유한요소기법(FEM)을 통한 압전구동 RF MEMS 스위치의 최적화 설계 및 해석

FEM Modelling of Piezoelectric RF MEMS Switches

본 논문에서는 저전압에서 구동 할 수 있는 압전구동 방식의 RF MEMS 스위치를 설계하였다. 설계는 유한요소기법(FEM)을 지원하는 시뮬레이터 (ConventorWare)를 사용하여 수행하였고, 이를 바탕으로 deflection, contact force, stress 등 기계적인 해석을 함으로써 최적화된 설계를 할 수 있었다. 이번 설계에서는 적절한 contact force를 유지하면서 hinge에서 받는 stress를 최소화하기 위하여 구동기를 2개 사용한 듀얼형식의 모델을 제안하였고, hinge의 모양은 'ㄷ'로 하여 deflection을 향상시켰다. 이 듀얼형식의 최적화된 모델은 signal line과 contact pad 간의 gap이 3.4${\mu}m$일 때, 최초 2.8V에서 contact이 이루어졌으며, 5V에서 12.4${\mu}N$의 contact force와 116MPa의 stress를 얻었고, 차후, SP4T나 SP6T 등의 설계시 공간 효율이 높은 다양한 형태의 구조를 설계할 수 있다.