專利名稱：一種雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)中的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)應(yīng)用中的射頻(RF) MEMS技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
在微機(jī)電系統(tǒng)制造技術(shù)中，射頻微機(jī)電系統(tǒng)(RFMEMS)幵關(guān)是用 光刻技術(shù)制作的小型化機(jī)械器件，用于射頻和微波頻率電路中的信號(hào)處 理，是一項(xiàng)將能對(duì)現(xiàn)有雷達(dá)和通信中射頻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響的新技術(shù)。目前，在RFMEMS技術(shù)主要研究領(lǐng)域中，適用于RF系統(tǒng)的有調(diào)諧 電容、感應(yīng)器、濾波器和微機(jī)械開(kāi)關(guān)。其中最常見(jiàn)的射頻MEMS控制元 件，被認(rèn)為是核心器件的微波傳輸線開(kāi)關(guān)。RFMEMS幵關(guān)與目前的射頻 系統(tǒng)中所用的電控開(kāi)關(guān)(PIN 二極管或GaAsFET)不同，它沒(méi)有半導(dǎo)體pn 結(jié)或金屬半導(dǎo)體結(jié)，靠機(jī)械移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)傳輸線的開(kāi)/斷控制，能在高 頻段維持很高的絕緣指標(biāo)，插入損耗很低(可小于0.2dB，而PIN或FET的 插入損耗總大于ldB)，隔離性能很好，互調(diào)失真極低，因此與PIN等半導(dǎo) 體控制元件相比，其使用截止頻率高得多(有時(shí)是后者的數(shù)倍)。因此RF MEMS開(kāi)關(guān)，是提供低插損、高隔離、高線性、低功耗的新一代開(kāi)關(guān)元 件。RFMEMS開(kāi)關(guān)由機(jī)械部分(執(zhí)行)和電學(xué)部分(驅(qū)動(dòng))構(gòu)成。開(kāi)關(guān) 的電學(xué)部分可以用串聯(lián)或者并聯(lián)方式排列，可以是金屬接觸或電容接觸。 驅(qū)動(dòng)方式有靜電，電磁，壓電或者熱原理。相對(duì)于其他驅(qū)動(dòng)方式，電磁驅(qū) 動(dòng)有以下特點(diǎn)驅(qū)動(dòng)力大，驅(qū)動(dòng)距離遠(yuǎn)可以達(dá)幾百微米；驅(qū)動(dòng)電壓低，小 于5伏，控制電路簡(jiǎn)單，便于器件集成；開(kāi)關(guān)動(dòng)作大，可以達(dá)到很高的隔 離度；響應(yīng)速度快，可以縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間。如圖l、圖2和圖3所示，圖l是傳統(tǒng)的鎳鐵單臂梁電磁驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu) 示意圖，圖2是傳統(tǒng)的鎳鐵單臂梁電磁驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)的示意圖，圖3是傳統(tǒng)的鎳鐵單臂梁電磁驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的示意圖。當(dāng)線圈2中通過(guò)足夠大的 電流時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁通。所產(chǎn)生的磁通大部分集中于線圈平面的中心， 這樣有利于增大引力，保證懸臂梁3獲得足夠的形變，以使線圈所產(chǎn)生的 磁場(chǎng)足以驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)關(guān)的動(dòng)作。這樣上部鎳鐵懸臂梁3將會(huì)被磁化，從 而彎曲與接觸電極l接觸，這時(shí)繼電器閉合如圖2所示。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流被切斷時(shí)，懸臂梁依靠自身的彈力將會(huì)復(fù)位，從而繼電器斷開(kāi)如圖3所示。但是，傳統(tǒng)的電磁驅(qū)動(dòng)RFMEMS開(kāi)關(guān)持續(xù)消耗能量，能耗較大， 開(kāi)關(guān)時(shí)間較長(zhǎng)，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大制作工藝復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容(一) 要解決的技術(shù)問(wèn)題有鑒于此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁射頻微機(jī) 電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，以解決現(xiàn)有電磁驅(qū)動(dòng)RF MEMS開(kāi)關(guān)存在的缺陷，降低功 耗，改善開(kāi)關(guān)的穩(wěn)定性，降低加工的復(fù)雜度。(二) 技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，該射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)包 括電磁驅(qū)動(dòng)部分和懸臂梁可動(dòng)部分，電磁驅(qū)動(dòng)部分和懸臂梁可動(dòng)部分采用 對(duì)準(zhǔn)鍵合方式結(jié)合在一起；電磁驅(qū)動(dòng)部分具有鐵心鐵殼和永磁體，通過(guò)在 平面線圈加電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永磁體的磁場(chǎng)相疊加來(lái)改變整體磁場(chǎng)的方 向，從而使懸臂梁可動(dòng)部分動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)通斷。優(yōu)選地，所述電磁驅(qū)動(dòng)部分包括硅襯底12，電磁線圈13，鎳鐵合金 的鐵心和鐵殼11和永磁體14，電磁線圈13位于鎳鐵合金鐵心和鐵殼11 之間，通過(guò)多層電鍍金形成方形結(jié)構(gòu)；兩個(gè)鎳鐵合金的鐵心和鐵殼11分 別位于電磁驅(qū)動(dòng)部分的左右兩邊，鐵心和鐵殼通過(guò)電鍍形成；永磁體14 裝配在硅襯底12的背面。優(yōu)選地，所述電磁驅(qū)動(dòng)部分上表面的兩端分別進(jìn)一步包括一射頻傳輸 單元IO，采用電鍍金形成共面波導(dǎo)傳輸線，減少高頻信號(hào)的干擾，而且電 磁驅(qū)動(dòng)部分與共面波導(dǎo)傳輸線隔離，避免驅(qū)動(dòng)部分的電磁信號(hào)對(duì)高頻信號(hào)的干擾。優(yōu)選地，所述電磁線圈13為采用電鍍方式形成的雙層平面驅(qū)動(dòng)線圈， 被鎳鐵合金的鐵心和鐵殼11包圍，減少漏磁，增加電磁吸力，使懸臂梁 動(dòng)作幅度大，從而提高開(kāi)關(guān)的隔離度。優(yōu)選地，所述電磁線圈13的形狀為方形，厚度為IO微米，寬度為10 微米。優(yōu)選地，所述鎳鐵合金的鐵心和鐵殼11采用電鍍方式形成，其厚度為30微米。優(yōu)選地，所述永磁體14為永磁鐵。優(yōu)選地，所述懸臂梁可動(dòng)部分包括扭擺梁7，鎳鐵合金層6和金觸點(diǎn) 5，扭擺梁7為單晶硅制作成的蹺蹺板結(jié)構(gòu)，在扭擺梁7的一側(cè)對(duì)稱的淀 積有兩個(gè)鎳鐵合金層6，在鎳鐵合金層6靠近蹺蹺板結(jié)構(gòu)兩端的部分對(duì)稱 的淀積有兩個(gè)金觸點(diǎn)5，當(dāng)扭擺梁7動(dòng)作時(shí)通過(guò)金觸點(diǎn)5與傳輸線觸點(diǎn)的 接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接通。優(yōu)選地，所述由單晶硅制作成的蹺蹺板結(jié)構(gòu)的扭擺梁7厚度為20微 米，在減小驅(qū)動(dòng)電壓的情況下增加恢復(fù)力，提高開(kāi)關(guān)壽命。優(yōu)選地，所述鎳鐵合金層6淀積在扭擺梁7上，保證電磁驅(qū)動(dòng)部分的 磁感線通過(guò)鎳鐵合金層6形成磁通路，從而吸引扭擺梁動(dòng)作。優(yōu)選地，所述金觸點(diǎn)5與所述射頻傳輸單元10在電磁驅(qū)動(dòng)部分和懸 臂梁可動(dòng)部分對(duì)準(zhǔn)鍵合時(shí)位置對(duì)應(yīng)。優(yōu)選地，所述鎳鐵合金層6與所述鎳鐵合金的鐵心和鐵殼11在電磁 驅(qū)動(dòng)部分和懸臂梁可動(dòng)部分對(duì)準(zhǔn)鍵合時(shí)位置對(duì)應(yīng)。優(yōu)選地，所述金觸點(diǎn)5淀積在扭擺梁7上表面的兩端，當(dāng)扭擺梁7動(dòng) 作時(shí)通過(guò)金觸點(diǎn)5與射頻傳輸單元10中共面波導(dǎo)傳輸線觸點(diǎn)的接觸來(lái)實(shí) 現(xiàn)信號(hào)的接通。優(yōu)選地，所述鎳鐵合金的鐵心和鐵殼11與所述鎳鐵合金層6形成左 右兩個(gè)磁回路，所述永磁體14提供一定的磁動(dòng)勢(shì)，兩個(gè)鐵心電磁線圈13 繞向相反；通電流后，電磁線圈13產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永磁體14的磁場(chǎng)相疊加，從而 改變產(chǎn)生的電磁力的大?。划?dāng)通入的控制電流使左側(cè)的電磁線圈13產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永磁體14產(chǎn)生 的磁場(chǎng)正向疊加時(shí)，使左側(cè)氣隙處磁通增大，吸引力增大，吸引扭擺梁7 上鎳鐵合金層6下移，而右側(cè)情況相反，結(jié)果使左端拉下右端翹起從而左側(cè)傳輸線導(dǎo)通，右側(cè)斷開(kāi)；斷電后，靠永磁體14產(chǎn)生的磁通維持此狀態(tài)；電磁線圈13通入相反方向的電流后，將會(huì)使左端翹起右端下移，右側(cè)傳輸線導(dǎo)通，左側(cè)斷開(kāi)。 (三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、 利用本發(fā)明，由于采用了永磁體，下移的觸點(diǎn)無(wú)需驅(qū)動(dòng)器持續(xù)出 力，此時(shí)的磁作用力同時(shí)提供觸點(diǎn)接觸的壓力，使開(kāi)關(guān)的接入電阻維持在 較低的值，因此穩(wěn)定開(kāi)關(guān)的狀態(tài)不需要維持電壓，從而降低了功耗，又解 決了電磁驅(qū)動(dòng)的散熱問(wèn)題。2、 利用本發(fā)明，采用對(duì)準(zhǔn)鍵合工藝將電磁驅(qū)動(dòng)部分和懸臂梁可動(dòng)部分結(jié)合在一塊裝配永磁體以后，實(shí)現(xiàn)了雙穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)保持無(wú)需功耗，從而 減小功耗。3、 利用本發(fā)明，懸臂梁可動(dòng)部分的扭擺梁有20微米厚的單晶硅制作成"蹺蹺板"結(jié)構(gòu)，可以在減小驅(qū)動(dòng)電壓的情況下增加恢復(fù)力，從而提高 開(kāi)關(guān)壽命。4、 利用本發(fā)明，鎳鐵合金層淀積在扭擺梁上，來(lái)保證驅(qū)動(dòng)部分的磁 感線通過(guò)鎳鐵層形成磁通路，從而吸引扭擺梁動(dòng)作；金觸點(diǎn)淀積在扭擺梁 上表面的兩端，當(dāng)扭擺梁動(dòng)作時(shí)通過(guò)金觸點(diǎn)與傳輸線觸點(diǎn)的接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)信 號(hào)的接通。并且無(wú)應(yīng)力的單晶硅做成扭擺結(jié)構(gòu)的懸臂梁，可以克服薄膜應(yīng) 力變形的缺點(diǎn)，同時(shí)采用扭擺式結(jié)構(gòu)解決了單臂梁回復(fù)力不夠開(kāi)關(guān)壽命短 的缺點(diǎn)，同時(shí)釆用鍵合工藝可以克服傳統(tǒng)釋放犧牲層使懸臂梁與下層粘連 的問(wèn)題。5、 利用本發(fā)明，射頻傳輸單元在電磁驅(qū)動(dòng)部分上表面的兩端，采用 電鍍金形成共面波導(dǎo)傳輸線，減少了高頻信號(hào)的干擾，而且驅(qū)動(dòng)部分與共 面波導(dǎo)傳輸線隔離，避免了驅(qū)動(dòng)部分的電磁信號(hào)對(duì)高頻信號(hào)的干擾。6、 利用本發(fā)明，單晶硅扭擺梁部分采用20微米厚的單晶硅制作，單 晶硅自身無(wú)應(yīng)力，可以做出大尺寸不彎曲的結(jié)構(gòu)；同時(shí)利用無(wú)應(yīng)力的單晶硅懸臂梁來(lái)抵消鎳鐵層的應(yīng)力，從而降低了懸臂梁彎曲變形，單晶硅扭擺梁結(jié)構(gòu)兩端加電壓驅(qū)動(dòng)恢復(fù)克服了傳統(tǒng)RFMEMS開(kāi)關(guān)回復(fù)力小的致命弱 點(diǎn)，開(kāi)關(guān)壽命增大。7、 利用本發(fā)明，電磁驅(qū)動(dòng)部分采用電鍍雙層平面驅(qū)動(dòng)線圈，線圈厚 度10微米寬度10微米，電鍍30微米厚的鎳鐵合金的鐵心和外殼，可以 使漏磁大大減少，增加電磁吸力，從而可以減小驅(qū)動(dòng)電壓。


圖1是傳統(tǒng)的鎳鐵單臂梁電磁驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是傳統(tǒng)的鎳鐵單臂梁電磁驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)的示意圖； 圖3是傳統(tǒng)的鎳鐵單臂梁電磁驅(qū)動(dòng)幵關(guān)斷開(kāi)時(shí)的示意圖； 圖4為本發(fā)明提供的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RF MEMS開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明提供的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RF MEMS開(kāi)關(guān)中電磁驅(qū)動(dòng)部分 的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明提供的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RF MEMS開(kāi)關(guān)中電磁驅(qū)動(dòng)部分 的剖面圖；圖7為本發(fā)明提供的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RFMEMS開(kāi)關(guān)中懸臂梁可動(dòng)部 分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明提供的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RFMEMS開(kāi)關(guān)中懸臂梁可動(dòng)部 分的剖面圖；圖9為本發(fā)明提供的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RFMEMS開(kāi)關(guān)整體的剖面圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供的這種雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RF MEMS開(kāi)關(guān)，是基于圖l、圖 2和圖3所示傳統(tǒng)的鎳鐵單臂梁電磁驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)原理制作的，但采用 的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)鎳鐵單臂梁因內(nèi)應(yīng)力彎曲變形，單臂梁恢復(fù)力不夠和開(kāi)關(guān)壽命短的問(wèn)題，同時(shí)減小了功耗。如圖4所示，圖4為本發(fā)明提供的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RF MEMS開(kāi)關(guān)的 結(jié)構(gòu)示意圖，該射頻微機(jī)電系統(tǒng)幵關(guān)包括電磁驅(qū)動(dòng)部分和懸臂梁可動(dòng)部分，電磁驅(qū)動(dòng)部分和懸臂梁可動(dòng)部分采用對(duì)準(zhǔn)鍵合方式結(jié)合在一起；電磁驅(qū)動(dòng)部分具有鐵心鐵殼和永磁體，通過(guò)在平面線圈加電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永 磁體的磁場(chǎng)相疊加來(lái)改變整體磁場(chǎng)的方向，從而使懸臂梁可動(dòng)部分動(dòng)作， 實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)通斷。如圖5所示，圖5為本發(fā)明提供的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RFMEMS開(kāi)關(guān)中 電磁驅(qū)動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)示意圖。該電磁驅(qū)動(dòng)部分包括硅襯底12，電磁線圈 13，鎳鐵合金的鐵心和鐵殼11和永磁體14，電磁線圈13位于鎳鐵合金鐵 心和鐵殼11之間，通過(guò)多層電鍍金形成方形結(jié)構(gòu)；兩個(gè)鎳鐵合金的鐵心 和鐵殼11分別位于電磁驅(qū)動(dòng)部分的左右兩邊，鐵心和鐵殼通過(guò)電鍍形成； 永磁體14裝配在硅襯底12的背面。所述電磁驅(qū)動(dòng)部分上表面的兩端分別進(jìn)一步包括一射頻傳輸單元10， 采用電鍍金形成共面波導(dǎo)傳輸線，減少高頻信號(hào)的干擾，而且電磁驅(qū)動(dòng)部 分與共面波導(dǎo)傳輸線隔離，避免驅(qū)動(dòng)部分的電磁信號(hào)對(duì)高頻信號(hào)的干擾。所述電磁線圈13為采用電鍍方式形成的雙層平面驅(qū)動(dòng)線圈，被鎳鐵 合金的鐵心和鐵殼11包圍，減少漏磁，增加電磁吸力，使懸臂梁動(dòng)作幅 度大，從而提高開(kāi)關(guān)的隔離度。所述電磁線圈13的形狀為方形，厚度為10微米，寬度為10微米。所述鎳鐵合金的鐵心和鐵殼11采用電鍍方式形成，其厚度為30微米。 電鍍30微米厚的鎳鐵合金的鐵心和外殼11，可以使漏磁大大減少，增加 電磁吸力，從而可以減小驅(qū)動(dòng)電壓。所述永磁體14 一般為永磁鐵。為進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明提供的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RF MEMS開(kāi)關(guān)中電 磁驅(qū)動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)，圖6示出了本發(fā)明提供的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RF MEMS 開(kāi)關(guān)中電磁驅(qū)動(dòng)部分的剖面圖。如圖7所示，圖7為本發(fā)明提供的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RF MEMS開(kāi)關(guān)中 懸臂梁可動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)示意圖。該懸臂梁可動(dòng)部分采用電磁驅(qū)動(dòng)的方式， 包括扭擺梁7，鎳鐵合金層6和金觸點(diǎn)5，扭擺梁7為單晶硅制作成的蹺蹺板結(jié)構(gòu)，在扭擺梁7的一側(cè)對(duì)稱的淀積有兩個(gè)鎳鐵合金層6，在鎳鐵合 金層6靠近蹺蹺板結(jié)構(gòu)兩端的部分對(duì)稱的淀積有兩個(gè)金觸點(diǎn)5，當(dāng)扭擺梁7動(dòng)作時(shí)通過(guò)金觸點(diǎn)5與傳輸線觸點(diǎn)的接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接通。所述由單晶硅制作成的蹺蹺板結(jié)構(gòu)的扭擺梁7厚度為20微米，單晶 硅自身無(wú)應(yīng)力，可以做出大尺寸不彎曲的結(jié)構(gòu)；同時(shí)利用無(wú)應(yīng)力的單晶硅 懸臂梁來(lái)抵消鎳鐵合金層6的應(yīng)力，從而降低懸臂梁彎曲變形，單晶硅扭 擺梁結(jié)構(gòu)兩端加電壓驅(qū)動(dòng)恢復(fù)克服了傳統(tǒng)RFMEMS開(kāi)關(guān)回復(fù)力小的致命 弱點(diǎn)，從而提高開(kāi)關(guān)壽命。所述鎳鐵合金層6淀積在扭擺梁7上，保證電磁驅(qū)動(dòng)部分的磁感線通 過(guò)鎳鐵合金層6形成磁通路，從而吸引扭擺梁動(dòng)作。所述金觸點(diǎn)5與所述射頻傳輸單元10在電磁驅(qū)動(dòng)部分和懸臂梁可動(dòng) 部分對(duì)準(zhǔn)鍵合時(shí)位置對(duì)應(yīng)。所述鎳鐵合金層6與所述鎳鐵合金的鐵心和鐵殼11在電磁驅(qū)動(dòng)部分 和懸臂梁可動(dòng)部分對(duì)準(zhǔn)鍵合時(shí)位置對(duì)應(yīng)。所述金觸點(diǎn)5淀積在扭擺梁7上表面的兩端，當(dāng)扭擺梁7動(dòng)作時(shí)通過(guò) 金觸點(diǎn)5與射頻傳輸單元10中共面波導(dǎo)傳輸線觸點(diǎn)的接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的 接通。為進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明提供的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RF MEMS開(kāi)關(guān)中懸 臂梁可動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)，圖6示出了本發(fā)明提供的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RFMEMS 開(kāi)關(guān)中懸臂梁可動(dòng)部分的剖面圖。本發(fā)明提供的這種雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RFMEMS開(kāi)關(guān)具體的驅(qū)動(dòng)過(guò)程如 下所述鎳鐵合金的鐵心和鐵殼11與所述鎳鐵合金層6形成左右兩個(gè)磁 回路，所述永磁體14提供一定的磁動(dòng)勢(shì)，兩個(gè)鐵心電磁線圈13繞向相反。 通電流后，電磁線圈13產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永磁體14的磁場(chǎng)相疊加，從而改變 產(chǎn)生的電磁力的大小。當(dāng)通入的控制電流使左側(cè)的電磁線圈13產(chǎn)生的磁 場(chǎng)與永磁體14產(chǎn)生的磁場(chǎng)正向疊加時(shí)，使左側(cè)氣隙處磁通增大，吸引力 增大，吸引扭擺梁7上鎳鐵合金層6下移，而右側(cè)情況相反，結(jié)果使左端 拉下右端翹起從而左側(cè)傳輸線導(dǎo)通，右側(cè)斷開(kāi)。斷電后，靠永磁體14產(chǎn) 生的磁通維持此狀態(tài)。電磁線圈13通入相反方向的電流后，將會(huì)使左端 翹起右端下移，右側(cè)傳輸線導(dǎo)通，左側(cè)斷開(kāi)。另外，圖9還示出了本發(fā)明提供的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁RF MEMS開(kāi)關(guān)整體的剖面圖。從圖9可以看出，采用對(duì)準(zhǔn)鍵合工藝將電磁驅(qū)動(dòng)部分和單晶硅扭擺梁 部分結(jié)合在一塊裝配永磁體14以后，可以實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)保持無(wú)需功 耗，從而減小功耗。左側(cè)線圈通入一定電流后，通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永 磁鐵的磁場(chǎng)相疊加，從而改變產(chǎn)生的電磁力的大小，從而使左側(cè)向下偏移， 使單晶硅梁的上觸點(diǎn)與下面的共面波導(dǎo)傳輸線接觸，左側(cè)傳輸線導(dǎo)通，右、'以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了迸一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，其特征在于，該射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)包括電磁驅(qū)動(dòng)部分和懸臂梁可動(dòng)部分，電磁驅(qū)動(dòng)部分和懸臂梁可動(dòng)部分采用對(duì)準(zhǔn)鍵合方式結(jié)合在一起；電磁驅(qū)動(dòng)部分具有鐵心鐵殼和永磁體，通過(guò)在平面線圈加電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永磁體的磁場(chǎng)相疊加來(lái)改變整體磁場(chǎng)的方向，從而使懸臂梁可動(dòng)部分動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)通斷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，其 特征在于，所述電磁驅(qū)動(dòng)部分包括硅襯底(12)，電磁線圈(13)，鎳鐵合 金的鐵心和鐵殼(11)和永磁體(14)，電磁線圈(13)位于鎳鐵合金鐵 心和鐵殼(11)之間，通過(guò)多層電鍍金形成方形結(jié)構(gòu)；兩個(gè)鎳鐵合金的鐵 心和鐵殼(11)分別位于電磁驅(qū)動(dòng)部分的左右兩邊，鐵心和鐵殼通過(guò)電鍍 形成；永磁體(14)裝配在硅襯底(12)的背面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，其 特征在于，所述電磁驅(qū)動(dòng)部分上表面的兩端分別進(jìn)一步包括一射頻傳輸單 元(10)，采用電鍍金形成共面波導(dǎo)傳輸線，減少高頻信號(hào)的干擾，而且 電磁驅(qū)動(dòng)部分與共面波導(dǎo)傳輸線隔離，避免驅(qū)動(dòng)部分的電磁信號(hào)對(duì)高頻信 號(hào)的干擾。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，其 特征在于，所述電磁線圈(13)為釆用電鍍方式形成的雙層平面驅(qū)動(dòng)線圈，被鎳 鐵合金的鐵心和鐵殼(11)包圍，減少漏磁，增加電磁吸力，使懸臂梁動(dòng) 作幅度大，從而提高開(kāi)關(guān)的隔離度；所述電磁線圈(13)的形狀為方形，厚度為IO微米，寬度為IO微米； 所述鎳鐵合金的鐵心和鐵殼(11)采用電鍍方式形成，其厚度為30 微米；所述永磁體(14)為永磁鐵。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，其 特征在于，所述懸臂梁可動(dòng)部分包括扭擺梁(7)，鎳鐵合金層(6)和金 觸點(diǎn)(5)，扭擺梁(7)為單晶硅制作成的蹺蹺板結(jié)構(gòu)，在扭擺梁(7)的一側(cè)對(duì)稱的淀積有兩個(gè)鎳鐵合金層(6)，在鎳鐵合金層(6)靠近蹺蹺板 結(jié)構(gòu)兩端的部分對(duì)稱的淀積有兩個(gè)金觸點(diǎn)(5)，當(dāng)扭擺梁(7)動(dòng)作時(shí)通過(guò)金觸點(diǎn)(5)與傳輸線觸點(diǎn)的接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接通。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述由單晶硅制作成的蹺蹺板結(jié)構(gòu)的扭擺梁(7)厚度為20微米，在 減小驅(qū)動(dòng)電壓的情況下增加恢復(fù)力，提高開(kāi)關(guān)壽命；所述鎳鐵合金層(6)淀積在扭擺梁(7)上，保證電磁驅(qū)動(dòng)部分的磁 感線通過(guò)鎳鐵合金層(6)形成磁通路，從而吸引扭擺梁動(dòng)作。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁射頻微機(jī)電系統(tǒng)幵關(guān)， 其特征在于，所述金觸點(diǎn)(5)與所述射頻傳輸單元(10)在電磁驅(qū)動(dòng)部 分和懸臂梁可動(dòng)部分對(duì)準(zhǔn)鍵合時(shí)位置對(duì)應(yīng)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)， 其特征在于，所述鎳鐵合金層(6)與所述鎳鐵合金的鐵心和鐵殼(11)在電磁驅(qū) 動(dòng)部分和懸臂梁可動(dòng)部分對(duì)準(zhǔn)鍵合時(shí)位置對(duì)應(yīng)；所述金觸點(diǎn)(5)淀積在扭擺梁(7)上表面的兩端，當(dāng)扭擺梁(7) 動(dòng)作時(shí)通過(guò)金觸點(diǎn)(5)與射頻傳輸單元(10)中共面波導(dǎo)傳輸線觸點(diǎn)的 接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接通。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)， 其特征在于，所述鎳鐵合金的鐵心和鐵殼(11)與所述鎳鐵合金層(6) 形成左右兩個(gè)磁回路，所述永磁體(14)提供一定的磁動(dòng)勢(shì)，兩個(gè)鐵心電 磁線圈(13)繞向相反；通電流后，電磁線圈(13)產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永磁體(14)的磁場(chǎng)相疊加， 從而改變產(chǎn)生的電磁力的大??；當(dāng)通入的控制電流使左側(cè)的電磁線圈(13)產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永磁體(14) 產(chǎn)生的磁場(chǎng)正向疊加時(shí)，使左側(cè)氣隙處磁通增大，吸引力增大，吸引扭擺 梁(7)上鎳鐵合金層(6)下移，而右側(cè)情況相反，結(jié)果使左端拉下右端 翹起從而左側(cè)傳輸線導(dǎo)通，右側(cè)斷開(kāi)；斷電后，靠永磁體(14)產(chǎn)生的磁通維持此狀態(tài)；電磁線圈(13)通入相反方向的電流后，將會(huì)使左端翹起右端下移， 右側(cè)傳輸線導(dǎo)通，左側(cè)斷開(kāi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及射頻微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種雙穩(wěn)態(tài)單晶硅梁射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，該射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)包括電磁驅(qū)動(dòng)部分和懸臂梁可動(dòng)部分，電磁驅(qū)動(dòng)部分和懸臂梁可動(dòng)部分采用對(duì)準(zhǔn)鍵合方式結(jié)合在一起；電磁驅(qū)動(dòng)部分具有鐵心鐵殼和永磁體，通過(guò)在平面線圈加電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永磁體的磁場(chǎng)相疊加來(lái)改變整體磁場(chǎng)的方向，從而使懸臂梁可動(dòng)部分動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)通斷。利用本發(fā)明，該射頻微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)工作電壓比較低，驅(qū)動(dòng)力大，工作次數(shù)高，功耗比較低，接觸電阻小隔離度高，控制電路簡(jiǎn)單，適用于較大功率射頻通訊電路。
文檔編號(hào)H01H51/01GK101276705SQ20071006487
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者葉甜春, 景玉鵬, 李全寶, 毅 歐, 陳大鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所