KR100755106B1 - 액체 금속 컨택트가 구비된 마이크로일렉트로미케니칼마이크로 릴레이 - Google Patents

Abstract

MEM 릴레이(110')는 액츄에이터, 액츄에이터 위에 배치되는 쇼팅 바(25), 컨택트 기판을 포함하며, 복수의 액체 금속 컨택트(126, 128)는 MEM 릴레이가 폐쇄된 상태에 있을 때 전기적으로 통하도록 컨택트 기판 위에 놓인다. 더욱이 MEM 릴레이는 컨택트 기판 위에 놓이는 히터(129, 129')를 포함하며, 상기 히터는 복수의 액체 금속 컨택트와 열이 통한다. 컨택트 기판은 그 위에 복수의 습윤 가능한 금속 컨택트(125, 127)를 더 포함하며, 이들 습윤 가능한 금속 컨택트의 각각은 복수의 액체 금속 컨택트(126, 128) 각각의 근방에 위치하며 습윤 가능한 금속 컨택트는 각각 복수의 액체 금속 컨택트와 전기가 통한다.

Description

액체 금속 컨택트가 구비된 마이크로일렉트로미케니칼 마이크로 릴레이{MICROELECTROMECHANICAL MICRO-RELAY WITH LIQUID METAL CONTACTS}

본 발명은 전기회로 및 전자회로와 그 구성요소에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 액체 금속 컨택트가 구비된 마이크로일렉트로미케니칼 릴레이(MEM relays)에 대한 것이다.

MEM 스위치는 정전하(electrostatic charge), 열, 압전현상 또는 다른 작동 메커니즘에 의해 작동되며, 마이크로일렉트로미케니칼 제조 기술에 의해 만들어지는 스위치이다. MEM 스위치는 전기 신호, 기계 신호 또는 광학 신호를 제어할 수 있다. 일반적으로 종래의 MEM 스위치는 개방되어 있는 정지 상태(rest state)를 가지는 싱글 폴 싱글 스로우(single pole, single throw; SPST) 형태인 것이 보통이다. 정전 액츄에이터를 가지는 스위치에서, 정전하를 제어 전극에 (또는 반대 극성의 정전하를 2극 구조에) 인가하면, 정전 인력("당기는 힘")이 스위치에 작용되어 스위치가 폐쇄될 것이다. 스위치는 제어 전극 상의 정전하를 제거하면 개방되고, 전기자(armature)의 스프링 복원력에 의해 개방된다. 액츄에이터 특성에는 요구되는 개폐력(make and break force), 작동 속력, 수명, 밀봉성 및 컨택트 구조의 화학적 안정성 등이 있다.

마이크로 릴레이는 MEM 전자 스위치 구조를 포함하며, 이 구조는 별개의 MEM 전자 작동 구조에 의해 작동된다. 마이크로 릴레이의 스위치 부분과 액츄에이터 부분 사이에는 하나의 기계적 인터페이스만이 존재한다. 스위치 전기회로가 액츄에이션 전기회로로부터 분리되지 않는 결과로 얻어지는 소자는 보통 마이크로 릴레이가 아니라 스위치라고 불린다. 비록 본 명세서에서 개시된 전기 소자 구조는 완전한 실시를 위해 이러한 기판이 필요하지는 않지만, MEM 소자는 기판을 사용하여 형성되는 것이 보통이며 이는 집적회로 제조와 호환될 수 있다. MEM 마이크로 릴레이는 보통 한쪽이 100마이크로미터이고 다른 한쪽은 수 밀리미터이다. 전자 스위치 기판은, 별도로 조립되었을 경우, 액츄에이터 구조와의 적절한 기계적 인터페이스 및 요구되는 스위치 특성과 호환될 수 있는 (유전 손실, 전압 등의) 성질을 가져야 한다.

MEM 스위치는 소자용 컨택트에서와 같이 금이나 니켈(또는 다른 적절한 금속)을 이용하여 형성된다. 현재의 제조 기술에서는, 사용될 수 있는 컨택트 금속의 형태가 제한되는 경향이 있다. 종래 방식으로 제조된 컨택트의 수명은 수백 만회이거나 그보다 짧다. MEM 소자 내의 미소 규격 컨택트는 매우 작은 영역의 표면(보통 5×5㎛)을 가지려는 경향이 있다. 전류를 운반할 수 있는 전체 컨택트 표면부는 미세한 표면 거칠기, 그리고 전기적 및 기계적으로 접하는 두 표면의 평면적인 정렬을 이루기가 어려운 점에 의해 제한된다. 따라서 수백 또는 수천㎛²의 컨택트 표면이 이용 가능한 것으로 보이는 경우에도 대부분의 컨택트는 포인트 컨택트(point contacts)이다. 이러한 적은 유효 컨택트 영역 내에서 높은 전류밀도는 미소용접(microwelds) 및 표면 용융을 발생시키는데, 이는 제어되지 않으면 컨택트의 손상이나 고장으로 이어진다. 이러한 금속 컨택트는 보통 수백만 사이클 정도로 작동 수명이 짧다.

현재 최고 기술의 매크로 범위(macro-scale) 릴레이 스위치가 개발되어 있다. 신호 컨택트를 위해 수명이 긴 컨택트 야금기술을 개발하기 위한 노력이 있어왔다. 신호 컨택트 신호 수명 및 적절한 컨택트 야금기술은, (현저한 전류나 전압이 없는) "건식(dry)" 신호, 유도 부호(inductive loads) 및 고전류 부하와 같은 인가에 의해 평가된다.

스위치 컨택트 도전율을 향상시키기 위한 수은(원소기호 Hg)이 컨택트 수명을 연장시킨다는 사실이 업계에 알려져 있다. Hg에 의해 향상된 컨택트는 동일한 구조이나 수은이 없는 컨택트에 비해 더 높은 전류에서 작동할 수 있다. 수은에 의해 습윤된(wetted) 리드 스위치(reed switches)를 한 예로 들 수 있다. 수은이 습윤된 다른 스위치의 예들은 미국 특허 5,686,875, 4,804,932, 4,652,710, 4,368,442, 4,085,392 및 일본 출원 03118510(공개공보 04-345717) 등에 기재되어 있다.

고전압 정전 신호에 의해 제어되는 (MEM 릴레이보다 훨씬 큰 소자인) 소형 릴레이(miniature relay)에 수은 액적을 사용하는 것은, 미국특허 5,912,606호에 설명되어 있다. 미국특허 5,912,606호에서는, 제 1 컨택트로부터 취해진 액체 금속을 제 2 컨택트로부터 취해진 액체 금속으로 끌어들이거나, 컨택트를 전기적으로 연결하기 위해 게이트 위에 장착된 쇼팅 컨덕터(shorting conductor)에 양 컨택트로부터 액체 금속을 인출하기 위해 게이트 위에 정전 신호를 사용한다.

종래의 수직 작동되는 표면 미소가공된(micromachined) 정전 MEM 마이크로 릴레이(10) 구조가 도 1에 나타나 있다. MEM 마이크로 릴레이(10)는 미소가공된 캔틸레버 서포트(34)가 위에 놓이는 단일 기판(30)을 포함한다. 제 1 신호 컨택트(50), 제 2 신호 컨택트(54) 및 제 1 액츄에이터 제어 컨택트(60a)는 동일한 기판(30) 내에 놓여 있다. 컨택트는 마이크로 릴레이를 외부 신호에 연결하기 위한 외부 연결(미도시)을 포함한다. 캔틸레버(40)의 한 단부는 캔틸레버 서포트(34) 위에 놓인다. 캔틸레버(40)는 제 2 액츄에이터 제어 컨택트(60b)를 포함한다. 캔틸레버(40)의 제 2 단부는 쇼팅 바(shorting bar; 52)를 포함한다. 2개의 도전성 액츄에이터 제어 컨택트(60a, 60b)는 MEM 마이크로 릴레이(10)의 작동을 제어한다.

제어 신호가 없으면, 캔틸레버(40) 위의 쇼팅 바(52)는 서포트(54)에 의해 기판(30) 위에 놓인다. 캔틸레버(40)가 이 위치에 있으면, 기판(30) 위의 제 1 신호 컨택트(50) 및 제 2 신호 컨택트(54)는 전기적으로 연결되지 않는다. 기판(30) 제어 커넥션 위의 제 1 액츄에이터 제어 컨택트(60a)와 제 2 액츄에이터 제어 컨택트(60b) 사이의 전위차에 의해 형성된 정전력이 사용되어 캔틸레버(40)를 기판(30)을 향해 아래로 누른다. MEM 마이크로 릴레이(10)는 도전성 쇼팅 바(52)를 사용하여, 캔틸레버(34) 및 캔틸레버(40)와 같이 동일한 기판(30)에 부착된 2개의 신호 컨택트(50, 54) 사이에서 연결을 형성한다. 쇼팅 바(52)는, 기판(30)으로 당겨질 때, 제 1 신호 컨택트(50) 및 제 2 신호 컨택트(54)와 접하여 이들을 전기적으로 연결한다. 보통 캔틸레버(40)는 쇼팅 바(52)를 캔틸레버 정전 액츄에이터 제어 컨택트(60b)로부터 분리시키는 절연 섹션(미도시)을 가진다. 따라서 제 1 신호 컨택트(50) 및 제 2 신호 컨택트(54)는 캔틸레버(40)의 쇼팅 바(52)에 의해 연결되는데, 쇼팅 바(52)는 2개의 액츄에이터 제어 컨택트(60a, 60b)를 사용하는 분리된 정전력 메커니즘에 의해 작동된다. 컨택트(50, 54) 및 쇼팅 바(52)는 보통 상술한 문제 때문에 수명이 짧다.

삭제

미소가공된 정전 MEM 마이크로 릴레이(10)는 평상시에 개방된(normally open; NO) 스위치 컨택트 구조로서 나타나 있다. 액츄에이터 제어 컨택트(60a)와 캔틸레버 빔(40)의 폭은 보통 수 마이크론(1/1,000,000미터)이다. 쇼팅 바와 신호 컨택트 사이의 갭은 대략 크기가 같다. 스위치가 폐쇄되면, 캔틸레버 빔(40)은 액츄에이터 제어 컨택트(60a)와 가까우나 직접 전기적으로 접하지는 않는다.

만일 신호 컨택트가 수은으로 습윤될 수 있고, 마이크로 릴레이의 나머지 부분이 습윤될 수 없다면, 수은은 신호 배선(signal metalization) 위에 증착되어, 모세관 작용에 의해 캔틸레버 아래의 활성 컨택트 영역 내로 흘러들어갈 수 있다. 이와 같이 인접한 간격에 수은 브리징(mercury bridging)이 형성되는 문제는 해결되어야 한다. 수은 컨택트가 포함되지 않았을 때, 컨택트는 스플래싱 및 액체 금속 보충을 포함하여, 상술한 특허들에 기재된 모든 문제를 겪을 수 있다.

수은 컨택트는 종래의 MEM 스위치에 있어서 중요한 해결 과제이다. 기판 위의 컨택트와 쇼팅 바 사이의 전형적인 물리적 분리(physical separation)는 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터이다. 마이크로 릴레이를 제조하는 동안 컨택트 표면에 수은을 위치시키므로, 화학 공정은 수은 또는 다른 액체 금속과 호환되어야 한다. 수은은 마이크로 릴레이의 수직 구조를 제조하는데 사용되는 전형적인 CMOS 공정과 호환성이 제한적이거나 없다.

쇼팅 바와 컨택트 사이가 좁게 분리되면, 마이크로 릴레이가 완전히 작동 가능하게 된 뒤 수은을 컨택트 위에 넣기가 어렵다. 완전히 작동하는 컨택트 및 쇼팅 바 표면에 수은을 도포하기는 어려우며, 이들 좁은 간격에서의 수은 브리징 문제는 해결되어야 한다. 매크로스케일 액체 컨택트에 적용되는 것으로 알려진 모든 문제는 MEM 마이크로 릴레이에도 적용된다. 이 MEM 마이크로 릴레이 디자인에 액체 컨택트를 더하려면 다른 형성 기술 및 다른 컨택트 시스템이 필요하다.

정전 액츄에이터를 사용하는 수직 구조 MEM 릴레이는 복수의 앵커 포인트 및 컨택트 스프링과 해제 스프링을 도 1에 나타난 캔틸레버의 대체물로 사용함으로써 제조될 수 있다. 컨택트와 해제 스프링을 가지는 무선 주파수(RF) 릴레이는, 미국 캘리포니아주 Newport Beach에서 열린, 제 47 회 Annual International Relay Conference (1999년 4월 19∼21일)에서 OMRON Corporation의 Komura 등이 발표한 "Micro Machined Relay for High Frequency Application" 및 일본 공개 공보 11-134998(1999년 5월 21일)에 기재되어 있다.

도 2는 횡형 스위치(lateral switch)가 구비된 종래의 MEM 스위치를 나타낸다. 마이크로 릴레이(10')는 쇼팅 바 서포트(44)에 연결된 횡형 액츄에이터(70)를 지지하는 기판(32)을 가진다. 제 1 도전성 제어 컨택트(60a')는 하우징 기판(32)에 장착되며 제 2 도전성 제어 컨택트(60b')는 기판(32)에 장착된다. 쇼팅 바(52')는 쇼팅 바 서포트(44) 위에 놓인다. 제 1 신호 컨택트(50') 및 제 2 신호 컨택트(54')는 같은 하우징 기판(30) 위에 놓인다. 마이크로 릴레이가 폐쇄된 상태에 있을 때 쇼팅 바(52')는 신호 컨택트(50', 54')를 전기적으로 접촉되게 한다.

액체 컨택트를 종래의 마이크로 릴레이 구조에 인가하는 것도 상술한 이유 때문에 쉽지 않다. 기판 위의 컨택트와 쇼팅 바 사이의 전형적인 물리적 간격은 수 마이크로미터이다. 이에 따라, MEM 스위치가 제조된 뒤 액체 금속(예를 들어 수은)을 컨택트 내로 넣기가 어려워진다.

본 기술 분야에서는 현재 기술의 단점을 제거하여 MEM 릴레이를 더욱 개선할 필요가 있다. MEM 공정을 사용하여 제조된 DC 또는 RF 마이크로 릴레이를 형성하기 위한 MEM 액츄에이터와 결합된 고압 컨택트 구조, 긴 수명, 높은 전류가 필요하다. 응용 분야에 따라서는 환경 문제를 고려하여 수은을 포함하지 않는 액체 금속 컨택트를 사용할 필요가 있다.

발명의 요약

수백 볼트의 개방 회로 및 수백 암페어 전류의 폐쇄 회로를 견딜 수 있으며 십억 번 이상의 작동 수명을 가지는 컨택트 구조를 제조할 것이 요구된다. 다양한 응용 분야에 대해, 액체 금속을 사용하여 MEM 릴레이의 컨택트를 개선할 필요가 있다. 수은이 사용될 수 있는 경우, 액체 금속 컨택트를 포함하는 컨택트 기판을 별도로 제조하고 컨택트 기판을 액츄에이터 기판에 접합시켜 MEM 릴레이를 형성할 수 있다.

많은 금속 및 도전성 합금이 MEM 구조의 나머지에 대해 사용 가능한 온도에서 액화될 것이기 때문에 액체 금속은 수은에 한정되지 않는다. 비록 종래 릴레이의 크기에 의해 컨택트 또는 전체 릴레이의 가열 개념이 실제적이지 않게 되지만, 종래의 릴레이 컨택트에 비해 MEM 마이크로 릴레이 컨택트의 미시적 특성에 따라, 액체 컨택트 작동을 얻기 위한 컨택트 영역(또는 전체 MEM 마이크로 릴레이)을 가열하기 쉽게 된다.

이러한 기술적 요구는 본 발명의 MEM 디자인 및 방법에 의해 해결된다.

본 발명의 진보적인 사상에 따르면, MEM 릴레이는 액츄에이터, 액츄에이터 위에 놓이는 쇼팅 바, 컨택트 기판, 컨택트 기판 위에 놓이는 복수의 액체 금속 컨택트를 포함하여, MEM 릴레이가 폐쇄된 상태에 있을 때 복수의 액체 금속 컨택트가 통전되게 한다. 더욱이 MEM 릴레이는 상기 컨택트 기판 위에 놓이는 히터를 포함하며, 히터는 복수의 액체 금속 컨택트와 열적으로 통해 있다. 컨택트 기판의 위에는 복수의 습윤 가능한 금속 컨택트가 추가로 놓이며, 이들 복수의 금속 컨택트는 각각 액체 금속 컨택트 각각에 근접하며 습윤 가능한 금속 컨택트는 각각 복수의 액체 금속 컨택트와 전기적으로 통해 있다.

이러한 배열에 의해, 컨택트 시스템은 MEM 제조 기술과 호환되며 릴레이가 상온에서 작동되는 동안 히터를 사용하여 액화될 수 있는 컨택트 재료를 활용할 수 있다. 습윤 가능한 금속 컨택트 및 액체 금속 컨택트는 MEM 릴레이를 위한 긴 수 명, 고전압 및 고전류 컨택트를 제공한다. 게다가 이런 응용에서는 수은을 사용하지 않아도 된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, MEM 릴레이는 액츄에이터, 액츄에이터 위에 놓이는 습윤되지 않는 금속 쇼팅 바, 상기 습윤되지 않는 금속 쇼팅 바와 떨어져 있으며 상부면과 하부면을 가지는 컨택트 기판을 가진다. MEM 릴레이는 또 컨택트 기판의 상부면 위에 놓이는 제 1 액체 금속 컨택트를 포함하며, 컨택트 기판의 하부면에는 제 1 신호 컨택트가 놓이며, 릴레이는 컨택트 기판을 통과하는 액체 금속으로 코팅되는 내면과 외면을 가지며 MEM 릴레이가 폐쇄 상태에 있을 때 제 1 액체 금속 컨택트와 전기적으로 통하는 제 1 비아를 포함한다. 최종적으로 MEM 릴레이는 하부면에 제 2 신호 컨택트가 놓이는 상기 컨택트 기판의 상부면에 놓이는 제 2 액체 금속 컨택트, 상기 컨택트 기판을 통과하는 액체 금속으로 코팅되는 내부면 및 외부면을 가지며 MEM 릴레이가 폐쇄된 상태에 있을 때 상기 제 2 액체 금속 컨택트 및 상기 제 2 신호 컨택트를 통전되게 하는 제 2 비아를 포함한다.

이러한 배열에 의해 액체 금속 컨택트를 MEM 마이크로 릴레이 내로 삽입하는 것은, 액체 금속의 모세관 현상을 이용하고 MEM 마이크로 릴레이가 완전히 제조된 뒤 액체 금속을 삽입함으로써 이루어진다. 이 방법에 의하면, MEM 컨택트 구조가 MEM 액츄에이터와 함께 제조될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따라, MEM 릴레이를 제조하는 방법은 액츄에이터를 제공하는 단계, 액츄에이터 위에 놓이는 습윤되지 않는 금속 쇼팅 바를 제공하는 단계, 습윤되지 않는 금속 쇼팅 바와 이격되어 있는 하부면과 상부면을 가지는 컨택트 기판을 제공하는 단계, 및 컨택트 기판의 상부면에 배치된 제 1 액체 금속 컨택트를 제공하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은 또, 컨택트 기판의 하부면에 놓이는 제 1 신호 컨택트를 제공하는 단계, 액체 금속으로 코팅된 내면 및 외면을 가지는 제 1 비아를 제공하는 단계, 컨택트 기판을 통과시키는 단계, 및 MEM 릴레이가 폐쇄된 상태에 있을 때 제 1 액체 금속 컨택트와 제 1 신호 컨택트를 통전되게 하는 단계, 컨택트 기판의 상부면에 놓이는 제 2 액체 금속 컨택트를 제공하는 단계를 더 포함한다. 최종적으로 본 발명의 방법은, 컨택트 기판의 하부면에 놓이는 제 2 신호 컨택트를 제공하는 단계, 및 액체 금속으로 코팅된 내면과 외면을 가지는 제 2 비아를 제공하는 단계, 컨택트 기판을 통과시키는 단계, MEM 릴레이가 폐쇄된 상태에 있을 때 제 2 액체 금속 컨택트와 제 2 신호 컨택트를 통전되게 하는 단계, 및 제 1 비아 및 제 2 비아를 도입하여 제 1 컨택트와 제 2 컨택트를 습윤되게 하는 단계를 포함한다.

이러한 조립 기술에 의해, 액체 금속 컨택트는 비아를 통해 공급되는 외부 공급원으로부터 액체 금속을 수용할 수 있다. 더욱이 다량의 액체 금속은 액체 금속 컨택트를 형성할 수 있는데, 이 컨택트는 도전성 금속 쇼팅 바가 없이도 물리적으로 전기 접촉을 형성할 수 있다. 본 발명의 진보성 있는 기술에 의해 제조된 컨택트는 수명이 길고, 보다 높은 전류를 통할 수 있으며, MEM 릴레이에서 사용되는 전형적인 컨택트보다 더 높은 전압 신호를 처리할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, MEM 릴레이는 별도로 제조되며 2개 이상의 금속 컨택트를 가지는 컨택트 기판을 포함한다. 제어 기판은 액츄에이터 기판에 접합되어 있다. 이러한 배열에 의해, 컨택트 시스템은 액츄에이션 시스템과 별도로 제조되며, 이들 2개의 조립체는 함께 접합되어 습윤 가능한 금속 컨택트 표면에 삽입되는 액체 금속이 사용될 수 있게 하거나 전기적 및 기계적 접촉을 하도록 놓이는 액체 금속 컨택트가 사용될 수 있게 한다. 액체 금속 컨택트 및 금속 컨택트에 습윤된 액체 금속은 MEM 릴레이를 위한 긴 수명, 높은 전류 및 높은 전압을 제공한다.

비록 본 발명의 진보적인 사상이 전기적 응용에 대해 설명되었지만, 본 발명은 다른 MEM 릴레이 구조 및 다른 응용 분야에도 적용될 수 있음을 당업자라면 알 수 있을 것이다.

전술한 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 이하의 도면, 상세한 설명 및 특허 청구범위에 의해 더욱 명확해질 것이다.

도면의 간단한 설명

전술한 본 발명의 특징은 도면에 대한 하기의 설명에 의해 더욱 명백하게 될 것이다.

도 1은 종래기술의 수직으로 작동된 표면 미소가공된 정전 MEM 마이크로 릴레이의 도면;

도 2는 종래 기술의 횡형 MEM 마이크로 릴레이의 평면도;

도 3은 본 발명에 따른 마이크로 릴레이를 형성하는 액체 금속을 가지는 일체식 작동 기판 및 컨택트 기판을 개략적으로 나타내는 도면;

도 3A는 본 발명에 따른 액체 금속 컨택트를 가지는 일체식 작동 기판 및 컨택트 기판이 구비된 수직 MEM 소자를 나타내는 도면;

도 4는 본 발명에 따른 액체 금속 컨택트 및 히터가 구비된 수직 MEM 소자를 개략적으로 나타내는 도면;

도 4A는 본 발명에 따른 액체 금속 컨택트 및 액체 금속 컨택트에 인접 배치된 히터가 구비된 MEM 소자를 개략적으로 나타내는 도면;

도 5는 본 발명의 사상에 따른 액체 컨택트를 활용할 수 있는 횡형 MEM 마이크로 릴레이의 평면도;

도 6은 본 발명에 따른 액체 금속이 충전된 컨택트를 가지는 횡형 MEM 마이크로 릴레이의 컨택트 영역을 나타내는 평면도;

도 7은 본 발명에 따른 MEM 마이크로 릴레이를 형성하기 위해 별도로 제조된 액체 금속 컨택트 세트가 구비된 횡형 액츄에이터를 통합시키는 것을 개략적으로 나타내는 도면;

도 8은 본 발명의 다른 실시예에서, 액체 금속 컨택트가 충전된 횡형 개방 상태 MEM 마이크로 릴레이 기판의 쇼팅 바 및 컨택트 기판의 평면도;

도 9는 본 발명의 다른 실시예에서, 액체 금속 컨택트가 충전된 횡형 폐쇄 상태 MEM 마이크로 릴레이 기판의 쇼팅 바 및 컨택트 기판의 평면도;

도 10은 본 발명의 다른 실시예에서, 액체 금속 컨택트가 충전된 횡형 폐쇄 상태 MEM 마이크로 릴레이 기판의 비도전성 액체 운동 바 및 컨택트 기판의 평면도;

도 11은 본 발명의 다른 실시예에서, 밀봉된 액체 금속 컨택트가 충전된 횡형 개방 상태 MEM 마이크로 릴레이 기판의 쇼팅 바 및 컨택트 기판을 나타내는 도면;

도 12는 본 발명의 다른 실시예에서, 밀봉된 액체 금속 컨택트가 충전된 횡형 폐쇄 상태 MEM 마이크로 릴레이 기판의 쇼팅 바 및 컨택트 기판을 나타내는 도면;

도 13은 본 발명의 다른 실시예에서, 단일 컨택트 밀봉된 액체 금속이 충전된 개방 상태의 MEM 마이크로 릴레이 기판의 비습윤성 금속 접촉 멤브레인 및 컨택트 기판의 도면;

도 14는 본 발명의 다른 실시예에서 측면으로 슬라이딩하는, 개방 상태의 횡형 액체 금속 컨택트 MEM 마이크로 릴레이 기판의 도면이다.

본 발명을 상세히 설명하기 전에, 몇 가지 개념과 용어를 설명한다. "액체 금속 컨택트(liquid metal contact)"란 전류가 도전되는 동안의 결합면이 용융 금속 또는 용융 금속 합금으로 이루어지는 전기 컨택트를 의미한다. 액체 금속 컨택트(용융 금속)는 고체(비용융) 구조에 의해 유지된다(제 위치에서 지지된다). 고체 구조는 습윤될 수 있어, 액체 금속, 예를 들어, 수은의 층을 유지할 것이다. "액체 금속 컨택트"라는 용어는 구조, 예를 들어, 액적(droplet)을 형성하는 다량의 액체 금속을 의미할 수도 있는데, 이 액적은 MEM 소자 또는 유지 구조(retaining structure)의 표면장력에 의해 금속 표면의 제 위치에 유지되어, 액체 금속의 위치를 제어한다. 스위치 및 릴레이라는 용어는 서로 바꾸어 사용될 수 있다.

비록 본 명세서에서 개시되는 전자 스위치 즉 릴레이의 일부는 성공적인 실행을 위해 기판이 필요하지 않지만, MEM 소자는 보통 현재의 집적회로 제조와 호환될 수 있는 기판을 사용하여 형성된다. 스위치 부분과 액츄에이터가 별도로 조립되어야 한다면, 전자 컨택트 기판은 (유전 손실, 내전압성(voltage withstanding) 등) 원하는 스위치 성능과 호환될 수 있고 전자 액츄에이터 구조와의 인터페이스에 적합한 성질을 가져야만 한다.

종래 MEM 소자 위에의 금속 컨택트는 수명이 제한적이었다. 액체 금속 컨택트는 컨택트 시스템의 수명을 개선시킬 수 있다. 그러나 액체 컨택트를 종래의 마이크로 릴레이 구조에 적용하기는 어렵다. 예를 들어 기판 위의 컨택트와 캔틸레버 액츄에이터 사이의 전형적인 물리적 간격은 수 마이크로미터이다. 이러한 간격에서는 MEM 스위치가 완전히 작동하게 된 뒤, 수은을 기판에 삽입하기가 힘들다. (큰 캔틸레버 서포트가 필요한) 캔틸레버 위의 넓은 간격에 의하면 작동에 필요한 제어 전압이 높아질 것이다.

도 3에서 고성능 MEM 릴레이(100)는 집적 패키지로서 나타나 있다. 도 3은 MEM 릴레이(100)의 집적 패키징의 일반적인 구조를 액츄에이터나 컨택트 메커니즘 없이 나타낸다. MEM 릴레이(100)는 (컨택트 영역이라고도 불리는) 신호 컨택트 기판(106)과 접합된 액츄에이터 기판(104)을 포함하여, 모듈러 릴레이(100)를 형성한다. (완전한 기판으로부터 기계적인 톱질(mechanical sawing)에 의해 각 다이를 분리하는데 요구되는 바와 같이) 최종 패키지(미도시)는 한쪽이 수 밀리미터인데, 인쇄 배선 보드(printed wiring board) 및 혼합 모듈(hybrid modules)을 위한 현재의 제조 기술에는 2개의 신호 컨택트(108, 109) 및 2개의 제어 컨택트(102a, 102b) 사이의 필요한 간격이 요구된다.

MEM 릴레이(100)는 셀프 패키징 마이크로 릴레이를 제공하도록 배치된다. MEM 릴레이(100)에의 상부 및 하부 커버(미도시)는 완전한 셀프 패키징을 형성한다. 외부 연결 신호 컨택트(108, 109) 및 제어 컨택트(102a, 102b)를 기판 외부에 놓으면, 기판 장착요소로서 사용하기 위한 완전한 조립체가 된다. 또한, MEM 릴레이(100)는 (혼합 모듈과 같은) 더 높은 레벨의 조립체의 일부로서 사용될 수 있다. 완전히 집적화된 구조는 종래의 패키징 기술에 결합되는 별도의 큰 패키지 또는 내부 접합 와이어의 필요성을 제거할 수 있다.

도 3A에서 별도의 액츄에이터 및 컨택트 구조에 기초한 다른 실시예, 여기서는 수직 MEM 릴레이(101)가 나타나 있다. 수직 MEM 릴레이(101)는 각 기판이 별도로 조립된 뒤 컨택트 기판(114)에 조립되는 액츄에이터 기판(112)을 포함한다.

액츄에이터 기판(112)은 기계 가공된 캔틸레버 서포트(120) 및 제 1 액츄에이터 제어 컨택트(124a)를 포함한다. 캔틸레버(122)의 한쪽 단부는 캔틸레버 서포트(120) 위에 놓이며 제 2 액츄에이터 제어 컨택트(124b)를 포함한다. 캔틸레버(122)의 다른 단부는 쇼팅 바(123)를 포함한다. 2개의 도전성 액츄에이터 제어 컨택트(124a, 124b)는 수직 MEM 릴레이(101)의 작동을 제어한다.

액체 금속 신호 컨택트(116, 118)는 별도의 컨택트 기판(114) 위에서 조립된다. 액체 컨택트를 수직 작동된 MEM 스위치에 추가하려면, 컨택트 기판(114)은 액츄에이터 기판(112)으로부터 별도로 조립될 필요가 있다. 액체 신호 컨택트(116, 118)는 수은을 사용하는 액체 금속 도전성 표면을 가지는 것이 바람직하다. 액체 금속 신호 컨택트를 위한 별도의 공정을 사용하면, 컨택트 구조 위의 액체 금속의 양이 주의 깊게 제어되는 장점이 있다. 컨택트 기판(114)은 액체 금속이 도포된 뒤 액츄에이터 기판(112)에 조립된다. 액체 금속 신호 컨택트(116, 118)와 컨택트 기판, 예를 들어 습윤 가능한 금속 컨택트 및 절연층 사이에 추가의 층이 만들어질 수 있음이 이해되어야 할 것이다.

작동 시, 제어 신호가 인가되지 않으면, 수직 MEM 마이크로 릴레이(101)는 개방 위치에 있다. 이 위치에서 캔틸레버(122) 위의 쇼팅 바(123)는 서포트(120)에 의해 액츄에이터 기판(112) 위로 올려지며, 컨택트 기판(114) 위로도 올려진다. 컨택트 기판(114) 위의 제 1 및 제 2 액체 금속 신호 컨택트(116, 118)는 연결되지 않는다. 제 2 액츄에이터 제어 컨택트(124b)와 제 1 액츄에이터 제어 컨택트(124a) 사이의 전위차에 의해 형성된 정전력이 사용되어 캔틸레버(122)를 액츄에이터 기판(112)을 향하여 아래로 당긴다. 이러한 정전력은 별도로 제조되며 액츄에이터 기판(112)에 접합되는 컨택트 기판(114)을 향해 캔틸레버(122)를 아래로 당기는데도 사용된다.

수직 MEM 릴레이(101)는 도전성 쇼팅 바(123)를 사용하여, 분리된 컨택트 기판(114)에 부착되는 2개의 신호 컨택트(116, 118) 사이를 연결한다. 별도의 컨택트 기판(114)으로 당겨질 때, 쇼팅 바(123)는 제 1 및 제 2 액체 금속 신호 컨택트(116, 118)의 액체 금속 표면에 닿아 이들을 전기적으로 연결한다. 캔틸레버(122)는 보통 쇼팅 바(123)를 캔틸레버 정전 제어 유닛(124b)으로부터 분리시키는 절연부(미도시)를 가진다. 따라서 제 1 및 제 2 액체 금속 신호 컨택트(116, 118)는 캔틸레버(122)의 쇼팅 바(123)에 의해 연결되는데, 캔틸레버(122)는 2개의 액츄에이터 제어 컨택트(124a, 124b)의 표면을 사용하는 분리된 정전력 메커니즘에 의해 작동된다.

수직 MEM 릴레이(101)는 보통 개방되어 있는(normally open; NO) 스위치 컨택트 구조로서 나타나 있다. 도전성 제어 컨택트(124a) 및 캔틸레버(122) 빔 사이의 개방된 갭(gap)은 폭이 보통 수 마이크론(1/1,000,000미터)이다. 수직 MEM 릴레이(101)가 폐쇄된 상태에 있을 때, 캔틸레버 빔(122)은 도전성 액츄에이터 제어 컨택트(124a) 부근에 있다. 그러나 액츄에이터 제어 컨택트(124a, 124b)인 제어면은 직접 전기 접촉될 수 없거나 제어 신호가 쇼트될 것이다. 액츄에이터 기판(112)은 컨택트 기판(114)으로부터 별도로 조립되므로, 제 1 및 제 2 액체 금속 신호 컨택트(116, 118)는 도전성 액츄에이터 제어 컨택트(124a) 및 캔틸레버 빔(122) 작동과 간섭하지 않는다.

작동 시, 컨택트 기판(114)은 캔틸레버 빔(122) 및 액츄에이터 기판(112)에 대해 정밀하게 정렬되어, 별도의 컨택트 기판(114) 위에 조립되고 액체 금속 신호 컨택트(116, 118)를 포함하며 액체 금속을 함유하는, 컨택트 서브시스템으로 캔틸레버 빔(122) 및 쇼팅 바(123)가 인출되게 한다. 캔틸레버 빔 액츄에이터를 위한 수직 정전 제어 시스템에 의해 형성된 약한 힘 또한 추가의 문제이다. 이러한 약한 힘은 캔틸레버 빔에 가능한 이동을 제한하며, 액체 컨택트 재료에 의한 캔틸레버 빔의 임의의 습윤이 충분한 표면장력을 생성하여 캔틸레버 빔이 컨택트로부터 멀어지지 못할 수도 있다. 이에 따라 마이크로 릴레이 시스템이 고장날(쇼트될) 수 있다. 이 문제를 줄이기 위해, 쇼팅 바(123)는 습윤되지 않는 것이 바람직하다.

정전 액츄에이터를 사용하는 수직 구조 MEM 릴레이는 캔틸레버 빔(122)에 대한 대체물로서 복수의 앵커 포인트와 컨택트 스프링 및 해제 스프링에 의해 제조될 수 있다. 이러한 다층 수직 구조는 액체 컨택트의 사용에 적합한데, 이는 이동 가능한 액츄에이터 기판과 별도로 컨택트 기판이 제조되기 때문이다.

액츄에이터 및 스위치 구조의 별도 제조는, 수은이 액체 컨택트 재료라서 사용되지 않는 스위치 구조에는 필요 없으며, 방법 및 (예를 들어 컨택트 기판 위에 놓이는 히터(미도시)) 구조가 제공되어 액체 금속 컨택트 재료가 작동 온도에서 응고되는 것을 방지할 수 있다.

도 1의 다른 실시예인 도 4를 참조하면, 단순화된 수직 MEM 릴레이(110)가 도시되어 있다. 수직 MEM 릴레이(110)는 도 1의 요소의 일부 및 (도 1의 릴레이와 같은 구성요소에는 같은 도면부호를 사용하였다) 추가로 컨택트 기판(30)에 배치된 히터(129)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 습윤 가능한 컨택트(125, 127)는 니켈(Ni)을 사용하여 컨택트 기판(30) 위에서 조립된다. 액체 금속 컨택트(126, 128)는 각각 습윤 가능한 금속 컨택트(125, 127) 위에 놓인다. 표면장력은 컨택트 표면 위의 액체 금속에 대해 리텐션 효과(retension effect)를 가진다. 또 표면장력은 컨택트가 개방됨에 따른 스플래싱에 의한 액체 금속 손실 제어를 돕는다. 액체 금속 컨택트(126, 128)에 대해 금(Au)이 사용되고 공지 기술을 사용하여 조립되는 것이 바람직하다.

작동 시 히터(129)는 액체 금속 컨택트(126, 128)로 도전되는 충분한 열을 공급하여 액체 또는 거의 액체인 컨택트 층을 유지한다. 히터(129)는, 습윤 가능한 금속 컨택트(125, 127)를 녹이지 않고 액체 금속 컨택트(126, 128) 층에서 미소용융을 발생시키기에 충분한 열을 공급하는 것이 바람직하다. 수은을 제외하고, 전형적인 컨택트 재료는 일반적인 릴레이 작동 온도에서 응고될 것이다. 전형적인 재료를 사용하는 액체 금속 컨택트의 장점을 얻기 위해서는, 마이크로 릴레이 내에 전류가 흐르는 동안 용융 상태를 유지할 수 있는 임의의 형태의 열원이 있어야 한다. 열원은 내부 또는 외부일 수 있다. 내부 열원은 액체 금속 컨택트 부근의 컨택트 영역을 위한 별도의 히터이거나, 전체 마이크로 릴레이일 수도 있다. 컨택트 영역은 전류의 결과로 컨택트 재료 내에서 발생된 오옴(주울) 열에 의해 가열될 수 있다. 가열 방법의 조합이 동시에 채용될 수 있다. 열적으로 제어되는 액츄에이터도 열을 발생시킬 수 있다. 다른 가열 방법은 당업계에 공지되어 있으며 여기서 구체적으로 설명하지 않는다.

컨택트가 폐쇄되면(1 내지 10 오옴) 저항이 크지 않은 컨택트(moderate resistance contact)의 존재에 의해 컨택트 가열이 촉진된다. 미소용접이 파괴됨으로써 개방 공정 동안 컨택트가 갈라지면 컨택트 표면은 아마 매우 거칠게 될 것이다. 거친 표면은 폐쇄 시 적절한 컨택트 저항으로 귀결될 것이다. 폐쇄 시 적절한 컨택트 저항은 액체 금속 컨택트(126, 128)를 신속히 가열하여, 액체 금속의 형성을 통해 우수한 컨택트 시스템을 회복시킬 것이다.

MEM 릴레이(110)가 개방되거나 폐쇄되는 동안 미끄럼 마모에 의한 액체 금속 컨택트(126, 128)의 손상은 감소되는데, 이는 용융 작용이 각 폐쇄시의 어떠한 마모라도 없애기 때문이다. MEM 릴레이(110)의 컨택트 구조를 사용하는 다른 릴레이의 구성 역시도, 캔틸레버 구조에 대한 대안으로서 복수의 앵커 포인트 및 컨택트 스프링과 해제 스프링에 의해 제조되는 정전 액츄에이터와 결합될 수 있다. 다양한 형태의 컨택트 모양이 사용될 수 있는데, 이러한 예에는 편평한 표면 및 볼록 또는 오목한 결합면 등이 있으나 이러한 예에 한정되는 것은 아니다.

도 4의 다른 실시예인 도 4A에서, MEM 릴레이(110')는 별도의 히터(129')를 포함하는데, 이 히터는 컨택트 기판(30) 및 습윤 가능한 금속 컨택트(125, 127) 사이, 그리고 액체 금속 컨택트(126, 128)에 근접하여 컨택트 기판(30) 위에 놓인다. 히터(129')가 이렇게 배열되면, 열은 액체 금속 컨택트(126, 128)에 보다 효과적이고 높은 제어 능력으로 공급될 수 있다.

도 5에 액체 컨택트를 활용할 수 있는 횡형 MEM 릴레이(130)가 나타나 있다. 횡형 릴레이(130)는 별도의 액츄에이터 기판(140) 및 컨택트 기판(146)을 사용하여 제조될 수 있는데, 만일 컨택트를 습윤시키기 위해 수은이 사용된다면 이들은 액체 금속을 기판(146) 위에 도포한 뒤 서로 접합된다. 이와 달리, 히터(미도시)가 사용되어, 수은이나 별도의 제조 및 접합 공정 없이 액체 금속 컨택트를 제공하는데 사용될 수 있다.

횡형 MEM 액츄에이터(170)는 액츄에이터 기판(140) 위에 조립된다. 쇼팅 바 서포트(144)는 한 단부에서는 횡형 MEM 액츄에이터(170)에, 다른 단부에서는 쇼팅 바(132)에 연결된다. 횡형 MEM 액츄에이터(170)는, 2가지의 분리된 제조 공정을 결합시킬 때, 횡형 구조에의 액체 금속 도포를 용이하게 하기 위해 상당한 이동 거리와 연계된 높은 컨택트 형성 개폐력(make and break forces)을 가질 수 있다. 쇼팅 바(132)는 금속 구조로서 제조되며 습윤되지 않는 것이 바람직하다.

제 1 습윤 가능한 금속 신호 컨택트(149) 및 제 2 습윤 가능한 금속 신호 컨택트(153)는 컨택트 기판(146) 위에 조립된다. 액체 금속에 의해 쇼팅 바(132)가 습윤되면, 쇼팅 바(132)가 컨택트를 개방하기 위해 후퇴됨에 따라, 컨택트 파괴 작용은 습윤 표면(149, 153)에서부터 쇼팅 바(132)로의 액체 금속 브리징에 의해 복잡하게 될 것이다. 이러한 문제를 방지하기 위해 쇼팅 바(132)는 습윤되지 않는 것이 바람직하다.

만일 히터(미도시)가 사용되지 않으면, 수은인 것이 바람직한 액체 금속은 제조 공정 동안 컨택트에 도포되어 액체 금속 컨택트(150, 154)를 형성한다. 습윤 가능한 금속 신호 컨택트(149, 153)는, 컨택트 기판(146)에 고착된 금속 구조(수은이 사용될 경우 은이 바람직하다)나 컨택트 기판(146)의 벽에 부착되는 금속이다. 바람직한 형성 방법에는 벌크 또는 표면 미소가공이나 깊은 반응성 이온 에칭(deep reactive ion etching)이 있다.

액체 금속 컨택트(150)는 제 1 습윤 가능한 액체 금속 컨택트(149) 위에 놓이며, 액체 금속 컨택트(154)는 제 2 습윤 가능한 액체 금속 컨택트(153) 위에 놓인다. 만일 히터(미도시)가 사용되면, 액체 금속 컨택트(150, 154)에 대해서는 금이 사용되는 것이 바람직하다. 습윤 가능한 금속 신호 컨택트(149, 153)는 금이 액체 금속으로서 사용되는 경우 니켈 구조물들인 것이 바람직하다. 컨택트 구조를 조립하는데 사용될 수 있는 다른 습윤 가능한 금속과 액체 금속의 조합도 있을 수 있다. 습윤 가능한 금속 신호 컨택트(149, 153)는 추가의 절연층(미도시)에 의해 컨택트 기판(146)으로부터 절연된다. 어떤 기판은 부분적으로 도전성이므로 가끔 절연층이 필요하다. 습윤 가능한 금속 컨택트가 절연 기판에 부착된다면 절연 기판에는 절연층이 필요 없다.

작동 시, 액츄에이터는 쇼팅 바(132)를 제 1 액체 금속 컨택트(150) 및 제2 액체 금속 컨택트(154)를 향해 이동시키도록 작동한다. 쇼팅 바(132)가 액체 금속 컨택트(150, 154)의 액체 금속 표면과 접할 때, 액체 금속 컨택트(150, 154) 및 습윤 가능한 금속 신호 컨택트(149, 153)는 전기적으로 연결된다.
도 5에 나타난 상태의 쇼팅 바(132)는 액체 금속 컨택트(150, 154) 및 습윤 가능한 금속 신호 컨택트(149, 153)를 개방한다. 쇼팅 바(132)가 습윤되지 않아 컨택트가 보다 효과적으로 파괴되는 것이 바람직하다. 액체 금속(150, 154)이 쇼팅 바(132)를 습윤시키려면, 액체 금속 컨택트(150, 154)가 개방될 때, 액체 금속은 쇼팅 바(132)에 부착되며 액체 금속의 액체 표면 장력에 의해 갭 영역으로 끌린다. 이는 컨택트가 개방되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 문제를 완화시키기 위해, 쇼팅 바(132)는 비습윤성인 것이 바람직하다.
조립되었을 때, 횡형 MEM 릴레이(130)는 도 2와 연계하여 설명한 종래의 횡형 작동 마이크로 릴레이와 유사하게 작동한다. 그러나 액체 금속 컨택트를 사용하면, 작동 온도에서 액체 금속 컨택트(150, 154)를 가지는 별도의 컨택트 구조에 의해, 또는 저온에서의 가열된 액체 금속 컨택트의 사용에 의해, 저항이 매우 낮고 큰 전류가 흐르는 단면이 가능해진다. 주의해서 조립하면 횡형 MEM 릴레이(130)는 기생 인덕턴스 및 정전용량(parasitic inductance and capacitance)을 제어함으로써 극히 높은 주파수의 신호와 함께 사용될 수 있다. 고전류를 취급할 수 있는 능력은 컨택트 구조 손실의 함수로서, 액체 금속을 기화점까지의 가열한다. 과잉 가열은 낮은 열 저항(및 큰 열 질량)을 액체 컨택트에 발생한 열에 제공함으로써 제어될 수 있다. 낮은 온도에서 작동되는 다른 실시예에서, 횡형 MEM 릴레이(130)는 액체 금속 컨택트(150, 154)의 액체 금속이 응고되는 것을 막기 위해 이들 부근에 히터 구조(미도시)를 포함할 수 있다. 온도 계수가 양인 저항성 재료에는 별도의 온도 센서가 필요하지 않을 것이다. 온도 계수가 양인 재료가 가열됨에 따라, 증가된 저항은 발생된 열을 감소시키고 컨택트 온도를 안정화시킨다. 액체 금속 컨택트 시스템의 오옴 손실 역시 전류가 흐를 때 열을 공급하고 컨택트를 액체 상태에 있게 한다.

횡형 MEM 릴레이(130)는 액츄에이터 운동을 얻기 위한 여러 기술 중 임의의 기술을 사용할 수 있다. 이러한 예에는 정전 콤 액츄에이터(comb actuator), 자기 액츄에이터, 압전 액츄에이터 및 열 액츄에이터가 포함된다.

도 6에서, 다른 액체 컨택트 충전 기술을 사용하는 횡형 MEM 릴레이(160)의 컨택트 영역이 나타나 있다. 전체 컨택트 시스템은 나타나 있지 않다. 도 6은 (도 5의) 쇼팅 바(132), (도 5의) MEM 릴레이(130)의 액체 금속 컨택트(150, 154)의 다른 구조를 나타낸다. MEM 릴레이(160)는 별도의 액츄에이터 기판 및 별도의 컨택트 기판의 접합이 필요하지 않다. 횡형 MEM 릴레이(160) 컨택트 구조는 액츄에이터(180) 상에 배치된 쇼팅 바(184)를 포함한다. 쇼팅 바(184)는 습윤되지 않는 금속 표면을 가지도록 제조되는 것이 바람직하다. 컨택트 기판(188)은 습윤되지 않는 금속 쇼팅 바(184)로부터 이격되어 있어 이들과 면하는 컨택트 기판(188)의 표면 위에 2개의 액체 금속 컨택트(185, 186)를 포함한다. 기판 벽의 내부면은, 액체 금속을 보유하기 위해 액체 금속 컨택트를 위한 2개의 습윤 영역(미도시)을 가지도록 처리되는 컨택트 표면을 가진다. 액체 금속 컨택트(185, 186)는 컨택트 기판(188) 표면 위의 두 위치에서의 수직 금속배선이다. 각 액체 금속 컨택트(185, 186)는 컨택트 기판(188)의 바깥쪽 에지에의 연결을 위한 도전성 비아(194)를 가진다. 2개의 외부 신호 컨택트(190, 192)는 컨택트 기판(188)의 바깥쪽 에지에 놓인다.

비아(194)는 기판 내에 미소가공된 구멍(aperture)이다. 비아(194)는 기판의 한쪽으로부터 기판의 한쪽을 통해 다른 쪽으로 가는 접근 통로이다. 미소가공된 뒤, 비아(194)는 기판을 통해 금속 표면을 형성하기 위한 액체 금속 컨택트와 습윤될 수 있는 금속으로 라이닝될 수 있다. 비아(194)는 각 MEM 소자를 지지하고 있는 웨이퍼를 다이싱(dicing)한 뒤 컨택트 기판(188) 상에 놓인다. 비아(194) 영역은 습윤 가능하여 모세관 유동이, 비아(194)를 통해 외부 액체 금속원으로부터 액체 금속으로 채워지는 컨택트 영역을 충전하도록 한다.

조립 이후, 액체 금속은 비아(194)의 바깥 면에 도포되며 모세관 작용은 액체 금속을 내부로 당긴다. 표면장력 및 모세관 작용은 2개의 컨택트 영역을 액체 금속으로 채우게 한다. 이후 비아(194)를 향하는 외부 접근부는 밀봉되고, 2개의 외부 신호 컨택트(190, 192)는 컨택트 기판(188)의 외부에 놓인다.

작동 시, 금속 쇼팅 바(184)는 액체 금속 컨택트(185, 186)에 습윤되지 않아, MEM 릴레이(160)가 개방될 때 컨택트가 브리징되는 것을 방지한다. MEM 릴레이(160)가 폐쇄될 때, 금속 쇼팅 바(184)는 액체 금속 신호 컨택트(185, 186)와 접하고 2개의 외부 신호 컨택트(190, 192)를 도전성 비아(194)를 통해 전기적으로 연결한다. 금속 쇼팅 바(184)의 습윤은, 횡형 MEM 릴레이(160)가 개방될 때, 컨택트에서 쇼팅 바까지의 거리가 액체 금속 표면장력 브리징 거리를 초과할 것을 요한다.
진보성 있는 구조는, MEM 액츄에이터(180) 및 MEM 컨택트 금속배선 이후, 액체 금속이 액체 금속 컨택트(185, 186)에 도포될 수 있게 한다. 모세관 작용을 활용함으로써 액체 금속을 액체 금속 컨택트(185, 186)에 재공급할 수 있다.

쇼팅 바(184)는 액체 금속 컨택트(185, 186)의 액체 금속 표면과 접하고 있는 습윤되지 않는 도전성 표면에 조립될 수 있다. 금속 쇼팅(184) 바의 임의의 상당한 습윤은 액체 금속 컨택트(185, 186)로부터 금속 쇼팅 바(184)로의 브리지의 형성을 초래할 수 있으며, 그에 따라 액츄에이터(180)가 수축될 때, 액체 금속 컨택트(185, 186)가 개방되는 고장이 초래된다. 액체 금속 컨택트(185, 186) 상의 컨택트 재료는 액체 금속을 유지하기 위해 습윤되어야 한다.

임의의 습윤 가능한 쇼팅 바(미도시)가 사용될 때, 습윤 가능한 쇼팅바는 액체 금속 컨택트 영역으로부터 액체 금속의 표면장력이 임의의 브리징 쇼트 회로를 파괴할 수 있는 지점까지 후퇴될 수 있어야 한다.

각 습윤 가능한 컨택트 표면에는 정해진 양의 액체 금속이 있는 것이 바람직하다. 낮은 작동 온도의 액체 상태에서 컨택트에 대해 사용되는 액체 금속을 유지할 필요가 있는 경우, 가열 소자(미도시)가 컨택트 기판(188)에 접합될 수 있다. 예를 들어, 히터는 수은이 영하 37℃ 아래에서 응고되는 것을 방지한다. 히터는 온도계수가 양인 저항기로서, 가열력 및 액체 금속 온도가 어느 정도 자체 조정된다. 히터는 또 하나 이상의 마이크로 릴레이가 열적으로 접하는 외부 장치일 수도 있다.

상부 커버(미도시) 및 하부 커버(미도시)는 MEM 릴레이(160)에 접합되어 모든 측면에 밀봉된 패키지를 형성하며, 외부 신호 컨택트(190, 192) 및 MEM 릴레이(160)의 바깥쪽 표면에 형성될 수 있는 제어 커넥션(미도시)은 도 3에 나타난 것과 같은 구조를 형성한다.

컨택트 구조는 컨택트 기판 벽의 수직 크기의 전체를 차지한다. 더욱이, 액츄에이터(180)를 위한 측벽에서 약간의 간극만 가지고 컨택트 영역을 폐쇄하는 측벽(미도시)이 있어, 컨택트 기판(188) 둘레의 컨택트 영역은 효과적으로 밀봉되며 스플래싱 문제를 최소로 할 것이다. 밀봉은 기판 벽의 습윤되지 않은 면에 대한 액체 금속의 표면장력의 결과로 생성된다. 도 6에는 단지 컨택트가 구비된 벽만 도시되어 있다. 완전한 구조는 도 3 및 도 5와 연계되어 나타난 패키징 배열과 유사하다.

도 7에서 MEM 릴레이(200)는, 액츄에이터 기판(220)에 조립되는 횡형 액츄에이터(228)와 별도로 제조되는 컨택트 기판(240)을 포함한다. 컨택트 기판(240)은 액체 금속 컨택트(250, 254) 및 외부 연결부(244)를 포함한다. 컨택트 기판(250)은 비아(242)를 통해 액체 금속 컨택트(250, 254)에 연결되는 외부 신호 컨택트(244)를 포함한다. 이 구조는 도 3에서 나타난 패키징 배열과 유사하다.

보통 횡형 액츄에이터(228)는 액츄에이터(220) 중간의 웰(well) 내에서 조립되고 액츄에이터 기판(220)에 의해 지지되는 것이 보통이다. 횡형 액츄에이터(228)는 액츄에이터 조립 기판(220)에 대해 운동한다. 일반적으로 액츄에이터(228)는 운동 방향 양쪽(액체 금속 컨택트(250, 254)에서 멀어지거나 액체 금속 컨택트(250, 254)에서 가까워지는 방향)에 대해 힘을 발생시킬 수 있다. 액츄에이터 조립 기판(220)은, 신호를 결합시켜 액츄에이터를 제어하기 위해, 외부 액츄에이터 제어 컨택트(224a, 224b)를 가진다. 액츄에이터 제어를 위한 액츄에이터 조립 기판(220)의 바깥 쪽 표면에 이들 외부 액츄에이터 제어 컨택트(224a, 224b)를 형성함으로써, 도 3에서 설명한 통일된 셀프 패키징 MEM 릴레이를 제조할 수 있다.

절연된 액츄에이터 스페이서(232)는 횡형 액츄에이터(228)와 쇼팅 바(236) 사이에 연결된다. 절연된 액츄에이터 스페이서(232)의 목적은 액츄에이터 제어 경로로부터 단일 경로의 분리를 확실히 하기 위한 것이다. 제어 경로로부터 단일 경로의 분리는 액체 금속 컨택트를 사용하는데 있어 필요 사항은 아니나, 마이크로 릴레이의 유용한 응용에 요구되는 경우가 많다.

액체 금속 컨택트(250, 254) 및 쇼팅 바(236)는 모두 기본적으로 편평한 표면인 것이 바람직하다. 다른 컨택트 표면을 선택할 수도 있다. MEM 릴레이(200)는 액츄에이터 기판(220) 및 별도로 조립된 컨택트 기판(240)을 접합점(238)에서 접합함으로써 조립된다. MEM 릴레이(200)는 액체 금속 컨택트(250, 254)에 인접하여 컨택트 기판(240) 상에 배치되어 이들의 응고를 방지하는 히터(248)를 더 포함할 수 있다. 액체 금속으로서 수은이 사용되지 않는다면, 액츄에이터 기판(220)과 컨택트 기판(240)을 별도로 접합할 필요가 없다. 액체 금속 컨택트(250, 254)가 추가의 금속 경로(미도시)를 사용함으로써 외부 연결부(244)에 전기적으로 연결된다면 비아(242)는 사용할 필요가 없다.

도 8에서, 다른 MEM 릴레이(258)는 액체 컨택트를 사용하는 쇼팅 바(262) 및 컨택트 구조(276)를 가진다. 컨택트 기판(276)은 습윤 가능한 금속 컨택트(264, 265)를 가진다. 습윤 가능한 금속 컨택트(264, 265)는 비아(280)를 통해 외부 신호 컨택트(278)에 연결된다. 액체 금속 컨택트(274, 275)는 습윤 가능한 금속 컨택트(264, 265) 위에 배치된다. 액츄에이터(미도시)는 액츄에이터 절연 스페이서(268)에 연결된다.

절연 스페이서(268)는 그 양단에서 제 2 쇼팅 바(미도시)에 연결될 수 있으며, 양단(도 7에는 일단만이 도시)에서 컨택트 조립체는 MEM 릴레이(258)가 2개의 마주하는 컨택트 세트에 의해 조립될 수 있게 하여, MEM 릴레이(258)는 하나 이상의 컨택트 세트가 항상 폐쇄되나, 한번에 모두 폐쇄되지는 않는다. 이에 따라 MEM 릴레이(258) 용의 (현재 릴레이 용어로는 C 형이라고도 불리는) 단극 더블 스로우 스위치(single pole double throw switch)가 형성될 수 있다. 3 위치가 가능한(활성인 왼쪽, 정지의 중앙, 활성인 오른쪽) 액츄에이터를 사용하면 다른 MEM 릴레이 구조가 개발될 수 있어, 2개의 컨택트 세트 중 하나 또는 모두의 작동을 제공한다.

쇼팅 바(262)는 금속배선이 된 쪽에 원뿔형 즉 V형 함몰부와, 포획된 가스가 쇼팅 바(262)와 액체 금속 컨택트(274, 275) 사이의 영역으로부터 벗어나게 하는 가스 통기구(260)를 가진다. 가스압이 같게 될 필요가 없거나, 스위칭 속도가 최대로 될 필요가 없으면 가스 통기구(260)는 필요하지 않다. V형 구조의 쇼팅 바(262)는 가스가 배출될 수 있게 하는 개방 단부를 포함한다. 액체 금속은 가스 통기 메커니즘을 통해 벗어날 수 없다. 가스 통기구(260)는 포획된 가스가 벗어나 기에는 충분하나, 액체 금속에의 내부 압력이 액체 금속의 표면장력 및 가스 통기구(290)를 통한 액체 금속력(force liquid metal)을 극복하도록 하기에는 충분히 크지 않는 크기이다.

한 실시예에서 약간 과잉의 액체 금속이 컨택트 위에 놓이며, 쇼팅 바(262)는 액체 금속 컨택트(274)의 액체 금속이 액체 금속 컨택트(275)의 액체 금속과 접하도록 힘을 가한다. 도 8은 컨택트가 개방된 MEM 릴레이(258)를 나타내며, 도 9는 컨택트가 폐쇄된 MEM 릴레이(258)를 나타낸다.

도 9에서, 도 8의 MEM 릴레이(258)는 폐쇄된 상태로 나타나 있다. 쇼팅 바(262)가 앞으로 이동하여 액체 금속 컨택트(274, 275)와 접할 때, 비아(280)를 통해 연결된 외부 신호 회로(278)는 폐쇄된다. 액츄에이터(미도시)가 쇼팅 바(262)를 컨택트를 향하여 이동시킬 때, 액체 금속 컨택트(274, 275)는 부분적으로 변위되며 액체 컨택트(274, 275) 사이의 영역으로 이동된다. 충분한 컨택트 액체가 액체 금속 컨택트(274, 275) 사이의 부피 내로 이동할 때 컨택트 액체는, 비습윤성 쇼팅 바 금속(262)에 대해 분기되어 있는(in shunt with) 습윤 가능한 금속 컨택트 사이에 추가의 전류 경로를 형성한다. 이 컨택트 구조는 외부 신호 컨택트(278)를 전기적으로 연결하기 위한 2개의 경로를 제공하는데, 하나는 액체 금속 컨택트(274)로부터 쇼팅 바(262)를 통해 액체 금속 컨택트(275)를 향하는 것이며, 두 번째는 액체 금속 컨택트(275)와 직접 접하는 액체 금속 컨택트(274)를 통하는 것이다.

도 10에서, MEM 릴레이(258)의 대체 실시예인 MEM 릴레이(286)는 액체 금속 컨택트(274, 275) 내에 충분한 액체 금속을 가져, 습윤되지 않는 금속 쇼팅 바가 제거될 수 있고 컨택트 공정이 컨택트를 만드는 액체 금속 내에 완전히 포함되게 한다. 원뿔 또는 V형 형상의 비도전성 액체 운동 바(liquid motion bar; 292)는 액츄에이터 기판(290) 위에 놓인다. 비도전성 액체 운동 바(292)는, 도시된 바와 같이 하나의 도전성 구조로 결합시키기 위해 도 8의 2가지 액체 금속 구조(274, 275)에 힘을 가하는데 사용되는 비도전성 기계구조이다.

작동 시, 액츄에이터 기판(290) 위에 배치된 원뿔, 즉, V형 액체 운동 바(292)는 액체 금속 컨택트(274, 275)를 함께 밀고, 액체 내로 이동됨에 따라 액체의 스플래싱(splashing)을 제어한다. 액체 금속 컨택트(274, 275)가 기계적으로 함께 푸싱될 때 전기적으로 접촉된다. 액체가 안쪽으로 스플래싱되도록 힘을 받으면, 컨택트 영역으로부터의 액체 손실은 없으며 MEM 릴레이(286)의 작동 수명은 연장된다. 가스 통기구(260)는 컨택트 액체가 흘러나가는 것을 방지할 수 있을 정도로 작아야 한다. 컨택트 액체의 표면장력은 통기구를 통한 액체 유출을 제어하는데 있어 중요한 인자이다.

액츄에이터(미도시)는 액체 운동 바(292)를 액체 금속 내로 밀어 넣는 능력뿐만 아니라 수축능력도 가지고 있다. 따라서 액츄에이터는 양 컨택트 사이 신호 경로의 폐쇄 및 컨택트 사이 신호 경로의 개방에 일조한다.

MEM 릴레이(286)는 히터(미도시)를 포함하며, 이 히터는 액체 금속 신호 컨택트(274, 275) 부근에서 컨택트 기판(276)에 배치되어 이들 컨택트가 응고되는 것을 방지한다.

도 11 및 도 12에서 MEM 릴레이(300)는 도 8, 도 9 및 도 10에 나타난 바와 같이 개방 시스템 컨택트 구조를 가지는 MEM 릴레이(258, 286)의 수정된 형태이다. MEM 릴레이(300)는 밀봉된 액체 금속 컨택트 시스템을 가지는 폐쇄 컨택트 영역 및 액츄에이터 구조를 포함한다. 도 11은 개방된 상태의 MEM 릴레이(300)를 나타낸다.

MEM 릴레이(300)는, 개방 상태에서 습윤되지 않는 금속 쇼팅 멤브레인(316)으로부터 이격되는 액츄에이터(310)를 포함하는 밀봉된 액체 금속 컨택트를 나타낸다. 습윤되지 않는 금속 쇼팅 멤브레인(316)은 가스 통기구(314) 세트를 포함할 수 있다.

습윤 가능한 컨택트(318, 319) 세트는 컨택트 기판(324) 내의 얕은 웰에서 조립된다. 가요성 멤브레인(316)은 컨택트 영역 위에 놓인다. 가요성 멤브레인(316) 내에는 작은 가스 통기구(314)가 있어, 스위치가 작동하는 동안 온도 변화의 결과로 압력이 같아지도록 한다. 가스 통기구(314)는 충분히 작아, 액체 금속 컨택트(320, 322)의 표면장력은 가스가 가스 통기구(314)를 통해 지나지 못하게 한다. 압력을 같게 하거나 스위칭 작동의 스위칭 시간을 빠르게 할 필요가 없다면 가스 통기구(314)는 불필요하다. 액츄에이터(310)는 멤브레인(316)을 액체 금속 컨택트(320, 322) 내로 눌러, 도 12에 나타난 바와 같이, MEM 릴레이(300)를 폐쇄한다. 멤브레인(316)은 도전성이고, 각 액체 금속 컨택트(320, 322) 각각은 전기적으로 접하게 하여 스위치를 폐쇄한다. 비도전성 멤브레인(316)을 가지는 다른 실시예에서, 액츄에이터(310)는 멤브레인(316)을 충분한 힘으로 밀어내어, 2개의 액체 금속 컨택트(320, 322)가 모여 MEM 릴레이(300)를 폐쇄한다. 전형적으로, 멤브레인(316)은 컨택트 시스템의 브리징을 막기 위해 비습윤성이어햐 한다. MEM 릴레이(300)는 액츄에이터를 당김으로써 개방되는데, 이는 2개의 액체 금속 컨택트(320, 322)를 지지하는 힘을 멤브레인(316)의 스프링 복귀력에 의해 해제하여, 표면장력에 의해 2개의 액체 금속 컨택트가 서로 연결되지 않은 상태로 복귀되도록 한다. 액체 금속 콘택트(320, 322)는 서로 떨어져 있어, MEM 릴레이(300)가 개방될 때, 액체 금속의 표면장력이 액체 금속을 2개의 분리된 액체 금속 컨택트(320, 322)로 분리시키도록 되어야 한다.

액체 금속 컨택트(320, 322) 내에 사용되는 액체 금속을 위한 주요 배출 메커니즘은 기화 및 가스 통기구(314)를 통한 배출이다. 액체 금속에 대한 큰 저장조가 있다면, 액체 금속 컨택트(320, 322)의 수명은 훨씬 길어진다. 액체 금속 증기가 내부의 다양한 표면 위에 재응축됨으로써 나머지 MEM 릴레이(300)가 손상되지 않아야 한다. 전술한 바와 같이, MEM 릴레이(300)가 완전히 밀봉되면, 액체 금속에 대한 외부로의 방출은 없다. 가스 통기구(314) 없이 컨택트 영역이 밀봉되면, 밀봉된 컨택트 영역 밖으로의 액체 금속 증기 방출은 없다.

도 12는 폐쇄된 상태에 있는 도 11의 액츄에이터 구조 및 MEM 릴레이(300) 컨택트 영역을, MEM 릴레이(300)를 폐쇄하기 위해 서로 힘을 받도록 2개의 액체 금속 컨택트(320, 322)에 힘을 가하는 비습윤성 금속 쇼팅 멤브레인(316)과 함께 나타낸다. 이러한 컨택트 구조는, 쇼팅 바(132) 및 액체 금속 컨택트(150, 154)(도 5)를 교체하는 도 5의 MEM 릴레이(130) 내에 사용되는 컨택트 구조를 대체할 수 있다.

MEM 릴레이(300)는 액체 금속 컨택트(320, 322) 부근에서 컨택트 기판(324) 위에 배치되는 히터(미도시)를 포함하여, 액체 금속 컨택트(320, 322)가 응고되는 것을 방지할 수 있다.

도 13에 액츄에이터 기판(310) 및 컨택트 기판(324)을 포함하는 단일 컨택트 밀봉된 구조 MEM 릴레이(335) 컨택트 영역이 나타나 있다. MEM 릴레이(335)는, 비습윤성이지만 도전성이며 컨택트 기판(324) 위에 배치된 멤브레인(342)으로부터 이격되어 있는 단일의 습윤 가능 금속 신호 컨택트(352)를 포함한다. 액체 금속 컨택트(346)는 하나의 습윤 가능한 금속 컨택트(352) 위에 증착된다. 외부 신호 컨택트(340)는 습윤되지 않으나 도전성인 멤브레인(342) 위에 배치된다. 가스 통기구(314)는 습윤되지 않으나 도전성인 멤브레인(342)에 배치된다. 한 세트의 비아(328)는 컨택트 기판(324)에 배치된다. 외부 신호 컨택트(350)는 컨택트 기판(324) 위에 배치되며 비아(328)를 통해 습윤 가능한 금속 신호 컨택트(352)에 전기적으로 연결된다.

삭제

작동 시, 액츄에이터(310)는 멤브레인(342)을 액체 금속 컨택트(346) 내로 넣어 MEM 릴레이(335)를 폐쇄한다. 멤브레인(342)은 도전성이고, MEM 릴레이(335)를 폐쇄하기 위해 액체 금속 컨택트(346)와 접한다. MEM 릴레이(335)를 폐쇄하면, 외부 신호 컨택트(340, 350)를 전기적으로 연결한다. MEM 릴레이(335)는 액츄에이터(310)를 회수함으로써 개방되는데, 액츄에이터(310)는 멤브레인을 액체 금속 컨택트(346)에 대해 지지하는 힘을 해제하여 표면장력이 액체 금속 컨택트(346)를 연결되지 않은 상태로 되돌리도록 한다. 가스 통기구(314)는 압력을 같게 하고 액체 금속이 방출되는 것을 방지한다.

MEM 릴레이(335)는 액체 금속 컨택트(346) 부근에서 컨택트 기판(324) 위에 놓이는 히터(미도시)를 포함하여, 컨택트(346)가 응고되는 것을 방지한다.

도 14에 횡형 슬라이딩 액체 금속 컨택트 시스템 MEM 릴레이(350)가 나타나 있다. 액체 금속 컨택트 시스템 MEM 릴레이(400)는 횡형 액츄에이터(366)를 포함하는데, 이는 액츄에이터 조립 기판(362) 위에 배치되며 도전성의 슬라이딩 비습윤성 쇼팅 바(370)에 절연 액츄에이션 암(368)에 의해 연결된다. 액츄에이터 조립 기판(362)은 신호를 결합하여 액츄에이터(366)를 제어하기 위해 외부 액츄에이터 제어 컨택트(364a, 364b)를 가진다.

MEM 릴레이(400)는 컨택트 조립 기판(380)도 포함하는데, 이 기판(380)은 컨택트 조립 기판(362)에 접합되거나 함께 제조될 수 있다. 절연체(382)에 의해 분리되는 한 세트의 액체 금속 컨택트(372, 373)는 모두 컨택트 조립 기판(380) 위에 배치된다. 한 쌍의 신호 컨택트(374, 376)는 컨택트 조립 기판(380) 위에서 조립되며, 각각 2개의 액체 금속 컨택트(372, 373)에 전기적으로 연결된다.

작동 시, 습윤되지 않는 쇼팅 바(370)는 2개의 액체 금속 컨택트(372, 373)를 지나 미끄러질 수 있는데, 이들 컨택트는 측면에서는 절연체(382)에 의해서 그리고 아래에서는 제조 기판(380)에 의해서 분리되어 포함된다. 습윤되지 않는 쇼팅 바(370)는 2개의 액체 금속 컨택트(372, 373)에 의해 형성된 면에서 평행하게 움직인다.

횡형 액츄에이터(366)는 쇼팅 바의 위치를 바꿈에 따라, 교대로 양쪽 액체 금속 컨택트와 결합하여 전기 회로를 완료시키거나 액체 금속 컨택트 중이 하나와만 결합하여(또는 전혀 결합하지 않아) 회로를 개방시킨다. 습윤되지 않는 쇼팅 바(370)는 (습윤되지 않는) 절연체(382)의 상부면을 따라 미끄러져 2개의 액체 금속 컨택트(372, 373)를 분리시킨다. 만일 슬라이딩 쇼팅 바(370)가 액체 금속 컨택트(372, 373)에 의해 습윤되면, 마찰과 마모는 감소되고 액체 금속과 액체 금속의 접촉에 의해 도전성이 개선될 수 있으나, 컨택트 사이의 액체 금속 브리징을 제어하여야 한다. 브리징 문제는 2개의 액체 금속 컨택트(372, 373), 충분한 횡형 액츄에이터(366) 스로우 길이 사이의 적절한 간격 및 적절한 액체 금속 표면장력에 의해 극복된다. 컨택트 조립 기판(380)의 비습윤 특성도 브리징 문제 해결에 중요하다.

이 시스템은 슬라이딩 비습윤성 쇼팅 바(370)와 액츄에이터 절연체 사이에 가요성 밀봉 멤브레인(미도시)이 있으면 밀봉될 수 있다. 이러한 밀봉 멤브레인(미도시)은 작동 섹션을 액체 금속 섹션으로부터 분리시킬 것이다. 이에 따라 컨택트 섹션으로부터 액츄에이터 조립 기판(362)으로의 액체 금속 이동이 제어될 것이다.

MEM 릴레이(350)의 컨택트 구조는 다양한 액츄에이터 및 다양한 액츄에이터 운동에 적합하다.

한 실시예에서 컨택트 조립 기판(380)과 열적으로 접하고 있는 컨택트 가열 시스템(384)을 포함할 수 있는 MEM 릴레이(350)의 다른 구조가 가능함을 알 수 있을 것이다. 상부 커버(360) 및 하부 커버(386)는 MEM 릴레이(350)를 덮을 수 있다.

상기 바람직한 실시예는 2개의 액체 금속 컨택트를 가지는 것으로 나타나 있는 반면, MEM 릴레이는 다른 쇼팅 바 및 컨택트 구조에 의해 제조되어, 예를 들어 복수의 컨택트 MEM 릴레이를 제공할 수 있다. 당업자라면 이하 설명된 MEM 릴레이 조립 기술을 사용하는 액츄에이터 구성 기술이 얻어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.
특히 본 명세서에서 인용된 모든 특허공보 및 인용문헌은 본 명세서에 전체 내용이 참조되었다.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 당업자라면 그 개념을 포함하는 다른 실시예가 사용될 수 있음을 수 있을 것이다.

예를 들어 복수의 액체 금속 컨택트를 포함하는 MEM 릴레이, 다른 액체 금속 컨택트 배열 및 다른 액츄에이터 구조는 본 발명의 개념을 포함할 수 있다.

Claims (41)

1. 액츄에이터;

   상기 액츄에이터 위에 이동 가능하게 배치되는 액츄에이터 스페이서;

   상기 액츄에이터 스페이서 위에 배치되는 쇼팅 바(shorting bar);

   상부면 및 하부면을 가지며, 상기 쇼팅 바로부터 이격되어 있는 컨택트(contact) 기판;

   상기 컨택트 기판의 상부면에 배치되는 복수의 습윤 가능한 금속 컨택트들;

   MEM 릴레이가 폐쇄된 상태에 있을 때, 상기 복수의 습윤 가능한 금속 컨택트들이 통전되게 놓이도록, 상기 복수의 습윤 가능한 금속 컨택트 위에 배치되는 복수의 액체 금속 컨택트들;

   상기 컨택트 기판의 상기 하부면에 배치되는 복수의 외부 컨택트들; 및

   상기 복수의 습윤 가능한 금속 컨택트들의 각각을 상기 복수의 외부 컨택트들 각각과 통전되게 배치시키는 복수의 도전성 비아(via)들

   을 포함하는 MEM 릴레이.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 쇼팅 바는 복수의 가스 통기구(vent)들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEM 릴레이.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 쇼팅 바는 그 위에 배치되는 비습윤성 금속 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEM 릴레이.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 쇼팅 바는 비도전성 액체 운동 바인 것을 특징으로 하는 MEM 릴레이.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 쇼팅 바는 비습윤성 금속 쇼팅 멤브레인인 것을 특징으로 하는 MEM 릴레이.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 비습윤성 금속 쇼팅 멤브레인은 복수의 가스 통기구(vent)들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEM 릴레이.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 습윤 가능한 금속 컨택트들의 각각은 액체 금속의 액적이 상기 습윤 가능한 금속 컨택트들 각각의 위에 형성되도록, 과잉 액체 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEM 릴레이.
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 쇼팅 바는 캔틸레버식 비습윤성 금속 쇼팅 멤브레인인 것을 특징으로 하는 MEM 릴레이.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 액츄에이터 스페이서는 상기 쇼팅 바를 상기 액츄에이터로부터 전기적으로 절연시키는 것을 특징으로 하는 MEM 릴레이.
11. 액츄에이터를 제공하는 단계;

    상기 액츄에이터 위에 배치되는 비습윤성 쇼팅 바를 제공하는 단계;

    상부면과 하부면을 가지며, 상기 비습윤성 금속 쇼팅 바와 이격되어 있는 컨택트 기판을 제공하는 단계;

    상기 컨택트 기판의 상부면 위에 배치되는 제 1 액체 금속 컨택트를 제공하는 단계;

    상기 컨택트 기판의 하부면 위에 배치되는 제 1 신호 컨택트를 제공하는 단계;

    액체 금속으로 코팅되는 내부면 및 외부면을 갖고, 상기 컨택트 기판을 통과하며, MEM 릴레이가 폐쇄 상태에 있을 때 상기 제 1 액체 금속 컨택트와 상기 제 1 신호 컨택트를 통전되게 배치시키는 제 1 비아를 제공하는 단계;

    상기 컨택트 기판의 상부면 위에 배치되는 제 2 액체 금속 컨택트를 제공하는 단계;

    상기 컨택트 기판의 하부면 위에 배치되는 제 2 신호 컨택트를 제공하는 단계;

    액체 금속으로 코팅되는 내부면 및 외부면을 갖고, 상기 컨택트 기판을 통과하며, MEM 릴레이가 폐쇄 상태에 있을 때 상기 제 2 액체 금속 컨택트와 상기 제 2 신호 컨택트를 통전되게 배치시키는 제 2 비아를 제공하는 단계; 및

    상기 제 1 및 제 2 컨택트를 습윤시키도록 상기 제 1 비아 및 제 2 비아를 통해 상기 액체 금속을 도입하는 단계

    를 포함하는 MEM 릴레이 제조 방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 컨택트 기판 위에 배치되며 상기 제 1 액체 금속 컨택트 및 상기 제 2 액체 금속 컨택트와 열적으로 통하는 히터를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEM 릴레이 제조 방법.
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