CN110853985A - 一种并联式电容开关 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种并联式电容开关，该并联式电容开关包括：两个锚区、RF MEMS开关梁、介质层和信号传输线；RF MEMS开关梁包括多个蛇形结构的弹簧和中间梁。两个锚区分别固定在RF MEMS开关梁的两侧；介质层位于RF MEMS开关梁和信号传输线之间；多个蛇形结构的弹簧的弹性系数小于预设弹性系数阈值；多个蛇形结构的弹簧的一端与锚区连接，多个蛇形结构的弹簧的另一端与中间梁连接。当RF MEMS开关梁接入驱动电压后，中间梁向下移动，带动多个蛇形结构的弹簧发生扭转，直至中间梁和多个蛇形结构的弹簧与介质层接触，以使信号传输线传输的信号耦合至地线。

Description

一种并联式电容开关

技术领域

本发明涉及电子开关技术领域，特别是涉及一种并联式电容开关。

背景技术

目前RF MEMS(Radio Frequency Microelectro Mechanical Systems，射频微机电系统)开关已成为科技研究热点，该开关有很多优点，如低插入耗能、高电容比、低功耗等，因此RF MEMS开关在很多领域都有着广泛的应用。在目前的技术中，如图1所示，该RFMEMS开关包括RF MEMS开关梁、锚区、介质层和信号传输线。锚区固定于RF MEMS开关梁两端，介质层位于RF MEMS开关梁及信号传输线之间。该RF MEMS开关的工作原理是：RF MEMS开关梁在接入驱动电压前，RF MEMS开关梁与介质层间存在一定的距离，射频信号可通过信号传输线传输；RF MEMS开关梁在接入驱动电压后，在静电力的作用下向下移动，直至与RFMEMS开关梁下方的介质层接触，此时，上述信号传输线传输的射频信号耦合至地线，信号传输中断。

现有的RF MEMS开关中，为实现RF MEMS开关梁的下移，阻断射频信号时，需要较大的驱动电压。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种并联式电容开关，用以解决在实现RF MEMS开关梁的下移，阻断射频信号时，需要较大的驱动电压的问题。具体技术方案如下：

本发明实施例提供的并联式电容开关，包括：两个锚区1、射频微机电系统RF MEMS开关梁2、介质层3和信号传输线4；所述RF MEMS开关梁2包括多个蛇形结构的弹簧21和中间梁22；

所述两个锚区1分别固定在所述RF MEMS开关梁2的两侧；

所述介质层3位于所述RF MEMS开关梁2和所述信号传输线4之间；

所述多个蛇形结构的弹簧21的弹性系数小于预设弹性系数阈值；所述多个蛇形结构的弹簧21的一端与所述锚区1连接，所述多个蛇形结构的弹簧21的另一端与所述中间梁22连接；

当所述RF MEMS开关梁2接入驱动电压后，所述中间梁22向下移动，带动所述多个蛇形结构的弹簧21发生扭转，直至所述中间梁22和所述多个蛇形结构的弹簧21与所述介质层3接触，以使所述信号传输线4传输的信号耦合至地线。

可选的，所述并联式电容开关还包括浮动金属层5；

所述浮动金属层5固定在所述介质层3上，位于所述介质层3和所述RF MEMS开关梁2之间；

所述浮动金属层5与所述介质层3及所述信号传输线4组成固定电容器；所述浮动金属层5和所述RF MEMS开关梁2之间组成可变电容器。

可选的，所述浮动金属层5为H形结构。

可选的，所述蛇形结构的弹簧21包括4个；所述4个蛇形结构的弹簧21的一端与所述锚区1连接，所述4个蛇形结构的弹簧21的另一端与所述中间梁22连接，使所述中间梁22受力均匀，且所述4个蛇形结构的弹簧21受力相同。

可选的，所述中间梁22为矩形；所述中间梁22的每个顶点分别与一个所述蛇形结构的弹簧21连接。

可选的，所述中间梁22上开有均匀分布的通孔。

可选的，所述蛇形结构的弹簧21由多个直角折线结构组成。

可选的，所述并联式电容开关还包括共面波导板6和硅基衬底7；

所述共面波导板6和所述信号传输线4固定于所述硅基衬底7上；

所述共面波导板6位于所述信号传输线4两侧，且所述共面波导板6与所述信号传输线4间存在间隙；所述锚区1固定在所述共面波导板6上；所述信号传输线4与所述共面波导版6组成共面波导结构。

可选的，所述共面波导板6的厚度为1微米；所述硅基衬底7的厚度为400微米。

本发明实施例有益效果：

本发明实施例提供的一种并联式电容开关，该并联式电容的结构包括：锚区、RFMEMS开关梁、介质层及信号传输线，其中RF MEMS开关梁由中间梁与多个蛇形结构的弹簧组成。当接入驱动电压时，上述中间梁向下移动，带动上述多个蛇形结构的弹簧发生扭转，直至中间梁和多个蛇形结构的弹簧与上述介质层接触，使上述信号传输线传输的射频信号耦合至地线，信号传输中断。由于该并联式电容开关中的多个蛇形结构的弹簧具有很低的弹性系数，所以在实现RF MEMS开关梁的下移，阻断射频信号时所需要的驱动力较小，因此所需要的驱动电压也较小。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

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，对于本领域普通技术人员来讲，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为现有技术中一种并联式电容开关的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种并联式电容开关的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种并联式电容开关的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种弹簧结构；

图5为本发明实施里提供的另一种弹簧结构；

图6为本发明实施例提供的蛇形结构的弹簧与中间梁的一种连接方式；

图7为本发明实施例提供的蛇形结构的弹簧与中间梁的另一种连接方式。

具体实施方式

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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。

为解决在实现RF MEMS开关梁的下移，阻断射频信号时，需要较大的驱动电压的问题，本发明实施例提供了一种并联式电容开关，参考图2，本发明实施例提供的并联式电容开关包括：锚区1、RF MEMS开关梁2、介质层3、信号传输线4、浮动金属层5、共面波导板6。

锚区1包括两个，两个锚区1分别固定在RF MEMS开关梁2的两侧。

两个锚区1分别固定在RF MEMS开关梁2的左右两侧，当接入驱动电压时，上述RFMEMS开关梁2在静电力的作用下向下移动，而固定于两端的锚区1不动，锚区1在并联式电容开关工作时用于固定及支撑向下移动的RF MEMS开关梁2。

RF MEMS开关梁2包括：多个蛇形结构的弹簧21及中间梁22。

蛇形结构的弹簧21，弹性系数小于预设弹性系数阈值；多个蛇形结构的弹簧21的一端与锚区1连接，多个蛇形结构的弹簧21的另一端与中间梁22连接。

本发明实施例中，蛇形结构的弹簧21可以由多个直角折线结构组成，如图4、5所示。蛇形结构的弹簧还可以为其他形态，本发明实施例对此不进行限定。

另外，蛇形结构的弹簧21的数量可以根据实际需求进行设定，只需保证中间梁22受力均匀，各个蛇形结构的弹簧21受力相同。

一种实施例中，RF MEMS开关梁2可以包括4个蛇形结构的弹簧21。各个蛇形结构的弹簧21的一端与锚区1连接，各个蛇形结构的弹簧21的另一端与中间梁22连接。此时中间梁22受力均匀，且4个蛇形结构的弹簧21受力相同，进而实现在接入驱动电压后，中间梁22平稳的下降。

为了使上述中间梁22受力均匀，且上述4个蛇形结构的弹簧21的受力相同，一个示例中，如图6所示，图6为中间梁22与蛇形结构的弹簧21的一种连接示意图，中间梁22的每个顶点分别与一个蛇形结构的弹簧21连接。由于中间梁22的每个顶点分别与一个蛇形结构的弹簧21连接，所以在接入驱动电压后，中间梁22可以十分平稳的下降。

为了使上述中间梁22受力均匀，且上述4个蛇形结构的弹簧21受力相同，另一个示例中，如图7所示，图7为中间梁22与蛇形结构的弹簧21的另一种连接示意图，每2个蛇形结构的弹簧21与中间梁22一侧的中间位置相连。每2个蛇形结构的弹簧21与中间梁22一侧的中间位置相连可以降低加工的难度，且稳定性好。

当接入驱动电压时，中间梁22在静电力的作用下向下移动，带动多个蛇形结构的弹簧21发生扭转，直至中间梁22和多个蛇形结构的弹簧21与介质层3接触，以使信号传输线4传输的信号耦合至地线。

由于该蛇形结构的弹簧21的弹性系数很小，较小的静电力就可以带动上述蛇形结构的弹簧21发生扭转，因此在实现上述RF MEMS开关梁2的下移，阻断射频信号这一过程时只需要很小的驱动电压。

一种实施例中，中间梁22的形状可以为矩形且中间梁22上可以开有均匀分布的通孔。

在中间梁22上开均匀分布的通孔，可以释放中间梁22的部分残余应力，降低中间梁22的杨氏模量等参数，进而在RF MEMS开关梁2加入驱动电压时，提高中间梁22的下降速度。

一种实施例中，浮动金属层5固定于上述介质层3上，位于介质层3与上述RF MEMS开关梁2之间。

浮动金属层5可以与介质层3及信号传输线4组成固定电容器，浮动金属层5与RFMEMS开关梁2组成可变电容器。此时，通过设置浮动金属层5，增大了RF MEMS开关梁2与信号传输线4的共同面积，增大了并联式电容开关的电容比。

浮动金属层5的形状可以为H型，也可以为矩形。一个示例中，并联式电容开关使用H型浮动金属层可节约材料，降低成本。另一个示例中，并联式电容开关使用矩形浮动金属层5，可尽量增大RF MEMS开关梁2与信号传输线4的共同面积，增大并联式电容开关的电容比。

介质层3，位于RF MEMS开关梁2与信号传输线4之间。

上述介质层3用于保护信号传输线4，防止RF MEMS开关梁2在驱动电压的作用下向下移动时与信号传输线4直接接触，降低RF MEMS开关梁2与信号传输线4形成微焊接的可能性。上述介质层3的材料可以为二氧化铪、钛酸锶、五氧化二钽、氮化硅等。

一种实施例中，共面波导板6可以为矩形且位于上述信号传输线4两侧，且共面波导板6与信号传输线4间存在间隙；锚区1固定在共面波导板6上；信号传输线4与共面波导版6组成共面波导结构。

一种实施例中，共面波导板的厚度可以为1微米。

上述共面波导板的材质可以为金，结合现有的加工技术，共面波导板的厚度为1微米。共面波导板6与信号传输线4构成的共面波导结构的优势在于，由于中心导体(信号传输线)与导体平板(共面波导板)位于同一平面内，因此在共面波导结构上安装元器件非常方便；共面波导结构具有小体积、轻重量、平面结构等特点。

为解决在实现RF MEMS开关梁的下移，阻断射频信号时，需要较大的驱动电压的问题，参考图3，本发明实施例提供的并联式电容开关还可以包括硅基衬底7。硅基衬底7位于共面波导板6及信号传输线4的下方，用于支撑该并联式电容开关，硅基衬底7的厚度可以为400微米。

上述硅基衬底7的面积远大于并联式电容开关，硅基衬底用于支撑上述并联式电容开关，也可以说，该并联式电容开关贵固定于硅基衬底上。结合现有的加工技术，硅基衬底的厚度可以为400微米。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种并联式电容开关，其特征在于，所述并联式电容开关包括：两个锚区(1)、射频微机电系统RF MEMS开关梁(2)、介质层(3)和信号传输线(4)；所述RF MEMS开关梁(2)包括多个蛇形结构的弹簧(21)和中间梁(22)；

所述两个锚区(1)分别固定在所述RF MEMS开关梁(2)的两侧；

所述介质层(3)位于所述RF MEMS开关梁(2)和所述信号传输线(4)之间；

所述多个蛇形结构的弹簧(21)的弹性系数小于预设弹性系数阈值；所述多个蛇形结构的弹簧(21)的一端与所述锚区(1)连接，所述多个蛇形结构的弹簧(21)的另一端与所述中间梁(22)连接；

当所述RF MEMS开关梁(2)接入驱动电压后，所述中间梁(22)向下移动，带动所述多个蛇形结构的弹簧(21)发生扭转，直至所述中间梁(22)和所述多个蛇形结构的弹簧(21)与所述介质层(3)接触，以使所述信号传输线(4)传输的信号耦合至地线。

2.根据权利要求1所述的并联式电容开关，其特征在于，所述并联式电容开关还包括浮动金属层(5)；

所述浮动金属层(5)固定在所述介质层(3)上，位于所述介质层(3)和所述RF MEMS开关梁(2)之间；

所述浮动金属层(5)与所述介质层(3)及所述信号传输线(4)组成固定电容器；所述浮动金属层(5)和所述RF MEMS开关梁(2)之间组成可变电容器。

3.根据权利要求1所述的并联式电容开关，其特征在于，所述浮动金属层(5)为H形结构。

4.根据权利要求1所述的并联式电容开关，其特征在于，所述蛇形结构的弹簧(21)包括4个；所述4个蛇形结构的弹簧(21)的一端与所述锚区(1)连接，所述4个蛇形结构的弹簧(21)的另一端与所述中间梁(22)连接，使所述中间梁(22)受力均匀，且所述4个蛇形结构的弹簧(21)受力相同。

5.根据权利要求4所述的并联式电容开关，其特征在于，所述中间梁(22)为矩形；所述中间梁(22)的每个顶点分别与一个所述蛇形结构的弹簧(21)连接。

6.根据权利要求1所述的并联式电容开关，其特征在于，所述中间梁(22)上开有均匀分布的通孔。

7.根据权利要求1所述的并联式电容开关，其特征在于，所述蛇形结构的弹簧(21)由多个直角折线结构组成。

8.根据权利要求1所述的并联式电容开关，其特征在于，所述并联式电容开关还包括共面波导板(6)和硅基衬底(7)；

所述共面波导板(6)和所述信号传输线(4)固定于所述硅基衬底(7)上；

所述共面波导板(6)位于所述信号传输线(4)两侧，且所述共面波导板(6)与所述信号传输线(4)间存在间隙；所述锚区(1)固定在所述共面波导板(6)上；所述信号传输线(4)与所述共面波导版(6)组成共面波导结构。

9.根据权利要求8所述的并联式电容开关，其特征在于，所述共面波导板(6)的厚度为1微米；所述硅基衬底(7)的厚度为400微米。

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