MEMS開關失效機理及MEMS開關在微波電路應用中的研究.pdf

1、目前制約MEMS開關應用的主要瓶頸是開關的可靠性問題。MEMS開關的設計涉及到力學、材料學、電磁學、熱力學和表面微加工等領域，要改善MEMS開關的可靠性需要綜合考慮以上各個因素。本文旨在分析MEMS開關的失效機理并給出相應的改進措施，同時對MEMS開關在微波電路中的典型應用進行研究。文中包含主要的工作內容如下：
　　1.直接接觸式固支梁MEMS開關的機電性能研究。推導了開關的下拉電壓，并給出了開關在up態(tài)和down態(tài)的集總參數(shù)等效

2、電路。通過COMSOL軟件建模仿真，得到開關的下拉電壓約為40V。采用HFSS軟件對開關的射頻性能進行仿真，驗證了梁長、梁寬和梁高等關鍵設計參數(shù)對開關插入損耗及隔離度的影響。
　　2.直接接觸式固支梁MEMS開關的失效機理分析。通過實驗實踐發(fā)現(xiàn)了工藝因素導致的開關失效，進行了工藝調整；研究了殘余應力對開關彈性系數(shù)帶來的影響，通過開關梁打孔的方式進行殘余應力釋放；同時還研究了溫度因素對開關可靠性的影響，包括觸點粘連以及開關梁形變兩方

3、面并分別給出了改進方法。
　　3.一種MEMS開關可靠性測試平臺的設計。介紹了一種MEMS開關測試平臺的設計和實現(xiàn)，該測試平臺能進行MEMS開關的壽命測試并且可以產生任意波形的下拉電壓。該測試平臺的提出可以為MEMS開關可靠性的研究提供方便的測試手段。
　　4.MEMS開關在微波電路中的典型應用研究。以基于MEMS開關的線型移相器和基于MEMS開關的可調帶通濾波器兩個設計實例為例，研究了MEMS開關在微波電路中的應用。對基于

4、MEMS開關的四位移相器完成了仿真驗證和實物測試，達到的指標為工作頻率2.1GHz～2.3GHz，帶內插入損耗<3dB，回波損耗<-10dB，電壓駐波比<1.25，實現(xiàn)0～180°相移，相移步進12°，中心頻率處移相精度在±3°以內。對基于MEMS開關的可調帶通濾波器進行了仿真驗證，其設計指標為中心頻率f01.5～2GHz，通帶帶寬150MHz，帶內插入損耗<2dB，回波損耗<-10dB，阻帶衰減≥30dB（當f≥1.15f0或f≤0.