DE19637928A1 - Bistable electrostatic actuator, with pneumatic or liquid coupling, for microvalve or micropump - Google Patents

Bistable electrostatic actuator, with pneumatic or liquid coupling, for microvalve or micropump

Info

Publication number
DE19637928A1
DE19637928A1 DE19637928A DE19637928A DE19637928A1 DE 19637928 A1 DE19637928 A1 DE 19637928A1 DE 19637928 A DE19637928 A DE 19637928A DE 19637928 A DE19637928 A DE 19637928A DE 19637928 A1 DE19637928 A1 DE 19637928A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
membrane
mentioned
electrodes
substrate
areas
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.)
Granted
Application number
DE19637928A
Other languages
German (de)
Other versions
DE19637928C2 (en
Inventor
Bernd Wagner
Hans-Joachim Quenzer
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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
Priority to DE19637928A priority Critical patent/DE19637928C2/en
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to JP09528164A priority patent/JP2001502247A/en
Priority to EP97904396A priority patent/EP0880817B1/en
Priority to US09/117,919 priority patent/US6168395B1/en
Priority to AT97904396T priority patent/ATE294461T1/en
Priority to DE69733125T priority patent/DE69733125T2/en
Priority to PCT/EP1997/000575 priority patent/WO1997029538A1/en
Priority to DE19781928T priority patent/DE19781928T1/en
Publication of DE19637928A1 publication Critical patent/DE19637928A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19637928C2 publication Critical patent/DE19637928C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/002—Electrostatic motors
    • H02N1/006—Electrostatic motors of the gap-closing type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F04B43/043—Micropumps
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
    • H01H2001/0042—Bistable switches, i.e. having two stable positions requiring only actuating energy for switching between them, e.g. with snap membrane or by permanent magnet

Abstract

The device has to oppositely directed switch regions or advancing regions in an overall membrane (20). The membrane is combined and constantly flexible but is preformed by an inner mechanical tension. At the edge or outside the switch or advancing regions, the membrane (20) is fastened to a substrate (10). Electrically controllable electrode surface (21,22,23) are arranged opposite one or both of the regions fixed unmovable on or in the substrate (10). The electrodes may be attached in flat, mouth shaped recesses (11,12). One mouth region may be associated with each switch region. Every two recesses in the substrate may be connected by a channel.

Description

Die Erfindung betrifft eine bistabile, druckkompensierte Mikro-Membraneinrichtung in Siliziumtechnologie zur Steuerung von Flüssigkeiten oder Gasen.The invention relates to a bistable, pressure-compensated micro-membrane device in silicon technology to control Liquids or gases.

Es besteht in vielen Anwendungsbereichen Bedarf an Mikroschaltern und Mikroventilen, z. B. für pneumatische Steuerungen, miniaturisierte chemische Analysesysteme oder zur Dosierung von Medikamenten. Vorteile sind neben der hohen Miniaturisierung kurze Schaltzeiten und geringe Totvolumina (vgl. WO 91/464, EP 512 521, DE 44 18 450).There is a need for many areas of application Microswitches and micro valves, e.g. B. for pneumatic Controls, miniaturized chemical analysis systems or Dosage of medication. In addition to the high benefits Miniaturization, short switching times and low dead volumes (cf. WO 91/464, EP 512 521, DE 44 18 450).

Die Problemstellung sieht die Erfindung in der Schaffung einer betriebssicher arbeitenden Membran-Aktivierungseinrichtung (z. B. als Ventil oder Schalter), die mit reduzierter elektrostatischer Antriebsspannung auskommt und gleichwohl verbesserte Krafterzeugung ermöglicht.The invention sees the problem in the creation of a reliable membrane activation device (e.g. as valve or switch) with reduced electrostatic Drive voltage gets along and at the same time improved Force generation enabled.

Die Erfindung schlägt dazu eine bistabile, druckausgeglichene Anordnung mit mediengetrenntem elektrostatischem Antrieb unter Verwendung von gekrümmten Antriebselektroden vor (Anspruch 1, Anspruch 15, Anspruch 16). Ein Kanal koppelt zwei benachbarte Schaltmulden (Anspruch 2, Anspruch 3), um antriebsseitig eine Anziehungskraft auf die eine Membran über die Kanalkopplung in eine abstoßende Kraft für die andere Membran umzusetzen.The invention proposes a bistable, pressure-balanced Arrangement with media-separated electrostatic drive underneath Use of curved drive electrodes before (claim 1, Claim 15, Claim 16). One channel couples two neighboring ones Switching troughs (claim 2, claim 3) to a drive side Attraction to a membrane via the channel coupling in to implement a repulsive force for the other membrane.

Die umschnappende Membran (Anspruch 15) hat in ihren gegensinnigen Kalotten ringförmige Spannungslinien, die durch das Herstellverfahren über den SOI und das vollständige Herunterätzen seines dicken Substrats (Anspruch 18, Anspruch 15) bedingt werden.The snapping membrane (claim 15) has in their opposed domes ring-shaped tension lines through the manufacturing process via the SOI and the complete Etching down its thick substrate (claim 18, claim 15) be conditioned.

Beispiele sollen dies erläutern.This is illustrated by examples.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Beispiel des Ventils. Es besteht aus zwei gebondeten Siliziumchips 9, 10, die mit Methoden der Halbleiterfertigung und Mikromechanik hergestellt werden können. Der obere Chip 9 bildet die geätzte Einlaßöffnung 8 mit Ventilsitz 9a aus. Der unter Chip 10 enthält zwei elektrostatisch angetriebene - vorzugsweise runde - Membranen 20a, 20b und die Auslaßöffnung 7. Fig. 1 shows a section through an example of the valve. It consists of two bonded silicon chips 9 , 10 , which can be manufactured using methods of semiconductor manufacturing and micromechanics. The upper chip 9 forms the etched inlet opening 8 with valve seat 9 a. The chip 10 contains two electrostatically driven - preferably round - membranes 20 a, 20 b and the outlet opening 7 .

Fig. 1a, ist ein Beispiel für die Herstellung der Membranen 20a, 20b aus einem SOI-Wafer 61-63. Fig. 1a is an example of the manufacture of the membranes 20 a, 20 b from an SOI wafer 61-63 .

Die Membranen haben eine intrinische Druckspannung, so daß sie nach oben oder nach unten aus der Ebene herausschnappen. Die Membranen haben stationär immer entgegengesetzte Stellung.The membranes have an intrinsic compressive stress so that they Snap up or down out of the plane. The Membranes always have the opposite position when stationary.

Unter jeder Membran ist ein Hohlraum 11, 12, auf dessen Boden eine Antriebselektrode 21, 22 plaziert ist. Die beiden Holräume sind durch einen Kanal 30 verbunden. Die Hohlräume werden mit Gas oder mit einer Flüssigkeit gefüllt, so daß die Bewegung der Membranen 20a, 20b gekoppelt wird, d. h. gegensinnig erfolgt.Under each membrane is a cavity 11 , 12 , on the bottom of which a drive electrode 21 , 22 is placed. The two cavities are connected by a channel 30 . The cavities are filled with gas or with a liquid, so that the movement of the membranes 20 a, 20 b is coupled, ie takes place in opposite directions.

Die Membran liegt auf auf Massepotential. Bei elektrischer Ansteuerung der linken Elektrode 21 schnappt die linke Membran 20b nach unten. Aufgrund der fluidischen Kopplung über den Kanal 30 schnappt die rechte Membran 20a nach oben und verschließt die Einlaßöffnung 8. Zum Öffnen des Ventils wird die rechte Elektrode 22 angesteuert. Die rechte Membran 20a schnappt nach unten, und dabei über die Kanal-Kopplung 30 die linke Membran 20b nach oben.The membrane is at ground potential. When the left electrode 21 is electrically actuated, the left membrane 20 b snaps down. Due to the fluidic coupling via the channel 30 , the right membrane 20 a snaps up and closes the inlet opening 8 . The right electrode 22 is activated to open the valve. The right membrane 20 a snaps down, and the left membrane 20 b snaps up over the channel coupling 30 .

Der äußere Druck wirkt immer auf beide Membranen. Da sich die Membranen gegensinnig bewegen, haben Änderungen des äußeren Druckes keinen Einfluß auf die Ventilfunktion. Das Ventil ist druckausgeglichen. The external pressure always acts on both membranes. Since the Moving membranes in opposite directions have changes in the exterior Pressure has no influence on the valve function. The valve is pressure balanced.  

Die beiden gegensinnig bewegten gekoppelten Membranen erfüllen also zwei Funktionen: Zum einen kann damit eine Membran elektrostatisch abgestoßen werden. Dies ist mit einem einzelnen Kondensator nicht möglich, da nur anziehende Kräfte produziert werden können. Zum zweiten ist das System der gekoppelten Membranen druckausgeglichen.Meet the two oppositely moving coupled membranes So two functions: Firstly, it can be used as a membrane be repelled electrostatically. This is with a single Capacitor not possible because only attractive forces are produced can be. Second, the system is the coupled one Pressure-balanced membranes.

Die Druckkompensation ist vollständig, wenn die Hohlräume unter den Membranen mit einer Flüssigkeit gefüllt sind. Bei einer Füllung mit Gas ist dafür zu sorgen, daß das eingeschlossene Gasvolumen möglichst gering ist. Dadurch führt die Bewegung der hochgeschnappten Membran nach unten zu einem großen Druckanstieg in dem Hohlraum, der die zweite Membran über die Kanalkopplung 30 nach oben bewegt. Die Kopplung und der Druckausgleich ist allerdings nicht unbegrenzt. Ein sehr großer äußerer Druck kann beide Membranen 20a, 20b nach unten zwingen.Pressure compensation is complete when the voids under the membranes are filled with a liquid. When filling with gas, ensure that the enclosed gas volume is as small as possible. As a result, the movement of the snapped-up membrane leads to a large pressure increase in the cavity, which moves the second membrane upward via the channel coupling 30 . The coupling and pressure equalization is not unlimited, however. A very large external pressure can force both membranes 20 a, 20 b down.

Um das Volumen 11, 12 unter den Elektroden 21, 22 möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, den Hohlraumboden nicht eben, sondern gekrümmt, vorzugsweise in der Form der nach unten geschnappten Membran 20a, 20b auszubilden. Damit ergeben sich gekrümmte Antriebselektroden, die für den elektrostatischen Antrieb von großem Vorteil sind. Da in diesem Fall am Membranrand nur ein kleiner Abstand besteht, ergeben sich wesentlich höhere Kräfte als bei einer ebenen Elektrode.In order to keep the volume 11 , 12 under the electrodes 21 , 22 as small as possible, it is advantageous not to design the cavity floor in a flat, but curved, preferably in the form of the membrane 20 a, 20 b snapped down. This results in curved drive electrodes, which are of great advantage for electrostatic drive. Since there is only a small distance at the edge of the membrane in this case, there are considerably higher forces than with a flat electrode.

Simulationsrechnungen haben gezeigt, daß die Kraft bei der gekrümmten Elektrodenform um einen Faktor zehn höher ist. Bei vorgegebener Kraft kann die Spannung damit etwa um einen Faktor drei reduziert werden. Dies erhöht die Betriebssicherheit des Ventils und erweitert dessen Anwendungsbereich.Simulation calculations have shown that the force at curved electrode shape is a factor of ten higher. At Given the given force, the tension can thus be reduced by a factor three are reduced. This increases the operational safety of the Valve and extends its scope.

Die Membranen 20a, 20b können aus Silizium bestehen, die Druckspannung kann durch eine dünne Siliziumdioxidschicht 60 erzeugt werden, die auf einen kommerziell erhältlichen SOI-Wafer gemäß Fig. 1a auf dessen Si-Schicht 61, die auf einer dickeren SiO₂-Schicht 62 und dem sehr viel stärkeren Substrat 63 liegt, zusätzlich aufgebracht wird. Die Membran 20a, 20b kann dann hergestellt werden, indem der um die eine dünne SiO₂-Schicht ergänzte SOI-Wafer (silicon on insulator) auf dem unteren Chip 10 mit seiner Substratseite 63 nach oben aufgebondet wird und sein Substrat 63 bis auf die Silizium-Membranschicht (SiO₂) 60, 61 mechanisch oder chemisch wieder entfernt wird.The membranes 20 a, 20 b can consist of silicon, the compressive stress can be generated by a thin silicon dioxide layer 60 , which on a commercially available SOI wafer according to FIG. 1a on its Si layer 61 , which on a thicker SiO₂ layer 62nd and the much stronger substrate 63 is additionally applied. The membrane 20 a, 20 b can then be produced by the SOI wafer (silicon on insulator) supplemented by a thin SiO 2 layer on the lower chip 10 with its substrate side 63 bonded upwards and its substrate 63 except for that Silicon membrane layer (SiO₂) 60 , 61 is removed mechanically or chemically.

Oberflächen mit beliebig gekrümmter Topographie können in der Siliziumtechnik mit Hilfe der Grauton-Lithographie hergestellt werden. Dabei wird mit Hilfe einer speziell entworfenen gerasterten Photomaske ein Lichtintensitätsprofil erzeugt, das zur Ausbildung der gewünschten Oberflächenkontur im Photolack führt. Bei der Lithographie wird ein verkleinernder Projektionsbelichter benutzt, der die Pixel der Grautonmaske nicht auflöst. Damit entstehen glatte aber gekrümmte Konturen. Das Lackprofil kann mit einem Trockenätzverfahren in das Substrat, z. B. Silizium oder Glas übertragen werden.Surfaces with arbitrarily curved topography can be found in the Silicon technology produced with the help of gray-tone lithography will. With the help of a specially designed rastered photomask creates a light intensity profile that to form the desired surface contour in the photoresist leads. In the case of lithography, a scaling down Projection imagesetter uses the pixels of the grayscale mask does not dissolve. This creates smooth but curved contours. The paint profile can be dry etched into the Substrate, e.g. B. silicon or glass.

Fig. 2 ist ein 3/2-Wege-Ventil, mit einem Einlaß 8 und zwei - alternativen - Auslässen 7a, 7b, unter Anwendung des zuvor erläuterten Prinzips der Fig. 1. Fig. 2 is a 3/2-way valve, with an inlet 8 and two - alternative - outlets 7 a, 7 b, using the previously explained principle of Fig. 1st

Fig. 3 veranschaulicht einen Schalter mit Kontaktflächen 28a, 28b, die an den umschnappenden Membranen 20a, 20b angeordnet sind und mit einem ebenfalls leitenden Sitz 9a, 9b am Chip 10 einen elektrischen Kontakt bilden, der abhängig von der Stellung des Membranpaares 20a, 20b geöffnet oder geschlossen ist. Fig. 3 illustrates a switch with contact surfaces 28 a, 28 b, which are arranged on the snap-in membranes 20 a, 20 b and form an electrical contact with a likewise conductive seat 9 a, 9 b on the chip 10 , which depends on the position of the membrane pair 20 a, 20 b is open or closed.

Mit zwei Kontaktflächen 28a, 28b kann aufgrund der Gegensinnigkeit des Membranpaares ein Umschalter realisiert werden. Auch hier bildet der Kanal 30 die Kopplung zwischen den Membranen und stellt deren Gegenläufigkeit her.With two contact surfaces 28 a, 28 b, a changeover switch can be implemented due to the opposite sense of the membrane pair. Here, too, the channel 30 forms the coupling between the membranes and produces their opposite directions.

Fig. 4 und Fig. 5 sind Mikropumpen unter Anwendung des zuvor erläuterten Konzepts. Eine elektrostatische Anziehungskraft f₁ an der Membran 20a wird über den Kanal 30 in eine abstoßende Kraft f1′ an der Membran 20b umgesetzt. Im umgekehrten - nicht gezeigten - Zustand entsteht eine anziehende Kraft f2 (-f1′) mit der über die Kopplung 30 des abgeschlossenen Raumes 11, 12, 30 die "abstoßende" elektrostatische Kraft f₂′ (-f₁) an der anderen Membran 20a erzeugt wird. FIGS. 4 and Fig. 5 are micro-pumps using the above-explained concept. An electrostatic attraction force f₁ on the membrane 20 a is implemented via the channel 30 in a repulsive force f1 'on the membrane 20 b. In the reverse - not shown - state, an attractive force f2 (-f1 ') with which via the coupling 30 of the closed space 11 , 12 , 30 generates the "repulsive" electrostatic force f₂' (-f₁) on the other membrane 20 a becomes.

Eine mögliche technologische Realisierung ist eine mikromechanische Dosiereinheit unter Verwendung der beschriebenen Ventiltyps. Eine Anzahl von bistabilen Siliziumventilen, die gemeinsam auf einem Siliziumchip realisiert sind, schalten unabhängig verschieden lange Drosselstrecken zu. Diese sind als Gräben in einem zweiten, darüberliegenden Siliziumchip geätzt und mit einem Glas-Chip abgedeckt. Der Eingangs- und Ausgangsdruck wird mit zwei Siliziumdrucksensoren gemessen.A possible technological implementation is one micromechanical dosing unit using the described valve type. A number of bistable Silicon valves working together on a silicon chip are realized, switch independently for different lengths of time Throttle sections too. These are ditches in a second, etched silicon chip above and with a glass chip covered. The inlet and outlet pressure is two Silicon pressure sensors measured.

Claims (18)

1. Membran-Aktivierungseinrichtung für Mikropumpen, Mikroschalter oder Mikroventile der Mikromechanik, mit
  • (a) zwei gegenläufig ausgelenkten Schaltbereichen oder Förderbereichen (20a, 20b, 20x) in einer zusammenhängenden, weitgehend flexiblen aber durch innere mechanische Spannung vorgeformten Gesamtmembran (20), die randseitig (20c, 20d) oder außerhalb (20e, 20f) der Schaltbereiche oder der Förderbereiche (20a, 20b) an einem Substrat (10) befestigt ist;
  • (b) elektrisch ansteuerbaren Elektrodenflächen (21, 22; 23; 23a, 23b, 23c), die einem oder beiden der Bereiche (20a, 20b, 20x) unbeweglich im oder am Substrat (10) angebracht gegenüberstehen.
1. membrane activation device for micropumps, microswitches or micro valves of micromechanics, with
  • (a) two oppositely deflected switching sections or areas of support (20 a, 20 b, 20 x) in a contiguous, substantially flexible but by internal stress preformed overall membrane (20), the edge (20 c, 20 d) or outside (20 e , 20 f) the switching areas or the conveying areas ( 20 a, 20 b) is attached to a substrate ( 10 );
  • (b) Electrically controllable electrode surfaces ( 21 , 22 ; 23 ; 23 a, 23 b, 23 c), which face one or both of the areas ( 20 a, 20 b, 20 x) immovably attached in or on the substrate ( 10 ).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Elektroden (21; 22; 23) in flachen, muldenförmigen Ausnehmungen (11, 12) angebracht oder eingebracht sind.2. Device according to claim 1, wherein the electrodes ( 21 ; 22 ; 23 ) in flat, trough-shaped recesses ( 11 , 12 ) are attached or introduced. 3. Einrichtung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei dem jedem Schalt- oder Förderbereich (20a, 20b, 20x) ein Muldenbereich (11, 12) zugeordnet ist, wobei jeweils zwei Muldenbereiche im Substrat (10) über einen Kanal (30) verbunden sind.3. Device according to one of the mentioned claims, in which each switching or conveying area ( 20 a, 20 b, 20 x) is assigned a trough area ( 11 , 12 ), two trough areas in the substrate ( 10 ) via a channel ( 30 ) are connected. 4. Einrichtung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der die Auslenkung der Membranbereiche (20a, 20b, 20x) eine gegensinnige Ausbauchung (Buckelung) ist.4. Device according to one of the claims mentioned, in which the deflection of the membrane regions ( 20 a, 20 b, 20 x) is an opposite bulge (buckling). 5. Einrichtung nach Anspruch 4, bei der die Ausbauchung kalottenförmig ist, insbesondere durch zuvor eingebrachte innere ringförmige Spannungslinien, die konzentrisch zu zwei versetzten Zentren (A, B) verlaufen.5. Device according to claim 4, wherein the bulge is dome-shaped, especially by previously introduced inner annular lines of tension concentric to two offset centers (A, B). 6. Einrichtung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der die Membran (20) aus Silizium gestaltet ist. 6. Device according to one of the claims mentioned, wherein the membrane ( 20 ) is made of silicon. 7. Einrichtung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der die Elektroden (21, 22) gekrümmte Flächenelektroden sind.7. Device according to one of the mentioned claims, wherein the electrodes ( 21 , 22 ) are curved surface electrodes. 8. Einrichtung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der die Elektroden (21, 22, 23) in Form und Größe eng an die Ausnehmungen (11, 12) angepaßt sind.8. Device according to one of the mentioned claims, in which the electrodes ( 21 , 22 , 23 ) are closely matched in shape and size to the recesses ( 11 , 12 ). 9. Einrichtung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der die Mulden (11, 12) der Form einer cos²-Funktion oder einer 1-cos-Funktion stark angenähert sind.9. Device according to one of the mentioned claims, in which the troughs ( 11 , 12 ) of the form of a cos² function or a 1-cos function are closely approximated. 10. Einrichtung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der die Elektroden oder Mulden auf derselben Seite der Membran (10) angeordnet sind, insbesondere gegenüber dem - auf der Gegenseite der Membran befindlichen - Fluid (Luft, Gas, Gemisch, Flüssigkeit) durch die Membran vollständig isoliert sind ("Medientrennung").10. Device according to one of the claims mentioned, in which the electrodes or troughs are arranged on the same side of the membrane ( 10 ), in particular with respect to the fluid (air, gas, mixture, liquid) through the membrane, which is located on the opposite side of the membrane are completely isolated ("media separation"). 11. Einrichtung nach einem der erwähnten Ansprüche, in der Größenordnung von 1 . . . 20 µm, insbesondere etwa 10 µm Höhe und mehreren 100 µm bis etwa 10 mm Länge und davon hälftiger Breite.11. Device according to one of the claims mentioned, in which Order of magnitude of 1. . . 20 µm, in particular about 10 µm in height and several 100 microns to about 10 mm in length and half of them Width. 12. Einrichtung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der die Elektrode (23) unterbrochen ist (23a, 23b, 23c, . . .), insbesondere mehrere sequentiell aneinandergereihte Einzelelektroden enthält, die elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind (Fig. 5).12. Device according to one of the mentioned claims, in which the electrode ( 23 ) is interrupted ( 23 a, 23 b, 23 c,...), In particular contains a plurality of sequentially arranged individual electrodes which can be controlled electrically independently of one another ( FIG. 5 ). 13. Einrichtung nach Anspruch 12, bei der eine Vielzahl von Elektroden (23) aneinandergereiht sind, deren Abstand etwa gleich dem Abstand der Mitten (A, B, C) der gegenläufig ausgelenkten Förderbereiche (20a, 20b, 20x) ist. 13. The device according to claim 12, in which a plurality of electrodes ( 23 ) are lined up, the distance between which is approximately equal to the distance between the centers (A, B, C) of the oppositely deflected conveying regions ( 20 a, 20 b, 20 x). 14. Einrichtung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der zumindest drei nebeneinander liegende Auslenkungen (20a, 20b, 20x) wellenförmig in der Membran (20) ausgebildet sind, wobei der Abstand von Wellenmaximum (A) zu Wellenminimum (B) gleich oder größer als der Abstand der auf einer Seite der Membran (20) im Substrat (10) gelegenen Elektrodensegmente (23a, 23b, 23c, . . .) ist (Fig. 4).14. Device according to one of the claims mentioned, in which at least three adjacent deflections ( 20 a, 20 b, 20 x) are wave-shaped in the membrane ( 20 ), the distance from the wave maximum (A) to the wave minimum (B) being equal or greater than the distance between the electrode segments ( 23 a, 23 b, 23 c, ... ) located on one side of the membrane ( 20 ) in the substrate ( 10 ) ( FIG. 4). 15. Membran für eine Einrichtung nach nach Anspruch 6, erhältlich durch
  • (a) Aufbringen einer (weiteren) dünnen Isolierschicht (60; SiO₂) auf einen Silizium-Auf-Isolator-Wafer (SOI-Wafer; 61-63)
  • (b) im wesentlichen Entfernen des im wesentlichen gesamten Substrates (63) des Wafers;
  • (c) Abtragen der ersten Isolierschicht (62), insbesondere auch weitgehend die Silizium-Schicht (61) des SOI-Wafers (61-63);
  • (d) wobei die verbleibende (weitere) Isolierschicht (60) gemäß (a) für die Auslenkung der Bereiche (20a, 20b), insbesondere deren gegensinniges Aufwölben verantwortlich ist.
15. Membrane for a device according to claim 6, obtainable by
  • (a) applying a (further) thin insulating layer ( 60 ; SiO₂) to a silicon-on-insulator wafer (SOI wafer; 61 - 63 )
  • (b) substantially removing substantially all of the wafer substrate ( 63 );
  • (c) removing the first insulating layer ( 62 ), in particular also largely the silicon layer ( 61 ) of the SOI wafer ( 61-63 );
  • (d) the remaining (further) insulating layer ( 60 ) according to (a) being responsible for the deflection of the areas ( 20 a, 20 b), in particular their arching in opposite directions.
16. Verfahren zum Betreiben einer Umschalt-, Umlenk- oder Fördereinrichtung, bei der benachbarte Membran-Ausformungen (20a, 20b, 20x) elektrisch unabhängig voneinander ausgelenkt (f₁, f₂) und pneumatisch über das - durch das Auslenken verdrängte - Fluid (Luft, Gas, Gemisch, Flüssigkeit) gegensinnig gekoppelt (30, f₁′, f₂′) werden.16. A method of operating a switching, deflecting or conveying device in which adjacent membrane formations ( 20 a, 20 b, 20 x) are electrically deflected independently of one another (f 1, f 2) and pneumatically via the fluid displaced by the deflection (Air, gas, mixture, liquid) coupled in opposite directions ( 30 , f₁ ', f₂'). 17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Auslenkungsbewegung (f₁, f₂) mit einer kontinuierlichen Laufbewegung (x₁) der Membranausformungen (20a, 20b, 20x) in Richtung der Ebene (10) der Membran gekoppelt wird.17. The method according to claim 16, wherein the deflection movement (f₁, f₂) with a continuous running movement (x₁) of the membrane formations ( 20 a, 20 b, 20 x) is coupled in the direction of the plane ( 10 ) of the membrane. 18. Herstellungsverfahren für eine Membran nach Anspruch 15.18. A membrane manufacturing method according to claim 15.
DE19637928A 1996-02-10 1996-09-17 Bistable membrane activation device and membrane Expired - Fee Related DE19637928C2 (en)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19637928A DE19637928C2 (en) 1996-02-10 1996-09-17 Bistable membrane activation device and membrane
EP97904396A EP0880817B1 (en) 1996-02-10 1997-02-10 Bistable microactuator with coupled membranes
US09/117,919 US6168395B1 (en) 1996-02-10 1997-02-10 Bistable microactuator with coupled membranes
AT97904396T ATE294461T1 (en) 1996-02-10 1997-02-10 BISTABLE MICRO DRIVE WITH COUPLED MEMBRANES
JP09528164A JP2001502247A (en) 1996-02-10 1997-02-10 Bistable microactuator with membrane connection
DE69733125T DE69733125T2 (en) 1996-02-10 1997-02-10 BISTABLE MICRO DRIVE WITH COUPLED MEMBRANES
PCT/EP1997/000575 WO1997029538A1 (en) 1996-02-10 1997-02-10 Bistable microactuator with coupled membranes
DE19781928T DE19781928T1 (en) 1996-02-10 1997-02-10 Bistable microactuator with coupled membranes

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19604818 1996-02-10
DE19637928A DE19637928C2 (en) 1996-02-10 1996-09-17 Bistable membrane activation device and membrane

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19637928A1 true DE19637928A1 (en) 1997-08-14
DE19637928C2 DE19637928C2 (en) 1999-01-14

Family

ID=7784997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19637928A Expired - Fee Related DE19637928C2 (en) 1996-02-10 1996-09-17 Bistable membrane activation device and membrane

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19637928C2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19727552A1 (en) * 1997-06-28 1999-02-04 Festo Ag & Co Micro flow control valve
WO2000028650A1 (en) * 1998-11-06 2000-05-18 Honeywell Inc. Buckled actuator with enhanced restoring force
WO2000070224A1 (en) 1999-05-17 2000-11-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Micromechanic pump
DE19922612C2 (en) * 1999-05-17 2001-05-23 Fraunhofer Ges Forschung Micromechanical pump
WO2002005413A2 (en) * 2000-07-11 2002-01-17 Honeywell International Inc. Mems actuator with lower power consumption and lower cost simplified fabrication
FR2854726A1 (en) * 2003-05-09 2004-11-12 St Microelectronics Sa MULTI-CLOSED SIDE-MOVEMENT MICRO SWITCH
EP1458977B1 (en) * 2002-08-22 2005-04-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Peristaltic micropump
DE102010013611A1 (en) * 2010-03-22 2011-09-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hybrid actuator element e.g. electrostatic actuator, for actuating high temperature prevail or aggressive fluid in fluid system, has deflection element and housing part that comprise sintering layers, and arms made of ceramic layers
DE102010032799A1 (en) * 2010-04-09 2011-10-13 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Micro valve with elastically deformable valve lip, manufacturing process and micropump
US10516943B2 (en) 2016-05-04 2019-12-24 Infineon Technologies Ag Microelectromechanical device, an array of microelectromechanical devices, a method of manufacturing a microelectromechanical device, and a method of operating a microelectromechanical device

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10252793B4 (en) * 2002-11-13 2005-04-28 Festo Ag & Co Electrostatic drive and valve equipped with it
DE102006003744B3 (en) * 2006-01-26 2007-09-13 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Device for moving liquids and / or gases
CN100540896C (en) * 2006-08-11 2009-09-16 中国科学院电子学研究所 A kind of mini self-priming pump

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE101298C (en) *
WO1991000464A1 (en) * 1989-06-23 1991-01-10 Ic Sensors, Inc. Semiconductor microactuator
DE3926647A1 (en) * 1989-08-11 1991-02-14 Bosch Gmbh Robert METHOD FOR PRODUCING A MICROVALVE
DE3926066C2 (en) * 1989-08-07 1991-08-22 Ibm Deutschland Gmbh, 7000 Stuttgart, De
US5085562A (en) * 1989-04-11 1992-02-04 Westonbridge International Limited Micropump having a constant output
US5096388A (en) * 1990-03-22 1992-03-17 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Microfabricated pump
EP0512521A1 (en) * 1991-05-08 1992-11-11 Hewlett-Packard Company Thermally actuated microminiature valve
DE4418450A1 (en) * 1993-05-27 1994-12-01 Fraunhofer Ges Forschung Microvalve
DE4422971A1 (en) * 1994-06-30 1996-01-04 Bosch Gmbh Robert Micro-valve with valve housing built up from several layers

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE101298C (en) *
US5085562A (en) * 1989-04-11 1992-02-04 Westonbridge International Limited Micropump having a constant output
WO1991000464A1 (en) * 1989-06-23 1991-01-10 Ic Sensors, Inc. Semiconductor microactuator
DE3926066C2 (en) * 1989-08-07 1991-08-22 Ibm Deutschland Gmbh, 7000 Stuttgart, De
DE3926647A1 (en) * 1989-08-11 1991-02-14 Bosch Gmbh Robert METHOD FOR PRODUCING A MICROVALVE
US5096388A (en) * 1990-03-22 1992-03-17 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Microfabricated pump
EP0512521A1 (en) * 1991-05-08 1992-11-11 Hewlett-Packard Company Thermally actuated microminiature valve
DE4418450A1 (en) * 1993-05-27 1994-12-01 Fraunhofer Ges Forschung Microvalve
DE4422971A1 (en) * 1994-06-30 1996-01-04 Bosch Gmbh Robert Micro-valve with valve housing built up from several layers

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ESASHI,Masayoshi,et.al.: Normally Closed Microvalve and Micropump Fabricated on a Silicon Wafer. In: Sensors and Actuators, 20, 1989, S.163-169 *
JP 1-266376 A., In: Patents Abstracts of Japan, M-921, Jan. 18, 1990, Vol. 14, No. 26 *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19727552C2 (en) * 1997-06-28 2000-02-03 Festo Ag & Co Multi-layer microvalve arrangement
DE19727552A1 (en) * 1997-06-28 1999-02-04 Festo Ag & Co Micro flow control valve
WO2000028650A1 (en) * 1998-11-06 2000-05-18 Honeywell Inc. Buckled actuator with enhanced restoring force
WO2000070224A1 (en) 1999-05-17 2000-11-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Micromechanic pump
DE19922612C2 (en) * 1999-05-17 2001-05-23 Fraunhofer Ges Forschung Micromechanical pump
WO2002005413A2 (en) * 2000-07-11 2002-01-17 Honeywell International Inc. Mems actuator with lower power consumption and lower cost simplified fabrication
WO2002005413A3 (en) * 2000-07-11 2002-04-04 Honeywell Int Inc Mems actuator with lower power consumption and lower cost simplified fabrication
US6646364B1 (en) 2000-07-11 2003-11-11 Honeywell International Inc. MEMS actuator with lower power consumption and lower cost simplified fabrication
US7104768B2 (en) 2002-08-22 2006-09-12 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Peristaltic micropump
EP1458977B1 (en) * 2002-08-22 2005-04-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Peristaltic micropump
FR2854726A1 (en) * 2003-05-09 2004-11-12 St Microelectronics Sa MULTI-CLOSED SIDE-MOVEMENT MICRO SWITCH
DE102010013611A1 (en) * 2010-03-22 2011-09-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hybrid actuator element e.g. electrostatic actuator, for actuating high temperature prevail or aggressive fluid in fluid system, has deflection element and housing part that comprise sintering layers, and arms made of ceramic layers
DE102010032799A1 (en) * 2010-04-09 2011-10-13 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Micro valve with elastically deformable valve lip, manufacturing process and micropump
DE102010032799B4 (en) * 2010-04-09 2013-11-21 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Micro valve with elastically deformable valve lip, manufacturing process and micropump
EP2556282B1 (en) * 2010-04-09 2014-11-12 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Micro valve with elastic deformable seal lip, method of producing and micrropump
US10516943B2 (en) 2016-05-04 2019-12-24 Infineon Technologies Ag Microelectromechanical device, an array of microelectromechanical devices, a method of manufacturing a microelectromechanical device, and a method of operating a microelectromechanical device

Also Published As

Publication number Publication date
DE19637928C2 (en) 1999-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69733125T2 (en) BISTABLE MICRO DRIVE WITH COUPLED MEMBRANES
EP1179139B1 (en) Micromechanic pump
DE19637928C2 (en) Bistable membrane activation device and membrane
DE60117611T2 (en) ELECTROSTATIC BZW. PNEUMATIC ACTUATOR FOR ACTIVE SURFACES
EP0478565B1 (en) Microvalve
EP2556282B1 (en) Micro valve with elastic deformable seal lip, method of producing and micrropump
DE10048376C2 (en) Micro valve with a normally closed state
DE60122749T2 (en) MICROELECTROMECHANICAL ELECTROSTATIC VALVE DEVICE WITH FLEXIBLE MEMBRANES AND THEIR MANUFACTURING METHOD
EP1331538B1 (en) Piezo-electrically controlled micro actuator for fluids
DE4143343C2 (en) Microminiaturized, electrostatically operated micromembrane pump
DE19703415C2 (en) Piezo-electrically operated micro valve
EP0521117B1 (en) Microvalve
US20030205632A1 (en) Electrowetting-driven micropumping
EP0613535B1 (en) Micromechanical valve for micromechanical dosing devices
DE102006005517B3 (en) Micro valve for use in micro fluid system, has membrane attached on body and including layer made of electro active polymer and is positioned in closed or opened position depending on voltage applied between membrane and counter electrode
EP1076767A1 (en) Microvalve
WO1994025863A2 (en) Process for depositing a large-surface layer through a mask and optional closure of said mask
EP0829649B1 (en) Micro valve with preloaded valve flap
WO2008025601A1 (en) Method of producing components for controlling a fluid flow and components produced by this method
DE102008001075B4 (en) Manufacturing method for a micromechanical component and corresponding micromechanical component
EP1574724B1 (en) Pneumatic micro valve
DE19922612A1 (en) Micropump with peristaltic action for liquids having volumes within microliter ranges comprises a membrane separating pumping and pumped media within a groove with an endless configuration
WO1994004832A1 (en) Micro-miniaturizable valve
DE19961736A1 (en) Piezoelectrically operated valve has sealing element on piezoelectric flexural transducer with end fixed in valve housing, end movably guided in longitudinal direction in housing groove
DE102007020508A1 (en) Micromechanical valve component for dosage of medicines and anesthetics, has valve element that is implemented in form of diaphragm structure over layer of layer structure, and cavity is provided

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20110401