專利名稱：：還原基于流體的開關(guān)中的氧化物的制作方法
背景技術(shù)：
：已經(jīng)制造出了液體金屬微開關(guān)(LIMMS)，其使用液體金屬例如水銀作為開關(guān)流體(switchingfluid)。液體金屬可以產(chǎn)生和斷開電接觸。為了改變開關(guān)的狀態(tài)，對開關(guān)流體施加力，以使得其變形和移動。液體金屬可能會形成阻礙開關(guān)正常工作的氧化物膜。例如，氧化物膜可能會增加液體金屬的表面張力，而這會增加開關(guān)改變狀態(tài)所需的能量。
發(fā)明內(nèi)容在一個實(shí)施例中，公開了一種用于還原開關(guān)流體上的氧化物的方法。該方法包括在第一基板上沉積開關(guān)流體。固態(tài)還原材料被沉積，以使其與開關(guān)流體的至少一部分接觸。還原材料與開關(guān)流體上的氧化物起反應(yīng)。最后，第一基板與第二基板相配合，第一基板與第二基板在它們之間限定了容納開關(guān)流體的腔，該腔的大小允許開關(guān)流體在第一和第二狀態(tài)間運(yùn)動。在另一實(shí)施例中，該方法包括在第一基板上沉積開關(guān)流體。開關(guān)流體與用于與開關(guān)流體上的氧化物起反應(yīng)的還原材料相混合。該第一基板與第二基板相配合，第一基板與第二基板在它們之間限定了容納開關(guān)流體的腔，該腔的大小允許開關(guān)流體在第一和第二狀態(tài)間運(yùn)動。在第三實(shí)施例中，該方法包括在開關(guān)流體通道上沉積開關(guān)流體。與還原材料相混合的驅(qū)動流體被沉積在第一基板上。還原材料在開關(guān)狀態(tài)改變期間與開關(guān)流體相接觸，并還原開關(guān)流體上的氧化物。然后，第一基板和第二基板相互配合，基板在它們之間限定了用于容納開關(guān)流體的腔和一個或多個另外的腔，所述另外的腔連接到開關(guān)流體腔，并且容納與還原材料相混合的驅(qū)動流體。附圖中圖示了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其中圖1示出了基于流體的開關(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)的正視圖；圖3示出了可用于制造圖1和2的基于流體的開關(guān)的示例性方法；圖4示出了基于流體的開關(guān)的第二示例性實(shí)施例的正視圖；圖5示出了可用來制造圖4的基于流體的開關(guān)的示例性方法；圖6示出了包括與開關(guān)流體上的氧化物起反應(yīng)的還原材料的開關(guān)的第一示例性實(shí)施例的立體圖；圖7示出了包括與開關(guān)流體上的氧化物起反應(yīng)的還原材料的開關(guān)的第二示例性實(shí)施例的立體圖；圖8示出了包括還原材料的開關(guān)的另一實(shí)施例的平面圖；以及圖9示出了可用來制造圖8的開關(guān)的示例性方法。具體實(shí)施例方式圖1和圖2示出了例如LIMMS的基于流體的開關(guān)。開關(guān)100包括開關(guān)流體腔104、一對驅(qū)動流體(actuatingliquid)腔102、106，以及一對這樣的腔108、110，其用于將對應(yīng)的驅(qū)動流體腔102、106連接到開關(guān)流體腔104。可以預(yù)想到可在開關(guān)中形成更多或更少的腔。例如，一對驅(qū)動流體腔102、106和一對連接腔108、110可由單個驅(qū)動流體腔和單個連接腔代替。如圖3所示，可通過在步驟305，在第一基板101上的多個開關(guān)觸點(diǎn)(例如電極)112～116上沉積開關(guān)流體118來產(chǎn)生開關(guān)100。在一個實(shí)施例中，開關(guān)流體可以是液體金屬，例如水銀或包含鎵的合金。如下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的，開關(guān)流體118可用來產(chǎn)生和斷開觸點(diǎn)112、114、116之間的接觸。在可替換實(shí)施例中，開關(guān)流體可沉積在多個可濕墊(wettablepad)上，并可用來開啟和阻斷光路。雖然圖1所示開關(guān)包括3個觸點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解，可替換實(shí)施例可具有不同數(shù)量的觸點(diǎn)。接下來，在步驟310，還原材料120被沉積在這樣的位置，其使得它將在開關(guān)狀態(tài)改變期間與開關(guān)流體118的至少一部分接觸。還原材料120可以是這樣的材料，其具有比開關(guān)流體118更低的負(fù)還原電勢，用來與形成在開關(guān)流體118上的氧化物起反應(yīng)。舉例來說，當(dāng)使用水銀作為開關(guān)流體時，還原材料可以是一層固態(tài)的碳、鉻、鎂、鋁、鈦、錳、鎳、硅或其他合適材料。在步驟315，基板101、103被配合在一起。在這兩塊基板之間限定了容納開關(guān)流體118的腔。該腔的大小允許開關(guān)流體在第一和第二狀態(tài)之間運(yùn)動。如果在容納開關(guān)流體的腔內(nèi)溫度足夠高，或者存在催化劑，則當(dāng)還原材料接觸開關(guān)流體時，還原材料和開關(guān)流體上的氧化物之間起反應(yīng)。圖4示出了包括用于還原開關(guān)流體上的氧化物的還原材料的開關(guān)的可替換實(shí)施例。如圖5所示，可通過在步驟505，在位于第一基板401上的多個觸點(diǎn)412、414、416上沉積混合有還原材料418的開關(guān)流體來產(chǎn)生開關(guān)400。在可替換實(shí)施例中，混合有還原材料418的開關(guān)流體可被沉積在可濕墊或液體電極上?；?01和403在步驟515被配合在一起，以在基板間限定開關(guān)流體腔。還原材料可以是沉積在開關(guān)流體上或與開關(guān)流體混合的粒子或粉末。這可增加還原材料的表面面積，并允許用更少的材料來還原更大量的開關(guān)流體氧化物。舉例來說，開關(guān)流體可以是液體金屬，例如水銀，而還原材料可以是碳、鉻、鎂、鋁、鈦、錳、鎳或硅。也可使用其他合適的還原材料。當(dāng)開關(guān)改變狀態(tài)時，開關(guān)流體可被混合，以允許還原材料接觸開關(guān)流體上可能已形成的任何氧化物，并與其起反應(yīng)?？蓞⒄請D6來說明根據(jù)一個實(shí)施例的開關(guān)的功能。開關(guān)600包括配合在一起的第一基板602和第二基板604?；?02和604在它們之間限定了若干腔606、608和610。在一個或多個所述腔中露出的是多個電極612、614、616。一個或多個所述腔中容納的開關(guān)流體618(例如，導(dǎo)電液體金屬，例如水銀)用于響應(yīng)于施加到開關(guān)流體618的力，導(dǎo)通和關(guān)斷多個電極612～616中的至少一對。一個或多個所述腔中的驅(qū)動流體620(例如惰性氣體或液體)用于向開關(guān)流體618施加力。在開關(guān)600的一個實(shí)施例中，施加到開關(guān)流體618的力來自于驅(qū)動流體620中的壓力改變。驅(qū)動流體620中的壓力改變造成了開關(guān)流體618的壓力改變，從而使得開關(guān)流體618變形、移動、分離，等等。如圖6所示，容納在腔606中的驅(qū)動流體620的壓力向開關(guān)流體618施加力以使其分離。在此狀態(tài)下，開關(guān)600最右側(cè)的一對電極614、616被彼此耦合。如果容納在腔606中的驅(qū)動流體620的壓力減小，并且容納在腔610中的驅(qū)動流體620的壓力增加，則開關(guān)流體618可被迫分離和合并，從而電極614和616被解耦合，而電極612和614被耦合。舉例來說，驅(qū)動流體620中的壓力改變可通過加熱驅(qū)動流體620或通過壓電泵浦(piezoelectricpumping)來實(shí)現(xiàn)。前者在Kondoh等的題為“ElectricalContactBreakerSwitch，IntegratedElectricalContactBreakerSwitch，andElectricalContactSwitchingMethod”的美國專利No.6,323,447中有所描述，其公開的全部內(nèi)容通過引用而被包含于此。后者在MarvinGlennWong于2002年5月2日提交的題為“APiezoelectricallyActuatedLiquidMetalSwitch”的美國專利申請No.10/137,691中有所描述，其公開的全部內(nèi)容也通過引用而被包含于此。雖然上面參考的專利和專利申請公開了利用雙推/拉驅(qū)動流體腔的開關(guān)流體運(yùn)動，但是如果從單個推/拉驅(qū)動流體腔可向開關(guān)流體傳遞足夠的推/拉壓力改變，則單個的推/拉驅(qū)動流體腔就足夠了。有關(guān)例如圖6所示開關(guān)的結(jié)構(gòu)和操作的其他細(xì)節(jié)可在上述Kondoh的專利中找到。開關(guān)600還包括與開關(guān)流體618混合的還原材料622。還原材料622可具有比開關(guān)流體618更低的負(fù)還原電勢。如果溫度足夠高或存在催化劑，則還原材料可與氧化物起反應(yīng)，并還原開關(guān)流體618上的氧化物。例如，如果開關(guān)流體是水銀，則還原材料622可以是碳、鉻、鎂、鋁、鈦、錳、鎳、硅或其他合適材料。在可替換實(shí)施例中，還原材料618可以是沉積在基板之一上的固態(tài)材料?，F(xiàn)在參照圖7描述開關(guān)700的功能的第二示例性實(shí)施例。開關(guān)700包括配合在一起的基板702和第二基板704?；?02和704在它們之間限定了若干腔706、708、710。在一個或多個所述腔中露出的是多個可濕墊712～716。開關(guān)流體718(例如，液體金屬，例如水銀)可濕潤墊712～716，并被容納在一個或多個所述腔中。開關(guān)流體718用于響應(yīng)于施加到開關(guān)流體718的力，開啟和阻斷通過一個或多個所述腔的光路722/724、726/728。舉例來說，光路可由與容納開關(guān)流體的腔708中的半透明窗對齊的波導(dǎo)722～728限定。對光路722/724、726/728的阻斷可通過使開關(guān)流體718變得不透明來實(shí)現(xiàn)。容納在一個或多個所述腔中的驅(qū)動流體720(例如惰性氣體或液體)用于向開關(guān)流體718施加力。開關(guān)700還包括與開關(guān)流體718混合的還原材料730。還原材料730可具有比開關(guān)流體718更低的負(fù)還原電勢，并可用于與開關(guān)流體718上可能形成的氧化物起反應(yīng)。例如，如果開關(guān)流體是水銀，則還原材料730可以是碳、鉻、鎂、鋁、鈦、錳、鎳、硅或其他合適材料。在可替換實(shí)施例中，還原材料730可以是沉積在基板之一上的固態(tài)材料。圖8示出了具有還原材料的基于流體的開關(guān)的另一實(shí)施例。開關(guān)800包括容納開關(guān)流體818的開關(guān)流體腔804、一對驅(qū)動流體腔802、806，以及一對這樣的腔808、810，其用于將對應(yīng)的驅(qū)動流體腔802、806連接到開關(guān)流體腔804?？深A(yù)想到可在開關(guān)中形成更多或更少的腔。例如，一對驅(qū)動流體腔802、806和一對連接腔808、810可由單個驅(qū)動流體腔和單個連接腔代替。驅(qū)動流體腔802、806容納溶解或混合在驅(qū)動流體815中的還原材料。舉例來說，驅(qū)動流體可以是全氟碳(perfluorocarbon)油(例如3MFluorinertTM)，而還原材料可以是可溶材料，例如鋁氫化物或鈉硼氫化物。如在本申請其他部分所述的，驅(qū)動流體向開關(guān)流體818施加力，以使得開關(guān)800改變狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)改變狀態(tài)時，混合有還原材料815的驅(qū)動流體與開關(guān)流體接觸。于是還原材料可與開關(guān)流體上的氧化物起反應(yīng)。如圖9所示，可通過在步驟905，在開關(guān)流體通道中沉積開關(guān)流體818來產(chǎn)生開關(guān)800。開關(guān)流體可以沉積在位于開關(guān)流體通道中的多個開關(guān)觸點(diǎn)(例如電極或可濕墊)上。開關(guān)流體通道可位于配合在一起以形成開關(guān)的任一基板上。在步驟910，混合有還原材料815的驅(qū)動流體也沉積在基板之一上。接下來，第一基板被配合到第二基板，從而在基板間限定容納開關(guān)流體818的腔804。腔804的大小允許開關(guān)流體在第一和第二狀態(tài)間運(yùn)動。在基板之間還限定了容納混合有還原材料815的驅(qū)動流體的一個或多個另外的腔802、806。當(dāng)在開關(guān)狀態(tài)改變期間，混合有還原材料815的驅(qū)動流體向開關(guān)流體818施加力時，還原材料可通過與氧化物起反應(yīng)來還原開關(guān)流體上的氧化物。有關(guān)例如圖7所示的開關(guān)的結(jié)構(gòu)和操作的其他細(xì)節(jié)可在上述Kondoh等的專利和MarvinWong的專利申請中找到。雖然這里詳細(xì)描述了示例性的目前優(yōu)選的本發(fā)明實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以多種方式實(shí)現(xiàn)這些創(chuàng)造性原理。所附權(quán)利要求應(yīng)被理解為包括這些改變，除了由現(xiàn)有技術(shù)所限的以外。權(quán)利要求1.一種開關(guān)，包括相配合的第一(602)和第二(604)基板，所述第一和第二基板在其間限定若干腔(606、608、610)的至少一部分；一個或多個所述腔中露出的多個電極(612、614、616)；一個或多個所述腔中容納的開關(guān)流體(618)，用于響應(yīng)于施加到所述開關(guān)流體的力，導(dǎo)通和關(guān)斷所述多個電極中的至少一對；與所述開關(guān)流體的至少一部分接觸的還原材料，所述還原材料與所述開關(guān)流體上的氧化物起反應(yīng)；以及一個或多個所述腔中容納的驅(qū)動流體(620)，其向所述開關(guān)流體施加力。2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)，其中，所述還原材料包括與所述開關(guān)流體的至少一部分混合的材料粒子(418)。3.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)，其中，所述還原材料包括與所述開關(guān)流體的至少一部分混合的粉末(418)。4.如權(quán)利要求1到3中的一個所述的開關(guān)，其中，所述還原材料包括碳、鉻、鎂、鋁、鈦、錳、鎳和硅中的一種。5.如權(quán)利要求1到4中的一個所述的開關(guān)，其中，所述開關(guān)流體包括水銀。6.如權(quán)利要求1、4或5中的一個所述的開關(guān)，其中，所述還原材料包括在所述基板中的一個上沉積的固態(tài)材料(120)。7.一種開關(guān)，包括相配合的第一(702)和第二(704)基板，所述第一和第二基板在其間限定若干腔(706、708、710)的至少一部分；一個或多個所述腔中露出的多個可濕墊(712、714、716)；一個或多個所述腔中容納的可濕潤所述墊的開關(guān)流體(718)，用于響應(yīng)于施加到所述開關(guān)流體的力，開啟和阻斷通過一個或多個所述腔的光路；與所述開關(guān)流體的至少一部分接觸的還原材料，所述還原材料與所述開關(guān)流體上的氧化物起反應(yīng)；以及一個或多個所述腔中容納的驅(qū)動流體(720)，其向所述開關(guān)流體施加力。8.一種開關(guān)(800)，包括相配合的第一和第二基板，所述第一和第二基板在其間限定若干腔(802、804、806)的至少一部分；一個或多個所述腔中容納的開關(guān)流體(818)，所述開關(guān)流體響應(yīng)于施加到所述開關(guān)流體的力，在至少第一和第二開關(guān)狀態(tài)之間可運(yùn)；一個或多個所述腔中容納的驅(qū)動流體，其向所述開關(guān)流體施加力；以及與所述驅(qū)動流體混合的還原材料，所述還原劑在開關(guān)狀態(tài)改變期間與所述開關(guān)流體上的氧化物起反應(yīng)。9.如權(quán)利要求20所述的開關(guān)，其中，所述還原材料包括液體。10.如權(quán)利要求20所述的開關(guān)，其中，所述還原劑包括鋰鋁氫化物和鈉硼氫化物中的一種。全文摘要公開了一種基于流體的開關(guān)和用于制造該開關(guān)的方法。在一個實(shí)施例中，開關(guān)包括相配合的第一(102)和第二(104)基板，它們在其間限定若干腔(106、108、110)的至少一部分；一個或多個腔中露出的多個電極(612、614、616)；一個或多個腔中容納的開關(guān)流體(618)，用于響應(yīng)于施加到開關(guān)流體的力，導(dǎo)通和關(guān)斷多個電極中的至少一對；與開關(guān)流體的至少一部分接觸的還原材料，還原材料與開關(guān)流體上的氧化物起反應(yīng)；以及一個或多個腔中容納的驅(qū)動流體(620)，其向所述開關(guān)流體施加力。文檔編號H01H29/00GK1771574SQ200480009629公開日2006年5月10日申請日期2004年1月15日優(yōu)先權(quán)日2003年4月14日發(fā)明者馬文·格倫·黃,約翰·拉爾夫·林德瑟申請人:安捷倫科技有限公司