KR20020049870A - Micro switching device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로 스위칭 소자에 관한 것으로, 상세히는 정전기력을 이용하는 MEMS(Micro Electro-Mechanic System)구조의 마이크로 스위칭 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a micro switching device, and more particularly, to a micro switching device of a MEMS (Micro Electro-Mechanic System) structure using an electrostatic force.
정전기력을 이용하는 MEMS 구조의 종래 마이크로 스위칭 소자는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(1)의 상방에 구동스테이지(2)가 위치하며, 스테이지(2)는 그 네 모서리로 부터 연장되는 스프링(3) 및 이를 지지하는 앵커(4)에 의해 지지된다.In the conventional micro switching device of the MEMS structure using the electrostatic force, as shown in Figure 1, the drive stage 2 is located above the substrate 1, the stage 2 is a spring (3) extending from its four corners ) And the anchor 4 supporting it.
상기 스테이지(2)는 양측의 구동전극(2a, 2b) 및 이들 사이에 개재되는 접점부(2c)를 구비한다. 상기 구동전극(2a, 2b)의 하부에는 고정전극(5a, 5b)와 위치하고, 상기 상기 접점부(2c)의 하부에는 스위칭을 위한 시그널 라인(6a, 6b)가 위치하며, 상기 접점부(2c)의 하부에서 상기 시그널 라인(6a, 6b)의 내단부가 소정 간격을 두고 배치된다.The stage 2 includes drive electrodes 2a and 2b on both sides and a contact portion 2c interposed therebetween. Positioned below the driving electrodes 2a and 2b are fixed electrodes 5a and 5b, and below the contact portion 2c, signal lines 6a and 6b for switching are positioned, and the contact portion 2c is located. The inner ends of the signal lines 6a and 6b are disposed at predetermined intervals below the s).
상기와 같은 스위칭 소자는 상기 고정전극(5a, 5b)와 구동전극(2a, 2b) 간의 정전기력에 의해 스테이지(2)가 상기 기판(1)의 수직인 Z 방향으로 움직이고, 이때에 상기 스테이지(2)가 기판(1)측으로 이동하였을 때에 상기 접점부(2c)가 상기 양 시그널 라인(6a, 6b)에 공히 접촉되어 양 시그널 라인(6a, 6b)간의 통전을 허용한다.In the switching device as described above, the stage 2 is moved in the Z direction perpendicular to the substrate 1 by the electrostatic force between the fixed electrodes 5a and 5b and the driving electrodes 2a and 2b. Is moved toward the substrate 1 side, the contact portion 2c is brought into contact with both of the signal lines 6a and 6b to allow energization between the two signal lines 6a and 6b.
도 2는 상기와 같은 구조의 종래 스위칭 소자에 있어서, 상기 기판(1)의 상방에 위치하는 스테이지(2), 스테이지(2)의 네 모서리로 부터 연장되는 스프링(3)및 이를 지지하는 앵커(4)의 평면적 구조를 보인다. 상기 스테이지(2) 및 스프링(3)은 금속에 의해 일체적으로 형성된다.2 illustrates a stage 2 positioned above the substrate 1, a spring 3 extending from four corners of the stage 2, and an anchor supporting the same in the conventional switching device having the above structure. 4) shows the planar structure. The stage 2 and the spring 3 are integrally formed by metal.
이상과 같은 종래 스위칭 소자는 결점은 전극간의 정전기력에 의해 상기 스테이지가 동작할때에, 외부로부터 가해지는 열에 의해 상기 스테이지 및 스프링의 열팽창이 발생될 때에 스프링에서 소성변형이 야기되고, 따라서, 스테이지가 기판에 대해 나란한 임의 평면에 존재하기 않고 그리고 설계된 높이에 위치하지 않게 되는 좌굴에 의해 Z 방향으로 비정상적인 큰 변형이 발생된다는 것이다.The drawback of the conventional switching element as described above is that when the stage is operated by electrostatic force between electrodes, plastic deformation is caused in the spring when thermal expansion of the stage and the spring is caused by heat applied from the outside, and thus, the stage is An unusually large deformation in the Z direction is caused by buckling that is not in any plane parallel to the substrate and not located at the designed height.
이는 금속으로 된 스테이지 및 스프링에 비해 열팽창률이 매우 작은 기판(1)에 앵커(4)가 고정되어 있고, 따라서 기판(1)에 고정된 앵커(4)들 간의 거리는 거의 변하지 않은 반면에 열팽창률이 매우 큰 스프링 및 스테이지는 크게 열팽창하게 됨으로써 야기된다. 스프링과 스테이지의 큰 열팽창은 결국 스테이지와 스프링 간의 연결 부분 및 앵커와 스프링 간의 연결부분에서 큰 응력이 발생되는데, 이 응력은 소성변형을 일으키는 항복응력이상으로 발생되고, 따라서 상기와 같은 부분에서 영구변형이 일어나게 된다.This is because the anchor 4 is fixed to the substrate 1 having a very low thermal expansion rate compared to the stage and spring made of metal, so that the distance between the anchors 4 fixed to the substrate 1 remains almost unchanged, This very large spring and stage are caused by large thermal expansion. The large thermal expansion of the spring and the stage eventually results in a large stress at the connection between the stage and the spring and at the connection between the anchor and the spring, which is more than the yield stress which causes plastic deformation, and thus permanent deformation at such a part. This will happen.
도 3은 상기와 같은 200℃의 열을 가했을 때, 열변형에 따른 스테이지 및 스프링에서의 응력 분포를 보인다. 도 3에서 다른 부분에 비해 밝게 보이는 부분이 응력이 크게 집중된 부분을 나타내고 그 밝기가 응력의 크기를 나타낸다.Figure 3 shows the stress distribution in the stage and the spring according to the heat deformation when the heat of 200 ℃ as described above. In FIG. 3, a part that is brighter than other parts represents a part where stress is largely concentrated, and its brightness represents a magnitude of stress.
이상과 같은 스테이지의 비정상적인 변형에 따라서, 예를 들어 기판으로부터 스테이지가 비정상적으로 멀어졌거나 한쪽으로 기울어져 있는 경우 스위칭동작이 일어날 수 없게 되며, 반면에 기판측으로 가깝게 내려 앉은 경우 스테이지의 접점부가 상기 양 시그널 라인에 영구 접촉되게 되는 문제가 발생된다.According to the abnormal deformation of the stage as described above, for example, when the stage is abnormally distant from the substrate or inclined to one side, the switching operation cannot occur, whereas when the stage is set close to the substrate side, the contact portion of the stage is set to both signals. There is a problem of permanent contact with the line.
상기한 종래 마이크로 스위칭 소자는 상기한 바와 같은 비정상적인 영구변형이 일어나지 않는다하여도 스테이지가 기판에 들어 붙는 스틱킹(sticking)현상에 의해 스위칭 소자로서의 기능을 상실할 가능성이 있다. 이러한 스티킹 현상은 수 마이크로미터의 간격을 유지하는 스테이지와 기판 사이에 습기나 제조공정시 발생된 이물질 등에 의해 일어나게 된다.Even if the above-described conventional micro switching device does not cause abnormal permanent deformation as described above, there is a possibility that the function as a switching device may be lost due to sticking phenomenon that the stage sticks to the substrate. This sticking phenomenon is caused by moisture or foreign matter generated during the manufacturing process between the stage and the substrate that maintain the interval of several micrometers.
상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 제1의 목적은 구조적으로 구조물의 비정상적인 변형에 의한 스위칭 동작의 불능화를 효과적으로 억제할 수 있는 마이크로 스위칭 소자를 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, a first object of the present invention is to provide a micro switching device that can effectively suppress the disablement of the switching operation due to abnormal deformation of the structure.
본 발명의 제2의 목적은 응답속도가 빠르고, 그리고 안정적인 스위칭 동작이 가능한 마이크로 스위칭 소자를 제공하는 것이다.It is a second object of the present invention to provide a micro switching device capable of fast response speed and stable switching operation.
본 발명의 제3의 목적은 확장된 스위칭 기능을 가지는 마이크로 스위칭 소자를 제공하는 것이다.It is a third object of the present invention to provide a micro switching device having an extended switching function.
도 1은 종래 마이크로 스위칭 소자의 개략적 사시도이다.1 is a schematic perspective view of a conventional micro switching device.
도 2는 도 1에 도시된 종래 마이크로 스위칭 소자에서, 스테이지와 스프링에 의한 구조물의 평면 구조를 보인다.FIG. 2 shows a planar structure of the structure by the stage and the spring in the conventional micro switching device shown in FIG.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 종래 마이크로 스위칭 소자의 열변형에 따른 구조물의 변형 및 이에 따른 응력 분포를 보인 시뮬레이션 도면이다.FIG. 3 is a simulation diagram illustrating deformation of a structure and stress distribution according to thermal deformation of the conventional micro switching device illustrated in FIGS. 1 and 2.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 스위칭 소자의 제1실시예의 개략적 평면도이다.4 is a schematic plan view of a first embodiment of a microswitching element according to the invention.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 스위칭 소자의 제2실시예의 개략적 평면도이다.5 is a schematic plan view of a second embodiment of a microswitching element according to the invention.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 마이크로 스위칭 소자에 적용된 구동 콤전극의 유형별 변형상태를 보인는 발췌도이다.6A and 6B are excerpts showing deformation states for each type of driving comb electrodes applied to a micro switching device according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 마이크로 스위칭 소자의 제3실시예의 개략적 평면도이다.7 is a schematic plan view of a third embodiment of a micro switching device according to the invention.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로 스위칭 소자의 제4실시예의 개략적 평면도이다.8 is a schematic plan view of a fourth embodiment of a microswitching element according to the invention.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면,According to the present invention to achieve the above object,
기판과,Substrate,
상기 기판의 상면에 소정 간격을 두고 상호 대향하도록 배치되며, 제1방향으로 연장되는 제1, 제2고정 콤전극과;First and second fixed comb electrodes disposed on the upper surface of the substrate to face each other at predetermined intervals and extending in a first direction;
상기 제1, 제2고정콤전극의 각각에 대응하게 나란히 배치되는 제1,제2구동콤전극과;First and second driving comb electrodes disposed side by side corresponding to each of the first and second fixed comb electrodes;
상기 제1방향에 직교하는 방향으로 연장되어 그 양단이 상기 제1, 제2구동콤전극에 연결되어 있는 것으로 그 중간부분에 적어도 하나의 접점부가 마련된 구동빔과;A driving beam extending in a direction orthogonal to the first direction and connected at both ends thereof to the first and second driving comb electrodes, the driving beam having at least one contact portion at a middle portion thereof;
상기 구동빔의 접점부에 이동방향에 위치하여 접점부에 의해 스위칭이 일어나는 제1, 제2접촉단자와;First and second contact terminals positioned in the moving direction of the contact portion of the drive beam and switching occurs by the contact portion;
상기 접촉단자의 각각에 전기적으로 시그널라인들을; 구비하는 마이크로 스위칭 소자가 제공된다.Signal lines electrically connected to each of the contact terminals; Provided is a micro switching device.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면,In addition, in order to achieve the above object, according to the present invention,
기판과,Substrate,
상기 기판의 상방에 소정 높이로 소정 간격을 두고 상호 대향하도록 배치되며, 제1방향으로 연장되는 두 구동콤전극과;Two driving comb electrodes disposed to face each other at a predetermined height above the substrate and extending in a first direction;
상기 구동콤전극의 각각의 양측에 마련되는 고정 콤전극과;Fixed comb electrodes provided on both sides of each of the driving comb electrodes;
상기 제1방향에 직교하는 방향으로 연장되어 그 양단이 상기 양 구동 콤 전극에 연결되어 있는 것으로 그 중간부분에 적어도 하나의 접점부가 마련된 구동빔과;A driving beam extending in a direction orthogonal to the first direction and connected at both ends to the driving comb electrodes, the driving beam having at least one contact portion at an intermediate portion thereof;
상기 구동빔의 접점부에 이동방향에 위치하여 접점부에 의해 스위칭이 일어나는 제1, 제2접촉단자와;First and second contact terminals positioned in the moving direction of the contact portion of the drive beam and switching occurs by the contact portion;
상기 접촉단자의 각각에 전기적으로 시그널라인들을; 구비하는 마이크로 스위칭 소자가 제공된다.Signal lines electrically connected to each of the contact terminals; Provided is a micro switching device.
상기 본 발명들의 실시예에 따르면, 상기 구동콤전극은 상기 제1방향으로 연장되는 부분과 제1방향에 직교하는 제2방향으로의 부분을 가지는 "ㄹ" 형의 스프링 형상을 가짐으로써, 상기 고정콤전극과의 정전기력에 의해 인력에 의해 상기 구동빔을 그 길이 방향으로 이동시킴과 아울러 그 자체의 탄성력에 의해 소정형상으로 변형 및 복원된다.According to the exemplary embodiments of the present invention, the driving comb electrode has a spring shape of “” type having a portion extending in the first direction and a portion in a second direction perpendicular to the first direction, thereby fixing the driving comb electrode. The driving beam is moved in its longitudinal direction by the attraction force by the electrostatic force with the comb electrode, and is deformed and restored to a predetermined shape by its elastic force.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 구동 빔에는 상기 접점부가 소정 간격을 두고 2개가 마련되며, 각 접점부에는 구동빔의 이동방향에 따라 선택적으로 전기적으로 스위칭이 일어나는 상호 대응하는 제1, 제2접촉단자가 각각 배치된다. 여기에서 양 접점부의 제1접점부가 전기적으로 연결됨으로서 상기 두 접점부에 의해 1:2 셀렉터 스위치로서 작용하게 된다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the drive beams are provided with two contact portions at predetermined intervals, and each contact portion has a first and second mutually corresponding electrical switching to be selectively performed according to the moving direction of the drive beam. Two contact terminals are disposed respectively. Here, the first contact portion of both contact portions is electrically connected, thereby acting as a 1: 2 selector switch by the two contact portions.
이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 마이크로 스위칭 소자의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the micro switching device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 스위칭 소자의 제1실시예를 개략적으로 도시한다. 기판(10)의 양측에 제1방향(y)으로 연장되며 제2방향(x)으로 연장되는 빗살형 단위 전극(11a')는 빗살모양의 제1, 제2 고정 콤(comb) 전극(11a, 11b)가 상호 대향하는 방향으로 소정 간격을 두고 나란히 배치된다. 상기 제1, 제2 고정 콤 전극(11a, 11b)의 각 안쪽에는 각각에 대응하는 비살 모양의 구동 콤 전극(12a, 12b)이 배치된다. 상기 구동 콤전극(12a, 12b)도 역시 빗살형 단위 전극(12a', 12b')를 구비하며, 이들 빗살형 단위 전극(12a', 12b')의 상기 고정 콤전극(11a, 11b)의 단위 전극(11a', 11b')과 교호적으로 배치된다.Figure 4 schematically shows a first embodiment of a micro switching element according to the invention. The comb-shaped unit electrodes 11a 'extending in the first direction y and extending in the second direction x on both sides of the substrate 10 are comb-shaped first and second fixed comb electrodes 11a. , 11b) are arranged side by side at predetermined intervals in mutually opposite directions. The inside of each of the first and second fixed comb electrodes 11a and 11b is provided with a corresponding non-slip drive comb electrode 12a and 12b. The drive comb electrodes 12a and 12b also have comb-shaped unit electrodes 12a 'and 12b', and the unit of the fixed comb electrodes 11a and 11b of these comb-type unit electrodes 12a 'and 12b'. It is alternately arranged with the electrodes 11a ', 11b'.
상기 구동 콤 전극(12a, 12b)의 양단은 기판에 고정된 상태이며 그 나머지 부분은 일반적인 구동 콤전극과 같이 기판(10)의 표면으로 부터 떠 있는 상태이다.Both ends of the driving comb electrodes 12a and 12b are fixed to the substrate, and the rest of the driving comb electrodes 12a and 12b are floating from the surface of the substrate 10 like the general driving comb electrodes.
상기 구동 콤 전극(12a, 12b)의 중간부분은 구동빔(13)에 의해 연결되어 있다. 구동빔(13)의 중간 부분에는 접촉부(14)가 마련되며, 기판(10) 상에는 상기 접촉부(14)에 의해 전기적 온/오프 스위칭 동작이 일어나는 제1, 제2접촉단자(15a, 15b)가 마련된다. 상기 제1, 제2접촉단자(15a, 15b)는 기판(10) 상에 형성되는 제1, 제2시그널 라인(16a, 16b)에 각각 연결되어 있다.Middle portions of the drive comb electrodes 12a and 12b are connected by a drive beam 13. The contact portion 14 is provided in the middle portion of the driving beam 13, and the first and second contact terminals 15a and 15b in which electrical on / off switching operation is performed by the contact portion 14 are provided on the substrate 10. Prepared. The first and second contact terminals 15a and 15b are connected to the first and second signal lines 16a and 16b respectively formed on the substrate 10.
도 5는 도 4에 도시된 실시예 1의 마이크로 스위칭 소자에는 구동 콤전극의 구조가 변형된 제2실시예의 평면도이다.FIG. 5 is a plan view of a second exemplary embodiment in which a structure of a driving comb electrode is modified in the micro switching device of Example 1 illustrated in FIG. 4.
도 5를 참조하면, 구동 콤전극(121)은 제1방향(y)과 제2방향(x)으로 번갈아가며 연장되는 "ㄷ" 형 또는 "ㄹ"형 단위 전극(121a', 121b')을 구비한다. 이에 대응하는 고정 콤 전극(11a, 11b)의 단위 전극(11a', 11b')이 상기 구동 콤전극(121) 의 단위 전극(121a', 121b')의 사이로 진입하여 있다. 그나머지 부분에 있어서는 전술한 실시예 1에서 설명된 구조와 사실상 동일하다.Referring to FIG. 5, the driving comb electrode 121 may have a “c” type or “r” type unit electrode 121a ′ and 121b ′ extending alternately in a first direction y and a second direction x. Equipped. The unit electrodes 11a 'and 11b' corresponding to the fixed comb electrodes 11a and 11b enter between the unit electrodes 121a 'and 121b' of the driving comb electrode 121. In other parts, the structure is substantially the same as that described in Embodiment 1 described above.
상기와 같은 구조를 가지는 제1실시예와 제2실시예의 마이크로 스위칭 소자는 상기와 같은 콤 전극 구조에 의해 상기 구동빔(13)이 그 길이 방향으로 왕복이동하게 되고 이때에 구동빔(13)의 중간부분에 마련된 접촉부(14)가 상기 제1, 제2접속단자(15a, 15b)에 접촉 또는 분리됨으로써 상기 제1, 제2시그널라인(16a, 16b)간의 전기적 신호의 온/오프가 일어나게 된다. 이러한 온/오프 동작은 제1, 제2 고정콤전극 및 이들 각각에 대응하는 제1, 제2구동콤전극의 선택적인 정전인력의 발생에 의해 나타난다. 도 4 및 도 5에서, 좌측의 제1고정콤전극 및 이에 대응하는 제1구동콤전극에 소정 전위의 전압(일반적으로 DC 3V) 이 인가되어 구동빔(13)이 도면에서 좌측으로 이동하는 상태를 보이며, 아직 접촉부(14)가 제1, 제2접촉단자(15a, 15b)에 접촉되지 않은 상태를 보인다.In the micro switching device of the first and second embodiments having the above structure, the drive beam 13 is reciprocated in the longitudinal direction by the comb electrode structure as described above. The contact portion 14 provided in the middle portion is in contact with or separated from the first and second connection terminals 15a and 15b, so that an electrical signal between the first and second signal lines 16a and 16b is turned on or off. . This on / off operation is caused by the generation of a selective electrostatic force of the first and second fixed comb electrodes and the first and second drive comb electrodes corresponding to each of them. 4 and 5, a voltage having a predetermined potential (generally DC 3V) is applied to the first fixed comb electrode on the left side and the first driving comb electrode corresponding thereto to move the driving beam 13 to the left side in the drawing. The contact 14 is not yet in contact with the first and second contact terminals 15a and 15b.
상기 구동 콤전극(12a, 12b, 121a, 121b)는 그 양단이 기판(10)에 고정된 상태에 있으므로 그 들의 중간부분의 변형이 그 양측의 가자장리 부분에 비해 크게 나타나게 되는 스프링의 역할을 하게 된다. 도 6a 는 도 4에 도시된 구동 콤 전극(12)의 변형상태를 보이며, 도 6b는 도 5에 도시된 구동콤전극(12)의 변형상태를 보인다. 도 6a 및 도 6b에서, 금(Au)으로 된 구동 콤 전극(12, 121)의 길이가 500마이크로 미터일때에 10마이크로 뉴튼의 힘이 가해졌을 때, 도 6a 도시된 구동 콤 전극(12)의 변위는 0.9 마이크로 미터, 도 6b에 도시된 구동 콤 전극(121)은 2.4 마이크로미터의 변위를 보였다. 이러한 스프링은 결과적으로 구동빔(13)의 접촉부(14)와 제1, 제2접속단자(15a, 15b)간의 충격을 완화함과 동시에 구동빔(13)의 정상(normal) 위치로의 신속한 복원이 가능하게 한다. 바람직하기로는 도 5에 도시된 실시예 2의 "ㄹ" 형의 구동콤전극을 적용하는 것이 위와 같은 스프링 역활의 관점에서 유리하다. 즉 실시예 2는 같은 힘을 주었을때 변위가 크므로 상대적으로 낮은 구동 전압특성을 가진다.The driving comb electrodes 12a, 12b, 121a, and 121b have their ends fixed to the substrate 10, so that the deformation of the middle portion of the driving comb electrodes 12a, 12b, 121a, and 121b is larger than that of the both sides. do. 6A illustrates a modified state of the drive comb electrode 12 illustrated in FIG. 4, and FIG. 6B illustrates a modified state of the drive comb electrode 12 illustrated in FIG. 5. 6A and 6B, when a force of 10 micro Newton is applied when the length of the drive comb electrodes 12 and 121 of gold (Au) is 500 micrometers, the drive comb electrode 12 shown in FIG. The displacement was 0.9 micrometer, and the drive comb electrode 121 shown in FIG. 6B exhibited a displacement of 2.4 micrometers. This spring consequently mitigates the impact between the contact portion 14 of the drive beam 13 and the first and second connection terminals 15a, 15b and at the same time quickly restores the drive beam 13 to its normal position. Makes this possible. Preferably, it is advantageous to apply the driving comb electrode of the " d " type of the second embodiment shown in FIG. That is, Example 2 has a relatively low driving voltage characteristic because the displacement is large when the same force is applied.
전술한 실시예 1 및 2의 스위칭 소자는 단순 온/오프용이며, 이하에서는 선택적 스위치가 가능한 즉 전기적 셀렉터 스위치로서 동작하는 본 발명에 따른 마이크로 스위칭 소자로서 제 5와 함께 설명된 제2실시예의 구조가 응용된 실시예 3이설명되며, 앞의 실시예에서 설명된 부분은 더 이상 설명되지 않는다.The switching elements of the above-described embodiments 1 and 2 are for simple on / off, and in the following, the structure of the second embodiment described together with the fifth as a micro switching element according to the present invention which can be selectively switched, that is, acts as an electrical selector switch. The third embodiment to which is applied is described, and the parts described in the previous embodiment are not described any more.
도 7을 참조하면, 양측의 제1구동콤전극(121a)과 제2구동콤전극(121b)에 그 양단이 고정된 구동빔(13)의 중간 부분에 제1, 제2접촉부(14a, 14b)가 소정 간격으로 형성되어 있다. 그리고 제1, 제2접촉부(14a, 14b)의 각 바깥쪽에는 이에 의해서 스위칭되는 접속단자(151a, 151b)(152a, 152b)가 위치한다. 제1, 제2접촉부(14a, 14b)에 대응하는 각 조의 접속단자(151a, 151b)(152a, 152b)는 구동빔(13)의 이동방향에 따라 선택적으로 스위칭된다. 도 7에서는 구동빔(13)이 중립의 위치, 즉 정상 오프 상태(normal off)에 위치해 있어서, 각조의 접속단자(151a, 151b)(152a, 152b)가 모두 전기적으로 오프인 상태를 도시한다. 이와 같은 상태에서, 도 7에 도시된 바와 같이 좌측의 제1고정 콤 전극(11a)과 제1구동콤전극(121a)에 소정 전위의 직류 전압이 인가되면 이들 간의 정전인력에 의해 상기 구동빔(13)이 좌측으로 이동하고 따라서, 도면에서 좌측방향에 있는 접속단(151a, 151b)가 전기적으로 접속된다. 그리고 반대로 도면에서 우측에 위치하는 제1고정 콤 전극(11b)과 제1구동콤전극(121b)에 소정 전위의 직류 전압이 인가되면 이들 간의 정전인력에 의해 상기 구동빔(13)이 우측으로 이동하고 따라서, 도면에서 우측방향에 있는 접속단(152a, 152b)가 전기적으로 접속된다. 도 7에 도시된 바와 같이 구동 빔(13) 아래쪽의 접속단자(151b, 152b)가 하나의 공통 시그널라인(161b)에 의해 전기적으로 접속되어 있는 상태이다. 따라서 상기 구동빔(13)의 위치에 따라서, 상기 공통시그널라인(161b)은 그 반대쪽의 개별 시그널라인(161a, 161c)과 선택적으로 접속된다. 즉, 본 실시예 3의 마이크로 스위칭 소자는 1:2의 전기적 선택스위치(selecter switch)로서 동작한다. 한편, 상기 공통 시그널(161b)가 적용되지 않고, 각 접속단자(151b, 152b)에 개별적인 시그널라인이 적용되는 경우는 셀렉터 스위치로서 동작하지 않고, 독립된 두개의 전기적 경로를 선택적으로 온/오프 시켜주는 스위치로서만 동작하게 된다.Referring to FIG. 7, first and second contact parts 14a and 14b are disposed at an intermediate portion of the driving beam 13 at which both ends of the first driving comb electrode 121a and the second driving comb electrode 121b are fixed. ) Are formed at predetermined intervals. In addition, connection terminals 151a and 151b and 152a and 152b which are switched by the first and second contact parts 14a and 14b are located outside of each other. The pair of connection terminals 151a, 151b, 152a, and 152b corresponding to the first and second contact parts 14a and 14b are selectively switched according to the moving direction of the drive beam 13. In FIG. 7, the driving beam 13 is located at a neutral position, that is, in a normal off state, and thus, the connection terminals 151a and 151b and 152a and 152b of each set are electrically off. In this state, as shown in FIG. 7, when a DC voltage having a predetermined potential is applied to the first fixed comb electrode 11a and the first driving comb electrode 121a on the left side, the driving beam may be formed by an electrostatic force therebetween. 13) moves to the left, so that the connecting ends 151a and 151b in the left direction in the drawing are electrically connected. On the contrary, when a DC voltage having a predetermined potential is applied to the first fixed comb electrode 11b and the first driving comb electrode 121b positioned on the right side of the drawing, the driving beam 13 is moved to the right by electrostatic attraction between them. Therefore, the connection ends 152a and 152b in the right direction in the drawing are electrically connected. As shown in FIG. 7, the connection terminals 151b and 152b below the driving beam 13 are electrically connected by one common signal line 161b. Therefore, depending on the position of the drive beam 13, the common signal line 161b is selectively connected to the individual signal lines 161a and 161c on the opposite side. That is, the micro switching element of the third embodiment operates as an electrical selector switch of 1: 2. On the other hand, when the common signal 161b is not applied and a separate signal line is applied to each of the connection terminals 151b and 152b, the common signal 161b does not operate as a selector switch and selectively turns on / off two independent electrical paths. It only works as a switch.
위의 실시예 1, 2, 3에서는 하나의 고정 콤 전극에 대해 하나의 구동 콤전극이 적용된 구조가 설명되었다. 이하에서는 하나의 구동콤전극에 대해 두개의 고정콤전극이 적용된 구조를 가지는 것으로서 도 7과 함께 설명된 실시예 3의 구조가 응용된 본 발명에 따른 마이크로 스위칭 소자의 제4실시예가 설명되며, 앞의 실시예들에서 설명된 부분은 더 이상 설명되지 않는다.In the first, second, and third embodiments, a structure in which one driving comb electrode is applied to one fixed comb electrode has been described. Hereinafter, a fourth embodiment of the micro switching device according to the present invention to which the structure of Embodiment 3 described with reference to FIG. 7 is applied as having a structure in which two fixed comb electrodes are applied to one driving comb electrode will be described. The portions described in the embodiments of no longer described.
도 8을 참조하면, 구동빔(13)의 양측에서 지지하는 제1, 제2구동 콤 전극(121a, 121b) 각각의 양측에 고정 콤 전극(11a, 11c), (11b, 11d)가 마련되어 있다. 이러한 구조는 하나의 구동콤전극(11a, 11b)에 대해 양쪽 방향으로의 구동력을 제공하여 구동빔의 이동력을 2배로 키우기 위한 구조이다.Referring to FIG. 8, fixed comb electrodes 11a, 11c and 11b and 11d are provided on both sides of the first and second driving comb electrodes 121a and 121b supported by both sides of the drive beam 13. . This structure provides a driving force in both directions with respect to one of the driving comb electrodes 11a and 11b to double the moving force of the driving beam.
도 8에 도시된 바와 같이, 양측 구동콤전극(121a, 121b)과 각 좌측에 위치하는 고정 콤전극(11a, 11d)에 소정 전위의 DC 전압을 인가하며, 이들 간의 정전인력에 의해 서로 끌어 당기게 되고, 따라서 구동빔(13)은 도면에서 좌측으로 이동하게 되고, 그 반대의 경우는 구동빔(13)이 도면에서 우측으로 이동하게 된다. 이러한 구조는 구동빔(13)의 양측에서 구동빔(13)에 대한 이동력을 제공한다. 따라서, 전술한 실시예들에 비해 그 동작속도가 매우 빠르고, 또한 안정적인 스위칭 동작이 이루어진다. 이러한 구조에 따르면, 정전기력이 작동 전압의 제곱에 비례하므로 전술한 실시예 1 내지 3에 비해 구동 전압을배로 낮출수 있다. 이와 같이, 도 8과 함께 설명된 실시예 4에서, 하나의 구동 콤 전극에 대해 두개의 고정콤 전극이 적용되는 구조는 전술한 실시예 1 내지 3에도 적용 가능하다.As shown in FIG. 8, DC voltages having a predetermined potential are applied to both of the driving comb electrodes 121a and 121b and the fixed comb electrodes 11a and 11d located on the left side, and are attracted to each other by the electrostatic force therebetween. Therefore, the driving beam 13 moves to the left in the drawing, and vice versa, the driving beam 13 moves to the right in the drawing. This structure provides a moving force with respect to the drive beam 13 on both sides of the drive beam 13. Therefore, compared with the above-described embodiments, the operation speed is very fast and stable switching operation is achieved. According to this structure, since the electrostatic force is proportional to the square of the operating voltage, the driving voltage is increased compared to the above-described embodiments 1 to 3. Can be lowered by boat. As described above, in Embodiment 4 described with reference to FIG. 8, the structure in which two fixed comb electrodes are applied to one driving comb electrode is also applicable to Embodiments 1 to 3 described above.
상기와 같은 본 발명에 따른 마이크로 스위칭 소자는 정전기력을 이용하는 스위칭 구동부를 소위 콤-드라이브(comb-drive)를 응용하여, 종래의 미로형태의 스프링을 콤-드라이브에 혼합함으로써 스위칭 동작이 기판에 나란한 방향으로 이루어 지게 되어 있다. 따라서, 본 발명의 마이크로 스위칭 소자는 콤-드라이브의 구동원리를 적용하되 이 구조에서 구동빔에 대한 스프링 기능이 부여됨으로써 스프링에 의한 유연성과 콤-드라이브의 큰 정전기력을 함께 이용할 수 있다. 또한, 종래의 마이크로 스위칭 소자는 기판에 대해 수직인 방향으로 업/다운(Up/Down) 구동 방식인 반면에 본 발명은 기판의 평면방향으로 움직이는 수평 거동형으로서 소위 스티킹 현상을 원천적으로 방지할 수 있다.In the micro switching device according to the present invention as described above, by applying a so-called comb-driven switching driving unit using an electrostatic force, a conventional labyrinth type spring is mixed with a comb-drive so that the switching operation is parallel to the substrate. It is supposed to be done. Therefore, the micro-switching device of the present invention applies the driving principle of the comb-drive, but is provided with a spring function for the driving beam in this structure, so that the flexibility by the spring and the large electrostatic force of the comb-drive can be used together. In addition, while the conventional micro switching device is an up / down driving method in a direction perpendicular to the substrate, the present invention is a horizontal behavior type that moves in the planar direction of the substrate to prevent so-called sticking. Can be.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined only in the appended claims.
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