Interruptor microelectromecánico (MEMS) montado sobre un sustrato (12),

comprendiendo el interruptor MEMS: un primer actuador MEMS en voladizo (10, 10') que comprende un primer elemento de brazo caliente (20, 20') que presenta un extremo (24, 24') fijado al sustrato (12), un primer elemento de brazo frío (30, 30') que presenta un extremo (32, 32') fijado al sustrato (12), un primer dispositivo de sujeción dieléctrico (40, 40') que fija juntos un extremo libre (26, 26') del primer elemento de brazo caliente (20, 20') y un extremo libre (34, 34') del primer elemento de brazo frío (30, 30'), y un primer elemento de punta (60, 60') fijado al extremo libre (34, 34') del primer elemento de brazo frío (30, 30'); un segundo actuador MEMS en voladizo (10, 10') que comprende un segundo elemento de brazo caliente (20, 20') que presenta un extremo (24, 24') fijado al sustrato (12), un segundo elemento de brazo frío (30, 30') que presenta un extremo (32, 32') fijado al estrato (12) y un segundo dispositivo de sujeción dieléctrico (40, 40') que sujeta juntos un extremo libre (26, 26') del segundo elemento de brazo caliente (20, 20') y un extremo libre (34, 34') del segundo elemento de brazo frío (30, 30'), y un segundo elemento de punta (60, 60') fijado al extremo libre (34, 34') del segundo elemento de brazo frío (30, 30'), siendo los actuadores MEMS (10, 10') selectivamente móviles para colocar el interruptor en una posición desenclavada o en una posición enclavada, enclavándose mecánicamente entre sí el primer y segundo elementos de punta (60, 60') en la posición enclavada; y un par de terminales de contacto (102, 104, 102', 104') previstos sobre el sustrato (12); estando caracterizado el interruptor MEMS (100) porque al menos uno de los actuadores MEMS (10, 10') incluye al menos un brazo de soporte (108, 108') que presenta un primer extremo conectado al extremo libre (34, 34') del correspondiente elemento de brazo frío (30, 30'), soportando el brazo de soporte un elemento conductor (106, 106') en un segundo extremo del mismo, estando configurados y dispuestos el brazo de soporte (108, 108') y su elemento conductor (106, 106') para acoplar eléctricamente ambos terminales de contacto (102, 104, 102', 104') cuando el interruptor está en la posición enclavada, y para estar fuera de acoplamiento con los terminales de contacto cuando el interruptor está en la posición desenclavada

Actuadores e interruptores MEMS.

Campo de la invención

La presente solicitud se refiere en general al campo de los sistemas microelectromecánicos (MEMS) y, en particular, a dispositivos MEMS mejorados que no requieren dispositivos de limitación de corriente adicionales.

Antecedentes de la invención

Los sistemas microelectromecánicos (MEMS) son pequeñas estructuras mecánicas móviles construidas utilizando procedimientos de semiconductor bien caracterizados. Ventajosamente, pueden proporcionarse MEMS como actuadores, que han demostrado ser muy útiles en muchas aplicaciones.

Los actuales actuadores MEMS son bastante pequeños y tienen una longitud de sólo unos pocos cientos de micrones, y una anchura de sólo unas decenas de micrones. Dichos actuadores MEMS están configurados y dispuestos típicamente en voladizo. En otras palabras, tienen un extremo sujeto a un sustrato y un extremo libre opuesto que es móvil entre al menos dos posiciones, siendo una de ellas una posición neutra y las otras, posiciones desviadas.

Los mecanismos de accionamiento electrostáticos, magnéticos, piezoeléctricos y térmicos están entre los mecanismos de actuación más comunes que emplean MEMS. Es de particular importancia el mecanismo de actuación térmica.

Como se entiende por los expertos en la materia, la desviación de un actuador MEMS térmico deriva de un potencial que se aplica entre un par de terminales denominados "almohadillas de anclaje", cuyo potencial provoca un flujo de corriente que eleva la temperatura de la estructura. Esta temperatura elevada provoca finalmente que una parte de la misma se contraiga o se alargue, dependiendo del material que se utilice.

Un uso posible de actuadores MEMS es configurarlos como interruptores. Estos interruptores están realizados a partir de al menos un actuador. En el caso de múltiples actuadores, estos se hacen funcionar típicamente en secuencia para conectar o liberar una de sus partes con respecto a una parte similar en el otro actuador. Estos actuadores forman un interruptor que puede abrirse o cerrarse selectivamente utilizando un voltaje de control aplicado entre las almohadillas de anclaje correspondientes en cada actuador.

Los interruptores MEMS tienen muchas ventajas. Entre otras cosas, son muy pequeños y relativamente económicos, dependiendo de la configuración. Debido a que son extremadamente pequeños, puede disponerse un número muy grande de interruptores MEMS en una sola pastilla.

Como ventaja adicional, los interruptores MEMS consumen una potencia eléctrica mínima y su tiempo o tiempos de respuesta son extremadamente cortos. De manera impresionante, un ciclo completo de cierre o apertura de un interruptor MEMS puede ser tan corto como unos pocos milisegundos.

No obstante, aunque los actuadores e interruptores MEMS de la técnica anterior han probado ser satisfactorios en cierto grado, permanece una necesidad general de mejorar adicionalmente sus prestaciones, fiabilidad y manufacturabilidad. Por ejemplo, un factor que aumenta generalmente los costes totales de un sistema que utiliza interruptores MEMS es la inclusión de alguna protección adicional que se requiere frecuentemente en mercados particulares.

Uno de estos tipos de protección adicional que eleva el coste de sistemas basados en MEMS es un dispositivo limitador de corriente. Estos limitadores de corriente son dispositivos externos que protegen cada interruptor MEMS de ser dañado por un pico de corriente relativamente grande que tenga lugar en uno de los circuitos. Dichos picos de corriente, aunque usualmente breves en longitud, pueden dañar interruptores MEMS no protegidos. La eliminación de la necesidad de numerosos limitadores de corriente en sistemas basados en MEMS reduciría significativamente los costes totales de estos sistemas y representaría un avance significativo en la técnica.

En este campo técnico, el documento 2004/211178 A1 se refiere a un actuador MEMS en voladizo montado sobre un sustrato, comprendiendo el actuador:

- un elemento de brazo caliente alargado que tiene dos partes espaciadas entre sí, provista cada una de ellas, en

un extremo, de una correspondiente almohadilla de anclaje conectado al sustrato, conectándose entre sí las partes en un extremo común que está frente a las almohadillas de anclaje;

- un elemento de brazo frío alargado adyacente y sustancialmente paralelo al elemento de brazo caliente, presentando el elemento de brazo frío en un extremo una almohadilla de anclaje conectada al sustrato, y un extremo libre que está frente a la almohadilla de anclaje del mismo; y

- un dispositivo de sujeción dieléctrico sujeto sobre el extremo común de las partes del elemento de brazo caliente y el extremo libre del elemento de brazo frío para acoplar mecánicamente el elemento de brazo caliente y el elemento de brazo frío y mantenerlos eléctricamente independientes.

Sumario de la invención

Se han desarrollado estructuras MEMS mejoradas que emplean un elemento conductor móvil y una pluralidad de terminales de contacto estacionarios portacorriente que permiten ventajosamente una mayor capacidad de transporte de corriente que los dispositivos de la técnica anterior, en los que las corrientes fluían a través de elementos conductores móviles. Ventajosamente, y en fuerte contraste con la técnica anterior, las estructuras inventivas según las reivindicaciones 1 y (12) pueden transportar corrientes en exceso de 1, 0 amperios sin necesidad de dispositivos de limitación de corriente adicionales. En consecuencia, los sistemas que emplean estas estructuras inventivas presentan unos costes totales de fabricación del sistema significativamente menores.

Breve descripción del dibujo

Es posible una comprensión más completa de la presente invención haciendo referencia al dibujo adjunto, en el que: La figura 1 es un esquema de un ejemplo de interruptor MEMS según la presente invención; Las figuras 2a y 2b son unas vistas laterales de actuadores empleados por el interruptor MEMS de la figura 1; Las figuras 3a-3e muestran esquemáticamente un ejemplo del movimiento relativo de los actuadores MEMS de las figuras 2a y 2b cuando van de la posición "abierta" a la posición "cerrada";

La figura 4 muestra un esquema de una forma de realización alternativa del ejemplo de interruptor MEMS de la figura 1; La figura 5 muestra un esquema de otra forma de realización alternativa del ejemplo de interruptor MEMS de la figura 1;

Las figuras 6a-6c muestran un esquema de todavía otra forma de realización alternativa del ejemplo de interruptor MEMS de la figura 1; La figura 7 muestra un esquema de todavía otra forma de realización alternativa del ejemplo de interruptor MEMS de la figura 1, en la que se emplean cuatro juegos de terminales de contacto;

La figura 8 es un esquema de todavía otra forma de realización alternativa del interruptor MEMS de la figura 1, en la que un actuador está provisto de un segundo elemento de brazo caliente; La figura 9 es un esquema de otra forma de realización alternativa del interruptor MEMS de la figura 1 que emplea un único elemento de brazo caliente; La figura 10 es un esquema de otra forma de realización alternativa del interruptor MEMS de la figura 1; La figura 11 es una vista lateral izquierda de la forma de realización de la figura 10; La figura 12 es una vista en sección transversal de la forma de realización de la figura 10; Las figuras 13a-13e muestran la secuencia de funcionamiento del interruptor MEMS de la figura 10; La figura 14 muestra un esquema de una forma de realización alternativa del interruptor MEMS de la figura 10; Las figuras 15a-15e muestran la secuencia de funcionamiento del interruptor MEMS de las figuras 14; La figura 16 muestra un esquema de otra forma de realización alternativa del interruptor MEMS de la figura 1; La figura 17 es una vista lateral del interruptor MEMS de la figura 16; y La figura 18 es una vista en sección transversal del interruptor MEMS de la figura 17.

Descripción detallada La figura 1 muestra un ejemplo de un interruptor MEMS (100) construido según los principios de la presente invención. El interruptor (100) comprende dos actuadores MEMS (10, 10') . El interruptor MEMS (100) se utiliza para cerrar y abrir selectivamente un circuito entre un par de terminales de contacto (102, 104) utilizando un elemento conductor móvil (106) montado en el extremo de un brazo de soporte (108) .

De acuerdo con una... [Seguir leyendo]

1. Interruptor microelectromecánico (MEMS) montado sobre un sustrato (12) , comprendiendo el interruptor MEMS:

un primer actuador MEMS en voladizo (10, 10') que comprende un primer elemento de brazo caliente (20, 20') que presenta un extremo (24, 24') fijado al sustrato (12) , un primer elemento de brazo frío (30, 30') que presenta un extremo (32, 32') fijado al sustrato (12) , un primer dispositivo de sujeción dieléctrico (40, 40') que fija juntos un extremo libre (26, 26') del primer elemento de brazo caliente (20, 20') y un extremo libre (34, 34') del primer elemento de brazo frío (30, 30') , y un primer elemento de punta (60, 60') fijado al extremo libre (34, 34') del primer elemento de brazo frío (30, 30') ;

un segundo actuador MEMS en voladizo (10, 10') que comprende un segundo elemento de brazo caliente (20, 20') que presenta un extremo (24, 24') fijado al sustrato (12) , un segundo elemento de brazo frío (30, 30') que presenta un extremo (32, 32') fijado al estrato (12) y un segundo dispositivo de sujeción dieléctrico (40, 40') que sujeta juntos un extremo libre (26, 26') del segundo elemento de brazo caliente (20, 20') y un extremo libre (34, 34') del segundo elemento de brazo frío (30, 30') , y un segundo elemento de punta (60, 60') fijado al extremo libre (34, 34') del segundo elemento de brazo frío (30, 30') , siendo los actuadores MEMS (10, 10') selectivamente móviles para colocar el interruptor en una posición desenclavada o en una posición enclavada, enclavándose mecánicamente entre sí el primer y segundo elementos de punta (60, 60') en la posición enclavada; y un par de terminales de contacto (102, 104, 102', 104') previstos sobre el sustrato (12) ;

estando caracterizado el interruptor MEMS (100) porque al menos uno de los actuadores MEMS (10, 10') incluye al menos un brazo de soporte (108, 108') que presenta un primer extremo conectado al extremo libre (34, 34') del correspondiente elemento de brazo frío (30, 30') , soportando el brazo de soporte un elemento conductor (106, 106') en un segundo extremo del mismo, estando configurados y dispuestos el brazo de soporte (108, 108') y su elemento conductor (106, 106') para acoplar eléctricamente ambos terminales de contacto (102, 104, 102', 104') cuando el interruptor está en la posición enclavada, y para estar fuera de acoplamiento con los terminales de contacto cuando el interruptor está en la posición desenclavada.

2. Interruptor MEMS según la reivindicación 1, caracterizado porque los dos actuadores MEMS (10, 10') están posicionados de manera sustancialmente perpendicular uno con respecto al otro.

3. Interruptor MEMS según la reivindicación 1, caracterizado porque el brazo de soporte (108, 108') incluye un dispositivo de sujeción dieléctrico (40, 40') entre el brazo de soporte (108, 108') y el elemento conductor (106, 106') .

4. Interruptor MEMS según la reivindicación 1, caracterizado porque el brazo de soporte (108, 108') incluye una parte de resorte.

5. Interruptor MEMS según la reivindicación 1, caracterizado porque están previstos al menos dos brazos de soporte (108, 108') que soportan unos elementos conductores (106, 106') correspondientes y al menos dos pares de terminales de contacto (102, 104, 102', 104') , estando conectado un primer brazo de soporte al primer actuador MEMS (10, 10') y estando conectado un segundo brazo de soporte al segundo actuador MEMS (10, 10') , siendo cada elemento conductor selectivamente móvil en y fuera de acoplamiento con un respectivo par de los pares de terminales de contacto (102, 104, 102', 104') .

6. Interruptor MEMS según la reivindicación 1, caracterizado porque están dispuestos al menos dos brazos de soporte (108, 108') en el mismo actuador de los actuadores MEMS (10, 10') .

7. Interruptor MEMS según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de brazo frío (30, 30') de al menos uno de los actuadores MEMS (10, 10') está angularmente desplazado con respecto al elemento de brazo caliente (20, 20') correspondiente.

8. Interruptor MEMS según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de los actuadores MEMS (10, 10') comprende un elemento de brazo caliente adicional situado en un lado opuesto del correspondiente primer o segundo elemento de brazo frío (30, 30') con respecto al correspondiente primer o segundo elemento de brazo caliente (20, 20') , presentando el elemento caliente adicional un extremo fijado al sustrato (12) y un extremo libre fijado al correspondiente primer o segundo dispositivo de sujeción (40, 40') .

9. Interruptor MEMS según la reivindicación 8, caracterizado porque los dos elementos de brazo caliente (20, 20') de dicho al menos uno de los actuadores MEMS (10, 10') son eléctricamente independientes.

10. Interruptor MEMS según la reivindicación 8, caracterizado porque cada uno de los dos elementos de brazo caliente (20, 20') de dicho al menos uno de los actuadores MEMS (10, 10') tiene una parte única, estando conectadas eléctricamente ambas partes al elemento de brazo frío en el extremo libre del mismo.

11. Interruptor MEMS según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque cada elemento de brazo caliente (20, 20') incluye dos partes de brazo paralelas conectadas independientemente al sustrato (12, 12') en unas almohadillas de anclaje correspondientes y conectadas juntas en el extremo libre (26, 26') del elemento de brazo caliente (20, 20') .

12. Interruptor microelectromecánico (MEMS) montado sobre un sustrato, comprendiendo el interruptor MEMS:

- un primer actuador MEMS en voladizo (10, 10') que tiene un extremo conectado al sustrato (12) ;

- un segundo actuador MEMS en voladizo (10, 10') conectado a un extremo libre del primer actuador MEMS (10, 10') ;

- uno de entre el primer y segundo actuadores MEMS presenta un extremo libre verticalmente móvil, presentando el otro un extremo libre horizontalmente móvil;

- un par de terminales de contacto (102, 102', 104, 104') previstos sobre el sustrato (12) , presentando al menos uno de los terminales una parte en resalte;

- al menos un brazo de soporte (108, 108') que presenta un primer extremo conectado al extremo libre del segundo actuador MEMS (10, 10') , soportando el brazo de soporte (108, 108') un elemento conductor en el segundo extremo libre del mismo, estando el brazo de soporte y su elemento conductor acoplados eléctricamente a ambos terminales de contacto y enclavados mecánicamente con la parte en resalte en una posición enclavada del interruptor, y estando fuera de acoplamiento con los terminales de contacto cuando el interruptor está en una posición desenclavada.

13. Interruptor MEMS según la reivindicación 12, caracterizado porque el primer actuador MEMS (10, 10') tiene el extremo libre verticalmente móvil, comprendiendo el primer actuador MEMS (10, 10') un elemento de brazo caliente (20, 20') que presenta dos partes (22, 22') separadas entre sí, presentando cada una un primer extremo (24, 24') fijado al sustrato (12) y un segundo extremo común (26, 26') conectado a un dispositivo de sujeción (50, 50') .

14. Interruptor MEMS según la reivindicación 13, caracterizado porque el primer actuador MEMS (10, 10') comprende dos elementos de brazo frío (30, 30') separados entre sí, presentando cada uno un primer extremo fijado al sustrato (12) y un segundo extremo libre (34, 34') conectado al dispositivo de sujeción (50, 50') por encima del segundo extremo común (26, 26') del elemento de brazo caliente (20, 20') .

15. Interruptor MEMS según la reivindicación 14, caracterizado porque el segundo actuador MEMS (10, 10') comprende un elemento de brazo caliente (20, 20') que presenta un primer extremo conectado al extremo libre (34, 34') de uno de los elementos de brazo frío (30, 30') del primer actuador MEMS (10, 10') , y un elemento de brazo frío (30, 30') que presenta un primer extremo conectado al extremo libre (34, 34') del otro de los elementos de brazo frío (30, 30') del primer actuador MEMS (10, 10') y un segundo extremo conectado a un segundo extremo del elemento de brazo caliente (20, 20') .

16. Interruptor MEMS según la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque el primer actuador MEMS (10, 10') incluye un dispositivo de sujeción dieléctrico (40, 40') entre el elemento de brazo caliente (20, 20') y los elementos de brazo frío (30, 30') .

17. Interruptor MEMS según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque comprende un dispositivo de sujeción dieléctrico (120, 120') entre el brazo de soporte y su elemento conductor (106, 106') .

18. Interruptor MEMS según la reivindicación 12, caracterizado porque el primer actuador MEMS (10, 10') comprende dos elementos de brazo frío (30, 30') separados entre sí, presentando cada uno un primer extremo fijado al sustrato (12) y un segundo extremo libre (34, 34') conectado al dispositivo de sujeción.

19. Interruptor MEMS según la reivindicación 18, caracterizado porque el segundo actuador MEMS (10, 10') presenta el extremo libre verticalmente móvil, comprendiendo el segundo actuador MEMS (10, 10') dos elementos de brazo caliente (20, 20') separados entre sí, presentando cada uno un primer extremo sujeto al extremo libre de un respectivo elemento de los elementos de brazo frío (30, 30') del primer actuador MEMS (10, 10') , y un segundo extremo común al que está conectado el brazo de soporte.