EP0602538B1 - Contacteur "reed" et procédé de fabrication de microstructures métalliques tridimensionnelles suspendues - Google Patents

Contacteur "reed" et procédé de fabrication de microstructures métalliques tridimensionnelles suspendues Download PDF

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EP0602538B1
EP0602538B1 EP93119829A EP93119829A EP0602538B1 EP 0602538 B1 EP0602538 B1 EP 0602538B1 EP 93119829 A EP93119829 A EP 93119829A EP 93119829 A EP93119829 A EP 93119829A EP 0602538 B1 EP0602538 B1 EP 0602538B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
photoresist
layer
contactor
beams
substrate
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP93119829A
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English (en)
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EP0602538A1 (fr
Inventor
Etienne Bornand
Jean-Luc Simon
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Asulab AG
Original Assignee
Asulab AG
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Publication date
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Application filed by Asulab AG filed Critical Asulab AG
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H36/00—Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding
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    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/64—Protective enclosures, baffle plates, or screens for contacts
    • H01H1/66—Contacts sealed in an evacuated or gas-filled envelope, e.g. magnetic dry-reed contacts
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    • H01H2001/0078—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS] with parallel movement of the movable contact relative to the substrate
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H2036/0093—Micromechanical switches actuated by a change of the magnetic field

Definitions

  • the present invention relates to a contactor called “rod” or “reed”, that is to say a contactor comprising a closed enclosure inside which are mounted two rods or conductive beams respectively connected to two electrical connection means accessible from outside said enclosure, and return means for, in the absence of a magnetic field, return the rods to a rest position in which their distal parts are separated from one another by a space.
  • the rods or beams being also at least partially made of a material having a high magnetic susceptibility so that in the presence of an external magnetic field of sufficient intensity, their distal parts are brought into contact with one another. other thus establishing an electrical contact between said two connection means.
  • the invention also relates to two methods of fabrication by galvanic method of three-dimensional metallic microstructures suspended above a substrate, and in particular of the above "reed” contactor.
  • Known contactors are most often made up of two small diameter ferromagnetic steel rods arranged in the extension of one another and held integral with one another by fixing each in one of the two ends of a hollow glass bulb of generally cylindrical shape.
  • the two steel rods pass through the two walls in which they are respectively fixed and their ends emerge from the interior wall and extend opposite one another in overhang inside the glass enclosure.
  • the ends of the steel rods are further laminated in the form of two flexible blades whose ends intersect.
  • a space of a few tenths of a millimeter separates the two blades from one another.
  • an external magnetic field of sufficient intensity having a component parallel to the orientation of the two rods, they will magnetize.
  • the two rods being arranged substantially in the extension of one another, they will magnetize in the same direction and the free ends of the two rods will become respectively a north pole and a south pole. This will cause the appearance of an attractive magnetic force between these two ends which will consequently be brought and kept in contact with each other as long as the external magnetic field remains.
  • the distal ends of the two rods could either touch each other permanently or be separated by a space too large to allow the contact to be closed even in the presence of a high magnetic field.
  • the two rods are, as we have said, kept integral with one another by fixing in the wall of the enclosure in which they are enclosed and it is this fixing which determines their relative position.
  • the glass bulb serving as enclosure being produced by shaping the glass, the manufacturing tolerances are too large and it is almost impossible to obtain a relative positioning of the two rods whose precision would be better than a few tenths of a millimeter.
  • patent DD 248 454 (which describes a contactor according to the preamble of claim 1), it is proposed to manufacture an electromagnetic contactor of small dimensions by creating a fixed contact by micro-machining of a silicon wafer, the movable contact in a ferromagnetic material then being assembled above the wafer. This assembly operation necessarily constitutes a limitation to the reduction of the dimensions of the contactor.
  • the present invention therefore aims to overcome the drawbacks which have just been described by providing a very small reed contactor which is at least as reliable as known reed contactors.
  • the invention also aims to provide a method for manufacturing such a contactor.
  • the subject of the invention is a contactor according to claim 1.
  • the two beams or contact blades being, according to the present invention, secured to a base plane and no longer to the wall of a bulb, their relative positioning is much more precise.
  • the construction according to the invention which has just been described lends itself to manufacture by micro-machining using sacrificial layers and more particularly by a technique using galvanic deposition operations, and in particular to using the process which is the subject of the present invention.
  • the present invention indeed also relates to methods of manufacturing a contactor according to the invention, as defined in claims 3 to 6.
  • a given photoresist layer first fulfills a "mold” or “mask” function for galvanic growth and then in the second step in the event that a new photoresist layer is deposited on the first, it fulfills the role of sacrificial layer.
  • the same photoresist layer can play both, on the one hand, the role of mold or mask for galvanic growth and, on the other hand , the role of sacrificial layer.
  • the metallization covering a configured photoresist layer being, according to this latter method, in direct contact with an exposed conductive area (see point C), this metallization is in electrical contact with the lower conductive area without it being necessary to provide a metal block to connect it to it. This last characteristic makes it possible to eliminate at least one step of galvanic deposition, compared with what is necessary with the first method.
  • FIGS 1 and 2 show a "reed” contactor 1 according to the invention, it can be seen that it is formed of a base plane 2 on which two beams 19, 21 bear. sees more precisely that the two beams 19, 21 are integral with the base plane 2 by means of two feet referenced respectively 15 and 17. Each of the beams 19, 21 forms with the foot to which it is fixed an electrode structure ( referenced 4 and 6 respectively). A cap 8 covers these two electrodes and forms with the base plane, an airtight enclosure for them.
  • the "reed" contactors in accordance with this embodiment of the invention are preferably produced in batches or "batch” on silicon wafers or "wafers" and are, at the end of the process, separated from each other by cutting.
  • the base plane 2 of the contactor 1 therefore consists of a silicon rectangle cut out of the wafer that was used to manufacture the set of contactors. According to another embodiment of the present invention, the silicon wafer could be replaced by a glass plate.
  • the base plane 2 comprises a surface layer (the presence of which is indicated by a thickening of the hatching in the drawings, and which is referenced 10) formed of silicon dioxide and therefore electrically insulating. It can also be seen in FIG. 1 that the base plane comprises on its upper face, two separate electrically conductive zones 12 and 13 constituted by metallization areas. As will be explained in more detail below, these metallization zones are, according to the preferred embodiment of the present invention, made up of two distinct metal layers deposited on the substrate successively. We still see in Figure 1 that, as we have already said, the two beams 19, 21 are each fixed on a foot 15, 17 and that moreover these two feet are fixed on the base plane 2 at the level respectively of the two metallization areas 12 and 13.
  • the two beams 19, 21 extend horizontally in cantilever from the tops of the two feet 15, 17 and constitute therewith two electrode structures 4, 6 produced each in one piece. Still in this present embodiment, the two electrodes are oriented so that the distal parts of the beams extend in the direction of one another, or more precisely that the beams 19, 21 both extend in the vertical plane which contains the feet 15, 17 of the electrodes.
  • the electrodes 4, 6 are, as we will see later, produced by growth galvanic of a ferromagnetic alloy preferably iron and nickel.
  • the "reed" contactors according to the invention can be of considerably smaller dimensions than those which have been given above in relation to the contactors of the prior art.
  • the first electrode 6 could have a height typically between 20 and 35 ⁇ m, while the second electrode 4 would have a height between 40 and 70 ⁇ m .
  • Each of the electrodes could typically have a length of 500 ⁇ m (for the flexible part) and a width of 100 ⁇ m.
  • the overlap of the two electrodes would typically extend over a length of 40 ⁇ m and the space separating in height the two distal ends of the electrodes would typically be between 10 and 15 ⁇ m in the rest position, that is to say more precisely in the absence of magnetic field.
  • the thickness of the beams 19 and 21 would also be between 10 and 15 ⁇ m so as to allow a certain flexibility of these.
  • the beams that we have just described therefore have the form of elongated and flexible rectangular blades which are arranged substantially in the extension of one another. In the presence of an external magnetic field oriented parallel to these blades, they will magnetize and an attractive magnetic force will appear between the two ends of the blades which are close to each other. The blades being thin compared to their length and therefore relatively flexible, the attractive force will bring the two ends into contact with each other. Under these conditions the two metallization areas 12 and 13 will be electrically connected to each other and the contactor will therefore be closed.
  • the mixture of iron and nickel used for the production of the electrodes preferably has a low magnetic hysteresis so that at the time of the disappearance of the external magnetic field, the magnetization of the two beams 19, 21 also disappears and their two distal ends cease to attract each other. Under these conditions, the elasticity of the metal recalls the beams towards their rest position in which the two metallization areas 12, 13 are no longer electrically connected.
  • the present mode of implementation of the method allows the manufacture of a "reed” contactor in batches or "batch” on a silicon wafer which is finally cut to separate the contactors produced from each other.
  • Figures 3 to 18 which describe the stages of the manufacturing process each show only one contactor, but it is obvious that these figures are in fact partial views of a wafer on which numerous contactors are arranged one at a time. next to the others, only one of them being visible in the partial view.
  • a layer of silicon dioxide 10 is first created on the surface of silicon 2 by oxidation of the wafer in an oven in the presence of oxygen.
  • This first operation provides an insulating substrate on which we will then create during a second step, separate conductive areas 12, 13.
  • the insulating substrate on which we will create conductive areas could also be a glass plate.
  • the conductive areas created on the glass or on the silicon oxide are configured so that they are isolated from each other once the contactors formed on the wafer will have been separated from each other. These conductive zones are produced by creating on the oxidized silicon metallization areas 12, 13 in accordance with what is shown in FIG. 3.
  • a thin layer, said bonding layer of approximately 40 nm thick, made of titanium 12a and 13a is first deposited on the entire surface of the wafer by thermal evaporation.
  • the use of titanium is particularly advantageous because this metal adheres well to silicon dioxide.
  • a metallization of gold 12b and 13b is preferably then deposited on the titanium to improve the efficiency of the galvanic deposition.
  • This last metallization layer deposited by thermal evaporation is extremely thin approximately (200 nm).
  • the two metallization layers thus produced are then etched using a conventional technique to produce a network of conductive pads 12, 13. At this point in the manufacturing process, the contactor is similar to what is shown in FIG. 3.
  • the conductive pads are preferably connected on the insulating plate not yet cut.
  • dehydration will typically last thirty minutes at a temperature of 220 ° C.
  • a first layer of photoresist 23 is deposited on the surface of the brochure.
  • This photoresist is preferably deposited by centrifugation.
  • this photoresist layer is intended in particular, as will be seen below, to play the role of sacrificial layer extending between the substrate and the first suspended level of the structure to be produced, that is to say ie the electrode 6 of the future contactor.
  • the thickness of the first photoresist layer may for example be 2 ⁇ m.
  • the photoresist layer which has just been deposited is then cured.
  • the cooking is carried out in two stages, a first stage of 30 minutes at 65 ° C., followed by a second stage of 15 minutes at 80 ° C.
  • the photoresist is then configured using a second mask (not shown) to clear above the metallization areas 12, 13 of the openings 25, 26, 27 and 28 called molding holes at the places where the galvanic growth.
  • the metal blocks which will thus be formed in the molding holes 25 and 28 will constitute the two contact pads 56 making it possible to connect the "reed" contactor to an external electronic circuit, while the two metal blocks which will be formed in the molding holes 26, 27 respectively constitute the base of the foot 15 and the foot 17.
  • the future contactor is similar to what is shown in FIG. 4.
  • Metal blocks 31, 32, 33 and 34 are then grown in an alloy of iron and nickel or in gold for example, by galvanic deposition in the orifices 25, 26, 27 and 28 formed in the thick photoresist.
  • the photoresist therefore plays the role of mold at this stage.
  • the substrate is similar to what is shown in Figure 5.
  • a new extremely thin double metallization 36a, 36b formed of a bonding layer in Titanium covered by a layer of gold is then deposited by thermal evaporation over the entire surface of the wafer in accordance with what is shown in FIG. 6.
  • a new thick photoresist 38 is then deposited on the second metallization and configured to form a mold intended to receive a second galvanic deposit.
  • the second configured thick photoresist layer is shown in Figure 7.
  • the mold holes 40, 41 formed in the thick photoresist 38 do not extend exactly vertically to the metal blocks 32, 33 which have been formed in the first layer of photoresist 23. It will be noted more particularly that the molding hole 41 extends far beyond the metal block 33, the first layer of photoresist 23 therefore now plays the role of sacrificial layer allowing the production of suspended structures.
  • Galvanic deposition of a ferromagnetic material of iron-nickel is then carried out, for example, in the orifices 40, 41 formed in the second photoresist layer 38 to constitute, on the one hand, a second stage 43 for the base 15 of the second electrode. 4 and on the other hand the beam forming the first electrode 6.
  • the galvanic growth is stopped before the iron-nickel alloy has reached the level of the surface of the photoresist 38.
  • FIG. 8 represents the wafer at this stage of the process. Note that, quite generally, according to the method of the present invention, it is not necessary that there is even partial superposition between the metal blocks formed by galvanic growth in a layer of photoresist and those formed in the next layer.
  • the metal structures formed in the upper layer can, if necessary, be entirely suspended or free.
  • a third layer of thick photoresist 47 is then produced over the entire surface of the wafer.
  • the thickness of the photoresist deposited during this step is equal to the difference separating the two beams 19, 21 in the direction of the height in the finished contactor 1.
  • This third layer of photoresist 47 is also configured to produce a molding hole 48 provided for receiving in the next step the third level of the foot 15 of the second electrode 4.
  • the third level of photoresist 47 configured is visible in FIG. 10.
  • a third galvanic deposition of iron-nickel or gold, for example, is then carried out inside the orifice made in the photoresist in accordance with what is shown in FIG. 11.
  • a new thin double layer of titanium and gold 50a, 50b is then produced over the entire extent of the wafer by thermal evaporation in accordance with what is shown in FIG. 12.
  • a fourth layer of thick photoresist 52 is then produced over the entire extent of the wafer. This photoresist is then configured to produce an orifice 54 for molding the beam 19 forming the second electrode 4 which will also be produced by galvanic deposition in a subsequent step. The fourth configured photoresist layer 52 is also visible in FIG. 13.
  • a layer of gold 53 is first formed by galvanic deposition in the bottom of the molding hole 54 made in the photoresist 52.
  • This layer of gold 53 constitutes a fattening on the beam 19 forming the second electrode 4 which will serve as the 45 gold fattening was previously made on the beam 21 forming the first electrode 6 to promote electrical contact between them.
  • FIG. 14 represents the contactor at the end of the stage of depositing this second gold fattening.
  • FIG. 15 represents the "reed" contactor 1 according to the invention once all the steps of galvanic deposition have been completed.
  • the spacing between the two electrodes 4, 6 being in this embodiment determined solely by the thickness of the third layer of thick photoresist, it will be possible to produce contactors with extremely fine tolerances in the positioning of the electrodes.
  • FIG. 16 shows the two electrodes 4, 6 of the contactor finished. Since the electrodes 4, 6 are essentially made of an iron-nickel alloy, they are ferromagnetic and therefore highly magnetizable.
  • the production of the beams 19, 21 according to the method by successive layers which has just been described makes it possible to give them a determined thickness. This thickness being chosen so as to provide the flexibility necessary to allow the distal ends of the two beams to come into contact in the presence of a relatively weak magnetic field.
  • the electrodes are then placed in a hermetic enclosure filled with an inert gas.
  • a honeycomb cover 8 made for example from micro-machined glass is glued to the wafer which, once glued to the wafer will enclose each pair of electrodes 4,6 in an individual cell (the thickness of glue joining the cover to the substrate is referenced 60 in FIG. 17).
  • FIG. 17 partially shows the plate on which the honeycomb cover 8 has been glued.
  • a single plate covered with a cover 8 comprising a multiplicity of cells (only a fragment of this assembly being shown in FIG. 17) groups together a whole batch of contactors.
  • the assembly of the plate and the cover therefore defines a multiplicity of cavities of which approximately half encloses the pair of electrodes of a contactor, while the other cavities enclose contact pads 56.
  • contactors and contact pads 56 in the different cells naturally depends on the particular shape of the masks used for the configuration of the photoresist layers.
  • the assembled set of contactors must now be sawn to separate the contactors from each other.
  • This operation is preferably carried out in two stages.
  • a first step the cover material is cut to a depth sufficient to make it easily breakable. This operation produces the notches 58 visible in FIG. 18.
  • the wafer is, in a second step, cut to separate all of the individual contactors from one another. Once the separation of the different contactors has been made, it is easy to break the cover fragments which are situated above each of the contact pads 56 since these fragments have already been cut during the first sawing step. Once these cover fragments have been removed, the contact pads 56 are easily accessible for making the connections of the finished contactor with an external electrical circuit.
  • the cutting step which has just been described provides typically several thousand contactors from a 10 cm diameter plate.
  • Figures 19 and 20 show a "reed" contactor according to a second embodiment of the present invention.
  • the beam 121 forming the first electrode 106 is fixed directly to the conductive pad 113 of the substrate 102, unlike the second electrode 104, the electrode 106 therefore does not include a foot.
  • only three layers of thick photoresist are used for the manufacture of the contactor instead of four in the embodiment described above.
  • the first electrode 106 is obviously not flexible in the present embodiment, the beam 119 of the second electrode 104 will alone have to show sufficient deflection in the presence of an external magnetic field to close the contactor.
  • FIG. 21 represents a "reed" contactor according to a third embodiment of the present invention.
  • the beam 219 of the electrode 204 and the beam 221 of the electrode 206 are arranged in the same plane parallel to the base plane 202.
  • the bending of the beams which produces the contactor is opened or closed here laterally, that is to say parallel to the base plane 202.
  • This variant of the invention has the advantage of requiring less deposition and configuration step for its production.
  • the steps of the present second method can be carried out in an identical manner to those described above in relation to the example of implementation of the first method.
  • Each photoresist manufacturer supplies with its product recommended exposure values for the configuration. These recommended values are intended to obtain the highest possible aspect ratios for the reliefs of the photoresist once it has been configured. If on the contrary one wishes to obtain relatively weak aspect ratios, one will not necessarily follow the manufacturer's recommendations.
  • the authors of the present invention it has been observed in particular that with the photoresist known under the name shipley Microposit R S1400-27, the fact of considerably exceeding the recommended exposure values makes it possible to obtain relatively low aspect ratios in accordance with which is necessary for the implementation of the present second method.
  • the photoresist is therefore first exposed and then developed using a chemical attack agent, for example that known under the name Shipley Microposit® 351 diluted in a proportion of (1: 3).
  • the substrate is then rinsed and then annealed, to provide the structure shown in Figure 22.
  • the reliefs configured in the layer 23 have relatively low aspect ratios.
  • the edges of the four openings 25, 26, 27, and 28 are clearly inclined and not vertical.
  • the low aspect ratio is due to the overexposure of the photoresist but it is quite clear that many other means are possible to obtain this low aspect ratio (underexposure, special photoresist, etc.).
  • a new metallization of gold 36 is formed on its surface.
  • this metallization can, as is the case give an account in FIG. 23, extending without interruption between the bottom of said openings and the top of photoresist 23.
  • This configuration allows the new metallization 36 to be fully in electrical contact with the metallization areas 12 and 13 formed on the substrate. This characteristic is necessary to allow subsequent galvanic deposition on the metallization 36.
  • the next step is the coating of a first thick photoresist 38.
  • this layer 38 has been formed on the metallization 36, the wafer is similar to what is shown in FIG. 24.
  • a new configuration step is then carried out to make molding holes 37, 39, 40 and 41 inside which the galvanic growth will be carried out subsequently.
  • the walls of these mold holes will preferably have, unlike the walls of the openings 25, 26, 27 and 28 described in a previous step, a high aspect ratio.
  • the thick photoresist has been configured, the future contactor is similar to what is shown in FIG. 25. It is then grown, by galvanic deposition, from the metallization zones forming the bottom of the mold holes 37, 39, 40 and 41, a first series of metal blocks 21, 42, 43 and 44.
  • the photoresist therefore plays the role of mold at this stage.
  • the substrate is similar to what is represented in FIG. 26.
  • the metal block 21 extends over a certain length above the first layer of photoresist 23 which therefore plays now the role of sacrificial layer allowing the realization of the first suspended structure which constitutes, in the present example, the electrode 6 of the future contactor.
  • a gold fattening 45 intended to improve the electrical contact between the two electrodes 4, 6 when their distal parts 19, 21 will touch during the operation of the contactor.
  • This gold fattening may have a thickness of 0.5 ⁇ n.
  • a third layer of photoresist 47 is then produced over the entire surface of the wafer.
  • the thickness of the photoresist deposited during this step is equal to the difference which will separate the two beams 19, 21 in the direction of the height in the finished contactor 1.
  • This third layer of photoresist 47 is also configured to produce an opening 48 vertically in the metal block 43 constituting the base of the foot 15 of the future electrode 4 of the reed contactor. As can be seen in FIG. 29, the walls of the opening 48 which has just been produced also have a low aspect ratio.
  • a fourth layer of thick photoresist 52 is then produced over the entire extent of the wafer. This photoresist is then configured to produce an orifice 54 provided for the subsequent molding of the beam 19 forming the second electrode 4 of the contactor.
  • the fourth photoresist layer 52 configured is visible in FIG. 31.
  • a layer of gold 53 is first formed by galvanic deposition in the bottom of the molding hole 54.
  • FIG. 32 represents the "reed" contactor 1 according to the invention once all the steps of galvanic deposition have been completed.
  • the gold layer 53 which was deposited before the iron-nickel mixture now forms a contact layer under the electrode 4 of the "reed” contactor.
  • the spacing between the two electrodes 4, 6 is in the present embodiment determined solely by the thickness of the third layer of thick photoresist. It will therefore be possible to produce contactors with extremely fine tolerances in the positioning of the electrodes.
  • the contactor is then subjected to an attack reagent to release either in a single operation or in stages, the two electrodes 4,6 and therefore eliminate both the photoresist layers 23, 38, 47 and 52 as well as the gold metallizations. and of titanium 36 and 50. Once the electrodes have been completely released, the contactor has the appearance of that shown in FIG. 33.

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Description

  • La présente invention concerne un contacteur dit "à tiges" ou "reed", c'est-à-dire un contacteur comportant une enceinte fermée à l'intérieur de laquelle sont montées deux tiges ou poutres conductrices reliées respectivement à deux moyens de connexion électriques accessibles de l'extérieur de ladite enceinte, et des moyens de rappel pour, en l'absence d'un champ magnétique, rappeler les tiges vers une position de repos dans laquelle leurs parties distales sont séparées l'une de l'autre par un espace. Les tiges ou poutres étant en outre au moins partiellement réalisées dans un matériau ayant une susceptibilité magnétique élevée de manière à ce qu'en présence d'un champ magnétique extérieur d'intensité suffisante, leurs parties distales soient amenées en contact l'une avec l'autre établissant ainsi un contact électrique entre lesdits deux moyens de connexion.
  • L'invention concerne également deux procédés de fabrication par méthode galvanique de microstructures tridimensionnelles métalliques suspendues au-dessus d'un substrat, et notamment du contacteur "reed" ci-dessus.
  • On connaît déjà des contacteurs du type décrit ci-dessus, les contacteurs "reed" ou "à tiges" sont en effet des composants électriques courants disponibles dans le commerce. Ils sont le plus souvent destinés à être utilisés dans des relais en association avec une bobine pouvant produire un champ magnétique. Un tel relais constitué d'un contacteur "reed" et d'une bobine est appelé un relais "reed".
  • Les contacteurs connus sont le plus souvent constitués de deux tiges en acier ferromagnétiques de petit diamètre disposées dans le prolongement l'une de l'autre et maintenues solidaires l'une de l'autre par fixation chacune dans l'une des deux extrémités d'une ampoule de verre creuse de forme généralement cylindrique.
  • Les deux tiges d'acier traversent les deux parois dans lesquelles elles sont respectivement fixées et leurs extrémités se dégagent de la paroi intérieure et s'étendent en regard l'une de l'autre en porte-à-faux à l'intérieur de l'enceinte de verre. Les extrémités des tiges d'acier sont en outre laminées dans la forme de deux lames flexibles dont les extrémités se croisent. En position de repos, c'est-à-dire notamment en l'absence de champ magnétique extérieur, un espace de quelques dixièmes de millimètres sépare les deux lames l'une de l'autre. En présence d'un champ magnétique extérieur d'intensité suffisante ayant une composante parallèle à l'orientation des deux tiges, celles-ci vont se magnétiser. Les deux tiges étant disposées sensiblement dans le prolongement l'une de l'autre, elle vont se magnétiser dans le même sens et les extrémités libres des deux tiges vont devenir respectivement un pôle nord et un pôle sud. Cela entraînera l'apparition d'une force magnétique attractive entre ces deux extrémités qui vont en conséquence être amenées et maintenues en contact l'une avec l'autre tant que subsistera le champ magnétique extérieur.
  • Bien que donnant pleine satisfaction dans de nombreuses applications, de tels contacteurs présentent l'inconvénient d'être trop grands pour certaines autres applications. Parmi ces applications on peut citer en particulier les détecteurs de fin de course pour diverses applications microtechniques. Les dimensions extérieures d'un tel contacteur sont en effet typiquement d'environ 15 mm pour la longueur de l'ampoule cylindrique en verre et de 2 à 3 mm pour le diamètre de celle-ci. Les deux lames en alliage magnétique quant à elles ont typiquement un diamètre avant laminage de 0,5 mm. Il n'est pas possible de réduire beaucoup les dimensions d'une construction comme celle qui vient d'être décrite. En effet, il est en particulier nécessaire qu'à mesure que les dimensions du contacteur se réduisent, la précision avec laquelle est déterminée la position relative des deux tiges augmente en proportion. Si ce n'était pas le cas, les extrémités distales des deux tiges risqueraient soit de se toucher en permanence soit d'être séparées par un espace trop grand pour autoriser la fermeture du contact même en présence d'un champ magnétique élevé. Dans les contacteurs "reed" connus, les deux tiges sont, comme nous l'avons dit, maintenues solidaires l'une de l'autre par fixation dans la paroi de l'enceinte dans laquelle elles sont enfermées et c'est cette fixation qui détermine leur position relative. L'ampoule de verre servant d'enceinte étant réalisée par façonnage du verre, les tolérances de fabrication sont trop importantes et il est presque impossible d'obtenir un positionnement relatif des deux tiges dont la précision serait meilleure que les quelques dixièmes de millimètres.
  • Dans le brevet DD 248 454 (qui décrit un contacteur selon le préambule de la revendication 1), il est proposé de fabriquer un contacteur électromagnétique de petites dimensions en créant un contact fixe par micro usinage d'une plaquette de silicium, le contact mobile en un matériau ferromagnétique étant ensuite assemblé au-dessus de la plaquette. Cette opération d'assemblage constitue nécessairement une limitation à la réduction des dimensions du contacteur.
  • La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients qui viennent d'être décrits en fournissant un contacteur "reed" de très petite dimension qui soit au moins aussi fiable que les contacteurs "reed" connus.
  • L'invention à également pour but de fournir un procédé pour la fabrication d'un tel contacteur.
  • Ainsi, l'invention a pour objet un contacteur selon la revendication 1.
  • Les deux poutres ou lames de contact étant, selon la présente invention, solidaires d'un plan de base et non plus de la paroi d'une ampoule, leur positionnement relatif est beaucoup plus précis. De plus, la construction conforme à l'invention qui vient d'être décrite se prête à une fabrication par micro-usinage à l'aide de couches sacrificielles et plus particulièrement par une technique faisant appel à des opérations de dépôt galvanique, et notamment à l'aide du procédé objet de la présente invention.
  • La présente invention a en effet également pour objet des procédés de fabrication d'un contacteur selon l'invention, comme défini aux revendications 3 à 6.
  • Selon le procédé de la revendication 3, une couche de photorésist donnée rempli d'abord une fonction de "moule" ou de "masque" pour la croissance galvanique puis dans un deuxième temps dans l'hypothèse où une nouvelle couche de photorésist est déposée sur la première, elle remplit le rôle de couche sacrificielle. La même couche remplissant successivement la fonction de "moule" et celle de couche sacrificielle le procédé se prête à une répétition itérative pour réaliser des structures comportant un nombre quelconque de couches.
  • Avec le procédé selon la revendication 5, comme avec le procédé selon la revendication 3, une même couche de photorésist peut jouer à la fois, d'une part, le rôle de moule ou de masque pour la croissance galvanique et, d'autre part, le rôle de couche sacrificielle. En outre, la métallisation recouvrant une couche de photorésist configuré étant, selon ce dernier procédé, en contact direct avec une zone conductrice découverte (c.f. point C), cette métallisation se trouve en contact électrique avec la zone conductrice inférieure sans qu'il soit nécessaire de prévoir un bloc de métal pour la relier à celle-ci. Cette dernière caractéristique permet de supprimer au moins une étape de dépôt galvanique, par rapport à ce qui est nécessaire avec le premier procédé.
  • Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit donnée à titre d'exemple et prise en référence aux figures annexées sur lesquelles :
    • la figure 1 est une vue de côté en coupe d'un contacteur "reed" selon un premier mode de réalisation de la présente invention;
    • la figure 2 est une vue de dessus en coupe prise selon II-II de la figure 1;
    • les figures 3 à 18 sont des vues de côté en coupe du contacteur de la figure 1 à diverses étapes de sa fabrication selon un mode particulier de mise en oeuvre du premier procédé objet de la présente invention;
    • les figures 19 à 20 sont des vues en coupe de côté et de dessus respectivement d'un contacteur "reed" selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention;
    • la figure 21 est une vue partiellement arrachée en perspective d'un contacteur "reed" selon un troisième mode de réalisation de la présente invention;
    • les figures 22 à 33 sont des vues de côté en coupe d'un contacteur selon la présente invention à diverses étapes de sa fabrication selon un mode particulier de mise en oeuvre du deuxième procédé objet de la présente invention.
  • En se référant maintenant aux figures 1 et 2, qui représentent un contacteur "reed" 1 conforme à l'invention, on voit que celui-ci est formé d'un plan de base 2 sur lequel prennent appui deux poutres 19, 21. On voit plus précisément que les deux poutres 19, 21 sont solidaires du plan de base 2 par l'intermédiaire de deux pieds référencés respectivement 15 et 17. Chacune des poutres 19, 21 forme avec le pied auquel elle est fixée une structure d'électrode (référencées 4 et 6 respectivement). Une coiffe 8 recouvre ces deux électrodes et forme avec le plan de base, une enceinte hermétique pour celles-ci. Comme on le verra plus loin, les contacteurs "reed" conformes au présent mode de réalisation de l'invention sont fabriqués de préférence par lots ou "batch" sur des plaquettes ou "wafers" en silicium et sont, en fin de procédé, séparés les uns des autres par découpage. Le plan de base 2 du contacteur 1 est donc constitué par un rectangle de silicium découpé dans la plaquette ayant servi à la fabrication du lot de contacteurs. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, on pourrait remplacer la plaquette de silicium par une plaque de verre.
  • Le plan de base 2 comprend une couche superficielle (dont la présence est indiquée par un épaississement des hachures sur les dessins, et qui est référencée 10) formée de dioxyde de silicium et donc électriquement isolante. On voit encore sur la figure 1 que le plan de base comprend sur sa face supérieure, deux zones électriquement conductrices distinctes 12 et 13 constituées par des plages de métallisation. Comme nous l'expliquerons plus en détail plus loin, ces zones de métallisation sont, selon le mode préféré de réalisation de la présente invention, constituées de deux couches de métal distinctes déposées sur le substrat successivement. On voit encore sur la figure 1 que, comme nous l'avons déjà dit, les deux poutres 19, 21 sont fixées chacune sur un pied 15, 17 et que de plus ces deux pieds sont fixés sur le plan de base 2 au niveau respectivement des deux plages de métallisation 12 et 13. Les deux poutres 19, 21 s'étendent horizontalement en porte-à-faux à partir des sommets des deux pieds 15, 17 et constituent avec ceux-ci deux structures d'électrodes 4, 6 réalisées chacune en une seule pièce. Toujours dans ce présent mode de réalisation, les deux électrodes sont orientées de façon à ce que les parties distales des poutres s'étendent en direction l'une de l'autre, ou plus précisément que les poutres 19, 21 s'étendent toutes deux dans le plan vertical qui contient les pieds 15, 17 des électrodes. Les électrodes 4, 6 sont, comme nous le verrons plus loin, réalisées par croissance galvanique d'un alliage ferromagnétique de préférence du fer et du nickel. Les contacteurs "reed" selon l'invention peuvent être de dimensions considérablement plus petites que celles qui ont été données plus haut en relation avec les contacteurs de l'art antérieur. Dans le mode de réalisation décrit ici d'un contacteur "reed" selon l'invention, la première électrode 6 pourrait avoir une hauteur comprise typiquement entre 20 et 35 µm, alors que la deuxième électrode 4 aurait une hauteur comprise entre 40 et 70 µm. Chacune des électrodes pourrait typiquement avoir une longueur de 500 µm (pour la partie flexible) et une largeur de 100 µm. Le chevauchement des deux électrodes s'étendrait typiquement sur une longueur de 40 µm et l'espace séparant en hauteur les deux extrémités distales des électrodes serait typiquement compris entre 10 et 15 µm en position de repos, c'est-à-dire plus précisément en l'absence de champ magnétique. L'épaisseur des poutres 19 et 21 serait également comprise entre 10 et 15 µm de manière à autoriser une certaine flexibilité de celles-ci. Les poutres que nous venons de décrire ont donc la forme de lames rectangulaires allongées et flexibles qui sont disposées sensiblement dans le prolongement l'une de l'autre. En présence d'un champ magnétique extérieur orienté parallèlement à ces lames, celles-ci vont se magnétiser et une force magnétique attractive va apparaître entre les deux extrémités des lames qui sont voisines l'une de l'autre. Les lames étant de faible épaisseur par rapport à leur longueur et donc relativement flexibles, la force attractive va amener les deux extrémités en contact l'une avec l'autre. Dans ces conditions les deux plages de métallisation 12 et 13 seront reliées électriquement l'une à l'autre et le contacteur sera donc fermé.
  • Le mélange de fer et de nickel utilisé pour la réalisation des électrodes présente de préférence une faible hystérèse magnétique de façon à ce qu'au moment de la disparition du champ magnétique extérieur, la magnétisation des deux poutres 19, 21 disparaisse également et que leurs deux extrémités distales cessent de s'attirer. Dans ces conditions, l'élasticité du métal rappelle les poutres vers leur positon de repos dans laquelle les deux plages de métallisation 12, 13 ne sont plus reliées électriquement.
  • Nous allons maintenant compléter la description du présent mode de réalisation du contacteur selon l'invention en décrivant un mode particulier de mise en oeuvre de chacun des deux procédés objets de la présente invention qui permettent de réaliser de manière avantageuse le contacteur "reed" de la présente invention.
  • Comme nous l'avons déjà dit, le présent mode de mise en oeuvre du procédé permet la fabrication de contacteur "reed" par lots ou "batch" sur une plaquette en silicium qui est finalement découpée pour séparer les uns des autres les contacteurs produits.
  • Les figures 3 à 18 qui décrivent les étapes du procédé de fabrication ne montrent chacune qu'un seul contacteur, mais il est bien évident que ces figures sont en fait des vues partielles d'une plaquette sur laquelle de nombreux contacteurs sont disposés les uns à côté des autres, un seul de ceux-ci étant visible sur la vue partielle.
  • Une couche de dioxyde de silicium 10 est tout d'abord créée à la surface du silicium 2 par oxydation de la plaquette dans un four en présence d'oxygène. Cette première opération fournit un substrat isolant sur lequel on va ensuite créer durant une deuxième étape, des zones conductrices distinctes 12, 13. Selon une variante, le substrat isolant sur lequel on va créer des zones conductrices, pourrait également être une plaque de verre. Les zones conductrices créées sur le verre ou sur l'oxyde de silicium sont configurées de manière à ce qu'elles se retrouvent isolées les unes des autres une fois que les contacteurs formés sur la plaquette auront été séparés les uns des autres. On réalise ces zones conductrices en créant sur le silicium oxydé des plages de métallisation 12, 13 conformes à ce qui est représenté à la figure 3. Dans le présent mode de réalisation, une couche mince, dite couche d'accrochage d'environ 40 nm d'épaisseur, en titane 12a et 13a est d'abord déposée sur l'intégralité de la surface de la plaquette par évaporation thermique. L'utilisation de titane est particulièrement avantageuse car ce métal adhère bien au dioxyde de silicium. Une métallisation d'or 12b et 13b est de préférence ensuite déposée sur le titane pour améliorer l'efficacité du dépôt galvanique. Cette dernière couche de métallisation déposée par évaporation thermique est extrêmement minces environ (200 nm). Les deux couches de métallisation ainsi produites sont ensuite gravées selon une technique classique pour produire un réseau de plages conductrices 12, 13. A ce point du procédé de fabrication, le contacteur est semblable à ce qui est représenté sur la figure 3. Les plages conductrices sont de préférence connexes sur la plaquette isolante non encore découpée. En effet, lorsqu'au cours d'une étape ultérieure du procédé, on effectuera un dépôt galvanique sur ces plages conductrices, celles-ci devront chacunes être maintenues sous tension à l'aide d'une alimentation. Le fait de prévoir une configuration dans laquelle les plages de métallisation sont connexes, a donc l'avantage de permettre de les placer toutes simultanément sous tension à l'aide de la même connexion électrique.
  • L'opération de configuration de la métallisation qui vient d'être décrite peut être suivie, si nécessaire, par une étape de déshydratation du substrat. Dans le présent exemple, la déshydratation durera typiquement trente minutes à une température de 220°C.
  • Une fois le substrat déshydraté, on dépose une première couche de photorésist 23 sur la surface de la plaquette. Ce photorésist est de préférence déposé par centrifugation. Dans le mode de réalisation représenté, cette couche de photorésist est destinée notamment, comme on le verra plus loin, à jouer le rôle de couche sacrifielle s'étendant entre le substrat et le premier niveau suspendu de la structure à réaliser, c'est-à-dire l'électrode 6 du futur contacteur. L'épaisseur de la première couche de photorésist pourra être par exemple de 2 µm.
  • La couche de photorésist qui vient d'être déposée est ensuite cuite. Dans le présent exemple, la cuisson est réalisée en deux étapes, une première étape de 30 minutes à 65°C, suivie d'une deuxième étape de 15 minutes 80°C.
  • Le photorésist est ensuite configuré à l'aide d'un deuxième masque (non représenté) pour dégager au-dessus des plages de métallisation 12, 13 des ouvertures 25, 26, 27 et 28 dites trous de moulage aux endroits où aura lieu ultérieurement la croissance galvanique. Les blocs métalliques qui seront ainsi formés dans les trous de moulage 25 et 28 constitueront les deux plots de contact 56 permettant de relier le contacteur "reed" à un circuit électronique extérieur, alors que les deux blocs métalliques qui seront formés dans les trous de moulage 26, 27 constituerons respectivement la base du pied 15 et le pied 17.
  • Une fois le photorésist épais configuré, le futur contacteur est semblable à ce qui est représenté à la figure 4. On fait ensuite croître des blocs métalliques 31, 32, 33 et 34 en un alliage de fer et de nickel ou en or par exemple, par dépôt galvanique dans les orifices 25, 26, 27 et 28 ménagés dans le photorésist épais. Le photorésist joue donc à ce stade le rôle de moule. A la fin de la croissance galvanique, le substrat est semblable à ce qui est représenté à la figure 5.
  • Une nouvelle double métallisation 36a, 36b extrêmement mince formée d'une couche d'accrochage en titane recouverte par une couche d'or est ensuite déposée par évaporation thermique sur toute la surface de la plaquette conformément à ce qui est représenté dans la figure 6.
  • Un nouveau photorésist épais 38 est ensuite déposé sur la deuxième métallisation et configuré pour former un moule prévu pour recevoir un deuxième dépôt galvanique. La deuxième couche de photorésist épais configurée est représentée sur la figure 7. Les trous de moulages 40, 41 ménagés dans le photorésist épais 38 ne s'étendent pas exactement à la verticale des blocs métalliques 32, 33 qui ont été formé dans la première couche de photorésist 23. On notera plus particulièrement que le trou de moulage 41 s'étend loin au-delà du bloc métallique 33, la première couche de photorésist 23 joue donc maintenant le rôle de couche sacrificielle permettant la réalisation de structures suspendues.
  • On réalise ensuite un dépôt galvanique d'un matériau ferromagnétique du fer-nickel par exemple, dans les orifices 40, 41 ménagés dans la deuxième couche de photorésist 38 pour constituer d'une part un deuxième étage 43 pour le pied 15 de la deuxième électrode 4 et d'autre part la poutre formant la première électrode 6. On arrête la croissance galvanique avant que l'alliage de fer-nickel n'ait atteint le niveau de la surface du photorésist 38. La figure 8 représente la plaquette à ce stade du procédé. Précisons que, de manière tout à fait générale, selon le procédé de la présente invention, il n'est pas nécessaire qu'il y ait superposition même partielle entre les blocs métalliques formés par croissance galvanique dans une couche de photorésist et ceux formés dans la couche suivante. Les structures métalliques formées dans la couche supérieure pouvant le cas échéant, être entièrement suspendues ou libres.
  • On dépose ensuite, sur le fer-nickel, par croissance galvanique toujours, un engraissement d'or 45 prévu pour améliorer le contact électrique entre les deux électrodes 4, 6 lorsque leurs parties distales 19, 21 se touchent durant le fonctionnement du contacteur. On voit sur la figure 9 l'état du contacteur une fois que le dépôt de l'engraissement d'or est terminé.
  • Une troisième couche de photorésist épais 47 est ensuite réalisée sur toute la surface de la plaquette. L'épaisseur du photorésist déposé durant cette étape est égale à l'écart séparant les deux poutres 19, 21 dans le sens de la hauteur dans le contacteur 1 terminé. Cette troisième couche de photorésist 47 est également configurée pour réaliser un trou de moulage 48 prévu pour recevoir à l'étape suivante le troisième niveau du pied 15 de la deuxième électrode 4. Le troisième niveau de photorésist 47 configuré est visible sur la figure 10.
  • Un troisième dépôt galvanique de fer-nickel ou d'or par exemple est ensuite réalisé à l'intérieur de l'orifice pratiqué dans le photorésist conformément à ce qui est représenté à la figure 11.
  • Une nouvelle double couche mince de titane et d'or 50a, 50b est ensuite réalisée sur toute l'étendue de la plaquette par évaporation thermique conformément à ce qui est représenté sur la figure 12.
  • Une quatrième couche de photorésist épais 52 est ensuite réalisée sur toute l'étendue de la plaquette. Ce photorésist est alors configuré pour réaliser un orifice 54 pour le moulage de la poutre 19 formant la deuxième électrode 4 qui sera elle aussi réalisée par dépôt galvanique dans une étape ultérieure. La quatrième couche de photorésist 52 configurée est également visible sur la figure 13.
  • Une couche d'or 53 est d'abord constituée par dépôt galvanique dans le fond du trou de moulage 54 pratiqué dans le photorésist 52. Cette couche d'or 53 constitue un engraissement sur la poutre 19 formant la deuxième électrode 4 qui servira comme l'engraissement d'or 45 qui a été réalisé précédemment sur la poutre 21 formant la première électrode 6 pour favoriser le contact électrique entre celles-ci. La figure 14 représente le contacteur à la fin de l'étape du dépôt de ce deuxième engraissement d'or.
  • Le noyau en fer-nickel de la poutre 19 formant la deuxième électrode 4 est ensuite réalisé par un dernier dépôt galvanique. La figure 15 représente le contacteur "reed" 1 selon l'invention une fois toutes les étapes de dépôt galvanique terminées. L'écartement entre les deux électrodes 4, 6 étant dans ce mode de réalisation déterminé uniquement par l'épaisseur de la troisième couche de photorésist épais, il sera possible de produire des contacteurs avec des tolérances extrêmement fines dans le positionnement des électrodes.
  • Le contacteur est ensuite soumis à un réactif d'attaque pour dégager soit en une seule opération soit par étapes, les deux électrodes 4,6 et donc éliminer aussi bien les couches de photorésist 23, 38, 47 et 52 que les métallisations d'or et de titane 36 et 50. On voit sur la figure 16 les deux électrodes 4, 6 du contacteur terminées. Les électrodes 4, 6 étant essentiellement réalisées dans un alliage de fer-nickel, elles sont ferromagnétiques et donc fortement magnétisables. La réalisation des poutres 19, 21 selon le procédé par couches successives qui vient d'être décrit permet de donner à celles-ci une épaisseur déterminée. Cette épaisseur étant choisie de manière à fournir la flexibilité nécessaire pour permettre aux extrémités distales des deux poutres de venir se toucher en présence d'un champ magnétique relativement faible. Pour éviter tout risque d'oxydation de l'alliage de fer-nickel, les électrodes sont ensuite placées dans une enceinte hermétique remplie d'un gaz inerte. A cet effet, on colle sur la plaquette un capot alvéolé 8 réalisé par exemple en verre micro-usiné qui une fois collé sur la plaquette enfermera chaque paire d'électrodes 4,6 dans une alvéole individuelle (l'épaisseur de colle joignant le capot au substrat est référencée 60 sur la figure 17). La figure 17 représente partiellement la plaquette sur laquelle le capot alvéolé 8 a été collé.
  • A ce stade de la réalisation, une plaquette unique recouverte d'un capot 8 comprenant une multiplicité d'alvéoles (seul un fragment de cet assemblage étant représenté sur la figure 17) regroupe tout un lot de contacteurs. L'assemblage de la plaquette et du capot définit donc une multiplicité de cavités dont approximativement la moitié enferme la paire d'électrodes d'un contacteur, alors que les autres cavités enferment des plots de contact 56.
  • La distribution exacte des contacteurs et des plots de contact 56 dans les différentes alvéoles dépend naturellement de la forme particulière des masques utilisés pour la configuration des couches de photorésist. Le lot de contacteurs assemblés doit maintenant être scié pour séparer les contacteurs les uns des autres.
  • Cette opération s'effectue de préférence en deux étapes. Dans une première étape la matière du capot est entaillée sur une profondeur suffisante pour la rendre aisément cassable. Cette opération produit les entailles 58 visibles sur la figure 18. Une fois cette opération effectuée la plaquette est, dans une deuxième étape, découpée pour séparer tous les contacteurs individuels les uns des autres. Une fois la séparation des différents contacteurs réalisés, il est facile de casser les fragments de capot qui sont situés au-dessus de chacun des plots de contact 56 puisque ces fragments ont déjà été entaillés durant la première étape de sciage. Une fois ces fragments de capot retirés, les plots de contact 56 sont aisément accessibles pour réaliser les connexions du contacteur terminé avec un circuit électrique extérieur. L'étape de découpage qui vient d'être décrite fournit typiquement plusieurs milliers de contacteurs à partir d'une plaquette de 10 cm de diamètre.
  • Les figures 19 et 20 représentent un contacteur "reed" selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention. Dans ce deuxième mode de réalisation, la poutre 121 formant la première électrode 106 est fixée directement à la plage conductrice 113 du substrat 102, contrairement à la deuxième électrode 104, l'électrode 106 ne comprend donc pas de pied. Dans ce mode de réalisation, on n'utilise que trois couches de photorésist épais pour la fabrication du contacteur au lieu de quatre dans le mode de réalisation décrit plus haut. La première électrode 106 n'étant évidemment pas flexible dans le présent mode de réalisation, la poutre 119 de la deuxième électrode 104 devra à elle seule marquer un fléchissement suffisant en présence d'un champ magnétique extérieur pour fermer le contacteur.
  • La figure 21 représente un contacteur "reed" selon un troisième mode de réalisation de la présente invention. Comme on peut le voir sur la figure, dans ce mode de réalisation la poutre 219 de l'électrode 204 et la poutre 221 de l'électrode 206 sont disposées dans le même plan parallèle au plan de base 202. La flexion des poutres qui produit l'ouverture ou la fermeture du contacteur s'effectue ici latéralement c'est-à-dire parallèlement au plan de base 202. Cette variante de l'invention présente l'avantage de nécessiter moins d'étape de dépôt et de configuration pour sa réalisation.
  • En se référant maintenant aux figures 22 à 33, nous allons décrire un exemple de mise en oeuvre d'un deuxième procédé de fabrication de microstructure métallique tridimensionnelle suspendues selon la présente invention. Le mode particulier de mise en oeuvre décrit ci-après permet de réaliser le contacteur "reed" selon l'invention en un nombre d'étapes intérieur au nombre d'étape nécessaire avec le premier procédé selon la présente invention.
  • Jusqu'à l'étape d'exposition de la première couche de photorésist 23 (figure 4) à un rayonnement ultra-violet à travers un masque de configuration, les étapes du présent deuxième procédé peuvent être mises en oeuvre de façon identique à celles décrites plus haut en relation avec l'exemple de mise en oeuvre du premier procédé.
  • Chaque fabricant de photorésist fournit avec son produit des valeurs d'exposition recommandées pour la configuration. Ces valeurs recommandées sont destinées à l'obtention de rapports d'aspect le plus élevé possible pour les reliefs du photorésist une fois celui-ci configuré. Si l'on désire au contraire obtenir des rapports d'aspect relativement faible, on ne suivra pas forcément les recommandations du fabricant. Les auteurs de la présente invention, on observé notamment qu'avec le photorésist connu sous la dénomination shipley Microposit R S1400-27, le fait de dépasser considérablement les valeurs d'exposition recommandées permet d'obtenir des rapports d'aspect relativement faibles conformément à ce qui est nécessaire pour la mise en oeuvre du présent deuxième procédé.
  • Le photorésist est donc d'abord exposé puis développé à l'aide d'un agent d'attaque chimique, par exemple celui connu sous la dénomination Shipley Microposit® 351 dilué dans une proportion de (1:3). Le substrat est ensuite rincé puis recuit, pour fournir la structure représentée à la figure 22. Conformément à ce qui est représenté sur la figure, les reliefs configurés dans la couche 23 présentent des rapports d'aspect relativement faibles. En d'autres termes, les bords des quatres ouvertures 25, 26, 27, et 28 sont nettement inclinés et non pas verticaux. Dans le présent exemple, nous avons dit que le faible rapport d'aspect est du à la surexposition du photorésist mais il est bien clair que de nombreux autres moyens sont envisageables pour obtenir ce faible rapport d'aspect (sous-exposition, photorésist particulier, etc).
  • Une fois le photorésist configuré, on forme à sa surface une nouvelle métallisation d'or 36. En vertu du faible rapport d'aspect présenté par les parois des ouvertures 25, 26, 27 et 28, cette métallisation peut, comme on s'en rendra compte sur la figure 23, s'étendre sans interruption entre le fond desdites ouvertures et le dessus du photorésist 23. Cette configuration permet à la nouvelle métallisation 36 d'être intégralement en contact électrique avec les plages de métallisation 12 et 13 formées sur le substrat. Cette caractéristique est nécessaire pour permettre la réalisation ultérieure d'un dépôt galvanique sur la métallisation 36.
  • L'étape suivante est le couchage d'un premier photorésist épais 38. Une fois cette couche 38 formée sur la métallisation 36, la plaquette est semblable à ce qui est représenté à la figure 24. On exécute ensuite une nouvelle étape de configuration pour réaliser des trous de moulage 37, 39, 40 et 41 à l'intérieur desquels sera réalisée ultérieurement la croissance galvanique. Les parois de ces trous de moulage auront elles de préférence, contrairement aux parois des ouvertures 25, 26, 27 et 28 décrites dans une étape précédente, un rapport d'aspect élevé. Une fois le photorésist épais configuré, le futur contacteur est semblable à ce qui est représenté à la figure 25. On fait ensuite croître, par dépôt galvanique, à partir des zones de métallisation formant le fond des trous de moulage 37, 39, 40 et 41, une première série de blocs métalliques 21, 42, 43 et 44. Le photorésist joue donc à ce stade le rôle de moule. A la fin de la croissance galvanique, le substrat est semblable à ce qui est représenté à la figure 26. On notera en particulier que le bloc métallique 21 s'étend sur une certaine longueur au dessus de la première couche de photorésist 23 qui joue donc maintenant le rôle de couche sacrificielle permettant la réalisation de la première structure suspendue qui constitue, dans le présent exemple, l'électrode 6 du futur contacteur.
  • On dépose ensuite, sur le fer-nickel, par croissance galvanique toujours, un engraissement d'or 45 destiné à améliorer le contact électrique entre les deux électrodes 4, 6 lorsque leurs parties distales 19, 21 se toucheront durant le fonctionnement du contacteur. Cet engraissement d'or pourra avoir une épaisseur de 0,5 µn. On voit sur la figure 27 l'état du contacteur une fois que le dépôt de l'engraissement d'or est terminé.
  • Une troisième couche de photorésist 47 est ensuite réalisée sur toute la surface de la plaquette. L'épaisseur du photorésist déposé durant cette étape est égale à l'écart qui va séparer les deux poutres 19, 21 dans le sens de la hauteur dans le contacteur 1 terminé. Cette troisième couche de photorésist 47 est également configurée afin de réaliser une ouverture 48 à la verticale du bloc de métal 43 constituant la base du pied 15 de la future électrode 4 du contacteur reed. Comme on peut le voir sur la figure 29, les parois de l'ouverture 48 qui vient d'être réalisée présentent également un faible rapport d'aspect.
  • Une fois cette étape de configuration du photorésist terminée, on dépose sur la surface de celui-ci une nouvelle métallisation 50. A ce stade du procédé, la structure est conforme à ce qui est représenté sur la figure 30.
  • Une quatrième couche de photorésist épais 52 est ensuite réalisée sur toute l'étendue de la plaquette. Ce photorésist est alors configuré pour réaliser un orifice 54 prévu pour le moulage ultérieur la poutre 19 formant la deuxième électrode 4 du contacteur. La quatrième couche de photorésist 52 configurée est visible sur la figure 31.
  • Pour réaliser la poutre 19, on forme d'abord, par dépôt galvanique, une couche d'or 53 dans le fond du trou de moulage 54.
  • Le noyau en fer-nickel de la poutre 19 formant la deuxième électrode 4 est ensuite réalisé par un dernier dépôt galvanique. La figure 32 représente le contacteur "reed" 1 selon l'invention une fois toutes les étapes de dépôt galvanique terminées. La couche d'or 53 qui a été déposée avant le mélange de fer-nickel forme maintenant une couche de contact sous l'électrode 4 du contacteur "reed". Notons encore que l'écartement entre les deux électrodes 4, 6 est dans le présent mode de réalisation déterminé uniquement par l'épaisseur de la troisième couche de photorésist épais. Il sera donc possible de produire des contacteurs avec des tolérances extrêmement fines dans le positionnement des électrodes.
  • Le contacteur est ensuite soumis à un réactif d'attaque pour dégager soit en une seule opération soit par étapes, les deux électrodes 4,6 et donc éliminer aussi bien les couches de photorésist 23, 38, 47 et 52 que les métallisations d'or et de titane 36 et 50. Une fois les électrodes complètement dégagées, le contacteur présente l'aspect de celui qui est représenté sur la figure 33.
  • Finalement, rappelons que le contacteur "reed" selon l'invention peut évidemment être réalisé selon un procédé de micro-usinage différent de ceux de la présente invention, et que la portée de la présente invention est définie par les revendications annexées.

Claims (6)

  1. Contacteur micro-usiné par un procédé de fabrication par méthode galvanique à partir d'un substrat (2;102) comprenant deux zones électriquement conductrices distinctes (12,13;112,113), ledit contacteur comportant deux poutres (19,21;l19,121) conductrices, lesdites poutres comprenant chacune une extrémité distale, lesdites extrémités distales étant voisines l'une de l'autre et l'une au moins étant mobile par rapport à l'autre entre une première position dite ouverte dans laquelle elles sont séparées l'une de l'autre par un espace, et une deuxième position dite fermée dans laquelle elles sont en contact l'une avec l'autre, ledit contacteur comprenant encore des moyens de rappel pour rappeler lesdites extrémités distales vers ladite position ouverte, lesdites poutres (19,21;119,121) étant en outre réalisées au moins partiellement dans un matériau magnétisable de manière à ce que lorsqu'elles sont soumises à un champ d'induction magnétique d'intensité suffisante, lesdites extrémités distales soient amenées dans ladite position fermée, ledit contacteur étant caractérisé en ce que lesdites poutres (19,21;119,121) sont solidaires dudit substrat au niveau desdites deux zones conductrices, en ce que lesdites poutres (19,21;119,121) sont reliées respectivement à des moyens de connexion électrique (56), et en ce que l'une au moins (19,21;119) desdites poutres prend appui sur ledit substrat par l'intermédiaire d'un plot (15,17;115) formé d'un bloc de métal sur lequel elle est montée.
  2. Contacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une coiffe (8;108) qui recouvre les poutres (19,21;119,121) et qui est fixée sur ledit substrat (2;102) pour former avec ce dernier une enceinte fermée, et en ce que lesdits moyens de connexion (56) sont disposés à l'extérieur de ladite enceinte.
  3. Procédé de fabrication d'un contacteur micro-usiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque poutre (21,19) est obtenue en reproduisant deux fois la succession des étapes a) à g), puis en libérant au moins une extrémité distale desdites poutres dans une étape h), lesdites étapes consistant à :
    - a) créer une première couche (23,47) de photorésist sur une face dudit substrat;
    - b) configurer ladite première couche de photorésist de manière à réaliser dans l'épaisseur de celle-ci au moins un espace libre de croissance (25,27,28,29) découvrant ladite face du substrat, ou la surface d'un plot déjà obtenu;
    - c) faire croître par dépôt galvanique un plot de métal (31,32,33,34) à l'intérieur dudit espace libre, jusqu'à affleurement du métal à la surface du photorésist;
    - d) créer un niveau de métallisation (36) à la surface de ladite première couche de photorésist;
    - e) déposer une nouvelle couche (38) de photorésist sur ledit niveau de métallisation;
    - f) configurer ladite nouvelle couche de photorésist de manière à réaliser dans l'épaisseur de celle-ci au moins un espace libre de croissance (40,41,54) découvrant ledit niveau de métallisation;
    - g) faire croître par dépôt galvanique un plot de métal (43,21,19) à l'intérieur dudit espace libre réalisé dans la nouvelle couche de photorésist;
    - h) éliminer les couches de photorésist et les parties non fonctionnelles des niveaux de métallisation.
  4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que la première poutre (21) est obtenue en exécutant seulement les étapes "d" à "f" du procédé et se trouve solidaire du substrat.
  5. Procédé de fabrication d'un contacteur micro-usiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque poutre (21,19) est obtenue en reproduisant deux fois la succession des étapes a) à f), puis en libérant les extrémités distales desdites poutres dans une étape g), lesdites étapes consistant à :
    - a) déposer une première couche (23) sensiblement uniforme de photorésist sur la surface du substrat, ledit substrat présentant au moins une zone conductrice;
    - b) configurer ladite première couche de photorésist de manière à réaliser dans l'épaisseur de celle-ci au moins un espace libre (25,27,28,29) découvrant au moins partiellement ladite zone conductrice, ledit espace libre présentant des bords nettement inclinés;
    - c) revêtir la couche configurée d'une métallisation (36) d'un seul tenant s'étendant aussi bien sur ladite zone conductrice découverte que sur ladite couche de photorésist;
    - d) déposer une nouvelle couche de photorésist (38) sensiblement uniforme;
    - e) configurer ladite nouvelle couche de photorésist de manière à réaliser dans l'épaisseur de celle-ci au moins un espace libre de croissance (40,41) découvrant ladite métallisation;
    - f) faire croître par dépôt galvanique un plot de métal (43,21) à l'intérieur dudit espace libre réalisé dans la nouvelle couche de photorésist;
    - g) éliminer les couches de photorésist et les parties non fonctionnelles de métallisation.
  6. Procédé selon la revendication 3 ou 5, caractérisé en ce que l'étape initiale comporte les opérations suivantes:
    - créer une couche de métallisation d'accrochage (12a,13a;112a,113a) sur des zones déterminées du substrat;
    - créer une couche de métallisation secondaire (12b,13b;112b,113b) en un métal non oxydable sur ladite couche de métallisation d'accrochage.
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