在曩昔的30年间，MEMS开关被一起认为是功能有限的机电式继电器的优胜替代品。 透过易于运用、能够以丢失最小的情况下，牢靠的进行从0 Hz/dc至数百GHz路由的小型开关，因此彻底改动了电子体系完成的办法。
此功能上的优势会对很多设备类型与运用规模形成冲击。 透过MEMS开关技能，让电子量测体系、国防体系运用以及健康照护设备得以在功能与外型上完成以往难以达到的水平。
树立巨大产品工作
现代的开关技能都具有其缺陷，因此没有一项技能能够成为抱负的解决方案。 继电器的缺陷包含了狭隘带宽、有限的致动寿数、有限的信道数量以及大型的包装尺度。 相较于继电器，MEMS技能一直都具有供给国际级RF开关功能的潜力，以及在细巧外型中完成牢靠度的数量级前进。
许多测验开发MEMS开关技能的公司都是现已有牢靠的产品量产时投入，却因这个应战遭到阻止。 首要跨入MEMS开关研讨的公司之一便是Foxboro公司，在1984年就提交了国际第一个机电式MEMS开关专利。 ADI从1990年开端就现已以前期学术项目跨入了MEMES开关技能的研讨；在1998年时，ADI就现已开宣布导向前期原型的MEMS开关规划；而在2011年时，ADI关于其MEMS开关方案做了大幅的出资，由此带动了ADI自身最先进MEMS开关制作设备的建构。
现在，ADI现已有才能供给业界所需「可量产」、「高牢靠」、「高功能」、「细巧外型」的MEMS开关，藉以替代现已过期的继电器技能。
ADI在MEMS方面具有丰厚的阅历。 ADI首款成功的开发、出产以及在全球商业化的MEMS加速度计产品是在1991年宣布的ADXL50加速度计；ADI在2002年宣布首款整合式MEMS陀螺仪-ADXRS150。 以此为开端，ADI树立了巨大的MEMS产品工作以及无与伦比的名誉，能够出产出牢靠、高功能的MEMS产品。 ADI现已出产了超越十亿个运用于轿车、工业与消费性运用设备的惯性传感器。 正是如此的血缘带来了阅历与信赖，驱动MEMS开关技能的完成。
MEMS开关的根底
ADI的MEMS开关技能的中心便是静电致动，悬臂梁开关组件的概念。 在本质上，它能够被视为是微米级机械继电器，具有能够透过静电致动的金属对金属接点。
该开关被链接在三组终端的组态设定傍边。 在功能性上，终端能够被视为是源极、闸极、以及汲极等。 图一中所示为A情况之开关的简化图形出现，显现该开关处于封闭的方位。 当施以dc电压至闸极时，在开关梁会生成静电的下拉力气。
相同的静电下拉力气能够在平行板电容器中看到，具有会互相彼此招引的正电荷板与负电荷板。 当闸极电压递加到满足高的值，它就会发生出满足的招引力（赤色箭头）来战胜开关梁的电阻绷簧力，而开关梁就会开端下移直到接点碰触到汲极。 这个情况显现于图一傍边的B情况。 如此就完成了源极与汲极之间的电路，而开关现在是敞开的情况。 将开关梁往下拉所需的实践力气与悬臂梁的绷簧常数以及其关于移动的抵抗力有关。
请注意，即便是在敞开方位上，开关梁依然会有将开关往上拉动的绷簧力（蓝色箭头），可是只需向下拉动的静电力气比较大，那么开关就会维持在敞开的情况。 最终，当闸极电压被移除时（图一中的C情况），也便是在闸极电极上0 V，静电招引力也会跟着消失，而开关梁会以具有满足回复力（蓝色箭头）的绷簧而动作，敞开源极与汲极之间的链接，然后回返至本来的封闭方位。
图一 ： MEMS开关致动程序，A与C代表开关封闭，B代表敞开
图二中所示为运用MEMS技能制作开关的四个首要过程。 该开关是以高电阻率的硅芯片（具有沈积在顶部的厚电介质层以供给与下方基板的优胜电气阻隔）所建构。 运用了规范的后端CMOS内部链接制程完成与MEMS开关的内部链接。 低电阻率金属与多晶硅都被用来制作与MEMS开关的电气链接，并且都被嵌入至电介质层傍边。
以赤色标明的金属导孔是用来供给与开关输入、输出的链接，以及供给闸极电极给芯片中任何方位的引线接合焊盘。 悬臂MEMS开关自身便是运用献身层予以外表微加工处理，藉以在悬臂梁之下树立空气空隙。 悬臂开关梁结构与接合焊盘都是运用黄金制作的。 开关接点与闸极电极都是运用低电阻的薄金属制成的，沈积在电介质外表上。
图二 ： MEMS开关制作的概观
引线接合焊盘也是运用上述的过程建构的。 黄金引线接合是用来将MEMS芯片链接至金属引线结构，封装至塑料四边扁平无接脚（QFN）芯片傍边，使其易于外表黏着于PCB上。 该芯片不会遭到任何一种封装技能类型的约束。 这是由于有高电阻率硅帽接合至MEMS芯片，在MEMS开关组件外围形成了密封维护外壳。 以此方法将开关密闭包覆能够前进开关关于环境的耐受度以及周期寿数，不管所运用的外部封装技能为何。
图三中所示为四组在单刀四掷（SP4T）乘法器组态设定下的MEMS开关。 每组开关梁具有五组并联的奥姆接点，用以在开关封闭时下降电阻与前进电力的处理。
图三 ： 显现四组悬臂开关梁的特写图形（SP4T组态设定）
好像一开端所说到的，MEMS开关需求高dc驱动电压以静电方法致动开关。 为了要尽或许的让零件易于运用并且更进一步的确保其功能，ADI现已规划了调配的驱动器IC，用以生成高dc电压并且与MEMS开关一起封装在一个QFN傍边。
此外，发生出来的高致动电压会以受控的方法被施加于开关的闸极电极上。 它会在微秒时刻尺度内递加至高电压。 递加的方法有助于操控开关梁怎么被招引以及下拉，并且改进开关的致动性、牢靠度、与周期寿数。
图四中所示为QFN封装傍边处于原位的驱动器IC与MEMS芯片。 驱动器IC只需求低电压、低电流供电，并且与规范CMOS逻辑驱动电压兼容。 此一起包装的驱动器让开关十分的易于运用，并且其只要十分低的电力需求：在10 mW 至20 mW的区域内。
图四 ： 驱动IC（左边），MEMS开关芯片（右侧）被黏着和线焊至金属导线架上
MEMS开关的牢靠度
任何新技能的要害性准则便是其终究有多牢靠，这点ADI十分清楚。 新的MEMS技能出产制程便是完成组织巩固、高功能开关规划开发的根底。 以此调配密封的硅掩盖制程，关于供给确实牢靠的长效MEMS开关而言是适当要害的。
为了要成功的将MEMS开关带向商业化，需求针对MEMS进行广泛的牢靠度测验，像是开关操作循环、寿数测验、以及机械轰动测验等。 除了这个查验，以及为了尽或许确保最高的质量之外，零件都现现已过全规模的规范IC牢靠度测验加以验证。
在RF仪器运用中，满足长的开关致动寿数是最为重要的。 相较于机电继电器，MEMS技能的开发现已为周期寿数带来了数量级的改进。 在85 °C下的高温作业寿数（HTOL I）测验以及前期失效（ELF）判定测验能够严厉的确保零件的周期寿数。
继续敞开寿数（COL）功能是另一项MEMS开关技能的要害参数。 举例来说，RF仪器开关的运用方法能够改动，而开关能够有更多时刻停留在敞开情况。 ADI现已体认到这项现实，并且针对MEMS开关技能致力于完成杰出的COL寿数功能，藉以减轻寿数危险。 从开始的50 °C 下7年COL寿数功能水平至今，ADI现已进一步的开宣布能够供给抢先同级产品，具有85 °C下10年COL的技能。
MEMS开关技能现现已历了一整套的机械经用性认证测验。 表1傍边列举了一共5项测验，用以确保MEMS开关的机械耐久性。 由于MEMS开关组件的细巧尺度与低惯性，因此很显着的远较机电继电器经用。
强壮的功能优势
MEMS开关的要害性力气，便是它能够在细巧的外表装置外型上一起供给0 Hz/dc的精细度与宽带RF功能以及杰出的牢靠度vs. 继电器。
任何开关技能的最重要质量因子之一，便是单一开关的导通电阻乘以封闭电容。 通常会将此称作RonCoff系数，并且以飞秒（femtoseconds）加以表明。 当RonCoff下降时，开关的插入损耗也会随之削减，而封闭阻隔就会取得改进。 关于单一开关单元，ADI MEMS开关技能的RonCoff系数小于8，此将能够确保其做为技能挑选的位置，从而完成国际级的开关功能。
此根本的优势即可用来达到优胜的RF功能位准，再调配上慎重的规划。 图五所示为针对原型QFN，单刀双掷（SPDT）MEMS开关进行量测所得的插入损耗以及封闭阻隔。 插入损耗在26.5 GHz下只要1 dB，并且在QFN封装傍边现已完成了超越32 GHz的带宽。
图五 ： SPDT MEMS开关功能，选用QFN封装
图六所示为来自于原型插入损耗与封闭阻隔的更广阔频率扫描，在芯片单刀双掷（SPST）开关的探丈量测中。 在40 GHz下，1 dB的插入损耗与– 30 dB区域的封闭阻隔就能够达到。
图六 ： 在裸芯片勘探的量测下，SPST MEMS开关功能
此外，MEMS开关的规划自身就能够在以下的范畴中供给十分高的功能：
**精细dc功能：小于2 Ω RON、0.5 nA的封闭漏泄、以及– 110 dBc的总谐波失真（THD + N）的精细功能位准现已取得完成，具有以波束与基板优化为根底而改进一切位准的潜力。
**线性度功能：高于69 dBm的三阶截断点（IP3）位准以27 dBm的输入腔调加以完成。 在整个作业频率波段上还有添加超越75 dBm的潜力。
**致动寿数：确保最少10亿次致动周期。 此现已远超越现在商场上的机械继电器～一般额定值低于一千万次周期。
**电源处理（RF /dc）：超越40 dBm的电源现已在整个作业频率波段中通过测验，并且在较低或是较高的频率中不会降级。 在dc信号方面，此开关技能能够通过200 mA以上的电流。
最终，具有细巧尺度的解决方案通常是一切商场共通的要害需求。 MEMS于此再次的供给了有目共睹的优势。 图七所示为通过封装的ADI SP4T（四组开关）MEMS开关规划与典型DPDT（四组开关）机电继电器的等比例比较。
以体积来说，空间的节约适当显着。 在此情况下MEMS开关只需求继电器体积的5％。 此十分细巧的尺度会明显的带动电路板空间的节约，特别是双面电路板开发的完成。 关于轿车测验设备出产厂商而言，这点特别的有其价值，由于更高的信道密度是至为重要的。
图七 ： 运用导线架芯片封装的ADI MEMS开关（四组开关）相较于典型的机电RF继电器（四组开关）
定论
ADI所开宣布来的MEMS开关技能在开关功能与尺度的减缩上有了腾跃式的前进。 同级产品中最佳的功能：从0 Hz/dc 到Ka波段乃至以上、相较继电器数量级的循环寿数改进、杰出的的线性度、十分低的电力需求、以及芯片等级封装的供货等，都使得ADI的MEMS开关技能为ADI的开关全产品系列带来了革命性的新品项。
