EP1647034B1 - Actionneur magnetique a levitation - Google Patents

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EP1647034B1
EP1647034B1 EP04767892A EP04767892A EP1647034B1 EP 1647034 B1 EP1647034 B1 EP 1647034B1 EP 04767892 A EP04767892 A EP 04767892A EP 04767892 A EP04767892 A EP 04767892A EP 1647034 B1 EP1647034 B1 EP 1647034B1
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EP
European Patent Office
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magnet
magnetic
actuator according
magnetic actuator
magnets
Prior art date
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Application number
EP04767892A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP1647034A1 (fr
Inventor
Jérôme Delamare
Orphée CUGAT
Christel Dieppedale
Jérôme MEUNIER-CARUS
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.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut Polytechnique de Grenoble
Universite Joseph Fourier Grenoble 1
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Institut Polytechnique de Grenoble
Universite Joseph Fourier Grenoble 1
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.)
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Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Institut Polytechnique de Grenoble, Universite Joseph Fourier Grenoble 1 filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures

Definitions

  • the present invention relates to a levitation magnetic actuator and in particular a microactuator achievable by the techniques of microtechnology.
  • These magnetic actuators have a movable magnetic part and a fixed magnetic part.
  • the moving magnetic part is levitated when it is not glued to the fixed magnetic part.
  • Such actuators are very promising and in the future they risk competing with transistor systems to make switching.
  • a magnetic actuator which, as in the case of FIGS. 1A, 1B, 1C a mobile magnetic part 1, a fixed magnetic part 2 having at least two attraction zones 2.1, 2.2 for the mobile magnetic part 1 and means 3 for triggering the displacement of the mobile magnetic part 1.
  • the mobile magnetic part is formed of a magnet in the form of a rectangular plate. When it is not glued to one of the zones of attraction 2.1, 2.2, the part Mobile Magnetic 1 is levitated between the two zones of attraction 2.1, 2.2.
  • the two zones of attraction 2.1, 2.2 each correspond to a pair of magnets 2.1a, 2.1b and 2.2a, 2.2b disjoint.
  • Each magnet 2.1a, 2.1b and 2.2a, 2.2b is provided with an electrical contact C11, C12 and C21, C22 respectively.
  • the movable magnetic part 1 is also provided with electrical contacts C1, C2 placed on opposite faces which are the faces which come into contact with the fixed magnetic part 2.
  • the contact C1 of the mobile magnetic part 1 comes electrically connect the two contacts C11, C12 of the attraction zone 2.1 and when the mobile magnetic part 1 is bonded to the right attraction zone 2.2, its C2 contact comes electrically connect the two contacts C21, C22 of the attraction zone 2.2.
  • the arrows illustrate in both situations, the current flowing between the two contacts.
  • the triggering of the movement of the moving magnet is initiated by a current pulse sent in the displacement triggering means 3 which are represented in this example by a multi-turn winding placed under the assembly formed by the mobile magnetic part 1 and the fixed magnetic part 2.
  • Another object of the invention is to provide a magnetic actuator whose current consumed during a switch is reduced.
  • Another object of the invention is to provide a magnetic actuator having improved and durable contact quality.
  • Another object of the invention is to provide a magnetic actuator whose movable magnetic part has increased angular stability.
  • the present invention is a magnetic actuator according to claim 1 comprising a movable magnetic part, a fixed magnetic part provided with at least two attraction zones for the moving magnetic part, and means for triggering the displacement of the mobile magnetic part, the moving magnetic part being levitated when it is not in contact with an attraction zone.
  • the movable magnetic part comprises a magnet-based piece, lightened by magnet, this piece having an overall volume, and a mass which is less than it would have if its overall volume was totally occupied by the magnet.
  • the mass of the moving magnetic part is reduced, the latter is switched more rapidly for a given actuating force or a reduced actuating current is required for actuation for a time. given commutation. It is possible to play both the switching time and the actuating current.
  • the lightened piece magnet can be formed of one or more magnets provided with at least one recess.
  • the recess can be a through hole. It can be filled with a solid material having a lower density, lower than that of the magnet.
  • the lower density solid material can be selected from a semiconductor material, a plastic material, a dielectric material, a soft magnetic material, depending on the configuration.
  • the recess may be empty of solid material.
  • the lightened piece magnet can take the form of a substantially rectangular plate.
  • the magnet-lightened piece may comprise, in the direction of displacement, a succession of magnets spaced from each other, these magnets having the same magnetization orientation.
  • the lightened magnet piece may comprise, in the direction of movement, an alternating succession of magnets and at least a solid portion of lower density.
  • the magnets may be in the form of bars oriented substantially normally to displacement.
  • the succession comprises a magnet at each end.
  • the means for triggering the displacement may comprise at least one meander-shaped conductor formed of successive conductor sections in which a current is able to flow in opposite directions, each of the magnets of the cooperating succession, when the movable magnetic part is glued on an attraction zone, with one of the sections, in these sections the current flowing in the same direction.
  • the end magnets have a dimension, in the direction of displacement, substantially equal to the displacement.
  • the lightened magnet piece comprises at least one central magnet surrounded at least partially by at least a portion of lower density, the central magnet being in the form of substantially rounded or ovoid lozenge.
  • the movable magnetic portion may comprise at least one face, to be adhered to the attraction zone, this face being curved.
  • this face can be arranged in a zigzag pattern.
  • each attraction zone has a geometry conjugate with that of the face of the moving magnetic part to come into contact with it.
  • At least one of the attraction zones comprises a dielectric portion so as to make a capacitive contact when the movable magnetic portion is bonded to said attraction zone.
  • the magnet lightened piece may comprise a dielectric portion so as to make a capacitive contact when the mobile magnetic part is bonded to one of the attraction zones.
  • It may also include a step of magnetizing the magnet of the lightened piece by magnetizing the moving magnetic part and possibly the fixed magnetic part before the release of the lightened piece magnet.
  • the step of etching the dielectric layer of the first substrate may aim at providing at least one opening for access to at least one electrical contact for powering the conductor.
  • the step of etching the dielectric layer may be followed by a step of etching the first substrate around the lightened piece magnet and at least a portion of lower density which is provided with the lightened piece magnet.
  • the step of etching the dielectric layer may be followed by a step of etching the first substrate around the lightened piece by magnetizing by masking at least a portion of lesser density which is provided with the lightened piece magnet, this part of lower density being full of the material of the substrate.
  • the method may comprise a step of producing at least one electrical contact for supplying the conductor to the second substrate after the deposition of the conductor and before the assembly of the two substrates.
  • a step of depositing a dielectric material on the surface of the second substrate before assembling the two substrates may be provided.
  • This dielectric material can be used to protect the driver.
  • the substrates can be solid semiconductor substrates or SOI type substrates.
  • FIGS. 2A to 2J show different possible configurations for the movable magnetic part 20, the fixed magnetic part 10 and the means 30 for triggering the displacement of the movable magnetic part 20 of a magnetic actuator according to the invention.
  • This displacement is in a plane x, y, along the x axis.
  • the switching time of a magnetic actuator for a given magnetic force applying to the moving magnetic part is proportional to the mass of the moving magnetic part. So that the movable magnetic part moves between two zones of attraction according to a translation without being subjected to a lateral deviation, it is necessary that its dimension in the direction of the displacement is great in front of its two other dimensions. This is why the moving magnetic part is generally a rectangular magnet plate whose length is directed in the direction of displacement. These considerations mean that such a moving magnetic part has a relatively large volume and therefore a relatively large mass (the densities of the magnets are generally high).
  • bistability is meant the two stable positions of the mobile magnetic part against the zones of attraction of the fixed magnetic part.
  • the triggering of the movement against is due to the set magnets plus means of triggering the displacement (these means will be described in detail later).
  • the central part of the moving magnetic part does not need to be magnetized (in the case where there is no driver means for triggering the displacement at this central portion).
  • the invention therefore consists in producing the moving magnetic part in the form of a lightened piece by magnet so that it has a mass which is less than that which it would have if its overall volume were totally occupied by the magnet .
  • FIG. 2A shows in top view a magnetic actuator according to the invention wherein the fixed magnetic portion 10 has two attraction zones 11, 12 facing each other, each formed of a pair of magnetic blocks 11.1 and 11.2, 12.1 and 12.2 disjointed in the manner of Figures 1A to 1C .
  • the fixed magnetic part may be made of a material selected from the group of soft magnetic materials, hard magnetic materials, hysteresis materials, these materials being taken alone, in combination with each other or with superconducting materials, diamagnetic materials.
  • Soft magnetic materials such as iron, nickel, alloys based on iron-nickel, iron-cobalt, iron-silicon etc., are magnetized according to an inductive field to which they are subjected.
  • Hard magnetic materials correspond to magnets such as ferrite magnets, samarium-cobalt magnets, neodymium-iron-boron magnets, platinum-cobalt magnets, iron-platinum for example. Their magnetization depends little on the external magnetic field.
  • Hysteresis materials for example of aluminum-nickel-cobalt (AlNiCo) type, have properties that are between those of soft magnetic materials and those of hard magnetic materials. They are sensitive to the magnetic field in which they are. As for diamagnetic materials such as bismuth or pyrolitic graphite, their magnetization is collinear with the inducing magnetic field but in the opposite direction.
  • Superconducting materials could be alloys based on nobium-titanium (NbTi), yttrium-barium-copper-oxygen (YBaCuO) for example.
  • the moving magnetic part 20 shown in this example is located between the two attraction zones 11, 12 and is therefore levitating. It comprises a lightened piece 200 magnet which is formed of at least one magnet 22 provided with recesses 21. These recesses 21 may be through holes or blind holes. The holes 21 are directed in the direction of the thickness of the magnet 22. This representation is not limiting, the recesses 21 could take another direction.
  • the lightened piece 200 magnet and thus also the magnet 22 are in the form of substantially parallelepiped plate.
  • the recesses 21 are preferably concentrated in the central part of the magnet 22 and save its edges 23 which are opposite the two zones of attraction 11, 12 of the fixed magnetic part 10. These edges 23 are solid and their dimension, in the direction of displacement, is substantially equal to the distance traveled by the moving magnetic part 20 when it leaves one of the two zones of attraction, for example 11, and sticks to the other zone of attraction 12. This distance is called thereafter gap and is referenced e on the Figure 2B .
  • the recesses 21 of the magnet 22 are empty of solid material. Thus the mass of the lightened piece 200 magnet is less than it would have in the absence of the recesses 21.
  • the magnet 22 may be made for example of ferrite, based on samarium-cobalt, neodymium-iron-boron, platinum-cobalt, iron-platinum.
  • the recesses 21 have been distributed substantially evenly in the magnet 22, but this is not an obligation. In the same way, they do not necessarily all have the same dimension.
  • the magnet could have only one. Instead of the recesses being empty of solid material, they could be filled with a material whose density is less than that of the magnet as on the Figure 2B . This material is subsequently called a lower density material. Its density is lower than that of the magnet.
  • a plastic material for example, a dielectric material, a semiconductor material such as silicon or even a soft magnetic material such as iron, nickel, iron-nickel alloys , iron-cobalt, iron-silicon, etc.
  • volume overall means the total volume which includes the volume of the recesses when they are empty of solid material.
  • the means 30 for triggering the displacement of the moving magnetic part 20 have been represented as a winding 30 with one or more turns placed under the assembly consisting of the mobile magnetic part 20 and the fixed magnetic part 10.
  • the lightened piece 200 magnet of the movable magnetic part 20 is a substantially rectangular plate and has a magnet 24 shaped frame delimiting a single through hole 21 filled with material 25 whose density is less than that of the magnet.
  • the frame is substantially rectangular with bars of which two (referenced 24.1) are opposite attraction zones 11, 12. It would of course be possible for the single through hole 21 to be empty of solid material, in the manner of those of the Figure 2A .
  • the width 1 (dimension in the direction of movement) of a bar 24.1 facing the attraction zones 11, 12 of the fixed magnetic portion 10 is substantially equal to the air gap e.
  • the means 30 for triggering the displacement of the mobile magnetic part 20 are represented by a meander-arranged conductor placed under the moving magnetic part 20. They will be described in more detail later, in particular with reference to FIG. Figure 2C which is a longitudinal section of the actuator of the Figure 2B .
  • the fixed magnetic part 10 is similar to that of the Figure 2A , the means for triggering the displacement of the moving magnetic part are not shown so as not to overload the figure.
  • the lightened piece 200 magnet of the movable magnetic portion 20 comprises two magnets 26 sandwiching a portion 27 of lower density.
  • the lower density portion 27 is a substantially square plate.
  • the piece 200 has the shape of a substantially rectangular plate.
  • the rod-shaped magnets 26 are located opposite the attraction zones 11, 12 of the fixed magnetic part 10.
  • the material of the lower density portion 27 may be, for example , a plastic material, a dielectric material, silicon or even a soft magnetic material.
  • the lightened piece 200 magnet is formed in the direction of movement, an alternating succession of magnets 26 and 27 parts of lower density, magnets 26 ending the succession.
  • the terminal magnets are in facing relation with the attraction zones 11, 12 of the fixed magnet part 10.
  • the magnets 26 and the lower density portions 27 are in the form of bars.
  • the lower density portions 26 may be made of solid material but it is conceivable that they correspond to recesses.
  • This last configuration is illustrated on the figure 2F .
  • the lightened piece 200 magnet is a grid-shaped magnet and the magnet bars 26 are integral with each other at their two ends.
  • the fixed magnetic part 10 is formed of two magnetic pieces 111, 121 opposite each forming an attraction zone 11, 12.
  • the magnets 26 are massive but it is not an obligation, they could be provided with at least a recess. It is the same for the parts 27 of lower density if they are solid.
  • the terminal magnets have a width in the direction of displacement which is substantially equal to that of the gap.
  • the magnets 26 and the lower density portions 27 have substantially the same dimensions. This is not a obligation.
  • the lightened piece 200 magnet has the shape of a substantially rectangular plate.
  • the movable magnetic part 20 comprises a lightened magnet part 200 formed of a solid central magnet 28 with globally rounded edges, at least partially surrounded by one or more parts 29 of lower density. These lower density portions 29 may be magnetic or non-magnetic, dielectric or electrically conductive.
  • a magnet 28 may take the form of a substantially circular or slightly ovoid lozenge (its width is close to its length).
  • This pellet may also include at least one rectilinear edge portion.
  • the moving magnetic part 20 can be made more angularly stable. There is less risk that it shifts angularly during its displacement. By reducing its dimension in the direction of displacement relative to the configuration with a substantially parallelepipedic magnet, its mass is reduced.
  • the fixed magnetic portion 10 is similar to that of the figure 2E .
  • the portions 29 of lower density are used to complete the magnet 28 so that the faces of the lightened piece 200 magnet, with respect to the attraction zones 11, 12, are adapted to the geometry of said zones of attraction 11 , 12 in order to obtain optimal contact.
  • the zones of attraction 11, 12 have a flat face facing the moving magnetic part 20.
  • the parts 29 of lesser density, four in this example, can be described as corners that frame the magnet 28 in the form of pellet. Their main section is delimited by two right-angled sides connected by an arc. They contribute to forming with the magnet 28 flat faces which must come to stick to the attraction zones 11, 12. Other forms are of course possible.
  • the lightened piece 200 magnet with the corners 29 takes the form of a substantially rectangular plate.
  • the magnet 28 (which may be electrically conductive) comes into direct contact with the attraction zones 11, 12 to the extent that they are also conductive and that one wishes to make an ohmic contact as on the figure 2G . If a capacitive contact is required, the parts 29 of lower density can completely mask the magnet 28 with respect to the zones of attraction 11, 12 as on the figure 2H . In this figure the magnet 28 is a central pellet substantially ovoid.
  • the movable magnetic part comprises a solid pellet with a substantially ovoidal magnet cooperating with corners, these the last ones will be made of electrically conductive or dielectric non-magnetic material.
  • the movable magnetic part 20 comprises a lightened piece 200 magnet shaped substantially ovoid plate. It consists of a magnet frame 201 delimiting a central opening 202 empty of solid material. This opening 202 could of course be filled with a lower density material as described in FIG. Figure 2B .
  • the faces 201a of the movable magnetic part 20 which are intended to stick on the attraction zones 11, 12, of the fixed magnetic part 10 are also curved.
  • the attraction zones 11, 12 each comprise a face 11a, 11b of form conjugate with that of the lightened piece 200 magnet.
  • the movable magnetic part 20 can partially fit into the attraction zones 11, 12.
  • the contact area between the fixed and the magnetic part is increased.
  • the mobile magnetic part with respect to the case where the contact faces are plane and perpendicular to the displacement as on the Figure 2B . It is then possible to improve the quality of the contact, the latter varying in the same direction as the contact surface, whether this contact is ohmic or capacitive.
  • the lightened piece 200 magnet is formed of a magnet 203 with recesses 204 (which is assumed not through).
  • the magnet 203 is plate-shaped and the recesses can be at one of its main faces or at the two main faces.
  • the magnetized lightened piece 200 is therefore in the form of a plate with faces 205 in zigzag that must be adhered to the zones of attraction 11, 12.
  • Each attraction zone 11, 12 has a face of conjugate shape on which must come sticking the movable magnetic portion 20.
  • Such a shape with one or more teeth or at least substantially a V also increases the force and / or the contact surface with respect to the case where the edges are normal to the displacement.
  • the means 30 for triggering the displacement of the moving magnetic part are represented by a conductor arranged in a loop, with one or more turns, placed in a plane x, y (which is the plane in which the part moves movable magnetic part) beneath the assembly formed of the mobile magnetic part 20 and the fixed magnetic part 10.
  • This loop comprises a section 30.1 conductor facing each attraction zone 11, 12. In these two sections 30.1 conductor Current flows in the opposite direction.
  • An arrow indicates (arbitrarily) the direction of the current in the conductor.
  • the main magnetic field created by the magnet 22 is oriented in the direction of displacement (along x), it serves to provide a magnetic guidance of the mobile magnetic part 20 when it is levitating and to obtain a bistability.
  • To initiate the movement we take advantage of a magnetic field leak from the magnet 22 which combines with the electric current flowing in the two sections 30.1 conductor located opposite the attraction zones 11, 12.
  • the tearing force used to initiate the displacement is proportional to the vector product of the intensity of the current in the section 30.1 of conductor facing the attraction zone 11 or 12 on which is glued the piece 200 lightened by magnet and the magnetic field created by the movable magnetic part only and prevailing at said section 30.1 driver according to Laplace's law.
  • the magnetic field at this conductor section 30.1 is not optimal, since we do not use the entire magnetic field created by the magnet 22 of the part 200 lightened by loving, but only a leak.
  • the sections (referenced 30.2) of the conductor 30 which are not opposite with the attraction zones 11, 12 do not participate in triggering the displacement. In order for the force to be sufficient to detach the lightened piece 200 by magnet, it is necessary to circulate a large current in the conductor 30.
  • the lightened magnet part 200 is a substantially rectangular frame with two magnet bars 24.1 opposite the attraction zones 11, 12. These two magnet bars 24.1 have the same magnetization direction (illustrated by a down arrow on the Figure 2C ) and this direction of magnetization follows the z axis.
  • the means 30 for triggering the displacement of the mobile magnetic part 20 are a conductor arranged in a meander with sections 31.1, 31.2 oriented like the bars 24.1. In two successive sections 31.1, 31.2 the current flows in opposite directions. The direction of the current is illustrated on the Figure 2C . One of the senses is a way to go and the other a way back for the current.
  • Each bar 24.1 is above a section 31.1 of conductor when it is glued on an attraction zone 11 and above a section 31.2 of conductor when it is glued on the zone of attraction 12 In these sections 31.1 or 31.2 surmounted by a bar 24.1, the current flows in the same direction. There is a strong cooperation between the field created by each of the bars 24.1 and the current flowing in the associated section 31.1 (in the case where the magnetic part 20 is bonded to the zone of attraction 11) and this cooperation aims to create a displacement force also called the actuating force of the moving magnetic part 20.
  • the geometry of the meanders is not limited to the simple geometry in Greek as on the figures 2 . A more complex geometry can be envisaged such as a spiral meander extending in one or more superimposed planes.
  • the force obtained is substantially proportional to the number of meanders. For a given force capable of tearing the movable magnetic part 20 of an attraction zone 11, 12, it is possible to reduce the intensity of the current flowing in the conductor 30.
  • the microactuator is fully embedded in a substrate made of two parts assembled.
  • the two parts are massive classical semiconductor substrates while on the Figures 7A, 7B , one of them is a massive conventional substrate while the other is a SOI substrate (silicon on insulator, for silicon on insulator).
  • SOI substrate silicon on insulator, for silicon on insulator.
  • Such a silicon substrate has a layer of insulating material 93-1, silicon oxide buried in the silicon. Its advantage is that when performing an etching operation, the layer of insulating material can serve as a barrier layer.
  • FIGS. 3A to 3I and 4A to 4I On a first solid classical substrate 91 made of semiconductor material, or of the SOI type 93, micro-magnets 3-1 and 24 will be produced for the fixed magnetic part and the movable magnetic part, respectively. This achievement is described in FIGS. 3A to 3I and 4A to 4I .
  • the displacement triggering means taking the form of one or more conductors which can be arranged in winding (FIG. Figures 5A to 5G ).
  • FIGS. 3A to 3I and 4A to 4I On a second solid substrate 92 made of semiconductor material or of SOI type, the displacement triggering means taking the form of one or more conductors which can be arranged in winding (FIG. Figures 5A to 5G ).
  • FIGS. 3A to 3I and 4A to 4I On a second solid substrate 92 made of semiconductor material or of SOI type, the displacement triggering means taking the form of one or more conductors which can be arranged in winding (FIG.
  • the photolithography mask used takes into account the structure of the lightened piece by magnet.
  • This mask comprises at least a solid part 500 or spare which corresponds, in the lightened piece 200 magnet, to a lower density portion which in the example corresponds to a recess 21 of the magnet.
  • This recess may be empty or full of solid material of lower density.
  • the lightened piece 200 magnet is a frame 24 magnet hollowed out on the figures 3 and that it is a magnet frame 24 whose recess 21 is full of substrate material on the figures 4 .
  • first substrate 91 93 crates 51 are etched for the magnets. These boxes are molds for the parts that will be filled with magnet.
  • the first substrate 91, 93 is not etched at the full part 50-2 of the mask.
  • the engraving can be a dry etching.
  • the etching stops on the oxide layer 93-1.
  • the resin 50-1 is removed.
  • a conductive underlayer 52 is deposited on the substrate 91, 93. In fact this variant is only found on the Figure 4B .
  • FIG. 3B there are two attachment sub-layers 52-1, 52-2, the second 52-2 being inserted between the first 52-1 and the substrate 91. It allows good adhesion to the substrate 91 of the first sub-layer 52-1. It also allows protection of the frame 24 magnet subsequently made against corrosion.
  • the first undercoat can be gold and the second titanium.
  • the deposition zone of the magnets is defined by photolithography.
  • the resin layer employed is 50-2.
  • Magnets 3-1, 24 are electrolytically deposited.
  • the material used may be cobalt-platinum ( Figures 3C , 4C ).
  • a planarization stage of the magnets is carried out and then a step of removing the sub-layer 52 at the surface ( Figures 4D ) or of the two sub-layers 52-1, 52-2 ( 3D figure ).
  • a conductive layer 53 can then be deposited on the surface intended to make electrical contacts C1, C2 on the magnets 3-1 of the fixed magnetic part and C on the frame 24 of the mobile magnetic part.
  • the geometry of the contacts C1, C2, C is defined by photolithography.
  • the resin has the reference 50-3 ( figures 3E , 4E ). Since all the magnets are made at the same time, the movable magnet 24 also carries a conductive layer on its upper face, it has a role of protection against corrosion. On the figures 3E and 4E the resin 50-3 saves the recess 21 of the mobile magnetic part 200.
  • the next step is a step of etching the conductive layer 53 to delimit the contacts C1, C2, C.
  • the conductive layer 53 is etched off at the recess 21 of the magnet lightened piece 200, the substrate material at the recess 21 will subsequently be removed as will be seen in FIG. figure 3I .
  • the conductive layer 53 is not removed at the recess 21 of the lightened piece magnet 200. It prevents the step of etching the figure 4I does not attack the substrate material that fills the recess.
  • the 50-3 resin is then removed. Is deposited on the surface an insulating layer 54, SiO 2 for example and then performs a planarization step ( Figures 3F , 4F ).
  • At least one opening 46 will be defined to make the feed contacts of the conductor or conductors to be made on the second substrate accessible, as well as the geometry of a free space 58 in front of the lightened part 200 by magnetizing the magnetic part. mobile so as to allow its movement.
  • This step is a photolithography step and the resin used bears the reference 50-4 ( 3G figures , 4G ). The resin 50-4 saves the lightened piece by magnet 200.
  • the insulation layer 54 is then etched where there is no resin 50-4. We remove the resin 50-4 ( figures 3H , 4H ). The lightened piece 200 magnet is then exposed as well as its entourage 58 to the fixed magnets 3-1 ( figure 3H , 4H ).
  • the dry etching of the substrate 91 is carried out around the lightened piece 200 magnet, at the opening 46, and at the recess 21 inside the frame 24.
  • the recess 21 is emptied of the material of the substrate 91.
  • the second substrate 92 On the second substrate 92, one defines the geometry of the conductor 4-1 and its ends 45 to carry the supply contacts by photolithography.
  • the resin used bears the reference 50-5 ( Figures 5A ).
  • a conductive sub-layer 56 is deposited on the surface ( Figure 5B ). It can be made of copper for example. It is also possible to introduce a second underlayer as described in figure 3B . It can be made of titanium for example.
  • Photolithography is defined as the deposition area of the conductor.
  • the resin used has the reference 50-6.
  • the conductor 4-1 is deposited electrolytically, its ends referenced 45 are clearly visible ( Figures 5C ).
  • the deposit may be copper.
  • the conductive sub-layer 56 is etched on the surface to remove it ( figure 5D ).
  • a conductive layer 57 for making the power supply contacts 47 of the conductor 4-1 these contacts 47 covering the ends 45 of the conductor 4-1.
  • the geometry of the contacts 47 is defined by photolithography, the resin used for this bearing the reference 50-7 ( figure 5E ).
  • the conductive layer 57 is then etched so as to remove it wherever it is not protected by the resin 50-7.
  • an insulating layer 59 is deposited on the surface. It can be made of silicon oxide SiO 2 . It will isolate the conductor 4-1 of the magnets 3-1, 24 during the assembly of the first substrate 91, 93 and the second substrate 92 (FIG. figure 5F ).
  • Planarization is carried out on the surface and the contacts 47 are exposed ( figure 5G ).
  • the first substrate 91, 93 will be totally or partially removed. It may be a mechanical thinning and / or chemical etching. On the Figure 6B , the substrate 91 has been completely removed while on the Figure 7B the removal stopped on the oxide layer 93-1 and the silicon of the substrate 93 underneath remains in place. It ends with the removal of the oxide layer 93-1.
  • the magnets 3-1, 24 are then embedded in the substrate formed of the two assembled parts 92 and 93 while on the Figure 7B they are on the surface of the substrate 92.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention a pour objet un actionneur magnétique à lévitation et notamment un microactionneur réalisable par les techniques de la microtechnologie.
  • Ces actionneurs magnétiques possèdent une partie magnétique mobile et une partie magnétique fixe. La partie magnétique mobile est en lévitation lorsqu'elle n'est pas collée à la partie magnétique fixe. De tels actionneurs sont très prometteurs et dans l'avenir ils risquent concurrencer les systèmes à transistors pour faire de la commutation.
    • ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
  • On connaît par la demande de brevet français FR-A1-2 828 000 déposée le 27 juillet 2001 au nom du demandeur, un actionneur magnétique qui comporte comme sur les figures 1A, 1B, 1C une partie magnétique mobile 1, une partie magnétique fixe 2 présentant au moins deux zones d'attraction 2.1, 2.2 pour la partie magnétique mobile 1 et des moyens 3 de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile 1. La partie magnétique mobile est formée d'un aimant en forme de plaque rectangulaire. Lorsqu'elle n'est pas collée sur l'une des zones d'attraction 2.1, 2.2, la partie magnétique mobile 1 est en lévitation entre les deux zones d'attraction 2.1, 2.2. Sur les figures, les deux zones d'attraction 2.1, 2.2 correspondent chacune à une paire d'aimants 2.1a, 2.1b et 2.2a, 2.2b disjoints. Chaque aimant 2.1a, 2.1b et 2.2a, 2.2b est doté d'un contact électrique C11, C12 et C21, C22 respectivement. La partie magnétique mobile 1 est également dotée de contacts électriques C1, C2 placés sur des faces opposées qui sont les faces qui viennent en contact avec la partie magnétique fixe 2. Lorsque la partie magnétique mobile 1 est collée sur la zone d'attraction 2.1 de gauche, le contact C1 de la partie magnétique mobile 1 vient relier électriquement les deux contacts C11, C12 de la zone d'attraction 2.1 et lorsque la partie magnétique mobile 1 est collée sur la zone d'attraction 2.2 de droite, son contact C2 vient relier électriquement les deux contacts C21, C22 de la zone d'attraction 2.2. Les flèches illustrent dans les deux situations, le courant qui circule entre les deux contacts. Le déclenchement du mouvement de l'aimant mobile est initié par une impulsion de courant envoyée dans les moyens 3 de déclenchement du déplacement qui sont représentés dans cet exemple par un bobinage à plusieurs spires placé sous l'ensemble formé par la partie magnétique mobile 1 et la partie magnétique fixe 2.
  • Le document FR -A-2 828 000 décrit un procédé de réalisation d'un actionneur magnétique, ce procédé comportant les étapes suivants :
    • sur un premier substrat réalisation de caissons aptes à recevoir des aimants d'une partie magnétique fixe et d'une partie magnétique mobile,
    • dépôt dans les caissons des aimants,
    • dépôt d'une couche diélectrique et gravure de cette dernière pour mettre à nu l'aimant de la partie magnétique mobile et son entourage jusqu'à la partie magnétique fixe,
    • sur un second substrat réalisation d'au moins un caisson apte à recevoir un conducteur destiné à déclencher un déplacement de la partie magnétique mobile,
    • dépôt du conducteur dans le caisson,
    • assemblage des deux substrats, en les mettant face à face,
    • élimination totale ou partielle du premier substrat de manière à libérer l'aimant de la partie magnétique mobile.
  • Par rapport aux commutateurs à transistors de tels commutateurs magnétiques à lévitation et d'une façon générale les contacteurs mécaniques présentent un inconvénient qui est que leur temps de commutation n'est pas négligeable, il est d'au moins quelques microsecondes. Un autre inconvénient présenté par ces actionneurs est que la qualité du contact électrique risque de se dégrader après un grand nombre de commutations.
  • Un autre inconvénient de ces commutateurs magnétiques à lévitation est qu'ils consomment un courant non négligeable au moment d'une commutation.
  • Par contre, ils possèdent un avantage qui est que lorsqu'ils sont dans une position stable, leur partie magnétique mobile collée contre la partie magnétique fixe, ils ne consomment pas d'énergie électrique. Ce n'est pas le cas des transistors qui lorsqu'ils sont au repos consomment un peu d'énergie et doivent continuer à être alimentés.
    • EXPOSÉ DE L'INVENTION
  • La présente invention a pour but de proposer un actionneur magnétique à lévitation qui présente un temps de commutation et/ou un courant d'actionnement réduits par rapport aux actionneurs de l'art antérieur.
  • Un autre but de l'invention est de proposer un actionneur magnétique dont le courant consommé pendant une commutation est réduit.
  • Un autre but de l'invention est de proposer un actionneur magnétique ayant une qualité de contact améliorée et pérenne.
  • Un autre but de l'invention est de proposer un actionneur magnétique dont la partie magnétique mobile présente une stabilité angulaire accrue.
  • Pour atteindre ces buts, la présente invention est un actionneur magnétique selon la revendication 1 comportant une partie magnétique mobile, une partie magnétique fixe dotée d'au moins deux zones d'attraction pour la partie magnétique mobile, et des moyens de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile, la partie magnétique mobile étant en lévitation lorsqu'elle n'est pas en contact avec une zone d'attraction. La partie magnétique mobile comporte une pièce à base d'aimant, allégée en aimant, cette pièce ayant un volume hors tout, et une masse qui est inférieure à celle qu'elle aurait si son volume hors tout était totalement occupé par l'aimant. Les modes de réalisation préférée sont définis dans les revendications 2-20.
  • Ainsi, grâce à la pièce allégée en aimant, on réduit la masse de la partie magnétique mobile, cette dernière est commutée plus rapidement pour une force d'actionnement donnée ou bien un courant d'actionnement réduit est requis pour l'actionnement pour un temps de commutation donné. On peut jouer à la fois sur le temps de commutation et le courant d'actionnement.
  • La pièce allégée en aimant peut être formée d'un ou plusieurs aimants munis d'au moins un évidement.
  • L'évidement peut être un trou traversant. Il peut être empli d'un matériau solide ayant une densité moindre, inférieure à celle de l'aimant.
  • On peut choisir le matériau solide de moindre densité parmi un matériau semi-conducteur, un matériau plastique, un matériau diélectrique, un matériau magnétique doux, selon la configuration.
  • Dans une variante, l'évidement peut être vide de matériau solide.
  • La pièce allégée en aimant peut prendre la forme d'une plaque sensiblement rectangulaire.
  • Il est possible qu'elle comporte un cadre d'aimant.
  • Dans une variante qui permet de diminuer le courant nécessaire à un déplacement, la pièce allégée en aimant peut comporter, dans le sens du déplacement, une succession d'aimants espacés les uns des autres, ces aimants ayant une même orientation d'aimantation.
  • Dans le même but, la pièce allégée en aimant peut comporter, dans le sens du déplacement, une succession alternée d'aimants et d'au moins une partie solide de moindre densité.
  • Les aimants peuvent être en forme de barreaux orientés sensiblement normalement au déplacement.
  • Pour maximiser la force de contact, il est avantageux que la succession comporte un aimant à chaque extrémité. Cependant en fonction des applications ou des caractéristiques magnétiques des aimants, il peut être intéressant aussi de disposer à chaque extrémité de la succession un autre matériau que celui utilisé pour les aimants de la succession.
  • Pour diminuer le courant total nécessaire au déplacement, les moyens de déclenchement du déplacement peuvent comporter au moins un conducteur agencé en méandre formé de tronçons de conducteurs successifs dans lesquels un courant est susceptible de circuler dans des sens opposés, chacun des aimants de la succession coopérant, lorsque la partie magnétique mobile est collée sur une zone d'attraction, avec un des tronçons, dans ces tronçons le courant circulant dans le même sens.
  • Pour simplifier la commande bidirectionnelle, il est préférable que les aimants d'extrémité aient une dimension, dans le sens du déplacement, sensiblement égale au déplacement.
  • Dans une autre variante particulièrement stable, la pièce allégée en aimant comporte au moins un aimant central entouré au moins partiellement d'au moins une partie de moindre densité, cet aimant central étant en forme de pastille sensiblement arrondie ou ovoïde.
  • Pour améliorer la force de contact, lorsque la partie magnétique mobile est collée sur une zone d'attraction, la partie magnétique mobile peut comporter au moins une face, devant venir se coller sur la zone d'attraction, cette face étant courbe.
  • Au lieu d'être courbe, cette face peut être agencée en zigzag.
  • Dans ces configurations, chaque zone d'attraction a une géométrie conjuguée de celle de la face de la partie magnétique mobile devant venir en contact avec elle.
  • Il est possible de prévoir, notamment dans le cas de contacteurs RF, qu'au moins une des zones d'attraction comporte une partie diélectrique de manière à réaliser un contact capacitif lorsque la partie magnétique mobile est collée sur ladite zone d'attraction.
  • Dans le même but, la pièce allégée en aimant peut comporter une partie diélectrique de manière à réaliser un contact capacitif lorsque la partie magnétique mobile est collée sur une des zones d'attraction.
  • La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'un actionneur magnétique de ce type, selon la revendication 21. Il comporte les étapes suivantes :
    • sur un premier substrat, réalisation de caissons aptes à recevoir des aimants d'une partie magnétique fixe et d'une pièce allégée en aimant d'une partie magnétique mobile, cette pièce allégée en aimant ayant un volume hors tout, et une masse qui est inférieure à celle qu'elle aurait si son volume hors tout était totalement occupé par l'aimant,
    • dépôt dans les caissons des aimants,
    • dépôt d'une couche diélectrique et gravure de cette dernière pour mettre à nu la pièce allégée en aimant de la partie magnétique mobile et son entourage jusqu'à la partie magnétique fixe,
    • sur un second substrat réalisation d'au moins un caisson apte à recevoir un conducteur destiné à déclencher un déplacement de la partie magnétique mobile,
    • dépôt du conducteur dans le caisson,
    • assemblage des deux substrats en les mettant face à face,
    • élimination totale ou partielle du premier substrat de manière à libérer la pièce allégée en aimant de la partie magnétique mobile.
  • Les modes de réalisation préférée sont définie dans les revendications 22-28.
  • Il peut comporter également une étape d'aimantation de l'aimant de la pièce allégée en aimant de la partie magnétique mobile et éventuellement de la partie magnétique fixe avant la libération de la pièce allégée en aimant.
  • L'étape de gravure de la couche diélectrique du premier substrat peut viser à réaliser au moins une ouverture d'accès à au moins un contact électrique d'alimentation du conducteur.
  • L'étape de gravure de la couche diélectrique peut être suivie d'une étape de gravure du premier substrat autour de la pièce allégée en aimant et au niveau d'au moins une partie de moindre densité dont est dotée la pièce allégée en aimant.
  • Dans une variante, l'étape de gravure de la couche diélectrique peut être suivie d'une étape de gravure du premier substrat autour de la pièce allégée en aimant en masquant au moins une partie de moindre densité dont est dotée la pièce allégée en aimant, cette partie de moindre densité étant pleine du matériau du substrat.
  • Le procédé peut comporter une étape de réalisation d'au moins un contact électrique pour l'alimentation du conducteur sur le second substrat après le dépôt du conducteur et avant l'assemblage des deux substrats.
  • Une étape de dépôt d'un matériau diélectrique en surface du second substrat avant l'assemblage des deux substrats peut être prévue. Ce matériau diélectrique peut servir à protéger le conducteur.
  • Les substrats peuvent être des substrats semi-conducteurs massifs ou de type SOI.
    • BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • les figures 1A, 1B, 1C montrent un actionneur magnétique connu ;
    • les figures 2A à 2J montrent différentes variantes d'un actionneur magnétique selon l'invention ;
    • les figures 3A à 3I montrent différentes étapes de réalisation des parties magnétiques fixe et mobile d'un actionneur selon l'invention, sur un substrat semi-conducteur massif ;
    • les figures 4A à 4I montrent différentes étapes de réalisation des parties magnétiques fixe et mobile d'un actionneur selon l'invention, sur un substrat semi-conducteur de type SOI ;
    • les figures 5A à 5G montrent différentes étapes de réalisation des moyens de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile d'un actionneur selon l'invention, sur un substrat semi-conducteur ;
    • les figures 6A et 6B montrent les étapes d'assemblage et de finition des substrats obtenus aux figures 3I et 5G ;
    • les figures 7A et 7B montrent les étapes d'assemblage et de finition des substrats obtenus aux figures 4I et 5G.
  • Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
  • Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
  • Ces différentes variantes doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres.
    • EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
  • On se réfère aux figures 2A à 2J qui montrent différentes configurations possibles pour la partie magnétique mobile 20, la partie magnétique fixe 10 et les moyens 30 de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile 20 d'un actionneur magnétique selon l'invention. Ce déplacement se fait dans un plan x, y, le long de l'axe x.
  • Le temps de commutation d'un actionneur magnétique, pour une force magnétique donnée s'appliquant sur la partie magnétique mobile est proportionnel à la masse de la partie magnétique mobile. Pour que la partie magnétique mobile se déplace entre deux zones d'attraction selon une translation sans être soumise à une déviation latérale, il faut que sa dimension dans le sens du déplacement soit grande devant ses deux autres dimensions. C'est pourquoi la partie magnétique mobile est généralement une plaque d'aimant rectangulaire dont la longueur est dirigée dans le sens du déplacement. Ces considérations font qu'une telle partie magnétique mobile présente un volume relativement important et donc une masse relativement importante (les densités des aimants sont en général élevées).
  • Mais en fait, seuls les volumes d'aimants qui se trouvent en vis à vis des zones d'attraction de la partie magnétique fixe, participent à la bistabilité de l'actionneur. On entend par bistabilité, les deux positions stables de la partie magnétique mobile contre les zones d'attraction de la partie magnétique fixe. Le déclenchement du déplacement par contre est dû à l'ensemble aimants plus moyens de déclenchement du déplacement (ces moyens seront décrits en détail ultérieurement). La partie centrale de la partie magnétique mobile n'a pas besoin d'être en aimant (dans le cas où il n'y a pas de conducteur des moyens de déclenchement du déplacement au niveau de cette partie centrale). L'invention consiste donc à réaliser la partie magnétique mobile sous forme d'une pièce allégée en aimant de telle sorte qu'elle possède une masse qui est inférieure à celle qu'elle aurait si son volume hors tout était totalement occupé par l'aimant. Ainsi pour une même force et une même pression s'appliquant sur la partie magnétique mobile, on allège sa masse et on réduit le temps de commutation et/ou le courant d'actionnement nécessaire.
  • La figure 2A montre en vue de dessus un actionneur magnétique selon l'invention dans lequel la partie magnétique fixe 10 comporte deux zones d'attraction 11, 12 en vis à vis, chacune formée d'une paire de blocs magnétiques 11.1 et 11.2, 12.1 et 12.2 disjoints à la manière des figures 1A à 1C.
  • La partie magnétique fixe peut être réalisée en un matériau choisi dans le groupe des matériaux magnétiques doux, des matériaux magnétiques durs, des matériaux à hystérésis, ces matériaux étant pris seuls, en combinaison entre eux ou avec des matériaux supraconducteurs, des matériaux diamagnétiques. Les matériaux magnétiques doux tels que le fer, le nickel, des alliages à base de fer-nickel, de fer-cobalt, de fer-silicium etc., s'aimantent en fonction d'un champ inducteur auquel ils sont soumis. Les matériaux magnétiques durs correspondent aux aimants tels que les aimants en ferrite, les aimants à base de samarium-cobalt, les aimants à base de néodyme-fer-bore, les aimants à base de platine-cobalt, de fer-platine par exemple. Leur aimantation dépend peu du champ magnétique extérieur. Les matériaux à hystérésis, par exemple de type aluminium-nickel-cobalt (AlNiCo), ont des propriétés qui se situent entre celles des matériaux magnétiques doux et celles des matériaux magnétiques durs. Ils sont sensibles au champ magnétique dans lequel ils se trouvent. Quant aux matériaux diamagnétiques tels que le bismuth ou le graphite pyrolitique, leur aimantation est colinéaire au champ magnétique inducteur mais de sens opposé. Les matériaux supra-conducteurs pourraient être des alliages à base de nobium-titane (NbTi), d'yttrium-barium-cuivre-oxygène (YBaCuO) par exemple.
  • La partie magnétique mobile 20 représentée, dans cet exemple, est située entre les deux zones d'attraction 11, 12 et est donc en lévitation. Elle comporte une pièce 200 allégée en aimant qui est formée d'au moins un aimant 22 muni d'évidements 21. Ces évidements 21 peuvent être des trous traversants ou des trous borgnes. Les trous 21 sont dirigés dans le sens de l'épaisseur de l'aimant 22. Cette représentation n'est pas limitative, les évidements 21 pourraient prendre une autre direction. La pièce 200 allégée en aimant et donc aussi l'aimant 22 sont en forme de plaque sensiblement parallélépipédique.
  • Les évidements 21 sont de préférence concentrés dans la partie centrale de l'aimant 22 et épargnent ses bords 23 qui sont en vis à vis des deux zones d'attraction 11, 12 de la partie magnétique fixe 10. Ces bords 23 sont pleins et leur dimension, dans le sens du déplacement, est sensiblement égale à la distance que parcourt la partie magnétique mobile 20 lorsqu'elle quitte l'une des deux zones d'attraction, par exemple 11, et vient se coller sur l'autre zone d'attraction 12. Cette distance est appelée par la suite entrefer et est référencée e sur la figure 2B. Dans l'exemple de la figure 2A, les évidements 21 de l'aimant 22 sont vides de matériau solide. Ainsi la masse de la pièce 200 allégée en aimant est inférieure à celle qu'elle aurait en l'absence des évidements 21.
  • L'aimant 22 peut être réalisé par exemple, en ferrite, à base de samarium-cobalt, de néodyme-fer-bore, de platine-cobalt, de fer-platine.
  • Les évidements 21 ont été répartis de manière sensiblement régulière dans l'aimant 22 mais ce n'est pas une obligation. De la même manière, ils n'ont pas forcément tous la même dimension.
  • Au lieu de posséder plusieurs évidements, l'aimant pourrait en avoir qu'un seul. Au lieu que les évidements soient vides de matériau solide, ils pourraient être emplis d'un matériau dont la densité est inférieure à celle de l'aimant comme sur la figure 2B. Ce matériau est appelé par la suite matériau de moindre densité. Sa densité est inférieure à celle de l'aimant. On peut penser, par exemple, à un matériau plastique, à un matériau diélectrique, à un matériau semi-conducteur tel que le silicium ou même à un matériau magnétique doux tel que le fer, le nickel, des alliages à base de fer-nickel, de fer-cobalt, de fer-silicium, etc..
  • Ce qui importe, c'est que la pièce 200 allégée en aimant ait une masse inférieure à celle qu'elle aurait si son volume hors tout était en aimant massif. Par volume hors tout, on entend le volume total qui inclut le volume des évidements lorsqu'ils sont vides de matériau solide. Avec ce principe, il est possible de gagner jusqu'à environ 90% sur la masse de la partie magnétique mobile et donc de diviser le temps de commutation par environ 10 par rapport à une configuration conventionnelle avec partie magnétique mobile faite d'un aimant massif.
  • Les moyens 30 de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile 20 ont été représentés comme un bobinage 30 à une ou plusieurs spires placé sous l'ensemble constitué de la partie magnétique mobile 20 et de la partie magnétique fixe 10.
  • Des contacts entre la partie magnétique mobile 20 et les zones d'attraction 11, 12 ont été représentés résistifs, c'est à dire ohmiques ou secs. L'aimant 22 vient en contact électrique direct avec l'une ou l'autre des paires de blocs magnétiques 11.1 et 11.2, 12.1 et 12.2. Sur la figure 2B, la partie magnétique fixe 10 comporte maintenant deux zones d'attraction 11, 12 en vis à vis, chacune formée d'un aimant 110, 120 et d'une partie diélectrique 111, 121 accolées. La partie magnétique mobile 20 vient se coller sur l'une ou sur l'autre des parties diélectriques 111 ou 121 de manière à former un contact dit capacitif. Un des avantages des contacts capacitifs est qu'ils sont moins sujets à l'usure que les contacts résistifs.
  • La pièce 200 allégée en aimant de la partie magnétique mobile 20 est une plaque sensiblement rectangulaire et comporte un aimant 24 en forme de cadre délimitant un trou 21 traversant unique empli de matériau 25 dont la densité est inférieure à celle de l'aimant. Le cadre est sensiblement rectangulaire avec des barreaux dont deux (référencés 24.1) sont en vis à vis des zones d'attraction 11, 12. Il serait bien sûr possible que le trou traversant 21 unique soit vide de matériau solide, à la manière de ceux de la figure 2A. Sur cette figure 2B, la largeur 1 (dimension dans le sens du déplacement) d'un barreau 24.1 se trouvant en vis à vis des zones d'attraction 11, 12 de la partie magnétique fixe 10 est sensiblement égale à l'entrefer e. On pourrait envisager d'utiliser ce trou pour positionner une lentille optique ou une valve.
  • Les moyens 30 de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile 20 sont représentés par un conducteur agencé en méandre placé sous la partie magnétique mobile 20. Ils seront décrits plus en détail par la suite, notamment en se référant à la figure 2C qui est une coupe longitudinale de l'actionneur de la figure 2B.
  • Sur la figure 2D, la partie magnétique fixe 10 est similaire à celle de la figure 2A, les moyens de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile ne sont pas représentés pour ne pas surcharger la figure.
  • La pièce 200 allégée en aimant de la partie magnétique mobile 20 comporte deux aimants 26 prenant en sandwich une partie 27 de moindre densité. La partie 27 de moindre densité est une plaque sensiblement carrée. La pièce 200 a la forme d'une plaque sensiblement rectangulaire. Les aimants 26, en forme de barreaux, sont situés en vis à vis des zones d'attraction 11, 12 de la partie magnétique fixe 10. Comme dans les exemples précédents, le matériau de la partie 27 de moindre densité peut être, par exemple, un matériau plastique, un matériau diélectrique, du silicium ou même un matériau magnétique doux.
  • Sur la figure 2E, la pièce 200 allégée en aimant est formée, dans le sens du déplacement, d'une succession alternée d'aimants 26 et de parties 27 de moindre densité, des aimants 26 terminant la succession. On peut envisager que ce ne soit pas un aimant qui termine la succession, notamment si on prévoit de réaliser un contact capacitif. Les aimants 26 terminaux sont en vis à vis avec les zones d'attraction 11, 12 de la partie magnétique fixe 10. Les aimants 26 et les parties 27 de moindre densité sont en forme de barreaux. Les parties 26 de moindre densité peuvent être réalisées en matériau solide mais on peut imaginer qu'elles correspondent à des évidements. Cette dernière configuration est illustrée sur la figure 2F. Sur cette dernière figure, la pièce 200 allégée en aimant est un aimant en forme de grille et les barreaux d'aimant 26 sont solidaires les uns des autres à leurs deux extrémités.
  • Sur les figures 2E, 2F, la partie magnétique fixe 10 est formée de deux pièces magnétiques 111, 121 en regard formant chacune une zone d'attraction 11, 12. Les aimants 26 sont massifs mais ce n'est pas une obligation, ils pourraient être munis d'au moins un évidement. Il en est de même pour les parties 27 de moindre densité si elles sont solides.
  • Les aimants 26 terminaux ont une largeur dans le sens du déplacement qui est sensiblement égale à celle de l'entrefer.
  • Dans l'exemple représenté sur la figure 2E, les aimants 26 et les parties 27 de moindre densité ont sensiblement les mêmes dimensions. Ce n'est pas une obligation. La pièce 200 allégée en aimant a la forme d'une plaque sensiblement rectangulaire.
  • Sur la figure 2G, la partie magnétique mobile 20 comporte une pièce 200 allégée en aimant formée d'un aimant central 28 plein à bords globalement arrondis, entouré au moins partiellement d'une ou plusieurs parties 29 de moindre densité. Ces parties de moindre densité 29 peuvent être magnétiques ou amagnétiques, diélectriques ou électriquement conductrices. Un tel aimant 28 peut prendre la forme d'une pastille sensiblement circulaire ou légèrement ovoïde (sa largeur est proche de sa longueur). Cette pastille peut aussi comporter au moins une portion de bord rectiligne. Ainsi en donnant à l'aimant une telle forme en pastille, on peut rendre la partie magnétique mobile 20 plus stable angulairement. Il y a moins de risque qu'elle se décale angulairement lors de son déplacement. En réduisant sa dimension dans le sens du déplacement par rapport à la configuration avec aimant sensiblement parallélépipédique, on réduit sa masse. La partie magnétique fixe 10 est similaire à celle de la figure 2E.
  • Les parties 29 de moindre densité servent à compléter l'aimant 28 pour que les faces de la pièce 200 allégée en aimant, en vis à vis des zones d'attraction 11, 12, soient adaptées à la géométrie des dites zones d'attraction 11, 12 afin d'obtenir un contact optimal.
  • Dans l'exemple de la figure 2G, les zones d'attraction 11, 12 ont une face plane en regard de la partie magnétique mobile 20. Les parties 29 de moindre densité, au nombre de quatre dans cet exemple, peuvent être qualifiées de coins qui encadrent l'aimant 28 en forme de pastille. Leur section principale est délimitée par deux côtés à angle droit reliés par un arc de cercle. Elles contribuent à former avec l'aimant 28 des faces planes qui doivent venir se coller sur les zones d'attraction 11, 12. D'autres formes sont bien sûr possibles. La pièce 200 allégée en aimant avec les coins 29 prend la forme d'une plaque sensiblement rectangulaire.
  • Si le matériau des parties 29 de moindre densité est diélectrique, on peut prévoir que l'aimant 28 (qui lui peut être électriquement conducteur) vienne en contact direct avec les zones d'attraction 11, 12 dans la mesure où elles sont également conductrices et que l'on désire réaliser un contact ohmique comme sur la figure 2G. Si un contact capacitif est requis, les parties 29 de moindre densité peuvent masquer totalement l'aimant 28 vis à vis des zones d'attraction 11, 12 comme sur la figure 2H. Sur cette figure l'aimant 28 est une pastille centrale sensiblement ovoïde.
  • On pourrait avoir comme partie magnétique mobile une pastille pleine en aimant sensiblement ovoïde donc sans coin matérialisé. Elle possèderait des coins allégés en aimant vides par rapport aux configurations de l'art antérieur avec partie magnétique mobile rectangulaire. Maintenant, si pour avoir un stabilité angulaire, la partie magnétique mobile comporte une pastille pleine en aimant sensiblement ovoïde coopérant avec des coins, ces derniers seront en matériau amagnétique électriquement conducteur ou diélectrique.
  • Sur la figure 2I, la partie magnétique mobile 20 comporte une pièce 200 allégée en aimant en forme de plaque sensiblement ovoïde. Elle est constituée d'un cadre 201 en aimant délimitant une ouverture centrale 202 vide de matériau solide. Cette ouverture 202 pourrait bien sûr être remplie d'un matériau de moindre densité comme décrit à la figure 2B.
  • Les faces 201a de la partie magnétique mobile 20 qui sont destinées à venir se coller sur les zones d'attraction 11, 12, de la partie magnétique fixe 10 sont également courbes. Les zones d'attraction 11, 12 comportent chacune une face 11a, 11b de forme conjuguée de celle de la pièce 200 allégée en aimant. La partie magnétique mobile 20 peut venir s'encastrer partiellement dans les zones d'attraction 11, 12. Ainsi pour une section donnée de la pièce 200 allégée en aimant, transversale au déplacement, on augmente la surface de contact entre la partie magnétique fixe et la partie magnétique mobile, par rapport au cas où les faces de contact sont planes et perpendiculaires au déplacement comme sur la figure 2B. On peut alors améliorer la qualité du contact, cette dernière variant dans le même sens que la surface de contact, que ce contact soit ohmique ou capacitif. D'autres formes de courbes sont bien sûr envisageables puisque toute surface courbe peut être décomposée en une succession de petites surfaces planes d'angle variable. Dans le cas simple de la figure 2J, la surface et la force de contact F' sont toutes deux augmentées d'un facteur 1/sinα, l'angle α étant représenté sur la figure 2J entre la force F' et une normale à la direction du déplacement
  • Au lieu que les faces de la pièce 200 allégée en aimant, destinées à venir se coller sur les zones d'attraction 11, 12 soient en courbes, elles pourraient être dentelées comme sur la figure 2J.
  • La pièce 200 allégée en aimant est formée d'un aimant 203 avec des évidements 204 (que l'on suppose non traversants). L'aimant 203 est en forme de plaque et les évidements peuvent se trouver au niveau de l'une de ses faces principales ou au niveau des deux faces principales.
  • La pièce 200 allégée en aimant est donc en forme de plaque avec des faces 205 en zigzag devant venir se coller sur les zones d'attraction 11, 12. Chaque zone d'attraction 11, 12 possède une face de forme conjuguée sur laquelle doit venir se coller la partie magnétique mobile 20. Une telle forme avec une ou plusieurs dents ou au moins sensiblement un V permet également d'augmenter la force et/ou la surface de contact par rapport au cas où les bords sont droits normaux au déplacement.
  • On va maintenant revenir sur les moyens de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile. Sur la figure 2A, les moyens 30 de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile sont représentés par un conducteur agencé en boucle, à une ou plusieurs spires, placé dans un plan x, y (qui est le plan dans lequel se déplace la partie magnétique mobile) sous l'ensemble formé de la partie magnétique mobile 20 et de la partie magnétique fixe 10. Cette boucle comporte un tronçon 30.1 de conducteur en regard de chaque zone d'attraction 11, 12. Dans ces deux tronçons 30.1 de conducteur le courant circule en sens inverse. Une flèche indique (de manière arbitraire) le sens du courant dans le conducteur.
  • Dans cette configuration, la coopération au point de vue champ magnétique entre le conducteur 30 en boucle et la pièce 200 allégée en aimant n'est pas optimale. Le champ magnétique principal crée par l'aimant 22 est orienté dans le sens du déplacement (selon x), il sert à réaliser un guidage magnétique de la partie magnétique mobile 20 lorsqu'elle est en lévitation et à obtenir une bistabilité. Pour initier le déplacement, on tire partie d'une fuite de champ magnétique provenant de l'aimant 22 qui se combine avec le courant électrique circulant dans les deux tronçons 30.1 de conducteur situés en regard des zones d'attraction 11, 12.
  • La force d'arrachement qui sert à initier le déplacement est proportionnelle au produit vectoriel de l'intensité du courant dans le tronçon 30.1 de conducteur en regard de la zone d'attraction 11 ou 12 sur laquelle est collée la pièce 200 allégée en aimant et du champ magnétique créé par la partie magnétique mobile uniquement et régnant au niveau du dudit tronçon 30.1 de conducteur selon la loi de Laplace. Or le champ magnétique au niveau de ce tronçon 30.1 de conducteur n'est pas optimal, puisque qu'on n'utilise pas tout le champ magnétique créé par l'aimant 22 de la pièce 200 allégée en aimant, mais seulement une fuite. Les tronçons (référencé 30.2) du conducteur 30 qui ne sont pas en vis à vis avec les zones d'attraction 11, 12 ne participent pas au déclenchement du déplacement. Pour que la force soit suffisante pour décoller la pièce 200 allégée en aimant, il faut faire circuler un courant important dans le conducteur 30.
  • Par contre sur les figures 2B, 2C, la pièce 200 allégée en aimant est un cadre sensiblement rectangulaire avec deux barreaux 24.1 d'aimant en vis à vis des zones d'attraction 11, 12. Ces deux barreaux 24.1 d'aimant ont la même direction d'aimantation (illustrée par une flèche descendante sur la figure 2C) et cette direction d'aimantation suit l'axe z. Les moyens 30 de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile 20 sont un conducteur agencé en méandre avec des tronçons 31.1, 31.2 orientés comme les barreaux 24.1. Dans deux tronçons successifs 31.1, 31.2 le courant circule dans des directions opposées. Le sens du courant est illustré sur la figure 2C. L'un des sens correspond à un chemin aller et l'autre à un chemin retour pour le courant. Chaque barreau 24.1 se trouve au-dessus d'un tronçon 31.1 de conducteur lorsqu'il est collé sur une zone d'attraction 11 et au-dessus d'un tronçon 31.2 de conducteur lorsqu'il est collé sur la zone d'attraction 12. Dans ces tronçons 31.1 ou bien 31.2 surmontés d'un barreau 24.1, le courant circule dans la même direction. Il y a une coopération forte entre le champ crée par chacun des barreaux 24.1 et le courant qui circule dans le tronçon 31.1 associé (dans le cas où la partie magnétique mobile 20 est collé à la zone d'attraction 11) et cette coopération vise à créer une force de déplacement appelée également force d'actionnement de la partie magnétique mobile 20. La géométrie des méandres n'est pas limitée à la géométrie simple en grecque comme sur les figures 2. On peut envisager une géométrie plus complexe telle qu'un méandre spiralé s'étendant dans un ou plusieurs plans superposés.
  • Au niveau de la partie de moindre densité 25, il s'établit également un champ magnétique qui est de direction opposée à celui généré par les barreaux 24.1 d'aimants. Ce champ magnétique provient des champs de fuite de barreaux 24.1 voisins. Cette partie de moindre densité 25, qui peut être qualifiée de virtuelle si le cadre est vide de matériau solide coopère également avec un tronçon 31.2 de conducteur pour initier le déclenchement du déplacement lorsque la partie magnétique mobile est collée contre une zone d'attraction. Le champ magnétique dans la partie de moindre densité 25 renforce celui créé par le tronçon 31-2 de conducteur avec lequel elle coopère. Une force d'arrachement donnée peut être obtenue avec un courant plus faible que dans la configuration de la figure 2A. S'il y avait plusieurs parties de moindre densité comme sur la figure 2E, chacune coopérerait avec un tronçon de conducteur et dans tous ces tronçons le courant serait dirigé dans le même sens, de la même manière que pour les barreaux d'aimant.
  • Lorsque la partie magnétique mobile 20 est collée contre la zone d'attraction 11, il y a un tronçon 31.2 de conducteur d'extrémité (celui de droite) qui ne coopère pas avec une partie de la partie magnétique mobile 20. Ce tronçon 31.2 de conducteur se trouve au niveau de l'entrefer e. Mais lorsque la partie magnétique mobile 20 a commuté et se retrouve collée sur la zone d'attraction 12, ce tronçon de conducteur 31.2 trouve son utilité dans l'autre sens puisque le courant y circule en sens inverse et c'est l'autre tronçon de conducteur d'extrémité 31.1 ( situé du côté de la zone d'attraction 12) qui ne participe pas au déclenchement. Ainsi avec des impulsions de courant toujours dans le même sens, on obtient un déclenchement du déplacement vers l'une ou l'autre des zones d'attraction quelle que soit la position initiale de la partie magnétique mobile au repos.
  • Ainsi quelle que soit la position de la partie magnétique mobile 20 en contact avec une zone d'attraction 11, 12, il y une coopération forte entre toute la partie magnétique mobile 20 et le conducteur 30. La force obtenue est sensiblement proportionnelle au nombre de méandres. Pour une force donnée apte à arracher la partie magnétique mobile 20 d'une zone d'attraction 11, 12, il est possible de réduire l'intensité du courant circulant dans le conducteur 30.
  • On va voir maintenant différentes étapes de réalisation d'un actionneur selon l'invention en microtechnologie, cet actionneur étant appelé par la suite microactionneur. Plusieurs actionneurs sont réalisables en même temps. Sur les figures on ne voit qu'un seul actionneur. Ces étapes reprennent celles décrites dans la demande de brevet FR-A1-2 828 000 précédemment citée.
  • Sur les figures 7A, 7B le microactionneur se trouve encastré totalement dans un substrat réalisé en deux parties assemblées. Sur les figures 6A, 6b, seuls les moyens de déclenchement du déplacement sont encastrés dans le substrat également réalisé en deux parties assemblées, les parties magnétiques mobile et fixe sont placées sur le substrat. Sur les figures 6A, 6B, les deux parties sont des substrats semi-conducteurs classiques massifs tandis que sur les figures 7A, 7B, l'une d'entre elle est un substrat classique massif tandis que l'autre est un substrat SOI (sigle de silicon on insulator, pour silicium sur isolant). Un tel substrat en silicium possède une couche de matériau isolant 93-1, de l'oxyde de silicium, enfouie au sein du silicium. Son avantage est que lorsqu'on fait une opération de gravure, la couche de matériau isolant peut servir de couche d'arrêt.
  • Sur un premier substrat soit classique massif 91 en matériau semi-conducteur, soit de type SOI 93 on va réaliser des microaimants 3-1 et 24, pour la partie magnétique fixe et pour la partie magnétique mobile respectivement. Cette réalisation est décrite aux figures 3A à 3I et 4A à 4I. Sur un second substrat 92 massif en matériau semi-conducteur ou de type SOI, on va réaliser les moyens de déclenchement du déplacement prenant la forme d'un ou plusieurs conducteurs pouvant être agencés en bobinage (figures 5A à 5G). Sur ces figures 5A à 5G, on a représenté un substrat massif. Toutefois sur la figure 5B on a schématisé par des pointillés la position de que prendrait la couche de matériau isolant d'un substrat SOI.
  • On part du premier substrat 91, 93. On délimite la géométrie des aimants par photolithographie. Ces aimants sont ceux de la partie magnétique fixe et celui ou ceux de la pièce allégée en aimant de la partie magnétique mobile. On utilise pour cela une résine 50-1 (figures 3A, 4A). Le masque de photolithographie utilisé tient compte de la structure de la pièce allégée en aimant. Ce masque comporte au moins une partie pleine 500 ou épargnée qui correspond, dans la pièce 200 allégée en aimant, à une partie de densité moindre qui dans l'exemple correspond à un évidement 21 de l'aimant. Cet évidement peut être vide ou plein de matériau solide de moindre densité. On suppose que la pièce 200 allégée en aimant est un cadre 24 en aimant évidé sur les figures 3 et que c'est un cadre 24 en aimant dont l'évidement 21 est plein de matériau du substrat sur les figures 4.
  • On grave dans le premier substrat 91, 93 des caissons 51 pour les aimants. Ces caissons sont des moules pour les parties qui seront emplies d'aimant. Le premier substrat 91, 93 n'est pas gravé au niveau de la partie pleine 50-2 du masque. La gravure peut être une gravure sèche. Dans le substrat SOI 93, la gravure s'arrête sur la couche d'oxyde 93-1. On ôte la résine 50-1. On dépose une sous-couche d'accrochage conductrice 52 sur le substrat 91, 93. En fait cette variante ne se trouve que sur la figure 4B.
  • Sur la figure 3B, il y a deux sous-couches d'accrochage 52-1, 52-2, la seconde 52-2 étant insérée entre la première 52-1 et le substrat 91. Elle permet une bonne adhésion au substrat 91 de la première sous-couche 52-1. Elle permet aussi une protection du cadre 24 en aimant, réalisé ultérieurement, contre la corrosion. La première sous-couche peut être en or et la seconde en titane. Ces deux sous-couches pourraient être employées dans l'exemple de la figure 4B.
  • On définit la zone de dépôt des aimants par photolithographie. La couche de résine employée porte la référence 50-2. On dépose les aimants 3-1, 24 par voie électrolytique. Le matériau employé peut être du cobalt-platine (figures 3C, 4C).
  • Après une étape de retrait de la résine 50-2, on effectue une étape de planarisation des aimants puis une étape de retrait de la sous-couche 52 en surface (figures 4D) ou des deux sous-couches 52-1, 52-2 (figure 3D).
  • On peut déposer ensuite une couche conductrice 53 en surface destinée à réaliser des contacts électriques C1, C2 sur les aimants 3-1 de la partie magnétique fixe et C sur le cadre 24 de la partie magnétique mobile.
  • On définit la géométrie des contacts C1, C2, C par photolithographie. La résine porte la référence 50-3 (figures 3E, 4E). Puisque tous les aimants sont réalisés en même temps, l'aimant mobile 24 porte aussi une couche conductrice sur sa face supérieure, elle a un rôle de protection contre la corrosion. Sur les figures 3E et 4E la résine 50-3 épargne l'évidement 21 de la partie magnétique mobile 200.
  • L'étape suivante est une étape de gravure de la couche conductrice 53 pour délimiter les contacts C1, C2, C. Sur la figure 3F, la couche conductrice 53 est ôtée par gravure au niveau de l'évidement 21 de la pièce allégée en aimant 200, le matériau du substrat se trouvant au niveau de l'évidement 21 sera ultérieurement ôté comme on le verra à la figure 3I. Sur la figure 4F, la couche conductrice 53 n'est pas ôtée au niveau de l'évidement 21 de la pièce allégée en aimant 200. Elle empêche que l'étape de gravure de la figure 4I n'attaque le matériau du substrat qui emplit l'évidement.
  • On ôte ensuite la résine 50-3. On dépose en surface une couche isolante 54, en SiO2 par exemple puis on effectue une étape de planarisation (figures 3F, 4F).
  • On va ensuite définir au moins une ouverture 46 pour rendre accessible des contacts d'alimentation du ou des conducteurs à réaliser sur le second substrat, ainsi que la géométrie d'un espace libre 58 devant entourant la pièce 200 allégée en aimant de la partie magnétique mobile de manière à permettre son déplacement. Cette étape est une étape de photolithographie et la résine employée porte la référence 50-4 (figures 3G, 4G). La résine 50-4 épargne la pièce allégée en aimant 200.
  • On vient ensuite graver la couche d'isolant 54 là où il n'y a pas de résine 50-4. On ôte la résine 50-4 (figures 3H, 4H). La pièce 200 allégée en aimant est alors mise à nu ainsi que son entourage 58 jusqu'aux aimants fixes 3-1 (figure 3H, 4H).
  • On effectue ensuite une gravure sèche du substrat 93 au niveau de l'espace 58 autour de la pièce 200 allégée en aimant, au niveau de l'ouverture 46, cette gravure s'arrête sur la couche d'isolant dans le cas du substrat SOI 93 (figure 4I). La couche 53 qui recouvre l'évidement 21 empêche qu'il soit attaqué puisque dans cette configuration il est plein de matériau du substrat 93.
  • Sur la figure 3I, la gravure sèche du substrat 91 s'effectue autour de la pièce 200 allégée en aimant, au niveau de l'ouverture 46, ainsi qu'au niveau de l'évidement 21 à l'intérieur du cadre 24. Ainsi l'évidement 21 est vidé du matériau du substrat 91.
  • On suppose que les moyens 30 de déclenchement du déplacement sont similaires à ceux de la figure 2A.
  • Sur le second substrat 92, on définit la géométrie du conducteur 4-1 et de ses extrémités 45 devant porter les contacts d'alimentation par photolithographie. La résine employée porte la référence 50-5 (figures 5A).
  • On effectue une gravure d'un caisson 55 devant accueillir le conducteur 4-1. Dans un substrat SOI la gravure du caisson 55 s'arrête sur la couche isolante. La profondeur du caisson 55 correspond à l'épaisseur du conducteur 4-1. Après le retrait de la résine 50-5, on dépose en surface une sous-couche conductrice 56 d'accrochage (figure 5B). Elle peut être réalisée en cuivre par exemple. On peut aussi introduire une seconde sous-couche comme décrit à la figure 3B. Elle peut être réalisée en titane par exemple.
  • On définit par photolithographie la zone de dépôt du conducteur. La résine employée porte la référence 50-6. On dépose par voie électrolytique le conducteur 4-1, ses extrémités référencées 45 sont bien visibles (figures 5C). Le dépôt peut être du cuivre.
  • On ôte la résine 50-6, on planarise le dépôt conducteur. On grave la sous-couche conductrice 56 en surface pour la retirer (figure 5D).
  • On dépose ensuite en surface une couche conductrice 57 destinée réaliser les contacts d'alimentation 47 du conducteur 4-1, ces contacts 47 recouvrant les extrémités 45 du conducteur 4-1. On définit la géométrie des contacts 47 par photolithographie, la résine employée pour cela portant la référence 50-7 (figure 5E).
  • On grave ensuite la couche conductrice 57 de manière à la retirer partout où elle n'est pas protégée par la résine 50-7. Après retrait de la résine 50-7, on dépose en surface une couche isolante 59. Elle peut être réalisée en oxyde de silicium SiO2. Elle va isoler le conducteur 4-1 des aimants 3-1, 24 lors de l'assemblage du premier substrat 91, 93 et du second substrat 92 (figure 5F).
  • On réalise une planarisation en surface et on met à nu les contacts 47 (figure 5G).
  • On va ensuite assembler par collage, en les mettant face à face, le substrat de la figure 3I au substrat de la figure 5G (figure 6A) ou le substrat de la figure 4I au substrat de la figure 5G (figure 7A).
  • Il faut s'assurer maintenant que les aimants 3-1, 24 sont aimantés car sinon, lors de la libération de la pièce 200 allégée en aimant, elle ne serait pas attirée par les aimants fixes 3-1 qui eux restent bien solidaires du substrat par la sous-couche d'accrochage.
  • On va éliminer totalement ou partiellement le premier substrat 91, 93. Il peut s'agir d'un amincissement mécanique et/ou d'une attaque chimique. Sur la figure 6B, le substrat 91 a été complètement ôté tandis que sur la figure 7B, l'élimination s'est arrêtée sur la couche d'oxyde 93-1 et le silicium du substrat 93 qui se trouve en dessous reste en place. On termine par le retrait de la couche d'oxyde 93-1. Les aimants 3-1, 24 sont alors encastrés dans le substrat formé des deux parties assemblées 92 et 93 alors que sur la figure 7B ils sont en surface du substrat 92.
  • Bien que plusieurs modes de réalisation de la présente invention aient été représentés et décrits de façon détaillée, on comprendra que différents changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (28)

  1. Actionneur magnétique comportant une partie magnétique mobile (20), une partie magnétique fixe (10) dotée d'au moins deux zones d'attraction (11, 12) pour la partie magnétique mobile (20), et des moyens (30) de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile (20), la partie magnétique mobile (20) étant en lévitation lorsqu'elle n'est pas en contact avec une zone d'attraction (11, 12), caractérisé en ce que la partie magnétique mobile (20) comporte une pièce (200) à base d'aimant, allégée en aimant, cette pièce (200) ayant un volume hors tout, et une masse qui est inférieure à celle qu'elle aurait si son volume hors tout était totalement occupé par l'aimant.
  2. Actionneur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce (200) allégée en aimant comporte un ou plusieurs aimants (22, 24, 26) munis d'au moins un évidement (21, 27).
  3. Actionneur magnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'évidement (21) est un trou traversant.
  4. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'évidement (21) est empli d'un matériau (25) solide ayant une densité moindre, inférieure à celle de l'aimant (24).
  5. Actionneur magnétique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau solide de moindre densité est choisi parmi un matériau semi-conducteur, un matériau plastique, un matériau magnétique doux, un matériau diélectrique.
  6. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'évidement (21) est vide de matériau solide.
  7. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pièce (200) allégée en aimant est une plaque sensiblement rectangulaire.
  8. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la pièce (200) allégée en aimant comporte un cadre (24) d'aimant.
  9. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pièce (200) allégée en aimant comporte, dans le sens du déplacement, une succession d'aimants (26) espacés les uns des autres, ces aimants (26) ayant une même orientation d'aimantation.
  10. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pièce (200) allégée en aimant comporte dans le sens du déplacement une succession alternée d'aimants (26) et d'au moins une partie (27) solide de moindre densité.
  11. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les aimants (26) sont en forme de barreaux orientés sensiblement normalement au déplacement.
  12. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la succession comporte un aimant (26) à chaque extrémité.
  13. Actionneur magnétique selon la revendication 12, caractérisé en ce que les aimants (26) d'extrémité ont une dimension, dans le sens du déplacement, sensiblement égale au déplacement.
  14. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que les moyens (30) de déclenchement du déplacement comportent au moins un conducteur (30) agencé en méandre formé de tronçons (30.1, 30.2) de conducteurs successifs dans lesquels un courant est susceptible de circuler dans des sens opposés, chacun des aimants (26) de la succession coopérant, lorsque la partie magnétique mobile (20) est collée sur une zone d'attraction (11, 12), avec un des tronçons (30.1 ou 30.2), dans ces tronçons le courant circulant dans le même sens.
  15. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la pièce (200) allégée en aimant comporte au moins un aimant (28) central entouré au moins partiellement d'au moins une partie (29) de moindre densité, cet aimant (28) central étant en forme de pastille sensiblement arrondie ou ovoïde.
  16. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la partie magnétique mobile (20) comporte au moins une face (201a), devant venir se coller sur une zone d'attraction (11, 12), cette face (201a) étant courbe.
  17. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la partie magnétique mobile (20) comporte au moins une face (205) devant venir se coller sur une zone d'attraction (11, 12), cette face étant agencée en zigzag.
  18. Actionneur magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que chaque zone d'attraction (11, 12) a une géométrie conjuguée de celle de la face (201a, 205) de la partie magnétique mobile (20) devant venir en contact avec elle.
  19. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu'au moins une des zones d'attraction (11) comporte une partie diélectrique (111) de manière à réaliser un contact capacitif lorsque la partie magnétique mobile (20) est collée sur ladite zone d'attraction.
  20. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que la pièce allégée en aimant comporte une partie diélectrique (29) de manière à réaliser un contact capacitif lorsque la partie magnétique mobile (20) est collée sur une des zones d'attraction (11, 12).
  21. Procédé de réalisation d'un actionneur magnétique selon la revendication 1, comportant les étapes suivantes :
    - sur un premier substrat (91, 93) réalisation de caissons (51) aptes à recevoir des aimants (3-1, 24) d'une partie magnétique fixe et d'une pièce (200) allégée en aimant d'une partie magnétique mobile, cette pièce (200) allégée en aimant ayant un volume hors tout, et une masse qui est inférieure à celle qu'elle aurait si son volume hors tout était totalement occupé par l'aimant,
    - dépôt dans les caissons (51) des aimants (3-1, 24),
    - dépôt d'une couche diélectrique (54) et gravure de cette dernière pour mettre à nu la pièce (200) allégée en aimant de la partie magnétique mobile et son entourage jusqu'à la partie magnétique fixe,
    - sur un second substrat (92) réalisation d'au moins un caisson (55) apte à recevoir un conducteur destiné à déclencher un déplacement de la partie magnétique mobile,
    - dépôt du conducteur (4-1) dans le caisson (55),
    - assemblage des deux substrats (91 ou 93, 92) en les mettant face à face,
    - élimination totale ou partielle du premier substrat (91, 93) de manière à libérer la pièce (200) allégée en aimant de la partie magnétique mobile.
  22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'aimantation de l'aimant (24) de la pièce (200) allégée en aimant de la partie magnétique mobile et éventuellement de la partie magnétique fixe avant la libération de la pièce (200) allégée en aimant.
  23. Procédé selon l'une des revendications 21 ou 22, caractérisé en ce que l'étape de gravure de la couche diélectrique (54) du premier substrat (91, 93) vise également à réaliser au moins une ouverture (46) d'accès à au moins un contact électrique d'alimentation du conducteur (4-1).
  24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'étape de gravure de la couche diélectrique (54) est suivie d'une étape de gravure du premier substrat (91, 93) autour de la pièce (200) allégée en aimant et au niveau d'au moins une partie (21) de moindre densité dont est dotée la pièce (200) allégée en aimant.
  25. Procédé selon la revendication 23 caractérisé en ce que l'étape de gravure de la couche diélectrique (54) est suivie d'une étape de gravure du premier substrat (91, 93) autour de la pièce (200) allégée en aimant en masquant au moins une partie (21) de moindre densité dont est dotée la pièce (200) allégée en aimant, cette partie (21) de moindre densité étant pleine du matériau du substrat.
  26. Procédé selon l'une des revendications 21 à 25, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de réalisation d'au moins un contact électrique (47) pour l'alimentation du conducteur (4-1) sur le second substrat (92) après le dépôt du conducteur et avant l'assemblage des deux substrats (91 ou 93, 92).
  27. Procédé selon l'une des revendications 21 à 26, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de dépôt d'un matériau diélectrique (59) en surface du second substrat (92) avant l'assemblage des deux substrats (91 ou 93, 92).
  28. Procédé selon l'une des revendications 21 à 27, caractérisé en ce que les substrats sont des substrats semi-conducteurs massifs ou de type SOI (93).
EP04767892A 2003-07-17 2004-07-15 Actionneur magnetique a levitation Not-in-force EP1647034B1 (fr)

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