KR20090101231A - Ｍｅｍｓ 디바이스, 전자 디바이스, ｍｅｍｓ 디바이스 제조 방법 및 전자 디바이스 동작 방법 - Google Patents
Ｍｅｍｓ 디바이스, 전자 디바이스, ｍｅｍｓ 디바이스 제조 방법 및 전자 디바이스 동작 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090101231A KR20090101231A KR1020097014579A KR20097014579A KR20090101231A KR 20090101231 A KR20090101231 A KR 20090101231A KR 1020097014579 A KR1020097014579 A KR 1020097014579A KR 20097014579 A KR20097014579 A KR 20097014579A KR 20090101231 A KR20090101231 A KR 20090101231A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- strain
- mems device
- voltage
- deformation
- Prior art date
Links
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 24
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- 229910016570 AlCu Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
- H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
- B81B3/0035—Constitution or structural means for controlling the movement of the flexible or deformable elements
- B81B3/0056—Adjusting the distance between two elements, at least one of them being movable, e.g. air-gap tuning
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/01—Switches
- B81B2201/012—Switches characterised by the shape
- B81B2201/016—Switches characterised by the shape having a bridge fixed on two ends and connected to one or more dimples
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
- B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
- B81C2201/0161—Controlling physical properties of the material
- B81C2201/0163—Controlling internal stress of deposited layers
- B81C2201/017—Methods for controlling internal stress of deposited layers not provided for in B81C2201/0164 - B81C2201/0169
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/49105—Switch making
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
본 발명은 제 1 전극과, 서스펜션 구조의 도움으로 제 1 전극과 거리를 두고 서스펜드되는 제 2 전극을 포함하는 MEMS 디바이스에 관한 것이다. MEMS 디바이스는 적어도 하나의 변형 전극을 더 포함한다. 제 2 전극 또는 서스펜션 구조 또는 이 둘 모두는 변형 전극을 통해 정전 변형력이 인가되면 가소성 있게 편형될 수 있다. 이 방법으로, 단일 디바이스의 동작 중에 또는 상이한 디바이스의 제조 중에 발생하는 제 2 전극의 오프 상태 위치의 변화가 제거될 수 있다.
Description
본 발명은 마이크로전자-기계 시스템 디바이스(이하, MEMS 디바이스)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 집적회로와 접속되는 MEMS 디바이스를 포함하는 전자 디바이스, MEMS 디바이스를 제조하는 방법, 및 집적 회로와 접속되는 MEMS 디바이스를 포함하는 전자 디바이스를 동작시키는 방법에 관한 것이다.
US 2005/0162806 A1에는 고주파(RF)에서 동작하는 MEMS 디바이스가 개시되어 있다. MEMS 디바이스는 제 1 전극 및 변형가능한 제 2 전극을 포함한다. 제 2 전극은 열에너지로의 노출을 통해 가소성 있게 변형될 수 있다. 이러한 방법에서, MEMS 디바이스의 전기적 특성이 조율될 수 있다. 변형가능한 제 2 전극은 또한 전자적 특성을 조율하기 위해 탄력적으로 변형될 수 있다.
MEMS 디바이스의 제조 중에는 서스펜드된 제 2 전극 내 응력이 발생할 수 있으며, 이로 인해 제 2 전극에 통상적으로는 원치 않는 가소성 변형을 가져온다. 이러한 원치 않는 응력 및 가소성 변형의 한 가지 이유는, 특히, MEMS 디바이스의 열팽창 계수와 MEMS 디바이스 기판의 열팽창 계수의 차이이다. 응력은 제조 또는 패키징 공정 동안의 고온 단계에 의해 야기된다. 응력은 또한 MEMS 디바이스와 접촉 상태이며 증착 이후에는 상이한 레벨의 응력을 갖는 상이한 물질 층들에 의해 가해질 수 있다. 응력은 또한 제조 동안 습식 프로세싱 단계 이후의 MEMS 디바이스의 건조 중에 생성되는 모세관 현상에 의해 야기되는 것으로도 관측되었다. 또한, 응력은 제 2 전극을 통한 액체 또는 기체의 흐름에 의해서도 야기될 수 있다.
MEMS 디바이스의 동작 동안, 응력은 디바이스 상의 높은 액추에이션 힘(actuation forces) 또는 접촉력, MEMS 디바이스와 그것의 기판의 상이한 열팽창 계수의 존재 시의 열 사이클링의 결과로서 또는 크리프(creep)의 결과로서 발생할 수 있다. 크리프는 항복 응력 레벨보다 작은 레벨로 긴 시간 주기에 걸쳐 인가되는 응력을 경감하기 위해 가소성 있게 변형되는 물질의 성향으로 알려져 있다. 항복 응력 레벨은 물질이 가소성 있게 변형되기 시작하는 응력 레벨이다. 가소성 변형은 인가된 힘에 대응하는 비가역적 형상 변화이다.
본 발명의 제 1 양상에 따르면, 제 1 전극과, 제 2 전극과, 적어도 하나의 변형 전극을 포함하되, 제 2 전극은 제 2 전극에 인가되는 어떠한 스위칭 힘도 인가되지 않는 오프 상태 위치에서 서스펜드 구조의 도움으로 제 1 전극과의 거리에 따라 서스펜드되고 제 1 전극을 통해 스위칭 힘의 인가 시에 온 상태 위치로 탄력적으로 스위칭될 수 있는 MEMS 디바이스가 제공된다.
제 2 전극이나 서스펜드 구조물 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는 적어도 하나의 변형 전극을 통해 제 2 전극이나 서스펜드 구조물 또는 양쪽 모두로의 정전 변형력 인가 시에 가소성 있게 변형될 수 있다.
MEMS 디바이스의 제 2 전극의 원치 않는 가소성 변형은 본 명세서에서 오프 상태 커패시턴스라고도 지칭되는 개방 커패시턴스의 변화를 가져온다. 오프 상태 커패시턴스는 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리에 의존한다. 제 2 전극의 가소성 변형이 제 1 전극과 제 2 전극 사이에서 변화하므로, 그것은 MEMS 디바이스의 개방 커패시턴스를 변화시킨다. 또한, 제 2 전극을 탄력적으로 입력하고 해제하는(즉 탄력적으로 제 2 전극을 스위칭하는) 데 필요한 전압은 제 2 전극의 원치 않는 가소성 변형의 존재 시의 희망 목표 값과는 상이할 수 있다. 따라서 "탄력적 스위칭"이라는 용어는 제 2 전극의 오프 상태 위치를 변경하지 않는 동작 동안에 제 2 전극의 일반적인 입력 및 해제 움직임을 지칭한다.
MEMS 디바이스 제조 후의 작은 변형은 보통 문제가 되지 않는다. 그러나, 제조 공정에서의 작은 변형은 동일한 디자인의 상이한 MEMS 디바이스, 예를 들어 동일한 웨이퍼 또는 상이한 웨이퍼 사이에 큰 변화를 가져올 수 있다.
본 발명의 제 1 양상의 MEMS 디바이스는 적어도 하나의 변형 전극을 통해 제 2 전극 및 서스펜션 구조물 중 적어도 하나에 정전 변형을 적용하면 제 2 전극 및 서스펜션 구조물 중 적어도 하나가 가소성 있게 변형될 수 있는 구조물과 적어도 하나의 변형 전극을 제공함으로써 그러한 변화를 극복한다. 따라서, 본 발명의 MEMS 디바이스에, 제 2 전극의 오프 상태 위치의 조율은 제 2 전극의 가소성 변형에 영향을 주도록 정전력에 의해 인에이블된다.
이것은, US 2005/0162806 A1에 기재된 바와 같이, 열 에너지를 인가하여 제 2 전극의 가소성 변형이 달성되는 유리한 다른 기술을 MEMS 디바이스에 제공한다. 제 2 전극의 가소성 변형에 대한 정전력은 보다 양호한 정밀도로 제어될 수 있다. 따라서, 정전 변형의 보다 높은 정확도가 본 발명의 MEMS 디바이스에서 달성될 수 있다. 특히, 적어도 하나의 변형 전극을 통해 정전 변형력을 인가하는 지속시간은 전기 스위칭이 나노초 또는 심지어 피코초 내에서 매우 신속하게 수행될 수 있기 때문에 매우 높은 정밀도로 제어될 수 있다. 대조적으로, 열 에너지의 인가는 훨씬 길고 그에 따라 제어하기가 더욱 어려운 시상수를 포함한다. 제 2 전극의 가소성 변형의 경우에 대한 정전력의 제 2 이점은 그것이 열에너지를 사용하는 변형보다 훨씬 적은 에너지를 소모한다는 것이다.
본 발명의 MEMS 디바이스는 간단한 구조물을 제 2 전극으로 사용하는 US 2005/0162806 A1로부터 알려진 것 이상의 추가 이점을 달성한다. US 2005/0162806 A1이 열 에너지의 인가 시에 원하는 가소성 변형을 달성하기 위해서 상이한 열팽창 계수의 층을 갖는 층 시퀀스로부터 제조되는 제 2 전극을 반드시 요구하는 경우, 이것은 본 발명의 MEMS 디바이스에서 필수조건이 아니다. 이것은 이하의 실시예에 대한 설명의 콘텍스트에서 더욱 명료해질 것이다.
다음에서, 본 발명의 제 1 양상의 MEMS 디바이스의 실시예가 설명될 것이다. 명백히 그와 다르게 진술되는 것이 아니라면, 실시예는 서로 조합될 수 있다.
일 실시예에서, 서스펜션 구조물은 적어도 하나의 스프링을 포함한다. 적어도 하나의 스프링은 적어도 하나의 변형 전극을 통한 변형력의 인가 시에 가소성 있게 변형될 수 있다. 서스펜션 구조물에 가소성 변형을 집중시키는 것은 낮은 정전력을 인가하여 가소성 변형을 달성한다. 스프링이 앵커에 의해 기판에 기계적으로 고정되는 것이 바람직하다.
또한, 서스펜션 구조물에서 하나보다 많은 스프링을 사용하는 실시예에서, 스프링의 수는 변형 전극의 수에 대응하는 것이 바람직하다. 이 실시예의 스프링 및 변형 전극은 1대1 구성에서 서로에게 상대적으로 배열되어, 각각의 할당된 변형 전극에 의해 각 스프링의 변형을 정밀하게 제어하게 한다. 변형 전극의 위치는 적합한 정전력의 인가에 의해 각 스프링을 가소성 있게 변형하게 하도록 선택된다.
희망하는 변형력의 양은 적합한 전압을 변형 전극에 인가하는 것에 의해 설정될 수 있다. 다른 실시예에서, 희망 변형력의 양은 변형 전극의 위치 및 크기의 정확한 디자인에 의해 설정될 수 있다. 이 경우, 변형은 전압이 특정 값을 초과한 후 변형 전극 상의 전압에 의존하지 않을 것이다. 이 실시예의 이점은 보다 덜 정확한 전압 제어가 요구된다는 것이다.
적어도 하나의 변형 전극을 통한 정전 변형력의 인가 시에 제 2 전극 또는 서스펜션 전극의 가소성 변형 가능성은 정전력의 인가 시에 변형될 수 있는 물질의 사용을 암시한다. 서스펜션 구조물, 특히 스프링으로 적합한 물질이 알루미늄(Al)이다. 알루미늄은 비교적 낮은 항복 응력 값을 갖는다. 따라서, 그것은 용이하게 가소성 있게 변형될 수 있다. 또한, 알루미늄은 높은 전기 전도성을 갖는다. 또한, 알루미늄과 다른 물질의 합금, 예를 들어 0-10의 질량 퍼센트 구리를 갖는 AlCu 합금은 그러한 바람직한 특성을 갖는다.
다른 실시예에서는, 알루미늄과는 상이한 금속이 사용된다. 금속은 원하는 항복 응력 값 및 원하는 전기 전도성에 따라 선택될 수 있다. 또한, 상이한 금속의 합금이 서스펜션 구조물, 특히 스프링에 사용될 수 있다. 다른 적합한 물질이 당업자에게 알려져 있다. 실례로는 Cu, Ni, Au 및 Ag가 있다.
본 발명의 제 1 양상의 MEMS 디바이스의 추가 실시예는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치된 유전체를 포함한다. 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 유전체를 제공함으로써, MEMS 디바이스의 커패시턴스는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 에어갭만을 사용하는 실시예에 비해 증가할 수 있다. 커패시턴스는 커패시턴스의 물질 특정 유전체 상수가 공기의 것보다 크다면, 즉 대략 1보다 크다면, 유전체 물질의 물질 특정 유전체 상수에 따라 증가한다. 이것은 MEMS 바리캡에 특히 유용할 수 있다. 또한, 유전체는 제 1 및 제 2 전극이 서로 접촉하지 않게 할 수 있다. 유전체는 DC 전류가 흐르지 못하게 하지만, 고주파 RF 전류를 전송할 것이다. 이것은 선택된 상태의 전극들 사이에 DC 액추에이션을 반드시 유지시킨다.
유전체는, 예를 들어 유전체 층일 수 있다. 일 실시에에서, 유전체 층은 제 1 전극 상에 증착된다. 이 실시예에서, 제 2 전극은 유전체 층까지 소정의 거리를 두고 있는 그것의 오프 상태 위치와 유전체 층에 직접 접족하는 온 상태 위치 사이에서 탄력적으로 변형될 수 있는 것이 바람직하다. 유전체 층과 직접 접촉하는 온 상태 위치는 주어진 MEMS 구조물에 대해 온 상태인 최대 가능 커패시턴스를 달성하게 한다. 다른 실시예에서, 유전체 층은 제 1 전극과 변형 전극 양측 모두에 증착된다. 마찬가지로, 유전체는 서스펜션 구조물과 변형 전극 사이의 DC 전류 흐름을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 1 양상의 MEMS 디바이스의 제 2 전극은 몇몇 실시예에서 단일 층으로 제조될 수 있다. 단일 층 구조물은 유리한 옵션이지만 본 발명의 MEMS 디바이스에서 필수사항이 아니라는 점에 유의한다. 단일 층 구조물은 그것이 제조하기가 보다 쉽고 동작 중 주변 온도 변화의 결과로서 디바이스 동작 동안 탄력적으로 또는 가소성 변형에 보다 덜 민감하기 때문에 유리하다.
일 실시예에서, 제 2 전극은 열 에너지로의 노출에 의해 추가로 변형될 수 있다. 이 실시예에서, 열 에너지 및 전기 에너지의 조합은 희망 변형을 달성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극의 항복 응력의 양보다 작은 기계적 응력의 기본 양이 열 에너지를 인가하는 것에 의해 제공될 수 있다. 그러면, 추가적인 응력의 양은 변형 전극을 통해 정전력으로서 인가될 수 있고, 그에 따라 양 힘이 동시에 인가되는 때에만 항복 응력의 양을 초과할 수 있다. 이 방법으로, 전술되었던 제 2 전극의 인가에 의한 제 2 전극의 가소성 변형의 이점이 유지된다. 이 실시예는 열 에너지로의 제 2 전극 노출이 그것의 항복 응력을 낮추는 데 사용될 수 있다는 추가 장점을 갖는다. 금속의 항복 응력은 통상적으로 보다 높은 온도에서 보다 낮다. 제 2 전극이 동시에 정전력의 영향을 받는다면, 항복 응력을 초과하는 데에는 보다 적은 정전력이 필요하다.
제 2 전극을 열 에너지에 노출시키는 것에 의해 가소성 변형을 달성하는 방법의 세부사항은 본 명세서에서 참조로서 인용되는 US 2005/0162801 A1에서 찾을 수 있다. 특히, 상이한 열팽창 계수의 상이한 물질 층을 갖는 제 2 전극의 적층 구조물이 유용하다. 제 2 전극의 가열은, 예를 들어 전기 전류 또는 전류 펄스를 제 2 전극에 인가하여 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 변형 전극 중 적어도 하나는 제 1 전극과 동일하다. 다시 말해, 제 1 전극 및 변형 전극은 일 부분을 형성한다. 대안으로, 적어도 하나의 변형 전극이 제 1 전극과 직접 전기 접속된다. 이 실시예에서는, 스위칭 힘을 생성하는 액추에이션 전압이 가소성 변형을 가져오지 않는다는 점에 유의해야 한다. 제 2 전극의 항복 응력은 스위칭 임을 인가하는 액추에이션 전압보다 훨씬 더 높은 전압의 인가 시에만 도달되어야 한다.
대조적으로, 제 1 전극과는 별도인 하나 이상의 변형 전극을 갖는 실시예에서, 변형 전압은 스위칭 힘을 인가하는 액추에이션 전압과 동일한 정도의 크기로 선택될 수 있으며, 이 전압은 본 명세서에서 동작 전압이라 지칭된다. 이것은 높은 전압에서 발생할 수 있는 전압 주입 또는 항복을 줄이는 데 유리하다.
인가되는 정전력이 항상 인력이기 때문에, 이 방법은, 추가 측정이 없다면, 커패시턴스를 감소시키거나 입력 전압을 증가시키는 데 적합하지 않다. 이 문제를 다루기 위해서, 일 실시예는 틈(clearance), 다시 말해 서스펜션 구조물과 변형 전극 사이에서 각각의 서스펜션 구조물 아래에 존재하는 공간에 도달하는 하나 이상의 돌출부를 갖는다. 돌출부는 일 실시예에서 서스펜션 구조물의 바닥에 배치된다. 유전체 층이 존재하는 일 실시예에서, 돌출부는 유전체 층과 서스펜션 구조물 사이의 공간에 도달할 수 있다.
본 콘텍스트 내에서 돌출부(들)의 기능은 다음과 같다. 적합한 변형 전압이 변형 전극에 인가되면, 서스펜션 구조물은 먼저 돌출부에 닿을 것이다. 변형 전압이 더욱 더 증가하면, 서스펜션 구조물은 돌출부 주위 또는 그들 사이에서 구부러질 것이며, 결국은 변형될 것이다. 서스펜션 구조물 및 돌출부의 적합한 위치 및 기하학적 형상을 선택함으로써, 서스펜션 구조물은 적합한 방향으로 구부러져 커패시턴스를 감소시키거나 입력 전압을 증가시킬 수 있다. 따라서, 정전력이 항상 인력이라 하더라도, 이 방법은 적합한 변형 전압을 변형 전극에 인가하는 것에 의해 개방 커패시턴스의 감소 및 입력 전압의 증가를 제어하도록 허용된다. 이것은 동작, 가열 또는 프로세싱 동안 커패시턴스 증가의 효과를 상쇄시키는 데 사용될 수 있다.
이 구조물은 일 실시예에서 커패시턴스 및 입력 전압의 조절 기능을 두 방향, 즉 보다 높은 값 및 보다 낮은 값을 향해서 제공하는 데 사용된다. 돌출부가 유효한 임계 전압보다 낮은 변형 전압 간격에서는 커패시턴스가 증가할 수 있다. 변형 전압의 임계치 위에서는 커패시턴스가 감소할 수 있다.
본 발명의 제 2 양상에 따르면, 본 발명의 제 1 양상에 따른 MEMS 장치 또는 집적 회로와 연계되는 그의 실시예들 중 하나를 포함하는 전자 장치가 제공된다.
제 2 양상의 전자 장치의 장점은 본 발명의 제 1 양상의 MEMS 장치의 장점에 대응한다.
이하에서는, 전자 장치의 실시예가 설명될 것이다. 앞서와 같이, 실시예들은 달리 명시적으로 언급하지 않는다면 서로 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 제 2 양상의 전자 장치는 변형 제어 유닛을 포함한다. 변형 제어 유닛은 제 2 전극에 접속되고 변형 접압을 생성하여 적어도 하나의 변형 전극에 제공한다. 이 실시예는 전자 장치의 동작 동안에도 제 2 전극의 오프-상태 위치의 조율을 허용한다. 따라서, 전자 장치의 동작 동안 예를 들어 열 순환에 의해 발행할 수 있는 원치 않는 변형은 보정될 수 있다. 따라서, 전자 장치는 오프-상태(또는 오픈 상태) 커패시턴스 및 입력 전압과 같은 정확히 제어되고 신뢰성 있는 전자 파라미터를 갖는 MEMS 장치를 갖는다.
변형 제어 유닛을 갖는 전술한 단락의 실시예에 대한 대안으로서 또는 가외로 제공될 수 있는 또 다른 실시예에서, 전자 장치는 제 1 및 제 2 전극에 접속되고 오프 상태에서 제 1 및 제 2 전극에 의해 형성된 구조물의 오프 상태 커패시턴스에 의존하는 제 1 양의 값을 확인하도록 구성된 변형 제어 유닛을 포함한다. 이 실시예는 요구되는 가소성 변형의 총량이 제 1 전기량의 확인된 값에 기초하여 높은 정확도로 결정될 수 있다는 장점을 갖는다. 일 실시예에서, 전자 장치의 변형 제어 유닛은 제 1 양의 확인된 값을 외부 조율 장치에 통신하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 변형 제어 유닛은 제 1 양의 확인된 값을 내부적으로 제공하도록 구성된다. 따라서, 이 실시예의 전자 장치는 이전 단락의 전자 장치와의 결합을 형성한다. 제 1 양의 값의 확인과 제 2 전극의 오프 상태 위치의 조율은 전자 장치에 외부적인 장치의 형태를 갖는 가외의 도구를 사용해야 하는 일 없이 필요로 하는 조정을 허용한다. 그러나, 오프 상태 커패시턴스를 확인하지 않고도 필요로 조정을 수행할 수도 있음을 인지해야 한다. 소정의 애플리케이션의 경우, 제 2 전극의 오프 상태 위치를 리셋하는 것으로 충분하다. 이하의 도 7 내지 도 9의 설명 동안 알게 되는 바와 같이, 적절한 변형 전압의 인가는 이전의 오프 상태 위치와는 무관한 소정의 오프 상태 위치로 제 2 전극의 변형을 야기한다.
또 다른 실시예에서, 변형 제어 유닛은 제 1 양의 목표 값과 이 제 1 양의 확인된 값 간의 차이에 비례하는 변형 전압을 설정하도록 구성된다. 이를 위해, 변형 제어 유닛은 예를 들어 커패시터로서 MEMS 장치를 포함하고, 제 1 양의 원하는 또는 목표 값에서 공진하는 발진기 회로를 포함할 수 있다. 이 예에서, 변형 전압은 발진기의 출력 신호 진폭에 기초하여 조율될 수 있고 링 발진기의 출력 신호 진폭이 공진 동안 발생하는 최대 출력 신호 진폭과 비교해 낮은 경우 보다 큰 값에 도달할 수 있다.
MEMS 장치는 기능 모듈의 일부분을 형성하고, 다른 파라미터는 또한 변형 프로세스를 위한 피드백으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭기 프론트 엔드에서, 출력 전력 효율은 적절한 변형 전압을 인가함으로써 최적화될 수 있다.
원하지 않는 변형이 패키징 프로세스 동안 발생될 수 있기 때문에, 일 실시예에서, 변형 전극을 외부 조율 장치와 연결하는 적어도 하나의 변형 전극에 접속된 적어도 하나의 변형 제어 접촉 소자를 전자 장치에 제공하는 것이 유용할 수 있다. 이런 식으로, 본 발명의 제 2 양상에 따른 상이한 전자 장치 간의 변형 및 확산은 패키징 이후 매우 간단한 절차를 통해 제거될 수 있다.
외부 조율 장치에 의해 변형 전압의 인가 전에 보다 자세한 정보가 요구되는 경우, 전자 장치에는 두 개의 커패시턴스 측정 접촉 소자가 장착될 수 있다. 커패시턴스 측정 접촉 소자는 제 1 전극 및 제 2 전극에 각각 접속되고 이들 전극을 외부 측정 장치에 연결하여 오프 상태에서 제 1 및 제 2 전극에 의해 형성된 구조물의 오프 상태 커패시턴스에 의존하는 제 1 양을 확인하는 역할을 한다.
본 발명의 제 3 양상에 따르면, MEMS 장치의 서스펜딩된 전극의 오프 상태 위치를 조율하는 조율 장치가 제공된다. 조율 장치는 사전결정된 변형 전압을 생성하도록 구성된 변형 제어 유닛을 포함한다. 조율 장치는 MEMS 장치의 외부 변형 제어 접촉 소자에 변형 전압을 제공하도록 구성된 출력 유닛을 더 포함한다.
본 발명의 제 3 양상의 조율 장치는 본 발명의 전술한 양상에 따른 전자 장치 또는 MEMS 장치의 제조 및 패키징 동안 발생할 수 있는 변형 및 확산을 제거하는 데 유용하다.
일 실시예에서, 조율 장치는 오프 상태 위치에서 외부 MEMS 장치의 제 1 및 제 2 전극에 의해 형성된 구조물의 오프 상태 커패시턴스에 의존하는 제 1 양의 값을 확인하도록 구성된 측정 유닛을 포함한다.
본 발명의 제 4 양상에 따르면, 청구항 1의 MEMS 장치 또는 그의 실시예들 중 하나를 제조하는 방법은 변형 전압을 적어도 하나의 변형 전극에 인가하여, 제 2 전극이 목표 오프 상태 위치에 도달할 때까지 제 2 전극을 가소성 있게 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명의 제 4 양상의 방법은 제조 동안 상이한 MEMS 장치 간의 변형 및 확산을 감소 또는 제거시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 변형 전압을 인가하는 단계는 MEMS 장치를 패키징하는 단계 이전 또는 이후에 수행된다. 패키징 단계의 열 부하가 충분히 낮은 경우, 변형 전압은 패키징 단계 이전에 인가될 수 있다. 이 실시예에서, MEMS 장치에 변형 제어 접촉 소자를 제공할 필요는 없으며, 이는 패키징된 장치에서 핀 또는 패드와 같은 접촉 소자의 수를 낮게 유지시키는 데 도움을 준다. 그러나, 패키징 단계 동안의 열 응력이 상이한 MEMS 장치에서 오프 상태 위치의 원치 않는 변형 또는 확산을 야기할 수 있는 경우, 패키징 이후에 변형 전압을 인가하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 오프 상태 위치에서 MEMS 장치의 제 1 및 제 2 전극에 의해 형성된 구조물의 오프 상태 커패시턴스에 의존하는 제 1 양의 전류 값을 확인하는 단계는 변형 전압을 인가하기 전에 수행된다.
본 발명의 제 5 양상에 따르면, 본 발명의 제 2 양상의 전자 장치를 동작시키는 방법이 제공된다. 이 방법은 변형 전압을 적어도 하나의 변형 전극에 인가하여, 제 1 양의 목표 값이 도달할 때까지 전자 장치가 포함하는 MEMS 장치의 제 2 전극을 가소성 있게 변형하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 5 양상의 방법은 MEMS 장치의 원하는 오픈 커패시턴스 또는 입력 전압에 따라 제 2 전극의 오프 상태 위치를 재설정 또는 조율하는 것을 허용한다.
일 실시예에서, 전자 장치를 동작시키는 방법은 오프 상태에서 위치에서 MEMS 장치의 제 1 및 제 2 전극에 의해 형성된 구조물의 오프 상태 커패시턴스에 의존하는 제 1 양의 전류 값을 확인하는 단계를 포함한다. 이 실시예는 변형 전압의 인가가 필요한지 여부를 확인하기 위해 MEMS 장치의 테스트를 제공한다. 이 실시예는 또한 인가될 변형 전압의 가장 적절한 값을 결정할 수 있게 해준다.
일 실시예에서, 변형 전압은 외부 전압원에 의해 생성되어 변형 전극에 인가된다.
또 다른 실시예에서, 변형 전압은 전자 장치에 포함된 전압원에 의해 생성되어 변형 전극에 인가된다.
본 발명의 실시예는 종속 청구항에 또한 정의되어 있다. 청구항 1의 MEMS 장치와 청구항 11의 전자 장치는 종속 청구항에 정의된 것과 유사한 및/또는 동일한 실시예를 가짐을 이해해야 한다.
이제 본 발명이 다음의 도면을 참고하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 개략적인 상면도,
도 2 내지 도 4는 상이한 상태에서 정전기적으로 액추에이트된 이중 청구 빔의 유한 엘리먼트 시뮬레이션 결과를 증거 개념으로서 도시한 도면,
도 5 및 도 6은 도 2 내지 도 4의 구성에서 변형 전극에 인가되는 전압에 대한 MEMS 디바이스 커패시턴스의 의존성을 도시한 도면,
도 7 및 도 8은 상이한 상태에서 정전기적으로 액추에이트된 이중 청구 빔의 유한 엘리먼트 시뮬레이션 결과를 다른 증거 개념으로서 도시한 도면,
도 9는 도 7 및 도 8에 도시된 구성의 경우에 도 5 및 도 6의 것과 유사한 도면,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전자 디바이스의 개략도,
도 11은 전자 디바이스를 동작시키는 방법의 실시예를 도시한 도면,
도 12는 조율 디바이스의 실시예를 도시한 도면,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 디바이스 제조 방법의 실시예를 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 디바이스(100)의 개략적인 상측도를 도시한다. MEMS 디바이스는 기판(도시되지 않음) 상에 배치된다. MEMS 디바이스(100)는 기판 상에 배치되는 제 1 전극(101)을 포함한다. 제 1 전극은 본 명세서에서 바닥 전극이라고도 지칭된다. 바닥 전극(102)은 스위칭 라인(104)을 통해 스위칭 전압의 인가를 위해 내부 또는 외부 전원에 접속될 수 있다. 제 2 전극(106)(본 명세서에서는 상부 전극이라고도 지칭됨)은 바닥 전극(102) 위에 배치된다. 상부 전극(106)은 4개의 스프링(108.1 내지 108.4)을 포함하는 서스펜션 구조물(108)의 도움으로 바닥 전극까지 소정의 거리를 두고 서스펜드된다. 4개의 스프링은 상부 전극(106)의 마주보는 횡방향 측면(106.1, 106.2) 상에 배치되는 2개의 U자형 알루미늄 시트에 의해 형성된다. U의 바닥은 각각의 앵커 구조물(110.1, 110.1)에 의해 지지된다. 앵커 구조물(110.1, 110.2)도 마찬가지로 알루미늄으로 제작된다. 그들은 U자형 서스펜션 구조물의 횡방향 연장부와 동일한 제 1 전극의 횡방향 연장부의 거의 중심에 배치된다.
서스펜션 구조물(108)의 U자 형상은 보다 구체적으로는 직사각형의 U자 형상 이다. 그들은 그들의 상부 면을 따라 상부 전극(106)에 부착되었다. 상부 전극, 서스펜션 구조물(108) 및 앵커(110.1, 110.2)는 하나의 부품으로 제조될 수 있다. MEMS 디바이스는 4개 스프링(108.1 내지 108.4)의 각 코너 섹션 아래에 배치되는 4개의 변형 전극(112.1 내지 112.4)을 더 구비한다. 변형 전극(112.1 내지 112.4)은 바닥 전극(102)과 소정의 횡방향 거리를 두고 기판 상에 배치된다. 변형 전압은 대응하는 변형-제어 라인(114, 116, 118, 120)을 통해 변형 전극(112.1 내지 112.4)에 인가될 수 있다. 본 실시예에서, 모든 변형-제어 라인은 동일한 전압으로 병렬로 동작하며, 그에 따라 서로 접속된다. 다른 실시예에서, 변형-제어 라인은 서로 독립적으로 동작하며, 그에 따라 서로 접속되지 않는다.
바닥 전극(102) 및 상부 전극(106)은 사각형의 횡방향 형상을 갖는다. 바닥 전극은 본 실시예에서 유전체 층(도시되지 않음)으로 피복된다. 유전체 층의 존재는 필요 조건이 아니라는 점에 주의하라. 그것은 희망하는 애플리케이션에 따라 생략될 수 있다.
스위칭 라인(104)을 통한 바닥 전극(102)으로의 스위칭 전압을 인가하면, 정전 스위칭 인력이 상부 전극(106)에 가해진다. 4개 스프링(108.1 내지 108.4)에 의한 탄성 변형가능 서스펜션으로 인해, 상부 전극(106)은 바닥 전극을 향해 움직일 수 있다. 바닥 전극과 상부 전극 사이의 인력은 상부 전극에 연결된 4개 스프링(108.1 내지 108.4)의 가역적인 탄성 변형을 야기한다.
바닥 전극(102)에 어떠한 스위칭 전압도 인가되지 않는다면, 상부 전극(106)은 바닥 전극(102)과 소정의 거리를 두고 오프 상태 위치에서 유지된다. 잘 알려 져 있는 바와 같이, 상부 전극(106)의 오프 상태 위치는 오프 상태 커패시턴스(MEMS 디바이스의 개방 커패시턴스라고도 지칭됨)를 결정하며, 평판 커패시터의 커패시턴스는 평판들 사이의 거리의 역에 비례한다. 본 경우에, 평판들은 제각각 상부 전극(106) 및 바닥 전극(102)에 대응한다. 바닥 전극(102)과 관련한 상부 전극(106)의 오프 상태 위치는 MEMS 디바이스의 입력 전압(pull-in voltage)도 결정한다. 입력 전압은 바닥 전극(102)의 상부에 있는 유전체 층과 접촉하는 상부 전극(106)을 가져 오게 하기 위해 인가되어야 하는 최소 전압으로서 설명될 수 있다. 이 설명은 전압이 0으로부터 위쪽으로 천천히 증가하는 경우에 적용된다. 전압이 매우 급속하게, 예를 들어 계단 함수처럼 인가된다면, 스위치는 전술한 바와 같은 입력 전압보다 더 낮은 전압에서 이미 폐쇄되어 있을 수 있다.
본 명세서 내에서 이미 설명된 바와 같이, 바닥 전극(102)과 관련한 상부 전극(106)의 오프 상태 위치, 즉 두 전극 사이의 거리는 제조 동안의 작은 공정 변화로 인해 상이한 MEMS 디바이스 사이에서 변할 수 있다. 그것은 또한 디바이스 상의 높은 액추에이션 힘이나 접촉력, 고속 충돌, 디바이스의 여러 구조적 구성요소 내 열팽창 계수의 불일치 존재 시의 열 사이클링과 같은 동작 중의 상이한 효과, 및 크리프로 인해 단일 디바이스 내에서도 시간에 따라 변할 수 있다. 상부 전극(106)의 이러한 원치 않는 오프 상태 위치 변화는 적합한 변형 전압을 변형 전극(112.1 내지 112.4)에 인가함으로써 정정 또는 제거될 수 있다. 이것은 도 2 내지 도 9를 참조하여 다음에서 보다 상세히 설명될 것이다.
다음의 설명은 도 2 내지 도 6을 동시에 참조할 것이다. 도 2 내지 도 4는 상이한 상태에서 정전기적으로 액추에이트된 이중 클램프형 빔의 유한 엘리먼트 시뮬레이션의 결과를 증거 개념으로서 도시한다. 도 5 및 도 6은 도 2 내지 도 4의 구성에서 변형 전극에 인가되는 전압에 대한 MEMS 디바이스 커패시턴스의 의존성을 도시하는 도면이다.
도 2 내지 도 6은 서스펜션 구조물(108)에 대응하는 정전기적으로 액추에이트된 이중 클램프형 빔의 유한 엘리먼트 시뮬레이션에 의해 달성되었던 증거 개념을 표현한다. 사용된 물질 파라미터는 다음과 같다. 즉, 빔은 1 마이크로미터 SiN인 유전체 층으로서 영률 Y = 70 GPa, 포아송비 ν= 0.33, 항복 응력 = 30 MPa알루미늄, 빔 길이 = 390 마이크로미터, 빔 폭 = 400 마이크로미터, 빔 두께 = 2,6 마이크로미터, 갭(바닥 전극까지의 거리) = 1 마이크로미터를 갖는 물질로 제조된다. 시뮬레이션의 경우, 탄젠트 계수(tangent modulus) ETiso = 25 MPa를 갖는 등방성 경화 모델이 사용되었다.
언급된 물질 파라미터 중 일부는 알루미늄(Al)의 것으로부터 다소 벗어난다는 점에 주목하라. 그러나, 알루미늄의 실제 항복 응력 및 탄성 계수를 사용하면 질적으로 동일하고 동일하게 유용한 결과가 도출된다.
시뮬레이션의 빔(206)은 도 2에서 그것의 오리지널 오프 상태 위치에 도시된다. 도 3은 25V의 액추에이션 전압이 바닥 전극(도 2 내지 도 4에는 도시되지 않음)에 인가될 때 빔(206)의 형상을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 빔은 가소성 있게 변형되고 그것의 오프 상태 위치로부터 대략 1 마이크로미터만큼 이동한다.
빔의 횡방향 연장부의 절반만이 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다는 점에 유의하라. 이들 도면에 도시되지 않은 나머지 절반의 작용은 도시된 부분의 것에 대응한다.
도 4는 액추에이션 전압을 25V로부터 0V로 감소시킨 후의 도 2 및 도 3의 빔을 도시한다. 또한, 빔(206)의 실제 형상은 그것의 오리지널 형상인 도 2의 것과 비교하여 도시된다. 명확히 알 수 있는 바와 같이, 빔은 가소성 있게 변형되었고, 그것의 초기 위치로 복귀하지 않는다.
이 작용은 또한 도 5 및 도 6의 양 도면에도 반영되며, 도 2 내지 도 4의 콘텍스트에서 설명되고 시뮬레이션에 사용되는 커패시터 구조물의 개방 커패시턴스 C는 0V에서 25V로 갔다가 0V로 되돌아가는 전압 사이클 동안에 액추에이션 전압 Vact의 함수로서 계산된다. 사이클링의 방향은 도 5 및 도 6의 곡선에서 화살표로 표시된다. 본 개시내용의 경우, 25V의 인가 후에 구조물의 커패시턴스 곡선이 액추에이션 저압의 업-스위프(up-sweep)에 비해 보다 높은 커패시턴스 값으로 이동한다는 것이 가장 중요하다. 이 효과는 최대 액추에이션 전압이 30V인 경우에 보다 강하게 나타난다. 이 경우, 0V로 되돌아간 후, 개방 커패시턴스는 전압 사이클 이전의 대략 1.2 pF과 비교되게 대략 1.8 pF이다.
도 7 및 도 8은 상이한 상태에서 정전기적으로 액추에이트된 이중 청구 빔의 유한 엘리먼트 시뮬레이션의 결과를 다른 증거 개념으로서 도시한다. 도 9는 도 7 및 도 8에 도시된 구성에 대해 도 5 및 도 6의 것과 유사한 도면을 도시한다.
도 7 내지 도 9의 그래픽 표현의 기초가 되는 시뮬레이션의 기본 파라미터는 도 2 내지 도 6에 사용되는 것들과 동일하다. 그러나, 도 2의 경우와는 대조적으로, 이 경우에는, 빔(206)이 초기에 가소성 있게 변형된다는 것을 전제로 한다. 이것은 보다 이전에 설명되었던 프로세싱 또는 동작 조건으로 인한 것일 수 있다. 도 8은 0V에서 25V로 갔다가 0V로 되는 전압 사이클 후의 빔(206)의 위치를 도시한다. 도 8 및 도 4의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 전압 사이클 후의 빔(206)의 가소성 변형은 실질적으로 동일하다. 이것은 전압 사이클 후의 가소성 변형이 초기 가소성 변형과는 독립적인 소정의 범위에까지 이른다는 것을 의미한다. 즉, 빔(206)이 초기에 가소성 있게 변형된 형상이었는지 아닌지의 여부는 최종 가소성 변형에 중요하지 않다. 이러한 효과는 상이한 디바이스들 사이의 제조 공정에서의 변화로 인해 초기 변형의 제거에 대한 기본을 형성한다. 초기 변형이 무엇이었는지에 상관없이, 그들 모두는 적합한 변형 전압을 인가하여 동일한 변형 상태로 될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 전자 디바이스(1000)의 개략적인 도면을 도시한다. 도 10의 개략적인 블록도는 도 1의 실시예를 기초로 하며, 바닥 전극(102) 및 변형 전극(112.1 내지 112.4)과 동일한 스위칭 개요를 사용한다. 또한, 전자 디바이스(1000)는 변형 제어 유닛(1002)을 구비한다. 변형 제어 유닛(1002)은 변형 전극(112.1 내지 112.4)과 접속된다. 그것은 변형 전압을 생성하여 변형 전극(112.1 내지 112.4)에 제공하도록 구성된다.
도 10의 전자 디바이스는 제 1 전극 및 제 2 전극(그래픽 표현의 간소성을 위해 도 10에는 도시되지 않는 제 2 전극으로의 접속부)과 접속되고 그들의 오프 상태 위치, 즉 어떠한 스위칭 전압도 인가되지 않을 때 바닥 전극(102) 및 상부 전극(106)에 의해 형성되는 장치의 오프 상태 커패시턴스에 의존하는 제 1 양을 확인하도록 구성되는 측정 유닛(1004)을 더 포함한다. 변형 전압의 전압 양은 일 실시예에서 고정된 값으로 사전 설정된다. 이 실시예에서는, 측정 유닛(1004)이 요구되지 않는다. 도 10의 전자 디바이스(1000)의 동작은 다음에 도 11을 참조하여 설명될 것이다.
도 11은 전자 디바이스를 동작시키는 방법의 실시예를 도시한다. 도 11의 동작 방법(1100)은 MEMS 디바이스가 동작하는 제 1 단계 1102를 갖는다. 다음 단계 동안, 측정 유닛(1104)은 바닥 전극(102) 및 상부 전극(106)에 의해 형성되는 장치의 오프 상태 커패시턴스에 의존하는 제 1 양을 확인한다. 제 1 양은 예컨대 입력 전압이다. 측정 결과는 단계 1106에서 희망 목표 값과 비교된다. 그것이 목표 값과 같거나 목표 값으로부터 사전 정의된 편차 간격 내에 있다면, MEMS 디바이스의 동작은 단계 1102에서 계속된다. 그것이 목표 값으로부터 벗어난다면, 측정 단계 1104가 반복된 다음인 단계 1108에서 변형 전압이 인가된다. 여전히 목표 값에 도달하지 못한 경우, 목표 전압을 인가하는 단계는 증가된 변형 전압으로 반복될 수 있다. 변형 전압을 인가하는 단계 이후에 목표 값에 도달한 경우, 단계 1102에서 정규 동작이 계속된다.
도 11의 흐름도에 대한 간략한 설명은 다음과 같다.
단계 1102: MEMS 디바이스를 동작시킨다
단계 1104: 개방 커패시턴스를 확인한다
단계 1106: 확인된 개방 커패시턴스 = 목표 ?
단계 1108: 변형 전압을 인가한다
도 12는 조율 디바이스의 실시예를 도시한 개략적인 블록도이다. 도 12의 조율 디바이스는 도 10의 전자 디바이스의 전자 회로의 변형 제어 유닛(1002) 및 측정 유닛(1004) 모두의 기능을 포함하는 변형 제어 유닛(1202)을 갖는다. 그러나, 조율 디바이스는 MEMS 디바이스 또는 전자 디바이스의 제조 동안에 사용되어 상부 전극의 오프 상태를 조율하고 그에 따라 MEMS 디바이스의 개방 커패시턴스 및 입력 전압을 조율하는 별도의 디바이스이다. 변형 제어 유닛에 의해 생성된 변형 전극을 도 10의 전자 디바이스와 같은 패키징된 전자 디바이스의 핀 또는 콘택트 패드에 인가하도록 구성된 출력 유닛(1204)이 제공된다. 제 1 및 제 2 전극의 접속부로서 동작하여 그러한 전극에 전압을 인가하며 입력 전압의 측정 동안 MEMS 디바이스의 응답을 검색하는 대응 입력을 갖는 측정 인터페이스(1206)가 제공된다. 입력 전압에 의해 개방 커패시턴스를 측정한 기능은 도 12의 조율 디바이스에 제공될 필요가 없음에 유의한다. 그것은 또한 생략될 수 있다. 또한 개방 커패시턴스를 측정하는 다른 방법도 있다.
도 13은 전자 디바이스의 제조 방법을 도시한다. 제조 방법(1300)은 MEMS 디바이스 및 전자 디바이스의 전자 회로가 제조되는 제 1 단계 1302를 갖는다. 이것은 알려진 프로세싱 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 단계 1302 이후, 칩 또는 서로 접속된 다수의 칩의 형태로 전자 디바이스가 제공된다. 칩 또는 칩들은 단계 1304에서 패키징된다. 선택적 단계 1306에서, 전자 회로의 개방 커패시턴스 또는 입력 전압이 측정된다. 이 단계에서, 제조된 디바이스는 동작에 조금이라도 적합한지 여부가 판정될 수 있다. 부적합한 디바이스는 단계 1306 후에 선별될 수 있다. 디바이스가 적합한 것으로 판정되면, 그것은 변형 전압을 변형 전극에 인가하는 조율 디바이스에 포워드되어 상부 전극의 오프 상태 위치를 조율한다.
도 13의 방법에 대한 간단한 설명은 다음과 같다.
단계 1302: MEMS 디바이스 및 회로를 제조한다
단계 1304: 패키지
단계 1306: 개방 커패시턴스를 확인한다
단계 1308: 변형 전압을 인가한다
본 발명이 도면 및 전술한 설명에서 상세히 예시되고 설명되었지만, 이러한 예시 및 설명은 제한적인 것이 아니라 예시 또는 실례인 것으로 간주되어야 하며, 본 발명은 개시된 실시예로 제한되지 않는다.
개시된 실시예에 대한 다른 변형물은 도면, 개시 및 첨부한 특허청구범위의 연구로부터 당업자에 의해 이해되고 실시될 수 있다.
특허청구범위에서, "포함하다"라는 용어는 다른 구성요소 또는 단계를 배제하는 것이 아니며, 일 구성요소의 단수 표현은 그러한 구성요소가 다수 개 존재함을 배제하는 것이 아니다. 단일 유닛이 특허청구범위에 인용된 여러가지 항목의 기능을 충족시킬 수도 있다. 소정 측정치가 서로 상이한 종속항에서 인용된다는 단순한 사실이 그러한 측정치들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내 는 것은 아니다.
특허청구범위에서 임의의 참조 기호는 범주를 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
Claims (15)
- 마이크로전자 기계 장치(microelectric-mechanical-system: MEMS) 디바이스(100)로서,기판 상의 제 1 전극(102)과,제 2 전극(106)과,적어도 하나의 변형 전극(112.1 내지 112.4)을 포함하되,상기 제 2 전극(106)은 어떠한 스위칭 힘도 상기 제 2 전극에 인가되지 않는 오프 상태 위치에서 서스펜션 구조물(108)의 도움으로 상기 제 1 전극까지 거리를 두고 서스펜드되고, 상기 제 1 전극을 통한 스위칭 힘의 인가 시에 온 상태 위치로 탄력적으로 스위칭될 수 있으며,상기 제 2 전극(106) 및 상기 서스펜션 구조(108) 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 변형 전극을 통해 상기 제 2 전극 및 상기 서스펜션 구조물 중 적어도 하나에 정전 변형력을 인가할 때 가소성 있게 변형될 수 있는MEMS 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 서스펜션 구조물(108)은 적어도 하나의 스프링(108.1 내지 108.4)을 포함하며,상기 스프링은 상기 적어도 하나의 변형 전극(112.1 내지 112.4)을 통한 상기 변형력의 인가 시에 가소성 있게 변형될 수 있는MEMS 디바이스.
- 제 2 항에 있어서,다수의 스프링(108.1 내지 108.4)은 다수의 변형 전극(112.1 내지 112.4)에 대응하며,상기 스프링 및 상기 변형 전극은 서로에 대해 1대1 구성으로 배치되는MEMS 디바이스.
- 제 2 항에 있어서,상기 스프링은 알루미늄을 포함하는MEMS 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 전극은 열 에너지로의 노출에 의해 낮아질 수 있는 항복 응력(yield stress)을 갖는MEMS 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 적어도 하나의 변형 전극(112.1 내지 112.4)은 상기 제 1 전극(102)과 동일하거나 상기 제 1 전극(102)과 직접 전기 접속되는MEMS 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 서스펜션 구조물과 상기 변형 전극 사이에서 각각의 서스펜션 구조물 아래에 존재하는 틈(clearance)에 도달하는 하나 이상의 돌출부를 포함하는MEMS 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,적어도 하나의 변형 전극에 접속되어 상기 변형 전극을 외부 조율 디바이스(1200)에 접속시키는 적어도 하나의 변형 제어 접촉 구성요소(1006)를 포함하는MEMS 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 각각 접속되며, 그들을 외부 측정 디바이스(1200)에 접속시켜서 오프 상태의 상기 제 1 및 제 2 전극에 의해 형성되는 장치의 오프 상태 커패시턴스에 의존하는 제 1 양을 확인하는 2개의 커패시턴스 측정 접촉 구성요소(1008)를 포함하는MEMS 디바이스.
- 집적 회로(1002, 1004)에 접속된 제 1 항에 따른 MEMS 디바이스를 포함하는전자 디바이스.
- 제 10 항에 있어서,적어도 하나의 변형 전극(112.1 내지 112.4)에 접속되고 변형 전압을 생성하여 상기 적어도 하나의 변형 전극에 제공하도록 구성된 변형 제어 유닛(1002)을 포함하는전자 디바이스.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 접속되고, 오프 상태의 상기 제 1 및 제 2 전극에 의해 형성된 장치의 오프 상태 커패시턴스에 의존하는 제 1 양의 값을 확인하도록 구성된 변형 제어 유닛(1002)을 포함하는전자 디바이스.
- MEMS 디바이스(100)의 서스펜드 전극의 오프 상태 위치를 조율하는 조율 디바이스(1200)로서,사전 결정된 변형 전압을 생성하도록 구성된 변형 제어 유닛(1202)과,외부 MEMS 디바이스(1000)의 외부 변형 제어 접촉 구성요소(1006)에 변형 전압을 제공하도록 구성된 출력 유닛(1204)을 포함하는조율 디바이스.
- 제 1 항의 MEMS 디바이스를 제조하는 방법으로서,상기 제 2 전극을 가소성 있게 변형하기 위해, 제 2 전극이 목표 오프 상태 위치에 도달할 때까지 적어도 하나의 변형 전극에 변형 전압을 인가하는 단계(1308)를 포함하는MEMS 디바이스 제조 방법.
- 제 14 항의 전자 디바이스를 동작시키는 방법(1100)으로서,제 1 양의 목표 값에 도달할 때까지, 적어도 하나의 변형 전극에 변형 전압을 인가하여, 상기 전자 디바이스에 포함되는 MEMS 디바이스의 제 2 전극을 가소성 있게 변형하는 단계(1108)를 포함하는전자 디바이스 동작 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP06125882 | 2006-12-12 | ||
| EP06125882.8 | 2006-12-12 | ||
| PCT/IB2007/054989 WO2008072163A2 (en) | 2006-12-12 | 2007-12-10 | Mems device with controlled electrode off-state position |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090101231A true KR20090101231A (ko) | 2009-09-24 |
| KR101177167B1 KR101177167B1 (ko) | 2012-08-24 |
Family
ID=39512163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020097014579A KR101177167B1 (ko) | 2006-12-12 | 2007-12-10 | Ｍｅｍｓ 디바이스, 전자 디바이스, ｍｅｍｓ 디바이스 제조 방법 및 전자 디바이스 동작 방법 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8149076B2 (ko) |
| EP (1) | EP2121510B1 (ko) |
| JP (1) | JP5084841B2 (ko) |
| KR (1) | KR101177167B1 (ko) |
| CN (1) | CN101558006B (ko) |
| WO (1) | WO2008072163A2 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130092995A (ko) * | 2010-04-23 | 2013-08-21 | 에프코스 아게 | 막을 갖는 멤스 장치 및 그 제조 방법 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013209829B4 (de) * | 2013-05-27 | 2016-04-28 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Optische Struktur mit daran angeordneten Stegen und Verfahren zur Herstellung derselben |
| DE102013209819B4 (de) * | 2013-05-27 | 2018-01-25 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Optische Struktur mit daran angeordneten Stegen und Verfahren zur Herstellung derselben |
| DE102013209814B4 (de) * | 2013-05-27 | 2015-01-22 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Optische Struktur mit daran angeordneten Stegen und Verfahren zur Herstellung derselben |
| DE102013209823B4 (de) * | 2013-05-27 | 2015-10-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Optische Struktur mit daran angeordneten Stegen und Verfahren zur Herstellung derselben |
Family Cites Families (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5289172A (en) | 1992-10-23 | 1994-02-22 | Texas Instruments Incorporated | Method of mitigating the effects of a defective electromechanical pixel |
| US5510156A (en) * | 1994-08-23 | 1996-04-23 | Analog Devices, Inc. | Micromechanical structure with textured surface and method for making same |
| JP3930953B2 (ja) | 1997-10-20 | 2007-06-13 | Ｔｄｋ株式会社 | 光スイッチ及びその製造方法 |
| DE69828430T2 (de) * | 1997-10-21 | 2005-12-15 | Omron Corp. | Elektrostatisches mikrorelais |
| US6127908A (en) * | 1997-11-17 | 2000-10-03 | Massachusetts Institute Of Technology | Microelectro-mechanical system actuator device and reconfigurable circuits utilizing same |
| KR100263891B1 (ko) * | 1997-12-31 | 2000-08-16 | 윤종용 | 가동미러장치 |
| JPH11211482A (ja) | 1998-01-28 | 1999-08-06 | Aisin Seiki Co Ltd | 表面マイクロマシンの電極構造 |
| US6204085B1 (en) * | 1998-09-15 | 2001-03-20 | Texas Instruments Incorporated | Reduced deformation of micromechanical devices through thermal stabilization |
| US6261494B1 (en) * | 1998-10-22 | 2001-07-17 | Northeastern University | Method of forming plastically deformable microstructures |
| US6057520A (en) * | 1999-06-30 | 2000-05-02 | Mcnc | Arc resistant high voltage micromachined electrostatic switch |
| FI111457B (fi) * | 2000-10-02 | 2003-07-31 | Nokia Corp | Mikromekaaninen rakenne |
| SE0101182D0 (sv) * | 2001-04-02 | 2001-04-02 | Ericsson Telefon Ab L M | Micro electromechanical switches |
| WO2003028059A1 (en) * | 2001-09-21 | 2003-04-03 | Hrl Laboratories, Llc | Mems switches and methods of making same |
| US6657525B1 (en) * | 2002-05-31 | 2003-12-02 | Northrop Grumman Corporation | Microelectromechanical RF switch |
| US6718764B1 (en) | 2002-06-28 | 2004-04-13 | Zyvex Corporation | System and method for microstructure positioning using metal yielding |
| JP4182861B2 (ja) * | 2002-12-05 | 2008-11-19 | オムロン株式会社 | 接点開閉器および接点開閉器を備えた装置 |
| US6777765B2 (en) | 2002-12-19 | 2004-08-17 | Northrop Grumman Corporation | Capacitive type microelectromechanical RF switch |
| US7089666B2 (en) | 2003-06-06 | 2006-08-15 | The Regents Of The University Of California | Microfabricated vertical comb actuator using plastic deformation |
| US7432788B2 (en) * | 2003-06-27 | 2008-10-07 | Memscap, Inc. | Microelectromechanical magnetic switches having rotors that rotate into a recess in a substrate |
| FR2858459B1 (fr) * | 2003-08-01 | 2006-03-10 | Commissariat Energie Atomique | Commutateur micro-mecanique bistable, methode d'actionnement et procede de realisation correspondant |
| KR100940206B1 (ko) | 2003-10-24 | 2010-02-10 | 삼성전자주식회사 | 주파수 변조 가능한 공진형 스캐너 |
| JP4109182B2 (ja) * | 2003-11-10 | 2008-07-02 | 株式会社日立メディアエレクトロニクス | 高周波ｍｅｍｓスイッチ |
| US20050161751A1 (en) * | 2004-01-22 | 2005-07-28 | Zyvex Corporation | MEMS device having compact actuator |
| US20050162806A1 (en) | 2004-01-22 | 2005-07-28 | Zyvex Corporation | Thermal plastic deformation of RF MEMS devices |
| US7968364B2 (en) * | 2005-10-03 | 2011-06-28 | Analog Devices, Inc. | MEMS switch capping and passivation method |
| US7453339B2 (en) * | 2005-12-02 | 2008-11-18 | Palo Alto Research Center Incorporated | Electromechanical switch |
| US7936240B2 (en) * | 2007-08-16 | 2011-05-03 | Simon Fraser University | Lithographically controlled curvature for MEMS devices and antennas |
-
2007
- 2007-12-10 JP JP2009540933A patent/JP5084841B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2007-12-10 WO PCT/IB2007/054989 patent/WO2008072163A2/en active Application Filing
- 2007-12-10 KR KR1020097014579A patent/KR101177167B1/ko active IP Right Grant
- 2007-12-10 US US12/518,690 patent/US8149076B2/en active Active
- 2007-12-10 EP EP07859371.2A patent/EP2121510B1/en active Active
- 2007-12-10 CN CN2007800458253A patent/CN101558006B/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130092995A (ko) * | 2010-04-23 | 2013-08-21 | 에프코스 아게 | 막을 갖는 멤스 장치 및 그 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2008072163A3 (en) | 2008-10-23 |
| CN101558006B (zh) | 2012-10-10 |
| KR101177167B1 (ko) | 2012-08-24 |
| US20100025206A1 (en) | 2010-02-04 |
| EP2121510B1 (en) | 2016-04-06 |
| US8149076B2 (en) | 2012-04-03 |
| JP5084841B2 (ja) | 2012-11-28 |
| CN101558006A (zh) | 2009-10-14 |
| WO2008072163A2 (en) | 2008-06-19 |
| EP2121510A2 (en) | 2009-11-25 |
| JP2010512253A (ja) | 2010-04-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101177167B1 (ko) | Ｍｅｍｓ 디바이스, 전자 디바이스, ｍｅｍｓ 디바이스 제조 방법 및 전자 디바이스 동작 방법 | |
| US7106066B2 (en) | Micro-electromechanical switch performance enhancement | |
| US8098120B2 (en) | Spring structure for MEMS device | |
| Harsh et al. | The realization and design considerations of a flip-chip integrated MEMS tunable capacitor | |
| US7800386B2 (en) | Contact device and method for producing the same | |
| WO1999042843A1 (fr) | Capteur d'acceleration a semi-conducteur et son diagnostic automatique | |
| US8704327B2 (en) | Integrated capacitive device having a thermally variable capacitive value | |
| Grichener et al. | High-reliability RF-MEMS switched capacitors with digital and analog tuning characteristics | |
| JP2012509775A (ja) | 電気機械トランスデューサデバイスおよびその製造方法 | |
| Mahameed et al. | RF MEMS capacitive switches for wide temperature range applications using a standard thin-film process | |
| US20130202012A1 (en) | Highly-Reliable Micro-Electromechanical System Temperature Sensor | |
| Lakdawala et al. | Temperature stabilization of CMOS capacitive accelerometers | |
| Lishchynska et al. | Evaluation of packaging effect on MEMS performance: Simulation and experimental study | |
| Papaioannou et al. | Dielectric charging mechanisms in RF-MEMS capacitive switches | |
| Czarnecki et al. | Influence of the substrate on the lifetime of capacitive RF MEMS switches | |
| US8902022B2 (en) | Resonator and method of controlling the same | |
| US20230152573A1 (en) | Mems actuator, mems actuator drive method, and mems actuator control program | |
| Barbato et al. | Preconditioning procedure for the better estimation of the long-term lifetime in microelectromechanical switches | |
| Chen et al. | Packaging of harsh environment MEMS devices | |
| US8842353B2 (en) | Microstructure and method of manufacturing the same | |
| Gray et al. | Electrostatic actuators with expanded tuning range due to biaxial intrinsic stress gradients | |
| Aharon et al. | Hybrid RF-MEMS switches realized in SOI wafers by bulk micromachining | |
| Jha et al. | In-chip device-layer thermal isolation of MEMS resonator for lower power budget | |
| Teverovsky et al. | Reliability evaluation of thermally actuated micromachined relays for space applications | |
| Kim et al. | Advanced MEMS development for high power sensor application |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160801 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170811 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180801 Year of fee payment: 7 |