KR20040099808A - MEMS RF switch - Google Patents

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KR20040099808A KR1020030031918A KR20030031918A KR20040099808A KR 20040099808 A KR20040099808 A KR 20040099808A KR 1020030031918 A KR1020030031918 A KR 1020030031918A KR 20030031918 A KR20030031918 A KR 20030031918A KR 20040099808 A KR20040099808 A KR 20040099808A
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Abstract

PURPOSE: An MEMS(Micro Electro Mechanical System) RF(Radio Frequency) switch is provided to induce a high power by using low voltage. CONSTITUTION: An MEMS RF switch includes input and output electrodes(110,120), a pair of anchors(131a,131b), a pair of first structures(132a,132b), a second structure(133), a third structure, a pair of fourth structures(135a,135b), an armature(130), and piezoelectric drivers(151,152). The input and output electrodes are spaced from each other on one side of a substrate. The anchors are spaced from each of the input and output electrodes and are formed to be spaced from each other on the substrate. The first structures are extended on one side of the anchors and are formed to be floating above the substrate. The structure includes two ends coupled with longitudinal ends of the first structures. The third structure is extended between the first structure from a central portion of the second structure and to a position above the input and output electrodes. The fourth structures are extended to the third structure. The armature is formed on a lower portion of the third structure and is made of a conductive material. The piezoelectric drivers are formed on each of the first structures.

Description

멤스 알에프 스위치 {MEMS RF switch}MEMS RF switch {MEMS RF switch}

본 발명은 멤스 알에프(MEMS RF)스위치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저전압으로도 큰 힘을 유발시켜 스위치 온 상태를 능동적으로 일으키고 유지할 수 있는 능동형 RF 스위치를 구현할 수 있으며, 인가전압의 조절에 따라 접극자가 입출력 전극에 접촉되는 접촉력을 용이하게 조절할 수 있는 멤스 알에프 스위치에 관한 것이다.The present invention relates to a MEMS RF switch, and more particularly, it is possible to implement an active RF switch capable of actively generating and maintaining a switched-on state by inducing a large force even at a low voltage, and according to an adjustment of an applied voltage. The present invention relates to a MEMS RF switch capable of easily adjusting a contact force in which a contactor contacts an input / output electrode.

일반적으로 알에프(RF, radio frequency) 스위치는 극초단파, 즉 파장이 1mm에서 1m까지인 마이크로파를 사용하는 시스템에서 고전력 저잡음 증폭기와 함께 필수 불가결한 부재로서, RF 신호를 통과시키거나 통과시키지 않는 기능을 수행한다.In general, RF (radio frequency) switch is an indispensable component with a high power low noise amplifier in a system using microwave, that is, a microwave having a wavelength of 1mm to 1m, and performs the function of passing or not passing the RF signal. do.

알에프 스위치 중, MEMS(Micro Electro Mechanical System) RF 스위치는 마이크로파나 밀리미터파를 이용하는 무선통신 시스템에서 신호의 선별 전송(Signal routing)이나 임피던스 정합 회로(Impedance matching circuit) 등에 널리 사용되는 응용 소자이다.Among the RF switches, MEMS (Micro Electro Mechanical System) RF switch is an application device widely used in signal routing or impedance matching circuit in a wireless communication system using microwave or millimeter wave.

최근, 다양한 MEMS RF 스위치에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔는데, 이동 통신 단말기 시장의 폭발적인 증가에 따라 MEMS RF 스위치의 중요성은 더욱 증가되고 있다. 이에 따라 다양한 형태의 MEMS RF 스위치가 제시되고 있다.Recently, researches on various MEMS RF switches have been actively conducted, and the importance of MEMS RF switches is increasing with the explosion of the mobile communication terminal market. Accordingly, various types of MEMS RF switches have been proposed.

도 1은 종래 기술에 따른 MEMS RF 스위치의 기본적인 구성요소가 기판 상에 형성되어 있는 상태를 도시한 개략적인 평면도로서, 기판(20) 상부의 일측에 상부전극 패드(11)가 형성되어 있고, 상기 기판(20) 상부의 타측에 상호 이격된 입력 및 출력전극(31a,31b)이 형성되어 있고, 상기 상부전극 패드(11)와 입력 및 출력전극(31a,31b) 사이의 기판(20) 상부에 하부전극(14)이 형성되어 있다.FIG. 1 is a schematic plan view showing a state in which basic components of a MEMS RF switch according to the related art are formed on a substrate, and an upper electrode pad 11 is formed on one side of the substrate 20. Input and output electrodes 31a and 31b spaced apart from each other on the other side of the substrate 20 are formed, and are disposed on the substrate 20 between the upper electrode pad 11 and the input and output electrodes 31a and 31b. The lower electrode 14 is formed.

도 2는 종래 기술에 따른 MEMS RF 스위치가 오프(Off)된 상태를 도시한 단면도로서, 도 1에 도시된 상부전극 패드(11)에는 상부전극(12)이 전기적으로 접촉되고, 상기 하부전극(14)으로부터 부상되어 있고, 상기 상부전극(12)의 상, 하부면을 절연막(13)으로 감싸서 형성한 탄성지지보(18)가 형성되어 있다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which a MEMS RF switch according to the related art is turned off. The upper electrode 12 is electrically contacted with the upper electrode pad 11 of FIG. 1, and the lower electrode ( 14, an elastic support 18 formed by covering the upper and lower surfaces of the upper electrode 12 with the insulating film 13 is formed.

그리고, 상기 탄성지지보(18)는 상기 입력 및 출력전극(31a,31b)으로부터 이격된 상측까지 연장되고, 상기 탄성지지보(18)의 선단의 하부에는 접극자(15)가 형성되어 있다.The elastic support 18 extends to an upper side spaced apart from the input and output electrodes 31a and 31b, and a contactor 15 is formed at the lower end of the elastic support 18.

이렇게 형성된 종래 기술에 따른 MEMS RF 스위치는 동작원리는 설명하면, 먼저, 도 2에 도시된 RF 스위치는 오프 상태이다.The operation principle of the conventional MEMS RF switch formed as described above will be described. First, the RF switch illustrated in FIG. 2 is in an OFF state.

즉, RF 스위치가 오프 상태를 유지하려면, 상기 상부 및 하부전극(12,14)에 전압을 인가하지 않으면 된다.That is, in order to keep the RF switch off, it is not necessary to apply a voltage to the upper and lower electrodes 12 and 14.

그럴 경우, 양 전극사이에 정전인력이 유발되지 않아, 상기 접극자(15)는 하부의 입력전극(31a) 및 출력전극과 소정 거리로 이격되어, 입력전극(31a)과 출력전극은 단선되고, 스위치는 비작동 상태인 오프 상태가 된다.In this case, the electrostatic attraction is not induced between both electrodes, so that the contactor 15 is spaced apart from the lower input electrode 31a and the output electrode by a predetermined distance, and the input electrode 31a and the output electrode are disconnected. The switch is turned off, which is inactive.

도 3은 종래 기술에 따른 MEMS RF 스위치가 온(On)된 상태를 도시한 단면도로서, RF 스위치 온 상태는 상부전극(12)과 하부전극(14) 사이에 전압차를 인가하면, 상부전극(12)과 하부전극(14)은 서로 끌어당기는 정전인력이 발생하고, 상기 상부전극(12) 영역의 탄성지지보(18)는 하부전극(14)에 접촉된다.3 is a cross-sectional view illustrating a state in which a MEMS RF switch is turned on according to the related art. In the RF switch on state, when a voltage difference is applied between the upper electrode 12 and the lower electrode 14, the upper electrode ( 12 and the lower electrode 14 generate an electrostatic attraction that is attracted to each other, the elastic support 18 in the region of the upper electrode 12 is in contact with the lower electrode (14).

그러므로, 탄성지지보(18)의 끝단에 있는 접극자(15)도 아래로 처지게 되고, 도 4에 도시된 바와 같이, 접극자(15)는 입력전극(31a)과 출력전극(31b)에 접촉되어 두 전극(31a,31b)을 전기적으로 연결시킨다.Therefore, the pole 15 at the end of the elastic support 18 also sags downward, and as shown in FIG. 4, the pole 15 is connected to the input electrode 31a and the output electrode 31b. The two electrodes 31a and 31b are electrically connected to each other.

이러한 상태가 스위치 온이다.This state is switched on.

여기서, 스위치 온 상태에서 오프 상태로 복원되는 과정은 도 3의 상태에서 도 2의 상태로 변화되는 과정인데, 스위치 오프를 위해 대향되는 상부 및 하부전극(12,14) 사이에 인가 전압차이를 제거시킴으로 인해 유발되었던 정전인력도 사라지게 된다.Here, the process of restoring from the switch-on state to the off state is a process of changing from the state of FIG. 3 to the state of FIG. 2, and removes an applied voltage difference between the upper and lower electrodes 12 and 14 opposed to switch off. The electrostatic force caused by the application will also disappear.

따라서, 탄성지지보를 아래 방향으로 끌어내리고 있던 정전인력의 손실로 인해 초기의 평형상태로 되돌아가고자 하는 탄성지지보의 스프링 복원력에 의해 탄성지지보는 도 2와 같은 상태로 되돌아가게 된다.Therefore, the elastic support is returned to the state as shown in FIG. 2 by the spring restoring force of the elastic support to return to the initial equilibrium state due to the loss of the electrostatic force that is pulling the elastic support downward.

이와 같이, 전술된 도 1 내지 3에 도시된 종래 기술의 MEMS RF 스위치는 미국특허 US6046659호에 기재되어 있으며, 정전인력이 탄성지지보의 스프링 저항력을 이겨낼 정도로 커야 접극자가 입출력 전극들과 접촉되도록 탄성지지보가 움직여 스위치로서의 제 기능을 발휘하게 되는데, 정전인력은 대향 전극간 거리의 역수에 비례하므로 거리가 조금만 멀어도 작게 되는 단점이 있다.As such, the MEMS RF switch of the prior art shown in FIGS. 1 to 3 described above is described in US Patent US6046659, and the elastic force is elastic enough to overcome the spring resistance of the elastic support so that the contactor contacts the input / output electrodes. The support beam is moved to exert its function as a switch. The electrostatic attraction is proportional to the reciprocal of the distance between the counter electrodes, so that the distance becomes small even if the distance is small.

그래서, 지금까지의 정전인력형 MEMS RF 스위치의 구동 전압은 수십 볼트로 매우 큰 편이었다.Thus, the driving voltage of the electrostatically pulled MEMS RF switch has been very large, several tens of volts.

그러므로, 저전압 상태인 수 볼트의 전압만이 허용되는 분야에서는 사용하기가 곤란하였다.Therefore, it is difficult to use in a field where only a few volts of voltage in a low voltage state is allowed.

한편, 종래의 RF 스위치는 정전인력이 다른 구동 방식에 비해 미약한 편이므로, 이러한 미약한 정전인력으로 탄성지지보를 움직이게 하기 위해서는 스프링 계수를 작게 하여야 한다.On the other hand, the conventional RF switch because the electrostatic force is weak compared to the other driving method, in order to move the elastic support by the weak electrostatic attraction, the spring coefficient must be made small.

여기서, 스프링 계수가 작다는 것은 탄성지지보가 작은 힘에도 쉽게 움직일 정도로 연약하다는 것을 뜻한다.Here, the small spring coefficient means that the elastic support is soft enough to easily move even with a small force.

따라서, 탄성지지보가 연약함으로 인해 발생하는 가장 커다란 문제점은, 스위치 온 상태에서 오프 상태로 전환시에 탄성지지보를 아래로 붙들고 있던 정전인력이 사라짐으로 인해, 탄성지지보는 스프링 복원력으로 원래 상태로 되돌아오려고 한다.Therefore, the biggest problem caused by the soft elastic support is that, due to the disappearance of the electrostatic force holding the elastic support down when switching from the switched on state to the off state, the elastic support to try to return to the original state by the spring restoring force do.

그런데, 스프링 계수가 작음으로 인해 스프링 복원력도 작아지게 됨으로서, 접극자와 입출력 전극을 떨어지게 하는 힘이 작게 된다.However, the spring restoring force also becomes small due to the small spring coefficient, so that the force that separates the electrode and the input / output electrode is small.

그러므로, 종래의 RF 스위치를 장기간 반복적으로 사용되면, 접극자와 입출력 전극의 접촉 표면이 마모되거나, 또는 스프링 복원력이 자연적으로 발생하는 정전인력 등보다 작아지게 되어, 서로 붙어서 떨어지지 않는 문제점이 발생하게 됨으로써,어 더 이상 스위치로서의 기능을 수행할 수 없는 치명적인 결함을 갖고 있다.Therefore, when the conventional RF switch is repeatedly used for a long time, the contact surface between the pole and the input / output electrode is worn, or the spring restoring force is smaller than the naturally occurring electrostatic force, which causes problems that do not stick together. It has a fatal flaw that can no longer function as a switch.

더불어, 정전인력은 대향 전극간 거리의 역수에 비례함으로, 접극자와 입출력 전극과의 거리를 크게 하면 정전인력이 약해져서 탄성지지보를 아래쪽으로 끌어당길 수 없게 된다.In addition, since the electrostatic attraction is proportional to the inverse of the distance between the opposite electrodes, when the distance between the electrode and the input / output electrode is increased, the electrostatic attraction becomes weak so that the elastic support cannot be pulled downward.

대향전극간 거리를 크게 하면 정전인력을 크게 할 수 있는 반면에, 거리를 가깝게 할수록, 스위치 오프시 접극자와 입출력 전극의 전기적 절연성이 저하되는 단점이 있다.If the distance between the counter electrodes is increased, the electrostatic attraction can be increased, while the closer the distance is, the lower the electrical insulation of the electrode and the input / output electrode when the switch is off.

결국, 종래의 정전인력형의 RF 스위치는 대향 전극판 사이의 거리를 일정 이하로 하여야 한다는 기본적인 제한을 갖고 있을 수밖에 없다는 단점이 있다.As a result, the conventional electrostatic attraction RF switch has a disadvantage in that it has a basic limitation that the distance between the counter electrode plates must be below a certain level.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 저전압으로도 큰 힘을 유발시켜 스위치 온 상태를 능동적으로 일으키고 유지할 수 있는 능동형 RF 스위치를 구현할 수 있으며, 인가전압의 조절에 따라 접극자가 입출력 전극에 접촉되는 접촉력을 용이하게 조절할 수 있는 멤스 알에프 스위치를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, it is possible to implement an active RF switch that can actively generate and maintain the switch-on state by inducing a large force even at a low voltage, the poles in accordance with the control of the applied voltage It is an object of the present invention to provide a MEMS RF switch that can easily adjust the contact force in contact with the self input and output electrodes.

본 발명의 다른 목적은 접극자 사이의 거리를 종래의 정전인력형 구조보다 길게 할 수 있어, 오프시 접극자와 입출력 전극 사이의 절연성을 높일 수 있는 멤스 알에프 스위치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a MEMS RF switch capable of making the distance between the poles longer than that of the conventional electrostatic attraction type structure, thereby increasing the insulation between the poles and the input / output electrodes.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 기판 상부의 일측에 상호 이격되어 형성된 입력전극 및 출력전극과;According to a preferred aspect of the present invention, there is provided an input electrode and an output electrode spaced apart from one another on an upper surface of a substrate;

상기 입력전극 및 출력전극 각각으로부터 이격되고, 상호 소정거리 이격되어 기판에 형성된 한 쌍의 앵커(Anchor)들과;A pair of anchors spaced apart from each of the input electrode and output electrode and spaced apart from each other by a predetermined distance;

상기 한 쌍의 앵커들 상부 일측에 각각 연장되고, 상기 기판 상부로부터 부상되어 형성된 한 쌍의 제 1 구조물들과;A pair of first structures each extending on one side of the pair of anchors and floating from the top of the substrate;

상기 한 쌍의 제 1 구조물들의 종단에 일측과 타측이 각각 연결된 제 2 구조물과;A second structure having one side and the other side connected to ends of the pair of first structures, respectively;

상기 제 2 구조물의 중심 측면에서 상기 입력전극 및 출력전극의 상측으로 이격된 위치까지 상기 제 1 구조물들 사이로 연장된 제 3 구조물과;A third structure extending between the first structures from a central side of the second structure to a position spaced above the input electrode and the output electrode;

상기 한 쌍의 앵커들의 상호 대향하는 각각의 측면에서 상기 제 3 구조물로 연장된 한 쌍의 제 4 구조물들과;A pair of fourth structures extending from said mutually opposite side of said pair of anchors to said third structure;

상기 제 3 구조물의 하부면에 형성되며 도전성물질로 이루어진 접극자(Armature)와;An armature formed on a lower surface of the third structure and made of a conductive material;

상기 제 1 구조물들 각각에 형성되며, 인가전압에 따라 변형이 발생되는 압전구동부들로 구성된 멤스 알에프 스위치가 제공된다.There is provided a MEMS RF switch formed in each of the first structures, the piezoelectric drive unit of which deformation occurs according to the applied voltage.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 기판 상부의 일측에 상호 이격되어 형성된 입력전극 및 출력전극과;Another preferred aspect for achieving the above object of the present invention is an input electrode and an output electrode formed spaced apart from each other on one side of the substrate;

상기 입력전극 및 출력전극 각각으로부터 상측으로 이격되어 있고, 구동시 입력 및 출력전극에 접촉되어 전기적으로 연결시키는 접극자와;A spacer spaced upward from each of the input electrode and the output electrode and contacting and electrically connecting the input and output electrodes during driving;

상기 접극자와 연결된 말단구조물과;An end structure connected to the electrode;

상기 말단구조물의 중간에 형성된 지렛대와;A lever formed in the middle of the end structure;

전압에 따라 상기 지렛대를 기준으로 상기 말단구조물을 상측과 하측방향으로 움직여, 상기 접극자를 입력 및 출력전극에 접촉 또는 비접촉시키는 구동부로 구성된 멤스 알에프 스위치가 제공된다.According to the voltage, the MEMS RF switch comprising a driving unit which moves the terminal structure upward and downward with respect to the lever to contact or non-contact with the input and output electrodes is provided.

도 1은 종래 기술에 따른 MEMS RF 스위치의 기본적인 구성요소가 기판 상에 형성되어 있는 상태를 도시한 개략적인 평면도1 is a schematic plan view showing a state in which the basic components of a MEMS RF switch according to the prior art are formed on a substrate;

도 2는 종래 기술에 따른 MEMS RF 스위치가 오프(Off)된 상태를 도시한 단면도2 is a cross-sectional view showing a state in which the MEMS RF switch is off according to the prior art;

도 3은 종래 기술에 따른 MEMS RF 스위치가 온(On)된 상태를 도시한 단면도 도 4는 종래 기술에 따른 MEMS RF 스위치가 온(On)된 상태를 도시한 개략적인 평면도Figure 3 is a cross-sectional view showing a state in which the MEMS RF switch according to the prior art Figure 4 is a schematic plan view showing a state in which the MEMS RF switch according to the prior art (On)

도 5는 본 발명에 따른 MEMS RF 스위치의 사시도5 is a perspective view of a MEMS RF switch according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 MEMS RF 스위치가 비작동, 오프(Off) 상태의 측면도6 is a side view of a non-operating, off state of a MEMS RF switch according to the present invention;

도 7은 본 발명에 따른 MEMS RF 스위치가 작동, 온(On) 상태의 측면도Figure 7 is a side view of the MEMS RF switch in operation, On (On) state in accordance with the present invention

도 8은 본 발명에 따른 MEMS RF 스위치가 작동, 온(On)되어 구조가 변형되는 상태를 도시한 도면8 is a view illustrating a state in which a structure is deformed by operating and turning on a MEMS RF switch according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 기판 110,120 : 입력 및 출력전극100: substrate 110, 120: input and output electrode

130 : 접극자 131a,131b : 앵커130: polarizer 131a, 131b: anchor

132a,132b : 제 1 구조물 133 : 제 2 구조물132a, 132b: first structure 133: second structure

134 : 제 3 구조물 135a,135b : 제 4 구조물134: third structure 135a, 135b: fourth structure

151,152 : 압전구동부151,152: piezoelectric drive part

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명에 따른 MEMS RF 스위치의 사시도로서, 기판(100) 상부의 일측에 상호 이격되어 형성된 입력전극 및 출력전극(110,120)과; 상기 입력전극 및 출력전극(110,120) 각각으로부터 이격되고, 상호 소정거리 이격되어 기판(100)에 형성된 한 쌍의 앵커(Anchor)들(131a,131b)과; 상기 한 쌍의 앵커들(131a,131b) 상부 일측에 각각 연장되고, 상기 기판(100) 상부로부터 부상되어 형성된 한 쌍의 제 1 구조물들(132a,132b)과; 상기 한 쌍의 제 1 구조물들(132a,132b)의 종단 각각에 일측과 타측이 각각 연결된 제 2 구조물(133)과; 상기 제 2 구조물(133)의 중심 측면에서 상기 입력전극 및 출력전극(110,120)과 이격된 상측의 위치까지 상기 제 1 구조물들(132a,132b) 사이로 연장된 제 3 구조물(134)과; 상기 한 쌍의 앵커들(131a,131b)의 상호 대향하는 각각의 측면에서 상기 제 3 구조물(134)로 연장된 한 쌍의 제 4 구조물들(135a,135b)과; 상기 제 3 구조물(134)의 하부면에 형성되며 도전성물질로 이루어진 접극자(Armature)(130)와; 상기 제 1구조물들(132a,132b) 각각에 형성되며, 인가전압에 따라 변형이 발생되는 압전구동부들(151,152)로 구성된다.Figure 5 is a perspective view of a MEMS RF switch according to the present invention, the input electrode and the output electrode (110, 120) formed spaced apart from each other on one side of the substrate 100; A pair of anchors 131a and 131b spaced apart from each of the input and output electrodes 110 and 120 and spaced apart from each other by a predetermined distance; A pair of first structures (132a, 132b) extending on one side of the pair of anchors (131a, 131b), respectively, and floating from the top of the substrate (100); A second structure 133 having one side and the other side connected to ends of the pair of first structures 132a and 132b, respectively; A third structure 134 extending between the first structures 132a and 132b from a central side of the second structure 133 to an upper position spaced apart from the input and output electrodes 110 and 120; A pair of fourth structures (135a, 135b) extending from said mutually opposite sides of said pair of anchors (131a, 131b) to said third structure (134); An armature 130 formed on a lower surface of the third structure 134 and made of a conductive material; The first structures 132a and 132b are formed on the first structures 132a and 132b, respectively, and are composed of piezoelectric driving parts 151 and 152 that are deformed according to an applied voltage.

상기 압전구동부들(151,152)은 하부전극/압전막/상부전극으로 구성된 압전 캐패시터 형태이다.The piezoelectric driving parts 151 and 152 are in the form of a piezoelectric capacitor composed of a lower electrode / piezoelectric film / upper electrode.

도 6은 본 발명에 따른 MEMS RF 스위치가 비작동, 오프(Off) 상태의 측면도로서, 압전구동부들에 전압이 인가되지 않으면, 본 발명의 MEMS RF 스위치는 오프 상태가 된다.FIG. 6 is a side view of the MEMS RF switch according to the present invention in a non-operational and off state. When no voltage is applied to the piezoelectric actuators, the MEMS RF switch of the present invention is turned off.

이 오프 상태에서는, 압전구동부(152)들이 동작되지 않아, 접극자(130)는 입력전극 및 출력전극(120)과 일정한 거리를 두고 부상된 상태로 존재한다.In this off state, the piezoelectric actuators 152 are not operated so that the electrode 130 is in a floating state at a predetermined distance from the input electrode and the output electrode 120.

따라서, 입력 전극과 출력 전극(120)은 단선되어 스위치가 비작동 상태인 오프 상태가 된다.Therefore, the input electrode and the output electrode 120 are disconnected to the off state in which the switch is in an inoperative state.

도 7은 본 발명에 따른 MEMS RF 스위치가 작동, 온(On) 상태의 측면도로서, 압전구동부들의 상부전극과 하부전극에 전압차가 형성되도록 전압을 인가시키면, 본 발명의 MEMS RF 스위치는 온 상태가 된다.FIG. 7 is a side view of the MEMS RF switch according to the present invention operating and being on. When a voltage is applied to the upper and lower electrodes of the piezoelectric actuators, the MEMS RF switch is turned on. do.

즉, 상부전극은 낮은 전압을 인가하고, 하부전극은 높은 전압을 인가한다. 예를 들어, 상부전극은 그라운드 전압 상태가 되도록 하고, 하부전극에 대략 5V정도의 전압을 인가하면, 도 7에서 도시된 바와 같이, 압전구동부(152)들의 하부전극과 상부전극에 인가되는 전압의 차이에 의해 그 중간에 위치한 압전막에는 기계적 변형이 발생하여, 상기 압전구동부들을 지지하는 제 1 구조물(132a,132b)들은 상측 방향으로 굽힘 변형이 일어나게 된다.That is, the upper electrode applies a low voltage and the lower electrode applies a high voltage. For example, when the upper electrode is in a ground voltage state and a voltage of about 5 V is applied to the lower electrode, as shown in FIG. 7, the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric actuators 152 are connected to the upper electrode. Due to the difference, mechanical deformation occurs in the piezoelectric film positioned in the middle thereof, such that the first structures 132a and 132b supporting the piezoelectric driving parts are bent in an upward direction.

이로 인해, 상기 제 2 구조물들과 연결된 제 3 구조물 영역은 상측 방향(+Z축)으로 움직이게 되고, 반면에 제 3 구조물과 앵거에 연결된 제 4 구조물에 의해, 입출력 전극 방향의 제 3 구조물 영역은 하측 방향(-Z축)으로 움직이게 된다.As a result, the third structure region connected with the second structures moves in the upward direction (+ Z axis), while the third structure region in the direction of the input / output electrode is moved by the fourth structure connected to the third structure and the angler. It moves in the downward direction (-Z axis).

따라서, 제 3 구조물 하부면의 접극자는 입력 전극과 출력전극에 접촉됨으로, 상기 입출력 전극을 전기적으로 연결시켜주게 된다.Thus, the contactor of the lower surface of the third structure contacts the input electrode and the output electrode, thereby electrically connecting the input / output electrode.

이러한 상태가 스위치 온 상태이다.This state is switched on.

그리고, 스위치 온 상태에서 오프 상태로 복원되는 과정은 도 7에서 도 6으로 변화되는 과정으로, 스위치 오프를 위해 압전 구동부 사이에 인가되는 전압차이를 사라지게 하면, 유발되었던 압전 구동력도 사라지게 된다.In addition, the process of restoring from the switched on state to the off state is a process of changing from FIG. 7 to FIG. 6. When the voltage difference applied between the piezoelectric drivers for switching off disappears, the induced piezoelectric driving force also disappears.

이 때, 제 1 구조물을 상측 방향으로 들어올리므로, 접극자를 아래로 누르고 있던 압전 구동력이 손실되고, 이로 인해 초기의 평형상태로 되돌아가고자 하는 제 1 구조물의 스프링 복원력은 작용하여 도 7의 상태에서 도 6과 같은 상태로 되돌아가게 된다.At this time, since the first structure is lifted upward, the piezoelectric driving force holding down the contactor is lost, and thus, the spring restoring force of the first structure to return to the initial equilibrium state is acted on, and the state of FIG. It will return to the same state as 6.

도 8은 본 발명에 따른 MEMS RF 스위치가 작동, 온(On)되어 구조가 변형되는 상태를 도시한 도면으로서, 본 발명의 MEMS RF 스위치에 있는 압전구동부가 동작되면, 상호 대향하는 상기 한 쌍의 앵커들의 각각 측면에서 상기 제 3 구조물로 연장된 한 쌍의 제 4 구조물들을 기준으로, 압전구동부와 연결된 구조물들은 상측으로 움직이고, 그 반대측은 하측으로 움직인다.8 is a view showing a state in which the structure of the MEMS RF switch according to the present invention is operated and turned on, the piezoelectric drive unit in the MEMS RF switch of the present invention, when the pair of opposing pair With respect to the pair of fourth structures extending from each side of the anchors to the third structure, the structures connected to the piezoelectric drive portion move upwards, and the opposite side moves downward.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 최초 'A'상태에서 'B'상태로 변형되는 것이다.That is, as shown in FIG. 8, the state is changed from the initial 'A' state to the 'B' state.

따라서, 본 발명은 기판 상부의 일측에 상호 이격되어 형성된 입력전극 및 출력전극과; 상기 입력전극 및 출력전극 각각으로부터 상측으로 이격되어 있고, 구동시 입력 및 출력전극에 접촉되어 전기적으로 연결시키는 접극자와; 상기 접극자와 연결된 말단구조물과; 상기 말단구조물의 중간에 형성된 지렛대와; 전압에 따라 상기 지렛대를 기준으로 상기 말단구조물을 상측과 하측방향으로 움직여, 상기 접극자를 입력 및 출력전극에 접촉 또는 비접촉시키는 구동부로 구성되는 것이다.Therefore, the present invention and the input electrode and the output electrode formed spaced apart from each other on one side of the upper substrate; A spacer spaced upward from each of the input electrode and the output electrode and contacting and electrically connecting the input and output electrodes during driving; An end structure connected to the electrode; A lever formed in the middle of the end structure; It is composed of a drive unit for moving the terminal structure in the upper and lower directions based on the lever in accordance with the voltage, the contactor is in contact or non-contact with the input and output electrodes.

여기서, 상기 말단구조물은 도 2에 도시된 제 3 구조물과 같은 형태이며, 상기 지렛대는 상호 대향하는 상기 한 쌍의 앵커들(131a,131b) 각각의 측면에서 상기 제 3 구조물(134)에 연장된 한 쌍의 제 4 구조물들(135a,135b)로 구성되는 것이 바람직하다.Here, the end structure is shaped like the third structure shown in FIG. 2, and the lever extends to the third structure 134 at each side of each of the pair of anchors 131a and 131b facing each other. It is preferably composed of a pair of fourth structures 135a and 135b.

게다가, 상기 구동부는, 전술된 바와 같이, 상기 입력전극 및 출력전극(110,120)으로부터 이격되고, 상호 소정거리 이격되어 기판(100)에 형성된 한 쌍의 앵커들(131a,131b)과; 상기 한 쌍의 앵커들(131a,131b) 상부 일측에 각각 연장되고, 상기 기판(100) 상부로부터 부상되어 형성된 한 쌍의 제 1 구조물들(132a,132b)과; 상기 한 쌍의 제 1 구조물들(132a,132b)의 종단 각각에 일측과 타측이 각각 연결된 제 2 구조물(133)과; 상기 제 2 구조물(133)의 중심 측면에서 상기 입력전극 및 출력전극(110,120)의 상측으로 이격된 위치까지 상기 제 1 구조물들(132a,132b) 사이로 연장된 제 3 구조물(134)과; 상기 제 1 구조물들(132a,132b) 각각에 형성되며, 인가전압에 따라 변형이 발생되는 압전구동부들(151,152)로 구성되는 것이 바람직하다.In addition, as described above, the driving unit includes a pair of anchors 131a and 131b spaced apart from the input electrode and the output electrode 110 and 120 and spaced apart from each other by a predetermined distance; A pair of first structures (132a, 132b) extending on one side of the pair of anchors (131a, 131b), respectively, and floating from the top of the substrate (100); A second structure 133 having one side and the other side connected to ends of the pair of first structures 132a and 132b, respectively; A third structure 134 extending between the first structures 132a and 132b from a central side of the second structure 133 to a position spaced apart from the upper side of the input and output electrodes 110 and 120; The piezoelectric driving units 151 and 152 may be formed on each of the first structures 132a and 132b and may be deformed according to an applied voltage.

전술된 바와 같이, 본 발명은 여러층의 복잡한 적층 제조 공정을 거치지 않고 압전막을 이용한 압전 구동부의 상측으로 구동되는 움직임을 하층으로 움직이게 하는 지렛대 작용을 하는 구조물(전술된 '제 4 구조물')을 채용함으로써, 저전압으로도 큰 힘을 유발시켜 스위치 온 상태를 능동적으로 일으키고 유지할 수 있는 능동형 RF 스위치를 구현할 수 있는 장점이 있다.As described above, the present invention employs a structure (the above-mentioned 'fourth structure') that leverages the lever acting to move the movement driven upward of the piezoelectric drive unit using the piezoelectric film to the lower layer without going through a complicated multilayer manufacturing process of several layers. Accordingly, there is an advantage that an active RF switch that can generate and maintain a switched-on state by inducing a large force even at a low voltage can be implemented.

또한, 압전구동부에 인가되는 전압차를 조절함으로써, 인가전압의 조절에 따라 접극자가 입출력 전극에 접촉되는 접촉력을 용이하게 조절할 수 있는 장점이 있다.In addition, by adjusting the voltage difference applied to the piezoelectric drive unit, there is an advantage that the contactor can easily adjust the contact force in contact with the input and output electrodes in accordance with the control of the applied voltage.

그리고, 종래의 정전인력형 구조에서는 접극자와 입출력 전극간 거리가 멀어지면, 정전인력의 기본적인 물리법칙에 의해 인력이 거리의 역수에 비례함으로, 접극자와 입출력 전극 사이의 거리를 1~2 마이크로미터 정도의 근접 거리만이 가능하였었는데, 압전구동부를 이용한 본 발명에서는 이러한 접극자 사이의 거리를 종래의 정전인력형 구조보다 길게 할 수 있어, 오프시 접극자와 입출력 전극 사이의 절연성을 높일 수 있다는 장점이 있다.In the conventional electrostatic attraction type structure, when the distance between the pole and the input / output electrode increases, the attraction force is proportional to the inverse of the distance according to the basic physical law of the electrostatic attraction, so that the distance between the pole and the input / output electrode is 1 to 2 microns. In the present invention using a piezoelectric drive unit, the distance between these poles can be made longer than that of the conventional electrostatic attraction structure, and the insulation between the poles and the input / output electrode can be improved when the electrode is turned off. There is an advantage.

한편, 신뢰성 있는 스위치 오프 상태를 구현하기 위해서는 스프링 복원력이 커야 되는데, 종래의 구조에서 스프링 복원력이 크도록 형성하면, 스위치 온 상태를 구현하기 위해 더 큰 힘이 필요하게 되나, 본 발명의 구조에서는 스프링 복원력을 크게 하기 위해 압전 구동부의 너비를 크게 하여도 스위치 온 상태를 위해 더 큰 힘이 소요되지 않고, 스위치 온 상태가 더욱 용이해지는 장점이 있다.On the other hand, in order to implement a reliable switch-off state, the spring restoring force should be large. When the spring restoring force is formed in the conventional structure, a larger force is required to implement the switch-on state, but in the structure of the present invention, the spring Even if the width of the piezoelectric driving unit is increased to increase the restoring force, it is not necessary to use a larger force for the switched-on state, and the switch-on state is further facilitated.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 저전압으로도 큰 힘을 유발시켜 스위치 온 상태를 능동적으로 일으키고 유지할 수 있는 능동형 RF 스위치를 구현할 수 있으며, 인가전압의 조절에 따라 접극자가 입출력 전극에 접촉되는 접촉력을 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention can implement an active RF switch capable of actively generating and maintaining a switched-on state by inducing a large force even at a low voltage, and in accordance with the control of the applied voltage, the contact force of the contactor to the input / output electrode. There is an effect that can be easily adjusted.

또한, 본 발명에서는 접극자 사이의 거리를 종래의 정전인력형 구조보다 길게 할 수 있어, 오프시 접극자와 입출력 전극 사이의 절연성을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, in the present invention, the distance between the poles can be made longer than that of the conventional electrostatic attraction structure, so that the insulation between the poles and the input / output electrode can be improved when off.

더불어, 본 발명의 구조에서는 스프링 복원력을 크게 하기 위해 압전 구동부의 너비를 크게 하여도 스위치 온 상태를 위해 더 큰 힘이 소요되지 않고, 스위치 온 상태가 더욱 용이해지는 효과가 있다.In addition, in the structure of the present invention, even if the width of the piezoelectric drive unit is increased to increase the spring restoring force, a larger force is not required for the switched-on state, and the switched-on state becomes easier.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.

Claims (4)

기판 상부의 일측에 상호 이격되어 형성된 입력전극 및 출력전극과;An input electrode and an output electrode formed spaced apart from each other on one side of the substrate; 상기 입력전극 및 출력전극 각각으로부터 이격되고, 상호 소정거리 이격되어 기판에 형성된 한 쌍의 앵커(Anchor)들과;A pair of anchors spaced apart from each of the input electrode and output electrode and spaced apart from each other by a predetermined distance; 상기 한 쌍의 앵커들 상부 일측에 각각 연장되고, 상기 기판 상부로부터 부상되어 형성된 한 쌍의 제 1 구조물들과;A pair of first structures each extending on one side of the pair of anchors and floating from the top of the substrate; 상기 한 쌍의 제 1 구조물들의 종단에 일측과 타측이 각각 연결된 제 2 구조물과;A second structure having one side and the other side connected to ends of the pair of first structures, respectively; 상기 제 2 구조물의 중심 측면에서 상기 입력전극 및 출력전극의 상측으로 이격된 위치까지 상기 제 1 구조물들 사이로 연장된 제 3 구조물과;A third structure extending between the first structures from a central side of the second structure to a position spaced above the input electrode and the output electrode; 상기 한 쌍의 앵커들의 상호 대향하는 각각의 측면에서 상기 제 3 구조물로 연장된 한 쌍의 제 4 구조물들과;A pair of fourth structures extending from said mutually opposite side of said pair of anchors to said third structure; 상기 제 3 구조물의 하부면에 형성되며 도전성물질로 이루어진 접극자(Armature)와;An armature formed on a lower surface of the third structure and made of a conductive material; 상기 제 1 구조물들 각각에 형성되며, 인가전압에 따라 변형이 발생되는 압전구동부들로 구성된 멤스 알에프 스위치.MEMS RF switch formed in each of the first structures, consisting of a piezoelectric drive unit that deformation occurs in accordance with the applied voltage. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 압전구동부들은 하부전극/압전막/상부전극으로 구성된 것을 특징으로 하는 멤스 알에프 스위치.The piezoelectric drive unit MEMS RF switch, characterized in that consisting of the lower electrode / piezoelectric film / upper electrode. 기판 상부의 일측에 상호 이격되어 형성된 입력전극 및 출력전극과;An input electrode and an output electrode formed spaced apart from each other on one side of the substrate; 상기 입력전극 및 출력전극 각각으로부터 상측으로 이격되어 있고, 구동시 입력 및 출력전극에 접촉되어 전기적으로 연결시키는 접극자와;A spacer spaced upward from each of the input electrode and the output electrode and contacting and electrically connecting the input and output electrodes during driving; 상기 접극자와 연결된 말단구조물과;An end structure connected to the electrode; 상기 말단구조물의 중간에 형성된 지렛대와;A lever formed in the middle of the end structure; 전압에 따라 상기 지렛대를 기준으로 상기 말단구조물을 상측과 하측방향으로 움직여, 상기 접극자를 입력 및 출력전극에 접촉 또는 비접촉시키는 구동부로 구성된 것을 특징으로 하는 멤스 알에프 스위치.MEMS RF switch comprising a driving unit for moving the terminal structure in the upper and lower directions based on the lever to contact or non-contact the input and output electrodes according to the voltage. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 구동부는,The driving unit, 상호 소정거리 이격되어 기판에 형성된 한 쌍의 앵커들과;A pair of anchors formed on the substrate spaced apart from each other by a predetermined distance; 상기 한 쌍의 앵커들 상부 일측에 각각 연장되고, 상기 기판 상부로부터 부상되어 형성된 한 쌍의 제 1 구조물들과;A pair of first structures each extending on one side of the pair of anchors and floating from the top of the substrate; 상기 한 쌍의 제 1 구조물들의 종단 각각에 일측과 타측이 각각 연결된 제 2구조물과;A second structure having one side and the other side connected to each of the ends of the pair of first structures; 상기 제 1 구조물들 사이에서 상기 제 2 구조물의 중심 측면에서 상기 입력 및 출력전극 상측의 이격된 위치까지 연장된 제 3 구조물과;A third structure extending between the first structures from a central side of the second structure to a spaced position above the input and output electrodes; 상기 제 1 구조물들 각각에 형성되며, 인가전압에 따라 변형이 발생되는 압전구동부들로 구성 것을 특징으로 하는 멤스 알에프 스위치.MEMS RF switch is formed on each of the first structure, characterized in that consisting of piezoelectric drive parts that deformation occurs in accordance with the applied voltage.
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