FR2880729A1 - Microsysteme a commande electromagnetique - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un microsystème comprenant un substrat (3) dont une surface (30) supporte au moins un microactionneur (2, 2') magnétique, ledit microactionneur (2, 2') magnétique comportant un élément mobile supporté par ledit substrat (3) et sensible aux champs magnétiques. Le microsystème se caractérise en ce qu'il comporte une bobine (4, 6) d'excitation externe au substrat (3), ladite bobine (4, 6) d'excitation étant apte, lorsqu'elle est alimentée, à soumettre l'élément mobile à un champ magnétique (BS1, B1) pour faire passer l'élément mobile d'une première position à une seconde position, chacune de ses positions pouvant correspondre à l'ouverture ou à la fermeture d'un circuit électrique. Ce type de microsystème est particulièrement adapté pour être réalisé en technologie MEMS.

Description

Microsystème à commande électromagnétique

La présente invention se rapporte à un microsystème comportant au moins un microactionneur magnétique actionné à l'aide d'une bobine d'excitation externe de type solénoïde ou planaire. Un tel microsystème peut être utilisé comme appareil électrique interrupteur, en particulier du type, commutateur, contacteur ou relais. Ce type de microsystème est particulièrement adapté pour être réalisé par technologie MEMS.

Le document US 6,320,145 décrit un relais magnétostatique. Ce relais fonctionne à l'aide d'une poutre monostable et magnétisable. Sous l'action d'un champ magnétique, cette poutre fléchit pour tendre à s'aligner dans la direction de ce champ magnétique et vient fermer un circuit électrique. La poutre étant fabriquée dans un matériau élastique, elle revient dans sa position initiale simplement par effet mécanique lorsque l'interaction du champ magnétique avec la poutre est nulle. La force de rappel de la poutre vers sa position initiale est donc d'origine purement mécanique et est imposée uniquement par la nature du matériau de fabrication de la poutre et par la géométrie des éléments impliqués.

Les brevets US 6,469,602 et US 6,750,745 décrivent des micro- relais magnétiques utilisant le mouvement, entre deux positions, d'une poutre magnétisable bistable pour commander l'ouverture ou la fermeture d'un circuit électrique. Le mouvement de la poutre est commandé à l'aide d'un électro-aimant. Dans une première position de la poutre, le circuit électrique est ouvert et dans une seconde position de la poutre, le circuit électrique est fermé. La fermeture du circuit électrique est assurée lorsque la poutre est dans sa seconde position par la mise en contact de contacts portés par la poutre avec des contacts fixes disposés sur un substrat. Au repos, la poutre est dans sa première positon et le circuit électrique est donc ouvert. Cette position de repos est maintenue grâce au champ magnétique produit sur la poutre magnétisable par un aimant permanent. Lors de la mise sous tension de l'électro-aimant, celui- ci produit un second champ magnétique orienté de manière à provoquer le basculement de la poutre de sa première position à sa seconde position. Une fois la poutre dans sa seconde position, l'électro-aimant est désactivé et la poutre est maintenue dans cette seconde position sous l'effet du champ magnétique permanent.

Dans le brevet US 6,750,745, plusieurs microactionneurs identiques peuvent être disposés sur un même substrat et être ainsi commandés simultanément par l'électro-aimant. Dans ce brevet, la bobine est plane et est intégrée au substrat. Les microactionneurs sont disposés sur les différentes faces de la bobine plane. Même si un tel dispositif permet de pouvoir commander simultanément plusieurs microactionneurs à partir d'une seule bobine, il présente plusieurs inconvénients. Ces inconvénients sont les suivants: L'utilisation d'une bobine planaire intégrée au substrat augmente la surface de substrat moyenne nécessaire par microactionneur ce qui entraîne un surcoût pour chaque microactionneur.

L'intégration de la bobine dans le substrat ajoute des étapes au processus de fabrication planaire ce qui réduit le rendement de production et entraîne un surcoût pour chaque microactionneur.

La résistance électrique de la bobine intégrée au substrat transforme par effet Joule une partie de l'énergie d'activation des microactionneurs en chaleur dissipée dans le substrat et dans les électrodes. Ce dégagement de chaleur a pour conséquence de dégrader les performances électriques des microactionneurs utilisés comme commutateur, contacteur ou relais.

Le but de l'invention est donc de proposer un microsystème permettant de palier les inconvénients précités, qui soit d'une conception simple, d'un coût modéré et qui puisse comporter, si nécessaire, un grand nombre de microactionneurs.

Ce but est atteint par un microsystème comprenant un substrat dont une surface supporte au moins un microactionneur magnétique, ledit microactionneur magnétique comportant un élément mobile supporté par ledit substrat et sensible aux champs magnétiques, ledit microsystème étant caractérisé en ce qu'il comporte une bobine d'excitation externe au substrat, ladite bobine d'excitation étant apte, lorsqu'elle est alimentée, à soumettre l'élément mobile à un champ magnétique pour faire passer l'élément mobile d'une première position à une seconde position, chacune de ses positions pouvant correspondre à l'ouverture ou à la fermeture d'un circuit électrique.

Selon l'invention, contrairement à l'enseignement des brevets cités précédemment, la bobine est externe au substrat, c'est-à-dire non intégrée à celui-ci, ce qui permet de palier certains des inconvénients listés ci-dessus. La fabrication d'une bobine externe par des techniques de circuits imprimés, par bobinage de fil de cuivre ou toute autre solution de packaging en trois dimensions ne présente pas les inconvénients d'une bobine intégrée et les rendements pour ces deux techniques sont très bien maîtrisés.

Selon une particularité, le substrat supportant le microactionneur est placé dans un circuit magnétique comportant un entrefer et une source magnétique apte à générer un champ magnétique uniforme.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le champ magnétique créé par la source magnétique dans l'entrefer est uniforme et apte à maintenir l'élément mobile dans sa première position ou sa seconde position lorsque la bobine d'excitation n'est pas alimentée. Dans l'art antérieur, le champ magnétique est généré à l'aide d'un aimant permanent, par exemple collé sur le substrat. Lors de l'assemblage des microsystèmes de l'art antérieur, une étape consiste à positionner correctement l'aimant permanent par rapport au microactionneur pour que le champ magnétique généré par l'aimant ait l'influence voulue sur l'élément mobile du microactionneur. Selon l'invention, l'utilisation d'un entrefer dans lequel le champ magnétique généré est uniforme permet de s'affranchir de cette étape lors de l'assemblage.

Selon une particularité de ce premier mode de réalisation, la bobine d'excitation est de type solénoïde ou planaire et lorsqu'elle est de type solénoïde, elle entoure le substrat supportant le microactionneur. De manière connue, le champ magnétique créé dans l'entrefer est orienté perpendiculairement à la surface du substrat supportant le microactionneur. Ce champ magnétique génère dans la membrane une composante magnétique le long de son axe. Le couple magnétique résultant de ce champ et de la composante magnétique dans la poutre impose à celleci de se maintenir dans une position. Le second champ magnétique créé par la bobine d'excitation est perpendiculaire à la direction de ce champ magnétique. Ce second champ génère une composante magnétique dans la membrane suivant son axe qui s'oppose à la première composante générée par le champ magnétique. Si cette nouvelle composante magnétique est d'amplitude supérieure, la membrane pivote vers son autre position.

Selon une autre particularité, la bobine d'excitation de type solénoïde présente sur sa longueur une densité de spires variable.

Selon une autre particularité, la bobine d'excitation comporte un plus grand nombre de spires à chacune de ses extrérnités. Ceci permet d'uniformiser le champ magnétique axial généré dans le solénoïde et donc d'augmenter le volume utile du solénoïde.

Selon une autre particularité, lorsque la bobine d'excitation est de type planaire, elle comporte une densité de spires variable du centre vers l'extérieur de la bobine. Dans le cas d'une bobine planaire, l'utilisation d'une densité de spires variable du centre vers l'extérieur de la bobine permet d'uniformiser le champ magnétique radial et d'augmenter la surface utile de la bobine planaire.

Selon une autre particularité, la source magnétique du circuit magnétique permettant de générer le champ magnétique uniforme est un aimant permanent.

Selon une autre particularité, la source magnétique du circuit magnétique est une bobine électromagnétique.

Selon une autre particularité, le substrat est soumis à un champ magnétique uniforme dont les lignes de champ suivent une direction non perpendiculaire au plan défini par la surface du substrat supportant le microactionneur magnétique. Une telle configuration permet d'augmenter le couple magnétique de la membrane et donc d'augmenter la force de contact du microactionneur. En outre, un autre avantage lié à cette inclinaison se manifeste lors du procédé de fabrication du microsystème selon une technologie de type MEMS (Micro Electro-Mechanical System). En effet, dans ce cas, l'inclinaison de la membrane du microactionneur est garantie par la disposition du microsystème dans le circuit magnétique générant le champ uniforme et non par l'épaisseur de la couche sacrificielle. La couche sacrificielle située entre la membrane et le substrat peut donc être mince.

Selon un second mode de réalisation de l'invention, la source magnétique du circuit magnétique est la bobine d'excitation utilisée pour faire pivoter l'élément mobile. Le substrat supportant le microactionneur est placé dans l'entrefer dudit circuit magnétique de telle sorte que les lignes du champ magnétique généré par la bobine d'excitation du circuit magnétique suivent une direction non perpendiculaire au plan défini par la surface du substrat supportant le microactionneur magnétique.

Selon une particularité de ce second mode de réalisation, l'élément mobile est fabriqué de manière à pouvoir passer de sa deuxième position à sa première position uniquement par effet mécanique.

Selon l'invention, l'élément mobile comporte une membrane montée sur le substrat et apte à pivoter entre ses différentes positions, ladite membrane présentant au moins une couche faite dans un matériau magnétique.

Selon l'invention, le microsystème peut commander l'ouverture et la 5 fermeture de deux circuits électriques.

Selon l'invention, le microsystème peut être fabriqué au moins en partie selon une technologie de type MEMS.

Selon un mode de réalisation très avantageux, le substrat supporte une pluralité de microactionneurs magnétiques identiques apte à être commandée simultanément par ladite bobine d'excitation. Une même bobine d'excitation, par exemple de type solénoïde entourant le substrat ou planaire, agit donc sur une matrice de microactionneurs. Les microactionneurs sont par exemple des micro-relais reliés par des pistes électriques et arrangés en série pour augmenter la tension d'isolation ou en parallèle pour diviser l'intensité du courant.

D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels: - La figure 1 représente, en perspective, un microsystème selon un mode 20 de réalisation particulier de l'invention.

Les figure 2A et 2B représentent, en perspective, un microactionneur selon deux variantes de réalisations utilisable dans un microsystème selon l'invention.

- Les figures 3A à 3C représentent, en vue de côté et selon un premier 25 mode de réalisation de l'invention, les différentes étapes mises en oeuvre pour le pivotement de l'élément mobile d'un microactionneur.

- Les figures 4A et 4B représentent, en vue de côté et selon un second mode de réalisation de l'invention, les différentes étapes mises en oeuvre pour le pivotement de l'élément mobile d'un microactionneur.

- Les figures 5A et 5B représentent un microsystème selon l'invention placé entre deux pièces d'entrefer d'un circuit magnétique.

- Les figures 6A et 6B représentent deux modes de réalisation permettant d'améliorer la force de contact du microactionneur.

- La figure 7 représente de manière simplifiée un exemple d'enroulement de spires pouvant être utilisé pour la bobine solénoïde d'un microsystème 5 selon l'invention.

- La figure 8 représente la mise en oeuvre d'un microsystème selon l'invention pour commander deux circuits électriques.

L'invention va à présent être décrite en liaison avec les figures 1 à 8.

Comme dans l'art antérieur exposé ci-dessus, un microsystème selon l'invention commande l'ouverture ou la fermeture d'un circuit électrique en utilisant un microactionneur 2, 2' magnétique.

En référence aux figures 2A et 2B, un microsystème comporte un microactionneur 2, 2' supporté par un substrat 3. Le substrat 3 est par exemple fabriqué dans des matériaux comme le verre, le plastique ou, pour des applications de puissance, dans des matériaux bons conducteurs thermiques à base de silicium ou de céramique. Le substrat 3 présente une surface 30 plane sur laquelle est fixé le microactionneur 2, 2'. De manière connue (voir la demande de brevet n US 2002/0140533), le substrat 3 porte par exemple au moins deux électrodes 31, 32 (figures 2A, et 2B) destinées à être reliées électriquement afin d'obtenir la fermeture du circuit électrique. Pour cela, le microactionneur 2, 2' magnétique porte au moins un contact 21, 21' mobile (voir en figure 4A) apte à venir relier électriquement les deux électrodes 31, 32 lorsque le microactionneur 2, 2' est activé.

Selon une première variante de réalisation représentée en figure 2A, le microactionneur 2 est composé d'un élément mobile constitué d'une membrane 20, par exemple parallélépipédique, reliée par une de ses extrémités à un plot 23 d'ancrage solidaire du substrat 3, par l'intermédiaire de deux bras 22a, 22b de liaison parallèles. Le contact 21 est par exemple formé sur la membrane 20 à proximité de l'extrémité libre de la membrane 20 et fait face à la surface 30 du substrat 3.

Par l'intermédiaire de ces deux bras 22a, 22b de liaison, la membrane 20 est apte à pivoter par rapport au substrat 3 suivant un axe (P) parallèle à l'axe décrit par les points de contact de la membrane 20 avec les électrodes 31, 32. Les bras 22a, 22b de liaison forment une liaison élastique entre la membrane 20 et le plot 23 d'ancrage. Dans une telle configuration, le pivotement de la membrane 20 est donc obtenu par flexion des bras 22a, 22b de liaison. Comme représenté en figure 2A, dans une position dite d'équilibre dans laquelle les bras 22a, 22b ne sont pas sollicités, la membrane 20 est parallèle au plan formé par la surface 30 du substrat 3.

Selon une seconde variante de réalisation représentée en figure 2B, un microactionneur 2' pouvant être utilisé dans un microsystème selon l'invention comporte un élément mobile constitué d'une membrane rigide par exemple parallélépipédique. En référence à la figure 2B, cette membrane 20' est solidaire du substrat 3 par l'intermédiaire de deux bras 22a', 22b' de liaison reliant ladite membrane 20' à deux plots d'ancrage 23a', 23b' disposés symétriquement de part et d'autre de la membrane 20'. Le contact 21' mobile est par exemple formé sur la membrane 20' à proximité de l'extrémité de la membrane 20' et fait face à la surface 30 du substrat 3.

Par l'intermédiaire de ces deux bras 22a', 22b', la membrane 20' est apte à pivoter par rapport au substrat 3 suivant un axe (P') parallèle à l'axe décrit par les points de contact de la membrane 20' avec les électrodes 31, 32. Préférentiellement, selon cette variante de réalisation, cet axe (P') de pivotement de la membrane 20' est décalé par rapport à l'axe médian parallèle ce qui permet de définir sur la membrane 20' de part et d'autre de son axe (P') de pivotement, deux parties distinctes, de volumes différents. L'extrémité libre de la partie de plus grande taille de la membrane porte le contact 21' permettant la fermeture d'un circuit électrique. . Les bras 22a', 22b' de liaison forment une liaison élastique entre la membrane 20 et leur plot 23a', 23b' d'ancrage respectif. Dans une telle configuration, le pivotement de la membrane 20' est donc obtenu par torsion des bras 22a', 22b' de liaison. D'autres configurations peuvent être parfaitement adaptées. Comme représenté en figure 2B, dans une position dite d'équilibre dans laquelle les bras ne sont pas sollicités, la membrane 20' est parallèle au plan formé par la surface 30 du substrat 3.

Les deux variantes de réalisation de microactionneur 2, 2' sont parfaitement utilisables dans un microsystème selon l'invention. La description qui suit se prête aussi bien au microactionneur selon la première variante de réalisation, qu'à celui selon la seconde variante de réalisation.

Le microactionneur 2, 2' décrit clans l'invention peut être réalisé par une technologie de duplication planaire de type MEMS (Micro Electro-Mechanical System).

En effet, la réalisation par dépôt de couches successives dans un processus itératif se prête bien à la fabrication de tels objets. Dans ce cas, la membrane 20, 20' ainsi que les bras 22a, 22b, 22a', 22b' pourraient être issus d'une même couche de matériau. Cependant, dans une autre configuration, les bras 22a, 22b, 22a', 22b' de liaison et une couche inférieure de la membrane 20, 20' peuvent être issus d'une couche métallique. Une couche d'un matériau sensible aux champs magnétiques est déposée sur cette couche métallique pour générer la partie supérieure de la membrane 20, 20'. Une telle configuration peut permettre d'optimiser les propriétés mécaniques des bras 22a, 22b, 22a', 22b" de liaison en utilisant, pour permettre le pivotement de la membrane 20, 20', un matériau mécaniquement plus adapté que le matériau sensible aux champs magnétiques. De plus, la couche métallique peut faire office de contact pour la fermeture d'un circuit électrique. Le matériau sensible aux champs magnétiques est par exemple du type magnétique doux et peut être par exemple un alliage de fer et de nickel ( permalloy Ni80Fe20).

Le principe de l'invention est décrit ci-dessous en liaison avec le premier mode de réalisation du microactionneur représenté en figure 2A mais il doit être compris comme pouvant être appliqué au microactionneur selon le deuxième mode de réalisation représenté en figure 2B.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté en figures 1 et 3A à 3C, il est donc possible de faire pivoter la membrane 20 autour de son axe (P) de pivotement en soumettant la membrane 20 à un champ magnétique produit par une bobine d'excitation externe de type solénoïde ou planaire. La membrane 20 est donc apte à prendre deux positions extrêmes distinctes. En référence aux figures 3A à 3C, dans lesquelles seul le premier mode de réalisation de l'actionneur est représenté, dans une première position extrême (figures 3A et 3B), l'extrémité de la membrane 20 portant le contact 21 est relevée et n'est pas en appui contre les électrodes 31, 32. Le circuit électrique est donc ouvert. Dans sa seconde position extrême (figures 3C), l'extrémité de la membrane 20 portant le contact 21 est en appui contre les électrodes 31, 32. Dans cette seconde position, le circuit électrique est fermé.

Selon l'invention, un champ magnétique Bo préférentiellement le plus uniforme possible, est appliqué au substrat 3 portant le microactionneur 2. Ce champ magnétique Bo présente des lignes de champ perpendiculaires à la surface 30 du substrat. Comme représenté sur les figures 3A à 3C, les lignes de champ de ce champ magnétique Bo sont dirigées vers la surface 30 du substrat 3. Ce champ magnétique Bo peut être généré par un aimant permanent ou par un électroaimant. Un circuit magnétique ayant comme source magnétique un aimant 5 permanent ou une bobine 5' électromagnétique peut être utilisé pour créer ce champ magnétique Bo. Comme représenté aux figures 5A et 5B, ce circuit magnétique se compose d'un aimant 5 permanent (figure 4A) ou d'une bobine 5' électromagnétique (figure 4B) directement en contact avec deux pièces 50, 51 d'entrefer disposées parallèlement, de part et d'autre de l'aimant 5 permanent ou de la bobine 5' et entre lesquelles le champ magnétique Bo est généré. L'utilisation d'un tel circuit magnétique permet de générer un champ magnétique Bo uniforme dans l'entrefer.

Une bobine 4 d'excitation externe, par exemple de type solénoïde comme représentée en figure 1, connectée à une source de courant entoure le substrat 3 ainsi que le microactionneur 2 supporté par le substrat 3. Le passage d'un courant dans la bobine 4 d'excitation provoque le pivotement de la membrane 20 de l'une de ses positions vers l'autre de ses positions. Le sens du courant traversant la bobine 4 d'excitation décide du pivotement de la membrane 20 vers l'une ou l'autre de ses positions extrêmes.

Le substrat 3 supportant le microactionneur 2 et entouré de la bobine d'excitation solénoïde est placé sous l'effet du champ magnétique Bo, par exemple dans l'entrefer du circuit magnétique décrit ci-dessus en liaison avec les figures 5A et 5B. Comme représenté en figures 3A, le champ magnétique Bo génère initialement une composante magnétique BPo dans la membrane 20 suivant son axe (A). Le couple magnétique résultant du champ magnétique Bo et de la composante BPo générée dans la membrane 20 maintient la membrane 20 dans l'une de ses positions extrêmes, par exemple dans la première position (figure 3A) ou dans la seconde position (figure 3C). Dans la première position, la partie à contact de la membrane 20 est donc relevée et le circuit électrique est ouvert. Dans la seconde position, le contact 21 porté par la membrane 20 relie électriquement les deux électrodes 31, 32 et le circuit est fermé.

En considérant que la membrane 20 est initialement dans sa première position (figure 3A), le basculement vers la seconde position se produit de la manière suivante: 1 1) En référence à la figure 3B, le passage d'un courant, dans un sens défini, dans la bobine 4 d'excitation de type solénoïde entourant le substrat 3, génère un champ magnétique BS1 dont la direction est parallèle au substrat 3 et perpendiculaire à l'axe (P) de pivotement de la membrane 20, son orientation dépendant du sens du courant délivré dans la bobine 4 d'excitation. Le champ magnétique BS1 créé par la bobine 4 d'excitation génère une composante magnétique BP1 dans la partie magnétique de la membrane 20. Si le courant est délivré dans un sens approprié, cette nouvelle composante magnétique BP1 s'oppose à la composante BPo générée dans la couche magnétique de la membrane 20 par le champ magnétique Bo. Si la composante BP1 générée par la bobine 4 d'excitation est d'intensité supérieure à celle générée par le champ magnétique Bo, le couple magnétique résultant du champ magnétique Bo et de cette composante BP1 s'inverse et provoque le pivotement de la membrane 20 de sa première position vers sa seconde position.

Une fois le pivotement de la membrane 20 effectué, l'alimentation de la bobine 4 d'excitation n'est plus nécessaire. Selon l'invention, le champ magnétique BS1 créé par la bobine 4 d'excitation n'est que transitoire et n'est utile que pour faire pivoter la membrane 20 d'une position à l'autre. Comme représenté en figure 3C, la membrane 20 est ensuite maintenue dans sa seconde position sous l'effet du seul champ magnétique Bo créant une nouvelle composante magnétique BP2 dans la membrane 20. Le nouveau couple magnétique créé entre le champ magnétique Bo et la composante BP2 généré dans la membrane 20 impose à la membrane 20 de se maintenir dans sa seconde position.

Une fois que la membrane 20 a pivoté dans sa seconde position, le contact 21 porté par la membrane 20 vient relier électriquement les deux électrodes 31, 32 25 présentes sur le substrat 3. Le circuit électrique est alors fermé.

Pour ouvrir le circuit électrique, la membrane 20 doit de nouveau être pivotée vers sa première position. Un courant est délivré dans la bobine 4 d'excitation dans un sens opposé à celui défini ci-dessus. Le champ magnétique créé par la bobine 4 d'excitation est donc orienté dans un sens opposé au champ magnétique précédent BS1. Ce champ magnétique génère une composante magnétique sur la membrane 20 opposée à la composante BP2. Si cette nouvelle composante magnétique est d'intensité supérieure à la composante BPi1 le couple magnétique résultant du champ magnétique Bo et de cette nouvelle composante magnétique provoque le basculement de la membrane 20 vers sa première position. 1'1

L'intensité du courant à délivrer dans la bobine 4 d'excitation pour faire pivoter la membrane 20 dépend du nombre de spires constituant la bobine 4 d'excitation ainsi que de la densité du champ magnétique le long de la bobine 4 d'excitation.

Selon une variante de réalisation de ce premier mode de réalisation, la bobine d'excitation est de type planaire (non représentée) . Le champ magnétique créé est donc radial. Le substrat est alors disposé par rapport à la bobine de manière que le champ magnétique radial créé par la bobine soit parallèle à la surface 30 du substrat 3 et perpendiculaire à l'axe (P) de pivotement de la membrane 20. Comme dans la variante de réalisation précédente, la bobine d'excitation est externe au substrat et au microactionneur, c'est-à-dire qu'elle est indépendante de ceux-ci. Le substrat portant le microactionneur est par exemple collé à ladite bobine.

Selon l'invention, en référence à la figure 7, la bobine 4 d'excitation de type solénoïde présente une densité de spires 40 variable sur sa longueur. Le nombre de spires 40 est plus important aux extrémités qu'au centre de la bobine 4 d'excitation.

Le champ magnétique généré dans le solénoïde est ainsi parfaitement uniforme sur toute la longueur de la bobine 4 d'excitation. L'uniformité du champ magnétique (BS1 par exemple sur la figure 3B) généré par la bobine 4 d'excitation est importante car elle permet d'augmenter le volume utile à l'intérieur du solénoïde.

Lorsque la bobine d'excitation est de type planaire, la densité de spires est 20 variable du centre vers l'extérieur de la bobine. Ceci permet d'uniformiser le champ magnétique radial et donc d'augmenter la surface utile de la bobine planaire.

Selon l'invention, la bobine 4 d'excitation pourra être fabriquée par des techniques de circuit imprimée ou de bobinage d'un fil de cuivre.

Selon l'invention, afin d'améliorer la force de contact entre la membrane 20 et le substrat 3, on augmente le couple magnétique existant entre le champ magnétique Bo et la composante générée dans la membrane 20. Pour cela, on joue sur l'angle x existant entre la direction du champ magnétique Bo et la surface 30 du substrat 3 (voir figures 6A et 6B). Cet angle x doit être différent de 90 . Les détails concernant ces particularités de l'invention sont décrits ultérieurement.

Selon une variante de réalisation représenté en figure 8, un microsystème selon l'invention est utilisé pour la commande de deux circuits électriques distincts. Selon cette variante, un premier substrat 3a porte les électrodes 31a d'un premier circuit électrique et un second substrat 3b, par exemple disposé au-dessus, parallèlement au premier substrat 3a, porte les électrodes 31b d'un second circuit électrique. Les électrodes 31a, 31b sont disposées symétriquement par rapport à l'axe (A) de la membrane 20 d'un microactionneur 2 selon l'invention lorsque celle- ci est au repos. Les deux substrats sont par exemples reliés par des éléments 5 de liaison. Le microactionneur 2 selon l'invention est solidaire d'au moins l'un des substrats 3a, 3b. La membrane 20 pivotante peut donc pivoter entre ses deux positions extrêmes pour venir fermer dans chacunede ses positons extrêmes l'un ou l'autre des circuits électriques. Dans une position d'équilibre (en trait plein sur la figure 5), les deux circuits électriques sont ouverts et la membrane 20 est parallèle aux deux substrats 3a, 3b. Dans une première position extrême (en pointillés sur la figure 5), la membrane 20 vient en contact avec la première électrode 31a pour fermer le premier circuit électrique tandis que dans sa seconde position extrême opposée (en pointillés sur la figure 5), la membrane 20 vient en contact avec la seconde électrode 31b pour fermer le second circuit électrique.

Selon un second mode de réalisation de l'invention représenté en figures 4A et 4B, on utilise un circuit magnétique identique à celui décrit en référence à la figure 6B dans lequel on place un substrat 3 supportant un microactionneur 2. Ce circuit magnétique se compose d'une bobine 6 électromagnétique directement en contact avec deux pièces 60, 61 d'entrefer biseautées disposées parallèlement, de part et d'autre de la bobine 6 et entre lesquelles un champ magnétique B, uniforme est généré. Dans ce mode de réalisation, les lignes de champ du champ magnétique B, généré par la bobine 6 du circuit magnétique doivent suivre une direction non perpendiculaire au substrat 3 supportant Ile microactionneur 2 (angle x sur la figure 4A). Selon ce second mode de réalisation, aucune autre bobine d'excitation n'est nécessaire pour faire pivoter la membrane 20 entre sa position de repos et sa position de fermeture d'un circuit électrique. Pour faire passer la membrane 20 de sa position de repos à sa position de fermeture du circuit, on fait passer un courant continu dans la bobine 6 d'excitation du circuit magnétique utilisé. L'inclinaison, par rapport au substrat 3, des lignes de champ du champ magnétique B, généré dans l'entrefer crée une aimantation dans la membrane 20 dont la composante BP3 magnétique est orientée suivant l'axe (A) de la membrane 20 et dirigée de son extrémité sans contact vers son extrémité à contact 21. Le couple magnétique résultant provoque donc le pivotement de la membrane 20 de sa position de repos vers sa position de fermeture du circuit (figure 4A). Lorsque le courant alimentant la bobine 6 est coupé, sous l'effet de la force de rappel mécanique exercée par les bras de liaison alors en flexion (ou en torsion selon la variante de microactionneur utilisé), la membrane 20 retourne vers sa position de repos et donc le circuit électrique devient ouvert.

Dans le premier mode de réalisation ou dans le second mode de réalisation, l'angle x formé entre la direction des lignes de champ et la surface 30 du substrat supportant le microactionneur peut être fixé soit en inclinant le substrat 3 par rapport à la direction du champ permanent (figure 6A) soit en conférant une forme particulière aux deux pièces 50, 51 d'entrefer pour générer un champ magnétique dans l'entrefer dont la direction aurait une inclinaison de l'angle x par rapport à la surface 30 du substrat 3 (figure 6B). En référence à la figure 6B, il pourra s'agir de biseauter chaque pièce d'entrefer ou, dans une autre variante non représentée, de plier chacune de ces pièces 50, 51.

Selon l'invention, un microsystènne selon l'invention peut comporter une pluralité de microactionneurs 2, 2' identiques tels que décrits ci-dessus. Avec une même énergie de commande provenant de l'activation de la bobine 4 d'excitation de type solénoïde ou planaire utilisé dans le premier mode de réalisation ou de l'activation de la bobine 6 d'excitation du circuit magnétique utilisé dans le second mode de réalisation, il est possible d'actionner simultanément un grand nombre de microactionneurs 2, 2' magnétiques arrangés en série ou en parallèle. Les microactionneurs 2, 2' sont par exemple organisés suivant plusieurs lignes parallèles.

Ainsi, par l'alimentation de la bobine 4, 6 d'excitation, tous les microactionneurs 2, 2' d'une ligne ou de plusieurs lignes peuvent être actionnés simultanément. Dans le cas du premier mode de réalisation de l'invention où la bobine d'excitation est de type planaire, les microactionneurs sont disposés suivant les différentes faces de la bobine.

Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Microsystème comprenant un substrat (3) dont une surface (30) supporte au moins un microactionneur (2, 2') magnétique, ledit microactionneur (2, 2') magnétique comportant un élément mobile supporté par ledit substrat (3) et sensible aux champs magnétiques, ledit microsystème étant caractérisé en ce qu'il comporte une bobine (4, 6) d'excitation externe au substrat (3), ladite bobine (4, 6) d'excitation étant apte, lorsqu'elle est alimentée, à soumettre l'élément mobile à un champ magnétique (BS1, B1) pour faire passer l'élément mobile d'une première position à une seconde position, chacune de ses positions pouvant correspondre à l'ouverture ou à la fermeture d'un circuit électrique.

2. Microsystème selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (3) supportant le microactionneur (2, 2') est placé dans un circuit magnétique comportant un entrefer (50, 51, 60, 61) et une source magnétique apte à générer un champ magnétique (Bo, B1) uniforme.

3. Microsystème selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bobine 20 (4) d'excitation est de type solénoïde ou planaire et en ce que lorsqu'elle est de type solénoïde, elle entoure le substrat (3) supportant le microactionneur (2, 2').

4. Microsystème selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bobine (4) d'excitation de type solénoïde présente sur sa longueur une densité de spires 25 (40) variable.

5. Microsystème selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bobine (4) d'excitation comporte un plus grand nombre de spires (40) à chacune de ses extrémités.

6. Microsystème selon la revendication 3, caractérisé en ce que lorsque la bobine d'excitation est de type planaire, elle comporte une densité de spires variable du centre vers l'extérieur de la bobine.

7. Microsystème selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la source magnétique est un aimant (5) permanent.

8. Microsystème selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la source magnétique est une bobine (5') électromagnétique.

9. Microsystème selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le substrat (3) est soumis à un champ magnétique (Bo) uniforme dont les lignes de champ suivent une direction non perpendiculaire au plan défini par la surface (30) du substrat (3) supportant le microactionneur (2, 2') magnétique.

10. Microsystème selon la revendication 2, caractérisé en ce que la source magnétique du circuit magnétique est la bobine (6) d'excitation et en ce que le substrat (3) supportant le microactionneur est placé dans l'entrefer (60, 61) dudit circuit magnétique de telle sorte que les lignes du champ magnétique (B,) uniforme généré par la bobine (6) d'excitation suivent une direction non perpendiculaire au plan défini par la surface du substrat (3) supportant le microactionneur (2, 2') magnétique.

11. Microsystème selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément mobile est fabriqué de manière à pouvoir passer de sa deuxième position à sa première position uniquement par effet mécanique.

12. Microsystème selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'élément mobile comporte une membrane (20, 20') montée sur le substrat (3) et apte à pivoter entre ses différentes positions, ladite membrane (20, 20') présentant au moins une couche faite dans un matériau magnétique.

13. Microsystème selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il commande l'ouverture et la fermeture de deux circuits électriques.

14. Microsystème selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il est fabriqué selon une technologie de type MEMS.

15. Microsystème selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en en ce que le substrat (3) supporte une pluralité de microactionneurs (2, 2') magnétiques identiques apte à être commandée simultanément par ladite bobine (4) d'excitation.