KR20060004668A - 스위치 - Google Patents

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KR20060004668A
KR20060004668A KR1020057019483A KR20057019483A KR20060004668A KR 20060004668 A KR20060004668 A KR 20060004668A KR 1020057019483 A KR1020057019483 A KR 1020057019483A KR 20057019483 A KR20057019483 A KR 20057019483A KR 20060004668 A KR20060004668 A KR 20060004668A
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cavities
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switching fluid
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KR1020057019483A
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마빈 글렌 웅
Original Assignee
애질런트 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

유체식 스위치가 개시된다. 하나의 실시예에서, 스위치는 복수의 공동(404, 406, 408)의 적어도 일부를 형성하는 그 사이에 제 1 정합 기판(100) 및 제 2 정합 기판(402)으로서, 제 1 기판은 공동들중 첫 번째 공동(406)내에 형성된 복수의 만입부(102, 104, 106)를 형성하는 제 1 정합 기판(100) 및 제 2 정합 기판(402)과, 복수의 전기 접점(112, 114, 116)으로서, 각각의 전기 접점은 하나의 만입부내에 부착되는 복수의 전기 접점(112, 114, 116)과, 제 1 공동내에서 유지되며, 스위칭 유체에 인가되는 힘에 대응하여 적어도 한쌍의 복수의 전기 접점을 개방 및 폐쇄시키는 스위칭 유체(418)와, 하나 또는 그 이상의 공동내에서 유지되며, 스위칭 유체에 힘을 인가하는 활성 유체(410)를 포함한다.

Description

스위치{FLUID-BASED SWITCHES}
본 발명은 유체식 스위치에 관한 것이다.
수은과 같은 액체 금속을 스위칭 유체를 사용하는 액체 금속 마이크로 스위치(liquid metal micro switch; LIMMS)가 제조되고 있다. 액체 금속은 전기 접촉을 생성 및 차단할 수 있다. 스위치의 상태를 변경하기 위해, 스위칭 유체에 힘을 인가하여 그것이 형태를 변화시키고 이동시킨다. 전기 접점과 기판 사이의 접착이 불량하면, 이동 스위칭 유체는 때때로 접점의 에지를 상승시킬 수 있어, 하지(underlying)로부터 에지가 박리되어 스위치에 손상을 입힐 수 있다.
발명의 요약
유체식 스위치가 개시되어 있다. 하나의 실시예에서, 스위치는 서로 정합하는 제 1 기판 및 제 2 기판을 포함한다. 기판 사이에는 복수의 공동(cavity)이 형성된다. 추가적으로, 제 1 기판은 공동들중 첫 번째 공동내에 복수의 만입부(indentation)를 형성한다. 복수의 전기 접점은 각각 만입부중 하나에 부착된다. 제 1 공동내에 유지되는 스위칭 유체는 스위칭 유체에 인가되는 힘에 대응하는 적 어도 한쌍의 복수의 전기 접점을 개방 및 폐쇄한다. 또한, 이러한 스위치는 스위칭 유체에 힘을 인가하는, 하나 또는 그 이상의 공동 내에 유지되는 활성 유체를 포함한다.
다른 실시예에서, 스위치는 서로 정합하는 제 1 및 제 2 기판을 포함하여, 복수의 공동이 기판 사이에 형성된다. 추가적으로 제 1 기판은 공동들중 첫 번째 공동내에 복수의 만입부를 형성한다. 복수의 습식 패드(wettable pad)는 각각 만입부중 하나에 부착된다. 제 1 공동내에 유지되는 스위칭 유체는 패드를 젖게 할 수 있다. 스위칭 유체는 스위칭 유체에 인가되는 힘에 대응하여, 제 1 공동을 통한 빛의 경로를 개방 및 차단하도록 제공된다. 공동의 하나 또는 그 이상내에서 유지되는 활성 유체는 스위칭 유체에 힘을 인가한다.
본 발명의 예시적인 실시예는 도면에 도시된다.
도 1은 유체식 스위치에 사용될 수 있는 만입부를 갖는 기판의 제 1 예시적인 실시예의 정면도,
도 2는 유체식 스위치에 사용될 수 있는 만입부를 갖는 기판의 제 2 예시적인 실시예의 평면도,
도 3은 도 2의 기판의 정면도,
도 4는 만입부를 갖는 기판을 사용할 수 있는 스위치의 제 1 예시적인 실시예의 사시도,
도 5는 만입부를 갖는 기판을 사용할 수 있는 스위치의 제 2 예시적인 실시예의 사시도,
도 6은 만입부를 갖는 스위치의 제 3 예시적인 실시예의 평면도,
도 7은 도 6의 스위치의 정면도.
도 1은 LIMMS와 같은 유체식 스위치에 사용될 수 있는 기판(100)을 도시한다. 예를 들어, 기판(100)은 세라믹 또는 유리일 수 있다. 기판(100)은 복수의 만입부(102, 104, 106)를 형성할 수 있다. 만입부는 샌드블라스팅(sandblasting), 레이저 커팅(laser cutting), 포토 이미징(photo imaging), 화학적 에칭(chemical etching), 또는 다른 적합한 공정으로 형성된다. 전기 접점으로 제공되는 복수의 습식 패드(112 내지 116)는 각각 만입부(102 내지 106)내에 부착된다.
만입부(102 내지 106)는 습식 패드(112 내지 116)를 기판(100)의 표면으로부터 함몰되도록 한다. 하기에서 자세히 설명되는 바와 같이, 기판은 스위치의 상태를 변환하기 위해 스위칭 유체를 사용하는 유체식 스위치에 사용된다. 습식 패드(112 내지 116)를 기판의 표면으로부터 함몰되는 기판(100)상의 만입부를 생성하는 것은 스위치 상태가 변경되는 동안 스위칭 유체가 습식 패드의 에지를 상승시키는 것을 방지하는 데 도움이 될 수 있다.
도 2 내지 도 3은 유체식 스위치에서 사용될 수 있는 기판(200)의 제 2 예시적인 실시예를 도시한다. 복수의 전기 접점(222, 224, 226)이 기판의 제 1 층(201)상에 제공된다. 이 때, 제 2 층(203)은 제 1 층(201)과 정합한다. 예를 들어, 제 2 층은 유리로 형성(또는 유리를 포함함)되며, 제 1 층은 세라믹 재료로 형성(또는 세라믹 재료를 포함함)된다. 다른 적합한 재료 또한 고려된다.
제 2 층은 전기적 접점(222, 224, 226)으로부터 제 2 층(203)의 표면으로 전극(222, 224, 226)에 대향하여 유도되는 복수의 덕트(214, 216, 218)를 형성한다. 덕트는 종(bell) 형상을 포함하며, 전극에서 제 2 층의 대향 표면에서의 턱트의 개구보다 넓은 개구를 갖는다. 종 형상은 다양한 프로파일을 구비할 수 있으며, 예를 들어, 제 2 층을 마스킹하여 제 2 층내로 종 형상을 샌드블라스팅함으로써 형성될 수 있다. 제 2 층에 의해 형성된 만입부(204)는 제 2 층의 표면으로부터 덕트의 개구를 함몰시키는데 사용될 수 있다. 만입부는 제 2 층의 표면에서 덕트의 직경보다 큰 직경을 갖는다.
액체 전극(예를 들어, 수은 전극)(234, 236, 238)은 적어도 각각의 덕트의 일부를 채운다. 덕트의 벽에는 액체 전극(234, 236, 238)이 덕트를 젖게 하도록 습식 재료로 라이닝(lining)될 수 있다. 또한, 만입부에는 습식 재료로 라이닝될 수도 있으며, 그에 따라 유체식 스위치에 사용되는 스위칭 유체는 만입부를 적실 수 있다. 덕트(214, 216, 218)의 형상은 스위칭 유체가 전기 접점(222, 224, 226) 사이의 연결을 형성 및 차단할 때, 액체 전극(234, 236, 238)이 각각의 덕트내에 유지되도록 각 덕트내에 부착될 수 있다. 만입부(204, 206, 208)는 유체 전극(234, 236, 238)에 대해 보다 넓은 접촉 영역을 제공하며, 만입부의 함몰된 에지는 습식 라이닝(wettable lining)이 그것의 에지를 상승시키는 것과 만입부의 외부로 이동시키는 것을 방지하도록 돕는다.
도 4는 기판(100)을 포함하는 스위치의 제 1 예시적인 실시예를 도시한다. 스위치(400)는 서로 정합하는 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(402)을 포함한다. 기판(100, 402)은 그 사이에 다수의 공동(404, 406, 408)을 형성한다. 복수의 전기 접점(112, 114, 116)이 하나 또는 그 이상의 공동내에 노출된다. 각각의 전기 접점(112 내지 116)은 기판(100)의 만입부중 하나에 부착된다. 하나 또는 그 이상의 공동내에 유지되는 스위칭 유체(418)(예를 들어, 수은과 같은 전도성 유체 금속)는 스위칭 유체(418)에 인가되는 힘에 대응하여 적어도 한쌍의 복수의 전기 접점(112 내지 116)을 개방 및 폐쇄한다. 하나 또는 그 이상의 공동내에 유지되는 활성 유체(410)는 스위칭 유체(418)에 힘을 인가한다.
스위치(400)의 일 실시예에서, 스위칭 유체(418)에 인가되는 힘은 활성 유체(410)내의 압력의 변화로부터 야기된다. 활성 유체(410)내의 압력 변화는 스위칭 유체(418)내로 분배되어, 스위칭 유체(418)의 형태, 위치, 부분 등이 변화된다. 도 4에서, 공동(404)내에 유지되는 활성 유체(410)의 압력은 도시된 바와 같이 스위칭 유체(418)의 일부에 힘을 인가한다. 이러한 상태에서, 스위치(400)의 전기 접점(114, 116)의 최우측 쌍은 서로 결합된다. 공동(406)내에 유지되는 활성 유체(410)의 압력이 완화되고, 공동(408)내에 유지되는 활성 유체(410) 압력이 증가하면, 스위칭 유체(418)가 분리 및 합병되도록 할 수 있어, 전기 접점(114 내지 116)은 분리되고, 전기 접점(112 내지 114)은 결합된다.
만입부(102 내지 106)는 전기 접점(112 내지 116)을 기판(100)의 표면으로부터 함몰되게 한다. 이것은 스위치의 상태가 변하는 동안 스위칭 유체가 전기 접점의 에지를 상승시키는 것을 방지하는데 도움이 될 수 있다.
예를 들어, 활성 유체(410)내의 압력 변화는 활성 유체(410)를 가열하거나, 압전 펌핑(piezoelectronic pumping)함으로써 이뤄질 수 있다. 활성 유체를 가열하는 것은 "전기 접촉 차단 스위치로 통합된 전기 접촉 차단 스위치 및 전기 접촉 교환 방법(Electrical Contact Breaker Switch, Integrated Electrical Contact Breaker Switch, and Electrical Contact Switching Method)"으로 명명된 콘도(Kondoh)등의 미국 특허 제 6,323,444 호에 기술되어 있으며, 그것이 개시하는 모든 것이 본원에 참고로 인용된다. 압전 펌핑은 웅 마빈 그렌(Marvin Glen Wong)이 2002년 5월 2일자로 "압전 활성 유체 금속 스위치(A Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch)"의 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 제 10/137,691 호에 기술되었고, 또한 그것이 개시하는 모든 것이 본원에 참고로 인용된다. 상기 참조 특허 및 특허 출원이 이중 푸쉬/풀(push/pull) 활성 유체 공동에 의해 스위칭 유체의 이동을 개시하고 있음에도 불구하고, 충분한 푸쉬/풀 압력 변화가 이러한 공동으로부터 스위칭 유체로 분배된다면 단일의 푸쉬/풀 활성 유체 공동으로 요구조건을 충족시킬 수 있다. 도 4에 도시된 스위치의 구성 및 작동에 대한 추가적인 세부사항은 위에 언급된 콘도의 특허에서 알 수 있다.
스위치의 제 2 예시적인 실시예가 도 5를 참조하여 설명될 것이다. 스위치(500)는 서로 정합하는 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(502)을 포함한다. 기판(100, 502)은 그 사이에 복수의 공동(506, 508, 510)을 형성한다. 복수의 습식 패드(112 내지 116)가 하나 또는 그 이상의 공동내에 노출된다. 스위칭 유체(518)(예를 들어, 수은과 같은 액체 금속)는 패드(112 내지 116)를 젖게 할 수 있으며, 하나 또는 그 이상의 공동내에 유지된다. 스위칭 유체(518)는 그에 인가되는 힘에 대응하여, 하나 또는 그 이상의 공동을 통해 광로(522/524, 526/528)를 개방 및 차단한다. 예를 들어, 광로는 스위칭 유체를 유지하는 공동(508)내의 반투명창과 정렬되는 웨이브가이드에 의해 형성될 수 있다. 광로(522/524, 526/528)의 차단은 불투명한 스위칭 유체(518)에 의해 수행될 수 있다. 만입부(102 내지 106)는 스위치의 상태가 변하는 동안 스위칭 유체가 패드의 에지를 상승시키는 것을 방지하는데 도움이 되도록 기판(100)의 표면으로부터 습식 패드(112 내지 116)를 함몰시킨다. 하나 또는 그 이상의 공동내에 유지되는 활성 유체(520)(예를 들어, 비활성 기체 또는 액체)는 힘을 스위칭 유체(518)에 인가시킨다.
도 5에 도시된 스위치의 구조 및 작동과 관련한 추가적인 세부사항은 전에 언급한 콘도의 특허 및 마빈 웡의 특허 출원에서 찾을 수 있다.
도 6 내지 도 7은 유체식 스위치의 제 3 예시적인 실시예를 도시한다. 스위치(600)는 스위칭 유체 공동(604)과, 한쌍의 활성 유체 공동(602, 606)과, 스위칭 유체 공동(604)과 대응하는 하나의 활성 유체 공동(602, 606)에 연결되는 한쌍의 공동(608, 610)을 포함한다. 보다 많거나 적은 공동이 스위치의 형상에 따라 기판상에 형성될 수 있다는 것을 예상할 수 있다. 예를 들어, 한쌍의 활성 유체 공동(602, 606) 및 한쌍의 연결 공동(608, 610)은 단일의 활성 유체 공동 및 단일의 연결 공동으로 치환될 수 있다.
하나의 기판(602, 604)상의 일부는 "밀봉 벨트(612, 614, 616)"를 생성하기 위해 금속화될 수 있다. 공동내의 스위칭 유체(618)를 유지하는 밀봉 벨트(612 내지 616)는 스위칭 유체(618)에 젖을 수 있는 추가적인 표면 영역이 제공된다. 이것은 스위칭 유체가 나타낼 수 있는 다양한 상태를 안정시킬 뿐만 아니라 스위칭 유체가 누출될 수 없고 스위칭 유체가 그 내에서 보다 쉽게 펌핑(즉, 스위치 상태가 변화하는 동안)될 수 있는 밀봉된 챔버를 생성하는데 도움이 된다.
밀봉 벨트(612 내지 616)는 하나의 기판(602, 604)상의 만입부내에 각각 증착될 수 있다. 만입부는 기판의 표면으로부터 밀봉 벨트를 함몰시킨다. 이것은 스위치의 상태가 변화하는 동안 스위칭 유체(618)가 밀봉 벨트의 에지를 상승시키는 것을 방지하는데 도움이 될 수 있다.
스위치는 추가적으로 습식 패드(전기 접점으로 기능할 수 있음)를 포함한다. 또한, 습식 패드는 하나의 기판(602)상의 만입부내에 부착된다. 변형적인 실시예에서, 습식 패드는 기판(602)의 표면상에 부착될 수 있으며, 이러한 기판은 습식 패드에 대해 만입부를 포함하지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 예시적이고 현재 바람직한 실시예가 여기서 상세하게 설명되었으며, 발명적인 개념은 다양하게 구체화되고 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 첨부된 청구 범위는 종래의 기술에 의해 한정된 것을 제외하고 이러한 변형을 포함하도록 구성된다.

Claims (10)

  1. 스위치에 있어서,
    복수의 공동(404, 406, 408)의 적어도 일부를 그 사이에 형성하는 제 1 정합 기판(100) 및 제 2 정합 기판(402)으로서, 상기 제 1 기판은 공동들중 첫 번째 공동(406)내에 형성된 복수의 만입부(102, 104, 106)를 형성하는, 상기 제 1 및 제 2 정합 기판(100, 402)과,
    복수의 전기 접점(112, 114, 116)으로서, 각각의 전기 접점이 하나의 상기 만입부중 하나내에 부착되는 복수의 전기 접점(112, 114, 116)과,
    상기 제 1 공동내에서 유지되며, 스위칭 유체에 인가되는 힘에 반응하여 적어도 한쌍의 복수의 전기 접점을 개방 및 폐쇄시키는 스위칭 유체(418)와,
    하나 또는 그 이상의 공동내에서 유지되며, 스위칭 유체에 힘을 인가하는 활성 유체(410)를 포함하는
    스위치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공동내의 위치의 제 2 기판상에 부착된 복수의 밀봉 벨트(612, 614, 616)를 더 포함하며, 상기 제 2 기판은 복수의 만입부를 형성하며, 상기 밀봉 벨트는 상기 만입부내에 부착되는
    스위치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 유리 또는 세라믹중 하나를 포함하는
    스위치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 만입부는 상기 제 1 기판에서 샌드블라스팅되는
    스위치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 만입부는 상기 제 1 기판에서 레이저 커팅되는
    스위치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 만입부는 상기 제 1 기판에서 화학적으로 에칭되는
    스위치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 제 1 층(201) 및 제 2 층(203)을 포함하며, 상기 제 1 층은 그 상에 증착된 상기 복수의 전기 접점(222, 224, 226)을 가지며, 제 2 층은 복 수의 덕트(234, 236, 238)를 형성하고, 상기 제 2 층의 각각의 덕트는 상기 제 1 공동으로부터 제 1 층상에 부착된 전기 접점의 하나로 인도되며, 상기 제 2 층은 상기 복수의 만입부(204, 206, 208)를 더 형성하고, 각각의 만입부는 상기 제 2 층의 표면에서 상기 하나의 덕트의 개구에서 형성되며, 상기 만입부는 상기 제 2 층의 표면에서 상기 턱트의 지름보다 큰 지름을 갖는
    스위치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 층에 의해 형성된 상기 덕트중 적어도 하나는 전기 접점의 쌍을 폐쇄하기 위해 스위칭 유체에 힘을 인가할 때, 상기 덕트내에 상기 스위칭 유체의 일부가 유지되도록 형성되는
    스위치.
  9. 스위치에 있어서,
    복수의 공동(506, 508, 510)의 적어도 일부를 그 사이에 형성하는 제 1 정합 기판(100) 및 제 2 정합기판(502)으로서, 기판중 적어도 하나는 공동들중 첫 번째 공동(508)내에 형성된 복수의 만입부(102, 104, 106)를 형성하는, 상기 제 1 및 제 2 정합 기판(100, 502)과,
    복수의 전기 접점(112, 114, 116)으로서, 각각의 전기 접점이 상기 만입부중 하나내에 부착되는, 복수의 전기 접점(112, 114, 116)과,
    상기 패드를 적실 수 있고 상기 제 1 공동내에서 유지되며, 상기 스위칭 유체에 인가되는 힘에 반응하여 상기 제 1 공동을 통해 광로(522/524, 526/528)를 개방 및 차단하는 스위칭 유체(518)와,
    하나 또는 그 이상의 상기 공동내에서 유지되며, 상기 스위칭 유체에 힘을 인가하는 활성 유체(520)를 포함하는
    스위치.
  10. 스위치에 있어서,
    복수의 공동(602, 604, 606)의 적어도 일부를 그 사이에 형성하는 제 1 정합 기판(602) 및 제 2 정합 기판(604)과,
    하나 또는 그 이상의 상기 공동내에 유지되며, 상기 스위칭 유체에 인가되는 힘에 대응하여 적어도 제 1 및 제 2 스위치 상태 사이에서 이동 가능한 스위칭 유체(618)와,
    상기 스위칭 유체를 유지하는 하나 또는 그 이상의 상기 공동내의 위치에서의 상기 기판중 하나상의 만입부내에 부착되는 복수의 밀봉 벨트(612, 614, 616)를 포함하는
    스위치.
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