KR100726434B1 - 수직 콤 액츄에이터 알에프 멤스 스위치 - Google Patents

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수직 콤 액츄에이터 알에프 멤스 스위치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF MEMS 스위치는 기판, 기판 상부 표면상에 서로 소정의 간격으로 이격되어 증착되는 제1 신호라인 및 제2 신호라인, 기판 상부 표면을 기준으로, 제1 및 제2 신호라인 상 방향에 위치하며, 제1 및 제2 신호라인 각 각과 소정의 간격으로 이격된 액츄에이터, 및 기판 상부 표면을 기준으로, 액츄에이터의 상 방향에 위치하며, 소정의 구동 전압이 인가되면, 액츄에이터를 제1 신호라인 및 제 2 신호라인과 접촉하게 하는 고정부를 포함한다. 이에 의하여 액츄에이터가 기판에 붙는 현상을 방지할 수 있고, 저전압 구동이 가능하고, 삽입손실 및 전력손실을 줄일 수 있다.
콤(comb) 구조, RF MEMS 스위치, 액츄에이터, 신호라인

Description

수직 콤 액츄에이터 알에프 멤스 스위치 { Vertical comb actuator radio frequency micro-electro- mechanical systerms swictch }
도 1은 종래의 RF MEMS 스위칭소자의 일 예를 도시한 도면,
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF MEMS 스위치의 구성을 도시한 평면도,
도 2b는 도 2a의 선 A-A'를 따라 절단한 수직 단면도,
도 3a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 RF MEMS 스위치의 구성을 도시한 평면도, 그리고
도 3b는 도 3a의 선 B-B'를 따라 절단한 수직 단면도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
210 : 하부기판 220 : 제1 신호라인
230 : 제2 신호라인 240 : 액츄에이터
250 : 고정부 260 : 상부기판
310 : 하부기판 320 : 액츄에이터
330 : 제2 신호라인 340 : 고정부
350 : 상부기판
본 발명은 RF(Radio Frequency) MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 스위치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액츄에이터 상부의 고정부와 액츄에이터 사이에 정전기력이 발생함으로써, 액츄에이터가 기판에 붙는 현상을 방지할 수 있고, 콤(comb) 액츄에터(actuator) 구조을 이용함으로써, 저전압 구동이 가능하고, 하나의 컨택(contact) 포인트를 갖음으로써, 삽입손실 및 전력손실을 줄일 수 있는 RF MEMS 스위치에 관한 것이다.
MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)는 전기적인 구성요소와 기계적인 구성요소를 작게 조합하여 구성한 소자나 시스템을 말한다. RF(Radio Frequency) MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)는 MEMS를 이용한 RF 소자나 시스템을 의미한다. MEMS는 RF 소자의 성능, 기능, 집적화 등을 높여주고, 크기, 가격, 부피, 전력 소모 등을 낮추어 준다.
일반적으로, 고주파 대역에서 사용되는 많은 전자 시스템은 초소형화, 초경량화, 고성능화가 되어가고 있다. 따라서, 지금까지 이러한 시스템들에서 신호를 제어하기 위해서 사용되고 있는 FET(Field Effect Transistor) 스위치나 핀 다이오드(Pin Diode)와 같은 반도체 스위치들은 대역 폭, 아이솔레이션(isolation), 삽입손실(insertion loss), 전력소모(power consumption), 선형성(linearity) 등에서 많은 단점을 갖고 있다.
여기서 삽입손실(insertion loss)은 스위치가 온 상태에서 RF 신호를 손실이 적게 전달하는 특성을 말하고, 아이솔레이션(isolation)은 오프 상태에서 RF 신호를 전달하지 않는 특성을 말한다. 또한 선형성(linearity)은 입력 파위 대비 출력 파워의 비가 일정한 특성을 말한다.
MEMS 스위치는 매우 넓은 대역 폭에서 우수한 특성을 갖고 있다. 특히, 활용 가능한 주파수 대역이 매우 넓고, 아이솔레이션 특성이 매우 크며, 삽입손실, 전력소모 등이 매우 작다.
MEMS 기술을 이용한 RF 소자 중 현재 가장 널리 제작되고 있는 것은 스위치이다. RF 스위치는 마이크로파나 밀리미터파 대역의 무선통신 단말기 및 시스템에서 신호의 선별 전송이나 임피던스 정합 회로 등에서 많이 응용되는 소자이다.
도 1은 종래의 RF MEMS 스위칭소자의 일 예를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 RF MEMS 스위칭소자(10)는, 반도체 기판(11), 기판(11)의 상부에 형성된 한 쌍의 신호라인(13), 및 신호라인(13)을 연결시키는 연결부(15)로 구성되어 있다.
신호라인(13) 중 어느 하나를 통해 입력되는 RF 신호는 연결부(15)을 통해 다른 하나의 신호라인(13)으로 전달된다. 연결부(15)는 정전기력(electrostatic force) 등과 같은 외부의 구동력에 의해 구동되어 신호라인(13)들과 접촉되거나 신호라인(13)들로부터 이탈된다. 따라서, 신호라인(13)을 통한 RF 신호의 전송 여부는 연결부(15)에 의해 결정된다.
종래에는 상술한 바와 같이 연결부(15)가 기판(11)과 밀착되어 제조되므로 연결부(15)와 기판(11) 사이의 희생층을 제거시, 연결부(15)와 기판(11)이 붙는 현 상(stiction)이 발생하는 문제점이 있었다.
또한 연결부(15)의 양단이 신호라인(13)에 접촉되는 구조를 이룸에 따라, 컨택 저항(Contact Resistance)을 줄이는데에는 한계가 있으며, 그에 따르는 삽입 손실(Insertion Loss) 및 전력소모(power consumption)가 높게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 액츄에이터 상부의 고정부와 액츄에이터 사이에 정전기력이 발생함으로써, 액츄에이터가 기판에 붙는 현상을 방지할 수 있고, 콤(comb) 액츄에터(actuator) 구조을 이용함으로써, 저전압 구동이 가능하고, 하나의 컨택(contact) 포인트를 갖음으로써, 삽입손실 및 전력손실을 줄일 수 있는 RF MEMS 스위치를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 제안된 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF MEMS 스위치는 기판, 상기 기판 상부 표면상에 서로 소정의 간격으로 이격되어 증착되는 제1 신호라인 및 제2 신호라인, 상기 기판 상부 표면을 기준으로, 상기 제1 및 제2 신호라인 상 방향에 위치하며, 상기 제1 및 제2 신호라인 각각과 소정의 간격으로 이격된 액츄에이터, 및 상기 기판 상부 표면을 기준으로, 상기 액츄에이터의 상 방향에 위치하며, 소정의 구동 전압이 인가되면, 상기 액츄에이터를 상기 제1 신호라인 및 제 2 신호라인과 접촉하게 하는 고정부를 포함한다.
상기 액츄에이터 및 상기 고정부는 콤(comb) 구조로서, 서로 맞물리는 것이 바람직하다.
상기 액츄에이터는 브리지(bridge) 형태로 스위칭 동작을 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 RF MEMS 스위치는 상기 기판과 본딩을 이루면서, 상기 고정부를 고정시키는 다른 기판을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 RF MEMS 스위치는 상기 기판에 의해서 지지되며, 상기 고정부를 고정시키는 지지대를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 RF MEMS 스위치는 기판, 상기 기판 상부 표면 상에 서로 소정의 간격으로 이격되어 증착되는 제1 신호라인 및 제2 신호라인, 상기 제1 신호라인과 일체를 이루며, 상기 기판 상부 표면으로부터 소정의 간격으로 부상된 액츄에이터, 및 상기 기판 상부 표면을 기준으로, 상기 액츄에이터의 상 방향에 위치하며, 소정의 구동 전압이 인가되면, 상기 액츄에이터를 상기 제2 신호라인과 하나의 컨택 포인트에서 접촉하게 하는 고정부를 포함한다.
상기 액츄에이터 및 상기 고정부는 콤(comb) 구조로서, 서로 맞물리는 것이 바람직하다.
상기 액츄에이터는 상기 제1 신호라인에 의해서 지지되는 것이 바람직하다.
상기 액츄에이터는 캔틸레버(cantilever) 형태로 스위칭 동작을 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 RF MEMS 스위치는 상기 기판과 본딩을 이루면서, 상기 고정부를 고정시키는 다른 기판을 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 RF MEMS 스위치는 상기 기판에 의해서 지지되며, 상기 고정부를 고정시키는 지지대를 더 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF MEMS 스위치의 구성을 도시한 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 선 A-A'를 따라 절단한 수직 단면도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 RF MEMS 스위치(200)는 하부기판(210), 제1 신호라인(220), 제2 신호라인(230), 액츄에이터(240), 고정부(250), 및 상부기판(260)을 포함한다.
하부기판(210)상에는 제1 신호라인(220) 및 제2 신호라인(230)이 서로 소정의 간격으로 이격된 상태에서 증착된다. 액츄에이터(240)는 하부기판(210)과 소정의 간격(d1)으로 부상되어 증착한다. 즉, 액츄에이터(240)는 브리지(bridge) 형태로 스위칭 동작을 한다. 또한 액츄에이터(240)는 상 방향으로 콤(comb) 구조를 이룬다.
RF MEMS 스위치(200)가 온 상태인 경우, 컨택 포인트(P1,P2)에서 액츄에이터(240)과 제1 신호라인(220) 및 제2 신호라인(230)이 접촉한다.
고정부(250)는 하 방향으로 콤(comb) 구조를 이루며, 소정의 구동 전압이 인가되면, 고정부(250)의 빗살과 액츄에이터(240)의 빗살이 맞물리는 구조를 이룬다. 고정부(250)는 상부기판(260)에 의해서 고정되어 액츄에이터(240)가 상하 방향으로 가동된다.
소정의 구동전압이 액츄에이터(240)와 고정부(250)에 인가되면 그 사이에 정전기력이 발생하여 고정부(250)는 액츄에이터(240)를 끌어당긴다. 따라서, 액츄에이터(240)는 컨택 포인트(P1,P2)에서 제1 신호라인(220) 및 제2 신호라인(230)과 접촉하게 된다.
액츄에이터(240)와 제1 신호라인(220) 및 제2 신호라인(230)이 접촉함으로써, RF MEMS 스위치(200)가 온 상태가 된다.
액츄에이터(240)와 고정부(250)가 서로 콤(comb) 구조를 이룸으로써, 상대적으로 양 사이의 간격이 작아 종래의 RF MEMS 스위치보다 작은 구동전압으로 RF MEMS 스위치(200)를 온 시킬 수 있다.
액츄에이터(240)와 고정부(250)가 콤(comb) 구조가 아닌 경우, 콤(comb) 구조인 경우 보다 고전압의 구동 전압이 필요하나, RF MEMS 스위치 제조시 액츄에이터(240)가 기판(210)에 붙는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예는 액츄에이터(240) 제조시 희생층의 간격(d1)을 종래 보다 크게 할 수 있어 RF MEMS 스위치 제작시 액츄에이터가 기판에 붙는 현상을 방지할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 RF MEMS 스위치의 구성을 도시한 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 선 B-B'를 따라 절단한 수직 단면도이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 RF MEMS 스위치(300)는 하부기판(310), 액츄에이터(320), 제2 신호라인(330), 고정부(340), 및 상부기판(350)을 포함한다.
하부기판(310)상에는 제1 신호라인(320a)이 증착된다. 액츄에이터(320)는 제1 신호라인(320a)에 의해서 지지되며, 제1 신호라인(320a)과 일체를 이룬다. 액츄에이터(320)는 하부기판(310)과 소정의 간격(d2)으로 부상된다. 즉, 액츄에이터(320)는 캔틸레버(cantilever) 형태로 스위칭 동작을 한다. 또한 액츄에이터(320)는 상 방향으로 콤(comb) 구조를 이룬다.
제2 신호라인(330)은 하부기판(310)상에 제1 신호라인(320a)과 소정의 간격으로 이격되어 증착된다. 제2 신호라인(330)은 RF MEMS 스위치(300)가 온 상태인 경우, 컨택 포인트(P3)에서 액츄에이터(320)와 접촉한다.
고정부(340)는 하 방향으로 콤(comb) 구조를 이루며, 소정의 구동 전압이 인가되면, 고정부(340)의 빗살과 액츄에이터(320)의 빗살이 맞물리는 구조를 이룬다. 고정부(340)는 상부기판(350)에 의해서 고정되어 액츄에이터(320)가 가동된다.
소정의 구동전압이 액츄에이터(320)와 고정부(340)에 인가되면 그 사이에 정전기력이 발생하여 고정부(340)는 액츄에이터(320)를 끌어당긴다. 따라서, 액츄에이터(320)는 컨택 포인트(P3)에서 제2 신호라인(330)과 접촉하게 된다. 액츄에이터(320)와 제2 신호라인(330)이 접촉함으로써, 결국 제1 신호라인(320a)과 제2 신호라인(330)이 연결된다. 이로써, RF MEMS 스위치(300)가 온된다.
액츄에이터(320)와 고정부(340)가 서로 콤(comb) 구조를 이룸으로써, 상대적으로 양 사이의 간격이 작아 종래의 RF MEMS 스위치보다 작은 구동전압으로 RF MEMS 스위치를 온 시킬 수 있다.
액츄에이터(320)와 고정부(340)가 콤(comb) 구조가 아닌 경우, 콤(comb) 구 조인 경우 보다 고전압의 구동 전압이 필요하나, RF MEMS 스위치 제조시 액츄에이터(320)가 기판(310)에 붙는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예는 액츄에이터(320) 제조시 희생층의 간격(d2)을 종래 보다 크게 할 수 있어 RF MEMS 스위치 제작시 액츄에이터(320)가 기판에 붙는 현상을 방지할 수 있다. 또한 컨택 포인트(P1)가 하나이므로 삽입손실 및 전력소모가 작아진다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 액츄에이터 상부의 고정부와 액츄에이터 사이에 정전기력이 발생함으로써, 액츄에이터가 기판에 붙는 현상을 방지할 수 있고, 콤(comb) 액츄에터(actuator) 구조를 이용함으로써, 저전압 구동이 가능하다.
또한, 하나의 컨택(contact) 포인트를 갖음으로써, 삽입손실 및 전력손실을 줄일 수 있다.
이와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (11)

  1. 하부기판 및 상부기판;
    상기 하부기판 상부 표면상에 서로 소정의 간격으로 이격되어 증착되는 제1 신호라인 및 제2 신호라인;
    상기 하부기판 상부 표면을 기준으로, 상기 제1 및 제2 신호라인 상 방향에 위치하며, 상기 제1 및 제2 신호라인 각각과 소정의 간격으로 이격된 액츄에이터; 및
    상기 상부기판 측에 마련되어, 상기 액츄에이터의 상 방향에 위치하며, 소정의 구동 전압이 인가되면, 상기 액츄에이터를 상기 제1 신호라인 및 제 2 신호라인과 접촉하게 하는 고정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF(radio frequency) MEMS(micro-electro- mechanical systerms) 스위치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 액츄에이터 및 상기 고정부는 콤(comb) 구조로서, 서로 맞물리는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 브리지(bridge) 형태로 스위칭 동작을 하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 하부기판에 의해서 지지되며, 상기 고정부를 고정시키는 지지대;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치.
  6. 기판;
    상기 기판 상부 표면 상에 서로 소정의 간격으로 이격되어 증착되는 제1 신호라인 및 제2 신호라인;
    상기 제1 신호라인과 일체를 이루며, 상기 기판 상부 표면으로부터 소정의 간격으로 부상된 액츄에이터; 및
    상기 기판 상부 표면을 기준으로, 상기 액츄에이터의 상 방향에 위치하며, 소정의 구동 전압이 인가되면, 상기 액츄에이터를 상기 제2 신호라인과 하나의 컨택 포인트에서 접촉하게 하는 고정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF(radio frequency) MEMS(micro-electro- mechanical systerms) 스위치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 액츄에이터 및 상기 고정부는 콤(comb) 구조로서, 서로 맞물리는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 제1 신호라인에 의해서 지지되는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 캔틸레버(cantilever) 형태로 스위칭 동작을 하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 기판과 본딩을 이루면서, 상기 고정부를 고정시키는 다른 기판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 기판에 의해서 지지되며, 상기 고정부를 고정시키는 지지대;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치.
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