PT1352408E

PT1352408E - Interruptor de bloqueio bioestável micromagnético com requesitos de alinhamento flexíveis em termos de íman permanente

Info

Publication number: PT1352408E
Application number: PT02707507T
Authority: PT
Inventors: Charles Wheeler; Jun Shen; Meichun Ruan
Original assignee: Univ Arizona
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2007-05-31
Also published as: EP1352408B1; DE60218979D1; DE60218979T2; US20050007218A1; US6794965B2; CN1498412A; WO2002058092A1; KR100862175B1; US20020121951A1; CN1320576C; ES2282391T3; US7023304B2; ATE357733T1; WO2002058092A9; KR20030072599A; JP2004533710A; DK1352408T3; EP1352408A1

Description

DESCRIÇÃO "INTERRUPTOR DE BLOQUEIO BIESTÁVEL MICROMAGNÉTICO COM REQUISITOS DE ALINHAMENTO FLEXÍVEIS EM TERMOS DE ÍMAN PERMANENTE" ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Campo da Invenção A presente invenção refere-se a interruptores electrónicos e ópticos. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a interruptores de bloqueio biestáveis micromagnéticos com requisitos de alinhamento flexíveis em termos de íman permanente. Técnica Anterior

Os interruptores são, tipicamente, dispositivos biestáveis controlados electricamente que abrem e fecham contactos para efectuar a operação de dispositivos num circuito eléctrico ou óptico. Os relés, por exemplo, funcionam, tipicamente, como interruptores que activam ou desactivam partes de dispositivos eléctricos, ópticos ou outros. Os relés são, normalmente, utilizados em muitas aplicações incluindo telecomunicações, comunicações por radiofrequência (RF), aparelhos electrónicos portáteis, aparelhos electrónicos de consumo e industriais, sistemas aeroespaciais, e outros sistemas. Mais recentemente, os interruptores ópticos (também aqui designados como "relés ópticos" ou, simplesmente, "relés") têm sido utilizados para 1 comutar sinais ópticos (tais como os existentes em sistemas de comunicação ópticos) de um percurso para outro.

Embora os relés iniciais fossem dispositivos mecânicos ou de estado sólido, os desenvolvimentos recentes nas tecnologias de sistemas microelectromecânicos (MEMS) e no fabrico de sistemas microelectrónicos tornaram possível a existência de relés microelectroestáticos e micromagnéticos. Estes relés micromagnéticos incluem, tipicamente, um electroiman que excita um induzido para estabelecer ou cortar um contacto eléctrico. Quando o iman é desactivado, uma mola ou outra força mecânica, tipicamente, faz regressar o induzido para uma posição de repouso. No entanto, estes relés apresentam, tipicamente, uma série de desvantagens acentuadas, pelo facto de apresentarem, de um modo geral, uma única saída estável (i. e., o estado de repouso) e não efectuarem o bloqueio (i. e., não mantêm uma saída constante quando o relé deixa de receber energia). Para além disso, a mola exigida pelos relés micromagnéticos convencionais pode degradar-se ou partir-se ao longo do tempo.

Outro relé micromagnético é descrito na Patente U.S. N° 5847631 (patente '631) atribuída a Taylor et al, em 8 de Dezembro de 1998. 0 relé divulgado nesta patente inclui um íman permanente e um electroiman para gerar um campo magnético que, intermitentemente, se opõe ao campo gerado pelo íman permanente. 0 relé deve consumir energia no electroiman para manter, pelo menos, um dos estados de saída. Para além disso, a energia necessária para gerar o campo oposto deve ser significativa, fazendo com que não seja desejável utilizar o relé no espaço, em aparelhos electrónicos portáteis e noutras aplicações que exijam um baixo consumo energético. 2

Os elementos básicos de um interruptor de bloqueio biestável micromagnético incluem um íman permanente, um substrato, uma bobina e um braço encastrado feito, pelo menos parcialmente, com materiais magnéticos macios. Na sua configuração óptima, o iman permanente gera um campo magnético estático que é relativamente perpendicular ao plano horizontal do braço encastrado. No entanto, as linhas do campo magnético geradas por um iman permanente com uma forma regular típica (em disco, quadrado, etc.) não são, necessariamente, perpendiculares a um plano, especialmente na borda do íman. Então, qualquer componente horizontal do campo magnético devido ao íman permanente pode, ou eliminar um dos estados biestáveis, ou aumentar, numa grande quantidade, a corrente necessária para comutar o braço encastrado de um estado para o outro. 0 alinhamento cuidadoso do íman permanente relativamente ao braço encastrado, de modo a posicionar o braço encastrado no local correcto do campo magnético permanente (normalmente junto do centro), irá permitir biestabilidade e minimização da corrente de comutação. Não obstante, uma produção de elevado volume do interruptor pode ser difícil e dispendiosa se a tolerância dos erros de alinhamento for pequena. RUANA M ET AL: 'Latching microelectromagnetic relays’ TECHNICAL DIGEST. SOLID-STATE SENSOR AND ACTUATOR WORKSHOP, HILTON HEAD ISLAND, SC, USA, 4-8 DE JUNHO DE 2000, vol. A91, n° 3, páginas 346-350, XP002198784 Sensors and Actuators A (Physical), 15 de Julho de 2001, Elsevier, Suíça ISSN: 0924-4247 divulga um dispositivo de bloqueio biestável micromagnético compreendendo: um substrato; um elemento amovível suportado pelo referido substrato e tendo um material magnético e um eixo comprido; um primeiro íman que gera um primeiro campo magnético, que induz uma magnetização no referido material magnético, sendo 3 a referida magnetização caracterizada por um vector de magnetização que aponta numa direcção ao longo do referido eixo comprido do referido elemento amovível, em que o referido primeiro campo magnético é, aproximadamente, perpendicular a uma parte central principal do referido eixo comprido; e uma bobina que gera um segundo campo magnético para comutar o referido elemento amovível entre dois estados estáveis, em que se necessita apenas de uma aplicação temporária do referido segundo campo magnético para mudar a direcção do referido vector de magnetização, fazendo, desse modo, com que o referido elemento amovível efectue uma comutação entre os dois referidos estados estáveis. 0 que se pretende é um interruptor de bloqueio biestável com requisitos de alinhamento flexíveis em termos de íman permanente. Um interruptor deste tipo deverá ser fiável, simples, em termos de concepção, barato e fácil de fabricar, e deve ser útil quando aplicado em ambientes ópticos e/ou eléctricos.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Os interruptores de bloqueio biestáveis micromagnéticos da presente invenção podem ser utilizados numa pletora de produtos incluindo equipamentos domésticos e industriais, aparelhos electrónicos de consumo, hardware militar, dispositivos médicos e veículos de todos os tipos, só para mencionar algumas vastas categorias de artigos. Os interruptores de bloqueio biestáveis micromagnéticos da presente invenção têm as vantagens de serem compactos, do seu fabrico ser simples, e de terem um bom desempenho a altas frequências, pelo que se prestam a serem 4 utilizados em muitas aplicações inovadoras em muitas aplicações de RF. A presente invenção refere-se a um dispositivo de bloqueio biestável micromagnético, em que o dispositivo, ou interruptor, compreende um substrato tendo um elemento amovível suportado pelo mesmo. 0 elemento amovível, ou braço encastrado, tem um eixo comprido e um material magnético. 0 dispositivo também tem um primeiro e segundo imanes que, em conjunto, geram um primeiro campo magnético, que induz uma magnetização no material magnético. A magnetização é caracterizada por um vector de magnetização que aponta numa direcção ao longo do referido eixo comprido do referido elemento amovível, em que o primeiro campo magnético é, aproximadamente, perpendicular a uma parte central principal do eixo comprido. 0 dispositivo também possui uma bobina que gera um segundo campo magnético para comutar o elemento amovível entre dois estados estáveis, em que uma aplicação temporária do segundo campo magnético altera a direcção do vector de magnetização, fazendo, desse modo, com que o referido elemento amovível efectue uma comutação entre os dois estados estáveis.

Numa forma de realização, o primeiro íman é um íman permanente que é sensivelmente planar e sensivelmente paralelo ao substrato.

Noutra forma de realização, o primeiro e segundo imanes são imanes permanentes que são sensivelmente planares e sensivelmente paralelos ao substrato. Nesta forma de realização, o elemento amovível e o substrato estão situados entre o primeiro e o segundo imanes. 5

Noutra forma de realização, o segundo íman é uma camada de permalloy que é sensivelmente planar e sensivelmente paralela ao substrato.

Ainda noutra forma de realização, a camada de permalloy está situada entre o substrato e o elemento amovível.

Também noutra forma de realização, a camada de permalloy está situada num lado oposto do substrato relativamente a um lado do substrato que suporta o elemento amovível.

Numa outra forma de realização, o elemento amovível está situado entre a camada de permalloy e o substrato, e o íman permanente está situado num lado oposto do substrato relativamente a um lado do substrato que suporta o elemento amovível.

Noutra forma de realização, o íman permanente está situado num lado oposto do substrato relativamente a um lado do substrato que suporta o elemento amovível.

Também noutra forma de realização, o dispositivo compreende ainda uma segunda camada de permalloy situada num lado oposto do substrato relativamente a um lado do substrato que suporta o elemento amovível.

Ainda noutra forma de realização, o elemento amovível está situado entre a camada de permalloy e o íman permanente.

Noutra forma de realização, o elemento amovível está situado entre o substrato e o íman permanente. 6

Ainda noutra forma de realização, o dispositivo compreende ainda uma segunda camada de permalloy situada entre o íman permanente e o elemento amovível.

Noutra forma de realização, o dispositivo compreende ainda uma segunda camada de permalloy situada num lado superior do íman permanente.

Ainda noutra forma de realização, o substrato compreende estruturas salientes que suportam o elemento amovível.

Noutra forma de realização, o dispositivo compreende ainda um par de planos de terra que colocam entre si o elemento amovível.

Ainda noutra forma de realização, a camada de permalloy compreende secções discretas de material magnético macio alternadas com secções de material não magnético, em que as secções alternadas estão situadas ao longo do eixo comprido.

Noutra forma de realização, a segunda camada de permalloy compreende secções discretas de material magnético macio alternadas com secções de material não magnético, em que as secções alternadas estão situadas ao longo do eixo comprido.

Também noutra forma de realização, o dispositivo compreende ainda múltiplos elementos amovíveis suportados pelo substrato.

Ainda noutra forma de realização, o dispositivo compreende ainda múltiplos elementos amovíveis suportados pelo substrato. 7

Noutra forma de realização, o dispositivo compreende ainda múltiplos elementos amovíveis suportados pelo substrato e em que a camada de permalloy compreende múltiplas secções espaçadas lateralmente, estando secções individuais de entre as secções espaçadas lateralmente alinhadas de um modo flexível com um elemento amovível correspondente de entre os múltiplos elementos amovíveis.

Ainda noutra forma de realização, o dispositivo compreende ainda múltiplos elementos amovíveis suportados pelo substrato, e em que o íman permanente compreende múltiplas secções espaçadas lateralmente, estando secções individuais de entre as secções espaçadas lateralmente alinhadas de um modo flexível com um elemento amovível correspondente de entre os múltiplos elementos amovíveis.

Também noutra forma de realização, o dispositivo compreende ainda múltiplos elementos amovíveis suportados pelo substrato, e em que o íman permanente compreende múltiplas primeiras secções espaçadas lateralmente, estando secções individuais de entre as primeiras secções espaçadas lateralmente alinhadas de um modo flexível com um elemento amovível correspondente de entre os múltiplos elementos amovíveis, e em que o íman permanente compreende múltiplas segundas secções espaçadas lateralmente, estando secções individuais de entre as segundas secções espaçadas lateralmente alinhadas de um modo flexível com um elemento amovível correspondente de entre os múltiplos elementos amovíveis.

Noutra forma de realização, o dispositivo compreende ainda múltiplos elementos amovíveis suportados pelo substrato.

Ainda noutra forma de realização, o dispositivo compreende ainda múltiplos elementos amovíveis suportados pelo substrato e em que a camada de permalloy compreende múltiplas secções espaçadas lateralmente, estando secções individuais de entre as secções alinhadas de um modo flexível com um elemento amovível correspondente de entre os múltiplos elementos amovíveis.

Noutra forma de realização, o dispositivo compreende ainda múltiplos elementos amovíveis suportados pelo substrato, e em que o íman permanente compreende múltiplas secções espaçadas lateralmente, estando secções individuais de entre as secções alinhadas de um modo flexível com um elemento amovível correspondente de entre os múltiplos elementos amovíveis.

Também noutra forma de realização, o dispositivo compreende ainda múltiplos elementos amovíveis suportados pelo substrato, e em que o íman permanente compreende múltiplas primeiras secções espaçadas lateralmente, estando secções individuais de entre as primeiras secções alinhadas de um modo flexível com um elemento amovível correspondente de entre os múltiplos elementos amovíveis, e em que o íman permanente compreende múltiplas segundas secções espaçadas lateralmente, estando secções individuais de entre as segundas secções alinhadas de um modo flexível com um elemento amovível correspondente de entre os múltiplos elementos amovíveis.

Numa outra forma de realização, a bobina compreende uma configuração "em forma de S". Em alternativa, a bobina compreende uma única linha de bobina.

Ainda noutra forma de realização, o material magnético compreende uma permalloy. Ainda para além disso, a permalloy 9 pode compreender múltiplas tiras no elemento amovível, estando estas alinhadas em paralelo com o eixo comprido.

Numa outra forma de realização, o primeiro e segundo imanes são imanes permanentes que estão situados no substrato, e o elemento amovível está situado entre o primeiro e segundo imanes permanentes, tendo, cada um de entre o primeiro e segundo imanes permanentes, um eixo comprido respectivo paralelo ao eixo comprido do eléctrico amovível, em que a comutação entre os dois estados estáveis faz com que o elemento amovível se desloque num plano sensivelmente paralelo ao substrato.

Noutra forma de realização, a bobina está situada num lado oposto do elemento amovível, relativamente a um lado do mesmo que é suportado pelo substrato.

Ainda noutra forma de realização, o dispositivo compreende ainda camadas de permalloy situadas de modo perpendicular ao substrato e espaçadas lateralmente do elemento amovível.

Também noutra forma de realização, o dispositivo inclui ainda uma camada tampão situada entre a camada de permalloy e o substrato.

Noutra forma de realização, o material magnético compreende uma liga permalloy tendo uma camada reflectora na mesma, em que o dispositivo funciona como um interruptor óptico quando a luz colide na camada reflectora, pelo que a comutação do elemento amovível entre os dois estados estáveis faz com que a luz que colide na camada seja reflectida para uma de, pelo menos, duas direcções diferentes. 10

Em alternativa, o material magnético compreende uma liga de permalloy tendo uma camada reflectora na mesma, e tendo o íman permanente uma fenda situada próxima da camada reflectora, em que o dispositivo funciona como um interruptor óptico quando a luz atravessa a fenda e colide com a camada reflectora, pelo que a comutação do elemento amovivel entre os dois estados estáveis faz com que a luz que colide na camada seja reflectida para uma de, pelo menos, duas direcções diferentes e retorne através da fenda.

Noutra forma de realização, o dispositivo inclui um iman cilíndrico tendo um eixo central, que envolvente lateralmente o elemento amovível, de modo a que o eixo central atravesse uma parte central do elemento amovível e seja perpendicular ao substrato. 0 íman cilíndrico gera um primeiro campo magnético que induz uma magnetização no material magnético, sendo a magnetização caracterizada por um vector apontando numa direcção ao longo do eixo comprido do elemento amovível, em que o primeiro campo magnético é, aproximadamente, perpendicular a uma parte central principal do eixo comprido. Nesta forma de realização, existe uma bobina que gera um segundo campo magnético para comutar o elemento amovível entre dois estados estáveis, em que a aplicação temporária do segundo campo magnético altera a direcção do vector de magnetização fazendo, desse modo, com que o elemento amovível efectue uma comutação entre os dois estados estáveis.

Ainda noutra forma de realização, o dispositivo compreende ainda uma primeira camada de permalloy situada num lado oposto do substrato relativamente a um lado do substrato que suporta o elemento amovível, e uma segunda camada de permalloy situada num 11 lado oposto do elemento amovível relativamente a um lado do mesmo que é suportado pelo substrato.

Estes e outros objectivos, vantagens e características irão ser facilmente compreendidos considerando a descrição pormenorizada que se segue da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

As características e vantagens da presente invenção irão ser melhor compreendidas a partir da descrição pormenorizada apresentada em seguida quando feita em associação com os desenhos nos quais números de referência idênticos indicam elementos idênticos ou com funções idênticas. Além disso, o dígito mais à esquerda de um número de referência identifica o desenho no qual o número de referência aparece em primeiro lugar.

As FIGs. IA e 1B são vistas lateral e de topo, respectivamente, de uma forma de realização exemplificativa de um interruptor. A FIG. 2 ilustra o principio por meio do qual a biestabilidade é produzida. A FIG. 3 ilustra as condições limite no campo (H) magnético numa fronteira entre dois materiais com permeabilidade diferente (ml»m2) . A FIG. 4 mostra a simulação em computador de distribuições de fluxo magnético de acordo com a presente invenção. 12

As FIGs. 5A-C mostram componentes (Bx) horizontais extraídos do fluxo magnético na FIG. 4.

As FIGs. 6A e 6B mostram uma vista de topo e uma vista lateral, respectivamente, de um interruptor 600 de bloqueio biestável micromagnético com um alinhamento flexível do íman permanente de acordo com uma vertente da presente invenção.

As FIGs. 7 e 8 mostram outras formas de realização do interruptor de bloqueio biestável micromagnético de acordo com a presente invenção.

As FIGs. 9A e 9B mostram uma vista de topo e uma vista lateral, respectivamente, de um interruptor de bloqueio biestável micromagnético da presente invenção com características suplementares. A FIG. 10 mostra um interruptor de bloqueio biestável micromagnético com uma camada tampão de acordo com a presente invenção. A FIG. 11 mostra um interruptor de bloqueio biestável micromagnético com uma liga de permalloy colocada sob o substrato fino de acordo com a presente invenção.

As FIGs. 12 e 17 mostram um interruptor de bloqueio biestável micromagnético do tipo que tem uma extremidade fixada (ou trampolim) de acordo com a presente invenção.

As FIGs. 13A e 13B mostram uma vista em topo e uma vista lateral, respectivamente, de um interruptor 1300 de bloqueio 13 biestável micromagnético com dois imanes permanentes de acordo com a presente invenção. A FIG. 13c mostra uma forma de realização com um iman permanente e uma camada magnética macia com múltiplas secções que formam o dipólo magnético, de acordo com a presente invenção. A FIG. 13D mostra uma forma de realização com duas camadas magnéticas de elevada permeabilidade e dois imanes permanentes de acordo com a presente invenção.

As FIGs. 14A-C mostram resultados de simulações que confirmam a utilidade dos dipólos magnéticos na produção de campos magnéticos uniformes de acordo com a presente invenção.

As FIGs. 15A e 15B mostram uma vista de topo e uma vista lateral, respectivamente, de outro interruptor 1500 de bloqueio biestável micromagnético de acordo com a presente invenção. A FIG. 16 é uma vista lateral de uma forma de realização diferente de um interruptor de bloqueio biestável micromagnético unipolar de duas direcções com uma bobina "em forma em S" de acordo com a presente invenção.

As FIGs. 18A-D mostram uma forma de realização que incorpora linhas de transmissão preparadas para transmitir sinais de radiofrequência (RF) de acordo com a presente invenção.

As FIGs. 19A-D mostram outra forma de realização que incorpora linhas de transmissão preparadas para transmitir 14 sinais de radiofrequência (RF) de acordo com a presente invenção.

As FIGs. 20-29 mostram várias formas de realização de matrizes de interruptores de bloqueio biestáveis micromagnéticos de acordo com a presente invenção.

As FIGs. 30A e 30B mostram uma vista de topo e uma vista a partir da extremidade, respectivamente, de ainda outra forma de realização do interruptor de bloqueio biestável micromagnético de acordo com a presente invenção, sendo que, neste caso, o braço encastrado se move na lateral em vez de para cima e para baixo. A FIG. 31 mostra outra forma de realização do interruptor de bloqueio biestável micromagnético de acordo com a presente invenção.

As FIGs. 32A e 32B mostram uma vista de topo e uma vista lateral, respectivamente, de uma forma de realização para integrar o interruptor de bloqueio biestável micromagnético com outros dispositivos e circuitos de semicondutores activos/passivos, em conjunto com os imanes permanentes de acordo com a presente invenção.

As FIGs. 33-35 mostram ainda outro método para fabricar interruptores de bloqueio biestáveis micromagnéticos RF MEMS utilizando uma arquitectura CPW de acordo com a presente invenção. 15 A FIG. 34 mostra um método para flexibilizar a tolerância de alinhamento do interruptor CPW da FIG. 33 de acordo com a presente invenção. A FIG. 35 mostra uma camada dieléctrica planar utilizada para separar o condutor de topo do plano horizontal subjacente de acordo com a presente invenção.

As FIGs. 36A e 36B mostram uma vista de topo e vista lateral, respectivamente, de um interruptor óptico com um iman permanente situado no fundo do substrato de acordo com a presente invenção.

As FIGs. 37A-D mostram outra forma de realização de um interruptor óptico, que inclui um iman permanente de topo de acordo com a presente invenção.

As FIGs. 38A-B mostram ainda outra forma de realização de um interruptor óptico de acordo com a presente invenção. DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA INVENÇÃO Introdução

Deve compreender-se que as implementações particulares aqui mostradas e descritas são exemplos da invenção e não se destinam, em qualquer situação, a limitar o âmbito da presente invenção. De facto, por uma questão de brevidade, os circuitos electrónicos convencionais, fabrico, tecnologias MEMS e outras vertentes funcionais dos sistemas (e componentes dos componentes individuais de funcionamento dos sistemas) podem não ser aqui 16 descritos de modo pormenorizado. Para além disso, por questões de brevidade, a invenção é, frequentemente, aqui descrita como pertencendo a um relé trabalhado microelectronicamente a utilizar em sistemas eléctricos ou electrónicos. Deve compreender-se que se poderiam utilizar muitas outras técnicas de fabrico para criar os relés aqui descritos, e que as técnicas aqui descritas poderiam ser utilizadas em relés mecânicos, relés ópticos ou quaisquer outros dispositivos de comutação. Além disso, as técnicas seriam adequadas à aplicação em sistemas eléctricos, sistemas ópticos, aparelhos electrónicos de consumo, aparelhos electrónicos industriais, sistemas sem fios, aplicações espaciais, ou em quaisquer outras aplicações.

Os termos chip, circuito integrado, dispositivo monolítico, dispositivo semicondutor e dispositivo microelectrónico, são, frequentemente, utilizados neste campo, de modo intermutável. A presente invenção é aplicável a todos os elementos supracitados, tal como são, de um modo geral, compreendidos neste campo.

Os termos linha metálica, linha de interligação, traço, fio, condutor, percurso de sinal, e meio de sinalização estão todos relacionados. Os termos relacionados supracitados são, de um modo geral, intermutáveis, e aparecem, por ordem, de específicos para o geral. Neste campo, as linhas metálicas são designadas, algumas vezes, como traços, fios, linhas, interligação ou, simplesmente, metal. As linhas metálicas, de um modo geral, em alumínio (Al), cobre (Cu) ou numa liga de AI e Cu, são condutores que proporcionam percursos de sinal para acoplamento ou interligação de circuitos eléctricos. Nos dispositivos microelectrónicos existem condutores disponíveis para além dos metálicos. Os materiais, tais como silício policristalino dopado, silício monocristalino dopado (sendo a 17 dopagem designada, frequentemente e simplesmente, por difusão, independentemente dessa dopagem ser conseguida por difusão térmica ou implantação iónica), titânio (Ti), molibdénio (Mo) e metais refractários de sacrifício são exemplos de outros condutores.

Os termos contacto e via, referem-se, ambos, a estruturas para a conexão eléctrica de condutores provenientes de diferentes níveis de interligação. Estes termos são utilizados, algumas vezes, na técnica para descrever, quer uma abertura num isolador, na qual a estrutura será finalizada, quer na própria estrutura finalizada. No que se refere a este documento, contacto e via referem-se à estrutura finalizada. 0 termo vertical, conforme aqui utilizado, significa sensivelmente ortogonal à superfície de um substrato. Para além disso, deve compreender-se que as descrições espaciais (e. g., "acima", "abaixo", "em cima", "em baixo", "topo", "fundo", etc.) aqui efectuadas se destinam apenas a fins ilustrativos, e que os relés de bloqueio biestáveis a implementar na prática podem estar dispostos espacialmente com uma qualquer orientação ou modo. 0 interruptor de bloqueio biestável micromagnético supracitado está ainda descrito nas publicações internacionais de patente WO0157899 (intitulada Electronically Switching Latching Micro-magnetic Relay And Method of Operating Same), e WO0184211 (intitulada Electronically Micro-magnetic Latching switches and Method of Operating Same), atribuídas a Shem et al. Estas publicações de patente proporcionam um antecedente exaustivo no que se refere a interruptores de bloqueio biestáveis micromagnéticos. Para além disso, os pormenores dos 18 interruptores divulgados nos documentos WO0157899 e WO0184211 são aplicáveis na implementação das formas de realização do interruptor da presente invenção conforme descrito em seguida.

Visão Genérica de um Interruptor de Bloqueio Biestável

As FIGs IA e 1B mostram vistas de topo e lateral, respectivamente, de um interruptor de bloqueio biestável. Os termos interruptor e dispositivo são aqui utilizados de um modo intermutável para descrever a estrutura da presente invenção. No que se refere às FIGs. IA e 1B, um interruptor 100 de bloqueio biestável exemplificativo inclui, adequadamente, um iman 102, um substrato 104, uma camada 106 de isolamento que aloja um condutor 114, um contacto 108 e um braço 112 encastrado (elemento amovível) posicionado ou suportado por cima do substrato por meio de uma camada 110 que funciona como plataforma. O iman 102 é um tipo de iman qualquer, tal como um iman permanente, um electroíman, ou qualquer outro tipo de iman apto a gerar um campo H0 134 magnético, conforme descrito mais em pormenor em seguida. A título de exemplo e não limitativo, o iman 102 pode ser um iman cujo modelo é ο 59-P09213T001, disponível na firma Dexter Magnetic Technologies de Fremont,

Califórnia, embora se pudessem utilizar outros tipos de imanes. O campo 134 magnético pode ser gerado de qualquer modo e com qualquer magnitude, tal como desde cerca de 1 Oersted até 104 Oersted ou mais. A intensidade do campo depende da força necessária para manter o braço encastrado num dado estado e, por esse motivo, está dependente da implementação. Na forma de realização exemplificativa mostrada na FIG. 1, o campo H0 134 19 magnético pode ser gerado de um modo aproximadamente paralelo ao eixo dos Z e ter uma magnitude da ordem dos cerca de 370 Oersted, embora outras formas de realização utilizem orientações e magnitudes variáveis para o campo 134 magnético. Em várias formas de realização, pode utilizar-se um único iman 102 em associação com uma série de relés 100 partilhando um substrato 104 comum. O substrato 104 é formado por qualquer tipo de material de substrato, tal como silício, arsenieto de gálio, vidro, plástico, metal ou qualquer outro material de substrato. Em várias formas de realização, o substrato 104 pode ser revestido por um material de isolamento (tal como um óxido) e moldado, ou trabalhado de qualquer outro modo, para ficar plano. Em várias formas de realização, uma série de relés 100 de bloqueio bioestáveis podem partilhar um único substrato 104. Em alternativa, outros dispositivos (tais como transístores, díodos, ou outros dispositivos electrónicos) podem ser formados no substrato 104 em conjunto com um ou mais relés 100 utilizando, por exemplo, técnicas de fabrico convencionais de circuitos integrados. Em alternativa, o iman 102 pode ser utilizado como um substrato e os componentes suplementares discutidos em seguida podem ser formados directamente no iman 102. Nessas formas de realização, um substrato 104 separado pode não ser necessário. A camada 106 de isolamento é formada por qualquer material, tal como óxido ou outro isolador, tal como um isolador de película fina. Numa forma de realização exemplificativa, a camada de isolamento é formada por material Probimide 7510. A camada 106 de isolamento aloja, adequadamente, o condutor 114. Nas FIGs. IA e 1B mostra-se que o condutor 114 é um único 20 condutor tendo duas extremidades 126 e 128 configuradas como uma bobina. Formas de realização alternativas do condutor 114 utilizam um único ou múltiplos segmentos de condução configurados com um padrão qualquer, tal como um padrão sinuoso, padrão em serpentina, padrão aleatório, ou qualquer outro padrão. 0 condutor 114 é formado por qualquer material apto a conduzir electricidade, tal como ouro, prata, cobre, aluminio, metal ou afins. Quando o condutor 114 conduz electricidade, gera-se um campo magnético em torno do condutor 114 conforme discutido de modo mais pormenorizado em seguida. 0 braço 112 encastrado (elemento amovível) é um qualquer induzido, extensão, afloramento ou elemento apto a ser afectado por força magnética. Na forma de realização mostrada na FIG. IA, o braço 112 encastrado inclui, adequadamente, uma camada 118 magnética e uma camada 120 condutora. A camada 118 magnética pode ser formulada com permalloy (tal como uma liga de NiFe) ou em qualquer outro material magneticamente sensível. A camada 120 condutora pode ser formulada com ouro, prata, cobre, alumínio, metal ou qualquer outro material condutor. Em várias formas de realização, o braço 112 encastrado exibe dois estados correspondentes ao facto do relé 100 estar "aberto" ou "fechado", conforme se descreve em seguida de um modo mais pormenorizada. Em muitas formas de realização, diz-se que o relé 100 está "fechado" quando uma camada 120 condutora conecta a camada 110 de plataforma ao contacto 108. Inversamente, pode dizer-se que o relé está "aberto" quando o braço 112 encastrado não estabelece um contacto eléctrico com o contacto 108. Dado que o braço 112 encastrado se pode mover, fisicamente, de modo a estabelecer ou não contacto com o contacto 108, várias formas de realização do braço 112 encastrado irão ser construídas de modo a serem flexíveis para que o braço 112 encastrado se possa 21 dobrar conforme apropriado. A flexibilidade pode ser criada ao variar a espessura do braço encastrado (ou das suas várias camadas componentes), ao criar um efeito padrão ou, de outro modo, perfurar ou cortar o braço encastrado, ou ao utilizar materiais cada vez mais flexíveis.

Em alternativa, o braço 112 encastrado pode ser construído de modo a ser "articulado" (tal como o descrito em seguida em associação com a FIG. 2) . Embora as dimensões do braço 112 encastrado possam, obviamente, variar de modo dramático de implementação para implementação, um braço 112 encastrado exemplificativo adequado à utilização num relé 100 micromagnético pode ter um comprimento da ordem dos 10-1000 mícrones, uma espessura de 1-40 mícrones e uma largura de 2-600 mícrones. Um braço encastrado exemplificativo de acordo com a forma de realização mostrada na FIG. 1 pode, por exemplo, ter dimensões de cerca de 600 mícrones x 10 mícrones x 50 mícrones, ou 1000 mícrones x 600 mícrones x 25 mícrones, ou quaisquer outras dimensões adequadas. O contacto 108 e a camada 110 de plataforma estão colocados na camada 106 de isolamento, conforme apropriado. Em várias formas de realização, a camada 110 de plataforma suporta o braço 112 encastrado por cima da camada 106 de isolamento, criando um intervalo 116 que pode ser vácuo ou pode ser preenchido com ar ou outro gás ou líquido, tal como óleo. Embora o tamanho do intervalo 116 varie enormemente com implementações diferentes, um intervalo 116 exemplificativo pode andar na ordem dos 1-100 mícrones, tal como cerca de 20 mícrones. O contacto 108 pode receber o braço 112 encastrado quando o relé 100 se encontra num estado fechado, conforme descrito em seguida. O contacto 108 e a camada 110 de plataforma podem ser formados por qualquer 22 material condutor, tal como ouro, liga de ouro, prata, cobre, alumínio, metal ou afins. Em várias formas de realização, o contacto 108 e camada 110 de plataforma são formados por materiais condutores idênticos, e considera-se que o relé está "fechado" quando o braço 112 encastrado fecha um circuito entre a camada 110 de plataforma e o contacto 108. Nalgumas formas de realização em que o braço 112 encastrado não conduz electricidade, a camada 110 de plataforma pode ser formulada com material não condutor, tal como material em Probimide, óxido ou qualquer outro material. Além disso, formas de realização alternativas podem não precisar da camada 110 de plataforma se o braço 112 encastrado for suportado, de outro modo, por cima da camada 106 de isolamento.

Principio de Funcionamento de um Interruptor de Bloqueio Biestável Micromagnético

Quando está na posição "em baixo", o braço encastrado estabelece um contacto eléctrico com o condutor do fundo, e o interruptor está "activo" (também denominado estado "fechado"). Quando a extremidade do contacto está "em cima", o interruptor está "desactivado" (também denominado estado "aberto"). Estes dois estados estáveis dão origem à função de comutação por meio do elemento amovível constituído por um braço encastrado. O íman permanente mantém o braço encastrado, ou na posição "em cima" ou "em baixo", depois da comutação, fazendo com que o dispositivo se comporte como um interruptor de bloqueio biestável. Faz-se passar uma corrente através da bobina (e. g., a bobina é excitada) apenas durante um curto (temporário) período de tempo para efectuar a transição entre os dois estados. 23 (i) Método para Produzir Biestabilidade 0 princípio pelo qual se produz biestabilidade está ilustrado no que se refere à FIG. 2. Quando o comprimento L de um braço 102 encastrado em permalloy é muito maior do que a sua espessura t e largura (w, não mostrada) , a direcção ao longo do seu eixo L comprido torna-se a direcção preferida para magnetização (também chamado o "eixo fácil"). Quando uma parte central principal do braço encastrado é colocada num campo magnético permanente e uniforme, exerce-se um binário sobre o braço encastrado. O binário pode ser, ou no sentido horário ou anti-horário, dependendo da orientação inicial do braço encastrado relativamente ao campo magnético. Quando o ângulo (a) entre o eixo (ξ) do braço encastrado e o campo (H0) externo é inferior a 90°, o binário exerce-se no sentido anti-horário; e quando α é superior a 90°, o binário exerce-se no sentido horário. O binário bidireccional surge devido â magnetização bidireccional (i. e.f um vector "m" de magnetização aponta numa direcção ou noutra direcção, conforme mostrado na FIG. 2) do braço encastrado (m aponta da esquerda para a direita quando a<90°, e da direita para a esquerda quando a>90°). Devido ao binário, o braço encastrado tende a alinhar-se com o campo (Ho) magnético externo. No entanto, quando uma força mecânica (tal como o binário elástico do braço encastrado, um batente físico, etc.) impede o realinhamento total com H0, ficam disponíveis duas posições estáveis ("em cima" e "em baixo"), o que constitui a base do bloqueio biestável no interruptor. 24 (ii) Comutação Eléctrica

Se a magnetização bidireccional ao longo do eixo fácil do braço encastrado que resulta do H0 puder ser, momentaneamente, invertida pela aplicação de um segundo campo magnético para vencer a influência do (H0), então, é possível obter um relé de bloqueio biestável passível de ser comutado. Este cenário é conseguido pelo posicionamento de uma bobina planar sob ou sobre o braço encastrado para gerar o campo de comutação temporário exigido. Escolheu-se a geometria planar da bobina devido ao facto de ser fácil de fabricar, embora também fosse possível utilizar outras estruturas (tais como um tipo tridimensional envolvente). As linhas do campo (Hcoil) magnético geradas por um curto impulso de corrente circulam em torno da bobina. É, principalmente, o componente ξ (ao longo do braço encastrado, vide FIG. 2) deste campo que é utilizado para reorientar a magnetização (vector "m" de magnetização) no braço encastrado. 0 sentido da corrente da bobina determina que tipo de componente ξ, positivo ou negativo, é gerado. Podem utilizar-se múltiplas bobinas. Depois da comutação, o campo magnético permanente mantém o braço encastrado neste estado até que se ocorra o evento de comutação seguinte. Dado que o componente ξ do campo (Hcoil-ξ) gerado pela bobina só precisa de ser, momentaneamente, maior do que o componente ξ [H(^~H0cos(α)=H0sen (φ), α=90°-φ] do campo magnético permanente, e φ é, tipicamente, muito pequena (e. g., < 5o), a corrente e energia de comutação podem ser muito pequenas, o que é um aspecto importante na concepção de micro-relés. 0 princípio de funcionamento pode ser resumido do seguinte modo: Um braço encastrado em permalloy num campo magnético uniforme (na prática, o campo pode ser aproximadamente uniforme) 25 pode ter um binário no sentido horário ou anti-horário consoante o ângulo entre o seu eixo comprido (eixo L fácil) e o campo. É possível a existência de dois estados biestáveis quando outras forças conseguem equilibrar o binário. Uma bobina pode gerar um campo magnético momentâneo para comutar a orientação de magnetização (vector m) ao longo do braço encastrado e, deste modo, efectuar a comutação do braço encastrado entre dois estados.

Alinhamento Flexibilizado de imanes

Para resolver o problema da flexibilização dos requisitos de alinhamento dos imanes, os inventores desenvolveram uma técnica para criar campos magnéticos perpendiculares numa região relativamente grande em torno do braço encastrado. A invenção baseia-se no facto das linhas do campo magnético, num meio de fraca permeabilidade (e. g., ar), serem, basicamente, perpendiculares à superfície de um material com uma permeabilidade muito elevada (e. g., materiais facilmente magnetizáveis, tais como permalloy) . Quando o braço encastrado é colocado na proximidade de uma superfície destas, e o plano horizontal do braço encastrado está paralelo à superfície do material de permeabilidade elevada, os objectivos supracitados podem ser, pelo menos parcialmente, conseguidos. 0 esquema genérico é descrito em seguida, acompanhado por formas de realização ilustrativas da invenção.

As condições limite para a densidade (B) de fluxo magnético e campo (H) magnético estão de acordo com as seguintes relações: B2 . n=Bi. η, B2xn= (μ2/μι) Bixn 26 Η2χη=Ηι. η Η2.η=(μ2/μι)Ηι.η,

Se μι»μ2, a componente normal de H2 é muito maior do que a componente normal de Hi, conforme mostrado na FIG. 3. No limite (μ2/μι)·^ o campo H2 magnético é normal à superfície de fronteira, independentemente da direcção de Hi (excepto o caso excepcional de Hi ser exactamente paralelo à interface). Se o segundo meio for ar (μ2=1) , então B2= μοΗ2, para que as linhas B2 de fluxo também sejam perpendiculares à superfície. Esta propriedade é utilizada para gerar campos magnéticos que sejam perpendiculares ao plano horizontal do braço encastrado num interruptor de bloqueio biestável micromagnético e para flexibilizar os requisitos de alinhamento de imanes permanentes. A FIG. 4A e 4B mostram a simulação em computador de distribuições de fluxo (B) magnético. Como se pode ver, sem a camada (a) magnética de elevada permeabilidade, as linhas de fluxo são menos perpendiculares relativamente ao plano horizontal, o que dá origem a uma componente horizontal (x). As linhas de fluxo magnético são, aproximadamente, perpendiculares ao plano horizontal numa região relativamente grande quando se introduz uma camada magnética de elevada permeabilidade com a sua superfície paralela ao plano (b) horizontal. A região indicada pela caixa com linhas tracejadas irá ser o local preferido do interruptor com o plano horizontal do braço encastrado paralelo ao eixo (x) horizontal.

As FIGs. 5A-C mostram as componentes (Bx) horizontais extraídas do fluxo magnético ao longo de linhas de corte em várias alturas (y=—75 mm, -25 mm, 25 mm ...) . De cima para baixo (al-bl-cl) , as figuras do lado direito correspondem ao caso (a) um só íman permanente, (b) um íman permanente com uma camada 27 magnética de elevada permeabilidade (espessura t = 100 mm) , e outro caso em que a espessura da camada magnética de elevada permeabilidade é t = 25 mm. Em (al), sem a camada magnética de elevada permeabilidade, pode ver-se que Bx se afasta rapidamente em crescendo do centro. Em (bl), Bx é reduzido relativamente a (al), devido à utilização da camada magnética de elevada permeabilidade. Uma camada (cl) magnética de elevada permeabilidade mais fina é menos eficiente que a (bl) mais espessa.

Esta propriedade, do campo magnético ser normal à superfície limite de um material de elevada permeabilidade, e da colocação do braço encastrado (magnético macio) com o seu plano horizontal paralelo à superfície do material de elevada permeabilidade, pode ser utilizada em muitas configurações diferentes para flexibilizar o requisito de alinhamento dos imanes permanentes.

As FIGs. 6A e 6B mostram uma vista de topo e uma vista lateral, respectivamente, de um interruptor 600 de bloqueio biestável micromagnético com um alinhamento de íman permanente flexibilizado de acordo com uma vertente da presente invenção. Nesta forma de realização, utilizam-se duas camadas magnéticas de elevada permeabilidade para auxiliar o alinhamento magnético quando se fabrica o interruptor de bloqueio biestável micromagnético. 0 interruptor compreende os seguintes elementos básicos: uma primeira camada 602 magnética de elevada permeabilidade, substrato 604, uma segunda camada 606 magnética de elevada permeabilidade, camadas 608 e 610 dieléctricas, uma bobina 612 helicoidal, um condutor 614 de fundo, unidade 616 de braço encastrado (com, pelo menos, uma camada 618 magnética macia e outra mola 620 de torção condutora e/ou de suporte) , e 28 uma camada 622 magnética permanente de topo com uma orientação de magnetização vertical. As superfícies do íman 622 permanente e as camadas 602 e 606 magnéticas de elevada permeabilidade são, de um modo preferido, todas paralelas ao plano 630 horizontal do braço 616 encastrado para que a componente horizontal do campo magnético gerado por 622 seja bastante reduzida junto ao braço 616 encastrado. Em alternativa, pode utilizar-se uma única camada (602 ou 606) magnética macia. A FIG. 7 mostra outra forma de realização do interruptor de bloqueio biestável micromagnético. Nesta forma de realização, utilizam-se duas camadas magnéticas de elevada permeabilidade para auxiliar o alinhamento magnético quando se fabrica o interruptor de bloqueio biestável micromagnético. O interruptor compreende os elementos básicos idênticos, conforme mostrado na FIG. 6. 0 que difere esta forma de realização da da FIG. 6, é que a segunda camada 702 magnética de elevada permeabilidade é colocada logo por baixo do íman 622 permanente de topo. De novo, e de um modo preferido, as superfícies do íman 622 permanente e das camadas 602 e 702 magnéticas de elevada permeabilidade são todas paralelas ao plano 630 horizontal do braço 616 encastrado para que a componente horizontal do campo magnético gerado por 622 seja bastante reduzida junto ao braço 616 encastrado. A FIG. 8 mostra outra forma de realização do interruptor de bloqueio biestável micromagnético. Nesta forma de realização, várias camadas 602, 802, 804 e 806 magnéticas de elevada permeabilidade são colocadas em torno do íman 622 permanente e do interruptor em forma de braço encastrado numa configuração que forma um circuito magnético fechado. A camada 302 magnética de elevada permeabilidade de fundo ajuda a reduzir a componente de campo horizontal junto ao braço 616 encastrado, e as camadas 29 802, 804 e 806 filtram o campo externo e melhoram a intensidade do campo magnético interno.

Os casos anteriores são proporcionados como exemplos para ilustrar a utilização de materiais magnéticos de elevada permeabilidade em combinação com imanes permanentes para gerar campos magnéticos perpendiculares ao plano horizontal do braço encastrado dos interruptores de bloqueio biestáveis micromagnéticos. Podem conceber-se diferentes variações (múltiplas camadas, colocações diferentes, etc.) com base neste principio para conseguir alcançar o objectivo de flexibilização do alinhamento do iman permanente com o braço encastrado para fazer com que o interruptor seja biestável (bloqueio biestável) e fácil (corrente de baixa intensidade) de comutar de um estado para outro.

Noutra forma de realização da presente invenção, o sistema do interruptor compreende braços encastrados micromagnéticos, electroimanes (bobinas em forma de S ou com uma única linha), camada magnética permanente e magnética macia em paralelo para proporcionar uma distribuição de campo magnético aproximadamente uniforme, esquemas unipolares de duas direcções (SPDT) e estruturas de linhas de transmissão para transmissões de sinais em radiofrequência.

As FIGs. 9A e 9B mostram uma vista de topo e uma vista lateral, respectivamente, de um interruptor de bloqueio biestável micromagnético com caracteristicas adicionais da presente invenção. 0 interruptor 900 compreende os seguintes elementos básicos: um braço encastrado fabricado em material magnético macio (e. g., permalloy) e uma camada condutora, articulações (mola de torção) de suporte do braço encastrado, 30 contactos de fundo que funcionam como as linhas de sinal, uma bobina condutora planar "em forma de S", uma camada de permalloy (ou outro material magnético macio) no substrato (que é, normalmente, silicio, GaAs, vidro, etc.), e um iman permanente de fundo (e. g., Neodimio) fixado ao fundo do substrato. 0 iman pode ser colocado ou fabricado directamente com o substrato. A orientação de magnetização do iman é, ou ao longo de +Z, ou ao longo de -Z. Devido à natureza de elevada permeabilidade do material magnético macio, o campo magnético junto da superfície de topo do permalloy fica auto-alinhado em paralelo com o eixo dos z (ou aproximadamente perpendicular à superfície da camada de permalloy) . Este campo auto-alinhado é necessário para manter o braço encastrado, ou no estado activado ou desactivado. Todo o dispositivo está alojado num encapsulamento (não mostrado) com uma vedação correcta e com fios eléctricos condutores.

Para obter um melhor desempenho, a linha central do braço encastrado (que pode não ser a mesma que a linha das articulações) deve estar posicionada, aproximadamente, junto do centro do iman, i. e., as duas distâncias desde a borda (wl e w2) são, aproximadamente, iguais. No entanto, a linha central do braço encastrado também pode ser posicionada longe do centro dos imanes e o dispositivo continuará a ser funcional. A bobina em forma de S gera o campo magnético de comutação para comutar o braço encastrado de um estado para o outro, através da aplicação de impulsos de corrente positivos ou negativos à bobina. Na figura, o número efectivo de espiras da bobina sob o braço encastrado é de 5. No entanto, o número n de espiras da bobina pode ser um qualquer número inteiro positivo arbitrário (l<n<°°) . Quando o número de espiras é um, isso significa que existe apenas uma única linha metálica de comutação sob o braço encastrado. Esta concepção é muito útil quando o tamanho do 31 dispositivo é reduzido. Além disso, também se pode utilizar uma bobina de múltiplas camadas para reforçar a capacidade de comutação. Isto pode ser feito através da adição de camadas de bobina sucessivas no topo da(s) outra(s) camada(s). As camadas de bobina podem ser espaçadas por meio do isolador existente entre elas e são conectadas através das vias condutoras. 0 campo magnético permanente mantém (bloqueia) o braço encastrado em qualquer dos estados. Quando o braço encastrado é articulado para a direita, o condutor de fundo do braço encastrado (e. g., Au) toca nos contactos de fundo e conecta a linha 1 de sinal. Neste caso, a linha 2 de sinal é desconectada. Por outro lado, quando o braço encastrado é articulado para a esquerda, a linha 2 de sinal é conectada e a linha 1 de sinal é desconectada. Isto constitui um interruptor de bloqueio biestável SPDT. Embora na figura as larguras do iman e da camada de permalloy no substrato sejam as mesmas, na realidade, podem ser diferentes. A largura do iman pode, ou ser maior ou mais pequena, do que a largura da camada de permalloy.

Outras variações são possíveis, por exemplo, pode colocar-se, entre a permalloy (ou camada magnética macia) e o substrato, uma camada tampão (e. g., um material orgânico, tal como uma poliamida como Durimide 7328, SU-8 fotoresistente, etc.) para minimizar o problema das tensões na camada de permalloy. Isto é mostrado na FIG. 10. Verificou-se que a camada tampão é muito útil quando a permalloy é espessa (i. e., cerca de 10 mícrones ou mais espessa), o que também significa que as tensões seriam relativamente elevadas. Sem a camada tampão, nalguns casos, as tensões elevadas poderiam dobrar, significativamente, a pastilha de substrato, ou mesmo partir o substrato. 32

Outra variação reside no facto da permalloy (e iman) poder ser colocada sob o substrato fino no processo de encapsulamento ou montagem, em vez de ser processada directamente sobre o substrato. Isto é mostrado na FIG. 11.

Ainda outra variação reside no facto do braço encastrado poder não ser, necessariamente, do tipo com articulação flexível. Também pode ser do tipo fixado por uma extremidade (ou trampolim), conforme mostrado na FIG. 12. Um batente superior pode ou não ser necessário dependendo da concepção dos sistemas mecânicos. As variações da colocação da camada tampão e camada de permalloy supracitadas também se aplicam, obviamente, a esta estrutura.

Existe outra variação em que a camada de permalloy pode ser revestida ou coberta por outros metais não magnéticos (i. e., ouro, cobre, alumínio, prata, etc.), ou sobre a superfície virada para a bobina e braço encastrado, ou sobre ambas as suas superfícies de topo e fundo. 0 motivo que leva a revestir a camada de permalloy com outro metal não magnético consiste em impedir a interacção entre o sinal RF e a camada de permalloy, se o interruptor for utilizado em aplicações RF. Por outras palavras, o metal revestido pode blindar os sinais RF. Esta variação está ilustrada na FIG. 19, descrita em seguida.

De acordo com outra forma de realização da presente invenção, utilizam-se múltiplos imanes permanentes para flexibilizar as limitações do alinhamento.

As FIGs. 13A e 13B mostram uma vista de topo e vista lateral, respectivamente, de um interruptor 1300 de bloqueio biestável micromagnético com dois imanes permanentes. O 33 interruptor 1300 compreende os elementos básicos seguintes (conforme descrito anteriormente): um braço encastrado fabricado em material magnético macio (e. g. permalloy) e uma camada condutora, articulações de suporte do braço encastrado (mola de torção), contactos de fundo que funcionam como as linhas de sinal, uma bobina condutora planar em forma de S, um substrato, e imanes permanentes de topo e fundo (e. g., Neodimio) formando um dipólo magnético.

As orientações de magnetização dos dois imanes são as mesmas (ou ao longo de +Z ou ao longo de -Z ao mesmo tempo) . Todo o dispositivo está alojado num encapsulamento adequado (não mostrado) com uma vedação correcta e fios eléctricos condutores. Os dois imanes proporcionam um campo magnético uniforme e constante na região de residência do braço encastrado. As duas distâncias (dl e d2) dos imanes, desde o plano horizontal do braço encastrado, são aproximadamente iguais se os dois imanes forem os mesmos (espessura e magnetização, etc.). Se a as espessuras não forem iguais, então as duas distâncias (dl e d2) devem ser concebidas para que a maior parte das linhas do campo magnético sejam perpendiculares ao plano horizontal. Do mesmo modo, a linha central do braço encastrado (que pode ser diferente da linha de articulação) deve estar situada, aproximadamente, junto do centro dos imanes, i. e.r as duas distâncias desde a borda (wl e w2) são aproximadamente iguais se os dois imanes forem os mesmos. A bobina em forma de S gera o campo magnético de comutação para comutar o braço encastrado de um estado para o outro. O campo magnético permanente mantém (bloqueia) o braço encastrado em qualquer dos estados. Quando o braço encastrado é articulado para a direita, o condutor (e. g., Au) de fundo do braço 34 encastrado toca nos contactos de fundo e conecta a linha 1 de sinal. Neste caso, a linha 2 de sinal está desconectada. Por outro lado, quando o braço encastrado é articulado para a esquerda, a linha 2 de sinal é conectada e a linha 1 de sinal é desconectada. Isto constitui um interruptor de bloqueio biestável SPDT. A FIG. 13 mostra uma forma de realização com um iman permanente e uma camada magnética macia com múltiplas secções formando o dipólo magnético, que proporciona o campo magnético uniforme e perpendicular para manter os estados do braço encastrado. Uma bobina é também integrada para efeitos de comutação, conforme explicado anteriormente. A camada magnética macia é dividida em múltiplas secções para aumentar a componente Z e diminuir a componente X do campo magnético utilizando efeitos de magnetização preferencial. A FIG. 13D mostra uma forma de realização com duas camadas magnéticas de elevada permeabilidade e dois imanes permanentes para simplificar o alinhamento magnético. 0 interruptor compreende os seguintes elementos: uma primeira camada 602 magnética de elevada permeabilidade, substrato 604, segunda camada 702 magnética de elevada permeabilidade, camadas 608 e 610 dieléctricas, condutor 614 de fundo, unidade 616 de braço encastrado (com, pelo menos, uma camada 618 magnética macia), uma camada 622 magnética permanente de topo e uma camada 1302 magnética permanente de fundo com a mesma orientação de magnetização vertical. As superfícies dos imanes 622 e 1302 permanentes, e as camadas 702 e 602 magnéticas de elevada permeabilidade, são, todas e de um modo preferido, paralelas ao plano 630 horizontal do braço 616 encastrado para que a 35 componente horizontal do campo magnético gerado por 622 seja bastante reduzida junto ao braço 616 encastrado.

As FIGs. 14A-C mostram resultados de simulações que confirmam a utilidade dos dipólos magnéticos na geração de campos magnéticos uniformes. Estas figuras mostram uma comparação da distribuição do campo magnético entre um único iman permanente (a) e um dipólo de imanes permanentes (b). Apenas a titulo ilustrativo e não limitativo, as dimensões de cada iman (Alnico) são: largura=2500 mm, espessura=1500 mm. A distância entre os dois imanes é de 1000 mm na configuração dipolar. A região onde as linhas (setas) do campo magnético estão distribuídas de modo uniforme é maior no caso (b) do que no caso (a) . 0 interruptor de bloqueio biestável micromagnético está, de um modo preferido, colocado na região central do dipólo magnético. 0 eixo comprido do braço encastrado está situado, de um modo preferido, perpendicular ao campo magnético. Nesta simulação utilizou-se Alnico como material magnético. O resultado aplica-se, de um modo geral, a outros imanes permanentes (e. g., Neodímio). Na FIG. 14C, traça-se a componente (x) horizontal do campo (B) magnético ao longo de uma linha horizontal desde a esquerda de um iman até à sua direita. A linha está posicionada cerca de 650 mm acima do iman inferior (100 mm abaixo do centro do dipólo). Estes resultados confirmam ainda que as linhas do campo magnético são mais perpendiculares na região (b) do intervalo do dipólo, do que as linhas do campo na região correspondente no caso de um único iman (a).

As FIGs. 15A e 15B mostram uma vista de topo e uma vista lateral, respectivamente, de outro interruptor 1500 de bloqueio biestável micromagnético. O interruptor compreende os seguintes elementos básicos: um braço encastrado fabricado em material 36 magnético macio (e. g.r permalloy) e uma camada condutora, articulações (molas de torção) de suporte do braço encastrado, contactos de fundo que funcionam como linhas de sinal, uma bobina condutora planar em forma de S, uma camada de permalloy de fundo (ou outro material magnético macio) no substrato, e um iman permanente de topo (e. g., Neodimio). A camada magnética macia de fundo e o iman permanente de topo formam um dipólo magnético. A orientação de magnetização é, ou ao longo de +Z, ou ao longo de -Z. 0 dipólo magnético gera um campo aproximadamente uniforme necessário para manter o braço encastrado, ou no estado activado, ou no desactivado. (A janela que atravessa o iman de topo está aberta na figura para permitir uma ilustração clara das estruturas do interruptor sob o iman permanente. Na realidade, o iman permanente plano é maciço e uniforme sem apresentar qualquer janela ou abertura no iman permanente).

Todo o dispositivo está alojado num encapsulamento adequado (não mostrado) com uma vedação correcta e fios eléctricos condutores. As duas distâncias (dl e d2) do iman e da camada de permalloy, desde o plano horizontal do braço encastrado, podem ser iguais (dl=d2). Também podem ser diferentes (dl/d2) . Do mesmo modo, para se obter um desempenho melhorado, a linha central do braço encastrado (que pode ser diferente da linha de articulação) pode estar situada, aproximadamente, junto do centro do iman, i e., as duas distâncias desde a borda (wl e w2) são, aproximadamente, iguais. No entanto, a linha central do braço encastrado também pode estar situada longe do centro dos imanes continuando o dispositivo a ser funcional. 37 A bobina em forma de S gera o campo magnético de comutação para comutar o braço encastrado de um estado para o outro através da aplicação de impulsos de corrente positivos ou negativos à bobina. Na figura, o número efectivo de espiras da bobina sob o braço encastrado é de 5. No entanto, o número n de espiras da bobina pode ser um qualquer número inteiro positivo arbitrário (l<n<°°) . Quando o número de espiras é um, isso significa que existe apenas uma única linha metálica de comutação sob o braço encastrado. Esta concepção é muito útil quando o tamanho do dispositivo é reduzido. 0 campo magnético permanente mantém (bloqueia) o braço encastrado num dos dois estados estáveis. Quando o braço encastrado é articulado para a direita, o condutor de fundo do braço encastrado (e. g.r Au) toca nos contactos de fundo e conecta a linha 1 de sinal. Neste caso, a linha 2 de sinal é desconectada. Por outro lado, quando o braço encastrado é articulado para a esquerda, a linha 2 de sinal é conectada e a linha 1 de sinal é desconectada. Isto constitui um interruptor de bloqueio biestável SPDT. Embora na figura as larguras do iman e da camada de permalloy no substrato sejam as mesmas, na realidade, podem ser diferentes. A largura do iman pode, ou ser maior ou mais pequena, do que a largura da camada de permalloy.

Outras variações são possíveis, por exemplo, um dos imanes permanentes pode ser colocado ou fabricado directamente sobre o substrato. A camada magnética macia e a bobina podem ser colocadas no topo do braço encastrado. A configuração é mostrada na FIG. 16. A FIG. 16 é uma vista lateral de uma forma de realização diferente de um interruptor de bloqueio biestável micromagnético (SPDT) unipolar de duas direcções com uma bobina em forma de S, 38 tendo uma camada de permalloy de topo (ou outro material magnético macio) e um iman permanente de fundo no substrato. 0 interruptor compreende os seguintes elementos básicos: um braço encastrado fabricado em material magnético macio (e. g., permalloy) e uma camada condutora, articulações (molas de torção) de suporte do braço encastrado, contactos de fundo que funcionam como linhas de sinal, uma bobina condutora planar em forma de S, uma camada de permalloy de topo (ou outro material magnético macio), e um iman permanente de fundo (e. g.,

Neodimio) no substrato formando um dipólo magnético. A orientação de magnetização do iman é, ou ao longo de +Z, ou ao longo de -Z. Todo o dispositivo está alojado num encapsulamento adequado (não mostrado) com uma vedação correcta e fios eléctricos condutores. A bobina em forma de S gera o campo magnético de comutação para comutar o braço encastrado de um estado para o outro. 0 campo magnético permanente mantém (bloqueia) o braço encastrado num dos estados.

Em alternativa, um interruptor de tipo fixado por uma extremidade (ou trampolim) é mostrado na FIG. 17. 0 bloco de contacto de fundo e superfície de fundo do iman permanente funcionam como batentes quando se efectua a comutação.

As FIGs. 18A-D mostram uma forma de realização que incorpora linhas de transmissão preparadas para transmitir sinais de radiofrequência (RF) . A FIG. 18A é uma vista de topo do interruptor 1800. A FIG. 18B é uma vista em corte efectuado ao longo do eixo comprido do braço encastrado pelas linhas b-b'. A FIG. 18C é uma vista em corte efectuado através da mola de torção do braço encastrado pelas linhas c-c'. A FIG. 18D é uma vista em corte efectuado através da área de contacto de extremidade do braço encastrado pelas linhas d-d'. 39

Nesta forma de realização, o interruptor de bloqueio biestável micromagnético consiste nos seguintes elementos básicos: iman 1302 permanente de fundo, iman 622 permanente de topo, substrato 604, linha 1802 condutora (i. e., uma única linha de bobina), uma primeira linha 1804 de sinal, segunda linha 1806 de sinal, unidade 616 de braço encastrado (camada 1810 condutora de fundo, primeira camada 1812 magnética macia e segunda camada 618 magnética) e mola 620 de torção. Os dois imanes permanentes formam um dipólo magnético que proporciona um campo magnético uniforme e constante na região onde o braço 616 encastrado está posicionado, tipicamente, junto do centro do dipólo magnético. As linhas de fluxo magnético são perpendiculares à superfície do braço encastrado. Os imanes são suportados por dispositivos de espaçamento e de encapsulamento adequados. O braço 616 encastrado é suportado, nos dois lados, por molas 620 de torção. Neste estado estático, o braço encastrado, ou toca o lado direito efectuando um movimento no sentido descendente (fechando a linha 1806 de sinal) ou o lado esquerdo (fechando a linha 1804 de sinal). Um impulso de corrente através da única linha 1802 condutora gera um campo magnético temporário que pode realinhar a magnetização na camada 681 e 1812 e 618 magnética macia do braço encastrado, e comutar o braço encastrado entre os dois estados. O interruptor é, deste modo, um interruptor de bloqueio biestável unipolar de duas direcções. As áreas 1820 são aberturas na linha 1802 condutora para isolar as linhas de sinal relativamente à linha 1802. As linhas 1830 e 1832 condutoras são linhas de terra.

Nesta forma de realização, as linhas 1804 e 1806 de sinal, as linhas 1830/1832 de terra e a linha 1802 condutora (que funciona como a bobina com uma única linha para comutar o braço 40 encastrado) são todas fabricadas na(s) mesma(s) etapa(s) para simplificar o processo de fabrico. Os procedimentos genéricos que se seguem podem ser utilizados para fabricar o dispositivo. (1) Uma camada dieléctrica é depositada ou criada no substrato (opcional, dependendo do facto do substrato ser ou não isolante), (2) camadas (1804, 1806, 1802, 1830, 1832) são criadas e trabalhadas de modo a ficarem com um padrão, (3) uma camada sacrificial (e. g., fotoresistente, poliamida, etc.) é depositada sendo, em seguida, formadas aberturas. Outros métodos de fabrico deste dispositivo serão evidentes para os especialistas com experiência na técnica relevante. A FIG. 19 mostra outra forma de realização que incorpora linhas de transmissão preparadas para transmitir sinais de radiofrequência (RF). A FIG. 19A é uma vista de topo do interruptor 1900. A FIG. 19B é uma vista em corte efectuado ao longo do eixo comprido do braço encastrado pelas linhas b-b'. A FIG. 19C é uma vista em corte efectuado através da mola de torção do braço encastrado pelas linhas c-c'. A FIG. 19D é uma vista em corte efectuado através da barra 1902 de suporte pelas linhas d-d'.

Nesta forma de realização, o interruptor de bloqueio biestável micromagnético consiste nos seguintes elementos básicos: iman 1302 permanente de fundo, iman 622 permanente de topo, substrato 604, linha 1802 condutora, uma primeira linha 1804 de sinal, segunda linha 1806 de sinal, unidade 616 de braço encastrado (camada 1810 condutora de fundo, primeira camada 1812 magnética macia e segunda camada 618 magnética), mola 620 de torção e várias barras 1902 de suporte. Os dois imanes permanentes formam um dipólo magnético que proporciona um campo magnético uniforme e constante na região onde o braço 616 41 encastrado está posicionado, tipicamente, junto do centro do dipólo magnético. As linhas de fluxo magnético são perpendiculares à superfície do braço encastrado. Os imanes são suportados por dispositivos de espaçamento e de encapsulamento adequados. 0 braço 616 encastrado é suportado, nos dois lados, por molas 620 de torção. Neste estado estático, o braço encastrado, ou toca o lado direito efectuando um movimento no sentido descendente (fechando a linha 1804 de sinal) ou o lado esquerdo (fechando a linha 1806 de sinal). Um impulso de corrente através da única linha 1802 condutora gera um campo magnético temporário que pode realinhar a magnetização na camada 1812 e 618 magnética macia do braço encastrado, e comutar o braço encastrado entre os dois estados. O interruptor é, deste modo, um interruptor de bloqueio biestável unipolar de duas direcções. Os planos 1910 e 1912 de terra condutores, opcionais, também podem ser colocados por baixo e por cima do interruptor 616 para formar estruturas guias de onda coplanares.

Matriz de Interruptores

Ao fabricar unidades de interruptores uns ao lado dos outros, pode formar-se uma matriz m x n de dispositivos (m e n são quaisquer números inteiros positivos arbitrários) . Isto é mostrado nas FIGs. 20-21. A FIG. 20 é uma vista de topo de uma matriz com apenas uma fila de interruptores. A FIG. 21 é uma vista de topo de uma matriz com 3 filas de interruptores. O alinhamento de imanes flexibilizado no que se refere a uma matriz de interruptores pode estar de acordo com uma qualquer das configurações supracitadas de imanes permanentes e camadas de permalloy. As formas de realização das FIGs. 22-29 são proporcionadas apenas a título ilustrativo e não limitativo. 42

Outras Formas de Realização

As FlGs. 30A e 30B mostram uma vista de topo e uma vista a partir da extremidade, respectivamente, de ainda outra forma de realização do interruptor de bloqueio biestável micromagnético, sendo que, neste caso, o braço encastrado se desloca lateralmente em vez de ser para cima e para baixo. Um interruptor 3000 de bloqueio biestável micromagnético unipolar de duas direcções (SPDT) compreende os seguintes elementos básicos: um braço encastrado fabricado em material magnético macio (e. g., permalloy) e camadas condutoras, articulações de suporte do braço encastrado, contactos que funcionam como as linhas de sinal, uma bobina condutora planar em forma de S, um substrato, e um iman permanente esquerdo e um direito (e. q., Neodimio) formando um dipólo magnético. As orientações de magnetização do dois imanes são as mesmas (ou ao longo de +X, ou ao longo de -X ao mesmo tempo) . Todo o dispositivo está alojado num encapsulamento adequado (não mostrado) com uma vedação correcta e fios eléctricos condutores.

Os dois imanes permanentes proporcionam um campo magnético uniforme e constante na região de residência do braço encastrado. As duas distâncias dos imanes, desde o plano vertical do braço encastrado, são aproximadamente iguais se os dois imanes forem os mesmos (espessura e magnetização, etc.). Se a as espessuras não forem iguais, então as duas distâncias devem ser concebidas para que as linhas do campo magnético sejam perpendiculares ao plano vertical. Do mesmo modo, o centro do braço encastrado deve estar situado, aproximadamente, junto da linha que liga os centros dos imanes. 43 A bobina em forma de S gera o campo magnético de comutação para comutar o braço encastrado de um estado para o outro. 0 campo magnético permanente mantém (bloqueia) o braço encastrado em qualquer dos estados. Quando o braço encastrado é articulado para a direita, o condutor (e. g., Au) da direita do braço encastrado toca no contacto da direita e conecta a linha 1 de sinal. Neste caso, a linha 2 de sinal está desconectada. Por outro lado, quando o braço encastrado é articulado para a esquerda, a linha 2 de sinal é conectada e a linha 1 de sinal é desconectada. Isto constitui um interruptor de bloqueio biestável SPDT. Várias outras variações são possíveis, por exemplo, um dos dois imanes permanentes pode não ser, necessariamente, um iman permanente, dado que um iman permanente mais um iman macio ainda formariam um dipólo para proporcionar as linhas de campo uniformes na região central do dipólo. A FIG. 31 mostra outra forma de realização do interruptor de bloqueio biestável micromagnético. Nesta forma de realização, utiliza-se um iman 1350 permanente cilíndrico tendo uma forma oca ou tubular com um eixo A central, e sendo magnetizado verticalmente, para proporcionar o campo magnético estático. As camadas 602 e 802 magnéticas de elevada permeabilidade são colocadas no topo e fundo do iman 3150 permanente para reduzir a componente de campo horizontal junto ao braço 616 encastrado.

As FIGs. 32A e 32B mostram uma vista de topo e uma vista lateral, respectivamente, de uma forma de realização destinada a integrar o interruptor de bloqueio biestável micromagnético com outros dispositivos e circuitos de semicondutores activos/passivos, em conjunto com os imanes permanentes. Os imanes permanentes podem ser imanes produzidos em série (e. g., Neodímio), ou imanes com polímeros integrados utilizando 44 técnicas de serigrafia e de gravação. Podem utilizar-se interruptores de bobina de linha única para poupar espaço. Deste modo, o interruptor de bloqueio biestável micromagnético da presente invenção pode ser integrado de um modo monolítico em dispositivos electrónicos com semicondutores activos e/ou ópticos.

As FIGs. 33-35 mostram ainda outro método de produção de interruptores de bloqueio biestáveis micromagnéticos RF MEMS utilizando uma arquitectura CPW. Um interruptor de braço encastrado é posicionado num dos lados de uma guia de onda (CPW) coplanar, que é mostrada numa configuração terra-sinal-terra na FIG. 33. 0 componente activo da comutação do dispositivo é um braço encastrado amovível que efectua um shunt, electricamente, numa abertura numa CPW inserida em chíp para que o interruptor seja ACTIVADO e abre a abertura para que o interruptor seja DESACTIVADO. Para assegurar que o braço encastrado só estabelece contacto com o condutor central da CPW, aplicam-se "relevos" de contacto por galvanização, conforme mostrado na FIG. 33. Uma abordagem alternativa para assegurar um alinhamento de contacto correcto é conseguida entre o braço encastrado e a CPW e está descrita na FIG. 34. As curvas na CPW, não só encurtam o seu comprimento total, como também isolam uma grande parte da guia de onda e dos blocos de conexão relativamente ao grosso do dispositivo. A FIG. 34 mostra um método de flexibilização da tolerância de alinhamento do interruptor CPW da FIG. 33. Utilizando a arquitectura CPW anterior (FIG. 33), os contactos do braço encastrado em movimento devem estar, exactamente, alinhados com os relevos de contacto do condutor central ou o braço encastrado pode efectuar um curto-circuito a uma das linhas de terra 45 adjacentes. A solução baseia-se na cobertura completa da CPW com um material dieléctrico planar e, em seguida, com a abertura de orifícios ou vias para expor os pontos de contacto em ambos os lados da abertura (e dos blocos de contacto). Material condutor, tal como ouro, é, em seguida, aplicado por galvanização para encher a via e criar um "relevo" de contacto saliente na superfície. A FIG. 35 mostra uma camada dieléctrica planar utilizada para separar o condutor de topo do plano de terra subjacente (não mostrado na figura) . As curvas na CPW, não só encurtam o seu comprimento total, como também isolam uma grande parte da guia de onda e dos blocos de conexão relativamente ao grosso do dispositivo.

Interruptores Ópticos

Os mecanismos, princípios e técnicas descritos anteriormente em associação com relés eléctricos também podem ser utilizados para criar interruptores ópticos, podendo a parte magneticamente sensível do braço encastrado ser afixada a um espelho ou outro material reflector de luz. À medida que o braço encastrado é comutado de um estado "aberto" para um estado "fechado", a superfície reflectora fica exposta ou oculta relativamente a um sinal óptico para que o sinal seja reflectido ou absorvido, conforme apropriado, e conforme descrito de um modo mais pormenorizado em seguida. 0 braço encastrado do interruptor também pode funcionar como um espelho reflector. As FIGS. 36A e 36B mostram uma vista de topo e uma vista lateral, respectivamente, de um interruptor 46 óptico com um íman permanente posicionado (e. g.r montado) no fundo do substrato. Os contactos eléctricos sob o braço encastrado proporcionam um meio conveniente de verificação do estado do braço encastrado ao lerem, electricamente, o estado das linhas de sinal. No entanto, estes contactos eléctricos não são necessários. A luz a comutar colide com a superfície reflectora (e. g., espelhada) do braço encastrado e é, ou deflectida (e. g., emitida) para a direita ou para a esquerda, dependendo do estado do interruptor. Uma bobina em forma de S está ilustrada, mas podem utilizar-se outras configurações de bobina, como seria evidente para os especialistas com experiência na técnica relevante com base no que foi aqui divulgado. Para além disso, podem utilizar-se outras configurações de alinhamento flexibilizado, conforme descrito anteriormente, para implementar um interruptor óptico.

Outra forma de realização de um interruptor óptico é, por exemplo, mostrada nas FIGs. 37A-D, que inclui um íman permanente de topo. A FIG. 37A mostra as peças do interruptor óptico antes da montagem do íman permanente por cima do braço encastrado. A FIG. 37B mostra o íman permanente de topo com uma fenda estreita antes de ser montado por cima do braço encastrado. A FIG. 37C é uma vista de topo do interruptor óptico depois do íman permanente ter sido montado no topo do braço encastrado. As peças sob o íman não se conseguem ver dado que estão bloqueadas pelo íman permanente de topo. A FIG. 37D é uma vista lateral do interruptor óptico com o íman permanente montado no topo do braço encastrado. A luz (e. g., feixe de laser de entrada) viaja através da fenda estreita no íman e atinge a superfície do braço encastrado, sendo, em seguida, reflectida pelo braço encastrado e, finalmente, saindo pela fenda com uma direcção diferente relativamente à direcção do laser de entrada. 47

Ainda outro exemplo de um interruptor óptico que inclui um iman cilíndrico é mostrado nas FIGs. 38A-B. 0 interruptor óptico compreende os seguintes elementos básicos: um substrato 3820, bobina 3833 condutora, camada 3834 dieléctrica, braço 3840 encastrado (camada 3841 de base de fundo, camada 3842 de permalloy fina (ou de outro material), camada 3843 magnética macia e camada 3844 reflectora, mola 3845 de torção, linhas 3861, 3862, 3863 de fibra óptica (com terminais adequados, lentes, etc.) e um iman 3850 permanente cilíndrico (ou com qualquer outra forma que proporcione um campo magnético uniforme perpendicular à superfície do braço encastrado). As distâncias dl, d2, wl, w2 são escolhidas de modo a que o braço 3840 encastrado se situe no centro do iman ou junto do mesmo. Nesta configuração, o espelho 3840 do braço encastrado tem duas posições estáveis, conforme explicado anteriormente. O impulso de corrente através da bobina 3833 comuta o espelho 3840 do braço encastrado entre os dois estados estáveis. Os sinais 3861 ópticos provenientes da fibra 3861 óptica são projectados sobre o espelho 3840 do braço encastrado e são reflectidos para a fibra 3863 óptica direita (indicada pela seta 3813) ou para a fibra 3862 óptica esquerda (indicada pela seta 3812). Isto forma um interruptor óptico 1x2. A forma de realização pode, facilmente, ser alargada para formar matrizes de interruptores ópticos de n x 2n.

Encapsulamento O encapsulamento de circuitos integrados para aplicações de radiofrequência, tais como os interruptores de bloqueio biestáveis micromagnéticos a que a presente invenção se dedicou, não é uma preocupação trivial. Podem utilizar-se várias técnicas 48 de encapsulamento convencionais, tais como por soldadura por fio ou fita, processo flip chip ou mesmo por encapsulamento à escala de uma bolacha (wafer). É importante que campos magnéticos e/ou eléctricos externos não interfiram com a função de bloqueio do interruptor micromagnético. Deste modo, podem empregar-se placas metálicas ou invólucros de várias formas e configurações para impedir que campos externos afectem o funcionamento do interruptor. Como será evidente para os especialistas com experiência na técnica, podem empregar-se vários metais, ligas metálicas e materiais ou camadas absorventes de energia. A forma, espessura e outras dimensões dessas placas, invólucros ou camadas dependem da implementação, como também será evidente para os especialistas com experiência na técnica com base no que foi aqui explicado.

Utilizações de Aplicações Especificas de Interruptores de bloqueio biestáveis Micromagnéticos

Os interruptores de bloqueio biestáveis micromagnéticos da presente invenção podem ser utilizados numa pletora de produtos incluindo equipamentos domésticos e industriais, aparelhos electrónicos de consumo, hardware militar, dispositivos médicos e veículos de todos os tipos, só para mencionar algumas vastas categorias de artigos. Embora várias das formas de realização descritas em seguida não estejam ilustradas nas figuras, a descrição escrita e outras formas de realização ilustradas são suficientes para permitir que os especialistas com experiência na técnica fabriquem e utilizem a presente invenção. 49

Conclusão

Embora várias formas de realização da presente invenção tenham sido descritas anteriormente, deve compreender-se que foram apresentadas a titulo de exemplo e não limitativo. Os especialistas com experiência na técnica compreenderão que se podem fazer várias alterações, em forma e pormenor, nessas formas de realização sem que isso signifique um desvio em relação ao espirito e âmbito da invenção. Isto é especialmente verdadeiro à luz da tecnologia e termos abrangidos pela(s) técnica (s) relevante(s) que podem ser posteriormente desenvolvidos. A presente invenção foi descrita anteriormente com a ajuda de blocos, elementos ou módulos de construção estruturais e funcionais que ilustram o desempenho das funções e relações especificadas respectivas. Os limites destes blocos de construção foram aqui definidos por uma questão de conveniência da descrição. Podem definir-se estruturas e limites alternativos desde que a estrutura, funções e relações especificadas respectivas sejam correctamente efectuadas. Quaisquer destes limites alternativos estão, deste modo, abrangidos pelo âmbito da invenção reivindicada. Os especialistas com experiência na técnica irão reconhecer que estes blocos de construção podem ser implementados por meio de materiais conhecidos, componentes discretos, etc. Deste modo, a amplitude e âmbito da presente invenção não devem ser limitados por quaisquer das formas de realização exemplificativas supracitadas, mas devem ser apenas definidas de acordo com as reivindicações que se seguem e as suas equivalentes.

Lisboa, 17 de Maio de 2007 50

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo (600) de bloqueio biestável micromagnético, compreendendo: um substrato (604); um elemento (616) amovivel suportado pelo referido substrato (604) e tendo um material (618) magnético e um eixo (630) comprido; um primeiro (602) e segundo (602, 702) imanes que geram um primeiro campo magnético, que induz uma magnetização no referido material (618) magnético, sendo a referida magnetização caracterizada por um vector de magnetização que aponta numa direcção ao longo do referido eixo (630) comprido do referido elemento (616) amovivel, em que o referido primeiro campo magnético é, aproximadamente, perpendicular a uma parte central principal do referido eixo (630) comprido; e uma bobina (612) que gera um segundo campo magnético para comutar o referido elemento (616) amovivel entre dois estados estáveis, em que uma aplicação temporária do referido segundo campo magnético altera a direcção do referido vector de magnetização, fazendo, desse modo, com que o referido elemento (616) amovivel efectue uma comutação entre os dois referidos estados estáveis.
2. Dispositivo da reivindicação 1, em que o referido primeiro iman (602) é um iman permanente que é sensivelmente planar e sensivelmente paralelo ao referido substrato (604) . 1
3. Dispositivo da reivindicação 1, em que o referido primeiro e referido segundo imanes (602, 702) são imanes permanentes que são sensivelmente planares e sensivelmente paralelos ao referido substrato (604), e em que o referido elemento (616) amovível e substrato (604) estão situados entre o referido primeiro e o referido segundo imanes (602, 702).
4. Dispositivo da reivindicação 2, em que o referido segundo íman (602, 702) é uma camada de permalloy que é sensivelmente planar e sensivelmente paralela ao referido substrato (604).
5. Dispositivo da reivindicação 4, em que a referida camada (606) de permalloy está situada entre o referido substrato (604) e o referido elemento (616) amovível.
6. Dispositivo da reivindicação 4, em que a referida camada (602) de permalloy está situada num lado oposto do referido substrato (604) relativamente a um lado do referido substrato (604) que suporta o referido elemento (616) amovível.
7. Dispositivo da reivindicação 4, em que o referido elemento (616) amovível está situado entre a referida camada (702) de permalloy e o referido substrato (604), e o referido íman (602) permanente está situado num lado oposto do referido substrato (604) relativamente a um lado do referido substrato (604) que suporta o referido elemento (616) amovível.
8. Dispositivo da reivindicação 2, em que o referido íman (602) permanente está situado num lado oposto do referido 2 substrato (604) relativamente a um lado do referido substrato (604) que suporta o referido elemento (616) amovível.
9. Dispositivo da reivindicação 4, compreendendo ainda uma segunda camada (606) de permalloy situada num lado oposto do referido substrato (604) relativamente a um lado do referido substrato (604) que suporta o referido elemento (616) amovível.
10. Dispositivo da reivindicação 4, em que o referido elemento (616) amovível está situado entre a referida camada (702) de permalloy e o referido íman (622) permanente.
11. Dispositivo da reivindicação 4, em que o referido elemento (616) amovível está situado entre o referido substrato (604) e o referido íman (622) permanente.
12. Dispositivo da reivindicação 4, compreendendo ainda uma segunda camada (702) de permalloy situada entre o referido íman (622) permanente e o referido elemento (616) amovível.
13. Dispositivo da reivindicação 4, compreendendo ainda uma segunda camada (802) de permalloy situada num lado superior do referido íman (622) permanente.
14. Dispositivo da reivindicação 1, em que o referido substrato (604) compreende estruturas salientes que suportam o referido elemento (616) amovível. 3
15. Dispositivo da reivindicação 1, compreendendo ainda um par de planos (1910, 1912) de terra que colocam entre si o referido elemento (616) amovível.
16. Dispositivo da reivindicação 4, em que a referida camada de permalloy compreende secções discretas de material magnético macio alternadas com secções de material não magnético, em que as referidas secções alternadas estão situadas ao longo do referido eixo (630) comprido.
17. Dispositivo da reivindicação 12, em que a referida segunda camada de permalloy compreende secções discretas de material magnético macio alternadas com secções de material não magnético, em que as referidas secções alternadas estão situadas ao longo do referido eixo (630) comprido.
18. Interruptor de bloqueio biestável micromagnético, compreendendo: um substrato (3820); um elemento (3840-3844) amovível contendo material magnético e suportado pelo substrato (3820); um íman (3850) cilíndrico tendo um eixo (3811) central, que envolvente lateralmente o elemento (3840— 3844) amovível, de modo a que o eixo (3811) central atravesse uma parte central do elemento (3840-3844) amovível e seja perpendicular ao substrato (3820), em que o íman (3850) cilíndrico gera um primeiro campo magnético que induz uma magnetização no material magnético, sendo a magnetização caracterizada por um vector que aponta numa direcção ao longo de um eixo comprido do elemento (3840-3844) amovível, em que o 4 primeiro campo magnético é, aproximadamente, perpendicular a uma parte central principal do eixo comprido; e uma bobina (3833) que gera um segundo campo magnético para comutar o elemento (3840-3844) amovível entre dois estados estáveis, em que a aplicação temporária do segundo campo magnético altera a direcção do vector de magnetização fazendo, desse modo, com que o elemento (3840-3844) amovível efectue uma comutação entre os dois estados estáveis.
19. Dispositivo de bloqueio biestável micromagnético da reivindicação 18, compreendendo ainda uma primeira camada de permalloy situada num lado oposto do substrato (3820) relativamente a um lado do substrato (3820) que suporta o elemento (3840-3844) amovível.
20. Dispositivo de bloqueio biestável micromagnético da reivindicação 19, compreendendo ainda e uma segunda camada de permalloy situada num lado oposto do elemento (3840-3844) amovível relativamente a um lado do elemento (3840-3844) amovível que é suportado pelo substrato (3820). Lisboa, 17 de Maio de 2007 5