DE10359500A1

DE10359500A1 - Schermodus-Flüssigmetallschalter

Info

Publication number: DE10359500A1
Application number: DE10359500A
Authority: DE
Inventors: Marvin Glenn Woodland Park Wong
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2004-11-25
Also published as: US6891315B2; GB2400681A; GB0407174D0; TW200421640A; GB2400681B; US20040201323A1; JP2004318137A

Abstract

Ein piezoelektrisches Relais wird offenbart, bei dem ein Flüssigmetalltröpfchen innerhalb eines Schaltkanals bewegt wird, der in einem Relaisgehäuse gebildet ist. Ein Signalweg, der durch den Schaltkanal verläuft, wird durch eine Bewegung des Flüssigmetalltröpfchens blockiert oder entblockt, das sich mit einem von zwei zusätzlichen Flüssigmetalltröpfchen vereinigt. Die Bewegung der Flüssigmetalltröpfchen wird durch piezoelektrische Pumpen gesteuert, die den Fluß eines Betätigungsfluids zwischen einem Fluidreservoir und dem Schaltkanal steuern. Die Flüssigmetalltröpfchen werden durch Oberflächenspannung vor Ort gehalten, die auf benetzbare Kontaktanschlußflächen innerhalb des Schaltkanals wirkt. Die Oberflächenspannung der Flüssigkeit liefert einen Schaltmechanismus für das Relais.

Description

Diese Anmeldung bezieht sich auf die folgenden ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldungen, die durch die folgenden aufgeführten Identifizierer identifiziert und in alphanumerischer Reihenfolge angeordnet sind, die den gleichen Eigentümer wie die vorliegende Anmeldung aufweisen und zu diesem Ausmaß auf die vorliegende Anmeldung bezogen und hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind:
US-Anmeldung mit dem Titel „Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch", eingereicht am 2. Mai 2002 mit der Seriennummer 10/137, 691;
US-Anmeldung mit dem Titel „Bending Mode Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „High Frequency Bending Mode Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch", eingereicht am 2. Mai 2002 mit der Seriennummer 10/142,076;
US-Anmeldung mit dem Titel „High-frequency, Liquid Metal, Latching Relay with Face Contact" eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Liquid Metal, Latching Relay with Face Contact" eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Insertion Type Liquid Metal Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung, mit dem Titel „High-frequency, Liquid Metal, Latching Relay Array", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Insertion Type Liquid Metal Latching Relay Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Liquid Metal Optical Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „A Longitudinal Piezoelectric Optical Latching Relay", eingereicht am 31. Oktober 2001 mit der Seriennummer 09/999,590;
US-Anmeldung mit dem Titel „Bending Mode Liquid Metal Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „A Longitudinal Mode Optical Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Pusher-Mode Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Pusher-Mode Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Optical Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Switch and Production Thereof", eingereicht am 12. Dezember 2002, mit der Seriennummer 10/317,597;
US-Anmeldung mit dem Titel „High Frequency Latching Relay with Bending Switch Bar", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Latching Relay with Switch Bar", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „High Frequency Push-mode Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Push-mode Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Closed Loop Piezoelectric Pump", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Solid Slug Longitudinal Piezoelectric Latching Relay", eingereicht am 2. Mai 2002, mit der Seriennummer 10/137,692;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Slug Pusher-Mode Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Slug Assisted Longitudinal Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Optical Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Slug Assisted Pusher-Mode Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Optical Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Polymeric Liquid Metal Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Polymeric Liquid Metal Optical Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Longitudinal Electromagnetic Latching Optical Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Longitudinal Electromagnetic Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Damped Longitudinal Mode Optical Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Damped Longitudinal Mode Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Switch and Method for Producing the Same", eingereicht am 12. Dezember 2002, mit der Seriennummer 10/317,963;
US-Anmeldung mit dem Titel „Piezoelectric Optical Relay", eingereicht am 28. März 2002, mit der Seriennummer 10/109,309;
US-Anmeldung mit dem Titel „Electrically Isolated Liquid Metal Micro-Switches for Integrally Shielded Microcircuits", eingereicht am 8. Oktober 2002, mit der Seriennummer 10/266,872;
US-Anmeldung mit dem Titel „Piezoelectric Optical Demultiplexing Switch", eingereicht am 10. April 2002, mit der Seriennummer 10/119,503;
US-Anmeldung mit dem Titel „Volume Adjustment Apparatus and Method for Use", eingereicht am 12. Dezember 2002, mit der Seriennummer 10/317,293;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Apparatus for Maintaining a Liquid Metal Switch in a Ready-to-Switch Condition", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „A Longitudinal Mode Solid Slug Optical Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Reflecting Wedge Optical Wavelength Multiplexer/Demultiplexer", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Solid Slug Caterpillar Piezoelectric Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Solid Slug Caterpiller Piezoelectric Optical Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Inserting-finger Liquid Metal Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Wetting Finger Liquid Metal Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Pressure Acutated Optical Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Pressure Actuated Solid Slug Optical Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003; und
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Slug Caterpillar Piezoelectric Reflective Optical Relay", eingereicht am 14. April 2003.

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Schaltrelais und insbesondere auf ein piezoelektrisch betätigtes Relais, das mit Hilfe einer Flüssigkeitsoberflächenspannung verriegelt.

Kommunikationssysteme, die optische Signale verwenden, erfordern die Verwendung von optischen Schaltern und Routern. Ein früher Lösungsansatz zum optischen Schalten war das Umwandeln des optischen Signals in ein elektrisches Signal, das Verwenden eines elektrischen Schalters oder Routers und dann das Rückumwandeln in ein optisches Signal. Seit Kurzem wurden optische Relais verwendet, bei denen ein elektrisches Steuerungssignal verwendet wird, um das Schalten und Routen bzw. Führen eines optischen Signals zu steuern. Op tische Relais schalten optische Signale üblicherweise durch Verwenden bewegbarer Festkörperspiegel oder durch Verwenden der Erzeugung von Dampfblasen, um den Brechungsindex innerhalb eines Hohlraums zu ändern. Die bewegbaren Spiegel können elektrostatische Verriegelungsmechanismen verwenden, wohingegen Blasenschalter nicht verriegeln. Piezoelektrische Verriegelungsrelais verwenden entweder Restladungen in dem piezoelektrischen Material zum Verriegeln oder betätigen Schalterkontakte, die einen Verriegelungsmechanismus enthalten.

Flüssigmetall wird ebenfalls in elektrischen Relais verwendet. Ein Flüssigmetalltröpfchen kann durch eine Vielzahl von Techniken bewegt werden, die elektrostatische Kräfte, variable Geometrie aufgrund thermischer Ausdehnung/Kontraktion und Druckgradienten umfassen. Wenn die Abmessung von Interesse schrumpft, wird die Oberflächenspannung des Flüssigmetalls zu der dominanten Kraft gegenüber anderen Kräften, wie z.B. Körperkräften (Trägheit). Folglich verwenden manche mikroelektromechanische Systeme (MEM-Systeme) das Flüssigmetallschalten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein piezoelektrisches optisches Relais, ein Verfahren zum Schalten eines optischen Relais, ein piezoelektrisches Relais und ein Verfahren zum Schalten mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein piezoelektrisches optisches Relais gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zum Schalten eines optischen Wegs gemäß Anspruch 11, ein piezoelektrisches Relais gemäß Anspruch 19 und ein Verfahren zum Schalten von einem oder mehreren elektrischen Signalwegen in einem piezoelektrischen Relais gemäß Anspruch 21 gelöst.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schalter, in dem ein Flüssigmetalltröpfchen innerhalb eines Kanals bewegt wird und verwendet wird, um einen Signalweg zu bloc kieren oder zu entblocken, der durch den Kanal verläuft. Das Flüssigmetalltröpfchen wird durch piezoelektrische Elemente bewegt, die in einem Schermodus zum Verschieben eines Betätigungsfluids arbeiten. Das Flüssigmetalltröpfchen haftet an benetzbaren Metallkontaktanschlußflächen innerhalb des Kanals, um einen Verriegelungsmechanismus bereitzustellen.

Die Merkmale der Erfindung, die als neu erachtet werden, sind in den beiliegenden Ansprüchen detailliert ausgeführt. Die Erfindung selbst jedoch, sowohl im Hinblick auf Organisation als auch Verfahren der Operation, zusammen mit Zielen und Vorteilen derselben, ist am besten verständlich Bezug nehmend auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung der Erfindung, die bestimmte exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreibt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Endansicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung;
2 eine Seitenansicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
3 eine Querschnittansicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
4 eine weitere Querschnittansicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
5 eine Draufsicht einer Schaltungssubstratschicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
6 eine Draufsicht einer Schaltschicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
7 eine Querschnittansicht durch eine Schaltschicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
8 eine Seitenansicht einer Schaltschicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
9 eine Draufsicht einer Kanaldeckschicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
10 eine Querschnittansicht durch eine Kanaldeckschicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
11 eine Draufsicht einer piezoelektrischen Schicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
12 eine Draufsicht einer piezoelektrischen Schicht eines optischen Relais mit einer ausgedehnten Pumpkammer gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
13 eine Draufsicht einer piezoelektrischen Schicht eines optischen Relais mit einer kontrahierten Pumpkammer gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
14 eine Draufsicht einer Durchgangsschicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
15 eine Querschnittansicht durch eine Durchgangsschicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
16 eine Unteransicht einer Reservoirschicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; und
17 eine Querschnittansicht durch eine Reservoirschicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Während diese Erfindung einem Ausführungsbeispiel in vielen unterschiedlichen Formen unterliegt, sind in den Zeichnungen eines oder mehrere spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt und werden hierin detailliert beschrieben, mit dem Verständnis, daß die vorliegende Offenbarung als exemplarisch für die Prinzipien der Erfindung erachtet werden soll und die Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsbeispiele einschränken soll, die gezeigt und beschrieben sind. In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um dieselben, ähnliche oder entsprechende Teile in den unterschiedlichen Ansichten der Zeichnungen zu beschreiben.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein piezoelektrisch betätigtes Relais, das mit Hilfe eines Flüssigmetalltröpfchens schaltet und verriegelt, das sich innerhalb eines Schaltkanals bewegt.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel verwendet das Relais piezoelektrische Elemente, die in einem Schermodus arbeiten, um eine Betätigungsflüssigkeit zu verschieben, die wiederum das Flüssigmetall verschiebt. Das Flüssigme tall blockiert oder entblockt einen optischen Weg, wodurch das Schalten von optischen Signalen ermöglicht wird. Das Flüssigmetall, das Quecksilber sein kann, benetzt zumindest eine feste Kontaktanschlußfläche an dem Relaisgehäuse und wird durch Oberflächenspannung vor Ort gehalten. Es wird darauf hingewiesen, daß ein Schalten von einem oder mehreren elektrischen Signalen ebenfalls möglich ist, wobei das Schalten des einen oder der mehreren elektrischen Signale durch Koppeln des einen oder der mehreren elektrischen Signale mit einer oder mehreren Kontaktanschlußflächen erreicht werden kann. Das Schalten des einen oder der mehreren elektrischen Signale und das Schalten der optischen Signale kann durch die Verwendung eines Festkörperteils bzw. Pfropfens (typischerweise metallisch) (Slug) ermöglicht werden, das/der mit dem Flüssigmetall gekoppelt ist. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel zum Schalten des einen oder der mehreren elektrischen Signale sind das Festkörperteil und das Flüssigmetall mit zwei der einen oder der mehreren Kontaktanschlußflächen gekoppelt, so daß ein elektrischer Signalweg geschlossen wird, der zum Schalten eines elektrischen Signals aus dem einen oder den mehreren elektrischen Signalen betreibbar ist. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel zum Schalten des einen oder der mehreren optischen Signale sind das Festkörperteil und das Flüssigmetall betreibbar, um eines oder mehrere der optischen Signale zu blockieren oder zu entblocken. Magnetorestriktive Elemente, wie z.B. Terfenol-D, die sich bei Vorhandensein eines Magnetfelds deformieren, können als eine Alternative zu piezoelektrischen Elementen verwendet werden. Nachfolgend werden piezoelektrische Elemente und magnetorestriktive Elemente gemeinschaftlich als „piezoelektrische Elemente" bezeichnet.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden Mikrobearbeitungstechniken verwendet, um das Relais herzustellen. Eine Endansicht eines optischen Relais 100 ist in 1 gezeigt. In Betrieb tritt ein optisches Signal in das Relais durch eine optische Faser oder einen Wellenleiter 102 ein, und wenn es in dem Relais nicht blockiert wird, tritt es durch die optische Faser oder den Wellenleiter 104 aus. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Körper des Relais aus sechs Schichten hergestellt und ist durch Mikrobearbeitung herstellbar. Die unterste Schicht ist ein Schaltungssubstrat 106, das nachfolgend Bezug nehmend auf 5 detaillierter beschrieben wird. Die nächste Schicht ist eine Schaltschicht 108. Das Schalten des optischen Signals tritt in einem Schaltkanal auf, der in dieser Schicht enthalten ist. Die nächste Schicht ist eine Kanaldeckschicht 110, die Durchgangslöcher (Durchkontaktierungen) enthält, die ermöglichen, daß eine Betätigungsflüssigkeit in den Schaltkanal eintritt oder denselben verläßt. Die piezoelektrische Schicht 112 enthält piezoelektrische Elemente, die wirken, um die Betätigungsflüssigkeit in den oder aus dem Schaltkanal zu pumpen. Die Durchgangsschicht 114 liefert Flüssigkeitsdurchgänge zwischen der piezoelektrischen Schicht 112 und einer Reservoirschicht 116. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind die Durchgänge in der piezoelektrischen Schicht oder der Reservoirschicht 116 eingelagert. Der Abschnitt 3-3 ist in 3 gezeigt.
In einem ersten Operationsmodus tritt ein optisches Signal in das Relais durch eine optische Faser oder einen Wellenleiter ein, und wenn es in dem Relais nicht blockiert wird, tritt es durch die optische Faser oder den Wellenleiter aus. In einem zweiten Operationsmodus wird ein elektrisches Signal mit zwei der Kontaktanschlußflächen gekoppelt, wobei die zwei Kontaktanschlußflächen durch das Flüssigmetall gekoppelt sind. In einem dritten Operationsmodus wird das Festkörperteil mit den zwei Kontaktanschlußflächen gekoppelt und wird ferner mit dem Flüssigmetall gekoppelt. In dem zweiten und dritten Operationsmodus müssen die optischen Wellenleiter nicht vorhanden sein, da ein Schalten unter Verwendung der Flüssigmetallkopplung mit den Kontaktanschlußflächen erreicht werden kann. In einem vierten Operationsmodus ist das Festkörperteil betreibbar, um das optische Signal zu blockieren oder zu entblocken.
2 ist eine Seitenansicht eines optischen Relais 100. Optische Wellenleiter oder Fasern 104 und 152 ermöglichen, daß optische Signale in die optische Schicht 108 des Relais eintreten. Der Abschnitt 4-4 ist in 4 gezeigt.
3 ist eine Querschnittansicht durch den Abschnitt 3-3 des Relais in 1. Ein Schaltkanal 40 ist in der Schaltschicht 108 gebildet. Ein zentrales Tröpfchen aus Flüssigmetall 46 ist bewegbar innerhalb des Schaltkanals positioniert. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist das Flüssigmetall Quecksilber. Das zentrale Flüssigmetalltröpfchen 46 kann bewegt werden, um sich mit einem der weiteren Flüssigkeitströpfchen 42 und 44 zu vereinigen. Die Flüssigmetalltröpfchen stehen in benetztem Kontakt mit Kontaktanschlußflächen 50, 52, 54, 56, 58 und 60. Die Kontaktanschlußflächen können z.B. aus Abdichtungsriemenmetall hergestellt sein, und eine Kopplung mit den Kontaktanschlußflächen an den Seiten des Schaltkanals herstellen, um Ringe oder Riemen innerhalb des Kanals zu bilden. Die Oberflächenspannung in den Flüssigmetalltröpfchen widersteht einer Bewegung der Flüssigkeit. Wenn sich die Flüssigmetalltröpfchen 44 und 46 vereinigen, wie in 3 gezeigt ist, liegt kein Zwischenraum zwischen den Tröpfchen vor, durch den Licht passieren kann. Licht kann jedoch durch den Zwischenraum zwischen den Flüssigkeitströpfchen 42 und 46 passieren. Durch Koppeln der Wellenleiter über den Zwischenraum können die Flüssigmetalltröpfchen verwendet werden, um eine Lichtübertragung zwischen den optischen Wellenleitern zu blockieren oder zu entblocken. Es wird darauf hingewiesen, daß bei bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung das Festkörperteil mit den Flüssigmetalltröpfchen gekoppelt sein kann, so daß die Flüssigmetalltröpfchen und das Festkörperteil verwendet werden können, um eine Lichtübertragung zwischen den optischen Wellenleitern zu blockieren oder zu entblocken. Es wird ferner darauf hingewiesen, daß die Kontaktanschlußflächen verwendet werden können, um elektrische Signale zu schalten, wobei die elektri schen Signale basierend auf einer Position der Flüssigmetalltröpfchen geschaltet werden. Die Bewegung der Flüssigmetalltröpfchen wird durch ein transparentes, inertes, elektrisch nicht leitfähiges Betätigungsfluid gesteuert, das das Innere des Relais um das Flüssigmetall füllt.
Die nächste Schicht ist eine Kanaldeckschicht 110. Diese Schicht ist optional, da ihre Funktion in die piezoelektrische Schicht 108 oder die Durchgangsschicht 114 eingelagert sein kann. Die Kanaldeckschicht 110 enthält zwei Öffnungen 36 und 38, die zwischen den Kontaktanschlußflächen positioniert sind. Das Flüssigmetall wird bewegt, durch Pumpen eines Betätigungsfluids durch die Öffnung 38 in den Schaltkanal und optional durch Pumpen des Betätigungsfluids aus dem Schaltkanal durch die Öffnung 36.
Die nächste Schicht ist eine piezoelektrische Schicht 112, die piezoelektrische Elemente 126, 128, 130, 132 enthält, die die Pumpaktion liefern. Diese Schicht wird detaillierter Bezug nehmend auf 11, 12 und 13 beschrieben.
Die nächste Schicht ist eine Durchgangsschicht 114, die ermöglicht, daß ein Betätigungsfluid in die und aus der piezoelektrischen Schicht 112 fließt. Das Betätigungsfluid fließt durch Fluiddurchgänge 122 und 124. Diese Durchgänge sind dimensioniert, um einen schnellen Fluidfluß einzuschränken, und ermöglichen einen Druckausgleich. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel sind der Durchmesser und die Länge der Durchgänge 122 und 124 ausgewählt, so daß die Aktion der piezoelektrischen Pumpe einen stärkeren Fluß durch die Öffnungen 36 und 38 als durch die Durchgänge 122 und 124 bewirkt.
Die Endschicht ist eine Reservoirschicht 116, die ein Betätigungsfluid in einem Reservoir oder Hohlraum 120 enthält. Das Betätigungsfluid verläuft zwischen dem Reservoir und den piezoelektrischen Pumpen durch die Fluiddurchgänge 122 und 124.
Eine Querschnittansicht durch einen optischen Weg des Relais ist in 4 gezeigt. Der optische Wellenleiter 102, der eine optische Faser sein kann, ist in eine Einkerbung 138 in der Schaltschicht 108 eingebettet und wird durch eine Einbettmasse oder ein Haftmittel vor Ort gehalten. Licht, das entlang des Wellenleiters 102 übertragen wird, tritt in den Schaltkanal 40 ein und stellt eine Kopplung zu einem zweiten optischen Wellenleiter 104 her, der in einer weiteren Einkerbung 140 in der Schaltschicht 108 eingebettet ist. Wenn Flüssigmetall in den Schaltkanal 40 eintritt, wird der optische Weg unterbrochen. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der optische Weg durch das Vorhandensein des Festkörperteils unterbrochen werden, das mit dem Flüssigmetall gekoppelt ist. Gleichzeitig läuft verschobenes Betätigungsfluid durch die Pumpkammer 134 und den Fluiddurchgang 122 in das Betätigungsfluidreservoir 120. Optional kann die Pumpkammer 134 erweitert werden, um das verschobene Betätigungsfluid zu entfernen.
Die Schichten des optischen Relais werden nun detaillierter beschrieben. 5 ist eine Draufsicht der Schaltungssubstratschicht 106. Kontaktanschlußflächen 50, 54 und 58 werden auf der Oberfläche der Schaltungssubstratschicht 106 aufgebracht. Die Kontaktanschlußflächen können aus einem Abdichtungsriemenmaterial gebildet sein und sind zum Beispiel durch das Flüssigmetall in dem Schaltkanal benetzbar. Zusätzlich dazu kann eine elektrische Schaltungsanordnung (nicht gezeigt) zum Liefern von Steuerungssignalen zu den piezoelektrischen Pumpen auf der Schaltungssubstratschicht aufgebracht sein.
6 ist eine Draufsicht der Schaltschicht 108 des Relais. Ein Schaltkanal 40 ist in der Schicht gebildet. Kontaktanschlußflächen 70, 72, 74, 76, 78 und 80 sind an den Seiten des Schaltkanals an verschiedenen Positionen befestigt. Diese Kontaktanschlußflächen sind mit den in 3 gezeigten Kontaktanschlußflächen ausgerichtet, um Kontaktanschlußflächen an allen vier Seiten des Schaltkanals zu bilden. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die Kontaktanschlußflächen betreibbar, um zum Schalten von einem oder mehreren elektrischen Signalen verwendet zu werden. Optische Wellenleiter 102, 104, 150, 152 sind in den Einkerbungen 154, 156, 158 bzw. 160 eingebettet. Optische Wellenleiter 102 und 104 sind ausgerichtet, um einen ersten optischen Weg zu bilden, während optionale optische Wellenleiter 150 und 152 ausgerichtet sind, um einen zweiten optischen Weg zu bilden. Die Enden der optischen Wellenleiter sind nicht durch Flüssigmetall benetzbar, um die optische Klarheit zu bewahren. 7 ist eine Querschnittansicht der Schaltschicht 108 durch den Schnitt 7-7, der in 6 gezeigt ist. Abdichtungsriemen 74 und 76 sind an den Seiten des Schaltkanals 40 befestigt. 8 ist eine Seitenansicht der Schaltschicht 108 des Relais. Optische Wellenleiter 104 und 152 sind in Einkerbungen 156 bzw. 160 eingebettet.
9 ist eine Draufsicht der Kanaldeckschicht 110 des Relais. Öffnungen 36 und 38 ermöglichen einen Betätigungsfluidfluß zwischen den piezoelektrischen Pumpen und dem Schaltkanal. Kontaktanschlußflächen 52, 56 und 60 sind an der Unterseite der Schicht 110 angebracht und stellen die Kontaktanschlußflächen für die Oberseite des Schaltkanals bereit. 10 ist ein Querschnitt durch den Schnitt 10-10 der Kanaldeckschicht 110, die in 9 gezeigt ist. Die Öffnung 38 verläuft durch die Schicht, und die Kontaktanschlußfläche 56 ist an der Unterseite der Schicht angebracht.
11 ist eine Draufsicht der piezoelektrischen Schicht 112 des Relais. Piezoelektrische Betätiger 126 und 128, die in einem Kanal in der Schicht positioniert sind, bilden eine erste Pumpkammer 164. Weitere piezoelektrische Betätiger 130 und 132 bilden eine zweite Pumpkammer 166. Jeder Betätiger weist ein Paar von piezoelektrischen Elementen auf, die in einem Schermodus durch Anwendung eines elektrischen Steuerungssignals deformiert werden können. Wenn ein Steuerungssignal mit einer ersten Polarität an die Betätiger 130 und 132 angewendet wird, werden die Betätiger in einem Schermodus deformiert, wie in 12 gezeigt ist. Das Volumen der Pumpkammer wird erhöht. Wenn das Volumen schnell erhöht wird, wird Betätigungsfluid hauptsächlich aus dem Schaltkanal gezogen, aufgrund des Flußwiderstands in den Fluiddurchgängen. Wenn das Volumen langsam erhöht wird, wird Betätigungsfluid hauptsächlich aus dem Reservoir gezogen, da die Oberflächenspannung die Bewegung der Flüssigmetalltröpfchen beruhigt. Wenn ein Steuerungssignal der gegengesetzten Polarität angewendet wird, werden die piezoelektrischen Betätiger deformiert, wie in 13 gezeigt ist. Das Volumen der Pumpkammer wird verringert. Wenn die Bewegung der Pumpe schnell ist, wird Betätigungsfluid in den Schaltkanal gezwungen und durchbricht die Oberflächenspannungsverbindung zwischen den Flüssigmetalltröpfchen (44 und 46 in 3). Das zentrale Flüssigmetalltröpfchen 46 wird entlang des Schaltkanals verschoben und vereinigt sich mit dem Flüssigmetalltröpfchen 42. Auf diese Weise wird der optische Weg zwischen den optischen Wellenleitern 150 und 152 geschlossen, während der Weg zwischen den optischen Wellenleitern 102 und 104 durch das Vorhandensein des Flüssigmetalls in dem Zwischenraum zwischen den Wellenleitern unterbrochen wird. Es wird darauf hingewiesen, daß bei bestimmten Ausführungsbeispielen das Festkörperteil mit dem Flüssigmetalltröpfchen 46 gekoppelt ist, so daß eine Bewegung des Flüssigmetalltröpfchens 46 das Festkörperteil ferner so bewegt, daß das Festkörperteil das Flüssigmetalltröpfchen 46 beim Unterbrechen des Wegs zwischen den optischen Wellenleitern 150 und 152 unterstützt. Es wird ferner darauf hingewiesen, daß das Festkörperteil und das Flüssigmetalltröpfchen 46 verwendet werden können, um einen elektrischen Weg zu schließen, der ein elektrisches Signal von dem einen oder den mehreren elektrischen Signalen trägt, wenn die Kontaktanschlußflächen betreibbar sind, um eines oder mehrere elektrische Signale zu schalten.
Die zwei piezoelektrischen Pumpen können zusammen verwendet werden, wobei sich eine Pumpe zusammenzieht, um Betätigungsflüssigkeit in Schaltkanal zu drücken, während sich die andere Pumpe ausdehnt, um Fluid aus dem anderen Ende des Kanals zu ziehen. Dies erhöht die Kraft auf das Flüssigmetall.
Das Volumen des Flüssigmetalls ist so ausgewählt, daß sich nur zwei Volumen gleichzeitig vereinigen müssen.
Eine Draufsicht der Durchgangsschicht 114 ist in 14 gezeigt. Diese zeigt die Fluiddurchgänge 122 und 124. Die Größe und die Form dieser Durchgänge zusammen mit der Dicke der Durchgangsschicht bestimmen den Widerstand des Fluidflusses und sind vorzugsweise an die Zykluszeit des Relais und an andere Dimensionen des Relais angepaßt. 15 ist eine Querschnittansicht durch den Schnitt 15-15, der in 14 gezeigt ist. Der Fluiddurchgang 124 verläuft durch die Schicht. Die Durchgänge können andere Formen als eine zylindrische aufweisen.
16 ist eine Unteransicht der Reservoirschicht 116 des Relais. Ein Hohlraum 120 ist in der Schicht 116 gebildet, um das Betätigungsfluid zu enthalten. Ein Loch 170 ist vorgesehen, um zu ermöglichen, daß das Reservoir mit einem Betätigungsfluid gefüllt wird, nachdem das Relais zusammengesetzt ist. Das Loch kann abgedichtet werden, nachdem das Reservoir gefüllt ist. Das Loch kann für eine größere Festigkeit in einer erhöhten Plattform 172 positioniert sein. 17 ist eine Querschnittansicht durch den Schnitt 17-17, der in 16 gezeigt ist. Das Loch 170 verläuft durch die erhöhte Plattform 172, um zu ermöglichen, daß das Reservoir 120 gefüllt wird. Die Wand des Reservoirs ist nachgebend, um Druckpulswechselwirkungen (Nebensprechen) zwischen den piezoelektrischen Pumpen zu reduzieren.
Das optische Relais der vorliegenden Erfindung kann zum Erreichen einer geringen Größe unter Verwendung von Mikrobearbeitungstechniken hergestellt werden.
Ein Vorteil der piezoelektrischen Elemente ist, daß sie kapazitive Bauelemente sind, die Energie speichern und nicht abgeben. Als ein Ergebnis wird Leistungsverbrauch und Wärmeaufbau auf einem Minimum gehalten.

Claims

Piezoelektrisches optisches Relais, das folgende Merkmale aufweist: ein Relaisgehäuse (100), das einen Schaltkanal (40) enthält; eine erste Kontaktanschlußfläche (50), die in dem Schaltkanal (40) angeordnet ist und eine Oberfläche aufweist, die durch ein Flüssigmetall benetzbar ist; eine zweite Kontaktanschlußfläche (54), die in dem Schaltkanal (40) angeordnet ist und eine Oberfläche aufweist, die durch ein Flüssigmetall benetzbar ist; eine dritte Kontaktanschlußfläche (58), die in dem Schaltkanal (40) zwischen der ersten (50) und der zweiten (54) Kontaktanschlußfläche angeordnet ist und eine Oberfläche aufweist, die durch ein Flüssigmetall benetzbar ist; ein erstes Flüssigmetalltröpfchen (42) in benetztem Kontakt mit der ersten Kontaktanschlußfläche (50); ein zweites Flüssigmetalltröpfchen (44) in benetztem Kontakt mit der zweiten Kontaktanschlußfläche (54); ein drittes Flüssigmetalltröpfchen (46) in benetztem Kontakt mit der dritten Kontaktanschlußfläche (58) und angepaßt, um sich innerhalb des Schaltkanals (40) zu bewegen, um sich mit entweder dem ersten Flüssigmetalltröpfchen (42) oder dem zweiten Flüssigmetalltröpfchen (44) zu vereinigen; einen ersten optischen Weg, der durch den Schaltkanal (40) zwischen dem ersten (42) und dem dritten (46) Flüssigmetalltröpfchen verläuft; eine erste piezoelektrische Pumpe (126, 128), die betreibbar ist, um Betätigungsfluid in den Schaltkanal (40) zwischen dem zweiten Flüssigmetalltröpfchen (44) und dem dritten Flüssigmetalltröpfchen (46) zu pumpen, wodurch bewirkt wird, daß das zweite (44) und das dritte (46) Flüssigmetalltröpfchen getrennt werden und das erste (42) und das dritte (46) Flüssigmetalltröpfchen sich vereinigen; und eine zweite piezoelektrische Pumpe (130, 132), die betreibbar ist, um Betätigungsfluid in den Schaltkanal (40) zwischen dem ersten Flüssigmetalltröpfchen (42) und dem dritten Flüssigmetalltröpfchen (46) zu pumpen, wodurch bewirkt wird, daß das erste (42) und das dritte (46) Flüssigmetalltröpfchen getrennt werden und das zweite (44) und das dritte (46) Flüssigmetalltröpfchen sich vereinigen; wobei der erste optische Weg unterbrochen wird, wenn sich das erste (42) und das dritte (46) Flüssigmetalltröpfchen vereinigen, und geschlossen wird, wenn das erste (42) und das dritte (46) Flüssigmetalltröpfchen getrennt werden.
Piezoelektrisches optisches Relais gemäß Anspruch 1, das ferner folgende Merkmale aufweist: ein Reservoir (120), das innerhalb des Relaisgehäuses (100) gebildet ist, zum Enthalten eines Betätigungsfluids; einen ersten Fluiddurchgang (122), der das Reservoir (120) mit der ersten piezoelektrischen Pumpe (126, 128) koppelt; und einen zweiten Fluiddurchgang (124), der das Reservoir (120) mit der zweiten piezoelektrischen Pumpe (130, 132) koppelt, wobei der erste und der zweite Fluiddurchgang (122, 124) dimensioniert sind, um einen schnellen Fluidfluß zwischen dem Reservoir (120) und der ersten (126, 128) und der zweiten (130, 132) piezoelektrischen Pumpe einzuschränken.
Piezoelektrisches optisches Relais gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste piezoelektrische Pumpe (126, 128) folgende Merkmale aufweist: eine erste Pumpkammer (164), die innerhalb des Relaisgehäuses (100) gebildet ist; und ein erstes Paar von piezoelektrischen Elementen (126, 128), die Ende an Ende gekoppelt sind und eine erste Seite der ersten Pumpkammer (164) bilden; wobei eine Scherbewegung des ersten Paars der piezoelektrischen Elemente (126, 128) das Volumen der Pumpkammer ändert.
Piezoelektrisches optisches Relais gemäß Anspruch 3, bei dem die erste piezoelektrische Pumpe (126, 128) ferner ein zweites Paar von piezoelektrischen Elementen (130, 132) aufweist, die Ende an Ende gekoppelt sind und eine zweite Seite der ersten Pumpkammer (164) bilden, wobei eine Scherbewegung des zweiten Paars der piezoelektrischen Elemente das Volumen der Pumpkammer ändert.
Piezoelektrisches optisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der erste optische Weg folgende Merkmale aufweist: einen ersten optischen Wellenleiter (102), der konfiguriert ist, um Licht in den Schaltkanal (40) zu übertragen; einen zweiten optischen Wellenleiter (104), der optisch mit dem ersten optischen Wellenleiter (102) ausgerichtet ist und konfiguriert ist, um Licht von dem ersten optischen Wellenleiter zu empfangen, wenn das erste (42) und das dritte (46) Flüssigmetalltröpfchen getrennt sind.
Piezoelektrisches optisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner einen zweiten optischen Weg aufweist, der zwischen dem zweiten (44) und dritten (46) Flüssigmetalltröpfchen verläuft.
Piezoelektrisches optisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner ein Festkörperteil aufweist, das mit dem dritten (46) Flüssigmetalltröpfchen gekoppelt ist, wobei sich das Festkörperteil mit einer Bewegung des dritten Flüssigmetalltröpfchens bewegt.
Piezoelektrisches optisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Relaisgehäuse (100) folgende Merkmale aufweist: eine Schaltungssubstratschicht (108), die elektrische Verbindungen zu der ersten (126, 128) und der zweiten (130, 132) piezoelektrischen Pumpe trägt; eine piezoelektrische Schicht (112), die die erste und die zweite piezoelektrische Pumpe enthält; eine Schaltschicht (108), die zwischen der Schaltungssubstratschicht (106) und der piezoelektrischen Schicht (112) positioniert ist, in der der Schaltkanal gebildet ist; eine Reservoirschicht (116), die ein Reservoir (120) zum Enthalten von darin gebildetem Betätigungsfluid aufweist; und eine Kanaldeckschicht (110), die zwischen der piezoelektrischen Schicht (112) und der Schaltschicht (108) positioniert ist; wobei die Kanaldeckschicht (110) eine erste (36) und eine zweite (38) Öffnung in derselben aufweist, um zu ermöglichen, daß ein Betätigungsfluid zwischen der ersten (126, 128) und der zweiten (130, 132) piezoelektrischen Pumpe und dem Schaltkanal (40) fließt.
Piezoelektrisches optisches Relais gemäß Anspruch 8, bei dem das Relaisgehäuse (100) ferner eine Durchgangsschicht (114) aufweist, die zwischen der Reservoirschicht (116) und der piezoelektrischen Schicht (112) positioniert ist, wobei die Durchgangsschicht (114) einen ersten Fluiddurchgang (122), der das Reservoir mit der ersten piezoelektrischen Pumpe (126, 128) koppelt, und einen zweiten Fluiddurchgang (124) aufweist, der das Reservoir mit der zweiten piezoelektrischen Pumpe (130, 132) koppelt.
Piezoelektrisches optisches Relais gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem der erste optische Weg ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten optischen Wellenleiter (102), der in einer ersten Einkerbung (154) in der Schaltschicht (108) eingebettet ist und konfiguriert ist, um Licht in den Schaltkanal (40) zu übertragen; einen zweiten optischen Wellenleiter (104), der in einer zweiten Einkerbung (156) in der Schaltschicht (40) eingebettet ist und optisch mit dem ersten optischen Wellenleiter (102) ausgerichtet ist, wobei der zweite optische Wellenleiter (104) konfiguriert ist, um Licht von dem ersten optischen Wellenleiter (102) zu empfangen, wenn das erste (42) und das dritte (46) Flüssigmetalltröpfchen getrennt sind.
Verfahren zum Schalten eines optischen Wegs in einem piezoelektrischen optischen Relais, das ein erstes Flüssigmetalltröpfchen (46) aufweist, das innerhalb eines Schaltkanals (40) bewegbar ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Koppeln eines optischen Eingangssignals mit einem optischen Eingangswellenleiter (102) des piezoelektrischen optischen Relais, wobei der optische Eingangswellenleiter (102) optisch mit einem optischen Ausgangswellenleiter (104) gekoppelt ist, um den optischen Weg zu bilden; wenn der optische Weg geschlossen werden soll: Versorgen einer ersten piezoelektrischen Pumpe (126, 128) mit Energie, um Betätigungsfluid in den Schaltkanal (40) zu bewegen und dadurch das erste Flüssigmetalltröpfchen (42) aus dem optischen Weg zu bewegen, wodurch der optische Eingangswellenleiter (102) optisch mit dem optischen Ausgangswellenleiter (104) gekoppelt wird; und wenn der optische Weg unterbrochen werden soll: Unterbrechen der Energieversorgung einer zweiten piezoelektrischen Pumpe (130, 132), um ein Betätigungsfluid in den Schaltkanal (40) zu bewegen und dadurch das erste Flüssigmetalltröpfchen (42) in den optischen Weg zu bewegen, wodurch der optische Eingangswellenleiter (102) optisch von dem optischen Ausgangswellenleiter (104) entkoppelt wird.
Verfahren zum Schalten eines optischen Wegs in einem piezoelektrischen optischen Relais gemäß Anspruch 11, bei dem ein Festkörperteil, das mit dem ersten Flüssigmetalltröpfchen (42) gekoppelt ist, betreibbar ist, um den optischen Weg zu blockieren oder zu entblocken.
Verfahren zum Schalten eines optischen Wegs in einem piezoelektrischen optischen Relais gemäß Anspruch 11 oder 12, bei dem das Versorgen der ersten piezoelektrischen Pumpe (126, 128) mit Energie bewirkt, daß zumindest ein piezoelektrisches Element in einem Schermodus deformiert wird und das Volumen der ersten Pumpkammer (164) verringert wird.
Verfahren zum Schalten eines optischen Wegs in einem piezoelektrischen optischen Relais gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das erste Flüssigmetalltröpfchen (42) in benetztem Kontakt mit einer ersten Kontaktanschlußfläche (50) steht, die in dem Schaltkanal (40) zwischen einer zweiten Kontaktanschlußfläche (54) und einer dritten Kontaktanschlußfläche (58) positioniert ist, und bei dem: das Versorgen der ersten piezoelektrischen Pumpe (126, 128) mit Energie bewirkt, daß sich das erste Flüssigmetalltröpfchen (42) mit einem zweiten Flüssigmetalltröpfchen (44) vereinigt, das in benetztem Kontakt mit der zweiten Kontaktanschlußfläche (54) ist; und das Versorgen der zweiten piezoelektrischen Pumpe (130, 132) mit Energie bewirkt, daß sich das erste Flüssigmetalltröpfchen (42) mit einem dritten Flüssigmetalltröpfchen (46) vereinigt, das in benetztem Kontakt mit der dritten Kontaktanschlußfläche (58) steht.
Verfahren zum Schalten eines optischen Wegs in einem piezoelektrischen optischen Relais gemäß einem der An sprüche 11 bis 14, das ferner folgende Schritte aufweist: wenn der optische Weg geschlossen werden soll: Versorgen der zweiten piezoelektrischen Pumpe (130, 132) mit Energie, um Betätigungsfluid aus dem Schaltkanal (40) zu ziehen und dadurch das erste Flüssigmetalltröpfchen (42) aus dem optischen Weg zu bewegen; und wenn der optische Weg unterbrochen werden soll: Versorgen der ersten piezoelektrischen Pumpe (126, 128) mit Energie, um Betätigungsfluid aus dem Schaltkanal (40) zu ziehen und dadurch das erste Flüssigmetalltröpfchen (42) in den optischen Weg zu bewegen.
Verfahren zum Schalten eines optischen Wegs in einem piezoelektrischen optischen Relais gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, das ferner folgende Schritte aufweist: wenn der optische Weg geschlossen werden soll: Unterbrechen der Energieversorgung der ersten piezoelektrischen Pumpe (126, 128), nachdem das erste Flüssigmetalltröpfchen (42) aus dem optischen Weg bewegt wurde; und wenn der optische Weg unterbrochen werden soll: Unterbrechen der Energieversorgung der zweiten piezoelektrischen Pumpe (130, 132) nachdem das erste Flüssigmetalltröpfchen (42) in den optischen Weg bewegt wurde.
Verfahren zum Schalten eines optischen Wegs in einem piezoelektrischen optischen Relais gemäß Anspruch 16, bei dem das Unterbrechen der Energieversorgung langsamer ausgeführt wird als das Versorgen mit Energie, um zu ermöglichen, daß ein Betätigungsfluid aus einem Reservoir eines Betätigungsfluids gezogen wird.
Verfahren zum Schalten eines optischen Wegs in einem piezoelektrischen optischen Relais gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem die erste piezoelektrische Pumpe eine Pumpkammer (164) aufweist, die zum Teil durch ein erstes und ein zweites piezoelektrisches Element beschränkt ist, die Ende an Ende verbunden sind, und bei der das Versorgen der ersten piezoelektrischen Pumpe (126, 128) mit Energie folgenden Schritt aufweist: Anlegen einer elektrischen Spannung über das erste piezoelektrische Element (126), um zu bewirken, daß sich dasselbe in einem Schermodus deformiert und das Volumen der ersten Pumpkammer (164) ändert.
Piezoelektrisches Relais, das folgende Merkmale aufweist: ein Relaisgehäuse (100), das einen Schaltkanal (40) enthält; eine erste Kontaktanschlußfläche (50), die in dem Schaltkanal (40) angeordnet ist und eine Oberfläche aufweist, die durch ein Flüssigmetall benetzbar ist; eine zweite Kontaktanschlußfläche (54), die in dem Schaltkanal (40) angeordnet ist und eine Oberfläche aufweist, die durch ein Flüssigmetall benetzbar ist; eine dritte Kontaktanschlußfläche (58), die in dem Schaltkanal (40) zwischen der ersten (50) und der zweiten (54) Kontaktanschlußfläche angeordnet ist und eine Oberfläche aufweist, die durch ein Flüssigmetall benetzbar ist; ein erstes Flüssigmetalltröpfchen (42) in benetztem Kontakt mit der ersten Kontaktanschlußfläche (50); ein zweites Flüssigmetalltröpfchen (44) in benetztem Kontakt mit der zweiten Kontaktanschlußfläche (54); ein drittes Flüssigmetalltröpfchen (46) in benetztem Kontakt mit der dritten Kontaktanschlußfläche (58) und angepaßt, um sich innerhalb des Schaltkanals (40) zu bewegen, um sich mit entweder dem ersten Flüssigmetalltröpfchen (42) oder dem zweiten Flüssigmetalltröpfchen (44) zu vereinigen; einen ersten elektrischen Weg, der betreibbar ist, um mit der ersten Kontaktanschlußfläche (50) und der dritten Kontaktanschlußfläche (58) gekoppelt zu werden; einen zweiten elektrischen Weg, der betreibbar ist, um mit der zweiten Kontaktanschlußfläche (54) und der dritten Kontaktanschlußfläche (58) gekoppelt zu werden; eine erste piezoelektrische Pumpe (126, 128), die betreibbar ist, um ein Betätigungsfluid in den Schaltkanal zwischen dem zweiten Flüssigmetalltröpfchen (44) und dem dritten Flüssigmetalltröpfchen (46) zu pumpen, wodurch bewirkt wird, daß das zweite (44) und das dritte Flüssigmetalltröpfchen getrennt werden und das erste und das dritte Flüssigmetalltröpfchen sich vereinigen; und eine zweite piezoelektrische Pumpe (130, 132), die betreibbar ist, um ein Betätigungsfluid in den Schaltka nal (40) zwischen dem ersten Flüssigmetalltröpfchen (42) und dem dritten Flüssigmetalltröpfchen (46) zu pumpen, wodurch bewirkt wird, daß das erste und das dritte Flüssigmetalltröpfchen getrennt werden und das zweite und das dritte Flüssigmetalltröpfchen sich vereinigen; wobei der erste elektrische Weg geschlossen wird, wenn sich das erste (42) und das dritte (46) Flüssigmetalltröpfchen vereinigen und der zweite elektrische Weg geschlossen wird, wenn sich das zweite (44) und das dritte (46) Flüssigmetalltröpfchen vereinigen.
Piezoelektrisches Relais gemäß Anspruch 19, das ferner ein Festkörperteil aufweist, das betreibbar ist, um gekoppelt zu werden mit entweder: der ersten Kontaktanschlußfläche (50) und der dritten Kontaktanschlußfläche (58); oder der zweiten Kontaktanschlußfläche (54) und der dritten Kontaktanschlußfläche (58).
Verfahren zum Schalten von einem oder mehreren elektrischen Signalwegen in einem piezoelektrischen Relais, das ein erstes Flüssigmetalltröpfchen (42) aufweist, das innerhalb eines Schaltkanals (40) bewegbar ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Koppeln eines elektrischen Eingangssignals mit einer ersten Kontaktanschlußfläche (50) und einer dritten Kontaktanschlußfläche (58) des piezoelektrischen Relais; wenn ein erster elektrischer Signalweg geschlossen werden soll: Versorgen einer ersten piezoelektrischen Pumpe (126, 128) mit Energie, um Betätigungsfluid in den Schaltkanal (40) zu bewegen und dadurch das erste Flüssigmetalltröpfchen (42) zu bewegen, so daß das erste Flüssigmetalltröpfchen mit der dritten Kontaktanschlußfläche (58) und der ersten Kontaktanschlußfläche (50) gekoppelt wird; und wenn ein zweiter elektrischer Signalweg unterbrochen werden soll: Versorgen einer zweiten piezoelektrischen Pumpe (130, 132) mit Energie, um Betätigungsfluid in den Schaltkanal (40) zu bewegen und dadurch das erste Flüssigmetalltröpfchen (42) zu bewegen, so daß das erste Flüssigmetalltröpfchen mit der dritten Kontaktanschlußfläche (58) und einer zweiten Kontaktanschlußfläche (54) gekoppelt wird.
Verfahren zum Schalten von einem oder mehreren elektrischen Signalwegen in einem piezoelektrischen Relais gemäß Anspruch 21, bei dem das erste Flüssigmetalltröpfchen (42) mit einem Festkörperteil gekoppelt wird, wobei das Festkörperteil betreibbar ist, um die dritte Kontaktanschlußfläche (58) mit einer oder mehreren der ersten Kontaktanschlußfläche (50) und der zweiten Kontaktanschlußfläche (54) zu koppeln.