TWI271764B - Switch and production thereof - Google Patents

Description

1271764 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域3 本案係關於一種開關和其製造方法。 t先前技術；j D /從萄倣—間關CLIMMS)已經被發展提供可 /、J使用精资 體之可罪開關的能力（舉例來說，在微米尺度下）。 111 > 小尺寸使其適合對於將電路與其他較小尺寸是1MMS合 的結合。僅僅略加說明，除他們的較小尺寸之外τ 工 r 5 LIMMS αά 於傳統開關的優點包含有可靠度、機械疲乏的消除、_、^ Η)觸電阻與在沒有過熱情況下相對高電量的切換能力 說，大約100毫-瓦特）。 +例与 依設計，UMMS具有一主要通道其係被部份地填、

液態金屬。該液態金屬被用來作為導電性開關元件。提供在L 15

近主要通道的驅動4會移動液態金屬通過主要通道，而啟: 開關的功能。 U 、在組合的時候，液態金屬的體積1要被正確地測量心 進入主要通道内。無法正墟从 確地測量及/或輸送適當體積的液態4 屬進入主要通道内，會導耖 、 、、、 失效或故障。舉例來說， 在主要通道裡有太多液態金屬 20

羁曰N起紐路。在主要通道中液倉 金屬不足會使得開關無法形成良好的連接。 ^ LIMMS的緊密尺寸使i 易正確測量並將液態金屬送進主j 通道内。即使是在用於送出 ’夜4金屬的機械容許度下的變化， 也可能在輸送程序期間產生 錯祆。主要通道的大小變化本身4 可能造成測定體積的錯誤。 5 25 1271764 【發明内容】 本發明的一具體例係為一包含有一主要通道與至少一形 成在其中之廢料腔室的開關。該開關也可以包含一具有至少一 接觸墊的基材。一液態開關元件係被設置在該至少一接觸墊 5 上。當該通道被裝配到該基材的時候，該液態開關元件的一部 分係自該主要通道分離至該至少一廢料腔室。 本發明的另一具體例是用於組裝一開關的方法，其包含以 下步驟：將一液態開關元件設置在一基材上；將一通道板置於 該基材附近；將該通道板朝向該基材移動；將該液態開關元件 10 的一部分係自一主要通道分離至一在該通道板中之廢料腔室。 然而本發明也揭示了其他的具體例。 【實施方式3 15 開關100的一具體例係依據本發明的教示内容而參照第 1(a)圖和第1(b)圖來顯示與描述。開關100包含界定主要通 道120的一部分之通道板110、驅動腔室130，132以及將驅 動腔室130，132與主要通道 120流通連接的次要通道 140，142。該通道板110係組合到一基材150，其進一步界定 20 該主要通道120、驅動腔室130，132,與次要通道140，142。 在一具體例中，雖然也可以使用其他適當的材料（舉例來 說，陶兗、塑膠、一組合材料），該通道板110係由玻璃製成。 雖然也可以使用其他適當的材料，該基材150可以由一陶瓷 材料來製成。 25 該通道係被蝕刻至通道板110内（舉例來說，藉由砂磨作 1271764 用）並以基材150來覆蓋，藉以界定主要通道120、驅動腔室 130，132與次要通道140，142。其他用於製造通道板110和基 材150的具體例也被認為係屬於本發明的範園。 當然一般了解該主要通道120、驅動腔室丨3〇，132與次 5 要通道140，142可以用任何適當的方法來界定。舉例來說，該 主要通道120、驅動腔室130,132與次要通道140，142可被 完全地形成在通道板110或基材150裡面。在其他的具體例 中，該開關可以包含另外的層次，而主要通道120、驅動腔室 130，132與次要通道140，142可經過這些層次而部份地或完 10 全地形成。 要了解的是該開關100並未被侷限於任何特別的結構中。 在其他的具體例中，可以提供任何適當數目的主要通道120、 驅動腔室130，132及/或次要通道丨4〇,142,並且適當地彼此連 接。同樣地，主要通道12〇、驅動腔室13〇，132及/或次要通 15道140，142並未侷限於任何特定的幾何構形。雖然依據一具體 例，主要通道120、驅動腔室13〇，132及/或次要通道14〇，142 具有一半橢圓的截面，但是在其他具體例中，該截面玎以是橢 圓形、圓形、矩形或任何其他適當的幾何構形。 依據在第1(a)圖和第1(b)圖中所顯示的具體例，開關 2〇 1〇〇可以包含數個電極或接觸墊⑽」62，）64,其等係暴露至 該主要通道120的内部。導線ι7〇，172和I%可通過基材 150而提I、ϋ且可以在開關⑽的操作期間導引電流至接 觸墊160，162，164或從接觸塾16〇,162，164導引電流。 田然開關100可以具有包括超過或少於在此所顯示與描 25述之數目的任何數目之接觸塾。接觸塾的數目可至少在某些程 1271764 度上依據開關100所欲的用途而決定。 該主要通道120係部份地以液態開關元件180填充。在 一具體例中，該液態開關元件180係為一導電性流體（舉例來 說’汞（Hg))。同樣地’該液態開關元件180可被用來作為在 5 接觸墊160，162或接觸墊162,164之間的導電性路徑。另 外，一不透明的流體可被用來作為一光學開關（未顯示）。如同 習於此藝者在熟悉本發明的教示内容之後，所將輕易地了解的 一樣，該不透明流體係被用來阻礙與未阻礙光徑。 該次要通道140，142可被至少部份地填充以一驅動流體 10 185。較佳地，驅動流體185係為一非導電性的流體，例如 一鈍氣或液體。驅動流體185可以用來在主要通道120裡面 移動液態的開關元件180。 驅動元件200,202 (第2(b)圖）可被提供在驅動腔室 130，132中。驅動元件200,202可以包含，例如可以加熱驅動 15 流體185而使其膨脹之產熱構件（舉例來說，薄膜電阻器）。 其他現今已知或之後所發展的具體例，也被認為係屬於本發明 的範圍。舉例來說，驅動元件200,202可以包含聲波或幫浦構 件（僅略為舉例）。無論如何，驅動元件200,202可被操作以迫 使驅動流體185 (第1(a)圖和第1(b)圖）進入主要腔室120 20 内’而使得液態開關元件180在主要通道120裡面”分離” 並移動。 藉著例示說明的方式，在第1(a)圖中開關100係以第一 狀態顯示，其中該液態開關元件180係在接觸墊162和164 之間作為一導電性路徑。驅動元件202可如第Ub)圖所示的 25 操作以造成開關100之狀態的改變。驅動元件202 (第2(b) 1271764 圖）的作用會引起液態的開關元件180向主要通道120的另 一端移動，其中該液態開關元件180會在接觸塾160和162 之間形成的一導電性路徑。同樣地，可操作驅動元件2〇〇 (第 2(b)圖）而把開關1〇〇的狀態變回第一狀態。 5 對於開關丨〇〇的適當修改，在習於此藝者熟悉本發明的 教示内容之後變得可輕易了解者，也被認為係屬於本發明的範 圍内。舉例來說，本發明也可以應用在光學的微開關（未顯示） 中。同樣地，舉例來說發明名稱為“Electrical Contact Breaker Switch，Integrated Electrical Contact Breaker Switch, and 10 Electrical Contact Switching Method” 之 Kondoh 等人的美國 專利第6,323,447號，以及2002年五月2日提出申請之發 明名稱為 “A Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch” 的美國專利申請案序號第10 /137,691號，其等之揭示内容都 在此被併入以供參考。 15 W述的開關100的一具體例係為了更佳了解其之運作而 提供的。應該要了解的是本發明也可以應用在任何廣泛範圍之 其他類型與結構的現在知道或可能在未來所發展之開關中。 如第2(a)圖和第2(b)圖中的一具體例所更詳細地分別 顯示的，開關100可以包含一通道板110和一基材150。要 2〇 注意當從通道板頂端檢視的時候，通道板110係顯現在第2(a) 圖中110。當從接觸通道板的一侧（舉例來說，頂端）110的時 候，基材150係顯示在第2(b)圖中。此外，主要通道120、 次要通道140，142、廢料腔室210,212和驅動腔室130，132係 被概略標示在第2(b)圖中，以說明當基材150提供至少部分 25 之這些結構特徵時，其等係如上述的出現在具體例中。 1271764 在通道板110中形成了一主要通道丨20與廢料腔室 210,212。基材150具有接觸墊160，162，164。接觸墊 160，162，164可以是由一可濡濕的材料所製成。當接觸墊 160，162，164係被用來形成電氣連接時，接觸墊16〇 162 164係 5 由一例如金屬之導電性材料所製成。 接觸墊160，162，164係被設置成彼此分離。較佳地，次要 通道140，142係於接觸墊i6〇，162，i64之間的空間開放至該

主要腔室120。此種結構係用來增進在切換操作期間液態的開 關的元件180的分離。 10 一液態的開關元件180可以如在第3圖中所顯示的具體 例般，設置在接觸墊160，162，164上。較佳地，該液態開關元 件180係超過滿足開關功能所需。液態開關元件的過量部分 係在通道板110被安裝到基材150時，如同將在下面被更詳 細地討論的，從主要通道120排放到廢料腔室210,212。 15 該主要通道120可以藉由在通道板ι10上之堤壩或障壁 300,302而與該廢料腔室210,212分離。障壁300,302係用來

在組裝期間將液態開關元件180分離至主要通道12〇與廢料 腔室210,212内。舉例來說，如下述的第4圖至第7圖所例 示說明。障壁300,302也會被用來在組裝之後（舉例來說，在 20開關1〇〇的運作期間）將過量的液態開關元件180分離至廢 料腔室210,212。因此，該廢料腔室210,212不需要分別密 封，但是如果需要的話也可以分別密封。 密封帶220,222,224可被提供在通道板110上，以促使 液態開關元件180需濕通道板110。密封帶220,222,224以 25 係在第2(a)圖中以概略的方式來舉例說明，以更佳地顯示其 10 等相對於主要通道120和廢料腔室210,212 (也就是，與該通 道重疊）的位置。 在封帶220,222,224係較佳地是以一可濡濕的材料製 成適當的材料可以包含有金屬、金屬合金（僅列一些來代 表在一具體例中，該密封帶220,222,224係由一或更多層的 薄膜金屬所製成。舉例來說，密封帶22〇,222,224可以包含鉻 (Cr)薄層（舉例來說，大約1〇〇〇埃）、鉑（pt)薄層（舉例來 說，大約500埃）以及金（Au)薄層（舉例來說，大約1〇〇〇 埃）。最外層的金在接觸到汞（Hg)液態開關元件18〇的時候 會快速地溶解，而汞會與鉑層形成一合金。因此該液態的開關 元件180會輕易地濡濕該密封帶220,222,224。 要注意該等密封帶之一（例如22〇)係較佳地延伸越過該 障壁（例如300)至鄰近的廢料腔室（例如21〇)。因此，該液 態開關元件180會濡濕障壁3〇〇而過量的液態開關元件18〇 會在組裝期間，輕易地排放至廢料腔室21〇内（參見第4圖 要注意該等密封帶之一（例如224)係較佳地未延伸越過 該障壁（例如302)至鄰近的廢料腔室（例如212)。該液態開 關元件180在沒有密封帶下，不會輕易濡濕到該障壁3〇2。 因此，至卜部分的液態開關以牛⑽係在組裝期間被朝向 接觸墊162而逼入主要通道12〇(參照第5圖 在組裝之後，所需數量之液態開關元件係如第7圖和第8 圖所顯示的，維持在主要通道12〇的18〇中。維持在主要通 道120中的液態開關元件18〇可依據上面所描述的被用來在 開關⑽中產生狀態的改變。過量的液態開關元件⑽係從 彡要通道120分離至廢料腔室21〇,212。 1271764 較佳地，廢料腔室210,212係藉由障壁300,302而從主 要通道120分離。廢料腔室也可以被密封（舉例來說，在開關 100的外部周圍附近）。舉例來說，密封物31〇,312 (例如可自 Asahi Glass Company，Ltd (曰本東京）公司商業上取得的 5 CYT0P®)可提供在通道板110及/或基材150的外部周圍。 過量的液態開關元件180因此係在維持在廢料腔室 210,212。或者，過量的液態開關元件18〇可依照需要而從廢 料腔室210,212中移除。 開關100可以依據下述本發明的具體例來生產。液態開 10關元件180係如第3圖所舉例說明的安置在基材15〇上。 在一具體例中，液態開關元件18〇係被安置在每一個接觸墊 160，162，164上。雖然液態開關元件180不需被正確地測量， 適當的液態開關元件180設置體積，可以在接觸塾 160，162，164上形成’’鼓脹"現象，但是其係較佳地不會超出在 15 基材150上之接觸墊16〇，162，164的側邊。 通道板110可能被設置在基材150附近。雖然通道板 110可以在安置液態開關元件18〇之前設置在基材15〇附 近，本發明並未侷限於在此一順序。通道板11〇然後可以朝向 基材150移動。 20 當通道板11〇朝向基材150移動，在接觸墊160,164上 的液態開關元件180，係如第4圖所示的與在通道板no上 的障壁300,302接觸。在一具體例中，在接觸墊16〇上的液 態開關元件180，會濡濕從主要通道120延伸經過障壁300 至廢料腔室210的密封帶220。因此，過量的液態開關元件 25 18()會排放至廢料腔室210内被卸貨，而不會被逼入主要通 12 1271764 道120内。 同樣依據此一具體例，在接觸墊164上的液態開關元件 180在不提供延伸至廢料腔室212内的密封帶220時，不會 濡濕到障壁302。相反的，液態開關元件180的流體靜壓力 5 會在障壁302相對其移動時增加，而迫使液態開關元件180 進入主要通道120内，並如第4圖和第5圖所示，在接觸墊 162上與液態開關元件180接觸。部分的液態開關元件180 (也就是過量的部分）也可以被排放至廢料腔室212内。

較佳地，該組裝程序會暫停或減緩通道板110朝向基材 10 150的移動一段足以允許液態開關元件180平衡的時間。液 態開關元件180的表面張力會使得液態開關元件180流向一 具有較大的橫截面積之區域（也就是廢料腔室210,212)。液態 開關元件180的運動係被可濡濕區域（也就是，接觸墊 160,164和密封帶220,224) 所增強。 15 在第6圖中顯示液態開關元件180係在廢料腔室

210,212與主要通道120之間平衡。依照此一具體例，該在接 觸墊160上之液態開關元件180會實質上垂直延伸到基材 150，並在接觸墊160的邊緣和封口帶220的邊緣之間對齊。 在接觸墊164上的液態開關元件180已與在接觸墊162上 20 的液態開關元件180結合。該液態開關元件180會濡濕接觸 墊162，164與密封帶222,224，並在接觸的墊162，164和密封 帶222,224之間從通道板110與基材150 曳出。過量的液態 開關元件180會被排放或者會被移除至廢料腔室210,212 内。 25 該通道板110然後可以如第7圖所示的相對基材150 13 1271764 而密封。液態開關元件18〇可從障壁300,302之下迫出並進 入主要通道120和廢料腔室210,212内。從障壁300,302之 下迫出之液態開關元件180的體積，會在主要通道120的液 態開關元件之間朝向氣體空間（如第7圖所例示）凸出，但 5 是不會逼迫到進入主要通道120内而使得該開關短路。 該通道板11〇可以任何適當的方法連接到該基材15〇。在 一個具體例中，黏著劑係被用來將通道板11()連接基材 150。在另一個具體例中，可以使用螺絲或其他適當的固定器。 障壁300,302係被用來將主要通道120與廢料腔室21〇,212 10 分離。 該開關100可以如上述的來操作。藉著簡單說明的方式， 在第7圖中所顯示的開關1〇〇係位在一第一狀態，其中該液 態開關元件180會在接觸墊162和164之間形成導電性路 控。如上述所討論的，可以操作驅動元件2〇2 (第2(b)圖）來 15造成開關丨〇〇狀態上的改變。驅動元件202的作用會使得液 態開關元件180朝向主要通道120的另一端移動，其中該液 態開關元件180會如第8圖所示在接觸墊160和162之間 形成一導電性路徑。驅動元件200 (第2(b)圖）可被操作以將 開關100的狀態變回第一狀態（第7圖）。 20 y 很明顯地依照本發明的教示内容之開關1〇()與其之生產 方式代表再此技藝中的重要發展。本發明可以允許不同體積的 液態金屬被測量並輸送進入主要通道120内。過量的液態開 關疋件180係被移除至廢料腔室210,212内。因此，本發明 2矯正在緻密開關裝置（舉例來說LIMMS)組裝期間導入的體積 决差。舉例來說，本發明可矯正因為輸送工具的容差度所導致 14 1271764 的體積誤差。本發明也可矯正因為主要通道120的尺寸大小 的變化所導致的體積誤差。 在此已描述本發明之較佳具體例，可預期其可以對該等具 體例進行適當的修改而仍落本發明的範圍裡面。 5 【圖式簡單說明】 第1(a)圖是一開關的具體例的透視圖，其顯示一第一狀 態； 第1(b)圖是第1(a)圖的開關的透橈圖，其顯示一第二狀 態； 10 第2(a)圖是用於產生依據本發明的具體例之開關的通道 板之平面圖； 第2(b)圖是用於產生依據本發明的具體例之開關的基材 之平面圖； 第3圖是設置在該基材附近的通道板之側視圖；其顯示一 15 安置於該基材上的液態開關元件； 第4圖是該通道板和基材彼此相向移動的側視圖，其顯示 該液態開關元件係沾到該通道板； 第5圖是該通道板和基材彼此移近的側視圖，其顯示該液 態開關元件被排入該廢料腔室； 20 第6圖是該通道板和基材的侧視圖，其顯示在平衡中的該 液態開關元件； 第7圖是與該基材組合的通道板的側視圖，其顯示其在一 第一狀態中；與 第8圖是與該基材組合的通道板的例一侧視圖，其顯示 25 其在一第二狀態中。 1271764 【圖式之主要元件代表符號表】 100 開關 185 驅動流體 110 通道板 200,202 驅動元件 140,142 次要通道 210,212 廢料腔室 130，132 驅動腔室 220,222,224 密封帶 150 基材 300?3〇2 堤壩或障壁 160，162，164電極或接觸墊 310,312 密封物 170,172,174 導線

180 液態開關元件

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Claims (1)

1271764 拾、申請專利範圍： 1. 一種組裝一開關的方法，其包含： 將一液態開關元件設置在一基材上； 將一通道板安置於該基材附近；與 5 將該通道板朝向該基材移動，其中將該液態開關元件的 一部分係自一主要通道分離至一在該通道板中之廢料腔室。 2. 如申請專利範圍第1項的方法，其進一步包含一使該液態 開關元件平衡的暫停步驟。

3. 如申請專利範圍第1項的方法，其進一步包含相對於該基 10 材密閉該通道板的步驟。 4. 如申請專利範圍第1項的方法，其進一步包含將該廢料腔 室自該主要通道密封的步驟。 5. 如申請專利範圍第1項的方法，其中當該通道板朝向該基 材移動的時候，該液態開關元件會濡濕在該基材上的一接觸 15 墊與在該通道板上的一密封帶。

6. 如申請專利範圍第1項的方法，其中當該通道板朝向該基 材移動的時候，該液態開關元件會濡濕到一延伸在通道板上 主要通道和廢料腔室之間的密封帶。 7. —種開關，其係由以下步驟來生產： 20 將一液態開關元件設置在一基材上，該液態開關元件的 體積係超過達成一開關的功能所需要的； 將一通道板朝向該基材移動，該通道板具有障壁，該障 壁在與該液態開關元件接觸的時候，會將一部分的該液態開 關元件分離至在該通道板中之至少一廢料腔室中；與 25 將該通道板相對於該基材密封。 8. 如申請專利範圍第7項的開關，其中該液態開關元件係為 17 1271764 一液態金屬。 9.如申請專利範圍第7項的開關，其中該液態開關元件係被 設置在基材上的數個接觸墊上，該液態開關元件係用於導電 性地將數個接觸墊中的至少二個彼此連接。 5 10.如申請專利範圍第7項的開關，其中該將通道板朝向該基 材移動的動作係被暫停，以允許該液態開關元件平衡。 11. 如申請專利範圍第7項的開關，其中該將通道板朝向該基 材移動的動作係被減緩，以允許該液態開關元件平衡。 12. 如申請專利範圍第7項的開關，其中在將該通道板相對於 10 該基材密閉之後，該廢料腔室係自一主要通道密封。 13. 如申請專利範圍第7項的開關，其中當通道板朝向該基材 移動時，該液態開關元件會濡濕在通道板上的至少一密封帶。 14. 如申請專利範圍第13項的開關，其中該液態開關元件會濡 濕至少一密封帶，該密封帶係在通道板上延伸於一主要通道 15 與至少一廢料腔室之間，該至少一密封帶會促使一部分的該 液態開關元件分離至該至少一廢料腔室内。 15. —種開關，包含： 一通道板，其具有在其中所形成之主要通道與至少一廢 料腔室； 20 一基材，其具有至少一接觸墊； 一液態開關元件，其係被設置在該至少一接觸墊上，當 該通道板被組裝至該基材時，一部分的該液態開關元件係從 該主要通道分離至該至少一廢料腔室中。 16. 如申請專利範圍第15項的開關，其中該通道板更進一步 25 包含一連接到主要通道之驅動腔室。 17. 如申請專利範圍第15項的開關，其進一步在主要通道的一 1271764 端包含一第一廢料腔室，而在主要通道的另外一端上包含一 弟一廢料腔室。 18.如申請專利範圍帛15項的開關，其進—步在通道板上包含 至少-障壁，該至少—障壁會在至少―廢料腔室和主要通道 5 之間分離該液態開關元件。 19·如申請專利範圍第15項的開關，其進—步在該通道板之該 主要通道中包含至少_密封帶，該液態開關元件會㈣該至 少一密封帶。 μ 20. 如申請專利範圍第19項的開關，其中該至少一第—密封帶 1〇 係延伸在該主要通道與該至少一廢料腔室之間。 21. 如申請專利範圍f 19項的開關，其中該至少一第一密封帶 係被完全地設置在該主要通道裡。 22. 如申請專利範圍第19項的開關，其中—第—密封帶係被完 全地設置在該主要通道裡，而—第二密封帶係延伸在該主要 15 通道與該至少一廢料腔室之間。 23. 如申請專利範圍第15項的開關，其中該液態開關元件係為 一液態金屬。 24. 如申請專利範圍第15項的開關，其中該液態開關元件係以 至少三個體積來設置，而至少三個體積中的二個係在組裝期 20 間結合在一起。 25. 如申明專利範圍帛15項的開關，其中該液態開關元件係以 至少二個體積來設置。 19 1271764 柒、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（la )圖。 (二) 本代表圖之元件代表符號簡單說明： 捌、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 100 開關 110 通道板 140,142 次要通道 130,132 驅動腔室 150 基材 160，162，164電極或接觸墊 170,172,174 導線 180 液態開關元件 185 驅動流體 210,212 廢料腔室