CN1430703A - 微加工的流体设备及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种流体流动设备(100)包括一个被一封闭片(20)覆盖的叠层(30)，所述叠层(30)包括一个支撑晶片(36)、一绝缘材料层(34)、以及一硅层(32)。所述封闭片(20)和/或所述硅层(32)加工成在所述封闭片(20)和所述硅层(32)之间形成一个空腔(38)。所述支撑晶片(36)中至少有一个管道(102)完全贯通该层，所述绝缘材料层(34)至少具有一个完全没有材料的区域(35)，该区域至少与所述管道(102)在一条直线上从而与所述空腔(38)配合并在所述硅层(32)内形成一个移动部件(40)，该移动部件适于在所述空腔(38)的液体压力下反向移向所述支撑晶片(36)，直至所述移动部件(40)和所述支撑片(36)接触为止。

Description

微加工的流体设备及其制造方法
本发明涉及一种流体流动设备以及该设备的制造方法。本发明特别涉及一种由流体流动设备构成的、用来控制进液口部件，如止回阀或用来检测液体压力的部件。
本发明还涉及一种构成流体流动设备的微型泵(以便简称微泵)，特别是涉及但不仅限于一种医用的微泵，其按常规来输送控制量的药液。
这类流体流动设备特别是微泵的生产是根据微加工硅或其它任何适于微加工材料的工艺进行的，特别是具有化学蚀刻、激光切割、微型复制等的照相平版印刷技术。
在上述的特定应用以及其它情况下，必须提供一个入口控制元件来使微泵自吸。微泵在驱动方式上是通过泵腔体积的变化(交替地增加和减小)来实现的，例如由一个压电执行器来驱动。
公开号为NO0453532的欧洲专利申请就公开了这样的一种微泵。然而，这种微泵具有很大的死区因此不具有自吸功能，这些死区会降低微泵的压缩比。
为了提高这方面的性能，现已开发出一种新的微泵如公开号为WO99/09321的国际专利申请。为了使死区特别是入口阀阀座下游的死区达到最小，该泵带有一个入口阀，所述入口阀的厚度构成了中间晶片(或中间板)的整个厚度，其中阀座位于移动膜(隔膜)的相反侧。然而，这种微泵在结构非常复杂，很难加工，而且死区还是很大。
本发明的一个目的是提供一种流体流动设备，例如一个用来控制进液口的部件、一个用来检测液体压力的部件或者是一个微泵，该设备加工简单、死区最小而操作可靠。
至此，本发明提供一种流体流动设备，其包括一个被一封闭晶片(或封闭板)覆盖的叠层，所述叠层包括一个支撑晶片(或支撑板)、一覆盖所述至少一部分支撑晶片的绝缘材料层、以及覆盖所述绝缘材料层并被所述封闭晶片所覆盖的单晶硅或多晶硅层，所述封闭晶片和/或所述硅层加工成在所述封闭晶片和所述硅层之间形成一个空腔以便注入流体，所述支撑层中至少有一个管道完全贯通该层，并且所述绝缘材料层至少具有一个完全没有材料的区域，该区域至少与所述管道对齐从而与所述空腔配合并在所述硅层内形成一个移动部件，该部件对应于所述空腔的液体压力反向移向所述支撑晶片。在第一类流体流动设备中，所述移动部件反向移向所述支撑晶片直到所述移动部件和所述支撑晶片接触在一起。
本发明的优选特征包括：
-所述支撑晶片由硅、石英或兰宝石构成，其厚度在50μm到1mm之间，优选在300μm到500μm之间；
-所述绝缘材料层的厚度在100nm到2μm之间，优选在0.5μm到1μm之间；
-所述封闭晶片由玻璃或硅制成，其优选由单晶硅制成；以及
-所述硅层由单晶硅或多晶硅制成，其厚度在1μm到100μm之间，优选在10μm到50μm之间。
另一方面，本发明提供一种制造上述这类流体流动设备的方法，该方法特征在于包括以下步骤：
-提供一个叠层，该叠层包括一个支撑晶片、一覆盖所述至少一部分支撑晶片的绝缘材料层、以及覆盖所述绝缘材料层并具有自由表面的单晶硅或多晶硅层，其中的绝缘材料优选由氧化硅制成；
-采用照相平版印刷技术和化学蚀刻在所述封闭晶片和/或所述硅层自由表面上加工出所述的空腔；
-采用照相平版印刷技术和化学蚀刻至少加工出一个管道，该管道完全贯通所述支撑晶片；
-至少通过所述管道来化学蚀刻所述的绝缘材料，从而使所述硅层的一个区域与所述绝缘材料层脱离，由此形成所述的移动部件；
-至少提供至少一个封闭晶片；以及
-采用物理化学方法，优选通过晶片粘接将所述封闭晶片与所述硅层未被加工的表面密封相连。
这样，本发明中优选使用的叠层就包括一个覆盖氧化硅层内的硅支撑晶片，叠层本身被一硅层覆盖。该叠层可在市场上买到，习惯上被称为绝缘体上硅薄膜(SOI-silicon-on-insulator)。
使用这类叠层能够获得厚度恒定并控制严格的流体流动设备，而其加工方法却非常简单。
本加工方法实施起来比WO98/14704的国际专利申请中所描述的方法来简单地多。
可从叠层的两侧也就是说从构成所述叠层的晶片两侧有选择地使用化学蚀刻来形成该流体流动设备的各个部分：在微加工支撑晶片或硅层期间，绝缘材料层(由SOI叠层中的氧化硅制成)形成蚀刻的一个停止层或阻挡层。
此外，用来封闭硅层加工后所形成的空腔的封闭晶片优选由玻璃或单晶硅制成。
当封闭晶片由玻璃制成时，其采用阳极粘接技术以公知的方式固定到硅层上。
当封闭晶片由硅制成时，其采用公知的Si-Si直粘技术固定到硅层上。
本发明流体流动设备的第一方面是提供一种形成防逆止回阀的进液口控制部件，该部件包括一个覆盖封闭晶片的叠层，所述叠层包括一个优选由硅制成的支撑晶片、一优选由氧化硅制成并覆盖至少一部分所述支撑晶片的绝缘材料层、以及覆盖所述绝缘材料层并被所述封闭晶片覆盖的单晶硅或多晶硅层，所述封闭晶片和/或所述硅层加工成在所述封闭晶片和所述硅层之间形成一个空腔，所述空腔设计用来注入流体并至少具有一个空隙(或隙孔)，该空隙在硅层的整个厚度上加工形成，所述支撑晶片中至少有一个将其完全贯通的进液管道，该管道在位置上至少与所述空腔对齐(正对)，并且所述绝缘材料层至少具有一个完全没有材料的区域，该区域至少与所述管道和所述空隙对齐从而与所述空腔配合在所述硅层内形成一个移动部件并进而为所述阀门形成一个阀瓣，所述硅层环绕所述移动部件的一部分具有弹性从而当所述进液管道和所述空腔的流体之间存在压差时使所述移动部件反向移向所述的支撑晶片。
在该第一类流体流动设备中，前面段落中定义的所述进液控制部件的进液管道紧靠着所述空隙但不与之对齐，并且所述移动部件在阀门的关闭位置和打开位置之间移动。在关闭位置时，移动部件与所述支撑晶片密封接触从而防止流体在所述进液管道和空腔之间流动，其中的支撑晶片至少在绕所述管道的部分为所述阀门形成阀座。在打开位置时，移动部件不再绕所述管道与支撑晶片密封接触从而使流体从所述进液管道流向所述的空隙。
本发明流体流动设备的第二方面是提供一种液体压力检测部件，该部件包括一个覆盖封闭晶片的叠层，所述叠层包括一个优选由硅制成的支撑晶片、一优选由氧化硅制成并覆盖至少一部分所述支撑晶片的绝缘材料层、以及覆盖所述绝缘材料层并被所述封闭晶片所覆盖的单晶硅或多晶硅层，所述封闭晶片和/或所述硅层加工成在所述封闭晶片和所述硅层之间形成一个空腔，以便注入流体，所述支撑晶片中至少有一个将其完全贯通的管道，该管道在位置上至少与所述空腔对齐(正对)，所述绝缘材料层至少具有一个完全没有材料的区域，该区域至少与所述管道对齐从而与所述空腔配合在所述硅层内形成一个移动部件，所述硅支撑晶片的一部分与移动部件对齐(正对)并形成一个台阶，该台阶通过所述的管道与支撑晶片的其它部分脱离，所述移动部分能凭借其弹性在所述空腔的液压下反向移向支撑晶片。
在该第一类流体流动设备中，前面段落中定义的所述液压检测部件的所述移动部件能在打开位置和关闭位置之间移动。在关闭位置时，移动部件与所述面对移动部件形成台阶的部分物理接触，该台阶通过所述的管道与支撑晶片的其它部分分开，并形成硅晶片的承载部分，所述的物理接触能以电检测的方式检测出来。
本发明流体流动设备的第三方面是提供一种微泵，该微泵包括一个覆盖封闭晶片的叠层，所述叠层包括一个优选由硅制成的支撑晶片、一优选由氧化硅制成并覆盖至少一部分所述支撑晶片的绝缘材料层、以及覆盖所述绝缘材料层并被所述封闭晶片所覆盖的单晶硅或多晶硅层，所述封闭晶片和/或所述硅层加工成在所述封闭晶片和所述硅层之间形成一个空腔，所述空腔用来注入液体并包括一个泵腔，所述支撑层中至少有一个第一管道完全贯通该层并在位置上与所述空腔对齐(正对)，并且所述绝缘材料层至少具有一个完全没有材料的第一区域，该区域至少与所述第一管道对齐从而与所述空腔配合在所述硅层内形成一个第一移动部件，该第一移动部件适于在所述泵腔的液压下反向移向所述的支撑晶片，所述第一移动部件形成进液控制部件的部分阀瓣，并且所述微泵进一步包括一个泵送部分和一个出液口控制装置，其中的泵送部分包括配有泵送膜片的控制装置从而使泵腔的体积周期性地变化。
在该第一类流体流动设备中，前面段落中定义的所述进液口控制部件的第一移动部件适于在所述泵腔的液压下与所述支撑晶片密封接触，所述第一移动部件构成了所述进液口控制部件的阀瓣。
在优选方式中，所述微泵进一步在绝缘材料层内包括一个完全没有材料的第二区域，该区域与所述空腔配合工作，在所述硅层内形成一个第二移动部件，该第二移动部件适于在所述泵腔的液压下移向所述支撑晶片，所述第二移动部件形成出液口控制部件的部分阀瓣。
由此，本发明就涉及了多种流体流动设备，本发明的这些设备发明其特征为，都由一个SOI类的叠层构成，即包括一个优选由硅制成并覆盖绝缘材料层内的支撑晶片，该绝缘材料层优选由氧化硅制成并覆盖硅层内。
因此，与现有技术中流体流动设备和微泵必须在整个硅晶片厚度上加工从而在两片玻璃之间形成中间晶片相比，本发明提出使用一个叠层，在该叠层中，三个部件(支撑晶片、绝缘材料层以及硅层)的初始厚度首先可保证流体流动设备的各个部分在厚度上能被适当地控制，其次可保证死区比现有技术要大大减少。
本发明的另一个主要优点是加工方法相比于现有的技术更为简单。
阅读本发明下面以举例方式给出的各个实施例的说明，就能更好地理解本发明及其特征和优点。
所给说明和附图仅以非限定的形式给出。其中：
图1为构成本发明第一方面流体流动设备的进液口控制部件的剖面图，其实施的是本发明的第一实施例；
图1A和1B是图1进液口控制部件两种变化的平面图，其中将覆盖叠层的封闭晶片已被去掉；
图2、2A和2B类似于图1、1A和1B，示出了本发明流体流动设备第一方面的第二实施例；
图3和3A类似于图1和1A，示出了本发明流体流动设备第一方面的第三实施例；
图4和4A类似于图1和1A，示出了本发明流体流动设备第一方面的第四实施例；
图5是构成本发明第二方面流体流动设备的液压检测器的剖面图；
图5A和5B是图5中液压检测器两种变化实施例的平面图，其中覆盖叠层的封闭晶片和硅层已被去掉；
图6类似于图5，示出了本发明流体流动设备第二方面的第二实施例；
图7是构成本发明第三方面流体流动设备的微泵的纵向剖视图，其中部分为透视图；
图8为图7微泵纵向剖视图的示意图；
图9是图7和8中微泵的平面图，其中覆盖叠层的封闭晶片已被去掉；
图10到15所示为图7和8中泵的各个加工步骤；
图16A是图7到9中泵送部分变化实施例的平面图，其形成有多个液压检测器，其中覆盖叠层的封闭晶片和硅层已被去掉；
图16B类似于图16A，示出了图7到9泵送部分的另一变化实施例，其形成有一个角形的液压检测器；
图17是图7和8中微泵的出液口控制部件的比例放大图；以及
图18所示是图17出液口控制部件的一个变化实施例。
在整个附图中，多个附图中的相同部件采用相同的附图标记。
此外，为了清楚起见，附图中各个部件的厚度都夸大了许多，因此附图并非严格按比例绘制。
在本发明流体流动设备的第一方面中，流体流动设备形成一个进液口控制部件，图1所示为其一个实施例。用来构成单向阀或止回阀(逆止阀)的进液口控制部件100包括一个玻璃封闭片20，其布置在叠层30的顶上，而叠层30已在先加工出所述进液口控制部件100的各个功能部分。
叠层30包括一硅层32，其装在氧化硅层34上，而氧化硅层34则布置在硅支撑晶片36上。
此类叠层通常被称为绝缘体上硅薄膜(SOI-silicon-on-insulator)叠层，在市场上可以晶片或板的形式买到，其适用于半导体电子工业。叠层30中这三个元件的作用决定了它们之间的厚度是有很大的不同：
-用作刚性基座的硅支撑晶片36的厚度优选在50μm到1000μm之间，最好是在300μm到500μm之间；
-氧化硅层34用来使硅支撑晶片36与硅层32相连并使两者之间保持一恒定的距离，同时该层在特定区域内要能被很容易地去掉，因此其厚度应很小，优选在0.1μm到2μm之间，最好在0.5μm到1μm之间；
-硅层32在设计上贯穿其厚度加工形成液体通路或者仅加工其一部分厚度(约一半)从而与玻璃晶片20配合工作形成一个空腔，在某些情况下形成一个移动部件；该硅层32可由单晶硅或多晶硅制成，其厚度优选在1μm到100μm之间，最好在10μm到50μm之间。
叠层30可用传统的照相平版技术和化学蚀刻方法进行加工从而在将玻璃封闭片20与所述叠层30相连之前形成进液口控制部件100的各个功能部件，特别是空腔38和移动部件40。其中封闭片20和硅层32自由表面之间的连接是以公知方式通过晶片粘接(当封闭片由玻璃制成时，采用阳极连接法)来进行的以便固定形成密封连接。
进液管道102从第一端102a到第二端102b直穿硅支撑晶片的整个厚度。第二端102b靠近氧化硅层34的圆形区域35，该圆形区域35中没有任何材料并且正好跨过进液管道102。硅层32远离硅支撑晶片36的一面被加工去掉一部分厚度从而形成空腔38。此外，与整个厚度都被去掉的硅层32相应的空隙104(或间隙孔)与空腔38和没有氧化硅材料的圆形区域35在一条直线上，其接近但不与进液管道102的第二端102b直接对齐(正对)，该进液管道102面向氧化硅层34。
空腔38至少与所述的圆形区域35和进液管道102对齐。
这样，从图1A和1B可以更为清楚地看出，在硅层32内形成了一个部件40，所述部件40既不与玻璃封闭片20相连，也不与氧化硅层34相连，其通过空隙104与硅层32的其它部分分开。
在第一变形实施例中，图1A所示的进液口控制部件1001具有一个采用开口环形式的空隙1041，这样移动部件就通过图1A左边的臂41与硅层32的其余部分相连。
在第二变形实施例中，图1B所示的进液口控制部件1002具有一个空隙1042，其采用各自呈120度的三个角臂的形式，这样移动部件就通过三个臂41与硅层32的其余部分相连，其中的每个臂41都位于上述另两个角臂之间。
显然，部件40在垂直于叠层30主平面的方向即图1中向上的方向上是可移动的，该方向正交于图1A和图1B的纸面。然而，在第二变形实施例中，将移动部件40与硅层32相连的有三个点，因此移动部件40的硬度要大于第一变形实施例中的硬度。
部件40的厚度很小(小于50μm，并且优选为约10μm)就能使其在叠层30的主平面或者玻璃封闭片20的主平面的横断方向上弹性移动，即沿着图1中所示的双箭头方向上下移动。
图1中，形成进给阀的进液口控制部件100处于静止位置，即部分打开的位置。当液体通过进液管道102流过时，移动部件40在液压的作用下抬起，此时进液管道102中的液压高于空腔38中的液压，这样阀门打开使液体穿过圆形区域35并流过空隙104到达空腔38。
可将进液口控制部件100插到更为复杂的流体流动组件中，并在其中形成上游进液部件。显然，空腔38中的液压高于进液管道102的液压，因此，移动部件朝下移向硅支撑晶片36面向硅层的表面并绕进液管道102的第二端102b与之密封接触从而将进液口控制部件100关闭。
当硅层32在空腔38处的相对弹性变小时(图1A中的单臂41，或者图1B中的三个臂41)，就能在空腔38中的液压不大于进液管道102中的液压时，部件40返回到图1所示的初始位置，即进液口控制部件100部分关闭的位置。当空腔38内的液压高于进液管道102内的液压时，移动部件40向下移到头并与支撑晶片36密封接触，从而关闭进液口控制部件100。
显然，进液口控制部件100形成了一个进给阀，该阀的阀体由移动部件40面向硅支撑晶片36的表面构成，而阀座则由硅支撑晶片36面向硅层32的表面中环绕进液管道102的第二端102b的部分构成。
在图2、2A和2B所示的第二实施例中，也能在移动部件40处于其静止位置时给处于关闭位置的进液口控制部件100’加上预应力。
为此，移动部件40位于臂41中间的分离部分106在厚度上与硅层32的初始厚度相等。分离部分106与部件110对齐，该部件110位于封闭片20面向叠层的表面20a上或者是在所述分离部分106的自由面上。
部件110优选为布置在上述封闭片20表面20a上的一个钛层。部件110将分离部分106向下推并使移动部件40处于其关闭位置，该关闭位置对应于静止位置。然而，移动部件40所具有的弹性应足以使其被打开。
这样，当移动部件40处于其静止位置(rest position)及所述的关闭位置时，分离部分106和所述部件110就形成了所述移动部件40的承力装置。
图3和3A涉及本发明第一方面进液口控制部件的第三实施例。在这种情况下，进液口控制部件100”相比于第一第二实施例的进液口控制部件还进一步包括一个第二封闭晶片20’。
这样，在该进液口控制部件100中，上面的封闭片20为第一玻璃封闭片20，第二封闭晶片20’形成第二封闭晶片，其固定在支撑晶片36与所述第一玻璃封闭片20相反的表面上。
第二封闭晶片20’带有一个通路102”a。
为了在第二封闭晶片20’和硅支撑晶片36之间移动阀体和阀座，沿厚度方向穿过支撑晶片36形成有一个移动部分361，该移动部分361与所述移动部件40的所述空腔38和所述通路102”a对齐并在一条直线上。该移动部分361靠近所述空隙1042，但不与之对齐。
没有任何材料的环状空腔102”是沿支撑晶片36整个厚度加工出来的并与所述在氧化硅层34中完全没有任何材料的圆形区域35对齐，从而将所述的移动部分361与支撑晶片36的其余部分分开，形成所述支撑晶片36的进液管102”，该进液管与所述空隙1042相通。
氧化硅层34具有一个被环状区域35环绕的连接区321，该连接区321将所述移动部分361与所述移动部件40固定相连从而通过移动部分361使移动部件40上下移动。
由防粘材料(优选为钛)制成的环状阀件370位于玻璃制成的第二封闭晶片20’的表面上，并与所述的移动部分361对齐。
当所述部件40尽可能地靠近支撑晶片36时(图中没有示出该状态)，由于阀件370的作用，移动部分361面向第二封闭晶片20’的表面以及阀件370面向支撑晶片36的表面处于密封接触状态，因此使进液口控制部件100”处于关闭位置，液体不能从第二封闭晶片20’的管路102”a流向所述支撑晶片36的进液管102”。
作为对比，当阀体(在图3和3A所示实施例中为移动部分361)和阀座(在图3和3A所示实施例中为阀件370)之间没有接触时，进液口控制部件100”处于打开位置，此时液体可以从第二封闭晶片20’的管路102”a流向所述支撑晶片36的进液管102”，并从此处继续流向空隙1042从而流到空腔38上。图3所示就是这种状态。
参见图3A，图3A是图3中去掉封闭片20后的进液口控制部件100”的平面图，从中可以看出该图与图1B非常相似，其中的移动部件40同样都是通过三个臂41连接到硅层32的其余部分的。因此，空隙1042同样是由三个角臂组成，每个角臂都绕中心约在120度的方向上延伸，此时这些角臂为环形。
图4和4A涉及本发明第二方面进液口控制部件的第四实施例。在这种情况下，与第三实施例相同，进液口控制部件100'''相比于第一第二实施例的进液口控制部件还进一步包括一个第二封闭晶片20’。
该第二封闭晶片20’形成第二玻璃封闭晶片，其固定在支撑晶片36与所述第一玻璃封闭片20相反的表面上，该第二封闭晶片20’带有一个将其完全贯通通路102”a。
与图3和3A所示的第三实施例的进液口控制部件相同，为了在第二封闭晶片20’和硅支撑之间偏移阀体和阀座，沿厚度方向穿过进液口控制部件100'''的支撑晶片36形成一个移动部分361，该移动部分361与所述移动部件40的所述空腔38对齐。
该移动部分361为环状(参见图4和4A)并被第一环状空腔102'''a初步限定，该第一环状空腔102'''a没有材料并且是沿支撑晶片36整个厚度加工出来的，其与所述区域35对齐且在氧化硅层34和所述空腔38中完全没有任何材料，由此，第一环状空腔102'''a就将所述的移动部分361与支撑晶片36的其余部分分开。
该环状移动部分361中同样还形成一个第二柱腔102'''，该第二柱腔102'''没有材料并且是在移动部分361的(中间)位置沿支撑晶片36的整个厚度加工出来的。该没有材料的第二腔102'''形成了所述与空隙1041相通的进液管102'''，该空隙1041与所述进液管102'''对齐并在一条直线上。
与图3和3A所示第三实施例的进液口控制部件100”相同，第四实施例中进液口控制部件100'''的绝缘材料层34具有一个被区域35环绕的连接区321，该连接区321绕着进液管道102'''和空隙1041将所述移动部分361与所述移动部件40固定相连。此时，连接区321和区域35为环状并同心。
该进液口控制部件100'''进一步包括一个由防粘材料(优选为钛)制成的环状阀件370，其布置在第二封闭晶片20’的表面上并面对着所述移动部分361。
该环状阀件370环绕所述支撑晶片36的进液管102'''，而不是环绕封闭晶片20’开口于第一环状空腔102'''a的管道102”a，其中的环状空腔102'''a在支撑晶片36中没有材料。
由于阀件370的作用，当所述部件40尽可能地靠近支撑晶片36时(图中没有示出该状态)，移动部分361面向第二封闭晶片20’的表面以及阀件370面向支撑晶片36的表面处于密封接触状态，因此将进液口控制部件100'''置于关闭位置。在该进液口控制部件100'''的关闭位置，从第二封闭晶片20’的管路102”a流到第一环状空腔102'''的液体不能穿过所述支撑晶片36的进液管102'''，液体被阻挡在支撑晶片36的第一环状空腔102'''a中。
作为对比，当阀体(在图4和4A所示实施例中为移动部分361)和阀座(在图4和4A所示实施例中为阀件370)之间没有接触时，进液口控制部件100'''处于打开位置(参见图4和4A)，此时液体可以从第二封闭晶片20’的管路102”a流向所述支撑晶片36的第一环状空腔102'''a，并从移动部分361和阀件370之间流向支撑晶片36的进液管102'''，然后从此处继续朝着空腔38的方向流向空隙1041。
在第三和第四实施例的进液口控制部件(100”和100''')中，阀件370同样位于所述移动部分361面向第二玻璃封闭晶片20’的表面上，并且/或者是由其它的防粘材料如金、氧化硅或氮化硅制成。
因此，图3、3A和4、4A所示的第三和第四实施例的进液口控制部件都属于第二类的流体流动设备。该设备中，必须用第二封闭晶片20’使在所述第二封闭晶片20’和叠层30中支撑晶片36的移动部分361之间的阀座偏移。
进液口控制部件100”和100'''的操作与第一和第二实施例(分别为图1、1A和图2、2A、2B所示)的进液口控制部件100和100’完全相同。
与第一和第二实施例(分别为图1、1A和图2、2A、2B所示)的进液口控制部件100和100’的加工方法相比，为了加工出进液口控制部件100”和100'''，必须要提供一个其上沉积有环状阀件370的第二封闭晶片20’从而使支撑晶片36与之相连，其中所述的阀件由防粘材料制成。这两个步骤应当在加工工程的最后进行，即在叠层30已被处理(特别是被机加工和/或结构化)后进行。
进液口控制部件100’或100'''中的阀件370能够使移动部件40被予拉伸，具有一定厚度的阀件370将使移动部件40向上偏入空腔38相应的距离(参见图3和4)。
由于处理叠层30所用的微加工技术，因此能够精确地控制支撑晶片36中进液管102”或102'''体积，以将所述管道的死区减到最小。
参见图7和8，上述的进液口控制部件100”或100'''可集成在一个下面所述的微泵中从而构成一个进给阀。
图5所示为本发明第二方面的流体流动设备，即部件400，其用来检测液体压力并适于用来形成更为复杂的、能够组合上述进液口控制部件100的流体流动设备的部分。
该液压检测部件400包括一个玻璃封闭晶片20，其布置在一个已加工好的叠层30上，从而形成所述液压检测部件400的各个功能部件。
该叠层30包括一硅层32，该硅层32装在氧化硅层34上，而氧化硅层34则布置在硅支撑晶片36。
此类叠层通常被称为绝缘体上硅薄膜(SOI-silicon-on-insulator)叠层，在市场上可以晶片或板的形式买到，其适用于半导体电子工业。对于上述的进液口控制部件100来说，叠层30中这三个元件的作用决定了它们之间的厚度明显不同：
-用作刚性基座的硅支撑晶片36的厚度优选在50μm到1000μm之间，最好是在300μm到500μm之间；
-氧化硅层34用来使硅支撑晶片36与硅层32相连并使两者之间保持一恒定的距离，同时该层在特定区域内要能被很容易地去掉，因此其厚度应很小，优选在0.1μm到2μm之间，最好在0.5μm到1μm之间；
-硅层32在设计上仅加工其一部分厚度(约一半)从而与玻璃封闭片20配合工作形成一个空腔和一个移动部件；该硅层32可由单晶硅或多晶硅制成，其初始厚度优选在1μm到100μm之间，最好在10μm到50μm之间。
叠层30可用传统的照相平版技术和化学蚀刻方法进行加工从而在将玻璃封闭片20与所述叠层30相连之前形成液压检测部件400的各个功能部件，特别是空腔38和移动部件40。其中封闭片20和硅层32自由表面之间的连接是以常规方式通过晶片粘接(当封闭片由玻璃制成时，采用阳极连接法)来进行的，其后固定形成密封连接。
该液压检测部件400具有一个空腔38，流体流过空腔38，其流动方向由图5中的两个水平箭头指示。在液压作用下，移动部件40能够垂直移向或离开硅支撑晶片36(见垂直的双箭头)直到其回来与所述的硅支撑晶片36接触为止。
该例中，液体从图5左侧的入口402流过空腔38并流到图5右侧的出口404。
为了去掉氧化硅层34中区域35内的材料，在硅支撑晶片36的整个厚度上形成有一组圆管412，这些圆管412与区域35和部件40对齐。
从图5A和5B可以看到，这些圆管412彼此之间等距排列并与氧化硅层34中去掉了氧化硅材料的整个区域35对齐。
在硅支撑晶片36的整个厚度上并绕该组圆管412形成有另一种柱形断面，优选为环形的管道412’。该管道412’用来将硅支撑晶片36的其余部分与其中穿有圆管412的柱形承载部分414分开，该承载部分414与移动部件40对齐并连接到一个接电装置上。
为了保持承载部分414相对于叠层30固定不动，将管道412’旁边、承载部分414边缘的一部分硅氧化层部分416保留下来。这个部分416环绕移动部件40将承载部分414与叠层30相连从而构成连接装置。
在图5A所示的变化实施例中，管道412’和部分416采用圆筒壁的形式，而圆管412则有规则地布置在一个圆形区域上。
在图5B所示的变化实施例中，圆管412有规则地布置在一个矩形区域上。而部分416则由两个半圆构成，这两个半圆布置在上述矩形的两侧从而形成两个“凸耳”。在图5B中，管道412’环绕上述的矩形区域和两个部分416，这样，所述管道412’就变成具有两个凸耳的矩形筒壁，就像一种四叶的苜蓿或一个希腊式的十字架。
当空腔38内的液压超过一定的阈值时，该液压检测部件400在形状上可使移动部件40从其静止位置或打开位置(如图5所示)变到一个作用位置或关闭位置，此时，移动部件40与硅支撑晶片36的承载部分414接触。
在这种情况下，硅层32(在移动部件40的位置)与支撑晶片36(在承载部分414的位置)接触，这两者均由掺杂的硅制成并形成一个半导体器件，从而在电容电路中用作一个导电体，并使分别连接到硅层32和支撑晶片36中承载部分414的电连接件之间的电容猛增，检测这种电容的增加就能确定空腔38内是否已经达到预定的液压。
还有其它不同的实施例，特别是带有两个分别形成两个承载部分的电极的实施例，其中所述的电极彼此分开并与支撑晶片36的其它部分分开。
该液压检测部件400形成一个电容式液压传感器。然而，也可用液压检测部件400形成其它类型的传感器：隧道效应传感器、Schotky接触型传感器、电感检测器、光检测器(如利用一个二极管激光器来观察移动部件40的弯曲情况)、或者是一个应变仪。
由于这种液压检测部件400能够检测空腔38中的液压是否达到预定的压力水平，因此其在流体流动装置中非常有用，其中的预定压力水平与这个用来触发移动部件40和承载部分414之间接触的压力有关。
实质上，这种液压检测部件400是一种差压式传感器，供采用圆管412和412’以及没有任何材料的区域35中的外界压力作为其参考压力。
图6涉及本发明第二方面液压检测部件的第二实施例。在该实施例中，液压检测部件400'''相比于图5、5A和5B所示的液压检测部件的第一实施例还包括一个第二封闭晶片20’。
这样，在该液压检测部件400'''中，上面的封闭晶片20为第一玻璃封闭片20，第二封闭晶片20’形成第二封闭晶片，其固定在支撑晶片36上与所述第一玻璃封闭片20相反的表面上。
支撑晶片36带有一个管道422直穿该晶片。
在该液压检测部件400'''的第二实施例中，为了偏离电接触区域，当所测压力到达阈值压力时，其偏向第二封闭晶片20’，与支撑晶片36其余部分分开的独立部分构成了一个移动部分461。
管道422为环形从而将移动部分461与支撑晶片36的其余部分分开。绝缘材料层34具有一个被区域35环绕的连接区321，其将所述的移动部分461与所述的部件40连成一体。
为了进行压力检测，该液压检测部件400'''还包括一个第一导电部件463和第二导电部件465，其中第一导电部件463位于所述移动部分461面向第二玻璃封闭晶片20’的一面，第二导电部件465位于第二玻璃封闭晶片20’与所述移动部分461相齐的表面上。所述的第一和第二导电部件463、465实质上是用来在所述部件40和所述固定在部件40上的移动部分461接近第二封闭晶片20’时实现电接触的。
作为对该电接触的选择，也可选用其它的检测方法：电容式、电感式、光学式或者是布置在部件40上的应变仪等。此时，第一导电部件463和/或第二导电部件465自身和/或其位置都必须适用于所采用的技术。
由于具有图5、5A和5B所述的液压检测部件400，液压检测部件400'''提高了部件40由泵腔液压而产生变形，因此其能够相对于外界压力识别出一个确定压力阈值。
因此，图6所示的第二实施例的检压部件属于第二类的流体流动设备，这里必须使用第二封闭晶片20’才能弥补所述第二封闭晶片20’与叠层30中支撑晶片36的移动部分461之间的电接触。
上述的液压检测部件400和400'''还能作为一个进给阀集成，用于在下面参考图7和图8所述的微泵。
与第一实施例(图5、5A和5B)中液压检测部件400的加工方法相比，为了加工出液压检测部件400'''，必须要提供一个其上沉积有由导电材料构成的第二导电部件465的第二封闭晶片20’，并将其与支撑晶片36相连。这两个步骤要在加工过程的最后进行，即在叠层30已被处理(特别是被机加工和/或结构化)并且移动部分461远离部件40的一面已加上一个由导电材料构成的第一导电部件463后进行。实质上就是要将第一和第二导电部件463和465相连从而形成检测系统电路。
显然，这里的术语“管道”是用来表示两个实施例中液压检测部件400和400'''的通道或空腔412、412’和422的，尽管它们在设计上当流体流动部件操作时并不具有流通流体的功能。
上面参考图1到6所述的本发明流体流动设备的第一和第二方面在流体流动设备的液体流动中实现了不同的功能，并且都具有类似的、适合用简单的加工方法加工出来的简单结构。
此外，如上所述，加工各个部件100、100”、100'''、400和400'''的方法都具有高度的相似性，这样这些不同的流体流动部件100、100”、100'''、400和400'''就能很容易地布置在一个流体流动装置中。
下面参见图7到15来说明这种集成。首先，在指定一个流体流动设备的加工方法时先描述一下部件100、100”、100'''、400和400'''在加工中所共有的一些步骤，这里设备加工方法适用于每一个特定部件100、100”、100'''、400和400'''的加工，这将在下面说明。
用来加工图1所示进液口控制部件100的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供一个叠层30，该叠层包括一个优选由轨制成的支撑晶片36、一覆盖至少一部分支撑晶片36的氧化硅层34、以及覆盖氧化硅层34并具有自由表面的(单晶硅或多晶硅)层32，其中的自由表面是该层32覆盖氧化硅层34的另一面；
b)采用照相平版印刷技术和化学蚀刻在硅层32的自由表面上加工出空腔38：
c)采用照相平版印刷技术和化学蚀刻在硅层32的自由表面加工出一个空隙104，该空隙104贯穿硅层32的整个厚度直至氧化硅层34；
d)在叠层30的另一侧，通过照相平版印刷技术和化学蚀刻加工出的进液管道102完全贯通支撑晶片36；
e)通过进液管道102和空隙104来对氧化硅层34进行化学蚀刻，从而在氧化硅层34中形成一个没有材料的区域，这样硅层32中面向所述区域35的区域就没有氧化硅层34，由此形成移动部件40，该部件通过臂41与硅层32保持连接；
f)提供一个封闭片20；以及
g)采用物理化学方法，优选通过晶片粘接技术将封闭片20与硅层32未被加工的表面密封相连。
当封闭片20由玻璃构成时，上述的晶片粘接技术为阳极粘接。如果封闭晶片由硅制成，那么直接进行粘接就能以密封的方式连接到硅层32上。
显然，叠层30每一个表面的微加工处理都彼此独立，因此步骤b)和c)以及步骤d)和e)可如上所述一前一后进行，也可一后一前进行。
图5所示本发明第二方面的液压检测部件400的加工方法包括以下步骤：
a)提供一个叠层30，该叠层包括一个优选由硅制成的支撑晶片36、一覆盖至少一部分支撑晶片36的氧化硅层34、以及覆盖氧化硅层34并具有自由表面的(单晶硅或多晶硅)层32，其中的自由表面是覆盖氧化硅层34的表面的另一面；
b)采用照相平版印刷技术和化学蚀刻在硅层32的自由表面上加工出空腔38；
c)在叠层30的另一侧加工出圆管412和412’，这些管道完全贯通支撑晶片36；
d)通过圆管412和412’来对氧化硅层34进行化学蚀刻，从而在氧化硅层34中形成一个没有材料的区域35，同时留下一部分氧化硅材料部分416从而将移动部件40与氧化硅层34分开；
e)提供一个封闭片20；以及
f)采用物理化学方法，优选通过晶片粘接技术将封闭片20与硅层32未被加工的表面密封相连。
无论是进液口控制部件100、100”、100'''还是液压检测部件400、400”，硅层32和封闭片20之间空腔38的加工同样都是对硅层32和封闭片20或者单独对封闭片20进行加工。
现在参见图7到9所示的微泵500，该微泵500形成一个集成有进液口控制部件100、泵送部分502、液压检测部件400以及出液口控制部件200的流体流动装置。
除了玻璃封闭片20和叠层30之外，微泵优选带有一个附加封闭晶片20’，该附加封闭晶片20’与支撑晶片36载有玻璃封闭片20的相反面，即图7和8的底面相粘接。
显然，封闭片20构成了第一玻璃封闭晶片，另一个封闭晶片20’构成了第二玻璃封闭晶片，其固定在支撑晶片36载有第一玻璃封闭片20的相反面上。
如下所述，玻璃封闭片20不仅可用来以密封的方式封闭微泵的注液空间，还可在泵膜506上行的过程中用作一个邻接点。为了防止泵膜和封闭片20之间粘着或产生吸盘效应，封闭片20面向叠层的一面20a上布置了一些由防粘材料制成的部件510。
这些部件510优选由布置在封闭片20上述表面20a上的一层钛制成。这些部件510彼此分开形成突起，在使液体从中通过的同时能够防止泵膜506粘着在封闭片20上。
显然，这些部件510同样也可布置在硅层32，即泵膜506的自由表面上。
在泵膜506下行使封闭晶片20’与泵的移动部分514接触时，封闭晶片20’也可用作一个邻接件。这两组邻接件(晶片20和20’)的结合能用来控制泵膜506的垂直行程的大小从而确保精确地泵送。
为了保证泵的移动部分514能保持自由移动，附加封闭晶片20’面向叠层30的一面要带有防粘层520(参见图7和图8)。该层520为环形并布置在开口522的边上，其中的开口522穿过附加封闭晶片20’。
层520优选由钛构成从而在将叠层30粘接在封闭晶片20’上时可用来防止泵的移动部分514粘着在封闭晶片20’上。
层520同样也可沉积在泵的移动部分514背离叠层30的表面上。
对于部件110、510和层520来说，也可用其它的防粘材料如金、氧化硅或氮化硅来代替钛。
微泵500的上游部分具有进液口控制部件100、进液管道102，其中的进液管道102通过进液管102’穿过玻璃附加封闭晶片20’，其中的进液管102’具有一个入口，液体通过该入口由微泵500泵送。
进液口控制部件100在氧化硅层34中包括一个没有材料的351，空腔381以及空隙104形成移动部件401。图7和8中所示的进液口控制部件100处于静止位置。
微泵500在进液口控制部件100的液压检测部件400之间包括一个带有泵腔504的泵送部分502，该泵腔504延伸到空腔381并在玻璃封闭片20和硅层32之间形成，其中硅层32面向玻璃封闭片20的一面已被加工完成。
盘形的泵膜506位于硅层中并首先与泵腔504再与支撑晶片36中经加工去掉材料的环形空腔508对齐，所述没有材料的环形空腔508延伸到氧化硅层34中没有材料的区域535。
该环形空腔508用来将支撑晶片36的其余部分与泵的柱状移动部分514分开，该泵的移动部分514与泵膜506对齐，氧化硅层34的留下来的一部分516与之相连。
由于环形空腔508与支撑晶片36的其余部分是分开的，因此最好能采用图5、5A和5B中一种或多种的方式将至少一个液压检测部件集成在泵的移动部分514中。
图16A所示就是这样的一种变化实施例，其中展示的泵送部分502’配有八个按规则角度分布在泵的移动部分514’中的液压检测部件400’，该泵的移动部分514’被八组管道512’直通过去。这八组管道512’相互之间被氧化硅层34中留下来的一部分516’分开，除了每一组液压检测部件400’中与对应组管道512’相连的区域。
实质上，泵送部分502’至少可配有两个液压检测部件400’，并且每个液压检测部件400’都构成一个液压检测部件，它们在所述泵的移动部分514’中彼此之间按规则角度分开，其中的泵的移动部分514’被两组512’直穿过去。
图16B所示为另一变化实施例的泵送部分502”。在这种情况下，图16A中的八组管道512’被这里的管道512’代替，这样环形区域上的所有管道就构成了一个环状的液压检测部件400”。在该变化实施例中，氧化硅层34中留下来的部分仅限于基本位于泵的移动部分514’边缘的第一环形部分516”a以及主要位于泵的移动部分514’中心的第二部分516”b。
用来接收控制杆(图中未示出)的通道540优选在中心穿过该泵的移动部分514’，该控制杆的一端固定在泵膜506上，另一端从开口522伸出并形成手柄。这手柄可使用户在需要时通过所述的杆拉动泵膜506而使其离开封闭片20。这组操作能在泵腔504中连续产生很高的吸力，或者用来加快微泵的操作。显然，控制杆的通道540与泵的移动部分514中的压力检测部件无关。
还有，与泵膜506对齐、通道被称为执行器的微泵控制装置可通过固定在封闭晶片20’背向叠层的一面以及泵的移动部分514上从而直接集成在微泵中，其也可布置在微泵的外面，以间接地方式连接到泵膜506上。
这些控制装置尤其可以是压电式、电磁式或者气动式的。
图7和图8所示微泵500，在泵送部分502的下游，包括有图5、5A和5B中所述的液压检测部件400，通道412通过附加封闭晶片20’中的管道413与外界压力相连。此外，液压检测部件400还有其它的构成部件，特别是氧化硅层34中没有材料的区域354和空腔384，空腔384在入口402和出口404之间形成移动部件404。
在图7和8中，所示液压检测部件400处于平衡或打开位置，即移动部件404未与承载部分414接触。可以看到，图中没有显示承载部分414和硅层32的接电部分。
显然，压力检测器是通过检测泵装置每一行程中泵膜506偏移所产生的瞬时压增(压增对应于图7和8中泵膜506的上移，反之亦然)来确定微泵是否操作正常的。如果压力没有增加则说明没有产生泵送，如果高压持续时间过长则说明下游阻塞。
在微泵500最下游的部分有一个出液口控制部件200，其在图17中按比例进行了放大。
出液口控制部件200中形成有一个逆止阀，液体通过一个出液管204流过支撑晶片36从而从该逆止阀中流过，该出液管204通过另一出液管204’穿过附加玻璃封闭晶片20’。
出液口控制部件200中的其它组成部件还包括氧化硅层34中没有材料的352、由空腔382形成的移动部件402，所述移动部件402具一个环状部分206形成阀体，其另一端与封闭晶片20上的一个防粘层210接触，环状部分206有通孔208。在图7和图8中，所示出液口控制部件200处于关闭位置。
图17所示为出液口控制部件200的比例放大图，图18所示为其变化实施例300，其采用与图1中进液口控制部件100相同的部件。
从图17可以看出，出液口控制部件200在空腔382中有一个进液口202和出液管204，出液管204在支撑晶片36的整个厚度上加工出来并与空腔38对齐。
氧化硅层34中没有材料的区域352至少与出液管204在一条直线上并绕着所述的出液管204稍微伸出一点。
在对硅层32进行加工形成空腔38时，移动部件40有一个部分206，其基本沿着硅层32的整个初始厚度延伸，并具有一个封闭的轮廓，优选为环形的轮廓。该部分206从面向绝缘材料层34的区域36的第一端部206a延伸到与封闭片20面向叠层30的面20a接近的第二端部206b。
该206优选采用环形的套筒并环绕着开口208，开口208与352和出液管204在一条直线上，三者之间流体相通。
在该出液口控制部件200中，移动部件40基本横跨出液管204的整个断面。
由防粘部件210构成的阀座优选由钛制成，其位于玻璃封闭片20面向移动部件402的一面20a上。防粘部件210在形状上类似于部分206，因此其优选也为环形。还可将该防粘部件210布置在部分206的第二端206b上，同时该防粘部件210也可由其它防粘材料如金、氧化硅或氮化硅制成。
阀体由环状部分206的第二端部206b构成，该环状部分的第一端部206a面向支撑晶片36并与出液管204相邻。
为了使阀的接触面积达到最小，环状部分206的第二端部206b的厚度很小，而开孔208却较大。
在图17中，所示出液口控制部件200处于静止位置，其对应于关闭的位置。此时，部分206的第二端部206b与所述防粘部件210密封接触，因此通过进液口202流过的液体不能流到开孔208中。
如果出液管204中的液压小于进液口的液压，那么进液口202的液压将会在移动部件上作用一个力从而使移动部件402移向支撑晶片36而打开阀门(图中没有展示这种状态)。打开时，液体将流过部分206中已与所述防粘部件210和封闭片20分开的第二端部206b并流入开孔208，这样，开口208与出液管204直接相通。
显然，所述防粘部件210能够防止由部分206第二端部206b所形成的阀体粘着在阀座上(所述防粘部件210面向叠层30的表面)。
此外，所述防粘部件还能通过移动部件402的初始弹性位移在出液口控制部件200中形成预应力，从而在液压不超过预定阈值时将阀门保持在其平衡的关闭位置。
此外，当进液口202的液压小于或等于出液管204的液压时，出液口控制部件200将通过其弹性回复作用回到图17所示的关闭位置，部分206的第二端部206b与所述防粘部件210之间的密封接触将防止液体从进液口202流到开口208中。
图18所示的变化实施例对应于出液口控制部件300，其中的进液口302在空腔38中，同时出液管304直接穿过玻璃封闭片20。
出液口控制部件300的移动部件40在形状上与图17的移动部件40非常相似：环形部分306与部分206相似。然而环形部分306上并没有像208一样的开口。
在这种情况下，环形部分306仍用作阀体，在环形部分306面向封闭晶片的第二端部306b和面向叠层30的防粘部件310之间形成密封接触。
此时，为了使移动部件40按图18中双箭头所示的垂直方向进行移动，氧化硅层34中没有材料的区域35与所有移动部件40对齐。
此外，硅支撑晶片36的自由面进到氧化硅层34中从而通过一个直穿硅支撑晶片36的通道312将区域35中的氧化硅材料去掉。该通道312优选，但并非必须是柱形，如图18所示，其断面为圆形。
微泵500可用于许多地方，特别是医疗中用来连续输送药液的液泵中。
由于其尺寸很小，这种泵既可以是植入型(即植到病人的皮肤下面)也可以是外用型，并通过进液口控制部件100将一进液口穿过皮肤而连接到病人的血液循环系统。
图10到15展示了微泵500的各个加工步骤，其包括有部件100、出液口控制部件200和液压检测部件400以及泵送部分502的各个加工步骤，这些步骤可同时进行。
在这些加工步骤中，术语“加工”和“构造”具有不同的含义。“加工”表示对晶片或晶片特定区域的厚度的改变；“构造”表示保留某层在一定区域内的材料并去掉该层其余区域的所有材料。
微泵500的加工方法包括以下步骤：
a)提供一个叠层30，该叠层包括一个优选由硅制成的支撑晶片36、一覆盖至少一部分支撑晶片36并优选由氧化硅制成绝缘材料层34、以及覆盖绝缘材料层34并具有自由表面的(单晶硅或多晶硅)层32，其中的自由表面是覆盖氧化硅层34的表面的另一面；
b)采用照相平版印刷技术和化学蚀刻在支撑晶片36的自由表面上加工出以下部件：进液口控制部件100的进液管道102，环形空腔508，液压检测部件400的圆管412和412’，以及出液口控制部件200的出液管，这些管道或环形空腔完全贯通该支撑晶片36(图11)；
c)采用照相平版印刷技术和化学蚀刻(氢氟酸或BHF一经缓冲后的氢氟酸)在叠层30的另一侧即在硅层32的自由表面上加工出以下部件：进液口控制部件100的空隙104和空腔381，泵腔504，液压检测部件400的空腔384，空腔382以及出液口控制部件200的开孔308(图9到14)；
d)通过进液口控制部件100的进液管道102、环形空腔508、液压检测部件400的圆管412和412’以及出液口控制部件200的出液管204在氧化硅层34上进行化学蚀刻从而在氧化硅层34上形成没有材料的区域351、535、354和352，从而使移动部件401、泵膜506、移动部件404以及移动部件402分别与氧化硅层34分开(图15)；
e)提供一个第一封闭片20；以及
f)采用物理化学方法将一层防粘材料优选为钛沉积到第一封闭片20与所述叠层30相连的表面20a上；
g)防粘材料层在构成上形成所述部件510和所述的防粘层210；
h)提供第二封闭晶片20’；
i)采用物理化学方法将一层防粘材料优选为钛沉积到第二封闭晶片20’与所述叠层30相连的表面上；
j)防粘材料层在构成上形成所述环形的层520；
k)采用物理化学方法优选采用晶片粘接技术将第一封闭晶片20以密封方式连接到硅层32上已被加工过的表面；
l)采用物理化学方法优选采用晶片粘接技术将第二封闭晶片20’以密封方式连接到支撑晶片36的表面。
显然，由此获得的微泵500在加工上非常简单，并且由于是由同一个初始叠层30制成，因此其所有组成部分都具有规则的厚度，从而确保泵送的死区非常小。
以下可以说明本发明方法的简单性。现有技术的微泵必须使用大约12个照相平版印刷掩膜才能加工出所有的层体，而本发明的上述方法大约仅需5个掩膜足以。

Claims (38)

1、一种流体流动设备(100，400，500)，其包括一个被一封闭片(20)覆盖的叠层(30)，所述叠层(30)包括一个支撑晶片(36)、一覆盖所述至少一部分支撑晶片(36)的绝缘材料层(34)、以及覆盖所述绝缘材料层(34)并被所述封闭片(20)所覆盖的单晶硅或多晶硅层(32)，
所述封闭片(20)和/或所述硅层(32)加工成在所述封闭片(20)和所述硅层(32)之间形成一个空腔(38)以便注入液体，
所述支撑晶片(36)中至少有一个完全贯通支撑晶片的管道(102，412，412’)，以及
所述绝缘材料层(34)由氧化硅材料制成并至少具有一个完全没有材料的区域(35)，该区域至少与所述管道(102，412，412’)在一条直线上从而与所述空腔(38)配合并在所述硅层(32)内形成一个移动部件(40)，该移动部件响应于所述空腔(38)内的液体压力反向移向所述支撑晶片(36)。
2、如权利要求1所述的一种设备，其特征在于，所述移动部件(40)反向移向所述支撑晶片(36)一直移到所述移动部件(40)和所述支撑晶片(36)接触为止。
3、如权利要求1或2所述的一种设备，其特征在于，所述封闭片(20)由玻璃制成。
4、如权利要求1到3中任一所述的一种设备，其特征在于，所述支撑晶片(36)由硅、石英或兰宝石构成。
5、如权利要求1到4中任一所述的一种设备，其特征在于，所述支撑晶片(36)的厚度在50μm到1mm之间。
6、如权利要求5所述的一种设备，其特征在于，所述支撑晶片(36)的厚度优选在300μm到500μm之间。
7、如前述任一权利要求所述的一种设备，其特征在于，所述绝缘材料层(34)的厚度在100nm到2μm之间。
8、如权利要求7所述的一种设备，其特征在于，所述绝缘材料层(34)的厚度优选在0.5μm到1μm之间。
9、如前述任一权利要求所述的一种设备，其特征在于，所述硅层(32)的厚度在1μm到100μm之间。
10、如权利要求9所述的一种设备，其特征在于，所述硅层(32)的厚度优选在10μm到50μm之间。
11、一种制造上述任一权利要求所述流体流动设备的方法，其特征在于包括以下步骤：
-提供一个叠层(30)，该叠层包括一个支撑晶片(36)、一覆盖所述支撑晶片(36)至少一部分的绝缘材料层(34)、以及覆盖所述绝缘材料层(34)并具有自由表面的单晶硅或多晶硅层(32)；
-采用照相平版印刷技术和化学蚀刻在所述封闭片(20)和/或所述硅层(32)的自由表面上加工出所述的空腔(38)：
-采用照相平版印刷技术和化学蚀刻至少加工出一个管道(102，412，412’)，该管道完全贯通所述支撑晶片(36)；
-至少通过所述管道(102，412，412’)来化学蚀刻所述的绝缘材料层(34)，从而使所述硅层(32)的一个区域与所述绝缘材料层(34)脱离，由此形成所述的移动部件(40)；
-至少提供至少一个封闭片(20)；以及
-采用物理化学方法，优选通过晶片粘接技术将所述封闭片(20)与所述硅层(32)未被加工的表面密封相连。
12、一种用来形成逆止阀的进液口控制部件(100，100’，100”，100''')，该部件包括一个覆盖封闭片(20)内的叠层(30)，所述叠层(30)包括一个支撑晶片(36)、一覆盖所述支撑晶片(36)至少一部分的绝缘材料层(34)、以及覆盖所述绝缘材料层(34)并被所述封闭片(20)所覆盖的单晶硅或多晶硅层(32)，
所述封闭片(20)和/或所述硅层(32)加工成在所述封闭片(20)和所述硅层(32)之间形成一个空腔(38)，所述空腔(38)在设计上用来注入液体并至少具有一个空隙(104，1041，1042)，该空隙在硅层(32)的整个厚度上加工形成，
所述支撑晶片(36)中至少有一个进液管道(102)完全贯通该层，该管道在位置上至少与所述空腔(38)对齐，以及
所述绝缘材料层(34)至少具有一个完全没有材料的区域(35)，该区域至少与所述管道(102)和所述空隙(104，1041，1042)在一条直线上从而与所述空腔(38)配合在所述硅层(32)内形成一个移动部件(40)并进而为所述阀门形成一个阀瓣，所述硅层(32)环绕所述移动部件(40)的一部分具有弹性从而当所述进液管道(102)和所述空腔(38)的流体之间存在压差时使所述移动部件(40)反向移向所述的支撑晶片(36)。
13、如权利要求12所述的进液口控制部件(100，100’)，其特征在于所述进液管道(102)紧靠在所述空隙(104)旁边但不与之对齐，并且其中所述移动部件(40)在阀门的关闭位置和打开位置之间移动，在关闭位置时，移动部件(40)与所述支撑晶片(36)密封接触从而防止流体在所述进液管道(102)和空腔(38)之间流动，其中的支撑晶片(36)至少在绕着所述管道(102)的部分为形成所述阀门的阀座，在打开位置时，移动部件(40)不再绕所述管道(102)与支撑晶片(36)密封接触从而使流体从所述进液管道(102)流向所述的空隙(104)。
14、如权利要求13所述的进液口控制部件(100’)，其特征在于，在所述封闭片(20)和所述移动部件(40)之间还包括承载装置(106，110)，所述承载装置(106，110)当其处于静止位置时，使所述移动部件(40)处于关闭衡位置。
15、如权利要求12所述的进液口控制部件(100”)，其特征在于，所述的封闭片(20)为第一封闭片(20)，还进一步包括一个第二封闭片(20’)，第二封闭片(20’)固定在支撑晶片(36)背离所述第一封闭片(20)的表面上，并带有一个通路(102”a)完全贯通第二封闭片(20’)；支撑晶片(36)中形成有一个移动部分(361)，该移动部分(361)与所述空腔(38)、所述移动部件(40)和所述通路(102”a)对齐并相通，所述移动部分(361)靠近所述空隙(1042)但不与之对齐；没有任何材料的环状空腔(102”)是沿支撑晶片(36)整个厚度加工出来的并与氧化硅层(34)中不带有任何材料的所述区域(35)对齐，从而将所述的移动部分(361)与支撑晶片(36)的其余部分分开，并形成所述的进液管(102”)，该进液管与所述空隙(1042)相通；绝缘材料层(34)具有一个连接区(321)，该连接区(321)将所述移动部分(361)固定连接到所述移动部件(40)上；该部件还包括一个由防粘材料制成的环状阀件(370)，该环状阀件(370)或者位于第二封闭晶片(20’)正对着所述移动部分(361)的表面上，从而在所述移动部件(40)尽可能地靠近支撑晶片(36)时，移动部分(361)面向第二封闭晶片(20’)的表面以及阀件(370)面向支撑晶片(36)的表面处于密封接触状态从而使进液口控制部件(100”)处于关闭位置，或者位于所述移动部分(361)正对着第二封闭片(20)表面上，从而在所述移动部件(40)尽可能地靠近支撑晶片(36)时，阀件(370)面向所述第二封闭片(20’)的表面和第二封闭片面向支撑晶片(36)的表面处于密封接触状态从而使进液口控制部件(100”)处于关闭位置，在此关闭位置时，可防止从第二封闭片(20’)的管道(102”a)流来的液体流向所述支撑晶片(36)的进液管(102”)。
16、如权利要求12所述的进液口控制部件(100”)，其特征在于，所述的封闭片(20)为第一封闭片(20)，还包括一个第二封闭片(20’)，第二封闭片(20’)固定在支撑晶片(36)背离所述第一封闭片(20)的表面上，并带有一个通路(102”a)完全贯通第二封闭片(20’)；支撑晶片(36)中形成有一个环状移动部分(361)，该移动部分(361)与所述移动部件(40)和所述空腔(38)对齐并在一条直线上；没有任何材料的第一环状空腔(102”a)是沿支撑晶片(36)整个厚度加工出来并与所述空腔(38)和所述没有绝缘材料层(34)任何材料的区域(35)对齐，从而将所述的移动部分(361)与支撑晶片(36)的其余部分分开；没有任何材料的第二环状空腔(102''')是在移动部分的位置沿支撑晶片(36)整个厚度加工出来的，从而形成所述进液管(102)，该进液管(102)与所述空隙(104)相通；绝缘材料层(34)具有一个连接区(321)，该连接区(321)绕着所述进液管(102)和所述的空隙(1041)将所述移动部分(361)固定连接到所述移动部件(40)上；该部件还包括一个由防粘材料制成的、绕着所述进液管(102''')的环状阀件(370)，所述阀件(370)或者位于第二封闭晶片(20’)正对着所述移动部分(361)的表面上，从而在所述移动部件(40)尽可能地靠近支撑晶片(36)时，移动部分(361)面向第二封闭晶片(20’)的表面以及阀件(370)面向支撑晶片(36)的表面处于密封接触状态从而使进液口控制部件(100''')处于关闭位置，或者位于在所述移动部分(361)正对着第二玻璃封闭片(20)的表面上，从而在所述移动部件(40)尽可能地靠近支撑晶片(36)时，阀件(370)面向所述第二封闭片(20’)的表面和第二封闭片(20’)面向支撑晶片(36)的表面处于密封接触状态从而使进液口控制部件(100''')处于关闭位置，在此关闭位置时，从第二封闭片(20’)的管道(102”a)到达所述第一环状空腔(102'''a)的液体不能流入所述支撑晶片(36)的进液管(102''')。
17、一种液体压力检测部件(400)，该部件包括一个覆盖封闭片(20)的叠层(30)，所述叠层(30)包括一个支撑晶片(36)、一覆盖所述支撑晶片(36)至少一部分的绝缘材料层(34)、以及覆盖所述绝缘材料层(34)并被所述封闭片(20)所覆盖的单晶硅或多晶硅层(32)，所述封闭片和/或所述硅层(32)加工成在所述封闭片(20)和所述硅层(32)之间形成一个空腔(38)，以便注入液体；
所述支撑晶片(36)中至少有一个管道(412，412’)完全贯通该层，该管道在位置上与所述空腔(38)对齐；以及
所述绝缘材料层(34)至少具有一个完全没有材料的区域(35)，该区域(35)至少与所述管道(412，412’)在一条直线上从而与所述空腔(38)配合在所述硅层(32)内形成一个移动部件(40)，所述硅支撑晶片(36)的一部分与移动部件(40)对齐并形成一个台阶，该台阶通过所述管道(412’)与支撑晶片(36)的其它部分分开，所述移动部件(40)能凭借其弹性在所述空腔(38)的液压下反向移向支撑晶片(36)。
18、如权利要求17所述的一种液体压力检测部件(400)，其特征在于，所述移动部件(40)能在打开位置和关闭位置之间移动，在关闭位置时，移动部件(40)与所述面对移动部件(40)形成台阶的部分物理接触，该台阶通过所述的管道(412’)与支撑晶片(36)的其它部分分开，并形成硅晶片的承载部分(414)，所述的物理接触能以电检测的方式检测出来。
19、如权利要求18所述的一种液体压力检测部件(400)，其特征在于，在承载部分(414)和所述硅层(32)之间还包括连接装置(416)。
20、如权利要求17所述的一种液体压力检测部件(400)，其特征在于，所述封闭片(20)为第一封闭片(20)，其包括一个第二封闭片(20’)，该第二封闭片(20’)固定在支撑晶片(36)背向所述第一封闭片(20)的表面上；在所述与支撑晶片(36)其余部分分开而形成的台阶部分构成一个移动部分(461)；绝缘材料层(34)具有一个连接区(321)，其将所述的移动部分(461)固定连接到所述移动部件(40)上。
21、一种微泵，该微泵包括一个覆盖封闭片(20)内的叠层(30)，所述叠层(30)包括一个支撑晶片(36)、一覆盖所述支撑晶片(36)至少一部分的绝缘材料层(34)、以及覆盖所述绝缘材料层(34)并被所述封闭片(20)所覆盖的单晶硅或多晶硅层(32)，
所述封闭片(20)和/或所述硅层(32)加工成在所述封闭片(20)和所述硅层(32)之间形成一个空腔(38)，所述空腔用来注入液体并包括一个泵腔(504)，
所述支撑晶片(36)包括至少一个第一管道(102、508、412、412’、204)完全贯通该层并在位置上与所述空腔(38)对齐，
所述绝缘材料层(34)至少具有一个完全没有材料的第一区域(351)，该区域至少与所述第一管道(102、508、412、412’、204)对齐从而与所述空腔(38)配合在所述硅层(32)内形成一个第一移动部件(40)，该第一移动部件适于在所述泵腔(504)的液压下反向移向所述的支撑晶片(36)，所述第一移动部件(40)形成进液控制部件(100)的部分阀瓣；以及
所述微泵进一步包括一个泵送部分(502)和出液口控制装置(100)，该泵送部分包括配有泵膜(506)的控制装置，从而使泵腔(504)的体积周期性地变化。
22、如权利要求21所述的一种微泵，其特征在于，第一移动部件(40)适于与所述支撑晶片(36)密封接触，所述第一移动部件(40)构成了所述进液口控制部件(100)的阀瓣。
23、如权利要求22所述的一种微泵，其特征在于，所述绝缘材料层(34)还具有一个完全没有材料的第二区域(354)，该区域与所述空腔(38)配合工作在所述硅层(32)内形成一个第二移动部件(40)，该第二移动部件适于在所述泵腔的液压下移向所述支撑晶片(36)，所述第二移动部件(40)构成一个出液口控制部件(200)的阀瓣。
24、如权利要求21到23中任一所述的微泵，其特征在于，所述进液口控制部件(100)采用权利要求12到16中任一所述的进液口控制部件。
25、如权利要求21到24中任一所述的微泵，其特征在于，还至少包括一个液压检测部件(400)，该液压检测部件(400)采用权利要求17到20中任一所述的液压检测部件。
26、如权利要求21到25中任一所述的微泵，其特征在于，所述封闭片(20)为玻璃制成的第一封闭片(20)。
27、如权利要求26所述的微泵，其特征在于，还包括一个由玻璃制成的第二封闭片(20’)，该第二封闭片(20’)固定在支撑晶片(36)背向所述由玻璃制成的第一封闭片(20)的表面上。
28、如权利要求22所述的微泵，其特征在于，所述微泵控制装置面对泵腔(504)并通过固定在封闭片(20’)背向叠层(30)的一面而直接集成在微泵中。
29、如权利要求21到27中任一所述的微泵，其特征在于，所述微泵控制装置布置在微泵的外面，并以间接方式连接到所述泵膜(506)上。
30、如权利要求21到29中任一所述的微泵，其特征在于，所述控制装置的操作方式为压电式、电磁式或者气动式。
31、如权利要求21到28中任一所述的微泵，其特征在于，在所述支撑晶片(36)中制出泵的移动部分(514、514’)，该移动部分与泵腔(504)对齐；在所述支撑晶片(36)内加工出来的没有材料的环形空腔(508)将泵的移动部分(514、514’)与支撑晶片(36)的其余部分分开；并且所述微泵控制装置与泵腔(504)对齐并通过固定在所述泵的移动部分(514、514’)上而直接集成在微泵中。
32、如权利要求31所述的微泵，其特征在于，硅层(32)形成所述泵膜(506)，所述泵膜(506)与泵腔(504)对齐，并且用来接收控制杆的通道(540)穿过所述泵的移动部分(514’)，该控制杆的一端固定在泵膜(506)上，另一端形成手柄。
33、如权利要求31所述的微泵，其特征在于，所述移动部分(514、514’)至少包括一个液压检测部件。
34、如权利要求33所述的微泵，其特征在于，所述的泵送部分(502’)至少带有两个液压检测器(400’)，每一个液压检测器均形成一个液压检测部件，所述液压检测部件在所述泵的移动部分(514’)中以规则角度分开布置，其中至少有两组管道(512’)穿过所述泵的移动部分(514’)。
35、如权利要求33所述的微泵，其特征在于，所述泵送部分(502”)带有一个环形的液压检测器(400”)，该液压检测器中有管道(512’)，该管道在一个环形区域内穿过所述移动部分(514’)。
36、一种将权利要求21到35中任一所述微泵的用途，其可作为医疗泵使用来连续地输送药液。
37、如权利要求36所述微泵的用途，其特征在于，所述微泵布置在病人皮肤下面，从而构成“可植入型”微泵。
38、如权利要求36所述微泵的用途，其特征在于，所述微泵的进口控制部件(100)通过将一进液口穿过皮肤而连接到病人的血液循环系统，由此所述微泵构成“外用型”微泵。
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