開關(guān)結(jié)構(gòu)與材料選擇新型開，結(jié)構(gòu)包含金材料共面波導(dǎo)傳輸線和電磁微驅(qū)動器兩個部分。以通電銅驅(qū)動線圈驅(qū)動懸臂梁，從而操縱金屬觸點實現(xiàn)對共面波導(dǎo)傳輸線的通/斷控制;以永磁體雙向偏置的并聯(lián)磁回路實現(xiàn)開關(guān)的無功耗通/斷狀態(tài)維持。微加工軟磁材料形成的梁結(jié)構(gòu)既可用于實現(xiàn)器件的運(yùn)動功能，又是磁回路的一部分，從而簡化了器件結(jié)構(gòu)。這里懸臂梁采用了橫截面是“T”形的結(jié)構(gòu)，目的是在保證懸臂梁剛度的前提下盡可能降低懸臂梁的質(zhì)量，從而有利于提高器件的響應(yīng)速度。與H1Ren等人提出的雙穩(wěn)態(tài)電磁型微驅(qū)動器有所不同的是：這里的微驅(qū)動器利用了集成的平面型銅線圈而不是用手工繞制的銅雙螺線管結(jié)構(gòu)，從而更有利于器件的集成加工制作;利用了扭梁的扭轉(zhuǎn)而不是懸梁的彎曲實現(xiàn)開關(guān)的動作，輔以向兩個方向水平伸展的雙臂結(jié)構(gòu)，將會比單臂懸梁在相同的驅(qū)動條件下得到更大的位移，工作狀態(tài)會更為穩(wěn)定。

微驅(qū)動器的下磁路主要用于匯集磁通并形成導(dǎo)磁通道，因此需要選用高導(dǎo)磁率的軟磁材料，其中坡莫合金最具有實用性，特別是電沉積的坡莫合金薄膜。電沉積的坡莫合金膜不但有相對的高飽和磁通密度和磁導(dǎo)率、較小的矯頑力，而且可以借助掩膜電鍍方便地實現(xiàn)選擇性沉積，在基體表面形成需要的襯底和磁通道，是微加工工藝最為成熟的一種軟磁材料。在懸臂梁和扭梁的材料選擇上，既要考慮磁通的要求，又要同時兼顧機(jī)械性能和微加工的可行性，能滿足這些要求的最具可能的材料仍然是電沉積的軟磁材料坡莫合金。永磁體對矯頑力的要求并不高，多種永磁材料都可以勝任，關(guān)鍵是要能實現(xiàn)效果良好的掩膜電鍍。平面線圈的各匝導(dǎo)線間及線圈層與下磁通路之間需要用絕緣材料填充隔離，并用以使銅導(dǎo)線與空氣隔絕，防止導(dǎo)線氧化。絕緣材料影響并決定微驅(qū)動器的允許溫升和使用壽命，同時還將影響開關(guān)的微波性能。絕緣材料的選用應(yīng)從其介電強(qiáng)度、絕緣電阻、介電損耗及加工工藝的兼容性等幾個方面考慮。Al2O3由于具有優(yōu)秀的絕緣性能、容易用濺射方法制備而被選用作RFMEMS開關(guān)器件內(nèi)的絕緣材料。

加工工藝新型RFMEMS開關(guān)的工藝制作利用了UV2LIGA技術(shù)。相對于經(jīng)典LIGA技術(shù)而言，UV2LIGA技術(shù)以紫外光源和簡單的鉻掩膜版分別代替成本費(fèi)用昂貴的X光源和特制的3D微結(jié)構(gòu)掩膜版，這大大降低了器件制作的工藝成本，縮短了加工周期。電磁型MEMS開關(guān)的制作涉及多種材料和多層結(jié)構(gòu)的疊加結(jié)合，因此電鍍種子層采用Cr/Cu復(fù)合金屬層膜，即在電鍍基體上先濺射粘附性能好的Cr層20nm，再濺射用作電鍍種子層的Cu金屬層60nm.

低應(yīng)力坡莫合金的電鍍殘余應(yīng)力是坡莫合金用于MEMS中的一個主要問題。電沉積物中的殘余應(yīng)力問題由來已久，在電鍍技術(shù)的早期就得到了人們的關(guān)注。用于MEMS器件的電鍍坡莫合金，其殘余應(yīng)力將會引起器件結(jié)構(gòu)的變形、降低器件疲勞壽命、加劇腐蝕及腐蝕開裂，已成為限制許多微型磁器件功能的一個主要影響因素。在本設(shè)計中，坡莫合金制作的懸臂梁是細(xì)長的懸空結(jié)構(gòu)，懸梁末端與襯底的空氣間隙是閉合磁路的一部分，必須嚴(yán)格控制。張應(yīng)力會造成懸梁上翹使氣隙增大，結(jié)果是使漏磁增加;壓應(yīng)力會使懸梁下彎，使工作氣隙減小，位移行程達(dá)不到要求，或者下彎到兩端粘附到襯底上。這兩種情況都會引起器件功能失效。經(jīng)過實驗對比分析，確定了低濃度的鍍液體系，以減少電鍍坡莫合金的應(yīng)力，電鍍條件如所示。最終實驗結(jié)果是通過疊層制造的細(xì)長懸臂梁的內(nèi)應(yīng)力得到了有效控制，在懸臂梁長度為700μm的情況下，使懸臂梁因應(yīng)力引起的梁末端形變小于2μm，可以滿足設(shè)計的要求。

在外加磁場和緩慢電沉積的條件下，從稀濃度氯化物鍍液體系中獲得的CoNiMnP鍍層，具有相對較高的矯頑力和磁能積，并具有較強(qiáng)的各向異性。對于疊層微加工來說，電鍍永磁體對內(nèi)應(yīng)力要求較高，內(nèi)應(yīng)力較大時不僅會造成鍍層的明顯裂紋，嚴(yán)重時會導(dǎo)致在后續(xù)加工中鍍層與基體的脫離。研究發(fā)現(xiàn)，鍍液體系對鍍層內(nèi)應(yīng)力的影響很大，即使化學(xué)成份接近的鍍層，不同鍍液沉積的樣品也會有顯著差異;一些在通常電鍍體系中被公認(rèn)會導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力增加的成份，比如氯離子，在多元磁性材料電鍍中并不一定如此。經(jīng)過對多種鍍液體系的比較研究，最后確定了一種在稀溶液中、強(qiáng)磁場環(huán)境中、低電流密度沉積永磁體的工藝體系，電鍍配方和電鍍條件如所示，電鍍的永磁體磁能積可以達(dá)到10kJ/m3以上，累積40μm的鍍層在后續(xù)加工過程中并沒有出現(xiàn)裂紋和脫落現(xiàn)象。

懸梁的制備懸梁結(jié)構(gòu)需要借助于犧牲層技術(shù)來實現(xiàn)。犧牲層技術(shù)也叫分離層技術(shù)，即利用不同材料在同一種腐蝕液(或腐蝕氣)中腐蝕速率的差異，選擇性地將結(jié)構(gòu)圖形與襯底之間的材料(即犧牲層材料)刻蝕去掉，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的釋放，形成空腔上膜或其它懸空結(jié)構(gòu)。犧牲層是MEMS應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)，是傳統(tǒng)IC工藝與MEMS加工技術(shù)的一個重要區(qū)別，已成為MEMS技術(shù)研究領(lǐng)域中的一個主要熱點。用于結(jié)構(gòu)懸空的犧牲層材料的選取，首先要考慮滿足犧牲層材料的有別于結(jié)構(gòu)圖形的可選擇性的刻蝕去掉，要有高的刻蝕選擇率，以保證結(jié)構(gòu)的其它部位不被明顯地?fù)p傷;其次要有高的刻蝕速率;釋放后的懸空結(jié)構(gòu)還要無變形，具備必需的活動空間。對于已報道的用作犧牲層材料的金屬(如Ti，Al，Cu和Cr)和非金屬(如磷硅玻璃、SiO2)，其在材料覆蓋、圖形化及犧牲層溶解上都相對困難。

結(jié)論

利用UV2LIGA技術(shù)，通過對主要材料坡莫合金和永磁體的電鍍優(yōu)化，利用光刻膠作為犧牲層、借助于分層刻蝕和逐步替換的濕法釋放技術(shù)，實現(xiàn)了電磁型RFMEMS開關(guān)的多種非硅材料和多元結(jié)構(gòu)形式的一體化集成加工。另外對制備的開關(guān)進(jìn)行的測試分析表明，開關(guān)實現(xiàn)了雙穩(wěn)態(tài)電磁驅(qū)動，開關(guān)的響應(yīng)時間不到20μs，具有相對高的響應(yīng)速度;開關(guān)在3GHz頻率時插入損耗小于0112dB，隔離度大于42dB，具有良好的微波信號控制性能。