ES2560478T3 - Accionadores de MEMS - Google Patents

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ES2560478T3
ES2560478T3 ES04727485.7T ES04727485T ES2560478T3 ES 2560478 T3 ES2560478 T3 ES 2560478T3 ES 04727485 T ES04727485 T ES 04727485T ES 2560478 T3 ES2560478 T3 ES 2560478T3
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Stéphane MÉNARD
Normand Lassonde
Jean-Claude Villeneuve
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Reseaux Mems SC
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Abstract

Un accionador en voladizo de MEMS (10) que está montado sobre un sustrato (12), comprendiendo el accionador (10): un miembro de brazo caliente alargado (20) que tiene dos porciones separadas (22), provista cada una en un extremo con una almohadilla de anclaje (24) correspondiente que está conectada con el sustrato (12), estando conectadas las porciones (22) entre sí en un extremo común (26) que es opuesto con respecto a las almohadillas de anclaje (24); un miembro de brazo frío alargado (30) adyacente y sustancialmente paralelo con respecto al miembro de brazo caliente (20), teniendo el miembro de brazo frío (30) en un extremo una almohadilla de anclaje (32) que está conectada con el sustrato (12), y un extremo libre (34) que es opuesto con respecto a la almohadilla de anclaje (32) del mismo; y una fijación dieléctrica (40) para acoplar de forma mecánica el miembro de brazo caliente (20) y el miembro de brazo frío (30) y mantener estos eléctricamente independientes; estando el accionador (10) caracterizado por que la fijación dieléctrica se fija por encima del extremo común (26) de las porciones (22) del miembro de brazo caliente y el extremo libre (34) del miembro de brazo frío (30).

Description

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DESCRIPCION
Accionadores de MEMS
Los sistemas microelectromecanicos (MEMS, microelectromechanical system) son unas estructuras mecanicas moviles muy pequenas que se construyen usando unos procesos para semiconductors convencionales. Los MEMS se pueden proporcionar como accionadores, que son muy utiles en muchas aplicaciones. Por lo general, estos accionadores suelen tener una longitud de unos pocos cientos de micrometros, a veces con una anchura de solo unas pocas decenas de micrometros. Por lo general, un accionador de MEMS esta configurado y dispuesto de una forma en voladizo. Por lo tanto, este tiene un extremo que esta fijado a un sustrato y un extremo libre opuesto que es movil entre por lo menos dos posiciones, siendo una una posicion neutra y siendo las otras unas posiciones desviadas.
Los mecanismos de accionamiento mas comunes usados en la industria son electrostaticos, magneticos, piezoelectricos y termicos. El mecanismo de accionamiento que se analiza en el presente documento es de un tipo termico. El desvfo de un accionador de MEMS termico resulta de la aplicacion de un potencial entre un par de terminales, que se denominan “almohadillas de anclaje”, potencial que da lugar a un flujo de corriente que eleva la temperatura de la estructura. En ultima instancia, esto da lugar a que una parte de la misma se contraiga o se alargue, dependiendo del material que se este usando.
Un uso posible para los accionadores de MEMS es configurar los mismos como conmutadores. Estos conmutadores estan hechos de por lo menos un accionador. En el caso de multiples accionadores, estos se operan en secuencia con el fin de conectar una de sus partes con, o liberarla de, una parte similar en el otro. El accionador o accionadores pueden ser accionadores de brazo caliente unico o accionadores de brazo caliente doble, dependiendo del diseno. Asf mismo existen otros tipos de accionadores, incluyendo algunos con mas de dos miembros de brazo caliente. Estos accionadores forman un conmutador que se puede abrir o cerrar de forma selectiva usando una tension de control que se aplica en unas almohadillas de anclaje correspondientes sobre cada accionador.
Debido a que estos son extremadamente pequenos, teniendo cada accionador aproximadamente una longitud de unos pocos cientos de micrometros y una anchura de unas pocas decimas de micrometros, se puede proporcionar un numero muy grande de conmutadores de MEMS en una unica oblea.
Los conmutadores de MEMS tienen muchas ventajas. Entre otras cosas, estos son muy pequenos y economicos, dependiendo de la configuracion. Por lo general, el consumo de potencia tambien es realmente pequeno y su tiempo de respuesta es extremadamente corto. La secuencia completa para cerrar o abrir un conmutador de MEMS puede ser tan corta como unos pocos milisegundos.
A pesar de que los conmutadores y accionadores de MEMS previamente existentes fueron satisfactorios hasta cierto punto, segrna existiendo una necesidad de mejorar adicionalmente su rendimiento, su fiabilidad y su aptitud para la fabricacion.
El documento WO02/17339 divulga un accionador en el que el extremo comun de los miembros del brazo caliente y el extremo del brazo fno se acoplan de forma mecanica por una fijacion dielectrica que esta ubicada por debajo de los extremos de dichos brazos.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invencion, se proporciona un accionador en voladizo de MEMS que esta montado sobre un sustrato, comprendiendo el accionador:
un miembro de brazo caliente alargado que tiene dos porciones separadas, provista cada una en un extremo con una almohadilla de anclaje correspondiente que esta conectada con el sustrato, estando conectadas las porciones entre sf en un extremo comun que es opuesto con respecto a las almohadillas de anclaje; un miembro de brazo fno alargado adyacente y sustancialmente paralelo con respecto al miembro de brazo caliente, teniendo el miembro de brazo fno en un extremo una almohadilla de anclaje que esta conectada con el sustrato, y un extremo libre que es opuesto con respecto a la almohadilla de anclaje del mismo; y una fijacion dielectrica que esta fijada por encima del extremo comun de las porciones del miembro de brazo caliente y el extremo libre del miembro de brazo fno para acoplar de forma mecanica el miembro de brazo caliente y el miembro de brazo fno y mantener estos electricamente independientes.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invencion, se proporciona un conmutador de MEMS que esta montado sobre un sustrato, comprendiendo el conmutador:
un primer accionador en voladizo que comprende:
- un primer miembro de brazo caliente alargado que tiene dos porciones separadas, provista cada una en un extremo con una almohadilla de anclaje correspondiente que esta conectada con el sustrato, estando
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conectadas las porciones del primer miembro de brazo caliente entre sf en un extremo comun que es opuesto con respecto a sus almohadillas de anclaje;
- un primer miembro de brazo fno alargado adyacente y sustancialmente paralelo con respecto al primer miembro de brazo caliente, teniendo el primer miembro de brazo fno en un extremo una almohadilla de anclaje que esta conectada con el sustrato, y un extremo libre que es opuesto con respecto a la almohadilla de anclaje del mismo; y
- una primera fijacion dielectrica que esta fijada por encima del extremo comun de las porciones del primer miembro de brazo caliente y el extremo libre del primer miembro de brazo fno para acoplar de forma mecanica el primer miembro de brazo caliente y el primer miembro de brazo fno y mantener estos electricamente independientes; y
un segundo accionador en voladizo que comprende:
- un segundo miembro de brazo caliente alargado que tiene dos porciones separadas, provista cada una en un extremo con una almohadilla de anclaje correspondiente que esta conectada con el sustrato, estando conectadas las porciones del segundo miembro de brazo caliente entre sf en un extremo comun que es opuesto con respecto a sus almohadillas de anclaje;
- un segundo miembro de brazo fno alargado adyacente y sustancialmente paralelo con respecto al segundo miembro de brazo caliente, teniendo el segundo miembro de brazo fno en un extremo una almohadilla de anclaje que esta conectada con el sustrato, y un extremo libre que es opuesto con respecto a la almohadilla de anclaje del mismo; y
- una segunda fijacion dielectrica que esta fijada por encima del extremo comun de las porciones del segundo miembro de brazo caliente y el extremo libre del segundo miembro de brazo fno para acoplar de forma mecanica el segundo miembro de brazo caliente y el segundo miembro de brazo fno y mantener estos electricamente independientes;
en el que el primer accionador y el segundo accionador estan configurados y dispuestos de tal modo que el conmutador es selectivamente movil entre una posicion cerrada en la que los extremos libres de los miembros de brazo fno estan acoplados de forma electrica, y una posicion abierta en la que los miembros de brazo fno son electricamente independientes.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invencion, se proporciona un metodo de fabricacion de un accionador en voladizo de MEMS que se va a montar sobre un sustrato, comprendiendo el metodo:
proporcionar un miembro de brazo caliente alargado que tiene dos porciones separadas, provista cada una en un extremo con una almohadilla de anclaje correspondiente que esta conectada con el sustrato, estando conectadas las porciones entre sf en un extremo comun que es opuesto con respecto a las almohadillas de anclaje; proporcionar un miembro de brazo fno alargado adyacente y sustancialmente paralelo con respecto al miembro de brazo caliente, teniendo el miembro de brazo fno en un extremo una almohadilla de anclaje que esta conectada con el sustrato, y un extremo libre que es opuesto con respecto a la almohadilla de anclaje del mismo; y
proporcionar una fijacion dielectrica por encima del extremo comun de las porciones del miembro de brazo caliente y el extremo libre del miembro de brazo fno para acoplar de forma mecanica el miembro de brazo caliente y el miembro de brazo fno y mantener estos electricamente independientes.
Los detalles de estos y tambien otros aspectos de la presente invencion se proporcionan en la siguiente descripcion detallada, que se hace con referencia a las figuras adjuntas que se describen de forma concisa en lo sucesivo en el presente documento:
La figura 1 es una vista en planta desde arriba de un accionador de MEMS de acuerdo con una realizacion preferida.
La figura 2 es una vista lateral del accionador que se muestra en la figura 1.
La figura 3 es una vista en planta desde arriba de un conmutador de MEMS usando dos accionadores dispuestos en perpendicular como en la figura 1.
La figura 4 es una vista lateral esquematica ampliada de unas bridas de contacto lateral electricamente aisladas de acuerdo con una realizacion preferida.
Las figuras 5 a 19 son unas vistas en planta desde arriba que ilustran otras posibles variantes del conmutador de MEMS con unos accionadores dispuestos en perpendicular.
Un accionador en voladizo de MEMS (10) y un conmutador de MEMS (100) de acuerdo con diversas realizaciones posibles se describen en lo sucesivo en el presente documento y se ilustran en las figuras adjuntas. Tambien se describe un metodo de fabricacion de un accionador de MEMS (10). Se ha de hacer notar que pueden efectuarse
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diversos cambios y modificaciones en los mismos sin apartarse del alcance de la presente invencion tal como se define por las reivindicaciones adjuntas.
No se hace referencia a algunas partes de accionador que se muestran en la figura 3 y las figuras 5 a 19 mediante numeros para simplificar las figuras. Estas partes se corresponden con unas partes de accionador identicas o similares que son identificadas por numeros en la misma figura.
Haciendo referencia en primer lugar a las figuras 1 y 2, en ellas se muestra un ejemplo de un accionador en voladizo de MEMS (10) que esta montado sobre un sustrato (12) de acuerdo con una realizacion preferida. El extremo libre del accionador (10) puede ser movido debido a la configuracion asimetrica del mismo. El accionador (10) comprende un miembro de brazo caliente alargado (20) que tiene dos porciones separadas (22), estando provista cada una en un extremo con una almohadilla de anclaje (24) correspondiente que esta conectada con el sustrato (12). Las porciones (22) son paralelas y estan conectadas entre sf en un extremo comun (26) que es opuesto con respecto a las almohadillas de anclaje (24) y que esta superpuesto al sustrato (12), tal como se muestra en la figura 2. El accionador (10) tambien comprende un miembro de brazo fno alargado (30) adyacente y sustancialmente paralelo con respecto al miembro de brazo caliente (20). El miembro de brazo fno (30) tiene en un extremo una almohadilla de anclaje (32) que esta conectada con el sustrato (12), y un extremo libre (34) que es opuesto con respecto a la almohadilla de anclaje del mismo (32). El extremo libre (34) esta superpuesto al sustrato (12).
Una fijacion dielectrica (40) se fija por encima del extremo comun (26) de las porciones (22) del miembro de brazo caliente (20) y el extremo libre (34) del miembro de brazo fno (30). La fijacion dielectrica (40) se usa para acoplar de forma mecanica el miembro de brazo caliente (20) y el miembro de brazo fno (30) y mantener estos electricamente independientes, manteniendo de ese modo los mismos en una relacion separada con una separacion minima entre ellos para evitar un contacto directo o un cortocircuito durante un funcionamiento normal asf como para mantener la tension soportada requerida, tension que es proporcional con respecto a la separacion entre los miembros (20, 30). La fijacion dielectrica (40) se moldea directamente en su lugar en la ubicacion deseada y se fija mediante una adhesion directa. Un moldeo directo permite adicionalmente tener una pequena cantidad de material que entra en el espacio entre las partes antes de solidificar. Se debena hacer notar que la fijacion dielectrica (40) se puede fijar al miembro de brazo caliente (20) y el miembro de brazo fno (30) de una forma diferente a la que se muestra en la figura 1.
Tal como se puede apreciar, la fijacion dielectrica (40) esta ubicada por encima del accionador (10), en concreto en el lado opuesto con referencia al sustrato (12). Esto tiene muchas ventajas sobre los accionadores de MEMS previos para los que la fijacion dielectrica, que se fabrica por lo general de vidrio, se proporcionaba por debajo del miembro de brazo caliente (20) y el miembro de brazo fno (30). Por lo general, la fijacion dielectrica fabricada de vidrio y ubicado por debajo del accionador usaba unas capas delgadas de nitruro u oxido de silicio, capas que eran muy fragiles. Tales fijaciones dielectricas tambien aumentaban la complejidad del proceso de fabricacion.
La fijacion dielectrica (40) se fabrica preferiblemente en su totalidad de un material fotosensible. Se hallo que un material muy adecuado para ese fin y sencillo de fabricar es el material que se conoce en el sector como “SU-8”. El SU-8 es un material fotosensible de UV cercano y de tipo resina epoxfdica, negativo, que se basa en la resina epoxfdica EPON SU-8 (de Shell Chemical) que ha sido desarrollada originalmente por IBM. Se debena hacer notar que existen de hecho y pueden usarse asf mismo otros materiales fotosensibles, dependiendo de los requisitos de diseno. Otros materiales adecuados posibles incluyen poliimida, vidrio aplicado por rotacion u otros polfmeros. Ademas, tambien es posible combinar diferentes materiales. La provision de la fijacion dielectrica (40) por encima del accionador (10) es ventajosa debido a que esta permite usar los materiales que se han mencionado en lo que antecede, que proporcionan a cambio mas flexibilidad sobre el material de las fijaciones y una mayor fiabilidad.
Durante el uso, cuando una tension de control se aplica en las almohadillas de anclaje (24) del miembro de brazo caliente (20), una corriente se desplaza hasta la primera porcion (22) y la segunda porcion (22). En la realizacion que se ilustra, el material que se usa para fabricar el miembro de brazo caliente (20) esta seleccionado de tal modo que la longitud de este aumenta a medida que el mismo se calienta. El miembro de brazo fno (30), no obstante, no tiene tal alargamiento debido a que inicialmente no esta pasando corriente alguna a traves de este. El resultado es que el extremo libre del accionador (10) se desvfa en sentido lateral debido a la configuracion asimetrica de las partes, moviendo de ese modo el accionador (10) de una posicion neutra a una posicion desviada. A la inversa, quitar la tension de control permite que se enfne el miembro de brazo caliente (20) y que se mueva este hasta su posicion original. Ambos movimientos tienen lugar muy rapidamente.
Preferiblemente, el miembro de brazo fno (30) comprende una seccion mas estrecha (36) adyacente a su almohadilla de anclaje (32) con el fin de facilitar el movimiento entre la posicion desviada y la posicion neutra. La seccion mas estrecha (36) tiene una anchura que se disminuye en sentido lateral desde el exterior en comparacion con una seccion mas ancha (38) del miembro de brazo fno (30). En la realizacion preferida, la anchura disminuye en angulo recto. Son posibles otras formas, tal como se muestra en la figura 19, en la que la seccion estrecha (36) es parabolica.
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El accionador (10) en la realizacion que se muestra en la figura 1 incluye un conjunto de dos fijaciones dielectricas adicionales separadas (50). Estas fijaciones dielectricas adicionales (50) se disponen en sentido transversal por encima de las porciones (22) del miembro de brazo caliente (20) y por encima del miembro de brazo fno (30). Estas se adhieren a estas partes. Es ventajoso proporcionar por lo menos una de estas fijaciones dielectricas adicionales (50) sobre un accionador (10) para proporcionar una resistencia adicional al miembro de brazo caliente (20) mediante la reduccion de su longitud eficaz con el fin de evitar una distorsion del miembro de brazo caliente (20) con el tiempo. Debido a que el hueco entre las partes es extremadamente pequeno, las fijaciones adicionales (50) reducinan los riesgos de que tuviera lugar un cortocircuito entre las dos porciones (22) del miembro de brazo caliente (20) o entre la porcion (22) del miembro de brazo caliente (20) que esta lo mas cerca del miembro de brazo fno (30) y el propio miembro de brazo fno (30) al mantener estos en una configuracion separada. Otro problema es que debido a que el miembro de brazo fno (30) se puede usar para portar senales de alta tension, la porcion (22) del miembro de brazo caliente (20) lo mas cerca del miembro de brazo fno (30) se deformara, moviendo este hacia el miembro de brazo fno (30), debido a la fuerza electrostatica entre los mismos que es creada la senal de alta tension. Si la porcion (22) del miembro de brazo caliente (20) se acerca demasiado al miembro de brazo fno (30), puede tener lugar una disrupcion de tension, destruyendo el conmutador de MEMS (100). Adicionalmente, debido a que las dos porciones (22) del miembro de brazo caliente (20) son relativamente largas, estas tienden a distorsionarse cuando se calientan para crear el desvfo, disminuyendo de ese modo la carrera eficaz de los accionadores (10).
Tal como se puede apreciar, el uso de una, dos o mas fijaciones dielectricas adicionales (50) tiene muchas ventajas, incluyendo aumentar la rigidez de las porciones (22) del miembro de brazo caliente (20), aumentar la carrera del accionador (10), disminuir los riesgos de cortocircuitos entre las porciones (22) del miembro de brazo caliente (20) y aumentar la tension de disrupcion entre el miembro de brazo fno (30) y los miembros de brazo caliente (20).
Las fijaciones dielectricas adicionales (50) se fabrican de un material identico o similar al de la fijacion dielectrica principal (40). De forma ventajosa, se permite que pequenas cantidades de materiales fluyan entre las partes antes de solidificar con el fin de mejorar la adhesion. Aun asf, se pueden proporcionar uno o mas orificios (52) en el miembro de brazo fno (30) para recibir una pequena cantidad de material antes de que este solidifique.
La figura 1 muestra adicionalmente que el accionador (10) de la realizacion preferida comprende un miembro de punta (60) que esta fijado al extremo libre del miembro de brazo fno (30). El accionador (10) se puede construir de lo contrario sin un miembro de punta (60). La superficie del miembro de punta (60) se disena preferiblemente con el fin de bajar la resistencia de contacto cuando dos de tales miembros de punta (60) hacen contacto uno con otro. Esto se obtiene en la realizacion preferida mediante el uso de un miembro de punta (60) fabricado de oro, o bien fabricado en su totalidad de oro o bien sobrerrecubierto con oro. Otros materiales posibles incluyen una aleacion de oro - cobalto, paladio, etc. Estos proporcionan una resistencia de contacto mas baja en comparacion con el mquel, que es el material preferido para el miembro de brazo fno (30). El miembro de brazo caliente (20) tambien se fabrica preferiblemente de mquel. Se pueden usar otros materiales para el miembro de brazo caliente (20.) y el miembro de brazo fno (30).
La figura 2 muestra que el miembro de punta (60) se fija en la realizacion preferida por debajo del extremo libre (34) del miembro de brazo fno (30). Este se fija preferiblemente usando la adhesion natural de los materiales cuando se aplican como recubrimiento uno por encima de otro, a pesar de que se pueden usar asf mismo otros medios.
Haciendo referencia de nuevo a la figura 1, se puede ver que el miembro de punta (60) del accionador (10) de la realizacion preferida comprende una brida de contacto lateral (62). Esta brida (62) es util para conectar dos accionadores sustancialmente perpendiculares (10), tal como se muestra en la figura 3. Tal disposicion crea un conmutador de MEMS (100). El conmutador de MEMS (100) tiene dos posiciones, en concreto una posicion cerrada en la que el primer accionador (10) y el segundo accionador (10') estan acoplados de forma electrica, y una posicion abierta en la que estos son electricamente independientes, por lo tanto en la que no hay contacto electrico alguno entre los miembros de brazo fno (30). Para moverse de una posicion a la otra, los accionadores (10, 10') se operan en secuencia. Expuesto de forma concisa, el miembro de punta (60) del segundo accionador (10') en la figura 3 se desvfa hacia arriba. Entonces, el miembro de punta (60) del primer accionador (10) se desvfa hacia su derecha. La tension de control se libera en el segundo accionador (10'), lo que da lugar a que su brida (62) se acople con el lado posterior de la brida (62) del primer accionador (10) a medida que este vuelve hacia su posicion neutra. La tension de control del primer accionador (10) se libera de forma secuencial, permitiendo de ese modo un acoplamiento electrico estable entre ambos miembros de brazo fno (30). Una senal o simplemente una corriente se puede transmitir entonces entre ambas almohadillas de anclaje (32) correspondientes de los miembros de brazo fno (30). El cierre del conmutador de MEMS (100) es muy rapido, teniendo lugar todo esto por lo general en unos pocos milisegundos. El establecimiento del conmutador de MEMS (100) en la posicion abierta se realiza mediante la inversion de las operaciones que se han mencionado en lo que antecede.
La figura 4 muestra una vista ampliada de las bridas (62) de los dos accionadores (10, 10') cuando estos son electricamente independientes. De forma ventajosa, estas bridas (62) tienen un lado que esta provisto con una capa de aislamiento electrico (64). Cuando el conmutador de MEMS (100) esta cerrado, ambas bridas (62) se encuentran en acoplamiento electrico y la corriente electrica puede fluir entre ellas. A la inversa, cuando el conmutador de MEMS (100) esta abierto, las bridas (62) solo estan separadas por un hueco muy pequeno. Cuanto mas pequeno
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sea el hueco, mas pequena sera la tension de disrupcion entre la entrada de senal y la salida de senal, en concreto entre las dos bridas (62). La capa de aislamiento electrico (64) se proporciona para aumentar la disrupcion de tension entre las bridas (62) de un conmutador de MEMS (100) abierto, tal como se muestra. Estos emulan un entrehierro mas grande. El material aislante preferido para la capa de aislamiento electrico (64) es un parileno. Se pueden usar asf mismo otros materiales.
Tal como se ha mencionado en lo que antecede, de forma ventajosa los miembros de brazo fno (30) de los accionadores (10, 10') estan provistos con una seccion mas estrecha (36) cerca de sus almohadillas de anclaje (32). Esto da a los accionadores (10, 10') algo de flexibilidad, por lo tanto la capacidad de desviarse con mas facilidad. La anchura del miembro de brazo fno (30) en esa seccion (36) es por lo tanto sustancialmente mas pequena que la de la seccion mas ancha (38) del mismo. Un inconveniente de tal anchura mas pequena es que una corriente que pasa a traves del miembro de brazo fno (30) genera mas calor en la seccion mas estrecha (36) que en ninguna otra parte. Este calor aumentado puede, en algun momento, sobrecalentar la seccion mas estrecha (36) del miembro de brazo fno (30) y crear un fallo.
Una solucion al problema que se ha mencionado en lo que antecede es la provision de un disipador termico (70) que sobresale del lado de cada seccion mas estrecha (36), tal como se muestra en la figura 5. Estos disipadores termicos (70) se encuentran preferiblemente en forma de placa acoplada al interior de la seccion mas estrecha (36) con el fin de aumentar la superficie a partir de la cual se puede disipar calor. Se debena hacer notar que los disipadores termicos (70) se pueden usar sin las fijaciones dielectricas adicionales (50). Ademas, un conmutador de MEMS (100) puede comprender solo un accionador (10, 10') con un disipador termico (70).
La figura 6 ilustra un conmutador de MEMS (100) en el que el miembro de punta (60) de los accionadores (10, 10') esta provisto con dos bridas (62) en lugar de solo una. Eso aumenta al maximo el area de contacto y divide la corriente en dos, reduciendo de ese modo el calor en cada brida (62). La figura 7 muestra una variante en el diseno del miembro de punta (60). Se debena hacer notar que se puede elegir disenar un conmutador de MEMS (100) con unos accionadores (10, 10') que se construyan de forma diferente. Por ejemplo, el primer accionador (10) puede estar provisto con unas fijaciones dielectricas adicionales (50) al tiempo que el segundo accionador (10') no tiene una. En la figura 7, el segundo accionador (10') se ilustra con una tercera fijacion dielectrica adicional (50) que esta situada en la seccion mas estrecha. (36) del miembro de brazo fno (30).
Las figuras 6 y 7 muestran adicionalmente que las bridas (62) del primer accionador (10) estan provistas, en un lado de las mismas, con una superficie de contacto electrico redondeada. Esta caractenstica se puede usar sobre una o mas de las bridas (62) de muchas de las realizaciones que se ilustran. Esta forma potencia el contacto electrico entre dos bridas (62).
La figura 8 ilustra un conmutador de MEMS (100) en el que un miembro de punta (60) tiene una brida (62), preferiblemente con un extremo libre en punta, al tiempo que el otro miembro de punta (60) solo tiene una indentacion (65) para recibir el extremo libre de la brida (62). Un acoplamiento electrico tiene lugar cuando el extremo libre de la brida (62) esta insertado en la indentacion (65).
En la figura 9, el conmutador de MEMS (100) comprende dos miembros de brazo lateral independientes (66) adyacentes a los primeros accionadores (10). La presente realizacion tambien se puede construir con solo uno o mas de dos miembros de brazo lateral independientes (66). Se hace un contacto electrico entre el miembro de brazo fno (30) del primer accionador (10) y los miembros de brazo lateral independientes (66) cuando el conmutador de MeMs (100) esta cerrado.
La figura 10 muestra un conmutador de MEMS (100) que esta provisto con un tercer accionador (10”). Este tercer accionador (10”) es adyacente al segundo accionador (10') y esta dispuesto de forma simetrica en el lado del mismo. El miembro de punta (60) del primer accionador (10) entonces esta provisto con dos bridas (62), cada uno configurado y dispuesto para encajar en una indentacion (65) correspondiente en el miembro de punta (60) del segundo (10') y el tercer (10”) accionador. Durante el uso, los accionadores (10', 10”) adyacentes se activan para abrirse en sentidos opuestos. El primer accionador (10) se activa entonces para moverse entre estos. La tension de control sobre los accionadores (10', 10”) adyacentes se libera y por ultimo, se libera la tension de control sobre el primer accionador (10). Todo esto permite establecer el conmutador de MEMS (100) en la posicion cerrada. La apertura del conmutador de MEMS (100) se realiza en el orden inverso.
La figura 11 ilustra una variante del conmutador de MEMS (100) que se muestra en la figura 10. La presente realizacion tiene el primer accionador (10) provisto con unos miembros de brazo fno dobles (30A, 30B), siendo cada uno electricamente independiente. Cada miembro de brazo fno (30A, 30B) tiene una almohadilla de anclaje (32A, 32B) correspondiente en un extremo y un miembro de punta (60A, 60B) correspondiente en otro extremo. El primer miembro de brazo fno (30A) del primer accionador (10) se puede acoplar de forma electrica con el miembro de brazo fno del tercer accionador (10”) y el segundo miembro de brazo fno (30B) del primer accionador (10) se puede acoplar de forma electrica con el miembro de brazo fno del segundo accionador (10').
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La figura 12 ilustra otra realizacion posible para el conmutador de MEMS (100). Cada accionador (10, 10') de este conmutador de MEMS (100) tiene un miembro de brazo fno (30) que se disena de una forma tal que unas subsecciones en la seccion mas ancha (38) del mismo tienen un espacio intermedio aumentado con el miembro de brazo caliente (20) correspondiente con el fin de aumentar la tension de disrupcion entre el miembro de brazo caliente (20) y el miembro de brazo fno (30). Esta tambien muestra que la seccion mas estrecha (36) de los accionadores (10, 10') puede tener una longitud diferente.
En la figura 13, el miembro de brazo fno (30) del primer accionador (10) esta provisto con un segmento de derivacion (80) entre por lo menos unos extremos opuestos de la seccion mas estrecha (36). El segmento de derivacion (80) permite reducir la corriente en la seccion estrecha (36). Dividir la corriente entre la seccion mas estrecha (36) y la seccion de derivacion (80) reducira el calor en la seccion mas estrecha (36), evitando de ese modo que tenga lugar un cierto fallo potencial. La temperatura en la seccion mas estrecha (36) es por lo tanto menor que sin el segmento de derivacion (80). La ventaja de tal configuracion es que debido a que la subida de temperatura es menor, hay menos alargamiento del miembro de brazo fno (30) cuando el conmutador de MEMS (100) esta cerrado y una senal lo esta atravesando. Este alargamiento mostro ser problematico en algunos disenos debido a la fuerza que se aplico contra el miembro de punta (60) del segundo accionador (10'). Cuando el calor es excesivo, pueden tener lugar unas deformaciones permanentes debido a la ausencia de cualquier grado de libertad. Este problema se puede solucionar mediante el segmento de derivacion (80). Se debena hacer notar que se pueden usar unos segmentos de derivacion (80) sobre ambos accionadores (10, 10') al mismo tiempo.
La figura 14 ilustro otra realizacion posible. En la presente realizacion, el miembro de brazo fno (30) tiene una seccion mas estrecha con forma de U (36). Debido a que el miembro de brazo fno (30) solo esta fijado al sustrato por la almohadilla de anclaje (32), la seccion mas estrecha con forma de U (36) permite que este se expanda, cuando se calienta, sin dar lugar a que se aplique una fuerza en el miembro de punta (60) del mismo. Ademas, la primera porcion recta de la seccion mas estrecha (36) a partir de la almohadilla de anclaje (32) es ligeramente flexible, permitiendo de ese modo compensar cualquier tension que esta pueda tener en el miembro de brazo fno (30).
En la figura 15, la seccion mas estrecha (36) de cada accionador (10, 10') tiene forma de L. La flexibilidad de la primera porcion de la seccion mas estrecha (36), a partir de la almohadilla de anclaje (32), permite compensar cualquier alargamiento de la porcion de la seccion mas estrecha (36) en paralelo con respecto al eje longitudinal de cada accionador (10, 10'). Se debena hacer notar que se pueden usar unas secciones mas estrechas con forma de L (36) sin el espacio intermedio aumentado, tal como se ilustra.
La figura 16 muestra otra configuracion alternativa para el conmutador de MEMS (100). En la presente realizacion, los accionadores (10, 10') estan configurados y dispuestos de tal modo que sus extremos libres (34) o los miembros de punta (60) se encuentran en acoplamiento por interferencia cuando el conmutador de MEMS (100) esta cerrado, y sin acoplamiento cuando el conmutador de MEMS (100) esta abierto. Los miembros de punta (60) se usan en la realizacion que se ilustra. Los dos accionadores (10, 10') estan yuxtapuestos y casi alineados uno con otro. Uno de los miembros de brazo fno (30) preferiblemente tiene un miembro de punta plano (60), al tiempo que el opuesto tiene un miembro de punta redondeado (60). El conmutador de MEMS (100) se cierra al mover los accionadores (10, 10') hasta que sus miembros de punta (60) estan acoplados uno por encima de otro. Esto se logra usando la siguiente secuencia: activar el primer accionador (10), activar el segundo accionador (10'), liberar el primer accionador (10) y a continuacion liberar el segundo accionador (10'). La interferencia entre las partes permitira que estas permanezcan en acoplamiento hasta que se haya iniciado la secuencia de liberacion. Esto consiste en activar ambos accionadores (10, 10') al mismo tiempo, liberar el segundo accionador (10') y a continuacion liberar el primer accionador (10). Se debena hacer notar que asf mismo en la presente realizacion se pueden usar las fijaciones dielectricas adicionales (50).
La figura 17 ilustra una realizacion en la que cada accionador (10, 10') esta provisto con una fijacion dielectrica principal ampliada (40) que cubre mas de la mitad de la superficie de las partes. El material u otros materiales que se usan para fabricar esta fijacion (40) estan seleccionados de tal modo que esta tiene un cierto grado de elasticidad y permite que el accionador (10, 10') se desvfe cuando la tension de control se aplica en las almohadillas de anclaje (24) correspondientes del miembro de brazo caliente (20). El uso de tal fijacion dielectrica ampliada (40) sobre por lo menos uno de los accionadores (10, 10') tiene muchas ventajas. Una de ellas es que esta actua como un disipador termico para el miembro de brazo caliente (20), posibilitando de ese modo una distribucion de temperaturas mas uniforme a lo largo del miembro de brazo caliente (20) para evitar danar potencialmente puntos calientes. Esto mismo es de aplicacion para el miembro de brazo fno (30) cuando una senal o una corriente fluyen a traves del conmutador de MEMS (100).
La figura 18 ilustra una realizacion adicional en la que cada accionador (10, 10') esta provisto con unos disipadores termicos (90) sobre las porciones (22) del miembro de brazo caliente (20). Estos disipadores termicos (90) se encuentran preferiblemente en forma de areas ampliadas y que sobresalen en sentido lateral. Estos estan ubicados en donde tienen lugar o es probable que tengan lugar puntos calientes, posibilitando de ese modo una distribucion de temperaturas mas uniforme a lo largo del miembro de brazo caliente (20).
Tal como se ha mencionado en lo que antecede, la figura 19 ilustra una realizacion en la que la seccion estrecha (36) de cada accionador (10, 10') tiene una forma parabolica.

Claims (37)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un accionador en voladizo de MEMS (10) que esta montado sobre un sustrato (12), comprendiendo el accionador (10):
    un miembro de brazo caliente alargado (20) que tiene dos porciones separadas (22), provista cada una en un extremo con una almohadilla de anclaje (24) correspondiente que esta conectada con el sustrato (12), estando conectadas las porciones (22) entre sf en un extremo comun (26) que es opuesto con respecto a las almohadillas de anclaje (24);
    un miembro de brazo fno alargado (30) adyacente y sustancialmente paralelo con respecto al miembro de brazo caliente (20), teniendo el miembro de brazo fno (30) en un extremo una almohadilla de anclaje (32) que esta conectada con el sustrato (12), y un extremo libre (34) que es opuesto con respecto a la almohadilla de anclaje (32) del mismo; y
    una fijacion dielectrica (40) para acoplar de forma mecanica el miembro de brazo caliente (20) y el miembro de brazo fno (30) y mantener estos electricamente independientes;
    estando el accionador (10) caracterizado por que la fijacion dielectrica se fija por encima del extremo comun (26) de las porciones (22) del miembro de brazo caliente y el extremo libre (34) del miembro de brazo fno (30).
  2. 2. El accionador (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la fijacion dielectrica (40) se fabrica por lo menos en parte de un material que esta seleccionado de entre un grupo que consiste en un material fotosensible, tal como SU-8, una poliimida o vidrio aplicado por rotacion.
  3. 3. El accionador (10) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que este comprende adicionalmente por lo menos una fijacion dielectrica adicional (50) que esta dispuesta en sentido transversal por encima del miembro de brazo caliente (20) y el miembro de brazo fno (30).
  4. 4. El accionador (10) de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por que la fijacion dielectrica adicional (50) comprende por lo menos una porcion que esta retenida en un orificio (52) que se proporciona sobre el miembro de brazo fno (30).
  5. 5. El accionador (10) de acuerdo con la reivindicacion 3 o 5, caracterizado por que la fijacion dielectrica adicional (50) se fabrica por lo menos en parte de un material que esta seleccionado de entre un grupo que consiste en un material fotosensible, tal como SU-8, una poliimida o vidrio aplicado por rotacion.
  6. 6. El accionador (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el miembro de brazo fno (30) comprende una seccion mas estrecha (36) adyacente a la almohadilla de anclaje (32) del mismo, teniendo la seccion mas estrecha (36) una anchura que se disminuye en sentido lateral desde el exterior en comparacion con una seccion mas ancha (38) del miembro de brazo fno (30).
  7. 7. El accionador (10) de acuerdo con la reivindicacion 6, caracterizado por que la seccion mas estrecha (36) y la seccion mas ancha (38) estan delimitadas por una transicion de forma cuadrada o una transicion parabolica.
  8. 8. El accionador (10) de acuerdo con la reivindicacion 6 o 7, caracterizado por que la seccion mas estrecha (36) del miembro de brazo fno (30) comprende un disipador termico (70).
  9. 9. El accionador (10) de acuerdo con la reivindicacion 6, 7 u 8, caracterizado por que el miembro de brazo fno (30) comprende un segmento de derivacion (80) para reducir la corriente que esta atravesando la seccion mas estrecha (36).
  10. 10. El accionador (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado por que la seccion mas estrecha (36) del miembro de brazo fno (30) tiene forma de U o forma de L.
  11. 11. El accionador (10) de acuerdo con las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado por que la seccion mas ancha (38) del miembro de brazo fno (30) comprende por lo menos una subseccion que tiene un espacio intermedio aumentado con el miembro de brazo caliente (20).
  12. 12. El accionador (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que este comprende adicionalmente un miembro de punta (60) que esta fijado al extremo libre (34) del miembro de brazo fno (30).
  13. 13. El accionador (10) de acuerdo con la reivindicacion 12, caracterizado por que el miembro de punta (80) comprende por lo menos una brida de contacto lateral (62), preferiblemente con un lado que tiene una capa de aislamiento electrico (64) o una superficie de contacto electrico redondeada.
  14. 14. El accionador (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que este comprende adicionalmente un disipador termico (70) sobre por lo menos una de las porciones (22) del miembro de
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    brazo caliente (20).
  15. 15. El accionador (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que la fijacion dielectrica (40) cubre mas de la mitad del miembro de brazo caliente (20) y el miembro de brazo fno (30).
  16. 16. Un conmutador de MEMS (100) que esta montado sobre un sustrato (12), comprendiendo el conmutador (100):
    un primer accionador en voladizo (10) de acuerdo con la reivindicacion 1 un segundo accionador en voladizo (107) de acuerdo con la reivindicacion 1
    por lo cual el primer accionador (10) y el segundo accionador (10') estan configurados y dispuestos de tal modo que el conmutador (100) es selectivamente movil entre una posicion cerrada en la que los extremos libres (34) de los miembros de brazo fno (30) estan acoplados de forma electrica, y una posicion abierta en la que los miembros de brazo fno (30) son electricamente independientes, siendo perpendiculares el primer accionador (10) y el segundo accionador (10').
  17. 17. El conmutador (100) de acuerdo con la reivindicacion 16, caracterizado por que las fijaciones dielectricas (40) se fabrican por lo menos en parte de un material que esta seleccionado de entre un grupo que consiste en un material fotosensible tal como SU-8, una poliimida o vidrio aplicado por rotacion.
  18. 18. El conmutador (100) de acuerdo con la reivindicacion 16 o 17, caracterizado por que este comprende adicionalmente por lo menos una fijacion dielectrica adicional (50) que esta dispuesta en sentido transversal por encima del miembro de brazo caliente (20) y el miembro de brazo fno (30) de por lo menos uno de los accionadores (10, 10').
  19. 19. El conmutador (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado por que el miembro de brazo fno (30) de cada accionador (10, 10') comprende una seccion mas estrecha (36) adyacente a la almohadilla de anclaje (32) del mismo, teniendo cada seccion mas estrecha (36) una anchura que se disminuye en sentido lateral desde el exterior en comparacion con una seccion mas ancha (38) del miembro de brazo fno (30) correspondiente.
  20. 20. El conmutador (100) de acuerdo con la reivindicacion 19, caracterizado por que la seccion mas estrecha (36) del miembro de brazo fno (30) de por lo menos uno de los accionadores (10, 10') comprende un disipador termico (70).
  21. 21. El conmutador (100) de acuerdo con la reivindicacion 19 o 20, caracterizado por que el miembro de brazo fno (30) de por lo menos uno de los accionadores (10, 10') comprende un segmento de derivacion (80) para reducir la corriente que esta atravesando la seccion mas estrecha (36).
  22. 22. El conmutador (100) de acuerdo con la reivindicacion 19, 20 o 21, caracterizado por que la seccion mas estrecha (36) del miembro de brazo fno (30) de por lo menos uno de los accionadores (10, 10') tiene forma de U o forma de L.
  23. 23. El conmutador (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22, caracterizado por que la seccion mas ancha (38) del miembro de brazo fno (30) de por lo menos uno de los accionadores (10, 10') comprende por lo menos una subseccion que tiene un espacio intermedio aumentado con los miembros de brazo caliente (20) correspondientes.
  24. 24. El conmutador (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 23, caracterizado por que por lo menos uno de los accionadores (10, 10') comprende adicionalmente un miembro de punta (60) que esta fijado al extremo libre (34) del miembro de brazo fno (30) correspondiente.
  25. 25. El conmutador (100) de acuerdo con la reivindicacion 24, caracterizado por que cada miembro de punta (60) comprende por lo menos una brida de contacto lateral (62), por lo cual las bridas (62) se encuentran en acoplamiento electrico cuando el conmutador (100) se encuentra en la posicion cerrada del mismo.
  26. 26. El conmutador (100) de acuerdo con la reivindicacion 25, caracterizado por que unas superficies de los miembros de punta (62) se fabrican de un material tal como oro proporcionando, cuando se acoplan mutuamente, una resistencia de contacto mas baja en comparacion con la resistencia de contacto usando un material, tal como mquel, del cual se fabrican los miembros de brazo fno (30).
  27. 27. El conmutador (100) de acuerdo con la reivindicacion 26, caracterizado por que cada miembro de brazo caliente (20) se fabrica de un material que comprende mquel.
  28. 28. El conmutador (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 27, caracterizado por que un lado de la brida (62) de cada miembro de punta (60) esta provisto con una capa de aislamiento electrico (64), por lo cual las capas de aislamiento electrico (64) estan orientadas una hacia otra en la posicion abierta del conmutador
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  29. 29. El conmutador (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 28, caracterizado por que el miembro de punta (60) de uno de los accionadores (10, 10') comprende una brida de contacto lateral (62) y el miembro de punta (60) del otro accionador (10, 10') comprende una indentacion (65) para recibir un extremo libre de la brida (62), por lo cual la brida (62) y la indentacion (65) se encuentran en acoplamiento electrico cuando el conmutador (100) se encuentra en la posicion cerrada del mismo.
  30. 30. El conmutador (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 29, caracterizado por que este comprende adicionalmente por lo menos un miembro de brazo lateral independiente (66) adyacente a uno de los accionadores (10, 10'), por lo cual se hace un acoplamiento electrico entre el miembro de brazo fno (30) del accionador (10, 10') correspondiente y el miembro de brazo lateral independiente (66) cuando el conmutador (100) se encuentra en la posicion cerrada del mismo.
  31. 31. El conmutador (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 30, caracterizado por que este comprende adicionalmente un tercer accionador en voladizo (10”) adyacente a y dispuesto de forma simetrica en el lado del segundo accionador (10'), estando el segundo (10') y el tercer (10”) accionador configurados y dispuestos de tal modo que los miembros de brazo fno (30) del segundo (10') y el tercer (10”) accionadores se acoplan de forma electrica con el miembro de brazo fno (30) del primer accionador (10) cuando el conmutador (100) se encuentra en la posicion cerrada del mismo.
  32. 32. El conmutador (100) de acuerdo con la reivindicacion 31, caracterizado por que el primer accionador (10) comprende unos miembros de brazo fno dobles electricamente independientes (30A, 30B), siendo cada miembro de brazo fno (30A, 30B) del primer accionador (10) acoplable de forma electrica con uno respectivo del miembro de brazo fno (30) del segundo (10') y el tercer (10”) accionador cuando el conmutador (100) se encuentra en la posicion cerrada.
  33. 33. El conmutador (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 32, caracterizado por que el primer (10) y el segundo (10') accionador son sustancialmente paralelos y estan desplazados con referencia al otro, estando los accionadores (10, 10') configurados y dispuestos de tal modo que sus extremos libres (34) se encuentran en acoplamiento por interferencia en la posicion cerrada del conmutador (100) y sin acoplamiento en la posicion abierta del mismo.
  34. 34. Un metodo de fabricacion de un accionador en voladizo de MEMS (10) que se va a montar sobre un sustrato (12), comprendiendo el metodo:
    proporcionar un miembro de brazo caliente alargado (20) que tiene dos porciones separadas (22), provista cada una en un extremo con una almohadilla de anclaje (24) correspondiente que esta conectada con el sustrato (12), estando conectadas las porciones (22) entre sf en un extremo comun (26) que es opuesto con respecto a las almohadillas de anclaje (24);
    proporcionar un miembro de brazo fno alargado (30) adyacente y sustancialmente paralelo con respecto al miembro de brazo caliente (20), teniendo el miembro de brazo fno (30) en un extremo una almohadilla de anclaje (32) que esta conectada con el sustrato (12), y un extremo libre (34) que es opuesto con respecto a la almohadilla de anclaje (32) del mismo; y
    proporcionar una fijacion dielectrica (40) para acoplar de forma mecanica el miembro de brazo caliente (20) y los miembros de brazo fno (30) y mantener estos electricamente independientes;
    estando el metodo caracterizado por que la fijacion dielectrica (40) esta situado por encima del extremo comun (26) de las porciones (22) del miembro de brazo caliente (20) y el extremo libre (34) del miembro de brazo fno (30).
  35. 35. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 34, caracterizado por que este comprende adicionalmente:
    fijar en sentido transversal por lo menos una fijacion dielectrica adicional (50) por encima del miembro de brazo caliente (20) y el miembro de brazo fno (30).
  36. 36. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 34 o 35, caracterizado por que este comprende adicionalmente:
    proporcionar un miembro de punta (60) en el extremo libre (34) del miembro de brazo fno (30), tal como mediante una adhesion por sobrerrecubrimiento natural.
  37. 37. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 36, caracterizado por que este comprende adicionalmente:
    proveer el miembro de punta (60) con por lo menos una brida de contacto lateral (62); teniendo un lado de la brida (62) preferiblemente una capa de aislamiento electrico (64).
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