【導讀】射頻微機電係統 (RF MEMS) 開關是低功耗小型微機械開關
，可以使用傳統的MEMS製造技術生產。它們類似於房間中的電燈開關
，通過觸點打開或關閉在開關中傳輸信號。在RF MEMS器件中，開關的機械組件大小隻在微米級別。與電燈開關不同的是
，RF MEMS開關傳輸的是射頻信號。

什麼是射頻微機電係統開關
？

射頻微機電係統 (RF MEMS) 開關是低功耗小型微機械開關，可以使用傳統的MEMS製造技術生產。它們類似於房間中的電燈開關，通過觸點打開或關閉在開關中傳輸信號。在RF MEMS器件中，開關的機械組件大小隻在微米級別。與電燈開關不同的是，RF MEMS開關傳輸的是射頻信號。

射頻開關技術

射頻開關可以使用多種不同技術實現。除了RF MEMS開關以外，還有兩種主要類型的射頻開關：機電式射頻開關和固態射頻開關。固態開關使用半導體技術進行操作，例如矽或PIN二極管
、場效應晶體管 (FETs) 和混合技術（即PIN二極管和場效應晶體管的結合），並使用矽基基板構建。RF MEMS開關與基於射頻-SOI（絕緣襯底上的矽）的開關處於競爭關係，後者一直都在不斷改進
，是當前市場上的主要解決方案。

RF MEMS開關種類繁多
，它們可以用不同的機製來驅動。由於功耗低
、尺寸小的特性，靜電驅動常用於射頻微機電係統開關設計。MEMS開關也可使用慣性力、電磁力

、電熱力或壓電力來控製打開或關閉。

圖1和圖2是典型的“懸臂梁” RF MEMS開關。在這種配置中，固定梁懸掛在基板上，當梁被壓下時，梁上的電極接觸基板上的電極
，將開關置於“開啟”狀態並接通了電路。

圖1：“懸臂梁”型RF MEMS開關

圖2：使用CoventorMP®中建立的“懸臂梁”

RF開關模型，展示開和關的驅動狀態

電容式RF MEMS開關

最新一代的RF MEMS開(kai)關(guan)大(da)多(duo)是(shi)電(dian)容(rong)式(shi)器(qi)件(jian)。電(dian)容(rong)式(shi)開(kai)關(guan)使(shi)用(yong)電(dian)容(rong)耦(ou)合(he)工(gong)作(zuo)
，非(fei)常(chang)適(shi)合(he)高(gao)頻(pin)率(lv)的(de)射(she)頻(pin)應(ying)用(yong)。在(zai)操(cao)作(zuo)過(guo)程(cheng)中(zhong)，力(li)被(bei)施(shi)加(jia)到(dao)像(xiang)橋(qiao)一(yi)樣(yang)懸(xuan)在(zai)基(ji)板(ban)上(shang)的(de)梁(liang)。當(dang)梁(liang)被(bei)該(gai)力(li)（例如靜電力）拉下時，會接觸到基板上的電介質，使信號終止。橋型電容開關的橫截麵如圖 3 所示，其中使用CoventorMP® 3D所建的電容式RF MEMS開關模型處於未變形狀態，如圖 4 所示。

圖3：橋型電容式RF MEMS開關

圖4：使用CoventorMP® 3D建立的橋型

RF開關的模型處於未變形狀態

RF MEMS的商業化

RF MEMS開關的開發早在20多年前就開始了，但當時在市場上取得的成功有限。早期，商業化的主要障礙在於可靠性。RF開關需要經受數十億次開關循環的考驗。要找到開關材料極具挑戰——既要求足夠堅固
，能經曆大量開關的循環，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（特別是它們的電極）需xu要yao一yi種zhong基ji於yu機ji械xie材cai料liao合he成cheng層ceng的de製zhi造zao技ji術shu。開kai關guan的de可ke靠kao性xing受shou到dao這zhe些xie合he成cheng材cai料liao中zhong電dian氣qi和he機ji械xie應ying力li的de影ying響xiang，同tong時shi溫wen度du依yi賴lai性xing以yi及ji對dui衝chong擊ji和he振zhen動dong敏min感gan性xing也ye會hui影ying響xiang其qi可ke靠kao性xing。

下一代電信係統和智能手機對RF MEMS開關和其他RF MEMS器件的需求在不斷增長。根據半導體市場調研機構Yole Développement的報告
，RF MEMS器件市場將大幅增長。Yole指出
，由於5G設備中需要有源天線，5G通信的發展將增加對基於MEMS的器件（如RF MEMS BAW濾波器）的需求。此外，RF MEMS振蕩器會被用於部署與5G相關的新基站和邊緣計算。

結論

由於其機械特性，RF MEMS開關與現有技術相比具有多項優勢，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、開關速度快、信號損耗低
、高斷態隔離和電路規模集成能力等優點。隨著新的製造工藝和材料準備就緒，頻率在幾十GHz範圍內的射頻微機電係統開關被廣泛用於包括5G移動蜂窩通信在內的電信係統，帶來RF MEMS器件的巨大增長。

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