Brevet FR3123342A1 — publié le 20221202

Titre : Microsystème électromécanique L’invention concerne un microsystème électromécanique 1 comprenant un transducteur électromécanique 11, une membrane déformable 12, une première cavité 13 contenant hermétiquement un milieu déformable 14 conservant un volume constant sous l’action d’un changement de pression externe et une deuxième cavité. La membrane déformable forme une paroi de la cavité et présente au moins une zone libre 121 de se déformer de façon élastique. La zone libre forme également une paroi de la deuxième cavité. Le transducteur électromécanique est configuré de sorte que son mouvement soit fonction dudit changement de pression externe, et inversement. Un changement de pression externe dans la première cavité 13 induit une variation du volume de la deuxième cavité 20, ou inversement. Ainsi, le microsystème électromécanique proposé permet la préhension d’un objet obstruant l’ouverture de la deuxième cavité ou constitue un microbaromètre propre à convertir au moins un changement de pression ambiante en un signal électrique. Figure pour l’abrégé : Fig. 1A Microsystème électromécanique La présente invention concerne le domaine des microsystèmes électromécaniques. Elle trouve pour application des dispositifs de préhension qui permettent la capture ou l’expulsion d’objets de petites tailles et/ou de petits poids. L’invention trouve également pour application le domaine de la détection par contact ou le domaine de la détection de variation de pression ambiante. Elle pourra ainsi être mise en œuvre pour réaliser des capteurs. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Dans des applications variées, on peut avoir besoin de capturer ou expulser des objets microscopiques, voire nanoscopiques, et/ou avoir besoin de capter la présence de tels objets. Il existe des microsystèmes qui permettent cela. Lorsque ces microsystèmes sont des actionneurs ou des dispositifs de préhension, leurs performances sont évaluées notamment sur les paramètres suivants: l’amplitude du déplacement, la force déployée, la précision du déplacement généré ou encore la précision de la capture ou de l’expulsion d’un objet. Lorsque ces microsystèmes sont des capteurs, leurs performances sont évaluées notamment sur leur capacité à capter une présence, voire un mouvement. Par ailleurs, que les microsystèmes soient des actionneurs, des dispositifs de préhension ou des capteurs, on recherche à ce qu’ils offrent de bonnes performances en termes d’encombrement et de consommation énergétique. 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. Un autre objet de la présente invention est de proposer un microsystème qui permette la préhension d’un objet de petites tailles et/ou de petits poids de manière fiable et robuste. Un autre objet de la présente invention est de proposer un microsystème qui permette de capter une variation de pression ambiante. 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 Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation, on prévoit un microsystème électromécanique comprenant : au moins un transducteur électromécanique comprenant une partie mobile entre une position d’équilibre, hors sollicitation, et une position hors équilibre, sous sollicitation, au moins une membrane déformable, une première cavité déformable, délimitée par des parois, au moins une partie de la membrane déformable formant au moins une partie d’une première paroi prise parmi lesdites parois de la première cavité, la première cavité étant 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 première cavité, au moins une deuxième cavité déformable, présentant un volume variable délimité par des parois et une ouverture. 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 dans la première cavité. Ladite au moins une partie de la membrane déformable présente au moins une zone libre de se déformer, de préférence de façon élastique, en fonction dudit changement de pression externe. Au moins une partie d’une première paroi prise parmi lesdites parois de la deuxième cavité est formée d’au moins une partie de ladite au moins une zone libre de la membrane, de sorte qu’un changement de pression externe dans la première cavité induise une variation du volume de la deuxième cavité, ou inversement qu’une variation du volume de la deuxième cavité induise un changement de pression externe dans la première cavité. Ainsi, le microsystème électromécanique proposé permet la préhension d’un objet obstruant l’ouverture de la deuxième cavité ou constitue un microbaromètre propre à convertir au moins un changement de pression ambiante en un signal électrique. Selon une particularité, l’ouverture de la deuxième cavité est destinée à être alternativement obstruée et dégagée par un objet. Le microsystème permet donc la préhension d’un objet. En effet, la variation de volume de la deuxième cavité induit un différentiel de pression dans la deuxième cavité lorsque celle-ci est obstruée et permet ainsi le maintien ou l’expulsion de l’objet obstruant la cavité. Plus particulièrement, une augmentation du volume de la deuxième cavité obstruée par l’objet induit une diminution de pression dans la deuxième cavité permettant d’aspirer celui-ci et ainsi de le maintenir. Au contraire, une diminution du volume de la deuxième cavité obstruée par l’objet induit une augmentation de pression dans la deuxième cavité permettant de relâcher, voire d’expulser, l’objet. Un autre aspect de l’invention concerne un ensemble comprenant un microsystème électromécanique tel qu’introduit ci-dessus et au moins un objet destiné à obstruer l’ouverture. Il peut s’agir d’un objet à saisir ou à expulser par le microsystème électromécanique. De préférence la paroi latérale définie une extrémité distale et l’ouverture est formée au moins en partie par l’extrémité distale de la paroi latérale. Selon un exemple, l’ensemble de l’extrémité distale de la paroi latérale est conformée de sorte à ce que, lorsque l’objet obstrue l’ouverture, une déformation de la membrane déformable tendant à augmenter le volume de la deuxième cavité créer une baisse de pression dans la deuxième cavité. Selon un exemple l’extrémité distale de la paroi latérale est conformée de sorte à ce que la coopération de l’objet et de l’extrémité distale assure une étanchéité à l’air de la deuxième cavité suffisante pour créer une baisse de pression lorsque le volume de la deuxième cavité augmente sous l’effet d’une déformation de la déformable membrane. 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 : une étape de formation, sur un substrat, d’une portion au moins dudit au moins un transducteur électromécanique, puis une étape de dépôt de la membrane déformable, puis une étape de formation d’au moins une première cavité ouverte sur la membrane déformable, puis une étape de remplissage avec le milieu déformable et de fermeture de la première cavité, et une étape de gravure du substrat pour former une deuxième cavité ouverte et une face avant (FAV) du microsystème électromécanique comprenant la deuxième cavité. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée de modes de réalisation de cette dernière qui sont illustrés par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels : La est un schéma de principe d’une vue en coupe ou d’une coupe d’un microsystème électromécanique selon un premier mode de réalisation de l’invention. Sur la , le microsystème électromécanique est illustré dans une configuration dans laquelle la membrane n’est pas déformée. La représente une vue de haut du microsystème électromécanique selon le premier mode de réalisation de l’invention illustré sur la . La représente une vue de haut d’une variante du mode de réalisation de l’invention illustré sur la . La est un schéma de principe d’une vue en coupe ou d’une coupe d’un microsystème électromécanique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Sur la , le microsystème électromécanique est illustré dans une configuration dans laquelle la membrane n’est pas déformée. La représente une vue de haut du microsystème électromécanique selon le deuxième mode de réalisation de l’invention illustré sur la . La est un schéma de principe d’une vue en coupe d’un microsystème électromécanique selon le premier mode de réalisation de l’invention et d’un objet à saisir. Sur la , le microsystème électromécanique est illustré dans une configuration dans laquelle la membrane n’est pas déformée. La est un schéma de principe d’une vue en coupe du microsystème illustré en , dans une première configuration de déformation de la membrane. La est un schéma de principe d’une vue en coupe du microsystème illustré en , dans une deuxième configuration de déformation de la membrane. Les figures 4A et 4B illustrent un mode d’utilisation du microsystème selon le premier mode de réalisation de l’invention ; la illustre l’état du microsystème lorsqu’il est reporté sur l’objet à saisir et la illustre l’état du microsystème lorsqu’il a saisi l’objet. La est un schéma, plus détaillé que celui de la et représentant un microsystème électromécanique structurellement proche de celui illustré sur la . Les figures 6 à 12 représentent schématiquement des étapes d’un exemple de procédé de réalisation du microsystème électromécanique illustré en . 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. 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 première 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 première cavité (13), la première cavité (13) étant configurée pour contenir hermétiquement un milieu déformable (14) propre à conserver un volume sensiblement constant sous l’action d’un changement de pression externe exercée sur le milieu déformable (14) à travers l’une des parois (131, 132, 133) de la première cavité (13), au moins une deuxième cavité (20) déformable, présentant un volume variable délimité par des parois (21, 22) et une ouverture (23), 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 dans la première cavité (13), dans lequel ladite au moins une partie de la membrane déformable (12) présente au moins une zone libre (121) libre de se déformer, de préférence de façon élastique, en fonction dudit changement de pression externe, et dans lequel au moins une partie d’une première paroi (21) prise parmi lesdites parois (21, 22) de la deuxième cavité (20) est formée d’au moins une partie de ladite au moins une zone libre (121) de la membrane (12), de sorte qu’un changement de pression externe dans la première cavité (13) induise une variation du volume de la deuxième cavité (20), ou inversement qu’une variation du volume de la deuxième cavité (20) induise un changement de pression externe dans la première cavité (13). Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’ouverture (23) de la deuxième cavité (20) est destinée à être alternativement obstruée et dégagée par un objet (3). Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, la membrane (12) présentant une face interne (12i) configurée pour être au contact du milieu déformable (14) et une face externe (12e), la face interne (12i) de la membrane (12) forme au moins une partie de la première paroi (131) de la première cavité (13) et la face externe (12e) de la membrane forme au moins une partie de la première paroi (21) de la deuxième cavité (20). Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une zone sur laquelle s’étend la première paroi (21) de la deuxième cavité (20) est exempte de toute partie mobile (111) d’un transducteur électromécanique (11). Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, comprenant en outre une couche souple (24) configurée pour être intercalée entre au moins l’une des parois (21, 22) de la deuxième cavité (20) et une partie de l’objet (3) destiné à obstruer la deuxième cavité. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième cavité (20) comprend, parmi ces parois (21, 22), une paroi latérale (22) s’étendant depuis un pourtour de sa première paroi (21) à l’opposé de la première cavité (12). Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la paroi latérale (22) définie une extrémité distale (221) et l’ouverture (23) est formée au moins en partie par l’extrémité distale (221) de la paroi latérale (22). Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première paroi (21) de la deuxième cavité (20) est formée d’une partie seulement de ladite au moins une zone libre (121) de la membrane (12), la deuxième cavité (20) comprenant une paroi latérale (22) s’étendant depuis ladite au moins une zone libre (121) de la membrane (12). Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pluralité de deuxièmes cavités (20) séparées les unes des autres d’une distance non nulle. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie mobile (111) d’au moins un transducteur électromécanique (11) est configurée de sorte que sa sollicitation induise son mouvement vers le centre de la première cavité, une déformation de la zone libre (121) de la membrane déformable (12) à l’opposé du centre de la première cavité (13) et par voie une diminution du volume de la deuxième cavité (20) et de sorte qu’une absence subséquente de sollicitation induise son mouvement à l’opposé du centre de la cavité, une déformation de la zone libre (121) de la membrane déformable (12) vers le centre de la première cavité (13) et par voie une augmentation du volume de la deuxième cavité (20). Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un transducteur électromécanique (11) est configuré de sorte à induire sélectivement une diminution et une augmentation du volume de la deuxième cavité (20). Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un transducteur électromécanique (11) est configuré pour exercer sur le milieu déformable (14), lorsqu’il est sollicité, un changement de pression externe déterminé et dans lequel la forme et/ou les dimensions de ladite au moins une zone libre (121) de la membrane déformable (12) sont configurées pour induire, en fonction dudit changement de pression externe déterminé, une variation de volume de la deuxième cavité (20) propre à générer une force d’aspiration d’un objet (3) obstruant l’ouverture (23), ladite force d’aspiration étant supérieure au poids de l’objet (3). 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 µm, voire d’environ 100 µm . Ensemble comprenant un microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes et au moins un objet destiné à obstruer l’ouverture (23). Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel la paroi latérale (22) définie une extrémité distale (221) et l’ouverture (23) est formée au moins en partie par l’extrémité distale (221) de la paroi latérale (22), et dans lequel l’extrémité distale (221) de la paroi latérale (22) est conformée de sorte à ce que, lorsque l’objet (3) obstrue l’ouverture (23), une déformation de la membrane déformable (12) tendant à augmenter le volume de la deuxième cavité (20) créer une baisse de pression dans la deuxième cavité (20). Procédé de fabrication d’un microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, comprenant : une étape de formation, sur un substrat (200), d’une portion au moins dudit au moins un transducteur électromécanique (11), puis une étape de dépôt de la membrane déformable (12), puis une étape de formation d’au moins une première cavité (13) ouverte sur la membrane déformable (12), puis une étape de remplissage avec le milieu déformable (14) et de fermeture de la première cavité (13), et une étape de gravure du substrat (200) pour former une deuxième cavité (20) ouverte et une face avant (FAV) du microsystème électromécanique (1) comprenant la deuxième cavité (20).