具有低驱动电压的射频微机械系统电容式并联开关

摘要

一种具有低驱动电压的射频微机械系统电容式并联开关，采用悬臂梁结构，在介质基板（1）的上面为共面波导传输线（2），位于中间的共面波导传输线（2）上是介质层（3），悬臂梁（4）的一端与位于一侧的共面波导传输线的地线（21）连接，将悬臂梁（4）的悬臂端用导电胶粘在传输线的地线（21）上，梁的悬臂端与传输线粘在一起，以此减小悬臂梁和信号线的间距，从而减小了开关的驱动电压；这种结构还可以减小工艺中的温度效应对梁的残余应力的影响，提高开关的可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及RF MEMS（射频微机械系统）技术领域，特别涉及一种低驱动电压的RF MEMS电容式并联开关。

背景技术

 MEMS作为一种新兴的技术，给微波无线通信领域带来了革命性的变化。RF MEMS是利用光刻技术制作的小型化机械器件，用于射频和微波频率电路中的信号处理。RF MEMS开关利用力学运动来控制射频信号传输的通断，是RF MEMS器件中较早进入应用领域的器件之一。MEMS开关与目前的射频系统中所用的电控开关（PIN二极管或GaAs FET）不同，它没有半导体pn结或金属pn结，依靠机械移动实现对射频信号传输线的通断控制，能在高频段维持很高的绝缘指标，插入损耗低，隔离度好。

RF MEMS开关由机械部分（执行）和电学部分，可用静电、静磁、压电或热原理为机械运动提供驱动力。开关的电学部分可以用串联或并联方式排列，可以是金属-金属接触或电容式接触。由于静电执行开关具有许多优点：零直流功耗，小的电极尺寸，较薄的薄层，相对短的开关时间，50~200μN的接触力，以及可用高阻偏置线给开关施加偏压等，所以静电执行是目前最普遍使用的技术。但是制约其发展的主要问题是驱动电压高，薄膜应力变形和寿命短而不能达到工业界的要求。

技术内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种具有低驱动电压的RF MEMS电容式并联开关，以解决现有技术缺陷，降低驱动电压，减小薄膜残余应力对开关可靠性的影响，以延长开关寿命。

技术方案 ：本发明的具有低驱动电压的射频微机械系统电容式并联开关，采用悬臂梁结构，在介质基板的上面为共面波导传输线，位于中间的共面波导传输线上为介质层，悬臂梁的一端与位于一侧的共面波导传输线连接，另一端用导电胶粘在悬臂端下方的传输线的地线上。

悬臂梁发生粘接的位置只位于悬臂梁悬臂端的地线上方。

所述的共面波导地平面、共面波导传输线和MEMS电容式开关是多晶硅材料或者金属材料。

所述的MEMS电容式并联开关的悬臂梁的悬臂端粘接在共面波导的地线上，梁的其余部分与介质基板或者共面波导的信号线离开一定的距离，从而减小了信号线和悬臂梁之间的间距。

所述传输线采用厚膜电镀工艺形成在介质基板上，且传输线采用共面波导传输线形式保证信号不被干扰。

所述介质层用氮化硅通过淀积光刻工艺在传输线上形成。

所述悬臂梁采用金材料通过淀积、合金以及牺牲层工艺形成悬臂端粘附在共面波导地线上的结构。

有益效果  从上述技术方案来看，本发明具有以下有益效果：利用本发明，由于将悬臂梁粘接在其下方的传输线的地线上，减小了悬臂梁和信号线之间的间距，从而可以得到较低的驱动电压。

利用本发明，悬臂梁的悬臂端粘接在共面波导的地线上，减小了工艺中温度变化对梁的纵向应力造成的影响，提高了开关的可靠性。

利用本发明，与现有的静电驱动RF MEMS开关相比，驱动电压大大降低，开关寿命得到大幅度提高，使RF MEMS产品化成为可能。

附图说明

图1为RF MEMS电容式并联开关的侧视图。

图2 为RF MEMS电容式并联开关的俯视图。

其中有：介质基板1、第一共面波导传输线21、第二共面波导传输线22、第三共面波导传输线23、介质层3、悬臂梁4。

具体实施方式

本文提供的低驱动电压的电容式串联开关的结构图如图1和图2所示。

采用悬臂梁结构，在介质基板1的上面为共面波导传输线，位于中间的第二共面波导传输线22上为介质层3，悬臂梁4释放后，其一端与位于一侧的第一共面波导传输线21连接，悬臂梁4的另一端粘接在第三共面波导传输线23的地线上。

悬臂梁发生粘接的位置只位于悬臂梁4悬臂端的地线上方。

第一步，选择高阻硅作为衬底，在硅衬底上电镀金作为种子层，将种子层图形化，然后利用聚酰亚胺作为电镀模具电镀金，从而完成共面波导传输线的制作；第二步，利用PECVD淀积一层氮化硅，刻出介质层3。 

第三步，旋涂光刻胶，或聚酰亚胺作为牺牲层，淀积金膜，利用反应离子刻蚀释放出开关结构。

第四步，将悬臂梁的悬臂端用导电胶粘接在其下方的地线上。

实验证明，这样设计和制作的开关可以有效地减小悬臂梁和信号线之间的间距，从而减小驱动电压；还可以减小温度效应对梁的纵向应力的影响，从而提高开关的可靠性。