[发明专利]折梁屈曲射频微开关

说明书

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，特别涉及射频微开关，可用于微波集成电路、射频收发电路和雷达天线T/R组件等领域。

技术背景

屈曲射频微开关，是由微机械技术加工而成，基于折梁纵横弯曲理论，突破射频微开关单向加载的传统观念，利用折梁在屈曲变形中的弹性能量释放和刚度变化而表现出的突跳特性，将弹性力转变为驱动力，实现射频微开关高隔离度、低损耗、低电压和高频响应的目的。它具有体积小、可靠性高、结构简单等特点，因此在射频收发电路、微波集成电路、雷达天线T/R组件和射频双工电路等领域中，具有强烈需求。

2008年东南大学MEMS重点实验室在[RF MEMS开关吸合电压的分析，董乔华，廖小平，黄庆安，黄见秋，东南大学MEMS教育部重点实验室，半导体学报，第29卷第1期，2008年1月，163-169]提出的两端固结静电力驱动的射频微开关，如图1所示。其中微梁11通过固结点12固定而悬于接地板13和信号板14上方，外接电路分别连接于微梁11和信号板14上。当微梁11和信号板14间加有电压时，微梁11在静电力作用下向下移动而同信号板14接触，从而实现外接电路间的闭合。这种射频开关存在以下问题：

1)由于在微梁11和信号板14之间需要加33V的高电压，因而开关存在烧蚀危险。

2)微梁11和信号板间空隙太小，导致射频开关隔离度太低。

2010年California大学San Diego分校在[Rashed Mahameed，Gabriel M.Rebeiz，Electrical and Computer Engineering Department，University of California at San Diego，A High-Power Temperature-Stable Electrostatic RF MEMS Capacitive Switch Based on a Thermal Buckle-Beam Design，JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS，VOL.19，NO.4，2010，816-826]中提出了一种静电驱动热屈曲型高功率射频开关，如图2所示。这种射频开关的锚点23固定于固点25上，上极板21通过微梁22连接于锚点23上。上极板21和下极板24连接外接电路。当外接电压作用于微梁22上时，微梁22受热膨胀屈曲变形，上极板21向下移动，同下极板24接触，外接电路导通，开关闭合。

虽然这种结构提高了射频开关的隔离度，但是又存在如下问题：

1)驱动电压过高，达到40V。

2)响应时间过长，开关频率过低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种折梁屈曲射频微开关，以减小驱动电压，提高响应频率。

为实现上述目的，本发明的微开关包括：调节电极对、固定机座、驱动电极对和外构架，其中：外构架的内壁上固结有微梁和折梁；固定机座的两端设有导向机构，用于限制微梁的左右摆动；调节电极对采用梳齿状结构。

所述微梁和折梁为一体结构，且折梁位于微梁的两端。该折梁采用多个矩形弯曲结构，以减小折梁的刚度；该微梁采用纵横弯曲屈曲变形结构，以实现低压大变形驱动。

本发明具有如下优点：

1)本发明由于在外构架的内壁上固结有微梁和折梁，微梁和折梁的轴向总长度L’与外构架的内壁长度L之比为101∶100，使微梁和折梁预先获得轴向挤压屈曲势能，因此减小了驱动电压；

2)本发明由于调节电极对采用梳齿状结构，可以通过调整调节电极电压，使微梁在变形前达到欧拉临界载荷而处于“微弯平衡”状态，从而减小驱动电压；

3)本发明由于折梁采用多个矩形弯曲结构，以减小折梁的刚度，从而减小驱动电压，提高响应频率；

4)本发明由于采用微梁纵横弯曲屈曲变形结构，突破单向加载的传统观念，减小了驱动电压与变形时间，实现微开关低压大变形驱动、提高响应频率；

5)本发明由于在固定机座的两端设有导向机构，限制了微梁的左右摆动，从而保证折梁变形对称；

6)本发明微开关相对于现有其它微开关，部件数量少，且均采用硅材料，成本低，易于加工实现。

附图说明

图1为现有两端固结射频微开关结构图；

图2为现有恒温静电驱动屈曲型射频微开关结构图；

图3为本发明折梁屈曲射频微开关结构图。

具体实施方式