[实用新型]一种双线圈推拉式射频微机电系统开关

说明书

技术领域

本实用新型涉及微机电系统(MEMS)应用中的射频微机电系统(RFMEMS)技术领域，尤其涉及一种双线圈推拉式RF MEMS开关。

背景技术

在微机电系统制造技术中，RF MEMS是用光刻技术制作的小型化机械器件，用于射频和微波频率电路中的信号处理，是一项将能对现有雷达和通信中射频结构产生重大影响的新技术。

目前，在RF MEMS技术主要研究领域中，适用于RF系统的有调谐电容、感应器、滤波器和微机械开关。其中最常见的射频MEMS控制元件，被认为是核心器件的微波传输线开关。MEMS开关与目前的射频系统中所用的电控开关(PIN二极管或GaAs FET)不同，它没有半导体pn结或金属半导体结，靠机械移动实现对信号传输线的开/断控制，能在高频段维持很高的绝缘指标，插入损耗很低(可小于0.2dB，而PIN或FET的插入损耗总大于1dB)，隔离性能很好，互调失真极低，因此与PIN等半导体控制元件相比，其使用截止频率高得多(有时是后者的数倍)。因此RF MEMS开关，是提供低插损、高隔离、高线性、低功耗的新一代开关元件。

RF MEMS开关由机械部分(执行)和电学部分(驱动)构成。开关的电学部分可以用串联或者并联方式排列，可以是金属接触或电容接触。驱动方式有静电，电磁，压电或者热原理。相对于其他驱动方式，电磁驱动有以下特点：驱动力大，驱动距离远可以达几百微米；驱动电压低，小于5伏，控制电路简单，便于器件集成；开关动作大，可以达到很高的隔离度；响应速度快，可以缩短开关时间。

如图1、图2和图3所示，图1为传统的镍铁单臂梁电磁驱动开关的结构示意图，图2为传统的镍铁单臂梁电磁驱动开关接通时的示意图，图3为传统的镍铁单臂梁电磁驱动开关断开时的示意图。当线圈2中通过足够大的电流时，将会产生一个磁通。所产生的磁通大部分集中于线圈平面的中心，这样有利于增大引力，保证扭摆梁3获得足够的形变，以使线圈所产生的磁场足以驱动继电器开关的动作。这样上部镍铁扭摆梁3将会被磁化，从而弯曲与接触电极1接触，这时继电器闭合如图2所示。当驱动电流被切断时，扭摆梁依靠自身的弹力将会复位，从而继电器断开如图3所示。

但是，传统的电磁驱动RF MEMS开关持续消耗能量，能耗较大，开关时间较长，而且结构复杂，加工难度大制作工艺复杂。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种双线圈推拉式RFMEMS开关，以解决现有电磁驱动RF MEMS开关存在的缺陷，降低功耗，改善开关的稳定性，降低加工的复杂度。

(二)技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供了一种双线圈推拉式射频微机电系统开关，该射频微机电系统开关包括扭摆梁开关可动部分7、电磁驱动部分和传输线部分8，所述扭摆梁开关可动部分7位于用于驱动扭摆梁开关可动部分7动作以便该扭摆梁开关可动部分7与所述传输线部分8接通或断开的电磁驱动部分的上方，传输线部分8位于扭摆梁开关可动部分7上方。

上述方案中，所述扭摆梁开关可动部分7由经刻蚀的在硅衬底11上生长的氮化硅与背面镂空的硅衬底构成。

上述方案中，所述扭摆梁开关可动部分7上表面的两端分别有一个金触点5。

上述方案中，所述电磁驱动部分包括与硅衬底背面结合在一起的永磁体12和扭摆梁上表面两侧的双线圈6。

上述方案中，所述双线圈6位于扭摆梁开关可动部分7上表面金触点5的内侧，构成该双线圈6的材料为金。

上述方案中，所述永磁体12为永磁铁。

上述方案中，所述传输线部分8位于扭摆梁开关可动部分7的两侧上方，构成该传输线部分8的材料为金。

上述方案中，所述传输线部分8为共面波导传输线，由三根金电镀线组成，左右两根是地线，中间一根传输信号用，采用接触式接通信号。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本实用新型具有以下有益效果：

1、利用本实用新型，在硅衬底上生长的氮化硅制作出的扭摆结构梁，由于氮化硅自身杨氏模量比较大，结构强度很大，不容易变形，氮化硅扭摆梁结构两端线圈加电压驱动恢复克服了传统RF MEMS开关回复力小的致命弱点。扭摆梁制作成“跷跷板”结构，可以在减小驱动电压的情况下增加恢复力，从而提高了开关寿命，同时氮化硅作为背面镂空释放梁结构的阻挡层，解决了现有电磁驱动RF MEMS开关存在的缺陷，降低了功耗，改善了开关的稳定性，降低了加工的复杂度。