欧姆接触式RF MEMS开关设计与仿真.pdf

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1、2014年第33卷第2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)87欧姆接触式RFMEMS开关设计与仿真李向光，黄钦文，王蕴辉(1．电子元器件可靠性物理及其应用技术重点实验室。广东广州530610；2．中北大学信息与通信工程学院，山西太原030051)摘要：利用表面微加工工艺设计了一种双悬臂梁支撑的欧姆接触式MEMS开关，开关的材料为Au。通过对开关驱动电压的理论分析得出，悬臂梁的刚度越低，下拉电压就会越小；又因为刚度与悬臂梁厚度的三次方呈比例，所以，降低刚度最有效的办法就是减少梁的

2、厚度。通过对开关的性能仿真发现：开关的闭合电压为44V；触点的接触力为22．45IxN；谐振频率为25．5kHz。开关闭合时，触点接触后并非立即稳定，而是要弹跳数次后才趋于稳定，此现象增加了开关从闭合到稳定的时间。驱动电压为5O，6OV时开关的弹跳时间分别为174．94，66．84s，由此可见，通过适当增加电压可有效降低开关时间和由闭合到稳定的时间。关键词：欧姆接触；下拉电压；接触力；开关弹跳中图分类号：TN63文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)02--0087-03Designandsimulationofoh

3、miccontact—typeRFMEMSswitchLIXiang．guang，HUANGQin—wen，WANGYun-hui(1．ScienceandTechnologyonReliabilityPhysicsandApplicationTechnologyofElectronicComponentLaboratory，Guangzhou530610，China；2．SchoolofInformationandCommunicationEngineering，NorthUniversityofChina，Taiyuan0300

4、51，China)Abstract：Adoublecantileversupportedohmiccontact—typeRFMEMSswitchisdesignedbyusingsurfacemicromachinedprocess，thematerialisgold．Asaresultofthetheoreticalanalysisonactuationvohage，thelowerthestiffnessofcantileveris，thesmallerthepull-downvoltageis．Themosteffectiv

5、ewaytoreducestiffnessistodecreasethicknessofcantilever，becausestiffnessisproportionaltocubeofthecantileverthickness．Throughpropertysimulation，it’Sobservedthatthesealingvoltageoftheswitchis44V，thecontactforceis22．45N，theresonantfrequencyofwhichis25．5kHz．Whentheswitchisc

6、losed，thecontactmaybounceafewtimesbeforemakingpermanentcontact，thisbouncingincreasestheeffectiveclosingtimeoftheswitch．Theswitchbouncelastfor174．94txsat50Vand66．84sat6OVrespectively，whichshowsthatthroughappropriatelyanincreasevoltagecaneffectivelyreduceswitchingtimeand

7、timefromshuttingtolevelof．Keywords：ohmiccontact；pull—downvoltage；contactforce；switchbounce0引言20-40GHz范围内绝缘性能较好；一般用作串联开关。微机械开关是最早开始研究的RFMEMS器件，经过PetersenKE最早提出了基于硅悬臂梁和薄Au层的接触近2O年的研究，在设计、制造、可靠性等方面都已取得了很式MEMS开关；但为了在微波范围内追求更低的插入损大的进展，是最有希望实现实际应用的RFMEMS器件之耗，常用金属材料来构成开关的机械结构

8、。由于Au具有一。MEMS开关利用微机械结构的动作实现开关状态的切很高的导电性和抗腐蚀性，并且易于变形，阻抗低，熔点高，换，具有插入损耗低、隔离度高、信号截止频率高以及功耗因此，成为MEMS开关中应用最广泛的材料之一。小等优点。RFM