經過一次又一次的改進，RF MEMS技術也許最終會在今年的電子市場上掀起波瀾，這要歸功于近期制造工藝和器件可靠性的提高。不過，今年推出的最新RF MEMS產品是否能通過進入大眾市場的Litmus測試還有待觀察。不過可以預見的是，RF MEMS將逐步打入這類應用。那么，1美元和2美元的價格門檻是否將成為在移動電話中廣泛采用的關鍵呢？看來這還得再等上幾年！
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過去30年，RF MEMS器件未能達到市場預期" title="市場預期">市場預期的發展水平，特別從2000到2003年，調和了這些意見。關鍵在于進一步完善必要的制造工藝，從而以非常大的數量生產非常可靠的器件并把成本降低到足以適合大量消費應用的程度。與其它方法相比，RF MEMS具有某些關鍵的優勢。XCom Wireless公司的總裁兼首席技術官" title="首席技術官">首席技術官Dan Hyman列舉了RF MEMS的低損耗、高隔離以及近乎完美的線性度。此外，常規的機械和半導體技術簡直不能同RF MEMS異乎尋常大的瞬時帶寬相提并論。
它的優勢眾所周知：成本、體積、速度、堅固性、可靠性、可重復性及壽命。諸如調諧電容這樣的元件可以替代傳統的干簧管和機電繼電器，以及基于變抗器的固態器件，從而極大地改進靈敏度和性能。
目前，已有許多公司能夠成功地制造可奠定RF電路應用基礎的RF MEMS元件。這些元件包括Matsushita Electric、Radant MEMS和TeraVicta Technologies公司生產的開關；Enpirion和Walsin Technology公司生產的電感；Avago Technologies、Epcos、Fujitsu、Infineon和NXP公司生產的濾波器；以及NXP和WiSpry公司生產的調諧電容。
甚至定時電路中MEMS諧振器的制造商也能夠輕松地把這類元件用在手機中的RF MEMS(如果市場吸引力足夠大的話)。例如，TeraVicta和Radant MEMS公司最近成功地把這類電路(開關)用在商業和軍事應用領域。
IMEC公司正在開發一個通用的技術平臺以便實現其大部分RF MEMS器件(參見圖1)。這個平臺在晶圓級" title="晶圓級">晶圓級上采用薄膜表面微加工技術。該公司認為MEMS技術的未來就在于把RF MEMS器件同其它無源和有源元件集成在一起的能力，最好是以混合的方式。這可能帶來一種系統級封裝(SiP)方法。該公司還認為這樣的平臺是實現成功的RF MEMS產品的一個手段。
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RF MEMS器件的最普通應用就是手機開關。現在的RF MEMS開關一般被自動測試設備(ATE)制造商用在商業部門(主要由TeraVicta公司提供)和雷達及其它軍用領域(主要由Radant MEMS公司提供)。
克服技術挑戰
大規模生產低成本RF MEMS器件所提出的技術挑戰很艱巨，這些挑戰長久以來被嚴重低估了。在開發少量樣品及原型設計與穩定地批量生產具有高可靠性及高質量的產品之間有很大的差距。其結果就是，許多市場預期落空了，從而導致對該技術有用性的普遍懷疑。
根據WiSpry公司等RF MEMS器件制造商的行業預測，全球發運手機的一半以上將包含至少一個轉換開關電路，而且它們中的大部分將是多頻帶、多模式設備。把RF開關、濾波器同提供這種靈活性所需的轉換開關結合在一起，而且仍然能滿足苛刻的成本和性能目標，是RF工程師面臨的最大挑戰之一。
需要解決的問題包括可靠性、溫度漂移、壽命、絕緣層擊穿和漏電流，以及粘連。封裝是另一個重要的麻煩，因為RF MEMS器件需要處于一個不受限制的腔體內。它們在制造過程中還要得到良好的保護以免有害接觸物的破壞。“兩個最大的問題是粘連和有害接觸物，”TeraVicta的首席執行官Ray Burgess說。“我們目前已經成功地解決了它們。成本也不再是一個問題。”
Burgess還認為RF MEMS開關技術隨時準備在成本、可靠性、性能和體積方面同機電繼電器及干簧繼電器展開競爭。TeraVicta公司提供三大系列RF MEMS開關，它們分別是基本型、較高成本的高帶寬型以及就要實現量產的低成本型器件。
基本型的TT712-CSP系列直流到7GHz單刀雙擲" title="單刀雙擲">單刀雙擲(SPDT)開關自去年初就開始批量供應，今年上半年即將有衍生的單刀雙擲(DPDT)、單刀四擲(SP4T)以及定制開關(XPXT)加入這個系列。這個系列的目標市場是儀表、自動測試設備和無線電通信應用，每個開關的價格在10到20美元之間，取決于購買的數量和具體的配置。
也在2007年上半年問世的產品是直流到26.5GHz的開關，面向的是軍事、航天、雷達和微波應用。針對工業自動化、數字信道測試以及蜂窩通信應用的低成本系列包括直流到2GHz的開關，其單價低于8美元(同樣取決于購買的數量和具體的配置)。預計這些產品在今年下半年上市。
TeraVicta公司開關設計的關鍵是一種具有專利權保護的大力矩圓盤執行器技術和線列式芯片級氣密封裝。該組合提供的開關壽命在成千上萬億次，且具有很高的可靠性(參見圖2)。這種開關直接造在一個具有金屬穿孔的鋁(陶瓷)導電層上(參見圖3)。
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一種專有的金合金用作開關觸點，這有助于把粘連和觸點電阻問題的危害降到最低。一個低壓(3到5V)電位，通過一個獨立的電荷泵器件的幫助，免除了對一個用于大力矩圓盤驅動的高壓(65V)作用力的需要。最終結果是一個小的(3.25 X 4.5毫米)具有鎳基蓋的氣密型封裝。Radant MEMS公司已經演示了用于ATE和軍用市場的高性能RF MEMS開關(參見圖4)。已經達到超過7000億次開關的壽命，而最初的原型設計達到5000億次開關壽命。這些開關是美國空軍所用的可電子操控天線的一部分，該天線用于安裝在高空探測氣球上的火炮控制雷達。
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在美國國防部高級研究項目局(DARPA)資助下，這些開關采用晶圓級工藝進行制造并裝配在一種堅固且重量很輕的結構內，該結構是用石墨復合剛性橡膠和一個柔性RF基底加工的。每個開關只占據1毫米3的空間。該技術最初是由東北大學和模擬器件公司在1990年代后期開發的，隨后許可給了Radant MEMS公司。
BAW和FBAR技術
其它RF MEMS方法包括體聲波(BAW)和膜體聲波(FBAW)技術。Agilent Technologies、Avago Technologies、Infineon和其它一些公司采用FBAR在RF應用方面獲得了相當大的成功。
一個BAW器件就是一個金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容，它采用兩層金屬內夾一層壓電介電材料。一個FBAW器件由壓電材料(如鋁氮化合物)夾在兩個電極之間組成，并且與周圍的介質隔絕。
Avago公司最近宣布了兩種FBAR雙選開關，可用于手機、PC數據卡和其它運行在美國個人通信服務(PCS)及通用移動電信系統(UMTS)頻帶的無線產品。這兩種雙工開關的封裝非常薄，高度只有1.3毫米，引腳尺寸為3.8 X 3.8毫米。這種尺寸還使得具有增強功能的微型RF模塊可嵌入到其它便攜式消費電器之中。
摩托羅拉" title="摩托羅拉">摩托羅拉公司正竭力在印刷電路板(PCB)上實現無源元件和MEMS運動結構的一體化。該公司創造了“mesoMEMS”這個術語來描述相關的舉措，同時已經開發并實現了一個用于手機RF開關應用的mesoMEMS結構。根據摩托羅拉的說法，mesoMEMS結構的開發成本低于單片式RF MEMS結構，因為它們可以用PCB生產工藝來制造。
燦爛的發展前景
許多專家確信RF MEMS器件的制造成本將降低，從而使它們的應用會更普遍。“你只需看看MEMS加速度計目前在手機和其它消費電子產品中的廣泛使用就可以明白飛速的技術發展是如何影響實際應用的，”Akustica公司行銷副總裁兼產品經理David L. Yuknis說。
“在不久前，MEMS器件還被認為太貴了，”他繼續說。“而現在已經證明它們并不貴。同樣的事情注定會發生在RF MEMS器件上。”
手機上所用的大部分元件是無源的，例如電感、可變電容和濾波器。用RF MEMS器件替代這些元件具有很大的市場潛力。針對特定的帶寬，無源元件需要專用濾波器，這使得一個電話的前端更復雜也更昂貴。RF MEMS器件不僅減少元件數目且節省空間，它們還可以降低噪音和功耗。
TeraVicta技術公司的首席技術官John McKillop對RF MEMS技術的未來非常樂觀。他認為三個關鍵的趨勢將在今后的三到五年推動RF MEMS開關的新應用：多種多樣新產品配置的大幅增加，可靠性的明顯提高，以及開關尺寸和成本的顯著降低。
此外，他預測低成本材料的開發和開關封裝尺寸的急劇縮小。“我們可以期望在今后兩年內開關的形狀因子減小90%，縮小到不足1.5毫米2，”他說。