專利名稱：基于流體的開關(guān)的制作方法
背景技術(shù)：
已制造了液態(tài)金屬微開關(guān)(LIMMS)，其將諸如汞這樣的液態(tài)金屬用作開關(guān)流體。液態(tài)金屬可以產(chǎn)生和斷開電接觸。為了改變開關(guān)的狀態(tài)，向開關(guān)流體施加力，該力使其改變形狀并移動。如果電接觸和襯底之間的粘著性較弱，則移動的開關(guān)流體有時可能抬升觸點的邊緣，并且導致它們與下面的襯底分層，從而損壞開關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了基于流體的開關(guān)。在一個實施例中，開關(guān)包括第一襯底和第二襯底，這兩個襯底被搭配在一起。在襯底之間限定了多個空腔。此外，第一襯底限定多個空腔中的第一空腔內(nèi)的多個缺口。多個電接觸各自被沉積在多個缺口中的一個缺口內(nèi)。第一空腔內(nèi)容納了開關(guān)流體，其響應于施加到開關(guān)流體的力，而斷開和閉合多個電接觸中的至少一對電接觸。開關(guān)還包括容納在多個空腔中的一個或多個空腔內(nèi)的致動流體，其向開關(guān)流體施加力。
在另一個實施例中，開關(guān)包括第一和第二襯底，這兩個襯底被搭配在一起，以便在襯底之間限定多個空腔。第一襯底還限定多個空腔中的第一空腔內(nèi)的多個缺口。多個可濕性襯墊各自被沉積在多個缺口中的一個缺口內(nèi)。在第一空腔內(nèi)容納了開關(guān)流體，它可潤濕襯墊。開關(guān)流體響應于施加到開關(guān)流體的力，打開和阻塞經(jīng)過第一空腔的光路徑。容納在多個空腔中的一個或多個空腔內(nèi)的致動流體向開關(guān)流體施加力。


附圖中圖示了本發(fā)明的示例性實施例，附圖中
圖1圖示了可用于基于流體的開關(guān)中的具有缺口的襯底的第一示例性
具體實施例方式
圖1圖示了可用于諸如LIMMS這樣的基于流體的開關(guān)中的襯底100。例如，襯底100可以是陶瓷或者玻璃的。襯底100可限定多個缺口102、104、106。缺口可通過噴沙、激光切割、照片成像、化學蝕刻或其他適當過程來形成。多個可濕性襯墊各自被沉積在缺口102-106中的一個缺口內(nèi)，這些可濕性襯墊可能充當電接觸。
缺口102-106使可濕性襯墊112-116從襯底100的表面向后退。正如將在下文中更詳細的描述的那樣，襯底可用于基于流體的開關(guān)中，該開關(guān)使用開關(guān)流體來改變開關(guān)的狀態(tài)。在襯底100上產(chǎn)生使可濕性襯墊112-116從襯底的表面向后退的缺口可有助于防止開關(guān)狀態(tài)變化期間開關(guān)流體抬升可濕性襯墊的邊緣。
圖2和3圖示了可用于基于流體的開關(guān)中的襯底200的第二示例性實施例。多個電接觸222、224、226被沉積在襯底的第一層201上。然后使第二層203與第一層201搭配。例如，第二層可由玻璃制成(或包括玻璃)，而第一層可由陶瓷材料制成(或包括陶瓷材料)。也可考慮其他適當?shù)牟牧稀?br> 第二層限定多個管道214、216、218，，它們從電接觸222、224、226通向第二層203的與電極222、224、226相反的表面。管道包括鐘形，并且電極處的管道開口比第二層的相反表面處的管道開口寬。鐘形可以具有多種輪廓，并且例如可通過掩蔽第二層然后將鐘形噴沙到第二層中來形成。第二層所限定的缺口204、206、208可用于使管道開口從第二層的表面向后退。缺口的直徑大于第二層的表面的管道的直徑。
液態(tài)電極(例如汞電極)234、236、238至少填充每個管道的一部分。管道壁可用可濕性材料來加襯，以幫助液態(tài)電極234、236、238潤濕管道。缺口也可用可濕性材料來加襯，以便用在基于流體的開關(guān)中的開關(guān)流體可潤濕缺口。管道214、216、218的形狀可以使得沉積在每個管道內(nèi)的液態(tài)電極234、236、238隨著開關(guān)流體產(chǎn)生和斷開電接觸222、224、226之間的連接，而保持在其各自的管道內(nèi)。缺口204、206、208為液態(tài)電極234、236、238提供了更大的接觸面積，并且缺口的凹陷邊緣可有助于防止可濕性襯里抬升其邊緣并且移出缺口外。
圖4圖示了包括襯底100的開關(guān)的第一示例性實施例。開關(guān)400包括第一襯底100和第二襯底402，這兩個襯底被搭配在一起。襯底100和402在其間限定了多個空腔404、406和408。在空腔中的一個或多個內(nèi)暴露了多個電接觸112、114、116。每個電接觸112-116被沉積在襯底100的缺口之一內(nèi)?？涨恢械囊粋€或多個內(nèi)容納的開關(guān)流體418(例如諸如汞這樣的導電液態(tài)金屬)響應于施加到開關(guān)流體418的力而斷開和閉合多個電接觸112-116中的至少一對?？涨恢械囊粋€或多個內(nèi)容納的致動流體410(例如惰性氣體或液體)向開關(guān)流體418施加力。
在開關(guān)400的一個實施例中，施加到開關(guān)流體418的力產(chǎn)生于致動流體410中的壓力變化。致動流體410中的壓力變化對開關(guān)流體418施加壓力變化，從而使得開關(guān)流體418改變形狀、移動、分離等。在圖4中，空腔404中容納的致動流體410的壓力施加力以分離開關(guān)流體418，如圖所示。在此狀態(tài)下，開關(guān)400的電接觸114、116的最右邊那對彼此耦合。如果空腔406中容納的致動流體410的壓力減輕，并且空腔408中容納的致動流體410的壓力增大，則開關(guān)流體418可以被強迫分離和融合，以使得電接觸114和116解耦合，而電接觸112和114耦合。
缺口102-106使電接觸112-116從襯底100的表面向后退。這樣可有助于防止開關(guān)狀態(tài)變化期間開關(guān)流體抬升電接觸的邊緣。
例如，致動流體410中的壓力變化可通過加熱致動流體410或者通過壓電泵浦來實現(xiàn)。前者在Kondoh等人的標題為“Electrical Contact BreakerSwitch，Integrated Electrical Contact Breaker Switch and Electrical ContactSwitching Method(電接觸斷路器開關(guān)、集成電接觸斷路器開關(guān)和電接觸開關(guān)方法)”的美國專利#6,323,444中描述，這里通過引用將其全部公開內(nèi)容包含進來。后者在2002年5月2日提交的Marvin Glenn Wong的標題為“A Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch(一種壓電致動的液態(tài)金屬開關(guān))”的美國專利申請序列號10/137,691中描述，這里也通過引用將其全部公開內(nèi)容包含進來。雖然以上引用的專利和專利申請公開了通過雙推/拉致動流體空腔產(chǎn)生的開關(guān)流體移動，但是如果可從這種空腔向開關(guān)流體施加足夠大的推/拉壓力變化，則單推/拉致動流體空腔可能就足夠了。關(guān)于如圖4所示的開關(guān)的構(gòu)造和操作的附加細節(jié)可在上述Kondoh的專利中找到。
現(xiàn)將參考圖5描述開關(guān)的第二示例性實施例。開關(guān)500包括第一襯底100和第二襯底502，這兩個襯底被搭配在一起。襯底100和502在其間限定了多個空腔506、508、510。在空腔中的一個或多個內(nèi)暴露了多個可濕性襯墊112-116。開關(guān)流體518(例如汞這樣的液態(tài)金屬)可潤濕襯墊112-116，并且被容納在空腔中的一個或多個內(nèi)。開關(guān)流體518響應于施加到開關(guān)流體518的力，而打開和阻塞經(jīng)過空腔中的一個或多個的光路徑522/524、526/528。例如，光路徑可由波導522-528所限定，這些波導與容納開關(guān)流體的空腔508中的半透明窗口對齊。光路徑522/524、526/528的阻塞可通過開關(guān)流體518變得不透明來實現(xiàn)。缺口102-106使可濕性襯墊112-116從襯底100的表面向后退，這樣可有助于防止開關(guān)狀態(tài)變化期間開關(guān)流體抬升襯墊的邊緣?？涨恢械囊粋€或多個內(nèi)容納的致動流體520(例如惰性氣體或液體)向開關(guān)流體518施加力。
關(guān)于如圖5所示的開關(guān)的構(gòu)造和操作的附加細節(jié)將在上述Kondoh等人的專利以及Marvin Wong的專利申請中找到。
圖6和7圖示了基于流體的開關(guān)的第三示例性實施例。開關(guān)600包括開關(guān)流體空腔604、一對致動流體空腔602、606以及一對空腔608、610，這對空腔將致動流體空腔602、606中相應的那個連接到開關(guān)流體空腔604。可以設想，取決于開關(guān)的配置，可在襯底中形成更多或更少空腔。例如，這對致動流體空腔602、606和這對連接空腔608、61O可被單個致動流體空腔和單個連接空腔所取代。
襯底602、604之一上的一部分可被金屬化，以便產(chǎn)生“密封帶”612、614、616。在容納開關(guān)流體518的空腔內(nèi)產(chǎn)生密封帶612-616提供了額外的表面區(qū)域，開關(guān)流體618可潤濕這些區(qū)域。這不僅有助于鎖存開關(guān)流體可呈現(xiàn)的各種狀態(tài)，還有助于產(chǎn)生密封腔，開關(guān)流體無法從該密封腔中漏出來，并且在該密封腔中開關(guān)流體更易被泵浦(即開關(guān)狀態(tài)變化期間)。
密封帶612-616可各自被沉積在襯底602、604之一上的缺口中。缺口使密封帶從襯底的表面向后退。這樣可有助于防止開關(guān)狀態(tài)變化期間開關(guān)流體618抬升密封帶的邊緣。
開關(guān)還包括可濕性襯墊(可能充當電接觸)606、608、610?？蓾裥砸r墊也被沉積在襯底602之一上的缺口中。應該意識到，在其他實施例中，可濕性襯墊可被沉積在襯底602的平坦表面上，并且襯底可以不包括用于可濕性襯墊的缺口。
雖然這里已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的示例性并且目前看來優(yōu)選的實施例，但是要理解的是，發(fā)明性概念可以用不同方式來體現(xiàn)和使用。所附權(quán)利要求書希望被解釋為包括除了現(xiàn)有技術(shù)所限之外的這種變動。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)，包括搭配在一起的第一(100)襯底和第二(402)襯底，這兩個襯底在其間限定了多個空腔(404、406、408)中的至少一部分，所述第一襯底限定了在所述多個空腔中的第一空腔(406)內(nèi)限定的多個缺口(102、104、106)；多個電接觸(112、114、116)，每個電接觸被沉積在所述多個缺口中的一個缺口內(nèi)；開關(guān)流體(418)，其被容納在所述第一空腔內(nèi)，并且響應于施加到所述開關(guān)流體的力而斷開和閉合所述多個電接觸中的至少一對電接觸；以及致動流體(410)，其被容納在所述多個空腔中的一個或多個空腔內(nèi)，并向所述開關(guān)流體施加所述力。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)，還包括多個密封帶(612、614、616)，其被沉積在所述第二襯底上所述第一空腔內(nèi)的位置，并且其中所述第二襯底限定多個缺口，并且所述多個密封帶被沉積在所述多個缺口內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2之一所述的開關(guān)，其中所述第一襯底包括玻璃或陶瓷之一。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的開關(guān)，其中所述多個缺口是被噴沙在所述第一襯底中的。
5.如權(quán)利要求1-3之一所述的開關(guān)，其中所述多個缺口是被激光切割在所述第一襯底中的。
6.如權(quán)利要求1-3之一所述的開關(guān)，其中所述多個缺口是被化學蝕刻在所述第一襯底中的。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的開關(guān)，其中所述第一襯底包括第一層(201)和第二層(203)，所述第一層上沉積了多個電接觸(222、224、226)，并且所述第二層限定了多個管道(234、236、238)，所述第二層的每個管道從所述第一空腔通向沉積在所述第一層上的多個電接觸中的一個電接觸，所述第二層還限定了多個缺口(204、206、208)；每個缺口是在所述第二層的表面處的多個管道中的一個管道的開口處限定的，所述多個缺口的直徑大于所述第二層的表面處的多個管道的直徑。
8.如權(quán)利要求7所述的開關(guān)，其中所述第二層限定的多個管道中的至少一個管道被限定使得當所述力被施加到所述開關(guān)流體以閉合所述的一對電接觸時，所述開關(guān)流體的一部分保持在所述管道中。
9.一種開關(guān)，包括搭配在一起的第一(100)襯底和第二(502)襯底，這兩個襯底在其間限定了多個空腔(506、508、510)中的至少一部分，所述襯底中的至少一個襯底限定了所述多個空腔中的第一空腔(508)內(nèi)限定的多個缺口(102、104、106)；多個可濕性襯墊(112、114、116)，每個可濕性襯墊被沉積在所述多個缺口中的一個缺口內(nèi)；開關(guān)流體(518)，其可潤濕所述多個襯墊，并且被容納在所述第一空腔內(nèi)，并且響應于施加到所述開關(guān)流體的力而打開和阻塞經(jīng)過所述第一空腔的光路徑(522/524、526/528)；以及致動流體(520)，其被容納在所述多個空腔中的一個或多個空腔內(nèi)，并向所述開關(guān)流體施加所述力。
10.一種開關(guān)，包括搭配在一起的第一(602)襯底和第二(604)襯底，這兩個襯底在其間限定了多個空腔(602、604、606)中的至少一部分；開關(guān)流體(518)，其被容納在所述多個空腔中的一個或多個空腔內(nèi)，并且能夠響應于施加到所述開關(guān)流體的力而在至少第一和第二開關(guān)狀態(tài)之間移動；以及多個密封帶(612、614、616)，其被沉積在所述襯底中的一個襯底上容納所述開關(guān)流體的多個空腔中的一個或多個空腔內(nèi)的位置處的多個缺口內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于流體的開關(guān)。在一個實施例中，開關(guān)(400)包括搭配在一起的第一(100)襯底和第二(402)襯底，這兩個襯底在其間限定了多個空腔中的至少一部分，第一襯底限定了在多個空腔中的第一空腔(406)內(nèi)限定的多個缺口(102、104、106)；多個電接觸(112、114、116)，每個電接觸被沉積在多個缺口中的一個缺口內(nèi)；開關(guān)流體(418)，其被容納在第一空腔內(nèi)，并且響應于施加到開關(guān)流體的力而斷開和閉合多個電接觸中的至少一對電接觸；以及致動流體(410)，其被容納在多個空腔中的一個或多個空腔內(nèi)，并向開關(guān)流體施加力。
文檔編號H01H57/00GK1768406SQ200480009208
公開日2006年5月3日 申請日期2004年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月14日
發(fā)明者馬文·格倫·黃 申請人:安捷倫科技有限公司