三级液态金属开关制造技术

一种使用ＥＷＯＤ的三级液态金属开关，包括：共用ＥＷＯＤ开关（１３１０），其具有输入端口（１３０２）、共享ＥＷＯＤ开关第一输出端（１３３６）和共享ＥＷＯＤ开关第二输出端（１３３８）；第一ＥＷＯＤ开关（１３４０），其具有第一ＥＷＯＤ开关输入端（１３４３）、第一输出端口（１３０４）和第一ＥＷＯＤ开关输出端（１３６８）；第二ＥＷＯＤ开关（１３７０），其具有第二ＥＷＯＤ开关输入端（１３７３）、第二输出端口（１３０６）和第二ＥＷＯＤ开关输出端（１３９８）。其中，所述共享ＥＷＯＤ开关第一输出端（１３３６）可操作地连接至所述第一ＥＷＯＤ开关输入端（１３４３），所述共享ＥＷＯＤ开关第二输出端（１３３８）可操作地连接至所述第二ＥＷＯＤ开关输入端（１３７３）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种液态金属开关，更具体地，涉及一种三级液态金属开关。
技术介绍
已经开发了许多不同的技术用于制造用于低频和高频开关应用的开关和继电器。许多这种技术依赖于固体、机械触头，这些触头交替地从一个位置驱动至另一个位置以进行电接触和断开电接触。不幸的是，依赖于固-固触头的机械开关易于磨损并会发生所谓的“磨蚀”状态。磨蚀指在表面上的接触点处发生的腐蚀。在有载荷的情况下和存在反复的相对表面运动的情况下，很可能发生触头的磨蚀。磨蚀通常表现为触头表面上的坑或槽，并导致碎屑的形成。这些碎屑可能造成开关或继电器短路。为了使给开关和继电器触头造成的机械损坏最小化，已经利用液态金属来制造开关和继电器，以湿润可动机械结构来防止固体与固体的接触。不幸的是，因为使用可移动机械结构来执行动作的开关和继电器被减小为亚毫米尺寸，所以制造、可靠性和运转中的挑战开始出现。显微机械制造工艺用于建造微尺寸的使用液态金属来湿润可移动机械结构的液态金属开关和继电器，但是使用机械移动部件的装置可能过度复杂，因此降低了利用这些技术制造装置的生产率。因此，可能更需要一种没有机械移动部件的开关。在例如高频开关的一些应用中，液态金属开关会表现出很差的隔离性。应当由开关的断开的触头隔离的信号可能穿过开放触头而泄露，因此引起间歇误差和预料之外的结果。缺少可靠的隔离导致缺乏电路可靠性。需要一种可以克服以上缺点的三级液态金属开关。
技术实现思路
本专利技术的一个方面提供了一种使用电介质上电润湿法(EWOD)的三级液态金属开关，该开关包括共用EWOD开关，其具有输入端口、共享EWOD开关第一输出端和共享EWOD开关第二输出端；第一EWOD开关，其具有第一EWOD开关输入端、第一输出端口和第一EWOD开关输出端；第二EWOD开关，其具有第二EWOD开关输入端、第二输出端口和第二EWOD开关输出端。其中，所述共享EWOD开关第一输出端可操作地连接至所述第一EWOD开关输入端，并且所述共享EWOD开关第二输出端可操作地连接至所述第二EWOD开关输入端。本专利技术的另一方面提供了一种三级液态金属开关，该开关包括第一金属液滴；用于支撑所述第一金属液滴的第一金属液滴支撑装置；第一金属液滴移动装置，用于响应于第一控制信号，将所述第一金属液滴在可操作地连接输入端口至第一个第一开关输出的第一个第一开关位置和可操作地连接所述输入端口至第一开关第二输出端的第二个第一开关位置之间移动；第二金属液滴；用于支撑所述第二金属液滴的第二金属液滴支撑装置；第二金属液滴移动装置，用于响应于第二控制信号，将所述第二金属液滴在第二开关第一位置和第二开关第二位置之间移动，所述第二开关第一位置可操作地连接第二开关输入和第一输出端口；第三金属液滴；用于支撑所述第三金属液滴的第三金属液滴支撑装置；第三金属液滴移动装置，用于响应于第三控制信号，将所述第三金属液滴在第一个第三开关位置和第二个第三开关位置之间移动，所述第一个第三开关位置可操作地连接第三开关输入和第二输出端口。其中，所述第一个第一开关输出可操作地连接至所述第二开关输入，并且所述第一开关第二输出端可操作地连接至所述第三开关输入。本专利技术的再一方面提供了一种使用电介质上电润湿法(EWOD)的三级液态金属开关，该开关包括共用EWOD开关，所述共用EWOD开关具有输入端口、共享EWOD开关第一输出端、共享EWOD开关第二输出端、共享EWOD开关金属液滴、和至少一对共享EWOD开关电极，响应于至所述至少一对共享EWOD开关电极的共享EWOD开关控制信号，所述共享EWOD开关金属液滴可以在可操作地连接所述输入端口和所述共享EWOD开关第一输出端的共享EWOD开关第一位置与可操作地连接所述输入端口和所述共享EWOD开关第二输出端的共享EWOD开关第二位置之间转换；第一EWOD开关，所述第一EWOD开关具有第一EWOD开关输入端、第一输出端口、第一EWOD开关输出端、第一EWOD开关金属液滴以及至少一对第一EWOD开关电极，响应于至所述至少一对第一EWOD开关电极的第一EWOD开关控制信号，所述第一EWOD开关金属液滴可以在第一EWOD开关第一位置和第一EWOD开关第二位置之间转换；第二EWOD开关，所述第二EWOD开关具有第二EWOD开关输入端、第二输出端口、第二EWOD开关输出端、第二EWOD开关金属液滴以及至少一对第二EWOD开关电极，响应于至所述至少一对第二EWOD开关电极的第二EWOD开关控制信号，所述第二EWOD开关金属液滴可以在第二EWOD开关第一位置和第二EWOD开关第二位置之间转换。其中，所述共享EWOD开关第一输出端可操作地连接至所述第一EWOD开关输入端，并且所述共享EWOD开关第二输出端可操作地连接至所述第二EWOD开关输入端。附图说明参考附图可以更好地理解本专利技术。图中的部件并不一定要按照比例绘制，而是将重点放在清楚地说明本专利技术的原理。此外，在附图中，贯穿所有这几幅附图的类似的参考标号表示对应的部件。图1A是表示包括存在于固体表面上的导电液滴的系统的示意图。图1B是表示具有不同接触角的图1A系统的示意图。图2A是表示电润湿可以改变导电液滴和与其接触的表面之间的接触角的一种方式的示意图。图2B是表示在电偏压下的图2A的系统的示意图。图3A是表示使用导电液滴的电气开关实施例的示意图。图3B是表示由于电润湿引起接触角变化而导致使导电液滴运动的示意图。图3C是表示图3A的开关在施加电势之后的示意图。图4A是表示根据本专利技术的第一实施例的开关横截面的示意图。图4B是表示在电偏压下图4A的开关的示意图。图4C是表示图4A和4B所示开关的平面图。图4D是表示电介质表面的平面图，该表面包括改变表面对液滴润湿性特征。图5A是表示根据本专利技术的开关的第二实施例的平面图。图5B是表示图5A的开关的剖视图。图6A是图5A所示开关的替代实施例。图6B是表示图6A的开关的剖视图。图7是表示根据本专利技术的开关的另一个替代实施例的示意图。图8是表示图7所示开关的替代实施例的示意图。图9是表示可以应用到图5A和5B的开关的表面结构的示意图。图10是表示示例性电介质衬底的示意图，该示例性电介质衬底可以形成上述开关的下表面或底面。图11是表示形成图7、8或9的开关顶面或微流体腔的帽的立体图。图12是描述根据形成本专利技术实施例的开关的方法的流程图。图13是表示用于三级液态金属开关的电路的示意图。图14是表示根据本专利技术的三级液态金属开关的实施例的平面图。图15是表示图14的一个液态金属开关的电极层的示意图。图16A是表示在第一开关位置的三级液态金属开关的示意图。图16B是表示在第二开关位置的三级液态金属开关的示意图。具体实施例方式以下所描述的开关结构可以用在需要提供迅速、可靠的开关的任何应用中。尽管以下以开关射频(RF)信号进行描述，但是该结构可以用于其它的开关应用。图1A是表示包括存在于固体表面上的导电液滴的系统100的示意图。滴104例如可以是汞或镓合金，并驻留于固体102的表面108上。接触角(也称作润湿角)形成在液滴104与表面108接触的位置。接触角用θ表示，并在表面108、液滴104和气体106接触的点处进行测量。在此示例中，气体106可以是空气或形成围绕液滴104的氛围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用ＥＷＯＤ的三级液态金属开关，包括：共用ＥＷＯＤ开关（１３１０），其具有输入端口（１３０２）、共享ＥＷＯＤ开关第一输出端（１３３６）和共享ＥＷＯＤ开关第二输出端（１３３８）；第一ＥＷＯＤ开关（１３４０），其具有第一ＥＷ ＯＤ开关输入端（１３４３）、第一输出端口（１３０４）和第一ＥＷＯＤ开关输出端（１３６８）；第二ＥＷＯＤ开关（１３７０），其具有第二ＥＷＯＤ开关输入端（１３７３）、第二输出端口（１３０６）和第二ＥＷＯＤ开关输出端（１３９８）， 其中，所述共享ＥＷＯＤ开关第一输出端（１３３６）可操作地连接至所述第一ＥＷＯＤ开关输入端（１３４３），所述共享ＥＷＯＤ开关第二输出端（１３３８）可操作地连接至所述第二ＥＷＯＤ开关输入端（１３７３）。

【技术特征摘要】
US 2005-9-30 11/240,9981.一种使用EWOD的三级液态金属开关，包括共用EWOD开关(1310)，其具有输入端口(1302)、共享EWOD开关第一输出端(1336)和共享EWOD开关第二输出端(1338)；第一EWOD开关(1340)，其具有第一EWOD开关输入端(1343)、第一输出端口(1304)和第一EWOD开关输出端(1368)；第二EWOD开关(1370)，其具有第二EWOD开关输入端(1373)、第二输出端口(1306)和第二EWOD开关输出端(1398)，其中，所述共享EWOD开关第一输出端(1336)可操作地连接至所述第一EWOD开关输入端(1343)，所述共享EWOD开关第二输出端(1338)可操作地连接至所述第二EWOD开关输入端(1373)。2.根据权利要求1所述的开关，其中，所述第一EWOD开关输出端(1368)可操作地连接至公共端。3.根据权利要求1所述的开关，其中，所述共用EWOD开关(1310)选自下面的一组开关双层EWOD开关、单层EWOD开关和中间层EWOD开关。4.根据权利要求1所述的开关，其中，所述第一EWOD开关(1340)选自下面的一组开关双层EWOD开关、单层EWOD开关和中间层EWOD开关。5.根据权利要求1所述的开关，其中，所述共用EWOD开关(1310)、所述第一EWOD开关(1340)和所述第二EWOD开关(1370)布置在电介质上。6.根据权利要求1所述的开关，其中，所述共用EWOD开关(1310)包括具有电解质表面(1311)的电介质、布置在所述电介质表面(1311)上的金属液滴(1318)和至少一对电极(1320a、1320b)，响应于输入至所述至少一对电极(1320a、1320b)的控制信号(1321)，所述金属液滴(1318)能够在第一位置和第二位置之间进行转换，所述第一位置可操作地连接所述输入端口(1302)至所述共享EWOD开关第一输出端(1336)，所述第二位置可操作地连接所述输入端口(1302)至所述共享EWOD开关第二输出端(1338)。7.根据权利要求6所述的开关，其中，所述至少一对电极(1320a、1320b)包括第一对电极(1320a、1320b)和第二对电极(1324a、1324b)，所述控制信号(1321)包括第一控制信号(1321)和第二控制信号(1325)，所述第一对电极(1320a、1320b)响应于所述第一控制信号(1321)将所述金属液滴(1318)移向所述第一位置，所述第二对电极(1324a、1324b)响应于所述第二控制信号(1325)将所述金属液滴(1318)移向所述第二位置。8.根据权利要求6所述的开关，其中，所述电介质表面(1311)具有若干润湿性特征。9.根据权利要求6所述的开关，其中，所述金属液滴(1318)锁定在所述第一位置和所述第二位置中的至少一个位置上。10.根据权利要求6所述的开关，其中，所述控制信号(1312)选自下面的一组信号单电压控制信号和双电压控制信号。11.根据权利要求1所述的开关，其中，所述第一EWOD开关(1340)包括具有电解质表面(1341)的电介质、布置在所述电介质表面(1341)上的金属液滴(1348)和至少一对电极(1350a、1350b)，其中，响应于输入至所述至少一对电极(1350a、1350b)的控制信号(1351)，所述金属液滴(1348)能够在第一位置和第二位置之间转换。12.根据权利要求11所述的开关，其中，所述至少一对电极(1350a、1350b)包括第一对电极(1350a、1350b)和第二对电极(1354a、1354b)，所述控制信号(1351)包括第一控制信号(1351)和第二控制信号(1355)，所述第一对电极(1350a、1350b)响应于所述第一控制信号(1351)将所述金属液滴(1348)移向所述第一位置，所述第二对电极(1354a、1354b)响应于所述第二控制信号(1355)将所述金属液滴(1348)移向所述第二位置。13.根据权利要求11所述的开关，其中，所述金属液滴(1348...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西贝凌，史蒂文A罗西瑙，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]