KR100628180B1 - 마이크로 스위치 - Google Patents

Abstract

정전기력(electrostatic force)을 이용하여 구동하는 고주파용 마이크로 스위치에 관한 것으로, 기판 위에 커패시터의 하부전극으로 이용되는 전송선이 형성되고, 전송선의 소정영역 위에는 절연층 및 금속 전극이 차례로 형성되며, 금속 전극에 일정 공간을 두고 금속 전극 상부에는 커패시터의 상부전극으로 이용되며 외부의 인가 전압에 따라 금속 전극에 접촉되는 이동판이 형성된다. 여기서, 전송선 양측 또는 일측의 기판 위에는 이동판을 고정시키는 접지판이 형성되고, 접지판과 전송선 사이의 기판 위에는 금속선 및 절연층이 차례로 형성될 수도 있다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 전압 인가시, 이동판이 커패시터의 절연체 위에 형성된 금속 전극에 일부만 접촉되어도 100% 스위칭되므로, 전력 손실이 적고, 온/오프 비율이 크며, 온 정전용량이 크고 오프 정전용량이 작아 고주파용으로 적합하다.

금속 전극, 접지판, 전송선, 이동판, 정전용량

Description

마이크로 스위치{micro-switch}

도 1은 종래 기술에 따른 마이크로 스위치를 보여주는 사시도

도 2 내지 도 4는 종래 기술에 따른 마이크로 스위치의 동작을 설명하기 위한 구조단면도

도 5 및 도 6은 본 발명 제 1 실시예에 따른 마이크로 스위치를 보여주는 구조단면도

도 7은 본 발명 제 2 실시예에 따른 마이크로 스위치를 보여주는 구조단면도

도 8은 본 발명 제 3 실시예에 따른 마이크로 스위치를 보여주는 구조단면도

본 발명은 마이크로 스위치에 관한 것으로, 특히 정전기력(electrostatic force)을 이용하여 구동하는 고주파용 마이크로 스위치에 관한 것이다.

일반적으로 고주파 대역에서 사용되는 많은 전자 시스템들 (electronic systems)은 점차적으로 초소형화, 초경량화, 고성능화가 되어가고 있다.

이러한 전자 시스템에서는 신호(signal)를 제어하기 위하여 FET(Field Effect Transistor)나 핀(Pin) 다이오드와 같은 반도체 스위치들이 사용되고 있는 데, 이 반도체 스위치들은 구동될 때에 전력 손실이 크고, 왜곡(distortion)이 있으며, 완전한 온/오프(on/off) 절연이 이루어지지 않는 등의 많은 문제점들이 있었다.

그러므로, 최근에는 이 반도체 스위치들을 대체하기 위하여 마이크로머시닝(micromachining)이라는 새로운 기술을 사용하여 기계적으로 움직이는 초소형 정전 스위치가 널리 연구되고 있다.

이와 같이, 기계적으로 움직이는 마이크로 정전 스위치들은 고주파 대역에서 군사용과 무선 통신 시스템, 페이즈 쉬프터들(phase shifters), 안테나 튜너들(antenna tuners), 리시버들(receivers), 트랜스미터들(transmitters), 페이즈드 어레이 안테나들(phased array antennas) 등의 분야에 상업적으로 널리 이용되고 있다.

하지만, 마이크로 정전 스위치가 좋은 특성을 갖기 위해서는 스위치의 온/오프 비율(on/off ratio)이 커야하고, 또한 온 정전용량(on capacitance)이 크면서 오프 정전용량(off capacitance)이 작은 것이 바람직하다.

따라서, 이러한 좋은 특성을 얻기 위하여 현재 많은 연구가 진행 중이지만, 스위치를 만드는 제조 공정과 사용되는 얇은 박막 재료의 특성에 의해 원하는 특성과 값을 얻는 것이 그리 쉽지 않았다.

도 1은 종래 기술에 따른 마이크로 스위치를 보여주는 사시도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 마이크로 스위치는 기판상에 형성되는 접지판과, 접지판 사이에 형성되는 전송선과, 이 전송선으로부터 일정 공간을 두고 떨어져 전송선 상부에 형 성되는 이동판, 그리고 이동판이 전송선과 접촉되는 영역에 형성되는 절연층으로 구성된다.

여기서, 이동판은 전송선에 대해 수직한 방향으로 접지판의 금속 포스트(metal post)에 연결되는데, 이동판은 커패시터의 상부전극으로 이용되고, 전송선은 커패시터의 하부전극으로 이용된다.

도 2 내지 도 4는 종래 기술에 따른 마이크로 스위치의 동작을 설명하기 위한 구조단면도이다.

도 2는 스위치의 접지판과 전송선에 전압이 인가되지 않아 스위치가 오프(off)된 상태이고, 도 3 및 도 4는 스위치의 접지판과 전송선에 전압이 인가되어 스위치가 온(on)된 상태이다.

스위치가 오프 상태일 때는 도 2에 도시된 바와 같이 스위치에 정전기력이 인가되지 않아 상부전극인 이동판은 공중에 떠 있는 상태로 있지만, 스위치가 온 상태일 때는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 스위치에 정전기력이 인가되어 이동판이 전송선 위의 절연층쪽으로 당겨져 절연층 위에 접촉된다.

스위치가 오프(off)일 때는 커패시터의 정전용량은 아주 작아져서 대부분의 신호가 전송선을 따라 전송되고, 스위치가 온(on)일 때는 커패시터의 정전용량이 아주 커져서 대부분의 신호가 접지판으로 바이패싱(bypassing)된다.

따라서, 온/오프 비율이 크거나 온 정전용량이 크면 클수록 좋은 특성의 스위칭이 발생되어 고주파용 스위치에 적합하다.

하지만, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 하부전극인 전송선과 그 위에 형성된 절연층의 표면은 평평하지 않고, 실제로는 그 표면에 굴곡이 있으므로, 상부전극인 이동판이 절연층에 접촉될 때, 이동판이 절연판에 완전히 접촉되지 않게 된다.

이것은 마이크로 스위치의 온 정전용량을 작게 하는 원인이 된다.

이러한 현상은 이동판(상부전극), 전송선(하부전극), 절연층의 박막 자체가 평평하지 않는 이유도 있지만, 스위치를 제조 공정 중 다층 공정시에 완전히 제거되지 않은 찌거기나 평탄화(planarization) 문제 때문에 야기되기도 한다.

본 발명의 목적은 구동시 전력 손실이 적고, 온/오프 비율이 크며, 온 정전용량이 크고 오프 정전용량이 작은 마이크로 스위치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 마이크로 스위치는 기판과, 기판 위에 형성되고 커패시터의 하부전극으로 이용되는 전송선과, 전송선의 소정영역 위에 형성되는 절연층과, 절연층 위에 형성되는 금속 전극과, 금속 전극에 일정 공간을 두고 금속 전극 상부에 형성되고 커패시터의 상부전극으로 이용되며 외부의 인가 전압에 따라 금속 전극에 접촉되는 이동판으로 구성된다.

그리고, 전송선 양측 또는 일측의 기판 위에는 이동판을 고정시키는 접지판이 형성되고, 접지판과 전송선 사이의 기판 위에는 금속선이 형성될 수도 있다.

여기서, 금속선 위에는 절연층이 형성된다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 전압 인가시, 이동판이 커패시터의 절연체 위 에 형성된 금속 전극에 일부만 접촉되어도 100% 스위칭되므로, 전력 손실이 적고, 온/오프 비율이 크며, 온 정전용량이 크고 오프 정전용량이 작아 고주파용으로 적합하다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5 및 도 6은 본 발명 제 1 실시예에 따른 마이크로 스위치를 보여주는 구조단면도로서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 마이크로 스위치는 종래와 구조가 거의 흡사하다.

즉, 기판상에 형성되는 접지판과, 접지판 사이에 형성되는 전송선과, 이 전송선으로부터 일정 공간을 두고 전송선 상부에 형성되는 이동판과, 이동판이 전송선과 접촉되는 영역인 전송선 위에 형성되는 절연층과, 그리고 절연층 위에 형성되는 금속 전극으로 구성된다.

여기서, 이동판은 전송선에 대해 수직한 방향으로 접지판의 금속 포스트에 연결되는데, 이동판은 커패시터의 상부전극으로 이용되고, 전송선은 커패시터의 하부전극으로 이용된다.

본 발명의 스위치는 종래 기술의 스위치와는 달리 절연체 위에 금속 전극을 형성함으로써, 스위치가 오프된 상태에서 미리 커패시터를 형성하는 것이다.

그 동작을 살펴보면 다음과 같다.

도 5는 스위치의 접지판과 전송선에 전압이 인가되지 않아 스위치가 오프(off)된 상태이고, 도 6은 스위치의 접지판과 전송선에 전압이 인가되어 스위치가 온(on)된 상태이다.

스위치가 오프 상태일 때는 도 5에 도시된 바와 같이 스위치에 정전기력이 인가되지 않아 상부전극인 이동판은 공중에 떠 있는 상태로 있지만, 스위치가 온 상태일 때는 도 6에 도시된 바와 같이 스위치에 정전기력이 인가되어 이동판이 전송선 위의 금속 전극 쪽으로 당겨져 금속 전극 위에 접촉된다.

여기서, 하부전극인 전송선과 그 위에 형성된 절연층 및 금속 전극의 표면은 평평하지 않고 굴곡이 있지만, 상부전극인 이동판이 절연층 위에 형성된 금속 전극에 접촉하게 되므로, 스위치는 100% 온 상태가 된다.

즉, 본 발명의 스위치는 상부전극인 이동판이 절연체 위에 형성된 금속 전극의 일부분에만 접촉되어도 100% 스위칭되기 때문에 스위치의 온 정전용량(on capacitance)이 클 뿐만 아니라 스위치의 온/오프 비율이 크다.

도 7은 본 발명 제 2 실시예에 따른 마이크로 스위치를 보여주는 구조단면도로서, 본 발명 제 2 실시예의 구조는 칸틸레버 타입(cantilever type)의 스위치로서, 그 구동 원리는 본 발명 제 1 실시예인 브리지 타입(bridge type)의 스위치와 동일하다.

도 7에 도시된 바와 같이, 칸틸레버 타입의 스위치는 전송선 일측의 기판 위에 접지판이 형성되고, 그 접지판의 금속 포스트에 이동판의 한쪽면이 고정된다.

접지판과 전송선에 전압이 인가되면, 이동판은 금속 전극의 일부에 접촉되는 데, 제 1 실시예와 같이 일부의 접촉만으로도 100% 스위칭되는 장점이 있다.

도 8은 본 발명 제 3 실시예에 따른 마이크로 스위치를 보여주는 구조단면도로서, 이 구조는 도 8에 도시된 바와 같이 전송선과 접지판 사이의 기판 위에 금속선을 형성하고, 그 금속선 위에 절연층이 형성된 구조이다.

이 구조는 제 1 , 제 2 실시예처럼 전송선과 접지판에 전압을 인가하지 않고 금속선과 접지판에 전압을 인가함으로써, 스위칭을 하게 된다.

그 구동 원리는 제 1, 제 2 실시예와 동일하므로 설명은 생략하기로 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 스위치는 절연체 위에 금속 전극을 형성하여 이동판이 금속 전극의 일부에만 접촉된다 하더라도 100% 스위칭되는 장점이 있어 고주파 대역의 시스템들에 널리 이용될 것이다.

본 발명에 따른 마이크로 스위치에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 절연체 위에 금속 전극을 형성하여 이동판이 금속 전극의 일부에만 접촉되어도 완전히 스위칭되므로, 구동시 전력 손실이 적고, 온/오프 비율이 크며, 온 정전용량이 크고 오프 정전용량이 작다.

그러므로, 스위치의 특성이 좋아 고주파 대역의 시스템 등에 매우 적합하다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (7)

1. 기판;

   상기 기판 위에 형성되고, 커패시터의 하부전극으로 이용되는 전송선;

   상기 전송선의 소정영역 위에 형성되는 절연층;

   상기 절연층 위에 형성되는 금속 전극; 그리고,

   상기 금속 전극에 일정 공간을 두고 상기 금속 전극 상부에 형성되고, 상기 커패시터의 상부전극으로 이용되며, 외부의 인가 전압에 따라 상기 금속 전극에 접촉되는 이동판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전송선 양측 또는 일측의 기판 위에 형성되고, 상기 이동판을 고정시키는 접지판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 접지판과 전송선에는 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 접지판과 상기 전송선 사이의 기판 위에 형성되는 금속선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 금속선 위에는 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하 는 마이크로 스위치.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 접지판과 금속선에는 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 이동판은 상기 전송선에 대해 수직한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.

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