KR20040048026A - Stiction free RF MEMS switch and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 미세전자기계시스템(Micro Electro Mechanical System: MEMS)에 관한 것으로서, 특히, MEMS기술을 이용한 고주파(Radio Frequency: RF) 스위치에 관한 것이다.The present invention relates to a Micro Electro Mechanical System (MEMS), and more particularly, to a Radio Frequency (RF) switch using MEMS technology.
RF MEMS 스위치는, MEMS 구조물이 움직이면서 신호전극에 접촉되는 것에 의해 신호를 스위칭 해주고, 신호전극으로부터 구조물이 이격되는 것에 의해 신호의 전달을 차단하도록 구현한 소자를 말한다. 이와 같은 RF MEMS 스위치는 기존 반도체 스위치에 비하여 스위치 ON시 낮은 삽입 손실과, 스위치 OFF시 높은 감쇄특성을 나타내며, 스위치 구동전력 또한 반도체 스위치에 비하여 상당히 적다는 장점을 갖는다. 또한, 적용 주파수 범위도 대략 70GHz까지 적용할 수 있어 고주파 통신에 적합한 소자로서 각광받고 있다.The RF MEMS switch refers to a device implemented to switch a signal by being in contact with a signal electrode while the MEMS structure is moving, and to block transmission of a signal by being spaced apart from the signal electrode. The RF MEMS switch has a low insertion loss and a high attenuation characteristic when the switch is turned on, and a switch driving power is also significantly lower than that of the semiconductor switch, compared to the conventional semiconductor switch. In addition, the applicable frequency range can be applied up to approximately 70 GHz, which has attracted much attention as a device suitable for high frequency communication.
그러나 MEMS 기술을 이용한 RF 스위치는 위와 같은 많은 장점을 가지고는 있지만, 정전력(electrostatic force)을 사용함으로써 구동전압이 크고 마이크로 구조물의 점착(stiction)현상이 발생하는 문제점이 있었다. 점착현상(stiction)이란 마이크로 구조물의 표면에 의도하지 않는 접착(adhesion)이 발생하여 회복하려는 힘이 모세관(capillary) 힘, 반 데르 발스(van der Waals) 힘, 정전력(electrostatic attraction)과 같은 표면에 작용하는 힘(interfacial force)을 극복하지 못하고 영구적으로 붙어 있는 현상을 말한다.However, although the RF switch using the MEMS technology has many advantages as described above, there is a problem in that the driving voltage is large and the stiction of the microstructure occurs due to the use of electrostatic force. Stiction is the occurrence of unintended adhesion to the surface of microstructures, and the forces to recover are surfaces such as capillary forces, van der Waals forces, and electrostatic attraction. It is a phenomenon that is permanently attached without overcoming the interfacial force.
이러한 점착현상은 크게 희생층 제거시 점착현상 (release-relatedstiction)과 사용중 점착현상(in use stiction)으로 분류된다. 우선, 희생층 제거시 발생하는 점착현상은 구조물의 릴리스(release) 공정 중에서 구조물이 바닥에 붙어서 떨어지지 않는 접착(adhesion)으로 액체모세관 힘(liquid capillary force)에 의해서 일어난다. 이러한 현상은 승화 건조법(sublimation release), 초임계 건조법(supercritical drying), 불산 기상 건조법(HF vapor release) 등의 방법들로 액체 기상 계면(liquidvapor interface)을 피하는 기술로 해결 할 수 있다. 그 외에도 마이크로 구조물 주변에 작은 돌출물을 만들어서 액체 형상(liquid meniscus)을 변화시켜 모세관 힘을 줄이는 방법도 있다.Such adhesion is largely classified into release-related stiction and in use stiction when removing the sacrificial layer. Firstly, adhesion phenomenon occurs when the sacrificial layer is removed is caused by the liquid capillary force as an adhesion that the structure does not adhere to the floor and is not dropped during the release process of the structure. This phenomenon can be solved by techniques such as sublimation release, supercritical drying, and HF vapor release to avoid the liquid vapor interface. In addition, small protrusions can be created around the microstructure to reduce the capillary force by changing the liquid meniscus.
그러나 상기와 같은 방법들도 사용중 습도나 과도한 충격 등에 의해 미세 구조물이 동작중에 복원되지 않는 점착이 발생하는 것을 피할 수는 없다. 그 이유는 근접한 마이크로 구조물 표면이 서로 접촉할 때에도 역시 모세관힘, 정전력, 반데르 발스힘 등이 발생하며 이 힘에 의해 표면접착(surface adhesion)이 일어나고, 그 결과 소자 손상을 초래하게 되어 결국 구조물의 점착현상이 발생한다. 이런 사용 중 점착현상에 대해 마이크로 딤플(dimple)을 형성하여 표면 접촉면적을 줄이는 방법과 마이크로미터 수준(microscopic level)으로 다결정 실리콘 표면을 거칠게 하는 방법이 제안되었다. 또한, 최근에는 점착현상을 방지하기 위해 미세 구조물 표면을 화학물질로 개질(chemical modification of the surface)하는 방법이 발표되었는데, 그러한 방법들로는, hydrogen passivation, hydrogen-bonded fluorinated monolayers, plasma-deposited fluorocarbon thin films, covalently-bound hydrocarbon self-assembled monolayer(SAM) 등이 있다. 이중 대표적인 방식이 자기 집합 단층막(SAM) 방식이다. SAM 방식은, 화학물질을 이용하여 실리콘 웨이퍼 표면을 소수화 처리하여 점착현상을 방지하는 기술이다. 하지만 이 SAM 방식의 경우는, 처리방법이 복잡하고 제조 비용이 높으며, 온도에 대한 의존성이 강하다는 단점을 갖는다.However, the above methods also cannot avoid the occurrence of adhesion that the microstructures are not restored during operation due to humidity or excessive shock during use. The reason is that capillary force, electrostatic force, van der Waals force, etc. also occur when the surfaces of adjacent microstructures come into contact with each other, and this force causes surface adhesion, resulting in damage to the device. Adhesion phenomenon occurs. In this use, a method of reducing surface contact area by forming micro dimples for adhesion phenomenon and a method of roughening a polycrystalline silicon surface at a microscopic level have been proposed. Recently, chemical modification of the surface of the microstructure surface has been published to prevent adhesion, such as hydrogen passivation, hydrogen-bonded fluorinated monolayers, plasma-deposited fluorocarbon thin films. and covalently-bound hydrocarbon self-assembled monolayers (SAMs). A representative method is a self-assembled monolayer (SAM) method. The SAM method is a technique for preventing adhesion by hydrophobizing a silicon wafer surface by using a chemical. However, this SAM method has disadvantages of complicated processing method, high manufacturing cost, and strong dependence on temperature.
또한, 종래 MEMS 기술을 이용한 RF 스위치 가운데는 점착현상을 없애기 위하여 도 1과 같이 멤스 구조물 내의 공간에 메탈 바이어스에 의해 지지되는 바이메탈 멤브레인(bimetal membrane)을 설치하고, 멤브레인 상하에 풀업(pull-up) 전극 및 풀다운(pull-down) 전극을 설치한 RF MEMS 스위치가 제안되었다.In addition, in the RF switch using the conventional MEMS technology, a bimetal membrane supported by a metal bias is installed in the space in the MEMS structure, as shown in FIG. An RF MEMS switch with an electrode and a pull-down electrode has been proposed.
도 1에 보인 RF 스위치(20)는, 멤브레인(14)과 풀다운전극(11)(11') 사이 또는 멤브레인(14)과 풀업전극(13) 사이에 이용되는 전압에 의해 멤브레인(14)이 하단의 마이크로스트립(12)에 접촉 또는 이격되도록 한다. 여기서 멤브레인(14)이 하단의 마이크로스트립(12)에 분리되어 위쪽으로 만곡된 상태는, 스위치의 개방(open) 상태에 대응되며, 멤브레인(14)이 하단의 마이크로스트립(12)에 접촉된 상태는 스위치(20)의 단락(short) 상태에 대응된다.In the RF switch 20 shown in FIG. 1, the membrane 14 is lowered by a voltage used between the membrane 14 and the pull-down electrodes 11 and 11 ′ or between the membrane 14 and the pull-up electrode 13. Contacts or is spaced apart from the microstrip 12. Here, the state where the membrane 14 is bent upwardly by being separated from the bottom microstrip 12 corresponds to the open state of the switch, and the membrane 14 is in contact with the bottom microstrip 12. Corresponds to a short state of the switch 20.
그러나 상기와 같은 멤브레인(14) 및 전극(11)(11')을 이용한 종래 RF MEMS 스위치(20)는, 멤브레인(14)을 상승시키기 위한 풀업전극(13)이 멤브레인(14) 위에 위치하기 때문에 다층 제조에 따른 제조공정이 복잡해질 뿐만 아니라 제조비용을 상승시키는 문제점을 가지고 있었다.However, in the conventional RF MEMS switch 20 using the membrane 14 and the electrodes 11 and 11 ′ as described above, since the pull-up electrode 13 for raising the membrane 14 is positioned on the membrane 14. In addition to the complicated manufacturing process according to the multi-layer manufacturing had a problem of increasing the manufacturing cost.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제조공정이 단순하면서, 점착현상의 발생을 방지할 수 있는 RF MEMS 스위치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an RF MEMS switch and a method for manufacturing the same, the manufacturing process is simple, to prevent the occurrence of adhesion phenomenon to solve the above problems.
도 1은 종래 RF MEMS 스위치의 구조를 나타낸 단면도,1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional RF MEMS switch;
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 SPDT RF MEMS 스위치의 평면도 및 단면도,2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of an SPDT RF MEMS switch according to an embodiment of the present invention;
도 2c 내지 도 2e는 도 2에 보인 SPDT RF MEMS 스위치의 동작을 설명하기 위한 단면도들,2C to 2E are cross-sectional views illustrating the operation of the SPDT RF MEMS switch shown in FIG. 2;
그리고 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 SP3T RF MEMS 스위치의 평면도 및 단면도이다.3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view of an SP3T RF MEMS switch according to another embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
11,11', 13, 103, 103a, 103b, 105, 105a, 105b, 201, 201a, 201b, 203, 203a, 203b, 205, 205a, 205b: 전극11, 11 ', 13, 103, 103a, 103b, 105, 105a, 105b, 201, 201a, 201b, 203, 203a, 203b, 205, 205a, 205b: electrodes
14, 107, 207: 멤브레인14, 107, 207: membrane
102, 104, 202, 204, 206: 신호선102, 104, 202, 204, 206: signal line
102-1, 104-1, 202-1, 204-1, 206-1: 스위칭접점부102-1, 104-1, 202-1, 204-1, 206-1: switching contact
106a, 106b, 206a, 206b: 앵커106a, 106b, 206a, 206b: anchor
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RF MEMS 스위치는, 기판; 상기 기판 상부에 서로 소정거리 이격되어 형성되며, 각각은 RF 입력단 및 출력단을 연결하는 상태에서 소정 간격 분리되어 형성된 스위칭접점부를 갖는 복수의 신호선들; 상기 기판 상부에 상기 복수의 신호선들 각각의 신호선에 형성된 상기 스위칭접점부 주위에 형성되며, 각각 전압이 유기되도록 형성된 복수의 전극들; 상기 기판 상면으로부터 소정 공간을 형성하기 위하여 상기 신호선들 최외곽 양측에 형성된 앵커; 및 상기 앵커에 의해 지지되며, 상기 복수의 전극들 각각에 유기된 전압에 반응하여 상기 복수의 신호선들 중 선택적으로 상기 스위칭접점부 양단을 연결시키도록 형성된 도전체의 멤브레인;을 포함한다.RF MEMS switch of the present invention for achieving the above object, the substrate; A plurality of signal lines formed on the substrate and spaced apart from each other by a predetermined distance, each having a switching contact formed at predetermined intervals while connecting an RF input terminal and an output terminal; A plurality of electrodes formed on the substrate, around the switching contact portions formed on the signal lines of the plurality of signal lines, respectively, and configured to induce a voltage; Anchors formed at both outermost sides of the signal lines to form a predetermined space from an upper surface of the substrate; And a membrane of a conductor supported by the anchor and configured to selectively connect both ends of the switching contact portion among the plurality of signal lines in response to a voltage induced in each of the plurality of electrodes.
상기 멤브레인은, 상하 요동될 수 있도록 상기 앵커에 힌지를 통해 연결된다.The membrane is connected to the anchor via a hinge so that it can swing up and down.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RF MEMS 스위치의 제조방법은, 기판 상부에 금속막을 적층하는 단계; 상기 금속막 상부에 서로 소정거리 이격되며, 각각은 RF 입력단 및 출력단이 연결된 상태에서 소정 간격 분리되어 스위칭접점부를 갖는 복수의 신호선들과, 상기 복수의 신호선들이 갖는 각 스위칭접점부 주위에 복수의 전극들을 패터닝하는 단계; 상기 복수의 신호선들과 상기 복수의 전극들을 형성하는 단계; 상기 복수의 신호선들 최외곽 양측에 앵커를 형성하는 단계; 및 상기앵커 양측에 상기 복수의 전극들 각각에 유기된 전압에 반응하여 상기 복수의 신호선들 중 선택적으로 상기 스위칭접점부 양단을 연결시키는 도전체의 멤브레인을 형성하는 단계;를 포함한다.Method of manufacturing an RF MEMS switch of the present invention for achieving the above object, the step of laminating a metal film on the substrate; A plurality of signal lines having a switching contact portion separated from each other by a predetermined distance from the upper portion of the metal layer, and separated from each other by a predetermined interval when an RF input terminal and an output terminal are connected, and a plurality of electrodes around each switching contact portion of the plurality of signal lines. Patterning them; Forming the plurality of signal lines and the plurality of electrodes; Forming anchors on outermost sides of the plurality of signal lines; And forming a membrane of a conductor on both sides of the anchor in response to voltage induced in each of the plurality of electrodes to selectively connect both ends of the switching contact portion among the plurality of signal lines.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 RF MEMS 스위치는, 기판; 상기 기판 상면에 상하로 요동될 수 있도록 형성된 멤브레인; 상기 멤브레인 외곽 양측에 상기 멤브레인으로부터 상부로 소정 공간을 형성하기 위한 앵커; 상기 앵커에 의해 지지되며, 서로 소정거리 이격되는 한편, 각각은 RF 입력단 및 출력단이 연결된 상태에서 소정 간격 분리되어 형성된 스위칭접점부를 갖는 복수의 신호선들; 상기 앵커에 의해 지지되며, 상기 복수의 신호선들 각각의 상기 스위칭접점부 주변에 형성된 복수의 전극들;을 포함한다.On the other hand, another RF MEMS switch of the present invention for achieving the above object, the substrate; A membrane formed to be rocked up and down on an upper surface of the substrate; Anchors for forming a predetermined space upwardly from the membrane on both sides of the membrane; A plurality of signal lines supported by the anchor and spaced apart from each other by a predetermined distance, each having a switching contact formed at a predetermined interval while the RF input terminal and the output terminal are connected; And a plurality of electrodes supported by the anchor and formed around the switching contact portion of each of the plurality of signal lines.
이상과 같은 본 발명의 RF MEMS 스위치 및 RF MEMS 스위치의 제조방법에 의하면, 상기 복수의 전극들 중 선택적으로 유기되는 전압에 따라 상기 멤브레인의 일영역이 하강하여 선택된 신호선의 스위칭 접점부 양단을 연결시키게 되며, 이때, 이전에 접촉되었던 신호선의 양단부에는 시이소오 작용에 의해 더 이상 점착현상의 발생을 방지할 수 있게 된다.According to the manufacturing method of the RF MEMS switch and the RF MEMS switch of the present invention as described above, one region of the membrane is lowered according to the voltage selectively induced among the plurality of electrodes to connect both ends of the switching contact portion of the selected signal line. At this time, both ends of the signal line that were previously contacted can prevent the phenomenon of adhesion any longer by the seesaw action.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 SPDT(Single pole Double Through) RF MEMS 스위치의 평면도 및 단면도이다. RF MEMS 스위치는, 기판(100) 상부에 소정 거리 이격되어 형성된 제1 RF 신호선(102) 및 제2 RF 신호선(104), 제1 전극(103a,103b) 및 제2 전극(105a, 105b), 제1 전극(103a,103b) 및 제2전극(105a,105b) 최외곽 양측에 각각 설치된 앵커(106a)(106b), 그리고 양측 앵커(106a)(106b)에 의해 지지되는 멤브레인(107)을 포함한다.2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of a single pole double through (SPDT) RF MEMS switch according to an embodiment of the present invention. The RF MEMS switch may include a first RF signal line 102 and a second RF signal line 104, first electrodes 103a and 103b and second electrodes 105a and 105b formed spaced apart from each other by a predetermined distance on the substrate 100. Anchors 106a and 106b disposed on the outermost sides of the first and second electrodes 103a and 103b and 105a and 105b, respectively, and a membrane 107 supported by both anchors 106a and 106b. do.
제1 RF 신호선(102) 및 제2 RF 신호선(104)은 각각 제1 입력단(in1)과 제1 출력단(out1) 및 제2 입력단(in2)과 제2 출력단(out2)에 연결하며, 각 입력단(in)과 출력단(out)에 연결된 각 선로(102)는 일부분이 분리되어 형성된 스위칭접점부(102-1)(104-1)를 갖는다.The first RF signal line 102 and the second RF signal line 104 are connected to the first input terminal in1, the first output terminal out1, the second input terminal in2, and the second output terminal out2, respectively. Each line 102 connected to (in) and output (out) has a switching contact portion (102-1) (104-1) formed by separating a part.
제1 및 제 2 전극(103a,103b)(105a,105b)은 각각 제1 신호선(102) 및 제2 신호선(104)의 스위칭접점부(102-1,104-1) 주위에 한쌍으로 형성하며, 각각은 외부로부터 독립적으로 전압이 인가될 수 있도록 형성한다. 여기서, 스위칭접점부(102-1,104-1) 주변에 형성된 각 전극(103a,103b)(105a,105b) 상부에는 유전층을 적층한다.The first and second electrodes 103a and 103b and 105a and 105b are formed in pairs around the switching contact portions 102-1 and 104-1 of the first signal line 102 and the second signal line 104, respectively. Is formed so that voltage can be applied independently from the outside. Here, a dielectric layer is stacked over the electrodes 103a and 103b and 105a and 105b formed around the switching contacts 102-1 and 104-1.
멤브레인(107)은 상하로 요동될 수 있도록 좌우측이 각각 힌지(미도시)를 통해 앵커(106a,106b)에 연결된다.The membrane 107 is connected to the anchors 106a and 106b through hinges (not shown), respectively, so that the membrane 107 can swing up and down.
위와 같은 RF MEMS 스위치는, 제1 신호선(102)을 사이에 둔 제1 전극(103)에 전압이 인가되어 제1 전극 한쌍(103a, 103b)에 충분한 정전력이 가해지면, 앵커(106a,106b)에 의해 지지되어 초기 수평 상태이던 멤브레인(107)은 도 2c에서 보이는 바와 같이 전극(103a,103b)에 대응되는 부분(107a)(107b)이 하강하여 제2 상태(107')를 갖게 된다. 이에 따라 제1 신호선(102)의 분리 부분인 스위칭접점부(102-1)는 하강된 멤브레인(107)의 일영역(108)을 통해 연결되어 전기적 통로를 형성하며, 제1 입력단(in1)에 전달된 RF신호를 제1 출력단(out1)에 스위칭할 수 있게 된다.In the RF MEMS switch as described above, when a voltage is applied to the first electrode 103 with the first signal line 102 interposed therebetween, sufficient anchoring force is applied to the first pair of electrodes 103a and 103b. As shown in FIG. 2C, the membrane 107, which was initially horizontally supported and supported by, has a second state 107 ′ where the portions 107a and 107b corresponding to the electrodes 103a and 103b are lowered. Accordingly, the switching contact portion 102-1, which is an isolation portion of the first signal line 102, is connected through one region 108 of the lowered membrane 107 to form an electrical passage, and is connected to the first input terminal in1. It is possible to switch the transmitted RF signal to the first output terminal (out1).
한편, 제2 신호선을 온(on)시킬 경우, 즉, 제1 전극(103a, 103b)에 공급되는 전원을 제거하고, 제2 신호선(104)을 사이에 둔 제2 전극 한쌍(105a)(105b)에 전압이 인가되어 멤브레인(1070과 제2 전극 한쌍(105a)(105b) 사이에 충분한 정전력이 가해지면, 멤브레인(1070은 도 2d에서 보이는 바와 같이 제1 전극(103a, 103b)에 대응되어 하강했던 부분이 상승하게 되고, 제2 전극(103a, 103b)에 대응되는 부분(107c)(107b)이 하강하여 도 2e에 보이는 것처럼 제3 상태(107")를 갖게 된다. 이에 따라 제2 신호선(104)의 분리 부분인 스위칭 접점부(104-1)는 하강된 멤브레인(107)을 통해 전기적 통로를 형성하여 제2 입력단(in2)에 전달된 RF신호를 제2 출력단(out2)에 스위칭할 수 있게 된다.On the other hand, when the second signal line is turned on, that is, the power supplied to the first electrodes 103a and 103b is removed, and the second pair of electrodes 105a and 105b with the second signal line 104 interposed therebetween. Is applied to the membrane 1070 and a sufficient electrostatic force between the membrane 1070 and the second pair of electrodes 105a and 105b, the membrane 1070 corresponds to the first electrodes 103a and 103b as shown in FIG. The lowered portion is raised, and the portions 107c and 107b corresponding to the second electrodes 103a and 103b are lowered to have the third state 107 "as shown in Fig. 2E. The switching contact portion 104-1, which is a separate portion of the 104, forms an electrical passage through the lowered membrane 107 to switch the RF signal transmitted to the second input terminal in2 to the second output terminal out2. It becomes possible.
즉, 제1 신호선(102)이 멤브레인(107)을 통해 연결된 상태에서 제1 신호선(102)을 오프시키고, 제2 신호선(104)을 온시키는 경우, 즉, 제1 전극(103)에 공급되는 전원을 제거하고, 제2 전극(105)에 전압을 인가하면, 도 2d에서 보인 것처럼 제2 전극 한쌍(105a, 105b)과 멤브레인(107) 사이에는 정전력이 발생하여 제2 전극 한쌍(105a, 105b)에 대응되는 위치의 멤브레인 부분(107b, 107c)이 하강하며, 제1 전극(103a, 103b)에 대응되어 제1 신호선(102)에 접촉되어 있던 부분(107b, 107c)은 원상태로 회귀하려는 복구력이 발생하게 된다.That is, when the first signal line 102 is turned off and the second signal line 104 is turned on while the first signal line 102 is connected through the membrane 107, that is, the first signal line 102 is supplied to the first electrode 103. When the power is removed and a voltage is applied to the second electrode 105, electrostatic force is generated between the second pair of electrodes 105a and 105b and the membrane 107 as shown in FIG. 2D. The membrane portions 107b and 107c at positions corresponding to 105b are lowered, and the portions 107b and 107c corresponding to the first electrodes 103a and 103b and in contact with the first signal line 102 are intended to return to their original state. Recovery will occur.
따라서, 제1 신호선에서 점착현상이 발생하게 될지라도 제2 신호선을 통해 RF신호를 스위칭 하는 시점에서 제1 스위칭 접점부에 접촉되어 있던 멤브레인 영역(108)은 점착력에 반대되는 힘에 의해 원상태로 복구된다. 마찬가지로, 제2 신호선에 점착현상이 발생할지라도 제1 신호선(102)의 스위칭 시점에서 제2 스위칭접점부(104-1)에 접촉되어 있던 멤브레인 영역(109)은 점착력에 반대되는 힘에 의해 원상태로 복구된다.Therefore, even if adhesion occurs in the first signal line, the membrane region 108 that was in contact with the first switching contact at the time of switching the RF signal through the second signal line is restored to its original state by a force opposite to the adhesive force. do. Similarly, even when adhesion occurs on the second signal line, the membrane region 109 that was in contact with the second switching contact point 104-1 at the switching point of the first signal line 102 is returned to its original state by a force opposite to the adhesive force. Is restored.
도 3a 및 도 3b는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 SP3T RF MEMS 스위치의 평면도 및 단면도이다. SP3T RF MEMS 스위치는, 기판(200) 상부에 하나의 입력단(input)과 각각의 출력단(out1, out2, out3)에 연결되며, 각각 스위칭접점부(202-1, 204-1, 206-1)를 갖는 3개의 신호선(202, 204, 206)과, 각 신호선(202, 204, 206) 양측으로 형성된 한쌍의 전극(201a, 201b)(203a, 203b)9205a, 205b), 앵커(206a, 206b), 멤브레인(207)을 포함한다.3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view of an SP3T RF MEMS switch according to another embodiment of the present invention. The SP3T RF MEMS switch is connected to one input terminal and each output terminal out1, out2, and out3 on the substrate 200, and each of the switching contacts 202-1, 204-1, and 206-1. Three signal lines 202, 204, and 206, and a pair of electrodes 201a and 201b (203a and 203b) 9205a and 205b and anchors 206a and 206b formed on both sides of the signal lines 202, 204 and 206, respectively. And a membrane 207.
위와 같은 SP3T RF MEMS 스위치는, 제1 전극(201)에 전압이 인가되면, 멤브레인(207)과 제1 전극 한쌍(201a, 201b) 사이에 정전력이 발생하여 제1 전극 한쌍(201a, 201b)에 대응되는 위치의 멤브레인(207) 영역이 하강하여 제1 상태(207')를 갖게 된다. 이에 따라 제1 신호선(202)의 스위칭접점부(202-1) 역시 멤브레인(207)에 접촉되어 입력단(input)을 통해 전달된 RF 신호는 제1 출력단(out1)에 스위칭된다. 이후, 제1 신호선(202)의 온 상태에서 제2 신호선(204)이 온되는 경우, 즉, 제1 전극(201)에 공급되는 전원을 제거하고, 제2 전극(203)에 전압이 인가되면, 제2 전극 한쌍(203a, 203b)과 대응되는 멤브레인(207) 영역 사이에 정전력이 발생하여 제2 전극(203a, 203b)에 대응되는 위치의 멤브레인(207) 영역이 하강하여 제2 상태(207")를 갖게 된다. 이때, 제1 신호선(202)의 스위칭접점부(202-1)에 접촉되어 있던 멤브레인(207) 영역은 복구력이발생하게 되어 점착현상이 발생하는 것을 방지하게 된다. 마찬가지로, 제3 신호선(206)을 온시키는 경우, 즉, 제3 전극(205)에 전압이 인가된 경우, 이전 상태가 제1 상태(207') 또는 제2 상태(207")였다면, 이전 제1 상태(207') 또는 제2 상태(207")에서 접촉되어 있던 멤브레인 영역에 복구력을 발생시키면서, 정전력에 의해 제3 상태(207'")를 갖게 되어 이전 상태의 전극과 멤브레인의 접촉영역이 더 이상 점착현상이 발생되는 것을 방지하게 된다.In the SP3T RF MEMS switch as described above, when a voltage is applied to the first electrode 201, electrostatic force is generated between the membrane 207 and the first electrode pair 201a and 201b to generate a pair of first electrodes 201a and 201b. The region of the membrane 207 at the position corresponding to the lowered state is brought into the first state 207 '. Accordingly, the switching contact portion 202-1 of the first signal line 202 also contacts the membrane 207 and the RF signal transmitted through the input is switched to the first output terminal out1. Thereafter, when the second signal line 204 is turned on in the ON state of the first signal line 202, that is, when the power supplied to the first electrode 201 is removed and a voltage is applied to the second electrode 203. The electrostatic force is generated between the pair of second electrodes 203a and 203b and the region of the membrane 207 corresponding to the second electrode 203a and 203b so that the region of the membrane 207 at the position corresponding to the second electrodes 203a and 203b is lowered to form the second state ( 207 ". At this time, the region of the membrane 207 that was in contact with the switching contact portion 202-1 of the first signal line 202 generates a restoring force and prevents adhesion. Similarly, when the third signal line 206 is turned on, that is, when a voltage is applied to the third electrode 205, the previous state is the first state 207 'or the second state 207 ". The third state 207 '"is obtained by the electrostatic force while generating a restoring force in the membrane area | region which contacted in the 1st state 207' or the 2nd state 207". The contact area of the electrodes and the membrane of the former state is prevented from being more than a sticking phenomenon occurs.
한편, 위와 같은 RF MEMS 스위치는, 다음과 같은 방법에 의해 제조된다. 먼저, 기판 상부에 금속막을 적층한다. 이후, 금속막 상부에 서로 소정거리 이격되며, 각각은 RF 입력단 및 출력단이 연결된 상태에서 소정 간격 분리되어 스위칭접점부를 갖는 복수의 신호선들과, 복수의 신호선들이 갖는 각 스위칭접점부 주위에 복수의 전극들을 노광 및 현상을 통해 패터닝한다. 그리고, 현상된 패턴에 따라 복수의 신호선들과 복수의 전극들을 형성한다. 이후, 복수의 신호선들 및 복수의 전극들 최외곽 양측에 앵커를 형성한다. 그리고 앵커 양측에 복수의 전극들 각각에 유기된 전압에 반응하여 복수의 신호선들 중 선택적으로 스위칭접점부 양단을 연결시키는 도전체의 멤브레인을 형성한다. 여기서, 복수의 전극 상부에는 신호선 외의 부분에서 발생할 수 있는 점착 현상 방지 및 신호의 분산 방지를 위하여 유전층을 형성하는 과정을 포함한다.On the other hand, the above RF MEMS switch is manufactured by the following method. First, a metal film is laminated on the substrate. Subsequently, a plurality of signal lines having a switching contact portion are separated from each other by a predetermined distance on the metal film and separated from each other by a predetermined distance in a state where an RF input terminal and an output terminal are connected, and a plurality of electrodes around each switching contact portion of the plurality of signal lines. Are patterned through exposure and development. A plurality of signal lines and a plurality of electrodes are formed according to the developed pattern. Subsequently, anchors are formed on both outermost sides of the plurality of signal lines and the plurality of electrodes. A membrane of a conductor is formed on both sides of the anchor in response to voltage induced in each of the plurality of electrodes to selectively connect both ends of the switching contact portion among the plurality of signal lines. Here, the plurality of electrodes includes a process of forming a dielectric layer to prevent adhesion phenomenon and signal dispersion that may occur in portions other than the signal line.
한편, 본 발명의 실시예에서 RF MEMS 스위치는, 기판 상면에 신호선 및 전극을 설치하고, 멤브레인을 앵커를 이용하여 기판 상면으로부터 소정거리 이격시켜 설치하도록 하고 있지만, 또 다른 구조로는, 멤브레인을 기판 상면에 상하로 요동될 수 있도록 형성하고, 앵커를 이용하여 전극과 신호선을 멤브레인 상부에 설치하는 것도 가능하다.Meanwhile, in the embodiment of the present invention, the RF MEMS switch has a signal line and an electrode provided on the upper surface of the substrate, and the membrane is installed at a predetermined distance from the upper surface of the substrate using an anchor. It is also formed to be able to swing up and down on the upper surface, it is also possible to install the electrode and the signal line on the membrane using an anchor.
이상과 같은 본 발명의 RF MEMS 스위치 및 그 제조방법에 의하면, 스위치 온 상태였던 신호선에 점착현상이 발생할지라도 이후 선택된 또 다른 스위치의 온 동작에 의해 점착 부위가 시소 작용에 따른 복구력이 발생되어 더 이상 스위치의 점착을 허용하지 않게 되며, 그에 따라 안정적인 스위칭 동작을 수행할 수 있게 된다.According to the RF MEMS switch and the manufacturing method of the present invention as described above, even if the adhesion phenomenon occurs in the signal line that was in the switch-on state, by the on operation of another switch selected later, the adhesive force is generated by the seesaw action is further The adhesion of the abnormal switch is not allowed, and thus a stable switching operation can be performed.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the present invention is not limited to the specific embodiments of the present invention without departing from the spirit of the present invention as claimed in the claims. Anyone of ordinary skill in the art can make various modifications, as well as such modifications are within the scope of the claims.
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