Жидкометаллический геркон и способ его изготовления
Патент 1007139
Авторы
Жидкометаллический геркон и способ его изготовления
Иллюстрации
Реферат
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.
. СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИ4ЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1 ) 32 73672/24-07 (22) 08.04.81 (46) 23..03.83. Бюп. ¹ 11 (72) Ю. Ф. Бодунов, А. В. Закурдаев, В-С. С. Зарецкас и А. Т. Рогт (53) 621.316.546.002.2 (088.8) (56) 1. Патент США № 3462573, кл. 335-51, 1965.
2. Авторское свидетельство СССР № 279804, кл. Н 01 Н 11/02, 1969. °
3. Авторское свидетельство. СССР по заявке № 2987341/24-07, кл. Н 01 Н 11/02, 1980. (54) ЖИДКОМЕТАППИЧЕСКИЙ ГЕРКОН
И СПОСОБ ЕГО ИЗГОЧОВЛЕНИЯ, (57) 1. Жидкомегаллический геркон, содержащий баллон, выполненный плоскослоистым и многополостным, с полостями в виде капилляров, расположенных поперек слоев баллона, неподвижные ленточные контактные электроды, расположенные в баллоне плоско-параллельно по крайней мере на двух уровнях между слоями, и плунжеры по количеству полостей, выполненные из ферромагнитного материала, причем контактирующие поверхности неподвижных контактных электродов и плунжеров смочены жидким металлом, о т л и ч а ю ш и й— с я тем, что, с целью повышения на„„SU„„1007139 Д
3(5g Н 01 Н 1/66; Н 01 Н 11/02 дежности работы, неподвижные контактные электроды выполнены так, что их контактирующие поверхности сощтадаюг с боковой поверхностью полости, в которой они установлены, а торцовые поверхности полостей и плунжеров свободны от смачивания жидким металлом.
2. Способ изготовления жидкометаллического геркона, включающий в себя изготовление баллона геркона из диэлектрических слоев, между которыми размещают ленточные контактные электроды, выходящие наружу, замоноличивание этих слоев, выполнение полостей для плунжеров, смачивание контактирующих поверхностей неподвижных конгактнык электродов и плунжеров жидким металлом, дозировку жидкого металла и герметизацию геркона в среде его инертно-восстановительного заполнителя, о r л и ч а ю шийся тем, что; с целью повышения технологичности, выполняют полости для плунжеров с одновременным обеспечением совпадения контактирующих поверхностей ленточных контактных электродов с боко«ой поверхностью полости, а замоноли- . чиваюг и гермегизируюг баллон капил-. лярным цроклеиванием диэлектрических слоев.
1 1О07
Изобретение относится к электротехнике, в частности к жидкометаллическим коммутационным аппаратам, и может быть использовано для коммутации электрических цепей, а также в аппаратах, 5 предназначенных для работы в аппаратуре широкого потребления, в частности, аппаратуре средств проводной связи.
Известны жидкометаллические коммутационные аппараты с контактами, смоченными жидким металлом, переключение которых происходит за счет наклона герметизированного корпуса и перемешения в нем жидкого металла (Ij
Недостатком данного аппарата является громоздкость и невозможность его миниатюризации, а также выполнения его рупповым HB многие коммутируемые цепи.
Известен также способ изготовления жидкометаллического геркона, предусматриваюший смачивание контактирующих частей жидким металлом. В данном cIIQсобе поверхности контакт-деталей сразу после о истки покрывают слоем метал 5 ла, который способен растворяться в жидком металле (ртути), обеспечивая при этом смачивание жидким металлом чистых поверхностей контакт-деталей.
Данный способ нетехнологичен при изто- 39 товлении простых и дешевых групповых миниатюрных жидкометаллических герконов (2j
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является жидко- З5 металлический геркон, содержащий баллон, выполненный плоскослоисть..м и многополостным с полостями B виде капилляров, расположенных поперек слоев баллона, неподвижные ленточные контактные электроды, расположенные в баллоне плоско-параллельно по крайней мере на двух уровнях между слоями, и плунжеры, по количеству полостей выполненные из ферромагнитного материала, причем контак тируюшие поверхности неподвижных контактных электродов и плунжеров смочены жидким металлом (Э)
Недостатком этого устройства является.низкая надежность работы за счет наличия вибрации контактов.
Целью изобретения является повышение надежности работы.
Поставленная цель достигается тем, что в жидкометаллическом герконе, со55 держащем баллон, выполненный плоскослоистым и многополостным, с полостями в виде капилляров, расположенных поперек слоев баллона, неподвижные
I. ленточные контактные электроды, расположенные в баллоне плоскопараллельно по крайней мере на двух уровнях между слоями, и плунжеры по количеству полостей, выполненные из ферромагнитного материала, причем контактирукяцие поверхности неподвижных контактных электродов и плунжеров. смочены жидким металлом, неподвижные контактные электроды выполнены так, что их контактируюшие поверхности совпадают с боковой поверхностью полости, в которой они установлены, а торцовые поверхности полостей и плунжеров свободны от смачивания жидким металлом.
Наиболее близким к изобретению по технической сушности является способ изготовления жидкометаллических герконов, включаюший в себя изготовление геркона из диэлектрических слоев, между которыми размещают ленточные контакгные электроды, выходяшие наружу, замоноличивание этих слоев, выполнение полостей для плунжеров, смачивание контактируюших поверхностей неподвижных контактных электродов и плунжеров жидким металлом, дизировку жидкого металла и герметизацию геркона в среде его инертно-восстановительного заполнителя (3)
Недостатком этого способа является низкая технологичность.
Белью изобретения является повышение .технологичности.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу включающем в себя изготовление баллона геркона из диэлектрических слоев, между которыми размешают ленточные контактные электроды, выходящие наружу, замоно1 личивание этих слоев, выполнение полос1тей для плунжеров, смачивание контактируюших поверхностей неподвижных контактных электродов и плунжеров жидким металлом, дизировку жидкого металла и герметизацию геркона в среде его инертно-восстановительного заполнителя, выполняют полости для плунжеров с одновременным обеспечением совпадения контактируюших поверхностей ленточных контактных электродов с боковой поверхностью полости, а замоноличивают и герметизируют баллон капиллярным проклеиванием диэлектрических слоев.
На фиг. 1 показана однорядная конструкция группового переключаюшего жндкометалличес кого геркона, поперечный разрез;на фиг. 2 — фрагмент проекции
3 i0O71 конструкции на фиг. 1, показывающий топологию — ленточных токопроводников на разных уровнях между диэлектрическими слоями, на фиг. 3 — фрагмент полости варианта конструкции гэркона с дру- гим исполнением контактных электродов,поперечный разрез; на фиг. 4 — фрагмент проекции конструкции на фиг. 3, показывающий топологию токопроводников, попе- речный разрез. о
Жидкометаллический геркон (фиг. 1 и 2) содержит плоско-слоистый много полостной баллон 1, состоящий в данном варианте иэ плоско-слоистой корпусной части заготовки 2 и крышек 3 и 4, не is 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 трубчатого, например, круглого капилляра и, содержит магнитно и механически управляемый подвижный плунжер 7, в виде сердечника, например, шарика из магнитного материала, установленного с возможностьюю возвратно-поступательного перемещения относительно .в данном .случае магнитных неподвижных ленточ- ных контактных электродов 8 — 11, которые расположены на двух уровнях между слоями в теле корпусной части 2 и имеют рабочие поверхности, совпадающие с боковой поверхностью полости 6.
Поверхности контактных электродов, находящиеся в плости 6, смочены жидким .. металлом 12, например, амальгамированы, по крайней мере, в зоне возможного их взаимного соприкосновения, а сама полость 6 заполнена инертной или восстановительной газовой или газожидкост40 кой средой, например, аргоно-водородно-гексановой смесью. Плунжер 7 находит. ся в постоянном контактте с боковой поверхностью полости, 6, а также попеременно может находится в контакте с поп арными контактными электродами
8 и 9, либо 10 и 11. Удержание плунжера 7 в приятном состоянии обеспечено за счет сил сцепления с контактными электродами жидкого металла и его
noseðõíîñòíîãî натяжения. Контактные электроды 8 — 11 выполнены воедино с ленточными, в данном случае магнитными, их выводами, которые расположены послойно попарно плосконараллельно на двух уровнях в теле баллона 1 геркона и выходят наружу через боковые поверхности баллона 1 геркона в виде гибких выводов. Выводы могут быть как из магнитного, так и иэ немагнитного металла.
Возможны и другие варианты выполнения предложенного группового жидкометаллического геркона. Например, многополостной плоскослоистый баллон 1 (фиг. 3 и 4) может содержать неподвижные ленточные контаткные электроды, расположенные у самых крышек 3 и Ф, закрывающих полости 6, а подвижный naysжер 7 может быть выполнен с каналом для прохода газов и не смоченными жидким металлом торцовыми поверхностями. В даннсал случае выводные концы контактных электродов, S — 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 превышающей толщину этих же ленточных контактных электродов 8 — 11, чем достигают умень щения необходимого рабочего хода подвижного плунжера 7.
Жидкометаллический геркон работает следукицим образом.
При управляющем воздействии на плунжеры 7, например, внешним магнитным полем (не показано) они смешаился в полостях 6 до упора в одну иэ торцовых стенок полостей и, соприкасаясь сосмоченными жидким металлом рабочими поверхностями неподвижных контактных электродов 8 и 9, либо 10 и 11,.асуществляют электрическое "мостиковое переключение жидкометаллических контактов посредством жидкометаллической пленки на поверхности плунжера 7. В полостях 6 (фиг. 1) плунжеры 7 показаны условно пунктиром в крайних переключен- . ных положениях, .причем стрелкой показаны направления их возвратно-поступа: тельного движения во время переключения контактов. Удерживаются плунжеры
7 между неподвижными контактными электродами 8, 9 и 10,11 в показанных условных рабочих состояниях при отсутствии внешнего управляющего на них воздействия за счет сил сцепления с контактными электродами "мостиков жидкого металла 12 и сил капиллярной природы, обусловленных поверхностным натяжением. При подводе; например, к стенке полости 6 (фиг. 1) маг нита или. электромагнитна с тыльной
5 1007 стороны контактных электродов Я и 9 при наличии раствора (зазора) между ней и плунжером 7, последний притягивается магнитом и, когда сила магнитного притяжения становится больше силы Ф удержания плунжера 7 в исходном состоя. нии, он отрывается от неподвижных кон"тактных электродов 10 и 11 и, перемещаясь вдоль полости 6, входит в соприкосновение с контактными электродами
8 и 9. При этом мостики жидкого металла между контактными электродами 10 и 11 и плунжером 7 растягиваются вдоль боковой полости до состояния спонтанс ного распада и разрываются мгновенно, обеспечивая этим скачкообразный переход плунжера 7 в новое устойчивое состояние, а процесс образования удерживаших мостиков между контактными электродами 8 и 9 и плунжером 7 способ- М ствует гашению дребезгов в контакте (отскоков). Мостики между контактными электродами при снятом управляющем воздействии сохраняются постоянно и обеспечивают постоянное прижатие плун- И жера 7.
Способ управления магнитным полем ие является единственно возможным.
Подвижные плунжеры 7 геркона могут быть переключены из одного устойчивого 3ф состояния в другое механическим импульсом силы, получаемой за счет импульса ускорения (либо торможения), прикладываемого к баллону геркона.
Предложенный спосо б изготовления жидкометаллического контакта включает широкие возможности унифицированного изготовления групповых жидкометаллиI ческих герконов различной конструкции снк отдельными единицами, так и блока- Е
3ми в виде больших интегральных коммутационных микросхем, причем одновремен. но представляет возможность выполнять необходимую разводку между контакт деталями и группами контактов герко-HB.
Способ изготовления данного жидкометаллического контакта характеризуется тем, что баллон геркона изготавливают, послойно из диэлектрических слоев, М между которыми размещают ленточные токопроводники и эамоноличивают их посредством полимерных композиций, после чего в них выполняют, сверлением .полости для плунжеров, причем одновременно выравнивают рабочие IIQH верхности неподвижных контактных элекrpollos 8 — 11 со стенками полостей 6 баллона, придают им необходимые разме139 4
1 ры и обеспечивают качество локального взаимодействия с жидким металлом их рабочих поверхностей посредством нескольких последовательных химических и физических обработок любыми извест 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 выполняют иэ полимерных, предпочтительно плоскослоистых материалов, например стеклотекстопита, 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 иэ этих свойств их обеспечивают посредством использования соответствующих покрытий, например, наносимых методами тонкопленочной интеграль ной технологии и промежуточных клеющих пленок, преимущественно с толщиной
2-60 мкм. Затем высверливают или вы.рубают полости и амальгамируюг поверхности контактных электродов 8 — 11 и плунжера 7 например, гальваническим нанесением на них ртути. При нанесении на них необходимой дозы ртути их отмывают и сушат. Затем вкладывают плунжеры 7 в полости 6 в боксе с рабочей газоBoN средой (аргоном) геркона, накладывают на заготовку 2 крышки 3 и 4 и совмещают их в пакет, после чего пакет сжимают и эамоноличивают их в этой среде аргона путем герметиэируюшего капилляр,ного проклеивания слоев пакета и крышек полимерными материалами с выдержкой до их затвердев ания.
Приведенный пример не исчерпывает возможных вариантов реализации предложенного способа изготовления жидкометаллического геркона, так KBK он допускает также и использование современного высокочастотного, лазерного плазменного оборудования предназначенного для сборки микросхем. Следует отметить весьма широкие возможности варьировать при изготовI ленни конструкции и функциональные возможности геркона, меняя лишь порядок расположения и количество послойных заготовок при их замоноличивачии в пакет, а
7 10071É9 Я также меняя топологию и форму ленточ- надежностью и имеет широкие функпионых контактде талей. нальные воэможности, а способ его иэТаким образом предложенный жидкоме- готовления технологичен и предполагает таллический геркои обладает повышенной массовое производство. фиг. Г
Составитель В. Чичерюкин
Редактор Н. Пушненкова Техред М. Тенер Корректор Л. Бокшан
Заказ 2146/74
Тираж 701 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретениЯ и открытий
113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб:, д. 4/5
Филиал ППП Патент"„r. Ужгород, ул. Проектная, 4