簡介

　　鑒于在大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境中，測試成本可能在產(chǎn)品總成本中占據(jù)較大比例，降低測試成本一直是制造商亟待解決的難題。以手機(jī)測試為例。IDC全球手機(jī)季度跟蹤調(diào)查顯示，2006年全球手機(jī)發(fā)貨量逾10億部(10.19億部)，與2005年的8.328億部相比激增22.5%。這種急劇的增長對手機(jī)測試所用的自動(dòng)測試系統(tǒng)(ATS)的可靠性和性能提出苛刻挑戰(zhàn)。

　　大規(guī)模元器件制造商一直在尋找既擁有經(jīng)濟(jì)高效的吞吐率，又能提供最高精度和性能的測試解決方案。此外，超大規(guī)模集成(VLSI)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及業(yè)界對于在單個(gè)元器件內(nèi)集成更多特性和功能(例如將收發(fā)信機(jī)、功率放大器和相關(guān)控制器都集成到一個(gè)緊湊型多芯片模塊套件中)的急切需求，都要求制造商擴(kuò)大測試范圍，將直流和射頻頻譜包括在內(nèi)。 測試系統(tǒng)和解決方案已變成高度復(fù)雜的開關(guān)盒或模塊，它們能夠保證高精度、高性能和高可靠性，從而滿足自動(dòng)測試的要求。這種轉(zhuǎn)變最終將促使此類系統(tǒng)的擁有成本隨之下降，從而帶來更高的利潤。

　　因此，用戶迫切需要多種開關(guān)，在保證精密度(開關(guān)可重復(fù)性)和精度(射頻技術(shù)指標(biāo))的情況下在被測件與測試測量系統(tǒng)之間建立各種測試路徑進(jìn)行測試。其重點(diǎn)還是開關(guān)的工作壽命和可靠性。長壽命、高可重復(fù)性和高可靠性可減少校準(zhǔn)次數(shù)，延長測試系統(tǒng)的正常工作時(shí)間，確保自動(dòng)測試系統(tǒng)長期保持測量完整性，從而直接降低擁有成本。

　　本技術(shù)文章主要闡述通用機(jī)電(EM)開關(guān)的工作壽命和可重復(fù)性，因?yàn)樗鼈兪菦Q定總體擁有成本的兩個(gè)最重要特性。眾所周知，由于EM開關(guān)在功率處理能力和低插入損耗方面的固有優(yōu)勢，它們比其他開關(guān)技術(shù)更受歡迎。然而，開關(guān)的機(jī)械性質(zhì)意味著開關(guān)的壽命、精密度和可靠性取決于開關(guān)設(shè)計(jì)的機(jī)制和材料，以及大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的過程控制。

　　機(jī)電開關(guān)的工作壽命

　　EM開關(guān)的工作壽命可以定義為開關(guān)在滿足所有射頻和可重復(fù)性技術(shù)指標(biāo)的情況下，將能完成的切換次數(shù)。工作壽命指的是開關(guān)的電氣壽命而非機(jī)械壽命(機(jī)械壽命比電氣壽命長得多)。一個(gè)切換是指開關(guān)中搭接片觸點(diǎn)(有時(shí)稱為開關(guān)閘刀)的一次斷開和閉合，或電磁線圈的一次通/斷觸發(fā)。由于搭接片觸點(diǎn)機(jī)制、接觸電阻以及所有主要射頻元器件所用材料和電鍍工藝的不同，開關(guān)的工作壽命也會不同。

　　材料成分和電鍍

　　決定機(jī)電開關(guān)性能和工作壽命的最重要因素是觸點(diǎn)所用的材料、電鍍工藝和表面輪廓。觸點(diǎn)拋光和電鍍材料組合對實(shí)現(xiàn)高功率處理能力也非常重要。觸點(diǎn)拋光會影響閉合搭接片觸點(diǎn)對的串行電阻，而電鍍材料會影響組件的接觸電阻和熱傳導(dǎo)。

　　機(jī)電開關(guān)中使用的搭接片觸點(diǎn)通常以鈹銅合金為主體，然后鍍上一層較薄的、具有良好導(dǎo)電性的金屬層，例如接觸區(qū)的鍍金表面。這個(gè)薄鍍金層具有出色的抗腐蝕性、低接觸電阻、良好的射頻特性和適合的耐磨性。由于黃金本身具有低電阻、抗氧化和抗環(huán)境腐蝕等特性，所以是最佳的觸點(diǎn)電鍍材料。但有一個(gè)問題。因?yàn)辄S金層是直接電鍍到鈹銅表面的，經(jīng)過一段時(shí)間后，銅原子會遷移到黃金層，而金原子將會擴(kuò)散到鈹銅層。氧化、高溫和潮濕的環(huán)境都會加速這種遷移。為了盡量減少金原子和銅原子的遷移和擴(kuò)散，通常會在鈹銅層和黃金層之間加入某種阻隔材料來防止這種擴(kuò)散。

　　鈹銅是一種金屬合金，通常含有1.8~2%的鈹(有時(shí)還會添加其他合金元素)。 除了有良好的電和熱傳導(dǎo)特性外，這個(gè)汞合金在金屬加工方面也有極大的性能優(yōu)勢。它本身具有良好的熱傳導(dǎo)性和超高的抗張力強(qiáng)度，使搭接片觸點(diǎn)可直接暴露于高溫之下，而不會產(chǎn)生熔化和損壞――這是確保開關(guān)長期保持良好的壓力接觸以及延長開關(guān)工作壽命的主要因素。

　　傳統(tǒng)的EM開關(guān)接觸機(jī)制

　　傳統(tǒng)的開關(guān)通過移動(dòng)射頻罩中稱為搭接片觸點(diǎn)(或開關(guān)閘刀)的厚矩形觸點(diǎn)完成開關(guān)切換。搭接片觸點(diǎn)與推桿相連。推桿通常由絕緣體材料如聚苯乙烯(PS)制成，在射頻罩出入孔內(nèi)移動(dòng)。搭接片觸點(diǎn)的端頭受到調(diào)節(jié)器的機(jī)械彈力，直接壓在連接器中心導(dǎo)體端頭的平坦表面上。

　　圖1描述搭接片觸點(diǎn)收回時(shí)斷開的射頻線路。圖2描述閉合的射頻線路。其中，搭接片觸點(diǎn)在輸入和輸出端口之間形成橋接，使射頻信號可以在這些端口間傳播。

　　圖1 “斷開的”射頻線路