CN103943418A - 一种弹性微桥式rf mems开关 - Google Patents
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Abstract
一种弹性微桥式RF MEMS开关，包括衬底、位于衬底上的缓冲介质层、接地线、共面波导传输线、锚点、绝缘介质层、弹性折叠梁、上电极，所述接地线、共面波导传输线、锚点设于缓冲介质层上，所述绝缘介质层覆于所述共面波导传输线上，所述上电极分为驱动电极板和电容上极板，所述驱动电极板位于所述电容上极板两侧，所述驱动电极板和电容上极板之间通过双直梁连接；所述弹性折叠梁一端与锚点连接，一端与驱动电极板侧面连接，所述弹性折叠梁弯曲形状为n形、弯曲个数为2个、套数为2个。通过优化上极板的支撑结构，有效地降低了微桥的弹性系数，从而降低电容式RFMEMS开关的驱动电压。实验证明，驱动电压可低于3V。
Description
技术领域
本设计涉及一种弹性微桥式RF MEMS开关，属于射频技术领域。
背景技术
RF MEMS开关通常采用静电驱动技术，具有能耗低(数微瓦)、偏置网络简单、开关时间较短(电极尺寸小、膜层薄)等优点，但也存在驱动电压高(30-80 V)等缺点。而移动通信设备的工作电压一般要低很多，如手机的工作电压为3．3 V，需要增加向上变换器。另外，电容式RF MEMS开关的寿命与驱动电压有很大关系，驱动电压每下降5--7V，开关的寿命可延长10年。如何降低驱动电压，不仅和开关的材料有关，还与开关的几何结构紧密相关。
发明内容
本发明的目的是通过优化上极板的支撑结构，从而有效的降低微桥的弹性系数，从而降低电容式RF MEMS开关的驱动电压。
为实现上述目的，本设计是通过以下技术手段来实现的：
一种弹性微桥式RF MEMS开关，包括衬底、位于衬底上的缓冲介质层、接地线、共面波导传输线、锚点、绝缘介质层、弹性折叠梁、上电极，所述接地线、共面波导传输线、锚点设于缓冲介质层上，所述绝缘介质层覆于所述共面波导传输线上，所述上电极位于所述绝缘介质层之上，所述上电极与所述绝缘介质层留有间隙，其特征在于：所述上电极分为驱动电极板和电容上极板，所述驱动电极板位于所述电容上极板两侧，所述驱动电极板和电容上极板之间通过双直梁连接；所述弹性折叠梁一端与锚点连接，一端与驱动电极板侧面连接，所述弹性折叠梁弯曲形状为n形、弯曲个数为2个、套数为2个。
优选的，所述的一种弹性微桥式RF MEMS开关，其特征在于：所述衬底材料选用高阻硅(大于1000Ω·cm)，缓冲介质层材料为SiO2，绝缘介质层材料为Si3N4。
优选的，所述的一种弹性微桥式RF MEMS开关，其特征在于：所述缓冲介质层厚为1μm,所述绝缘介质层厚度为150nm。
优选的，所述的一种弹性微桥式RF MEMS开关，其特征在于：所述驱动电极板和电容上极板、所述弹性折叠梁材料为Si/Al合金。
本发明的有益效果是：本设计通过采用2套弯曲形状为n形、弯曲个数为2个的弹性折叠梁结构的，同时将上电极分为通过双直梁连接的驱动电极板和电容上极板，有效地降低了微桥的弹性系数，从而有效地降低了降低开关的驱动电压，实验证明，驱动电压可低于3V。
附图说明
图1为RF MEMS开关结构示意图，图2为弹性折叠梁结构形状示意图，图3为弹性折叠梁与上电极结构示意图。
附图标号的含义如下：1弹性折叠梁,2上电极，3锚点，4缓冲介质层，5绝缘介质层，6共面波导传输线，7接地线，8衬底，9直梁。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对设计作进一步的说明。
如图1--3所示，一种弹性微桥式RF MEMS开关，包括衬底8、位于衬底上的缓冲介质层4、接地线7、共面波导传输线6、锚点3、绝缘介质层5、弹性折叠梁1、上电极2，所述接地线7、共面波导传输线6、锚点3设于缓冲介质层4上，所述绝缘介质层5覆于所述共面波导传输线6上，所述上电极2位于所述绝缘介质层5之上，所述上电极2与所述绝缘介质层5留有间隙，其特征在于：所述上电极分为驱动电极板2-2和电容上极板2-2，所述驱动电极板2-1位于所述电容上极板2-2两侧，所述驱动电极板2-1和电容上极板2-2之间通过双直梁连接；所述弹性折叠梁1-1一端与锚点3连接，一端与驱动电极板2-1侧面连接，所述弹性折叠梁1-1弯曲形状为n形、弯曲个数为2个、套数为2个。
降低开关的驱动电压主要有三种措施：降低开关微桥的弹性系数；降低微桥与下电极间的初始间距；增大驱动电极的面积。降低微桥与下电极间的初始间距，开关工作或受到强烈振动时微桥易与信号线发生粘附而使开关失效，并且会降低开关的隔离度；增大驱动电极的面积，会增加开关的几何尺寸。本设计主要是通过开关微桥弹性支撑结构的设计优化，在保持其良好电气性能的同时，通过降低弹性系数降低开关的驱动电压。
本设计通过弹性折叠梁一端与上电极侧面连接，比与上电极端面连接，在不增加结构平面尺寸的情况下，进一步降低了弹性支撑梁的弹性系数。
优选的，所述的一种弹性微桥式RF MEMS开关，其特征在于：所述衬底8材料选用高阻硅(大于1000Ω·cm)，缓冲介质层4材料为SiO2，绝缘介质层5材料为Si3N4。
优选的，所述的一种弹性微桥式RF MEMS开关，其特征在于：所述缓冲介质层4厚为1μm,所述绝缘介质层5厚度为150nm。
优选的，所述的一种弹性微桥式RF MEMS开关，其特征在于：所述驱动电极板2-1和电容上极板2-2、所述弹性折叠梁1材料为Si/Al合金。
以上显示和描述了本设计的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本设计不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本设计的原理，在不脱离本设计精神和范围的前提下，本设计还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本设计范围内。本设计要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种弹性微桥式RF MEMS开关，包括衬底、位于衬底上的缓冲介质层、接地线、共面波导传输线、锚点、绝缘介质层、弹性折叠梁、上电极；所述接地线、共面波导传输线、锚点设于缓冲介质层上，所述绝缘介质层覆于所述共面波导传输线上，所述上电极位于所述绝缘介质层之上，所述上电极与所述绝缘介质层留有间隙，其特征在于：所述上电极分为驱动电极板和电容上极板，所述驱动电极板位于所述电容上极板两侧，所述驱动电极板和电容上极板之间通过双直梁连接；所述弹性折叠梁一端与锚点连接，一端与驱动电极板侧面连接，所述弹性折叠梁弯曲形状为n形、弯曲个数为2个、套数为2个。
2.如权利要求1所述的一种弹性微桥式RF MEMS开关，其特征在于：所述衬底材料选用高阻硅(大于1000Ω·cm)，缓冲介质层材料为SiO2，绝缘介质层材料为Si3N4。
3.如权利要求2所述的一种弹性微桥式RF MEMS开关，其特征在于：所述缓冲介质层厚为1μm,所述绝缘介质层厚度为150nm。
4.如权利要求1所述的一种弹性微桥式RF MEMS开关，其特征在于：所述驱动电极板和电容上极板、所述弹性折叠梁材料为Si/Al合金。
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