KR0158161B1 - Microswitch and manufacturing process of it - Google Patents

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KR0158161B1
KR0158161B1 KR1019950045595A KR19950045595A KR0158161B1 KR 0158161 B1 KR0158161 B1 KR 0158161B1 KR 1019950045595 A KR1019950045595 A KR 1019950045595A KR 19950045595 A KR19950045595 A KR 19950045595A KR 0158161 B1 KR0158161 B1 KR 0158161B1
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박관흠
조영호
고정상
곽병만
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전성원
현대자동차주식회사
윤덕용
한국과학기술원
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Abstract

단일 스위치 내에서 전극간 접속 혹은 정전 용량 급속변화에 필요한 가속도 또는 전압의 임계치를 전기적으로 조절할 수 있으며, 양방향 스위치 임계치를 각각 독립적으로 조절할 수 있는 가변 임계 미소 스위치를 제공할 목적으로; 실리콘 기판으로 이루어지며, 그 길이방향 중앙부의 상하부가 소정의 폭을 갖고 요입되어, 단면에서 볼 때 중앙부분이 소 두께부로 이루어지고, 그 양측 부분이 대 두께부로 이루어지며, 그 중앙부에 장방형의 공간부가 형성되는 베이스 플레이트와; 상기 베이스 플레이트의 공간부 하측을 제외한 부분에 2중으로 도포되며, 상기 공간부의 상측부에는 길이방향 양측이 절취되어 양단 고정보가 되도록 형성되는 내,외측 박막층과; 상기 양단 고정보의 중간부에 부착되어 현수되는 질량체와; 상기 양단 고정보와 질량체의 하측으로 형성되는 상,하부 전극과; 상기 베이스 플레이트의 양 대폭부 상하면에 형성되는 접착부 상,하부 전극과; 일면으로 띠상의 전극이 형성되어 이의 전극이 양단 고정보와 직교되는 방향에서 베이스 플레이트의 상하면에 부착되는 상,하부 유리를 포함하여 이루어지는 가변 임계 미소 스위치를 제공한다.It is an object of the present invention to provide a variable threshold micro switch capable of electrically adjusting a threshold of an acceleration or a voltage required for an electrode-to-electrode connection or a rapid change in capacitance within a single switch, and independently adjusting the bidirectional switch threshold; It is made of a silicon substrate, and the upper and lower portions of the longitudinal center portion are recessed with a predetermined width, so that the center portion is made of a small thickness portion in cross section, and both sides thereof are made of a large thickness portion, and a rectangular space is formed at the center portion thereof. A base plate which is formed; An inner and an outer thin film layer which is double coated on a portion of the base plate except for the lower side of the base plate, and is formed on the upper side of the space portion so that both sides in the longitudinal direction thereof are cut to form high information at both ends; A mass body attached to an intermediate portion of the high information at both ends and suspended; Upper and lower electrodes formed on both ends of the high information and the mass; Adhesive upper and lower electrodes formed on upper and lower surfaces of both base portions of the base plate; A band-shaped electrode is formed on one surface thereof, and a variable threshold micro switch including upper and lower glasses attached to upper and lower surfaces of a base plate in a direction orthogonal to high information at both ends thereof is provided.

Description

가변 임계 미소 스위치 및 그 제조방법Variable threshold micro switch and its manufacturing method

제1도는 본 발명에 의한 미소 스위치의 사시도.1 is a perspective view of a micro switch according to the present invention.

제2도는 제1도의 A-A선 단면도.2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.

제3도는 제1도의 B-B선 단면도.3 is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG.

제4도는 본 발명의 작동원리를 설명하기 위해 초기변형 상태를 보인 도면.4 is a view showing an initial deformation state to explain the operation principle of the present invention.

제5도는 본 발명에 의한 미소 스위치의 제조 공정도.5 is a manufacturing process diagram of a micro switch according to the present invention.

제6도는 본 발명에 의한 미소 스위치의 전극간에 인가된 전압에 따른 접속전류의 량을 측정한 성능 실험 그래프선도.6 is a graph of a performance experiment in which the amount of connection current according to the voltage applied between the electrodes of the micro-switch according to the present invention is measured.

제7도는 본 발명에 의한 미소 스위치의 양단 고정보 길이를 다르게 하고, 그 중앙부에 동일질량을 달았을 때의 전극양단에 걸리는 전압의 조절에 따른 임계 가속도 조절 가능범위를 예측한 그래프 선도.7 is a graph diagram predicting the threshold acceleration adjustable range according to the adjustment of the voltage across the electrodes when the length of the high information at both ends of the micro-switch according to the present invention is different and the same mass is attached to the center.

제8도는 종래 미소 스위치의 일 실시예도이다.8 is an embodiment of a conventional micro switch.

본 발명은 자동차, 철도차량, 항공기, 가전제품, 산업용 기기 등에 널리 적용되고 있는 미소 스위치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가속도 또는 전압을 측정하고, 특정 임계치 이상의 측정값에서 스위치가 작동할 수 있도록 한 가변 임계 미소 스위치 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to micro-switches that are widely applied to automobiles, railway vehicles, aircraft, home appliances, industrial devices, and the like, and more particularly, to measure acceleration or voltage, and to operate the switches at measured values above a certain threshold. A variable threshold micro switch and a method of manufacturing the same.

예컨대, 실리콘을 이용하여 질량과 스프링을 제작한 일체형 가속도 임계 스위치의 일 실시예로서는 제8도에서와 같이, 실리콘 기판(100)의 중간부에 형성되는 공간부(102)에 등간격으로 외팔보 형태의 스프링 편(104)을 일체로 다수 형성하고, 이들 스프링 편(104) 선단에는 질량체(106)를 형성하였다.For example, as an example of an integrated acceleration threshold switch in which a mass and a spring are manufactured using silicon, as shown in FIG. 8, a cantilever shape is formed at equal intervals in the space 102 formed in the middle of the silicon substrate 100. Many spring pieces 104 were integrally formed, and the mass body 106 was formed in the front-end | tip of these spring pieces 104. As shown in FIG.

그리고 상기 스프링 편(104)의 상면에는 각각 단자(108)를 형성하였으며, 상기 실리콘 기판(100)의 상면으로 배치되는 유리판(110)의 저면에는 상기 단자(108)와 대응되는 위치에 전극(112)을 형성하고, 이의 전극(112)들은 일측단이 상호 연결되어 실리콘 기판(100)의 일측으로 배치되는 단자(114)와 연결되는 구성을 갖는다.In addition, terminals 108 are formed on upper surfaces of the spring pieces 104, and electrodes 112 are disposed at positions corresponding to the terminals 108 on the bottom surface of the glass plate 110 disposed on the upper surface of the silicon substrate 100. ), And the electrodes 112 thereof have a structure in which one end is connected to a terminal 114 disposed at one side of the silicon substrate 100.

상기에서 스프링 편(104)과 질량체(106)가 일체로 형성되는 스위치 열(Array)을 다양한 임계 가속도에서 작동할 수 있도록 스프링 편(104)의 탄성력과, 질량체(106)의 질량이 다르게 설정된다.The elastic force of the spring piece 104 and the mass of the mass body 106 are set differently so that the switch array in which the spring piece 104 and the mass body 106 are integrally formed may operate at various critical accelerations. .

그러나 상기와 같은 외팔보형 임계 스위치에 있어서는 다수의 스위치 열에 의하여 다양한 임계 가속도 요구를 만족시킬 수 있다는 장점은 있으나, 측정해야 할 임계 가속도의 범위 및 임계 가속도 구간이 불 연속적이고, 다수의 스위치 열을 형성하여야 함으로써, 스위치 전체의 크기가 커진다는 문제점이 있다.However, in the cantilever-type threshold switch as described above, there are advantages in that it is possible to satisfy various threshold acceleration requirements by a plurality of switch strings, but the range of threshold accelerations to be measured and the threshold acceleration section are discontinuous and form a plurality of switch strings. By doing so, there is a problem that the size of the entire switch is increased.

또한, 스위치의 제작 후 발생하는 제작오차를 보상할 수 없다는 문제점이 있다.In addition, there is a problem that can not compensate for the manufacturing error that occurs after the manufacture of the switch.

그리고 종래의 다른 실시예로서는, 일본국 공개특허 평2-26033호의 마이크로 메카니칼 스위치의 제조방법이 있다.And another conventional example is the manufacturing method of the micro mechanical switch of Unexamined-Japanese-Patent No. 2-26033.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 단일 스위치 내에서 전극간 접속 혹은 정전 용량 급속변화에 필요한 가속도 또는 전압의 임계치를 전기적으로 조절할 수 있으며, 양방향 스위치 임계치를 각각 독립적으로 조절할 수 있는 가변 임계 미소 스위치 및 그 제조방법을 제공함에 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, an object of the present invention is to electrically adjust the threshold of the acceleration or voltage required for the electrode-to-electrode connection or the rapid change in capacitance in a single switch, the bi-directional switch threshold The present invention provides a variable threshold micro switch and a method of manufacturing the same that can be independently adjusted.

본 발명의 다른 목적은 박막 형성공정의 조건변화로 박막내의 잔류응력을 조절하고 이를 통하여 이중 혹은 다층 박막 구조물의 양방향 스냅스루(Snap-through) 현상을 이용하여 초기변형을 조절할 수 있는 가변 임계 미소 스위치 및 그 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to control the residual stress in the thin film by changing the conditions of the thin film forming process, and through this, a variable threshold micro switch capable of controlling the initial deformation by using the bidirectional snap-through phenomenon of the double or multilayer thin film structure. And to provide a method for producing the same.

본 발명의 또 다른 목적은 동일재질을 가공하여 스프링 및 질량체와 접착홈을 일체화하고, 식각 방지층과 절연층 혹은 식각 방지층과 도체를 동일재질로 형성할 수 있는 가변 임계 미소 스위치 및 그 제조방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide a variable critical micro switch and a method of manufacturing the same material capable of integrating a spring, a mass, and an adhesive groove, and forming an etch stop layer and an insulating layer or an etch stop layer and a conductor using the same material. Is in.

본 발명의 또 다른 목적은 자기 진단과 실험기능이 내장되는 가변 임계 미소 스위치 및 그 제조방법을 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a variable threshold micro switch and a method of manufacturing the same in which self-diagnostic and experimental functions are incorporated.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 실리콘 기판을 이루어지며, 그 길이방향 중앙부의 상하부가 소정의 폭을 갖고 요입되어, 단면에서 볼 때 중앙부분이 소 두께부로 이루어지고, 그 양측 부분이 대 두께부로 이루어지며, 그 중앙부에 장방형의 공간부가 형성되는 베이스 플레이트와;In order to realize this, the present invention is made of a silicon substrate, the upper and lower portions of the central portion in the longitudinal direction is embedded with a predetermined width, the center portion is made of a small thickness portion in cross section and both sides are made of a large thickness portion. A base plate having a rectangular space portion at a central portion thereof;

상기 베이스 플레이트의 공간부 하측을 제외한 부분에 2중으로 도포되며, 상기 공간부의 상측부에는 길이방향 양측이 절취되어 양단 고정보가 되도록 형성되는 내, 외측 박막층과;An inner and outer thin film layer which is applied to a portion of the base plate other than the lower side of the space part and is formed to have high information at both ends by cutting both sides in the longitudinal direction on the upper side of the space part;

상기 양단고정보의 중간부에 부착되어 현수되는 질량체와;A mass body attached to an intermediate part of both height information and suspended;

상기 양단 고정보와 질량체의 하측으로 형성되는 상,하부 전극과;Upper and lower electrodes formed on both ends of the high information and the mass;

상기 베이스 플레이트의 양 대폭부 상하면에 형성되는 접착부 상,하부 전극과;Adhesive upper and lower electrodes formed on upper and lower surfaces of both base portions of the base plate;

일면으로 띠상의 전극이 형성되어 이의 전극이 양단 고정보와 직교되는 방향에서 베이스 플레이트의 상하면에 부착되는 상,하부 유리를 포함하여 이루어지는 가변 임계 미소 스위치를 제공한다.A band-shaped electrode is formed on one surface thereof, and a variable threshold micro switch including upper and lower glasses attached to upper and lower surfaces of a base plate in a direction orthogonal to high information at both ends thereof is provided.

또한, 스위칭 형상을 일으키기 위하여 초기에 설정된 양만큼 베이스 플레이트에 상하면에 단차를 형성함과 동시에 접착제 홈을 식각하는 제1공정과;In addition, a first step of forming a step on the upper and lower surfaces of the base plate by the amount initially set to produce a switching shape and etching the adhesive groove;

보의 두께를 결정하기 위하여 불순물(붕소 등)을 베이스 플레이트 위로 침투시켜 내,외측 박막층을 형성한 후, 하부 단차를 형성하기 위하여 하측면 중간부분을 식각 용액에서 일정깊이로 식각하는 제2공정과;In order to determine the thickness of the beam, impurity (boron, etc.) is penetrated onto the base plate to form the inner and outer thin film layers, and the second process of etching the lower middle portion to a certain depth in the etching solution to form the lower step. ;

식각 방지층을 이용하여 베이스 플레이트의 중간부를 부분 식각하여 질량체와, 상기 질량체의 외측으로 사각박막을 얻는 제3공정과;A third step of partially etching the middle portion of the base plate by using the etch stop layer to obtain a mass and a rectangular thin film outside the mass;

붕소 등의 불순물을 침투시킴으로써, 베이스 기판의 저항을 저하시켜 전도성이 있는 하부전극을 형성한 후, 외측 박막층을 제거하는 제4공정과;Penetrating impurities such as boron to lower the resistance of the base substrate to form a conductive lower electrode, and thereafter removing the outer thin film layer;

내측 박막층에 열산화막을 입혀줌으로써, 이들 박막층에 존재하는 잔류응력의 차에 의하여 초기변형을 얻는 제5공정과;A fifth step of obtaining an initial deformation by applying a thermal oxide film to the inner thin film layer by a difference in residual stress present in these thin film layers;

이종재료로 이루어지는 내,외측 박막층의 일부를 식각하여 양단 고정보를 제작하는 제6공정과;A sixth step of producing high information at both ends by etching a portion of the inner and outer thin film layers made of different materials;

질량체와 양단 고정보의 상면에 상부전극을 형성하는 제7공정과;A seventh step of forming an upper electrode on the upper surface of the mass and the high information at both ends;

양단 고정보와 질량체의 하측으로 형성된 상,하부 전극과 상,하 평판 유리에 형성된 전극을 일치하도록 정렬한 후에 접착제 홈에 접착제를 충진하여 접합시키는 제8공정으로 이루어지는 가변 임계 미소 스위치의 제조방법을 제공한다.A method of manufacturing a variable critical micro switch comprising an eighth step of aligning the high information at both ends and the upper and lower electrodes formed on the lower side of the mass body with the electrodes formed on the upper and lower flat glass, and then filling and bonding the adhesive to the adhesive groove. to provide.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실시할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically implement the above object will be described in detail.

제1도 내지 제3도는 본 발명에 의한 미소 스위치의 사시도 및 그의 종,횡단면도로서, 부호 2는 베이스 플레이트를 지칭한다.1 to 3 are perspective views of the micro-switch according to the present invention, and longitudinal and lateral cross-sectional views thereof, with reference numeral 2 designating a base plate.

상기 베이스 플레이트(2)는 실리콘 기판으로 이루어지며, 그 길이방향 중앙부의 상하부가 소정의 폭을 갖고 요입되어, 단면에서 볼 때 중앙부분이 소 두께부(4)로 이루어지고, 그 양측 부분이 대 두께부(6)(8)로 이루어진다.The base plate 2 is made of a silicon substrate, and the upper and lower portions of the central portion in the longitudinal direction are recessed with a predetermined width, so that the center portion is made of the small thickness portion 4 when viewed in cross section, and both sides thereof are large. It consists of thickness parts 6 and 8.

그리고 상기 소 두께부(4)에는 그의 중앙으로 장방형의 공간부(10)가 이루어지며, 대 두께부(6)(8)의 상하측으로는 소정의 깊이로 요입되는 접착제 홈(12)(14)이 형성된다.The small thickness portion 4 is formed with a rectangular space portion 10 at the center thereof, and adhesive grooves 12 and 14 recessed to a predetermined depth on the upper and lower sides of the large thickness portions 6 and 8. Is formed.

상기에서 장방향의 공간부(10)는 그 4개의 변이 하측으로 확개되는 형태의 경사면으로 이루어진다.The long space portion 10 in the above is made of an inclined surface of the four sides are extended to the lower side.

상기와 같은 베이스 플레이트(2)의 외측면에는 서로 다른 잔류 응력을 갖는 내,외측 박막층(16)(18)이 중첩 형성되는데, 이때 상기 장방형 공간부(10)의 중간부에는 길이방향 양측으로 절취되어 띠상으로 양단 고정부(22)가 형성되며, 이의 양단 고정보(22)의 중앙부분에는 역 사다리꼴 육면체로 이루어지는 질량체(20)가 부착 현수된다.On the outer surface of the base plate 2 as described above, the inner and outer thin film layers 16 and 18 having different residual stresses are overlapped, and at this time, the middle portion of the rectangular space portion 10 is cut in both longitudinal directions. Thus, both end fixing portions 22 are formed in a band shape, and a mass body 20 made of an inverted trapezoidal cube is attached and suspended at the central portion of the high information 22 at both ends thereof.

상기에서 양단 고정보(22)는 상기 내,외측 박막층(16)(18)과 동일재질로 이루어지며, 이에 현수되는 질량체(20)는 상기 양단 고정보(22)와 접하지 않는 5개의 면이 내측 박막층(16)에 의해 도포된 상태이며, 그의 하면에는 하부 전극(24)이 형성된다.The high information 22 at both ends is made of the same material as the inner and outer thin film layers 16 and 18, and the suspended mass 20 has five surfaces that do not contact the high information 22 at both ends. It is the state apply | coated by the inner thin film layer 16, and the lower electrode 24 is formed in the lower surface.

그리고 상기 소 두께부(4)와 접착제 홈(12)(14) 사이의 대 두께부(6)(8) 상하면에는 띠상의 상하 접착부 전극(26)(28)이 길이방향으로 형성되며, 상기 양단 고정보(22)의 상면에는 상부전극(30)이 형성된다.A strip-shaped upper and lower adhesive electrodes 26 and 28 are formed on the upper and lower sides of the large thickness portions 6 and 8 between the small thickness portion 4 and the adhesive grooves 12 and 14, and are formed in the longitudinal direction. The upper electrode 30 is formed on the upper surface of the high information 22.

상기에서 상부전극(30)은 양단 고정보(22)의 전체길이를 수용하는 소폭부(32)의 양단으로 장방형의 대폭부(34)가 형성되는 형태로 이루어진다.The upper electrode 30 has a rectangular wide portion 34 formed at both ends of the narrow portion 32 that accommodates the entire length of the high information 22 at both ends.

그리고 상기 장방형으로 이루어지는 상,하부 유리(36)(38)의 중앙부 하면에는 길이방향으로 띠상의 유리전극(40)(42)이 형성되어 상기 상부전극(30)과 교차하는 방향에서 질량체(20)의 직하방에 위치할 수 있도록 부착되는 구성을 갖는다.In addition, a strip-shaped glass electrodes 40 and 42 are formed on the lower surface of the central portion of the rectangular upper and lower glass 36 and 38 to cross the upper electrode 30 in the longitudinal direction. It has a configuration that is attached so that it can be located directly below.

상기에서 베이스 플레이트(2)에 상,하부 유리(36)(38)를 접착시킴에 있어서는 뉴테딕 본딩 또는 아노딕 본딩법에 의하여 접합한다.When the upper and lower glasses 36 and 38 are bonded to the base plate 2 in the above, they are joined by a nutedic bonding or anodically bonding method.

이와 같이 이루어지는 구성되는 본 발명의 미소 스위치의 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation principle of the micro-switch of the present invention configured as described above is as follows.

일예로서 초기변형이 있는 양단 고정보의 스냅좌굴 현상을 이용한 임계가속도 스위치를 위하여 제4도에서와 같이 초기변형을 갖는 양단 고정보에 의해 좌굴해석을 하면 양단 고정보의 횡방향 변형이 급속히 일어나는 좌굴 조건식을 얻을 수 있다.For example, for the critical acceleration switch using the snap buckling of both ends of high information with initial deformation, as shown in FIG. 4, when the buckling analysis is performed by the both ends of high information with initial deformation, the lateral deformation of the high information of both ends rapidly occurs. Conditional expressions can be obtained.

여기서 (ω0)max는 양단 고정보(22)의 중심에서 처짐, I는 보 단면 관성 모우멘트, A는 보의 단면적을 각각 나타낸다.Where (ω 0 ) max is sag at the center of the high information 22 at both ends, I is the beam cross-sectional moment of inertia, and A is the cross-sectional area of the beam.

만약 양단 고정보(22)의 두께가 h인 사각 단면보의 경우, 상기 식(I)는 아래와 같이 간단화 된다.In the case of a rectangular cross-beam having a thickness h of both ends high information 22, the above formula (I) is simplified as follows.

먼저 상기 식(I)에서 얻어진 스넵좌루 좌굴 조건을 만족하는 구조물을 제작하기 위하여 잔류 응력이 서로 다른 내,외측 박막층(16)(18), 그리고 상부전극(30)으로 이루어진 복합층에서 중립축의 위치를 구하고, 이로부터 선형 탄성이론을 적용하여 중심에서의 초기 처짐을 구하면 된다.First, in order to fabricate a structure that satisfies the snap buckling buckling condition obtained in Equation (I), the position of the neutral axis in the composite layer including the inner and outer thin film layers 16 and 18 and the upper electrode 30 having different residual stresses. From this, we apply the linear elastic theory to find the initial deflection at the center.

여기서 Mσ는 내,외측 박막층(16)(18)간의 잔류응력 차이에서 발생한 모우멘트이고, L은 보(22)의 길이이다.Where M σ is the moment generated from the difference in residual stress between the inner and outer thin film layers 16 and 18, and L is the length of the beam 22.

그리고 스냅스루 좌굴을 일으키기 위한 임계하중을 구하면 다음과 같다.And the critical load for causing snap-through buckling is as follows.

이때, 스냅스루 좌굴을 일으키는 임계하중은 전극간 인가전압에 의한 정전기력과 가속도에 의한 관성력의 힘으로 표시할 수 있다.In this case, the critical load causing the snap through buckling may be represented by the force of the electrostatic force due to the applied voltage between the electrodes and the inertia force due to the acceleration.

여기서 전극간 정전력에 의한 하중은 다음과 같이 표시된다.Here, the load due to the electrostatic force between the electrodes is expressed as follows.

따라서 초기변형이 있는 양단 고정보(22)의 상하단부 전극(30)(24)와 대향되는 유리전극(40)(42) 사이의 전압 조정을 통하여 정전기력을 조절하면, 상기 식(V)에서 양단 고정보(22)의 스냅스루를 일으키기 위하여 필요한 가속도 즉, 관성력을 조절할 수 있게 된다.Therefore, when the electrostatic force is adjusted by adjusting the voltage between the upper and lower electrodes 30 and 24 and the glass electrodes 40 and 42 of the both ends of the high information 22 having the initial deformation, both ends of the equation (V) It is possible to adjust the acceleration, i.e., the inertial force, necessary to cause the snap-through of the high information 22.

이때, 스냅스루에 의한 스위칭 현상은 전극간의 접촉 혹은 전극간의 정전용량변화로 판단할 수 있게 된다.At this time, the switching phenomenon due to snap-through can be determined by the contact between the electrodes or the capacitance change between the electrodes.

또한, 가속도가 없는 상태에서 정전력만으로도 스냅스루 현상을 발생시킬 수 있으며, 이러한 특성을 이용하여 전압 차단기, 스위치, 릴레이, 가변콘덴서, 미소 물체고정 및 정렬기구, 기계식 논리소자 및 기어소자 등을 구성할 수 있으며, 스위치 자체의 성능을 판단하는 자체시험을 행할 수 있게 된다.In addition, it is possible to generate a snap-through phenomenon with only constant power in the absence of acceleration. By using these characteristics, voltage breakers, switches, relays, variable capacitors, micro-object fixing and alignment mechanisms, mechanical logic elements and gear elements are used. It is possible to do a self test to determine the performance of the switch itself.

상기에서 자체시험이라 함은, 전극과 양극 양단간에 전압을 가하면 양단 고정보의 길이에 따라 일정한 전압에서 변형하여 전극과 전극이 접촉하면서 전류가 흐르게 되는데, 만약 원하는 설계조건대로 제작되지 않거나, 전극이 파손되는 경우에는 일정한 전압에서 스냅스루 현상이 발생되지 않음으로써, 전류가 흐르지 않고, 다른 전류를 검지하면서 성능 상에 문제가 있는 것을 발견하게 된다.In the above self test, when a voltage is applied between the electrode and the anode, the current flows while the electrode is in contact with the electrode by deforming at a constant voltage according to the length of the high information at both ends. In the case of a breakage, the snap-through phenomenon does not occur at a constant voltage, so that no current flows and a different current is detected and a problem is found in performance.

이러한 일련의 과정을 통하여 성능을 검사할 수 있는 것이 자체 성능시험이다.The performance test can be performed through this series of procedures.

상기와 같이 구성 동작되는 본 발명의 미소 스위치의 제조공정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the manufacturing process of the micro-switch of the present invention configured to operate as described above are as follows.

먼저 제1공정에서는 제5도(a)에서와 같이, 스위칭 현상을 일으키기 위하여 초기에 설정된 양만큼 베이스 플레이트(2)에 상하면에 단차를 형성함과 동시에 접착제 홈(12)(14)를 식각한다.First, in the first step, as shown in FIG. 5 (a), in order to cause a switching phenomenon, the grooves 12 and 14 are etched while the steps are formed on the upper and lower surfaces of the base plate 2 by an amount initially set. .

그리고 제2공정에서는 제5도(b)에서와 같이, 보의 두께를 결정하기 위하여 불순물(붕소 등)을 베이스 플레이트(2) 위로 침투시켜 내,외측 박막층(16)(18)을 형성한 후, 하부 단차를 형성하기 위하여 하측면 중간부분을 식각 용액에서 일정깊이로 식각하게 된다.In the second process, as shown in FIG. 5 (b), in order to determine the thickness of the beam, impurities (boron, etc.) are penetrated onto the base plate 2 to form inner and outer thin film layers 16 and 18. In order to form a lower step, the lower middle portion is etched to a certain depth in the etching solution.

이때, 서로 다른 내,외측 박막층(16)(18)을 제거하고 남은 부분을 식각 방지층으로 사용한다.In this case, the remaining inner and outer thin film layers 16 and 18 are removed and the remaining portion is used as an etch stop layer.

상기에서 내측 박막층(16)은 식각 방지층이며, 외측 박막층(18)은 잔류응력층으로 이루어진다.In the above, the inner thin film layer 16 is an etch stop layer, and the outer thin film layer 18 is made of a residual stress layer.

제3공정에서는 제5도(c)에서와 같이, 식각 방지층을 이용하여 베이스 플레이트(2)의 중간부를 부분식각하여 질량체(20)와, 상기 질량체(20)의 외측으로 사각박막(44)을 얻는다.In the third process, as shown in FIG. 5 (c), the middle portion of the base plate 2 is partially etched using the etch stop layer to move the mass body 20 and the rectangular thin film 44 to the outside of the mass body 20. Get

제4공정에서는 제5도(d)에서와 같이, 하부 전극(24)을 얻기 위한 것으로서, 외측 박막층(18)을 제거한 후, 붕소 등의 불순물을 침투시킴으로써, 전도성이 있는 전극(24)을 형성한다.In the fourth step, as shown in FIG. 5 (d), the lower electrode 24 is obtained. After removing the outer thin film layer 18, impurities such as boron are infiltrated to form conductive electrodes 24. do.

제5공정에서는 제5도(e)에서와 같이, 상기 내측 박막층(16)에 열산화막을 입혀줌으로써, 이들 박막층에 존재하는 잔류응력의 차에 의하여 초기변형을 얻는다.In the fifth step, as shown in FIG. 5 (e), by applying a thermal oxide film on the inner thin film layer 16, an initial deformation is obtained due to the difference in the residual stress present in these thin film layers.

제6공정에서는 제5도(f)에서와 같이, 이종재료로 이루어지는 내,외측 박막층(16)(18)의 일부를 식각하여 양단 고정보(22)를 제작한다.In the sixth step, as shown in FIG. 5 (f), portions of the inner and outer thin film layers 16 and 18 made of different materials are etched to produce high information 22 at both ends.

제7공정에서는 제5도(g)에서와 같이, 질량체(20)와 양단 고정보(22)의 상면에 상부전극(30)을 형성한다.In the seventh step, as shown in FIG. 5 (g), the upper electrode 30 is formed on the upper surface of the mass 20 and the high information 22 at both ends.

제8공정에서는 제5도(h)에서와 같이 양단 고정보(22)와 질량체(20)의 하측으로 형성된 상,하부 전극(30)(24)와 상,하 평판 유리(36)(38)에 형성된 전극(40)(42)를 일치하도록 정렬한 후에 접착제 홈(12)(14)에 접착제를 충진하여 접합시켜 미소 스위치의 제조를 완료하게 되는 것이다.In the eighth process, as shown in FIG. 5 (h), the upper and lower electrodes 30 and 24 and the upper and lower plate glass 36 and 38 formed below the high information 22 and the mass 20 at both ends. After aligning the electrodes 40 and 42 formed on the adhesive grooves 12 and 14, the adhesive is filled and bonded to complete the manufacture of the micro switch.

그리고 제6도는 상기와 같이 제작된 스위치의 작동여부를 확인하기 위하여 상부전극(30)과 유리전극(40)에 인가전압에 따른 전류의 흐름을 측정한 결과를 도시한 것이며, 제7도는 양단 고정보(22) 중앙에 7μg의 질량체(20)을 형성한 경우, 상부전극(30)과 유리전극(40)의 양단 전극간 전압을 조절함으로써, 3종의 서로 다른 길이의 양단 고정보에서 각각 조절이 가능한 임계가속도 범위를 나타내기 위하여, 전극간 전압과 임계가속도의 관계를 보인 그래프선도이다.6 shows the results of measuring the flow of current according to the applied voltage to the upper electrode 30 and the glass electrode 40 in order to confirm the operation of the switch manufactured as described above, and FIG. In the case where a 7 μg mass body 20 is formed in the center of the information 22, the voltage between both electrodes of the upper electrode 30 and the glass electrode 40 is adjusted to adjust the high information at both ends of three different lengths. In order to show this possible threshold acceleration range, it is a graph showing the relationship between the voltage between electrodes and the threshold acceleration.

이상에서와 같은 본 발명의 미소 스위치에 의하면, 구조적으로는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있게 된다.According to the micro switch of the present invention as described above, the following effects can be obtained structurally.

첫째, 잔류응력이 서로 다른 내,외측 박막층으로 양단 고정보를 구성하여 원하는 초기변형을 얻을 수 있고, 양단 고정보의 상,하부 전극과 상,하 유리전극간의 전압을 조절하여 양 방향 임계가속도를 독립적으로 조절할 수 있게 된다.First, it is possible to obtain the desired initial deformation by constructing the high information at both ends with inner and outer thin film layers having different residual stresses, and to adjust the voltage between the upper and lower electrodes and the upper and lower glass electrodes of the high information at both ends. Can be adjusted independently.

둘째, 스위치 작동후 양단 고정보의 상,하부전극과 상하 유리전극 사이에 전압을 가해 스위치를 원상태로 초기화가 가능하며, 스위치 작동 후 반복사용이 가능하게 되며, 가속도가 가해지지 않은 상태에서도 전극간 전압만으로 초기변형이 양단 고정보의 접속이 가능하여 전압 차단기 및 스위치, 릴레이 등으로도 사용할 수 있다.Second, the switch can be initialized to its original state by applying a voltage between the upper and lower electrodes and the upper and lower glass electrodes of the high information at both ends after the switch is operated, and can be used repeatedly after the switch is operated. It can be used as voltage breaker, switch, relay, etc., because it can connect high information at both ends of initial deformation only by voltage.

또한, 제조공정의 특징에 의한 효과는In addition, the effect of the characteristics of the manufacturing process

첫째, 반도체 미세가공 공정을 이용하여 동일평판 재질로 미소 스위치용 스프링보와 질량체를 일체로형으로 동시 제작함으로써, 조립공정의 단순화를 기할 수 있으며, 잔류응력이 서로 다른 박막층으로 양단 고정보를 제작함으로써, 다양한 이종 박막사용이 가능하고, 박막간의 잔류 응력차를 조절하여 원하는 크기의 초기변형을 얻을 수 있게 된다.First, by simultaneously producing the micro switch spring beam and mass body integrally with the same flat material using semiconductor micromachining process, it is possible to simplify the assembly process and produce high information at both ends with thin film layers having different residual stresses. Thus, it is possible to use a variety of different thin films, it is possible to obtain the initial deformation of the desired size by adjusting the residual stress difference between the thin films.

둘째, 보의 두께를 이용하여 식각이 더 이상 진행되지 못하도록 함으로써, 제조공정에서 발생될 수 있는 제작오차를 줄일 수 있으며, 불순물 침투로 인한 잔류응력을 보의 초기변형 발생에 동시에 이용할 수 있게 된다.Second, by using the thickness of the beam so that the etching can not proceed anymore, manufacturing errors that can occur in the manufacturing process can be reduced, and the residual stress due to impurity penetration can be used simultaneously for the initial deformation of the beam.

셋째, 스위칭 현상을 위한 틈새와 접착제 홈이 동시에 제작됨으로써, 공정의 효율을 높이고, 상하 유리를 사용함으로써, 기생 정전용량을 최소화함과 동시에 상,하부 정렬고정에 용이성이 있게 된다.Third, since the gap for the switching phenomenon and the adhesive groove are manufactured at the same time, the efficiency of the process is increased, and by using the upper and lower glass, the parasitic capacitance is minimized and the upper and lower alignments are easily fixed.

Claims (10)

실리콘 기판으로 이루어지며, 그 길이방향 중앙부의 상하부가 소정의 폭을 갖고 요입되어, 단면에서 볼 때 중앙부분이 소 두께부로 이루어지고, 그 양측 부분이 대 두께부로 이루어지며, 그 중앙부에 공간부가 형성되는 베이스 플레이트와; 상기 베이스 플레이트의 공간부 하측을 제외한 부분에 2중으로 도포되며, 상기 공간부의 상측부에는 길이방향 양측이 절취되어 양단 고정보가 되도록 형성되는 내,외측 박막층과; 상기 양단 고정보의 중간부에 부착되어 현수되는 질량체와; 상기 양단 고정보와 질량체의 하측으로 형성되는 상,하부 전극과; 상기 베이스 플레이트의 양 대폭부 상하면에 형성되는 접착부 상,하부 전극과; 일면으로 띠상의 전극이 형성되어 이의 전극이 양단 고정보와 직교되는 방향에서 베이스 플레이트의 상하면에 부착되는 상,하부 유리를 포함하여 이루어지는 가변 임계 미소 스위치.It is made of a silicon substrate, and the upper and lower portions of the longitudinal center portion are recessed with a predetermined width, so that the center portion is made of a small thickness portion in the cross section, and both portions are formed of a large thickness portion, and a space portion is formed in the center portion. A base plate; An inner and an outer thin film layer which is double coated on a portion of the base plate except for the lower side of the base plate, and is formed on the upper side of the space portion so that both sides in the longitudinal direction thereof are cut to form high information at both ends; A mass body attached to an intermediate portion of the high information at both ends and suspended; Upper and lower electrodes formed on both ends of the high information and the mass; Adhesive upper and lower electrodes formed on upper and lower surfaces of both base portions of the base plate; A band-shaped electrode is formed on one surface, and the variable critical micro switch comprising upper and lower glass attached to the upper and lower surfaces of the base plate in a direction orthogonal to the high information at both ends. 제1항에 있어서, 공간부는 그 4개의 변이 하측으로 확개되는 형태의 경사면으로 이루어짐을 특징으로 하는 가변 임계 미소 스위치.The variable threshold micro switch according to claim 1, wherein the space portion is formed of an inclined surface in which four sides thereof extend downward. 제1항에 있어서, 질량체는 역 육면체로 형성함을 특징으로 하는 가변 임계 미소 스위치.The variable critical micro switch of claim 1, wherein the mass is formed of an inverted cube. 제1항에 있어서, 상부전극은 양단 고정보의 전체길이를 수용하는 소폭부의 양단으로 장방형의 대폭부가 형성되는 형태로 이루어짐을 특징으로 하는 가변 임계 미소 스위치.The variable critical micro switch of claim 1, wherein the upper electrode has a rectangular wide portion formed at both ends of the narrow portion accommodating the entire length of the high information at both ends. 제1항에 있어서, 하부전극은 질량체의 상기 양단 고정보와 접하지 않는 5개의 면이 내측 박막층에 의해 도포된 상태에서 그의 하면에 형성됨을 특징으로 하는 가변 임계 미소 스위치.The variable threshold micro switch of claim 1, wherein the lower electrode is formed on its lower surface in a state in which five surfaces that do not contact the high information at both ends of the mass are applied by the inner thin film layer. 제1항에 있어서, 상,하 유리는 베이스 플레이트의 대 두께부 상하면에 형성된 접착제 홈에 충진되는 접착제에 의하여 접착이 이루어짐을 특징으로 하는 가변 임계 미소 스위치.The variable critical micro switch of claim 1, wherein the upper and lower glasses are bonded by an adhesive filled in an adhesive groove formed on upper and lower surfaces of a large thickness of the base plate. 제1항에 있어서, 양단 고정보는 상부 전극과 상부 유리전극에 인가되는 전압에 의해 스냅스루 현상을 일으켜 자체 진단기능을 갖도록 형성함을 특징으로 하는 가변 임계 미소 스위치.The variable threshold micro switch of claim 1, wherein both ends of the fixed beam are formed to have a self-diagnostic function by causing a snap through phenomenon by a voltage applied to the upper electrode and the upper glass electrode. 제1항에 있어서, 양단 고정보는 가속도가 가해지지 않은 상태에서 전극간의 전압만으로 변형을 이루면서 스위칭 및 정전용량 변화를 얻을 수 있도록 초기변형이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 가변 임계 미소 스위치.The variable critical micro switch of claim 1, wherein the fixed beams at both ends are configured to undergo initial deformation so that switching and capacitance changes can be made while deforming only voltage between electrodes in a state where acceleration is not applied. 스위칭 현상을 일으키기 위하여 초기에 설정된 양만큼 베이스 플레이트에 상하면에 단차를 형성하는 제1공정과; 보의 두께를 결정하기 위하여 불순물(붕소 등)을 베이스 플레이트 위로 침투시켜 내,외측 박막층을 형성한 후, 하부 단차를 형성하기 위하여 하측면 중간부분을 식각 용액에서 일정깊이로 식각하는 제2공정과; 식각 방지층을 이용하여 베이스 플레이트의 중간부를 부분식각하여 질량체와, 상기 질량체의 외측으로 식각박막을 얻는 제3공정과; 붕소 등의 불순물을 침투시킴으로써, 베이스 기판의 저항을 저하시켜 전도성이 있는 하부전극을 형성한 후, 외측 박막층을 제거하는 제4공정과; 내측 박막층에 열산화막을 입혀줌으로써, 이를 박막층에 존재하는 잔류응력의 차에 의하여 초기변형을 얻는 제5공정과; 이종재료로 이루어지는 내,외측 박막층의 일부를 식각하여 양단 고정보를 제작하는 제6공정과; 질량체와 양단 고정보의 상면에 상부전극을 형성하는 제7공정과; 양단 고정보와 질량체의 하측으로 형성된 상,하부 전극과 상,하 평판 유리에 형성된 전극을 일치하도록 정렬한 후에 접착제 홈에 접착제를 충진하여 접합시키는 제8공정으로 이루어지는 가변 임계 미소 스위치의 제조방법.Forming a step on the top and bottom surfaces of the base plate by an amount initially set to cause a switching phenomenon; In order to determine the thickness of the beam, impurity (boron, etc.) is penetrated onto the base plate to form the inner and outer thin film layers, and the second process of etching the lower middle portion to a certain depth in the etching solution to form the lower step. ; A third step of partially etching the middle portion of the base plate using the etch stop layer to obtain a mass and an etch thin film on the outside of the mass; Penetrating impurities such as boron to lower the resistance of the base substrate to form a conductive lower electrode, and thereafter removing the outer thin film layer; A fifth step of obtaining an initial deformation by applying a thermal oxide film to the inner thin film layer by a difference in residual stress present in the thin film layer; A sixth step of producing high information at both ends by etching a portion of the inner and outer thin film layers made of different materials; A seventh step of forming an upper electrode on the upper surface of the mass and the high information at both ends; A method of manufacturing a variable critical micro switch comprising an eighth step of aligning the high information at both ends and the upper and lower electrodes formed on the lower side of the mass body with the electrodes formed on the upper and lower flat glass, and then filling and bonding the adhesive to the adhesive groove. 제9항에 있어서, 제1공정에서 베이스 플레이트의 양측부에 접착제 홈을 식각하여 이에 충진되는 접착제에 의하여 상하 유리를 접합할 수 있도록 한 가변 임계 미소 스위치의 제조방법.The method of manufacturing a variable critical micro switch according to claim 9, wherein in the first step, the adhesive grooves are etched on both sides of the base plate, and the upper and lower glass can be bonded by the adhesive filled therein.
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