一种微型机电系统开关，包括： 基底； 被设置在基底之上并且处于第一和第二台架内的不受应力的梁，第一和第二台架被设置在基底之上，以限制不受应力的梁在基本上不平行于基底的方向上的位移；以及 被设置在不受应力的梁的第一纵侧面附近的一组一个或多个控制垫，用以在不受应力的梁的第一纵侧面上产生一个电位， 其中，该不受应力的梁可以按照所述电位沿着基本上平行于基底的方向产生位移，用以提供一条信号通路。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般地涉及开关，并且，更具体地说，涉及用微型机电系统(MEMS)技术实现的各种开关。
技术介绍
微型机电系统(MEMS)开关广泛地用于射频(RF)通信系统，例如，各种相控阵天线、各种移相器、各种可切换的调谐部件，以及各种雷达传感器。一般地说，MEMS开关具有这样的特征，诸如，低的插入损耗，低的功耗，低成本，小尺寸，宽带操作，长寿命以及快的切换速度，这些特征在常规的各种固态开关(例如场效应晶体管或PIN二极管)中是找不到的。尤其是，一个高质量的MEMS开关应当理想地尽可能多地具有下列特征低的启动电压，高的切换速度，长的工作寿命，在关断状态下与输出信号之间有良好的隔离，在接通状态下在接触电极之间具有低的接触电阻和大的接触压力，在接触区域很少发生或者没有静摩擦问题以易于分离，在不同状态之间切换时低的功耗，为将开关保持在某一状态所需的功耗很少或者没有，低成本，容易制造，以及开关容易与其他共面的电路部件集成在一起。根据启动方法，可以将MEMS开关分为几大类，包括静电式、电磁式，或者电热式开关。归入这些类别之一的常规MEMS开关都呈现出上述的高品质MEMS开关的某些特征。然而，没有一种常规的开关呈现出上述所有特征。还有，就静电开关而言，当切换或保持在一种给定状态时，这些开关具有零功耗的独特的优点。然而，静电开关也有若干缺点，诸如缓慢的切换速度(处于微秒到毫秒量级)，相对高的启动电压(10-80V)，当这些接触电极被一起焊接在物理触点上时的静摩擦问题，相对短的寿命(针对冷切换而言的1亿次循环)，以及由于热应力和与制造有关的应力所导致的不稳定性问题。相应地，本专利技术的一个目标就是提供一种静电MEMS开关，它呈现出上述的理想开关的所有特征，并且没有上述的各种缺点。用简单工艺来制造这样的MEMS开关也是本专利技术的一个目标。本专利技术的又一个目标是提供一种静电MEMS开关，它具有能实现多投多极的配置。
技术实现思路
相应地，本专利技术提供一种微型机电系统(MEMS)开关，它包括一块基底以及一个被设置在基底之上的不受应力的梁。该不受应力的梁被设置在第一和第二台架内。第一和第二台架被设置在基底之上。用以限制不受应力的梁在基本上不平行于基底的方向上的位移。MEMS开关还包括被设置在不受应力的梁的第一纵侧面附近的一组一个或多个控制垫，用以在不受应力的梁的第一纵侧面上产生一个电位，还包括被设置在基底上位于不受应力的梁的第二纵侧面附近的第二组一个或多个控制垫，用以在第二纵侧面上产生第二电位。该不受应力的梁可以按照第一和第二电位之间的一个相对电位，沿着基本上平行于基底的方向产生位移，用以提供一条信号通路。可供替代地，MEMS开关也可以被实现为包括一个被设置于基底之上的初级不受应力的梁，用以控制信号流，以及多个在结构上和电气上被耦合到初级不受应力的梁的次级不受应力的梁。多个次级不受应力的梁中的每一个最好是被设置在第一、第二和第三台架内，用以限制梁在基本上平行于基底的方向以外的方向上的位移。此外，响应于一个相对电位，多个次级不受应力的梁中的每一个都可以沿着基本上平行于基底的方向产生位移，以便使初级不受应力的梁相应地产生位移。附图说明在诸附图的各独立的视图中，相同的参考数字表示相同的或功能上相似的部件，诸附图连同以下的详细说明均被纳入本说明书，并形成说明书的一部分，诸附图用以进一步地图解根据本专利技术的各实施例，以及说明本专利技术的各项原理和优点。图1是根据本专利技术的第一优选实施例的一个示例性的MEMS开关的一份等比例的视图。图2A是根据本专利技术的第一优选实施例的一个示例性的MEMS开关的一份顶视平面图。图2B是根据本专利技术的第一优选实施例的一个修改例的不受应力的梁的部分B的分解图。图2C是根据本专利技术的第一优选实施例的另一个修改例的不受应力的梁的部分B的分解图。图3是图2的示例性的MEMS开关的不受应力的梁以及各台架沿着截面线III-III的侧视图。图4是在不受应力的梁与各台架的各延伸侧壁建立良好的电接触之前，在图2A的MEMS开关里面的初始电荷分布的图解。图5是在不受应力的梁与各台架的各延伸侧壁建立良好的电接触之前，图2A的MEMS开关的等效电路的图解。图6是在不受应力的梁与各台架的各延伸侧壁建立良好的电接触之后，在图2A的MEMS开关里面的电荷分布的图解。图7是在不受应力的梁与各台架的各延伸侧壁建立良好的电接触之后，图2A的MEMS开关的等效电路的图解。图8A-8C是图1中的MEMS开关的各台架的可供替代的实施方式的图解。图9是在各接触表面之间没有薄膜电阻的情况下示于图2A的非锚式MEMS开关、在各接触表面之间具有薄膜电阻的情况下示于图2A的非锚式MEMS开关、以及一个锚定空气桥路MEMS开关所获得的启动电压对开关电阻的关系曲线。图10A-10E表示用于制造图1所示的MEMS开关的制造工艺。图11是根据本专利技术的第二优选实施例的一个示例性的MEMS开关的一份等比例的视图。具体实施例方式现在参照诸附图，在其中，相同的数字表示相同的部件，图1-2A表示根据第一优选实施例的一个示例性的MEMS开关10。参照图1，MEMS开关10包括一个例如由砷化镓、石英或铌酸锂制成的基底12。然而，根据MEMS开关10的特定应用场合，基底12也可以是透明的。梁14(不受应力的梁)被配置于基底12之上，并且被设置在第一台架16和第二台架18内。第一和第二台架16、18也被设置在基底12上。不受应力的梁14不被锚定于第一台架16或第二台架18。因而，梁14是不受应力的，并且因此被称为“不受应力的梁”。不受应力的梁14由高导电性材料例如金或钨制成，并且沿着基本上与基底12平行的方向是可位移的，如表示梁移动的各箭头所示。第一和第二台架16、18用以限制不受应力的梁14在基本上不平行于基底12的方向上的位移，同时用以接收一个输入信号RF IN(射频输入)，例如来自一个输入源的RF信号。不受应力的梁14还可以包括梁止动器19，用以将不受应力的梁14限制在第一和第二台架16、18以内。梁止动器19是可选的，并且可以由如图2A所示的各个宽度延伸部分来取代，这将在下面进行讨论。参照图2A，MEMS开关10还包括第一组一个或多个导电的控制垫P1-P4(第一组控制垫)20，它们被配置在不受应力的梁14的第一纵侧面22的附近；以及第二组一个或多个导电的控制垫P5-P8(第二组控制垫)24，它们被配置在不受应力的梁14的第二纵侧面26的附近。第一组控制垫20和第二组控制垫24各自相互面对。第一组控制垫20用以在不受应力的梁14的第一纵侧面22上生成第一电位，而第二组控制垫24则用以在不受应力的梁14的第二纵侧面26上生成第二电位。第一组和第二组控制垫20、24中的每一组最好都包括至少两个控制垫，如图1所示。然而，可以包括更多或更少的控制垫。例如，参照图2A，第一组和第二组控制垫20、24中的每一组都包括4个控制垫。MEMS开关10还包括第一导电输出接触垫28(在图2A中被描绘为RF1)，它被配置在基底12之上，并且位于不受应力的梁14的第一纵侧面22附近；以及第二(或另一个)导电输出接触垫30(在图2A中被描绘为RF2)，它被配置在基底12之上，并且位于不受应力的梁14的第二纵侧面26附近。参本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种微型机电系统开关，包括基底；被设置在基底之上并且处于第一和第二台架内的不受应力的梁，第一和第二台架被设置在基底之上，以限制不受应力的梁在基本上不平行于基底的方向上的位移；以及被设置在不受应力的梁的第一纵侧面附近的一组一个或多个控制垫，用以在不受应力的梁的第一纵侧面上产生一个电位，其中，该不受应力的梁可以按照所述电位沿着基本上平行于基底的方向产生位移，用以提供一条信号通路。2.如权利要求1所述的微型机电系统开关，其中，第一和第二台架还用于接收输入信号。3.如权利要求1所述的微型机电系统开关，还包括一个输出接触垫，它被设置在基底之上，并且处于不受应力的梁的第一纵侧面的附近，其中，该输出接触垫用于与不受应力的梁电耦合，以便当所述一个或多个控制垫产生所述电位时，在所述输出接触垫、不受应力的梁以及第一和第二台架之间提供所述信号通路。4.如权利要求3所述的微型机电系统开关，还包括另一组一个或多个控制垫，它们被设置在基底之上，并且处于不受应力的梁的第二纵侧面的附近，用以在不受应力的梁的第二纵侧面上产生另一个电位；以及另一个输出接触垫，它被设置在基底之上，并且处于不受应力的梁的第二纵侧面的附近。5.如权利要求4所述的微型机电系统开关，其中该组一个或多个控制垫以及所述另一组一个或多个控制垫还用于在不受应力的梁的第一和第二纵侧面之间产生一个相对电位，该相对电位基于所述电位与所述另一个电位之间的差值；以及当该相对电位大于或等于一个阈值电位时，该不受应力的梁朝向所述输出接触垫发生位移，并与之保持接触，或者朝向所述另一个输出接触垫发生位移，并与之保持接触。6.如权利要求5所述的微型机电系统开关，其中该基底是透明的；以及当该不受应力的梁与所述输出接触垫和所述另一个输出接触垫中的第一个发生接触时，该不受应力的梁还用于允许光信号通过基底而被传输，当该不受应力的梁与所述输出接触垫和所述另一个输出接触垫中的第二个发生接触时，该不受应力的梁用于阻断光信号。7.如权利要求5所述的微型机电系统开关，其中，该不受应力的梁在其顶部表面上含有一个反光层，用于当该不受应力的梁与所述输出接触垫和所述另一个输出接触垫中的第一个发生接触时反射光信号，当该不受应力的梁与所述输出接触垫和所述另一个输出接触垫中的第二个发生接触时允许该光信号被吸收。8.如权利要求5所述的微型机电系统开关，其中该不受应力的梁包括一个反光镜；该组一个或多个控制垫以及所述另一组一个或多个控制垫中的每一组都包括至少两个控制垫，该组一个或多个控制垫中的至少两个控制垫分别面对所述另一组一个或多个控制垫中的至少两个控制垫；当在非面对的各控制垫之间产生相对电位时，不受应力的梁可以按照该相对电位来产生角位移，以便使光信号按照不受应力的梁的角位移来产生位移；以及当在面对的各控制垫之间产生相对电位时，不受应力的梁还可以按照该相对电位来产生侧向位移，以便使光信号沿着垂直于不受应力的梁的方向产生位移。9.如权利要求3所述的微型机电系统开关，其中，不受应力的梁包括宽度延伸部分，这些部分分别位于第一和第二台架以内以及面对着所述输出接触垫，以便防止不受应力的梁基本上与该组一个或多个控制垫以及所述另一组一个或多个控制垫产生电连接。10...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·伊普，
申请(专利权)人：诺思路·格鲁曼公司，
类型：发明
国别省市：
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