(57)【要約】【課題】磁気吸引力や磁気効率をさらに向上させ、微小磁界であっても容易に動作することができる機構デバイスを提供する。【解決手段】基板２の上面に設けられ、基板２の裏面に設けられた第２の裏面電極７ｂと導通する導電性の下部電極１０と、基板２の上面に設けられ、先端部側に磁性体部２２を有し基端部側が基板２上面に取り付けられて導電性を有する梁構造２１をなし、基端部側が基板２の裏面に設けられた第１の裏面電極７ａと導通する上部電極２０とを備え、上部電極２０の基端部側と第１の裏面電極７ａとの間にこれらを導通する非磁性体６を充填すると共に、下部電極１０と第２の裏面電極７ｂとの間にこれらを導通する強磁性体９を充填した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上面に設けられ、該基板の裏面に設けられた第２の裏面電極と導通する導電性の下部電極と、前記基板の上面に設けられ、先端部側に磁性体部を有し基端部側が前記基板上面に取り付けられて導電性を有する梁構造をなし、前記基端部側が前記基板の裏面に設けられた第１の裏面電極と導通する上部電極とを備え、
前記上部電極の基端部側と前記第１の裏面電極との間にこれらを導通する非磁性体を充填すると共に、前記下部電極と前記第２の裏面電極との間にこれらを導通する強磁性体を充填したことを特徴とする機構デバイス。
【請求項２】
前記非磁性体と強磁性体をそれぞれ柱状に形成して前記基板を上下に貫通させたことを特徴とする請求項１記載の機構デバイス。
【請求項３】
前記上部電極の先端部側に位置する磁性体部がニッケル層を有することを特徴とする請求項１または２記載の機構デバイス。
【請求項４】
前記上部電極の基端部側と前記第１の裏面電極との間に充填した非磁性体が銅よりなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の機構デバイス。
【請求項５】
前記下部電極と前記第２の裏面電極との間に充填した強磁性体がニッケルよりなることを特徴とする機構デバイス。
【請求項６】
前記上部電極の梁構造部の導電部及び前記下部電極の導電部が金よりなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の機構デバイス。
【請求項７】
前記下部電極の導電部と前記基板に充填された強磁性体との間、及び前記上部電極の基端部側の梁構造部と前記基板に充填された非磁性体との間に、それぞれ非磁性体を介在させたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の機構デバイス。
【請求項８】
前記下部電極の導電部と前記基板に充填された強磁性体との間、及び前記上部電極の基端部側の梁構造部と前記基板に充填された非磁性体との間にそれぞれ介在する非磁性体が、銅よりなることを特徴とする請求項７記載の機構デバイス。
【請求項９】
前記下部電極及び上部電極の導電部の縁部に開口部を設け、該開口部を介してガラスパッケージを前記各電極に当接させたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の機構デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小磁界で作動することができる梁構造を有する機構デバイスに係り、より詳しくは、絶縁基板に磁性体を充填した梁構造を有する機構デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の機構デバイスは、基板と、それぞれにニッケルを有する下部電極及び上部電極とを備え、梁部の先端で磁性体部を支持する上部電極は、梁部が磁力によって下方に撓んだ場合に、梁部の先端に位置する磁性体部が下部電極と接触して電気的接触がなされるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記の機構デバイスにおいて、上部電極と下部電極との磁性間距離を狭くするために、下部電極の直下に電磁石が設置されている。この電磁石に電圧を印加すると磁界が発生し、上部電極のニッケル層及び下部電極のニッケル層が磁化して、これらの間に磁気吸引力が生じる。これにより、上部電極の梁部の磁性体部が下部電極側に引き寄せられ、磁性体部が下部電極に接触して、スイッチがＯＮする。電磁石への電圧の印加を停止すると磁界が消滅し、ニッケルは残留磁化率が低いことから、ニッケル層間の磁気吸引力も消滅し、上部電極の梁部は自身の弾性力によって非接触状態に戻り、スイッチはＯＦＦとなる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３１１６９９号公報（第３−４頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載の機構デバイスでは、磁気吸引力や磁気効率をさらに向上させて、微小磁界であっても容易に動作することが要求されている。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、磁気吸引力や磁気効率をさらに向上させ、微小磁界であっても容易に動作することができる機構デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る機構デバイスは、絶縁性の基板上面に設けられ、該基板の裏面に設けられた第２の裏面電極と導通する導電性の下部電極と、前記絶縁性の基板上面に設けられ、先端部側に磁性体部を有し基端部側が前記基板上面に取り付けられて導電性を有する梁構造をなし、前記基端部側が前記基板の裏面に設けられた第１の裏面電極と導通する上部電極とを備え、前記上部電極の基端部側と前記第１の裏面電極との間にこれらを導通する非磁性体を充填すると共に、前記下部電極と前記第２の裏面電極との間にこれらを導通する強磁性体を充填したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る機構デバイスの断面図である。図に示すように、機構デバイス（マイクロリードスイッチ）は、基板１と、下部電極１０と、上部電極２０とを備えている。
基板１はガラス基材よりなる絶縁基板２を有し、この絶縁基板２の上面には導電性材料よりなる上部電極用銅箔３と下部電極用銅箔４が設けられ、これらの銅箔３、４は、不要な部分が除去されて配線パターン化されている。絶縁基板２の裏面には、上部電極用銅箔３と下部電極用銅箔４に対応する位置に、それぞれ例えば金からなる第１の裏面電極７ａと第２の裏面電極７ｂが設けられている。
【０００９】
絶縁基板２には第１の貫通孔５（スルーホール）が設けられて例えば銅よりなる非磁性体柱６が充填されており、非磁性体柱６の上部は上部電極用銅箔３に接触し、下部は第１の裏面電極７ａに接触している。また、絶縁基板２には第２の貫通孔８（スルーホール）が設けられて例えばニッケルよりなる強磁性体柱９が充填されており、強磁性体柱９の上部は下部電極用銅箔４に接触し、下部は第２の裏面電極７ｂに接触している。
【００１０】
下部電極１０は例えば金よりなる導電層１０ａによって構成された接点部により、下部電極用銅箔４の表面が覆われている。金は腐食に強いので、銅箔を金よりなる導電層１０ａで覆うことにより銅箔の酸化を防止し、さらに導電層１０ａ自身の酸化を防止することができ、これによって接触抵抗の上昇を防ぎ、初期の導電性を維持して接点性能の安定化を図ることができる。また、下部電極１０は、絶縁基板２に強磁性体柱９を設けているので、そのサイズを大幅に縮小することができる。
従来の基板１の側面にはスルーホールが設けられていたが、本発明では側面にスルーホールを設けず絶縁基板２に強磁性体柱９を充填したので、例えば、従来の、幅４６７μｍＸ長さ１０００μｍＸ厚み１２μｍの設計値から、幅４６７μｍＸ長さ５００μｍＸ厚み１２μｍの設計値に変更することが可能となる。すなわち、長さを１０００μｍの設計値から５００μｍの設計値に変更することができ、設計値の変更はマイナス５００μｍとなって、サイズを縮小することが可能となる。
【００１１】
上部電極２０は、片持ち梁部２１と磁性体部２２を備えている。片持ち梁部２１は、その一端が上部電極用銅箔３の表面に取り付けられて例えば金よりなる電極基部２１ａを形成し、接点性能安定化を図っている。また、磁性体部２２は、片持ち梁部２１の他端に取り付けられたニッケル層２５と、このニッケル層２５を覆う例えば金よりなる電極梁部２４によって構成されている。金は硬度が低く柔軟性があることから、片持ち梁部２１の磁性体部２２を磁力によって下部電極１０側に磁気吸引する際に、小さな磁力であっても動作させることができ、また強磁性体柱９との間の磁気吸引力も向上する。また、絶縁基板２に設けた強磁性体柱９によって磁力線が真下に直行し、上部電極２０の可動方向を妨げず磁気効率も向上し、上部電極２０を下部電極１０側に引き寄せる際に微少な磁力でも動作することができ、高感度の機構デバイスを得ることが可能となる。また、上部電極２０は、絶縁基板２に非磁性体柱６を設けているので、そのサイズを大幅に縮小することができる。
【００１２】
従来の基部１の側面にはスルーホールが設けられていたが、本発明では側面にスルーホールを設けず絶縁基板２に強磁性体９を充填したので、上部電極２０の片持ち梁部２１から、下部電極１０、第２の銅箔４、強磁性体柱９を通って、第２の裏面電極７ｂに電気的導通が可能となり、例えば、従来の、幅４６７μｍＸ長さ５９０μｍＸ厚み１２μｍの設計値から、幅４６７μｍＸ長さ３４０μｍＸ厚み１２μｍの設計値に変更することが可能となる。すなわち、長さを５９０μｍの設計値から３４０μｍの設計値に変形することができ、設計値の変更はマイナス２５０μｍとなって、サイズを縮小することが可能となる。
【００１３】
このように、機構デバイスにおいて、強磁性体柱９及び非磁性体柱６を絶縁基板２に充填する構造としたので、例えば従来の機構デバイスの外観寸法（後述のガラスパッケージを含む）である幅１ｍｍＸ長さ２ｍｍＸ厚み０．７５ｍｍから、本発明では機構デバイスを幅１ｍｍＸ長さ１．２５ｍｍＸ厚み０．７５ｍｍのように小さくすることができる。
【００１４】
下部電極１０及び上部電極２０は、それぞれ下部電極１０の縁部及び上部電極２０の片持ち梁部２１の縁部に絶縁樹脂５０を塗布して、ザグリ６０のあるガラスパッケージ６１により封止してあり、これによってマイクロリードスイッチを外部環境から保護する。
また、第１、第２の裏面電極７ａ、７ｂには、素子信号を伝えるための電源３０が設けられて、電圧を印加するようにしてある。さらに、絶縁基板２の下部には磁石４０が設けられている。
【００１５】
上記のように構成した機構デバイスの動作を、図２を用いて説明する。機構デバイスの磁石４０によって磁場イが生じ、この磁場は上部電極２０の磁性体部２２のニッケル層２５を磁化させる。こうして、下部電極１０の下部に位置する強磁性体柱９にＳ極とＮ極が誘導される。そして、上部電極２０の磁性体部２２と、下部電極１０の下部に位置する強磁性体柱９との間に磁気吸引力ロが働き、上部電極２０が下部電極１０に接触して、スイッチがＯＮ状態となる。これにより、電源３０から電流が流れ、電気信号がＯＮ状態になる。
【００１６】
磁石４０からの磁場イを遮断するとスイッチはＯＦＦ状態になり、電極梁部２４のスティフネスにより、上部電極２０はもとの位置に戻る。こうして、電源３０からの電流は遮断され、電気信号がＯＦＦ状態になる。
【００１７】
次に、上記のように構成した機構デバイスの製造方法を説明する。
（ａ）  図３に示すように、絶縁基板２に非磁性体６充填用のスルーホール（第１の貫通孔５）、及び強磁性体９充填用のスルーホール（第２の貫通孔８）を形成する。
【００１８】
（ｂ）  図４に示すように、第１の貫通孔５に、無電解めっきにより銅よりなる非磁性体を充填し、絶縁基板２の上面より底面に至る非磁性体柱６を形成する。また、第２の貫通孔８に、無電解めっきによりニッケルよりなる強磁性体を充填し、絶縁基板２の上面より底面に至る強磁性体柱９を形成する。
次に、絶縁基板２の裏面側に、腐食性に強い金よりなる金属膜を成膜し、非磁性体柱６の下部に接触させて第１の裏面電極７ａを形成すると共に、磁性体柱９の下部に接触させて第２の裏面電極７ｂを形成する。この際の金属膜の形成は、半導体製造等で用いられるフォトリソグラフィと無電解めっき又はＰＶＤ法（Physical Vapor Deposition；物理蒸着）、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition；化学蒸着）等によって行う。
【００１９】
（ｃ）  図５に示すように、絶縁基板２の上面に銅箔３００を形成する。この銅箔３００は、絶縁基板２に充填した非磁性体柱６及び強磁性体柱９の上部と接触する。
【００２０】
（ｄ）  図６に示すように、銅箔３００の不要な部分を除去して穴部３０１を形成し、銅箔３００を上部電極用銅箔３及び下部電極用銅箔４として配線パターン化する。
下部電極用銅箔４はその表面を金よりなる導電層１０ａで覆って下部電極１０を形成する。この際、導電層１０ａは、半導体プロセス（フォトリソグラフィ法）及び電解めっきによって成膜する。なお、導電層１０ａを構成する材料には金を用いているが、これは、最終工程における犠牲層（後述）を除去する際のウエットエッチング時に、塩化第二鉄等よりなるエッチング液に対して耐性を有するためである。
次に、銅箔３００に形成した穴部３０１から下部電極用銅箔４の上面にかけて犠牲層３１０を形成する。
【００２１】
（ｅ）  図７に示すように、フォトリソグラフィ及び電気めっきを用いて、上部電極用銅箔３の表面より犠牲層３１０の表面にかけて電極基部２１ａを成膜して片持ち梁部２１を形成し、さらにその上に、ニッケル層２５及び電極梁部２４よりなる磁性体部２２を形成して、これらによって上部電極２０を形成する。
【００２２】
（ｆ）  塩化第二鉄よりなるエッチング液によってウエットエッチングを行い、犠牲層３１０を除去し、図８に示すように、ギャップを形成する。
【００２３】
（ｇ）  下部電極１０の縁部及び上部電極２０の縁部に絶縁樹脂５０を塗布し、絶縁樹脂５０にガラスパッケージ６１を当接して封止する。
こうして、図１に示すような機構デバイスを製造する。
【００２４】
実施の形態１によれば、絶縁基板２の一方の側に第１の貫通孔５（スルーホール）を設けて非磁性体柱６を充填したので、非磁性体の体積が増加して吸引力が向上する。また、絶縁基板の他方の側に第２の貫通孔８（スルーホール）を設けて強磁性体柱９を充填したので、磁気効率も向上し、微少な磁界で上部電極２０を動作させることが可能となる。
従来は、絶縁基板の長さ方向の両側面に、下部電極及び上部電極との電気的導通を得るためのスルーホールを設けていたが、実施の形態１では、絶縁基板２の両側面にスルーホールを設けず、上記のように絶縁基板２に非磁性体柱６及び強磁性体柱９を充填したので、例えば実装面積にして０．７５ｍｍ2 小さくすることができる。
【００２５】
実施の形態２．
図９は本発明の実施の形態２に係る機構デバイスの断面図である。実施の形態２では、実施の形態１で示した上部電極用銅箔３と下部電極用銅箔４を設けておらず、かかる銅箔３、４を介さずに、非磁性体柱６が上部電極２０の電極基部２１ａに直接に接続し、強磁性体９が下部電極１０の導電層１０ａに直接に接続している。また、ガラスパッケージ６１が当接する絶縁基板２の縁部に、それぞれ電極基部２１ａ及び導電層１０ａを貫通した開口部５１ａが設けられ、絶縁基板２とガラスパッケージ６１が直接に当接して貼り付けられている。
その他の構成、作用は、実施の形態１で示した場合と同様なので、説明を省略する。
【００２６】
上記のように構成した機構デバイスの製造方法を説明する。
（ａ）  図１０に示すように、絶縁基板２に非磁性体６充填用のスルーホール（第１の貫通孔５）、及び強磁性体９充填用のスルーホール（第２の貫通孔８）を形成する。
【００２７】
（ｂ）  図１１に示すように、第２の貫通孔８に、無電解めっきによりニッケルよりなる強磁性体を充填し、絶縁基板２の上面より底面に至る強磁性体柱９を形成する。加えて、第１の貫通孔５に無電解めっきにより銅よりなる非磁性体を充填し、絶縁基板２の上面より底面に至る非磁性体柱６を形成する。
【００２８】
（ｃ）  図１２に示すように、絶縁基板２の上面に、フォトリソグラフィとスパッタ法によって、腐食性に強い金よりなる導電層１０ａを強磁性体柱９と接触させて形成する。この際、絶縁基板２とガラスパッケージ６１が当接する絶縁基板の縁部５１は、フォトリソグラフィ等であらかじめマスク５１ａしておき、この部分に導電層１０ａが形成されないようにしておく。
【００２９】
（ｄ）  図１３に示すように、絶縁基板２上面の中央付近より導電層１０ａの上面にかけて、無電解めっき等を用いて銅よりなる犠牲層３１０を形成する。
【００３０】
（ｅ）  図１４に示すように、フォトリソグラフィとスパッタ法を用いて、非磁性体柱６が充填されている側の絶縁基板２の上面より犠牲層３１０の上面にかけて、金よりなる電極基部２１ａを成膜して片持ち梁部２１を形成し、そのうえに、ニッケル層２５及び電極梁部２４よりなる磁性体部２２を形成して、これらによって上部電極２０を形成する。
次に、絶縁基板２の裏面側に、金よりなる金属膜を形成する。非磁性体柱６の下部に接触させて第１の裏面電極７ａを成膜し、強磁性体柱９の下部に接触させて第２の裏面電極７ｂを成膜する。
【００３１】
（ｆ）  図１５に示すように、塩化第二鉄よりなるエッチング液によってウエットエッチングを行って犠牲層３１０を除去し、ギャップを形成する。
次に、下部電極１０の縁部及び上部電極２０の縁部であってマスク５１ａを除去して開口した部分５１ｂに、ガラスパッケージ６１を当接し、陽極酸化法などによって接合して封止する。
こうして、図９に示すような機構デバイスを製造する。
【００３２】
実施の形態２によれば、上部電極用銅箔３と下部電極用銅箔４を省略したので、構造がより簡単になり製造が容易である。また、ガラスパッケージ６１が接触する基板１の縁部をあらかじめ開口させて開口部５１ｂを形成しておくようにしたので、陽極酸化法等を用いて、基板１の開口部５１ｂとガラスパッケージ６１を直接に貼り付けることができ、これによって制作工程を簡略することができる。このとき、ガラスパッケージ６１の封止に樹脂を使用しないので、接触抵抗上昇のもととなる高分子をガラスパッケージ６１内に発生させることがない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る機構デバイスの断面図である。
【図２】図１の作用説明図である。
【図３】図１の機構デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図４】図３に続く機構デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図５】図４に続く機構デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図６】図５に続く機構デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図７】図６に続く機構デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図８】図７に続く機構デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る機構デバイスの断面図である。
【図１０】図９の機構デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図１１】図１０に続く機構デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図１２】図１１に続く機構デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図１３】図１２に続く機構デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図１４】図１３に続く機構デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図１５】図１４に続く機構デバイスの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  基板、２  絶縁基板（絶縁性の基板）、３  第１の銅箔、４  第２の銅箔、５  第１の貫通孔、６  非磁性体柱、７ａ  第１の裏面電極、７ｂ  第２の裏面電極、８  第２の貫通孔、９  強磁性体柱、１０  下部電極、１０ａ  導電層（下部電極の導電部）、２０  上部電極、２１  片持ち梁部（梁構造部）、２１ａ  電極基部（梁構造部の導電部）、２２  磁性体部、５０  絶縁樹脂、５１ｂ  開口部、６１  ガラスパッケージ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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