CN112839429A - 一种环形触点射频微机械开关及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环形触点射频微机械开关及其制备方法，开关包括衬底结构、用于传输射频/微波信号的共面波导结构、悬臂梁结构及用于直流驱动的驱动结构。共面波导结构包括位于中间的输入信号线、输出信号线和位于两侧的地线。悬臂梁右顶端下方有环形触点，悬臂梁下面的衬底结构表面有驱动电极。制备方法包括：在衬底上溅射金属并刻蚀形成共面波导结构和驱动结构；在共面波导结构和驱动结构上涂覆一层牺牲层；各向异性刻蚀牺牲层形成环形凹槽；各向同性刻蚀，拓展凹槽形成圆环形触点；在牺牲层上溅射一层金属并刻蚀出悬臂梁结构，然后电镀增厚；腐蚀牺牲层释放结构获得开关。本发明环形触点结构大大增加触点接触面积，从而提高开关导通态性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种环形触点射频微机械开关及其制备方法，属于射频微机械开关技术领域。
背景技术
国际上对于射频微机械开关的研究已有二十多年。从开关方式上，射频微机械开关大致可以分为两类：接触式开关和电容式开关。其中，(1)接触式开关的一般结构是：采用静电或其它驱动方式控制信号线的接触或断开，达到控制开关通断的效果，其隔离度决定于断开部分的寄生电容。接触式开关的寄生电容随着频率的上升，迅速增大，导致开关的隔离度随之迅速恶化。(2)电容式开关的一般结构是：采用静电驱动方式控制膜桥的运动，达到改变跨接在信号线和地线之间的电容的大小的效果，来控制信号的通断。与一般接触式开关相比电容式开关在某个频率范围表现出较高的隔离度，其隔离度决定于膜桥的寄生电阻。且由于趋肤效应，随着频率的上升，寄生电阻迅速恶化导致其隔离度下降。
接触式射频微机械开关的导通态性能主要决定于其触点结构。目前的触点技术是采用点式结构，这种结构的加工步骤较为简单，但是点式结构接触面较小。触点的另一个问题是其可靠性问题。触点的表面态，接触疲劳和大电流等都容易导致触点形变，使开关失效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种环形触点射频微机械开关及其制备方法，采用环形触点结构大大增加触点接触面积，从而能提高开关导通态性能；同时环形触点结构的抗形变能力更强。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种环形触点射频微机械开关，所述射频微机械开关包括衬底结构、用于传输射频/微波信号的共面波导结构、悬臂梁结构以及用于直流驱动的驱动结构；所述共面波导结构包括输入信号线、输出信号线、第一地线和第二地线，所述悬臂梁结构包括L型悬臂梁和环形触点，所述驱动结构为驱动电极；衬底结构的上表面的形状为矩形，输入信号线和输出信号线均设置于衬底结构的上表面的中间，且输入信号线和输出信号线均垂直于衬底结构的宽边，输入信号线和输出信号线之间存在间距，第一地线和第二地线均设置于衬底结构的上表面，第一地线和第二地线分别位于输入信号线两侧，同时，第一地线和第二地线分别位于输出信号线两侧，输入信号线的一端靠近衬底结构的宽边缘，L型悬臂梁的短臂与输入信号线垂直，且L型悬臂梁的短臂端部与输入信号线的另一端相连，L型悬臂梁的长臂与衬底结构平行，L型悬臂梁的长臂端部下表面设有环形触点，驱动电极设置于衬底结构的上表面，且位于L型悬臂梁的长臂下方；
所述驱动电极通电从而驱动L型悬臂梁的长臂端部下表面的环形触点接触输出信号线，以使所述射频微机械开关闭合；
所述驱动电极断电从而驱动L型悬臂梁的长臂端部下表面的环形触点远离输出信号线，以使所述射频微机械开关断开。
作为本发明射频微机械开关的一种优选方案，所述环形触点的个数为两个，并且两个环形触点的圆心连线与衬底结构的宽边平行。
一种环形触点射频微机械开关制备方法，包括如下步骤：
步骤1，在衬底结构的上表面溅射金属并刻蚀形成共面波导结构中的输出信号线、第一地线和第二地线，同时形成驱动电极；
步骤2，对于输出信号线和驱动电极，除了与衬底结构的上表面相接触的一面以外，在其他面上涂覆一层牺牲层；
步骤3，在牺牲层的上表面各向异性刻蚀牺牲层形成环形凹槽，且环形凹槽与输出信号线上靠近驱动电极的那一端相对；
步骤4，采用各向同性刻蚀，将环形凹槽的边界进行同步拓展，形成圆环形的环形触点；
步骤5，在牺牲层上溅射一层金属种子层，并在金属种子层的上表面涂胶并图形化出L型悬臂梁和输入信号线图形，电镀增厚；然后去除涂胶并将金属种子层腐蚀干净；
步骤6，腐蚀牺牲层释放结构，获得所述射频微机械开关。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明的环形触点结构大大增加触点接触面积，从而能提高开关导通态性能。
2、本发明的环形触点结构的抗形变能力更强，因此其在接触疲劳和大电流下的可靠性更高。
附图说明
图1是本发明一种环形触点射频微机械开关的示意图。
图2是本发明一种环形触点射频微机械开关制备方法的流程图。
其中，1-衬底结构，2-输入信号线，3-输出信号线，4-第一地线，5-第二地线，6-驱动电极，7-悬臂梁，8-环形触点。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提出一种环形触点射频微机械开关，包括衬底结构1、用于传输射频/微波信号的共面波导结构、悬臂梁结构以及用于直流驱动的驱动结构。共面波导结构包括位于中间的输入信号线2和输出信号线3以及位于两侧的第一地线4和第二地线5。悬臂梁结构包括L型悬臂梁7和环形触点8，驱动结构为驱动电极6，悬臂梁7右顶端下方有环形触点8，悬臂梁7下面的衬底结构表面有驱动电极6。
如图2所示，一种环形触点射频微机械开关制备方法，包括如下步骤：
S10在衬底上溅射金属并刻蚀形成共面波导结构和驱动结构；
S20在所述共面波导结构和所述驱动结构上涂覆一层牺牲层；
S30各向异性刻蚀牺牲层形成环形凹槽；
S40各向同性刻蚀牺牲层形成环形触点；
S50在牺牲层上溅射一层金属种子层，并在上表面涂胶并图形化出悬臂梁结构的图形，电镀增厚；然后将光刻胶去除后将悬臂梁结构外的金属种子层腐蚀干净；
S60腐蚀牺牲层释放结构，获得所述抗射频机械开关。
本发明的环形触点工作原理：
首先，与传统射频微机械开关的点式接触结构相比，本发明的环形触点结构的接触面更大。根据基本电路理论，接触电阻的大小与接触面积成反比，接触面积越大接触电阻更小。较小的接触电阻将使射频微机械开关的导通态获得更小的插入损耗。
其次，根据基本力学理论，环形触点结构的机械强度比点式结构更高。因此其在接触疲劳和大电流下的抗形变能力更强。更强的抗形变能力将使射频微机械开关具有更高的接触可靠性。
虽然将传统点式接触结构的尺寸做大，也能提高触点的接触面积和结构强度，但是同时会导致粘附和关态寄生电容大幅增加问题，因此并不可取。
本发明的环形触点制备方法原理：
采用两步刻蚀法形成环形触点结构。第一步，采用各向异性刻蚀刻出环形触点的环形凹槽结构；第二步，再采用各向同性刻蚀，将环形凹槽的边界进行同步拓展，形成圆环形的环形触点结构。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (3)
1.一种环形触点射频微机械开关，其特征在于，所述射频微机械开关包括衬底结构(1)、用于传输射频/微波信号的共面波导结构、悬臂梁结构以及用于直流驱动的驱动结构；所述共面波导结构包括输入信号线(2)、输出信号线(3)、第一地线(4)和第二地线(5)，所述悬臂梁结构包括L型悬臂梁(7)和环形触点(8)，所述驱动结构为驱动电极(6)；衬底结构(1)的上表面的形状为矩形，输入信号线(2)和输出信号线(3)均设置于衬底结构(1)的上表面的中间，且输入信号线(2)和输出信号线(3)均垂直于衬底结构(1)的宽边，输入信号线(2)和输出信号线(3)之间存在间距，第一地线(4)和第二地线(5)均设置于衬底结构(1)的上表面，第一地线(4)和第二地线(5)分别位于输入信号线(2)两侧，同时，第一地线(4)和第二地线(5)分别位于输出信号线(3)两侧，输入信号线(2)的一端靠近衬底结构(1)的宽边缘，L型悬臂梁(7)的短臂与输入信号线(2)垂直，且L型悬臂梁(7)的短臂端部与输入信号线(2)的另一端相连，L型悬臂梁(7)的长臂与衬底结构(1)平行，L型悬臂梁(7)的长臂端部下表面设有环形触点(8)，驱动电极(6)设置于衬底结构(1)的上表面，且位于L型悬臂梁(7)的长臂下方；
所述驱动电极(6)通电从而驱动L型悬臂梁(7)的长臂端部下表面的环形触点(8)接触输出信号线(3)，以使所述射频微机械开关闭合；
所述驱动电极(6)断电从而驱动L型悬臂梁(7)的长臂端部下表面的环形触点(8)远离输出信号线(3)，以使所述射频微机械开关断开。
2.根据权利要求1所述环形触点射频微机械开关，其特征在于，所述环形触点(8)的个数为两个，并且两个环形触点(8)的圆心连线与衬底结构(1)的宽边平行。
3.一种环形触点射频微机械开关制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，在衬底结构的上表面溅射金属并刻蚀形成共面波导结构中的输出信号线、第一地线和第二地线，同时形成驱动电极；
步骤2，对于输出信号线和驱动电极，除了与衬底结构的上表面相接触的一面以外，在其他面上涂覆一层牺牲层；
步骤3，在牺牲层的上表面各向异性刻蚀牺牲层形成环形凹槽，且环形凹槽与输出信号线上靠近驱动电极的那一端相对；
步骤4，采用各向同性刻蚀，将环形凹槽的边界进行同步拓展，形成圆环形的环形触点；
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