Мезо-микроэлектромеханическая система, имеющая стеклянный элемент и способ ее изготовления
Мезо-электромеханическая система (900, 1100) включает в себя подложку (215), опорный элемент (405, 1160), расположенный на поверхности подложки, первую электростатическую конфигурацию (205, 1105, 1110, 1115, 1120), расположенную на поверхности подложки, и стеклянный элемент (810). Стеклянный элемент (810) имеет закрепленную область (820), прикрепленную к опорному элементу, и имеет вторую электростатическую конфигурацию (815, 1205, 1210, 1215, 1220) на консольном местоположении стеклянного элемента. Вторая электростатическая конфигурация по существу имеет одинаковое протяжение и параллельна первой электростатической конфигурации. Вторая электростатическая конфигурация отделена свободным интервалом (925) от первой электростатической конфигурации, когда первая и вторая электростатические конфигурации находятся в состоянии отсутствия возбуждения. В некоторых вариантах осуществления сформировано зеркало с помощью электростатических материалов, которые формируют вторую электростатическую конфигурацию. Стеклянный элемент может быть сконфигурирован с использованием очистки пескоструйным аппаратом (140). 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 13 ил.
Предшествующий уровень техники
Оптические переключатели, основанные на технологии изготовления оптоэлектромеханических, электрооптических или жидкокристаллических приборов, являются коммерчески доступными. Коммерческие оптоэлектромеханические переключатели обычно изготавливают в кремнии, используя методы обработки кремния, и они содержат зеркала микронных размеров, которые можно возбуждать электростатическим способом. Они классифицируются как микроэлектромеханические системы (МЭМС). Стоимость, надежность в эксплуатации и потребление мощности являются основными недостатками этих коммерчески доступных оптических переключателей. С целью улучшения надежности, используют сложные процессы для герметичного уплотнения структур МЭМС, что дополнительно повышает их стоимость.
В другой технологии изготовления МЭМС, называемой технологией мезо-МЭМС, дешевые переключатели изготавливают на полимерной структуре с механическим консольным элементом, который по меньшей мере частично изготовлен из металла - обычно из меди. Они демонстрируют обеспечение полезных функций электрического переключения, таких как функции переключения РЧ (радиочастотного) сигнала.
Таким образом, необходима более надежная и более дешевая технология изготовления переключателей, которую можно использовать для оптического переключения.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение иллюстрируется посредством примера, а не ограничения, на прилагаемых чертежах, на которых подобные ссылочные позиции указывают аналогичные элементы и на которых:
фиг.1 - блок-схема, которая показывает этапы способа изготовления мезо-микроэлектромеханической системы (мезо-МЭМС) в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
фиг.2-9 - сборочные чертежи, изображающие виды в перспективе структуры мезо-МЭМС на различных стадиях изготовления, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
фиг.10 - сборочный чертеж, изображающий вид сбоку структуры мезо-МЭМС на поздней стадии изготовления, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
фиг.11 и 12 - сборочные чертежи, изображающие виды в перспективе структуры мезо-МЭМС, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения; и
фиг.13 - схематическое представление электрического оборудования, которое включает в себя мезо-МЭМС.
Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что элементы на чертежах иллюстрируются для простоты и ясности и не обязательно нарисованы в масштабе. Например, размеры некоторых из элементов на чертежах могут быть преувеличены относительно других элементов, чтобы способствовать улучшению понимания вариантов осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание чертежей
Перед подробным описанием конкретной мезо-микроэлектромеханической системы (мезо-МЭМС) в соответствии с настоящим изобретением следует отметить, что настоящее изобретение прежде всего заключается в комбинациях этапов способа и аппаратных компонентов, связанных с микромеханическим переключением. В соответствии с этим, аппаратные компоненты и этапы способа представлены там, где это целесообразно, традиционными обозначениями на чертежах, показывающих только те определенные детали, которые являются подходящими для понимания настоящего изобретения, чтобы не затенять раскрытие подробностями, которые будут очевидны специалистам в данной области техники, получающим пользу от приведенного здесь описания.
Рассмотрим фиг.1, на которой показана блок-схема способа изготовления мезо-МЭМС, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. На фиг.2-9 представлены изометрические изображения мезо-МЭМС на различных стадиях изготовления в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
На этапе 105 (фиг.1) формируют первую электростатическую конфигурацию 205 (см. фиг.2) в пределах области 210 устройства подложки 215 из внутреннего металлического слоя на подложке 215 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В некоторых примерах подложка 215 может быть больше, чем устройство 210. В примере, описываемом со ссылкой на фиг.2, область 210 устройства и подложка 215 показаны как имеющие одинаковый размер. Подложку 215 можно изготавливать из любого органического материала печатной платы (ПП), одним примером которого является FR-4, или ее можно изготавливать из материалов, которые являются более дорогостоящими (например, тефлон), или менее дорогостоящими (например, эпоксидная смола без стеклонаполнителя). Подложкой может быть многослойная ПП. Металлическим слоем может быть медное покрытие, имеющее толщину от 2 до 70, и более типично, от 5 микрон до 35 микрон, но им могут быть другие материалы, такие как никель или золото, или многослойные покрытия из металла или сплавов металла. Металл должен быть только способен удерживать и сбрасывать электростатический заряд. Медь является полезной, поскольку она относительно дешевая и используется в большинстве случаев. Первую электростатическую конфигурацию 205 можно изготавливать, используя традиционные методы фотолитографического формирования конфигурации и травления или применяя проводящую пасту посредством трафаретной печати, печати контактных площадок или другого традиционного способа нанесения толстопленочных композиций.
На этапе 110 (фиг.1) защитный фотодиэлектрический слой 305 (см. фиг.3), который является светочувствительным, располагают поверх области 210 устройства (фиг.2) в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Защитный фотодиэлектрический слой 305 предпочтительно является светочувствительной (позитивной или негативной) эпоксидной смолой, которую можно наносить путем нанесения покрытия валиком или поливом, толщиной от 50 до 200 микрон. Примером материала, который можно использовать для защитного фотодиэлектрического слоя 305, является материал фотополимерной смолы Probimer® 7081/82, распространяемый фирмой Huntsman of Basel, Швейцария. Для этого примера материал смолы может быть высушен на воздухе с помощью инфракрасной горизонтальной сушильной печи в течение 30-60 минут при температуре 60-80°C. Защитный фотодиэлектрический слой 305 может иметь толщину от 7 микрон до 200 микрон и более типично от 50 микрон до 125 микрон.
На этапе 115 (фиг.1) защитный фотодиэлектрический слой 305 экспонируют для образования области 405 скрытого опорного элемента (см. фиг.4) в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В качестве одного примера, когда защитный фотодиэлектрический слой 305 высушен, используют фотооригинал (пленку), чтобы экспонировать конфигурацию на фотополимер, используя 1500-1700 миллиджоулей ультрафиолетового облучения, создавая одну или более отображенные "в скрытом состоянии" области, которые включают в себя скрытую область 405 опорного элемента. Область 405 скрытого опорного элемента определена ее дифференцированно полимеризованным состоянием по сравнению с окружающим веществом подложки защитного фотодиэлектрического слоя 305. Одна или более экспонированные непроявившиеся области будут действовать как точки закрепления для мезо-МЭМС по настоящему изобретению после завершения ее изготовления. При традиционных условиях изготовления ПП она подвергается тепловому "удару", а затем воздействию растворителя, выполняемому непосредственно после экспонирования УФИ (ультрафиолетовым излучением). В настоящем изобретении неэкспонированные области не подвергаются тепловому удару или не обрабатываются до более позднего этапа. На этой стадии область 210 устройства по существу все еще полностью покрыта защитным фотодиэлектрическим слоем 305, представляя по существу плоскую поверхность.
На этапе 120 (фиг.1) первую сторону (верхнюю сторону) стеклянного диэлектрика 505 (см. фиг.5) покрывают электростатическим материалом 510, формируя стеклянный диэлектрик 500 с покрытием в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что этот этап может происходить перед или после любого из этапов 105, 110 и 115. В вариантах осуществления, для которых необходима отражающая свет поверхность (зеркало) (например, для вариантов осуществления, которые предназначены для оптического переключения светового элемента) и для которых отражающая поверхность (зеркало) должна быть на поверхности стеклянного диэлектрика 505 (в противоположность, например, варианту осуществления, в котором необходима отражающая поверхность, которая находится под некоторым углом к поверхности стеклянного диэлектрика 505), на этом этапе 120 покрытия используются материалы, которые являются и электростатическими, и отражающими свет. Стеклянный диэлектрик 505 можно образовать в форме области 210 устройства (или меньше), и он имеет толщину, которая обычно составляет от 30 до 50 микрон, но которая может быть от 10 микрон и до 75 микрон. Получение покрытия на верхней стороне стеклянного диэлектрика 505 включает накладывание одного или больше металлических слоев, имеющих полную толщину меньше, чем 25 микрон. Вторая сторона (нижняя сторона) стеклянного диэлектрика 505 также может быть покрыта электростатическим материалом 515 во время покрытия первой стороны, или в качестве независимого этапа, или совсем без него. Первый пример электростатического и отражающего свет покрытия представляет собой напыление титана/вольфрама (Ti/W) толщиной приблизительно 500 Ангстрем на обе стороны стеклянного диэлектрика 505, сопровождаемое напылением меди толщиной приблизительно 1000 Ангстрем на обе стороны стеклянного диэлектрика 505. Второй пример покрытия заключается в нанесении испарением хрома толщиной приблизительно 500 Ангстрем, сопровождаемого нанесением 5000 Ангстремов меди на обе поверхности стеклянного диэлектрика 505. Эти электростатические материалы 510, 515 имеют очень хорошие свойства отражения света и очень хорошо совместимы с традиционными технологиями производства ПП. Для электростатических и отражающих свет поверхностей можно использовать другие металлические слои, например хром, хром/золото, Ti/W и Ti/W с медью и тантал, в то же время только для электростатических характеристик можно использовать более широкий диапазон материалов. Только электростатические характеристики полезны для электронных переключателей, таких как радиочастотные (РЧ) переключатели. Другими электростатическими материалами 510, которые можно использовать, являются другие проводящие металлы, такие как чистая медь, никель, серебро, золото или проводящие металлические сплавы в комбинации с другими материалами. Электростатический материал 510, который является допустимым для традиционных способов травления ПП, может быть более полезен, если он совместим с дополнительными этапами изготовления, описанными в данном описании ниже, но его все еще можно использовать для образования уникального аппарата, описанного в данном описании, даже если он не совместим с традиционными способами изготовления ПП.
Как заявлено выше, электростатические материалы можно формировать на верхней и нижней поверхностях на том же самом этапе или этапах. Таким образом, зеркальные поверхности также можно формировать на верхней и нижней поверхностях на тех же этапах. В некоторых вариантах осуществления электростатические материалы не формируют на верхней поверхности стекла, но электростатический материал формируют как зеркальный материал на нижней поверхности.
Следует оценить, что в других вариантах осуществления настоящего изобретения зеркало можно формировать на верхней поверхности стеклянного диэлектрика с покрытием в местоположении, отличающемся от первой электростатической конфигурации 205, для которой может требоваться иная форма стеклянного элемента, чем описанная в данном описании ниже.
На этапе 125 (фиг.1) ламинируют стеклянный диэлектрик 500 с покрытием на защитный фотодиэлектрический слой 305 (см. фиг.6), формируя многослойный стеклянный диэлектрик 600 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Защитный фотодиэлектрический слой 305 все еще является "липким", особенно под действием тепла и давления, и действует как "клей" для металлизированного стеклянного диэлектрика. Ламинирование стеклянного диэлектрика 500 с покрытием и защитного диэлектрического слоя 305 было продемонстрировано и в традиционном ламинаторе ПП (пресс для ламинирования Wabash, изготавливаемый на фирме Wabash MPI, Wabash, штат Индиана, США), и в традиционном вакуумном ламинаторе сухой пленки. Важно отметить, что температура ламинирования не должна превышать 80°C в варианте осуществления настоящего изобретения, который использует защитный фотодиэлектрический слой 305 Probimer®. Процесс в варианте осуществления, использующем защитный диэлектрический слой 305 Probimer®, заключается в ламинировании стеклянного диэлектрика 500 с покрытием и защитного фотодиэлектрического слоя 305 в вакуумном ламинаторе в течение приблизительно 10 минут при температуре 65-75°C.
На этапе 130 (фиг.1) формируют конфигурированный защитный слой на многослойном стеклянном диэлектрике 600, имеющем защитную конфигурацию 710 (фиг.7) стеклянного элемента в требуемой геометрической форме, которая включает в себя вторую электростатическую конфигурацию 715, по существу имеющую одинаковое протяжение с первой электростатической конфигурацией 205 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Эта конфигурация содержит стандартный временный стойкий к травлению материал, формируемый традиционными способами, некоторыми примерами которых являются снабженный сформированным фотоизображением и обработанный сухой пленочный или жидкий фоторезист; трафаретная печать; и нанесение по трафарету.
На этапе 135 (фиг.1) удаляют часть электростатического материала 510 сверху стеклянного диэлектрика 500 с покрытием, который не находится в пределах второй электростатической конфигурации 715 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Удаление части электростатического материала 510 содержит применение средства для травления электростатического материала. Когда электростатический материал 510 содержит верхний слой из меди, используют традиционный химический состав для травления меди (перекись/серная кислота, хлорид меди, хлористый аммоний и т.д.). Этот этап может включать в себя травление с помощью дополнительных растворов, когда электростатический материал 510 содержит множество слоев. В примере слоя Ti/W под медным покрытием слой Ti/W вне требуемой конфигурации, который был расположен непосредственно под медным слоем, может быть подходящим образом вытравлен теплым (50° по шкале Цельсия) раствором перекиси водорода. В альтернативном варианте осуществления коммерчески доступный материал, распространяемый фирмой Shipley Company, L.L.C., Marlborough (Марлборо), штат Массачусетс, США, который обозначается как средство для травления 746 W, которое обычно используется для травления меди ПП, также демонстрирует способность эффективно удалять слой Ti/W. Когда в качестве части электростатического материала 510 используется хром, тогда хром можно вытравливать в растворе нитрата аммония (доступном, как традиционное средство для травления хрома "Chrome Etchant 1020", распространяемое фирмой Transene Company, Inc., Danvers, штат Массачусетс, США), сопровождаемом традиционным травлением медного покрытия, как описано выше.
На этапе 140 (фиг.1) удаляют стекло, находящееся за пределами конфигурации стеклянного элемента. Конфигурированный защитный слой 710, который применяли для предохранения в течение этапа 135 травления металла/зеркала, и остальной конфигурированный электростатический материал 510, который остался, действуют, как внутренний стойкий к травлению слой в течение всего процесса удаления стекла. В одном варианте осуществления стекло протравливают в 25% растворе флорида водорода (HF) в течение приблизительно 25 минут. В качестве альтернативы стекло можно травить в растворе бифторида аммония, в забуференном окисном растворе для травления (ВОЕ) или в растворе кремнефтористоводородной кислоты. В другом варианте осуществления стекло может быть удалено механическим способом, а именно с помощью очистки пескоструйным аппаратом. Например, горизонтальную очистку пескоструйным аппаратом можно выполнять, используя частицы окиси алюминия величиной 27 микрон при давлении 80 фунтов на квадратный дюйм (552 килопаскаля), выбрасываемые из насадки, имеющей диаметр 0,035 дюйма (0,88 мм), на расстоянии от подложки 215, составляющем 2 дюйма (5,08 см), и со скоростью перемещения 4 дюйма (10,16 см) в минуту. Когда используют очистку пескоструйным аппаратом, конфигурированный защитный слой 710 можно применять с большей толщиной, чем обычно, например, толщиной от 50 до 100 микрон.
На этапе 145 (фиг.1) часть электростатического материала 515, который был на нижней части стеклянного диэлектрика 505 с покрытием, удаляют с поверхности защитного фотодиэлектрического слоя 305, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Электростатический материал 515 (например, Ti/W-медь или хром/медь), который был на нижней части удаленного стекла, должен быть удален с экспонированной поверхности защитного фотодиэлектрического слоя 305. Электростатический материал 515 (например, Ti/W-медь или хром/медь) удаляют, еще раз подвергая структуру 800 мезо-МЭМС воздействию подходящих растворов для травления, таких как теплая перекись (или средство для травления хрома) и стандартные растворы для травления меди. Может быть важно иметь этот второй слой Ti/W-меди или хрома-меди во время удаления стекла, потому что он предохраняет эпоксидную смолу от агента удаления стекла, в частности, в течение химического травления. Смола по существу является устойчивой к HF, но воздействие в течение длительного срока может ослаблять светочувствительные свойства материала. Когда для удаления стекла используется очистка пескоструйным аппаратом, она также может использоваться для удаления части электростатического материала 515 вместо травления электростатического материала.
На этапе 150, после того как удалена часть электростатического материала 515, который был на нижней части стеклянного диэлектрика 505 с покрытием, остающуюся часть конфигурированного защитного слоя 710 удаляют с верхней поверхности стекла с покрытием, оставляя стеклянный элемент, имеющий электростатический материал 510 на верхней поверхности стеклянного элемента, и открывая отражающую поверхность второй электростатической конфигурации 815 (фиг.8). Этот этап можно выполнять либо до, либо после этапа 155. Используется растворитель, такой как раствор на водной основе гидроокиси натрия, который растворяет защитный слой 705 по существу без нанесения ущерба другим участкам структуры 800 мезо-МЭМС (фиг.8).
Рассмотрим фиг.8, на которой показан вид в перспективе структуры 800 мезо-МЭМС на этой стадии изготовления в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Оставшееся стекло с покрытием теперь находится в конфигурации, имеющей форму стеклянного элемента, который был определен защитной конфигурацией 710. Структура 800 мезо-МЭМС имеет стеклянный элемент 810 со второй электростатической конфигурацией 815, которая по существу имеет одинаковое протяжение с первой электростатической конфигурацией 205 и которая находится на консольном участке стеклянного элемента 810, и которая также представляет собой зеркальную поверхность в этом варианте осуществления. Когда электростатический материал формируют и сверху, и снизу стеклянного материала 505, тогда электростатическая конфигурация 815 находится и сверху, и снизу стеклянного элемента 810, и зеркальная поверхность может быть с обеих сторон, в зависимости от материалов, используемых для электростатических конфигураций 815. С другой стороны, электростатический материал можно формировать только сверху или только снизу стеклянного элемента 810.
На этапе 155 (фиг.1) удаляют защитный фотодиэлектрический слой 305, отличающийся от области поперечного опорного элемента. На первом подэтапе защитный фотодиэлектрический слой 305 подвергают тепловому удару в течение 60 минут при температуре 110-130°С либо в загрузочной воздушной конвекционной печи, либо в горизонтальном пневматическом инфракрасном сушильном шкафу, чтобы завершить фотохимическую реакцию, инициированную на первой стадии построения структуры мезо-МЭМС, на этапах 110, 115. После теплового удара на втором подэтапе защитный фотодиэлектрический слой обрабатывают растворителем, например, используя гамма-бутиролактон (GBL), в течение 20 минут с ультразвуковым перемешиванием. GBL проникает под стеклянный элемент 810, удаляя весь неполимеризированный материал. Материал, который был экспонирован - область 405 скрытого опорного элемента - остается в виде опорного элемента 905, в то время как весь другой защитный диэлектрический материал будет удален. Как только весь этот защитный диэлектрический материал удален, стеклянный элемент 810 будет иметь воздушное пространство под ним, обеспечивая ему свободу для изменения местоположения в соответствии с электростатическим приведением в действие. Следует оценить, что в некоторых вариантах осуществления имеется множество опорных элементов, и стеклянный элемент может быть по существу более сложным, чем показанный на фиг.2-10. Дополнительно следует оценить, что в структуре мезо-МЭМС одновременно можно изготавливать больше, чем один стеклянный элемент способами, описанными в данном описании.
Рассмотрим фиг.9 и 10, на которых показаны вид в перспективе и вид сбоку структуры 900 мезо-МЭМС в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Структура 900 мезо-МЭМС была изготовлена на этапах 105-155. Стеклянный элемент 810 имеет закрепленную область 920, которая прикреплена к области 405 опорного элемента, и имеет свободный интервал 925 между первой и второй электростатическими конфигурациями 205, 815, который может составлять от 5 до 200 микрон, когда между ними не имеется никакого электрического потенциала (то есть они находятся в состоянии отсутствия возбуждения). (Свободный интервал в значительной степени определяется толщиной защитного фотодиэлектрического слоя 305.) Вторая электростатическая конфигурация 815 по существу параллельна первой электростатической конфигурации, когда они находятся в состоянии отсутствия возбуждения. Приблизительный размер структуры мезо-МЭМС, которая была изготовлена с использованием этапов описанного выше процесса, составляет 3,5 мм в длину с шириной электростатической конфигурации, составляющей приблизительно 1,5 мм. Структуры мезо-МЭМС, такие как мезо-МЭМС 900, можно использовать, например, в качестве оптического переключателя и их можно изготавливать более экономно, чем, например, основанный на кремнии электрооптический-механический переключатель.
На этапе 160 формируют электрическое соединение со второй электростатической конфигурацией 815 на участке стеклянного элемента 810, ламинированном к области 405 опорного элемента или около него. Его можно выполнять любым надежным способом, таким как пайка или проводное соединение провода с электростатическим материалом 510 на верхней и/или нижних поверхностях (в зависимости от того, находится ли электростатическая конфигурация сверху или снизу, или на обеих поверхностях) закрепленной области стеклянного элемента 810, или посредством придавливания проводящего материала к электростатическому материалу 510 около закрепленной области 920 стеклянного элемента 810. Электрическое соединение с первой электростатической конфигурацией 205 можно подходящим образом обеспечить, нанося традиционным образом печатный проводник, который подсоединен к первой электростатической конфигурации 205 и к контактной площадке на подложке 215, которая предназначена для электрического соединителя, или которая соединена с электронным компонентом, таким как присоединительный зажим интегральной схемы. Следует оценить, что при нанесении электростатического материала только на одну поверхность стеклянного материала 505 и использовании электростатических материалов, которые формируют хорошее зеркало, получающееся в результате зеркало может быть зеркалом передней поверхности или задней поверхности для света, который падает на верхнюю поверхность стеклянного элемента 810, что предлагает выбор конструкции, которая может быть выгодной. Также следует оценить, что в вариантах осуществления настоящего изобретения силу электростатического поля можно прикладывать к электростатической конфигурации 815 либо на верхней поверхности, либо на нижней поверхности, либо на обеих поверхностях стеклянного элемента 810, предлагая другие выборы конструкции, которые могут быть выгодны.
Следует оценить, что примеры, описанные со ссылкой на фиг.1-10, связаны со структурой мезо-МЭМС, имеющей стеклянный элемент с прямым гибким плечом, который обеспечивает возможность перемещения по существу вдоль одной оси от свободной позиции и имеет зеркало, которое перемещается благодаря перемещению плеча. В этом примере вторая электростатическая конфигурация 205 и зеркало (отражающая поверхность) находятся в одном том же местоположении на стеклянном элементе 810, консольном местоположении (то есть местоположении около конца стеклянного элемента 810, который является самым дальним от закрепленной области 920 стеклянного элемента 810). Это представляет собой простую и весьма полезную МЭМС, которая может обеспечивать функции оптического переключения или модуляции, но имеется много разновидностей настоящего изобретения, которые могут обеспечивать другие полезные функции. Например, зеркало может быть расположено около, но не в консольном местоположении второй электростатической конфигурации 205. В качестве другого примера может быть изготовлена противостоящая пара электрических контактов, один на конце 1005 стеклянного элемента 810, а другой на подложке 215 в противостоящем местоположении 1010, и может не быть никакого зеркала. Этот пример электрической переключающей мезо-МЭМС не обязательно должен иметь множество металлических проводников, формирующих электростатические конфигурации 205, 815, и может функционировать как РЧ переключатель. Такие электрические контакты в качестве альтернативы могут быть расположены ближе к области 405 опорного элемента, чем ко второй электростатической конфигурации 205. В качестве другого примера там может быть направляющее свет устройство, прикрепленное к стеклянному элементу 810 около консольного местоположения или на нем, вместо зеркала (или, возможно, в дополнение к нему), на верхней или нижней поверхности стеклянного элемента 810. Направляющим свет устройством может быть плоское зеркало или шторка (неотражающая, непрозрачная плоскость), установленная под некоторым плоским углом относительно верхней поверхности стеклянного элемента 810, или объект некоторой другой формы, такой как стержень, который является треугольным в поперечном сечении, с двумя зеркальными поверхностями, установленными на стеклянном элементе 810 около консольного местоположения.
Обращаясь теперь к фиг.11 и 12, отметим, что на них показаны перспективные чертежи другого примера структуры 1100 оптической мезо-МЭМС в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Структура 1100 мезо-МЭМС изготовлена с использованием по существу тех же этапов, которые были описаны выше для структуры 900 мезо-МЭМС. Фиг.12 изображает структуру 900 мезо-МЭМС после завершения этапов 105-155, тогда как фиг.11 показывает нижний участок структуры 900 мезо-МЭМС (и не касается определенного этапа изготовления). На фиг.11 и 12 можно заметить, что имеются четыре пары электростатических конфигураций, содержащих электростатические конфигурации 1105, 1205, электростатические конфигурации 1110, 1210, электростатические конфигурации 1115, 1215 и электростатические конфигурации 1120, 1220. Электростатические конфигурации 1105, 1110, 1115, 1120 сформированы на подложке 1150. Электростатические конфигурации 1215, 1220 расположены в консольных местоположениях для гибких участков 1240, 1245 луча, а электростатические конфигурации 1205, 1210 расположены в консольных местоположениях гибких участков 1250, 1255 стеклянного элемента, содержащего гибкие участки 1205, 1210, 1240, 1245 и электростатические конфигурации 1205, 1210, 1215, 1220. Для каждой электростатической пары (1105, 1205), (1110, 1210), (1115, 1215) и (1120, 1220) электростатические конфигурации по существу имеют одинаковое протяжение и параллельны друг другу, когда мезо-МЭМС не возбуждена. Электростатические конфигурации 1205, 1210 электрически соединены и также формируют зеркало, которое используется для перемещения светового луча, который нацелен на зеркало, но электростатические конфигурации 1205, 1210 можно рассматривать для целей электростатического возбуждения как две конфигурации, разделенные (воображаемой) линией 1208. Электростатические конфигурации 1205, 1210 электрически соединены друг с другом (и с электростатическими конфигурациями 1215, 1220, но могут рассматриваться для целей электростатического возбуждения как две электростатические конфигурации. К четырем электростатическим конфигурациям 1205, 1210, 1215, 1220 можно прикладывать общий электрический потенциал, и перемещение зеркала определяется по существу независимыми электрическими потенциалами, которые можно прикладывать к электростатическим конфигурациям 1105, 1110, 1115, 1120. Можно заметить, что две пары электростатических конфигураций (1105, 1205) и (1110, 1210) находятся в консольных местоположениях по первой оси свободы перемещения зеркала, которая предоставляется гибкими плечами 1240, 1245 стеклянных элементов, и что другие две пары электростатических конфигураций (1105, 1205) и (1110, 1210) находятся в консольных местоположениях на второй оси свободы перемещения зеркала, предоставляемой гибкими плечами 1250, 1255 стеклянных элементов, которая является перпендикулярной первой оси. Таким образом, при соответствующем приложении разностей потенциалов зеркало может перемещаться по двум осям, в пределах углового смещения, накладываемых по меньшей мере размерами мезо-МЭМС 1100. Устройство, такое как мезо-МЭМС 1100, можно использовать, например, для развертки светового луча, чтобы создавать изображение. В связанном варианте осуществления может быть сконструирована единственная ось мезо-МЭМС с использованием только двух пар электростатических конфигураций на общей оси, таких как электростатические конфигурации (1115, 1215) и (1120, 1220) на фиг.12, в варианте осуществления, подобном показанному на фиг.12 но с полной областью, которая включает в себя электростатические конфигурации 1215, 1220, лучи 1250, 1255 и электростатические конфигурации 1210, 1205, являющейся одним сплошным листом. Устройство этого типа можно использовать, например, для смещения светового луча вдоль оси, под которой перемещается светочувствительная бумага, чтобы записывать напряжения как для электрокардиограммы.
Рассмотрим фиг.13, на которой показаны схематическое изображение и блок-схема примера электронного оборудования, которое включает в себя по меньшей мере одну структуру мезо-МЭМС, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Оптическая переключающая сеть включает в себя группу волоконно-оптических переключателей 1305, 1306, каждый из которых имеет один волоконно-оптический ввод 1350 и два волоконно-оптических вывода 1365, 1367. Один волоконно-оптический ввод 1350 может переключаться на любой один из двух волоконно-оптических выводов 1365, 1367, как определено контроллером 1320, который подсоединен к электростатическому устройству 1310 сопряжения. Каждый переключатель 1305 содержит направляющее устройство 1353 для волоконно-оптического ввода 1350, который направляет оптический входной сигнал к зеркальной поверхности 1385 на стеклянном элементе по настоящему изобретению. Когда контроллер 1320 определяет, что устройство мезо-МЭМС не должно быть переключено, как в случае волоконно-оптического переключателя 1305, электростатическое устройство 1310 сопряжения удаляет по существу всю разность электростатического заряда между электростатическими конфигурациями 1385, 1383, стеклянный элемент принимает свободное положение. В результате, оптический входной сигнал отражается 1357 от зеркала 1385 к первому направляющему устройству волоконно-оптического вывода и усилителю 1359 и направляется из оптического волокна 1365, соединенного с переключателем 1305, а оптическое волокно 1367, соединенное с переключателем 1305, не имеет никакого сигнала. Когда контроллер 1320 определяет, что устройство мезо-МЭМС должно быть переключено, как в случае волоконно-оптического переключателя 1306, электростатическое устройство 1310 сопряжения помещает разность электростатического заряда на электростатические конфигурации 1385, 1383. В результате, стеклянный элемент принимает возбужденное, отклоненное положение, и оптический входной сигнал отражается 1393 от зеркала 1385 ко второму направляющему устройству волоконно-оптического вывода и усилителю 1367 и направляется из оптического волокна 1367, соединенного с переключателем 1306, а оптическое волокно 1365, соединенное с переключателем 1306, не имеет сигнала.
Структуры мезо-МЭМС, сформированные в соответствии с настоящим изобретением, можно объединять с кремниевыми устройствами и другими электронными компонентами, использующими технологию ПП. Сформированные таким образом оптико-электронные схемы (то есть схемы, включающие в себя либо электронные, либо световые схемы, или и те, и другие) могут быть сложными системами, которые включают в себя, например, по существу законченный приемник, передатчик или преобразователь оптического излучения, и могут быть включены в любой из очень большого разнообразия оптико-электронных компоновочных узлов (то есть включающих в себя либо электронные, либо световые схемы, или и те, и другие), включая пассивные оптические сети и потребительские товары, такие как проекционные дисплеи и световоды, проведенные к домашним компьютерным приставкам к телевизору.
В вышеизложенном описании были описаны изобретение и его выгоды и преимущества со ссылкой на определенные варианты осуществления. Однако специалистам в данной области техники должно быть понятно, что можно выполнять различные модификации и видоизменения, не выходя при этом за рамки объема настоящего изобретения, сформулированные в приведенной ниже формуле изобретения. Соответственно, описание и чертежи следует расценивать скорее в иллюстративном, чем в ограничительном смысле, и все такие модификации предназначены для включения в объем настоящего изобретения. Выгоды, преимущества, решения проблем и любой элемент (элементы), которые могут приводить к каким-либо выгодам, преимуществам или решениям, которые происходят или становятся более явными, должны рассматриваться как критические, требуемые или существенные признаки или элементы какого-либо или всех пунктов формулы изобретения.
Использующиеся в данном описании термины "содержит", "содержащий" или любая другая их разновидность предназначены для охвата неисключительного включения, такого как процесс, способ, изделие или аппарат, который содержит перечень элементов, включающий в себя не только эти элементы, но может включать в себя другие элементы, не перечисленные явно или присущие такому процессу, способу, изделию или аппарату.
Термин "другой", использующийся в данном описании, определяется как по меньшей мере "второй" или больше. Толкование "либо... либо" является эквивалентным булеву исключению или утверждению. Термины "включающий в себя" и/или "имеющий", использующийся в данном описании, определены как "содержащий". Термин "связанный", использующмйсяется здесь со ссылкой на электрооптическое техническое решение, определяется как "подсоединенный", хотя не обязательно непосредственно, и не обязательно механически.
1. Мезо-электромеханическая система, содержащая подложку, по меньшей мере один опорный элемент, расположенный на поверхности подложки, первую электростатическую конфигурацию, расположенную на поверхности подложки, и стеклянный элемент, имеющий закрепленную область, прикрепленную по меньшей мере к одному опорному элементу, имеющий вторую электростатическую конфигурацию на консольном местоположении стеклянного элемента, причем вторая электростатическая конфигурация по существу имеет одинаковое протяжение и параллельна первой электростатической конфигурации, и вторая электростатическая конфигурация отделена свободным интервалом от первой электростатической конфигурации, когда первая и вторая электростатические конфигурации находятся в состоянии отсутствия возбуждения.
2. Мезо-электромеханическая система по п.1, в которой стеклянный элемент имеет толщину от 10 до 75 мкм.
3. Мезо-электромеханическая система по п.1, в которой вторая электростатическая конфигурация представляет собой проводящий металл, который сконфигурирован так, чтобы включать в себя электрическую контактную площадку в закрепленной области стеклянного элемента.
4. Мезо-электромеханическая система по п.1, в которой стеклянный элемент дополнительно содержит зеркало, которое находится около консольного местоположения.
5. Мезо-электромеханическая система по п.4, в которой направляющее свет устройство прикреплено к стеклянному элементу около консольного местоположения.
6. Мезо-электромеханическая система по п.1, в которой зеркало сформировано с помощью второй электростатической конфигурации.
7. Мезо-электромеханическая система по п.1, в которой первая и вторая электростатические конфигурации содержат первую пару электростатических конфигураций, дополнительно содержащую по меньшей мере одну дополнительную пару электростатических конфигураций, в которой каждая из по меньшей мере одной дополнительной пары содержит
первую электростатическую конфигурацию, расположенную на поверхности подложки,
вторую электростатическую конфигурацию на консольном местоположении стеклянного элемента, в которой вторая электростатическая конфигурация по существу имеет одинаковое протяжение и параллельна первой электростатической конфигурации, когда мезо-электромеханическая система не возбуждена.
8. Способ изготовления мезо-электромеханической системы, содержащий
формирование первой электростатической конфигурации в пределах области устройства подложки из металлического слоя на подложке,
расположение защитного фотодиэлектрического слоя поверх области устройства,
экспонирование защитного фотодиэлектрического слоя для формирования по меньшей мере одной области скрытого опорного элемента,
покрытие верхней и нижней поверхностей стеклянного диэлектрика электростатическим материалом,
ламинирование стеклянного диэлектрика с покрытием к защитному фотодиэлектрическому слою,
формирование конфигурированного защитного слоя на стеклянном диэлектрике с покрытием, имеющем конфигурацию стеклянного элемента, который включает в себя вторую электростатическую конфигурацию, по существу имеющую одинаковое протяжение с первой электростатической конфигурацией,
удаление стекла и электростатического материала, находящихся не в пределах конфигурации стеклянного элемента, и
удаление участков защитного фотодиэлектрического слоя, отличающихся по меньшей мере от одной области скрытого опорного элемента, таким образом формируя по меньшей мере один опорный элемент.
9. Способ по п.8, в котором формирование конфигурированного защитного слоя включает наложение светочувствительного стойкого к травлению слоя толщиной по меньшей мере 50 мкн на верхнюю поверхность стеклянного диэлектрика, и экспонирование светочувствительного стойкого к травлению слоя с использованием конфигурации, и в котором удаление стекла и электростатического материала, находящихся не в пределах конфигурации стеклянного элемента, включает очистку пескоструйным аппаратом.
10. Электронное оборудование, содержащее мезо-электромеханическую систему, содержащую подложку, по меньшей мере один опорный элемент, расположенный на поверхности подложки, первую электростатическую конфигурацию, расположенную на поверхности подложки, и стеклянный элемент, имеющий закрепленную область, прикрепленную по меньшей мере к одному опорному элементу, имеющий вторую электростатическую конфигурацию на консольном местоположении стеклянного элемента, причем вторая электростатическая конфигурация по существу имеет одинаковое протяжение и параллельна первой электростатической конфигурации, и вторая электростатическая конфигурация отделена первым свободным интервалом от первой электростатической конфигурации, когда первая и вторая электростатические конфигурации находятся в состоянии отсутствия возбуждения, и контроллер, соединенный с первой и второй электростатическими конфигурациями, который управляет перемещением стеклянного элемента посредством возбуждения электростатических конфигураций.
