專利名稱：彎形開關(guān)液體腔的制作方法
與相關(guān)申請的交叉引用本發(fā)明與和此申請同日遞交的Marvin Glenn Wong等人的題為“Formation of Signal Paths to Increase Maximum Signal-Carrying Frequencyof a Fluid-Based Switch”的美國專利申請序列號(hào)No.＿＿＿＿、案卷號(hào)No.10010273-1有關(guān)(據(jù)此通過參考將其并入)。
背景技術(shù)：
在需要快速而靈巧的開關(guān)的環(huán)境中，諸如液體金屬微型開關(guān)(LIMMS)之類的基于液體型開關(guān)已被證明很有價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面體現(xiàn)在包含第一和第二成對基板的開關(guān)，在所述第一和第二成對基板之間限定了彎形開關(guān)液體腔的第一和第二交叉溝道。開關(guān)液體被裝在彎形開關(guān)液體腔中，并且可以響應(yīng)于施加到開關(guān)液體的力而在第一和第二開關(guān)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在第一開關(guān)狀態(tài)中，開關(guān)液體的大部分被迫使進(jìn)入第一交叉溝道，而在第二開關(guān)狀態(tài)中，開關(guān)液體的大部分被迫使進(jìn)入第二交叉溝道。
本發(fā)明的其他實(shí)施例也被公開。


在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在附圖中圖1是開關(guān)的第一示例性實(shí)施例的平面圖；圖2示出了圖1所示開關(guān)的多個(gè)層的正面圖；圖3是圖1所示開關(guān)的溝道板(channel plate)的第一平面圖，其中所述開關(guān)處于第一狀態(tài)；
圖4是圖1所示開關(guān)的溝道板的第二平面圖，其中所述開關(guān)處于第二狀態(tài)；圖5的平面圖示出了圖1所示開關(guān)的基板和溝道板中/上的元件之間的對應(yīng)關(guān)系；圖6是圖1所示的開關(guān)的基板的平面圖；圖7的平面圖示出了圖1所示開關(guān)的替換實(shí)施例；圖8是開關(guān)的第二示例性實(shí)施例的平面圖；以及圖9是直形開關(guān)液體腔的平面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1到圖6示出了基于液體型開關(guān)的第一示例性實(shí)施例100。在該第一實(shí)施例中，開關(guān)100是電開關(guān)。圖8示出了基于液體型開關(guān)的第二示例性實(shí)施例800。在該第二實(shí)施例中，開關(guān)800是光學(xué)開關(guān)。
在開關(guān)100、800的每一個(gè)中，第一和第二成對基板100/102、800/802在其之間限定了彎形開關(guān)液體腔304、816的第一和第二交叉溝道134/136、812/814(參見圖3、4和8)。開關(guān)液體312、818被裝在每個(gè)彎形開關(guān)液體腔中，并且可以響應(yīng)于施加到開關(guān)液體的力而在第一和第二開關(guān)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在第一開關(guān)狀態(tài)中，開關(guān)液體中的大部分被迫使進(jìn)入第一交叉溝道(對于開關(guān)100，如圖3所示)。在第二開關(guān)狀態(tài)中，開關(guān)液體中的大部分被迫使進(jìn)入第二交叉溝道(對于開關(guān)100，如圖4所示)。
彎形開關(guān)液體腔304、816提供了多種優(yōu)于直形開關(guān)液體腔的優(yōu)點(diǎn)，所述直形開關(guān)液體腔例如是在由Marvin Glenn Wong于2002年5月2日遞交的題為“A Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch”的美國專利申請序列號(hào)No.10/137,691中所公開的直形開關(guān)液體腔(據(jù)此通過參考將其并入)。例如，彎形開關(guān)液體腔可以為基于液體型開關(guān)提供更好的抗機(jī)械沖擊性能。通過參考圖3、4和9，可以最好地理解這個(gè)優(yōu)點(diǎn)。如圖3所示，開關(guān)液體312一般通過在箭頭318和320的方向上移動(dòng)，而從圖3所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到圖4所示的狀態(tài)。例如，如果開關(guān)100下落、被搖晃或被振動(dòng)，那么在箭頭320的方向上施加給開關(guān)液體312的力被溝道136的側(cè)壁所吸收，并且開關(guān)液體不太可能由于下落、搖晃或振動(dòng)而改變狀態(tài)。以類似方式，在箭頭318的方向上施加給開關(guān)液體312的力也會(huì)被溝道134的側(cè)壁所吸收。在箭頭318的方向上唯一沒有被吸收的力是由開關(guān)液體312中被裝在溝道134和136的交叉部分中的那部分開關(guān)液體所產(chǎn)生的。但是，由于被裝在溝道134和136的交叉部分中的開關(guān)液體312的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于被裝在溝道134中的全部開關(guān)液體312的質(zhì)量，因此被裝在彎形開關(guān)液體腔304中的開關(guān)液體312與被裝在類似尺寸的直形開關(guān)液體溝道900(參見圖9；力＝質(zhì)量×加速度)中的類似量的開關(guān)液體902相比，其由于疏忽而改變狀態(tài)的可能性更小。如果可濕區(qū)域108(例如焊盤、觸點(diǎn)或密封帶；參見圖1)被置于開關(guān)液體腔304的彎曲部分，那么開關(guān)液體312的表面張力可使得計(jì)算在開關(guān)100下落、搖晃或振動(dòng)期間施加到開關(guān)液體312的未被吸收的力(即沒有被腔304的側(cè)壁所吸收的力)變得相對容易。隨后在本說明書中，將公開關(guān)于用于實(shí)現(xiàn)這種抗機(jī)械沖擊性能的開關(guān)部件的示例性布置的更具體細(xì)節(jié)。但是，將首先描述彎形開關(guān)液體腔的另一可能優(yōu)點(diǎn)。
彎形開關(guān)液體腔304的另一可能優(yōu)點(diǎn)在于，使用這種彎形腔304在電氣方面很有利。例如，彎形開關(guān)液體腔304通過使平面信號(hào)導(dǎo)線112、114、116接觸開關(guān)液體312處的過渡能夠“平坦”，而允許減輕開關(guān)的電路徑中的突變。
現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述圖1-6所示的基于液體型開關(guān)100的實(shí)施例。開關(guān)100包括溝道板102，其限定多個(gè)腔300、302、304、306、308(圖3)中的至少一部分。一個(gè)或多個(gè)腔可以至少部分地被溝道板102中的第一和第二交叉溝道134、136所限定。如果存在腔300-308中的其余部分，則這些其余部分可以被與溝道板102成對并密封到溝道板102的基板104所限定。第一和第二交叉溝道134、136可以以各種角度交叉，包括大約90°角。
溝道板102和基板104可以通過粘合劑、接合墊、螺絲釘(提供壓縮力)和/或其他裝置而被彼此密封在一起。一種合適的粘合劑是CytopTM(由日本東京的Asahi Glass Co.，Ltd所制造)。根據(jù)應(yīng)用，CytopTM與兩種不同的粘合催化劑包一起供應(yīng)。當(dāng)溝道板102具有無機(jī)化合物時(shí)，應(yīng)該使用CytopTM的無機(jī)粘合催化劑。類似地，溝道板102具有有機(jī)化合物時(shí)，應(yīng)該使用CytopTM的有機(jī)粘合催化劑。
如圖3所示，開關(guān)液體312(例如諸如水銀之類的導(dǎo)電性液體金屬)被裝在由交叉溝道134、136所限定的腔304內(nèi)。開關(guān)液體3121)可以響應(yīng)于施加到開關(guān)液體312的力而至少在第一和第二開關(guān)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，并且2)用于打開和關(guān)閉暴露在腔304內(nèi)的至少一對電接觸(例如接觸焊盤106、108、110)。
圖3示出了處于第一狀態(tài)的開關(guān)液體312。在此第一狀態(tài)中，開關(guān)液體312在腔302前面存在間隙。該間隙是由于通過裝在腔300中的致動(dòng)液體314(例如惰性氣體或液體)而施加到開關(guān)液體312的力而形成的。在此第一狀態(tài)中，開關(guān)液體312弄濕了接觸焊盤106和108，并將兩者橋接在一起(圖1和3)。開關(guān)液體312可以通過減小通過致動(dòng)液體314施加到其上的力，并且增大通過致動(dòng)液體316施加到其上的力而被轉(zhuǎn)換到第二狀態(tài)中。在此第二狀態(tài)中，開關(guān)液體312在腔306前面形成間隙，并且圖3所示的間隙被關(guān)閉。在此第二狀態(tài)中，開關(guān)液體312弄濕了接觸焊盤108和110，并將兩者橋接在一起(圖1和4)。
如圖1和6所示，多個(gè)平面信號(hào)導(dǎo)線112、114、116從開關(guān)100的邊沿伸展到由彎形開關(guān)液體腔304限定的腔304內(nèi)。當(dāng)開關(guān)100被裝配時(shí)，這些導(dǎo)線112-116處于與開關(guān)液體312的濕潤接觸中。平面信號(hào)導(dǎo)線112-116的被開關(guān)液體312弄濕的末端106-110可以是電鍍的(例如鍍金或銅)，但也不一定如此。平面信號(hào)導(dǎo)線112-116的伸展到開關(guān)100邊沿的末端可以恰好伸展到開關(guān)100的邊沿，或者也可以伸展到開關(guān)100的準(zhǔn)確邊沿的小段距離內(nèi)(如圖1所示)。為了描述方便，在上述情況中的任意一種情況中，導(dǎo)線112-116都被認(rèn)為伸展到開關(guān)的“邊沿”。在開關(guān)100的替換實(shí)施例中，平面信號(hào)導(dǎo)線112-116可能不伸展到開關(guān)100的邊沿。
用于信號(hào)傳播的平面信號(hào)導(dǎo)線112-116的使用消除了信號(hào)穿過過孔的路線，從而消除了信號(hào)從前不得不經(jīng)過的最多四個(gè)直角(即，在開關(guān)輸入過孔120或許以焊球或其他表面觸點(diǎn)耦合到基板處的第一直角；在開關(guān)輸入過孔120被耦合到內(nèi)部開關(guān)電路114處的第二直角；在內(nèi)部開關(guān)電路116被耦合到開關(guān)輸出過孔122處的第三直角；以及在開關(guān)輸出過孔122被耦合到基板處的第四直角)。這些直角的消除消除了引起不必要信號(hào)反射的原因，并且不必要信號(hào)反射的減少可以使信號(hào)更快速地傳播通過受影響的信號(hào)路徑。
由于注意到不是所有環(huán)境都可以有助于開關(guān)100的邊沿耦合，因此開關(guān)100也可以具有多個(gè)導(dǎo)電過孔118、120、122，用于將平面信號(hào)導(dǎo)線112-116電耦合到多個(gè)諸如焊球(例如參見圖2中的焊球208、210、212、214)之類的表面觸點(diǎn)?？商鎿Q地，過孔118-122可以將平面信號(hào)導(dǎo)線112-116耦合到其他類型的表面觸點(diǎn)(例如引腳或岸面柵格陣列(1andgrid array，LGA)的焊盤)。
為了進(jìn)一步增大信號(hào)可以傳播通過開關(guān)100的速度，可以在每個(gè)平面信號(hào)導(dǎo)線112-116的任意一側(cè)附近形成多個(gè)平面接地導(dǎo)線124、126、128(圖1和6)。平面信號(hào)和接地導(dǎo)線112-116、124-128構(gòu)成用于信號(hào)路線的平面同軸結(jié)構(gòu)，并且1)提供了更好的阻抗匹配，2)減小了較高頻率上的信號(hào)感應(yīng)。
如圖1和6所示，單個(gè)接地導(dǎo)線可以位于多于一個(gè)信號(hào)導(dǎo)線112-116的側(cè)面(例如接地導(dǎo)線124位于信號(hào)導(dǎo)線112和116的側(cè)面)。此外，接地導(dǎo)線124-128可以在開關(guān)100中被彼此耦合，以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一和更一致的接地。如果基板104包括交替的金屬和絕緣層200-206(圖2)，那么接地導(dǎo)線124-128可以被形成在第一金屬層206中，并且可以通過形成在絕緣層204中的多個(gè)導(dǎo)電過孔600、602、604而被耦合到第二金屬層202中的V形跡線606。
與平面信號(hào)導(dǎo)線112-116類似，平面接地導(dǎo)線124-128可以伸展到開關(guān)100的邊沿(不一定如此)，以使他們能夠經(jīng)由引線接合而被耦合到印制電路板或其他基板。但是，再次由于意識(shí)到不是所有環(huán)境都可以有助于開關(guān)100的邊沿耦合，因此接地導(dǎo)線124-128也可以被耦合到多個(gè)導(dǎo)電過孔608，這些導(dǎo)電過孔608將接地導(dǎo)線124-128耦合到開關(guān)100的多個(gè)表面觸點(diǎn)。
在以上描述中已經(jīng)公開，開關(guān)液體312可以利用由裝在腔300、308中的致動(dòng)液體314、316施加到其上的力而從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)。但是，還未公開如何致使致動(dòng)液體314、316在開關(guān)液體312上施加(多個(gè))力。用于致使致動(dòng)液體(例如致動(dòng)液體314)施力的一個(gè)方法是利用暴露在裝有致動(dòng)液體314的腔300內(nèi)的加熱電阻器500對致動(dòng)液體314加熱。隨著致動(dòng)液體314被加熱，致動(dòng)液體314不斷膨脹，從而對開關(guān)液體312施力。以類似方式，致動(dòng)液體316可以利用加熱電阻器502來加熱。因此，通過交替加熱致動(dòng)液體314或致動(dòng)液體316，可以向開關(guān)液體312施加交替的力，從而使其呈現(xiàn)兩種不同的開關(guān)狀態(tài)之一。關(guān)于如何利用加熱電阻器致動(dòng)基于液體型開關(guān)的其他細(xì)節(jié)在Kondoh等人的題為“Electrical Contact Breaker Switch，Integrated Electrical Contact BreakerSwitch and Electrical Contact Switching Method”的美國專利#6,323,447中有所描述，據(jù)此通過參考將其并入。
用于致使致動(dòng)液體314施力的另一方法是縮小裝有致動(dòng)液體314的腔300、302的尺寸。圖10因此示出了開關(guān)100的替換實(shí)施例，其中加熱電阻器500、502被多個(gè)壓電元件700、702、704、706所取代，這些壓電元件在被施加以電壓時(shí)傾斜進(jìn)入腔302、306。如果電壓被交替施加到暴露在腔302內(nèi)的壓電元件700、702以及暴露在腔306內(nèi)的壓電元件704、706，則可以向開關(guān)液體312施加交替的力，從而使其呈現(xiàn)兩種不同的開關(guān)狀態(tài)之一。關(guān)于如何利用壓電泵作用致動(dòng)基于液體型開關(guān)的其他細(xì)節(jié)在之前提到的Marvin Glenn Wong的專利申請(美國專利申請序列號(hào)No.10/127,691)中有所描述。
雖然以上參考的專利和專利申請公開了利用兩個(gè)推/拉致動(dòng)液體腔來使開關(guān)液體移動(dòng)，但是如果可以從單個(gè)推/拉致動(dòng)液體腔向開關(guān)液體施加足夠的推/拉壓力改變，則單個(gè)推/拉致動(dòng)液體腔可能已足夠。
為了實(shí)現(xiàn)上述加熱電阻器500、502或壓電元件700、706的更快速循環(huán)，它們中的每一個(gè)可以被耦合在伸展到開關(guān)邊沿的一對平面導(dǎo)線130/126、132/128之間。如圖1所示，這些平面導(dǎo)線126、128中的某些可以是在平面信號(hào)導(dǎo)線112-116附近延伸的平面接地導(dǎo)線。如果需要，可以提供導(dǎo)電過孔610、612，以將這些導(dǎo)線130、132耦合到開關(guān)100上的表面觸點(diǎn)。
由彎形開關(guān)液體腔304提供的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，傳播進(jìn)入和傳播離開裝在彎形開關(guān)液體腔304中的開關(guān)液體312的信號(hào)無需采取直角轉(zhuǎn)彎，因此可以減少不必要的信號(hào)反射。就是說，任意平面信號(hào)導(dǎo)線112-116與彎形開關(guān)液體腔304交叉的最小角度都可以被限定為大于90°的角度(并且優(yōu)選地是等于或大于135°的角度，或者大約135°的角度)。因此，在理想的連接環(huán)境中，圖1-6所示的開關(guān)100可以被用于消除信號(hào)路徑中的所有直角轉(zhuǎn)彎，從而減少信號(hào)反射，增大信號(hào)可以傳播通過開關(guān)的速度，并且最終增大開關(guān)100的最大信號(hào)運(yùn)載頻率。
為了更容易地將信號(hào)路線耦合到開關(guān)100，可能需要在開關(guān)的一側(cè)對信號(hào)輸入分組，并且在開關(guān)的另一側(cè)對信號(hào)輸出分組。如果這樣做，則可以優(yōu)選地將任意平面信號(hào)導(dǎo)線的路徑所采取的最小拐角限制為大于90°，或者更優(yōu)選地，限制為大約135°，并且甚至更優(yōu)選地，限制為等于或大于135°(即，用于減少在導(dǎo)線拐角處的信號(hào)反射次數(shù))。
應(yīng)該注意，可以去除圖1和6所示的導(dǎo)電過孔118-122、608-612，以保持信號(hào)感應(yīng)最小，從而提高開關(guān)100的最大信號(hào)運(yùn)載頻率。
如果開關(guān)100經(jīng)由表面觸點(diǎn)(例如焊球208-214)而被電耦合到基板，那么平面導(dǎo)線112-116、124-132無需伸展到開關(guān)100的邊沿。但是，即使信號(hào)將需要經(jīng)由焊球208-214和導(dǎo)電過孔118-122、608-612處的直角轉(zhuǎn)彎傳播到開關(guān)100中，開關(guān)100也仍舊可以受益于帶有銳角拐角的信號(hào)路徑和/或彎形開關(guān)液體腔304。
圖8示出了采用彎形開關(guān)液體腔816的光學(xué)開關(guān)800。開關(guān)800包括溝道板802、第一和第二交叉溝道812-814、基板804、腔816、820、822、824、826、加熱電阻器828、830、加熱電阻器導(dǎo)線832、834、836、838以及導(dǎo)電過孔840、842、844、846，它們的工作方式類似于根據(jù)開關(guān)100(圖1到6)所述的對應(yīng)組件。光學(xué)開關(guān)800具有與電開關(guān)100相同的抗機(jī)械沖擊性能。但是，開關(guān)800不具有暴露在彎形開關(guān)液體腔816中的電觸點(diǎn)，而是具有暴露在彎形開關(guān)液體腔816中的多個(gè)可濕焊盤806-810。開關(guān)液體818以類似于開關(guān)液體312弄濕接觸焊盤106-110(圖1、3和4)的方式弄濕焊盤806-810，并且用于通過彎形開關(guān)液體腔816來打開和阻斷光路徑848、850。
雖然以上描述是在這里所示及所述的開關(guān)100、800的上下文中提出的，但是本發(fā)明概念的應(yīng)用并不局限于這里所示的基于液體型開關(guān)。
雖然這里已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的示例性的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)該理解，可以以其他方式來不同地體現(xiàn)和采用本發(fā)明的概念，并且所附權(quán)利要求書想要被解釋為包括除了由現(xiàn)有技術(shù)所限制的那些之外的變化。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)(100)，包括a)溝道板(102)，其限定多個(gè)腔(300、302、304、306、308)中的至少一部分，所述多個(gè)腔包括至少由所述溝道板中的第一和第二交叉溝道(134、136)所限定的彎形開關(guān)液體腔(306)；b)暴露在所述彎形開關(guān)液體腔中的多個(gè)電觸點(diǎn)(106、108、110)；c)裝在所述彎形開關(guān)液體腔中的開關(guān)液體(312)，所述開關(guān)液體用于響應(yīng)于施加到所述開關(guān)液體的力來打開和關(guān)閉所述多個(gè)電觸點(diǎn)中的至少一對；以及d)裝在一個(gè)或多個(gè)腔中的致動(dòng)液體(314、316)，所述致動(dòng)液體用于向所述開關(guān)液體施加所述力。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)(100)，其中a)所述電觸點(diǎn)之一(108)出現(xiàn)在所述彎形開關(guān)液體腔(306)中所述第一和第二交叉溝道(134、136)的交叉部分處；并且b)所述電觸點(diǎn)中的另外一些出現(xiàn)在所述彎形開關(guān)液體腔(306)中所述第一和第二交叉溝道的交叉部分的任意一側(cè)。
3.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)(100)，其中所述電觸點(diǎn)(106、108、110)被所述開關(guān)液體(312)弄濕。
4.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)(100)，其中所述第一和第二交叉溝道(134、136)以大約90°角交叉。
5.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)(100)，其中所述電觸點(diǎn)(106、108、110)是平面信號(hào)導(dǎo)線(112、114、116)的末端。
6.如權(quán)利要求5所述的開關(guān)(100)，其中所述平面信號(hào)導(dǎo)線(112、114、116)中的至少一個(gè)以某個(gè)角度與所述彎形開關(guān)液體腔(306)交叉，并且其中所述平面信號(hào)導(dǎo)線之一與所述彎形開關(guān)液體腔交叉的最小角度大于90°。
7.如權(quán)利要求6所述的開關(guān)(100)，其中所述平面信號(hào)導(dǎo)線(112、114、116)之一與所述彎形開關(guān)液體腔(306)交叉的最小角度等于或大于135°。
8.如權(quán)利要求6所述的開關(guān)(100)，其中所述平面信號(hào)導(dǎo)線(112、114、116)之一與所述彎形開關(guān)液體腔(306)交叉的最小角度大約為135°。
9.如權(quán)利要求8所述的開關(guān)(100)，其中由所述平面信號(hào)導(dǎo)線(112、114、116)之一采取的路徑包含某個(gè)拐角，并且其中由所述平面信號(hào)導(dǎo)線中的任意一個(gè)采取的路徑中的最小拐角大90°。
10.一種開關(guān)(800)，包括a)溝道板(802)，其限定多個(gè)腔(816、820、822、824、826)中的至少一部分，所述多個(gè)腔包括至少由所述溝道板中的第一和第二交叉溝道(812、814)所限定的彎形開關(guān)液體腔(816)；b)暴露在所述彎形開關(guān)液體腔中的多個(gè)可濕焊盤(806、808、810)；c)裝在所述彎形開關(guān)液體腔中并可弄濕所述焊盤的開關(guān)液體(818)，所述開關(guān)液體用于響應(yīng)于施加到所述開關(guān)液體的力來打開和阻斷穿過所述彎形開關(guān)液體腔的光路徑(848、850)；以及d)裝在一個(gè)或多個(gè)腔中的致動(dòng)液體，所述致動(dòng)液體用于向所述開關(guān)液體施加所述力。
全文摘要
一種具有第一和第二成對基板(102、104)的開關(guān)(100)，第一和第二成對基板在其間限定了彎形開關(guān)液體腔(816)的第一和第二交叉溝道(134、136)。開關(guān)液體(818)被裝在彎形開關(guān)液體腔中，并且可以響應(yīng)于施加到開關(guān)液體的力而在第一和第二開關(guān)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在第一開關(guān)狀態(tài)中，開關(guān)液體的大部分被迫使進(jìn)入第一交叉溝道，而在第二開關(guān)狀態(tài)中，開關(guān)液體的大部分被迫使進(jìn)入第二交叉溝道。
文檔編號(hào)H01H29/28GK1774779SQ200480009800
公開日2006年5月17日 申請日期2004年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月14日
發(fā)明者馬文·格倫·黃, 路易斯·R·杜吾, 朱利斯·K·伯特卡 申請人:安捷倫科技有限公司