微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出一種微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，包括：基底；微波傳輸線(xiàn)，設(shè)置在基底上；多通道條形極板的一端固定設(shè)置在基底上；信號(hào)功率分配過(guò)渡區(qū)與多通道條形極板的固定端相連，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多通道條形極板的功率分配；驅(qū)動(dòng)電極設(shè)置在基底上且位于多通道條形極板的正下方，驅(qū)動(dòng)電極上電時(shí)驅(qū)動(dòng)多通道條形極板彎曲以使多通道條形極板與微波傳輸線(xiàn)接觸而形成通路。本發(fā)明的微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，功率容量大、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
【專(zhuān)利說(shuō)明】微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)。

【背景技術(shù)】
[0002] 微機(jī)電系統(tǒng)（Microelectromechanical Systems，MEMS)開(kāi)關(guān)，是利用 MEMS 技術(shù)制 作的一種射頻開(kāi)關(guān)，它通過(guò)微機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，來(lái)控制射頻信號(hào)的導(dǎo)通與斷開(kāi)。由于與傳統(tǒng) 的PIN及FET微波開(kāi)關(guān)器件相比，射頻MEMS開(kāi)關(guān)不但具有高隔離度、低損耗、高線(xiàn)性度、低 功耗、寬頻帶等極其優(yōu)異的微波性能，同時(shí)具有批量制作、尺寸小、易于與先進(jìn)的微波射頻 電路相集成的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)小型化、低成本、高性能的微波收發(fā)前端系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，在衛(wèi) 星通訊、雷達(dá)、汽車(chē)、儀器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但傳統(tǒng)射頻MEMS開(kāi)關(guān)容量較低、可靠性 較差。
[0003] 對(duì)于射頻MEMS開(kāi)關(guān)，其功率容量是指使開(kāi)關(guān)完成一定循環(huán)次數(shù)而不發(fā)生失效的 輸入功率極限，而可靠性則是指開(kāi)關(guān)在一定功率條件下能正常工作的循環(huán)次數(shù)。因此，功率 容量與可靠性密切相關(guān)。對(duì)于傳統(tǒng)的利用金屬一金屬之間的直接接觸來(lái)控制信號(hào)導(dǎo)通與斷 開(kāi)的接觸式射頻MEMS開(kāi)關(guān)，大功率下開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)的接觸點(diǎn)金屬微熔焊或者開(kāi)關(guān)燒毀的熱 失效問(wèn)題是制約其功率容量和可靠性的主要因素。解決接觸點(diǎn)熱失效問(wèn)題最直接的方法即 增加接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)，但在射頻微波頻段，隨著頻率的增加，電流的趨膚效應(yīng)會(huì)越來(lái)越明顯，使 得電流集中在外圍的接觸點(diǎn)上，從而增加接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)的效果將大打折扣。此外，開(kāi)關(guān)閉和時(shí) 懸臂梁不能保證和每個(gè)接觸點(diǎn)都良好的接觸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。
[0005] 為此，本發(fā)明的目的在于提出一種功率容量大、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的射頻微電系 統(tǒng)開(kāi)關(guān)。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的射頻微電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，包括：基底；微波傳輸 線(xiàn)，所述微波傳輸線(xiàn)設(shè)置在所述基底上；多通道條形極板，所述多通道條形極板的一端固定 設(shè)置在所述基底上；信號(hào)功率分配過(guò)渡區(qū)，所述信號(hào)功率分配過(guò)渡區(qū)與所述多通道條形極 板的固定端相連，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述多通道條形極板的功率分配；驅(qū)動(dòng)電極，所述驅(qū)動(dòng)電極設(shè) 置在所述基底上且位于所述多通道條形極板的正下方，所述驅(qū)動(dòng)電極上電時(shí)驅(qū)動(dòng)所述多通 道條形極板彎曲以使所述多通道條形極板與所述微波傳輸線(xiàn)接觸而形成通路。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，采用多通道條型極板，加上驅(qū)動(dòng)電壓后多 通道條型極板與微波傳輸線(xiàn)形成接觸，這樣不僅增加了功率容量，還保證了多通道條型極 板與微波傳輸線(xiàn)接觸的完整性，進(jìn)而提高開(kāi)關(guān)功率容量和可靠性。通過(guò)信號(hào)功率分配過(guò)渡 區(qū)實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)電流與功率的優(yōu)化分配，進(jìn)一步改善其功率容量和可靠性。
[0008] 在一些示例中，所述多通道條形極板由至少三根固定端相連、自由端相互獨(dú)立的 懸臂梁組成。
[0009] 進(jìn)一步地，在一些示例中，所述懸臂梁在施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)與所述微波傳輸線(xiàn)形成 接觸點(diǎn)。
[0010] 進(jìn)一步地，在一些示例中，所述接觸點(diǎn)可設(shè)置在所述懸臂梁下表面或所述微波傳 輸線(xiàn)上。
[0011] 在一些示例中，所述懸臂梁的材料為金屬。
[0012] 在一些示例中，所述基底的材料為玻璃、陶瓷和高阻硅。
[0013] 在一些示例中，所述微波傳輸線(xiàn)為共面波導(dǎo)或微帶線(xiàn)結(jié)構(gòu)。
[0014] 在一些示例中，所述驅(qū)動(dòng)電極與所述信號(hào)線(xiàn)的邊界為直線(xiàn)或突出結(jié)構(gòu)。
[0015] 在一些示例中，所述信號(hào)功率分配過(guò)渡區(qū)通過(guò)錨點(diǎn)或設(shè)置在所述微波傳輸線(xiàn)上與 所述多通道條形極板相連。
[0016] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)不意圖；
[0019] 圖3是圖2的俯視圖；
[0020] 圖4是圖3中的A-A'的剖面圖；
[0021] 圖5是圖2的前視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0023] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，本發(fā) 明實(shí)施例的微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，包括：基底1〇〇、微波傳輸線(xiàn)200、多通道條形極板300、信號(hào)功 率分配過(guò)渡區(qū)400和驅(qū)動(dòng)電極500。
[0024] 其中，微波傳輸線(xiàn)200,設(shè)置在基底100上。多通道條形極板300的一端固定設(shè)置 在基底100上。信號(hào)功率分配過(guò)渡區(qū)400與多通道條形極板300的固定端相連，用于實(shí)現(xiàn) 對(duì)多通道條形極板300的功率分配。驅(qū)動(dòng)電極500設(shè)置在基底100上且位于多通道條形極 板300的正下方，驅(qū)動(dòng)電極500上電時(shí)驅(qū)動(dòng)多通道條形極板300彎曲以使多通道條形極板 300與微波傳輸線(xiàn)200接觸而形成通路。
[0025] 具體地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，多通道條形極板由至少三根固定端相連、自由 端相互獨(dú)立的條形細(xì)懸臂梁組成。此結(jié)構(gòu)不僅能提供多信號(hào)通路，還保證了各根懸臂梁獨(dú) 立接觸時(shí)接觸部分的完整性，并降低了由于部分接觸點(diǎn)失效而導(dǎo)致整個(gè)開(kāi)關(guān)失效的風(fēng)險(xiǎn)， 從而提高了開(kāi)關(guān)的可靠性。懸臂梁的材料為金屬，減小其在高頻下的損耗。特別地，各根細(xì) 懸臂梁尺寸和材料可以不同。由于高頻下趨膚效應(yīng)比較明顯，流經(jīng)外圍懸臂梁的電流密度 高于其流經(jīng)內(nèi)部懸臂梁的電流密度，因此可以通過(guò)調(diào)整各根懸臂梁的尺寸與材料來(lái)重新分 配流經(jīng)各懸臂梁的電流。
[0026] 驅(qū)動(dòng)電極500在多通道條型極板300的正下方用以同時(shí)控制該極板的多根細(xì)懸臂 梁。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電極500未施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，多通道條型極板300的細(xì)懸臂梁與微波傳輸線(xiàn)200 斷開(kāi)，使開(kāi)關(guān)為關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電極500上施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，多根金屬細(xì)懸臂梁與驅(qū)動(dòng)電 極500之間產(chǎn)生靜電力，使多根細(xì)懸臂梁同時(shí)彎曲后相互獨(dú)立的與微波傳輸線(xiàn)200接觸以 提供多個(gè)電流信號(hào)通道，使開(kāi)關(guān)為開(kāi)啟狀態(tài)。多根細(xì)懸臂梁同時(shí)彎曲后相互獨(dú)立的與微波 傳輸線(xiàn)200接觸，為了減小接觸電阻，接觸點(diǎn)可以在懸臂梁下表面或微波傳輸線(xiàn)200上。采 用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極控制多根細(xì)懸臂梁的這種新型結(jié)構(gòu)，不僅增加了 MEMS開(kāi)關(guān)的功率容量，還 保證了懸臂梁與微波傳輸線(xiàn)接觸的完整性，并減小了由于一部分接觸點(diǎn)失效導(dǎo)致整體開(kāi)關(guān) 失效的可能，進(jìn)而提高了 MEMS開(kāi)關(guān)的可靠性，同時(shí)改進(jìn)了 MEMS開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)和尺寸。
[0027] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，基底100的材料可以為玻璃、陶瓷和高阻硅，這些材料 的導(dǎo)電率較低，保證了傳輸射頻信號(hào)時(shí)的低損耗特性。
[0028] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，微波傳輸線(xiàn)200為共面波導(dǎo)或微帶線(xiàn)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)過(guò)程 中應(yīng)使開(kāi)關(guān)輸入輸出端口的特征阻抗與射頻系統(tǒng)的特征阻抗盡量相等，以達(dá)到端口的匹配 特性，特征阻抗一般為50歐姆。
[0029] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，多通道條型極板300自由端下方的驅(qū)動(dòng)電極500與微 波傳輸線(xiàn)200的邊界是可以是直線(xiàn)，也可以是傳統(tǒng)射頻MEMS開(kāi)關(guān)中為了提高其處于關(guān)閉狀 態(tài)時(shí)的隔離度而采取的突出結(jié)構(gòu)，從而避免了采用犧牲孔的結(jié)構(gòu)。
[0030] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)功率分配過(guò)渡區(qū)400可以通過(guò)錨點(diǎn)也可以不通過(guò) 錨點(diǎn)直接連到微波傳輸線(xiàn)200上與多通道條型極板300相連，通過(guò)對(duì)信號(hào)功率分配過(guò)渡區(qū) 400的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)通過(guò)各個(gè)細(xì)懸臂梁以及接觸點(diǎn)的射頻信號(hào)的功率或電流 分配，從而避免了由于高頻下趨膚效應(yīng)導(dǎo)致少部分接觸點(diǎn)電流密度過(guò)高而引起的開(kāi)關(guān)失效 問(wèn)題，提高了開(kāi)關(guān)在高頻下的功率容量。信號(hào)功率分配過(guò)渡區(qū)400可采用對(duì)結(jié)構(gòu)和材料改 進(jìn)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0031] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)具體示例中，如圖2?圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例的MEMS 開(kāi)關(guān)包括：基底100以及在基底100之上的共面波導(dǎo)傳輸線(xiàn)的信號(hào)線(xiàn)201和地線(xiàn)202、多通 道條型極板300、信號(hào)功率分配過(guò)渡區(qū)400和驅(qū)動(dòng)電極500。其中，多通道是指由三根以上 懸臂梁301構(gòu)成的多條信號(hào)通道，多通道條型極板300由多根固定端相連的條型細(xì)懸臂梁 301組成，每根細(xì)懸臂梁301各自與共面波導(dǎo)傳輸線(xiàn)信號(hào)線(xiàn)201形成接觸，接觸點(diǎn)600可以 在懸臂梁301下表面或共面波導(dǎo)傳輸線(xiàn)信號(hào)線(xiàn)201上。信號(hào)功率分配過(guò)渡區(qū)400與多通道 條型極板300相連，通過(guò)對(duì)該區(qū)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)通過(guò)各個(gè)細(xì)懸臂梁301以 及接觸點(diǎn)600的射頻信號(hào)的功率或電流分配，從而避免了由于高頻下趨膚效應(yīng)導(dǎo)致少部分 接觸點(diǎn)電流密度過(guò)商而引起的開(kāi)關(guān)失效問(wèn)題，提商了開(kāi)關(guān)在商頻下的功率容量。
[0032] 基底100可以采用玻璃、陶瓷、高阻硅等材料。微波傳輸線(xiàn)200采用共面波導(dǎo)傳輸 線(xiàn)信號(hào)線(xiàn)201和地線(xiàn)202結(jié)構(gòu)。在這種情況下可以在共面波導(dǎo)傳輸線(xiàn)地線(xiàn)202上制作空氣 橋作為與驅(qū)動(dòng)電極500相連的引線(xiàn)的通道，或者不制作空氣橋而將引線(xiàn)埋置進(jìn)基底100。驅(qū) 動(dòng)電極500在多通道條型極板300的正下方用以同時(shí)控制該極板的多根細(xì)懸臂梁301。當(dāng) 驅(qū)動(dòng)電極500未施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，多通道條型極板的細(xì)懸臂梁301與共面波導(dǎo)傳輸線(xiàn)信號(hào) 線(xiàn)201斷開(kāi)，使開(kāi)關(guān)為關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電極500上施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，多根金屬細(xì)懸臂梁 301與驅(qū)動(dòng)電極500之間產(chǎn)生靜電力，使多根細(xì)懸臂梁301同時(shí)彎曲后相互獨(dú)立的與共面波 導(dǎo)傳輸線(xiàn)信號(hào)線(xiàn)201接觸以提供多個(gè)電流信號(hào)通道，使開(kāi)關(guān)為開(kāi)啟狀態(tài)。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，采用多通道條型極板，加上驅(qū)動(dòng)電壓后多 通道條型極板與微波傳輸線(xiàn)形成接觸，這樣不僅增加了功率容量，還保證了多通道條型極 板與微波傳輸線(xiàn)接觸的完整性，進(jìn)而提高開(kāi)關(guān)功率容量和可靠性。通過(guò)信號(hào)功率分配過(guò)渡 區(qū)實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)電流與功率的優(yōu)化分配，進(jìn)一步改善其功率容量和可靠性。
[0034] 在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)"一個(gè)實(shí)施例"、"一些實(shí)施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不 必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任 一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技 術(shù)人員可以將本說(shuō)明書(shū)中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié) 合和組合。
[0035] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例 性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述 實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1. 一種微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，其特征在于，包括： 基底； 微波傳輸線(xiàn)，所述微波傳輸線(xiàn)設(shè)置在所述基底上； 多通道條形極板，所述多通道條形極板的一端固定設(shè)置在所述基底上； 信號(hào)功率分配過(guò)渡區(qū)，所述信號(hào)功率分配過(guò)渡區(qū)與所述多通道條形極板的固定端相 連，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述多通道條形極板的功率分配； 驅(qū)動(dòng)電極，所述驅(qū)動(dòng)電極設(shè)置在所述基底上且位于所述多通道條形極板的正下方，所 述驅(qū)動(dòng)電極上電時(shí)驅(qū)動(dòng)所述多通道條形極板彎曲以使所述多通道條形極板與所述微波傳 輸線(xiàn)接觸而形成通路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述多通道條形極板由至少 三根固定端相連、自由端相互獨(dú)立的懸臂梁組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述懸臂梁在施加驅(qū)動(dòng)電壓 時(shí)與所述微波傳輸線(xiàn)形成接觸點(diǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述接觸點(diǎn)可設(shè)置在所述懸 臂梁下表面或所述微波傳輸線(xiàn)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述懸臂梁的材料為金屬。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述基底的材料為玻璃、陶瓷 和商阻娃。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述微波傳輸線(xiàn)為共面波導(dǎo) 或微帶線(xiàn)結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電極與所述信號(hào)線(xiàn) 的邊界為直線(xiàn)或突出結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述信號(hào)功率分配過(guò)渡區(qū)通 過(guò)錨點(diǎn)或設(shè)置在所述微波傳輸線(xiàn)上與所述多通道條形極板相連。
【文檔編號(hào)】H01H59/00GK104064407SQ201410262092
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】劉澤文, 龔著浩, 郭昕 申請(qǐng)人:清華大學(xué)