本發(fā)明屬于信號電路及開關(guān)領(lǐng)域，涉及基于電潤濕原理的微流控技術(shù)，具體涉及一種利用電潤濕原理驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬液滴并利用液態(tài)金屬的導(dǎo)電性控制電路開關(guān)的開關(guān)器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

近些年來，信號電路在如物聯(lián)網(wǎng)、通訊系統(tǒng)等領(lǐng)域得到飛速發(fā)展。信號開關(guān)作為信號電路的控制部件也備受矚目，常用信號開關(guān)主要包含晶體管開關(guān)和微機(jī)械開關(guān)兩大類。晶體管開關(guān)雖開關(guān)速度快，但存在導(dǎo)通電阻大、斷開電阻小、適用功率小等缺點(diǎn)；而微機(jī)械開關(guān)雖然導(dǎo)通電阻小、斷開電阻大，但存在開關(guān)速度慢、機(jī)械損耗大、接觸電阻大等缺點(diǎn)。

利用液體金屬制作信號開關(guān)的思路近來被廣泛關(guān)注，但現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬作為開關(guān)的器件大都存在速度慢、驅(qū)動(dòng)電壓大、單個(gè)液滴控制回路少等問題。為此，在低電壓條件下驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬制備高速單刀多擲開關(guān)變得極為有意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種單刀多擲開關(guān)，通過電潤濕效應(yīng)控制液態(tài)金屬液滴的位置，進(jìn)而控制信號電路的通斷。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于電潤濕驅(qū)動(dòng)的單刀多擲開關(guān)器件，其包括：下極板，及，設(shè)置在下極板上的液滴；所述的下極板由襯底、驅(qū)動(dòng)電極層、介質(zhì)層、信號電極層自下到上依次設(shè)置構(gòu)成；所述的驅(qū)動(dòng)電極層由圓心位于同一個(gè)圓周上的若干圓形驅(qū)動(dòng)電極組成，該圓形驅(qū)動(dòng)電極兩兩之間電氣隔離；所述的信號電極層包含若干信號電極，所述的信號電極兩兩之間電氣隔離；所述的圓形驅(qū)動(dòng)電極的外側(cè)與且僅與一個(gè)信號電極重疊。

該“重疊”是指圓形驅(qū)動(dòng)電極與其正上方對應(yīng)的信號電極，在俯視角度上有一定區(qū)域的重疊，進(jìn)而確保當(dāng)液滴在某個(gè)驅(qū)動(dòng)電極的作用下移動(dòng)至其上方時(shí)，可以跨接該驅(qū)動(dòng)電極對應(yīng)的信號電極，而跨接位置就是驅(qū)動(dòng)電極與信號電極的重疊區(qū)域。

上述圓形驅(qū)動(dòng)電極的圓心均勻分布在同一個(gè)圓周上的目的在于能使得任意兩個(gè)相鄰圓形驅(qū)動(dòng)電極間的距離及相對位置都是一致的，進(jìn)而使得該開關(guān)器件對各路信號的開關(guān)延遲時(shí)間一致。

所述的液滴位于信號電極層上，且與信號電極層接觸。

所述的驅(qū)動(dòng)電極層由中心信號電極與環(huán)狀分布在其周圍的若干周邊信號電極構(gòu)成。當(dāng)液滴位于信號電極層中的中心信號電極的正上方時(shí)，周邊信號電極呈斷開狀態(tài)；當(dāng)液滴同時(shí)與中心信號電極及任意一個(gè)周邊信號電極接觸時(shí)，該周邊信號電極通過液滴與中心信號電極跨接，呈導(dǎo)通狀態(tài)。

上述“環(huán)狀分布”是指將周邊信號電極分布在以中心信號電極為中心的圓環(huán)上，由此則各周邊信號電極與中心信號電極的距離相等，再考慮到信號電極與驅(qū)動(dòng)電極的相對位置關(guān)系，可保證任意一組驅(qū)動(dòng)電極與其上方對應(yīng)的周邊信號電極在器件結(jié)構(gòu)上是等效的，進(jìn)而使得任意兩路信號電極的開關(guān)特性是一致的

所述信號電極的形狀、大小以及其與驅(qū)動(dòng)電極的相對位置并不嚴(yán)格限定，以實(shí)現(xiàn)其功能為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，但應(yīng)保證液滴在電潤濕作用下移動(dòng)至對應(yīng)驅(qū)動(dòng)電極上方時(shí)能夠有效跨接中心信號電極與該驅(qū)動(dòng)電極對應(yīng)的信號電極。

所述液滴是指能夠用于電潤濕原理驅(qū)動(dòng)的液態(tài)金屬液滴，其成分并不限定，可以是汞、銦鎵合金、銦鎵錫合金等液態(tài)金屬或合金。

液滴的大小應(yīng)與單個(gè)圓形驅(qū)動(dòng)電極的尺寸相一致，以保證每次僅一個(gè)信號電極導(dǎo)通，避免誤觸。

上述的開關(guān)器件中，所述的信號電極指的是信號電路中的天線、導(dǎo)線或電極等需要被安置開關(guān)器件的部分。該信號電極通過液滴與中心信號電極跨接時(shí)為導(dǎo)通工作狀態(tài)，沒有通過液滴與中心信號電極跨接時(shí)為斷開狀態(tài)。

上述的開關(guān)器件中，當(dāng)液滴在相鄰驅(qū)動(dòng)電極間切換時(shí)，僅邊緣處在電潤濕作用下發(fā)生移動(dòng)，液滴整體移動(dòng)距離很小，進(jìn)而提高了其切換速度。

上述的開關(guān)器件中，驅(qū)動(dòng)電極和信號電極均可以是平面電極也可以是立體電極，以實(shí)現(xiàn)其功能為準(zhǔn)則。

上述的開關(guān)器件中，所述的襯底采用絕緣材料。

上述的開關(guān)器件中，所述的介質(zhì)層材料選擇具有一定介電常數(shù)與抗擊穿能力的不導(dǎo)電物質(zhì)，優(yōu)選介電常數(shù)高且抗擊穿能力強(qiáng)的物質(zhì)，包括但不限于脂環(huán)族環(huán)氧樹脂CEP、SU-8、五氧化二鉭、二氧化硅等。

本發(fā)明還提供了一種基于電潤濕驅(qū)動(dòng)的單刀多擲開關(guān)的制備方法，該方法包含：

步驟1，制備下極板：在襯底表面依次制備包含若干驅(qū)動(dòng)電極的驅(qū)動(dòng)電極層、介質(zhì)層、包含若干信號電極的信號電極層；

步驟2，將液滴放置在信號電極中心信號電極上方，形成所述的基于電潤濕驅(qū)動(dòng)的單刀多擲開關(guān)。

本發(fā)明提供的基于電潤濕驅(qū)動(dòng)的單刀多擲開關(guān)器件具有如下優(yōu)勢：

A）克服了傳統(tǒng)的二極管開關(guān)或微機(jī)械開關(guān)的如制備困難、磨損損耗等問題；

B）使用電潤濕原理驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)，所需電壓及能耗?。?/p>

C）相鄰分布的圓形驅(qū)動(dòng)電極使得液滴的切換移動(dòng)距離變短，切換速度變快，且通道數(shù)越多，速度越快；

D）可通過設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電極、信號電極及二者相對位置等方法對開關(guān)效果實(shí)現(xiàn)調(diào)控，簡單又易行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于電潤濕驅(qū)動(dòng)的單刀多擲開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖（剖面圖）。

圖2為本發(fā)明的基于電潤濕驅(qū)動(dòng)的單刀多擲開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電極與信號電極的結(jié)構(gòu)示意圖（俯視圖）。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，并不是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

本發(fā)明提供的基于電潤濕驅(qū)動(dòng)的單刀多擲開關(guān)，是通過電極設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)信號控制來實(shí)現(xiàn)的，因此可以有多種配置方式，可以根據(jù)參數(shù)要求及使用目的進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)。

本發(fā)明的原理性結(jié)構(gòu)示意圖（縱向剖面圖）如圖1所示。在絕緣的襯底104上為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電極層103，驅(qū)動(dòng)電極層103可包含若干驅(qū)動(dòng)電極1031-1036，兩兩之間電氣隔離。驅(qū)動(dòng)電極層103表面覆蓋介質(zhì)層102，介質(zhì)層102上方制備信號電極層101。

用作襯底104的材料并不固定，只要絕緣即可；而驅(qū)動(dòng)電極層103原則上可以由任何導(dǎo)電材料組成，但為了簡化芯片制作工藝，優(yōu)選為與信號電極層101一致的材料；所有電極的大小、間隔及個(gè)數(shù)并不限定，本說明書僅以一定數(shù)目及規(guī)格的電極為例；文末附圖只為原理性示意圖，并不精確反應(yīng)電極的位置及排布。

本發(fā)明的電極配置原理示意如圖2所示，電潤濕驅(qū)動(dòng)電極1031、1032和1033上方分別與信號電極1011、1012和1013部分重疊，驅(qū)動(dòng)電極層103和信號電極層101之間通過介質(zhì)層102隔離。本發(fā)明中，每一個(gè)圓形驅(qū)動(dòng)電極都是由幾個(gè)部分組成的，如電極1032、1034、1035結(jié)合中心信號電極1014組成一個(gè)圓形驅(qū)動(dòng)電極，該圓形驅(qū)動(dòng)電極的最外側(cè)小電極1032的外側(cè)邊緣處與信號電極1012在俯視圖上相重疊，以保證金屬液滴覆蓋該圓形驅(qū)動(dòng)電極表面時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)中心信號電極與信號電極1012的跨接導(dǎo)通。

驅(qū)動(dòng)電極1032、1034和1035施加電壓、其余驅(qū)動(dòng)電極接地時(shí)，液滴D在電潤濕作用下被驅(qū)動(dòng)至驅(qū)動(dòng)電極1032、1034、1035和中心信號電極1014組成的圓的上方，中心信號電極1014和信號電極1012通過液滴D跨接，處于導(dǎo)通狀態(tài)，其他信號電極處于斷開狀態(tài)。其他信號電極導(dǎo)通時(shí)對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電極操作以此類推。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電極1034、1035和1036施加電壓、其余驅(qū)動(dòng)電極接地時(shí)，液滴D在電潤濕作用下被驅(qū)動(dòng)至中心信號電極1014正上方，中心信號電極不與任何信號電極跨接，所有信號電極均處于斷開狀態(tài)。

本發(fā)明的單刀多擲開關(guān)器件具體實(shí)施時(shí)，單次加電的驅(qū)動(dòng)電極確實(shí)是圓形的，只不過由于各個(gè)圓形電極間有重疊部分，因而使用類似七巧板的方式，將驅(qū)動(dòng)電極拆分成各個(gè)部分。

應(yīng)當(dāng)指出，上述僅為本發(fā)明的原理性說明，允許在不影響其功能性的前提下對器件結(jié)構(gòu)及用途進(jìn)行改進(jìn)與拓展。

本發(fā)明中，所述驅(qū)動(dòng)電極施加電壓是指實(shí)施液滴操控時(shí)對應(yīng)電極的電壓被置成不為0以使電潤濕驅(qū)動(dòng)能夠發(fā)生。

本發(fā)明中，所述接地是指實(shí)施液滴操控時(shí)對應(yīng)電極的電壓被置成0或與0足夠接近。

本發(fā)明的基于電潤濕驅(qū)動(dòng)的單刀多擲開關(guān)的一種可實(shí)施的制備工藝如下：

步驟1，在絕緣的襯底104上采用旋涂、蒸發(fā)、濺射等工藝形成金屬薄膜，通過光刻刻蝕或剝離的方法形成驅(qū)動(dòng)電極層103，該驅(qū)動(dòng)電極層由圓心位于同一個(gè)圓周上的若干圓形驅(qū)動(dòng)電極組成，該圓形驅(qū)動(dòng)電極兩兩之間電氣隔離；

步驟2，通過旋涂、物理濺射、化學(xué)氣相沉積、蒸發(fā)等方法制備絕緣介質(zhì)層102；

步驟3，通過旋涂、蒸發(fā)、濺射成膜等方法制備金屬薄膜，通過光刻刻蝕或剝離等方法形成信號電極層101；所述的信號電極層101包含若干信號電極，信號電極兩兩之間電氣隔離；所述的圓形驅(qū)動(dòng)電極的外側(cè)與且僅與一個(gè)信號電極重疊；

步驟4，通過手工滴加、物理濺射、蒸發(fā)、絲網(wǎng)印刷、打印等方式將液態(tài)金屬液滴制備到中心信號電極上方。自此，本發(fā)明的基于電潤濕驅(qū)動(dòng)的單刀多擲開關(guān)制備完成，將其與其他微流控及信號器件相結(jié)合后，采用數(shù)字微流控操作方法即可自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)信號電路的開關(guān)和操縱。

綜上所述，本發(fā)明提供的基于電潤濕驅(qū)動(dòng)的單刀多擲開關(guān)器件中，相鄰分布的圓形驅(qū)動(dòng)電極使得液滴的切換移動(dòng)距離變短，切換速度變快，且通道數(shù)越多，速度越快。本發(fā)明基于電潤濕原理驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)，所需電壓及能耗小，移動(dòng)速度快；可通過設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電極、信號電極及二者相對位置等方法對開關(guān)效果實(shí)現(xiàn)調(diào)控，簡單易行。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。