DE10360915A1

DE10360915A1 - Hochfrenquenz-Verriegelungsrelais mit Biegeschalterschiene

Info

Publication number: DE10360915A1
Application number: DE10360915A
Authority: DE
Inventors: Marvin Glenn Woodland Park Wong
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2004-11-25
Also published as: GB0407185D0; US6900578B2; TW200421384A; GB2400745A; GB2400745B; JP2004319502A; US20040201321A1

Abstract

Ein elektrisches Relais, das eine Leitflüssigkeit in dem Schaltmechanismus verwendet. In dem Relais ist ein Paar von bewegbaren Schaltkontakten an dem freien Ende einer Schalterschiene angebracht und zwischen einem Paar von festen elektrischen Kontaktanschlußflächen positioniert. Die Verbindungen mit den Schaltkontakten und den festen Kontaktanschlußflächen sind durch Masseleiterbahnen abgeschirmt. Eine Oberfläche jedes Kontakts trägt ein Tröpfchen einer Leitflüssigkeit, wie z. B. ein Flüssigmetall. Ein piezoelektrischer Betätiger wird mit Energie versorgt, um die Schalterschiene zu drücken oder zu ziehen und das Paar von Schaltkontakten zu bewegen, wodurch der Zwischenraum zwischen einer der festen Kontaktanschlußflächen und einem der Schaltkontakte geschlossen wird, wodurch bewirkt wird, daß sich Leitflüssigkeitströpfchen vereinigen und eine elektrische Schaltung bilden. Gleichzeitig wird der Zwischenraum zwischen der anderen festen Kontaktanschlußfläche und dem anderen Schaltkontakt vergrößert, wodurch bewirkt wird, daß Leitflüssigkeitströpfchen getrennt werden und eine elektrische Schaltung unterbrechen. Die Energieversorgung des piezoelektrischen Betätigers wird dann unterbrochen und die Schaltkontakte kehren zu ihren Startpositionen zurück. Das Volumen des Flüssigmetalls wird so ausgewählt, daß Flüssigmetalltröpfchen vereinigt oder getrennt bleiben, aufgrund der Oberflächenspannung in der Flüssigkeit. Das Relais ist für eine Herstellung durch ...

Description

Diese Anmeldung bezieht sich auf die mitanhängige Anmeldung 10011056, „Verriegelungsrelais mit Schalterschiene", die hierdurch durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) zum elektrischen Schalten, und insbesondere auf ein piezoelektrisch betätigtes Verriegelungsrelais mit Flüssigmetallkontakten.

Flüssigmetalle, wie z. B. Quecksilber, wurden bei elektrischen Schaltern verwendet, um einen elektrischen Weg zwischen zwei Leitern bereitzustellen. Ein Beispiel ist ein Quecksilberthermostatschalter, bei dem eine Bimetallstreifenspule auf Temperatur reagiert und den Winkel eines verlängerten Hohlraums ändert, der Quecksilber enthält. Das Quecksilber in dem Hohlraum bildet ein einzelnes Tröpfchen aufgrund hoher Oberflächenspannung. Gravitation bewegt das Quecksilbertröpfchen zu dem Ende des Hohlraums, der elektrische Kontakte enthält, oder zu dem anderen Ende, abhängig von dem Winkel des Hohlraums. Bei einem manuellen Flüssigmetallschalter wird ein Dauermagnet verwendet, um ein Quecksilbertröpfchen in einem Hohlraum zu bewegen.

Flüssigmetall wird ebenfalls in Relais verwendet. Ein Flüssigmetalltröpfchen kann durch eine Vielzahl von Techniken bewegt werden, einschließlich elektrostatischer Kräfte, variabler Geometrie aufgrund thermischer Ausdehnung/Kontraktion und magneto-hydrodynamischer Kräfte.

Herkömmliche piezoelektrische Relais verriegeln entweder nicht oder verwenden Restladungen in dem piezoelektrischen Material, um zu verriegeln oder einen Schalter anderweitig zu aktivieren, der einen Verriegelungsmechanismus kontaktiert.

Ein schnelles Schalten von hohen Strömen wird bei einer großen Vielzahl von Bauelementen verwendet, liefert aber ein Problem für Festkörperkontakt-basierte Relais, aufgrund einer Lichtbogenbildung, wenn ein Stromfluß unterbrochen wird. Die Lichtbogenbildung bewirkt einen Schaden an den Kontakten und verschlechtert ihre Leitfähigkeit aufgrund von Lochfraß an den Elektrodenoberflächen.

Mikroschalter wurden entwickelt, die Flüssigmetall als das Schaltelement verwenden und die Ausdehnung eines Gases, wenn es erwärmt wird, um das Flüssigmetall zu bewegen und die Schaltfunktion zu betätigen. Flüssigmetall weist einige Vorteile gegenüber anderen Mikrobearbeitungstechniken auf, wie z. B. die Fähigkeit, relativ hohe Leistungen zu schalten (ungefähr 100 mW), unter Verwendung von Metall-zu-Metall-Kontakten, ohne Mikroschweißen oder Übererwärmen des Schaltmechanismus. Die Verwendung von erwärmten Gas weist jedoch mehrere Nachteile auf. Es erfordert einen relativ großen Betrag an Energie, um den Zustand des Schalters zu ändern, und die Wärme, die durch das Schalten erzeugt wird, muß effektiv abgeführt werden, wenn der Schaltarbeitszyklus hoch ist. Zusätzlich dazu ist die Betätigungsrate relativ langsam, wobei die Maximalrate auf einige hundert Hertz beschränkt ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Relais mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Relais gemäß Anspruch 1 gelöst.

Ein elektrisches Relais ist offenbart, das eine Leitflüssigkeit in dem Schaltmechanismus verwendet. Bei dem Relais ist ein Paar von Schaltkontakten an dem freien Ende einer Schalterschiene angebracht und zwischen einem Paar von festen Kontaktanschlußflächen positioniert. Jeder Kontakt trägt ein Tröpfchen einer Leitflüssigkeit, wie z. B. eines Flüssigmetalls. Ein piezoelektrischer Betätiger wird mit Energie versorgt, um die Schalterschiene in einer lateralen Richtung zu bewegen und den Zwischenraum zwischen einer der festen Kontaktanschlußflächen und einem der Schaltkontakte zu schließen, wodurch bewirkt wird, daß sich Leitflüssigkeitströpfchen vereinigen und eine elektrische Schaltung bilden. Gleichzeitig wird der Zwischenraum zwischen der anderen festen Kontaktanschlußfläche und dem anderen Schaltkontakt vergrößert, wodurch bewirkt wird, daß das Leitflüssigkeitströpfchen getrennt wird und eine elektrische Schaltung unterbricht.

Die neuen Merkmale, die als charakteristisch für die Erfindung betrachtet werden, werden in den Ansprüchen ausgeführt. Die Erfindung selbst jedoch, sowie der bevorzugte Verwendungsmodus und weitere Ziele und Vorteile derselben sind am besten Bezug nehmend auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung eines darstellenden Ausführungsbeispiel verständlich.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Verriegelungsrelais der vorliegenden Erfindung;
2 eine Draufsicht eines Verriegelungsrelais der vorliegenden Erfindung mit entfernter Abdeckungsschicht;
3 eine Querschnittsansicht eines Verriegelungsrelais der vorliegenden Erfindung;
4 eine Draufsicht eines Schaltungssubstrats eines Verriegelungsrelais der vorliegenden Erfindung mit entfernter Abdeckungsschicht;
5 eine weitere Querschnittsansicht eines Verriegelungsrelais der vorliegenden Erfindung; und
6 eine wiederum weitere Querschnittsansicht eines Verriegelungsrelais der vorliegenden Erfindung.
Während diese Erfindung einem Ausführungsbeispiel in vielen unterschiedlichen Formen unterliegt, sind in den Zeichnungen spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt und diese werden hierin detailliert beschrieben, mit dem Verständnis, daß die vorliegende Offenbarung als exemplarisch für die Prinzipien der Erfindung betrachtet wird, und es nicht vorgesehen ist, die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele einzuschränken, die gezeigt und beschrieben sind. Bei der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um die gleichen, ähnliche oder entsprechende Teile in den unterschiedlichen Ansichten der Zeichnungen zu beschreiben.
Das elektrische Relais der vorliegenden Erfindung verwendet eine Leitflüssigkeit, wie z. B. Flüssigmetall, um den Zwischenraum zwischen zwei elektrischen Kontakten zu überbrücken und dadurch eine elektrische Schaltung zwischen den Kontakten zu schließen. Die bewegbaren elektrischen Kontakte, die als Schaltkontakte bezeichnet werden, sind an dem freien Ende einer Schalterschiene angebracht und zwischen einem Paar von festen Kontaktanschlußflächen positioniert. Eine Oberfläche jedes Kontakts trägt ein Tröpfchen einer Leitflüssigkeit. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Leitflüssigkeit ein Flüssigmetall, wie z. B. Quecksilber, mit hoher Leitfähigkeit, niedriger Flüchtigkeit und hoher Oberflächenspannung. Ein piezoelektrischer Betätiger ist konfiguriert, um die Schalterschiene in einer lateralen Richtung zu drücken oder zu ziehen, wodurch die Schaltkon takte so bewegt werden, daß sich ein erster Schaltkontakt hin zu einer ersten festen Kontaktanschlußfläche bewegt. Magnetorestriktive Betätiger, wie z. B. Terfenol-D, die sich im Vorhandensein eines Magnetfeldes deformieren, können als eine Alternative zu piezoelektrische Betätiger verwendet werden. In der Folge werden piezoelektrische Betätiger und magnetorestriktive Betätiger kollektiv als „piezoelektrische Betätiger" bezeichnet. Dies bewirkt, daß sich die Leitflüssigkeitströpfchen an den Kontakten vereinigen und eine elektrische Schaltung zwischen dem ersten Schaltkontakt und der ersten festen Kontaktanschlußfläche schließen. Da die Schaltkontakte zwischen den festen Kontaktanschlußflächen plaziert sind, bewegt sich der zweite Schaltkontakt weg von der zweiten festen Kontaktanschlußfläche, wenn sich der erste Schaltkontakt hin zu der ersten festen Kontaktanschlußfläche bewegt. Nachdem sich der Schaltzustand geändert hat, wird die Energieversorgung des piezoelektrischen Betätigers abgeschaltet und die Schaltkontakte kehren zu ihren Startpositionen zurück. Die Leitflüssigkeitströpfchen bleiben in einem einzelnen Volumen vereinigt, da das Volumen der Leitflüssigkeit so ausgewählt ist, daß Oberflächenspannung die Tröpfchen zusammenhält. Die elektrische Schaltung wird wieder unterbrochen durch Versorgen des elektrischen Betätigers mit Energie, um den ersten Schaltkontakt weg von der ersten festen Schaltkontaktanschlußfläche zu bewegen, um die Oberflächenspannungsverbindung zwischen den Leitflüssigkeitströpfchen zu unterbrechen. Die Tröpfchen bleiben getrennt, wenn die Energieversorgung des piezoelektrischen Betätigers unterbrochen wird, vorausgesetzt es ist ausreichend Flüssigkeit vorhanden, um den Zwischenraum zwischen den Kontakten zu überbrücken. Das Relais ist für eine Herstellung durch Mikrobearbeitungstechniken abänderbar.
1 ist eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles eines Verriegelungsrelais der vorliegenden Erfindung. Bezug nehmend auf 1 weist das Relais 100 drei Schichten auf: ein Schaltungssubstrat 102, eine Schaltschicht 104 und eine Abdeckungsschicht 106. Diese drei Schichten bilden das Relaisgehäuse. Das Schaltungssubstrat 102 trägt elektrische Verbindungen zu den Elementen in der Schaltschicht und liefert eine untere Abdeckung für die Schaltschicht. Das Schaltungssubstrat 102 kann z. B. aus Keramik oder Silizium hergestellt sein und ist für eine Herstellung durch Mikrobearbeitungstechniken abänderbar, wie z. B. jene, die bei der Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen verwendet werden. Die Schaltschicht 104 kann zum Beispiel aus Keramik oder Glas hergestellt sein oder kann aus Metall beschichtet mit einer Isolierschicht (wie z. B. Keramik) hergestellt sein. Die Abdeckungsschicht 106 deckt die Oberseite der Schaltschicht 104 ab und dichtet den Schalthohlraum 108 ab. Die Abdeckungsschicht 106 kann zum Beispiel aus Keramik, Glas, Metall oder Polymer hergestellt sein, oder aus Kombinationen dieser Materialien. Glas, Keramik oder Metall wird bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet, um eine hermetische Abdichtung bereitzustellen.
2 ist eine Draufsicht des Relais mit entfernter Abdeckungsschicht und Leitflüssigkeit. Bezug nehmend auf 2 lagert die Schaltschicht 104 einen Schalthohlraum 108 ein. Der Schalthohlraum 108 ist unten durch das Schaltungssubstrat 102 abgedichtet und oben durch die Abdeckungsschicht 106 abgedichtet. Der Hohlraum kann mit einem inerten Gas gefüllt sein. Ein piezoelektrischer Betätiger 110 ist an der Schaltschicht angebracht. Eine Schalterschiene 112 ist an einem Ende an die Schaltschicht angebracht und ist an dem anderen Ende frei. Das angebrachte Ende kann schwenkbar oder fest sein. Der piezoelektrische Betätiger 110 ist in einem Ausdehnungsmodus deformierbar und wirkt auf die Schalterschiene 112, so daß das freie Ende der Schalterschiene sich lateral zwischen dem festen Kontaktanschlußflächen 122 und 124 bewegt. Die Schaltkontakte 114 und 116 sind an dem freien Ende der Schalterschiene 112 angebracht. Bei dem bevorzugten Ausführungeibeispiel wird ein elektrisches Signal zu den Schaltkontakten durch zusätzliche bewegbare Kontakte 118 und 120 an der Schalterschiene 112 geleitet, die elektrisch mit den Schaltkontakten 114 und 116 gekoppelt sind. Die zusätzlichen bewegbaren Kontakte sind mit einer elektrischen Anschlußfläche 126 an dem Schaltungssubstrat über ein Tröpfchen aus Leitflüssigkeit gekoppelt, wie z. B. einem Flüssigmetall, das zwischen den zusätzlichen bewegbaren Kontakten und der Anschlußfläche 126 benetzt. Die Oberfläche zwischen den Kontakten 118 und 120 und den Schaltkontakten 114 und 116 ist nicht benetzbar, um eine Migration der Leitflüssigkeit zu verhindern und zu ermöglichen, daß die korrekten Flüssigkeitsvolumen beibehalten werden. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird ein elektrisches Signal zu den Schaltkontakten 114 und 116 durch Schaltungsleiterbahnen oder leitfähige Beschichtungen auf der Schalterschiene 112 geliefert. Feste Kontaktanschlußflächen 122 und 124 sind an dem Schaltungssubstrat angebracht. Die freiliegenden Flächen der Kontakte sind durch eine Leitflüssigkeit benetzbar, wie z. B. ein Flüssigmetall. Die externen Oberflächen, die die elektrischen Kontakte trennen sind nicht benetzbar, um eine Flüssigkeitsmigration zu verhindern. In Betrieb wird der Betätiger 110 in einem Ausdehnungsmodus deformiert, durch Anlegen einer elektrischen Spannung über das piezoelektrische Element. Die Schalterschiene wirkt als ein Hebel und verstärkt die Verschiebung des Betätigers. Die Verschiebung der Schalterschiene bewegt die Schaltkontakte 114 und 116 zwischen den festen Kontakten 122 und 124. Für ein Niedrigfrequenzschalten können die Kontaktanschlußflächen 122, 124 und 126 mit einem Muttersubstrat verbunden werden, durch eine geeignete Schaltungsleitung zusammen mit Anschlußflächen und Lötkügelchen auf der Unterseite des Schaltungssubstrats. Für eine mittlere und hohe Frequenz sind die Schaltkontaktanschlußflächen 122, 124 und 126 elektrisch durch Schaltungsleiterbahnen 134, 136 bzw. 128 verbunden, die mit Kurzbanddrahtverbindungen an der Kante des Schaltungssubstrats 102 verbunden sein können. Ebenfalls für ein Hochfrequenzschalten können Masseleiterbahnen 130 auf der Oberseite des Schaltungssubstrats 102 umfaßt sein, an einer der beiden Seiten der Signalleiterbahnen. Diese werden nachfolgend Bezug nehmend auf 4 erörtert.
3 ist eine Querschnittsansicht durch den Abschnitt 3-3 des Verriegelungsrelais, das in 2 gezeigt ist. Die Ansicht zeigt die drei Schichten: das Schaltungssubstrat 102, die Schaltschicht 104 und Abdeckungsschicht 106. Das freie Ende der Schalterschiene 112 ist innerhalb des Schaltkanals 108 zwischen den festen Kontaktanschlußflächen 122 und 124 bewegbar. Elektrische Verbindungsleiterbahnen (nicht gezeigt) zum Liefern von Steuerungssignalen zu dem piezoelektrischen Betätiger können auf der oberen Oberfläche des Schaltungssubstrats 102 aufgebracht sein oder durch Durchgangslöcher in dem Schaltungssubstrat verlaufen. Jeder Kontakt trägt ein Tröpfchen einer Leitflüssigkeit, das durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit vor Ort gehalten wird. Aufgrund der geringen Größe der Tröpfchen dominiert die Oberflächenspannung alle Körperkräfte auf die Tröpfchen und so werden die Tröpfchen vor Ort gehalten, sogar wenn das Relais bewegt wird. Die Flüssigkeit zwischen den Kontakten 114 und 122 ist in zwei Tröpfchen 140 getrennt, eines an jedem der Kontakte 114 und 122. Die Flüssigkeit zwischen den Kontakten 116 und 124 vereinigt sich zu einem einzelnen Volumen 142. Somit besteht eine elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 116 und 124, aber keine Verbindung zwischen den Kontakten 114 und 122.
Wenn die Schalterschiene 112 in einer ersten Richtung verschoben wird, wird der erste Schaltkontakt 114 hin zu dem ersten festen Kontakt 122 bewegt und der zweite Schaltkontakt 116 wird weg von dem zweiten festen Kontakt 124 bewegt. Wenn ein Zwischenraum zwischen den Kontakten 116 und 124 groß genug ist, ist die Leitflüssigkeit nicht ausreichend, um den Zwischenraum zwischen den Kontakten zu überbrücken, und die Leitflüssigkeitsverbindung 142 wird unterbrochen. Wenn der Zwischenraum zwischen den Kontakten 116 und 122 klein genug ist, vereinigen sich die Flüssigkeitströpfchen 140 miteinander und bilden eine elektrische Verbindung zwischen den Kontakten. Das Flüssigkeitsvolumen ist so ausgewählt, daß die vereinigten Tröpfchen 114 vereinigt bleiben und die getrennten Tröpfchen 142 getrennt bleiben, wenn die Energieversorgung des Betätigers unterbrochen wird und die Schalterschiene zurück zu ihrer nichtabgelenkten Position kehrt. Auf diese Weise wird das Relais in den neuen Schalterzustand verriegelt. Der Schalterzustand kann zu dem zurückkehren, der in 3 gezeigt ist, durch Bewegen der Schalterschiene 112 in der entgegengesetzten Richtung, um die Flüssigkeitsverbindung zwischen den Kontakten 114 und 122 zu unterbrechen und zu bewirken, daß sich die Flüssigkeitströpfchen 142 wieder vereinigen.
Die Verwendung von Quecksilber oder einem anderen Flüssigmetall mit hoher Oberflächenspannung, um eine flexible, nichtkontaktierende elektrische Verbindung zu bilden, führt zu einem Relais mit hoher Stromkapazität, das Lochfraß und Oxidaufbau verhindert, das durch lokales Erwärmen bewirkt wird.
Eine Draufsicht des Schaltungssubstrats 102 ist in 4 gezeigt. Signalleiterbahnen 128, 134 und 136 stellen eine Verbindung mit festen Kontaktanschlußflächen 126, 122, bzw. 124 her. Die Leiterbahnen sind mit einem Material bedeckt, so daß die Leitflüssigkeit nicht benetzt, um eine ungewollte Übertragung von Leitflüssigkeit zu verhindern. Obere Masseleiterbahnen 130 sind auf jeder Seite der Signalleiterbahnen positioniert, um eine elektrische Abschirmung bereitzustellen. Durchgangslöcher 150 liefern elektrische Verbindungen von den oberen Masseleiterbahnen 130 zu den unteren Masseleiterbahnen 132, so daß Masseströme die Signalströme stromaufwärts und stromabwärts von der Schaltstruktur umgeben können. Alle Biegungen in den Leiterbahnen sind weniger als 45°, um Reflexionen zu minimieren. Zusätzliche Schaltungsleiterbahnen (nicht gezeigt) zum Liefern von Steuerungssignalen zu den Betätiger können ebenfalls auf dem Schaltungssubstrat gebildet sein. Alternativ kann der Betätiger durch geeignete Schaltungsleitung, Anschluß flächen und Lötkügelchen auf der Unterseite des Substrats verbunden sein.
5 ist eine Querschnittsansicht durch den Abschnitt 5-5, der in 2 gezeigt ist. Das Leitflüssigkeitströpfchen 152 füllt den Zwischenraum zwischen den Kontakten 118 und 120 und der festen Kontaktanschlußfläche 126 und schließt eine elektrische Schaltung zwischen denselben. Das Flüssigkeitsvolumen ist so ausgewählt, daß eine Bewegung der Schalterschiene 112 diese Flüssigkeitsverbindung nicht unterbricht. Obere Masseleiterbahnen 130 an jeder Seite der Kontaktanschlußfläche 126 sind durch Durchgangslöcher 150 zu den unteren Masseleiterbahnen 132 gekoppelt, um eine elektrische Abschirmung bereitzustellen.
In einem Operationsmodus dient die Kontaktanschlußfläche 126 als ein gemeinsamer Anschluß und ein Signal, das mit dem Anschluß verbunden ist, wird entweder zu der Kontaktanschlußfläche 122 oder der Kontaktanschlußfläche 124 geschaltet, durch eine Bewegung des Betätigers 112.
6 ist eine Querschnittsansicht durch den Abschnitt 6-6, der in 2 gezeigt ist. Der piezoelektrische Betätiger 110 ist an der Schaltschicht 104 an einem Ende und an der Schalterschiene 112 an dem anderen Ende angebracht. In Betrieb dehnt sich der Betätiger aus oder zieht sich zusammen, um die Schalterschiene zu drücken oder zu ziehen und dieselbe lateral zu versetzen.

Claims

Elektrisches Relais, das folgende Merkmale aufweist: eine Abdeckungsschicht (106); ein Schaltungssubstrat (102); eine Schaltschicht (104), die zwischen dem Schaltungssubstrat (102) und der Abdeckungsschicht (106) positioniert ist und einen Schalthohlraum (108) gebildet in derselben aufweist; eine erste (134) und eine zweite (136) elektrische Leiterbahn, die auf dem Schaltungssubstrat gebildet sind und an einer ersten (122) bzw. einer zweiten (124) festen Kontaktanschlußfläche in dem Schalthohlraum (108) enden; eine Schalterschiene (112), die ein festes Ende, das mit der Schaltschicht (104) gekoppelt ist, und ein freies Ende aufweist; einen ersten (114) und einen zweiten (116) Schaltkontakt, die an dem freien Ende der Schalterschiene (112) angebracht sind und zwischen der ersten (122) und der zweiten (124) festen Kontaktanschlußfläche positioniert sind; eine dritte elektrische Leiterbahn (128), die auf dem Schaltungssubstrat (102) gebildet ist und elektrisch mit zumindest einem des ersten (114) und des zweiten (116) Schaltkontaktes gekoppelt ist; eine erste Mehrzahl von Masseleiterbahnen (130), die auf dem Schaltungssubstrat (102) gebildet sind, um eine elektrische Abschirmung zu der ersten (134), der zweiten (136) und der dritten (128) elektrischen Leiterbahn bereitzustellen; einen piezoelektrischen Betätiger (110), der mit der Schaltschicht (104) und der Schalterschiene (112) zwischen ihrem freien Ende und ihrem festen Ende gekoppelt ist, wobei der piezoelektrische Betätiger in einem Ausdehnungsmodus deformierbar ist, um die Schalterschiene zu verschieben und die Schaltkontakte (114, 116) zwischen den festen Kontaktanschlußflächen (122, 124) zu bewegen; ein erstes Leitflüssigkeitsvolumen (140) in benetztem Kontakt mit dem ersten Schaltkontakt (114) und der ersten festen Kontaktanschlußfläche (122); und ein zweites Leitflüssigkeitsvolumen (142) in benetztem Kontakt mit dem zweiten Schaltkontakt (116) und der zweiten festen Kontaktanschlußfläche (124); wobei: eine Bewegung der Schaltkontakte in einer ersten Richtung bewirkt, daß das erste Leitflüssigkeitsvolumen (140) eine Verbindung zwischen dem ersten Schaltkontakt (114) und der ersten festen Kontaktanschlußfläche (122) bildet und bewirkt, daß das zweite Leitflüssigkeitsvolumen (142) in zwei Tröpfchen getrennt wird, wodurch eine Verbindung zwischen dem zweiten Schaltkontakt (116) und der zweiten festen Kontaktanschlußfläche (124) unterbrochen wird; und eine Bewegung der Schaltkontakte in einer zweiten Richtung bewirkt, daß das Leitflüssigkeitsvolumen (140) in zwei Tröpfchen getrennt wird, wodurch die Verbindung zwischen dem ersten Schaltkontakt (114) und der ersten festen Kontaktanschlußfläche (122) unterbrochen wird, und bewirkt, daß das zweite Leitflüssig keitsvolumen (142) eine Verbindung zwischen dem zweiten Schaltkontakt (116) und der zweiten festen Kontaktanschlußfläche (124) bildet.
Elektrisches Relais gemäß Anspruch 1, bei dem das erste (140) und das zweite (142) Leitflüssigkeitsvolumen Flüssigmetalltröpfchen sind.
Elektrisches Relais gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das erste (140) und das zweite (142) Leitflüssigkeitsvolumen derart sind, daß verbundene Volumen verbunden bleiben, wenn die Schalterschiene (112) nicht verschoben ist, und getrennte Tröpfchen getrennt bleiben, wenn die Schalterschiene (112) nicht verschoben ist.
Elektrisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten bewegbaren Kontakt (118), der durch die Schalterschiene (112) getragen wird und elektrisch mit zumindest entweder dem ersten (114) oder dem zweiten (116) Schaltkontakt gekoppelt ist; eine dritte feste Kontaktanschlußfläche (126), die in der Nähe des ersten bewegbaren Kontakts (118) positioniert ist und elektrisch mit der dritten elektrischen Leiterbahn (128) gekoppelt ist; und ein drittes Leitflüssigkeitsvolumen (152), das in benetztem Kontakt mit dem ersten bewegbaren Kontakt (118) und der dritten festen Kontaktanschlußfläche (126) ist und eine elektrische Verbindung zwischen denselben bildet, wobei das dritte Leitflüssigkeitsvolumen (152) dimensioniert ist, so daß die elektrische Verbindung zwischen dem ersten bewegbaren Kontakt (118) und der dritten festen Kontaktanschlußfläche (126) beibehalten wird, wenn die Schalterschiene (112) verschoben ist.
Elektrisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zumindest entweder die erste (134), die zweite (136) oder die dritte (128) elektrische Leiterbahn an einer Kante des Schaltungssubstrats (102) endet.
Elektrisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner eine zweite Mehrzahl von Masseleiterbahnen (132) aufweist, die auf der unteren Oberfläche des Schaltungssubstrats (102) aufgebracht sind, wobei die erste Mehrzahl von Masseleiterbahnen (130) elektrisch mit der zweiten Mehrzahl von Masseleiterbahnen (132) durch eines oder mehrere Durchgangslöcher (150) verbunden ist, die durch das Schaltungssubstrat (102) verlaufen.
Elektrisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Relais durch ein Verfahren der Mikrobearbeitung hergestellt ist.
Elektrisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das feste Ende der Schalterschiene (112) starr an der Schaltschicht (104) befestigt ist.
Elektrisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das feste Ende der Schalterschiene (112) an der Schaltschicht (104) schwenkbar ist.
Elektrisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der erste (114) und der zweite (116) Schaltkontakt durch eine Oberfläche getrennt sind, die nicht durch Leitflüssigkeit benetzbar ist.
Elektrisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem alle Masseleiterbahnen der ersten Mehrzahl von Masseleiterbahnen (130) elektrisch miteinander gekoppelt sind.
Elektrisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der erste (114) und der zweite (116) Schaltkontakt elektrisch miteinander gekoppelt sind.
Elektrisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die dritte elektrische Leiterbahn (128) elektrisch mit dem ersten Schaltkontakt (114) gekoppelt ist und das ferner eine vierte elektrische Leiterbahn aufweist, die auf dem Schaltungssubstrat (102) gebildet ist und elektrisch mit dem zweiten Schaltkontakt (116) gekoppelt ist.
Elektrisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Leitflüssigkeitströpfchen Quecksilber ist.
Elektrisches Relais gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das Leitflüssigkeitströpfchen eine Galliumlegierung ist.