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WO2005010897A1 - Actionneur magnetique a levitation - Google Patents

Actionneur magnetique a levitation Download PDF

Info

Publication number
WO2005010897A1
WO2005010897A1 PCT/FR2004/050331 FR2004050331W WO2005010897A1 WO 2005010897 A1 WO2005010897 A1 WO 2005010897A1 FR 2004050331 W FR2004050331 W FR 2004050331W WO 2005010897 A1 WO2005010897 A1 WO 2005010897A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnet
lightened
magnetic
actuator according
magnetic part
Prior art date
Application number
PCT/FR2004/050331
Other languages
English (en)
Inventor
Jérôme Delamare
Orphée CUGAT
Christel Dieppedale
Jérôme MEUNIER-CARUS
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique
Institut National Polytechnique De Grenoble
Universite Joseph Fourier
Centre National De La Recherche Scientifique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat A L'energie Atomique, Institut National Polytechnique De Grenoble, Universite Joseph Fourier, Centre National De La Recherche Scientifique filed Critical Commissariat A L'energie Atomique
Priority to EP04767892A priority Critical patent/EP1647034B1/fr
Priority to DE602004016517T priority patent/DE602004016517D1/de
Priority to US10/562,748 priority patent/US7834727B2/en
Priority to JP2006519975A priority patent/JP4782005B2/ja
Publication of WO2005010897A1 publication Critical patent/WO2005010897A1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic levitating actuator and in particular a microactuator which can be produced by the techniques of microtechnology.
  • These magnetic actuators have a mobile magnetic part and a fixed magnetic part. The mobile magnetic part is levitated when it is not glued to the fixed magnetic part.
  • Such actuators are very promising and in the future they may compete with transistor systems for switching.
  • a magnetic actuator which comprises, as in FIGS. 1A, 1B, 1C, a mobile magnetic part 1, a fixed magnetic part 2 having at least two areas of attraction 2.1, 2.2 for the mobile magnetic part 1 and means 3 for • triggering the displacement of the mobile magnetic part 1.
  • the mobile magnetic part is' formed of a magnet in rectangular plate shape. When it is not glued to one of the attraction zones 2.1, 2.2, the part mobile magnetic 1 is levitated between the two attraction zones 2.1, 2.2.
  • the two areas of attraction 2.1, 2.2 each correspond to a pair of magnets 2.1a, 2.1b and 2.2a, 2.2b disjoint.
  • Each magnet 2.1a, 2.1b and 2.2a, 2.2b is provided with an electrical contact C11, C12 and C21, C22 respectively.
  • the mobile magnetic part 1 is also provided with electrical contacts C1, C2 placed on opposite faces which are the faces which come into contact with the fixed magnetic part 2.
  • the contact Cl of the movable magnetic part 1 electrically connects the two contacts Cil, C12 of the area of attraction 2.1 and when the movable magnetic part 1 is glued to the area of attraction 2.2 on the right, its contact C2 comes electrically connect the two contacts C21, C22 of the area of attraction 2.2.
  • the arrows illustrate in both situations, the current flowing between the two contacts.
  • the triggering of the movement of the movable magnet is initiated by a current pulse sent into the displacement triggering means 3 which are represented in this example by a winding with several turns placed under the assembly formed by the movable magnetic part 1 and the fixed magnetic part 2.
  • the aim of the present invention is to provide a levitating magnetic actuator which has a switching time and / or an actuating current reduced compared to the actuators of the prior art. Another object of the invention is to provide a magnetic actuator whose current consumed during switching is reduced. Another object of the invention is to propose a magnetic actuator having an improved and lasting contact quality. Another object of the invention is to provide a magnetic actuator whose movable magnetic part has increased angular stability.
  • the present invention is a magnetic actuator comprising a mobile magnetic part, a fixed magnetic part provided with at least two areas of attraction for the mobile magnetic part, and means for triggering the displacement of the mobile magnetic part.
  • the mobile magnetic part comprises a magnet-based part, lightened by magnet, this part having an overall volume, and a mass which is less than that which it would have if its overall volume were completely occupied by the magnet.
  • the lightened magnet part can be formed of one or more magnets provided with at least one recess.
  • the recess may be a through hole.
  • the lightened magnet part can take the form of a substantially rectangular plate. It is possible that it includes a magnet frame. In a variant which makes it possible to reduce the current necessary for a movement, the lightened part with a magnet may comprise, in the direction of movement, a succession of magnets spaced from each other, these magnets having the same orientation of magnetization.
  • the lightened magnet part can include, in the direction of movement, an alternating succession of magnets and at least one solid part of lower density.
  • the magnets may be in the form of bars oriented substantially normally during movement.
  • the succession has a magnet at each end.
  • the means for triggering the movement may comprise at least one conductor arranged in a meander formed by sections of successive conductors in which a current is liable to flow in opposite directions, each of the magnets of the cooperating succession, when the mobile magnetic part is stuck on an attraction zone, with one of the sections, in these sections the current flowing in the same direction.
  • the end magnets have a dimension, in the direction of movement, substantially equal to the movement.
  • the lightened magnet part comprises at least one central magnet surrounded at least partially by at least one part of lower density, this central magnet being in the form of a substantially rounded or ovoid pellet.
  • the mobile magnetic part when the mobile magnetic part is glued to an attraction area, can comprise at least one face, which must come to stick on the attraction zone, this face being curved. Instead of being curved, this face can be arranged in a zigzag.
  • each attraction zone has a geometry combined with that of the face of the movable magnetic part which must come into contact with it. It is possible to provide, in particular in the case of RF contactors, that at least one of the attraction zones comprises a dielectric part so as to make a capacitive contact when the mobile magnetic part is bonded to said attraction zone.
  • the lightened magnet part may include a dielectric part so as to make a capacitive contact when the mobile magnetic part is bonded to one of the attraction zones.
  • the present invention also relates to a method for producing a magnetic actuator of this type. It comprises the following steps: - on a first substrate, production of boxes capable of receiving magnets of a fixed magnetic part and of a lightened part by magnet of a mobile magnetic part, this lightened part by magnet having a volume outside all, and a mass which is less than that which it would have if its overall volume were completely occupied by the magnet, - deposit in the boxes of the magnets, deposit of a dielectric layer and etching of this latter to expose the lightened part by magnetizing the mobile magnetic part and its surroundings up to the fixed magnetic part, - on a second substrate making at least one box capable of receiving a conductor intended to trigger a displacement of the mobile magnetic part, - depositing the conductor in the box, assembling the two substrates by putting them face to face, total or partial elimination of the
  • It may also include a step of magnetizing the magnet of the lightened part by magnetizing the movable magnetic part and possibly of the fixed magnetic part before the lightened part is magnetized.
  • the step of etching the dielectric layer of the first substrate may aim to produce at least one access opening to at least one electrical contact for supplying the conductor.
  • the step of etching the dielectric layer may be followed by a step of etching the first substrate around the lightened part by magnet and at the level of at least one part of lower density which is provided with the lightened part by magnet.
  • the step of etching the dielectric layer can be followed by a step of etching the first substrate around the lightened part by magnetizing by masking at least a part of lower density which is endowed with the lightened part by magnet, this lower density part being full of the substrate material.
  • the method may include a step of producing at least one electrical contact for supplying the conductor to the second substrate after the conductor has been deposited and before the two substrates are assembled.
  • a step of depositing a dielectric material on the surface of the second substrate before the assembly of the two substrates can be provided. This dielectric material can be used to protect the conductor.
  • the substrates can be solid semiconductor or SOI type substrates.
  • FIGS. 1A, 1B, 1C show an actuator known magnetic
  • FIGS. 2A to 2J show different variants of a magnetic actuator according to the invention
  • - Figures 3A to 31 show different stages in the production of the fixed and mobile magnetic parts of an actuator according to the invention, on a solid semiconductor substrate
  • - Figures 4A to 41 show different stages in the production of the fixed and mobile magnetic parts of an actuator according to the invention, on a SOI type semiconductor substrate
  • - Figures 5A to 5G show different stages in the production of means for triggering the displacement of the mobile magnetic part of an actuator according to the invention, on a semiconductor substrate
  • - Figures 6A and 6B show the stages of assembly and finishing of the substrates obtained in Figures 31 and 5G
  • - Figures 7A and 7B show the steps of assembling and finishing the substrates obtained in Figures 41 and 5G.
  • FIGS. 2A to 2J show different possible configurations for the mobile magnetic part 20, the fixed magnetic part 10 and the means 30 for triggering the displacement of the mobile magnetic part 20 of a magnetic actuator according to the invention.
  • This movement takes place in an x, y plane, along the x axis.
  • the switching time of a magnetic actuator, for a given magnetic force applied to the mobile magnetic part is proportional to the mass of the mobile magnetic part.
  • the movable magnetic part For the movable magnetic part to move between two areas of attraction in a translation without being subjected to a lateral deviation, its dimension in the direction of movement must be large in front of its two other dimensions. This is why the movable magnetic part is generally a rectangular magnet plate whose length is directed in the direction of movement.
  • FIG. 2A shows a top view of a magnetic actuator according to the invention in which the fixed magnetic part 10 comprises two attraction zones 11, 12 facing each other, each formed of a pair of magnetic blocks 11.1 and 11.2, 12.1 and 12.2 disjoined in the manner of FIGS. 1A to 1C.
  • the fixed magnetic part can be made of a material chosen from the group of soft magnetic materials, hard magnetic materials, hysteresis materials, these materials being taken alone, in combination with one another or with superconductive materials, diamagnetic materials.
  • Soft magnetic materials such as iron, nickel, iron-nickel alloys, iron-cobalt, iron-silicon etc., magnetize according to an inductive field to which they are subjected.
  • Hard magnetic materials correspond to magnets such as ferrite magnets, magnets based on samarium-cobalt, magnets based on neodymium-iron-boron, magnets based on platinum-cobalt, iron-platinum for example. Their magnetization depends little on the external magnetic field.
  • Hysteresis materials for example of the aluminum-nickel-cobalt (AlNiCo) type, have properties which lie between those of soft magnetic materials and those of hard magnetic materials. They are sensitive to the magnetic field in which they are found. As for diamagnetic materials such as bismuth or pyrolitic graphite, their magnetization is collinear with the inductive magnetic field but in the opposite direction.
  • the superconductive materials could be alloys based on nobium-titanium (NbTi), yttrium-barium-copper-oxygen (YBaCuO) for example.
  • the mobile magnetic part 20 shown, in this example, is located between the two attraction zones 11, 12 and is therefore levitated.
  • a lightened magnet part 200 which is formed of at least one magnet 22 provided with recesses 21. These recesses 21 may be through holes or blind holes. The holes 21 are directed in the direction of the thickness of the magnet 22. This representation is not limiting, the recesses 21 could take another direction.
  • the lightened part 200 by magnet and therefore also the magnet 22 are in the form of a substantially parallelepiped plate.
  • the recesses 21 are preferably concentrated in the central part of the magnet 22 and spare its edges 23 which are opposite the two attraction zones 11, 12 of the fixed magnetic part 10. These edges 23 are solid and their dimension, in the direction of movement, is substantially equal to the distance traveled by the mobile magnetic part 20 when it leaves one of the two areas of attraction, for example 11, and comes to stick on the other area of attraction 12.
  • the recesses 21 of the magnet 22 are empty of solid material.
  • the magnet 22 can be made, for example, of ferrite, based on samarium-cobalt, neodymium-iron-boron, platinum-cobalt, iron-platinum.
  • the recesses 21 have been distributed in a substantially regular manner in the magnet 22 but this is not an obligation. In the same way, they do not necessarily all have the same dimension. Instead of having several recesses, the magnet could have only one.
  • the recesses could be filled with a material whose density is lower than that of the magnet as in Figure 2B.
  • This material is hereinafter called lower density material. Its density is lower than that of the magnet.
  • a plastic material for example, of a plastic material, a dielectric material, a semiconductor material such as silicon or even a soft magnetic material such as iron, nickel, alloys based on iron-nickel , iron-cobalt, iron-silicon, etc. What matters is that the lightened part 200 by magnet has a mass less than that
  • the means 30 for triggering the displacement of the mobile magnetic part 20 have been shown as a coil 30 with one or more turns placed under the assembly consisting of the mobile magnetic part 20 and the fixed magnetic part 10. Contacts between the part mobile magnetic 20 and the attraction zones 11, 12 have been shown resistive, that is to say ohmic or dry.
  • the fixed magnetic part 10 now comprises two attraction zones 11, 12 facing each other, each formed by a magnet 110, 120 and a dielectric part 111, 121 placed side by side.
  • the movable magnetic part 20 is bonded to one or the other of the dielectric parts 111 or 121 so as to form a so-called capacitive contact.
  • capacitive contacts One of the advantages of capacitive contacts is that they are less subject to wear than resistive contacts.
  • the lightened part 200 by magnet of the movable magnetic part 20 is a substantially rectangular plate and comprises a magnet 24 in the form of a frame delimiting a single through hole 21 filled with material 25 whose density is lower than that of the magnet.
  • the frame is substantially rectangular with bars, two of which (referenced 24.1) face the zones of attraction 11, 12. It would of course be possible for the single through hole 21 to be empty of solid material, like those of Figure 2A.
  • the width 1 (dimension in the direction of movement) of a bar 24.1 located opposite the areas of attraction 11, 12 of the fixed magnetic part 10 is substantially equal to the air gap e.
  • This hole could consider using this hole to position an optical lens or a valve.
  • the means 30 for triggering the movement of the mobile magnetic part 20 are represented by a conductor arranged in a meander placed under the mobile magnetic part 20. They will be described in more detail below, in particular with reference to FIG. 2C which is a longitudinal section of the actuator of FIG. 2B.
  • FIG. 2D the fixed magnetic part 10 is similar to that of FIG. 2A, the means for triggering the displacement of the mobile magnetic part are not shown so as not to overload the figure.
  • the lightened part 200 by magnet of the movable magnetic part 20 comprises two magnets 26 sandwiching a part 27 of lower density.
  • the lower density part 27 is a substantially square plate.
  • the part 200 has the shape of a substantially rectangular plate.
  • the magnets 26, in the form of bars, are located opposite the attraction zones 11, 12 of the fixed magnetic part 10.
  • the material of the lower density part 27 can be, for example , a plastic material, a dielectric material, silicon or even a soft magnetic material.
  • the lightened part 200 with a magnet is formed, in the direction of movement, of an alternating succession of magnets 26 and parts 27 of lower density, magnets 26 ending the succession. It can be envisaged that it is not a magnet which ends the succession, in particular if provision is made for making a capacitive contact.
  • the terminal magnets 26 face each other with the areas of attraction 11, 12 of the fixed magnetic part 10.
  • the magnets 26 and the parts 27 of lower density are in the form of bars.
  • the lower density parts 26 can be made of solid material but one can imagine that they correspond to recesses. This latter configuration is illustrated in FIG.
  • the lightened part 200 with a magnet is a grid-shaped magnet and the magnet bars 26 are integral with each other at their two ends.
  • the fixed magnetic part 10 is formed by two magnetic parts 111, 121 opposite, each forming an attraction zone 11, 12.
  • the magnets 26 are solid but this is not an obligation, they could have at least one recess. It is the same for the parts 27 of lower density if they are solid.
  • the terminal magnets 26 have a width in the direction of movement which is substantially equal to that of the air gap. In the example shown in FIG. 2E, the magnets 26 and the parts 27 of lower density have substantially the same dimensions. This is not a obligation.
  • the lightened part 200 by magnet has the shape of a substantially rectangular plate.
  • the mobile magnetic part 20 comprises a part 200 lightened by a magnet formed by a central magnet 28 full with generally rounded edges, surrounded at least partially by one or more parts 29 of lower density.
  • These lower density parts 29 can be magnetic or non-magnetic, dielectric or electrically conductive.
  • a magnet 28 can take the form of a substantially circular or slightly ovoid pellet (its width is close to its length).
  • This patch may also include at least one portion of rectilinear edge.
  • the mobile magnetic part 20 can be made more angularly stable. There is less risk of it shifting angularly during its movement. By reducing its size in the direction of movement compared to the configuration with substantially parallelepiped magnet, its mass is reduced.
  • the fixed magnetic part 10 is similar to that of FIG. 2E.
  • the parts 29 of lower density serve to complete the magnet 28 so that the faces of the part 200 lightened by magnet, facing the zones of attraction 11, 12, are adapted to the geometry of said zones of attraction 11 , 12 in order to obtain optimal contact.
  • the areas of attraction 11, 12 have a flat face opposite the mobile magnetic part 20.
  • the parts 29 of least density, four in number in this example, can be qualified as corners which surround the magnet 28 in the form of a pellet. Their main section is delimited by two sides at right angles connected by an arc of a circle. They contribute to forming with the magnet 28 flat faces which must come to stick on the areas of attraction 11, 12. Other shapes are of course possible.
  • the lightened part 200 by magnetizing with the corners 29 takes the form of a substantially rectangular plate. If the material of the less dense parts 29 is dielectric, provision may be made for the magnet 28 (which may be electrically conductive) to come into direct contact with the areas of attraction 11, 12 insofar as they are also conductive and that one wishes to make an ohmic contact as in FIG. 2G. If a capacitive contact is required, the less dense parts 29 can completely mask the magnet 28 from the attraction zones 11, 12 as in FIG. 2H. In this figure the magnet 28 is a substantially ovoid central patch. We could have as a moving magnetic part a solid pellet with a substantially ovoid magnet, therefore without a materialized corner.
  • the movable magnetic part comprises a solid pellet with a substantially ovoid magnet cooperating with corners, these the latter will be of electrically conductive or dielectric non-magnetic material.
  • the mobile magnetic part 20 comprises a part 200 lightened by magnet in the form of a substantially ovoid plate. It consists of a frame 201 in magnet defining a central opening 202 empty of solid material. This opening 202 could of course be filled with a lower density material as described in FIG. 2B.
  • the faces 201a of the mobile magnetic part 20 which are intended to be bonded to the areas of attraction 11, 12, of the fixed magnetic part 10 are also curved.
  • the areas of attraction 11, 12 each have a face 11a, 11b of shape combined with that of the part 200 lightened by magnet.
  • the movable magnetic part 20 can be partially embedded in the attraction zones 11, 12.
  • any curved surface can be broken down into a succession of small plane surfaces of variable angle.
  • the surface and the force of contact F ' are both increased by a factor 1 / sin ⁇ , the angle ⁇ being represented in FIG. 2J between the force F' and a normal to the direction of movement
  • the faces of the part 200 being lightened by magnetizing , intended to come and stick on the attraction zones 11, 12 are curved, they could be serrated as in FIG. 2J.
  • the lightened magnet part 200 is formed of a magnet 203 with recesses 204 (which are assumed to be non-traversing).
  • the magnet 203 is in the form of a plate and the recesses can be at one of its main faces or at the two main faces.
  • the lightened part 200 with a magnet is therefore in the form of a plate with zigzag faces 205 which must stick to the attraction zones 11, 12.
  • Each attraction zone 11, 12 has a face of conjugate shape on which must come sticking the mobile magnetic part 20.
  • Such a shape with one or more teeth or at least substantially a V also makes it possible to increase the force and / or the contact surface compared to the case where the edges are straight normal to displacement.
  • the means 30 for triggering the displacement of the mobile magnetic part are represented by a conductor arranged in a loop, with one or more turns, placed in a plane x, y (which is the plane in which the part moves mobile magnetic) under the assembly formed by the mobile magnetic part 20 and the fixed magnetic part 10.
  • This loop comprises a section 30.1 of conductor opposite each attraction zone 11, 12. In these two sections 30.1 of conductor the current flows in reverse. An arrow indicates (arbitrarily) the direction of the current in the conductor. In this configuration, the cooperation in terms of magnetic field between the conductor 30 in a loop and the part 200 lightened by magnet is not optimal.
  • the main magnetic field created by the magnet 22 is oriented in the direction of movement (along x), it is used to achieve magnetic guidance of the mobile magnetic part 20 when it is in levitation and to obtain bistability.
  • To initiate the movement use is made of a magnetic field leak from the magnet 22 which combines with the electric current flowing in the two sections 30.1 of conductor located opposite the areas of attraction 11, 12.
  • the force tear which is used to initiate the displacement is proportional to the vector product of the intensity of the current in the section 30.1 of conductor opposite the area of attraction 11 or 12 on which is glued the piece 200 lightened with magnet and the field magnetic created by the mobile magnetic part only and prevailing at the level of said section 30.1 of conductor according to Laplace law.
  • the magnetic field at this section of conductor 30.1 is not optimal, since we do not use all the magnetic field created by the magnet 22 of the part 200 lightened by loving, but only a leak.
  • the sections (referenced 30.2) of the conductor 30 which are not opposite with the areas of attraction 11, 12 do not participate in the initiation of the movement.
  • a large current must be circulated in the conductor 30.
  • the lightened part 200 by magnet is a substantially rectangular frame with two bars 24.1 of magnet opposite the attraction zones 11, 12. These two bars
  • the means 30 for triggering the displacement of the mobile magnetic part 20 are a conductor arranged in a meander with sections 31.1, 31.2 oriented like the bars 24.1. In two successive sections 31.1, 31.2 the current flows in opposite directions. The direction of the current is illustrated in Figure 2C. One of the directions corresponds to a forward path and the other to a return path for the current.
  • Each bar 24.1 is located above a section 31.1 of conductor when it is stuck on an attraction area 11 and above a section 31.2 of conductor when it is stuck on the area of attraction 12 In these sections 31.1 or 31.2 surmounted by a bar 24.1, the current flows in the same direction. There is a strong cooperation between the field created by each of the bars 24.1 and the current which circulates in the associated section 31.1 (in the case where the magnetic part mobile 20 is glued to the area of attraction 11) and this cooperation aims to create a displacement force also called actuation force of the mobile magnetic part 20.
  • the geometry of the meanders is not limited to simple geometry in Greek as in FIGS. 2. One can envisage a more complex geometry such as a spiral meander extending in one or more superimposed planes.
  • a magnetic field is also established which is in the opposite direction to that generated by the bars 24.1 of magnets. This magnetic field comes from the leakage fields of neighboring 24.1 bars.
  • This lower density part 25 which can be described as virtual if the frame is empty of solid material, also cooperates with a section 31.2 of conductor to initiate the initiation of the displacement when the movable magnetic part is glued against a zone of attraction.
  • the magnetic field in the lower density part 25 reinforces that created by the section 31-2 of conductor with which it cooperates.
  • a given breakout force can be obtained with a lower current than in the configuration of FIG. 2A. If there were several parts of lower density as in FIG.
  • the mobile magnetic part 20 is glued against the attraction zone 11, there is a section 31.2 of end conductor (that of right) which does not cooperate with a part of the movable magnetic part 20.
  • This section 31.2 of conductor is located at the air gap e. But when the mobile magnetic part 20 has switched and is stuck on the attraction zone 12, this section of conductor 31.2 finds its usefulness in the other direction since the current flows there in the opposite direction and it is the other section 31.1 end conductor (located on the side of the attraction zone 12) which does not participate in the triggering.
  • FIGS. 7A, 7B the microactuator is completely embedded in a substrate produced in two assembled parts.
  • FIGS. 6A, 6b only the means for triggering the displacement are embedded in the substrate also produced in two assembled parts, the mobile and fixed magnetic parts are placed on the substrate.
  • the two parts are solid conventional semiconductor substrates while in FIGS. 7A, 7B, one of them is a solid conventional substrate while the other is an SOI substrate (acronym of silicon on insulator, for silicon on insulator).
  • SOI substrate acronym of silicon on insulator, for silicon on insulator.
  • Such a silicon substrate has a layer of insulating material 93-1, of silicon oxide, buried within the silicon.
  • the layer of insulating material can serve as a stop layer.
  • a first substrate either conventional solid 91 in semiconductor material, or of SOI type 93, micro-magnets 3-1 and 24 will be produced, for the fixed magnetic part and for the mobile magnetic part respectively.
  • the displacement triggering means taking the form of one or more conductors can be produced. arranged in winding ( Figures 5A to 5G). In these FIGS. 5A to 5G, a solid substrate has been shown. However in FIG.
  • the photolithography mask used takes into account the structure of the lightened part by magnet.
  • This mask comprises at least one solid part 500 or spared which corresponds, in the part 200 lightened by magnet, to a part of lower density which in the example corresponds to a recess 21 of the magnet. This recess can be empty or full of lower density solid material.
  • the lightened part 200 with a magnet is a frame 24 with a hollowed-out magnet in FIGS. 3 and that it is a frame 24 with a magnet, the recess 21 of which is full of substrate material in FIGS. 4.
  • the first substrate 91, 93 is not etched at the solid part 50-2 of the mask.
  • the etching can be a dry etching. In the SOI 93 substrate, the etching stops on the oxide layer 93-1.
  • the resin 50-1 is removed.
  • a conductive bonding sub-layer 52 is deposited on the substrate 91, 93. In fact this variant is only found in FIG. 4B.
  • FIG. 3B there are two bonding sublayers 52-1, 52-2, the second 52-2 being inserted between the first 52-1 and the substrate 91. It allows good adhesion to the substrate 91 of the first sub-layer 52-1. It also allows protection of the frame 24 by magnet, produced subsequently, against corrosion.
  • the first sublayer can be gold and the second titanium. These two sublayers could be used in the example of FIG. 4B.
  • the magnet deposition area is defined by photolithography.
  • the resin layer used bears the reference 50-2.
  • the magnets 3-1, 24 are deposited electrolytically.
  • the material used can be cobalt-platinum ( Figures 3C, 4C).
  • a step of planarizing the magnets is carried out, then a step of removing the underlay 52 on the surface (FIGS. 4D) or the two undercoats 52-1, 52-2 ( Figure 3D).
  • a conductive layer 53 can then be deposited on the surface intended to make electrical contacts C1, C2 on the magnets 3-1 of the fixed magnetic part and C on the frame 24 of the mobile magnetic part.
  • the geometry of the contacts Cl, C2, C is defined by photolithography.
  • the resin bears the reference 50-3 ( Figures 3E, 4E). Since all the magnets are produced at the same time, the mobile magnet 24 also carries a conductive layer on its upper face, it has a role of protection against corrosion.
  • the resin 50-3 spares the recess 21 of the mobile magnetic part 200.
  • the next step is a step of etching the conductive layer 53 to delimit the contacts C1, C2, C.
  • the conductive layer 53 is removed by etching at the level of the recess 21 of the lightened part by magnetizing it. 200, the material of the substrate being at the level of the recess 21 will subsequently be removed as will be seen in FIG. 31.
  • the conductive layer 53 is not removed at the level of the recess 21 of the lightened part by magnet 200. It prevents the etching step of FIG. 41 from attacking the material of the substrate which fills the recess.
  • the resin 50-3 is then removed.
  • An insulating layer 54 is deposited on the surface, in Si0 2 for example, then a planarization step is carried out ( Figures 3F, 4F).
  • a planarization step is carried out ( Figures 3F, 4F).
  • This step is a photolithography step and the resin used bears the reference 50-4 ( Figures 3G, 4G).
  • the 50-4 resin spares the lightened part by magnet 200.
  • the resin 50-4 is removed ( Figures 3H, 4H).
  • the lightened part 200 with a magnet is then exposed and its surroundings 58 up to the fixed magnets 3-1 (FIG. 3H, 4H). Then a dry etching of the substrate 93 is carried out at the space 58 around the lightened part 200 by magnetizing, at the opening 46, this etching stops on the insulating layer in the case of the SOI substrate. 93 ( Figure 41).
  • the layer 53 which covers the recess 21 prevents it from being attacked since in this configuration it is full of material of the substrate 93.
  • the dry etching of the substrate 91 takes place around the lightened part 200 with magnet , at the opening 46, as well as at the recess 21 inside the frame 24. Thus the recess 21 is emptied of the material of the substrate 91.
  • the means 30 for triggering the displacement are similar to those in Figure 2A.
  • the geometry of the conductor 4-1 and of its ends 45 which are to carry the supply contacts by photolithography is defined.
  • the resin used bears the reference 50-5 (FIGS. 5A).
  • An etching of a box 55 is carried out which must receive the conductor 4-1.
  • the etching of the box 55 stops on the insulating layer.
  • the depth of the box 55 corresponds to the thickness of the conductor 4-1.
  • a conductive bonding sub-layer 56 is deposited on the surface (FIG. 5B). It can be made of copper for example.
  • the conductor deposition area is defined by photolithography.
  • the resin used bears the reference 50-6.
  • the conductor 4-1 is deposited electrolytically, its ends referenced 45 are clearly visible (FIGS. 5C).
  • the deposit can be copper.
  • the resin 50-6 is removed, the conductive deposit is planarized.
  • the conductive sub-layer 56 is etched on the surface to remove it (FIG. 5D).
  • a conductive layer 57 is then deposited on the surface intended to make the supply contacts 47 of the conductor 4-1, these contacts 47 covering the ends 45 of the conductor 4-1.
  • the geometry of the contacts 47 is defined by photolithography, the resin used for this bearing the reference 50-7 (FIG. 5E).
  • the conductive layer 57 is then etched so as to remove it wherever it is not protected by the resin 50-7.
  • an insulating layer 59 is deposited on the surface. It can be made of silicon oxide Si0 2 . It will isolate the conductor 4-1 from the magnets 3-1, 24 during the assembly of the first substrate 91, 93 and the second substrate 92 (FIG. 5F). Planarization is carried out on the surface and the contacts 47 are exposed (FIG. 5G). We will then assemble by gluing, putting them face to face, the substrate of Figure 31 to the substrate of Figure 5G ( Figure 6A) or the substrate of Figure 41 to the substrate of Figure 5G ( Figure 7A).
  • the first substrate 91, 93 will be totally or partially eliminated. It may be a mechanical thinning and / or a chemical attack.
  • FIG. 6B the substrate 91 has been completely removed while in FIG. 7B, the elimination has stopped on the oxide layer 93-1 and the silicon of the substrate 93 which is below remains in place.
  • the magnets 3-1, 24 are then embedded in the substrate formed by the two assembled parts 92 and 93 while in FIG. 7B they are on the surface of the substrate 92.

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Abstract

Il s'agit d'un actionneur magnétique comportant une partie magnétique mobile (20), une partie magnétique fixe (10) dotée d'au moins deux zones d'attraction (11, 12) pour la partie magnétique mobile (20), et des moyens (30) de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile (20), la partie magnétique mobile (20) étant en lévitation lorsqu'elle n'est pas en contact avec une zone d'attraction (11, 12). La partie magnétique mobile (20) comporte une pièce (200) à base d'aimant, allégée en aimant, cette pièce (200) ayant un volume hors tout, et une masse qui est inférieure à celle qu'elle aurait si son volume hors tout était totalement occupé par l'aimant.

Description

ACTIONNEUR MAGNETIQUE A LEVITATION
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE La présente invention a pour objet un actionneur magnétique à lévitation et notamment un microactionneur réalisable par les techniques de la microtechnologie. Ces actionneurs magnétiques possèdent une partie magnétique mobile et une partie magnétique fixe. La partie magnétique mobile est en lévitation lorsqu'elle n'est pas collée à la partie magnétique fixe. De tels actionneurs sont très prometteurs et dans l'avenir ils risquent concurrencer les systèmes à transistors pour faire de la commutation.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE On connaît par la demande de brevet français FR-A1-2 828 000 déposée le 27 juillet 2001 au nom du demandeur, un actionneur magnétique qui comporte comme sur les figures 1A, 1B, 1C une partie magnétique mobile 1, une partie magnétique fixe 2 présentant au moins deux zones d'attraction 2.1, 2.2 pour la partie magnétique mobile 1 et des moyens 3 de • déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile 1. La partie magnétique mobile est 'formée d'un aimant en forme de plaque rectangulaire. Lorsqu'elle n'est pas collée sur l'une des zones d'attraction 2.1, 2.2, la partie magnétique mobile 1 est en lévitation entre les deux zones d'attraction 2.1, 2.2. Sur les figures, les deux zones d'attraction 2.1, 2.2 correspondent chacune à une paire d'aiman s 2.1a, 2.1b et 2.2a, 2.2b disjoints. Chaque aimant 2.1a, 2.1b et 2.2a, 2.2b est doté d'un contact électrique Cil, C12 et C21, C22 respectivement. La partie magnétique mobile 1 est également dotée de contacts électriques Cl, C2 placés sur des faces opposées qui sont les faces qui viennent en contact avec la partie magnétique fixe 2. Lorsque la partie magnétique mobile 1 est collée sur la zone d'attraction 2.1 de gauche, le contact Cl de la partie magnétique mobile 1 vient relier électriquement les deux contacts Cil, C12 de la zone d'attraction 2.1 et lorsque la partie magnétique mobile 1 est collée sur la zone d'attraction 2.2 de droite, son contact C2 vient relier électriquement les deux contacts C21, C22 de la zone d'attraction 2.2. Les flèches illustrent dans les deux situations, le courant qui circule entre les deux contacts. Le déclenchement du mouvement de l'aimant mobile est initié par une impulsion de courant envoyée dans les moyens 3 de déclenchement du déplacement qui sont représentés dans cet exemple par un bobinage à plusieurs spires placé sous l'ensemble formé par la partie magnétique mobile 1 et la partie magnétique fixe 2. Par rapport aux commutateurs à transistors de tels commutateurs magnétiques à lévitation et d'une façon générale les contacteurs mécaniques présentent un inconvénient qui est que leur temps de commutation n'est pas négligeable, il est d'au moins quelques microsecondes. Un autre inconvénient présenté par ces actionneurs est que la qualité du contact électrique risque de se dégrader après un grand nombre de commutations . Un autre inconvénient de ces commutateurs magnétiques à lévitation est qu'ils consomment un courant non négligeable au moment d'une commutation. Par contre, ils possèdent un avantage qui est que lorsqu'ils sont dans une position stable, leur partie magnétique mobile collée contre la partie magnétique fixe, ils ne consomment pas d'énergie électrique. Ce n'est pas le cas des transistors qui lorsqu'ils sont au repos consomment un peu d'énergie et doivent continuer à être alimentés.
EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour but de proposer un actionneur magnétique à lévitation qui présente un temps de commutation et/ou un courant d' actionnement réduits par rapport aux actionneurs de l'art antérieur. Un autre but de l'invention est de proposer un actionneur magnétique dont le courant consommé pendant une commutation est réduit. Un autre but de l'invention est de proposer un actionneur magnétique ayant une qualité de contact améliorée et pérenne. Un autre but de l'invention est de proposer un actionneur magnétique dont la partie magnétique mobile présente une stabilité angulaire accrue. Pour atteindre ces buts, la présente invention est un actionneur magnétique comportant une partie magnétique mobile, une partie magnétique fixe dotée d'au moins deux zones d'attraction pour la partie magnétique mobile, et des moyens de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile, la partie magnétique mobile étant en lévitation lorsqu'elle n'est pas en contact avec une zone d'attraction. La partie magnétique mobile comporte une pièce à base d'aimant, allégée en aimant, cette pièce ayant un volume hors tout, et une masse qui est inférieure à celle qu'elle aurait si son volume hors tout était totalement occupé par l'aimant. Ainsi, grâce à la pièce allégée en aimant, on réduit la masse de la partie magnétique mobile, cette dernière est commutée plus rapidement pour une force d' actionnement donnée ou bien un courant d' ctionnement réduit est requis pour l' actionnement pour un temps de commutation donné. On peut jouer à la fois sur le temps de commutation et le courant d' actionnement . La pièce allégée en aimant peut être formée d'un ou plusieurs aimants munis d'au moins un évidement . L' évidement peut être un trou traversant.
Il peut être empli d' un matériau solide ayant une densité moindre, inférieure à celle de l'aimant. On peut choisir le matériau solide de moindre densité parmi un matériau semi-conducteur, un matériau plastique, un matériau diélectrique, un matériau magnétique doux, selon la configuration. Dans une variante, l' évidement peut être vide de matériau solide . La pièce allégée en aimant peut prendre la forme d'une plaque sensiblement rectangulaire. II est possible qu'elle comporte un cadre d' aimant . Dans une variante qui permet de diminuer le courant nécessaire à un déplacement, la pièce allégée en aimant peut comporter, dans le sens du déplacement, une succession d'aimants espacés les uns des autres, ces aimants ayant une même orientation d'aimantation. Dans le même but, la pièce allégée en aimant peut comporter, dans le sens du déplacement, une succession alternée d'aimants et d'au moins une partie solide de moindre densité. Les aimants peuvent être en forme de barreaux orientés sensiblement normalement au déplacement. Pour maximiser la force de contact, il est avantageux que la succession comporte un aimant à chaque extrémité. Cependant en fonction des applications ou des caractéristiques magnétiques des aimants, il peut être intéressant aussi de disposer à chaque extrémité de la succession un autre matériau que celui utilisé pour les aimants de la succession. Pour diminuer le courant total nécessaire au déplacement, les moyens de déclenchement du déplacement peuvent comporter au moins un conducteur agencé en méandre formé de tronçons de conducteurs successifs dans lesquels un courant est susceptible de circuler dans des sens opposés, chacun des aimants de la succession coopérant, lorsque la partie magnétique mobile est collée sur une zone d'attraction, avec un des tronçons, dans ces tronçons le courant circulant dans le même sens . Pour simplifier la commande bidirectionnelle, il est préférable que les aimants d'extrémité aient une dimension, dans le sens du déplacement, sensiblement égale au déplacement. Dans une autre variante particulièrement stable, la pièce allégée en aimant comporte au moins un aimant central entouré au moins partiellement d' au moins une partie de moindre densité, cet aimant central étant en forme de pastille sensiblement arrondie ou ovoïde . Pour améliorer la force de contact, lorsque la partie magnétique mobile est collée sur une zone d'attraction, la partie magnétique mobile peut comporter au moins une face, devant venir se coller sur la zone d'attraction, cette face étant courbe. Au lieu d'être courbe, cette face peut être agencée en zigzag. Dans ces configurations, chaque zone d'attraction a une géométrie conjuguée de celle de la face de la partie magnétique mobile devant venir en contact avec elle. Il est possible de prévoir, notamment dans le cas de contacteurs RF, qu'au moins une des zones d'attraction comporte une partie diélectrique de manière à réaliser un contact capacitif lorsque la partie magnétique mobile est collée sur ladite zone d' attraction. Dans le même but, la pièce allégée en aimant peut comporter une partie diélectrique de manière à réaliser un contact capacitif lorsque la partie magnétique mobile est collée sur une des zones d'attraction. La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'un actionneur magnétique de ce type. Il comporte les étapes suivantes : - sur un premier substrat, réalisation de caissons aptes à recevoir des aimants d'une partie magnétique fixe et d'une pièce allégée en aimant d'une partie magnétique mobile, cette pièce allégée en aimant ayant un volume hors tout, et une masse qui est inférieure à celle qu'elle aurait si son volume hors tout était totalement occupé par l'aimant, - dépôt dans les caissons des aimants, dépôt d'une couche diélectrique et gravure de cette dernière pour mettre à nu la pièce allégée en aimant de la partie magnétique mobile et son entourage jusqu'à la partie magnétique fixe, - sur un second substrat réalisation d'au moins un caisson apte à recevoir un conducteur destiné à déclencher un déplacement de la partie magnétique mobile, - dépôt du conducteur dans le caisson, assemblage des deux substrats en les mettant face à face, élimination totale ou partielle du premier substrat de manière à libérer la pièce allégée en aimant de la partie magnétique mobile. Il peut comporter également une étape d'aimantation de l'aimant de la pièce allégée en aimant de la partie magnétique mobile et éventuellement de la partie magnétique fixe avant la libération de la pièce allégée en aimant . L'étape de gravure de la couche diélectrique du premier substrat peut viser à réaliser au moins une ouverture d' accès à au moins un contact électrique d'alimentation du conducteur. L'étape de gravure de la couche diélectrique peut être suivie d'une étape de gravure du premier substrat autour de la pièce allégée en aimant et au niveau d' au moins une partie de moindre densité dont est dotée la pièce allégée en aimant. Dans une variante, l'étape de gravure de la couche diélectrique peut être suivie d'une étape de gravure du premier substrat autour de la pièce allégée en aimant en masquant au moins une partie de moindre densité dont est dotée la pièce allégée en aimant, cette partie de moindre densité étant pleine du matériau du substrat. Le procédé peut comporter une étape de réalisation d'au moins un contact électrique pour l'alimentation du conducteur sur le second substrat après le dépôt du conducteur et avant l'assemblage des deux substrats. Une étape de dépôt d' un matériau diélectrique en surface du second substrat avant l'assemblage des deux substrats peut être prévue. Ce matériau diélectrique peut servir à protéger le conducteur. Les substrats peuvent être des substrats semi-conducteurs massifs ou de type SOI.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : les figures 1A, 1B, 1C montrent un actionneur magnétique connu ; les figures 2A à 2J montrent différentes variantes d' un actionneur magnétique selon l'invention ; - les figures 3A à 31 montrent différentes étapes de réalisation des parties magnétiques fixe et mobile d'un actionneur selon l'invention, sur un substrat semi-conducteur massif ; - les figures 4A à 41 montrent différentes étapes de réalisation des parties magnétiques fixe et mobile d'un actionneur selon l'invention, sur un substrat semi-conducteur de type SOI ; - les figures 5A à 5G montrent différentes étapes de réalisation des moyens de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile d'un actionneur selon l'invention, sur un substrat semiconducteur ; - les figures 6A et 6B montrent les étapes d'assemblage et de finition des substrats obtenus aux figures 31 et 5G ; - les figures 7A et 7B montrent les étapes d'assemblage et de finition des substrats obtenus aux figures 41 et 5G. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles . Ces différentes variantes doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres .
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
On se réfère aux figures 2A à 2J qui montrent différentes configurations possibles pour la partie magnétique mobile 20, la partie magnétique fixe 10 et les moyens 30 de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile 20 d'un actionneur magnétique selon l'invention. Ce déplacement se fait dans un plan x, y, le long de l'axe x. Le temps de commutation d'un actionneur magnétique, pour une force magnétique donnée s'appliquant sur la partie magnétique mobile est proportionnel à la masse de la partie magnétique mobile . Pour que la partie magnétique mobile se déplace entre deux zones d'attraction selon une translation sans être soumise à une déviation latérale, il faut que sa dimension dans le sens du déplacement soit grande devant ses deux autres dimensions. C'est pourquoi la partie magnétique mobile est généralement une plaque d'aimant rectangulaire dont la longueur est dirigée dans le sens du déplacement. Ces considérations font qu'une telle partie magnétique mobile présente un volume relativement important et donc une masse relativement importante (les densités des aimants sont en général élevées) . Mais en fait, seuls les volumes d'aimants qui se trouvent en vis à vis des zones d'attraction de la partie magnétique fixe, participent à la bistabilité de l' actionneur . On entend par bistabilité, les deux positions stables de la partie magnétique mobile contre les zones d'attraction de la partie magnétique fixe. Le déclenchement du déplacement par contre est dû à l'ensemble aimants plus moyens de déclenchement du déplacement (ces moyens seront décrits en détail ultérieurement) . La partie centrale de la partie magnétique mobile n'a pas besoin d'être en aimant (dans le cas où il n'y a pas de conducteur des moyens de déclenchement du déplacement au niveau de cette partie centrale). L'invention consiste donc à réaliser la partie magnétique mobile sous forme d'une pièce allégée en aimant de telle sorte qu'elle possède une masse qui est inférieure à celle qu'elle aurait si son volume hors tout était totalement occupé par l'aimant. Ainsi pour une même force et une même pression s'appliquant sur la partie magnétique mobile, on allège sa masse et on réduit le temps de commutation et/ou le courant d' actionnement nécessaire. La figure 2A montre en vue de dessus un actionneur magnétique selon l'invention dans lequel la partie magnétique fixe 10 comporte deux zones d'attraction 11, 12 en vis à vis, chacune formée d'une paire de blocs magnétiques 11.1 et 11.2, 12.1 et 12.2 disjoints à la manière des figures 1A à 1C. La partie magnétique fixe peut être réalisée en un matériau choisi dans le groupe des matériaux magnétiques doux, des matériaux magnétiques durs, des matériaux à hystérésis, ces matériaux étant pris seuls, en combinaison entre eux ou avec des matériaux supraconducteurs, des matériaux diamagnétiques . Les matériaux magnétiques doux tels que le fer, le nickel, des alliages à base de fer-nickel, de fer-cobalt, de fer-silicium etc., s'aimantent en fonction d'un champ inducteur auquel ils sont soumis. Les matériaux magnétiques durs correspondent aux aimants tels que les aimants en ferrite, les aimants à base de samarium-cobalt, les aimants à base de néodyme- fer-bore, les aimants à base de platine-cobalt, de fer- platine par exemple . Leur aimantation dépend peu du champ magnétique extérieur. Les matériaux à hystérésis, par exemple de type aluminium-nickel-cobalt (AlNiCo) , ont des propriétés qui se situent entre celles des matériaux magnétiques doux et celles des matériaux magnétiques durs. Ils sont sensibles au champ magnétique dans lequel ils se trouvent. Quant aux matériaux diamagnétiques tels que le bismuth ou le graphite pyrolitique, leur aimantation est colinéaire au champ magnétique inducteur mais de sens opposé. Les matériaux supra-conducteurs pourraient être des alliages à base de nobium-titane (NbTi) , d' yttrium- barium-cuivre-oxygène (YBaCuO) par exemple. La partie magnétique mobile 20 représentée, dans cet exemple, est située entre les deux zones d'attraction 11, 12 et est donc en lévitation. Elle comporte une pièce 200 allégée en aimant qui est formée d'au moins un aimant 22 muni d'évidements 21. Ces évidements 21 peuvent être des trous traversants ou des trous borgnes. Les trous 21 sont dirigés dans le sens de l'épaisseur de l'aimant 22. Cette représentation n'est pas limitative, les évidements 21 pourraient prendre une autre direction. La pièce 200 allégée en aimant et donc aussi l'aimant 22 sont en forme de plaque sensiblement parallélépipédique. Les évidements 21 sont de préférence concentrés dans la partie centrale de l'aimant 22 et épargnent ses bords 23 qui sont en vis à vis des deux zones d'attraction 11, 12 de la partie magnétique fixe 10. Ces bords 23 sont pleins et leur dimension, dans le sens du déplacement, est sensiblement égale à la distance que parcourt la partie magnétique mobile 20 lorsqu'elle quitte l'une des deux zones d'attraction, par exemple 11, et vient se coller sur l'autre zone d'attraction 12. Cette distance est appelée par la suite entrefer et est référencée e sur la figure 2B. Dans l'exemple de la figure 2A, les évidements 21 de l'aimant 22 sont vides de matériau solide. Ainsi la masse de la pièce 200 allégée en aimant est inférieure à celle qu'elle aurait en l'absence des évidements 21. L'aimant 22 peut être réalisé par exemple, en ferrite, à base de samarium-cobalt, de néodyme-fer- bore, de platine-cobalt, de fer-platine. Les évidements 21 ont été répartis de manière sensiblement régulière dans l'aimant 22 mais ce n'est pas une obligation. De la même manière, ils n'ont pas forcément tous la même dimension. Au lieu de posséder plusieurs évidements, l'aimant pourrait en avoir qu'un seul. Au lieu que les évidements soient vides de matériau solide, ils pourraient être emplis d'un matériau dont la densité est inférieure à celle de l'aimant comme sur la figure 2B. Ce matériau est appelé par la suite matériau de moindre densité. Sa densité est inférieure à celle de l'aimant. On peut penser, par exemple, à un matériau plastique, à un matériau diélectrique, à un matériau semi-conducteur tel que le silicium ou même à un matériau magnétique doux tel que le fer, le nickel, des alliages à base de fer-nickel, de fer-cobalt, de fer- silicium, etc.. Ce qui importe, c'est que la pièce 200 allégée en aimant ait une masse inférieure à celle
• qu'elle aurait si son volume hors tout était en aimant massif. Par volume hors tout, on entend le volume total qui inclut le' volume des évidements lorsqu'ils sont vides de matériau solide. Avec ce principe, il est possible de gagner jusqu'à environ 90% sur la masse de la partie magnétique mobile et donc de diviser le temps de commutation par environ 10 par rapport à une configuration conventionnelle avec partie magnétique mobile faite d'un aimant massif. Les moyens 30 de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile 20 ont été représentés comme un bobinage 30 à une ou plusieurs spires placé sous l'ensemble constitué de la partie magnétique mobile 20 et de la partie magnétique fixe 10. Des contacts entre la partie magnétique mobile 20 et les zones d'attraction 11, 12 ont été représentés résistifs, c'est à dire ohmiques ou secs. L'aimant 22 vient en contact électrique direct avec l'une ou l'autre des paires de blocs magnétiques 11.1 et 11.2, 12.1 et 12.2. Sur la figure 2B, la partie magnétique fixe 10 comporte maintenant deux zones d'attraction 11, 12 en vis à vis, chacune formée d'un aimant 110, 120 et d'une partie diélectrique 111, 121 accolées. La partie magnétique mobile 20 vient se coller sur l'une ou sur l'autre des parties diélectriques 111 ou 121 de manière à former un contact dit capacitif. Un des avantages des contacts capacitifs est qu'ils sont moins sujets à l'usure que les contacts résistifs. La pièce 200 allégée en aimant de la partie magnétique mobile 20 est une plaque sensiblement rectangulaire et comporte un aimant 24 en forme de cadre délimitant un trou 21 traversant unique empli de matériau 25 dont la densité est inférieure à celle de l'aimant. Le cadre est sensiblement rectangulaire avec des barreaux dont deux (référencés 24.1) sont en vis à vis des zones d'attraction 11, 12. Il serait bien sûr possible que le trou traversant 21 unique soit vide de matériau solide, à la manière de ceux de la figure 2A. Sur cette figure 2B, la largeur 1 (dimension dans le sens du déplacement) d'un barreau 24.1 se trouvant en vis à vis des zones d'attraction 11, 12 de la partie magnétique fixe 10 est sensiblement égale à l'entrefer e. On pourrait envisager d'utiliser ce trou pour positionner une lentille optique ou une valve. Les moyens 30 de déclenchement du déplacement de la partie magnétique < mobile 20 sont représentés par un conducteur agencé en méandre placé sous la partie magnétique mobile 20. Ils seront décrits plus en détail par la suite, notamment en se référant à la figure 2C qui est une coupe longitudinale de 1' actionneur de la figure 2B. Sur la figure 2D, la partie magnétique fixe 10 est similaire à celle de la figure 2A, les moyens de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile ne sont pas représentés pour ne pas surcharger la figure. La pièce 200 allégée en aimant de la partie magnétique mobile 20 comporte deux aimants 26 prenant en sandwich une partie 27 de moindre densité. La partie 27 de moindre densité est une plaque sensiblement carrée. La pièce 200 a la forme d'une plaque sensiblement rectangulaire. Les aimants 26, en forme de barreaux, sont situés en vis à vis des zones d'attraction 11, 12 de la partie magnétique fixe 10. Comme dans les exemples précédents, le matériau de la partie 27 de moindre densité peut être, par exemple, un matériau plastique, un matériau diélectrique, du silicium ou même un matériau magnétique doux. Sur la figure 2E, la pièce 200 allégée en aimant est formée, dans le sens du déplacement, d'une succession alternée d'aimants 26 et de parties 27 de moindre densité, des aimants 26 terminant la succession. On peut envisager que ce ne soit pas un aimant qui termine la succession, notamment si on prévoit de réaliser un contact capacitif. Les aimants 26 terminaux sont en vis à vis avec les zones d'attraction 11, 12 de la partie magnétique fixe 10. Les aimants 26 et les parties 27 de moindre densité sont en forme de barreaux. Les parties 26 de moindre densité peuvent être réalisées en matériau solide mais on peut imaginer qu'elles correspondent à des évidements. Cette dernière configuration est illustrée sur la figure 2F. Sur cette dernière figure, la pièce 200 allégée en aimant est un aimant en forme de grille et les barreaux d'aimant 26 sont solidaires les uns des autres à leurs deux extrémités . Sur les figures 2E, 2F, la partie magnétique fixe 10 est formée de deux pièces magnétiques 111, 121 en regard formant chacune une zone d'attraction 11, 12. Les aimants 26 sont massifs mais ce n'est pas une obligation, ils pourraient être munis d'au moins un évidement. Il en est de même pour les parties 27 de moindre densité si elles sont solides. Les aimants 26 terminaux ont une largeur dans le sens du déplacement qui est sensiblement égale à celle de l'entrefer. Dans l'exemple représenté sur la figure 2E, les aimants 26 et les parties 27 de moindre densité ont sensiblement les mêmes dimensions. Ce n'est pas une obligation. La pièce 200 allégée en aimant a la forme d'une plaque sensiblement rectangulaire. Sur la figure 2G, la partie magnétique mobile 20 comporte une pièce 200 allégée en aimant formée d'un aimant central 28 plein à bords globalement arrondis, entouré au moins partiellement d'une ou plusieurs parties 29 de moindre densité. Ces parties de moindre densité 29 peuvent être magnétiques ou amagnétiques, diélectriques ou électriquement conductrices. Un tel aimant 28 peut prendre la forme d'une pastille sensiblement circulaire ou légèrement ovoïde (sa largeur est proche de sa longueur) . Cette pastille peut aussi comporter au moins une portion de bord rectiligne. Ainsi en donnant à l'aimant une telle forme en pastille, on peut rendre la partie magnétique mobile 20 plus stable angulairement . Il y a moins de risque qu'elle se décale angulairement lors de son déplacement. En réduisant sa dimension dans le sens du déplacement par rapport à la configuration avec aimant sensiblement parallélépipédique, on réduit sa masse. La partie magnétique fixe 10 est similaire à celle de la figure 2E. Les parties 29 de moindre densité servent à compléter l'aimant 28 pour que les faces de la pièce 200 allégée en aimant, en vis à vis des zones d'attraction 11, 12, soient adaptées à la géométrie des dites zones d'attraction 11, 12 afin d'obtenir un contact optimal . Dans l'exemple de la figure 2G, les zones d'attraction 11, 12 ont une face plane en regard de la partie magnétique mobile 20. Les parties 29 de moindre densité, au nombre de quatre dans cet exemple, peuvent être qualifiées de coins qui encadrent l'aimant 28 en forme de pastille. Leur section principale est délimitée par deux côtés à angle droit reliés par un arc de cercle. Elles contribuent à former avec l'aimant 28 des faces planes qui doivent venir se coller sur les zones d'attraction 11, 12. D'autres formes sont bien sûr possibles. La pièce 200 allégée en aimant avec les coins 29 prend la forme d'une plaque sensiblement rectangulaire. Si le matériau des parties 29 de moindre densité est diélectrique, on peut prévoir que l'aimant 28 (qui lui peut être électriquement conducteur) vienne en contact direct avec les zones d'attraction 11, 12 dans la mesure où elles sont également conductrices et que l'on désire réaliser un contact ohmique comme sur la figure 2G. Si un contact capacitif est requis, les parties 29 de moindre densité peuvent masquer totalement l'aimant 28 vis à vis des zones d'attraction 11, 12 comme sur la figure 2H. Sur cette figure l'aimant 28 est une pastille centrale sensiblement ovoïde . On pourrait avoir comme partie magnétique mobile une pastille pleine en aimant sensiblement ovoïde donc sans coin matérialisé. Elle posséderait des coins allégés en aimant vides par rapport aux configurations de l'art antérieur avec partie magnétique mobile rectangulaire. Maintenant, si pour avoir un stabilité angulaire, la partie magnétique mobile comporte une pastille pleine en aimant sensiblement ovoïde coopérant avec des coins, ces derniers seront en matériau amagnétique électriquement conducteur ou diélectrique . Sur la figure 21, la partie magnétique mobile 20 comporte une pièce 200 allégée en aimant en forme de plaque sensiblement ovoïde. Elle est constituée d'un cadre 201 en aimant délimitant une ouverture centrale 202 vide de matériau solide. Cette ouverture 202 pourrait bien sûr être remplie d'un matériau de moindre densité comme décrit à la figure 2B. Les faces 201a de la partie magnétique mobile 20 qui sont destinées à venir se coller sur les zones d'attraction 11, 12, de la partie magnétique fixe 10 sont également courbes. Les zones d'attraction 11, 12 comportent chacune une face lia, 11b de forme conjuguée de celle de la pièce 200 allégée en aimant. La partie magnétique mobile 20 peut venir s'encastrer partiellement dans les zones d'attraction 11, 12. Ainsi pour une section donnée de la pièce 200 allégée en aimant, transversale au déplacement, on augmente la surface de contact entre la partie magnétique fixe et la partie magnétique mobile, par rapport au cas où les faces de contact sont planes et perpendiculaires au déplacement comme sur la figure 2B. On peut alors améliorer la qualité du contact, cette dernière variant dans le même sens que la surface de contact, que ce contact soit ohmique ou capacitif. D'autres formes de courbes sont bien sûr envisageables puisque toute surface courbe peut être décomposée en une succession de petites surfaces planes d'angle variable. Dans le cas simple de la figure 2J, la surface et la force de contact F' sont toutes deux augmentées d'un facteur 1/sinα, l'angle α étant représenté sur la figure 2J entre la force F' et une normale à la direction du déplacement Au lieu que les faces de la pièce 200 allégée en aimant, destinées à venir se coller sur les zones d'attraction 11, 12 soient en courbes, elles pourraient être dentelées comme sur la figure 2J. La pièce 200 allégée en aimant est formée d'un aimant 203 avec des évidements 204 (que l'on suppose non traversants) . L'aimant 203 est en forme de plaque et les évidements peuvent se trouver au niveau de l'une de ses faces principales ou au niveau des deux faces principales . La pièce 200 allégée en aimant est donc en forme de plaque avec des faces 205 en zigzag devant venir se coller sur les zones d'attraction 11, 12. Chaque zone d'attraction 11, 12 possède une face de forme conjuguée sur laquelle doit venir se coller la partie magnétique mobile 20. Une telle forme avec une ou plusieurs dents ou au moins sensiblement un V permet également d'augmenter la force et/ou la surface de contact par rapport au cas où les bords sont droits normaux au déplacement . On va maintenant revenir sur les moyens de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile. Sur la figure 2A, les moyens 30 de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile sont représentés par un conducteur agencé en boucle, à une ou plusieurs spires, placé dans un plan x, y (qui est le plan dans lequel se déplace la partie magnétique mobile) sous l'ensemble formé de la partie magnétique mobile 20 et de la partie magnétique fixe 10. Cette boucle comporte un tronçon 30.1 de conducteur en regard de chaque zone d'attraction 11, 12. Dans ces deux tronçons 30.1 de conducteur le courant circule en sens inverse. Une flèche indique (de manière arbitraire) le sens du courant dans le conducteur. Dans cette configuration, la coopération au point de vue champ magnétique entre le conducteur 30 en boucle et la pièce 200 allégée en aimant n'est pas optimale . Le champ magnétique principal crée par l'aimant 22 est orienté dans le sens du déplacement (selon x) , il sert à réaliser un guidage magnétique de la partie magnétique mobile 20 lorsqu'elle est en , lévitation et à obtenir une bistabilité. Pour initier le déplacement, on tire partie d'une fuite de champ magnétique provenant de l'aimant 22 qui se combine avec le courant électrique circulant dans les deux tronçons 30.1 de conducteur situés en regard des zones d'attraction 11, 12. La force d'arrachement qui sert à initier le déplacement est proportionnelle au produit vectoriel de l'intensité du courant dans le tronçon 30.1 de conducteur en regard de la zone d'attraction 11 ou 12 sur laquelle est collée la pièce 200 allégée en aimant et du champ magnétique créé par la partie magnétique mobile uniquement et régnant au niveau du dudit tronçon 30.1 de conducteur selon la loi de Laplace. Or le champ magnétique au niveau de ce tronçon 30.1 de conducteur n'est pas optimal, puisque qu'on n'utilise pas tout le champ magnétique créé par l'aimant 22 de la pièce 200 allégée en aimant, mais seulement une fuite. Les tronçons (référencé 30.2) du conducteur 30 qui ne sont pas en vis à vis avec les zones d'attraction 11, 12 ne participent pas au déclenchement du déplacement . Pour que la force soit suffisante pour décoller la pièce 200 allégée en aimant, il faut faire circuler un courant important dans le conducteur 30. Par contre sur les figures 2B, 2C, la pièce 200 allégée en aimant est un cadre sensiblement rectangulaire avec deux barreaux 24.1 d'aimant en vis à vis des zones d'attraction 11, 12. Ces deux barreaux
24.1 d'aimant ont la même direction d'aimantation (illustrée par une flèche descendante sur la figure 2C) et cette direction d'aimantation suit l'axe z. Les moyens 30 de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile 20 sont un conducteur agencé en méandre avec des tronçons 31.1, 31.2 orientés comme les barreaux 24.1. Dans deux tronçons successifs 31.1, 31.2 le courant circule dans des directions opposées . Le sens du courant est illustré sur la figure 2C . L'un des sens correspond à un chemin aller et l'autre à un chemin retour pour le courant. Chaque barreau 24.1 se trouve au-dessus d'un tronçon 31.1 de conducteur lorsqu'il est collé sur une zone d'attraction 11 et au- dessus d'un tronçon 31.2 de conducteur lorsqu'il est collé sur la zone d'attraction 12. Dans ces tronçons 31.1 ou bien 31.2 surmontés d'un barreau 24.1, le courant circule dans la même direction. Il y a une coopération forte entre le champ crée par chacun des barreaux 24.1 et le courant qui circule dans le tronçon 31.1 associé (dans le cas où la partie magnétique mobile 20 est collé à la zone d'attraction 11) et cette coopération vise à créer une force de déplacement appelée également force d' actionnement de la partie magnétique mobile 20. La géométrie des méandres n'est pas limitée à la géométrie simple en grecque comme sur les figures 2. On peut envisager une géométrie plus complexe telle qu'un méandre spirale s'étendant dans un ou plusieurs plans superposés. Au niveau de la partie de moindre densité 25, il s'établit également un champ magnétique qui est de direction opposée à celui généré par les barreaux 24.1 d'aimants. Ce champ magnétique provient des champs de fuite de barreaux 24.1 voisins. Cette partie de moindre densité 25, qui peut être qualifiée de virtuelle si le cadre est vide de matériau solide coopère également avec un tronçon 31.2 de conducteur pour initier le déclenchement du déplacement lorsque la partie magnétique mobile est collée contre une zone d'attraction. Le champ magnétique dans la partie de moindre densité 25 renforce celui créé par le tronçon 31-2 de conducteur avec lequel elle coopère. Une force d' arrachement donnée peut être obtenue avec un courant plus faible que dans la configuration de la figure 2A. S'il y avait plusieurs parties de moindre densité comme sur la figure 2E, chacune coopérerait avec un tronçon de conducteur et dans tous ces tronçons le courant serait dirigé dans le même sens, de la même manière que pour les barreaux d'aimant. Lorsque la partie magnétique mobile 20 est collée contre la zone d'attraction 11, il y a un tronçon 31.2 de conducteur d'extrémité (celui de droite) qui ne coopère pas avec une partie de la partie magnétique mobile 20. Ce tronçon 31.2 de conducteur se trouve au niveau de l'entrefer e. Mais lorsque la partie magnétique mobile 20 a commuté et se retrouve collée sur la zone d'attraction 12, ce tronçon de conducteur 31.2 trouve son utilité dans l'autre sens puisque le courant y circule en sens inverse et c'est l'autre tronçon de conducteur d'extrémité 31.1 ( situé du côté de la zone d'attraction 12) qui ne participe pas au déclenchement. Ainsi avec des impulsions de courant toujours dans le même sens, on obtient un déclenchement du déplacement vers l'une ou l'autre des zones d'attraction quelle que soit la position initiale de la partie magnétique mobile au repos . Ainsi quelle que soit la position de la partie magnétique mobile 20 en contact avec une zone d'attraction 11, 12, il y une coopération forte entre toute la partie magnétique mobile 20 et le conducteur 30. La force obtenue est sensiblement proportionnelle au nombre de méandres. Pour une force donnée apte à arracher la partie magnétique mobile 20 d'une zone d'attraction 11, 12, il est possible de réduire l'intensité du courant circulant dans le conducteur 30. On va voir maintenant différentes étapes de réalisation d'un actionneur selon l'invention en microtechnologie, cet actionneur étant appelé par la suite microactionneur. Plusieurs actionneurs sont réalisables en même temps. Sur les figures on ne voit qu'un seul actionneur. Ces étapes reprennent celles décrites dans la demande de brevet FR-A1-2 828 000 précédemment citée. Sur les figures 7A, 7B le microactionneur se trouve encastré totalement dans un substrat réalisé en deux parties assemblées. Sur les figures 6A, 6b, seuls les moyens de déclenchement du déplacement sont encastrés dans le substrat également réalisé en deux parties assemblées, les parties magnétiques mobile et fixe sont placées sur le substrat. Sur les figures 6A, 6B, les deux parties sont des substrats semiconducteurs classiques massifs tandis que sur les figures 7A, 7B, l'une d'entre elle est un substrat classique massif tandis que l'autre est un substrat SOI (sigle de silicon on insulator, pour silicium sur isolant) . Un tel substrat en silicium possède une couche de matériau isolant 93-1, de l'oxyde de silicium, enfouie au sein du silicium. Son avantage est que lorsqu' on fait une opération de gravure, la couche de matériau isolant peut servir de couche d'arrêt. Sur un premier substrat soit classique massif 91 en matériau semi-conducteur, soit de type SOI 93 on va réaliser des microaimants 3-1 et 24, pour la partie magnétique fixe et pour la partie magnétique mobile respectivement. Cette réalisation est décrite aux figures 3A à 31 et 4A à 41. Sur un second substrat 92 massif en matériau semi-conducteur ou de type SOI, on va réaliser les moyens de déclenchement du déplacement prenant la forme d'un ou plusieurs conducteurs pouvant être agencés en bobinage (figures 5A à 5G) . Sur ces figures 5A à 5G, on a représenté un substrat massif. Toutefois sur la figure 5B on a schématisé par des pointillés la position de que prendrait la couche de matériau isolant d'un substrat SOI. On part du premier substrat 91, 93. On délimite la géométrie des aimants par photolithographie. Ces aimants sont ceux de la partie magnétique fixe et celui ou ceux de la pièce allégée en aimant de la partie magnétique mobile. On utilise pour cela une résine 50-1 (figures 3A, 4A) . Le masque de photolithographie utilisé tient compte de la structure de la pièce allégée en aimant. Ce masque comporte au moins une partie pleine 500 ou épargnée qui correspond, dans la pièce 200 allégée en aimant, à une partie de densité moindre qui dans l'exemple correspond à un évidement 21 de l'aimant. Cet évidement peut être vide ou plein de matériau solide de moindre densité. On suppose que la pièce 200 allégée en aimant est un cadre 24 en aimant évidé sur les figures 3 et que c'est un cadre 24 en aimant dont l' évidement 21 est plein de matériau du substrat sur les figures 4. On grave dans le premier substrat 91, 93 des caissons 51 pour les aimants. Ces caissons sont des moules pour les parties qui seront emplies d'aimant. Le premier substrat 91, 93 n'est pas gravé au niveau de la partie pleine 50-2 du masque. La gravure peut être une gravure sèche. Dans le substrat SOI 93, la gravure s'arrête sur la couche d'oxyde 93-1. On ôte la résine 50-1. On dépose une sous-couche d'accrochage conductrice 52 sur le substrat 91, 93. En fait cette variante ne se trouve que sur la figure 4B. Sur la figure 3B, il y a deux sous-couches d'accrochage 52-1, 52-2, la seconde 52-2 étant insérée entre la première 52-1 et le substrat 91. Elle permet une bonne adhésion au substrat 91 de la première sous- couche 52-1. Elle permet aussi une protection du cadre 24 en aimant, réalisé ultérieurement, contre la corrosion. La première sous-couche peut être en or et la seconde en titane. Ces deux sous-couches pourraient être employées dans l'exemple de la figure 4B. On définit la zone de dépôt des aimants par photolithographie. La couche de résine employée porte la référence 50-2. On dépose les aimants 3-1, 24 par voie électrolytique. Le matériau employé peut être du cobalt-platine (figures 3C, 4C) . Après une étape de retrait de la résine 50- 2, on effectue une étape de planarisation des aimants puis une étape de retrait de la sous-couche 52 en surface (figures 4D) ou des deux sous-couches 52-1, 52- 2 (figure 3D) . On peut déposer ensuite une couche conductrice 53 en surface destinée à réaliser des contacts électriques Cl, C2 sur les aimants 3-1 de la partie magnétique fixe et C sur le cadre 24 de la partie magnétique mobile . On définit la géométrie des contacts Cl, C2, C par photolithographie. La résine porte la référence 50-3 (figures 3E, 4E) . Puisque tous les aimants sont réalisés en même temps, l'aimant mobile 24 porte aussi une couche conductrice sur sa face supérieure, elle a un rôle de protection contre la corrosion. Sur les figures 3E et 4E la résine 50-3 épargne l' évidement 21 de la partie magnétique mobile 200. L'étape suivante est une étape de gravure de la couche conductrice 53 pour délimiter les contacts Cl, C2, C. Sur la figure 3F, la couche conductrice 53 est ôtée par gravure au niveau de l' évidement 21 de la pièce allégée en aimant 200, le matériau du substrat se trouvant au niveau de l' évidement 21 sera ultérieurement ôté comme on le verra à la figure 31. Sur la figure 4F, la couche conductrice 53 n'est pas ôtée au niveau de l' évidement 21 de la pièce allégée en aimant 200. Elle empêche que l'étape de gravure de la figure 41 n'attaque le matériau du substrat qui emplit 1' évidement. On ôte ensuite la résine 50-3. On dépose en surface une couche isolante 54, en Si02 p ar exemple puis on effectue une étape de planarisation (figures 3F, 4F) . On va ensuite définir au moins une ouverture 46 pour rendre accessible des contacts d'alimentation du ou des conducteurs à réaliser sur le second substrat, ainsi que la géométrie d'un espace libre 58 devant entourant la pièce 200 allégée en aimant de la partie magnétique mobile de manière à permettre son déplacement. Cette étape est une étape de photolithographie et la résine employée porte la référence 50-4 (figures 3G, 4G) . La résine 50-4 épargne la pièce allégée en aimant 200. On vient ensuite graver la couche d'isolant 54 là où il n'y a pas de résine 50-4. On ôte la résine 50-4 (figures 3H, 4H) . La pièce 200 allégée en aimant est alors mise à nu ainsi que son entourage 58 jusqu'aux aimants fixes 3-1 (figure 3H, 4H) . On effectue ensuite une gravure sèche du substrat 93 au niveau de l'espace 58 autour de la pièce 200 allégée en aimant, au niveau de l'ouverture 46, cette gravure s'arrête sur la couche d'isolant dans le cas du substrat SOI 93 (figure 41) . La couche 53 qui recouvre l' évidement 21 empêche qu'il soit attaqué puisque dans cette configuration il est plein de matériau du substrat 93. Sur la figure 31, la gravure sèche du substrat 91 s'effectue autour de la pièce 200 allégée en aimant, au niveau de l'ouverture 46, ainsi qu'au niveau de l' évidement 21 à l'intérieur du cadre 24. Ainsi l' évidement 21 est vidé du matériau du substrat 91. On suppose que les moyens 30 de déclenchement du déplacement sont similaires à ceux de la figure 2A. Sur le second substrat 92, on définit la géométrie du conducteur 4-1 et de ses extrémités 45 devant porter les contacts d'alimentation par photolithographie. La résine employée porte la référence 50-5 (figures 5A) . On effectue une gravure d'un caisson 55 devant accueillir le conducteur 4-1. Dans un substrat SOI la gravure du caisson 55 s'arrête sur la couche isolante. La profondeur du caisson 55 correspond à l'épaisseur du conducteur 4-1. Après le retrait de la résine 50-5, on dépose en surface une sous-couche conductrice 56 d'accrochage (figure 5B) . Elle peut être réalisée en cuivre par exemple. On peut aussi introduire une seconde sous-couche comme décrit à la figure 3B. Elle peut être réalisée en titane par exemple. On définit par photolithographie la zone de dépôt du conducteur. La résine employée porte la référence 50-6. On dépose par voie électrolytique le conducteur 4-1, ses extrémités référencées 45 sont bien visibles (figures 5C) . Le dépôt peut être du cuivre. On ôte la résine 50-6, on planarise le dépôt conducteur. On grave la sous-couche conductrice 56 en surface pour la retirer (figure 5D) . On dépose ensuite en surface une couche conductrice 57 destinée réaliser les contacts d'alimentation 47 du conducteur 4-1, ces contacts 47 recouvrant les extrémités 45 du conducteur 4-1. On définit la géométrie des contacts 47 par photolithographie, la résine employée pour cela portant la référence 50-7 (figure 5E) . On grave ensuite la couche conductrice 57 de manière à la retirer partout où elle n'est pas protégée par la résine 50-7. Après retrait de la résine 50-7, on dépose en surface une couche isolante 59. Elle peut être réalisée en oxyde de silicium Si02. Elle va isoler le conducteur 4-1 des aimants 3-1, 24 lors de l'assemblage du premier substrat 91, 93 et du second substrat 92 (figure 5F) . On réalise une planarisation en surface et on met à nu les contacts 47 (figure 5G) . On va ensuite assembler par collage, en les mettant face à face, le substrat de la figure 31 au substrat de la figure 5G (figure 6A) ou le substrat de la figure 41 au substrat de la figure 5G (figure 7A) . Il faut s'assurer maintenant que les aimants 3-1, 24 sont aimantés car sinon, lors de la libération de la pièce 200 allégée en aimant, elle ne serait pas attirée par les aimants fixes 3-1 qui eux restent bien solidaires du substrat par la sous-couche d'accrochage. On va éliminer totalement ou partiellement le premier substrat 91, 93. Il peut s'agir d'un amincissement mécanique et/ou d'une attaque chimique. Sur la figure 6B, le substrat 91 a été complètement ôté tandis que sur la figure 7B, l'élimination s'est arrêtée sur la couche d'oxyde 93-1 et le silicium du substrat 93 qui se trouve en dessous reste en place. On termine par le retrait de la couche d'oxyde 93-1. Les aimants 3-1, 24 sont alors encastrés dans le substrat formé des deux parties assemblées 92 et 93 alors que sur la figure 7B ils sont en surface du substrat 92. Bien que plusieurs modes de réalisation de la présente invention aient été représentés et décrits de façon détaillée, on comprendra que différents changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Actionneur magnétique comportant une partie magnétique mobile (20) , une partie magnétique fixe (10) dotée d'au moins deux zones d'attraction (11, 12) pour la partie magnétique mobile (20) , et des moyens (30) de déclenchement du déplacement de la partie magnétique mobile (20) , la partie magnétique mobile (20) étant en lévitation lorsqu'elle n'est pas en contact avec une zone d'attraction (11, 12), caractérisé en ce que la partie magnétique mobile (20) comporte une pièce (200) à base d'aimant, allégée en aimant, cette pièce (200) ayant un volume hors tout, et une masse qui est inférieure à celle qu'elle aurait si son volume hors tout était totalement occupé par l'aimant .
2. Actionneur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce (200) allégée en aimant comporte un ou plusieurs aimants (22, 24, 26) munis d'au moins un évidement (21, 27) .
3. Actionneur magnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l' évidement (21) est un trou traversant.
4. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que 1' évidement (21) est empli d'un matériau (25) solide ayant une densité moindre, inférieure à celle de l'aimant (24) .
5. Actionneur magnétique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau solide de moindre densité est choisi parmi un matériau semi-conducteur, un matériau plastique, un matériau magnétique doux, un matériau diélectrique.
6. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que 1' évidement (21) est vide de matériau solide.
7. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pièce (200) allégée en aimant est une plaque sensiblement rectangulaire.
8. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la pièce (200) allégée en aimant comporte un cadre (24) d'aimant.
9. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pièce (200) allégée en aimant comporte, dans le sens du déplacement, une succession d'aimants (26) espacés les uns des autres, ces aimants (26) ayant une même orientation d'aimantation.
10. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pièce
(200) allégée en aimant comporte dans le sens du déplacement une succession alternée d'aimants (26) et d'au moins une partie (27) solide de moindre densité.
11. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les aimants (26) sont en forme de barreaux orientés sensiblement normalement au déplacement.
12. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la succession comporte un aimant (26) à chaque extrémité.
13. Actionneur magnétique selon la revendication 12, caractérisé en ce que les aimants (26) d'extrémité ont une dimension, dans le sens du déplacement, sensiblement égale au déplacement.
14. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que les moyens (30) de déclenchement du déplacement comportent au moins un conducteur (30) agencé en méandre formé de tronçons (30.1, 30.2) de conducteurs successifs dans lesquels un courant est susceptible de circuler dans des sens opposés, chacun des aimants (26) de la succession coopérant, lorsque la partie magnétique mobile (20) est collée sur une zone d'attraction (11, 12), avec un des tronçons (30.1 ou 30.2), dans ces tronçons le courant circulant dans le même sens.
15. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la pièce (200) allégée en aimant comporte au moins un aimant (28) central entouré au moins partiellement d'au moins une partie (29) de moindre densité, cet aimant (28) central étant en forme de pastille sensiblement arrondie ou ovoïde.
16. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la partie magnétique mobile (20) comporte au moins une face (201a) , devant venir se coller sur une zone d'attraction (11, 12), cette face (201a) étant courbe.
17. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la partie magnétique mobile (20) comporte au moins une face (205) devant venir se coller sur une zone d'attraction (11, 12) , cette face étant agencée en zigzag.
18. Actionneur magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que chaque zone d'attraction (11, 12) a une géométrie conjuguée de celle de la face (201a, 205) de la partie magnétique mobile (20) devant venir en contact avec elle .
19. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu'au moins une des zones d'attraction (11) comporte une partie diélectrique (111) de manière à réaliser un contact capacitif lorsque la partie magnétique mobile (20) est collée sur ladite zone d'attraction.
20. Actionneur magnétique selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que la pièce allégée en aimant comporte une partie diélectrique (29) de manière à réaliser un contact capacitif lorsque la partie magnétique mobile (20) est collée sur une des zones d'attraction (11, 12).
21. Procédé de réalisation d'un actionneur magnétique, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : sur un premier substrat (91, 93) réalisation de caissons (51) aptes à recevoir des aimants (3-1, 24) d'une partie magnétique fixe et d'une pièce (200) allégée en aimant d'une partie magnétique mobile, cette pièce (200) allégée en aimant ayant un volume hors tout, et une masse qui est inférieure à celle qu'elle aurait si son volume hors tout était totalement occupé par l'aimant, - dépôt dans les caissons (51) des aimants
(3-1, 24), - dépôt d'une couche diélectrique (54) et gravure de cette dernière pour mettre à nu la pièce (200) allégée en aimant de la partie magnétique mobile et son entourage jusqu'à la partie magnétique fixe, - sur un second substrat (92) réalisation d'au moins un caisson (55) apte à recevoir un conducteur destiné à déclencher un déplacement de la partie magnétique mobile, - dépôt du conducteur (4-1) dans le caisson
(55), - assemblage des deux substrats (91 ou 93,
92) en les mettant face à face, élimination totale ou partielle du premier substrat (91, 93) de manière à libérer la pièce (200) allégée en aimant de la partie magnétique mobile.
22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'aimantation de l'aimant (24) de la pièce (200) allégée en aimant de la partie magnétique mobile et éventuellement de la partie magnétique fixe avant la libération de la pièce (200) allégée en aimant.
23. Procédé selon l'une des revendications 21 ou 22, caractérisé en ce que l'étape de gravure de la couche diélectrique (54) du premier substrat (91,
93) vise également à réaliser au moins une ouverture (46) d'accès à au moins un contact électrique d'alimentation du conducteur (4-1).
24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'étape de gravure de la couche diélectrique (54) est suivie d'une étape de gravure du premier substrat (91, 93) autour de la pièce (200) allégée en aimant et au niveau d'au moins une partie (21) de moindre densité dont est dotée la pièce (200) allégée en aimant.
25. Procédé selon la revendication 23 caractérisé en ce que l'étape de gravure de la couche diélectrique (54) est suivie d'une étape de gravure du premier substrat (91, 93) autour de la pièce (200) allégée en aimant en masquant au moins une partie (21) de moindre densité dont est dotée la pièce (200) allégée en aimant, cette partie (21) de moindre densité étant pleine du matériau du substrat.
26. Procédé selon l'une des revendications 21 à 25, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de réalisation d'au moins un contact électrique (47) pour l'alimentation du conducteur (4-1) sur le second substrat (92) après le dépôt du conducteur et avant l'assemblage des deux substrats (91 ou 93, 92).
27. Procédé selon l'une des revendications 21 à 26, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de dépôt d'un matériau diélectrique (59) en surface du second substrat (92) avant l'assemblage des deux substrats (91 ou 93, 92) .
28. Procédé selon l'une des revendications
21 à 27, caractérisé en ce que les substrats sont des substrats semi-conducteurs massifs ou de type SOI (93) .
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