中心議題：

• 介紹新型MEMS解決方案
• 總結MEMS開關技術的發展優勢與趨勢

解決方案：

• DPDT開關在封裝內集成兩個獨立的SPDT開關，減小整個開關系統的尺寸、成本和復雜性
• SP4T開關通過集成柵電阻的方式最大限度地減小整個開關的尺寸
• 26.5GHz的SPDT開關實現信號完整性極高的開關控制，支持數據速率達20Gbps以上的差分信號應用

由于MEMS開關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的封裝技術能夠實現極小的外形尺寸。采用已有的批量制造技術，并且積極改進工藝從而在產量增大時迅速降低器件成本，MEMS開關的生產可以形成較大的規模。在MEMS開關的制造過程中采用自適應半導體質量控制技術能夠實現可與其他半導體器件相媲美的質量(缺陷水平為ppm量級)，不斷提高MEME開關的壽命可靠性。
　　
這使得MEMS開關相比其他開關技術具有更顯著的優勢。相比其他機械式繼電器(機電式和簧片式繼電器)，MEMS開關的尺寸更小，介入損耗更低，帶寬更大，開關速度更快。相比半導體開關(FET和PIN二極管)，MEMS開關具有更低的介入損耗、更高的線性度、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開關的研究與應用才剛剛開始，今后有望更進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開關產品，以應對面臨的開關技術挑戰。其中包括為已有的7GHz開關系列增加了一種DPDT(雙刀雙擲)和SP4T開關，以及一種最新的高性能26.5GHz SPDT開關。DPDT開關在一個封裝內集成了兩個獨立的SPDT開關，減小了整個開關系統的尺寸、成本和復雜性。通過在柵線內(在器件封裝內)集成薄膜電阻進一步壓縮了器件尺寸，尤其有利于構建內含數百只開關的ATE應用(例如DUT負載板)。所有三種開關都提供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開關一樣，SP4T開關通過集成柵電阻的方式最大限度地減小了整個開關的尺寸。SP4T采用這種合成結構能夠在mini-BGA封裝內實現之前只能由同軸機電式繼電器實現的相同功能。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)，還支持無線系統的頻帶與濾波器開關應用，這類應用通常需要低介入損耗、高線性度和低功耗。SP4T開關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開關矩陣，代替使用同軸開關的機架式系統。
 

　　圖3：7GHz SP4T開關的性能。
　　
高性能26.5GHz SPDT開關大大增強了TeraVicta系列開關產品的性能。如圖4中的SEM圖所示，這種開關在SPDT開關的每條腿上集成了雙HFDA，在柵線中集成了薄膜電阻，在開關柱(switch beam)上集成了偏壓電阻[3]。采用相同的HFDA技術能夠確保這種26.5GHz開關與之前的7GHz系列開關產品具有同樣的可靠性、功率處理性能和線性度。
 

　　圖4：26.5GHz SPDT開關的SEM圖。
它在SPDT開關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開關的射頻性能如圖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的整個開關帶寬內，其回波損耗優于17dB。根據上述特性，這款26.5GHz的SPDT開關能夠在15Gbps以上帶寬的應用中實現信號完整性極高的開關控制，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協議，例如SRIO(serial rapid IO，串行高速IO)、PCIe(PCI Express)和10Gb以太網(10GE/OC-192)。
 

　　圖5：26.5GHz SPDT開關的典型射頻性能。
　　
本文小結
數字測試、儀器和無線通信領域的新興應用需要高性能的開關產品。未來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性度。以TeraVicta為代表的開關產品供應商將繼續利用MEMS開關技術的優勢，推動新一代開關產品的發展，滿足最新應用的需求。