目 录
引 言 .......................................................................................................................................... １
第一章 MEMS技术概要 ........................................................................................................... ２
1.1MEMS技术的发展 ......................................................................................................... ２
1.2MMES技术发展的浪潮 ................................................................................................. ２
第二章 MEMS传感器分类及典型应用 ................................................................................... ３
1.1MEMS加速度计 ............................................................................................................. ４
1.1.1压阻式微加速度计 ............................................................................................... ４
第２４卷第３期 ２００８年７月 后勤工程学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＬＯＧＩＳＴＩＣＡＩ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳ！ＴＹ Ｖ０】．２４ Ｎｏ．３ Ｊｕ１．２０【）８ 文章编号：１６７２—７８４３（２００８）０３—００７８—０４
新型可重构ＲＦ—ＭＥＭＳ天线的设计
余文革 ，巫正中 ，杨廷鸿 ，付诗禄
（１．后勤工程学院基础部，重庆４０００１６；２．后勤工程学院后勤信息工程系，重庆４０００１６）
摘 要 设计了一种新型的可重构双Ｃ型ＲＦ—ＭＥＭＳ贴片天线，它由Ｔ型桥膜结构的 电容式ＭＥＭＳ开关实时地控制天线结构，使之能够发生双频谐振。采用背腔结构的硅基 底，使硅衬底的相对有效介电常数从９．１８下降到１．５１，这有利于减小表面波的损耗，通过 优化设计有效地实现了天线的小型化。理论计算得到在开关断开和连通状态下，天线的谐 振频率分别为ｌ１．１４ ＧＨｚ和５．５６ ＧＨｚ。将理论结果与ＨＦＳＳ软件仿真的结果进行比较，发 现它们吻合得比较好，说明了可重构天线的设计具有可行性。 关键词 可重构天线；ＲＦ—ＭＥＭＳ；电容式ＭＥＭＳ开关；ＨＦＳＳ软件；双Ｃ型贴片 中图分类号：ＴＮ８２ 文献标识码：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｎｏｖｅｌ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ＲＦ——ＭＥＭＳ Ａｎｔｅｎｎａ
ＹＵ Ｗｅｎ．ｇｅ ，ＷＵ Ｚｈｅｎｇ．ｚｈｏｎｇ ，ＹＡＮＧ Ｔｉｎｇ．ｈｏｎｇ’，ＦＵ Ｓｈｉ．１ｕ （１．Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｓｔｕｄｉｅｓ，ＬＥＵ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００１ ６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｉｘ）ｇｉｓｔｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬＥＵ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００１６，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ａ ｎｏｖｅｌ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ｄｏｕｂｌｅ－Ｃ ＲＦ—ＭＥＭＳ ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．ｗｈｏｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｌｙ ｃｏｎ・ ｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ａ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ＭＥＭＳ ｓｗｉｔｃｈ ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ ａ Ｔ－ｓｈａｐｅｄ ｂｒｉｄｇｅ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａ ｃａｎ ｒｅｓｏｎａｔｅ ａｔ ｔｗｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ．Ａｌｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｒｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｏｉｌ ａ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｈｉｐ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂａｃｋｓｐａｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｐｅｒｍｉｔｔｌｖｉｔｙ ｆｒｏｍ ９．１ ８ ｔｏ Ｉ．５ Ｉ。ａｎｄ ｆｕｒｔｈｅｒ。ｔｏ ｄｉｍｉｎｉｓｈ ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ。ｗｅ ａｃｈｉｅｖｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ－ ｔｅｎｎａ．Ｔｈｅ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ａｒｅ １ １．１４ ＧＨｚ ａｎｄ ５．５６ ＧＨｚ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｔｅｓ ｏｆ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｏｆｆ ａｎｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｏｉｌ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｅｎｄｅｄ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｖｉｔｙ ｍｏｄｅｌ ｔｈｅｏｒｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｐａｔｃｈ ｉｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａ－ ｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｂｙ ＨＦＳＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｙ ａｒｅ ｉｎ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｔｆｉｇｕｒａｂｌｅ ａｎｔｅｎｎａ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ａｎｔｅｎｎａ；ＲＦ—ＭＥＭＳ；ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ＭＥＭＳ ｓｗｉｔｃｈ；ＨＦＳＳ ｓｏｆｔ；ｄｏｕｂｌｅ－Ｃ ｐａｔｃｈ
基于MEMS技术的压力传感器的设计与制造
随着科技的不断进步，MEMS技术在各个领域的应用越来越广泛，尤其是在传感器领域。压力传感器是MEMS技术很好的应用领域之一，它具有高精度、高灵敏度、小尺寸、低功耗等优点，在工业、医疗、汽车、航空等领域都有广泛的应用。那么我们来了解一下基于MEMS技术的压力传感器的设计与制造。
一、 压力传感器的结构和原理
压力传感器一般由感应元件、信号处理电路、输出电路和外壳等组成。其中，感应元件是压力传感器的核心部件，它能将接收到的物理量转化为电信号。根据工作原理的不同，感应元件可分为电阻应变式压力传感器、电容式压力传感器和微机械式压力传感器等。
微机械式压力传感器采用MEMS技术制造，其主要结构包括振膜、腔体、导电层、固定层等。当压力作用于传感器的振膜时，会产生微小的挠曲变形，这种变形会引起振膜上的导电层与固定层之间的距离发生微小变化，从而改变电容值，进而以此计算出所受到的压力大小。
二、MEMS压力传感器的特点
MEMS压力传感器由于采用了MEMS技术，具有多种特点，例如小尺寸、重量轻、精度高、响应速度快、可靠性高、耗能低等。它的灵敏度可以达到1pa，且误差低于0.2%。同时，MEMS压力传感器还具有抗震、抗干扰等特点，适用于复杂环境下的应用。
三、MEMS压力传感器的制造工艺
MEMS压力传感器的制造工艺主要包括晶圆加工、腔体加工、导电层加工、封装等环节。 晶圆加工是制造MEMS传感器的首要步骤，其操作需要在净化的无尘环境下进行。 MEMS晶圆制造技术借鉴了集成电路基板的制造工艺，采用光阻制程、掩膜制程、蒸镀制程等方法，将感应元件、控制电路和连接引脚等集成制造在同一个芯片上。
腔体加工是将晶圆切割、腐蚀、粘接等工艺，形成传感器的腔体结构。这一工艺需要掌握刀刃削减、激光刻蚀、离子束蚀刻等技术。
导电层加工是将铜、铝等金属制成薄膜，并利用微影技术进行加工，形成压敏电阻或电容等元件的常用工艺之一。同时也有利用电子束或微射线的方法制造微型导体结构。
MEMS设计流程
MEMS，即微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems），是一种结合了微纳尺度机械、电子、光学和化学等多学科的综合技术。它用微米级别的结构制造出具有机械、电气和光学等特性的微尺度器件，广泛应用于传感器、执行器、生物医学、通信等领域。而MEMS的设计流程是指在设计MEMS器件时所需要进行的一系列步骤。本文将详细介绍MEMS设计流程。
1.需求分析：
在这一阶段，首先需要明确MEMS器件的使用环境、工作参数和性能指标等需求，包括温度范围、压力范围、灵敏度、响应时间等。然后根据需求制定设计目标，并进行可行性分析以确定是否可以通过MEMS技术实现。
2.概念设计：
在这一阶段，需要进行前期的整体概念设计，包括器件结构、布局和组成部分的选择等。通过综合考虑机械、电子、光学和化学等方面的效应，选择适合的工作原理和结构，确定设计的初步方案。
3.详细设计：
在这一阶段，需要对概念设计进行详细的设计和优化。包括结构和材料的选择、尺寸设计、布线设计、控制电路设计等。在设计过程中需要考虑到制造工艺的可行性和性能优化的权衡。
4.模拟仿真： 在这一阶段，需要利用CAD工具对设计进行三维建模，并通过有限元分析等仿真手段对器件性能进行评估。通过仿真可以预测器件的结构、电气和机械等性能，并进一步优化设计方案。
5.加工制造：
在这一阶段，需要选择适合的MEMS制造工艺，并进行样品的加工制造。MEMS制造工艺包括光刻、薄膜沉积、腐蚀、离子刻蚀、包封和封装等步骤。制造过程需要严格控制参数和工艺，确保器件的可靠性和稳定性。
6.测试验证：
在这一阶段，需要对加工制造好的器件进行测试验证。包括静态测试和动态测试。静态测试包括器件的结构、电气和机械等性能的测试；动态测试包括器件在各种工作状态下的性能测试和可靠性测试。通过测试可以验证设计的正确性和可靠性，并进行必要的调整和优化。
综上所述，MEMS的设计流程是一个从需求分析到测试验证的连续过程，需要经过需求分析、概念设计、详细设计、模拟仿真、加工制造和测试验证等多个阶段。在每个阶段都需要进行充分的分析和优化，以确保最终设计出符合要求的MEMS器件。同时，设计过程中需要充分考虑制造工艺的可行性和器件性能的优化，为成功完成MEMS器件的设计和制造奠定基础。
