包括自由悬挂式或自立式微沟道的微机电系统部件或微流体部件技术方案

本发明专利技术涉及一种微机电系统(MEMS)部件或微流体部件，包括自由悬挂式或自立式微沟道(1)，以及一种用于制造这样的微沟道的方法，以及一种流量传感器，例如热流量传感器或科里奥利流量传感器、压力传感器或多参数传感器、阀门、泵或微换热器，包括这样的微机电系统部件或微流体部件。MEMS部件允许通过增加沟道直径来增加例如微型科里奥利质量流量计的流量范围和/或降低其压降，同时保持其优势。同时保持其优势。同时保持其优势。

MEMS components or microfluidic components including free hanging or self-supporting microchannels

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括自由悬挂式或自立式微沟道的微机电系统部件或微流体部件


[0001]本专利技术大体上涉及一种包括自由悬挂式或自立式微沟道的微机电系统(MEMS)部件或微流体部件，以及一种用于制造微沟道的方法，以及包括这种微机电系统部件的流量传感器，例如热流量传感器或科里奥利流量传感器，压力传感器或者多参数传感器。

技术介绍

[0002]从现有技术中，已知微型科里奥利质量流量计(MFM)用于测量的流体流量高达2g/h(克/小时)或者甚至高达4g/h。这些传感器采用所谓的表面通道技术(SCT)制造，其允许各种尺寸和形状的自由悬挂式半圆形的沟道。
[0003]例如，在EP 2078936 B1中公开了一种制造用于流量计的系统芯片的方法，其中提供了单晶硅衬底，在所述单晶硅衬底中通过SiN(氮化硅)沉积步骤来实现SiN管以及通过蚀刻将其部分蚀刻掉和部分暴露，从而实现在至少一侧固定并且在另一侧是自由的管状结构，为此使用微型SCT。沟道的宽度和深度由狭缝的位置和数量决定。所得到的沟道的横截面为具有平面顶部的部分圆形沟道的形状。这种SCT可以实现大约300微米(μm)的有限最大沟道直径。在SCT中，通过狭缝的硅蚀刻时间和狭缝阵列的位置对于确定表面沟道的形状和尺寸至关重要。
[0004]但是，许多应用，如液相色谱或“芯片实验室”使用更高的流速，同时需要低体积的微流体流量计，以及低压降。这无法通过使用由SCT过程制造的微机电系统(MEMS)部件来实现。
[0005]专利技术目的
[0006]本专利技术的目的是提供一种包括自由悬挂式或自立式微沟道的微机电系统(MEMS)部件或微流体部件，以及一种用于制造这样的微沟道的方法，其中可以实现更高的流量，同时提供低体积的微流体流量计，同时提供相对较低的压降。

技术实现思路

[0007]根据本专利技术，提供了一种微机电系统部件或微流体部件，其包括自由悬挂式或自立式微沟道，其特征在于，所述沟道具有基本圆形的横截面，其中所述沟道的直径为沟道壁的厚度的至少10倍，例如至少15倍，例如至少20倍，例如至少25倍，例如至少30倍，例如至少35倍，例如至少50倍，例如至少55倍，例如至少60倍，例如至少65倍，例如至少70倍，例如至少75倍，例如至少80倍，例如至少85倍，例如至少90倍，例如作为至少100倍，并且沟道的直径至少为20μm。根据为上述比率选择的下限，上述比率的上限可以是100、90、85、80、75、70、65、60、55、50、35、30、25、20、15等等，这取决于应用。因此可以为比率定义各种范围，例如10到100、15到90等等比率。
[0008]“自由悬挂式”或“自立式”是指，在生产后，最终的沟道与周围的产生该沟道的结构例如衬底、模具或类似物没有或仅以最低限度连接或附接，而不是例如仍然嵌入其中。
“
基本圆形”表示相对高度的圆形或旋转对称，不存在例如平面顶部(像现有技术)或者清晰可辨的角(例如存在正方形的情况下)，虽然有些不规则是可以接受的：这主要取决于所使用的技术、晶格和由于制造过程的变化而产生的不规则性。因此，也可以设想六边形或类似的多边形形状，优选地如果六边形或类似的多边形形状具有圆角。
[0009]上述MEMS部件或微流体部件通过增加沟道直径允许增加例如微科里奥利MFM的流量范围和/或降低其压降，同时保持其优势(快速、准确、低体积、小形状系数)。
[0010]上述MEMS部件或微流体部件具有基本圆形的横截面，当沟道直径增加时降低对压力的敏感性，与其中沟道具有平面顶部和最大厚度沟道壁的SCT过程相反。这两者都限制了自由悬挂式沟道的最大尺寸以及在沟道尺寸增加时增加了对压力的敏感性。
[0011]一种涉及前述MEMS部件或微流体部件的实施例，其中沟道的直径为至少5μm，例如至少10μm，例如至少20μm，例如至少30μm，例如至少40μm，例如至少50μm，例如至少60μm，例如至少70μm，例如至少80μm，例如至少90μm，例如至少100μm，例如至少200μm，例如至少500μm，例如至少1000μm，以允许较高的流速和相对较低的压降。沟道直径的上限可以是10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、500μm、1000μm等等，取决于应用。因此可以定义各种沟道直径范围，例如5到1000μm、10到500μm等。
[0012]一种涉及前述的MEMS部件或微流体部件的实施例，其中沟道壁的厚度小于50μm、20μm或10μm，例如小于5μm，例如小于2.5μm，例如小于2μm，例如小于1.5μm，例如小于1.4μm，例如小于1.3μm，例如小于1.2μm，例如小于1.1μm，例如小于1.0μm。根据选择的壁厚上限，沟道直径的下限可以是5μm、2.5μm、2μm、1.5μm、1.4μm、1.3μm、1.2μm、1.1μm、1.0μm等，取决于应用。因此可以定义各种壁厚范围，例如1.0到10μm、1.2到5μm等等。
[0013]本专利技术的另一个方面涉及流量传感器，例如热流量传感器或科里奥利流量传感器，或者压力传感器、密度传感器、粘度传感器、或多参数传感器、或(微型)阀门、或(微型)泵、或微换热器、或微制冷器或芯片实验室，例如包括上述微机电系统部件或微流体部件的生物传感器或化学传感器。
[0014]本专利技术的另一方面涉及一种预成型的微流体部件或MEMS部件。因此，沟道被制造成具有最终形状，而不需要额外的弯曲步骤。
[0015]第一种方法
[0016]本专利技术的另一方面涉及一种制造自由悬挂式微沟道的第一种方法，特别地用于前述微机电系统部件或微流体部件中，包括以下步骤：
[0017](a)提供第一材料的衬底；
[0018](b)在该衬底的正面和/或背面上沉积沟槽蚀刻保护层；
[0019](c)通过该沟槽蚀刻保护层在该第一材料中蚀刻沟槽；
[0020](d)在该沟槽中形成覆盖该沟槽的底壁和侧壁的沟道蚀刻保护层；
[0021](e)通过该沟道蚀刻保护层和该沟槽的底壁蚀刻该第一材料的衬底，以形成以该沟槽的被蚀刻掉的底壁的位置为中心的沟道轮廓；
[0022](f)从该衬底去除该沟槽蚀刻保护层和该沟道蚀刻保护层；
[0023](g)在该衬底上沉积成壁层，其中，该成壁层在该沟道轮廓上形成沟道壁并封闭该沟槽；
[0024](h)蚀刻该衬底以去除围绕该沟道壁的第一材料，使得该沟道成为自由悬挂式的。
[0025]上面介绍的方法对SCT进行了一些重要的改进。通过(各向同性地)从沟槽底部而不是晶片表面蚀刻沟道，使SCT固有的平面顶部可以被避免。
[0026]沟道可以具有例如高达180μm的直径，高达10μm的沟道壁厚度。集成金属电极可用于微流体传感器的驱动和读出。因此，例如可以实现高流量微科里奥利质量流量传感器。
[0027]一种涉及前述方法的实施例，还包括：
[0028](i)在衬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.微机电系统部件或微流体部件，包括自由悬挂式或自立式微沟道(1)，其特征在于，所述沟道(1)具有基本圆形的横截面，其中，所述沟道(1)的直径是沟道壁(7)的厚度的至少10倍，且所述沟道(1)的直径为至少20微米。2.根据权利要求1所述的微机电系统部件或微流体部件，其中，所述沟道(1)的直径为至少50微米，例如至少100微米，例如至少200微米，例如至少500微米，例如至少1000微米。3.根据权利要求1或2所述的微机电系统部件或微流体部件，其中，所述沟道壁(7)的厚度小于10微米。4.一种流量传感器，例如热流量传感器或科里奥利流量传感器；一种压力传感器；一种密度传感器；一种粘度传感器；一种多参数传感器；阀门；泵；和/或一种微换热器，包括根据权利要求1、2或3所述的微机电系统部件或微流体部件。5.一种使用电镀方法制造自由悬挂式或自立式微沟道(1)的方法，包括以下步骤：提供导电或非导电的电镀线(34)；当所述电镀线(34)为非导电时：在所述电镀线(34)上形成导电涂层(35)以形成阴极；在所述电镀线(34)或所述导电涂层(35)上电镀沟道壁(7、37)；以及移除所述电镀线(34)。6.根据权利要求5所述的方法，所述方法用于根据权利要求1、2或3所述的微机电系统部件或微流体部件。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述电镀线(34)由丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯(ABS)或铜制成。8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，所述导电涂层(35)包括银。9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其中，所述沟道壁(7)包括镍或铜(37)，并且在使用镍水溶液或铜水溶液的镍电镀槽或铜电镀槽中进行所述电镀步骤。10.根据权利要求5至9中任一项所述的方法，其中，所述微沟道(1)包含在微机电系统(MEMS)部件或微流体系统中。11.根据权利要求5至10中任一项所述的方法，其中，所述电镀线(34)在所述电镀步骤之前被预成型为MEMS系统或微流体系统的一部分。12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述电镀步骤之前，将所述预成型的电镀线(34)附接到MEMS系统或微流体系统上。13.一种根据权利要求5至12中任一项所述的方法制造的自由悬挂式或自立式微沟道(1)。14.一种包括根据权利要求13所述的自由悬挂式或自立式微沟道(1)的微流体系统或MEMS系统。15.一种流量传感器，例如热流量传感器或科里奥利流量传感器；一种压力传感器；一种密度传感器；一种粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：伯金公司，
类型：发明
国别省市：