实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片制造技术

本实用新型专利技术涉及一种实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片，包括四组单刀四掷开关，所述的开关芯片由固定板和可动板键合构成，所述的两组驱动单元阵列通过实时控制电荷屏蔽，驱动悬挂四方板向固定板运动或离开固定极板运动，使单刀四掷开关处于接通状态或断开状态，完成单刀四掷开关的连通动作和关断动作。采用了本实用新型专利技术的实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片，运用了新的注入电荷静电驱动原理，整个开关过程控制由IC系统电源完成，不需要更高的驱动电源，完全克服了电容型静电驱动需高电压驱动的固有缺陷，使静电驱动趋于更完善。也因此，本实用新型专利技术所设计的RF MEMS开关更具实用性、有更好的隔离度和有更好的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片
本技术涉及微电子机械系统领域，尤其涉及接触式RFMEMS开关芯片领域，具体是指一种实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片。
技术介绍
目前应用于RFMEMS开关大多是采用电容式静电驱动的。电容式静电驱动原理的最突出的优点是功耗低、结构简单、易与IC工艺相容、适合批量生产。然而，其最大的缺点是驱动电压高(20V～80V)，需要在系统中增加所必需的电荷泵部件来完成电源电压的提升(如ADI公司ADGM1304器件就同时封装了电荷泵芯片)，严重限制了其在RFMEMS开关中的应用发挥。而更严重的问题来自于高电压的使用所带来的系列可靠性问题。电容式静电驱动的静电力来自于对电容充电后在平行的两极板上累积的异种电荷产生的相互吸引力；而极板间的恢复力来自于悬挂极板的悬臂所产生的弹性力。在极板从平衡位置启动运动时，电容极板间距最大，电容最小，在同样的驱动电压下，极板上所充电荷量最少(Q＝CV)，产生的静电力最小。此时，唯有增加驱动电压来增大静电力。然而，在高电压驱动下，在两极板相互靠近过程中，由于间距减小，电容增大，极板上所充电荷量急剧增大(或者说，因静电力与极板间间距x呈1/x2关系)，静电力迅速增大。这造成两极板强力互撞，从而产生了两极板的黏联风险或\和增加了极板的碎裂等可靠性风险。为减小这些风险和增加恢复力，需要增大弹簧力；但反过来又需要增加驱动电压来启动极板运动。可见，两者的要求是矛盾的。而且，在较高的驱动电压下，易于造成介质的击穿；以及，在高压的反复作用下，因强场激发陷入介质内的电荷随时间积累而影响静电力的有效驱动等。再者，对于RFMEMS开关来说，其隔离度要求其平衡状态点的极板间距要足够大；但驱动电压降低却要求这个间距要小。这种特性需求的矛盾使得设计者只能以牺牲一方为代价来处理，严重限制了RFMEMS开关性能的发挥。由上述可知，所有述及的电容式静电驱动存在的缺陷均来自于电容式静电驱动原理本身，是其固有缺陷。如想要从根本上克服这些固有缺陷，需要从改变驱动原理本身入手。这就是本技术主要要解决的问题。
技术实现思路
本技术的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足实用性好、隔离度高、可靠性好的实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片。为了实现上述目的，本技术的实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片如下：该实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片，其主要特点是，所述的开关芯片包括四组单刀四掷开关，所述的开关芯片由固定板和可动板键合构成，所述的可动板和固定板均具有对称设计的键合框架，所述的可动板还包括通过对称型或风车型弹簧支撑的悬挂四方板，所述的可动板和固定板上具有对称分布的两组驱动单元阵列，即第一驱动单元组和第二驱动单元组，分别预先存有异种电荷和同种电荷，分别产生静电吸引力和静电排斥力，所述的两组驱动单元阵列通过实时控制电荷屏蔽，驱动悬挂四方板向固定板运动或离开固定极板运动，使单刀四掷开关处于接通状态或断开状态，完成单刀四掷开关的连通动作和关断动作。较佳地，所述的驱动单元阵列包含驱动单元，驱动单元包括注入电荷极、注入电荷控制极、注入电荷存储极、电荷注入窗口和电荷注入控制窗口，电荷注入控制窗口设在注入电荷控制极与注入电荷存储极之间，电荷注入窗口设在注入电荷极与注入电荷存储极之间，所述的注入电荷极和注入电荷控制极构成驱动单元的屏蔽体；所述的开关芯片还包括MOS开关管，所述的注入电荷极和注入电荷控制极与相应的MOS开关管的一端相连，MOS开关管的另一端接地。较佳地，所述的第一驱动单元组和第二驱动单元组的电荷存储极预先分别注入异种电荷或同种电荷；第一组驱动单元和第二组驱动单元连接的MOS开关管根据两组交错的时钟脉冲控制，电荷存储极分别在其注入电荷极感应出异种电荷或同种电荷，在两极板间产生静电吸引力或静电排斥力，驱动悬挂四方板向固定板运动或离开固定极板运动，使单刀四掷开关处于接通状态或断开状态。较佳地，所述的可动板的悬挂四方板设有对称的驱动单元，即第一驱动单元和第三驱动单元，所述的固定板设有对称的驱动单元，即第二驱动单元和第四驱动单元，所述的第一驱动单元和第二驱动单元构成第一驱动单元组，第三驱动单元和第四驱动单元构成第二驱动单元组。较佳地，所述的开关芯片通过电荷注入窗口和电荷注入控制窗口向驱动单元注入预设的电荷类型和足量的电荷。较佳地，所述的可动板的悬挂四方板的外围四周布置有四个连续触点，所述的固定板在与可动板的连续触点对称的位置设有触点区，即开关信号的输入触点和四个输出触点及其连线，所述的单刀四掷开关由可动板上的连续触点及固定板上对称位置上的五个触点构成；在悬挂四方板往复运动时，所述的可动板的连续触点和固定板的触点区相互接触或相互断开。较佳地，所述的悬挂四方板布置有小孔阵列。较佳地，所述的可动板和固定板的键合框架上具有淀积的低温熔融介质，是黏联键合的介质材料。较佳地，所述的开关芯片还包括键合玻璃板。较佳地，所述的开关芯片还包括金属连线，由固定板内部引出至固定板的背面。采用了本技术的实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片，运用了新的注入电荷静电驱动原理，整个开关过程控制由IC系统电源完成，不需要更高的驱动电源，完全克服了电容型静电驱动需高电压驱动的固有缺陷，使静电驱动趋于更完善。也因此，本技术所设计的RFMEMS开关更具实用性、有更好的隔离度和有更好的可靠性。附图说明图1为本技术的实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片的RFMEMS开关剖面结构示意图。图2为本技术的极板间静电力Fe和5um行程耗时t与预先注入电荷密度Qi的关系示意图。图3为本技术的可动板硅片的加工主要工艺的剖面示意图。图4为本技术的固定板硅片的加工主要工艺的剖面示意图。图5为本技术的第一键合工艺方案的工艺剖面示意图。图6为本技术的第二键合工艺方案的工艺剖面示意图。图7为本技术的实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片的结构简图。附图标记：11固定板12可动板4键合玻璃板21第一驱动单元22第二驱动单元23第三驱动单元24第四驱动单元211注入电荷控制极212注入电荷存储极213注入电荷极31、32风车型弹簧51、52、53小孔阵列61、62、63、64连续触点71、72、73、74键合框架81、82低温熔融介质层91、92金属连线具体实施方式为了能够更清楚地描述本技术的
技术实现思路
，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。本技术的该实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片，其中包括四组单刀四掷开关，所述的开关芯片由固定板和可动板键合构成，所述的可动板和固定板均具有对称设计的键合框架，所述的可动板还包括通过对称型或风车型弹簧支撑的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片，其特征在于，所述的开关芯片包括四组单刀四掷开关，所述的开关芯片由固定板和可动板键合构成，所述的可动板和固定板均具有对称设计的键合框架，所述的可动板还包括通过对称型或风车型弹簧支撑的悬挂四方板，所述的可动板和固定板上具有对称分布的两组驱动单元阵列，即第一驱动单元组和第二驱动单元组，分别预先存有异种电荷和同种电荷，分别产生静电吸引力和静电排斥力，所述的两组驱动单元阵列通过实时控制电荷屏蔽，驱动悬挂四方板向固定板运动或离开固定极板运动，使单刀四掷开关处于接通状态或断开状态，完成单刀四掷开关的连通动作和关断动作。/n

【技术特征摘要】
1.一种实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片，其特征在于，所述的开关芯片包括四组单刀四掷开关，所述的开关芯片由固定板和可动板键合构成，所述的可动板和固定板均具有对称设计的键合框架，所述的可动板还包括通过对称型或风车型弹簧支撑的悬挂四方板，所述的可动板和固定板上具有对称分布的两组驱动单元阵列，即第一驱动单元组和第二驱动单元组，分别预先存有异种电荷和同种电荷，分别产生静电吸引力和静电排斥力，所述的两组驱动单元阵列通过实时控制电荷屏蔽，驱动悬挂四方板向固定板运动或离开固定极板运动，使单刀四掷开关处于接通状态或断开状态，完成单刀四掷开关的连通动作和关断动作。


2.根据权利要求1所述的实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片，其特征在于，所述的驱动单元阵列包含驱动单元，驱动单元包括注入电荷极、注入电荷控制极、注入电荷存储极、电荷注入窗口和电荷注入控制窗口，电荷注入控制窗口设在注入电荷控制极与注入电荷存储极之间，电荷注入窗口设在注入电荷极与注入电荷存储极之间，所述的注入电荷极和注入电荷控制极构成驱动单元的屏蔽体；所述的开关芯片还包括MOS开关管，所述的注入电荷极和注入电荷控制极与相应的MOS开关管的一端相连，MOS开关管的另一端接地。


3.根据权利要求2所述的实现注入电荷静电驱动的单刀四掷集成开关芯片，其特征在于，所述的第一驱动单元组和第二驱动单元组的电荷存储极预先分别注入异种电荷或同种电荷；第一组驱动单元和第二组驱动单元连接的MOS开关管根据两组交错的时钟脉冲控制，电荷存储极分别在其注入电荷极感应出异种电荷或同种电荷，在两极板间产生静电吸引力或静电排斥力，驱动悬挂四方板向固定板运动或离开固定极板运动，使单刀四掷开关处于接通状态或断开状态。


4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤玉生，汤易天，
申请(专利权)人：汤玉生，汤易天，
类型：新型
国别省市：上海;31