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Flüssigmetallmikroschalter
(LIMMS = liquid metal microswitches) wurden entwickelt, um eine
zuverlässige
Schaltfähigkeit
zu liefern, indem eine kompakte Hardware (z. B. in der Größenordnung
von Mikrometern) verwendet wird. Die geringe Größe von LIMMS macht dieselben
ideal zur Verwendung in Hybridschaltungen und anderen Anwendungen,
bei denen geringere Größen erwünscht sind.
Neben der geringeren Größe derselben
umfassen Vorteile von LIMMS gegenüber herkömmlicherer Schalttechnologien
Zuverlässigkeit,
die Eliminierung mechanischer Ermüdung, einen geringeren Kontaktwiderstand
und die Fähigkeit,
eine relativ hohe Leistung (z. B. etwa 100 Milliwatt) ohne ein Überhitzen
zu schalten, um nur wenige zu kennen.
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Gemäß einem
Entwurf weisen LIMMS einen Hauptkanal auf, der teilweise mit einem
Flüssigmetall gefüllt ist.
Das Flüssigmetall
kann als das leitfähige Schaltelement
dienen. Treiberelemente, die benachbart zu dem Hauptkanal bereitgestellt
sind, bewegen das Flüssigmetall
durch den Hauptkanal, wobei die Schaltfunktion betätigt wird.
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Während einer
Zusammenfügung
muß das Volumen
eines Flüssigmetalls
genau abgemessen und in den Hauptkanal zugeführt werden. Ein nicht genaues
Abmessen und/oder Zuführen
des richtigen Volumens eines Flüssigmetalls
in den Hauptkanal könnte
bewirken, daß der
LIMM ausfällt
oder defekt ist. Zum Beispiel könnte
zuviel Flüssigmetall
in den Hauptkanal einen Kurzschluß bewirken. Nicht genügend Flüssigmetall
in dem Hauptkanal könnte
den Schalter daran hindern, eine gute Verbindung herzustellen.
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Die
kompakte Größe von LIMMS
macht es besonders schwierig, das Flüssigmetall genau abzumessen
und in den Hauptkanal zuzuführen.
Sogar Toleranzschwankungen der Maschinenausrüstung, die verwendet wird,
um das Flüssigmetall
zuzuführen,
können
während
dem Zuführungsprozeß einen Fehler
einbringen. Abmessungsschwankungen des Hauptkanals selbst können ebenfalls
einen volumetrischen Fehler einbringen.
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Die
DE 699 20 056 T2 beschreibt
einen elektrischen Kontaktöffnungsschalter
sowie einen integrierten elektrischen Kontaktöffnungsschalter und ein Schaltverfahren.
Ein elektrischer Kontaktunterbrecherschalter weist einen Hohlraum
auf, der einen ersten Kanal und eine Formmodifikationseinheit in Fluidkommunikation
mit dem ersten Kanal aufweist. Der Kontaktunterbrecherschalter weist
ferner ein Paar von Elektrodenkomponenten auf, wobei jede Elektrodenkomponente
zumindest einen Anschluss aufweist, der sich derart in den Hohlraum
erstreckt, dass der Abschnitt nur zu dem ersten Kanal freiliegend
ist. Der Kontaktunterbrecherschalter weist ferner ein leitfähiges Fluid
auf, das innerhalb des ersten Kanals gehalten wird und als ein Kontakt
zum Versetzen der Elektrodenkomponenten in einem geschlossenen Zustand
dient, wenn es sich in einer zusammenhängenden Form befindet. Wenn
sich das leitfähige
Fluid in einer nicht-zusammenhängenden
Form befindet, so ergibt sich ein offener Zustand. Die Formmodifikationseinheit
liefert ein nicht leitfähiges Fluid
zu dem ersten Kanal. Dadurch kann die Form des leitfähigen Fluids
zwischen der zusammenhängenden
Form und der nicht-zusammenhängenden Form
modifiziert werden. Die Abschnitte der Elektrodenkomponenten, die
zu dem ersten Kanal freiliegend sind, sind durchgehend vollständig in
das leitfähige
Fluid eingetaucht, egal ob das Paar der Elektrodenkomponenten in
dem offenen oder in dem geschlossenen Zustand ist.
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Ein
entsprechendes Verfahren zum Schalten eines elektrischen Kontakts
umfasst ein Trennen der Elektrodenkomponenten durch Einbringen eines nicht
leitfähigen
Fluids in das leitfähige
Fluid, um das leitfähige
Fluid in eine nicht-zusammenhängende Form
zu versetzen, sowie ein Verbinden der Elektrodenkomponenten durch
Entfernen des nicht leitfähigen
Fluids von dem leitfähigen
Fluid, um das leitfähige
Fluid in eine zusammenhängende
Form zu bringen.
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Die
WO 90/02409 A1 zeigt einen Schalter mit quecksilberbenetzten Kontakten.
Ein quecksilberbenetzter Schalter umfasst einen Kontaktträger und eine
an diesem über
eine Blattfeder befestigte Schaltkontaktzunge. Die Schaltkontaktzunge
ist neben üblichen
kapillaren Rillen porös
ausgebildet, und zwar so, dass die Zunge eine vorbestimmte Menge an
Quecksilber aufnehmen und unter der Wirkung der kapillaren Kräfte dauerhaft
speichern kann.
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Die
DE 30 20 479 A1 zeigt
ein Relay mit benetzten Kontakten. Das Relay weist mindestens zwei elektrische
Leiter auf, die auf einem isolierenden Träger befestigt sind. Jeder der
elektrischen Leiter ist mit Kontaktbereichen versehen. Ein bewegliches
Plättchen,
das gegenüber
den Kontaktbereichen eine isolierende Oberfläche aufweist, kann unter der
Wirkung eines Antriebselements zwei Stellungen einnehmen. In der
einen dieser Stellungen ist es von den Kontaktbereichen entfernt,
in der anderen diesen angenähert.
Das Relay weist eine bestimmte Menge einer leitfähigen Flüssigkeit, die aus Quecksilber
besteht, auf. Die Flüssigkeit
verbindet in der angenäherten Stellung
von Plättchen
und Träger
die Kontaktbereiche elektrisch miteinander. Die Kontaktbereiche
sind eben und physiko-chemisch behandelt, und somit durch Quecksilber
benetzbar.
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Die
EP 1 235 238 A2 zeigt
eine einrastende Schalteinrichtung. Die einrastende Schalteinrichtung umfasst
einen langgestreckten Durchgang, eine erste Ausnehmung, eine zweite
Ausnehmung, einen Kanal, der sich von jeder der Ausnehmungen zu
dem Durchgang erstreckt, sowie ein nicht leitendes Fluid, das sich
in den Ausnehmungen befindet. Die Schalteinrichtung umfasst ferner
eine leitfähige
Flüssigkeit, die
sich in dem Durchgang befindet, eine erste Elektrode, eine zweite
Elektrode und eine Einrast-Struktur, die jedem der Kanäle zugeordnet
ist. Die Kanäle sind
entlang der Länge
des Durchgangs räumlich voneinander
getrennt, und die Elektroden sind in elektrischem Kontakt mit der
leitfähigen
Flüssigkeit. Die
Elektroden sind an gegenüberliegenden
Seiten eines der Kanäle
angeordnet. Die leitfähige
Flüssigkeit
umfasst drei Oberflächen.
Jede Einrast-Struktur umfasst E nergie-Barrieren, die in dem Durchgang auf
entgegengesetzten Seiten des Kanals angeordnet sind, und die mit
den freien Oberflächen
der leitfähigen
Flüssigkeit
wechselwirken, um die freien Oberflächen voneinander getrennt zu
halten.
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Die
US 6,323,447 B1 zeigt
einen elektrischen Kontakt-Unterbrechungsschalter
mit einer Ausnehmung und einem Raum, der erste und zweite Kammern
sowie eine Mehrzahl von Kanälen
bildet. Der Schalter hat auch zumindest zwei feste Elektroden, die
durch Elektrodenkomponenten gebildet werden, die getrennt voneinander
innerhalb der Ausnehmung angeordnet sind. Eine leitfähige Flüssigkeit, die
innerhalb der Ausnehmung gehalten wird, wirkt als ein Kontakt, um
die Elektrodenkomponenten von zwei bestimmten festen Elektroden
in einen geschlossenen Zustand zu versetzen, wenn die Flüssigkeit
in einer zusammenhängenden
Form ist. Die Flüssigkeit
versetzt die Elektroden in einen offenen Zustand, wenn sie in einer
nicht-zusammenhängenden
Form ist. Eine Form-Modifizierungs-Einrichtung, die
die erste und zweite Kammer umfasst, modifiziert die Form der leitfähigen Flüssigkeit.
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Die
DE 103 08 551 A1 zeigt
einen piezoelektrisch betätigten
Flüssigmetallschalter.
Das piezoelektrisch betätigte
Relay schaltet mittels eines Flüssigmetalls
und verriegelt ferner. Das Relay wird mittels einer Mehrzahl piezoelektrischer
Schermodus-Elemente, die verwendet werden, um einen Druckunterschied
in einem Paar von Fluidkammern zu bewirken, geschaltet. Ein unterschiedlicher
Druck wird in den Kammern durch ein Zusammenziehen und Ausdehnen
der Kammern aufgrund der Aktion der piezoelektischen Elemente erzeugt.
Der unterschiedliche Druck bewirkt, dass der Flüssigmetalltropfen die Oberflächenspannungskräfte überwindet, die
den Großteil
des Flüssigmetalltropfens
in Kontakt mit der Kontaktanschlussfläche oder den Anschlussflächen nahe
des betätiten
piezoelektrischen Elementes halten würden. Der Schalter verriegelt
mittels einer Oberflächenspannung
und der Flüssigmetallbenetzung
der Kontaktanschlussflächen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Zusammenfügen eines Schalters
oder einen Schalter zu schaffen, so daß volumetrische Fehler korrigiert
werden, die während
eines Zusammenfügens
möglicherweise
eingebracht werden.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder einen Schalter
gemäß Anspruch
15 gelöst.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein Schalter, der eine Kanalplatte aufweist, die
einen Hauptkanal und zumindest eine Abfallkammer aufweist, die in
derselben gebildet ist. Der Schalter kann ferner ein Substrat aufweisen,
das zumindest eine Kontaktanschlußfläche aufweist. Ein flüssiges Schaltelement
wird auf die zumindest eine Kontaktanschlußfläche aufgebracht. Ein Abschnitt
des flüssigen
Schaltelements wird von dem Hauptkanal in die zumindest eine Abfallkammer
isoliert, wenn die Kanalplatte mit dem Substrat zusammengefügt wird.
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Ein
anderes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein Verfahren zum Zusammenfügen eines Schalters, das folgende
Schritte aufweist: Aufbringen eines flüssigen Schaltelements auf ein
Substrat; Positionieren einer Kanalplatte benachbart zu dem Substrat;
Bewegen der Kanalplatte zu dem Substrat hin; Isolieren eines Abschnitts
des flüssigen
Schaltelements von einem Hauptkanal in der Kanalplatte in eine Abfallkammer
in der Kanalplatte.
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Es
sind aber auch andere Ausführungsbeispiele
offenbart.
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Veranschaulichende
und gegenwärtig
bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen gezeigt.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1(a) eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels
eines Schalters, gezeigt in einem ersten Zustand;
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1(b) eine perspektivische Ansicht des Schalters
von 1(a), gezeigt in einem zweiten
Zustand;
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2(a) einen Grundriß einer Kanalplatte, die verwendet
wird, um den Schalter gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung herzustellen;
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2(b) einen Grundriß eines Substrats, das verwendet
wird, um den Schalter gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung herzustellen;
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3 eine
Seitenansicht der Kanalplatte, die benachbart zu dem Substrat positioniert
ist, wobei ein flüssiges
Schaltelement gezeigt ist, das auf das Substrat aufgebracht ist;
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4 eine
Seitenansicht der Kanalplatte und des Substrats, die zueinander
hin bewegt werden, wobei das flüssige
Schaltelement die Kanalplatte benetzend gezeigt ist;
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5 eine
Seitenansicht der Kanalplatte und des Substrats, die näher zueinander
bewegt sind, wobei das flüssige
Schaltelement gezeigt ist, das sich in die Abfallkammern entlädt;
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6 eine
Seitenansicht der Kanalplatte und des Substrats, wobei das flüssige Schaltelement in
einem Gleichgewicht gezeigt ist;
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7 eine
Seitenansicht der Kanalplatte, die mit dem Substrat zusammengefügt ist,
gezeigt in einem ersten Zustand; und
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8 eine
andere Seitenansicht der Kanalplatte, die mit dem Substrat zusammengefügt ist,
gezeigt in einem zweiten Zustand.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines Schalters 100 ist gemäß den Lehren der Erfindung
mit Bezug auf 1(a) und 1(b) gezeigt
und beschrieben. Der Schalter 100 weist eine Kanalplatte 110,
die einen Abschnitt eines Hauptkanals 120 definiert, Treiberkammern 130, 132 und
Teil- oder Subkanäle 140, 142 auf,
die die Treiberkammern 130, 132 fluidisch mit
dem Hauptkanal 120 verbinden. Die Kanalplatte 110 wird
mit einem Substrat 150 zusammengefügt, das ferner den Hauptkanal 120,
die Treiberkammern 130, 132 und die Subkanäle 140, 142 definiert.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist die Kanalplatte 110 aus Glas hergestellt, obwohl auch
andere geeignete Materialien verwendet werden können (z. B. Keramik, Plastik,
eine Kombination von Materialien). Das Substrat 150 kann
aus einem Keramikmaterial hergestellt sein, obwohl auch andere geeignete Materialien
verwendet werden können.
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Kanäle können in
die Kanalplatte 110 geätzt werden
(z. B. durch ein Sandstrahlen) und durch das Substrat 150 bedeckt
werden, wodurch der Hauptkanal 120, die Treiberkammern 130, 132 und
die Subkanäle 140, 142 definiert
sind.
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Zum
Beispiel können
der Hauptkanal 120, die Treiberkammern 130, 132 und/oder
die Subkanäle 140, 142 gänzlich innerhalb
entweder der Kanalplatte 110 oder des Substrats 150 gebildet
sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen
kann der Schalter zusätzliche
Schichten aufweisen, und der Hauptkanal 120, die Treiberkammern 130, 132 und/oder
die Subkanäle 140, 142 können teilweise
oder gänzlich durch
diese Schichten gebildet sein.
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Bei
anderen Ausführungsbeispielen
kann eine jegliche, geeignete Anzahl von Hauptkanälen 120,
Treiberkammern 130, 132 und/oder Subkanäle 140, 142 bereitgestellt
und in geeigneter Weise miteinander verbunden sein. Auf ähnliche
Weise sind die Hauptkanäle 120,
die Treiberkammern 130, 132 und/oder die Subkanäle 140, 142 nicht
auf eine jegliche, spezielle Geometrie begrenzt. Obwohl gemäß einem
Ausführungsbeispiel
die Hauptkanäle 120,
die Treiberkammern 130, 132 und/oder die Subkanäle 140, 142 einen
halbelliptischen Querschnitt aufweisen, kann der Querschnitt bei
anderen Ausführungsbeispielen
elliptisch, kreisförmig,
rechteckig oder eine jegliche, andere geeignete Geometrie sein.
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Gemäß dem in 1(a) und 1(b) gezeigten
Ausführungsbeispielen
kann der Schalter 100 ebenfalls eine Mehrzahl von Elektroden
oder Kontaktanschlußflächen 160, 162, 164 aufweisen, die
zu dem Inneren des Hauptkanals 120 freiliegend sind. Durch
das Substrat 150 können
Anschlußleitungen 170, 172 und 174 bereitgestellt
sein und können während einer
Operation des Schalters 100 einen elektrischen Strom zu/von
den Kontaktanschlußflächen 160, 162, 164 tragen.
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Natürlich kann
der Schalter mit einer jeglichen Anzahl von Kontaktanschlußflächen versehen sein
und mehr oder weniger umfassen als hierin gezeigt und beschrieben.
Die Anzahl der Kontaktanschlußflächen kann
zumindest zu einem gewissen Ausmaß von der beabsichtigten Verwendung
des Schalters 100 abhängen.
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Der
Hauptkanal 120 ist teilweise mit einem flüssigen Schaltelement 180 gefüllt. Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist das flüssige
Schaltelement 180 ein leitfähiges Fluid (z. B. Quecksilber
(HG)). Das flüssige
Schaltelement 180 als solches kann als ein leitfähiger Weg
zwischen den Kontaktanschlußflächen 160, 162 oder
den Kontaktanschlußflächen 162, 164 dienen.
Alternativ kann ein undurchlässiges Fluid
für einen
optischen Schalter verwendet werden (nicht gezeigt). Das undurchlässige Fluid
wird verwendet, um optische Wege zu blockieren und freizugeben,
wie es einem Fachmann auf dem Gebiet ohne weiteres klar ist, nachdem
derselbe mit den Lehren der Erfindung vertraut geworden ist.
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Die
Subkanäle 140, 142 können zumindest teilweise
mit einem Treiberfluid 185 gefüllt sein. Vorzugsweise ist
das Treiberfluid 185 ein nicht-leitfähiges Fluid, wie beispielsweise
ein inertes Gas oder eine inerte Flüssigkeit. Die Treiberflüssigkeit 185 kann
verwendet werden, um das flüssige
Schaltelement 180 innerhalb des Hauptkanals 120 zu
bewegen.
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Treiberelemente 200, 202 (2(b)) können in
den Treiberkammern 130, 132 bereitgestellt sein. Die
Treiberelemente 200, 202 können beispielsweise eine Wärmeerzeugungseinrichtung
(z. B. Dünnfilmwiderstände) aufweisen,
die das Treiberfluid 185 erwärmen und bewirken, daß dasselbe
sich ausdehnt. Andere jetzt bekannte oder später entwickelte Ausführungsbeispiele
werden ebenfalls als innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung
befindlich betrachtet. Zum Beispiel können die Treiberelemente 200, 202 eine
Akustik- oder Pumpeinrichtung
aufweisen, um nur wenige zu nennen. In jedem Fall können die
Treiberelemente 200, 202 betrieben werden, daß Treiberfluid 185 (siehe 1(a) und 1(b))
in die Hauptkammer 120 zu zwingen, was bewirkt, daß sich das
flüssige
Schaltelement 180 „teilt" und sich innerhalb
des Hauptkanals 120 bewegt.
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Durch
eine Darstellung ist der Schalter 100 in 1(a) in einem ersten Zustand gezeigt, wobei das flüssige Schaltelement 180 einen
leitfähigen
Weg zwischen den Kontaktanschlußflächen 162 und 164 herstellt.
Das Treiberelement 202 kann betrieben werden, um eine Zustandsveränderung
des Schalters 100 zu bewirken, wie es in 1(b) gezeigt ist. Eine Operation des Treiberelements 202 (2(b)) bewirkt, daß sich das flüssige Schaltelement 180 zu dem
anderen Ende des Hauptkanals 120 hin bewegt, wobei das
flüssige
Schaltelement 180 einen leitfähigen Weg zwischen den Kontaktanschlußflächen 160 und 162 herstellt.
Auf ähnliche
Weise kann das Treiberelement 200 (2(b))
betrieben werden, um den Zustand des Schalters 100 zurück in den
ersten Zustand zu verändern.
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Geeignete
Modifikationen an dem Schalter
100 werden ebenfalls als
innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung befindlich betrachtet,
wie es einem Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres ersichtlich
ist, nachdem er mit den Lehren der Erfindung vertraut geworden ist.
Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung auch auf optische Mikroschalter (nicht
gezeigt) anwendbar. Es wird diesbezüglich zum Beispiel auf die
US 6,323,447 B1 von
Kondoh et al. mit dem Titel "Electrical
Contact Breaker Switch, Integrated Electrical Contact Breaker Switch,
and Electrical Contact Switching Method" und die nicht-vorveröffentlichte
DE 103 08 551 A1 von
Marvin Wong mit dem Titel „Ein
piezoelektrisch betätigter Flüssigmetallschalter" verwiesen.
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Die
vorhergehende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des Schalters 100 ist
bereitgestellt, um die Operation desselben besser zu verstehen.
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Der
Schalter 100 kann eine Kanalplatte 110 und ein
Substrat 150 aufweisen, wie es gemäß einem Ausführungsbeispiel
in 2(a) beziehungsweise 2(b) detaillierter gezeigt ist. Es ist anzumerken, daß die Kanalplatte 110 in 2(a) gezeigt ist, wie dieselbe von oben durch
die Kanalplatte 110 blickend erscheint. Das Substrat 150 ist
in 2(b) gezeigt, wie dasselbe von
der Seite (z. B. oben) erscheint, die an die Kanalplatte 110 anstößt. Zusätzlich sind
der Hauptkanal 120, die Subkanäle 140, 142,
die Abfallkammern 210, 212 und Heizkammern 130, 132 in 2(b) umrissen, um das Vorhandensein derselben
bei Ausführungsbeispielen
anzugeben, bei denen zumindest ein Abschnitt dieser Merkmale in
dem Substrat 150 bereitgestellt ist, wie es oben erörtert ist.
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Die
Kanalplatte 110 weist einen Hauptkanal 120 und
Abfallkammern 210, 212 auf, die in derselben gebildet
sind. Das Substrat 150 weist Kontaktanschlußflächen 160, 162, 164 auf.
Die Kontaktanschlußflächen 160, 162, 164 können auf
einem benetzbaren Material hergestellt sein. Wo die Kontaktanschlußflächen 160, 162, 164 dazu
dienen, elektrische Verbindungen herzustellen, sind die Kontaktanschlußflächen 160, 162, 164 aus
einem leitfähigen Material,
wie beispielsweise einem Metall, hergestellt.
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Die
Kontaktanschlußflächen 160, 162, 164 sind
voneinander beabstandet. Vorzugsweise öffnen sich die Subkanäle 140, 142 zu
der Hauptkammer 120 in dem Raum, der zwischen den Kontaktanschlußflächen 160, 162, 164 bereitgestellt
ist. Eine derartige Anordnung dient dazu, um eine Trennung des flüssigen Schaltelements 180 während Schaltoperationen
zu verbessern.
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Ein
flüssiges
Schaltelement 180 kann auf die Kontaktanschlußflächen 160, 162, 164 aufgebracht werden,
wie es gemäß einem
Ausführungsbeispiel
in 3 gezeigt ist. Vorzugsweise ist das flüssige Schaltelement 180 mehr
als nötig
ist, um eine Schaltfunktion zu erfüllen. Ein Überschußabschnitt des flüssigen Schaltelements
entlädt
sich aus dem Hauptkanal 120 in die Abfallkammern 210, 212,
wenn die Kanalplatte 110 mit dem Substrat 150 zusammengefügt wird,
wie es im folgenden detaillierter erörtert wird.
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Der
Hauptkanal 120 kann von den Abfallkammern 210, 212 durch
Sperren oder Barrieren 300, 302 auf der Kanalplatte 110 isoliert
sein. Die Barrieren 300, 302 dienen dazu, das
flüssige
Schaltelement 180 während
eines Zusammenfügens
in den Hauptkanal 120 und die Abfallkammern 210, 212 zu isolieren,
siehe zum Beispiel die Darstellung von 4 durch 7,
die unten erörtert
wird. Die Barrieren 300, 302 dienen auch dazu,
nach einem Zusammenfügen
(z. B. während
einer Operation des Schalters 100) das überflüssige flüssige Schaltelement 180 in
den Abfallkammern 210, 212 zu isolieren. Folglich
müssen
die Abfallkammern 210, 212 nicht getrennt abgedichtet
sein, aber können
es sein, falls es so gewünscht
wird.
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Abdichtriemen 220, 222, 224 können auf
der Kanalplatte 110 bereitgestellt sein, um ein Benetzen des
flüssigen
Schaltelements 180 zu der Kanalplatte 110 zu fördern. Die
Abdichtriemen 220, 222, 224 sind in 2(a) in einer Umrißform dargestellt, um die Position
derselben relativ zu dem Hauptkanal 120 und den Abfallkammern 210, 212 (d.
h. über
den Kanälen liegend)
besser zu zeigen.
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Die
Abdichtriemen 220, 222, 224 sind vorzugsweise
aus einem benetzbaren Material hergestellt. Geeignete Materialien
können
Metall und Metallegierungen umfassen, um nur wenige zu nennen. Bei
einem Ausführungsbeispiel
sind die Abdichtriemen 220, 222, 224 aus
einer oder mehreren Schichten eines Dünnfilmmetalls hergestellt.
Zum Beispiel können
die Abdichtriemen 220, 222, 224 eine
dünne Schicht
(z. B. etwa 1000 Å)
aus Chrom (Cr), eine dünne
Schicht (z. B. etwa 5000 Å)
aus Platin (Pt) und eine dünne
Schicht (z. B. etwa 1000 Å)
aus Gold (Au) aufweisen. Die äußerste Schicht
aus Gold löst
sich schnell auf, wenn dieselbe in Kontakt mit einem flüssigen Schaltelement 180 aus
Quecksilber (Hg) kommt, und das Quecksilber bildet mit der Schicht aus
Platin eine Legierung. Folglich benetzt das flüssige Schaltelement 180 ohne
weiteres die Abdichtriemen 220, 222, 224.
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Es
ist anzumerken, daß einer
der Abdichtriemen (z. B. 220) sich vorzugsweise über eine
der Barrieren (z. B. 300) in die benachbarte Abfallkammer
(z. B. 210) erstreckt. Daher benetzt das flüssige Schaltelement 180 die
Barriere 300 und überschüssiges flüssiges Schaltelement 180 wird
ohne weiteres während
eines Zusammenfügens
(siehe 4) in die Abfallkammer 210 entladen.
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Es
ist ebenfalls anzumerken, daß einer
der Abdichtriemen (z. B. 224) sich vorzugsweise nicht über eine
der Barrieren (z. B. 302) in die benachbarte Abfallkammer
(z. B. 212) erstreckt. Das flüssige Schaltelement 180 benetzt
ohne einen Abdichtriemen die Barriere 302 nicht ohne weiteres.
Folglich wird zumindest ein Abschnitt des flüssigen Schaltelements 180 während einem
Zusammenfügen
(siehe 5) in den Hauptkanal 120 zu der Kontaktanschlußfläche 162 hin
gedrängt.
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Auf
ein Zusammenfügen
folgend, bleibt die gewünschte
Menge des flüssigen
Schaltelements 180 in dem Hauptkanal 120, wie
es in 7 und 8 gezeigt ist. Das flüssige Schaltelement 180, das
in dem Hauptkanal 120 bleibt, kann verwendet werden, um
eine Zustandsänderung
bei dem Schalter 100 zu bewirken, wie es oben beschrieben
ist. Ein Überschuß des flüssigen Schaltelements 180 wird von
dem Hauptkanal 120 in den Abfallkammern 210, 212 isoliert.
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Vorzugsweise
sind die Abfallkammern 210, 212 von dem Hauptkanal 120 durch
Barrieren 300, 302 getrennt. Die Abfallkammern
können
ebenfalls abgedichtet sein (z. B. um den äußeren Umfang des Schalters 100).
Zum Beispiel können
an dem äußeren Umfang
der Kanalplatte 110 und/oder des Substrats 150 Abdichtungen 310, 312 bereitgestellt
sein. Daher bleibt überschüssiges flüssiges Schaltelement 180 in
den Abfallkammern 210, 212.
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Der
Schalter 100 kann gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wie folgt hergestellt werden. Das flüssige Schaltelement 180 wird
auf das Substrat 150 aufgebracht, wie es in 3 dargestellt ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel
wird das flüssige Schaltelement 180 auf
jede der Kontaktanschlußflächen 160, 162, 164 aufgebracht.
Obwohl das flüssige Schaltelement 180 nicht
genau abgemessen werden muß,
können
geeignete Volumina des aufgebrachten flüssigen Schaltelements 180 „Wölbungen" auf den Kontaktanschlußflächen 160, 162, 164 bilden,
doch dasselbe läuft
vorzugsweise nicht über
die Seiten der Kontaktanschlußflächen 160, 162, 164 auf
das Substrat 150.
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Die
Kanalplatte 110 kann benachbart zu dem Substrat 150 positioniert
sein. Obwohl die Kanalplatte 110 vor einem Aufbringen des
flüssigen
Schaltelements 180 benachbart zu dem Substrat 150 positioniert
werden kann, ist die Erfindung nicht auf diese Sequenz beschränkt. Die
Kanalplatte 110 kann dann zu dem Substrat 150 hin
bewegt werden.
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Wenn
die Kanalplatte 110 zu dem Substrat 150 hin bewegt
wird, kommt das flüssige
Schaltelement 180 auf den Kontaktanschlußflächen 160, 164 in
Kontakt mit den Barrieren 300, 302 auf der Kanalplatte 110,
wie es in 4 gezeigt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel
benetzt das flüssige
Schalt element 180 auf der Kontaktanschlußfläche 160 den
Abdichtriemen 220, der sich aus dem Hauptkanal 120 über die
Barriere 300 in die Abfallkammer 210 erstreckt. Folglich
wird überschüssiges flüssiges Schaltelement 180 in
die Abfallkammer 210 entladen und wird nicht in den Hauptkanal 120 gedrängt.
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Ebenso
gemäß dem Ausführungsbeispiel benetzt
das flüssige
Schaltelement 180 auf der Kontaktanschlußfläche 164 die
Barriere 302 nicht, da dieselbe nicht mit einem Abdichtriemen 220 versehen ist,
der sich in die Abfallkammer 212 erstreckt. Anstelle dessen
erhöht
sich der hydrostatische Druck des flüssigen Schaltelements 180,
wenn die Barriere 302 gegen dasselbe bewegt wird, und drängt das flüssige Schaltelement 180 in
den Hauptkanal 120 und in Kontakt mit den flüssigen Schaltelement 180 auf
der Kontaktanschlußfläche 162,
wie es in 4 und 5 gezeigt
ist. Ein Abschnitt des flüssigen Schaltelements 180 (d.
h. Überschuß) kann
auch in die Abfallkammer 212 entladen werden.
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Der
Zusammenfügungsprozeß weist
vorzugsweise ein Anhalten oder Verlangsamen einer Bewegung der Kanalplatte 110 zu
dem Substrat 150 hin für
eine Zeit auf, die ausreichend ist, um das flüssige Schaltelement 180 sich
ausgleichen oder in ein Gleichgewicht bringen zu lassen. Die Oberflächenspannung
des flüssigen
Schaltelements 180 bewirkt, das das flüssige Schaltelement 180 zu
einem Bereich hin fließt,
der einen größeren Querschnittsbereich aufweist
(d. h. die Abfallkammern 210, 212). Eine Bewegung
des flüssigen
Schaltelements 180 ist durch benetzbare Bereiche (d. h.
die Kontaktanschlußflächen 160, 164 und
die Abdichtriemen 220, 224) verbessert.
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Das
flüssige
Schaltelement 180 ist in 6 in einem
Gleichgewicht zwischen den Abfallkammern 210, 212 und
dem Hauptkanal 120 gezeigt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
erstreckt sich das flüssige
Schaltelement 180 auf der Kontaktanschlußfläche 160 im
wesentlichen senkrecht zu dem Substrat 150 und ist zwischen
der Kante der Kontaktanschlußfläche 160 und
der Kante des Abdichtriemens 220 ausgerichtet. Das flüssige Schaltelement 180 auf
der Kontaktanschlußfläche 164 hat
sich mit dem flüssigen
Schaltelement 180 auf der Kontaktanschlußfläche 162 vermischt.
Das flüssige
Schaltelement 180 benetzt die Kontaktanschlußflächen 162, 164 und den
Abdichtriemen 222, 224 und hat sich von der Kanalplatte 110 und
dem Substrat 150 zwischen die Kontaktanschlußflächen 162, 164 und
die Abdichtriemen 222, 224 „zurückgezogen". Überschüssiges Schaltelement 180 wird
entladen oder anderweitig in die Abfallkammern 210, 212 entfernt.
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Die
Kanalplatte 110 kann dann gegenüber dem Substrat 150 abgeschlossen
werden, wie es in 7 gezeigt ist. Das flüssige Schaltelement 180 kann
unter den Barrieren 300, 302 heraus- und in den Hauptkanal 120 und
die Abfallkammer 210, 212 hineingedrängt werden.
Das Volumen des flüssigen Schaltelements 180,
das unter den Barrieren 300, 302 herausgedrängt wird,
kann sich zu dem Luftraum zwischen dem flüssigen Schaltelement 180 in
dem Hauptkanal 120 hin wölben (wie es in 7 dargestellt
ist), doch dasselbe wird nicht soweit in den Hauptkanal 120 hineingedrängt, daß der Schalter kurzgeschlossen
ist.
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Die
Kanalplatte 110 kann mit dem Substrat 150 auf
jegliche geeignete Weise verbunden werden. Bei einem Ausführungsbeispiel
wird ein Haftmittel verwendet, um die Kanalplatte 110 mit
dem Substrat 150 zu verbinden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
können
Schrauben oder andere geeignete Befestigungsvorrichtungen verwendet
werden. Die Barrieren 300, 302 dienen dazu, den
Hauptkanal 120 von den Abfallkammern 210, 212 zu
isolieren.
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Der
Schalter 100 kann wie oben beschrieben betrieben werden.
Durch eine kurze Darstellung ist der Schalter 100 in 7 in
einem ersten Zustand gezeigt, wobei das flüssige Schaltelement 180 einen leitfähigen Weg
zwischen den Kon taktanschlußflächen 162 und 164 herstellt.
Das Treiberelement 202 (2(b))
kann betrieben werden, um eine Zustandsänderung des Schalters 100 zu
bewirken, wie es oben erörtert
ist. Eine Operation des Treiberelements 202 bewirkt, daß das flüssige Schaltelement 180 sich
zu dem anderen Ende des Hauptkanals 120 hin bewegt, wobei
das flüssige
Schaltelement 180 einen leitfähigen Weg zwischen den Kontaktanschlußflächen 160 und 162 herstellt,
wie es in 8 gezeigt ist. Das Treiberelement 200 (2(b)) kann betrieben werden, um den Zustand des
Schalters 100 zurück
in den ersten Zustand (7) zu ändern.
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Es
ist ohne weiteres ersichtlich, daß der Schalter 100 und
die Herstellung desselben gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung eine wichtige Entwicklung auf dem Gebiet
darstellen. Die vorliegende Erfindung läßt eine Abweichung bei dem
Flüssigmetallvolumen
zu, das abgemessen und in den Hauptkanal 120 zugeführt wird. Überschüssiges flüssiges Schaltelement 180 wird
in die Abfallkammer(n) 210, 212 entfernt. Folglich
korrigiert die vorliegende Erfindung volumetrische Fehler, die während einer Zusammenfügung von
Kontaktschaltvorrichtungen (z. B. LIMMS) eingebracht werden können. Zum
Beispiel korrigiert die vorliegende Erfindung volumetrische Fehler,
die aus der Toleranz der Zuführungswerkzeuge
resultieren. Die vorliegende Erfindung korrigiert ebenfalls volumetrische
Fehler, die aus Schwankungen in den Abmessungen des Hauptkanals 120 selbst
resultieren.