电耦接到流体管芯的导电元件的制作方法

电耦接到流体管芯的导电元件


背景技术：

1.流体装置是指能够例如经由流体管芯的喷嘴排出流体的装置。作为非限制性示例，流体装置可用于打印装置中，以在基板或构建材料上形成标记。流体可穿过流体装置内的流体路径，包括经由流体端口、流体腔室和流体管芯的喷嘴。流体可包含电解质和/或可具有7或更高的ph值。
附图说明
2.下面将通过参考以下附图来描述各种示例。
3.图1a和图1b是图示了示例性流体装置的框图；图2是示例性流体装置的透视图；图3a
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3c是示例性流体装置的示意性剖视图；图4图示了示例性流体装置；以及图5是制造流体装置的示例性方法的流程图。
4.在下面的具体实施方式中参考了附图，这些附图形成该具体实施方式的一部分，其中，相似的附图标记自始至终可标示相对应和/或类似的相似部分。将理解的是，例如为了图示的简单和/或清楚，附图不一定按比例绘制。
具体实施方式
5.流体喷射装置可用于多种目的，例如，作为非限制性示例，将标记流体喷射到基板上以形成文本和图像，将着色剂和添加剂喷射到添加材料床上，以及基于微流体的生物医学应用。有时，流体流动路径的多个部分可包括可对流动的流体有响应和/或敏感的材料。例如，流体流动路径内的一些材料可能易于被流体侵蚀。以包括用于喷射标记流体的基于硅的流体管芯的喷墨或气泡喷射流体装置为例，流体装置内的部分硅可与接触的流体反应（例如，由于流体的ph水平）；例如，接触的流体可能侵蚀部分硅。
6.继续示例性喷墨流体装置的示例，一些流体可能在流体待通过其排出的供给孔的硅处侵蚀掉。保护硅管芯免受侵蚀的现有方法可能会在制造过程中引入复杂性和/或成本。例如，通过将保护层施加于易受影响的部件和/或改变标记流体组分（例如，减少颜料的量），可潜在地减少和/或避免侵蚀。使用沉积技术（例如，溅射）将保护层施加于流体装置的硅在材料以及制造复杂性和成本两个方面可能是昂贵的。并且通过施加电压电势偏置来生长保护层可能会使流体（例如，标记流体）分解。此外，作为示例，改变标记流体组分可能会导致打印质量降低。当然，虽然前述示例是在喷墨流体装置方面呈现，但要注意以下论述同样适用于其他流体装置。
7.鉴于前述内容，应当理解的是，可能期望一种方法（例如，部件和/或材料的组合）来减少不期望的材料侵蚀。在一些情况下，可能可以使用部件的布置结构来避免不期望的材料侵蚀，以利用电蚀效应（或贾凡尼效应，galvanic effect），以便在零电势下形成保护层。例如，在一种情况下，导电元件可被布置在流体装置的流体路径中。该导电元件可与流
体装置的流体管芯一起接地。该导电元件的材料和尺寸可被选择成在近似零电势下产生电蚀效应，例如响应于与电解质（例如，标记剂）的接触。
8.转到图1a，用于避免和/或减少不期望的材料侵蚀的装置的实施方式被图示为示意图。图1a示出了示例性流体装置100，其包括流体管芯102、支撑元件108和导电元件112。流体装置100可包括能够喷射流体的装置，例如上文所论述的。作为非限制性示例，示例性流体装置，例如流体装置100，可包括喷墨或气泡喷射装置或基于压电的喷射装置。流体装置100可在打印装置中实施，例如二维（2d）打印机和/或三维（3d）打印机。如应当理解的，一些示例性流体装置可包括打印头。在一些示例中，流体装置可被实施到打印装置中，并且可被用于将内容打印到介质上，所述介质例如纸、基于粉末的构建材料层、反应装置（例如，芯片实验室装置）等。示例性流体装置包括基于墨的喷射装置、数字滴定装置、3d打印装置、药物分配装置、芯片实验室装置、流体诊断电路和/或其中可分配或喷射一定量的流体的其他此类装置。
9.在一些示例中，其中可实施流体喷射装置的打印装置可通过在分层增材制造过程中沉积消耗性流体来打印内容。消耗性流体和/或消耗性材料可包括所使用的全部材料和/或化合物，例如包括墨、墨粉、流体或粉末（例如，试剂和着色剂），或者用于打印的其他原材料。此外，如本文所述的打印材料可包括消耗性流体以及其他消耗性材料。打印材料可包括墨、墨粉、流体、粉末、着色剂、清漆、面漆、光泽增强剂、粘结剂、熔剂、抑制剂和/或可在打印过程中利用的其他此类材料。
10.流体管芯，例如流体管芯102，可对应于流体喷射管芯。例如，流体管芯102可包括多个喷嘴，所述喷嘴可用于经由喷嘴选择性地分配流体（例如，标记流体或构建剂）的液滴。流体管芯102可包括若干个表面，例如顶表面和下表面。流体管芯102的顶表面可包括形成在其中的喷嘴孔口。流体管芯102的喷嘴层可包括穿过其形成并终止于顶表面上的喷嘴孔口处的喷嘴。例如流体管芯102的流体喷射管芯的喷嘴可被流体耦接到流体腔室，该流体腔室可形成在流体管芯102的与喷嘴层相邻的腔室层中。流体致动器可被设置在流体腔室中（或附近），并且相应的流体致动器的致动可引起流体液滴通过流体耦接到流体腔室的对应喷嘴的喷射。流体可经由流体管芯102的下表面中的流体端口行进，通过流体腔室，并通过喷嘴离开。为简单起见，术语“流体孔104”用于指通过流体管芯102的开口或路径，并且可包括但不限于流体端口、流体腔室和喷嘴。
11.在流体装置中实施的一些示例性流体致动器包括热喷射器、压电喷射器和/或可使流体液滴从喷嘴孔口喷射和/或分配的其他此类喷射器。在一些示例中，流体管芯可用硅或硅基材料形成。诸如喷嘴、流体腔室和流体通路之类的各种特征可由用在基于硅器件的制造中的各种材料和过程形成，所述材料例如硅、二氧化硅、氮化硅、金属、环氧树脂、聚酰亚胺、其他碳基材料等。其中此类流体特征可通过各种微加工过程来形成，例如蚀刻、沉积、光刻法、结合、切割和/或其他此类微加工过程。
12.在一些示例中，流体管芯可被称为条片（sliver）。一般而言，条片可对应于如下流体管芯，其具有：大约650
ꢀµ
m或更小的厚度；大约30 mm或更小的外部尺寸；和/或大约3比1或更大的长宽比。在一些示例中，条片的长宽比可为大约10比1或更大。在一些示例中，条片的长宽比可为大约50比1或更大。应当理解的是，随着流体管芯的尺寸减小到条片的范围，流体侵蚀的影响可能变得更加显著。至少由于这个原因，可能期望一种避免和/或减少不期
望的材料侵蚀、例如流体管芯的侵蚀的方法。
13.在一些示例中，流体管芯可以是非矩形形状。在这些示例中，流体管芯的第一部分可具有近似于上述示例的尺寸/特征，并且流体管芯的第二部分可在宽度上大于第一部分，并且在长度上小于第一部分。在一些示例中，第二部分的宽度可以是第一部分的宽度尺寸的大约2倍。在这些示例中，流体管芯可具有细长的第一部分，喷嘴可沿该第一部分布置，并且流体喷射管芯可具有第二部分，用于该流体管芯的电气连接点可被布置在该第二部分上。
14.流体管芯102还可包括接地部106，其是指连接点，例如呈电极的形式，该连接点可被电耦接到流体装置100的接地部。
15.支撑元件108是指流体管芯102可直接地或者例如通过粘合剂间接地固定到的元件。支撑元件108可包括环氧树脂模制化合物，并且流体管芯102可（全部或部分地）模制在支撑元件108内。
16.在一些示例中，支撑元件108可由单一材料形成（例如，支撑元件可以是均匀的）。此外，在一些示例中，支撑元件108可以是单件（例如，支撑元件可以是整体式的）。在一些示例中，支撑元件108（和/或嵌体，如下文将进一步论述的）可包括环氧树脂模制化合物，例如来自日立化学公司（hitachi chemical, inc.）的cel400zhf40wg，和/或其他此类材料。在另一示例中，支撑元件108和/或嵌体可包括热塑性材料，例如pet、pps、lcp、psu、peek和/或其他此类材料。因此，在一些示例中，支撑元件108和/或嵌体可以是基本上均匀的。在一些示例中，支撑元件108和/或嵌体可由单件形成，使得该支撑元件和/或嵌体可包括没有接头或接缝的模制材料。如本文所使用的，模制的支撑元件和/或模制嵌体可能不是指可形成载体和/或嵌体的过程；而是，模制的支撑元件和/或模制嵌体可指但不限于可形成该载体和/或嵌体的材料。
17.支撑元件108可包括流体通道110，其可对应于流体管芯102的下表面和流体管芯102的流体孔104的流体端口。流体通道110和流体孔104的组合可形成流体路径114。如上所述，处于流体路径114内和/或行进通过流体路径114的流体可能侵蚀掉暴露于流体路径114内的流体的材料。因此，可能期望一种结构，其可用于减少和/或消除流体路径114内的不期望的材料侵蚀。
18.在一种实施方式中，导电元件112可被布置在流体路径114内，以将表面（全部或部分地）暴露于处于流体路径114内和/或行进通过流体路径114的流体。导电元件112可被电耦接到流体管芯102的接地部106，例如经由虚线116所示的电耦接。在一个示例中，例如，导电元件112和流体管芯102的接地部106可被电耦接到（例如，流体装置100的）公共接地部（common ground）。导电元件112可包括多种金属和/或类金属，包括但不限于基于金属和/或类金属的镀层。作为例示，用于导电元件112的示例性材料包括但不限于金（au）、钽（ta）、铂（pt）、钯（pd）和镍（ni）。在一个示例中，例如，可确定对于硅基流体管芯，包括金的导电元件112可能能够减少和/或消除硅基流体管芯的侵蚀。这可能是由于材料之间的关系，例如可通过参考电势序（galvanic series）内的材料的分类来指示，金属之间产生的电化学电压的相应水平（例如，可通过阳极指数（anodic index）来指示）等。材料选择中的另一个因素可包括导电元件（例如，导电元件112）的相应暴露表面积和流体管芯（例如，流体管芯102）的暴露表面积。例如，在一些情况下，导电元件的暴露表面积与流体管芯的暴露表面积
之比可为3:1。在其他示例中，该比率可为2:1。在又其他的示例中，该比率可为1:1。另外，该比率可不限于整数。实际上，例如由于选定的材料和流体，在某些情况下可使用2.5:1和3.5:1的比率等。
19.要注意的是，导电元件112被图示为使得其一部分部分地处于流体路径114内。这样做是为了说明导电元件112的一部分被布置在流体路径114内。这是在没有限制的情况下完成的，因为当然，在一些情况下，整个导电元件112可被布置在流体路径114内。
20.在操作中，流体装置（例如，流体装置100）可包括流体管芯（例如，流体管芯102）和耦接到该流体管芯的支撑元件（例如，支撑元件108）。流体通道（例如，流体通道110）可被布置在支撑元件内，并且可限定通过支撑元件和流体管芯的流体孔（例如，流体孔104）的流体路径（例如，流体路径114）。该流体装置还可包括布置在流体路径中的导电元件（例如，导电元件112）。该导电元件可被电耦接（例如，如电耦接线116所示）到流体管芯的接地部（例如，接地部106）。并且该导电元件的材料和尺寸被选择成在近似零电势下产生电蚀效应。作为示例，该导电元件可包括金（au）。如此，该流体管芯和导电元件将在与电解质（例如，标记流体）接触的同时形成电化学电池。例如，（部分或全部地）由于流体管芯和导电元件的材料，响应于零外部电势的施加，保护层可在流体路径的一部分（如果不是全部）上生长（例如，由于一方面的接地的导电构件112和流体管芯102与充当电解质的流体路径中的流体之间的电蚀效应）。例如，可形成氧化物层，例如使用来自所述材料中的一种的离子（例如，响应于电解质与导电元件和流体管芯之间的接触）。
21.因此，可保护流体管芯（例如，流体管芯102）免受流体路径中的流体的侵蚀。
22.图1b图示了另一示例性装置，其例如用于减轻流体管芯102的不希望的材料侵蚀。类似于图1a，图1b图示了流体装置100，其具有流体管芯102、支撑元件108和导电元件112。此外，类似于图1a的实施方式，流体管芯102也包括接地部106和流体孔104；并且支撑元件具有流体通道110。另外，导电元件112被图示为与流体管芯102的接地部106电耦接到公共接地部。在下文中，将参考前面的元件，例如图1b的元件，以指出类似的功能和/或结构，但这不应以限制性的意义理解。实际上，在某些情况下，与其他实施方式相比，特定实施方式的部件可能略微变化。返回到图1b的实施方式，其还图示了嵌入式导电引线118。嵌入式导电引线118可采用在支撑元件108内形成（例如，模制、沉积等）的导电引线的形式，例如用于使得能够实现虚线116所示的电耦接。在一种情况下，例如，嵌入式导电引线118可以是模制环氧树脂结构内的引线框架的一部分，但不限于此。
23.图1b的流体装置100还包括基板120。基板120可以是连接到支撑元件的任何结构或装置，该支撑元件能够为流体装置100提供物理、电气和/或流体支持（除其他外）。例如，在一种情况下，基板120可包括与用于支撑元件108的材料相似的材料（例如，环氧树脂）。基板120可替代地被称为“嵌体（chiclet）”，如上所述。在一些情况下，基板120或该嵌体可用作辅助支撑元件。该嵌体可被耦接到支撑元件108，例如耦接在支撑元件的凹部内。在一些示例中，嵌体和/或支撑元件可通过模制过程形成。在其他示例中，嵌体和/或支撑元件可通过封装过程形成。在其他示例中，嵌体和/或支撑元件可通过其他加工过程形成，例如切割、研磨、结合等。基板120还可包括流体通道122，其例如可对应于支撑元件108的流体通道110。与流体通道110和流体孔104一起，流体通道122可限定流体路径。
24.如下文（例如，图4）将进一步论述的，在一些实施方式中，基板120还可包括嵌入式
导电引线。
25.接下来转到图2，其是示例性流体装置200的透视图，该流体装置200包括布置在支撑元件208内的流体通道（被流体管芯202a
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202c遮蔽）内的流体管芯202a
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202c。除了支撑元件208之外，流体装置200还可包括基板220，如上所述。封盖（encap）224a和224b被图示并且是用于例如在清洁和/或维修期间保护流体管芯202a
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202c的结构。图2还示出了标有“a”的剖面箭头，以图示图3a
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3c的示意性剖视图的视角。
26.转到图3a，示例性流体装置300的剖面被图示为示意图。要注意的是，元件的比例、尺寸、部件的放置等以简化形式示出，以便简化其查阅。这是在没有限制的情况下完成的，并且要求保护的主题的范围超出了本文论述的狭窄的说明性实施方式。
27.示例性流体装置300被图示为具有流体管芯302、支撑元件308、导电元件312、基板320和封盖324。要注意的是，流体管芯302、支撑元件308、导电元件312、基板320和封盖324可类似于上面关于图1a、图1b和图2论述的对应部件，并且因此这里不再重复论述它们的结构和/或功能。
28.流体管芯302包括流体孔304，其被简单地图示为通孔通路。如上所述，流体管芯302的确切结构可包括流体端口、具有致动构件的流体腔室以及喷嘴。然而，为了简化论述，在图3a
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3d的示意性布置结构中未图示这些特征。流体孔304被图示为处于流体路径314a
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314c的一个末端处，所述流体路径314a
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314c由支撑元件308的流体通道310（由于图中的空间限制由流体路径314c内的a表示）以及基板320的流体通道322（由流体路径314c内的b表示）来限定。流体管芯302还包括接地部306，其被连接到芯片封装330的公共接地部（例如，接地部328）。嵌入式导电引线318被示出为穿过支撑元件308并且还穿过封盖324。要注意的是，其实际布线可能不同，例如还穿过基板320。图示的嵌入式导电引线318仅用于图示流体装置300的元件之间的电耦接。
29.另外，要注意，支撑元件308标记有单一的箭头和元件标记，然而，要理解的是，支撑元件308的箭头是指支撑元件308的所有四个部分，它们限定了相应的流体通道310。
30.类似地，基板320以五个部分图示并使用单一的箭头和元件标记来指示，这也是为了避免元件标记的不必要重复并保持附图清晰。如应当明显的，基板的各部分与支撑元件308的各部分类似地限定了流体通道322。如上所述，基板320的各部分可充当用于支撑元件308和流体管芯302两者的辅助支撑件。
31.粘合剂326被图示为处于支撑元件308和基板320之间的层。粘合剂326可包括能够使支撑元件308和基板320粘合在一起的任何合适的粘合剂化合物。要注意的是，粘合剂326层内的未填充矩形部分（并且与两个最右侧的导电元件312相邻）也对应于粘合剂326。
32.芯片封装330是指包含电路元件的结构，作为非限制性示例，这些电路元件可包括导线迹线、分立和集成的电路元件、电极以及其他电接触件等。芯片封装330的示例可包括印刷电路板（pcb）或封装的引线框架。
33.在流体路径314a
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314c内，存在虚线填充图案以指示流体的可能存在，该流体可包括电解质，例如基于颜料的标记剂。该流体可引起流体路径314a
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314c内的材料的侵蚀，例如侵蚀掉部分的流体管芯302。（全部或部分地）由于导电元件312和流体管芯的接地部306之间的公共接地部，响应于一方面流体路径314a
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314c中的流体与另一方面导电元件312和流体管芯302之间的接触，可产生电蚀效应。换句话说，当零电势被施加在电耦接的接地部
306和导电元件312之间时，响应于与电解质的接触，可形成电化学电池。这可导致保护层的生成（在流体路径314a
‑
314c内用虚线图示）。这样的保护层的一个示例性部分被示出并且在流体路径314a内标记为保护层332。因此，作为示例，保护层332可保护流体管芯302的下表面免受侵蚀。
34.考虑到前述内容，在操作中，诸如前述的结构可使得能够减少或消除不期望的流体材料侵蚀。因此，示例性流体装置（例如，流体装置300）可包括：包括流体孔（例如，流体孔304）的流体管芯（例如，流体管芯302）；耦接到流体管芯的支撑元件（例如，支撑元件308）；以及导电元件（例如，导电元件312）。该支撑元件可包括对应于该流体孔的流体通道（例如，流体通道310），以限定穿过支撑元件和流体管芯的流体路径（例如，流体路径314c）。该流体装置可包括嵌入式导电引线（例如，嵌入式导电引线318）。该导电元件可相对于流体管芯和支撑元件布置，使得该导电元件的表面布置在流体通道中。该导电元件可经由该嵌入式导电引线电耦接到流体管芯的接地部。如根据图3a应当明显的，嵌入式导电引线318可提供若干个流体管芯（例如，流体管芯302）的接地部与若干个导电元件（例如，导电元件312）之间的电耦接。
35.该流体装置还可包括芯片封装（例如，芯片封装330），其可包括印刷电路板（pcb）、模制互连装置或模制引线框架装置。该芯片封装可被耦接到该基板，并且包括连接到嵌入式导电引线的接地引线的接地部。
36.在一种实施方式中，布置在流体通道中的导电元件的表面的表面积与暴露在流体路径中的流体管芯的表面积之比为大约1:1至3:1。当然，该特定布置结构可基于用于流体管芯和导电元件的特定材料来选择，并且其他比率和布置结构也可用于材料和部件的其他组合，而没有限制。
37.另外，在一种实施方式中（并且如图3a中所示），流体管芯和导电元件可被布置成使得结构元件、粘合剂、间隙或它们的组合在流体管芯和导电元件之间提供物理分离。实际上，如图3a中所示，支撑元件308和/或粘合剂326在流体管芯302和导电元件312之间提供物理分离。
38.接下来转到图3b和图3c，其图示了流体装置300的附加实施方式的剖面。图3b和图3c在许多方面与图3a相似。并且因此，这里将不再重复论述相似的元件。在差异方面，图3b图示了一种实施方式，其中基板320也包括接地部334。因此，如应当理解的，不仅仅是流体管芯（例如，流体管芯302）和导电元件（例如，导电元件312）可电连接到公共接地部。然后，如图3b中所示，其他实施方式可使得能够响应于与流体路径314a
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314c中的电解质的接触而形成电化学电池。
39.图3c的实施方式图示了可用于将基板320的接地部328'连接到芯片封装330的导电粘合剂336（例如，焊料）。
40.考虑到前述内容，应当明显的是，多种可能的实施方式可支持如下系统，即：其中，例如在施加零电势的同时，导电元件和流体管芯被电耦接到公共接地部，以形成电化学电池。
41.图4是示例性流体装置400的顶视图，其图示了嵌入式导电引线418。值得注意的是嵌入式接地引线418'，其可用于将流体管芯、导电元件412、支撑元件408和/或基板420电耦接到公共接地部。流体装置400、支撑元件408、（支撑元件408的）流体通道410、嵌入式导电
引线418和基板420可类似于上面关于图1a
‑
3c论述的对应部件。在一个示例中，嵌入式导电引线418（包括嵌入式接地引线418'）可例如通过流体装置400的底表面上的电极来电耦接到芯片封装和/或其他装置（例如，打印装置）。
42.应当理解的是，如所公开的那样布置使得流体管芯和导电元件电耦接到公共接地部以例如响应于与电解质的接触而形成电化学电池的前述部件可能是期望的，以减少或消除不希望的材料侵蚀。
43.图5图示了用于制造流体装置（例如，图4的流体装置400）的示例性方法500。该流体装置可在结构和/或功能上类似于图1的流体装置100、图2的流体装置200、图3的流体装置300和图4的流体装置400。
44.在框505处，导电引线可被嵌入基板（例如，图4的基板420）和/或支撑元件（例如，图4的支撑元件408）内。如上所述，该支撑元件可由塑料或环氧树脂模制化合物等制成。
45.在框510处，环氧树脂支撑构件（例如，图4的支撑元件408）可被连接到该基板。该环氧树脂支撑构件可具有流体通道和布置在流体通道内的导电元件（例如，图4的导电元件412）。在一种实施方式中，导电元件可被嵌入支撑构件内。在其他情况下，导电元件可被布置在支撑构件的外侧上但与支撑构件接触，例如图3a
‑
3c中所示。
46.在框515处，流体管芯（例如，图3a
‑
3d的流体管芯302）可被连接到环氧树脂支撑构件，以限定穿过环氧树脂支撑构件的流体通道并穿过流体孔（例如，图3a
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3c中的流体孔304）的流体路径。
47.在框520处，导电元件可与流体管芯电耦接到公共接地部。如此，响应于与电解质的接触，可形成电化学电池以减少或避免不希望的材料侵蚀。
48.在本公开的上下文中，术语“连接”、术语“部件”和/或类似术语旨在是物理的，但不一定总是有形的。因此，这些术语是否涉及有形的主题，在特定的使用背景下可能会有所不同。作为示例，有形的连接和/或有形的连接路径可例如通过有形的电连接构成，例如包括金属或其他电导体的导电路径，其能够在两个有形部件之间传导电流。
49.因此，在特定的使用背景下，例如在论述有形部件的特定背景下，术语“耦接”和“连接”以使得这些术语不是同义的方式使用。也可按照表现出相似意图的方式使用类似术语。因此，“连接”用于表示例如两个或更多个有形部件和/或类似物有形地直接物理接触。因此，使用先前的示例，被电连接的两个有形部件经由有形的电连接物理连接，如前所述。然而，“耦接”用于意指可能的两个或更多个有形部件有形地直接物理接触。尽管如此，“耦接”也可用于意指两个或更多个有形部件和/或类似物不一定有形地直接物理接触，而是能够协作、联络和/或相互作用，例如通过“光学耦接”。同样，术语“耦接”在适当的上下文中可理解为意指间接连接。
50.除非另有说明，否则在本公开的上下文中，如果用于关联列表，例如a、b或c，则术语“或”旨在意指a、b和c，在此以包含的意义使用，以及a、b或c，此处以排他的意义使用。根据这种理解，“和”以包含的意义使用，并且旨在意指a、b和c；而“和/或”可非常谨慎地使用，以表明所有前述含义都是预期的，尽管这样的使用不是必需的。
51.在前面的描述中，已描述了所要求保护的主题的各个方面。出于解释的目的，阐述了诸如数量、系统和/或构造之类的细节作为示例。在其他情况下，省略和/或简化了公知的特征，以免模糊所要求保护的主题。虽然本文已图示和/或描述了某些特征，但是本领域技
术人员现在将会想到许多修改、替换、改变和/或等同物。因此，要理解的是，所附权利要求旨在覆盖落入所要求保护的主题内的所有修改和/或改变。