Жидкометаллический геркон и способ его изготовления Советский патент 1983 года по МПК H01H1/66 H01H11/02 

Изобретение огносигся к электротехнике, в частности к жидкометаллическим коммутационным аппаратам, и может быть использовано для коммутации элек трических цепей, а также в аппаратах, предназначенных для работы в аппарату ре широкого потребления, в частности, аппаратуре средств проводной связи. Известны жидкометаллические комму таиионные аппараты с контактами, смоченными жидким металлом, переключени которых происходит за счет наклона гер pтизиpoвaннoгo корпуса и перемешения в нем жидкого металла L-Q Недостатком данного аппарата являет ся громоздкость и невозможность его миниатюризации, а также вьшолнения ег т рупповым на многие коммутируемые цепи. Известен также способ изготовления жид коме талличес кого геркона, предусма ривающий смачивание контактирующих частей жидким металлом. В данном способе поверхности контакт-деталей сразу после очистки покрывают слоем мета л а, который способен растворяться в жид ком металле (ртути), обеспечивая при этом смачивание жидким металлом чистых поверхностей контакт-деталей. Данный способ кеТ хнологичен при изготовлении простых и дешевых групповых миниатюрньгх жидкометаллических герконов 2 Наиболее близким по технической сущности к изобретению является жидко металлический геркон, содержащий балло вьшолненный пл(х;кослоисть;:м и многополостным с полостями в Еиде капилляров, расположенных поперек слоев баллона, неподвижные ленточные контактны электроды, расположенные в баллоне плоско-параллельно по крайней мере на двух уровнях между слоями, и плунжеры по количеству полостей выполненные из ферромагнитного материала, причем конт тирующие поверхности неподвижных контактных электродов и плунжеров смочен жидким металлом З . Недостатком этого устройства являет ся, низкая надежность работы за счет наличия вибраций контактов. Целью изобретения является повыщекие надежности работы. Поставленная цель достигается тем, что в жидкометаллическом герконе, содержащем баллон, вьшолненный плоскослоистым и многополостным, с полостями в виде капилляров, расположенных поперек слоев баллона, неподвижные ленточные контактные электроды, расположенные в баллоне плоскопараллельно по крайней мер)е на двух уровнях между слоями, и плунжеры по кодгачеству полостей, выполненные из ферромагнитное го материала, причем контактирующие поверхности неподвижных контактных электродов и плунжеров. смочены жидким металлом, неподвижные контактные электроды вьтолнены так, что их контактирукяцие поверхности совпадают с боковой поЕэрхностью полости, в которой они установлены, а торцовые поверхности полостей и плунжеров свободны от . смачивания жидким металлом. Наиболее близким к изофетению по технической сущности является способ изготовления жидкомегаллических герконов, включающий в себя изготовление геркона из диэлектрических слоев, между которыми размещают ленточные контактные электроды, выходящие наружу, замоноличива гае этих слоев, вьшолнение полостей для плунжеров, смачивание контактирующих поверхностей неподвижных контактных электродов и плунжеров жидким металлом, дизировку жидкого металла и герметизацию геркона в среде его инертно-восстановительного заполнителя з . Недостатком этого способа является низкая технологичность. Целью изобретения является повьппение .технологичности. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу включающем в себя изготовление баллона геркона из диэлектрических слоев, между которыми размещают ленточные контактные электроды, выходящие наружу, замонолнчивание этих слоев, вьшолнение полос(тей для плунжеров, смачивание контактирующих поверхностей неподвижных контактных электродов и плунжеров жидким металлом, дизировку жидкого металла и герметизацию геркона в среде его инертно-восстановительного заполнителя вьшолняют полости для плунжеров с одновременным обеспечением совпадения контактирующих поверхностей ленточных контактных электродов с боковой поверхностью полости, а замоноличивают и герметизируют баллон капиллярным проклеиванием диэлектрических слоев. На фиг. 1 показана однорядная конст рукшш группового переключающего жидкоме талличес кого геркона, поперечный разрез на фкг. 2 - фрагмент проекции конструкции на фиг. 1, показьгоаюший топологию - ленточных токопроводников на разных уроъияк между диэлектрически ми слоями; на фиг. 3 - фрагмент полости верианта конструкшга геркона с другим исполнением контактных электродов поперечный разрез; на фиг. 4 - фрагмен проекшга конструкции на фш. 3, локазьт юший топологию токопроводников, поперечный разрез. Жидкометаллнческий геркон (фиг. 1 и 2) содержит плоско-слоистый многополостной баллон 1, состоящий в данном варианте из плоско-слоистой корпусной части заготовки 2 и крышек 3 и 4, не смоченных жидким металлом, соединенных слоем герметика 5. Полости 6 в баллоне 1 расположены поперек слоев баллона 1, причем длина-плостей больше их поперечного размера. Каждая полость 6 выполнена в виде короткого тру чатого, например, круглого капилляра и содержит магнитно и механически управляемый подвижный плунжер 7, в виде сердечника, например, шарика из магнит ного материала, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно в данном случае магнитных неподвижных ленточных контактных электродов 8 - 11, которые расположены на двух уровнях меж ду слоями в теле коретусной части 2 и имеют рабочие поверхности, совпадающие с боковой поверхностью полости 6. Поверхности контактных электродов, находящиеся в плости 6, смочены жидким металлом 12, например, амальгамирова ны, по крайней мере, в зоне возможного их взаимного соприкосновения, а сама полость 6 заполнена инертной или восстановительной газовой или газожидкост ной средой, например, аргоно-водородно-гексановой смесью. Плунжер 7 наход ся в постоянном контактте с боковой поверхностью полости, 6, а также попеременно может находится в контакте с попарнымиконтактньгми электродами 8 и 9, либо 1О и 11. Удержание плунжера 7 в при5гтном состояний обеспечено за счет сил сцепления с контактны ми электродами жидкого металла и его поверхностного натяжения. Контактные электроды 8-11 выполнены воедино с ленточньп ш, в данном случае магнитными, их выводами, которые расположены послойно попарно плоскопараллельно на двух уровнях в теле баллона 1 геркока и выходят наружу через боковые поверхности баллона 1 геркона в виде ибких выводов. Выводы могут бьпъ ак из магнитного, так и из немагнитого металла. Возможны и другие варианты вьтол- ения предложенного группового жидкоеталлического геркона. Например, мноополостной плоскослоистый баллон 1 (фиг. 3 и 4) может содержать неподвижые ленточные контаткные электроды, рас« положенные у самых крышек 3 и 4, закрывающих полости 6, а подвижный плунжер 7 может быть выполнен с каналом для прохода газов и не смоченными жидким металлом торцовыми поверхностями. В данной случае выводные концы контактных электродов 8-11 расположены встречно-параллельно на одной линии с разных сторон баллона 1. Контакт В данном герконе мостиковый и предпочтительно линейный, так как рабочие поверхности неподвижных контактных электродов выполнены в форме прямоуголь ника с длиной 1-10 раз превышакхцей толщину этих же ленточных контактных электродов 8 - 11, чем достигают умень шения нёобкодимого рабочего хода подвижного плунжера 7. I., . Жидкометаллический геркон работает следующим образом. . При управляющем воздействии на плунжеры 7, например, внешним магнитным полем (не показано) они смешаклся в полостях 6 до упора в одну из торцовьпс стенок полостей и, соприкасаясь сосмоченными жидким металлом рабочими поверхностями неподвижных контактных электродов 8 и 9, либо 1О и 11, осуществляют электрическое мостиковое переключение жидкометаллических койтактов посредством жидкометаллической пленки на поверхности плунжера 7. В полостях 6 (фиг. 1) плунжеры 7 показаны условно пунктиром в крайних переключен- . ных положениях, причем стрелкой пока заны направления их возвратно-поступа тельного движения во время переключения контактов. Удерживаются плунжеры 7 между неподвижными контактными электродами 8, 9 и 1О,11 в показанных условных рабочих состояниях при отсутствии внешнего управляющего на них воздействия за счет сил сцепления с контактными электродами мосгнков жидкого металла 12 и сил капиплярной природы, обусловленных йоверкностным натяжением. При подводе-, например, к стенке полости б (фиг. 1) магнита или электромагнитна с тыльной стороны контактных электродов 8 и 9 при наличии раствора (зазора) между ней и плунжером 7, последний притяряваегся магнитом и, когда сила магнитного притяжения становится больше силы удержания плунжера 7 в исходном состо НИИ, он отрьгоается от. неподвижных контактных электродов 10 и 11 и, перемещаясь вдоль полости 6, входит в соприкосновение с контактными электродами 8 и 9. При этом мостики жидкого метал ла между контактными электродами 1О и 11 и плунжером 7 растягиваются вдол боковой полости до состояния спонтанного распада и разрываются мгновенно, обеспечивая этим скачкообразный переход плунжера 7 в новое устойчивое состояние, а процесс образования удерживаЩИХ мостиков между контактными электродами 8 и 9 и плунжером 7 способствует гашению дребезгов в контакте (отскоков). Мостики между контактными электродами при снятом управляющем воздействии сохраняются постоянно и обеспечивают постоянное прижатие плун- К

жера 7.

Способ управлетгая магнитным полем не является единственна возможным. Подвижные плунжеры 7 геркона могут быть переключены из одного устойчивог состояния в другое механическим импульсом силы, получаемой за счет импульса ускорения (либо торможения), прикладываемого к баллону геркона. Предложенный способ изготовления жид коме таллического контакта включает широкие возможности унифицированного изгхутовления групповых жидкометалли 1еских герконов различной конструкции сак отдельными единицами, так и блокаДт в виде больших интегральных коммутационных микросхем, причем одновреме но представляет возможность выполнять необходимую разводку между контактдеталями и группами контактов герко- на. Способ иаготовле1шя данного жидкометаллического контакта характеризуется тем, что баллон геркона изготавливают послойно из Диэлектрических слоев, между которыми размещают ленточные токопроводники и замоноличивают их посредством полимерных композиций, после чего в них выполняют, сверлением полости для плунжеров, причем одновременно выравнивают рабочие поверхности неподвижных контактных электродов 8 - 11 со стенками полостей 6 баллоне, придают им нео&содимые

печивают посредством использования соответствующих покрытий, например, наносимых методами тонкопленочной интегральной технологии и промежуточных клеюры и обеспечивают качество локального взаимодействия с жидким металлом их рабо шх поверхностей посредством нескольких последовательных химических и физических обработок любыми извесч ными способами заготовок баллона и плунжеров 7 геркона. Затем дозируют количество жидкого металла в среде его инертно-восстановительного рабочего заполнения до сборки жидкометаллического контакта и производят сборку и герметизацию геркона. Пример осуществления способа. Послойные пленочные изготовки диэлектриков и токопроводников вьшолняют из полимерных, предпочтительно плоскослоистых материалов, например стеклотекстолитia, стеклоткани и и тампованных из металлической фольги деталей, обладающих необходимой теплоустойчивостью, достаточной взаимной адгезией и стойкостью к воздействию на них жидкого металла и соединяют их, например, пропиткой полимерными композициями. В случае отсутствия некоторых из этих свойств их обесших пленок, преимущественно с толщиной 2-6О мкм. Затем высверливают или вырубают полости и амальгамируют поверхности контактных электродов 8 - 11 и плунжера 7 например, гальваническим HaHeceimeM на них ртути. При нанесении на них необходимой дозы ртути loc отмывают и сушат. Затем вкладывают плунжеры 7 в полости 6 в боксе с рабочей газовой средой (аргоном) геркона, накладьтают на заготовку 2 крышки 3 и 4 и совмещают их в пакет, после чего пакет сжимают и замоноличивают их в этой среде аргона путем герметизирующего капилляр;ного проклеивания слоев пакета и крышек полимерными материалами с выдержкой до их затвердевания. Приведенный пример не исчерпьшает Возможных вариантов реализации предложенного способа изготовления жидкометаллического геркона, так как он допускает также и использование современного высокочастотного, лазерного плазменного оборудования предназначенного для сборки микросхем. Следует отметить весьма широкие возможности варьировать при изготовлении конструкции и функциональные вoa foжности геркона, меняя лишь порядок расположения и количество послойных заготовок при их замоноличивачпт в пакет, а

710071Й98

также меняя топологию и форму ленгоч-надежностью и имеет широкие функпионых контакт-деталей,нальные возможности, а способ его иэТаким образом предложен1а 1й жидкоме- готовления технологичен и предполагает талпический геркон обладает повьпиенной массовое производство.

1. Жидкометаляический геркон, с держащий баллон, вьшолненный плоскослоистым и многополоствым, с полостя ми в виде капилляров, расположенных п перек слоев баллона, неподвижные ленточные контактные электроды, располо женные в баллоне плоско-параллельно по крайней мере на двух уровнях межд слоями, и плунжеры по количеству полостей, вьшолненные из ферромагнитно го материала, причем контак рирующие поверхности неподвижных контактных электродов и плунжеров смочены жидким металлом, отлич аюши йс я тем, что, с целью повьпиения надежности работы, неподвижные контактные электроды вьшолнены так, что их контактирующие поверхности совпадают с боковой поверхностью полости, в которой они тзтановлены, а торцовые поверхности полостей и плунжеров свободны от смачивания жидким металлом. 2. Способ изготовления жидкометаллического, геркона, включакиций в себя изготовление баллона геркона из диэле ктрических слоев, между которыми размещают ленточные контактные электроды, выходящие наружу, замоноличив€1ние этих слоев, вьшолнение полостей для плунжеров, смачивание контактирующих поверхностей неподвижных контактных электродов и плунжеров жидким металлом, дозировку жидкого металла и герметизагдаю геркона в среде его инертно-восстановительного заполнителя, отличающийся тем, что, с целью повьппения технологичности, выполняют полости для плунжеров с одновременным обеспечением совпадения контакгирукшшх поверхностей ле гочных контактных электродов с боко tioft поверхностью полости, а замонолвчивают и герметизируют баллон калил-.. лярным проклеиванием диэлектрических слоев.

Фиг,, г