WO2011086271A1 - Micro-electromechanical actuator produced in a substrate, and microvalve using said actuator - Google Patents

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WO2011086271A1
WO2011086271A1 PCT/FR2010/052808 FR2010052808W WO2011086271A1 WO 2011086271 A1 WO2011086271 A1 WO 2011086271A1 FR 2010052808 W FR2010052808 W FR 2010052808W WO 2011086271 A1 WO2011086271 A1 WO 2011086271A1
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WO
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comb
teeth
actuator
substrate
actuator according
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Application number
PCT/FR2010/052808
Other languages
French (fr)
Inventor
Christophe Edouard
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Flowdit
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/002—Electrostatic motors
    • H02N1/006—Electrostatic motors of the gap-closing type
    • H02N1/008—Laterally driven motors, e.g. of the comb-drive type

Definitions

  • Micro-electromechanical actuator made in a substrate and microvalve using this actuator.
  • the invention relates to a microelectromechanical actuator made in a plate-shaped substrate and a microvalve using this actuator.
  • Micro-electromechanical actuators are products made in a plate-shaped substrate with techniques derived from microelectronics.
  • the substrate and generally crystalline silicon in which electromechanical function forms are produced by silicon etching steps among others.
  • These devices are also called MEMS, the Anglo-Saxon acronym for Micro Electro Mechanical System.
  • microvalves are used so as to adapt or modify the aerodynamic flows around the solid bodies moving in air.
  • These actuators which are distributed over the surfaces of the objects, must be able to be small and generate pulsed jets with configurable speeds and frequencies.
  • interdigitated comb devices consisting of two comb-shaped capacitor armatures comprising a plurality of teeth that interpenetrate each other.
  • the reinforcements of these two combs are arranged to allow relative displacements of the preferred direction of the two plates when they are subjected to a difference in electric potential.
  • the combs are subjected to a force of electrostatic origin which tends to increase the interpenetration of these combs.
  • One of the combs can be mounted connected to the other armature by a spring effect arrangement, so that when the potential difference is canceled, the combs are naturally spaced apart and reach a rest position.
  • the document FR 2 898 740 A1 describes an example of an actuator using such a device.
  • the method of manufacturing a micro ⁇ electromechanical device is based for example on the work of a plate comprising a glass layer and a silicon layer joined by anodic bonding or by a bonding layer.
  • the desired shapes are cut in the silicon layer, masking portions of the silicon by photolithography steps and etching the exposed portions by dry etching such as deep reactive ion etching (known as DRIE: deep reactive ion etching).
  • DRIE deep reactive ion etching
  • US 2002/130586 shows an example of manufacture of such a device.
  • the aim of the invention is to provide a microelectromechanical actuator developing a large actuating force over a wide frequency bandwidth and which is easy to manufacture. It also aims to provide a microvalve for generating pulsed fluid jets according to a duty cycle, a frequency and an output speed in adequacy with the flows to be controlled.
  • the subject of the invention is a microelectromechanical actuator made in a plate-shaped substrate, comprising a stator and a movable element in the plane of the substrate, the mobile element and the substrate being connected in such a manner elastic, the actuator comprising at least one pair of combs with a mobile comb is carried by the movable member and a stator comb is carried by the stator, the combs having teeth, the teeth of a first of the combs of the stator comb and the movable comb being arranged alternately with respect to the teeth of the second comb so that an air gap is maintained between the teeth when the movable element oscillates in the direction of the teeth from a rest position to a first actuated position.
  • At least one tooth of the first comb has a notch at its free end, the notch extending perpendicular to the surface of the substrate and having a substantially semi-cylindrical shape centered on the end of the adjacent tooth of the second comb when the moving element is in the rest position.
  • the attractive force between the moving combs and the fixed combs is conditioned by the geometry of the the air gap that exists between the teeth. This gap is itself technologically conditioned by the spacing that can be achieved between the teeth and the thickness of the teeth. The minimum spacing between teeth depends both
  • This minimum opening is required at the end of the teeth between two teeth of the first comb and a tooth of the second comb which is intended to be inserted between the two teeth of the first comb.
  • Another constraint is that the ends of the teeth are close, or even with initial interpenetration, in order to obtain already in the rest position an attractive electrostatic force between the combs as soon as the smallest potential difference between the combs is applied. fixed and moving combs.
  • the technological constraint is respected to achieve the minimum dimension of etching, and the air gap is reduced as soon as the interpenetration of the combs reaches the size of the notch.
  • two notches are made on each tooth of the first comb.
  • the movable element is a rocker connected to the stator by an elastic blade to mount the rocker oscillatingly in the plane of the substrate.
  • the movable element could also be mounted oscillating in translation by blades.
  • the first comb also comprises at least one clearance between two teeth at their implantation, the clearance being wider than the space between said teeth. It is found in certain manufacturing conditions that the bottom of the grooves has a burr projecting perpendicularly to the walls of the groove, in particular the implantation of the teeth. By providing a clearance, it repels these burrs and they do not interfere with the operation of one actuator.
  • the second comb comprises at least one boss extending perpendicular to the surface of the substrate at the tooth implantation, the boss being opposite the notch when the movable member is in the actuated position.
  • the boss reduces the gap at the notch when it approaches the boss. A greater attraction force is then obtained, which is particularly useful in this position in which the spring exerts the greatest return.
  • the boss has a shape complementary to the notch to obtain a substantially constant air gap along the profile of the notch. This optimizes the force of one actuator.
  • the teeth have a thickness, seen in the plane of the substrate, decreasing in the direction of implantation towards their free end.
  • the air gap between the teeth decreases and the attraction force of the combs between them increases. This partially compensates for at least the increase in the restoring force exerted on the movable element by the elastic blade supporting the balance.
  • the actuator comprises a first group of pairs of combs acting in a first direction, and a second group of pairs of combs acting in a second direction opposite to the first meaning.
  • the amplitude of the movement of the movable element is thus multiplied by two, which makes it possible to increase the control capabilities of the actuator.
  • By increasing the number of pairs of combs it is also possible to increase the available power delivered by the actuator.
  • the substrate is an SOI complex, the acronym for Silicon On Insulator comprising a first and a second conductive silicon layer, an insulating layer of silica being interposed between the conductive layers.
  • SOI complex the acronym for Silicon On Insulator comprising a first and a second conductive silicon layer, an insulating layer of silica being interposed between the conductive layers.
  • the insulating layer made of silicon oxide, also serves as a stop barrier during the deep etching steps and makes it possible to precisely delimit the depth of the grooves.
  • To make open grooves grooves are made on either side of the substrate in the conductive layers, and then the insulating layer is removed. For example, the mobile element is separated from the stator, except for a fastener. The separation of the movable element is thus easier to achieve than by attacking a bonding layer as disclosed in the prior art.
  • the actuator has a groove in the first layer to electrically separate the stator comb and the moving comb.
  • the first layer which is conductive, makes it possible to put the combs under tension. To be subjected to a potential difference, the bleeding isolates two independent electrical circuits in the first layer.
  • the insulating layer completes the separation of the circuits, while allowing to keep the second layer as a mechanical support.
  • the movable element extends only in the thickness of the first conductive layer and the insulating layer.
  • the mobile part is thus lightened so as to obtain a very good frequency response of the actuator.
  • the actuator comprises at least one contact spring for electrically powering the organs of one actuator.
  • the electrical connection of the actuator is made, without using additional metallic or insulating deposit to structure an electrical track.
  • the contact is established by a conductive plate that comes opposite the spring whose elasticity makes it possible to absorb the possible variations in distance between the actuator and the wafer.
  • the contact spring has at its free end a plate projecting from an edge of the substrate.
  • the contact surface with the outside is thus increased, which reduces the current density at the contact and therefore the risk of local melting of silicon by heating.
  • the plate extends over the height of only one of the first or the second conductive layer. It can thus be determined whether the contact is established to supply a circuit in the first and / or in the second layer.
  • the contact spring has a zigzag shape obtained by a cut-out passing through the substrate. This geometry is able to give flexibility to the end of the contact while being sufficiently resistant.
  • the spring is partially surrounded by a hoop connected to the same electrical potential as the spring.
  • the invention also relates to a microvalve adapted to close the passage of a fluid in a conduit, characterized in that it comprises an actuator as described above, in that the conduit is divided into at least two channels and it comprises a beam extending in a groove transverse to the channels, the beam supporting as many shutters as channels, the beam being moved in the groove by the actuator so as to place the shutters across the channels or to free the channels.
  • Fluid control is achieved by moving the shutters across the channels. By using several channels, one can control a larger flow rate than with a single channel for the same amplitude of movement.
  • the beam is rectilinear if the oscillation motion is linear or arcuate if the oscillation motion is a pivot.
  • the channels are united in a convergent downstream of the shutters.
  • the output speed of the fluid can thus be accelerated.
  • the channels downstream of the shutters can take the form of a divergent to distribute the fluid more widely with a lower ejection speed.
  • the main direction of these two particular geometries may be perpendicular to the surface of which they open or on the contrary oblique.
  • the channels can be grouped into packets to produce a plurality of common or independent main direction ejection nozzles.
  • These ejection nozzles can also be controlled by in-phase shutters if they are uniformly distributed on the beam supporting them, or they can be driven by shutters spatially out of phase on the support beam.
  • the beam is formed of two skins connected by bridges distributed over the length of the beam. This gives the beam a good rigidity while obtaining a lightness favorable to a dynamic behavior of one actuator.
  • Figure 1 is a perspective view from above of a microvalve according to the invention, incorporating an actuator in the rest position;
  • Figure 2 is a bottom perspective view of the microvalve of Figure 1;
  • Figure 3 is a detail view III of Figure 1;
  • Figure 4 is a view similar to Figure 3 in the first actuated position;
  • Figure 5 is a view of detail V of Figure 1 in first actuated position
  • Figure 6 is a detail view VI of Figure 1;
  • Figure 7 is a detail view VII of Figure 2.
  • a microvalve according to the invention is intended to inject small jets of air, for example pulsating, into a spouting of a surface, in order to modify the behavior of the aerodynamic flow of air along said surface.
  • MEMS magneto-mechanical microvalves for aerodynamic active flowcontrol
  • P. Pernod et al. Journal of Magnetism and Magnetic Materials (2009), doi: 10.1016 / j. jmmm.2009.04.086 shows an example of application of a microvalve.
  • the microvalve is made entirely in a plate-like SOI substrate.
  • a first layer 1 of silicon has a thickness of 300 to 400 ⁇ m
  • a second layer 2 of silicon has a thickness of 150 to 200 ⁇ m
  • an insulating layer 3 of silicon oxide is interposed between the first and the second layer 2 and has a thickness of 1 to 3 ⁇ m.
  • the first layer 1 is from above
  • the second layer 2 is from below.
  • the plate can be divided into three zones: a valve zone V, an actuator zone A and a contact zone C.
  • a micro-electromechanical actuator 4 is made in the actuator zone A. It comprises a movable element 40 pivotally pivoted about an axis perpendicular to the surface of the substrate by means of a deformable blade 41. The blade 41 extends substantially in a plane perpendicular to the surface of the substrate.
  • the movable member 40 thus forms a rocker 40 which can oscillate from a rest position to a first actuated position and a second actuated position, symmetrical to the first actuated position.
  • the actuator 4 also comprises a stator 42 around the mobile element 40.
  • the actuator 4 further comprises twelve pairs of combs; each pair of combs is composed of a mobile comb 400 carried by the balance 40 and a stator comb 420 carried by the stator 42.
  • the combs 400, 420 are divided into two groups D, G.
  • the combs 400, 420 comprise series of teeth 401, 421 substantially equidistant.
  • the teeth 421 of the stator comb 420 are arranged alternately with respect to the teeth 401 of the mobile comb 400.
  • the combs 400, 420 of the first group G make it possible to actuate the balance 40 in a first direction F1, towards the first actuated position, while the combs 400, 420 of the second group D make it possible to actuate the balance 40 in a second direction F2, opposite the first direction Fl, to the second actuated position.
  • Figure 3 shows in more detail teeth 401
  • the teeth 401, 421 have an arcuate shape corresponding to a radius centered in the region of the axis of pivoting of the rocker 40.
  • Each tooth 401 of the mobile comb 400 has two notches 402 at its free end, the notches 402 extending perpendicularly. on the surface of the substrate.
  • Each notch 402 has a substantially semi-cylindrical shape centered on an edge 423 of the adjacent tooth of the stator comb 420, opposite the notch 402.
  • a clearance 403 between two teeth 401 is formed, the clearance 403 being wider than the space between said teeth.
  • This clearance 403 has a shape also semi-cylindrical and is made for each pair of teeth 401.
  • two bosses 422 extend perpendicularly to the surface of the substrate.
  • Each boss 422 is facing one of the notches 402 when the movable member 40 is in the actuated position, as shown in Figure 4, and has a shape complementary to the notch 402 to obtain a substantially constant air gap along the Notch profile 402.
  • the boss 422 therefore has a semi-cylindrical shape, of smaller radius than that of the notch 402.
  • the teeth 401, 421 have a profile that evolves between the implantation 4010, 4210 and their free end 4011, 4211. They thus have a thickness, seen in the plane of the substrate, decreasing in the direction of implantation 4010, 4210 to their free end 4011, 4211. In this way, the gap between two teeth 401, 421 in the rest position (seen in Figure 3) is greater than the air gap f in the actuated position (seen in Figure 4) .
  • the mobile combs 400 are made in the first layer 1 and the insulating layer 3, in order to be lightened of the part in the second layer 2 which is not electrically powered and therefore can not be active.
  • the stator combs 420 are made throughout the thickness of the substrate in order to retain all their mechanical strength.
  • a first groove 43 is made in the first layer 1 to electrically isolate the stator combs 420 of the first group G from the rest of the elements of the first layer 1 and keep the stator combs 420 of the first group G electrically connected to each other.
  • a second groove 44 is made in the first layer 1 to electrically isolate the stator combs 420 of the second group D from the rest of the elements of the first layer 1 and keep the stator combs 420 of the second group D electrically connected to each other.
  • the underlying second layer 2 provides mechanical continuity between the plate and the groups of combs.
  • a ventilation circuit 5 adapted to close the passage of a fluid such as air.
  • the ventilation circuit 5 has two inputs 50 which are oblong holes through the plate. From these inputs 50, the circuit is divided into two times three channels 51 made in the first layer 1. These channels 51 meet in a convergent 52 which opens out along an edge 12 of the wafer. In another constructive arrangement, the entry number 50 may be increased to one or three.
  • the microvalve is intended to be mounted in a support comprising two blocks, not shown, between which the microvalve intervenes along its top face and its bottom face. Along the top face, the block closes the channels 51 and converge 52. In addition, two supply ducts respectively supply the inputs 50 through one of the blocks. These blocks can also be structured by the same machining techniques, in silicon substrates.
  • the rocker 40 comprises a beam 45 extending in a groove 53 transverse to the channels 51, the beam 45 supporting six shutters 450, one for each channel 51.
  • the beam 45 and the groove 53 have an arcuate shape, centered on the axis of pivoting of the balance 40.
  • the beam 45 is placed in the middle at the end of an arm 46 which connects it to the blade 41. In another constructive arrangement the number of arms 46 supporting the beam 45 can be increased.
  • the groove 53 passes through the entire thickness of the plate.
  • the shutters 450, coming from the first layer 1, are across the channels 51 when the actuator 4 is in the rest position for this constructive arrangement.
  • the beam 45 slides in the groove 53 and places the shutters 450 out of the channels 51 and thus releases the flow of air from the entries 50. is the same when the actuator 4 moves from the rest position to the second actuated position.
  • the beam 45 is formed of two skins 453 coming from the second layer 2 of the substrate and connected by bridges 451 distributed along the length of the beam 45.
  • the bridges 451 extend along the edges of the shutters 450 to form the stiffeners 452.
  • An electrostatic measuring device 6 of the position of the actuator 4 is provided.
  • This measuring device 6 comprises two lugs 60 projecting from the arm 46 of the rocker arm 40 and two slots 61 able to receive one of the lugs 60 each.
  • the walls of the slot form the armature of a capacitor and are electrically connected to a stud 62 formed in the first layer 1 by a groove 63 which delimits it.
  • the wall of the slot is extended towards the end of the arm 46 by a tab 64.
  • the pads 62 can receive an electrical connection in a conventional manner so as to measure the capacitance of the capacitors formed between the arm 46 and the slots 61 , so as to deduce the position of the arm 46.
  • the capacitance of the capacitor varies gradually when the lug 60 enters the slot 61, then strongly when the arm 46 comes very close to the tongue 64.
  • the rocker 40, and therefore the mobile combs 400 are connected to a reference potential.
  • the stator combs 420 of the first group G are connected to a first potential while the stator combs 420 of the second group D are connected to a second potential.
  • the microvalve comprises five contactors 71, 72, 73, 74, 75 formed along the edge opposite that of the convergent 52 output.
  • the two outermost contactors 71, 75 are intended to be connected to the reference potential. and are connected to the second layer 2 and most of the first layer 1.
  • Another contactor 72 is intended to be connected to the first potential. It is connected to the stator combs 420 of the first group G by a ribbon 720 cut in the first layer 1 and insulated on the one hand by the insulating layer 3 and on the other hand by two grooves made in the first layer 1 on the other hand. other tape 720.
  • a second potential contactor 74 is produced in the same manner as the first potential contactor 72 and is connected by a ribbon 740 to the stator combs 420 of the second group D.
  • the contactor of the medium 73, between the contactors of first and second potential 72, 74, is connected to the blade 41 which supports the rocker 40 and to all of the mobile combs 400.
  • Each contactor 71, 72, 73, 74, 75 has a general zigzag shape. It comprises a series of parallel branches 76 between them interconnected by their ends alternately by arches 77 of smaller thickness than that of the branches 76. These branches 76 are obtained by cutting the plate over its entire thickness. Each switch has a plate protruding from the edge. The plate 721, 741 for the first and second potential contactors 72, 74 is reduced in the direction of the thickness by the local disappearance of the second layer 2, to isolate the plate 721, 741 from the potential of the second layer 2.
  • the tape 720, 740 for the contactor 72, 74 of the first and the second potential is extended in the form of an arch 722, 742 around the spring shape so that the walls of the spring housing are at the same potential as the contactor itself 72, 74.
  • microvalve To manufacture a microvalve according to the invention, one starts from an SOI substrate plate comprising the two silicon layers 1, 2 and the insulating layer 3, made of silicon oxide.
  • the surfaces of the plate are oxidized by a heat treatment.
  • a photolithography of the underside is performed, that is to say that a resin mask is produced on said face.
  • the oxide produced in the first step is removed in the zones left bare. by the resin mask. The oxide remaining in place thus forms an oxide mask for a next step.
  • a photolithography of the top face is carried out.
  • the oxide produced on the top face at the first step is removed in the areas left bare by the resin mask.
  • the silicon of the first layer 1 is etched, then that of the second layer 2 by a deep etching DRIE up to the insulating layer 3 made of silicon oxide, also called oxide layer buried, which serves as a barrier in this step.
  • the buried oxide is removed which is exposed.
  • a trench width can not be less than a predetermined threshold, depending on the thickness of the layer to be etched.
  • the making of the notches 402 at the end of the teeth makes it possible to respect this constraint between the ends 4010, 4210 of the teeth 401, 421 which face each other, while producing a narrow air gap which guarantees a significant force of attraction.
  • the etch rate may be decreased. It is then likely to leave burrs near the insulating layer 3. By providing the clearance 403 between the teeth 401, the position of this possible burr is moved back into a space where it would not interfere.
  • the microvalve is mounted between two blocks which comprise, as indicated above, two supply conduits and plates for making electrical contact with the contactors 71, 72, 73, 74, 75.
  • the spring shape contactors 71, 72, 73, 74, 75 allow the position of the trays 721, 741 to adapt to ensure electrical contact with the platelets.
  • the supply ducts are pressurized with air.
  • the outermost contactors 71, 75 and the contactor of the medium 73 are supplied with the reference potential.
  • the first and second potential contactors 72, 74 are fed alternately to provide a potential difference between the mobile combs 400 and the stator combs 420 alternately of the first group G and the second group D.
  • the balance 40 is subjected to an attraction alternately in the first direction Fl by the combs of the first group G and in the second direction F2 by the combs of the second group D. It thus oscillates in the plane of the substrate by the deflection of the blade 41.
  • the attraction is created in a known manner between the combs 400, 420.
  • the air gap between the teeth decreases rapidly at the beginning of the interpenetration of the combs 400, 420, then progressively thanks to the evolution of the thickness of the teeth of the teeth. free end at implantation.
  • the decrease in the air gap leads to an increase in the force of attraction, which compensates for the increase in the restoring force exerted by the blade 41. This increase in the restoring force is even more pronounced when the notches 402 are found. near the bosses 422.
  • the pivoting of the rocker 40 causes the arm 46 and the beam 45 to move in its groove 53.
  • the shutters 450 placed on the beam 45 then pass from a position across the channels 51 to a position in which they are retracted behind islands separating the channels 51, thus freeing the passage between the inputs 50 and the convergent 52.
  • the air from the inputs 50 then passes through the channels 51 and converge 52 to exit along the edge of the plate.
  • the controlled movement can also be a continuous opening.
  • the air outlet velocity could be measured at 200 m / s at a frequency of 340 Hz with an inlet pressure of the order of 100 mbar, for the dimensioning presented.
  • the combs extend over the total thickness of the substrate in the first layer 1, the insulating layer 3 and the second layer 2. Electrical connections to the links 41 and 740 FIG. arranged on the second layer 2, but offset spatially with respect to the connections made in the layer 1, to maintain the mechanical rigidity of the assembly.
  • the invention is not limited to the embodiment which has just been described by way of example.
  • the contactors can also be used for connecting other circuits.
  • the actuator may be used to actuate other devices than valves or valves of other shapes.
  • the actuator could be a linear actuator with a rectilinear movement, the teeth retaining their particular shape.

Abstract

A micro-electromechanical actuator is produced in a plate-shaped substrate and comprises a stator (42) and a movable element (40) within the plane of the substrate. The movable element (40) and the substrate are resiliently connected, and the actuator (4) comprises at least one pair of combs (400, 420), a movable comb (400) of which is supported by the movable element (40) and a stator (42) comb (420) of which is supported by the stator (42), wherein the combs (400, 420) comprise teeth (401, 421). The teeth (401) of a first comb are arranged alternately in relation to the teeth (421) of the second comb such that a gap is maintained between the teeth (401, 421) when the movable element (40) oscillates in the direction of the teeth (401, 421) from a rest position to a first actuated position. At least one tooth (401) of the first comb (400) comprises a notch (402) in the free end thereof, the notch (402) extending in a manner perpendicular to the surface of the substrate and having a substantially semi-cylindrical shape centered on the end (4210) of the tooth adjacent to the second comb (420) when the movable element (40) is in a rest position.

Description

Actionneur micro-électromécanique réalisé dans un substrat et microvalve utilisant cet actionneur.  Micro-electromechanical actuator made in a substrate and microvalve using this actuator.
DOMAINE DE L'INVENTION FIELD OF THE INVENTION
L'invention concerne un actionneur microélectromécanique réalisé dans un substrat en forme de plaque et une microvalve utilisant cet actionneur.  The invention relates to a microelectromechanical actuator made in a plate-shaped substrate and a microvalve using this actuator.
TECHNIQUE ANTÉRIEURE PRIOR ART
Les actionneurs micro-électromécaniques sont des produits réalisés dans un substrat en forme de plaque avec les techniques issues de la microélectronique. Le substrat et généralement du silicium cristallin dans lequel des formes à fonction électromécaniques sont réalisées par des étapes de gravure du silicium entre autre. Ces dispositifs sont aussi appelés MEMS, de l'acronyme anglo-saxon signifiant Micro Electro Mechanical System.  Micro-electromechanical actuators are products made in a plate-shaped substrate with techniques derived from microelectronics. The substrate and generally crystalline silicon in which electromechanical function forms are produced by silicon etching steps among others. These devices are also called MEMS, the Anglo-Saxon acronym for Micro Electro Mechanical System.
Dans de nombreuses applications, en particulier des applications de pilotage du comportement aérodynamique d'automobile ou d'aéronef par exemple, on utilise des microvalves de façon à adapter ou modifier les écoulements aérodynamiques autour des corps solides en mouvement dans de l'air. Ces actionneurs qui sont répartis sur les surfaces des objets, doivent pouvoir être de petites dimensions et générer des jets impulsionnels à vitesses et fréquences paramétrables.  In many applications, particularly aerodynamic behavior control applications for automobiles or aircraft for example, microvalves are used so as to adapt or modify the aerodynamic flows around the solid bodies moving in air. These actuators, which are distributed over the surfaces of the objects, must be able to be small and generate pulsed jets with configurable speeds and frequencies.
Afin d'assurer le pilotage de ces équipements micro-électromécaniques, on peut utiliser des dispositifs à peignes interdigités constitués de deux armatures de condensateur en forme de peigne comportant une pluralité de dents qui s'interpénétrent. Les armatures de ces deux peignes sont agencées pour permettre des déplacements relatifs de direction privilégiée des deux armatures lorsqu'elles sont soumises à une différence de potentiel électrique. Lorsque l'on applique une différence de potentiel entre ces deux armatures, les peignes sont soumis à une force d'origine électrostatique qui tend à augmenter l'interpénétration de ces peignes. L'un des peignes peut être monté relié à l'autre armature par une disposition à effet ressort, si bien que, lorsque la différence de potentiel est annulée, les peignes sont naturellement écartés et rejoignent une position de repos. Le document FR 2 898 740 Al décrit un exemple d' actionneur utilisant un tel dispositif. In order to control these micro-electromechanical equipment, it is possible to use interdigitated comb devices consisting of two comb-shaped capacitor armatures comprising a plurality of teeth that interpenetrate each other. The reinforcements of these two combs are arranged to allow relative displacements of the preferred direction of the two plates when they are subjected to a difference in electric potential. When applying a difference in potential between these two frames, the combs are subjected to a force of electrostatic origin which tends to increase the interpenetration of these combs. One of the combs can be mounted connected to the other armature by a spring effect arrangement, so that when the potential difference is canceled, the combs are naturally spaced apart and reach a rest position. The document FR 2 898 740 A1 describes an example of an actuator using such a device.
Le procédé de fabrication d'un dispositif micro¬ électromécanique est basé par exemple sur le travail d'une plaque comportant une couche de verre et une couche de silicium réunie par soudure anodique ou par une couche de collage. Les formes souhaitées sont découpées dans la couche de silicium, en masquant des portions du silicium par des étapes de photolithographie et en attaquant les parties à nu par gravure sèche telle qu'une gravure ionique réactive profonde (connue sous l'acronyme DRIE : deep reactive ion etching) . La couche de collage est enlevée par endroit pour libérer des portions de silicium en porte-à-faux au-dessus de la couche de verre et les rendre mobiles. Le document US 2002/130586 montre un exemple de fabrication d'un tel dispositif. The method of manufacturing a micro ¬ electromechanical device is based for example on the work of a plate comprising a glass layer and a silicon layer joined by anodic bonding or by a bonding layer. The desired shapes are cut in the silicon layer, masking portions of the silicon by photolithography steps and etching the exposed portions by dry etching such as deep reactive ion etching (known as DRIE: deep reactive ion etching). The bonding layer is removed in places to release cantilevered silicon portions above the glass layer and make them mobile. US 2002/130586 shows an example of manufacture of such a device.
Dans l'article « Optimal shape design of an electrostatic comb drive in microelectromechanical Systems » de YE W., MUKHERJEE S. et MACDONALD N. C, publié en 1998 dans le "Journal of microelectromechanical Systems" ISSN 1057-7157 vol. 7, nol, pages 16-26, différentes formes de dents de peignes sont étudiées afin d'optimiser l'évolution de la force de l' actionneur en fonction de sa position. Des formes de dents à profil, linéaire, parabolique ou cubique en particulier sont étudiées .  In the article "Optimal shape design of an electrostatic comb drive in microelectromechanical Systems" YE W., MUKHERJEE S. and MACDONALD N. C, published in 1998 in the "Journal of Microelectromechanical Systems" ISSN 1057-7157 vol. 7, nol, pages 16-26, various forms of comb teeth are studied in order to optimize the evolution of the force of the actuator as a function of its position. Shapes of profile, linear, parabolic or cubic in particular are studied.
Les actionneurs développés jusqu'à maintenant ne donnent pas entière satisfaction. On constate qu'ils n'arrivent pas à concilier les différentes exigences de simplicité de fabrication, d'amplitude et de fréquence de fonctionnement et, pour les microvalves, de vitesse de sortie du fluide contrôlé. The actuators developed until now are not entirely satisfactory. It can be seen that they do not manage to reconcile the different requirements of simplicity of manufacture, amplitude and frequency of operation and, for microvalves, output speed of the controlled fluid.
OBJECTIFS DE L'INVENTION  OBJECTIVES OF THE INVENTION
L' invention vise à fournir un actionneur microélectromécanique développant une grande force d' actionnement , sur une large bande passante fréquentielle et qui soit facile à fabriquer. Elle vise aussi à fournir une microvalve permettant de générer des jets impulsionnels de fluide selon un rapport cyclique, une fréquence et une vitesse de sortie en adéquation avec les écoulements à contrôler.  The aim of the invention is to provide a microelectromechanical actuator developing a large actuating force over a wide frequency bandwidth and which is easy to manufacture. It also aims to provide a microvalve for generating pulsed fluid jets according to a duty cycle, a frequency and an output speed in adequacy with the flows to be controlled.
EXPOSÉ DE L'INVENTION  STATEMENT OF THE INVENTION
Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un actionneur micro-électromécanique réalisé dans un substrat en forme de plaque, comportant un stator et un élément mobile dans le plan du substrat, l'élément mobile et le substrat étant reliés de manière élastique, 1' actionneur comportant au moins une paire de peignes dont un peigne mobile est porté par l'élément mobile et un peigne de stator est porté par le stator, les peignes comportant des dents, les dents d'un premier des peignes parmi le peigne de stator et le peigne mobile étant disposées en alternance par rapport aux dents du deuxième peigne de telle sorte qu'un entrefer est maintenu entre les dents lorsque l'élément mobile oscille dans la direction des dents d'une position de repos à une première position actionnée. Au moins une dent du premier peigne comporte une entaille à son extrémité libre, l'entaille s' étendant perpendiculairement à la surface du substrat et ayant une forme sensiblement semi-cylindrique centrée sur l'extrémité de la dent adjacente du deuxième peigne lorsque l'élément mobile est en position de repos.  With these objectives in view, the subject of the invention is a microelectromechanical actuator made in a plate-shaped substrate, comprising a stator and a movable element in the plane of the substrate, the mobile element and the substrate being connected in such a manner elastic, the actuator comprising at least one pair of combs with a mobile comb is carried by the movable member and a stator comb is carried by the stator, the combs having teeth, the teeth of a first of the combs of the stator comb and the movable comb being arranged alternately with respect to the teeth of the second comb so that an air gap is maintained between the teeth when the movable element oscillates in the direction of the teeth from a rest position to a first actuated position. At least one tooth of the first comb has a notch at its free end, the notch extending perpendicular to the surface of the substrate and having a substantially semi-cylindrical shape centered on the end of the adjacent tooth of the second comb when the moving element is in the rest position.
La force d'attraction entre les peignes mobiles et les peignes fixes est conditionnée par la géométrie de l'entrefer qu'il existe entre les dents. Cet entrefer est lui-même conditionné technologiquement par l'espacement qu' il est possible de réaliser entre les dents et par l'épaisseur des dents. L'espacement minimal entre les dents dépend à la fois The attractive force between the moving combs and the fixed combs is conditioned by the geometry of the the air gap that exists between the teeth. This gap is itself technologically conditioned by the spacing that can be achieved between the teeth and the thickness of the teeth. The minimum spacing between teeth depends both
i) de la taille du motif à graver dans le plan du substrat  i) the size of the pattern to be etched in the plane of the substrate
ii) de la profondeur sur laquelle on veut graver ce motif dans la couche et  ii) the depth on which we want to engrave this pattern in the layer and
iii) du procédé de gravure.  iii) the etching process.
Cette ouverture minimale s'impose au niveau de l'extrémité des dents, entre deux dents du premier peigne et une dent du deuxième peigne qui est destinée à s'insérer entre les deux dents du premier peigne. Une autre contrainte est que les extrémités des dents soient proches, voire même avec une interpénétration initiale, afin d'obtenir déjà dans la position de repos une force électrostatique attractive entre les peignes dès l'application de la plus petite différence de potentiel entre les peignes fixes et les peignes mobiles. C'est pourquoi, en réalisant une entaille semi-cylindrique sur une dent du premier peigne, centrée sur l'extrémité de la dent adjacente du deuxième peigne, on permet une interpénétration des dents en position de repos, on respecte la contrainte technologique pour réaliser la dimension minimale de gravure, et l'entrefer est réduit dès que l'interpénétration des peignes atteint la dimension de l'entaille. De préférence, deux entailles sont réalisées sur chaque dent du premier peigne.  This minimum opening is required at the end of the teeth between two teeth of the first comb and a tooth of the second comb which is intended to be inserted between the two teeth of the first comb. Another constraint is that the ends of the teeth are close, or even with initial interpenetration, in order to obtain already in the rest position an attractive electrostatic force between the combs as soon as the smallest potential difference between the combs is applied. fixed and moving combs. Therefore, by making a semi-cylindrical notch on a tooth of the first comb, centered on the end of the adjacent tooth of the second comb, interpenetration of the teeth is allowed in the rest position, the technological constraint is respected to achieve the minimum dimension of etching, and the air gap is reduced as soon as the interpenetration of the combs reaches the size of the notch. Preferably, two notches are made on each tooth of the first comb.
Dans un mode de réalisation particulier, l'élément mobile est un balancier relié au stator par une lame élastique pour monter le balancier de manière oscillante dans le plan du substrat. L'élément mobile pourrait aussi être monté oscillant en translation par des lames.  In a particular embodiment, the movable element is a rocker connected to the stator by an elastic blade to mount the rocker oscillatingly in the plane of the substrate. The movable element could also be mounted oscillating in translation by blades.
Selon un perfectionnement, le premier peigne comporte en outre au moins un dégagement entre deux dents au niveau de leur implantation, le dégagement étant plus large que l'espace entre lesdites dents. On constate dans certaines conditions de fabrication que le fond des saignées comporte une bavure faisant saillie perpendiculairement aux parois de la saignée, en particulier à l'implantation des dents. En prévoyant un dégagement, on repousse ces bavures et elles ne gênent pas le fonctionnement de 1 ' actionneur . According to an improvement, the first comb also comprises at least one clearance between two teeth at their implantation, the clearance being wider than the space between said teeth. It is found in certain manufacturing conditions that the bottom of the grooves has a burr projecting perpendicularly to the walls of the groove, in particular the implantation of the teeth. By providing a clearance, it repels these burrs and they do not interfere with the operation of one actuator.
Selon un autre perfectionnement, le deuxième peigne comporte au moins un bossage s' étendant perpendiculairement à la surface du substrat au niveau de l'implantation des dents, le bossage étant en regard de l'entaille lorsque l'élément mobile est en position actionnée. Le bossage permet de réduire l'entrefer au niveau de l'entaille lorsque celle-ci approche du bossage. On obtient alors une force d'attraction plus grande, particulièrement utile dans cette position dans laquelle le ressort exerce le plus grand rappel. On prévoit de préférence autant de bossages que d'entailles.  According to another improvement, the second comb comprises at least one boss extending perpendicular to the surface of the substrate at the tooth implantation, the boss being opposite the notch when the movable member is in the actuated position. The boss reduces the gap at the notch when it approaches the boss. A greater attraction force is then obtained, which is particularly useful in this position in which the spring exerts the greatest return. Preferably, there are as many projections as there are notches.
De manière particulière, le bossage a une forme complémentaire à l'entaille pour obtenir un entrefer sensiblement constant le long du profil de l'entaille. On optimise ainsi la force de 1 ' actionneur .  In particular, the boss has a shape complementary to the notch to obtain a substantially constant air gap along the profile of the notch. This optimizes the force of one actuator.
Selon un autre perfectionnement, les dents ont une épaisseur, vue dans le plan du substrat, décroissante dans le sens de l'implantation vers leur extrémité libre. Ainsi, en fonction du degré d'interpénétration, l'entrefer entre les dents diminue et la force d'attraction des peignes entre eux augmente. Ceci compense en partie au moins l'augmentation de la force de rappel exercée sur l'élément mobile par la lame élastique supportant le balancier.  According to another improvement, the teeth have a thickness, seen in the plane of the substrate, decreasing in the direction of implantation towards their free end. Thus, depending on the degree of interpenetration, the air gap between the teeth decreases and the attraction force of the combs between them increases. This partially compensates for at least the increase in the restoring force exerted on the movable element by the elastic blade supporting the balance.
Selon une disposition particulière, l' actionneur comporte un premier groupe de paires de peignes agissant dans un premier sens, et un deuxième groupe de paires de peignes agissant dans un deuxième sens opposé au premier sens. L'amplitude du mouvement de l'élément mobile est ainsi multipliée par deux, ce qui permet d'augmenter les capacités de commande de 1 ' actionneur . En augmentant le nombre paires de peignes, on peut aussi augmenter la puissance disponible délivrée par 1 ' actionneur . According to a particular arrangement, the actuator comprises a first group of pairs of combs acting in a first direction, and a second group of pairs of combs acting in a second direction opposite to the first meaning. The amplitude of the movement of the movable element is thus multiplied by two, which makes it possible to increase the control capabilities of the actuator. By increasing the number of pairs of combs, it is also possible to increase the available power delivered by the actuator.
De manière particulière, le substrat est un complexe SOI, de l'acronyme anglo-saxon signifiant Silicon On Insulator comportant une première et une deuxième couche conductrice en silicium, une couche isolante en silice étant interposée entre les couches conductrices. Un tel substrat a l'avantage de permettre de réaliser des circuits électriques indépendants en réalisant des saignées dans l'une des couches, tout en gardant une cohérence mécanique fournie par la deuxième couche. La couche isolante, en oxyde de silicium, sert aussi de barrière d'arrêt lors des étapes de gravure profonde et permet de délimiter précisément la profondeur des saignées. Pour réaliser des saignées débouchantes, on réalise des saignées de part et d'autre du substrat, dans les couches conductrices, puis on retire la couche isolante. On sépare ainsi par exemple l'élément mobile du stator, hormis une attache. La séparation de l'élément mobile est ainsi plus facile à réaliser que par l'attaque d'une couche de collage comme exposé dans l'art antérieur.  In particular, the substrate is an SOI complex, the acronym for Silicon On Insulator comprising a first and a second conductive silicon layer, an insulating layer of silica being interposed between the conductive layers. Such a substrate has the advantage of making it possible to produce independent electrical circuits by making bleeds in one of the layers, while keeping a mechanical coherence provided by the second layer. The insulating layer, made of silicon oxide, also serves as a stop barrier during the deep etching steps and makes it possible to precisely delimit the depth of the grooves. To make open grooves, grooves are made on either side of the substrate in the conductive layers, and then the insulating layer is removed. For example, the mobile element is separated from the stator, except for a fastener. The separation of the movable element is thus easier to achieve than by attacking a bonding layer as disclosed in the prior art.
De manière particulière, l' actionneur comporte une saignée dans la première couche pour séparer électriquement le peigne de stator et le peigne mobile. La première couche, qui est conductrice, permet de mettre sous tension les peignes. Pour qu'ils soient soumis à une différence de potentiel, la saignée isole deux circuits électriques indépendants dans la première couche. La couche isolante complète la séparation des circuits, tout en permettant de garder la deuxième couche comme support mécanique.  In particular, the actuator has a groove in the first layer to electrically separate the stator comb and the moving comb. The first layer, which is conductive, makes it possible to put the combs under tension. To be subjected to a potential difference, the bleeding isolates two independent electrical circuits in the first layer. The insulating layer completes the separation of the circuits, while allowing to keep the second layer as a mechanical support.
Selon une autre caractéristique, l'élément mobile s'étend uniquement dans l'épaisseur de la première couche conductrice et de la couche isolante. On allège ainsi la partie mobile, de manière à obtenir une très bonne réponse en fréquence de 1 ' actionneur . According to another characteristic, the movable element extends only in the thickness of the first conductive layer and the insulating layer. The mobile part is thus lightened so as to obtain a very good frequency response of the actuator.
De manière complémentaire, l' actionneur comporte au moins un ressort de contact pour alimenter électriquement des organes de 1 ' actionneur . Par cet intermédiaire, on réalise la connexion électrique de 1 ' actionneur, sans utiliser de dépôt métallique ou isolant supplémentaire pour structurer une piste électrique. Le contact est établi par une plaquette conductrice qui vient en regard du ressort dont l'élasticité permet d'absorber les variations possibles de distance entre l' actionneur et la plaquette .  In a complementary manner, the actuator comprises at least one contact spring for electrically powering the organs of one actuator. Through this intermediate, the electrical connection of the actuator is made, without using additional metallic or insulating deposit to structure an electrical track. The contact is established by a conductive plate that comes opposite the spring whose elasticity makes it possible to absorb the possible variations in distance between the actuator and the wafer.
Selon un perfectionnement, le ressort de contact comporte à son extrémité libre un plateau faisant saillie d'un bord du substrat. La surface de contact avec l'extérieur est ainsi augmentée, ce qui diminue la densité de courant au niveau du contact et par conséquent les risques de fonte locale du silicium par échauffement .  According to an improvement, the contact spring has at its free end a plate projecting from an edge of the substrate. The contact surface with the outside is thus increased, which reduces the current density at the contact and therefore the risk of local melting of silicon by heating.
De manière particulière, le plateau s'étend sur la hauteur d'une seule parmi la première ou la deuxième couche conductrice. On peut ainsi déterminer si le contact est établi pour alimenter un circuit dans la première et / ou dans la deuxième couche.  In particular, the plate extends over the height of only one of the first or the second conductive layer. It can thus be determined whether the contact is established to supply a circuit in the first and / or in the second layer.
Selon une disposition constructive, le ressort de contact a une forme en zigzag obtenue par une découpe traversant le substrat. Cette géométrie est apte à donner de la souplesse à l'extrémité du contact tout en étant suffisamment résistant.  According to a constructive arrangement, the contact spring has a zigzag shape obtained by a cut-out passing through the substrate. This geometry is able to give flexibility to the end of the contact while being sufficiently resistant.
Selon un perfectionnement le ressort est entouré partiellement d'un arceau relié au même potentiel électrique que le ressort. Ainsi, si le ressort est soumis à des sollicitations latérales, et qu'il vient en contact avec la paroi qui l'entoure, ce contact se fait avec l'arceau et il n'y a pas de risque de court-circuit du fait que l'arceau est relié au même potentiel. According to an improvement the spring is partially surrounded by a hoop connected to the same electrical potential as the spring. Thus, if the spring is subjected to lateral stresses, and that it comes into contact with the wall that surrounds it, this contact is made with the hoop and there is no risk of short circuit because the hoop is connected to the same potential.
L'invention a aussi pour objet une microvalve apte à obturer le passage d'un fluide dans un conduit, caractérisée en ce qu'elle comporte un actionneur tel que décrit précédemment, en ce que le conduit est divisé en au moins deux canaux et en ce qu'elle comporte une poutre s' étendant dans une rainure transversale aux canaux, la poutre supportant autant d'obturateurs que de canaux, la poutre étant mue dans la rainure par l' actionneur de manière à placer sur commande les obturateurs en travers des canaux ou à libérer les canaux. La commande du fluide est réalisée par le déplacement des obturateurs en travers des canaux. En utilisant plusieurs canaux, on peut contrôler un débit plus important qu'avec un seul canal pour une même amplitude de mouvement. La poutre est de forme rectiligne si le mouvement d'oscillation est linéaire ou en arc de cercle si le mouvement d'oscillation est un pivotement.  The invention also relates to a microvalve adapted to close the passage of a fluid in a conduit, characterized in that it comprises an actuator as described above, in that the conduit is divided into at least two channels and it comprises a beam extending in a groove transverse to the channels, the beam supporting as many shutters as channels, the beam being moved in the groove by the actuator so as to place the shutters across the channels or to free the channels. Fluid control is achieved by moving the shutters across the channels. By using several channels, one can control a larger flow rate than with a single channel for the same amplitude of movement. The beam is rectilinear if the oscillation motion is linear or arcuate if the oscillation motion is a pivot.
De manière particulière, les canaux sont réunis dans un convergent en aval des obturateurs. La vitesse de sortie du fluide peut ainsi être accélérée. Selon d'autres dispositions constructives visées, les canaux en aval des obturateurs peuvent prendre la forme d'un divergent pour distribuer le fluide plus largement avec une vitesse d'éjection moindre. La direction principale de ces deux géométries particulières peut être perpendiculaire par rapport à la surface de laquelle ils débouchent ou au contraire oblique.  In particular, the channels are united in a convergent downstream of the shutters. The output speed of the fluid can thus be accelerated. According to other constructive arrangements, the channels downstream of the shutters can take the form of a divergent to distribute the fluid more widely with a lower ejection speed. The main direction of these two particular geometries may be perpendicular to the surface of which they open or on the contrary oblique.
Selon des dispositions constructives, les canaux peuvent être regroupés en paquet pour réaliser plusieurs buses d'éjection de directions principales communes ou indépendantes. Ces buses d'éjection peuvent également être pilotées par des obturateurs en phase s'ils sont répartis uniformément sur la poutre les supportant, ou elles peuvent être pilotées par des obturateurs déphasés spatialement sur la poutre support. Selon une disposition constructive, la poutre est formée de deux peaux reliées par des ponts répartis sur la longueur de la poutre. On confère ainsi une bonne rigidité à la poutre tout en obtenant une légèreté favorable à un comportement dynamique de 1 ' actionneur . According to constructive arrangements, the channels can be grouped into packets to produce a plurality of common or independent main direction ejection nozzles. These ejection nozzles can also be controlled by in-phase shutters if they are uniformly distributed on the beam supporting them, or they can be driven by shutters spatially out of phase on the support beam. According to a constructive arrangement, the beam is formed of two skins connected by bridges distributed over the length of the beam. This gives the beam a good rigidity while obtaining a lightness favorable to a dynamic behavior of one actuator.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES  BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels :  The invention will be better understood and other features and advantages will appear on reading the description which follows, the description referring to the appended drawings among which:
la figure 1 est une vue en perspective de dessus d'une microvalve conforme à l'invention, intégrant un actionneur en position de repos ;  Figure 1 is a perspective view from above of a microvalve according to the invention, incorporating an actuator in the rest position;
la figure 2 est une vue en perspective de dessous de la microvalve de la figure 1 ;  Figure 2 is a bottom perspective view of the microvalve of Figure 1;
la figure 3 est une vue du détail III de la figure 1 ; la figure 4 est une vue similaire à la figure 3 en première position actionnée ;  Figure 3 is a detail view III of Figure 1; Figure 4 is a view similar to Figure 3 in the first actuated position;
la figure 5 est une vue du détail V de la figure 1 en première position actionnée ;  Figure 5 is a view of detail V of Figure 1 in first actuated position;
la figure 6 est une vue du détail VI de la figure 1 ; la figure 7 est une vue du détail VII de la figure 2.  Figure 6 is a detail view VI of Figure 1; Figure 7 is a detail view VII of Figure 2.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE  DETAILED DESCRIPTION
Une microvalve selon l'invention est destinée à injecter de petits jets d'air, par exemple pulsatoires, en jaillissement d'une surface, afin de modifier le comportement de l'écoulement aérodynamique de l'air le long de ladite surface.  A microvalve according to the invention is intended to inject small jets of air, for example pulsating, into a spouting of a surface, in order to modify the behavior of the aerodynamic flow of air along said surface.
L'article "MEMS magneto-mechanicalmicrovalves (MMMS) for aerodynamic active flowcontrol" par P. Pernod et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials (2009), doi : 10.1016/j . jmmm.2009.04.086 montre un exemple d'application d'une microvalve.  The article "MEMS magneto-mechanical microvalves (MMMS) for aerodynamic active flowcontrol" by P. Pernod et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials (2009), doi: 10.1016 / j. jmmm.2009.04.086 shows an example of application of a microvalve.
La microvalve est élaborée entièrement dans un substrat de type SOI en forme de plaque. Une première couche 1 de silicium a une épaisseur de 300 à 400 ym, une deuxième couche 2 de silicium a une épaisseur de 150 à 200 ym, tandis qu'une couche isolante 3 en oxyde de silicium est interposée entre la première et la deuxième couche 2 et a une épaisseur de 1 à 3 ym. Par convention, on considère que la première couche 1 est celle de dessus, tandis que la deuxième couche 2 est de dessous. The microvalve is made entirely in a plate-like SOI substrate. A first layer 1 of silicon has a thickness of 300 to 400 μm, a second layer 2 of silicon has a thickness of 150 to 200 μm, while an insulating layer 3 of silicon oxide is interposed between the first and the second layer 2 and has a thickness of 1 to 3 μm. By convention, it is considered that the first layer 1 is from above, while the second layer 2 is from below.
La plaque peut être divisée en trois zones : une zone de valve V, une zone d' actionneur A et une zone de contact C.  The plate can be divided into three zones: a valve zone V, an actuator zone A and a contact zone C.
Un actionneur 4 micro-électromécanique est réalisé dans la zone d' actionneur A. Il comporte un élément mobile 40 monté pivotant de manière élastique autour d'un axe perpendiculaire à la surface du substrat par l'intermédiaire d'une lame 41 déformable. La lame 41 s'étend sensiblement dans un plan perpendiculaire à la surface du substrat. L'élément mobile 40 forme ainsi un balancier 40 qui peut osciller à partir d'une position de repos vers une première position actionnée et une deuxième position actionnée, symétrique à la première position actionnée. L' actionneur 4 comporte également un stator 42 autour de l'élément mobile 40. L' actionneur 4 comporte en outre douze paires de peignes ; chaque paire de peignes est composée d'un peigne mobile 400 porté par le balancier 40 et d'un peigne de stator 420 porté par le stator 42. Les peignes 400, 420 sont répartis en deux groupes D, G. Les peignes 400, 420 comportent des séries de dents 401, 421 sensiblement équidistantes . Les dents 421 du peigne de stator 420 sont disposées en alternance par rapport aux dents 401 du peigne mobile 400. Ainsi, lorsque le balancier 40 oscille entre la position de repos et la première position actionnée, les dents des peignes 400, 420 du premier groupe G interpénètrent entre elles en conservant un entrefer entre elles, comme montré sur les figures 4 et 5. De même, lorsque le balancier 40 oscille entre la position de repos et la deuxième position actionnée, les dents 401, 421 des peignes 400,A micro-electromechanical actuator 4 is made in the actuator zone A. It comprises a movable element 40 pivotally pivoted about an axis perpendicular to the surface of the substrate by means of a deformable blade 41. The blade 41 extends substantially in a plane perpendicular to the surface of the substrate. The movable member 40 thus forms a rocker 40 which can oscillate from a rest position to a first actuated position and a second actuated position, symmetrical to the first actuated position. The actuator 4 also comprises a stator 42 around the mobile element 40. The actuator 4 further comprises twelve pairs of combs; each pair of combs is composed of a mobile comb 400 carried by the balance 40 and a stator comb 420 carried by the stator 42. The combs 400, 420 are divided into two groups D, G. The combs 400, 420 comprise series of teeth 401, 421 substantially equidistant. The teeth 421 of the stator comb 420 are arranged alternately with respect to the teeth 401 of the mobile comb 400. Thus, when the rocker 40 oscillates between the rest position and the first actuated position, the teeth of the combs 400, 420 of the first group G interpenetrate each other while maintaining an air gap between them, as shown in FIGS. 4 and 5. Similarly, when the rocker 40 oscillates between the rest position and the second actuated position, the teeth 401, 421 of the combs 400,
420 du deuxième groupe D interpénètrent entre elles en conservant un entrefer entre elles. Les peignes 400, 420 du premier groupe G permettent d' actionner le balancier 40 dans un premier sens Fl, vers la première position actionnée, tandis que les peignes 400, 420 du deuxième groupe D permettent d'actionner le balancier 40 dans un deuxième sens F2, opposé au premier sens Fl, vers la deuxième position actionnée. 420 of the second group D interpenetrate each other while maintaining a gap between them. The combs 400, 420 of the first group G make it possible to actuate the balance 40 in a first direction F1, towards the first actuated position, while the combs 400, 420 of the second group D make it possible to actuate the balance 40 in a second direction F2, opposite the first direction Fl, to the second actuated position.
La figure 3 montre plus en détail des dents 401, Figure 3 shows in more detail teeth 401,
421 de l'une des paires de peignes 400, 420 du premier groupe G en position de repos. Les dents 401, 421 ont une forme arquée correspondant à un rayon centré dans la zone de l'axe de pivotement du balancier 40. Chaque dent 401 du peigne mobile 400 comporte deux entailles 402 à son extrémité libre, les entailles 402 s' étendant perpendiculairement à la surface du substrat. Chaque entaille 402 a une forme sensiblement semi-cylindrique axée sur une arête 423 de la dent adjacente du peigne de stator 420, en regard de l'entaille 402. 421 of one of the pairs of combs 400, 420 of the first group G in the rest position. The teeth 401, 421 have an arcuate shape corresponding to a radius centered in the region of the axis of pivoting of the rocker 40. Each tooth 401 of the mobile comb 400 has two notches 402 at its free end, the notches 402 extending perpendicularly. on the surface of the substrate. Each notch 402 has a substantially semi-cylindrical shape centered on an edge 423 of the adjacent tooth of the stator comb 420, opposite the notch 402.
Au niveau de l'implantation des dents 401 du peigne mobile 400, un dégagement 403 entre deux dents 401 est réalisé, le dégagement 403 étant plus large que l'espace entre lesdites dents. Ce dégagement 403 a une forme également semi-cylindrique et est réalisé pour chaque paire de dents 401.  At the level of the implantation of the teeth 401 of the mobile comb 400, a clearance 403 between two teeth 401 is formed, the clearance 403 being wider than the space between said teeth. This clearance 403 has a shape also semi-cylindrical and is made for each pair of teeth 401.
Au niveau de l'implantation des dents 421 du peigne de stator 420, deux bossages 422 s'étendent perpendiculairement à la surface du substrat. Chaque bossage 422 est en regard de l'une des entailles 402 lorsque l'élément mobile 40 est en position actionnée, comme le montre la figure 4, et a une forme complémentaire à l'entaille 402 pour obtenir un entrefer sensiblement constant le long du profil de l'entaille 402. Le bossage 422 a donc une forme semi cylindrique, de rayon plus faible que celui de l'entaille 402. Les dents 401, 421 ont un profil qui évolue entre l'implantation 4010, 4210 et leur extrémité libre 4011, 4211. Elles ont ainsi une épaisseur, vue dans le plan du substrat, décroissante dans le sens de l'implantation 4010, 4210 vers leur extrémité libre 4011, 4211. De la sorte, l'entrefer e entre deux dents 401, 421 en position de repos (vu sur la figure 3) est plus important que l'entrefer f en position actionnée (vu sur la figure 4) . At the location of the teeth 421 of the stator comb 420, two bosses 422 extend perpendicularly to the surface of the substrate. Each boss 422 is facing one of the notches 402 when the movable member 40 is in the actuated position, as shown in Figure 4, and has a shape complementary to the notch 402 to obtain a substantially constant air gap along the Notch profile 402. The boss 422 therefore has a semi-cylindrical shape, of smaller radius than that of the notch 402. The teeth 401, 421 have a profile that evolves between the implantation 4010, 4210 and their free end 4011, 4211. They thus have a thickness, seen in the plane of the substrate, decreasing in the direction of implantation 4010, 4210 to their free end 4011, 4211. In this way, the gap between two teeth 401, 421 in the rest position (seen in Figure 3) is greater than the air gap f in the actuated position (seen in Figure 4) .
Dans cette version, les peignes mobiles 400 sont réalisés dans la première couche 1 et la couche isolante 3, afin d'être allégés de la partie dans la deuxième couche 2 qui n'est pas alimentée électriquement et qui ne peut donc pas être active. Par contre, les peignes de stator 420 sont réalisés dans toute l'épaisseur du substrat afin de conserver toute leur résistance mécanique .  In this version, the mobile combs 400 are made in the first layer 1 and the insulating layer 3, in order to be lightened of the part in the second layer 2 which is not electrically powered and therefore can not be active. On the other hand, the stator combs 420 are made throughout the thickness of the substrate in order to retain all their mechanical strength.
Une première saignée 43 est réalisée dans la première couche 1 pour isoler électriquement les peignes de stator 420 du premier groupe G du reste des éléments de la première couche 1 et garder les peignes de stator 420 du premier groupe G reliés électriquement entre eux. Une deuxième saignée 44 est réalisée dans la première couche 1 pour isoler électriquement les peignes de stator 420 du deuxième groupe D du reste des éléments de la première couche 1 et garder les peignes de stator 420 du deuxième groupe D reliés électriquement entre eux. La deuxième couche 2 sous-jacente assure la continuité mécanique entre la plaque et les groupes de peignes.  A first groove 43 is made in the first layer 1 to electrically isolate the stator combs 420 of the first group G from the rest of the elements of the first layer 1 and keep the stator combs 420 of the first group G electrically connected to each other. A second groove 44 is made in the first layer 1 to electrically isolate the stator combs 420 of the second group D from the rest of the elements of the first layer 1 and keep the stator combs 420 of the second group D electrically connected to each other. The underlying second layer 2 provides mechanical continuity between the plate and the groups of combs.
Dans la zone de valve V est aménagé un circuit aéraulique 5 apte à obturer le passage d'un fluide tel que de l'air. Le circuit aéraulique 5 comporte deux entrées 50 qui sont des trous de forme oblongue traversant la plaque. A partir de ces entrées 50, le circuit est divisé en deux fois trois canaux 51 pratiqués dans la première couche 1. Ces canaux 51 se réunissent dans un convergent 52 qui débouche le long d'un bord 12 de la plaquette. Dans une autre disposition constructive, le nombre d'entrée 50 peut être porté à une ou trois. In the valve zone V is arranged a ventilation circuit 5 adapted to close the passage of a fluid such as air. The ventilation circuit 5 has two inputs 50 which are oblong holes through the plate. From these inputs 50, the circuit is divided into two times three channels 51 made in the first layer 1. These channels 51 meet in a convergent 52 which opens out along an edge 12 of the wafer. In another constructive arrangement, the entry number 50 may be increased to one or three.
La microvalve est destinée à être montée dans un support comportant deux blocs, non représentés, entre lesquels la microvalve s'interpose le long de sa face de dessus et de sa face de dessous. Le long de la face de dessus, le bloc ferme les canaux 51 et le convergent 52. Par ailleurs deux conduits d'alimentation alimentent respectivement les entrées 50 en traversant l'un des blocs. Ces blocs peuvent également être structurés par les mêmes techniques d'usinage, dans des substrats de silicium.  The microvalve is intended to be mounted in a support comprising two blocks, not shown, between which the microvalve intervenes along its top face and its bottom face. Along the top face, the block closes the channels 51 and converge 52. In addition, two supply ducts respectively supply the inputs 50 through one of the blocks. These blocks can also be structured by the same machining techniques, in silicon substrates.
Le balancier 40 comporte une poutre 45 s' étendant dans une rainure 53 transversale aux canaux 51, la poutre 45 supportant six obturateurs 450, un pour chaque canal 51. La poutre 45 et la rainure 53 ont une forme en arc de cercle, centré sur l'axe de pivotement du balancier 40. La poutre 45 est placée en son milieu à l'extrémité d'un bras 46 qui la relie jusqu'à la lame 41. Dans une autre disposition constructive le nombre de bras 46 supportant la poutre 45 peut être augmenté. La rainure 53 traverse toute l'épaisseur de la plaque. Les obturateurs 450, issus de la première couche 1, sont en travers des canaux 51 lorsque l'actionneur 4 est en position de repos pour cette disposition constructive. Lorsque l'actionneur 4 passe de la position de repos à la première position actionnée, la poutre 45 coulisse dans la rainure 53 et place les obturateurs 450 hors des canaux 51 et libère ainsi le flux d'air en provenance des entrées 50. Il en est de même lorsque l'actionneur 4 passe de la position de repos à la deuxième position actionnée.  The rocker 40 comprises a beam 45 extending in a groove 53 transverse to the channels 51, the beam 45 supporting six shutters 450, one for each channel 51. The beam 45 and the groove 53 have an arcuate shape, centered on the axis of pivoting of the balance 40. The beam 45 is placed in the middle at the end of an arm 46 which connects it to the blade 41. In another constructive arrangement the number of arms 46 supporting the beam 45 can be increased. The groove 53 passes through the entire thickness of the plate. The shutters 450, coming from the first layer 1, are across the channels 51 when the actuator 4 is in the rest position for this constructive arrangement. When the actuator 4 moves from the rest position to the first actuated position, the beam 45 slides in the groove 53 and places the shutters 450 out of the channels 51 and thus releases the flow of air from the entries 50. is the same when the actuator 4 moves from the rest position to the second actuated position.
La poutre 45 est formée de deux peaux 453 issues de la deuxième couche 2 du substrat et reliées par des ponts 451 répartis sur la longueur de la poutre 45. Les ponts 451 se prolongent le long des bords des obturateurs 450 pour former des raidisseurs 452. Un dispositif de mesure électrostatique 6 de la position de l'actionneur 4 est prévu. Ce dispositif de mesure 6 comporte deux ergots 60 faisant saillie du bras 46 du balancier 40 et deux fentes 61 aptes recevoir l'un des ergots 60 chacune. Les parois de la fente forment l'armature d'un condensateur et sont reliées électriquement à un plot 62 formé dans la première couche 1 par une saignée 63 qui le délimite. La paroi de la fente est prolongée en direction de l'extrémité du bras 46 par une languette 64. Les plots 62 peuvent recevoir une connexion électrique de manière classique de manière à pouvoir mesurer la capacité des condensateurs formés entre le bras 46 et les fentes 61, de manière à en déduire la position du bras 46. La capacité du condensateur varie progressivement lorsque l'ergot 60 pénètre dans la fente 61, puis fortement lorsque le bras 46 s'approche très près de la languette 64. The beam 45 is formed of two skins 453 coming from the second layer 2 of the substrate and connected by bridges 451 distributed along the length of the beam 45. The bridges 451 extend along the edges of the shutters 450 to form the stiffeners 452. An electrostatic measuring device 6 of the position of the actuator 4 is provided. This measuring device 6 comprises two lugs 60 projecting from the arm 46 of the rocker arm 40 and two slots 61 able to receive one of the lugs 60 each. The walls of the slot form the armature of a capacitor and are electrically connected to a stud 62 formed in the first layer 1 by a groove 63 which delimits it. The wall of the slot is extended towards the end of the arm 46 by a tab 64. The pads 62 can receive an electrical connection in a conventional manner so as to measure the capacitance of the capacitors formed between the arm 46 and the slots 61 , so as to deduce the position of the arm 46. The capacitance of the capacitor varies gradually when the lug 60 enters the slot 61, then strongly when the arm 46 comes very close to the tongue 64.
Pour l'aspect électrique, le balancier 40, et donc les peignes mobiles 400 sont reliés à un potentiel de référence. Les peignes de stator 420 du premier groupe G sont reliés à un premier potentiel tandis les peignes de stator 420 du deuxième groupe D sont reliés à un deuxième potentiel. Pour cela, la microvalve comporte cinq contacteurs 71, 72, 73, 74, 75 formés le long du bord opposé à celui de la sortie du convergent 52. Les deux contacteurs les plus extérieurs 71, 75 sont destinés à être connectés au potentiel de référence et sont reliés à la deuxième couche 2 et à la plus grande partie de la première couche 1.  For the electrical aspect, the rocker 40, and therefore the mobile combs 400 are connected to a reference potential. The stator combs 420 of the first group G are connected to a first potential while the stator combs 420 of the second group D are connected to a second potential. For this, the microvalve comprises five contactors 71, 72, 73, 74, 75 formed along the edge opposite that of the convergent 52 output. The two outermost contactors 71, 75 are intended to be connected to the reference potential. and are connected to the second layer 2 and most of the first layer 1.
Un autre contacteur 72 est destiné à être connecté au premier potentiel. Il est relié aux peignes de stator 420 du premier groupe G par un ruban 720 découpé dans la première couche 1 et isolé d'une part par la couche isolante 3 et d'autre part par deux saignées réalisées dans la première couche 1 de part et d' autre du ruban 720. Un contacteur de deuxième potentiel 74 est réalisé de même manière que le contacteur de premier potentiel 72 et est relié par un ruban 740 aux peignes de stator 420 du deuxième groupe D. Another contactor 72 is intended to be connected to the first potential. It is connected to the stator combs 420 of the first group G by a ribbon 720 cut in the first layer 1 and insulated on the one hand by the insulating layer 3 and on the other hand by two grooves made in the first layer 1 on the other hand. other tape 720. A second potential contactor 74 is produced in the same manner as the first potential contactor 72 and is connected by a ribbon 740 to the stator combs 420 of the second group D.
Le contacteur du milieu 73, entre les contacteurs de premier et de deuxième potentiel 72, 74, est relié à la lame 41 qui supporte le balancier 40 et à l'ensemble des peignes mobiles 400.  The contactor of the medium 73, between the contactors of first and second potential 72, 74, is connected to the blade 41 which supports the rocker 40 and to all of the mobile combs 400.
Chaque contacteur 71, 72, 73, 74, 75 a une forme générale en zigzag. Il comporte une série de branches parallèles 76 entre elles reliées entre elles par leurs extrémités en alternance par des arches 77 de plus faible épaisseur que celle des branches 76. Ces branches 76 sont obtenues par découpe de la plaque sur toute son épaisseur. Chaque contacteur comporte un plateau faisant saillie du bord. Le plateau 721, 741 pour les contacteurs de premier et deuxième potentiel 72, 74 est réduit dans le sens de l'épaisseur par la disparition locale de la seconde couche 2, pour isoler le plateau 721, 741 du potentiel de la deuxième couche 2. Par ailleurs, le ruban 720, 740 pour le contacteur 72, 74 du premier et du deuxième potentiel est prolongé en forme d'arceau 722, 742 autour de la forme en ressort pour que les parois du logement du ressort soient au même potentiel que de contacteur lui-même 72, 74.  Each contactor 71, 72, 73, 74, 75 has a general zigzag shape. It comprises a series of parallel branches 76 between them interconnected by their ends alternately by arches 77 of smaller thickness than that of the branches 76. These branches 76 are obtained by cutting the plate over its entire thickness. Each switch has a plate protruding from the edge. The plate 721, 741 for the first and second potential contactors 72, 74 is reduced in the direction of the thickness by the local disappearance of the second layer 2, to isolate the plate 721, 741 from the potential of the second layer 2. On the other hand, the tape 720, 740 for the contactor 72, 74 of the first and the second potential is extended in the form of an arch 722, 742 around the spring shape so that the walls of the spring housing are at the same potential as the contactor itself 72, 74.
Pour fabriquer une microvalve selon l'invention, on part d'une plaque de substrat SOI comportant les deux couches de silicium 1, 2 et la couche isolante 3, en oxyde de silicium.  To manufacture a microvalve according to the invention, one starts from an SOI substrate plate comprising the two silicon layers 1, 2 and the insulating layer 3, made of silicon oxide.
Dans une première étape, on oxyde les surfaces de la plaque par un traitement thermique.  In a first step, the surfaces of the plate are oxidized by a heat treatment.
Dans une deuxième étape, on réalise une photolithographie de la face de dessous, c'est-à-dire qu'on réalise un masque de résine sur ladite face.  In a second step, a photolithography of the underside is performed, that is to say that a resin mask is produced on said face.
Dans une troisième étape, on supprime l'oxyde réalisé à la première étape dans les zones laissées à nu par le masque de résine. L'oxyde restant en place forme ainsi un masque d'oxyde pour une étape suivante. In a third step, the oxide produced in the first step is removed in the zones left bare. by the resin mask. The oxide remaining in place thus forms an oxide mask for a next step.
Dans une quatrième étape, on réalise une photolithographie de la face de dessus.  In a fourth step, a photolithography of the top face is carried out.
Dans une cinquième étape, on supprime l'oxyde réalisé sur la face de dessus à la première étape dans les zones laissées à nu par le masque de résine.  In a fifth step, the oxide produced on the top face at the first step is removed in the areas left bare by the resin mask.
Ensuite, dans une sixième et une septième étape, on grave le silicium de la première couche 1, puis celui de la deuxième couche 2 par une attaque profonde DRIE jusqu'à la couche isolante 3 en oxyde de silicium, appelée aussi couche d'oxyde enterré, qui sert de barrière dans cette étape.  Then, in a sixth and a seventh step, the silicon of the first layer 1 is etched, then that of the second layer 2 by a deep etching DRIE up to the insulating layer 3 made of silicon oxide, also called oxide layer buried, which serves as a barrier in this step.
Dans une huitième étape, on retire l'oxyde enterré qui est mis à nu.  In an eighth step, the buried oxide is removed which is exposed.
Selon le procédé d'attaque profonde, une largeur des tranchées ne peut pas être inférieure à un seuil prédéterminé, en fonction de l'épaisseur de la couche à graver. La réalisation des entailles 402 à l'extrémité des dents permet de respecter cette contrainte entre les extrémités 4010, 4210 des dents 401, 421 qui se font face, tout en réalisant un entrefer étroit qui garantit une force d'attraction importante.  According to the deep etching method, a trench width can not be less than a predetermined threshold, depending on the thickness of the layer to be etched. The making of the notches 402 at the end of the teeth makes it possible to respect this constraint between the ends 4010, 4210 of the teeth 401, 421 which face each other, while producing a narrow air gap which guarantees a significant force of attraction.
Dans les angles sensiblement fermés, la vitesse de gravure peut être diminuée. On risque alors de laisser des bavures à proximité de la couche isolante 3. En prévoyant le dégagement 403 entre les dents 401, la position de cette éventuelle bavure est reculée dans un espace où elle ne gênerait pas.  In substantially closed corners, the etch rate may be decreased. It is then likely to leave burrs near the insulating layer 3. By providing the clearance 403 between the teeth 401, the position of this possible burr is moved back into a space where it would not interfere.
Lors de l'utilisation, la microvalve est montée entre deux blocs qui comportent, comme indiqué plus haut deux conduits d'alimentation et des plaquettes pour établir le contact électrique avec les contacteurs 71, 72, 73, 74, 75. La forme en ressort des contacteurs 71, 72, 73, 74, 75 permet à la position des plateaux 721, 741 de s'adapter pour garantir le contact électrique avec les plaquettes. Les conduits d'alimentation sont mis en pression avec de l'air. Les contacteurs les plus extérieurs 71, 75 et le contacteur du milieu 73 sont alimentés avec le potentiel de référence. Les contacteurs de premier et de deuxième potentiel 72, 74 sont alimentés alternativement pour fournir une différence de potentiel entre les peignes mobiles 400 et les peignes de stator 420 alternativement du premier groupe G et du deuxième groupe D. Ainsi, le balancier 40 est soumis à une attraction alternativement dans le premier sens Fl par les peignes du premier groupe G puis dans le deuxième sens F2 par les peignes du deuxième groupe D. Il oscille ainsi dans le plan du substrat par le fléchissement de la lame 41. In use, the microvalve is mounted between two blocks which comprise, as indicated above, two supply conduits and plates for making electrical contact with the contactors 71, 72, 73, 74, 75. The spring shape contactors 71, 72, 73, 74, 75 allow the position of the trays 721, 741 to adapt to ensure electrical contact with the platelets. The supply ducts are pressurized with air. The outermost contactors 71, 75 and the contactor of the medium 73 are supplied with the reference potential. The first and second potential contactors 72, 74 are fed alternately to provide a potential difference between the mobile combs 400 and the stator combs 420 alternately of the first group G and the second group D. Thus, the balance 40 is subjected to an attraction alternately in the first direction Fl by the combs of the first group G and in the second direction F2 by the combs of the second group D. It thus oscillates in the plane of the substrate by the deflection of the blade 41.
L'attraction est créée de manière connue entre les peignes 400, 420. L'entrefer entre les dents diminue rapidement au début de l'interpénétration des peignes 400, 420, puis progressivement grâce à l'évolution de l'épaisseur des dents de l'extrémité libre à l'implantation. La diminution de l'entrefer conduit à une augmentation de la force d'attraction, qui compense l'augmentation de la force de rappel exercée par la lame 41. Cette augmentation de la force de rappel est encore plus marquée lorsque les entailles 402 se trouvent à proximité des bossages 422.  The attraction is created in a known manner between the combs 400, 420. The air gap between the teeth decreases rapidly at the beginning of the interpenetration of the combs 400, 420, then progressively thanks to the evolution of the thickness of the teeth of the teeth. free end at implantation. The decrease in the air gap leads to an increase in the force of attraction, which compensates for the increase in the restoring force exerted by the blade 41. This increase in the restoring force is even more pronounced when the notches 402 are found. near the bosses 422.
Le pivotement du balancier 40 entraîne le déplacement du bras 46, et de la poutre 45 dans sa rainure 53. Les obturateurs 450 placés sur la poutre 45 passent alors d'une position en travers des canaux 51 vers une position dans laquelle ils sont escamotés derrière des ilôts qui séparent les canaux 51, libérant ainsi le passage entre les entrées 50 et le convergent 52. L'air en provenance des entrées 50 passe alors dans les canaux 51 et le convergent 52 pour sortir le long du bord de la plaque. Comme le mouvement du balancier 40 est alternatif, on génère ainsi des séries d'impulsions d'air qui sont utiles dans le contrôle des écoulements aérodynamiques le long de surfaces de véhicules par exemple. Le mouvement commandé peut aussi être une ouverture continue. La vitesse de sortie de l'air a pu être mesurée à 200 m/s à une fréquence de 340 Hz avec une pression d'entrée de l'ordre de 100 mbar, pour le dimensionnement présenté. The pivoting of the rocker 40 causes the arm 46 and the beam 45 to move in its groove 53. The shutters 450 placed on the beam 45 then pass from a position across the channels 51 to a position in which they are retracted behind islands separating the channels 51, thus freeing the passage between the inputs 50 and the convergent 52. The air from the inputs 50 then passes through the channels 51 and converge 52 to exit along the edge of the plate. As the movement of the balance 40 is alternative, this generates a series of air pulses which are useful in the control of aerodynamic flows along vehicle surfaces for example. The controlled movement can also be a continuous opening. The air outlet velocity could be measured at 200 m / s at a frequency of 340 Hz with an inlet pressure of the order of 100 mbar, for the dimensioning presented.
Dans un autre mode de réalisation, non représenté, les peignes s'étendent sur l'épaisseur totale du substrat dans la première couche 1, la couche isolante 3 et la deuxième couche 2. Des liaisons électriques aux liaisons 41 et 740 figure 4 seront alors aménagées sur la deuxième couche 2, mais décalées spatialement par rapport aux liaisons réalisées dans la couche 1, pour conserver la rigidité mécanique de l'ensemble.  In another embodiment, not shown, the combs extend over the total thickness of the substrate in the first layer 1, the insulating layer 3 and the second layer 2. Electrical connections to the links 41 and 740 FIG. arranged on the second layer 2, but offset spatially with respect to the connections made in the layer 1, to maintain the mechanical rigidity of the assembly.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple. Les contacteurs pourront aussi être utilisés pour la connexion d'autres circuits. L'actionneur pourra être utilisé pour actionner d'autres dispositifs que des valves ou des valves d'autre forme. L'actionneur pourrait être un actionneur linéaire avec un déplacement rectiligne, les dents conservant leur forme particulière.  The invention is not limited to the embodiment which has just been described by way of example. The contactors can also be used for connecting other circuits. The actuator may be used to actuate other devices than valves or valves of other shapes. The actuator could be a linear actuator with a rectilinear movement, the teeth retaining their particular shape.

Claims

REVENDICATIONS
1. Actionneur micro-électromécanique réalisé dans un substrat en forme de plaque, comportant un stator (42) et un élément mobile (40) dans le plan du substrat, l'élément mobile (40) et le substrat étant reliés de manière élastique, l' actionneur (4) comportant au moins une paire de peignes (400, 420) dont un peigne mobile (400) est porté par l'élément mobile (40) et un peigne de stator 420 (42) est porté par le stator (42), les peignes (400, 420) comportant des dents (401, 421), les dents (401) d'un premier des peignes parmi le peigne de stator (420) et le peigne mobile (400) étant disposées en alternance par rapport aux dents (421) du deuxième peigne de telle sorte qu'un entrefer est maintenu entre les dents (401, 421) lorsque l'élément mobile (40) oscille dans la direction des dents (401, 421) d'une position de repos à une première position actionnée, l' actionneur (4) étant caractérisé en ce qu'au moins une dent (401) du premier peigne (400) comporte une entaille (402) à son extrémité libre, l'entaille (402) s'étendant perpendiculairement à la surface du substrat et ayant une forme sensiblement semi-cylindrique centrée sur l'extrémité (4210) de la dent adjacente du deuxième peigne (420) lorsque l'élément mobile (40) est en position de repos. A micro-electromechanical actuator made in a plate-shaped substrate, having a stator (42) and a movable member (40) in the plane of the substrate, the movable member (40) and the substrate being elastically connected, the actuator (4) comprising at least one pair of combs (400, 420) of which a moving comb (400) is carried by the movable element (40) and a stator comb 420 (42) is carried by the stator ( 42), the combs (400, 420) having teeth (401, 421), the teeth (401) of a first of the combs of the stator comb (420) and the movable comb (400) being arranged alternately by relative to the teeth (421) of the second comb such that an air gap is maintained between the teeth (401, 421) when the movable member (40) oscillates in the direction of the teeth (401, 421) of a position of resting at a first actuated position, the actuator (4) being characterized in that at least one tooth (401) of the first comb (400) comprises a ntaille (402) at its free end, the notch (402) extending perpendicular to the surface of the substrate and having a substantially semi-cylindrical shape centered on the end (4210) of the adjacent tooth of the second comb (420) when the movable element (40) is in the rest position.
2. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel l'élément mobile (40) est un balancier (40) relié au stator (42) par une lame (41) élastique pour monter le balancier (40) de manière oscillante dans le plan du substrat .  2. An actuator according to claim 1, wherein the movable member (40) is a rocker (40) connected to the stator (42) by a blade (41) elastic to mount the rocker (40) oscillatingly in the plane of the substrate.
3. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel le premier peigne (400) comporte en outre au moins un dégagement (403) entre deux dents (401) au niveau de leur implantation, le dégagement (403) étant plus large que l'espace entre lesdites dents (401). 3. An actuator according to claim 1, wherein the first comb (400) further comprises at least one clearance (403) between two teeth (401) at their implantation, the clearance (403) being wider than the space between said teeth (401).
4. Actionneur selon la revendication 2, dans lequel le deuxième peigne (420) comporte au moins un bossage (422) s' étendant perpendiculairement à la surface du substrat au niveau de l'implantation (4211) des dents (421), le bossage (422) étant en regard de l'entaille (402) lorsque l'élément mobile (40) est en position actionnée .  4. An actuator according to claim 2, wherein the second comb (420) comprises at least one boss (422) extending perpendicular to the surface of the substrate at the implantation (4211) of the teeth (421), the boss (422) facing the notch (402) when the movable member (40) is in the actuated position.
5. Actionneur selon la revendication 4, dans lequel le bossage (422) a une forme complémentaire à l'entaille 5. An actuator according to claim 4, wherein the boss (422) has a shape complementary to the notch
(402) pour obtenir un entrefer sensiblement constant le long du profil de l'entaille (402) . (402) to obtain a substantially constant air gap along the profile of the notch (402).
6. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel les dents (401, 421) ont une épaisseur, vue dans le plan du substrat, décroissante dans le sens de l'implantation (4011, 4211) vers leur extrémité libre (4010, 4210) .  6. An actuator according to claim 1, wherein the teeth (401, 421) have a thickness, seen in the plane of the substrate, decreasing in the direction of implantation (4011, 4211) towards their free end (4010, 4210). .
7. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte un premier groupe (G) de paires de peignes (400, 420) agissant dans un premier sens (Fl), et un deuxième groupe (D) de paires de peignes (400, 420) agissant dans un deuxième sens (F2) opposé au premier sens (Fl ) .  7. Actuator according to claim 1, characterized in that it comprises a first group (G) of pairs of combs (400, 420) acting in a first direction (F1), and a second group (D) of pairs of combs (400, 420) acting in a second direction (F2) opposite the first direction (F1).
8. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel le substrat est un complexe SOI comportant une première et une deuxième couche (1, 2) conductrice, une couche isolante (3) étant interposée entre les couches conductrices .  8. An actuator according to claim 1, wherein the substrate is an SOI complex comprising a first and a second conductive layer (1, 2), an insulating layer (3) being interposed between the conductive layers.
9. Actionneur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' il comporte une saignée dans la première couche 1 pour séparer électriquement le peigne de stator (420) et le peigne mobile (400) .  9. Actuator according to claim 8, characterized in that it comprises a groove in the first layer 1 for electrically separating the stator comb (420) and the moving comb (400).
10. Actionneur selon la revendication 8, dans lequel l'élément mobile (40) s'étend uniquement dans l'épaisseur de la première couche (1) conductrice et de la couche isolante (3) .  An actuator according to claim 8, wherein the movable member (40) extends only in the thickness of the first conductive layer (1) and the insulating layer (3).
11. Actionneur selon la revendication 8, dans lequel l'élément mobile (40) s'étend dans l'épaisseur des couches conductrices (1) et (2) et de la couche isolante (3) . An actuator according to claim 8, wherein the movable element (40) extends in the thickness of the conductive layers (1) and (2) and the insulating layer (3).
12. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte au moins un ressort de contact pour alimenter électriquement des organes de l' actionneur (4).  12. Actuator according to claim 1, characterized in that it comprises at least one contact spring for electrically powering the actuator members (4).
13. Actionneur selon la revendication 12, dans lequel le ressort de contact comporte à son extrémité libre un plateau faisant saillie d'un bord du substrat.  13. An actuator according to claim 12, wherein the contact spring has at its free end a plate projecting from an edge of the substrate.
14. Actionneur selon la revendication 13, dans lequel le plateau s'étend sur la hauteur d'une seule parmi la première ou la deuxième couche (2) conductrice.  An actuator according to claim 13, wherein the tray extends over the height of only one of the first or second conductive layer (2).
15. Actionneur selon la revendication 12, dans lequel le ressort de contact a une forme en zigzag obtenue par une découpe traversant le substrat.  15. An actuator according to claim 12, wherein the contact spring has a zigzag shape obtained by a cut-out passing through the substrate.
16. Actionneur selon la revendication 12, dans lequel le ressort est entouré partiellement d'un arceau (722, 742) relié au même potentiel électrique que le ressort .  16. An actuator according to claim 12, wherein the spring is partially surrounded by a bow (722, 742) connected to the same electrical potential as the spring.
17. Microvalve apte à obturer le passage d'un fluide dans un conduit, caractérisée en ce qu'elle comporte un actionneur (4) selon l'une des revendications 1 à 9, en ce que le conduit est divisé en au moins deux canaux (51) et en ce qu'elle comporte une poutre (45) s' étendant dans une rainure (53) transversale aux canaux (51), la poutre (45) supportant autant d'obturateurs (450) que de canaux Microvalve adapted to close the passage of a fluid in a conduit, characterized in that it comprises an actuator (4) according to one of claims 1 to 9, in that the conduit is divided into at least two channels. (51) and in that it comprises a beam (45) extending in a groove (53) transverse to the channels (51), the beam (45) supporting as many shutters (450) as channels
(51) , la poutre (45) étant mue dans la rainure (53) par 1' actionneur (4) de manière à placer sur commande les obturateurs (450) en travers des canaux (51) ou à libérer les canaux (51) . (51), the beam (45) being moved in the groove (53) by the actuator (4) so as to place the shutters (450) on command across the channels (51) or to release the channels (51) .
18. Microvalve selon la revendication 17, dans laquelle les canaux (51) sont réunis dans un convergent The microvalve of claim 17, wherein the channels (51) are joined in a convergent
(52) en aval des obturateurs (450) . (52) downstream of the shutters (450).
19. Microvalve selon la revendication 17, dans laquelle la poutre (45) est formée de deux peaux reliées par des ponts (451) répartis sur la longueur de la poutre (45) . 19. Microvalve according to claim 17, wherein the beam (45) is formed of two skins connected by bridges (451) distributed over the length of the beam. (45).
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Title
YE W.; MUKHERJEE S.; MACDONALD N. C., JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, vol. 7, 1998, pages 16 - 26

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