KR101776661B1

KR101776661B1 - 접촉 스프링을 포함하는 스위치 구조체 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101776661B1
Application number: KR1020160049028A
Authority: KR
Inventors: 조일주; 이병철; 채의규
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2017-09-12

Abstract

스위치 구조체는 제1 전극을 향하여 둥근 형상으로 볼록하게 돌출 형성되며 외력에 의해 탄성적으로 변형 가능하고 전도성 재질로 이루어지는 접촉 스프링을 구비하는 스위치 몸체를 포함하며, 상기 접촉 스프링은 상기 스위치 몸체의 이동 또는 변형에 의해 상기 제1 전극과 접촉되거나 이격되도록 이동 가능하며, 상기 접촉 스프링이 상기 제1 전극과 접촉함으로써, 상기 제1 전극은 제2 전극과 서로 전기적으로 연결된다.

Description

접촉 스프링을 포함하는 스위치 구조체 및 그 제조 방법{SWITCH STRUCTURE COMPRISING CONTACT SPRING AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 스위치 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극과 접촉 시 탄성적으로 변형 가능한 접촉 스프링을 포함하는 스위치 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 각광받는 사물 인터넷(internet of things) 분야에서, 각종 전자 제품에 고주파수의 다중 대역 통신칩이 필요함에 따라, 고주파수에서 신호 손실이 매우 높은 전자적인 스위치를 대신할 수 있는 기계적인 스위치에 대한 요구가 증가하고 있다.

기계적인 스위치의 경우, 스위칭을 위한 스위치와 전극 간의 접촉에 있어서, 강성이 높은 스위치와 전극 간에 접촉이 이루어질 경우, 면적이 좁은 점의 형태로 접촉이 이루어짐에 따라 접촉 저항이 높아지는 문제점이 있다. 접촉 저항이 높아질 경우 발생열에 의해 스위치와 전극이 서로 달라붙을 수 있으며, 상대적으로 전류의 세기가 큰 신호를 처리하기 곤란하다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여, 스위치와 전극 간의 접촉 면적을 증가시키기 위하여 스위치를 연질의 전도성 재료로 제조하는 방법이 연구되었다. 그러나, 연질의 재질로 이루어진 부분에서 접촉이 이루어질 경우, 접촉되는 부분이 반복되는 접촉에 의해 마모됨에 따라 스위치의 신뢰도에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

한편, 기판 상의 신호 배선 상에 돌출 형성된 접촉 부분을 형성시키는 경우, 접촉 부분의 형상에 대응하여 신호 배선이 배치됨으로써, 신호 배선의 형상이 변형됨에 따라 고주파수 신호의 상당한 손실이 야기될 수 있다. 또한, 이러한 방식에 의할 경우, 기존의 CMOS IC와 집적 시 스위칭을 위한 접촉 부분을 별도로 형성하는 추가 공정이 수반된다.

따라서, 기존의 회로에 영향을 주지 않으면서, 스위칭 시 넓은 면적으로 접촉하여 접촉 저항을 낮추고 고주파수 신호의 손실을 감소시킬 수 있는 높은 신뢰도의 스위치 구조체가 요구된다.

미국 등록 특허 공보 제6529093호 (2003. 3. 4)

본 발명은 전술한 스위치 구조체의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 전극으로부터 이격되어 배치되며 이동 또는 변형 가능한 스위치 몸체의 자유단에 위치하며, 전극과 넓은 면적에서 탄성적으로 접촉 가능한 접촉 스프링을 포함하는 스위치 구조체 및 그 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 구조체는 기판 상에 배치된 제1 전극과 제2 전극을 전기적으로 연결시키거나 차단시키며, 상기 기판을 향하여 둥근 형상으로 볼록하게 돌출 형성된 접촉 스프링을 구비하며, 상기 접촉 스프링이 상기 기판에 접근하거나 상기 기판으로부터 이격될 수 있도록 이동 또는 변형 가능하게 상기 기판에 결합되는 스위치 구조체를 포함하고, 상기 접촉 스프링은 외력에 의해 탄성적으로 변형 가능하며, 전도성 재질로 이루어지고, 상기 접촉 스프링은 상기 스위치 몸체의 이동 또는 변형에 의해 상기 제1 전극과 접촉되거나 이격되도록 이동 가능하며, 상기 접촉 스프링이 상기 제1 전극과 접촉함으로써, 상기 제1 전극은 상기 제2 전극과 서로 전기적으로 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 접촉 스프링은 상기 제1 전극과 접촉 시 탄성적으로 변형될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 전극은 상기 접촉 스프링과 상이한 위치의 상기 스위치 몸체와 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되도록 상기 제2 전극 상에 고정되는 연결부를 더 포함하며, 상기 스위치 몸체는 상기 연결부에 대해 휨 변형이 가능한 외팔보 형태로 상기 연결부로부터 연장 형성되고, 상기 접촉 스프링은 상기 스위치 몸체의 자유단에 위치하며, 상기 연결부와 상기 접촉 스프링은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 접촉 스프링은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 동시에 접촉 및 분리 가능할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스위치 몸체가 휨 변형이 가능하게 외팔보 형태로 연장 형성되는 연결부를 더 포함하고, 상기 접촉 스프링은 상기 스위치 몸체의 자유단에 위치하며, 상기 연결부와 상기 접촉 스프링은 상기 스위치 몸체에 구비된 절연부에 의해 서로 전기적으로 차단될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 접촉 스프링은 내측에 중공을 가지는 반원통형 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스위치 몸체는, 전도성 재질로 이루어지며, 상기 스위치 몸체와 인접하여 배치된 구동 전극으로부터 발생하는 인력 또는 척력에 의해 이동 또는 변형 가능할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 구조체 제조 방법은 상기 제1 전극 상에 희생층을 형성하고, 상기 희생층 상에 에칭용 패턴을 가지는 금속 마스크를 형성하는 단계; 상기 에칭용 패턴의 하측에 위치하는 상기 희생층의 일부를 제거하여 오목부를 형성하고, 상기 금속 마스크를 제거하는 단계; 상기 희생층 상에 전도성 재료를 증착시켜, 상기 오목부에 의해 둥근 형상을 가지도록 하방으로 볼록하게 돌출되는 접촉 스프링을 포함하는 접극층을 형성하는 단계; 및 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 접촉 스프링은 외력에 의해 탄성적으로 변형 가능하고, 상기 제1 전극과 접촉되거나 이격되도록 이동 가능하며, 상기 접촉 스프링이 상기 제1 전극과 접촉함으로써, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 서로 전기적으로 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 오목부는 등방성 식각에 의해 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 접극층의 다른 부분과 동일한 면을 이루도록, 상기 접촉 스프링 상측의 오목한 부분을 채우는 충진부를 형성하는 단계; 상기 접극층과 상기 충진부 상에 전도성 재료를 증착시켜, 상기 접극층과 전기적으로 연결되는 전도층을 형성하는 단계; 및 상기 충진부를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 희생층은 폴리이미드 재질로 이루어지며, 플라즈마 애싱에 의해 제거될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 마스크를 형성하기 전에, 상기 제1 전극과 동일 평면 상의 상기 제2 전극의 상측에 위치하는 상기 희생층의 일부를 제거하고, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되도록 상기 희생층이 제거된 부분을 전도성 재료로 충진시키는 단계를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 구조체의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 스위치 구조체의 개략적인 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 구조체의 개략적인 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 구조체 제조 방법의 각 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 5a 내지 도 5j는 도 1의 스위치 구조체의 각 제조 단계에서의 상태를 도시하는 개략적인 측단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 구조체에 대해 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 구조체(100)는 스위치 몸체(110)와, 연결부(130)를 포함한다.

스위치 구조체(100)는 제1 전극(10)과 제2 전극(20)을 전기적으로 연결한다. 스위치 구조체(100)에 의해 제1 전극(10)과 제2 전극(20)이 연결됨으로써 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 간에 전류가 흐른다. 스위치 구조체(100)의 개폐 동작에 의해 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 간 전류 흐름을 제어할 수 있다.

기판(40)은 절연층(50)으로 코팅된 실리콘 기판일 수 있다. 제1 전극(10)과 제2 전극(20)은 절연층(50) 상에 서로 분리된 상태로 형성된다. 이러한 제1 전극(10)과 제2 전극(20)은 라디오 주파수 회로와 같은 고주파수 회로 상에 배치되는 전극일 수 있다. 본 실시예에서, 스위치 구조체(100)는 이러한 고주파수 회로를 스위칭하는 미세 전자 기계 시스템(microelectromechanical system, MEMS) 스위치일 수 있다.

본 실시예에서, 제2 전극(20)은 연결부(130)와 전기적으로 연결된다. 다만, 제2 전극(20)은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 구조체와 같이, 본 실시예와는 다른 방식으로 제1 전극(10)과 전기적으로 연결될 수도 있으며, 이에 대해서는 상세하게 후술된다.

스위치 몸체(110)는 외팔보 형태로 연결부(130)로부터 연장 형성된다. 스위치 몸체(110)의 일단부가 연결부(130)에 고정되며, 스위치 몸체(110)의 타단부는 측방으로 연장 형성되어 연결부(130) 측 단부에 의해 지지된다.

스위치 몸체(110)는 연결부(130)에 대하여 휨 변형이 가능하도록 형성된다. 스위치 몸체(110)는, 자중에 따른 휨 변형에 의해서는 제1 전극(10)과 접촉하지 않고, 일정 크기 이상의 외력에 의해서만 제1 전극(10)과 접촉하도록 휘어질 수 있다. 스위치 몸체(110)를 구성하는 각 구성요소들의 재질, 두께 등은 그에 따른 스위치 몸체(110)의 휨 변형 정도가 고려되어 적절하게 선정될 수 있다.

스위치 몸체(110)는 접극층(111)과, 제1 전도층(112)과, 제2 전도층(113)을 포함할 수 있다. 스위치 몸체(110)의 하측으로부터 차례대로 접극층(111)과, 제1 전도층(112)과, 제2 전도층(113)이 적층될 수 있다.

접극층(111)은 스위치 몸체(110)의 최하단에 배치된다. 스위치 몸체(110)를 이루는 접극층(111) 또한 연결부(130)에 대해 휨 변형이 가능하도록 형성된다.

접극층(111)에는 접촉 스프링(115)이 형성된다. 접촉 스프링(115)은 제1 전극(10)을 향하여 둥근 형상으로 볼록하게 돌출 형성된다. 접촉 스프링(115)은 스위치 몸체(110)와의 사이에 중공을 가지는 반원통형 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 접촉 스프링(115)과 제1 전도층(112) 사이에 중공이 형성되도록, 접촉 스프링(115)은 외측으로 둥글게 돌출될 수 있다. 다른 실시예에서, 접촉 스프링(115)은 중공을 가지는 반구형 형상으로 형성될 수도 있다.

접촉 스프링(115)은 외력에 의해 탄성적으로 변형 가능하다. 상술한 바와 같이, 접촉 스프링(115)은 내측에 중공이 형성되어 외측으로부터 내측으로 외력이 가해지는 경우, 접촉 스프링(115)의 일부가 중공 측으로 가압되어 변형된다. 이때, 외력이 해제되면, 변형된 접촉 스프링(115)은 다시 원래 상태로 회복된다.

접촉 스프링(115)은 전도성 재료로 이루어진다. 특히, 접촉 스프링(115)은 접촉력과 전도성이 우수한 금으로 이루어질 수 있다. 접촉 스프링(115)이 상대적으로 강성이 큰 재료로 이루어지는 경우에도, 상술한 접촉 스프링(115)의 구조적 특성에 의해 외력에 대해 탄성적으로 변형될 수 있다.

접촉 스프링(115)이 탄성적으로 변형됨에 따라, 접촉 스프링(115)과 제1 전극(10)은 넓은 면적에서 접촉될 수 있다. 접촉 면적이 증가하면서 동시에 접촉 스프링(115)과 제1 전극(10) 간의 접촉력도 증가할 수 있다. 따라서, 접촉 스프링(115)과 제1 전극(10) 간의 접촉 저항을 감소시킬 수 있으며, 이로써 접촉 시 발생하는 저항열이 감소하여 스위칭 중 접촉 스프링(115)과 제1 전극(10)이 붙는 마이크로웰딩(microwelding) 현상을 방지하고 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 접촉 스프링(115)의 복원력으로 인해, 접촉 후 스위치 몸체(110)가 원래 위치로 복원하는데 요구되는 힘의 크기가 감소된다.

접촉 스프링(115)은 스위치 몸체(110)의 자유단 측에 구비된다. 이로써, 접촉 스프링(115)은 스위치 몸체(110)의 휨 변형에 의해 제1 전극(10)에 접근하거나 제1 전극(10)으로부터 이격된다. 접촉 스프링(115)이 제1 전극(10)과 접촉될 경우, 제1 전극(10)과 접극층(111)은 전기적으로 연결된다.

접촉 스프링(115)은 스위치 몸체(110)를 통해 제2 전극(20)과 전기적으로 연결될 수 있다. 접극층(111)이 연결부(130)와 전기적으로 연결됨으로써, 접촉 스프링(115)은 제2 전극(20)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 접촉 스프링(115)이 제1 전극(10)과 접촉함으로써, 제1 전극(10)과 제2 전극(20)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

제1 전도층(112)은 접극층(111)의 상측에 배치된다. 제1 전도층(112)은 접촉 스프링(115)의 근위 단부 및 원위 단부와 고정된다. 이로써, 접촉 스프링(115)이 외력에 의해 완전히 펴지거나 비가역적으로 변형되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 접촉 스프링(115)은 그 원위 단부와 근위 단부가 제1 전도층(112)에 고정적으로 결합됨으로써 구조적으로 탄성을 유지할 수 있도록 제1 전도층(112)에 의해 지지될 수 있다.

제2 전도층(113)은 제1 전도층(112)의 상측에 배치된다. 제2 전도층(113)은 전도성 재질로 이루어져, 구동 전극(30)에 인가된 전류에 의해 발생하는 인력 또는 척력에 의해 이동 또는 변형 가능하다. 이로써, 스위치 몸체(110)는, 구동 전극(30)으로부터 발생하는 인력 또는 척력에 의해 접촉 스프링(115)이 제1 전극(10)에 접촉하거나 제1 전극(10)으로부터 이격되도록 휠 수 있다.

한편, 접촉 스프링(115)은 상술한 바와 상이한 방식으로 이동하여 제1 전극(10)과 접촉할 수도 있다. 이를 위한 스위치 몸체(110)의 이동 또는 변형을 위한 구조 및 방식으로는 공지의 다양한 구조와 제어 방식이 자유롭게 채용될 수 있다.

이하에서는, 접촉 스프링이 동시에 두 전극과 접촉 가능하도록 구성되는 스위치 구조체에 대해 설명하도록 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 구조체(200)는 스위치 몸체(210)와, 연결부(230)를 포함한다.

본 실시예의 스위치 구조체(200)는 제1 전극(10)과 제2 전극(20)의 상이한 배치에 따른 접극층(211)과, 제1 전도층(212)과, 제2 전도층(213)의 구조와 배치 관계에서만 도 1의 스위치 구조체(100)와 차이가 있을 뿐 다른 구성은 동일하다. 이하에서는 차이점에 대해서만 자세히 설명하고, 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.

스위치 몸체(210)는 접극층(211)과, 제1 전도층(212)과, 제2 전도층(213)과, 절연부(214)를 포함한다.

절연부(214)는 제1 전도층(212)에 고정적으로 결합된다. 또한, 절연부(214)에는 접촉 스프링(215)이 형성된 접극층(211)이 고정적으로 결합된다. 따라서, 구동 전극(30)으로부터의 인력 또는 척력에 의해 제2 전도층(213)이 변형됨으로써 절연부(214)와 접극층(211)은 이동하게 된다.

접극층(211)은 스위치 몸체(210)의 자유단 측에만 배치된다. 접극층(211)이 절연부(214)에 의해 제1 전도층(212)과 전기적으로 절연됨에 따라 접촉 스프링(215)은 연결부(230)와 전기적으로 연결되지 않는다.

접촉 스프링(215)은 스위치 몸체(210)의 휨 변형에 의해 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)에 접근하여 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)과 동시에 접촉될 수 있다. 제1 전극(10)과 제2 전극(20)은 상대적으로 작은 간격을 두고 서로 인접하여 기판(40) 상에 배치된다. 접촉 스프링(215)의 크기는 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 간의 간격을 고려하여 일정한 접촉력에 의해 접촉 스프링(215)이 탄성적으로 변형되어 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)에 동시에 접촉될 수 있도록 적절하게 선정될 수 있다.

연결부(230)는 중립 전극(31)과 전기적으로 연결된다. 중립 전극(31)을 통해 제1 전도층(212) 및 제2 전도층(213)에 인가되는 전류와 구동 전극(30)으로 인가되는 전류에 의해 제2 전도층(213)은 인력 또는 척력을 받을 수 있다.

이와 같이, 스위치 몸체(210)의 변형을 위한 구동 전극(30)의 전기적인 연결과, 접촉 스프링(215)을 통한 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)과의 전기적인 연결을 분리함으로써, 스위치 몸체(210)의 구동을 위한 전류 제어와 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)을 포함하는 회로의 제어를 개별적으로 수행할 수 있다.

이하에서는, 상술한 도 1의 스위치 구조체(100)의 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.

도 4 및 도 5a 내지 도 5j를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 구조체 제조 방법은, 희생층(61)을 형성하는 단계(S110)와, 희생층(61)의 일부를 제거하고, 연결부(130)를 형성하는 단계(S120)와, 금속 마스크(62)를 형성하는 단계(S130)와; 오목부(63)를 형성하는 단계(S140)와, 금속 마스크(62)를 제거하는 단계(S150)와; 접촉 스프링(115)을 포함하는 접극층(111)을 형성하는 단계(S160)와; 충진부(64)를 형성하는 단계(S170)와; 전도층(112, 113)을 형성하는 단계(S180)와; 충진부(64)와 희생층(61)을 제거하는 단계(S190)를 포함한다.

먼저, 제1 전극(10)과, 제2 전극(20)과, 구동 전극(30) 상에 희생층(61)을 형성한다(S110). 스위치 몸체(110)와 전극들(10, 20, 30) 간의 간격을 고려하여 희생층(61)을 형성한다. 희생층(61)은 그 상면이 편평하게 형성된다. 이러한 희생층(61)은 폴리이미드 재질로 이루어질 수 있다.

그 다음으로, 희생층(61)의 일부를 제거하고, 희생층(61)이 제거된 공간에 연결부(130)를 형성한다(S120). 연결부(130)는 전기도금을 통해 형성될 수 있다. 제2 전극(20)이 외부에 노출되도록 희생층(61)을 제거하고 연결부(130)를 형성함으로써 제2 전극(20)과 연결부(130)가 전기적으로 연결될 수 있다. 연결부(130)의 상면은 희생층(61)의 상면과 동일한 면을 이루는 것이 좋다.

그 다음으로, 희생층(61)과 연결부(130) 상에 금속 마스크(62)를 형성한다(S130). 금속 마스크(62)에는 등방성 에칭 공정을 위한 에칭용 패턴이 형성된다. 에칭용 패턴의 형상은 후술될 오목부(63)의 형상에 따라 결정되며, 이하에서 설명된다. 금속 마스크(62) 상의 에칭용 패턴은 공지의 금속 에칭 공정이 적절하게 적용될 수 있다.

그 다음으로, 금속 마스크(62)의 에칭용 패턴의 하측에 위치하는 희생층(61)의 일부를 제거하여 오목부(63)를 형성한다(S140).

오목부(63)는 등방성 에칭에 의해 둥근 형상을 가지도록 형성된다. 오목부(63)는 에칭용 패턴의 형상에 따라 상이한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속 마스크(62)에 에칭용 패턴이 긴 직선 형태로 형성된 경우, 오목부(63)는 반원통형 형상으로 형성될 수 있다. 에칭용 패턴이 점의 형태로 형성된 경우 오목부(63)는 반구형 형상으로 형성될 수도 있다. 그밖에 요구되는 오목부(63)의 형상에 따라 미리 형성된 에칭용 패턴을 통해 다양한 형상의 오목부(63)를 얻을 수 있다.

그 다음으로, 금속 마스크(62)를 제거한다(S150). 금속 마스크(62)는 좁은 부위에서 수행되는 등방성 에칭 공정을 위해 임시로 형성하며, 추가적인 전도층들(112, 113)의 적층을 위해 희생층(61)과 연결부(130) 상에서 제거된다.

그 다음으로, 희생층(61)과 연결부(130) 상에 전도성의 금속 재료를 증착시킴으로써 접극층(111)을 형성한다(S160). 이때, S140 단계에서 형성된 오목부(63) 상에 오목부(63)의 형상에 대응하도록 금속 재료가 증착됨으로써 접촉 스프링(115)이 형성된다. 이로써, 접촉 스프링(115)은 오목부(63)에 의해 둥근 형상을 가지도록 하방으로 볼록하게 돌출 형성된다.

그 다음으로, S160 단계에서 형성된 접촉 스프링(115) 상측의 오목한 부분을 채워 접극층(111)의 다른 부분과 동일한 면을 이루도록 충진부(64)를 형성한다(S170). 접극층(111)의 상측을 모두 덮도록 또 다른 희생층을 형성하고, 접촉 스프링(115)을 제외한 접극층(111)의 나머지 부분이 외부로 노출되도록 접극층(111) 상의 희생층을 제거함으로써, 충진부(64)를 형성할 수 있다.

그 다음으로, 접극층(111)과 S170 단계에서 형성된 충진부(64) 상에 제1 전도층(112)과 제2 전도층(113)을 차례로 형성한다(S180). 먼저, 전도성 재료를 접극층(111)과 충진부(64) 상에 증착시킴으로써 제1 전도층(112)을 형성시킬 수 있다. 이로써, 제1 전도층(112)은 접극층(111)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 접촉 스프링(115)의 양측단은 제1 전도층(112)과 결합하여 제1 전도층(112)에 의해 지지될 수 있다.

이어서, 제1 전도층(112) 상에 제2 전도층(113)을 형성한다. 접극층(111)과 제1 전도층(112)의 잔여 부분을 제거할 경우, 잔여 부분 상에 포토 레지스트 몰드(65)를 형성하고, 제1 전도층(112) 상의 나머지 부분에 제2 전도층(113)을 형성할 수 있다. 그리고 나서, 포토 레지스트 몰드(65)와 제1 전도층(112) 및 접극층(111)의 잔여 부분을 차례로 제거할 수 있다. 한편, 제2 전도층(113)은 전도성 재료로 형성되어 제1 전도층(112)과 전기적으로 연결될 수 있다.

마지막으로, 충진부(64)와 희생층(61)을 제거한다(S190). 희생층(61)의 상부는 드라이 에칭에 의해 제거될 수 있다. 이때, 접촉 스프링(115)의 잔여 부분이 있는 경우, 접촉 스프링(115)의 잔여 부분을 에칭하여 제거할 수 있다. 나머지 희생층(61)의 하부와 충진부(64)는 플라즈마 애싱(plasma ashing)에 의해 제거됨으로써, 접촉 스프링(115)이 제1 전극(10)과 부착되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상술한 스위치 구조체 제조 방법을 이루는 각 단계들 간의 순서는 예시적인 것으로 상술한 바와 상이한 순서로 수행될 수도 있음에 유의해야 한다. 또한, 각 단계에서 각각의 구성요소를 형성하게 제거하는 공정은 공지의 상이한 공정을 통해 수행될 수도 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110, 210 : 스위치 몸체
111, 211 : 접극층
112, 212 : 제1 전도층
113, 213 : 제2 전도층
214 : 절연부
115, 215 : 접촉 스프링
130, 230 : 연결부
10 : 제1 전극
20 : 제2 전극
30 : 구동 전극
31 : 중립 전극
40 : 기판
50 : 절연층
61 : 희생층
62 : 금속 마스크
63 : 오목부
64 : 충진부
65 : 포토 레지스트 몰드
100, 200 : 스위치 구조체

Claims

기판 상에 배치된 제1 전극과 제2 전극을 전기적으로 연결시키거나 차단시키는 스위치 구조체로서,
상기 기판을 향하여 둥근 형상으로 볼록하게 돌출 형성되고, 내측에 중공을 가지는 반원통형 형상으로 형성된 접촉 스프링을 구비하며, 상기 접촉 스프링이 상기 기판에 접근하거나 상기 기판으로부터 이격될 수 있도록 이동 또는 변형 가능하게 상기 기판에 결합되는 스위치 몸체를 포함하고,
상기 접촉 스프링은 외력에 의해 탄성적으로 변형 가능하며, 전도성 재질로 이루어지고,
상기 접촉 스프링은 상기 스위치 몸체의 이동 또는 변형에 의해 상기 제1 전극과 접촉되거나 이격되도록 이동 가능하며,
상기 접촉 스프링이 상기 제1 전극과 접촉함으로써, 상기 제1 전극은 상기 제2 전극과 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 구조체.
제1 항에 있어서,
상기 접촉 스프링은 상기 제1 전극과 접촉 시 탄성적으로 변형되는 것을 특징으로 하는 스위치 구조체.
제1 항에 있어서,
상기 제2 전극은 상기 접촉 스프링과 상이한 위치의 상기 스위치 몸체와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 구조체.
제3 항에 있어서,
상기 제2 전극과 전기적으로 연결되도록 상기 제2 전극 상에 고정되는 연결부를 더 포함하며,
상기 스위치 몸체는 상기 연결부에 대해 휨 변형이 가능한 외팔보 형태로 상기 연결부로부터 연장 형성되고,
상기 접촉 스프링은 상기 스위치 몸체의 자유단에 위치하며,
상기 연결부와 상기 접촉 스프링은 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 구조체.
제1 항에 있어서,
상기 접촉 스프링은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 동시에 접촉 및 분리 가능한 것을 특징으로 하는 스위치 구조체.
제5 항에 있어서,
상기 스위치 몸체가 휨 변형이 가능하게 외팔보 형태로 연장 형성되는 연결부를 더 포함하고,
상기 접촉 스프링은 상기 스위치 몸체의 자유단에 위치하며,
상기 연결부와 상기 접촉 스프링은 상기 스위치 몸체에 구비된 절연부에 의해 서로 전기적으로 차단되는 것을 특징으로 하는 스위치 구조체.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 스위치 몸체는, 전도성 재질로 이루어지며, 상기 스위치 몸체와 인접하여 배치된 구동 전극으로부터 발생하는 인력 또는 척력에 의해 이동 또는 변형 가능한 것을 특징으로 하는 스위치 구조체.
기판 상에 배치된 제1 전극과 제2 전극을 전기적으로 연결시키거나 차단시키는 스위치 구조체의 제조 방법으로서,
상기 제1 전극 상에 희생층을 형성하고, 상기 희생층 상에 에칭용 패턴을 가지는 금속 마스크를 형성하는 단계;
상기 에칭용 패턴의 하측에 위치하는 상기 희생층의 일부를 제거하여 오목부를 형성하고, 상기 금속 마스크를 제거하는 단계;
상기 희생층 상에 전도성 재료를 증착시켜, 상기 오목부에 의해 둥근 형상을 가지도록 하방으로 볼록하게 돌출되고, 내측에 중공을 가지는 반원통형 형상으로 형성되는 접촉 스프링을 포함하는 접극층을 형성하는 단계; 및
상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하며,
상기 접촉 스프링은 외력에 의해 탄성적으로 변형 가능하고, 상기 제1 전극과 접촉되거나 이격되도록 이동 가능하며,
상기 접촉 스프링이 상기 제1 전극과 접촉함으로써, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 구조체 제조 방법.
제9 항에 있어서,
상기 오목부는 등방성 식각에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 스위치 구조체 제조 방법.
제9 항에 있어서,
상기 접극층의 다른 부분과 동일한 면을 이루도록, 상기 접촉 스프링 상측의 오목한 부분을 채우는 충진부를 형성하는 단계;
상기 접극층과 상기 충진부 상에 전도성 재료를 증착시켜, 상기 접극층과 전기적으로 연결되는 전도층을 형성하는 단계; 및
상기 충진부를 제거하는 단계를 더 포함하는 스위치 구조체 제조 방법.
제9 항에 있어서,
상기 희생층은 폴리이미드 재질로 이루어지며, 플라즈마 애싱에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 스위치 구조체 제조 방법.
제9 항에 있어서,
상기 금속 마스크를 형성하기 전에, 상기 제1 전극과 동일 평면 상의 상기 제2 전극의 상측에 위치하는 상기 희생층의 일부를 제거하고, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되도록 상기 희생층이 제거된 부분을 전도성 재료로 충진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 구조체 제조 방법.