DE4402096C2 - Verfahren zum Herstellen eines mikrostrukturierten Ventils - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines mikrostrukturierten VentilsInfo
- Publication number
- DE4402096C2 DE4402096C2 DE4402096A DE4402096A DE4402096C2 DE 4402096 C2 DE4402096 C2 DE 4402096C2 DE 4402096 A DE4402096 A DE 4402096A DE 4402096 A DE4402096 A DE 4402096A DE 4402096 C2 DE4402096 C2 DE 4402096C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- substrate
- area
- valve
- etching
- path
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- F16K99/0001—Microvalves
-
- 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- F16K99/0001—Microvalves
- F16K99/0003—Constructional types of microvalves; Details of the cutting-off member
- F16K99/0005—Lift valves
- F16K99/0009—Lift valves the valve element held by multiple arms
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- F16K99/0001—Microvalves
- F16K99/0003—Constructional types of microvalves; Details of the cutting-off member
- F16K99/0015—Diaphragm or membrane valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- F16K99/0001—Microvalves
- F16K99/0034—Operating means specially adapted for microvalves
- F16K99/0036—Operating means specially adapted for microvalves operated by temperature variations
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- F16K2099/0073—Fabrication methods specifically adapted for microvalves
- F16K2099/0074—Fabrication methods specifically adapted for microvalves using photolithography, e.g. etching
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- F16K2099/0073—Fabrication methods specifically adapted for microvalves
- F16K2099/008—Multi-layer fabrications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- F16K99/0001—Microvalves
- F16K99/0034—Operating means specially adapted for microvalves
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her
stellung eines mikrostrukturierten Ventils.
Viele Techniken, die bei der Herstellung von elektronischen
integrierten Schaltungschips eingesetzt werden, können ohne
weiteres für die Mikrobearbeitung von mechanischen Vorrich
tungen auf der Grundlage von Halbleitersubstraten eingesetzt
werden. Das US-Patent Nr. 5,058,856 offenbart ein thermisch
betätigtes Mikrominiaturventil mit einem Sitz-Substrat, wel
ches aufgrund eines ersten Halbleiterwafers hergestellt
wird. Das Sitz-Substrat umfaßt einen Flußweg und eine ange
hobene Ventilsitzstruktur, welche den Flußweg an einer Vor
derfläche umgibt. Ein zweiter Halbleiterwafer ist struktu
riert, so daß er einen mittigen Anker bzw. eine Armatur für
die Ausrichtung mit der angehobenen Ventilsitzstruktur um
faßt und ferner ein Feld von Beinen beinhaltet, die sich von
dem mittigen Anker aus erstrecken. Jedes Bein hat zwei me
tallische Schichten, wobei jedes der beiden Metalle im we
sentlichen unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffi
zienten hat. Wenn das Bein erwärmt wird, bewirkt die
Differenz der thermischen Ausdehnungen der beiden Metall
schichten, daß sich die Beine biegen, wodurch die mittige
Armatur bezüglich des Flußweges versetzt wird. Dieses Patent
ist auf den Anmelder der vorliegenden Anmeldung übertragen,
wobei dessen Inhalt durch diese Querbezugnahme zum Inhalt
der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Mikrostrukturierte Ventile finden zunehmende Verbreitung.
Die US-Patente Nr. 4,581,624 und Nr. 5,069,419 offenbaren
gleichfalls mikrominiaturisierte Ventile. Obgleich diese
Patente nicht ein Feld von Beinen zeigen, wie dies in dem
US-Patent Nr. 5,058,856 gezeigt ist, besteht ein gemeinsames
Merkmal in einer in axialer Richtung beweglichen Armatur
bzw. einem Anker, welcher eine glatte Siliziumoberfläche
aufweist, welcher als Ventilfläche bekannt ist. Die Ventil
fläche öffnet sich und schließt sich gegen eine Ventilsitz
struktur, die den Flußweg umgibt.
Bei den oben beschriebenen Patenten nach dem Stand der Tech
nik bestimmen Herstellungspraktiken eine wesentliche Rolle
bei der Bestimmung der Konstruktion des mikrominiaturisier
ten Ventiles. Aufgrund von Ungewißheiten bezüglich der Ätz
raten bei der Halbleiterherstellung sind Herstellungstole
ranzen bei dem Entwurf von Ventilmerkmalen maßgeblich. Es
muß eine Überätzung sowie eine Unterätzung während der Bil
dung von mikrominiaturisierten Teilen in Betracht gezogen
werden. Ein weiterer kritischer Punkt bei der Herstellung
betrifft die Fehlausrichtung insbesondere bei dem Ätzen des
Flußweges durch das Sitz-Substrat des Ventiles.
Die CH 677136 A5 betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines elektrostatisch betriebenen Mikroventils, bei dem zu
nächst ein Substrat, auf dessen Vorderseite ein Sitz 3 de
finiert wird, hergestellt, indem eine Schicht 9 mittels
einer Diffusion von Phosphoratomen entsprechend einer vorbe
stimmten Struktur in einer Oberfläche 8A des Substrats aus
geführt wird. Anschließend erfolgt eine Maskierung der Rück
seite des Substrats und ein Ätzen des freiliegenden Bereichs
der Rückseite des Substrats bis zur Vorderseite des Sub
strats.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen
den Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Her
stellen eines mikrostrukturierten Ventils zu schaffen, des
sen pneumatische Charakteristika und thermische Charakteri
stika verbessert sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1
gelöst.
Das anisotrope Ätzen bildet parallel radial nach außen
schräg verlaufende Wände, die an den entgegengesetzten Sei
ten der tragenden Fläche des Ventilsitzes beginnen. Die die
Last tragende Fläche ist ausreichend breit, so daß der
Ventilsitz nicht der Gefahr des Brechens bei Schließen einer
Armatur ausgesetzt ist, wobei er jedoch ausreichend dünn
ist, um die pneumatischen und thermischen Charakteristika
des Ventiles zu verbessern. Die pneumatischen Charakteri
stika werden verbessert, da die Struktur ein herausragendes
Verhältnis der Fläche des Flußweges an dem Innendurchmesser
der Tragfläche bezogen auf die Fläche an dem Außendurchmes
ser der Tragfläche umfaßt. Die thermischen Charakteristika
werden verbessert, da der Ventilsitz derart geätzt werden
kann, daß er parallele innere und äußere Wände in einer
solchen Art umfaßt, daß die kapazitive und thermische Ener
gie von der thermisch betätigten Armatur zu dem Substrat
geleitet wird, in dem der Flußweg ausgebildet ist.
Das anisotrope Ätzen liefert eine konstante Ventilsitz
geometrie unabhängig von der Ätzzeit. Die Dauer des Ätzens
beeinträchtigt die Tiefe des Ventilsitzes, wobei jedoch nach
der Bildung der parallelen, {111}-orientierten Wände die
Querschnittskonfiguration des Ventilsitzes im wesentlichen
festgelegt ist.
Das Herstellen des Ventilsitzes umfaßt das Maskieren aus
gewählter Abschnitte sowohl an der Vorderfläche als auch an
der Rückfläche des Substrates. Ein erster Bereich wird an
der Rückfläche offengelassen. Das Ätzen des freiliegenden
ersten Bereiches bildet einen Weg entweder teilweise oder
ganz durch das Substrat. Vorzugsweise ist das Ätzen ein
anisotropes Ätzen, welches {111}-Wände bildet. Eine Maske an
der Vorderseite wird strukturiert, um die Tragfläche des
Ventilsitzes zu bilden. Das anisotrope Ätzen wird über eine
ausreichende Zeitdauer ausgeführt, um {111}-Wände zu bilden,
welche einen ansteigend erweiterten Flußweg bei zunehmender
Entfernung von der Tragfläche festlegt. Wände mit einer
{111}-Orientierung werden gleichfalls in die Vorderfläche an
den Seiten der Maske gebildet, welche dem Flußweg gegen
überliegen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt
die Herstellung des Flußweges eine Zwischen-Wanderungswand
mit einer hauptsächlichen Richtkomponente längs der Verti
kalen.
Bei dem Entwurf der Mikrominiaturventile besteht ein Kon
flikt zwischen der Erhöhung der Flußwegfläche und der Ver
minderung der Fläche, die durch die äußere Peripherie des
Ventilsitzes umschlossen ist. Eine Erhöhung der Fläche des
Ventilsitzes führt zu einem erhöhten Volumen des Fluidflus
ses, wenn das Ventil sich in seiner geöffneten Position be
findet. Jedoch wird eine derartige Erhöhung typischerweise
durch Erhöhung der Größe des Ventilsitzes erreicht. Da der
Fluiddruck, der durch das Ventil gesteuert werden kann, in
enger Weise durch Teilen der Kraft, die bei dem thermisch
betätigten Betätigungsglied aufgewendet wird, durch die Um
fangsfläche des Ventilsitzes angenähert wird, führt eine
Vergrößerung des Außenmessers zu einer Verminderung des
steuerbaren Ventildruckes. Wie bereits oben angemerkt wurde,
liefert die Erfindung ein verbessertes Verhältnis der Fläche
des Flußweges bezogen auf die Fläche innerhalb des äußeren
Umfanges der Tragfläche des Ventilsitzes. Daher kann bei
einem gegebenen Außenumfang ein größeres Fluidvolumen ge
steuert werden.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen in einer Verminde
rung der ungenutzt verbrauchten Leistung, wobei diese un
genutzt verbrauchte oder vergeudete Leistung als diejenige
Leistung definiert wird, die nicht direkt für die Änderung
der Temperatur des thermisch betriebenen Betätigungsteiles
verwendet wird. Da ein Kontakt zwischen dem Betätigungsteil
und dem Ventilsitz besteht, gibt es einen thermisch leit
fähigen Weg von dem Betätigungsglied zu dem Ventilsitz
substrat. Dieser Weg erstreckt sich von der Innenfläche der
Armatur und der Tragfläche durch den Ventilsitz in den mas
sigen Bereich des Ventilsitzsubstrates. Die {111}-Wände an
den entgegengesetzten Seiten der Tragfläche ermöglichen ge
mäß der Erfindung eine Verminderung der thermischen Leit
fähigkeit von dem Betätigungsglied zu dem Sitzsubstrat.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das
Verfahren zum Herstellen des Mikrominiaturventiles ein sol
ches ist, bei dem die Flußdüse und der Ventilsitz selbst
ausrichtend sind, so daß der Herstellungsprozeß nicht gegen
über einem Überätzen oder einem Unterätzen empfindlich ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die bei liegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenschnittansicht eines Mikrominiatur
ventiles mit einer Flußdüse und einem Ventilsitz
gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Seitendarstellung des Ventilsitzes gemäß Fig.
1;
Fig. 3 eine Seitendarstellung eines bekannten Ventilsitzes
eines Mikrominiaturventiles;
Fig. 4 eine Kurve des Betätigungsversatzes bezogen auf die
Leistung eines bekannten Mikrominiaturventiles mit
dem in Fig. 3 gezeigten Ventils;
Fig. 5-11 Schritte zur Herstellung des Ventilsitzes und
der Flußdüse bei einem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 1;
Fig. 12 eine perspektivische Darstellung des Substrates,
welches unter Verwendung der Schritte nach den Fig.
5-11 hergestellt ist; und
Fig. 13-18 Schritte zur Herstellung eines zweiten Aus
führungsbeispieles des Substrates gemäß Fig. 12.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die
Ausführung der Erfindung erläutert. Wie in Fig. 1 gezeigt
ist, umfaßt ein Mikrominiaturventil 10 ein Sitz-Substrat 12,
welches als Grundteil arbeitet. Ein mittiger Flußweg 14 wird
durch das Sitz-Substrat gebildet.
Das Sitz-Substrat 12 ist vorzugsweise ein Siliziumchip, der
von einem Wafer unter Verwendung von Herstellungsschritten
zur Herstellung einer Partie hergestellt ist. Das Mikro
miniaturventil 10 hat Abmessungen von 10 mm×10 mm, wobei
jedoch diese Maße unkritisch sind. An dessen Umfang hat darf
Sitz-Substrat eine Dicke von 400 Mikrometer.
Oberhalb des Sitzsubstrates 12 ist ein zweites Substrat ge
tragen,. welches einen festen Umfang 16 und eine mittige
Armatur 18 umfaßt. Die Länge und Breite des zweiten Substra
tes passen mit den Dimensionen des Sitz-Substrates 12 zu
sammen. Wiederum ist das bevorzugte Material Silizium. Die
Dicke des Siliziums beträgt 30 Mikrometer, wobei jedoch die
Dicke ein Faktor ist, der die Größe der maximalen Öffnung
des Mikrominiaturventiles 10 bestimmt, so daß die ideale
Dicke der Siliziumschicht sich in Abhängigkeit von den An
wendungsfällen ändert.
Die Struktur und die Betätigung des oberen Substrates,
welches die feste Peripherie 16 umfaßt, und der mittigen
Armatur 18 sind vollständig in dem US-Patent Nr. 5,058,856
beschrieben, welches auf den Anmelder der vorliegenden An
meldung übertragen ist, wobei dessen Inhalt durch Querbe
zugnahme aufgenommen wird. Kurz gesagt, wird eine Nickel
schicht auf dem oberen Substrat unter Verwendung der Dampf
abscheidungstechniken, der photolithographischen Techniken
sowie der Techniken der Elektroplatierung abgeschieden. Ein
Feld von Beinen 20 und 22 verbindet den festen Umfang 16 mit
der mittigen Armatur 18. Wenn das obere Substrat erwärmt
wird, bewirkt die Differenz der thermischen Ausdehnungsko
effizienten von Silizium und Nickel, daß sich die Beine bie
gen und die Armatur 18 von dem Sitz-Substrat 12 anheben.
Wenn die Armatur von dem Sitz-Substrat beabstandet ist,
steht der Flußweg 14 in Flußverbindung mit den umgebenden
Flächen 24 und 26. Erneut stehen die Flächen 24 und 26 in
Fluidverbindung mit einem Gerät oder von einem Gerät, wobei
dieser Fluß durch das Mikrominiaturventil 10 zu regulieren
ist.
Obgleich das beschriebene Mikrominiaturventil 10 ein Feld
von Beinen 20 und 22 umfaßt, ist der Gegenstand der vor
liegenden Erfindung nicht auf die Verwendung mit einer Be
tätigung aufgrund von sich biegenden Beinen beschränkt. Bei
spielsweise kann die Struktur, welche die mittige Armatur 18
mit dem festen Umfang 16 verbindet, anstelle dessen eine
feste kreisförmige Membran sein, welche wahlweise ausgelenkt
wird, um den Fluidfluß zwischen dem Flußweg 14 und dem Be
reich 24 und 26 zu steuern.
Die Struktur, die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung
wichtig ist, ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Das Sitz-
Substrat 12 umfaßt einen Ventilsitz 28, der sich von einer
oberen Hauptfläche 30 aufwärts erstreckt. Der Ventilsitz
umfaßt eine Tragfläche 32, gegen die die Armatur 18 anliegt,
wenn sich die Armatur in ihrer geschlossenen Position be
findet.
Wie nachfolgend vollständig beschrieben werden wird, sind
der Ventilsitz 28 und der Flußweg 14 durch anisotropes Ätzen
der Sitzstruktur 12 an der oberen Fläche des Substrates ge
bildet. Von der radial inneren Kante der Tragfläche 32 er
streckt sich der Ventilsitz nach unten längs einer
{111}-Ebene, um eine erste schräg verlaufende Wand 34 zu bilden.
Wie im Stand der Technik bekannt ist, werden Winkel von
ungefähr 54,7½ durch anisotropes Ätzen des Siliziumsub
strates gebildet, so daß die erste schräg verlaufende Wand
34 in einem Winkel von ungefähr 125,3½ bezogen auf die
Tragfläche angeordnet ist. Die zweite schräg verlaufende
Wand 36 wird parallel zu der ersten schräg verlaufenden Wand
gebildet und erstreckt sich nach unten zu einer unteren
Hauptfläche 38 des Sitz-Substrates 12. Eine Zwischenwand 40,
welche im allgemeinen vertikal angeordnet ist, verbindet die
ersten und zweiten schräg verlaufenden Wände.
Die Breite des Ventilsitzes 28 kann ohne weiteres verändert
werden, ist jedoch derart gewählt, daß sie ausreichend groß
ist, damit der Ventilsitz nicht zu einem Bruch bei wieder
holtem Schließen der Armatur 18 neigt. Da jedoch der Fluid
druck, gegen den das Ventil geöffnet werden kann, durch das
Maß der Fläche innerhalb der radial äußeren Kante der Trag
fläche 32 beeinflußt wird, sollte die Breite des Ventil
sitzes nicht unnötig groß gewählt werden. Bei dem bevorzug
ten Ausführungsbeispiel hat die Flußdüse 14 Quadratseiten
abmessungen von 200 Mikrometer, wobei der radial äußere Um
fang der Tragfläche 32 240 Mikrometer bezüglich der Quadrat
seitenlänge beträgt. Die Konfiguration des Ventilsitzes 28
und der Flußdüse 14 verbessern sowohl die pneumatischen als
auch die thermischen Charakteristika des Mikrominiaturven
tiles 10 verglichen mit dem Ventil nach dem Stand der
Technik.
Fig. 3 zeigt einen typischen bekannten Ventilsitz. Ein
Sitz-Substrat 42 umfaßt eine obere Fläche 44 mit einem ange
hobenen Ventilsitz 46. Die obere Fläche 44 umfaßt eine Kante
48 zwischen dem Ventilsitz und einer Wand 50 des Flußweges.
An dem äußeren Durchmesser 52 krümmt sich der Ventilsitz 46
nach unten zu der Oberfläche 44. An der entgegengesetzten
Seite hat der Ventilsitz eine schräg verlaufende Wand 54 zu
der Kante 48 hin.
Ein Ziel bei der Herstellung eines Mikrominiaturventiles
liegt in der Verminderung der Fläche innerhalb des Außen
durchmessers 52 des Ventilsitzes 46, um dadurch ein Öffnen
des Ventiles gegen einen erhöhten Fluiddruck zu ermöglichen.
Ein weiteres Ziel liegt in der Erhöhung der Größe des Fluß
weges, welche durch die Wand 50 festgelegt wird, um das Gas
volumen zu erhöhen, welches durch das Ventil gesteuert wer
den kann. Da der Ventilsitz von einer Seite des Sitz-Sub
strates 42 geätzt wird, während der Flußweg von der anderen
Seite geätzt wird, ist es schwierig, gleichzeitig diese Zie
le zu erreichen. Man muß einen gewissen Freiheitsgrad für
eine laterale Fehlausrichtung des Flußweges bezüglich des
Ventilsitzes zugestehen. Ferner muß ein Freiheitsgrad für
ein Überätzen oder ein Unterätzen zugestanden werden. Als
Ergebnis ist das Verhältnis der Fläche des Flußweges zu der
Fläche innerhalb des äußeren Durchmessers 52 des Ventil
sitzes ein Wert, der nötigerweise eine fehlende Effektivität
mit sich bringt. Die nach unten schräg verlaufende Wand 54
und die Kante 48 bei dem bekannten Ventil beeinträchtigen
das Leistungsverhalten des bekannten mikrominiaturisierten
Ventiles und damit dessen Fähigkeit um Größenordnungen.
Im Gegensatz hierzu bewirken die zu beschreibenden Fabri
kationsschritte die einen geringeren Teil an Abfall mit sich
bringende Struktur, die in Fig. 2 gezeigt ist. Im Falle des
bevorzugten Ausführungsbeispieles, bei dem die Flußdüse
Quadratseitenabmessungen von 200 Mikrometer hat und die
Fläche innerhalb des Außenumfanges der Tragfläche 32 eine
Quadratseitenabmessung von 240 Mikrometer hat, liegt der
Flächenwirkungsgrad bei 70%. Dies liefert einen Flußwir
kungsgrad von ungefähr 33%, der weit oberhalb des Wirkungs
grades von 0,03% von einigen bekannten Mikrominiaturven
tilen liegt.
Wiederum bezugnehmend auf Fig. 3 hat der Gegenstand der
vorliegenden Erfindung zusätzlich zur Verbesserung der
pneumatischen Charakteristika gegenüber dem Stand der Tech
nik herausragende thermische Charakteristika. Wie bereits
erwähnt, sind die mikrominiaturisierten Ventile thermisch
betätigte Vorrichtungen. Ein oberes Substrat wird erwärmt,
um eine Verschiebung einer Armatur bezüglich des Ventil
sitzes 46 zu bewirken. Ein Ziel bei dem Entwurf der Ventile
liegt in der Minimierung der Vergeudung von thermischer
Energie. Jedoch existiert ein thermischer leitfähiger Weg
von Armatur zu dem Ventilsitz 46 und durch die Struktur
unterhalb des Ventilsitzes zu dem Massenmaterial des Sitz-
Substrates 42. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, wird
die Leitfähigkeit dieses thermischen Weges erheblich durch
den Gegenstand der vorliegenden Erfindung aufgrund der Geo
metrie des Ventilsitzes 28 vermindert. Zunächst kann die
Ätztiefe größer sein. Wenn beim Stand der Technik die Ätz
tiefe vergrößert wird, werden die entgegengesetzt geneigten
Wände des Ventilsitzes unerwünscht dicker, während der Be
reich des Weges vermindert wird. Im Gegensatz hierzu nimmt
der Ventilsitz 28 gemäß der vorliegenden Erfindung nicht in
seiner Breite zu und vermindert nicht die Größe des Fluß
weges, da der Ventilsitz in seiner Tiefe zunimmt. Eine Tiefe
von 25 Mikrometer wird als bevorzugt angesehen.
Die entgegengesetzten parallelen Seiten des Ventilsitzes 28
liefern eine Struktur, die ausreichend robust ist, um
wiederholten Schließvorgängen der Armatur 18 zu widerstehen.
Da jedoch die entgegengesetzten Seiten nicht auseinander
laufen, ist die Struktur ausreichend dünn, um einen Schutz
gegen eine übermäßige Vergeudung thermischer Energie von der
Armatur an das Massenmaterial des Sitz-Substrates 12 zu ver
meiden. Die Minimierung der Prozentage des thermischen Ener
gieverlustes durch den Ventilsitz 28 ist wichtig für das
Erreichen einer stabilen Ventiloperation bei niedrigen Fluß
raten. Da sich ein normalerweise geschlossenes thermisch
betätigtes Ventil während der Zuführung von Leistung öffnet,
fällt die thermische Leitung von einer Armatur 18 durch
einen Ventilsitz 28 ab, da ein Spalt zwischen der Armatur
und dem Ventilsitz auftritt. Die thermische Leitung tritt
über diesen Spalt auf, wobei jedoch das Entweichen der
Energie über diesen Spalt abnimmt, wenn das Ventil sich
ständig weiter öffnet.
Typischerweise wird eine konstante Leistung an die Armatur
18 angelegt. Wenn das Ventil geschlossen ist, fließt die
thermische Energie von der Armatur durch den thermischen
leitfähigen Weg, der unter Bezugnahme auf den Ventilsitz 28
erläutert wurde, jedoch gleichfalls durch getrennte thermi
sche Leitungswege, welche Strukturen radial außerhalb der
Armatur umfassen, wobei Konvektionsströme und Leitungsströme
in dem Gas oder dem Fluid beinhaltet sind, welche die Arma
tur umgeben. Diese drei Flüsse, die auftreten, wenn die
Leistung an die Armatur angelegt wird, bestimmen, wie weit
die Umgebungstemperatur und die Temperatur der Armatur an
steigen.
Wenn das Ventil sich zu öffnen beginnt und die Leitung durch
den Ventilsitz 28 abnimmt, steigt die Temperatur der Armatur
an. Demgemäß wird das Mikrominiaturventil 10 bezüglich der
Energie wirksamer, so daß sich das Ventil in einer plötz
lichen Art öffnet. Dieser Effekt ist graphisch in Fig. 4
dargestellt, wobei diese Darstellung die Betätigungsver
schiebung einer bekannten Armatur bezogen auf die angelegte
Leistung darstellt. Man sieht, daß die Verschiebung gegen
über der angelegten Leistung ausgesprochen nicht-linear im
Bereich der Öffnung 56 und im Bereich des Schließens 58 ist.
Diese Nicht-Linearität des bekannten Ventiles, welche durch
die Kurve gemäß Fig. 4 dargestellt ist, wird hauptsächlich
durch die sich ändernde thermische Leitfähigkeit durch den
Ventilsitz des bekannten Ventiles bewirkt. In den meisten
Fällen ist diese Nicht-Linearität unerwünscht, da durch sie
die Steuerbarkeit des Gasvolumens durch den Flußweg ver
mindert wird. Die Nicht-Linearität wird beim Gegenstand der
vorliegenden Erfindung reduziert, indem die prozentuale
Änderung des gesamten Wärmeflusses aufgrund von Änderungen
in der thermischen Leitfähigkeit des Ventilsitzes vermindert
wird. Die Nicht-Linearität kann etwas mehr durch Öffnen der
Armatur 18 an einem Winkel gegenüber dem Ventilsitz 28 ver
mindert werden, so daß die Armatur in Kontakt mit einem Teil
des Ventilsitzes während eines Teils des Öffnungsvorganges
oder während des gesamten Ventilöffnungsvorganges bleibt.
Fig. 5 bis 10 zeigen ein erstes Verfahren zum Herstellen des
Sitz-Substrates 12 gemäß Fig. 1. In Fig. 4 werden bekannte
Maskierungsmaterialien photolithographisch an den beiden
Hauptflächen des Siliziumwafers 60 strukturiert. Jede Haupt
fläche hat eine erste Schicht aus Siliziumoxid 62 und 64 und
eine Außenschicht aus Siliziumnitrid 66 und 68. Unter Ver
wendung bekannter Plasmaätztechniken wird ungefähr 50% der
Nitridaußenschicht 66 an der Oberfläche bei Abschnitten der
Schicht entfernt, so daß dicke Nitridbereiche 70 und 72
übrigbleiben, welche verwendet werden, um einen Ventilsitz
festzulegen, wobei äußere dicke Nitridbereiche 74 und 76
übrigbleiben, die verwendet werden, um das Ausmaß der oberen
Ventilfläche festzulegen.
An der unteren Fläche des Siliziumwafers 60 werden die Oxid-
und Nitrid-Schichten 64 und 68 vollständig an einem Mitten
bereich geätzt. Fluorwasserstoffsäure bzw. Flußsäure wird
zum Ätzen des Grundoxides verwendet.
Gemäß Fig. 6 wird Kaliumhydroxid (KOH) verwendet, um durch
den Boden des Siliziumwafers 60 zu ätzen, der bei dem Ätzen
der Siliziumnitridschicht 68 und der Oxidschicht 64 frei
liegt. Das Silizium wird weit langsamer längs der {111}-
Ebenen geätzt, so daß sich die schrägen Wände 78 und 80 er
geben. Ein anisotropes Ätzen des Siliziumwafers liefert
Wände mit einem Winkel von ungefähr 54,7° Das anisotrope
Ätzen verläuft vollständig durch den Siliziumwafer, wobei
jedoch ein Anhalten des Ätzens bei Erreichen der Oxidschicht
62 nicht kritisch ist. Ein fortdauerndes Ätzen würde dazu
führen, daß die obere Siliziumnitridschicht 66 und die
Oxidschicht 62 an dem Loch, welches durch die anisotrope
Ätze gebildet wird, brechen, wobei dies jedoch nicht negativ
die Herstellung des Sitz-Substrates beeinträchtigen würde.
Das bedeutet, daß der in Fig. 6 gezeigte Schritt nicht ge
genüber einem Überätzen empfindlich ist.
Gemäß Fig. 7 wird die Siliziumnitridschicht geätzt, um
lediglich einen Anteil der vorherigen dicken Bereiche 70 bis
76 übrigzulassen und um vollständig das Nitrid zwischen den
dicken Bereichen zu entfernen. Das freiliegende Oxid 62 wird
dann in Flußsäure geätzt. Als Ergebnis wird ein mittiger
Kanal mit oberen und unteren Düsen gebildet, der sich voll
ständig durch den Siliziumwafer 60 erstreckt. Jedoch bildet
der mittige Kanal nicht den letztendlich herzustellenden
Flußweg. Im Gegensatz hierzu liefert das Ätzen von der
Grundseite des Siliziumwafers 60 ausgehend lediglich die
"grobe" Form des Flußweges.
Wie nun in Fig. 8 gezeigt ist, wird ein anisotropes Ätzen
mittels KOH dann auf die beiden Hauptflächen des Halbleiter
wafers 60 ausgeübt. Die freiliegenden Bereiche der Ober
fläche des Wafers werden geätzt, um umgekehrte und pyrami
denstumpfförmige Flächen 82 und 84 zu bilden. Die Tiefen der
pyramidenstumpfförmigen Flächen verändern sich in Abhängig
keit von der Dauer des KOH-Ätzens.
Anfänglich bildet das an der oberen Fläche ausgeführte Ätzen
die geneigten Wände 96 und 98, die nach unten und innen
längs der {111}-Ebenen gerichtet sind. Im wesentlichen ver
tikale Wände 90 und 92 verbinden die radial nach innen ge
richteten Wände 96 und 98 mit den vorher gebildeten Wänden
78 und 80.
Wenn das anisotrope Ätzen an den entgegengesetzten Seiten
des Siliziumwafers 60 anhält, wandern die vertikalen Wände
90 und 92 nach unten, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Die
endgültige Konfiguration des Ventilsitzes beginnt sich zu
bilden, wenn das anisotrope Ätzen, das an der oberen Fläche
stattfindet, parallele entgegengesetzte Wände 94 und 96 und
parallele entgegengesetzte Wände 98 und 100 bildet. Wie dies
in dieser Figur dargestellt ist, nimmt die Tiefe der umge
kehrten und pyramidenstumpfförmigen Flächen 82 und 84 mit
zunehmender Ätzzeit zu.
Gemäß Fig. 10 sind die vertikalen Wände 90 und 92 nach unten
gewandert und die Pyramidenflächen 82 und 84 haben in ihrer
Tiefe zugenommen. Jedoch bleibt die Querschnittsgeometrie
des Ventilsitzes, wie er durch die parallelen Wände 94 und
96 gebildet wird, und es bleiben die parallelen Wände 98 und
100 unverändert. Wie dies im Stand der Technik bekannt ist,
ändert sich die Geometrie nicht an den Ecken einer Maske so
daß Schritte unternommen werden, um geeignete Ergebnisse an
den Maskenecken zu gewährleisten. Falls dies gewünscht ist,
kann das Ätzen fortgeführt werden, bis die vertikalen Wände
90 und 92 die untere Fläche des Siliziumwafers 60 erreichen,
um dadurch 90°-Ecken an der Düse des sich ergebenden Fluß
weges zu bilden.
Gemäß Fig. 11 wird das Maskierungsmaterial von der oberen
und unteren Fläche des Siliziumwafers entfernt, um das
Sitz-Substrat 12 gemäß den Fig. 1 und 2 zu schaffen. Das
Substrat umfaßt den Ventilsitz 28 und die Tragfläche 32 an
der Oberseite des Ventilsitzes. Ein mittiger Flußdurchgang
14 mit den oben beschriebenen Vorzügen ist gebildet.
Fig. 12 ist eine perspektivische Darstellung des Sitz-
Substrates mit Ausnahme des angehobenen Bereiches längs des
Außenumfanges der oberen Fläche 30.
Ein zweites Ausführungsbeispiel zum Erzeugen eines Ventil
sitzes gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend
unter Bezugnahme auf die Fig. 13 bis 18 erläutert. Ein
Siliziumwafer 102 wird an seiner oberen Fläche mit einer
Schicht aus Siliziumnitrid 104 beschichtet und an seiner
unteren Seite mit einer photolithographisch strukturierten
Schicht 106 aus Siliziumnitrid versehen. Ein KOH-Ätzen des
Siliziumwafers legt die strukturierte untere Schicht 106
frei, welche die Düsenwände 108 und 110 mit einer
{111}-Orientierung liefert. Das anisotrope Ätzen wird beendet,
wenn die Dicke des Siliziumwafers kleiner als 50 Mikrometer
ist oder gleich 50 Mikrometer ist.
Wie in Fig. 14 gezeigt ist, wird die obere Schicht aus
Siliziumnitrid strukturiert, um Schutzbereiche 112, 114, 116
und 118 zu bilden. Der Siliziumwafer wird dann von beiden
Seiten in KOH geätzt. Nach innen abgeschrägte Wände 120 und
122 mit einer Tiefe von 25 Mikrometer oder weniger werden
anfänglich gebildet. Jedoch weitet sich, wie dies in Fig. 15
gezeigt ist, die Öffnung durch den Siliziumwafer auf, bis
die äußeren Kanten der Öffnung die inneren Kanten der mitti
gen Schutzbereiche 114 und 116 aus Siliziumnitrid treffen.
Daher werden vertikale Durchgangswände 124 und 126 gebildet.
Wie in den Fig. 16 und 17 gezeigt ist, wandern die vertika
len Durchgangswände 124 und 126 nach unten, wenn das aniso
trope Ätzen fortgesetzt wird. Daher ist der Herstellungs
prozeß nicht empfindlich gegenüber der Ätzzeit. Obgleich
dies nicht dargestellt ist, nimmt die Tiefe des Ventilsitzes
128 zu, wenn der Siliziumwafer an den Oberflächenbereichen
130 und 132 geätzt wird.
Das anisotrope Ätzen kann fortgesetzt werden, bis die ver
tikalen Durchgangswände 124 und 126 den Bereich der unteren
Fläche 134 des Siliziumwafers 102 erreichen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Ventil zur Handhabung
von Fluiddrucken bis zu 600 psi. Dies stellt eine erhebliche
Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar. Ferner
können Fluidströme Stromraten bis zu 1,5 Litern pro Minute
erreichen, verglichen mit 150 ccm pro Minute bei bekannten
Vorrichtungen.
Obgleich der Gegenstand der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf eine Verwendung eines Siliziumsubstrates
erläutert worden ist, können auch andere Materialien ver
wendet werden. Beispielsweise kann als Ersatzmittel Gallium
arsenid (GaAs) eingesetzt werden. Ferner können Beschichtun
gen, wie beispielsweise Siliziumdioxid abgeschieden oder auf
der Oberfläche der vervollständigten Struktur aufgewachsen
werden.
Claims (8)
1. Verfahren zum Herstellen eines mikrostrukturierten Ven
tils, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Bereitstellen eines Substrats (60) mit einer Vorderseite und einer Rückseite;
Maskieren von Bereichen der Rückseite des Substrats, wobei ein erster freiliegender Bereich der Rückseite übriggelassen wird;
Ätzen des ersten freiliegenden Bereiches der Rückseite, um einen ersten Teil des Substrats zu entfernen, wodurch ein erster Weg mit ersten geneigten Wänden gebildet wird, die sich zumindest anteilig durch das Substrat erstrecken, wobei der erste Weg eine abnehmende Quer schnittsfläche mit zunehmender Entfernung von der Rück fläche hat;
Abscheiden einer Siliziumnitridschicht (66) auf der Vor derseite des Substrats und Strukturieren der Siliziumni tridschicht zum Festlegen einer Maske auf der Vorderflä che des Substrats in der Weise, daß die Maske eine äu ßere Kante und eine innere Kante hat, die einen zweiten freiliegenden Bereich eingrenzt, mit einem hervorsprin genden Bereich innerhalb des Bereiches des ersten frei liegenden Bereiches auf der rückseitigen Oberfläche, wo bei die Strukturierung einen zweiten freiliegenden Be reich mit einer Querschnittsfläche freiläßt, die kleiner ist als die Querschnittsfläche des ersten Weges an der Rückseite; und
anisotropes Ätzen der Vorderfläche, um einen zweiten Abschnitt des Substrats zu entfernen, mit einem aniso tropen Ätzmaterial von den ersten geneigten Wänden des ersten Weges, der während des Ätzens an der Rückseite gebildet wird, um dadurch zweite geneigte Wände zu bil den, die im wesentlichen an der inneren Kante der Maske an der Vorderfläche entspringen;
wodurch ein sich selbst ausrichtender Flußweg durch das Substrat in der Weise gebildet wird, daß der Flußweg einen sich ändernden Querschnittsbereich hat einschließ lich einer zunehmenden Querschnittsfläche mit zunehmen der Entfernung von der Vorderseite.
Bereitstellen eines Substrats (60) mit einer Vorderseite und einer Rückseite;
Maskieren von Bereichen der Rückseite des Substrats, wobei ein erster freiliegender Bereich der Rückseite übriggelassen wird;
Ätzen des ersten freiliegenden Bereiches der Rückseite, um einen ersten Teil des Substrats zu entfernen, wodurch ein erster Weg mit ersten geneigten Wänden gebildet wird, die sich zumindest anteilig durch das Substrat erstrecken, wobei der erste Weg eine abnehmende Quer schnittsfläche mit zunehmender Entfernung von der Rück fläche hat;
Abscheiden einer Siliziumnitridschicht (66) auf der Vor derseite des Substrats und Strukturieren der Siliziumni tridschicht zum Festlegen einer Maske auf der Vorderflä che des Substrats in der Weise, daß die Maske eine äu ßere Kante und eine innere Kante hat, die einen zweiten freiliegenden Bereich eingrenzt, mit einem hervorsprin genden Bereich innerhalb des Bereiches des ersten frei liegenden Bereiches auf der rückseitigen Oberfläche, wo bei die Strukturierung einen zweiten freiliegenden Be reich mit einer Querschnittsfläche freiläßt, die kleiner ist als die Querschnittsfläche des ersten Weges an der Rückseite; und
anisotropes Ätzen der Vorderfläche, um einen zweiten Abschnitt des Substrats zu entfernen, mit einem aniso tropen Ätzmaterial von den ersten geneigten Wänden des ersten Weges, der während des Ätzens an der Rückseite gebildet wird, um dadurch zweite geneigte Wände zu bil den, die im wesentlichen an der inneren Kante der Maske an der Vorderfläche entspringen;
wodurch ein sich selbst ausrichtender Flußweg durch das Substrat in der Weise gebildet wird, daß der Flußweg einen sich ändernden Querschnittsbereich hat einschließ lich einer zunehmenden Querschnittsfläche mit zunehmen der Entfernung von der Vorderseite.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt des anisotropen Ätzens des zweiten frei
liegenden Bereiches der Vorderfläche das Ätzen der
Vorderfläche radial außerhalb der äußeren Kante der
Maske umfaßt, wodurch parallel sich erstreckende ge
neigte Wände an den Innen- und Außenkanten der Maske
geätzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das anisotrope Ätzen des zweiten freiliegenden Bereiches
der Vorderfläche ein Schritt ist, bei dem ein Wandab
schnitt in eine Richtung auf die Rückseite zu wandert,
wobei die Wanderung durch gleichzeitiges anisotropes
Ätzen der Vorderseite und der Rückseite bewerkstelligt
wird, wobei der wandernde Wandabschnitt die zweite
schräge Wand mit der ersten schrägen Wand verbindet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Bilden der ersten und zweiten schrägen Wände einen
sich selbst ausrichtenden Flußweg mit den Wänden längs
der {111}-Ebenen liefert.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt des anisotropen Ätzens des freiliegenden
Bereiches der Rückseite vor dem Bilden eines Durchgangs
vollständig durch das Substrat beendet wird, wobei der
anschließende Schritt des anisotropen Ätzens des frei
liegenden Bereiches der Vorderseite eine Öffnung für die
Vorderfläche zu dem Weg bildet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schritt des anisotropen Ätzens
der frei liegenden Fläche der Rückseite ein Schritt des
Bildens der Öffnung vollständig durch das Substrat ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Maskierungsmaterial für die Strukturierung der Maske
auf der Vorderfläche vor dem Schritt des anisotropen
Ätzens zum Ätzen der freiliegenden Fläche der Rückseite
bereitgestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeich
net durch den Verfahrensschritt des Entfernens von Mas
kierungsmaterial von der Vorderseite und der Rückseite
des Substrats.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/019,945 US5333831A (en) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | High performance micromachined valve orifice and seat |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4402096A1 DE4402096A1 (de) | 1994-08-25 |
DE4402096C2 true DE4402096C2 (de) | 1997-05-22 |
Family
ID=21795922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4402096A Expired - Fee Related DE4402096C2 (de) | 1993-02-19 | 1994-01-25 | Verfahren zum Herstellen eines mikrostrukturierten Ventils |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5333831A (de) |
JP (1) | JPH06241346A (de) |
DE (1) | DE4402096C2 (de) |
Families Citing this family (64)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0700485B1 (de) * | 1993-05-27 | 1997-08-13 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. | Mikroventil |
US6230501B1 (en) | 1994-04-14 | 2001-05-15 | Promxd Technology, Inc. | Ergonomic systems and methods providing intelligent adaptive surfaces and temperature control |
US5529279A (en) * | 1994-08-24 | 1996-06-25 | Hewlett-Packard Company | Thermal isolation structures for microactuators |
DE19530843A1 (de) * | 1994-10-20 | 1996-05-02 | Hewlett Packard Co | Mikrobearbeitete Ventilöffnung und Ventilsitz mit verbesserter thermischer Isolierung |
US5658471A (en) * | 1995-09-22 | 1997-08-19 | Lexmark International, Inc. | Fabrication of thermal ink-jet feed slots in a silicon substrate |
DE19546181C2 (de) * | 1995-12-11 | 1998-11-26 | Fraunhofer Ges Forschung | Mikroventil |
US5954079A (en) * | 1996-04-30 | 1999-09-21 | Hewlett-Packard Co. | Asymmetrical thermal actuation in a microactuator |
US6533366B1 (en) | 1996-05-29 | 2003-03-18 | Kelsey-Hayes Company | Vehicle hydraulic braking systems incorporating micro-machined technology |
US5785295A (en) * | 1996-08-27 | 1998-07-28 | Industrial Technology Research Institute | Thermally buckling control microvalve |
DE19637945C2 (de) | 1996-09-17 | 1998-10-01 | Fraunhofer Ges Forschung | Mikroventil und Verfahren zu seiner Herstellung |
DE19735156C1 (de) * | 1996-11-25 | 1999-04-29 | Fraunhofer Ges Forschung | Piezoelektrisch betätigtes Mikroventil |
EP0954450A4 (de) * | 1997-01-24 | 2000-03-22 | California Inst Of Techn | Mikroelektromechanisches ventil |
US6393685B1 (en) | 1997-06-10 | 2002-05-28 | The Regents Of The University Of California | Microjoinery methods and devices |
ATE393319T1 (de) | 1998-09-03 | 2008-05-15 | Ge Novasensor Inc | Proportionale, mikromechanische vorrichtung |
US6523560B1 (en) | 1998-09-03 | 2003-02-25 | General Electric Corporation | Microvalve with pressure equalization |
US7011378B2 (en) * | 1998-09-03 | 2006-03-14 | Ge Novasensor, Inc. | Proportional micromechanical valve |
US6160243A (en) * | 1998-09-25 | 2000-12-12 | Redwood Microsystems, Inc. | Apparatus and method for controlling fluid in a micromachined boiler |
US6056269A (en) * | 1999-01-15 | 2000-05-02 | Hewlett-Packard Company | Microminiature valve having silicon diaphragm |
US6540203B1 (en) | 1999-03-22 | 2003-04-01 | Kelsey-Hayes Company | Pilot operated microvalve device |
US6694998B1 (en) | 2000-03-22 | 2004-02-24 | Kelsey-Hayes Company | Micromachined structure usable in pressure regulating microvalve and proportional microvalve |
US6845962B1 (en) * | 2000-03-22 | 2005-01-25 | Kelsey-Hayes Company | Thermally actuated microvalve device |
US6494433B2 (en) * | 2000-06-06 | 2002-12-17 | The Regents Of The University Of Michigan | Thermally activated polymer device |
US6494804B1 (en) | 2000-06-20 | 2002-12-17 | Kelsey-Hayes Company | Microvalve for electronically controlled transmission |
US6581640B1 (en) | 2000-08-16 | 2003-06-24 | Kelsey-Hayes Company | Laminated manifold for microvalve |
AU2002213400A1 (en) * | 2000-10-18 | 2002-04-29 | Research Foundation Of State University Of New York | Microvalve |
US6629820B2 (en) * | 2001-06-26 | 2003-10-07 | Micralyne Inc. | Microfluidic flow control device |
US6702256B2 (en) * | 2001-07-17 | 2004-03-09 | Agilent Technologies, Inc. | Flow-switching microdevice |
US6916113B2 (en) * | 2003-05-16 | 2005-07-12 | Agilent Technologies, Inc. | Devices and methods for fluid mixing |
US6986365B2 (en) * | 2003-09-30 | 2006-01-17 | Redwood Microsystems | High-flow microvalve |
US20070251586A1 (en) * | 2003-11-24 | 2007-11-01 | Fuller Edward N | Electro-pneumatic control valve with microvalve pilot |
KR20060109959A (ko) * | 2003-11-24 | 2006-10-23 | 알루미나 마이크로 엘엘씨 | 가변형 변위 압축기 제어용 마이크로밸브 장치 |
US8011388B2 (en) * | 2003-11-24 | 2011-09-06 | Microstaq, INC | Thermally actuated microvalve with multiple fluid ports |
KR20070012375A (ko) * | 2004-02-27 | 2007-01-25 | 알루미나 마이크로 엘엘씨 | 하이브리드 마이크로/매크로 평판 밸브 |
CN1942222B (zh) * | 2004-03-05 | 2011-08-31 | 麦克罗斯塔克公司 | 用于形成微阀的选择性接合 |
US7217428B2 (en) * | 2004-05-28 | 2007-05-15 | Technology Innovations Llc | Drug delivery apparatus utilizing cantilever |
US7156365B2 (en) * | 2004-07-27 | 2007-01-02 | Kelsey-Hayes Company | Method of controlling microvalve actuator |
JP2008527244A (ja) * | 2005-01-14 | 2008-07-24 | アルーマナ、マイクロウ、エルエルシー | 可変容量型コンプレッサを制御するシステムおよび方法 |
US20060171855A1 (en) * | 2005-02-03 | 2006-08-03 | Hongfeng Yin | Devices,systems and methods for multi-dimensional separation |
US20060219637A1 (en) * | 2005-03-29 | 2006-10-05 | Killeen Kevin P | Devices, systems and methods for liquid chromatography |
US7214324B2 (en) * | 2005-04-15 | 2007-05-08 | Delphi Technologies, Inc. | Technique for manufacturing micro-electro mechanical structures |
US7517201B2 (en) * | 2005-07-14 | 2009-04-14 | Honeywell International Inc. | Asymmetric dual diaphragm pump |
US7913928B2 (en) | 2005-11-04 | 2011-03-29 | Alliant Techsystems Inc. | Adaptive structures, systems incorporating same and related methods |
WO2008076388A1 (en) * | 2006-12-15 | 2008-06-26 | Microstaq, Inc. | Microvalve device |
CN101675280B (zh) | 2007-03-30 | 2013-05-15 | 盾安美斯泰克公司(美国) | 先导式微型滑阀 |
CN101668973B (zh) | 2007-03-31 | 2013-03-13 | 盾安美斯泰克公司(美国) | 先导式滑阀 |
KR101301157B1 (ko) * | 2007-11-09 | 2013-09-03 | 삼성전자주식회사 | 다단계 기판 식각 방법 및 이를 이용하여 제조된테라헤르츠 발진기 |
US8152136B2 (en) * | 2007-11-26 | 2012-04-10 | The Hong Kong Polytechnic University | Polymer microvalve with actuators and devices |
JP2011530683A (ja) | 2008-08-09 | 2011-12-22 | マイクラスタック、インク | 改良型のマイクロバルブ・デバイス |
US8113482B2 (en) | 2008-08-12 | 2012-02-14 | DunAn Microstaq | Microvalve device with improved fluid routing |
CN102308131B (zh) | 2008-12-06 | 2014-01-08 | 盾安美斯泰克有限公司 | 流体流动控制组件 |
WO2010117874A2 (en) | 2009-04-05 | 2010-10-14 | Microstaq, Inc. | Method and structure for optimizing heat exchanger performance |
WO2011022267A2 (en) | 2009-08-17 | 2011-02-24 | Microstaq, Inc. | Micromachined device and control method |
US9006844B2 (en) | 2010-01-28 | 2015-04-14 | Dunan Microstaq, Inc. | Process and structure for high temperature selective fusion bonding |
CN102812538B (zh) | 2010-01-28 | 2015-05-13 | 盾安美斯泰克股份有限公司 | 用以促进接合的重调节半导体表面的方法 |
DE102010032799B4 (de) * | 2010-04-09 | 2013-11-21 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg | Mikroventil mit elastisch verformbarer Ventillippe, Herstellungsverfahren und Mikropumpe |
US8996141B1 (en) | 2010-08-26 | 2015-03-31 | Dunan Microstaq, Inc. | Adaptive predictive functional controller |
US8925793B2 (en) | 2012-01-05 | 2015-01-06 | Dunan Microstaq, Inc. | Method for making a solder joint |
US9140613B2 (en) | 2012-03-16 | 2015-09-22 | Zhejiang Dunan Hetian Metal Co., Ltd. | Superheat sensor |
CN104329484B (zh) * | 2013-06-24 | 2018-11-30 | 浙江盾安禾田金属有限公司 | 具有增强的抗污性的微型阀 |
US9188375B2 (en) | 2013-12-04 | 2015-11-17 | Zhejiang Dunan Hetian Metal Co., Ltd. | Control element and check valve assembly |
US10094490B2 (en) | 2015-06-16 | 2018-10-09 | Dunan Microstaq, Inc. | Microvalve having contamination resistant features |
US11067187B2 (en) | 2016-01-27 | 2021-07-20 | Regents Of The University Of Minnesota | Fluidic control valve with small displacement actuators |
DE102016217435B4 (de) * | 2016-09-13 | 2018-08-02 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg | Fluidpumpe und Verfahren zum Betreiben einer Fluidpumpe |
DE102022209415A1 (de) | 2022-09-09 | 2024-03-14 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Mikrofluidisches Ventil und mikrofluidische Vorrichtung |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4007464A (en) * | 1975-01-23 | 1977-02-08 | International Business Machines Corporation | Ink jet nozzle |
US4169008A (en) * | 1977-06-13 | 1979-09-25 | International Business Machines Corporation | Process for producing uniform nozzle orifices in silicon wafers |
US4581624A (en) * | 1984-03-01 | 1986-04-08 | Allied Corporation | Microminiature semiconductor valve |
DE3621331A1 (de) * | 1986-06-26 | 1988-01-14 | Fraunhofer Ges Forschung | Mikroventil |
US4824073A (en) * | 1986-09-24 | 1989-04-25 | Stanford University | Integrated, microminiature electric to fluidic valve |
US4966646A (en) * | 1986-09-24 | 1990-10-30 | Board Of Trustees Of Leland Stanford University | Method of making an integrated, microminiature electric-to-fluidic valve |
US4821997A (en) * | 1986-09-24 | 1989-04-18 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Integrated, microminiature electric-to-fluidic valve and pressure/flow regulator |
US4943032A (en) * | 1986-09-24 | 1990-07-24 | Stanford University | Integrated, microminiature electric to fluidic valve and pressure/flow regulator |
US4907748A (en) * | 1988-08-12 | 1990-03-13 | Ford Motor Company | Fuel injector with silicon nozzle |
US4826131A (en) * | 1988-08-22 | 1989-05-02 | Ford Motor Company | Electrically controllable valve etched from silicon substrates |
CH677136A5 (en) * | 1988-11-01 | 1991-04-15 | Univ Neuchatel | Electrostatically operated medical micro-valve - has integrated structure with channels and components formed in engraved layers |
US5069419A (en) * | 1989-06-23 | 1991-12-03 | Ic Sensors Inc. | Semiconductor microactuator |
US5058856A (en) * | 1991-05-08 | 1991-10-22 | Hewlett-Packard Company | Thermally-actuated microminiature valve |
US5176358A (en) * | 1991-08-08 | 1993-01-05 | Honeywell Inc. | Microstructure gas valve control |
-
1993
- 1993-02-19 US US08/019,945 patent/US5333831A/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-01-25 DE DE4402096A patent/DE4402096C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-02-17 JP JP6044845A patent/JPH06241346A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4402096A1 (de) | 1994-08-25 |
JPH06241346A (ja) | 1994-08-30 |
US5333831A (en) | 1994-08-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE4402096C2 (de) | Verfahren zum Herstellen eines mikrostrukturierten Ventils | |
DE19509026C2 (de) | Mikrostellglied mit thermischer Isolationsstruktur | |
DE102016117562B4 (de) | Halbleiterchip mit strukturierten seitenwänden und verfahren zu seiner herstellung | |
EP1334060B1 (de) | Mikromechanisches bauelement und entsprechendes herstellungsverfahren | |
EP2300356B1 (de) | Verfahren zur herstellung einer mikromechanischen membranstruktur mit zugang von der substratrückseite | |
DE10127231B4 (de) | Herstellungsverfahren eines Halbleitersubstrats | |
DE102009045385A1 (de) | Verfahren zum Verschließen eines Grabens eines mikromechanischen Bauelements | |
WO1991003074A1 (de) | Verfahren zur struckturierung eines halbleiterkörpers | |
EP1997137B1 (de) | Verfahren zum herstellen einer integrierten schaltung | |
EP1651867B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines mikromechanischen bauteils, vorzugsweise für fluidische anwendungen und mikropumpe mit einer pumpmemembran aus einer polysiliciumschicht | |
CH681921A5 (de) | ||
EP2059698A1 (de) | Verfahren zur herstellung von bauteilen zur steuerung eines fluidflusses sowie bauteile, hergestellt nach diesem verfahren | |
DE102018222377A1 (de) | Verfahren zum Ätzen einer Opferschicht für die Herstellung einer mikromechanischen Struktur und mikromechanische Vorrichtung | |
WO2011117181A2 (de) | Verfahren zur herstellung einer mikroelektromechanischen vorrichtung und mikroelektromechanische vorrichtung | |
DE2132099B2 (de) | Verfahren zur Zwischenverbindung elektrischer Baueinheiten | |
DE10196678B4 (de) | Herstellungsverfahren für einen Dünnfilmstrukturkörper | |
DE102017207111A1 (de) | Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Inertialsensors | |
DE19530843A1 (de) | Mikrobearbeitete Ventilöffnung und Ventilsitz mit verbesserter thermischer Isolierung | |
DE10046621A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Membransensor-Arrays sowie Membransensor-Array | |
DE102019208023A1 (de) | Verfahren zum herstellen einer mikromechanischen vorrichtung und mikromechanisches ventil | |
DE10334243B4 (de) | Mikromechanisches Verfahren zum Herstellen eines flexiblen Schichtelements | |
DE10121181B4 (de) | Stencilmaske für Hoch- und Ultrahochenergieimplantation und Verfahren zur Herstellung dieser Stencilmaske | |
DE19938481B4 (de) | Neue Technologie zur Bildung eines flaschenförmigen Tiefgrabens | |
DE102006001386A1 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Membran auf einem Halbleitersubstrat und mikromechanisches Bauelement mit einer solchen Membran | |
DE10104323A1 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Rille mit einer Engstelle in der Oberfläche eines Bauteils und Bauteil |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: AGILENT TECHNOLOGIES, INC. (N.D.GES.D.STAATES DELA |
|
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: AGILENT TECHNOLOGIES, INC. (N.D.GES.D. STAATES, US |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |