(57)【要約】【課題】スイッチング液として液体金属などを用いるスイッチにおいて、スイッチング液上の酸化物を低減すること。【解決手段】この方法は、第１の基板(103)上にスイッチング液(118)を置き、第１の基板(103)を第２の基板(101)に結合することを含む。第１の基板と第２の基板はそれらの間にスイッチング液を保持するキャビティを画定する。キャビティは、スイッチング液が第１の状態と第２の状態との間で移動できるような大きさである。スイッチング液を保持するキャビティ内にガス(122)を生成し、そのガスが、キャビティ内の酸素またはスイッチング液上の酸化物の少なくとも１つと反応する。【選択図】図２
2004319499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板（１０３）上にスイッチング液（１１８）を置くステップ（６０５）と、
前記第１の基板（１０３）を第２の基板（１０１）に結合するステップであって、前記第１の基板と前記第２の基板が、それらの間に前記スイッチング液を保持するキャビティを画定し、前記キャビティは、前記スイッチング液が第１の状態と第２の状態との間で移動できるような大きさである、ステップと、および
前記キャビティ内の酸素と前記スイッチング液上の酸化物のうち少なくとも１つと反応するガス（１２２）を、前記スイッチング液を保持するキャビティ内に生成するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記基板を結合する前に、前記基板の一方の上に触媒（４２０）を堆積するステップと、
前記触媒上に炭素層（４２２）を堆積するステップと、および
前記基板を結合した後に、前記触媒を励起してガスを生成するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記触媒を励起することが、前記触媒を加熱することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ガスを生成することが、前記触媒に光を当てることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記触媒が、白金触媒とパラジウム触媒のうち少なくとも１つを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記基板を結合する前に、前記基板の一方の上に抵抗ヒータ（５２０）を堆積するステップと、
前記抵抗ヒータ上に炭素層（５２２）を堆積するステップと、および
前記基板を結合した後に、前記ヒータを付勢するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ガスが一酸化炭素からなる、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記スイッチング液が、水銀、またはガリウム合金のうちの一方からなる、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
スイッチであって、
それらの間に多数のキャビティ（７０６、７０８、７１０）の少なくとも一部を画定するように結合された第１の基板（７０４）と第２の基板（７０２）と、
１つまたは複数の前記キャビティ内に露出された複数の電極（７１２、７１４、７１６）と、
スイッチング液（７１８）であって、前記キャビティのうち第１のキャビティ内に保持され、前記スイッチング液に加えられた力に応答して前記複数の電極のうち少なくとも１対を開閉するのに役立つ、スイッチング液（７１８）と、
前記第１のキャビティ内に保持され、前記キャビティ内の酸素と前記スイッチング液上の酸化物のうち少なくとも１つと反応するガス（７２２）と、
１つまたは複数の前記キャビティ内に保持され、前記スイッチング液に力を加える作動流体（７２０）とを備える、スイッチ。
【請求項１０】
スイッチであって、
それらの間に多数のキャビティ（８０６、８０８、８１０）の少なくとも一部を画定するように結合された第１の基板（８０４）と第２の基板（８０２）と、
１つまたは複数の前記キャビティ内に露出された、複数の濡れるパッド（８１２、８１４、８１６）と、
前記パッドを濡らし、１つまたは複数の前記キャビティ内に保持されたスイッチング液（８１８）であって、そのスイッチング液に加えられた力に応答して１つまたは複数の前記キャビティを介して光路（８２２／８２４、８２６／８２８）を開閉するように役立つ、スイッチング液（８１８）と、
第１のキャビティ内に保持され、前記キャビティ内の酸素と前記スイッチング液上の酸化物のうち少なくとも１つと反応するガス（８３０）と、および
１つまたは複数の前記キャビティ内に保持され、前記スイッチング液に力を加える作動流体（８２０）とを備える、スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
スイッチング液として水銀などの液体金属を使用する液体金属マイクロスイッチ（ＬＩＭＭＳ）が作成されている。液体金属は、電気接触を形成、および切断することができる。スイッチの状態を変更するために、スイッチング液に力が加えられ、それによりスイッチング液は形状を変化させて移動する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
液体金属は、スイッチの適正な機能を妨げる酸化膜を形成する場合がある。たとえば、酸化膜は液体金属の表面張力を増加させ、これによってスイッチが状態を変えるために必要なエネルギが増加する可能性がある。
【特許文献１】米国特許第６，３２３，４４７号明細書
【特許文献２】米国特許出願番号第１０／１３７，６９１号明細書
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一実施形態では、スイッチング液上の酸化物を低減するための方法が開示される。この方法は、第１の基板上にスイッチング液を置くことを含む。第１の基板を第２の基板に結合し、第１の基板と第２の基板はそれらの間にスイッチング液を保持するキャビティを画定する。キャビティの大きさは、スイッチング液が第１の状態と第２の状態との間で移動できるような大きさである。キャビティ内の酸素またはスイッチング液上の酸化物と反応するためのガスが、スイッチング液を保持するキャビティ内に生成される。
【０００４】
別の実施形態では、本方法は、第１の基板上にスイッチング液を置くことと、スイッチング液を保持するキャビティを第１の基板と第２の基板との間に画定するように第１の基板を第２の基板に結合することとを含む。キャビティの大きさは、スイッチング液が第１の状態と第２の状態との間で移動できるような大きさである。キャビティ内の酸素とスイッチング液上の酸化物のうち少なくとも１つと反応すべきガスが、キャビティ内に注入される。
【０００５】
本発明の例示的な実施形態は、図面に示される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、スイッチング液として液体金属などを用いるスイッチにおいて、スイッチング液に形成される酸化物を低減したり、または酸化物の形成を防ぐことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１と図２は、ＬＩＭＭＳのような液体を用いたスイッチを示す。スイッチ１００は、スイッチング液キャビティ１０４、１対の作動流体キャビティ１０２と１０６、１対のキャビティ１０８と１１０を含み、１対のキャビティ１０８と１１０は、作動流体キャビティ１０２と１０６のうち対応するキャビティをスイッチング液キャビティ１０４に接続する。より多くの、またはより少ないチャネルが、スイッチ内に形成され得ると考えられる。たとえば、１対の作動流体キャビティ１０２と１０６、および１対の接続キャビティ１０８と１１０は、単一の作動流体キャビティと単一の接続キャビティとに取り替えられ得る。
【０００８】
図３に示されるように、スイッチ１００は、スイッチング液１１８を第１の基板１０３上の複数の接触子１１２〜１１６上に置くこと（３０５）によって製作され得る。一実施形態において、スイッチング液は、水銀、またはガリウムを含む合金などの液体金属とすることができる。さらに詳細に後述されるように、スイッチング液１１８を使用して接触子１１２、１１４、１１６の間を接触したり切断したりすることができる。代替の実施形態において、スイッチング液は、複数の濡れるパッド上に置かれ、スイッチング液を使用して光路を開いたり遮断したりすることができる。図１に示されたスイッチは３つの接触子を含むが、代替の実施形態では異なる数の接触子を有することができることは理解されたい。
【０００９】
次に、第１の基板１０３と第２の基板１０１との間でスイッチング液１１８を保持するキャビティを画定するように、第１の基板１０３が第２の基板１０１に結合される（３１０）。キャビティの大きさは、スイッチング液１１８が第１と第２の状態との間で移動できるような大きさである。次に、ガス１２２が、スイッチング液を保持するキャビティ内に注入される（３１５）。注入は、基板を結合するプロセスの間に行ってもよいし、または結合した後に行ってもよい。ガスを使用してスイッチング液に形成される酸化物を低減したり、または酸化物の形成を防ぐように支援することができる。一例として、水銀がスイッチング液として使用される場合、ガス１２２は一酸化炭素または水素とすることができる。ガス１２２は、スイッチ内の遊離酸素、およびスイッチ内に形成される可能性のある水銀の酸化物と反応することができる。反応は、高い温度、あるいは１つまたは複数の触媒の使用など、反応を引き起こすための任意の適切な方法を使用して開始され得る。
【００１０】
次に、スイッチング液上の酸化物を低減するために使用され得る代替の方法を、図４、図５、および図６に関連して説明する。図４は、第１の基板４０３上に複数の接触子４１２、４１４、４１６を含むスイッチ４００を示す。スイッチング液４１８は、接触子上に置かれる（６０５）。スイッチング液４１８（たとえば水銀）を用いて、接触子間を接触させたり切断したりすることができる。代替の実施形態では、スイッチング液４１８は、複数の濡れるパッド上に置かれ、これを使用して光路を開いたり遮断したりすることができる。
【００１１】
スイッチング液を保持するキャビティが第１の基板４０３と第２の基板４０１との間で画定されるように、第１の基板４０３が第２の基板４０１に結合される（６１０）。キャビティは、スイッチング液４１８が第１の状態と第２の状態との間で移動できるような大きさである。
【００１２】
次に、スイッチング液４１８を保持するキャビティ内にガスが生成される（６１５）。ガスは、基板のうち１つの基板上に触媒４２０を堆積させることにより生成され得る。一例として、触媒は白金またはパラジウムとすることができる。他の適切な触媒も企図される。
【００１３】
炭素４２２が触媒４２０上に堆積される。炭素は薄層として堆積され得る。触媒４２０を励起させてガスを生成（６１５）することにより、キャビティ内に一酸化炭素を生成することができる。触媒は、その触媒を加熱することによって励起し、炭素を残留酸素と反応させることができる。代案として、スイッチの透過性が十分な場合、光を使用して反応を引き起こしたり、または反応速度を上げたりすることもできる。生成されたガスを使用して、スイッチング液４１８上に形成される酸化物を低減するか、または酸化物の形成を防ぐように支援することができる。図４は、スイッチング液を保持するキャビティ内に堆積された触媒４２０を示すが、代替の実施形態では、生成されたガスがスイッチング液４１８に達することのできるスイッチ内の他の位置に、触媒４２０を堆積しててもよい。
【００１４】
次に、ガスを生成（６１５）するために使用され得る代替の方法が、図５に関連して説明される。スイッチ５００は、第１の基板５０３上に複数の接触子５１２、５１４、５１６を含む。液体水銀のようなスイッチング液５１８が、接触子上に置かれる。スイッチング液を使用して接触子間を接触させたり切断したりすることができる。代替の実施形態において、スイッチング液は、濡れる複数のパッド上に置かれ、スイッチング液を使用して光路を開いたり遮断したりすることができる。
【００１５】
スイッチ５００はさらに、スイッチング液を保持するキャビティが基板間に画定されるように、第１の基板５０３に結合された第２の基板５０１を含む。ヒータ５２０（たとえば、厚膜または薄膜の抵抗ヒータ）を一方の基板上に堆積する。ヒータ５２０は、ヒータによって生成されるガスがスイッチング液５１８に達することのできる任意の位置に堆積され得ることを理解されたい。
【００１６】
炭素５２２をヒータ５２０上に堆積する。代案として、さらに詳細に後述するように、炭素５２２は、作動流体を加熱するために使用されるヒータ上に堆積されてもよい。ヒータを付勢して炭素と残留酸素を反応させることにより、一酸化炭素がキャビティ内に生成され得る。代案として、光を使用して反応を引き起こしたり、または反応速度を上げたりしてもよい。生成されたガスを使用して、スイッチング液５１８上に形成される酸化物を低減するか、または酸化物の形成を防ぐように支援することができる。
【００１７】
一実施形態によるスイッチの動作を、図７に関連して説明することができる。スイッチ７００は、互いに結合された第１の基板７０２と第２の基板７０４とからなる。基板７０２と７０４は、それらの間に多数のキャビティ７０６、７０８、および７１０を画定する。１つまたは複数のキャビティ内に、複数の電極７１２、７１４、７１６が露出する。１つまたは複数のキャビティ内に保持されたスイッチング液７１８（たとえば、水銀などの導電性液体金属）は、スイッチング液７１８に加えられた力に応答して、複数の電極７１２〜７１６のうち少なくとも１対を開閉する役割を果たす。１つまたは複数のキャビティ内に保持された作動流体７２０（たとえば、不活性ガスまたは液体）は、スイッチング液７１８に力を加える役割を果たす。
【００１８】
スイッチ７００の一実施形態において、スイッチング液７１８に加えられる力は、作動流体７２０内の圧力の変化から結果として生じる。作動流体７２０内の圧力の変化により、圧力変化がスイッチング液７１８に与えられ、これによってスイッチング液７１８には、形状の変化、移動、分離などが生じる。図７に示されるように、キャビティ７０６内に保持された作動流体７２０の圧力によって、スイッチング液７１８に力が加えられて、スイッチング液７１８が分割される。この状態において、スイッチ７００の最も右の電極対７１４と７１６は、互いに結合される。キャビティ７０６内に保持された作動流体７２０の圧力が緩和され、キャビティ７１０内に保持された作動流体７２０の圧力が増大すると、スイッチング液７１８は強制的に分割されて融合されるので、電極７１４と７１６は分断され、電極７１２と７１４は結合される。
【００１９】
一例として、作動流体７２０内の圧力変化は、作動流体７２０を加熱するか、または圧電ポンピングを用いて達成され得る。作動流体の加熱については、Kondoh他に発行された、「Electrical Contact Breaker Switch，Integrated Electrical Contact Breaker Switch，and Electrical Contact Switching Method」という題名の特許文献１に説明されており、この特許文献１は参照によりその開示全体が本明細書に組み込まれる。圧電ポンピングの使用については、２００２年５月２日に提出された、Marvin Glenn Wongの「A Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch」という題名の特許文献２に説明されており、この特許文献２も参照によりその開示全体が本明細書に組み込まれる。上記の特許文献１と特許文献２は、２つの押し／引き作動流体キャビティによるスイッチング液の移動を開示しているが、係るキャビティからスイッチング液にかなり十分な押し／引き圧力の変化を与えることができる場合、単一の押し／引き作動流体キャビティで十分である。図７に示されたようなスイッチの構成と動作に関連するさらなる詳細は、特許文献１の中にある。
【００２０】
スイッチ７００はさらに、スイッチング液７１８を含むキャビティ６０８内に保持されたガス７２２（たとえば、一酸化炭素または水素）を含む。一実施形態では、ガス７２２を使用してキャビティ７０８内の酸素と反応させることができる。また、ガス７２２は、スイッチング液７１８上に形成され得る酸化物と反応させるために使用されることもできる。高い温度、あるいは１つまたは複数の触媒を用いて反応を起こさせることができる。また、他の方法を用いて、ガス７２２と酸素との間の反応を開始させてもよい。
【００２１】
一実施形態では、図４に関連して説明された機構と類似した機構を使用してガス７２２を生成することができる。代案として、図５に関連して説明された機構と類似した機構を使用してもよい。また、他の適切な機構を使用してもよい。たとえば、作動流体７２０を加熱するために使用されるヒータ上に、炭素５２２が堆積され得る。
【００２２】
次に、スイッチ８００の動作に関する第２の例示的な実施形態が、図８に関連して説明される。スイッチ８００は、互いに結合された基板８０２と第２の基板８０４とからなる。基板８０２と８０４は、それらの間に多数のキャビティ８０６、８０８、８１０を画定する。１つまたは複数のキャビティ内に、濡れる複数のパッド８１２〜８１６が露出する。スイッチング液８１８（たとえば、水銀などの液体金属）は、パッド８１２〜８１６に対して濡れやすく、１つまたは複数のキャビティ内に保持される。スイッチング液８１８は、スイッチング液８１８に加えられた力に応答して、１つまたは複数のキャビティを介する光路８２２／８２４、８２６／８２８を開閉する役割を果たす。一例として、光路は、スイッチング液を保持するキャビティ８０８内の半透明の窓と位置合わせされた導波管８２２〜８２８によって画定されてもよい。スイッチング液８１８が不透明であることによって、光路８２２／８２４、８２６／８２８の遮断が達成され得る。１つまたは複数のキャビティ内に保持された作動流体８２０（たとえば、不活性ガスまたは液体）は、スイッチング液８１８に力を加える役割を果たす。
【００２３】
スイッチ８００はさらに、スイッチング液８１８を含むキャビティ８０８内に保持されたガス８３０（たとえば、一酸化炭素または水素）を含む。ガス８３０を使用してキャビティ８０８内の酸素と反応させることができる。また、ガス８３０を用いて、スイッチング液８１８上に形成され得る酸化物と反応させることもできる。高い温度、１つまたは複数の触媒、あるいは別の方法を用いて、反応を起こさせることができる。ガス８３０は、図４に関連して説明された機構と類似する機構でもって生成されてもよく、または図５に関連して説明された機構と類似する機構でもって生成されてもよい。代案として、炭素５２２が、作動流体８２０を加熱するために使用されるヒータ上に堆積されてもよい。また、他の適切な機構も使用され得る。
【００２４】
図８に示されたようなスイッチの構成と動作に関するさらなる詳細は、特許文献１、および特許文献２にある。
【００２５】
本発明の例示的な、および現時点で好適な実施形態が、本明細書で詳細に説明されたが、本発明の概念は、他の方法でさまざまに具現化され利用され得ることは理解されるべきである。添付の特許請求の範囲は、従来技術により限定されるものを除いて、このような変形例を含むように構成されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】液体を用いたスイッチの第１の例示的な実施形態の平面図である。
【図２】図１に示されたスイッチの立面図である。
【図３】図１と図２の液体を用いたスイッチを製作するために使用され得る例示的な方法を示す図である。
【図４】液体を用いたスイッチの第２の例示的な実施形態の立面図である。
【図５】液体を用いたスイッチの第３の例示的な実施形態の立面図である。
【図６】図４または図５の液体を用いたスイッチを製作するために使用され得る例示的な方法を示す図である。
【図７】スイッチのスイッチング液チャネル内の酸素または酸化物と反応するためのガスを含むスイッチの例示的な実施形態の斜視図である。
【図８】スイッチのスイッチング液チャネル内の酸素または酸化物と反応するためのガスを含むスイッチの別の例示的な実施形態の斜視図である。
【符号の説明】
【００２７】
100、400、500、700、800  スイッチ
101、103、401、403、501、503、701、703、802、804  基板
102、106  作動流体キャビティ
104  スイッチング液キャビティ
118、418、518、718、818  スイッチング液
122、722、830  ガス
420  触媒
422、522  炭素層
520  ヒータ
720  作動流体
822、824  光路
826、828  光路
【図１】
2004319499.tif 000003
【図２】
2004319499.tif 000004
【図３】
2004319499.tif 000005
【図４】
2004319499.tif 000006
【図５】
2004319499.tif 000007
【図６】
2004319499.tif 000008
【図７】
2004319499.tif 000009
【図８】
2004319499.tif 000010