專利名稱：一種電可調(diào)式rlc串、并聯(lián)mems諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種電可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEM諧振
器
背景技術(shù)：
諧振器就是指產(chǎn)生諧振頻率的電子元件，起產(chǎn)生頻率的作用，具有穩(wěn)定，抗干擾性能良好的特點，廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中，諧振器重要起頻率控制的作用，所有電子產(chǎn)品涉及頻率的發(fā)射和接收都需要諧振器。MEMS諧振器的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括便攜式產(chǎn)品(如手機、MP4)，太陽能，汽車電子，工控以及網(wǎng)絡(luò)路由器、通信基站等領(lǐng)域。據(jù)透露，中興、華為等企業(yè)均已采用MEMS可編程振蕩器到各自產(chǎn)品中。石英晶體諧振器運用很廣泛?；贛EMS 的諧振器件同石英器件相比，尺寸小，價格相當，可靠性高，特別是有極強的抗沖擊和振動性能，可同時實現(xiàn)高Q值。MEMS諧振器通過微加工的方式來實現(xiàn)RLC串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，根據(jù)不用電路的要求可以改變相應(yīng)的L來改變諧振頻率，改變R的值可以控制和調(diào)節(jié)諧振時電流和電壓幅度的作用。經(jīng)檢索，現(xiàn)有申請?zhí)枮?00480027070. 0(公開號為 1853345)和 200680048616. X(公開號為101346879)的發(fā)明專利申請，提出過MEMS諧振器及其制備方法，但是結(jié)構(gòu)單一，適用范圍小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，設(shè)計了一種可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，在不增加工藝復(fù)雜程度的同時通過MEMS工藝來加工完成。這種諧振器擁有較高的Q值，具備大功率輸出的能力，還利用了傳統(tǒng)諧振器頻率固定，運用范圍不夠靈活的缺點，設(shè)計了可變諧振頻率的結(jié)構(gòu)，即通過電阻和電感可變的設(shè)計實現(xiàn)，這種設(shè)計是通過減小電阻絲的匝數(shù)和電感線圈的匝數(shù)來實現(xiàn)電阻和電感變化的。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下設(shè)計方案本發(fā)明提供了一種可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，包括可變電阻R，可變電感 L，以及固定電容C。所述的可變電阻由多匝線圈組成，在每一個線圈都引出信號線，在實際使用的時候可以通過接入不同的線圈匝數(shù)來控制電阻的大小。所述的可變電感采用螺旋形結(jié)構(gòu)，為了方便加工，螺旋結(jié)構(gòu)采用矩形截面，每個螺旋單元分為兩層線圈，上層線圈通過支撐柱子與下層線圈保持懸空和電連接，電感的匝數(shù)也為n，每個單元都引出信號傳輸線，使用時可以根據(jù)需要接入不用的匝數(shù)，控制電感的大小。電容采用固定電容設(shè)計，由上電極和下電極，上電極通過柱子與下電極保持懸空，電極和柱子之間通過橫梁來連接，下電極和上電極分別引出信號傳輸線。上述技術(shù)方案中，可變電阻的電阻絲采用多匝長方形電阻絲，且為了保證電阻絲連續(xù)性變化，在一定的范圍內(nèi)，匝數(shù)越大越大好，每一匝之間的距離越小越好。
上述技術(shù)方案中可變電感采用立體結(jié)構(gòu)，為了保證工藝簡單，采用截面矩形設(shè)計， 且為了保證電感連續(xù)性大范圍變化，在一定的工藝范圍內(nèi)，匝數(shù)越大越好，每一匝之間的距離越小越好，上層線圈和下層線圈的橫截面積越大越好。上述技術(shù)方案中，所述的可變電感上層線圈采用加厚設(shè)計保證剛度來抵制工作產(chǎn)生的變形。上述技術(shù)方案 中，電容器采用固定電容設(shè)計，電容極板采用正方形，且兩個極板之間的距離很小。上述技術(shù)方案中，所述的固定電容上電極采用T型梁來作為支撐，且為了使諧振器在工作時的穩(wěn)定，T型梁和上電極采用高厚度設(shè)計以保證足夠的剛度，抵制在電容器充放電時，上電極受到靜電力導(dǎo)致其變形，從而引起電容值變化。本發(fā)明上述可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，采用標準的MEMS工藝中的光刻、濺射、電鍍、腐蝕等技術(shù)來實現(xiàn)的。懸空結(jié)構(gòu)采用犧牲層技術(shù)來實現(xiàn)的。本發(fā)明上述可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器是基于硅基底或者玻璃基底加工出來的。本發(fā)明上述可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，可變電阻，可變電感和固定電容器均采用MEMS工藝中的電鍍來形成的，主要材料是鎳，銅。在信號傳輸線的表面鍍一層薄薄的金，便于焊接。本發(fā)明上述可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，為了保證電感上層線圈和電容上電極的懸空，需采用犧牲層技術(shù)，為了釋放時候能夠腐蝕到犧牲層，由于電容上電極面積較大，在電容上電極設(shè)計一定數(shù)量的刻蝕孔。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明上述的一種可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，采用了電阻和電感可調(diào)設(shè)計，運用范圍靈活，且加工工藝簡單，對環(huán)境的適應(yīng)性強，只需要接入不同的電阻和電感便可實現(xiàn)不用的電路要求，操作簡單，且易于封裝，成本低。


圖1是一種可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是一種可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器結(jié)構(gòu)俯視圖。圖3是一種可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器去掉上層結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖中1玻璃基片、2地平面、3刻蝕孔、4T型梁、5固定電容器下電極、6可變電阻信號傳輸通道、7可變電阻、8可變電感支撐柱子、9可變電感下層橫梁、10可變電感上層斜梁、 11可變電感信號傳輸通道、12固定電容器上電極信號傳輸通道、13上電極支撐柱子、14下電極信號傳輸通道、15固定電容器上電極。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例1如圖1-3所示，可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器包括三個基本元器件可變電阻R，可變電感L，以及固定電容C。本實施例中，可變電阻R由多匝線圈組成，電阻絲的截面為長方形，每一個線圈都引出信號傳輸通道6，接入不同的匝數(shù)，電阻就不一樣。本實施例中，可變電感包含上層斜梁10和下層橫梁9，上層的斜梁和下層的橫梁組成一匝線圈，電感也是由多匝組成，每一匝組成獨立的單元并引出信號傳輸通道11。

本實施例中，所述的上層斜梁通過柱子8支撐形成懸空結(jié)構(gòu)，也通過柱子與下層橫梁形成線圈，組成通路。本實施例中，固定電容器包含兩個電極，上電極12通過柱子與下電極5保持懸空， 電極和柱子之間通過T型梁4來連接，下電極和上電極分別引出信號傳輸通道14，15。本實施例中，所述的上電極采用正方形刻蝕孔3設(shè)計，便于MEMS腐蝕工藝的順利完成。本實施例中，所述的三個元器件都是在玻璃基片1上加工而成，每個元器件都有信號傳輸通道，且設(shè)有地平面2方便地信號接入。實施例2本實施例中，可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，采用標準的MEMS工藝中的光刻、濺射、電鍍、腐蝕等技術(shù)來實現(xiàn)的。懸空結(jié)構(gòu)采用犧牲層技術(shù)來實現(xiàn)的?；局谱鞑襟E如下①清洗玻璃基片先用碳酸鈣粉末擦洗玻璃基片，沖洗干凈后，分別用堿性清洗液和酸性堿性液清洗玻璃基片，然后等離子水沖洗干凈，置于60°C烘箱中1小時。②制備可調(diào)電阻、可調(diào)電感的下層線圈，固定電容器的下電極。在玻璃基片上的一面濺射一層Cr/Cu種子層，在種子層上甩10 μ m正性光刻膠為 AZ P4620，烘膠，曝光，顯影，電鍍出分割式下電極。③制備支撐柱子采用光刻膠作為犧牲層，在上面甩10 μ m光刻膠，然后烘膠，曝光，顯影，電鍍出柱子。④制備犧牲層 ⑤可調(diào)電感的上層線圈和固定電容器的上電極在已經(jīng)制備好的犧牲層上濺射一層Cr/Cu種子層，在種子層上甩30 μ m正性光刻膠為AZ P4620，烘膠，曝光，顯影，電鍍出上層線圈和固定電容器的上電極。⑥釋放懸空結(jié)構(gòu)。用配置好的堿液去掉光刻膠，用配置好的去Cr/Cu液去掉種子層，用配置好的KOH 溶液(質(zhì)量百分比濃度為10% )去掉犧牲層。本發(fā)明中的MEMS諧振器實質(zhì)上是基于RLC串并聯(lián)諧振電路的原理通過MEMS工藝來實現(xiàn)的，電阻采用了電阻絲，電感采用了螺旋形電感，電容采用平板式電容器。其中，電阻和電感采用了可調(diào)設(shè)計，和同類的MEMS諧振器相比，運用范圍更加廣。而且這種諧振器加工方法簡單，穩(wěn)定性好，易封裝。與背景中的專利技術(shù)相比，本發(fā)明同時集成可變電阻、可變電感、固定電容器為一體的MEMS諧振器，適用范圍廣，能用于多種RLC諧振電路中，通過MEMS工藝加工出這種諧振器，加工方法簡單，穩(wěn)定性好。
盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后， 對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，包括可變電阻，可變電感，以及固定電容，其特征在于所述可變電阻由多匝線圈組成，在每一個線圈都引出信號線，通過接入不同的線圈匝數(shù)來控制電阻的大小；所述的可變電感采用螺旋形結(jié)構(gòu)，螺旋結(jié)構(gòu)采用矩形截面，每個螺旋單元分為兩層， 上層斜梁通過支撐柱子與下層橫梁保持懸空和電連接，上層斜梁和上層橫梁構(gòu)成一個線圈，電感由多匝線圈構(gòu)成，每個單元都引出信號傳輸線，通過接入不用的匝數(shù)控制電感的大??；所述電容采用固定電容設(shè)計，由上電極和下電極，上電極通過柱子與下電極保持懸空， 電極和柱子之間通過橫梁來連接，下電極和上電極分別引出信號傳輸線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，其特征在于，所述的可變電阻的電阻絲采用多匝長方形電阻絲，且為了保證電阻絲連續(xù)性變化，在設(shè)定的范圍內(nèi)，匝數(shù)越大越大好，每一匝之間的距離越小越好。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，其特征在于，所述的可變電感為立體結(jié)構(gòu)，采用截面矩形設(shè)計，匝數(shù)越大越好，每一匝之間的距離越小越好，上層線圈和下層線圈的橫截面積越大越好。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，其特征在于，所述的可變電感上層線圈采用加厚設(shè)計保證剛度來抵制工作產(chǎn)生的變形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，其特征在于，所述的固定電容，其電容極板采用正方形，且兩個極板之間的距離為5 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，其特征在于，所述的固定電容上電極采用T型梁來作為支撐，且為了使諧振器在工作時的穩(wěn)定，T型梁和上電極采用高厚度設(shè)計以保證足夠的剛度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，其特征在于，所述諧振器采用標準的MEMS工藝中的光刻、濺射、電鍍、腐蝕技術(shù)來實現(xiàn)的，懸空結(jié)構(gòu)采用犧牲層技術(shù)來實現(xiàn)的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所的述可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，其特征在于所述諧振器是基于玻璃基底加工出來的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或7所的述可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，其特征在于，所述可變電阻，可變電感和固定電容均采用MEMS工藝中的電鍍來形成的，材料是鎳，銅，在信號傳輸線的表面鍍一層薄薄的金，便于焊接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，其特征在于，采用犧牲層技術(shù)制作懸空結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電可調(diào)式RLC串、并聯(lián)MEMS諧振器，包括可變電阻，可變電感以及固定電容?？勺冸娮栌啥嘣丫€圈組成，在每一個線圈都引出信號線，所述的可變電感采用螺旋形結(jié)構(gòu)，螺旋結(jié)構(gòu)采用矩形截面，每個螺旋單元分為兩層，上層斜梁通過支撐柱子與下層橫梁保持懸空和電連接，上層斜梁和上層橫梁構(gòu)成一個線圈，電感由多匝線圈構(gòu)成，每個單元都引出信號傳輸線。電容由上電極和下電極，上電極通過柱子與下電極保持懸空，電極和柱子之間通過橫梁來連接，下電極和上電極分別引出信號傳輸線。本發(fā)明在不增加工藝復(fù)雜程度的同時通過MEMS工藝來加工完成，通過減小電阻絲的匝數(shù)和電感線圈的匝數(shù)來實現(xiàn)電阻和電感變化。
文檔編號H03H9/02GK102412800SQ20111038837
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者丁桂甫, 何明軒, 劉瑞, 汪紅 申請人:上海交通大學