Brevet FR2908123A1 — publié le 20080509

Domaine de l'invention La présente invention concerne un élément basculant micro-mécanique à entraînement magnétique, notamment un micro-miroir ayant une plaque largement en porte-à-faux et reliée par deux suspensions opposées à un organe de support qui l'entoure. Etat de la technique Pour de tels éléments basculants, l'entraînement magnétique peut être assuré par une bobine installée sur l'élément basculant et dont le champ magnétique se combine à un champ magnétique extérieur. L'élément basculant à suspension par double poutre assure la suspension de l'élément par deux ressorts ou poutres de torsion qui fixent l'axe de basculement. Pour avoir une force motrice magnétique aussi grande que possible, on souhaiterait rendre maximum le courant dans les bobines. Le courant dans les bobines d'un élément basculant micro-mécanique doit passer par les suspensions/ressorts de l'élément basculant. Si l'on fait passer plusieurs chemins conducteurs l'un à côté de l'autre, il faut beaucoup de place pour isoler les chemins conducteurs l'un par rapport à l'autre. La capacité de passage de courant par les ressorts/suspensions de l'élément basculant est techniquement limitée. De façon caractéristique, la largeur de la suspension influence la constante de ressort de sorte que la largeur maximale d'un unique chemin conducteur des branchements de bobines est limité. De plus, l'épaisseur des chemins conducteurs dans le cadre de la technique de fabrication actuelle (technique galvanique) est limitée si bien que la capacité de passage de courant est également limitée par l'épaisseur maximale du chemin conducteur. Selon le document DE-694 32 250-T2 on connaît un miroir galvanique à suspension par double poutre. Une bobine plane génère un champ magnétique lorsque elle est traversée par un courant électrique ; la bobine se trouve sur le segment marginal périphérique d'une plaque basculante de façon à entourer le segment central de la plaque portant un miroir. Le courant de la bobine à nombreuses spires est fourni par une suspension (barre de torsion) et est évacué par la suspension opposée ou barre de torsion. Les deux suspensions servent 2908123 2 à l'alimentation électrique mais on pourrait utiliser toute la largeur de chaque suspension alors que pour des raisons géométriques au moins une boucle de conducteur n'est prévue qu'à moitié, c'est-à-dire qu'elle n'est prévue que sur une moitié de basculement de la plaque de sorte 5 que l'on a une distribution magnétique asymétrique des forces sur l'élément basculant. Cette asymétrie est particulièrement importante pour des chemins conducteurs larges, et le nombre réduit de spires qui en résulte pour la bobine intervient tendanciellement de plus en plus fortement. 10 On connaît d'autres miroirs à suspensions par double poutre et entraînement magnétique selon le document DE-199 63 382-Al ou le document US 2003/0214460-Al. Buts de l'invention La présente invention a pour but de développer un 15 élément basculant de micro-mécanique à suspension par double poutre dont l'entraînement magnétique soit amélioré par rapport à ce qui existe. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un élément basculant 20 micro-mécanique du type défini ci-dessus caractérisé en ce que la plaque comporte sur une face ou sur les deux faces un nombre total pair de bobines planes traversées par un courant électrique de façon qu'en appliquant un champ magnétique extérieur on exerce un couple sur la plaque, les deux suspensions servant à l'alimentation électrique 25 des bobines, et chaque bobine est installée pour qu'elle permette soit seule soit avec au moins une autre bobine d'assurer un entraînement symétrique de la plaque. La solution selon l'invention permet de répondre à la question posée à savoir la réalisation d'un élément basculant en micro- 30 mécanique, notamment un micro-miroir, avec une plaque très largement auto-porteuse reliée par deux suspensions opposées à un organe de support qui l'entoure (suspension à double barre), avec un entraînement magnétique pour lequel une face ou les deux faces de la plaque ont globalement un nombre pair de bobines planes traversées 35 par un courant électrique de façon qu'en appliquant un champ 2908123 3 magnétique externe on exerce un couple sur la plaque ; les deux suspensions servent à assurer l'alimentation électrique des bobines et chaque bobine est installée pour assurer un entraînement symétrique, soit seule soit en combinaison avec au moins une autre bobine. 5 L'idée de base de l'invention est d'utiliser les deux suspensions pour l'alimentation électrique permettant d'avoir un courant de bobine maximum (et un nombre réduit de spires de bobines) avec en même temps la configuration des bobines et leur branchement par rapport à la plaque ou aux suspensions pour avoir une distribution 10 symétrique des forces appliquées par l'entraînement magnétique sur l'élément basculant. Le courant de chacune des bobines est fourni (arrivée/départ) par l'une ou par les deux suspensions ce qui permet en liaison avec la configuration de la bobine d'avoir une distribution symétrique des forces appliquées à l'élément basculant. 15 Un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention présente une configuration dans laquelle les bobines sont formées chacune par au moins une boucle conductrice complète et les deux branchements électriques de chaque bobine sont prévus en commun sur l'une des deux suspensions de façon que chaque 20 suspension puisse servir en même temps à l'alimentation d'un nombre identique de bobines. Cela permet selon un autre mode de réalisation de l'invention, d'avoir sur une face ou les deux faces chaque fois deux bobines sur la plaque, installées concentriquement l'une par rapport à l'autre sur le segment de bord périphérique du côté respectif de la 25 plaque rectangulaire pour entourer la zone centrale de la plaque. Grâce à cette configuration (avec un entraînement symétrique pour chaque bobine et ainsi également globalement) d'une part on rend maximale la force d'entraînement car on utilise effectivement la périphérie maximale possible pour chaque boucle conductrice, et d'autre part précisément la 30 zone centrale de la plaque, importante pour la fonction de l'élément de basculement est dégagée des chemins conducteurs. De façon avantageuse, on minimise en outre le nombre d'intersections entre les conducteurs des bobines. De façon particulièrement avantageuse, ce mode de 35 réalisation peut être développé par une plaque rectangulaire dont la 2908123 4 zone centrale de la face avant de la plaque comporte un élément fonctionnel basculant avec la plaque, et d'un côté sur la face avant de la plaque, deux bobines concentriques l'une par rapport à l'autre entourent la zone centrale de la plaque ayant l'élément fonctionnel. 5 Cette configuration permet par exemple l'intégration d'une structure de bobine à force d'entraînement double dans un micro-miroir. Une configuration avantageuse pour laquelle les bobines n'assurent pas déjà en soi un entraînement symétrique comporte deux bobines sur la plaque dont les branchements électriques passent 10 chaque fois par une suspension pour l'arrivée et par la suspension opposée pour le retour, les champs magnétiques asymétriques et de bobine se compensant par leur disposition, ce qui permet globalement un entraînement symétrique de la plaque. Pour toutes les variantes de l'invention, on a pour la 15 technique de fabrication un développement particulièrement avantageux si les bobines et leurs branchements sont des chemins conducteurs plans réalisés sur la face respective de la plaque, au moins au niveau des intersections des chemins conducteurs sous la forme d'une couche supérieure et d'une couche inférieure séparées 20 électriquement. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : 25 - la figure 1 est une vue de dessus d'un élément basculant micro-mécanique à entraînement magnétique asymétrique selon l'état de la technique ; et - la figure 2 est une vue analogue d'un exemple de réalisation d'un élément basculant à entraînement symétrique selon l'invention. 30 Description d'un mode de réalisation de l'invention La figure 1 montre une plaque 3 très largement en porte-à-faux, dégagée par usinage micro-mécanique d'un substrat ; cette plaque est reliée par des suspensions opposées 2 constituées chaque fois par une barre de torsion à un corps de support qui l'entoure 1 35 (fixation). La face avant présentée de la plaque 3 est par exemple 2908123 5 structurée avec un miroir et une bobine formés par un chemin conducteur 4 circulant dans la zone marginale de la plaque 3. La bobine est traversée par un courant électrique de sorte que le champ magnétique engendré se combine de façon connue à des champs 5 magnétiques d'un ou plusieurs aimants fixes (non représentés) pour permettre de basculer l'élément basculant de la manière souhaitée, perpendiculairement au plan du dessin autour de l'axe formé par les deux suspensions 2. Comme cela apparaît, l'alimentation électrique de 10 l'élément basculant selon l'état de la technique connu, représenté à la figure 1 se fait par la suspension gauche 2, c'est-à-dire que le chemin conducteur 4 passe par la barre de torsion gauche. La poursuite du chemin conducteur 4 de la plaque 3, après l'intersection, sur le trajet extérieur du chemin conducteur 4 décrit tout d'abord une boucle 15 conductrice complète. Ensuite le chemin conducteur 4 doit encore décrire une demie boucle conductrice en contournant le bord de la moitié supérieure de la plaque pour arriver à la suspension 2 à droite qui assure la sortie du courant. Ce montage connu utilise certes seulement une intersection de chemin conducteur et pour la bobine elle 20 dispose de toute la périphérie de la plaque 3, c'est-à-dire de toute la force magnétique d'entraînement possible. De plus, le montage connu, utilisant les deux suspensions permet le passage du courant par un chemin conducteur large 4 qui présente ainsi une forte capacité de courant. L'entraînement magnétique connu représenté à la figure 1 est 25 toutefois clairement asymétrique car au point A de la moitié supérieure de la plaque, comme le chemin conducteur 4 y passe deux fois on aura un champ magnétique plus intense ou une force d'attraction plus forte qu'au point B de la moitié inférieure de la plaque. La figure 2 montre un mode de réalisation d'un élément 30 basculant selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, en laissant libre la zone centrale de la plaque 3, la zone de bord de la face avant de la plaque comporte une première bobine intérieure formée de deux boucles conductrices complètes avec une arrivée et une sortie de courant parallèles prévues sur la face supérieure de la suspension 35 gauche 2. Concentriquement c'est-à-dire avec une forme correspondant 2908123 6 à la forme rectangulaire de la plaque 3, pour les segments des chemins conducteurs 4 de la bobine intérieure, on a des segments de chemins conducteurs 4, parallèles et formant la bobine extérieure avec également deux boucles conductrices complètes. La capacité de courant 5 de ces passages de courant des deux bobines est globalement élevée car on utilise les deux suspensions. En même temps et contrairement à l'élément basculant connu représenté à la figure 1, on a une répartition symétrique des efforts concernant les points A et B. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2, la 10 bobine extérieure peut avantageusement être traitée comme couche inférieure du chemin conducteur sur laquelle on structure ensuite la couche conductrice supérieure pour former la bobine intérieure. Une variante possible consiste à avoir une isolation électrique suffisante entre les alimentations électriques sur la face 15 avant et la face arrière des suspensions 2, si bien que sur la face arrière de la plaque 3 on a des paires de bobines concentriques, ce qui se traduit par une nouvelle augmentation de la force motrice magnétique. Le cas échéant on peut également avoir une bobine sur la face avant et sur la face arrière de la plaque 3. 20 25 REVENDICATIONS 1 ) Elément basculant micro-mécanique notamment micro-miroir comportant une plaque (3) largement en porte-à-faux, reliée à un corps de support environnant (1) par deux suspensions (2) opposées, et un entraînement magnétique, selon lequel la plaque (3) comporte sur une face ou sur les deux faces un nombre total pair de bobines planes traversées par un courant électrique de façon qu'en appliquant un champ magnétique extérieur on exerce un couple sur la plaque (3), les deux suspensions (2) servant à l'alimentation électrique des bobines, et chaque bobine est installée pour qu'elle permette soit seule soit avec au moins une autre bobine, d'assurer un entraînement symétrique de la plaque (3). 2 ) Elément basculant micro-mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bobines sont formées chacune par au moins une boucle conductrice complète, et les deux branchements électriques de chaque bobine passent en commun chaque fois par l'une des deux suspensions (2) pour que chaque suspension (2) puisse servir en même temps à l'alimentation de nombreuses bobines. 3 ) Elément basculant micro-mécanique selon la revendication 2, caractérisé en ce que sur une face ou les deux faces on a chaque fois deux bobines sur la plaque (3), et les deux bobines sont disposées concentriquement l'une par rapport à l'autre sur un segment de bord périphérique de chaque face de la plaque rectangulaire (3) pour entourer la zone centrale de la plaque. 4 ) Elément basculant micro-mécanique selon la revendication 3, caractérisé en ce que 2908123 8 la plaque (3) est de forme rectangulaire avec, dans la zone centrale de la face avant de la plaque (3), un élément fonctionnel basculant avec la plaque (3), et d'un côté sur la face avant de la plaque (3) deux bobines concentriques 5 entourent la zone centrale de la plaque (3) ayant l'élément fonctionnel. 5 ) Elément basculant micro-mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque (3) porte deux bobines permettant un entraînement 10 asymétrique de la plaque (3) et dont les branchements électriques passent chaque fois par une suspension (2) pour l'entrée et par une suspension (2) opposée pour la sortie, et les champs magnétiques asymétriques des deux bobines se compensent par leur disposition pour permettre ensemble un entraînement 15 symétrique de la plaque (3). 6 ) Elément basculant micro-mécanique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que 20 les bobines et leurs branchements sont réalisés sous la forme de chemins conducteurs plans (4) prévus sur la face respective de la plaque (3) au moins au niveau des intersections de chemins conducteurs sous la forme d'une couche supérieure et d'une couche inférieure séparées électriquement. 25