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EP1652205B1 - Commutateur micro-mecanique bistable, methode d' actionnement et procede de realisation correspondant - Google Patents

Commutateur micro-mecanique bistable, methode d' actionnement et procede de realisation correspondant Download PDF

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Publication number
EP1652205B1
EP1652205B1 EP04767777A EP04767777A EP1652205B1 EP 1652205 B1 EP1652205 B1 EP 1652205B1 EP 04767777 A EP04767777 A EP 04767777A EP 04767777 A EP04767777 A EP 04767777A EP 1652205 B1 EP1652205 B1 EP 1652205B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
peripheral
substrate
switch
medial
actuating means
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP04767777A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1652205A2 (fr
Inventor
Pierre-Louis Charvet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1652205A2 publication Critical patent/EP1652205A2/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1652205B1 publication Critical patent/EP1652205B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
    • H01H2001/0042—Bistable switches, i.e. having two stable positions requiring only actuating energy for switching between them, e.g. with snap membrane or by permanent magnet

Definitions

  • the invention relates to a micromechanical switch, comprising a deformable suspension bridge, attached by means of support to a substrate, and actuating means intended, from a first stable position of the switch, to deform the suspension bridge deformable so as to establish an electrical contact between at least a first conductive element formed on the substrate, between the bridge and the substrate, and a second conductive element secured to a lower face of the bridge.
  • a micromechanical switch typically comprises a deformable suspended bridge 1 attached by support means 2 to a substrate 3.
  • Actuators make it possible to deform the suspension bridge, so as to establish an electrical contact between first 5 conductive elements formed on the substrate 3 and a second conductive element 6, secured to a lower face of the bridge 1.
  • the actuators are, for example, constituted by electrodes 4a and 4b respectively formed on the bridge 1 and on the substrate 3 and between which is applied a control voltage.
  • the first conductive elements are, for example, constituted by two sections of a radiofrequency line which are connected by the second conductive element 6.
  • a conventional household switch has two stable positions and the electrical contact remains respectively established or interrupted without permanent energy supply.
  • it is complicated to manufacture a similar switch, bistable, microscopic size.
  • a first conductive element is a drop of mercury, which is displaced by electrostatic forces to establish or interrupt electrical contact between two solid conductive elements.
  • mercury is very toxic and, on the other hand, the drop moves at the slightest movement of the switch which can cause unexpected switching.
  • the document US2002 / 191897 describes a switch comprising a switching beam connected at its ends by supports fixed on a substrate.
  • the switch has a first stable position corresponding to an open position of the switch.
  • the switching beams are actuated by switching electrodes, so as to deform the switching beam to switch the switch to a second position corresponding to the closed position of the switch. To maintain contact in this second position, it is necessary to keep the switching electrodes energized.
  • the switch also comprises reconfiguration beams arranged at the periphery of the switching beam, a only side of it or on both sides of it.
  • the reconfiguration beams are fixed to the substrate by means of rigid supports.
  • the switch also comprises actuating elements cooperating with the reconfiguration beams and intended to deform them independently of the switching beam.
  • the deformation of the reconfiguration beam causes an increase in the distance between the switching beam and the electrode.
  • the deformation of the reconfiguration beams causes the appearance of return forces, within the switching beam, representative of the spring constants of the switch.
  • the object of the invention is to remedy these disadvantages and, in particular, to produce a microscopic switch having two mechanically stable positions.
  • the support means consist of two feet arranged between the bridge and the substrate so as to subdivide the bridge transversely in a median segment disposed between the feet and two peripheral segments projecting outwards and having free ends
  • the actuating means comprising peripheral actuating means and medial actuating means for deforming, respectively, respectively the peripheral segments and the median segment perpendicularly to the substrate.
  • the switch being in the first stable position, in a first phase, the middle segment and the peripheral segments are simultaneously bent towards the substrate, by means of their respective actuating means, so as to establish the electrical contact, then the peripheral actuating means are interrupted in a second phase, so as to automatically cause the spacing of the peripheral segments relative to to the substrate, the medial actuating means being interrupted in a third phase, the middle segment thus being automatically maintained in the bent position, so as to define a second stable position of the switch, wherein the electrical contact remains established.
  • the micromechanical switch shown in FIG. 2 comprises a deformable suspended bridge 1 attached to a substrate 3 by two legs 7 arranged between the bridge 1 and the substrate 3 so as to subdivide the bridge 1 transversely into a median segment 8 arranged between the two feet 7, and two peripheral segments 9 projecting outwards.
  • Two median electrostatic actuators 10 and two peripheral electrostatic actuators 11 make it possible to deform, independently, respectively the median segment 8 and the peripheral segments 9 substantially perpendicular to the substrate.
  • the actuators 10 and 11 consist of electrodes respectively formed on the substrate 3 and on the median 8 or peripheral 9 segments.
  • the actuators 10 and 11 make it possible to deform the bridge 1 so as to establish an electrical contact between a first conductive element 5 formed on the substrate 3, between the bridge 1 and the substrate 3, and a second conductive element 6, secured to the underside of the bridge 1.
  • the peripheral actuators are also in the rest position and the switch is in a first stable position.
  • the median segment 8 and the peripheral segments 9 consist of a single layer
  • a first curved layer 13 forms respectively a foot 7 and the associated peripheral segment 9, so that the feet 7 are inclined relative to the substrate 3 and that the segments
  • the peripherals 9 have free ends 15 inclined away from the substrate 3.
  • the middle segment 8 is constituted by a second curved layer 14 and thus comprises a central portion 12 slightly elevated.
  • the actuators 10 and 11 are respectively integrated in the middle and peripheral segments.
  • the switch can switch from its first stable position, corresponding to the interruption of the electrical contact (FIGS. 2 and 3), to a second stable position corresponding to an established electrical contact.
  • Figures 4 to 7 schematically illustrate the transition from the first stable position to the second stable position.
  • the switch is represented in the first stable position, the actuators being at rest, the central portion 12 of the middle segment 8 being raised and the peripheral segments 9 being inclined away from the substrate 3.
  • Localized constraints ⁇ at the peripheral segments represented by horizontal arrows in the figures, exert a compressive force on the middle segment 8 in its longitudinal direction and thus prevent the middle segment from leaving its raised position.
  • a first phase represented in FIG. 5
  • the median segment 8 and the peripheral segments 9 are simultaneously bent toward the substrate 3, respectively via the median and peripheral actuators 10 and 11.
  • FIG. 8 illustrates the return of the second stable position to the first stable position of the switch.
  • the peripheral segments 9 are bent again in the direction of the substrate 3, via the peripheral actuators 11.
  • a mechanical stress ⁇ in tension is exerted on the median segment 8 in its longitudinal direction, spreading its central portion 12 of the substrate 3.
  • the peripheral actuators 11 are then interrupted in a fifth phase, shown in Figure 9, to return the switch in its first stable position, wherein the peripheral segments 9 are inclined away from the substrate 3.
  • peripheral segments 9 are substantially in the same position (away from the substrate) in the two stable positions of the switch (FIGS. 4, 7 and 9) and change positions only provisionally (FIGS. 5 and 8) during the actuation of the switch.
  • the switch having two stable positions, the first position in which the electrical contact is interrupted, and the second position in which the electrical contact is established, only the passage from one position to another consumes energy and the switch can, after actuation, remain in each of these positions without additional energy input.
  • FIG. 10 illustrates a method of producing a micromechanical switch according to the invention.
  • the manufacture of the deformable suspension bridge 1 on the substrate 3 then comprises at least the following steps.
  • a peripheral sacrificial layer 16 is deposited on each side of the first conductive element disposed on the substrate 3.
  • at least one insulating layer 17 peripheral for example silicon nitride, is deposited on each peripheral sacrificial layer 16.
  • the peripheral insulating layers cover the front faces and the lateral faces of the two peripheral sacrificial layers.
  • the lateral faces of the peripheral insulating layers 17 arranged with respect to the first conducting element 5 are intended to form the feet 7 and the front faces of the peripheral insulating layers 17 are intended to form the peripheral segments 9.
  • a medial sacrificial layer 18 is deposited between the peripheral insulating layers 17. It comes into contact with the adjacent side faces of the two peripheral insulating layers 17 and covers the first conductive element.
  • the fourth step consists in depositing on the medial sacrificial layer 18 a median insulating layer 19. This comes into contact with each of the front faces of the two peripheral insulating layers 17, which it can partially cover, to form the middle segment 8 (FIG. 13).
  • a fifth step (FIG.
  • etching the peripheral lateral faces of the two peripheral insulating layers 17 then makes it possible to delimit the peripheral segments, in order to keep only the peripheral segments 9 and the feet 7.
  • the sacrificial layers 16 and 18 are removed (FIG. 15).
  • the peripheral insulating layer 17 may be a layer able to create a compressive stress on the median segment 8 in the longitudinal direction of the median segment 8 by a mechanical torque effect at the peripheral segments 9.
  • the peripheral insulating layer 17 may be deposited using a method setting a stress state of the peripheral insulating layer 17.
  • a “dual-frequency plasma deposition" method for example, it is possible to obtain a single layer which has a gradient of constraints.
  • the desired stress level can be obtained by adapting the thickness of the deposited layer. It is also possible to deposit several peripheral insulation layers 17 on each peripheral sacrificial layer 16 in order to produce a stress gradient compressing the median segment 8 in its longitudinal direction.
  • a stack of two layers may, for example, be made by an unconstrained layer deposited on a layer in compression, by a tension layer deposited on a non-stressed layer or by a tension layer deposited on a layer in compression.
  • a stack of three layers may, for example, be constituted by two tension layers deposited on a layer in compression or by a tension layer deposited on a non-stress layer deposited, itself, on a layer in compression. This gives a spring-like effect.
  • the median insulating layer 19 covers the front faces of the insulating peripheral layers 17 over their entire length, which amplifies the stresses between the two layers 17 and 19.
  • the electrodes of the peripheral electrostatic actuators 11 are respectively disposed between each insulating layer 17 peripheral and the associated insulating layer 19 median.
  • peripheral insulating layers 17 each cover a portion 20 of the front face of the substrate 3 disposed respectively between the lateral face of a peripheral sacrificial layer 16 and the first conductive element 5.
  • the actuators 10 and 11 may be constituted by any type of actuator namely by piezoelectric actuators, thermal, magnetic.
  • the peripheral electrodes are preferably wider, for example by a factor of three, than the median electrodes, in a plane parallel to the substrate 3, which makes it possible to reduce the driving voltage of the electrodes.
  • peripheral actuators A switch according to the invention can be used in a matrix of switches or as a simple switch. Such a switch can typically be used in telecommunication applications, particularly for radio frequency, terrestrial and space devices, in biomedical applications, relays.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)
  • Hydrogenated Pyridines (AREA)

Description

    Domaine technique de l'invention
  • L'invention concerne un commutateur micro-mécanique, comportant un pont suspendu déformable, rattaché par des moyens de support à un substrat, et des moyens d'actionnement destinés, à partir d'une première position stable du commutateur, à déformer le pont suspendu déformable de manière à établir un contact électrique entre au moins un premier élément conducteur formé sur le substrat, entre le pont et le substrat, et un deuxième élément conducteur, solidaire d'une face inférieure du pont.
    • État de la technique
  • Comme représenté à la figure 1, un commutateur micro-mécanique comporte typiquement un pont 1 suspendu déformable rattaché par des moyens 2 de support à un substrat 3. Des actionneurs permettent de déformer le pont suspendu, de manière à établir un contact électrique entre des premiers éléments 5 conducteurs formés sur le substrat 3 et un deuxième élément 6 conducteur, solidaire d'une face inférieure du pont 1. Les actionneurs sont, par exemple, constitués par des électrodes 4a et 4b formées respectivement sur le pont 1 et sur le substrat 3 et entre lesquelles est appliquée une tension électrique de commande. Les premiers éléments 5 conducteurs sont, par exemple, constitués par deux tronçons d'une ligne radiofréquence qui sont reliés par le deuxième élément 6 conducteur. Lorsque les moyens d'actionnement 4 sont interrompus (annulation de la tension de commande), le pont 1 revient dans son état non-déformé, c'est-à-dire sa position stable, et le contact électrique est interrompu. Afin de maintenir un contact électrique, il est alors nécessaire de continuer l'actionnement, ce qui peut augmenter la consommation électrique du commutateur. Par ailleurs, si on a un problème sur la commande (ou sur la tension), le contact électrique n'est plus assuré.
  • Au contraire, un interrupteur domestique classique a deux positions stables et le contact électrique reste respectivement établi ou interrompu sans apport d'énergie permanent. Cependant, il est compliqué de fabriquer un commutateur analogue, bistable, de taille microscopique.
  • Dans un commutateur bistable microscopique connu, un premier élément conducteur est constitué par une goutte de mercure, qui est déplacée par l'intermédiaire de forces électrostatiques pour établir ou interrompre un contact électrique entre deux éléments conducteurs solides. Cependant, d'une part, le mercure est très toxique et, d'autre part, la goutte se déplace au moindre mouvement du commutateur ce qui peut provoquer des commutations inopinées.
  • Le document US2002/191897 décrit un commutateur comportant une poutre de commutation reliée à ses extrémités par des supports fixés sur un substrat. Le commutateur présente une première position stable correspondant à une position ouverte du commutateur. Les poutres de commutation sont actionnées par des électrodes de commutation, de manière à déformer la poutre de commutation pour faire passer le commutateur dans une seconde position correspondant à la position fermée du commutateur. Pour maintenir le contact dans cette seconde position, il est nécessaire de maintenir les électrodes de commutation sous tension. Le commutateur comporte également des poutres de reconfiguration disposées à la périphérie de la poutre de commutation, d'un seul côté de celle-ci ou de part et d'autre de celle-ci. Les poutres de reconfiguration sont fixées au substrat par l'intermédiaire de supports rigides. Le commutateur comporte également des éléments d'actionnement coopérant avec les poutres de reconfiguration et destinés à les déformer indépendamment de la poutre de commutation. Dans un premier cas, lorsque le commutateur est dans sa première position stable, la déformation de la poutre de reconfiguration entraîne une augmentation de la distance entre la poutre de commutation et l'électrode. Dans un second cas, la déformation des poutres de reconfiguration entraîne l'apparition de forces de rappel, à l'intérieur de la poutre de commutation, représentatives des constantes de ressort du commutateur. Ces moyens de reconfiguration (poutres de reconfiguration et éléments d'actionnement associés) permettent, uniquement dans la première position stable du commutateur, de configurer et d'ajuster la tension qui sera nécessaire à la commutation du commutateur. En effet, la tension de commutation dépend soit de la distance entre la poutre et l'électrode, soit de la valeur des forces de rappel engendrées par la déformation des poutres de reconfiguration.
    • Objet de l'invention
  • L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et, en particulier, de réaliser un commutateur microscopique ayant deux positions mécaniquement stables.
  • Selon l'invention, ce but est atteint par les revendications annexées et, plus particulièrement, par le fait que les moyens de support sont constitués par deux pieds disposés entre le pont et le substrat de manière à subdiviser le pont transversalement en un segment médian disposé entre les pieds et deux segments périphériques faisant saillie vers l'extérieur et comportant des extrémités libres, les moyens d'actionnement comportant des moyens d'actionnement périphériques et des moyens d'actionnement médians permettant de déformer, indépendamment, respectivement les segments périphériques et le segment médian perpendiculairement au substrat.
  • Selon une méthode d'actionnement d'un contact électrique d'un commutateur micro-mécanique selon l'invention, le commutateur étant dans la première position stable, dans une première phase, le segment médian et les segments périphériques sont simultanément fléchis en direction du substrat, par l'intermédiaire de leurs moyens d'actionnement respectifs, de manière à établir le contact électrique, ensuite, les moyens d'actionnement périphériques sont interrompus dans une deuxième phase, de manière à provoquer automatiquement l'écartement des segments périphériques par rapport au substrat, les moyens d'actionnement médians étant interrompus dans une troisième phase, le segment médian étant ainsi automatiquement maintenu en position fléchie, de manière à définir une seconde position stable du commutateur, dans laquelle le contact électrique reste établi.
  • L'invention a également pour but un procédé de réalisation d'un commutateur micro-mécanique selon l'invention, caractérisé en ce que la fabrication du pont suspendu déformable sur le substrat comporte :
    • le dépôt d'une couche sacrificielle périphérique sur le substrat, de chaque côté du premier élément conducteur,
    • le dépôt d'au moins une couche isolante périphérique sur chaque couche sacrificielle périphérique, de manière à couvrir les faces avant et les faces latérales des deux couches sacrificielles périphériques pour former les segments périphériques et les pieds,
    • le dépôt d'une couche sacrificielle médiane, entre les couches isolantes périphériques, venant en contact avec les faces latérales adjacentes des deux couches isolantes périphériques et couvrant le premier élément conducteur,
    • le dépôt, sur la couche sacrificielle médiane, d'une couche isolante médiane venant en contact avec chacune des faces avant des deux couches isolantes périphériques pour former le segment médian,
    • la gravure des faces latérales périphériques des deux couches isolantes périphériques, de manière à délimiter les segments périphériques,
    • l'enlèvement des couches sacrificielles.
    Description sommaire des dessins
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :
    • La figure 1 montre un commutateur micro-mécanique selon l'art antérieur.
    • Les figures 2 et 3 représentent deux modes de réalisation particuliers d'un commutateur micro-mécanique selon l'invention.
    • Les figures 4 à 7, d'une part, et 8 et 9, d'autre part, illustrent schématiquement respectivement les différentes phases de l'établissement et de l'interruption d'un contact électrique d'un commutateur micro-mécanique selon l'invention.
    • Les figures 10 à 15 illustrent un procédé de réalisation d'un commutateur micro-mécanique selon l'invention.
    • La figure 16 représente une variante d'un commutateur micro-mécanique fabriqué selon le procédé de réalisation illustré aux figures 10 à 15.
    Description de modes particuliers de réalisation
  • Le commutateur micro-mécanique représenté à la figure 2 comporte un pont 1 suspendu déformable, rattaché à un substrat 3 par deux pieds 7 disposés entre le pont 1 et le substrat 3 de manière à subdiviser le pont 1 transversalement en un segment médian 8 disposé entre les deux pieds 7, et deux segments périphériques 9 faisant saillie vers l'extérieur. Deux actionneurs électrostatiques 10 médians et deux actionneurs électrostatiques 11 périphériques permettent de déformer, indépendamment, respectivement le segment médian 8 et les segments périphériques 9 sensiblement perpendiculairement au substrat. Les actionneurs 10 et 11 sont constitués par des électrodes formées respectivement sur le substrat 3 et sur les segments médian 8 ou périphériques 9.
  • A partir de la première position stable, illustrée sur la figure 2, les actionneurs 10 et 11 permettent de déformer le pont 1 de manière à établir un contact électrique entre un premier élément 5 conducteur formé sur le substrat 3, entre le pont 1 et le substrat 3, et un deuxième élément 6 conducteur, solidaire de la face inférieure du pont 1.
  • A la figure 3, les actionneurs 10 périphériques sont également en position de repos et le commutateur est dans une première position stable. Tandis que sur la figure 2, le segment médian 8 et les segments périphériques 9 sont constitués par une couche unique, sur la figure 3, une première couche 13 courbe forme respectivement un pied 7 et le segment périphérique 9 associé, de manière à ce que les pieds 7 soient inclinés par rapport au substrat 3 et que les segments périphériques 9 comportent des extrémités libres 15 inclinées à l'écart du substrat 3. A la figure 3, le segment médian 8 est constitué par une deuxième couche 14 courbe et comporte ainsi une partie centrale 12 légèrement surélevée. Les actionneurs 10 et 11 sont respectivement intégrés dans les segments médian et périphériques.
  • Le commutateur peut basculer de sa première position stable, correspondant à l'interruption du contact électrique (figures 2 et 3), à une seconde position stable, correspondant à un contact électrique établi. Les figures 4 à 7 illustrent schématiquement le passage de la première position stable à la seconde position stable. A la figure 4, le commutateur est représenté dans la première position stable, les actionneurs étant au repos, la partie centrale 12 du segment médian 8 étant surélevé et les segments périphériques 9 étant inclinés à l'écart du substrat 3. Des contraintes σ localisées au niveau des segments périphériques, représentées par des flèches horizontales sur les figures, exercent une force de compression sur le segment médian 8 dans son sens longitudinal et empêchent, ainsi, le segment médian de quitter sa position surélevée. Dans une première phase, représentée à la figure 5, le segment médian 8 et les segments périphériques 9 sont simultanément fléchis en direction du substrat 3, respectivement par l'intermédiaire des actionneurs médians 10 et périphériques 11. Ceci permet d'établir le contact électrique entre le premier élément 5 conducteur et le deuxième élément 6 conducteur. Pendant la première phase, l'actionnement des actionneurs périphériques 11 provoque des contraintes σ exerçant une force de tension sur le segment médian 8 dans son sens longitudinal (figure 5). Puis, les actionneurs périphériques 11 sont interrompus dans une deuxième phase, représentée à la figure 6. Ceci provoque automatiquement l'écartement des segments périphériques 9 par rapport au substrat 3 et, dans cette position finale de la deuxième phase, des contraintes σ de compression sur le segment médian 8 dans son sens longitudinal (figure 6). Ensuite, les actionneurs médians 10 sont interrompus dans une troisième phase. Le segment médian 8 est alors automatiquement maintenu en position fléchie par des contraintes σ en compression effectuées par les segments périphériques 9, définissant ainsi une seconde position stable du commutateur, représentée à la figure 7, dans laquelle le contact électrique reste établi. Ainsi, les trois phases successives d'actionnement permettent de faire passer le commutateur de sa première position stable (figure 4) à sa seconde position stable (figure 7).
  • Les figures 8 et 9 illustrent le retour de la seconde position stable à la première position stable du commutateur. En effet, dans une quatrième phase, représentée à la figure 8, les segments périphériques 9 sont de nouveau fléchis en direction du substrat 3, par l'intermédiaire des actionneurs périphériques 11. Une contrainte mécanique σ en tension s'exerce sur le segment médian 8 dans son sens longitudinal, écartant sa partie centrale 12 du substrat 3. Les actionneurs périphériques 11 sont ensuite interrompus dans une cinquième phase, représentée à la figure 9, pour ramener le commutateur dans sa première position stable, dans laquelle les segments périphériques 9 sont inclinés à l'écart du substrat 3.
  • Les segments périphériques 9 sont sensiblement dans la même position (à l'écart du substrat) dans les deux positions stables du commutateur (figures 4, 7 et 9) et ne changent de position que provisoirement (figures 5 et 8) lors de l'actionnement du commutateur.
  • Le commutateur ayant deux positions stables, la première position dans laquelle le contact électrique est interrompu, et la seconde position dans laquelle le contact électrique est établi, seul le passage d'une position à l'autre consomme de l'énergie et le commutateur peut, après actionnement, rester dans chacune de ces positions sans apport d'énergie supplémentaire.
  • Les figures 10 à 15 illustrent un procédé de réalisation d'un commutateur micro-mécanique selon l'invention. Pour des raisons de clarté, les étapes de la fabrication des électrodes constituant les actionneurs 10 et 11 ne sont pas représentées. La fabrication du pont 1 suspendu déformable sur le substrat 3 comporte alors au moins les étapes suivantes. Dans une première étape, représentée à la figure 10, une couche sacrificielle 16 périphérique est déposée de chaque côté du premier élément 5 conducteur disposé sur le substrat 3. Puis, dans une deuxième étape représentée à la figure 11, au moins une couche isolante 17 périphérique, par exemple en nitrure de silicium, est déposée sur chaque couche sacrificielle 16 périphérique. Les couches isolantes 17 périphériques couvrent les faces avant et les faces latérales des deux couches sacrificielles 16 périphériques. Les faces latérales des couches isolantes 17 périphériques disposées vis-à-vis du premier élément 5 conducteur sont destinées à former les pieds 7 et les faces avant des couches isolantes 17 périphériques sont destinées à former les segments périphériques 9. Ensuite, dans une troisième étape, représentée à la figure 12, une couche sacrificielle 18 médiane est déposée entre les couches isolantes 17 périphériques. Elle vient en contact avec les faces latérales adjacentes des deux couches isolantes 17 périphériques et couvre le premier élément 5 conducteur. La quatrième étape consiste à déposer sur la couche sacrificielle 18 médiane une couche isolante 19 médiane. Celle-ci vient en contact avec chacune des faces avant des deux couches isolantes 17 périphériques, qu'elle peut recouvrir partiellement, pour former le segment médian 8 (figure 13). Dans une cinquième étape (figure 14), une gravure des faces latérales périphériques des deux couches isolantes 17 périphériques permet ensuite de délimiter les segments périphériques, de manière à ne conserver que les segment périphériques 9 et les pieds 7. Dans une sixième étape, les couches sacrificielles 16 et 18 sont enlevées (figure 15).
  • La couche isolante périphérique 17 peut être une couche apte à créer une contrainte en compression sur le segment médian 8 dans le sens longitudinal du segment médian 8 par un effet de couple mécanique au niveau des segments périphériques 9. Afin d'obtenir un effet de couple, la couche isolante périphérique 17 peut être déposée en utilisant un procédé fixant un état de contrainte de la couche isolante périphérique 17. Par un procédé de type "dépôt plasma bifréquence", par exemple, il est possible d'obtenir une seule couche qui présente un gradient de contraintes. Le niveau de contrainte souhaité peut être obtenu en adaptant l'épaisseur de la couche déposée. Il est également possible de déposer plusieurs couches isolantes 17 périphériques sur chaque couche sacrificielle 16 périphérique afin de réaliser un gradient de contraintes comprimant le segment médian 8 dans son sens longitudinal. Un empilement de deux couches peut, par exemple, être réalisé par une couche non-contrainte déposée sur une couche en compression, par une couche en tension déposée sur une couche non-contrainte ou par une couche en tension déposée sur une couche en compression. Un empilement de trois couches peut, par exemple, être constitué par deux couches en tension déposées sur une couche en compression ou par une couche en tension déposée sur une couche non-contrainte déposée, elle-même, sur une couche en compression. On obtient, ainsi, un effet de type ressort.
  • Dans un mode préférentiel de réalisation, représenté à la figure 16, la couche isolante 19 médiane recouvre les faces avant des couches isolantes 17 périphériques sur toute leur longueur, ce qui amplifie les contraintes entre les deux couches 17 et 19. Ainsi, après la suppression des couches sacrificielles, les extrémités libres 15 des segment périphériques 9 et la partie centrale 12 du segment médian 8 se relèvent automatiquement à l'écart du substrat. Dans un mode de réalisation non-représenté, les électrodes des actionneurs électrostatiques 11 périphériques sont disposées respectivement entre chaque couche isolante 17 périphérique et la couche isolante 19 médiane associée.
  • Sur la figure 16, les couches isolantes 17 périphériques couvrent chacune une partie 20 de la face avant du substrat 3 disposée respectivement entre la face latérale d'une couche sacrificielle 16 périphérique et le premier élément 5 conducteur.
  • L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers représentés. En particulier, les actionneurs 10 et 11 peuvent être constitués par tout type d'actionneur à savoir par des actionneurs piézoélectriques, thermiques, magnétiques. Dans le cas d'actionneurs électrostatiques, les électrodes périphériques sont, de préférence, plus larges, par exemple d'un facteur trois, que les électrodes médianes, dans un plan parallèle au substrat 3, ce qui permet de réduire la tension de pilotage des actionneurs périphériques. Un commutateur selon l'invention peut être utilisé dans une matrice d'interrupteurs ou comme interrupteur simple. Un tel commutateur peut typiquement être utilisé dans des applications de télécommunication, en particulier pour des dispositifs radiofréquence, terrestres et spatiaux, dans des applications biomédicales, des relais.

Claims (12)

  1. Commutateur micro-mécanique, comportant un pont (1) suspendu déformable, rattaché par des moyens de support (2) à un substrat (3), et des moyens d'actionnement (4) destinés, à partir d'une première position stable du commutateur, à déformer le pont (1) suspendu déformable de manière à établir un contact électrique entre au moins un premier élément (5) conducteur formé sur le substrat (3), entre le pont (1) et le substrat (3), et un deuxième élément (6) conducteur, solidaire d'une face inférieure du pont (1), commutateur caractérisé en ce que les moyens de support sont constitués par deux pieds (7) disposés entre le pont (1) et le substrat (3) de manière à subdiviser le pont (1) transversalement en un segment médian (8) disposé entre les pieds (7) et deux segments périphériques (9) faisant saillie vers l'extérieur et comportant des extrémités libres (15), les moyens d'actionnement comportant des moyens d'actionnement périphériques (11) et des moyens d'actionnement médians (10) permettant de déformer, indépendamment, respectivement les segments périphériques (9) et le segment médian (8) perpendiculairement au substrat (3).
  2. Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le segment médian (8) comporte une partie centrale (12) surélevée dans la première position stable du commutateur.
  3. Commutateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les extrémités libres (15) sont inclinées à l'écart du substrat (3) en position de repos des moyens d'actionnement périphériques (11).
  4. Commutateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement sont constitués par des électrodes formées respectivement sur le substrat (3) et sur les segments périphériques (9) et médian (8).
  5. Commutateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pieds (7) sont inclinés.
  6. Méthode d'actionnement d'un contact électrique d'un commutateur micro-mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que, le commutateur étant dans la première position stable, dans une première phase, le segment médian (8) et les segments périphériques (9) sont simultanément fléchis en direction du substrat (3), par l'intermédiaire de leurs moyens d'actionnement (10, 11) respectifs, de manière à établir le contact électrique, ensuite, les moyens d'actionnement périphériques (11) sont interrompus dans une deuxième phase, de manière à provoquer automatiquement l'écartement des segments périphériques (9) par rapport au substrat (3), les moyens d'actionnement médians (10) étant interrompus dans une troisième phase, le segment médian (8) étant ainsi automatiquement maintenu en position fléchie, de manière à définir une seconde position stable du commutateur, dans laquelle le contact électrique reste établi.
  7. Méthode selon la revendication 6, caractérisée en ce que, le commutateur étant dans la seconde position stable, dans une quatrième phase, les segments périphériques (9) sont fléchis en direction du substrat (3), par l'intermédiaire des moyens d'actionnement périphériques (11), de manière à exercer une contrainte mécanique sur le segment médian (8) et à écarter sa partie centrale (12) du substrat (3), les moyens d'actionnement périphériques (11) étant interrompus dans une cinquième phase pour amener le commutateur dans sa première position stable.
  8. Procédé de réalisation d'un commutateur micro-mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la fabrication du pont (1) suspendu déformable sur le substrat (3) comporte:
    - le dépôt d'une couche sacrificielle (16) périphérique sur le substrat (3), de chaque côté du premier élément (5) conducteur,
    - le dépôt d'au moins une couche isolante (17) périphérique sur chaque couche sacrificielle (16) périphérique, de manière à couvrir les faces avant et les faces latérales des deux couches sacrificielles (16) périphériques pour former les segments périphériques (9) et les pieds (7),
    - le dépôt d'une couche sacrificielle (18) médiane, entre les couches isolantes (17) périphériques, venant en contact avec les faces latérales adjacentes des deux couches isolantes (17) périphériques et couvrant le premier élément (5) conducteur,
    - le dépôt, sur la couche sacrificielle (18) médiane, d'une couche isolante (19) médiane venant en contact avec chacune des faces avant des deux couches isolantes (17) périphériques pour former le segment médian (8),
    - la gravure des faces latérales périphériques des deux couches isolantes (17) périphériques, de manière à délimiter les segments périphériques (9),
    - l'enlèvement des couches sacrificielles (16, 18).
  9. Procédé de réalisation d'un commutateur micro-mécanique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche isolante (19) médiane est déposée au moins partiellement sur la face avant des couches isolantes (17) périphériques.
  10. Procédé de réalisation d'un commutateur micro-mécanique selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les couches isolantes (17) périphériques sont déposées chacune sur une partie (20) de la face avant du substrat (3) disposée respectivement entre la face latérale d'une des couches sacrificielles (16) périphériques et le premier élément (5) conducteur.
  11. Procédé de réalisation d'un commutateur micro-mécanique selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le dépôt des couches isolantes (17) périphériques est effectué de manière à créer un gradient de contraintes dans les couches isolantes périphériques (17).
  12. Procédé de réalisation d'un commutateur micro-mécanique selon la revendications 11, caractérisé en ce que le dépôt des couches isolantes (17) périphériques est effectué de manière à créer, une fois le segment médian (8) déposé, une contrainte en compression sur le segment médian (8) dans le sens longitudinal du segment médian (8).
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