基于流体的开关及其制造方法 |
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| 申请号 | CN200610104204.5 | 申请日 | 2006-08-01 | 公开(公告)号 | CN1909137B | 公开(公告)日 | 2012-05-30 |
| 申请人 | 安华高科技ECBUIP(新加坡)私人有限公司; | 发明人 | 王友珐; 蔡维那; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于 流体 的 开关 。在一个 实施例 中，开关包括第一和第二配合衬底，它们之间界定了多个腔。多个导电元件延伸到所述多个腔中的至少第一腔附近。至少保持在所述第一腔中的开关流体用于响应于施加到开关流体的 力 ，电连接和断开而不是物理地连接和断开至少一对所述导电元件。 钝化 层至少 覆盖 这些所述导电元件中的第一导电元件，并且i)将所述第一导电元件至少与所述第一腔分离；和ii)作为所述第一导电元件和所述开关流体之间形成的电容器的 电介质 。本发明还公开了其它开关和制造开关的方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种开关，包括： |
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| 说明书全文 | 基于流体的开关及其制造方法技术领域[0001] 本发明涉及基于流体的开关及其制造方法。 背景技术[0002] 诸如液态金属微开关(LIMMS)之类的基于流体的开关包括开关流体(例如水银)，其中开关流体用于响应于施加到开关流体的力来电耦合和断开至少一对导电元件。通常，所述力是通过被加热或泵浦的致动流体来施加到开关流体的。 发明内容[0003] 在一个实施例中，开关包括第一和第二配合衬底，它们之间界定了多个腔。多个导电元件延伸到所述多个腔中的至少第一腔附近。至少保持在所述第一腔中的开关流体用于响应于施加到开关流体的力，使至少一对所述导电元件电连接和断开而不是物理地连接和断开。钝化层至少覆盖这些所述导电元件中的第一导电元件，并且i)将所述第一导电元件至少与所述第一腔分离；和ii)作为所述第一导电元件和所述开关流体之间形成的电容器的电介质。 [0004] 在另一个实施例中，用于形成开关的方法包括在第一衬底上沉积多个导电元件。然后至少在所述多个导电元件中的第一导电元件上沉积钝化层，并且将所述第一衬底配合到第二衬底以密封所述第一和第二衬底之间形成的一个或多个腔中的开关流体。所述一个或多个腔的尺寸允许所述开关流体在第一和第二状态之间变化。所述钝化层i)将所述第一导电元件与所述一个或多个腔分离，和ii)用作所述第一导电元件和所述开关流体之间形成的电容器的电介质。 [0006] 在附图中图示了本发明的示例性实施例，其中： [0007] 图1-3图示了基于流体的开关的第一示例性实施例； [0008] 图4图示了图3中所示的开关的原理图； [0009] 图5图示了图3中所示的钝化层的替代位置； [0010] 图6图示了图5中所示的开关的原理图； [0011] 图7图示了开关，其中可湿的表面是通过使开关的部分钝化层粗糙化而形成的； [0012] 图8图示了开关，其中可湿的表面是由沉积在开关的开关流体腔的壁上的金属层形成的； [0013] 图9图示了用于形成图1所示开关的示例性方法。 具体实施方式[0014] 图1-3图示了基于液体的开关100的第一示例性实施例。开关100包括第一和第二配合衬底102、104，它们之间界定了多个腔106、108、110、112和114。尽管图1中示出了五个腔106-114，但是应当想到可以在开关100中形成更多或更少的腔。作为示例，示出的腔包括开关流体腔108、一对致动流体腔106、110和将相应的致动流体腔106、110连接至开关流体腔108的一对腔112、114。图2示出这些腔106-114的平面图。 [0015] 多个导电元件116、118和120延伸到一个或多个腔附近(最好见图3)。尽管示出的开关100有三个导电元件116-120，但是其他的开关实施例可以具有不同数量的(两个或多个)导电元件。 [0016] 保持在一个或多个腔中的开关流体122用于响应于施加到开关流体122的力，连接和断开导电元件116-120中的至少一对。作为示例，开关流体122可以包含导体液态金属，例如水银、镓、钠钾或其合金。保持在一个或多个腔中的致动流体124(例如惰性气体或液体)可以用于施加力至开关流体122。 [0017] 图3中示出了开关100的剖视图，图示了开关流体122与导电元件116-120的关系。 [0018] 施加到开关流体122的力可以通过致动流体124中的压力变化来产生。就是说，致动流体124中的压力变化可以传递压力变化至开关流体122，由此引起开关流体122改变形态、运动、分隔等。在图1中，保持在腔106中的致动流体124的压力施加力使开关流体122分开，如图所示。在这种状态下，开关的导电元件118、120最右边的部分互相连接。如果减小保持在腔106中的致动流体124的压力，并且增大保持在腔110中的致动流体124的压力，则可以迫使开关流体122分开和合并，使得导电元件118和120断开，而导电元件 116和118连接。 [0019] 作为示例，致动流体124中的压力变化可以通过加热致动流体124(例如通过加热器128、130)或通过压电泵浦来实现。Kondoh等的名为“Electrical Contact Breaker Switch，Integrated Electrical Contact BreakerSwitch，and Electrical Contact Switching Method”的美国专利6,323,447中对前者进行了说明，其全部公开内容通过引用而包含在这里。Wong的名为“A Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch”的美国专利6,750,594中对后者进行了说明，其全部公开内容也通过引用而包含在这里。尽管上述引用的专利公开了通过双重推/拉致动流体腔而进行的开关流体的运动，但是如果可以由单个推/拉致动流体腔将足够的推/拉压力变化传递到开关流体，那么单个推/拉致动流体腔可能也够了。 [0020] 关于诸如图1-3中所示开关的构造和操作的其他细节可以在前述的Knodoh等和Wong的专利中找到。 [0021] 开关100还需要说明的一个特征是钝化层126。钝化层126覆盖导电元件116-120中的至少第一导电元件，优选地覆盖所有导电元件116-120。以此方式，钝化层126将导电元件116-120中的一个或多个与腔108分离，并用作电介质，用于在导电元件116-120和开关流体122之间形成一个或多个电容器。 [0022] 在图5中，钝化层502覆盖开关500的中间导体元件118。图6中示出了此开关实施例的原理图。可以看到，不论开关100处于何种状态，电容器600(由于钝化层502而形成)都会出现在经过开关100的电路径中。通过选择用于形成钝化层502的材料，并通过控制其厚度，可以调节电容器600的值。假设多个射频(RF)开关电路不需要通过直流(DC)，则电容器600可以用作DC极间耦合电容器。 [0023] 图1-3图示了开关实施例100，其中钝化层126覆盖所有的导电元件116-120。此外，钝化层126可以沉积在导电元件116-120之间，并可以在导电元件116-120上形成均匀连续的表面。图4中示出了此开关实施例的原理图。在该电路中，在任何给定的时刻，都有两个电容器(400/402或402/404)出现在经过开关100的电路径中。但是，通过选择用于形成钝化层126的材料，并通过控制其厚度，电容器400-404可以提供与单个电容器600(图6)相同的功能。 [0024] 可以看到，图3和图5中所示的钝化层126、502将开关流体122电耦合而不是物理耦合到由钝化层126、502覆盖的导电元件116-120。当钝化层126被用于覆盖所有的导电元件116-120时，防止了在开关流体122和导电元件116-120之间形成合金(例如汞合金)。用钝化层126覆盖导电元件116-120还能够限制由于开关和致动流体122、124中的杂质以及进入腔108中的杂散气体(例如氧)引起的导电元件116-120的氧化和污染。此外，覆盖导电元件116-120能够限制由于导电元件116-120和衬底104中的杂质所引起的开关流体122的污染。 [0025] 在现有的基于流体的开关中，因为开关流体122浸湿导电元件116-120，所以开关流体122的表面张力有时会引起难以由致动流体124施加的力克服的静态阻力。发生这种情况时，开关不能正常工作。通过覆盖一个或多个导电元件116-120，钝化层126、502能够减轻导电元件116-120和开关流体122之间的静态阻力的影响。但是，通常需要一定量的静态阻力以防止开关的意外动作(例如由于撞击、跌落和振动)。 [0026] 如果钝化层126、502消除的静态阻力过多，则可以通过给开关设置多个由开关流体润湿的表面来增大静态阻力。图7图示了开关700，其中通过使部分钝化层126粗糙化而形成可湿表面702、704、706。图8图示了开关800，其中通过沉积在腔108的壁上的金属层形成可湿表面802、804、806、808、810、812、814、816。金属层可以沉积在各个位置，包括在钝化层126“上”，或在腔108的其他壁上(包括其顶部、底部、侧面和端部)。金属层可以包括具体的开关流体122能润湿的任何金属。但是，其中一层优选为不大可能(或没有可能)与开关流体122形成合金的金属。以此方式，可湿表面802-816将不会完全溶解到开关流体122中。作为示例，可湿表面802-816可以包含铱、铑、铂和铬中的至少一种。 [0027] 可湿表面702-706或802-816优选地位于导电元件116-120上方，并与它们对齐。以此方式，由钝化层126和502形成的电容器的值可以被更加精确地控制，并且可以避免寄生电容和其它不期望的电现象。 [0029] 过去，很难用从开关的开关流体腔内部延伸到外部的导电流道来构造基于流体的开关。这是因为在开关制造过程中开关流体122常常可能润湿导电流道116-120，并被吸在衬底102、104之间。但是，在开关100中，开关流体122不与导电流道116-120物理接触。此外，可以选择钝化层126使其不会被开关流体122润湿。以此方式，导电流道116-120可以从第一腔108附近延伸到开关100的一个或多个外部表面，而没有开关流体122吸在衬底102、104之间。 [0030] 多个结合垫132、134、136可以形成在导电流道116-120的端部处。在一些实施例中，结合垫132-136和/或导电流道116-120作为整体可以由钛层形成，铂层沉积在钛层上，金层沉积在铂层上。在其他实施例中，结合垫132-136和/或导电流道116-120可以由一种或多种其它材料(或材料组合)形成。 [0031] 图9图示了用于形成开关100的示例性方法。该方法包括在第一衬底104上沉积(902)多个导电元件116-120。然后钝化层126沉积(904)在至少第一导电元件118上。之后，将第一和第二衬底102、104配合(906)以密封腔108中的开关流体122，其中腔108形成在第一和第二衬底102、104之间。腔的尺寸允许开关流体122在第一和第二状态之间变化。钝化层126用于1)将第一导电元件118与腔108分离；2)作为第一导电元件118和开关流体122之间形成的电容器的电介质。 |
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