KR20100041710A - 양방향 마이크로전기기계소자 및 기계적 크리프 감소 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양방향 마이크로전기기계 소자와, 양방향 소자를 포함하는 마이크로전기기계 스위치와, 양방향 소자에서의 기계적 크리프를 감소시키는 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 양방향 마이크로전기기계 소자는 프리 엔드 및 콜드 비임 앵커에 연결되는 제 1 엔드를 갖는 콜드 비임을 포함한다. 콜드 비임 앵커는 기판에 부착된다. 제 1 비임 쌍은 프리 엔드 테더에 의해 콜드 비임에 연결되어 콜드 비임의 온도보다 높은 온도로 가열되면 연장되도록 구성된다. 제 2 비임 쌍은 제 1 비임 쌍으로부터 콜드 비임의 반대측상에 위치되며, 프리 엔드 테더에 의해 제 1 비임 쌍 및 콜드 비임에 연결된다. 제 2 비임 쌍은 높은 온도로 가열되면 연장되도록 구성된다.
Description
본 발명은 전반적으로 마이크로전기기계 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 양방향 마이크로전기기계 소자를 갖는 스위치 또는 중계기와 같은 마이크로전기기계 장치에 관한 것이다.
스위치 또는 중계기와 같은 마이크로전기기계 장치는 종래 전기기계 장치에 대한 대체물로서 사용될 수 있다. 종래 반도체 공정을 사용하여 구성된 마이크로전기기계 장치에 대한 장점은 프로그래밍 가능성 및 크기 감소이며, 이는 폼 팩터(form factor)를 더 작게 하여 전력 소비, 응답 시간 및 비용 감소를 가능하게 한다.
종래 마이크로전기기계 스위치 및 중계기를 사용하는 하나의 애플리케이션은 텔레콤 스위칭 기어이다. 이 애플리케이션에서, 마이크로전기기계 스위치 또는 중계기는 수 주 내지 수 년에 이르는 시간동안 한 위치에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 마이크로전기기계 스위치 및 중계기의 부품에서 발견되는 바와 같이, 외력 하의 금속은 외력이 제거될 때 영구적 변형을 보여준다는 것이 알려져 있다. 이 현상은 기계적 크리프(creep)라고 알려져 있다. 마이크로전기기계 스위치 또는 중계기의 연장된 클로저(extended closures)로부터 발견되는 바와 같이 기계적 크리프에 의해 야기된 변형이 너무 큰 경우, 마이크로전기기계 스위치 또는 중계기는 시간이 지남에 따라 사용 가능하지 않게 될 수 있다.
텔레콤 분야에서 장치의 사용 수명이 15 내지 20년일 것을 요구하는 신뢰성 요구조건을 발견하는 것은 드문 일이 아니다. 텔레콤 분야의 이 요구조건과 금속 마이크로전기기계 스위치 및 중계기에서 고유한 기계적 크리프가 주어진 상황에서, 종래 마이크로전기기계 장치들은 텔레콤 분야에서의 조건을 만족시키지 못할 수 있다.
따라서, 이 기술 분야에서 요구되는 것은 텔레콤 분야에서 발견되는 바와 같은 장기간의 신뢰성 요구조건을 만족시킬 마이크로전기기계 스위치 또는 중계기이다.
일 실시예에서, 본 발명은 양방향 마이크로전기기계 소자를 제공한다. 이 실시예에서, 양방향 마이크로전기기계 소자는 프리 엔드 및 콜드 비임 앵커에 연결되는 제 1 엔드를 갖는 콜드 비임을 포함한다. 콜드 비임 앵커는 기판에 부착된다. 제 1 비임 쌍은 프리 엔드 테더에 의해 콜드 비임에 연결되어 콜드 비임의 온도보다 높은 온도로 가열되면 연장되도록 구성된다. 제 2 비임 쌍은 제 1 비임 쌍으로부터 콜드 비임의 반대측에 위치되고 프리 엔드 테더에 의해 제 1 비임 쌍과 콜드 비임에 연결된다. 제 2 비임 쌍은 높은 온도로 가열되면 연장되도록 구성된다.
다른 실시예에서, 마이크로전기기계 스위치가 제공된다. 이 실시예에서, 마이크로전기기계 스위치는 제 1 프리 엔드 및 제 1 콜드 비임 앵커에 연결되는 제 1 엔드를 갖는 제 1 콜드 비임을 포함하는 단방향 마이크로전기기계 소자를 포함한다. 제 1 콜드 비임 앵커는 기판에 부착된다. 제 1 비임 쌍은 제 1 프리 엔드 테더에 의해 제 1 콜드 비임에 연결되어, 제 1 콜드 비임의 온도보다 높은 온도로 가열되면 연장되도록 구성된다. 제 1 팁은 제 1 콜드 비임의 프리 엔드에 부착된다. 양방향 마이크로전기기계 소자는 단방향 마이크로전기기계 소자에 스위칭 가능하게 결합되며 제 2 콜드 비임 앵커에 연결되는 제 2 프리 엔드 및 제 1 엔드를 갖는 제 2 콜드 비임을 포함한다. 제 2 콜드 비임 앵커는 기판에 부착된다. 제 2 비임 쌍은 제 2 프리 엔드 테더에 의해 제 2 콜드 비임에 연결되어 제 2 콜드 비임의 온도보다 높은 온도로 가열되면 연자오디도록 구성된다. 제 3 비임 쌍은 제 2 비임 쌍으로부터 제 2 콜드 비임의 반대 측에 위치되고 제 2 프리 엔드 테더에 의해 제 2 비임 쌍 및 제 2 콜드 비임에 연결된다. 제 3 비임 쌍은 높은 온도로 가열되면 연장되도록 구성된다.
또 다른 실시예에서, 양방향 소자를 갖는 마이크로전기기계 장치의 기계적 크리프를 만회하는 방법이 제공된다. 이 특정 실시예에서, 이 방법은 양방향 소자를 제 1 방향으로 제 1 위치로 이동시킨 후 양방향 소자가 사전 결정된 양의 시간동안 제 1 위치에 존재했는지를 판단한는 단계를 포함한다. 사전 결정된 양의 시간 동안 제 1 위치에 양방향 소자가 존재했는지를 판단하는 것에 근거하여, 이 방법은 제 1 방향에 반대되는 제 2 위치로 양방향 소자를 제 2 위치로 이동시킴으로써 계속된다.
전술한 바는 본 발명의 개략적인 특징이며 당업자는 이어지는 본 발명의 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해할 것이다. 본 발명의 청구범위의 청구대상을 형성하는 본 발명의 다른 특징들을 이하 설명할 것이다. 당업자는 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위해 다른 구조를 설계 또는 수정하는 기본으로서 개시된 개념과 특정 실시예를 쉽게 사용할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 또한, 당업자는 이러한 균등물이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 보다 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 참조할 것이다.
도 1은 본 발명의 원리에 따라 구성되는 양방향 마이크로전기기계 소자의 일 실시예의 도면을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 원리에 따라 구성되는 양방향 마이크로전기기계 소자의 일 실시예의 도면을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 원리에 따라 구성되는 마이크로전기기계 스위치의 일 실시예의 도면을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 기술을 사용하는 양방향 소자를 사용하여 마이크로전기기계 장치의 기계적 크리프를 만회하는 방법의 일 실시예의 흐름도를 도시하고 있다.
도 1은 콜드 비임(cold beam, 110), 제 1 비임 쌍(120), 제 2 비임 쌍(130) 및 프리 엔드 테더(free and tether, 140)를 포함하는 양방향 마이크로전기기계 소자(100)를 도시하고 있다. 일부 실시예에서, 콜드 비임(110)은 가변 너비, 즉, 뽀족한 비임(tapered beam)을 갖거나 상이한 너비를 갖는 2개 이상의 섹션을 가질 수 있다. 콜드 비임(110)은 콜드 비임 앵커(112) 및 프리 엔드(114)에 접속되는 제 1 엔드를 갖는다. 콜드 비임의 프리 엔드(114)는 종래 수단에 의해 프리 엔드 테더(140)에 부착된다. 콜드 비임 앵커(112)는 종래 수단에 의해 기판(도시 생략)에 부착된다. 콜드 비임(110)은 통상적으로 니켈과 같은 금속으로 구성된다. 양방향 마이크로전기기계 소자(100)의 일부는 기판(도시 생략)의 트렌치 위에 위치된다.
제 1 비임 쌍(120)은 콜드 비임(110)에 평행하며 2개의 평행 부재, 제 1 비임 부재(122) 및 제 2 비임 부재(124)로 구성되는데, 각각 제 1 및 제 2 엔드를 갖는다. 각 평행 부재의 제 1 엔드는 앵커에 부착된다. 제 1 비임 부재(122)의 제 1 엔드는 제 1 앵커(126)에 부착되고 제 2 비임 부재(124)의 제 1 엔드는 제 2 앵커(128)에 부착된다. 제 1 앵커(126) 및 제 2 앵커(128)는 종래 수단에 의해 기판에 부착된다. 제 1 비임 부재(122) 및 제 2 비임 부재(124)의 제 2 엔드는 폐쇄 루프를 형성하도록 접속된다. 제 1 비임 부재(122)와 제 2 비임 부재(124)의 접속 된 제 2 엔드는 종래 수단에 의해 프리 엔드 테더(140)에 부착된다. 제 1 비임 부재(122) 및 제 2 비임 부재(124) 모두 통상적으로 니켈과 같은 금속으로 구성된다.
제 2 비임 쌍(130)은 콜드 비임(110)에 평행하고 2개의 평행 부재, 즉, 제 3 비임 부재(132) 및 제 4 비임 부재(134)로 구성되는데, 각각 제 1 및 제 2 엔드를 갖는다. 각 평행 부재의 제 1 엔드는 앵커에 부착된다. 제 3 비임 부재(132)의 제 1 엔드는 제 3 앵커(136)에 부착되고 제 4 비임 부재(134)의 제 1 엔드는 제 4 앵커(138)에 부착된다. 제 3 앵커(136) 및 제 4 앵커(138)는 종래 수단에 의해 기판에 부착된다. 제 3 비임 부재(132) 및 제 4 비임 부재(134)의 제 2 엔드는 폐쇄 루프를 형성하도록 접속된다. 제 3 비임 부재(132) 및 제 4 비임 부재(134)의 접속된 제 2 엔드는 통상적으로 프리 엔드 테더(140)에 부착된다. 제 3 비임 부재(132) 및 제 4 비임 부재(134) 모두 통상적으로 니켈과 같은 금속으로 구성된다. 다른 실시예에서, 비임 쌍은 콜드 비임 또는 서로에 대해 평행하지 않을 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 비임 부재는 가변 너비, 즉, 뽀족한 비임 부재를 가지거나, 상이한 너비의 2개 이상의 섹션을 가지거나, 상이한 형상/구성을 가질 수 있다.
프리 엔드 테더(140)는 콜드 비임(110)의 프리 엔드(114)와, 제 1 비임 쌍(120)의 제 1 비임 부재(122)와 제 2 비임 부재(124)의 제 2 엔드와, 제 2 비임 쌍(130)의 제 2 비임 부재(132)와 제 4 비임 부재(134)의 제 2 엔드를 기계적으로 결합한다. 프리 엔드 테더(140)는 통상적으로 (흔히 완전히) 유전 물질로 구성된다. 일부 실시예에서, 유전 물질은 "SU-8"과 같은 감광성 물질이다. SU-8은 음 성(negative)의, 에폭시 타입인, (Shell Chemical로부터의) EPON SU-8 에폭시 레진에 기초한 UV 인접 포토레지스트(near-UV photoresist)이다. 설계 요구조건에 따라서 다른 포토레지스트도 사용될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 가능한 다른 적합한 물질은 폴리이미드(polyimide), 스핀 온 글래스(spin on glass) 또는 다른 폴리머를 포함한다. 또한, 다른 물질들을 조합하는 것도 가능하다. 콜드 비임(110) 및 제 1 및 제 2 비임 쌍(120 및 130) 위에 각각 프리 엔드 테더(140)를 제공하는 것이 유리한데, 이는 전술한 물질의 사용을 허용하여, 테더 물질에 보다 나은 유연성과 신뢰성을 제공하기 때문이다.
제 1 비임 쌍(120) 및 제 2 비임 쌍(130) 모두 제 1 비임 부재(122), 제 2 비임 부재(124), 제 3 비임 부재(132) 또는 제 4 비임 부재(134) 중 하나의 제 1 엔드에 스트레인 완화부(strain relief)를 가질 수 있다. 도 1에 도시된 일 실시예에서, 제 1 비임 부재(122)의 제 1 엔드에서의 스트레인 완화부(125) 및 제 4 비임 부재(134)의 제 2 엔드에서의 스트레인 완화부(135)가 존재한다. 이들 스트레인 완화부는 제 1 비임 쌍(120) 및 제 2 비임 쌍(130)의 경직을 감소시킨다. 물론, 스트레인 완화부를 포함하는 다른 구성도 가능하다. 일부 실시예에서, 스트레인 완화부는 다르게 위치되거나 형상되거나 사용되지 않을 수 있다.
또한, 각 비임 쌍(120, 130)은 비임 부재 앵커(126, 128, 136, 138)와 프리 엔드 테더(140) 사이의 비임 쌍(120. 130)을 따른 임의의 곳에 배치되는 적어도 하나의 비임 쌍을 포함할 수 있다. 도 1은, 제 1 비임 쌍(120)이 횡방향으로 배치되며 제 1 비임 부재(122)와 제 2 비임 부재(124)의 제 1 엔드의 종래 수단에 의해 배치되는 비임 쌍 테더(150)를 포함하는 실시예를 도시하고 있다. 또한, 도 1의 실시예는 횡방향으로 배치되며 제 2 비임 쌍(130)의 제 3 비임 부재(132)와 제 4 비임 부재(134)의 제 1 엔드에 통상적으로 배치되는 비임 쌍 테더(152)를 도시하고 있다. 비임 쌍 테더(150. 152)는 프리 엔드 테더(140)에 대해 전술한 바와 같은 통상적인 포토레지스트인 유전 테더이다.
또한, 도 1에 도시된 실시예에서, 적어도 하나의 추가 테더(160)는 횡방향으로 배치되어 제 1 비임 쌍(120), 콜드 비임(110) 및 제 2 비임 부재(130)를 거쳐 배치되는 것이 통상적이며, 프리 엔드 테더(140)와 콜드 비임 앵커(112) 사이에 위치될 수 있다. 또한, 여기서, 추가 테더는 프리 엔드 테더(140) 및 비임 쌍 테더(150, 152)에 대해 전술한 바와 같이 통상적인 포토레지스터이다. 추가 테더(160)는 제 1 비임 쌍(120), 콜드 비임(110) 및 제 2 비임 쌍(130)을 기계적으로 결합하여 편향될 때 서로에 대한 상대적 위치를 유지한다.
팁(170)이 콜드 비임의 프리 엔드(114)에 부착된다. 팁(170)은 통상적으로 금과 같은 도전 금속으로 구성되며 종래 기술을 사용하여 콜드 비임(110)의 프리 엔드(114)에 부착된다. 도 1의 실시예에 도시된 바와 같이, 팁(170)은 단일 프롱(172)을 갖는다. 다른 실시예에서, 팁(170)의 엔드에 하나 이상의 프롱(prong, 172)이 있을 수 있다.
도 2는 양방향 마이크로전기기계 부재(200)를 사용하는 실시예를 도시하고 있는데, 이는 도 1의 양방향 마이크로전기기계 부재(100)와 동일하다. 양방향 부재(200)는 콜드 비임(210), 제 1 비임 쌍(220), 제 2 비임 쌍(230) 및 콜드 비 임(210)과, 제 1 비임 쌍(220)과 제 2 비임 쌍(230)을 기계적으로 결합하는 프리 엔드 테더(240)를 포함한다. 콜드 비임(210), 제 1 비임 쌍(220) 및 제 2 비임 쌍(230)은 도 1의 실시예에 도시된 바와 같이 앵커를 통해 기판(도시 생략)에 통상적으로 부착된다. 제 1 비임 쌍(220) 및 제 2 비임 쌍(230)은 가열되면 연장되도록 구성된다. 어느 비임 쌍이 콜드 비임(210)보다 높은 온도로 가열되면, 기판에 대한 한 엔드에 앵커링되고 기판의 트렌치 위에 위치되며 프리 엔드 테더(240)에 의해 기계적으로 결합되는 양방향 부재(200)가 편향되는데, 이는 가열된 비임 쌍이 콜드 비임(210)보다 많이 확장될 것이기 때문이다.
도 2에 도시된 실시예에서, 제 1 비임 쌍(220)이 콜드 비임(210) 및 제 2 비임 쌍(230)의 온도보다 높은 온도로 가열될 때, 양방향 부재(200)는 화살표(290)로 표시된 방향으로 편향될 것이다. 반대로, 제 2 비임 쌍(230)이 콜드 비임(210) 및 제 1 비임 쌍(220)보다 높은 온도로 가열되면, 양방향 소자(200)는 화살표(280)로 표시되는 방향으로 편향될 것이다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 비임 쌍의 가열은 전류를 비임 쌍의 하나의 비임 부재에 인가하고 다른 것에는 인가하지 않음으로써 달성된다. 예를 들어, 제 1 비임 쌍(220)의 제 1 비임 부재에 인가되고 제 2 비임 부재에는 인가되지 않는 전류는 제 1 비임 쌍(220)이 가열되고 연장되게 할 것이며, 양방향 소자(200)는 화살표(290)로 표시된 방향으로 편향될 것이다(이는 프리 엔드 테더(240)가 콜드 비임(210), 제 1 비임 쌍(220), 제 2 비임 쌍(230)을 기계적으로 결합하고; 콜드 비임(210), 제 1 비임 쌍(220) 및 제 2 비임 쌍(230)은 기판에 앵커링되고; 양방향 부재(200)의 일부가 기판에 평행한 양방향 소자(200) 이동을 허용하는 기판의 트렌치 위에 위치되기 때문이다). 당업자는 양방향 소자(200)가 양방향 소자의 편향이 기판을 향하거나 기판으로부터 멀어지는 면외(out-of-plane) 구성으로 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 3은 마이크로전기기계 스위치(300)의 실시예를 도시하고 있다. 마이크로전기기계 스위치(300)는 도 1에 도시된 실시예의 양방향 소자(100)인 양방향 소자(302) 및 단방향 소자(304)를 포함한다. 마이크로전기기계 스위치(300)는 현재 사용되는 종래 마이크로전기기계 스위치를 교체하기 위해 사용될 수 있다. 종래 마이크로전기기계 스위치의 기능에 추가하여, 마이크로전기기계 스위치(300)는 2개의 래치 위치의 추가된 기능을 포함한다. 또한, 마이크로전기기계 스위치(300)는 기계적 크리프에 대한 보상을 제공한다.
도시된 실시예에서, 단방향 소자(304)는 콜드 비임(310) 및 비임 쌍(320)을 포함한다. 콜드 비임(310)은 콜드 비임 앵커(312) 및 프리 엔드(314)에 접속되는 제 1 엔드를 갖는다. 콜드 비임(310)의 프리 엔드(314)는 통상적으로 프리 엔드 테더(340)에 부착된다. 콜드 비임 앵커(312)는 기판(도시 생략)에 통상적으로 부착된다. 콜드 비임(310)은 통상적으로 니켈과 같은 금속으로 구성된다. 단방향 소자(304)의 일부가 기판(도시 생략)의 트렌치 위에 위치된다.
비임 쌍(320)은 콜드 비임(310)에 평행하고 2개의 부재, 제 1 비임 부재(322) 및 제 2 비임 부재(324)로 이루어지는데, 각각 제 1 및 제 2 엔드를 갖는다. 제 1 비임 부재(322)의 제 1 엔드는 제 1 앵커(326)에 통상적으로 부착되고, 제 2 비임 부재(324)의 제 1 엔드는 제 2 앵커(328)에 통상적으로 부착된다. 제 1 앵커(326) 및 제 2 앵커(328)는 종래 수단에 의해 기판에 부착된다. 제 1 비임 부재(322) 및 제 2 비임 부재(324)의 제 2 엔드는 폐쇄 루프를 형성하도록 접속된다. 제 1 비임 부재(322) 및 제 2 비임 부재(324)의 접속된 제 2 엔드는 종래 수단에 의해 제 1 프리 엔드 테더(340)에 부착된다. 제 1 비임 부재(322) 및 제 2 비임 부재(324) 모두 통상적으로 니켈과 같은 금속으로 구성된다.
프리 엔드 테더(340)는 콜드 비임(310)의 프리 엔드(314)와 제 1 비임 부재(322) 및 제 2 비임 부재(324)의 제 2 엔드를 기계적으로 결합한다. 도 1에 도시된 실시예의 프리 엔드 테더(140)를 사용하여, 프리 엔드 테더(340)는 통상적으로 SU-8와 같은 포토레지스트로 구성된다.
비임 쌍(320)은 제 1 비임 부재(322) 또는 제 2 비임 부재(324) 중 하나의 제 1 엔드에서 스트레인 완화부를 가질 수 있다(도시 생략). 도 1에 도시된 바와 같은 실시예의 스트레인 완화부(135)를 사용하여, 스트레인 완화부(도시 생략)가 비임 쌍(320)의 경직을 감소시킨다. 비임 쌍(320)은 횡방향으로 배치되며 비임 부재 앵커(326, 328)와 프리 엔드 테더(340) 사이의 비임 쌍(320)을 따른 임의의 위치에 종래 수단에 의해 배치되는 적어도 하나의 비임 쌍 테더(350)를 포함할 수 있다. 비임 쌍 테더(350)는 유전 테더(340)에 대해 전술한 바와 같이 통상적으로 포토레지스터이다.
또한, 도 3에 도시된 실시예에서, 적어도 하나의 추가 테더(360)는 횡방향으로 배치되고 콜드 비임(310)의 프리 엔드(314)와 콜드 비임 앵커(312) 사이의 비임 쌍(320)과 콜드 비임(310)을 지나 통상적으로 배치될 수 있다. 또한, 여기서, 추 가 데터(360)는 프리 엔드 테더(340)에 대해 전술한 바와 같이 통상적으로 포토레지스트이다.
콜드 비임(310)의 프리 엔드(314)에 제 1 팁(370)이 부착된다. 제 1 팁(370)은 통상적으로 금과 같은 도전성 금속으로 구성되며, 종래 기술을 사용하여 콜드 비임(310)의 프리 엔드(314)에 부착된다. 제 1 팁(370)은 2개의 프롱(372)을 갖는다. 다른 실시예에서, 제 1 팁 소자(370)의 엔드에 하나의 프롱(372) 또는 다수의 프롱(372)이 존재할 수 있다. 제 1 팁 소자는 양방향 마이크로전기기계 소자(302)의 제 2 팁 소자(376)를 사용하여 스위칭 가능하게 결합 가능하다.
도 2에서 설명된 실시예에 유사하게, 단방향 소자(304)의 비임 쌍(320)은 가열되면 연장되도록 구성된다. 비임 쌍(320)이 콜드 비임(310)보다 높은 온도로 가열되면, 기판으로의 한 엔드에 앵커링되고 기판의 트렌치 위에 위치되며 유전 테더(340)에 의해 기계적으로 결합되는 단방향 부재(304)는 편향될 것인데, 이는 가열된 비임 쌍(320)이 콜드 비임(310)보다 크게 확장될 것이기 때문이다. 비임 쌍(320)이 콜드 비임(310)보다 높은 온도로 가열되면, 단방향 기계적 부재(304)는 양방향 소자(302)로부터 멀어지는 방향으로 편향될 것이다. 비임 쌍(320)의 가열은 제 1 비임 쌍(320)의 제 1 비임 부재(322)로 전류를 인가하고 제 2 비임 부재(324)에는 인가하지 않음으로써 비임 쌍(320)이 가열되고 연장되게 한다.
일부 실시예에서, 양방향 소자(302)는 면외 구성으로 구현될 수 있다. 이들 실시예에서, 양방향 소자(302)는 기판에 평행하지 않고 기판쪽을 향하거나 기판으로부터 멀어지는 방향으로 이동한다. 이들 실시예로부터, 양방향 소자(302)는 단 방향 소자(304)에 스위칭 가능하게 결합가능하지 않을 것이며, 상이한 평면에 존재할 수 있는 콘택트로 스위칭될 것이다. 예를 들어, 콘택트는 기판 또는 기판 위에 층에 존재할 수 있다. 또한, 이들 실시예에서, 인접한 기계적으로 결합되고 가열된 비임 쌍으로부터의 확장뿐만 아니라, 콜드 비임을 이동시키는 메커니즘은 정전기 또는 용량성 메커니즘과 같은 다른 메커니즘일 수 있다. 본 발명에 따라 구성되는 양방향 소자는 Gabriel M. Rebeiz 등의 2001년도 12월 IEEE Microwave Magazine에 수록된"RF MEMS Switches and Switch Circuits"라는 제목의 기사에 개시된 바와 같은 RF 마이크로전기기계 스위치에서 사용될 수 있으며, 이 기사를 본 명세서에서 전체적으로 참조한다.
도 4는 본 발명의 원리에 따라 수행되는, 양방향 소자(400)를 사용하여 마이크로전기기계 장치에서 변형을 감소시키는 방법의 일 실시예를 도시하고 있다. 이 방법(400)은 양방향 소자를 사용하여 마이크로전기기계 장치에서 변형을 감소시키는 의도를 갖는 단계(405)로부터 시작한다.
시작 후, 단계(410)에서 마이크로전기기계 장치의 단방향 소자에 전류가 인가되어 초기 위치로부터 멀어지는 방향으로 단방향 소자를 이동시킨다. 단방향 소자의 비임 쌍에 전류가 인가되어 초기 위치로부터 마이크로전기기계 장치의 양방향 소자로부터 멀어지는 방향으로 단방향 소자의 콜드 비임을 이동시킨다. 전류가 단방향 소자에 인가되고 초기 위치로부터 멀어지게 이동된 후, 단계(415)에서 마이크로전기기계 장치의 양방향 소자에 전류가 인가되어 초기 위치로부터 멀어지는 제 1 방향으로 제 1 위치로 이동시킨다. 이 전류는 양방향 소자의 비임 쌍에 인가되어 초기 위치로부터 양방향 소자의 콜드 비임을 이동시킬 수 있다. 그 후, 초기 위치로 복귀할 수 있도록 단방향 소자로의 전류가 중단된다. 이는 단방향 소자의 비임 쌍으로부터 전류를 제거함으로써 달성될 수 있다. 일단 단방향 소자로의 전류가 중단되어 초기 위치로 다시 이동시키면, 단계(425)에서 마이크로전기기계 장치의 양방향 소자로의 전류가 중단된다. 이는 양방향 소자의 비임 쌍으로부터 전류를 제거함으로써 달성될 수 있다.
단계(425)에서 양방향 소자로의 전류가 중단된 후, 양방향 소자는 초기 위치로 다시 이동하려한다. 그러나, 단방향 소자의 팁의 프롱은 양방향 소자의 팁의 프롱을 접촉시킴으로써 초기 위치로 양방향 소자가 초기 위치로 복귀하는 것을 방지한다. 전류가 인가되었을 때 이동된 양방향 소자의 프롱은 양방향 소자가 초기 위치로 복귀하는 것을 방지하는 양방향 소자의 프롱에 접촉한다. 이 위치에서, 양방향 소자가 변형되고 단방향 소자와 양방향 소자 사이에 전기 접촉이 형성된다. 단방향 소자의 프롱, 팁 및 콜드 비임은 전기적으로 도전성이며 양방향 소자의 수평으로 이동되며 전기적으로 도전성인 프롱, 팁 및 콜드 비임과 접촉한다. 이 위치에서, 마이크로전기기계 장치를 통해 전기 신호를 전송할 수 있는 도전 경로가 형성된다.
텔레콤 애플리케이션과 같은 많은 애플리케이션에서, 스위치 또는 중계기와 같은 마이크로전기기계 장치는 대략 수 주 내지 수 개월의 연장된 기간동안에 폐쇄된 위치에 유지될 필요가 없을 수 있다. 충분한 시간 동안의 외력 하의 금속은 외부력이 제거될 때 기계적 크리프를 야기하는 영구적 변형을 보여준다는 것이 알려 져 있다. 스위치 또는 중계기와 같은 통상적인 마이크로전기기계 장치에서, 스위치 소자가 동작하기 위해 이동해야 하는 전체 거리는 대략 수 마이크론일 수 있다. 마이크로전기기계 장치가 충분한 시간 동안 한 위치에서 유지되는 경우, 기계적 크리프로 인한 스위치 소자의 이동은 대략 3-4 마이크론이며 마이크로전기기계 장치를 동작 불능으로 하기에 충분히 클 수 있다. 이와 같이, 사전 결정된 시간은 최대 시간에 기초하여 수립되어 마이크로전기기계 장치가 동작 불능이 되기 전에 양방향 부재를 한 위치에 유지할 수 있다. 따라서, 방법(400)은 단계(430)로 진행하여 마이크로전기기계 스위치가 사전 결정된 시간 동안에 한 위치에 유지되었는지를 판단한다. 마이크로전기기계 스위치를 동작 불가능하게 하기에 충분한 양을 변형하기 전에 마이크로전기기계 스위치의 양방향 부재가 한 위치에 유지될 수 있는 사전 결정된 시간은 이력 데이터 및 많은 요인에 기초하는데, 예를 들어, 마이크로전기기계 스위치의 설계, 가령, 스위치 소자가 이동해야 하는 전체 거리, 양방향 소자 및 단방향 소자를 구성하는 재료, 양방향 소자 및 단방향 소자 부품의 크기 등과, 마이크로전기기계 장치의 주변 온도에 기초한다. 당업자는 양방향 소자를 한 위치에 유지하기 위해 최대 시간의 결정에 도움이 될 수 있는 다른 파라미터가 존재한다는 것을 이해할 것이다. 마이크로전기기계 스위치와 관련되는 제어기는 마이크로전기기계 스위치와 관련되는 전술한 파라미터를 저장하거나 액세스할 수 있고, 언제 사전 결정된 시간이 발생했는지를 결정할 수 있다. 제어기는 마이크로전기기계 스위치의 단방향 소자 및 양방향 소자에 전기적으로 연결되는 종래 장치일 수 있다.
결정 단계(430)에서, 스위치가 사전 결정된 시간 동안에 한 위치에서 유지된 경우, 이 방법은 단계(435)로 이동하는데, 여기서 전류가 단방향 소자에 인가되어 초기 위치와 양방향 소자로부터 멀어지는 방향으로 이동시킨다. 일부 실시예에서, 양방향 소자에 전류가 인가되어 단계(435)로 이동하기 전에 단방향 소자와의 브레이크 콘택트를 도울 수 있다. 스위치가 사전 결정된 시간 동안 하나의 위치에 유지되지 않는 경우, 이 방법(400)은 단계(430)로 복귀한다. 일단 단방향 소자로의 전류가 인가되어 초기 위치로부터 멀리 이동하면, 단계(440)에서 전류가 인가되어 양방향 소자를 반대 방향으로 이동시키고 단방향 소자의 프롱을 건너 팁 소자의 제 1 프롱 반대로 수평적으로 이동된 팁 소자의 제 2 프롱을 이동시킨다. 일단 양방향 소자에 전류가 인가되면, 단계(445)에서 단방향 소자로의 전류는 중단되고 단방향 소자가 초기 위치로 복귀할 수 있게 한다.
단계(445)에서 단방향 소자로의 전류가 중단된 후, 단계(450)에서 양방향 소자로의 전류가 중단된다. 단계(425)에서와 같이, 양방향 소자는 초기 위치로 다시 이동하려 한다. 다시, 단방향 소자의 팁의 프롱은 양방향 소자가 초기 위치로 복귀하는 것을 방지하며, 이 때 양방향 소자의 팁 소자의 제 1 프롱에 대해 수평적으로 이동된 양방향 소자의 팁 소자의 제 2 프롱이 단방향 소자의 팁 소자의 프롱에 접촉하여, 양방향 소자의 이동을 정지시킨다. 이 위치에서, 양방향 소자는 반대 방향으로 변형되며 이전 위치에서 충분한 시간 동안 유지되는 경우에 양방향 부재에서 유도된 기계적 크리프를 만회할 것이다. 이전과 같이, 양방향 소자의 콜드 비임, 팁 및 프롱과 단방향 소자의 콜드 비임, 팁 및 프롱은 전기적으로 연결되어 마이크로전기기계 장치를 통해 전기 신호를 전달하는 회로를 구성한다.
양방향 소자를 반대 위치로 이동시킨 후, 이 방법(400)은 단계(430)로 복귀하고 이전과 같이 계속된다. 소자의 장기간 변형으로부터 유도되는 기계적 크리프의 동일한 만회를 달성하기 위한 단방향 소자 및 양방향 소자의 팁의 프롱의 다른 구성은 본 발명의 범위 내에 존재하지만 본 명세서에서는 설명하지 않는다.
본 발명을 상세히 설명하였지만, 당업자는, 가장 넓은 형태의 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변경, 대체 및 변형할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
Claims (10)
- 프리 엔드(free end) 및 기판에 부착되는 콜드 비임 앵커(cold beam anchor)에 연결되는 제 1 엔드를 갖는 콜드 비임과,프리 엔드 테더(free end tether)에 의해 상기 콜드 비임에 연결되어 상기 콜드 비임의 온도보다 높은 온도로 가열되면 연장되도록 구성되는 제 1 비임 쌍과,상기 제 1 비임 쌍으로부터 상기 콜드 빔의 반대측에 위치되며 상기 프리 엔드 테더에 의해 상기 제 1 비임 쌍 및 상기 콜드 비임에 연결되는 제 2 비임 쌍을 포함하되,상기 제 2 비임 쌍은 상기 높은 온도로 가열되면 연장되는양방향 마이크로전기기계 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 비임 쌍은 제 1 앵커에 연결되는 제 1 엔드를 갖는 제 1 비임 부재와, 제 2 앵커에 접속되는 제 1 엔드를 갖는 제 2 비임 부재를 포함하며,상기 제 1 및 제 2 앵커는 상기 기판에 부착되고,상기 제 1 비임 부재는 상기 제 2 비임 부재의 제 2 엔드에 연결되는 제 2 엔드를 갖는양방향 마이크로전기기계 소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 비임 부재는 상기 제 1 엔드에서의 스트레인 완화부(strain releif)를 더 포함하는양방향 마이크로전기기계 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 비임 부재 위에 횡방향으로 배치되는 적어도 하나의 비임 쌍 테더(beam pair tether)를 더 포함하는양방향 마이크로전기기계 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 비임 쌍과 상기 콜드 비임 위에 횡적으로 배치되는 적어도 하나의 추가 테더를 더 포함하되,상기 적어도 하나의 추가 테더는 상기 프리 엔드 테더와 상기 콜드 비임 앵커 사이에 위치되는양방향 마이크로전기기계 소자.
- 기판에 부착되는 제 1 콜드 비임 앵커에 접속되는 제 1 프리 엔드 및 제 1 엔드를 갖는 제 1 콜드 비임과,제 1 프리 엔드 테더에 의해 상기 제 1 콜드 비임에 연결되어 상기 제 1 콜드 비임의 온도보다 높은 온도로 가열되면 연장되도록 구성되는 제 1 비 임 쌍과,상기 제 1 콜드 비임의 상기 제 1 프리 엔드에 부착되는 제 1 팁을 포함하는 단방향 마이크로전기기계 소자와,상기 기판에 부착되는 상기 제 2 콜드 비임 앵커에 연결되는 제 2 프 리 엔드 및 제 1 엔드를 갖는 제 2 콜드 비임과,제 2 프리 엔드 테더에 의해 상기 제 2 콜드 비임에 연결되어 상기 제 2 콜드 비임의 온도보다 높은 온도로 가열되면 연장되도록 구성되는 제 2 비 임 쌍과,상기 제 2 비임 쌍으로부터 상기 제 2 콜드 비임의 반대측에 위치되 고, 상기 제 2 프리 엔드 테더에 의해 상기 제 2 비임 쌍과 상기 제 2 콜드 비임에 연결되며, 상기 높은 온도로 가열되면 연장되도록 구성되는 제 3 비 임 쌍을 포함하며, 상기 단방향 마이크로전기기계 소자에 스위칭 가능하게 연결되는 양방향 마이크로전기기계 소자를 포함하는마이크로전기기계 스위치.
- 양방향 소자를 갖는 마이크로전기기계 장치에서 기계적 크리프(creep)을 감소시키는 방법으로서,양방향 소자를 제 1 방향으로 제 1 위치로 이동시키는 단계와,상기 양방향 소자가 사전 결정된 시간양 동안에 상기 제 1 위치에 존재했는지를 판단하는 단계와,상기 판단에 근거하여, 상기 양방향 소자를 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 제 2 위치로 이동시키는 단계를 포함하는기계적 크리프 감소 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 양방향 소자를 상기 제 1 방향으로 이동시키기 전에, 초기 위치로부터 상기 마이크로전기기계 장치의 단방향 소자를 이동시키는 단계와,상기 양방향 소자를 상기 제 1 위치로 이동시킨 후, 상기 마이크로전기기계 장치의 단방향 소자를 상기 초기 위치로 이동시키는 단계를 더 포함하는기계적 크리프 감소 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 양방향 소자를 상기 제 1 위치로 이동시키는 단계는, 제 1 비임 쌍에 전류를 인가하는 단계와,상기 양방향 소자를 상기 제 2 위치로 이동시키는 단계는, 제 2 비임 쌍에 전류를 인가하는 단계를 포함하는기계적 크리프 감소 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 판단하는 단계는,이력 데이터와,상기 양방향 소자의 구성과,상기 양방향 소자의 설계와,상기 마이크로전기기계 장치의 주변 온도로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 파라미터에 근거하는기계적 크리프 감소 방법.
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