一種基于體硅材料的外力驅(qū)動mems開關(guān)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種基于體硅材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)及其制作方法，實現(xiàn)微波信號的通路被切斷，同時微波信號可以從探針處被引出用于信號測量，屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在微波技術(shù)研宄中，RF MEMS開關(guān)由于其具有低插入損耗、高隔離度、高線性度和低功耗的特點，在射頻系統(tǒng)中有著廣泛的應用。RF MEMS開關(guān)的應用頻率覆蓋DC到300GHz的頻率范圍。開關(guān)是各種射頻微波單片集成系統(tǒng)的重要和基礎(chǔ)的組成元件，利用RF MEMS開關(guān)可以在提高系統(tǒng)集成度的同時提高系統(tǒng)性能。當前，絕大多數(shù)應用于毫米波波段的RFMEMS開關(guān)利用并聯(lián)電容結(jié)構(gòu)和串聯(lián)接觸結(jié)構(gòu)。并聯(lián)電容式開關(guān)通過使信號線與地線接通微波信號發(fā)生全反射而使開關(guān)實現(xiàn)關(guān)斷信號的功能，串聯(lián)接觸式開關(guān)則通過斷開信號線連接使開關(guān)實現(xiàn)關(guān)斷信號的功能，通過閉合信號線連接實現(xiàn)信號傳輸。
[0003]RF MEMS開關(guān)大量應用于可重構(gòu)的微波集成系統(tǒng)，而本發(fā)明的RF MEMS開關(guān)由外力驅(qū)動主要用于實現(xiàn)微波系統(tǒng)中各有關(guān)模塊的可測試性。在高集成度的小尺寸的微波系統(tǒng)中，對于某個模塊的信號引出和測試是一件比較困難的事，本發(fā)明為基于體硅材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)，該外力驅(qū)動開關(guān)可以應用于微波系統(tǒng)中不同模塊之間的連接部分，在需要對某個模塊進行信號引出和測試時，采用同軸線探針外力驅(qū)動開關(guān)動端，使其與開關(guān)靜端脫開，此時微波信號的通路被切斷，同時微波信號可以從同軸線探針處引出用于信號測量，大大降低了在一般微波系統(tǒng)中信號引出的困難，增強了系統(tǒng)的可測試性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種基于體硅材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)及其制作方法，該外力驅(qū)動開關(guān)利用外力驅(qū)動實現(xiàn)開關(guān)的截止態(tài)，并引出微波信號以用于信號的測量，應用該結(jié)構(gòu)可以方便的實現(xiàn)對微波信號的監(jiān)測，并解決在材料、工藝、可靠性、可重復性和生產(chǎn)成本等諸多方面的問題，從而為實現(xiàn)基于MEMS技術(shù)的方便于微波系統(tǒng)測試的RFMEMS開關(guān)結(jié)構(gòu)在微波集成系統(tǒng)中的產(chǎn)業(yè)化應用提供了支持和保證。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述MEMS技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于體硅材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)，包括襯底5、設(shè)置在襯底上的微帶線的信號線1、開關(guān)動端3、開關(guān)靜端4 ;所述微帶線的信號線I中間部分斷開，所述開關(guān)動端3和所述開關(guān)靜端4分別與所述微帶線的信號線I中間斷開部分兩端的信號線連接；所述開關(guān)動端3與所述開關(guān)靜端4均沿著垂直襯底5的方向延伸，并組成開關(guān)結(jié)構(gòu)；所述開關(guān)動端3為末端能夠變形的彈簧結(jié)構(gòu)；當二者連通時，所述開關(guān)動端3的彈簧末端正好與所述開關(guān)靜端4的末端接觸。
[0006]所述開關(guān)動端3為末端能夠下壓的S形彈簧結(jié)構(gòu)，所述開關(guān)靜端4為反向的C形結(jié)構(gòu)。
[0007]所述結(jié)構(gòu)通過微電子加工工藝，采用硅材料制作。
[0008]所述結(jié)構(gòu)采用高阻硅材料，并在表面電鍍金屬實現(xiàn)導電。
[0009]一種基于體硅材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)的制作方法，步驟如下:
1)準備高阻硅襯底，在所述高阻硅襯底側(cè)面光刻、顯影出開關(guān)動端和開關(guān)靜端圖形；
2)深反應離子刻蝕刻蝕掉多余硅體，去膠，形成開關(guān)動端結(jié)構(gòu)和反向開關(guān)靜端結(jié)構(gòu)；
3)減薄硅片，正面電鍍金，反面電鍍金；
4)劃片，將相同的開關(guān)結(jié)構(gòu)化成單獨的一個個結(jié)構(gòu)，形成單獨的開關(guān)動端與開關(guān)靜端結(jié)構(gòu)；
5)微組裝開關(guān)動端和開關(guān)靜端結(jié)構(gòu)，得到完整開關(guān)結(jié)構(gòu)。
[0010]有益效果:RF MEMS開關(guān)大量應用于可重構(gòu)的微波集成系統(tǒng)中，而本發(fā)明的RFMEMS開關(guān)由外力驅(qū)動主要用于實現(xiàn)微波系統(tǒng)中各有關(guān)模塊的可測試性。在高集成度的小尺寸的微波系統(tǒng)中，對于某個模塊的信號引出和測試是一件比較困難的事，本發(fā)明為基于體硅材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)，該外力驅(qū)動開關(guān)可以應用于微波系統(tǒng)中不同模塊之間的連接部分，在需要對某個模塊進行信號引出和測試時，采用同軸線驅(qū)動開關(guān)動端，使其與開關(guān)靜端脫開，此時微波信號的通路被切斷，同時微波信號可以從同軸線處引出用于信號測量，大大降低了在一般微波系統(tǒng)中信號引出的困難，增強了系統(tǒng)的可測試性。且本發(fā)明的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)利用微組裝實現(xiàn)完整開關(guān)結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)MEMS開關(guān)的結(jié)構(gòu)層厚度大大增加，實現(xiàn)了高可靠性，并可以施加較大的外力，從而實現(xiàn)MEMS開關(guān)的外力驅(qū)動。
【附圖說明】
[0011]圖1是基于體娃材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)結(jié)構(gòu)不意圖。
[0012]其中有:襯底5、微帶線的信號線1、微帶線的地2、開關(guān)動端3、開關(guān)靜端4。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0014]參見圖1，本發(fā)明提供的基于體硅材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)，該外力驅(qū)動MEMS開關(guān)包括襯底5、設(shè)置在襯底上的微帶線的信號線1、設(shè)置在襯底下的微帶線的地2、開關(guān)動端
3、開關(guān)靜端4 ;微帶線的信號線I中間部分斷開，開關(guān)動端3和開關(guān)靜端4分別與微帶線的信號線I中間斷開部分兩端的信號線連接；開關(guān)動端3與開關(guān)靜端4均沿著垂直襯底5的方向延伸，并組成開關(guān)結(jié)構(gòu)；開關(guān)動端為S形彈簧結(jié)構(gòu)，開關(guān)靜端為反向的C形結(jié)構(gòu)。
[0015]當該外力驅(qū)動MEMS開關(guān)處于不工作狀態(tài)時，開關(guān)動端3與開關(guān)靜端4接觸，整個微帶傳輸線呈現(xiàn)導通狀態(tài)，此時微波信號可以幾乎不產(chǎn)生損耗地通過該外力驅(qū)動MEMS開關(guān)；當該外力驅(qū)動MEMS開關(guān)處于工作狀態(tài)時，開關(guān)動端3通過探針的外力作用被壓下而與開關(guān)靜端4不接觸，此時微波信號的通路被切斷，同時微波信號可以從探針處被引出用于信號測量。同時，我們設(shè)計出了用于制造這種基于體硅材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)的具體工
-H-
O
[0016]本發(fā)明的整個開關(guān)結(jié)構(gòu)通過微電子加工工藝，采用硅材料制作，結(jié)構(gòu)尺寸的精度可以很高，尺寸大小可以大幅縮小，有利于整個開關(guān)的小型化；整個開關(guān)結(jié)構(gòu)可以采用高阻硅材料，并在表面電鍍金屬實現(xiàn)導電，同時開關(guān)動端和開關(guān)靜端的耦合電容可以設(shè)計的很小，因此能夠得到優(yōu)良的微波性能。
[0017]本發(fā)明的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)通過微電子加工工藝，采用硅材料制作，并在表面電鍍金屬實現(xiàn)導電性，然后通過微組裝的方式將其組裝到斷開的微帶傳輸線之間，實現(xiàn)MEMS開關(guān)結(jié)構(gòu)。
[0018]本發(fā)明的基于體硅材料的工藝實現(xiàn)方法如下:
1)準備高阻娃襯底(500um);在高阻娃襯底側(cè)面光刻、顯影出S形開關(guān)動端和反向C形開關(guān)靜端圖形；
2)DRIE(深反應離子刻蝕)刻蝕掉多余硅體，去膠，形成S形開關(guān)動端結(jié)構(gòu)和反向C形開關(guān)靜端結(jié)構(gòu)；
3)減薄硅片；正面電鍍金，反面電鍍金；
4)劃片，形成單獨的S形開關(guān)動端與C形開關(guān)靜端結(jié)構(gòu)；
5)微組裝S形開關(guān)動端和C形開關(guān)靜端結(jié)構(gòu)，完成完整開關(guān)結(jié)構(gòu)。
[0019]本發(fā)明中的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)不同于傳統(tǒng)的MEMS開關(guān)結(jié)構(gòu)，該外力驅(qū)動開關(guān)利用外力驅(qū)動實現(xiàn)開關(guān)的截止態(tài)，并引出微波信號以用于信號的測試，應用該結(jié)構(gòu)可以方便的實現(xiàn)對微波信號的監(jiān)測。該外力驅(qū)動MEMS開關(guān)具有以下主要特點:一、整個開關(guān)結(jié)構(gòu)通過微電子加工工藝，采用硅材料制作，結(jié)構(gòu)尺寸的精度可以很高，尺寸大小可以大幅縮小，有利于整個開關(guān)的小型化；二、整個開關(guān)結(jié)構(gòu)可以采用高阻硅材料，并在表面電鍍金屬實現(xiàn)導電，同時開關(guān)動端和開關(guān)MEMS靜端的耦合電容可以設(shè)計的很小，因此能夠得到優(yōu)良的微波性能；三、當該外力驅(qū)動MEMS開關(guān)處于不工作狀態(tài)時，開關(guān)動端與開關(guān)靜端接觸，整個微帶傳輸線呈現(xiàn)導通狀態(tài)，此時微波信號可以幾乎不產(chǎn)生損耗地通過該外力驅(qū)動MEMS開關(guān)；當該外力驅(qū)動MEMS開關(guān)處于工作狀態(tài)時，開關(guān)動端通過探針的外力作用被壓下而與開關(guān)靜端不接觸，此時微波信號的通路被切斷，同時微波信號可以從探針處被引出用于信號測量。可以方便應用于微波集成系統(tǒng)中，降低信號引出的困難，增強了系統(tǒng)的可測試性。四、和傳統(tǒng)MEMS開關(guān)相比，本發(fā)明中的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)采用了體硅加工工藝，同時利用微組裝實現(xiàn)完整開關(guān)結(jié)構(gòu)，其比傳統(tǒng)MEMS開關(guān)的結(jié)構(gòu)層厚度大大增加，因此可以實現(xiàn)高可靠性，并可以施加較大的外力，從而實現(xiàn)MEMS開關(guān)的外力驅(qū)動。
[0020]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應納入權(quán)利要求書中記載的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于體硅材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)，其特征在于:包括襯底(5)、設(shè)置在襯底上的微帶線的信號線(1)、開關(guān)動端(3)、開關(guān)靜端(4);所述微帶線的信號線(I)中間部分斷開，所述開關(guān)動端(3)和所述開關(guān)靜端(4)分別與所述微帶線的信號線(I)中間斷開部分兩端的信號線連接；所述開關(guān)動端(3)與所述開關(guān)靜端(4)均沿著垂直襯底(5)的方向延伸，并組成開關(guān)結(jié)構(gòu)；所述開關(guān)動端(3)為末端能夠變形的彈簧結(jié)構(gòu)；當二者連通時，所述開關(guān)動端(3)的彈簧末端正好與所述開關(guān)靜端(4)的末端接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于體硅材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)，其特征在于:所述開關(guān)動端(3)為末端能夠下壓的S形彈簧結(jié)構(gòu)，所述開關(guān)靜端(4)為反向的C形結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于體硅材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)通過微電子加工工藝，采用硅材料制作。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于體硅材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)采用高阻硅材料，并在表面電鍍金屬實現(xiàn)導電。5.一種制作如權(quán)利要求1所述的基于體硅材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)的制作方法，步驟如下: 1)準備高阻硅襯底，在所述高阻硅襯底側(cè)面光刻、顯影出開關(guān)動端和開關(guān)靜端圖形； 2)深反應離子刻蝕刻蝕掉多余硅體，去膠，形成開關(guān)動端結(jié)構(gòu)和反向開關(guān)靜端結(jié)構(gòu)； 3)減薄硅片，正面電鍍金，反面電鍍金； 4)劃片，將相同的開關(guān)結(jié)構(gòu)化成單獨的一個個結(jié)構(gòu)，形成單獨的開關(guān)動端與開關(guān)靜端結(jié)構(gòu)； 5)微組裝開關(guān)動端和開關(guān)靜端結(jié)構(gòu)，得到完整開關(guān)結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于體硅材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)及其制作方法，該外力驅(qū)動MEMS開關(guān)包括襯底（5）、設(shè)置在襯底上的微帶線的信號線（1）、設(shè)置在襯底下的微帶線的地（2）、開關(guān)動端（3）、開關(guān)靜端（4）；當該外力驅(qū)動MEMS開關(guān)處于不工作狀態(tài)時，開關(guān)動端（3）與開關(guān)靜端（4）接觸，整個微帶傳輸線呈現(xiàn)導通狀態(tài)，此時微波信號可以幾乎不產(chǎn)生損耗地通過該外力驅(qū)動MEMS開關(guān)；當該外力驅(qū)動MEMS開關(guān)處于工作狀態(tài)時，開關(guān)動端（3）通過探針的外力作用被壓下而與開關(guān)靜端（4）不接觸，此時微波信號的通路被切斷，同時微波信號可以從探針處被引出用于信號測量。同時，我們設(shè)計出了用于制造這種基于體硅材料的外力驅(qū)動MEMS開關(guān)的具體工藝。
【IPC分類】H01H59/00, H01H11/00
【公開號】CN104992879
【申請?zhí)枴緾N201510453804
【發(fā)明人】韓磊, 高曉峰
【申請人】東南大學
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月29日