一種橫向雙梁的dc接觸式串聯(lián)mems開關(guān)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及射頻微機(jī)電系統(tǒng)(RF MEMS)器件設(shè)計制造，特別涉及橫向直接接觸式MEMS開關(guān)的設(shè)計、制造。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)是實現(xiàn)微波信號和高頻信號變換的關(guān)鍵器件之一，目前在射頻/微波電路中大量使用的一般是場效應(yīng)晶體管(FET)、鐵氧體材料或PIN 二極管等半導(dǎo)體開關(guān)。但是這類開關(guān)工作頻段一般較低、功耗大、插入損耗大、隔離度低，且由于存在P-N節(jié)或金屬-半導(dǎo)體節(jié)，所以開關(guān)存在由半導(dǎo)體節(jié)引起的固有非線性特性。
[0003]RF MEMS開關(guān)是無線通訊領(lǐng)域的重要器件，也是MEMS技術(shù)在射頻領(lǐng)域應(yīng)用最成功的器件之一，現(xiàn)已成為MEMS研宄的重點之一。RF MEMS開關(guān)的重要意義在于其能夠降低插入損耗，提高隔離度和改進(jìn)線性性能等方面的巨大潛，且MEMS開關(guān)具有小尺寸的特點，為相控陣?yán)走_(dá)、微波毫米波接收發(fā)機(jī)等系統(tǒng)小型化提供了實現(xiàn)可能。
[0004]目前研宄較廣且比較成熟的是縱向的靜電驅(qū)動直接接觸式單刀雙擲MEMS開關(guān)，具有三個主要組成部分:即懸臂梁部分，開關(guān)下電極板部分，驅(qū)動電極部分。當(dāng)開關(guān)處于斷開狀態(tài)時，懸臂梁未下拉，射頻信號不導(dǎo)通，當(dāng)開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時，懸臂梁被拉下，射頻信號導(dǎo)通。而橫向靜電驅(qū)動的直接接觸式MEMS開關(guān)其主要優(yōu)勢在是一次光刻的步驟內(nèi)，能完成執(zhí)行器、接觸區(qū)、導(dǎo)線通路和支撐結(jié)構(gòu)的制作，同時橫向驅(qū)動也容易獲得反向機(jī)械力，且橫向驅(qū)動開關(guān)的機(jī)械剛度很大，可用普通的濕法腐蝕工藝釋放。但和縱向驅(qū)動開關(guān)相比，橫向開關(guān)更長更厚，因此開關(guān)時間也較長，且需要施加的驅(qū)動電壓也更大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對【背景技術(shù)】中存在的問題和缺陷，提供一種橫向雙梁的DC接觸式串聯(lián)MEMS開關(guān)，通過兩組電極對兩個懸臂梁的控制，使開關(guān)具有更低的驅(qū)動電壓和更高的隔離度，并降低了開關(guān)時間，使之具有更好的實用性及開關(guān)性能。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種橫向雙梁的DC接觸式串聯(lián)MEMS開關(guān)，包括帶絕緣介質(zhì)層的基底，絕緣介質(zhì)層上的兩個橫向可移動懸臂梁及其對應(yīng)的第一驅(qū)動電極、第二驅(qū)動電極、開關(guān)焊盤、電極焊盤；其特征在于，所述兩個橫向可移動懸臂梁下方懸空且高度位于同一水平面，其固定端分別通過支撐錨點固定于絕緣層上對側(cè)位置、自由端部分交疊且不接觸；所述第一驅(qū)動電極設(shè)置作用于橫向可移動懸臂梁中點；所述第二驅(qū)動電極設(shè)置對應(yīng)于橫向可移動懸臂梁自由端端點。
[0007]本發(fā)明中，第一驅(qū)動電極、第二驅(qū)動電極分別通過饋線連接對應(yīng)電極焊盤，各電極與橫向可移動懸臂梁接觸面還設(shè)置有表面絕緣層；支撐錨點通過微帶線連接對應(yīng)開關(guān)焊盤。
[0008]所述橫向可移動懸臂梁的尺寸:懸臂梁長為100至400微米、寬為4至8微米、兩懸臂梁間的橫向距離為2至8微米。
[0009]所述帶絕緣介質(zhì)層的基底在橫向可移動懸臂梁下方對應(yīng)位置開設(shè)空腔，使懸臂梁下方懸空，便于懸臂梁橫向移動。
[0010]本發(fā)明中，所述基底采用高阻硅材料，所述絕緣介質(zhì)層和表面絕緣層均為二氧化硅絕緣層，所述橫向可移動懸臂梁和第一、第二驅(qū)動電極均采用低阻硅材料。
[0011]在實際工作中，本發(fā)明橫向雙梁的DC接觸式串聯(lián)MEMS開關(guān)的工作狀態(tài)分為“開”態(tài)(導(dǎo)通)和“關(guān)”態(tài)(斷開或隔離態(tài))。開關(guān)由初始狀態(tài)(即兩組驅(qū)動電極均未通電時的狀態(tài))到“開”態(tài)，需給第一驅(qū)動電極施加直流驅(qū)動電壓，此時第二驅(qū)動電極不施加直流驅(qū)動電壓，使可移動懸臂梁受第一驅(qū)動電極的靜電力作用而相向運動至相互接觸，此時開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)。開關(guān)由初始狀態(tài)到“關(guān)”態(tài)，需給第二驅(qū)動電極施加直流驅(qū)動電壓，此時第一驅(qū)動電極不施加直流驅(qū)動電壓，使可移動懸臂梁受第二驅(qū)動電極的靜電力作用而相離運動至與第二驅(qū)動電極表面的絕緣層相接觸，此時開關(guān)處于隔離狀態(tài)。開關(guān)在“開”態(tài)和“關(guān)”態(tài)之間轉(zhuǎn)換時，均需要從現(xiàn)在所處狀態(tài)回到初始狀態(tài)，再切換到另一種狀態(tài)，即需要先給所有電極斷電之后再重新給不同電極上電。
[0012]本發(fā)明提供的橫向雙梁的DC接觸式串聯(lián)MEMS開關(guān)采用一對在水平方向上具有交疊的懸臂梁和兩組驅(qū)動電極組成，在兩組電極的配合下，兩懸臂梁相向運動至接觸開關(guān)導(dǎo)通，兩懸臂梁相離運動至接觸到電極表面絕緣層開關(guān)處于隔離態(tài)。相比于現(xiàn)有橫向靜電驅(qū)動的直接接觸式MEMS開關(guān)，若在電極均為通電即原始狀態(tài)時本發(fā)明中兩懸臂梁間的初始距離與已有橫向靜電驅(qū)動的直接接觸式MEMS開關(guān)懸臂梁到接觸點的距離相等，則易知本發(fā)明的驅(qū)動電壓將只有已有橫向靜電驅(qū)動的直接接觸式MEMS開關(guān)驅(qū)動電壓的一半，而隔離度將接近已有橫向靜電驅(qū)動的直接接觸式MEMS開關(guān)隔離度的兩倍。由此可知，本發(fā)明提供開關(guān)具有更低的驅(qū)動電壓和更高的隔離度，并能夠有效降低開關(guān)時間，使之具有更好的實用性及開關(guān)性能；同時，本發(fā)明開關(guān)采用常規(guī)MEMS加工方法制作，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、大批量加工，降低了封裝難度和生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明橫向雙梁的DC接觸式串聯(lián)MEMS開關(guān)結(jié)構(gòu)立體示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明橫向雙梁的DC接觸式串聯(lián)MEMS開關(guān)結(jié)構(gòu)俯視示意圖；
[0015]圖3為圖2的A-B半剖視放大圖；
[0016]圖中，1-1為硅基底，1-2為氧化硅絕緣層、2-4和5_4為可移動懸臂梁，2_1和5_1為其支撐錨點、4-3和7-3為第一驅(qū)動電極、3-3和6-3為第二驅(qū)動電極、3_4、4_4、6_4和7_4為相應(yīng)驅(qū)動電極表面絕緣層、2-3和5-3為開關(guān)焊盤、3-1、4-1、6-1和7_1為各電極焊盤。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實施例提供橫向雙梁的DC接觸式串聯(lián)MEMS開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3所示:
[0018]本實施例中:基底1-1尺寸為(長X寬X厚)440 X 720 X 70um，材料為高阻硅；基底中心對應(yīng)于懸臂梁下方開設(shè)尺寸為(長X寬X厚)160 X 450 X 70um的空腔，由體硅刻蝕工藝得到；
[0019]基底表面介質(zhì)絕緣層1-2材料為二氧化硅，厚度為Ium ；
[0020]開關(guān)橫向可移動懸臂梁2-4和5-4尺寸為(長X寬X厚)265 X 6 X 40um，材料為低阻硅；開關(guān)支撐錨點2-1和5-1尺寸為(長X寬X厚)100X 100X40um，材料為低阻硅；橫向可移動懸臂梁2-4和5-4對應(yīng)設(shè)置在空腔上(即下方懸空)，兩支撐錨點分別設(shè)置在矩形空腔的兩條寬邊側(cè)(對側(cè))，兩個懸臂梁2-4和5-4的固定端固定于支撐錨點，自由端部分交疊、橫向距離為6um ；
[0021]第一驅(qū)動電極4-3、7-3和第二驅(qū)動電極3-3、6-3尺寸為(長X寬X厚)190X40X40um，材料為低阻硅；第一驅(qū)動電極4_3、7_3分別對應(yīng)設(shè)置于懸臂梁5_4、7_4的中點端，橫向距離為6um ;第二驅(qū)動電極3-3、6-3分別對應(yīng)設(shè)置于懸臂梁7_4、5_4的自由端，橫向距離為6um ;第一驅(qū)動電極和第二驅(qū)動電極表面絕緣層3-4、4-4、6-4和7_4厚為lum，材料為二氧化娃；
[0022]開關(guān)焊盤2-3和5-3尺寸為(長X寬X厚)65 X 65 X 15um，材料為金(Au);對應(yīng)通過微帶線2-2、5-2分別與支撐錨點2-1、5-1連接；
[0023]各電極焊盤3-1、4-1、6-1和7-1尺寸為(長X寬X厚)65 X 65 X 15um，材料為金(Au);對應(yīng)通過饋線3-2、4-2、6-2和7_2與第二驅(qū)動電極3_3、第一驅(qū)動電極4_1、第二驅(qū)動電極6-3、第一驅(qū)動電極7-3連接；
[0024]本實施例按常規(guī)MEMS方法制作、封裝即可。
[0025]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，本說明書中所公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換；所公開的所有特征除了互相排斥的特征外，均可以任何方式組合。
【主權(quán)項】
1.一種橫向雙梁的DC接觸式串聯(lián)MEMS開關(guān)，包括帶絕緣介質(zhì)層的基底，絕緣介質(zhì)層上的兩個橫向可移動懸臂梁及其對應(yīng)的第一驅(qū)動電極、第二驅(qū)動電極、開關(guān)焊盤、電極焊盤；其特征在于，所述兩個橫向可移動懸臂梁下方懸空且高度位于同一水平面，其固定端分別通過支撐錨點固定于絕緣層上對側(cè)位置、自由端部分交疊且不接觸；所述第一驅(qū)動電極設(shè)置作用于對應(yīng)橫向可移動懸臂梁中點；所述第二驅(qū)動電極設(shè)置對應(yīng)于對應(yīng)橫向可移動懸臂梁自由2而2而點。2.按權(quán)利要求1所述橫向雙梁的DC接觸式串聯(lián)MEMS開關(guān)，其特征在于，所述第一驅(qū)動電極、第二驅(qū)動電極分別通過饋線連接對應(yīng)電極焊盤；支撐錨點通過微帶線連接對應(yīng)開關(guān)焊盤。3.按權(quán)利要求1所述橫向雙梁的DC接觸式串聯(lián)MEMS開關(guān)，其特征在于，所述第一驅(qū)動電極、第二驅(qū)動電極與橫向可移動懸臂梁接觸面還設(shè)置有表面絕緣層，絕緣層材料為二氧化娃絕緣層。4.按權(quán)利要求1所述橫向雙梁的DC接觸式串聯(lián)MEMS開關(guān)，其特征在于，所述橫向可移動懸臂梁的尺寸:懸臂梁長為100至400微米、寬為4至8微米、兩懸臂梁間的橫向距離為2至8微米。5.按權(quán)利要求1所述橫向雙梁的DC接觸式串聯(lián)MEMS開關(guān)，其特征在于，所述帶絕緣介質(zhì)層的基底在橫向可移動懸臂梁下方對應(yīng)位置開設(shè)空腔，使懸臂梁下方懸空，便于懸臂梁橫向移動。6.按權(quán)利要求1-5任一所述橫向雙梁的DC接觸式串聯(lián)MEMS開關(guān)，其特征在于，所述基底采用高阻硅材料，所述絕緣介質(zhì)層為二氧化硅絕緣層，所述橫向可移動懸臂梁和第一、第二驅(qū)動電極均采用低阻硅材料。
【專利摘要】本發(fā)明屬于電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，提供一種橫向雙梁的DC接觸式串聯(lián)MEMS開關(guān)，包括帶絕緣介質(zhì)層的基底，絕緣介質(zhì)層上的兩個橫向可移動懸臂梁及其對應(yīng)的第一驅(qū)動電極、第二驅(qū)動電極、開關(guān)焊盤、電極焊盤；所述兩個橫向可移動懸臂梁下方懸空且高度位于同一水平面，其固定端分別通過支撐錨點固定于絕緣層上對側(cè)位置、自由端部分交疊且不接觸；所述第一驅(qū)動電極設(shè)置作用于橫向可移動懸臂梁中點；所述第二驅(qū)動電極設(shè)置對應(yīng)于橫向可移動懸臂梁自由端端點。本發(fā)明通過兩組電極對兩個懸臂梁的控制，使開關(guān)具有更低的驅(qū)動電壓和更高的隔離度，并降低了開關(guān)時間，使之具有更好的實用性及開關(guān)性能。
【IPC分類】H01H59/00
【公開號】CN104916502
【申請?zhí)枴緾N201510246961
【發(fā)明人】鮑景富, 黃裕霖, 劉若林, 李昕熠, 張翼, 劉永智
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月15日