微型泵设备制造技术

本公开的各实施例涉及微型泵设备。微型泵设备形成在集成并排布置的多个致动器元件的单片半导体主体中。每个致动器元件具有：第一室，该第一室在与单片主体的第一面相距一距离处延伸；布置在第一面与第一室之间的膜；在膜之上的第一面上延伸的压电元件；布置在第一室与单片主体的第二面之间的第二室；将第二室与单片主体的外部流体连接的流体入口路径；以及在单片主体中沿横断方向从第二面一直延伸到第二室，并穿过第一室的流体出口。致动器元件的单片形式以及以不同的电压驱动致动器元件的可能性使能将流量从非常低的值到很高的值的精确调整。的精确调整。的精确调整。

【技术实现步骤摘要】
微型泵设备


[0001]本公开涉及微型泵设备。

技术介绍

[0002]已知的微型泵能够移动少量的诸如液体或气体的流体，以冷却小的部件、以提供用于施用药物的特定气体分子、或执行流量分析。特别地，一些已知的微型泵设备利用压电材料以适当的交流电压偏置时偏转膜的能力。
[0003]例如，US 2009/0232683描述了一种压电微型风机，该压电微型风机由适当成形的金属或硬质树脂板的堆叠形成，该板彼此重叠并结合在一起。特别地，其中描述的微型风机包括容纳室的主体，该室在第一侧上由第一壁封闭，并且在相对侧上由(金属或诸如环氧树脂的柔性树脂)振动板封闭。振动板结合到主体并承载压电元件。第一壁具有与流体供应路径流体接触的第一孔。供应路径由布置在第一壁与第二壁之间的适当成形的板形成，并且具有流体入口和流体喷射出口。流体喷射出口由布置在第二壁中的第二孔形成，以便其与第一孔对齐。
[0004]压电元件固定在振动板的背面上以形成单膜，当压电元件由交流电压偏置时，该单膜通过交替运动在相反的方向上弯曲，减小和增加主体中室的体积。上述体积变化交替地导致流体以交替的方式从供应路径入口被吸入和通过喷射出口被排出。
[0005]因此，通过这种结构，可以以精确的方式以大于0.2ml/min移动的少量流体；因此，微型风机可用于利用空气冷却电子设备。
[0006]然而，期望具有能够以高精度移动从非常低的值变化到较高的值的流体量的微型泵设备。

技术实现思路

[0007]本公开至少解决了上述以高精度移动流体的问题。r/>[0008]根据本公开的第一方面，提供了一种微型泵设备，包括：半导体材料的单片主体，具有第一面和第二面；以及多个致动器元件，集成在单片主体中并且并排布置，其中每个致动器元件包括：第一室，在单片主体中在与第一面相距一距离处延伸；膜，由单片主体的、在第一面与第一室之间的部分形成；压电元件，在膜上的单片主体的第一面上延伸；第二室，在单片主体中在第一室与第二面之间延伸；流体入口路径，将第二室与单片主体的外部流体连接；以及流体出口路径，在单片主体中沿横断方向从第二面延伸到第一室并穿过第二室。
[0009]在一些实施例中，每个流体入口路径包括入口开口，入口开口布置在单片主体的第一面上并且流体连接至第二室。
[0010]在一些实施例中，第二室从第一室以其外围部分横向突出，并且流体入口路径包括从入口开口延伸到第二室的外围部分的沟槽。
[0011]在一些实施例中，第二室具有大于第一室的面积，并以其外围区域横向突出超过
第一室，并且流体入口路径包括形成在单片主体的第一面上的多个入口开口，以及与入口开口分别连通的入口沟槽，每个入口沟槽从相应入口开口延伸到第二室的外围区域。
[0012]在一些实施例中，入口沟槽具有弓形形状并且在一距离处横向围绕第一室。
[0013]在一些实施例中，第一室和第二室具有圆形形状。
[0014]在一些实施例中，第一室和第二室具有多边形形状。
[0015]在一些实施例中，压电元件包括层堆叠，层堆叠包括第一电极和第二电极以及布置在第一电极和第二电极之间的薄膜压电区域。
[0016]在一些实施例中，微型泵设备包括多条电连接线，多条电连接线被配置为将致动元件中的一个或多个致动元件的第一电极和第二电极中的至少一个电极选择性地耦合到驱动电压发生器。
[0017]根据本公开的第二方面，提供了一种微型泵设备，包括：半导体材料的单片主体，具有第一面和第二面；以及集成在单片主体中的致动器元件，致动器元件包括：第一室，在单片主体中在与第一面相距一距离处延伸；膜，由单片主体的、在第一面与第一室之间的部分形成；压电元件，在膜上的单片主体的第一面上延伸；第二室，在单片主体中在第一室与第二面之间延伸；流体入口路径，将第二室与单片主体的外部流体连接；以及流体出口开口路径，在单片主体中沿横断方向从第二面到第一室并穿过第二室。
[0018]在一些实施例中，流体入口路径包括入口开口，入口开口布置在单片主体的第一面上并且流体连接至第二室。
[0019]在一些实施例中，第二室从第一室以其外围部分横向突出，并且流体入口路径包括从入口开口延伸到第二室的外围部分的沟槽。
[0020]在一些实施例中，第二室具有大于第一室的面积，并且第二室以其外围区域横向突出超过第一室，并且流体入口路径包括在单片主体的第一面上形成的多个入口开口，以及与入口开口分别连通的多个入口沟槽，每个入口沟槽从相应入口开口延伸到第二室的外围区域。
[0021]在一些实施例中，入口沟槽具有弓形形状并且在一距离处横向围绕第一室。
[0022]本公开的一个或多个实施例提供了一种具有简单且廉价的结构的微型泵设备，该微型泵设备允许以高精度移动从非常低的值到很高的值的各种流体量。
附图说明
[0023]为了理解本公开，现在参照附图，仅通过非限制性示例的方式描述其实施例，其中：
[0024]图1是本微型泵设备的一个实施例的底视图；
[0025]图2示出了针对并排布置的多个致动器元件的、图1的设备的一部分的截面；
[0026]图3是针对单个致动器元件的、图1的设备的一部分的放大截面；
[0027]图4是图3的致动器元件的放大仰视图；
[0028]图5是图3的致动器元件的一部分的放大截面图；
[0029]图6A至图6I是在连续的制造步骤中类似于图4的致动器元件的截面；并且
[0030]图7是本微型泵设备的不同实施例的底视图。
具体实施方式
[0031]根据本公开提供了一种微型泵设备和相应的制造工艺。
[0032]图1示意性地示出了使用MEMS技术制造并集成在裸片2中的微型泵设备1。
[0033]微型泵设备1包括多个单独的致动器元件5，这些致动器元件5并排布置，例如，在行和列中对齐。在图1的实施例中，致动器元件5具有圆形形状(也参见图4)。
[0034]示意性地示出了每个致动器元件5经由电连接6和接触垫7独立地连接至控制单元8，该控制单元8通常形成于不同的裸片9中，例如作为ASIC(专用集成电路)。备选地，致动器元件5可以成组连接，每个组的致动器元件5被同时控制，并且各组可以被分别控制，以减少电连接的数目并因此简化它们。
[0035]参考图2，裸片2包括诸如硅的半导体材料的单片主体3，其具有第一主面3A和第二主面3B并且形成多个致动器元件5。
[0036]每个致动器元件5包括流体入口路径10和出口开口11。在所图示的实施例中，流体入口路径10通过入口开口12在第一主面3A上开口。出口开口11布置在第二主面3B上，这里针对每个致动器元件5存在一个出口开口11。入口开口12可以连接至外部流体回路(未示出)，例如用于吸入容纳在储存器中的液体或气体，或直接与外部环境连通，例如用于吸入环境空气。同样，根据设想的应用，出口开口11可以连接到未示出的外部流体回路，或者连接到外部。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型泵设备，其特征在于，包括：半导体材料的单片主体，具有第一面和第二面；以及多个致动器元件，集成在所述单片主体中并且并排布置，其中每个致动器元件包括：第一室，在所述单片主体中在与所述第一面相距一距离处延伸；膜，由所述单片主体的、在所述第一面与所述第一室之间的部分形成；压电元件，在所述膜上的所述单片主体的所述第一面上延伸；第二室，在所述单片主体中在所述第一室与所述第二面之间延伸；流体入口路径，将所述第二室与所述单片主体的外部流体连接；以及流体出口路径，在所述单片主体中沿横断方向从所述第二面延伸到所述第一室并穿过所述第二室。2.根据权利要求1所述的微型泵设备，其特征在于，每个流体入口路径包括入口开口，所述入口开口布置在所述单片主体的所述第一面上并且流体连接至所述第二室。3.根据权利要求2所述的微型泵设备，其特征在于，所述第二室从所述第一室以其外围部分横向突出，并且所述流体入口路径包括从所述入口开口延伸到所述第二室的所述外围部分的沟槽。4.根据权利要求1所述的微型泵设备，其特征在于，所述第二室具有大于所述第一室的面积，并以其外围区域横向突出超过所述第一室，并且所述流体入口路径包括形成在所述单片主体的所述第一面上的多个入口开口，以及与所述入口开口分别连通的入口沟槽，每个入口沟槽从相应入口开口延伸到所述第二室的所述外围区域。5.根据权利要求4所述的微型泵设备，其特征在于，所述入口沟槽具有弓形形状并且在一距离处横向围绕所述第一室。6.根据权利要求1所述的微型泵设备，其特征在于，所述第一室和所述第二室具有圆形形状。7.根据权利要求1所述的微型泵设备，其特征在于，所述第一室和所述第二室具有多边形形状。8.根据权利要求1所述的微型泵设备，其特征在于，所述压电元件包括层堆叠，所述层堆叠包括第一电极和第二电极以及布置在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：