KR101823329B1 - 전기식 기폭관용 mems 릴레이 및 이를 이용한 포일 폭발형 전기식 기폭장치 - Google Patents

Abstract

고전압에 의한 포일 폭발형 기폭장치의 안전성을 확보하고 완폭 전압도 낮출 수 있는 MEMS 릴레이와 이를 탑재한 기폭장치가 개시된다. 본 발명은 MEMS 공정으로 미세 적층된 유리기판과 유전층, 그리고 실리콘기판에서 구리 재질의 천정전극과 니켈 재질의 판형접점 사이의 간극을 소정의 풀-인(pull-in) 전압에서 정전기력에 의해 서로 달라붙도록 설계하고, 이를 전기식 기폭관의 완폭 전압(99.9% 기폭확률 전압)과 불폭전압(0.1% 이하 기폭확률 전압) 사이의 적절한 값으로 설정한 것이다. 구조물의 적절한 형상, 배치조합으로 풀인 전압을 원하는 안전 전압 이상으로 설정하면 그 이하 전압에서는 기폭관에 전류가 흐르지 않으므로 폭발되지 않는다.
이에 따라 포일 폭발형 기폭관 등 전기식 기폭관의 특성에 상관없이 원하는 안전조건을 확보할 수 있다. 또한 완폭 전압도 낮출 수 있어 비교적 적은 전기 에너지로 기폭 가능한 저에너지 기폭관 제작이 가능하다.

Description

전기식 기폭관용 MEMS 릴레이 및 이를 이용한 포일 폭발형 전기식 기폭장치{Micro-Electro-Mechanical-System relay for electric exploding initiator safety and Detonator using the relay}

본 발명은 전기식 기폭관, 특히 고전압에 의한 포일 폭발형 기폭장치의 안전성을 확보하고 완폭 전압도 낮출 수 있는 초소형 전자식 스위치인 MEMS 릴레이와 이를 탑재한 기폭장치에 관한 것이다.

(가) 릴레이(relay)는 일반적으로 스위칭 시간이 극도로 짧은 전자식 스위치를 의미한다. 유도 코일에 의한 자기 구동식 접촉구조를 가지는 전통적인 릴레이도 있지만 최근에는 금속산화막 반도체 전계효과를 이용한 MOS제어 사이리스터로서 MOSFET 이나 미세 간극 사이의 정전기력 작용을 이용한 MEMS relay(Micro-Electro-Mechanical-System relay)가 점차 많이 쓰이는 추세이다.

각종 초소형 센서를 비롯하여 소형, 고속 릴레이의 제조기술로 각광을 받고 있는 MEMS 제조기술은 nm~μm단위의 얇은 금속 전극(electrode)들을 절연 기판이나 유전체 기판을 이용하여 적층 배치하고 이들 사이에 작용하는 전자기력과 관성 및 구조물 강도를 적절히 결합함으로서 다양한 전기적 접촉과 분리 및 전기저항의 변화를 유도한다. 또한 이를 통해 자이로 등 모션센서, 광학 근접센서, 온습도 센서 및 마이크로폰 등 청음센서에 이르기까지 각종 신호를 극미량의 전기신호로 감지할 수 있으며 또한 마이크로 초(μs) 단위의 극히 빠른 전기적 접촉과 단절 작용을 수행할 수 있다.

이 과정에서 거의 제로에 가까운 전류누설과 소비전력, 그리고 현저히 작은 회로 점유면적 등은 전통적인 스위칭 소자나 전기감응 소자와 비교하여 MEMS 소자들이 가지는 유리한 점이다.

아래 소개한 문헌(1)은 반도체 전계효과를 이용한 매우 전형적인 MEMS 소자를 보여준다. 3장의 기판이 적층된 구조에서 양단 고정전극은 맨 위 기판 하면에 증착 또는 코팅되며 중간 기판에는 비틀림 운동 가능한 미세구동체가 패턴화된 구동전극이 성형된다. 맨아래 기판에는 미세구동체의 운동 공간이 식각된다. 고정구조물인 위아래 기판은 절연성의 유리기판(Glass wafer)이며 운동구조물을 갖는 중간층의 액추에이터 기판은 연성의 실리콘 기판(Si3N4 또는 SiO2 절연막이 코팅된 Si wafer)이다.

문헌(2)는 미소 차원으로 설계되는 MEMS 릴레이의 접촉성능을 개선하기 위해 액체금속을 응용한 것이다. 수백 볼트 전압의 개방 회로 및 수백 암페어 전류의 폐쇄 회로를 견딜 수 있으며 십억 번 이상의 작동 수명을 가지는 접점을 만들기 위해 액체금속 접점을 포함하는 기판을 액츄에이터 기판에 접합시켰다. MEMS 구조의 나머지 부분이 녹지 않는 온도범위에서 액화 가능한 금속(합금)은 히터에 의한 의도적 사전 액화도 가능하며 좀 더 넓은 접점확보를 통해 긴 수명과 고전압, 고전류를 커버할 수 있다.

(나) 고전압 고전류의 전기 에너지로 기폭약을 폭발시키는 전기식 기폭관은 점화화약에 의한 화공식 기폭관이나 뇌관을 격침으로 때리는 기계식 기폭관에 비해 마이크로 초 단위의 극히 빠른 기폭속도를 가지며 구동부가 없고 조립구조 또한 최소화되므로 기계적 신뢰성이 높다.

예를 들어 어떤 발사체가 목표물 관통 후 정확한 시점에 폭발하기 위해서 또는 비행 중 근접폭발에 의해 고속의 표적을 요격하고자 할 때, 기계/화공식 기폭관으로는 달성할 수 없는 전기식 기폭관의 내충격성과 순간 기폭성능은 요긴하게 이용된다.

널리 쓰이는 전기식 기폭관 중 하나인 Exploding Foil Initiator(포일 폭발형 기폭관: EFI)는 순간적인 고전압, 고전류를 얇은 금속박막(foil)에 인가하여 이를 고온의 증기로 확산시키고 그것에 의해 둔감 기폭약을 폭발시킨다.

사실상의 고폭화약인 둔감 기폭약은 쉽게 기폭시키기 어려운 만큼 연소가 아닌 강렬한 폭굉을 유발하므로 기폭관 주위로 충전된 전체 장약(고폭화약)의 급속한 순간 폭발을 유도할 수 있다.

문헌(3)은 가장 전형적인 EFI를 보여준다. 이것은 원판형 베이스에 얇은 폭발 포일을 배치하고 그 양단을 부채꼴 판 모양의 리드터미널로 연결한 다음에 리드터미널를 통해 고전압 고전류를 흘려, 얇고 좁은 폭발포일의 중앙부가 순식간에 기화되면서 고온의 금속증기가 발생되게 한 것이다. 고온 고압의 금속증기는 기화와 동시에 급속 확산되어 둘레에 원통형으로 배치된 고폭약을 폭발시킨다.

문헌(4)는 EFI에 인가되는 고전압 전류의 발생회로(장전신호에 의한 승압 회로)를 소개하고 있다. 기폭회로는 보통 EFI 아래쪽의 별도의 회로기판으로 적층되며 회로격리부와 마이컴 그리고 고전압 발생부와 기폭부로 이루어진다.

기존에 기폭부에 배치되어 고전압 인가/차단을 담당하는 스파크갭 스위치는 회로부피가 크고 스위칭 전력이 비교적 높았으므로, 문헌(4)에서는 이것을 기폭 트리거부의 출력에 따라 동작하는 MOS 사이리스터 칩으로 대체하여 제조비용의 절감과 완성품 신관(또는 기폭관)의 보관수명을 연장하였다.

(1) 한국등록특허 10-0387239 MEMS릴레이 및 그 제조방법 (2) 한국등록특허 10-0755106 액체금속접점이 구비된 MEMS릴레이 (3) 미국등록특허 US 6,178,888 DETONATOR (4) 한국등록특허 10-1343421 고 에너지 기폭관용 기폭장치

EFI와 같은 전기식 둔감 기폭관은 기폭전선을 통해 폭발포일에 고전압(보통 1000V 이상의 기폭전압)과 대전류가 인가되어 기폭된다. 이 때 기폭관은 500V 이하의 전압에서 기폭되지 않는다는 안전조건을 무조건 만족하도록 설계되어야만 한다.

참고로 기폭전압을 높게 설정하여 둔감 기폭관으로 만드는 이유 중 하나는 기폭회로로부터 유도된 전압이 500V 이하의 안전조건에서 기폭확률 0.1% 이하의 기준을 만족하기 위해서는 99.9% 이상의 기폭확률을 가지는 완폭전압(완전폭발 전압) 또한 더욱 더 높게 설정할 필요가 있기 때문이다.

다시 말해서 기폭관에 안전전압 이하의 전압이 유도될 때 이를 폭발확률 0.1% 이하로 낮추기 위해서는 기폭관에 전혀 전류가 흐르지 않도록 설계 및 제작되어야 한다. 이러한 전류차단을 보장할 수 없다면 안전도를 높이기 위한 방편으로 불폭 전압(0.1% 이하의 기폭확률을 가지는 전압)을 안전전압인 500V 이상으로 설계하여야 하고, 이때에는 완폭 전압은 훨씬 높은 값이 되어야 한다. 그렇게 된다면 완폭에 필요한 전기 에너지가 매우 커지게 되고 상당한 크기의 고전압, 대전류를 유도하는 기폭 회로를 필요로 하므로 전체 시스템의 설계요구조건이 높아지는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 단점을 해결하고자 안출되었으며 안전전압 이하에서 폭발포일에 흐르는 전류를 기폭회로로 차단하지 않고 기폭회로와 독립적으로 작동하며 기폭관 내부에 직접 설치가능한 별도의 초소형 릴레이로 전류를 차단하여 폭발포일의 특성과 무관하게 확실한 기폭안전을 확보하는 것이 주요 목적이다.

이 과정에서 마이크로 단위의 초소형 스위칭 소자에 의해 기존 기폭관의 성능과 신뢰성을 저하시키지 않으며 특히 추가적인 비용의 소모를 최소화 하는 것은 물론, 단순한 기폭안전스위치에 그치지 않고 필요에 따라 릴레이의 통전개시 전압(pull-in voltage)을 적절히 조절하여 궁극적으로 기폭에 필요한 전력을 감소시키는 것을 추가적인 목적으로 한다.

상술한 목적을 위해서 본 발명은 기존 전기식 둔감 기폭관(EFI)의 내부에 어떠한 구조적 변화도 가하지 않으며 추가적인 관성질량 부담도 미미한 마이크로 일렉트로 미케니컬 시스템(MEMS) 소자로서의 릴레이(Relay), 다시 말해 초 소형 경량 고강도의 MEMS 릴레이를 폭발포일이 배치된 기폭관베이스 표면에 납작한 형태로 부착시켜 고정하는 구조를 도입하였다.

도 1의 상단 기폭관은 기폭화약이 제거된 상태의 기존 EFI를 도시한 것이며, 하단 기폭관은 여기에 본 발명의 MEMS 릴레이를 적용한 것이다.

도 1 하단 그림을 살펴보면 기폭관 양단의 전압이 EFI 소자와 MEMS 릴레이에 직렬로 인가되는 구조이며, 릴레이의 스위칭 동력은 미세 전극 사이에 작용하는 정전기력이 된다.

도 3을 먼저 참조하여 미세간극에서의 정전기력 효과를 이용하는 MEMS 릴레이의 작동원리를 알아본다.

릴레이는 정전기력과 구조적 복원력의 평형으로 유지되는 구조물이며 정전기력은 천정전극(41)과 판형접점(21)을 서로 끌어당기도록 작용하며 여기에 대한 저항력(반복 작동 가능한 스위치일 경우 구조적 복원력)은 브릿지(20)의 연결봉(22)이 제공한다.

상단 그림과 같이 풀-인 전압(Pull-in Voltage) 이하에서는 릴레이가 동작하지 않으므로 전류가 흐르지 않는다.

중간 그림과 같이 풀인 전압 이상의 전압을 입력 받을 경우 전극은 접촉을 시작하게 되며 하단과 같이 거리의 제곱에 반비례하는 정전기력의 특성으로 두 전극이 빠르게 접촉 완료한다.

풀인 전압은 구조물의 길이, 너비, 두께와 전극의 간격 등의 설계변수를 이용해 조정 가능하다. 즉 MEMS 릴레이의 풀인 전압을 적용대상 둔감 기폭관의 안전 전압 이상으로 설정하면 EFI소자인 폭발포일의 설계조건이나 용융, 기화 특성에 상관 없이 기폭관의 안전 조건을 확보할 수 있다.

제시된 수식에 의하면 풀인 전압의 제곱은 전극간격의 세제곱에 비례하고 전극간 유전율과 전극간 대향 면적에 반비례함을 알 수 있다.

MEMS 릴레이는 열에 강한 실리콘 기판과 절연성이 뛰어난 유리기판 그리고 구리 전극과 니켈 구조물을 이용하여 고전류 고전압의 입력에서 정상적으로 작동하도록 하였으며 도 3의 기본 원리를 응용하여 전극과 판형 접점의 크기, 길이, 초기 간격 등의 변수를 조정하고 이를 이용하여 원하는 풀 인 전압(Pull-in voltage)를 설정하며 그 값이 새로운 기폭관의 안전조건이 되도록 한다. 이것은 도 7과 도 8에서 구체적으로 구현된다.

상술한 해결수단에 더하여, 본 발명의 기술사상을 뒷받침하는 추가적인 기술수단들과 그 결합구조들은 첨부된 도면을 바탕으로 한 아래의 구체적인 내용을 참조한다.

본 발명에 의하면 저렴한 제조비용으로 EFI 등 전기식 둔감 기폭관의 안전을 확보하고 완폭전압을 낮출 수 있다.

특히 폭발포일의 구조와 특성에 상관 없이 안전조건을 확보함으로써 EFI 작동전압 설계에 유연성을 더할 수 있으며 저에너지 기폭관 제작에 유리하다.

또한, 고전압 및 대전류와 고충격 작용조건에서 정상적으로 작동하는 고속 스위치를 MEMS 기술을 이용하여 설치공간의 제약이 없는 초소형 크기로 구현할 수 있다. 이에 따라 낮은 단가와 높은 생산성으로 기존 전기식 기폭관에도 쉽게 적용할 수 있으며 기폭안전성이 제고되고 및 가혹 조건에서의 작동신뢰성이 크게 향상되는 효과가 있다.

도 1은 기존의 EFI와 MEMS 릴레이를 장착한 본 발명의 EFI를 도시한 그림.
도 2는 본 발명 MEMS 릴레이의 외형 사시도.
도 3은 정전기력에 의한 MEMS 릴레이의 전극접촉 원리를 설명한 개념도.
도 4는 본 발명 MEMS 릴레이의 3면도 및 단면도.
도 5, 도 6은 본 발명 MEMS 릴레이의 제작공정을 단계별로 도시한 단면도 및 사시도.
도 7은 본 발명 MEMS 릴레이에서 천정전극과 판형접점이 접촉한 상태를 도시한 그림.
도 8은 본 발명의 다른 실시예로서 풀인 전압이 낮게 설정된 저전력 기폭관용 MEMS 릴레이.

상술한 본 발명의 과제 해결수단을 구체적으로 뒷받침하기 위하여 도면에 포함된 본 발명의 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

다만 아래에 설명될 실시예에서 특정 전문용어로 표현된 구성요소들과 이들의 결합구조가 본 발명에 포괄적으로 내재된 기술사상을 제한하는 것은 아니다.

도 1의 기폭관과 여기에 장착되는 릴레이를 살펴보면 지름 수십mm 정도의 기폭관 베이스(50)의 표면 가운데에 폭발포일(51)이 배치되고 가로세로두께: 5 mm x 5 mm x 2 mm 내외의 크기로 상기 폭발포일 옆에 인접 배치된 마이크로 일렉트로 미케니컬 시스템(MEMS) 릴레이가 리드선(52)에 의해 전기적으로 직렬 연결된 구성을 볼 수 있다.

통상의 둔감 기폭관(EFI)일 때, 완폭전압은 1000V 이상이다. MEMS 릴레이가 500V 전압 이하의 경우에서 단전 상태를 유지할 때 상기 완폭전압은 1000V 이하로 설정될 수 있으며 이렇게 구성된 도 1b를 포함하는 포일 폭발형 전기식 기폭장치는 MEMS 릴레이와 함께 본 발명과 하나의 카테고리를 이루는 1군의 발명으로 해석될 수 있다.

MEMS 릴레이의 바닥쪽 실리콘기판(10)은 폭발포일(51)이 배치된 기폭관베이스 표면에 부착 고정될 수 있고, 천정쪽의 유리기판(40)은 상기 폭발 금속박막과 천정전극(41)을 연결하는 리드선(52)에 접합되어 기폭관베이스 표면에 고정될 수 있다.

도 2는 본 발명 MEMS 릴레이의 상세 외형사시도이며 도 4는 3면도 및 단면도를 나타낸 것이다.

맨 밑의 바닥에서 맨 위의 천정까지 올라오면서 각 부 구성을 적층 순서대로 살펴본다. 적층 구조와 그 순서는 본 발명의 제조공정이기도 하며 일반적인 MEMS소자의 제조공정과 일부 유사하나 아주 전형적이지는 않다.

공정별 작업은 도 5 ~ 도 6의 단계별 공정도를 참조한다.

먼저 기초가 되는 맨 아래의 실리콘기판(10)을 살펴본다.

반도체 설계용 기판으로 가장 널리 이용되는 실리콘기판은 내열성과 방열특성이 우수하고 잘 깨지지 않으면서도 강도가 뛰어나며 광식각과 에칭(습식식각) 공정성도 양호하기 때문에 사실상 대체품이 없는 기판 재료이다.

여기에는 절연막(13)이 증착 방식으로 형성된다. 바닥전극을 표면 도포하기 전에는 절연막(절연층)을 표면에 형성할 필요가 있는데 절연막(13)은 실리콘에 산소를 확산한 SiO2 절연층을 형성할 수도 있으며 Silicon Nitride(질화 실리콘, Si3N4 등)를 증착시킬 수도 있다. 질화실리콘은 Si02막에 비해 밀도, 굴절율, 비 유전율, Band Gap이 높은 장점이 있다.

브릿지(20) 구동공간을 확보하기 위해서는 습식식각이 원활히 이루어질 수 있도록 표면의 절연막을 광식각(포토리소그래피)으로 도려내어 마스크를 형성한 다음에, 마스크 형성되지 않고 남아있는 절연막(13) 위에 바닥전극(11)을 코팅(도금)한다.

바닥전극(11)이 코팅(도금) 완료된 상태에서 실리콘기판 위에 금속 구조물인 브릿지(20)가 코팅된다.

바닥전극(11)과 천정전극(41)의 재질은 순수 구리가 적당하며 이 전극들을 (풀인 전압 작용 시) 서로 전기적으로 연결하게 되는 브릿지(20)는, 가운데에 판형접점(21)이 형성되고 상기 판형접점 양 옆으로 연결봉(22)이 형성되며 상기 연결봉의 끝단에서 상기 바닥전극과 접촉하는 굽힘변형 가능한 금속 구조물이다.

브릿지의 재료는 순수 니켈(NI201 STRIPS)이 바람직하다. 통상적으로 순도 99.6%로 정제된 니켈은 우수한 역학적 특성과 내부식성과 함께 열전도성, 전기전도성 및 자기신축성이 뛰어나다. 이 때문에 전기통신 재료로 널리 쓰이는데, 판(板) 및 선의 형태로 진공관재료로 쓰이고 합금으로서 자성, 전열재료는 물론 배터리 단자와 백라이트용 전극재료로도 광범위하게 이용된다.

순도 99.6%로 정제된 니켈 201은 기본적으로 니켈 200과 동일하나 600℉(315℃)이상의 열에서 탄소 미립자가 부서지는 걸 막기 위해 탄소 함량이 낮다. 이와 같이 탄소함량을 줄임으로서 경도를 낮출 수 있어 MEMS 릴레이와 같은 미세 공정용 냉간 성형부품에 적합하다.

브릿지(20)가 형성 완료되면 실리콘 기판을 식각하여, 식각부(12)를 통해 브릿지를 공중에 떠 있게 한다. 이 과정은 용액성 화학물질을 사용하여 니켈구조물인 브릿지(20) 아래 공간을 선택적으로 제거하는 습식식각(Wet Etch) 공정을 선택할 수 있다.

그 다음에 상기 브릿지에서 판형접점(21)을 노출된 상태로 둘러싸는 유전층(30)을 그 주위로 적층시킨다.

유전층(30: dielectric layer)은 표면에 전하가 나타나는 절연물이며 비유전율이 낮을수록 인가할 수 있는 전압이 높아진다.

적용될 수 있는 대표적인 유전물질로는 폴리이미드가 있다. 폴리이미드는 250℃까지 사용할 수 있고, 내열성이 뛰어나며 저온에서 고온까지 특성의 변화가 적다. 그리고 내충격성이 좋고, 치수안정성이 좋다.

본 발명에서는 브릿지 전체를 사각으로 둘러싸도록 가운데가 사각으로 뚫린 유전층(30)이 도시되어 있으나 이것은 유전물질을 원하는 두께로 코팅하고 SU-8 감광제 등으로 도려내어 형성시킬 수도 있다.

SU-8 감광제는 유리화 온도 이상으로 가열하면서 압력을 가하면 접착력을 가지게 된다. 이에 따라 유전층을 사이에 두고 아래쪽 실리콘기판과 위쪽 유리기판에 열과 압력을 가하면 접착물질 역할을 하는 유전층을 사이에 두고 단단히 고정된 미세 스위칭 소자로서의 MEMS 릴레이가 얻어진다.

판형접점의 운동공간이 도려내어진 유전층(30) 위로는 유리기판(40)이 적층된다. 이때 유리기판의 하면(아래쪽 면)에는 천정전극(41)이 코팅된 상태이다.

PDP패널이나 LCD, LED 패널의 투명전극 기판으로 널리 사용되는 유리기판은 충분한 절연성질을 지님은 물론 형태왜곡이 적고 강도도 충분하다. 맨 위층 소자로서 사용할 시 아래쪽이 잘 보이므로 작업성도 좋다.

위와 같이 적층 완료한 상태에서 각 구조물의 배치구조를 살펴본다.

천정전극(41)과 판형접점(21)은 적층방향으로 서로 겹쳐진다. 다시 말해 위에서 천정전극을 내려다보면 판형접점은 보이지 않는 것이 정상이다. (일부 도면에 투시도로 도시된 것은 이해를 돕기 위한 것이다.)

판형접점(21)을 포함하는 브릿지(20)는 풀인전압 인가 시 판형접점(21)과 천정전극(41) 사이에 작용하는 정전기력에 의해 연결봉(22)이 굽어지면서 상기 천정전극 쪽으로 부분돌출 변형된다.

바꿔 말하면 브릿지를 포함한 주변 구조물의 적절한 형상, 배치조합으로 풀인 전압을 원하는 안전 전압 이상으로 설정하면 그 이하 전압에서는 판형접점이 돌출 변형되지 않고 그에 따라 기폭회로는 여전히 개방회로인 상태이며 기폭관에 전류가 흐르지 않으므로 폭발되지 않는다.

천정전극과 판형접점의 간극은 판형접점(21)의 두께와 유전층(30) 두께의 조합으로 조절될 수 있다. 이 간극이 안전간극(z)인데, 안전간극은 전기식 기폭관의 완폭전압과 불폭전압 사이의 값으로 설정된 풀인전압(pull-in voltage)에서 브릿지와 천정전극이 서로 접촉 가능한 간극을 의미한다. (풀인 전압 이상에서 접촉, 풀인 전압시 접촉 개시, 풀인전압 이하가 안전전압이다.)

이때 상기 풀인전압을 전기식 기폭관의 완폭전압(99% 기폭확률 전압)과 불폭전압(0.1% 이하 기폭확률 전압) 사이의 적절한 값으로 설정할 수 있으며, 그에 따라 포일 폭발형 기폭관 등 전기식 기폭관의 특성에 상관없이 원하는 안전조건을 확보할 수 있다.

이러한 일련의 조정작업들은 완폭 전압을 지나치게 높게 설정할 필요가 없음을 의미한다. 낮아진 완폭전압은 비교적 적은 전기 에너지로 기폭 가능한 저에너지 기폭관 제작이 가능하게 한다.

한편 구리재질로 형성된 천정전극(41)과 바닥전극(11)은 고전압 상태에서 스파크 발생을 막기 위해 상기 안전간극(z)이 형성된 구역(=판형 접점 윗부분 공간)에서 서로 겹쳐지지 않도록 배치될 수 있다.

이에 따라 유리기판(40)과 실리콘기판(10)은 유전층(30)이 형성된 곳을 제외한 구역에서 서로 어긋나게 적층될 수 있다.

위와 같이 기판이 서로 어긋남에 따라 천정전극의 일부는 상기 실리콘기판 옆으로 노출되고 상기 바닥전극의 일부는 상기 유리기판 옆으로 노출되어 각각 기폭전원의 연결단자 역할을 수행할 수 있다.

물론 도 8의 추가 실시예와 같이 어긋나지 않도록 가지런히 적층시킬 수도 있다. 어느 경우이든 천정전극과 바닥전극은 전기식 기폭관용 MEMS 릴레이에서 기폭전원 연결단자 역할을 수행하게 되나, 다만 천정전극이 어긋난 유리기판 아래쪽 면으로 일부 노출되고 또한 바닥전극이 어긋난 실리콘기판 위쪽 면으로 일부 노출되었을 경우에 도 1에서 보는 바와 같이 양단으로 리드선 접합이 쉬워진다.

이상 본 발명의 기술사상을 구체적인 실시예를 통해 설명하였다. 덧붙여 본 실시예에서 미처 포함되지 않은 단순 변경 또는 간단 확장 사례가 있을 수 있겠으나, 본 발명의 기술사상은 실시예의 기술적 해석범주보다는 이하의 청구범위에서 기재되는 내용을 바탕으로 해석되어야 할 것이다.

10: 실리콘기판 11: 바닥전극
12: 식각부 13: 절연막
20: 브릿지 21: 판형접점
22: 연결봉 30: 유전층
40: 유리기판 41: 천정전극
50: 기폭관베이스 51: 폭발포일
52: 리드선 54: 기폭전선
Z: 안전간극

Claims (4)

1. 절연막이 형성된 실리콘기판;
   상기 절연막 위에 코팅된 바닥전극;
   가운데에 판형접점이 형성되고 상기 판형접점 양 옆으로 연결봉이 형성되며 상기 연결봉의 끝단에서 상기 바닥전극과 접촉하도록 상기 실리콘기판 위에 코팅되는 브릿지;
   상기 브릿지 주위에 적층되며 상기 판형접점을 노출된 상태로 둘러싸는 유전층; 및
   상기 유전층 위로 적층되며, 하면에 천정전극이 코팅된 유리기판;을 포함하여 구성되고,
   상기 천정전극과 상기 판형접점은 적층방향으로 서로 겹쳐지며 전기식 기폭관의 완폭전압과 불폭전압 사이의 값으로 설정된 풀인전압(pull-in voltage)에서 접촉 가능한 안전간극을 두고 상하 배치되며,
   상기 절연막은, 상기 브릿지의 구동공간을 확보하기 위해서 광식각을 통해 마스크를 형성하고,
   상기 브릿지가 형성된 후에 상기 형성된 마스크를 통해 상기 실리콘기판을 습식식각하여 식각부를 통해 상기 브릿지를 떠 있게 하는 전기식 기폭관용 MEMS 릴레이.
2. 제1항에 있어서,
   상기 안전간극은 상기 판형접점의 두께와 상기 유전층의 두께의 조합으로 조절되고,
   상기 천정전극과 상기 바닥전극은 구리 재질로서 상기 안전간극이 형성된 구역에서 서로 겹쳐지지 않도록 배치되며,
   상기 유리기판과 상기 실리콘기판은 상기 유전층이 형성된 곳을 제외한 구역에서 서로 어긋나게 적층되고,
   상기 브릿지는 니켈 재질로서 상기 풀인전압 인가 시 상기 판형접점에 작용하는 정전기력에 의해 상기 연결봉이 굽어지면서 상기 천정전극 쪽으로 부분돌출 변형되며,
   상기 천정전극의 일부는 상기 실리콘기판 옆으로 노출되고 상기 바닥전극의 일부는 상기 유리기판 옆으로 노출되어 각각 기폭전원의 연결단자 역할을 수행하는 전기식 기폭관용 MEMS 릴레이.
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 기재된 MEMS 릴레이를 폭발포일에 인접 배치하고 이들을 전기적으로 직렬 연결하여 구성되며, 완폭전압을 500V 이하로 설정하여 구성되는 포일 폭발형 전기식 기폭장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 실리콘 기판은 폭발포일이 배치된 기폭관베이스 표면에 부착 고정되고, 상기 유리기판은 상기 폭발포일과 상기 천정전극을 연결하는 리드선에 접합되어 상기 기폭관베이스 표면에 고정되는 포일 폭발형 전기식 기폭장치.

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