EP2323142A1 - Dispositif radiofréquence magnétique à réponse variable - Google Patents

Dispositif radiofréquence magnétique à réponse variable Download PDF

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EP2323142A1
EP2323142A1 EP10191254A EP10191254A EP2323142A1 EP 2323142 A1 EP2323142 A1 EP 2323142A1 EP 10191254 A EP10191254 A EP 10191254A EP 10191254 A EP10191254 A EP 10191254A EP 2323142 A1 EP2323142 A1 EP 2323142A1
Authority
EP
European Patent Office
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magnetic element
conductive strip
central
central portion
branch
Prior art date
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Granted
Application number
EP10191254A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP2323142B1 (fr
Inventor
Bernard Viala
Smaali Rafik
Patrick Quefelec
Evangeline Benevent
Jean-Philippe Michel
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
Universite Brest Bretagne Occidentale
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Universite Brest Bretagne Occidentale
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Universite Brest Bretagne Occidentale, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Publication of EP2323142B1 publication Critical patent/EP2323142B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F21/00—Variable inductances or transformers of the signal type
    • H01F21/02—Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers
    • H01F21/08—Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers by varying the permeability of the core, e.g. by varying magnetic bias
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to a variable-response magnetic radiofrequency device integrated on a substrate.
  • radio frequency here is meant usual frequencies between 1 MHz and 5 GHz.
  • These devices are made using the same collective manufacturing processes as those used to make microelectronic chips.
  • these devices are made from monocrystalline silicon or glass wafers on which metal and dielectric materials are deposited which are structured by lithography and etching.
  • the devices in question here are variable devices continuously called “analog” as opposed to variable devices by discrete switching elements, called “digital”.
  • the continuous variation is ensured by the continuous variation of the magnetic permeability of a magnetic element.
  • Magnetic RF devices with variable response have many applications. They make it possible to modify a characteristic of an electrical signal which passes through the device as a function of the permeability of the magnetic element. They can therefore be called "device for modifying a characteristic of an electrical signal". For example, they can be used as variable inductance, phase shifter, impedance transformer, delay line. .
  • the electrical signal whose characteristic is modified, is conveyed by the conductive strip.
  • the patent application FR 2 905 793 discloses such a device.
  • the demand FR 2 905 793 describes a variable inductance with a high value inductance (i.e. greater than 1 nH) and low resistivity (i.e. less than 1 ohm).
  • the conductive ribbon is mechanically independent of the magnetic element.
  • the conductive ribbon is spaced from the magnetic element by an empty cavity or filled with a soft material. More specifically, the conductive strip is either wound around the magnetic element or only disposed under the magnetic element and the central branch.
  • the invention therefore aims to solve at least one of these problems.
  • the conductive strip comprises a central portion fixed on an upper face of the magnetic element opposite the lower face of this magnetic element facing the central branch.
  • making the central portion of the conductive ribbon integral with the magnetic element may increase its stiffness and tend to limit variations in its permeability.
  • this is largely compensated by the improved electromagnetic coupling between the ribbon and the magnetic element.
  • This improvement is caused by the proximity of the central part of the ribbon with the magnetic element. Indeed, the central branch is no longer interposed between the magnetic element and the conductive strip.
  • the above device makes it possible to increase the amplitude of the inductance variations while being simply feasible.
  • the Figures 1 to 3 represent a variable-response magnetic radiofrequency device 2 integrated on a substrate 12.
  • the device 2 extends essentially in a horizontal plane marked by orthogonal directions X and Y. The vertical is indicated by a direction Z.
  • the device 2 comprises a beam 7 of piezoelectric material intended to generate mechanical stresses in a magnetic element 8 ( figure 2 ).
  • the beam 7 has the shape of a tensile test piece and comprises, along a longitudinal axis of reference A1 ( figure 3 ), parallel to the direction Y, two transverse portions 9 of width W1 and a central branch 10 of width W2.
  • the width W2 is smaller than the width W1.
  • the width W2 is at least two times smaller than the width W1.
  • the beam 7 is anchored in the substrate 12 on which the device 2 is formed. More specifically, the beam 7 is anchored to the substrate 12 at the level of mechanical anchoring zones 16 situated at the ends of the transverse portions 9. The beam 7 is thus free of movement vis-à-vis the substrate 12 out of these anchoring zones 16 to allow a maximum amplitude of deformation of the central branch 10.
  • the anchoring zones 16, of length L1 and width W1 ( Figure 3 ), define the end of the transverse zones 9 opposite to the central branch 10. These anchoring zones provide a strong mechanical connection without any degree of freedom with the substrate 12.
  • the branch 10 has a length L4 in the Y direction. This central branch 10 corresponds to the zone of the beam 7 directly in contact with a lower face of the magnetic element 8.
  • the profile of the beam 7 is chosen and optimized to generate uniaxial and homogeneous stresses in the magnetic element 8.
  • uniaxial stresses is meant that the stresses are exerted essentially and almost solely in the Y direction whereas no stress or almost no stress is exerted in the central branch along the X direction.
  • the stresses in the Y direction are ten or a hundred times greater than the X-directional stresses. .
  • transverse portions 9 also comprise an area 17 of length L2 and width W1 which provides the bulk of the generation of stresses in the central branch 10.
  • Each transverse portion 9 is extended by an optional transition zone 18 of length L3 and of variable width.
  • the transition zone 18 extends from the zone 17 to the branch 10.
  • the transition zone 18 has an elliptical profile advantageously tangential to the zone 17 and to the branch 10.
  • transition zones 18, with an elliptical profile make it possible in particular to concentrate and distribute the stresses in a homogeneous manner while ensuring maximum compactness to the device 2.
  • Such a beam 7 embedded only at its ends allows in particular to apply stronger constraints and better control these constraints.
  • the device 2 comprises lower actuating electrodes 11a and higher 11b ( figure 2 ) These electrodes 11a and 11b cooperate with the beam 7 to generate the actuation voltage necessary for the application of the mechanical stresses in the magnetic element 8. According to the voltage applied between the electrodes 11a and 11b, namely positive or negative, compressive or tensile stresses are generated in the magnetic element 8. Here, the electrodes 11a are connected to ground.
  • the electrodes 11a and 11b extend over most of the surface of the transverse portions 9, respectively, below and above them. However, preferably, the electrodes 11a and 11b do not extend at the level of the transition zones 18.
  • the magnetic element 8 is directly deposited on the branch 10 of the beam 7. It is fixed without any degree of freedom to this branch 10 and in direct contact therewith. In particular, no conductive strip or conductive electrode is interposed between the magnetic element 8 and the branch 10.
  • the magnetic element 8 is made of a magnetic material having a permeability that varies according to the stresses applied to it.
  • the magnetic material used is uniaxial.
  • it is composed of an alloy based on iron and / or cobalt and / or nickel.
  • the magnetic element 8 may be deposited in a magnetic field to promote the anisotropy of the material.
  • the magnetic element has a direction of easier magnetization substantially parallel or perpendicular to the longitudinal axis A1. More specifically, in this embodiment, the direction of easier magnetization is perpendicular to the axis A1.
  • the magnetic element 8 is a parallelepiped whose largest faces are horizontal.
  • the width of the magnetic element in the X direction is for example between 100 and 500 microns.
  • the length of the magnetic element in the Y direction is for example also between 100 and 500 microns.
  • the device 2 also comprises a conductive strip 20 ( Figure 1 ) which extends mainly parallel to the direction of easier magnetization of the magnetic element 8.
  • the conductive strip 20 therefore extends perpendicularly to the axis A1 in a plane above the element
  • This ribbon 20 conveys the electrical signal which passes through the device 2.
  • the ends 24 and 25 are mechanically and electrically connected to the central portion 22 via bridges 26, 27 suspended above a cavity 30.
  • the cavity 30 is the same as that which mechanically isolates the branch 10 of the substrate 12.
  • the central portion 22 is deposited on the magnetic element 8. More specifically, here, the central portion 22 is directly deposited on a layer 32 of electrical insulation itself directly deposited on an upper face of the magnetic element 8. This Layer 32 is optional, especially for low frequencies (i.e. for frequencies below 100MHz typically). The thickness of this layer 32 in the Z direction is less than 1 ⁇ m and preferably less than 0.1 ⁇ m so as to minimize the distance that separates the central portion 22 from the magnetic element 8.
  • the ends 24 and 25 are either directly deposited on the substrate 12, or directly deposited, as shown here, on a layer 34 of electrically insulating material itself directly deposited on the substrate 12. This layer 34 is provided to bring the same plane the ends 24, 25, the central portion 22 and mass elements which are described later.
  • the central portion 22 and the ends 24 and 25 have a width L ( figure 1 constant) in the direction Y.
  • the bridges 26 and 27 have a width L 'strictly less than the width L so as not to bind too rigidly the central portion 22 at the ends 24 and 25 of the conductive strip.
  • the width L is between 10 and 100 microns.
  • the total length of the conductive strip 20 between these two ends is for example between 750 and 1150 microns.
  • the ribbon 20 is made of a conductive material of low stiffness so as not to limit too much the deformations of the magnetic element 8.
  • the material chosen has a Young's modulus of less than 100 GPa.
  • the thickness of the conductive ribbon is chosen to be less than 1 ⁇ m and preferably less than 0.5 ⁇ m.
  • the conductor ribbon material is typically a metal such as gold, silver or aluminum.
  • the device 2 also comprises mass elements which extend parallel to the ribbon 20 so as to allow the propagation of radio frequency waves through this device with a suitable impedance.
  • the device 2 comprises two ground strips 36 and 38 which extend along the ribbon 20 in the same plane as this ribbon. These ribbons 36 and 38 are fixed without no degree of freedom to the substrate 12.
  • the ribbons 36 and 38 are directly deposited on the insulating layer 34.
  • These ribbons 36 and 38 are shaped so as to adapt the impedance of the fixed portions of the ribbon 20, c that is to say ends 24 and 25.
  • the tapes 36 and 38 are electrically insulated from the ends 24 and 25 by slots 40, 41 of constant thickness e .
  • the thickness e and width L of the ends 24, 25 are chosen to match the impedance of the fixed portions of the ribbon 20 to a predetermined value such as 50 ohms.
  • the thickness e is for example between 10 and 100 microns.
  • the ground elements also include a lower ground plane 44 whose function is to adapt the impedance of the central portion 22 of the ribbon 7.
  • This ground plane is located below the central portion 22 and more precisely below the branch 10.
  • the ground plane 44 is here deposited on the bottom of the cavity 30.
  • the ground plane 40 is spaced from a lower face of the central portion 22 by a constant height h ( figure 2 ). This height h is chosen to adapt the impedance of the central portion 22 to the same value as that chosen for the ends 24 and 25. This value is here equal to 50 ohms.
  • the adaptation of the impedance of the central portion 22 consists in maintaining the impedance of this central portion 22 around 50 ohms.
  • the adaptation is carried out in such a way that the impedance of the central part 22, during the operation of the device 2, is systematically equal to 50 ohms within ⁇ 50%.
  • the height h is chosen so that the impedance of the central portion is between 30 and 70 Ohms regardless of the permeability variation of the magnetic element 8.
  • the height h is between 5 and 50 ⁇ m.
  • ground plane 44 extends under the zones 17 of the transverse portions 9 so as to also form the actuating electrodes 11a.
  • a voltage difference is applied to the actuating electrodes 11a and 11b which puts the magnetic element 8 under stress.
  • the magnetic element 8 deforms elastically, which makes its permeability vary.
  • This variation of the permeability modifies at least one characteristic of the electrical signal which passes through the device 2 along the ribbon 20.
  • the variation in the permeability of the magnetic element 8 affects the propagation equations of the electrical signal.
  • the figure 4 represents a device 50 similar to the device 2 except that the strip 20 is replaced by a conductive strip 52 which extends parallel to the longitudinal axis of the beam 7. Therefore, this strip 52 extends over the transverse portions 9 of the beam 7.
  • the strip 52 has two ends 58 directly deposited on the transverse portions 9 and a central portion 60 directly deposited on the branch 10 and the magnetic element 8.
  • the layer insulating 32 is omitted. Indeed, this insulating layer 32 may be omitted if the resistivity of the ribbon 52 is much lower than that of the magnetic element 8. For example, the resistivity of the ribbon 52 is less than 1000 ⁇ / cm.
  • the magnetic element 8 is rotated so that its direction of easier magnetization remains parallel to the direction in which the ribbon 52 extends.
  • the actuation electrodes 11b are also replaced by actuating electrodes 54 and 55 disposed on each side of the ends 58 of the conductive strip 52. These electrodes 54 and 55 are arranged opposite the lower actuation electrodes. 11a.
  • the lower ground plane 44 and the ground strips 36, 38 are replaced by two ground strips 62, 64 which extend parallel to the Y direction.
  • strips 62 and 64 make it possible to adapt the impedance of the device 50.
  • the distal ends of the strips 62 and 64 are spaced apart from the ends of the strip 52 by slots 66, 68 whose thickness e is chosen to adapt the impedance of the device 50 to a predetermined value such as 50 Ohms.
  • the height between the bottom of the cavity 30 and the ribbon 52 is chosen to be less than 1 ⁇ m.
  • the ribbons 62 and 64 can be considered as coplanar with the ribbon 52 over their entire length.
  • the impedance of the device 50 is only adjusted by adjusting the thickness e of the slots 66, 68 and the width L of the ribbon 52.
  • the figure 5 represents a device 70 identical to the device 50 except that the ground strips 62 and 64 are electrically connected to each other by a ground plane 72 located below the branch 10 of the beam 7.
  • the impedance of the central portion 60 of the ribbon 52 is adjusted by varying the height h which separates this central portion of the ground plane 72.
  • This height h is typically between 5 and 50 .mu.m.
  • the fact that the height h varies slightly when the ribbon 52 passes over the magnetic element 8 can be neglected because the thickness of the magnetic element 8 is small.
  • the thickness of the magnetic element is between 0.2 and 0.5 microns.
  • FIG 6 represents a flowchart of a method of manufacturing the device 70.
  • Figures 7 to 13 represent in more detail different stages of this manufacturing process. Initially, during a step 80, the substrate 12 is etched to create the cavity 30 ( figure 7 ).
  • the cavity 30 is filled with a sacrificial material 86 ( figure 9 ), an organic resin or a mineral layer such as silica or a metal.
  • This material 86 is intended to be removed, for example, by means of a solvent or by a fluorinated process in the case of a mineral layer.
  • the beam 7 made of piezoelectric material is deposited ( Figure 10 ).
  • the beam 7 extends both on the lower actuating electrodes 11a and above the material 86.
  • step 90 the upper actuating electrodes 54 and 55 as well as the magnetic element 8 are directly deposited on the beam 7 ( figure 11 ).
  • step 90 the upper actuating electrodes 54 and 55 are structured to leave a location for depositing conductive ribbon 52.
  • the conductive strip 52 is deposited directly on the beam 7 and the magnetic element 8 ( figure 12 ).
  • the figure 14 represents a conductive strip 100 that can be used in place of any one of the previously described conducting ribbons.
  • This tape 100 is for example identical to the conductive tape 52 except that in its central part, it is shaped meander. More specifically, in the central portion directly deposited above the magnetic element 8, the ribbon 100 has several strands 102 juxtaposed next to each other and extending parallel to each other. These strands 102 are juxtaposed next to each other in the X direction and all extend parallel to the Y direction, that is to say, parallel to the direction of easier magnetization of the magnetic element 8. These strands are electrically connected to each other so that the mutual inductance between two consecutive strands is negative.
  • This particular conformation of the central part of the conductive ribbon makes it possible to increase the range of variation of the inductance of the device. For example, it is believed that the amplitude of the inductance variation range is at least twice as great when the conductor ribbon is meandered than when the conductive ribbon is only straight.
  • the figure 15 is a conductive ribbon 110 identical to the ribbon 100 except that the meander has an even number of strands.
  • the meander is formed solely of two strands 112 and 114.
  • the length Lsp of each strand is for example between 300 and 500 microns.
  • the width of the strands 112 and 114 is between 5 and 30 microns.
  • the spacing Esp between the two strands is between 50 and 150 microns.
  • the use of a meander conformation above the magnetic element 8 doubles the amplitude of the range of variation of the inductance.
  • An even number of strands makes it possible to have both ends of the conductive strip 110 on the same side of the beam 7, which simplifies the connection.
  • the impedance matching means made using the different ground elements may be omitted if the device 2 is only used as a variable inductance. In this case, the ground tapes and the ground planes are omitted.
  • the widths L, L 'and L ", respectively, of the ends 24, 25, of the bridges 26, 27 and of the central portion 22 are different, for example, in the case where the device 2 is used as a variable inductance, preferably, the width L is greater than the width L 'and the width L' is much greater than the width L ".
  • the width L ' is at least two or three times greater than the width L "of the central portion 22.
  • the central portion 22 has a width L", in the Y direction, of 1 to 10 ⁇ m so to maximize its contribution in the overall inductance and the ends 24 and 25 have a width L typically around 100 microns to facilitate the connection.
  • the impedance of the preceding devices can be adapted to a value other than the value of 50 Ohms.
  • a value other than the value of 50 Ohms For example, what has just been described can be applied to any desired characteristic impedance value such as for example 600 Ohms.
  • transverse portions 9 may be equipped with an actuating electrode.
  • the other transverse portion serves essentially anchor point of the beam 7 on the substrate.
  • Orifices may be provided through the zones 17 and 18 of the beam 7 to facilitate the release of the sacrificial material during step 94.
  • the magnetic element 8 can have different shapes. Examples of shapes are given in the patent application FR 2 905 793 .
  • the magnetic element 8 may be formed of several separate magnetic blocks.
  • the magnetic element 8 is replaced by a magnetic element formed of five distinct magnetic blocks, each placed respectively under the strands 102.
  • the space between these magnetic blocks is then filled, for example, by a non-magnetic material, that is, having no measurable magnetization in the absence of an external magnetic field.
  • Each of these magnetic blocks is oblong and extends parallel to the strand below which it is placed. This conformation of the magnetic element facilitates the control of the mutual inductance between the strands.
  • the device must have at least two strands and may have three, four or more strands to form the meander.
  • the device may also comprise several central branches parallel to each other as described in the patent application FR 2 905 793 .
  • the cavity under the central branch may be filled with a sufficiently soft material to allow deformation of the magnetic element 8.
  • the central branch and the transition zone of the beam 7 may be made of a material other than a piezoelectric material.
  • the central branch is made of a material harder than the piezoelectric material used to make the transverse parts.
  • the device described here is usable to realize a variable inductance, a phase shifter, an impedance transformer or a phase delay line.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

Ce dispositif radiofréquence magnétique à réponse variable intégré sur un substrat, comporte : - une poutre mobile par rapport au substrat présentant à chaque extrémité une partie transversale ancrée mécaniquement au substrat et au moins une branche centrale reliant les parties transversales entre elles, au moins l'une des parties transversales étant réalisée dans un matériau piézoélectrique, - des électrodes d'actionnement (11 b) associées au matériau piézoélectrique pour appliquer une contrainte sur la branche centrale, - un élément magnétique directement déposé sur la branche centrale dont la perméabilité varie en fonction de la contrainte, et - un ruban conducteur (20) comprenant une partie centrale (22) fixée sur une face supérieure de l'élément magnétique opposée à la face inférieure de cet élément magnétique tournée vers la branche centrale.

Description

  • L'invention concerne un dispositif radiofréquence magnétique à réponse variable intégré sur un substrat.
  • Par radiofréquence, on désigne ici des fréquences usuelles comprises entre 1 MHz et 5 GHz.
  • Ces dispositifs sont réalisés en utilisant les mêmes procédés de fabrication collectifs que ceux utilisés pour réaliser les puces microélectroniques. Par exemple, ces dispositifs sont réalisés à partir de plaquettes en silicium monocristallin ou en verre sur lesquelles on dépose des matériaux métalliques et diélectriques que l'on structure par lithographie et gravure.
  • Les dispositifs dont il s'agit ici sont des dispositifs variables continûment dits « analogiques » par opposition aux dispositifs variables par commutation discrète d'éléments, dits « digitaux ». La variation continue est assurée par la variation continue de la perméabilité magnétique d'un élément magnétique.
  • Les dispositifs radiofréquences magnétiques à réponse variable ont de nombreuses applications. Ils permettent de modifier une caractéristique d'un signal électrique qui traverse le dispositif en fonction de la perméabilité de l'élément magnétique. Ils peuvent donc être appelés « Dispositif de modification d'une caractéristique d'un signal électrique ». Par exemple, ils peuvent être utilisés en tant qu'inductance variable, déphaseur (« Phase shifter » en anglais), transformateur d'impédance (« Impedance tuner » en anglais), ligne à retard de phase (« delay line » en anglais).
  • De tels dispositifs connus comportent :
    • une poutre mobile par rapport au substrat présentant à chaque extrémité une partie transversale ancrée mécaniquement au substrat et au moins une branche centrale reliant les parties transversales entre elles, au moins l'une des parties transversales étant réalisée dans un matériau piézoélectrique,
    • des électrodes d'actionnement associées au matériau piézoélectrique pour appliquer une contrainte sur la branche centrale,
    • un élément magnétique directement déposé sur la branche centrale dont la perméabilité varie en fonction de la contrainte, et
    • un ruban conducteur placé d'un seul côté de la poutre et couplé électromagnétiquement avec l'élément magnétique.
  • Le signal électrique, dont la caractéristique est modifiée, est véhiculé par le ruban conducteur.
  • La demande de brevet FR 2 905 793 divulgue un tel dispositif. En particulier, la demande FR 2 905 793 décrit une inductance variable ayant une forte valeur d'inductance (c'est-à-dire supérieure à 1 nH) et une faible résistivité (c'est-à-dire inférieure à 1 Ohm).
  • L'utilisation d'une branche centrale permet d'appliquer sur l'élément magnétique une contrainte le long de l'axe longitudinal de cette branche sans quasiment appliquer de contrainte transversale à cet axe. Cela améliore très sensiblement le fonctionnement du dispositif.
  • Dans la demande FR 2 905 793 , le ruban conducteur est mécaniquement indépendant de l'élément magnétique. Pour cela, le ruban conducteur est espacé de l'élément magnétique par une cavité vide ou remplie d'un matériau mou. Plus précisément, le ruban conducteur est soit bobiné autour de l'élément magnétique soit uniquement disposé sous l'élément magnétique et la branche centrale.
  • La fabrication du ruban conducteur bobiné autour de l'élément magnétique est compliquée.
  • Lorsque le ruban conducteur est uniquement placé sous la branche centrale, les variations d'inductance sont limitées.
  • Enfin, ces dispositifs sont dépourvus de moyens d'adaptation de l'impédance.
  • L'invention vise donc à résoudre au moins l'un de ces problèmes.
  • Elle a donc pour objet un dispositif radiofréquence magnétique à réponse variable dans lequel le ruban conducteur comprend une partie centrale fixée sur une face supérieure de l'élément magnétique opposée à la face inférieure de cet élément magnétique tournée vers la branche centrale.
  • Dans le dispositif ci-dessus, le fait de rendre la partie centrale du ruban conducteur solidaire de l'élément magnétique peut augmenter sa raideur et tendre à limiter les variations de sa perméabilité. Toutefois, ceci est largement compensé par l'amélioration du couplage électromagnétique entre le ruban et l'élément magnétique. Cette amélioration est causée par la proximité de la partie centrale du ruban avec l'élément magnétique. En effet, la branche centrale n'est plus interposée entre l'élément magnétique et le ruban conducteur.
  • Par ailleurs, le fait de déposer la partie centrale du ruban conducteur sur l'élément magnétique simplifie la fabrication du dispositif. Il n'est plus nécessaire de procéder au dépôt puis à l'élimination d'une couche sacrificielle pour rendre le ruban conducteur mécaniquement indépendant de l'élément magnétique.
  • Ainsi, le dispositif ci-dessus permet d'accroître l'amplitude des variations d'inductance tout en étant réalisable simplement.
  • Les modes de réalisation de ce dispositif peuvent comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • l'élément magnétique est un matériau magnétique uniaxial dont l'axe de plus facile aimantation est parallèle à la direction dans laquelle s'étend principalement la partie centrale du ruban conducteur;
    • la branche centrale s'étend le long d'un axe longitudinal et la partie centrale du ruban conducteur s'étend perpendiculairement à cet axe longitudinal ;
    • la branche centrale s'étend le long d'un axe longitudinal et la partie centrale du ruban conducteur s'étend parallèlement à cet axe longitudinal ;
    • le dispositif comprend également des éléments de masse s'étendant parallèlement au ruban conducteur pour permettre la propagation d'un signal radiofréquence entre le ruban conducteur et les éléments de masse ;
    • le ruban conducteur comprend également deux extrémités de part et d'autre de sa partie centrale fixées sans aucun degré de liberté au substrat et les éléments de masse comprennent deux rubans de masse coplanaires à ces extrémités et isolés électriquement de ces extrémités par des fentes dont les dimensions sont choisies pour adapter l'impédance de ces extrémités sur une valeur prédéterminée ;
    • le ruban conducteur comprend également deux extrémités de part et d'autre de sa partie centrale fixées sans aucun degré de liberté au substrat et espacées des éléments de masse par une distance prédéterminée pour adapter l'impédance de ces extrémités sur une valeur prédéterminée et les éléments de masse comprennent aussi un plan de masse disposé sous la branche centrale et espacé de la partie centrale du ruban conducteur par une hauteur h choisie pour maintenir l'impédance entre la partie centrale et le plan de masse égale à la valeur prédéterminée à ±50 % près ;
    • la partie centrale du ruban conducteur est directement déposée sur la face supérieure de l'élément magnétique ;
    • le dispositif comprend une couche électriquement isolante directement déposée sur la face supérieure de l'élément magnétique et la partie centrale du ruban conducteur est directement déposée sur cette couche isolante ;
    • la couche électriquement isolante a une épaisseur inférieure à 1 µm;
    • la partie centrale du ruban conducteur est conformée en méandre formé de plusieurs brins parallèles à l'axe de plus facile aimantation de l'élément magnétique et juxtaposés les uns à côté des autres de manière à ce que l'inductance mutuelle entre chaque paire de brins immédiatement l'un à côté de l'autre soit négative.
  • Ces modes de réalisation présentent en outre les avantages suivants :
    • aligner la direction de plus facile aimantation de l'élément magnétique sur la direction dans laquelle s'étend principalement la partie centrale du ruban accroît la plage dans laquelle les variations d'inductance sont linéaires ;
    • le fait de placer la branche centrale et la partie centrale du ruban conducteur perpendiculairement l'une à l'autre permet d'empêcher que le ruban conducteur ne gène l'implantation des électrodes d'actionnement,
    • le fait de placer la partie centrale du ruban conducteur parallèlement à la branche centrale limite les contraintes mécaniques appliquées par le ruban conducteur sur l'élément magnétique ;
    • la présence d'éléments de masse s'étendant parallèlement au ruban conducteur permet la propagation d'un signal radiofréquence à travers le dispositif et le réglage de l'impédance,
    • placer la partie centrale du ruban conducteur directement sur la face supérieure de l'élément magnétique permet d'augmenter l'amplitude de la variation du signal en réponse à une variation de la contrainte,
    • la présence d'une couche d'isolant électrique entre la partie centrale du ruban conducteur et l'élément magnétique lui-même conducteur permet d'utiliser un ruban conducteur de faible résistance réalisé dans un matériau dont la conductivité est insuffisante pour pouvoir être directement déposé sur l'élément magnétique sans augmenter l'effet de peau dans ce dernier (réduit la perméabilité à haute fréquence) ;
    • la conformation en méandre de la partie centrale du ruban conducteur maximise la plage de variation de l'inductance du dispositif.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
    • la figure 1 est une illustration schématique et en perspective d'un dispositif radiofréquence magnétique à réponse variable,
    • la figure 2 est une illustration schématique et en coupe transversale du dispositif de la figure 1,
    • la figure 3 est une illustration schématique et en vue de dessus d'une poutre du dispositif de la figure 1,
    • la figure 4 est une illustration schématique et en perspective d'un autre mode de réalisation d'un dispositif radiofréquence magnétique à réponse variable,
    • la figure 5 est une illustration schématique et en coupe verticale d'un autre mode de réalisation du dispositif de la figure 4,
    • la figure 6 est un organigramme d'un procédé de fabrication du dispositif de la figure 5,
    • les figures 7 à 13 sont des illustrations schématiques et en coupe verticale de différentes étapes du procédé de la figure 6, et
    • les figures 14 et 15 sont des illustrations schématiques et en vue de dessus de modes particuliers de réalisation d'un ruban conducteur d'un dispositif radiofréquence magnétique à réponse variable.
  • Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.
  • Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail.
  • Les figures 1 à 3 représentent un dispositif radiofréquence magnétique 2 à réponse variable intégré sur un substrat 12. Sur la figure 1, le dispositif 2 s'étend essentiellement dans un plan horizontal repéré par des directions orthogonales X et Y. La verticale est repérée par une direction Z.
  • Le dispositif 2 comprend une poutre 7 en matériau piézoélectrique destinée à générer des contraintes mécaniques dans un élément magnétique 8 (figure 2).
  • La poutre 7 a la forme d'une éprouvette de traction et comporte, selon un axe longitudinal de référence A1 (figure 3), parallèle à la direction Y, deux parties transversales 9 de largeur W1 et une branche centrale 10 de largeur W2. De préférence, la largeur W2 est inférieure à la largeur W1. Avantageusement, la largeur W2 est au moins deux fois inférieure à la largeur W1.
  • La poutre 7 est ancrée dans le substrat 12 sur lequel est formé le dispositif 2. Plus précisément, la poutre 7 est ancrée au substrat 12 au niveau de zones d'ancrage mécanique 16 situées aux extrémités des parties transversales 9. La poutre 7 est ainsi libre de mouvement vis-à-vis du substrat 12 hors de ces zones d'ancrage 16 pour permettre une amplitude maximale de déformation de la branche centrale 10.
  • Les zones d'ancrage 16, de longueur L1 et de largeur W1 (Figure 3), définissent l'extrémité des zones transversales 9 opposées à la branche centrale 10. Ces zones d'ancrage assurent une liaison mécanique forte sans aucun degré de liberté avec le substrat 12.
  • La branche 10 présente une longueur L4 dans la direction Y. Cette branche centrale 10 correspond à la zone de la poutre 7 directement en contact avec une face inférieure de l'élément magnétique 8.
  • Le profil de la poutre 7 est choisi et optimisé pour générer des contraintes uniaxiales et homogènes dans l'élément magnétique 8. Par « contraintes uniaxiales » on désigne le fait que les contraintes s'exercent essentiellement et quasiment uniquement dans la direction Y alors qu'aucune contrainte ou presque aucune contrainte ne s'exerce dans la branche centrale le long de la direction X. Par exemple, les contraintes qui s'exercent dans la direction Y sont dix ou cent fois supérieures aux contraintes qui s'exercent dans la direction X.
  • A cet effet, les parties transversales 9 comportent également une zone 17 de longueur L2 et de largeur W1 qui assure l'essentiel de la génération des contraintes dans la branche centrale 10.
  • Chaque partie transversale 9 est prolongée par une zone de transition 18 facultative de longueur L3 et de largeur variable. La zone de transition 18 s'étend de la zone 17 jusqu'à la branche 10. Par exemple, la zone de transition 18 présente un profil elliptique avantageusement tangent à la zone 17 et à la branche 10.
  • Les zones de transition 18, avec un profil elliptique, permettent notamment de concentrer et répartir les contraintes de manière homogène tout en assurant une compacité maximale au dispositif 2.
  • Une telle poutre 7 encastrée uniquement à ses extrémités (zone d'ancrage 16) permet notamment d'appliquer de plus fortes contraintes et de mieux maîtriser ces contraintes.
  • Le dispositif 2 comporte des électrodes d'actionnement inférieures 11 a et supérieures 11 b (figure 2) placées de part et d'autre de la poutre 7. Ces électrodes 11 a et 11 b coopèrent avec la poutre 7 pour générer la tension d'actionnement nécessaire à l'application des contraintes mécaniques dans l'élément magnétique 8. Suivant la tension appliquée entre les électrodes 11 a et 11 b, à savoir positive ou négative, des contraintes de compression ou de traction sont générées dans l'élément magnétique 8. Ici, les électrodes 11a sont reliées à la masse.
  • Les électrodes 11 a et 11 b s'étendent sur la majeure partie de la surface des parties transversales 9, respectivement, au-dessous et au-dessus de celles-ci. Toutefois, de préférence, les électrodes 11 a et 11 b ne s'étendent pas au niveau des zones de transition 18.
  • L'élément magnétique 8 est directement déposé sur la branche 10 de la poutre 7. Il est donc fixé sans aucun degré de liberté à cette branche 10 et en contact direct avec celle-ci. En particulier, aucun ruban conducteur ou électrode conductrice n'est interposée entre l'élément magnétique 8 et la branche 10.
  • L'élément magnétique 8 est réalisé dans un matériau magnétique ayant une perméabilité qui varie en fonction des contraintes qui lui sont appliquées. De préférence, le matériau magnétique utilisé est uniaxial. Par exemple, il est composé d'un alliage à base de fer et/ou de cobalt et/ou de nickel. L'élément magnétique 8 peut être déposé sous champ magnétique pour favoriser l'anisotropie du matériau. Ici, l'élément magnétique présente une direction de plus facile aimantation sensiblement parallèle ou perpendiculaire à l'axe longitudinal A1. Plus précisément, dans ce mode de réalisation, la direction de plus facile aimantation est perpendiculaire à l'axe A1.
  • A titre d'illustration, l'élément magnétique 8 est un parallélépipède dont les plus grandes faces sont horizontales. La largeur de l'élément magnétique dans la direction X est par exemple comprise entre 100 et 500 µm. La longueur de l'élément magnétique dans la direction Y est par exemple également comprise entre 100 et 500 µm.
  • Le dispositif 2 comprend également un ruban conducteur 20 (Figure 1) qui s'étend principalement parallèlement à la direction de plus facile aimantation de l'élément magnétique 8. Dans cet exemple, le ruban conducteur 20 s'étend donc perpendiculairement à l'axe A1 dans un plan situé au-dessus de l'élément magnétique 8. Ce ruban 20 véhicule le signal électrique qui traverse le dispositif 2.
  • Ce ruban 20 comprend :
    • une partie centrale 22 mécaniquement fixée sans aucun degré de liberté sur l'élément magnétique 8, et
    • deux extrémités 24, 25 situées de part et d'autre de la partie centrale 22 et fixées sans aucun degré de liberté au substrat 12.
  • Les extrémités 24 et 25 sont mécaniquement et électriquement raccordées à la partie centrale 22 par l'intermédiaire de ponts 26, 27 suspendus au-dessus d'une cavité 30. La cavité 30 est la même que celle qui isole mécaniquement la branche 10 du substrat 12.
  • La partie centrale 22 est déposée sur l'élément magnétique 8. Plus précisément, ici, la partie centrale 22 est directement déposée sur une couche 32 d'isolant électrique elle-même directement déposée sur une face supérieure de l'élément magnétique 8. Cette couche 32 est facultative, surtout pour les basses fréquences (c'est-à-dire pour les fréquences inférieures à 100MHz typiquement). L'épaisseur de cette couche 32 dans la direction Z est inférieure à 1 µm et, de préférence, inférieure à 0,1 µm de manière à minimiser la distance qui sépare la partie centrale 22 de l'élément magnétique 8.
  • Les extrémités 24 et 25 sont soit directement déposées sur le substrat 12, soit directement déposées, comme représenté ici, sur une couche 34 en matériau électriquement isolant elle-même directement déposée sur le substrat 12. Cette couche 34 est prévue afin de ramener dans le même plan les extrémités 24, 25, la partie centrale 22 et des éléments de masse qui sont décrits ultérieurement.
  • La partie centrale 22 et les extrémités 24 et 25 présentent une largeur L (figure 1) constante dans la direction Y. Les ponts 26 et 27 présentent quant à eux une largeur L' strictement inférieure à la largeur L de manière à ne pas lier trop rigidement la partie centrale 22 aux extrémités 24 et 25 du ruban conducteur.
  • Par exemple, la largeur L est comprise entre 10 et 100 µm. La longueur totale du ruban conducteur 20 entre ces deux extrémités est par exemple comprise entre 750 et 1150 µm.
  • Le ruban 20 est réalisé dans un matériau conducteur de faible raideur pour ne pas trop limiter les déformations de l'élément magnétique 8. Par exemple, le matériau choisi présente un module de Young inférieur à 100 GPa. De plus, pour limiter sa raideur, l'épaisseur du ruban conducteur est choisie inférieure à 1 µm et de préférence inférieure à 0,5 µm. Le matériau du ruban conducteur est typiquement un métal tel que de l'or, de l'argent ou de l'aluminium.
  • Le dispositif 2 comprend également des éléments de masse qui s'étendent parallèlement au ruban 20 de manière à permettre la propagation d'ondes radiofréquences au travers de ce dispositif avec une impédance adaptée. A cet effet, le dispositif 2 comprend deux rubans de masse 36 et 38 qui s'étendent le long du ruban 20 dans le même plan que ce ruban. Ces rubans 36 et 38 sont fixés sans aucun degré de liberté au substrat 12. A cet effet, ici, les rubans 36 et 38 sont directement déposés sur la couche isolante 34. Ces rubans 36 et 38 sont conformés de manière à adapter l'impédance des parties fixes du ruban 20, c'est-à-dire des extrémités 24 et 25. A cet effet, les rubans 36 et 38 sont électriquement isolés des extrémités 24 et 25 par des fentes 40, 41 d'épaisseur e constante. L'épaisseur e et la largeur L des extrémités 24, 25 sont choisies pour adapter l'impédance des parties fixes du ruban 20 sur une valeur prédéterminée telle que 50 Ohms. A cet effet, l'épaisseur e est par exemple comprise entre 10 et 100 µm.
  • Les éléments de masse comprennent également un plan de masse inférieur 44 qui a pour fonction d'adapter l'impédance de la partie centrale 22 du ruban 7. Ce plan de masse est situé en dessous de la partie centrale 22 et plus précisément en dessous de la branche 10. Le plan de masse 44 est ici déposé sur le fond de la cavité 30. Le plan de masse 40 est espacé d'une face inférieure de la partie centrale 22 par une hauteur h constante (figure 2). Cette hauteur h est choisie pour adapter l'impédance de la partie centrale 22 sur la même valeur que celle choisie pour les extrémités 24 et 25. Cette valeur est donc ici égale à 50 Ohms. Toutefois, étant donné que la perméabilité de l'élément magnétique 8 est destinée à varier, l'adaptation de l'impédance de la partie centrale 22 consiste à maintenir l'impédance de cette partie centrale 22 autour de 50 Ohms. Par exemple, l'adaptation est réalisée de telle façon que l'impédance de la partie centrale 22, lors du fonctionnement du dispositif 2, soit systématiquement égale à 50 Ohms à ±50 % près. Dans l'exemple décrit ici, la hauteur h est choisie de manière à ce que l'impédance de la partie centrale soit comprise entre 30 et 70 Ohms quelle que soit la variation de perméabilité de l'élément magnétique 8. Par exemple, la hauteur h est comprise entre 5 et 50 µm.
  • Ici, le plan de masse 44 s'étend sous les zones 17 des parties transversales 9 de manière à former également les électrodes d'actionnement 11 a.
  • Lors du fonctionnement du dispositif 2, une différence de tension est appliquée sur les électrodes d'actionnement 11 a et 11 b ce qui met sous contrainte l'élément magnétique 8. L'élément magnétique 8 se déforme élastiquement ce qui fait varier sa perméabilité. Cette variation de la perméabilité modifie au moins une caractéristique du signal électrique qui traverse le dispositif 2 le long du ruban 20. En particulier, la variation de la perméabilité de l'élément magnétique 8 affecte les équations de propagation du signal électrique.
  • Ce mode de réalisation du dispositif radiofréquence présente plusieurs avantages :
    • le ruban 20 ne gène pas l'implémentation des électrodes d'actionnement 11 b,
    • la combinaison dans un seul bloc de matière du plan de masse 44 et des électrodes d'actionnement 11 a permet de raccorder cet ensemble d'élément à la masse à l'aide d'un seul plot de connexion,
    • la faible distance qui sépare la partie centrale 22 de l'élément magnétique 8 accroît le couplage électromagnétique entre ces deux éléments et donc la variation du signal en réponse à une variation de contrainte exercée sur l'élément magnétique 8.
  • Il a été mesuré, par exemple, que la variation d'inductance est améliorée de 50 à 100 % par rapport au dispositif décrit en regard de la figure 5 dans la demande de brevet FR 2 905 793 .
  • La figure 4 représente un dispositif 50 similaire au dispositif 2 à l'exception du fait que le ruban 20 est remplacé par un ruban conducteur 52 qui s'étend parallèlement à l'axe longitudinal de la poutre 7. Par conséquent, ce ruban 52 s'étend sur les parties transversales 9 de la poutre 7. Par exemple, le ruban 52 comporte deux extrémités 58 directement déposé sur les parties transversales 9 et une partie centrale 60 directement déposée sur la branche 10 et l'élément magnétique 8. Dans cet exemple, la couche isolante 32 est omise. En effet, cette couche isolante 32 peut être omise si la résistivité du ruban 52 est très inférieure à celle de l'élément magnétique 8. Par exemple, la résistivité du ruban 52 est inférieure à 1000 µΩ/cm.
  • L'élément magnétique 8 est tourné pour que sa direction de plus facile aimantation reste parallèle à la direction dans laquelle s'étend le ruban 52.
  • Les électrodes d'actionnement 11 b sont également remplacées par des électrodes d'actionnement 54 et 55 disposées de chaque côté des extrémités 58 du ruban conducteur 52. Ces électrodes 54 et 55 sont disposées en vis-à-vis des électrodes d'actionnement inférieures 11a.
  • Le plan de masse inférieur 44 et les rubans de masse 36, 38 sont remplacés par deux rubans de masse 62, 64 qui s'étendent parallèlement à la direction Y.
  • Les extrémités distales de ces rubans 62 et 64 sont disposées sous la poutre 7 sensiblement à la verticale des électrodes d'actionnement 54 et 55. Ainsi ces extrémités forment les électrodes d'actionnement 11 a. Ensuite, les rubans de masse 62 et 64 se prolongent sur le fond de la cavité 30.
  • Ces rubans 62 et 64 permettent d'adapter l'impédance du dispositif 50. A cet effet, les extrémités distales des rubans 62 et 64 sont espacées des extrémités du ruban 52 par des fentes 66, 68 dont l'épaisseur e est choisie pour adapter l'impédance du dispositif 50 sur une valeur prédéterminée telle que 50 Ohms.
  • La hauteur entre le fond de la cavité 30 et le ruban 52 est choisie pour être inférieure à 1 µm. Dans ces conditions, en première approximation, les rubans 62 et 64 peuvent être considérés comme étant coplanaires au ruban 52 sur toute leur longueur. Ainsi, l'impédance du dispositif 50 est uniquement réglée en jouant sur l'épaisseur e des fentes 66, 68 et la largeur L du ruban 52.
  • La figure 5 représente un dispositif 70 identique au dispositif 50 à l'exception que les rubans de masse 62 et 64 sont électriquement raccordés l'un à l'autre par un plan de masse 72 situé en dessous de la branche 10 de la poutre 7. Dans ce cas, l'impédance de la partie centrale 60 du ruban 52 est réglée en jouant sur la hauteur h qui sépare cette partie centrale du plan de masse 72. Cette hauteur h est typiquement comprise entre 5 et 50µm. Le fait que la hauteur h varie légèrement lorsque le ruban 52 passe au-dessus de l'élément magnétique 8 peut être négligé car l'épaisseur de l'élément magnétique 8 est faible. Par exemple, l'épaisseur de l'élément magnétique est comprise entre 0,2 et 0,5 µm.
  • La figure 6 représente un organigramme d'un procédé de fabrication du dispositif 70. Les figures 7 à 13 représentent plus en détail différentes étapes de ce procédé de fabrication. Initialement, lors d'une étape 80, le substrat 12 est gravé pour créer la cavité 30 (figure 7).
  • Ensuite, lors d'une étape 82, le plan de masse 72 et les extrémités des rubans 62 et 64 formant les électrodes d'actionnement inférieures 11 a sont déposés (figure 8).
  • Lors d'une étape 84, la cavité 30 est remplie d'un matériau sacrificiel 86 (figure 9), une résine organique ou une couche minérale comme de la silice ou un métal. Ce matériau 86 est destiné à être enlevé, par exemple, à l'aide d'un solvant ou par un procédé fluoré dans le cas d'une couche minérale.
  • Ensuite, lors d'une étape 88, la poutre 7 en matériau piézoélectrique est déposée (Figure 10). La poutre 7 s'étend aussi bien sur les électrodes d'actionnement inférieures 11 a qu'au-dessus du matériau 86.
  • Ensuite, lors d'une étape 90, les électrodes d'actionnement supérieures 54 et 55 ainsi que l'élément magnétique 8 sont directement déposés sur la poutre 7 (figure 11). Lors de l'étape 90, les électrodes d'actionnement supérieures 54 et 55 sont structurées de manière à laisser un emplacement pour déposer le ruban conducteur 52.
  • Lors d'une étape 92, le ruban conducteur 52 est déposé directement sur la poutre 7 et l'élément magnétique 8 (figure 12).
  • Enfin, lors d'une étape 94, le matériau 86 est éliminé de manière à créer la cavité 30 (figure 13).
  • La figure 14 représente un ruban conducteur 100 susceptible d'être utilisé à la place de l'un quelconque des rubans conducteurs précédemment décrits. Ce ruban 100 est par exemple identique au ruban conducteur 52 à l'exception du fait que dans sa partie centrale, celui-ci est conformé en méandre. Plus précisément, dans la partie centrale directement déposée au-dessus de l'élément magnétique 8, le ruban 100 présente plusieurs brins 102 juxtaposés les uns à côté des autres et s'étendant parallèlement les uns aux autres. Ces brins 102 sont juxtaposés les uns à côté des autres dans la direction X et s'étendent tous parallèlement à la direction Y c'est-à-dire parallèlement à la direction de plus facile aimantation de l'élément magnétique 8. Ces brins sont électriquement raccordés les uns aux autres de manière à ce que l'inductance mutuelle entre deux brins consécutifs soit négative. Cette conformation particulière de la partie centrale du ruban conducteur permet d'augmenter la plage de variation de l'inductance du dispositif. Par exemple, on estime que l'amplitude de la plage de variation de l'inductance est au moins deux fois plus grande lorsque le ruban conducteur est conformée en méandre que lorsque le ruban conducteur est uniquement rectiligne.
  • La figure 15 représente un ruban conducteur 110 identique au ruban 100 sauf que le méandre comporte un nombre pair de brins. Ici, le méandre est uniquement formé de deux brins 112 et 114. La longueur Lsp de chaque brin est par exemple comprise entre 300 et 500 µm. La largeur des brins 112 et 114 est comprise entre 5 et 30 µm. Enfin, l'espacement Esp entre les deux brins est compris entre 50 et 150 µm. Dans ces conditions, l'utilisation d'une conformation en méandre au-dessus de l'élément magnétique 8 permet de multiplier par deux l'amplitude de la plage de variation de l'inductance. Un nombre pair de brins permet d'avoir les deux extrémités du ruban conducteur 110 du même côté de la poutre 7 ce qui simplifie la connectique.
  • De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, les moyens d'adaptation d'impédance réalisés à l'aide des différents éléments de masse peuvent être omis si le dispositif 2 est uniquement utilisé en tant qu'inductance variable. Dans ce cas, les rubans de masse et les plans de masse sont omis.
  • En variante, les largeurs L, L' et L", respectivement, des extrémités 24, 25, des ponts 26, 27 et de la partie centrale 22 sont différentes. Par exemple, dans le cas où le dispositif 2 est utilisé en tant qu'inductance variable, de préférence, la largeur L est supérieure à la largeur L' et la largeur L' est très supérieure à la largeur L". Par exemple, la largeur L' est au moins deux ou trois fois supérieure à la largeur L" de la partie centrale 22. Par exemple, la partie centrale 22 présente une largeur L", dans la direction Y, de 1 à 10 µm afin de maximiser sa contribution dans l'inductance globale et les extrémités 24 et 25 présentent une largeur L typiquement autour de 100 µm pour faciliter la connectique.
  • L'impédance des dispositifs précédents peut être adaptée sur une autre valeur que la valeur de 50 Ohms. Par exemple, ce qui vient d'être décrit peut être appliqué à toute valeur d'impédance caractéristique souhaitée telle que par exemple 600 Ohms.
  • La plupart des variantes décrites dans la demande FR 2 905 793 s'applique également ici. Par exemple, une seule des parties transversales 9 peut être équipée d'électrode d'actionnement. Dans ce cas, l'autre partie transverse sert essentiellement de point d'ancrage de la poutre 7 sur le substrat.
  • D'autres profils que celui représenté sont possibles pour la zone de transition 18. Par exemple les différents profils décrits dans la demande de brevet FR 2 905 793 sont utilisables.
  • Des orifices peuvent être ménagés au travers des zones 17 et 18 de la poutre 7 pour faciliter la libération du matériau sacrificiel lors de l'étape 94.
  • L'élément magnétique 8 peut avoir différentes formes. Des exemples de formes sont donnés dans la demande de brevet FR 2 905 793 . En particulier, l'élément magnétique 8 peut être formé de plusieurs blocs magnétiques distincts. Par exemple, dans le mode de réalisation de la figure 14, l'élément magnétique 8 est remplacé par un élément magnétique formé de cinq blocs magnétiques distincts disposés chacun, respectivement, sous les brins 102. L'espace entre ces blocs magnétiques est alors rempli, par exemple, par un matériau non magnétique, c'est-à-dire ne présentant pas d'aimantation mesurable en absence de champ magnétique extérieur. Chacun de ces blocs magnétiques est oblong est s'étend parallèlement au brin en dessous duquel il est placé. Cette conformation de l'élément magnétique facilite le contrôle de l'inductance mutuelle entre les brins.
  • Dans les modes de réalisation des figures 14 et 15, le dispositif doit comporter au moins deux brins et peut comporter trois, quatre ou plus de cinq brins pour former le méandre.
  • Le dispositif peut également comporter plusieurs branches centrales parallèles les unes aux autres comme décrit dans la demande de brevet FR 2 905 793 .
  • La cavité sous la branche centrale peut être remplie par un matériau suffisamment mou pour permettre les déformations de l'élément magnétique 8.
  • La branche centrale ainsi que la zone de transition de la poutre 7 peuvent être réalisées dans un autre matériau qu'un matériau piézoélectrique. Par exemple, la branche centrale est réalisée dans un matériau plus dur que le matériau piézoélectrique utilisé pour réaliser les parties transversales.
  • Le dispositif décrit ici est utilisable pour réaliser une inductance variable, un déphaseur, un transformateur d'impédance ou une ligne à retard de phase.

Claims (11)

  1. Dispositif radiofréquence magnétique à réponse variable intégré sur un substrat, ce dispositif comportant :
    - une poutre (7) mobile par rapport au substrat présentant à chaque extrémité une partie transversale (9) ancrée mécaniquement au substrat et au moins une branche centrale (10) reliant les parties transversales entre elles, au moins l'une des parties transversales étant réalisée dans un matériau piézoélectrique,
    - des électrodes d'actionnement (11 a, 11 b) associées au matériau piézoélectrique pour appliquer une contrainte sur la branche centrale,
    - un élément magnétique (8) directement déposé sur la branche centrale dont la perméabilité varie en fonction de la contrainte, et
    - un ruban conducteur (20 ; 52 ; 100) placé d'un seul côté de la poutre et couplé électromagnétiquement avec l'élément magnétique,
    caractérisé en ce que le ruban conducteur (20 ; 52 ; 100) comprend une partie centrale (22 ; 60) fixée sur une face supérieure de l'élément magnétique (8) opposée à la face inférieure de cet élément magnétique tournée vers la branche centrale.
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'élément magnétique (8) est un matériau magnétique uniaxial dont l'axe de plus facile aimantation est parallèle à la direction dans laquelle s'étend principalement la partie centrale du ruban conducteur.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la branche centrale (10) s'étend le long d'un axe longitudinal (A1) et la partie centrale (22) du ruban conducteur (20) s'étend perpendiculairement à cet axe longitudinal.
  4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la branche centrale (10) s'étend le long d'un axe longitudinal (A1) et la partie centrale (60) du ruban conducteur (52 ; 100) s'étend parallèlement à cet axe longitudinal.
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif comprend également des éléments de masse (36, 38 , 44 ; 62, 64 ; 72) s'étendant parallèlement au ruban conducteur (20 ; 52) pour permettre la propagation d'un signal radiofréquence entre le ruban conducteur et les éléments de masse.
  6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le ruban conducteur (20) comprend également deux extrémités (24, 25 ; 58) de part et d'autre de sa partie centrale fixées sans aucun degré de liberté au substrat et les éléments de masse comprennent deux rubans (36, 38 ; 62, 64) de masse s'étendant parallèlement à ces extrémités et isolés électriquement de ces extrémités par des fentes dont les dimensions sont choisies pour adapter l'impédance de ces extrémités sur une valeur prédéterminée.
  7. Dispositif selon la revendications 5, dans lequel le ruban conducteur comprend également deux extrémités (24, 25 ; 58) de part et d'autre de sa partie centrale fixées sans aucun degré de liberté au substrat et espacées des éléments de masse par une distance prédéterminée pour adapter l'impédance de ces extrémités sur une valeur prédéterminée, et les éléments de masse comprennent aussi un plan de masse (44 ; 72) disposé sous la branche centrale (10) et espacé de la partie centrale du ruban conducteur (20 ; 52) par une hauteur h choisie pour maintenir l'impédance entre la partie centrale et le plan de masse égale à la valeur prédéterminée à ±50 % près.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie centrale (60) du ruban conducteur (52) est directement déposée sur la face supérieure de l'élément magnétique (8).
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le dispositif comprend une couche (32) électriquement isolante directement déposée sur la face supérieure de l'élément magnétique (8) et la partie centrale (22) du ruban conducteur est directement déposée sur cette couche isolante.
  10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel la couche (32) électriquement isolante a une épaisseur inférieure à 1 µm.
  11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, dans lequel la partie centrale du ruban conducteur (100) est conformée en méandre formé de plusieurs brins parallèles à l'axe de plus facile aimantation de l'élément magnétique (8) et juxtaposés les uns à côté des autres de manière à ce que l'inductance mutuelle entre chaque paire de brins immédiatement l'un à côté de l'autre soit négative.
EP10191254.1A 2009-11-17 2010-11-15 Dispositif de modification d'une caractéristique d'un signal électrique Active EP2323142B1 (fr)

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