Etude, conception et réalisation en technologie MEMS d'un commutateur mécaniquement bistable

Study, design and fabrication of a bistable MEMS switch with mechanical latching

• Auteur / Autrice : Gatien Fleury
• Direction : Roland Fortunier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et ingéniérie
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interrupteurs électriques

Commutation (électricité)

Systèmes microélectromécaniques

Résumé

Les commutateurs MEMS mécaniquement bistables, c’est-à-dire ne consommant pas d’énergie en position de fonctionnement, présentés dans la littérature possèdent généralement un contact électrique de type latéral, obtenu par un mouvement dans le plan du substrat. La métallisation de ce type de contact, indispensable pour de bonnes performances du composant, est difficile. Ce travail présente un composant comportant un contact électrique obtenu par un mouvement hors plan. Pour cela, une architecture reposant sur la mise en compression d’une poutre par les contraintes résiduelles des couches minces est proposée. La faisabilité technologique d’un commutateur mécaniquement bistable dont la fabrication repose sur les contraintes résiduelles des couches minces est démontrée. Des améliorations de performance des premiers prototypes fabriqués devraient pouvoir être obtenues en travaillant d’une part sur le système d’actionnement, et d’autre part sur l’intégration du composant avec son packaging.

Within the literature, bistable MEMS switches, that don’t need any external power supply to stay in any one of their latched states, usually have a lateral contact obtained by a displacement in the plan of the substrate. The metallization of this kind of contact is still nowadays a technological challenge. This work describes a switch comprising an electrical contact achieved by an out-of-plan displacement. The design of the bistable device proposed in this work is based on the residual stress of thin films. The bistable system is obtained through the buckling of a beam by these residual stresses. This work shows the technological feasibility of a mechanically bistable MEMS switch, which relies on the residual stress of thin films. To improve the fabricated prototypes, we propose to focus future works on the actuation system and the integration of the device with its silicon package.