CN108281328A - 一种高性能高功率容量的射频mems开关 - Google Patents

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刘泽文
张玉龙
龚著浩
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics

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Abstract

本发明涉及一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，包括有衬底，其中：衬底上铺设有微波传输信号线，微波传输信号线两侧分布有地线，微波传输信号线的一端连接有悬臂梁，悬臂梁的前侧、左侧、右侧及其下方设置有触点分布区域，触点分布区域内设置有若干接触点，接触点分布区域与微波传输信号线互联，悬臂梁下方设置有驱动电极。由此，避免了由趋肤效应所带来的信号功率集中于某几个触点的现象，进而减小了由于部分接触点失效而导致整体开关失效的可能，改善了器件的可靠性。各个接触点所承受的功率较为平均，增加了器件的功率容量。在未增加器件尺寸的情况下实现了器件功率容量的提高，拥有较佳的兼容效果。

Description

一种高性能高功率容量的射频MEMS开关
技术领域
本发明涉及一种MEMS开关装置，尤其涉及一种高性能高功率容量的射频MEMS开关。
背景技术
射频MEMS(微电子机械***)是指MEMS技术在射频领域中的应用，即利用MEMS制造技术制作适用于射频领域的器件。在诸多种类的射频MEMS器件中，开关是其中的重要组成部分。由于其优越的射频性能(插损低、隔离度高、线性度好等)，射频MEMS开关在通信、测试仪器、雷达等领域有着广泛的应用。但传统射频MEMS开关较低的功率容量以及较差的可靠性是限制其应用的主要瓶颈之一。
传统的串联接触式射频MEMS开关通常由金属悬臂梁、驱动电极、接触点和微波信号线四部分组成。当驱动电极未施加驱动信号时，悬臂梁与微波传输信号线断开，信号不能导通，开关处于OFF态；当驱动电极上施加驱动信号时，悬臂梁与微波传输信号线接触形成通路，信号导通，开关处于ON态。也可以采用相反的方式，当驱动电极未施加驱动信号时，开关处于ON态；当驱动电极上施加驱动信号时，开关处于OFF态。
对于射频MEMS开关，其功率容量是指使开关完成一定循环次数而不发生失效的输入功率极限，而可靠性则是指开关在一定功率条件下能正常工作的循环次数。因此，功率容量与可靠性有很紧密的关系，往往将他们放在一起讨论。对于接触式射频MEMS开关，在通过较大功率信号时，其主要失效机制为接触点微熔焊、接触点烧毁等情况，这是制约其功率容量和可靠性的主要因素。解决这个问题的最简单的方法就是增加接触点数量，但由于在微波频段，随着频率的增加，电流的趋肤效应(或称边缘效应)会越来越明显，使得信号能量集中在***的接触点上，并不能很好的增大器件的功率容量。因此，本发明提出利用接触点分布设计对器件进行优化。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种高性能高功率容量的射频MEMS开关。
本发明的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，包括有衬底，其中：所述衬底上铺设有微波传输信号线，所述微波传输信号线两侧分布有地线，所述微波传输信号线的一端连接有悬臂梁，所述悬臂梁的前侧、左侧、右侧及其下方设置有触点分布区域，所述触点分布区域内设置有若干接触点，所述接触点分布区域与微波传输信号线互联，所述悬臂梁下方设置有驱动电极。
进一步地，上述的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，其中，所述接触点分布在微波传输信号线的上表面，或是，所述接触点分布在悬臂梁的下表面。
更进一步地，上述的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，其中，所述悬臂梁为单端固支梁结构，所述单端固支梁结构上分布有极板；或是，所述悬臂梁为双端固支梁结构，所述双端固支梁结构上分布有极板；或是，所述悬臂梁为多端固支梁结构，所述多端固支梁结构上分布有极板。
更进一步地，上述的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，其中，所述极板为方形，或是所述极板为条形。
更进一步地，上述的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，其中，所述极板上分布有若干释放孔。
更进一步地，上述的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，其中，所述悬臂梁与微波传输信号线之间采用锚点结构连接。
更进一步地，上述的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，其中，所述微波传输信号线、地线均为共面波导传输线结构。
再进一步地，上述的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，其中，所述衬底为玻璃式样，或是为陶瓷式样，或是为高阻硅式样。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、射频MEMS开关的接触点分布区域经过接触点分布优化设计，避免(或减小)了由趋肤效应(或称边缘效应)所带来的信号功率集中于某几个触点的现象，进而减小了由于部分接触点失效而导致整体开关失效的可能，改善了器件的可靠性。
2、各个接触点所承受的功率较为平均，增加了器件的功率容量。
3、传统射频MEMS开关相比，能够做到只对接触点分布进行了设计优化，保证器件整体尺寸未发生变化，在未增加器件尺寸的情况下实现了器件功率容量的提高，拥有较佳的兼容效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本高性能高功率容量的射频MEMS开关的立体结构示意图。
图2是本高性能高功率容量的射频MEMS开关的整体结构示意图。
图3是沿图2中A-A’的剖面结构示意图。
图4是沿图2中B-B’的剖面结构示意图。
图中各附图标记的含义如下。
1触点分布区域 2悬臂梁
3微波传输信号线 4地线
5驱动电极 6衬底
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1至4的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，包括有衬底6，其与众不同之处在于：在衬底6上铺设有微波传输信号线3，微波传输信号线3两侧分布有地线4。同时，微波传输信号线3的一端连接有悬臂梁2。并且，悬臂梁2的前侧、左侧、右侧及其下方设置有触点分布区域1。结合实际使用来看，接触点分布区域1存在的目的是，将信号功率进行分配，尽可能的使各个触点接触点所承受的功率趋于一致。为此，结合使用需求的不同，触点分布区域可以突出于悬臂梁2之外，也可以直接位于悬臂梁2上。在触点分布区域1内设置有若干接触点，接触点存在的目的是确保悬臂梁2与微波传输信号线3实现良好的接触。采用的接触点分布区域1与微波传输信号线3互联。再者，考虑到使用驱动的需要，悬臂梁2下方设置有驱动电极5。
结合本发明一较佳的实施方式来看，接触点分布在微波传输信号线3的上表面，或者，接触点分布在悬臂梁2的下表面。并且，各个接触点尺寸可以相同，也可以不同。由此，满足各类使用结构的需要。
进一步来看，依据功能需求的不同，悬臂梁2为单端固支梁结构，单端固支梁结构上分布有极板。或是，悬臂梁2为双端固支梁结构，双端固支梁结构上分布有极板。针对某些特殊应用，悬臂梁2还可以为多端固支梁结构，在多端固支梁结构上分布有极板。同时，极板为方形，或是条形，适应实际使用需要。再者，极板上分布有若干释放孔。
同时，悬臂梁2与微波传输信号线3之间采用锚点结构连接。并且，微波传输信号线3、地线4均为共面波导传输线结构。为了拥有较佳的驱动效果，驱动电极5位于悬臂梁2的下方相连。在实际实施时，驱动电极5可以采用多种驱动方式，诸如静电驱动、静磁驱动、热电驱动、压电驱动等，根据驱动方式的不同，驱动电极5可以放置于开关合适的位置。再者，根据实际使用需求的不同，衬底6为玻璃式样，还可以是陶瓷式样，亦可以为高阻硅式样。
本发明的工作原理如下：
当驱动电极5未施加驱动信号时，悬臂梁2与微波传输信号线3断开，信号不能导通，开关处于OFF态。
当驱动电极5上施加驱动信号时，悬臂梁2由于静电力作用发生下塌与微波传输信号线3接触形成通路，信号导通，开关处于ON态。
通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本发明后，拥有如下优点：
1、射频MEMS开关的接触点分布区域经过接触点分布优化设计，避免(或减小)了由趋肤效应(或称边缘效应)所带来的信号功率集中于某几个触点的现象，进而减小了由于部分接触点失效而导致整体开关失效的可能，改善了器件的可靠性。
2、各个接触点所承受的功率较为平均，增加了器件的功率容量。
3、传统射频MEMS开关相比，能够做到只对接触点分布进行了设计优化，保证器件整体尺寸未发生变化，在未增加器件尺寸的情况下实现了器件功率容量的提高，拥有较佳的兼容效果。
本发明的特点与优点将在下面的附图说明与具体实施方式中进一步详细说明，或通过本发明的实践了解到。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，包括有衬底(6)，其特征在于：所述衬底(6)上铺设有微波传输信号线(3)，所述微波传输信号线(3)两侧分布有地线(4)，所述微波传输信号线(3)的一端连接有悬臂梁(2)，所述悬臂梁(2)的前侧、左侧、右侧及其下方设置有触点分布区域(1)，所述触点分布区域(1)内设置有若干接触点，所述接触点分布区域(1)与微波传输信号线(3)互联，所述悬臂梁(2)下方设置有驱动电极(5)。
2.根据权利要求1所述的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，其特征在于：所述接触点分布在微波传输信号线(3)的上表面，或是，所述接触点分布在悬臂梁(2)的下表面。
3.根据权利要求1所述的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，其特征在于：所述悬臂梁(2)为单端固支梁结构，所述单端固支梁结构上分布有极板；或是，所述悬臂梁(2)为双端固支梁结构，所述双端固支梁结构上分布有极板；或是，所述悬臂梁(2)为多端固支梁结构，所述多端固支梁结构上分布有极板。
4.根据权利要求3所述的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，其特征在于：所述极板为方形，或是所述极板为条形。
5.根据权利要求3所述的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，其特征在于：所述极板上分布有若干释放孔。
6.根据权利要求1所述的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，其特征在于：所述悬臂梁(2)与微波传输信号线(3)之间采用锚点结构连接。
7.根据权利要求1所述的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，其特征在于：所述微波传输信号线(3)、地线(4)均为共面波导传输线结构。
8.根据权利要求1所述的一种高性能高功率容量的射频MEMS开关，其特征在于：所述衬底(6)为玻璃式样，或是为陶瓷式样，或是为高阻硅式样。
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