[发明专利]基于热驱动放大的串联射频微电子机械开关及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种射频微机电系统技术领域的装置，具体是一种基于热驱动放大的串 联射频微电子机械开关及其制备方法。

背景技术

为了满足无线通讯装置的发展要求，射频元件正向微型化和集成化方向发展。同时器件 应满足插入损耗、隔离度、阻抗匹配等方面的需要。MEMS(微电子机械系统)技术与RF(射 频)技术的结合研究为上述问题提供了新的解决方案。RF-MEMS器件可增大隔离度、减少互 连损耗，并且可以用与现有的半导体工艺相兼容的准三维平面加工技术来制造。RF-MEMS开 关融机电式继电器和半导体开关的优势于一身，能够应对开关元件在性能、尺寸和线性度方 面所面临的挑战。RF-MEMS开关按驱动原理主要分为三种：静电式、电磁式和电热式。目前 这几种开关均有大量相关设计出现。

其中，电热驱动RF-MEMS开关是通过电流通过电阻时产生的热效应进而转化为材料自身 的伸长来实现开关动作。与静电开关和电磁式开关相比，电热驱动RF-MEMS开关驱动电压较 低与CMOS电压兼容，同时，开关尺寸较小。因此电热驱动RF-MEMS开关也是一种重要的开关 设计方案。

经过对现有技术的检索发现，D.Girbau等2003年在德国慕尼黑第33界欧洲微波会议上 发表了“基于弯曲梁的热驱动射频MEMS开关”的论文，该论文中研究的热驱动射频MEMS开关 以两端固定的弯曲简支梁为基础。当在梁两端施加电压时，梁的内部有电流流过。由于焦耳 热效应，梁的温度升高，即而梁长度伸长。由于梁两端固定，梁的伸长将驱动中点向弯曲方 向移动以容纳梁的伸长量。

另经检索发现，G.David等在微机电系统学报上(2007，16(5)：1061-1070)发表了“悬 置于低阻基底上的电热驱动射频MEMS开关”的论文，该论文提出一种电热驱动的横向欧姆接 触开关，可用于微波电路系统。开关使用弯曲梁结构为主体，其弯曲梁加工在一种由刻蚀获 得的腔体上，通过腔体结构可避免开关性能受基底影响。梁的驱动方式仍然使用电热驱动。

该技术以梁两端作为固定锚点。在施加电流时，梁发热膨胀使梁中点发生位移。这种V 型梁设计结构简单，放大效果明显，但是也有一些缺陷：首先，为得到足够的放大倍数，需 要使V型梁的两个半臂夹角尽量接近180度，这带来几两方面问题：1)梁内部相对较大的应 力使梁的变形受到影响；2)较大的应力会使器件的寿命降低。3)为防止梁在应力下弯曲， 多采用多梁并连工作。这将增加器件功耗；其次，V型梁设计在使用时需要放置于一直线旁 ，这在很多情况下会受到约束。特别是在与其他RF-MEMS器件一起工作时，经常需要在拐角 处或者较小的空间内放置RF-MEMS开关。此时，使用V型梁设计就带来很大的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于热驱动放大的串联射频微电子机械 开关及其制备方法，具有尺寸小，开关行程大，驱动电压低，射频信号与驱动电流隔离，工 艺简单，成品率高等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及基于热驱动放大的串联射频微电子机械开关，包括：热驱动臂、放大臂、接 触块、隔离块、放大臂固定端和热驱动臂固定端，其中：两根热驱动臂相互平行且一端与放 大臂的一端固定连接，两根热驱动臂的另一端分别与两块热驱动臂固定端相连接，放大臂近 热驱动臂的一端与放大臂固定端相连接，放大臂的另一端与隔离块相连接，隔离块与两块接 触块相对设置。

所述的放大臂的加工长度为250-500μm，厚度为10-30μm，宽度为10-20μm；

所述的热驱动臂的加工长度为500-800μm，厚度为10-30μm，单臂宽度为10-20μm，该 热驱动臂在驱动信号接入电极输入的电流作用下发热伸长；

所述的热驱动臂上设有防短路块，该防短路块设置于两根热驱动臂之间确保热驱动臂之 间不相接触，其长度为50-800μm，厚度为40-50μm，宽度为50-80μm，可以防止过大变形 时两臂短路，同时可以增加热驱动臂的稳定性，所述防短路块由SU8胶制成；

所述的隔离块的加工长度为60-80μm，厚度为40-50μm，宽度为30-50μm，隔离块为 SU8胶制成；

所述的放大臂与热驱动臂相连的位置设有卸荷槽，该卸荷槽的中心距离放大臂固定端 20-50μm，宽度为8μm，用于降低驱动力矩；