JP2008198375A

JP2008198375A - スイッチングモジュール

Info

Publication number: JP2008198375A
Application number: JP2007029295A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Itoi; 和久糸井; Takuya Aizawa; 卓也相沢; Satoru Nakao; 知中尾
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2008-08-28

Abstract

【課題】モジュールサイズの小型化（薄型化）を図るとともに、クリックバネと電極部との位置ズレによるスイッチング圧力のバラツキがなく、信頼性の高いスイッチングモジュールを提供すること。
【解決手段】本発明に係るスイッチングモジュール１は、磁気センサ２を内在するフレキシブル基板１０と、前記フレキシブル基板の一面上にあって、前記磁気センサと重なる位置に配され、上方に凸形状をなすクリックバネ３と、前記クリックバネが押圧を受けた際に、前記磁気センサへ近づく該クリックバネの部分に配された磁性体４と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチングモジュールに関する。

従来、携帯電話やノートパソコンなどの電子機器に使用される薄型のスイッチ入力装置として、メンブレンスイッチが知られている。このメンブレンスイッチは、一般的に、下部電極が設けられた下部電極シートと、前記下部電極に対応する上部電極が設けられた上部電極シートと、前記下部電極シートと前記上部電極シートとの間に介装されたスペーサとにより構成されている。また、スイッチを押したときのクリック感を得るために、前記上部電極の上方又は下部電極と上部電極との間にメタルドーム等のクリック板を配設することもある。

このように、従来のメンブレンスイッチは、電気的接触の有無によりＯＮ／ＯＦＦ操作がなされるものであり、その信頼性や、クリックバネと電極部との位置ズレによるスイッチング圧力のバラツキが問題となっている。また、この問題を解決するため、特許文献１に示されるように、キー部分に磁石を設置し、検出部に磁気センサを設置することで非接点化を目指したスイッチングモジュールもあるが、基板上に磁気センサを設置しているため、モジュールサイズ（特に高さ）に問題がある。
特開２００５−１５８５６９号公報

本発明はこのような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、モジュールサイズの小型化（薄型化）を図るとともに、クリックバネと電極部との位置ズレによるスイッチング圧力のバラツキがなく、信頼性の高いスイッチングモジュールを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のスイッチングモジュールは、磁気センサを内在するフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の一面上にあって、前記磁気センサと重なる位置に配され、上方に凸形状をなすクリックバネと、前記クリックバネが押圧を受けた際に、前記磁気センサへ近づく該クリックバネの部分に配された磁性体と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載のスイッチングモジュールは、請求項１において、前記フレキシブル基板の一面上にあって、前記クリックバネを囲むように配されたスペーサと、前記クリックバネを覆うとともに、前記スペーサ上に配されたシート体と、をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の請求項３に記載のスイッチングモジュールは、請求項１又は２において、前記磁気センサは、外部へアナログ信号を出力することを特徴とする。

本発明のスイッチングモジュールでは、クリックバネが押圧されると、クリックバネに取り付けられた磁性体が磁気センサに近づく方向に移動し、これに伴って変化する磁界を磁気センサで検知することにより入力操作を検知するため、クリックバネと基板との間に接点が必要ない。このように接点基板が存在しないため、従来のように、クリックバネと電極部との位置ズレによるスイッチング圧力のバラツキがなく、高い信頼性を有するスイッチングモジュールを提供することができる。また、本発明のスイッチングモジュールでは、磁気センサをフレキシブル基板内に内在させることで、モジュールサイズの小型化（薄型化）も同時に図ることができる。

以下、本発明に係るスイッチングモジュールの一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明のスイッチングモジュールの一例を示す断面図であり、図２はスイッチ（クリックバネ）が押下された状態を示す断面図である。
本発明のスイッチングモジュール１は、磁気センサ２を内在するフレキシブル基板（フレキシブルプリント配線板）１０と、前記フレキシブル基板１０の一面上に配されたスイッチ部７とから構成される。
スイッチ部７は、フレキシブル基板１０の一面上に配された支持基板１２と、前記フレキシブル基板１０の一面上にあって、支持基板１２を介して前記磁気センサ２と重なる位置に配され、上方に凸形状をなすクリックバネ３と、前記クリックバネ３が押圧を受けた際に、前記磁気センサ２へ近づく該クリックバネ３の部分に配された磁性体４と、前記フレキシブル基板１０の一面上にあって、前記クリックバネ３を囲むように配されたスペーサ５と、前記クリックバネ３を覆うとともに、前記スペーサ５上に配されたシート体６と、から構成される。

本発明のスイッチングモジュール１では、図２に示すように、クリックバネ３が押圧されると、クリックバネ３に取り付けられた磁性体４が磁気センサ２に近づく方向に移動し、これに伴って変化する磁界を磁気センサ２で検知することにより入力操作を検知するため、クリックバネ３とフレキシブル基板１０との間に電気的接点が必要ない。このように接点基板が存在しないため、従来のように、クリックバネ３と電極部との位置ズレによるスイッチング圧力のバラツキがなく、高い信頼性を有するスイッチングモジュールを提供することができる。

フレキシブル基板（フレキシブルプリント配線板）１０は、柔軟性を持ったプリント基板のことで、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）とも呼ばれる。
ここで本実施形態のフレキシブル基板１０は、多層構造をなし、支持基板１２上に設置された磁気センサ２上に、予め個別に作製された配線つき基板１４を積層し一括で多層化することにより構成されている。
磁気センサ２をなす軟磁性体膜と、配線付き基材１４とは、それぞれの層間導通用パッドが導電性ペーストからなる貫通電極１５によって接続されており、再配線層を構成している。

磁気センサ２は、例えば後述するような方法により、フレキシブル基板１０中に内在される（埋め込まれる）。これにより、モジュールサイズの小型化（薄型化）を図ることができる。

前記フレキシブル基板１０の一面（支持基板１２側）上に、入力操作キーとしてクリックバネ３が配置されている。クリックバネ３は、前記磁気センサ２と重なる位置に配され、上方に凸形状（ド―ム状）をなす。クリックバネ３は、下面に磁性体４が組み込まれ、クリックバネ３が押下されることにより、磁気センサ２に近接する。
クリックバネ３は、一定の操作感（クリック感）を得るためにステンレス等の金属板からなる。

クリックバネ３が押圧を受けた際に、前記磁気センサ２へ近づく該クリックバネ３の部分に、磁性体４が配されている。
磁性体４は、フェライト系、サマリウム・コバルト系、ネオジウム系などが挙げられるが、磁気センサ２から検出可能な磁束密度が得られるように、その大きさを含め設定されることが好ましい。磁気センサ２がホールセンサの場合、感磁方向は、チップと垂直方向のため、磁性体４は図１に対して９０度回転させたほうが好ましい。

磁気センサ２は、磁性体４の移動に基づく磁界の変化を検知することによってＯＮ／ＯＦＦを出力するセンサであり、例えば、軟磁性体膜からなるＭＲ（磁気抵抗）センサ等が挙げられる。ＭＲセンサは、チップ表面方向の磁界を検知するため、磁性体４は磁気センサ２と平行方向に着磁されていることが好ましい。
磁気センサ２はフレキシブル基板１０に内在され（埋め込まれ）ている。
磁気センサ２と外部との接続はフレキシブル基板１０を用いているため、接点は外部で取り出すことが可能であり、スイッチ内に接続部を持たない。

ここで、図３は、前記磁気センサ２を含んで構成される磁気センサモジュールの一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
磁気センサモジュール３０は、図３（ｂ）に示すように、非磁性基板３１と、非磁性基板３１の一面上に配された絶縁層３２と、絶縁層３２の一面上に配された磁気センサ（軟磁性体膜）２と、磁気センサ２の端部に配され、導電体からなる端子部ａ〜ｄと、から構成される。、
また、スイッチ部７において、磁性体４を有しているため、磁気センサモジュール３０において、硬磁性膜の形成は不要である。

磁気センサ（軟磁性体膜）２は、図３（ａ）に示すように、メアンダ形状にパターン形成される。
ここで本実施形態の磁気センサ（軟磁性体膜）２は、例えば４つのパターンブロックを有し、互いに隣り合うブロックのパターン形成方向が、それぞれ直交するように形成されている。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

端子部ａ〜ｄは、磁気センサ２の端部であって、隣り合うパターンブロックを接続する部分にそれぞれ配され、フレキシブル基板１０側の導電層（銅箔１８）及び貫通電極１５を通して外部と電気的に接続される。
そして、図３（ａ）において端子部ａ−端子部ｂ間で電源をとった場合には、端子部ｃ−端子部ｄ間で電圧測定を行うことにより磁界の変化を検知する。また、端子部ｃ−端子部ｄ間で電源をとった場合には、端子部ａ−端子部ｂ間で電圧測定を行うことにより磁界の変化を検知する。

スペーサ５において、積層したときに磁気センサ２と重なる部位には、予め、磁気センサ２の面積よりもやや大きな開口部５ａが形成してある。これにより、クリックバネ３の横方向の移動を防止できる。
スペーサ５の材料としては、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの樹脂や金属などが用いられる。

シート体６は、クリックバネ３を覆うとともに、前記スペーサ５上に配される。このシート体６により、クリックバネ３は、移動しないようにフレキシブル基板１０に固定される。
シート体６は、例えばポリエステル系フィルムからなるシート基材と、一面に形成された粘着層とからなり、粘着層をスペーサ５に対向させて貼り合わせられる。

このような構造を有するスイッチングモジュール１では、図２に示すように、入力操作キーの押下に伴って磁性体４が磁気センサ２に近づく方向に移動することによって、磁界の変化が生じる。磁気センサ２がある磁界より大きいときにＯＮ出力、小さいときにＯＦＦ出力をするように設定しておくことにより、ＯＮ／ＯＦＦの動作を検出することが可能となる。

また、前記磁気センサ２は、磁界の大きさに比例して外部へアナログ信号を出力することが好ましい。磁気センサ２が磁界の大きさに比例してアナログ信号を出力することで、押圧の強さを測定することも可能となる。

このようなスイッチ構造を有する本発明のスイッチングモジュール１では、クリックバネ３が押されると、クリックバネ３に取り付けられた磁性体４が磁気センサ２に近づく方向に移動し、これに伴って変化する磁界を磁気センサ２で検知することにより入力操作を検知するため、クリックバネ３とフレキシブル基板１０との間に接点が必要ない。このように、このスイッチングモジュール１では接点基板が存在しないため、従来のように、クリックバネ３と電極部との位置ズレによるスイッチング圧力のバラツキがなく、高い信頼性を確保することが可能である。また、磁気センサ２が、フレキシブル基板１０中に内在されることより、モジュールサイズの小型化（薄型化）も同時に図ることができる。

つぎに、このようなスイッチングモジュール１の製造方法について説明する。
まず、磁気センサ２を内在するフレキシブル基板１０の製造方法について説明する。なお、スイッチングモジュール１およびフレキシブル基板１０の製造方法は、これに限定されるものではない。

図４は、フレキシブル基板の製造方法における各工程(前半の工程)を示す断面図である。

以下、図４を用いて、このフレキシブル基板の製造方法について説明する。

〔１〕
図４（ａ）に示すように、ポリイミド樹脂フィルムからなる絶縁層１７の片面に導電層となる銅箔１８が設けてある片面銅張板（以下、ＣＣＬ（copper clad Laminate）という。）に、フォトリソグラフィーによりエッチングレジストを形成した後に、塩化第二鉄を主成分とするエッチャントを用いて、化学エッチングにより、図４（ｂ）に示すように、回路パターンを形成する。

ＣＣＬとしては、２５μｍ厚のポリイミド樹脂フィルムからなる絶縁層１７に、１２μｍ厚の銅箔１８が張り合わされているものを使用した。なお、このＣＣＬには、銅箔１８にポリイミドワニスを塗布してワニスを硬化させた、いわゆるキャスティング法により作製されたＣＣＬを使用することもできる。また、ポリイミド樹脂フィルム上にシード層をスパッタし、めっきにより銅を成長させたＣＣＬや、圧延または電解銅箔とポリイミド樹脂フィルムとを接着材によって貼りあわせたＣＣＬを使用することができる。

また、絶縁層１７は、必ずしもポリイミド樹脂フィルムでなくともよく、液晶ポリマーなどのプラスチックフィルムを使用することもできる。また、銅のエッチャントは、塩化第二鉄を主成分とするものに限らず、塩化第二銅を主成分とするエッチャントを用いてもよい。

〔２〕
図４（ｃ）に示すように、〔１〕の工程を経たＣＣＬの、回路パターンとは反対側の面に、層間接着材１９及び樹脂フィルム２０を加熱圧着により貼り合わせる。層間接着材１９には、２５μｍ厚のエポキシ系熱硬化性フィルム接着材を使用し、樹脂フィルム２０には、２５μｍ厚のポリイミドフィルムを使用した。加熱圧着には真空ラミネータを用い、減圧下の雰囲気中にて、層間接着材１９の硬化温度以下の温度において、０．３ＭＰａの圧力でプレスして貼りあわせた。絶縁層１７及び層間接着材１９は、接着性を有する絶縁基材を構成する。なお、絶縁層１７として、熱可塑性を有する樹脂または半硬化状態の熱硬化樹脂からなる接着性を有するものを用いれば、層間接着材１９を貼り合わせる必要はない。

ここで使用する層間接着材１９は、エポキシ系の熱硬化性フィルム接着材に限定されることはなく、アクリル系などの接着材も使用できるし、熱可塑性ポリイミドなどに代表される熱可塑性接着材であってもよい。また、層間接着材１９は、必ずしもフィルム状でなくともよく、ワニス状の樹脂を塗布して用いてもよい。樹脂フィルム２０は、ポリイミドの他に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのプラスチックフィルムを使用することも可能であり、また、ＵＶ（紫外線）照射によって接着や剥離が可能なフィルムを使用することもできる。

〔３〕
次に、図４（ｄ）に示すように、前述の絶縁層１７、層間接着材１９及び樹脂フィルム２０に、ＹＡＧレーザを用いて、直径１００μｍのビアホール２１を成形するとともに、銅箔１８には、直径３０μｍ程度の小孔２２を開口する。そして、ＣＦ_４及びＯ_２混合ガスによるプラズマデスミア処理を施した後に、図４（ｅ）に示すように、スクリーン印刷法により、ビアホール２１及び小孔２２に導電性ペーストを充填して貫通電極１５とし、樹脂フィルム２０を剥離する。このとき、印刷充填した導電性ペーストからなる貫通電極１５の先端は、剥離した樹脂フィルム２０の厚さ分だけ、層間接着材１９の表面より突出し、突起を形成している。

なお、ビアホール２１及び小孔２２の形成のために使用するレーザは、ＹＡＧレーザの他に、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザなどを使用することもできる。また、ドリル加工や化学的なエッチングによって、ビアホール２１及び小孔２２を形成してもよい。プラズマデスミア処理は、使用するガスの種類が、ＣＦ_４及びＯ_２の混合ガスに限定されることはなく、Ａｒなど、その他の不活性ガスを使用することもできる。また、ドライ処理ではなく、薬液を用いたウェットデスミア処理でもよい。貫通電極１５をなす導電性ペーストは、本実施形態では、ニッケル、銀、銅から選択される少なくとも１種類の低電気抵抗の金属粒子と、錫、ビスマス、インジウム、鉛から選択される少なくとも１種類の低融点金属粒子とを含み、エポキシ樹脂を主成分とするバインダ成分を混合したペーストを用いた。

〔４〕
図５は、磁気センサモジュール３０をなす磁気センサチップの作製例を示す断面図である。

次に、図５を用いて磁気センサチップの作製例を示す。図５（ａ）に示すように、ダイシング前の非磁性基板３１の一面上に、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等からなる絶縁層３２を形成する。なお、絶縁層３２の形成は、例えば回転塗布法、印刷法、ラミネート法などにより行うことができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、絶縁層３２上に、磁気センサ２となる軟磁性膜、及び、端子部ａ〜ｄを形成する。ブロービングにより検査を行った後、図５（ｃ）に示すように、ダイシングによってチップを個片化する。

〔５〕
そして、図４（ｆ）に示すように、〔３〕の工程で作製した基材に、〔４〕の工程で作製した磁気センサチップを半導体チップ用マウンタで位置合わせして、層間接着材１９及び貫通電極１５をなす導電性ペーストの硬化温度以下で加熱し、仮留めを行う。

〔６〕
図６は、フレキシブル基板の製造法における各工程(後半の工程)を示す断面図である。

次に、図６に示すように、〔５〕の工程で形成した基材の回路パターン（銅箔１８）が形成された側に、前述の〔１〕乃至〔３〕の工程と同様の工程により作製された配線付き基材１４を、図示しないパターンを用いて位置合わせし、また、回路パターン（銅箔１８）が形成された側の反対側には、４０μｍ厚の樹脂フィルム１６の片面に２５μｍ厚の接着材１が張り合わされたスペーサー２８を配置し、さらに、磁気センサ２の下層側には、磁気センサ２を介して配線付き基材１４に対向する支持基板１２として、１００μｍ厚の銅箔を配置して積層させた。

スペーサー２８において、積層したときに磁気センサ２と重なる部位には、予め、磁気センサ２の面積よりもやや大きな開口部が形成してある。なお、スペーサの材料は、樹脂フィルム１６については〔１〕の工程で作製した基材の絶縁層１７と同じ樹脂を使用することが望ましいが、他の樹脂や金属などを使用してもよい。接着材１７は、〔２〕の工程で作製した基材の層間接着材１９と同じ材料を使用することが望ましいが、他の材料を使用することも可能である。
支持基板１２は、銅箔に限定されることはなく、他の金属板や樹脂板を使用することができる。

以上のようにして、磁気センサ２を内在するフレキシブル基板１０が作製される。

そして、フレキシブル基板１０の一面上（支持基板１２側）であって、前記磁気センサ２と重なる位置にクリックバネ３および磁性体４を配する。また、クリックバネ３の周囲にスペーサ５を配するとともに、クリックバネ３及びスペーサ５上を覆うようにシート体６を配することにより、図１に示すようなスイッチングモジュール１が得られる。

以上、本発明のスイッチングモジュールについて説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

本発明は、スイッチングモジュールに適用可能である。

本発明のスイッチングモジュールの一例を示す断面図である。図１に示すスイッチングモジュールが押下された状態を示す断面図である。磁気センサを含み構成される磁気センサモジュールの一例を示す図である。フレキシブル基板の製造法における各工程を示す断面図である。フレキシブル基板の製造法における各工程を示す断面図である。フレキシブル基板の製造法における各工程を示す断面図である。

符号の説明

１スイッチングモジュール、２磁気センサ、３クリックバネ、４磁性体、５スペーサ、６シート体、１０フレキシブル基板。

Claims

磁気センサを内在するフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板の一面上にあって、前記磁気センサと重なる位置に配され、上方に凸形状をなすクリックバネと、
前記クリックバネが押圧を受けた際に、前記磁気センサへ近づく該クリックバネの部分に配された磁性体と、を少なくとも備えたことを特徴とするスイッチングモジュール。
前記フレキシブル基板の一面上にあって、前記クリックバネを囲むように配されたスペーサと、
前記クリックバネを覆うとともに、前記スペーサ上に配されたシート体と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチングモジュール。
前記磁気センサは、外部へアナログ信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチングモジュール。