專利名稱：一種電磁驅動推拉式射頻微機電系統(tǒng)開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)應用中的射頻微機電系統(tǒng)(RF MEMS)技術領域，尤其涉及一種電磁驅動推拉式RFMEMS開關。
背景技術：
在微機電系統(tǒng)制造技術中，RFMEMS是用光刻技術制作的小型化機 械器件，用于射頻和微波頻率電路中的信號處理，是一項將能對現(xiàn)有雷達 和通信中射頻結構產生重大影響的新技術。目前，在RFMEMS技術主要研究領域中，適用于RF系統(tǒng)的有調諧 電容、感應器、濾波器和微機械開關。其中最常見的射頻MEMS控制元 件，被認為是核心器件的微波傳輸線開關。MEMS開關與目前的射頻系 統(tǒng)中所用的電控開關(PIN 二極管或GaAs FET)不同，它沒有半導體pn 結或金屬半導體結，靠機械移動實現(xiàn)對信號傳輸線的開/斷控制，能在高 頻段維持很高的絕緣指標，插入損耗很低(可小于(K2dB，而PIN或FET 的插入損耗總大于ldB)，隔離性能很好，互調失真極低，因此與PIN等 半導體控制元件相比，其使用截止頻率高得多(有時是后者的數(shù)倍)。因 此RF MEMS開關，是提供低插損、高隔離、高線性、低功耗的新一代 開關元件。RF MEMS開關由機械部分(執(zhí)行)和電學部分(驅動)構成。開關 的電學部分可以用串聯(lián)或者并聯(lián)方式排列，可以是金屬接觸或電容接觸。 驅動方式有靜電，電磁，壓電或者熱原理。相對于其他驅動方式，電磁驅 動有以下特點驅動力大，驅動距離遠可以達幾百微米；驅動電壓低，小 于5伏，控制電路簡單，便于器件集成；開關動作大，可以達到很高的隔 離度；響應速度快，可以縮短開關時間。如圖1、圖2和圖3所示，圖1為傳統(tǒng)的鎳鐵單臂梁電磁驅動開關的 結構示意圖，圖2為傳統(tǒng)的鎳鐵單臂梁電磁驅動開關接通時的示意圖，圖3為傳統(tǒng)的鎳鐵單臂梁電磁驅動開關斷開時的示意圖。當線圈2中通過足 夠大的電流時，將會產生一個磁通。所產生的磁通大部分集中于線圈平面 的中心，這樣有利于增大引力，保證扭擺梁3獲得足夠的形變，以使線圈所產生的磁場足以驅動繼電器開關的動作。這樣上部鎳鐵扭擺梁3將會被 磁化，從而彎曲與接觸電極l接觸，這時繼電器閉合如圖2所示。當驅動 電流被切斷時，扭擺梁依靠自身的彈力將會復位，從而繼電器斷開如圖3 所示。但是，傳統(tǒng)的電磁驅動RF MEMS開關持續(xù)消耗能量，能耗較大， 開關時間較長，而且結構復雜，加工難度大制作工藝復雜。發(fā)明內容(一) 要解決的技術問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種電磁驅動推拉式RF MEMS開關，以解決現(xiàn)有電磁驅動RF MEMS開關存在的缺陷，降低功 耗，改善開關的穩(wěn)定性，降低加工的復雜度。(二) 技術方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種電磁驅動推拉式射頻微機電系統(tǒng) 開關，該射頻微機電系統(tǒng)開關包括扭擺梁開關可動部分7、電磁驅動部分 和傳輸線部分8，在電磁驅動部分的平面線圈加電流產生的磁場與電磁驅 動部分的永磁體產生的磁場相疊加，改變整體磁場的方向，驅動扭擺梁開 關可動部分7動作，接通或斷開扭擺梁開關可動部分7與傳輸線部分8， 實現(xiàn)觸點通斷。上述方案中，所述扭擺梁開關可動部分7采用在硅襯底11上生長一 層氮化硅10，并通過刻蝕氮化硅和背面鏤空硅襯底制作而成。上述方案中，所述扭擺梁開關可動部分7上表面的兩端分別有一個金 觸點5。上述方案中，所述電磁驅動部分包括與硅襯底背面結合在一起的永磁 體12和扭擺梁上表面兩側的雙線圈6。上述方案中，所述雙線圈6采用濺射工藝在扭擺梁開關可動部分7上表面金觸點5的內側濺射金制作而成，雙線圈6通過金屬的空氣橋9相連， 當雙線圈6通過一定量的電流時，電流在兩個線圈中繞向相反，左右兩個 線圈產生的磁場方向相反，在相同永磁體的磁場下，左右兩個線圈受力大 小相等方向相反，對扭擺梁的兩端分別產生推力和拉力，從而使扭擺梁動 作。上述方案中，所述永磁體12為永磁鐵。上述方案中，所述傳輸線部分8采用電鍍金在扭擺梁開關可動部分7 的兩側上方架空形成。上述方案中，所述傳輸線部分8為共面波導傳輸線，由三根金電鍍線 組成，左右兩根是地線，中間一根傳輸信號用，采用接觸式接通信號。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、 利用本發(fā)明，在硅襯底上生長的氮化硅制作出的扭擺結構梁，由 于氮化硅自身楊氏模量比較大，結構強度很大，不容易變形，氮化硅扭擺梁結構兩端線圈加電壓驅動恢復克服了傳統(tǒng)RFMEMS開關回復力小的致 命弱點。扭擺梁制作成"蹺蹺板"結構，可以在減小驅動電壓的情況下增 加恢復力，從而提高了開關壽命，同時氮化硅作為背面鏤空釋放梁結構的 阻擋層，解決了現(xiàn)有電磁驅動RFMEMS開關存在的缺陷，降低了功耗， 改善了開關的穩(wěn)定性，降低了加工的復雜度。2、 利用本發(fā)明，濺射金作雙電磁線圈，簡化了線圈的制作工藝，線 圈通電時在永磁場下受力大小相等方向相反，對扭擺梁來說左右受的力大 小相等方向相反，用單層平面線圈工藝實現(xiàn)了雙層線圈的作用，可以減小 驅動電壓的情況下保證扭擺梁動作。3、 利用本發(fā)明，采用電鍍金在氮化硅扭擺梁的兩側上方架空形成共 面波導傳輸線，減少高頻信號的干擾，而且電磁驅動部分與共面波導傳輸 線隔離，避免驅動部分的電磁信號對高頻信號的干擾。4、 利用本發(fā)明，采用小于5伏的電壓驅動電磁線圈產生電磁力驅動 可動部分動作，從而簡化了驅動電路，易于與其它器件集成。

圖1為傳統(tǒng)的鎳鐵單臂梁電磁驅動開關的結構圖； 圖2為傳統(tǒng)的鎳鐵單臂梁電磁驅動開關接通時示意圖； 圖3為傳統(tǒng)的鎳鐵單臂梁電磁驅動開關斷開時示意圖； 圖4為本發(fā)明提供的電磁驅動推拉式RF MEMS開關剖面的結構示 意圖；圖5為本發(fā)明提供的電磁驅動推拉式RF MEMS開關上表面(未加 傳輸線)的結構示意圖；圖6為本發(fā)明提供的電磁驅動推拉式RF MEMS開關上表面的結構 示意圖；圖7為本發(fā)明提供的電磁驅動推拉式RF MEMS開關側面的結構示 意圖；圖8為本發(fā)明提供的電磁驅動推拉式RF MEMS開關整體的結構示 意圖；圖中1.傳輸線下接觸點，2.通電螺旋線圈，3鎳鐵單臂梁，4梁上 金觸點，5.扭擺梁梁上金觸點，6.金的螺旋線圈，7.氮化硅扭擺梁，8.共 面波導傳輸線，9.金屬橋，IO.氮化硅層，11.硅襯底，12.永磁鐵。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實 施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明提供的這種電磁驅動推拉式RFMEMS開關，采用的創(chuàng)新結構， 解決了傳統(tǒng)鎳鐵單臂梁因內應力彎曲變形，單臂梁恢復力不夠和開關壽命 短的問題。如圖4所示，圖4為本發(fā)明提供的電磁驅動推拉式RF MEMS開關 剖面的結構示意圖，該射頻微機電系統(tǒng)開關包括扭擺梁開關可動部分7、 電磁驅動部分和傳輸線部分8，在電磁驅動部分的平面線圈加電流產生的 磁場與電磁驅動部分的永磁體產生的磁場相疊加，改變整體磁場的方向， 驅動扭擺梁開關可動部分7動作，接通或斷開扭擺梁開關可動部分7與傳 輸線部分8，實現(xiàn)觸點通斷，控制共面波導傳輸線信號的傳播。上述扭擺梁開關可動部分7采用在硅襯底11上生長一層氮化硅10， 并通過刻蝕氮化硅和背面鏤空硅襯底制作而成。上述扭擺梁開關可動部分7上表面的兩端分別有一個金觸點5。上述電磁驅動部分包括與硅襯底背面結合在一起的永磁體12和扭擺 梁上表面兩側的雙線圈6。上述永磁體12為永磁鐵。上述雙線圈6采用濺射工藝在扭擺梁開關可動部分7上表面金觸點5 的內側濺射金制作而成，雙線圈6通過金屬的空氣橋9相連，當雙線圈6 通過一定量的電流時，電流在兩個線圈中繞向相反，左右兩個線圈產生的 磁場方向相反，在相同永磁體的磁場下，左右兩個線圈受力大小相等方向 相反，對扭擺梁的兩端分別產生推力和拉力，從而使扭擺梁動作。上述傳輸線部分8采用電鍍金在扭擺梁開關可動部分7的兩側上方架 空形成。上述傳輸線部分8為共面波導傳輸線，由三根金電鍍線組成，左右兩 根是地線，中間一根傳輸信號用，采用接觸式接通信號。從圖5可以看出，在氮化硅扭擺梁7上表面左右兩端濺射金來形成兩 個平面線圈6，雙線圈通過金屬的空氣橋9相連，當線圈通過一定量的電 流時，電流在兩個線圈中繞向相反，左右兩個線圈產生的磁場方向相反， 在相同永磁體12的磁場下，左右兩個線圈受力大小相等方向相反，會對 扭擺梁的兩端分別產生推力和拉力，從而使扭擺梁動作。從圖6和圖7可以看出，采用電鍍金在氮化硅扭擺梁的兩側上方架空 形成共面波導傳輸線8，傳輸線有三根金電鍍線組成，左右兩根是地線， 中間一根傳輸信號用，采用接觸式接通信號。從圖4和圖8可以看出，線圈通入一定電流后，扭擺梁受到左右兩邊 的推拉力作用，氮化硅的上觸點5與共面波導傳輸線8接觸，傳輸線導通，采用濺射金制作成雙線圈簡化了制作工藝，雙線圈通過金屬的空氣橋 相連，當線圈通過一定量的電流時，電流在兩個線圈中繞向相反，左右兩 個線圈產生的磁場方向相反，在相同永磁體的磁場下，左右兩個線圈受力 大小相等方向相反，會對扭擺梁的兩端分別產生推力和拉力，從而使扭擺梁動作。對扭擺梁來說左右受的力大小相等方向相反，相當于在扭擺梁的 一端加了兩個線圈來驅動，加大了驅動力，用單層平面線圈工藝實現(xiàn)了雙 層線圈的作用，加比較小的驅動電壓就可以使扭擺梁動作。雙電磁線圈通電后將受到大小相等方向相反的力作用，對扭擺梁來 說，左右兩個部分也將受到大小相等方向相反的力作用，從而使蹺蹺板結 構梁動作，使其上觸點與共面波導傳輸線的觸點接觸，接通傳輸線，使信 號得以傳播。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行 了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而 己，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種電磁驅動推拉式射頻微機電系統(tǒng)開關，其特征在于，該射頻微機電系統(tǒng)開關包括扭擺梁開關可動部分(7)、電磁驅動部分和傳輸線部分(8)，在電磁驅動部分的平面線圈加電流產生的磁場與電磁驅動部分的永磁體產生的磁場相疊加，改變整體磁場的方向，驅動扭擺梁開關可動部分(7)動作，接通或斷開扭擺梁開關可動部分(7)與傳輸線部分(8)，實現(xiàn)觸點通斷。
2、 根據(jù)權利要求1所述的電磁驅動推拉式射頻微機電系統(tǒng)開關，其 特征在于，所述扭擺梁開關可動部分(7)采用在硅襯底(11)上生長一 層氮化硅(10)，并通過刻蝕氮化硅和背面鏤空硅襯底制作而成。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的電磁驅動推拉式射頻微機電系統(tǒng)開關， 其特征在于，所述扭擺梁開關可動部分(7)上表面的兩端分別有一個金 觸點(5)。
4、 根據(jù)權利要求1所述的電磁驅動推拉式射頻微機電系統(tǒng)開關，其 特征在于，所述電磁驅動部分包括與硅襯底背面結合在一起的永磁體(12) 和扭擺梁上表面兩側的雙線圈(6)。
5、 根據(jù)權利要求4所述的電磁驅動推拉式射頻微機電系統(tǒng)開關，其 特征在于，所述雙線圈(6)采用濺射工藝在扭擺梁開關可動部分(7)上 表面金觸點(5)的內側濺射金制作而成，雙線圈(6)通過金屬的空氣橋(9)相連，當雙線圈(6)通過一定量的電流時，電流在兩個線圈中繞向 相反，左右兩個線圈產生的磁場方向相反，在相同永磁體的磁場下，左右 兩個線圈受力大小相等方向相反，對扭擺梁的兩端分別產生推力和拉力， 從而使扭擺梁動作。
6、 根據(jù)權利要求4所述的電磁驅動推拉式射頻微機電系統(tǒng)開關，其 特征在于，所述永磁體(12)為永磁鐵。
7、 根據(jù)權利要求1所述的電磁驅動推拉式射頻微機電系統(tǒng)開關，其 特征在于，所述傳輸線部分(8)采用電鍍金在扭擺梁開關可動部分(7) 的兩側上方架空形成。
8、 根據(jù)權利要求7所述的電磁驅動推拉式射頻微機電系統(tǒng)開關，其特征在于，所述傳輸線部分(8)為共面波導傳輸線，由三根金電鍍線組 成，左右兩根是地線，中間一根傳輸信號用，采用接觸式接通信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)應用中的射頻微機電系統(tǒng)(RFMEMS)技術領域，公開了一種電磁驅動推拉式RF MEMS開關，該射頻微機電系統(tǒng)開關包括扭擺梁開關可動部分、電磁驅動部分和傳輸線部分，在電磁驅動部分的平面線圈加電流產生的磁場與電磁驅動部分的永磁體產生的磁場相疊加，改變整體磁場的方向，驅動扭擺梁開關可動部分動作，接通或斷開扭擺梁開關可動部分與傳輸線部分，實現(xiàn)觸點通斷。利用本發(fā)明，提高了開關壽命，解決了現(xiàn)有電磁驅動RF MEMS開關存在的缺陷，降低了功耗，改善了開關的穩(wěn)定性，降低了加工的復雜度。
文檔編號H01H53/00GK101329968SQ20071011761
公開日2008年12月24日 申請日期2007年6月20日 優(yōu)先權日2007年6月20日
發(fā)明者葉甜春, 景玉鵬, 李全寶, 毅 歐, 陳大鵬 申請人:中國科學院微電子研究所