專利名稱：一種雙驅(qū)動(dòng)電極射頻微機(jī)電開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于射頻通信及微電子機(jī)械(MEMQ元器件設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，特別是涉及一種帶雙驅(qū)動(dòng)電極的射頻微機(jī)電(RF MEMS)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)、制造。
背景技術(shù)：
射頻開(kāi)關(guān)是通信系統(tǒng)中常用的基本部件，它起著連接信號(hào)或切換信號(hào)的作用。傳統(tǒng)的射頻開(kāi)關(guān)主要用PIN 二極管或FET (場(chǎng)效應(yīng)管)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其缺點(diǎn)是消耗功率較大，線性度較差，難以適應(yīng)現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)展的要求。近年來(lái)，RF MEMS(射頻微機(jī)電系統(tǒng))開(kāi)關(guān)發(fā)展迅猛，得到了廣泛的關(guān)注。RF MEMS 開(kāi)關(guān)是一種工作在射頻到毫米波頻段(0. I-IOOGHz)的微型機(jī)械(電)開(kāi)關(guān)，相比于PIN 二極管和FET開(kāi)關(guān)具有尺寸小、低功耗、高品質(zhì)因數(shù)、高隔離度、高線性度以及批量制作成本低等特點(diǎn)。此類RF MEMS開(kāi)關(guān)包括基座，設(shè)于基座上的絕緣層，帶輸入、輸出微帶線、固定電極和應(yīng)力釋放孔的懸臂式開(kāi)關(guān)鍵組件，設(shè)于絕緣層上且正對(duì)懸臂式開(kāi)關(guān)鍵下方的吸合電極；而該類RF MEMS開(kāi)關(guān)的主要缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電壓較高G0-100V)、而開(kāi)關(guān)的速度較低 (10 μ s 100 μ s)。近幾年，許多采用低直流電壓驅(qū)動(dòng)的RF MEMS開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)被相繼提出，但并沒(méi)有改變傳統(tǒng)RF MEMS開(kāi)關(guān)單電極驅(qū)動(dòng)(吸合)結(jié)構(gòu)及工作方式，因此只能采用通過(guò)改變MEMS懸臂式開(kāi)關(guān)鍵支撐結(jié)構(gòu)的方法來(lái)降低懸臂式開(kāi)關(guān)鍵的彈性系數(shù)、進(jìn)而減小驅(qū)動(dòng)電壓；這種方法雖然可在一定程度上降低驅(qū)動(dòng)電壓、但又存在彈性回位力變?。还ぷ鲿r(shí)具有低彈性系數(shù)的MEMS薄膜懸臂式開(kāi)關(guān)鍵在電極的作用下、與固定電極吸合以后，因薄膜式懸臂的彈性回復(fù)力較小，所以在去掉吸合電壓以后、即需斷開(kāi)時(shí)因其懸臂式開(kāi)關(guān)鍵回位(恢復(fù)到初始的位置)的能力弱、加之薄膜懸臂式開(kāi)關(guān)鍵在第一次回到初始位置后并不會(huì)停止運(yùn)動(dòng)，而是會(huì)繼續(xù)進(jìn)行阻尼振動(dòng)(，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才能靜止)，因而所需回位的時(shí)間長(zhǎng)(幾十微秒)，這樣就限制了 RF MEMS開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)速度。即此類單電極驅(qū)動(dòng)RF MEMS開(kāi)關(guān)存在或驅(qū)動(dòng)電壓較低但開(kāi)關(guān)速度慢、或開(kāi)關(guān)速度達(dá)到要求但卻需要高的驅(qū)動(dòng)電壓；因此傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的單電極驅(qū)動(dòng)RF MEMS開(kāi)關(guān)存在開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)與開(kāi)關(guān)速度之間相互制約的矛盾，使低驅(qū)動(dòng)電壓和高開(kāi)關(guān)速度這兩方面性能要求始終無(wú)法同時(shí)達(dá)到，因而限制了 RF MEMS開(kāi)關(guān)性能的進(jìn)一步提高等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，研究設(shè)計(jì)一種雙驅(qū)動(dòng)電極射頻微機(jī)電開(kāi)關(guān)，在提高RF MEMS開(kāi)關(guān)速度的同時(shí)、降低其驅(qū)動(dòng)電壓，以達(dá)到進(jìn)一步提高RF MEMS開(kāi)關(guān)的性能及其穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)低驅(qū)動(dòng)電壓和高開(kāi)關(guān)速度等目的。本發(fā)明的解決方案是針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，在傳統(tǒng)懸臂式RF MEMS開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上，在正對(duì)懸臂式開(kāi)關(guān)鍵的上方增設(shè)一回位電極、以有效提高懸臂式開(kāi)關(guān)鍵斷開(kāi)時(shí)的回位速度，從而實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的。因而，本發(fā)明雙驅(qū)動(dòng)電極射頻微機(jī)電開(kāi)關(guān)包括開(kāi)關(guān)基座，設(shè)于基座上的絕緣層，帶輸入、輸出微帶線、固定電極和應(yīng)力釋放孔的懸臂式開(kāi)關(guān)鍵組件，設(shè)于絕緣層上且正對(duì)懸臂式開(kāi)關(guān)鍵下方的吸合電極，殼體；關(guān)鍵在于在正對(duì)懸臂式開(kāi)關(guān)鍵的上方還設(shè)有一回位電極，該回位電極的兩端分別通過(guò)支撐腳與開(kāi)關(guān)基座上的絕緣層固定、 其中一個(gè)支撐腳與該回位電極的直流偏置導(dǎo)線連接，而懸臂式開(kāi)關(guān)鍵組件、吸合電極仍按傳統(tǒng)方式固定于基座上的絕緣層上，并通過(guò)殼體密封式封裝成一體。上述吸合電極上表面距懸臂式開(kāi)關(guān)鍵的距離為2. 5-5 μ m,回位電極的下表面距懸臂式開(kāi)關(guān)鍵的距離0. 5-1. 5 μ m。本發(fā)明雙驅(qū)動(dòng)電極射頻微機(jī)電開(kāi)關(guān)在工作時(shí)，在吸合電極直流偏置線4-1給吸合電極4加載直流電壓(此時(shí)回位電極1不加載直流電壓)時(shí)，MEMS薄膜懸臂式開(kāi)關(guān)鍵2受吸合電極4向下的靜電力作用而將懸臂式開(kāi)關(guān)鍵2與固定電極3吸合(接觸)，RF MEMS開(kāi)關(guān)即處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)需斷開(kāi)電路時(shí)，在撤銷吸合電極4上所加載電壓的同時(shí)、對(duì)回位電極 1加載直流電壓，此時(shí)、MEMS薄膜懸臂式開(kāi)關(guān)鍵2在受到本身回位彈性力和回位電極1施加的靜電吸引力的雙重作用下、迅速斷開(kāi)電路，加之薄膜懸臂式開(kāi)關(guān)鍵2在回位電極1的引力作用下幾乎不產(chǎn)生振動(dòng)，因而確保了電路斷開(kāi)迅速、穩(wěn)定。本發(fā)明當(dāng)薄膜懸臂式開(kāi)關(guān)鍵2的厚度為2 μ m、吸合、回位電壓都為40V的條件下，懸臂式開(kāi)關(guān)鍵2與固定電極3吸合的時(shí)間為1 μ s、而斷開(kāi)時(shí)的回位時(shí)間僅為3 μ s，其開(kāi)關(guān)速度較背景技術(shù)成倍、甚至成十倍地提高。 因而本發(fā)明具有開(kāi)關(guān)速度快，性能及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠，驅(qū)動(dòng)電壓低等特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明RF MEMS開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖(剖視圖)；圖2為圖1的A-A視圖。圖中1.回位電極、1-1.(回位)電極支撐腳、1-2.偏置導(dǎo)線，2.懸臂式開(kāi)關(guān)鍵、 2-1.應(yīng)力釋放孔、2-2.偏置導(dǎo)線，3.固定電極，4.吸合電極、4-1.偏置導(dǎo)線，5.絕緣層， 6.基座。
具體實(shí)施例方式MEMS薄膜懸臂式開(kāi)關(guān)鍵2、微帶線2-2、回位電極1、吸合電極4、回位電極的直流偏置線1-2和吸合電極的直流偏置線4-1均采用金(Au)制作；各偏置導(dǎo)線1-2、2-2、 4_1(厚X寬)均為2Χ5μπι;薄膜式懸臂式開(kāi)關(guān)鍵2(長(zhǎng)X寬X厚)為300 X 100 X 2 μ m， 其上的應(yīng)力釋放孔2-1采用濕法刻蝕技術(shù)制作、直徑為10 μ m ；回位電極1 (長(zhǎng)X寬X厚) 為500X200X3 μπκ其中兩端與絕緣層5固定連接的電極支撐腳1-1(長(zhǎng)X寬X厚)為 120Χ200Χ3μπι ；吸合電極4(長(zhǎng)X寬X厚)為200 X 100 X 2 μ m ；基座6采用高阻硅(Si)、 厚度為300 μ m ；絕緣層5采用二氧化硅(SiO2)材料制作、厚度為1 μ m ；本實(shí)施方式吸合電極1的上表面與懸臂式開(kāi)關(guān)鍵2的距離為3 μπκ回位電極1的下表面與懸臂式開(kāi)關(guān)鍵2的距離為1 μ m ；本實(shí)施方式按常規(guī)方法制作、封裝即成。本實(shí)施方式工作時(shí)在吸合、回位電壓都為40V的條件下，薄膜懸臂式開(kāi)關(guān)鍵2與固定電極3吸合的時(shí)間為1 μ S、而斷開(kāi)時(shí)的回位時(shí)間僅為3 μ S，且穩(wěn)定、可靠。
權(quán)利要求
1.一種雙驅(qū)動(dòng)電極射頻微機(jī)電開(kāi)關(guān)，包括開(kāi)關(guān)基座，設(shè)于基座上的絕緣層，帶輸入、輸出微帶線、固定電極和應(yīng)力釋放孔的懸臂式開(kāi)關(guān)鍵組件，設(shè)于絕緣層上且正對(duì)懸臂式開(kāi)關(guān)鍵下方的吸合電極，殼體；其特征在于在正對(duì)懸臂式開(kāi)關(guān)鍵的上方還設(shè)有一回位電極，該回位電極的兩端分別通過(guò)支撐腳與開(kāi)關(guān)基座上的絕緣層固定、其中一個(gè)支撐腳與該回位電極的直流偏置導(dǎo)線連接，而懸臂式開(kāi)關(guān)鍵組件、吸合電極仍按傳統(tǒng)方式固定于基座上的絕緣層上，并通過(guò)殼體密封式封裝成一體。
2.按權(quán)利要求1所述雙驅(qū)動(dòng)電極射頻微機(jī)電開(kāi)關(guān)，其特征在于所述吸合電極上表面距懸臂式開(kāi)關(guān)鍵的距離為2. 5-5 μ m,回位電極的下表面距懸臂式開(kāi)關(guān)鍵的距離0. 5-1. 5 μ m。
全文摘要
該發(fā)明屬于射頻通信及微電子機(jī)械元器件中帶雙驅(qū)動(dòng)電極的射頻微機(jī)電(RF MEMS)開(kāi)關(guān)。包括開(kāi)關(guān)基座，設(shè)于基座上的絕緣層，帶輸入、輸出微帶線、固定電極和應(yīng)力釋放孔的懸臂式開(kāi)關(guān)鍵組件，設(shè)于絕緣層上且正對(duì)懸臂式開(kāi)關(guān)鍵下方的吸合電極及正對(duì)懸臂式開(kāi)關(guān)鍵上方設(shè)置的回位電極，殼體。該發(fā)明在懸臂式開(kāi)關(guān)鍵的厚度為2μm，吸合、回位電壓都為40V的條件下，懸臂式開(kāi)關(guān)鍵與固定電極吸合的時(shí)間為1μs、而斷開(kāi)時(shí)的回位時(shí)間僅為3μs，其開(kāi)關(guān)速度較背景技術(shù)成倍、甚至成十倍地提高。因而具有開(kāi)關(guān)速度快，性能及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠，驅(qū)動(dòng)電壓低等特點(diǎn)。克服了傳統(tǒng)的單電極驅(qū)動(dòng)RF MEMS開(kāi)關(guān)存在開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)與開(kāi)關(guān)速度之間相互制約、限制了開(kāi)關(guān)性能提高等弊病。
文檔編號(hào)H01H59/00GK102280316SQ201110143178
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者杜亦佳, 涂程, 鄧成, 鮑景富 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)