专利名称：弯形开关液体腔的制作方法
与相关申请的交叉引用本发明与和此申请同日递交的Marvin Glenn Wong等人的题为“Formation of Signal Paths to Increase Maximum Signal-Carrying Frequencyof a Fluid-Based Switch”的美国专利申请序列号No.＿＿＿＿、案卷号No.10010273-1有关(据此通过参考将其并入)。
背景技术：
在需要快速而灵巧的开关的环境中，诸如液体金属微型开关(LIMMS)之类的基于液体型开关已被证明很有价值。
发明内容
本发明的一个方面体现在包含第一和第二成对基板的开关，在所述第一和第二成对基板之间限定了弯形开关液体腔的第一和第二交叉沟道。开关液体被装在弯形开关液体腔中，并且可以响应于施加到开关液体的力而在第一和第二开关状态之间转换。在第一开关状态中，开关液体的大部分被迫使进入第一交叉沟道，而在第二开关状态中，开关液体的大部分被迫使进入第二交叉沟道。
本发明的其他实施例也被公开。
在附图中示出了本发明的示例性实施例，在附图中图1是开关的第一示例性实施例的平面图；图2示出了图1所示开关的多个层的正面图；图3是图1所示开关的沟道板(channel plate)的第一平面图，其中所述开关处于第一状态；
图4是图1所示开关的沟道板的第二平面图，其中所述开关处于第二状态；图5的平面图示出了图1所示开关的基板和沟道板中/上的元件之间的对应关系；图6是图1所示的开关的基板的平面图；图7的平面图示出了图1所示开关的替换实施例；图8是开关的第二示例性实施例的平面图；以及图9是直形开关液体腔的平面图。
具体实施例方式
图1到图6示出了基于液体型开关的第一示例性实施例100。在该第一实施例中，开关100是电开关。图8示出了基于液体型开关的第二示例性实施例800。在该第二实施例中，开关800是光学开关。
在开关100、800的每一个中，第一和第二成对基板100/102、800/802在其之间限定了弯形开关液体腔304、816的第一和第二交叉沟道134/136、812/814(参见图3、4和8)。开关液体312、818被装在每个弯形开关液体腔中，并且可以响应于施加到开关液体的力而在第一和第二开关状态之间转换。在第一开关状态中，开关液体中的大部分被迫使进入第一交叉沟道(对于开关100，如图3所示)。在第二开关状态中，开关液体中的大部分被迫使进入第二交叉沟道(对于开关100，如图4所示)。
弯形开关液体腔304、816提供了多种优于直形开关液体腔的优点，所述直形开关液体腔例如是在由Marvin Glenn Wong于2002年5月2日递交的题为“A Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch”的美国专利申请序列号No.10/137,691中所公开的直形开关液体腔(据此通过参考将其并入)。例如，弯形开关液体腔可以为基于液体型开关提供更好的抗机械冲击性能。通过参考图3、4和9，可以最好地理解这个优点。如图3所示，开关液体312一般通过在箭头318和320的方向上移动，而从图3所示的状态转换到图4所示的状态。例如，如果开关100下落、被摇晃或被振动，那么在箭头320的方向上施加给开关液体312的力被沟道136的侧壁所吸收，并且开关液体不太可能由于下落、摇晃或振动而改变状态。以类似方式，在箭头318的方向上施加给开关液体312的力也会被沟道134的侧壁所吸收。在箭头318的方向上唯一没有被吸收的力是由开关液体312中被装在沟道134和136的交叉部分中的那部分开关液体所产生的。但是，由于被装在沟道134和136的交叉部分中的开关液体312的质量远远小于被装在沟道134中的全部开关液体312的质量，因此被装在弯形开关液体腔304中的开关液体312与被装在类似尺寸的直形开关液体沟道900(参见图9；力＝质量×加速度)中的类似量的开关液体902相比，其由于疏忽而改变状态的可能性更小。如果可湿区域108(例如焊盘、触点或密封带；参见图1)被置于开关液体腔304的弯曲部分，那么开关液体312的表面张力可使得计算在开关100下落、摇晃或振动期间施加到开关液体312的未被吸收的力(即没有被腔304的侧壁所吸收的力)变得相对容易。随后在本说明书中，将公开关于用于实现这种抗机械冲击性能的开关部件的示例性布置的更具体细节。但是，将首先描述弯形开关液体腔的另一可能优点。
弯形开关液体腔304的另一可能优点在于，使用这种弯形腔304在电气方面很有利。例如，弯形开关液体腔304通过使平面信号导线112、114、116接触开关液体312处的过渡能够“平坦”，而允许减轻开关的电路径中的突变。
现在将更详细地描述图1-6所示的基于液体型开关100的实施例。开关100包括沟道板102，其限定多个腔300、302、304、306、308(图3)中的至少一部分。一个或多个腔可以至少部分地被沟道板102中的第一和第二交叉沟道134、136所限定。如果存在腔300-308中的其余部分，则这些其余部分可以被与沟道板102成对并密封到沟道板102的基板104所限定。第一和第二交叉沟道134、136可以以各种角度交叉，包括大约90°角。
沟道板102和基板104可以通过粘合剂、接合垫、螺丝钉(提供压缩力)和/或其他装置而被彼此密封在一起。一种合适的粘合剂是CytopTM(由日本东京的Asahi Glass Co.，Ltd所制造)。根据应用，CytopTM与两种不同的粘合催化剂包一起供应。当沟道板102具有无机化合物时，应该使用CytopTM的无机粘合催化剂。类似地，沟道板102具有有机化合物时，应该使用CytopTM的有机粘合催化剂。
如图3所示，开关液体312(例如诸如水银之类的导电性液体金属)被装在由交叉沟道134、136所限定的腔304内。开关液体3121)可以响应于施加到开关液体312的力而至少在第一和第二开关状态之间转换，并且2)用于打开和关闭暴露在腔304内的至少一对电接触(例如接触焊盘106、108、110)。
图3示出了处于第一状态的开关液体312。在此第一状态中，开关液体312在腔302前面存在间隙。该间隙是由于通过装在腔300中的致动液体314(例如惰性气体或液体)而施加到开关液体312的力而形成的。在此第一状态中，开关液体312弄湿了接触焊盘106和108，并将两者桥接在一起(图1和3)。开关液体312可以通过减小通过致动液体314施加到其上的力，并且增大通过致动液体316施加到其上的力而被转换到第二状态中。在此第二状态中，开关液体312在腔306前面形成间隙，并且图3所示的间隙被关闭。在此第二状态中，开关液体312弄湿了接触焊盘108和110，并将两者桥接在一起(图1和4)。
如图1和6所示，多个平面信号导线112、114、116从开关100的边沿伸展到由弯形开关液体腔304限定的腔304内。当开关100被装配时，这些导线112-116处于与开关液体312的湿润接触中。平面信号导线112-116的被开关液体312弄湿的末端106-110可以是电镀的(例如镀金或铜)，但也不一定如此。平面信号导线112-116的伸展到开关100边沿的末端可以恰好伸展到开关100的边沿，或者也可以伸展到开关100的准确边沿的小段距离内(如图1所示)。为了描述方便，在上述情况中的任意一种情况中，导线112-116都被认为伸展到开关的“边沿”。在开关100的替换实施例中，平面信号导线112-116可能不伸展到开关100的边沿。
用于信号传播的平面信号导线112-116的使用消除了信号穿过过孔的路线，从而消除了信号从前不得不经过的最多四个直角(即，在开关输入过孔120或许以焊球或其他表面触点耦合到基板处的第一直角；在开关输入过孔120被耦合到内部开关电路114处的第二直角；在内部开关电路116被耦合到开关输出过孔122处的第三直角；以及在开关输出过孔122被耦合到基板处的第四直角)。这些直角的消除消除了引起不必要信号反射的原因，并且不必要信号反射的减少可以使信号更快速地传播通过受影响的信号路径。
由于注意到不是所有环境都可以有助于开关100的边沿耦合，因此开关100也可以具有多个导电过孔118、120、122，用于将平面信号导线112-116电耦合到多个诸如焊球(例如参见图2中的焊球208、210、212、214)之类的表面触点。可替换地，过孔118-122可以将平面信号导线112-116耦合到其他类型的表面触点(例如引脚或岸面栅格阵列(1andgrid array，LGA)的焊盘)。
为了进一步增大信号可以传播通过开关100的速度，可以在每个平面信号导线112-116的任意一侧附近形成多个平面接地导线124、126、128(图1和6)。平面信号和接地导线112-116、124-128构成用于信号路线的平面同轴结构，并且1)提供了更好的阻抗匹配，2)减小了较高频率上的信号感应。
如图1和6所示，单个接地导线可以位于多于一个信号导线112-116的侧面(例如接地导线124位于信号导线112和116的侧面)。此外，接地导线124-128可以在开关100中被彼此耦合，以实现统一和更一致的接地。如果基板104包括交替的金属和绝缘层200-206(图2)，那么接地导线124-128可以被形成在第一金属层206中，并且可以通过形成在绝缘层204中的多个导电过孔600、602、604而被耦合到第二金属层202中的V形迹线606。
与平面信号导线112-116类似，平面接地导线124-128可以伸展到开关100的边沿(不一定如此)，以使他们能够经由引线接合而被耦合到印制电路板或其他基板。但是，再次由于意识到不是所有环境都可以有助于开关100的边沿耦合，因此接地导线124-128也可以被耦合到多个导电过孔608，这些导电过孔608将接地导线124-128耦合到开关100的多个表面触点。
在以上描述中已经公开，开关液体312可以利用由装在腔300、308中的致动液体314、316施加到其上的力而从一种状态转换到另一种状态。但是，还未公开如何致使致动液体314、316在开关液体312上施加(多个)力。用于致使致动液体(例如致动液体314)施力的一个方法是利用暴露在装有致动液体314的腔300内的加热电阻器500对致动液体314加热。随着致动液体314被加热，致动液体314不断膨胀，从而对开关液体312施力。以类似方式，致动液体316可以利用加热电阻器502来加热。因此，通过交替加热致动液体314或致动液体316，可以向开关液体312施加交替的力，从而使其呈现两种不同的开关状态之一。关于如何利用加热电阻器致动基于液体型开关的其他细节在Kondoh等人的题为“Electrical Contact Breaker Switch，Integrated Electrical Contact BreakerSwitch and Electrical Contact Switching Method”的美国专利#6,323,447中有所描述，据此通过参考将其并入。
用于致使致动液体314施力的另一方法是缩小装有致动液体314的腔300、302的尺寸。图10因此示出了开关100的替换实施例，其中加热电阻器500、502被多个压电元件700、702、704、706所取代，这些压电元件在被施加以电压时倾斜进入腔302、306。如果电压被交替施加到暴露在腔302内的压电元件700、702以及暴露在腔306内的压电元件704、706，则可以向开关液体312施加交替的力，从而使其呈现两种不同的开关状态之一。关于如何利用压电泵作用致动基于液体型开关的其他细节在之前提到的Marvin Glenn Wong的专利申请(美国专利申请序列号No.10/127,691)中有所描述。
虽然以上参考的专利和专利申请公开了利用两个推/拉致动液体腔来使开关液体移动，但是如果可以从单个推/拉致动液体腔向开关液体施加足够的推/拉压力改变，则单个推/拉致动液体腔可能已足够。
为了实现上述加热电阻器500、502或压电元件700、706的更快速循环，它们中的每一个可以被耦合在伸展到开关边沿的一对平面导线130/126、132/128之间。如图1所示，这些平面导线126、128中的某些可以是在平面信号导线112-116附近延伸的平面接地导线。如果需要，可以提供导电过孔610、612，以将这些导线130、132耦合到开关100上的表面触点。
由弯形开关液体腔304提供的一个优点在于，传播进入和传播离开装在弯形开关液体腔304中的开关液体312的信号无需采取直角转弯，因此可以减少不必要的信号反射。就是说，任意平面信号导线112-116与弯形开关液体腔304交叉的最小角度都可以被限定为大于90°的角度(并且优选地是等于或大于135°的角度，或者大约135°的角度)。因此，在理想的连接环境中，图1-6所示的开关100可以被用于消除信号路径中的所有直角转弯，从而减少信号反射，增大信号可以传播通过开关的速度，并且最终增大开关100的最大信号运载频率。
为了更容易地将信号路线耦合到开关100，可能需要在开关的一侧对信号输入分组，并且在开关的另一侧对信号输出分组。如果这样做，则可以优选地将任意平面信号导线的路径所采取的最小拐角限制为大于90°，或者更优选地，限制为大约135°，并且甚至更优选地，限制为等于或大于135°(即，用于减少在导线拐角处的信号反射次数)。
应该注意，可以去除图1和6所示的导电过孔118-122、608-612，以保持信号感应最小，从而提高开关100的最大信号运载频率。
如果开关100经由表面触点(例如焊球208-214)而被电耦合到基板，那么平面导线112-116、124-132无需伸展到开关100的边沿。但是，即使信号将需要经由焊球208-214和导电过孔118-122、608-612处的直角转弯传播到开关100中，开关100也仍旧可以受益于带有锐角拐角的信号路径和/或弯形开关液体腔304。
图8示出了采用弯形开关液体腔816的光学开关800。开关800包括沟道板802、第一和第二交叉沟道812-814、基板804、腔816、820、822、824、826、加热电阻器828、830、加热电阻器导线832、834、836、838以及导电过孔840、842、844、846，它们的工作方式类似于根据开关100(图1到6)所述的对应组件。光学开关800具有与电开关100相同的抗机械冲击性能。但是，开关800不具有暴露在弯形开关液体腔816中的电触点，而是具有暴露在弯形开关液体腔816中的多个可湿焊盘806-810。开关液体818以类似于开关液体312弄湿接触焊盘106-110(图1、3和4)的方式弄湿焊盘806-810，并且用于通过弯形开关液体腔816来打开和阻断光路径848、850。
虽然以上描述是在这里所示及所述的开关100、800的上下文中提出的，但是本发明概念的应用并不局限于这里所示的基于液体型开关。
虽然这里已经详细描述了本发明的示例性的当前优选实施例，但是应该理解，可以以其他方式来不同地体现和采用本发明的概念，并且所附权利要求书想要被解释为包括除了由现有技术所限制的那些之外的变化。
权利要求
1.一种开关(100)，包括a)沟道板(102)，其限定多个腔(300、302、304、306、308)中的至少一部分，所述多个腔包括至少由所述沟道板中的第一和第二交叉沟道(134、136)所限定的弯形开关液体腔(306)；b)暴露在所述弯形开关液体腔中的多个电触点(106、108、110)；c)装在所述弯形开关液体腔中的开关液体(312)，所述开关液体用于响应于施加到所述开关液体的力来打开和关闭所述多个电触点中的至少一对；以及d)装在一个或多个腔中的致动液体(314、316)，所述致动液体用于向所述开关液体施加所述力。
2.如权利要求1所述的开关(100)，其中a)所述电触点之一(108)出现在所述弯形开关液体腔(306)中所述第一和第二交叉沟道(134、136)的交叉部分处；并且b)所述电触点中的另外一些出现在所述弯形开关液体腔(306)中所述第一和第二交叉沟道的交叉部分的任意一侧。
3.如权利要求2所述的开关(100)，其中所述电触点(106、108、110)被所述开关液体(312)弄湿。
4.如权利要求1所述的开关(100)，其中所述第一和第二交叉沟道(134、136)以大约90°角交叉。
5.如权利要求2所述的开关(100)，其中所述电触点(106、108、110)是平面信号导线(112、114、116)的末端。
6.如权利要求5所述的开关(100)，其中所述平面信号导线(112、114、116)中的至少一个以某个角度与所述弯形开关液体腔(306)交叉，并且其中所述平面信号导线之一与所述弯形开关液体腔交叉的最小角度大于90°。
7.如权利要求6所述的开关(100)，其中所述平面信号导线(112、114、116)之一与所述弯形开关液体腔(306)交叉的最小角度等于或大于135°。
8.如权利要求6所述的开关(100)，其中所述平面信号导线(112、114、116)之一与所述弯形开关液体腔(306)交叉的最小角度大约为135°。
9.如权利要求8所述的开关(100)，其中由所述平面信号导线(112、114、116)之一采取的路径包含某个拐角，并且其中由所述平面信号导线中的任意一个采取的路径中的最小拐角大90°。
10.一种开关(800)，包括a)沟道板(802)，其限定多个腔(816、820、822、824、826)中的至少一部分，所述多个腔包括至少由所述沟道板中的第一和第二交叉沟道(812、814)所限定的弯形开关液体腔(816)；b)暴露在所述弯形开关液体腔中的多个可湿焊盘(806、808、810)；c)装在所述弯形开关液体腔中并可弄湿所述焊盘的开关液体(818)，所述开关液体用于响应于施加到所述开关液体的力来打开和阻断穿过所述弯形开关液体腔的光路径(848、850)；以及d)装在一个或多个腔中的致动液体，所述致动液体用于向所述开关液体施加所述力。
全文摘要
一种具有第一和第二成对基板(102、104)的开关(100)，第一和第二成对基板在其间限定了弯形开关液体腔(816)的第一和第二交叉沟道(134、136)。开关液体(818)被装在弯形开关液体腔中，并且可以响应于施加到开关液体的力而在第一和第二开关状态之间转换。在第一开关状态中，开关液体的大部分被迫使进入第一交叉沟道，而在第二开关状态中，开关液体的大部分被迫使进入第二交叉沟道。
文档编号H01H29/28GK1774779SQ200480009800
公开日2006年5月17日 申请日期2004年1月30日 优先权日2003年4月14日
发明者马文·格伦·黄, 路易斯·R·杜吾, 朱利斯·K·伯特卡 申请人:安捷伦科技有限公司