DE19533184A1 - Semiconductor micro-valve - Google Patents

Semiconductor micro-valve

Info

Publication number
DE19533184A1
DE19533184A1 DE19533184A DE19533184A DE19533184A1 DE 19533184 A1 DE19533184 A1 DE 19533184A1 DE 19533184 A DE19533184 A DE 19533184A DE 19533184 A DE19533184 A DE 19533184A DE 19533184 A1 DE19533184 A1 DE 19533184A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
section
valve
sections
valve seat
flow channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE19533184A
Other languages
German (de)
Inventor
Norbert Dr Ing Schwesinger
Jens Petzold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE19533184A priority Critical patent/DE19533184A1/en
Publication of DE19533184A1 publication Critical patent/DE19533184A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001—Microvalves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15C—FLUID-CIRCUIT ELEMENTS PREDOMINANTLY USED FOR COMPUTING OR CONTROL PURPOSES
    • F15C5/00—Manufacture of fluid circuit elements; Manufacture of assemblages of such elements integrated circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001—Microvalves
    • F16K99/0003—Constructional types of microvalves; Details of the cutting-off member
    • F16K99/0005—Lift valves
    • F16K99/0007—Lift valves of cantilever type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001—Microvalves
    • F16K99/0034—Operating means specially adapted for microvalves
    • F16K99/0055—Operating means specially adapted for microvalves actuated by fluids
    • F16K99/0057—Operating means specially adapted for microvalves actuated by fluids the fluid being the circulating fluid itself, e.g. check valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K2099/0073—Fabrication methods specifically adapted for microvalves
    • F16K2099/0074—Fabrication methods specifically adapted for microvalves using photolithography, e.g. etching
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K2099/0073—Fabrication methods specifically adapted for microvalves
    • F16K2099/008—Multi-layer fabrications
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001—Microvalves
    • F16K99/0034—Operating means specially adapted for microvalves

Abstract

The micro-valve includes two semiconductor layers (1,2) which are connected to each other and which is provided a fluid flow channel, a valve seat, and a valve body in the form of an elastic tongue (3). The two layers, e.g. of silicon, each enclose respective input and output sections of the channel. The two sections are formed as a single unit w.r.t. their cross-sections and length, and the middle axis of the channel is centrally formed w.r.t. each of the sections. Both input and output sections are each tapered in the direction of the fluid flow with the end cross-section of each section being smaller than that of their respective fronts and forming a pyramidal shape. The valve seat is provided at the border surface between the two sections on part of one layer not covered by the neighbouring layer. The tongue has a greater extent than that of the input section cross-section over which it rests and to which it is attached at one point.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikro-Ventilanordnung, aufgebaut aus übereinander angeordneten und mitein­ ander verbundenen Werkstoffschichten, im wesent­ lichen einen Strömungskanal, einen Ventilsitz und einen Ventilkörper umfassend, der bei Aufliegen auf dem Ventilsitz den Strömungskanal verschließt. Es handelt sich dabei um eine passive Mikroventil­ anordnung, die zum selbsttätigen Öffnen des Strö­ mungskanales für ein Fluid in der Strömungsrichtung und zur Rückflußverhinderung in der Gegenrichtung einsetzbar ist.The invention relates to a micro-valve arrangement, built up from one another and with each other other connected material layers, essentially Lichen a flow channel, a valve seat and comprising a valve body, which when lying on the valve seat closes the flow channel. It is a passive micro valve arrangement that automatically opens the stream Mungskanales for a fluid in the flow direction and to prevent backflow in the opposite direction can be used.

In der klassischen Fluidik sind Ventile bekannt, die aus einer Vielzahl von Komponenten bestehen, welche nach aufwendigen Fertigungsverfahren charak­ teristischerweise aus Kunststoffen oder Metallen hergestellt sind und erhebliche Baugrößen aufwei­ sen. Zur Minimierung des Fertigungsaufwandes und des Platzbedarfes wurden deshalb Ventilstrukturen entwickelt, die mit Fertigungsmethoden der Halblei­ tertechnik herstellbar sind. Als außerordentlich problematisch hat sich dabei der sogenannte Klebe­ effekt erwiesen, der das Loslösen des Ventilkörpers vom Ventilsitz behindert und vor allem immer dann auftritt, wenn Ventilkörper und Ventilsitz aus dem gleichen Material bestehen.Valves are known in classical fluidics, which consist of a multitude of components, which charak after elaborate manufacturing processes Teristically made of plastics or metals are manufactured and have considerable sizes sen. To minimize the manufacturing effort and of the space required were therefore valve structures developed using manufacturing methods of semi-lead tertechnik are producible. As extraordinary The so-called adhesive has been problematic proven effect of the detachment of the valve body obstructed by the valve seat and above all then occurs when the valve body and valve seat from the same material.

Die DE-OS 44 02 096 beschreibt eine Lösung, die sich vorrangig auf die Form einer mikostrukturierten Hochleistungsdüse und eines Ventilsitzes bezieht. DE-OS 44 02 096 describes a solution that focus primarily on the shape of a micro-structured High performance nozzle and a valve seat.  

Als Material wird Silizium eingesetzt, das mit bekannten Verfahren der Mikrotechnologie struktu­ riert wird. Zur Vermeidung des Klebeeffektes ist der Ventilsitz konstruktiv sehr schmal gestaltet und mit einer Antihaftschicht versehen. Nachteilig an der hier vorgeschlagenen technischen Lösung ist die recht komplizierte Struktur der Düse und des Venilsitzes sowie die große Anzahl von Prozeß­ schritten, die zum Erzeugen dieser Struktur erfor­ derlich sind. Außerdem ist aufgrund der konstrukti­ ven Gestaltung nicht sichergestellt, daß der starre Ventilkörper sich gleichmäßig an den Ventilsitz an­ legt, so daß eine Leckrate in jedem Fall zu erwar­ ten ist.Silicon is used as the material known methods of microtechnology struktu is riert. To avoid the sticky effect is the valve seat has a very narrow design and provided with a non-stick layer. Disadvantageous on the technical solution proposed here the rather complicated structure of the nozzle and the Venelsitz as well as the large number of lawsuits steps required to create this structure are such. In addition, due to the construction ven design does not ensure that the rigid The valve body fits evenly against the valve seat sets, so that a leak rate was to be expected in any case is.

Mit der DE-OS 41 39 668 ist ein Mikroventil bekannt, bei dem eine elastische Membran als Ven­ tilsitz und ein ebenfalls an einer Membran beweg­ lich angeordneter Ventilkörper vorgesehen sind. Nachteilig hierbei ist, daß ein sicheres Schließen nur dann erfolgt, wenn durch einen äußeren Über­ druck die Auslenkung der Membran, an welcher der Ventilsitz befestigt ist, größer ist als die Aus­ lenkung der Membran des Ventilsitzes. Bei nahezu drucklosen Strömungen ist das nicht zu erwarten, so daß die Funktionsfähigkeit dieses Mikroventiles nicht in jedem Fall gewährleistet ist. Außerdem ist die Herstellung des Ventiles sehr aufwendig, da viele Einzelprozeßschritte notwendig sind.With DE-OS 41 39 668 is a micro valve known in which an elastic membrane as Ven tilsitz and also move on a membrane Lich arranged valve body are provided. The disadvantage here is that a safe closing only occurs if through an external transfer pressure the deflection of the membrane on which the Valve seat is attached, is larger than the off steering the membrane of the valve seat. At almost unpressurized currents are not to be expected, so that the functionality of this microvalve is not guaranteed in every case. Besides, is the manufacture of the valve is very complex because many individual process steps are necessary.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Mikro­ ventil zu schaffen, welches unkompliziert aufge­ baut, in einer geringen Anzahl von Prozeßschritten herstellbar ist und ein sicheres Öffnen und Schlie­ ßen des Strömungsweges auch bei druckarmen Strömun­ gen gewährleistet.The invention has for its object a micro to create valve, which is easily opened builds in a small number of process steps  is producible and safe opening and closing flow path even with low-pressure currents guaranteed.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Mikro-Ventilanordnung, die aus übereinander angeordneten und miteinander verbundenen Werkstoffschichten auf­ gebaut ist und die einen Strömungskanal, einen Ven­ tilsitz und einen Ventilkörper umfaßt dadurch ge­ löst, daß der Ventilkörper aus zwei Werkstoff­ schichten hergestellt ist, von denen jede einen Teilabschnitt des Strömungskanals umschließt. Die beiden Teilabschnitte des Strömungskanals sind hin­ sichtlich des Kanalquerschnittes und der Länge des Abschnittes identisch gestaltet; sie sind bezüglich ihrer Kanalmittelachsen zentrisch zueinander ausge­ richtet. Beide Abschnitte sind so ausgeführt, daß sie sich in Strömungsrichtung verjüngen, wodurch der Endquerschnitt des (in Strömungsrichtung gese­ hen) ersten Teilabschnittes wesentlich kleiner ist als der Anfangsquerschnitt des zweiten Teilab­ schnittes; außerdem ist dadurch an der ersten Werk­ stoffschicht senkrecht zur Strömungsrichtung eine von der zweiten Werkstoffschicht nicht abgedeckte Fläche vorhanden, die den Ventilsitz bildet. Als Ventilkörper ist eine elastische Zunge vorgesehen, deren flächige Ausdehnung zwar kleiner ist als der Anfangsquerschnitt des zweiten Abschnittes, jedoch größer ist als der Endquerschnitt des ersten Teil­ abschnittes. Die elastische Zunge ist am Übergang von der ersten zur zweiten Teilabschnitt so ange­ ordnet, daß sie bei Strömungsdruck entgegen der Durchlaßrichtung den Strömungskanal gegen den Venil­ sitz abdichtet; sie ist zumindest an einer Stelle des Ventilsitzes fest mit dem ersten Werkstoff­ schicht verbunden.The object is achieved according to the invention with a micro-valve arrangement, the ones arranged one above the other and interconnected layers of material is built and a flow channel, a Ven tilsitz and a valve body thereby comprises ge triggers that the valve body is made of two materials layers, each one Part of the flow channel encloses. The both sections of the flow channel are gone of the channel cross section and the length of the Section identically designed; they are regarding their channel center axes are centric to each other judges. Both sections are designed so that they taper in the direction of flow, causing the final cross section of the (in the flow direction hen) the first section is much smaller than the initial cross section of the second part cut; it is also the first work layer perpendicular to the flow direction not covered by the second layer of material Surface available that forms the valve seat. As An elastic tongue is provided, whose areal extent is smaller than that Initial cross section of the second section, however is larger than the final cross section of the first part section. The elastic tongue is at the transition from the first to the second section orders that at flow pressure against the Direction of passage the flow channel against the Venil  seat seals; it is at least in one place of the valve seat with the first material layer connected.

Die Verjüngung der Teilabschnitte des Strömungs­ kanals kann vorteilhafterweise pyramidenstumpfartig gestaltet sein, das heißt die Schnitte durch den Strömungskanal parallel zur Strömungsrichtung weisen Trapezform auf.The tapering of sections of the flow channel can advantageously be truncated pyramid be designed, i.e. the cuts through the Flow channel parallel to the direction of flow have a trapezoidal shape.

Die beiden Werkstoffschichten des Ventilkörpers sollten aus einem einkristallinen Material, vor­ zugsweise aus Silizium, gefertigt sein. Die elasti­ sche Zunge kann aus einem oder mehreren dünnschich­ tigen metallischen Werkstoffen, vorzugsweise aus Al, Ag, Au oder Cr, hergestellt sein.The two material layers of the valve body should be made of a single crystal material preferably made of silicon. The elasti The tongue can consist of one or more thin layers term metallic materials, preferably made of Al, Ag, Au or Cr.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen inThe invention is based on Ausfüh tion examples explained in more detail. The associated Drawings show in

Fig. 1 einen Schnitt durch die Mittelachse der Ventilanordnung Fig. 1 shows a section through the central axis of the valve arrangement

  • a) im geschlossenen Zustanda) in the closed state
  • b) im geöffneten Zustandb) in the open state

Fig. 2 die Draufsicht auf die Ventilanord­ nung in einem Ausführungsbeispiel mit quadra­ tisch geformter Zunge und Zungenbefestigung an einer Längsseite Fig. 2 is a plan view of the Ventilanord voltage in one embodiment with a quadrant-shaped tongue and tongue attachment on one long side

Fig. 3 eine Möglichkeit der Zungenbefesti­ gung Fig. 3 shows a possibility of tongue attachment

Fig. 4 die Draufsicht auf die Ventilanord­ nung in einem Ausführungsbeispiel mit etwa kreisrund geformter Zunge Fig. 4 is a top view of the Ventilanord voltage in an embodiment with an approximately circular-shaped tongue

Fig. 5 die Draufsicht auf die Ventilanord­ nung in einem Ausführungsbeispiel mit quadra­ tisch geformter Zunge und Zungenbefestigung an zwei Längsseiten Fig. 5 is a top view of the Ventilanord voltage in one embodiment with a quadrant-shaped tongue and tongue attachment on two long sides

Fig. 6 die Draufsicht auf die Ventilanord­ nung in einem Ausführungsbeispiel mit rechteckig geformter Zunge und Zungenbefesti­ gung an einer Längsseite. Fig. 6 is a plan view of the Ventilanord voltage in an embodiment with a rectangular shaped tongue and Zungbefesti supply on one long side.

In Fig. 1 a) und b) sind jeweils zwei Silizium­ schichten 1 und 2 dargestellt, die übereinanderge­ fügt und an ihren Berührungsflächen hermetisch mit­ einander verbunden sind; jede Siliziumschicht um­ schließt einen Abschnitt des Strömungskanals. Die Abschnitte weisen in beiden Siliziumschichten 1 und 2 gleiche Geometrien auf und sind so ausgeführt, daß sie sich in Strömungsrichtung pyramidenstumpf­ artig verjüngen. Die Mittelachsen der Abschnitte befinden sind zentrisch zueinander angeordnet.In Fig. 1 a) and b) two silicon layers 1 and 2 are shown, which adds one another and are hermetically connected to each other at their contact surfaces; each silicon layer encloses a portion of the flow channel. The sections have the same geometries in both silicon layers 1 and 2 and are designed such that they taper in the manner of a truncated pyramid. The central axes of the sections are arranged centrally to one another.

Aufgrund der Verjüngung ist, in Strömungsrichtung gesehen, der Endquerschnitt des ersten Abschnittes wesentlich kleiner als der Anfangsquerschnitt des zweiten Abschnittes, so daß an der Siliziumschicht 1 senkrecht zur Strömungsrichtung eine von der Siliziumschicht 2 nicht abgedeckte Fläche vorhanden ist, welche den Ventilsitz bildet. Als Ventilkörper ist eine elastische Zunge 3 vorgesehen, deren flä­ chige Ausdehnung kleiner als der Anfangsquerschnitt des zweiten Abschnittes, jedoch größer als der End­ querschnitt des ersten Abschnittes ist. Die elasti­ sche Zunge 3 ist am Übergang vom ersten zum zweiten Abschnitt des Strömungskanals so angeordnet, daß sie bei Strömungsdruck entgegen der Durchlaßrich­ tung den Kanalquerschnitt vollständig gegen den Ventilsitz abdichtet.Due to the tapering, viewed in the direction of flow, the end cross section of the first section is substantially smaller than the initial cross section of the second section, so that an area not covered by the silicon layer 2 , which forms the valve seat, is present on the silicon layer 1 perpendicular to the flow direction. An elastic tongue 3 is provided as the valve body, the areal extent of which is smaller than the initial cross section of the second section, but larger than the final cross section of the first section. The elastic tongue 3 is arranged at the transition from the first to the second section of the flow channel in such a way that it completely seals the channel cross section against the valve seat at flow pressure against the passage direction.

In einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 kann, wie die Draufsicht zeigt, die Zunge 3 ebenso wie der Endquerschnitt 4 eine quadratische Form haben. Der dunkel schraffierte Bereich 6 stellt die Zone an einer Längsseite der Querschnittsfläche dar, an der die Zunge 3 fest mit der Oberfläche der Silizium­ schicht 1 verbunden ist. Die gestrichelte Fläche 5 stellt den Anfangsquerschnitt des ersten Abschnittes in der Siliziumschicht 1 dar. Sind die Abschnitte des Strömungskanals in beiden Silizium­ schichten mit gleichen Abmessungen ausgeführt, so entspricht die Differenz zwischen Endquerschnitt 4 und Fläche 5 dem Areal auf der Siliziumschicht 1, das nicht durch die Siliziumschicht 2 abgedeckt ist und somit maximal als Ventilsitz zur Verfügung steht. In Fig. 3 ist die Zunge als dünner Film zu erkennen, der im Bereich 6 auf der Oberfläche der Siliziumschicht 1 befestigt ist.In an exemplary embodiment according to FIG. 2, as the top view shows, the tongue 3 as well as the end cross section 4 can have a square shape. The dark hatched area 6 represents the zone on a long side of the cross-sectional area on which the tongue 3 is firmly connected to the surface of the silicon layer 1 . The dashed area 5 represents the initial cross section of the first section in the silicon layer 1. If the sections of the flow channel in both silicon layers are of the same dimensions, the difference between the final cross section 4 and area 5 corresponds to the area on the silicon layer 1 that does not pass through the silicon layer 2 is covered and is therefore at most available as a valve seat. The tongue can be seen in FIG. 3 as a thin film which is fastened in the region 6 on the surface of the silicon layer 1 .

In einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 4 eine Zunge 3 mit etwa kreisförmig ausgebildetem Umfang. Auch in diesem Fall überdeckt die Zunge 3 den Endquerschnitt 4 des Abschnittes in der Silizi­ umschicht 1; ebenfalls kennzeichnet hier der Be­ reich 6 die Zone, an der die Zunge 3 auf der Sili­ ziumschicht 1 befestigt ist.In a further exemplary embodiment, FIG. 4 shows a tongue 3 with an approximately circular circumference. In this case too, the tongue 3 covers the end cross section 4 of the section in the silicon layer 1 ; likewise here the loading area 6 identifies the zone at which the tongue 3 is attached to the silicon layer 1 .

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 erstreckt sich die Befestigung der Zunge 3 über zwei aneinander grenzende Längsseiten der Differenzfläche zwischen Endquerschnitt 4 und der Fläche 5, welche dem An­ fangsquerschnitt des Abschnittes in der zweiten Siliziumschicht 2 entspricht.In the exemplary embodiment according to FIG. 5, the attachment of the tongue 3 extends over two adjacent longitudinal sides of the difference surface between the end cross section 4 and the surface 5 , which corresponds to the initial cross section of the section in the second silicon layer 2 .

Nach den Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 kann der Querschnitt des Strömungskanales eine rechteckige Form aufweisen; in diesem Fall sollte, wie darge­ stellt, der Umfang der Zunge 3 ebenfalls rechteckig geformt sein.According to the exemplary embodiment according to FIG. 6, the cross section of the flow channel can have a rectangular shape; in this case, as Darge provides, the circumference of the tongue 3 should also be rectangular.

Strömt ein Medium in Durchflußrichtung von der Siliziumschicht 1 zur Siliziumschicht 2, so hebt die Zunge 3 aufgrund des Strömungsdruckes ohne Kle­ beeffekt vom Ventilsitz ab und gibt den Strömungs­ weg frei. Entsteht auch nur geringer Strömungsdruck in der Gegenrichtung, legt sich die Zunge 3 auf den Ventilsitz auf und sperrt den Strömungsweg.If a medium flows in the flow direction from the silicon layer 1 to the silicon layer 2 , the tongue 3 lifts off from the valve seat due to the flow pressure without adhesive effect and releases the flow away. If there is only a small flow pressure in the opposite direction, the tongue 3 lies on the valve seat and blocks the flow path.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Abschnitte des Strömungskanals in beiden Silizium­ schichten 1 und 2 mit Hilfe naßchemischer anisotro­ per Ätzprozesse hergestellt werden können. Dabei werden die Wandungen der pyramidenstumpfartigen Durchbrüche durch die kristallinen (111)-Ebenen des Siliziums gebildet. Die Herstellung der Zunge er­ folgt in Dünnschichttechnologie; vor Aufbringen der Zungenschicht erfolgt zunächst das Auftragen einer dünnen Opferschicht, die anschließend strukturiert wird. Die Struktur ist dabei so gestaltet, daß die später zu erzeugende Durchbruchfläche vollständig überdeckt wird. Nach Auftragen des Zungenmaterials wird dieses ebenfalls strukturiert, und zwar so, daß an der späteren Durchbruchfläche auf der Seite mit der schmalen Opferschichtauflage eine breite, die Opferschicht weit überdeckende Auflagefläche erzeugt wird. An den anderen Seiten wird die Struk­ tur der Zunge so ausgebildet, daß die Opferschicht nicht vollständig überdeckt ist. Dadurch liegt die Opferschicht an einer Randzone frei. Durch folgende Prozeßschritte wird die Zunge bis auf die Seite, an der die Opferschicht vollständig überdeckt wurde, freigelegt.The advantage of the invention is that the sections of the flow channel in both silicon layers 1 and 2 can be produced by means of wet chemical anisotropic etching processes. The walls of the truncated pyramid-like openings are formed by the crystalline (111) planes of the silicon. The tongue is manufactured using thin-film technology; Before the tongue layer is applied, a thin sacrificial layer is applied, which is then structured. The structure is designed so that the breakthrough surface to be created later is completely covered. After the tongue material has been applied, it is also structured in such a way that a wide contact surface, which largely covers the sacrificial layer, is produced on the later breakthrough surface on the side with the narrow sacrificial layer support. On the other sides, the structure of the tongue is formed so that the sacrificial layer is not completely covered. As a result, the sacrificial layer is exposed at an edge zone. The following process steps expose the tongue to the side on which the sacrificial layer has been completely covered.

BezugszeichenlisteReference list

1 erste Siliziumschicht
2 zweite Siliziumschicht
3 Zunge
4 Endquerschnitt
5 Fläche des Anfangsquerschnittes
6 Bereich der Zungenbefestigung 1 first silicon layer
2 second silicon layer
3 tongue
4 final cross-section
5 area of the initial cross-section
6 Tongue attachment area

Claims (5)

1. Mikro-Ventilanordnung, aufgebaut aus überein­ ander angeordneten und miteinander verbundenen Werkstoffschichten, im wesentlichen einen Strö­ mungskanal, einen Ventilsitz und einen Ventilkörper umfassend, der bei Aufliegen auf dem Ventilsitz den Strömungskanal verschließt, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - zwei Werkstoffschichten vorgesehen sind, von denen jede einen Abschnitt des Strömungskanals um­ schließt,
  • - die Abschnitte des Strömungskanals in jeder Werk­ stoffschicht hinsichtlich ihres Querschnittes und ihrer Länge einheitlich gestaltet und bezüglich ihrer Kanalmittelachsen zentrisch zueinander ausge­ richtet sind,
  • - beide Abschnitte sich in Strömungsrichtung ver­ jüngend ausgeführt sind, wodurch der Endquerschnitt des (in Strömungsrichtung betrachtet) ersten Ab­ schnittes wesentlich kleiner ist als der Anfangs­ querschnitt des zweiten Abschnittes und wodurch an der Grenzfläche zwischen beiden Werkstoffschichten eine von der zweiten Werkstoffschicht nicht abge­ deckte, den Ventilsitz bildende Fläche vorhanden ist,
  • - als Ventilkörper eine elastische Zunge vorgesehen ist, deren flächige Ausdehnung größer als der End­ querschnitt des ersten Abschnittes, jedoch kleiner als der Anfangsquerschnitt des zweiten Abschnittes ist und
  • - die elastische Zunge zumindest an einer Stelle des Ventilsitzes fest mit der ersten Werkstoff­ schicht verbunden ist.
1. Micro-valve assembly, constructed from one another arranged and interconnected layers of material, essentially comprising a flow channel, a valve seat and a valve body which closes the flow channel when resting on the valve seat, characterized in that
  • two layers of material are provided, each of which closes a section of the flow channel,
  • - The sections of the flow channel in each material layer are designed uniformly in terms of their cross-section and their length and are aligned with each other centrally with respect to their channel center axes,
  • - Both sections are designed tapering in the flow direction, whereby the end cross section of the (viewed in the flow direction) first section is significantly smaller than the initial cross section of the second section and as a result at the interface between the two material layers, one not covered by the second material layer, there is an area forming the valve seat,
  • an elastic tongue is provided as the valve body, the areal extent of which is larger than the end cross section of the first section, but smaller than the initial cross section of the second section, and
  • - The elastic tongue is firmly connected to the first material layer at least at one point of the valve seat.
2. Mikro-Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verjüngung der beiden Ab­ schnitte des Strömungskanals eine pyramidenstumpf­ artige Geometrie aufweist.2. Micro valve assembly according to claim 1, characterized characterized in that the taper of the two Ab cuts the flow channel a truncated pyramid has like geometry. 3. Mikro-Ventilanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Werkstoff­ schichten aus Silizium bestehen.3. Micro valve arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the two material layers consist of silicon. 4. Mikro-Ventilanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Zunge aus einem dünnschichtigen metallischen Werkstoff einer sandwichartigen Anordnung verschiedener me­ tallischer Werkstoffe hergestellt ist.4. micro-valve arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the elastic tongue made of a thin-layered metallic material a sandwich-like arrangement of different me is made of metallic materials. 5. Mikro-Ventilanordnung nach Anspruch 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die elastische Zunge aus einer sandwichartigen Anordnung verschiedener metallischer Werkstoffe hergestellt ist.5. Micro valve assembly according to claim 1 to 3, there characterized in that the elastic tongue a sandwich-like arrangement of different is made of metallic materials.
DE19533184A 1995-03-30 1995-09-08 Semiconductor micro-valve Ceased DE19533184A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19533184A DE19533184A1 (en) 1995-03-30 1995-09-08 Semiconductor micro-valve

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19511605 1995-03-30
DE19533184A DE19533184A1 (en) 1995-03-30 1995-09-08 Semiconductor micro-valve

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19533184A1 true DE19533184A1 (en) 1996-10-02

Family

ID=7758107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19533184A Ceased DE19533184A1 (en) 1995-03-30 1995-09-08 Semiconductor micro-valve

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19533184A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5927567A (en) * 1996-11-12 1999-07-27 Owens-Illinois Closure Inc. Dispensing closure and method of making
CN107606252A (en) * 2017-08-02 2018-01-19 南京岚煜生物科技有限公司 Passive check valve for micro-fluidic chip
CN111295632A (en) * 2017-09-05 2020-06-16 脸谱科技有限责任公司 Jet pump and lock gate

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5927567A (en) * 1996-11-12 1999-07-27 Owens-Illinois Closure Inc. Dispensing closure and method of making
US6673295B1 (en) 1996-11-12 2004-01-06 Owens-Illinois Closure Inc. Method of making a dispensing closure
US7041246B2 (en) 1996-11-12 2006-05-09 Owens-Illinois Closure Inc. Method of making a dispensing closure
CN107606252A (en) * 2017-08-02 2018-01-19 南京岚煜生物科技有限公司 Passive check valve for micro-fluidic chip
CN111295632A (en) * 2017-09-05 2020-06-16 脸谱科技有限责任公司 Jet pump and lock gate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10235441B4 (en) Micro-machined high-temperature valve
DE69531430T2 (en) relief valve
EP0513018B1 (en) Microvalve
EP0521117B1 (en) Microvalve
DE4332720A1 (en) Micro diaphragm pump
DE60209449T2 (en) Passive microvalve
EP0613535B1 (en) Micromechanical valve for micromechanical dosing devices
EP3134666B1 (en) Method for producing a functional element, and functional element
EP0144852B1 (en) Drinking valve for animals
EP0829649B1 (en) Micro valve with preloaded valve flap
DE10135569B4 (en) Micromechanical component
DE19533184A1 (en) Semiconductor micro-valve
DE2914654C2 (en) Valve, in particular refrigerant valve, the closure piece of which is carried by a membrane
EP0758080A1 (en) Micromechanical device with stress-free perforated diaphragm
DE102009002631A1 (en) Piezoelectric actuator and microvalve with such
WO2008025601A1 (en) Method of producing components for controlling a fluid flow and components produced by this method
DE19511022C1 (en) Micro=mechanical valve for micro dosing
DE10027411C1 (en) Fluid circuit board, assembly with fluid circuit board and method of manufacturing the same
DE10104323A1 (en) Etching locally-constricted groove in e.g. micro-fluidic component surface uses combined mask assembly to etch constriction, passivation layer and wider groove sections
DE3920475C2 (en)
DE4337269C1 (en) Filter wall or filter ceiling for clean room systems
EP1413812A2 (en) Diaphragm valve with fan-shaped diaphragm support
EP1700036B1 (en) Micropump and method for the production thereof
DE102006010956A1 (en) Valve for use in micro-fluidic system, has flexible diaphragm arranged such it is pressed in concave recess using pressure exerting unit and is fixed at distance to recess on support rising against surface of carrier
EP4227007A1 (en) Apparatus for controlling the flow of adhesives and method of making same

Legal Events

Date Code Title Description
8131 Rejection