マイクロ電鋳技術を利用した慣性スイッチの製作過程において、界面の結合強度が低いために鋳造層の反りが発生する問題が頻繁に起こります。微小電鋳層と基板の界面結合強度が低いと、微小スイッチの製作良品率が低下し、製作期間が延び、製作コストが増加します。この問題に対処するため、本稿では界面パッシベーション膜の観点から「電解活性化によるパッシベーション膜の除去」と「Cu遷移層の導入」方法を採用しました。パッシベーション膜が界面結合強度に与える影響を探るため、Materials Studioソフトウェアを用いて異なるパッシベーション膜除去率モデルの界面結合エネルギーをシミュレーション計算しました。計算結果は、パッシベーション膜の除去率が高いほど界面結合強度の向上に有利であり、完全にパッシベーション膜を除去した後、界面結合強度が197％向上したことを示しています。遷移金属が界面結合強度に与える影響を調査するために、Cu、Cr、Tiを遷移層として使用し、ステンレス鋼基板とニッケル鋳造層との結合層系を構築し、系の結合エネルギーを計算しました。計算結果は、Cuが基板および鋳造層との結合エネルギーが最も高く、遷移金属を導入しない場合と比較して、Cu導入後に界面結合強度が81％向上したことを示しています。シミュレーション結果を基に電解活性化実験を実施し、基板表面のパッシベーション膜を除去しました。実験結果は、電解活性化領域の鋳造層の界面結合強度が未活性化領域よりも明らかに高いことを示しました。同時に銅遷移層実験も行い、Cu遷移層の有無による界面結合強度を比較しました。実験結果は、Cuを導入することで鋳造層の界面結合強度が著しく向上したことを示しています。上述のシミュレーションおよび実験結果に基づき、23 mm×20 mmの寸法で総高さ900 μmの微小慣性スイッチを製作しました。

微小慣性スイッチ;微細電鋳;界面結合強度;分子動力学;電解活性化