专利名称：一种双线圈推拉式射频微机电系统开关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及微机电系统(MEMS)应用中的射频微机电系统(RF MEMS)技术领域，尤其涉及一种双线圈推拉式RFMEMS开关。
背景技术：
在微机电系统制造技术中，RFMEMS是用光刻技术制作的小型化机 械器件，用于射频和微波频率电路中的信号处理，是一项将能对现有雷达 和通信中射频结构产生重大影响的新技术。目前，在RFMEMS技术主要研究领域中，适用于RF系统的有调谐 电容、感应器、滤波器和微机械开关。其中最常见的射频MEMS控制元 件，被认为是核心器件的微波传输线开关。MEMS开关与目前的射频系 统中所用的电控开关(PIN 二极管或GaAs FET)不同，它没有半导体pn 结或金属半导体结，靠机械移动实现对信号传输线的幵/断控制，能在高 频段维持很高的绝缘指标，插入损耗很低(可小于0.2dB，而PIN或FET 的插入损耗总大于ldB)，隔离性能很好，互调失真极低，因此与PIN等 半导体控制元件相比，其使用截止频率高得多(有时是后者的数倍)。因 此RF MEMS开关，是提供低插损、高隔离、高线性、低功耗的新一代 幵关元件。RF MEMS开关由机械部分(执行)和电学部分(驱动)构成。开关 的电学部分可以用串联或者并联方式排列，可以是金属接触或电容接触。 驱动方式有静电，电磁，压电或者热原理。相对于其他驱动方式，电磁驱 动有以下特点驱动力大，驱动距离远可以达几百微米；驱动电压低，小 于5伏，控制电路简单，便于器件集成；开关动作大，可以达到很高的隔 离度；响应速度快，可以縮短开关时间。如图1、图2和图3所示，图1为传统的镍铁单臂梁电磁驱动开关的 结构示意图，图2为传统的镍铁单臂梁电磁驱动开关接通时的示意图，图3为传统的镍铁单臂梁电磁驱动开关断开时的示意图。当线圈2中通过足 够大的电流时，将会产生一个磁通。所产生的磁通大部分集中于线圈平面 的中心，这样有利于增大引力，保证扭摆梁3获得足够的形变，以使线圈所产生的磁场足以驱动继电器开关的动作。这样上部镍铁扭摆梁3将会被 磁化，从而弯曲与接触电极1接触，这时继电器闭合如图2所示。当驱动 电流被切断时，扭摆梁依靠自身的弹力将会复位，从而继电器断开如图3 所示。但是，传统的电磁驱动RF MEMS幵关持续消耗能量，能耗较大， 开关时间较长，而且结构复杂，加工难度大制作工艺复杂。实用新型内容(一) 要解决的技术问题有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种双线圈推拉式RF MEMS开关，以解决现有电磁驱动RF MEMS开关存在的缺陷，降低功 耗，改善开关的稳定性，降低加工的复杂度。(二) 技术方案为达到上述目的，本实用新型提供了一种双线圈推拉式射频微机电系 统开关，该射频微机电系统开关包括扭摆梁开关可动部分7、电磁驱动部 分和传输线部分8，所述扭摆梁开关可动部分7位于用于驱动扭摆梁开关 可动部分7动作以便该扭摆梁开关可动部分7与所述传输线部分8接通或 断开的电磁驱动部分的上方，传输线部分8位于扭摆梁开关可动部分7上 方。上述方案中，所述扭摆梁开关可动部分7由经刻蚀的在硅衬底11上 生长的氮化硅与背面镂空的硅衬底构成。上述方案中，所述扭摆梁开关可动部分7上表面的两端分别有一个金 触点5。上述方案中，所述电磁驱动部分包括与硅衬底背面结合在一起的永磁 体12和扭摆梁上表面两侧的双线圈6。上述方案中，所述双线圈6位于扭摆梁开关可动部分7上表面金触点5的内侧，构成该双线圈6的材料为金。上述方案中，所述永磁体12为永磁铁。上述方案中，所述传输线部分8位于扭摆梁开关可动部分7的两侧上 方，构成该传输线部分8的材料为金。上述方案中，所述传输线部分8为共面波导传输线，由三根金电镀线组成，左右两根是地线，中间一根传输信号用，采用接触式接通信号。 (三)有益效果从上述技术方案可以看出，本实用新型具有以下有益效果1、 利用本实用新型，在硅衬底上生长的氮化硅制作出的扭摆结构梁， 由于氮化硅自身杨氏模量比较大，结构强度很大，不容易变形，氮化硅扭摆梁结构两端线圈加电压驱动恢复克服了传统RFMEMS开关回复力小的 致命弱点。扭摆梁制作成"跷跷板"结构，可以在减小驱动电压的情况下 增加恢复力，从而提高了开关寿命，同时氮化硅作为背面镂空释放梁结构 的阻挡层，解决了现有电磁驱动RF MEMS开关存在的缺陷，降低了功 耗，改善了开关的稳定性，降低了加工的复杂度。2、 利用本实用新型，溅射金作双电磁线圈，简化了线圈的制作工艺， 线圈通电时在永磁场下受力大小相等方向相反，对扭摆梁来说左右受的力 大小相等方向相反，用单层平面线圈工艺实现了双层线圈的作用，可以减 小驱动电压的情况下保证扭摆梁动作。3、 利用本实用新型，釆用电镀金在氮化硅扭摆梁的两侧上方架空形 成共面波导传输线，减少高频信号的干扰，而且电磁驱动部分与共面波导 传输线隔离，避免驱动部分的电磁信号对高频信号的干扰。4、 利用本实用新型，采用小于5伏的电压驱动电磁线圈产生电磁力 驱动可动部分动作，从而简化了驱动电路，易于与其它器件集成。
图1为传统的镍铁单臂梁电磁驱动开关的结构图；图2为传统的镍铁单臂梁电磁驱动开关接通时示意图；图3为传统的镍铁单臂梁电磁驱动开关断开时示意图；图4为本实用新型提供的双线圈推拉式RF MEMS开关剖面的结构示 意图；图5为本实用新型提供的双线圈推拉式RFMEMS开关上表面(未加 传输线)的结构示意图；图6为本实用新型提供的双线圈推拉式RF MEMS开关上表面的结构 示意图；图7为本实用新型提供的双线圈推拉式RF MEMS开关侧面的结构示 意图；图8为本实用新型提供的双线圈推拉式RF MEMS开关整体的结构示 意图；图中1.传输线下接触点，2.通电螺旋线圈，3镍铁单臂梁，4梁上 金触点，5.金触点，6.双线圈，7.扭摆梁开关可动部分，8.传输线部分， 9.底层的互联线，IO.氮化硅层，11.硅衬底，12.永磁体，13.隔离层。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具 体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。本实用新型提供的这种双线圈推拉式RFMEMS开关，采用的创新结 构，解决了传统镍铁单臂梁因内应力弯曲变形，单臂梁恢复力不够和开关 寿命短的问题。如图4所示，图4为本实用新型提供的双线圈推拉式RF MEMS开关 剖面的结构示意图，该射频微机电系统开关包括扭摆梁开关可动部分7、 电磁驱动部分和传输线部分8，所述扭摆梁开关可动部分7位于用于驱动 扭摆梁开关可动部分7动作以便该扭摆梁开关可动部分7与所述传输线部 分8接通或断开的电磁驱动部分的上方，传输线部分8位于扭摆梁开关可 动部分7上方。在电磁驱动部分的平面线圈加电流产生的磁场与电磁驱动 部分的永磁体产生的磁场相叠加，改变整体磁场的方向，驱动扭摆梁开关 可动部分7动作，接通或断开扭摆梁开关可动部分7与传输线部分8，实 现触点通断，控制传输线部分信号的传播。上述扭摆梁开关可动部分7由经刻蚀的在硅衬底11上生长的氮化硅与背面镂空的硅衬底构成。该扭摆梁开关可动部分7釆用在硅衬底11上 生长一层氮化硅10，并通过刻蚀氮化硅和背面镂空硅衬底制作而成。 上述扭摆梁开关可动部分7上表面的两端分别有一个金触点5。上述电磁驱动部分包括与硅衬底背面结合在一起的永磁体12和扭摆 梁上表面两侧的双线圈6。上述永磁体12为永磁铁。上述双线圈6位于扭摆梁开关可动部分7上表面金触点5的内侧，构 成该双线圈6的材料为金。双线圈6采用溅射工艺在扭摆梁开关可动部分 7上表面金触点5的内侧溅射金制作而成，双线圈6通过底层的互联线9 相连，当双线圈6通过一定量的电流时，电流在两个线圈中绕向相反，左 右两个线圈产生的磁场方向相反，在相同永磁体的磁场下，左右两个线圈 受力大小相等方向相反，对扭摆梁的两端分别产生推力和拉力，从而使扭 摆梁动作。上述传输线部分8位于扭摆梁开关可动部分7的两侧上方，构成该传 输线部分8的材料为金。传输线部分8采用电镀金在扭摆梁开关可动部分 7的两侧上方架空形成。上述传输线部分8为共面波导传输线，由三根金电镀线组成，左右两 根是地线，中间一根传输信号用，采用接触式接通信号。从图5可以看出，在扭摆梁开关可动部分7上表面左右两端溅射金来 形成两个平面线圈6，双线圈通过底层的互联线9相连，当线圈通过一定 量的电流时，电流在两个线圈中绕向相反，左右两个线圈产生的磁场方向 相反，在相同永磁体12的磁场下，左右两个线圈受力大小相等方向相反， 会对扭摆梁的两端分别产生推力和拉力，从而使扭摆梁动作。从图6和图7可以看出，采用电镀金在扭摆梁开关可动部分的两侧上 方架空形成传输线部分8，传输线有三根金电镀线组成，左右两根是地线， 中间一根传输信号用，采用接触式接通信号。从图4和图8可以看出，线圈通入一定电流后，扭摆梁受到左右两边 的推拉力作用，氮化硅的上触点5与传输线部分8接触，传输线导通，右 侧断开。本实用新型首先在衬底上溅射金制作底层的互联线，然后涂一层隔离7层，光刻出通孔后，采用溅射金制作成双线圈简化了制作工艺，双线圈通 过底层的互联线相连，当线圈通过一定量的电流时，电流在两个线圈中绕 向相反，左右两个线圈产生的磁场方向相反，在相同永磁体的磁场下，左 右两个线圈受力大小相等方向相反，会对扭摆梁的两端分别产生推力和拉 力，从而使扭摆梁动作。对扭摆梁来说左右受的力大小相等方向相反，相 当于在扭摆梁的一端加了两个线圈来驱动，加大了驱动力，用单层平面线 圈工艺实现了双层线圈的作用，加比较小的驱动电压就可以使扭摆梁动 作。双电磁线圈通电后将受到大小相等方向相反的力作用，对扭摆梁来 说，左右两个部分也将受到大小相等方向相反的力作用，从而使跷跷板结 构梁动作，使其上触点与共面波导传输线的触点接触，接通传输线，使信 号得以传播。以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果 进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体 实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之 内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护 范围之内。
权利要求1. 一种双线圈推拉式射频微机电系统开关，其特征在于，该射频微机电系统开关包括扭摆梁开关可动部分(7)、电磁驱动部分和传输线部分(8)，所述扭摆梁开关可动部分(7)位于用于驱动扭摆梁开关可动部分(7)动作以便该扭摆梁开关可动部分(7)与所述传输线部分(8)接通或断开的电磁驱动部分的上方，传输线部分(8)位于扭摆梁开关可动部分(7)上方。
2、 根据权利要求1所述的双线圈推拉式射频微机电系统开关，其特 征在于，所述扭摆梁开关可动部分(7)由经刻蚀的在硅衬底(11)上生 长的氮化硅与背面镂空的硅衬底构成。
3、 根据权利要求1或2所述的双线圈推拉式射频微机电系统开关， 其特征在于，所述扭摆梁开关可动部分(7)上表面的两端分别有一个金 触点(5)。
4、 根据权利要求1所述的双线圈推拉式射频微机电系统开关，其特 征在于，所述电磁驱动部分包括与硅衬底背面结合在一起的永磁体(12) 和扭摆梁上表面两侧的双线圈(6)。
5、 根据权利要求4所述的双线圈推拉式射频微机电系统开关，其特 征在于，所述双线圈(6)位于扭摆梁开关可动部分(7)上表面金触点(5) 的内侧，构成该双线圈(6)的材料为金。
6、 根据权利要求4所述的双线圈推拉式射频微机电系统开关，其特 征在于，所述永磁体(12)为永磁铁。
7、 根据权利要求1所述的双线圈推拉式射频微机电系统开关，其特 征在于，所述传输线部分(8)位于扭摆梁开关可动部分(7)的两侧上方， 构成该传输线部分(8)的材料为金。
8、 根据权利要求7所述的双线圈推拉式射频微机电系统开关，其特 征在于，所述传输线部分(8)为共面波导传输线，由三根金电镀线组成， 左右两根是地线，中间一根传输信号用，采用接触式接通信号。
专利摘要本实用新型涉及微机电系统(MEMS)应用中的射频微机电系统(RFMEMS)技术领域，公开了一种双线圈推拉式RF MEMS开关，该射频微机电系统开关包括扭摆梁开关可动部分、电磁驱动部分和传输线部分，在电磁驱动部分的平面线圈加电流产生的磁场与电磁驱动部分的永磁体产生的磁场相叠加，改变整体磁场的方向，驱动扭摆梁开关可动部分动作，接通或断开扭摆梁开关可动部分与传输线部分，实现触点通断。利用本实用新型，提高了开关寿命，解决了现有电磁驱动RF MEMS开关存在的缺陷，降低了功耗，改善了开关的稳定性，降低了加工的复杂度。
文档编号H01H53/00GK201117591SQ20072014974
公开日2008年9月17日 申请日期2007年6月20日 优先权日2007年6月20日
发明者叶甜春, 景玉鹏, 李全宝, 毅 欧, 陈大鹏 申请人:中国科学院微电子研究所