KR20010095553A - 마이크로 스위치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저전압에서 구동될 수 있고 전력 소비가 적은 마이크로 스위치를 제공하기 위한 것으로서, 적어도 하나의 신호선, 접지선 그리고 배선 패드를 갖는 마이크로 스위치에 있어서, 적어도 하나의 신호선, 접지선 그리고 배선 패드를 지지하는 제 1 기판과, 상기 신호선에 일정한 간극을 갖도록 상기 신호선 상부에 위치하는 이동판과, 상기 이동판에 연결되고, 외부의 인가 전압에 따라 상기 이동판을 상기 신호선에 접촉되도록 이동시켜주는 구동기와 그리고, 상기 구동기의 중심부분이 릴리즈(release)되도록 상기 구동기의 가장자리 부분만을 고정시켜주고, 상기 제 1 기판으로 일정 간격 이격(離隔)되어 상기 기판 상부에 형성되는 제 2 기판으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 마이크로 스위치는 피에조 전기력과 정전기력을 동시에 이용함으로써 저전압에서 구동되며 고성능을 갖는다.
Description
본 발명은 마이크로 스위치에 관한 것으로, 특히 피에조 전기력과 정전기력을 동시에 이용한 마이크로 스위치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고주파대역에서 사용되는 많은 전자 시스템은 초소형화, 초경량화, 고성능화 되어가고 있음에 따라 지금까지 이 시스템에서 신호를 제어하기 위해서 사용되고 있는 FET(field effect transistor)나 Pin 다이오드와 같은 반도체 스위치들을 대체하기 위해서 마크로머시닝(micromachining)이라는 새로운 기술을 이용하여 기계적으로 움직이는 초소형 마이크로 스위치가 널리 연구되고 있다. 반도체 스위치들이 구동될 때에 전력손실이 크고, 일그러짐(distortion)이 있고, 또한 완전한 온/오프(on/off) 절연이 되지 않는 등 많은 단점들이 있다. 따라서 마이크로머시닝 기술을 이용하여 개발된 기계적으로 움직이는 마이크로 스위치들은 고주파대역에서 IMT 2000, 이동통신용 단말기, 군용의 무선 통신 시스템, 이상기(移相器), 안테나 튜너들, 수신기들, 전송기들, 페이즈드 어레이 안테나(phased array antenna)와 같은 상업적 기구 등에 널리 이용될 것이다. 또한 튜너블 캐패시터는 RF(radio frequency) 모듈이나 시스템에 적용하기 위하여 바람직하다.
지금까지 개발되고 제안된 기계적으로 움직이는 마이크로 스위치와 튜너블 캐패시터는 정전기적 힘 혹은 자기력을 이용하여 구동된다. 정전기력에 의해서 구동되는 스위치와 튜너블 캐패시터는 이들 소자들을 작동할 때 전력 소비가
거의 무시할 정도로 작지만 구동되는 전압이 여전히 커서 이동 단말기나 시스템에 사용하는 것은 적절하지 못하였다. 자기력을 이용하여 구동되는 스위치와 튜너블 캐패시터는 저전압에서 구동될 수 있지만 이들 소자들을 작동할 때에 전력 소비가 너무 크다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 저전압에서 구동될 수 있고 전력 소비가 적은 마이크로 스위치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 스위치의 단면도
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 스위치의 구동기 및 이동판의 제조방법을 나타낸 공정단면도
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 스위치의 구동기 및 이동판의 다른 제조방법을 나타낸 공정단면도
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 스위치의 구동기의 구조를 나타낸 단면도
도 5는 볼 발명에 따른 마이크로 스위치의 구동기의 동작원리를 나타낸 단면도
도 6은 도 1a에 나타낸 저항형 타입의 스위치를 구현하기 위한 제 1 기판 상에 형성되는 구조물을 나타낸 사시도
도 7은 도 1b에 나타난 용량형 타입의 스위치를 구현하기 위한 제 1 기판 상에 형성되는 구조물을 나타낸 사시도
도 8은 도 1c에서 보여준 용량형 타입의 스위치를 구현하기 위한 제 1 기판 상에 형성되는 구조물을 나타낸 사시도
도 9는 도 6에 나타낸 저항형 타입의 스위치를 구현하기 위한 제 1 기판 상에 형성되는 구조물 변형을 나타낸 사시도
도 10은 도 7에 나타낸 용량형 타입의 스위치를 구현하기 위한 제 1 기판 상에 형성되는 구조물의 변형을 나타낸 사시도
도 11은 도 8에 나타낸 용량형 타입의 스위치를 구현하기 위한 제 1 기판 상에 형성되는 구조물의 변형을 나타낸 사시도
도 12는 도 6와 도 9에서 나타낸 제 1 기판 상에 형성되는 구조물들의 제조방법을 나타낸 공정단면도
도 13은 도 7과 도 10에 나타낸 제 1 기판 상에 형성되는 구조물들의 제조방법을 나타낸 공정단면도
도 14는 도 8과 도 11에 나타낸 제 1 기판 상에 형성되는 구조물의 제조방법을 나타낸 공정단면도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11-1: 제 1 기판 11-2: 제 2 기판
12: 신호선 13: 접지선
14: 배선 패드 15: 이동판
16: 만곡부 17: 솔더 범프
18: 유전 물질 19: 금속 물질
20: 금속 씨드층 21: 제 1 희생층
22: 제 2 희생층 23: 앵커
31: 실리콘 질화물 32: 제 1 금속
33: 압전 물질 34: 제 2 금속
35: 실리콘 산화물 36: 고분자 물질
37: 스페이서
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 스위치의 특징은 적어도 하나의 신호선, 접지선 그리고 배선 패드를 갖는 마이크로 스위치에 있어서, 적어도 하나의 신호선, 접지선 그리고 배선 패드를 지지하는 제 1 기판과, 상기 신호선에 일정한 일정 공간을 갖도록 상기 신호선 상부에 위치하는 이동판과, 상기 이동판에 연결되고, 외부의 인가 전압에 따라 상기 이동판을 상기 신호선에 접촉되도록 이동시켜주는 구동기와 그리고, 상기 구동기의 중심부분이 릴리즈(release)되도록 상기 구동기의 가장자리 부분만을 고정시켜주고, 상기 제 1 기판으로 일정 간격 이격(離隔)되어 상기 기판 상부에 형성되는 제 2 기판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 신호선 양측에는 접지선이 형성되고, 상기 접지선 양측에는 배선 패드들이 형성된다. 그리고, 제 2 기판은 중심부분에 관통 구멍이 형성되어 구동기의 중심부분 및 이동판을 릴리즈시키고, 구동기는 상기 제 2 기판 위에 부착되는 앵커(anchor)와 상기 앵커와 이동판에 연결되어 외부의 인가 전압에 따라 상기 이동판을 구동시키는 만곡부로 구성된다. 여기서, 만곡부는 금속들 사이에 형성되는 압전 물질로 구성된다.
이와 같은 마이크로 스위치는 피에조 전기력과 정전기력을 동시에 이용함으로써 저전압에서 구동되며 고성능을 갖는다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 마이크로 스위치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 스위치의 단면도이다.
마이크로 스위치는 피에조 전기력(piezoelectric force)에 의해서 기계적으로 움직이기 위해서 인가한 전압에 의해서 크게 수축과 팽창을 하는 PZT라는 압전물질(piezoelectric material)을 이용하여 만들어진다. PZT막을 이용하여 만들어진 컨틸레버(cantillever) 빔은 DC 바이어스 전압으로 1 volt를 가할 때 1㎛의 움직임을 갖는다. 마이크로 스위치가 시스템이나 모듈에 사용되기 위해서는 움직일 수 있는 빔이 약 2∼5 ㎛ 정도의 움직임을 가지면 된다. 따라서 본 발명에서 제안한 방법을 사용하게 되면 5 volt 아래에서 기계적으로 움직이는 마이크로 스위치를 구현할 수 있다. 그러나 피에조 전기력은 정전기력에 비해서 약하기 때문에 이동판(15)이 정전기력에 의해서 움직이는 스위치만큼 신호선(12)과 완전한 접촉을 할 수 없다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서 본 발명에서는 피에조 전기력에 의해서 이동판(15)이 신호선(12)과 충분히 가까워 졌을 때 정전기력을 가함으로써 신호선(12)과 완전한 접촉을 할 수 있게 한다. 이때 정전기력은 이동판(15)과 신호선(12) 사이의 갭이 작을수록 인가된 힘은 최대화시킬 수 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 저항형 타입의 마이크로 스위치 단면도이다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 적어도 하나의 신호선(12), 접지선(13) 그리고 배선 패드(14)를 지지하는 제 1 기판(11-1)이 있고, 상기 신호선(12)에 일정한 일정 공간을 갖도록 상기 신호선(12) 상부에 위치하는 이동판(15)이 있다. 이때, 상기 접지선(13)은 신호선(12) 양측에 형성되고, 상기 배선 패드들(14)은 접지선(13) 양측에 형성된다.
그리고, 상기 이동판(15)에 연결되고, 외부의 인가 전압에 따라 상기 이동판(15)을 상기 신호선(12)에 접촉되도록 이동시켜주는 구동기(16,23)가 있다. 여기서, 구동기(16,23)는 제 2 기판(11-2) 위에 부착되는 앵커(anchor,23)와, 앵커(23)와 이동판(15)에 연결되어 외부의 인가 전압에 따라 상기 이동판(15)을 구동시키는 만곡부(16)로 구성된다. 이때, 만곡부(16)는 금속 물질과 상기 금속들 사이에 형성되는 압전 물질로 구성된다.
그리고, 상기 구동기(16,23)의 중심부분이 릴리즈(release)되도록 상기 구동기(16,23)의 가장자리 부분만을 고정시켜주고, 상기 제 1 기판(11-1)으로 일정 간격 이격(離隔)되어 상기 제 1 기판(11-1) 상부에 형성되는 제 2 기판(11-2)으로 구성된다. 이때, 제 2 기판(11-2)의 중심부분에는 관통 구멍이 형성되어 구동기(16,23)의 중심부분 및 이동판(15)을 릴리즈시킨다. 여기서, 제 1 기판(11-1)은 SiO2, GaAs, 알루미나(alumina) 중 어느 하나로 이루어지고, 제 2 기판(11-2)은 실리콘으로 이루어진다.
도 1b는 본 발명에 따른 용량성 타입의 마이크로 스위치 단면도이다.
도 1b에 도시한 바와 같이, 도 1b는 도 1a의 구조와 유사하고, 신호선(12) 위에 유전 물질(18)이 형성되어 있다.
상기 신호선 상에 형성된 유전 물질(18) 위에 이동판(15)이 접촉함으로써 on/off 임피던스에 의해 스위칭을 한다.
이때, 신호선(12)은 하부 캐패시터로 이용되고, 상기 신호선(12)에 접촉되는 이동판(15)은 상부 캐패시터로 이용된다.
도 1c는 본 발명에 따른 또 다른 용량성 타입의 마이크로 스위치 단면도이다.
도 1c에 도시한 바와 같이, 도 1c는 도 1b의 구조와 유사하고, 상기 유전 물질(18) 위에 금속 물질(19)이 형성되어 있다.
상기 신호선(12) 상에 형성된 유전물질(18) 위에 금속 물질(19)을 형성함으로써 캐피시터를 만들고, 이동판(15)이 상기 금속 물질(19) 전극 위에 접촉함으로써 스위치가 on일 때의 임피던스를 최대화하여 on/off 비율을 최대화하는 스위치의 성능을 향상시킨 것이다.
이때, 상기 신호선(12)은 하부 캐패시터로 이용되고, 상기 금속 물질(19)은 상부 캐패시터로 이용된다.
도 1d는 본 발명에 따른 마이크로 스위치의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 1d에 도시한 바와 같이, 도 1d는 도 1a와 유사하고, 상기 2 기판(11-2)과 상기 구동기(16,23)의 가장자리 부분 사이에 일정 두께의 스페이서(37)가 형성되어 있다. 상기 스페이서(37)가 형성되어 구동기(16,23)의 중심부분 및 이동판(15)을 릴리즈시킨다.
여기서, 도 1d에 나타난 신호선 위에 유전 물질 또는 금속 물질/유전 물질이 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 스위치의 구동기 및 이동판의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 2는 도 1a 내지 도 1c의 마이크로 스위치의 구동기 및 이동판의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 제 2 기판(11-2) 앞면 위에 실리콘 질화물(31)을 형성한다. 이때, 실리콘 질화물(31)은 구동기(16,23) 및 이동판(15)의 멤브레인으로 이용된다.
여기서, 상기 제 2 기판(11-2)은 실리콘으로 이루어진다. 그리고, 상기 실리콘 질화물(31)을 형성하기 전에 상기 제 2 기판(11-2) 앞면 위에 실리콘 산화물(35)을 형성할 수 있다.
이어, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 실리콘 질화물(31) 위에 제 1 금속(32)을 형성한다.
그리고, 도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 금속(32) 상에 압전물질(33)의 막을 형성한 후, 큐어링하고 패터닝한다.
이어, 도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 압전물질(33) 위에 제 2 금속(34)을 형성한다.
마지막으로, 도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 기판(11-2)의 뒷면을 소정 영역을 식각하여 상기 구동기 및 이동판을 상기 제 2 기판(11-2)으로부터 릴리즈시킨다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 스위치의 구동기 및 이동판의 다른 제조방법을 나타낸 공정단면도
도 3은 도 1d의 마이크로 스위치의 구동기 및 이동판의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 제 2 기판(11-2) 앞면 위에 고분자 물질(36)을 형성하고, 패터닝하여 상기 제 2 기판(11-2)의 가장자리 영역을 노출시킨다.
이어, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 노출된 영역에 상기 고분자 물질(36)에 대해 식각비가 다른 물질을 형성하여 스페이서(37)를 형성한다.
그리고, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 고분자 물질(36)과 스페이서(37)위에 제 1 금속층(32)을 형성한다.
이때, 상기 제 1 금속층(32)을 형성하기 전에 상기 제 2 기판(11-2) 앞면 위에 실리콘 질화물층 또는 실리콘 산화물층/실리콘 질화물층을 형성할 수 있다.
그리고, 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 금속층(32) 위에 압전물질(33)을 형성한 후, 큐어링하고 패터닝한다.
마지막으로 도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 압전물질(33) 위에 제 2 금속층(34)을 형성한 후, 상기 고분자 물질(36)을 식각하여 구동기 및 이동판을 제 2 기판(11-2)으로부터 릴리즈시킨다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 스위치의 만곡부를 나타낸 단면도이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 마이크로 스위치의 만곡부는 순차적으로 형성된 실리콘 질화물(31), 제 1 금속(32), 압전물질(33), 제 2 금속(34)으로 이루어진다.
그러나, 도 4b에 도시한 바와 같이, 실리콘 질화물(31) 하부에 실리콘 산화물(35)을 형성할 수 있다. 이때, 실리콘 질화물(31)과 실리콘 산화물(35)을 구동기 및 이동판의 멤브레인으로 사용한다.
여기서, 도 4a에서 보여준 만곡부는 도 2e에서와 같이 제 2 기판(11-2)을 식각하여 노출되게 되면 압전물질(33)이 높은 장력 스트레스를 갖기 때문에 고정되지 않는 만곡부(16)의 끝이 위로 굽는 문제가 발생한다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 도 3b에 보여진 것처럼 실리콘 산화물(35)과 같은 높은 압축 스트레스를 갖는 재료를 실리콘 질화물(31)과 함께 멤브레인으로 이용하면 압전물질(33)로 오는 스트레스를 어느 정도 보충할 수 있어서 휘는 것을 막을 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 스위치의 만곡부의 동작원리를 나타낸 사시도이다.
도 5a는 전압 인가되지 않은 경우의 만곡부를 나타낸 것이다.
도 5b는 전압이 인가되는 경우의 만곡부를 나타낸 것이다.
이때, 구동기 및 이동판은 도 4에 나타낸 구동기 중 만곡부(16)를 구성하고 있는 제 1금속 전극(32)과 제 2 금속 전극(34)에 DC 전압을 인가함으로써 제 1 금속 전극(32)과 제 2 금속 전극(34) 사이에 있는 압전물질(33)의 스트레인이 변화하여 만곡부가 움직이게 되고 이동판이 위 아래로 움직이게 된다.
도 6 내지 도 11은 본 발명에 따른 마이크로 스위치의 제 1 기판 상에 형성되는 구조물들을 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 1a에 나타낸 저항형 타입의 스위치를 구현하기 위한 제 1 기판 상에 형성되는 구조물을 나타낸 것이다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 세로로 일정 간격을 두고 형성된 신호선(12)과 상기 신호선(12) 양측에 일정 거리를 두고 형성된 접지선(13)과 각각의 접지선(13) 일측에 일정 간격을 두고 형성된 배선패드(14)가 있다. 접지선(13)들과 배선 패드(14)들 각각의 위에는 솔더 범프(17)가 형성되어 있다.
도 6b는 도 6a에서의 상기 솔더 범프(17)가 일렬로 배열되는 경우이다.
도 7은 도 1b에 나타난 용량형 타입의 스위치를 구현하기 위한 제 1 기판 상에 형성되는 구조물을 나타낸 것이다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 도 7a는 도 6a에서 일정 간격을 갖는 신호선(12)사이에 유전체(18)가 있는 경우이다.
도 7b에 도시한 바와 같이, 도 7b는 도 6b에서 일정 간격을 갖는 신호선(12) 사이에 유전체(18)가 있는 경우이다.
도 8은 도 1c에서 보여준 용량형 타입의 스위치를 구현하기 위한 제 1 기판 상에 형성되는 구조물을 나타낸 것이다.
도 8a에 도시한 바와 같이, 도 8a는 도 7a에서 상기 유전체(18) 상에 금속 물질(19)이 형성되는 경우이다.
도 8b에 도시한 바와 같이, 도 8b는 도 7b에서 상기 유전체(18) 상에 금속 물질(19)이 형성되는 경우이다.
도 9는 도 6에 나타낸 저항형 타입의 스위치를 구현하기 위한 제 1 기판 상에 형성되는 구조물 변형을 나타낸 것이다.
도 8a에 도시한 바와 같이, 각각의 접지선(13) 일측에 각각 2개의 배선 패드(14)가 세로로 형성되어 있고, 각각의 배선 패드(14) 위에 솔더 범프(17)가 형성되는 경우이다.
도 9b에 도시한 바와 같이, 하나의 접지선(13) 일측에 2개의 배선 패드(14)가 세로로 형성되어 있고, 각각의 배선 패드(14) 위에 솔더 범프(17)가 형성되는 경우이다.
도 9c에 도시한 바와 같이, 하나의 접지선(13) 일측에 하나의 배선 패드(14)가 형성되어 있고, 상기 배선 패드(14) 위에 솔더 범프(17)가 형성되는 경우이다.
도 10은 도 7에 나타낸 용량형 타입의 스위치를 구현하기 위한 제 1 기판 상에 형성되는 구조물의 변형을 나타낸 것이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 하나의 접지선(13) 일측에 하나의 배선 패드(14)가 형성되어 있고, 상기 배선 패드(14)와 각각의 접지선(13) 위에 솔더 범프(17)가 형성되는 경우이다.
도 11은 도 8에 나타낸 용량형 타입의 스위치를 구현하기 위한 제 1 기판 상에 형성되는 구조물의 변형을 나타낸 것이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 하나의 접지선(13) 일측에 하나의 배선 패드(14)가 형성되어 있고, 상기 배선 패드(14)와 각각의 접지선(13) 위에 솔더 범프(17)가 형성되는 경우이다.
여기서, 상기 접지선(13) 및 배선 패드(14)에 각각 형성되는 솔더 범프(17)들은 나란히 형성되거나 서로 엇갈려 형성될 수 있고, 상기 솔더 범프(17)들은 상기 접지선(13) 및 배선 패드(14) 중 적어도 어느 한 곳에 두 개 이상 형성된다.
도 12는 도 6과 도 9에서 나타낸 제 1 기판 상에 형성되는 구조물들의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 12는 도 1a에서 보여준 저항형 타입의 스위치를 구현하기 위한 구조물이다.
도 12a에 도시한 바와 같이, 제 1 기판(11-1) 상에 금속 씨드층(20)을 형성한다.
이때, 상기 제 1 기판(11-1)은 높은 저항을 갖는 기판으로서 수정, GaAs, 알루미나(alumina) 등을 사용할 수 있다.
이어, 도 12b에 도시한 바와 같이, 상기 금속 씨드층(20) 위에 제 1 희생층(21)을 형성하고, 상기 제 1 희생층(21)을 패터닝하여 상기 신호선(12), 접지선(13) 그리고 배선 패드(14)가 형성될 영역의 금속 씨드층(20)을 노출시킨다.
이때, 상기 제 1 희생층(21)은 포토레지스트나 폴리이미드 등의 고분자 물질을 사용한다.
그리고, 도 12c에 도시한 바와 같이, 상기 노출된 금속 씨드층(20) 위에 금속 물질을 형성하여 신호선(12), 접지선(13) 그리고 배선 패드(14)를 형성한다.
이어, 도 12d에 도시한 바와 같이, 전면에 제 2 희생층(22)을 형성하고 패터닝하여 상기 접지선(13) 및 배선 패드(14)의 일정 영역을 노출시킨다.
그리고, 도 12e에 도시한 바와 같이, 상기 노출된 접지선(13) 및 배선 패드(14)에 솔더 범프(17)를 형성한다.
마지막으로, 도 12f에 도시한 바와 같이, 상기 남아 있는 제 1 희생층(21), 제 2 희생층(22) 및 금속 씨드층(20)을 제거한다.
도 13은 도 7과 도 10에 나타낸 제 1 기판 상에 형성되는 구조물들의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 13는 도 1b에서 보여준 용량성 타입의 스위치를 구현하기 위한 구조물로서 도 12의 신호선(12) 위에 유전 물질(18)이 형성된 것이다.
도 13a에 도시한 바와 같이, 제 1 기판(11-1) 위에 금속 물질을 형성하고, 패터닝하여 소정 영역에 신호선(12)을 형성한다.
이어, 도 13b에 도시한 바와 같이, 상기 신호선(12) 위에 유전 물질(18)을형성한다.
그리고, 도 13c에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 기판(11-1) 위에 금속 씨드층(20)을 형성하고, 상기 금속 씨드층(20)을 포함한 전면에 제 1 희생층(21)을 형성한다.
이어, 도 13d에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 희생층(21)을 패터닝하여 상기 신호선(12) 양측에 접지선(13) 및 배선 패드(14)가 형성될 영역의 금속 씨드층(20)을 노출시킨다.
그리고, 도 13e에 도시한 바와 같이, 상기 노출된 금속 씨드층(20) 위에 금속 물질을 형성하여 접지선(13) 및 배선 패드(14)를 형성한다.
이어, 도 13f에 도시한 바와 같이, 전면에 제 2 희생층(22)을 형성하고 패터닝하여 상기 접지선(13) 및 배선 패드(14)의 일정 영역을 노출시킨다.
마지막으로, 도 13g에 도시한 바와 같이, 상기 노출된 접지선(13) 및 배선 패드(14)에 솔더 범프(17)를 형성하고, 상기 남아 있는 제 1 희생층(21), 제 2 희생층(22) 및 금속 씨드층(20)을 제거한다.
도 14는 도 8과 도 11에 나타낸 제 1 기판 상에 형성되는 구조물의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 14는 도 1c에서 보여준 용량성 타입의 스위치를 구현하기 위한 구조물로서 도 13의 유전 물질(18) 위에 금속 물질(19)이 형성된 것이다.
도 14a에 도시한 바와 같이, 제 1 기판(11-1) 위에 금속 물질을 형성하고, 패터닝하여 소정 영역에 신호선(12)을 형성한다.
이어, 도 14b에 도시한 바와 같이, 상기 신호선(12) 위에 유전 물질(18)을 형성한다.
그리고, 도 14c에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 기판(11-1) 위에 금속 씨드층(20)을 형성하고, 상기 금속 씨드층(20)을 포함한 전면에 제 1 희생층(21)을 형성한다.
이어, 도 14d에 도시한 바와 같이, 상기 신호선(12) 위에 형성된 유전 물질(18) 윗부분의 제 1 희생층(21)을 제거하고, 상기 신호선(12) 양측에 접지선(13) 및 배선 패드(14)가 형성될 영역의 금속 씨드층(20)을 노출시키도록 제 1 희생층(21)을 제거한다.
그리고, 도 14e에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 희생층(21)이 제거된 부분 위에 금속 물질을 형성하여 접지선(13) 및 배선 패드(14)를 형성한다. 또한, 상기 유전 물질(18) 위에 금속 물질(19)을 형성한다.
이어, 도 14f에 도시한 바와 같이, 전면에 제 2 희생층(22)을 형성하고 패터닝하여 상기 접지선(13) 및 배선 패드(14)의 일정 영역을 노출시킨다.
마지막으로, 도 14g에 도시한 바와 같이, 상기 노출된 접지선(3) 및 배선 패드(14)에 솔더 범프(17)를 형성하고, 상기 남아있는 제 1 희생층(21), 제 2 희생층(22) 및 금속 씨드층(20)을 제거한다.
이와 같이, 도 12 내지 도 14에서 나타낸 적어도 하나의 신호선(12), 접지선(13) 그리고 배선 패드(14)를 갖는 제 1 기판(11-1)은 도 2에서 나타낸 이동판(15)과 구동기(16,23)를 갖는 제 2 기판(11-2)이 상기 이동판(15)과 신호선(12)이 일정 공간을 두고 마주보도록 솔더 범프(17)에 의해 부착된다.
여기서, 제 2 기판(11-2)을 솔더 범프(17)에 의해 부착할 때는 플립-칩 결합 기술(flip-chip bonding technique)을 이용한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 마이크로 스위치 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 피에조 전기력과 정전기력을 동시에 이용함으로써 저전압에서도 마이크로 스위치가 구동될 수 있다.
둘째, 피에조 전기력과 정전기력을 동시에 이용함으로써 신뢰도가 향상된 마이크로 스위치를 구현할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
Claims (24)
- 적어도 하나의 신호선, 접지선 그리고 배선 패드를 갖는 마이크로 스위치에 있어서,상기 적어도 하나의 신호선, 접지선 그리고 배선 패드를 지지하는 제 1 기판;상기 신호선에 일정한 간극을 갖도록 상기 신호선 상부에 위치하는 이동판;상기 이동판에 연결되고, 외부의 인가 전압에 따라 상기 이동판을 상기 신호선에 접촉되도록 이동시켜주는 구동기; 그리고,상기 구동기의 중심부분이 릴리즈(release)되도록 상기 구동기의 가장자리 부분만을 고정시켜주고, 상기 제 1 기판으로 일정 간격 이격(離隔)되어 상기 제 1 기판 상부에 형성되는 제 2 기판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
- 제 1 항에 있어서,상기 신호선 양측에는 접지선이 형성되고, 상기 접지선 양측에는 배선 패드들이 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 기판은 중심부분에 관통 구멍이 형성되어 상기 구동기의 중심부분 및 이동판을 릴리즈시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 기판과 상기 구동기의 가장자리 부분 사이에는 일정 두께의 스페이서(spacer)가 형성되어 상기 구동기의 중심부분 및 이동판을 릴리즈시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
- 제 1 항에 있어서,상기 구동기는상기 제 2 기판 위에 부착되는 앵커(anchor);상기 앵커와 이동판에 연결되어 외부의 인가 전압에 따라 상기 이동판을 구동시키는 만곡부로 구성됨을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
- 제 5 항에 있어서,상기 만곡부는상기 금속들 사이에 형성되는 압전 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
- 제 6 항에 있어서,상기 금속들 중어느 한 금속의 일면에는 실리콘 질화물층 또는 실리콘 산화물층/실리콘 질화물층이 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
- 제 7 항에 있어서,상기 실리콘 질화물층 또는 실리콘 산화물층/실리콘 질화물층은 상기 금속들이 휘어지는 방향의 반대편 금속면 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 기판은 솔더 범프들에 의해 상기 접지선 및 배선 패드에 부착되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
- 제 9 항에 있어서,상기 접지선 및 배선 패드에 각각 형성되는 솔더 범프들은 나란히 형성되거나 서로 엇갈려 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
- 제 9 항에 있어서,상기 솔더 범프들은 상기 접지선 및 배선 패드 중 적어도 한 곳에 두 개 이상이 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
- 제 1 항에 있어서,상기 신호선 위에는 유전 물질이나 또는 금속 물질/유전 물질이 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
- 제 12 항에 있어서,상기 신호선 위에 유전 물질이 형성되는 경우, 상기 신호선은 캐패시터의 하부 전극으로 이용되고 상기 신호선에 접촉되는 이동판은 상부 전극으로 이용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
- 제 12 항에 있어서,상기 신호선 위에 금속 물질/유전물질이 적층되어 형성된 경우, 상기 신호선은 캐패시터의 하부 전극으로 이용되고, 상기 금속 물질은 상부 전극으로 이용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치.
- 적어도 하나의 신호선, 접지선 그리고 배선 패드를 갖는 제 1 기판과, 구동기에 의해 구동되는 이동판을 갖는 제 2 기판을 포함하는 마이크로 스위치 제조방법에 있어서,상기 제 1 기판 위의 소정 영역에 상기 신호선, 접지선 그리고 배선 패드들을 형성하고, 상기 접지선 및 배선 패드들 위에 접착 물질을 형성하는 제 1 단계;상기 이동판이 상기 신호선과 일정 공간을 두고 마주보도록 상기 제 2 기판을 상기 접착 물질에 부착하는 제 2 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 제 1 기판은 SiO2, GaAs, 알루미나(alumina) 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 제 2 기판은 실리콘으로 이루어짐을 특징으로 하는 마이크로 스위치 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 제 1 단계는상기 제 1 기판 위에 금속 씨드층 및 제 1 희생층을 형성하는 단계;상기 제 1 희생층을 패터닝하여 상기 신호선, 접지선 그리고 배선 패드가 형성될 영역의 금속 씨드층을 노출시키는 단계;상기 노출된 금속 씨드층 위에 금속 물질을 형성하여 상기 신호선, 접지선 그리고 배선 패드를 형성하는 단계;전면에 제 2 희생층을 형성하고 패터닝하여 상기 접지선 및 배선 패드의 일정 영역을 노출시키는 단계;상기 노출된 접지선 및 배선 패드에 접착 물질을 형성하는 단계; 그리고,상기 남아있는 제 1, 제 2 희생층 및 씨드 금속층을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 제 1 단계는상기 제 1 기판 위에 금속 물질을 형성하고, 패터닝하여 소정 영역에 상기 신호선을 형성하는 단계;상기 신호선 위에 유전 물질을 형성하는 단계;상기 제 1 기판 위에 금속 씨드층을 형성하고, 상기 금속 씨드층을 포함한 전면에 제 1 희생층을 형성하는 단계;상기 제 1 희생층을 패터닝하여 상기 신호선 양측에 접지선 및 배선 패드가 형성될 영역의 금속 씨드층을 노출시키는 단계;상기 노출된 금속 씨드층 위에 금속 물질을 형성하여 접지선 및 배선 패드를 형성하는 단계;전면에 제 2 희생층을 형성하고 패터닝하여 상기 접지선 및 배선 패드의 일정 영역을 노출시키는 단계;상기 노출된 접지선 및 배선 패드에 접착 물질을 형성하는 단계; 그리고, 상기 남아 있는 제 1, 제 2 희생층 및 씨드 금속층을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치 제조방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 신호선 위에 유전 물질 형성 후, 상기 유전 물질 위에 금속층을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 제 2 단계는상기 제 2 기판 앞면 위에 제 1 금속층, 압전물질, 제 2 금속층을 순차적으로 형성하고, 패터닝하여 상기 구동기 및 이동판을 형성하는 단계;상기 제 2 기판 뒷면의 소정 영역을 식각하여 상기 구동기 및 이동판을 상기 제 2 기판으로부터 릴리즈시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치 제조방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 제 1 금속층을 형성하기 전에 상기 제 2 기판 앞면 위에 실리콘 질화물층 또는 실리콘 산화물층/실리콘 질화물층을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 제 2 단계는상기 제 2 기판 앞면 위에 희생층을 형성하고, 패터닝하여 상기 제 2 기판의 가장자리 영역을 노출시키는 단계;상기 노출된 영역에 상기 희생층에 대해 식각비가 다른 물질을 형성하는 단계;상기 희생층을 포함한 전면에 제 1 금속층, 압전 물질, 제 2 금속층을 순차적으로 형성하고, 패터닝하여 상기 구동기 및 이동판을 형성하는 단계;상기 희생층을 식각하여 상기 구동기 및 이동판을 상기 제 2 기판으로부터 릴리즈시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치 제조방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 제 1 금속층을 형성하기 전에 상기 제 2 기판 앞면 위에 실리콘 질화물층 또는 실리콘 산화물층/실리콘 질화물층을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 제 2 기판을 상기 접착 물질에 부착하는 단계는 플립-칩 결합 기술(flip-chip bonding technique)을 이용하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스위치 제조방법.
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