使用精细液态金属熔滴的形状变化的RFMEMS开关 |
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申请号 | CN201080051447.1 | 申请日 | 2010-11-10 | 公开(公告)号 | CN102640249A | 公开(公告)日 | 2012-08-15 |
申请人 | 浦项工科大学校产学协力团; | 发明人 | 金俊源; 孙晟儫; 严淳永; 朴优成; 白承凡; | ||||
摘要 | 本 发明 提供了使用精细液态金属熔滴的RF MEMS 开关 ,该RF MEMS开关能够被快速地操作且对冲击和运动是稳固的。根据本发明的一个实施方式,使用精细液态金属熔滴的RF MEMS开关包括:第一层构件,其包括 信号 传输线;第二层构件,其布置在第一层构件上,形成室以便通过处理 信号传输 线而引起精细液态金属熔滴的形状变化,并且在室的一侧上形成通孔,以便使信号传输线与形状在室中被改变的精细液态金属熔滴 接触 或不接触;操作构件,其布置在第二层构件上,且 定位 在室的开口侧上,以便通过室的开口侧将形状变化的能 力 提供给精细液态金属熔滴;以及第三层构件,其调整操作构件的 位置 ,并且与第一层构件和第二层构件耦合。 | ||||||
权利要求 | 1.一种使用精细液态金属熔滴的RF MEMS开关,包括: |
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说明书全文 | 使用精细液态金属熔滴的形状变化的RF MEMS开关[0001] 发明背景(a)发明领域 [0003] (b)相关技术的描述 [0004] RF MEMS开关被用于改变RF信号的接通/断开状态或连接状态。例如,存在通过精细加工技术制造的RF MEMS(射频微机电系统)开关。 [0005] 而且,使用精细加工技术的RF MEMS开关由于对机械驱动和固体到固体接触的限制而导致污染和磨损,并因此产生精细颗粒。因为使用精细加工技术的RF MEMS开关形成固体到固体接触,所以实际的接触面积很小,因而限制了传输信号的功率。 [0006] 在对该问题的各种解决方案中,使用固体到液体接触而不是固体到液体接触的RF MEMS开关被开发。例如,存在使用精细液态金属熔滴的RF MEM开关。 [0007] 使用精细液态金属熔滴的RF MEMS开关可以解决由固体到液体接触引起的污染和磨损的问题,并且可以通过形成大的实际接触面积来传输高信号功率。 [0008] 然而,使用精细液态金属熔滴的RF MEMS开关必须具有精细液态金属熔滴自由地运动的结构,因为RF MEMS开关使用精细液态金属熔滴的运动来接通和断开。因此,RF MEMS开关具有容易受到冲击的结构,并具有低驱动速度,因为它移动整个精细液态金属熔滴。 [0009] 发明概述 [0010] 本发明被进行,以便提供使用精细液态金属熔滴的RF MEMS开关,该RF MEMS开关操作快速并且是抗冲击和运动的。 [0011] 本发明的示例性实施方式提供了使用精细液态金属熔滴的RF MEMS开关,其包括:第一层构件,其具有信号传输线;第二层构件,其布置在第一层构件上,且具有室和通孔,室对应于信号传输线而形成以便引起精细液态金属熔滴的形状的变化,以及通孔在室的一侧形成以便使精细液态金属熔滴与信号传输线接触或不接触,精细液态金属熔滴的形状在室中被改变;操作构件,其布置在第二层构件上,且设置在室的开口侧以便通过室的开口侧将可变形性提供给精细液态金属熔滴;以及第三层构件,其用于限定操作构件的位置,并且耦合到第一层构件和第二层构件。 [0012] 信号传输线可以是用于在与精细液态金属熔滴接触时传输RF信号的DC接触类型或是用于在与精细液态金属熔滴不接触时传输RF信号的电容类型。 [0013] 室可以被限定为一空间,该空间在连接第二层构件的顶部和通孔的倾斜表面上从顶部到底部变得越来越窄。 [0014] 倾斜表面可以是改良的。 [0017] 室、精细液态金属熔滴和操作构件可以布置在同一中心线上的向上和向下方向上。 [0018] 室可以包括在第二层构件的上部形成的第一空间以及连接第一空间和通孔并且在第二层构件的下部形成的比第一空间小的第二空间。 [0019] 第一空间可以被限定成相对于第二层构件的顶部表面垂直地形成的内壁以及与内壁垂直并限定第二空间的底部。 [0020] 第二空间可以在底部是宽的,并且可以朝着通孔变得越来越窄。 [0021] 第一空间和第二空间可以是改良的。 [0023] 接地电极可以包括在圆盘的中心形成的第一图案和在径向方向上从第一图案切割的第二图案,以及高压电极可以包括布置在第一图案上的中央部分和沿着第二图案从中央部分提取的提取部分。 [0024] 根据本发明的示例性实施方式的使用精细液态金属熔滴的RF MEMS开关还可以包括绝缘层,所述绝缘层设置在操作构件和第二层构件之间,并密封室的开口侧。 [0026] 图1是根据本发明的示例性实施方式的使用精细液态金属熔滴的形状变化的RF MEMS开关的分解透视图。 [0027] 图2是图1的RF MEMS开关的横截面视图,其中精细液态金属熔滴的形状没有变化,因为没有气动压力施加到精细液态金属熔滴,或因为负压被施加到其。 [0029] 图4是根据本发明的第二示例性实施方式的使用精细液态金属熔滴的形状变化的RF MEMS开关的分解透视图。 [0031] 图6是信号断开状态的横截面视图,其中在图5中的精细液态金属熔滴的形状没有变化。 [0032] 图7是有电压施加到电极的图4的RF MEMS开关的横截面视图。 [0033] 图8是信号传输状态的横截面视图,其中在图7中的精细液态金属熔滴的形状有变化。 [0034] 实施方式的详细描述 [0035] 在下文中将参考附图更充分地描述本发明,在附图中示出了本发明的示例性实施方式。正如本领域中的技术人员将认识到的,所描述的实施方式可以用各种不同的方法修改,但都不偏离本发明的精神或范围。附图和描述应被视为说明性的而非限制性的。在整个说明书中,相似的参考数字表示相似的元件。 [0036] 图1是根据本发明的第一示例性实施方式的使用精细液态金属熔滴的形状变化的RF MEMS开关的分解透视图。参考图1,根据本发明的第一示例性实施方式的射频微机电系统开关4(为了描述的方便,在下文中称作“RF MEMS开关”)包括第一层构件110、第二层构件120、操作构件140和第三层构件130。 [0037] RF MEMS开关4拥有具有固体到液体接触的优势,因为它基本上使用精细液态金属熔滴(为了描述的方便,称作“熔滴”)。此外,RF MEMS开关4使用在给定位置处的精细液态金属熔滴的形状的变化而被接通和断开,因此当安装在设备中时,它与现有技术相比具有相对稳定的结构。这使得RF MEMS开关4能够抗冲击或运动并快速地进行操作。 [0038] 再次参考图1,RF MEMS开关4被配置成通过使用熔滴D来控制沿着在第一层构件10上形成的信号传输线11传输的信号的接通/断开和连接。信号传输线11包括DC接触类型(见图1)和电容类型(未示出),当与熔滴D接触时,DC接触类型被连接以传输RF信号,以及当不与熔滴D接触时,电容类型被分开以传输RF信号。 [0039] 第一层构件110形成RF MEMS开关4的下部,并且在其顶表面上设置有信号传输线11。在一个实施例中,第一层构件110可以由玻璃基底形成,以及信号传输线11可以通过在第一层构件110上图案化Cr/Ni来形成。 [0040] 第二层构件120布置在第一层构件110上,且具有室121和通孔22,室121对应于信号传输线11而形成,以及通孔22在室121的信号传输线11的一侧形成。形成室121,以便接纳熔滴D并引起熔滴D的形状的明显变化。在一个实施例中,第二层构件120可以由Si基底形成,以及室121可以通过体微机械加工形成。 [0041] 例如,室121被限定为一空间,该空间在连接第二层构件120的顶部和通孔22的倾斜表面上从顶部到底部变得越来越窄。相应地,在室121中接纳的熔滴D向下变形,使得熔滴D可以容易地与信号传输线11接触或不接触。 [0042] 而且,表面,即,室121的倾斜表面可以被改良以使熔滴D与信号传输线11的接触以及熔滴D从信号传输线11的分离顺利。表面改良的室121允许熔滴D平稳地移动并经历形状的变化,从而使熔滴D与信号传输线11的接触和熔滴D从信号传输线11的分离更容易。 [0043] 图2是图1的RF MEMS开关的横截面视图,其中精细液态金属熔滴的形状没有变化,因为没有气动压力施加到精细液态金属熔滴或因为负压被施加到其。图3是图1的RF MEMS开关的横截面视图,其中精细液态金属熔滴的形状有变化,因为正压被施加到精细液态金属熔滴。 [0044] 操作构件140由布置在第二层构件120上且设置在室121的开口侧的流体膜形成,并且通过室121的开口侧将可变形性提供给熔滴D。 [0045] 操作构件140,即,流体膜,被设置在第二层构件20和第三层构件30之间,以便对存储在室21中的熔滴D施加压力。第三层构件30包括对应于室21而安装的气密端子31,以便将从泵P供应的气动压力施加到操作构件140。当气动压力从泵P施加到操作构件140时,气密端子31在操作构件140和第三层构件30周围形成气密结构。这时,室21还提供操作构件140被变形的空间。 [0046] 参考图2,没有来自泵P的气动压力被施加,或负压被施加。因此,熔滴D接受负压和由操作构件140产生的力,因此它保持分开而不接触在第一层构件110上形成的信号传输线11,从而将信号保持在接通状态。 [0047] 参考图3,来自泵P的正压被施加。因此,熔滴D接受压力和由操作构件140产生的力,因此它与在第一层构件10上形成的信号传输线11接触,从而将信号保持在断开状态。 [0048] 在第一示例性实施方式中,可以根据操作构件140,即,流体膜的初始状态以及施加到流体膜的气动压力(+、-压力)来控制信号传输的接通/断开。 [0049] 在第一示例性实施方式中,熔滴D由气动压力驱动,而在下面要描述的第二示例性实施方式中,熔滴D由静电驱动。 [0050] 图4是根据本发明的第二示例性实施方式的使用精细液态金属熔滴的形状变化的RF MEMS开关的分解透视图。参考图4,第二示例性实施方式的RF MEMS开关2包括第一层构件10、第二层构件20、操作构件40和第三层构件30。在第二示例性实施方式中,省略了与第一示例性实施方式中的描述相类似或相同的部分的描述,而将描述与第一示例性实施方式的描述不同的部分。 [0051] 在第二层构件20中,室21具有两级结构,例如,室21包括在第二层构件20的上部形成的第一空间211和在第二层构件20的下部形成的第二空间212。第二空间212连接第一空间211和通孔22,并且比第一空间211小。相应地,接纳在第一空间211中的熔滴D从第一空间211变形到第二空间212。在此,即使在较大的第一空间211中的形状的轻微变化也可以导致形状的明显变化,使得熔滴可以容易地与信号传输线11接触或不接触。 [0052] 更具体地,第一空间211包括内壁213和底部214,内壁213相对于第二层构件20的顶表面垂直地形成,以及底部214垂直于内壁213。第二空间212在底部214是宽的,且朝着通孔22变得越来越窄。 [0053] 而且,在第一空间211和第二空间212中的表面,即内壁213的、底部214的和通孔22的表面可以被改良以使熔滴D与信号传输线11的接触和熔滴D从信号传输线的分离顺利。表面改良的第一空间211允许熔滴D在内壁213和底部214上平稳地移动并经历形状的变化,以及表面改良的第二空间212在熔滴D的形状变化时使熔滴D的向上和向下运动顺利,从而使熔滴D与信号传输线11的接触和熔滴D从信号传输线11的分离更容易。 [0054] 操作构件40布置在第二层膜20上且设置在室21的开口侧,并通过室21的开口侧将可变形性提供给熔滴D。 [0055] 作为例子,操作构件40可以由高压电极41和接地电极42组成,高压电极41向储存在室21中的熔滴D施加/不施加静电。在一个实施例中,操作构件40,即高压电极41和接地电极42,可以通过沉积在第三层构件30上并图案化Cr/Ni来形成。 [0056] 高压电极41和接地电极42面向彼此布置在室21上,并通过施加高压而引起熔滴D的形状的变化,从而使熔滴D与信号传输线11接触或不接触。 [0057] 图5是没有电压施加到电极的图4的RF MEMS开关的顶部平面视图,图6是信号断开状态的横截面视图,其中在图5中的精细液态金属熔滴的形状没有变化,图7是有电压施加到电极的图4的RF MEMS开关的横截面视图,以及图8是信号传输状态的横截面视图,其中在图7中的精细液态金属熔滴的形状有变化。 [0058] 参考图5到图8,接地电极42包括在圆盘的中心形成的第一图案421和在径向方向上从第一图案421切割的第二图案422。高压电极41包括布置在第一图案421上的中央部分411和沿着第二图案422从中央部分411提取的提取部分412。此时,高压电极41和接地电极42具有在其间形成的空隙C,并且被彼此间隔开。也就是说,接地电极42的第一图案421和第二图案422与高压电极41的中央部分411和提取部分412分别彼此间隔开。 [0059] 如以上所陈述的,在操作构件40由高压电极41和接地电极42组成的情况下,绝缘层50被设置在操作构件40和第二层构件20之间。绝缘层50密封室21的开口侧,并防止高压电极41和接地电极42直接接触熔滴D。 [0060] 第三层构件30限定了在第二层构件20上的操作构件40的位置,从而形成RF MEMS开关2的上部。在一个实施例中,第三层构件30可以由玻璃形成。也就是说,第三层构件30具有设置在面向第二层构件20的表面上的操作构件30,并被耦合到第一层构件10和第二层构件20,从而形成RF MEMS开关2。 [0061] 下面将通过采用电容类型的信号传输线11的例子来描述RF MEMS开关2的操作。参考图5和图6,高压电极41没有施加给它的高压。也就是说,没有静电场形成,因为在高压电极41和接地电极42之间没有电压差。相应地,熔滴D没有受到由静电产生的力,所以它与在第一层构件10上形成的信号传输线11接触。作为结果,电容类型的信号传输线11使信号断开。 [0062] 参考图7和图8,高压电极41有施加给它的高压。也就是说,静电场通过在高压电极41和接地电极42之间的电压差形成。因此,熔滴D通过由静电产生的力而变形,所以熔滴D与在第一层构件10上形成的信号传输线11不接触。相应地,电容类型的信号传输线11传输信号。在信号传输线11和熔滴D被滴下的点之间的距离可以通过调整施加在高压电极41和接地电极42之间的电压差来调整。 [0063] 如可从第二示例性实施方式看到的,信号传输线11、室21、熔滴D和操作构件40布置在同一中心线上的向上方向和向下方向上,因此引起熔滴D的形状的变化,从而使熔滴和信号传输线11彼此接触或不接触。因此,可以使熔滴的运动更快并可以降低驱动熔滴的电压。 [0064] 因此,与现有技术相比,本发明的示例性实施方式允许精细液态金属熔滴的快速操作和对冲击或运动的抵抗,因为精细液态金属熔滴被接纳在室中并通过向操作构件提供可变形性而与信号传输线接触或不接触。 [0065] 本发明的示例性实施方式可以用各种配置实现用于改变精细液态金属熔滴的形状的驱动,且没有由电磁波引起的问题——如果使用流体膜和气动压力而不是高压电极和接地电极。因此,本发明可适用于更多不同的领域。 |