KR20050102072A - Microfabricated double-throw relay with multimorph actuator and electrostatic latch mechanism - Google Patents

Microfabricated double-throw relay with multimorph actuator and electrostatic latch mechanism Download PDF

Info

Publication number
KR20050102072A
KR20050102072A KR1020057002397A KR20057002397A KR20050102072A KR 20050102072 A KR20050102072 A KR 20050102072A KR 1020057002397 A KR1020057002397 A KR 1020057002397A KR 20057002397 A KR20057002397 A KR 20057002397A KR 20050102072 A KR20050102072 A KR 20050102072A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
latch
electrode
region
deflection
contact
Prior art date
Application number
KR1020057002397A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
다니엘 제이. 하이맨
마크 케이. 하이맨
피터 디. 바그댄오프
Original Assignee
엑스컴 와이어리스, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엑스컴 와이어리스, 인크. filed Critical 엑스컴 와이어리스, 인크.
Priority to KR1020057002397A priority Critical patent/KR20050102072A/en
Publication of KR20050102072A publication Critical patent/KR20050102072A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/0036Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H57/00Electrostrictive relays; Piezoelectric relays
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H61/00Electrothermal relays
    • H01H61/02Electrothermal relays wherein the thermally-sensitive member is heated indirectly, e.g. resistively, inductively
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/0036Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
    • H01H2001/0063Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS] having electrostatic latches, i.e. the activated position is kept by electrostatic forces other than the activation force
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H57/00Electrostrictive relays; Piezoelectric relays
    • H01H2057/006Micromechanical piezoelectric relay
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H61/00Electrothermal relays
    • H01H2061/006Micromechanical thermal relay

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

This invention is a new type of relay that incorporates the functional combination of multimorph actuator elements with electrostatic state holding mechanisms in the development of a micromachined switching device. This combination of elements provides the benefits of high-force multimorph actuators with those of zero-power electrostatic capacitive latching in microfabricated relays with high reliability and low power consumption. The operation of the relay invention allows for several stable states for the device: a passive state using no power, an active state driving the multimorph actuator with some power, and a latched state electrostatically holding the switch rate requiring essentially no power. Multimorph actuators covered by this invention include piezoelectric, thermal, and buckling multimorph actuation mechanisms. These devices use one or more sets of actuator armatures in cantilever or fixed-beam configurations, and use one or more sets of electrostatic latch electrodes for state holding.

Description

멀티모프 액츄에이터 및 정전 래치 기구를 갖는 미세조립형 더블-스로우 릴레이{MICROFABRICATED DOUBLE-THROW RELAY WITH MULTIMORPH ACTUATOR AND ELECTROSTATIC LATCH MECHANISM}MICROFABRICATED DOUBLE-THROW RELAY WITH MULTIMORPH ACTUATOR AND ELECTROSTATIC LATCH MECHANISM}

본 장치를 기술하는 예시적인 실용특허출원은 2000년 10월 27일 출원되고 본 출원과 동일 명칭을 갖는 제60/243,788호이다. 관련된 장치를 기술하는 제2출원은 2000년 10월 27일 출원된 "멀티모프 액츄에이터 및 전정 래치 기구를 갖는 미세조립형 릴레이" 제하의 제60/243,786호이다. 이러한 예비 실용특허 각각은 본 발명의 특징에 관한 것이고 참조문헌으로서 본 명세서에 합체된다.An exemplary utility patent application describing the device is 60 / 243,788, filed Oct. 27, 2000, with the same name as the present application. A second application describing related devices is 60 / 243,786, filed October 27, 2000, under "Microfabricated Relays with Multimorph Actuators and Pruning Latch Mechanisms." Each of these preliminary utility patents relates to features of the present invention and is incorporated herein by reference.

본 발명에 선행하는 선행조사 및 개발이 없는 것으로 연방적으로 보증되었다.There has been a federal guarantee that there is no prior investigation and development preceding the present invention.

본 발명은 스위칭 장치의 전반적인 분야에 관한 것으로, 더 상세하게는 미세조립된 릴레이(microfabricated relay) 분야에 관한 것이다. 1979년 Petersen에 의해 미세조립형 스위칭 장치의 본래 개념이 생긴 이래, 저 전력 및 고 주파수의 응용분야에 적합한 스위치 및 릴레이를 개발하기 위해 많은 시도가 이루어지고 있다. 본 작업의 목표는 초소형, 배치-제조, 포토리소그래피 기술로 정의된, 가동 구조를 기계적 장치의 일부로서 사용하므로서 스위칭 기술의 비용 효율성과 성능을 개선하는 것이다. The present invention relates to the general field of switching devices, and more particularly to the field of microfabricated relays. Since the original concept of microfabricated switching devices by Petersen in 1979, many attempts have been made to develop switches and relays suitable for low power and high frequency applications. The goal of this work is to improve the cost-effectiveness and performance of switching technology by using moving structures, defined as ultra-compact, batch-fabricated, and photolithographic techniques, as part of mechanical devices.

미세조립형 전자기계적 시스템(MEMS: Microfabricated electromechanical systms)은 종래의 수단에 의해 제조된 스위칭 장치보다 긴 수명, 저 비용, 소형 및 고속의 장점이 있으며, 고체 장치보다 우수한 성능을 제공한다. 많은 응용분야에서, 특히 임의의 품질을 갖는 고성능 측정, 자동화 테스트 장비, 레이더, 및 통신 시스템에의 응용분야가 요구되거나 바람직하다. 특정 가치는 응용분야에 따라 변하고, 본 발명의 상세한 설명에 적절하게 값이 정해진다. Microfabricated electromechanical systms (MEMS) have the advantages of longer life, lower cost, smaller size and higher speed than switching devices manufactured by conventional means, and provide better performance than solid state devices. In many applications, particularly applications of high performance measurement, automated test equipment, radar, and communication systems of any quality are required or desirable. Specific values vary depending on the application and are appropriately valued in the detailed description of the invention.

1) 부하 신호로부터 제어 신호를 격리시키기 위한 스위치 기능보다 릴레이1) Relay rather than switch function to isolate control signal from load signal

2) 릴레이 전극 간의 저저항 옴-접촉(Ohmic-contact)2) Low Ohmic Contact Between Relay Electrodes

3) 릴레이 개방/폐쇄 상태를 토글하는 저전력 사용법3) Low power usage to toggle relay open / closed state

4) 특정 릴레이 개방/폐쇄 상태를 유지하는 제로 또는 최저하한 전력4) Zero or lowest power to maintain a specific relay open / closed state

5) 고정밀, 저 제조비용5) High precision, low manufacturing cost

6) 고속, 릴레이 접촉의 높은 강제적인 기계적 폐쇄(high force mechanical closure)6) High force mechanical closure of high speed, relay contacts

7) 고속, 릴레이 접촉의 높은 강제적인 기계적 개방(high force mechanical opening)7) High force mechanical opening of high speed, relay contacts

8) 용이하게 달성되는 제어 신호 및 동작 조건8) Control signals and operating conditions easily achieved

이와 같은 장점의 일부를 달성하기 위해 많은 스위칭 장치 개발 노력이 이뤄지고 있지만, 모든 것을 달성하는데 있어서는 성공하지 못하고 있다. 종래 기술의 스위칭 장치 설계는 크게 정전 액츄에이팅 메커니즘을 이용하는 것들과, 이형 액츄에이팅 메커니즘(bimorph acutating mechanism)을 이용하는 것들과 같은 두 가지의 주요한 장치 카테고리면에서 논의될 수 있다. 각각의 액츄에이팅 메커니즘은, 종래 방법의 설계로서는 위에 열거한 모든 바람직한 품질을 달성하지 못하는 물리적 제한은 물론 고유의 품질과 장점을 가지고 있다. 종래 기술의 미세조립된 릴레이 장치의 대부분이 단일-스로우 액츄에이션(single-throw actuation)을 특징으로 하는, 이들 장치와 메커니즘을 이하에 설명한다. 단일-스로우 액츄에이션은 액츄에이트되면 하나의 전기적 접촉으로서의 연결과 분리를 가리키는 반면, 더블 스로우 액츄에이션(double throw actuation)은 액츄에이트되면 하나의 전기적 접촉으로서는 분리를 그리고 다른 하나의 전기적 접촉으로서는 연결을 가리킨다.Many switching device development efforts have been made to achieve some of these benefits, but they are not successful in achieving everything. Prior art switching device designs can be discussed largely in terms of two major device categories: those using electrostatic actuating mechanisms and those using bimorph acutating mechanisms. Each actuating mechanism has inherent qualities and advantages, as well as physical limitations that conventional design designs do not achieve all the desired qualities listed above. These devices and mechanisms are described below, in which most of the prior art microfabricated relay devices are characterized by single-throw actuation. Single-throw actuation refers to the connection and disconnection as one electrical contact when actuated, while double throw actuation refers to the disconnection as one electrical contact and actuation as the other electrical contact when actuated. Point.

정전기적으로 액츄에이트되는 장치들은 양단에 전압이 인가되는 두개의 (또는 그 이상의) 바이어스 전극을 이용한다. 대향 전하들이 대향하는 전극의 표면에 발생되고, 정전력이 발생된다. 만일 바이어스 전극들이 상호를 향해 편향하도록 허용되면, 액츄에이션이 가능하게 된다. 정전기적으로 액츄에이트된 장치에서 스위치 또는 릴레이 접촉전극은 이와 같이 움직이는 바이어스 전극에 기계적으로 결합되어, 전압이 인가되거나 인가되지 않음에 따라 접촉 전극들이 결합하거나 분리할 것이다.Electrostatically actuated devices utilize two (or more) bias electrodes with voltage applied across them. Opposite charges are generated on the surface of the opposing electrode, and electrostatic power is generated. If the bias electrodes are allowed to deflect towards each other, actuation is possible. In an electrostatically actuated device, the switch or relay contact electrode will be mechanically coupled to this moving bias electrode so that the contact electrodes will join or disconnect as voltage is applied or not applied.

정전 액츄에이션은 본질적으로 설명한 많은 동작 품질을 지원하고, 결국, 스위칭 및 릴레이용으로 가장 널리 조사되고 있는 MEMS 액츄에이션 메커니즘이다. 정전 액츄에이션은 비록 저저항이 달성하기 힘들지라도 오옴-접촉 릴레이 및 스위칭을 가능하게 한다. 이들은 상태들을 토글하기 위해 효과적으로 제로 전력을 필요로 하고, 상태들을 유지하기 위해 효과적으로 제로 전력을 필요로 한다. 설계자는 정밀, 저가 정전 액츄에이터를 개발하기 위해 미세조립형 기법(microfabrication techniques)을 이용할 수 있다. 이들 액츄에이터들은 고속을 제공할 수 있지만, 높은 폐쇄력(closure force)은 달성하기 힘들고, 높은 개방력(opening force)을 개발하는데 용이하지 않다. 이들 액츄에이터들은, 비록 구동 전류가 전형적으로 무시할만 (1㎂ 미만)하지만, 현재의 집적 회로에 전형적인 저구동 전압(10V 미만)으로 설계하기 힘들다. Electrostatic actuation essentially supports many of the described operating qualities and, after all, is the most widely investigated MEMS actuation mechanism for switching and relays. Electrostatic actuation enables ohmic-contact relays and switching, although low resistance is difficult to achieve. They effectively require zero power to toggle states and effectively require zero power to maintain states. Designers can use microfabrication techniques to develop precision, low cost electrostatic actuators. These actuators can provide high speeds, but high closure forces are difficult to achieve and are not easy to develop high opening forces. These actuators are difficult to design with low drive voltages (less than 10V) typical for current integrated circuits, although drive current is typically negligible (less than 1 mA).

문헌에 따르면, 극저 전력 용량을 갖는 저력 액츄에이션을 예시하는 정전 MEMS 스위치 및 릴레이의 많은 예가 있다. Loo 등에 의한 미국특허 제6,046,659호는 스트레스 보상을 위한 절연체-금속-절연체 스택을 이용하는, 싱글-스로우 더블-접촉 캔틸레버 MEMS 릴레이의 전형적인 예를 설명한다. 다른 캔틸레버 MEMS 장치는 Yao 등에 의한 미국특허 제5,578,976호에 따른 릴레이와 Buck에 의한 미국특허 제5,258,591호에 따른 스위치와 같이, 개선된 성능을 위한 서로다른 접촉 금속을 이용한다. James 등에 의한 미국특허 제5,479,042호는 제조를 개선하기 위한 범프를 일체하한 이중 접촉 릴레이를 갖는다. Zavracky에 의한 미국특허 제5,638,946호는 고체 금속 스위치에서의 초기 작업 후에 바이어싱을 위한 개별적인 고정 전극을 사용하여 액츄에이션을 위한 신규한 소자를 부가한다. 이 문헌은, 고주파수 신호 스위칭을 개선하기 위해 장치들이 한 기판에서 다른 기판으로 이동되는 Milanovi 등에 의한 스위칭 장치를 포함한다.According to the literature there are many examples of electrostatic MEMS switches and relays illustrating low power actuation with very low power capacities. US Pat. No. 6,046,659 to Loo et al. Describes a typical example of a single-throw double-contact cantilever MEMS relay using an insulator-metal-insulator stack for stress compensation. Other cantilever MEMS devices use different contact metals for improved performance, such as relays according to US Pat. No. 5,578,976 by Yao et al. And switches according to US Pat. No. 5,258,591 by Buck. U.S. Patent No. 5,479,042 to James et al. Has a double contact relay integrated with bumps to improve manufacturing. US Pat. No. 5,638,946 to Zavracky adds a novel device for actuation using individual fixed electrodes for biasing after initial operation in solid metal switches. This document includes switching devices by Milanovi et al. Where devices are moved from one substrate to another to improve high frequency signal switching.

크기, 속도, 및 신뢰성을 희생시시키는 대신에 장치 크기와 성능을 증가시킴으로서 보다 큰 신호 부하에서의 성능를 개선하려는 주목할 만한 몇몇 시도가 이루어지고 있다. 전형적인 예는 구리 장치(copper device)가 이전의 노력보다 크고 보다 강력한 크기의 차수(order of magnitude)을 갖는, Lee에 의한 미국특허 제6,054,659호이다. Komura 등과 Sato는 또한 중간 신호 부하용의 밀리미터 크기의 2-접촉 정전 MEMS 릴레이를 개발하였다. Goodwin-Johansson에 의한 미국특허 제6,057,520호에 따른 장치는 장치가 열리고 닫힘에 따라 전극들의 접촉 저항을 가변시킴으로서 핫-스위치 조건 하에서의 아크(arcing)를 줄이고 있다.Some notable attempts have been made to improve performance at higher signal loads by increasing device size and performance at the expense of size, speed, and reliability. A typical example is US Pat. No. 6,054,659 to Lee, in which copper devices are larger than previous efforts and have a stronger order of magnitude. Komura et al. Also developed a millimeter-sized two-contact electrostatic MEMS relay for medium signal loads. The device according to US Pat. No. 6,057,520 by Goodwin-Johansson reduces arcing under hot-switch conditions by varying the contact resistance of the electrodes as the device opens and closes.

장치 크기, 접촉력, 및 흔히 제조상의 단점을 희생시키는 댓가로 저구동 전압 조건을 충족시키려는 몇몇 정전 MEMS 스위칭 장치가 설계되고 있다. Shen 및 Pacheco은 바이어스 전극 크기와 전기자 가요성(armature flexibility)을 증가시켜 전압 조건을 줄이고 이다. Ichiya 등에 의한 미국특허 제5,544,001호는 구동 전압을 줄이기 위한 신규한 스텝 및 슬로프 기판(stepped and sloped substrate) 바이어스 전극의 사용을 일체화하고 있다.Several electrostatic MEMS switching devices have been designed to meet low drive voltage conditions at the expense of device size, contact force, and often manufacturing disadvantages. Shen and Pacheco reduce voltage conditions by increasing bias electrode size and armature flexibility. U.S. Patent No. 5,544,001 to Ichiya et al. Integrates the use of a novel stepped and sloped substrate bias electrode to reduce drive voltage.

몇몇 정전 MEMS 장치들은 MEMS 장치들에서 전형적으로 볼 수 있는 편향 스프링의 수동 복원력과 비교하여, 속도와 힘을 증가시킨 장치를 개방시키기 위해 바이어스 전극의 세트를 갖도록 설계되고 있다. Hah 등은 전형적인 예로서 릴레이 개방을 구동시키도록 비틀림 스프링 복원력을 대향 바이어스 전극과 결합시킨다. Kasano 등에 의한 미국특허 제5,278,368호는 전반적인 전압 조건을 감소시키기 위해 신규한 내장 일렉트렛(electret)은 물론 구동-개방 전극을 갖는 이중-접촉 MEMS 릴레이를 설명하고 있다.Some electrostatic MEMS devices are designed to have a set of bias electrodes to open the device with increased speed and force, as compared to the manual restoring force of the deflection spring typically found in MEMS devices. Hah et al. Combine a torsional spring restoring force with an opposing bias electrode to drive a relay opening as a typical example. U. S. Patent No. 5,278, 368 to Kasano et al. Describes a dual-contact MEMS relay with a drive-opening electrode as well as a novel built-in electret to reduce the overall voltage condition.

정전 액츄에터와는 달리, 바이모프 액츄에이터(bimorph actuator)는 제어신호들을 액츄에이터 자체 내의 기계적 변형으로 변환한다. 바이모프(또는 보다 상세히 멀티모프) 액츄에이터는 특정 자극에 대해 다른 물리적 응답을 보여주는 층들로 구성된다. 예를 들어, 열 바이모프는 높은 열팽창 계수 (10ppm/℃ 이상)를 갖는 제1층과, 낮은 열팽창 계수 (5ppm/℃ 이하)를 갖는 제2층을 가질 수 있다. 이와 같은 바이모프가 증가하는 온도에 노출되면, 제1층의 상대적인 팽창이 인접하는 접촉에 의해 제2층으로 제한되고, 액츄에이터는 이에 응답해서 비틀리게 된다. 장치는 이와 같은 비틀림을 이용하여 작업을 수행하고, 바이모프에 의해 발생된 힘은 정전 액츄에이터에 의해 얻을 수 있는 것보다 훨씬 클 수 있다.Unlike electrostatic actuators, bimorph actuators convert control signals into mechanical deformations within the actuator itself. Bimorph (or more specifically multimorph) actuators consist of layers that show different physical responses to a particular stimulus. For example, the thermal bimorph may have a first layer having a high coefficient of thermal expansion (10 ppm / ° C or more) and a second layer having a low coefficient of thermal expansion (5 ppm / ° C or less). When such bimorphs are exposed to increasing temperatures, the relative expansion of the first layer is confined to the second layer by adjacent contact, and the actuator is twisted in response. The device uses this torsion to perform work, and the force generated by the bimorph can be much larger than what can be obtained by the electrostatic actuator.

바이모프 액츄에이터는 또한 본질적으로 위에 설명한 다수의 동작 품질들(operating qualities)을 지원하고, 결국 스위치와 릴레이용의 광범위하게 조사된 제2 MEMS 액츄에이션 메커니즘이다. 이들은 오옴-접촉 장치에 사용될 수 있고, 바이모프 액츄에이터에 의해 발생된 큰 힘으로 접촉 저항이 낮아지게 된다. 이들은 비록 임의 종류의 바이모프만이 저 전력 상태 래칭을 허용하지만, 저 전력으로 상태를 토글하도록 설계될 수 있다. 바이모프 액츄에이터는 고속 및 높은 폐쇄력(closure force)을 제공하도록 만들어질 수 있고, 유사하게 높은 개방력(opening force)과 속도를 제공하도록 설계될 수 있다. 일부 바이모프 액츄에이터는 저 구동 전압과 저 구동 전류로 구동되도록 설계될 수 있다.Bimorph actuators also inherently support many of the operating qualities described above, which in turn is a widely investigated second MEMS actuation mechanism for switches and relays. They can be used in ohmic contact devices and the contact resistance is lowered by the large forces generated by the bimorph actuators. They can be designed to toggle the state at low power, although only some kind of bimorph allows low power state latching. The bimorph actuator can be made to provide high speed and high closure force, and can be designed to provide similarly high opening force and speed. Some bimorph actuators can be designed to be driven with low drive voltages and low drive currents.

바이모프 액츄에이션 메커니즘을 갖는 대부분의 스위칭 장치들은 전력 소비를 낮게 유지하기 위해 압전 바이모프 액츄에이터를 선택하고, 이와 같은 장치들은 전형적으로 이전에 열거한 많은 바람직한 품질들을 보여주고 있다. 그러나, 극히 몇몇 MEMS 노력은 압전 재료와 연관된 제조상의 어려움으로 인해 압전 바이모프 액츄에이터를 이용하고 있다. 부수적으로, 압전 바이모프의 액츄에이션은 전형적으로 히스테리시스 및 열화를 방지하기 위해 복잡한 고전압 파형을 필요로 한다. Farrall에 의한 미국특허 제4,620,123호는 금속-압전-금속 3층 액츄에이터의 어레이를 특징으로 하는 스위칭 장치를 설명하고 있다. Kornrumpf에 의한 미국특허 제4,819,126호는 가변하는 신호 부하를 다루기 위한 중앙 앵커 영역에서 확장하는 일련의 압전 바이모프 액츄에이터를 개발하였다. Kornrumpf에 의한 미국특허 제4,916,349호는 또한 압전 바이모프 자체 내의 잔류 분극을 변화시켜 상태를 래치시키므로서 제어가능한 제로-전력 수동 래칭을 가능케하는 압전 릴레이를 설계하였다. Tanaka에 의한 미국특허 제4,403,166호는 폐쇄력과 트래블을 발생하는 대향하는 캔틸레버 압전 바이모프로 구성된 장치를 개발하였다. 이들 모든 장치들은 종래의 수단에 의해 제조되었고, 모든 또는 많은 전통적인 압전 재료 제한을 특징으로 하고 있다.Most switching devices with bimorph actuation mechanisms select piezoelectric bimorph actuators to keep power consumption low, and such devices typically exhibit many of the desirable qualities listed previously. However, very few MEMS efforts use piezoelectric bimorph actuators due to manufacturing difficulties associated with piezoelectric materials. Incidentally, the actuation of the piezoelectric bimorph typically requires complex high voltage waveforms to prevent hysteresis and degradation. U. S. Patent No. 4,620, 123 to Farrall describes a switching device featuring an array of metal-piezo-metal three-layer actuators. US Pat. No. 4,819,126 to Kornrumpf developed a series of piezoelectric bimorph actuators that extend in the central anchor region to handle varying signal loads. U.S. Patent No. 4,916,349 by Kornrumpf also designed a piezoelectric relay that enables controllable zero-power manual latching by varying the residual polarization in the piezoelectric bimorph itself to latch the state. U.S. Patent No. 4,403,166 to Tanaka has developed a device composed of opposing cantilever piezoelectric bimorphs that generates closing force and travel. All these devices have been manufactured by conventional means and feature all or many traditional piezoelectric material limitations.

제조된 대부분의 바이모프 액츄에이터는 제조 및 구동 신호 발생의 용이함때문에 열 바이모프를 이용하고 있다. 이와 같은 장치는 전형적으로 액티브 상태를 유지하기 위해 전원을 계속 인가할 것을 필요로 하고, 흔히 열 운반 현상에 기초한 속도 제한을 가지고 있다. Field 등에 의한 미국특허 제5,467,068호는 스택 기판들이 다수의 신규한 접촉 구조를 갖는 범용 목적의 열 바이모프 릴레이를 개시하고 있다. Norling 등에 의한 미국특허 제5,463,233호는 온도 감지를 위한 다수의 접촉 전극과 정전 바이어스 전극을 갖는 감열 릴레이를 갖는데, 이 장치는 현재 서미스터에 잘 맞는다. Carr 등에 의한 미국특허 제5,796,152호는 크기, 속도 및 전력 사용량을 희생시키는 댓가로 수동 기계적 래칭이 가능한, 엔지니어링된 대향하는 바이모프의 세트를 구비한 릴레이를 개발하였다.Most bimorph actuators manufactured utilize thermal bimorphs because of their ease of manufacture and drive signal generation. Such devices typically require continued application of power to remain active and often have speed limitations based on heat transport phenomena. U.S. Patent 5,467,068 to Field et al. Discloses a general purpose thermal bimorph relay in which the stack substrates have a number of novel contact structures. U. S. Patent No. 5,463, 233 to Norling et al. Has a thermosensitive relay having a plurality of contact electrodes and an electrostatic bias electrode for temperature sensing, which devices are now well suited for thermistors. US Pat. No. 5,796,152 to Carr et al. Developed a relay with a set of engineered opposing bimorphs that allows manual mechanical latching at the expense of size, speed and power usage.

Gevatter 등에 의한 미국특허 제5,666,258호 및 Schlaak 등에 의한 미국특허 제5,629,565호 및 5,673,785호에 따른 MEMS 릴레이는, 압전 바이모프 액츄에이터가 폐쇄 작용을 돕기 위해 통합된 정전 전극들을 갖는 바이모프 및 정전 액츄에이션 모두를 특징으로 하고 있다. 이 장치의 장점은 복잡한 것 대신에 폐쇄력의 증가와 구동 전압의 감소이고, 적절한 릴레이 기능을 위한 액츄에이터 모두의 동시 구동을 필요로 한다.MEMS relays according to US Pat. Nos. 5,666,258 by Gevatter et al. And US Pat. Nos. 5,629,565 and 5,673,785 by Schlaak et al. It features. The advantage of this device is that instead of the complexity, the increase in closing force and the reduction in drive voltage require simultaneous drive of both actuators for proper relay function.

상기와 같은 것들을 포함하는 수많은 연구가 및 그룹들에 의한 오래동안의 요구 및 활발하고 광범위한 노력에도 불구하고, 결과로 나타나는 어떠한 장치도 레이더 및 통신 시스템용의 고성능 신호 스위칭을 위한 바람직한 모든 속성을 이용하지 못하고 있다. Despite the long demands and active and extensive efforts by numerous researchers and groups, including the above, none of the resulting devices utilize all of the desirable attributes for high performance signal switching for radar and communication systems. I can't.

첨부하는 도면들은 도 1, 6 및 11 이외의 단면도를 도시한다. 기능적인 단면 평행선, 간결한 흑색 경계선, 모든 구성부품의 수치를 통해 부호화된다. 희거나 뚜꺼운 단면 해칭으로 도시한 모든 구성부품은 전기적으로 절연인 재료를 나타낸다. 얇은 폐공간 단면 평행선 패턴으로 도시된 구성부품은 전기 도전체인 재료를 나타낸다. 모든 구성부품에 대한 단면 평행선 패턴 명료와 연속을 위해 도 1, 6 및 11의 평면도로 도시되어 있다. 반도체의 도핑 레벨에 따라 설명한 절연체 및/또는 도전체를 제조하기 위해 대체 실시예에서 반도체 재료가 사용될 수 있다.The accompanying drawings show cross-sectional views other than FIGS. 1, 6 and 11. Functional cross section parallel lines, simple black borders, and numerical values for all components. All components shown with white or thick cross-sectional hatching represent electrically insulating materials. Components shown in a thin closed space cross-sectional parallel line pattern represent a material that is an electrical conductor. Cross-sectional parallel line patterns for all components are shown in plan views of FIGS. 1, 6 and 11 for clarity and continuity. Semiconductor materials may be used in alternative embodiments to fabricate the insulators and / or conductors described depending on the level of doping of the semiconductor.

도 1은 단면선과 명료를 위해 제공된 도면과, 대시선으로 도시된 상면 밑에 매립될 수 있는 많은 구성부품을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면도를 도시한다. 도 1은 대표 실시예의 액츄에이터 구성부품을 나타내기 위해 커버가 제거된 평면도이다. 도 1, 도 2A 및 도 3A와 함께 도시된 두개의 단면도는 각각 부하 전기자와 액츄에이터 전기자를 도시한다. 도 4는 전기적 접속 간의 관계를 도시하는, 멀티모프 액츄에이터의 영역에 있는 전기자의 단면도를 도시한다. 도 5A, 5B 및 5C는 개방(도 5A), 폐쇄 다운(closed down; 5 B) 및 폐쇄 업(closed up; 도 5C)의 릴레이 상태에 있는 래칭 및 접촉 메커니즘을 갖는 릴레이 영역의 단면도이다. 접촉 전기자의 휨 구성은 완전히 해치된 상태로 릴레이를 도시하는 도 5B 및 5C에 도시되어 있다. 1 shows a plan view according to an embodiment of the present invention having a diagram provided for section line and clarity, and with many components that can be embedded below the top surface shown in dashed lines. 1 is a plan view with the cover removed to show the actuator components of a representative embodiment. The two cross-sectional views shown in conjunction with FIGS. 1, 2A, and 3A show the load armature and actuator armature, respectively. 4 shows a cross section of an armature in the region of a multimorph actuator, showing the relationship between electrical connections. 5A, 5B, and 5C are cross-sectional views of relay regions with latching and contact mechanisms in relay state of open (FIG. 5A), closed down (5B), and closed up (FIG. 5C). The bending configuration of the contact armature is shown in FIGS. 5B and 5C showing the relay in a fully hatched state.

도 2A, 2B, 2C, 2D 및 2E는 장치의 5개의 동작 상태의 부하 전기자(load armature)의 단면도를 도시한다. 도 2A는 릴레이가 패시브 상태인 부하 전기자이다. 도 2B는 릴레이가 액티브 다운 상태(active down state)로 구동될 때의 부하 전기자에 유도된 비틀림을 도시한다. 도 2C는 래치 다운 상태(latched down state)일 때 릴레이 부하 전기자에 유도된 비틀림을 도시한다. 도 2D는 릴레이가 액티브 업 상태(active up state)로 구동될 때의 부하 전기자를 도시한다. 도 2E는 래치 업 상태일 때 릴레이 부하 전기자에 유도된 비틀림을 도시한다.2A, 2B, 2C, 2D and 2E show cross-sectional views of a load armature in five operating states of the device. 2A is a load armature in which the relay is passive. 2B shows the torsion induced in the load armature when the relay is driven to an active down state. 2C shows the torsion induced in the relay load armature when in the latched down state. 2D shows the load armature when the relay is driven to an active up state. 2E shows the torsion induced in the relay load armature when in the latched up state.

도 3A, 3B, 3C, 3D 및 3E은 장치의 동일한 다섯가지 동작 상태에서 압전 멀티모프 액츄에이터 전기자의 단면도를 도시한다. 도 3A는 릴레이가 패시브 상태에 있을 때의 액츄에이터 전기자이다. 도 3B는 릴레이가 액티브 다운 상태로 구동될 때 액츄에이터 전기자에 유도된 비틀림을 도시한다. 도 3C에는 전기자 전극 접촉이 도시되어 있는데, 이 도면은 릴레이가 래치 다운 상태에 있을 때 액츄에이터 전기자에 유도된 가능한 비틀림을 도시한다. 도 3D는 릴레이가 액티브 업 상태로 구동될 액츄에이터 전기자에 유도된 비틀림을 도시한다. 도 3E에는 다시 전기자 전극 접촉이 도시되어 있는데, 이 도면은 릴레이가 래치 업 상태에 있을 때의 엑츄에이터 전기자에 유도된 가능한 비틀림을 도시한다.3A, 3B, 3C, 3D and 3E show cross-sectional views of piezoelectric multimorph actuator armatures in the same five operating states of the device. 3A is an actuator armature when the relay is in a passive state. 3B shows the torsion induced in the actuator armature when the relay is driven in an active down state. The armature electrode contact is shown in FIG. 3C, which shows the possible twist induced in the actuator armature when the relay is in the latched down state. 3D shows the twist induced in the actuator armature for which the relay is to be driven to an active up state. 3E again shows the armature electrode contact, which shows the possible twist induced in the actuator armature when the relay is in the latched up state.

도 6 내지 도 10은 대체 실시예를 도시한다. 도 6은 주 액츄에이터로서 열 멀티모프를 이용하는 실시예를 도시하는 기능 평면도이다. 도 6, 도 7A 및 7B과 함께 도시되어있는 두개의 단면은 각각 로트 전기자와 열 멀티모프 액츄에이터 전기자의 단면도를 도시한다. 도 9는 멀티모프 액츄에이터의 영역에서 전기자의 단면도를 도시한다. 이전 실시예를 위한 도 5A, 5B 및 5C와 유사하게, 도 10A, 10B 및 10C는 각각 오픈, 클로즈드 다운, 및 클로즈드 업 릴레이 상태에 있는 래칭 및 접촉 메커니즘을 갖는 릴레이 영역의 단면도를 도시한다.6 to 10 show alternative embodiments. 6 is a functional plan view showing an embodiment using a thermal multimorph as the main actuator. The two cross sections shown in conjunction with FIGS. 6, 7A, and 7B show cross-sectional views of the lot armature and thermal multimorph actuator armature, respectively. 9 shows a cross section of an armature in the region of a multimorph actuator. Similar to FIGS. 5A, 5B, and 5C for the previous embodiment, FIGS. 10A, 10B, and 10C show cross-sectional views of relay regions with latching and contact mechanisms in open, closed down, and closed up relay states, respectively.

도 7A, 7B, 7C, 7D 및 7E는 장치의 동일한 다섯가지 동작 상태에서 부하 전기자의 단면도를 도시한다. 도 7A는 릴레이가 패시브 상태에 있을 때의 부하 전기자이다. 도 7B는 릴레이가 액티브 다운 상태로 구동될 때 부하 전기자에 유도된 비틀림을 도시한다. 도 7C에는 릴레이가 래치 다운 상태에 있을 때 부하 전기자에 유도된 릴레이 비틀림을 도시한다. 도 7D는 릴레이가 액티브 업 상태로 구동될 로드 전기자에 유도된 비틀림을 도시한다. 도 7E에는 릴레이가 래치 업 상태에 있을 때부하 전기자에 유도된 비틀림을 도시한다.7A, 7B, 7C, 7D and 7E show cross-sectional views of the load armature in the same five operating states of the device. 7A is a load armature when the relay is in a passive state. 7B shows the torsion induced in the load armature when the relay is driven to an active down state. 7C shows the relay torsion induced in the load armature when the relay is in the latched down state. FIG. 7D shows the torsion induced in the load armature in which the relay will be driven to an active up state. 7E shows the torsion induced in the load armature when the relay is in the latched up state.

도 8A, 8B, 8C, 8D 및 8E는 장치의 동일한 다섯가지 동작 상태에서 열 멀티모프 액츄에이터 전기자의 단면도를 도시한다. 도 8A는 릴레이가 패시브 상태에 있을 때의 액츄에이터 전기자이다. 도 8B는 릴레이가 액티브 다운 상태로 구동될 때 액츄에이터 전기자를 도시한다. 전기자 전극 접촉를 도 8C에서 볼 수 있는데 이 도면은 릴레이가 래치 다운 상태에 있을 때 액츄에이터 전기자에 유도된 비틀림을 도시한다. 도 8D는 릴레이가 액티브 업 릴레이 상태로 구동될 때의 액츄에이터 전기자를 도시한다. 전기자 전극 접촉를 도 8E에서 볼 수 있는데, 이 도면은 릴레이가 래치 업 릴레이 상태에 있을 때 액츄에이터 전기자에 유도된 비틀림을 도시한다.8A, 8B, 8C, 8D and 8E show cross-sectional views of a thermal multimorph actuator armature in the same five operating states of the device. 8A is an actuator armature when the relay is in a passive state. 8B shows the actuator armature when the relay is driven in an active down state. The armature electrode contact can be seen in Figure 8C which shows the twist induced in the actuator armature when the relay is in the latched down state. 8D shows the actuator armature when the relay is driven to an active up relay state. The armature electrode contact can be seen in Figure 8E, which shows the twist induced in the actuator armature when the relay is in a latch up relay state.

본 릴레이 발명의 제3실시예에 있어서, 상기 릴레이는 도 11에 도시된 바와 같이, 복수의 액츄에이터 전기자 구조를 포함할 수 있다. 이 릴레이는 상기 부하 전기자에 수직인 상기 액츄에이터 전기자와 함께 도시된다. 상이한 수의 액츄에이터 전기자 또는 부하 전기자를 가지는 이러한 형상은 당분야의 당업자의 결정에 의해 충분히 결정될 수 있다. 도 12는 본 실시예의 상기 부하 전기자의 단면개략도를 나타낸다.In the third embodiment of the present invention, the relay may include a plurality of actuator armature structures, as shown in FIG. This relay is shown with the actuator armature perpendicular to the load armature. Such a shape having a different number of actuator armatures or load armatures can be sufficiently determined by the decision of one skilled in the art. 12 shows a cross-sectional schematic diagram of the load armature of this embodiment.

도 13a, 도 13b 및 도 13c는 제3실시예의 5개 중 3개가 작동상태에 있는 상기 릴레이의 상기 액츄에이터 전기자의 단면개략도이다. 각 도면은 상기 접촉 전극을 포위하는 상기 접촉 전기자 영역뿐만 아니라 상기 장치 폐쇄 가동에의 반응 및 상기 장치 개방 가동에 반응하는 상기 열적 액츄에이터 전기자를 묘사한다. 도 13a는 상기 릴레이가 비활성상태하에서의 상기 액츄에이터 전기자를 묘사한다. 도 13b는 릴레이가 비활성 하향 상태로 구동될 때 상기 액츄에이터 내 유도된 상기 굴곡자를 나타낸다. 도 13c는 래치된 하향 상태일 때 상기 액츄에이터 전기자를 나타낸다. 상기 활성화 상향 및 래치된 상향 상태의 상기 액츄에이터 전기자의 도면은 간결함을 위하여 제공되지 않는다.13A, 13B and 13C are cross-sectional schematic diagrams of the actuator armature of the relay in which three of the five of the third embodiment are in operation. Each figure depicts the contact armature region surrounding the contact electrode as well as the thermal actuator armature in response to the device closing operation and the device opening operation. 13A depicts the actuator armature when the relay is inactive. 13B shows the flexure induced in the actuator when the relay is driven in an inactive down state. 13C shows the actuator armature when in the latched down state. The illustration of the actuator armature in the activated up and latched up states is not provided for the sake of brevity.

따라서, 본 발명은 이중-스로우 스위치(double-throw switch) 구성에서 단점과 제한이 거의 없는 각 품질을 달성하는 제1 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention provides a first apparatus that achieves each quality with little or no disadvantages and limitations in a double-throw switch configuration.

미세가공 스위칭(micromachined switching) 및 릴레이 분야에서, 멀티모프 또는 정전 액츄에이터 소자를 일체화하는 많은 장치가 존재한다. 멀티모프 액츄에이터는 그 능력 때문에 소정의 구동 전원, 전압 또는 전류를 위한 큰 힘을 발생시키는데 주로 사용된다. 정전 액츄에이터는 그 능력 때문에 개방 또는 폐쇄 위치로 스위치 또는 릴레이를 활성화시키고 유지하기 위한 극저 전력을 사용하는데 사용된다. 저 전력을 사용하면서 신뢰성있는 접촉를 위한 큰 힘을 일체화시키는 장치를 개발하기 위해 업계의 요구가 있었지만, 이전의 어떠한 노력도 성공적이지 못하였다. 본 발명은 그 제1 목표는 이 목적을 달성하는 것이며, 고력(high-force) 멀티모프 액츄에이션과 제로-전력 정전 래칭 메커니즘을 일체화시키므로서 이를 달성한다.In the field of micromachined switching and relays, there are many devices that integrate multimorph or electrostatic actuator elements. Multimorph actuators are mainly used to generate large forces for a given drive power supply, voltage or current because of their ability. Electrostatic actuators are used to use very low power to activate and maintain a switch or relay in an open or closed position because of their ability. There was a need in the industry to develop devices that use low power and integrate a large force for reliable contact, but none of the previous efforts have been successful. The first object of the present invention is to achieve this object, which is achieved by integrating high-force multimorph actuation with a zero-power electrostatic latching mechanism.

본 발명의 동작의 의해 장치에 대해 서로 다른 안정한 상태가 가능하게 된다. 제1 상태는 패시브 상태인데, 이는 어떠한 제어 신호도 장치에 인가되지 않을 때 릴레이의 자연적인 상태이다. 활성 상태가 요구될 때, 구동 제어 신호가 릴레이 액츄에이터(들)에 인가되는데, 여기서 장치의 기계적 제한은 릴레이 전기자(relay armature)의 추가적인 편향을 방지한다. 일단 변경되면, 래치 상태에서 무한정한 시간 주기일 수 이는 상태를 유지하므로서, 래치 제어 신호가 정전 소자에 인가되어 정전력과 함께 이들을 유지하거나 결합시키는 것이 바람직하다. 이때, 액츄에이터로부터 구동 제어 신호를 제거할 수 있고, 릴레이는 그대로 래치될 것이다. 래치 제어 신호의 제거는 릴레이를 다시 패시브 상태로 송신할 수 있다. 이중-스로우 구성은, 제2 폐쇄 위치에서 릴레이와 제2 전기 접촉이 이루어지는 제2 활성 상태를 허용한다. 연관된 제2 래치 상태는 또한 제2 폐쇄 상태를 위한 저전력 래칭 능력을 제공하도록 일체화된다.The operation of the present invention enables different stable states for the device. The first state is the passive state, which is the natural state of the relay when no control signal is applied to the device. When an active state is required, drive control signals are applied to the relay actuator (s), where the mechanical limitations of the device prevent further deflection of the relay armature. Once changed, it may be an infinite period of time in a latched state, which maintains the state, so that a latch control signal is applied to the electrostatic element to maintain or couple them with electrostatic power. At this point, the drive control signal can be removed from the actuator and the relay will latch as is. Elimination of the latch control signal may send the relay back to the passive state. The double-throw configuration allows a second active state in which a second electrical contact is made with the relay in the second closed position. The associated second latch state is also integrated to provide a low power latching capability for the second closed state.

<용어 정의>Term Definition

초소형 장치에 친숙하지 않은 독자를 위해 간단히 용어와 단위를 설명한다. 본 발명의 도면 및 상세한 설명에 대한 설명은 문장에서 나타나는 순서로 도면에서 도면부호가 부여된 소자를 설명하는 정확한 용어를 포함한다. 각각의 용어는 흔히 받아들여지는 릴레이 업계 용어에 따른 설명으로 간주된다:Brief descriptions of terms and units are provided for readers who are not familiar with micro devices. The drawings and detailed description of the invention include the exact terminology for describing the elements to which reference is made in the drawings in the order in which they appear in the sentences. Each term is considered a description according to the commonly accepted relay industry terminology:

밀리-,m은 1/1000에 대한 표준 S.I.접두사이다.Milli-, m is the standard S.I. prefix for 1/1000.

마이크로-,μ은 1/1,000,000에 대한 표준 S.I.접두사이다.Micro-, μ is the standard S.I.prefix for 1 / 1,000,000.

나노-,n은 1/1,000,000,000에 대한 표준 S.I.접두사이다.Nano-, n is the standard S.I. prefix for 1 / 1,000,000,000.

뉴톤 N는 2제곱미터 당 1 킬로그램 미터에 상당하는 힘의 표준 S.I. 단위이다.Newton N is the standard S.I. of force equivalent to one kilogram meter per two square meters. Unit.

마이크론, ㎛ 또는 마이크로미터는 밀리미터의 1/1,000에 상당하는 길이의 단위이다.Microns, μm or micrometers are units of length equivalent to 1 / 1,000 of a millimeter.

미세조립형(microfabrication)은 집적 회로 개발자 업계에 의해 인기있는 석판기술을 통해 기술되는 구성부품을 정의하는 제조 방법으로 정의된다.Microfabrication is defined as a manufacturing method that defines components described by the lithographic technique popular by the integrated circuit developer industry.

미세가공(micromachining)은 흔히 산 또는 기를 사용한 에칭 공정에 의해 수행되는, 포토리소그래픽하게 정의되는 초소형 소자를 기술하는 동작이다.Micromachining is the operation of describing photolithographically defined microdevices, often performed by etching processes using acids or groups.

액츄에이션은 릴레이 또는 다른 스위칭 장치를 개방하거나 폐쇄하는 작용으로 정의된다.Actuation is defined as the act of opening or closing a relay or other switching device.

액츄에이터는 액츄에이션을 담당하는 에너지 변환 메커니즘으로 정의된다.Actuators are defined as energy conversion mechanisms responsible for actuation.

전기자(armature)는 릴레이 또는 다른 스위칭 장치를 개방하거나 폐쇄하기 위해 액츄에이터에 의해 편향되거나 이동되는 임의의 소자로 정의된다.An armature is defined as any element that is deflected or moved by an actuator to open or close a relay or other switching device.

멀티모프(multimorph)는 자극에 노출될 때 크기가 변화는 층의 조합으로 구성된 액츄에이터로 정의된다. (여기서, 크기 변화는 두개 이상의 다른 층에 대해 변함)Multimorph is defined as an actuator consisting of a combination of layers whose size changes when exposed to a stimulus. (Where the change in size varies for two or more different layers)

바이모프(bimorph)는 정확히 두개의 층을 갖는 멀티모프로 정의된다.Bimorphs are defined as multimorphs with exactly two layers.

멀티모프 층은 특정 층이 멀미모프에 대해 정의된 구동 자극에 반응하거나 반응하지 않을 수 있는 멀티모프의 임의의 한층으로 정의된다.A multimorph layer is defined as any layer of multimorphs in which a particular layer may or may not respond to drive stimuli defined for motion sickness.

압전 멀티모프(piezoelectric miltimorph)는 하나 이상의 층들이 비제로 압전계수를 갖는 전압 자극에 반응하는 멀티모프 액츄에이터로 정의된다.Piezoelectric miltimorphs are defined as multimorph actuators in which one or more layers respond to voltage stimuli with nonzero piezoelectric coefficients.

열적 멀티모프(thermal multimorph)는 하나 이상의 층들이 비제로 열 팽창계수를 갖는 열 또는 냉 자극에 반응하는 멀티모프 액츄에이터로 정의된다.Thermal multimorph is defined as a multimorph actuator in which one or more layers respond to a heat or cold stimulus having a non-zero coefficient of thermal expansion.

버클링 멀티모프(buckling multimorph)는 하나 이상의 층들이 버클링 현상에 따라 레벨로 비제로 응력을 갖는 편향 자극에 반응하는 멀티모프 액츄에이터로 정의된다.Buckling multimorphs are defined as multimorph actuators in which one or more layers respond to a nonzero stressed deflection stimulus to a level in accordance with the buckling phenomenon.

고정 베이스(fixed base)는 기계적 지지를 제공하는 단단한 일체의 릴레이 영역으로 정의된다.Fixed base is defined as a solid integral relay region that provides mechanical support.

베이스 기판(base substrate)은 고정 베이스의 일부를 형성하는 초소형 기판으로 정의된다.A base substrate is defined as a micro substrate that forms part of a fixed base.

부하 신호(load signal)는 릴레이 또는 다른 스위칭 장치에 의해 스위치될 신호로 정의된다.A load signal is defined as a signal to be switched by a relay or other switching device.

부하 신호선(load signal line)은 스위치될 부하 신호를 위한 포트(입력 또는 출력)로서 정의된다.The load signal line is defined as a port (input or output) for the load signal to be switched.

전기자 접촉부재(armature contact element)는 입력에서 출력 부하 신호선으로 진행하는 부하 신호를 위한 도전 경로를 형성하고/하거나 분리시키기 위해, 다른 접촉부재와 물리적으로 맞물리고 또는 분리되는 전기자에 위치한 소자로 정의된다.An armature contact element is defined as an element located in an armature that is physically engaged or separated from another contact member to form and / or separate a conductive path for a load signal from an input to an output load signal line. .

접촉 전기자는 부착된 전기자 접촉부재를 갖는 전기자로 정의된다.A contact armature is defined as an armature with an armature contact member attached.

베이스 기판 접촉부재는 입력에서 출력 부하 신호선으로 진행하는 부하 신호를 위한 도전 경로를 형성하고/하거나 분리시키기 위해, 다른 접촉부재와 물리적으로 맞물리고/거나 분리되는 베이스 기판에 위치한 소자로 정의된다.Base substrate contact members are defined as elements located on the base substrate that are physically engaged and / or separated from other contact members to form and / or separate conductive paths for load signals from input to output load signal lines.

구동 신호(drive signal)는 릴레이 또는 스위치의 액츄에이션을 초기화시키는 신호로 정의된다.A drive signal is defined as a signal that initiates actuation of a relay or switch.

구동 신호선은 구동 신호를 배향시키는 선으로 정의된다. 전기적 구동 신호를 위해서는, 신호를 위한 한개 기준을 위한 한개 등, 적어도 두개의 구동 신호선이 필요하다.The drive signal line is defined as a line for orienting the drive signal. For the electrical drive signal, at least two drive signal lines are required, such as one for the reference.

래치 신호(latch signal)는 개방 또는 폐쇄 상태로 릴레이 또는 스위치를 유지하는 신호로 정의된다.A latch signal is defined as a signal that holds a relay or switch in an open or closed state.

래치 신호선은 래치 신호를 배향시키는 선으로 정의된다. 전기적 구동 신호를 위해서는, 신호를 위한 한개 기준을 위한 한개 등, 적어도 두개의 래치 신호선이 필요하다.The latch signal line is defined as a line for orienting the latch signal. For the electrical drive signal, at least two latch signal lines are required, such as one for the reference.

전기자 전극은 래치 신호 또는 그 기준이 배향되는 전기자에 부착된 전도성 영역으로 정의된다.An armature electrode is defined as a conductive region attached to an armature with a latch signal or reference thereof.

베이스 기판 전극은 래치 신호 또는 그 기준이 배향되는 베이스 기판에 부착된 전도성 영역으로 정의된다.The base substrate electrode is defined as a conductive region attached to the base substrate on which the latch signal or its reference is oriented.

래치 전극 절연체는 전기적 접촉이 전기자 전극과 베이스 기판 전극 사이에 발생하는 것을 방지하는 절연 영역으로 정의된다.Latch electrode insulators are defined as insulating regions that prevent electrical contact from occurring between the armature electrode and the base substrate electrode.

본 발명은 릴레이 업계 표준과 비교하여 전체적으로 작은 스위칭 속도 및 신호 부하를 포괄한다. 예를 들어, 종래의 릴레이에 대한 부하 신호 강도와 관련해서는 ㎂와 ㎃ 간은 기능적으로 구분되지 않으나, 이들 서로 다른 부하 신호를 위한 미세조립된 릴레이의 성능 및 설계 차이는 중요하다. 본 특허를 위해, 다음과 같은 속도와 신호 부하가 정의된다. 이들 명세는 릴레이 업계 표준에 정의된 것들과 다르다는 것에 유의하여야 한다:The present invention encompasses a small switching speed and signal load as a whole compared to the relay industry standard. For example, with respect to load signal strength for conventional relays, ㎂ and ㎃ are not functionally distinct, but the performance and design differences of the microfabricated relays for these different load signals are important. For this patent, the following speeds and signal loads are defined. Note that these specifications are different from those defined in the relay industry standard:

초고속 스위칭 시간은 100nsec 미만으로 정의된다.Ultrafast switching time is defined as less than 100 nsec.

고속 스위칭 시간은 100nsec 내지 1μsec로 정의된다.The fast switching time is defined as 100 nsec to 1 μsec.

중간 스위칭 시간은 1μsec 내지 100μsec으로 정의된다.The intermediate switching time is defined as 1 μsec to 100 μsec.

저속 스위칭 시간은 100μsec 내지 10msec로 정의된다.The low speed switching time is defined as 100 μsec to 10 msec.

최저 저속 스위칭 시간은 10msec 이상으로 정의된다.The lowest low speed switching time is defined as more than 10msec.

최저 하한 신호 부하는 10㎂ DC 전류 미만 내지 100㎼ RF전원으로 정의된다.The lowest signal load is defined as less than 10 mA DC current to 100 mA RF power supply.

하한 신호 부하는 10㎂ 내지 10㎃ 또는 100㎼ 내지 100mW로 정의된다.The lower limit signal load is defined as 10 Hz to 10 Hz or 100 Hz to 100 mW.

중간 신호 부하는 10㎃ 내지 500㎃ 또는 100mW 내지 5W로 정의된다.The intermediate signal load is defined as 10 mW to 500 mW or 100 mW to 5 W.

상한 신호 부하는 500㎃ 내지 5A 또는 5W 내지 50W로 정의된다.The upper limit signal load is defined as 500 Hz to 5A or 5W to 50W.

최고 상한 신호 부하는 5A DC 전류 내지 50W RF 전원으로 정의된다.The peak signal load is defined as 5A DC current to 50W RF power.

본 발명은 미소가공된 더블 스로우(double-throw) 스위칭 장치의 개발로 정전상태 유지기구를 가지는 다형 구동기 부품의 기능적 결합이 통합된 새로운 형태의 릴레이이다. 부품들의 이러한 결합은 고신뢰성 및 저전력소모를 가지는 미세조립된 릴레이 내 제로 전력(zero-power) 정전 용량 래칭(latching)의 그것들을 가지는 고전력 다형 구동기의 장점을 제공한다. 차후의 상세한 설명은 우선 구동기 기술의 이러한 기능적 결합을 검토하고, 본 발명의 여러 특정 장치 실시예의 상세한 검토를 지속한다.The present invention is a new type of relay incorporating functional coupling of a polymorphic actuator component with an electrostatic state maintenance mechanism by the development of a microfabricated double-throw switching device. This combination of components offers the advantages of a high power polymorphic driver with those of zero-power capacitive latching in microfabricated relays with high reliability and low power consumption. The following detailed description first examines this functional combination of driver technology and continues the detailed review of several specific device embodiments of the present invention.

릴레이는 부하 신호 경로부터 고립된 제어 신호 경로 포함의 부가적인 특성을 가지는 스위칭 장치이다. 이러한 장치는 민감 부하 신호의 보전 격하의 요동 또는 불규칙 성능을 가질 수 있는 제어 신호로 부터의 간섭없이 변형 또는 민감 신호의 스위칭이 가능하도록 한다(데이터 스트림 또는 시험 장비 신호와 같은). 이것은 또한 상기 부하 신호가 상기 제어 신호 경로와의 상호작용이 허용된다면 고전압 또는 고전력 부하 신호가 제어 전자기기를 과부하할 수 있는; 어떠한 형태로서 위험할 수 있는 응용상에서 제어 전자기기를 보호한다. 고주파 장치는 종종 고주파 전력이 완전하게 정전 혹은 유도 결합때문에 완전하게 포함되어질 수 없게 됨에 따라 신호 부하로부터 제어 전자기기의 고절연을 요구한다. 대부분의 싱글 스로우(single-throw) 릴레이는 상기 부하 신호 회로가 1)개방 또는 2)폐쇄인지 아닌지를 정의하는 두 안정된 작동 상태를 포함한다. 이러한 장치는 직류, 저주파, 및 고주파 응용의 광범위한 종류의 응용상에 있어서 값비싼 부품을 형성하고, 미세조립화 릴레이를 제작하기 위한 많은 노력이 관심 산업분야에 나타나고 있다.Relays are switching devices that have the additional feature of including a control signal path isolated from the load signal path. Such devices allow switching of deformed or sensitive signals (such as data streams or test equipment signals) without interference from control signals that may have fluctuations or irregular performance in the integrity of the sensitive load signal. This also allows a high voltage or high power load signal to overload control electronics if the load signal is allowed to interact with the control signal path; To protect control electronics in applications that may be dangerous in any form; High frequency devices often require high isolation of the control electronics from the signal load as the high frequency power cannot be completely included due to a completely electrostatic or inductive coupling. Most single-throw relays include two stable operating states that define whether the load signal circuit is 1) open or 2) closed. Such devices form expensive components for a wide range of applications in direct current, low frequency, and high frequency applications, and many efforts have been made in the industry of interest to fabricate microfabricated relays.

다형 구동기구는 중간 전력 요구치(10 μW 에서 수십 mW 까지의 연속작동)를 가지는 중간 간격(수십 ㎛ 에서 ㎜ 까지의 전기자 편향)을 넘어서는 상한 속도(μsec 에서 msec까지의 구동 시간)에서 비교적 큰 힘(mN 에서 N 까지의 접촉력)을 생성하도록 하는 능력 때문에 수십년간 스위칭 장치로서의 열할을 하여왔다. 다형 구동기 기술은 전기적 부하 신호 접촉을 신뢰성있게 성립 및 해제하기 위하여 중간 접촉력을 생성하는 본 발명에 적용된다. 그러나 다형 구동기 기술은 배경기술에 논의된 여러 중대한 단점을 가질 수 있다. 몇몇 기술은 예를 들면, 구동기 구동 신호 또는 릴레이 상태가 연장된 휴지기(수 초에서 수 년)동안 유지된다면 다른 것이 취약화, 비신뢰성, 또는 파손으로 드러나는 것에 반하여 유지하기 위한 일정 전력을 요구한다.The polymorphic drive mechanism has a relatively large force at high speeds (driving times from μsec to msec) over intermediate intervals (arm deflections from tens of micrometers to mm) with intermediate power requirements (10 μW to tens of mW of continuous operation). The ability to generate contact force from mN to N has been a decisive factor for decades. Polymorphic driver technology is applied to the present invention which generates intermediate contact forces to reliably establish and release electrical load signal contacts. However, polymorphic driver technology can have several significant disadvantages discussed in the background. Some techniques require some power to maintain, for example, if the driver drive signal or relay state is maintained for extended rest periods (several seconds to years) while others appear to be vulnerable, unreliable, or broken.

이러한 요구되지 않는 속성들을 회피하기 위하여, 본 발명은 릴레이상태 유지를 위한 비파괴 교체, 저전력을 제공하기 위하여 다형 구동기와 제2기구를 결부시킨다. 정전 구동은 하한 전력 소모(nW 에서 μW 까지의)와 상한 폐쇄시간(100 nsec 에서 100 μsec 까지의) 장점을 요구하는 미세조립 구동기 업계에서 오랫동안 핵심 기술이어 왔다. 이러한 장치에서의 일반적인 힘(1 μN 에서 0.5 mN 까지의) 및 구동기 이동 간격(1 에서 10 ㎛ 까지의) 은 매우 제한적이며, 대부분의 정전 릴레이 작용력은 릴레이 삽입 손실, 신뢰성(둘 다 접촉력에 관계되는), 절연, 및 격리 전압(둘 다 갭 분리에 관계되는)에 의하여 방치되된다.To avoid these undesired attributes, the present invention combines a polymorphic driver and a second mechanism to provide a non-destructive replacement, low power for maintaining relay status. Electrostatic drive has long been a key technology in the microfabricated driver industry, which demands lower power consumption (from nW to μW) and upper closure time (from 100 nsec to 100 μsec). The typical forces in these devices (from 1 μN to 0.5 mN) and the actuator travel intervals (from 1 to 10 μm) are very limited, and most electrostatic relay forces are related to relay insertion loss, reliability (both related to contact force). ), Isolation, and isolation voltage (both related to gap separation).

본 발명은 두 구동 기술이 각 장점을 이용하여 결합되었으므로 종래의 미세조립 릴레이에 비하여 우수하다. 본 발명에서, 상기 정전 구동기는 비교될 정도로 강력한 다형 구동기에 의해 실행되는 상태를 달성하도록 요구되는 다수의 작업과 함께 상기 장치를 각 폐쇄상태로 유지하도록 이용된다. 이러한 조합에 있어서, 단점이 배제된 상태로 상기 각 구동기의 장점이 구현된다.The present invention is superior to conventional microfabricated relays since the two drive technologies are combined using their respective advantages. In the present invention, the electrostatic driver is used to keep the device in each closed state with a number of tasks required to achieve a state executed by a comparably powerful polymorphic driver. In this combination, the advantages of each driver are realized with the disadvantages eliminated.

본 발명은 10 μm 와 10 ㎜ 사이의 총 너비 및 길이의 총 평면 치수를 가지는 미세조립 릴레이에 관한 것이다. 특정 설계를 위하여 채택된 상기 평면 치수는 상기 정의된 영역의 요구되는 속도 및 스위치되는 신호 부하의 전력수준에 우선적으로 의존된다. 고속 또는 초고속 스위칭을 요구하는 장치는 주어진 크기 영역의 최저하한으로 설계되는 반면, 상한 또는 최고상한 신호 부하를 취급하는 장치는 요구되는 영역의 최대에 근사한 크기를 가진다.The present invention relates to a microfabricated relay having a total planar dimension of total width and length between 10 μm and 10 mm. The planar dimension adopted for a particular design depends primarily on the required speed of the defined area and the power level of the signal load being switched. Devices that require fast or ultrafast switching are designed to be the lowest of a given size range, while devices that handle upper or highest signal loads have sizes close to the maximum of the required area.

본 발명에 따르며 최저하한 내지 중간 신호 부하 및 중간 내지 최고상한 스위칭 속도의 용도로 이용이 의도된 장치는 75 ㎛ 와 1.5 ㎜ 사이의 평면 치수를 가질 수 있다고 추정된다. 이러한 치수는 중대역 무선 통신기, 전송 위상배열(phased-array) 안테나 전자기기, 또는 일반적인 원격통신 스위칭 응용에 적합할 수도 있다. 상한 혹은 최고상한 신호 부하 스위칭이 요구되는 분야 및 최저하한 속도가 조건에 맞는 일반 목적의 산업용 릴레이 혹은 고출력 고주파 시스템과 같은 응용 상에 기대되며, 본 발명에 따른 장치의 총 치수는 0.5와 10 ㎜ 사이 일 수 있다. 단대역 무선 통신기, 안테나 수신 전자기기 또는 어떠한 자동화 시험 장비와 같은 고속이 요구되는 경량 혹은 초경량 신호 부하의 응용은 본 발명에 따른 10과 150 ㎛ 사이의 평면 치수를 가지는 장치를 요구할 수 있다고 더욱 추정된다. 총 평면 릴레이 길이 및 너비의 이러한 각각의 영역은 본 발명의 응용상에 기대하도록 타당하게 고려될 수 있다. 상기 장치에 있어서의 최고상한 스위칭 속도 및 최고상한 신호 부하의 반대를 요구하는 응용은 상기 장치가 제시된 영역 내 어느 부분에서라도 평면 치수를 가지고 설계되는 것을 요구할 수 있다는 것이 더 인식되어진다.It is presumed that the device according to the invention and intended for use in the low to medium signal loads and the medium to high switching speeds can have planar dimensions between 75 μm and 1.5 mm. Such dimensions may be suitable for mid-band wireless communicators, transmit phased-array antenna electronics, or general telecommunication switching applications. It is expected in applications where high or high signal load switching is required and in applications such as general purpose industrial relays or high power high frequency systems where the lowest speed is suitable, and the total dimensions of the device according to the invention are between 0.5 and 10 mm. Can be. It is further presumed that the application of light or ultralight signal loads requiring high speeds, such as short band radios, antenna receiving electronics or any automated test equipment, may require devices with planar dimensions between 10 and 150 μm in accordance with the present invention. . Each of these areas of total planar relay length and width can be reasonably considered to be expected for applications of the present invention. It is further appreciated that an application requiring the opposite of the highest switching speed and the highest signal load in the device may require that the device be designed with planar dimensions anywhere in the area presented.

본 명세서의 상세한 설명을 통하여, 구성부품들의 재료 및 치수는 특정 신호 부하 또는 스위칭 속도를 정의하는 응용상에서 제시된다. 본 발명에서 구상된 일 응용에서의 재료 및 형상 선택의 일 실시예를 조사하는 것은 교시적이라는 것이 고려되어질 수 있다. 중간 스위칭 속도를 허용하는 하한 신호 부하를 가지는 응용을 고려하여서, 일 실시예는 도 1 내지 도 5에 도시된 본 발명과 함께, 본 발명의 응용 내 하나의 가능한 설계를 나타낸다.Throughout the description herein, the materials and dimensions of the components are presented in an application that defines a particular signal load or switching speed. It may be considered that investigating one embodiment of material and shape selection in one application envisioned in the present invention is teaching. Considering an application with a lower signal load allowing for an intermediate switching speed, one embodiment represents one possible design within the application of the present invention, along with the present invention shown in FIGS.

도 1은 본 발명의 실시예의 하나의 일반적인 부류의 기능적 평면개략도이다. 여기서 하나의 캔틸레버(cantilever) 부하 전기자 및 하나의 캔틸레버 래치 전기자가 보통의 끝단에 고정되고 대향하는 끝단에 편향하기 자유로우며, 이 자유단은 접촉 전기자의 수단에 의해 상호 기계적으로 결합된다. 도 1은 상기 장치 내 내재될 수 있는 전기 접속 및 전극과 같은 구성부품이 묘사되었지만 진정 평면개략도는 아니다. 상부 커버 플레이트가 제거된다면, 모든 고정부품은 투명재로 구성되어질 것이고, 전도체는 상기 장치를 통한 목시선을 차단하며, 도 1에 제공된 시선은 정확할 것이다. 구성부품은 평면에서 망상선으로 도시되고, 표면하(sub-surface) 구성부품은 실외곽선보다 점외곽선으로 도시된다.1 is a functional plan schematic diagram of one general class of embodiments of the invention. Here, one cantilever load armature and one cantilever latch armature are fixed at their normal ends and are free to deflect at opposite ends, which are coupled together mechanically by means of the contact armature. 1 depicts components such as electrodes and electrical connections that may be inherent in the device, but is not a true plan schematic. If the top cover plate was removed, all fasteners would be made of transparent material, the conductor would block the line of sight through the device, and the line of sight provided in FIG. 1 would be correct. The components are shown in the plane as reticular lines, and the sub-surface components are shown as point outlines rather than outdoor outlines.

도 1은 따라 도시된 두 개의 단면도는 각각 부하 전기자 및 래치 전기자를 도시하는 도 2a 및 도 3a이다. 도 4는 전기적 접속 및 절연체를 도시하기 위한 다형 액츄에이터의 일반적 영역 내 상기 전기자의 단면개략도이다. 도 5a, 도 5b 및 도 5c는 각각 개방, 폐쇄강하 및 폐쇄상승 릴레이 상태의 래치 및 접촉 메카니즘이 있는 영역의 단면을 나타낸다. 접촉 전기자의 밴딩(bending)은 완전 폐쇄 및 래치 상태의 상기 릴레이를 나타내는 도 5b 및 도 5c에 도시되어 있다.2 are two cross-sectional views shown, respectively, of FIGS. 2A and 3A showing a load armature and a latch armature, respectively. 4 is a cross-sectional schematic view of the armature in the general area of the polymorphic actuator for illustrating electrical connections and insulators. 5A, 5B and 5C show cross-sections of regions with latch and contact mechanisms in open, closed drop and closed lift relay states, respectively. The bending of the contact armature is shown in Figs. 5b and 5c showing the relay in its fully closed and latched state.

본 릴레이 발명의 일 양상은 상기 전기자의 기능성이며, 각각이 부하 신호 및/또는 제어 신호의 전송에 적합한지 여부이다. 상술된 바에 따라 각 부품의 기능 및 배치를 지시하기 위하여 평면도 뿐만 아니라 측단면도를 조사하는 것은 교시적일 수 있다. 고정 베이스(101)는 기계적 강도를 제공하도록 상호 고정된 다수의 반도체, 금속 또는 유전 부품로 구성될 수 있는 단단하고 필수적인 영역이다. 상기 고정 베이스의 총 치수는 부착된 릴레이 및 그 부하 신호 취급 가능 출력의 최대치를 정의하는 것을 조력할 수 있다. 고정 베이스는 유리, 폴리이미드(polyimide), 또는 다른 고분자, 알루미나, 석영, 갈륨비소(gallium arsenide) 또는 실리콘과 같은 하나 이상의 미세조립 가능한 유전체 또는 반도체 재료로 구성될 수 있는, 베이스 기판(102) 및 커버 기판(134)을 더 포함한다. 본 실시예에서 바람직한 베이스 기판은 자동화 제조, 봉지(packaging) 및 시스템 삽입이 용이성이 허용될 정도로 충분히 큰 미세조립 품질 재료의 견고한 베이스를 제공하는, 각 평면 치수가 적어도 250 ㎛ 두께 및 최고상한 적어도 1 ㎜로 연마된 석영이다.One aspect of the present invention of the relay is the functionality of the armature and whether each is suitable for the transmission of load signals and / or control signals. Investigating the cross-sectional view as well as the top view to instruct the function and placement of each component as described above may be teaching. The fixed base 101 is a hard and essential area that can be composed of a number of semiconductor, metal or dielectric components fixed together to provide mechanical strength. The total dimensions of the fixed base may help to define the maximum of the attached relay and its load signal handleable output. The fixed base may be composed of a base substrate 102, which may be composed of one or more microassembleable dielectric or semiconductor materials such as glass, polyimide, or other polymers, alumina, quartz, gallium arsenide or silicon. The cover substrate 134 further includes. Preferred base substrates in this embodiment are at least 250 μm thick and at least one top of each plane dimension, providing a rigid base of microassembly quality material large enough to allow for ease of automated manufacturing, packaging, and system insertion. It is quartz polished to mm.

이 고정 베이스에 부착된 것은 상기 장치에 의해 스위치되는 신호의 입력 및 출력의 전기적 경로를 나타내는 제1부하 신호 라인(103), 제2부하 신호 라인(104), 제3부하 신호 라인(135) 및 제4부하 신호 라인(136)이다. 또한 상기 고정 베이스에 부착된 것은 제1구동 신호 라인(105) 및 제2구동 신호 라인(106)이며, 상기 장치를 발동하도록 하는 구동 신호를 가로지르는 리드선이 주어진다. 본 발명에 따른 다수의 장치에 있어서, 상기 구동 신호 라인이 전기적 경로일 것이 구상된다. 상기 고정 베이스에 부가적으로 부착된 것은 제1래치 신호 라인(107), 제2래치 신호 라인(108) 및 제3래치 신호 라인(141)이며, 이를 가로지르는 리드선이 래치 신호가 폐쇄 상태에 걸리도록 주어진다. 본 발명에 채용된 래칭 메카니즘이 정전 전극의 정전인력이므로, 상기 래치 신호 라인은 전기적 경로이다.Attached to this fixed base is a first load signal line 103, a second load signal line 104, a third load signal line 135 representing an electrical path of the input and output of the signal switched by the device, and Fourth load signal line 136. Also attached to the fixed base are a first drive signal line 105 and a second drive signal line 106, and are given a lead across the drive signal for actuating the device. In many devices according to the invention, it is envisioned that the drive signal line is an electrical path. The first latch signal line 107, the second latch signal line 108 and the third latch signal line 141 are additionally attached to the fixed base, and the lead wires crossing the latch base are caught in the closed state. Is given. Since the latching mechanism employed in the present invention is the electrostatic attraction of the electrostatic electrode, the latch signal line is an electrical path.

도 1 내지 도 5에 도시된 실시예에서, 상기 부하 신호 라인은 니켈 부착 및 판금층 0.4 ㎛ 두께를 가지는 하한 릴레이 전기저항을 위하여 판금된 금 합금 4 ㎛ 두께로 제조된다. 이러한 금속화는 최저하한 내지 중간 부하 신호를 위한 하한 손실 라인을 허용하도록 충분히 두꺼우며 충분히 낮은 비저항을 가지고, 니켈은 금의 전기적 성능을 상당히 간섭하지 않는 한에서 판금층을 제공한다. 본 실시예의 제어 신호 라인 및 래치 신호 라인은 판금된 금 없이 0.4 ㎛ 니켈 재료로 제조될 수 있다. 부하 전력이 상기 제어 및 래치 신호 라인 내 전송되지 않으므로, 금의 낮은 비저항은 요구되지 않을 수 있고, 이의 생략에 의하여 더 적은 제조비용이 실현될 수 있다. 금은 선 부착 또는 플립칩(flip-chip) 부착과 같은 장치 봉지 공정용으로 중요할 수 있으며, 이러한 경우에 금 판금이 이용될 수 있다.In the embodiment shown in Figs. 1 to 5, the load signal lines are made of 4 μm thick sheet metal alloy for the lower relay electrical resistance with nickel deposition and 0.4 μm thick sheet metal layer. This metallization is thick enough to allow a low loss line for low to medium load signals and has a low enough resistivity, and nickel provides a sheet metal layer as long as it does not significantly interfere with the electrical performance of gold. The control signal line and latch signal line of this embodiment can be made of 0.4 mu m nickel material without sheet metal gold. Since no load power is transmitted in the control and latch signal lines, low resistivity of gold may not be required, and less manufacturing costs can be realized by omitting it. Gold may be important for device encapsulation processes, such as wire attachment or flip-chip attachment, in which case gold sheet metal may be used.

본 발명의 응용상에 있어서, 모든 전기 경로, 라인 또는 전극 부품용으로 사용될 수 있는 일 군의 재료는 전도성 재료 또한 소위 전도체 군이다. 본 발명에 따른 릴레이 부품을 제조하는데 사용되는 전도체는 0.2 Ω㎝와 같거나 적은 비저항, 다량 도핑된 반도체에서 등가로 정의되는 낮은 비저항을 가지는 재료로부터 선택되어질 수 있다. 본 발명에 따른 몇몇 장치에 있어서, 사용될 수 있는 재료는 금, 구리, 은, 백금, 니켈 또는 알루미늄과 같은 금속을 포함한다. 본 발명에 따른 다른 장치에 있어서, 사용될 수 있는 재료는 실리콘, 갈륨비소, 실리콘 게르마늄(silicon germanium) 및 인듐 포스파이드(indium phosphide)와 같은 도핑된 반도체 재료를 포함한다. 총 하한 비저항을 가지는 반도체 또는 금속의 모든 합금 또는 조합이 채택될 수 있다는 것 또한 예측될 수 있다.In the application of the present invention, a group of materials that can be used for all electrical paths, lines or electrode components is a conductive material, also called a group of conductors. The conductors used to make the relay component according to the invention can be selected from materials having a resistivity of less than or equal to 0.2 millimeters, which is defined as equivalent in a heavily doped semiconductor. In some devices according to the present invention, materials that can be used include metals such as gold, copper, silver, platinum, nickel or aluminum. In other devices according to the present invention, materials that can be used include doped semiconductor materials such as silicon, gallium arsenide, silicon germanium and indium phosphide. It can also be expected that all alloys or combinations of semiconductors or metals with a total lower specific resistance can be employed.

본 발명에 따른 장치 내 전기 경로를 위한 재료 두께는 응용 및 가능한 제조 기술에 따라 0.1 에서 100 ㎛ 까지의 영역일 수 있다는 것이 고려되어야 한다. 본 발명에 따른 일 장치 내 일 전기 경로 또는 라인의 두께는 전기적 및 제조상 요구가 상이하므로 상기 장치 내 제2전기 경로 혹은 라인 두께와 사실상 다를 수 있다는 것이 더 고려되어야 한다. 모든 경로의 전기저항은 그 비저항, 두께, 너비 및 전장에 관련된다는 것이 당분야의 당업자에게 일반적으로 인식된다. 결과적으로, 전력 절감은 특히 고 및 초고전력의 신호 부하용으로 재료 선택 및 경로 저항을 감소하는 방식의 형상에 의하여 이루어질 수 있다. 높은 비저항과 작은 너비 및 두께를 가지는 재료의 사용은 릴레이 부품의 줄 가열(Joule's Heating)의 결과를 초래할 수 있고, 상기 장치 내 신호 손실을 증가시킬 수 있다.It should be taken into account that the material thickness for the electrical path in the device according to the invention can be in the range from 0.1 to 100 μm, depending on the application and possible manufacturing techniques. It is further to be considered that the thickness of one electrical path or line in one device according to the invention may differ substantially from the thickness of the second electrical path or line in the device since the electrical and manufacturing requirements are different. It is generally recognized by those skilled in the art that the electrical resistance of all paths is related to their specific resistance, thickness, width and electrical field. As a result, power savings can be achieved in a form that reduces material selection and path resistance, especially for high and ultra high power signal loads. The use of materials having high resistivity and small width and thickness can result in Joule's Heating of the relay components and can increase signal loss in the device.

요구되는 재료 두께 및 응용상의 상관관계는 제공된 영역이 기 정의된 전도성 재료로 조립된 전기 경로로 추정함으로써 이루어질 수 있다. 경로의 재료 두께는 본 발명에 따른 장치용으로 0.1과 3 ㎛ 사이의 영역일 수 있고 하한 신호 부하 및 상한 스위칭 시간의 사용으로 의도될 수 있다는 것이 고려될 수 있다. 이러한 경로는 동일 너비 및 재료의 더 두꺼운 경로와 비교하여 경량, 박형, 고저항일 것이며, 스위칭 하한 혹은 최저하한 부하 신호 전력의 응용에 있어서 유효하게 고려될 수 있다. 중간 신호 부하 및 스위칭 시간의 응용에 있어서, 전기 경로의 재료 두께는 상기 경로의 비저항 및 너비에 의존하는 0.5와 15 ㎛ 사이의 영역일 수 있다는 것이 고려될 수 있다. 상한 부하 신호스위칭을 요구하는 응용에 있어서, 경로의 재료 두께는 4와 100 ㎛ 사이의 영역일 수 있다는 것이 고려될 수 있다. 이러한 경로는 동일 너비 및 재료의 더 얇은 경로에 비하여 더 큰 질량 및 더 낮은 비저항일 것이다. The required material thickness and application correlation can be made by estimating the provided area as an electrical path assembled from a predefined conductive material. It is contemplated that the material thickness of the path may be between 0.1 and 3 μm for the device according to the invention and may be intended for use of lower limit signal loads and upper limit switching times. This path will be lighter, thinner, higher resistance compared to thicker paths of the same width and material, and can be effectively considered in the application of switching lower or lower load signal power. In the application of intermediate signal loads and switching times, it can be considered that the material thickness of the electrical path can be between 0.5 and 15 μm depending on the resistivity and width of the path. In applications that require an upper load signal switching, it can be considered that the material thickness of the path can be between 4 and 100 μm. This path will be of greater mass and lower resistivity compared to thinner paths of the same width and material.

본 발명에 따른 어떤 장치에 있어서, 상기 전기자의 물리적 형상, 재료물성 및 전기적 물성이 고려되어야 한다. 도 1 내지 도 5에 도시된 실시예에서, 래치 전기자(109)는 도 1 및 도 3a의 고정 베이스의 영역으로부터 현수된다. 이 액츄에이터 전기자는 일 영역이 고정(110)되고 일 영역이 편향에서 자유로운(111) 캔틸레버의 형상이다. 본 발명에 따른 어떤 장치에 있어서, 전기자는 실리콘, 실리콘 디옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 갈륨비소, 석영, 폴리이미드 또는 다른 고분자 또는 금속과 같은 하나 이상의 미세조립 가능한 재료의 층으로 구성되는 것이 구상될 수 있다. 상술된 실시예의 상기 액츄에이터 전기자는 화학 기상 증착 또는 스핀 온 글래스(spin-on glass) 기술에 의해 미세조립이 용이하도록 선택된, 8 ㎛ 두께의 실리콘 디옥사이드층을 포함하고 견고한 전기자 구조의 절연을 제공한다.In some arrangements according to the invention, the physical shape, material properties and electrical properties of the armature have to be taken into account. In the embodiment shown in Figures 1-5, latch armature 109 is suspended from the area of the fixed base of Figures 1 and 3A. The actuator armature is in the shape of a cantilever with one area fixed 110 and one area free from deflection. In some devices according to the present invention, the armature can be envisioned to consist of one or more layers of microassembleable materials such as silicon, silicon dioxide, silicon nitride, gallium arsenide, quartz, polyimide or other polymers or metals. . The actuator armature of the above-described embodiment includes an 8 μm thick layer of silicon dioxide, selected for easy microassembly by chemical vapor deposition or spin-on glass technology, and provides robust armature insulation.

캔틸레버 빔의 수직 강성은 대략 상기 빔 너비에 선형, 두께에 관하여 3차이며, 길이에 관하여 역3차의 관계라는 것이 인식되어야 한다. 결과적으로, 상기 두께 및 길이는 상기 기판에 대하여 직각으로 수직방향으로 편향할 것이라 추측되는 빔의 너비보다 설계상에서 더 중요한 것이다. 이러한 전기자의 상기 총 두께는 응용상, 상기 길이 및 제조상에 사용되는 상기 조립 기술에 의존하여 0.2 ㎛에서 1 ㎜까지의 영역일 수 있다는 것이 고려되어야 한다. 본 발명에 따른 장치 내 전기자는 5 ㎛와 5 ㎜ 사이의 길이를 가질 수 있다고 추정하는 것이 타당하다. 본 실시예의 상기 액츄에이터 전기자는 선저항을 감소하기에 충분한 너비 및 상기 전기자의 가요성에 충분한 길이를 제공하는 40 ㎛ 너비 및 180 ㎛ 길이이다. It should be appreciated that the vertical stiffness of the cantilever beam is approximately linear to the beam width, cubic with respect to thickness, and inverse cubic with respect to length. As a result, the thickness and length are more important in design than the width of the beam that is supposed to deflect perpendicularly and perpendicularly to the substrate. It should be considered that the total thickness of such armatures may range from 0.2 μm to 1 mm, depending on the application, the length and the fabrication technique used in manufacturing. It is reasonable to assume that the armature in the device according to the invention can have a length between 5 μm and 5 mm. The actuator armature of this embodiment is 40 μm wide and 180 μm long, providing a width sufficient to reduce the line resistance and a length sufficient for the flexibility of the armature.

최고상한에서 상한 스위칭 속도의 최저하한에서 하한 신호 부하용도로 설계된 본 발명에 따른 장치에 있어서, 전기자는 0.2에서 4 ㎛ 두께이고 5 와 50 ㎛ 사이의 길이 영역일 수 있다는 것이 고려되어야 한다. 상한에서 중간 스위칭 속도의 하한에서 중간 신호 부하용도로 설계된 장치에 있어서, 전기자는 1에서 40 ㎛ 두께이고 25 와 500 ㎛ 사이의 길이 영역일 수 있다는 것이 고려되어야 한다. 중간에서 하한 스위칭 속도의 중간에서 상한 신호 부하를 요구하는 응용상에 있어서, 전기자 두께는 10에서 400 ㎛ 두께이고 100 ㎛ 와 2 ㎜ 사이의 길이 영역일 수 있다는 것이 고려되어야 한다. 하한에서 최저하한 스위칭 속도 및 상한에서 최고상한 신호 부하용도로 설계된 장치에 있어서, 상기 전기자는 200 ㎛와 1 ㎜ 사이 두께이고 1 과 5 ㎜ 사이의 길이일 수 있다는 것이 고려되어야 한다.In the arrangement according to the invention designed for the lowest signal load application at the lowest to the highest switching speed at the highest limit, it should be taken into account that the armature can be between 0.2 and 4 μm thick and between 5 and 50 μm in length. For devices designed for medium signal load applications at the upper and lower limits of the intermediate switching speed, it should be taken into account that the armature can be between 1 and 40 μm thick and between 25 and 500 μm in length. For applications requiring an upper signal load in the middle of the lower to medium switching speed, it should be considered that the armature thickness can be between 10 and 400 μm thick and between 100 μm and 2 mm in length. In a device designed for the lowest to lowest switching speed and the highest to the highest signal load, it is to be considered that the armature can be between 200 μm and 1 mm thick and between 1 and 5 mm long.

상술된 전기자 크기 영역은 전기자 및 입방 사각형상의 다른 구성부품 뿐만 아니라, 전기자 또는 선형 혹은 비선형 함수로 하나 이상의 치수가 변하는 다른 구성 부품에도 적용된다. 이러한 전기자의 예는 상기 자유단에서 일 너비로부터 더 적은 너비까지 테이퍼되는 부하 전기자일 수 있으며, 이러한 구조는 사각형 부하 신호 전기자에서 보다 입력 반사를 감소하고 고성능을 제공할 수 있어서 고주파 응용 상에 관심이 있을 수 있음이 인식되어야 한다.The above-described armature size region applies not only to the armature and other components on the cuboid rectangle, but also to the armature or other components that change one or more dimensions in a linear or nonlinear function. An example of such an armature may be a load armature tapered from one width to less width at the free end, which can reduce input reflection and provide higher performance than square load signal armatures, which is of interest for high frequency applications. It should be recognized that there may be.

도 3a는 비활성 상태에서 다형 액츄에이터 및 정전 래치 전기자의 측면개략도이다. 다형은 다른 물성을 가지는 둘 이상의 재료층으로 구성된 부품이며, 도시된 이형(bimorph)은 정확히 이러한 두 층만을 가지는 다형이다. 다형 액츄에이터의 상기 재료층은 자극에 노출될 때 각각 다른 양에 따라 변한다. 압전 또는 열적 다형 액츄에이터의 경우에 있어서, 상기 자극은 전압 또는 열 각각으로 적용될 것이다. 버클링(buckling) 액츄에이터의 경우에 있어서, 상기 자극은 버클링 부품의 불안정한 물리적 작용 확보에 의해 증대되어진 버클링 감도방향의 기계적 변형일 수 있다. 각 경우에 있어서, 층들은 하나 이상의 면들을 따라 견고하게 연결되어, 상기 재료의 상이한 팽창은 가장 큰 팽창이 있는 상기 층 또는 층들로부터의 방향으로 상기 다형을 굴곡하게 한다. 3A is a side schematic view of a polymorph actuator and an electrostatic latch armature in an inactive state. A polymorph is a component composed of two or more layers of material with different properties, and the illustrated bimorph is a polymorph with exactly these two layers. The material layer of the polymorphic actuator varies with different amounts when exposed to the stimulus. In the case of piezoelectric or thermal polymorphic actuators, the stimulus will be applied with voltage or heat respectively. In the case of a buckling actuator, the magnetic pole may be a mechanical deformation in the direction of the buckling sensitivity, which is augmented by securing unstable physical action of the buckling component. In each case, the layers are firmly connected along one or more sides such that the different expansion of the material causes the polymorph to bend in the direction from the layer or layers with the largest expansion.

도 1 내지 도 3A에 도시된 멀티모프 액츄에이터는 두개의 재료(113, 114)를 포함한다. 다형(multimorph)을 이루는 두개의 재료 각각은 주어진 자극(stimulus)에 의해 다른 양으로 변화한다. 본 실시예에서, 다형은 압전 이형(piezoelectric bimorph)이며, 상기 각 재료들은 다른 압전계수를 갖는다. 본 실시예에서, 재료(113)는 두개의 물질중에서 압전적으로 중성물질을 나타내는 부품(114)에 비해 더 높은 압전상수를 가질 수 있다. 본 실시예의 압전 액츄에이터는 6㎛ 두께의 실리콘 다이옥사이드 층(silicon dioxide layer) 상에 12㎛ 두께의 납 지르코네이트 티타네이트(lead zirconate titanate)(PZT)세라믹 층으로 형성되는데, 쉽게 도달할 수 있는 가동 전압을 이용하여 액츄에이터 전기자(armature)를 효과적으로 가동시키기(curl)에 충분한 상태이다. The multimorph actuator shown in FIGS. 1-3A includes two materials 113, 114. Each of the two materials forming a polymorph varies in different amounts by a given stimulus. In this embodiment, the polymorph is a piezoelectric bimorph and each of the materials has a different piezoelectric coefficient. In this embodiment, the material 113 may have a higher piezoelectric constant compared to the component 114 which is piezoelectrically neutral among the two materials. The piezoelectric actuator of this embodiment is formed of a 12 μm thick lead zirconate titanate (PZT) ceramic layer on a 6 μm thick silicon dioxide layer, which is easily accessible. The voltage is sufficient to effectively activate the actuator armature.

본 실시예에 따른 장치에 이용된 압전 멀티모프 액츄에이터는 바륨 티타나이트(BaTiO3), 바륨 티타네이트(BaTiO), 리드 나이오베이트(PbNbO3), 리드 지르코네이트(PbZrO3), 리드 지르코네이트 티타네이트("PZT"; PbZrxTiyO3)와 같은 세라믹 중에서 하나, 또는 석영(SiO2), 리튬 설파이트(Li2SO4), 리튬 나이오베이트(LiNbO3), 와 같은 압전형-활성 단결정 중 하나, 또는 징크 옥사이드(ZnO)로 제조된 압전 활성 물질들을 포함할 수 있다.The piezoelectric multimorph actuators used in the apparatus according to the present embodiment include barium titanite (BaTiO 3 ), barium titanate (BaTiO), lead niobate (PbNbO 3 ), lead zirconate (PbZrO 3 ), and lead zircon. One of a ceramic such as nate titanate ("PZT"; PbZr x Ti y O 3 ), or a pressure such as quartz (SiO 2 ), lithium sulfite (Li 2 SO 4 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), Piezoelectric active materials made of one of the typical-active single crystals, or zinc oxide (ZnO).

본 발명에 따른 장치에 이용된 압전 멀티모프 액츄에이터는 실리콘 다이옥사이드(SiO2), 석영(quartz), 실리콘 나이트라이드(SixNy), 또는 도핑되지 않은 실리콘과 같은 절연 재료로 만들어진 하나이상의 다형층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 실시예에서는 사전에 개시된 실리콘 다이옥사이드 전기자를 부품(114)로 이용한다.The piezoelectric multimorph actuators used in the device according to the invention comprise one or more polymorph layers made of insulating material such as silicon dioxide (SiO 2 ), quartz, silicon nitride (SixNy), or undoped silicon. Can be. For example, in this embodiment, the previously disclosed silicon dioxide armature is used as the component 114.

반대로, 본 발명에 따른 장치에 이용된 압전 멀티모프 액츄에이터는 다른 다형 층과 상이한 민감도를 갖는 압전형-활성 재료를 이용할 수 있다. 본 발명에 따른 다른 장치에서, 하나의 부품 또는 두개의 부품(113, 114) 모두 0이나 0이 아닌 압전계수를 갖는 다층 재료로 이루어질 수 있다.In contrast, the piezoelectric multimorph actuators used in the device according to the invention can utilize piezoelectric-active materials with different sensitivity to other polymorphic layers. In another device according to the present invention, one or both parts 113 and 114 may be made of a multilayer material having a piezoelectric coefficient of zero or nonzero.

부품(113) 및 (114)의 재료 두께는 적용분야, 재료, 다른 액츄에이터 규모(dimension), 및 제작에 사용된 조립 기술에 따라 0.5㎛ 내지 1㎛ 범위일 수 있다. 하한 내지 최저 하한 신호 부하(signal load) 및 상한 내지 최고 상한 스위칭 속도를 요구하는 응용분야에 알맞는 본 발명에 따른 장치에서, 부품(113,114)는 두께 0.5 내지 6㎛ 범위일 수 있다. 보통 멀티모프 액츄에이터 두께 및 관련 특성을 요구하는 응용분야에서 부품(113,114)는 4 내지 80㎛두께 범위일 수 있다. 상한에서 최고 상한 신호 부하를 위한 높은 전력(high force)을 요구하고, 하한에서 최저 하한 스위칭속도를 허용하는 본 발명에 따른 다른 실시예에서는 50㎛ 내지 1㎜ 사이의 두께 범위인 부품(113) 및 (114)를 갖는 액츄에이터가 필요할 수 있다. The material thicknesses of the components 113 and 114 may range from 0.5 μm to 1 μm depending on the application, the material, other actuator dimensions, and the assembly technique used in fabrication. In the device according to the invention suitable for applications requiring low to low signal loads and high to high switching speeds, the components 113 and 114 can range from 0.5 to 6 μm in thickness. In applications that typically require multimorph actuator thickness and related characteristics, the components 113 and 114 may range from 4 to 80 μm in thickness. In another embodiment according to the invention, which requires a high force for the highest and highest signal load at the upper limit and allows the lowest switching speed at the lower limit, the component 113 and the thickness range between 50 μm and 1 mm and An actuator with 114 may be needed.

압전 멀티모프 액츄에이터를 이용하는 본 발명에 따른 장치에서, 가동에 요구되는 구동 신호는 압전재료의 두께 또는 폭을 통과하는 전압차일 것이다. 도 1 내지 3A는 압전 이형의 구동 신호선에 대한 가능한 일 구성을 도시한다. 도시된 실시예에서, 구동 신호 선(들)은 베이스 기판의 평평한 표면 상에 돌출된(protruding) 고정 베이스(base) 영역 상에 조립된다. 본 발명에 따른 다른 장치에서 구동 신호 선은 베이스 기판의 전기적으로 절연된 영역 상에 직접 조립될 수 있다. 도 3A는 압전 재료(113)의 상부 및 하부 각각에 대한 구동 신호 연결부(170) 및 (171)을 도시한다. 이 구동 신호 연결부(170,171)들은 제2 구동 신호선(106) 및 제1 구동신호선(105)에 각각 연결된다(attach). 상부의 제1 구동 신호 연결부(170)는 제2 구동 신호 경로에서 압전 이형 재료로 연장된 것이 도 1에 분명하게 보여진다. 제1 구동신호 경로로부터 하부의 제2 구동 신호 연결부(171)는 압전 재료 하부에 나타난다. In the apparatus according to the invention using a piezoelectric multimorph actuator, the drive signal required for operation will be the voltage difference across the thickness or width of the piezoelectric material. 1A to 3A show one possible configuration for the drive signal line of the piezoelectric release. In the illustrated embodiment, the drive signal line (s) are assembled on a fixed base region protruding on the flat surface of the base substrate. In another device according to the invention the drive signal lines can be assembled directly on the electrically insulated region of the base substrate. 3A shows drive signal connections 170 and 171 for the top and bottom of piezoelectric material 113, respectively. The driving signal connectors 170 and 171 are attached to the second driving signal line 106 and the first driving signal line 105, respectively. It is clearly shown in FIG. 1 that the upper first drive signal connection 170 extends into a piezoelectric release material in the second drive signal path. A lower second drive signal connection 171 from the first drive signal path appears under the piezoelectric material.

액츄에이터 전기자의 자유 단부에 부착되어, 실질상 베이스 기판을 향하는 전기자 래치 다운 전극(armature latch down electrode)은 제1 도전 래치 신호 경로(116)에 의해 제1 래치 신호 선(the first latch signal line; 107)에 전기적으로 부착된다. 베이스 래치 다운 전극(base latch down electrode; 117)은 전기자 래치 다운 전극 하부의 베이스 기판에 부착되며, 이는 제2 도전 래치 신호 경로(a condutive second latch signal path; 118)에 의해 제2 래치 신호 선(108)에 전기적으로 부착된다. 마찬가지로, 액츄에이터 전기자의 자유단부에 부착되고 명목상 커버 기판을 향하는 전기자 래치 업 전극(armature latch up electrode; 142)은 전기자 래치 다운 전극을 거쳐 제1 도전 래치 신호 경로(143)에 의해 제1 래치 신호 선에 전기적으로 부착된다. 전기자 래치 업 전극 상의 커버 기판에 부착되는 커버 래치업 전극(144)는 제2 도전 래치 신호 경로(145)에 의해 제3 래치 신호 선(141)에 전기적으로 부착된다. An armature latch down electrode attached to the free end of the actuator armature, substantially facing the base substrate, is connected to the first latch signal line by the first conductive latch signal path 116. Is electrically attached to the A base latch down electrode 117 is attached to the base substrate under the armature latch down electrode, which is connected to the second latch signal line 118 by a condutive second latch signal path 118. 108) electrically attached. Similarly, an armature latch up electrode 142 attached to the free end of the actuator armature and nominally facing the cover substrate is passed by the first conductive latch signal path 143 via the armature latch down electrode to the first latch signal line. Is electrically attached to the The cover latch up electrode 144, which is attached to the cover substrate on the armature latch up electrode, is electrically attached to the third latch signal line 141 by the second conductive latch signal path 145.

래치 다운 및 래치 업 신호는 전압차이므로, 전기자 래치 다운 전극, 베이스 래치 다운 전극, 전기자 래치 업 전극, 커버 래치업 전극, 및 제1, 제2 및 제3 신호 선에 대한 모든 도전 경로는 전기 경로이다. 다른 전기경로에 따르면, 도전체들은 전기자 전극 및 베이스 기판 전극을 조립하는데 이용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 장치의 전기자 전극 및 베이스 기판 전극에 대한 재료 두께는 전술한 바와 같이 응용 분야 및 재료에 따라 0.1 내지 100㎛ 사이의 범위에 있을 수 있다. 각 래치 전극의 평면적은 25㎛2 내지 25㎜2로 요구된다. 본 발명에 따른 다른 실시예에서, 각 전기자 전극의 평면적은 그 상부에 액츄에이터 전극이 배치된 멀티모프 액츄에이터의 평면 크기의 적어도 절반일 것이다. 본 발명에 따른 다른 장치에서 전극의 면적 형태는 사각, 직사각형, 원 또는 임의의 기하 도안의 조합일 수 있다.Since the latch down and latch up signals are voltage differences, all conductive paths to the armature latch down electrode, base latch down electrode, armature latch up electrode, cover latch up electrode, and the first, second and third signal lines are connected to the electrical path. to be. According to another electric path, it can be seen that the conductors can be used to assemble the armature electrode and the base substrate electrode. Likewise, the material thickness for the armature electrode and the base substrate electrode of the device according to the invention can be in the range between 0.1 and 100 μm, depending on the application and the material as described above. The planar area of each latch electrode is required to be 25 µm 2 to 25 mm 2 . In another embodiment according to the present invention, the planar area of each armature electrode will be at least half of the planar size of the multimorph actuator with actuator actuators disposed thereon. In other arrangements according to the invention the area shape of the electrodes may be square, rectangular, circular or any combination of geometric designs.

최고속 스위칭 속도를 이용하여 최저 신호 부하를 처리하는 상태로 아주 작은 전체 사이즈를 갖는 장치에서, 전기자 래치 전극, 커버 래치 업 전극, 및 베이스 래치 다운 전극 각각의 평면적은 25 내지 500 ㎛2 일 수 있다. 빠른 스위칭 속도를 이용하여 로우 신호 부하를 처리하는 것과 같은 상태로 작은 전체 사이즈를 갖는 장치에서, 래치전극들 각각의 평면적은 300 내지 50,000 ㎛2 일 수 있다. 덧붙여, 보통 크기를 갖는 본 발명에 따른 다른 장치에서, 래치 전극들 각각의 평면적은 30,000 ㎛2 내지 2 ㎜2 범위일 수 있다. 특정 장치가 1mN 또는 그 이상과 거의 비슷한 정전 래칭 신호 발생을 위해 큰 면적을 요구한다면, 래치 전극 각각의 면적은 1 내지 25 ㎜2 범위일 수 있다.In a device having a very small overall size with the lowest signal load using the fastest switching speed, the planar area of each of the armature latch electrode, cover latch up electrode, and base latch down electrode may be 25 to 500 μm 2 . . In a device having a small overall size in such a state as processing a low signal load using a fast switching speed, the planar area of each of the latch electrodes may be 300 to 50,000 μm 2 . In addition, in another apparatus according to the present invention having a normal size, the planar area of each of the latch electrodes may range from 30,000 μm 2 to 2 mm 2 . If a particular device requires a large area for generating an electrostatic latching signal that is approximately equal to 1 mN or more, the area of each latch electrode may range from 1 to 25 mm 2 .

본 실시예의 금 부하 신호선(gold load signal line)과 같은 저저항 전송선은 일반적으로 정전 용량 전극에는 필요하지 않다. 용량 전극을 통과하는 전압을 조성하거나(develop) 분산하는데(dispate) 뚜렷한 DC전류가 필요하지는 않다. 필요하지 않은 금속 두께를 제거함으로써, 릴레이의 전체 크기 및 무게가 감소될 수 있어 스위칭 속도를 개선한다. 본 실시예에서 각 래치 전극은 10,000 ㎛2 의 직사각형 면적이고, 이 전극들은 물론이고 래치 및 제어 신호선은 니켈 0.4㎛ 두께로 제조된다. 이 니켈은 제조가 용이하여, 금 부하 신호선용 도금 평면(plating plane)으로 이용되기에 적합하다.Low resistance transmission lines, such as the gold load signal line of this embodiment, are generally not needed for capacitive electrodes. No distinct DC current is required to develop or disperse the voltage across the capacitive electrode. By eliminating metal thicknesses that are not needed, the overall size and weight of the relay can be reduced to improve switching speed. In this embodiment, each latch electrode has a rectangular area of 10,000 mu m 2 , and these electrodes as well as the latch and control signal lines are made of nickel 0.4 mu m thick. This nickel is easy to manufacture and is suitable for use as a plating plane for gold load signal lines.

본 발명에 따른 실시예에서, 래치 다운 전극 절연체(119) 및 래치 업 전극 절연체(146)는, 전기자가 래치 다운 또는 래치 업 상태로 각각 편향될 때, 래치 전극 사이에서 야기되는 전기적 접촉을 방지하는데 이용될 수 있다. 래치 신호가 전압차이므로, 이러한 전기적 접촉이 이 신호의 단락(shorting), 잠재적인 파괴사건(potentially distructive event)을 일으킬 수 있다. 래치전극 절연체는 절연재료로 제조되는데, 절연 재료는 10 오옴-센티미터 또는 그 이상의 비저항(resistivity)을 갖는 재료로 정의된다. 본 실시예의 전극 절연체는 고-품질 박막 실리콘 니트라이드의 유용성 때문에 0.1㎛ 두께의 실리콘 니트라이드 층으로 이루어진다. In an embodiment according to the present invention, the latch down electrode insulator 119 and the latch up electrode insulator 146 are used to prevent electrical contact caused between the latch electrodes when the armature is deflected into the latch down or latch up state, respectively. Can be used. Since the latch signal is a voltage difference, such electrical contact can cause a shorting and potentially distructive event of the signal. The latch electrode insulator is made of an insulating material, which is defined as a material having a resistivity of 10 ohm-cm or more. The electrode insulator of this embodiment consists of a 0.1 μm thick silicon nitride layer because of the availability of high-quality thin film silicon nitride.

본 발명에 따른 장치에서, 래치 전극 절연체로 이용될 수 있는 절연 재료는 언도핑된 실리콘, 실리콘 니트라이드, 실리콘 다이옥사이드, 석영, 또는 폴리이미드 또는 다른 절연 폴리머와 같은 절연 미세조립 재료를 포함할 수 있다. 래치 전극 절연체에 이용된 재료는 0.05 내지 2 ㎛ 두께 범위로, 본 발명에 따른 장치에 이용되는 다른 재료에 비해 얇을 것이다. 보통 액츄에이터 크기보다 적은 크기를 갖는 임의의 장치에서 래치 전극 절연체의 재료 두께는 0.05 내지 0.4 ㎛ 사이의 범위일 수 있다. 절연재료의 박층을 이용할 수 있는 응용분야에서 이러한 범위가 요구될 것이며, 이러한 범위는 전계 강도에 따른 전기적 브레이크 다운(break down)을 방지하기에 충분한 품질이다. 보통 액츄에이터 크기보다 큰 크기를 갖는 임의의 장치에서는 고-품질 절연재료의 박층을 이용할 수 없으며, 래치 전극 절연체의 두께는 0.3 내지 2 ㎛ 사이일 수 있다. In the device according to the invention, the insulating material which can be used as the latch electrode insulator can comprise an insulating microassembly material such as undoped silicon, silicon nitride, silicon dioxide, quartz, or polyimide or other insulating polymer. . The material used for the latch electrode insulators will range from 0.05 to 2 μm in thickness and will be thinner than other materials used in the device according to the present invention. In any device having a size that is usually less than the actuator size, the material thickness of the latch electrode insulator can range from 0.05 to 0.4 μm. This range would be required in applications where a thin layer of insulating material could be used, which is of sufficient quality to prevent electrical break down due to field strength. Usually in any device having a size larger than the actuator size, a thin layer of high-quality insulating material may not be available, and the thickness of the latch electrode insulator may be between 0.3 and 2 μm.

본 발명의 실시예에서, 래치 다운 전극 절연체는 베이스 래치 다운 전극의 상면에 첨부되는(affix)것으로 계획되며, 래치업 전극 절연체는 커버 래치업 전극의 하면에 첨부되는 것으로 계획된다. 본 발명에 따른 다른 실시예에서, 래치 다운 전극 절연체는 전기자 래치 다운 전극의 최저 하한 표면에 부착될 수 있으며, 래치업 전극 절연체는 전기자 래치 업 전극의 최고 상한 표면에 부착될 수 있다. 다른 장치에서, 래치 전극 절연체는 래치 다운 또는 래치 업 전극 쌍 사이에 부유될(suspend) 수 있으며, 임의의 방법으로 래치전극 절연체의 모서리에서 릴레이 구조에 기계적으로 부착될 수 있다. 전극 및 절연체는 멤브레인과 같은 연속막(continous film)일 필요는 없지만, 다른 장치에서 고정 베이스에 기계적으로 연결된 홀, 라인 또는 그리드 패턴일 수 있다. 전극과 절연체는 멤브레인과 같은 연속 필름일 필요는 없지만, 이들이 고정 베이스에 기계적으로 결합된다면 다른 장치에서의 구멍, 라인 또는 그리드 패턴일 수 있다는 것으로 고려된다.In an embodiment of the invention, the latch down electrode insulator is planned to be affixed to the top surface of the base latch down electrode, and the latch up electrode insulator is planned to be attached to the bottom surface of the cover latch up electrode. In another embodiment according to the present invention, the latch down electrode insulator may be attached to the lowermost surface of the armature latch down electrode, and the latch up electrode insulator may be attached to the highest upper surface of the armature latch up electrode. In other arrangements, the latch electrode insulator may be suspended between a pair of latch down or latch up electrodes, and may be mechanically attached to the relay structure at any corner of the latch electrode insulator. The electrodes and insulators need not be continuous films, such as membranes, but may be holes, lines, or grid patterns mechanically connected to a fixed base in other devices. The electrodes and insulators need not be continuous films such as membranes, but it is contemplated that they can be holes, lines or grid patterns in other devices if they are mechanically bonded to a fixed base.

도 1 내지 도 5에 예시된 실시예는 제2주요 전기자(second major armature), 도 1과 도 2A의 고정 베이스(fixed base)의 영역으로부터 현수된 부하 전기자(159; load armature)를 나타낸다. 래치 전기자(latch armature)와 유사한 방식에 있어서, 상기 부하 전기자는 하나의 고정된 영역(160)과 변형하기에 자유로운 하나의 영역(161)을 갖는 캔틸레버의 형태이다. 본 발명에 따른 몇몇 장치에 있어서, 전기자는 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 갈륨 비소(gallium arsenide), 석영(quartz), 폴리이미드 또는 다른 폴리머, 또는 금속과 같은 미세조립이 가능한 재료(microfabrication-capable material)의 층으로 이루어질 수 있는 것으로 의도된다. 논의된 실시예의 액츄에이터 전기자(actuator armature)는 미세조립 기술에 적합한 절연성 강성 전기자 구조를 제공하도록 선택된 실리콘 산화물 8㎛ 두께의 층을 구체화한다.1 through 5 show a load armature 159 suspended from the area of the second major armature, the fixed base of FIGS. 1 and 2A. In a manner similar to a latch armature, the load armature is in the form of a cantilever with one fixed area 160 and one area 161 free to deform. In some devices according to the invention, the armature is microfabrication-capable, such as silicon, silicon oxide, silicon nitride, gallium arsenide, quartz, polyimide or other polymers, or metals It is intended that it can consist of a layer of material). The actuator armature of the discussed embodiment embodies a layer of silicon oxide 8 μm thick selected to provide an insulating rigid armature structure suitable for microfabrication techniques.

액츄에이터 신호 전기자(actuator signal armature)의 캔틸레버 빔과 유사한 방식에 있어서, 다형 액츄에이터 전기자(multimorph actuator armature)의 두께와 길이는 기판의 평면에 직각인 수직방향으로 변형하도록 예상되는 빔에 적합한 폭보다도 더 큰 설계 중요도로 이루어진다. 논의된 실시예의 부하 전기자는 180㎛ 길이와 25㎛ 폭이다.In a manner similar to the cantilever beam of the actuator signal armature, the thickness and length of the multimorph actuator armature is greater than the width suitable for the beam expected to be deformed perpendicular to the plane of the substrate. It is made up of design importance. The load armature of the discussed embodiment is 180 μm long and 25 μm wide.

베이스 기판에 공통적으로 대면하는 위치에서 도 2A의 전기자에 부착된 것은 제1전기자 접촉부재 경로(121; first armature contact element path)에 의해 제1부하 신호선(first load signal line)에 전기적으로 연결된 제1전기자 접촉부재(120)이다. 커버 기판(cover substrate)에 공통적으로 대면하는 위치에 부착된 것은 제2전기자 접촉부재 경로(138)에 의해 제4부하 신호선에 전기적으로 연결된 제2전기자 접촉부재(137)이다. 본 발명에 따른 몇몇 장치에 있어서, 전기자 접촉부재, 전도성 경로, 부하 신호선의 재료들은 단순한 제조에 적합하게 유사한 재료와 두께로 이루어진다. 본 발명에 따른 다른 장치에 있어서, 상기 전기자 접촉부재는 접촉 자체의 기계적 및 전깆ㄱ 특성을 개선시키기 위하여 전도성 경로와 부하 신호선보다 다른 재료와 두께로 이루어지는 것으로 생각된다. 몇몇 장치에 있어서, 전기자 접촉부재, 전도성 경로 및 부하 신호선들은 개선된 특성 또는 용이한 제작에 관련된 이유때문에 상이하고 다양한 재료 및 두께로 이루어진다. 바람직한 실시예에 있어서, 제1전기자 접촉부재 경로 및 제2전기자 접촉부재 경로는 금합금(gold alloy)의 4㎛ 두께로 제작될 것이다.Attached to the armature of FIG. 2A in a position commonly facing the base substrate is a first electrically connected to a first load signal line by a first armature contact element path 121. The armature contact member 120. Attached at a location commonly facing the cover substrate is a second armature contact member 137 electrically connected to a fourth load signal line by a second armature contact member path 138. In some arrangements according to the invention, the materials of the armature contact member, the conductive path and the load signal line are of similar material and thickness, suitable for simple manufacture. In another arrangement according to the invention, the armature contact member is considered to be of a different material and thickness than the conductive path and load signal line in order to improve the mechanical and electrical properties of the contact itself. In some arrangements, the armature contact member, conductive path and load signal lines are made of different materials and thicknesses for reasons related to improved properties or ease of fabrication. In a preferred embodiment, the first armature contact member path and the second armature contact member path will be fabricated with a 4 μm thickness of gold alloy.

본 발명에 따른 장치에서 전기자 접촉부재의 크기(size)는 전체적인 영역에서 0.5μ㎡ 내지 1㎟일 수 있다. 특정 영역의 형상은 사각형, 원형, 타원형 또는 다른 비정규적인 기하학적 형상으로 구상된다. 최저하한 또는 하한(very low or low) 신호부하의 응용분야에 사용될 수 있는 본 발명에 따른 장치에 있어서, 전기자 접촉부재는 0.25 내지 30μ㎡ 면적일 수 있다. 하한 또는 중간(low or moderate) 신호부하에 더욱 적합한 장치에 있어서, 전기자 접촉부재는 20 내지 3000μ㎡ 면적일 수 있다. 상한 또는 최고상한(high or very high) 신호부하를 취급하기에 적합한 장치에 있어서, 전기자 접촉부재는 2000 내지 1㎟ 전체면적일 수 있다는 것으로 더욱 고려된다.The size of the armature contact member in the device according to the invention can be from 0.5 μm 2 to 1 mm 2 in the whole area. The shape of a particular area is envisioned as a rectangle, circle, oval or other irregular geometric shape. In the device according to the invention which can be used in applications of very low or low signal load, the armature contact member can be between 0.25 and 30 μm in area. In a device more suitable for low or moderate signal loads, the armature contact member may be between 20 and 3000 [mu] m in area. It is further contemplated that in an apparatus suitable for handling high or very high signal loads, the armature contact member may be between 2000 and 1 mm 2 in total area.

접촉부재의 성능요구는 본 발명에 따른 장치에 사용된 다른 전기경로 재료의 것들 이상의 개선된 기계적 마모특성을 제공하도록 다른 재료층의 사용을 요구할 수 있다. 하나의 장치에 있어서, 이러한 다른 층들은 공통 접촉부재 표면의 아래 또는 상부에 니켈, 텅스텐, 레늄(rhenium), 로듐(rhodium) 또는 루테늄(ruthenium)과 같은 하드메탈(hard metal)의 층을 포함할 수 있다는 것으로 고려된다. 이러한 저저항 금속 또는 다른 저저항 금속의 합금 또는 층화된 복합(alloys or layered combination)은 전기자 접촉부재를 제작하는 데 사용될 수 있다는 것으로 더욱 고려된다. 본 발명에 따른 장치에 있어서, 전기자 접촉부재용으로 사용된 이러한 재료가 거의 0.1 내지 100㎛인 응용분야에 적합한 두께를 가질 것으로 기대된다. 전기자 접촉부재의 두께가 평면영역을 가로질러서 다양화할 수 있어, 제공된 응용분야 및 실시예용 부품 깊이 및 형상에 다양성을 제공한다.The performance requirements of the contact members may require the use of different layers of material to provide improved mechanical wear properties over those of other electropathic materials used in the device according to the invention. In one device, these other layers may comprise a layer of hard metal, such as nickel, tungsten, rhenium, rhodium, or ruthenium, beneath or above the common contact member surface. It is considered that it can. It is further contemplated that alloys or alloys or layered combinations of such low resistance metals or other low resistance metals can be used to fabricate armature contact members. In the device according to the invention, it is expected that such materials used for armature contact members will have a thickness suitable for applications of almost 0.1 to 100 μm. The thickness of the armature contact member can vary across planar regions, providing versatility in component depth and shape for the provided applications and embodiments.

최저하한 내지 하한 신호부하 응용분야에 적합한 본 발명에 따른 전기자 접촉부재의 재료 두께는 0.1 내지 2㎛ 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 이러한 접촉부재는 동일 재료 및 평면 형상의 더 두꺼운 경로보다 가볍고, 얇고, 더 높은 저항일 것이다. 하한 내지 중간 신호부하에 적합한 장치에 있어서, 접촉부재의 재료 두께는 0.5 내지 10㎛ 범위 내에 있고, 동일 재료의 다른 가능한 부품 및 경로에 비교하여 중간정도의 중량 및 저항으로 이루어지는 것으로 고려된다. 상한 또는 최고상한(high or very high) 부하 신호파워를 절환시킬 수 있는 다른 장치에 있어서, 접촉부재의 재료 두께는 5 내지 100㎛의 범위 내에 있고 동일 재료의 더 얇은 부품에 비교하여 높은 중량 및 낮은 저항으로 이루어지는 것으로 고려된다. 도 1 내지 도 5에 예시된 실시예에 있어서, 접촉 부품은 신호선에 적합하게 사용된 동일 금합금으로 이루어지고, 신뢰성있는 접촉에 적합한 내마모성 접촉 영역을 제공하도록 만곡된 0.5㎛ 레늄 오버플레이트(overplate)가 첨가된다.It is contemplated that the material thickness of the armature contact member according to the invention suitable for the lowest to the lowest signal load applications is in the range of 0.1 to 2 μm. Such contact members will be lighter, thinner, and higher resistance than thicker paths of the same material and planar shape. In devices suitable for low to medium signal loads, the material thickness of the contact member is in the range of 0.5 to 10 [mu] m and is considered to consist of moderate weight and resistance compared to other possible parts and paths of the same material. In other arrangements capable of switching between high or very high load signal power, the material thickness of the contact member is in the range of 5 to 100 μm and is high in weight and low compared to thinner parts of the same material. It is considered to consist of resistance. In the embodiment illustrated in FIGS. 1 to 5, the contact component is made of the same gold alloy suitably used for signal lines, and has a 0.5 μm rhenium overplate curved to provide a wear resistant contact area suitable for reliable contact. Is added.

접촉부재, 경로, 신호선들의 기하학적 구조는 도 1과 도 2에 예시된 특정 형상에 한정될 필요가 없다는 것으로 인식된다. 본 발명에 따른 몇몇 장치에 있어서, 도전성 경로는 전기자의 중심을 가로지르는 것보다는 오히려 전기자의 상부 또는 하부에 고정될 수 있는 것으로 고려된다. 이러한 기하학적 구조는 도 6 내지 도 10과 도 11 내지 도 13에 예시된 제2실시예와 제3실시예에 각각 나타난다. 몇몇 장치에 있어서, 도전성 경로는 도 1A의 도시와 달리, 전기자의 대부분의 재료를 나타내고, 이것은 도전체(conductor)가 다른 전기자 재료보다 실질적이지 못함을 제한한다. 역으로, 다른 장치에 있어서, 전기자 도전체의 기계적 특성은 전기자 구조체의 기계적 특성을 주도하지 않는다. 이러한 설계는 몇몇 도전성 재료가 불만족스러운 장기간 기계적 열화를 경험하는 것을 인식되는 것으로 고려될 수 있다. 유사하게, 전기자 접촉부재는 편평한 기하학적 형상에 한정되지 않고 곡선형, 단차형 또는 표면 불균일형(surface-roughened) 형상을 포함할 수 있는 것으로 고려된다.It is appreciated that the geometry of the contact members, paths, and signal lines need not be limited to the particular shapes illustrated in FIGS. 1 and 2. In some arrangements in accordance with the present invention, it is contemplated that the conductive path may be secured to the top or bottom of the armature rather than across the center of the armature. This geometry is shown in the second and third embodiments illustrated in FIGS. 6-10 and 11-13, respectively. In some devices, the conductive paths represent most of the material of the armature, unlike the illustration of FIG. 1A, which limits the conductors to be less substantial than other armature materials. Conversely, in other devices, the mechanical properties of the armature conductor do not drive the mechanical properties of the armature structure. Such a design may be considered to be recognized that some conductive materials experience unsatisfactory long term mechanical degradation. Similarly, it is contemplated that the armature contact member is not limited to a flat geometry but may include a curved, stepped or surface-roughened shape.

도 2A에 도시된 제1전기자 접촉부재에 대면하는 것은 도전성 경로(123)에 의해 제2부하 신호선에 전기적으로 연결된 베이스 기판 접촉부재(122)이다. 제2전기자 접촉부재에 대면하는 것은 도전성 경로(140)에 의해서 제3부하 신호선에 전기적으로 연결된 커버 기판 접촉부재(139)이다. 베이스 기판 접촉부재, 커버 기판 접촉부재, 제1부하 신호선 및 제3부하 신호선, 그리고 도전성 경로의 기하학적 구조, 재료 및 두께는 장치 기대(device expectation)의 관점에서 그리고 도 1 내지 도 5에 도시된 실시예에 적합하게, 전기자 접촉 부품, 제1부하 신호선 및 제4부하 신호선 그리고 도전성 경로와 유사한 방식으로 고려되어야 한다.Facing the first armature contact member shown in FIG. 2A is a base substrate contact member 122 electrically connected to the second load signal line by a conductive path 123. Facing the second armature contact member is a cover substrate contact member 139 electrically connected to the third load signal line by a conductive path 140. The geometry, material and thickness of the base substrate contact member, the cover substrate contact member, the first load signal line and the third load signal line, and the conductive paths are described in terms of device expectation and as shown in FIGS. 1 to 5. As an example, it should be considered in a manner similar to the armature contact component, the first load signal line and the fourth load signal line and the conductive path.

도 2A 또는 도 3A의 단면도에 보이지 않고 도 1에 나타난 몇몇 부품은 릴레이의 접촉 전기자(124)를 한정하는 것들이다. 접촉 전기자는 기본 전기자 또는 전기자 전극에 견고하게 연결된 구역(125)으로부터 변형하기에 자유로운 구역(126)까지 연장한다. 이러한 견고한 연결 구역 및 자유로운 구역의 기능적 가치는 도 5A, 도 5B 및 도 5C 단면도의 설명에서 나타난다. 접촉 전기자는 정의된 바와 같은 절연성 재료로 제작될 수 있는 것으로 계획된다. 본 발명에 따른 몇몇 장치에 있어서, 접촉 전기자는 부하 전기자 또는 액츄에이터 전기자의 비활성 부품(inactive element)과 동일 재료로 이루어질 수 있는 것으로 인식된다. 이러한 장치에 있어서, 접촉 전기자는 이러한 부품들과 일체화되고 견고하게 연결되는 것으로 고려된다.Some components not shown in the cross-sectional view of FIG. 2A or 3A and shown in FIG. 1 are those that define the contact armature 124 of the relay. The contact armature extends from zone 125 rigidly connected to the base armature or armature electrode to zone 126 free to deform. The functional value of these rigid connection zones and free zones is shown in the description of the cross-sectional views of FIGS. 5A, 5B and 5C. It is envisioned that the contact armature can be made of an insulating material as defined. In some arrangements according to the invention, it is recognized that the contact armature may be made of the same material as the inactive element of the load armature or actuator armature. In such a device, the contact armature is considered to be integral with and rigidly connected to these parts.

본 발명에 따른 장치에 있어서, 접촉 전기자용으로 사용된 절연성 재료는 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 석영 또는 폴리이미드 또는 다른 절연성 폴리머와 같은 미세조립 재료를 포함할 수 있다. 접촉 전기자에 적합하게 사용된 재료는 릴레이의 재료, 전기자 기하학적 구조, 응용분야에 따라서 0.3㎛ 내지 1㎜ 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 최저하한 또는 하한 신호부하용으로 설계된 장치에 있어서, 접촉 전기자의 재료 두께가 0.3 내지 8㎛ 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 하한 내지 중간 신호부하의 응용분야용으로 설계된 장치에 있어서, 재료두께는 4 내지 80㎛ 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 중간 내지 상한 신호부하에 적합한 것과 같이 강성이고 두꺼운 접촉 전기자를 요구하는 응용분야에 사용될 수 있는 장치에 있어서, 재료두께는 50 내지 300㎛ 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 그러나, 큰 평면 치수(planar dimension)를 갖고, 상한 내지 최고상한 신호부하의 응용분야용으로 설계된 다른 장치에 있어서, 재료두께는 200㎛ 내지 1㎜ 범위 내에 있다.In the device according to the invention, the insulating material used for the contact armature may comprise microassembly materials such as silicon, silicon nitride, silicon oxide, quartz or polyimide or other insulating polymers. Materials suitably used for contact armatures are considered to be in the range of 0.3 μm to 1 mm, depending on the material of the relay, the armature geometry, and the application. In a device designed for the lowest or lowest signal load, it is considered that the material thickness of the contact armature is in the range of 0.3 to 8 mu m. In devices designed for low to medium signal load applications, the material thickness is considered to be in the range of 4 to 80 μm. For devices that can be used in applications requiring rigid and thick contact armatures, such as suitable for medium to high signal loads, the material thickness is considered to be in the range of 50 to 300 μm. However, for other devices having large planar dimensions and designed for applications of high to high signal loads, the material thickness is in the range of 200 μm to 1 mm.

접촉 전기자의 평면 치수는 부하 신호 전기자(load signal armature) 및 다형 액츄에이터 전기자(multimorph actuator armature) 보다 크기면에서 비교가능하거나 또는 더 작은 것으로 고려된다. 이러한 평면 치수는 응용분야, 재료 두께 및 래치된 상태에 있는 릴레이에 적합하게 요구된 접촉력(contact force)에 따라서 폭과 치수 각각에 있어서 2㎛ 내지 5㎜ 범위 내에 있다. 최저하한 내지 하한 신호부하가 신속한 절환속도(switching speed)로 절환될 수 있는 본 발명에 따른 장치에 있어서, 평면 치수는 2 내지 20㎛ 범위 내에 있다. 하한 내지 중간 신호부하가 절환될 수 있는 장치에 있어서, 평면 치수는 10 내지 200㎛ 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 중간 내지 상한 신호부하를 저속으로 절환시키는 응용분야에 적합한 다른 장치에 있어서, 평면 치수는 100㎛ 내지 1㎜ 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 상한 내지 최고상한 신호부하를 저속 내지 최저저속(slow to very slow speed)으로 절환시키는 대형 장치에 있어서, 평면 치수는 0.5 내지 5㎜ 범위 내에 있다. 부하 신호 전기자와 관련하여, 고형의 직사각형 설계로 이루어진 부품 뿐만 아니라 선형 또는 비선형 함수에 의해 하나 이상의 치수로 변하는 부품에 대해 적용하는 범위 내에 있는 것으로 고려된다.The planar dimensions of the contact armature are considered to be comparable or smaller in size than the load signal armature and the multimorph actuator armature. These planar dimensions are in the range of 2 μm to 5 mm in width and dimension, respectively, depending on the contact force required for the application, the material thickness, and the relay in the latched state. In the device according to the invention in which the lowest to lowest signal load can be switched at a fast switching speed, the planar dimension is in the range of 2 to 20 μm. In an apparatus in which the lower to intermediate signal load can be switched, the planar dimension is considered to be in the range of 10 to 200 mu m. In other arrangements suitable for applications in which medium to high signal loads are switched at low speeds, planar dimensions are considered to be in the range of 100 μm to 1 mm. For large apparatuses that switch between high and high signal loads at low to very slow speeds, the planar dimension is in the range of 0.5 to 5 mm. With regard to the load signal armature, it is contemplated to be within the scope of application not only for parts of a solid rectangular design but also for parts that change to one or more dimensions by linear or nonlinear functions.

도 1 내지 도 5에 예시된 실시예의 접촉 전기자는 100㎛ 길이 및 6㎛ 두께인 100㎛ 폭의 실리콘 산화물 빔이다. 이러한 장치는 중간 속도로 중간 파워를 취급하는 특성에 요구된 작동 성능을 제공할 수 있고, 접촉들 자체에 요구된 힘에 정적 래칭 기구(electrostatic latching mechanism)뿐만 아니라 압전 다형 작동(piezoelectric multimorph actuation)을 기계적으로 체결시킬 것이다.The contact armature of the embodiment illustrated in FIGS. 1-5 is a 100 μm wide silicon oxide beam that is 100 μm long and 6 μm thick. Such a device can provide the required operating performance for the characteristics of handling medium power at medium speeds, and can employ piezoelectric multimorph actuation as well as an electrostatic latching mechanism to the force required at the contacts themselves. Will be mechanically fastened.

도 4는 다형 액츄에이터를 합체시킨 릴레이의 일부를 나타내는 도 1에 예시된 장치의 단면도이다. 고정 베이스(fixed base)의 일부인 베이스 기판(102)과 커버 기판(134)은 본 예시에 제공되고, 도 2A와 도 3A의 전기자는 이들 기판들 사이에 현수된다. 본 발명의 현재 논의된 실시예에 있어서, 도 4의 다형은 압전 다형 액츄에이터인 것으로 고려될 수 있다. 액츄에이터는 상부 제1구동 신호 접속(170)과 하부 제2구동 신호 접속(171)이 상부면과 하부면 각각에 대해 전기적으로 연결하고 있는 상부 압전재료(113)를 포함한다.4 is a cross-sectional view of the apparatus illustrated in FIG. 1 showing a portion of a relay incorporating a polymorphic actuator. Base substrate 102 and cover substrate 134, which are part of a fixed base, are provided in this example, and the armature of FIGS. 2A and 3A is suspended between these substrates. In the presently discussed embodiment of the present invention, the polymorph of FIG. 4 can be considered to be a piezoelectric polymorph actuator. The actuator includes an upper piezoelectric material 113 having an upper first drive signal connection 170 and a lower second drive signal connection 171 electrically connected to the upper and lower surfaces, respectively.

현재 논의된 실시예에 있어서, 하부 재료(114; lower material)는 압전적으로 중성일 수 있다. 이러한 하부 재료(114)는 하부면에 고정된 전기자 전극의 전기적 접속(116)을 갖는다. 본 발명에 따른 다른 장치에 있어서, 전기자 전극은 하부 재료의 중간 또는 상부에 고정될 수 있는 것으로 인식된다. 제1전기자 접촉부재의 전기적 연결(121)은 제2전기자 접촉부재의 전기적 연결(138)과 마찬가지로 도 4에 도시된다. 각각의 전기적 연결은 상이한 장치에서 요구된 기하학적 구조인 절연 표면상에 존재할 수 있는 것으로 인식된다. 전기 경로와 다형 액츄에이터의 재료, 두께 및 조성은 도 1, 도 2A 및 도 3A의 상세한 설명에서 논의된 바와 같이 본 발명의 범주 내에서 유사하게 변경가능하다.In the presently discussed embodiment, the lower material 114 may be piezoelectrically neutral. This bottom material 114 has an electrical connection 116 of the armature electrode secured to the bottom surface. In another arrangement according to the invention, it is recognized that the armature electrode can be fixed in the middle or on top of the underlying material. The electrical connection 121 of the first armature contact member is shown in FIG. 4 as well as the electrical connection 138 of the second armature contact member. It is appreciated that each electrical connection can exist on an insulating surface, which is the geometry required in a different device. The material, thickness and composition of the electrical path and the polymorphic actuator are similarly changeable within the scope of the present invention as discussed in the detailed description of FIGS. 1, 2A and 3A.

도 5A, 도 5B 및 도 5C는 도 1 내지 도 5에 예시된 릴레이 실시예의 단면도를 나타내고, 단면도는 주요 전기자 시스템의 자유구역에서 취해진다. 릴레이가 폐쇄된 상태에 있을 때 전기적 도전에 신뢰성있는 접촉 부품을 합체시키는 경우에 이러한 구역은 릴레이 설계의 중요한 부분일 수 있는 것으로 기술분야의 숙련된 당업자에 의해서 인식된다. 고정 베이스의 부분인, 베이스 기판(102)과 커버 기판(134)은 예시되고, 접촉 전기자(124)는 이들 기판 사이에 공통적으로 현수된다. 접촉 전기자는 전기자 래치 다운 전극(115; armature latch down electrode)과 전기자 래치 업 전극(142; armature latch up electrode)의 위치에서 래치 전기자(latch armature)에 고정된다(125). 접전 전기자는 제1전기자 접촉 부품(120)과 제2전기자 접촉(137)이 위치되는 자유단부(126)를 갖는다. 상기 전기자 래치 다운 및 래치 업 전극들의 반대편에는 베이스 기판 전극(117)과 커버 기판 전극(144)이 각각 있다. 베이스 기판 전극과 커버 기판 전극에는 고정된 래치 다운 전극 절연체(119) 및 래치 업 전극 절연체(146)가 고정된 상태로 예시된다. 베이스 기판 접촉 부품(122)은 제1전기자 접촉 부품을 대면하는 베이스 기판의 상부면 상에 위치되고, 제1전기자 접촉 부품의 전기적 연결(123)은 전기자의 중심으로 연장하는 것으로 도시된다. 커버 기판 접촉 부품(139)은 제전기자 접촉 부품에 대면하는 커버 기판의 하부면에 위치되고, 제2전기자 접촉 부품의 전기적 연결(138)은 또한 전기자 측으로 연장하게 된다.5A, 5B and 5C show cross-sectional views of the relay embodiment illustrated in FIGS. 1-5, with the cross-section taken in the free zone of the main armature system. It is recognized by those skilled in the art that this zone can be an important part of the relay design when incorporating a contact component that is reliable for electrical conduction when the relay is in the closed state. Base substrate 102 and cover substrate 134, which are part of the fixed base, are illustrated, and contact armature 124 is commonly suspended between these substrates. The contact armature is secured to the latch armature 125 in the position of armature latch down electrode 115 and armature latch up electrode 142. The armature armature has a free end 126 on which the first armature contact component 120 and the second armature contact 137 are located. Opposite the armature latch down and latch up electrodes are a base substrate electrode 117 and a cover substrate electrode 144, respectively. A fixed latch down electrode insulator 119 and a latch up electrode insulator 146 are fixed to the base substrate electrode and the cover substrate electrode. The base substrate contact component 122 is located on the top surface of the base substrate facing the first armature contact component, and the electrical connection 123 of the first armature contact component is shown extending to the center of the armature. The cover substrate contact component 139 is located on the bottom surface of the cover substrate facing the electrocutor contact component, and the electrical connection 138 of the second armature contact component also extends to the armature side.

접촉 전기자의 굽힘 기능은 릴레이가 패시브 상태(passive state)보다는 오히려 폐쇄되고 래치된 상태에 있는 것을 제외하고는 도 5A와 동일한 단면을 나타낸 도 5B 및 도 5C에 예시되고, 이러한 상태는 하기에 더 상세하게 논의된다. 접촉 전기자는 전기자 접촉 부품들과 베이스 또는 커버 기판 접촉 부품들 사이의 접촉력 일부를 일반적으로 형성하는 만곡형 스프링력을 발생시키는 데 신뢰성이 있다. 도 5B는 릴레이가 래치 다운 상태(latched down state)에 있을 때 접촉 전기자에서의 굽힘을 예시하는 반면에 도 5C는 래치 업 상태(latched up state)에 있는 릴레이를 나타낸다. 래치 전극들(및 래치 전극 절연체) 사이의 초기 갭(initial gap)은 접촉 부품들 사이에서 이격하는 원래 갭(original gap)보다도 크고, 이러한 차이는 릴레이가 폐쇄되었을 때 접촉 전기자 스프링이 편향되어야 하는 정도이다. 본 발명에 따른 몇몇 장치에 있어서, 접촉 전기자 스프링력은 접촉 부품들 사이의 전체 접촉력인 것으로 고려된다. 본 발명에 따른 다른 장치에 있어서, 접촉 전기자는 접촉 부품들 사이의 전체 접촉력 중 일부에만 신뢰성이 있는 것으로 또한 고려된다. 그러나 다른 장치에 있어서, 접촉 전기자는 접촉 부품들 사이에서의 접촉력이 매우 작거나 또는 없는 것으로 인식된다.The bending function of the contact armature is illustrated in FIGS. 5B and 5C showing the same cross section as in FIG. 5A except that the relay is in the closed and latched state rather than the passive state, which is described in more detail below. Is discussed. The contact armature is reliable to generate a curved spring force that generally forms some of the contact force between the armature contact parts and the base or cover substrate contact parts. FIG. 5B illustrates the bending in the contact armature when the relay is in the latched down state while FIG. 5C shows the relay in the latched up state. The initial gap between the latch electrodes (and latch electrode insulators) is greater than the original gap between the contact parts, and this difference is such that the contact armature spring must deflect when the relay is closed. to be. In some arrangements according to the invention, the contact armature spring force is considered to be the total contact force between the contact parts. In another arrangement according to the invention, the contact armature is also considered to be reliable only in part of the total contact force between the contact parts. In other arrangements, however, the contact armature is recognized as having very little or no contact force between the contact parts.

도 2A, 도 3A 및 도 5A에 도시된 릴레이의 제1안정적인 작동상태는 제어 신호가 장치에 인가되지 않을 때의 릴레이 조건인 패시브 상태로서 정의된다. 이것은 자연조건(natural condition)인 것으로 인식되어, 장치 안정도는 제공된 릴레이의 기계적인 기하학적 구조와 제조 세부사항에 의해서 정의된다. 도 2A, 도 3A 및 도 5A는 현재 논의된 실시예를 포함하여 본 발명에 따라서 설계된 몇몇 장치에 적합한 패시브 상태에 있는 부하, 래치 및 접촉 전기자(각각)의 전형적인 예를 제공한다. 이러한 예들에 있어서, 릴레이 접촉 부품들은 결합되지 않고, 다형 액츄에이터는 응력 평형(stress equilibrium)의 공통적으로 중성인 상태에 있고, 모든 래치 전극은 분리된다. 본 발명에 따른 다른 장치에 있어서, 다형 액츄에이터 전기자 또는 부하 신호 전기자는 패시브 상태에 있을 때 공통적으로 편평하기 보다는 오히려 상방으로 말아 감겨질 수 있다. 그러나, 다른 장치에 있어서, 다형 액츄에이터 전기자 또는 부하 신호 전기자는 패시브 상태에 있을 때 공통적으로 편평하기 보다는 오히려 하방으로 말아 감겨질 수 있다.The first stable operating state of the relay shown in FIGS. 2A, 3A and 5A is defined as a passive state which is a relay condition when no control signal is applied to the device. It is recognized that this is a natural condition, so device stability is defined by the mechanical geometry and manufacturing details of the relay provided. 2A, 3A, and 5A provide typical examples of loads, latches, and contact armatures, respectively, in a passive state suitable for some devices designed according to the present invention, including the embodiments currently discussed. In these examples, the relay contact parts are not coupled, the polymorph actuator is in a commonly neutral state of stress equilibrium, and all latch electrodes are separated. In another arrangement according to the invention, the polymorph actuator armature or load signal armature can be rolled up rather than commonly flat when in the passive state. However, in other devices, the polymorph actuator armature or load signal armature can be rolled down rather than commonly flat when in the passive state.

비활성 상태와 다른 릴레이 상태가 요구되는 경우, 구동 하향 제어 신호는 릴레이 액츄에이터에 적용될 수 있다. 이런 작동의 결과의 실예는 제 1 활성 상태로서 정의된 안정한 상태이고, 여기서 장치의 기계적 한계는 릴레이 전기자의 추가적인 편향을 방지한다. 본 발명에 따른 일부의 장치에서, 제 1 활성 상태는 도 2B 및 3B에 예시적으로 나타낼 수 있고, 여기서 도 3B의 다형 액츄에이터가 구동 제어 신호에 기인하여 아래 방향으로 휜다. 도 2B 및 3B의 전기자는 래치 전기자에 유도된 아래쪽의 곡률의 일부 또는 전부가 부하 신호 전기자로 연결될 수 있도록 이 실시예에서 기계적으로 연결되고, 이것은 제 1 액츄에이터 접촉 부재와 베이스 기판(base substrate) 접촉 부재를 체결하는 지점으로 쏠린다고 여겨진다. 베이스 기판 전극의 래치 하향 전극 절연체에 전기자 래치 하향 전극의 정밀한 접촉은 제 1 활성 상태를 정의하는데 요구되지 않는 것으로 인식된다. 이런 접촉은 가능하게 될 수 있고, 도 3B의 실시예에서 도시되고, 이런 접촉이 본 발명의 다른 실시예에서 일어나지 않을 수도 있다는 것을 추가적으로 고려된다.If a relay state other than an inactive state is required, the drive down control signal may be applied to the relay actuator. An example of the consequence of this operation is a stable state defined as the first active state, where the mechanical limits of the device prevent further deflection of the relay armature. In some devices according to the present invention, the first active state can be exemplarily shown in FIGS. 2B and 3B, where the polymorphic actuator of FIG. 3B has been swung downward due to the drive control signal. The armatures of FIGS. 2B and 3B are mechanically connected in this embodiment such that some or all of the lower curvature induced by the latch armature can be connected to the load signal armature, which is in contact with the first actuator contact member and the base substrate. It is considered to be directed to the point where the member is fastened. It is recognized that precise contact of the armature latch down electrode to the latch down electrode insulator of the base substrate electrode is not required to define the first active state. Such contact may be enabled and is shown in the embodiment of FIG. 3B, and it is further contemplated that such contact may not occur in other embodiments of the present invention.

일단 릴레이의 작동 상태가 비활성 상태의 개방 접촉으로부터 제 1 활성 상태의 폐쇄 상태로 변하는 경우, 한계가 없는 기간일 수 있는 기간 동안 폐쇄된 접촉을 유지하는 것이 많은 응용에서 바람직하게 될 수 있다. 제 1 래치된 상태로서 정의된 추가적인 릴레이 상태는 전기자 래치 하향 전극의 캐패시티브 부재와 베이스 기판 전극을 가로지르는 래치 하향 제어 신호를 적용시켜 이들을 끌어당기고 이들을 정전력으로 함께 고정시키도록 개시된다. 이런 작동이 전기자 전극을 평탄화하고 폐쇄된 접촉을 유지하는 것을 초래하는 본 발명에 따른 많은 장치에서 고려된다. 도 3C에서 도시된 실시예는 이런 조건을 반영하고, 여기서 전기자 전극을 평탄화하는 것은 부하 신호 전기자를 평탄화하는 것에 반영된다.Once the operational state of the relay changes from an inactive open contact to a closed state of the first active state, it may be desirable in many applications to maintain the closed contact for a period that may be an unlimited time period. An additional relay state defined as the first latched state is disclosed to apply a latch down control signal across the capacitive member of the armature latch down electrode and the base substrate electrode to attract and hold them together at a constant power. This operation is contemplated in many devices according to the present invention which result in flattening the armature electrode and maintaining closed contact. The embodiment shown in FIG. 3C reflects this condition, where flattening the armature electrodes is reflected in flattening the load signal armature.

제 1 래치된 상태는 구동 하향 제어 신호를 액츄에이터로부터 제거하는 것을 허용하고 릴레이는 제 1 래치된 상태에 남아있을 것이다. 현재 논의중인 실시예를 포함하는 일부의 장치에서, 래치 제어 신호의 후반 제거는 릴레이 백(back)을 비활성 상태로 보낼 수 있다. 일부의 장치에서, 비활성 상태로 되돌아 오는 것은 전기자 자체로 내부 힘을 회수하는 것에 기인하여 일어난다. 다른 장치에서, 다형 액츄에이터로부터 강제적인 지원(forcible assitance)은 구동 상향 제어 신호를 사용하는 것으로 릴레이를 비활성 상태로 되돌리는 것을 도울 것이라고 여겨진다.The first latched state allows removing the drive down control signal from the actuator and the relay will remain in the first latched state. In some devices, including the embodiments currently under discussion, the late removal of the latch control signal may send the relay back in an inactive state. In some devices, returning to an inactive state occurs due to the recovery of internal forces by the armature itself. In other devices, it is believed that forcible assitance from the polymorphic actuator will help return the relay to an inactive state by using drive up control signals.

실시예에서 제 1 활성 및 제 1 래치된 상태는 장치에 대한 하나의 폐쇄된 전기적 접촉 경로를 설명한다. 본 발명은 이중 스로우(double-throw) 장치를 위한 것이고, 추가적인 릴레이 상태는 제 2 폐쇄된 전기적 경로를 위해 허용한다. 제 2 전기적 경로를 폐쇄하기 위해, 구동 상향 제어 신호가 릴레이 액츄에이터에 적용될 수 있다. 이런 작동의 결과는 제 2 활성 상태로서 정의된 안정한 상태이고, 여기서 장치의 기계적 한계는 릴레이 전기자의 추가적인 편향을 방지한다. 본 발명에 따른 일부의 장치에서, 제 2 활성 상태는 도 2D 및 3D에 예시적으로 나타낼 수 있고, 여기서 도 3D의 다형 액츄에이터는 구동 상향 제어 신호에 반응하여 위쪽 방향으로 휜다. 래치 전기자에서 유도된 아래쪽 곡률은 부하(load) 신호 전기자로 기계적으로 결합되는 것으로 가정되고, 이것은 제 2 액츄에이터 접촉 부재와 커버 기판 접촉 부재를 체결하는 지점으로 쏠리게 한다. 제 1 활성 상태의 조건으로, 전기자 래치 상향 전극과 베이스 기판 전극의 래치 상향 전극 절연체와의 정밀한 접촉은 제 2 활성 상태를 정의하는데 요구되지 않고, 이런 접촉을 통하는 것이 가능하게 될 수 있고, 도 3D에 본 발명의 실시예로 도시된다.In an embodiment the first active and first latched state describes one closed electrical contact path to the device. The present invention is for a double-throw device and additional relay states allow for a second closed electrical path. In order to close the second electrical path, a drive up control signal can be applied to the relay actuator. The result of this operation is a stable state defined as the second active state, where the mechanical limits of the device prevent further deflection of the relay armature. In some devices according to the present invention, the second active state can be exemplarily shown in FIGS. 2D and 3D, where the polymorphic actuator of FIG. The lower curvature induced in the latch armature is assumed to be mechanically coupled to the load signal armature, which causes it to be directed to the point of engaging the second actuator contact member and the cover substrate contact member. As a condition of the first active state, precise contact between the armature latch up electrode and the latch up electrode insulator of the base substrate electrode is not required to define the second active state, and it may be possible through this contact, FIG. 3D Is shown as an embodiment of the invention.

제 2 래치된 상태로서 정의된 추가적인 릴레이 상태는 래치 상향 제어 신호를 전기자 래치 상향 전극의 캐패시티브 부재와 커버 기판 전극에 적용하는 것으로 개시되어 이들을 끌어당기고, 이들을 정전력으로 함께 고정한다. 본 발명에 따른 많은 장치중에서 이런 작동은 전기자 전극을 평탄화하고 폐쇄된 접촉을 유지하는 것을 초래한다고 여겨진다. 도 3E에 예시된 실시예는 이런 조건을 반영하고, 여기서 전기자 전극을 평탄화하는 것은 부하 신호 전기자의 평탄화에 반영된다.An additional relay state, defined as the second latched state, begins by applying the latch up control signal to the capacitive member of the armature latch up electrode and the cover substrate electrode, attracts them and locks them together with electrostatic force. In many of the devices according to the invention this operation is believed to result in flattening the armature electrode and maintaining a closed contact. The embodiment illustrated in FIG. 3E reflects this condition, where the flattening of the armature electrodes is reflected in the flattening of the load signal armature.

제 2 래치된 상태는 액츄에이터로부터 구동 상향 제어 신호의 제거를 위해 허용하고, 릴레이는 제 2 래치된 상태 중에 남겨질 것이다. 현재 논의중인 실시예를 포함하는 래치 제어 신호의 후반 제거는 릴레이 백을 비활성 상태로 보낼 수 있다고 여겨진다. 일부의 장치에서, 비활성 상태로 되돌리는 것은 전기자 자체로 내부 힘을 회수하는 것에 기인하여 일어난다. 다른 장치에서, 다형 액츄에이터로부터 강제적인 지원은 구동 하향 제어 신호를 사용하여 릴레이를 비활성 상태로 되돌리는 것을 도울 것이다.The second latched state allows for removal of the drive up control signal from the actuator and the relay will be left in the second latched state. It is believed that late cancellation of the latch control signal, including the embodiment currently under discussion, may send the relay back in an inactive state. In some devices, returning to inactivity occurs due to the recovery of internal forces by the armature itself. In other devices, forced support from the polymorphic actuator will help return the relay to an inactive state using a drive down control signal.

본 발명에 따른 일부의 장치에서, 도 1 내지 5에 나타낸 실시예의 압전기적으로 구동된 전기자는 비영 계수(non-zero coefficient)의 압전기를 갖는 두개 이상의 다형 재료로 구성될 수 있다. 이런 장치에서, 각각의 비영 계수 재료는 이전에 설명된 압전 세라믹 또는 크리스탈의 두개 이상의 재료로 구성된 층일 수 있다. 이런 다형 액츄에이터에서, 상부 압전 재료는 하부가 접촉하는 동안 팽창될 수 있다. 이런 다형은 고정된 전체 액츄에이터 전기자 두께를 제공하는 특별한 장치 디자인 위한 유용한 힘의 두배 만큼 발생시킬 수 있다.In some arrangements in accordance with the present invention, the piezoelectrically driven armatures of the embodiments shown in FIGS. 1-5 may be composed of two or more polymorphic materials with non-zero coefficient piezoelectric elements. In such a device, each non- Young's modulus material may be a layer composed of two or more materials of the piezoelectric ceramic or crystal described previously. In such polymorphic actuators, the upper piezoelectric material may expand during the lower contact. This polymorphism can generate twice the useful force for a particular device design that provides a fixed overall actuator armature thickness.

하나 이상의 압전층을 갖는 다형 액츄에이터는 도 3B에서 제안된 바와 같이 폐쇄 힘 뿐만 아니라 개방 힘을 발생시키는데 사용될 수 있다고 인식된다. 본 발명에 따른 일부의 장치에서 제 1 래치된(다운; down) 상태에서 다형의 개방 힘은 구동 하향 제어 신호를 역전시키고, 구동 상향 제어 신호로서 이것의 반대를 적용시키는 것으로 성취될 수 있다. 제어 신호의 극성에 기초된 방향으로 액츄에이터를 구동하는 능력은 압전 다형의 하나의 이점이라고 일반적으로 인식된다. 이 이점이 본 발명에 따른 압전 다형 장치에 존재한다는 것에 주목해야 한다. It is recognized that polymorphic actuators having one or more piezoelectric layers can be used to generate the closing force as well as the closing force as suggested in FIG. 3B. In some devices according to the invention the polymorphic open force in the first latched (down) state can be achieved by reversing the drive down control signal and applying the opposite as the drive up control signal. The ability to drive an actuator in a direction based on the polarity of the control signal is generally recognized as one advantage of piezoelectric polymorphisms. It should be noted that this advantage exists in the piezoelectric polymorph device according to the invention.

도 1 내지 5는 단일 접촉 전기자를 구동하는 단일 압전 이형 액츄에이터 구조를 특징으로 하는 실시예에 필요한 구조적 부재를 묘사한다. 본 발명은 정전 래칭 메카니즘(electrostatic latching mechanisms)을 갖는 다형 액츄에이터에 의해 구동된 임의의 릴레이의 기능적 개념을 고려하기 위해 의도되었다고 예상된다. 다형이 다른 액츄에이터 재료 조합으로 구성되거나 또는 릴레이가 다중 접촉 전기자, 액츄에이터 전기자 또는 둘 다로 구성되는 경우 추가적인 실시예는 본 발명의 범위 내에 있다. 도 6 내지 10은 도 1 내지 5에 예시된 제 1 실시예의 그것과 기능적으로 동등한 동작을 갖는 제 2 실시예를 설명한다. 평면도는 도 6에서 제공되고, 도 7 내지 10은 동등한 방식으로 상세한 단면도를 나타낸다. 제 2 구현에에서의 부재 번호는 100 대신 200으로 시작하고, 명확하게 하기 위해 제 1 실시예에서와 기능적으로 동등한 것은 마지막 두자리가 동일하다.1-5 depict the structural members required for an embodiment characterized by a single piezoelectric release actuator structure for driving a single contact armature. It is anticipated that the present invention is intended to take into account the functional concept of any relay driven by a polymorphic actuator with electrostatic latching mechanisms. Additional embodiments are within the scope of the present invention when the polymorph consists of different actuator material combinations or the relay consists of multiple contact armatures, actuator armatures or both. 6 to 10 illustrate a second embodiment having an operation that is functionally equivalent to that of the first embodiment illustrated in FIGS. 1 to 5. The top view is provided in FIG. 6, and FIGS. 7 to 10 show detailed cross sections in an equivalent manner. The member number in the second embodiment starts with 200 instead of 100, and for clarity the functional equivalent of the first embodiment is the same in the last two digits.

도 6은 도 1의 릴레이와 동일한 방식으로 두개의 일차 전기자 구조로 구성된 릴레이의 기능적 평면도이다. 도 6의 부재는 도 1의 부재와 유사한 것으로 여겨지고, 다른 점은 액츄에이터 구성부품와 본 실시예에서 동등한 부재에 대한 기하학적 및 재료적 부분에 있다. 도 1의 숨겨진 부재의 설명에 대해서는, 커버 기판은 제거되고, 평면도(top view)로부터 보여 지지 않는 일반적인 부재는 명확하게 하기 위해 띠줄(dashed line)로 표시한다. 신호선의 특정 기하(geometry) 및 위치 및 경로는 고안자의 결정에 의하고, 실예의 목적으로 제공된 실시예에 나타낸다. 전기적 경로의 재료, 두께 및 조성은 이전에 논의된 바와 같이 본 발명의 범위 내에서 신축적이 된다.6 is a functional plan view of a relay composed of two primary armature structures in the same manner as the relay of FIG. The member of FIG. 6 is considered to be similar to the member of FIG. 1, the other being in the geometric and material parts of the actuator component and the equivalent member in this embodiment. For the description of the hidden member of FIG. 1, the cover substrate is removed and the generic member not shown from the top view is indicated by dashed lines for clarity. The specific geometry, position and path of the signal lines are determined by the designer and shown in the examples provided for illustrative purposes. The material, thickness, and composition of the electrical pathway are stretchable within the scope of the present invention as discussed previously.

고정된 베이스(201), 베이스 기판(202), 커버 기판(234), 제 1(203), 제2(204), 및 제 3(235) 부하 신호선, 제 1(205), 제 2(206), 제 3(255) 및 제 4(256) 구동 신호선, 및 제 1(207), 제 2(208), 제 3(241) 및 제 4(285) 래치 신호선은 도 1에서 명백하게 된다. 래치 전기자(209)는 베이스 기판에 일반적인 방향으로 하나의 고정된 말단(210) 및 편향이 없는 말단(211)을 갖는 것으로 예시된다. 부하 전기자(259)는 하나의 고정된 말단(260)과 마찬가지로 편향이 없는 말단(261)을 갖는 것으로 유사하게 보여진다. 액츄에이터 래치 하향 전극(215) 및 액츄에이터 래치 상향 전극(242) 뿐만 아니라 제 1 및 제 4 래치 신호 제어선에 각각 요구된 액츄에이터 래치 하향(216) 및 래치 상향(242) 전극 경로가 보여진다. 현재 논의중인 실시예에서, 액츄에이터 래치 전극 경로는 전기자로부터 베이스 기판으로 금속성 앵커 영역에 의해 유도되고, 이것은 일부의 장치에서는 땜납 범프(bump) 또는 다른 전도성의 기계적 전기적 접속일 수 있다. 제 2 및 제 3 래치 제어 신호선에 각각의 기판 래치 전극(217), 커버 래치 전극(244) 및 이들의 경로(218) 및 (245)가 도 6 및 8A에서 유사하게 보여진다. 도 8A에는 본 실시예가 기판과 커버 래치 전극을 각각 덮는 래치 하향(219) 및 래치 상향(246) 전극 절연체를 가지고 있음을 보여주고 있다.Fixed base 201, base substrate 202, cover substrate 234, first 203, second 204, and third 235 load signal lines, first 205, second 206 ), Third 255 and fourth 256 driving signal lines, and first 207, second 208, third 241 and fourth 285 latch signal lines become apparent in FIG. The latch armature 209 is illustrated as having one fixed end 210 and no deflection end 211 in a general direction to the base substrate. The load armature 259 is similarly shown to have an unbiased end 261, like one fixed end 260. The actuator latch down 216 and latch up 242 electrode paths required for the actuator latch down electrode 215 and actuator latch up electrode 242 as well as the first and fourth latch signal control lines are shown, respectively. In the presently discussed embodiment, the actuator latch electrode path is guided by a metallic anchor region from the armature to the base substrate, which in some devices may be a solder bump or other conductive mechanical electrical connection. Substrate latch electrodes 217, cover latch electrodes 244, and their paths 218 and 245, respectively, on the second and third latch control signal lines are shown similarly in FIGS. 6 and 8A. 8A shows that this embodiment has a latch down 219 and latch up 246 electrode insulator covering the substrate and cover latch electrodes, respectively.

제 1 부하 신호선에 제 1 액츄에이터 접촉 부재(220) 및 제 1 액츄에이터 접촉 부재 경로(221)가 존재하고, 이에 따라 기판 접촉 부재(222)로부터 제 2 부하 신호선으로 전기적 접속(223)이 있다. 본 실시예에서 제 1 액츄에이터 접촉 부재 경로는 래치 전극 경로를 위해 논의된 바와 같은 유사한 방식으로 전기자로부터 베이스 기판으로 금속성 앵커 영역에 의해 만들어진다. 제 1 부하 신호선에 제 2 액츄에이터 접촉 부재(237) 및 제 2 액츄에이터 접촉 부재 경로(238)가 존재하고, 이에 따라 기판 접촉 부재(239)로부터 제 3 부하 신호선(235)으로 전기적 접속(235)이 있다. 본 실시예에서 제 2 액츄에이터 접촉 부재 경로는 제 2 액츄에이어 접촉 부재로부터 제 1 액츄에이터 접촉 부재를 통해 구성되고, 양쪽의 액츄에이터 접촉 부재는 전기적으로 접속한다. 부하 전기자(224)는 전기자 접촉 부재의 영역에서 래치 전극의 한쪽 말단(226)과 편향 없는 곳(225)에서 부착된다. The first actuator contact member 220 and the first actuator contact member path 221 are present in the first load signal line, and thus there is an electrical connection 223 from the substrate contact member 222 to the second load signal line. In this embodiment the first actuator contact member path is made by the metallic anchor region from the armature to the base substrate in a similar manner as discussed for the latch electrode path. The second actuator contact member 237 and the second actuator contact member path 238 are present in the first load signal line, whereby an electrical connection 235 is connected from the substrate contact member 239 to the third load signal line 235. have. In this embodiment, the second actuator contact member path is configured from the second actuator contact member through the first actuator contact member, and both actuator contact members are electrically connected. The load armature 224 is attached at one end 226 unbiased with one end 226 of the latch electrode in the region of the armature contact member.

본 실시예에 대한 특정 재료 및 기하학은 매우 낮은 부하 신호 파워를 빠른 스위칭 속도로 취급할 수 있는 장치를 고안하기 위해 선택된다. 부하 전기자는 평면 폭과 길이가 각각 15㎛ 및 75㎛이고, 실리콘 나이트라이드 2㎛ 두께로 제작된다. 부하 신호선과 접촉 부재는 2㎛ 스퍼터링된 금으로 만들어진다. 전기자 고정된 말단에 부착된 고정된 베이스의 일부는 실리콘 핸들 웨이퍼의 섹션이고, 이것은 금-백금 및 땜납 접속을 통해 세라믹 베이스 기판에 결합된다. 베이스 기판상의 모든 전도체는 2㎛ 두께의 금이다. 래치 전극 절연체는 0.2㎛ 실리콘 나이트라이드이다.The specific materials and geometries for this embodiment are chosen to devise a device that can handle very low load signal power at high switching speeds. The load armatures are 15 µm and 75 µm in planar width and length, respectively, and are fabricated to 2 µm thick silicon nitride. The load signal line and the contact member are made of 2 탆 sputtered gold. Part of the fixed base attached to the armature fixed end is a section of the silicon handle wafer, which is bonded to the ceramic base substrate via gold-platinum and solder connections. All conductors on the base substrate are 2 μm thick gold. The latch electrode insulator is 0.2 μm silicon nitride.

반면 도 3A에 나타낸 액츄에이터는 압전 이형이고, 본 실시예에 대한 일차 액츄에이터는 열적 다형이다. 래치 전기자의 열적 다형은 두개의 주된 이형 부재, 상부 열적 다형층(227) 및 하부 열적 다형층(228)으로 구성된다. 본 실시예의 이 액츄에이터에서, 상부의 열적 다형층은 보다 큰 열적 팽창 계수를 갖도록 고안된다. 부하 전기자의 열적 다형은 두개의 주된 이형 부재, 상부 열적 다형층(278) 및 하부 열적 다형층(280)으로 구성되며, 이 액츄에이터에서 하부층은 보다 큰 열적 팽창 계수를 갖게 고안된다. 래치 전기자의 액츄에이터는 릴레이 하향을 휘게 할 책임이 있고, 반면 부하 전기자의 액츄에이터는 릴레이 상향을 휘게 할 책임이 있다.In contrast, the actuator shown in FIG. 3A is a piezoelectric release, and the primary actuator for this embodiment is a thermal polymorph. The thermal polymorph of the latch armature consists of two main release members, an upper thermal polymorph layer 227 and a lower thermal polymorph layer 228. In this actuator of this embodiment, the upper thermal polymorphism layer is designed to have a larger coefficient of thermal expansion. The thermal polymorph of the load armature consists of two main release members, an upper thermal polymorph layer 278 and a lower thermal polymorph layer 280, in which the lower layer is designed to have a higher coefficient of thermal expansion. The actuator of the latch armature is responsible for bending the relay downwards, while the actuator of the load armature is responsible for bending the relay upwards.

큰 열적 팽창 계수를 요구하는 열적 다형층을 위한 금속 재료를 사용하는 열적 다형 조립(construction)은 당업자에게 전형적인 것이다. 작은 열적 팽창 계수를 요구하는 열적 다형층을 위해 절연체 재료를 사용하는 것은 또한 전형적인 것으로 인식된다. 현재 논의되는 실시예에서 다형은 래치 전기자의 상부 다형층(227)를 위한 2㎛ 두께의 팔라듐, 부하 전기자의 하부 다형층(280)을 위한 2㎛ 두께의 금, 및 반대층(228) 및 (278)을 위한 2㎛ 두께의 실리콘 나이트라이드를 특징으로 한다.Thermal polymorphic constructions using metal materials for thermal polymorphic layers that require large coefficients of thermal expansion are typical for those skilled in the art. It is also recognized that the use of insulator materials for thermal polymorphic layers requiring a small coefficient of thermal expansion is also typical. In the presently discussed embodiment, the polymorph is 2 μm thick palladium for the upper polymorph layer 227 of the latch armature, 2 μm thick gold for the lower polymorph layer 280 of the load armature, and the counter layer 228 and ( 278) 2 μm thick silicon nitride.

층(227) 및 (280)을 위해 금속이 사용될 수 있고 층(228) 및 (278)을 위해 절연체가 사용될 수 있는 본 발명에 따른 일부의 장치가 예상될 수 있다. 일부의 장치에서, 열적 다형 재료를 위해 사용될 수 있는 재료는 금, 구리, 은, 백금, 니켈 및 알루미늄과 같은 금속을 포함한다. 일부의 장치에서, 어느 하나의 층을 위해 사용될 수 있는 재료는 실리콘, 갈륨 비소, 실리콘 게르마늄, 및 인듐 포스파이드와 같은 반도체를 포함한다. 합금 또는 금속 또는 반도체의 적층된 조합이 본 발명에 따른 장치에 사용될 수 있다고 또한 예상된다. 열적 다형 재료에 사용될 수 있는 재료는 실리콘, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 디옥사이드, 석영(quartz) 또는 폴리이미드 또는 다른 절연성 폴리머와 같은 절연체가 사용될 수 있다고 또한 예상된다. 각각의 다형층은 특이적 특성을 액츄에이터에 부가하기 위해 적층된 스택으로 구성될 수 있다고 또한 인식된다.Some devices in accordance with the present invention may be envisioned in which metal may be used for layers 227 and 280 and insulators may be used for layers 228 and 278. In some devices, materials that can be used for the thermal polymorphic material include metals such as gold, copper, silver, platinum, nickel and aluminum. In some devices, materials that can be used for either layer include semiconductors such as silicon, gallium arsenide, silicon germanium, and indium phosphide. It is also contemplated that stacked combinations of alloys or metals or semiconductors may be used in the device according to the invention. It is also contemplated that insulators such as silicon, silicon nitride, silicon dioxide, quartz or polyimide or other insulating polymers can be used as the materials that can be used in the thermal polymorphic material. It is also recognized that each polymorphic layer may consist of a stacked stack to add specific properties to the actuator.

열적 다형 액츄에이터 층의 두께는 재료, 제작 공정, 적용 및 다른 부재의 기하학에 따라서 0.1 내지 500㎛의 범위이다. 최하한의 신호 부하를 최상한의 스위칭 속도로 스위칭할 수 있는 발명에 따른 일부의 장치에서, 다형층은 0.1 내지 3㎛의 두께의 범위일 수 있다고 여겨진다. 신호 부하를 하한 내지 중간으로 요구하고 스위칭 속도를 상한 또는 중간으로 요구하는 적용에서 다형층은 2 내지 30㎛의 범위일 수 있다고 예상된다. 일부의 장치는 중간 내지 느린 스위칭 속도에서 중간 내지 무거운 신호 부하를 요구하는 적용에서 요구되어지는 바와 같이 더 두꺼운 다형층을 요구할 것이고, 20 내지 200㎛ 두께의 다형층을 사용할 수도 있다고 예상된다. 느린 또는 매우 느린 속도에서 높은 또는 매우 높은 신호 부하 스위칭 적용에서 다형층은 두께가 150 내지 500㎛ 범위일 것이라고 예상될 수 있다. 다형층의 두께 또는 두께 범위는 다른 층에 유사하게 될 필요는 없다고 인식된다.The thickness of the thermal polymorphic actuator layer ranges from 0.1 to 500 μm depending on the material, fabrication process, application and geometry of the other member. In some devices according to the invention capable of switching the lowest signal load at the best switching speed, it is believed that the polymorph layer can range in thickness from 0.1 to 3 μm. It is anticipated that the polymorph layer can range from 2 to 30 μm in applications requiring signal loads from low to medium and high or medium switching speeds. Some devices will require thicker polymorph layers, as required in applications requiring medium to heavy signal loads at medium to slow switching speeds, and it is anticipated that polymorph layers 20 to 200 μm thick may be used. In high or very high signal load switching applications at slow or very slow speeds the polymorph layer can be expected to range in thickness from 150 to 500 μm. It is appreciated that the thickness or thickness range of the polymorphic layer need not be similar to other layers.

도 8A는 제 1 가열 부재(229)의 단면을 개략적으로 나타낸 것이고, 도 7A는 제 2 가열 부재(279)를 포함한다. 일부의 장치에서, 이런 부재는 절연층의 표면상의 경로에 저항성 전도체 트레이스(trace)일 수 있다. 현재 논의중인 실시예에서, 가열 부재는 0.3㎛ 두께 니켈-크롬 합금으로 제작된다. 본 발명에 따른 일부의 장치에서, 가열 부재는 0.001 내지 10 Ω-㎝ 사이의 저항을 갖는 재료로 제작될 수 있다. 일부의 장치에서, 가열 부재는 금속 또는 반도성 재료로 만들어질 수 있다. 장치중의 열저항부의 두께는 0.05 내지 10㎛의 범위일 수 있다. 일부의 장치에서, 저항성 재료는 0.1 Ω-㎝ 미만의 저항을 가질 수 있고, 두께는 0.05 내지 2㎛일 수 있다고 예상된다. 추가로, 0.1 Ω-㎝보다 큰 저항을 갖는 저항성 재료를 포함하는 일부의 장치에서, 두께는 0.5 내지 10㎛ 일 수 있다고 예상된다.8A schematically shows a cross section of a first heating member 229, and FIG. 7A includes a second heating member 279. In some devices, such a member may be a resistive conductor trace in a path on the surface of the insulating layer. In the presently discussed embodiment, the heating element is made of 0.3 μm thick nickel-chromium alloy. In some devices according to the invention, the heating element can be made of a material having a resistance between 0.001 and 10 Ω-cm. In some devices, the heating member may be made of metal or semiconducting material. The thickness of the heat resistant portion in the device may range from 0.05 to 10 μm. In some devices, the resistive material may have a resistance of less than 0.1 Ω-cm and the thickness may be between 0.05 and 2 μm. In addition, in some devices including resistive materials having a resistance greater than 0.1 Ω-cm, it is expected that the thickness can be 0.5 to 10 μm.

도 8A에 도시된 것은 본 실시예에서 전도다형층으로부터 전기적으로 고립된 가열 부품인, 가열부품절연체(230)이다. 만약 본 발명에 따라 상부 열다형층(227)이 장치 내에서 금속으로 제작된다면, 절연층은 가열 부품이 적절하게 동작하기 위하여 층(227)로부터 가열부품(229)를 절연시켜야 하는 것을 인정하는 것을 말한다. 현재 논의되고 있는 실시예는 상부 열다형층(227)이 전도성이 있고, 따라서 가열부품로부터 절연시킴으로써 이익이 있다는 것이 고려된다. 본 실시예는 하부 다형층(228)이 절연되어 있고, 따라서 간섭없이 적절한 동작을 하면서 가열부품에 인접해 있을 수 있다는 것이 또한 고려된다. 현재 논의되고 있는 실시예에서, 유사한 방법으로 부하 전기자의 다형층(278)이 절연되어 있고, 따라서 제2가열부품(279)에 인접할 수 있다는 것에 주목한다. Shown in FIG. 8A is a heating component insulator 230, which in this embodiment is a heating component electrically isolated from the conductive polymorphic layer. If the upper thermal polymorphism layer 227 is made of metal in the device according to the present invention, the insulating layer means acknowledging that the heating element 229 must be insulated from the layer 227 in order for the heating element to function properly. . The presently discussed embodiment contemplates that the upper polymorphic layer 227 is conductive and therefore profitable from insulation from the heating component. It is also contemplated that the present embodiment is that the lower polymorph layer 228 is insulated and thus can be adjacent to the heating element with proper operation without interference. In the presently discussed embodiment, it is noted that in a similar manner the polymorph layer 278 of the load armature is insulated and thus can be adjacent to the second heating component 279.

가열 부품 절연체는 래치 전극 절연체를 위해 사전에 규정된 절연 물질로 제조된다. 본 발명에 따라 몇몇 장치에서 가열 부품 절연체를 제조하는데 사용되는 가능한 물질에는 실리콘 질소화물, 실리콘 이산화물, 석영, 또는 폴리마이드 또는 다른 절연 폴리머를 포함한다고 기대된다. 가열 부품 절연체로 사용되는 물질은 특정 장치의 제조에 사용되는 어떤 다른 물질층에 비례하여 0.05㎛ 내지 3㎛ 두께의 범위로 얇을 수 있다고 기대된다. 일 장치에서 절연 부품 물질의 두께는 0.05㎛ 에서 0.5㎛ 사이의 범위가 될 수 있다고 기대된다. 그러한 범위는 절연 물질의 박층이 가능하고, 전기장 세기로 인하여 절연체의 파괴를 막을 수 있는 충분한 품질을 갖는 적용이 요구된다. 본 실시예의 가열 부품 절연체는 고품질 실리콘 질소화물 0.1㎛ 이다. 고품질 절연 물질의 박층이 불가능한 다른 장치에서, 래치된 전극 절연체의 물질 두께는 0.3㎛ 에서 3㎛ 사이의 범위가 될 수 있는 것이 기대된다.The heating component insulator is made of an insulating material previously defined for the latch electrode insulator. Possible materials used to make heating component insulators in accordance with the present invention are expected to include silicon nitride, silicon dioxide, quartz, or polyamide or other insulating polymers. It is expected that the materials used as heating component insulators can be thin in the range of 0.05 μm to 3 μm in proportion to any other material layer used in the manufacture of certain devices. It is expected that the thickness of the insulation part material in one device can range from 0.05 μm to 0.5 μm. Such ranges require applications where a thin layer of insulating material is possible and of sufficient quality to prevent destruction of the insulator due to the electric field strength. The heating component insulator of this embodiment is 0.1 mu m of high quality silicon nitride. In other devices where a thin layer of high quality insulating material is not possible, it is expected that the material thickness of the latched electrode insulator can range from 0.3 μm to 3 μm.

도 9는 다형 액츄에이터에 통합된 릴레이 부분을 나타낸, 도 6에 예시된 장치의 단면 개략도이다. 고정 베이스의 일부인 베이스기판(202)과 커버기판(234)은, 본 기판 사이에 매단 도 7A와 도 8A의 전기자와 함께 본 도시에서 구현된다. 본 발명의 현재 논의되고 있는 실시예에서, 액츄에이터는 열적 다형이다. 래치된 전기자의 액츄에이터는, 제1가열부품의 일부를 각각 형성하고 가열부품절연체(230)에 의해 둘러싸인 제1구동신호연결(270)과 제2구동신호연결(271)의 가열 부품 전기 연결을 갖는 상위 열다형층(227)을 포함한다. 하부 열다형층(241)은 액츄에이터 전기자(209)와 동일한 물질이고, 액츄에이터 래치전극패스(216)는 본 전기자의 아랫면에 보여진다. 부하 신호 패스(221)는 동일한 방식으로 부하 전기자의 아랫면에 보여지고, 하부 열다형층으로 작동한다. 부하 전기자의 액츄에이터는 자신의 가열 부품의 일부를 각각 형성하는 제3구동 신호연결(255)과 제4구동신호연결(256)의 가열 부품 전기 연결을 통합한다. 구동 신호 패스는 가열 부품의 0.3㎛의 니켈-크롬 합금으로부터 제조되고, 래치신호패스는 0.2㎛의 니켈층으로부터 제조되며, 부하신호패스는 2㎛의 스퍼트된(sputtered) 금 층으로부터 제조된다.FIG. 9 is a cross-sectional schematic diagram of the apparatus illustrated in FIG. 6, showing a relay portion incorporated into a polymorphic actuator. FIG. The base substrate 202 and the cover substrate 234, which are part of the fixed base, are embodied in this illustration with the armature of Figs. In the presently discussed embodiment of the present invention, the actuator is thermal polymorphic. The actuator of the latched armature has a heating component electrical connection of a first drive signal connection 270 and a second drive signal connection 271 that respectively form part of the first heating component and are surrounded by the heating component insulator 230. Upper row polymorphic layer 227. The lower thermal polymorph layer 241 is of the same material as the actuator armature 209 and the actuator latch electrode path 216 is shown on the underside of the armature. The load signal path 221 is seen on the underside of the load armature in the same way and acts as the lower thermal polymorph. The actuator of the load armature integrates the heating component electrical connection of the third drive signal connection 255 and the fourth drive signal connection 256, which respectively form part of its heating component. The drive signal path is made from a 0.3 μm nickel-chromium alloy of the heating component, the latch signal path is made from a 0.2 μm nickel layer, and the load signal path is made from a 2 μm sputtered gold layer.

도 10A, 도 10B, 그리고 도 10C는 래치와 부하 전기자의 자유영역이 탈거된 릴레이의 단면도를 보여준다. 본 영역에는 릴레이가 폐쇄 상태일 때 전기 전도를 가능하게 하는 접촉 부품을 통합한다. 고정 베이스의 일부인 베이스 기판(202)과 커버 기판(234)은 본 기판 사이에 매단 접촉 전기자(224)와 함께 구현된다. 접촉 전기자는 전기자 래치 다운(215)과 래치업(242) 전극의 위치에 래치전기자에 부착(225)되어 있고, 제1전기자 접촉 부품(220) 및 제2전기자 접촉 부품(237)가 위치한 자유단부(226)를 갖는다. 반대편 전기자 래치 다운전극은 베이스기판전극(217)이고, 래치다운 전극절연체(219)가 부착되어 있다. 반대편 전기자 래치업 전극은 커버 기판 전극(244)이고, 래치업 전극절연체(246)가 부착되어 있다. 베이스 기판 접촉 부품(222)는 제1전기자접촉 부품와 접하는 베이스기판의 윗표면에 위치해 있다. 커버 기판 접촉 부품(239)는 제2전기자 접촉 부품와 접하는 커버 기판의 아래 표면에 위치해 있다. 접촉 전기자의 만곡 기능은 도 10B 및 도 10C에 도시되어 있는데, 도 5A, 5B 및 5C에서 상세한 도시로 논의된, 릴레이가 패시브 상태일때 보다는 폐쇄되고 래치된 상태일 때를 제외한 도 10A와 같은 단면도를 묘사하고 있다. 10A, 10B, and 10C show cross-sectional views of relays with the free area of the latch and load armature removed. This area incorporates contact components that enable electrical conduction when the relay is closed. The base substrate 202 and the cover substrate 234, which are part of the fixed base, are implemented with the contact armature 224 between the present substrate. The contact armature is attached 225 to the latch armature at the positions of the armature latch down 215 and latch up 242 electrodes, and the free end at which the first armature contact component 220 and the second armature contact component 237 are located. Has 226. The opposite armature latch down electrode is a base substrate electrode 217, and a latch down electrode insulator 219 is attached. The opposite armature latchup electrode is a cover substrate electrode 244, and a latchup electrode insulator 246 is attached. The base substrate contact component 222 is located on the upper surface of the base substrate in contact with the first armature contact component. The cover substrate contact component 239 is located on the bottom surface of the cover substrate in contact with the second armature contact component. The bending function of the contact armature is shown in FIGS. 10B and 10C, which are discussed in more detail in FIGS. 5A, 5B and 5C, with a cross sectional view as in FIG. 10A except when the relay is closed and latched rather than in a passive state. It is depicted.

도 11은 릴레이가 제1실시예에서 논의된 2개 대신에 3개의 제1차 전기자로 구성된 제3 실시예를 묘사한, 기능 도면 개략도이다. 도 8의 릴레이는 액츄에이터 전기자가 부하 신호 전기자에 수직으로 설계된다. 특정 장치 설계에서 평행 또는 수직한 액츄에이터 릴레이를 위한 배치와 각각 전기자의 특정한 수는, 다양한 물질, 결합구조, 적용을 위해 상기 기술분야 내에서 그것들의 숙련된 결정을 하는 것이 특징인 것이 인정된다. 도 12는 패시브 및 개방 상태에서, 도 11에 예시된 릴레이 실시예의 부하 전기자의 단면 개략도이다. 도 13A, 도 13B 및 도 13C는 실시예의 다형 액츄에이터와 접촉 전기자의 단면을 묘사한다. 본 제3실시예를 위한 부품의 숫자는 300부터 시작하는데, 마지막 두 글자는 명확하게 하기 위해 제1실시예 및 제2실시예로부터의 기능적인 동등함과 관련이 있다.FIG. 11 is a functional diagram schematic diagram depicting a third embodiment in which the relay consists of three primary armatures instead of the two discussed in the first embodiment. The relay of Figure 8 is designed with the actuator armature perpendicular to the load signal armature. It is appreciated that the arrangement for the actuator relays parallel or vertical in a particular device design and the specific number of armatures, respectively, are characterized by their skilled determination within the art for various materials, coupling structures, applications. 12 is a cross-sectional schematic view of the load armature of the relay embodiment illustrated in FIG. 11, in the passive and open states. 13A, 13B and 13C depict cross sections of the polymorphic actuator and contact armature of an embodiment. The number of parts for this third embodiment starts from 300, where the last two letters are related to the functional equivalents from the first and second embodiments for clarity.

도 11의 부품은 본 구현에서 동일한 부품을 위한 액츄에이터 부품와 구조 및 물질 선택에 있어서 다른 구현을 갖는, 도 1과 도 6의 부품와 유사하다고 고려된다. 도 1과 도 6의 파묻힌 부품의 예시와 같이, 커버 기판은 제거되고, 일반적으로 위에서 보이지 않는 부품은 명확하게 하기 위해 점선으로 윤곽을 나타낸다. 특정 구조와 신호선 및 패스의 위치는 설계자의 결정에 달려 있고, 도시된 예의 목적을 위한 제공된 실시예를 나타낸다. 전기 패스의 물질과 두께와 합성은 앞서 논의된 대로 발명의 범위 내에서 융통성이 있다고 고려된다. The parts of FIG. 11 are considered to be similar to the parts of FIGS. 1 and 6, which in this embodiment have actuator parts for the same parts and different implementations in structure and material selection. As in the example of the embedded part of FIGS. 1 and 6, the cover substrate is removed and parts not generally visible from above are outlined in dotted lines for clarity. The specific structure and location of the signal lines and paths are at the discretion of the designer and represent the provided embodiments for the purposes of the illustrated examples. The material, thickness and synthesis of the electrical pass are considered to be flexible within the scope of the invention as discussed above.

고정 베이스(301), 베이스 기판(302), 커버 기판(334), 제1부하신호선(303), 제2부하신호선(304), 제3부하신호선(335), 제1구동신호선(305), 제2구동신호선(306), 제3구동신호선(355), 제4구동신호선(356), 제1래치신호선(307), 제2래치신호선(308), 제3래치신호선(357), 제4래치신호선(358), 제5래치신호선(241), 제6래치신호선(291)의 부품들이 보여진다. 베이스 기판에 대해 수직선에 대해 편향된 하나의 단부고정(310) 및 하나의 단부자유(311)를 갖는 폐쇄 다운 액츄에이터 전기자(309)가 보인다. 폐쇄 업 액츄에이터 전기자(389)는 폐쇄 다운 액츄에이터 전기자의 반대편에 보이고, 대칭으로 고정단부(390) 및 자유단부(391)를 갖는다.The fixed base 301, the base substrate 302, the cover substrate 334, the first ship line 303, the second ship line 304, the third ship line 335, the first drive signal line 305, Second drive signal line 306, third drive signal line 355, fourth drive signal line 356, first latch signal line 307, second latch signal line 308, third latch signal line 357, fourth Components of the latch signal line 358, the fifth latch signal line 241, and the sixth latch signal line 291 are shown. Closed down actuator armature 309 is shown with one end fixation 310 and one end freedom 311 biased with respect to the perpendicular to the base substrate. Closed up actuator armature 389 is seen opposite the closed down actuator armature and has a fixed end 390 and a free end 391 symmetrically.

본 실시예를 위한 전기자는 느린 스위칭 속도에서 큰 부하 신호를 견딜 수 있도록 설계된다. 전기자용 주요한 물질은 12㎛ 두께의 단결정 실리콘층이다. 부하 전기자는 폭 200㎛, 길이 800㎛이다. 액츄에이터 전기자는 폭 250㎛, 길이 650㎛이다. 부하 신호 선과 경로는 8㎛ 두께의 구리 합금으로 제조된다. 콘트롤 신호 및 래치 신호선 및 경로는 스퍼트된 2㎛ 두께의 니켈-크롬 합금으로 제조된다.The armature for this embodiment is designed to withstand large load signals at slow switching speeds. The main material for the armature is a 12 micrometer thick single crystal silicon layer. The load armature is 200 mu m wide and 800 mu m long. The actuator armature is 250 μm wide and 650 μm long. The load signal lines and paths are made of an 8 μm thick copper alloy. Control signals and latch signal lines and paths are made of a sputtered 2 μm thick nickel-chromium alloy.

하나는 폐쇄 다운 액츄에이터 전기자의 하면에, 다른 하나는 폐쇄 업 액츄에이터 전기자의 아랫쪽에 각각 있는, 두개의 액츄에이터 래치 다운 전극(315, 365)이 보인다. 제1래치신호콘트롤 라인(307) 및 제3래치신호콘트롤라인(357)에 대해 요구되는 래치 전극 경로(316, 366)가 각각 명확하게 보일 수 있다 제2래치콘트롤 신호 라인 및 제4래치 콘트롤 신호 라인에 대한 기판 래치다운전극(317, 367)의 기판 래치 다운 전극 패스(318, 378)가 도 11에 보인다. 제1액츄에이터 접촉 부품(320) 및 제1부하신호라인에 대한 부하 신호패스(321)가 도 12에 명확하게 보여진다. 제2액츄에이터 접촉 부품(337) 및 제1액츄에이터 접촉 부품로써 제1부하신호선에 대한 부하신호패스(338)가 또한 도 12에서 보여진다. 커버접촉 부품(339)부터 제3부하신호선(235)까지 커버접촉 부품패스(340)가 구현되듯이, 기판 접촉 부품(322)부터 제2부하신호선까지 기판접촉 부품패스(323)가 구현된다. Two actuator latch down electrodes 315 and 365 are shown, one at the bottom of the closed down actuator armature and the other at the bottom of the closed up actuator armature. The latch electrode paths 316 and 366 required for the first latch signal control line 307 and the third latch signal control line 357 can be clearly seen, respectively. The second latch control signal line and the fourth latch control signal. Substrate latch down electrode paths 318 and 378 of substrate latch down electrodes 317 and 367 for the line are shown in FIG. The load signal path 321 for the first actuator contact component 320 and the first load line is clearly shown in FIG. 12. Also shown in FIG. 12 is a load signal path 338 for the second actuator contact component 337 and the first loaded ship as the first actuator contact component. As the cover contact component path 340 is implemented from the cover contact component 339 to the third ship route 235, the board contact component path 323 is implemented from the board contact component 322 to the second ship route.

도 11 내지 도 13에서 묘사된 릴레이의 이중액츄에이터 설계에 의해, 다중 접촉 전기자가 구현된다. 폐쇄다운액츄에이터 접촉전기자(324)는 래치 전극에 일단부(326)에 부착되고, 전기자 접촉 부품 영역에서 디플렉트(deflect)(325)에 자유롭다. 폐쇄업액츄에이터 접촉 전기자(374)는 래치전극에 하나의 단부(326)에 부착되어 있고, 전기자 접촉 부품 영역에서 디플렉트(325)에 자유롭다. 폐쇄 다운 액츄에이터는 도 13에서 앞서 실시되고 명확하게 예시된 열다형으로서 고려된, 비슷한 물질과 구조의 신장력있는 상부 열이형층(327) 및 하부 열이형층(328)으로 구성되어 있다. 구동업액츄에이터는 상부 열이형층(378) 아랫면에 신장력있는 하부 열 이형층(377)로 구성되어 있다. 층(328, 378)은 도 11 내지 도 13의 묘사된 실시예에 적합한 동일한 명칭의 전기자 물질 층으로 구성되어 있다.By means of the dual actuator design of the relay depicted in FIGS. 11 to 13, multiple contact armatures are realized. Closed-down actuator contact armature 324 is attached to one end 326 to the latch electrode and is free of deflect 325 in the armature contact component area. Closed-up actuator contact armature 374 is attached to one end 326 to the latch electrode and is free of deflect 325 in the armature contact component region. The closed down actuator is comprised of an extensible upper heat release layer 327 and a lower heat release layer 328 of similar material and structure, considered as thermal polymorphisms implemented and clearly illustrated above in FIG. 13. The drive-up actuator is composed of a lower thermal release layer 377 that is stretchable under the upper thermal release layer 378. Layers 328 and 378 are composed of layers of armature materials of the same name suitable for the depicted embodiment of FIGS. 11-13.

저항력있는 제1가열부품(329)는 전류로 구성되는 콘트롤 신호를 갖는 폐쇄 이형 액츄에이터를 가열하는 방법을 제공한다. 도 6 내지 도 10의 실시예에 적합하게 앞서 논의된 제1가열부품(229)와 마찬가지로, 그러한 부품이 제1가열부품절연체(330)의 표면에 저항력 있는 구불구불한 패스가 될 수 있는 것이 고려된다. 그러한 부품의 물질과 두께가 앞서의 실시예에 적합하게 논의된 것과 비슷할 수 있다는 것이 또한 고려된다. 제2가열부품(379)는 이전 실시예의 제2가열부품을 기술하는 비슷한 방법으로 구동 업 이형 액츄에이터를 가열하는 방법을 제공한다. 본 부품은 제2가열부품절연체(380)에 의해 전기적으로 절연되어 있다. 이중 열 이형 액츄에이터의 고정빔은 캔틸레버(cantilever) 배열과 관련된 동작의 구속된 범위의 결과라는 것이 인정된다.Resistive first heating component 329 provides a method of heating a closed release actuator having a control signal consisting of a current. As with the first heated component 229 discussed above suitable for the embodiment of FIGS. 6-10, it is contemplated that such a component can be a resistive serpentine path to the surface of the first heated component insulator 330. do. It is also contemplated that the material and thickness of such a part may be similar to that discussed appropriately for the previous embodiments. The second heating component 379 provides a method of heating the drive-up release actuator in a similar manner describing the second heating component of the previous embodiment. This component is electrically insulated by the second heating component insulator 380. It is recognized that the fixed beam of a double row release actuator is the result of a constrained range of operations involving cantilever arrangements.

도 13A 는 도 11 및 도 12에 따른 부품와 발동작용이나 래치 신호 인가 없이 중성상태를 갖는, 도 11에서 묘사된 열 이형 액츄에이터 릴레이 실시예의 단면 개략도이다. 현재 논의되고 있는 실시예에서 두개의 다형 액츄에이터는 반대방향으로 구동하는 것이 인정된다. 본 실시예에서, 폐쇄 업 콘트롤 신호가 인입될 때 폐쇄 업 액츄에이터가 베이스 기판에 대해 위쪽 방향으로 수직으로 편향된 것에 반하여, 폐쇄 다운 액츄에이터는 폐쇄 다운 콘트롤 신호가 인입될 때 전기자 접촉 부품와 아래방향으로 수직으로 편향되어 있다. FIG. 13A is a cross-sectional schematic view of the thermal release actuator relay embodiment depicted in FIG. 11, having a neutral state with no actuation or latch signal application with the component according to FIGS. 11 and 12. In the presently discussed embodiment, it is recognized that the two polymorphic actuators drive in opposite directions. In this embodiment, the closing down actuator is vertically downwardly perpendicular to the armature contact component when the closing down control signal is drawn in, whereas the closing up actuator is biased vertically upward with respect to the base substrate when the closing up control signal is drawn in. It is biased.

도 6-10에 예시된 실시예의 릴레이 상태는 도 1-5의 제1실시예의 그것과 동일하다. 앞서의 실시예와 비슷한 방법으로, 도 13B는 장치의 기계적인 한계가 다른 전기자 편향을 막는, 고정 제1활성화상태에서의 장치의 단면 개략도이다. 도 13B의 폐쇄 액츄에이터는, 비록 고정빔 상태와 접촉 전기자의 굽힘력에 의해 엄격하게 속박되지만, 폐쇄 다운 콘트롤 신호로부터 아래 방향으로 구부려진다. 도 2A 및 도 3A의 전기자는 본 실시예에서 기계적으로 한쌍이고, 이로 인해 액츄에이터 전기자에서 감소된 아래 방향 굴곡의 일부 또는 전부는 액츄에이터 접촉 부품와 베이스 접촉 부품와 관계된 지점에 편향하는 부하 신호 전기자와 한쌍이다. 베이스 기판 전극의 래치 다운 전극 절연체에 대한 제1전기자 전극의 접촉은 그러한 접촉이 도 13B에 예시되어 있지만 필요하지는 않다.The relay state of the embodiment illustrated in Figs. 6-10 is the same as that of the first embodiment of Figs. 1-5. In a manner similar to the previous embodiment, FIG. 13B is a cross-sectional schematic view of the device in a fixed first activated state where the mechanical limits of the device prevent other armature deflections. The closed actuator of FIG. 13B is bent downward from the closed down control signal, although tightly bound by the fixed beam state and the bending force of the contact armature. The armatures of FIGS. 2A and 3A are mechanically paired in this embodiment, whereby some or all of the reduced downward bend in the actuator armature is paired with a load signal armature that deflects to a point associated with the actuator contact part and the base contact part. The contact of the first armature electrode to the latch down electrode insulator of the base substrate electrode is not necessary although such contact is illustrated in FIG. 13B.

본 실시예를 위한 제1래치된 상태는 정전기력으로 끌어당기고 서로 붙잡기 위한 래치 전극의 양 세트에 래치 콘트롤 신호를 인가함으로서 초기화된다. 본 발명에 따른 많은 장치에서 그러한 작용은 전기자 전극의 편평화와 폐쇄 접촉의 지지의 결과라는 것이 고려된다. 도 13C에 예시된 실시예는 그러한 상태를 반영한다. 제1래치된 상태는 액츄에이터로부터 구동 콘트롤 신호의 제거를 허용하고, 릴레이는 제1래치된 상태로 남을 것이다. The first latched state for this embodiment is initialized by applying latch control signals to both sets of latch electrodes for attracting and holding each other with electrostatic force. In many arrangements according to the invention it is contemplated that such action is a result of the flattening of the armature electrodes and the support of the closed contact. The embodiment illustrated in FIG. 13C reflects such a state. The first latched state allows removal of the drive control signal from the actuator and the relay will remain in the first latched state.

몇몇 장치에서, 래치 콘트롤 신호의 후속 제거는 전기자 자신의 내부 복원력에 의해 릴레이를 패시브 상태로 되돌릴 수 있는 것이 고려된다. 현재 논의되고 있는 실시예를 포함하여, 다른 장치에서 폐쇄 업 액츄에이터로부터 강제적인 도움은 패시브 상태로 릴레이의 회귀를 도와줄 수 있는 것이 고려된다. 제2활동상태와 제2래치된 상태는 간결하게 하기 위해 예시되지 않았다. 그러한 상태는 도 6 내지 도 10에 예시된 이전 실시예로 설명된 것과 동일한 방법으로 달성될 수 있을 것이다.In some arrangements, it is contemplated that subsequent removal of the latch control signal may return the relay to the passive state by the armature's own internal restoring force. It is contemplated that forcing assistance from a closed up actuator in other devices, including the presently discussed embodiment, can assist in the return of the relay to the passive state. The second active state and the second latched state are not illustrated for brevity. Such a state may be achieved in the same manner as described in the previous embodiment illustrated in FIGS. 6 to 10.

본 실시예의 다양한 변화와 수정이 동 기술분야에서 숙련된 기술자들에게 명백하다는 것이 이해될 수 있다. 그러한 변화와 수정은 본 발명의 정신과 범위의 변화가 없고 그것의 수반하는 이익의 감소 없이 가능하다.It will be appreciated that various changes and modifications of the present embodiment will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications are possible without departing from the spirit and scope of the present invention and without diminishing its accompanying benefits.

Claims (20)

기판;Board; 상기 기판에 위치된 커버;A cover located on the substrate; 상기 기판에 부착된 베이스;A base attached to the substrate; 제 1 부하 신호선, 제 2 부하 신호선, 및 제 3 부하 신호선을 포함하는 부하 신호선;A load signal line including a first load signal line, a second load signal line, and a third load signal line; 제 1 구동 신호선, 제 2 구동 신호선, 제 1 래치 신호선, 및 제 2 래치 신호선을 포함하는 제어 신호선;A control signal line including a first drive signal line, a second drive signal line, a first latch signal line, and a second latch signal line; 하기의 것을 포함하는 화합물 전기자 구조체:Compound armature structure comprising: 래치 전기자 구조체, 상기 래치 전기자 구조체는 하기의 것 포함, A latch armature structure, the latch armature structure including 베이스에 부착된 앵커 영역,Anchor area attached to the base, 래치 편향 영역, 상기 래치 편향 영역은 하기의 것 포함,A latch deflection region, the latch deflection region including: 앵커 영역에 부착된 제 1 영역, 및A first region attached to the anchor region, and 비활성 위치와 하부 래치된 위치와 상부 래치된 위치 사이에서 이동될 수 있는 제 2 영역, 상기 래치 편향 영역은 하기의 것을 더 포함,A second region that can be moved between an inactive position and a lower latched position and an upper latched position, the latch deflection region further comprising: 제 1 자극에 반응하는 제 1 정도 만큼 크기가 변화하고, 제 2 자극에 반응하는 제 3 정도 만큼 크기가 변화하는 제 1 재료, 및A first material that changes in size by a first degree responsive to the first stimulus and changes in size by a third degree in response to the second stimulus, and 제 1 자극에 기인하여 제 2 정도 만큼 크기가 변화하고, 제 2 자극에 반응하는 제 4 정도 만큼 크기가 변화하는 제 2 재료,A second material that changes in size by a second degree due to the first stimulus, and changes in size by a fourth degree in response to the second stimulus, 상기 제 1 및 제 2 정도는 동등하지 않을 수 있고, 제 1 자극에 반응하여 상기 래치 편향 영역에 제 1 편향력을 적용하고, 제 1 편향력은 비활성 위치로부터 하부 래치된 위치를 향하여 제 2 영역을 이동시키는 경향이 있고;The first and second degrees may not be equivalent and apply a first deflection force to the latch deflection region in response to a first magnetic pole, the first deflection force from a non-active position toward a lower latched position. Tends to move; 상기 제 3 및 제 4 정도는 동등하지 않을 수 있고, 제 2 자극에 반응하여 상기 래치 편향 영역에 제 2 편향력을 적용하고, 제 2 편향력은 비활성 위치로부터 상부 래치된 위치를 향하여 제 2 영역을 이동시키는 경향이 있고;The third and fourth degrees may not be equivalent and apply a second deflection force to the latch deflection region in response to a second magnetic pole, the second deflection force from the inactive position toward the upper latched position. Tends to move; 제 1 래치 전극, 상기 제 1 래치 전극은 래치 편향 영역의 제 2 영역의 하부 표면의 위치에 위치되고, 제 1 래치 신호선에 전기적으로 접속되고;A first latch electrode, the first latch electrode is located at a position on the lower surface of the second region of the latch deflection region and electrically connected to the first latch signal line; 제 2 래치 전극, 상기 제 2 래치 전극은 제 1 래치 전극 하부 기판에 형성되고, 제 2 래치 신호선에 전기적으로 접속되고;A second latch electrode, the second latch electrode is formed on the first latch electrode lower substrate, and is electrically connected to the second latch signal line; 제 1 래치 전극 절연체, 상기 제 1 래치 전극 절연체는, 편향 영역의 제 2 영역이 하부 래치된 위치에 있는 경우, 제 1 래치 전극과 제 2 래치 전극 사이에서 전기적 접촉을 방지하고;A first latch electrode insulator, wherein the first latch electrode insulator prevents electrical contact between the first latch electrode and the second latch electrode when the second region of the deflection region is in the lower latched position; 제 3 래치 전극, 상기 제 3 래치 전극은 상기 래치 편향 영역의 제 2 영역의 상부 표면의 위치에 위치되고, 제 2 래치 신호선에 전기적으로 접속되고;A third latch electrode, the third latch electrode is located at a position on the upper surface of the second region of the latch deflection region and electrically connected to a second latch signal line; 제 4 래치 전극, 상기 제 4 래치 전극은 상기 제 3 래치 전극 상부의 커버의 하부 표면상에 형성되고, 제 3 래치 신호선과 전기적으로 접속되고;A fourth latch electrode and the fourth latch electrode are formed on the lower surface of the cover above the third latch electrode and are electrically connected to the third latch signal line; 제 2 래치 전극 절연체, 제 2 래치 전극 절연체는, 편향 영역의 제 2 영역이 상부 래치된 위치에 있는 경우, 제 3 래치 전극과 제 4 래치 전극 사이의 전기적 접촉을 방지하고;The second latch electrode insulator, the second latch electrode insulator, prevents electrical contact between the third latch electrode and the fourth latch electrode when the second region of the deflection region is in the upper latched position; 래치 편향 영역에 제 1 자극 또는 제 2 자극을 선택적으로 인가하는 수단;Means for selectively applying a first magnetic pole or a second magnetic pole to the latch deflection region; 하기의 것을 포함하는 부하 전기자 구조:Load armature structure, including: 베이스에 부착된 앵커 영역;An anchor region attached to the base; 부하 전기자 구조체를 래치 전기자 구조에 연결하는 커플링 영역;A coupling region connecting the load armature structure to the latch armature structure; 하기의 것을 포함하는 접촉 편향 영역:Contact deflection zones, including: 앵커 영역에 부착된 제 1 영역, 및A first region attached to the anchor region, and 개방 위치 및 하부 폐쇄 위치 및 상부 폐쇄 위치 사이에서 이동되는 제 2 영역,A second area moved between the open position and the lower closed position and the upper closed position, 하부 폐쇄 위치는 래치 편향 영역의 제 2 영역이 하부 래치된 위치에 있는 경우 설정되고, 상부 폐쇄 위치는 래치 편형 영역의 제 2 영역이 상부 래치된 위치에 있는 경우 설정되고;The lower closed position is set when the second region of the latch deflection region is in the lower latched position, and the upper closed position is set when the second region of the latch deflection region is in the upper latched position; 접촉 편향 영역의 제 2 영역의 하부 표면의 위치에 형성된 제 1 접촉 전극;A first contact electrode formed at a position of the lower surface of the second region of the contact deflection region; 제 1 접촉 전극 바로 아래의 기판에 형성된 제 2 접촉 전극, 상기 제 1 접촉 전극과 제 2 접촉 전극은, 접촉 편향 영역이 하부 폐쇄 위치에 있는 경우, 제 1 접촉력으로 전기적 접촉이 일어나고, 접촉 편향 영역은 래치 편향 영역과 관계되어 이동하며;The second contact electrode formed on the substrate immediately below the first contact electrode, the first contact electrode and the second contact electrode, when the contact deflection region is in the lower closed position, electrical contact occurs with the first contact force, and the contact deflection region Moves relative to the latch deflection region; 접촉 편향 영역의 제 2 영역의 상부 표면의 위치에 형성된 제 3 접촉 전극; 및A third contact electrode formed at a position of the upper surface of the second region of the contact deflection region; And 제 3 접촉 전극 상부의 커버의 하부 표면에 형성된 제 4 접촉 전극을 포함하고, 상기 제 3 접촉 전극과 제 4 접촉 전극은 접촉 편향 영역이 상부 폐쇄 위치에 있는 경우 제 2 접촉력으로 전기적 접촉이 일어나고, 접촉 편향 영역은 래치 편향 영역과 관계되어 이동하는 것인 미세조립형 릴레이. A fourth contact electrode formed on the lower surface of the cover above the third contact electrode, wherein the third contact electrode and the fourth contact electrode are in electrical contact with the second contact force when the contact deflection region is in the upper closed position, And wherein the contact deflection region moves relative to the latch deflection region. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 제 1 재료는 제 1 열적 팽창 계수를 갖고;The first material has a first thermal expansion coefficient; 제 2 재료는 제 2 열적 팽창 계수를 갖고;The second material has a second thermal expansion coefficient; 제 1 구동 전극과 제 2 구동 전극 사이를 흐르는 제 1 전기적 전류가 열적 제 1 자극을 제공하고, 이에 따라서, 래치 전기자 구조의 래치 편향 영역 내에 제 1 편향력을 발생하고; 및A first electrical current flowing between the first drive electrode and the second drive electrode provides a thermal first stimulus, thereby generating a first deflection force within the latch deflection region of the latch armature structure; And 제 1 구동 전극과 제 2 구동 전극 사이를 흐르는 제 2 전기적 전류가 열적 제 2 자극을 제공하고, 이에 따라서, 래치 전기자 구조의 래치 편향 영역 내에 제 2 편향력을 발생하는 것인 미세조립형 릴레이.And the second electrical current flowing between the first drive electrode and the second drive electrode provides a thermal second stimulus, thereby generating a second deflection force within the latch deflection region of the latch armature structure. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 제 1 전기적 전류는 열저항부를 통해 흐르고, 상기 열저항부는 래치 전기자 구조체의 래치 편향 영역으로 포함되고, 및A first electrical current flows through the thermal resistance portion, the thermal resistance portion is included as a latch deflection region of the latch armature structure, and 제 2 전기적 전류는 상기 열저항부를 통해 흐르는 것인 미세조립형 릴레이.And the second electrical current flows through the heat resistance portion. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 열저항부는 제 1 재료층으로 포함되는 것인 미세조립형 릴레이.The thermally assembled portion is a micro-assembled relay that is included as the first material layer. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 열저항부는 제 1 재료층과 제 2 재료층 사이에 형성되는 것인 미세조립형 릴레이.And the thermal resistance part is formed between the first material layer and the second material layer. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 1 래치 전극 절연체는 제 1 래치 전극에 형성되고, 제 2 래치 절연체는 제 3 래치 전극에 형성되는 것인 미세조립형 릴레이.And the first latch electrode insulator is formed in the first latch electrode, and the second latch insulator is formed in the third latch electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 래치 전극 절연체는 제 2 래치 전극상에 형성되고, 제 2 래치 절연체는 제 4 래치 전극상에 형성되는 것인 미세조립형 릴레이.And the first latch electrode insulator is formed on the second latch electrode, and the second latch insulator is formed on the fourth latch electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 제 1 재료층은 제 1 레벨의 압전 반응을 갖고;The first material layer has a first level of piezoelectric reaction; 제 2 재료층은 제 2 레벨의 압전 반응을 갖고;The second material layer has a second level of piezoelectric reaction; 제 1 구동 전극과 제 2 구동 전극 사이에 인가된 제 1 전압은 압전 제 1 자극을 제공하고, 이에 따라서 래치 전기자 구조체의 래치 편향 영역내에 제 1 편향력을 발생시키고;A first voltage applied between the first drive electrode and the second drive electrode provides a piezoelectric first magnetic pole, thereby generating a first deflection force within the latch deflection region of the latch armature structure; 제 1 구동 전극과 제 2 구동 전극 사이에 인가된 제 2 전압은 압전 제 2 자극을 제공하고, 이에 따라서 래치 전기자 구조의 래치 편향 영역내에 제 2 편향력을 발생시키는 것인 미세조립형 릴레이.And the second voltage applied between the first drive electrode and the second drive electrode provides a piezoelectric second magnetic pole, thereby generating a second deflection force within the latch deflection region of the latch armature structure. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 제 1 재료 및 제 2 재료의 하나는 필수적으로 제로값인 압전 반응의 레벨을 갖는 것인 미세조립형 릴레이.One of the first and second materials has a level of piezoelectric reaction that is essentially zero. 제 8항에 있어서, The method of claim 8, 래치 편향 영역은 제 3 재료층을 더 포함하고, The latch deflection region further comprises a third layer of material, 제 3 재료는 제 3 레벨의 압전 반응을 갖고,The third material has a third level of piezoelectric reaction, 제 3 수준의 압전 반응은 동등하지 않거나 제로값이 되고,The piezoelectric reaction at the third level is not equal or zero 제 1 구동 전극과 제 2 구동 전극 사이에 인가된 제 1 전압은 제 3 재료층을 가로질러 인가되고;A first voltage applied between the first drive electrode and the second drive electrode is applied across the third material layer; 제 3 재료층의 압전 반응은 래치 전기자 구조의 래치 편향 영역내에 발생된 제 1 편향력에 기여하고;The piezoelectric reaction of the third material layer contributes to the first deflection force generated in the latch deflection region of the latch armature structure; 제 1 구동 전극과 제 2 구동 전극 사이에 인가된 제 2 전압은 제 3 재료층을 가로질러 인가되고;A second voltage applied between the first drive electrode and the second drive electrode is applied across the third material layer; 제 3 재료층의 압전 반응은 래치 전기자 구조의 래치 편향 영역내에서 발생된 제 2 편향력에 기여하는 것인 미세조립형 릴레이.The piezoelectric reaction of the third layer of material contributes to the second deflection force generated within the latch deflection region of the latch armature structure. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제1 재료층은 내부 응력(internal stress)의 제1 초기 레벨을 갖으며, The first material layer has a first initial level of internal stress, 상기 제2 제료층은 내부 응력의 제2 초기 레벨을 갖으며, The second material layer has a second initial level of internal stress, 상기 내부응력의 제1 초기 레벨 및 제2 초기 레벨 중 적어도 하나는 압축력이 있으며, At least one of the first initial level and the second initial level of the internal stress is a compressive force, 상기 래치 전기자 구조에 대한 제1 기계 편향 자극의 이용은 상기 제1 기계 편향 자극의 방향에서 래치 전기자 구조의 버클링(buckling)을 일으키며, 상기 버클링이 상기 압축력을 갖는 내부 응력의 초기 레벨 부분을 방출함으로써, 상기 래치 편향 영역의 제2 영역을 최저 하한래치 위치로 이동시키는 미세조립형 릴레이. The use of a first mechanical deflection stimulus for the latch armature structure causes a buckling of the latch armature structure in the direction of the first mechanical deflection stimulus, whereby the buckling reduces the initial level portion of the internal stress with the compressive force. And by discharging, moving the second region of the latch deflection region to the lowest latch position. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 외부 기계 수단은 상기 래치 전기자 구조에 대한 상기 제1 기계 편향 자극을 이용하며, External mechanical means utilizes the first mechanical deflection stimulus to the latch armature structure, 상기 외부 기계 수단은 상기 래치 전기자 구조에 대해 상기 제2 기계 편향 자극을 이용하는 미세조립형 릴레이. The external mechanical means utilizes the second mechanical deflection stimulus with respect to the latch armature structure. 제11항에 잇어서, In accordance with claim 11, 상기 제1 자극에 대한 상기 래치 편향 영역의 반응은 상기 래치 전기적 구조에 상기 제1 기계 편향 자극을 적용하며, The response of the latch deflection region to the first magnetic pole applies the first mechanical deflection magnetic pole to the latch electrical structure, 상기 제2 극에 대한 상기 래치 편향 영역의 반응은 상기 래치 전기적 구조에 상기 제 2 기계 편향 자극을 적용하는 미세조립형 릴레이.And the response of the latch deflection zone to the second pole applies the second mechanical deflection stimulus to the latch electrical structure. 제13항에 있어서, The method of claim 13, 상기 제1 자극은 열 자극 및 압전 자극 중 하나이며, The first stimulus is one of a thermal stimulus and a piezoelectric stimulus, 상기 제2 자극은 열 자극 및 압전 자극 중 하나인 미세조립형 릴레이. And the second magnetic pole is one of a thermal magnetic pole and a piezoelectric magnetic pole. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 제1 기계 편향 자극의 적어도 일부분은 형상-기억 효과(shape memory effect)에 이용되며 At least a portion of the first mechanical deflection stimulus is used for a shape memory effect -상기 제1 재료층은 팽창을 위한 제1 레벨의 형상-기억 효과를 가지The first layer of material has a first level of shape-memory effect for expansion 며, 상기 제2 재료층은 제2 레벨의 형상-기억 효과를 갖음- ,Wherein the second material layer has a second level of shape-memory effect, 상기 제2 기계 편형 자극의 적어도 일부부은 형상- 기억 효과에 이용되는 At least a portion of the second mechanically polarized stimulus is used for the shape-memory effect. -상기 제1 재료층은 팽창은 위한 제1 레벨의 형상-기억 효과를 가지The first layer of material has a first level of shape-memory effect for expansion 며,상기 제2 재료층은 제2 레벨의 형상-기억 효과를 갖음-Wherein the second material layer has a second level of shape-memory effect- 미세조립형 릴레이.Micro Assembly Relay. 기판(substrate); Substrate; 상기 기판 상에 배치된 커버(cover); A cover disposed on the substrate; 제1 베이스 및 제2 베이스(base);A first base and a second base; 제1 부하 신호선(load signal line), 제2 부하 신호선, 및 제3 부하 신호선을 포함하는 부하신호선;A load signal line including a first load signal line, a second load signal line, and a third load signal line; 제2 구동 신호선, 제2 구동 신호선, 제1 래치 신호 선, 및 제2 래치 신호선을 포함하는 제어 신호선;A control signal line including a second drive signal line, a second drive signal line, a first latch signal line, and a second latch signal line; 상기 제1 베이스에 부착된 제1 앵커 영역(anchor region), A first anchor region attached to the first base, 상기 제2 베이스에 부착된 제2 앵커 영역, A second anchor region attached to the second base, 래치 편향영역Latch Deflection Zone -상기 래치 평향 영역은 상기 제1 앵커 영역에 부착된 제1 영역, 상기 제1 앵커 영역에 부착된 제2 영역,및 비활성 위치 및 최저 하한 래치 위치 및 최고 상한 래치 위치 사이에서 이동가능한 제3 영역을 포함하며, 상기 래치 편향 영역은 제1 자극에 대한 반응에서의 제1 반응량(amount)에 의해 크기를 바꾸며, 제2 자극에 대한 반응에서의 제3 반응량에 의해 크기를 바꾸는 제1 재료와, 상기 제1 자극에 따른 제2 반응량에 의해 크기를 바꾸며, 상기 제2 자극에 대한 반응에서의 제4 반응량에 의해 크기를 바꾸는 제2 재료를 더 포함하며, The latch biasing region is a first region attached to the first anchor region, a second region attached to the first anchor region, and a third region movable between an inactive position and a lowest latch position and an uppermost latch position Wherein the latch deflection region is sized by a first amount of response in response to a first stimulus and is sized by a third amount of response in response to a second stimulus And a second material changing in size by a second reaction amount according to the first stimulus, and changing in size by a fourth reaction amount in response to the second stimulus, 상기 제1 및 제2반응량은 동일하지 않으며, 제1 편향력- 상기 제1 편향력은 상기 제2 영역을 상기 비활성 위치에서 상기 최저 하한 래치 위치쪽으로 이동시킴-을 상기 제1 자극에 대한 반응으로 상기 래치 편향 영역에 이용함, The first and second reaction amounts are not equal, and the first biasing force, wherein the first biasing force moves the second region from the inactive position toward the lowest latch position, to the first stimulus Used for the latch deflection region, 상기 제3 및 제4 반응량은 동일하지 않으며, 제2 편향력-상기 제2 편향력은 상기 제2 영역을 상기 비활성 위치에서 상기 최고 상한 래치 위치쪽으로 이동시킴-을 상기 제2 바극에 대한 반응으로 상기 래치 편향 영역에 이용함-The third and fourth reaction amounts are not equal, and the second deflection force, the second deflection force, moves the second region from the inactive position toward the uppermost latch position; For use in the latch deflection region 상기 래치 편향 영역의 상기 제1 영역의 최저 하한표면부 상에 배치된 제1 래치 전극;A first latch electrode disposed on a lowermost surface portion of the first region of the latch deflection region; 상기 래치 편향 영역의 상기 제2 영역의 최저 하한표면부 상에 배치된 제2 래치전극, A second latch electrode disposed on a lowermost surface portion of the second region of the latch deflection region; 일반적으로 상기 제1 래치 전극 하부의 상기 기판 상에 형성되는 제3래치전극;A third latch electrode formed on the substrate under the first latch electrode; 일반적으로 상기 제2 래치 전극 하부의 상기 기판 상에 형성되는 제4래치전극;A fourth latch electrode formed on the substrate under the second latch electrode; 상기 편향 영역의 상기 제3 영역이 상기 래치된 위치일 때, 상기 제1래치 전극과 상기 제3 래치 전극 사이에서 전기적 접촉을 차단하는 제1 래치 전극 절연체;A first latch electrode insulator blocking electrical contact between the first latch electrode and the third latch electrode when the third region of the deflection region is in the latched position; 상기 편향 영역의 상기 제3 영역이 상기 래치된 위치일 때, 상기 제2래치 전극과 상기 제4 래치 전극 사이에서 전기적 접촉을 차단하는 제2 래치 전극 절연체A second latch electrode insulator blocking electrical contact between the second latch electrode and the fourth latch electrode when the third region of the deflection region is in the latched position; 상기 래치 편향 영역에 대한 상기 제1 자극을 선택적으로 이용하기 위한 수단;Means for selectively utilizing the first magnetic pole for the latch deflection region; 상기 래치 편향 영역의 상기 제1 영역의 최고 상한 표면부 상에 배치되는 제5 래치 전극;A fifth latch electrode disposed on an uppermost upper limit surface portion of the first region of the latch deflection region; 상기 래치 편향 영역의 상기 제2 영역의 최고 상한 표면부 상에 배치되는 제6 래치 전극;A sixth latch electrode disposed on an uppermost upper surface portion of the second region of the latch deflection region; 일반적으로 상기 제5 래치 전극 위에 상기 커버의 최저 하한 제1 표면부 상에 형성되는 제7 래치 전극;A seventh latch electrode generally formed on the lowest first surface portion of the cover above the fifth latch electrode; 일반적으로 상기 제6 래치 전극 위체 상기 커버의 최저 하한 제2 표면부 상에 형성되는 제8 래치 전극;An eighth latch electrode formed on the second lowermost second surface portion of the cover; 상기 편향 영역의 상기 제3 영역이 상기 최고 상한 래치된 위치에 있을 때, 상기 제5 래치 전극 및 상기 제7 래치 전극 사이에서 전기적 접촉을 차단하는 제3 전극 절연체;A third electrode insulator blocking electrical contact between the fifth latch electrode and the seventh latch electrode when the third region of the deflection region is in the highest latched position; 상기 편향 영역의 상기 제3 영역이 상기 최고 상한 래치된 위치에 있을 때, 상기 제6 래치 전극 및 상기 제8 래치 전극 사이에서 전기적 접촉을 차단하는 제4 전극 절연체;A fourth electrode insulator blocking electrical contact between the sixth latch electrode and the eighth latch electrode when the third region of the deflection region is in the highest latched position; 상기 래치 편향 영역에 대해 상기 제2 자극을 선택적으로 이용하기 위한 수단Means for selectively utilizing the second magnetic pole for the latch deflection region 을 포함하는 래치 전기자 구조(latch armature structure);A latch armature structure comprising a; 제3 베이스에 부착된 앵커 영역; An anchor region attached to the third base; 부하 전기자 구조에 상기 래치 전기자 구조를 연결하는 연결영역A connection area for connecting the latch armature structure to the load armature structure (copling region); (copling region); 접촉 편향 영역Contact deflection zone -상기 접촉 편향 영역은 상기 제3 앵커 영역에 부착된 제1 영역과, 개방 위치 및 최저 하한폐쇄 위치 및 최고 상한 폐쇄 위치 사이에서 이동할 수 있는 제2 영역을 포함하며, -최저 하한폐쇄 위치는 상기 래치 편향 영역의 제3 영역이 최저 하한폐쇄 위치일 때 구축되며, 최고 상한 폐쇄 위치는 상기 래치 편향 영역의 제3 영역이 최고 상한 위치일 때 구축됨-The contact deflection region comprises a first region attached to the third anchor region and a second region that is movable between an open position and a lowest closed position and an uppermost closed position; Constructed when the third region of the latch deflection region is the lowest lower closed position, and the highest upper closed position is constructed when the third region of the latch deflection region is the highest upper position; 상기 접촉 편향 영역의 상기 제2 영역의 최저 하한표면부 상에 형성되는 제1 접촉 전극;A first contact electrode formed on a lowermost surface portion of the second region of the contact deflection region; 일반적으로 상기 제1 접촉 전극 하부에 상기 기판 상에 형성되는 제2 접촉 전극 -상기 제1 접촉 전극 및 상기 제2 접촉 전극은 상기 래치 Generally, a second contact electrode formed on the substrate under the first contact electrode, wherein the first contact electrode and the second contact electrode are latched. 편향 영역과 함께 이동하는 상기 접촉 편향 영역이 상기 최저 하한폐쇄 위치에 있을 때 제1 접촉력을 갖는 전기적 접촉으로 일으킴-;Causing an electrical contact with a first contact force when the contact deflection region moving with the deflection region is in the lowest closed position; 상기 접촉 편향 영역의 상기 제2 영역의 최고 상한 표면부 상에 형성되는 제3 접촉 전극;A third contact electrode formed on the uppermost upper surface portion of the second region of the contact deflection region; 일반적으로 상기 제2 접촉 전극 위에 상기 커버의 최저 하한 제3 표면부 상에 형성되는 제4 접촉 전극 -상기 제3 접촉 전극 및 상기 제4 접촉 전극은 상기 래치 편향 영역과 함께 이동하는 상기 접촉 편향 영역이 상기 최고 상한 폐쇄 위치에 있을 때 제2 접촉력을 갖는 접기적 접촉을 일으킴-Generally, a fourth contact electrode formed on the third lowermost surface portion of the cover on the second contact electrode, wherein the third contact electrode and the fourth contact electrode move together with the latch deflection region. Causes foldable contact with a second contact force when in the uppermost closed position 을 포함하는 부하 전기자 구조;  A load armature structure comprising a; 를 포함하는 미세조립형 릴레이. Micro-assembled relay comprising a. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 제 1 접촉 전극은 래치 편향 영역의 제 3 영역의 하부 표면상에 형성되고, 제 1 접촉 전극은 제 1 래치 전극과 제 2 래치 전극 사이에 위치되고;A first contact electrode is formed on the lower surface of the third region of the latch deflection region, and the first contact electrode is located between the first latch electrode and the second latch electrode; 제 3 접촉 전극은 래치 편향 영역의 제 3 영역의 상부 표면상에 형성되고, 제 3 접촉 전극은 제 5 래치 전극과 제 6 래치 전극 사이에 위치되는 것이 미세조립형 릴레이.And the third contact electrode is formed on the upper surface of the third region of the latch deflection region, and the third contact electrode is located between the fifth latch electrode and the sixth latch electrode. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 래치 편향 영역은 The latch deflection region 제 3 자극에 대한 반응으로 제 3 값에 의해 크기가 변하는 제 3 재료, 및A third material that varies in size by a third value in response to the third stimulus, and 제 3 자극에 대한 반응으로 제 4 값에 의해 크기가 변하는 제 4 재료를 더 포함하고,Further comprising a fourth material varying in size by the fourth value in response to the third stimulus, 제 3 및 제 4 값은 동등하지 않고, 제 3 자극에 대한 반응으로 래치 편향 영역에 제 3 편향력을 인가하고, 제 3 편향력은 하부 래치된 위치로부터 비활성 위치를 향하여 이동하는 경향이 있고;The third and fourth values are not equivalent, apply a third deflection force to the latch deflection region in response to the third magnetic pole, and the third deflection force tends to move from the lower latched position toward the inactive position; 제 3 자극을 래치 편향 영역중의 제 3 재료 및 제 4 재료에 인가하는 수단을 포함하는 것인 미세조립형 릴레이.And means for applying a third magnetic pole to the third and fourth materials in the latch deflection region. 제1항에 따라 제작된 미세조립형 릴레이의 작동방법에 있어서,In the operating method of the micro-assembled relay manufactured according to claim 1, 비활성 상태를 설정하는 단계, 여기서,Setting an inactive state, where 래치 전기자 구조의 제 2 영역은 비활성 위치이고,The second region of the latch armature structure is in an inactive position, 부하 전기자 구조의 제 2 영역은 개방 위치이며;The second region of the load armature structure is an open position; 래치 전기자 구조에 제 1 자극을 인가하는 것으로 제 1 활성 상태를 설정하는 단계, 여기서Setting a first active state by applying a first stimulus to the latch armature structure, wherein 제 1 자극은 래치 전기자 구조의 편향 영역에 제 1 편향력을 인가하기에 충분한 크기와 기간이고,The first magnetic pole is of sufficient magnitude and duration to apply the first deflection force to the deflection region of the latch armature structure, 제 1 편향력은 제 2 래치 전극에 매우 근접하게 제 1 래치 전극을 이동시키고, 하부 래치된 위치를 설정하기에 충분하고,The first deflection force is sufficient to move the first latch electrode in close proximity to the second latch electrode and set the lower latched position, 제 1 편향력은 접촉 편향 영역 구조에 커플링 영역을 통해 전달되고, 제 2 접촉 전극과의 전기적 접촉으로 제 1 접촉 전극을 이동시키고;A first deflection force is transmitted to the contact deflection region structure through the coupling region and moves the first contact electrode in electrical contact with the second contact electrode; 하부 래치된 상태를 설정하는 단계, 여기서Setting a lower latched state, where 제 1 전압은 제 1 래치 전극과 제 2 래치 전극 사이에 인가되고, 제 1 전압은 제 1 래치 전극과 제 2 래치 전극 사이의 제 1 정전 부착을 유도하고,A first voltage is applied between the first latch electrode and the second latch electrode, the first voltage induces a first electrostatic attachment between the first latch electrode and the second latch electrode, 제 1 정전 부착은 제 1 자극의 연속적인 적용없이 하부 래치된 위치를 유지하기에 충분한 세기이고, 및The first electrostatic attachment is of sufficient strength to maintain the lower latched position without successive application of the first magnetic pole, and 제 1 자극은 제거되고;The first stimulus is removed; 제 1 요구되는 시간 동안 하부 래치된 상태를 유지하기 위해 제 1 전압을 유지하는 단계; Maintaining a first voltage to maintain a lower latched state for a first desired time; 제 1 전압을 제거하는 것으로 비활성 상태로 미세조립형 릴레이를 되돌리는 단계;Returning the microfabricated relay to an inactive state by removing the first voltage; 래치 전기자 구조에 제 2 자극을 인가하는 것으로 제 2 활성 상태를 설정하는 단계, 여기서 Establishing a second active state by applying a second magnetic pole to the latch armature structure, wherein 제 2 자극은 래치 전기자 구조의 편향 영역에 제 2 편향력을 인가하기 위해 충분한 크기와 시간이고,The second magnetic pole is of sufficient magnitude and time to apply a second deflection force to the deflection region of the latch armature structure, 제 2 편향력은 제 4 래치 전극과 매우 가깝게 제 3 래치 전극을 이동시키고 상부 래치 위치를 설정하기에 충분하고,The second deflection force is sufficient to move the third latch electrode very close to the fourth latch electrode and set the upper latch position, 제 2 편향력은 접촉 편향 영역 구조로 커플링 영역으로 통해 전달되고, 제 4 접촉 전극과의 전기적 접촉으로 제 3 접촉 전극을 이동시키고;The second deflection force is transmitted through the coupling region in a contact deflection region structure and moves the third contact electrode in electrical contact with the fourth contact electrode; 상부 래치된 상태를 설정하는 단계, 여기서Setting an upper latched state, where 제 2 전압은 제 3 래치 전극과 제 4 래치 전극 사이에 인가되고, 제 2 전압은 제 3 래치 전극과 제 4 래치 전극 사이에 제 2 정전 부착을 유도하고, A second voltage is applied between the third latch electrode and the fourth latch electrode, the second voltage induces a second electrostatic attachment between the third latch electrode and the fourth latch electrode, 제 2 정전 부착은 제 2 자극의 연속적인 적용없이 상부 래치된 위치를 유지하기에 충분한 세기이고, 및The second electrostatic attachment is of sufficient strength to maintain the upper latched position without successive application of the second magnetic pole, and 제 2 자극을 제거되며;The second stimulus is removed; 제 2 요구된 시간 동안 하부 래치된 상태를 유지하기 위해 제 2 전압을 유지하는 단계; 및Maintaining a second voltage to maintain a lower latched state for a second required time; And 제 2 전압을 제거하는 것으로 비활성 상태로 미세조립형 릴레이를 되돌리는 단계를 포함하는 미세조립형 릴레이의 작동방법.Returning the microfabricated relay to an inactive state by removing the second voltage. 제16항에 따라 제작된 미세조립형 릴레이의 작동방법에 있어서,In the operating method of the micro-assembled relay manufactured according to claim 16, 비활성 상태를 설정하는 단계, 여기서,Setting an inactive state, where 래치 전기자 구조의 제 2 영역은 비활성 위치이고,The second region of the latch armature structure is in an inactive position, 부하 전기자 구조의 제 2 영역은 개방 위치이며;The second region of the load armature structure is an open position; 래치 전기자 구조에 제 1 자극을 인가하는 것으로 제 1 활성 상태를 설정하는 단계, 여기서Setting a first active state by applying a first stimulus to the latch armature structure, wherein 제 1 자극은 래치 전기자 구조의 편향 영역에 제 1 편향력을 인가하기에 충분한 크기와 기간이고,The first magnetic pole is of sufficient magnitude and duration to apply the first deflection force to the deflection region of the latch armature structure, 제 1 편향력은 제 2 래치 전극에 매우 근접하게 제 1 래치 전극을 이동시키고, 제 4 래치 전극에 매우 근접하게 제 3 래치 전극을 이동시키고, 하부 래치된 위치를 설정하기에 충분하고,The first deflection force is sufficient to move the first latch electrode very close to the second latch electrode, move the third latch electrode very close to the fourth latch electrode, and set the lower latched position, 제 1 편향력은 접촉 편향 영역 구조로 커플링 영역을 통해 전달되고, 제 2 접촉 전극과의 전기적 접촉으로 제 1 접촉 전극을 이동시키고;The first deflection force is transmitted through the coupling region in a contact deflection region structure and moves the first contact electrode in electrical contact with the second contact electrode; 하부 래치된 상태를 설정하는 단계, 여기서Setting a lower latched state, where 제 1 전압은 제 1 래치 전극과 제 2 래치 전극 사이에 인가되고, 제 1 전압은 제 1 래치 전극과 제 2 래치 전극 사이에서 제 1 정전 부착을 유도하고,A first voltage is applied between the first latch electrode and the second latch electrode, the first voltage induces a first electrostatic attachment between the first latch electrode and the second latch electrode, 제 2 전압은 제 3 래치 전극과 제 4 래치 전극 사이에 인가되고, 제 2 전압은 제 3 래치 전극과 제 4 래치 전극 사이에서 제 2 정전 부착을 유도하고, A second voltage is applied between the third latch electrode and the fourth latch electrode, the second voltage induces a second electrostatic attachment between the third latch electrode and the fourth latch electrode, 제 1 및 제 2 정전 부착은 제 1 자극의 연속적인 적용없이 하부 래치된 위치를 유지하기에 충분한 세기이고, 및The first and second electrostatic attachments are of sufficient strength to maintain a lower latched position without successive application of the first magnetic pole, and 제 1 자극은 제거되고;The first stimulus is removed; 제 1 요구되는 시간 동안 하부 래치된 상태를 유지하기 위해 제 1 전압 및 제 2 전압을 유지하는 단계; Maintaining a first voltage and a second voltage to maintain a lower latched state for a first desired time; 제 1 및 제 2 전압을 제거하는 것으로 비활성 상태로 미세조립형 릴레이를 되돌리는 단계;Returning the microfabricated relay to an inactive state by removing the first and second voltages; 래치 전기자 구조에 제 2 자극을 인가하는 것으로 제 2 활성 상태를 설정하는 단계, 여기서 Establishing a second active state by applying a second magnetic pole to the latch armature structure, wherein 제 2 자극은 래치 전기자 구조의 편향 영역에 제 2 편향력을 인가하기 위해 충분한 크기와 시간이고,The second magnetic pole is of sufficient magnitude and time to apply a second deflection force to the deflection region of the latch armature structure, 제 2 편향력은 제 7 래치 전극에 매우 가깝게 제 5 래치 전극을 이동시키고, 제 8 래치 전극에 매우 가깝게 제 6 래치 전극을 이동시키고, 상부 래치 위치를 설정하기에 충분하고,The second deflection force is sufficient to move the fifth latch electrode very close to the seventh latch electrode, move the sixth latch electrode very close to the eighth latch electrode, and set the upper latch position, 제 2 편향력은 접촉 편향 영역 구조로 커플링 영역으로 통해 전달되고, 제 4 접촉 전극과의 전기적 접촉으로 제 3 접촉 전극을 이동시키고;The second deflection force is transmitted through the coupling region in a contact deflection region structure and moves the third contact electrode in electrical contact with the fourth contact electrode; 상부 래치된 상태를 설정하는 단계, 여기서Setting an upper latched state, where 제 3 전압은 제 5 래치 전극과 제 7 래치 전극 사이에 인가되고, 제 3 전압은 제 5 래치 전극과 제 7 래치 전극 사이에 제 3 정전 부착을 유도하고,A third voltage is applied between the fifth latch electrode and the seventh latch electrode, the third voltage induces a third electrostatic attachment between the fifth latch electrode and the seventh latch electrode, 제 4 전압은 제 6 래치 전극과 제 8 래치 전극 사이에 인가되고, 제 4 전압은 제 6 래치 전극과 제 8 래치 전극 사이에 제 4 정전 부착을 유도하고,A fourth voltage is applied between the sixth latch electrode and the eighth latch electrode, the fourth voltage induces a fourth electrostatic attachment between the sixth latch electrode and the eighth latch electrode, 제 3 및 제 4 정전 부착은 연속적인 적용없이 상부 래치된 위치를 유지하기에 충분한 세기이고, 및The third and fourth electrostatic attachments are of sufficient strength to maintain the upper latched position without continuous application, and 제 2 자극은 제거되고;The second stimulus is removed; 제 2 요구된 시간 동안 하부 래치된 상태를 유지하기 위해 제 3 전압 및 제 4 전압을 유지하는 단계; 및Maintaining a third voltage and a fourth voltage to maintain a lower latched state for a second required time; And 제 3 전압 및 제 4 전압을 제거하는 것으로 비활성 상태로 미세조립형 릴레이를 되돌리는 단계를 포함하는 미세조립형 릴레이의 작동방법.Returning the microfabricated relay to an inactive state by removing the third and fourth voltages.
KR1020057002397A 2005-02-11 2002-08-08 Microfabricated double-throw relay with multimorph actuator and electrostatic latch mechanism KR20050102072A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020057002397A KR20050102072A (en) 2005-02-11 2002-08-08 Microfabricated double-throw relay with multimorph actuator and electrostatic latch mechanism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020057002397A KR20050102072A (en) 2005-02-11 2002-08-08 Microfabricated double-throw relay with multimorph actuator and electrostatic latch mechanism

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20050102072A true KR20050102072A (en) 2005-10-25

Family

ID=37280387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057002397A KR20050102072A (en) 2005-02-11 2002-08-08 Microfabricated double-throw relay with multimorph actuator and electrostatic latch mechanism

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20050102072A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100850273B1 (en) * 2007-03-08 2008-08-04 삼성전자주식회사 Multi-bit electro-mechanical memory device and method manufacturing the same
CN114362586A (en) * 2020-10-12 2022-04-15 丰田自动车株式会社 Actuator

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100850273B1 (en) * 2007-03-08 2008-08-04 삼성전자주식회사 Multi-bit electro-mechanical memory device and method manufacturing the same
CN114362586A (en) * 2020-10-12 2022-04-15 丰田自动车株式会社 Actuator
CN114362586B (en) * 2020-10-12 2023-11-24 丰田自动车株式会社 Actuator with a spring

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6483056B2 (en) Microfabricated relay with multimorph actuator and electrostatic latch mechanism
US6504118B2 (en) Microfabricated double-throw relay with multimorph actuator and electrostatic latch mechanism
US6236300B1 (en) Bistable micro-switch and method of manufacturing the same
US6307169B1 (en) Micro-electromechanical switch
US4742263A (en) Piezoelectric switch
US7321275B2 (en) Ultra-low voltage capable zipper switch
US6734770B2 (en) Microrelay
US6307452B1 (en) Folded spring based micro electromechanical (MEM) RF switch
US6057520A (en) Arc resistant high voltage micromachined electrostatic switch
US7605675B2 (en) Electromechanical switch with partially rigidified electrode
US4697118A (en) Piezoelectric switch
US6977569B2 (en) Lateral microelectromechanical system switch
US8274200B2 (en) Microfabricated cantilever slider with asymmetric spring constant
US20060114084A1 (en) Latching micro-magnetic switch with improved thermal reliability
US7782170B2 (en) Low consumption and low actuation voltage microswitch
EP1527465A1 (en) Microfabricated double-throw relay with multimorph actuator and electrostatic latch mechanism
KR20070074728A (en) Micro-electro-mechanical systems switch
WO2004015729A1 (en) Microfabricated relay with multimorph actuator and electrostatic latch mechanism
EP1556877B1 (en) A micromachined relay with inorganic insulation
KR20050102072A (en) Microfabricated double-throw relay with multimorph actuator and electrostatic latch mechanism
WO2000058980A1 (en) Bistable micro-switch and method of manufacturing the same
US20030179058A1 (en) System and method for routing input signals using single pole single throw and single pole double throw latching micro-magnetic switches
KR20050102073A (en) Microfabricated relay with multimorph actuator and electrostatic latch mechanism
US7952259B2 (en) Electronic apparatus with a micro-electromechanical switch made of a piezoeletric material
KR100947719B1 (en) Micro matrix relay switch

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application