基于可变弹性模量复合薄膜梁的多路射频微机电开关制造技术

本发明专利技术提出了一种基于可变弹性模量复合薄膜梁的多路射频微机电开关，旨在实现对多路信号传输的控制，同时避免“误执行”现象，并降低开关由“开态”变换为“关态”时膜桥的弹性恢复力。包括驱动电极、复合薄膜梁、基底、射频传输线和地线，射频传输线并排固定在基底的上表面；地线固定在底座两端的锚点上；复合薄膜梁由自上而下层叠的第一介质层、导电层和第二介质层复合而成，其两端固定在地线的表面，且导电层的两端与地线接触；驱动电极由并排固定在复合薄膜梁上表面的至少三个驱动电极单元组成。本发明专利技术开关响应时间短，驱动电压低，满足射频微机电开关高隔离度、低插入损耗的要求，同时具有绿色环保的特性。可用于现代无线通信领域。

Multichannel RF MEMS switch based on variable elastic modulus composite thin film beam

The invention provides a multi-channel RF MEMS switch variable beam based on elastic modulus of composite film, designed to achieve the control of multi-channel signal transmission, and avoid the \false execution\ phenomenon, and reduce the switch recovery stress of the film bridge by the \on\ state transform \off\ state of the elastic. Includes a drive electrode, composite beam, thin film substrate, RF transmission line and ground line, RF transmission line side by side is fixed on the upper surface of the substrate; the anchor wire is fixed on both ends of the base; composite thin film beam by the first dielectric layer, a conductive layer stacked from top to bottom and the composite dielectric layer formed, the two ends are fixed on the ground on the surface, and both ends of the conductive layer in contact with the ground; at least one driving electrode unit driving electrode is fixed on the composite film composed of parallel beam surface composition. The switch has the advantages of short response time and low driving voltage, which meets the requirements of high isolation and low insertion loss of the radio frequency micro electromechanical switch, and has the characteristics of green environment protection. It can be used in the field of modern wireless communication.

【技术实现步骤摘要】
基于可变弹性模量复合薄膜梁的多路射频微机电开关
本专利技术属于微机电
，涉及一种多路射频微机电开关，具体涉及一种基于可变弹性模量复合薄膜梁的多路射频微机电开关，适用于无线通信领域。技术背景射频微机电开关是现在绝大部分通信设备中不可或缺的基本部件，它主要通过微机械机构的运动来实现射频信号的导通与断开。具有隔离度高、插入损耗低、工作频带宽以及功耗低、高线性度等优点，非常适用于现代无线通信技术发展的要求。目前根据射频开关对射频信号的控制作用方式，可以分为串联接触式和并联电容式两种。串联接触式主要由悬臂梁、下拉电极、传输线和绝缘介质层四部分组成。下拉电极不加电压时，开关处于开态，信号无法通过。当在下拉电极加上足够的电压时，悬臂梁悬空的一端与断开的信号线接触。此时传输线连通，开关处于关态，信号得以通过。并联电容式主要包括共面波导、介质层和微梁。当不加电压时，并联阻抗很大，电容很小，信号将从传输线传输，开关处于开态。当加上电压时，并联阻抗最小，电容很大，高频信号将通过这个电容接地，从而实现开关的关态。但是目前的并联电容式射频微机电开关主要采用静电驱动。但是普遍存在一定的“误执行”现象，且需要克服较大的弹性恢复力才能使开关处于“关态”，因此使得所需驱动电压大，开关响应时间长。例如申请公开号为CN105845513A，名称为“一种基于石英基底共面波导的石墨烯射频机械开关”的专利申请，公开了一种基于石英基底共面波导的石墨烯射频机械开关，其结构如图1所示，石墨烯薄膜1和氮化硼介质层2组成复合梁，梁的两端分别与两条共面波导地线3接触，共面波导信号线4位于复合梁结构悬空部分正下方，共面波导结构位于石英基底5上。虽然这种结构射频微机电开关可降低插入损耗，增大隔离度，但存在以下问题：1)开关由“开态”变换为“关态时，需要克服较大的弹性恢复力；2)无法避免误操作导致的“误执行”现象；3)只能实现对单路信号传输的控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术现有的缺陷，提出了一种基于可变弹性模量复合薄膜梁的多路射频微机电开关，旨在实现对多路信号传输的控制，同时避免“误执行”现象，并降低开关由“开态”变换为“关态”时微梁的弹性恢复力。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于可变弹性模量复合薄膜梁的多路射频微机电开关，包括驱动电极1、复合薄膜梁2、基底3、射频传输线4和地线5，所述基底3纵向的两端设置有锚点；所述射频传输线4至少有三条，并排固定在基底3的上表面，用于实现多种信号的传输；所述地线5固定在底座3两端的锚点上；所述复合薄膜梁2由自上而下层叠的第一介质层21、导电层22和第二介质层23复合而成，其两端固定在地线的表面，且导电层22的两端与地线5接触；所述驱动电极1由并排固定在复合薄膜梁2上表面的至少三个驱动电极单元组成；所述射频传输线4和导电层2均采用二维单层碳原子材料；所述介质层2采用记忆性材料。上述基于可变弹性模量复合薄膜梁的多路射频微机电开关，所述复合薄膜梁2，其纵向中轴线与基底3的纵向中轴线重合。上述基于可变弹性模量复合薄膜梁的多路射频微机电开关，所述并排固定在复合薄膜梁2上表面的至少三个驱动电极单元，驱动电极单元采用钛酸铋钠基无铅压电陶瓷材料，且相邻驱动电极单元之间的距离相等。上述基于可变弹性模量复合薄膜梁的多路射频微机电开关，所述射频传输线4，采用石墨烯材料，且与基底3的纵向中轴线垂直。上述基于可变弹性模量复合薄膜梁的多路射频微机电开关，所述导电层22，采用石墨烯材料。上述基于可变弹性模量复合薄膜的多路射频微机电开关，所述介质层(21)，采用形状记忆聚合物。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1)本专利技术采用的复合薄膜梁由自上而下层叠的第一介质层、导电层和第二介质层复合而成，其弹性模量可变，当开关由“开态”变换为“关态”时，弹性模量锐减，复合薄膜梁快速变形，当开关由“关态”变换为“开态”时，弹性模量剧增，复合薄膜梁快速恢复变形，缩短了开关的响应时间。2)本专利技术在复合薄膜梁的表面并排固定有多个驱动电极单元，在实现开关的“关态”时，需要驱动电极施加正向电压的同时复合薄膜梁的导电层也导电；在实现开关的“开态”时，需要驱动电极施加正向电压的同时复合薄膜梁的导电层断电，避免了现有技术的“误执行”现象。3)本专利技术由通过给复合薄膜梁表面不同的驱动单元施加一定的电压，可以实现复合薄膜梁不同位置的大变形，使其与对应位置的射频传输线接触，可以实现对多路信号传输的控制。4)本专利技术由于复合薄膜梁的介质层采用可降解的形状记忆聚合物，驱动电极采用了钛酸铋钠基无铅压电陶瓷，具有绿色环保的特性。附图说明图1为现有基于石英基底共面波导的石墨烯射频机械开关的整体结构示意图；图2为本专利技术的整体结构示意图。图3为本专利技术的具体实施例工作过程结构示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步的详细描述。参照图2，基于可变弹性模量复合薄膜梁的多路射频微机电开关，包括驱动电极1、复合薄膜梁2、基底3、射频传输线4和地线5。所述射频传输线4均采用石墨烯材料，石墨烯的高导电、高导热特性可以减少接触面处的电荷积累、降低温度，降低局部电荷密度，从而减小射频传输线导致的静电扰动力。通过沉积工艺在基底3上形成三条射频传输线，并排固定在基底3的上表面。则这三条射频传输线可以实现对8种信号的传输控制，这8种信号分别为：001、000、010、011、101、100、110、111；三条射频传输线的距离不能过小，否则射频传输线之间会发生串扰现象。所述驱动电极1材料均选用钛酸铋钠基无铅压电陶瓷，该种材料具有大的电致应变，施加很低的驱动电压以后会迅速产生大的变形量，有助于是实现开关的“开态”和“关态”，满足射频微机电开关高隔离度、低插入损耗的要求。因基底3上布置有三条射频传输线，复合薄膜梁2与每条射频传输线接触时需要两个驱动电极单元进行驱动，所以复合薄膜梁表面共并排粘接有六个驱动电极单元。所述复合薄膜梁2由自上而下层叠的第一介质层21、导电层22和第二介质层23复合而成，两端通过热压印技术压印在硅基底3的锚点上。第一介质层介质层21和第二介质层23均采用形状记忆聚合物，形状记忆聚合物弹性模量可随温度发生变化，当温度达到玻化温度时，其弹性模量会锐减，当温度低于玻化温度时，其弹性模量会剧增，有助于实现开关的快速“闭合”和“断开”。导电层23采用石墨烯材料，石墨烯具有高导热性、高载流子特性，通电以后温度会迅速上升，可将自身热量传递给第一介质层21和第二介质层23，有助于介质层快速升温。又因石墨烯为二维单层碳原子层，具有良好的柔韧性，因此复合薄膜梁2的弹性模量可随第一介质层21和第二介质层23的弹性模量变化而变化。利用干法刻蚀使导电层图形化，介质层21沉积在导电层表面，介质层23通过准分子激光纳米压印技术压印于导电层22表面，最终形成一个复合薄膜梁。所述基底3纵向的两端设置有锚点，材料采用硅材料，通过干法刻蚀使其图形化，所述地线5通过剥离工艺形成于基底3两端的锚点上，材料选用金。以下结合“011”这种信号说明本专利技术射频微机电开关的工作原理：开关在初始状态下，复合薄膜未与基底的三条射频传输线接触。当三条射频传输线均通高频交流信号以后，三条射频传输线从左至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可变弹性模量复合薄膜梁的多路射频微机电开关，其特征在于，包括驱动电极(1)、复合薄膜梁(2)、基底(3)、射频传输线(4)和地线(5)，所述基底(3)纵向的两端设置有锚点；所述射频传输线(4)至少有三条，并排固定在基底(3)的上表面，用于实现多种信号的传输；所述地线(5)固定在底座(3)两端的锚点上；所述复合薄膜梁(2)由自上而下层叠的第一介质层(21)、导电层(22)和第二介质层(23)复合而成，其两端固定在地线(5)的表面，且导电层(22)的两端与地线(5)接触；所述驱动电极(1)由并排固定在复合薄膜梁(2)上表面的至少三个驱动电极单元组成；所述射频传输线(4)和导电层(22)均采用二维单层碳原子材料；所述介质层(21)采用记忆性材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于可变弹性模量复合薄膜梁的多路射频微机电开关，其特征在于，包括驱动电极(1)、复合薄膜梁(2)、基底(3)、射频传输线(4)和地线(5)，所述基底(3)纵向的两端设置有锚点；所述射频传输线(4)至少有三条，并排固定在基底(3)的上表面，用于实现多种信号的传输；所述地线(5)固定在底座(3)两端的锚点上；所述复合薄膜梁(2)由自上而下层叠的第一介质层(21)、导电层(22)和第二介质层(23)复合而成，其两端固定在地线(5)的表面，且导电层(22)的两端与地线(5)接触；所述驱动电极(1)由并排固定在复合薄膜梁(2)上表面的至少三个驱动电极单元组成；所述射频传输线(4)和导电层(22)均采用二维单层碳原子材料；所述介质层(21)采用记忆性材料。2.根据权利要求1所述基于可变弹性模量复合薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：田文超，李平，时婧，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61