通信MEMS射频接触式开关的设计与制作技术研究

论文摘要

自约十年前开始,微机械开关的研究倍受关注,至今RF MEMS开关已经进入了小批量商业试用产品阶段。RF MEMS开关由于其尺寸小、分量轻、低损耗、高隔离而在无线通信领域有广泛的应用前景。从已报道的文献中看,全面介绍开关模拟仿真设计及工艺分析的较少。对此,本文以串/并联接触式RF MEMS开关为重点进行了研究,完成的主要工作如下: 1.提出了版图设计工具与有限元仿真工具相结合的方法,可以解决在仿真软件中绘制三维复杂仿真模型的困难,较好的解决了复杂模型带来的大数据量问题。使用有限元软件ANSYS对四类典型的MEMS开关（串联桥式、并联桥式、串联悬臂梁式、并联悬臂梁式）进行力学性能的对比分析。模拟了不同桥长的谐振频率以及三种不同桥墩形状的桥式开关的下拉情况,找出弹性系数最小的开关。使用高频电磁场分析软件HFSS对四类开关进行1-10GHz的微波性能的对比分析。 2.设计了用表面微机械加工技术来制作开关的详细工艺流程,并对制作过程中最为关键的聚酰亚胺牺牲层工艺做了重点实验研究,寻找到较为合适的温度处理和腐蚀条件,得到良好的效果。对样品进行观测和研究,寻找版图和工艺中存在问题。 3.本文从版图、工艺、材料选择来改进设计,重点旨在降低开关的下拉电压,提高开关的可靠性。改进的方法包括电镀桥墩,改进桥梁的形状,在信号线上和桥背面接触的地方设计触点,以期获得较小的开关时间和减小接触的粘附。 4.流片得到的样品最后测试结果:开关下拉电压约为28V;1-10GHz并联式开关的插入损耗在0～0.5dB,隔离度为35～45dB,而串联式开关的插入损耗0.5～1.5dB,隔离度在40～70dB。经测试,MEMS开关寿命达70万次。

论文目录

• 第一章 引言
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 RF MEMS开关的研究状况
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 第二章 RF MEMS接触式开关的设计基础
• 2.1 RF MEMS开关的设计和制作流程
• 2.2 RF MEMS开关的几个设计考虑
• 2.3 本章小结
• 第三章 RF MEMS接触式开关的设计和仿真
• 3.1 RF MEMS开关的基本结构
• 3.2 RF MEMS开关设计的几个关键尺寸
• 3.3 RF MEMS开关仿真
• 3.4 RF MEMS开关的力学仿真
• 3.5 RF MEMS开关的微波性能仿真
• 3.6 本章总结
• 第三章附录：仿真说明
• 第四章 RF MEMS开关的工艺研究
• 4.1 RF MEMS开关版图及工艺简介
• 4.2 RF MEMS开关的工艺流程
• 4.3 聚酰亚胺牺牲层工艺
• 4.4 Ⅰ版开关存在问题的初步研究
• 4.5 Ⅱ版开关设计中的改进
• 4.6 MEMS开关制作工艺总结
• 4.7 本章小结
• 第五章 RF MEMS开关的测试结果与分析
• 5.1 RF MEMS开关的力学性能测试
• 5.2 RF MEMS开关的微波性能测试
• 5.3 RF MEMS开关有待解决的问题
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 硕士期间文章发表
• 后记