MEMS器件的ESD保护系统的制作方法

【技术领域】

本发明涉及mems器件领域，尤其涉及一种mems器件的esd保护系统。

背景技术：

针对普通集成电路(ic)器件的可靠性造成伤害的主要原因就是静电放电(esd)，尤其是针对mems器件，例如rfmems开关。esd是一种常见的近场危害源，可形成高电压，强电场，瞬时大电流，并伴有强电磁辐射，形成静电放电电磁脉冲，大量的电荷在相对较短的时间里从一个物体快速的转移到另一物体，从而形成一个峰值电流对ic器件造成显著的伤害。

因此，实有必要提供一种新的mems器件的esd保护系统解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种mems器件的esd保护系统，以解决相关技术中的mems器件遭到esd事件伤害的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种mems器件的esd保护系统，其包括控制电路、电性连接所述控制电路的mems器件以及电性连接所述控制电路且与所述mems器件并联的esd保护装置，所述esd保护装置包括电性连接所述控制电路的上电极组件、具有弹性的梁悬臂弹性的悬臂以及下电极组件，所述梁悬臂包括电性连接所述控制电路的第一电极层、电性连接所述mems器件的第二电极层以及电性连接所述第二电极层的可动金属接触端金属触点，；所述下电极组件包括电性连接所述mems器件的下极层下电极层、电性连接所述下极层下电极层且与所述可动金属接触端金属触点相对设置的固定金属接触端金属触点。

优选地，所述esd保护装置还包括具有收容腔的本体壳体，所述梁悬臂收容于所述收容腔且被所述本体壳体弹性支撑。

优选地，所述本体壳体包括顶壁、底壁以及连接所述顶壁、和所述底壁的侧壁，所述上电极组件固定于所述顶壁，所述下电极组件固定于所述底壁，所述梁悬臂固定于所述侧壁。

优选地，所述esd保护装置还包括弹性件，所述弹性件的一端连接所述梁悬臂、另一端连接所述侧壁。

优选地，所述上电极组件包括若干相互间隔设置的的上电极片、封装所述上电极片的上氧化层以及至少一个自所述上氧化层朝所述梁悬臂延伸的凸出部。

优选地，所述梁悬臂还包括封装所述第一电极层的第一氧化层、封装所述第二电极层的第二氧化层，所述可动金属接触端金属触点暴露于所述第二氧化层外面。

优选地，所述第一氧化层、第二氧化层由一体成型，

优选地，所述下电极组件还包括封装所述下电极层的下氧化层，所述固定金属接触端金属触点暴露在所述下氧化层外面。

优选地，所述esd保护装置的梁悬臂的面积大于所述mems器件的梁悬臂的面积。

优选地，所述可动金属接触端金属触点与所述固定金属接触端金属触点之间的接触电阻比mems器件的电阻低。

优选地，所述控制电路包括cmos电路以及电性连接所述cmos电路的高压输入，所述mems器件与所述esd保护装置均电性连接所述高压输入，所述cmos电路用于控制所述高压输入与所述mems器件或所述esd保护装置电性连接。

本发明的mems器件的esd保护系统的esd保护装置能够比mems器件更快地对esd事件反应且释放静电放电电压，从而有效的保护mems器件。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明mems器件的esd保护系统的框图；

图2是图1所示本发明mems器件的esd保护系统在esd事件下的示意性框图；

图3是本发明mems器件的esd保护系统的esd保护装置的一个实施例处于保护状态的剖视图；

图4是图3所示esd保护装置处于隔离状态的剖视图；

图5是图3所示esd保护装置处于esd事件下的剖视图；

图6是本发明mems器件的esd保护系统的esd保护装置的另一实施例的剖视图；

图7是本发明mems器件的esd保护系统的esd保护装置、mems器件的开关时间、最短耗散时间与静电放电电压的关系图；

图8是静电放电电压及其对应的最小接触电阻静电放电电压的关系图，并考虑图7所示的最短耗散时间；

图9是在静电放电电压为1500v时，esd保护装置、mems器件的开关时间与esd保护装置、mems器件的悬臂面积比的关系图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明mems器件的esd保护系统100包括控制电路10、esd保护装置20以及mems器件30。esd保护装置20以及mems器件30均电性连接控制电路10，mems器件30与esd保护装置20并联在一起。在esd事件下，esd保护装置20比mems器件30响应的更快。因此，esd保护装置20在esd事件下能够更快的耗散电压，从而令mems器件受到保护。

如图3至图6所示，esd保护装置20包括具有收容腔200的壳体21、固定于壳体21的上电极组件22、固定于壳体21且与上电极组件22间隔设置的下电极组件23以及收容于收容腔200且被壳体21弹性支撑的悬臂24。悬臂24位于上电极组件22、下电极组件23之间。

壳体21包括顶壁211、底壁212以及连接顶壁211、底壁212的侧壁213，顶壁211、底壁212及侧壁213共同形成收容腔200。上电极组件22固定于顶壁211，下电极组件23固定于底壁212，悬臂24具有弹性且弹性固定于侧壁213。收容腔200为已知压力下的密封的空间。

上电极组件22包括电性连接控制电路10且相互间隔设置的若干上电极片221、封装上电极片221的上氧化层222以及至少一个自上氧化层222朝向悬臂24延伸的凸出部223，凸出部223用于接触悬臂24。

下电极组件23包括固定于底壁212的下电极层231、封装下电极层231的下氧化层232以及自下电极层231穿过下氧化层232向收容腔200延伸的固定金属触点233。固定金属触点233暴露在下氧化层232外面，固定金属触点233的一端电性连接下电极层231、另一端接地。

悬臂24包括第一电极层241、第二电极层242、封装第一电极层241的第一氧化层243、封装第二电极层242的第二氧化层244以及电性连接第二电极层242的可动金属触点245，可动金属触点245暴露于第二氧化层244外面且与固定金属触点233相对设置。、可动金属触点245的数量为一个。可动金属触点245的数量为4个，在其它实施例中，可动金属触点245可包括多个金属触点和合金。

控制电路10包括cmos电路11以及电性连接cmos电路11的高压输入12。上电极片221包括多个第一上电极片2211、与第一上电极片2211相互间隔设置的多个第二上电极片2212。高压输入12电性连接第一上电极片2211以及第二上电极片2212。悬臂24的第一电极层241电性连接高压输入12。cmos电路11可以提供高压输入给mems器件30或者esd保护装置20。第二电极层242、下电极层231与mems器件30并联电性连接。例如，mems器件可以是具有rf(radiofrequency，射频)悬臂的rfmems器件，第二电极层242、下电极层231与rf悬臂并联电性连接。

当mems器件30正常工作时，控制电路10分别向上电极组件22、第一电极层241输入电压，上电极组件22与第一电极层241之间产生吸引力，悬臂24被吸引力向上拉伸，悬臂24与下电极组件23之间的间隙变大，形成隔离状态。在隔离状态下，悬臂24的第一氧化层243与凸出部223接触。采用这样的设计，上电极组件22创造了一个完美的隔离状态以及最小的寄生电容，从而对mems器件的电容的影响最小化。可动金属触点245与固定金属触点233之间形成最小电容。

当mems器件30没有工作或者没有被电连接时，本发明mems器件的esd保护系统100处于保护状态，悬臂24不受外力影响，处于自由状态。

当本发明mems器件的esd保护系统处于esd事件下，第二电极层244受到静电力从而将悬臂24向下拉伸，可动金属触点245向下移动且与固定金属触点233连接形成欧姆接触，然后，静电放电电压/电荷通过欧姆接触耗散。悬臂24比mems器件30的悬臂更快下移，静电放电电荷通过固定金属触点233接地。

当静电放电电荷通过固定金属触点233或者第二电极层242耗散时，静电力减少，悬臂24可以被释放，回到保护状态。

esd保护装置20还包括弹性件25，弹性件25弹性连接于悬臂24及侧壁213之间，弹性件25可以是弹簧。

在另一实施例中，esd保护装置20的悬臂24的面积比mems器件30的悬臂的面积大，当悬臂24面积增大时，esd保护装置20耗散静电放电电荷的时间会更快。请参考表1，受测的esd保护装置20的悬臂24的面积是受测的rfmems器件的悬臂的至少两倍。

表1

如表1所示，当本发明mems器件的esd保护系统没有电源且在1500v的静电放电事件下，rfmems开关时间大约为0.074μs，esd保护装置的开关时间约为0.052μs。esd保护装置的悬臂比rfmems器件的悬臂先反应，静电放电电荷的耗散时间为0.0216μs。如果esd保护装置的悬臂的接触电阻为1000ohm，静电放电电荷的耗散时间约为0.1μs。因此，如果要求更快的耗散时间，则需要esd保护装置的可动金属触点与固定金属触点之间的接触电阻比rfmems器件的低，或者esd保护装置需要更大的悬臂面积。

如图7所示为esd保护装置、mems器件的开关时间、最短耗散时间与静电放电电压的关系图。当静电放电电压增加时，esd保护装置、mems器件的开关时间变短了，最短耗散时间也变短了。

图8是图7所示在最短耗散时间条件下需要的静电放电电压及其对应的最小接触电阻与静电放电电压的关系图。当在1500v的静电放电事件下，如果获得最短耗散时间，则esd保护装置的最小接触电阻为200ohm。

如图9所示为esd保护装置、mems器件的开关时间与esd保护装置、mems器件的悬臂面积比的关系图。当esd保护装置、mems器件的悬臂面积比增大时，mems器件的开关时间保持不变，esd保护装置的开关时间变短。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。