JP2011517016A - 統合型リードスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】より一貫した動作パラメータを持つ超小型のリードスイッチ、及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】リードスイッチのモノリシック（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）構造を可能とする、リソグラフに基づく製作方法を使用する。バッチ・リソグラフに基づく微細製作は、多量の生産数量を可能とし、また、強化した寸法管理を容易にすることで再現性の改善に貢献している。微細リソグラフィーは、多くのデバイス配列にわたって、厳しい許容誤差のミクロン寸法を、繰り返し形成することができる。例えば、リードスイッチ内の２つのリード間、またはリードと固定接点の間のギャップの厳しい寸法管理が、リードスイッチ間の性能の一貫性を与える。このように、リードスイッチの感度の仕様を、リードスイッチの製造ロットをまたがる感度の広がりを少なくすることで、厳しく制御できるようにする。また、微細製作されたデバイスのコストは、そのデバイスが占有するサブストレートの面積に比例するが、少ないサブストレート専有面積の微細製作リードスイッチを提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、リードスイッチに関し、特に、超小型のリードスイッチ及び超小型リードスイッチの製造に用いるバッチ微細製造技術に関する。

従来、乾式リードスイッチは、一般的に、狭いギャップで分離され、ガラス密封容器によって支持された、軟磁性体で導電性の、２つのオーバーラップするカンチレバー（片持梁）（リード）を含んでいる。磁界が与えられると、２つの対向するカンチレバーが相互に吸引され、リード間の電気接続が確立する。磁界がないときは、カンチレバーは、当初の、分離して電気的に絶縁した状態になる。この基本的な単極単投ノーマルオープンスイッチの、数多くの電気機械的な、または電気的なバリエーションも、使用されている。

例えば、ＵＳ特許７，３２１，２８２「ＭＥＭのリードスイッチアレイ」、７，２２７，４３６「モジュラーリードスイッチの組立と製造方法」、５，８８３，５５６「リードスイッチ」、５，８４７，６３２「リードスイッチ」、４，８３７，５３７「リードスイッチ装置」、４，３２９，６７０「水銀リードスイッチ」、及び４，０３９，９８５「磁気リードスイッチ」に述べられているような、種々の、乾式または湿式リードスイッチの設計が、提案されている。

しかし、従来のリードスイッチの設計は、製造にコストがかかりすぎ、同一設計のスイッチであっても広範囲の動作パラメータを示すことがあった。それらはまた、一般的に、外部の電気接点と与えられる磁界について特定の相対的方向に規制される。例えば、従来のガラス封入リードスイッチは、その導線が円筒形のガラスアンプルから軸方向に延伸されて製造され、導線の軸に沿う方向の、外部からかけられる磁界に対して最も感度がよくできている。

これまでにも、微細製造のリードスイッチは提案されてきた。例えば、米国特許５，４３０，４２１号、５，６０５，６１４号、及び６，０４０，７４８号である。これらは一般的に堆積（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）面と垂直方向の梁の動作に頼っている。そのことが、例えば一貫したパフォーマンスの実現を困難にする材料内の応力勾配によって、製造及びパッケージングを困難にしている。このような設計はまた、梁の剛性についての問題（すなわち、その梁が、意図した曲げ方向には予測しうる剛性を、他の方向には高い剛性を有することが、一般的には望ましい。）を持つことになる。そのような設計はまた、一般的には梁に小さなアンカー部しか有せず、その結果として与えられた磁界に対して低い感度を示し、従って（特に微小スイッチの場合には）許容できないパフォーマンスとなる。このような設計はまた、一般的には、共平面（ｃｏｐｌａｎａｒ）の外部電気接続を持ち、それは、表面実装電子組立で使用されるには扱いにくい。

本発明で説明する一体型リードスイッチは、そのリードスイッチ構造に垂直で、かつ真下に向けられた、感度のよい軸と電気的導線について、より任意の方向を有するように組み立てられる。

米国特許第７，３２１，２８２号明細書 米国特許第７，２２７，４３６号明細書 米国特許第５，８８３，５５６号明細書 米国特許第５，８４７，６３２号明細書 米国特許第４，８３７，５３７号明細書 米国特許第４，３２９，６７０号明細書 米国特許第４，０３９，９８５号明細書

本発明の目的は、従来のリードスイッチよりもより効率的に製造できる、より一貫した動作パラメータを持つ、微小化したリードスイッチを提供することである。本発明はまた、微小リードスイッチを、微細製作技術を用いて製造する方法をも提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、リードスイッチのモノリシック（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）構造を可能とする、リソグラフに基づく製作方法を使用する。バッチ・リソグラフに基づく微細製作は、多量の生産数量を可能とし、また、強化した寸法管理を容易にすることで再現性の改善に貢献している。微細リソグラフィーは、多くのデバイス配列にわたって、厳しい許容誤差のミクロン寸法を、繰り返し形成することができる。そのことは、もしパターンが電気機械デバイスとして適切な材料にトランスレートされれば、電気機械の、再現性があり一貫した動作を与える。例えば、リードスイッチ内の２つのリード間、またはリードと固定接点の間のギャップの厳しい寸法管理が、リードスイッチ間の性能の一貫性を与える。このように、本発明は、一般的に考えられているリードスイッチの感度の仕様、すなわちリードスイッチを閉じるために必要とされる「アンペアターン」を、リードスイッチの製造ロットをまたがる感度の広がりを少なくすることで、厳しく制御できるようにする。また、微細製作されたデバイスのコストは一般的には、そのデバイスが占有するサブストレート（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）の面積に比例するが、本発明は、少ないサブストレート専有面積の微細製作リードスイッチを提供することができる。

リードブレードの機械的剛性は、曲げ方向の厚さの３乗に比例するため、リードスイッチ微細製作の重要な態様は、ブレード厚の許容誤差である。一方、リードブレードの幅、すなわち、曲げ方向と垂直の方向の寸法は、リードブレードの剛性には、一次の影響しか持たない。リードスイッチの微細リソグラフ構造への一つのアプローチは、ブレードの動作方向が、微細製作サブストレートの面に垂直（直角）であるように、ブレードをパターンすることである。このアプローチでは、梁の厚さ及び相応する厚さの許容誤差は、ブレード材料の堆積レートの制御によって決定され、動作方向に垂直な寸法であるブレード幅は、リソグラフィーにより決定される。それゆえ、図２０に示す原子配列（ｔｏｐｏｌｏｇｙ）を微細製作した薄膜表面は、通常、サブストレート内の領域によって、またはサブストレート間でかなり変化する堆積レートによって決定される梁の面外（ｏｕｔ ｏｆ ｐｌａｎｅ）厚さに依存する、閉のための磁界感度を有する。リードスイッチの微細製作へのもう一つのアプローチは、動作方向が製作用サブストレートに平行になるようにブレードを形成することにより、その厚さがリソグラフィーによって決定されるように、リードブレードを構築することである。リード幅が数１００μｍから数ｍｍで、厚さが数１０μｍのような、典型的なリードスイッチの形状の場合、サブストレートに平行な動作のリードスイッチの構造は、結果として、図２１に示すごとく、いわゆる「高アスペクト比」の形状となる。高アスペクト比の磁気リードカンチレバーのサブストレートに平行な曲げ剛性は、サブストレート面と平行の方向の動作を与えるように、サブストレートに垂直な剛性と比べると、かなり低い。高アスペクト比の構造を正確にパターンすることができる微細製作プロセスは、エレクトロフォーミングを伴うＸ線ベースの及び厚い（ｔｈｉｃｋ）紫外線微細リソグラフィー、及びディープシリコンケミカルエッチングを含む。どの場合でも、このアプローチでは、リードスイッチのブレードは、その厚さが、微細製作サブストレートの全域で再現可能で精密な追従性を持ってカンチレバーを曲げるように、全幅にわたって正確に定義された状態で製作される。そのことが、厳密に制御されたスイッチ閉の磁気感度を与える。一方、従来のガラス封止リードスイッチは、比較的精度の低いスタンピングプロセスで製作されており、それが、貧弱な厚さ管理と、その結果として磁気感度の大きな変動を生じている。

リードスイッチの微細化は、いくつかの物理的な縮小化の制約を含んでいる。よいリードスイッチの性能は、例えば、電気的に閉のときに、繰り返し可能で、低い接触抵抗を要求する。同様に、十分に大きい接触の電気機械力を必要とする。しかしながら、リードスイッチが微小化され、その全体のパッケージ容量が減少すると、一定の励起磁界に対してオーバーラップして接触する面積とともに、接触力が減少する。その上、リードスイッチの外部磁界への反応は、縮小したスケールによって問題を生じることになる。

前に概略を議論したように、微細製作リードスイッチに関する、機能デバイス、経済性、及び製作上の制約から、製作用サブストレートの面外にかなり（数１００μｍ）延伸する構造限界をサポートする、平面（ｐｌａｎａｒ）製作法が奨励される。このタイプの処理方法は、デバイスフィーチャーの、処理している面の面外厚さが、相応する横方向、すなわち面内の寸法より相当大きい、「高アスペクト比」処理方法と呼ばれる。このことは、リードブレードの幅（サブストレート上の高さ）が数１００μｍになるので、サブストレート面内の法線方向（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）で製作されたならば、リードスイッチのボリューム縮小のいくつかの不利を相殺できる。同時に、リードスイッチオーバーラップ領域を収容するのに必要なサブストレート領域の総計は、少ないまま保たれ、増加したブレード幅とその結果のブレードのオーバーラップによっては影響されない。

本発明によるリードスイッチはまた、他のリードスイッチと比べ縮小したサイズで、感度を維持することを実現する。リードスイッチの感度は動作に必要な磁界の量に関係する。リードスイッチのサイズが縮小すると、磁界をリードスイッチのギャップへと反応させる能力が減少する。超微小スケールでのリードスイッチの感度を維持するために、本発明の例示の実施の形態には、リードカンチレバーから外へ延伸するような、また、ある場合にはリードカンチレバーを部分的に囲むような、磁性体材料のパターン化されたベースを含んでいる。

同様に、微小化したリードリレーについて低接触抵抗を保つための力を維持することにもまた、縮小化の影響がある。本発明の例示の実施の形態には、固定されたコンタクトフィーチャを持つ単一カンチレバーを含んでいる。最大デバイス量の規制に関し、単一カンチレバーの使用は、外部磁界との反応の強化のために、より多くの磁性材料を含むことを許す。与えられたスイッチのギャップに関して、固定コンタクトに接触する単一カンチレバーと、コンタクトを形成するために各々がギャップの半分だけ曲げられる２つのカンチレバーとの、反応の差異については、以下のように記述される。長さｌ、厚さｈ、幅ｂ、ヤング率Ｅ、先端での力Ｐの、クランプされないカンチレバーに関しては、先端の変位は、δ＝（Ｐｌ^３）／（３ＥＩ） ここで、慣性モーメントＩは、Ｉ＝ｂｈ^３／１２である。ギャップｇ及び長さｌ＝ｌ_ｍ／２を有する２つのカンチレバーに関しては、変位δ＝ｇ／２が各々のカンチレバーに必要とされ、この変位を生じさせるために必要な相応する力は、Ｐ_２ｃ＝Ｅｂｇ（ｈ／ｌ_ｍ）^３である。ギャップｇ、長さｌ＝ｌ_ｍを有する１つのカンチレバーに関しては、変位δ＝ｇが必要とされ、この変位を生じさせるために必要な、相応する力は、Ｐ_１ｃ＝（Ｅｂｇ／４）（ｈ／ｌ_ｍ）^３であり、すなわち、２つのカンチレバーの場合と比較して、単一のカンチレバーを、与えられたギャップだけ変位させる力は４分の１である。このように、たとえ、リードカンチレバーを電気的接点から確実に解放する十分なリードのばね剛性があり、衝撃及び振動への十分な抵抗を与えたとしても、単一カンチレバースイッチは、デュアルのカンチレバーリードスイッチほどは、与えられたリードギャップのための接触力を減少しないであろう。

本発明は、リードスイッチ内のリードカンチレバーのコンプライアンス（ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ）を、そのベース部または機械的アンカー部の近傍に局所的に減少した断面積部分を設けることによって減少させる、別の手段も提供する。このことはブレードの磁気リラクタンスを増加し、それゆえ磁界を接触ギャップに反応させる能力を増加するけれども、いくつかの応用では、このことは、リードスイッチ感度を高めるための、受け入れ可能なトレードオフである。微細リソグラフパターニングを使用することで、このような狭くしたパターンが、サブミクロンの許容誤差を持って、ほとんど任意の方法で構築され、また、このように、適切なブレード剛性の精度及び再現性が、２５−１００μｍの一般的ブレード厚さに与えられる。

以上述べたように、本発明の効果は、微小化したリードスイッチが、従来のリードスイッチよりもより効率的に製造でき、より一貫した動作パラメータを持つことであり、更に、微細製作技術を用いて微小リードスイッチが製造できることである。

統合型単極単投（「ＳＰＳＴ」または「フォームＡ」）リードスイッチの斜視図。 封止され、パッケージされ、シンギュレートされた、例示のリードスイッチの図。 例示の統合型リードスイッチのサブストレートとサブストレートビアの平面図。 例示の統合型リードスイッチの電気的接続部を有するサブストレートの底面図。 例示の統合型リードスイッチの接合リングを有するサブストレートの平面図。 リードを有する例示の統合型リードスイッチの平面図。 延伸したベースアンカー部を有する、例示のフォームＡ統合型リードスイッチの斜視分解図。 単一のカンチレバーと拡大した非対称のベースアンカー部を有する、例示のフォームＡ統合型リードスイッチの斜視分解図。 単一のカンチレバーと拡大した対称のベースアンカー部を有する、例示のフォームＡ統合型リードスイッチの斜視分解図。 単一のカンチレバーと部分的に囲われた接点を有する、例示のフォームＡ統合型リードスイッチの斜視分解図。

対角線方向に向いた単一のカンチレバーを有する、例示のフォームＡ統合型リードスイッチの斜視分解図。 局所的に断面が狭められた、単一のカンチレバーを有する、例示のフォームＡ統合型リードスイッチの斜視分解図。 例示の統合型リードスイッチの構築のために使用されるビア・サブストレートの平面図。 例示のリードスイッチについての、底部の電気的パッド接点部の図。 金属電気パターンと接合リングを有する、例示のビア・サブストレートの斜視図。 例示の磁性材料の接合ステップの斜視図。 リード部品を接合した後の、製作中の例示の統合型リードスイッチの斜視図。 例示のキャップ接合ステップの斜視図。 例示の統合型リードスイッチのキャップ接合後の斜視図。 製造用サブストレートに垂直な接触動作をする、平面の薄膜微細製作スイッチの斜視図。

製造用サブストレートに平行な接触の動作をする、高アスペクト比製作法で形成された、微細製作スイッチの斜視図。 表側にサブストレート電気接点を有する、微細製作された高アスペクト比のリードスイッチの分解図。 上面に電気的接点を有する構成の、統合型リードスイッチの断面図。 キャップと側壁を有する、例示の本発明の実施の形態の斜視図。 キャップと側壁を有する、例示の本発明の実施の形態の斜視図。

本発明に従って微細製作されたリードスイッチの実施の形態の例は、電気的ビア（ｖｉａｓ）またはフィードスルー（ｆｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈ）を持つ電気的に絶縁されたサブストレート、リードスイッチ機構、前記リードスイッチを気密シールするカバー、及び前記リードスイッチに電気的接続を与える導電性パッドからなる。図面は、一般的に、単一のスイッチの例を示す。それは、単一のスイッチデバイスを持つウェファーまたはダイの、サイコロ状（ｄｉｃｅ）の部分である。製造上は、多数のこのようなスイッチ（又は他のデバイス）が単一のサブストレートの上に製作されうる。

図１は、統合単極単投（「ＳＰＳＴ」または「フォームＡ」）統合型リードスイッチの一例の分解図である。図２は、図１の前記の例のスイッチを、封止し、パッケージし、シンギュレート（ｓｉｎｇｕｌａｔｅ）した図である。サブストレート１００は、図３の例のスイッチに示されるように、電気的ビア１０６，１０８を有する。サブストレートは、例えばガラス、アルミナ、ＳｉＯ２誘電性塗膜シリコンなどのような、さまざまな電気絶縁性材料からなる。ビア１０６、１０８は、例えば、金、銅、銀、またはニッケルのような導電性材料からなり、サブストレートに気密状態で装着される。図４は、図３に示されるのと同様のサブストレートの底面図であり、サブストレートの底面にパターンされた金のような導電性材料からなる、電気的パッド１１２、１１４を有している。電気的パッドは外部の電気回路と、はんだ付けまたは適切な電気的止め具で接続される。

図６は、図１に例示した統合型リードスイッチの電気機構部分の平面図である。その電気機構部分は、スペーシングフィーチャ（ｓｐａｃｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ）１１６、１１８に取り付けられ、支持部あるいはアンカー部１２４、１２６を有する、磁性体のブレード（ｂｌａｄｅ）１２０、１２２からなる。磁性体ブレードは、適切な接点用金属材料（金、銀、ルテニウム、ロジウム及び白金を含むがこれに限定されない）で被覆された、軟磁性材料（例えば各種のパーマロイのように大きな透磁率を有する磁性材料）からなる。そのブレードは、いわゆる「高アスペクト比」を有していることに注意すべきである。すなわち、堆積面に垂直なブレード厚さが、堆積面内のブレード厚さよりもかなり大きいということを意味する。高アスペクト比は、種々の優位性を提供する。例えば、堆積及び動作の面の厚さが、プロセシングの際に、フィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ）幅として制御され、厳しい制御とその結果として剛性と作動力の要求の予見を可能としている。別の例においては、垂直方向のひずみ勾配が、さまざまに堆積された材料ではしばしば発生する。このようなひずみ勾配は、堆積面に垂直なカーリングのようなブレードのゆがみを引き起こす。このゆがみは、本発明で提供される堆積面と垂直方向を相対的に厚くして得られる、より大きな剛性によって、大部分は防止することができる。例示の実施の形態では、ブレードの剛性は、面内方向に比べ、面外方向が５０倍大きい。堆積面に垂直に作動する従来の設計は、このようなひずみ勾配によるゆがみによって、実用的ではない。

図５は、スペーシングフィーチャ１１６、１１８を有するサブストレート１００を示す。スペーシングフィーチャは、磁性体のブレードをサブストレートから分離するようにし、これにより、片持ち梁のブレードを形成し、ブレードの妨害されない動作を確保する。更に、シール用リング１１０がこの層に含まれ、それが、カバー側壁１０２，キャップ１０４という要素のための接合面を提供する。

動作においては、本発明のリードスイッチは、外部磁界を与えることにより作動させられる。この磁界は、例えば永久磁石または電磁コイルによって発生される。磁界の付与の下で、軟磁性体のリードが磁界をリードギャップに反応（ｃｏｕｐｌｅ）させ、それにより、リードスイッチのブレードのオーバーラップする先端部に吸引力が引き起こされる。ここにあげたいくつかの例示の実施の形態では、リードギャップは、可動リードカンチレバーと固定接点からなるものもある。もし、磁界が十分に強ければ、リードは、それらが接するまで曲げられて、そこで、ブレードを被覆する接点金属材料を通して、電気的接続が確立する。

従来のリードスイッチは、一般的には、気密の円筒形ガラス管容器で、電気導線がその管の端から延伸しているように製造される。従来の構成では、リードスイッチは円筒の軸の方向に最も感度が高く、従って、その磁極をリードスイッチの円筒軸方向に向けて、同軸上に配置した電磁石または永久磁石によって作動させることが最もふさわしい。本発明に従ったリードスイッチの実施の形態の例では、リードスイッチの直接の下方で、ほとんど任意の位置に、電気導線を延伸させることができる。最も感度が高いスイッチングの軸の方向は、このようにして、電気的接続の位置に関係して、調整されうる。更に、本発明により可能とされたように、アスペクト比と軟磁性体のベースの位置とを設計することによって、パッケージの方向と関連させて、最大のリードスイッチ感度の方向を調整することができる。さらに加えて、本発明により、より均質な、またはほとんど均等な感度を、より多くの方向について有するリードスイッチを提供することができる。

図７は、キャップ２０２及び壁２０４をシールするためのリング２０６を有するサブストレート２００にマウントされた（ｍｏｕｎｔｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ２００）、拡張されたベースアンカー部２０８，２１０を有するフォームＡ統合型リードスイッチの例の斜視分解図である。図７の例示の実施の形態は、リードカンチレバー２１２，２１４の部分をオーバーラップする、より大きなリードアンカー領域を提供する。追加された材料がリード接触ギャップ２２０への外部磁界の増強した反応を提供する。例えば、この、または、その他の例示の実施の形態に示されるような、これらの「拡張されたベースアンカー」は、外部から与えられる磁界への反応を増強するために、カンチレバー梁と接触して、またはそれに近接してパターン化された、かなりの量の軟磁性材料で提供される。このような増強された反応を持たない、微細製作されたスイッチは、与えられた磁界に対し低い感度しか有しない。このようなスイッチを動作させるためには、高い磁界が必要とされることから、多くの応用においてそのスイッチが実用的でないものと判断される。この考慮は、どんなサイズのスイッチでも重要であるが、縮小化が感度に影響する微細製作スイッチにおいては特に重要であると認められる。

図８は、単一のカンチレバー３０４と、拡張された非対称なベースアンカー部３００，３０２を有する、フォームＡ統合型リードスイッチの例の斜視分解図である。図８の、例示の実施の形態は、１個のカンチレバー３０４と対向する固定接点３０２からなる。例示の実施の形態は、固定接点３０２と可動カンチレバー３０４で定められるギャップ３０６を持つ。例示の実施の形態では、カンチレバーベース３００またはアンカー領域は、対応する固定接点ベース領域３０２よりもかなり大きく示されている。代替的に、図９の例示の実施の形態に示すような、両方のベース領域が等しい面積であってもよい。ここでは、アンカー領域４００及び４０２がほとんど等しい寸法を有する。このような構成は、図８の例示の実施の形態とは異なる、外部から与えられた磁界への磁力反応を示す。従って、本発明は、異なるベース及びブレードの形状を準備することで、異なるリードスイッチの感度を提供することができる。与えられる磁界の方向によるリードスイッチ感度の変動は、このような方法によっても設計することができる。

図１０は、単一のカンチレバーと部分的に囲まれた接点とを有する、フォームＡ統合型リードスイッチの例の斜視分解図である。図１０の例示の実施の形態は、図７の例示の実施の形態と同様の拡張したアンカー部５００を有する。固定接点５０２は、接点の領域が、部分的に軟磁性材料で囲まれるようになっている。

図１１は、対角線方向の単一のカンチレバーを有する、フォームＡ統合型リードスイッチの例の斜視分解図である。図１１の例示の実施の形態は、アンカー部６００及び固定接点６０２、及びパッケージと角度を持ったカンチレバーとを有する。

図１２は、局部的に断面積が狭まった、単一のカンチレバーを有する、フォームＡ統合型リードスイッチの例の斜視分解図である。図１２の例示の実施の形態は、アンカー部７００及び固定接点７０２を有する。カンチレバー７０６は、断面積減少部７０４を持つ。狭まった断面積は、カンチレバー７０６がギャップ７０８を閉じるように曲がり、ベース７０２に形成された固定接点と接触するための、局部的なたわみ（ｆｌｅｘｕｒａｌ）ヒンジを、効果的に提供する。

製作の例示の方法
本発明に従った統合型リードスイッチの製造の説明は、適切なサブストレートの準備から始まる。アルミナ、ガラス、ガラスセラミック複合材、及び、酸化シリコンなどの、さまざまな絶縁体サブストレートが使用される。リードスイッチへの電気的な接続は、穴状に形成されるビアによってなされ、その寸法は、用途によって直径０．００２インチから０．０４０インチまでにわたる。このような穴は、レーザーまたはウォータージェット（ｗａｔｅｒ ｊｅｔ）ドリルを用いて加工される。その穴には、多くの方法によって、電気伝導材料が供給される。方法の選択は、意図する応用のためのリードスイッチの寿命として許容できる密閉性のレベルに影響を与える。例えば、その穴は、金属めっき法と組み合わせた薄膜の物理的気相堆積法（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いることにより、または、プレス、焼結、または焼成（ｆｉｒｅ）された金属粉末、またはセラミックスラリータイプのプロセスによる導電性プラグペーストを用いることにより、電気伝導材料が供給される。適切な電気伝導材料としては、例えば、金、銀及び銅などが含まれる。穴形成及び電気伝導材料の準備の後で、図１３に示されるようなサブストレートが、導電性のプラグまたはビア８０２，８０４を有する、電気絶縁性のサブストレート、すなわちウェハー８００を提供する。サブストレート貫通ビア（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｖｉａｓ）の使用は、表面実装の電子回路パッケージやアッセンブリとの互換性から重要である。例えば、外部との電気的接続のためのサブストレート貫通ビアを有する、本発明に従ったリードスイッチは、最小限の「専有面積」（回路基板上でのスペース）しか要求せず、表面実装及びボールグリッド（ｂａｌｌ ｇｒｉｄ）印刷基板技術によく適合する。

代替的に、絶縁されたビアが、多層金属及び層間誘電体（ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒ ｍｅｔａｌ ａｎｄ ｉｎｔｅｒ−ｌａｙｅｒ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）プロセスの使用により、サブストレートの表面に用意されることもある。実施態様の例が図２２に示される。この特定の、統合型高アスペクト比の微細製作磁気リードスイッチの実施の形態に含まれるのは、磁性体要素９２３、９２４及び９２６及び、キャップ９２１と側壁９２２からなるカバーを有する、電気絶縁性のサブストレート９２０である。表側の電気的接続は、金属化（ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）された層と、リードスイッチへの電気的接続のある接合パッド９２８によって実行され、この金属化層と導電性のキャップシールリング９３２との間は、誘電体９３０で絶縁される。それゆえ、この方法で、サブストレートの表側で、スイッチの内部密封空間へと電気的接続がなされる。表側のメタライゼーションは、その後、多数のデバイスを接続し、または、他の電気的または電気機構的素子へと接続するために使用される。

製造手順の別のステップでは、図１４に示すように、サブストレートの裏側に電気的パッド８０６，８０８を形成する。このことは、外部への電気的接続の手段を提供するための、例えば、金、錫などの標準の金属パターニングを使用して実現される。最終的なリードスイッチの応用において、はんだ付けまたは接合されうるこれらのパッドは、リードスイッチパッケージの外部から、ビアの中の導電性材料へ、電気的なインターフェースを提供する。

図１５に示される補足的な金属パターンは、サブストレートの表側に形成され、８１２及び８１４のような形状を通して、リードスイッチベースへと電気的接続を提供する。表側の接続部の形状は、特定のリードスイッチの設計のアンカー部及び接触部分のために適切であるように構成される。表側の金属パターンは、カバーシールのためのベースとなる接合リング８１０も有する。この表側の層は、金を含む種々の導電性材料から組み立てられ、そこでは、金の拡散接合が、磁性体の要素を取り付け、気密カバーをシールするために使用される。裏側及び表側の両方のメタライゼーションパターンは、スパッタリング、リフトオフ・リソグラフィック技術を用いたあるいはスルーフォトレジスト（フォトレジスト貫通）電気メッキによる金属蒸着層を含む、種々のプレーナ処理のメタライゼーション技術により製作される。

図１６は、例示の磁性材料の接合ステップの斜視図である。図１７は、リード要素の接合後の製造中の統合型リードスイッチの一例の斜視図である。パターン化された磁性の要素８２０，８２２及び８２４は、主サブストレート８００に接合される。そのパターン化された磁性要素８２０，８２２及び８２４は、接合の間、磁性要素の組立に使用され、それらを保持するための（図示しない）第２のサブストレートにマウントされることもある。第２のサブストレートは、接合の後で、例えば、磁性部品と第２のサブストレートの間にある犠牲層の選択的な化学エッチングによって、または、第２のサブストレートのバルク体溶解法（ｂｕｌｋ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ）によって、取り除かれる。接合は、例えば、金属拡散接合（固相接合）、遷移液相接合、ろう付け、または、はんだリフローなどの方法で実現される。スペーシングパターン８２６、８２８もまた、磁性領域の内に位置する接合層を提供するために、磁性要素８２２、及び８２４より盛り上がって設けられる。このスペーシング層は、磁性ブレード８２０が、接点領域８２４と電気的接続をするために磁界に反応して動くときに、磁性ブレードのために追加のクリアランスを提供する。更に、ブレード８２０と固定接点８２４には、一般的には、主サブストレート８００への接合及びトランスファー（ｔｒａｎｓｆｅｒ）の前に、適切な電気的接続層が準備される。ロジウム及びルテニウムのような適切な接点金属が、誘電体フィールド層を追加した状態で、磁性ベース層に電気メッキされる。これは、主サブストレート８００へのトランスファーの間に磁性構造が失われることを別のやり方で避けるように、構造間の接点金属の電気メッキを禁じるためである。さらに加えて、磁性層構造の下の犠牲層をわずかにアンダーカットすることによって、接点金属が、蒸着またはスパッタリングのような種々の物理的気相堆積法によって、堆積される。記述されたステップは、図１７に示す例の製作に使用され、また、この中のいずれの個所に述べられている実施の形態の例をも含み、かつ、それに限定されない他の実施の形態でも、構成要素の形状に対応する変形を行って、使用される。

気密的にシールされたスイッチを形成するために、デバイスを囲う、適切な気密材料で製作されたキャップが必要とされる。磁性層を接合するのと類似のやり方で、カバー８４２と側壁８４０からなるキャップは、図１８に示すように、リードスイッチの周囲に気密的にシールされた空隙を形成するために、金属拡散接合によって、接合リング８１０に接合される。当初にカバーを支持していたサブストレートを除去したあとの結果が図１９に示される。キャップは、外部の磁界と軟磁性のリードスイッチとの反応を許すために、非磁性の材料からなる。ガラスもまた、キャップ材料として使用され、相対するガラスまたはシリコンのような半導体からなる適切な接合リング材料へ、陽極接合（ａｎｏｄｉｃａｌｌｙ ｂｏｎｄ）され、または封止される。

側壁とキャップの実施の形態の例
図２４及び図２５は、実施の形態の例の側壁１００１とキャップ１０００を有するリードスイッチの斜視図である。ここに記述する実施の形態の例は、平面層と側壁層の２つの層を有するキャップからなっていて、側壁がリードスイッチにマウントされ、かつ、スイッチ要素の上部の平面層の内部に置かれるようになっている。図２４及び図２５の実施の形態の例では、側壁層１００１は、スイッチ製作工程の一部をなしている。その後、キャップが、例えば、誘電体または金属の材料の層１００２を有し、それは、比較的薄いスペーシングパターン１００３の使用を介して、スイッチの一部としてその前に形成された側壁層１００１にマウントされる。このアプローチは、（リソグラフィー技術の代わりに）シングレーションまたはウェハーダイシングの間にキャップが形成されるための、ウェハーレベルで接合されたサブストレートサンドイッチを提供する。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。用語「又は」に関して、例えば「Ａ又はＢ」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならず、「ＡとＢの両方」を選択することも含む。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。

１００ サブストレート
１０２ 側壁
１０４ キャップ
１０６ ビア
１０８ ビア
１１０ シール用リング
１１２ 電気的パッド
１１４ 電気的パッド
１１６ スペーシングフィーチャ
１１８ スペーシングフィーチャ
１２０ ブレード
１２２ ブレード
１２４ アンカー部
１２６ アンカー部
２１２ カンチレバー
２１４ カンチレバー
２２０ ギャップ

Claims (20)

1. ａ．平面状のサブストレートと、
   前記サブストレートは、非導電性の材料からなり、リードスイッチから外部の電気回路との電気的接触状態に置くために採用された、第１及び第２の電気的接点を有する
   ｂ．リードと
   前記リードは、その長さ方向に直交し、前記サブストレートの面に直交しない方向に、曲げやすい、延伸した要素からなり、前記サブストレートに一端をマウントされ、
   各々が少なくとも１つの前記電気的接点でもって電気的に接続し、適切な磁界が与えられたときに、前記２つの電気的接点が相互に電気的接続状態となるよう、曲がるようにマウントされた、
   を有する
   からなることを特徴とするリードスイッチ。
2. 前記リードが自由に作動できるように、また、前記サブストレートと共同して空気のような外からの材料が前記リードの前記作動領域に侵入することを防ぐように前記サブストレートにマウントされた、キャップを有することを特徴とする請求項１記載のリードスイッチ。
3. ａ．前記サブストレートにマウントされ、前記第１の電気的接点と電気的接続している第１のアンカー部と、
   ｂ．前記第１のアンカー部にマウントされ、電気的接続され、かつ、前記サブストレートの面と平行の方向に曲げやすく、その長さ方向の一部が前記第１のアンカー部から離れているが近傍になるようにされた、第１のリードと、
   ｃ．前記サブストレートにマウントされ、前記第２の電気的接点と電気的接続する、第２のアンカー部と、
   ｄ．前記第２のアンカー部にマウントされ、電気的接続され、かつ、前記サブストレートの面と平行の方向に曲げやすく、その長さ方向の一部が前記第２のアンカー部から離れているが近傍になるようにされた、第２のリードと、
   からなり、
   ｅ．前記第１の及び第２のリードが、前記リードスイッチが第１の磁気状態を受けたときに、電気的接続がなされず、第２の磁気状態を受けたときに電気的接続がなされる、
   ことを特徴とする請求項１記載のリードスイッチ。
4. 前記第１のリードが、前記第１のアンカー部が部分的に前記第１のリードを囲むように、前記第１のアンカー部にマウントされることを特徴とする請求項３記載のリードスイッチ。
5. 更に、前記リードが自由に作動できるように、また、前記サブストレートと共同して、空気のような外からの材料が前記リードの前記作動領域に侵入することを防ぐように、前記サブストレートにマウントされたキャップを有することを特徴とする請求項３記載のリードスイッチ。
6. ａ．前記第１の電気的接点と電気的接続し、前記サブストレートにマウントされる第１のアンカー部と、
   ｂ．前記サブストレートの面と平行の方向に曲げやすく、前記第１のアンカー部にマウントされ、電気的接続され、かつ、その長さ方向の一部が前記第１のアンカー部から離れているが近傍になるようにされた、第１のリードと、
   ｃ．前記第２の電気的接点と電気的接続するように、前記サブストレートにマウントされた固定接点部材と、
   からなり、
   ｄ．前記第１のリードと前記固定接点は、前記リードスイッチが第１の磁気状態を受けたときに電気的接続がなされず、第２の磁気状態を受けたときに電気的接続がなされる、
   ことを特徴とする請求項１記載のリードスイッチ。
7. 前記第１のリードが、前記第１のアンカー部が部分的に前記第１のリードを囲むように、前記第１のアンカー部にマウントされることを特徴とする請求項６記載のリードスイッチ。
8. 前記固定接点が部分的に前記第１のリードを囲むように、前記固定接点を形成したことを特徴とする請求項６記載のリードスイッチ。
9. 前記第１のリードが、前記第１のアンカー部の第１の側にマウントされ、前記第１のリード、前記第１のアンカー部及び前記固定接点が、前記第１のリードが、前記第１のアンカー部から、（前記第１のアンカー部と前記固定接点で定義される）第１の軸を、横切って、前記固定接点の方へ延伸するように、前記サブストレートにマウントされることを特徴とする請求項６記載のリードスイッチ。
10. 少なくとも１のリードが、曲げが容易な方向で定められた断面について、前記リードの長さ方向の領域で、減少した部分を有することを特徴とする請求項１記載のリードスイッチ。
11. バッチリソグラフィーベースの微細製作法によって製作されることを特徴とする請求項１記載のリードスイッチ。
12. 少なくとも１のリードが、前記サブストレートの面と直角方向の厚さより少ない、前記サブストレートの面と平行な厚さを有することを特徴とする請求項１記載のリードスイッチ。
13. 少なくとも１のリードが、前記サブストレートの面と直角方向の厚さの半分より少ない、前記サブストレートの面と平行な厚さを有することを特徴とする請求項１記載のリードスイッチ。
14. ａ．第１及び第２の電気的接点を有する第１のサブストレートを準備し、
    ｂ．リードスイッチ要素を第２のサブストレート上に形成し、
    ｃ．前記第１のサブストレートを、前記リードスイッチ要素のいくつかが前記第１及び第２の電気的接点と電気的接続をするように、前記リードスイッチ要素に接合し、
    ｄ．前記第２のサブストレートをリードスイッチ要素から除去し、
    ｅ．キャップを、前記リードスイッチ要素が前記キャップと前記第１のサブストレートで定められた空間の中にあるように、また、前記第１及び第２の電気的接点が、前記空間の外側に延伸するように、前記第１のサブストレートにマウントする、
    ことからなるリードスイッチの製作方法。
15. 平面のサブストレートを準備して、前記サブストレートを貫通して２個の穴を形成し、前記穴の長さ方向に延伸して導電性の材料を供給することからなる、第１のサブストレートの準備方法を特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 更に、前記第１の穴の中の導電性材料と電気的接続をするように、前記第１のサブストレートの表面に、導電性材料を堆積することを特徴とする請求項１５記載の方法。
17. ａ．電気的に絶縁されたサブストレートと、
    ｂ．前記サブストレートの表面にマウントされ、サブストレートの中の導電性ビアと電気的接続している、第１及び第２の磁性体ベースと、
    ｃ．第１の端部をベースにマウントされ、第２の端部は前記サブストレートの表面と垂直でない経路に沿って作動可能とした、少なくとも１つのカンチレバー要素と、
    からなり、
    ｄ．前記カンチレバー要素が、前記カンチレバー要素の動きが前記第１及び第２のベースを電気的接続状態にするように、外部から与えられた磁界に対応して動く、
    ことを特徴とするスイッチ。
18. 前記カンチレバー要素が、外部から与えられた磁界がないときは、前記第１及び第２のベースを電気的接続状態にしないことを特徴とする請求項１７記載のスイッチ。
19. 前記カンチレバー要素が、前記ベースの部分に沿う方向に向かって、ベースにマウントされた場所から延伸していることを特徴とする請求項１８記載のスイッチ。
20. 前記第１の及び第２の電気的接点が、前記サブストレートの第１の側で、外部電気回路との電気的接続を与え、かつ、前記リードが、前記サブストレートの前記第１の側とは反対の第２の側で、前記サブストレートにマウントされることを特徴とする請求項１記載のスイッチ。

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