KR101484520B1 - Mems driving unit, mems switch, and fabrication method thereof - Google Patents

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Abstract

MEMS 구동기가 개시된다. 본 MEMS 구동기는, 복수의 단 형태로 이루어지는 고정 돌출부를 구비한 고정 전극부, 및, 고정 전극부와의 거리가 변화되도록 변위 가능하며, 고정 전극부와의 거리에 따라 고정 돌출부와의 간격이 변하는 이동 돌출부를 구비한 이동 전극부를 포함한다. 이에 의해 낮은 구동 전압으로 구동이 가능하며, 삽입 손실 특성이 개선된다. A MEMS driver is disclosed. The MEMS actuator includes a fixed electrode portion having a plurality of stepped fixed protrusions and a movable electrode portion that is displaceable so as to change a distance from the fixed electrode portion and changes the distance between the fixed electrode portion and the fixed electrode portion And a moving electrode portion having a moving projection. Thereby, driving with a low driving voltage is possible, and insertion loss characteristics are improved.

MEMS 구동기, MEMS 스위치 MEMS actuator, MEMS switch

Description

MEMS 구동기, MEMS 스위치 및 그 제작 방법{MEMS DRIVING UNIT, MEMS SWITCH, AND FABRICATION METHOD THEREOF}[0001] MEMS DRIVING UNIT, MEMS SWITCH, AND FABRICATION METHOD THEREOF [0002]

본 발명은 MEMS 구동기, MEMS 스위치 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 낮은 구동전압으로 구동이 가능하면서, 삽입 손실 특성이 개선된 MEMS 구동기, MEMS 스위치 및 그 제작 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MEMS driver, a MEMS switch, and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a MEMS actuator, a MEMS switch, and a method of manufacturing the same.

MEMS(Micro ElectroMechanical System)란 반도체 가공기술을 이용하여 마이크로 스위치, 미러, 센서, 그리고 정밀기계부품 등을 가공하는 기술분야를 말한다. 따라서, 반도체 기술이 갖는 정밀 가공성, 제품 간 균일성, 우수한 생산성 등이 적용되어 성능을 향상시키고 가격을 낮추는 기술로 인정되고 있다. MEMS (Micro ElectroMechanical System) refers to the field of processing microswitches, mirrors, sensors, and precision machine parts using semiconductor processing technology. Therefore, the precision processability, uniformity between products, and excellent productivity possessed by the semiconductor technology are applied to improve the performance and lower the price.

상기한 바와 같은 MEMS 기술을 이용한 소자들 중 현재 가장 널리 제작되고 있는 것은 MEMS 스위치이다. MEMS 스위치는 마이크로파나 밀리미터파 대역의 무선통신 단말기 및 시스템에서 신호의 선별 전송이나 임피던스 정합회로 등에서 많이 응용되는 소자이다.Among the devices using the MEMS technology as described above, MEMS switches are currently most widely manufactured. The MEMS switch is widely used in selective transmission of signals and impedance matching circuits in microwave or millimeter wave band wireless communication terminals and systems.

그러나 최근에 초소형 MEMS 스위치를 제작함에 있어서, MEMS 스위치에 구비된 전극의 크기가 작아짐에 따라, 접촉력(contact force)이 크지 않게 되었고, 또 한, 동일한 접촉력을 유지하기 위해서는 높은 구동 전압이 필요하다는 문제점이 있었다. However, recently, in manufacturing a micro MEMS switch, the contact force is not increased as the size of the electrode provided in the MEMS switch is reduced. In addition, a problem arises that a high driving voltage is required to maintain the same contact force .

그리고 낮은 구동 전압을 이용하여 접촉력을 증가하기 위해서는 마주보는 전극의 간격은 좁아야 한다. 그러나 마주보는 전극을 좁은 간격으로 높이 형성하기가 종래의 전기도금 공정으로는 매우 어렵다는 문제점이 있었다. In order to increase the contact force using a low driving voltage, the gap between the opposing electrodes must be narrow. However, there is a problem in that it is very difficult to form facing electrodes at a narrow interval in a conventional electroplating process.

본 발명의 목적은 복수의 단으로 구성되는 전극을 포함하여, 낮은 구동 전압으로 구동가능한 MEMS 구동기, MEMS 스위치 및 그 제작 방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a MEMS driver, a MEMS switch, and a method of manufacturing the MEMS actuator, which can be driven at a low driving voltage by including an electrode composed of a plurality of stages.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른, MEMS 구동기는, 복수의 단 형태로 이루어지는 고정 돌출부를 구비한 고정 전극부, 및, 상기 고정 전극부와의 거리가 변화되도록 변위 가능하며, 상기 고정 전극부와의 거리에 따라 상기 고정 돌출부와의 간격이 변하는 이동 돌출부를 구비한 이동 전극부를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a MEMS actuator comprising: a fixed electrode part having a plurality of stepped fixed protrusions; And a moving protruding portion having a gap with the fixed protruding portion according to a distance from the fixed electrode portion.

이 경우, 상기 이동 돌출부는, 서로 다른 면적을 가지며, 면적에 따라 순차적으로 배열된 복수의 단 형태인 것이 바람직하다. In this case, it is preferable that the moving protrusions have a plurality of different shapes and are arranged in sequence in accordance with an area.

한편, 상기 이동 전극부는, 상기 이동 돌출부가 복수 개 형성된 이동 전극 바디를 포함하며, 복수 개의 이동 돌출부 각각은, 상기 이동 전극 바디로부터 멀어질수록 단면적이 점진적으로 감소하는 형태인 것이 바람직하다. The moving electrode unit may include a moving electrode body having a plurality of moving protrusions, and each of the plurality of moving protrusions preferably has a gradually decreasing sectional area as the moving electrode body moves away from the moving electrode body.

한편, 상기 이동 돌출부는, 서로 다른 면적을 가지고 면적에 따라 순차적으로 배열된 복수의 단 형태로 이루어지며, 상기 이동 돌출부를 이루는 복수의 단 중 최하단의 일부가, 상기 고정 전극부에 구비된 각 고정 돌출부의 최하단 사이까지 진입 가능한 것이 바람직하다. The movable protrusions are formed in a plurality of stages arranged in sequence according to the areas having different areas, and a part of the lowermost end of the plurality of stages constituting the movable protrusions is fixed to each fixed It is preferable to be able to enter the space between the lowermost ends of the projections.

한편, 상기 이동 돌출부는, 서로 다른 면적을 가지고 면적에 따라 순차적으로 배열된 3단으로 이루어지는 것이 바람직하다. On the other hand, it is preferable that the moving protrusions have three different areas and are sequentially arranged in accordance with the area.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 스위치는, 스위치 접점, 복수의 단 형태로 이루어지는 고정 돌출부를 구비한 고정 전극부, 상기 고정 전극부와의 거리가 변화되도록 변위 가능한 이동 전극부, 및, 상기 이동 전극부의 변위에 따라 연동하여 상기 스위치 접점과 접촉가능한 스위치부를 포함하며, 상기 이동 전극부는, 서로 다른 면적을 가지며 면적에 따라 순차적으로 배열된 복수의 단 형태로 이루어져, 상기 고정 전극부와의 거리에 따라 상기 고정 돌출부와의 간격이 변하는 이동 돌출부, 및, 상기 이동 돌출부가 복수 개 형성된 이동 전극 바디를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a MEMS switch including: a switch contact; a fixed electrode portion having a plurality of unitary fixed protrusions; a movable electrode portion that is displaceable with a distance from the fixed electrode portion; And a switch unit interlocking with the displacement of the movable electrode unit to be in contact with the switch contact, wherein the movable electrode unit has a plurality of stages arranged in sequence according to an area, And a moving protrusion that changes the gap with the fixed protrusion according to the distance, and a moving electrode body having a plurality of the moving protrusions.

이 경우, 상기 이동 돌출부는, 상기 이동 전극 바디로부터 멀어질수록 더 큰 면적을 가지는 3단으로 이루어진 것이 바람직하다. In this case, it is preferable that the moving protrusion is composed of three stages having a larger area as it moves away from the moving electrode body.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른, MEMS 스위칭 제작 방법은, 제1 기판의 일 표면을 패터닝하여, 서로 대향 배치되는 고정 전극부 패턴 및 이동 전극부 패턴을 형성하는 단계, 제2 기판을, 상기 이동 전극부 및 고정 전극부 패턴이 형성된 측으로 상기 제1 기판에 결합하는 단계 및, 상기 제1 기판의 타 표면 상에서, 상기 이동 전극부 및 고정 전극부 패턴이 형성되지 않은 영역을 딥 에칭(deep etching) 하여, 복수의 단 형태로 이루어지는 고정 돌출부를 구비한 고정 전극부 및 상기 고정 전극부와 대향 배치되며 복수의 단 형태로 이루어지는 이동 돌출부를 구비한 이동 전극부를 제작하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a MEMS switch comprising: patterning a surface of a first substrate to form a fixed electrode pattern and a moving electrode pattern that are opposed to each other; A step of bonding the movable electrode part and the fixed electrode part pattern to the first substrate, and a step of deep etching the area where the moving electrode part and the fixed electrode part pattern are not formed on the other surface of the first substrate, etching the substrate to form a movable electrode part having a fixed electrode part having a plurality of stepped fixed protrusions and a movable protrusion part disposed opposite to the fixed electrode part and having a plurality of stepped shapes.

이 경우, 본 MEMS 스위칭 제작 방법은, 상기 결합하는 단계 후에, 제1 기판의 두께를 줄이는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. In this case, it is preferable that the present MEMS switching fabricating method further includes a step of reducing the thickness of the first substrate after the combining step.

한편, 상기 제1기판은, 단결정 실리콘(single crystal silicon)인 것이 바람직하다. The first substrate may be a single crystal silicon.

이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 스위치의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MEMS 스위치는 MEMS 구동기(150), 스위치 접점(111), 및 스위치부(110)를 포함한다. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a MEMS switch according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a MEMS switch according to a preferred embodiment of the present invention includes a MEMS driver 150, a switch contact 111, and a switch unit 110.

스위치부(110)는 MEMS 구동기(150)의 변위 구동에 따라 연동하며 스위치 접점(111)과 접촉가능하다. 구체적으로 스위치부(110)는 가동빔(151)을 통해 MEMS 구동기(150)와 연결될 수 있다. 따라서, MEMS 구동기(150)가 변위 구동하는 경우, 스위치부(110)는 연결된 가동빔(151)을 통하여 변위 구동을 전달받고, 전달된 변위 구동에 의해 스위치 접점(111)에 접촉 또는 분리될 수 있다.The switch unit 110 interlocks with the displacement drive of the MEMS driver 150 and is contactable with the switch contact 111. Specifically, the switch unit 110 may be connected to the MEMS driver 150 through the movable beam 151. [ Therefore, when the MEMS driver 150 is driven to displace, the switch unit 110 receives the displacement drive through the connected movable beam 151 and can be brought into contact with or separated from the switch contact 111 by the transmitted displacement drive have.

MEMS 구동기(150)는 고정 전극부(120) 및 이동 전극부(130)를 포함하며, 구동 신호에 따라 변위한다. 구체적으로, MEMS 구동기(150)는 외부 제어신호에 따라, 고정 전극부(120) 및 이동 전극부(130) 사이에 정전력(electrostatic)이 발생하게 된다. 발생된 정전력에 따라 이동 전극부(130)는 고정 전극부(120)측으로 이동하며, 이동 전극부(130)에 일 측에 연결된 가동빔(151)을 통해 변위 구동이 스위치부(110)에 전달될 수 있다.The MEMS driver 150 includes a fixed electrode unit 120 and a movable electrode unit 130, and is displaced according to a driving signal. Specifically, the MEMS driver 150 generates electrostatic force between the fixed electrode unit 120 and the movable electrode unit 130 according to an external control signal. The movable electrode unit 130 moves toward the fixed electrode unit 120 according to the generated static electricity and the displacement driving is performed to the switch unit 110 through the movable beam 151 connected to one side of the movable electrode unit 130 Lt; / RTI >

고정전극부(120)는 복수개의 고정돌출부(121)를 구비하고, 이동전극부(130)는 복수개의 고정돌출부(131)를 구비할 수 있다. 또한, 도 1에서, 고정 전극부(120) 및 이동 전극부(130)은 설명의 편의상 직사각형의 형태로 구형되어 있으나, 도 2a 및 도 2b의 고정 전극부(120) 및 이동 전극부(130)의 형태를 갖는다. The fixed electrode unit 120 may include a plurality of fixed protrusions 121 and the movable electrode unit 130 may include a plurality of fixed protrusions 131. Although the fixed electrode unit 120 and the movable electrode unit 130 are rectangular in shape for convenience of description, the fixed electrode unit 120 and the movable electrode unit 130 in FIGS. .

구체적인 MEMS 구동기(150)의 고정 전극부(120) 및 이동 전극부(130)의 구조 및 동작은 도 2a 및 도 2b를 참조하여 이하에서 설명한다. The structure and operation of the fixed electrode portion 120 and the movable electrode portion 130 of the specific MEMS driver 150 will be described below with reference to FIGS. 2A and 2B.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 구동기(150)의 동작을 설명하기 위한 MEMS 구동기(150) 모식도이다. 도 2a는 MEMS 구동기(150)의 초기상태를 나타낸다. 2A and 2B are schematic diagrams of a MEMS driver 150 for explaining the operation of the MEMS driver 150 according to an embodiment of the present invention. 2A shows an initial state of the MEMS driver 150. Fig.

고정 전극부(120)는 복수의 단 형태로 이루어지는 고정 돌출부(121)를 구비하며, 이동 전극부(130)와 상호 작용하여 정전력을 발생한다. 구체적으로, 고정 전극부(120)는 복수개의 고정 돌출부(121)가 마련된 고정 전극 바디로 구현될 수 있으며, 이 경우 고정 돌출부(121)는 고정 전극 바디로부터 멀어질수록 단면적이 점진적으로 감소하는 형태, 예를 들어 원뿔, 사각뿔, 삼각뿔 형태로 구현될 수도 있다. The fixed electrode unit 120 has a plurality of stepped fixed protrusions 121 and interacts with the movable electrode unit 130 to generate static electricity. The fixed electrode part 120 may be formed as a fixed electrode body having a plurality of fixed protruding parts 121. In this case, the fixed protruding part 121 may have a shape in which the sectional area gradually decreases as the distance from the fixed electrode body increases. For example, a cone, a quadrangular pyramid, or a triangular pyramid.

이동 전극부(130)는 고정 전극부와의 거리가 변화되도록 변위 가능하며, 고정 전극부와의 거리에 따라 고정 돌출부(121)와의 간격이 변화는 이동 돌출부(131) 를 구비한다. 그리고 이동 돌출부(131)는 서로 다른 면적을 가지며, 면적에 따라 순차적으로 배열된 복수의 단 형태일 수 있다. 그리고, 이동 돌출부(131)의 복수개가 이동 전극 바디를 이룰 수 있으며, 고정 돌출부(121)는 이동 전극 바디로부터 멀어질수록 단면적이 점진적으로 감소하는 형태로 구현할 수 있다. The movable electrode part 130 is displaceable so that the distance from the fixed electrode part changes and the movable protrusion part 131 changes according to the distance from the fixed electrode part to the fixed protrusion part 121. The moving protrusions 131 may have a plurality of different shapes and may have a plurality of unit shapes sequentially arranged according to the area. A plurality of the movable protrusions 131 may form the movable electrode body, and the fixed protrusions 121 may be formed in such a manner that the sectional area gradually decreases as the movable electrode body moves away from the movable electrode body.

도 2a는 MEMS 구동기(150)의 초기상태를 나타낸다. 도 2a를 참고하면, 고정 전극부(120) 및 이동 전극부(130)는 각각은 서로 엇갈린 형태의 복수의 고정 돌출부(121) 및 이동 돌출부(131)를 구비한다. 본 실시예에서의 고정 돌출부(121) 및 이동 돌출부(131)는 직사각형 형태의 3단 돌출부로 구현되어 있으며, 각 돌출부들(121, 131)은 각각의 전극 바디로부터 멀어질수록 더 작은 면적을 가지는 형태로 구현되어 있다. 본 실시예에서는 3단의 돌출부로 구현된 고정 돌출부(121) 및 이동 돌출부(131)가 도시되어 있지만, 고정 돌출부(121) 및 이동 돌출부(131)를 4단 이상의 단을 갖도록 구현하는 것도 가능하며, 삼각형 형태와 같은 돌출 형태를 갖도록 구현하는 것도 가능하다.  2A shows an initial state of the MEMS driver 150. Fig. Referring to FIG. 2A, the fixed electrode unit 120 and the movable electrode unit 130 have a plurality of fixed protrusions 121 and a movable protrusion 131, which are staggered from each other. The fixed protrusions 121 and the movable protrusions 131 in the present embodiment are implemented as rectangular three-step protrusions, and each of the protrusions 121 and 131 has a smaller area . Although the fixed protrusion 121 and the movable protrusion 131 embodied by the three-stage protrusion are shown in this embodiment, it is also possible to implement the fixed protrusion 121 and the movable protrusion 131 with four or more stages , Or a protruding shape such as a triangular shape.

MEMS 구동기(150)에 구동 신호가 인가되면, 고정 전극부(120) 및 이동 전극부(130) 사이에 정전력이 발생하게 된다. 발생된 정전력에 의해 점차 이동 전극부(130)가 고정 전극부(120)를 향하여 변위 구동을 하게 된다. 구체적으로, 전극 사이의 정전력은 면적에 비례하고, 거리에 반비례한다. 이에 따라, 구동 초기에는 고정돌출부(121)과 이동 돌출부(131) 사이에 상호 마주보는 면이 좁고, 마주 보는 면에 있어서, 그 간격(141)이 다소 먼 거리를 갖는바, 초기 정전력은 작을 수 있다. 반면에 구동 초기에 고정 돌출부(121)과 이동 돌출부(131) 사이의 간격은 다소 먼 갭 1(141)을 갖는바, 최소 선폭이 존재하는 반도체 공정에서 그 설계가 용이하게 된다. When a drive signal is applied to the MEMS driver 150, an electrostatic force is generated between the fixed electrode part 120 and the movable electrode part 130. The movable electrode unit 130 gradually drives toward the fixed electrode unit 120 by the generated static electricity. Specifically, the electrostatic force between the electrodes is proportional to the area and inversely proportional to the distance. Accordingly, at the initial stage of driving, the surfaces facing each other between the stationary protrusions 121 and the moving protrusions 131 are narrow and the intervals 141 thereof are slightly distant from each other on the opposite surface, so that the initial static electricity is small . On the other hand, the gap between the fixed protrusion 121 and the movable protrusion 131 at the initial stage of driving has a gap 1 141 which is somewhat farther away, so that the design is facilitated in a semiconductor process in which the minimum line width exists.

도 2b는 MEMS 구동기(150)의 ON 상태를 나타낸다. 도 2b를 참고하면, 정전력에 따른 변위 구동에 의해, 이동 전극부(130)는 고정 전극부(120)로 이동한 상태이다. 이동 전극부(130)가 이동함에 따라, 최초 정전력이 발생하는 이동 전극부의 이동 돌출부(131)의 최상단과 고정 돌출부(121)과의 직선 거리가, 갭 1(141)에서 갭 2(143)만큼 줄어들게 되어, 정전력이 커지게 된다. 또한, 이동 전극부(130)가 이동함에 따라, 이동 돌출부(131)과 고정 돌출부(121)의 마주보는 부분에서도 추가적인 정전력이 발생된다. FIG. 2B shows the ON state of the MEMS driver 150. FIG. Referring to FIG. 2B, the movable electrode unit 130 is moved to the fixed electrode unit 120 by the displacement drive according to the electrostatic force. The linear distance between the uppermost end of the movable protrusion 131 of the movable electrode portion where the initial static electricity is generated and the fixed protrusion 121 becomes smaller than the gap 2 143 in the gap 1 141, So that the electrostatic force becomes large. Further, as the movable electrode unit 130 moves, additional electrostatic force is generated also in a portion where the movable projection 131 and the fixed projection 121 face each other.

한편, 본 실시예에서의 본원 고정 돌출부(121) 및 가동 돌출부(131)은 계단 형식과 같은 형태로 구현된다. 따라서, 고정 돌출부(121) 및 가동 돌출부(131)의 2단 및 3단 영역 역시 점차 이동함에 따라, 그 간격이 줄어드는바(142, 144), 높은 정전력을 발생할 수 있다. Meanwhile, in the present embodiment, the stationary protrusions 121 and the movable protrusions 131 are implemented in the form of a stepped shape. Accordingly, as the second and third stages of the fixed protrusions 121 and the movable protrusions 131 also gradually move, the bars 142 and 144 whose intervals are reduced can generate high electrostatic force.

이에 따라, 본원의 MEMS 구동기(150)는 이동 전극부(130)의 이동 돌출부(131)와 고정 전극부(120)의 고정 돌출부(121)는 구동하는 과정에서 좁은 갭을 갖게 되며, 또한, 구동하는 과정에서 좁은 갭을 갖는 이동 돌출부(131)와 고정 돌출부(121)의 마주보는 면적이 증가하는바, 높은 접촉력을 갖을 수 있다. 특히 높은 접촉력을 갖는바, 낮은 구동 전압으로 구동 가능하며, 삽입 손실 특성이 개선될 수 있다. Accordingly, the movable protrusion 131 of the movable electrode unit 130 and the fixed protrusion 121 of the fixed electrode unit 120 have a narrow gap in the process of driving the MEMS actuator 150 of the present invention, The opposing area between the movable protrusion 131 and the fixed protrusion 121 having a narrow gap is increased, so that a high contact force can be obtained. In particular, it has a high contact force, can be driven with a low driving voltage, and insertion loss characteristics can be improved.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 MEMS 구동기를 나타내는 모식도이다. 3 is a schematic diagram showing a MEMS driver according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 고정 돌출부(121)는 단순 돌기형으로 구현되어 있으며, 이동 돌출부(131)는, 서로 다른 면적을 가지고 면적에 따라 순차적으로 배열된 복수의 단 형태로 이루어지며, 이동 돌출부(131)를 이루는 복수의 단 중 최하단의 일부가, 상기 고정 전극부에 구비된 각 고정 돌출부(121)의 최하단 사이까지 진입 가능하도록 구현되어 있다. 이에 따라, 이동 돌출부(131)의 돌기가 고정 돌출부의 최하단 까지 진입 가능한바, MEMS 구동기가 구동할 수 있는 구동 변위가 증가될 수 있다. 3, the fixed protrusions 121 are implemented as simple protrusions, and the movable protrusions 131 are formed in a plurality of stages arranged sequentially in accordance with areas and having different areas, and the movable protrusions 131 131 are formed so as to be able to enter between the lowermost ends of the fixed protrusions 121 provided in the fixed electrode unit. Accordingly, since the protrusion of the movable projection 131 can enter the lowermost end of the fixed projection, the driving displacement that the MEMS actuator can drive can be increased.

도 3에서는 이동 돌출부(131)가 복수의 단으로 구성되어 있지만, 이동 돌출부(121)를 단순 돌기형으로, 고정 돌출부(121)가 복수의 단으로 구현하는 것도 가능하다. 또한, 도 2b와 같이 고정 돌출부(121) 및 이동 돌출부(131) 모두를 복수의 단으로 구성되도록 구현하는 것도 가능하다. In FIG. 3, the movable projection 131 is composed of a plurality of stages. However, the movable projection 121 may be a simple projection type, and the fixed projection 121 may have a plurality of stages. Also, as shown in FIG. 2B, it is possible to embody both the fixed protrusion 121 and the movable protrusion 131 as a plurality of stages.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SP4T MEMS 스위치를 나타내는 모식도이다. 도 4를 참고하면, 4개의 MEMS 스위치가 하나의 기판에 형성되어 있다. 구체적으로, 튜너블 필터(tunable filter)와 같이 복수의 스위치가 필요한 시스템에 있어서, 본원의 SP4T MEMS 스위치를 이용할 수 있다. 본 실시예에서는 하나의 기판에 4개의 MEMS 스위치가 구현되었지만, 하나에 기판에 4개 이상의 MEMS 스위치를 구현할 수도 있다. 4 is a schematic diagram illustrating an SP4T MEMS switch according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, four MEMS switches are formed on one substrate. Specifically, in the system requiring a plurality of switches such as a tunable filter, the SP4T MEMS switch of the present invention can be used. Although four MEMS switches are implemented in one substrate in this embodiment, four or more MEMS switches may be implemented in one substrate.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 MEMS 스위치 제작 방법을 나타내는 모식도이다. 그리고, 도 6a 내지 도 6f는 도 5a 내지 도 5f의 MEMS 스위치 제작 방법의 단면도이다. 5A to 5F are schematic views showing a method of manufacturing a MEMS switch according to the present invention. 6A to 6F are cross-sectional views of the MEMS switch fabricating method of FIGS. 5A to 5F.

도 5a 내지 도 5f 및 도 6a 내지 도 6f를 참고하면, 먼저, 제1 기판(210)의 하부에 소정영역(211)을 식각한다(도 5a, 도 6a). 여기서, 제1 기판의 하부의 소정영역(211)은 MEMS 스위치의 변위 운동 등을 고려하여 적절한 형태로 설계할 수 있다. 기판 식각은 건식 또는 습식 식각과 같은 종래의 알려진 공지 식각 기술로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 기판(210)은 물리적 특성 및 구조적인 안정성을 증가하기 위하여 단결정 실리콘(single crystal silicon) 기판을 이용하여 구현할 수 있다. Referring to FIGS. 5A to 5F and FIGS. 6A to 6F, a predetermined region 211 is etched under the first substrate 210 (FIGS. 5A and 6A). Here, the predetermined region 211 under the first substrate can be designed in a proper shape in consideration of the displacement motion of the MEMS switch and the like. The substrate etch may be accomplished with conventional known etch techniques such as dry or wet etch. In this case, the first substrate 210 may be implemented using a single crystal silicon substrate to increase physical characteristics and structural stability.

그리고 나서, 절연막(102)이 형성된 제1 기판(210)과, 제2 기판(220)을 본딩한다(도 5b, 도 6b). 이 경우, 제2 기판(220)은 물리적 특성 및 구조적인 안정성을 증가하기 위하여 유리 기판(glass sub wafer)을 이용하여 구현할 수 있다.Then, the first substrate 210 on which the insulating film 102 is formed and the second substrate 220 are bonded (Figs. 5B and 6B). In this case, the second substrate 220 may be formed using a glass sub-wafer in order to increase physical properties and structural stability.

본딩이 이루어지면, 제1 기판(210)을 MEMS 스위치 구조물 두께만큼 식각한다(도 5c, 도 6c). 그리고 나서, 제1 기판(210) 상부를 식각하여, 스위치부(110), 고정 전극부(120) 및 이동 전극부(130) 패턴을 제작할 수 있다(도 5d, 도 6d). When the bonding is performed, the first substrate 210 is etched by the thickness of the MEMS switch structure (FIGS. 5C and 6C). Then, the upper portion of the first substrate 210 may be etched to form the switch portion 110, the fixed electrode portion 120, and the moving electrode portion 130 (FIGS. 5D and 6D).

그리고 나서, 제1 기판(210) 상부를 패터닝하여, 단일 평면 도파로(Co-Planar Wave guide: CPW) 및 바이어스 패드를 제작한다(도 5e, 도 6e). 그리고 최종적으로 실리콘 딥 에칭(Si deep etch)을 실시하여 고정 돌출부(121) 및 이동 돌출부(131)가 HAR(High Aspect Ration) 구조를 생성하여 최소의 갭과 높이를 유지할 수 있도록 한다(도 5f, 도 6f). 이러한 방식으로 제작된 MEMS 스위치는 도 1과 같은 구조를 가질 수 있다. Then, a first planar waveguide (CPW) and a bias pad are fabricated by patterning the upper portion of the first substrate 210 (FIGS. 5E and 6E). Finally, a silicon deep etch is performed so that the fixed protrusions 121 and the movable protrusions 131 generate a HAR (high aspect ratio) structure to maintain a minimum gap and height (FIGS. 5F, 6F). The MEMS switch fabricated in this manner can have the structure shown in FIG.

구체적으로, 구동을 위해서는 강한 캐패시턴스가 필요하며, 캐패시턴스는 면 적에 비례한다. 따라서 본원과 같이 마주보는 면의 높이에 캐피시턴스는 비례할 것인바, 본원과 같이 HAR 구조를 갖는 구조는 높은 캐패시턴스를 가질 수 있다.Specifically, a strong capacitance is required for driving, and a capacitance is proportional to the area. Therefore, as described herein, the capacitance is proportional to the height of the facing surface. Thus, a structure having a HAR structure as described herein can have a high capacitance.

이와 같은 제작방법은 벌크 마이크로머시닝(bulk micromachining)을 이용한 방법으로 고정 돌출부(121) 및 이동 돌출부(131)의 마주보는 면을 수직으로 형성할 수 있게 되어, 즉 전극 간의 높이를 Si 기판만큼 높게 가공 가능하므로, 높은 접촉력을 갖는 구조물을 형성할 수 있다. 또한, 높은 접촉력을 갖게 되는바, 낮은 구동 전압으로 구동가능하다. In this manufacturing method, the opposing surfaces of the fixed protrusions 121 and the movable protrusions 131 can be vertically formed by means of bulk micromachining, that is, the height between the electrodes is made higher than the Si substrate It is possible to form a structure having high contact force. In addition, since a high contact force is obtained, it is possible to drive with a low driving voltage.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지에 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 스위치의 구성을 나타내는 모식도, 1 is a schematic diagram showing a configuration of a MEMS switch according to an embodiment of the present invention,

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 구동기의 동작을 설명하기 위한 MEMS 구동기 모식도,FIGS. 2A and 2B are schematic views of a MEMS actuator for explaining the operation of the MEMS driver according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 MEMS 구동기를 나타내는 모식도,3 is a schematic view showing a MEMS driver according to another embodiment of the present invention,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SP4T MEMS 스위치를 나타내는 모식도, 4 is a schematic diagram illustrating an SP4T MEMS switch according to another embodiment of the present invention.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 MEMS 스위치 제작 방법을 나타내는 모식도, 그리고, 5A to 5F are schematic views showing a method of manufacturing a MEMS switch according to the present invention,

도 6a 내지 도 6f는 도 5a 내지 도 5f의 MEMS 스위치 제작 방법의 단면도이다. Figs. 6A to 6F are cross-sectional views of the MEMS switch fabricating method of Figs. 5A to 5F.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*Description of the Related Art [0002]

100: MEMS 스위치 150: MEMS 구동기100: MEMS switch 150: MEMS driver

110: 스위치부 120: 고정 전극부110: switch part 120: fixed electrode part

130: 이동 전극부130:

Claims (10)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 스위치 접점;Switch contacts; 복수의 단 형태로 이루어지는 고정 돌출부를 구비한 고정 전극부;A fixed electrode part having a plurality of stepped fixed protrusions; 상기 고정 전극부와의 거리가 변화되도록 변위 가능한 이동 전극부; 및,A movable electrode unit displaceable to change a distance from the fixed electrode unit; And 상기 이동 전극부의 변위에 따라 연동하여 상기 스위치 접점과 접촉가능한 스위치부;를 포함하며,And a switch unit interlocked with the displacement of the movable electrode unit to be in contact with the switch contact, 상기 이동 전극부는,The moving electrode unit includes: 서로 다른 면적을 가지며 면적에 따라 순차적으로 배열된 복수의 단 형태로 이루어져, 상기 고정 전극부와의 거리에 따라 상기 고정 돌출부와의 간격이 변하는 이동 돌출부; 및,A movable protrusion having a plurality of stages arranged in sequence according to an area and having a different area, the gap being different from the fixed protrusion according to a distance from the fixed electrode; And 상기 이동 돌출부가 복수 개 형성된 이동 전극 바디;를 포함하는 것을 특징 으로 하는 MEMS 스위치.And a moving electrode body having a plurality of moving protrusions formed thereon. 제6항에 있어서,The method according to claim 6, 상기 이동 돌출부는,The moving projection 상기 이동 전극 바디로부터 멀어질수록 더 큰 면적을 가지는 3단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.And the third electrode has a larger area as it moves away from the moving electrode body. 제1 기판의 일 표면을 패터닝하여, 서로 대향 배치되는 고정 전극부 패턴 및 이동 전극부 패턴을 형성하는 단계;Patterning one surface of the first substrate to form a fixed electrode part pattern and a moving electrode part pattern which are disposed to face each other; 제2 기판을, 상기 이동 전극부 및 고정 전극부 패턴이 형성된 측으로 상기 제1 기판에 결합하는 단계; 및,Coupling a second substrate to the first substrate to a side where the moving electrode part and the fixed electrode part pattern are formed; And 상기 제1 기판의 타 표면 상에서, 상기 이동 전극부 및 고정 전극부 패턴이 형성되지 않은 영역을 딥 에칭(deep etching)하여, 복수의 단 형태로 이루어지는 고정 돌출부를 구비한 고정 전극부 및 상기 고정 전극부와 대향 배치되며 복수의 단 형태로 이루어지는 이동 돌출부를 구비한 이동 전극부를 제작하는 단계;를 포함하는 MEMS 스위치 제작 방법.A fixed electrode portion having a plurality of stepped fixed projections on the other surface of the first substrate by deep etching a region where the moving electrode portion and the fixed electrode portion pattern are not formed, And forming a movable electrode part having a plurality of stepped movable protrusions arranged opposite to each other. 제8항에 있어서, 9. The method of claim 8, 상기 결합하는 단계 후에, 제1 기판의 두께를 줄이는 단계;를 더 포함하는 MEMS 스위치 제작 방법.And reducing the thickness of the first substrate after the bonding. 제8항에 있어서, 9. The method of claim 8, 상기 제1기판은, Wherein the first substrate comprises: 단결정 실리콘(single crystal silicon)인 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제작 방법.Wherein the substrate is a single crystal silicon.
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