中心議題：

• 介紹新型MEMS解決方案
• 總結MEMS開(kāi)關(guān)技術(shù)的發(fā)展優(yōu)勢與趨勢

解決方案：

• DPDT開(kāi)關(guān)在封裝內集成兩個(gè)獨立的SPDT開(kāi)關(guān)，減小整個(gè)開(kāi)關(guān)系統的尺寸、成本和復雜性
• SP4T開(kāi)關(guān)通過(guò)集成柵電阻的方式最大限度地減小整個(gè)開(kāi)關(guān)的尺寸
• 26.5GHz的SPDT開(kāi)關(guān)實(shí)現信號完整性極高的開(kāi)關(guān)控制，支持數據速率達20Gbps以上的差分信號應用

由于MEMS開(kāi)關(guān)是采用半導體制造工藝制成的，因此它們采用表面安裝之類(lèi)的封裝技術(shù)能夠實(shí)現極小的外形尺寸。采用已有的批量制造技術(shù)，并且積極改進(jìn)工藝從而在產(chǎn)量增大時(shí)迅速降低器件成本，MEMS開(kāi)關(guān)的生產(chǎn)可以形成較大的規模。在MEMS開(kāi)關(guān)的制造過(guò)程中采用自適應半導體質(zhì)量控制技術(shù)能夠實(shí)現可與其他半導體器件相媲美的質(zhì)量(缺陷水平為ppm量級)，不斷提高M(jìn)EME開(kāi)關(guān)的壽命可靠性。
　　
這使得MEMS開(kāi)關(guān)相比其他開(kāi)關(guān)技術(shù)具有更顯著(zhù)的優(yōu)勢。相比其他機械式繼電器(機電式和簧片式繼電器)，MEMS開(kāi)關(guān)的尺寸更小，介入損耗更低，帶寬更大，開(kāi)關(guān)速度更快。相比半導體開(kāi)關(guān)(FET和PIN二極管)，MEMS開(kāi)關(guān)具有更低的介入損耗、更高的線(xiàn)性度、更大的帶寬(完全直流操作)和更強的功率處理性能。最重要的是，人們對MEMS開(kāi)關(guān)的研究與應用才剛剛開(kāi)始，今后有望更進(jìn)一步地提高它的性能和可靠性。
　　
新型MEMS解決方案
TeraVicta公司推出了三種新型MEMS開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，以應對面臨的開(kāi)關(guān)技術(shù)挑戰。其中包括為已有的7GHz開(kāi)關(guān)系列增加了一種DPDT(雙刀雙擲)和SP4T開(kāi)關(guān)，以及一種最新的高性能26.5GHz SPDT開(kāi)關(guān)。DPDT開(kāi)關(guān)在一個(gè)封裝內集成了兩個(gè)獨立的SPDT開(kāi)關(guān)，減小了整個(gè)開(kāi)關(guān)系統的尺寸、成本和復雜性。通過(guò)在柵線(xiàn)內(在器件封裝內)集成薄膜電阻進(jìn)一步壓縮了器件尺寸，尤其有利于構建內含數百只開(kāi)關(guān)的ATE應用(例如DUT負載板)。所有三種開(kāi)關(guān)都提供3.8×5.1mm的mini-BGA芯片級封裝，預植了Pb/Sn和兼容RoHS的焊球。
　　
與DPDT開(kāi)關(guān)一樣，SP4T開(kāi)關(guān)通過(guò)集成柵電阻的方式最大限度地減小了整個(gè)開(kāi)關(guān)的尺寸。SP4T采用這種合成結構能夠在mini-BGA封裝內實(shí)現之前只能由同軸機電式繼電器實(shí)現的相同功能。SP4T支持測試與儀器應用中信號多路復用所需的高性能扇出功能(如圖3所示)，還支持無(wú)線(xiàn)系統的頻帶與濾波器開(kāi)關(guān)應用，這類(lèi)應用通常需要低介入損耗、高線(xiàn)性度和低功耗。SP4T開(kāi)關(guān)采用的緊湊式表面安裝封裝能夠在一塊PC板上構建出高性能的4×4開(kāi)關(guān)矩陣，代替使用同軸開(kāi)關(guān)的機架式系統。
 

　　圖3：7GHz SP4T開(kāi)關(guān)的性能。
　　
高性能26.5GHz SPDT開(kāi)關(guān)大大增強了TeraVicta系列開(kāi)關(guān)產(chǎn)品的性能。如圖4中的SEM圖所示，這種開(kāi)關(guān)在SPDT開(kāi)關(guān)的每條腿上集成了雙HFDA，在柵線(xiàn)中集成了薄膜電阻，在開(kāi)關(guān)柱(switch beam)上集成了偏壓電阻[3]。采用相同的HFDA技術(shù)能夠確保這種26.5GHz開(kāi)關(guān)與之前的7GHz系列開(kāi)關(guān)產(chǎn)品具有同樣的可靠性、功率處理性能和線(xiàn)性度。
 

　　圖4：26.5GHz SPDT開(kāi)關(guān)的SEM圖。
它在SPDT開(kāi)關(guān)的每條腿上集成了雙HFDA。圖(a)是SPDT的頂部視圖，(b)是側面視圖。
　　
26.5GHz SPDT開(kāi)關(guān)的射頻性能如圖5所示。在從直流到12GHz的頻率范圍內它的介入損耗低于0.4dB，在最高24GHz頻率下的介入損耗小于0.9dB。在從直流到12GHz的頻率范圍內它的隔離度大于30dB，在最高26GHz的頻率下隔離度大于18dB。在從直流到26.5GHz的整個(gè)開(kāi)關(guān)帶寬內，其回波損耗優(yōu)于17dB。根據上述特性，這款26.5GHz的SPDT開(kāi)關(guān)能夠在15Gbps以上帶寬的應用中實(shí)現信號完整性極高的開(kāi)關(guān)控制，能夠支持數據速率達20Gbps以上的差分信號應用。這一帶寬足以滿(mǎn)足精確測試新一代高性能處理器、DSP、FPGA和存儲子系統的需求，這些器件和系統大多集成了高速互聯(lián)協(xié)議，例如SRIO(serial rapid IO，串行高速I(mǎi)O)、PCIe(PCI Express)和10Gb以太網(wǎng)(10GE/OC-192)。
 

　　圖5：26.5GHz SPDT開(kāi)關(guān)的典型射頻性能。
　　
本文小結
數字測試、儀器和無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域的新興應用需要高性能的開(kāi)關(guān)產(chǎn)品。未來(lái)的應用將延續這一趨勢——需要更寬的帶寬、更低的損耗、更高的電阻可重復性和更高的線(xiàn)性度。以TeraVicta為代表的開(kāi)關(guān)產(chǎn)品供應商將繼續利用MEMS開(kāi)關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢，推動(dòng)新一代開(kāi)關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展，滿(mǎn)足最新應用的需求。