마이크로전자기계 및 다른 시스템에 사용을 위한 스위치，및 이를 제작하기 위한 공정

마이크로전자기계 및 다른 시스템에 사용을 위한 스위치，및 이를 제작하기 위한 공정{SWITCHES FOR USE IN MICROELECTROMECHANICAL AND OTHER SYSTEMS, AND PROCESSES FOR MAKING SAME}

본 발명의 배열은 광대역 외팔보 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 스위치와 같은, 스위치에 관한 것이다.

광대역 위성 통신 시스템과 같은 통신 시스템은 300 MHz(UHF 대역) 내지 300 GHz(mm-파 대역)의 어느 곳에서든지 흔히 동작한다. 그러한 실시예는 TV 방송(UHF 대역), 랜드 모바일(UHF 대역), 위성 위치 확인 시스템(GPS)(UHF 대역), 기상(C 대역), 및 위성 TV(SHF 대역)를 포함한다. 이들 대역의 대부분이 모바일 및 고정 위성 통신에 열려 있다. 더 높은 주파수 대역은 일반적으로 더 높은 데이터 속도를 산출하는 더 큰 대역폭이 따른다. 이러한 유형의 시스템에 사용된 스위칭 디바이스는 이러한 초고주파수에서, 상대적으로 작은 손실, 예를 들어, 1 데시벨(dB)보다 작은 삽입 손실로 동작할 필요가 있다.

모놀리식 마이크로파 집적 회로(MMIC) 및 MEMS 스위치와 같은 소형 스위치는 특히 위성 기반 어플리케이션에서 그러한 시스템의 부품 상에 부과된 엄격한 크기 제한으로인해 광대역 통신 시스템에서 흔히 사용된다. 현재, 최상급 스위치는 대략적으로 0.8dB의 삽입 손실, 대약적으로 17dB의 복귀 손실, 및 대략적으로 40dB의 차단 레벨과 같은 누적 속성으로 20GHz에서 동작한다.

3차원 미세구조는 순차적인 빌드 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제7,012,489호 및 제7,898,356호는 동축 도파관 미세구조를 제조하기 위한 방법을 설명한다. 이러한 공정은 종래의 박막 기술에 대안을 제공하지만, 또한 소형 스위치와 같은 다양한 디바이스의 유리한 실행에 대한 효과적인 사용을 포함하는 새로운 설계 도전을 나타낸다.

본 발명의 목적은 소형 스위치와 같은 다양한 디바이스의 유리한 실행에 대한 효과적인 사용을 포함하는 새로운 설계를 제공하는 것이다.

스위치의 실시예는 전기적으로 도전성인 접지 하우징, 및 접지 하우징 내에 유지되고 그로부터 절연된 제 1 전기 도전체를 포함한다. 스위치는 전기적으로 도전성인 제 2 하우징, 및 제 2 하우징 내에 유지되고 그로부터 절연된 제 2 전기 도전체를 더 포함한다. 스위치는 또한 제 3 전기 도전체가 제 1 및 제 2 전기 도전체로부터 절연되는 제 1 위치와, 제 3 전기 도전체가 제 1 및 제 2 전기 도전체와 접촉하는 제 2 위치 사이에서 이동하도록 구성된 제 3 전기 도전체를 가진다. 스위치는 전기적으로 도전성인 베이스 및 베이스에 의해 제한된 제 1 단부를 갖는 전기적으로 도전성인 아암을 더 가진다. 제 3 전기 도전체는 아암에 의해 지지되고, 아암은 편향함으로써 제 1 및 제 2 위치 사이에서 제 3 전기 도전체가 이동하도록 동작한다.

본 발명은 소형 스위치와 같은 다양한 디바이스의 유리한 실행에 대한 효과적인 사용을 포함하는 새로운 설계를 제공한다.

실시예는 다음의 도면을 참조하여 설명될 것이고, 동일한 번호는 도면에 걸쳐 동일한 아이템을 나타내며 그리고 여기서:
도 1은 각각의 개방 위치에서 스위치의 접촉탭을 나타내는, MEMS 스위치의 상부 사시도이고;
도 2는 도시의 명백함을 위해, 하우징의 상부층이 미도시된, 도 1에 도시된 스위치의 접지 하우징의 상부 사시도이며;
도 3a는 각각의 개방 위치에서 접촉탭을 나타내는, 도 1에서 "A"로 지시된 영역의 확대도이고;
도 3b는 폐쇄 위치에서 접촉탭 중 하나를 나타내는, 도 1에서 "A"로 지시된 영역의 확대도이며;
도 4a는 개방 위치에서 접촉탭 중 하나를 나타내는, 도 1에서 "B"로 지시된 영역의 확대도이고;
도 4b는 폐쇄 위치에서 접촉탭 중 하나를 나타내는, 도 1에서 "B"로 지시된 영역의 확대도이며;
도 5 및 도 6은 도 1에 "C"로 지시된 영역의 확대도이고;
도 7은 도 1에 "D"로 지시된 영역의 확대도이며;
도 8은 스위치의 층 구조를 나타내는, 도 1-7에 도시된 스위치의 측면도이고;
도 9a, 10a, 11a, 12a, 13a, 14a, 15a, 16a, 17a, 18a, 19a, 및 20a는 제작의 다양한 단계 동안 도 1-8에 도시된 스위치의 부분을 나타내는, 도 1의 라인 "EE"를 통해 취해진, 횡단면도이며; 그리고
도 9b, 10b, 11b, 12b, 13b, 14b, 15b, 16b, 17b, 18b, 19b, 및 20b는 제작의 다양한 단계 동안 도 1-8에 도시된 스위치의 부분을 나타내는, 도 1의 라인 "FF"를 통해 취해진, 횡단면도이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 도면은 축적에 따라 그려지지 않고 그들은 단지 즉각적으로 본 발명을 도시하도록만 제공된다. 본 발명의 여러 측면은 도시를 위해 예시적인 어플리케이션을 참조하여 아래에 설명된다. 다양한 특정 세부사항, 관계, 및 방법은 본 발명의 완전한 이해를 제공하도록 제시된다는 것이 이해될 수 있다. 그러나 해당 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 특정 세부사항 중 하나 이상 없이 또는 다른 방법으로 실시될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 달리 말해서, 공지된 구조 또는 동작은 본 발명을 모호하게 하는 것을 피하도록 구체적으로 도시되지 않는다. 본 발명은 일부 동작이 다른 순서로 그리고/또는 다른 동작 또는 이벤트와 동시에 발생할 수 있기 때문에 도시된 동작 또는 이벤트의 순서에 의해 제한되지 않는다. 또한 모든 도시된 동작 또는 이벤트가 본 발명에 따른 방법론을 실행하도록 요구되는 것은 아니다.

도면은 MEMS 스위치(10)를 나타낸다. 스위치(10)는 스위치(10)에 전기적으로 연결된 제 1 전자 부품(미도시)과, 네 개의 다른 전자 부품(역시 미도시) 사이에서 전기 접촉을 선택적으로 확립하고 확립해제할 수 있다. 스위치(10)는 대략적으로 1mm의 최대 높이("z" 크기); 대략적으로 3mm의 최대 폭("y" 크기); 및 대략적으로 3mm의 최대 길이("x" 크기)를 가진다. 스위치(10)는 예시적인 목적을 위해서만 이러한 특정 크기를 갖는 MEMS 스위치로서 설명된다. 스위치(10)의 대안적인 실시예는 크기, 무게, 및 파워(SWaP) 요구사항을 포함하는 특정 어플리케이션의 요구사항에 따라 스케일 업 또는 다운될 수 있다.

스위치(10)는 도 1 및 도 8에 도시된 바와 같이 실리콘(Si)과 같은 유전체로부터 형성된 기판(12)을 포함한다. 기판(12)은 대안적인 실시예에서 유리, 실리콘-게르마늄(SiGe), 또는 갈륨비소(GaAs)와 같은 다른 물질로부터 형성될 수 있다. 스위치(10)는 또한 기판(12) 상에 배치된 접지 평면(14)을 포함한다. 스위치(10)는 구리(Cu)와 같은 전기적으로 도전성인 물질의 다섯 개의 층으로부터 형성될 수 있다. 각각의 층은 예를 들어, 대략적으로 50㎛의 두께를 가질 수 있다. 접지 평면(14)은 전기적으로 도전성인 물질의 제 1 또는 최하위층의 일부이다. 전기적으로 도전성인 물질층의 수는 어플리케이션 의존적이고, 설계의 복잡성, 다른 디바이스의 하이브리드 또는 모놀리식 집적화, 스위치(10)의 전체 높이("z" 크기), 각각의 층 두께 등과 같은 인자에 따라 변할 수 있다.

스위치(10)는 입력 포트(20)를 포함한다. 입력 포트(20)는 제 1 전자 디바이스(미도시)에 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(10)는 또한 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 출력 포트(22); 제 2 출력 포트(24); 제 3 출력 포트(26); 및 제 4 출력 포트(28)를 포함한다. 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 출력 포트(22, 24, 26, 28)는 각각의 제 2, 제 3, 제 4, 및 제 5 전자 디바이스(미도시)에 전기적으로 연결될 수 있다. 아래에 논의된 바와 같이, 입력 포트(20)는 허브(50) 및 각각의 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 출력 포트(22, 24, 26, 28)의 부분으로 그리고 그것과의 접촉에서 벗어나 이동하는 접촉탭(52)의 형태로 전기적으로 도전성인 허브(50)를 통해, 그리고 전기 도전체를 통해 선택 바이어스 상의 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 출력 포트(22, 24, 26, 28)에 전기적으로 연결된다.

입력 포트(20)는 접지 평면(14) 상에 배치된 접지 하우징(30)을 포함한다. 접지 하우징(30)은 도 2 및 도 8에 도시된 바와 같이, 전기적으로 도전성인 물질의 제 2 내지 제 5층의 부분으로부터 형성된다. 접지 하우징(30)은 위로부터 조망될 때 실질적으로 직사각형 형상을 가진다. 접지 하우징(30) 및 접지 평면(14)의 기저부는 도 2에 도시된 바와 같이, 실질적으로 "x" 방향으로 연장하는 제 1 내부 채널(32)을 규정한다.

입력 포트(20)는 실질적으로 직사각형 횡단면을 갖는 전기적으로 도전성인 내부 도전체(34)를 더 포함한다. 내부 도전체(34)는 전기적으로 도전성인 물질의 제 3층의 부분으로서 형성된다. 내부 도전체(34)는 도 2 및 도 5-8에 도시된 바와 같이 채널(32) 내에 위치된다. 내부 도전체(34)의 제 1 단부(38a)는 채널(32)의 제 1 단부에 위치된다. 내부 도전체(34)의 제 2 단부(38b)는 채널(32)의 제 2 단부에 위치된다. 하이브리드 집적화를 위한 방법은 와이어 본딩 및 플립 칩 본딩을 포함한다.

내부 도전체(34)는 도 2에 도시된 바와 같이, 절연 탭(37) 상의 채널(32) 내에 유지된다. 아래에 논의된 바와 같이 스위치(10)의 제조 동안 희생 저항을 용해시키도록 사용된 용매에 의해 공격되지 않는다면, 탭(37)은 폴리에틸렌, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리이미드, 벤조시클로부텐, SU8, 등과 같은 유전체로부터 형성된다. 탭(37)은 각각 예를 들어, 대략적으로 15㎛의 두께를 가질 수 있다. 각각의 탭(37)은 폭, 즉, 채널(32)의 x-방향 크기의 범위에 있다. 각각의 탭(37)의 단부는 접지 하우징(30)의 측면을 형성하는 전기적으로 도전성인 물질의 제 2 및 제 3층의 부분 사이에 샌드위치된다. 내부 도전체(34)는 에어 갭(42)에 의해 접지 하우징(30)의 내부 표면에 의해 둘러싸이고, 그로부터 떨어져 이격된다. 에어 갭(42)은 접지 하우징(30)으로부터 내부 도전체(34)를 절연하는 유전체로서 작용한다. 송신 라인 구성의 유형은 흔히 "렉타-코액스"로 알려져 있고, 그 외에 마이크로-코액스로 공지되어 있다.

허브(50)는 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 실질적으로 원통형 접촉부(56), 및 접촉부(56)에 인접하고 그로부터 연장하는 전환부(58)를 포함한다. 허브(50)는 기판(12) 상에 배치되고, 전기적으로 도전성인 물질의 제 1, 제 2, 및 제 3층의 부분으로부터 형성된다. 전기적으로 도전성인 물질의 제 1층에 대응하는 허브(50)의 부분은 접지 평면(14)으로부터 절연된다. 접촉부(56)는 또한 전기적으로 도전성인 물질의 제 3층의 일부로부터 형성된다. 접촉부(56)는 도 7에 도시된 바와 같이 전환부(58)를 통해 입력 포트(20)의 제 1 내부 도전체(34)에 인접하고, 따라서 그것에 영구적으로 연결된다.

제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 출력 포트(22, 24, 26, 28)는 실질적으로 동일하다. 따라서 제 1 출력 포트(22)의 다음의 설명은 달리 언급되지 않는다면 제 2, 제 3, 및 제 4 출력 포트(24, 26, 28)에 동일하게 적용한다.

제 1 출력 포트(22)는 접지 평면(14) 상에 배치된 접지 하우징(60)을 포함한다. 접지 하우징(60)은 입력 포트(20)의 접지 하우징(30)에 인접한다. 접지 하우징(60)은 전기적으로 도전성인 물질의 제 2 내지 제 5 층의 부분으로부터 형성된다. 접지 하우징(60)은 도 1에 도시된 바와 같이 위로부터 조망될 때 실질적으로 L 형상이 된다. 접지 하우징(60) 및 접지 평면(14)의 기저부는 도 2에 도시된 바와 같이, 실질적으로 "x" 방향으로 연장하는 내부 채널(62)을 정의한다.

제 1 출력 포트(22)는 실질적으로 직사각형 횡단면을 갖는 전기적으로 도전성인 내부 도전체(64)를 더 포함한다. 내부 도전체(64)는 전기적으로 도전성인 물질의 제 3층의 부분으로서 형성된다. 내부 도전체(64)는 도 2에 도시된 바와 같이, 채널(62) 내에 위치된다. 내부 도전체(64)의 제 1 단부(68a)는 채널(62)의 제 1 단부에 위치된다. 내부 도전체(64)의 제 2 단부(68b)는 채널(62)의 제 2 단부에 위치된다.

내부 도전체(64)는 도 2에 도시된 바와 같이, 입력 포트(20)의 내부 도전체(34)와 실질적으로 동일한 방식으로 절연탭(37) 상의 채널(62) 내에 유지된다. 내부 도전체(64)는 에어 갭(62)에 의해 접지 하우징(60)의 내부 표면에 의해 둘러싸이고, 그로부터 떨어져 이격된다. 에어 갭(62)은 접지 하우징(60)으로부터 내부 도전체(64)를 절연하는 유전체로서 작용한다.

제 2 출력 포트(24)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 출력 포트(22)의 것에 실질적으로 수직인 배향을 가진다. 제 3 출력 포트(26)는 제 1 출력 포트(22)의 것과 실질적으로 반대인 배향을 가진다. 제 4 출력 포트(28)는 제 2 출력 포트(24)의 것과 실질적으로 반대인 배향을 가진다.

스위치(10)는 제 1 액추에이터(70); 제 2 액추에이터(72); 제 3 액추에이터(74); 및 제 4 액추에이터(76)를 더 포함한다. 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 액추에이터(70, 72, 74, 76)는 각각의 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 출력 포트(22, 24, 26, 28)와 연관된다. 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 액추에이터(70, 72, 74, 76)는 실질적으로 유사하다. 제 1 액추에이터(70)의 다음의 설명은 또한 달리 지시되는 곳을 제외하고, 제 2, 제 3, 및 제 4 액추에이터(72, 74, 76)에 적용한다.

제 1 액추에이터(70)는 도 1 및 도 8에 도시된 바와 같이, 기판(12) 상에 배치된 전기적으로 도전성인 베이스(80)를 포함한다. 제 1 액추에이터(70)는 아암(82a)을 더 포함한다. 아암(82a)은 도 1 및 도 4a-5b에 도시된 바와 같이, 베이스(80)에 인접한 전기적으로 도전성인 제 1 부분(86), 및 제 1 부분(86)에 인접한 전기적으로 도전성인 제 2 부분(88)을 포함한다. 아암(82a)은 제 2 부분(88), 및 전기적으로 도전성인 제 4 부분(92)에 인접한 절연인 제 3 부분(90)을 더 포함한다. 제 4 부분(92)의 제 1 단부는 제 3 부분(90)에 인접한다. 제 4 부분(92)의 제 2 단부는 제 1 및 제 2 단부 사이의 접촉탭(52) 상의 위치에서 제 1 출력 포트(22)와 연관된 접촉탭(52)에 인접한다. 따라서, 아암(82a)은 아암(82a)의 독립해 있는 단부에 배치된 접촉탭(52)을 갖는 외팔보로서 구성되고, 아암(82a)의 다른 단부는 베이스(80)에 의해 제한된다. 아암 부분(82a)의 구성은 어플리케이션 의존적이고, 도 1에 도시된 것으로 제한되지 않는다.

제 1 액추에이터(70)는 개방과 폐쇄 위치 사이에서 접촉탭(52)을 이동시킨다. 도 3a 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 접촉탭(52)이 개방 위치에 있을 때 접촉탭(52)의 제 1 단부는 허브(50)의 접촉부(56)의 상부 표면으로부터 떨어져 이격된다. 유사하게 접촉탭(52)이 개방 위치에 있을 때 접촉탭(52)의 제 2 단부는 제 1 출력 포트(22)의 내부 도전체(64)의 상부 표면으로부터 떨어져 이격된다. 접촉탭(52)과 허브(50) 사이의 갭에서 에어는 허브(50)로부터 접촉탭(52)을 절연시킨다. 제 1 출력 포트(22)의 접촉탭(52)과 내부 도전체(64) 사이의 갭에서 에어는 내부 도전체(64)로부터 접촉탭(52)을 절연시킨다. 따라서, 접촉탭(52)이 개방 위치에 있을 때 전류는 입력 포트(20)의 내부 도전체(34)와 제 1 출력 포트(22)의 내부 도전체(64) 사이에서 흐르지 않고, 제 1 전자 디바이스는 제 2 전자 디바이스로부터 절연된다.

아암(82a)의 절연인 제 3 부분(90)은 아암(82a)의 제 2 부분(88)으로부터 아암(82a)의 제 4 부분(92) 및 인접하는 접촉탭(52)을 절연시키고, 그로써 아암(82a)의 제 1 및 제 2 부분(86, 88), 및 베이스(80)로부터 스위치(10) 내의 신호 경로를 차단한다. 물질이 아래에 언급된 바와 같이 스위치(10)의 제조 동안 희생 저항을 용해시키도록 사용된 용매에 의해 공격받지 않는다면, 제 3 부분(90)은 폴리에틸렌, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리이미드, 벤조시클로부텐, SU8, 등과 같은 적합한 유전체로부터 형성될 수 있다.

도 3b 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 접촉탭(52)이 폐쇄 위치에 있을 때 접촉탭(52)의 제 1 단부는 허브(50)의 접촉부(56)의 상부 표면과 접촉한다. 접촉탭(52)이 폐쇄 위치에 있을 때 접촉탭(52)의 제 2 단부는 제 1 출력 포트(22)의 내부 도전체(64)의 상부 표면과 접촉한다. 접촉탭(52), 허브(50), 및 내부 도전체(64) 사이의 언급된 접촉은 제 1 출력 포트(22)와 입력 포트(20) 사이에서 전기 접촉을 확립한다. 따라서 전류는 입력 포트(20)의 내부 도전체(34); 허브(50); 제 1 액추에이터(70)와 연관된 접촉탭(52), 및 제 1 출력 포트(22)의 내부 도전체(64)에 의해 형성된 신호 경로를 통한 스위치(10)를 통해 흐를 수 있고, 그로써 제 1 및 제 2 전자 디바이스 사이에서 전기 접촉을 확립한다.

접촉탭(52) 및 내부 도전체(64) 및 허브(50) 사이의 각각의 에어 갭의 크기는 예를 들어, 대략적으로 65㎛일 수 있다. 에어 갭의 크기에 대한 최적값은 어플리케이션 의존적이고 강도, 크기, 및 아암(82a)의 형상, 스위치(10)가 노출되는 충격 및 진동의 크기, 및 특징, 예를 들어, 아암(82a)이 형성되는 물질의 영률 등과 같은 요소에 따라 변할 수 있다.

아암(82a)은 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 연관된 접촉탭(52)의 움직임을 용이하게 하도록 편향한다. 편향은 다음과 같이 발생하는 아암(82a)의 제 2 부분(88)과 접지 평면(14)의 기저부 사이의 정전기 인력으로부터 주로 발생한다.

도 1 및 도 8에 도시된 바와 같이, 아암(82a)의 제 1 부분(86)의 단부는 제 1 액추에이터(70)의 베이스(80)에 인접하고, 따라서 베이스(80)에 의해 단단히 제한된다. 제 1 액추에이터(70)의 베이스(80)는 120 볼트 직류(DC) 전압원(미도시)과 같은 전압원에 전기적으로 연결된다. 아암(82a)의 제 2 부분(88)은 아암(82a)의 전기적으로 도전성인 제 1 부분(86)에 의해 베이스(80)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 제 1 액추에이터(70)가 전원공급될 때 제 2 부분(88)은 전압 포텐셜로 종속된다. 아암(82a)의 절연인 제 3 부분(90)은 아암(82a)의 제 4 부분(92) 및 인접한 접촉탭(52)으로부터 아암(82a)의 제 2 부분(88)을 절연시킨다. 따라서, 제 1 액추에이터(70)의 베이스(80)가 전압원으로부터의 전압에 종속될 때 베이스(80) 및 아암(82a)의 제 1 및 제 2 부분이 전원공급되고, 아암(82a)의 제 3 및 제 4 부분은 전원공급되지 않는다.

아암(82a)의 제 2 부분(88)은, 전원공급될 때, 전극으로서 동작한다, 즉, 제 2 부분(88)이 종속되는 전압 포텐셜로 인해 전계가 제 2 부분(88) 주위에 형성된다. 제 2 부분(88)은 위에 위치되고, 따라서 도 1 및 도 8에 도시된 바와 같이 접지 평면(14)에 중첩하며, 갭에 의해 접지 평면(14)으로부터 떨어져 이격된다. 아암(82a)이 편향된 상태에 있을 때 갭은 예를 들어, 대략적으로 65㎛이다. 이러한 갭은 제 2 부분(88) 기저의 접지 평면(14)의 부분이 제 2 부분(88) 주위의 전계로부터 초래하는 정전기력에 종속되도록 충분히 작다. 제 2 부분(88)과 중성 접지 평면(14) 사이의 결과적인 정전기 인력은 제 2 부분(88)이 접지 평면(14)을 향해 끌어당겨지게 하고, 결국 연관된 접촉탭(52)을 그것의 폐쇄 위치로 이동하게 한다. 도 1 및 도 3a-4b에 도시된 바와 같이, 제 2 부분(88)은 아암(82a)의 다른 부분과 비교해서 길이의 대부분에 걸쳐 상대적으로 큰 폭, 즉, y-방향 크기를 가진다. 이러한 방식으로 제 2 부분(88)의 표면 영역을 증가시키는 것은 제 2 부분(88)과 연관된 정전기력을 증가시키도록 돕는다.

아암(82a)은 접지 평면(14)을 향해 제 2 부분(88)의 위에 언급된 움직임을 용이하게 하기 위해 굽혀지도록 구성된다. 액추에이터(70)에 인가된 전압, 또는 "인입 전압"은 아암(82a)이 스냅-스루 버클링을 겪게 하기에 충분해야만 하고, 접촉탭(52)이 폐쇄 위치에 있을 때 접촉탭(52) 및 허브(50) 및 내부 도전체(64) 사이에서 안전한 접촉을 확립하는 것을 돕는다. 예를 들어, 대략적으로 129.6 볼트의 인입 전압이 스위치(10)에서 접촉탭(52)의 예시적인 65㎛ 편향을 얻도록 요구된다. 최적 인입 전압은 어플리케이션 의존적이고, 접촉탭(52)의 요구되는 편향, 강도, 크기, 및 아암(82a)의 형상, 특징, 예를 들어, 아암(82a)이 형성되는 물질의 영률 등과 같은 요소에 따라 변할 수 있다.

게다가, 보(82a)는 스위치(10)가 지나치게 높은 인입 전압을 필요로 하지 않고 종속되는 충격 및 진동의 레벨을 견디기 위해 필요한 레벨의 강도를 가지도록 보(82a)의 길이, 폭, 및 높이가 선택될 수 있다. 보(82a)의 편향이 탄성 영역 내에 남도록 보(82a)의 구성이 선택될 수 있다. 이러한 특성은 전압 포텐셜이 제거될 때 보(82a)가 편향되지 않은 위치로 되돌아가고 그로써 접촉탭(52)이 개방 위치로 이동하고 그로써 연관된 신호 경로를 스위치 오프하게 하는 것을 보장하게 하기 위해 필요하다.

제 2 액추에이터(72)는 실질적으로 제 1 액추에이터(70)와 동일하다. 제 3 및 제 4 액추에이터(74, 76)는 제 3 및 제 4 액추에이터(74, 76)의 아암(82b)의 형상을 제외하고 제 1 액추에이터(70)와 실질적으로 유사하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 아암(82b) 각각은 제 3 및 제 4 액추에이터(74, 76)에 가까운 스위치(10)의 특정 지오메트리를 수용하도록 제 5 부분(93)을 가진다.

제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 액추에이터(70, 72, 74, 76)는 대안적인 실시예에서 위에 설명된 이들과 다른 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 적합한 콤, 플레이트 또는 다른 유형의 정전기 액추에이터가 대안적으로 사용될 수 있다. 게다가, 열, 자기, 및 압전 액추에이터와 같은 정전기 액추에이터와는 다른 액추에이터 역시 대안적으로 사용될 수 있다.

스위치(10)의 대안적인 실시예는 하나의 전자 디바이스를 하나, 두 개, 또는 세 개, 또는 네 개 이상의 다른 전자 디바이스에 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다, 즉, 대안적인 실시예는 하나, 두 개, 세 개, 또는 네 개 이상의 출력 포트(22, 24, 26, 28), 액추에이터(70, 72, 74, 76), 및 접촉탭(52)으로 구성될 수 있다. 단지 하나의 출력 포트(22)만을 포함하는 대안적인 실시예, 즉, 스위치가 단지 두 개의 전자 부품만을 전기적으로 연결하도록 사용되는 실시예에서, 허브(50)가 제거될 수 있고, 스위치는 접촉탭(52)이 각각의 입력 포트(20) 및 출력 포트(22)의 전기 도전체(34, 64)와의 직접 물리적 접촉으로 그리고 그로부터 벗어나 이동하도록 구성될 수 있다.

스위치(10)를 통한 신호 경로의 절연은 입력 포트(20)의 내부 도전체(34)와 접지 하우징(30)의 내부 표면 사이의 에어 갭(42); 출력 포트(22)의 내부 도전체(64)와 접지 하우징(60)의 내부 표면 사이의 에어 갭(62); 및 아암(82a)의 제 3 부분(90)에 의해 얻어진다. 절연은 스위치(10)에 대해 매우 양호한 신호 송신 특성을 초래하는 것으로 믿어진다. 예를 들어, 유한 요소법(FEM) 시뮬레이션에 기반해서, 20GHz에서 스위치(10)의 삽입 손실은 비교가능한 능력의 최상급 스위치에 비해 적어도 대략적으로 85%의 개선인 것으로 믿어지는 대략적으로 0.12dB인 것으로 예측된다. 20GHz에서 스위치(10)의 복귀 손실은 비교가능한 능력의 최상급 스위치에 비해 적어도 대략적으로 79%의 개선인 것으로 믿어지는 대략적으로 17.9dB인 것으로 예측된다. 20GHz에서 스위치(10)의 차단은 비교가능한 능력의 최상급 스위치에 비해 적어도 대략적으로 17%의 개선인 것으로 믿어지는 대략적으로 46.8dB인 것으로 예측된다.

게다가, 스위치(10)가 일반적으로 박막 기술에 기반한 다른 유형의 MEMS 스위치에 비해서 상대적으로 다량의 구리를 함유하기 때문에, 스위치(10)는 비교가능한 크기의 다른 유형의 스위치보다 DC 및 RF 신호의 송신에 대해서 실질적으로 더 높은 파워 핸들링 능력 및 선형성을 가져야만 하는 것으로 믿어진다. 또한, 스위치(10)의 구성은 그것을 마이크로 코액스 라인의 라우팅을 통해 시스템에 모놀리식으로 집적화되게 할 수 있다. 게다가, 스위치(10)는 다양한 신형 기판의 스위트 상에 제조되거나 전사될 수 있다.

스위치(10) 및 그것의 대안적인 실시예가 동축 송신 라인을 포함하는, 3차원 미세구조를 생성하기 위한 공지된 처리 기법을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 개시가 참조에 의해 여기에 병합되는 미국특허 제7,898,356호 및 제7,012,489호에 설명된 처리 방법은 스위치(10)의 제조 및 그것의 대안적인 실시예에 적응되고 적용될 수 있다.

스위치(10)는 도 9a-20b에 도시된 다음의 공정에 따라 형성될 수 있다. 전기적으로 도전성인 물질의 제 1층은 접지 평면(14), 및 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 액추에이터(70, 72, 74, 76)의 각각의 베이스(80)의 일부를 형성한다. 제 1 포토레지스트 층(미도시)은 마스크와 같은 적합한 기법을 사용하여 기판(12)의 상부 표면 상에 패턴될 수 있고, 그래서 상부 표면의 노출된 부분만이 접지 평면(12), 및 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 액추에이터(70, 72, 74, 76)가 위치되어야 하는 위치에 대응한다. 제 1 포토레지스트 층은 예를 들어, 마스크 또는 다른 적합한 기법을 사용하여 기판(12)의 상부 표면 상에 감광성, 또는 포토레지스트 물질을 패터닝하는 것에 의해 형성된다.

이어서 전기적으로 도전성인 물질은 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 전기적으로 도전성인 물질의 제 1 층을 형성하도록, 미리결정된 두께로 기판(12)의 비마스크된 또는 노출된 부분 상에, 즉, 포토레지스트 물질에 의해 덮이지 않은 기판(12)의 부분 상에 증착될 수 있다. 전기적으로 도전성인 물질의 증착은 화학적 증기 증착(CVD)과 같은 적합한 기법을 사용하여 수행될 수 있다. 물리적 증기 증착(PVD)과 같은, 다른 적합한 기법이 대안적으로 사용될 수 있다. 새롭게 형성된 제 1층의 상부 표면은 화학적-기계적 평면화(CMP)와 같은 적합한 기법을 사용하여 평면화될 수 있다.

전기적으로 도전성인 물질의 제 2층은 접지 하우징(30, 60)의 측면의 부분; 및 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 액추에이터(70, 72, 74, 76)의 베이스(80)의 또 다른 부분을 형성한다. 제 2 포토레지스트 층(100)은 마스크 또는 다른 적합한 기법을 사용하여, 부분적으로 구성된 스위치(10) 위에 그리고 제 1 포토레지스트 층 위에 제 2 포토레지스트 층(100)의 원하는 형상으로 추가적인 포토레지스트 물질을 패터닝하는 것에 의해 부분적으로 구성된 스위치(10)에 적용될 수 있고, 그래서 부분적으로 구성된 스위치(10) 상의 노출된 영역만이 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 위에 언급된 부품이 위치되어야 하는 위치에 대응한다. 이어서 전기적으로 도전성인 물질이 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이 전기적으로 도전성인 물질의 제 2 층을 형성하도록 미리결정된 두께로 스위치(10)의 노출된 부분 상에 증착될 수 있다. 그런 후에 스위치(10)의 새롭게 형성된 부분의 상부 표면이 평면화될 수 있다.

탭(37)을 형성하는 유전체는 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이 이전에 형성된 포토레지스트 층의 상부 상에 증착되고 패턴될 수 있다. 전기적으로 도전성인 물질의 제 3층은 접지 하우징(30, 60)의 측면의 추가적인 부분; 허브(50)의 접촉부(56) 및 전환부(58); 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 액추에이터(70, 72, 74, 76)의 베이스(80)의 또 다른 부분; 및 내부 도전체(34, 64)를 형성한다. 제 3 포토레지스트 층(104)은 마스크 또는 다른 적합한 기법을 사용하여, 부분적으로 구성된 스위치(10) 위에 그리고 제 2 포토레지스트 층(100) 위에 제 3 포토레지스트 층(104)의 원하는 형상으로 추가적인 포토레지스트 물질을 패터닝하는 것에 의해 부분적으로 구성된 스위치(10)에 적용될 수 있고, 그래서 부분적으로 구성된 스위치(10) 상의 노출된 영역만이 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 위에 언급된 부품이 위치되어야 하는 위치에 대응한다. 이어서 전기적으로 도전성인 물질이 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이 전기적으로 도전성인 물질의 제 3층을 형성하도록 미리결정된 두께로 스위치(10)의 노출된 부분 상에 증착될 수 있다. 그런 후에 스위치(10)의 새롭게 형성된 부분의 상부 표면이 평면화될 수 있다.

전기적으로 도전성인 물질의 제 4층은 접지 하우징(30, 60)의 측면의 추가적인 부분, 및 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 액추에이터(70, 72, 74, 76)의 베이스(80)의 추가적인 부분을 형성한다. 제 4층은 제 1, 제 2, 및 제 3층과 유사한 방식으로 형성된다. 특히, 제 4층은 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 제 4 포토레지스트 층(106)을 형성하도록 마스크 또는 다른 적합한 기법을 사용하여 이전에 형성된 층에 추가적인 포토레지스트 물질을 패터닝하고, 그런 후에 도 16a 및 도 16b에 도시된 바와 같이 전기적으로 도전성인 물질의 제 4층을 형성하도록 노출된 영역에 추가적인 전기적으로 도전성인 물질을 증착시키는 것에 의해 형성된다. 스위치(10)의 새롭게 형성된 부분의 상부 표면은 제 4층의 적용 후에 평면화될 수 있다.

전기적으로 도전성인 물질의 제 5층은 접지 하우징(30, 60)의 측면의 추가적인 부분, 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 액추에이터(70, 72, 74, 76)의 베이스(80)의 추가적인 부분; 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 액추에이터(70, 72, 74, 76)의 아암(82a, 82b); 및 접촉탭(52)을 형성한다. 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 액추에이터(70, 72, 74, 76)의 각각의 아암(82a)의 제 3 부분(90)을 형성하는 유전체는 도 17a 및 도 17b에 도시된 바와 같이 이전에 형성된 포토레지스트 층의 상부 상에 증착되고 패턴될 수 있다. 제 5 층의 나머지가 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 층과 유사한 방식으로 형성된다. 특히, 제 5층의 나머지는 도 18a 및 도 18b에 도시된 바와 같이 제 5 포토레지스트 층(106)을 형성하도록 마스크 또는 다른 적합한 기법을 사용하여 앞서 형성된 층에 추가적인 포토레지스트 물질을 패터닝하고 그런 후에 도 19a 및 도 19b에 도시된 바와 같이 전기적으로 도전성인 물질의 제 5층을 형성하도록 노출된 영역에 추가적인 전기적으로 도전성인 물질을 증착시키는 것에 의해 형성된다. 스위치(10)의 새롭게 형성된 부분의 상부 표면은 제 5층의 적용 후에 평면화될 수 있다.

마스킹 단계의 각각으로부터 남아있는 포토레지스트 물질은 예를 들어, 포토레지스트 물질을 증발시키거나 용해시키는 적합한 용매에 포토레지스트 물질을 노출시키는 것에 의해 도 20a 및 도 20b에 도시된 바와 같이 제 5층의 적용이 완료된 후에 제거되거나 해제될 수 있다.