[发明专利]具有挠性和自由开关膜的RF MEMS开关

说明书

技术领域

本发明涉及由微电子机械系统(MEMS)实施的射频(RF)开关的技术领域。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)开关现在广泛地用于射频(RF)通信系统，例如相位阵列天线、移相器、可开关调谐部件，等等。

RF MEMS开关本质上是使用电驱动的机械运动以便实现RF传输线中的短路或断路的小型化器件。RF MEMS开关因此本质上包括两个不同装置：

-微机械装置，其将一般地称作“开关装置”，并且能够被移动到两个不同位置：对应于开关的断开状态即其中传输线被断开且不能用于传输RF信号的状态的断开位置，以及对应于开关的接通状态即其中传输线被“闭合”且能够用于传输RF信号的状态的接通位置。

-电装置，其将一般地称作“驱动装置”，所述电子驱动装置一般地用于产生施加到机械开关装置上以便将后者移动到它们的接通位置和/或它们的断开位置的力。

可以基于所使用的电驱动装置即静电的、电磁的、压电的或电热的驱动装置将MEMS RF开关分成几个类别。静电驱动是至今在用的盛行技术，因为它能够达到更短的开关时间(典型地小于200μs)以及近乎零功耗。此外，在RF MEMS开关设计中，可以组合不同的驱动技术(例如，静电电压保持可以结合热驱动)。

也可以基于用于开关传输线的接触将MEMS RF开关分成两个类别即“金属-金属接触开关”或“电容性接触开关”。所谓的金属-金属接触开关(也称作“欧姆接触开关”)典型地用于开关DC～60GHz的信号。电容性开关更特别地用于开关6GHz～120GHz的RF信号。

至今为止，也可以基于它们的微机械开关装置的结构将MEMSRF开关分成两个主要类别。

第一主要类别包括其微机械开关装置包括锚定在开关的衬底上的挠性膜的RF MEMS开关。第二类别包括其微机械开关装置包括自由地装配在开关的衬底上的无应力刚性梁的RF MEMS开关。

具有挠性锚定膜的RF MEMS

在第一配置中，挠性膜在两个末端锚定在衬底上，因此形成桥梁。使用挠性桥梁作为开关元件的MEMS开关例如在下面发表物中公开：美国专利申请2004/0091203号，美国专利6,621,387号，欧洲专利申请EP1343189，PCT申请WO2004/076341。

在第二配置中，挠性膜仅在一个末端锚定在衬底上，因此形成悬臂。使用挠性悬臂膜作为开关元件的MEMS开关例如在美国专利5,638,946号中公开。

具有挠性锚定膜(桥梁或悬臂)作为开关元件的RF MEMS开关的使用遇到以下主要缺点。这些开关对于温度变动以及衬底的机械和/或热变形是非常敏感的(第一主要缺点)。在驱动过程中，当锚定开关膜在驱动装置所产生的力之下变形时，所述膜受到高的机械应力，这又显著地降低RF MEMS开关的寿命(第二主要缺点)。

具有无应力刚性粱的RF MEMS开关

具有无应力刚性梁的RF MEMS开关例如在欧洲专利申请EP1489639中公开。在该发表物中，开关元件是能够在平行于衬底的平面内在接通位置和断开位置之间自由地移动的刚性梁。在另一个变型中，刚性梁可以是能够在垂直于衬底的方向上在接通位置和断开位置之间自由地移动的浮式梁。

该类型的开关有利地克服具有锚定开关膜的RF MEMS开关的上述缺点。作为回报，具有无应力刚性开关梁的这些RF MEMS开关具有较长的开关时间(即在接通位置和断开位置之间移动开关梁所需的时间)。此外，它们对于机械冲击或振动更敏感。

发明内容

发明的主要目的在于提出RF MEMS开关的新结构。

发明的另一个目的在于提出克服使用锚定开关膜的RF MEMS开关的上述缺点的新RF MEMS开关。

发明的另一个目的在于提出与具有无应力刚性开关梁的上述RFMEMS开关相比具有短的开关时间的新RF MEMS开关。

发明的另一个目的在于提出与具有无应力刚性开关梁的上述RFMEMS开关相比对于机械冲击或振动较不敏感的新RF MEMS开关。

发明概要

至少上面的主要目的通过权利要求1的RF MEMS开关获得。

发明的RF MEMS开关包括：

-微机械开关装置，其能够在两个位置之间受驱动：第一位置(断开状态)和第二位置(接通状态)，以及

-驱动装置，其用于驱动开关装置的位置。