KR20080109142A - 알에프 멤즈 스위치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 RF 멤즈(MEMS) 스위치에 관한 것으로, 상호 대향하여 이격되어 있는 제 1과 2 전극들과; 상기 제 1 전극과 동일선상에 위치하고, 상호 이격되어 있는 제 1과 2 신호 전송선들과; 상기 제 2 전극과 동일선상에 위치하고, 상호 이격되어 있는 제 3과 4 신호 전송선들과; 상기 제 1과 2 전극들 사이에 위치되어 상기 제 1과 2 신호 전송선들 또는 제 3과 4 신호 전송선들에 접촉 또는 이탈되는 컨택 패드(Contact pad)로 구성된다.
따라서, 본 발명은 각 접점의 온(On) 및 오프(Off)를 모두 정전기력에 의해 수행함으로, 불완전한 오프에 대한 염려가 없는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 서스펜션(Suspension)이 없는 컨택 패드가 구비된 구조를 달성함으로써, 서스펜션에 의한 힘의 손실없이 구동되어 작은 정전기력으로 구동이 가능함으로써, 저전압 구동이 가능한 효과가 있다.
스위치, 컨택, 접촉, 이탈, 정전기력, 전극
Description
도 1은 종래 기술에 따른 RF 멤즈(MEMS) 스위치의 동작을 설명하기 위한 개략적인 도면
도 2는 본 발명에 따른 RF 멤즈 스위치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 3a와 3b는 본 발명에 따른 RF 멤즈 스위치의 동작을 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 4는 본 발명에 따른 RF 멤즈 스위치의 컨택 패드의 형상을 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 5는 본 발명에 따른 RF 멤즈 스위치의 다른 실시예의 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 6은 본 발명에 따른 RF 멤즈 스위치의 또 다른 실시예의 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 7은 본 발명에 따른 RF 멤즈 스위치에서 컨택 패드의 이탈을 방지하기 위한 설치된 가이드를 설명하기 위한 개략적인 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
111 : 제 1 전극 112 : 제 2 전극
121,122,131,132 : 신호 전송선 150 : 컨택 패드(Contact pad)
151,152,211,221 : 홈 171,172 : 가이드
210,220 : 기판
본 발명은 RF용 멤즈 스위치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저전압 구동이 가능한 RF용 멤즈 스위치에 관한 것이다.
최근 정보 통신 기술의 발달과 더불어 소자의 소형화, 경량화 및 고성능화를 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
특히, RF 스위치는 정보 통신 기기의 신호 제어 및 가변 소자 구현을 위한 부품으로서 응용 범위가 다양하고, 소자의 소형화 및 성능에 매우 중요한 영향을 미치는 핵심 부품이다.
현재, 위성 통신 안테나, 신호 제어 시스템 및 이동 통신 단말기 등에서 요구하는 사양을 충족시키기 위한 RF 스위치의 개발에 많은 노력이 집중되고 있다.
특히, 차세대 이동 통신 단말기는 PCS, CDMA, GSM 폰 등을 통합한 다중 대역의 통합폰으로 발전해 나갈 것이며, 동시에 IMT-2000, GPS 등 다기능 폰의 수요가 크게 확대될 것이다.
이러한, 기술 구현을 위해 많은 연구가 이루어지고 있으며, 고주파 대역 및 다중 대역 적용을 위한 가변 핵심 부품으로서 RF 스위치의 소형화 및 성능 개선이 시급한 상황이다.
한편, RF 스위치에 대한 수요가 증가하여 다양한 디자인의 제품들이 개발되고 있다. RF 스위치로는 크게 p-i-n 다이오드나 FET를 이용한 솔리드 상태(Solid state) 스위치와 미세 구조물을 구동하는 멤즈(MEMS) 스위치의 2종류가 있다.
솔리드 상태 스위치의 경우 널리 사용되고 있으나, 멤즈 스위치에 비해 전력 소모, 격리(Isolation), 삽입손실(Insertion loss), 상호 변조(Intermodulation) 등에서 불리하여 최근 멤즈 스위치에 대한 요구가 증가하고 있다.
멤즈 스위치는 외팔보나 바람개비 형태의 스위치 구조물의 구동 방식에 따라 정전기력 스위치와 압전 스위치 등으로 나뉘어진다.
정전기력 스위치는 제작이 쉬운 반면 안정적인 구동을 위해 요구되는 전압이 수십 V에 이르러 일반적인 소비자 전자 장치(Consumer electronics device)에서 전압 증폭기가 추가로 필요하다는 단점이 있고, 압전 구동 방식은 작은 전압에서 스위치 구동이 가능하지만 제작이 복잡하고 어려운 단점이 있다.
정전기력 스위치의 경우, 스위치 구동을 위해서 서스펜션(Suspension) 구조에 탄성 변형을 일으켜야 하므로, 서스펜션에서 구동력의 손실이 있어 높은 구동 전압이 필요하다.
이런 손실을 제거하기 위해, 서스펜션이 없는 스위치가 소개되기도 했다.
도 1은 종래 기술에 따른 RF 멤즈 스위치의 동작을 설명하기 위한 개략적인 도면으로서, 이 RF 멤즈 스위치는 정전력을 이용하여 구동하는 것으로, 스위치의 기계적 구동부와 하부 전극 사이에 정전압을 인가하게 되면 정전력이 발생하게 되고, 이 힘에 의해 스위치가 기계적인 구동을 하게 되는 원리를 이용한다.
즉, 두 신호 전송선(11,12)을 개방 및 연결시켜 스위치의 기능을 수행하게 된다.
본 발명은 각 접점의 온(On) 및 오프(Off)를 모두 정전기력에 의해 수행함으로, 불완전한 오프의 발생을 줄일 수 있는 RF용 멤즈 스위치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 서스펜션(Suspension)이 없는 컨택 패드가 구비된 구조를 달성함으로써, 서스펜션에 의한 힘의 손실없이 구동되어 작은 정전기력으로 구동이 가능함으로써, 저전압 구동이 가능한 RF용 멤즈 스위치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 스위치 오프가 중력으로 이루어지지 않고, 정전기력에 의해 이루어지므로, 컨택 패드의 중량을 줄일 수 있는 RF용 멤즈 스위치를 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는,
상호 대향하여 이격되어 있는 제 1과 2 전극들과;
상기 제 1 전극과 동일선상에 위치하고, 상호 이격되어 있는 제 1과 2 신호 전송선들과;
상기 제 2 전극과 동일선상에 위치하고, 상호 이격되어 있는 제 3과 4 신호 전송선들과;
상기 제 1과 2 전극들 사이에 위치되어 상기 제 1과 2 신호 전송선들 또는 제 3과 4 신호 전송선들에 접촉 또는 이탈되는 컨택 패드(Contact pad)로 구성된 알에프 멤즈 스위치가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 RF 멤즈 스위치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 상호 대향하여 이격되어 있는 제 1과 2 전극들(111,112)과; 상기 제 1 전극(111)과 동일선상에 위치하고, 상호 이격되어 있는 제 1과 2 신호 전송선들(121,122)과; 상기 제 2 전극(112)과 동일선상에 위치하고, 상호 이격되어 있는 제 3과 4 신호 전송선들(131,132)과; 상기 제 1과 2 전극들(111,112) 사이에 위치되어 상기 제 1과 2 신호 전송선들(121,122) 또는 제 3과 4 신호 전송선들(131,132)에 접촉 또는 이탈되는 컨택 패드(Contact pad)(150)로 구성된다.
이렇게 구성된 RF 멤즈 스위치는 상기 제 1 전극(111) 또는 제 2 전극(112) 에 전압을 인가하면, 상기 제 1 전극(111)과 컨택 패드(150) 사이 또는 상기 제 2 전극(112)과 컨택 패드(150) 사이에 정전기력이 발생되어 상기 컨택 패드(150)를 상기 제 1 전극(111) 또는 제 2 전극(112)으로 이동시킨다.
따라서, 상기 컨택 패드(150)는 제 1과 2 신호 전송선들(121,122) 또는 제 3과 4 신호 전송선들(131,132)에 접촉되어 본 발명의 RF 멤즈 스위치는 스위치 온(On)이 된다.
그리고, 상기 제 1 전극(111) 또는 제 2 전극(112)에 인가된 전압을 제거하면, 상기 제 1 전극(111)과 컨택 패드(150) 사이 또는 상기 제 2 전극(112)과 컨택 패드(150) 사이에 발생된 정전기력이 제거된다.
그러므로, 상기 제 1 전극(111) 또는 제 2 전극(112)에 접촉되었던 상기 컨택 패드(150)는 상기 제 1 전극(111) 또는 제 2 전극(112)에서 이탈되고, 상기 제 1과 2 신호 전송선들(121,122) 또는 제 3과 4 신호 전송선들(131,132)은 스위치 오프(Off) 된다.
따라서, 본 발명의 RF 멤즈 스위치는 하나의 컨택 패드(150)의 양측에 2개의 접점, 즉, 제 1과 2 신호 전송선들(121,122) 또는 제 3과 4 신호 전송선들(131,132)을 배치하고, 상기 하나의 컨택 패드(150)가 제 1과 2 신호 전송선들(121,122) 또는 제 3과 4 신호 전송선들(131,132)을 선택적으로 접촉 또는 이탈됨으로써, 다중 접점 스위치의 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 각 접점의 온(On) 및 오프(Off)를 모두 정전기력에 의해 수행함으로, 불완전한 오프에 대한 염려가 없는 장점이 있다.
더불어, 서스펜션(Suspension)이 없는 컨택 패드가 구비된 구조를 달성함으로써, 서스펜션에 의한 힘의 손실없이 구동되어 작은 정전기력으로 구동이 가능함으로써, 저전압 구동이 가능한 장점이 있다.
게다가, 스위치 오프가 중력으로 이루어지지 않고, 정전기력에 의해 이루어지므로, 컨택 패드의 중량을 특정 한계 이하로 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 3a와 3b는 본 발명에 따른 RF 멤즈 스위치의 동작을 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 먼저, 제 1 전극(111)에 전압을 인가하면, 제 1 전극(111)과 컨택 패드(150) 사이에 정전기력이 발생한다.
여기서, 상기 컨택 패드(150)는 Cu와 같은 전도성 물질로 이루어진 패드이다.
그러므로, 상기 컨택 패드(150)는 상기 제 1 전극(111) 방향으로 이동하여, 제 1과 2 신호 전송선들(121,122)에 접촉되어, 상기 제 1과 2 신호 전송선들(121,122)을 전기적으로 도통시킨다.
즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 제 1과 2 신호 전송선들(121,122)은 스위치 온(On) 상태가 되는 것이다.
그리고, 제 2 전극(112)에 전압을 인가하면, 제 2 전극(112)과 컨택 패드(150) 사이에 정전기력이 발생한다.
결과적으로, 상기 컨택 패드(150)는 상기 제 2 전극(112) 방향으로 이동하 고, 제 3과 4 신호 전송선들(131,132)에 상기 컨택 패드(150)가 접촉된다.
따라서, 도 3b와 같이, 상기 컨택 패드(150)는 상기 제 3과 4 신호 전송선들(131,132)을 전기적으로 도통시켜, 스위치 온(On) 상태가 되는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 RF 멤즈 스위치의 컨택 패드의 형상을 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 제 1과 2 전극들(111,112)이 상기 컨택 패드(150)에 접촉되는 것을 방지하기 위하여, 상기 제 1과 2 전극들(111,112)과 각각 대향하고 있는 컨택 패드(150) 영역에는 홈들(151,152)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 홈들(151,152)은 소정 깊이(D)를 갖는다.
그러므로, 컨택 패드가 신호 전송선들에 접촉될 때, 전극들은 컨택 패드의 홈들 바닥면으로부터 이격된 컨택 패드의 내부에 위치해 있으므로, 컨택 패드는 전극들과 접촉되지 않는다.
도 5는 본 발명에 따른 RF 멤즈 스위치의 다른 실시예의 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 제 1과 2 신호 전송선들(121,122) 및 제 1 전극(111)은 제 1 기판(210)에 형성되어 있고, 제 3과 4 신호 전송선들(131,132) 및 제 2 전극(112)은 제 2 기판(220)에 형성되어 있다.
이때, 상기 제 1과 2 전극(111,112)이 대향되어 위치되도록, 상기 제 1과 2 기판(210,220)을 정렬시키고, 상기 제 1과 2 기판(210,220) 사이에 컨택 패드(150)가 위치되어 있다.
여기서, 상기 제 1과 2 기판(210,220)은 절연성 기판이며, 글래스 기판인 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 RF 멤즈 스위치의 또 다른 실시예의 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 도 5와 같은 제 1과 2 기판(210,220) 각각에는 홈들(211,221)이 형성되어 있고, 상기 홈들(211,221) 각각에 제 1과 2 전극(111,112)이 형성되어 있다.
여기서, 상기 홈들(211,221)은 소정 깊이(D1)를 갖는다.
그러므로, 도 6에 도시된 바와 같이, 컨택 패드(150)가 제 3과 4 신호 전송선들(131,132)에 접촉되더라도, 상기 홈(221) 내부에 위치되어 있는 제 2 전극(112)은 상기 컨택 패드(150)와 접촉되지 않는다.
즉, 도 5와 같이, 컨택 패드(150)에 홈들을 형성하지 않고, 제 1과 2 기판(210,220)에 홈들을 형성함으로써, 컨택 패드와 제 1과 2 전극들(111,112)의 접촉을 방지할 수 있는 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 RF 멤즈 스위치에서 컨택 패드의 이탈을 방지하기 위한 설치된 가이드를 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 제 1과 2 전극(111,112)에 전압이 인가되지 않은 상태에서는 컨택 패드(150)는 제 1과 2 신호 전송선들(121,122) 또는 제 3과 4 신호 전송선들(131,132)로부터 이탈되어 있다.
이때, 외부에서 RF 멤즈 스위치로 외력이 인가되면, 상기 컨택 패드(150)는 제 1과 2 전극(111,112)이 대향하고 있는 위치, 제 1과 3 신호 전송선들(121,131)이 대향하고 있는 위치 및 제 2와 4 신호 전송선들(122,132)이 대향하고 있는 액티브(Active) 위치를 이탈할 수 있게 된다.
그 경우, RF 멤즈 스위치의 정상적인 동작이 이루어지질 않게 된다.
따라서, 제 1 기판(210)에 상기 컨택 패드(150)의 이탈을 방지하기 위한 가이드(171,172)를 설치함으로써, 정전기력에 의해 상기 제 1과 2 전극(111,112)에 상기 컨택 패드(150)가 접촉되어 있지 않은 상태에서도 상기 컨택 패드(150)가 액티브 위치의 이탈을 방지할 수 있게 된다.
전술된 바와 같은, 본 발명의 RF 멤즈 스위치는 IC 제조 프로세스를 기반으로 하는 마이크로 머시닝 기술에 의하여 제조된 마이크로 사이즈 RF 스위치를 의미한다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 하나의 컨택 패드의 양측에 2개의 접점, 즉, 제 1과 2 신호 전송선들 또는 제 3과 4 신호 전송선들을 배치하고, 상기 하나의 컨택 패드가 제 1과 2 신호 전송선들 또는 제 3과 4 신호 전송선들을 선택적으로 접촉 또는 이탈됨으로써, 다중 접점 스위치의 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 각 접점의 온(On) 및 오프(Off)를 모두 정전기력에 의해 수행함으로, 불완전한 오프에 대한 염려가 없는 효과가 있다.
더불어, 본 발명은 서스펜션(Suspension)이 없는 컨택 패드가 구비된 구조를 달성함으로써, 서스펜션에 의한 힘의 손실없이 구동되어 작은 정전기력으로 구동이 가능함으로써, 저전압 구동이 가능한 효과가 있다.
게다가, 본 발명은 스위치 오프가 중력으로 이루어지지 않고, 정전기력에 의해 이루어지므로, 컨택 패드의 중량을 특정 한계 이하로 줄일 수 있는 효과가 있다.
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.
Claims (6)
- 상호 대향하여 이격되어 있는 제 1과 2 전극들과;상기 제 1 전극과 동일선상에 위치하고, 상호 이격되어 있는 제 1과 2 신호 전송선들과;상기 제 2 전극과 동일선상에 위치하고, 상호 이격되어 있는 제 3과 4 신호 전송선들과;상기 제 1과 2 전극들 사이에 위치되어 상기 제 1과 2 신호 전송선들 또는 제 3과 4 신호 전송선들에 접촉 또는 이탈되는 컨택 패드(Contact pad)로 구성된 알에프 멤즈 스위치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1과 2 전극들과 각각 대향하고 있는 컨택 패드 영역에는 홈들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 알에프 멤즈 스위치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1과 2 신호 전송선들 및 제 1 전극은 제 1 기판에 형성되어 있고,상기 제 3과 4 신호 전송선들 및 제 2 전극은 제 2 기판에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 알에프 멤즈 스위치.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1과 2 기판 각각에는 홈들이 형성되어 있고,상기 홈들 각각에 상기 제 1과 2 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 알에프 멤즈 스위치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전극 또는 제 2 전극에 인가된 전압에 의해 상기 컨택 패드가 제 1 전극 또는 제 2 전극 방향으로 이동하고, 제 1과 2 신호 전송선들 또는 제 3과 4 신호 전송선들에 상기 컨택 패드가 접촉되도록 구성된 것을 특징으로 하는 알에프 멤즈 스위치.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1과 2 기판은,글래스(Glass) 기판인 것을 특징으로 하는 알에프 멤즈 스위치.
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|---|---|---|---|---|
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| KR100678346B1 (ko) * | 2005-06-29 | 2007-02-05 | 전자부품연구원 | 멤스 알에프 스위치 |
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2007
- 2007-06-12 KR KR1020070057074A patent/KR101292928B1/ko not_active IP Right Cessation
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|---|---|---|---|---|
| US8704117B2 (en) | 2009-11-12 | 2014-04-22 | Electronics And Telecommunications Research Institute | RF MEMS switch using change in shape of fine liquid metal droplet |
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