[0001] La présente invention est relative à des dispositifs miniaturisés destinés à assurer
une fonction prédéterminée et obtenus par des techniques utilisées habituellement
pour la fabrication des circuits intégrés. De tels dispositifs peuvent notamment être
utilisés dans le domaine des microrelais.
[0002] Depuis longtemps, on sait fabriquer des relais miniaturisés composés de pièces détachées
distinctes telles que le circuit magnétique, la bobine d'excitation, les contacts,
les ressorts et éventuellement l'aimant permanent. Ces pièces sont assemblées à l'aide
de robots performants ce qui permet au fabricant de fournir un relais dont le coût
est très faible.
[0003] Cependant, avec le développement toujours croissant de l'utilisation des circuits
intégrés, le besoin s'est fait sentir de réduire encore davantage les dimensions de
ces relais électromagnétiques afin de leur donner une taille analogue à celle de ces
circuits et ainsi de les associer directement à leur circuit de commande intégré.
Or, les techniques classiques de fabrication mentionnées ci-dessus s'opposent à une
telle miniaturisation poussée.
[0004] Diverses propositions ont donc été faites pour atteindre un tel objectif. Par exemple,
dans un article paru dans le "Journal of Microelectromechanical Systems", Vol. 2,
N°1, Mars 1993, Chong H. Ahn et Mark G. Allen décrivent un relais miniaturisé micro-usiné
comportant un substrat dans lequel sont intégrés un circuit magnétique, des bobines
"enroulées" sur ce circuit magnétique, un contact fixe et un contact mobile. Ce dernier
est prévu à l'extrémité libre d'un levier déformable élastiquement de manière à pouvoir
appliquer le contact mobile sur le contact fixe par excitation de la bobine. L'"enroulement"
de celle-ci est réalisée par des chemins de conduction s'étendant sur plusieurs niveaux
d'intégration.
[0005] Une autre proposition semblable a été faite par B.Rogge et al. dans un article paru
dans "Transducers '95-Eurosensors IX", pages 320 à 323.
[0006] D'une façon générale, les microrelais doivent satisfaire un certain nombre de critères
mécaniques et électriques pour pouvoir être utilisés en pratique par exemple dans
les télécommunications et dans bien d'autres domaines. Le tableau 1 suivant énonce
et situe quelques valeurs devant être respectées par les fabricants de relais pour
que leur produit puisse passer par exemple les normes imposées pour les équipements
de test automatique (ATE-SECURITY) et dans les télécommunications.
TABLEAU 1
Caractéristiques |
ATE |
TELECOM |
Isolation entre bobines et contacts (kV) |
0,5 à 1,5 |
1,5 à 2,5 |
Isolation entre contacts (kV) |
0,5 à 1,5 |
1,0 à 1,5 |
Distance entre contacts (µm) |
40 à 210 |
210 à 440 |
Force de contact (g) |
≤4,5 |
≥4,5 |
Résistance de contact (Ω) |
10 à 0,1 |
0,02 à 0,05 |
|
10mA à 1A |
1A |
Puissance de commande (W) |
≤ 0,1 |
≤ 0,1 |
Nombre de cycles |
107 à 106 |
106 |
Temps de commutation (ms) |
≤ 2 |
≤ 2 |
[0007] On constate que ces contraintes sont extrêmement sévères et semblent a priori tomber
en dehors des ordres de grandeur compatibles avec les dimensions habituelles des circuits
intégrés.
[0008] Parmi ces contraintes, celles concernant l'isolation entre contacts et la force de
contact sont particulièrement difficiles à satisfaire.
[0009] D'une part, la valeur exigée de l'isolation requiert une distance entre contacts
importante et d'autre part, la force de contact nécessite la création dans l'entrefer
entre armature et circuit magnétique d'une très forte induction magnétique B
0, comme on peut le constater d'après le tableau 2 ci-dessous:
TABLEAU 2
B0 (T) |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
p0 (g/mm2) |
1,6 |
3,6 |
6,4 |
9,9 |
Ni/d0 (A-tours/µm) |
0,16 |
0,24 |
0,32 |
0,40 |
[0010] Dans ce tableau, p
0 est la force engendrée par unité de surface de l'entrefer.
[0011] Ce tableau montre que le nombre d'ampère-tours Ni de la bobine de commande doit être
très élevé pour un entrefer d
0 de 10 micromètres seulement et que des centaines, voire des milliers de tours sont
nécessaires, si on veut limiter la puissance de commande à une valeur inférieure à
100 mW et que la bobine puisse être maintenue excitée pendant de longues périodes.
Une telle contrainte n'entre actuellement pas dans les possibilités technologiques
disponibles en microtechnique.
[0012] L'invention a pour but de fournir un dispsoitif miniaturisé fabriqué par micro-usinage
qui soit compatible à la fois avec les exigences ci-dessus et avec son association
à un circuit de commande intégré en toute proximité.
[0013] L'invention a donc pour objet un dispositif miniature pour la réalisation d'une fonction
prédéterminée, ce dispositif étant obtenu par micro-usinage sur un substrat à l'aide
de techniques de galvanoplastie, de photolithographie et/ou analogues, notamment pour
la réalisation de microrelais miniatures, et comprenant des moyens formant circuit
magnétique, au moins une bobine d'excitation et des moyens pour assurer l'exécution
de ladite fonction sous l'action dudit circuit magnétique, tous ces éléments étant
obtenus sur ledit substrat par des opérations d'intégration analogues à celles utilisées
pour la fabrication des circuits intégrés, lesdits moyens pour assurer l'exécution
de ladite fonction étant portés au moins partiellement par un levier déformable élastiquement
et attaché en porte-à-faux audit substrat, caractérisé en ce que ledit levier forme
bascule et est attaché à peu près en son milieu au substrat par l'intermédiaire d'une
liaison déformable et en ce qu'à chaque extrémité libre dudit levier est prévue une
armature magnétique faisant partie desdits moyens formant circuit magnétique, ce dernier
définissant un siège contre lequel ladite armature peut être appliquée avec une première
force magnétique engendrée par ledit circuit magnétique et opposée à celle engendrée
par la déformation élastique dudit levier, la bobine, associée à chaque circuit magnétique
étant excitable sélectivement et capable d'engendrer une seconde force magnétique
opposée à celle du circuit magnétique pour, lorsque l'armature associée à cette bobine
est appliquée sur son siège, libérer cette armature et appliquer l'autre armature
sur son siège par basculement dudit levier.
[0014] Grâce à ces caractéristiques, et plus particulièrement lorsque ce dispositif est
utilisé dans son application à un microrelais, celui-ci peut satisfaire les conditions
sévères de fonctionnement énoncées ci-dessus, tout en pouvant être fabriqué par la
technologie des circuits intégrés.
[0015] Ainsi, suivant une application particulièrement avantageuse de l'invention, le dispositif
forme un microrelais comprenant au moins un contact fixe prévu sur ledit substrat
et au moins un contact mobile porté par ledit levier formant bascule, ce contact mobile
étant destiné à s'appliquer sur ledit contact fixe lorsque ladite armature est appliquée
sur son siège.
[0016] Ainsi, par sa propre élasticité, le levier peut maintenir le contact mobile suffisamment
éloigné du contact fixe en cas d'ouverture de ces contacts pour assurer l'isolation
nécessaire. Par ailleurs, le flux magnétique permanent applique le contact mobile
sur le contact fixe en cas de fermeture de ces contacts avec une pression suffisante
pour assurer une résistance de contact correspondant aux exigences d'utilisation.
De ce fait, les bobines n'ont à rester excitées en permanence dans aucune des positions
stables du dispositif.
[0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la
description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant
aux dessins annexés sur lesquels:
- la figure 1 est une vue partielle en coupe d'un substrat dans lequel est usiné un
dispositif selon l'invention dans son application à un microrelais;
- la figure 2 est une vue en plan du microrelais;
- la figure 3 est une vue en coupe transversale et à une échelle légèrement plus grande
du microrelais prise selon la ligne III-III de la figure 2 et montrant notamment un
double jeu de contacts;
- les figures 4 et 5 sont des diagrammes illustrant le comportement magnétique du microrelais;
- la figure 6 est un schéma illustrant le comportement mécanique du microrelais selon
l'invention.
- la figure 7 est une vue en coupe d'un microrelais selon un autre mode de réalisation
de l'invention;
- la figure 8 est une vue en plan du microrelais de la figure 7;
- la figure 9 est une vue en coupe du microrelais des figures 7 et 8, prise selon la
ligne IX-IX de la figure 8;
- la figure 10 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de l'invention;
- la figure 11 est une vue en plan du microrelais de la figure 10;
- la figure 11 représente une vue en coupe verticale d'un microrelais conforme à l'invention
et construit selon un autre mode de réalisation, et
- les figures 12 et 13 montrent un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention,
en illustrant notamment une application particulière.
[0018] Les dispositifs selon l'invention que l'on va décrire sont fabriqués par une technique
dite "above chip" ("au-dessus de la puce") par laquelle il est donc réalisé au-dessus
d'un substrat 1 réalisé de préférence en silicium (figure 1 à 3).
[0019] La face 2 de ce substrat est appelée arbitrairement "face supérieure" dans la suite
de la description. Par ailleurs, pour la clarté des figures, certaines dimensions
ont été fortement exagérées.
[0020] On notera que les techniques de photogravure et de photolithographie utilisées pour
usiner le microrelais sont connues de l'homme de métier qui saura mettre en oeuvre
la succession d'étapes de procédé nécessaire pour cet usinage.
[0021] Pour fixer les idées, la dimension longitudinale du dispositif peut être choisie
entre 2 et 3 mm, environ.
[0022] La face inférieure 3 du substrat 1 présente deux cavités 4 et 5 qui, si le substrat
est en silicium, peuvent être usinées par une attaque anisotropique. Ces cavités sont
destinées à recevoir chacune un aimant permanent, 6a et 6b respectivement. Ces aimants
6a et 6b peuvent être des pastilles fixées dans les cavités respectives ou également
être obtenues par dépôt de substances appropriées. Chacun d'entre eux présente un
pôle Nord et un pôle Sud près de la surface supérieure 2. Dans le cas représenté,
ces aimants s'étendent selon la dimension longitudinale du dispositif (c'est-à-dire
dans le plan de la figure 1). Le fond de chaque cavité est formée par une couche 7
de matière du substrat 1 subsistant après la formation de la cavité.
[0023] La face supérieure 2 est recouverte d'une multi-couche d'isolant 8, par exemple en
oxyde de silicium. Cette multi-couche 8 est composée de trois couches (non dessinées
individuellement) qui isolent une configuration de bobines de sorte que chaque spire
de cette configuration est isolée de ce qui l'entoure. Au centre des ces bobines,
des ouvertures 9 sont ménagées dans le substrat 1 à partir de la face 2 et elles se
prolongent dans la multi-couche d'isolant 8.
[0024] Plus précisément, la configuration de bobines comporte deux jeux 10 et 11 de deux
bobines plates 10a, 10b, 11a, 11b réalisées par des dépôts métalliques, en aluminium
par exemple, de forme appropriée et noyés dans la couche d'isolant 8. Les figures
1 à 3 montrent leur emplacement par des traits gras. Dans le mode de réalisation représenté,
chaque bobine a en plan une forme générale rectangulaire.
[0025] Des jeux 12 et 13 de pièces polaires 12a, 12b et 13a, 13b sont constitués de dépôts
de FeNi de forme rectangulaires qui remplissent les ouvertures 9 et qui dépassent
légèrement la multi-couche d'isolant 8. Chaque pièce polaire est entourée de sa bobine
correspondante.
[0026] On voit sur les figures 1 et 2 que les ensembles formés par un aimant, un jeu de
bobines et un jeu de pièces polaires sont écartés l'un de l'autre d'une certaine distance
selon la dimension longitudinale du dispositif. Ces ensembles sont disposés symétriquement
par rapport à un plan perpendiculaire à cette dimension longitudinale, à l'égard d'un
dispositif de support 14 formé de deux mésas 15 et 16. Sur les côtés qui se font face,
ces mésas sont pourvus de bras de torsion respectifs 17, 18 formant des liaisons déformables
avec un double levier 19 qui s'étend sur pratiquement toute la longueur du dispositif.
Il est fait d'une matière déformable élastiquement, du FeNi ou de l'oxyde de silicium
pouvant convenir à cet effet, et il présente une forme générale rectangulaire.
[0027] Des pièces de fermeture de flux ou armatures 20 et 21 sont respectivement prévues
aux extrémités libres de ce levier 19. Elles sont réalisées de préférence en FeNi
et ont une dimension telle qu'elles puissent recouvrir le jeu de pièces polaires correspondant
lorsqu'elles sont appliquées sur celles-ci.
[0028] La figure 3 montre une vue en coupe transversale de l'une des extrémités du levier
19 et fait apparaître notamment la construction des moyens destinés à exécuter la
fonction pour laquelle le dispositif selon l'invention est conçu. Dans le cas décrit
présentement, ces moyens comprennent des dispositifs de contact électrique, si bien
qu'il s'agit ici d'un microrelais. Deux doubles contacts 22 et 23 sont ainsi prévus
respectivement à chacune des extrémités du levier 19, ce qui électriquement peut faire
un contacteur inverseur de ce microrelais.
[0029] Pour en revenir à la figure 3, le mode de réalisation préféré du microrelais prévoit
deux doubles contacts fixes 22 et 23, la figure 3 montrant le double contact 22, le
contact 23 étant exactement identique. Le levier 19 porte les contacts mobiles de
l'inverseur ainsi constitué.
[0030] A l'extrémité du levier 19, chaque armature 20, 21 comprend des extensions latérales
24 et 25 élastiquement déformables qui en sont venues de formage. Des pavés 26 en
un métal bon conducteur de l'électricité tel que de l'or sont prévus à l'extrémité
de chacune de ces extensions, et destinés à coopérer respectivement avec des contact
fixes 27 déposés de part et d'autre de l'une des pièces polaires, 12a, 13b en l'occurrence,
afin de réduire au minimum la résistance de contact. Sur la figure 1 l'un de ses contacts
fixes 27 est visible derrière la pièce polaire 13b.
[0031] Selon une variante, les extensions latérales 24 et 25 peuvent être réalisées en un
matériau autre que celui de l'armature associée. On observera toutefois qu'une élasticité
de ces extensions est primordiale afin que les pavés de contact 26 et les contacts
27 puissent être appliqués l'un sur l'autre sous contrainte mécanique et qu'une usure
éventuelle puisse en être compensée. La déformation élastique de ces extensions emmagasine
les forces appliquées sur les contacts sous forme d'énergies potentielles mécaniques
qui engendrent des forces dynamiques opposées à celles appliquées sur les contacts
lors de leur ouverture. Ces forces dynamiques sont utilisées pour vaincre les forces
d'adhérence des contacts.
[0032] Les bobines 10a, 10b, 11a, 11b sont de préférence du type plat et peuvent comprendre
quelques dizaines de spires chacune.
[0033] Les propriétés magnétiques des aimants 6a et 6b ont une importance déterminante pour
le fonctionnement du microrelais selon l'invention. On va tout d'abord décrire un
premier mode de fonctionnement qui implique l'utilisation d'aimants en un matériau
"très dur" tel que le samarium-cobalt, le platine-cobalt, le ferrite-strontium et
autres matériaux analogues. On entend par matériaux très durs ceux qui sont pré-aimantés
à la fabrication et présentent des courbes linéaires, de pente voisine de µ
0 (voir la droit B(H) de la figure 4).
[0034] En utilisant les notations suivantes, on peut écrire les valeurs de la perméance
Λ du circuit magnétique:
- Aa
- surface de l'aimant,
- la
- longueur de l'aimant,
- Ap
- surface d'une pièce polaire 12a, 12b, 13a ou 13b (FeNi),
- lp1
- entrefer composé de la somme des intervalles entre les pièces polaires 12a et 12b,
ou 13a et 13b et l'armature 20 ou 21, lorsque celle-ci est appliquée sur les contacts
correspondants par l'intermédiaire des extensions élastiques 24 et 25,
- lp0
- le même entrefer lorsque l'armature est éloignée des pièces polaires après basculement
du dispositif:



Λ
1, Λ
0 e Λ
σ étant respectivement la perméance en l'état appliqué et non appliqué de l'armature
et la perméance de fuite.
[0035] Dans ces conditions, lorsque l'armature est appliquée, la force d'application produite
par les deux pôles de l'aimant sera:

et le point de travail sur la courbe (figure 4) sera P
1.
[0036] Par contre, lorsque l'armature est éloignée des pièces polaires, la force produite
par les deux pôles sera:

[0037] Comme F
1 >> F
o + F
m où F
m est la somme des forces mécaniques (forces exercées sur le levier 19 par ses attaches
et par la déformation élastique), l'armature qui était appliquée au moment considéré
sur les pièces polaires le restera tant qu'une intervention sur les bobines correspondantes
n'est pas effectuée.
[0038] Pour que le microrelais bascule, il faut envoyer un courant i dans les bobines du
côté où l'armature est appliquée sur les pièces polaires. Ce courant produit un champ
de désaimantation égal à Ni/l
a (N étant le nombre de spires des bobines considérées), ce qui déplace le point de
travail de P
1 en P
1'. Dans ces conditions, en P
1'

ce qui fait basculer le levier 19 et le microrelais prend la position opposée.
[0039] Le champ de désaimantation doit cependant rester limité à une valeur telle que l'aimant
ne sera pas désaimanté (En d'autres termes P
1' peut se déplacer sur la droite de désaimantation au-delà du point P
o sans aller trop loin).
[0040] Il faut observer cependant que les matériaux magnétiques très durs nécessitent un
nombre d'ampère-tours Ni relativement élevé pour obtenir des excursions de l'induction
B suffisantes et permettre d'engendrer les forces nécessaires sur les contacts.
[0041] On sait que les matériaux magnétiques moins durs désaimantent en présence d'un champ
magnétique inverse en suivant des courbes d'induction B(H) non linéaires. Il est donc
préférable de choisir ces matériaux pour obtenir des valeurs plus commodes de Ni au
prix cependant d'une commande un peu plus compliquée des bobines 10a, 10b et 11a,
11b, car il faut alors que cette commande produise des impulsions d'aimantation et
de désaimantation.
[0042] Les matériaux magnétiques durs et semi-durs sont en outre avantageux en raison du
fait qu'ils se laissent mieux déposer par les procédés galvaniques actuellement connus.
En outre, ils n'ont pas à être aimantés à la fabrication. Il est à noter que parmi
d'autres matériaux, le cobalt-tungstène, le cobalt-fer et le cobalt-nickel-phosphore
conviennent bien pour cet usage.
[0043] Dans l'application envisagée pour la présente invention, on préfère des matériaux
ayant des champs coercitifs assez faibles par exemple de l'ordre de 10 kA/m, soit
approximativement 125 Oersteds. On peut ainsi les aimanter ou désaimanter en choisissant
convenablement le sens du courant dans les bobines concernées du microrelais. Dans
le contexte de l'invention, une valeur d'induction appropriée du champ d'aimantation
peut être de 2 à 3 fois le champs coercitif.
[0044] La figure 5 représente la courbe d'aimantation/désaimantation utilisée dans ce cas
de figure. Dans l'exemple représenté, on suppose qu'il n'y a pratiquement pas d'entrefer
ce qui permet de réduire autant que possible les fuites. Ceci est technologiquement
possible et l'influence des entrefers peut ainsi devenir négligeable (tgα
σ=0).
[0045] On suppose également arbitrairement que l'armature 20 située du côté gauche sur les
figures 1 et 2 a été appliquée préalablement sur les pièces polaires 12a et 12b correspondantes.
Pour cela, il a fallu imposer un champ d'aimantation Ni/l
a à l'aimant 6a en envoyant un courant de sens correspondant dans les bobines 10a et
10b. Il peut s'agir d'une impulsion de courant d'une durée de quelques millisecondes.
Il en résulte que le point de travail de cet aimant se trouve en P
1 de la courbe de la figure 5.
[0046] La force d'application produite est alors celle définie dans l'équation (4) ci-dessus.
Contrairement au cas de la figure 4, la force F
0, côté droit du dispositif, est inexistante, car l'aimant 6b n'est que faiblement
aimanté. Par conséquent, comme F1 >> Fm, après l'aimantation du côté gauche, l'armature
20 de gauche reste appliquée sur ses pièces polaires 12a et 12b.
[0047] Pour faire basculer le dispositif, il convient alors d'envoyer un courant de désaimantation
d'une amplitude et d'une durée prédéterminée dans les bobines de gauche 10a et 10b
et d'envoyer simultanément un courant d'aimantation dans les bobines de droite 11a
et 11b d'une amplitude double ou triple, mais de même durée que le courant de désaimantation.
[0048] Ceci a pour effet, à gauche:
- que le point de travail de l'aimant se déplace du point P1 de la courbe vers le point
P1' où F1'=Fm;
- que le ou les contacts de gauche s'ouvrent sous l'action simultanée de Fm et de la
libération des énergies potentielles mécaniques emmagasinées dans les extensions latérales
24 et 25;
- que l'entrefer entre l'armature 20 et les pièces polaires 12a et 12b augmente considérablement,
ce qui réduit fortement la pente de la droite de travail dans le diagramme de la figure
5 (tgα0);
- que le point P1' se déplace vers le point P0, puis, lorsque le nombre d'ampère-tours Ni=0, le point P0 se déplace vers le point P0';
et à droite:
- que le point P0' se déplace vers le point Pµ, puis, lorsque le nombre d'ampère-tours Ni=0, le point Pµ se déplace vers le point P1.
[0049] On observera sur la figure 1 que le levier 19 présente deux zones de forte épaisseur
formant les armatures 20 et 21 et une lame de faible épaisseur 28 qui relie entre
elles ces deux armatures. Les bras de torsion 17 et 18 sont attachés à cette lame
28 à peu près en son milieu.
[0050] L'épaisseur des armatures 20 et 21 est déterminée par le flux magnétique qui doit
pouvoir les traverser. Comme représenté sur la figure 1, cette épaisseur est relativement
importante par rapport à celle de la lame 28. Il en résulte que les armatures 20 et
21 sont relativement rigides.
[0051] Par ailleurs, on a déjà fait observer que lorsque les contacts sont ouverts, il faut
respecter une certaine distance entre eux (> 100µm) pour garantir l'isolation électrique
requise. Les armatures étant quasiment rigides, il faut donc que la zone 28 soit flexible
ce qui amène d'ailleurs un autre avantage, celui de créer une amplification de mouvement
entre les bras de torsion 17 et 18 et les extrémités extérieures des armatures 20
et 21.
[0052] En se référant à la figure 6, on peut décrire théoriquement cette amplification de
la façon suivante.
[0053] Pour déformer la lame 28, les bras de torsion 17 et 18 implantés à une hauteur h
s doivent soutenir une force
Pa = 3
EI
avec
I = (

) qui est le moment d'inertie de la lame flexible, b et h en étant respectivement
la largeur et l'épaisseur. E est le module d'élasticité de cette lame. On notera que
P
a<<F
1p qui est la force d'un seul pôle magnétique, F
1p=F
1/2.
[0054] Lorsque des contacts sont ouverts, leur distance h
c peut être déterminée par


Si a titre d'exemple on choisit l
R=l, alors h
c=4h
s, ce qui est une valeur praticable pour respecter les exigences d'isolation.
[0055] Les figures 7 à 9 montrent un autre mode de réalisation d'un microrelais selon l'invention
qui diffère de celui des figures 1 à 3 par l'agencement des contacts. En effet, ici
chaque traverse 24 et 25 comporte à son extrémité libre un pont-support 29 qui y est
fixé par l'intermédiaire d'une couche d'isolant 30. Le pont-support 29 est réalisé
en FeNi, par exemple et porte deux pavés de contact 31, 32 destinés à coopérer avec
deux contacts 33, resp. 34 ménagés dans la couche d'isolation 8 du substrat 1 dont
ils dépassent sur une certaine distance.
[0056] Ainsi, ce mode de réalisation permet d'assurer la fermeture resp. l'ouverture de
quatre circuits électriques à la fois qui seront isolés du double levier 19 par la
présence des couches isolantes 30.
[0057] Les figures 10 et 11 montrent un autre mode de réalisation du microrelais selon l'invention
dans lequel il est prévu un double levier 35 formé lui-même de deux lames 36 et 37
s'étendant parallèlement l'une à l'autre.
[0058] Ces lames sont portées par les deux mésas 15 et 16, par l'intermédiaire des bras
de torsion 17 et 18. Elles sont solidaires l'une de l'autre au moyen de trois blocs
de liaison 38, 39 et 40 prévus respectivement au niveau des bras de torsion 17 et
18 et aux deux extrémités des lames parallèles 36 et 37. Ces blocs sont réalisés par
exemple en FeNi et ils sont isolés des lames par l'intermédiaire de couches d'isolant
respectives 41, 42 et 43.
[0059] Par ailleurs, les lames portent à chaque extrémité une armature distincte 44 resp.
45 coopérant avec les pièces polaires respectives 12a, 12b, 13a et 13b. En outre,
chaque lame porte deux traverses 46, 47 qui sont solidaires à leur tour de ponts-support
48 pour des pavés 49, 50 coopérant avec des contacts 51, 52 fixés dans la couche d'isolant
8. Les circuits que ces ensembles peuvent établir ou interrompre peuvent ainsi être
galvaniquement séparés les uns des autres.
[0060] Les figures 12 et 13 montrent un autre mode de réalisation du microrelais selon l'invention.
[0061] Dans ce cas, un substrat 60 est recouvert d'une couche d'isolant 61 sur l'une de
ses faces et présente une cavité 62 s'ouvrant sur l'autre face.
[0062] Ce microrelais comporte également deux mésas 63, 64 d'où s'étendent des bras de torsion
65 et 66 supportant une lame 67 en forme de double fourche, seulement l'une 67A de
ses fourches étant représentée sur les dessins.
[0063] Un aimant 68 est disposé dans la cavité 62 et coopère avec deux pièces polaires 69
et 70 traversant des ouvertures 70 pratiquées dans le substrat 60 et la couche d'isolant
61. Chacune de ces pièces polaires est entourée d'une bobine 71 resp. 72 noyée dans
la couche isolante 61.
[0064] Les extrémités libres des branches de la fourche 67A portent un pont-support 73 équipé
de pavés de contact 74, 75 prévus à ses extrémités. Ces pavés coopèrent avec des contacts
fixes 76, 77.
[0065] Le pont-support 73 est fait d'une pièce avec la lame en forme de fourche 67 et également
avec trois pattes de connexion 78 qui s'étendent à partir du pont-support 73 vers
l'intérieur entre les branches de la fourche 67A. Sur le plan mécanique, ces pattes
de connexion prolongent ces branches de sorte que l'on peut considérer que, dans le
présent mode de réalisation, la lame 67 est repliée sur elle-même, tout en remplissant
exactement les mêmes fonctions que les lames décrites en liaison avec les précédents
modes de réalisation. L'avantage principal de cette configuration repliée de la lame
consiste en ce que le dispositif dans son ensemble prend moins de place sur le substrat
que ceux décrits ci-dessus.
[0066] Les pattes de connexion sont attachées à une plaque d'armature 79 qui, en cas de
fermeture du côté correspondant des contacts 76 et 77, vient s'appliquer sur les pièces
polaires 69 et 70 par l'intermédiaire du pont-support 73. On remarquera que dans cette
position de fermeture, les pattes de connexion 78 sont sous contrainte élastique en
agissant dans le même sens que la fourche 67A, ce qui est clairement visible sur la
figure 12. Par conséquent, les forces élastiques avec lesquelles la fourche 67A et
les pattes 78 sont mises sous contrainte s'additionnent pour améliorer le fonctionnement
de l'ensemble lorsque l'armature 79 est repoussée par le champ magnétique engendré
pour l'ouverture des contacts.
[0067] La figure 12 illustre également que l'invention n'est pas limitée à son application
à un microrelais.
[0068] En effet, dans un exemple d'application différent qui n'est pas donné à titre limitatif
et qui pourrait être envisagé dans toutes les variantes décrites ci-dessus à la place
des contacts fixes et les contacts mobiles ou conjointement à l'utilisation de ces
contacts, on pourrait revêtir l'élément mobile du circuit magnétique d'une couche
réfléchissante CR (dessiné en traits mixtes) capable d'intercepter un faisceau lumineux
FL et de le renvoyer sélectivement vers une cible (non représentée) en fonction de
la position du levier basculant. Bien entendu, le même élément mobile pourrait également
simplement intercepter le faisceau sans le renvoyer, moyennant quoi, la couche réfléchissante
ne serait pas nécessaire.
[0069] Selon une autre variante de l'invention s'appliquant plus spécialement au microrelais,
il peut n'être prévu qu'un seul double contact (voir figure 1), le relais n'étant
alors qu'un simple interrupteur. Selon encore une autre variante, le ou les contacts
électriques pourraient être simples sans doublure de part et d'autre du levier 19.
[0070] Toujours dans le cadre de l'application à un microrelais, il serait également possible
de prévoir d'un côté ou de part et d'autre du levier 19, une paire de contacts isolés
qui seraient alors pontés dans la position correspondante du relais.
[0071] Enfin, dans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus, le substrat peut lui-même
être réalisé en un matériau magnétique, les régions situées en-dessous des bobines
étant alors localement aimantées en remplaçant les aimants permanents.
[0072] D'après la description qui précède, on voit donc que l'invention fournit dispositif
pour la réalisation d'une fonction prédéterminée et notamment un microrelais dont
les dimensions sont proches de celles des puces de circuit intégré courantes et qui
permet en particulier de respecter les exigences sévères imposées aux relais utilisés
actuellement dans les technologies avancées.
1. Dispositif miniature pour la réalisation d'une fonction prédéterminée, ce dispositif
étant obtenu par micro-usinage sur un substrat (1) à l'aide de techniques de galvanoplastie,
de photolithographie et/ou analogues, notamment pour la réalisation de microrelais
miniatures, et comprenant des moyens (6a, 6b, 12a, 12b, 13a, 13b, 20, 21, 44, 45,
68, 69, 70, 79) formant circuit magnétique, au moins une bobine d'excitation (10a,
10b, 11a, 11b, 71, 72) et des moyens (25, 26, 27, 29, 31 à 34, 46 à 51, 74 à 77, CR)
pour assurer l'exécution de ladite fonction sous l'action dudit circuit magnétique,
tous ces éléments étant obtenus sur ledit substrat (1) par des opérations d'intégration
analogues à celles utilisées pour la fabrication des circuits intégrés, lesdits moyens
pour assurer l'exécution de ladite fonction étant portés au moins partiellement par
un levier déformable élastiquement (19, 35, 67) et attaché en porte-à-faux audit substrat
(1), caractérisé en ce que ledit levier (19, 35, 67) forme bascule et est attaché
à peu près en son milieu au substrat (1) par l'intermédiaire d'une liaison déformable
(17, 18, 65, 66) et en ce qu'à chaque extrémité libre dudit levier (19, 35, 67) est
prévue une armature magnétique (20, 21, 44, 45, 79) faisant partie desdits moyens
formant circuit magnétique (6a, 6b, 12a, 12b, 13a, 13b, 20, 21, 44, 45, 68, 69, 70,
79), ce dernier définissant un siège contre lequel ladite armature peut être appliquée
avec une première force magnétique engendrée par ledit circuit magnétique et opposée
à celle engendrée par la déformation élastique dudit levier (19, 35, 67), la bobine
(10a, 10b, 11a, 11b, 71, 72) associée à chaque circuit magnétique étant excitable
sélectivement et capable d'engendrer une seconde force magnétique opposée à celle
du circuit magnétique pour, lorsque l'armature (20, 21, 44, 45, 79) associée à cette
bobine est appliquée sur son siège, libérer cette armature et appliquer l'autre armature
sur son siège par basculement dudit levier (19, 35, 67).
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il forme un microrelais
et en ce que lesdits moyens pour exécuter ladite fonction comprennent au moins un
contact fixe (27, 33, 34, 51, 52, 76, 77) prévu sur ledit substrat et au moins un
contact mobile (26, 31, 32, 49, 50, 74, 75) porté par ledit levier formant bascule
(19, 35, 67), ce contact mobile étant destiné à s'appliquer sur ledit contact fixe
lorsque ladite armature (20, 21, 44, 45, 79) est appliquée sur son siège.
3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que
chaque circuit magnétique comprend un aimant permanent (6a, 6b, 68) en un matériau
magnétique très dur.
4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que
chaque circuit magnétique comprend un aimant (6a, 6b, 68) en matériau magnétique dur
ou semi-dur.
5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que
ledit aimant a la forme d'une pastille rapportée audit substrat.
6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que
ledit substrat est réalisé en un matériau magnétique et en ce que ledit aimant est
formé par une région aimantée dudit substrat.
7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que
lesdites bobines (10a, 10b, 11a, 11b, 71, 72) sont agencées pour être en outre excitées
en vue d'engendrer ladite première force magnétique.
8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'au
moins un contact électrique mobile (26, 31, 32, 49, 50, 74, 75) est prévu à chacune
des extrémités dudit levier (19, 35, 67).
9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que
chacun desdits contacts électriques mobiles (26, 31, 32, 49, 50, 74, 75) est porté
par un élément de liaison (24, 25, 46, 47, 73) solidaire dudit levier et s'étendant
transversalement par rapport à celui-ci.
10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que ledit élément de liaison
(24, 25, 46, 47) est élastiquement déformable et mis sous contrainte élastique lorsque
ledit contact mobile (26, 31, 32, 49, 50) est appliqué sur ledit contact fixe (27,
33, 34, 51) sous l'action de ladite première force.
11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce
que ledit élément de liaison (24, 25) est isolé électriquement par rapport audit levier.
12. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'au
moins deux contacts mobiles (31, 32) sont prévus à au moins l'une des extrémités dudit
levier (35) situés de part et d'autre de celui-ci, et en ce que le levier (35) est
fait en deux parties allongées s'étendant parallèlement l'une à côté de l'autre et
isolées électriquement l'une de l'autre.
13. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que
ledit levier (35) est isolé électriquement dudit substrat.
14. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en
ce que ledit levier (67) est replié sur lui-même de part et d'autre de son point d'attache
audit substrat (1).
15. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en
ce que ledit circuit magnétique comprend des pièces polaires (12a, 12b, 13a, 13b,
69, 70) formant le siège d'application de l'armature correspondante (20, 21, 44, 45,
79).
16. Dispositif suivant la revendication 15 caractérisé en ce que chacune desdites pièces
polaires (12a, 12b, 13a, 13b, 69, 70) est entourée d'une bobine d'excitation (10a,
10b, 11a, 11b, 71, 72).
17. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en
ce que ledit levier (19, 35, 67) est attaché audit substrat (1) par l'intermédiaire
d'au moins un bras de torsion (17, 18, 65, 66).
18. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ledit circuit magnétique
comprend des pièces polaires (12a, 12b, 13a, 13b, 69, 70) formant le siège d'application
de l'armature correspondante (20, 21, 44, 45, 79), en ce que chacune desdites pièces
polaires (12a, 12b, 13a, 13b, 69, 70) est entourée d'une bobine d'excitation (10a,
10b, 11a, 11b, 71, 72) et en ce que ledit substrat (1) comporte à l'une de ses faces
(3) des cavités (4, 62) destinées à loger lesdits aimants (6a, 6b, 68) et en ce que
le restant de chaque circuit magnétique est disposé à la face opposée (2) dudit substrat
(1).
19. Dispositif suivant la revendication 18, caractérisé en ce qu'à ladite face opposée
(2) dudit substrat (1) est prévue une couche d'isolant (8) dans laquelle sont noyées
lesdites bobines (10a, 10b, 11a, 11b, 71, 72) et lesdites pièces polaires (12a, 12b
, 13a, 13b, 69).
20. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1, 5 à 7 et 14 à 18, caractérisé
en ce que ladite fonction consiste à agir sur un faisceau de rayons lumineux (FL)
et en ce que ledit circuit magnétique comprend une armature mobile (79) pouvant intercepter
ledit faisceau pour l'interrompre et/ou le réfléchir en fonction de la position dudit
levier (67).