GB-T 42709.5-2023 半導(dǎo)體器件 微電子機(jī)械器件 第5部分：射頻MEMS開(kāi)關(guān)

GB/T42709.5—2023/IEC第5部分：射頻MEMS開(kāi)關(guān)Semiconductordevices—Micro-electr國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局 1 1 13.1開(kāi)關(guān)操作術(shù)語(yǔ) 2 23.3驅(qū)動(dòng)方式術(shù)語(yǔ) 23.4開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)術(shù)語(yǔ) 23.5可靠性術(shù)語(yǔ) 33.6電特性術(shù)語(yǔ) 3 5 54.2應(yīng)用和規(guī)格說(shuō)明 54.3極限值和工作條件 5 64.5機(jī)械和環(huán)境特征 6 6 6 65.2直流特性 75.3射頻特性 5.4開(kāi)關(guān)特性 6可靠性 6.1通則 6.2壽命周期 6.3溫度循環(huán) 6.4高溫高濕試驗(yàn) 6.5沖擊試驗(yàn) 6.6振動(dòng)試驗(yàn) 6.7靜電放電敏感度試驗(yàn) 附錄B(資料性)射頻MEMS開(kāi)關(guān)的幾何結(jié)構(gòu) I附錄C(資料性)射頻MEMS開(kāi)關(guān)的封裝 附錄D(資料性)射頻MEMS開(kāi)關(guān)的失效機(jī)制 附錄E(資料性)射頻MEMS開(kāi)關(guān)的應(yīng)用 24附錄F(資料性)射頻MEMS開(kāi)關(guān)的測(cè)試程序 26Ⅱ 第19部分：電子羅盤(pán)本文件等同采用IEC62047-5:2011《半導(dǎo)體器件微電子機(jī)械器件第5部分：射頻MEMS Ⅲ——第6部分：薄膜材料軸向疲勞試驗(yàn)方法。目的在于規(guī)定MEMS薄膜材料的軸向疲勞試驗(yàn)——第13部分：MEMS結(jié)構(gòu)粘附強(qiáng)度試驗(yàn)方法。目的在于規(guī)定MEMS結(jié)構(gòu)的粘附強(qiáng)度試驗(yàn)-—第16部分：MEMS薄膜殘余應(yīng)力的晶圓曲率和懸臂梁撓度試驗(yàn)方法。目的在于規(guī)定VGB/T42709.5—2023/IEC620 第36部分：MEMS壓電薄膜的環(huán)境及介電耐受試驗(yàn)方法。目的在于規(guī)定MEMS壓電薄膜的 第38部分.MEMS互連中金屬粉末膏體粘附強(qiáng)度試驗(yàn)方法。目的在于規(guī)定MEMS互連中金 第40部分：MEMS慣性沖擊開(kāi)關(guān)閾值測(cè)試方法。目的在于規(guī)定MEMS慣性沖擊開(kāi)關(guān)的閾值V本文件適用于各種類型的射頻MEMS開(kāi)關(guān)，射頻MEMS開(kāi)關(guān)的一般說(shuō)明見(jiàn)附錄A。按接觸方式下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不GB/T4937.12—2018半導(dǎo)體器件機(jī)械和氣候試驗(yàn)方法第12部分：掃頻振動(dòng)(IEC60749-12:GB/T4937.27—2023半導(dǎo)體器件機(jī)械和氣候試驗(yàn)方法第27部分：靜電放電(ESD)敏感度測(cè)試機(jī)械模型(MM)(IEC60749-27:2012,IDT)IEC60747-1:2006半導(dǎo)體器件第1部分：總則(Semiconductordevices—Part1:General)IEC60747-16-1半導(dǎo)體器件第16-1部分：微波集成電路放大器(Semiconductordevices—IEC60747-16-4:2004半導(dǎo)體器件16-4部分：微波集成電路開(kāi)關(guān)(Semiconductordevices—Part16-4:MicrowaveinteIEC60749-5:2017)半導(dǎo)體器件機(jī)械和氣候試驗(yàn)方法第5部分：穩(wěn)態(tài)溫濕度偏置壽命試驗(yàn)(Semiconductordevices—MechanicalIEC60749-10:20222半導(dǎo)體器件機(jī)械和氣候試驗(yàn)方法第10部分：機(jī)械沖擊(Semiconductor1GB/T42709.5—2023/IEC62047-5:2011直流接觸式開(kāi)關(guān)d.c.contactswitch施加直流偏壓產(chǎn)生靜電力使可動(dòng)金屬板下拉到固定板實(shí)現(xiàn)信號(hào)通斷的開(kāi)關(guān)。當(dāng)偏置電壓去除單刀單擲開(kāi)關(guān)single-pole-single-throwswi單刀雙擲開(kāi)關(guān)single-pole-double-throw2單刀多擲開(kāi)關(guān)single-pole-multi-thro多刀多擲開(kāi)關(guān)multi-pole-multi-throwswitch;MPMT冷切換coldswitching熱切換hotswitching3GB/T42709.5—2023/IEC62047-5:在功率傳輸曲線P(dBm)=f(Pim)的線性區(qū)，指定端口反射功率(Pa)與同一端口入射功率4GB/T42709.5—2023/IEC按照IEC60747-16-4:2004的4.1。按照IEC60747-16-4:2004的4.2和4.3。輸入射頻MEMS開(kāi)關(guān)輸出接地5按照IEC60747-16-4:2004的4.4和4.5。按照IEC60747-16-4:2004的4.6。按照IEC60747-16-4:2004的4.8。按照IEC60747-1:2006的第8章。6測(cè)試直流驅(qū)動(dòng)電壓和射頻特性的電路圖如圖2所示。V連接被測(cè)器件的直流電壓表A連接被測(cè)器件的直流電流表信號(hào)放大器在隔離器之前控制電源向被測(cè)器件提供規(guī)定的偏置電壓注1:控制偏置電壓使射頻MEMS開(kāi)關(guān)在輸入和輸出端口之間變成開(kāi)或關(guān)的狀態(tài)。注2:使用隔離器的目的是保證測(cè)試被測(cè)器件功率穩(wěn)定，無(wú)需考慮輸入阻抗的失配問(wèn)題。使用偏置電源是為了過(guò)濾當(dāng)驅(qū)動(dòng)電極(一個(gè)可動(dòng)電極和一個(gè)固定電極)間的控制電壓持續(xù)升高時(shí)，射頻MEMS開(kāi)關(guān)的可動(dòng)板被下拉到固定板并保持理想的射頻特性時(shí)進(jìn)行測(cè)試。7GB/T42709.5—2023/IEC62047-5:2011圖3給出了測(cè)試輸入和輸出端口之間阻抗的電路圖。8GB/T42709.5—2023/IECRon=re(Zon) (1) (2)式中：測(cè)試步驟如下：a)應(yīng)校準(zhǔn)阻抗測(cè)試儀，消除阻抗分析儀、電纜和連接器的系統(tǒng)誤差；b)應(yīng)進(jìn)行開(kāi)路和短路校準(zhǔn)，開(kāi)路和短路阻抗為50Ω;c)對(duì)被測(cè)器件施加驅(qū)動(dòng)電壓，測(cè)試其阻抗；d)測(cè)試得到的阻抗的實(shí)部值作為導(dǎo)通電阻值，如5.2.2.3中所示。規(guī)定條件如下：a)環(huán)境溫度或基準(zhǔn)點(diǎn)溫度；b)偏置條件；c)被測(cè)端口。5.2.3導(dǎo)通電容/關(guān)斷電容(電容式)測(cè)試輸入和輸出端口在開(kāi)啟和關(guān)閉條件下的串聯(lián)電容。測(cè)試電路圖見(jiàn)圖3。開(kāi)啟電容C和關(guān)閉電容Co由輸入和輸出端口之間的阻抗計(jì)算得到，單位是法拉(F)。Com和C的電容值按照公式(3)和公式(4)計(jì)算：Con=-1/(w(im(1/Zon)))=-1/(2πf (3) (4)Zo和Zo——阻抗分析儀指示的數(shù)值；5.2.3.4測(cè)試步驟測(cè)試步驟如下：a)應(yīng)校準(zhǔn)阻抗測(cè)試儀，消除阻抗分析儀、電纜和連接器的系統(tǒng)誤差；b)應(yīng)進(jìn)行開(kāi)路和短路校準(zhǔn)，開(kāi)路和短路阻抗為50Ω;c)對(duì)被測(cè)器件施加驅(qū)動(dòng)電壓，測(cè)試其阻抗；d)測(cè)試得到的阻抗的虛部值除以測(cè)試得到的角頻率，如5.2.3.3中的w。9GB/T42709.5—2023/IEC620d)被測(cè)端口。GB/T42709.5—2023/IEC62047-5:2011圖4給出了用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試輸入和輸出端口之間射頻特性的電路圖。端口2電纜控制電源測(cè)試電纜被測(cè)器件圖4用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試輸入和輸出端口之間的射頻特性的電路圖射頻MEMS開(kāi)關(guān)輸入端口施加輸入功率時(shí)，測(cè)試傳輸?shù)捷敵龆丝诘墓β逝c入射功率的比值，即為射頻MEMS開(kāi)關(guān)的插入損耗。插入損耗通過(guò)測(cè)試S參數(shù)S?計(jì)算得到，通常用dB表示，它用兩個(gè)參量(通常為電壓、電流或功率)比率的對(duì)數(shù)形式表示，如公式(6)所Lim=-201g(|Sa|)(開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài))…………(6)當(dāng)不使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)，按照IEC60747-16-4:2004的5.2。測(cè)試步驟如下。a)測(cè)試框圖參見(jiàn)圖4,網(wǎng)絡(luò)分析儀射頻輸出端口1發(fā)出的射頻信號(hào)直接通過(guò)被測(cè)器件連接到端Liso=-20lg(|Sa?|)(開(kāi)關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài))…………(7)GB/T42709.5—2023/IEC62047測(cè)試電路圖見(jiàn)圖4?；夭〒p耗是測(cè)試得到的反射功率與入射功率的比值，通常用dB表示。通過(guò)測(cè)試S參數(shù)Sn計(jì)算Le=-20lg(|S?|) (9) (10)通過(guò)采用IEC60747-16-4:2004中5.4規(guī)定的相同方法測(cè)試回波損耗后，VSWR由公式(9)和公式(10)計(jì)算。當(dāng)使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)，使b)偏置條件按照IEC60747-16-4:2004的5.6。按照IEC60747-16-4:2004的5.6。按照IEC60747-16-4:2004的5.6。按照IEC60747-16-4:2004的5.6。頻MEMS開(kāi)關(guān)使用壽命的測(cè)試系統(tǒng)。信號(hào)發(fā)生器生成的射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器提供給射頻標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：被測(cè)器件射頻探測(cè)器計(jì)數(shù)器示波器——射頻MEMS開(kāi)關(guān)； 探測(cè)被測(cè)器件的輸出功率；射頻信號(hào)發(fā)生器——向信號(hào)放大器提供規(guī)定的射頻信號(hào)；信號(hào)放大器——向被測(cè)器件輸入端提供放大的信號(hào)電平；功率放大器——提供特定的放大功率以驅(qū)動(dòng)被測(cè)器件；函數(shù)發(fā)生器——為適當(dāng)?shù)墓β史糯笃魈峁┮欢ǖ墓δ芄β?；溫度控制器——控制被測(cè)器件處于規(guī)定的溫度范圍內(nèi)。熱切換隨著輸入功率信號(hào)的連續(xù)運(yùn)行而循環(huán)。熱切換測(cè)試可為了測(cè)試射頻功率自驅(qū)動(dòng)故障，宜將射頻功率施加到射頻MEMS開(kāi)關(guān)上并穩(wěn)定增加，直到開(kāi)關(guān)被驅(qū)動(dòng)為止。一旦射頻MEMS開(kāi)關(guān)被驅(qū)動(dòng)，就記錄射頻功率的水平。反射射頻信號(hào)從射頻MEMS開(kāi)關(guān)返回并通過(guò)環(huán)行器和衰減器進(jìn)入功率計(jì)。需對(duì)反射信號(hào)進(jìn)行測(cè)試以確定功率損耗的原因，尤其是在高頻范圍內(nèi)。圖6射頻MEMS開(kāi)關(guān)的功率容量的測(cè)試系統(tǒng)電路圖6.3溫度循環(huán)本試驗(yàn)通過(guò)在給定的時(shí)間周期里改變溫度以評(píng)價(jià)其可靠性。設(shè)置合適的試驗(yàn)的溫度和循環(huán)次數(shù)以保證射頻MEMS開(kāi)關(guān)的性能特性在試驗(yàn)期間是合格的。射頻MEMS開(kāi)關(guān)應(yīng)在根據(jù)應(yīng)用需求確定的溫度范圍下進(jìn)行試驗(yàn)。射頻MEMS開(kāi)關(guān)應(yīng)在規(guī)定范圍的周期內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。6.4高溫高濕試驗(yàn)按照IEC60749-10:2022。按照GB/T4937.12—2018。GB/T42709.5—2023/IEC62047-5:(資料性)前使用的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)[場(chǎng)效應(yīng)管(場(chǎng)效應(yīng)晶體管),二極管開(kāi)關(guān)]。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)有功率處理能力低、非線電容接觸式。這意味著，使用不同的驅(qū)動(dòng)機(jī)制、接觸方式和電路可以實(shí)現(xiàn)至少32種不同類型的射頻射頻MEMS開(kāi)關(guān)具有機(jī)電繼電器的性能優(yōu)勢(shì)和固態(tài)開(kāi)關(guān)諸如砷化鎵(GaAs)場(chǎng)效應(yīng)晶體管和二極它們的寬帶頻率特性是其他開(kāi)關(guān)不具有的優(yōu)點(diǎn)(這意味著它們可以在很寬的頻率范圍內(nèi)工作)。射頻求的應(yīng)用中。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和射頻MEMS開(kāi)關(guān)性能對(duì)比見(jiàn)表A.1。射頻MEMS開(kāi)關(guān)高低隔離度弱強(qiáng)開(kāi)關(guān)時(shí)間快(ns級(jí))慢(μs級(jí))低可忽略(靜電、壓電)低高，低(電磁、壓電)差近似10?帶寬窄寬ZRZR0-ZR.金屬觸點(diǎn)a)剖面圖b)等效電路模型a)剖面圖b)等效電路模型GB/T42709.5—2023/IEC62047-5:2011絕緣層、a)剖面圖b)等效電路模型圖B.3并聯(lián)直流接觸射頻MEMS開(kāi)關(guān)圖B.4給出了有一個(gè)接觸點(diǎn)的串聯(lián)電容式射頻MEMS開(kāi)關(guān)的示意圖。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓施加在可動(dòng)金a)剖面圖b)等效電路模型圖B.5給出了并聯(lián)電容式射頻MEMS開(kāi)關(guān)的示意圖。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓施加在上可動(dòng)金屬板和信號(hào)線a)剖面圖