CN109887806A - 一种电容式rf-mems开关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电容式RF‑MEMS开关，该开关包括绝缘板、第一至第三微带线、绝缘介质、N个锚点以及开关片，其中，开关片包括可移动金属膜和N个弹性固支梁，第一至第三微带线按序设置在绝缘板上，绝缘介质覆置在第二微带线上，N个锚点设置在异于第二微带线的微带线上，开关片的N个弹性固支梁的一端分别与可移动金属膜连接，另一端与锚点连接。本发明中弹性固支梁具有较低的弹性系数，能使得开关的下拉电压降低，从而得到高开关电容比、高射频关断性，从而使开关速度快，同时，降低开关的弹性系数，能降低开关的驱动电压；再一方面，开关采用的是新型弹性固支梁结构，相比传统较长的固支梁，能够降低开关面积。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，更具体地说，涉及一种电容式RF-MEMS开关。
背景技术
随着5G信息时代的来临，在通信领域，特别是在物联网、卫星通信和移动通信领域，正急需一些低功耗、超小型化且能与信号处理电路集成的平面结构的新型器件，例如开关。
与传统的PIN二极管(PIN Diode)开关或者场效应管(Field Effect Transistor，FET)开关相比，RF MEMS(Radio FrequencyMicro Electro Mechanical System)开关具有许多的优势：接近零的功耗、高隔离度、低插入损耗、低成本等，但是，即使RF MEMS开关具有如此多的优点，其还是具有很多缺点，包括驱动电压过高、开关速度慢以及开关面积大等。
发明内容
本发明提供了一种驱动电压过低、开关速度快以及开关面积小的RF MEMS开关。
本发明提供一种电容式RF-MEMS开关，开关包括绝缘板、第一至第三微带线、绝缘介质、N个锚点以及开关片，开关片包括可移动金属膜和N个弹性固支梁，弹性固支梁的形状为M个n形连接在一起；N、M为正整数；
第一至第三微带线按序设置在绝缘板上，绝缘介质覆置在第二微带线上，N个锚点设置在异于第二微带线的微带线上；
开关片的N个弹性固支梁的一端分别与可移动金属膜连接，另一端与锚点连接。
可选的，开关片的厚度为1μm。
可选的，N个锚点设置在第一微带线上，或者N个锚点设置在第三微带线上，或者N个锚点分别设置在第一微带线、第三微带线上。
可选的，绝缘介质为氮化硅。
可选的，弹性固支梁的宽度为5μm。
可选的，可移动金属膜的宽度为80μm。
有益效果
本发明提供一种电容式RF-MEMS开关，该开关包括绝缘板、第一至第三微带线、绝缘介质、N个锚点以及开关片，其中，开关片包括可移动金属膜和N个弹性固支梁，弹性固支梁的形状为M个n形连接在一起；N、M为正整数，第一至第三微带线按序设置在绝缘板上，绝缘介质覆置在第二微带线上，N个锚点设置在异于第二微带线的微带线上，开关片的N个弹性固支梁的一端分别与可移动金属膜连接，另一端与锚点连接。本发明中弹性固支梁具有较低的弹性系数，能使得开关的下拉电压降低，从而得到高开关电容比、高射频关断性，从而使开关速度快；另一方面，降低降低开关的弹性系数，便能降低开关的驱动电压；再一方面，本发明提供的开关采用的是新型弹性固支梁结构，相比传统较长的固支梁，能够降低开关面积。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电容式RF-MEMS开关的第一结构示意图；
图2为本发明实施例提供开关中的开关片的第一结构示意图；
图3为本发明实施例提供开关中的开关片的第二结构示意图；；
图4为本发明实施例提供的电容式RF-MEMS开关的第二结构示意图；
图5为本发明实施例提供的电容式RF-MEMS开关的第一形变示意图；
图6为本发明实施例提供的电容式RF-MEMS开关的第二形变示意图；
图7为本本发明实施例提供的电容式RF-MEMS开关在2V驱动电压下处于“down”态时的整体位移情况示意图；
图8为本发明实施例提供的电容式RF-MEMS开关的电容值在2V驱动电压下的变化情况示意图；
图9为本发明实施例提供的电容式RF-MEMS开关的时间—位移图；
图10为本发明实施例提供的电容式RF-MEMS开关加载的驱动电压与位移的关系图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种电容式RF-MEMS开关，请参见图1，该开关包括绝缘板1、第一微带线2、第二微带线3、第三微带线4、绝缘介质5、N个锚点6以及开关片7，开关片7包括可移动金属膜71和N个弹性固支梁72，需要了解的是，弹性固支梁72的形状为M个n形连接在一起，可参见图2所示，其中的N、M为正整数。
电容式RF-MEMS开关中的各个构件的连接关系可结合图1进行查看：
第一微带线2、第二微带线3、第三微带线4按序设置在绝缘板1上，绝缘介质5覆置在第二微带线3上，N个锚点6设置在异于第二微带线3的微带线上；
开关片7的N个弹性固支梁72的一端分别与可移动金属膜71连接，另一端与锚点6连接。
本实施例还提供了一种开关片的示例，其具体结构可参见图3，图3中的各个尺寸可见下表：
| L1 | 280μm | L6 | 20μm |
| L2 | 20μm | L7 | 120μm |
| L3 | 20μm | L8 | 20μm |
| L4 | 20μm | W1 | 80μm |
| L5 | 155μm | W2 | 5μm |
需要了解的是，绝缘介质附着于传输线上，其主要作用是避免上电极与传输线发生直接接触，实现两者的直流隔离，并起到防粘附和提高隔离度的作用。
绝缘板为FR-4，是一种环氧玻璃布层压板，根据使用的用途不同，行业一般称为：FR-4环氧玻璃布(Epoxy Glass Cloth)、绝缘板、环氧板、环氧树脂板、溴化环氧树脂板、FR-4、玻璃纤维板、玻纤板、FR-4补强板、FPC补强板、柔性线路板补强板、FR-4环氧树脂板、阻燃绝缘板、FR-4积层板、环氧板、FR-4光板、FR-4玻纤板、环氧玻璃布板、环氧玻璃布层压板、线路板钻孔垫板。
主要技术特点及应用：电绝缘性能稳定、平整度好、表面光滑、无凹坑、厚度公差标准，适合应用于高性能电子绝缘要求的产品，如FPC补强板、PCB钻孔垫板、玻纤介子、电位器碳膜印刷玻璃纤维板、精密游星齿轮(晶片研磨)、精密测试板材、电气(电器)设备绝缘撑条隔板、绝缘垫板、变压器绝缘板、电机绝缘件、研磨齿轮、电子开关绝缘板等。
在一些示例下，微带线为共面波导传输线(Coplanar Waveguide，CPW)。
当开关上没有施加电压时，开关电容Cup十分小，如下公式所示：
式中，g0是可移动金属板与绝缘介质之间空气间隙的初始距离；
A是可移动金属板与绝缘介质的交叉面积；
td是绝缘介质膜的厚度；
ε0是空气的介电常数；
εr是绝缘介质膜材料的相对介电常数。
此时，微波信号将几乎无衰减地通过传输线，开关呈“up”态，如图1和图4所示。
当有电压施加到开关时，产生的静电力使得开关发生形变，并牵引可移动金属板向传输线移动，这样中间的空气间隙就会发生改变，从而改变电容。当电压值达到下拉电压，使可移动金属板与绝缘介质紧密接触，忽略边沿效应，开关电容为：
这种状态下，电容值增大，使得高频微波信号耦合到地线，几乎没有信号通过传输线，开关处于“down”态，如图5和图6所示。
需要了解的是，在一些示例下，开关片的厚度为1μm；绝缘介质为氮化硅；弹性固支梁的宽度为5μm；可移动金属膜的宽度为80μm。
在另外的一些示例下，N个锚点设置在第一微带线上，或者N个锚点设置在第三微带线上，或者N个锚点分别设置在第一微带线、第三微带线上。
需要了解的是，传统RF-MEMS开关，若要降低下拉电压，或者保持一个降低的下拉电压，一般采取使用较长的固支梁，这样一来，就导致了很大的开关面积，直接的影响就是制作成本的升高。而本发明提供的电容式RF-MEMS开关采用新型固支梁结构，通过降低开关的弹性系数，使得下拉电压降低，并且具有较小的开关面积，能够达到23695(175x135)μm2。
请参见说明书附图：
图7显示的是开关在2V驱动电压下处于“down”态时的整体位移情况；
图8显示的是开关的电容值在2V驱动电压下的变化情况，可以得出电容比为135.5:1；
图9显示的是开关时间—位移图，可得知开关时间为12.35ms；
图10显示的是开关加载的驱动电压与位移的关系，可以得出开关的下拉电压为1.9V。
本实施例提供了一种电容式RF-MEMS开关，该开关包括绝缘板、第一至第三微带线、绝缘介质、N个锚点以及开关片，其中，开关片包括可移动金属膜和N个弹性固支梁，弹性固支梁的形状为M个n形连接在一起；N、M为正整数，第一至第三微带线按序设置在绝缘板上，绝缘介质覆置在第二微带线上，N个锚点设置在异于第二微带线的微带线上，开关片的N个弹性固支梁的一端分别与可移动金属膜连接，另一端与锚点连接。本发明中弹性固支梁具有较低的弹性系数，能使得开关的下拉电压降低，从而得到高开关电容比、高射频关断性，从而使开关速度快；另一方面，降低降低开关的弹性系数，便能降低开关的驱动电压；再一方面，本发明提供的开关采用的是新型弹性固支梁结构，相比传统较长的固支梁，能够降低开关面积。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述，同时，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (6)
1.一种电容式RF-MEMS开关，其特征在于，所述开关包括绝缘板、第一至第三微带线、绝缘介质、N个锚点以及开关片，所述开关片包括可移动金属膜和N个弹性固支梁，所述弹性固支梁的形状为M个n形连接在一起；所述N、M为正整数；
所述第一至第三微带线按序设置在所述绝缘板上，所述绝缘介质覆置在所述第二微带线上，所述N个锚点设置在异于所述第二微带线的微带线上；
所述开关片的N个弹性固支梁的一端分别与所述可移动金属膜连接，另一端与锚点连接。
2.如权利要求1所述的开关，其特征在于，所述开关片的厚度为1μm。
3.如权利要求1所述的开关，其特征在于，所述N个锚点设置在所述第一微带线上，或者所述N个锚点设置在所述第三微带线上，或者所述N个锚点分别设置在所述第一微带线、第三微带线上。
4.如权利要求1所述的开关，其特征在于，所述绝缘介质为氮化硅。
5.如权利要求1所述的开关，其特征在于，所述弹性固支梁的宽度为5μm。
6.如权利要求1所述的开关，其特征在于，所述可移动金属膜的宽度为80μm。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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