专利名称：一种带有可横向推拉的梳齿单元的射频微机械开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种射频微机械开关，具体来说，涉及一种带有可横向推拉的梳齿单元的射频微机械开关。
背景技术：
现有的射频开关包括接触式开关和电容式开关。接触式开关的一般结构是采用静电或其它驱动方式控制信号线的接触或断开，达到控制开关通断的效果，其隔离度决定于断开部分的寄生电容。对于一端断开的开关来说，随着频率的上升，寄生电容迅速增大， 导致开关的隔离度随之迅速减小，增大其断开部分的距离可以有效的提高隔离度。电容式开关的一般结构是采用静电驱动方式控制膜桥的运动，达到改变跨接在信号线和地线之间的电容的大小的效果，来控制信号的通断。与一般接触式开关相比，电容式开关在较高频率时能表现出较高的隔离度，其隔离度决定于膜桥的寄生电阻。但是，由于趋肤效应，随着频率的上升，电容式开关中的寄生电阻迅速增大，导致开关的隔离度随之迅速减小。
发明内容
技术问题本发明所要解决的技术问题是提供一种带有可横向推拉的梳齿单元的射频微机械开关，以提高在关态时的射频微机械开关的隔离度，降低射频微机械开关的执行电压。技术方案为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是
一种带有可横向推拉的梳齿单元的射频微机械开关，其特征在于，包括衬底、共面波导传输线和驱动部件，所述的共面波导传输线包括信号线和位于信号线左右两侧的左地线和右地线，信号线分别与左地线和右地线之间留有间隙；信号线包括呈纵向布置的上端口和下端口，以及处于悬空状态的两组细长梁；左地线、右地线、上端口和下端口分别固定连接在衬底上；每组细长梁由第一细长梁和第二细长梁组成，第一细长梁的上端固定连接在上端口底面的边缘，第二细长梁的下端固定连接在下端口顶面的边缘，并且第一细长梁和第二细长梁相对设置；所述的驱动部件包括固定连接在衬底上并且位于两组细长梁之间的锚区和处于悬空状态的四组梳齿结构；每组梳齿结构包括设有固定梳齿的固定梳齿单元和设有移动梳齿的移动梳齿单元，固定梳齿单元固定连接在锚区的侧壁上，移动梳齿单元固定连接在细长梁上，从第一细长梁到锚区，移动梳齿单元和固定梳齿单元按照移动梳齿、固定梳齿顺序重复分布，从第二细长梁到锚区，移动梳齿单元和固定梳齿单元按照固定梳齿、移动梳齿顺序重复分布；移动梳齿单元的移动可以使第一细长梁的下部和第二细长梁的上部贴合或者分离。有益效果与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果
1.射频微机械开关具有在关态时隔离度高、执行电压低的优点。当射频微机械开关处于关态时，采用推拉式的可动信号线，即第一细长梁和第二细长梁之间的间隙，要比以单方向运动的间隙大一倍，减小了关态时的寄生电容值，其结果是本技术方案的射频微机械开关结构提高了关态时射频微机械开关的隔离度。在关态时，射频微机械开关的寄生电容的大小决定了其隔离度的大小。寄生电容越大，隔离度越小。而寄生电容的大小是与第一细长梁和第二细长梁之间的间距成反比的。在关态下，第一细长梁和第二细长梁之间的的间距，采用推拉的方式运动，比仅采用推或仅采用拉的方式运动，要大一倍。这样，在关态下， 采用推拉的方式运动，比仅采用推或仅采用拉的方式运动，寄生电容也要小一倍。因此，本技术方案的射频微机械开关有效的提高了关态时开关隔离度。同时，利用梳齿结构作为射频微机械开关的驱动部件，梳齿结构的高深宽比，执行电压较低。2.芯片的面积小。本技术方案中，驱动部件位于两组细长梁之间，即位于射频微机械开关的信号线内部。相对与驱动部件设置在信号线外部，本技术方案中的芯片面积较小， 节约了制作原料。3.减小射频、微波信号的插入损耗。本技术方案中，当射频微机械开关处于开态时，由于第一细长梁和第二细长梁处于悬空，减小了衬底的损耗，从而减小了射频、微波信号的插入损耗。
图1是本发明的俯视图。图2是图1中的A-A剖视图。图中有衬底1、信号线2、上端口 21、下端口 22、第一细长梁23、第二细长梁M、左地线3、右地线4、锚区5、梳齿结构6、固定梳齿单元61、移动梳齿单元62、上切口 7、下切口 8。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体的说明。如图1和图2所示，一种带有可横向推拉的梳齿单元的射频微机械开关，包括衬底 1、共面波导传输线和驱动部件。共面波导传输线用于传输射频、微波信号。共面波导传输线包括信号线2、左地线3和右地线4。左地线3和右地线4位于信号线2左右两侧，并且信号线2分别与左地线3和右地线4之间留有间隙。信号线2包括呈纵向布置的上端口 21 和下端口 22，以及两组细长梁。左地线3、右地线4、上端口 21和下端口 22分别固定连接在衬底1上。上端口 21位于下端口 22的上方，并且上端口 21和下端口 22之间有空隙。上端口 21和下端口 22用于信号线2中的信号输出和输入。如果上端口 21是信号输入端，那么下端口 22就是信号输出端。如果上端口 21是信号输出端，那么下端口 22就是信号输入端。两组细长梁都处于悬空状态，即细长梁不与衬底1接触。每组细长梁由一个第一细长梁23和一个第二细长梁M组成。第一细长梁23和第二细长梁M具有一定弹性，可以摆动。在每组细长梁中，第一细长梁23的上端固定连接在上端口 21底面的边缘，第二细长梁 24的下端固定连接在下端口 22顶面的边缘。第一细长梁23和第二细长梁M相对设置。 在射频微机械开关处于关态下，第一细长梁23和第二细长梁M之间有间隙。
驱动部件包括锚区5和处于悬空状态的四组梳齿结构6。锚区5位于两组细长梁之间，并且锚区5固定连接衬底1上。锚区5的形状可以多样，优选长方形。长方形的锚区 5上下左右都对称，便于布置梳齿结构6。每组梳齿结构6包括一个固定梳齿单元61和一个移动梳齿单元62。固定梳齿单元61中设有固定梳齿，移动梳齿单元62中设有移动梳齿。 固定梳齿单元61固定连接在锚区5的侧壁上，移动梳齿单元62固定连接在细长梁上。因为两组细长梁共有四个细长梁，所以梳齿结构6设置为四组，使得每个细长梁均与一个移动梳齿单元62连接。移动梳齿单元62和固定梳齿单元61具有相同数量的梳齿，有利于移动梳齿单元62和固定梳齿单元61的排布。从第一细长梁23到锚区5，移动梳齿单元62和固定梳齿单元61按照移动梳齿、固定梳齿顺序重复分布。这样，连接在第一细长梁23上的移动梳齿单元62可以带动第一细长梁23向靠近锚区5的方向移动。从第二细长梁M到锚区5，移动梳齿单元62和固定梳齿单元61按照固定梳齿、移动梳齿顺序重复分布。这样， 连接在第二细长梁M上的移动梳齿单元62可以带动第二细长梁M向背离锚区5的方向移动。移动梳齿单元62的移动可以使第一细长梁23的下部和第二细长梁M的上部贴合或者分离。上述结构的带有可横向推拉的梳齿单元的射频微机械开关的制作过程是首先刻蚀出硅片背面的锚区5，并将硅片背面与衬底1进行阳极键合，然后在键合片的硅片正面刻蚀出共面波导的形状，接着溅射金属层并刻蚀，得到共面波导结构的信号线2、左地线3、右地线4、第一细长梁23和第二细长梁M，最后用深硅刻蚀的方法刻出梳齿结构6。上述结构的射频微机械开关的工作原理是通过改变梳齿结构6中的固定梳齿单元61和移动梳齿单元62之间的间隙大小，可以控制移动梳齿单元62的运动方向。因为第一细长梁23、第二细长梁M分别和移动梳齿单元62固定连接，所以第一细长梁23和第二细长梁M可以随移动梳齿单元62的运动而移动，最终得到双向推拉的效果。具体的工作过程是将射频、微波信号连接到共面波导的上端口 21和下端口 22，信号线2默认为直流零电位，因此将直流偏置电压的电位加载到锚区5上。当锚区5上加偏置电压时，锚区5上的高电位和两根第一细长梁23通过梳齿结构6产生静电力，此静电力产生了在横向上以锚区5为中心的向内的拉力；同时锚区6上的高电位和两根第二细长梁M通过梳齿结构6产生静电力，此静电力产生了在横向上以锚区5为中心的向外的推力。这两组静电力一推一拉，使两组细长梁中的第一细长梁23的下端和第二细长梁M的上端接触，使射频、微波信号得以传输。当撤去锚区5上的偏置电压时，两组细长梁中的第一细长梁M和第二细长梁 M在回复力的作用下分开，阻断了射频、微波信号的传输。上述结构的射频微机械开关具有在关态时隔离度高、执行电压低的优点。当射频微机械开关处于关态时，采用推拉式的可动信号线，即第一细长梁23和第二细长梁M 之间的间隙，要比以单方向运动的间隙大一倍，减小了关态时的寄生电容值，其结果是本技术方案的射频微机械开关结构提高了关态时射频微机械开关的隔离度。在关态时，射频微机械开关的寄生电容的大小决定了其隔离度的大小。寄生电容越大，隔离度越小。而寄生电容的大小是与第一细长梁23和第二细长梁M之间的间距成反比的。在关态下，第一细长梁23和第二细长梁M之间的的间距，采用推拉的方式运动，比仅采用推或仅采用拉的方式运动，要大一倍。这样，在关态下，采用推拉的方式运动，比仅采用推或仅采用拉的方式运动，寄生电容也要小一倍。因此，本技术方案的射频微机械开关有效的提高了关态时开关隔离度。同时，利用梳齿结构6作为射频微机械开关的驱动部件，梳齿结构6的高深宽比， 执行电压较低。另外，驱动部件位于两组细长梁之间，即位于射频微机械开关的信号线2内部，减小了芯片的面积。当射频微机械开关处于开态时，由于第一细长梁23和第二细长梁 24处于悬空，减小了衬底1的损耗，从而减小了射频、微波信号的插入损耗。
进一步，所述的第一细长梁23上部靠近锚区5的一侧设有上切口 7，所述的第二细长梁M下部靠近锚区5的一侧设有下切口 8。设置上切口 7和下切口 8的作用是减小细长梁的转动刚度，减小执行电压。
权利要求
1.一种带有可横向推拉的梳齿单元的射频微机械开关，其特征在于，包括衬底(1)、共面波导传输线和驱动部件；所述的共面波导传输线包括信号线(2)和位于信号线(2)左右两侧的左地线(3)和右地线(4)，信号线(2)分别与左地线(3)和右地线(4)之间留有间隙；信号线(2)包括呈纵向布置的上端口(21)和下端口(22)，以及处于悬空状态的两组细长梁；左地线(3)、右地线 (4)、上端口(21)和下端口(22)分别固定连接在衬底(1)上；每组细长梁由第一细长梁(23) 和第二细长梁(24)组成，第一细长梁(23)的上端固定连接在上端口(21)底面的边缘，第二细长梁(24)的下端固定连接在下端口(22)顶面的边缘，并且第一细长梁(23)和第二细长梁(24)相对设置；所述的驱动部件包括固定连接在衬底(1)上并且位于两组细长梁之间的锚区(5)和处于悬空状态的四组梳齿结构(6)；每组梳齿结构(6)包括设有固定梳齿的固定梳齿单元(61)和设有移动梳齿的移动梳齿单元(62)，固定梳齿单元(61)固定连接在锚区(5)的侧壁上，移动梳齿单元(62)固定连接在细长梁上；从第一细长梁(23)到锚区(5)，移动梳齿单元(62)和固定梳齿单元(61)按照移动梳齿、固定梳齿顺序重复分布，从第二细长梁(24)到锚区(5)，移动梳齿单元(62)和固定梳齿单元(61)按照固定梳齿、移动梳齿顺序重复分布；移动梳齿单元(62)的移动可以使第一细长梁(23)的下部和第二细长梁(24)的上部贴合或者分离。
2.按照权利要求1所述的带有可横向推拉的梳齿单元的射频微机械开关，其特征在于，所述的第一细长梁(23)上部靠近锚区(5)的一侧设有上切口(7)，所述的第二细长梁 (24)下部靠近锚区(5 )的一侧设有下切口( 8 )。
3.按照权利要求1所述的带有可横向推拉的梳齿单元的射频微机械开关，其特征在于，所述的固定梳齿单元(61)和移动梳齿单元(62)具有相同数量的梳齿。
全文摘要
本发明公开了一种带有可横向推拉的梳齿单元的射频微机械开关，包括衬底、共面波导传输线和驱动部件，共面波导传输线包括信号线、左地线和右地线，信号线包括上端口、下端口和两组细长梁；每组细长梁由第一细长梁和第二细长梁组成，第一细长梁的上端固定连接在上端口底面的边缘，第二细长梁的下端固定连接在下端口顶面的边缘；驱动部件包括锚区和四组梳齿结构；每组梳齿结构包括固定梳齿单元和移动梳齿单元，固定梳齿单元固定连接在锚区的侧壁上，移动梳齿单元固定连接在细长梁上，移动梳齿单元的移动可以使第一细长梁的下部和第二细长梁的上部贴合或者分离。该结构的射频微机械开关可以提高隔离度，降低执行电压。
文档编号H01H59/00GK102280315SQ201110139908
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者宋竞, 王立峰, 韩磊, 黄庆安 申请人:东南大学