專利名稱：具有液體電極的襯底的制作方法
背景技術：
現(xiàn)在制備的液體金屬微開關(LIMMS)使用諸如汞的液體金屬作為開關流體。液體金屬可以接通和斷開電接觸點。為了改變開關的狀態(tài)，一個力被施加到開關流體上，該力使得開關流體改變形狀并移動。然而，汞在接觸點上的移動有時會降低開關的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例，公開了一種包括第一層和第二層的襯底。電極被沉積在第一層上。第一層被嚙合到第二層。第二層限定了從第一電極通向與第一電極相對的第二層表面的管道。液體電極填充管道的至少一部分。


在附圖中圖示了本發(fā)明的示例性實施例，在附圖中圖1圖示了可以在用于基于流體的開關的襯底中使用的第一層和第二層的第一示例性實施例的正視圖；圖2圖示了彼此嚙合的圖1的第一層和第二層，以形成可以在基于流體的開關中使用的襯底；圖3圖示了用于制備如圖2所示的襯底的示例性方法；圖4圖示了可以在基于流體的開關中使用的襯底的第二示例性實施例；圖5圖示了可以在基于流體的開關中使用的襯底的第三示例性實施例的俯視圖；圖6圖示了圖5所示的襯底的正視圖；圖7圖示了可以使用包括管道的襯底的開關的第一示例性實施例的立體圖；以及圖8圖示了圖7所示的開關的開關流體空腔的正視圖。
具體實施例方式
圖1和2圖示了可以在基于流體的開關(例如LIMMS)中使用的襯底100。如圖3中所示的方法所描述的那樣，襯底100可以通過在第一層101上沉積(300)多個電極112、114、116而形成。作為示例，電極可以是固體電極并且第一層可以由陶瓷材料構(gòu)成或包括陶瓷材料。也可以使用其它適當?shù)牟牧?，例如聚合物或玻璃?br> 然后，液體電極122、124、126被沉積(305)在先前沉積的電極112、114、116的每一個之上。在一個實施例中，液體電極可以是諸如汞電極的液體金屬電極。如下文將進一步詳細討論的那樣，液體電極可以和基于流體的開關中的開關流體一道使用來接通或斷開電極112、114、116之間的接觸點連接。
第二層103限定多個管道104、106、108。這些管道與沉積在第一層101上的電極112、114、116、122、124、126對準(310)，從而當兩個層彼此嚙合(315)時，液體電極122、124、126中的每個被迫通過它所對準的管道的至少一部分。
襯底100可以用在諸如LIMMS的基于流體的開關中。在開關流體接通或斷開電極之間的接觸點時，管道104、106、108可以用來幫助防止在開關中使用的開關流體在電極112、114、116的上方移動。作為示例，管道104、106、108可以是錐形的，使得管道在其相應電極112、114、116處的開口大于在與電極112、114、116相對的第二層表面處的開口。在基于流體的開關中，管道上的開關流體隨后通過與液體電極122、124、126混合，可以接通或斷開電極112、113、116之間的連接，而不是通過潤濕和再次潤濕電極112、114、116來接通和斷開電極112、114、116之間的連接。這可以增加開關的可靠性。如果管道是錐形的，則錐形的管道趨向于使液體電極122、124、126保持在它們相應的管道104、106、108中，并且不在電極112、114、116的上方移動，從而增加了開關的可靠性。
在一個實施例中，管道的側(cè)壁可以內(nèi)襯有可濕性材料以幫助液體電極122、124、126潤濕管道104、106、108。作為示例，第二層103的材料可以由玻璃形成或包括玻璃。然而，第二層也可以由諸如聚合物或陶瓷的材料形成。通過給用來限定管道的玻璃涂覆金屬(例如，通過濺射)，管道可以被制成可濕性的。
在一些環(huán)境中，可能很難形成如圖1所描述的那樣的錐形管道。因此在圖4中描述了另一種襯底，其可以用在基于流體的開關中，幫助減少開關流體在電極上方的移動。襯底400包括第一層401、嚙合到第一層401的第二層403、以及嚙合到第二層403的第三層405。作為示例，第一層可以由陶瓷形成或包括陶瓷，第二層和第三層可以由玻璃或陶瓷形成或者包括玻璃或陶瓷。也可以使用其它適當?shù)牟牧稀?br> 第二層403限定了從電極422、424、426通向與電極422、424、426相對的第二層表面的多個管道402、404、406，其中電極422、424、426是沉積在第一層401上的。第三層限定了管道402、404、406的延伸部分412、414、416，其中延伸部分412、414、416從第二層的表面通向第三層的相對表面。管道的延伸部分412、414、416比管道402、404、406窄。液體電極(例如，汞電極)432、434、436填充每個管道的至少一部分。由第二層403和第三層405限定的管道側(cè)壁的至少一部分可以內(nèi)襯有可濕性材料以幫助液體電極432、434、436潤濕管道402、404、406。
在一個實施例中，襯底400可以用在基于流體的開關中。當開關流體接通和斷開電極422、424、426之間的接觸點時，穿過襯底的第二層和第三層形成的管道的形狀可以使得位于每個管道中的液體電極432、434、436保持在管道中，從而增加了開關的可靠性。
圖4的襯底可以使用與圖3所述類似的工藝來形成。在將第二層403嚙合(315)到第一層401之前，第三層405的較小直徑管道412、414、416可以與第二層403的管道402、404、406對齊，并且第三層405可以嚙合到第二層403。
圖5和6圖示了可以用在基于流體的開關中的襯底500的第三示例性實施例。多個電極522、524、526被沉積在襯底的第一層501上。第二層503隨后嚙合到第一層501。作為示例，第二層可以由玻璃形成或包括玻璃，第一層可以由陶瓷材料形成或包括陶瓷材料。也可以使用其它適當?shù)牟牧稀?br> 第二層限定了從電極522、524、526通向與電極522、524、526相對的第二層503表面的多個管道514、516、518。管道成鐘罩形，管道在電極處的開口大于管道在第二層的相對表面處的開口。鐘罩形可以具有多種輪廓，并且可以例如通過對第二層掩模然后在第二層中以噴砂法形成鐘罩形狀而形成?？蛇x地，由第二層限定的缺口504、506、508可以用來將管道的開口從第二層的表面縮進。缺口的直徑大于管道在第二層表面處的開口。應當認識到，其它的實施例可以不具有圖6所描述的缺口。
液體電極(例如，汞電極)534、536、538填充每個管道的至少一部分。管道的側(cè)壁可以內(nèi)襯有可濕性材料來幫助液體電極534、536、538潤濕管道。缺口也可以內(nèi)襯有可濕性材料，從而在基于流體的開關中使用的開關流體可以潤濕缺口。
在一個實施例中，襯底500用在基于流體的開關中。當開關流體接通和斷開電極522、524、526之間的連接時，管道514、516、518的形狀可以使得位于每個管道中的液體電極534、536、538保持在它們各自的管道中。缺口504、506、508為液體電極534、536、538提供了更大的接觸區(qū)域，并且缺口的凹進側(cè)面可以幫助防止可濕性內(nèi)襯抬升它們的側(cè)面進而移出缺口。
圖7和圖8圖示了基于流體的開關的第一示例性實施例。開關700包括第一襯底，第一襯底具有第一層501和第二層503。第二襯底702嚙合到第一襯底501/503。襯底501/503、702在它們之間限定了多個空腔704、706、708。
第二層503限定了多個管道534、536、538(圖8)，每個管道從至少一個空腔通向襯底的第一層501上的多個電極522、524、526之一。開關流體712(例如，諸如汞的導電性液體金屬)被保持在管道534、536、538和一個或多個空腔(例如，空腔706)中。開關流體712響應于施加到開關流體712上的力而用來接通或關斷多個電極522、524、526中的至少一對。保持在一個或多個空腔(例如，空腔704、708)中的致動流體710(例如，惰性氣體或液體)用來將力施加到開關流體712。
為了創(chuàng)建“密封帶”714、716、718，第一襯底702的多個部分可以被金屬化。在保持開關流體712的空腔706中創(chuàng)建密封帶714-718提供了可以被開關流體712潤濕的額外表面區(qū)域。這不僅有助于鎖定開關流體可能呈現(xiàn)的多種狀態(tài)，還幫助創(chuàng)建了開關流體難以漏出的密封室，并且在該密封室中，開關流體可以被更容易地泵浦(例如，在開關狀態(tài)改變期間)。
在開關700的一個實施例中，施加到開關流體712上的力來自致動流體710的壓力改變。致動流體710的壓力改變將壓力改變給予開關流體712，從而使開關流體712改變形狀、移動、分離等。在圖7中，空腔704中保持的致動流體710的壓力施加力來使開關流體712分離，如圖所示的那樣。在這種狀態(tài)下，開關700的最右側(cè)一對電極524、526彼此耦合(見圖8)。如果空腔704中保持的致動流體710的壓力減輕，并且空腔708中保持的致動流體710的壓力增大，則開關流體712可以被迫分離并混合，從而電極524和526斷開耦合，而電極522和524耦合。
當開關改變狀態(tài)時，液體電極514、516、518(即，開關流體712的多個部分)趨向于保持在管道534、536、538中，從而開關流體712不必潤濕和再次潤濕電極522、524、526。這樣，至少開關流體在電極上的移動被減少，并且優(yōu)選地被消除。如本申請其它地方所描述的那樣，管道可以是錐形、鐘罩形或任何趨向于使液體電極514、516、518保持對電極522、524、526潤濕的其它形狀。為了前面描述的目的，第二層503還可以在空腔704、706、708中的管道的開口處限定缺口。
致動流體710的壓力改變可以通過加熱致動流體710或壓電泵浦來實現(xiàn)。前者在Kondoh等人的題為“Electrical Contact Breaker Switch，Integrated Electrical Contact Breaker Switch，and Electrical Contact SwitchingMethod”的美國專利6,323,447中有所描述，這里通過引用并入該專利公開的所有內(nèi)容。后者在Marvin Glenn Wong于2002年5月2日遞交的題為“A Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch”的美國專利申請No.10/137,691中有所描述，這里也通過引用并入該專利申請公開的所有內(nèi)容。盡管上述專利和專利申請公開了利用雙推/拉致動流體空腔來移動開關流體，但是在單個推/拉致動流體空腔可以將足夠大的推/拉壓力改變給予開關流體的情況下，這種單個空腔也是足夠用的。與開關構(gòu)造和操作有關的其它細節(jié)(例如圖7和8中圖示的那樣)可以在上面Kondoh的專利中找到。
盡管這里已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的示例性優(yōu)選實施例，但是應當理解，本發(fā)明的原理可以以多種其它方式實現(xiàn)和利用。例如，與圖1、2或4-6所示類似的襯底還可以用在利用不透明液體開關光路徑的光開關中。權(quán)利要求意在包括現(xiàn)有技術之外的所有這些變化形式。
權(quán)利要求
1.一種襯底(100)，包括第一層(101)；沉積在所述第一層上的第一電極(112)；與所述第一層嚙合的第二層(103)，所述第二層限定了從所述第一電極通向與所述第一電極相對的第二層表面的管道(104)；以及填充所述管道的至少一部分的液體電極(122)。
2.如權(quán)利要求1所述的襯底，其中所述管道在第一電極處的開口比所述管道在第二層表面處的開口寬。
3.如權(quán)利要求2所述的襯底，其中所述管道包括鐘罩形(514)。
4.如權(quán)利要求1-3中任何一個所述的襯底，其中所述襯底的第二層包括在第二層表面的管道開口處的缺口(504)，所述缺口的直徑大于所述第二層表面處的管道的直徑。
5.如權(quán)利要求4所述的襯底，還包括所述管道的可濕性材料內(nèi)襯側(cè)壁。
6.如權(quán)利要求1-5中任何一個所述的襯底，其中所述第二層包括玻璃，所述可濕性材料包括金屬。
7.如權(quán)利要求1-5中任何一個所述的襯底，其中所述第二層包括陶瓷，所述可濕性材料包括金屬。
8.如權(quán)利要求1-7中任何一個所述的襯底，其中所述第一電極是固體電極。
9.如權(quán)利要求1-8中任何一個所述的襯底，還包括與所述第二層嚙合的第三層(405)，所述第三層限定管道的延伸部分(412)，其中所述管道的延伸部分從所述第二層的表面通向所述第三層的相對表面，所述管道的延伸部分比所述管道窄。
10.一種開關(700)，包括具有第一層(501)和第二層(503)的第一襯底，所述第一層具有沉積于其上的多個電極(522，524，526)，所述第二層限定了多個管道(514，516，518)；與所述第一襯底嚙合的第二襯底(702)，所述第一襯底和所述第二襯底在它們之間限定了多個空腔(704，706，708)的至少多個部分，所述第二層的每個管道從所述空腔中的至少一個通向沉積在所述第一層上的所述多個電極之一；開關流體(718)，保持在一個或多個所述管道和一個或多個所述空腔中，所述開關流體的至少一部分可以響應于施加到所述開關流體的力而移動，從而接通或關斷所述多個電極的至少一對電極；以及致動流體(710)，保持在一個或多個所述空腔中，所述致動流體向所述開關流體施加力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種襯底，一種制造襯底的方法以及與襯底相結(jié)合的開關。在一個實施例中，襯底(100)具有第一層(101)、沉積在第一層上的第一電極(112)、以及與第一層嚙合的第二層(103)。第二層限定了從第一電極通向與第一電極相對的第二層表面的管道(104)。液體電極(122)填充管道的至少一部分。
文檔編號H01H29/28GK1774780SQ200480009885
公開日2006年5月17日 申請日期2004年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月14日
發(fā)明者路易斯·R·杜吾, 馬文·格倫·黃, 光親齊藤 申請人:安捷倫科技有限公司