CN1768406A - 基于流体的开关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于流体的开关。在一个实施例中，开关(400)包括：搭配在一起的第一(100)衬底和第二(402)衬底，这两个衬底在其间限定了多个空腔中的至少一部分，第一衬底限定了在多个空腔中的第一空腔(406)内限定的多个缺口(102、104、106)；多个电接触(112、114、116)，每个电接触被沉积在多个缺口中的一个缺口内；开关流体(418)，其被容纳在第一空腔内，并且响应于施加到开关流体的力而断开和闭合多个电接触中的至少一对电接触；以及致动流体(410)，其被容纳在多个空腔中的一个或多个空腔内，并向开关流体施加力。

Description

基于流体的开关
背景技术
已制造了液态金属微开关(LIMMS)，其将诸如汞这样的液态金属用作开关流体。液态金属可以产生和断开电接触。为了改变开关的状态，向开关流体施加力，该力使其改变形状并移动。如果电接触和衬底之间的粘着性较弱，则移动的开关流体有时可能抬升触点的边缘，并且导致它们与下面的衬底分层，从而损坏开关。
发明内容
本发明公开了基于流体的开关。在一个实施例中，开关包括第一衬底和第二衬底，这两个衬底被搭配在一起。在衬底之间限定了多个空腔。此外，第一衬底限定多个空腔中的第一空腔内的多个缺口。多个电接触各自被沉积在多个缺口中的一个缺口内。第一空腔内容纳了开关流体，其响应于施加到开关流体的力，而断开和闭合多个电接触中的至少一对电接触。开关还包括容纳在多个空腔中的一个或多个空腔内的致动流体，其向开关流体施加力。
在另一个实施例中，开关包括第一和第二衬底，这两个衬底被搭配在一起，以便在衬底之间限定多个空腔。第一衬底还限定多个空腔中的第一空腔内的多个缺口。多个可湿性衬垫各自被沉积在多个缺口中的一个缺口内。在第一空腔内容纳了开关流体，它可润湿衬垫。开关流体响应于施加到开关流体的力，打开和阻塞经过第一空腔的光路径。容纳在多个空腔中的一个或多个空腔内的致动流体向开关流体施加力。
附图说明
附图中图示了本发明的示例性实施例，附图中：
图1图示了可用于基于流体的开关中的具有缺口的衬底的第一示例性
实施例的正视图；
图2图示了可用于基于流体的开关中的具有缺口的衬底的第二示例性
实施例的俯视图；
图3图示了图2的衬底的正视图；
图4图示了可使用具有缺口的衬底的开关的第一示例性实施例的透视图；
图5图示了可使用具有缺口的衬底的开关的第二示例性实施例的透视图；
图6图示了具有缺口的开关的第三示例性实施例的俯视图；并且
图7图示了图6的开关的正视图。
具体实施方式
图1图示了可用于诸如LIMMS这样的基于流体的开关中的衬底100。例如，衬底100可以是陶瓷或者玻璃的。衬底100可限定多个缺口102、104、106。缺口可通过喷沙、激光切割、照片成像、化学蚀刻或其他适当过程来形成。多个可湿性衬垫各自被沉积在缺口102-106中的一个缺口内，这些可湿性衬垫可能充当电接触。
缺口102-106使可湿性衬垫112-116从衬底100的表面向后退。正如将在下文中更详细的描述的那样，衬底可用于基于流体的开关中，该开关使用开关流体来改变开关的状态。在衬底100上产生使可湿性衬垫112-116从衬底的表面向后退的缺口可有助于防止开关状态变化期间开关流体抬升可湿性衬垫的边缘。
图2和3图示了可用于基于流体的开关中的衬底200的第二示例性实施例。多个电接触222、224、226被沉积在衬底的第一层201上。然后使第二层203与第一层201搭配。例如，第二层可由玻璃制成(或包括玻璃)，而第一层可由陶瓷材料制成(或包括陶瓷材料)。也可考虑其他适当的材料。
第二层限定多个管道214、216、218，，它们从电接触222、224、226通向第二层203的与电极222、224、226相反的表面。管道包括钟形，并且电极处的管道开口比第二层的相反表面处的管道开口宽。钟形可以具有多种轮廓，并且例如可通过掩蔽第二层然后将钟形喷沙到第二层中来形成。第二层所限定的缺口204、206、208可用于使管道开口从第二层的表面向后退。缺口的直径大于第二层的表面的管道的直径。
液态电极(例如汞电极)234、236、238至少填充每个管道的一部分。管道壁可用可湿性材料来加衬，以帮助液态电极234、236、238润湿管道。缺口也可用可湿性材料来加衬，以便用在基于流体的开关中的开关流体可润湿缺口。管道214、216、218的形状可以使得沉积在每个管道内的液态电极234、236、238随着开关流体产生和断开电接触222、224、226之间的连接，而保持在其各自的管道内。缺口204、206、208为液态电极234、236、238提供了更大的接触面积，并且缺口的凹陷边缘可有助于防止可湿性衬里抬升其边缘并且移出缺口外。
图4图示了包括衬底100的开关的第一示例性实施例。开关400包括第一衬底100和第二衬底402，这两个衬底被搭配在一起。衬底100和402在其间限定了多个空腔404、406和408。在空腔中的一个或多个内暴露了多个电接触112、114、116。每个电接触112-116被沉积在衬底100的缺口之一内。空腔中的一个或多个内容纳的开关流体418(例如诸如汞这样的导电液态金属)响应于施加到开关流体418的力而断开和闭合多个电接触112-116中的至少一对。空腔中的一个或多个内容纳的致动流体410(例如惰性气体或液体)向开关流体418施加力。
在开关400的一个实施例中，施加到开关流体418的力产生于致动流体410中的压力变化。致动流体410中的压力变化对开关流体418施加压力变化，从而使得开关流体418改变形状、移动、分离等。在图4中，空腔404中容纳的致动流体410的压力施加力以分离开关流体418，如图所示。在此状态下，开关400的电接触114、116的最右边那对彼此耦合。如果空腔406中容纳的致动流体410的压力减轻，并且空腔408中容纳的致动流体410的压力增大，则开关流体418可以被强迫分离和融合，以使得电接触114和116解耦合，而电接触112和114耦合。
缺口102-106使电接触112-116从衬底100的表面向后退。这样可有助于防止开关状态变化期间开关流体抬升电接触的边缘。
例如，致动流体410中的压力变化可通过加热致动流体410或者通过压电泵浦来实现。前者在Kondoh等人的标题为“Electrical Contact BreakerSwitch，Integrated Electrical Contact Breaker Switch and Electrical ContactSwitching Method(电接触断路器开关、集成电接触断路器开关和电接触开关方法)”的美国专利#6,323,444中描述，这里通过引用将其全部公开内容包含进来。后者在2002年5月2日提交的Marvin Glenn Wong的标题为“A Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch(一种压电致动的液态金属开关)”的美国专利申请序列号10/137,691中描述，这里也通过引用将其全部公开内容包含进来。虽然以上引用的专利和专利申请公开了通过双推/拉致动流体空腔产生的开关流体移动，但是如果可从这种空腔向开关流体施加足够大的推/拉压力变化，则单推/拉致动流体空腔可能就足够了。关于如图4所示的开关的构造和操作的附加细节可在上述Kondoh的专利中找到。
现将参考图5描述开关的第二示例性实施例。开关500包括第一衬底100和第二衬底502，这两个衬底被搭配在一起。衬底100和502在其间限定了多个空腔506、508、510。在空腔中的一个或多个内暴露了多个可湿性衬垫112-116。开关流体518(例如汞这样的液态金属)可润湿衬垫112-116，并且被容纳在空腔中的一个或多个内。开关流体518响应于施加到开关流体518的力，而打开和阻塞经过空腔中的一个或多个的光路径522/524、526/528。例如，光路径可由波导522-528所限定，这些波导与容纳开关流体的空腔508中的半透明窗口对齐。光路径522/524、526/528的阻塞可通过开关流体518变得不透明来实现。缺口102-106使可湿性衬垫112-116从衬底100的表面向后退，这样可有助于防止开关状态变化期间开关流体抬升衬垫的边缘。空腔中的一个或多个内容纳的致动流体520(例如惰性气体或液体)向开关流体518施加力。
关于如图5所示的开关的构造和操作的附加细节将在上述Kondoh等人的专利以及Marvin Wong的专利申请中找到。
图6和7图示了基于流体的开关的第三示例性实施例。开关600包括开关流体空腔604、一对致动流体空腔602、606以及一对空腔608、610，这对空腔将致动流体空腔602、606中相应的那个连接到开关流体空腔604。可以设想，取决于开关的配置，可在衬底中形成更多或更少空腔。例如，这对致动流体空腔602、606和这对连接空腔608、61O可被单个致动流体空腔和单个连接空腔所取代。
衬底602、604之一上的一部分可被金属化，以便产生“密封带”612、614、616。在容纳开关流体518的空腔内产生密封带612-616提供了额外的表面区域，开关流体618可润湿这些区域。这不仅有助于锁存开关流体可呈现的各种状态，还有助于产生密封腔，开关流体无法从该密封腔中漏出来，并且在该密封腔中开关流体更易被泵浦(即开关状态变化期间)。
密封带612-616可各自被沉积在衬底602、604之一上的缺口中。缺口使密封带从衬底的表面向后退。这样可有助于防止开关状态变化期间开关流体618抬升密封带的边缘。
开关还包括可湿性衬垫(可能充当电接触)606、608、610。可湿性衬垫也被沉积在衬底602之一上的缺口中。应该意识到，在其他实施例中，可湿性衬垫可被沉积在衬底602的平坦表面上，并且衬底可以不包括用于可湿性衬垫的缺口。
虽然这里已经详细描述了本发明的示例性并且目前看来优选的实施例，但是要理解的是，发明性概念可以用不同方式来体现和使用。所附权利要求书希望被解释为包括除了现有技术所限之外的这种变动。

Claims (10)

1.一种开关，包括：
搭配在一起的第一(100)衬底和第二(402)衬底，这两个衬底在其间限定了多个空腔(404、406、408)中的至少一部分，所述第一衬底限定了在所述多个空腔中的第一空腔(406)内限定的多个缺口(102、104、106)；
多个电接触(112、114、116)，每个电接触被沉积在所述多个缺口中的一个缺口内；
开关流体(418)，其被容纳在所述第一空腔内，并且响应于施加到所述开关流体的力而断开和闭合所述多个电接触中的至少一对电接触；以及
致动流体(410)，其被容纳在所述多个空腔中的一个或多个空腔内，并向所述开关流体施加所述力。
2.如权利要求1所述的开关，还包括多个密封带(612、614、616)，其被沉积在所述第二衬底上所述第一空腔内的位置，并且其中所述第二衬底限定多个缺口，并且所述多个密封带被沉积在所述多个缺口内。
3.如权利要求1或2之一所述的开关，其中所述第一衬底包括玻璃或陶瓷之一。
4.如权利要求1-3之一所述的开关，其中所述多个缺口是被喷沙在所述第一衬底中的。
5.如权利要求1-3之一所述的开关，其中所述多个缺口是被激光切割在所述第一衬底中的。
6.如权利要求1-3之一所述的开关，其中所述多个缺口是被化学蚀刻在所述第一衬底中的。
7.如权利要求1-6之一所述的开关，其中所述第一衬底包括第一层(201)和第二层(203)，所述第一层上沉积了多个电接触(222、224、226)，并且所述第二层限定了多个管道(234、236、238)，所述第二层的每个管道从所述第一空腔通向沉积在所述第一层上的多个电接触中的一个电接触，所述第二层还限定了多个缺口(204、206、208)；每个缺口是在所述第二层的表面处的多个管道中的一个管道的开口处限定的，所述多个缺口的直径大于所述第二层的表面处的多个管道的直径。
8.如权利要求7所述的开关，其中所述第二层限定的多个管道中的至少一个管道被限定使得当所述力被施加到所述开关流体以闭合所述的一对电接触时，所述开关流体的一部分保持在所述管道中。
9.一种开关，包括：
搭配在一起的第一(100)衬底和第二(502)衬底，这两个衬底在其间限定了多个空腔(506、508、510)中的至少一部分，所述衬底中的至少一个衬底限定了所述多个空腔中的第一空腔(508)内限定的多个缺口(102、104、106)；
多个可湿性衬垫(112、114、116)，每个可湿性衬垫被沉积在所述多个缺口中的一个缺口内；
开关流体(518)，其可润湿所述多个衬垫，并且被容纳在所述第一空腔内，并且响应于施加到所述开关流体的力而打开和阻塞经过所述第一空腔的光路径(522/524、526/528)；以及
致动流体(520)，其被容纳在所述多个空腔中的一个或多个空腔内，并向所述开关流体施加所述力。
10.一种开关，包括：
搭配在一起的第一(602)衬底和第二(604)衬底，这两个衬底在其间限定了多个空腔(602、604、606)中的至少一部分；
开关流体(518)，其被容纳在所述多个空腔中的一个或多个空腔内，并且能够响应于施加到所述开关流体的力而在至少第一和第二开关状态之间移动；以及
多个密封带(612、614、616)，其被沉积在所述衬底中的一个衬底上容纳所述开关流体的多个空腔中的一个或多个空腔内的位置处的多个缺口内。
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