KR20020074331A - Ｒｆ 차단 레지스터를 이용한 ｍｅｍｓ 스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RF 차단 레지스터를 이용한 MEMS 스위치에 관하여 개시한다. RF 차단 레지스터를 이용한 MEMS 스위치는, 반도체 또는 유전체 기판; 상기 기판 상에 형성되며 개회로를 형성하는 갭을 가지는 신호선; 상기 기판 상에 형성되며 상기 신호선과 격리되어 위치하는 RF 그라운드; 상기 기판 상에 형성되며, 상기 신호선의 양쪽에 위치하는 앵커들; 상기 신호선 상에 형성되는 결합유전체; 상기 앵커의 상부에 의해 지지되는 것으로서 상기 갭 위로 연장되며 상기 신호선 및 상기 결합유도체와 함께 캐패시터 구조를 형성하여 풀다운(pull down) 전압이 인가되면 하방으로 휘어져 상기 신호선과 접촉하여 커패시티브 결합을 형성하는 이동 부재; 상기 신호선과 상기 그라운드의 사이에 RF 차단을 위해 형성된 RF 차단 레지스터; 상기 기판 상에 형성된 패드와 상기 앵커 사이에 RF 차단을 위해 형성된 RF 차단부;를 구비한다. 이에 따르면, 종래의 RF MEMS 스위치에 비해 구조적으로 단순하며, 크기가 작고 공정이 단순해 집적화가 용이한 스위치의 제작이 가능하다.

Description

ＲＦ 차단 레지스터를 이용한 ＭＥＭＳ 스위치{MEMS Switch using RF Blocking Resistor}

본 발명은 RF 차단 레지스터를 이용한 MEMS 스위치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 신호선과 그라운드는 RF 차단 레지스터를 통해, 전압구동부는 별도의 RF 차단부를 통해 전기적으로 분리되는 MEMS 스위치에 관한 것이다.

MEMS 기술을 이용한 RF 소자 중 현재 가장 널리 사용되고 있는 것은 스위치이다. RF 스위치는 마이크로파나 밀리미터파를 이용하는 무선통신 시스템에서 신호의 선별 전송(signal routing)이나 임피던스 정합 회로(impedance matching networks) 등에서 많이 응용되는 소자이다.

기존의 MMIC (Monolithic microwave integrated circuits) 회로에서는 RF 스위치를 구현하기 위해서 주로 GaAs FET 나 혹은 PIN diode 등을 주로 이용하고 있었다. 그러나 이와 같은 소자를 이용하여 스위치를 구현하였을 경우 ON 상태에서 삽입 손실(insertion loss)이 크고, OFF 상태에서의 신호 분리 특성이 나쁜 단점이 있었다.

이러한 단점을 개선하기 위하여 기계적 스위치에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔으며 특히, 최근 이동 통신 단말기 시장의 폭발적인 증가에 따라 MEMS 스위치가 더욱 요구되고 있다.

미국 특허공보 제 5,619,061 호에 개시된 종래의 전극이 없는 RF MEMS 스위치는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 별도의 전극이 없고, 직류차단 캐패시터(DC blocking capacitor:1)를 통해 직류단과 분리된 마이크로스트립 라인(microstrip line)에 걸리는 직류 전압에 의해 멤브레인이 구동된다. 그리고 마이크로스트립 라인 사이에 직류 전압을 인가하기 위해 RF 초우크(choke: 2) 를 사용하고 있다.

그러나, 이 구조에는 결합 캐패시터(coupling capacitor) 이외에 별도의 직류차단 캐패시터(1) 와 RF 차단을 위한 RF 초우크 인덕터(2) 가 필요해 구조가 복잡하다. 특히 RF 초우크(2)는 큰 싸이즈 때문에 스위치의 집적화를 어렵게 하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 별도의 차단 캐패시터와 RF 초우크를 사용하는 대신에 RF 차단 레지스터를 이용한 MEMS 스위치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 전극없는 RF MEMS 스위치의 개략 평면도,

도 2는 종래의 다른 전극없는 RF MEMS 스위치의 개략 평면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 스위치의 개략 평면도,

도 4는 도 3의 4-4'선을 따라 절개한 부분의 단면도,

도 5는 도 3의 5-5'선을 따라 절개한 부분의 단면도,

도 6은 도 3의 6-6'선을 따라 절개한 부분의 단면도,

도 7은 본 발명의 일 실시예의 변형예를 나타내는 단면도,

도 8은 도 3의 등가 회로도,

도 9는 본 발명의 일 실시예의 또 다른 변형예에 따른 MEMS 스위치의 간략 평면도,

도 10은 도 9의 10-10'선을 따라 절개한 부분의 단면도,

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 MEMS 스위치의 간략 평면도,

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 기판 12: 신호선(signal line)

14,214: RF 그라운드(ground) 16: 결합유전체

18: 갭(gap) 20: 앵커

22: 유연한 빔 24: 이동판(moving plate)

30: 패드 32: RF 차단부

34: RF 차단 레지스터 40: 전압 구동부

202: 비아홀 204: 메탈

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 RF 차단 레지스터를 이용한 MEMS 스위치는, 반도체 또는 유전체 기판; 상기 기판 상에 형성되며 개회로를 형성하는 갭을 가지는 신호선; 상기 기판 상에 형성되며 상기 신호선과 격리되어 위치하는RF 그라운드; 상기 기판 상에 형성되며, 상기 신호선의 양쪽에 위치하는 앵커들; 상기 신호선 상에 형성되는 결합유전체; 상기 앵커의 상부에 의해 지지되는 것으로서 상기 갭 위로 연장되며 상기 신호선 및 상기 결합유도체와 함께 캐패시터 구조를 형성하여 풀다운(pull down) 전압이 인가되면 하방으로 휘어져 상기 신호선과 접촉하여 커패시티브 결합을 형성하는 이동 부재; 상기 신호선과 상기 그라운드의 사이에 RF 차단을 위해 형성된 RF 차단 레지스터; 상기 기판 상에 형성된 패드와 상기 앵커 사이에 RF 차단을 위해 형성된 RF 차단부;를 구비한다.

상기 이동부재는, 상기 앵커의 상부에 의해 지지되는 것으로서 상기 신호선 쪽으로 연장되는 유연한 빔들; 상기 빔들의 대향하는 양끝에 지지되어 상기 신호선의 상기 갭과 마주보게 위치하는 이동판;을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 신호선은 1개의 입력 신호선과 하나 이상의 출력 신호선을 구비하며, 상기 결합유전체는 상기 이동판의 하부에 형성될 수도 있다.

상기 RF 차단부는 상기 RF 차단 레지스터 또는 RF 차단 인턱터인 것이 바람직하다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 RF 차단 레지스터를 이용한 MEMS 스위치에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 RF 차단 레지스터를 이용한 MEMS 스위치의 개략 평면도를 나타낸 것이고, 도 4 내지 도 6은 도 3의 4-4' 5-5'및 6-6'선을 따라 절개한 부분의 단면도이며, 도 7은 변형예를 나타내는 단면도이다.

도면을 참조하면, 반도체 또는 유전체 기판(10) 상에는 하나의 신호선(12)과그 양측에 제1, 제2 RF 그라운드(14a,14b)가 소정의 간격을 두고 나란히 형성되어 있다. 상기 신호선(12)은 그 사이에 소정 폭의 갭(18)을 두고 일직선상에 배치되는 두 개 부분(12a,12b)으로 분리되어 있다. 상기 신호선(12) 및 RF 그라운드(14a,14b)들의 중앙 부분을 가로지르는 임의의 직선상에 앵커(20a,20b)가 형성되어 있다. 일측의 제1앵커(20a)는 전압구동부(40)와 연결되는 패드(30)와 연결되어 있다. 제1앵커(20a)와 패드(30) 사이에는 RF 차단부(32)가 형성되어 있다. 상기 신호선(12)과 각 제1,제2그라운드(14a,14b)들의 사이에는 RF 차단 레지스터(34)가 형성되어 있다. 상기 신호선(12)의 제1부분(12a)과 제2부분(12b)의 마주보는 내단부의 상면에 결합 유전체(16)가 형성되어 있으며, 상기 유전체(16) 상부에는 이동판(24)이 위치하며, 상기 이동판(24)의 양단은 상기 제1,제2앵커(20a,20b)들로부터 각각 연장된 빔(22)에 연결되어 있다. 상기 빔들(22)은 상기 갭(18) 상부에서 격리되어 있으며, 이동판(24)과 전기적으로 연결되며 경우에 따라서 일체적으로 형성될 수 있다.

상기 신호선(12), 결합 유전체(16) 및 이동판(24)은 캐패시터 구조를 형성하여, 전압구동부(40)로부터 풀다운 전압이 RF 차단부(32)를 통하여 이동판(24)에 인가되면, 이동판(24)과 신호선(12)의 제1부분(12a) 및 제2부분(12b)의 내단부간의 정전기력에 의해 이동판(24)이 신호선(12) 측으로 이동한다. 이 때 상기 유연한 빔(22)은 아래로 휘어져 커패시티브 결합을 이룬다. 이러한 이동판(24)의 하강으로 이동판(24)과 신호선(12) 간의 캐패시턴스의 변화가 일어난다. 즉, 이동판(24)이 정상적 위치에 있을 때는 캐패시턴스가 낮고, 반대로 이동판(24)이 정전기력에 의해 신호선(12)측으로 이동하면 캐패시턴스가 높아지게 된다. 이러한 캐패시턴스의 변화는 상기 신호선(12)의 제1부분(12a)과 제2부분(12b)간의 RF 신호에 대한 저항의 변화를 발생시킨다. 상기 RF 그라운드(14a,14b)는 상기 신호선(12)과 함께 상기 신호선(12)을 통한 RF 신호의 도파로를 제공한다.

상기 RF 차단 레지스터(34)는 NiCR, Ta, Ti 등의 박막으로 구현되며, 상기 RF 차단부(32)는 상기 RF 차단 레지스터 또는 RF 차단 인턱터이다.

상기 실시예에서는 결합 유전체(16)가 신호선(12) 상에 부착되어 있으나, 다른 변형예로서 도 9에서 보듯이 상기 이동판(24)의 하부에 부착될 수도 있다.

도 8은 상기 실시예의 등가 회로도이다.

상기 실시예의 작용을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 전압구동원(40)으로부터 패드(30)을 통해 풀다운 직류 전압이 인가되면 RF 차단부(32)와 앵커(20)를 통해 이동판(24)에 전압이 인가된다. 이때 결합 유전체(16)와 신호선(12)은 RF 차단 레지스터(34)를 통해 RF 그라운드(14)와 전기적으로 연결되어 있어 유연한 빔들(22)과 이에 부착된 이동판(24)은 전기력에 의해 아랫방향으로 휘어져 결합 유전체(16)와 접촉되어 신호선(12)과 커패시티브 결합을 이루게 된다. 따라서 스위치는 낮은 임피던스 상태가 된다. 이때 신호선(12)을 통과하는 RF 신호는 상기 RF 차단부(32) 및 RF 차단 레지스터(34)를 통해 그라운드 라인(14) 및 직류 전압구동부(40)와 전기적으로 분리된다.

역으로 풀다운 전압이 제거되면, 유연한 빔(22)의 복원력에 의해 이동판(24)은 원래의 위치로 올라가며, 결합 유전체(16)와 이동판(24) 사이에 공기 갭(airgap)이 형성되어 스위치는 높은 임피던스 상태가 된다.

도 9는 본 발명의 일 실시예의 또 다른 변형예에 따른 MEMS 스위치의 간략 평면도이며, 도 10은 도 9의 10-10'선을 따라 절개한 부분의 단면도이다.

도면을 참조하면, RF 그라운드(214)가 기판(10)의 하부에 형성되어 있으며 RF그라운드(214) 상에는 기판(10)을 관통하는 비아홀(202)이 신호선(12)의 양쪽에 형성되어 있다. 상기 비아홀(202)은 메탈(204)로 채워져 있으며 상부 일부의 메탈(204)은 기판(10) 상에 위치한다. 상기 신호선(12)과 메탈(204)의 사이에는 RF 차단 레지스터(34)가 형성되어 있다.

상기 구조의 실시예의 작용은 위의 실시예에서 이미 상술한 것과 같으므로 생략한다.

상기 실시예에서는 RF 그라운드가 배치되는 여러 변형예를 예시적으로 보여 준 것이며, RF 그라운드가 서로 연결되고 신호선과의 사이가 RF 차단 레지스터로 연결되기만 하다면 다양하게 변형된 형태로 위치할 수 있다.

상기 실시예는 SPST(Single Pole Single Throw)를 나타낸 것으로 하나의 입력 신호선과 하나의 출력선으로 구성되나, 본 발명의 다른 실시예인 도 9에서처럼 SPDT 로 두 개의 출력 신호선을 가지며, 인버터(42)에 의해 선택적으로 출력부가 택일적으로 전압이 인가되어 SPST와 같은 작용을 한다. 또한 도면으로는 나타내지 않았지만 여러개의 출력선을 갖는 SPMT(Single Pole Multi Throw)로 확장될 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, RF 차단을 위해 크기가 큰 RF 초우크 인덕터 대신 차단 레지스터를 사용하기 때문에 스위치의 사이즈가 작아지고 공정이 단순해 진다. 그리고 결합 캐패시터인 결합 유전체에서 직류 차단이 가능하도록 이동판에 직류구동전압을 인가하므로, 구조적으로 별도의 직류 차단 캐패시터가 불필요하다. 따라서 본 발명에 따르면, 종래의 RF MEMS 스위치에 비해 구조적으로 단순하며, 크기가 작고 공정이 단순해 집적화가 용이한 스위치의 제작이 가능하다.

본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 반도체 또는 유전체 기판;

   상기 기판 상에 형성되며 개회로를 형성하는 갭을 가지는 신호선;

   상기 기판 상에 형성되며 상기 신호선과 격리되어 위치하는 RF 그라운드;

   상기 기판 상에 형성되며, 상기 신호선의 양쪽에 위치하는 앵커들;

   상기 신호선 상에 형성되는 결합유전체;

   상기 앵커의 상부에 의해 지지되는 것으로서 상기 갭 위로 연장되며 상기 신호선 및 상기 결합유도체와 함께 캐패시터 구조를 형성하여 풀다운(pull down) 전압이 인가되면 하방으로 휘어져 상기 신호선과 접촉하여 커패시티브 결합을 형성하는 이동 부재;

   상기 신호선과 상기 그라운드의 사이에 RF 차단을 위해 형성된 RF 차단 레지스터;

   상기 기판 상에 형성된 패드와 상기 앵커 사이에 RF 차단을 위해 형성된 RF 차단부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 RF 차단 레지스터를 이용한 MEMS 스위치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이동부재는,

   상기 앵커의 상부에 의해 지지되는 것으로서 상기 신호선 쪽으로 연장되는 유연한 빔들;

   상기 빔들의 대향하는 양끝에 지지되어 상기 신호선의 상기 갭과 마주보게 위치하는 이동판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 RF 차단 레지스터를 이용한 MEMS 스위치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 신호선은 1개의 입력 신호선과 하나 이상의 출력 신호선을 구비하는 것을 특징으로 하는 RF 차단 레지스터를 이용한 MEMS 스위치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 결합유전체가 상기 이동판의 하부에 형성된 것을 특징으로 하는 RF 차단 레지스터를 이용한 MEMS 스위치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 RF 차단부는 상기 RF 차단 레지스터 또는 RF 차단 인턱터인 것을 특징으로 하는 RF 차단 레지스터를 이용한 MEMS 스위치.