基于MEMS的矩形微同轴技术研究现状

矩形微同轴技术已成为射频微电子机械系统(RF MEMS)的一个重要发展方向。矩形微同轴的电性能相比于传统的传输结构(如微带、共面波导等)在毫米波宽带领域具有巨大优势。从结构、性能等方面对矩形微同轴进行了简要分析。回顾了矩形微同轴技术在其发展的不同阶段出现的体硅刻蚀技术、EFABTM和PolyStrataTM技术,并对矩形微同轴的结构、加工工艺及射频性能等方面进行了简要分析。介绍了矩形微同轴技术在不同RF MEMS中的应用,并对获得的特性进行了讨论。矩形微同轴技术应用于高度集成的RF MEMS是发展的必然趋势,必将对传统射频电路的设计、制备及系统集成产生巨大影响。     

MEMS铜基微同轴传输线性能仿真及测试

研究了一种新型的MEMS超宽带铜基微同轴传输系统。设计了特性阻抗为50Ω铜基微同轴传输线结构,其仿真电压驻波比(VSWR)在DC～110 GHz内低于1.15。且设计了可用于探针台测试和芯片金丝键合的地-信号-地(GSG)转接结构,仿真插入损耗低于0.1 dB。采用该微同轴结构和GSG转接结构设计了用于探针台测试的直通-反射-传输线(TRL)校准套件,利用薄膜工艺加工得到了铜基微同轴传输线及校准件实物,通过实验测试得到该微同轴传输线DC～40 GHz最大插入损耗为0.35 dB/cm,通过仿真拟合推算其110 GHz下的插入损耗约为0.65 dB/cm,该插入损耗性能显著优于平面印刷传输线,同时,该微同轴传输线的体积远小于波导传输结构,可以用于研制小型化、高性能、高集成密度微波/毫米波系统。     

8路宽带扩展同轴功分器

利用同轴传输主模TEM的轴向对称性特点,根据扩展同轴功分器的设计原理,设计并研制了一款8路宽带同轴扩展功分器。利用高频电磁场仿真软件HFSS对电路进行了优化仿真,加工制备了功率合成系统电路实物,并对其进行了测试。仿真结果显示,在6~18 GHz的频带范围内,这种扩展同轴功分器的插入损耗小于0.65 d B,反射损耗小于-9 d B。验证了扩展同轴结构具有极宽的带宽、低差损、输出端口幅相一致性高的特点,在功率合成领域拥有广阔的应用前景。     

基于MEMS工艺的碱金属蒸气腔室微加热器

碱金属蒸气腔室广泛用于原子钟和原级温度计等重要领域,与其相适配的微型加热器对碱金属蒸气腔室的应用有着重要的影响.设计了一种可用于双腔体蒸气腔室的微型加热器,并利用仿真估算了微加热器的加热效果.基于微电子机械系统(MEMS)薄膜制备工艺,利用溅射沉积了氧化铟锡(ITO)薄膜与Cr/Au薄膜,利用剥离工艺将薄膜图形化后制备...     

基于MEMS的硅基PZT薄膜微力传感芯片

为了测量毫克级的微小力,设计并制造了一种硅基PZT薄膜悬臂式微力传感芯片。采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)方法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备了厚度不同(300~800 nm)的锆钛酸铅(Pb(ZrxTi1-x)O3)薄膜,薄膜表面均匀,无裂纹。通过测试和分析,研究了PZT薄膜的制备工艺参数和压电、铁电、阻抗特性。采用微机械加工手段制作了长度为1 000μm、500μm、250μm的硅基PZT薄膜微型悬臂结构。当在悬臂的自由端沿着厚度方向施加毫克级的微小力时,微型悬臂就会在厚度方向发生弯曲和振动,通过测量在压电材料表面电极上的电荷量,并通过计算可得到微型悬臂所受的集中力的大小,实现微力的测量。该文还对微力传感芯片的工作方式进行了研究,初步设计了传感器系统模型。     

MEMS微加速度与微角速率集成传感器的研制

介绍了一种全新的MEMS微型惯性器件,该器件是一种基于热对流原理的热膜式传感器,它利用一个单敏感元件同时测量加速度和角速率。该器件由一个加热器和两组微型温度传感器组成,加热器加热气体形成的热对流气体作为敏感元件,该器件通过微型温度传感器测得的热对流气体的温度差实现加速度和角速率的测量。分析了器件的工作原理,根据仿真结果设计了双层的器件结构,进行了工艺开发,加工出了原理样机。测试表明:该器件同时具备了加速度传感器和角速率传感器的检测功能,很好地验证了设计的可行性。     

用于不同粒径粒子聚焦的MEMS微流体芯片

基于惯性微流体技术和微电子机械系统(MEMS)工艺,设计了一款用于不同粒径粒子聚焦的微流体芯片。通过对不同收缩区-扩张区面积比(CE-ratio)以及相同CE-ratio下不同收缩区与扩张区长度关系的微通道进行仿真测试,制备出了分别适用于不同粒径粒子的对称式小CE-ratio微通道。采用MEMS工艺加工,通过改进键合工艺使芯片能在高流速下保持性能稳定。在雷诺数为68的前提下对聚焦测试图进行归一化灰度值分析。测试结果表明：通道内粒子聚焦流线(粒径5μm和20μm)处灰度值比其他位置灰度值高3倍,且通道内其他位置的归一化灰度值较稳定地保持在0.2(粒径20μm)和0.25(粒径5μm)左右。在高流速工作情况下,对称式小CE-ratio微流体芯片性能稳定且粒子聚焦效果良好。     

硅基MEMS微同轴的工艺技术

采用硅基MEMS工艺技术制备了具有微同轴传输线与垂直转接结构的微同轴芯片。制备工艺采用先干法刻蚀形成硅立体结构,再进行侧壁选择性金属化工艺,形成了包裹金属的线芯与无金属的硅支撑梁。采用上、中、下3层晶圆分别制备了TSV、悬置线芯等结构,并通过晶圆级键合形成了完整的微同轴结构。微波测试结果表明其具有较低的损耗特性。与其他工艺路线相比,硅基MEMS微同轴工艺技术具有工艺简单、结构可靠的优点。     

基于MEMS技术的三维集成K波段四通道T/R微系统

为满足有源相控阵雷达小型化需求,基于微电子机械系统(MEMS)多层3D封装技术研制了一种超小尺寸K波段四通道T/R微系统。该器件结合高精度晶圆、微凸点、重布线层(RDL)、硅通孔(TSV)等先进封装技术,将功能芯片和硅片进行纵向堆叠,实现了异质异构的三维集成,具有限幅、低噪声放大、功率放大、5 bit数控衰减、6 bit数控移相、串并转换等功能。器件尺寸仅为10.3 mm×10.3 mm×3.88 mm,质量为1.1 g,体积、质量均减小至传统砖式模块的1/10。实测噪声系数3.29 dB,接收增益19.22 dB,发射输出功率22 dBm,功率一致性优于±0.6 dB。实测结果与仿真结果吻合,为T/R前端的小型化研究提供了参考。     

一种新型大功率同轴Wilkinson功分器的研制

分析了一种新型大功率Wilkinson功分器的设计,在传统Wilkinson功分器的基础上,通过对其结构形式和端口间的匹配性进行改进,研制了一个连续波功率可达到200W,频带在300~400 MHz的大功率高隔离度同轴型宽带功分器。实际测试结果与使用HFSS仿真以及优化设计的相关数据参数比较吻合,满足设计指标要求,且各性能参数优于同类产品。     

一种基于MEMS工艺的365 GHz硅微波导垂直转接结构

基于微电子机械系统(MEMS)工艺设计并制作了一种THz垂直转接结构,该结构采用6层硅片堆叠的硅微波导形式。理论分析计算了垂直转接结构的参数,并使用三维电磁场分析软件HFSS对该结构进行了模拟仿真。设计得到了中心频率为365 GHz、带宽为80 GHz、芯片尺寸为10 mm×7 mm×2.7 mm的THz垂直转接结构。给出了一套基于MEMS工艺的硅微波导的制作流程,制作了365 GHz垂直转接结构并对其进行测试。获得的THz垂直转接结构的回波损耗随频率变化的测试结果与仿真结果基本一致。采用MEMS工艺制作的硅微波导垂直转接结构具有精度高、一致性好、成本低的特点,满足THz器件的发展需求。     

基于开环谐振器的新型宽带功率分配器研究*

基于人工电磁材料开环谐振器,提出了一种结构紧凑的新型宽带微带功率分配器.通过在微带线上加载开口谐振环(SRRs)单元,使其在某个频段内呈现色散性质即支持后向波传播,从而实现宽带特性.该结构可简单地通过改变开环谐振器结构参数来调节功率分配器中心频率.测试结果表明,该功分器具有体积小巧、损耗低、易制作并方便与其他电路集成等优势.     

P波段宽带功分器设计

微带功分器被广泛应用于电路合成技术中,本文在分析一般二功分器的基础上,设计出了二阶的宽带功分器。加工了实物,测试结果和仿真结果吻合得比较好,且满足了设计指标要求。本文对宽带功分器的设计具有一定的指导意义,尤其是对于二阶宽带微带功分器的设计提供了模板。     

一种非谐振式MEMS电磁能量收集器

介绍了一种新型非谐振式微电子机械系统(MEMS)电磁振动能量采集器的设计、微加工和表征测试.该能量收集器由MEMS结构、线圈、小型化NdFeB磁体和陶瓷基板组成.建立结构模型对结构固有频率、位移和应力进行仿真.利用MEMS技术制备能量收集器结构和Al线圈等关键部件,并结合嵌有永磁体的陶瓷基板进行组装,在组装过程中使用C...     

一种小型化电调功分器设计

该文提出了一种等功分电调功分器。该功分器基于传输线变换技术进行设计,利用变容二极管调节功分器的中心频率,实现了从900～1050MHz的中心频率调节范围,在可调范围内实现S11小于-20dB。S21、S31大于-3．2dB,S23小于-22dB。该功分器具有尺寸小,偏置电路简单的优点。     

宽带波导-微带一分四功分器设计

提出一种Ka频段宽带一分四功分器的结构,采用宽带波导E面T形结加波导-探针-微带过渡的结构。对E面T形结构进行改进,实现宽带功率二等分,然后两路输出通过波导双路微带探针过渡实现四路功率分配。使用三维电磁仿真软件Ansoft HFSS对该结构进行仿真优化,结果表明,在26.5⁴0.0GHz内,回波损耗小于-20dB,传输损耗小于0.3dB。     

多路宽带带状线功率分配器设计分析

宽带功率分配器是电子系统的重要部件。提出了宽带带状线功率分配器的设计方案,详细论述了二功分器、八功分器的设计方法,研究了该方法在工程中存在的问题及解决办法。应用电路与电磁场仿真软件进行了仿真,制作了一个3～10 GHz的功率分配器样件,对样件进行了指标测试,详细分析了测试结果与仿真结果存在差异的原因。     

减小交叉耦合的三维微加速度计的设计

介绍了一种减小交叉耦合的三维微加速度计的设计,该设计采用全差分电容式结构,X轴和Y轴采用梳齿电容式加速度计,Z轴采用扭摆电容式加速度计,三个轴向各自具有不同的敏感质量块,能够有效减小交叉耦合度。通过公式计算得到三个轴向的机械噪声,X轴为-60μg/Hz,Y轴为-66μg/Hz,Z轴为-53μg/Hz。从计算结果来看,三个维度的噪声系数较低,在电路噪声保证足够小的情况下,该三维微加速度计能够达到较高的精度。最后,采用COMSOL MULTIPHYSICS软件对该结构三个维度进行了模态仿真,仿真结果表明该设计能够有效减小三个维度的交叉耦合度。     

基于实频技术的小型化Wilkinson 十八路功分器设计

以工作于100MHz 的Wilkinson 十八路等功分器为设计对象,结合宽带匹配设计方法——实频技术法,设计功分 器阻抗变换节,以达到小型化设计的目的。将实频技术引入阻抗变换节设计,采用集总元件构成的网络结构来取代微带 功分器的四分之一波长阻抗变换节,从而大大缩减了Wilkinson 十八功分器的整体尺寸。根据仿真模型制作了十八等功分 器实物,尺寸仅为10?10cm2,其插入损耗小于13.5dB,幅度波动小于0.2dB,隔离度大于18dB。