MEMS静电开关

芝士wa
2024.5.7
学习

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传统MEMS静电开关

结构

主要由三部分组成：

• 固定电极：作为射频信号线的接地导带
• 可动极板：负责完成静电开关的闭合和断开
• 悬臂梁结构：相当于弹簧结构

工作原理

• 初始时，可动极板与固定电极间间隙为g0，MEMS器件的尺度在微米级，与尺寸的低次方成比例的力如静电力、弹性力的作用更加显著，惯性力、重力等作用相对减小，同时由于可动极板的质量非常小，其重力忽略不计。
• 将MEMS静电开关的固定极板接地，在可动极板上施加电压，此时固定极板与可动极板之间产生静电力，驱动可动极板向下移动，当可动极板向下移动时，带动悬臂梁向下弯曲，相当于弹簧伸长，从而产生向上的弹力，当悬臂梁弹力与两极板间静电力相等时，可动极板受力平衡，悬停在平衡位置。
• 随着可动极板上施加的电压增大，两极板间的静电力越来越大，可动极板受力平衡时所需的悬臂梁弹力也越来越大，当电压增加到任意位移下悬臂梁的弹力都无法抵消静电力时，可动极板将吸合在固定电极上，实现开关闭合。
  

力学行为分析

传统MEMS经典开关的悬臂梁结构的力学特性一般为线性，即随着悬臂梁弯曲的位移增大，悬臂梁的弹力呈线性增长，刚度不会发生变化。由胡克定律：
F = kx,k为悬臂梁的刚度，x为可动极板的位移。