[发明专利]一种耐冲击硅梁MEMS复合开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合开关，特别是一种耐冲击硅梁MEMS复合开关。

背景技术

作为RF系统最基本元件，MEMS开关结合了常规机械开关的优良射频特性和微电子批量生产的优势，具备低插入损耗、高隔离度、宽带宽（0.1GHz～120GHz）、极低互调失真、近零驱动功耗、低成本集成能力，具有其极广阔的应用前景。但是由于MEMS开关含有可动结构，在受到高冲击时，MEMS开关的机械可动结构（悬臂梁、固支梁等）在外界冲击力的作用下将产生振动。如果冲击足够大，使梁与触点相接处，造成开关成导通状态，将会使系统内出现错误信号，对设备安全性和稳定性造成极大危害。MEMS开关在高冲击条件下的闭合现象已成为MEMS开关在产品化设计和实际应用中面临的最大问题。

针对在高冲击下MEMS开关的闭合问题，传统MEMS开关的解决方案是增加梁的弹性系数，提高梁对外界冲击的稳定性，但这一方案的副效应是驱动电压随着梁的弹性系数的增加而显著升高，以及因此而产生的触点寿命、梁的使用寿命和介质层电荷注入等诸多问题，使得这一方案可行性大打折扣。因此，设计出一种切实可行的、能够在高冲击条件下不会发生闭合情况的MEMS开关对MEMS开关的应用显得至关重要。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有的MEMS开关在高冲击条件下出现闭合现象的问题。

发明内容：本发明的技术方案如下：一种耐冲击硅梁MEMS复合开关，该MEMS复合开关包括玻璃承载片和位于玻璃承载片上的两个完全相同但驱动方向相反的硅梁。

作为优化，所述两个硅梁具有相同的谐振频率和模态等特性，且相互平行。

作为优化，两硅梁之间设置一个公共接触块。

作为优化，所述玻璃承载片上设置有驱动电压偏置线和介质层。

作为优化，所述硅片包括结构层和锚区，结构层包括微波地、微波端口、驱动电极和驱动电压输入端。

作为优化，所述硅梁与驱动电极之间由成“由”字形的阻挡块隔离，阻挡块包括阻挡块锚区和由阻挡块锚区伸出来的阻挡触点。

作为优化，结构层采用低微波损耗的高阻材料，结构层各个部分经干法刻蚀工艺刻蚀透。

作为优化，锚区尺寸在DRIE释放结构层尺寸上向内缩进。

工作原理：当施加驱动电压时，两个硅梁受静电力驱动同时与公共接触块接触，开关闭合形成微波信号通路，MEMS复合开关成导通状态。当驱动电压为70V时，开关能够在垂直于梁方向上8000g加速度作用下保持闭合状态。在开关无驱动电压驱动并受到外界冲击时，由于开关闭合方向相反，在20000g加速度的作用下一个子开关向公共接触块方向运动导通,另一个子开关背向公共接触块方向运动断开，此时MEMS复合开关成断开状态。

若开关受到瞬间高冲击且突然消失，两个子开关的梁受恢复力作用各自处于振动状态。若两个子开关的梁剧烈振动并同时与公共接触块发生接触，则会造成复合开关出现瞬间的导通状态。针对这一隐患，本发明中两个子开关被设计成完全一致，具有相同的谐振周期T。由于两子开关的梁在摆动过程中各自路径不同，故两开关的梁与公共接触块碰撞存在时间差Δt。由于两个子开关具有相同的谐振周期，各自与公共接触块的碰撞之间的时间差Δt将会保持不变。因此，两子开关不会在冲击过后出现同一时间都与公共接触块碰撞而造成瞬间导通现象。进一步考虑在实际应用中的空气阻尼和碰撞的动能损耗，开关可动结构与公共接触块碰撞次数非常有限，进一步保证整个复合开关在冲击后不会存在瞬间导通现象。

有益效果：本发明与现有技术相比：本发明通过在耐冲击硅梁MEMS复合开关上设计两个完全相同但驱动方向相反的硅梁解决了MEMS开关在高冲击条件下出现的闭合现象，为MEMS开关在高冲击条件下的应用提供了新的解决方案并且在实现上述功能的前提下，该发明设计不增加MEMS开关制备的工艺难度，能够保证RF MRMS开关小体积、低成本的优点。

附图说明

图1是本发明的正面俯视示意图；

图2是本发明的背面俯视（锚区结构）示意图；

图3是本发明在冲击条件下工作示意图；

图4是本发明的工艺流程图。

具体实施方式