[发明专利]一种微机械电容式双向开关

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统领域，具体的说，涉及一种微机械电容式双向开关。

背景技术

开关是最近十年来在MEMS技术的基础上发展起来的一种新型射频微器件，相对于当前的半导体开关，具有低损耗、低功耗、高隔离度、与Si工艺有良好的兼容性以及良好的线性度。微开关是射频电路中的重要组成部分，基于电容式原理微开关相对于其它原理的微开关，具有驱动电压低，灵敏度高，容易加工，成本低的优点。

微机械电容式双向开关，其实就是两个下电极公用一个柔性的可动上电极，这样就构成两个电容，即形成了两个开关。在电压或者电流的驱动下，上电极由于静电力的作用下克服了弹簧的回复力向下运动，当电压或者电流达到一定值时，上电极运动到与下电极接触，达到平衡状态，形成稳定的电连接，相当于短路，即开关闭合。撤销掉电压或者电流，静电力消失，由于弹簧的回复力使上电极回到初始位置，形成断路，即开关断开。这样通过控制驱动电压或电流就可以控制开关的断开与闭合。两个电容就形成了双向开关。这种开关有四种状态：一闭一开，一开一闭，两开，两闭。可以满足各种电路的需求。

中国专利（专利申请号为 201010018318.4）提出过一种低应力高可靠的射频微机械系统电容式开关，本发明与之比较，采用了双向设计，而且采用弹簧作为弹性结构，而不是采用金属薄膜，降低了驱动电压。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微机械电容式双向开关，在不增加工艺复杂程度的同时，设计出高灵敏度的适合集成电路设计中的电容式双向微开关，并且能在低电压驱动下达到双向开关的目的。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种微机械电容式双向开关，包括一个上电极和两个下电极，所述上电极采用“十”字型电极，该上电极通过柱子和弹簧与两个下电极保持悬空，弹簧一端与上电极相连，另一端与焊盘相连，弹簧除了有柔性支撑的作用外，还有信号传输的作用。两个下电极保持绝缘。

所述上电极的长横梁与两个下电极形成两个电容。一个电容在电压的驱动之下，使上下两个电极接触，形成短路，相当于一个开关闭合，另一个开关断开，这样可以实现一开一闭的效果。另一个电容在电压的驱动之下，也可以闭合，同时也可以实现两闭的效果。

上述技术方案中，上电极由长横梁和短竖梁交叉形成“十”字型上电极。

上述技术方案中，两个下电极呈长方形，均有信号引出线到焊盘。

上述技术方案中，为了保证上电极的刚度，本发明采用增厚“十”字型上电极的长横梁方法，即在“十”字型电极上叠加一层厚的长横梁层。

上述技术方案中，上下电极的间距很小，达到工艺上容许的最小值。在不影响上电极刚度的条件下，上下电极有较大的有效正对面积。每个电极都有引出焊盘，以便于和外界电路焊接。

上述技术方案中，弹簧与焊盘的连接处和弹簧与十字型上电极的短竖梁连接处均采用连接处圆弧设计，避免了微机械电容式双向开关工作时由于弹簧和短竖梁变形引起的局部应力集中导致的断裂。从而增加了工作的寿命。

本发明上述微机械电容式双向开关，采用标准的MEMS工艺中的光刻、溅射、电镀、腐蚀等技术来实现的。上电极的悬空采用牺牲层技术来实现的。

本发明上述微机械电容式双向开关，上下电极均采用MEMS工艺中的电镀来形成的，主要材料是镍，表面电镀一层薄薄的金，金和镍有较好的结合力，且金便于焊接。

本发明上述微机械电容式双向开关，为了保证两个下电极之间相互绝缘，采用玻璃基底，而不采用有导电能力的硅作为基底。

本发明上述微机械电容式双向开关，为了保证上电极的悬空，需采用牺牲层技术，为了释放时候能够腐蚀到牺牲层，“十”字型上电极上设计一定数目的刻蚀孔。

与现有技术相比，本发明上述的一种微机械电容式双向开关，采用了双向设计，而且采用弹簧作为弹性结构，降低了驱动电压。本发明结构简单，对环境的适应性强，只需要低电压即可驱动实现双向开关功能，制作工艺简单，图形化操作实现了复杂的弹簧结构，且易于封装，成本低。

附图说明

图1是一种微机械电容式双向开关整体结构示意图；

图2是一种微机械电容式双向开关整体结构俯视图；