CN114142190A - 一种王字型上电极式单刀双掷开关 - Google Patents

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Abstract

本发明属于射频MEMS技术领域，具体涉及一种王字型上电极式单刀双掷开关，所述微波传输线、第一驱动电极、第二驱动电极均设置在衬底上；所述第一地线的中部设有间断口，所述第一驱动电极、第二驱动电极分别设置在第一地线的间断口处，所述开关组件设置有两个，所述输入信号线通过两个开关组件分别与第一输出信号线、第二输出信号线连接。本发明的上电极采用王字型结构，从力学方面讲，该结构可以减小上电极的弹性系数，降低上电极下拉所需的静电力，进而降低驱动电压，去除电压后，使得上电极拥有类似于弹簧的回复力，防止了上下电极之间的自吸合，下电极采用了长条形的单触点，增大了与上电极的接触面积，能够提升射频开关的耐受功率。

Description

一种王字型上电极式单刀双掷开关
技术领域
本发明属于射频MEMS技术领域，具体涉及一种王字型上电极式单刀双掷开关。
背景技术
射频MEMS开关式二十世纪九十年代以来MEMS领域的研究热点，单刀双掷开关是射频开关的一种，在通讯系统中有着广泛的应用，主要应用于发送/接受模块、衰减器、移相器中。
目前，射频MEMS开关的研究机构主要有中电集团十三所、中电集团五十五所、清华大学、北京大学、东南大学、中北大学等单位。例如东南大学公开了一种热驱动RF MEMS开关(申请号：CN201510453346.1)，采用锁扣式开关结构，通过V形梁锁扣驱动悬臂梁，使得悬臂梁尾端的锁钩与另一悬臂梁尾端的锁钩相互配合发生锁扣，完成开关的导通或断开操作，又如中电五十五所公开了一种含有鲨齿式触点系统的射频MEMS开关(申请号：CN201010584317.6)，其鲨齿式触点系统包含高低两组触点，每组触点包含两个高度一致的触点，但在制作时高度很难达到完全一致，使得同一组的两个触点中会有一个虚接，减小了开关的寿命。
发明内容
针对上述的技术问题，本发明提供了一种一种王字型上电极式单刀双掷开关，此单刀双掷开关一方面可以降低开关下拉所需要的静电力，进而降低MEMS开关的驱动电压，另一方面还可以实现开关两路间的切换，并优化MEMS开关的射频性能。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种王字型上电极式单刀双掷开关，包括衬底、微波传输线、第一驱动电极、第二驱动电极、开关组件，所述微波传输线、第一驱动电极、第二驱动电极均设置在衬底上；所述微波传输线包括输入信号线、第一输出信号线、第二输出信号线、第一地线、第二地线，所述第一地线的中部设有间断口，所述第一驱动电极、第二驱动电极分别设置在第一地线的间断口处，所述开关组件设置有两个，所述输入信号线通过两个开关组件分别与第一输出信号线、第二输出信号线连接，所述第一输出信号线、第二输出信号线、第一地线、第二地线之间采用渐变式结构，所述第一输出信号线、第二输出信号线中段部分的宽度小于第一地线、第二地线的宽度。
所述开关组件包括第一上电极、第二上电极、第一固定锚点、第二固定锚点、第一触点、第二触点，所述第一上电极设置在第一输出信号线上，所述第二上电极设置在第二输出信号线上，所述第一上电极通过所述第一固定锚点固定在第一输出信号线上，所述第二上电极通过所述第二固定锚点固定在第二输出信号线上。
所述第一上电极、第二上电极均包括开孔结构和王字型结构，所述开孔结构与王字型结构固定连接，所述第一上电极的王字型结构下方设置有第一触点，所述第二上电极的王字型结构下方设置有第二触点，所述第一触点、第二触点均设置在输入信号线上。
所述第一输出信号线、第二输出信号线设置在同一直线上，所述输入信号线采用T字型结构，所述第一输出信号线、第二输出信号线与所述输入信号线相互垂直设置。
所述第一地线上设置有第三固定锚点、第四固定锚点、第五固定锚点、第六固定锚点，所述第三固定锚点与第四固定锚点对称设置在第一驱动电极的两侧，所述第五固定锚点与第六固定锚点对称设置在第二驱动电极的两侧。
所述第三固定锚点与第四固定锚点之间设置有第一空气桥，所述第五固定锚点与第六固定锚点之间设置有第二空气桥。
所述开孔结构上设置有释放孔阵列，所述释放孔阵列设置为4-5排，任意一排的释放孔数量为3-5个，每个释放孔大小为边长5-10μm的正方形，所述释放孔之间的间距为10-15μm，所述第一驱动电极设置在第一上电极的开孔结构下方，所述第二驱动电极设置在第二上电极的开孔结构下方。
所述王字型结构包括三个横条结构和两个竖条结构，三个横条结构之间通过竖条结构连接，所述横条结构与竖条结构均为中空结构。
所述第一驱动电极、第二驱动电极等距分布在输入信号线的两侧。
所述第一触点、第二触点均采用条形大触点。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
本发明与传统的单刀双掷开关相比具有明显的优势，本发明的微波传输线和地线采用渐变式的结构，可以降低微波在传输过程中的损耗，增强了开关的微波性能。本发明的上电极采用王字型结构，从力学方面讲，该结构可以减小上电极的弹性系数，降低上电极下拉所需的静电力，进而降低驱动电压，去除电压后，使得上电极拥有类似于弹簧的回复力，防止了上下电极之间的自吸合，下电极采用了长条形的单触点，增大了与上电极的接触面积，能够提升射频开关的耐受功率。
附图说明
图1为本发明实施例所述单刀双掷开关整体结构图；
图2为本发明实施例所述单刀双掷开关整体结构俯视图；
图3为本发明实施例所述单刀双掷开关整体结构侧视图；
图4为本发明实施例所述开关组件结构图；
图5为本发明实施例所述开关组件结构俯视图；
图6为本发明实施例所述开关组件结构侧视图；
图7为本发明实施例所述微波传输线结构图；
图8为本发明实施例所述微波传输线结构俯视图；
图9为本发明实施例所述条形触点结构图；
图10为本发明实施例所述条形触点结构俯视图；
图11为本发明实施例所述上电极结构图；
图12为本发明实施例所述上电极结构俯视图。
其中：1为衬底，2为输入信号线，3为第一输出信号线，4为第二输出信号线，5为第一地线，6为第二地线，7为第一空气桥，8为第二空气桥，9为第一上电极，10为第二上电极，11为第一驱动电极，12为第二驱动电极，13为第三固定锚点，14为第四固定锚点，15为第五固定锚点，16为第六固定锚点，17为第一固定锚点，18为第二固定锚点，19为第一触点，20为第二触点，21为开孔结构，22为王字型结构，221为横条结构，222为竖条结构。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种王字型上电极式单刀双掷开关，如图1、图2、图3所示，包括衬底1、微波传输线、第一驱动电极11、第二驱动电极12、开关组件，微波传输线、第一驱动电极11、第二驱动电极12均设置在衬底1上；微波传输线包括输入信号线2、第一输出信号线3、第二输出信号线4、第一地线5、第二地线6，第一地线5的中部设有间断口，第一驱动电极11、第二驱动电极12分别设置在第一地线5的间断口处，开关组件设置有两个，输入信号线2通过两个开关组件分别与第一输出信号线3、第二输出信号线4连接，第一输出信号线3、第二输出信号线4、第一地线5、第二地线6之间采用渐变式结构，第一输出信号线3、第二输出信号线4中段部分的宽度小于第一地线5、第二地线6的宽度。
进一步，如图4、图5、图6所示，开关组件包括第一上电极9、第二上电极10、第一固定锚点17、第二固定锚点18、第一触点19、第二触点20，第一上电极9设置在第一输出信号线3上，第二上电极10设置在第二输出信号线4上，第一上电极9通过第一固定锚点17固定在第一输出信号线3上，第二上电极10通过第二固定锚点18固定在第二输出信号线4上。
进一步，第一上电极9、第二上电极10均包括开孔结构21和王字型结构22，开孔结构21与王字型结构22固定连接，由于所述微波传输线为共面波导结构，特征阻抗是共面波导的重要参数。在制造工艺过程中要求使开关输入输出端口的特征阻抗与射频系统的特征阻抗相等，以达到端口的匹配特性。第一上电极9的王字型结构22下方设置有第一触点19，第二上电极10的王字型结构22下方设置有第二触点20，第一触点19、第二触点20均设置在输入信号线2上。与传统直板型上电极相比，所述第一上电极9和第二上电极10的弹性系数更低，施加驱动电压后，上电极下拉所需要的静电力更小，去除驱动电压后，所述第一上电极9和第二上电极10有类似于弹簧的回复力，使得上电极能更快的回到初始位置，防止了上下电极之间的自吸合。
进一步，第一输出信号线3、第二输出信号线4设置在同一直线上，输入信号线2采用T字型结构，第一输出信号线3、第二输出信号线4与输入信号线2相互垂直设置。
进一步，如图7、图8所示，第一地线5上设置有第三固定锚点13、第四固定锚点14、第五固定锚点15、第六固定锚点16，第三固定锚点13与第四固定锚点14对称设置在第一驱动电极11的两侧，第五固定锚点15与第六固定锚点16对称设置在第二驱动电极12的两侧。
进一步，第三固定锚点13与第四固定锚点14之间设置有第一空气桥7，第五固定锚点15与第六固定锚点16之间设置有第二空气桥8。
进一步，如图9、图10所示，第一触点19、第二触点20均采用条形大触点，与传统射频MEMS开关相比，触点体积更大，增加了与上电极的接触面积，能够有效提升射频开关的耐受功率。
进一步，如图11、图12所示，开孔结构21上设置有释放孔阵列，释放孔阵列设置为4-5排，任意一排的释放孔数量为3-5个，每个释放孔大小为边长5-10μm的正方形，释放孔之间的间距为10-15μm，第一驱动电极11设置在第一上电极9的开孔结构21下方，第二驱动电极12设置在第二上电极10的开孔结构21下方。
进一步，王字型结构22包括三个横条结构221和两个竖条结构222，三个横条结构221之间通过竖条结构222连接，横条结构221与竖条结构222均为中空结构。在王字型结构22上电极式单刀双掷开关制作工艺中，采用干法释放牺牲层，其主要步骤是使用氧离子体对其进行轰击，在没有释放孔的情况下O2无法与牺牲层充分接触；增加上述释放孔阵列之后可以使其与牺牲层更加充分的接触。
进一步，第一驱动电极11、第二驱动电极12等距分布在输入信号线2的两侧。
本发明的工作原理为：当在第一驱动电极11上施加驱动电压时，第一上电极9在静电力的作用下发生下拉至与第一触点19接触，此时开关处于闭合状态，当第一驱动电极11未施加驱动电压时，第一上电极9与第一触点19断开，此时开关处于断开状态。在本发明中所述第一上电极9、第二上电极10为王字型结构，与传统开关上电极结构相比，其降低了上电极的弹性系数，施加驱动电压后，上电极下来所需要的静电力更小，降低了开关的驱动电压，去除驱动电压后，所述第一上电极9和第二上电极10有类似于弹簧的回复力，使得上电极能更快的回到初始位置，防止了上下电极之间的自吸合，本发明还采用条形大触点结构，触点的体积更大，增加了与上电极的接触面积，能够有效提升射频开关的耐受功率。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种王字型上电极式单刀双掷开关，其特征在于：包括衬底(1)、微波传输线、第一驱动电极(11)、第二驱动电极(12)、开关组件，所述微波传输线、第一驱动电极(11)、第二驱动电极(12)均设置在衬底(1)上；所述微波传输线包括输入信号线(2)、第一输出信号线(3)、第二输出信号线(4)、第一地线(5)、第二地线(6)，所述第一地线(5)的中部设有间断口，所述第一驱动电极(11)、第二驱动电极(12)分别设置在第一地线(5)的间断口处，所述开关组件设置有两个，所述输入信号线(2)通过两个开关组件分别与第一输出信号线(3)、第二输出信号线(4)连接，所述第一输出信号线(3)、第二输出信号线(4)、第一地线(5)、第二地线(6)之间采用渐变式结构，所述第一输出信号线(3)、第二输出信号线(4)中段部分的宽度小于第一地线(5)、第二地线(6)的宽度。
2.根据权利要求1所述的一种王字型上电极式单刀双掷开关，其特征在于：所述开关组件包括第一上电极(9)、第二上电极(10)、第一固定锚点(17)、第二固定锚点(18)、第一触点(19)、第二触点(20)，所述第一上电极(9)设置在第一输出信号线(3)上，所述第二上电极(10)设置在第二输出信号线(4)上，所述第一上电极(9)通过所述第一固定锚点(17)固定在第一输出信号线(3)上，所述第二上电极(10)通过所述第二固定锚点(18)固定在第二输出信号线(4)上。
3.根据权利要求2所述的一种王字型上电极式单刀双掷开关，其特征在于：所述第一上电极(9)、第二上电极(10)均包括开孔结构(21)和王字型结构(22)，所述开孔结构(21)与王字型结构(22)固定连接，所述第一上电极(9)的王字型结构(22)下方设置有第一触点(19)，所述第二上电极(10)的王字型结构(22)下方设置有第二触点(20)，所述第一触点(19)、第二触点(20)均设置在输入信号线(2)上。
4.根据权利要求1所述的一种王字型上电极式单刀双掷开关，其特征在于：所述第一输出信号线(3)、第二输出信号线(4)设置在同一直线上，所述输入信号线(2)采用T字型结构，所述第一输出信号线(3)、第二输出信号线(4)与所述输入信号线(2)相互垂直设置。
5.根据权利要求1所述的一种王字型上电极式单刀双掷开关，其特征在于：所述第一地线(5)上设置有第三固定锚点(13)、第四固定锚点(14)、第五固定锚点(15)、第六固定锚点(16)，所述第三固定锚点(13)与第四固定锚点(14)对称设置在第一驱动电极(11)的两侧，所述第五固定锚点(15)与第六固定锚点(16)对称设置在第二驱动电极(12)的两侧。
6.根据权利要求5所述的一种王字型上电极式单刀双掷开关，其特征在于：所述第三固定锚点(13)与第四固定锚点(14)之间设置有第一空气桥(7)，所述第五固定锚点(15)与第六固定锚点(16)之间设置有第二空气桥(8)。
7.根据权利要求3所述的一种王字型上电极式单刀双掷开关，其特征在于：所述开孔结构(21)上设置有释放孔阵列，所述释放孔阵列设置为4-5排，任意一排的释放孔数量为3-5个，每个释放孔大小为边长5-10μm的正方形，所述释放孔之间的间距为10-15μm，所述第一驱动电极(11)设置在第一上电极(9)的开孔结构(21)下方，所述第二驱动电极(12)设置在第二上电极(10)的开孔结构(21)下方。
8.根据权利要求3所述的一种王字型上电极式单刀双掷开关，其特征在于：所述王字型结构(22)包括三个横条结构(221)和两个竖条结构(222)，三个横条结构(221)之间通过竖条结构(222)连接，所述横条结构(221)与竖条结构(222)均为中空结构。
9.根据权利要求1所述的一种王字型上电极式单刀双掷开关，其特征在于：所述第一驱动电极(11)、第二驱动电极(12)等距分布在输入信号线(2)的两侧。
10.根据权利要求2所述的一种王字型上电极式单刀双掷开关，其特征在于：所述第一触点(19)、第二触点(20)均采用条形大触点。
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