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WO2022136188A1 - Microsystème électromécanique - Google Patents

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Publication number
WO2022136188A1
WO2022136188A1 PCT/EP2021/086648 EP2021086648W WO2022136188A1 WO 2022136188 A1 WO2022136188 A1 WO 2022136188A1 EP 2021086648 W EP2021086648 W EP 2021086648W WO 2022136188 A1 WO2022136188 A1 WO 2022136188A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electromechanical
deformable membrane
free zone
deformable
cavity
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2021/086648
Other languages
English (en)
Inventor
Laurent Mollard
Stéphane NICOLAS
Damien Saint-Patrice
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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 lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority to EP21840605.6A priority Critical patent/EP4263419A1/fr
Priority to US18/258,547 priority patent/US20240034616A1/en
Publication of WO2022136188A1 publication Critical patent/WO2022136188A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0035—Constitution or structural means for controlling the movement of the flexible or deformable elements
    • B81B3/0051—For defining the movement, i.e. structures that guide or limit the movement of an element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0035—Constitution or structural means for controlling the movement of the flexible or deformable elements
    • B81B3/0037—For increasing stroke, i.e. achieve large displacement of actuated parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
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    • B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
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    • B81C2201/0128—Processes for removing material
    • B81C2201/013—Etching
    • B81C2201/0132—Dry etching, i.e. plasma etching, barrel etching, reactive ion etching [RIE], sputter etching or ion milling

Definitions

  • the present invention relates to the field of microelectromechanical systems. For example, it finds a particularly advantageous application in the actuation or displacement of objects, including over relatively large distances.
  • the invention also finds application in the field of detection by contact. It can thus be implemented to produce sensors.
  • microsystems that allow this.
  • microsystems When these microsystems are actuators, their performance is evaluated in particular on the following parameters: the amplitude of the displacement, the force deployed and the precision of the displacement generated.
  • microsystems When these microsystems are sensors, their performance is evaluated in particular on the following parameters: the ability to capture movement over a large amplitude.
  • microsystems are actuators or sensors, we research that they offer good performance in terms of size, energy consumption and ability to work in frequency.
  • An object of the present invention is to provide a micro-electromechanical system which has improved performance compared to existing solutions, at least for one of the parameters mentioned above, or which has a better compromise regarding at least two of the parameters mentioned above.
  • a microelectromechanical system comprising: a. at least one electromechanical transducer comprising a movable part between a position of equilibrium, without stress, and a position out of equilibrium, under stress, b. at least one deformable membrane, c. a deformable cavity delimited by walls.
  • At least a part of the deformable membrane forms at least a part of a first wall taken from among said walls of the cavity.
  • the cavity is configured to hermetically contain a deformable medium capable of maintaining a substantially constant volume under the action of a change in external pressure exerted on the deformable medium through one of the walls of the cavity.
  • the mobile part of the electromechanical transducer is configured so that its movement is a function of said change in external pressure or, conversely, that its movement induces a change in external pressure.
  • Said at least part of the deformable membrane has at least one zone free to deform according to said change in external pressure.
  • the microelectromechanical system is also such that said at least one free zone is configured to cooperate with an external member so that its deformation induces, or is induced by, a movement of the external member.
  • a surface of the free zone of the deformable membrane is twice smaller than a surface of the mobile part of the electromechanical transducer.
  • the electromechanical microsystem as introduced above is thus capable of moving the external member or of sensing a movement of this member, and this while having, in an easily adjustable manner depending on the intended applications, a sufficient capacity in terms of movement amplitude and/or sufficient capacity in terms of force deployed and/or movement capture capacity over a sufficient amplitude and/or sufficient capacity to work in frequency and/or a size compatible with the targeted applications, and/ or reduced energy consumption.
  • the proposed solution allows the microelectromechanical system to form a so-called long-travel actuator, that is to say typically allowing movement of the external member over a stroke length of at least 30 ⁇ m, or even 100 pm.
  • the proposed solution allows the microelectromechanical system to form a so-called large displacement sensor, typically allowing to capture a displacement whose amplitude is at least 30 pm, or even 100 pm.
  • the free zone of the deformable membrane is configured to cooperate with the external organ via a finger, also referred to as a pin, fixed to said free zone.
  • a finger also referred to as a pin
  • the pin is fixed in contact with said free zone and more precisely in contact with an external face of the free zone.
  • the pin is formed at the same time as the free zone of the deformable membrane is exposed. According to this latter preference, it is advantageously simpler to obtain the pin, and any risk of tearing of the deformable membrane is thus avoided, unlike a case in which the pin would be deposited, and more particularly added, on the membrane deformable.
  • Another aspect of the invention relates to an opto-electromechanical system or microsystem comprising at least one electromechanical microsystem as introduced above and at least one optical microsystem.
  • microelectromechanical system as introduced above, comprising, or even being limited to, ordinary deposition and etching steps in microelectronics.
  • the microelectromechanical system can in fact be manufactured by ordinary microelectronics means, which gives its manufacturer all the advantages deriving from the use of these means, including great latitude in terms of dimensioning, adhesion energy between the different deposits, the thickness of the different deposits, the extent of etching, etc.
  • the method for manufacturing the microelectromechanical system comprises the following steps: has. a step of forming, on a substrate, at least a portion of at least one electromechanical transducer, then b. a step of deposition of the deformable membrane, then c. a step of forming an open cavity on the deformable membrane, then d. a step of filling with the deformable medium and closing the cavity, and e. a step of etching the substrate to form a front face (FAV) of the microelectromechanical system.
  • FAV front face
  • FIG. 1A is a block diagram of a cross-sectional view of a micro-electromechanical system according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 1B is a block diagram of a sectional view of a micro-electromechanical system according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 1C shows a top view of the first and second embodiments of the invention illustrated in Figures 1A and 1B.
  • FIG. 2A schematically represents a sectional view of a micro-electromechanical system according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 2B schematically represents a sectional view of a micro-electromechanical system according to a fourth embodiment of the invention.
  • FIGS. 3A to 9A schematically represent steps of an example of a method for producing a microelectromechanical system as illustrated in FIG. 2A.
  • FIGS. 3B to 9B schematically represent steps of an example of a method for producing a microelectromechanical system as illustrated in FIG. 2B.
  • FIG. 10 schematically represents an opto-electromechanical microsystem comprising four microelectromechanical systems according to one embodiment of the invention.
  • FIGS. 11 A and 11 B each schematically represent an opto-electro-mechanical microsystem according to one embodiment of the invention.
  • the free zone is free to deform elastically according to said change in external pressure.
  • microelectromechanical system as introduced above is preferably free of optical element, such as a lens, in particular with variable focal length.
  • the free zone of the deformable membrane is configured to cooperate with the external organ via a pin, the latter can present the following optional characteristics which can possibly be used in combination or alternatively.
  • the pin is attached to the center of the free zone of the deformable membrane. In this way, it is ensured that the movement of the pin is a translation movement perpendicular to the plane in which the wall of the cavity is inscribed, which is partly formed by the deformable membrane, when the membrane is not distorted.
  • the pawn extends mainly in a longitudinal direction.
  • the longitudinal direction of the pin is substantially perpendicular to a plane (xy) in which mainly extends an outer face of the membrane when the membrane is not deformed.
  • the pin may have a cylindrical shape.
  • the pin does not have a cylindrical shape. It may have a curved shape for example.
  • the pawn has a first end by which it rests on the free zone and a second end opposite the first end.
  • the pin extends between the first end and the second end mainly in a longitudinal direction.
  • the pawn has a curved shape or extends in several different directions.
  • the free zone has a central portion extending from a center of the free zone and a peripheral portion arranged around the central portion.
  • the pawn rests with its first end on the central portion of the free zone.
  • the pin can be configured to cooperate with the external member via a guide integral with the external member, so as to allow automatic positioning of the external member on the pin.
  • the pin is configured to be able to be secured to the external member by gluing or magnetism.
  • the adhesion energy of the pion on the free zone of the deformable membrane is greater than that of the pion on the external organ.
  • a connection, possibly removable, of the pin and the external member is provided which is largely adjustable in terms of retaining force.
  • At least part of the electromechanical transducer forms part of the wall of the cavity which is partly formed by the deformable membrane.
  • the microelectromechanical system according to this characteristic has a non-through structure, leaving the other walls of the cavity free so as to be able to perform other functions therein or so as to allow them to remain inert, for an increased integration capacity in particular in an opto-electro-mechanical microsystem.
  • the electromechanical transducer extends directly over the deformable membrane, that is to say the electromechanical transducer is directly in contact with the deformable membrane.
  • the electromechanical transducer extends indirectly over the deformable membrane, that is to say that at least one element or an intermediate layer is placed between the electromechanical transducer and the deformable membrane.
  • the electromechanical transducer entirely surrounds the free zone of the deformable membrane.
  • the electromechanical transducer takes on an annular shape, the circular center of which defines the extent of the free zone of the deformable membrane.
  • the electromechanical transducer can be configured such that a movement of its movable part from its equilibrium position to its non-equilibrium position induces an increase in the external pressure acting on the deformable medium and the deformable membrane can be configured such that an increase in the external pressure acting on the deformable medium induces a deformation of the free zone of the deformable membrane tending to move the external organ away from the cavity (more precisely to move it away from a fixed wall of the cavity such as the wall opposite the wall formed in part by the membrane).
  • the micro-electromechanical system is thus configured so as to induce a displacement of the external organ in a first direction, corresponding to a distance of the external organ with respect to the cavity.
  • the electromechanical transducer can be configured so that a movement of its movable part from its equilibrium position to its non-equilibrium position induces a reduction in the external pressure acting on the deformable medium and the deformable membrane.
  • the deformable membrane can be configured so that a decrease in the external pressure acting on the deformable medium induces a deformation of the free zone of the deformable membrane tending to bring the external organ closer to the cavity (more precisely to bring it closer to a fixed wall of the cavity such as the wall opposite the wall formed in part by the membrane).
  • the microelectromechanical system is thus configured so as to induce a displacement of the external organ in a second direction, this second direction tending to bring the external organ closer to the cavity.
  • At least the mobile part of the electromechanical transducer can be integral with a zone of the deformable membrane adjacent to the free zone of the deformable membrane, so that a movement of the mobile part of the electromechanical transducer, including a movement inducing the approximation of the external organ with respect to the cavity, induces a corresponding movement of said zone of the deformable membrane adjacent to its free zone.
  • microelectromechanical system as introduced above may further comprise a plurality of deformable membranes and/or a plurality of free zones per deformable membrane and/or a plurality of electromechanical transducers.
  • the mobile part of the electromechanical transducer may have a surface at least twice greater than a surface of the free zone of the deformable membrane.
  • the surface of the mobile parts of the transducers is at least 5 times, even 10 times, even 20 times greater than the surface of the free zone 121 of the deformable membrane, or even the surface of the free zones of the deformable membrane. The greater the surface of the transducer relative to the surface of the free zone 121 of the deformable membrane, or even to the surface of the free zones of the deformable membrane, the greater the deformation amplitude will be.
  • the deformable membrane is preferably configured so that its free zone is capable of deforming with an amplitude of at least 50 ⁇ m, or even at least 100 ⁇ m, or even at least 1000 ⁇ m, in a direction perpendicular to the plane in which it stretches mainly when it is at rest. Without tearing and/or without significant wear, the micro-electromechanical system thus offers the ability to satisfy many and various applications requiring a large clearance, the latter being defined, where applicable, by technical field concerned.
  • the micro electromechanical system may further comprise at least one lateral stop configured to guide the movement of the external member and/or to engage a non-moving part of an electromechanical transducer.
  • the lateral abutment is supported by the wall of the cavity which is partly formed by the deformable membrane.
  • said at least one lateral stop extends opposite the cavity.
  • the microelectromechanical system can also have the following optional characteristics which can optionally be used in combination or alternatively.
  • the pin can extend from the free zone of the deformable membrane beyond said at least one lateral stop.
  • the pin can extend from the free zone of the deformable membrane below said at least one lateral stop.
  • microelectromechanical system offers a satisfactory adaptability to a wide variety of external organs and applications.
  • the microelectromechanical system may further comprise a so-called low abutment supported by the wall of the cavity opposite the free zone of the deformable membrane, said low abutment extending into the cavity towards the free zone. It has a shape and dimensions configured to limit the deformation of the free zone of the deformable membrane so as to protect the deformable membrane, and more particularly its free zone, in particular from possible tearing, during a transfer or a bonding of the external organ. Furthermore, the so-called low abutment can be shaped to limit the contact surface between the membrane and the wall of the cavity opposite the free zone of the deformable membrane. Alternatively or cumulatively, the bottom stop can be shaped so as to limit the contact surface between the membrane and the wall of the cavity opposite the free zone of the deformable membrane. This prevents the membrane from adhering to this wall.
  • the electromechanical transducer may be a piezoelectric transducer, preferably comprising a PZT-based piezoelectric material.
  • the electromechanical transducer may be a statically operated transducer.
  • the electromechanical transducer can be a transducer with vibratory operation at at least one resonance frequency, said at least one resonance frequency being preferably less than 100 kHz, and even more preferably less than 1 kHz.
  • the deformable medium hermetically contained in the cavity may comprise at least one fluid, preferably liquid.
  • the fluid has a compressibility of between 10' 9 and 10' 1 ° Pa' 1 at 20°C, for example of the order of 10' 1 ° Pa' 1 at 20°C, without these values being limiting.
  • Said at least one optical microsystem of the opto-electro-mechanical system as introduced above may comprise at least one mirror also referred to as a micromirror, preferably based on silicon.
  • the opto-electro-mechanical system is configured so that the movement of the mobile part of the electromechanical transducer causes a movement of the at least one mirror.
  • the opto-electro-mechanical system can comprise a plurality of micro-electromechanical systems each having a free zone arranged opposite a part of the same optical micro-system, such as a mirror.
  • the micro electromechanical system cooperates with the mirror at the level of a zone which is not at the center of the mirror but for example in a corner of the mirror. We thus obtain an opto-electro-mechanical system or microsystem benefiting from a large capacity for adapting its optical orientation.
  • electromechanical microsystem means a system comprising at least one mechanical element and at least one electromechanical transducer made on a micrometric scale with microelectronic means.
  • the mechanical element can be moved (actuated) by a force generated by the electromechanical transducer.
  • the latter can be powered by electrical voltages produced with neighboring electronic circuits.
  • the electromechanical transducer can pick up a movement of the element mechanical ; the microelectromechanical system then acts as a sensor.
  • a “microsystem” is a system whose external dimensions are less than 1 centimeter (10' 2 meters) and preferably less than 1 millimeter (10' 3 meters).
  • an electromechanical transducer acts as an interface between the mechanical and electrical domains.
  • electromechanical transducer means both a piezoelectric transducer and a thermal transducer, the latter playing an interface role between the mechanical and thermal domains.
  • An electromechanical transducer may include a moving part between a position of equilibrium, out of stress, and a position out of equilibrium, under stress. When the transducer is piezoelectric, the stress is of an electrical nature. When the transducer is thermal, the stress is thermal in nature.
  • this center is defined geometrically by considering it to be the center of a cavity presenting an undeformed free zone of the deformable membrane.
  • a parameter “substantially equal/greater/less than” a given value is meant that this parameter is equal/greater/less than the given value, to plus or minus 20%, or even 10%, close to this value.
  • a parameter “substantially between” two given values means that this parameter is at least equal to the smallest given value, to plus or minus 20%, or even 10%, close to this value, and at most equal to the smallest value. large given value, plus or minus 20%, or even 10%, close to this value.
  • FIGS. 1A and 1B are block diagrams of a sectional view or of a section of a microelectromechanical system 1 according to first and second embodiments of the invention.
  • an electromechanical transducer 11 In each of Figures 1A and 1B are illustrated an electromechanical transducer 11, a deformable membrane 12 and a cavity 13 configured to hermetically contain a deformable medium 14.
  • Each of these principle diagrams can represent a structure with rotational or revolution symmetry about an axis perpendicular and centered with respect to the section of the deformable membrane as illustrated, or a structure extending, by example in a substantially invariant manner, perpendicular to the sectional view illustrated and symmetrically with respect to a perpendicular plane and centered with respect to the section of the deformable membrane as illustrated.
  • each of these illustrations schematically represents an embodiment of the microelectromechanical system according to the invention which has a non-through structure.
  • the electromechanical transducer 11 and the deformable membrane 12 are both located on the front face FAV of the microelectromechanical system 1.
  • This type of structure is particularly advantageous insofar as the rear face FAR of the microelectromechanical system 1 can participate only passively, and in particular without becoming deformed, in the function of actuator and/or sensor of the microelectromechanical system 1.
  • the rear face FAR of a microelectromechanical system 1 with a non-through structure according to invention can in particular constitute a face via which the micro electromechanical system 1 can easily be mounted on a support (referenced 32 in FIGS. 11 A and 11 B) and/or can constitute a face via which the micro electromechanical system can easily be further functionalized.
  • the invention is not limited to microelectromechanical systems with a non-through structure.
  • the invention also relates to so-called through-structure microelectromechanical systems 1 in which the electromechanical transducer 11 and the deformable membrane 12 are arranged on separate walls of the cavity 13 between them, whether these walls are adjacent or opposed to each other.
  • the electromechanical transducer 11 comprises at least one movable part 111.
  • the latter is configured to move or be moved between at least two positions.
  • a first of these positions is an equilibrium position reached and maintained when the electromechanical transducer 11 is not stressed, whether for example by an electric current supplying it or by a force forcing its movable part out of its position. 'balance.
  • a second position of the mobile part 111 of the electromechanical transducer 11 is reached when the electromechanical transducer 11 is stressed, whether for example by an electric current supplying it or by a force forcing its mobile part out of its equilibrium position.
  • the electromechanical transducer 11 can be maintained in one or the other of the first and second positions described above, and thus exhibit a binary behavior, or can moreover be maintained in any intermediate position between its position of equilibrium and its position of greatest deformation, or greatest deflection, relative to equilibrium.
  • the electromechanical transducer 11 is preferably a piezoelectric transducer. More particularly, the electromechanical transducer 11 comprises at least one piezoelectric material mechanically coupled to another element, referred to as a support or a beam. The term beam in no way limits the shape of this element.
  • a piezoelectric material has the property of constraining itself when an electric field is applied to it. By constraining itself, it deforms. Mechanically associated with the support, the piezoelectric material drives the support with it and then moves the latter. The area of the support capable of moving corresponds to the moving part 111. It is this property of movement which is used to form an actuator.
  • a piezoelectric material becomes electrically polarized.
  • the support is moved, it deforms the piezoelectric material which induces an electric current. It is this property that is used to form a sensor.
  • the electromechanical microsystem 1 can function as an actuator and/or as a sensor.
  • an actuator it can make it possible to move an external member 2 upwards, as illustrated in FIG. 1A, or downwards, as illustrated in FIG. 1B.
  • a sensor it can make it possible to capture a displacement, in particular a vertical displacement, of the external member 2.
  • the electromechanical transducer 11 is even more preferably a piezoelectric transducer comprising a piezoelectric material based on PZT (Lead Titanium-Zirconate).
  • the mobile part 111 of the electromechanical transducer 11 is capable, under stress, of moving with a more significant displacement (due to the piezoelectric coefficient d31) than with a large number of other piezoelectric materials.
  • the electromechanical transducer 11 can be a piezoelectric transducer (non-ferroelectric) based on a material capable of allowing its mobile part 111 to move in opposite directions relative to its position of equilibrium, for example depending on the polarity of its power supply.
  • a material is for example a material based on aluminum nitride (AIN).
  • the electromechanical transducer 11 may be or include a thermal transducer
  • the deformable membrane 12 can be based on a polymer, and is preferably based on PDMS (for polydimethylsiloxane).
  • the properties of the deformable membrane 12, in particular its thickness, its surface and its shape, can be configured to confer on the deformable membrane 12, and more particularly on a zone 121 of this membrane which is free to deform, an ability to expected stretch, in particular depending on the intended application.
  • the cavity 13 as illustrated in particular in FIGS. 1A and 1B more particularly has walls 131, 132, 133 hermetically containing the deformable medium 14.
  • the wall 132 of the cavity 13 constitutes the rear face FAR of the microsystem electromechanical 1.
  • the wall 131 opposite the wall 132 is formed at least in part by at least a part of the deformable membrane 12.
  • the wall 131 is deformable.
  • the wall 131 is subsequently referred to as the first wall. It is located at the front face FAV of the microelectromechanical system 1.
  • At least one side wall 133 joins the walls 131 and 132 between them.
  • the hermeticity of the cavity 13 may require that the deformable membrane 12 itself be even impermeable, or made impermeable, in particular at the level of its free zone 121.
  • the first wall 131 of the cavity is preferably entirely formed or covered by at least the deformable membrane 12 and/or b.
  • the electromechanical transducer 11 extends to its full extent on the deformable membrane 12, being in direct or indirect contact with the latter.
  • the walls 132, 133 remain fixed when the membrane 12 deforms.
  • the deformable medium 14 is itself capable of maintaining a substantially constant volume under the action of a change in external pressure. In other words, it may be an incompressible or weakly compressible medium, the deformation of which preferably requires little energy. It is for example a liquid.
  • any change in external pressure exerted on the deformable medium 14 can be compensated by a deformation, substantially proportional, of the deformable membrane 12, and more particularly of its free zone 121, and/or by a displacement of the movable part 111 of the electromechanical transducer 11.
  • this compensation is more particularly linked to a conversion of the change in external pressure exerted on the deformable medium 14 into a stretching of the deformable membrane 12 or a relaxation of the deformable membrane 12 already stretched. It is recalled that the deformable medium 14 is incompressible and that these constraints are therefore carried out with conservation of the volume of the cavity 13.
  • any deformation of the deformable membrane 12 be elastic, and not plastic, to guarantee the return to the same state of least stretching, or of maximum relaxation, of the deformable membrane 12 whenever she is no longer constrained.
  • the deformable medium 14 can more particularly comprise at least one fluid, preferably liquid.
  • the parameters of the liquid will be adapted according to the targeted applications. This ensures that any change in external pressure exerted on the deformable medium 14 induces a substantially proportional deformation of the free zone 121 of the deformable membrane 12.
  • the fluid may consist of, or be based on, a liquid, such as oil or may be made of, or based on, a polymer. According to one example, the fluid is based on or consists of glycerin. This ensures, in addition to a substantially proportional deformation of the membrane 12, the ability of the deformable medium 14 to occupy in particular the volume created by stretching the free zone 121 of the deformable membrane 12 opposite from the center of the cavity 13.
  • the micro electromechanical system 1 is configured so that the movement of the electromechanical transducer 11 is a function of the change in external pressure exerted on the deformable medium 14, to perform the function of actuator of the micro electromechanical system 1, and conversely, to perform the sensor function of the microelectromechanical system 1. More particularly, when the microelectromechanical system 1 plays the role of actuator, the electromechanical transducer 11 is acted upon so as to exert a change of external pressure on the deformable medium 14 and induce by- there the deformation of the deformable membrane 12. Conversely, when the microelectromechanical system 1 acts as a sensor, the deformation of the membrane 12 exerts a change in external pressure on the deformable medium 14 which induces a displacement of the mobile part 111 of the transducer electromechanical 11.
  • the microelectromechanical system 1 is such that the free zone 121 of the deformable membrane 12 is configured to cooperate with an external member 2. In this way, the deformation of the free zone 121 induces, or is induced by a movement of the external member 2. It is therefore via the free zone 121 of the deformable membrane 12 that the microelectromechanical system 1 moves the external member 2 or picks up a movement of the member external 2. Thus, when the micro electromechanical system 1 plays the role of actuator, the activation of the electromechanical transducer 11 deforms the membrane 12 which moves the member 2.
  • the micro electromechanical system 1 plays the role of sensor, a pressing an external member 2 on the membrane 12 or pulling the membrane 12 by an external member 2 deforms the membrane 12, which moves the electromechanical transducer 11 then ultimately generates a signal.
  • the signal generated can be a function of the displacement of the external member 2, and in particular of its amplitude of displacement, it is preferable that the surface of the free zone 121 be greater than the surface of the mobile part 111 of the transducer. electromechanical 11 which is in contact with the deformable membrane 12.
  • the cooperation between the free zone 121 of the deformable membrane 12 and the external member 2 can be achieved via a finger, also designated pin 122, which is fixed on the free zone 121.
  • a finger also designated pin 122
  • pin can be interchanged.
  • pawn is not limited to parts of constant section and a fortiori to cylindrical parts.
  • the pin 122 can be more particularly fixed at the center of the free zone 121 of the deformable membrane 12, or more generally symmetrically with respect to the extent of the free zone 121 of the membrane deformable 12. In this way, the pin 122 is moved, by the elastic deformation of the free zone 121, in a controlled direction, substantially vertical, and is not, or only slightly, inclined with respect to the vertical during its movements .
  • the lateral movement of the pin 122 is thus advantageously limited.
  • the external member 2 can be structured so as to include a guide by which the external member 2 is intended to cooperate with the pin 122. This guide can also contribute to opposing an inclination of the piece 122 during its movements. We will see later that the limitations thus reached in terms of lateral displacement of the pin 122 can be further reinforced by the presence of at least one lateral abutment 15 extending from a part of the wall 131 situated outside the free zone 121 of the deformable membrane 12.
  • a sticking or a magnetization of the pin 122 on the external member 2 can make it possible to secure between them the pin 122 and the external member 2.
  • the adhesion energy of the pin 122 on the free zone 121 of the deformable membrane 12 is preferably greater than that of the pin 122 on the external member 2.
  • This adhesion energy can thus be estimated or measured, it is easy to obtain by bonding, for example using an ad hoc resin, or by magnetization, for example a joining which is of a lower energy. than the energy with which the pin 122 is secured to the deformable membrane 12. It is therefore understood that the securing between the pin 122 and the external member 2 is thus largely adjustable in terms of retaining force.
  • This modularity can make it possible in particular to make the connection between the pin 122 and the external member 2 removable, for example to allow the same electromechanical microsystem 1 according to the invention to be arranged successively with several external members 2 with each of which it would be united, then dissociated.
  • the electromechanical transducer 11 can form part of the first wall 131 of the cavity 13.
  • the electromechanical transducer 11 and the deformable membrane 12 are thus placed on the same side of the cavity 13
  • the structures exhibiting this characteristic are advantageously non-through, as mentioned above.
  • the membrane 12 has an internal face 12i configured to be in contact with the deformable medium 14 and an external face 12e.
  • the inner face 12i forms part of the first wall 131 of the cavity 13.
  • the inner face 12i of the membrane 12 forms the entire first wall 131 of the cavity 13.
  • the electromechanical transducer 11, more precisely the movable part 111 of the latter has an internal face 11 i facing, and preferably in contact with the external face 12e of the membrane 12.
  • the electromechanical transducer 11 also has an external face 11e, opposite the internal face 11i, and facing the outside of the microelectromechanical system 1.
  • the face internal 11 i of the electromechanical transducer 11 is preferably entirely in contact with the external face 12e of the membrane 12. Provision may be made for one or more intermediate layers to be arranged between the external face 12e of the membrane 12 and the internal face 11 i of the electromechanical transducer.
  • the microelectromechanical system 1 is configured so that the movement of the mobile part 111 of the electromechanical transducer 11 causes a displacement of the membrane 12 and therefore of the wall 131 which encloses the medium 14.
  • the electromechanical transducer 11 extends over the deformable membrane 12 defining the free zone 121 of the deformable membrane 12, and b. the deformable membrane 12 separates the electromechanical transducer 11, preferably over its entire extent, from the deformable medium 14.
  • the electromechanical transducer 11 can advantageously be integral with the deformable membrane 12 on a zone 123 located outside the free zone 121, and more particularly on a zone 123 adjacent to the free zone 121, so that any movement of the part 111 of the electromechanical transducer 11 induces, in particular on this zone 123, a stretching of the deformable membrane 12.
  • a zone 123 located outside the free zone 121, and more particularly on a zone 123 adjacent to the free zone 121, so that any movement of the part 111 of the electromechanical transducer 11 induces, in particular on this zone 123, a stretching of the deformable membrane 12.
  • FIG. 1C illustrates the partial covering of the deformable membrane 12 by the electromechanical transducer 11.
  • the electromechanical transducer 11 there takes the form of a ring of radial extent denoted R2 and defines a free zone 121 circular of radius noted R1.
  • the electromechanical transducer 11 is not limited to an annular shape, but can take other shapes, and in particular an oblong or oval shape, a triangular shape, a rectangular shape, etc. defining a corresponding plurality of shapes of the free zone 121 of the deformable membrane 12. This illustration applies in particular to a structure with rotational or rotational symmetry.
  • the electromechanical transducer 11 is a piezoelectric transducer comprising a piezoelectric material based on PZT
  • the mobile part 111 of the electromechanical transducer 11 has a surface at least 2 times greater than the surface of the free zone 121 of the deformable membrane 12.
  • the deformable membrane 12 is therefore configured so that its free zone 121 is capable of deforming with an amplitude at least 50 ⁇ m, about 100 ⁇ m, or even several hundred ⁇ m.
  • 1C is at least 5 times, even 10 times, even 20 times greater than the surface of the free zone 121 of the deformable membrane 12 illustrated on the same figure.
  • the measurements given above by way of example correspond to a surface of the mobile part 111 of the electromechanical transducer 11 nineteen times greater than the surface of the free zone 121 of the deformable membrane 12.
  • the deformable membrane 12 is preferably configured so that its free zone 121 is capable of deforming with an amplitude of less than 1 mm.
  • the amplitude of deformation of the free zone 121 is measured in a direction perpendicular to the plane in which the outer face 12e of the membrane 12 mainly extends at rest.
  • the microelectromechanical system 1 allows hydraulic amplification of the actuation and thus offers the ability to satisfy many and various applications requiring a large clearance.
  • the microelectromechanical system 1 illustrated in FIG. 1A can be defined as an actuator with large upward travel and the microelectromechanical system 1 illustrated in FIG. 1B can be defined as an actuator with large downward travel.
  • the electromechanical transducer 11 may more particularly comprise a support 305, also designated beam 305, and a piezoelectric element 302 based on PZT, the latter being configured to induce a deflection of the support 305.
  • the term beam 305 does not limit the shape of support 305. In this example, beam 305 forms a ring.
  • the thickness of the piezoelectric element 302 can be substantially equal to 0.5 ⁇ m and the thickness of the beam 305 is for example between a few ⁇ m and several tens of ⁇ m, for example 5 ⁇ m.
  • the radius R1 of the free zone 121 of the deformable membrane 12 can be substantially equal to 100 ⁇ m and the radial extent R2 of the electromechanical transducer 11 (typically its radius if it is circular) can be substantially equal to 350 ⁇ m.
  • the references R1 and R2 are illustrated in FIG. 1C.
  • the mobile part 111 of the electromechanical transducer 11 can be moved or deflected with an amplitude for example substantially equal to 15 ⁇ m while being traversed by an electric voltage for example substantially equal to 10 V for a thickness of beam 305 of 1 of the order of 5 ⁇ m and a PZT thickness of the order of 1 ⁇ m.
  • the mobile part 111 of the electromechanical transducer 11, and more generally the electromechanical transducer 11, may not be flat, but may on the contrary present a deflection, called at equilibrium, which does not This detracts nothing, in terms of amplitude, from the displacement or deflection capacity of the electrically powered electromechanical transducer 11.
  • the invention is however not limited to the different specific values given above which can be widely adapted, depending on the intended application, in particular to find a compromise between stretching factor and expected deformation amplitude of the free zone. 121 of the deformable membrane 12.
  • the electromechanical transducer 11 can advantageously be a vibratory operating transducer. Its resonance frequency is then preferably less than 100 kHz, and even more preferably less than 1 kHz. The vibratory dynamics thus obtained can make it possible to achieve greater clearances than in static operation, in particular by exploiting the related resonance phenomenon or reducing the consumption of the microelectromechanical system for a given clearance.
  • the microelectromechanical system 1 may further comprise one or more lateral stops 15 supported by the first wall 131 of the cavity 13.
  • Each lateral stop 15 extends more particularly opposite the cavity 13.
  • each lateral stop 15 extends from a non-moving part of the electromechanical transducer 11.
  • Each lateral stop 15 can also have an action of maintaining in position a non-moving part of the electromechanical transducer 11, said non-moving part being complementary to the moving part 111 of the electromechanical transducer 11.
  • At least one spacer 306 can extend in the cavity 13 or by constituting part of the side wall 133 of the cavity 13.
  • Such a spacer 306 makes it possible to sandwich, together with the abutment or each lateral abutment 15, the non-moving part of the electromechanical transducer 11, for example on a at least part of its outer circumference, so as to reinforce the holding in position of this non-moving part.
  • the holding action of the non-moving part of the electromechanical transducer 11 can more particularly be ensured by its engagement between the two lateral stops 15, and in particular that located towards a part central microsystem 1, and the spacer 306, as shown in Figures 2A and 2B, which materializes the side wall 133 of the cavity 13; in this sense, the spacer 306 preferably extends towards the central part of the microsystem 1 at least up to the right of the surface of the lateral abutment 15 closest to the central part of the microsystem 1, in the same way as which is illustrated in Figures 1A and 1B.
  • At least one lateral stop 15 can also be configured to allow guiding and the self-positioning of the external member 2 on the micro electromechanical system 1. It further contributes to limiting, or even eliminating, the risk of tearing off the deformable membrane 12 during the transfer of the external member 2 to the micro electromechanical system 1. Note here that, depending on the extent of the external member 2, at least one lateral stop 15 can also play the role of high stop limiting the approach of the external member 2 towards the microelectromechanical system 1.
  • This feature can also make it possible to induce a separation of the pin 122 and the external member 2 between them by pulling the pin 122 into a lower position than that possibly reached by the external member 2 because the latter abuts on the top of the lateral abutment 15.
  • the lateral abutment 15 has an abutment surface configured to stop the movement of the member 2.
  • the microelectromechanical system 1 is configured so that when the movement of the member 2 is stopped in its movement, in a given direction, by the lateral stop 15, the pin 122 can continue its movement, in this same direction.
  • Piece 122 thus dissociates itself from component 2.
  • the microelectromechanical system 1 may further comprise one or more so-called low stops 16 supported by the wall 132 of the cavity 13 which is opposite the wall 131 formed at least in part by the deformable membrane 12 and extending in the cavity 13 towards the free zone 121 of the membrane 12.
  • This lower stop 16 preferably has a shape and dimensions configured to limit the deformation of the free zone 121 of the membrane 12 so as to protect the membrane 12, and more particularly its free zone 121, from a possible tearing, in particular during the transfer of the external member 2 to the microelectromechanical system 1.
  • the bottom stop 16 can be shaped so as to limit the contact surface between the membrane 12 and the wall 132 of the cavity 13 opposite the free zone 121 of the deformable membrane 12. This prevents the membrane 12 from adhering and sticking to this wall 132.
  • FIGS. 2A and 2B More specific embodiments of the invention than those described above are illustrated in FIGS. 2A and 2B in which the same references as in FIGS. 1A and 1B refer to the same objects.
  • each electromechanical transducer 11 illustrated comprises a beam 305 and a piezoelectric material 302 configured to deform the beam 305 when an electric current passes through it.
  • FIG. 2A A comparison between Figures 2A and 2B shows that the piezoelectric material 302 can be located on either side of a neutral fiber of the assembly constituting the electromechanical transducer 11. It is thanks to this alternative that a ferroelectric piezoelectric material whose deformation is preferably independent of the polarization of the electric current flowing through it nevertheless makes it possible to deform the beam 305 in one direction or in the other.
  • the piezoelectric material 302 is located under the beam 305, and therefore under the neutral fiber of the assembly, that is to say that it is located between the beam 305 and the membrane 12
  • an electric voltage is applied to the piezoelectric material 302
  • it retracts and drags the beam 305 with it. 12 which is linked to the beam 305.
  • the free zone 121 of the membrane 12 moves upwards, then bringing with it the upward movement of the pin 122.
  • Another end 305b of the beam 302 preferably remains fixed.
  • This other end 305b is, for example, integral with a fixed wall of the cavity 13 which consists of the spacer 306 and/or of the lateral stop 15 located opposite one another.
  • the piezoelectric material 302 is located above the beam 305, that is to say the beam 305 is located between the piezoelectric material 302 and the membrane 12.
  • a voltage is applied to the material piezoelectric 302 it retracts and drags the beam 305 with it.
  • a free end 305a of the beam then flexes upwards, pulling with it part of the zone 123 of the membrane 12 which is linked to the beam 305.
  • the free zone 121 of the membrane moves downwards, then bringing with it the downward movement of the pin 122. This scenario corresponds to that illustrated in FIG. 1B.
  • the side stops 15 and the bottom stops 16, and / or their section can take different shapes, and in particular a parallelepipedal shape, a frustoconical shape, a substantially pyramidal shape, etc.
  • the mobile part 111 of the electromechanical transducer 11 can be defined by the extent of the piezoelectric material 302 relative to the extent of the beam 305.
  • FIGS. 2A and 2B access openings for electrical connection electrodes are shown.
  • these openings form vias 17.
  • the vias 17 pass through the entire thickness of the beam 305 and the entire thickness between the lateral stops 15.
  • 2A and 2B can each form a ring and provide between them a via 17 itself taking the shape of a ring; alternatively, the lateral stops 15 can also form a single ring in the thickness of which at least one via 17, for example of cylindrical shape, would be formed.
  • the thickness e 30 s of the beam 302 is measured in a direction perpendicular to the plane in which the faces 12e and 12i of the membrane 12 mainly extend at rest.
  • the thickness e 30 5 is referenced in FIGS. 2A and 2B.
  • FIGS. 2A and 2B more particularly illustrate third and fourth embodiments of the invention which have been obtained by deposition and etching steps which can be qualified as ordinary in the field of microelectronics. More particularly, the micro electromechanical system 1 according to the third embodiment illustrated in FIG. 2A was obtained by the succession of steps illustrated by FIGS. 3A, 4A, 5A, 6A, 7A, 8A and 9A and the micro electromechanical system 1 according to the fourth embodiment illustrated in FIG. 2B has been obtained by the succession of steps illustrated by FIGS. 3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8B and 9B. Thus, two manufacturing methods are illustrated which each lead to one of the micro-electromechanical systems 1 illustrated in FIGS. 2A and 2B.
  • These manufacturing processes have at least in common to include: a. a step of forming what is intended to constitute at least a portion of the electromechanical transducer 11 on a substrate 200, then b. a step of deposition of the deformable membrane 12, then c. a step of forming a cavity 13 open on the deformable membrane
  • the first step of this method is illustrated in Figure 3A. It consists in providing a substrate 200 on which a stack of layers extends which may successively comprise, from one side of the substrate 200: has. a first insulating layer 201, for example based on silicon oxide, which can be deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD, for Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition in English), b.
  • PECVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • LPCVD sub-atmospheric pressure
  • a structure of the SOI type for Silicon On Insulator or, in French, silicon on insulator
  • a second insulating layer 203 for example based on silicon oxide and which
  • the second step of the manufacturing process of the micro electromechanical system 1 as illustrated in FIG. 2A is illustrated in FIG. 4A. It includes: a. an etching of the layer 206 so as to form the upper electrode 301 of the electromechanical transducer 11, b. an etching of the layer 205 so as to form the piezoelectric elements 302 of the electromechanical transducer 11, and c. an etching of the layer 204 so as to form the lower electrode 303 of the electromechanical transducer 11.
  • each of these etchings can be carried out by lithography, and preferably by plasma etching, or by wet chemical means.
  • the third step of the manufacturing process of the micro electromechanical system 1 as illustrated in FIG. 2A is illustrated in FIG. 5A. It includes: a. the deposition of a passivation layer 207, for example based on silicon oxide and/or silicon nitride, which can be deposited by PECVD, b. the opening, through the passivation layer 207, of a contact recovery zone per electrode, this opening being produced for example by lithography, and preferably by plasma etching, or by wet chemical process, c. the deposition of a layer intended to constitute an electric line 304 per electrode, the layer being for example based on gold and able to be deposited by PVD, and d. an etching of the previously deposited layer so as to form an electrical line 304 per electrode, this etching being carried out for example by lithography, and preferably by plasma etching, or by wet chemical means.
  • a passivation layer 207 for example based on silicon oxide and/or silicon nitride, which can be
  • the fourth step of the manufacturing process of the micro electromechanical system 1 as illustrated in FIG. 2A is illustrated in FIG. 6A. It includes the deposition of a layer 208 based on a polymer and intended to constitute the deformable membrane 12.
  • This layer 208 is for example deposited by spin coating.
  • the polymer on the basis of which the layer 208 is formed is for example based on PDMS.
  • the fifth step of the manufacturing process of the micro electromechanical system 1 as illustrated in FIG. 2A is illustrated in FIG. 7A. It comprises the formation of at least one spacer 306 intended to constitute at least a part of said at least one side wall 133 of the cavity 13.
  • the formation of the spacer(s) may comprise the lamination of a photosensitive material on the basis of which the where the spacers are formed, the insolation, then the development of the photosensitive material.
  • Said photosensitive material may be based on a polymer, and in particular based on Siloxane.
  • the lamination of the photosensitive material may comprise the lamination of a dry film of said material.
  • this step includes the deposition of glue 210 at the top of each spacer 306, this deposition possibly being carried out by screen printing or by dispensing. It comprises the fixing, for example the gluing, on the top of the spacer(s) (possibly by means of the glue 210), of a second substrate 211 which can be structured so as to comprise at least one of a vent crossing 212 and a bottom stop 16 as described above. In an alternative embodiment, depending on the nature of the spacer, the latter can play the role of glue.
  • the cavity 13 is formed which is opened by at least one through vent 212.
  • the seventh step of the MEMS manufacturing process 1 as shown in Figure 2A is shown in Figure 9A. It comprises the filling, preferably under vacuum, of the cavity 13 with the deformable medium 14 as described above, for example by dispensing through the through-vent 212. It also comprises the sealing of the through-vent 212 , for example by dispensing with a sealing material 213 at the mouth of each through vent 212, the sealing material 213 being for example based on an epoxy adhesive.
  • An additional step makes it possible to obtain the microelectromechanical system 1 as illustrated in FIG. 2A. It comprises the etching of the substrate 200, then the etching of the layer 202 and of the insulating layers 201, 203, so as to form at least one beam 305 of the electromechanical transducer 11, to expose part of the deformable membrane 12 and to constitute all or part of the pin 122 and any lateral stops 15.
  • This additional step can be performed by lithography, and preferably by plasma etching, or by wet chemical process.
  • the pin 122 takes the form of a stack extending directly from the deformable membrane 12 opposite the cavity 13 by successively presenting the material of the insulating layer 201, the material constituting the beam 305, the material of the insulating layer 203 and the material constituting the substrate 200. It should also be noted that, following the steps described above for manufacturing the microsystem electromechanical unit 1 as illustrated in FIG.
  • the possible lateral stops 15 each take the form of a stack extending, directly or indirectly, from the deformable membrane 12 opposite the cavity 13 by successively presenting the material of the insulating layer 201, the material constituting the beam 305, the material of the insulating layer 203 and the material constituting the substrate 200.
  • the first step of this method is illustrated in Figure 3B. It consists in providing a substrate 400 on which a stack of layers extends which can comprise successively, from one side of the substrate 400: a. a first insulating layer 401, for example based on silicon oxide, which can be deposited by chemical vapor deposition assisted by PECVD, b. a layer 402 intended to constitute a so-called lower electrode, for example based on platinum and which can be deposited by PVD, vs. a layer 403 of a piezoelectric material, for example based on PZT, and which can be deposited by a sol-gel process, and d. a layer 404 intended to constitute a so-called upper electrode, for example based on platinum and which can be deposited by PVD.
  • a first insulating layer 401 for example based on silicon oxide, which can be deposited by chemical vapor deposition assisted by PECVD
  • a layer 402 intended to constitute a so-called lower electrode, for example based on platinum
  • the second step of the manufacturing process of the micro electromechanical system 1 as illustrated in FIG. 2B is illustrated in FIG. 4B. It includes: a. an etching of the layer 404 so as to form the upper electrode 301 of the electromechanical transducer 11, b. an etching of the layer 403 so as to form the piezoelectric elements 302 of the electromechanical transducer 11, and c. an etching of the layer 402 so as to form the lower electrode 303 of the electromechanical transducer 11.
  • each of these etchings can be carried out by lithography, and preferably by plasma etching, or by wet chemical means.
  • the third step of the manufacturing process of the micro electromechanical system 1 as illustrated in FIG. 2B is illustrated in FIG. 5B. It includes: a. the deposition of a passivation layer 405, for example based on silicon oxide and/or silicon nitride, which can be deposited by PECVD, b. the opening, through the passivation layer 405, of a contact recovery zone by electrode, this opening being produced for example by lithography, and preferably by plasma etching, or by wet chemical means, c. the deposition of a layer intended to constitute an electric line 304 by electrode, the layer being for example based on gold and which can be deposited by PVD, d.
  • a passivation layer 405 for example based on silicon oxide and/or silicon nitride, which can be deposited by PECVD
  • the opening, through the passivation layer 405, of a contact recovery zone by electrode this opening being produced for example by lithography, and preferably by plasma etching, or by wet chemical means
  • etching of the previously deposited layer so as to form an electric line 304 per electrode, this etching being carried out for example by lithography, and preferably by plasma etching, or by wet chemical means, then e. the deposition of a passivation layer 406, for example based on silicon oxide and/or silicon nitride, which can be deposited by PECVD.
  • the fourth step of the manufacturing process of the micro electromechanical system 1 as illustrated in FIG. 2B is illustrated in FIG. 6B. It comprises the deposition of a layer intended to constitute the beam 305 of the electromechanical transducer 11, this layer being for example based on amorphous silicon and can be deposited by PVD. It may then comprise a step of planarization of the previously deposited layer. It then comprises an etching of the previously deposited layer so as to form at least one beam 305 of the electromechanical transducer 11. This etching being carried out for example by lithography, and preferably by plasma etching, or by wet chemical means.
  • the fifth step of the manufacturing process of the micro electromechanical system 1 as illustrated in FIG. 2B is illustrated in FIG. 7B. It includes: a. the deposition of a layer 407 based on a polymer and intended to constitute the deformable membrane 12; This layer 407 is for example deposited by spin coating.
  • the polymer based on which the layer 407 is made is for example based on PDMS, and b. the formation of at least one spacer 306 intended to constitute at least a part of said at least one side wall 133 of the cavity 13.
  • the formation of the spacer(s) 306 may comprise the lamination of a photosensitive material from which the spacer(s) are made, the insolation, then the development of the photosensitive material.
  • Said photosensitive material may be based on a polymer, and in particular based on Siloxane.
  • the lamination of the photosensitive material may comprise the lamination of a dry film of said material.
  • the sixth step of the manufacturing process of the micro electromechanical system 1 as illustrated in FIG. 2B is illustrated in FIG. 8B. It includes, where appropriate, the deposition of glue 408 at the top of each spacer 306. According to an optional example, this deposition can be carried out by screen printing or by dispensing. It comprises the bonding, on the top of the spacer(s) 306 (possibly by means of the glue 408), of a second substrate 411 which can be structured so as to comprise at least one of a through vent 412 and a bottom stop 16 as described above. In an alternative embodiment, depending on the nature of the spacer, the latter can play the role of glue. At the end of this sixth step, the cavity 13 is formed which is opened by at least one through vent 412.
  • the seventh step of the manufacturing process of the micro electromechanical system 1 as illustrated in FIG. 2B is illustrated in FIG. 9B. It comprises the filling, preferably under vacuum, of the cavity 13 with the deformable medium 14 as described above, for example by dispensing through the at least one through vent 212. It also comprises the leaktight closure of the at least one through vent 212, for example by dispensing with a sealing material 213 at least the mouth of each through vent 212, the sealing material 213 being for example based on an epoxy glue.
  • An additional step makes it possible to obtain the microelectromechanical system 1 as illustrated in FIG. 2B. It includes the etching of the substrate 400, then the etching of the insulating layer 401, so as to expose part of the deformable membrane 12 and to constitute all or part of the pin 122 and any lateral stops 15.
  • This additional step can be carried out by lithography, and preferably by plasma etching, or by wet chemical means.
  • the pin 122 takes the form of a stack extending directly from the deformable membrane 12 opposite the cavity 13 by successively presenting the material of the insulating layer 401 and the material constituting the substrate 400.
  • the possible lateral stops 15 each take the form of a stack extending, directly or indirectly, from the beam 305 opposite the cavity 13 by successively presenting the material of the insulating layer 401 and the material constituting the substrate 400.
  • FIGS. 10, 11 A and 11 B may be an opto-electro-mechanical microsystem 3.
  • Each of the microsystems opto-electro-mechanical devices 3 illustrated in these figures comprises at least one micro-electro-mechanical system 1 as described above and at least one optical micro-system 31.
  • Said at least one micro-electro-mechanical system 1 is preferably mounted on a support 32 of the opto-electro-mechanical micro-system electro-mechanical 3.
  • Said at least one optical microsystem 31 may comprise a silicon-based micro-mirror, the surface of which is, if necessary, surmounted by at least one mirror.
  • the opto-electro-mechanical microsystems 3 as illustrated each comprise four micro-electromechanical systems 1 each having a free zone 121 arranged opposite a part of the same optical microsystem 31. An opto-electromechanical microsystem is thus obtained. electro-mechanical 1 benefiting from a large adaptability of its optical orientation.
  • the microelectromechanical system 1 can be arranged in a micropump, or even in a system with an array of micropumps, in a haptic system.

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Abstract

L'invention concerne un microsystème électromécanique (1) comprenant un transducteur électromécanique (11), une membrane déformable (12) et une cavité (13) contenant hermétiquement un milieu déformable (14) conservant un volume constant sous l'action d'un changement de pression externe. La membrane déformable forme une paroi de la cavité et présente au moins une zone libre (121) de se déformer. Le transducteur électromécanique est configuré de sorte que son mouvement soit fonction dudit changement de pression externe, et inversement. La zone libre coopère avec un organe externe (2) de sorte que sa déformation induise, ou soit induite par, un mouvement de l'organe externe. Le microsystème électromécanique (1) est ainsi apte à déplacer l'organe externe ou à capter un mouvement de cet organe.

Description

« Microsystème électromécanique »
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
La présente invention concerne le domaine des microsystèmes électromécaniques. Elle trouve par exemple pour application particulièrement avantageuse l’actionnement ou le déplacement d’objets, y compris sur des distances relativement grandes. L’invention trouve également pour application le domaine de la détection par contact. Elle pourra ainsi être mise en œuvre pour réaliser des capteurs.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Dans des applications variées, on peut avoir besoin de déplacer des objets microscopiques, voire nanoscopiques, et/ou avoir besoin de capter des mouvements de tels objets. Il existe des microsystèmes qui permettent cela.
Lorsque ces microsystèmes sont des actionneurs, leurs performances sont évaluées notamment sur les paramètres suivants: l’amplitude du déplacement, la force déployée et la précision du déplacement généré. Lorsque ces microsystèmes sont des capteurs, leurs performances sont évaluées notamment sur les paramètres suivants: la capacité à capter un mouvement sur une amplitude importante.
Par ailleurs, que les microsystèmes soient des actionneurs ou des capteurs, on recherche à ce qu’ils offrent de bonnes performances en termes d’encombrement, de consommation énergétique et de capacité à travailler en fréquence.
Toutes les solutions connues présentent des performances faibles pour l’un au moins de ces paramètres. Généralement, les microsystèmes existants présentent des performances trop peu satisfaisantes pour une combinaison de ces paramètres.
Un objet de la présente invention est de proposer un microsystème électromécanique qui présente des performances améliorées par rapport aux solutions existantes, au moins pour l’un des paramètres mentionnés ci-dessus, ou qui présente un meilleur compromis concernant au moins deux des paramètres susmentionnés.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.
RÉSUMÉ DE L’INVENTION
Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation, on prévoit un microsystème électromécanique comprenant : a. au moins un transducteur électromécanique comprenant une partie mobile entre une position d’équilibre, hors sollicitation, et une position hors équilibre, sous sollicitation, b. au moins une membrane déformable, c. une cavité déformable délimitée par des parois.
Au moins une partie de la membrane déformable forme au moins une partie d’une première paroi prises parmi lesdites parois de la cavité.
La cavité est configurée pour contenir hermétiquement un milieu déformable propre à conserver un volume sensiblement constant sous l’action d’un changement de pression externe exercée sur le milieu déformable à travers l’une des parois de la cavité.
La partie mobile du transducteur électromécanique est configurée de sorte que son mouvement soit fonction dudit changement de pression externe ou inversement que son mouvement induise un changement de pression externe.
Ladite au moins une partie de la membrane déformable présente au moins une zone libre de se déformer en fonction dudit changement de pression externe.
Le microsystème électromécanique est en outre tel que ladite au moins une zone libre est configurée pour coopérer avec un organe externe de sorte que sa déformation induise, ou soit induite par, un mouvement de l’organe externe.
En outre, une surface de la zone libre de la membrane déformable est deux fois plus faible qu’une surface de la partie mobile du transducteur électromécanique. Le microsystème électromécanique tel qu’introduit ci-dessus est ainsi apte à déplacer l’organe externe ou à capter un mouvement de cet organe, et ce en présentant, de façon aisément modulable en fonction des applications visées, une capacité suffisante en termes d’amplitude de déplacement et/ou une capacité suffisante en termes de force déployée et/ou une capacité de captation de mouvement sur une amplitude suffisante et/ou une capacité suffisante à travailler en fréquence et/ou une taille compatible avec les applications visées, et/ou une consommation en énergie réduite.
Par ailleurs, la solution proposée permet au microsystème électromécanique de former un actionneur dit à grand débattement, c’est-à-dire autorisant typiquement le déplacement de l’organe externe sur une longueur de course d’au moins 30 pm, voire de 100 pm. De même, la solution proposée permet au microsystème électromécanique de former un capteur dit à grand débattement, autorisant typiquement à capter un déplacement dont l’amplitude est d’au moins 30 pm, voire de 100 pm.
De manière facultative, la zone libre de la membrane déformable est configurée pour coopérer avec l’organe externe via un doigt, également désigné pion, fixé sur ladite zone libre. De préférence, le pion est fixé au contact de ladite zone libre et plus précisément au contact d’une face externe de la zone libre. Encore plus préférentiellement, le pion est formé en même temps que la zone libre de la membrane déformable est exposée. Selon cette dernière préférence, il est avantageusement plus simple d’obtenir le pion, et l’on évite ainsi tout risque de déchirement de la membrane déformable, contrairement à un cas dans lequel le pion serait déposé, et plus particulièrement rapporté, sur la membrane déformable.
Un autre aspect de l’invention concerne un système ou un microsystème opto- électro-mécanique comprenant au moins un microsystème électromécanique tel qu’introduit ci-dessus et au moins un microsystème optique.
Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un microsystème électromécanique tel qu’introduit ci-dessus, comprenant, voire étant limité à, des étapes de dépôt et de gravure ordinaires en microélectronique. Le microsystème électromécanique peut en effet être fabriqué par des moyens ordinaires de la microélectronique, ce qui confère à son fabricant tous les avantages découlant de l’utilisation de ces moyens, dont une grande latitude en termes de dimensionnement, d’énergie d’adhésion entre les différents dépôts, d’épaisseur des différents dépôts, d’étendue de gravure, etc.
Selon un exemple, le procédé de fabrication du microsystème électromécanique comprend les étapes suivantes : a. une étape de formation, sur un substrat, d’une portion au moins d’au moins un transducteur électromécanique, puis b. une étape de dépôt de la membrane déformable, puis c. une étape de formation d’une cavité ouverte sur la membrane déformable, puis d. une étape de remplissage avec le milieu déformable et de fermeture de la cavité, et e. une étape de gravure du substrat pour former une face avant (FAV) du microsystème électromécanique.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
La figure 1A est un schéma de principe d’une vue en coupe d’un microsystème électromécanique selon un premier mode de réalisation de l’invention.
La figure 1 B est un schéma de principe d’une vue en coupe d’un microsystème électromécanique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
La figure 1C représente une vue de haut des premier et deuxième modes de réalisation de l’invention illustrés sur les figures 1A et 1 B.
La figure 2A représente schématiquement une vue en coupe d’un microsystème électromécanique selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
La figure 2B représente schématiquement une vue en coupe d’un microsystème électromécanique selon un quatrième mode de réalisation de l’invention.
Les figures 3A à 9A représentent schématiquement des étapes d’un exemple de procédé de réalisation d’un microsystème électromécanique tel qu’illustré en figure 2A.
Les figures 3B à 9B représentent schématiquement des étapes d’un exemple de procédé de réalisation d’un microsystème électromécanique tel qu’illustré en figure 2B.
La figure 10 représente schématiquement un microsystème opto-électro- mécanique comprenant quatre microsystèmes électromécaniques selon un mode de réalisation de l’invention.
Les figures 11 A et 11 B représentent chacune schématiquement un microsystème opto-électro-mécanique selon un mode de réalisation de l’invention.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les épaisseurs des différentes couches, parois et organes illustrés ne sont pas nécessairement représentatives de la réalité. De même, les dimensions latérales de l’élément piézoélectrique, de la zone libre de la membrane et/ou des butées ne sont pas nécessairement représentatives de la réalité, notamment lorsque considérées l’une par rapport à une autre.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement.
Selon un exemple, la zone libre est libre de se déformer de façon élastique en fonction dudit changement de pression externe.
Le microsystème électromécanique tel qu’introduit ci-dessus est de préférence exempt d’élément optique, telle qu’une lentille, notamment à focale variable.
Lorsque la zone libre de la membrane déformable est configurée pour coopérer avec l’organe externe via un pion, ce dernier peut présenter les caractéristiques optionnelles suivantes qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement.
Selon un exemple, le pion est fixé au centre de la zone libre de la membrane déformable. De la sorte, l’on s’assure que le mouvement du pion est un mouvement de translation perpendiculaire au plan dans lequel s’inscrit la paroi de la cavité qui est en partie formée par la membrane déformable, lorsque la membrane n’est pas déformée.
Selon un exemple, le pion s’étend principalement selon une direction longitudinale. Lorsque la membrane n’est pas déformée, la direction longitudinale du pion est sensiblement perpendiculaire à un plan (xy) dans lequel s’étend principalement une face externe de la membrane lorsque la membrane n’est pas déformée. Le pion peut présenter une forme cylindrique. Selon un mode de réalisation alternatif, le pion ne présente pas une forme cylindrique. Il peut présenter une forme courbe par exemple.
Selon un exemple, le pion présente une première extrémité par laquelle il prend appui sur la zone libre et une deuxième extrémité opposée à la première extrémité.
Selon un exemple, le pion s’étend entre la première extrémité et la deuxième extrémité principalement selon une direction longitudinale. Alternativement, le pion présente une forme courbe ou s’étend selon plusieurs directions différentes.
Selon un exemple, la zone libre présente une portion centrale s’étendant depuis un centre de la zone libre et une portion périphérique disposée autour de la portion centrale. Par exemple, le pion s’appuie par sa première extrémité sur la portion centrale de la zone libre. Le pion peut être configuré pour coopérer avec l’organe externe par l’intermédiaire d’un guide solidaire de l’organe externe, de sorte à permettre un positionnement automatique de l’organe externe sur le pion.
Selon un exemple, le pion est configuré pour pouvoir être solidarisé avec l’organe externe par collage ou magnétisme.
Selon un exemple, l’énergie d’adhérence du pion sur la zone libre de la membrane déformable est supérieure à celle du pion sur l’organe externe.
Grâce au pion selon l’un et/ou l’autre des deux exemples précédents, une solidarisation, éventuellement amovible, du pion et de l’organe externe est prévue qui est largement modulable en termes de force de retenue.
Selon un exemple, au moins une partie du transducteur électromécanique forme une partie de la paroi de la cavité qui est en partie formée par la membrane déformable. Le microsystème électromécanique selon cette caractéristique présente une structure non-traversante, laissant libre les autres parois de la cavité de sorte à pouvoir y réaliser d’autres fonctions ou de sorte à leur permettre de rester inertes, pour une capacité d’intégration accrue notamment dans un microsystème opto-électro- mécanique.
Selon un exemple, le transducteur électromécanique s’étend, directement sur la membrane déformable, c’est-à-dire que le transducteur électromécanique est directement au contact de la membrane déformable. Alternativement, le transducteur électromécanique s’étend indirectement sur la membrane déformable, c’est-à-dire qu’au moins un élément ou une couche intermédiaire est disposé entre le transducteur électromécanique et la membrane déformable.
Selon un exemple, le transducteur électromécanique entoure entièrement la zone libre de la membrane déformable.
Selon un exemple non limitatif, le transducteur électromécanique prend une forme annulaire dont le centre circulaire définit l’étendue de la zone libre de la membrane déformable.
Le transducteur électromécanique peut être configuré de sorte qu’un mouvement de sa partie mobile de sa position d’équilibre à sa position hors équilibre induise un accroissement de la pression externe agissant sur le milieu déformable et la membrane déformable peut être configurée de sorte qu’un accroissement de la pression externe agissant sur le milieu déformable induise une déformation de la zone libre de la membrane déformable tendant à éloigner l’organe externe de la cavité (plus précisément à l’éloigner d’une paroi fixe de la cavité telle que la paroi opposée à la paroi formée en partie par la membrane). Le microsystème électromécanique est ainsi configuré de sorte à induire un déplacement de l’organe externe dans un premier sens, correspondant à un éloignement de l’organe externe par rapport à la cavité.
En alternative à la caractéristique précédente, le transducteur électromécanique peut être configuré de sorte qu’un mouvement de sa partie mobile de sa position d’équilibre à sa position hors équilibre induise une diminution de la pression externe agissant sur le milieu déformable et la membrane déformable peut être configurée de sorte qu’une diminution de la pression externe agissant sur le milieu déformable induise une déformation de la zone libre de la membrane déformable tendant à rapprocher l’organe externe de la cavité (plus précisément à le rapprocher d’une paroi fixe de la cavité telle que la paroi opposée à la paroi formée en partie par la membrane). Le microsystème électromécanique est ainsi configuré de sorte à induire un déplacement de l’organe externe dans un deuxième sens, ce deuxième sens tendant à rapprocher l’organe externe de la cavité.
Au moins la partie mobile du transducteur électromécanique peut être solidaire d’une zone de la membrane déformable adjacente à la zone libre de la membrane déformable, de sorte qu’un mouvement de la partie mobile du transducteur électromécanique, y compris un mouvement induisant le rapprochement de l’organe externe par rapport à la cavité, induise un mouvement correspondant de ladite zone de la membrane déformable adjacente à sa zone libre.
Le microsystème électromécanique tel qu’introduit ci-dessus peut comprendre en outre une pluralité de membranes déformables et/ou une pluralité de zones libres par membrane déformable et/ou une pluralité de transducteurs électromécaniques.
La partie mobile du transducteur électromécanique peut présenter une surface au moins deux fois supérieure à une surface de la zone libre de la membrane déformable. De préférence, la surface des parties mobiles des transducteurs est au moins 5 fois, voire 10 fois, voire 20 fois supérieure à la surface de la zone libre 121 de la membrane déformable, voire à la surface des zones libres de la membrane déformable. Plus la surface du transducteur est importante par rapport à la surface de la zone libre 121 de la membrane déformable, voire à la surface des zones libres de la membrane déformable, plus l’amplitude de déformation sera importante.
La membrane déformable est de préférence configurée de sorte que sa zone libre soit capable de se déformer avec une amplitude d’au moins 50 pm, voire d’au moins 100pm, voire d’au moins 1000pm, selon une direction perpendiculaire au plan dans lequel elle s’étend principalement lorsqu’elle est au repos. Sans se déchirer et/ou sans usure significative, le microsystème électromécanique offre ainsi la capacité à satisfaire de nombreuses et diverses applications nécessitant un grand débattement, ce dernier étant défini le cas échéant par domaine technique concerné.
Le microsystème électromécanique peut comprendre en outre au moins une butée latérale configurée pour guider le mouvement de l’organe externe et/ou pour mettre en prise une partie non mobile d’un transducteur électromécanique. Selon un exemple optionnel, la butée latérale est supportée par la paroi de la cavité qui est en partie formée par la membrane déformable. Selon un exemple optionnel, ladite au moins une butée latérale s’étend à l’opposé de la cavité.
Il est ainsi possible de : a. limiter, de manière contrôlée, fiable et reproductible, l’inclinaison du pion lors du mouvement de la partie mobile du transducteur électromécanique, et/ou b. permettre un auto-positionnement de l’organe externe relativement à la zone libre de la membrane déformable, et/ou c. protéger la membrane déformable, et plus particulièrement sa zone libre, notamment d’un éventuel arrachement, lors d’un report ou d’un collage de l’organe externe.
Lorsque la zone libre de la membrane déformable est configurée pour coopérer avec l’organe externe via un pion fixé sur ladite zone libre, le microsystème électromécanique peut en outre présenter les caractéristiques optionnelles suivantes qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement.
Le pion peut s’étendre depuis la zone libre de la membrane déformable au-delà de ladite au moins une butée latérale.
En alternative, le pion peut s’étendre depuis la zone libre de la membrane déformable en-deçà de ladite au moins une butée latérale.
Le microsystème électromécanique selon l’une ou l’autre des deux caractéristiques précédentes offre une capacité d’adaptation satisfaisante à une large variété d’organes externes et d’applications.
Le microsystème électromécanique peut comprendre en outre une butée dite basse supportée par la paroi de la cavité opposée à la zone libre de la membrane déformable, ladite butée basse s’étendant dans la cavité vers la zone libre. Elle présente une forme et des dimensions configurées pour limiter la déformation de la zone libre de la membrane déformable de sorte à protéger la membrane déformable, et plus particulièrement sa zone libre, notamment d’un éventuel arrachement, lors d’un report ou d’un collage de l’organe externe. Par ailleurs, la butée dite basse peut être conformée pour limiter la surface de contact entre la membrane et la paroi de la cavité opposée à la zone libre de la membrane déformable. De manière alternative ou cumulée, la butée basse peut être conformée de sorte à limiter la surface de contact entre la membrane et la paroi de la cavité opposée à la zone libre de la membrane déformable. Cela permet d’éviter que la membrane n’adhère à cette paroi.
Le transducteur électromécanique peut être un transducteur piézoélectrique, de préférence comprenant un matériau piézoélectrique à base de PZT.
Le transducteur électromécanique peut être un transducteur à fonctionnement statique.
En alternative ou en complément, le transducteur électromécanique peut être un transducteur à fonctionnement vibratoire à au moins une fréquence de résonance, ladite au moins une fréquence résonance étant de préférence inférieure à 100 kHz, et encore plus préférentiellement inférieure à 1 kHz.
Le milieu déformable contenu hermétiquement dans la cavité peut comprendre au moins un fluide, de préférence liquide. Le fluide présente de préférence une viscosité de l’ordre de 100 cSt à température et pression ambiantes (1cSt=10'6m2/s).
Selon un exemple de réalisation non limitatif, le fluide présente une compressibilité comprise entre 10'9 et 10'1° Pa'1 à 20°C, par exemple de l’ordre de 10'1° Pa'1 à 20°C, sans que ces valeurs soient limitatives.
Ledit au moins un microsystème optique du système opto-électro-mécanique tel qu’introduit ci-dessus peut comprendre au moins un miroir également désigné micromiroir, de préférence à base de silicium.
Selon un exemple, le système opto-électro-mécanique est configuré de sorte à ce que le mouvement de la partie mobile du transducteur électromécanique provoque un déplacement de l'au moins un miroir.
En alternative ou en complément, le système opto-électro-mécanique peut comprendre une pluralité de microsystèmes électromécaniques présentant chacun une zone libre agencée en vis-à-vis d’une partie d’un même microsystème optique, tel qu’un miroir. De préférence, le microsystème électromécanique coopère avec le miroir au niveau d’une zone qui n’est pas au centre du miroir mais par exemple dans un coin du miroir. On obtient ainsi un système ou un microsystème opto-électro-mécanique bénéficiant d’une large capacité d’adaptation de son orientation optique.
On entend, par « microsystème électromécanique », un système comprenant au moins un élément mécanique et au moins un transducteur électromécanique réalisés à l’échelle micrométrique avec des moyens de la microélectronique. L’élément mécanique peut être mis en mouvement (actionné) grâce à une force générée par le transducteur électromécanique. Ce dernier peut être alimenté par des tensions électriques produites avec des circuits électroniques avoisinants. En alternative ou en complément, le transducteur électromécanique peut capter un mouvement de l’élément mécanique ; le microsystème électromécanique joue alors le rôle de capteur.
Un « microsystème » est un système dont les dimensions externes sont inférieures à 1 centimètre (10'2 mètres) et de préférence à 1 millimètre (10'3 mètres).
Le plus souvent, un transducteur électromécanique joue un rôle d’interface entre les domaines mécanique et électrique. Toutefois, on entend ici, par « transducteur électromécanique », aussi bien un transducteur piézoélectrique qu’un transducteur thermique, ce dernier jouant un rôle d’interface entre les domaines mécanique et thermique. Un transducteur électromécanique peut comprendre une partie mobile entre une position d’équilibre, hors sollicitation, et une position hors équilibre, sous sollicitation. Lorsque le transducteur est piézoélectrique, la sollicitation est de nature électrique. Lorsque le transducteur est thermique, la sollicitation est de nature thermique.
Lorsqu’il est fait mention du centre de la cavité, ce centre est défini géométriquement en considérant comme le centre d’une cavité présentant une zone libre non déformée de la membrane déformable.
On entend par « inférieur » et « supérieur », « inférieur ou égal » et supérieur ou égal », respectivement. L’égalité est exclue par l’usage des termes « strictement inférieur » et « strictement supérieur ».
On entend par un paramètre « sensiblement égal/supérieur/inférieur à » une valeur donnée que ce paramètre est égal/supérieur/inférieur à la valeur donnée, à plus ou moins 20 %, voire 10 %, près de cette valeur. On entend par un paramètre « sensiblement compris entre » deux valeurs données que ce paramètre est au minimum égal à la plus petite valeur donnée, à plus ou moins 20 %, voire 10 %, près de cette valeur, et au maximum égal à la plus grande valeur donnée, à plus ou moins 20 %, voire 10 %, près de cette valeur.
Les figures 1A et 1B sont des schémas de principe d’une vue en coupe ou d’une coupe d’un microsystème électromécanique 1 selon des premier et deuxième modes de réalisation de l’invention. Sur chacune des figures 1A et 1B sont illustrés un transducteur électromécanique 11, une membrane déformable 12 et une cavité 13 configurée pour contenir hermétiquement un milieu déformable 14.
Chacun de ces schémas de principe peut aussi bien représenter une structure à symétrie de rotation ou de révolution autour d’un axe perpendiculaire et centré par rapport à la coupe de la membrane déformable telle qu’illustrée, qu’une structure s’étendant, par exemple de façon sensiblement invariante, perpendiculairement à la vue en coupe illustrée et symétriquement par rapport à un plan perpendiculaire et centré par rapport à la coupe de la membrane déformable telle qu’illustrée. Avant de décrire plus avant les différents modes de réalisation de l’invention illustrés sur les figures annexées, notons que chacune de ces illustrations représente schématiquement un mode de réalisation du microsystème électromécanique selon l’invention qui présente une structure non traversante. Plus particulièrement, dans les différents modes illustrés, le transducteur électromécanique 11 et la membrane déformable 12 se situent tous deux en face avant FAV du microsystème électromécanique 1. Ce type de structure est particulièrement avantageux dans la mesure où la face arrière FAR du microsystème électromécanique 1 peut participer uniquement de façon passive, et en particulier sans se déformer, à la fonction d’actionneur et/ou de capteur du microsystème électromécanique 1. Plus particulièrement, la face arrière FAR d’un microsystème électromécanique 1 à structure non traversante selon l’invention peut notamment constituer une face par laquelle le microsystème électromécanique 1 peut être aisément monté sur un support (référencé 32 sur les figures 11 A et 11 B) et/ou peut constituer une face par laquelle le microsystème électromécanique peut aisément être davantage fonctionnalisé.
Toutefois, l’invention n’est pas limitée aux microsystèmes électromécaniques à structure non traversante. Dans son acceptation la plus large, l’invention concerne également des microsystèmes électromécaniques 1 dits à structure traversante dans lesquels le transducteur électromécanique 11 et la membrane déformable 12 sont agencés sur des parois distinctes entre elles de la cavité 13, que ces parois soient adjacentes ou opposées entre elles.
Le transducteur électromécanique 11 comprend au moins une partie mobile 111. Cette dernière est configurée pour se mouvoir ou être mue entre au moins deux positions. Une première de ces positions est une position d’équilibre atteinte et conservée lorsque le transducteur électromécanique 11 n’est pas sollicité, que ce soit par exemple par un courant électrique l’alimentant ou par une force contraignant sa partie mobile hors de sa position d’équilibre. Une deuxième position de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 est atteinte lorsque le transducteur électromécanique 11 est sollicité, que ce soit par exemple par un courant électrique l’alimentant ou par une force contraignant sa partie mobile hors de sa position d’équilibre. Le transducteur électromécanique 11 peut être maintenu dans l’une ou l’autre des première et deuxième positions décrites ci-dessus, et présenter ainsi un comportement binaire, ou peut en outre être maintenu dans n’importe quelle position intermédiaire entre sa position d’équilibre et sa position de plus grande déformation, ou de plus grande déflexion, par rapport à l’équilibre.
Dans l’exemple illustré, lorsque le transducteur électromécanique 11 n’est pas sollicité, sa partie mobile 111 s’étend principalement dans un plan parallèle au plan xy du repère orthogonal xyz illustré en figure 1A.
Le transducteur électromécanique 11 est de préférence un transducteur piézoélectrique. Plus particulièrement, le transducteur électromécanique 11 comprend au moins un matériau piézoélectrique mécaniquement couplé à un autre élément, qualifié de support ou de poutre. Le terme de poutre ne limite aucunement la forme de cet élément.
De façon connue, un matériau piézoélectrique présente comme propriété de se contraindre lorsqu’on lui applique un champ électrique. En se contraignant, il se déforme. Mécaniquement associé au support, le matériau piézoélectrique entraine le support avec lui et déplace alors ce dernier. La zone du support susceptible de se déplacer correspond à la partie mobile 111. C’est cette propriété de déplacement qui est utilisée pour former un actionneur.
De même, sous l’action d’une contrainte mécanique, un matériau piézoélectrique se polarise électriquement. Ainsi, lorsque le support est déplacé, il déforme le matériau piézoélectrique qui induit un courant électrique. C’est cette propriété qui est utilisée pour former un capteur.
Il ressort donc de cet exemple de réalisation du transducteur électromécanique 11, mais cela reste potentiellement vrai pour chacun des autres modes de réalisation envisagés du transducteur électromécanique 11, que le microsystème électromécanique 1 selon l’invention peut fonctionner comme actionneur et/ou comme capteur. En tant qu’actionneur, il peut permettre de déplacer un organe externe 2 vers le haut, comme illustré sur la figure 1A, ou vers le bas, comme illustré sur la figure 1B. En tant que capteur, il peut permettre de capter un déplacement, en particulier un déplacement vertical, de l’organe externe 2. Ci-dessous, pour des raisons de simplicité, nous décrivons essentiellement le microsystème électromécanique 1 comme un actionneur, sans toutefois exclure sa capacité à assurer, en alternative ou en complément, une fonction de capteur.
Le transducteur électromécanique 11 est encore plus préférentiellement un transducteur piézoélectrique comprenant un matériau piézoélectrique à base de PZT (Titano-Zirconate de Plomb). Dans ce cas, la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 est capable sous sollicitation de se mouvoir avec un déplacement plus significatif (du fait du coefficient piézoélectrique d31) qu’avec bon nombre d’autres matériaux piézoélectriques. Toutefois, le PZT étant un matériau ferroélectrique, un tel transducteur piézoélectrique fonctionne préférentiellement dans un seul sens d’actionnement (mouvement dans un unique sens de sa partie mobile 111) quelle que soit la polarité de son alimentation électrique, alors qu’un transducteur piézoélectrique à base d’un matériau non-ferroélectrique peut préférentiellement fonctionner dans les deux sens (mouvement dans deux sens opposés de sa partie mobile 111). En alternative ou en complément, le transducteur électromécanique 11 peut être un transducteur piézoélectrique (non ferroélectrique) à base d’un matériau propre à permettre à sa partie mobile 111 de se mouvoir dans des sens opposés relativement à sa position d’équilibre, par exemple en fonction de la polarité de son alimentation électrique. Un tel matériau est par exemple un matériau à base de nitrure d’aluminium (AIN).
En alternative ou en complément, le transducteur électromécanique 11 peut être ou comprendre un transducteur thermique
La membrane déformable 12 peut être à base d’un polymère, et est de préférence à base de PDMS (pour polydiméthylsiloxane). Les propriétés de la membrane déformable 12, en particulier son épaisseur, sa surface et sa forme, peuvent être configurées pour conférer à la membrane déformable 12, et plus particulièrement à une zone 121 de cette membrane qui est libre de se déformer, une capacité d’étirement escomptée, notamment en fonction de l’application visée.
La cavité 13 telle qu’illustrée notamment sur les figures 1A et 1B présente plus particulièrement des parois 131 , 132, 133 contenant hermétiquement le milieu déformable 14. Dans les exemples illustrés, la paroi 132 de la cavité 13 constitue la face arrière FAR du microsystème électromécanique 1. La paroi 131 opposée à la paroi 132 est formée au moins en partie par au moins une partie de la membrane déformable 12. Ainsi, la paroi 131 est déformable. La paroi 131 est désignée par la suite première paroi. Elle se situe au niveau de la face avant FAV du microsystème électromécanique 1. Au moins une paroi 133 latérale joint entre elles les parois 131 et 132. On notera que l’herméticité de la cavité 13 peut nécessiter que la membrane déformable 12 soit elle-même imperméable, ou rendue imperméable, notamment au niveau de sa zone libre 121.
On notera également que, pour assurer plus aisément l’herméticité de la cavité 13 : a. la première paroi 131 de la cavité est de préférence entièrement formée ou recouverte par au moins la membrane déformable 12 et/ou b. le transducteur électromécanique 11 s’étend de toute son étendue sur la membrane déformable 12, en étant au contact, direct ou indirect, de celle-ci.
De préférence, les parois 132, 133 restent fixes lorsque la membrane 12 se déforme. Le milieu déformable 14 est quant à lui propre à conserver un volume sensiblement constant sous l’action d’un changement de pression externe. Autrement dit, il peut s’agir d’un milieu incompressible ou faiblement compressible dont la déformation nécessite de préférence peu d’énergie. Il s’agit par exemple d’un liquide.
Du fait qu’une partie au moins de la paroi 131 de la cavité 13 est formée par une partie au moins de la membrane déformable 12, l’on comprend que tout changement de pression externe exercée sur le milieu déformable 14 peut être compensé par une déformation, sensiblement proportionnelle, de la membrane déformable 12, et plus particulièrement de sa zone libre 121 , et/ou par un déplacement de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11. Lorsque le transducteur est sollicité, cette compensation est plus particulièrement liée à une conversion du changement de pression externe exercée sur le milieu déformable 14 en un étirement de la membrane déformable 12 ou une relaxation de la membrane déformable 12 déjà étirée. On rappelle que le milieu déformable 14 est incompressible et que ces contraintes s’effectuent donc avec une conservation du volume de la cavité 13. L’on comprend que, dans un souci de reproductibilité de l’actionnement ou de la captation de mouvement qu’offre le microsystème électromécanique 1 selon l’invention, il est préférable que toute déformation de la membrane déformable 12 soit élastique, et non plastique, pour garantir le retour dans un même état de moindre étirement, ou de relaxation maximale, de la membrane déformable 12 chaque fois qu’elle n’est plus contrainte.
Le milieu déformable 14 peut plus particulièrement comprendre au moins un fluide, de préférence liquide. Les paramètres du liquide seront adaptés en fonction des applications visés. L’on s’assure ainsi que tout changement de pression externe exercée sur le milieu déformable 14 induit une déformation sensiblement proportionnelle de la zone libre 121 de la membrane déformable 12. Le fluide peut être constitué, ou à base, d’un liquide, tel que de l’huile ou peut être constitué, ou à base, d’un polymère. Selon un exemple, le fluide est à base ou est constitué de glycérine. L’on s’assure ainsi, en plus d’une déformation sensiblement proportionnelle de la membrane 12, de la capacité du milieu déformable 14 à occuper notamment le volume créé par étirement de la zone libre 121 de la membrane déformable 12 à l’opposé du centre de la cavité 13.
L’on comprend de ce qui précède que le microsystème électromécanique 1 est configuré de sorte que le mouvement du transducteur électromécanique 11 soit fonction du changement de pression externe exercée sur le milieu déformable 14, pour réaliser la fonction d’actionneur du microsystème électromécanique 1, et inversement, pour réaliser la fonction de capteur du microsystème électromécanique 1. Plus particulièrement, lorsque le microsystème électromécanique 1 joue le rôle d’actionneur, le transducteur électromécanique 11 est sollicité de sorte à exercer un changement de pression externe sur le milieu déformable 14 et induire par-là la déformation de la membrane déformable 12. Inversement, lorsque le microsystème électromécanique 1 joue le rôle de capteur, la déformation de la membrane 12 exerce un changement de pression externe sur le milieu déformable 14 qui induit un déplacement de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11.
Comme illustré sur chacune des figures 1A et 1B, le microsystème électromécanique 1 est tel que la zone libre 121 de la membrane déformable 12 est configurée pour coopérer avec un organe externe 2. De la sorte, la déformation de la zone libre 121 induit, ou est induite par, un mouvement de l’organe externe 2. C’est donc par l’intermédiaire de la zone libre 121 de la membrane déformable 12 que le microsystème électromécanique 1 déplace l’organe externe 2 ou capte un mouvement de l’organe externe 2. Ainsi, lorsque le microsystème électromécanique 1 joue le rôle d’actionneur, l’activation du transducteur électromécanique 11 déforme la membrane 12 ce qui déplace l’organe 2. Inversement, lorsque le microsystème électromécanique 1 joue le rôle de capteur, un appui d’un organe externe 2 sur la membrane 12 ou une traction de la membrane 12 par un organe externe 2 déforme la membrane 12, ce qui déplace le transducteur électromécanique 11 puis génère in fine un signal. De sorte que le signal généré puisse être fonction du déplacement de l’organe externe 2, et en particulier de son amplitude de déplacement, il est préférable que la surface de la zone libre 121 soit supérieure à la surface de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 qui est en contact avec la membrane déformable 12.
Plus particulièrement, la coopération entre la zone libre 121 de la membrane déformable 12 et l’organe externe 2 peut être réalisée via un doigt, également désigné pion 122, qui est fixé sur la zone libre 121. Les termes « doigt » et « pion » peuvent être intervertis. Le terme « pion » ne se limite pas aux pièces de section constante et a fortiori aux pièces cylindriques.
Comme illustré sur chacune des figures 1A et 1 B, le pion 122 peut être plus particulièrement fixé au centre de la zone libre 121 de la membrane déformable 12, ou plus généralement symétriquement par rapport à l’étendue de la zone libre 121 de la membrane déformable 12. De la sorte, le pion 122 est déplacé, par la déformation élastique de la zone libre 121, dans un sens contrôlé, sensiblement vertical, et n’est pas, ou peu, incliné par rapport à la verticale lors de ses déplacements. Le débattement latéral du pion 122 est ainsi avantageusement limité. En complément ou en alternative, l’organe externe 2 peut être structuré de sorte à comprendre un guide par lequel l’organe externe 2 est destiné à coopérer avec le pion 122. Ce guide peut lui aussi contribuer à s’opposer à une inclinaison du pion 122 lors de ses déplacements. Nous verrons plus tard que les limitations ainsi atteintes en termes de débattement latéral du pion 122 peuvent encore être renforcées par la présence d’au moins une butée latérale 15 s’étendant depuis une partie de la paroi 131 située hors de la zone libre 121 de la membrane déformable 12.
De façon non limitative, un collage ou une aimantation du pion 122 sur l’organe externe 2 peut permettre de solidariser entre eux le pion 122 et l’organe externe 2. L’énergie d’adhérence du pion 122 sur la zone libre 121 de la membrane déformable 12 est de préférence supérieure à celle du pion 122 sur l’organe externe 2. Nous verrons, lorsque nous décrirons les procédés de fabrication des microsystèmes électromécaniques 1 illustrés sur les figures 2A et 2B que l’énergie d’adhérence du pion 122 sur la zone libre 121 peut être une résultante d’étapes technologiques ordinaires dans le domaine de la micro-électronique. Cette énergie d’adhérence pouvant ainsi être estimée ou mesurée, il est aisé d’obtenir par collage, par exemple à l’aide d’une résine ad hoc, ou par aimantation, par exemple une solidarisation qui soit d’une énergie plus faible que l’énergie avec laquelle le pion 122 est solidarisé avec la membrane déformable 12. On comprend donc que la solidarisation entre le pion 122 et l’organe externe 2 est ainsi largement modulable en termes de force de retenue. Cette modularité peut permettre notamment de rendre amovible la solidarisation entre le pion 122 et l’organe externe 2, par exemple pour permettre à un même microsystème électromécanique 1 selon l’invention d’être agencé successivement avec plusieurs organes externes 2 avec chacun desquels il serait solidarisé, puis désolidarisé.
Comme illustré sur chacune des figures 1A et 1 B, le transducteur électromécanique 11 peut former une partie de la première paroi 131 de la cavité 13. Le transducteur électromécanique 11 et la membrane déformable 12 sont ainsi placés d’un même côté de la cavité 13. Les structures présentant cette caractéristique sont avantageusement non traversantes, comme évoqué plus haut.
Sur cet exemple non limitatif, la membrane 12 présente une face interne 12i configurée pour être au contact du milieu déformable 14 et une face externe 12e. La face interne 12i forme une partie de la première paroi 131 de la cavité 13. De préférence, pour assurer aisément l’herméticité de la cavité 13, la face interne 12i de la membrane 12 forme toute la première paroi 131 de la cavité 13. Le transducteur électromécanique 11 , plus précisément la partie mobile 111 de ce dernier, présente une face interne 11 i tournée au regard, et de préférence au contact de la face externe 12e de la membrane 12. Le transducteur électromécanique 11 présente également une face externe 11e, opposée à la face interne 11i, et tournée vers l’extérieur du microsystème électromécanique 1. De préférence, pour assurer aisément l’herméticité de la cavité 13, la face interne 11 i du transducteur électromécanique 11 est de préférence entièrement au contact de la face externe 12e de la membrane 12. On peut prévoir qu’une ou des couches intermédiaires soient disposées entre la face externe 12e de la membrane 12 et la face interne 11 i du transducteur électromécanique. Le microsystème électromécanique 1 est configuré de sorte que le mouvement de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 provoque un déplacement de la membrane 12 et donc de la paroi 131 qui enferme le milieu 14.
On remarquera que, sur chacune des figures 1A et 1B : a. le transducteur électromécanique 11 s’étend sur la membrane déformable 12 en définissant la zone libre 121 de la membrane déformable 12, et b. la membrane déformable 12 sépare le transducteur électromécanique 11 , de préférence sur toute son étendue, du milieu déformable 14.
En outre, le transducteur électromécanique 11 peut avantageusement être solidaire de la membrane déformable 12 sur une zone 123 située hors de la zone libre 121 , et plus particulièrement sur une zone 123 adjacente à la zone libre 121 , de sorte que tout mouvement de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 induise, notamment sur cette zone 123, un étirement de la membrane déformable 12. Ainsi dans l’exemple illustré sur la figure 1 B, lorsque le transducteur électromécanique 11 est sollicité de sorte à se déplacer vers le haut (comme illustré par les deux flèches s’étendant depuis la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11), une diminution de la pression externe exercée sur le milieu déformable 14 est observée, qui induit l’étirement de la membrane déformable 12 vers le bas, i.e. vers le centre de la cavité 13. Notons ici que cette solidarisation entre le transducteur électromécanique 11 et la membrane déformable 12 n’est que préférentielle pour le microsystème électromécanique 1 représenté sur la figure 1A, dans la mesure où la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 est destinée à appuyer sur la membrane déformable 12 lorsque le transducteur électromécanique 11 est sollicité et/ou dans la mesure où la membrane déformable 12 a naturellement tendance à rester au contact de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 lorsque ce dernier n’appuie pas sur la membrane déformable 12.
La figure 1C illustre le recouvrement partiel de la membrane déformable 12 par le transducteur électromécanique 11. Le transducteur électromécanique 11 y prend la forme d’un anneau d’étendue radiale notée R2 et définit une zone libre 121 circulaire de rayon noté R1. Notons que le transducteur électromécanique 11 n’est pas limité à une forme annulaire, mais peut prendre d’autres formes, et notamment une forme oblongue ou ovale, une forme triangulaire, rectangulaire, etc. définissant une pluralité correspondante de formes de la zone libre 121 de la membrane déformable 12. Cette illustration vaut en particulier pour une structure à symétrie de rotation ou de révolution. Néanmoins, une illustration correspondante pour une structure symétrique par rapport à un plan perpendiculaire et centré par rapport à la coupe de la zone libre 121 pourrait pareillement être fournie qui consisterait notamment en la représentation de trois bandes adjacentes deux à deux dont la bande centrale représenterait la zone libre 121 de la membrane déformable 12 et dont les bandes latérales représenteraient la partie mobile du ou des transducteurs électromécaniques 11 impliqués.
Notamment lorsque le recouvrement partiel de la membrane déformable 12 par le transducteur électromécanique 11 est tel qu’illustré sur la figure 1C et que le transducteur électromécanique 11 est un transducteur piézoélectrique comprenant un matériau piézoélectrique à base de PZT, il est intéressant que la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 présente une surface au moins 2 fois supérieure à la surface de la zone libre 121 de la membrane déformable 12. La membrane déformable 12 est dès lors configurée de sorte que sa zone libre 121 soit capable de se déformer avec une amplitude d’au moins 50 pm, d’environ 100 pm, voire de plusieurs centaines de pm. De préférence, la surface de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 illustré sur la figure 1C est au moins 5 fois, voire 10 fois, voire 20 fois supérieure à la surface de la zone libre 121 de la membrane déformable 12 illustrée sur la même figure. Les mesures indiquées ci-dessus à titre d’exemple correspondent à une surface de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 dix-neuf fois plus importante que la surface de la zone libre 121 de la membrane déformable 12.
De manière générale, la membrane déformable 12 est de préférence configurée de sorte que sa zone libre 121 soit capable de se déformer avec une amplitude inférieure à 1mm.
L’amplitude de déformation de la zone libre 121 est mesurée selon une direction perpendiculaire au plan dans lequel s’étend principalement la face externe 12e de la membrane 12 au repos.
Sans se déchirer et/ou sans usure significative, le microsystème électromécanique 1 permet une amplification hydraulique de l’actionnement et offre ainsi la capacité à satisfaire de nombreuses et diverses applications nécessitant un grand débattement. Dans ce contexte, le microsystème électromécanique 1 illustré sur la figure 1A peut être défini comme un actionneur à grand débattement ascendant et le microsystème électromécanique 1 illustré sur la figure 1B peut être défini comme un actionneur à grand débattement descendant.
Egalement lorsque le recouvrement partiel de la membrane déformable 12 par le transducteur électromécanique 11 est tel qu’illustré sur la figure 1C et que le transducteur électromécanique 11 est un transducteur piézoélectrique comprenant un matériau piézoélectrique à base de PZT, mais en référence aux figures 2A et 2B discutées plus en détails ci-dessous, le transducteur électromécanique 11 peut plus particulièrement comprendre un support 305, également désigné poutre 305, et un élément piézoélectrique 302 à base de PZT, ce dernier étant configuré pour induire une déflection du support 305. Le terme poutre 305 ne limite pas la forme du support 305. Dans cet exemple, la poutre 305 forme un anneau. L’épaisseur de l’élément piézoélectrique 302 peut être sensiblement égale à 0,5 pm et l’épaisseur de la poutre 305 est par exemple comprise entre quelques pm et plusieurs dizaines de pm, par exemple 5 pm.
Toujours lorsque le recouvrement partiel de la membrane déformable 12 par le transducteur électromécanique 11 est tel qu’illustré sur la figure 1C et que le transducteur électromécanique 11 est un transducteur piézoélectrique comprenant un matériau piézoélectrique à base de PZT, le rayon R1 de la zone libre 121 de la membrane déformable 12 peut être sensiblement égal à 100 pm et l’étendue radiale R2 du transducteur électromécanique 11 (typiquement son rayon s’il est circulaire) peut être sensiblement égal à 350 pm. Les références R1 et R2 sont illustrées en figure 1C. Dans une telle configuration, la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 peut être déplacée ou défléchie avec une amplitude par exemple sensiblement égale à 15 pm en étant parcouru par une tension électrique par exemple sensiblement égale à 10 V pour une épaisseur de poutre 305 de l’ordre de 5 pm et une épaisseur de PZT de l’ordre de 1 pm.
A noter que, dans sa position d’équilibre, la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 , et plus généralement le transducteur électromécanique 11 , peut ne pas être plat, mais peut au contraire présenter une déflexion, dite à l’équilibre, qui n’enlève rien, en termes d’amplitude, à la capacité de déplacement ou de déflexion du transducteur électromécanique 11 alimenté électriquement.
L’invention n’est toutefois pas limitée aux différentes valeurs spécifiques données ci-dessus qui peuvent être largement adaptées, en fonction de l’application visée, notamment pour trouver un compromis entre facteur d’étirement et amplitude de déformation attendue de la zone libre 121 de la membrane déformable 12. Notons que, notamment lorsque le transducteur électromécanique 11 est un transducteur piézoélectrique, le transducteur électromécanique 11 peut avantageusement être un transducteur à fonctionnement vibratoire. Sa fréquence de résonance est alors de préférence inférieure à 100 kHz, et encore plus préférentiellement inférieures à 1 kHz. La dynamique vibratoire ainsi obtenue peut permettre d’atteindre des débattements plus grands qu’en fonctionnement statique, notamment en exploitant le phénomène de résonance afférent ou de diminuer la consommation du microsystème électromécanique pour un débattement donné.
Comme déjà mentionné plus haut, le microsystème électromécanique 1 peut comprendre en outre une ou plusieurs butées latérales 15 supportées par la première paroi 131 de la cavité 13. Chaque butée latérale 15 s’étend plus particulièrement à l’opposé de la cavité 13. Par exemple, chaque butée latérale 15 s’étend depuis une partie non mobile du transducteur électromécanique 11.
Chaque butée latérale 15 peut en outre avoir une action de maintien en position d’une partie non mobile du transducteur électromécanique 11 , ladite partie non mobile étant complémentaire de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11.
A l’opposé d’une partie au moins de la ou de chaque butée latérale 15 relativement à la membrane déformable 12, au moins un espaceur 306, tel qu’illustré schématiquement sur les figures 1A et 1 B, peut s’étendre dans la cavité 13 ou en constituant une partie de la paroi latérale 133 de la cavité 13. Un tel espaceur 306 permet de prendre en sandwich, conjointement avec la butée ou chaque butée latérale 15, la partie non mobile du transducteur électromécanique 11, par exemple sur une partie au moins de son pourtour extérieur, de sorte à renforcer le maintien en position cette partie non mobile.
Par exemple, comme illustré sur les figures 2A et 2B, l’action de maintien de la partie non mobile du transducteur électromécanique 11 peut plus particulièrement être assurée par sa mise en prise entre les deux butées latérales 15, et notamment celle située vers une partie centrale du microsystème 1 , et l’espaceur 306, tel qu’illustré sur les figures 2A et 2 B, qui matérialise la paroi 133 latérale de la cavité 13 ; en ce sens, l’espaceur 306 s’étend de préférence vers la partie centrale du microsystème 1 au moins jusqu’au droit de la surface de la butée latérale 15 la plus proche de la partie centrale du microsystème 1 , de la façon équivalente à ce qui est illustré sur les figures 1A et 1B.
Relativement à cette ou ces butées latérales 15, le pion 122 peut s’étendre, à l’opposé de la cavité 13, au-delà (Cf. figure 1 B) ou en deçà (Cf. figure 1A). Au moins une butée latérale 15 peut également être configurée pour permettre le guidage et l’auto-positionnement de l’organe externe 2 sur le microsystème électromécanique 1. Elle contribue encore à limiter, voire à annihiler, le risque d’arrachement de la membrane déformable 12 lors du report de l’organe externe 2 sur le microsystème électromécanique 1. Notons ici que, dépendant de l’étendue de l’organe externe 2, au moins une butée latérale 15 peut également jouer le rôle de butée haute limitant le rapprochement de l’organe externe 2 vers le microsystème électromécanique 1.
Cette particularité peut également permettre d’induire une désolidarisation du pion 122 et de l’organe externe 2 entre eux en tirant le pion 122 dans une position plus basse que celle possiblement atteinte par l’organe externe 2 du fait que ce dernier bute sur le haut de la butée latérale 15. Plus précisément, la butée latérale 15 présente une surface de butée configurée pour stopper le déplacement de l’organe 2. Le microsystème électromécanique 1 est configuré de sorte à ce que lorsque le déplacement de l’organe 2 est stoppé dans son déplacement, selon un sens donné, par la butée latérale 15, le pion 122 peut poursuivre son déplacement, dans ce même sens. Le pion 122 se désolidarise ainsi de l’organe 2.
Comme illustré sur chacune des figures 1A et 1B, le microsystème électromécanique 1 peut comprendre en outre une ou plusieurs butées dites basses 16 supportées par la paroi 132 de la cavité 13 qui est opposée à la paroi 131 formée au moins en partie par la membrane déformable 12 et s’étendant dans la cavité 13 vers la zone libre 121 de la membrane 12. Cette butée basse 16 présente de préférence une forme et des dimensions configurées pour limiter la déformation de la zone libre 121 de la membrane 12 de sorte à protéger la membrane 12, et plus particulièrement sa zone libre 121, d’un éventuel arrachement, notamment lors du report de l’organe externe 2 sur le microsystème électromécanique 1.
De manière alternative ou cumulée, la butée basse 16 peut être conformée de sorte à limiter la surface de contact entre la membrane 12 et la paroi 132 de la cavité 13 opposée à la zone libre 121 de la membrane 12 déformable. Cela permet d’éviter que la membrane 12 n’adhère et ne se colle à cette paroi 132.
Des modes de réalisation de l’invention plus spécifiques que ceux décrits ci- dessus sont illustrés sur les figures 2A et 2B sur lesquelles les mêmes références que sur les figures 1A et 1B référencient les mêmes objets.
On y observe tout d’abord que chaque transducteur électromécanique 11 illustré comprend une poutre 305 et un matériau piézoélectrique 302 configuré pour déformer la poutre 305 lorsqu’il est parcouru par un courant électrique.
Une comparaison entre les figures 2A et 2B montre que le matériau piézoélectrique 302 peut être situé d’un côté ou de l’autre d’une fibre neutre de l’ensemble constituant le transducteur électromécanique 11. C’est grâce à cette alternative qu’un matériau piézoélectrique ferroélectrique dont la déformation est de préférence indépendante de la polarisation du courant électrique le parcourant permet tout de même de déformer la poutre 305 dans un sens ou dans l’autre.
Plus particulièrement, sur la figure 2A, le matériau piézoélectrique 302 est situé sous la poutre 305, et donc sous la fibre neutre de l’ensemble, c’est-à-dire qu’il est situé entre la poutre 305 et la membrane 12. Lorsqu’une tension électrique est appliquée sur le matériau piézoélectrique 302, il se rétracte et entraîne avec lui la poutre 305. Une extrémité libre 305a de la poutre se courbe vers le bas, entraînant avec elle une partie de la zone 123 de la membrane 12 qui est liée à la poutre 305. Par conservation de volume, la zone libre 121 de la membrane 12 se déplace quant à elle vers le haut, entraînant alors avec elle le déplacement vers le haut du pion 122. Ce cas de figure correspond à celui illustré en figure 1A. Une autre extrémité 305b de la poutre 302 reste de préférence fixe. Cette autre extrémité 305b, est par exemple solidaire d’une paroi fixe de la cavité 13 qui est constituée de l’espaceur 306 et/ou de la butée latérale 15 situés en regard l’un de l’autre. En ce sens, on peut prévoir que la butée latérale 15 forme tout ou partie d’un capot du microsystème électromécanique 1 , le capot ayant pour rôle d’assurer la mise en prise de l’extrémité 305b de la poutre 302.
Sur la figure 2B, le matériau piézoélectrique 302 est situé au-dessus de la poutre 305 c’est-à-dire que la poutre 305 est située entre le matériau piézoélectrique 302 et la membrane 12. Lorsqu’une tension est appliquée sur le matériau piézoélectrique 302, il se rétracte et entraîne avec lui la poutre 305. Une extrémité libre 305a de la poutre fléchit alors vers le haut, tirant avec elle une partie de la zone 123 de la membrane 12 qui est liée à la poutre 305. Par conservation de volume, la zone libre 121 de la membrane se déplace quant à elle vers le bas, entraînant alors avec elle le déplacement vers le bas du pion 122. Ce cas de figure correspond à celui illustré en figure 1B.
On observe également sur les figures 2A et 2B, les différentes hauteurs que peuvent présenter le pion 122 relativement à la hauteur des butées latérales 15. On n’y observe encore que les butées latérales 15 et les butées basses 16, et/ou leur section, peuvent prendre différentes formes, et notamment une forme parallélépipédique, une forme tronconique, une forme sensiblement pyramidale, etc.
On observe en outre, sur les figures 2A et 2B, que la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 peut être définie par l’étendue du matériau piézoélectrique 302 relativement à l’étendue de la poutre 305.
Sur les figures 2A et 2B, des ouvertures d’accès pour une connexion électrique des électrodes sont représentées. Ces ouvertures forment dans ces exemples des via 17. Dans cet exemple, les vias 17 traversent toute l’épaisseur de la poutre 305 et toute l’épaisseur entre les butées latérales 15. Notons ici que les butées latérales telles qu’illustrées sur les figures 2A et 2B peuvent former chacune un anneau et ménager entre elles un via 17 prenant lui-même la forme d’un anneau ; en alternative, les butées latérales 15 peuvent également ne former qu’un seul anneau dans l’épaisseur duquel au moins un via 17, par exemple de forme cylindrique, serait formé. L’épaisseur e30s de la poutre 302 est mesurée selon une direction perpendiculaire au plan dans lequel s’étend principalement les faces 12e et 12i de la membrane 12 au repos. L’épaisseur e305 est référencée en figures 2A et 2B.
Les figures 2A et 2B illustrent plus particulièrement des troisième et quatrième modes de réalisation de l’invention qui ont été obtenus par des étapes de dépôt et de gravure pouvant être qualifiées comme ordinaires dans le domaine de la microélectronique. Plus particulièrement, le microsystème électromécanique 1 selon le troisième mode de réalisation illustré sur la figure 2A a été obtenu par la succession d’étapes illustrées par les figures 3A, 4A, 5A, 6A, 7A, 8A et 9A et le microsystème électromécanique 1 selon le quatrième mode de réalisation illustré sur la figure 2B a été obtenu par la succession d’étapes illustrées par les figures 3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8B et 9B. Ainsi, deux procédés de fabrication sont illustrés qui mènent chacun à l’un des microsystèmes électromécaniques 1 illustrés sur les figures 2A et 2B.
Ces procédés de fabrication ont au moins en commun de comprendre : a. une étape de formation de ce qui est destiné à constituer une portion au moins du transducteur électromécanique 11 sur un substrat 200, puis b. une étape de dépôt de la membrane déformable 12, puis c. une étape de formation d’une cavité 13 ouverte sur la membrane déformable
13, puis d. une étape de remplissage avec le milieu déformable et de fermeture de la cavité 13, et e. une étape de gravure du substrat 200 pour former la face avant des microsystèmes électromécaniques illustrés sur les figures 2A et 2B.
Nous décrivons ci-dessous successivement chacun des procédés de fabrication susmentionnés, en commençant par le procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2A.
La première étape de ce procédé est illustrée sur la figure 3A. Elle consiste à fournir un substrat 200 sur lequel un empilement de couches s’étend qui peut comprendre successivement, depuis une face du substrat 200 : a. une première couche isolante 201, par exemple à base d’oxyde de silicium, pouvant être déposée par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (ou PECVD, pour Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition en anglais), b. une couche 202 destinée à constituer la poutre 305 du transducteur électromécanique 11, cette couche 202 étant par exemple à base de silicium amorphe, polycristallin ou monocristallin, et pouvant être déposée par dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pour l'anglais chemical vapor deposition) à pression sous-atmosphérique (ou LPCVD), ou par utilisation d’une structure de type SOI (pour Silicon On Insulator ou, en français, silicium sur isolant), c. une deuxième couche isolante 203, par exemple à base d’oxyde de silicium et pouvant être déposée par PECVD, d. une couche 204 destinée à constituer une électrode dite inférieure, par exemple à base de platine et pouvant être déposée par dépôt physique en phase vapeur (ou PVD pour l'anglais physical vapor deposition), e. une couche 205 en un matériau piézoélectrique, par exemple à base de PZT, et pouvant être déposée par un procédé sol gel, et f. une couche 206 destinée à constituer une électrode dite supérieure, par exemple à base de platine et pouvant être déposée par PVD.
La deuxième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2A est illustrée sur la figure 4A. Elle comprend : a. une gravure de la couche 206 de sorte à former l’électrode supérieure 301 du transducteur électromécanique 11 , b. une gravure de la couche 205 de sorte à former les éléments piézoélectriques 302 du transducteur électromécanique 11, et c. une gravure de la couche 204 de sorte à former l’électrode inférieure 303 du transducteur électromécanique 11.
Notons que chacune de ces gravures peut être réalisée par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide.
La troisième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2A est illustrée sur la figure 5A. Elle comprend : a. le dépôt d’une couche de passivation 207, par exemple à base d’oxyde de silicium et/ou de nitrure de silicium, pouvant être déposée par PECVD, b. l’ouverture, à travers la couche de passivation 207, d’une zone de reprise de contact par électrode, cette ouverture étant réalisée par exemple par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide, c. le dépôt d’une couche destinée à constituer une ligne électrique 304 par électrode, la couche étant par exemple à base d’or et pouvant être déposée par PVD, et d. une gravure de la couche précédemment déposée de sorte à former une ligne électrique 304 par électrode, cette gravure étant réalisée par exemple par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide.
La quatrième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2A est illustrée sur la figure 6A. Elle comprend le dépôt d’une couche 208 à base d’un polymère et destinée à constituer la membrane déformable 12. Cette couche 208 est par exemple déposée par enduction centrifuge (ou spin coating en anglais). Le polymère à base duquel la couche 208 est constituée est par exemple à base de PDMS.
La cinquième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2A est illustrée sur la figure 7A. Elle comprend la formation d’au moins un espaceur 306 destiné à constituer au moins une partie de ladite au moins une paroi 133 latérale de la cavité 13. La formation du ou des espaceurs peut comprendre le laminage d’un matériau photosensible à base duquel le ou les espaceurs sont constitués, l’insolation, puis le développement du matériau photosensible. Ledit matériau photosensible peut être à base d’un polymère, et notamment à base de Siloxane. Le laminage du matériau photosensible peut comprendre le laminage d’un film sec dudit matériau.
La sixième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2A est illustrée sur la figure 8A. Selon un mode de réalisation optionnelle, cette étape comprend le dépôt de colle 210 au sommet de chaque espaceur 306, ce dépôt pouvant être réalisé par sérigraphie ou par dispense. Elle comprend la fixation, par exemple le collage, sur le sommet du ou des espaceurs (éventuellement par l’intermédiaire de la colle 210), d’un second substrat 211 pouvant être structuré de sorte à comprendre au moins l’un parmi un évent traversant 212 et une butée basse 16 telle que décrite ci-dessus. Dans un mode de réalisation alternatif, selon la nature de l’espaceur, celui-ci peut jouer le rôle de colle. À l’issue de cette sixième étape, la cavité 13 est formée qui est ouverte par au moins un évent traversant 212.
La septième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2A est illustrée sur la figure 9A. Elle comprend le remplissage, de préférence sous vide, de la cavité 13 avec le milieu déformable 14 tel que décrit ci-dessus, par exemple par dispense à travers l’évent traversant 212. Elle comprend également la fermeture étanche de l’évent traversant 212, par exemple par dispense d’un matériau de scellement 213 à l’embouchure de chaque évent traversant 212, le matériau de scellement 213 étant par exemple à base d’une colle époxy.
Une étape additionnelle permet d’obtenir le microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2A. Elle comprend la gravure du substrat 200, puis la gravure de la couche 202 et des couches isolantes 201, 203, de sorte à former au moins une poutre 305 du transducteur électromécanique 11 , à exposer une partie de la membrane déformable 12 et à constituer tout ou partie du pion 122 et des éventuelles butées latérales 15. Cette étape additionnelle peut être réalisée par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide.
Notons que, suite aux étapes décrites ci-dessus de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2A, le pion 122 prend la forme d’un empilement s’étendant directement depuis la membrane déformable 12 à l’opposé de la cavité 13 en présentant successivement le matériau de la couche isolante 201 , le matériau constituant la poutre 305, le matériau de la couche isolante 203 et le matériau constituant le substrat 200. Notons également que, suite aux étapes décrites ci-dessus de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2A, les éventuelles butées latérales 15 prennent chacune la forme d’un empilement s’étendant, directement ou indirectement, depuis la membrane déformable 12 à l’opposé de la cavité 13 en présentant successivement le matériau de la couche isolante 201, le matériau constituant la poutre 305, le matériau de la couche isolante 203 et le matériau constituant le substrat 200.
Le procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2B est décrit ci-dessous.
La première étape de ce procédé est illustrée sur la figure 3B. Elle consiste à fournir un substrat 400 sur lequel un empilement de couches s’étend qui peut comprendre successivement, depuis une face du substrat 400 : a. une première couche isolante 401, par exemple à base d’oxyde de silicium, pouvant être déposée par dépôt chimique en phase vapeur assisté par PECVD, b. une couche 402 destinée à constituer une électrode dite inférieure, par exemple à base de platine et pouvant être déposée par PVD, c. une couche 403 en un matériau piézoélectrique, par exemple à base de PZT, et pouvant être déposée par un procédé sol gel, et d. une couche 404 destinée à constituer une électrode dite supérieure, par exemple à base de platine et pouvant être déposée par PVD.
La deuxième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2B est illustrée sur la figure 4B. Elle comprend : a. une gravure de la couche 404 de sorte à former l’électrode supérieure 301 du transducteur électromécanique 11 , b. une gravure de la couche 403 de sorte à former les éléments piézoélectriques 302 du transducteur électromécanique 11, et c. une gravure de la couche 402 de sorte à former l’électrode inférieure 303 du transducteur électromécanique 11.
Notons que chacune de ces gravures peut être réalisée par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide.
La troisième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2B est illustrée sur la figure 5B. Elle comprend : a. le dépôt d’une couche de passivation 405, par exemple à base d’oxyde de silicium et/ou de nitrure de silicium, pouvant être déposée par PECVD, b. l’ouverture, à travers la couche de passivation 405, d’une zone de reprise de contact par électrode, cette ouverture étant réalisée par exemple par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide, c. le dépôt d’une couche destinée à constituer une ligne électrique 304 par électrode, la couche étant par exemple à base d’or et pouvant être déposée par PVD, d. une gravure de la couche précédemment déposée de sorte à former une ligne électrique 304 par électrode, cette gravure étant réalisée par exemple par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide, puis e. le dépôt d’une couche de passivation 406, par exemple à base d’oxyde de silicium et/ou de nitrure de silicium, pouvant être déposée par PECVD.
La quatrième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2B est illustrée sur la figure 6B. Elle comprend le dépôt d’une couche destinée à constituer la poutre 305 du transducteur électromécanique 11 , cette couche étant par exemple à base de silicium amorphe et pouvant être déposée par PVD. Elle peut comprendre ensuite une étape de planarisation de la couche précédemment déposée. Elle comprend ensuite une gravure de la couche précédemment déposée de sorte à former au moins une poutre 305 du transducteur électromécanique 11. Cette gravure étant réalisée par exemple par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide.
La cinquième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2B est illustrée sur la figure 7B. Elle comprend : a. le dépôt d’une couche 407 à base d’un polymère et destinée à constituer la membrane déformable 12 ; Cette couche 407 est par exemple déposée par enduction centrifuge (ou spin coating en anglais). Le polymère à base duquel la couche 407 est constituée est par exemple à base de PDMS, et b. la formation d’au moins un espaceur 306 destiné à constituer au moins une partie de ladite au moins une paroi 133 latérale de la cavité 13.
La formation du ou des espaceurs 306 peut comprendre le laminage d’un matériau photosensible à base duquel le ou les espaceurs sont constitués, l’insolation, puis le développement du matériau photosensible. Ledit matériau photosensible peut être à base d’un polymère, et notamment à base de Siloxane. Le laminage du matériau photosensible peut comprendre le laminage d’un film sec dudit matériau.
La sixième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2B est illustrée sur la figure 8B. Elle comprend, le cas échéant, le dépôt de colle 408 au sommet de chaque espaceur 306. Selon un exemple optionnel, ce dépôt peut être réalisé par sérigraphie ou par dispense. Elle comprend le collage, sur le sommet du ou des espaceurs 306 (éventuellement par l’intermédiaire de la colle 408), d’un second substrat 411 pouvant être structuré de sorte à comprendre au moins l’un parmi un évent traversant 412 et une butée basse 16 telle que décrite ci- dessus. Dans un mode de réalisation alternatif, selon la nature de l’espaceur, celui-ci peut jouer le rôle de colle. À l’issue de cette sixième étape, la cavité 13 est formée qui est ouverte par au moins un évent traversant 412.
La septième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2B est illustrée sur la figure 9B. Elle comprend le remplissage, de préférence sous vide, de la cavité 13 avec le milieu déformable 14 tel que décrit ci-dessus, par exemple par dispense à travers l’au moins un évent traversant 212. Elle comprend également la fermeture étanche de l’au moins un évent traversant 212, par exemple par dispense d’un matériau de scellement 213 au moins à l’embouchure de chaque évent traversant 212, le matériau de scellement 213 étant par exemple à base d’une colle époxy.
Une étape additionnelle permet d’obtenir le microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2B. Elle comprend la gravure du substrat 400, puis la gravure de la couche isolante 401 , de sorte à exposer une partie de la membrane déformable 12 et à constituer tout ou partie du pion 122 et des éventuelles butées latérales 15. Cette étape additionnelle peut être réalisée par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide.
Notons que, suite aux étapes décrites ci-dessus de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2B, le pion 122 prend la forme d’un empilement s’étendant directement depuis la membrane déformable 12 à l’opposé de la cavité 13 en présentant successivement le matériau de la couche isolante 401 et le matériau constituant le substrat 400. Notons également que, suite aux étapes décrites ci-dessus de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la figure 2B, les éventuelles butées latérales 15 prennent chacune la forme d’un empilement s’étendant, directement ou indirectement, depuis la poutre 305 à l’opposé de la cavité 13 en présentant successivement le matériau de la couche isolante 401 et le matériau constituant le substrat 400.
Un autre aspect de l’invention concerne un système opto-électro-mécanique 3 tel qu’illustré sur les figures 10, 11 A et 11 B. Il peut s’agir d’un microsystème opto-électro- mécanique 3. Chacun des microsystèmes opto-électro-mécaniques 3 illustrés sur ces figures comprend au moins un microsystème électromécanique 1 tel que décrit ci- dessus et au moins un microsystème optique 31. Ledit au moins un microsystème électromécanique 1 est de préférence monté sur un support 32 du microsystème opto- électro-mécanique 3. Ledit au moins un microsystème optique 31 peut comprendre un micro-miroir à base de silicium, dont la surface est le cas échéant surmontée d’au moins un miroir. Il peut être monté directement sur ledit au moins un microsystème électromécanique 1 ou y être monté par l’intermédiaire d’un cadre 33. Il peut présenter des dimensions sensiblement égales à 2 mm x 5 mm et/ou, au maximum, une épaisseur d’environ 700 pm. Les microsystèmes opto-électro-mécaniques 3 tels qu’illustrés comprennent chacun quatre microsystèmes électromécaniques 1 présentant chacun une zone libre 121 agencée en vis-à-vis d’une partie d’un même microsystème optique 31. On obtient ainsi un microsystème opto-électro-mécanique 1 bénéficiant d’une large capacité d’adaptation de son orientation optique.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications. Notamment, d’autres applications que celles décrites ci-dessus sont envisageables. Par exemple, le microsystème électromécanique 1 peut être agencé dans une micropompe, voire dans un système à tableau de micropompes, dans un système haptique.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Microsystème électromécanique (1) comprenant :
- au moins un transducteur électromécanique (11) comprenant une partie mobile (111) entre une position d’équilibre, hors sollicitation, et une position hors équilibre, sous sollicitation,
- au moins une membrane déformable (12), une cavité (13) déformable, délimitée par des parois (131 , 132, 133), au moins une partie de la membrane déformable (12) formant au moins une partie d’une première paroi (131) prises parmi lesdites parois (131 , 132, 133) de la cavité (13), la cavité (13) contenant hermétiquement un milieu déformable (14) conservant un volume sensiblement constant sous l’action d’un changement de pression externe exercée sur le milieu déformable (14) à travers l’une paroi des parois (131 , 132, 133) de la cavité (13), dans lequel la partie mobile (111) du transducteur électromécanique (11) est configurée de sorte que son mouvement soit fonction dudit changement de pression externe, ou inversement que son mouvement induise un changement de pression externe, et dans lequel ladite au moins une partie de la membrane déformable (12) présente au moins une zone libre (121) de se déformer en fonction dudit changement de pression externe, ladite au moins une zone libre (121) étant configurée pour coopérer avec un organe externe (2) de sorte que sa déformation induise, ou soit induite par, un mouvement de l’organe externe (2), et dans lequel une surface de la zone libre (121) de la membrane déformable (12) est deux fois plus faible qu’une surface de la partie mobile (111) du transducteur électromécanique (11).
2. Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la zone libre (121) de la membrane déformable (12) est configurée pour coopérer avec l’organe externe (2) via un pion (122) fixé sur ladite zone libre (121), de préférence au contact de ladite zone libre (121).
3. Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le pion (122) est formé en même temps que la zone libre (121) de la membrane déformable (12) est exposée.
4. Microsystème électromécanique (1) l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel le pion (122) est fixé au centre de la zone libre (121) de la membrane déformable (12).
5. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel le pion (122) est configuré pour pouvoir être solidarisé avec l’organe externe (2) par collage ou magnétisme.
6. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une partie du transducteur électromécanique (11) forme une partie de ladite première paroi (131) de la cavité (13).
7. Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le transducteur électromécanique (11) s’étend, directement ou indirectement, sur la membrane déformable (12), et de préférence autour de la zone libre (121) de la membrane déformable.
8. Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le transducteur électromécanique (11) entoure entièrement la zone libre (121) de la membrane déformable (12), le transducteur électromécanique (11) présentant une forme annulaire dont le centre circulaire définit l’étendue de la zone libre (121) de la membrane déformable (12).
9. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le transducteur électromécanique (11) est configuré de sorte qu’un mouvement de sa partie mobile (111) de sa position d’équilibre à sa position hors équilibre induise un accroissement de la pression externe agissant sur le milieu déformable (14) et dans lequel la membrane déformable (12) est configurée de sorte qu’un accroissement de la pression externe agissant sur le milieu déformable (14) induise une déformation de la zone libre (121) de la membrane déformable (12) tendant à éloigner l’organe externe (2) d’au moins une deuxième paroi (132, 133) de la cavité (13), la deuxième paroi (132, 133) étant différente de la première paroi (131) et restant fixe lorsque la membrane déformable (12) se déforme.
10. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le transducteur électromécanique (11) est configuré de sorte qu’un mouvement de sa partie mobile (111) de sa position d’équilibre à sa position hors équilibre induise une diminution de la pression externe agissant sur le milieu déformable (14) et dans lequel la membrane déformable (12) est configurée de sorte qu’une diminution de la pression externe agissant sur le milieu déformable (14) induise une déformation de la zone libre (121) de la membrane déformable (12) tendant à rapprocher l’organe externe (2) d’au moins une deuxième paroi (132, 133) de la cavité (13) , la deuxième paroi (132, 133) étant différente de la première paroi (131) et restant fixe lorsque la membrane déformable (12) se déforme.
11. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins la partie mobile (111) du transducteur électromécanique (11) est solidaire d’une zone (123) de la membrane déformable (12) adjacente à la zone libre (121) de la membrane déformable (12), de sorte qu’un mouvement de la partie mobile (111) du transducteur électromécanique (11) induise un mouvement correspondant de ladite zone (123) de la membrane déformable (12) adjacente à sa zone libre (121).
12. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie mobile (111) du transducteur électromécanique (11) présente une surface au moins deux fois supérieure à une surface de la zone libre (121) de la membrane déformable (12).
13. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la membrane déformable (12) est configurée de sorte que sa zone libre (121) est capable de se déformer avec une amplitude d’au moins 50 pm, voire d’au moins 100 pm, selon une direction perpendiculaire au plan dans lequel elle s’étend principalement lorsqu’elle est au repos.
14. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins une butée latérale (15), de préférence supportée par ladite première paroi (131) de la cavité (13), configurée pour guider le mouvement de l’organe externe (2).
15. Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel, la zone libre (121) de la membrane déformable (12) étant configurée pour coopérer avec l’organe externe (2) via un pion (122) fixé sur ladite zone libre (121), le pion (122) s’étend depuis la zone libre (121) de la membrane déformable (12) au-delà de ladite au moins une butée latérale (15).
16. Microsystème électromécanique (1) selon la revendication 14, dans lequel, la zone libre (121) de la membrane déformable (12) étant configurée pour coopérer avec l’organe externe (2) via un pion (122) fixé sur ladite zone libre (121), le pion (122) s’étend depuis la zone libre (121) de la membrane déformable (12) en-deçà de ladite butée latérale (15).
17. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une butée dite basse supportée par la paroi (132) de la cavité (13) opposée à la zone libre (121) de la membrane déformable (12), la butée basse (16) s’étendant dans la cavité (13) vers la zone libre (121) et présentant une forme et des dimensions configurées pour limiter la déformation de la zone libre (121) de la membrane déformable (12) ou limiter la surface de contact entre la membrane et la paroi (132) de la cavité (13) opposée à la zone libre (121) de la membrane déformable (12).
18. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le transducteur électromécanique (11) est un transducteur piézoélectrique, de préférence comprenant un matériau piézoélectrique à base de PZT.
19. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le transducteur électromécanique (11) est un transducteur à fonctionnement statique.
20. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le transducteur électromécanique (11) est un transducteur à fonctionnement vibratoire à au moins une fréquence de résonance, ladite au moins une fréquence résonance étant de préférence inférieure à 100 kHz, et encore plus préférentiellement inférieure à 1 kHz.
21. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le milieu déformable (14) contenu hermétiquement dans la cavité (13) comprend au moins un fluide, de préférence liquide.
22. Système opto-électro-mécanique (3) comprenant au moins un microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes et au moins un microsystème optique (31).
23. Système opto-électro-mécanique (3) selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un microsystème optique (31) comprend au moins un miroir, de préférence à base de silicium, le système opto-électro-mécanique (3) étant configuré de sorte à ce que le mouvement de la partie mobile (111) du transducteur électromécanique provoque un déplacement de l'au moins un miroir.
24. Système opto-électro-mécanique (3) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, comprenant une pluralité de microsystèmes électromécaniques (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 21 et présentant chacun une zone libre (121) agencée en vis-à-vis d’une partie d’un même microsystème optique (31)
25. Procédé de fabrication d’un microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 21 , comprenant : une étape de formation, sur un substrat (200), d’une portion au moins d’au moins un transducteur électromécanique (11), puis une étape de dépôt de la membrane déformable (12), puis une étape de formation d’une cavité (13) ouverte sur la membrane déformable (12), puis une étape de remplissage avec le milieu déformable (14) et de fermeture de la cavité (12), et - une étape de gravure du substrat (200) pour former une face avant (FAV) du microsystème électromécanique (1).
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