[發(fā)明專利]一種微機械電容式雙向開關(guān)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110314570.4
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN102386021A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪紅;何明軒;張穎;楊卓青;丁桂甫
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H01H59/00
• 分類號: H01H59/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種微機械電容式雙向開關(guān)。

背景技術(shù)

開關(guān)是最近十年來在MEMS技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型射頻微器件，相對于當(dāng)前的半導(dǎo)體開關(guān)，具有低損耗、低功耗、高隔離度、與Si工藝有良好的兼容性以及良好的線性度。微開關(guān)是射頻電路中的重要組成部分，基于電容式原理微開關(guān)相對于其它原理的微開關(guān)，具有驅(qū)動電壓低，靈敏度高，容易加工，成本低的優(yōu)點。

微機械電容式雙向開關(guān)，其實就是兩個下電極公用一個柔性的可動上電極，這樣就構(gòu)成兩個電容，即形成了兩個開關(guān)。在電壓或者電流的驅(qū)動下，上電極由于靜電力的作用下克服了彈簧的回復(fù)力向下運動，當(dāng)電壓或者電流達(dá)到一定值時，上電極運動到與下電極接觸，達(dá)到平衡狀態(tài)，形成穩(wěn)定的電連接，相當(dāng)于短路，即開關(guān)閉合。撤銷掉電壓或者電流，靜電力消失，由于彈簧的回復(fù)力使上電極回到初始位置，形成斷路，即開關(guān)斷開。這樣通過控制驅(qū)動電壓或電流就可以控制開關(guān)的斷開與閉合。兩個電容就形成了雙向開關(guān)。這種開關(guān)有四種狀態(tài)：一閉一開，一開一閉，兩開，兩閉。可以滿足各種電路的需求。

中國專利（專利申請?zhí)枮?201010018318.4）提出過一種低應(yīng)力高可靠的射頻微機械系統(tǒng)電容式開關(guān)，本發(fā)明與之比較，采用了雙向設(shè)計，而且采用彈簧作為彈性結(jié)構(gòu)，而不是采用金屬薄膜，降低了驅(qū)動電壓。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種微機械電容式雙向開關(guān)，在不增加工藝復(fù)雜程度的同時，設(shè)計出高靈敏度的適合集成電路設(shè)計中的電容式雙向微開關(guān)，并且能在低電壓驅(qū)動下達(dá)到雙向開關(guān)的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種微機械電容式雙向開關(guān)，包括一個上電極和兩個下電極，所述上電極采用“十”字型電極，該上電極通過柱子和彈簧與兩個下電極保持懸空，彈簧一端與上電極相連，另一端與焊盤相連，彈簧除了有柔性支撐的作用外，還有信號傳輸?shù)淖饔谩蓚€下電極保持絕緣。

所述上電極的長橫梁與兩個下電極形成兩個電容。一個電容在電壓的驅(qū)動之下，使上下兩個電極接觸，形成短路，相當(dāng)于一個開關(guān)閉合，另一個開關(guān)斷開，這樣可以實現(xiàn)一開一閉的效果。另一個電容在電壓的驅(qū)動之下，也可以閉合，同時也可以實現(xiàn)兩閉的效果。

上述技術(shù)方案中，上電極由長橫梁和短豎梁交叉形成“十”字型上電極。

上述技術(shù)方案中，兩個下電極呈長方形，均有信號引出線到焊盤。

上述技術(shù)方案中，為了保證上電極的剛度，本發(fā)明采用增厚“十”字型上電極的長橫梁方法，即在“十”字型電極上疊加一層厚的長橫梁層。

上述技術(shù)方案中，上下電極的間距很小，達(dá)到工藝上容許的最小值。在不影響上電極剛度的條件下，上下電極有較大的有效正對面積。每個電極都有引出焊盤，以便于和外界電路焊接。

上述技術(shù)方案中，彈簧與焊盤的連接處和彈簧與十字型上電極的短豎梁連接處均采用連接處圓弧設(shè)計，避免了微機械電容式雙向開關(guān)工作時由于彈簧和短豎梁變形引起的局部應(yīng)力集中導(dǎo)致的斷裂。從而增加了工作的壽命。

本發(fā)明上述微機械電容式雙向開關(guān)，采用標(biāo)準(zhǔn)的MEMS工藝中的光刻、濺射、電鍍、腐蝕等技術(shù)來實現(xiàn)的。上電極的懸空采用犧牲層技術(shù)來實現(xiàn)的。

本發(fā)明上述微機械電容式雙向開關(guān)，上下電極均采用MEMS工藝中的電鍍來形成的，主要材料是鎳，表面電鍍一層薄薄的金，金和鎳有較好的結(jié)合力，且金便于焊接。

本發(fā)明上述微機械電容式雙向開關(guān)，為了保證兩個下電極之間相互絕緣，采用玻璃基底，而不采用有導(dǎo)電能力的硅作為基底。

本發(fā)明上述微機械電容式雙向開關(guān)，為了保證上電極的懸空，需采用犧牲層技術(shù)，為了釋放時候能夠腐蝕到犧牲層，“十”字型上電極上設(shè)計一定數(shù)目的刻蝕孔。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明上述的一種微機械電容式雙向開關(guān)，采用了雙向設(shè)計，而且采用彈簧作為彈性結(jié)構(gòu)，降低了驅(qū)動電壓。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，對環(huán)境的適應(yīng)性強，只需要低電壓即可驅(qū)動實現(xiàn)雙向開關(guān)功能，制作工藝簡單，圖形化操作實現(xiàn)了復(fù)雜的彈簧結(jié)構(gòu)，且易于封裝，成本低。

附圖說明

圖1是一種微機械電容式雙向開關(guān)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是一種微機械電容式雙向開關(guān)整體結(jié)構(gòu)俯視圖；