GB-T 42709.5-2023 半导体器件 微电子机械器件 第5部分：射频MEMS开关

GB/T42709.5—2023/IEC第5部分：射频MEMS开关Semiconductordevices—Micro-electr国家市场监督管理总局 1 1 13.1开关操作术语 2 23.3驱动方式术语 23.4开关网络结构术语 23.5可靠性术语 33.6电特性术语 3 5 54.2应用和规格说明 54.3极限值和工作条件 5 64.5机械和环境特征 6 6 6 65.2直流特性 75.3射频特性 5.4开关特性 6可靠性 6.1通则 6.2寿命周期 6.3温度循环 6.4高温高湿试验 6.5冲击试验 6.6振动试验 6.7静电放电敏感度试验 附录B(资料性)射频MEMS开关的几何结构 I附录C(资料性)射频MEMS开关的封装 附录D(资料性)射频MEMS开关的失效机制 附录E(资料性)射频MEMS开关的应用 24附录F(资料性)射频MEMS开关的测试程序 26Ⅱ 第19部分：电子罗盘本文件等同采用IEC62047-5:2011《半导体器件微电子机械器件第5部分：射频MEMS Ⅲ——第6部分：薄膜材料轴向疲劳试验方法。目的在于规定MEMS薄膜材料的轴向疲劳试验——第13部分：MEMS结构粘附强度试验方法。目的在于规定MEMS结构的粘附强度试验-—第16部分：MEMS薄膜残余应力的晶圆曲率和悬臂梁挠度试验方法。目的在于规定VGB/T42709.5—2023/IEC620 第36部分：MEMS压电薄膜的环境及介电耐受试验方法。目的在于规定MEMS压电薄膜的 第38部分.MEMS互连中金属粉末膏体粘附强度试验方法。目的在于规定MEMS互连中金 第40部分：MEMS惯性冲击开关阈值测试方法。目的在于规定MEMS惯性冲击开关的阈值V本文件适用于各种类型的射频MEMS开关，射频MEMS开关的一般说明见附录A。按接触方式下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不GB/T4937.12—2018半导体器件机械和气候试验方法第12部分：扫频振动(IEC60749-12:GB/T4937.27—2023半导体器件机械和气候试验方法第27部分：静电放电(ESD)敏感度测试机械模型(MM)(IEC60749-27:2012,IDT)IEC60747-1:2006半导体器件第1部分：总则(Semiconductordevices—Part1:General)IEC60747-16-1半导体器件第16-1部分：微波集成电路放大器(Semiconductordevices—IEC60747-16-4:2004半导体器件16-4部分：微波集成电路开关(Semiconductordevices—Part16-4:MicrowaveinteIEC60749-5:2017)半导体器件机械和气候试验方法第5部分：稳态温湿度偏置寿命试验(Semiconductordevices—MechanicalIEC60749-10:2022²半导体器件机械和气候试验方法第10部分：机械冲击(Semiconductor1GB/T42709.5—2023/IEC62047-5:2011直流接触式开关d.c.contactswitch施加直流偏压产生静电力使可动金属板下拉到固定板实现信号通断的开关。当偏置电压去除单刀单掷开关single-pole-single-throwswi单刀双掷开关single-pole-double-throw2单刀多掷开关single-pole-multi-thro多刀多掷开关multi-pole-multi-throwswitch;MPMT冷切换coldswitching热切换hotswitching3GB/T42709.5—2023/IEC62047-5:在功率传输曲线P(dBm)=f(Pim)的线性区，指定端口反射功率(Pa)与同一端口入射功率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。输入射频MEMS开关输出接地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测试直流驱动电压和射频特性的电路图如图2所示。V连接被测器件的直流电压表A连接被测器件的直流电流表信号放大器在隔离器之前控制电源向被测器件提供规定的偏置电压注1:控制偏置电压使射频MEMS开关在输入和输出端口之间变成开或关的状态。注2:使用隔离器的目的是保证测试被测器件功率稳定，无需考虑输入阻抗的失配问题。使用偏置电源是为了过滤当驱动电极(一个可动电极和一个固定电极)间的控制电压持续升高时，射频MEMS开关的可动板被下拉到固定板并保持理想的射频特性时进行测试。7GB/T42709.5—2023/IEC62047-5:2011图3给出了测试输入和输出端口之间阻抗的电路图。8GB/T42709.5—2023/IECRon=re(Zon) (1) (2)式中：测试步骤如下：a)应校准阻抗测试仪，消除阻抗分析仪、电缆和连接器的系统误差；b)应进行开路和短路校准，开路和短路阻抗为50Ω;c)对被测器件施加驱动电压，测试其阻抗；d)测试得到的阻抗的实部值作为导通电阻值，如5.2.2.3中所示。规定条件如下：a)环境温度或基准点温度；b)偏置条件；c)被测端口。5.2.3导通电容/关断电容(电容式)测试输入和输出端口在开启和关闭条件下的串联电容。测试电路图见图3。开启电容C和关闭电容Co由输入和输出端口之间的阻抗计算得到，单位是法拉(F)。Com和C的电容值按照公式(3)和公式(4)计算：Con=-1/(w(im(1/Zon)))=-1/(2πf (3) (4)Zo和Zo——阻抗分析仪指示的数值；5.2.3.4测试步骤测试步骤如下：a)应校准阻抗测试仪，消除阻抗分析仪、电缆和连接器的系统误差；b)应进行开路和短路校准，开路和短路阻抗为50Ω;c)对被测器件施加驱动电压，测试其阻抗；d)测试得到的阻抗的虚部值除以测试得到的角频率，如5.2.3.3中的w。9GB/T42709.5—2023/IEC620d)被测端口。GB/T42709.5—2023/IEC62047-5:2011图4给出了用网络分析仪测试输入和输出端口之间射频特性的电路图。端口2电缆控制电源测试电缆被测器件图4用网络分析仪测试输入和输出端口之间的射频特性的电路图射频MEMS开关输入端口施加输入功率时，测试传输到输出端口的功率与入射功率的比值，即为射频MEMS开关的插入损耗。插入损耗通过测试S参数S₂计算得到，通常用dB表示，它用两个参量(通常为电压、电流或功率)比率的对数形式表示，如公式(6)所Lim=-201g(|Sa|)(开关处于导通状态)…………(6)当不使用矢量网络分析仪时，按照IEC60747-16-4:2004的5.2。测试步骤如下。a)测试框图参见图4,网络分析仪射频输出端口1发出的射频信号直接通过被测器件连接到端Liso=-20lg(|Sa₁|)(开关处于关断状态)…………(7)GB/T42709.5—2023/IEC62047测试电路图见图4。回波损耗是测试得到的反射功率与入射功率的比值，通常用dB表示。通过测试S参数Sn计算Le=-20lg(|S₁|) (9) (10)通过采用IEC60747-16-4:2004中5.4规定的相同方法测试回波损耗后，VSWR由公式(9)和公式(10)计算。当使用矢量网络分析仪时，使b)偏置条件按照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。频MEMS开关使用寿命的测试系统。信号发生器生成的射频信号经过功率放大器提供给射频标引序号说明：被测器件射频探测器计数器示波器——射频MEMS开关； 探测被测器件的输出功率；射频信号发生器——向信号放大器提供规定的射频信号；信号放大器——向被测器件输入端提供放大的信号电平；功率放大器——提供特定的放大功率以驱动被测器件；函数发生器——为适当的功率放大器提供一定的功能功率；温度控制器——控制被测器件处于规定的温度范围内。热切换随着输入功率信号的连续运行而循环。热切换测试可为了测试射频功率自驱动故障，宜将射频功率施加到射频MEMS开关上并稳定增加，直到开关被驱动为止。一旦射频MEMS开关被驱动，就记录射频功率的水平。反射射频信号从射频MEMS开关返回并通过环行器和衰减器进入功率计。需对反射信号进行测试以确定功率损耗的原因，尤其是在高频范围内。图6射频MEMS开关的功率容量的测试系统电路图6.3温度循环本试验通过在给定的时间周期里改变温度以评价其可靠性。设置合适的试验的温度和循环次数以保证射频MEMS开关的性能特性在试验期间是合格的。射频MEMS开关应在根据应用需求确定的温度范围下进行试验。射频MEMS开关应在规定范围的周期内进行试验。6.4高温高湿试验按照IEC60749-10:2022。按照GB/T4937.12—2018。GB/T42709.5—2023/IEC62047-5:(资料性)前使用的半导体开关[场效应管(场效应晶体管),二极管开关]。半导体开关有功率处理能力低、非线电容接触式。这意味着，使用不同的驱动机制、接触方式和电路可以实现至少32种不同类型的射频射频MEMS开关具有机电继电器的性能优势和固态开关诸如砷化镓(GaAs)场效应晶体管和二极它们的宽带频率特性是其他开关不具有的优点(这意味着它们可以在很宽的频率范围内工作)。射频求的应用中。半导体开关和射频MEMS开关性能对比见表A.1。射频MEMS开关高低隔离度弱强开关时间快(ns级)慢(μs级)低可忽略(静电、压电)低高，低(电磁、压电)差近似10⁹带宽窄宽ZRZR0-ZR.金属触点a)剖面图b)等效电路模型a)剖面图b)等效电路模型GB/T42709.5—2023/IEC62047-5:2011绝缘层、a)剖面图b)等效电路模型图B.3并联直流接触射频MEMS开关图B.4给出了有一个接触点的串联电容式射频MEMS开关的示意图。当驱动电压施加在可动金a)剖面图b)等效电路模型图B.5给出了并联电容式射频MEMS开关的示意图。当驱动电压施加在上可动金属板和信号线a)剖面图