深入了解工業(yè)應(yīng)用的高性能RF MEMS開關(guān)

射頻（RF）MEMS市場主要有兩部分。其中最大的部分是與濾波器相關(guān)，例如博通（Broadcom）、Skyworks、Qorvo等大公司提供的BAW和SAW濾波器等產(chǎn)品。另一部分與射頻開關(guān)相關(guān)，預計將于2019年開始快速發(fā)展。在該領(lǐng)域中，像CavendishKinetics這樣的小公司目前正在小批量供應(yīng)RFMEMS開關(guān)給消費電子市場，僅用于低端智能手機。但今年，更多的廠商進入射頻開關(guān)市場，其產(chǎn)品主要針對工業(yè)應(yīng)用，如MenloMicro、AirMEMS、亞德諾半導體（AnalogDevicesInc.，ADI）等公司預計將進入量產(chǎn)階段，并獲得終端設(shè)備或系統(tǒng)采用。儀器或測試系統(tǒng)正在尋求高速、低損耗開關(guān)，以取代傳統(tǒng)的繼電器（EMR），因此射頻MEMS開關(guān)有望替代者。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，亞德諾半導體面向大眾市場首次推出的兩款RFMEMS開關(guān)是ADGM1304和ADGM1004。其中，ADGM1304是一款寬帶、單刀四擲（SP4T）開關(guān)，采用ADI公司的微型機電系統(tǒng)（MEMS）開關(guān)技術(shù)制造而成。利用該技術(shù)可實現(xiàn)小型、寬帶寬、高線性、低插入損耗開關(guān)，其工作頻率可低至0Hz/DC，是各種射頻（RF）應(yīng)用的理想開關(guān)解決方案。

通過互補金屬氧化物半導體（CMOS）/低壓晶體管對晶體管邏輯（LVTTL）兼容型并行接口控制一個內(nèi)部集成的控制芯片產(chǎn)生一個高壓用于靜電驅(qū)動該開關(guān)。所有四個開關(guān)都可單獨進行控制。

ADGM1304功能框圖

下圖為該MEMS開關(guān)的橫截面示意圖。它是一種三端子配置的靜電驅(qū)動懸臂梁式開關(guān)。其在功能上類似于場效應(yīng)晶體管（FET），端子可用作源極、柵極和漏極。

MEMS開關(guān)設(shè)計的橫截面，圖中所示為懸臂開關(guān)梁（不成比例）

將一個直流驅(qū)動電壓作用于柵極和源極之間（開關(guān)梁）時，就會產(chǎn)生靜電力，把梁吸向基板。另一個片上電荷泵IC產(chǎn)生偏置電壓；80V用于驅(qū)動開關(guān)。

當柵極和源極之間的偏置電壓超過開關(guān)閾值電壓時，梁上的觸點便接觸漏極，源極和漏極之間的電路閉合，開關(guān)接通。移除偏置電壓后，即柵極上為0V時，懸臂梁像彈簧一樣，產(chǎn)生足夠大的恢復力，使源極和漏極之間的連接斷開，從而電路開路，開關(guān)關(guān)斷。

下圖顯示了LFCSP封裝中的SP4TMEMS開關(guān)和控制器芯片。一些LFCSP模塑材料被移除，以使MEMS開關(guān)芯片（右）和控制器芯片（左）及相關(guān)焊線可見。右側(cè)可以看到覆蓋開關(guān)芯片的硅密封蓋，其顯示為一個黑色矩形。密封使開關(guān)處于受控環(huán)境中，可提高可靠性并延長壽命。開關(guān)觸點不會因為干切換或低功率切換而壽命縮短。

ADGM1304的LFCSP封裝，移除了部分模塑料以顯示MEMS開關(guān)芯片（右）、控制器芯片（左）和相關(guān)焊線

ADGM1304采用24引腳、5mmx4mmx0.95mm引腳架構(gòu)芯片級封裝（LFCSP）。

ADGM1304封裝橫截面（樣刊模糊化）

ADGM1304中的MEMS芯片（樣刊模糊化）

ADGM1304主要應(yīng)用：

- 繼電器替代方案

- 射頻（RF）測試儀表

- 可重配置的濾波器/衰減器

-自動測試設(shè)備（ATE）：RF/數(shù)字/混合信號

- 射頻（RF）無線通信

- 高性能射頻（RF）開關(guān)

本報告對亞德諾半導體RFMEMS開關(guān)ADGM1304進行詳細地拆解與逆向分析，并提供成本分析與價格預估。同時，本報告還將ADGM1304與ADGM1004進行物理結(jié)構(gòu)和成本的比較，以突出兩款產(chǎn)品之間的異同。

ADGM1304與ADGM1004對比分析