MEMS泵制造技术

一种MEMS泵，包括基部结构，与基部结构相对并可平行于基部结构的表面法线偏转的膜结构，并且包括基部结构和膜结构之间的泵腔，其中，泵腔的容积基于膜结构相对于基部结构的位置。MEMS泵包括通道，该通道被构造成让流体进入泵腔或离开泵腔，其中，通道相对于泵腔布置在平面内。MEMS泵包括阀结构，该阀结构流体耦接到通道，并且被构造成在第一状态下将通道连接到第一外部容积以便将流体提供至泵腔，并且用于在第二状态下将通道连接到第二外部容积以便将流体提供至第二外部容积。以便将流体提供至第二外部容积。以便将流体提供至第二外部容积。

【技术实现步骤摘要】
MEMS泵


[0001]本公开涉及MEMS泵和用于操作MEMS泵的方法。本公开还涉及一种薄型MEMS泵。

技术介绍

[0002]利用廉价和/或移动传感器系统进行污染物检测是一个即将到来的课题。污染物和有害健康的气体和/或颗粒即使在低浓度时也会变得有害。为了检测污染物，可以使用气体传感器。气体传感器大多是通过扩散驱动。
[0003]微型泵可以增强环境流体或空气到相应传感器系统的传输。微型泵可以提高采样速率和/或测量精度。与当前技术的传统泵相比，微型泵可以更小且成本更经济。微型泵可以单片集成在其它MEMS传感器系统内。
[0004]因此，实施例的目的是提供一种有效的MEMS泵以及用于操作该MEMS泵的方法。

技术实现思路

[0005]根据一个实施例，一种MEMS泵，包括：基部结构；与基部结构相对并可平行于基部结构的表面法线偏转的膜结构。MEMS泵还包括在基部结构和膜结构之间的泵腔，其中，泵腔的容积基于膜结构相对于基部结构的位置。MEMS泵包括通道，该通道被构造成让流体进入泵腔或离开泵腔，其中，通道相对于泵腔布置在平面内。MEMS泵还包括阀结构，该阀结构流体耦接到通道，并且被构造成用于在第一状态下将通道连接到第一外部容积以便将流体提供至泵腔，并且用于在第二状态下将通道连接到第二外部容积以便将流体提供至第二容积。
[0006]根据一个实施例，一种用于操作MEMS泵的方法，该MEMS泵包括基部结构，膜结构，与基部结构相对并可沿朝向基部结构的方向偏转；包括在基部结构和膜结构之间的泵腔；包括通道，该通道被构造成使流体进入泵腔或离开泵腔；并且包括阀结构，该阀结构流体耦接到通道，并且被构造成用于在第一状态下将通道连接到第一外部容积以便将流体提供至泵腔，并且用于在第二状态下将通道连接到第二外部容积以便将流体提供至第二外部容积。该方法包括控制阀结构以打开至第一外部容积的第一路径，并阻塞至第二外部容积的第二路径。该方法还包括向膜结构提供第一泵控制信号，以便改变泵腔的容积。所述方法包括向阀结构提供第二阀控制信号，以控制阀结构在泵腔的容积已经改变之后阻塞第一路径并打开第二路径。该方法还包括向膜结构提供第二泵控制信号，以便反向改变泵腔的容积。
[0007]在从属权利要求中定义了其它实施例。
附图说明
[0008]参考附图在本文中描述实施例，其中：
[0009]图1示出了根据实施例的MEMS泵的示意性框图；
[0010]图2示出了在实施例中布置的阀结构的示意性侧视图；
[0011]图3a示出了根据一个实施例的MEMS泵的示意性侧视图；
[0012]图3b示出了图3a的MEMS泵的示意性顶视图；
[0013]图4a至图4f示出了图3a的MEMS泵处于不同致动状态的示意性侧视图；
[0014]图5a至图5d示出了根据实施例的另一MEMS泵的泵送(pumping)循环的示意性侧视图；
[0015]图6示出了根据具有作为阀结构的一部分的预应变元件的实施例的MEMS泵的一部分的示意性侧视图；和
[0016]图7示出了根据实施例的方法的示意性流程图。
具体实施方式
[0017]即使在不同的附图中出现，在下面的描述中也用相等或等同的附图标记来表示相等或等同的元件或具有相等或等同功能的元件。
[0018]在下面的描述中，阐述多个细节以提供对本专利技术的实施例的更彻底的解释。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践本专利技术的实施例。在其它实例中，以框图形式而不是详细地示出公知的结构和装置，以避免模糊本专利技术的实施例。此外，除非另外特别说明，下文描述的不同实施例的特征可以彼此组合。
[0019]下面，参考MEMS(微机电系统)泵。MEMS可以包括半导体材料，例如单晶或多晶半导体材料，例如硅酮或砷酸镓。MEMS结构的元件可包括单层或多层构造。例如，一个或多个路径可以由半导体材料或诸如金属材料或氧化物材料或氮化物材料的不同材料形成。例如，一个或多个结构可以包括半导体材料，该半导体材料至少部分地被绝缘材料覆盖，绝缘材料诸如氮化物材料(例如，氮化硅等)和/或氧化物材料(例如，氧化硅)。
[0020]图1示出了根据实施例的MEMS泵10的示意性框图。MEMS泵10可以包括基部结构12，例如，基板。尽管基部结构12可以被称为基板，但这并不排除基部结构12具有包括在基部结构12中的机械和/或电功能。例如，可以在基部结构处布置电极结构。可选地或附加地，电路结构等可以布置在基部结构12上或基部结构12中。基部结构12可以称为基板。
[0021]MEMS泵10包括膜结构14。膜结构14可以包括半导体材料，例如，它可以形成为至少部分地包括硅酮材料。可选地或附加地，导电结构或导电层可以是膜结构14的一部分。可选地或附加地，绝缘层可以是膜结构14的一部分。例如，膜结构14可以包括具有半导体层的堆叠层，半导体层被掺杂以导电。该层可以被电连接以形成电极结构。这种电极结构可以至少部分地被绝缘层覆盖。这可以允许膜结构的静电致动。例如，作为基部结构12的一部分或在不同位置处，可以布置另一电极以允许膜14的静电或电动致动。可选地或附加地，不同的驱动构思可以实现，例如压电致动。也就是说，膜结构14可以包括允许膜结构14偏转的压电材料，该膜结构14仅作为非限制性示例示出为偏转的膜结构14'。尽管当与未致动或未偏转的膜结构14相比时，偏转的膜结构14'被示出为具有更靠近基部结构12的位置，但也可以使偏转的膜结构14'具有距基部结构12更大的距离。两种构造都允许布置在基部结构12和膜结构14之间的泵腔16具有基于膜结构14的位置或偏转的可变或改变的容积。也就是说，膜结构14相对于基部结构12的偏转或移动可以允许泵腔16的容积的变化。
[0022]尽管膜结构14被示出为具有在未致动状态下基本上平行于基部结构12的形状，从而忽略了由重力等引起的力，但是对于可能未偏转的膜结构14，相对于致动可以获得不同的形状。例如，即使膜结构14未被致动，也可以实现偏置、机械预应力等将膜结构14成形为
不同的形状。
[0023]膜结构14可以包括至少第一状态和第二状态，其中，泵腔16的容积在第一状态和第二状态之间不同。例如，膜结构14可以在其中一种状态下被致动而在另一种状态下未被致动，或者可以在两种状态下都被致动。
[0024]膜结构10包括通道18，通道18被构造成用于让流体22进入泵腔16或用于让流体22离开泵腔16。例如，通道18可以被构造成用于这两者，即，用于例如在第一时间间隔期间让流体进入泵腔16，以及用于例如在第二不同的时间间隔期间让流体离开泵腔16。通道18相对于泵腔16布置在平面内。平面内可以理解为沿着平行于平面26的方向24具有相同的水平或布置，平面26基本上平行于基部结构12的表面12A和/或膜结构14的表面14A。方向24或其因子的至少一个分量可平行于基部结构12的表面法线N布置。方向24可被理解为厚度方向或高度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.MEMS泵，包括基部结构(12)；膜结构(14)，与所述基部结构(12)相对，并且能够平行于所述基部结构(12)的表面法线(N)偏转；泵腔(16)，在所述基部结构(12)和所述膜结构(14)之间，其中所述泵腔(16)的容积基于所述膜结构(14)相对于所述基部结构(12)的位置；通道(18)，被构造成使流体(22)进入所述泵腔(16)或离开所述泵腔(16)，其中所述通道(18)相对于所述泵腔(16)布置在平面内；和阀结构(28)，流体耦接至所述通道(18)，并且被构造成用于在第一状态下将所述通道(18)连接至第一外部容积(321)，以便将所述流体(22)提供至所述泵腔(16)，并且用于在第二状态下将所述通道(18)连接至第二外部容积(322)，以便将所述流体(22)提供至所述第二外部容积(322)。2.根据权利要求1所述的MEMS泵，其中所述阀结构(28)包括第一部(341)和第二部(342)，其中所述第一部(341)和所述第二部(342)的相对位置是可变的，其中所述阀结构(28)被构造成响应于提供给所述阀结构的控制信号(42)，在不同状态下间歇地、流体地阻塞到第一外部容积(381)和第二外部容积(382)中的一个的路径(38)。3.根据权利要求2所述的MEMS泵，其中所述第一部(341)和所述第二部(342)中的至少一个被构造成能够基于静电力、压电效应和电动致动中的至少一个而偏转。4.根据权利要求2或3所述的MEMS泵，其中所述第一部(341)能够相对于所述第二部(342)偏转，其中所述第一部(341)包括预应变元件(106)，所述预应变元件(106)构造成向所述第一部(341)施加机械预应变，以使所述第一部(341)偏转；并且/或者其中所述第二部(342)能够相对于所述第一部(341)偏转，其中所述第二部(342)包括预应变元件，所述预应变元件被构造成向所述第二部(342)施加机械预应变，以使所述第二部(342)偏转。5.根据权利要求2至4中任一项所述的MEMS泵，其中所述第一部(341)至少部分地布置在所述膜结构(14)的平面内，并且当与所述膜结构(14)相比时包括相同的材料，并且/或者其中所述第二部(342)至少部分地布置在与所述基部结构(12)相同的平面内，并且当与所述基部结构(12)相比时包括相同的材料。6.根据权利要求2至5中任一项所述的MEMS泵，包括在所述第一部(341)和所述第二部(342)之间的唇状结构(56)；其中所述唇状结构(56)被布置在所述第一部(341)处，并且被构造成用于邻接所述第二部(342)，以便流体地阻塞所述路径(382)；或其中所述唇状结构(56)被布置在所述第二部(342)处，并且被构造成用于邻接所述第一部(341)，以便流体地阻塞所述路径(381)。7.根据权利要求6所述的MEMS泵，其中所述唇状结构是第一唇状结构(561)；其中第二部是所述第二部的第一部分(34
2-1
)；其中所述阀结构(28)包括所述第二部的第二部分(34
2-2
)；其中所述第一部(341)被布置在所述第二部的所述第一部分(34
2-1
)和所述第二部的所述第二部分(34
2-2
)之间，所述阀结构(28)包括在所述第一部(341)和所述第二部的所述第二部分(34
2-2
)之间的第二唇状结构(562)；其中所述阀结构(28)被构造成交替地将所
述第一部(341)经由所述第一唇状结构(561)与所述第一部分(34
2-1
)连接，以及经由所述第二唇状结构(562)与所述第二部分(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：