KR100493532B1 - 정전식 양방향 미세기전 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정전기력(electrostatic force)에 의해 구동되는 양방향 미세기전 액추에이터에 관한 것으로, 하부전극과 이동판이 형성된 기판용 웨이퍼 위에 상부전극이 형성된 덮개용 웨이퍼를 접합하여 상부전극 또는 하부전극에 인가된 전압에 의해 이동판이 상하 양방향으로 움직이는 액추에이터를 제안하며, 본 발명의 액추에이터는 낮은 구동전압하에서 큰 이동범위를 얻을 수 있으므로 이를 응용하면 우수한 신호 차단 특성을 갖는 저전압 RF 스위치와 넓은 조절범위를 갖는 저전압 RF 가변 축전기를 높은 수율로 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

정전식 양방향 미세기전 액추에이터{ELECTROSTATIC BI-DIRECTIONAL MICROELECTROMECHANICAL ACTUATOR}

본 발명은 미세기전 액추에이터(Microelectromechanical actuator)에 관한 것으로, 특히 정전기력(electrostatic force)에 의해 구동되며 낮은 전압하에서 큰 이동범위를 얻을 수 있는 미세기전 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로 미세기전 액추에이터는 정전(electrostatic), 압전(piezoelectric), 전자기적(electromagnetic), 열적(thermal) 방식으로 구동되는데, 특히 정전기로 구동되는 미세기전 액추에이터는 전력소모가 적고, 구조 및 제조 공정이 비교적 간단한 장점이 있기 때문에 무선통신을 위한 RF 스위치(Switch), RF 가변 축전기(variable capacitor) 등의 여러 RF MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems) 분야에 응용된다.

정전식 미세기전 액추에이터의 구조는 기판 위에 형성된 고정 전극과 그 위에 일정한 공간(air-gap)을 두고 형성되며 전극을 포함하는 이동판(Deflecting plate)으로 구성된다. 여기서, 이동판의 일부분은 금속포스트(metal post)에 의해 기판에 고정되는데, 칸티레버(cantilever) 형태의 이동판은 한쪽 끝이 금속포스트에 연결되는 반면, 멤브레인(membrane) 형태의 이동판은 양쪽 끝이 금속포스트에 연결된다.

정전식 미세기전 액추에이터의 동작은 고정 전극과 이동판의 전극(이하 '이동전극'이라고 약칭함) 사이에 전압이 인가되면 정전기력에 의해 이동판이 고정 전극쪽으로 휘어지고, 인가된 전압이 차단되면 탄성 복원력에 의해 이동판은 휘어지기 전의 원래 위치로 복원되는 방식으로 이루어진다.

상기에서, 고정전극과 이동 전극 사이의 공간 간격이 크게 되면 이동판의 휘는 거리가 큰 장점이 있으나, 이동판을 휘게 하는 구동전압도 커지는 단점이 있다. 반면, 고정전극과 이동 전극 사이의 공간 간격이 작게 되면 이동판의 휘는 거리가 작은 단점이 있으나, 이동판을 휘게 하는 구동전압도 작아지는 장점이 있다.

그러나, 우수한 특성을 갖는 미세기전 소자를 제조하기 위해서 정전식 미세기전 액추에이터는 낮은 전압으로 구동되면서 동시에 이동판의 휘는 거리가 커야 한다.

이하 첨부 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 정전식 미세기전 액추에이터를 응용한 RF 스위치의 구조 및 동작, 그리고 장단점을 설명하기로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 정전식 미세기전 액추에이터를 응용한 저항식 RF 스위치의 구조를 설명하기 위한 평면도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 RF 스위치를 각각 A-A'. B-B'선을 따라 절취한 상태를 도시한 단면도이다.

도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 저항식 RF 스위치(100)는 기판(11) 위에 형성되며 입력단과 출력단이 분리된 형태의 신호선(12), 고정 전극 역할을 하는 접지선(13), 금속 포스트(14), 금속포스트(14)에 의해 일부분이 기판(11)에 고정되며 신호선(14) 및 접지선(13)으로부터 일정한 공간(20)을 두고 형성되는 이동판(30)으로 구성된다. 여기서, 이동판(30)은 절연층(31) 위에 형성되며 고정 전극인 접지선(13)과 대칭되도록 형성되는 이동전극(32) 및 절연층(31) 아래에 신호선(12)의 개방부와 대칭되도록 형성되는 전도성 접촉패드(33)를 포함한다.

도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 저항식 RF 스위치의 동작원리를 살펴보기로 한다.

고정 전극인 접지선(13)과 이동 전극(32) 사이에 전압을 인가하여 스위치를 온(ON)시키면, 정전기력에 의해 이동판(30)이 접지선(13) 쪽으로 휘어져서 이동판(30)에 형성된 전도성 접촉패드(33)가 분리된 신호선(12)과 접촉하여 신호는 입력단에서 출력단으로 전송된다. 이때, 절연층(31)은 전도성 접촉패드(33)와 이동전극(32)을 분리시켜 신호의 일부가 금속포스트(14)로 전달되어 손실되는 것을 방지하는 역할을 한다. 반면, 접지선(13)과 이동 전극(32) 사이에 인가된 전압을 차단하여 스위치를 오프(OFF)시키면, 탄성복원력에 의해 휘어졌던 이동판(30)이 펴지게 되어 이동판(30)의 전도성 접촉패드(33)가 신호선(12)으로부터 탈착되면서 입력단에서 출력단으로 전송되던 신호는 차단된다. 이때, 미량의 신호는 완전히 차단되지 못하고, 신호선(12)과 전도성 접촉패드(33) 사이의 공간(20)을 통해 전달된다.

상기에서, 신호선(12)과 전도성 접촉패드(33) 사이의 공간(20)의 두께를 증가시키면 신호차단 특성을 향상시키는 장점이 있으나, 이동판(30)을 휘게하는데 필요한 구동전압이 커지는 단점이 있다.

도 3은 종래 기술에 따른 정전식 미세기전 액추에이터를 응용한 축전식 RF 스위치의 구조를 설명하기 위한 평면도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 RF 스위치를 각각 A-A'. B-B'선을 따라 절취한 상태를 도시한 단면도이다.

도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 축전식 RF 스위치(200)는 기판(41) 위에 형성되며 입력단과 출력단이 연결된 형태의 신호선(42), 하부전극 역할을 하는 접지선(43), 신호선(42) 및 접지선(43) 위에 각각 형성되는 유전층(44), 제1금속포스트(45)와 제1금속포스트(45)에 의해 일부분이 기판(41)에 고정되며 유전층(44)으로부터 일정한 간격의 제1공간(50a)을 두고 형성되는 이동판(60)과, 제2금속포스트(46)와, 제2금속포스트(46)에 일부분이 기판(41)에 고정되며 이동판(60)으로부터 일정한 간격의 제2공간(50b)을 두고 형성되는 상부전극(70)으로 구성된다. 상기에서 이동판(60)은 다시 이동전극(61)과 절연층(62)을 포함하여 이루어진다.

도 3, 도 4a 및 도 4b에 도시된 축전식 RF 스위치의 동작원리를 살펴본다. 하부전극 역할을 하는 접지선(43)과 이동 전극(61) 사이에 전압을 인가하여 스위치를 온시키면, 정전기력에 의해 이동판(60)이 하부전극인 접지선(43)쪽으로 휘어져서, 이동전극(61)이 신호선(42) 위에 형성된 유전층(44)과 접촉하게 된다. 이때, 형성되는 이동 전극/유전층/신호선(61/44/42) 구조의 축전기에서 발생하는 용량성 커플링에 의해 신호는 신호선(42)으로부터 이동 전극(61)을 통하여 접지로 바이패싱되어 차단된다, 반면에, 접지선(43)과 이동 전극(61) 사이에 인가된 전압을 차단하여 스위치를 오프시키면, 탄성복원력에 의해 휘어졌던 이동판(60)이 펴지게 되어 이동 전극(61)이 접촉하고 있던 신호선(42) 위의 유전층(44)으로부터 탈착되면서 신호는 다시 신호선(42)을 따라 전송되게 된다. 이때 미량의 신호는 신호선(42)과 이동판(60) 사이의 제1공간(50a)을 통해 이동 전극(61)을 통하여 접지로 바이패싱된다. 이런 신호 손실을 감소시키기 위해 스위치 오프시 상부전극(70)과 이동 전극(61) 사이에 전압을 인가하면, 이동판(60)이 상부전극(70) 쪽으로 휘어져서 신호선(42)과 이동판(60) 사이의 제1공간(50a)의 두께가 상부전극(70)과 이동판(60) 사이의 제2공간(50b)의 두께만큼 증가하게 되어 이동 전극(61)을 통해 바이패싱되는 신호손실을 줄어든다.

도 1, 도 2a 및 도 2b에 도시된 정전식 미세기전 액추에이터는 이동판의 이동전극(32)과 기판(11) 위에 형성된 고정전극인 접지선(13) 사이에 인가된 전압에 의해 이동판(30)이 한쪽 방향, 즉 고정전극이 위치한 아래 방향으로만 휘어져 동작한다.

도 3, 도 4a 및 도 4b에 도시된 정전식 미세기전 액추에이터는 이동판(60)이 아래에 위치한 하부전극 역할을 하는 접지선(43) 또는 위에 위치한 상부전극(70) 사이에 인가된 전압에 의해 상하 양방향으로 휘어져 동작한다.

따라서, 이동판(60)과 접지선(43) 또는 상부전극(70) 사이의 공간 두께가 모두 동일한 경우, 도 1의 액추에이터보다 도 3의 액추에이터는 동일한 구동전압에서 2배의 구동범위를 얻을 수 있다. 또한, 구동범위를 동일하게 설계할 경우(즉, 제1 및 제2공간 두께를 공간 두께의 1/2로 설정할 경우), 도 1의 액추에이터보다 도 3의 액추에이터는 훨씬 낮은 구동전압(공간두께의 3/2 제곱에 비례함)을 보인다.

이와 같이, 도 1에 도시된 일방향 미세기전 액추에이터보다 도 3에 도시된 양방향 미세기전 액추에이터는 낮은 구동전압에서 넓은 구동범위를 얻을 수 있는 장점이 있다.

그러나, 일방향 미세기전 액추에이터는 이동판만이 공기중에 부양되는 반면, 양방향 미세기전 액추에이터는 이동판과 상부전극 둘다 공기중에 부양된다. 그런데, 공기중에 부양된 막형태의 구조물은 제조 공정 및 소자의 동작 중에 발생하는 점착현상(stiction)과 박막의 잔류응력에 의한 휘어짐(warpage) 등의 여러가지 문제점을 초래한다. 따라서, 공기중에 부양된 막구조물이 하나(이동판)인 일방향 액추에이터보다 공기중에 부양된 막구조물이 둘인 양방향 액추에이터는 소자의 수율 및 신뢰성이 낮은 단점이 있다.

한편, 도 1 및 도 3에 도시된 미세기전 액추에이터들은 웨이퍼 단계까지 제조된 것으로 최종적인 제품화를 위해서는 패키지 공정을 진행하여야 한다.

도 5는 미세기전 액추에이터의 일반적인 패키지 구조를 도시한 것으로, 액추에이터(503)가 형성된 기판용 웨이퍼(501)에 덮개용 웨이퍼(502)를 접합하여 이루어진다. 기판용 웨이퍼(501) 뒷면에는 비아홀을 형성한 후, 전극으로 채워 기판 앞면의 소정 부위, 즉 전극 및 이동판과 전기적 연결을 하는 패드(504, 505)를 형성한다. 도면부호 '506'은 접합용 림이다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 하부전극과 이동판이 형성된 기판용 웨이퍼와 상부전극이 형성된 덮개용 웨이퍼가 접합된 구조를 갖는 패키지 상태의 정전기로 구동되는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 공기중에 부양된 하나의 막 구조물만을 사용하여 양방향으로 휘어지는 동작을 하는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 우수한 신호 차단 및 손실 특성을 갖는 저전압 RF 스위치와 넓은 조절 범위를 갖는 저전압 RF 가변 축전기를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정전식 양방향 미세기전 액추에이터는 제1웨이퍼, 상기 제1웨이퍼의 앞면에 형성된 신호선, 제1고정전극과 금속포스트, 상기 제1웨이퍼의 뒷면을 관통하는 비아홀을 통해 각각 상기 신호선, 제1고정전극 및 상기 금속포스트와 전기적으로 연결되는 제1패드, 상기 제1웨이퍼의 앞면과 자신의 앞면이 서로 마주보면서 배치된 제2웨이퍼, 상기 제1웨이퍼의 앞면과 상기 제2웨이퍼의 앞면이 마주보도록 접합시키는 접합용 림, 상기 제2웨이퍼의 앞면에 형성된 제2고정전극, 상기 제2웨이퍼의 뒷면을 관통하는 비아홀을 통해 상기 제2고정전극과 전기적으로 연결되는 제2패드, 및 상기 금속포스트를 통해 일부분이 상기 제1웨이퍼와 전기적으로 연결되며 상기 제1고정전극 위에 일정한 공간을 두고 부양된 이동판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 정전식 양방향 미세기전 액추에이터를 구비하는 가변 축전기는 제1웨이퍼, 상기 제1웨이퍼의 앞면에 형성된 축전기 하부전극, 구동용 하부전극 및 금속포스트, 상기 제1웨이퍼의 뒷면을 관통하는 비아홀을 통해 각각 상기 축전기 하부전극, 구동용 하부전극 및 상기 금속포스트와 전기적으로 연결되는 제1패드, 상기 제1웨이퍼의 앞면과 자신의 앞면이 서로 마주보면서 배치된 제2웨이퍼, 상기 제1웨이퍼의 앞면과 상기 제2웨이퍼의 앞면이 마주보도록 접합시키는 접합용 림, 상기 제2웨이퍼의 앞면에 형성된 구동용 상부전극, 상기 제2웨이퍼의 뒷면을 관통하는 비아홀을 통해 상기 구동용 상부전극과 전기적으로 연결되는 제2패드, 상기 금속포스트를 통해 일부분이 상기 제1웨이퍼와 전기적으로 연결되며 상기 구동용 하부전극 위에 일정한 공간을 두고 부양된 이동판, 및 상기 이동판의 움직이는 거리를 상기 구동용 전극과 상기 이동판 사이의 공간두께보다 작게 제한하기 위하여 상기 상기 제1웨이퍼 및 상기 제2웨이퍼 앞면에 형성된 범프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 정전기로 구동되는 양방향 미세기전 액추에이터를 이용한 저항식 RF 스위치의 구조를 도시한 도면이고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제1실시예에 따른 정전기로 구동되는 양방향 미세기전 액추에이터를 이용한 저항식 RF 스위치의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.

도 6을 참조하면, 저항식 RF 스위치(600)는 기판용 웨이퍼(601)와 덮개용 웨이퍼(602)가 접합용 림(603a, 603b)을 통하여 서로의 앞면이 마주보도록 접합된 구조를 갖고 있으며, 이때 접합간격(604)은 스토퍼(605)에 의해 일정하게 고정된다.

상기 스위치에서 기판용 웨이퍼(601)의 앞면에는 입력단과 출력단이 분리된 신호선(606), 하부전극 역할을 하는 접지선(607), 금속포스트(608) 및 금속포스트(608)에 의해 양끝이 기판용 웨이퍼(601)에 고정되며 접지선(607)으로부터 일정한 제1공간(609)을 두고 형성되는 이동판(610)이 형성된다. 상기에서, 이동판(610)은 절연층(610a), 절연층(610a) 아래에 하부전극인 접지선(607)과 대칭되도록 형성되는 이동전극(610b), 절연층(610a) 아래에 신호선(606)의 개방부와 대칭되도록 형성되는 전도성 접촉패드(610c)를 포함한다.

한편, 덮개용 웨이퍼(602) 앞면에는 상부전극(611)과 상부전극(611) 위에 절연층(612)이 형성된다.

도 6과 같은 스위치에서 이동판(610)의 이동전극(610b)과 상부전극(611) 위의 절연층(612) 사이에도 일정한 제2공간(613)이 형성되며, 이 제2공간(613)의 두께는 하부전극인 접지선(607)과 이동판(610)의 절연층(610a) 사이의 제1공간(609) 두께와 동일한 값을 갖는다.

상기에서, 접합용 림(603a, 603b)은 기판용 웨이퍼(601) 및 덮개용 웨이퍼 (602) 앞면에 형성되고, 스토퍼(605)는 덮개용 웨이퍼(602) 앞면에 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 기판용 웨이퍼(601) 및 덮개용 웨이퍼(602)의 뒷면에는 비아홀(614)을 통하여 각 웨이퍼 앞면에 형성된 소정부위(기파용 웨이퍼의 경우는 신호선의 입력단 및 출력단, 접지선, 이동판의 이동전극과 연결되는 금속포스트, 그리고 덮개용 웨이퍼의 경우는 상부전극)와 전기적으로 연결되는 패드(615)가 형성된다.

상기 저항식 RF 스위치는 도 7a와 같이 하부전극인 접지선(607)과 이동판의 이동전극(610b)과 연결된 금속포스트(608) 사이에만 전압을 인가한 온 상태에서 이동판(610)의 접촉패드(610c)가 신호선(606)과 접촉하여 분리된 입력단과 출력단을 연결시켜 신호가 전송된다. 이때, 제2공간(613a)은 더 커지게 된다.

반면, 도 7b와 같이 상부전극(611)과 이동판의 이동전극(609b)과 연결된 금속포스트(608) 사이에만 전압을 인가한 오프 상태에서 이동판의 접촉패드(610c)가 신호선(606)으로부터 탈착되고, 이동판의 이동전극(610b)이 상부전극(611) 위에 형성된 절연층(612)과 접촉되면서 신호는 완전히 차단된다. 이때, 제1공간(609a)은 더 커지게 된다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 정전기로 구동되는 양방향 미세기전 액추에이터를 이용한 축전식 RF 스위치의 구조를 도시한 도면이고, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제2실시예에 따른 정전기로 구동되는 양방향 미세기전 액추에이터를 이용한 축전식 RF 스위치의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.

도 8을 참조하면, 축전식 RF 스위치(700)는 기판용 웨이퍼(701)와 덮개용 웨이퍼(702)가 접합용 림(703a, 703b)을 통하여 서로의 앞면이 마주보도록 접합된 구조를 갖고 있으며, 이때 접합간격(704)은 스토퍼(705)에 의해 일정하게 고정된다. 상기 스위치에서 기판용 웨이퍼(701)의 앞면에는 입력단과 출력단이 연결된 신호선(706)과 하부전극 역할을 하는 접지선(707)과, 신호선과 접지선 위에 형성된 절연층(708)과, 금속포스트(709), 금속포스트(709)에 의해 양끝이 기판(701)에 고정되며 하부전극인 접지선(707)으로부터 일정한 공간(710)을 두고 형성되는 이동 전극(711)이 형성된다.

한편, 덮개용 웨이퍼(702) 앞면에는 상부전극(712)이 형성되고, 상부전극(712) 위에 절연층(713)이 형성된다.

상기 스위치에서 이동 전극(711)과 상부전극(712) 위의 절연층(713) 사이에도 일정한 공간(714)이 형성되며, 이 공간(714)의 두께는 신호선 및 접지선 위에 형성된 절연층과 이동전극 사이의 공간 두께와 동일한 값을 갖는다.

상기에서, 접합용 림(703a, 703b)은 기판용 웨이퍼(701) 및 덮개용 웨이퍼(702) 앞면에 형성되고, 스토퍼(705)는 덮개용 웨이퍼(702) 앞면에 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 기판용 웨이퍼 및 덮개용 웨이퍼의 뒷면에는 비아홀(715)을 통하여 각 웨이퍼 앞면에 형성된 소정부위(기판용 웨이퍼의 경우는 신호선의 입력단 및 출력단, 하부전극, 이동 전극과 연결되는 금속포스트, 그리고 덮개용 웨이퍼의 경우는 상부전극)와 전기적으로 연결되는 패드(716)가 형성된다.

상기 축전식 RF 스위치는 도 9a와 같이 상부전극과 이동 전극에 연결된 금속포스트 사이에만 전압을 인가한 온 상태에서 이동 전극이 상부전극 위에 형성된 절연층과 접촉하며 신호는 신호선을 따라 입력단에서 출력단으로 전송된다. 반면, 도 9b와 같이, 하부전극인 접지선과 이동 전극에 연결된 금속포스트 사이에만 전압을 인가한 오프 상태에서 이동 전극이 신호선 위에 형성된 유전층과 접촉하여 이동판 전극/유전층/신호선 구조의 축전기에서 발생하는 용량성 커플링에 의해 신호는 신호선의 입력단으로부터 이동판 전극을 통하여 접지로 바이패싱되어 차단된다.

도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 정전기로 구동되는 양방향 미세기전 액추에이터를 이용한 RF 가변 축전기의 구조를 도시한 도면이고, 도 11a 및 도 11b는 제3실시예에 따른 정전기로 구동되는 양방향 미세기전 액추에이터를 이용한 RF 가변 축전기의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.

도 10을 참조하면, RF 가변 축전기(800)는 기판용 웨이퍼(801)와 덮개용 웨이퍼(802)가 접합용 림(803a, 803b)을 통하여 서로의 앞면이 마주보도록 접합된 구조를 갖고 있으며, 이때 접합간격(804)은 스토퍼(805)에 의해 일정하게 고정된다. 상기 축전기에서 기판용 웨이퍼(801)의 앞면에는 축전기 하부전극(806)과, 구동용 하부전극(807)과, 금속포스트(808)와, 범프(bump, 809), 금속포스트(808)에 의해 양끝이 기판에 고정되며 축전기 하부전극(806)으로부터 일정한 공간(810)을 두고 형성되는 축전기 상부전극인 이동판 전극(811)이 형성된다.

한편, 덮개용 웨이퍼(802) 앞면에는 구동용 상부전극(812)과 범프(813)가 형성된다. 상기 스위치에서 이동판전극(811)과 구동용 상부전극(812) 사이에도 일정한 공간(814)이 형성되며, 이 공간(814)의 두께는 축전기 하부전극(806)과 이동판 전극(811) 사이의 공간(810) 두께와 동일한 값을 갖는다.

상기에서, 기판용 웨이퍼 및 덮개용 웨이퍼의 앞면에 형성된 범프(809, 813)는 이동판 전극(811)의 움직이는 거리를 전극 사이의 공간보다 작게 제한하여 인가된 전압에 따른 축전용량의 선형성을 향상시키는 역할을 한다. 상기에서, 접합용 림(803a, 803b)은 기판용 웨이퍼(801) 및 덮개용 웨이퍼(802) 앞면에 형성되고, 스토퍼(805)는 덮개용 웨이퍼(802) 앞면에 형성되는 것이 바람직하나, 다른 형성방법도 가능하다. 그리고, 기판용 웨이퍼(801) 및 덮개용 웨이퍼(802)의 뒷면에는 비아홀(815)을 통하여 웨이퍼 앞면에 형성된 소정 부위(즉, 기판용 웨이퍼의 경우는 축전기 하부전극, 구동용 하부전극, 이동판전극에 연결된 금속포스트, 그리고 덮개용 웨이퍼의 경우는 구동용 상부전극)와 전기적으로 연결되는 패드(816)가 형성된다.

상기 RF 가변 축전기는 도 11a와 같이 기판용 웨이퍼(801)에 형성된 구동용 하부전극(807)과 이동판 전극(811)에 연결된 금속포스트(808) 사이에 인가된 전압을 증가시키면 축전기 하부전극(806)과 축전기의 상부전극, 즉 이동판 전극(811) 사이의 거리가 감소하여 축전용량이 증가한다. 반면, 도 11b와 같이 덮개용 웨이퍼에 형성된 구동용 상부전극(812)과 이동판 전극(811) 사이에 인가된 전압을 증가시키면 축전기 하부전극(806)과 축전기 상부전극, 즉 이동판 전극(811) 사이의 거리가 증가하여 축전용량이 감소하는 방식으로 동작한다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 낮은 구동전압하에서 큰 이동범위를 얻을 수 있으므로 우수한 신호차단 특성을 갖는 저전압 RF 스위치와 넓은 조절범위를 갖는 저전압 RF 가변축전기를 높은 수율로 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 정전식 미세기전 액추에이터를 응용한 저항식 RF 스위치의 구조를 설명하기 위한 평면도,

도 2a 및 도 2b는 도 1의 RF 스위치를 각각 A-A'. B-B'선을 따라 절취한 상태를 도시한 단면도,

도 3은 종래 기술에 따른 정전식 미세기전 액추에이터를 응용한 축전식 RF 스위치의 구조를 설명하기 위한 평면도,

도 4a 및 도 4b는 도 3의 RF 스위치를 각각 A-A'. B-B'선을 따라 절취한 상태를 도시한 단면도,

도 5는 미세기전 액추에이터의 일반적인 패키지 구조도,

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 정전기로 구동되는 양방향 미세기전 액추에이터를 이용한 저항식 RF 스위치의 구조를 도시한 도면,

도 7a 및 도 7b는 도 6의 양방향 미세기전 액추에이터를 이용한 저항식 RF 스위치의 동작을 설명하기 위한 개념도,

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 정전기로 구동되는 양방향 미세기전 액추에이터를 이용한 축전식 RF 스위치의 구조를 도시한 도면,

도 9a 및 도 9b는 도 8의 양방향 미세기전 액추에이터를 이용한 축전식 RF 스위치의 동작을 설명하기 위한 개념도,

도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 정전기로 구동되는 양방향 미세기전 액추에이터를 이용한 RF 가변 축전기의 구조를 도시한 도면,

도 11a 및 도 11b는 도 10의 양방향 미세기전 액추에이터를 이용한 RF 가변 축전기의 구조 및 동작을 설명하기 위한 개념도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

600 : 저항식 RF 스위치

601 : 기판용 웨이퍼 602 : 덮개용 웨이퍼

603a, 603b : 접합용 림 605 : 스토퍼

606 : 신호선 607 : 접지선

608 : 금속포스트 610 : 이동판

611 : 상부전극

Claims (14)

1. 제1웨이퍼;

   상기 제1웨이퍼의 앞면에 형성된 신호선, 제1고정전극과 금속포스트;

   상기 제1웨이퍼의 뒷면을 관통하는 비아홀을 통해 각각 상기 신호선, 제1고정전극 및 상기 금속포스트와 전기적으로 연결되는 제1패드;

   상기 제1웨이퍼의 앞면과 자신의 앞면이 서로 마주보면서 배치된 제2웨이퍼;

   상기 제1웨이퍼의 앞면과 상기 제2웨이퍼의 앞면이 마주보도록 접합시키는 접합용 림;

   상기 제2웨이퍼의 앞면에 형성된 제2고정전극;

   상기 제2웨이퍼의 뒷면을 관통하는 비아홀을 통해 상기 제2고정전극과 전기적으로 연결되는 제2패드; 및

   상기 금속포스트를 통해 일부분이 상기 제1웨이퍼와 전기적으로 연결되며 상기 제1고정전극 위에 일정한 공간을 두고 부양된 이동판

   을 포함하는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 금속포스트는 하나로 구비되어 상기 이동판이 상기 금속포스트에 칸티레버 형태로 고정되는 것을 특징으로 하는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터.
3. 제1항에 있어서,

   상기 금속포스트는 적어도 두개 구비되어 상기 이동판이 상기 금속포스트에 멤브레인 형태로 고정되는 것을 특징으로 하는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1고정전극과 상기 이동판 사이의 공간 두께는 상기 제2고정전극과 상기 이동판 사이의 공간 두께와 동일한 값을 갖는 것을 특징으로 하는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1웨이퍼와 상기 제2웨이퍼 사이의 접합간격을 조절하기 위하여 상기 제2웨이퍼 앞면에 형성된 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1고정전극 및 상기 제2고정전극 위에는 상기 이동판과의 전기적 단락을 방지하기 위하여 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터.
7. 제1항에 있어서,

   상기 이동판은 상기 금속포스트에 의해 양끝이 상기 제1웨이퍼에 고정되며 상기 제1고정전극으로부터 일정한 공간을 두고 형성된 이동전극, 상기 이동전극 아래에 형성된 절연층 및 상기 절연층 아래에 형성된 전도성 접촉패드를 포함하며,

   상기 신호선은 입력단과 출력단이 분리되고,

   상기 제1고정전극과 상기 금속포스트에 전압을 인가한 스위치 온 상태에서 상기 신호선과 상기 전도성 접촉패드가 연결되고, 상기 제2고정전극과 상기 금속포스트에 전압을 인가한 스위치 오프 상태에서 상기 전도성 접촉패드가 상기 신호선으로부터 탈착되어 저항식 스위치로 구동하는 것을 특징으로 하는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터.
8. 제1항에 있어서,

   상기 제1고정전극과 상기 제2고정전극 상부에 각각 형성된 제1유전층과 제2유전층을 더 포함하며,

   상기 제2고정전극과 상기 금속포스트에 전압을 인가한 스위치 온 상태에서 상기 이동판이 상기 제2유전층과 접촉하며, 상기 제1고정전극과 상기 금속포스트에 전압을 인가한 스위치 오프 상태에서 상기 이동판이 상기 제1유전층과 접촉하여 축전식 스위치로 구동하는 것을 특징으로 하는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터.
9. 제1웨이퍼;

   상기 제1웨이퍼의 앞면에 형성된 축전기 하부전극, 구동용 하부전극 및 금속포스트;

   상기 제1웨이퍼의 뒷면을 관통하는 비아홀을 통해 각각 상기 축전기 하부전극, 구동용 하부전극 및 상기 금속포스트와 전기적으로 연결되는 제1패드;

   상기 제1웨이퍼의 앞면과 자신의 앞면이 서로 마주보면서 배치된 제2웨이퍼;

   상기 제1웨이퍼의 앞면과 상기 제2웨이퍼의 앞면이 마주보도록 접합시키는 접합용 림;

   상기 제2웨이퍼의 앞면에 형성된 구동용 상부전극;

   상기 제2웨이퍼의 뒷면을 관통하는 비아홀을 통해 상기 구동용 상부전극과 전기적으로 연결되는 제2패드;

   상기 금속포스트를 통해 일부분이 상기 제1웨이퍼와 전기적으로 연결되며 상기 구동용 하부전극 위에 일정한 공간을 두고 부양된 이동판; 및

   상기 이동판의 움직이는 거리를 상기 구동용 전극과 상기 이동판 사이의 공간두께보다 작게 제한하기 위하여 상기 상기 제1웨이퍼 및 상기 제2웨이퍼 앞면에 형성된 범프

   를 포함하는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터를 구비하는 가변 축전기.
10. 제9항에 있어서,

    상기 구동용 하부전극과 상기 이동판 사이에 인가된 전압을 증가시키면 상기 축전기 하부전극과 상기 이동판 사이의 거리가 감소하여 축전용량이 증가하고, 상기 구동용 상부전극과 상기 이동판 사이에 인가된 전압을 증가시키면 상기 축전기 하부전극과 상기 이동판 사이의 거리가 증가하여 축전용량이 감소하는 것을 특징으로 하는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터를 구비하는 가변 축전기.
11. 제9항에 있어서,

    상기 제1웨이퍼와 상기 제2웨이퍼 사이의 접합간격을 조절하기 위하여 상기 제2웨이퍼 앞면에 형성된 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터를 구비하는 가변 축전기.
12. 제9항에 있어서,

    상기 금속포스트는 하나로 구비되어 상기 이동판이 상기 금속포스트에 칸티레버 형태로 고정되는 것을 특징으로 하는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터를 구비하는 가변 축전기.
13. 제9항에 있어서,

    상기 금속포스트는 적어도 두개 구비되어 상기 이동판이 상기 금속포스트에 멤브레인 형태로 고정되는 것을 특징으로 하는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터를 구비하는 가변 축전기.
14. 제9항에 있어서,

    상기 구동용 하부전극과 상기 이동판 사이의 공간 두께는 상기 구동용 상부전극과 상기 이동판 사이의 공간 두께와 동일한 값을 갖는 것을 특징으로 하는 정전식 양방향 미세기전 액추에이터를 구비하는 가변 축전기.