【研究分野】生産工学・加工学

【研究領域課題番号】15206015 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

MEMS / 微細加工 / 薄膜 / アモルファス / 金属ガラス / マイクロアクチュエータ / 物性 / アークプラズマ

【研究成果の概要】

本研究では,薄膜金属ガラスと,その微細加工法に関する基礎的,応用的研究を発展させ,従来に無い優れた特性を有するMEMS材料の実現と,三次元立体MEMSの製作を目的とした.具体的には,以下の項目について検討,解明した.
◎基礎的研究
・新しい薄膜金属ガラスの探索:コンビナトリアルアークプラズマ蒸着法により,Ru基の薄膜金属ガラス(Ru_<75>Zr_<24>Al_1,ガラス転移温度(Tg)902K,結晶化開始温度(Tx)973K)を発見.また,多元同時スパッタ法で,Cu基薄膜金属ガラス(Cu_<50>Zr_<50>,Tg:672K, Tx:715K)を,製作した.
・特性の評価:Ru基薄膜金属ガラス,Cu基薄膜金属ガラスの機械的特性を測定した.両金属ガラスとも,良好な機械的特性を示し,引張強度1GPa以上を達成した.
・特性の改善:Pd基薄膜金属ガラスの過冷却液体域での焼きなましにより,電気抵抗率の低減,縦弾性係数の増大など特性改善を行った.
◎応用的研究(三次元立体MEMS)
・多自由度マイクロアクチュエータ:薄膜金属ガラスの三次元成形を利用した立体構造を用い,圧電薄膜により,2自由度の変位が可能な多自由度マイクロアクチュエータを実現した.圧電薄膜の改良により,2自由度で,それぞれのストローク10μmを実現した.
・マイクロブロー成形による立体構造:中薄膜金属ガラスの新しい三次元微細加工法として,マイクロ流体素子等に適用できる微細中空構造の製作に利用可能な,マイクロブロー成形の提案した.まず,封入Arガスを用いたマイクロブロー成形を検討した,つぎに,発ガス材として窒化銅を用いたマイクロブロー成形について検討し,20μm間隔で直径100μmの微細中空構造を集積した.
・能動電子素子:薄膜金属ガラスの立体構造を利用した可変マイクロインダクタを検討し,高さを変化させることで,インダクタンスを3%変化させることに成功した.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2003 - 2005

【配分額】50,050千円 (直接経費: 38,500千円、間接経費: 11,550千円)

【研究分野】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】13555073 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

MEMS / 微細加工 / 薄膜 / アモルファス / 金属ガラス / 静電アクチュエータ / 情報機器 / 光ピックアップ / 光磁気ディスク / 情報機 / 物性

【研究成果の概要】

1.研究目的
薄膜金属ガラスを用いて,基板面外に駆動可能な新しいマイクロアクチュエータ(基板面外駆動マイクロアクチュエータ)を試作するために,以下の検討を行うことを目的とした.
(1)新しい基板面外駆動マイクロアクチュエータの考案.
(2)精度の高い立体的構造を有する基板面外駆動マイクロアクチュエータの製作方法の検討.
(3)試作した基板面外駆動マイクロアクチュエータの変位特性,応答性の評価と光ピックアップヘの展開を念頭においた特性評価.
2.研究成果
これまでの薄膜金属ガラスの微細加工,微細成形技術をもとに,新しい基板面外駆動マイクロアクチュエータとして,マイクロレンズアクチュエータ(MA : Micro Lens Actuator)を考案,試作した.測定した性能を以下に示す.(括弧内は仕様値)
(1)ストローク:0.85μm(1μm)
(2)駆動対象物:質量0.89mg,直径1mmのガラスダミーレンズ (質量1.5mg直径1mmガラスレンズ)
(3)傾き誤差:0.02°(0.8°以下)
(4)応答周波数:3.54kHz,(1kHz以上)
(5)耐衝撃性:800G以上
(6)駆動電圧:50V
以上より,ストロークが若干仕様に対して不足しているものの,ほぼ仕様を満たすマイクロアクチュエータを実現することができた.
3.今後の課題
今後の課題として,試作したMAを,次世代の高記録密度MOの光ピックアップとして製品化するための生産性,工程の検討を行う必要がある.さらに,ストロークの増大と駆動電圧の低減をはかる.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2002

【配分額】13,500千円 (直接経費: 13,500千円)

【研究分野】機械工作・生産工学

【研究領域課題番号】12355007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

MEMS / 微細加工 / 薄膜 / アモルファス / 金属ガラス / プローブ / 抵抗率 / 物性

【研究成果の概要】

1.研究目的
薄膜金属ガラス三次元微細はりを高精度に再現性良く微細成形する技術を確立するために以下の研究を行う.
(1)各種薄膜金属ガラスの成膜条件と,その物性の検討.
(2)薄膜金属ガラスの過冷却液体域利用した三次元微細成形方法,およびその成形精度,再現性の検討.
(3)さらに,応用として薄膜金属ガラス微細梁をプローブとした半導体検査機器への展開.
2.研究成果
(1)薄膜金属ガラスの各種物性値を測定し,Zr基およびPd基薄膜金属ガラスは,高い弾性限界と引張強度を有し,ばね材として優れていることを明らかとした.次に,抵抗率の低い薄膜金属ガラスとしてPd_<76>Cu_6Si_<18>(原子%)の薄膜金属ガラスの成膜に成功し,抵抗率62μΩ・cmを実現した.さらに低抵抗化を目指して,633K,2,100sの加熱処理により脆化すること無く46.5μΩ・cmの抵抗率低下に成功した.
(2)薄膜金属ガラスに対して,MEMSプロセスの適用を検討し,リフトオフ法を適用することで,微細片持はりの製作に成功した.さらに過冷却液体域での軟化を利用して,微細片持はりを高精度に変形させる方法について検討し,曲がりはりを製作する方法や,90°曲はりや90°ねじりはりの製作に成功した.
(3)以上の検討を元にプローブピンの試作を行った.製作したプローブピンは,プローブ部長さ400μm,立上り高さ200μm,幅は50μm等数種を製作した.いずれもオーバドライブ量100μmにおいて,Alパッドとの接触抵抗は1Ω以下,1ピン当たりの接触荷重は1mNを達成した.さらに30万回のタッチダウンテストにより,十分な耐久性を有することを明らかとした.
3.今後の課題
以下の課題を明らかとした.(1)新しい薄膜金属ガラスの創製(2)薄膜金属ガラスの引張強さに対する寸法効果,疲労強度およびクリープの測定(3)三次元微細プローブのプローブカードへの応用

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】44,900千円 (直接経費: 37,400千円、間接経費: 7,500千円)