CN104992879A - 一种基于体硅材料的外力驱动mems开关及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于体硅材料的外力驱动MEMS开关及其制作方法，该外力驱动MEMS开关包括衬底（5）、设置在衬底上的微带线的信号线（1）、设置在衬底下的微带线的地（2）、开关动端（3）、开关静端（4）；当该外力驱动MEMS开关处于不工作状态时，开关动端（3）与开关静端（4）接触，整个微带传输线呈现导通状态，此时微波信号可以几乎不产生损耗地通过该外力驱动MEMS开关；当该外力驱动MEMS开关处于工作状态时，开关动端（3）通过探针的外力作用被压下而与开关静端（4）不接触，此时微波信号的通路被切断，同时微波信号可以从探针处被引出用于信号测量。同时，我们设计出了用于制造这种基于体硅材料的外力驱动MEMS开关的具体工艺。

Description

一种基于体硅材料的外力驱动MEMS开关及其制作方法
技术领域
本发明提供一种基于体硅材料的外力驱动MEMS开关及其制作方法，实现微波信号的通路被切断，同时微波信号可以从探针处被引出用于信号测量，属于微电子器件技术领域。
背景技术
在微波技术研究中，RF MEMS开关由于其具有低插入损耗、高隔离度、高线性度和低功耗的特点，在射频系统中有着广泛的应用。RF MEMS开关的应用频率覆盖DC到300GHz的频率范围。开关是各种射频微波单片集成系统的重要和基础的组成元件，利用RF MEMS开关可以在提高系统集成度的同时提高系统性能。当前，绝大多数应用于毫米波波段的RF MEMS开关利用并联电容结构和串联接触结构。并联电容式开关通过使信号线与地线接通微波信号发生全反射而使开关实现关断信号的功能，串联接触式开关则通过断开信号线连接使开关实现关断信号的功能，通过闭合信号线连接实现信号传输。
RF MEMS开关大量应用于可重构的微波集成系统，而本发明的RF MEMS开关由外力驱动主要用于实现微波系统中各有关模块的可测试性。在高集成度的小尺寸的微波系统中，对于某个模块的信号引出和测试是一件比较困难的事，本发明为基于体硅材料的外力驱动MEMS开关，该外力驱动开关可以应用于微波系统中不同模块之间的连接部分，在需要对某个模块进行信号引出和测试时，采用同轴线探针外力驱动开关动端，使其与开关静端脱开，此时微波信号的通路被切断，同时微波信号可以从同轴线探针处引出用于信号测量，大大降低了在一般微波系统中信号引出的困难，增强了系统的可测试性。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种基于体硅材料的外力驱动MEMS开关及其制作方法，该外力驱动开关利用外力驱动实现开关的截止态，并引出微波信号以用于信号的测量，应用该结构可以方便的实现对微波信号的监测，并解决在材料、工艺、可靠性、可重复性和生产成本等诸多方面的问题，从而为实现基于MEMS技术的方便于微波系统测试的RF MEMS开关结构在微波集成系统中的产业化应用提供了支持和保证。
技术方案：为解决上述MEMS技术问题，本发明提供了一种基于体硅材料的外力驱动MEMS开关，包括衬底5、设置在衬底上的微带线的信号线1、开关动端3、开关静端4；所述微带线的信号线1中间部分断开，所述开关动端3和所述开关静端4分别与所述微带线的信号线1中间断开部分两端的信号线连接；所述开关动端3与所述开关静端4均沿着垂直衬底5的方向延伸，并组成开关结构；所述开关动端3为末端能够变形的弹簧结构；当二者连通时，所述开关动端3的弹簧末端正好与所述开关静端4的末端接触。
所述开关动端3为末端能够下压的S形弹簧结构，所述开关静端4为反向的C形结构。
所述结构通过微电子加工工艺，采用硅材料制作。
所述结构采用高阻硅材料，并在表面电镀金属实现导电。
一种基于体硅材料的外力驱动MEMS开关的制作方法，步骤如下：
1）准备高阻硅衬底，在所述高阻硅衬底侧面光刻、显影出开关动端和开关静端图形；
2）深反应离子刻蚀刻蚀掉多余硅体，去胶，形成开关动端结构和反向开关静端结构；
3）减薄硅片，正面电镀金，反面电镀金；
4）划片，将相同的开关结构化成单独的一个个结构，形成单独的开关动端与开关静端结构；
5）微组装开关动端和开关静端结构，得到完整开关结构。
有益效果： RF MEMS开关大量应用于可重构的微波集成系统中，而本发明的RF MEMS开关由外力驱动主要用于实现微波系统中各有关模块的可测试性。在高集成度的小尺寸的微波系统中，对于某个模块的信号引出和测试是一件比较困难的事，本发明为基于体硅材料的外力驱动MEMS开关，该外力驱动开关可以应用于微波系统中不同模块之间的连接部分，在需要对某个模块进行信号引出和测试时，采用同轴线驱动开关动端，使其与开关静端脱开，此时微波信号的通路被切断，同时微波信号可以从同轴线处引出用于信号测量，大大降低了在一般微波系统中信号引出的困难，增强了系统的可测试性。且本发明的外力驱动MEMS开关利用微组装实现完整开关结构，相比传统MEMS开关的结构层厚度大大增加，实现了高可靠性，并可以施加较大的外力，从而实现MEMS开关的外力驱动。
附图说明
图1是基于体硅材料的外力驱动MEMS开关结构示意图。
其中有：衬底5、微带线的信号线1、微带线的地2、开关动端3、开关静端4。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，本发明提供的基于体硅材料的外力驱动MEMS开关，该外力驱动MEMS开关包括衬底5、设置在衬底上的微带线的信号线1、设置在衬底下的微带线的地2、开关动端3、开关静端4；微带线的信号线1中间部分断开，开关动端3和开关静端4分别与微带线的信号线1中间断开部分两端的信号线连接；开关动端3与开关静端4均沿着垂直衬底5的方向延伸，并组成开关结构；开关动端为S形弹簧结构，开关静端为反向的C形结构。
当该外力驱动MEMS开关处于不工作状态时，开关动端3与开关静端4接触，整个微带传输线呈现导通状态，此时微波信号可以几乎不产生损耗地通过该外力驱动MEMS开关；当该外力驱动MEMS开关处于工作状态时，开关动端3通过探针的外力作用被压下而与开关静端4不接触，此时微波信号的通路被切断，同时微波信号可以从探针处被引出用于信号测量。同时，我们设计出了用于制造这种基于体硅材料的外力驱动MEMS开关的具体工艺。
 本发明的整个开关结构通过微电子加工工艺，采用硅材料制作，结构尺寸的精度可以很高，尺寸大小可以大幅缩小，有利于整个开关的小型化；整个开关结构可以采用高阻硅材料，并在表面电镀金属实现导电，同时开关动端和开关静端的耦合电容可以设计的很小，因此能够得到优良的微波性能。
本发明的外力驱动MEMS开关通过微电子加工工艺，采用硅材料制作，并在表面电镀金属实现导电性，然后通过微组装的方式将其组装到断开的微带传输线之间，实现MEMS开关结构。
本发明的基于体硅材料的工艺实现方法如下：
1）准备高阻硅衬底（500um）；在高阻硅衬底侧面光刻、显影出S形开关动端和反向C形开关静端图形；
2）DRIE(深反应离子刻蚀)刻蚀掉多余硅体，去胶，形成S形开关动端结构和反向C形开关静端结构；
3）减薄硅片；正面电镀金，反面电镀金；
4）划片，形成单独的S形开关动端与C形开关静端结构；
5）微组装S形开关动端和C形开关静端结构，完成完整开关结构。
本发明中的外力驱动MEMS开关不同于传统的MEMS开关结构，该外力驱动开关利用外力驱动实现开关的截止态，并引出微波信号以用于信号的测试，应用该结构可以方便的实现对微波信号的监测。该外力驱动MEMS开关具有以下主要特点：一、整个开关结构通过微电子加工工艺，采用硅材料制作，结构尺寸的精度可以很高，尺寸大小可以大幅缩小，有利于整个开关的小型化；二、整个开关结构可以采用高阻硅材料，并在表面电镀金属实现导电，同时开关动端和开关MEMS静端的耦合电容可以设计的很小，因此能够得到优良的微波性能；三、当该外力驱动MEMS开关处于不工作状态时，开关动端与开关静端接触，整个微带传输线呈现导通状态，此时微波信号可以几乎不产生损耗地通过该外力驱动MEMS开关；当该外力驱动MEMS开关处于工作状态时，开关动端通过探针的外力作用被压下而与开关静端不接触，此时微波信号的通路被切断，同时微波信号可以从探针处被引出用于信号测量。可以方便应用于微波集成系统中，降低信号引出的困难，增强了系统的可测试性。四、和传统MEMS开关相比，本发明中的外力驱动MEMS开关采用了体硅加工工艺，同时利用微组装实现完整开关结构，其比传统MEMS开关的结构层厚度大大增加，因此可以实现高可靠性，并可以施加较大的外力，从而实现MEMS开关的外力驱动。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于体硅材料的外力驱动MEMS开关，其特征在于：包括衬底（5）、设置在衬底上的微带线的信号线（1）、开关动端（3）、开关静端（4）；所述微带线的信号线（1）中间部分断开，所述开关动端（3）和所述开关静端（4）分别与所述微带线的信号线（1）中间断开部分两端的信号线连接；所述开关动端（3）与所述开关静端（4）均沿着垂直衬底（5）的方向延伸，并组成开关结构；所述开关动端（3）为末端能够变形的弹簧结构；当二者连通时，所述开关动端（3）的弹簧末端正好与所述开关静端（4）的末端接触。
2.根据权利要求1所述的基于体硅材料的外力驱动MEMS开关，其特征在于：所述开关动端（3）为末端能够下压的S形弹簧结构，所述开关静端（4）为反向的C形结构。
3.根据权利要求1所述的基于体硅材料的外力驱动MEMS开关，其特征在于：所述结构通过微电子加工工艺，采用硅材料制作。
4.根据权利要求1所述的基于体硅材料的外力驱动MEMS开关，其特征在于：所述结构采用高阻硅材料，并在表面电镀金属实现导电。
5.一种制作如权利要求1所述的基于体硅材料的外力驱动MEMS开关的制作方法，步骤如下：
1）准备高阻硅衬底，在所述高阻硅衬底侧面光刻、显影出开关动端和开关静端图形；
2）深反应离子刻蚀刻蚀掉多余硅体，去胶，形成开关动端结构和反向开关静端结构；
3）减薄硅片，正面电镀金，反面电镀金；
4）划片，将相同的开关结构化成单独的一个个结构，形成单独的开关动端与开关静端结构；
5）微组装开关动端和开关静端结构，得到完整开关结构。
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