专利名称：具有液体电极的衬底的制作方法
背景技术：
现在制备的液体金属微开关(LIMMS)使用诸如汞的液体金属作为开关流体。液体金属可以接通和断开电接触点。为了改变开关的状态，一个力被施加到开关流体上，该力使得开关流体改变形状并移动。然而，汞在接触点上的移动有时会降低开关的可靠性。
发明内容
在一个实施例，公开了一种包括第一层和第二层的衬底。电极被沉积在第一层上。第一层被啮合到第二层。第二层限定了从第一电极通向与第一电极相对的第二层表面的管道。液体电极填充管道的至少一部分。
在附图中图示了本发明的示例性实施例，在附图中图1图示了可以在用于基于流体的开关的衬底中使用的第一层和第二层的第一示例性实施例的正视图；图2图示了彼此啮合的图1的第一层和第二层，以形成可以在基于流体的开关中使用的衬底；图3图示了用于制备如图2所示的衬底的示例性方法；图4图示了可以在基于流体的开关中使用的衬底的第二示例性实施例；图5图示了可以在基于流体的开关中使用的衬底的第三示例性实施例的俯视图；图6图示了图5所示的衬底的正视图；图7图示了可以使用包括管道的衬底的开关的第一示例性实施例的立体图；以及图8图示了图7所示的开关的开关流体空腔的正视图。
具体实施例方式
图1和2图示了可以在基于流体的开关(例如LIMMS)中使用的衬底100。如图3中所示的方法所描述的那样，衬底100可以通过在第一层101上沉积(300)多个电极112、114、116而形成。作为示例，电极可以是固体电极并且第一层可以由陶瓷材料构成或包括陶瓷材料。也可以使用其它适当的材料，例如聚合物或玻璃。
然后，液体电极122、124、126被沉积(305)在先前沉积的电极112、114、116的每一个之上。在一个实施例中，液体电极可以是诸如汞电极的液体金属电极。如下文将进一步详细讨论的那样，液体电极可以和基于流体的开关中的开关流体一道使用来接通或断开电极112、114、116之间的接触点连接。
第二层103限定多个管道104、106、108。这些管道与沉积在第一层101上的电极112、114、116、122、124、126对准(310)，从而当两个层彼此啮合(315)时，液体电极122、124、126中的每个被迫通过它所对准的管道的至少一部分。
衬底100可以用在诸如LIMMS的基于流体的开关中。在开关流体接通或断开电极之间的接触点时，管道104、106、108可以用来帮助防止在开关中使用的开关流体在电极112、114、116的上方移动。作为示例，管道104、106、108可以是锥形的，使得管道在其相应电极112、114、116处的开口大于在与电极112、114、116相对的第二层表面处的开口。在基于流体的开关中，管道上的开关流体随后通过与液体电极122、124、126混合，可以接通或断开电极112、113、116之间的连接，而不是通过润湿和再次润湿电极112、114、116来接通和断开电极112、114、116之间的连接。这可以增加开关的可靠性。如果管道是锥形的，则锥形的管道趋向于使液体电极122、124、126保持在它们相应的管道104、106、108中，并且不在电极112、114、116的上方移动，从而增加了开关的可靠性。
在一个实施例中，管道的侧壁可以内衬有可湿性材料以帮助液体电极122、124、126润湿管道104、106、108。作为示例，第二层103的材料可以由玻璃形成或包括玻璃。然而，第二层也可以由诸如聚合物或陶瓷的材料形成。通过给用来限定管道的玻璃涂覆金属(例如，通过溅射)，管道可以被制成可湿性的。
在一些环境中，可能很难形成如图1所描述的那样的锥形管道。因此在图4中描述了另一种衬底，其可以用在基于流体的开关中，帮助减少开关流体在电极上方的移动。衬底400包括第一层401、啮合到第一层401的第二层403、以及啮合到第二层403的第三层405。作为示例，第一层可以由陶瓷形成或包括陶瓷，第二层和第三层可以由玻璃或陶瓷形成或者包括玻璃或陶瓷。也可以使用其它适当的材料。
第二层403限定了从电极422、424、426通向与电极422、424、426相对的第二层表面的多个管道402、404、406，其中电极422、424、426是沉积在第一层401上的。第三层限定了管道402、404、406的延伸部分412、414、416，其中延伸部分412、414、416从第二层的表面通向第三层的相对表面。管道的延伸部分412、414、416比管道402、404、406窄。液体电极(例如，汞电极)432、434、436填充每个管道的至少一部分。由第二层403和第三层405限定的管道侧壁的至少一部分可以内衬有可湿性材料以帮助液体电极432、434、436润湿管道402、404、406。
在一个实施例中，衬底400可以用在基于流体的开关中。当开关流体接通和断开电极422、424、426之间的接触点时，穿过衬底的第二层和第三层形成的管道的形状可以使得位于每个管道中的液体电极432、434、436保持在管道中，从而增加了开关的可靠性。
图4的衬底可以使用与图3所述类似的工艺来形成。在将第二层403啮合(315)到第一层401之前，第三层405的较小直径管道412、414、416可以与第二层403的管道402、404、406对齐，并且第三层405可以啮合到第二层403。
图5和6图示了可以用在基于流体的开关中的衬底500的第三示例性实施例。多个电极522、524、526被沉积在衬底的第一层501上。第二层503随后啮合到第一层501。作为示例，第二层可以由玻璃形成或包括玻璃，第一层可以由陶瓷材料形成或包括陶瓷材料。也可以使用其它适当的材料。
第二层限定了从电极522、524、526通向与电极522、524、526相对的第二层503表面的多个管道514、516、518。管道成钟罩形，管道在电极处的开口大于管道在第二层的相对表面处的开口。钟罩形可以具有多种轮廓，并且可以例如通过对第二层掩模然后在第二层中以喷砂法形成钟罩形状而形成。可选地，由第二层限定的缺口504、506、508可以用来将管道的开口从第二层的表面缩进。缺口的直径大于管道在第二层表面处的开口。应当认识到，其它的实施例可以不具有图6所描述的缺口。
液体电极(例如，汞电极)534、536、538填充每个管道的至少一部分。管道的侧壁可以内衬有可湿性材料来帮助液体电极534、536、538润湿管道。缺口也可以内衬有可湿性材料，从而在基于流体的开关中使用的开关流体可以润湿缺口。
在一个实施例中，衬底500用在基于流体的开关中。当开关流体接通和断开电极522、524、526之间的连接时，管道514、516、518的形状可以使得位于每个管道中的液体电极534、536、538保持在它们各自的管道中。缺口504、506、508为液体电极534、536、538提供了更大的接触区域，并且缺口的凹进侧面可以帮助防止可湿性内衬抬升它们的侧面进而移出缺口。
图7和图8图示了基于流体的开关的第一示例性实施例。开关700包括第一衬底，第一衬底具有第一层501和第二层503。第二衬底702啮合到第一衬底501/503。衬底501/503、702在它们之间限定了多个空腔704、706、708。
第二层503限定了多个管道534、536、538(图8)，每个管道从至少一个空腔通向衬底的第一层501上的多个电极522、524、526之一。开关流体712(例如，诸如汞的导电性液体金属)被保持在管道534、536、538和一个或多个空腔(例如，空腔706)中。开关流体712响应于施加到开关流体712上的力而用来接通或关断多个电极522、524、526中的至少一对。保持在一个或多个空腔(例如，空腔704、708)中的致动流体710(例如，惰性气体或液体)用来将力施加到开关流体712。
为了创建“密封带”714、716、718，第一衬底702的多个部分可以被金属化。在保持开关流体712的空腔706中创建密封带714-718提供了可以被开关流体712润湿的额外表面区域。这不仅有助于锁定开关流体可能呈现的多种状态，还帮助创建了开关流体难以漏出的密封室，并且在该密封室中，开关流体可以被更容易地泵浦(例如，在开关状态改变期间)。
在开关700的一个实施例中，施加到开关流体712上的力来自致动流体710的压力改变。致动流体710的压力改变将压力改变给予开关流体712，从而使开关流体712改变形状、移动、分离等。在图7中，空腔704中保持的致动流体710的压力施加力来使开关流体712分离，如图所示的那样。在这种状态下，开关700的最右侧一对电极524、526彼此耦合(见图8)。如果空腔704中保持的致动流体710的压力减轻，并且空腔708中保持的致动流体710的压力增大，则开关流体712可以被迫分离并混合，从而电极524和526断开耦合，而电极522和524耦合。
当开关改变状态时，液体电极514、516、518(即，开关流体712的多个部分)趋向于保持在管道534、536、538中，从而开关流体712不必润湿和再次润湿电极522、524、526。这样，至少开关流体在电极上的移动被减少，并且优选地被消除。如本申请其它地方所描述的那样，管道可以是锥形、钟罩形或任何趋向于使液体电极514、516、518保持对电极522、524、526润湿的其它形状。为了前面描述的目的，第二层503还可以在空腔704、706、708中的管道的开口处限定缺口。
致动流体710的压力改变可以通过加热致动流体710或压电泵浦来实现。前者在Kondoh等人的题为“Electrical Contact Breaker Switch，Integrated Electrical Contact Breaker Switch，and Electrical Contact SwitchingMethod”的美国专利6,323,447中有所描述，这里通过引用并入该专利公开的所有内容。后者在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No.10/137,691中有所描述，这里也通过引用并入该专利申请公开的所有内容。尽管上述专利和专利申请公开了利用双推/拉致动流体空腔来移动开关流体，但是在单个推/拉致动流体空腔可以将足够大的推/拉压力改变给予开关流体的情况下，这种单个空腔也是足够用的。与开关构造和操作有关的其它细节(例如图7和8中图示的那样)可以在上面Kondoh的专利中找到。
尽管这里已经详细描述了本发明的示例性优选实施例，但是应当理解，本发明的原理可以以多种其它方式实现和利用。例如，与图1、2或4-6所示类似的衬底还可以用在利用不透明液体开关光路径的光开关中。权利要求意在包括现有技术之外的所有这些变化形式。
权利要求
1.一种衬底(100)，包括第一层(101)；沉积在所述第一层上的第一电极(112)；与所述第一层啮合的第二层(103)，所述第二层限定了从所述第一电极通向与所述第一电极相对的第二层表面的管道(104)；以及填充所述管道的至少一部分的液体电极(122)。
2.如权利要求1所述的衬底，其中所述管道在第一电极处的开口比所述管道在第二层表面处的开口宽。
3.如权利要求2所述的衬底，其中所述管道包括钟罩形(514)。
4.如权利要求1-3中任何一个所述的衬底，其中所述衬底的第二层包括在第二层表面的管道开口处的缺口(504)，所述缺口的直径大于所述第二层表面处的管道的直径。
5.如权利要求4所述的衬底，还包括所述管道的可湿性材料内衬侧壁。
6.如权利要求1-5中任何一个所述的衬底，其中所述第二层包括玻璃，所述可湿性材料包括金属。
7.如权利要求1-5中任何一个所述的衬底，其中所述第二层包括陶瓷，所述可湿性材料包括金属。
8.如权利要求1-7中任何一个所述的衬底，其中所述第一电极是固体电极。
9.如权利要求1-8中任何一个所述的衬底，还包括与所述第二层啮合的第三层(405)，所述第三层限定管道的延伸部分(412)，其中所述管道的延伸部分从所述第二层的表面通向所述第三层的相对表面，所述管道的延伸部分比所述管道窄。
10.一种开关(700)，包括具有第一层(501)和第二层(503)的第一衬底，所述第一层具有沉积于其上的多个电极(522，524，526)，所述第二层限定了多个管道(514，516，518)；与所述第一衬底啮合的第二衬底(702)，所述第一衬底和所述第二衬底在它们之间限定了多个空腔(704，706，708)的至少多个部分，所述第二层的每个管道从所述空腔中的至少一个通向沉积在所述第一层上的所述多个电极之一；开关流体(718)，保持在一个或多个所述管道和一个或多个所述空腔中，所述开关流体的至少一部分可以响应于施加到所述开关流体的力而移动，从而接通或关断所述多个电极的至少一对电极；以及致动流体(710)，保持在一个或多个所述空腔中，所述致动流体向所述开关流体施加力。
全文摘要
本发明公开了一种衬底，一种制造衬底的方法以及与衬底相结合的开关。在一个实施例中，衬底(100)具有第一层(101)、沉积在第一层上的第一电极(112)、以及与第一层啮合的第二层(103)。第二层限定了从第一电极通向与第一电极相对的第二层表面的管道(104)。液体电极(122)填充管道的至少一部分。
文档编号H01H29/28GK1774780SQ200480009885
公开日2006年5月17日 申请日期2004年1月15日 优先权日2003年4月14日
发明者路易斯·R·杜吾, 马文·格伦·黄, 光亲齐藤 申请人:安捷伦科技有限公司