BRPI0611549A2 - chave de rádio-frequência implementada por sistemas micro-eletromecánicos - Google Patents
chave de rádio-frequência implementada por sistemas micro-eletromecánicos Download PDFInfo
- Publication number
- BRPI0611549A2 BRPI0611549A2 BRPI0611549-7A BRPI0611549A BRPI0611549A2 BR PI0611549 A2 BRPI0611549 A2 BR PI0611549A2 BR PI0611549 A BRPI0611549 A BR PI0611549A BR PI0611549 A2 BRPI0611549 A2 BR PI0611549A2
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- membrane
- key according
- mems
- key
- state
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 99
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 9
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 4
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000002305 electric material Substances 0.000 description 1
- 238000007786 electrostatic charging Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B5/00—Devices comprising elements which are movable in relation to each other, e.g. comprising slidable or rotatable elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
- H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/01—Switches
- B81B2201/012—Switches characterised by the shape
- B81B2201/018—Switches not provided for in B81B2201/014 - B81B2201/016
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
- H01H2001/0063—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS] having electrostatic latches, i.e. the activated position is kept by electrostatic forces other than the activation force
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
- Electrotherapy Devices (AREA)
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
- Push-Button Switches (AREA)
- Burglar Alarm Systems (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
CHAVE DE RADIO-FREQUENCIA IMPLEMENTADA POR SISTEMAS MICRO-ELETROMECáNICOS. Uma chave de rádio-frequência implementada por sistemas micro-eletromecânicos ("Chave RF-MEMS") que compreende um meio de chaveamento micro-mecânico em um substrato (1) e que podem ser atuados entre duas posições: uma primeira posição (estado DESLIGADO, na figura 1) e uma segunda posição (estado LIGADO) O meio de chaveamento micro-mecânico compreende uma membrana flexível (6) livremente suportada por um meio suporte (3) que é curvável sob ação de meios de atuação (7) que deslizam livremente em relação ao meio suporte (3) durante seu movimento de curvamento.
Description
"CHAVE DE RADIO-FREQUENCIA IMPLEMENTADA POR SISTEMASMICRO-ELETROMECÂNICOS"
Campo da Invenção
A presente invenção se relaciona ao campo técnico dechaves de rádio-freqüência (RF) implementadas porsistemas micro-eletromecânicos (MEMS), (Chaves RF-MEMS).
Técnica Anterior
Chaves de sistemas micro-eletromecânicos (MEMS) são agoraamplamente usados em sistemas de comunicação de rádiofreqüência (RF) , tal como, por exemplo, antenas dearranjo faseado, trocadores de fase, componentessintonizadores chaveáveis, etc..
Chaves MEMS-RF são essencialmente componentessintonizadores chaveáveis que usam um movimento mecânicoeletricamente atuado para prover um curto circuito ou umcircuito aberto em uma linha de transmissão RF. Uma chaveMEMS-RF, assim, compreende dois meios distintos:
um meio micro-mecânico que será chamado geralmentede "meio de chaveamento" que pode ser movimentado entreduas posições: uma posição "DESLIGADO" que correspondeao estado DESLIGADO da chave, i.e. um estado onde a linhade transmissão está aberta e não pode ser usada paratransmitir sinais RF, e uma posição "LIGADO"que corresponde a um estado "LIGADO" da chave, i.e. umestado onde a linha de transmissão está "fechada", e porconseguinte pode ser usada para transmitir sinais RF.
um meio elétrico chamado "meio de atuação"; o citadomeio de atuação elétrico é geralmente usado para geraruma força que é aplicada a um meio de chaveamentomecânico para movimentar este último para sua posição"LIGADO" e/ou "DESLIGADO".
Chaves RF-MEMS podem ser classificadas em diversascategorias com base nos meios de atuação elétricos, i.e.meios eletrostáticos, eletromagnéticos, piezomagnéticosou eletrotérmicos. A atuação eletrostática é a técnicapredominante corrente, uma vez que permite menores temposde chaveamento (tipicamente menores que 200 μβ) e ademaisvirtualmente consumindo zero de energia. Adicionalmente,em projetos de chaves RF-MEMS, diferentes técnicas deatuação poderão ser combinadas (por exemplo, um contentorde voltagem eletrostática pode ser combinado comum atuador térmico).
Chaves RF MEMS também podem ser classificadas em duascategorias com base no contato usado para chavear a linhade transmissão, i.e "Chave de Contato Metal-Metal" ou"Chave de Contato Capacitivo". As assim chamadas "Chavesde contato Metal-Metal" (também chamadas "Chaves deContato Ôhmico) tipicamente são usadas para chavearsinais a partir de CC (corrente contínua) a 60 GHz.Chaves capacitivas são usadas, mais particularmente,para chavear sinais RF a partir de 6 e 120 GHz.
Até agora as chaves RF MEMS são classificadas em duascategorias principais com base na estrutura do meio dechaveamento micro-eletromecânico.
Uma primeira categoria principal se refere a chaves RF-MEMS cujos meio de chaveamento micro-mecânico compreendeuma membrana flexível ancorada no substrato da chave.
Uma segunda categoria se refere a chaves RF-MEMS,cujo meio de chaveamento micromecânico inclui uma vigarígida isenta de tensões, livremente montada no substratoda chave.
Chaves RF-MEMS tendo uma membrana flexível ancorada
Em uma primeira configuração, a membrana flexívelé ancorada em um substrato em ambas extremidades eformando uma ponte. Chaves MEMS usando uma ponte flexívelcomo elemento de chaveamento estão descritas no pedido:U.S. N0 2004/ 0091203, na patente U.S. N0 6.621.387,na patente Européia EP 1 343 189, no pedido PCT WO 2004/076341.
Em uma segunda configuração, a membrana flexívelé ancorada no substrato, somente por uma extremidade,formando um cantilever. Chaves MEMS usando uma membranacantilever flexível como elemento de chaveamentoestão descritas na patente U.S. N0 5.638.946.O uso de chaves RF-MEMS tendo uma membrana ancoradaflexível (ponte ou cantilever) como elemento dechaveamento apresenta os seguintes problemas. Estaschaves são muito sensíveis às variações de temperatura,deformações térmicas e/ou mecânicas do substrato(primeiro problema principal). Durante atuação, quandoa chave ancorada à membrana se deforma pela ação da forçagerada pelo meio de atuação, a membrana é submetidaa altas tensões mecânicas, que por sua vez diminuemdramaticamente o tempo de vida da chave RF-MEMS (segundoproblema principal).
Chaves RF-MEMS com viga rígida isenta de tensõesChaves RF-MEMS com viga rígida, isenta de tensões,são descritas, por exemplo no pedido de patente EuropeuEP 1489 639. Nesta publicação, o elemento de chaveamentoé uma viga rígida que se movimenta livremente entre ambasposições "LIGADO" e "DESLIGADO" em um plano paralelo aosubstrato. Em outra variante, a viga rígida pode ser umaviga flutuante que se movimenta livremente entreas posições "LIGADO" e "DESLIGADO", perpendicularmenteao substrato.
Este tipo de chave vantajosamente resolve os problemasmencionados de chaves RF-MEMS tendo uma membrana dechaveamento ancorada. Ademais, estas chaves RF-MEMS comviga rígida, isenta de tensões, têm um tempo dechaveamento mais longo (i.e., o tempo necessário paramover a viga de chaveamento entre as posições "LIGADO" e"DESLIGADO"). Adicionalmente, estas chaves são maissensíveis a vibrações ou choques mecânicas.
Objetivos da Invenção
Um objetivo principal da invenção é propor uma novaestrutura para uma chave RF-MEMS.
Um objetivo adicional da invenção é propor uma nova chaveRF-MEMS que supere os problemas acima mencionados dechaves RF-MEMS usando membrana de chave ancorada.
Um objetivo adicional da invenção é propor uma nova chaveRF-MEMS que tenha um tempo de chaveamento mais curtoem relação ao tempo de chaveamento das citadas chaves quetêm uma viga de chave rígida e isenta de tensões.
Um outro objetivo da invenção é propor uma nova chave
RF-MEMS menos suscetível a vibrações e choques mecânicosem relação às acima citadas chaves RF-MEMS incluindo umaviga de chave rígida e isenta de tensões.
Sumário da Invenção
Pelo menos o objetivo principal acima é realizadopela chave RF-MEMS da reivindicação 1.
A chave RF-MEMS da presente invenção compreende:um meio de chaveamento micro-mecânico que atua entreduas posições, uma primeira posição (estado LIGADO) euma segunda posição (estado DESLIGADO); e
um meio de atuação para atuar a posição do meio dechaveamento.
De acordo com um aspecto novo principal da invenção,o meio de chaveamento micro-mecânico compreende umamembrana flexível que é livremente suportada por meiossuportes, que é curvável sob ação do meio de atuação, eque pode deslizar livremente em relação ao meio suporte(3) durante seu movimento de curvamento.
O termo "Livremente Suportado" usado na descrição e nasreivindicações dá a entender que a membrana de chavedesliza livremente em relação ao meio suporte duranteo movimento de chaveamento da membrana entre as posições"LIGADO" e "DESLIGADO".
Descrição Resumida dos Desenhos
Outras características e vantagens da presente invençãoserão aparentes àqueles habilitados na técnica através daleitura da descrição detalhada a seguir, feita por meiode exemplos não-exaustivos e não-limitantes, e fazendoreferência aos desenhos anexos, nos quais:
a figura 1 é uma vista em corte transversal (no plano Hda figura 3) de uma chave RF-MEMS capacitiva da invenção,a chave no estado DESLIGADO;
a figura 2 é uma vista em corte transversal da chave dafigura 1, a chave no estado LIGADO;a figura 3 é vista de topo da chave RF-MEMS capacitiva, e
a figura 4 é uma vista em corte transversal da chavedurante o processo de fabricação e logo antes da etapade liberação final.
Descrição Detalhada
As figuras 1 a 3 mostram, uma chave RF-MEMS capacitivafeita de acordo com a configuração preferida da invenção.Para clareza, deve ser observado que o escopo da invençãonão se limita à chave RF-MEMS capacitiva, mas tambémengloba chaves RF-MEMS de contato ôhmico. A chave RF-MEMScapacitiva das figuras 1 a 3 apresenta uma nova estruturaque será detalhada, e que pode ser fabricada por meio detecnologias de microusinagem convencionais.
Referindo-se à figura 1, a chave RF-MEMS compreende umapastilha 1 (por exemplo, em silício) que forma osubstrato da chave. Uma fina camada di-elétrica 2 édepositada na superfície da citada pastilha 1. Ns camadadi-elétrica 2 a chave compreende:
dois membros suportes separados e paralelos 3 quese estendem na direção transversal da figura 1 (direção Yna figura 3);
um membro suporte central 4 que se estende nadireção substancialmente paralela à direção principal dosmembros suportes laterais 3 (i.e. na direção transversalâ figura 1 na figura 3), o citado membro suporte central4 sendo disposto entre os dois membros suportes laterais3 e preferivelmente no centro entre os mesmos.
Diferentemente dos membros suportes laterais 3,a superfície de topo do membro suporte central 4é coberta com uma fina camada di-elétrica.
Os dois membros suportes laterais 3 e a camada di-elétrica 2 formam um Guia de Onda Coplanar (CPW). Os doismembros suportes laterais correspondem a linhas terra.
O membro suporte central 4 forma uma linha de sinal paratransmitir sinais elétricos RF no Guia de Onda Coplanar.Os membros suportes lateral e central 3 e 4respectivamente por exemplo podem ser feitos de metal,tal como ouro. 0 material di-elétrico para camadas 2 e 5pode ser qualquer material, especialmente um polímero,tendo uma condutividade elétrica baixa. Por exemplo,as camadas di-elétricas 2 e 5 também podem ser feitas denitreto de silício.
A chave RF-MEMS adicionalmente compreende um elemento dechaveamento capacitivo constituído de uma membranaflexível metálica 6, por exemplo, de alumínio, ouro, ouuma liga condutiva. A membrana flexível 6 é livrementesuportada, pelo menos, pelos membros suportes laterais 3.
Referindo-se à figura 3, a membrana de chave flexível 6tem uma parte central principal 6a e duas extremidadesopostas em forma de placas 6b. Na configuração particulardas figuras, a parte central 6a é retangular e se estendena direção lateral (X) acima dos membros suporteslaterais 3. As placas 6b têm uma dimensão (E) ao longo dadireção longitudinal (Y) dos membros suportes 3, qualdimensão (E) é maior que a largura (e) da parteretangular 6a. A forma da membrana flexível 6 não éimportante para invenção.
Cada membro suporte 3 adicionalmente inclui, na parte detopo, uma parte de ponte 3a que forma uma passagem 3b,através de qual a parte central 6a da membrana ficalivremente posicionada. As placas 6b das membranas emcombinação com as partes de ponte 3a são usadas como meiode fixação para manter as membranas no membro suporte 3,mas sem impedir que a membrana 6 se movimente livrementeem relação aos membros suportes 3 durante uso da chave.
A chave RF-MEMS adicionalmente compreende meios deatuação eletrostáticos usados para curvar a membrana 6,que são formados por 2 eletrodos enterrados laterais 7.
Na configuração preferida das figuras 1 a 3, os eletrodosenterrados são vantajosamente dispostos fora da guia deonda coplanar (PCW) sob as duas placas 6b da membrana dechave 6. A superfície de topo de cada eletrodo 7 écoberta por uma camada di-elétrica 8 para evitar contatoôhmico entre as placas de membrana 6b e os eletrodos 7.As camadas di-elétricas 8 podem ser substituídas porqualquer meio equivalente que evite um contato ôhmicoentre as placas de membrana 6b e os eletrodos 7.
ESTADO DESLIGADO
A figura 1 mostra a configuração em estado DESLIGADOda chave RF-MEMS. Nesta configuração de estado DESLIGADO,não é aplicado sinal de atuação elétrico aos eletrodos 7.
No estado DESLIGADO, a membrana flexível 6 está emrepouso e faz contato com a camada di-elétrica 5. A linhade sinal 4 está aberta e não transmite nenhum sinal RFno guia coplanar (CPW).
Preferivelmente, um sinal de corrente contínua CC éaplicado ao membro suporte central 4 para exercer umapequena força eletrostática Fl sobre a membrana 6, emanter um perfeito contato entre a membrana 6 e a camadadi-elétrica 5. A citada voltagem CC de estado DESLIGADOvantajosamente pode ser muito baixa (baixo consumo).
Este sinal CC de polarização também é útil onde houveruma folga inicial pequena entre a camada di-elétrica 5 ea membrana 6, quando a membrana se encontra em repouso.
Assim, a voltagem de sinal de polarização tem que sersuficiente para prover uma força de contato Fl (figura 1)sobre a parte central da membrana 6 mais alta que a forçade repouso oposta da membrana.
Na posição de estado DESLIGADO, a membrana 6 évantajosamente suportada em posição estável por trêsmembros suportes 3, 4 e, portanto, menos sensível achoques ou vibrações mecânicas em relação a chaves RF-MEMS que usam uma viga de chave rígida isenta de tensões(EP 1.489.639).
Preferivelmente, quando a membrana 6 está na posição deestado "DESLIGADO", ainda deve haver uma pequena folgaentre as placas 6b e as partes de ponte 3a dos membrossuportes laterais 3 (dimensões (d) na figura 3) . Então,os membros suportes 3 somente suportam verticalmente asmembranas 6 (direção Z na figura 1) e não exercem forçamecânica sobre a membrana no plano (X, Y).Por conseguinte, não há nenhuma tensão induzida namembrana 6 pelos membros suportes 3, quando a membrana 6está na posição de estado "DESLIGADO".
Estado LIGADO
A figura 2 mostra a configuração no estado LIGADO dachave RF-MEMS. Nesta configuração de estado LIGADOa membrana 5 é curvada para longe do substrato 1, e deixade fazer contato com a camada di-elétrica; a linha desinal RF pode ser usada para transmitir sinais RF.
No estado curvado, a rigidez da membrana na direção para-fora-do-plano aumenta, assim aumentando a resistência damembrana de chave 6 a vibrações e choques.
Do Estado "DESLIGADO" para "LIGADO"
Para realizar a configuração de estado "LIGADO", um sinalCC é aplicado aos eletrodos 7, para gerar forçaseletrostáticas (F2) entre os eletrodos 7 e as placas demembrana 6b. As citadas forças eletrostáticas F2,em combinação com os membros suportes laterais 3, fazema membrana curvar (figura 2) , de um modo em que a partecentral da membrana se afaste da camada di-elétrica 5(fechando a linha de sinal RF).
Deve ser salientado que durante este movimento dechaveamento da membrana 6 (e também durante a operaçãoinversa do estado LIGADO para o estado DESLIGADO),a membrana 6 fica totalmente livre para deslizarem relação aos membros suportes 3 nas passagens 3dos citados membros suportes 3.
Graças a este movimento livre da membrana 6 duranteoperação de chaveamento, haverá menos tensão mecânicainduzida na membrana 6 pelos membros suportes 3,em relação a chaves RF de técnica anterior, ondea membrana (ponte ou cantilever) é cravada em umaestrutura suporte. A fadiga mecânica e fricção em virtudedas tensões cíclicas nas extremidades da membrana 6são evitadas, por conseguinte o tempo de vida da membranaaumenta vantajosamente em relação a chaves RF-MEMS detécnica anterior que têm a membrana cravada no substrato.Em vista do fato de a membrana 6 ser livre para se moverem relação aos membros suportes, quando a chave RF-MEMSé submetida a variações de temperatura, a expansão erelaxamento da membrana de chave 6 não provocamcurvamento adicional da membrana. A chave RF-MEMS dainvenção, por conseguinte, vantajosamente independe datemperatura, ao contrário de chaves RF-MEMS de técnicaanterior que têm a membrana cravada no substrato.
Ademais, graças ao uso de uma membrana totalmente livre 6a estrutura não depende da curvatura do substrato(wafer). Em particular, uma pequena deformação dosubstrato 1 pode ocorrer, por exemplo, por variaçõestérmicas, por outras causas mecânicas, ou mesmo duranteo processo de fabricação, sem afetar a operação dechaveamento. A chave RF-MEMS da invenção, portanto,vantajosamente é menos sensível à deformação dosubstrato, em relação a chaves RF-MEMS de técnicaanterior, que têm a membrana cravada no substrato.
Geralmente, em uma chave RF-MEMS capacitiva acontecefreqüentemente de o elemento de chave colar na camada di-elétrica na posição de estado "DESLIGADO" devidoà umidade ou ao carregamento eletrostático da camada di-elétrica. No caso de uma chave da invenção, graças aouso de forças de atuação (forças eletrostáticas F2) paramover a membrana em direção à posição de estado "LIGADO",o problema de a membrana colar na camada di-elétrica 5fica resolvido.
Do Estado "LIGADO" para "DESLIGADO"
Quando um sinal de atuação de estado LIGADO CC noseletrodos 7 for mais baixo que um certo valor (queda devoltagem), as forças de atuação eletrostáticas F2 deixamde ser aplicadas às extremidades (placas 6b) da membrana6 e a membrana se curva de volta da posição de estado"DESLIGADO" (figura 2) para posição de estado "LIGADO"da figura 1. 0 movimento da membrana 6 do estado "LIGADO"(figura) 2 para o estado "DESLIGADO" (figura 1) é dadopela força de restauração da membrana 6, por causa darigidez natural da membrana 6.
Graças à rigidez natural da membrana, o movimento de"LIGADO" para "DESLIGADO" é muito rápido e não demandamuita energia elétrica. O tempo de chaveamento(de "LIGADO" para "DESLIGADO" no caso da configuraçãoparticular das figuras 1 a 3) da chave RF-MEMS dainvenção, portanto, é muito breve e não demanda muitaenergia elétrica em relação a chaves RF-MEMS que usam umaviga de chave rígida isenta de tensões (EP 1 489 639) .
Figura 4 - Processo de Fabricação
A chave RF-MEMS das figuras 1 a 3 pode ser fabricadalogo após o processo de fabricação e antes da liberação.Três camadas de sacrifício podem ser feitas de qualquermaterial (metal, polímero, material di-elétrico).
Uma primeira camada de sacrifício 9 é usada para aplicara membrana 6 sobre a camada di-elétrica 2. Depois de acamada de sacrifício 9 ter sido removida na etapa deliberação final, as duas placas 6b da membrana 6 e aparte da membrana 6 que se estendem entre os membrossuportes laterais 3 serão liberadas. As demais camadas desacrifício 10 e 11 são usadas para liberar a membrana 6da camada di-elétrica 5 e dos membros suportes 3(linhas terra).
Durante o processo de fabricação, a distância entre amembrana 6 e a camada di-elétrica 5 (i.e., a espessura dacamada de sacrifício 10) é muito pequena, tipicamente,menor que cerca de 0,1 μχη. Vantajosamente, isto faz queos perfis da membrana 6 e da camada di-elétrica 5 sejamos mesmos. Uma vez que no estado "DESLIGADO" a membrana 6se encontra em repouso e não-def ormada e o perfil damembrana 6 é igual ao perfil da camada di-elétrica 5,então pode se obter um contato perfeito superfície asuperfície entre a membrana e a camada di-elétrica 5no estado "DESLIGADO" da membrana 6.
A invenção não se limita à configuração preferida dasfiguras 1 a 3, mas pode se estender a chaves RF-MEMSque compreendam uma membrana de chave flexível livrementesuportadas sobre o substrato por membros suportes oüsimilares, e curváveis sob ação de meios de atuação.
Os meios de atuação preferivelmente, mas nãonecessariamente, são eletrostáticos.
A presente invenção permite produzir chaves RF-MEMScom parâmetros de atuação muito baixos, chaveamentorápido, e melhor desempenho RF. A presente invenção, maisparticularmente e principalmente visa produzir chaves RF-MEMS para uso em freqüências de sinal RF muito altas,em particular em freqüências RF maiores que 25 GHz.
A presente invenção, no entanto, não se limita a chavesRF-MEMS capacitivas, mas também pode usar chaves RF-MEMSde contato ôhmico (chaves RF-MEMS de contato metal commetal). Nas chaves RF-MEMS de contato ôhmico, a membranaflexível livremente suportada (6) , por exemplo,pode produzir um curto circuito na posição de estado"LIGADO" entre um primeiro contato metálico entre osmembros suportes 3 e um segundo contato metálico que podeestar, por exemplo, permanentemente em contato com amembrana 6. Na posição "DESLIGADO", a membrana deixa decontatar o citado primeiro contato metálico.
No caso de uma chave RF-MEMS capacitiva, a camada di-elétrica 5 pode ser suportada pela membrana 6 nãonecessariamente pela linha de sinal 4. Alternativamente,as camadas di-elétricas podem ser suportadas por ambas,linha de sinal 4 e membrana 6.
Na configuração preferida das figuras 1 a 3, os eletrodosde atuação (7)são posicionados sob a membrana (6)(i.e. entre a camada di-elétrica 2 e a membrana (6) forada Guia de Onda Coplanar (CPW) formados pelos membrossuportes laterais (3) Esta posição particular doseletrodos tem as vantagens que se seguem. Na configuração"LIGADO", vantajosamente não há risco de as forçaseletrostáticas (F2) usadas para atuar a posição damembrana 6 interagir com o sinal RF transmitido na guiade onda coplanar. A superfície dos eletrodos 7 portantopode ser grande, e por sua vez a voltagem do estado"LIGADO" aplicada ao eletrodo 7 vantajosamente pode serbaixa. Esta posição particular dos eletrodos 7,no entanto, é apenas de uma característica preferidada invenção. Em outra variante, a chave também poderiaser projetada de um modo em que os eletrodos de atuação 7fiquem dispostos acima da membrana 7.
Claims (11)
1.- Chave de rádio-freqüência implementada por sistemasmicro-eletromecânicos, compreendendo um meio dechaveamento micro-mecânico que pode ser atuado entre duasposições, uma primeira posição (estado DESLIGADO) e umasegunda posição (estado LIGADO), e um meio de atuaçãopara atuar a posição do meio de chaveamento,caracterizada pelo fato de o meio de chaveamento micro-mecânico compreender uma membrana flexível (6) livrementesuportada por um meio suporte (3) curvável sob ação domeio de atuação (7) que possa deslizar livremente emrelação ao meio suporte (3) durante seu movimento decurvamento.
2.- Chave, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de a membrana flexível (6) estarem repouso em uma das primeira e segunda posições,preferivelmente na primeira posição (estado DESLIGADO),onde a chave está aberta.
3.- Chave, de acordo com a reivindicação 2,caracterizada pelo fato de compreender um meio eletro-estático (4) para manter a membrana (6) em sua posiçãode repouso.
4.- Chave, de acordo com qualquer uma das reivindicações-1 a 3, caracterizada pelo fato de a membrana (6) formarum elemento de chaveamento capacitivo.
5.- Chave, de acordo com a reivindicação 4,caracterizada pelo fato de ser depositada uma primeiracamada di-elétrica (2) sobre a superfície de um substrato(1), e de adicionalmente compreender dois membrossuportes metálicos (3) que formam uma guia de ondacoplanar com a primeira camada di-elétrica (2), e dea membrana (6) ser livremente suportada pelos citadosdois membros suportes metálicos (3) .
6.- Chave, de acordo com a reivindicação 5,caracterizada pelo fato de cada membro suporte (3)compreender uma passagem (3b) através da qual a membranade chave (6) é livremente posicionada, e de a membrana(6) compreender em ambas extremidades duas partes sobre-dimensionadas (6b) para prender a membrana (6)aos membros suportes (3), sem impedir que a membrana (6)deslize livremente em relação aos membros suportes (3)durante o movimento de chaveamento da membrana.
7.- Chave, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizada pelo fato de compreender umprimeiro membro suporte metálico (4) posicionado entredois membros suportes metálicos (3), que é usado comolinha de sinal para um sinal RF, e de pelo menos umasegunda camada di-elétrica (5) ser interposta entrea membrana (6) e o terceiro membro suporte metálico (4).
8. - Chave, de acordo com a reivindicação 7,caracterizada pelo fato de a segunda camada di-elétrica(5) ser formada no terceiro membro suporte metálico (4) .
9. - Chave, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 e 8, caracterizada pelo fato de a membrana (6) contatara segunda camada di-elétrica (5), quando a membrana (6)estiver em repouso.
10.- Chave, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de os meios de atuaçãoserem meios eletrostáticos.
11. - Chave, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 9, caracterizada pelo fato de os meios de atuaçãoserem meios eletrostáticos que compreendem dois eletrodos(7) para curvar a membrana, fazendo a mesma se afastardo substrato (1), fora da guia de onda coplanar.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP05370005A EP1705676B9 (en) | 2005-03-21 | 2005-03-21 | RF MEMS switch with a flexible and free switch membrane |
| EP05370005.0 | 2005-03-21 | ||
| PCT/EP2006/002076 WO2006099945A1 (en) | 2005-03-21 | 2006-03-07 | Rf mems switch a flexible and free switch membrane |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BRPI0611549A2 true BRPI0611549A2 (pt) | 2010-09-21 |
Family
ID=34942756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BRPI0611549-7A BRPI0611549A2 (pt) | 2005-03-21 | 2006-03-07 | chave de rádio-frequência implementada por sistemas micro-eletromecánicos |
Country Status (19)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7834722B2 (pt) |
| EP (1) | EP1705676B9 (pt) |
| JP (1) | JP4637234B2 (pt) |
| KR (1) | KR101230284B1 (pt) |
| CN (1) | CN101147223B (pt) |
| AT (1) | ATE376704T1 (pt) |
| AU (1) | AU2006226642B2 (pt) |
| BR (1) | BRPI0611549A2 (pt) |
| CA (1) | CA2602187C (pt) |
| DE (1) | DE602005003008T2 (pt) |
| DK (1) | DK1705676T3 (pt) |
| ES (1) | ES2296116T3 (pt) |
| IL (1) | IL185992A (pt) |
| MX (1) | MX2007011641A (pt) |
| PT (1) | PT1705676E (pt) |
| RU (1) | RU2433499C2 (pt) |
| UA (1) | UA94039C2 (pt) |
| WO (1) | WO2006099945A1 (pt) |
| ZA (1) | ZA200707988B (pt) |
Families Citing this family (37)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7627812B2 (en) | 2005-10-27 | 2009-12-01 | Microsoft Corporation | Variable formatting of cells |
| US8461948B2 (en) * | 2007-09-25 | 2013-06-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Electronic ohmic shunt RF MEMS switch and method of manufacture |
| DE102009006421A1 (de) * | 2009-01-22 | 2010-07-29 | E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH | Bedieneinrichtung für ein Elektrogerät |
| DK2230679T3 (da) | 2009-03-20 | 2012-07-30 | Delfmems | MEMS-struktur med en fleksibel membran og forbedrede elektriske påvirkningsmidler |
| US8354899B2 (en) * | 2009-09-23 | 2013-01-15 | General Electric Company | Switch structure and method |
| CN102074771A (zh) * | 2011-01-06 | 2011-05-25 | 东南大学 | 一种微固支梁式射频开关 |
| ES2436644T3 (es) * | 2011-03-28 | 2014-01-03 | Delfmems | Conmutador de punto de cruce MEMS de RF y matriz de conmutador de punto de cruce que comprende conmutadores de punto de cruce MEMS de RF |
| US9641174B2 (en) * | 2011-04-11 | 2017-05-02 | The Regents Of The University Of California | Use of micro-structured plate for controlling capacitance of mechanical capacitor switches |
| US9085454B2 (en) * | 2011-07-05 | 2015-07-21 | Duality Reality Energy, LLC | Reduced stiffness micro-mechanical structure |
| WO2013112608A1 (en) | 2012-01-23 | 2013-08-01 | The Regents Of The University Of Michigan | Photoconductive device with plasmonic electrodes |
| CN105228946B (zh) | 2013-03-15 | 2018-04-20 | 维斯普瑞公司 | 致动器板分割以及控制装置和方法 |
| FR3006808B1 (fr) | 2013-06-06 | 2015-05-29 | St Microelectronics Rousset | Dispositif de commutation integre electriquement activable |
| US9859079B2 (en) | 2013-08-06 | 2018-01-02 | The Regents Of The University Of Michigan | Reconfigurable device for terahertz (THz) and infrared (IR) filtering and modulation |
| RU2527942C1 (ru) * | 2013-11-05 | 2014-09-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Технология" | Способ изготовления электростатического силового мэмс ключа |
| CN103762123A (zh) * | 2014-01-21 | 2014-04-30 | 西安电子科技大学 | 一种静电驱动双稳态rfmems开关 |
| EP3038125A1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-06-29 | DelfMEMS SAS | Mems structure with multilayer membrane |
| EP3038126A1 (en) | 2014-12-22 | 2016-06-29 | DelfMEMS SAS | MEMS structure with thick movable membrane |
| FR3031098A1 (fr) * | 2014-12-26 | 2016-07-01 | Delfmems | Dispositif microelectromecanique ou nanoelectromecanique comportant une membrane mobile en translation et une electrode d'actionnement isolee de la membrane par une couche dielectrique |
| FR3031096A1 (fr) * | 2014-12-26 | 2016-07-01 | Delfmems | Dispositif microelectromecanique ou nanoelectromecanique comportant une membrane qui est mobile en translation et est profilee pour reduire les courts-circuits et la formation d'arcs electriques |
| WO2016196309A2 (en) | 2015-05-27 | 2016-12-08 | The Regents Of The University Of California | Terahertz endoscopy through laser-driven terahertz sources and detectors |
| EP3387402B1 (en) * | 2015-12-07 | 2021-04-07 | EILERSEN, Nils Aage Juul | Load cell |
| KR200481233Y1 (ko) | 2015-12-31 | 2016-09-01 | 한지흠 | 마비된 중풍 손가락의 관절과 근육 물리치료용 운동기구 |
| KR200480523Y1 (ko) | 2015-12-31 | 2016-06-29 | 한지흠 | 펄스모양 회전축을 구비한 중풍 손 물리치료 기구 |
| CN105680132B (zh) * | 2016-03-16 | 2018-06-29 | 西安电子科技大学 | 一种太赫兹波阻抗易调谐空气共面波导结构及其制备方法 |
| FR3051784B1 (fr) * | 2016-05-24 | 2018-05-25 | Airmems | Membrane mems a ligne de transmission integree |
| RU169456U1 (ru) * | 2016-07-06 | 2017-03-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Базовые технологии" | Трехбитный РЧ МЭМС варактор |
| WO2018195429A1 (en) | 2017-04-20 | 2018-10-25 | The Regents Of The University Of California | Systems and methods for high frequency nanoscopy |
| WO2018223068A1 (en) | 2017-06-01 | 2018-12-06 | The Regents Of The University Of California | Metallo-graphene nanocomposites and methods for using metallo-graphene nanocomposites for electromagnetic energy conversion |
| WO2020078541A1 (de) * | 2018-10-16 | 2020-04-23 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Biegewandler als aktor, biegewandler als sensor, biegewandlersystem |
| RU2705564C1 (ru) * | 2018-12-20 | 2019-11-08 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) | Интегральный микроэлектромеханический переключатель |
| RU2705792C1 (ru) * | 2018-12-26 | 2019-11-12 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) | Интегральный микроэлектромеханический переключатель |
| CN110212805B (zh) * | 2019-05-30 | 2020-12-25 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种改善翘曲程度的mems结构 |
| WO2021067635A1 (en) | 2019-10-01 | 2021-04-08 | The Regents Of The University Of California | Method for identifying chemical and structural variations through terahertz time-domain spectroscopy |
| WO2021087459A1 (en) | 2019-10-31 | 2021-05-06 | The Regents Of The University Of California | Methods and systems for detecting water status in plants using terahertz radiation |
| US12498615B2 (en) | 2020-12-01 | 2025-12-16 | The Regents Of The University Of California | Systems and methods for wavelength conversion through plasmon-coupled surface states |
| US12055927B2 (en) * | 2021-02-26 | 2024-08-06 | Honeywell International Inc. | Thermal metamaterial for low power MEMS thermal control |
| WO2023206154A1 (zh) | 2022-04-27 | 2023-11-02 | 京东方科技集团股份有限公司 | Mems开关及其制备方法、电子设备 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1350687A1 (ru) * | 1985-09-05 | 1987-11-07 | Предприятие П/Я Г-4493 | Мембранный переключатель |
| SU1597949A1 (ru) * | 1987-11-20 | 1990-10-07 | Предприятие П/Я Ю-9539 | Мембранный переключатель |
| US6717496B2 (en) * | 2001-11-13 | 2004-04-06 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Electromagnetic energy controlled low actuation voltage microelectromechanical switch |
| US20040050674A1 (en) * | 2002-09-14 | 2004-03-18 | Rubel Paul John | Mechanically bi-stable mems relay device |
| KR100513723B1 (ko) * | 2002-11-18 | 2005-09-08 | 삼성전자주식회사 | Mems스위치 |
| JP4066928B2 (ja) * | 2002-12-12 | 2008-03-26 | 株式会社村田製作所 | Rfmemsスイッチ |
| JP2004319215A (ja) * | 2003-04-15 | 2004-11-11 | Murata Mfg Co Ltd | 静電駆動素子 |
| US6882256B1 (en) * | 2003-06-20 | 2005-04-19 | Northrop Grumman Corporation | Anchorless electrostatically activated micro electromechanical system switch |
| JP4364565B2 (ja) * | 2003-07-02 | 2009-11-18 | シャープ株式会社 | 静電アクチュエーター,マイクロスイッチ,マイクロ光スイッチ,電子機器および静電アクチュエーターの製造方法 |
| FR2858459B1 (fr) * | 2003-08-01 | 2006-03-10 | Commissariat Energie Atomique | Commutateur micro-mecanique bistable, methode d'actionnement et procede de realisation correspondant |
| US20070188846A1 (en) * | 2003-09-03 | 2007-08-16 | Slicker James M | MEMS switch with bistable element having straight beam components |
| US7348870B2 (en) * | 2005-01-05 | 2008-03-25 | International Business Machines Corporation | Structure and method of fabricating a hinge type MEMS switch |
-
2005
- 2005-03-21 DE DE602005003008T patent/DE602005003008T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2005-03-21 PT PT05370005T patent/PT1705676E/pt unknown
- 2005-03-21 AT AT05370005T patent/ATE376704T1/de active
- 2005-03-21 EP EP05370005A patent/EP1705676B9/en not_active Expired - Lifetime
- 2005-03-21 ES ES05370005T patent/ES2296116T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2005-03-21 DK DK05370005T patent/DK1705676T3/da active
-
2006
- 2006-03-07 US US11/886,684 patent/US7834722B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2006-03-07 BR BRPI0611549-7A patent/BRPI0611549A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2006-03-07 KR KR1020077021560A patent/KR101230284B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 2006-03-07 MX MX2007011641A patent/MX2007011641A/es unknown
- 2006-03-07 WO PCT/EP2006/002076 patent/WO2006099945A1/en not_active Ceased
- 2006-03-07 AU AU2006226642A patent/AU2006226642B2/en not_active Ceased
- 2006-03-07 RU RU2007134310/07A patent/RU2433499C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2006-03-07 CN CN2006800092844A patent/CN101147223B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2006-03-07 CA CA2602187A patent/CA2602187C/en not_active Expired - Fee Related
- 2006-03-07 JP JP2008502274A patent/JP4637234B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2006-07-03 UA UAA200710442A patent/UA94039C2/ru unknown
-
2007
- 2007-09-17 ZA ZA200707988A patent/ZA200707988B/en unknown
- 2007-09-17 IL IL185992A patent/IL185992A/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2008533690A (ja) | 2008-08-21 |
| IL185992A (en) | 2011-08-31 |
| KR20080004467A (ko) | 2008-01-09 |
| ATE376704T1 (de) | 2007-11-15 |
| UA94039C2 (en) | 2011-04-11 |
| IL185992A0 (en) | 2008-01-20 |
| ES2296116T3 (es) | 2008-04-16 |
| CN101147223B (zh) | 2010-09-08 |
| DE602005003008D1 (de) | 2007-12-06 |
| CA2602187C (en) | 2014-05-06 |
| AU2006226642B2 (en) | 2010-11-11 |
| JP4637234B2 (ja) | 2011-02-23 |
| US20080237024A1 (en) | 2008-10-02 |
| WO2006099945A1 (en) | 2006-09-28 |
| ZA200707988B (en) | 2008-06-25 |
| KR101230284B1 (ko) | 2013-02-06 |
| CA2602187A1 (en) | 2006-09-28 |
| RU2433499C2 (ru) | 2011-11-10 |
| EP1705676B9 (en) | 2010-08-11 |
| AU2006226642A1 (en) | 2006-09-28 |
| RU2007134310A (ru) | 2009-04-27 |
| EP1705676B1 (en) | 2007-10-24 |
| PT1705676E (pt) | 2008-02-07 |
| DK1705676T3 (da) | 2008-02-18 |
| EP1705676A1 (en) | 2006-09-27 |
| MX2007011641A (es) | 2008-01-18 |
| CN101147223A (zh) | 2008-03-19 |
| DE602005003008T2 (de) | 2008-08-14 |
| US7834722B2 (en) | 2010-11-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2296116T3 (es) | Conmutador mems (sistema micro electro mecanico) de rf (radiofrecuencia) con una membrana de conmutacion flexible y libre. | |
| CN101533740B (zh) | 具有导电机械停止器的mems微开关 | |
| ES2388126T3 (es) | Estructura de tipo MEMS con una membrana flexible y medios de accionamiento eléctrico mejorados | |
| JP2002264090A (ja) | 熱アクチュエータを備えたマイクロデバイス | |
| US7973637B2 (en) | MEMS device with bi-directional element | |
| KR20060123070A (ko) | 마이크로 전자기계적 시스템 스위치 | |
| US20050189204A1 (en) | Microengineered broadband electrical switches | |
| US20060006484A1 (en) | Functional material for micro-mechanical systems | |
| US7893799B1 (en) | MEMS latching high power switch | |
| Tsai et al. | Design, fabrication and calibration of a novel MEMS logic gate | |
| US10831017B2 (en) | Displacement increasing mechanism and shutter device | |
| CN101310341A (zh) | 微机电系统存储器装置及其制造方法 | |
| US7109560B2 (en) | Micro-electromechanical system and method for production thereof | |
| Abdel Aziz | MEMS Switches Implemented in Different Technologies for RF Applications | |
| Cicek et al. | Low actuation voltage silicon carbide RF switches for MEMS above IC |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B11A | Dismissal acc. art.33 of ipl - examination not requested within 36 months of filing | ||
| B11Y | Definitive dismissal - extension of time limit for request of examination expired [chapter 11.1.1 patent gazette] |