什么是射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān),？

射頻微機(jī)電系統(tǒng) (RF MEMS) 開關(guān)是低功耗小型微機(jī)械開關(guān),，可以使用傳統(tǒng)的MEMS制造技術(shù)生產(chǎn)。它們類似于房間中的電燈開關(guān)，通過觸點(diǎn)打開或關(guān)閉在開關(guān)中傳輸信號,。在RF MEMS器件中，開關(guān)的機(jī)械組件大小只在微米級別,。與電燈開關(guān)不同的是,，RF MEMS開關(guān)傳輸?shù)氖巧漕l信號。

射頻開關(guān)技術(shù)

射頻開關(guān)可以使用多種不同技術(shù)實(shí)現(xiàn),。除了RF MEMS開關(guān)以外,，還有兩種主要類型的射頻開關(guān)：機(jī)電式射頻開關(guān)和固態(tài)射頻開關(guān)。固態(tài)開關(guān)使用半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)行操作，例如硅或PIN二極管,、場效應(yīng)晶體管 (FETs) 和混合技術(shù)（即PIN二極管和場效應(yīng)晶體管的結(jié)合）,，并使用硅基基板構(gòu)建。RF MEMS開關(guān)與基于射頻-SOI（絕緣襯底上的硅）的開關(guān)處于競爭關(guān)系,，后者一直都在不斷改進(jìn),，是當(dāng)前市場上的主要解決方案。

RF MEMS開關(guān)種類繁多,，它們可以用不同的機(jī)制來驅(qū)動,。由于功耗低、尺寸小的特性,，靜電驅(qū)動常用于射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)設(shè)計,。MEMS開關(guān)也可使用慣性力、電磁力,、電熱力或壓電力來控制打開或關(guān)閉,。

圖1和圖2是典型的“懸臂梁” RF MEMS開關(guān)。在這種配置中,，固定梁懸掛在基板上,，當(dāng)梁被壓下時，梁上的電極接觸基板上的電極,，將開關(guān)置于“開啟”狀態(tài)并接通了電路,。

電容式RF MEMS開關(guān)

最新一代的RF MEMS開關(guān)大多是電容式器件。電容式開關(guān)使用電容耦合工作,，非常適合高頻率的射頻應(yīng)用,。在操作過程中，力被施加到像橋一樣懸在基板上的梁,。當(dāng)梁被該力（例如靜電力）拉下時,，會接觸到基板上的電介質(zhì)，使信號終止,。橋型電容開關(guān)的橫截面如圖 3 所示,，其中使用CoventorMP? 3D所建的電容式RF MEMS開關(guān)模型處于未變形狀態(tài)，如圖 4 所示,。

RF開關(guān)的模型處于未變形狀態(tài)

RF MEMS的商業(yè)化

RF MEMS開關(guān)的開發(fā)早在20多年前就開始了,，但當(dāng)時在市場上取得的成功有限。早期,，商業(yè)化的主要障礙在于可靠性,。RF開關(guān)需要經(jīng)受數(shù)十億次開關(guān)循環(huán)的考驗(yàn)。要找到開關(guān)材料極具挑戰(zhàn)——既要求足夠堅(jiān)固,，能經(jīng)歷大量開關(guān)的循環(huán),，同時又得非常柔軟才能在閉合時形成良好的接觸,。RF MEMS開關(guān)（特別是它們的電極）需要一種基于機(jī)械材料合成層的制造技術(shù)。開關(guān)的可靠性受到這些合成材料中電氣和機(jī)械應(yīng)力的影響,，同時溫度依賴性以及對沖擊和振動敏感性也會影響其可靠性,。

下一代電信系統(tǒng)和智能手機(jī)對RF MEMS開關(guān)和其他RF MEMS器件的需求在不斷增長。根據(jù)半導(dǎo)體市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Yole Développement的報告,，RF MEMS器件市場將大幅增長,。Yole指出，由于5G設(shè)備中需要有源天線,，5G通信的發(fā)展將增加對基于MEMS的器件（如RF MEMS BAW濾波器）的需求,。此外，RF MEMS振蕩器會被用于部署與5G相關(guān)的新基站和邊緣計算,。

結(jié)論

由于其機(jī)械特性,，RF MEMS開關(guān)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有多項(xiàng)優(yōu)勢，包括閉合時阻力很低,、打開時阻力很高,。此外，它具有體積小,、功率要求低,、開關(guān)速度快、信號損耗低,、高斷態(tài)隔離和電路規(guī)模集成能力等優(yōu)點(diǎn),。隨著新的制造工藝和材料準(zhǔn)備就緒，頻率在幾十GHz范圍內(nèi)的射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)被廣泛用于包括5G移動蜂窩通信在內(nèi)的電信系統(tǒng),，帶來RF MEMS器件的巨大增長,。