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电容式RF MEMS开关自热效应的多物理场协同仿真

高杨 李君儒

高杨, 李君儒. 电容式RF MEMS开关自热效应的多物理场协同仿真[J]. 强激光与粒子束, 2016, 28: 064108. doi: 10.11884/HPLPB201628.064108
引用本文: 高杨, 李君儒. 电容式RF MEMS开关自热效应的多物理场协同仿真[J]. 强激光与粒子束, 2016, 28: 064108. doi: 10.11884/HPLPB201628.064108
Gao Yang, Li Junru. Cooperative multi-physics simulation on self-heating effect of capacitive RF MEMS switch[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2016, 28: 064108. doi: 10.11884/HPLPB201628.064108
Citation: Gao Yang, Li Junru. Cooperative multi-physics simulation on self-heating effect of capacitive RF MEMS switch[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2016, 28: 064108. doi: 10.11884/HPLPB201628.064108

电容式RF MEMS开关自热效应的多物理场协同仿真

doi: 10.11884/HPLPB201628.064108

Cooperative multi-physics simulation on self-heating effect of capacitive RF MEMS switch

  • 摘要: 随着信号输入功率的升高,电容式RF MEMS开关会发生自热效应使膜片变形,引起开关气隙高度的改变,导致开关驱动电压漂移,严重影响其可靠性。由于自热效应的失效机理涉及到复杂的多物理场耦合,因此提出了电磁-热-应力的多物理场协同仿真方法描述其失效模式,并分析其失效机理。首先利用HFSS软件建立开关的电磁仿真模型,得到不同输入功率下膜片的耗散功率;再以此作为热源,利用ePhysics软件建立开关的热仿真模型,得到膜片上的温度分布;然后将温度梯度作为载荷,利用ePhysics软件建立开关的应力仿真模型,得到开关的形变行为;最后,根据膜片形变所致的气隙高度变化,得到驱动电压漂移的失效预测模型。以一种具有矩形膜片结构的典型电容式RF MEMS开关为例,利用该方法得到:矩形膜片表面电流密度主要分布在膜片的长边的边缘;温度沿膜片长边逐渐降低,且膜片中心处温度最高、锚点处温度最低;膜片的热应力变形呈马鞍面形,且最大形变点发生在膜片长边的边缘处,仿真还得到0~5 W输入功率下膜片的最大形变量;并拟合出了0~5 W输入功率下的开关驱动电压-输入功率漂移曲线,该曲线具有线性特征并与文献实测数据极为吻合,由此证明了该方法的有效性。
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-10-22
  • 修回日期:  2015-12-09
  • 刊出日期:  2016-06-15

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