專利名稱：絕緣液體封裝rf-mems開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種由液體封裝微機電的開關(guān)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)RF-MEMS開關(guān)驅(qū)動電壓高，響應(yīng)時間長，極板沖擊速度大，導(dǎo)致射頻開關(guān)壽命變短，可靠性低，因此降低MEMS開關(guān)的驅(qū)動電壓可以擴大開關(guān)的應(yīng)用范圍，增強開關(guān)的性能，從而提高開關(guān)的可靠性。

實用新型內(nèi)容本實用新型為了解決現(xiàn)有RF-MEMS開關(guān)驅(qū)動電壓高、響應(yīng)時間長、極板沖擊速度大的技術(shù)問題，提供了一種絕緣液體封裝RF-MEMS開關(guān)。絕緣液體封裝RF-MEMS開關(guān)包括封裝結(jié)構(gòu)、封裝空腔、電介質(zhì)層、上金屬電極、下金屬電極、信號線和襯底，其特征在于所述的封裝空腔內(nèi)填充甘油、蓖麻油或礦物絕緣油。所述的電介質(zhì)層為氮化硅。所述的襯底為高阻硅。本實用新型在分析絕緣液體充填封裝RF-MEMS開關(guān)工作原理基礎(chǔ)上，提出一種采用絕緣液體充填封裝加工的新穎RF-MEMS開關(guān)，利用絕緣液體的高介電性能，降低RF-MEMS開關(guān)閾值電壓，利用絕緣液體粘滯性，降低RF-MEMS開關(guān)沖擊速度，同時避免環(huán)境濕度對RF-MEMS開關(guān)性能不利影響。本實用新型RF-MEMS開關(guān)驅(qū)動電壓低、響應(yīng)時間短、極板沖擊速度小。

圖I是絕緣液體封裝RF-MEMS開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是具體實施方式
一中不同材料填充的RF-MEMS開關(guān)位移與驅(qū)動電壓關(guān)系曲線，圖中a表示甘油填充的RF-MEMS開關(guān)位移與驅(qū)動電壓關(guān)系曲線，b表示蓖麻油填充的RF-MEMS開關(guān)位移與驅(qū)動電壓關(guān)系曲線，c表示礦物絕緣油填充的RF-MEMS開關(guān)位移與驅(qū)動電壓關(guān)系曲線，d表不空氣填充的RF-MEMS開關(guān)位移與驅(qū)動電壓關(guān)系曲線；圖3是具體實施方式
一中絕緣填充介質(zhì)(蓖麻油)相對介電常數(shù)與電容比關(guān)系曲線.
-^4 ，圖4是具體實施方式
一中不同材料填充的RF-MEMS開關(guān)響應(yīng)時間-驅(qū)動電壓曲線，圖中a表示甘油填充的RF-MEMS開關(guān)響應(yīng)時間-驅(qū)動電壓曲線，圖中b表示蓖麻油填充的RF-MEMS開關(guān)響應(yīng)時間-驅(qū)動電壓曲線，圖中c表示礦物絕緣油填充的RF-MEMS開關(guān)響應(yīng)時間-驅(qū)動電壓曲線，圖中d表示空氣填充的RF-MEMS開關(guān)響應(yīng)時間-驅(qū)動電壓曲線；圖5是具體實施方式
一中不同材料填充的RF-MEMS開關(guān)沖擊速度與驅(qū)動電壓關(guān)系曲線，圖中a表示甘油填充的RF-MEMS開關(guān)沖擊速度與驅(qū)動電壓關(guān)系曲線，圖中b表示蓖麻油填充的RF-MEMS開關(guān)沖擊速度與驅(qū)動電壓關(guān)系曲線，圖中c表示礦物絕緣油填充的RF-MEMS開關(guān)沖擊速度與驅(qū)動電壓關(guān)系曲線，圖中d表示空氣填充的RF-MEMS開關(guān)沖擊速度與驅(qū)動電壓關(guān)系曲線，
具體實施方式
本實用新型技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式絕緣液體封裝RF-MEMS開關(guān)包括封裝結(jié)構(gòu)I、封裝空腔2、電介質(zhì)層3、上金屬電極4、下金屬電極5、信號線6和襯底7，其特征在于所述的封裝空腔2內(nèi)填充甘油、蓖麻油或礦物絕緣油。從圖2可以看出，傳統(tǒng)封裝RF-MEMS開關(guān)閾值電壓約為20. 7V，采用高壓油、蓖麻油和甘油絕緣液體充填封裝RF-MEMS開關(guān)的閾值電壓分別為13. 8V、9. 97V、3. 06V,隨著介電常數(shù)的升高，閾值電壓呈下降趨勢，下降為原來的(1/εΓ)°_5。三種絕緣液體充填封裝分別下降約7V、11V、18V，可見，采用高介電常數(shù)的絕緣液體充填封裝將有效地降低RF-MEMS開關(guān)閾值電壓?！膱D3可以看出，隨絕緣填充介質(zhì)(蓖麻油)相對介電常數(shù)增加，RF-MEMS開關(guān)電容比下降。絕緣填充介質(zhì)相對介電常數(shù)比較小時，下降較快，在二者相當時，下降較慢。由圖4可以看出，隨驅(qū)動電壓上升，不同材料填充的RF-MEMS開關(guān)響應(yīng)時間均下降，在閾值電壓附近響應(yīng)時間下降較快，隨著閾值電壓上升，下降速度變慢?？梢姡瑸楸ＷCRF-MEMS開關(guān)有效驅(qū)動，減小RF-MEMS開關(guān)響應(yīng)時間，驅(qū)動電壓應(yīng)選擇高些較好；但高驅(qū)動電壓會增加器件沖擊速度和介質(zhì)充電效應(yīng)，分析實驗結(jié)果，所以選擇驅(qū)動電壓為閾值電壓的I. 5-2倍比較合適。在20V左右，采用3種絕緣液體充填封裝的RF-MEMS開關(guān)響應(yīng)時間均低于100 μ S。不同材料填充的RF-MEMS開關(guān)響應(yīng)時間差異較大，雖然用高介電常數(shù)的絕緣液體充填封裝可以降低閾值電壓，但由于液體粘性系數(shù)較大，響應(yīng)時間會有所增加?？諝馓畛淦骷憫?yīng)時間下降速度最快，蓖麻油、礦物絕緣油填充的器件次之，甘油填充的器件響應(yīng)時間下降速度最慢。在驅(qū)動電壓為20V時，蓖麻油填充RF-MEMS開關(guān)響應(yīng)時間約為40. 6 μ S，高壓油、甘油填充RF-MEMS開關(guān)響應(yīng)時間約為90 μ s,而未填充的RF-MEMS開關(guān)尚未開啟。當驅(qū)動電壓大于25V時，采用蓖麻油填充的RF-MEMS開關(guān)在響應(yīng)時間上與空氣填充的RF-MEMS開關(guān)相仿。從圖5可以看出，在0-30V驅(qū)動電壓條件下，沖擊速度在O. 3-3m/s之間，同等條件下礦物絕緣油填充的RF-MEMS開關(guān)沖擊速度最低，空氣填充的RF-MEMS開關(guān)與蓖麻油填充的RF-MEMS開關(guān)次之，甘油填充的RF-MEMS開關(guān)沖擊速度最大。在驅(qū)動電壓為15V時，蓖麻油填充的RF-MEMS開關(guān)的沖擊速度為O. 95m/s,甘油填充的RF-MEMS開關(guān)的沖擊速度為
I.43m/s。驅(qū)動電壓為20V時，蓖麻油填充的RF-MEMS開關(guān)沖擊速度為I. 26m/s,甘油填充的RF-MEMS開關(guān)、空氣填充的RF-MEMS開關(guān)、礦物絕緣油填充的RF-MEMS開關(guān)沖擊速度分別為
I.8m/s、0. 95m/s、0. 52m/s?？梢姡承韵禂?shù)和驅(qū)動電壓對器件沖擊速度影響很大。通過對3種液態(tài)封裝材料性能綜合對比分析，采用蓖麻油作為液態(tài)封裝材料最好，閾值電壓下降了50%，約為10V，當驅(qū)動電壓為20V時，響應(yīng)時間為40. 6微秒，蓖麻油填充的RF-MEMS開關(guān)沖擊速度約為I. 26m/sο具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是所述的電介質(zhì)層3為氮化娃。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是所述的襯底7為高阻娃。其它與具體實施方式
一相同。
權(quán)利要求1.絕緣液體封裝RF-MEMS開關(guān)，絕緣液體封裝RF-MEMS開關(guān)包括封裝結(jié)構(gòu)(I)、封裝空腔⑵、電介質(zhì)層⑶、上金屬電極⑷、下金屬電極(5)、信號線(6)和襯底(7)，其特征在于所述的封裝空腔(2)內(nèi)填充甘油、蓖麻油或礦物絕緣油。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述絕緣液體封裝RF-MEMS開關(guān)，其特征在于所述的電介質(zhì)層(3)為氮化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述絕緣液體封裝RF-MEMS開關(guān)，其特征在于所述的襯底(7)為高阻硅。
專利摘要絕緣液體封裝RF-MEMS開關(guān)，它涉及一種由液體封裝微機電的開關(guān)。本實用新型為了解決現(xiàn)有RF-MEMS開關(guān)驅(qū)動電壓高、響應(yīng)時間長、極板沖擊速度大的技術(shù)問題。絕緣液體封裝RF-MEMS開關(guān)包括封裝結(jié)構(gòu)、封裝空腔、電介質(zhì)層、上金屬電極、下金屬電極、信號線和襯底組成，其特征在于所述的封裝空腔內(nèi)填充甘油、蓖麻油和礦物絕緣油。本實用新型RF-MEMS開關(guān)驅(qū)動電壓低、響應(yīng)時間短、極板沖擊速度小。
文檔編號H01H9/00GK202662480SQ20122029789
公開日2013年1月9日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者宋明歆, 殷景華, 鄭國旭, 吳蕊 申請人:哈爾濱理工大學(xué)