FR2842046A1 - Microcommutateur destine a etre employe dans un circuit radiofrequence - Google Patents

Abstract

Microcommutateur (1) destiné à être intégré dans un circuit radiofréquence, réalisé à base de structures microélectromécaniques (MEMS), formées sur un substrat, caractérisé en ce qu'il comporte :- une lame conductrice flexible (2), reliée au substrat (9) par un point fixe (10) relié électriquement au circuit radiofréquence (12);- des moyens (8) pour maintenir cette lame conductrice (2) dans deux positions d'équilibre stables différentes, correspondant à deux états de flexion de la lame ;- un élément conducteur fixe (3) par rapport au substrat, venant au contact de la lame conductrice flexible (2) lorsque celle-ci est dans une des deux positions d'équilibre stable,- des organes mobiles (4,5) situés de chaque côté de la lame conductrice flexible (2), chaque organe mobile étant mu par un actionneur (6,7) pour venir au contact de la lame déformable et la repousser d'une position d'équilibre stable à l'autre.

Description

-1

MICROCOMMUTATEUR DESTINE A ETRE EMPLOYE DANS UN

CIRCUIT RADIOFREQUENCE

Domaine technique L'invention se rattache au domaine de la microélectronique, et plus précisément celui des composants incluant des structures micro-électromécaniques plus généralement connues sous l'abréviation MEMS. L'invention vise plus particulièrement des microcomposants de type micro-commutateurs, également appelés micro-switch, qui peuvent être employés dans des circuits radiofréquences O (RF), utilisés notamment dans des applications relatives aux télécommunications

entre autres.

L'invention vise plus particulièrement une structure de micro-commutateur qui procure de multiples avantages, notamment en termes de consommation d'énergie, de sensibilité aux vibrations, ainsi qu'en courants de fuites, paramètres

particulièrement critiques dans les domaines des radiofréquences.

Techniques antérieures De façon générale, les micro-commutateurs sont utilisés pour assurer la configuration d'un circuit électronique, en aiguillant les signaux de façon appropriée. Les micro-commutateurs comportent une partie mécanique mobile qui,

en fonction de sa position, assure ou non la connexion électrique entre ses bornes.

De très nombreuses architectures de micro-commutateurs ont déjà été proposées, en intégrant des structures MEMS, notamment celles qui font l'objet du brevet US 6 046 659. Ce type de micro-commutateur fonctionne par la déformation d'une membrane en porte à faux, par l'application d'une tension électrique continue ou quasi continue entre la membrane et le substrat qu'elle surplombe. Une partie de cette membrane reçoit un contact électrique qui, selon le degré de déformation de la membrane, peut venir relier deux parties d'une piste

électrique en assurant donc sa continuité.

-2 Ce type de micro-commutateur présente de multiples inconvénients, et notamment le fait que dès que la tension électrique de polarisation est annulée, la membrane reprend sa position de repos, provoquant ainsi l'ouverture du microcommutateur. Autrement dit, le maintien du commutateur à l'état fermé implique obligatoirement une certaine consommation d'énergie. Or, on sait que les contraintes en terme de consommation sont particulièrement critiques, notamment dans les appareils autonomes tels que les appareils sans fils et notamment les

téléphones mobiles.

Une autre structure a été décrite dans le document US 6 218 911. Le microcommutateur décrit dans ce document comporte une partie centrale reliée au circuit radiofréquence. Cette partie centrale est apte à pivoter autour de son axe longitudinal pour venir au contact de deux portions elle-mêmes reliées chacune à une partie du circuit radiofréquence. Le pivotement de la partie centrale du micro15 commutateur s'effectue par voie électrostatique, avec les inconvénients évoqués ciavant. En outre, compte tenu de sa géométrie et du mode de déformation en torsion, ce type de structure nécessite de fortes tensions de polarisation, ou bien

doit présenter des dimensions relativement importantes.

On a également proposé dans le document US 6 239 685 une nouvelle structure de micro-commutateur, qui présente l'avantage d'être bistable. Ce commutateur possède en portion déformable formée d'une structure sandwich de différentes couches métalliques possédant des coefficients thermiques d'expansion différents. La couche centrale, présentant le plus faible indice de dilatation, présente une forme cintrée, et l'autorisant à travailler en flambage. En provoquant l'échauffement de la couche située du côté cintre, on provoque, à l'instar d'un bilame, la déformation du sandwich de sorte que la partie centrale se cintre avec la courbure opposée, en atteignant donc une autre position d'équilibre stable. Une zone conductrice peut être ménagée sur cette structure déformable pour servir de contact électrique en fonction de sa position. Un tel micro-commutateur, s'il présente l'avantage d'être bistable, comporte en revanche de multiples

inconvénients, notamment pour des applications du type radiofréquence.

-3 En effet, l'actionnement du commutateur par voie thermique ne permet pas d'obtenir des vitesses de commutation rapide qui sont quelquefois requises dans le cadre d'applications radiofréquences. En outre et surtout, lorsqu'un tel commutateur est en position fermée, le contact électrique, et donc les pistes qui lui sont reliées, sont géométriquement très proches d'autres parties électriques reliées à un circuit différent du circuit radiofréquence, de sorte que des fuites très

importantes sont à craindre.

Un premier problème que se propose de résoudre l'invention est celui de réduire au maximum, voire d'annuler la consommation d'énergie nécessaire pour la conservation d'un micro-commutateur dans un état ouvert ou fermé. Un autre problème que cherche à résoudre l'invention est celui de limiter les pertes au sein de ce circuit radiofréquence. Un autre problème que se propose de résoudre l'invention est celui de la sensibilité aux vibrations d'un micro-commutateur. Un objectif de l'invention est de permettre de réaliser un micro-commutateur résolvant

ces différents problèmes tout en facilitant son procédé de fabrication.

Exposé de l'invention L'invention concerne donc un micro-commutateur qui est destiné à être intégré dans un circuit radiofréquence, réalisé à base de structures microélectromécaniques, formées sur un substrat. Un tel substrat peut être à base de

matériau semi-conducteur, isolant ou diélectrique.

Conformément à l'invention, ce micro-commutateur se caractérise en ce qu'il comporte: - une lame conductrice flexible, reliée au substrat par un point fixe relié électriquement au circuit radiofréquence, - des moyens pour maintenir cette lame conductrice dans deux positions d'équilibre stables, correspondant à deux états de flexion de la lame; - un élément conducteur fixe par rapport au substrat, venant au contact de la lame conductrice lorsque celle-ci est dans une des deux positions d'équilibre stable; -4 - des organes mobiles situés de chaque côté de la lame conductrice flexible, chaque organe mobile étant mu par un actionneur pour venir au contact de la lame conductrice flexible et la repousser d'une position

d'équilibre stable à l'autre.

En d'autres termes, le micro-commutateur conforme à l'invention comporte une lame déformable, maintenue à l'une de ses extrémités par un ancrage fixé dans le substrat, servant de liaison au circuit radiofréquence. Cette lame peut être fléchie dans un sens ou dans l'autre, sous l'effet d'un effort exercé par un des organes mobiles venant heurter puis repousser la lame transversalement. Des moyens

mécaniques permettent de maintenir la lame dans deux états de flexion différents.

Dans un de ces états, la lame vient au contact d'un élément conducteur fixe, de sorte que la lame et cet élément conducteur sont au même potentiel. La lame est alors donc reliée à la partie du circuit radiofréquence connectée à cet élément conducteur fixe. Dans l'autre position de la lame, l'élément conducteur fixe est déconnecté de la lame, avec un éloignement qui est relativement important, et nettement suffisant pour diminuer très fortement le couplage entre cet élément fixe

et la poutre, ce qui se traduit par une réduction des fuites électriques.

Le fait que la lame adopte deux positions d'équilibre fixe est particulièrement avantageux, puisque le commutateur peut rester dans une position définie sans consommation d'énergie. Un autre avantage de l'invention provient du fait que le contact entre les organes mobiles et la lame flexible, pour en provoquer le déplacement, n'a lieu que pendant un temps limité. En position de repos, les organes mobiles sont distants de la lame flexible, et ils ne viennent au contact de cette dernière que pour exercer l'effort suffisant permettant à la lame flexible de passer d'une position d'équilibre à l'autre. La distance importante entre l'organe mobile et la lame flexible reliée au circuit radiofréquence augmente très fortement le découplage entre le circuit radiofréquence et ses parties mobiles, ainsi que leurs actionneurs qui sont généralement reliés à des circuits électriques différents. Cet avantage est particulièrement sensible en comparaison des systèmes antérieurs -5 dans lesquels le circuit radiofréquence est généralement très fortement couplé du

fait de sa proximité avec le circuit électrique des actionneurs.

Avantageusement en pratique, les moyens pour maintenir la lame conductrice en position d'équilibre sont formés par un doigt rétractable, dont une zone coopère avec l'extrémité libre de la lame. Ce doigt rétractable est associé à des moyens de rappel permettant au doigt: d'une part, de se rétracter pour permettre le mouvement de la lame flexible d'une position de flexion à l'autre, 10. et d'autre part, de reprendre sa position initiale lorsque la lame flexible a

adopté sa nouvelle position d'équilibre.

Autrement dit, le doigt rétractable verrouille la lame flexible dans une position fléchie correspondant soit à une ouverture, soit à une fermeture du micro15 commutateur. La position de verrouillage du doigt rétractable est maintenue sous l'effet des moyens de rappel. Ces moyens de rappel sont contrariés lorsque le doigt

rétractable se déplace pour déverrouiller la lame flexible.

Dans une forme particulière de réalisation, les moyens de rappel peuvent être associés à un actionneur, permettant de rétracter le doigt rétractable en déformant les moyens de rappel, et ce afin de permettre un libre déplacement de l'extrémité

libre de la lame flexible.

Dans ce cas, le doigt rétractable est déplacé de façon volontaire pour relâcher la flexion de la lame flexible qui est ensuite repoussée dans la position d'équilibre opposée sous l'effet des organes mobiles transversaux. Lorsque le nouveau degré de flexion est atteint, le doigt rétractable est alors ramené par les moyens de rappel dans une position o il vient au contact de la lame flexible, et en verrouille la position. Dans une autre forme de réalisation, le doigt rétractable peut se déplacer uniquement sous l'effet de la force exercée par la lame flexible lorsque celle-ci -6 reçoit une poussée de la part de l'organe mobile. Dans ce cas, lorsque l'organe mobile repousse la lame flexible, cette dernière exerce un effort sur le doigt rétractable qui s'escamote. Dès que irextrémité libre de la lame flexible a dépassé une certaine position du doigt rétractable, celui-ci, grâce aux moyens de rappel caractéristiques, repousse la lame flexible dans l'autre état d'équilibre stable. Dans des formes particulières de réalisations avantageuse, la zone du doigt rétractable coopérant avec l'extrémité libre de la lame présente une forme convexe, préférentiellement en forme de dôme. En pratique, on préférera que le doigt

rétractable soit guidé latéralement dans son déplacement.

En pratique, les moyens de rappel peuvent être formés par une pluralité de

poutrelles aptes à fléchir, et dont certaines sont ancrées sur le substrat.

Avantageusement, en pratique, l'élément conducteur fixe peut présenter une certaine capacité de flexion, de manière à légèrement se déformer lorsqu'il reçoit le contact de la lame flexible. Autrement dit, le contact fixe se déforme lorsque la lame passe dans la position d'équilibre dans laquelle elle touche ce contact fixe. La capacité de flexion de l'élément conducteur fixe permet à la fois d'assurer une pression de contact suffisante pour que le contact électrique soit de bonne qualité, ainsi qu'une certaine compensation d'éventuelles variations d'amplitude dans le

déplacement de la lame flexible.

En pratique, la zone de l'élément conducteur fixe venant au contact de la poutre déformable peut, dans une première variante, comporter une pluralité de lamelles constituant une pluralité de points de contact électriques avec la poutre déformable. Cette multiplicité des points de contact permet d'une part, d'augmenter la surface de contact, ce qui diminue la résistance électrique de cette zone de contact, et d'autre part, assure que ce contact électrique a effectivement lieu sur au moins une des lamelles, quels que soient le degré et/ou l'amplitude de la

déformation de la poutre.

-7 Dans une autre variante de réalisation, la zone de l'élément conducteur fixe venant au contact de la lame déformable peut présenter une forme convexe, en forme de dôme par exemple, ce qui permet d'obtenir un contact sur la lame au niveau d'une génératrice de ce dôme quelle que soit donc la position précise du contact entre la lame et le dôme. Dans une autre variante de réalisation, la zone de l'élément conducteur fixe venant au contact de la lame flexible, peut présenter une forme concave, destinée à épouser la forme de la lame flexible dans la zone de contact. Autrement dit, cette forme concave est légèrement déformable, et elle épouse la courbure de la lame au niveau du contact, de manière à augmenter la surface du contact électrique. Cette forme concave peut en outre être légèrement déformable pour pouvoir se

conformer à la forme de la lame flexible lorsqu'elle en reçoit le contact.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les extrémités des organes mobiles venant heurter la lame flexible, peuvent présenter une forme convexe, permettant de limiter les contraintes mécaniques exercées sur la poutre lors des

contacts, en répartissant la surface d'impact.

En pratique, on préférera que les organes mobiles présentent une structure ajourée, par exemple en nid d'abeilles, destinée à limiter leur poids et donc la puissance nécessaire au niveau des actionneurs. Tout ou partie des organes mobiles

peuvent être réalisés selon cette structure ajourée.

S'agissant des actionneurs, ceux-ci peuvent être du type électrostatique, et par

exemple se présenter sous la forme de peignes interdigités.

Description sommaire des figures

La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent

ressortiront bien de la description des modes de réalisation qui suivent, à l'appui

des figures annexées dans lesquelles: -8

- les figures 1 à 4 sont des vues en perspective sommaires d'un

commutateur réalisé conformément à une première variante de réalisation, et montré dans quatre positions différentes,

- les figures 5 à 8 sont des vues en perspective sommaires d'un

commutateur réalisé selon une variante d'exécution, montré également dans quatre positions, - les figures 9 à 1 1 sont des vues de dessus de détail de trois variantes différentes de réalisation du contact fixe, - la figure 12 est une vue de dessus de détail d'une forme particulière de réalisation de l'extrémité de l'organe mobile assurant le basculement

du commutateur d'une position à l'autre.

Bien entendu, les dimensions et la forme des différents éléments donnés aux figures le sont uniquement à titre d'illustration, et les dimensions et/ou les formes

des éléments réels peuvent s'en écarter, sans toutefois sortir du cadre de l'invention.

Manière de réaliser l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne un micro-commutateur (1) tel qu'illustré à la figure 1, qui comprend de façon essentielle une lame flexible déformable (2), un contact fixe (3), un doigt rétractable (8) et deux organes

mobiles (4, 5), mis en mouvement chacun par un actionneur (6, 7).

Plus précisément, la lame (2) est reliée par une de ses deux extrémités (10) au substrat (9) sur lequel elle est réalisée. Cette extrémité (10) peut être reliée comme dans la forme illustrée, à une piste (12) du circuit radiofréquence, ou un circuit intégré au-dessus duquel est réalisé le micro-commutateur. Typiquement, cette lame (2) présente une longueur de l'ordre de quelques centaines de microns à quelques millimètres. La largeur de cette lame flexible (2), mesurée perpendiculairement à la lame, et parallèlement au plan du substrat, est de l'ordre du micron. L'épaisseur de cette lame (2), mesurée perpendiculairement au substrat,

est de l'ordre de quelques microns à quelques dizaines de microns.

-9 La rapport entre la longueur et la largeur de la poutre sont telles qu'elles permettent la flexion de la poutre, avec une amplitude de déplacement vers

l'extrémité libre (11) de la poutre d'une distance voisine de la dizaine de microns.

Le micro-commutateur comporte également un élément conducteur fixe (3) qui est ancré par son extrémité (20) sur le substrat. Cette extrémité (20) est également reliée à une piste (14) du circuit radiofréquence, qui dans la forme illustrée se trouve à proximité de la piste (12) reliée à la lame flexible (2). Cette extrémité (20) peut également être reliée à un circuit intégré au-dessus duquel est réalisé le micro-commutateur. Cet élément conducteur fixe comprend une portion (21), sensiblement parallèle à la lame flexible, qui est constituée de deux lamelles (22, 23), dont les extrémités sont incurvées en direction de la poutre. A leurs extrémités, ces lamelles (22, 23) comportent un élément de contact (24), qui dans

la forme représentée à la figure 1, est une lamelle cintrée.

L'extrémité (11) de la lame flexible (2) vient au contact du doigt rétractable (8), et plus précisément de la zone extrémale (81) en forme de dôme. Cette zone extrémale (81) est reliée par différentes poutrelles (82, 83) aux moyens de rappel (84). Ces moyens de rappel (84) sont formés également de différentes poutrelles (85-88) dont certaines sont ancrées sur le substrat au niveau de deux points fixes (90, 91). Des parois (92), solidaires du substrat (9), sont prévues de chaque côté du doigt rétractable (8), pour en permettre le déplacement parallèlement à la direction

principale de la lame (2).

Le déplacement de la lame déformable (2), d'une position stable à l'autre, s'effectue par la poussée des organes mobiles (4, 5) qui, dans la forme illustrée, sont identiques pour des raisons de symétrie. Toutefois, il n'est pas exclu que pour certaines configurations, ces organes mobiles et les actionneurs associés puissent

être différents.

Plus précisément, l'organe mobile (5) est composé d'une poutre principale (30), perpendiculaire à la lame flexible (2). Cette poutre (30) se termine par une -10 zone de contact (31) épousant une forme de dôme. Cette poutre (30) est reliée par un ensemble de poutrelles (32, 33) à deux points fixes (34) ancrés sur le substrat (9). La géométrie des poutrelles (32, 33) autorise un déplacement de la poutre (30), selon la médiatrice entre les deux points fixes (34). L'emploi d'une pluralité de poutrelles (32, 33) parallèles, permet de privilégier la direction de déplacement perpendiculaire à la lame flexible (2), tout en rendant difficile le déplacement dans le sens transversal à cette même lame (2). On peut également prévoir de part et d'autre de la poutre principale (30), des éléments de guidage fixes non représentés,

qui canalisent le déplacement de la poutre uniquement dans la direction voulue.

A son extrémité opposée au dôme (5), la poutre (30) est reliée à un actionneur (7).

D'autres poutrelles (37), reliées aux poutrelles de liaison (38) reliant elles-mêmes

les poutrelles (32) sont également reliées à l'actionneur (7).

D'autres formes peuvent être adoptées pour l'extrémité de la poutre principale (30), et notamment celle illustrée à la figure 12. Dans ce cas, l'extrémité de la poutre comporte plusieurs lamelles (56) solidaires d'une portion (57) légèrement déformable, permettant d'appliquer l'effort exercé par la poutre (30) en plusieurs

points distincts, et donc de répartir la pression exercée sur la lame déformable.

Dans la forme illustrée, l'actionneur (7) est un ensemble de peignes interdigités. Le premier peigne (40) qui est relié à la poutre (30) est donc mobile par rapport à une peigne fixe (41) solidaire du substrat (9). Dans la forme illustrée, les dents des peignes sont de forme trapézodale, ce qui permet d'obtenir une force d'actionnement relativement importante, mais l'invention couvre également d'autres variantes dans lesquelles la forme des peignes est différente. De même, le nombre de dents dessinées aux figures est uniquement à titre d'illustration, et le nombre de dents peut être plus important, et déterminé en fonction des efforts

nécessaires pour assurer un bon fonctionnement du micro-commutateur.

De l'autre côté de la lame déformable (2), le micro-commutateur comprend

un organe mobile (4) et un actionneur analogue (6).

-h 1 Dans la configuration illustrée à la figure 1, la lame déformable (2) est dans une première position d'équilibre telle que le contact fixe (3) ne lui est pas connecté. A l'inverse, dans la position illustrée à la figure 3, la lame déformable (2) se trouve dans la position d'équilibre stable opposée, de sorte que le contact fixe (3) lui est électriquement relié par l'intermédiaire de la lamelle de contact (24). La pression exercée par la lame déforrnable (2) sur la lamelle de contact (24) provoque la légère flexion des lamelles (22, 23), ce qui assure une surface de contact favorable à la faible résistance électrique de la liaison entre la lame flexible

(2) et l'élément coIIid:cteur fixe (3).

Comme illustré à la figure 9, cette lamelle de contact (24) peut également présenter même une certaine souplesse pour que ces deux extrémités (45, 46) viennent s'écarter en recevant le contact de la poutre (2). Dans ce cas, la lamelle (24) épouse sensiblement la courbure de la lame flexible (2) augmentant ainsi la

surface de contact.

D'autres variantes de forme peuvent être employées en ce qui concerne la zone de contact entre l'élément conducteur (3) et la lame flexible (2), comme

illustré aux figures 10 et 11.

Plus précisément, et comme illustré à la figure 10, les extrémités des lamelles flexibles (22, 23) comportent un élément (48) formant un peigne. Les dents (49) de ce peigne (48) sont dirigés vers la lame déformable (2). La multiplicité de ces dents (49) assure que le contact électrique se fera par au moins une des dents, et ce quelque soit les déformations réelles des lamelles flexibles (22, 23) et de la lame

déformable (2).

Dans une autre variante illustrée à la figure 11, le contact entre l'élément conducteur fixe (3) et la lame déformable (2) s'effectue par l'intermédiaire d'une zone (50) en forme de dôme, dont la surface extérieure est convexe. Par cette forme convexe, le contact s'effectue par une génératrice de cette surface (51), quelle que soit l'orientation de la lame déformable (2) et du dôme (50), et ce même -12 en présence d'éventuelles vibrations. Par ailleurs, l'emploi de surfaces relativement limitées pour le contact entre l'élément conducteur fixe (3) et la lame déformable (2) permet de réduire les éventuels problèmes de collage qui risquent de bloquer le

micro-commutateur ou à tout le moins de l'endommager.

Le passage d'une position d'équilibre à l'autre s'effectue comme illustré à la figure 2 par la commande de l'actionneur (6). Dans ce cas, une différence de potentiel étant appliquée entre les peignes fixe (41) et mobile (40), ce dernier a tendance à se rapprocher du peigne (41). Dans son mouvement, le peigne (40) entraîne en direction de la lame flexible (2) l'organe mobile (4). On notera que dans la position d'équilibre, l'organe mobile n'est pas au contact de la lame déformable (2), ce qui assure un découplage entre le circuit radiofréquence et les circuits de commande des actionneurs. La poutre (30) de l'organe mobile (4) se déplace donc par rapport au point fixe (34), en déformant les zones de liaison entre les poutrelles (32, 33) et ce jusqu'à ce que le dôme (31) vienne au contact de la

lame flexible (2).

Par la suite, ce contact se prolonge, et la lame flexible (2) se déforme en

tendant vers une position o elle est plus rectiligne, tel qu'illustré à la figure 2.

Dans ce cas, le doigt rétractable (8) se trouve repoussé en direction des points fixes (90, 91) sous l'effet de la force exercée par l'extrémité (21) de la lame déformable (2). Les moyens de rappel (84) autorisent le déplacement du dôme (81) du doigt rétractable. Par la suite, ce contact entre l'organe mobile (4) et la lame déformable (2) se prolonge, et cette dernière se déforme jusqu'à une position correspondante à la situation illustrée figure 3. A la fin du mouvement, le doigt rétractable (8) peut exercer un certain effort sur la lame déformable (2) augmentant ainsi la flexion de

cette dernière, lorsque le doigt rétractable reprend sa position d'équilibre.

Comme observé à la figure 3, la lame flexible (2) vient toucher le contact fixe

(3), provoquant ainsi la fermeture du contact du micro-commutateur.

-13 Le passage de la position d'équilibre illustrée à la figure 3 vers celle de la figure 1 s'effectue comme illustré à la figure 4 par le mouvement de l'organe mobile (5), de façon analogue à celui qui vient d'être décrit pour l'organe mobile (4). Plus précisément, au cours de ce mouvement, la pression de contact sur les portions déformables (22, 23) de l'élément conducteur fixe (3) diminue, de sorte que ce dernier se retrouve dans la position illustrée à la figure 1. L'intensité de l'effort exercé par l'organe mobile (5) assure une coupure efficace du contact entre

l'élément conducteur (3) et la poutre, même en cas de léger collage.

Pour améliorer encore les capacités du commutateur à éliminer les problèmes de collage, on peut prévoir de disposer des plots de blocage (54) comme illustré à la figure 11. De cette manière, dans le cas o l'élément conducteur fixe (3) reste collé à la lame déformable (2), lors du mouvement de cette dernière, le contact fixe

(3) vient buter contre le plot de blocage (54), forçant donc ainsi un décollage.

D'autres plots de blocage non représentés peuvent être prévus au niveau des peignes interdigités. Les plots d'ancrage (34) peuvent dans certaines configurations

jouer le rôle d'organes de limitation du déplacement.

Dans une variante de réalisation illustrée aux figures 5 à 8, le déplacement du doigt rétractable (8) peut s'effectuer selon un autre mode de fonctionnement. Plus précisément, le doigt rétractable (8) comporte dans ce cas un actionneur (94) associé aux moyens de rappel (84). Plus précisément, cet actionneur (94) comprend un peigne fixe (95), solidaire du substrat, et un peigne mobile (96), luimême solidaire du dôme (81) du doigt rétractable. De la sorte, lorsque le commutateur est dans la position illustrée à la figure 5, le doigt rétractable (8) contraint la lame flexible (2) à rester dans une position dans laquelle le contact n'a pas lieu avec l'élément conducteur fixe (3). Par la suite, pour faire passer le commutateur d'un état à l'autre, on procède comme illustré à la figure 6 au retrait du doigt rétractable grâce à l'actionneur (94). Les peignes interdigités (95, 96) s'attirant, les moyens de rappel (84) sont contrariés, et le dôme (81) du doigt rétractable est ainsi escamoté. La lame déformable (2) est alors libre de se déplacer

sous le seul effet de l'organe mobile (4) jusqu'à une position illustrée à la figure 7.

-14 A ce moment, l'actionneur (94) n'est plus alimenté, de sorte que les moyens de rappel (84) jouent leur effet et provoquent l'avancée du dôme(81) dans une position dans laquelle ce dôme vient plaquer la lame flexible (2) au contact de l'élément fixe (3). Cette variante présente l'avantage de ne pas provoquer de frottement de l'extrémité de la lame déformable (2) sur le dôme (81), et d'assurer

ainsi à coup sr la manoeuvrabilité du commutateur.

Le passage dans la position d'équilibre illustré la figure 5 s'effectue comme illustré à la figure 8, par un nouveau retrait du doigt rétractable (8) permettant à la lame déformable (2) d'être fléchie en sens inverse sous l'effet de l'organe mobile (5). Pour limiter les énergies nécessaires pour permettre le passage de la lame déformable d'une portion stable à l'autre, il est préférable d'alléger la structure de l'organe mobile, et comme illustré à la figure 1 1, en lui conférant une structure ajourée ou alvéolée. La poutre (30) est ainsi réalisée en incluant une pluralité d'ouvertures traversantes (58) dans la direction perpendiculaire au substrat. Le dôme d'extrémité (31) peut également être ajouré. Bien entendu, la forme de ces ouvertures et la structure alvéolaire peuvent être très variables, et notamment définies par le procédé de réalisation. S'agissant plus précisément du procédé de réalisation, celui-ci s'effectue avec un nombre de niveau de masque limité, puisqu'il nécessite une première étape permettant de définir les zones de liaison des différentes structures avec le substrat, à savoir l'extrémité de la lame déformable (2), le plot (20) de l'élément conducteur fixe (3), les points fixes (34) des organes mobiles, les peignes fixes (41), les éventuels plots de blocage, les plots d'ancrage des moyens de rappel (84) du doigt rétractable ainsi que les parois (92) canalisant le déplacement de ce doigt rétractable. Avec un second niveau de masque, l'ensemble du reste de la structure est défini, notamment les peignes mobiles, la lame déformable, et les différentes poutres et poutrelles des organes mobiles, ainsi

que les zones flexibles de l'élément conducteur fixe (3).

En pratique, ce procédé peut être mis en oeuvre sur de très nombreux substrats semi-conducteurs voire diélectriques. Ce procédé peut également être mis -15 en oeuvre au-dessus du dernier niveau de métallisation apparent d'un microcomposant, permettant ainsi de réaliser ce microcommutateur au-dessus d'un

composant pré-existant, du type circuit intégré.

Il ressort de ce qui précède que le micro-commutateur conforme à l'invention présente de multiples avantages parmi lesquels on peut citer: - une faible consommation du composant, qui est même nulle en dehors des phases de passage d'une position d'équilibre à l'autre, - une très faible sensibilité aux vibrations, du fait du fonctionnement bistable de l'association de la lame déformable et du doigt rétractable, et de la relative épaisseur des structures mobiles, - une bonne isolation entre la lame flexible et l'élément conducteur fixe vis-à-vis des signaux radiofréquence, du fait de la distance importante séparant ces deux éléments lorsque le commutateur est ouvert, - un nombre limité d'étapes de son procédé de fabrication, - la possibilité de réaliser le microcommutateur en tant que composant à part entière, ou bien en association avec un composant préexistant,

par exemple au-dessus d'un circuit intégré.

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Claims (8)

REVENDICATIONS

1/ Microcommutateur (1) destiné à être intégré dans un circuit radiofréquence, réalisé à base de structures micro-électromécaniques (MEMS), formées sur un substrat, caractérisé en ce qu'il comporte: - une lame conductrice flexible (2), reliée au substrat (9) par un point fixe (10) relié électriquement au circuit radiofréquence (12); - des moyens (8) pour maintenir cette lame conductrice (2) dans deux positions d'équilibre stables différentes, correspondant à deux états de flexion de la lame; un élément conducteur fixe (3) par rapport au substrat, venant au contact de la lame conductrice flexible (2) lorsque celle-ci est dans une des deux positions d'équilibre stable, - des organes mobiles (4,5) situés de chaque côté de la lame conductrice flexible (2), chaque organe mobile étant mu par un actionneur (6,7) pour venir au contact de la lame déformable et la repousser d'une

position d'équilibre stable à l'autre.

2/ Micro-commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour maintenir la lame conductrice en position d'équilibre sont formés par un doigt rétractable (8) dont une zone (81) coopère avec l'extrémité libre (11) de la lame, ledit doigt (8) étant associé à des moyens de rappel (84) permettant au doigt: - de se rétracter pour autoriser le mouvement de la lame flexible (2) d'une position de flexion à l'autre, - de reprendre sa position initiale lorsque la lame flexible (2) a adopté sa

nouvelle position d'équilibre.

3/! Micro-commutateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que moyens de rappel (84) sont associés à un actionneur (94) permettant d'escamoter le doigt rétractable (8) en déformant les moyens de rappel (84), afin de permettre un

libre déplacement de l'extrémité libre (1 1) de la lame flexible (2).

-17 4/ Micro-commutateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le doigt rétractable (8) se rétracte sous l'effet de la force exercée par la lame flexible

lorsque celle-ci est déplacée par l'un des organes mobiles.

/ Micro-commutateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone (81) du doigt rétractable (8) coopérant avec une extrémité libre (21) de la lame conductrice (2), présente une forme convexe, préférentiellement en forme de dôme. 6/ l Micro-commutateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le

déplacement du doigt rétractable (8) est guidé latéralement.

7/ Micro-commutateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de rappel (84) sont formés par une pluralité de poutrelles (85) aptes à

fléchir, et dont certaines sont ancrées sur le substrat.

8/ Micro-commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément conducteur fixe (3) présente une capacité de flexion, de manière à

légèrement se déformer lorsqu'il reçoit le contact de la lame flexible.

9/ Micro-commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de l'élément conducteur fixe (3) venant au contact de la lame flexible comporte une pluralité de lamelles (49) constituant une pluralité de points de

contact avec la lame flexible (2).

/ Micro-commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone (50) de l'élément conducteur fixe venant au contact de la lame flexible

présente une forme convexe.

11/ Micro-commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de l'élément conducteur fixe venant au contact de la lame flexible présente -18 une forme concave, destinée à épouser la forme de la lame flexible dans la zone de contact. 12/ Micro-commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités des organes mobiles (4,5) présentent une forme convexe. 13/ Micro-commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les

organes mobiles présentent au moins en partie une structure ajourée (58).

14/ Micro-commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les actionneurs (6,7) sont de type électrostatique, et comportent des peignes

interdigités (40,41).

DEPOSANT:

MANDATAIRE:

MEMSCAP

Cabinet LAURENT & CHARRAS