專利名稱：一種基于mems繼電器的寬幅可調(diào)電容的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微機(jī)械電子系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容。
背景技術(shù)：
可變電容器在高頻和射頻(RF)電路中具有重要作用，主要應(yīng)用在空間、通訊、汽車電子等領(lǐng)域，這些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)勺冸娙萜魈岢隽吮容^高的要求，體積小，高集成度、低高度、電容可調(diào)比大等。傳統(tǒng)的可變電容器可以分為陶瓷可變電容器、活塞型可變電容器、空氣微調(diào)可變電容、氣體和真空可變電容器等，這些可變電容器體積較大，電容可調(diào)比小，電容范圍不大，而且可靠性不高，故很難滿足上述領(lǐng)域的使用要求。近年來(lái)，伴隨著微機(jī)械電子系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，基于M EMS技術(shù)的可變電容器越來(lái)越受到人們的關(guān)注，因?yàn)镸EMS技術(shù)恰恰適應(yīng)了上述領(lǐng)域?qū)勺冸娙萜魉岢龅目量桃蟆EMS技術(shù)可變電容器具有很好的電學(xué)特性，在體積、功耗、可靠性和價(jià)格方面相比傳統(tǒng)可變電容器具有一定的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)階段已逐漸成為研制的熱點(diǎn)。MEMS可變電容器根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式主要可以分為平行板電極型、梳齒狀可動(dòng)電極型兩種類型，另外還有一些公司或研究機(jī)構(gòu)發(fā)明了采用新型結(jié)構(gòu)或材料的可變電容器， 比較典型的有美國(guó)英特爾公司專利ZL01822646. 9使用平行板電極電容，但是增加了多級(jí)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)；美國(guó)JDS尤尼費(fèi)斯公司專利00803826. 0提出了雙晶片結(jié)構(gòu)的可變電容器；中國(guó)清華大學(xué)專利CN201010152297.5提出了一種雙向可動(dòng)結(jié)構(gòu)的框架式可變電容，該可變電容由三維梳齒狀電極和三維梳齒狀可調(diào)電容器。上述MEMS可變電容器與傳統(tǒng)可變電容器相比在體積、功耗方面有了不同程度的改善，但是各自還是有一些缺點(diǎn)無(wú)法克服。最常用的平板電極型因?yàn)槭鞘褂梅蔷€性靜電力驅(qū)動(dòng)，因此會(huì)存在“下拉”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電容可調(diào)比不大，電容調(diào)諧范圍有限，另外也大大影響了其可靠性。梳齒狀可變電容與其他的可變電容在不同程度上克服了平板電容器的下拉現(xiàn)象，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝難度大，可靠性難以保證是它們的共同缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容，該寬幅可調(diào)電容采用固定電容器陣列、MEMS繼電器陣列與控制電路集成的方式來(lái)構(gòu)成基于MEMS繼電器的可變電容器，具有體積小，高集成度，低高度的特點(diǎn)，并且具有極高的可靠性，可以應(yīng)用在空間、通訊、汽車電子等要求苛刻的領(lǐng)域。本發(fā)明的上述目的是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容，包括基板和設(shè)置在基板上的電容陣列、 MEMS繼電器陣列和控制電路，其中電容陣列中的電容之間并聯(lián)連接，且每個(gè)電容與MEMS繼電器陣列中的一個(gè)控制所述電容聯(lián)通或斷開(kāi)的繼電器串聯(lián)連接，控制電路通過(guò)對(duì)MEMS繼電器陣列中每一個(gè)繼電器的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)電容的控制，且控制電路對(duì)MEMS繼電器陣列不同的選通方式形成具有可變化能力的電容。在上述基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容中，電容陣列中的每個(gè)電容包括第一電極板與第二電極板，其中每個(gè)電容的第一電極板之間共同連接，每個(gè)電容的第二電極板則分別連接一個(gè)控制所述電容聯(lián)通或斷開(kāi)的繼電器。在上述基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容中，MEMS繼電器陣列中的每個(gè)繼電器包括一個(gè)控制端、一個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，其中每個(gè)繼電器的接地端共同連接在一起，每個(gè)繼電器的控制端與控制電路連接，每個(gè)繼電器的輸出端與電容連接。在上述基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容中，電容陣列與MEMS繼電器陣列在基板的同一側(cè)排放。在上述基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容中，電容陣列與MEMS繼電器陣列在基板同一側(cè)的排放形式為按排交替排放，且每個(gè)電容與控制所述電容聯(lián)通或斷開(kāi)的繼電器排放
在一起。在上述基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容中，電容陣列與所述MEMS繼電器陣列在基板的兩側(cè)對(duì)應(yīng)排放，且每個(gè)電容與控制所述電容聯(lián)通或斷開(kāi)的繼電器之間通過(guò)設(shè)置在基板上的通孔實(shí)現(xiàn)電信號(hào)互聯(lián)，所述通孔中添加導(dǎo)電性材料。在上述基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容中，導(dǎo)電材料為金、銀、銅或鋁。在上述基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容中，MEMS繼電器陣列中的繼電器類型為電磁型MEMS繼電器或靜電型MEMS繼電器。在上述基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容中，MEMS繼電器陣列中的繼電器為MEMS 單刀單置繼電器，電容陣列中的電容為固定電容。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果(1)本發(fā)明寬幅可調(diào)電容通過(guò)采用MEMS繼電器控制固定電容的聯(lián)通和斷開(kāi)，控制電路通過(guò)對(duì)MEMS繼電器陣列中每一個(gè)繼電器的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)電容的控制，從而形成在很寬范圍內(nèi)變化的電容，與現(xiàn)有技術(shù)中其他類型可變電容器相比，大大提高了電容可調(diào)比，并可得到大范圍可調(diào)電容；(2)本發(fā)明寬幅可調(diào)電容通過(guò)采用采用MEMS繼電器控制固定電容的聯(lián)通和斷開(kāi)， MEMS繼電器與固定電容體積均比較小，組合之后得到的電容與傳統(tǒng)可變電容器相比，具有體積小，高集成度，低高度的優(yōu)點(diǎn)；(3)本發(fā)明寬幅可調(diào)電容由MEMS繼電器控制固定電容，可以精確調(diào)節(jié)電容值，使得電容精度大大提高，可以應(yīng)用在空間、通訊、汽車電子等要求苛刻的領(lǐng)域；(4)本發(fā)明可調(diào)電容與現(xiàn)有技術(shù)中MEMS可變電容器相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝成熟，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，可在需要小體積重量的電路中代替大體積電容器，同時(shí)在濾波、 抗干擾電路中可以實(shí)現(xiàn)電容參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整；(5)本發(fā)明寬幅可調(diào)電容將M EMS繼電器陣列與電容陣列分別設(shè)置在電路板的兩側(cè)，二者之間通過(guò)添加導(dǎo)電性材的通孔實(shí)現(xiàn)電信號(hào)互聯(lián)，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化了電路板內(nèi)部布線的復(fù)雜度，降低了工藝難度，且提高了電容可靠性，具有極強(qiáng)的實(shí)用性。


圖1為本發(fā)明寬幅可調(diào)電容的原理圖2為本發(fā)明寬幅可調(diào)電容中電容與MEMS繼電器連接方式示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中電容陣列與繼電器陣列在電路板單側(cè)布置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中電容陣列與繼電器陣列在電路板雙側(cè)布置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中電容陣列與繼電器陣列在電路板雙側(cè)布置的剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述實(shí)施例1如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例1中電容陣列與繼電器陣列在電路板單側(cè)布置的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知該可調(diào)電容由電路板和設(shè)置在電路板上的電容陣列、MEMS繼電器陣列和控制電路組成，其中電容陣列包括4X 6個(gè)單位電容，MEMS繼電器陣列包括4X 6個(gè)MEMS繼電器，其中電容陣列、MEMS繼電器陣列和控制電路均設(shè)置在電路板的同一側(cè)，并且每排電容 (6個(gè))和每排MEMS繼電器(6個(gè))交替排列，一個(gè)電容對(duì)應(yīng)一個(gè)MEMS繼電器。如圖1所示為本發(fā)明寬幅可調(diào)電容的原理圖，如圖2所示為本發(fā)明寬幅可調(diào)電容中電容與MEMS繼電器連接方式示意圖，每個(gè)單位電容包括第一電極板與第二電極板，其中每個(gè)電容的第一電極板之間共同連接，每個(gè)電容的第二電極板則分別連接一個(gè)控制其聯(lián)通或斷開(kāi)的MEMS繼電器的輸出端，各個(gè)MEMS繼電器同時(shí)組成繼電器陣列，MEMS繼電器的通斷決定著與其連接電容是否接入電路。MEMS繼電器陣列中的每個(gè)繼電器包括一個(gè)控制端、一個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，其中每個(gè)繼電器的接地端共同連接在一起，控制端與控制電路連接，輸出端與電容連接?？刂齐娐穼?duì)MEMS繼電器陣列進(jìn)行選通控制，控制電路通過(guò)對(duì)MEMS 繼電器陣列中每一個(gè)繼電器的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)電容的控制，不同的選通方式形成具有電氣連接可變化能力的電容。MEMS繼電器的類型為電磁型MEMS繼電器、靜電型MEMS繼電器或者其他類型的 MEMS繼電器，且MEMS繼電器為MEMS單刀單置繼電器。電容陣列中的電容為固定電容。實(shí)施例2如圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例2中電容陣列與繼電器陣列在電路板雙側(cè)布置的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知該可調(diào)電容由電路板和設(shè)置在電路板上的電容陣列、MEMS繼電器陣列和控制電路組成，其中電容陣列包括4X 6個(gè)單位電容，MEMS繼電器陣列包括4X 6個(gè)MEMS繼電器，其中電容陣列、和控制電路設(shè)置在電路板的一側(cè)，MEMS繼電器陣列設(shè)置在電路板的另一側(cè)，且每個(gè)單位電容與控制其聯(lián)通或斷開(kāi)的MEMS繼電器在電路板兩側(cè)的位置相對(duì)應(yīng)，并通過(guò)二者之間設(shè)置在電路板上的已添加導(dǎo)電性材料的通孔實(shí)現(xiàn)電信號(hào)互聯(lián)，導(dǎo)電性材料為金、銀、銅、鋁或其它導(dǎo)電材料。如圖5所示為本發(fā)明實(shí)施例2中電容陣列與繼電器陣列在電路板雙側(cè)布置的剖面圖。如圖1所示為本發(fā)明寬幅可調(diào)電容的原理圖，如圖2所示為本發(fā)明寬幅可調(diào)電容中電容與MEMS繼電器連接方式示意圖，每個(gè)單位電容包括第一電極板與第二電極板，其中每個(gè)電容的第一電極板之間共同連接，每個(gè)電容的第二電極板則分別連接一個(gè)控制其聯(lián)通或斷開(kāi)的MEMS繼電器的輸出端，各個(gè)MEMS繼電器同時(shí)組成繼電器陣列，MEMS繼電器的通斷決定著與其連接電容是否接入電路。MEMS繼電器陣列中的每個(gè)繼電器包括一個(gè)控制端、一個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，其中每個(gè)繼電器的接地端共同連接在一起，控制端與控制電路連接，輸出端與電容連接。控制電路對(duì)MEMS繼電器陣列進(jìn)行選通控制，控制電路通過(guò)對(duì)MEMS 繼電器陣列中每一個(gè)繼電器的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)電容的控制，不同的選通方式形成具有電氣連接可變化能力的電容。MEMS繼電器的類型為電磁型MEMS繼電器、靜電型MEMS繼電器或者其他類型的 MEMS繼電器，且MEMS繼電器為MEMS單刀單置繼電器。電容陣列中的電容為固定電容。本發(fā)明寬幅可調(diào)電容中至少包含一個(gè)MEMS繼電器和一個(gè)電容。以上所述，僅為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容，其特征在于包括基板和設(shè)置在基板上的電容陣列、MEMS繼電器陣列和控制電路，其中電容陣列中的電容之間并聯(lián)連接，且每個(gè)電容與 MEMS繼電器陣列中的一個(gè)控制所述電容聯(lián)通或斷開(kāi)的繼電器串聯(lián)連接，控制電路通過(guò)對(duì) MEMS繼電器陣列中每一個(gè)繼電器的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)電容的控制，且控制電路對(duì)MEMS繼電器陣列不同的選通方式形成具有可變化能力的電容。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容，其特征在于所述電容陣列中的每個(gè)電容包括第一電極板與第二電極板，其中每個(gè)電容的第一電極板之間共同連接，每個(gè)電容的第二電極板則分別連接一個(gè)控制所述電容聯(lián)通或斷開(kāi)的繼電器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容，其特征在于所述 MEMS繼電器陣列中的每個(gè)繼電器包括一個(gè)控制端、一個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，其中每個(gè)繼電器的接地端共同連接在一起，每個(gè)繼電器的控制端與控制電路連接，每個(gè)繼電器的輸出端與電容連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一權(quán)利要求所述的一種基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容，其特征在于所述電容陣列與所述MEMS繼電器陣列在基板的同一側(cè)排放。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容，其特征在于所述電容陣列與所述MEMS繼電器陣列在基板同一側(cè)的排放形式為按排交替排放，且每個(gè)電容與控制所述電容聯(lián)通或斷開(kāi)的繼電器排放在一起。
6.據(jù)權(quán)利要求1 3任一權(quán)利要求所述的一種基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容，其特征在于所述電容陣列與所述MEMS繼電器陣列在基板的兩側(cè)對(duì)應(yīng)排放，且每個(gè)電容與控制所述電容聯(lián)通或斷開(kāi)的繼電器之間通過(guò)設(shè)置在基板上的通孔實(shí)現(xiàn)電信號(hào)互聯(lián)，所述通孔中添加導(dǎo)電性材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容，其特征在于所述導(dǎo)電材料為金、銀、銅或鋁。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容，其特征在于所述 MEMS繼電器陣列中的繼電器類型為電磁型MEMS繼電器或靜電型MEMS繼電器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容，其特征在于所述 MEMS繼電器陣列中的繼電器為MEMS單刀單置繼電器，所述電容陣列中的電容為固定電容。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于MEMS繼電器的寬幅可調(diào)電容，該可變電容陣列由電容陣列，MEMS繼電器陣列和控制電路組成，多個(gè)電容器按并聯(lián)形式陣列排放，每個(gè)電容器都有一個(gè)控制其聯(lián)通和斷開(kāi)的MEMS繼電器與其串聯(lián)，控制電路可以對(duì)MEMS繼電器陣列進(jìn)行選通控制，控制電路通過(guò)對(duì)MEMS繼電器陣列中每一個(gè)繼電器的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)電容的控制，不同的選通方式形成具有電氣連接可變化能力的電容陣列，該寬幅可調(diào)電容具有體積小、高集成度、低高度、可靠性高的特點(diǎn)，可在需要小體積重量的電路中代替大體積電容器，同時(shí)在濾波、抗干擾電路中可以實(shí)現(xiàn)電容參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。
文檔編號(hào)H01G5/40GK102176376SQ20101062415
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者孫建, 楊斌, 苑京立 申請(qǐng)人:航天時(shí)代電子技術(shù)股份有限公司