Brevet FR2964243A1 — publié le 20120302

Dispositif à contact intermittent amélioré par diélectrophorèse Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un dispositif comportant au moins une première et une seconde zones de contact ayant une surface de contact et se déplaçant l'une par rapport à l'autre entre une position de contact commun desdites surfaces de contact et une autre position. État de la technique Les systèmes micro-électromécaniques (MEMS) se sont développés au fur et à mesure des années et ils sont maintenant présents dans de très nombreux secteurs technologiques. L'intégration de ces dispositifs au plus près de puces électroniques permet un gain en compacité et en énergie consommée qui ouvre la voie à de nouvelles applications et à de nouveaux marchés. Cependant, comme toutes les pièces mécaniques en mouvement, les systèmes micro-électromécaniques sont sujets à une dégradation de leur performance dans le temps. Dans un dispositif de type interrupteur, un contact électrique intermittent est réalisé entre deux plots de contact. 25 Comme cela est illustré à la figure 1, l'interrupteur comporte un substrat 1 muni d'un bras mobile 2 solidaire. Le substrat 1 comporte un premier plot de contact 3 associé à une première électrode. Le bras mobile 2 comporte un second plot de contact 4 associé à une seconde électrode. Le second plot de contact 4 se 30 déplace entre une position d'isolation et une position de contact électrique avec le premier plot de contact 3. Des problèmes de fiabilité du contact ohmique, notamment par des contaminants organiques, ont été soulevés ce qui s'est traduit par une 35 dégradation des performances de l'interrupteur dans le temps. II est alors nécessaire de remplacer le composant voire tout un ensemble de pièces si ces20 dernières sont indissociables ce qui peut être problématique si le dispositif n'est pas facilement accessible ou si le dispositif travaille sous vide. Résumé de l'invention On constate qu'il existe un besoin de prévoir un dispositif même muni d'un contact électrique intermittent qui présente une bonne tenue dans le temps et dont la réalisation est facile à mettre en oeuvre. On tend à satisfaire ce besoin en prévoyant que le dispositif comporte des moyens d'application d'un champ électrique non uniforme sur au moins une partie de la surface de contact de la première zone de contact, le champ électrique comportant des lignes de champ électriques divergentes depuis les moyens d'application d'un champ électrique non uniforme vers la surface de contact dans une direction parallèle à la surface de contact de la première zone de contact. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés à l'aide des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 illustre, en coupe, de manière schématique, un interrupteur, la figure 2 illustre, en coupe, de manière schématique, un interrupteur muni d'une électrode additionnelle de décontamination, la figure 3 illustre, en vue de dessus, de manière schématique, deux électrodes de décontamination et une surface de contact, les figures 4 à 9 illustrent, en vue de dessus, de manière schématique, différents associations de plots de contact et d'électrodes. Description d'un mode de réalisation préféré de l'invention Comme cela est illustré à la figure 2, le dispositif comporte un substrat 1 muni d'un bras mobile 2 solidaire. Le substrat 1 comporte une première zone de contact 3, correspondant dans cet exemple à un plot de contact, associée à une première électrode. Le bras mobile 2 comporte une seconde zone de contact 4 qui correspond également dans cet exemple à un plot de contact et qui est associée à une seconde électrode. Le second plot de contact 4 se déplace entre une position de contact avec le premier plot de contact 3 et une autre position, par exemple une position de repos ou une position de contact avec un autre plot de contact. Dans un autre mode de réalisation non représenté, la position des premier 3 et second 4 plots de contact est inversée. De manière générale, les premier 3 et second 4 plots de contact sont mobiles io l'un par rapport à l'autre et ils comportent au moins une position de contact commun. Les premier 3 et second 4 plots de contact possèdent chacun une surface de contact et la position de contact commun correspond à la connexion électrique et physique entre ces deux surfaces de contact. 15 Comme cela est illustré à la figure 3, le dispositif comporte également des moyens de génération d'un champ électrique non uniforme sur au moins une partie de la surface de contact du premier plot de contact 3. Le champ électrique présente des lignes de champ électrique qui divergent lorsque l'on se dirige vers la zone à décontaminer, c'est-à-dire vers une partie de la première 20 zone de contact. Selon les modes de réalisation, les lignes de champ divergent depuis les moyens de génération du champ électrique vers la partie du premier plot de contact à décontaminer ou depuis une électrode vers la zone à décontaminer. Le champ électrique présente des lignes de champ électrique qui divergent au niveau d'une partie de la surface de contact du premier plot de 25 contact 3 en direction de la zone à décontaminer. Le champ électrique possède une composante dans une direction parallèle à la surface de contact du premier plot de contact 3. Cette composante permet, par diélectrophorèse, d'éliminer les particules diélectriques présentes à la surface 30 du premier plot de contact 3. Dans les régions du champ électrique ou les lignes de champs divergent depuis les moyens de génération vers le premier plot de contact, il y a décontamination. Les moyens de génération du champ électrique non uniforme comportent une électrode 5 de décontamination à proximité immédiate du premier plot de contact 3. Dans l'exemple de la figure 3, 35 deux électrodes 5a, 5b de décontamination sont utilisées. Les contaminants sont attirés dans les zones de fort gradient de champ. Comme les lignes de champs divergent lorsque l'on se dirige vers la zone à décontaminer, les impuretés sont retirées de la zone à décontaminer pour se concentrer dans les zones à fort gradient de champ, ici à proximité des électrodes 5a et 5b. L'intensité et la direction du champ électrique sont choisies de manière à 5 écarter les contaminants vers l'électrode 5 de décontamination ce qui permet de décontaminer le premier plot de contact 3. A titre d'exemple, ce champ électrique non uniforme permet de diminuer la concentration en contaminants organiques à la surface du premier plot de 10 contact 3. La diminution de la pollution organique à la surface du premier plot de contact 3 permet d'augmenter la fiabilité du contact entre les premier 3 et second 4 plots de contact en réduisant les risques de carbonisation de ces molécules organiques. 15 Une électrode 5, de préférence de forme annulaire, entoure le premier plot de contact 3. L'électrode annulaire 5 est électriquement distincte des premier 3 et second 4 plots de contact. L'électrode annulaire 5 peut avoir une forme carrée, ronde ou quelconque dans la mesure. De manière préférentielle, la partie intérieure de l'électrode 5 suit la forme du premier plot de contact 3 de manière 20 à avoir des formes sensiblement complémentaires. L'électrode de décontamination est préférentiellement disposée autour de la zone à décontaminer, ici autour de la première zone de contact, pour former un gradient de champ électrique autour de la zone à décontaminer. Dans la suite de la description, l'électrode 5 de décontamination est considérée comme 25 annulaire mais d'autres formes sont également envisageables. Selon les modes de réalisation, l'électrode annulaire 5 est continue ou discontinue. La forme annulaire de l'électrode 5 permet de protéger le premier plot de contact 3 de l'environnement extérieur en réduisant l'arrivée de 30 contaminants extérieurs. Dans son mode de réalisation dit « continue » et illustré par exemple aux figures 4 et 5, l'électrode de décontamination 5 entoure complètement le premier plot de contact 3 selon un premier plan de coupe, ici le plan AA qui est 35 parallèle à la surface de contact. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 6, la zone de contact entoure l'électrode de décontamination. Dans son mode de réalisation dit « discontinue » illustré aux figures 7 et 8, l'électrode de décontamination (ici annulaire) 5 entoure partiellement le premier plot de contact 3. L'électrode annulaire 5 entoure le premier plot de contact 3, mais elle laisse un ou plusieurs secteurs angulaires sans vis-à-vis entre l'électrode annulaire 5 et le premier plot de contact 3. L'électrode annulaire 5 peut donc être formée par une pluralité d'électrodes élémentaires disposées à distance les unes des autres. II y a alors alternance de secteurs angulaires avec un vis-à-vis et de secteurs angulaires sans vis-à-vis. Dans ces modes de réalisation, la zone de contact joue le rôle de contre-électrode dans l'application du champ électrique. Dans un mode de réalisation particulier, le champ électrique moyen entre l'électrode annulaire 5 et le premier plot de contact 3 est supérieur ou égal à un kilovolt par centimètre (kV/cm). L'effet de décontamination est d'autant plus important que la valeur du champ électrique est élevée. Cependant, le champ électrique maximum est limité par le claquage du milieu dans lequel est formé le champ électrique. Par exemple, pour de l'air, la valeur maximale est de l'ordre de 10 à 80kV/cm. De manière préférentielle, le champ électrique est essentiellement orienté selon une direction parallèle à la surface de contact entre les premier et second plots de contact afin d'avoir le maximum de rendement énergétique pour la décontamination. Plus le gradient de champ et le champ sont importants et plus la décontamination est efficace. Dans un mode de réalisation préférentiel, la distance entre l'électrode 5 et le premier plot de contact 3 n'est pas constante ce qui permet l'obtention d'un champ électrique non homogène. Dans un premier cas illustré à la figure 5, l'électrode 5 présente une ou plusieurs zones en saillie en direction du premier plot de contact 3 et plus particulièrement en direction de la zone à décontaminer. Une configuration identique est illustré à la figure 6 en intervertissant les positions de la surface de contact et de l'électrode 5, l'électrode 5 présente une ou plusieurs zones en saillie en direction du premier plot de contact 3. Cette zone en saillie permet de concentrer les lignes de champ du gradient de champ électrique présent entre l'électrode 5 et le premier plot de contact 3 et obtenir la divergence recherchée dans les lignes de champ. Pour obtenir ce résultat, le premier plot de contact 3 et/ou l'électrode annulaire 5 peuvent présenter une forme quelconque par exemple une forme d'étoile ou de roue dentée. Dans encore un autre mode de réalisation qui peut être combiné aux précédents, une polarisation variable dans le temps est appliquée entre l'électrode 5 et le premier plot de contact 3. Cette modulation dans le temps permet de modifier la forme du gradient et faciliter la décontamination dans certaines zones. Cela permet également de sélectionner certaines espèces à décontaminer. La modulation dans le temps peut servir à créer des ondes stationnaires, ce qui autorise la création d'un champ électrique plus indépendant de la géométrie des électrodes. Le dispositif peut comporter des moyens d'application d'un polarisation variable dans le temps entre l'électrode 5 et le plot de contact 3. Lorsque l'électrode 5 est formée par une pluralité d'électrodes élémentaires comme cela est illustré aux figures 7 et 8, les différentes électrodes peuvent être soumises au même potentiel ou à des potentiels différents de manière à obtenir le gradient de champ électrique recherché. De préférence, il existe également un gradient de champ électrique non uniforme entre électrodes élémentaires adjacentes de manière à capter les particules qui passent entre les deux électrodes élémentaires. Dans une autre variante de réalisation illustrée à la figure 8, l'électrode 5 comporte ou est formée par un électret ou par une pluralité d'électrets. Dans ce cas de figure, une source de potentiels n'est pas nécessaire car les électrets possèdent une polarisation électrique intrinsèque. L'utilisation d'électrets est particulièrement intéressante lorsque le dispositif est déconnecté de sa source d'énergie car les particules contaminantes continuent de subir le champ électrique. Dans une variante de réalisation illustrée à la figure 9 et qui peut être appliquée aux modes de réalisation précédents, une l'électrode 6 additionnelle est disposée à proximité de l'électrode 5, de préférence autour de l'électrode 5 de décontamination. L'électrode additionnelle est disposée entre le premier plot de contact 3 et l'électrode additionnelle. De manière préférentielle, les deux électrodes 5 et 6 sont de type annulaire, mais il est possible de combiner une électrode annulaire avec une électrode non-annulaire. II est également possible d'utiliser une électrode comportant un ou plusieurs électrets ou formée par une pluralité d'électrets avec une électrode qui en est dépourvues. Dans un mode de réalisation avantageux, les électrodes 5 et 6 sont annulaires et concentriques. De manière encore plus avantageuse, le premier plot de contact 3 est disposé au centre des deux électrode annulaires 5 et 6. Dans ce mode de réalisation, il est préférable d'intégrer des moyens de génération d'un gradient de champ électrique plus important entre les deux électrodes 5 et 6 comparé au champ électrique présent entre l'électrode 5 et la surface de contact à décontaminer du premier plot de contact 3. Cette électrode annulaire 6 additionnelle associée à un gradient de champ électrique plus important permet de concentrer les particules polluantes entre ces deux électrodes 5 et 6. Par ailleurs, la concentration des molécules contaminantes entre les deux électrodes annulaires 5 et 6 permet d'obtenir, en plus, un déplacement accru de ces molécules hors du premier plot de contact 3 à cause de la différence de concentration qui existe entre le premier plot de contact 3 et l'électrode 5. Dans un mode de réalisation préférentiel, un revêtement anti-adhésif est formé entre la première zone de contact 3 et les moyens de génération du champ électrique non uniforme, de préférence entre la première zone de contact et l'électrode de décontamination 5. Ce revêtement anti-adhésif peut être obtenu au moyen du dépôt d'un matériau adapté ou au moyen d'un traitement de surface spécifique, par exemple par voie plasma ou par voie liquide. De manière préférentielle, un traitement chimique laissant à la surface un greffage de molécules de Polytétrafluoroéthylène à terminaison silane est utilisé. Le premier plot de contact 3 et le second plot de contact 4 sont formés par un matériau électriquement conducteur, de préférence un matériau métallique. Les électrodes 5 et 6 sont formées par un matériau électriquement conducteur, de préférence un matériau métallique ou par un polymère synthétique comme le polypropylène, le polyéthylène téréphtalate dans le cas des électrets. Il est également possible de former des électrets dans un oxyde de silicium qui est utilisé dans le dispositif. Les électrodes 5 et 6 peuvent également être recouvertes par un matériau isolant. Afin d'obtenir une décontamination maximale du premier plot de contact 3, la surface de contact de ce dernier est au même niveau ou en saillie par rapport à la surface environnante immédiate. De plus, le plan contenant l'électrode annulaire 5 contient également le premier plot de contact 3. Dans un autre mode de réalisation, une autre électrode est également formée à proximité du second plot de contact 4, de préférence autour du second plot de contact 4, afin de faciliter la décontamination de ce dernier. Les différentes variantes de réalisation présentées pour le premier plot de contacts 3 sont utilisables pour le second plot de contact 4. Si le second plot de contact 4 réalise une connexion électrique entre le premier plot de contact 3 et un plot adjacent (non représenté), l'électrode annulaire 5 peut entourer le premier plot de contact ou les deux plots de contact. II est également envisageable d'utiliser deux électrodes annulaires jointives formant, par exemple un « 8 ». Selon les modes de réalisation, le champ électrique non uniforme peut être obtenu au moyen de la première zone de contact 3 et d'une électrode de décontamination 5 ou au moyen de deux ou plus électrodes de décontamination 5 ou par tout autre technique adaptée. REVENDICATIONS1. Dispositif comportant au moins une première (3) et une seconde (4) zones de contact ayant chacune une surface de contact et se déplaçant l'une par rapport à l'autre entre une position de contact commun desdites surfaces de contact et une autre position, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'application d'un champ électrique non uniforme (5, 6) sur au moins une partie de la surface de contact de la première zone de contact (3), le champ électrique comportant des lignes de champ électrique divergentes en direction de la surface de contact dans un plan parallèle à la surface de contact de la première zone de contact (3). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'application d'un champ électrique non-uniforme comportent une électrode de décontamination (5) disposée autour de la première zone contact (3). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens d'application d'un champ électrique non uniforme (5, 6) comportent au moins une zone en saillie en direction du premier plot de contact (3). 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens d'application d'un champ électrique non-uniforme comportent une électrode additionnelle (6) disposée à proximité de l'électrode de décontamination (5). 25 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'électrode additionnelle est disposée autour de l'électrode de décontamination (5). 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il 30 comporte des moyens d'application d'un gradient de champ électrique entre l'électrode de décontamination (5) et l'électrode additionnelle (6) plus important que le gradient de champ électrique présent entre l'électrode de décontamination (5) et le premier plot de contact (3). 9 5 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisé en ce que l'électrode de décontamination (5) et/ou l'électrode annulaire additionnelle (6) comportent au moins un électret. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un revêtement anti-adhésif entre les moyens d'application d'un champ électrique non uniforme (5, 6) et la première zone de contact (3). 10 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une des zones de contact (4) est disposée sur un bras mobile solidaire d'un substrat (1) comportant l'autre zone de contact (3).