(57)【要約】【課題】小型化が図れ、大容量の電流のオン／オフを確実に行えるようにしたＭＥＭＳスイッチを提供する。【解決手段】シリコン基板１は支持部２を有し、支持部２には板状の磁性体３の一端が固定されている。磁性体３の他端の内側には絶縁層３ａを介して第１の接点４Ａが設けられ、第１の接点４Ａに対向させてシリコン基板１上に第２の接点４Ｂが設けられている。更に、磁性体３の内側には絶縁層３ａを介して第１の電極６Ａが設けられ、第１の電極６Ａに対向させてシリコン基板１上に第２の電極６Ｂが設けられている。マグネット１１がＡ位置からＢ位置へ移動すると、その磁力により磁性体３が吸引され、更に、第１，第２の電極６Ａ，６Ｂに印加された直流電源（＋Ｂ）によって静電吸引力が磁性体３に生じるため、第１，第２の接点４Ａ，４Ｂは確実にスイッチオンになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
突起状の支持部を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の表面に平行させて前記支持部に設けられ、付与された磁気力に応じて撓みを生じる板状の磁性体と、
前記磁性体の先端の前記シリコン基板側に設けられた第１の接点と、
前記第１の接点に対向させて前記シリコン基板の表面に設けられた第２の接点と、
前記シリコン基板の表面に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極との間に静電気力を発生できるようにして前記磁性体に設けられた第２の電極と、
を有することを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
【請求項２】
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）により設けられた突起状の支持部を有するシリコン基板、該シリコン基板の表面に平行させて前記支持部に設けられた板状の磁性体、該磁性体の先端の内側に設けられた第１の接点、及び前記第１の接点に対向して前記シリコン基板の表面に設けられた第２の接点を備えたＭＥＭＳスイッチと、
前記ＭＥＭＳスイッチに併設された磁気センサと、
前記ＭＥＭＳスイッチおよび前記磁気センサを一体に封止したパッケージと、
を備えたことを特徴とする集積回路。
【請求項３】
前記第１及び第２の電極は、前記磁気力に応じて出力が変化する磁気センサに対向して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気の有無に基づいて開閉動作をするＭＥＭＳスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
一対の接点を機械的に接触させてオン／オフ動作をさせるスイッチの殆どは、手動により動作させるものであるが、電気信号により動作させるスイッチもある。
【０００３】
例えば、特許文献１に示すものがあり、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System：微小電気機械システム）により基板に一直線に形成された溝の一方に２本の固定光ファイバを配設すると共に、先端が固定光ファイバに対面し且つ揺動するようにして可動光ファイバを上記溝に配設し、この自由端に板ばねを介在させ、この板ばねを電磁石により駆動することにより可動光ファイバを変位させてスイッチングを行う光スイッチが開示されている。
【０００４】
また、巨大磁気抵抗効果素子（giant magnetoresistive effect：ＧＭＲ）、ＧＭＲの表面に所定の間隔を設けて配置された第１の永久磁石、その裏面に配置された第２の永久磁石、移動によりＧＭＲと第１の永久磁石との間を遮蔽し或いは空間にする磁気遮蔽部材、ＧＭＲの抵抗変化に応じた電圧変化を生成するブリッジ回路、及びブリッジ回路の出力電圧を閾値と比較するコンパレータを組み合わせてスイッチ信号を発生させる磁気スイッチも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−９４０８８号公報
【特許文献２】特開２００３−６０２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の光スイッチによると、特許文献１の構成の場合、電流のオン／オフに適用しようとすると、構成が複雑になると共に大型化する。また、特許文献２の構成の場合、ブリッジ回路及びコンパレータが必要になるとともに、スイッチ信号により動作するスイッチ素子等の追加が必須になり、構成が複雑になると共に単独でスイッチを構成することはできない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、小型化が図れ、大容量の電流のオン／オフを確実に行えるようにしたＭＥＭＳスイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、突起状の支持部を有するシリコン基板と、前記シリコン基板の表面に平行させて前記支持部に設けられ、付与された磁気力に応じて撓みを生じる板状の磁性体と、前記磁性体の先端の前記シリコン基板側に設けられた第１の接点と、前記第１の接点に対向させて前記シリコン基板の表面に設けられた第２の接点と、前記シリコン基板の表面に設けられた第１の電極と、前記第１の電極との間に静電気力を発生できるようにして前記磁性体に設けられた第２の電極と、を有することを特徴とするＭＥＭＳスイッチを提供する。
【０００８】
［２］本発明の第２の態様によれば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）により設けられた突起状の支持部を有するシリコン基板、該シリコン基板の表面に平行させて前記支持部に設けられた板状の磁性体、該磁性体の先端の内側に設けられた第１の接点、及び前記第１の接点に対向して前記シリコン基板の表面に設けられた第２の接点を備えたＭＥＭＳスイッチと、前記ＭＥＭＳスイッチに併設された磁気センサと、前記ＭＥＭＳスイッチおよび前記磁気センサを一体に封止したパッケージと、を備えたことを特徴とする集積回路を提供する。
【０００９】
［３］前記第１及び第２の電極は、前記磁気力に応じて出力が変化する磁気センサに対向して配置されていることを特徴とする前記［１］に記載のＭＥＭＳスイッチであってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施の態様によれば、小型化が図れ、大容量の電流のオン／オフを確実に行えるようにしたＭＥＭＳスイッチを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、ＭＥＭＳスイッチの構成及びその回路図である。
（ＭＥＭＳスイッチの構成）
【００１２】
ＭＥＭＳスイッチ１００は、シリコン基板１と、シリコン基板１上にＭＥＭＳ技術により設けられた支持部２と、支持部２の上端に取り付けられた磁性体３と、絶縁層３ａを介して磁性体３の先端の内側に設けられた第１の接点４Ａ、及び第１の接点４Ａに対向させてシリコン基板１上に設けられた第２の接点４Ｂと、シリコン基板１に設けられると共に第２の接点４Ｂ、第１，第２の電極６Ａ，６Ｂに接続されたビア５と、シリコン基板１上に設けられた第１の電極６Ａ、及び第１の電極６Ａに対向させて絶縁層３ａの表面に設けられた第２の電極６Ｂと、シリコン基板１上の各部材を覆うようにしてシリコン基板１に設けられたパッケージ７とを備えて構成されている。
【００１３】
支持部２は、例えば、シリコン基板１をエッチングして構成され、或いは、金型を用いて素材を加熱して凹凸を形成するホットエンボス（hot embossing）加工等により構成されている。
【００１４】
磁性体３は、例えば、鉄（Ｆｅ）、鉄合金等の磁性金属を堆積、蒸着等により所定の厚みにして構成されており、例えば、常温接合、接着等により支持部２の上端に固定されている。
【００１５】
第１，第２の接点４Ａ，４Ｂは、例えば、数アンペアを流しても溶断しない大きさ及び厚みになるように、蒸着等により設けられている。図１では図示を省略しているが、第１の接点４Ａは、例えば、ボンディングワイヤを介してシリコン基板１に設けられたビア５に接続されている。第２の電極６Ｂは、ビア５を介して外部との接続が可能なように構成されている。
【００１６】
第１，第２の電極６Ａ，６Ｂは、例えば、蒸着、エッチング等により設けられ、ビア５を介して外部との接続が可能に構成されている。
【００１７】
パッケージ７は、耐熱成及び耐湿性を有する樹脂材であり、樹脂成形により作られている。
【００１８】
ＭＥＭＳスイッチ１００は、第１の接点４Ａと第２の接点４Ｂとの間に負荷（例えば、車両の各種ランプ）９が接続され、接地された第１の電極６Ａと１２Ｖ等の直流電源（＋Ｂ）に接続された第２の電極６Ｂとの間に電圧印加回路２０が接続されている。
【００１９】
更に、磁性体３に平行するようにプランジャ１０が配置され、このプランジャ１０の端部にはマグネット１１が取り付けられている。マグネット１１は、磁性体３の先端から所定範囲を往復動可能に配置されている。
【００２０】
電圧印加回路２０は、抵抗２１と、車両に搭載された制御装置等からの電圧Ｖｃｃが抵抗２１を介してベースに印加されるＰＮＰ型のトランジスタ２２と、トランジスタ２２のコレクタに接続された抵抗２３と、トランジスタ２２のエミッタとベースとの間に挿入接続された磁気センサとしてのＭＲ素子２４とを備えて構成されている。トランジスタ２２のコレクタは、第２の電極６Ｂに接続され、エミッタは直流電源（＋Ｂ）に接続されている。尚、磁気センサとして、ＭＲ素子以外に、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子、ホール素子、ホールＩＣ等が利用可能である。
【００２１】
ＭＲ素子２４は、ＭＥＭＳスイッチ１００のマグネット１１の移動路の近傍、或いは、ＭＥＭＳスイッチ１００の内部、パッケージ７の側面、シリコン基板１の下面等、マグネット１１の磁力が付与される場所に取り付けられていればよい。尚、マグネット１１による第１の接点４Ａと第２の接点４Ｂとの接近に連動させるため、図１に示したように、ＭＲ素子２４は、第１の電極６Ａ及び第２の電極６Ｂに対向して配置されていることが好ましい。
【００２２】
（ＭＥＭＳスイッチ１００の装着例）
図２は、ＭＥＭＳスイッチ１００の装着例を示す斜視図である。図２に示すように、ＭＥＭＳスイッチ１００は、プランジャ１０の端部に装着されたマグネット１１の移動路に沿って配設されている。
【００２３】
プランジャ１０は、その一端が、例えば、自動車のブレーキのリンクに結合されており、運転者が図示しないブレーキペダルを踏んだとき、Ａ方向へ移動し、ブレーキペダルから足を離したときにＢ方向へ移動する。
【００２４】
プランジャ１０は、非磁性体からなる円筒状のホルダ１２及びガイド１３によってガイドされながら、図２に示す矢印Ｃ，Ｄの方向に往復動することができる。
【００２５】
ホルダ１２は、その外周面にＭＥＭＳスイッチ１００が装着されており、このＭＥＭＳスイッチ１００には、第１，第２の接点４Ａ，４Ｂ及び第１，第２の電極６Ａ，６Ｂに接続された４本のリード線１４が接続されている。
【００２６】
（ＭＥＭＳスイッチ１００の動作）
次に、ＭＥＭＳスイッチ１００の動作について説明する。
【００２７】
プランジャ１０の移動に伴って、マグネット１１は図１に示すＡ位置からＢ位置へ移動する。マグネット１１がＢ位置へ移動するにつれて、磁性体３の先端（自由端）に対する磁気吸引力が次第に強くなり、磁性体３はシリコン基板１側へ徐々に撓むようになる。
【００２８】
マグネット１１がＡ位置からＢ位置へ移動する過程で、マグネット１１からＭＲ素子２４に付与される磁力は次第に増大し、ＭＲ素子２４の抵抗値が次第に増大する。ＭＲ素子２４の抵抗値が増大し、トランジスタ２２のベース電圧が或る値以上になると、トランジスタ２２がオン状態になり、抵抗２３に端子電圧が生じ、第２の電極６Ｂと第１の電極６Ａとの間に電圧Ｖｑが印加される。
【００２９】
第２の電極６Ｂと第１の電極６Ａとの間に電圧Ｖｑが印加されると、電極６Ａ，６Ｂ間には、以下に示すクーロン力（静電吸引力）ｆが発生する。
【００３０】
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（但し、ε０は誘電率、Ｓは第１，第２の電極６Ａ，６Ｂの表面積、ｄは第２の電極６Ｂと第１の電極６Ａの間隔）
【００３１】
上記（１）式から明らかなように、面積Ｓ、印加電圧Ｖｑが大なほど、また、間隔ｄか小さいほど、静電吸引力ｆは大きくなる。
【００３２】
第１の電極６Ａと第２の電極６Ｂとの間に静電吸引力ｆが生じることにより、磁性体３に付与される力は「マグネット１１による磁気力＋静電吸引力ｆ」となり、磁性体３は確実に撓み、ついには、第１の接点４Ａと第２の接点４Ｂが接触し、スイッチオンになる。この結果、電流が、電源＋Ｂ、第１の接点４Ａ、第２の接点４Ｂ、負荷９を経て流れ、ランプ（負荷９）が点灯する。
【００３３】
次に、プランジャ１０が逆方向へ移動、即ち、図１に示すように、マグネット１１がＢ位置からＡ位置へ移動すると、これに伴って、磁性体３に対するマグネット１１の磁気吸引力が次第に低下する。また、ＭＲ素子２４に付与される磁力も次第に減少するため、静電吸引力ｆは次第に低下し、ついには、トランジスタ２２がオフになり、電圧Ｖｑは０Ｖ状態になる。この過程で、磁性体３は撓んだ状態から水平状態に戻され、最終的には、第１の接点４Ａと第２の接点４Ｂとが非接触になることでスイッチオフになる。
【００３４】
（ＭＥＭＳスイッチの製造方法）
図３は、ＭＥＭＳスイッチの製造方法を示す工程図である。以下に、図３を参照してＭＥＭＳスイッチの製造方法について説明する。図１においては、１つ分のスイッチ構成を示しているが、実際には、基板にシリコンウェハ等を用い、その表面に同時に多数個を作製し、最後にダイシングして個別化する。
【００３５】
まず、図３の（ａ）に示すシリコン基板１に対して、同図（ｂ）に示すように、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）により支持部２以外の部分を除去する。また、ビア５に対応する位置に３つのスルーホール３１を形成する。
【００３６】
次に、図３の（ｃ）に示すように、第２の電極６Ｂ及び第２の接点４Ｂに接続される配線パターン３２を設ける部分以外の部分のシリコン基板１の表面にレジスト３４を塗布する。次に、レジスト３４を塗布していない部分に、例えば、電子ビーム蒸着によりＡｕ膜等による配線パターン３２，３３と３つのビア５、及び第１の接点４Ａにボンディングワイヤにより接続される配線パターン及びビア（図示を省略）を形成する。
【００３７】
次に、図３の（ｄ）に示すように、配線パターン３２の第２の接点４Ｂの領域以外の部分にレジスト（図示を省略）を設け、電子ビーム蒸着により配線パターン３２の端部にＡｕ膜等による第２の接点４Ｂを形成する。
【００３８】
次に、図３の（ｅ）に示すように、図示しない他の工程において、第１の接点４Ａ及び絶縁層３ａを有する磁性体３を製作する。この磁性体３の端部を支持部２の上面に接合して固定する。
【００３９】
最後に、パッケージ２０（図示を省略）を磁性体３の周囲に空間が生じるようにしてシリコン基板１に設け、封止する。
【００４０】
（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）マグネット１１による磁気吸引力及び第１，第２の電極６Ａ，６Ｂによる静電吸引力ｆによる磁性体３を駆動するため、磁性体３に対するマグネット１１の磁力が弱い場合でも、第１，第２の接点４Ａ，４Ｂを確実にオンにできるため、大容量の電流のオン／オフを確実に行えると共に、小型化を図ることができる。
（２）主要部のシリコン基板１及び支持部２をＭＥＭＳ技術を用いて製作したことにより、量産性及び信頼性を高めることができる。
（３）第１，第２の電極６Ａ，６Ｂに印加する電圧は、マグネット１１による磁気が磁性体３に付与されたことをＭＲ素子２４により検知して行っているため、例えば、直流電源（＋Ｂ）に１２Ｖの蓄電池が用いられ、自動車の走行状態に応じて電圧変動が生じ、これにより磁性体３が誤駆動されるのを防止することができる。
【００４１】
［他の実施の形態］
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。
【００４２】
例えば、直流電源（＋Ｂ）が比較的安定である場合、電圧印加回路２０を用いず、第２の電極６Ｂに直流電源（＋Ｂ）を直接に印加する構成にすることができる。
【００４３】
また、ＭＲ素子に代えて、他の磁気センサ、例えば、ＧＭＳ（巨大磁気抵抗効果）素子を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、ＭＥＭＳスイッチの構成及びその回路図である。
【図２】図２は、ＭＥＭＳスイッチ１００の装着例を示す斜視図である。
【図３】図３は、ＭＥＭＳスイッチの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      シリコン基板
２      支持部
３      磁性体
３ａ    絶縁層
４Ａ    第１の接点
４Ｂ    第２の接点
５      ビア
６Ａ    第１の電極
６Ｂ    第２の電極
７      パッケージ
９      負荷（ランプ）
１０    プランジャ
１１    マグネット
１２    ホルダ
１３    ガイド
１４    リード線
２０    電圧印加回路
２１    抵抗
２２    トランジスタ
２３    抵抗
２４    ＭＲ素子
３１    スルーホール
３２    配線パターン
３３    配線パターン
３４    レジスト
１００  ＭＥＭＳスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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