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Title:
CAPACITIVE RF-MEMS SWITCH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/206585
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a capacitive RF-MEMS switch. The switch comprises an insulating plate, first to third microstrip lines, an insulating dielectric, N anchor points, and a switch piece. The switch piece comprises a movable metal film and N elastic fixed beams. The first to third microstrip lines are sequentially disposed on the insulating plate. The insulating dielectric is placed on the second microstrip line. The N anchor points are disposed on a microstrip line different from the second microstrip line. One end of the N elastic fixed beams of the switch piece is respectively connected to the movable metal film, and the other end of the switch piece is connected to the anchor points. The elastic fixed beams in the present invention have low elastic coefficients so that a pull-down voltage of the switch is decreased, thereby obtaining a high switching capacitance ratio and a high radio frequency turn-off property. Accordingly, the speed of the switch is fast. At the same time, decreasing the elastic coefficient of the switch can decrease a driving voltage thereof. On the other hand, a novel elastic fixed beam structure is used for the switch, which can reduce the switch area compared with the conventional long fixed beam.

Inventors:
JIANG MEI (CN)
XIONG WENTAO (CN)
Application Number:
PCT/CN2019/081720
Publication Date:
October 15, 2020
Filing Date:
April 08, 2019
Export Citation:
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Assignee:
UNIV SHENZHEN (CN)
International Classes:
H01H59/00
Foreign References:
CN103943417A2014-07-23
CN201417715Y2010-03-03
CN101262083A2008-09-10
CN101694896A2010-04-14
US20050248423A12005-11-10
Attorney, Agent or Firm:
HENSEN INTELLECTUAL PROPERTY FIRM (CN)
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Claims:
权利要求书

[权利要求 1] 一种电容式 RF-MEMS开关, 其特征在于, 所述开关包括绝缘板、 第 一至第三微带线、 绝缘介质、 N个锚点以及开关片, 所述开关片包括 可移动金属膜和 N个弹性固支梁, 所述弹性固支梁的形状为 M个 n形 连接在一起; 所述 N、 M为正整数;

所述第一至第三微带线按序设置在所述绝缘板上, 所述绝缘介质覆置 在所述第二微带线上, 所述 N个锚点设置在异于所述第二微带线的微 带线上;

所述开关片的 N个弹性固支梁的一端分别与所述可移动金属膜连接, 另一端与锚点连接。

[权利要求 2] 如权利要求 1所述的开关, 其特征在于, 所述开关片的厚度为 lpm。

[权利要求 3] 如权利要求 1所述的开关, 其特征在于, 所述 N个锚点设置在所述第 一微带线上, 或者所述 N个锚点设置在所述第三微带线上, 或者所述 N个锚点分别设置在所述第一微带线、 第三微带线上。

[权利要求 4] 如权利要求 1所述的开关, 其特征在于, 所述绝缘介质为氮化硅。

[权利要求 5] 如权利要求 1所述的开关, 其特征在于, 所述弹性固支梁的宽度为 5^

[权利要求 6] 如权利要求 1所述的开关, 其特征在于, 所述可移动金属膜的宽度为 8

0[xm。

Description:
一种电容式 RF-MEMS开关 技术领域

本发明涉及一种开关, 尤其是一种电容式 RF-MEMS开关, 属于 电子技术领域。 背景技术

随着 5G信息时代的来临, 在通信领域, 特别是在物联网、 卫星 通信和移动通信领域, 正急需一些低功耗、超小型化且能与信号处理 电路集成的平面结构的新型器件, 例如开关。

与传统的 PIN二极管 ( PIN Diode )开关或者场效应管 ( Field Effect Transistor, FET ) 开关相比, RF MEMS ( Radio Frequency Micro Electro Mechanical System )开关具有许多的优势:接近零的功耗、高隔 度、 低插入损耗、 低成本等, 但是, 即使 RF MEMS开关具有如此多的优 点, 其还是具有很多缺点, 包括驱动电压过高、 开关速度慢以及开关 面积大等。 技术问题

本发明提供了一种驱动电压低、 开关速度快以及开关面积小的

RF MEMS开关。 技术解决方案

1

替换页 (细则第 26条) 本发明提供一种电容式 RF-MEMS开关, 开关包括绝缘板、 第一 至第三微带线、 绝缘介质、 N个锚点以及开关片, 开关片包括可移动 金属膜和 N个弹性固支梁, 弹性固支梁的形状为 M个 n形连接在一 起; N、 M为正整数;

第一至第三微带线按序设置在绝缘板上,绝缘 介质覆置在第二微 带线上, N个锚点设置在异于第二微带线的微带线上;

开关片的 N个弹性固支梁的一端分别与可移动金属膜连 ,另一 端与锚点连接。

可选的, 开关片的厚度为 l u m。

可选的, N个锚点设置在第一微带线上, 或者 N个锚点设置在第 三微带线上, 或者 N个锚点分别设置在第一微带线、 第三微带线上。

可选的, 绝缘介质为氮化硅。

可选的, 弹性固支梁的宽度为 5 u m。

可选的, 可移动金属膜的宽度为 80 u m。 有益效果

本发明提供一种电容式 RF-MEMS开关, 该开关包括绝缘板、 第 一至第三微带线、 绝缘介质、 N个锚点以及开关片, 其中, 开关片包 括可移动金属膜和 N个弹性固支梁, 弹性固支梁的形状为 M个 n形 连接在一起; N、 M为正整数, 第一至第三微带线按序设置在绝缘板 上, 绝缘介质覆置在第二微带线上, N个锚点设置在异于第二微带线 的微带线上,开关片的 N个弹性固支梁的一端分别与可移动金属膜连 替换页 (细则第 26条) 接, 另一端与锚点连接。 本发明中弹性固支梁具有较低的弹性系数, 能使得开关的下拉电压降低,从而得到高开关 电容比、高射频关断性, 从而使开关速度快; 另一方面, 降低降低开关的弹性系数, 便能降低 开关的驱动电压; 再一方面, 本发明提供的开关采用的是新型弹性固 支梁结构, 相比传统较长的固支梁, 能够降低开关面积。 附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中 的技术方案,下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附 图作简单地介绍,显而 易见地, 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例 , 对于本领域 技术人员来讲, 在不付出创造性劳动的前提下, 还可以根据这些附图 获得其他的附图。

图 1为本发明实施例提供的一种电容式 RF-MEMS开关的第一结 构示意图;

图 2为本发明实施例提供开关中的开关片的第一 构示意图; 图 3为本发明实施例提供开关中的开关片的第二 构示意图;; 图 4为本发明实施例提供的电容式 RF-MEMS开关的第二结构示 意图;

图 5为本发明实施例提供的电容式 RF-MEMS开关的第一形变示 意图;

图 6为本发明实施例提供的电容式 RF-MEMS开关的第二形变示 意图;

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替换页 (细则第 26条) 图 7为本本发明实施例提供的电容式 RF-MEMS开关在 2V驱动电 压下处于“down”态时的整体位移情况示意图

图 8为本发明实施例提供的电容式 RF-MEMS开关的电容值在 2V 驱动电压下的变化情况示意图;

图 9为本发明实施例提供的电容式 RF-MEMS开关的时间一位移 图;

图 10为本发明实施例提供的电容式 RF-MEMS开关加载的驱动电 压与位移的关系图。 本发明的最佳实施方式

为使得本发明的发明目的、 特征、 优点能够更加的明显和易懂, 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明 实施例中的技术方案进 行清楚、 完整地描述, 显然, 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实 施例, 而非全部实施例。基于本发明中的实施例, 本领域技术人员在 没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例,都属于本发明 保护的范围。

本发明提供一种电容式 RF-MEMS开关, 请参见图 1, 该开关包 括绝缘板 1、 第一微带线 2、 第二微带线 3、 第三微带线 4、 绝缘介质 5、 N个锚点 6以及开关片 7, 开关片 7包括可移动金属膜 71和 N个 弹性固支梁 72,需要了解的是,弹性固支梁 72的形状为 M个 n形连 接在一起, 可参见图 2所示, 其中的 N、 M为正整数。

电容式 RF-MEMS开关中的各个构件的连接关系可结合图 1进行 替换页 (细则第 26条) 查看:

第一微带线 2、 第二微带线 3、 第三微带线 4按序设置在绝缘板 1上, 绝缘介质 5覆置在第二微带线 3上, N个锚点 6设置在异于第 二微带线 3的微带线上;

开关片 7的 N个弹性固支梁 72的一端分别与可移动金属膜 71 连接, 另一端与锚点 6连接。

本实施例还提供了一种开关片的示例, 其具体结构可参见图 3, 图 3中的各个尺寸可见下表:

需要了解的是, 绝缘介质附着于传输线上, 其主要作用是避免上 电极与传输线发生直接接触, 实现两者的直流隔离, 并起到防粘附和 提高隔离度的作用。

绝缘板为 FR-4,是一种环氧玻璃布层压板,根据使用的用 不同, 行业一般称为: FR-4环氧玻璃布 ( Epoxy Glass Cloth ) , 绝缘板、 环氧 板、环氧树脂板、溴化环氧树脂板、 FR-4、玻璃纤维板、玻纤板、 FR-4 补强板、 FPC补强板、 柔性线路板补强板、 FR-4环氧树脂板、 阻燃绝 缘板、 FR-4积层板、 环氧板、 FR-4光板、 FR-4玻纤板、 环氧玻璃布 板、 环氧玻璃布层压板、 线路板钻孔垫板。 替换页 (细则第 26条) 主要技术特点及应用: 电绝缘性能稳定、 平整度好、 表面光滑、 无凹坑、 厚度公差标准, 适合应用于高性能电子绝缘要求的产品, 如 FPC补强板、 PCB钻孔垫板、玻纤介子、电位器碳膜印刷玻璃 纤维板、 精密游星齿轮(晶片研磨)、 精密测试板材、 电气 (电器) 设备绝缘撑 条隔板、 绝缘垫板、 变压器绝缘板、 电机绝缘件、 研磨齿轮、 电子开 关绝缘板等。

在一些示例下,微带线为共面波导传输线(Cop lanar Waveguide, CPW)。

当开关上没有施加电压时,开关电容 Cup十分小,如下公式所示: 式中, g Q 是可移动金属板与绝缘介质之间空气间隙 的初始距离;

A是可移动金属板与绝缘介质的交叉面积;

t d 是绝缘介质膜的厚度;

^是绝缘介质膜材料的相对介电常数。

此时, 微波信号将几乎无衰减地通过传输线, 开关呈“up”态, 如图 1和图 4所示。

当有电压施加到开关时, 产生的静电力使得开关发生形变, 并 牵引可移动金属板向传输线移动,这样中间的 空气间隙就会发生改变, 从而改变电容。 当电压值达到下拉电压, 使可移动金属板与绝缘介质 紧密接触, 忽略边沿效应, 开关电容为: 替换页 (细则第 26条)

这种状态下, 电容值增大, 使得高频微波信号耦合到地线, 几乎 没有信号通过传输线, 开关处于“down”态, 如图 5和图 6所示。

需要了解的是, 在一些示例下, 开关片的厚度为 1 u rn ; 绝缘介 质为氮化硅; 弹性固支梁的宽度为 5 u rn; 可移动金属膜的宽度为 80 u m。

在另外的一些示例下, N个锚点设置在第一微带线上, 或者 N个 锚点设置在第三微带线上,或者 N个锚点分别设置在第一微带线、第 三微带线上。

需要了解的是, 传统 RF-MEMS开关, 若要降低下拉电压, 或者 保持一个降低的下拉电压, 一般采取使用较长的固支梁, 这样一来, 就导致了很大的开关面积, 直接的影响就是制作成本的升高。而本发 明提供的电容式 RF-MEMS开关采用新型固支梁结构, 通过降低开关 的弹性系数, 使得下拉电压降低, 并且具有较小的开关面积, 能够达 到 23695 ( 175x135 ) u m2。

请参见说明书附图:

图 7显示的是开关在 2V驱动电压下处于“down”态时的整体位 移情况;

图 8显示的是开关的电容值在 2V驱动电压下的变化情况, 可以

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替换页 (细则第 26条) 得出电容比为 135.5:1;

图 9显不的是开关时间一位移图, 可得知开关时间为 12.35ms; 图 10显示的是开关加载的驱动电压与位移的关系 可以得出开 关的下拉电压为 1.9V。

本实施例提供了一种电容式 RF-MEMS开关,该开关包括绝缘板、 第一至第三微带线、 绝缘介质、 N个锚点以及开关片, 其中, 开关片 包括可移动金属膜和 N个弹性固支梁, 弹性固支梁的形状为 M个 n 形连接在一起; N、 M为正整数, 第一至第三微带线按序设置在绝缘 板上, 绝缘介质覆置在第二微带线上, N个锚点设置在异于第二微带 线的微带线上,开关片的 N个弹性固支梁的一端分别与可移动金属膜 连接,另一端与锚点连接。本发明中弹性固支 梁具有较低的弹性系数, 能使得开关的下拉电压降低,从而得到高开关 电容比、高射频关断性, 从而使开关速度快; 另一方面, 降低降低开关的弹性系数, 便能降低 开关的驱动电压; 再一方面, 本发明提供的开关采用的是新型弹性固 支梁结构, 相比传统较长的固支梁, 能够降低开关面积。

在上述实施例中, 对各个实施例的描述都各有侧重, 某个实施例 中没有详述的部分, 可以参见其它实施例的相关描述, 同时, 上述本 发明实施例序号仅仅为了描述, 不代表实施例的优劣, 本领域的普通 技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明 宗旨和权利要求所保护 的范围情况下, 还可做出很多形式, 这些均属于本发明的保护之内。

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