KR20040110064A - 고정되지 않은 정전기적으로 작동되는 미세 전자 기계시스템 스위치 - Google Patents

고정되지 않은 정전기적으로 작동되는 미세 전자 기계시스템 스위치 Download PDF

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KR20040110064A
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Abstract

미세 전자 기계 시스템(MEMS) 스위치(10)는 기판(12)과, 상기 기판(12) 위에 배치된 응력을 받지 않는 빔(14)을 포함한다. 응력을 받지 않는 빔(14)은, 기판(12)에 실질적으로 평행하지 않은 방향으로 응력을 받지 않는 빔(14)의 배치를 한정하기 위해 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18) 내에 제공된다. 하나 이상의 제어 패드(20) 세트는 응력을 받지 않는 빔(14)의 제 1 세로면(22) 상에서 전위를 생성하기 위해 응력을 받지 않는 빔(14)의 제 1 세로면(22) 근처에 배치된다. 응력을 받지 않는 빔(14)은 신호 경로를 제공하기 위해 전위에 따라 기판(12)에 실질적으로 평행한 방향으로 배치가능하다.

Description

고정되지 않은 정전기적으로 작동되는 미세 전자 기계 시스템 스위치{ANCHORLESS ELECTROSTATICALLY ACTIVATED MICRO ELECTROMECHANICAL SYSTEM SWITCH}
본 발명은 일반적으로 스위치에 관한 것으로, 더 구체적으로 미세 전자 기계 시스템(MEMS: Micro Electromechanical System) 기술로 구현된 스위치에 관한 것이다.
미세 전자 기계 시스템(MEMS) 스위치는, 예를 들어 위상 어레이 안테나, 위상 시프터, 스위칭가능한 튜닝 소자, 및 레이더 센서와 같은 RF 통신 시스템에 광범위하게 사용되고 있다. 일반적으로, MEMS 스위치는 종래의 고체 스위치(예를 들어 FET 또는 PIN 다이오드)에서 발견되지 않는 특징인 낮은 삽입 손실, 낮은 전력 소비, 저렴한 비용, 작은 크기, 넓은 대역폭 동작, 긴 수명 및 빠른 스위칭 속도와 같은 특징을 갖는다. 특히, 고품질의 MEMS 스위치는 이상적으로 가능한 한 다음과 같은 많은 특징, 즉 낮은 동작 전압(activation voltage), 고속의 스위칭 속도, 긴 동작 수명, OFF 상태 동안 출력 신호로부터의 우수한 차단(isolation), ON 상태 동안 접점 전극간의 낮은 접촉 저항 및 높은 접촉력, 분리를 용이하게 하기 위한 접촉 영역에서 부착(stiction) 문제가 거의 발생하지 않거나 전혀 발생하지 않는다는 점, 상이한 상태들 간의 스위칭 동안 낮은 전력 소비, 스위치를 특정 상태로 유지시키는데 전력이 거의 소비되지 않거나 전혀 소비되지 않는다는 점, 저렴한 비용, 제조의 용이함, 및 다른 공동 평면의(coplanar) 회로 성분과의 스위치 통합의 용이함을 가져야 한다.
MEMS 스위치는, 정전기 스위치, 전자기 스위치, 또는 전열 스위치를 포함하는, 작동 방법에 기초하여 수 개의 주요 카테고리로 분류될 수 있다. 이들 카테고리 중 하나인 종래의 MEMS 스위치는 전술한 고품질의 MEMS 스위치 특징 중 몇몇을나타낸다. 그러나, 어떠한 종래의 스위치도 상기 특징 모두를 나타내지 않는다.
더욱이, 정전기 스위치에 관해, 이러한 스위치는 일정한 상태로 토글(toggled) 또는 유지될 때 전력 소비가 전혀 없는 독특한 장점을 갖는다. 그러나, 정전기 스위치는 저속의 스위칭 속도(대략 μsec로부터 msec까지), 비교적 높은 동작 전압(10 내지 80V), 접점 전극이 물리적 접촉 하에 함께 용접될 때의 부착 문제, 비교적 짧은 수명{저온 스위칭(cold switching)에 대해 1억 사이클}, 열 및 제작에 관련된 응력으로 인한 불안정의 문제와 같은 몇몇 단점을 또한 갖는다.
따라서, 본 발명의 목적은, 전술한 이상적인 스위치 특징 모두를 나타내고 전술한 단점이 없는 정전기 MEMS 스위치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 간단한 방법(process)을 통해 그러한 MEMS 스위치를 제작하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 다중 쓰로우(throw) 및 다중 극(pole)을 허용하는 구성을 갖는 정전기 MEMS 스위치를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은, 기판, 및 기판 위에 배치된 응력을 받지 않는 빔(stress free beam)을 포함하는 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 스위치를 제공한다. 응력을 받지 않는 빔은 제 1 및 제 2 플랫폼(platform) 내에서 제공된다. 제 1 및 제 2 플랫폼은 기판 위에 배치되고, 기판에 실질적으로 평행하지 않은 방향으로 응력을 받지 않는 빔의 변위(displacement)를 한정한다. MEMS 스위치는, 제 1 세로면 상에서 전위를 생성하기 위해 응력을 받지 않는 빔의 제 1 세로면 근처에 배치된 하나 이상의 제어 패드의 제 1 세트와, 제 2 세로면 상에서 제 2 전위를 생성하기 위해 응력을 받지 않는 빔의 제 2 세로면 근처에서 기판 상에 배치된 하나 이상의 제어 패드의 제 2 세트를 또한 포함한다. 응력을 받지 않는 빔은 신호 경로를 제공하기 위한 제 1 및 제 2 전위 사이의 상대 전위에 따라 기판에 실질적으로 평행한 방향으로 변위가능하다.
대안적으로, MEMS 스위치는 신호 흐름을 제어하기 위해 기판 위에 배치된 하나의 응력을 받지 않는 1차 빔과, 응력을 받지 않는 1차 빔에 구조적 및 전기적으로 결합된 복수의 응력을 받지 않는 2차 빔을 포함하도록 구현될 수 있다. 복수의 응력을 받지 않는 2차 빔 각각은 기판에 실질적으로 평행한 방향과 다른 방향으로의 빔 변위를 한정하기 위해 제 1, 제 2 및 제 3 플랫폼 내에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 응력을 받지 않는 2차 빔 각각은 응력을 받지 않는 1차 빔을 이에 따라 배치하기 위해 상대 전위에 반응하여 기판에 실질적으로 평행한 방향으로 변위가능하다.
첨부 도면은 다양한 실시예를 추가로 도시하고, 본 발명에 따른 다양한 원리 및 장점 모두를 설명하는데 도움이 되며, 여기서 동일한 참조 번호는 개별 도면 전체에 동일하거나 기능적으로 유사한 요소를 나타내고, 아래의 상세한 설명과 함께 본 명세서의 부분에 병합되고 형성한다.
도 1은 제 1 바람직한 실시예에 따른 예시적인 MEMS 스위치를 동일한 크기로 도시한 도면.
도 2a는 또한 제 1 바람직한 실시예에 따른 예시적인 MEMS 스위치를 도시한 평면도.
도 2b는 제 1 바람직한 실시예의 변형에 따른 응력을 받지 않는 빔의 일부분(B)의 분해도.
도 2c는 제 1 바람직한 실시예의 다른 변형에 따른 응력을 받지 않는 빔의 일부분(B)을 도시한 분해도.
도 3은 단면 라인(Ⅲ-Ⅲ)을 따라 도 2의 예시적인 MEMS 스위치의 응력을 받지 않는 빔 및 플랫폼을 도시한 측면도.
도 4는 응력을 받지 않는 빔이 플랫폼의 연장된 측면 벽부와 우수한 전기적 접촉을 확립하기 전에 도 2a의 MEMS 스위치 내의 초기 전하 분배를 도시한 도면.
도 5는 응력을 받지 않는 빔이 플랫폼의 연장된 측면 벽부와 우수한 전기적 접촉을 확립하기 전에 도 2a의 MEMS 스위치의 등가 회로도를 도시한 도면.
도 6은 응력을 받지 않는 빔이 플랫폼의 연장된 측면 벽부와 우수한 전기적 접촉을 확립하기 전에 도 2a의 MEMS 스위치 내의 전하 분배를 도시한 도면.
도 7은 응력을 받지 않는 빔이 플랫폼의 연장된 측면 벽부와 우수한 전기적 접촉을 확립하기 전에 도 2a의 MEMS 스위치의 등가 회로를 도시한 도면.
도 8a 내지 8c는 도 1에서의 MEMS 스위치의 플랫폼에 대한 대안적인 구현을 도시한 도면.
도 9는, 접촉 표면들 사이에 막 저항을 갖지 않고, 접촉 표면들과 고정된 에어 브리지 MEMS 스위치 사이에 막 저항을 갖는 도 2a의 고정되지 않은 MEMS 스위치에 의해 달성된 동작 전압 대 스위치 저항을 도시한 도면.
도 10a 내지 10e는 도 1에 도시된 MEMS 스위치를 제작하는 제작 방법을 도시한 도면.
도 11은 제 2 바람직한 실시예에 따른 예시적인 MEMS 스위치를 동일한 크기로 도시한 도면.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: MEMS 스위치 12: 기판
14: 응력을 받지 않는 빔 16, 18: 플랫폼
20: 제어 패드 22: 세로면
이제 동일한 참조 번호가 동일한 부분을 나타내는 도면들을 참조하면, 도 1 내지 2a는 제 1 바람직한 실시예에 따른 예시적인 MEMS 스위치(10)를 도시한다. 도1을 참조하면, MEMS 스위치(10)는 예를 들어 GaAs, 석영, 또는 리튬 니오베이트(niobate)와 같은 기판(12)을 포함한다. 그러나, 기판(12)은 MEMS 스위치(10)를 위한 특정 응용에 따라 또한 투명할 수 있다. 빔(14)(응력을 받지 않는 빔)은 기판(12) 위에 배치되고, 제 1 플랫폼(16) 및 제 2 플랫폼(18) 내에 제공된다. 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18)은 또한 기판(12) 위에 배치된다. 응력을 받지 않는 빔(14)은 제 1 플랫폼(16) 또는 제 2 플랫폼(18)에 고정되지(anchored) 않는다. 따라서, 빔(14)은 응력을 받지 않으므로, "응력을 받지 않는 빔"으로 언급된다.
응력을 받지 않는 빔(14)은 예를 들어 금 또는 텅스텐과 같은 고전도성 물질로 제조되고, 빔 움직임을 나타내는 화살표로 표시된 바와 같이 기판(12)에 실질적으로 평행한 방향으로 변위가능하다. 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18)은, 기판(12)에 실질적으로 평행하지 않는 방향으로 응력을 받지 않는 빔(14)의 변위를 한정하고, 예를 들어 입력 소스로부터의 RF 신호와 같은 입력 신호(RF IN)를 수신하기 위한 것이다. 응력을 받지 않는 빔(14)은 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18) 내에서 응력을 받지 않는 빔(14)을 억제하기 위한 빔 스토퍼(beam stopper)(19)를 또한 포함할 수 있다. 빔 차단부(19)는 선택 사양이고, 도 2a에 도시되고 나중에 설명되는 연장된 폭 부분으로 교체될 것이다.
도 2a를 참조하면, MEMS 스위치(10)는, 응력을 받지 않는 빔(14)의 제 1 세로면(22) 근처에 배치된 하나 이상의 전기적 전도성 제어 패드(P1 내지 P4)의 제 1 세트(제어 패드의 제 1 세트)(20)와, 응력을 받지 않는 빔(14)의 제 2 세로면(26) 근처에 배치된 하나 이상의 전기적 전도성 제어 패드(P5 내지 P8)의 제 2 세트(제어 패드의 제 2 세트)(24)를 또한 포함한다. 제어 패드의 제 1 세트(20) 및 제어 패드의 제 2 세트(24)는 각각 서로 마주보고 있다. 제어 패드의 제 1 세트(20)는 응력을 받지 않는 빔(14)의 제 1 세로면(22) 상에서 제 1 전위를 생성하기 위한 것인 반면, 제어 패드의 제 2 세트(24)는 응력을 받지 않는 빔(14)의 제 2 세로면(26) 상에서 제 2 전위를 생성하기 위한 것이다. 제어 패드의 제 1 세트 및 제 2 세트(20, 24) 각각은 도 1에 도시된 적어도 2개의 제어 패드를 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 더 많거나 더 적은 제어 패드도 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 2a를 참조하면, 제어 패드의 제 1 및 제 2 세트(20, 24) 각각은 4개의 제어 패드를 포함할 수 있다.
MEMS 스위치(10)는, 응력을 받지 않는 빔(14)의 제 1 세로면(22) 근처에 기판(12) 상에 배치된 제 1 전기적 전도성 출력 접촉 패드(28)(도 2a에서 RF1로 표시됨)와, 응력을 받지 않는 빔(14)의 제 2 세로면(26) 근처에 기판(12) 상에 배치된 제 2(또는 다른) 전기적 전도성 출력 접촉 패드(30)(도 2a에서 RF2로 표시됨)를 또한 포함한다.
도 2a를 참조하면, 응력을 받지 않는 빔(14)은, 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18) 내에 있고 각각 제 1 및 제 2 출력 접촉 패드(28, 30) 사이에 있는 복수의 연장된 폭 부분(31, 32, 34)을 갖는 것이 바람직하다. 연장된 폭 부분(31, 32, 34)은 응력을 받지 않는 빔(14)이 제어 패드의 제 1 및 제 2 세트(20, 24)에 전기적 결합(또는 일반적으로 직접 접촉)되는 것을 방지한다. 그러나, 연장된 폭 부분(31, 32, 34)은 선택 사양이다. 대안적으로, 응력을 받지 않는 빔(14)은 도 1에 도시된바와 같이 응력을 받지 않는 빔(14)에 더 가까이 출력 접촉 패드(28, 30) 및 플랫폼 표면을 배치함으로써 제어 패드의 제 1 및 제 2 세트(20, 24)와 접촉되는 것으로부터 방지될 수 있다.
도 2a를 참조하면, 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18) 각각은 응력을 받지 않는 빔(14)을 특정 범위로 수평 변위하는 것을 제한하기 위한 연장된 측면 벽부(36)를 포함하는 것이 바람직하다. 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18) 각각은 또한 도 3에 도시된 빔 래치(beam latch)(38)를 포함하는 것이 바람직하다. 빔 래치(38)는 플랫폼(16, 18) 상부에 가로질러 배치되고, 응력을 받지 않는 빔(14)의 수직 변위를 실질적으로 방지하기 위한 것이다. 더 구체적으로, 빔 래치(38)는, 추가로 응력을 받지 않는 빔(14)이 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18)과 단절하지 못하게 하는데 사용된다. 그러나, 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18)은 빔 래치(38) 또는 연장된 측면 벽부(36)를 포함할 필요가 없다. 예를 들어, 도 8a 및 8c를 참조하면, 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18)은 연장된 측면 벽부(36)만을 포함할 수 있다. 더욱이, 도 8b를 참조하면, 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18)은 빔 래치(38) 또는 연장된 측면 벽부(36) 중 어느 것도 포함하지 않을 것이다.
다시 도 2a를 참조하면, MEMS 스위치(10)의 요소는, 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18)의 표면(C1 및 C3) 및 제 2 출력 접촉 패드(30)의 표면(C2)이 라인(A1) 상에 배치되고, 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18)의 표면(C4 및 C6) 및 제 1 출력 접촉 패드(28)의 표면(C5)이 라인(A2) 상에 배치되도록 위치한다. 제어 패드의 제1 및 제 2 세트(20, 24)는, 또한 응력을 받지 않는 빔(14)과 제 1 및 제 2 제어 패드(20, 24) 중 하나 사이에 한정된 간격(W2)의 폭이 응력을 받지 않는 빔(14)의 연장된 폭 부분(31, 32, 34)과 제 1 또는 제 2 출력 접촉 패드(28, 30) 중 하나 사이에 한정된 다른 간격(W1)의 폭보다 항상 더 크도록 위치한다. 도 2a에 도시되지 않았지만, 중심선(A){단면 라인(Ⅲ-Ⅲ)에 해당} 아래의 플랫폼의 표면과 제 1 출력 접촉 패드(28)의 표면 사이에 한정된 해당 간격은 유사한 관련성을 갖는다. 더욱이, 제 1 출력 접촉 패드(28)의 폭은 제 2 출력 접촉 패드(30)의 폭과 동일해서는 안 된다.
이후에 더 구체적으로 논의되는 바와 같이, 제 1 전위와 제 2 전위 사이의 차이에 기초한 상대 전위는, 응력을 받지 않는 빔(14)이 제 1 또는 제 2 출력 접촉 패드(28, 30) 중 하나에 측면으로{기판(12)에 실질적으로 평행한} 변위되고, 상대 전위가 예를 들어 10V와 같은 임계 전위보다 크거나 같을 때 상기 접촉 패드(28, 30)와의 접촉을 유지하도록 한다. 일반적으로, 임계 전위는 응력을 받지 않는 빔(14)의 단면적, 및 응력을 받지 않는 빔(14)과 제어 패드의 제 1 및 제 2 출력 세트(20, 24) 사이의 거리에 의해 결정된다. 후속적으로, 응력을 받지 않는 빔(14)은 이러한 출력 접촉 패드에 전기적으로 결합되어, 상대 전위가 제어 패드의 제 1 및 제 2 세트(20, 24) 사이에서 생성될 때 이러한 출력 접촉 패드, 응력을 받지 않는 빔(14)과 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18) 사이에 신호 경로를 제공한다.
도 1 내지 2a의 MEMS 스위치(10)의 동작은, MEMS 스위치(10)가 RF 신호 경로를 제공하는 예시적인 구현과 관련하여 더 구체적으로 설명될 것이다. 응력을 받지 않는 빔(14)은 매우 가벼운 질량을 갖고(약 nN), 응력을 받지 않는 빔(14)과 제 1및 제 2 플랫폼(16, 18) 사이의 접착력{주로 반 데어 발(van der Waal)의 힘}은 작다(1μN보다 작음). 그러므로, 접촉력은 상당한 전기적 접촉을 확립할 정도로 충분하지 않을 것이다. 따라서, 응력을 받지 않는 빔(14)과 입력 신호(도 2a에서 RF IN) 사이의 저항(R)은, 처음에 임의의 전압이 제어 패드의 제 1 및 제 2 세트(20, 24)에 인가되기 전에 큰 것으로 간주된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 응력을 받지 않는 빔(14)은, 전압(V)이 임의의 제어 패드(20, 24)에 인가되기 전에 제어 패드의 제 2 세트(24)의 상부 제어 패드(P6)와 제어 패드의 제 1 세트(20)의 하부 제어 패드(P2) 사이의 간격 내의 임의의 위치에 있을 것이다. 전압(V)이 상부 제어 패드(P6)에 인가되고 플랫폼(16, 18)이 접지되면, 그 결과 응력을 받지 않는 빔(14)은 플랫폼(16, 18)과 응력을 받지 않는 빔(14) 사이에 큰 접촉 저항(R)을 갖는 부유 전도체 상태로 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 응력을 받지 않는 빔(14)이 부유 전도체 상태에 있을 때 MEMS 스위치(10)의 등가 회로는 직렬로 연결된 2개의 커패시터(C1' 및 C2')로 표시된다. 양의 전하(Q)는 상부 제어 패드(P6)의 표면(S1)에서 축적되고, 동일한 수의 음의 전하(-Q)는 하부 제어 패드(P2)의 표면(S4)에서 축적된다. 응력을 받지 않는 빔(14)이 고 전도성 물질로 제조되기 때문에, 응력을 받지 않는 빔(14)은 우수항 전도체이므로, 응력을 받지 않는 빔(14)의 제 2 세로면(26)에서 유도된 음의 전하의 수는 응력을 받지 않는 빔(14)의 제 1 세로면(22)에서 유도된 양의 전하의 수와 같고, 응력을 받지 않는 빔(14) 상의 순 전하는 이에 따라 0이다.
정전기 상태 하에서, 응력을 받지 않는 빔(14) 내부에는 어떠한 전류 또는전기 전하의 움직임도 흐르지 않는다. 따라서, 응력을 받지 않는 빔(14)의 세로면에 접선 방향의 전기장은 모두 0이다. 그러나, 상부 제어 패드(P6)와 응력을 받지 않는 빔(14) 사이에, 상부 제어 패드(P6)의 표면(S1) 및 응력을 받지 않는 빔(14)의 제 2 세로면(26)에 수직인 전기장(E1)이 존재한다. 또한, 응력을 받지 않는 빔(14)과 하부 제어 패드(P2) 사이에 제어 패드(P6)의 표면(S4) 및 응력을 받지 않는 빔(14)의 제 1 세로면(22)에 수직인 제 2 전기장(E2)이 존재한다. 상부 및 하부 제어 패드(P6, P2)의 단부에서의 전기장의 프린징 효과(fringing effect)는 간략함을 위해 무시되었다. 상부 제어 패드(P6)가 하부 제어 패드(P2)의 길이(L2)보다 더 긴 길이(L1)를 갖기 때문에, 전기장(E1)은 결과적으로 전기장(E2)보다 더 넓은 영역에 걸쳐 확장된다. 따라서, 전기장(E2)은 전기장(E1)보다 더 강하다.
전기장(E1)을 총 전하(Q)와 곱한 값인 제 1 결과적인 정전기력(F1)은 응력을 받지 않는 빔(14)의 제 2 세로면(26) 상에 존재한다. 전기장(E2)을 총 전하(-Q)와 곱한 값인 제 2 결과적인 정전기력(F2)은 응력을 받지 않는 빔(14)의 제 1 세로면(22) 상에 존재한다. 제 1 전기장(E1)이 제 2 전기장(E2)보다 작기 때문에, 제 1 결과적인 정전기력(F1)은 제 2 결과적인 정전기력(F2)보다 작다. 따라서, 제 1 결과적인 정전기력(F1)은 응력을 받지 않는 빔(14)을 상부 제어 패드(P6)쪽으로 잡아당기는 경향이 있는 반면, 정전기력(F2)은 응력을 받지 않는 빔(14)을 하부 제어 패드(P2)쪽으로 잡아당기는 경향이 있다. 그러나, 순수한 힘(net force)(F2-F1)은 응력을 받지 않는 빔(14)을 하부 제어 패드(P2)쪽으로 잡아당기는데, 그 결과, 응력을 받지 않는 빔(14)의 연장된 폭 부분(31)과 제 1 플랫폼(16)의 표면(C4) 사이에 우수한 전기적 접촉을 제공하기 위해 응력을 받지 않는 빔(14)의 연장된 폭 부분(31)이 플랫폼(16)의 표면(C4)과 접촉하게 된다. 순수한 힘(F2-F1)에 따라, 전기적 접촉은 저항(R)을 매우 작은 값으로 감소시켜, 응력을 받지 않는 빔(14)은 제 1 플랫폼(16)과 동일한 전위를 갖게 된다. 동시에, 도 6에 도시되지 않았지만, 응력을 받지 않는 빔(14)은 또한 제 1 출력 접촉 패드(28)의 표면(C5) 및 제 2 플랫폼(18)의 표면(C6)과 접촉하고 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 결과적으로, 음의 전하(-Q)는 응력을 받지 않는 빔(14)에서 축적되고, 정전기력(F2)은 0이 된다. 정전기력(F1)은, 도 6에 도시된 바와 같이 빔이 제 1 플랫폼(16)의 표면(C1)과 접촉할 때까지 빔을 상부 제어 패드(P6)쪽으로 잡아당긴다. 응력을 받지 않는 빔(14)과 상부 제어 패드(P6) 사이의 간격은 매우 작기 때문에, 상부 제어 패드(P6) 및 응력을 받지 않는 빔(14)에서의 전하는 증가한다. 전기장(E1) 및 이에 따라 정전기력(F1)도 또한 처음 접촉하기 전보다 더 강해진다. 동시에, 응력을 받지 않는 빔(14)은 제 2 출력 접촉 패드(30) 및 제 2 플랫폼(18)의 표면(C3)과 접촉하게 된다. 강한 정전기력(F1)은 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18)의 상부 표면(C1, C3) 및 제 2 출력 접촉 패드(30)에서 우수한 접촉을 생성한다. 전도(또는 신호) 경로는 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18) 및 응력을 받지 않는 빔(14)을 통과하는 입력 신호(RF IN)와 제 2 출력 접촉 패드(30) 사이에서 확립된다.
도 7을 참조하면, 신호 경로의 등가 회로가 도시된다. R1은 제 2 출력 접촉 패드(30)의 표면(C2)에서의 접촉 저항 값을 나타내고, R2 및 R3은 각각 제 1 및 제2 플랫폼(16, 18)의 표면(C1 및 C3)에서의 접촉 저항 값을 나타낸다.
이후에, 전압(V)은 MEMS 스위치(10)를 스위칭하기 위해 하부 제어 패드(P2)에 인가될 것이다. 결과적으로, 정전기력은, 응력을 받지 않는 빔(14)이 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18)의 표면(C4, C6) 및 제 1 출력 접촉 패드(28)의 표면(C5)과 접촉할 때까지 빔을 하부 제어 패드(P2)쪽으로 잡아당긴다. 이와 유사하게, 전도(신호) 경로는 제 1 및 제 2 플랫폼(16, 18) 및 응력을 받지 않는 빔(14)을 통과하는 입력 신호와 제 1 출력 접촉 패드(28) 사이에 확립된다. 따라서, 2개의 출력 패드는 단일 극 이중 쓰루(SPDT: Single Pole Double Throw) 스위치를 제공한다.
상기 예에서, 전압(V)은 제어 패드(P2) 또는 제어 패드(P6) 중 어느 하나에 인가된다. 그러나, 전압(V)은 제어 패드(P3)와 같은, 제어 패드의 제 2 세트(24)의 상이한 제어 패드, 또는 제어 패드(P7)와 같은, 제어 패드의 제 1 세트(20)의 상이한 제어 패드에 인가될 수도 있다. 더욱이, 전압(V)은 복수의 제어 패드의 제 1 세트(20) 또는 제어 패드의 제 2 세트(24), 또는 이들 모두에 인가될 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 응력을 받지 않는 빔(14)의 변위는 마주보는 제어 패드 사이의 상대 전위 또는 정전기력에 좌우된다.
MEMS 스위치(10)를 RF 신호 경로에 대한 스위치로서 위에서 설명하였지만, MEMS 스위치(10)는 광투과를 차단하거나 허용하여, 광 신호 경로를 제공하기 위한 광 스위치로서 또한 이용될 수도 있다. 기판(12)은 이러한 특정 응용을 위해 투명한 것이 바람직하다. 더 구체적으로, 응력을 받지 않는 빔(14)이 예를 들어 제 2 출력 접촉 패드(30)와 접촉할 때, 광 신호는 응력을 받지 않는 빔(14)과 제 1 출력접촉 패드(28) 사이의 간격을 통해 투과될 수 있다. 이것은 ON 상태에 해당한다. 응력을 받지 않는 빔(14)이 제 1 출력 접촉 패드(28)와 접촉할 때, 본래 간격은 없어지고, 광 신호를 완전히 차단하는 것이 가능하다. 이것은 OFF 상태에 해당한다.
MEMS 스위치(10)는 또한 이후에 설명되는 제 1 및 제 2 변형에 따라 광 또는 레이저와 같은 전자기 방사를 방향 전환(redirecting)하기 위한 광 스위치를 제공하도록 변형될 수 있다. MEMS 스위치(1)에 대한 제 1 변형에서, 응력을 받지 않는 빔(14)은 도 2b에 도시된 바와 같이 상부 표면상의 광 반사 층(39)을 포함한다. 그러나, 대안적으로, 응력을 받지 않는 빔(14)은 하부 표면 또는 상부 및 하부 표면 모두 위에 광 반사 층(39)을 포함할 수 있다. 더욱이, 광 반사 층(39)은 응력을 받지 않는 빔(14)의 전체 표면을 덮을 필요가 없다. 오히려, 광 반사 층(39)은 표면상에서 여러 부분으로 분리될 수 있다. 기판(12)이 전술한 바와 같이 투명하다면, 일반적으로, 응력을 받지 않는 빔(14)이 제 1 출력 접촉 패드(28) 또는 제 2 출력 접촉 패드(30)와 접촉할 때, 응력을 받지 않는 빔(14)은 광 신호가 기판(12)에 투과되도록 동작한다. 기판(12)이 흡수성이면, 응력을 받지 않는 빔이 제 1 출력 접촉 패드(28) 또는 제 2 출력 접촉 패드(30)와 접촉할 때 광 신호는 기판에 의해 흡수된다. 응력을 받지 않는 빔(14)의 광 반사 층(39)은, 응력을 받지 않는 빔(14)이 제 1 출력 접촉 패드(28) 또는 제 2 출력 접촉 패드(30)와 접촉할 때 광 신호를 반사한다. 이러한 동작은, 이러한 제 1 변형에서, 응력을 받지 않는 빔(14)의 광 반사 층(39)이 광 신호를 단지 차단하기보다는 오프 상태에 있을 때 광 신호를 반사한다는 점을 제외하고, 광 투과를 차단하거나 허용하기 위한 전술한 광 스위치와유사하다.
제 2 변형에서, MEMS 스위치(10)는 각 변위(angularly displaced)되는 광 신호 경로를 제공한다. 도 2c를 참조하면, MEMS 스위치(10)는 응력을 받지 않는 빔(14)의 상부 표면상에 광 반사 미러(40)를 포함하도록 변형된다. 광 반사 미러(40)는 단면 또는 양면일 수 있다. 상대 전위가 응력을 받지 않는 빔의 각 변위에 따라 광 신호를 변위시키기 위해 마주보지 않는 제어 패드 사이에 있을 때, 응력을 받지 않는 빔(14)은 상대 전위에 따라 각 변위가능하다. 응력을 받지 않는 빔(14)은, 상대 전위가 응력을 받지 않는 빔(14)에 수직으로 광 신호를 변위시키기 위해 마주보는 제어 패드 사이에 있을 때 상대 전위에 따라 더 측면으로 변위가능하다. 더 구체적으로, 응력을 받지 않는 빔(14)은 중심선(A){도 2a에 도시된 단면 라인(Ⅲ-Ⅲ)에 대응}에 평행하게 변위되거나, 제어 패드의 제 1 및 제 2 세트(20, 24)에 인가된 동작 전압에 따라 수직축(Z)(도 2c에 도시됨) 주위로 회전될 수 있다.
예를 들어, 제어 패드의 제 2 세트(24)의 모든 제어 패드가 동일한 전압 전위에 있고, 제어 패드의 제 1 세트(20)의 제어 패드가 접지 전위에 있을 때, 응력을 받지 않는 빔(14)은 중심선(A){단면 라인(Ⅲ-Ⅲ)에 대응}에 평행하게 변위된다. 결과적으로, 응력을 받지 않는 빔(14)이 출력 접촉 패드(28, 30) 중 하나와 접촉할 때 광 신호가 광 반사 미러(40)에 가로막히는 경우, 광 신호는 방향 전환된다. 응력을 받지 않는 빔(14)이 출력 접촉 패드(28, 30) 중 다른 하나와 접촉하는 경우 어떠한 방향 전환도 일어나지 않는다. 제어 패드(P1, P2, P6, P8)가 동일한 전압전위에 있다면, 빔은 수직축(Z) 주위로 회전하고, 그 결과 광 신호는 응력을 받지 않는 빔(14)의 회전에 따라 광 반사 미러(40)로부터 상이한 각도로 반사된다. 제 2 변형에서, 제어 패드의 제 1 세트 및 제 2 세트(20, 24) 각각은 적어도 2개의 제어 패드를 포함한다. 또한, 광 반사 미러(40)와 유사한 다중 광 반사 미러는 응력을 받지 않는 빔(14) 상에 포함될 수 있다.
도 9는, MEMS 스위치(10)에 의해 달성된 동작 전압 대 스위치 저항을, 종래의 고정 브리지 스위치에 의해 달성된 동작 전압 대 스위치 저항과 비교한 것을 도시한다. 스위치 모두 유사한 레이아웃(layout)을 갖고, 동일한 표면 저항율을 갖는 유사한 물질로부터 형성된다. MEMS 스위치(10)에 대한 곡선은 주문형으로 설계된(custom designed) 전자 기계 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이팅된 데이터로부터 얻어지는 반면, 고정된 에어 브리지(anchored air bridge) 곡선은 실제 데이터를 사용하여 유도된다. 이 곡선으로부터 알 수 있듯이, 스위치가 접촉하는데 필요한 동작 전압(V2)은 고정된 에어 브리지의 동작 전압(V3)보다 MEMS 스위치(10)에 대해 훨씬 더 낮다. 더욱이, 표면 막 저항이 무시되면, 훨씬 더 적은 접촉 저항(제 3 곡선으로부터)은 훨씬 더 낮은 동작 전압(V1)에서 MEMS 스위치(10)를 사용하여 달성될 수 있다.
도 10a 내지 10e를 참조하면, MEMS 스위치(10)의 예시적인 제작 방법이 설명될 것이다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 처음에 제 1 레벨 금속(42)은 제 1 마스크(미도시)를 사용하여 기판(12) 상에 부착된다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 접점 및 전극 금속(44)은 제 2 마스크(미도시)를 사용하여 제 1 레벨 금속(42) 상에 부착된다. 도 10c에 도시된 바와 같이, 응력을 받지 않는 빔(14)을 형성하기 위한 제 1 희생(sacrificial) 층(46) 및 전도성 물질(48)은 제 3 마스크를 사용하여 증착된다. 도 10d에 도시된 바와 같이, 제 2 희생 층(50) 및 래치(52)를 위한 물질은 제 4 및 제 5 마스크(미도시)를 사용하여 부착된다. 마지막으로, 도 10e에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 희생 층(46, 50)은 MEMS 스위치(10)를 제조하기 위해 제거된다. MEMS 스위치(10)의 제작은 산업상 IC 제작 방법과 복잡성에서 실질적으로 동일하다. 더욱이, 기판 선택에서의 융통성은, MEMS 스위치(10)가 IC의 나머지 부분과 상대적으로 쉽게 집적되도록 한다. 제조 방법은 수직으로 이동하는 MEMS 스위치를 제조하는데 필요한 수보다 더 적은 제조 단계를 또한 포함한다.
도 11을 참조하면, 제 2 실시예에 따른 MEMS 스위치(10')가 설명되며, 여기서 제 1 실시예의 MEMS 스위치(10)의 유사한 부분은 동일한 참조 번호를 갖는다. MEMS 스위치(10')는 신호 흐름을 제어하기 위해 기판(12') 위에 배치된 응력을 받지 않는 1차 빔(54)을 포함한다. 응력을 받지 않는 1차 빔(54)은 기판(12') 상에 배치된 제 1 및 제 2 출력 접촉 패드(28', 30')와의 전기적 접촉 및 차단을 선택적으로 행하기 위해 기판(12')에 실질적으로 평행한 방향으로 변위가능하다. 응력을 받지 않는 1차 빔(54)은 프레임 구조를 갖는 것이 바람직하다. MEMS 스위치(10')는 응력을 받지 않는 1차 빔(54)에 구조적 및 전기적으로 결합되는 복수의 응력을 받지 않는 2차 빔(14')을 또한 포함한다. 복수의 응력을 받지 않는 2차 빔(14') 각각은, 기판(12')에 실질적으로 평행한 방향과 다른 방향으로 복수의 응력을 받지 않는 2차 빔(14') 각각의 변위를 한정하기 위해 제 1, 제 2 및 제 3 플랫폼(16',18', 19') 내에 배치되고, 기판(12') 상의 제어 패드의 제 1 및 제 2 세트(20', 24') 사이에 배치된다. 제어 패드의 제 1 및 제 2 세트(20', 24')는 상대 전위를 제공하기 위한 것이다. 제 1, 제 2 및 제 3 플랫폼(16', 18'. 19')은 전체 스위치 접촉 저항을 감소시키기 위해 서로 전기적으로 연결된다(예시의 용이함을 위해 19'에 대해서는 도시되지 않음).
복수의 응력을 받지 않는 2차 빔(14') 각각은 상대 전위에 반응하여, 상대 전위에 따라 기판(12') 상에 배치된 제 1, 제 2 및 제 3 플랫폼(16', 18', 19')의 측면 벽부와 전기적으로 접촉하고 차단된다. 제 3 플랫폼(19') 및 제 1 및 제 2 플랫폼(16', 18')은 응력을 받지 않는 2차 빔(14') 각각이 각 제어 패드(20', 24')와 접촉하지 못하게 한다. 더 구체적으로, 복수의 응력을 받지 않는 2차 빔(14') 각각이 제 1 실시예의 응력을 받지 않는 빔(14)과 동일하면, 연장된 폭 부분(미도시)은 응력을 받지 않는 2차 빔(14')이 각 제어 패드와 접촉하지 못하게 한다.
또한, 제 1 및 제 2 출력 접촉 패드(28', 30') 및 응력을 받지 않는 1차 빔(54)은 도 1에 도시된 복수의 스위치를 직렬로 조립함으로써 제거될 것이다. 그러한 장치에서, 각 응력을 받지 않는 빔(14)은 도 1에 도시된 출력 접촉 패드(28, 30)를 갖는다. 일반적으로, 다중 빔을 갖는 스위치의 상기 실시예는 서로 병렬 또는 직렬로 전기적으로 연결될 수 있는 m×n 개별적인 스위치의 스위치 어레이를 제공한다. 동일한 행에서 모든 스위치(10)의 응력을 받지 않는 빔(14)은 도 11에서의 스위치(10')의 응력을 받지 않는 2차 빔(14')과 유사한 하나의 단일 응력을 받지 않는 빔으로서 조합될 수 있다. 다중 극의 다중 쓰루 MEMS 스위치는 2개 이상의MEMS 스위치(10 또는 10')의 조합을 사용하여 구성될 수 있다.
동작시, 복수의 응력을 받지 않는 2차 빔(14') 중 하나는, 도 2a에 관해 위에서 논의된 바와 같이 응력을 받지 않는 빔(14)이 플랫폼(16, 18)을 통해 입력 신호를 수신하는 방법과 유사하게 제 1, 제 2 및 제 3 플랫폼(16', 18', 19')을 통해 RF 신호와 같은 입력 신호를 수신할 수 있다. 복수의 응력을 받지 않는 2차 빔(14') 모두가 응력을 받지 않는 1차 빔(54)에 전기적으로 결합되기 때문에, 신호는 응력을 받지 않는 2차 빔(14')으로부터 응력을 받지 않는 1차 빔(54)으로 송신된다. 전압은 예를 들어 각 응력을 받지 않는 2차 빔(14')의 제어 패드의 제 2 세트(24')에 의해 인가되어, 상기 빔을 제 1, 제 2 및 제 3 플랫폼(16', 18', 19')의 측면 벽부쪽으로 변위하게 된다. 복수의 응력을 받지 않는 2차 빔(14')이 응력을 받지 않는 1차 빔(54)에 구조적 전기적으로 결합되기 때문에, 복수의 응력을 받지 않는 2차 빔(14')의 변위는, 제 2 출력 접촉 패드(28'), 및 제 1, 제 2 및 제 3 플랫폼(16', 18', 19')의 측면 벽부와 동시에 접촉할 때까지 응력을 받지 않는 1차 빔(54)을 이에 따라 변위시킨다.
따라서, 신호 경로는 응력을 받지 않는 2차 빔(14'), 응력을 받지 않는 1차 빔(54)과 출력 접촉 패드(28') 사이에 제공된다. 응력을 받지 않는 1차 빔(54)이 응력을 받지 않는 2차 빔(14')의 조합된 변위에 의해 변위되기 때문에, MEMS 스위치(10)와 동일한 동작 전압 및 측면 변위를 위해 응력을 받지 않는 1차 빔(54)에 의해 더 많은 접촉력이 축적된다. 더욱이, MEMS 스위치(10)와 동일한 접촉력 및 측면 변위를 위해 MEMS 스위치(10')를 동작시키기 위해서는 더 낮은 동작 전압이 필요하다. 또한, MEMS 스위치(10)와 동일한 접촉력 및 동작 전압을 위해 MEMS 스위치(10')에서 더 큰 측면 변위가 달성될 수 있다. 일반적으로, MEMS 스위치(10')는 이후에 설명되는 바와 같이 더 우수한 설계 융통성을 허용한다.
요약하면, MEMS 스위치(10)는 측면 방향으로 자유롭게 변위가능한 고정되지 않은(anchorless) 응력을 받지 않는 빔(14)을 포함한다. 이러한 고정되지 않은 응력을 받지 않는 빔(14)은 종래의 고정된 빔 구조와 비교하여 많은 장점을 달성한다.
특히, 응력을 받지 않는 빔(14)은 자유롭게 이동하기 때문에 동작 및 제작 동안 실질적으로 어떠한 응력도 받지 않는다. 더욱이, 고정된 스위치 구조에서와 같이 반복하여 휘어지면서 야기된 금속 손상 및 결과적인 플라스틱 변형도 실질적으로 일어나지 않는다. 금속 손상, 플라스틱 변형, 동작시 발생하는 응력 및 제작시 발생하는 응력이 감소하면서, 스위치 구조는 종래의 고정된 스위치보다 더 신뢰성있고 더 내구성 있게 된다.
MEMS 스위치(10)는 전력 소비가 없는 한편, 특정 위치 및 낮은 동작 전압으로 응력을 받지 않는 빔(14)을 스위칭하고 유지할 수 있는데, 그 이유는, 응력을 받지 않는 빔(14)의 2개 단부에서의 무시할 수 있는 접착력 및 응력을 받지 않는 빔(14)의 이동시 공기 저항을 해결하는데 정전기력만이 필요하기 때문이다.
강한 접촉력은 응력을 받지 않는 빔(14)을 특정 위치에 유지시키는데, 그 이유는 대부분의 정전기력이 고정된 앵커를 갖는 구조를 휘거나 구부리게 하기보다는 접촉하는데 사용되기 때문이다. 또한, 강한 접촉력은 넓은 접촉 면적을 보장하고,이에 따라 접촉 저항을 감소시킨다. 작은 접촉 저항의 결과, 더 큰 전류는 과도하게 가열하여 접촉 영역을 손상시키지 않고도 접점을 통과할 수 있다.
더욱이, MEMS 스위치(10)는 μsec 이하의 스위칭 시간을 달성할 수 있는데, 그 이유는 응력을 받지 않는 빔의 중력(nN)이 정전기력(수십 μN 내지 수백 μN)과 비교하여 무시될 수 있기 때문이다.
MEMS 스위치(10)는 또한 더 우수한 설계 융통성을 허용한다. 더 구체적으로, 폭넓은 범위의 물질 및 빔 형태는 상이한 응용을 위한 최적의 설계를 달성하기 위해 상이한 표면 경도 및 빔 강도를 갖는 빔에 사용될 수 있다. 종래의 고정된 빔 구조는 휨 요구조건(bending requirement)으로 인해 특정 물질 및 빔 형태에 한정된다. 더욱이, 빔 물질 및 표면 경도에 대한 적절한 선택은 접촉할 동안의 부착 문제를 최소화할 수 있다. 반대 전압은 부착의 경우에 접점을 분리시키는 분리력(separation force)을 제공한다.
MEMS 스위치(10)는 휨 유연성을 제공하기 위해 연장된 기하학적 부분(geometry)을 갖는 빔을 필요로 하지 않는다. 그러므로, 매우 컴팩트한(compact) 스위치가 가능하고, 스위치 레이아웃 설계는 더 융통성이 생겨, RF 성능을 최적화하고, MEMS 스위치(10)가 OFF 상태에 있을 때 절연을 증가시킨다.
MEMS 스위치(10')는 고유한 추가 장점을 제공한다. 낮은 접촉 저항 및 높은 전력 처리를 달성하기 위해 동일한 양의 측면 변위 및 동작 전압을 위한 스위치(10')의 배열 크기를 증가시킴으로써, 스위치 접촉력이 증가될 수 있다. 더 많은 입력 및 출력 분리를 달성하여, 입력과 출력 사이에 더 많은 RF 신호 절연을달성하기 위해 동일한 양의 접촉력 및 동작 전압을 위한 스위치(10')의 배열 크기를 증가시킴으로써, 빔 측면 변위가 달성될 수 있다. 스위치 동작 전압은, 동일한 양의 접촉력 및 측면 변위를 위한 스위치(10')의 배열 크기를 증가시킴으로써 또한 감소될 수 있어서, 더 넓은 산업상 응용 삽입 기회를 제공한다. 스위치(10')는 더 넓은 범위의 접촉력을 위해 접촉 물질을 최적화할 때 더욱 더 우수한 설계 융통성을 갖는다. 스위치(10')의 복수의 응력을 받지 않는 2차 빔(14')은 축적력(accumulated force)을 제공하는데, 상기 축적력은 하나 이상의 응력을 받지 않는 2차 빔(14')과 제 1, 제 2 및/또는 제 3 플랫폼(16', 18', 19')에서의 접촉면 사이의 부착 문제를 제거하기 위한 자가 복구 메커니즘의 역할을 한다.
상기 설명이 본 발명의 바람직한 실시예이지만, 본 발명이 다음 청구항의 범주 및 적정한 의미에서 벗어나지 않고도 변형되고, 변경되거나 변화될 수 있음을 인식해야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 기판, 및 기판 위에 배치된 응력을 받지 않는 빔을 포함하는 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 스위치 등에 효과적이다.

Claims (12)

  1. 미세 전자 기계 시스템 스위치(micro electromechanical system switch)로서,
    기판과;
    상기 기판 위에 배치되고 제 1 및 제 2 플랫폼 내에 제공된, 응력을 받지 않는 빔(stress free beam)으로서, 상기 제 1 및 제 2 플랫폼은 상기 기판에 실질적으로 평행하지 않은 방향으로 상기 응력을 받지 않는 빔의 변위(displacement)를 한정하기 위해 상기 기판 상에 배치되는, 응력을 받지 않는 빔과;
    상기 응력을 받지 않는 빔의 제 1 세로면상에 전위를 생성하기 위해 상기 응력을 받지 않는 빔의 제 1 세로면 근처에 배치된, 하나 이상의 제어 패드의 세트를 포함하며,
    상기 응력을 받지 않는 빔은 신호 경로를 제공하기 위해 상기 전위에 따라 상기 기판과 실질적으로 평행한 방향으로 변위가능한, 미세 전자 기계 시스템 스위치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 플랫폼은 추가로 입력 신호를 수신하기 위한 것인, 미세 전자 기계 시스템 스위치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 응력을 받지 않는 빔의 상기 제 1 세로면 근처에 상기 기판 상에 배치된 출력 접촉 패드를 더 포함하며, 상기 출력 접촉 패드는 상기 응력을 받지 않는 빔에 전기적으로 결합되어, 상기 전위가 하나 이상의 접촉 패드에 의해 생성될 때 상기 출력 접촉 패드, 상기 응력을 받지 않는 빔과 상기 제 1 및 제 2 플랫폼 사이에 상기 신호 경로를 제공하는, 미세 전자 기계 시스템 스위치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 응력을 받지 않는 빔의 제 2 세로면 상에서 다른 전위를 생성하기 위해 상기 응력을 받지 않는 빔의 제 2 세로면 근처에 상기 기판 상에 배치된 하나 이상의 제어 패드의 다른 세트와;
    상기 응력을 받지 않는 빔의 제 2 세로면 근처에 상기 기판 상에 배치된 다른 출력 접촉 패드를
    더 포함하는, 미세 전자 기계 시스템 스위치.
  5. 제 4항에 있어서,
    하나 이상의 제어 패드의 세트와 하나 이상의 제어 패드의 다른 세트는, 상기 전위와 다른 전위간의 차이에 기초한, 상기 응력을 받지 않는 빔의 제 1 및 제 2 세로면 사이의 상대 전위를 추가로 생성하기 위한 것이고;
    상기 응력을 받지 않는 빔은 상기 출력 접촉 패드에 배치되고 상기 출력 접촉 패드와의 접촉을 유지하거나, 상기 상대 전위가 임계 전위보다 크거나 같을 때다른 출력 접촉 패드에 배치되고 상기 다른 출력 접촉 패드와의 접촉을 유지하는, 미세 전자 기계 시스템 스위치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 기판은 투명하고;
    추가로, 상기 응력을 받지 않는 빔은, 상기 응력을 받지 않는 빔이 제 1 출력 접촉 패드 또는 다른 출력 접촉 패드와 접촉할 때 광 신호가 상기 기판에 투과되도록 하기 위한 것이고, 상기 응력을 받지 않는 빔이 제 2 출력 접촉 패드 또는 다른 출력 접촉 패드와 접촉할 때 상기 광 신호를 차단하기 위한 것인, 미세 전자 기계 시스템 스위치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 응력을 받지 않는 빔은, 상기 응력을 받지 않는 빔이 상기 제 1 출력 접촉 패드 또는 다른 접촉 출력 패드와 접촉할 때 광 신호를 반사시키고, 상기 응력을 받지 않는 빔이 상기 제 2 출력 접촉 패드 또는 다른 출력 접촉 패드와 접촉할 때 상기 광 신호가 상기 기판에 의해 흡수되도록 하기 위해, 상부 표면상에 광 반사 층을 포함하는, 미세 전자 기계 시스템 스위치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 응력을 받지 않는 빔은 광 반사 미러를 포함하고;
    하나 이상의 제어 패드의 세트 및 하나 이상의 제어 패드의 다른 세트 각각은 적어도 2개의 제어 패드를 포함하고, 상기 하나 이상의 제어 패드의 세트의 적어도 2개의 제어 패드는 각각 하나 이상의 제어 패드의 다른 세트의 적어도 2개의 제어 패드와 마주보고;
    상기 응력을 받지 않는 빔은, 상기 상대 전위가 상기 응력을 받지 않는 빔의 각 변위(angular displacement)에 따라 광 신호를 변위시키기 위해 마주보고 있지 않은 제어 패드 사이에 있을 때 상대 전위에 따라 각 변위가능하고;
    상기 응력을 받지 않는 빔은, 상기 상대 전위가 상기 응력을 받지 않는 빔에 수직으로 상기 광 신호를 변위시키기 위해 마주보고 있는 제어 패드 사이에 있을 때 상기 상대 전위에 따라 추가로 측면으로 변위가능한, 미세 전자 기계 시스템 스위치.
  9. 제 3항에 있어서, 상기 응력을 받지 않는 빔은, 각각 상기 응력을 받지 않는 빔이 상기 하나 이상의 제어 패드의 세트 및 하나 이상의 제어 패드의 다른 세트에 실질적으로 전기적으로 결합되지 못하게 하기 위해, 상기 제 1 및 제 2 플랫폼 내에 있고 상기 출력 접촉 패드와 마주보는 연장된 폭 부분을 포함하는, 미세 전자 기계 시스템 스위치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 플랫폼 각각은 상기 응력을 받지 않는 빔의 수평 변위를 제한시키기 위한 연장된 측면 벽부를 포함하는, 미세 전자 기계 시스템 스위치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 플랫폼 각각은 상기 응력을 받지 않는 빔의 수직 변위를 실질적으로 방지하기 위한 빔 래치(latch)를 더 포함하는, 미세 전자 기계 시스템 스위치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 응력을 받지 않는 빔에 실질적으로 동일한 적어도 하나의 추가 응력을 받지 않는 빔과;
    상기 응력을 받지 않는 빔 및 상기 적어도 하나의 추가 응력을 받지 않는 빔에 구조적 및 전기적으로 결합되는, 응력을 받지 않는 1차 빔을 더 포함하며,
    상기 응력을 받지 않는 1차 빔은, 상기 적어도 하나의 추가 응력을 받지 않는 빔 및 상기 응력을 받지 않는 빔의 변위에 대한 결과, 상기 신호 경로를 제공하기 위해 상기 기판에 실질적으로 평행한 방향으로 변위가능한, 미세 전자 기계 시스템 스위치.
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