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

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


附圖中圖示了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，附圖中
圖1圖示了可用于基于流體的開(kāi)關(guān)中的具有缺口的襯底的第一示例性
具體實(shí)施例方式
圖1圖示了可用于諸如LIMMS這樣的基于流體的開(kāi)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(gè)缺口102、104、106。缺口可通過(guò)噴沙、激光切割、照片成像、化學(xué)蝕刻或其他適當(dāng)過(guò)程來(lái)形成。多個(gè)可濕性襯墊各自被沉積在缺口102-106中的一個(gè)缺口內(nèi)，這些可濕性襯墊可能充當(dāng)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(xì)的描述的那樣，襯底可用于基于流體的開(kāi)關(guān)中，該開(kāi)關(guān)使用開(kāi)關(guān)流體來(lái)改變開(kāi)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(kāi)關(guān)狀態(tài)變化期間開(kāi)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(kāi)關(guān)中的襯底200的第二示例性實(shí)施例。多個(gè)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(dāng)?shù)牟牧稀?br> 第二層限定多個(gè)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(kāi)口比第二層的相反表面處的管道開(kāi)口寬。鐘形可以具有多種輪廓，并且例如可通過(guò)掩蔽第二層然后將鐘形噴沙到第二層中來(lái)形成。第二層所限定的缺口204、206、208可用于使管道開(kāi)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(gè)管道的一部分。管道壁可用可濕性材料來(lái)加襯，以幫助液態(tài)電極234、236、238潤(rùn)濕管道。缺口也可用可濕性材料來(lái)加襯，以便用在基于流體的開(kāi)關(guān)中的開(kāi)關(guān)流體可潤(rùn)濕缺口。管道214、216、218的形狀可以使得沉積在每個(gè)管道內(nèi)的液態(tài)電極234、236、238隨著開(kāi)關(guān)流體產(chǎn)生和斷開(kāi)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(kāi)關(guān)的第一示例性實(shí)施例。開(kāi)關(guān)400包括第一襯底100和第二襯底402，這兩個(gè)襯底被搭配在一起。襯底100和402在其間限定了多個(gè)空腔404、406和408。在空腔中的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)暴露了多個(gè)電接觸112、114、116。每個(gè)電接觸112-116被沉積在襯底100的缺口之一內(nèi)。空腔中的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)容納的開(kāi)關(guān)流體418(例如諸如汞這樣的導(dǎo)電液態(tài)金屬)響應(yīng)于施加到開(kāi)關(guān)流體418的力而斷開(kāi)和閉合多個(gè)電接觸112-116中的至少一對(duì)?？涨恢械囊粋€(gè)或多個(gè)內(nèi)容納的致動(dòng)流體410(例如惰性氣體或液體)向開(kāi)關(guān)流體418施加力。
在開(kāi)關(guān)400的一個(gè)實(shí)施例中，施加到開(kāi)關(guān)流體418的力產(chǎn)生于致動(dòng)流體410中的壓力變化。致動(dòng)流體410中的壓力變化對(duì)開(kāi)關(guān)流體418施加壓力變化，從而使得開(kāi)關(guān)流體418改變形狀、移動(dòng)、分離等。在圖4中，空腔404中容納的致動(dòng)流體410的壓力施加力以分離開(kāi)關(guān)流體418，如圖所示。在此狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)400的電接觸114、116的最右邊那對(duì)彼此耦合。如果空腔406中容納的致動(dòng)流體410的壓力減輕，并且空腔408中容納的致動(dòng)流體410的壓力增大，則開(kāi)關(guān)流體418可以被強(qiáng)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(kāi)關(guān)狀態(tài)變化期間開(kāi)關(guān)流體抬升電接觸的邊緣。
例如，致動(dòng)流體410中的壓力變化可通過(guò)加熱致動(dòng)流體410或者通過(guò)壓電泵浦來(lái)實(shí)現(xiàn)。前者在Kondoh等人的標(biāo)題為“Electrical Contact BreakerSwitch，Integrated Electrical Contact Breaker Switch and Electrical ContactSwitching Method(電接觸斷路器開(kāi)關(guān)、集成電接觸斷路器開(kāi)關(guān)和電接觸開(kāi)關(guān)方法)”的美國(guó)專利#6,323,444中描述，這里通過(guò)引用將其全部公開(kāi)內(nèi)容包含進(jìn)來(lái)。后者在2002年5月2日提交的Marvin Glenn Wong的標(biāo)題為“A Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch(一種壓電致動(dòng)的液態(tài)金屬開(kāi)關(guān))”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/137,691中描述，這里也通過(guò)引用將其全部公開(kāi)內(nèi)容包含進(jìn)來(lái)。雖然以上引用的專利和專利申請(qǐng)公開(kāi)了通過(guò)雙推/拉致動(dòng)流體空腔產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)流體移動(dòng)，但是如果可從這種空腔向開(kāi)關(guān)流體施加足夠大的推/拉壓力變化，則單推/拉致動(dòng)流體空腔可能就足夠了。關(guān)于如圖4所示的開(kāi)關(guān)的構(gòu)造和操作的附加細(xì)節(jié)可在上述Kondoh的專利中找到。
現(xiàn)將參考圖5描述開(kāi)關(guān)的第二示例性實(shí)施例。開(kāi)關(guān)500包括第一襯底100和第二襯底502，這兩個(gè)襯底被搭配在一起。襯底100和502在其間限定了多個(gè)空腔506、508、510。在空腔中的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)暴露了多個(gè)可濕性襯墊112-116。開(kāi)關(guān)流體518(例如汞這樣的液態(tài)金屬)可潤(rùn)濕襯墊112-116，并且被容納在空腔中的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)。開(kāi)關(guān)流體518響應(yīng)于施加到開(kāi)關(guān)流體518的力，而打開(kāi)和阻塞經(jīng)過(guò)空腔中的一個(gè)或多個(gè)的光路徑522/524、526/528。例如，光路徑可由波導(dǎo)522-528所限定，這些波導(dǎo)與容納開(kāi)關(guān)流體的空腔508中的半透明窗口對(duì)齊。光路徑522/524、526/528的阻塞可通過(guò)開(kāi)關(guān)流體518變得不透明來(lái)實(shí)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(kāi)關(guān)狀態(tài)變化期間開(kāi)關(guān)流體抬升襯墊的邊緣?？涨恢械囊粋€(gè)或多個(gè)內(nèi)容納的致動(dòng)流體520(例如惰性氣體或液體)向開(kāi)關(guān)流體518施加力。
關(guān)于如圖5所示的開(kāi)關(guān)的構(gòu)造和操作的附加細(xì)節(jié)將在上述Kondoh等人的專利以及Marvin Wong的專利申請(qǐng)中找到。
圖6和7圖示了基于流體的開(kāi)關(guān)的第三示例性實(shí)施例。開(kāi)關(guān)600包括開(kāi)關(guān)流體空腔604、一對(duì)致動(dòng)流體空腔602、606以及一對(duì)空腔608、610，這對(duì)空腔將致動(dòng)流體空腔602、606中相應(yīng)的那個(gè)連接到開(kāi)關(guān)流體空腔604?？梢栽O(shè)想，取決于開(kāi)關(guān)的配置，可在襯底中形成更多或更少空腔。例如，這對(duì)致動(dòng)流體空腔602、606和這對(duì)連接空腔608、61O可被單個(gè)致動(dòng)流體空腔和單個(gè)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(kāi)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(kāi)關(guān)流體618可潤(rùn)濕這些區(qū)域。這不僅有助于鎖存開(kāi)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(kāi)關(guān)流體無(wú)法從該密封腔中漏出來(lái)，并且在該密封腔中開(kāi)關(guān)流體更易被泵浦(即開(kāi)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(kāi)關(guān)狀態(tài)變化期間開(kāi)關(guān)流體618抬升密封帶的邊緣。
開(kāi)關(guān)還包括可濕性襯墊(可能充當(dāng)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(yīng)該意識(shí)到，在其他實(shí)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(xì)描述了本發(fā)明的示例性并且目前看來(lái)優(yōu)選的實(shí)施例，但是要理解的是，發(fā)明性概念可以用不同方式來(lái)體現(xiàn)和使用。所附權(quán)利要求書(shū)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(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)關(guān)，包括搭配在一起的第一(100)襯底和第二(402)襯底，這兩個(gè)襯底在其間限定了多個(gè)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(gè)空腔中的第一空腔(406)內(nèi)限定的多個(gè)缺口(102、104、106)；多個(gè)電接觸(112、114、116)，每個(gè)電接觸被沉積在所述多個(gè)缺口中的一個(gè)缺口內(nèi)；開(kāi)關(guān)流體(418)，其被容納在所述第一空腔內(nèi)，并且響應(yīng)于施加到所述開(kāi)關(guān)流體的力而斷開(kāi)和閉合所述多個(gè)電接觸中的至少一對(duì)電接觸；以及致動(dòng)流體(410)，其被容納在所述多個(gè)空腔中的一個(gè)或多個(gè)空腔內(nèi)，并向所述開(kāi)關(guān)流體施加所述力。
2.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)，還包括多個(gè)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(gè)缺口，并且所述多個(gè)密封帶被沉積在所述多個(gè)缺口內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2之一所述的開(kāi)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(kāi)關(guān)，其中所述多個(gè)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(kāi)關(guān)，其中所述多個(gè)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(kāi)關(guān)，其中所述多個(gè)缺口是被化學(xué)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(kāi)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(gè)電接觸(222、224、226)，并且所述第二層限定了多個(gè)管道(234、236、238)，所述第二層的每個(gè)管道從所述第一空腔通向沉積在所述第一層上的多個(gè)電接觸中的一個(gè)電接觸，所述第二層還限定了多個(gè)缺口(204、206、208)；每個(gè)缺口是在所述第二層的表面處的多個(gè)管道中的一個(gè)管道的開(kāi)口處限定的，所述多個(gè)缺口的直徑大于所述第二層的表面處的多個(gè)管道的直徑。
8.如權(quán)利要求7所述的開(kāi)關(guān)，其中所述第二層限定的多個(gè)管道中的至少一個(gè)管道被限定使得當(dāng)所述力被施加到所述開(kāi)關(guān)流體以閉合所述的一對(duì)電接觸時(shí)，所述開(kāi)關(guān)流體的一部分保持在所述管道中。
9.一種開(kāi)關(guān)，包括搭配在一起的第一(100)襯底和第二(502)襯底，這兩個(gè)襯底在其間限定了多個(gè)空腔(506、508、510)中的至少一部分，所述襯底中的至少一個(gè)襯底限定了所述多個(gè)空腔中的第一空腔(508)內(nèi)限定的多個(gè)缺口(102、104、106)；多個(gè)可濕性襯墊(112、114、116)，每個(gè)可濕性襯墊被沉積在所述多個(gè)缺口中的一個(gè)缺口內(nèi)；開(kāi)關(guān)流體(518)，其可潤(rùn)濕所述多個(gè)襯墊，并且被容納在所述第一空腔內(nèi)，并且響應(yīng)于施加到所述開(kāi)關(guān)流體的力而打開(kāi)和阻塞經(jīng)過(guò)所述第一空腔的光路徑(522/524、526/528)；以及致動(dòng)流體(520)，其被容納在所述多個(gè)空腔中的一個(gè)或多個(gè)空腔內(nèi)，并向所述開(kāi)關(guān)流體施加所述力。
10.一種開(kāi)關(guān)，包括搭配在一起的第一(602)襯底和第二(604)襯底，這兩個(gè)襯底在其間限定了多個(gè)空腔(602、604、606)中的至少一部分；開(kāi)關(guān)流體(518)，其被容納在所述多個(gè)空腔中的一個(gè)或多個(gè)空腔內(nèi)，并且能夠響應(yīng)于施加到所述開(kāi)關(guān)流體的力而在至少第一和第二開(kāi)關(guān)狀態(tài)之間移動(dòng)；以及多個(gè)密封帶(612、614、616)，其被沉積在所述襯底中的一個(gè)襯底上容納所述開(kāi)關(guān)流體的多個(gè)空腔中的一個(gè)或多個(gè)空腔內(nèi)的位置處的多個(gè)缺口內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于流體的開(kāi)關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)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(gè)襯底在其間限定了多個(gè)空腔中的至少一部分，第一襯底限定了在多個(gè)空腔中的第一空腔(406)內(nèi)限定的多個(gè)缺口(102、104、106)；多個(gè)電接觸(112、114、116)，每個(gè)電接觸被沉積在多個(gè)缺口中的一個(gè)缺口內(nèi)；開(kāi)關(guān)流體(418)，其被容納在第一空腔內(nèi)，并且響應(yīng)于施加到開(kāi)關(guān)流體的力而斷開(kāi)和閉合多個(gè)電接觸中的至少一對(duì)電接觸；以及致動(dòng)流體(410)，其被容納在多個(gè)空腔中的一個(gè)或多個(gè)空腔內(nèi)，并向開(kāi)關(guān)流體施加力。
文檔編號(hào)H01H57/00GK1768406SQ200480009208
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月14日
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