KR100520891B1 - RF MEMS switch using residual stress and piezo-driving force - Google Patents

RF MEMS switch using residual stress and piezo-driving force Download PDF

Info

Publication number
KR100520891B1
KR100520891B1 KR10-2003-0034923A KR20030034923A KR100520891B1 KR 100520891 B1 KR100520891 B1 KR 100520891B1 KR 20030034923 A KR20030034923 A KR 20030034923A KR 100520891 B1 KR100520891 B1 KR 100520891B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
driving force
residual stress
high frequency
electrode
frequency switch
Prior art date
Application number
KR10-2003-0034923A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20040103039A (en
Inventor
조남규
성우경
이대성
Original Assignee
전자부품연구원
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 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Priority to KR10-2003-0034923A priority Critical patent/KR100520891B1/en
Publication of KR20040103039A publication Critical patent/KR20040103039A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100520891B1 publication Critical patent/KR100520891B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/0036Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치에 관한 것이다.The present invention relates to a micro electromechanical system high frequency switch using residual stress and piezoelectric driving force.

본 발명의 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치는 적층되는 여러 박막들을 지지하는 탄성지지보, 상기 탄성지지보위에 하부 전극, 상기 하부 전극 위에 구동력을 유발하는 압전 박막, 상기 압전 박막 위에 상부 전극 그리고 탄성지지보의 끝단 아래에 RF 입출력 전극부의 전기적 이음과 끊음을 조절하는 접극자, 이 접극자 일정 거리 아래 떨어진 바닥 부분에 RF 입력 전극부와 출력 전극부를 갖는 것을 특징으로 하는 고주파수 스위치로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.The micro electromechanical system high frequency switch using the residual stress and the piezoelectric driving force of the present invention is an elastic support for supporting a plurality of laminated films, a lower electrode on the elastic support, a piezoelectric thin film inducing a driving force on the lower electrode, the piezoelectric thin film High-frequency switch characterized in that the upper electrode on the top and the end of the elastic support to adjust the electrical connection and disconnection of the RF input and output electrode portion, the RF input electrode portion and the output electrode portion on the bottom portion of the ground below the certain distance It consists of technical features.

따라서, 본 발명의 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치는 전압을 인가하는 것 없이, 반도체 박막 제조 공정 조건을 조절함으로써 나타나는 잔류응력을 이용하여 스위치 동작 상태를 유지할 수 있는 단순하고 신뢰성 있는 고주파 스위치를 구현할 수 있고, 여러 층의 복잡한 적층 제조 공정을 거치지 않고, 전압 차이에 의한 압전 박막의 수축 구동력을 이용하여 스위치 비작동 상태를 능동적으로 일으키고 유지할 수 있어 종래의 접점이 붙어서 떨어지지 않아 문제점을 극복한 내구 신뢰성을 획기적으로 개선할 수 있고, 종래의 정전인력형 구조에서는 접극자와 입출력 전극 사이의 거리가 멀어지면 정전인력의 기본적인 물리법칙에 의해 인력이 거리의 역수에 비례하므로 접극자와 입출력 전극 사이의 거리를 1~2 마이크로미터 정도의 근접 거리만이 가능하였었는데 압전체를 이용한 본 발명에서는 이러한 접극자 사이의 거리를 멀게 할 수 있어 비작동시 접극자와 입출력 전극 사이의 절연성 및 고주파 특성을 높일 수 있는 효과가 있다.Therefore, the micro electromechanical system high frequency switch using the residual stress and the piezoelectric driving force of the present invention is simple and reliable that can maintain the switch operation state by using the residual stress indicated by adjusting the semiconductor thin film manufacturing process conditions without applying a voltage. The high frequency switch can be implemented, and the switch can be actively generated and maintained by using the shrinkage driving force of the piezoelectric thin film due to the voltage difference without going through a complicated multilayer manufacturing process of several layers. It is possible to drastically improve the endurance reliability overcoming this problem. In the conventional electrostatic attraction type structure, when the distance between the pole and the input / output electrode increases, the attraction force is proportional to the inverse of the distance due to the fundamental physical law of the electrostatic attraction. 1 ~ 2 he distance between input and output electrodes Close proximity only of about chroman meter is Available was eotneunde the present invention using the piezoelectric substance can be distant the distance between these armature it is possible to improve the insulating property and high-frequency characteristics between the armature and the output electrode non-operational.

Description

잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치{RF MEMS switch using residual stress and piezo-driving force} RF MEMS switch using residual stress and piezo-driving force

본 발명은 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 반도체 박막 제조 공정상에 나타나게 되는 잔류응력을 이용하여 스위치 작동 상태의 초기 상태를 유지하고, 종래 기술의 접점이 잘 떨어지지 않는 문제점을 개선하기 위해 압전 박막의 구동력을 이용하여 스위치 비작동상태를 능동적으로 개선하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to a micro electromechanical system high frequency switch using residual stress and piezoelectric driving force, and more specifically, to maintain the initial state of the switch operating state by using the residual stress which appears in the semiconductor thin film manufacturing process, The present invention relates to actively improving the non-operating state of the switch by using the driving force of the piezoelectric thin film in order to improve this inferior problem.

최근 이동 통신 시스템 사용의 급증으로 인하여 이동 통신 단말기의 기술 개발은 다양한 기능과 소형화에 중점을 두고 있는 추세이다.Recently, due to the rapid increase in the use of mobile communication systems, technology development of mobile communication terminals tends to focus on various functions and miniaturization.

종래에는 FET나 핀 다이오드 같은 반도체 디바이스가 초고주파 스위치의 작동에 사용되어 왔다. 그러나 상기 반도체 디바이스는 삽입손실이 높고 고립도가 좋지 않은 문제점이 있었다.Conventionally, semiconductor devices such as FETs and pin diodes have been used for the operation of microwave switches. However, the semiconductor device has a problem of high insertion loss and poor isolation.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, Larson을 비롯한 여러 사람들이 1990년대 초반에 LSI를 기반으로 미세가공기술에 의하여 만들어진 스위치를 여러 가지로 개발해왔다. 상기 스위치는 기존의 반도체 소자로 이루어진 스위치와 비교하여 삽입손실이 낮고, 고립도가 높아 절연이 우수하며 극도로 높은 선형성을 가지는 특성이 있었다. 그러나 대부분의 미세가공기술에 의하여 만들어진 스위치는 정전 작용에 의해 동작하므로 높은 동작 전압이 필요하다는 문제점이 있었다.In order to solve the above problems, Larson and others have developed various switches made by microfabrication technology based on LSI in the early 1990s. Compared with a switch made of a conventional semiconductor device, the switch has a low insertion loss, high isolation, excellent insulation, and extremely high linearity. However, most switches made by microfabrication technology operate by electrostatic action, and thus have a problem of requiring a high operating voltage.

상기 스위치들의 동작 전압은 대개 20V 이상이고 그 중 몇 스위치는 최소 8V의 전압이 요구되므로 소형화되고 있는 이동 통신 단말기에 적용하기 어려운 문제점이 있었다. 상기와 같은 높은 동작 전압을 필요로 하는 예를 들면 하기와 같다.Since the operating voltage of the switches is usually 20V or more, and some of the switches require a voltage of at least 8V, there is a problem that it is difficult to apply to a mobile communication terminal that is miniaturized. An example requiring such a high operating voltage is as follows.

켄틸레버 형태의 휘는 가동 구조물을 이용한 미소 기전 초고주파 스위치(Proceeding of The 8th Int'l Conf. on Solid- State Sensors and Actuators(1995) J.J.Yao and M.F.Chang, pp.384-387.)에서 동작 전압은 28-50V이고 브릿지 형태의 휘는 가동 구조물을 이용한 미소 기전 초고주파 스위치(IEEE Microwave and Guided Wave Letters, C.Goldsmith 등, pp.269-271)에서 동작 전압은 50V이다.In Proceeding of The 8th Int'l Conf. On Solid- State Sensors and Actuators (1995) JJYao and MFChang, pp. 384-387. The operating voltage is 50V in a micromechanical microwave switch (IEEE Microwave and Guided Wave Letters, C. Goldsmith et al., Pp. 269-271) using a 28-50V bridge-type curved moving structure.

그런데 동작 전압을 낮추기 위해서는 미세가공기술에 의하여 제조된 스위치의 전송선과 가동 접촉 전극 사이의 간격이 작아야 한다. 그러나 상기와 같이 구성하면 오프 캐패시턴스(Coff)를 증가시키게 되어 고립도가 나빠진다. 또한 동작 전압을 줄이기 위하여 가동 구조물의 기하학적 크기를 최적화하는 방법이 있지만, 상기 방법은 대부분의 경우 높은 잔류 응력을 발생시키는 문제점이 있다.However, in order to lower the operating voltage, the distance between the transmission line and the movable contact electrode of the switch manufactured by the micromachining technique should be small. However, the configuration as described above increases the off capacitance (C off ), the poor the isolation. In addition, there is a method of optimizing the geometric size of the movable structure to reduce the operating voltage, but in most cases there is a problem that generates a high residual stress.

한편, 도 1은 종래 기술의 MEMS RF 스위치의 구조 평면도(미국특허, US6046659)이고, 도 2는 상기 MEMS RF 스위치의 비작동 상태의 구조 단면도로, 입력 전극(1), 입출력 연결 및 단선 조절 역할을 하는 접극자(armature)(3), 하부 전극과의 정전인력을 유발시키기 위한 상부 전극판(4), 상부 전극과의 정전인력을 유발시키기 위한 하부 전극판(5), 전기적 절연성 물질로 이루어져 상부 전극의 상면을 절연시킴과 동시에 접극자를 지지하고 스위치 작동상태에서 비작동 상태로 전환시 스프링 복원력을 유발시키는 보조구조물층(6), 전기적 절연 물질로 이루어져 상부 전극의 하면을 절연시킴과 동시에 접극자를 지지하고 스위치 작동상태에서 비작동 상태로 전환시 스프링 복원력을 유발시키는 보조물층(7), 상부전극의 외부로의 전기적 연결을 가능케 하는 상부전극패드(8), 전기적 절연성 물질로 이루어지고 구성요소들을 지지하는 기판(9)의 구조로 이루어져 있다.On the other hand, Figure 1 is a plan view of the structure of the prior art MEMS RF switch (US Patent, US6046659), Figure 2 is a structural cross-sectional view of the non-operational state of the MEMS RF switch, the input electrode (1), input and output connection and disconnection control role It consists of an armature (3), an upper electrode plate (4) for inducing electrostatic attraction with the lower electrode, a lower electrode plate (5) for inducing electrostatic attraction with the upper electrode, and an electrically insulating material The auxiliary structure layer 6 which insulates the upper surface of the upper electrode and at the same time supports the polarizer and induces spring restoring force when switching from the operating state of the switch to the non-operating state. An auxiliary layer 7 for supporting the ruler and inducing a spring restoring force when switching from a switch operating state to a non-operating state, and an upper electrode pad 8 enabling electrical connection to the outside of the upper electrode. The substrate 9 is made of an electrically insulating material and supports the components.

상부 전극판(4)과 하부 전극판(5), 이 두 대향 전극판 사이의 전압 차이에 의해 발생하는 정전인력이 탄성지지보의 스프링 저항력을 이겨낼 정도가 커야 탄성지지보가 아래쪽으로 당겨져서, 도 3에서 보는 바와 같이 접극자를 입출력 전극과 닿게 하여야 스위치로서의 제기능을 발휘하게 되는데, 정전인력은 대향 전극판의 거리의 역수에 비례하므로 거리가 조금만 멀어도 작게 된다. 그래서 지금까지의 정전인력형 MEMS RF 스위치의 구동 전압은 수십 볼트로 매우 큰 편이었다. 그러므로 수 볼트의 전압만이 허용되는 분야에서는 사용하기가 곤란하였다.The elastic support is pulled downward only when the electrostatic force generated by the voltage difference between the upper electrode plate 4 and the lower electrode plate 5 and the two opposing electrode plates overcomes the spring resistance of the elastic support. As shown in Fig. 3, the contactor should be brought into contact with the input / output electrode to perform a proper function as a switch. The electrostatic attraction is proportional to the inverse of the distance of the counter electrode plate, so that the distance is small even a little. So far, the driving voltage of electrostatically pulled MEMS RF switches has been very large, several tens of volts. Therefore, it is difficult to use in a field where only a few volts of voltage is allowed.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존 수십 볼트(volt)의 고전압에서 작동되던 정전인력형 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치를 사용할 수 없는 분야에서도 적용될 수 있는 저전압형 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치를 구현하고, 제조 공정상에 발생하는 잔류응력의 적절한 조절에 의해, 구동부에 전압을 인가하지 않고도 스위치 작동 상태를 일으킬 수 있는 단순한 구조의 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치를 구현하고, 저전압으로도 큰 힘을 유발시켜 스위치 비작동 상태를 능동적으로 일으키고 유지할 수 있는 능동형 스위치 작동상태를 구현하고, 수작업으로 제조되는 여타 종래 기술의 제조 방식과는 달리, 반도체 제조 설비를 이용한 웨이퍼 단위의 일괄제조방식에 의한 가격 저렴화, 소형화 및 성능의 균일화를 구현되도록 하는 기술을 제공함에 본 발명의 목적이 있다. Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the low-voltage microminiature that can be applied in the field that can not use the electrostatic manpower micro-electromechanical system high frequency switch that was operated at a high voltage of several tens of volts (volt) By implementing an electromechanical system high frequency switch, and by appropriately adjusting the residual stress generated in the manufacturing process, a micro electromechanical system high frequency switch having a simple structure capable of generating a switch operating state without applying a voltage to a driving unit, Unlike other prior art manufacturing methods, which produce active switches that can generate and maintain a switch non-active state by inducing high force even at low voltage, and are manufactured manually, a batch of wafer units using a semiconductor manufacturing facility Price reduction by manufacturing method, The purpose of the present invention to a technique for implementing a uniform-type forming performance and to provide.

본 발명의 상기 목적은 적층되는 여러 박막들을 지지하는 탄성지지보, 상기 탄성지지보 위에 하부 전극, 상기 하부 전극위에 구동력을 유발하는 압전 박막, 상기 압전 박막 위에 상부 전극 그리고 탄성지지보의 끝단 아래에 고주파수 입출력 전극부의 전기적 이음과 끊음을 조절하는 접극자, 상기 접극자로부터 일정 거리 아래 떨어진 바닥 부분에 고주파수 입력 전극부와 출력 전극부를 갖는 것으로 이루어진 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치에 의해 달성된다.The object of the present invention is an elastic support for supporting a plurality of thin films to be laminated, a lower electrode on the elastic support, a piezoelectric thin film causing a driving force on the lower electrode, the upper electrode on the piezoelectric thin film and below the end of the elastic support In the micro electromechanical system high frequency switch using a residual stress and piezoelectric driving force consisting of a pole for controlling the electrical coupling and disconnection of the high frequency input and output electrode portion, and having a high frequency input electrode portion and an output electrode portion on the bottom portion away from the pole. Is achieved.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 4는 본 발명에 의한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치의 전체 구조도로, 도전성 금속물질로 이루어진 입력 전극(11), 도전성 금속물질로 이루어진 출력 전극(12), 도전성 금속물질로 이루어진 입출력 전극의 연결 및 단선 조절 역할을 하는 접극자(armature)(13), 접극자(13), 하부전극(15), 압전물질(16) 및 상부전극(17)을 지지하고, 제조공정상의 잔류응력의 조절에 의해 외팔보를 아래로 휘는 힘을 발휘하여 스위치 동작 상태를 유지하게 하는 탄성지지보(14), 압전 구동부 하면에 위치하고 도전성 물질로 이루어진 하부전극(15)으로 구성되어 있다. 상기 접극자(13)는 입력 전극(11) 및 출력 전극(12)과 전기적 절연이 될 만큼의 충분한 높이로 떨어져 제조되어 있고, 또한 입력 전극(11) 과 출력 전극(12) 또한 전기적 절연이될 만큼의 충분한 넓이의 간극이 되도록 제조한다. 상기의 압전물질(16)은 ABO3구조의 재료에 대해서 A-site 치환이나 B-site 치환인 물질로서, Pb(Zrx,Ti1-x)O3계 재료, Pb(Mg, Nb)O3-Pb(Zrx,Ti1-x)O 3계 재료, Pb(Mg, Nb)O3-PbTiO3계 재료 및 BaTiO3계 재료와 같은 압전재료를 사용할 수 있다.First, Figure 4 is an overall structure of the ultra-high frequency mechanical switch of the microelectromechanical system according to the present invention, the input electrode 11 made of a conductive metal material, the output electrode 12 made of a conductive metal material, the input and output electrode made of a conductive metal material Supports the armature 13, the pole 13, the lower electrode 15, the piezoelectric material 16 and the upper electrode 17, which serve as connection and disconnection control, and control residual stress in the manufacturing process. It is composed of an elastic support 14 to exert a force to bend the cantilever down to maintain the switch operating state, and a lower electrode 15 made of a conductive material located on the lower surface of the piezoelectric drive. The contactor 13 is manufactured at a height sufficient to be electrically insulated from the input electrode 11 and the output electrode 12, and the input electrode 11 and the output electrode 12 are also electrically insulated from each other. Manufactured so that there is sufficient clearance. The piezoelectric material 16 is an A-site substitution or a B-site substitution with respect to an ABO 3 structure material. The piezoelectric material 16 is a Pb (Zrx, Ti 1-x ) O 3 based material, Pb (Mg, Nb) O 3 Piezoelectric materials such as -Pb (Zrx, Ti 1-x ) O 3 based materials, Pb (Mg, Nb) O 3 -PbTiO 3 based materials and BaTiO 3 based materials can be used.

다음, 도 5는 본 발명에 의한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치의 단면도로, 잔류 응력을 조절하지 않은 상태의 단면도를 나타낸 것이다.Next, FIG. 5 is a cross-sectional view of a micro electromechanical system high frequency switch according to the present invention, which is a cross-sectional view of a state in which residual stress is not controlled.

다음, 도 6은 스위치 온(Switch ON) 상태로, 종래의 정전 인력 방식에서는 대향 전극 사이에 전압을 걸어 주어 서로 끌어당기는 정전 인력을 유발시켜 스위치 온 상태를 유지한다. 일반적으로 여러 층의 박막이 올려지는 반도체 공정의 특성상 제조 공정 조건에 따라 적층 구조물에 수축 또는 팽창하려는 잔류응력이 내재하게 된다. 이러한 잔류응력은 현재 잘 발달된 반도체 공정의 정립에 따라 설계자의 의도에 따라 임의대로 조절할 수 있는 수준에 와 있다. 본 발명에서는 이러한 잔류응력을 적절히 조절하여 고주파 스위치의 초기 구조 상태가 아래로 휘게 하여 구동 전압을 별도로 인가하지 않고도 스위치 온 상태가 유지되도록 한다.Next, FIG. 6 shows a switch-on state. In the conventional electrostatic attraction method, a voltage is applied between the opposite electrodes to cause the electrostatic attraction to attract each other to maintain the switched-on state. Generally, due to the nature of semiconductor processes in which multiple layers of thin films are placed, residual stresses that are intended to shrink or expand in a laminate structure are inherent in manufacturing process conditions. These residual stresses are now at a level that can be arbitrarily controlled by designers according to the well-established semiconductor process. In the present invention, the residual stress is appropriately adjusted so that the initial structural state of the high frequency switch is bent downward so that the switched-on state is maintained without separately applying a driving voltage.

다음, 도 7은 스위치 오프(Switch OFF) 상태로, 압전형 마이크로액추에이터는 압전 박막의 양단에 전압 차이를 주게 되면, 길이 방향으로 수축 또는 팽창하는 고유한 특성이 있다. 예를 들어 상부전극에 0V, 하부전극에 5V의 전압을 가하여 하부전극이 상부전극에 비해 전위가 높은 경우 압전 박막이 길이 방향으로 수축하여 탄성지지보를 위쪽으로 휘게 하는 힘을 일으키게 되어 스위치 오프 상태로 변환되게 되는 것이다. 종래의 접점이 붙어서 떨어지지 않는 문제점을 능동적인 압전 구동력에 의해 접점이 떨어지게 함으로써 스위치의 내구 신뢰성을 획기적으로 개선시킬 수 있게 되는 것이다.Next, FIG. 7 is a switch OFF state, and the piezoelectric microactuator has a unique characteristic of contracting or expanding in the longitudinal direction when a voltage difference is applied to both ends of the piezoelectric thin film. For example, if the lower electrode has a higher potential than the upper electrode by applying a voltage of 0 V to the upper electrode and 5 V to the lower electrode, the piezoelectric thin film contracts in the longitudinal direction, causing a force to bend the elastic support upwards, thereby switching off. Will be converted. It is possible to drastically improve the endurance reliability of the switch by dropping the contact point by the active piezoelectric driving force to the problem that the conventional contact point does not fall.

따라서, 본 발명의 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치는 전압을 인가하지 않고도, 반도체 박막 제조 공정 조건을 조절함으로써 나타나는 잔류응력을 이용하여 스위치 동작 상태를 유지할 수 있는 단순하고 신뢰성 있는 고주파 스위치를 구현할 수 있고, 여러 층의 복잡한 적층 제조 공정을 거치지 않고, 전압 차이에 의한 압전 박막의 수축 구동력을 이용하여 스위치 비작동 상태를 능동적으로 일으키고 유지할 수 있어 종래의 접점이 붙어서 떨어지지 않던 문제점을 극복하여 내구 신뢰성을 획기적으로 개선할 수 있다. 또한 종래의 정전인력형 구조에서는 접극자와 입출력 전극 사이의 거리가 멀어지면 정전인력의 물리법칙에 의해 인력이 거리의 역수에 비례하므로 접극자와 입출력 전극 사이의 거리가 1~2 마이크로미터 정도의 근접 거리만이 가능하였었는데 압전체를 이용한 본 발명에서는 이 거리를 멀게 할 수 있어 스위치 비작동시 접극자와 입출력 전극 사이의 절연성 및 고주파 특성을 높일 수 있는 효과가 있다.Therefore, the micro electromechanical system high frequency switch using the residual stress and the piezoelectric driving force of the present invention is simple and reliable that can maintain the switch operation state by using the residual stress which appears by adjusting the semiconductor thin film manufacturing process conditions without applying voltage. The high frequency switch can be realized, and the switch operation can be actively generated and maintained by using the shrinkage driving force of the piezoelectric thin film due to the voltage difference without going through a complicated multilayer manufacturing process of several layers. It can overcome and significantly improve the durability reliability. In addition, in the conventional electrostatic attraction type structure, when the distance between the pole and the input / output electrode increases, the attraction force is proportional to the reciprocal of the distance by the physical law of the electrostatic attraction, so the distance between the pole and the input / output electrode is about 1 to 2 micrometers. In the present invention using a piezoelectric body, only the close distance was possible, so that the distance can be increased, thereby increasing the insulation and high frequency characteristics between the electrode and the input / output electrode when the switch is not operated.

도1은 종래기술의 MEMS RF 스위치의 구조 평면도.1 is a structural plan view of a prior art MEMS RF switch.

도2는 종래기술의 MEMS RF 스위치의 비작동 상태의 구조 단면도.2 is a structural cross-sectional view of a non-operational state of a prior art MEMS RF switch.

도3은 종래기술의 MEMS RF 스위치의 작동 상태의 구조 단면도.3 is a structural cross-sectional view of an operating state of a prior art MEMS RF switch.

도4는 본 발명의 전체 구조도4 is an overall structural diagram of the present invention

도5는 본 발명의 잔류 응력을 조절하지 않은 상태의 구조 단면도.5 is a structural sectional view of a state in which the residual stress of the present invention is not adjusted.

도6은 본 발명의 잔류 응력을 조절하여 스위치 작동 상태를 유지하고 있는 구조 단면도.Figure 6 is a cross-sectional view of the structure to maintain the switch operating state by adjusting the residual stress of the present invention.

도7은 본 발명의 잔류 응력을 조절한 구조에 대해 전압을 인가하여 스위치 비작동 상태를 유지하고 있는 구조 단면도.7 is a cross-sectional view of a structure in which a switch is not operated by applying a voltage to a structure in which residual stress of the present invention is controlled.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

11 : 입력 전극 12 : 출력 전극11 input electrode 12 output electrode

13 : 접극자 14 : 탄성지지보13: polarizer 14: elastic support beam

15 : 하부전극 16 : 압전물질15: lower electrode 16: piezoelectric material

17 : 상부전극17: upper electrode

Claims (12)

잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치에 있어서,In a high frequency switch of a micro electromechanical system using residual stress and piezoelectric driving force, 적층되는 여러 박막들을 지지하는 탄성지지보;An elastic support for supporting a plurality of laminated thin films; 상기 탄성지지보 위에 형성된 하부 전극;A lower electrode formed on the elastic support; 상기 하부 전극 위에 형성되어 구동력을 유발하는 압전 박막;A piezoelectric thin film formed on the lower electrode to induce a driving force; 상기 압전 박막 위에 형성된 상부 전극;An upper electrode formed on the piezoelectric thin film; 상기 탄성지지보의 끝단 아래에 형성되어 고주파수 입출력 전극부의 전기적 이음과 끊음을 조절하는 접극자; 및A connector formed under the end of the elastic support to control electrical coupling and disconnection of the high frequency input / output electrode; And 상기 접극자의 일정 거리 아래 떨어진 바닥 부분에 형성된 고주파수 입력 전극부와 출력 전극부A high frequency input electrode portion and an output electrode portion formed on the bottom portion away from the predetermined distance of the contactor 를 포함함을 특징으로 하는 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치.Micro electromechanical system high frequency switch using residual stress and piezoelectric driving force, characterized in that it comprises a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탄성지지보는 절연체임을 특징으로 하는 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치.The elastic support beam is a micro electromechanical system high frequency switch using residual stress and piezoelectric driving force, characterized in that the insulator. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 압전막은 ABO3구조의 재료에 대해서 A-site 치환이나 B-site 치환임을 특징으로 하는 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치.The piezoelectric film is a micro electromechanical system high frequency switch using residual stress and piezoelectric driving force, characterized in that A-site substitution or B-site substitution for ABO 3 structure material. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 ABO3구조의 재료는 Pb(Zrx,Ti1-x)O3계 재료, Pb(Mg, Nb)O3 -Pb(Zrx,Ti1-x)O3계 재료, Pb(Mg, Nb)O3-PbTiO3계 재료 및 BaTiO3계 재료 중 어느 하나를 사용함을 특징으로 하는 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치.The material of the ABO 3 structure is Pb (Zrx, Ti 1-x ) O 3 -based material, Pb (Mg, Nb) O 3 -Pb (Zrx, Ti 1-x ) O 3 -based material, Pb (Mg, Nb) Microwave electromechanical system high frequency switch using residual stress and piezoelectric driving force, characterized by using either O 3 -PbTiO 3- based material or BaTiO 3- based material. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탄성지지보의 접극자는 상기 입력 전극 및 출력 전극과 소정의 간격으로 떨어져 있음을 특징으로 하는 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치.And the contactor of the elastic support is spaced apart from the input electrode and the output electrode at predetermined intervals. The micro electromechanical system high frequency switch using the residual stress and the piezoelectric driving force. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 입력 전극 및 출력 전극은 소정의 간격으로 떨어져 있음을 특징으로 하는 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치.And the input electrode and the output electrode are spaced at a predetermined interval, and the micro electromechanical system high frequency switch using the residual stress and the piezoelectric driving force. 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치에 있어서,In a high frequency switch of a micro electromechanical system using residual stress and piezoelectric driving force, 접극자는 탄성지지보 및 탄성지지보 위에 적층된 하부전극, 압전박막 및 상부전극의 제조 공정상의 잔류응력의 조절에 의해 입력 전극 및 출력 전극과 접촉되어 있음을 특징으로 하는 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치.Using the residual stress and the piezoelectric driving force, the contactor is in contact with the input electrode and the output electrode by controlling the residual stress in the manufacturing process of the lower electrode, the piezoelectric thin film and the upper electrode stacked on the elastic support and the elastic support. Micro electromechanical system high frequency switch. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 접극자와 입력 전극 및 출력 전극이 접촉되는 것이 스위치 온 상태임을 특징으로 하는 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치.The micro electromechanical system high frequency switch using the residual stress and the piezoelectric driving force, characterized in that the contact between the electrode, the input electrode and the output electrode is switched on. 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치에 있어서,In a high frequency switch of a micro electromechanical system using residual stress and piezoelectric driving force, 상부전극 및 하부전극에 인가된 전압이 압전박막을 길이방향으로 수축시켜 탄성지지보를 위쪽으로 휘게 하는 것을 특징으로 하는 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치.A micro electromechanical system high frequency switch using residual stress and piezoelectric driving force, characterized in that the voltage applied to the upper electrode and the lower electrode causes the piezoelectric thin film to shrink in the longitudinal direction to bend the elastic support upward. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 탄성지지보가 위쪽으로 휘어지는 것은 접극자가 입력 전극 및 출력 전극에서 떨어지는 것임을 특징으로 하는 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치.The elastic support is bent upwards is a miniature electromechanical system high frequency switch using residual stress and piezoelectric driving force, characterized in that the pole is falling from the input electrode and the output electrode. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 접극자가 입력 전극 및 출력 전극에서 떨어지는 것은 스위치 오프 상태임을 특징으로 하는 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치.The high frequency switch of the micro electromechanical system using the residual stress and the piezoelectric driving force, characterized in that the pole is falling off the input electrode and the output electrode. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 상부전극 및 하부전극에 인가된 전압은 상부전극 보다 하부전극이 전위가 높은 것을 특징으로 하는 잔류응력 및 압전구동력을 이용한 초소형 전기 기계 시스템 고주파 스위치.The voltage applied to the upper electrode and the lower electrode is a microelectromechanical system high frequency switch using residual stress and piezoelectric driving force, characterized in that the lower electrode has a higher potential than the upper electrode.
KR10-2003-0034923A 2003-05-30 2003-05-30 RF MEMS switch using residual stress and piezo-driving force KR100520891B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0034923A KR100520891B1 (en) 2003-05-30 2003-05-30 RF MEMS switch using residual stress and piezo-driving force

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0034923A KR100520891B1 (en) 2003-05-30 2003-05-30 RF MEMS switch using residual stress and piezo-driving force

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040103039A KR20040103039A (en) 2004-12-08
KR100520891B1 true KR100520891B1 (en) 2005-10-11

Family

ID=37379216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-0034923A KR100520891B1 (en) 2003-05-30 2003-05-30 RF MEMS switch using residual stress and piezo-driving force

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100520891B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100837416B1 (en) * 2006-12-18 2008-06-12 삼성전자주식회사 Micro switch device

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040103039A (en) 2004-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7583169B1 (en) MEMS switches having non-metallic crossbeams
EP1395516B1 (en) Membrane for micro-electro-mechanical switch, and methods of making and using it
US6307452B1 (en) Folded spring based micro electromechanical (MEM) RF switch
JP5083977B2 (en) ELECTROMECHANICAL ELEMENT, ITS DRIVING METHOD, AND ELECTRIC DEVICE USING THE SAME
US7209019B2 (en) Switch
US6841839B2 (en) Microrelays and microrelay fabrication and operating methods
EP1391906B1 (en) Electrostatic RF mems switches
US20060017533A1 (en) Diaphragm activated micro-electromechanical switch
JP2008238330A (en) Mems device and portable communication terminal having the same device
TWI466374B (en) Electronic device, variable capacitor, micro switch, method of driving the micro switch and mems type electronic device
JP4887466B2 (en) MEMS switch and communication apparatus using the same
US8207460B2 (en) Electrostatically actuated non-latching and latching RF-MEMS switch
JP2006147540A (en) Electric mechanical switch
KR100335046B1 (en) Micromachined microwave switch with push-pull configuration
KR100520891B1 (en) RF MEMS switch using residual stress and piezo-driving force
KR101030549B1 (en) Rf switch using mems
KR100502156B1 (en) MEMS RF switch
JP5130291B2 (en) Electromechanical element and electrical equipment using the same
KR100636351B1 (en) Electrostatic driven RF MEMS switch and manufacturing thereof
US6743989B2 (en) Microswitch
KR100493532B1 (en) Electrostatic bi-directional microelectromechanical actuator
JP4359920B2 (en) Electromechanical switch
KR100773005B1 (en) Diaphragm activated micro-electromechanical switch
JP2007214039A (en) Micro-machine switch and electronic equipment
JP2011034929A (en) Mems switch

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110720

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120711

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee