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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Flüssigmetallvorrichtungen.
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Hintergrund
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Ein
Reed-Relais ist ein typisches Beispiel eines herkömmlichen
kleinen mechanischen Kontakttyps einer elektrischen Schaltvorrichtung.
Ein Reed-Relais besitzt zwei Kontaktzungen, die aus einer magnetischen
Legierung hergestellt sind, die in einem Edelgas im Inneren eines
Glasgefäßes abgedichtet
ist, das durch eine elektromagnetische Treiberspule umgeben ist.
Wenn kein Strom in der Spule fließt, sind die Spitzen der Kontaktzungen
vorgespannt, um einen Kontakt zu unterbrechen, und die Vorrichtung
wird abgeschaltet. Wenn Strom in der Spule fließt, ziehen die Spitzen der
Kontaktzungen einander an, um einen Kontakt herzustellen, und die Vorrichtung
wird angeschaltet. Derartige Relaisvorrichtungen sind z. B. aus
der
EP 1 391 903 A1 bekannt.
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Das
Reed-Relais hat Probleme, die mit seiner großen Größe und relativ kurzen Dienstlebensdauer
zusammenhängen.
In Bezug auf das erste Problem erfordern die Kontaktzungen nicht
nur einen relativ großen
Raum, sondern verhalten sich während
eines Hochfrequenzschaltens aufgrund ihrer Größe und eines elektromagnetischen
Ansprechens nicht gut. In Bezug auf das zweite Problem bewirkt das
Biegen der Kontaktzungen aufgrund vor Vorspannung und Anziehung
mechanische Ermüdung, was
zu einem Brechen der Kontaktzungen nach ausgedehnter Verwendung
führen
kann.
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In
der Vergangenheit wurden die Kontaktzungen für Leitfähigkeit und Widerstand gegenüber einer
elektrischen Licht bogenbildung, wenn ein Kontakt zwischen den Kontaktzungen
hergestellt und unterbrochen wurde, mit Spitzenkontakten versehen, die
aus Rhodium (Rh) oder Wolfram (W) bestanden, oder wurden mit Rhodium
(Rh) oder Gold (Au) plattiert. Diese Kontakte versagten jedoch mit
der Zeit. Dieses Problem mit den Kontakten wurde mit einem Typ von
Reed-Relais, das ein „Nass"-Relais genannt wird,
verbessert. Bei einem Nass-Relais wird ein Flüssigmetall, wie z. B. Quecksilber
(Hg), verwendet, um den Kontakt herzustellen. Dies löste das
Problem eines Kontaktausfalls, das Problem der mechanischen Ermüdung der
Kontaktzungen jedoch blieb ungelöst.
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In
einer Bemühung,
diese Probleme zu lösen,
wurden elektrische Schaltvorrichtungen vorgeschlagen, die das Flüssigmetall
in einem Kanal zwischen zwei Schaltelektroden nutzen. In den Flüssigmetallvorrichtungen
wirkt das Flüssigmetall
als der Kontakt, der zwei Schaltelektroden verbindet, wenn die Vorrichtung
AN geschaltet wird. Das Flüssigmetall
ist zwischen den beiden Schaltelektroden durch einen Fluid-Nichtleiter getrennt,
wenn die Vorrichtung AUS geschaltet ist. Das Fluid-Nichtleiter-Fluid
ist allgemein hochreiner Stickstoff (N) oder ein weiteres derartiges
Edelgas.
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In
Bezug auf das Größenproblem
erzielen die Flüssigmetallvorrichtungen
eine Größenreduzierung
einer elektrischen Schaltvorrichtung, da keine Kontaktzungen erforderlich
sind. Außerdem
erzielt die Verwendung des Flüssigmetalls
eine längere Dienstlebensdauer
und eine höhere
Zuverlässigkeit. Mit
kleiner werdenden Vorrichtungsgrößen jedoch
ist es immer schwieriger geworden, die geeigneten Mengen des Flüssigmetalls
in die Hauptkanäle
bereitzustellen, wo das Flüssigmetall
durch die Anwendung eines unter Druck stehenden Nichtleiter-Fluids getrennt
werden kann.
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Lösungen für diese
Probleme werden seit langem gesucht, haben sich jedoch bisher Fachleuten
auf dem Gebiet entzogen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer
Flüssigmetallvorrichtung bereit.
Ein Flüssigmetall
wird in Festmetallkugeln verfestigt. Die Festmetallkugeln werden
benachbart zu einer Öffnung
in der Flüssigmetallvorrichtung
gesammelt. Die Festmetallkugeln werden in ein Flüssigmetall verflüssigt, um
in die Öffnung
zu fließen.
Dies führt
zu einem einfachen und billigen Flüssigmetallerzeugungssystem
und einem Abgabesystem zur Herstellung einer Flüssigmetallvorrichtung, die
eine kompakte und relativ einfache Struktur aufweist, jedoch auch
eine hohe Betriebszuverlässigkeit
und eine lange Dienstlebensdauer besitzt.
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Bestimmte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung besitzen zusätzlich
zu oder anstelle der oben erwähnten
andere Vorteile. Die Vorteile werden aus einer Durchsicht der folgenden
detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
ersichtlich werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Wegschnitt-Seitenansicht einer temperaturgesteuerten Kammer;
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2A ist
eine Wegschnitt-Seitenansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels
einer temperaturgesteuerten Kammer;
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2B ist
ein Grundriss einer Draufsicht einer Schale mit einem Array;
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3 ist
eine Wegschnitt-Seitenansicht einer temperaturgesteuerten Bewegerkammer;
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4 ist
eine vereinfachte Querschnittsnahansicht eines Abschnitts einer
Flüssigmetallvorrichtung
in einer Zwischenstufe einer Herstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
die Struktur aus 4 nach der Bildung eines Flüssigmetallabgabereservoirs;
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6 ist
die Struktur aus 5 mit Festmetallkugeln, die
in das Flüssigmetallabgabereservoir geschüttelt sind;
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7 ist
die Struktur aus 6 nach einer Verflüssigung
der Festmetallkugeln und einem Fließen des Flüssigmetalls in die Flüssigmetallvorrichtung;
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8 ist
die Struktur auf 7 nach der Aufbringung eines
Abdichtmittels;
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9 ist
eine vereinfachte Querschnittsnahansicht eines Abschnitts einer
Flüssigmetallvorrichtung
in einer Zwischenstufe einer Herstellung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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10 ist
die Struktur aus 9 nach einem Abdichten durch
Wafer-Bonden;
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11 ist
die Flüssigmetallvorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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12 ist
ein Flussdiagramm 1200 eines Verfahrens zur Herstellung
einer Flüssigmetallvorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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In
der folgenden Beschreibung sind zahlreiche spezifische Details gegeben,
um für
ein gründliches
Verständnis
der Erfindung zu sorgen. Es ist jedoch zu erkennen, dass die Erfindung
ohne diese spezifischen Details praktiziert werden könnte. Um eine
Verschleierung der vorliegenden Erfindung zu vermeiden, sind bestimmte
bekannte Systemkonfigurationen und Verfahrensschritte nicht detailliert
beschrieben.
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Der
Ausdruck „horizontal", wie er hierin verwendet
wird, ist als eine Ebene parallel zu der herkömmlichen Ebene oder Oberfläche des
ersten Substrats, unabhängig
von deren/dessen Ausrichtung, definiert. Der Ausdruck „vertikal" bezieht sich auf
eine Richtung senkrecht zu der Horizontalen, wie gerade definiert
wurde. Ausdrücke,
wie z. B. „auf", oberhalb", „unterhalb", „unten", „oben", „über "und „unter", sind in Bezug auf
die horizontale Ebene definiert.
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Ähnlich sind
die Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele
der Erfindung zeigen, halbschematisch und nicht maßstabsgetreu
und insbesondere dienen einige Abmessungen der Klarheit einer Darstellung
und sind in den Figuren stark übertrieben
gezeigt. Zusätzlich
sind, wo mehrere Ausführungsbeispiele
offenbart und als mit einigen gemeinsamen Merkmalen beschrieben
sind, zur Klarheit und Erleichterung einer Darstellung und Beschreibung
derselben gleiche Merkmale normalerweise mit gleichen Bezugszeichen
beschrieben.
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Bezug
nehmend auf 1 ist eine Wegschnitt-Seitenansicht
einer temperaturgesteuerten Kammer 100 gezeigt. Die temperaturgesteuerte Kammer 100 weist
eine Sprühdüse 102 zum
Sprühen eines
Flüssigmetalls 104 in
flüssiger
Form in die Kammer 100 auf. Oberflächenspannung bewirkt, dass
das Flüssigmetall 104 sich
in Sphären
oder Kugeln bildet, und die Temperatur der Kammer 100 und die
Entfernung des Sprü hens
werden gesteuert, um das Flüssigmetall 104 abzukühlen, um
Festmetallkugeln zu bilden.
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Die
temperaturgesteuerte Kammer 100 ist mit einer Anzahl von
Sieben versehen, die Öffnungen unterschiedlicher
Größen aufweisen.
Zum Beispiel sind ein erstes, zweites und drittes Sieb 106, 108 und 110 gezeigt,
wobei das erste Sieb 106 die größten Öffnungen aufweist und das dritte
Sieb 110 die kleinsten Öffnungen
aufweist.
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Bei
Betrieb wird die temperaturgesteuerte Kammer 100 bei Temperaturen
stabilisiert, die kleiner sind als die des Schmelzpunkts des verwendeten Flüssigmetalls,
das ein Flüssigmetall,
wie z. B. Quecksilber (Hg), Legierungen aus Gallium (Ga), usw.,
sein könnte.
Für Quecksilber
z. B. beträgt
die Verfestigungstemperatur –38°C.
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Die
Sprühdüse 102 stellt
das Flüssigmetall 104 als
feine Tröpfchen
bereit, die sich in der Temperatur, die kleiner ist als der Schmelzpunkt,
der temperaturgesteuerten Kammer 100 verfestigen. Die feinen Tröpfchen bilden
Festmetallkugeln mit einem kleinen Bereich an Größen.
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Die
Festmetallkugeln fallen auf das erste, zweite und dritte Sieb 106, 108 und 110 in
der temperaturgesteuerten Kammer 100.
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Jedes
Sieb weist Löcher
oder Öffnungen
auf, die größenmäßig von
dem oberen Sieb 106 nach unten zu dem unteren Sieb 110 abnehmen.
Dies bedeutet, dass die Festmetallkugeln, die auf einem bestimmten
Sieb isoliert sind, einen Bereich von Querschnittsflächen von
kleiner als die Querschnittsfläche der
Löcher
in dem Sieb oberhalb bis zu größer als
die Querschnittsfläche
der Löcher
in dem Sieb unterhalb aufweisen. Außerdem weisen die Festmetallkugeln die
gleichen ungefähren
Volumina innerhalb jedes Bereichs von Querschnittsflächen auf.
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Das
erste Sieb 106 hält
die größten Festmetallkugeln 112 und
das zweite und das dritte Sieb 108 und 110 halten
kleinere Festmetallkugeln 114 bzw. 116. Dieser
Siebvorgang trennt die Festmetallkugeln in unterschiedlichen Größenbereiche.
Es wird zu erkennen sein, dass die Anzahl von Sieben abhängig von
den erwünschten
Größenbereichen
der Festmetallkugeln optional ist. Unterschiedliche Größenbereiche
von Festmetallkugeln können
in einer einzelnen Vorrichtung zu Zwecken, wie z. B. Füllen von
Durchgangslöchern
zusätzlich
zu Füllen
von Kanälen
und anderen Öffnungen,
verwendet werden.
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Bezug
nehmend auf die 2A und 2B ist
in 2A eine Wegschnitt-Seitenansicht eines alternativen
Ausführungsbeispiels
einer temperaturgesteuerten Kammer 200, die in 2A gezeigt
ist, gezeigt. Die temperaturgesteuerte Kammer 200 beinhaltet
eine Schale 202, die in 2B im
Grundriss gezeigt ist, die ein Array einer Metallisierung oder eine
Kombination einer Metallisierung und von Schale-/Metallisierungsmerkmalen 204,
wie z. B. kleine Punkte oder geätzte
Materialmerkmale, auf der Unterseite aufweist, die energiemäßig für ein Unterstützen dessen,
dass das Flüssigmetall
beim Abkühlen Kugeln
bildet, günstig
sind. Für
Quecksilber z. B. könnte
das Array einer Metallisierung oder die Kombination von Metallisierung
und Schalenmerkmalen 204 Materialien verwenden, wie z.
B. Metalle der Platin- (Pt-) Gruppe, wie z. B. Ruthenium, Rhodium,
Palladium, Osmium, Iridium, Platin oder eine Kombination derselben.
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Das
Array einer Metallisierung 204 bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
könnte
eine Kombination mit einem energiemäßig günstigen Material als eine Basis
mit einem Erfassungsmaterialdeckel sein. Das Array der Metallisierung
oder die Kombination einer Metallisierung und von Schalenmerkmalen 204 könnte z.
B. ein nicht benetzbares geätztes Merkmal
in der Schale und Golddeckel aufweisen. Der Golddeckel würde ein
Flüssigmetall,
wie z. B. Quecksilber, „erfassen". Das Quecksilber
würde das Gold
lösen und
das geätzte
Merkmal würde
das Quecksilber-/Gold-Amalgam, das eine Kugelbildung unterstützt, einfangen.
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Die
Schale 202 ist in der Kammer 200 platziert. Wenn
die Temperatur auf weniger als den Schmelzpunkt des Flüssigmetalls,
z. B. –38°C für Quecksilber
(Hg), abgesenkt wird, nimmt die Oberflächenspannung des Flüssigmetalls
mit abnehmender Temperatur zu, um Flüssigmetallkugeln zu bilden,
die sich dann verfestigen, um Festmetallkugeln 212, 214 und 216 zu
bilden. Die Festmetallkugeln 212, 214 und 216 haben
im Wesentlichen ähnliche
Volumina. Die Festmetallkugeln 212, 214 und 216 jedoch
können
nachfolgend in noch einheitlichere Größenbereiche getrennt werden,
indem sie durch das erste, zweite und dritte Sieb 106, 108 und 110 aus 1 gegossen
werden.
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Bezug
nehmend auf 3 ist eine Wegschnitt-Seitenansicht
einer temperaturgesteuerten Bewegerkammer 300, die eine
mechanisch bewegte Stufe 302 aufweist, gezeigt.
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Ein
Wafer 304, der leere Flüssigmetallvorrichtungen 306,
wie z. B. mikroelektrische Schalter, die in und auf Vorrichtungssubstraten
gebildet sind, beinhaltet, ist auf der mechanisch bewegten Stufe 302 platziert.
Die temperaturgesteuerte Bewegerkammer 300 wird unter der
Verfestigungstemperatur der Festmetallkugeln gekühlt gehalten.
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Schichten
von Festmetallkugeln, wie z. B. der Festmetallkugeln 116 (1)
oder 212 (2), werden dann
auf dem Wafer 304 platziert. Der Wafer 304 wird
dann durch ein Verfahren, wie z. B. Vibration oder Hin- und Herbewegung,
in Bewegung gebracht, so dass die kleinen Rillen oder andere geätzte Merkmale
die Festmetallkugeln 116 oder 212 eingefangen.
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Kleine
Rillen oder andere geätzte Öffnungen (wie
z. B. ein Flüssigmetallabgabereservoir 500,
das in 5 gezeigt ist) in dem Wafer 304 sind
nach oben gerichtet platziert, um so Festmetallkugeln zu erfassen.
Der Größenbereich
und die Anzahl von Festmetallkugeln in den Flüssigmetallabgabereservoirs
werden durch den Vorrichtungsentwurf bestimmt. Eine Größe (gemeinsam
mit einem Vorrichtungsentwurf) kann als ein Kontrollparameter verwendet
werden, um sicherzustellen, dass die korrekte Anzahl von Festmetallkugeln
in jedem der Flüssigmetallabgabereservoirs
platziert ist. Dies erlaubt eine Steuerung der Menge an Flüssigmetall,
die in jeder Öffnung
oder jedem Kanal in dem Wafer 304 bereitgestellt wird.
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Der
Wafer 304 mit den eingefangenen Festmetallkugeln 116 oder 212 wird
aus der temperaturgesteuerten Bewegerkammer 300 entfernt.
Jede der leeren Flüssigmetallvorrichtungen 306 besitzt
eine Hauptkammer (wie z. B. die Hauptkammer 410 aus 4),
die zumindest teilweise mit Flüssigmetall
gefüllt
werden soll. Die Hauptkammer ist mit der kleinen Rille oder einem
anderen geätzten
Merkmal auf dem Wafer 304 verbunden.
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Die
Festmetallkugeln 116 oder 212 dürfen sich
dann verflüssigen
oder schmelzen in das Flüssigmetall,
indem es ihnen erlaubt wird, auf Umgebungstemperatur zurückzukehren,
oder indem dieselben erwärmt
werden. Dieses Schmelzen bewirkt, dass das Flüssigmetall in die Hauptkammern
der Flüssigmetallvorrichtungen 306 fließt.
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Es
ist zu erkennen, dass es Variationen gibt, die ein Verwenden unterschiedlicher
benetzbarer Mittel, oberflächenaktiver
Mittel und/oder Druckunterschiede umfassen, um das Flüssigmetall
in den Hauptkanal der Flüssigmetallvorrichtungen 306 zu ziehen;
z. B. Aufbringen von Gold (Au) oder einem bestimmten anderen benetzbaren
Mittel in die Rillen oder andere geätzte Merkmale oder Geben des
Wafers 304 während
des Erwärmens
in ein Druckgefäß.
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Nachdem
das Flüssigmetall
abgegeben wurde, wird der Hauptkanal durch ein Abdichtmittel abgedichtet
und die Substrate durch ein Haftmittel verbunden; ein Haftabdichtmaterial
z. B. könnte
ein Material sein, wie z. B. eines der Cytop®-Materialien (eine
registrierte Marke der Asahi Glass Company, erhältlich bei Bellex International
Corp. in Wilmington, Delaware), Aufschleuderglas, Epoxyd, Metall
oder ein anderes Material, das als Verbindungsmittel wirkt und eine
hermetische Abdichtung bereitstellt.
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Bezug
nehmend auf 4 ist eine vereinfachte Querschnitts-Nahansicht
eines Abschnitts einer exemplarischen Flüssigmetallvorrichtung 400 in einer
Zwischenstufe einer Herstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Flüssigmetallvorrichtung 400 weist
ein erstes Substrat 402 auf, das durch Haftabdichtungen 406 mit
einem zweiten Substrat 404 verbunden ist. Das erste und
das zweite Substrat 402 und 404 sind undurchlässig für Flüssigmetall
und die Haftabdichtungen 406 sind undurchlässig für Flüssigmetall.
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Die
Haftabdichtungen 406 können
aus einem Material, wie z. B. Gold, das durch eine Glasschicht geschützt wird,
sein, das eine Abdichtung bereitstellt, die undurchlässig für Quecksilber
ist, und die sich gut mit Siliziumsubstraten verbindet. Wenn Gold
für die
Wafer-Verbindung mit Siliziumwafern verwendet wird, wird eine Keimschicht
zwischen dem Gold und dem Silizium verwendet, um sicherzustellen,
dass das Gold an dem Silizium haftet. Ein Hauptkanal 410 wurde
in dem zweiten Substrat 404 gebildet, der eine innere Abdichtung 412 beinhaltet.
Die innere Abdichtung 412 kann aus einem Material, wie z.
B. Glas, sein. Die innere Abdichtung 412 ist nur um den
Hauptkanal 410 herum.
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Eine
Flüssigmetallabgabekanalmaske 414 wurde
auf das zweite Substrat 404 aufgebracht und verarbeitet,
um die Bildung einer Rille oder eines anderen geätzten Merkmals zu erlauben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
bildet das Ätzen
eine Öffnung zu
dem Hauptkanal 410, die als ein Flüssigmetallabgabekanal 416 bezeichnet
wird.
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Bezug
nehmend auf 5 ist die Struktur aus 4 nach
der Bildung eines Flüssigmetallabgabereservoirs 500 gezeigt.
Die Flüssigmetallabgabekanalmaske 414 aus 4 ist
entfernt und eine Flüssigmetallabgabereservoirmaske 502 ist
für die
Bildung des Flüssigmetallabgabereservoirs 500 aufgebracht
und verarbeitet. Das Flüssigmetallabgabereservoir 500 ist
optional, wenn der Flüssigmetallabgabekanal 416 ausreichend
groß ist.
In vielen Fällen
jedoch ist das Flüssigmetallabgabereservoir 500 erforderlich,
um ein Sammeln von Festmetall in demselben zu ermöglichen.
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Bezug
nehmend auf 6 sind Festmetallkugeln 116 mit
kleinem Größenbereich,
die auf die Struktur aus 5 geschüttelt sind, um durch das Flüssigmetallabgabereservoir 500 erfasst
zu werden, gezeigt. Die Flüssigmetallabgabereservoirmaske 502 auf 5 wurde
entfernt.
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Bezug
nehmend auf 7 ist die Struktur aus 6 nach
einer Verflüssigung
der Festmetallkugeln 116 mit kleinem Größenbereich und einem Fließen des
Flüssigmetalls 700 in
die Hauptkammer 410 (in 4 gezeigt)
der Flüssigmetallvorrichtung 400 gezeigt.
Die Flüssigmetallvorrichtung 400 kann auf
Raumtemperatur gebracht werden oder ein Flüssigmetallfließbrennen
kann durchgeführt
werden, um zu bewirken, dass die Festmetallkugeln 116 mit
kleinem Größenbereich
aus 6 schmelzen und fließen, um den Hauptkanal 410 zumindest
teilweise zu füllen.
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Bezug
nehmend auf 8 ist die Struktur aus 7 nach
der Aufbringung eines Abdichtmittels 800 gezeigt. Das Abdichtmittel 800 füllt zumindest teilweise
den Flüssigmetallabgabekanal 416 und
das Flüssigmetallabgabereservoir 500 aus 5,
um das Flüssigmetall 700 vollständig abzudichten.
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Bezug
nehmend auf 9 ist eine vereinfachte Querschnitts-Nahansicht
eines Abschnitts einer exemplarischen Flüssigmetallvorrichtung 900 in einer
Zwischenstufe einer Herstellung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Flüssigmetallvorrichtung 900 weist ein
erstes Substrat 902 auf. Ein Hauptkanal 904 wurde
in dem ersten Substrat 902 gebildet und Festmetallkugeln 906 mit
kleinem Größenbereich
auf das erste Substrat 902 geschüttelt, um durch den Hauptkanal 904 erfasst
zu werden.
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Bezug
nehmend auf 10 ist die Struktur aus 9 gezeigt,
nachdem der Hauptkanal 904 abgedichtet wurde, indem ein
zweites Substrat 1000 mit dem ersten Substrat 402 verbunden
wurde. Ein Abdichtmaterial ist in diesem Fall optional. Dieses Verbinden
wäre eine
Waferbondverbindung, bei der die beiden Wafer frei von Teilchen
sind und für
ein Niedrigtemperaturverbinden durch Ausheilen, Schweißen oder
Thermokompressionsverbindung in Kontakt zueinander platziert sind.
Ein Waferbonden könnte
optional ein Haftdichtmittel verwenden, wie z. B. das Haftdichtmittel 406,
das in 4 gezeigt ist. Das erste und das zweite Substrat 902 und 1000 und
die Waferbondverbindung sind undurchlässig für das Flüssigmetall. Die Festmetallkugeln 906 mit
kleinem Größenbereich
werden dann in das Flüssigmetall 1002 geschmolzen.
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Die
Flüssigmetallvorrichtung 900 ist
nicht notwendigerweise der Flüssigmetallvorrichtung 400 aus 8 vorzuziehen,
da Flüssigmetalle
relativ niedrige Siedepunkte besitzen. Dies impliziert, dass ein
beliebiger Waferbondverbindungsvorgang zum Abdichten der Flüssigmetalle
bei einem Niedrigtemperaturvorgang am bequemsten ist. Bei Verwendung von
Quecksilber bedeutet ein Abgeben des Quecksilbers vor einem Waferbondverbindungsvorgang
außerdem,
dass Wafer mit flüssigem
Quecksilber auf der Oberfläche
in der Herstellungsumgebung für
eine nachfolgende Verarbeitung vorsichtig gehandhabt werden müssen, da
Quecksilber eine toxische Substanz ist.
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Bezug
nehmend auf 11 ist die Flüssigmetallvorrichtung 400 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Für ein leichtes Verständnis ist
das obere Substrat nicht gezeigt. Eine einpolige Schaltvorrichtung
mit zwei Elektroden und einer einzelnen Heizereinheit ist die einfachste
Konfiguration, ein komplexeres Ausführungsbeispiel einer zweipoligen
Schaltvorrichtung mit drei Elektroden und zwei Heizereinheiten ist
jedoch gezeigt. Die Flüssigmetallvorrichtung 400 weist
das erste Substrat 402 und Haftabdichtungen 406 auf.
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Während unterschiedliche
Elemente der vorliegenden Erfindung sich auf unterschiedlichen Substraten
befinden können,
ist das erste Substrat 402 als einen Hauptkanal 1120 umfassend
gezeigt und drei Elektroden 1122, 1124 und 1126 sind
in beabstandeter Beziehung entlang der Länge des Hauptkanals 1120 angeordnet.
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Unterkanäle 1130 und 1132 sind
ebenso in dem ersten Substrat 402 gebildet und sind mit
dem Hauptkanal 1120 zwischen den Elektroden 1122 und 1124 bzw.
zwischen den Elektroden 1124 und 1126 verbunden.
Die Unterkanäle 1130 und 1132 stellen Verbindungen
zu Kammern 1134 bzw. 1136, die in dem Substrat 402 gebildet
sind, her. Die Kammern 1134 und 1136 befinden
sich unter Heizelementen 1138 bzw. 1140.
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Die
Heizelemente 1138 und 1140 bei einem Ausführungsbeispiel
sind resistive Heizelemente, die elektrisch durch die Durchgangslöcher 1142 und 1144 durch
das erste Substrat 402 mit Leistung versorgt werden. Die
gefüllten
Durchgangslöcher
sind senkrechte Löcher
durch das erste Substrat 402, die mit einem Leiter gefüllt sind,
so dass es keine wesentlichen Lecks durch die Löcher gibt.
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Bei
dem ersten Substrat 402 ist der Hauptkanal 1120 mit
einem Flüssigkanal 1150,
wie z. B. Quecksilber (Hg), und einem Fluid-Nichtleiter 1152, wie
z. B. Argon (Ar) oder Stickstoff (N), gefüllt. Das zweite Substrat 404 aus 4 liegt über dem
ersten Substrat 402 und das Flüssigmetall 1150 und
der Fluid-Nichtleiter 1152 sind in dem Hauptkanal 1120,
den Unterkanälen 1130 und 1132 und
den Kammern 1134 und 1136 durch Haftabdichtungen 406 abgedichtet. Der
Fluid-Nichtleiter 1152 kann
sich durch die Heizelemente 1138 und 1140 ausdehnen,
um Unterteilungen in dem Flüssigmetall 1150 zu
bewirken.
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Die
Materialien des ersten und des zweiten Substrats 402 und 404 und
der Haftabdichtungen 406 sind ausgewählt, um eine chemische Reaktion mit
und ein Benetzen durch das Flüssigmetall 1150 zu
vermeiden. Chemische Reaktionen könnten dazu führen, dass
das Flüssigmetall 1150 nicht
in der Lage ist, Strom zu führen,
und ein Benetzen könnte
eine geeignete Schaltbewegung des Flüssigmetalls 1150 unmöglich machen;
d.h. ein AUS-Zustand kann nicht erzielt werden, da der elektrische
Pfad zwischen den Elektroden 1122, 1124 und 1126 nicht
unterbrochen werden kann. Chemische Reaktionen und ein Benetzen
der Substrate oder Abdichtungen können auch zu Leckströmen und
Zuverlässigkeitsfehlern
führen.
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Bei
Betrieb kann das Flüssigmetall 1150 in einen
ersten, zweiten und dritten Abschnitt 1150A, 1150B und 1150C unterteilt
sein, die immer mit den Elektroden 1122, 1124 bzw. 1126 verbunden
sind. Die Unterkanäle 1130 und 1132,
die Kammern 1134 und 1136 und Abschnitte des Hauptkanals 1120 sind mit
dem Fluid-Nichtleiter 1152 gefüllt. Der Fluid-Nichtleiter 1152 ist
in der Lage, das Flüssigmetall 1150 in
diskrete Abschnitte zu trennen, die entweder die Elektroden 1122 und 1124 oder
die Elektroden 1124 und 1126 verbinden, abhängig davon,
ob das Heizelement 1140 oder das Heizelement 1138 betätigt ist.
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Bezug
nehmend auf 12 ist ein Flussdiagramm 1200 des
Verfahrens einer Herstellung einer Flüssigmetallvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Verfestigen
eines Flüssigmetalls
in Festmetallkugeln bei einem Block 1202; Sammeln der Festmetallkugeln
benachbart zu einer Öffnung
in der Flüssigmetallvorrichtung
bei einem Block 1204; und Verflüssigen der Festmetallkugeln
in ein Flüssigmetall,
um in die Öffnung
zu fließen,
bei einem Block 1206.
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Während die
Erfindung in Verbindung mit spezifischen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde,
wird darauf verwiesen, dass viele Alternativen, Modifizierungen
und Variationen in der Technik angesichts der vorstehenden Beschreibung
ersichtlich sein werden. Entsprechend ist es beabsichtigt, alle
derartigen Alternativen, Modifizierungen und Variationen, die in
den Schutzbereich der beinhalteten Ansprüche fallen, zu umschließen. Alle
Gegenstände,
die bisher dargelegt oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind,
sollen in einem darstellenden und in keinem einschränkenden
Sinn interpretiert werden.