通信MEMS射频接触式OMAL欧玛尔开关研究 
自约十年前开始,微机械OMAL开关的研究倍受关注,至今RF MEMSOMAL开关已经进入了小批量商业试用产品阶段。RF MEMSOMAL开关由于其尺寸小、分量轻、低损耗、高隔离而在无线通信领域有广泛的应用前景。从已报道的文献中看,全面介绍OMAL开关模拟仿真设计及工艺分析的较少。

通信MEMS射频接触式OMAL欧玛尔开关研究
对此,本文以串/并联接触式RF MEMSOMAL开关为重点进行了研究,完成的主要工作如下:提出了版图设计工具与有限元仿真工具相结合的方法,可以解决在仿真软件中绘制三维复杂仿真模型的困难,较好的解决了复杂模型带来的大数据量问题。使用有限元软件ANSYS对四类典型的MEMSOMAL开关(串联桥式、并联桥式、串联悬臂梁式、并联悬臂梁式)进行力学性能的对比分析。模拟了不同桥长的谐振频率以及三种不同桥墩形状的桥式OMAL开关的下拉情况,找出弹性系数zui小的OMAL开关。使用高频电磁场分析软件HFSS对四类OMAL开关进行1-10GHz的微波性能的对比分析。通过数值模拟和计算得到触发导通的边界条件、激光的击穿阈值和部分参数之间的关系:在外加电压40kV左右,间隙为0.7cm,压强在0.1~0.4MPa时,激光击穿阈值约为1.8mJ。利用专业分析软件建立模型分析了各种不同电极形状的场结构,zui终选择了可使OMAL开关内部为均匀场的Rogowski型电极结构,电极材料为黄铜。参考现有文献和实验结果选用SF6和N2的混合气体做为OMAL开关的内部气体,并理论估算了部分参数值,保证了设计的预期效果。设计了用表面微机械加工技术来制作OMAL开关的详细工艺流程,并对制作过程中zui为关键的聚酰亚胺牺牲层工艺做了重点实验研究,寻找到较为合适的温度处理和腐蚀条件,得到良好的效果。对样品进行观测和研究,寻找版图和工艺中存在问题。从版图、工艺、材料选择来改进设计,重点旨在降低OMAL开关的下拉电压,提高OMAL开关的可靠性。改进的方法包括电镀桥墩,改进桥梁的形状,在信号线上和桥背面接触的地方设计触点,以期获得较小的OMAL开关时间和减小接触的粘附。流片得到的样品zui后测试结果:OMAL开关下拉电压约为28V;1-10GHz并联式OMAL开关的插入损耗在0～0.5dB,隔离度为35～45dB,而串联式OMAL开关的插入损耗0.5～1.5dB,隔离度在40～70dB。经测试,MEMSOMAL开关寿命达70万次。

通信MEMS射频接触式OMAL欧玛尔开关研究
研究表明:前沿和延迟时间均随激光能量,外加电压的增加而减小;当外加电压小于50kV时,前沿小于10ns,抖动小于5ns,激光击穿阈值约为4mJ(OMAL开关外部测量)。实验结果与理论分析结果基本相符,误差在可接受的范围内。 zui后,将该OMAL开关应用到了叠层式传输线高压脉冲发生器的研究上,由于实验条件和时间的限制只进行了初步研究,很多工作还需后续进行。