經過20年開發，MEMS射頻開關有望走向手機

射頻微機電係統實現“理想開關(guan) ”。

20 年前，射頻電路的專(zhuan) 業(ye) 工程師設想了一種“理想開關(guan) ”。這種開關(guan) 在“接通”時的電阻非常低，在“斷開”時的電阻非常高，它體(ti) 積小巧、速度快，便於(yu) 製造，能夠切換相當大的電流，可以耐受數十億(yi) 次開關(guan) 轉換，開關(guan) 隻需很少的電力。它還能毫無失真地傳(chuan) 導數十至數百千兆赫的信號（近乎完美的線性度）。

這並不是空想，這一大型新興(xing) 產(chan) 業(ye) 市場已準備就緒。伴隨微機電係統（MEMS）持續取得突破性進展，美國和歐洲的大型項目如雨後春筍般湧現。很多項目都得到了美國國防部高級研究計劃局（DARPA）或歐盟 越網絡（European Union Network of Excellence）的資助。進入 21 世紀後，經過長時間且動蕩的技術開發之後，現在，射頻微機電係統（RF MEMS）開關(guan) 終於(yu) 要走向商業(ye) 成功了。

在美國，有兩(liang) 家公司可能會(hui) 快速發展並在競爭(zheng) 激烈的市場中站穩腳跟。其一是通用創投的子公司 Menlo Micro，位於(yu) 加州爾灣市。該公司的聯合創始人兼高級副總裁克裏斯•喬(qiao) 瓦尼埃洛（Chris Giovaniello）表示，他們(men) 在航空航天業(ye) 、軍(jun) 事和無線網絡基礎設施行業(ye) 有 30 多個(ge) 客戶。同時，矽穀還有一家名為(wei) Cavendish Kinetics 的公司，該公司致力於(yu) 開發用於(yu) 智能手機的 RF MEMS 開關(guan) 。2019 年 10 月，該公司被無線設備和係統（很多都用於(yu) 智能手機）的l先製造商 Qorvo 公司收購。雖然有關(guan) 收購的具體(ti) 條款並未公布，但 Cavendish 公司已在至少三輪融資中籌集了超過 5800 萬(wan) 美元的資金。

這一成功經曆了漫長而動蕩的時光，其間時而希望高漲，時而希望渺茫。“許多公司都進行了嚐試，隻有這兩(liang) 家公司成功了，它們(men) 很幸運。可能有 20 家公司都失敗了，這就是現實。對於(yu) 科技創業(ye) 公司，10%的成功率是很正常的。”RF MEMS 研發x驅、加州大學聖地亞(ya) 哥分校的電氣工程學教授加布裏埃爾•雷貝茲(zi) （Gabriel Rebeiz）說。

新設備結合了機電繼電器開關(guan) 的 佳功能（超低電阻和漏電電流以及非常高的線性度）與(yu) 半導體(ti) 開關(guan) 的一些優(you) 點（體(ti) 積小、可靠性非常高，堅固耐用）。從(cong) 概念上說，這種設備與(yu) 繼電器開關(guan) 類似。在操作中，靜電力將導電梁（也稱為(wei) 執行器或懸臂）拉向電觸點。繼電器的動作是由電磁體(ti) 觸發的，RF MEMS 開關(guan) 則不同，它使用 50 至 100 伏的直流電壓來產(chan) 生靜電場，將導電梁拉至電觸點。由於(yu) 電場是靜態的，因此電流和功耗非常低。

喬(qiao) 瓦尼埃洛說，難的技術挑戰是找到一種可承受數十億(yi) 次反複彎曲的導電合金。他說：“真正的問題是執行器，為(wei) 了解決(jue) 這個(ge) 問題，通用公司付出很大努力來開發合金。我們(men) 已經開發了一些高導電性的專(zhuan) 有合金，這些合金非常適合繼電器，但是其機械強度*，非常像多晶矽。”

他補充說：“幾十年來，通用公司在用於(yu) 噴氣發動機的合金方麵做了很多工作，實際上，正是其中一些人幫助我們(men) 解決(jue) 了一些基本的可靠性問題。”Menlo 公司尚未透露其合金的成分，但是，大約 5 年前通用和 Menlo 公司的工程師所撰寫(xie) 的研究論文表明，他們(men) 當時正在分別研究鎳合金和金合金。

與(yu) 此同時，Qorvo 公司則正在以智能手機內(nei) 部的應用為(wei) 目標（Menlo Micro 也是如此）。Qorvo 的技術開發總監朱裏奧•科斯塔（Julio Costa）說，每年智能手機的成交量約為(wei) 15 億(yi) 部，這是一個(ge) 巨大的市場，對器件的要求也極為(wei) 嚴(yan) 格。“手機是人們(men) 日常生活中的重要組成部分，因此，如果（新器件）不可靠，就無法使用。”

科斯塔解釋說，智能手機中的設備有幾種主要的用途。Qorvo 追求的d一個(ge) 用途是天線調諧。為(wei) 了適應無線網絡從(cong) 4G 過渡到 5G 不斷增多的頻帶，現代智能手機多要有 8 根天線。為(wei) 了更好地實現天線與(yu) 頻率的匹配，嵌入天線的開關(guan) 可以更改配置，接入電容或電感等諧振元件，實現天線響應的微調。目前針對這種應用，手機製造商使用的是基於(yu) 絕緣矽片（SOI）技術的半導體(ti) 開關(guan) 。但 MEMS 器件的頻率和線性度可能更高，可成為(wei) 很有吸引力的替代方案，特別是對某些 5G 頻段，科斯塔說。他希望“在幾年內(nei) ”能夠將這些開關(guan) 集成到手機中。

喬(qiao) 瓦尼埃洛在一次遠程采訪中說，無線網絡、雷達和儀(yi) 器儀(yi) 表的應用僅(jin) 僅(jin) 是開始。他聲稱，Menlo Micro 已經利用一種微型開關(guan) 實現了傳(chuan) 導 20 安培電流，他設想該設備將來可作為(wei) 一種“可複位的、電子控製的熔斷器”。

他補充說：“每隔幾代人，都會(hui) 出現一種新技術，為(wei) 製造開關(guan) 提供一種不同的方式。我們(men) 多麽(me) 喜歡描繪這種理想的開關(guan) 技術。它是機械和半導體(ti) 領域 優(you) 精品的結合，但終，它是一種製造開關(guan) 的新工藝技術，我們(men) 和夥(huo) 伴將在未來 10 年內(nei) 生產(chan) 成百上千種不同的產(chan) 品。”

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