RF MEMS開關是一種小型微機械開關，具有低功耗，可以使用傳統的MEMS制造技術生產。它們類似于房間里的開關，通過打開或關閉接觸點來傳導信號。

在RF MEMS設備的情況下，開關的機械部件僅有幾微米大小。與普通開關不同的是，RF MEMS開關傳導的信號處于射頻范圍內。

一、RF開關技術

可以使用許多不同的技術來實現RF開關。有兩種主要的RF開關類型與RF MEMS開關競爭：機電式RF開關和固態RF開關。

固態開關使用半導體技術來運作，例如硅或PIN二極管、場效應晶體管（FET）和混合技術（結合了PINS和FET），并采用基于硅的襯底制造。

RF MEMS開關則與不斷提高的基于RF-SOI（絕緣體上的硅）的開關競爭，后者是目前市場上的主流解決方案。

有許多類型的RF MEMS開關，并且它們可以使用不同的機制來驅動（或翻轉）。由于低功耗和小尺寸，電靜力驅動常用于RF MEMS開關設計中。MEMS開關也可以使用慣性、電磁、電熱或壓電力來打開或關閉。

圖1和圖2展示了典型的“懸臂梁”RF MEMS開關。在這種配置中，一個固定梁懸掛在基底上。當梁被壓下時，梁上的電極接觸基底上的電極，使開關處于“開”狀態并完成電路。

圖 1：懸臂梁式 RF-MEMS 開關（由參考資料 1 提供）

圖 2：來自 CoventorMP? 的懸臂梁 RF 開關模型，顯示了開啟和關閉驅動狀態

二、電容式 MEMS 射頻開關

最新一代的 RF MEMS 開關主要是基于電容的設備。電容開關使用電容耦合工作，非常適合高頻 RF 應用。在操作過程中，一個力被施加到一個像橋梁一樣懸掛在基板上的梁上。當光束被力（例如靜電力）拉下時，光束接觸基板上的電介質，信號終止。圖 3 顯示了“橋”型電容式開關的橫截面，圖 4 顯示了處于未變形狀態的電容式 RF MEMS 開關的 CoventorMP? 3D 模型。

圖 3：橋式電容式 RF-MEMS 開關（提供，參考文獻 1）

圖 4：橋式射頻開關的 CoventorMP? 模型處于未變形的“向上”狀態

三、射頻 MEMS 商業化

射頻 MEMS 開關的開發早在 20 多年前就開始了，但當時的市場成功率有限。早期商業化的主要障礙是可靠性。射頻開關需要經受數十億次開關循環。尋找足夠堅硬以維持大量開關循環，同時又足夠柔軟以在關閉時形成良好接觸的材料一直是一項挑戰。

射頻 MEMS 開關（最值得注意的是它們的電極）需要一種基于機械材料復合層的制造技術。RF MEMS 開關的可靠性受這些復合材料中的電應力和機械應力以及溫度依賴性和對沖擊和振動的敏感性的影響。

下一代電信系統和智能手機對 RF MEMS 開關和其他 RF MEMS 器件的需求不斷增長。根據 Yole Développement 最近的一份報告，RF MEMS 設備市場預計將在 2018 年至 2024 年間增長約 100%。

Yole 指出，由于 5G 設備需要有源天線，5G 通信的發展將增加對 RF MEMS BAW 濾波器等基于 MEMS 設備的需求。此外，RF MEMS 振蕩器將用于部署與 5G 相關的新基站和邊緣計算。

四、結論

由于其機械特性，RF MEMS 開關與現有技術相比具有多項優勢，包括閉合時的電阻非常低，打開時的電阻非常高。RF-MEMS 開關具有尺寸小、功率要求低、切換時間快、信號損耗低、關斷狀態隔離度高、電路規模集成能力等優勢。頻率在數十 GHz 范圍內的 RF-MEMS 開關將廣泛用于未來的電信系統，例如 5G 移動蜂窩通信，特別是隨著新的制造工藝和材料變得更容易獲得。作為下一代 5G 和其他電信系統的一部分，RF MEMS 設備（包括 RF MEMS 開關）將經歷顯著增長。