DE60114411T2

DE60114411T2 - Microbearbeitete fluidische vorrichtung und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60114411T2
Application number: DE60114411T
Authority: DE
Inventors: T. Harald VAN LINTEL; Didier Maillefer; Stephan Gamper
Original assignee: Debiotech SA
Current assignee: Debiotech SA
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2021-05-26
Also published as: AU2001272500B2; US7005078B2; US20040052657A1; JP2004505212A; CA2410306C; CN1324238C; JP4776139B2; CN1430703A; DE60114411D1; US20060027523A1; EP1283957A1; AU7250001A; EP1283957B1; WO2001090577A1; ATE307976T1; CA2410306A1; US7311503B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine fluidische Vorrichtung sowie deren Herstellungsverfahren. Die Erfindung betrifft auch besondere Formen von fluidischen Vorrichtungen, die ein Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts, das beispielsweise ein Rückschlagventil bildet, oder ein Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes bilden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Mikropumpe, die eine fluidische Vorrichtung bildet und die insbesondere, jedoch nicht ausschließlich eine Mikropumpe für den medizinischen Gebrauch bildet, die regelmäßig eine kontrollierte Menge eines flüssigen Medikaments abgibt.
Die Herstellung dieser fluidischen Vorrichtungen und insbesondere dieser Mikropumpen basiert auf den Technologien zur Mikrobearbeitung des Siliziums oder jedes anderen mikrobearbeitbaren Materials, insbesondere mit Hilfe von photolithographischen Techniken oder chemischem Ätzen, Laserabtragung, Mikroreplikation oder anderen.
Für die vorgenannte besondere Anwendung, sowie auch noch in anderen Fällen, ist es erforderlich, ein Eintrittskontrollelement auszubilden, welches das automatische Ansaugen der Mikropumpe ermöglicht. Die Steuerung der Mikropumpe erfolgt dadurch, daß das Volumen der Pumpkammer verändert wird (Wechsel von Verringerungen und Erhöhungen), beispielsweise mittels einer Steuerung, die durch ein piezoelektrisches Betätigungsglied durchgeführt wird.
Die unter der Nummer 453 532 veröffentlichte europäische Patentanmeldung oder die deutsche Patentanmeldung DE 197 19 862 A1 stellen eine solche Mikropumpe vor. Jedoch gewährleistet eine solche Mikropumpe nicht ihr automatisches Ansaugen, da sie große tote Volumina aufweist, wobei diese Volumina zur Verschlechterung des durch die Mikropumpe erzielten Kompressionsverhältnisses beitragen.
Um diesen Aspekt zu verbessern, ist insbesondere eine neue Mikropumpe entwickelt worden, wie sie in der unter der Nummer WO 99/09321 veröffentlichten internationalen Anmeldung beschrieben ist. Bei dieser Mikropumpe wird, um die toten Volumina, insbesondere stromabwärts des Sitzes des Einlaßventils zu verringern, ein Einlaßventil realisiert, das aufgrund dessen dick ist, daß dieses Einlaßventil die gesamte Dicke der Zwischenplatte darstellt, wobei sich der Ventilsitz auf der der beweglichen Membran gegenüberliegenden Seite befindet. Eine solche Mikropumpe weist jedoch eine komplexe, schwer herzustellende Struktur auf, die immer noch große tote Volumina aufweist.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine fluidische Vorrichtung, zum Beispiel ein Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts oder ein Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes oder eine Mikropumpe zu liefern, die vereinfacht hergestellt werden kann und die eine fluidische Vorrichtung darstellt, die unter Verringerung der toten Volumina zuverlässig im Betrieb ist.
Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung eine fluidische Vorrichtung vorgeschlagen, welche die technischen Merkmale gemäß Patentanspruch 2 aufweist. Nach einer ersten Art von fluidischer Vorrichtung nähert sich das bewegliche Element der Tragplatte reversibel, bis ein Kontakt zwischen dem beweglichen Element und der Tragplatte hergestellt ist.
Nach bevorzugten Merkmalen:

– besteht die genannte Tragplatte (oder „wafer") aus Silizium, aus Quarz oder aus Saphir und weist eine Dicke auf, die zwischen 50 μm und 1 mm, vorzugsweise zwischen 300 μm und 500 μm liegt;
– weist die Schicht aus Isoliermaterial eine Dicke zwischen 100 nm und 2 μm, vorzugsweise zwischen 0,5 μm und 1 μm auf;
– besteht die Verschlußplatte aus Glas oder aus Silizium, vorzugsweise aus monokristallinem Silizium; und
– besteht die Siliziumschicht aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium und weist eine Dicke zwischen 1 μm und 100 μm, vorzugsweise zwischen 10 μm und 50 μm auf.

Nach einem weiteren Ziel der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen, wobei dieses Herstellungsverfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

– es wird eine Aufschichtung bereitgestellt, die eine Tragplatte, eine Schicht aus Isoliermaterial, vorzugsweise aus Siliziumoxid, welche die Tragplatte wenigstens teilweise bedeckt, sowie eine Schicht aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium umfaßt, welche die genannte Schicht aus Isoliermaterial bedeckt und eine freie Fläche aufweist,
– aus der genannten Verschlußplatte und/oder aus der freien Fläche der Siliziumschicht wird durch Photolithographie und chemisches Ätzen der genannte Hohlraum gearbeitet,
– es wird wenigstens ein Kanal, welcher die Tragplatte vollständig durchquert, durch Photolithographie und chemisches Ätzen gearbeitet,
– die genannte Schicht aus Isoliermaterial wird wenigstens über den genannten Kanal chemisch geätzt, so daß ein Bereich der genannten Siliziumschicht von der Schicht aus Isoliermaterial befreit ist, wodurch das bewegliche Element gebildet wird,
– es wird wenigstens eine Verschlußplatte bereitgestellt,
– die Verschlußplatte wird durch ein physikalisch-chemisches Verfahren, vorzugsweise durch Plattenschweißen (oder „wafer bonding"), auf dichte Weise mit der Oberfläche der Siliziumschicht, die nicht bearbeitet worden ist, verbunden.

Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Aufschichtung verwendet, die eine Tragplatte aus Silizium aufweist, die von einer Siliziumoxidschicht bedeckt ist, die ihrerseits von einer Siliziumschicht bedeckt ist. Diese Aufschichtung ist im Handel erhältlich und wird üblicherweise als SOI („SILICON-ON-INSULATOR") bezeichnet.
Die Verwendung dieser Art von Aufschichtung ermöglicht, eine fluidische Vorrichtung zu erhalten, die konstante und streng kontrollierte Dicken aufweist, wobei gleichzeitig ein einfaches Herstellungsverfahren zum Einsatz kommt.
Dieses Herstellungsverfahren ist in der Tat einfacher durchzuführen als das Verfahren, welches durch das unter der Nummer WO 98/14704 veröffentlichte internationale Patent vorgestellt wird.
Die Bildung der verschiedenen Teile der fluidischen Vorrichtung wird durch selektives chemisches Ätzen von den zwei Seiten der Aufschichtung, d.h. von den beiden Flächen der diese Aufschichtung bildenden Platte aus durchgeführt; denn die Schicht aus Isoliermaterial (aus Siliziumoxid im Falle einer SOI-Aufschichtung) bildet während der Mikrobearbeitung der Tragplatte oder der Siliziumschicht eine Angriffsperre oder -barriere.
Des weiteren ist die Verschlußplatte, die ermöglicht, insbesondere den in der bearbeiteten Siliziumschicht geschaffenen Hohlraum wieder zu verschließen, vorzugsweise aus Glas oder aus monokristallinem Silizium gefertigt.
Im Falle einer Verschlußplatte aus Glas wird deren Befestigen an der Siliziumschicht auf eine an sich bekannte Art und Weise nach der Technik des anodischen Schweißens vollzogen.
Im Falle einer Verschlußplatte aus Silizium erfolgt deren Befestigen an der Siliziumschicht nach der bekannten Technik des direkten Si-Si-Schweißens.
Nach einem ersten Aspekt der erfindungsgemäßen fluidischen Vorrichtung wird ein Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts vorgeschlagen, das ein Rückschlagventil bildet, umfassend eine Aufschichtung, die von einer Verschlußplatte bedeckt ist, wobei die Aufschichtung eine Tragplatte, vorzugsweise aus Silizium, eine Schicht aus Isoliermaterial, vorzugsweise aus Siliziumoxid, welche die Tragplatte wenigstens teilweise bedeckt, sowie eine Schicht aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium umfaßt, welche die genannte Schicht aus Isoliermaterial bedeckt und von der Verschlußplatte bedeckt ist, wobei die Verschlußplatte und/oder die Siliziumschicht bearbeitet wird bzw. werden, um zwischen der Verschlußplatte und der Siliziumschicht einen Hohlraum zu bilden, der dazu bestimmt ist, mit Flüssigkeit gefüllt zu werden, wobei der Hohlraum wenigstens einen in die gesamte Dicke der Siliziumschicht gearbeiteten Freiraum aufweist, wobei die Tragplatte wenigstens einen Flüssigkeitseintrittskanal aufweist, der sie vollständig durchquert und der wenigstens dem Hohlraum gegenüberliegt, wobei die Schicht aus Isoliermaterial wenigstens einen vollkommen materialfreien Bereich hat, der sich wenigstens in der Verlängerung des genannten Kanals und des genannten Freiraums erstreckt, um mit dem Hohlraum und in der Siliziumschicht ein bewegliches Element zu bilden, das eine Klappe für das genante Ventil bildet, wobei ein Teil der Siliziumschicht das bewegliche Element umgibt, das durch seine Elastizität und den Flüssigkeitsdruckunterschied zwischen dem Flüssigkeitseintrittskanal und dem Hohlraum die reversible Bewegung des beweglichen Elements in Richtung auf die Tragplatte ermöglicht.
Nach der ersten Art von fluidischer Vorrichtung liegt der Flüssigkeitseintrittskanal des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts, der in dem vorhergehenden Absatz definiert ist, in der Nähe des genannten Freiraums, aber liegt diesem nicht gegenüber, führt das bewegliche Element zwischen einer geschlossenen Stellung, in welcher das bewegliche Element dicht an der Tragplatte anliegt, die wenigstens um den Kanal herum einen Sitz für das Ventil bildet, wobei die Flüssigkeitsströmung zwischen dem Flüssigkeitseintrittskanal und dem Hohlraum verhindert wird, und einer geöffneten Stellung des Ventils, in der das bewegliche Element, das nicht mehr in dichtem Kontakt mit der Tragplatte um den Kanal ist, das Strömen der Flüssigkeit von dem Flüssigkeitseintrittskanal zu dem Freiraum hin ermöglicht, eine Bewegung aus.
Nach einem zweiten Aspekt der fluidischen Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird ein Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdrucks vorgeschlagen, umfassend eine Aufschichtung, die von einer Verschlußplatte bedeckt ist, wobei die Aufschichtung eine Tragplatte, vorzugsweise aus Silizium, eine Schicht aus Isoliermaterial, vorzugsweise aus Siliziumoxid, welche die Tragplatte wenigstens teilweise bedeckt, sowie eine Schicht aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium umfaßt, welche die genannte Schicht aus Isoliermaterial bedeckt und welche von der Verschlußplatte bedeckt ist, wobei die Verschlußplatte und/oder die Siliziumschicht bearbeitet wird bzw. werden, um zwischen der Verschlußplatte und der Siliziumschicht einen Hohlraum zu bilden, der dazu bestimmt ist, mit Flüssigkeit gefüllt zu werden, wobei die Tragplatte wenigstens einen Kanal aufweist, der sie vollständig durchquert und der dem Hohlraum gegenüberliegt, wobei die Schicht aus Isoliermaterial wenigstens einen vollkommen materialfreien Bereich aufweist, der wenigstens in der Verlängerung des genannten Kanals gelegen ist, um mit dem Hohlraum und in der Siliziumschicht ein bewegliches Element zu bilden, wobei die Siliziumtragplatte einen dem beweglichen Element gegenüberliegenden Teil aufweist, der eine durch den Kanal von der übrigen Tragplatte getrennte Insel bildet, wobei das bewegliche Element in der Lage ist, sich aufgrund seiner Elastizität und unter dem Flüssigkeitsdruck in dem Hohlraum der Tragplatte reversibel zu nähern.
Nach einer ersten Art von fluidischer Vorrichtung ist das bewegliche Element, des in dem vorhergehenden Absatz definierten Elements zum Erfassen des Flüssigkeitsdrucks, geeignet, von einer geöffneten Stellung in eine geschlossene Stellung überzugehen, in der das bewegliche Element mit dem dem beweglichen Element gegenüberliegenden Teil, das eine durch den Kanal von der übrigen Tragplatte getrennte Insel und einen Stützteil der Siliziumplatte bildet, in physikalischem Kontakt ist, wobei dieser physikalische Kontakt elektrisch erfaßt werden kann.
Nach einem dritten Aspekt der fluidischen Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird auch eine Mikropumpe vorgeschlagen, umfassend eine Aufschichtung, die von einer Verschlußplatte bedeckt ist, wobei die Aufschichtung eine Tragplatte, vorzugsweise aus Silizium, eine Schicht aus Isoliermaterial, vorzugsweise aus Siliziumoxid, welche die Tragplatte wenigstens teilweise bedeckt, sowie eine Schicht aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium umfaßt, welche die genannte Schicht aus Isoliermaterial bedeckt und welche von der Verschlußplatte bedeckt ist, wobei die Verschlußplatte und/oder die Siliziumschicht bearbeitet wird bzw. werden, um zwischen der Verschlußplatte und der Siliziumschicht einen Hohlraum zu bilden, der dazu bestimmt ist, mit Flüssigkeit gefüllt zu werden und eine Pumpkammer aufweist, wobei die Tragplatte wenigstens einen ersten Kanal aufweist, der sie vollständig durchquert und der dem Hohlraum gegenüberliegt, wobei die Schicht aus Isoliermaterial wenigstens einen ersten vollkommen materialfreien Bereich aufweist, der sich wenigstens in der Verlängerung des ersten Kanals befindet, um mit dem Hohlraum und in der Siliziumschicht ein erstes bewegliches Element zu bilden, das geeignet ist, sich unter dem Flüssigkeitsdruck in der Pumpkammer der Tragplatte reversibel zu nähern, wobei das erste bewegliche Element zu der Klappe eines Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts gehört, wobei die Mikropumpe ferner ein Pumpteil aufweist, das Steuermittel, die mit einer Pumpmembran versehen sind, um eine periodische Änderung des Volumens der Pumpkammer zu bewirken, sowie Mittel zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts umfaßt.
Nach der ersten Art von fluidischer Vorrichtung ist das erste bewegliche Element des in dem vorhergehenden Absatz definierten Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts geeignet, unter dem Flüssigkeitsdruck in der Pumpkammer, und Bildung der Klappe des genannten Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts, an der Tragplatte in dichten Kontakt zu gelangen.
In bevorzugter Weise umfaßt diese Mikropumpe außerdem einen zweiten vollständig materialfreien Bereich in der Schicht aus Isoliermaterial, der mit dem Hohlraum und in der Siliziumschicht ein zweites bewegliches Element definiert, das geeignet ist, sich unter dem Flüssigkeitsdruck in der Pumpkammer der Tragplatte zu nähern, wobei das zweite bewegliche Element die Klappe eines Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts bildet.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung unterschiedliche Arten von fluidischen Vorrichtungen, die nach dem wesentlichen Merkmal der vorliegenden Erfindung aus einer Aufschichtung vom Typ SOI, d.h. mit einer Tragplatte, vorzugsweise aus Silizium, die von einer Schicht aus Isoliermaterial, vorzugsweise aus Siliziumoxid, bedeckt ist, die ihrerseits von einer Siliziumschicht bedeckt ist, gebildet.
Im Gegensatz zu den Mikropumpen und fluidischen Vorrichtungen des Standes der Technik, bei denen es erforderlich war, die Bearbeitung in der gesamten Dicke einer Siliziumplatte, welche dazu bestimmt ist, die Zwischenplatte zwischen zwei Glasplatten zu bilden, zu vollziehen, schlägt somit die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Aufschichtung vor, deren Anfangsdicke der drei Bestandteile (Tragplatte, Schicht aus Isoliermaterial und Siliziumschicht) einerseits eine beherrschte Dicke der verschiedenen Teile der fluidischen Vorrichtung und andererseits im Vergleich zum Stand der Technik ganz erheblich verringerte tote Volumina gewährleistet.
Ein weiterer bedeutender Vorteil der Technologie gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens im Vergleich zu den Techniken des Standes der Technik.
Im Laufe der Beschreibung verschiedener, als Beispiel gegebener Ausführungsformen wird die Erfindung besser verständlich und werden sekundäre Merkmale sowie deren Vorteile hervorgehen.
Selbstverständlich sind die Beschreibung sowie die Zeichnungen lediglich zur Unterrichtung gegeben und als nicht einschränkend zu verstehen.
Es wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, hierin zeigen:
1 einen Querschnitt eines Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts gemäß einer ersten Ausführungsform, das den ersten Aspekt einer fluidischen Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung bildet,
die 1A und 1B in einer Draufsicht zwei Varianten des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts der 1, wobei die Verschlußplatte, welche die Aufschichtung bedeckt, entfernt worden ist,
die 2, 2A und 2B ähnliche Ansichten wie diejenigen der 1, 1A und 1B für eine zweite Ausführungsform des ersten Aspekts einer fluidischen Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,
die 3 und 3A ähnliche Ansichten wie diejenigen der 1 und 1A für eine dritte Ausführungsform des ersten Aspekts einer fluidischen Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,
die 4 und 4A ähnliche Ansichten wie diejenigen der 1 und 1A für eine vierte Ausführungsform des ersten Aspekts einer fluidischen Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,
5 im Querschnitt einen Flüssigkeitsdruckdetektor, der den zweiten Aspekt einer fluidischen Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung darstellt,
die 5A und 5B in einer Draufsicht zwei Ausführungsvarianten des Flüssigkeitsdruckdetektors der 5, wobei die Verschlußplatte, welche die Aufschichtung bedeckt, sowie die Siliziumschicht entfernt worden sind,
6 eine ähnliche Ansicht wie diejenige der 5 für eine zweite Ausführungsform des zweiten Aspekts einer fluidischen Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,
7 eine Längsschnitt- und teilperspektivische Ansicht einer Mikropumpe nach einem dritten Aspekt einer fluidischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
8 eine schematische Längsschnittansicht der Mikropumpe der 7,
9 in einer Draufsicht die Mikropumpe der 7 und 8, wobei die Verschlußplatte, welche die Aufschichtung bedeckt, entfernt worden ist,
die 10 bis 15 die unterschiedlichen Schritte der Herstellung der Mikropumpe der 7 und 8,
16A in einer Draufsicht eine Ausführungsvariante des Pumpteils der 7 bis 9, das mehrere Flüssigkeitsdruckdetektoren bildet, wobei die Verschlußplatte, welche die Aufschichtung bedeckt, sowie die Siliziumschicht entfernt worden sind,
16B eine ähnliche Ansicht wie 16A; sie zeigt eine weitere Ausführungsvariante des Pumpteils der 7 bis 9, das einen ringförmigen Flüssigkeitsdruckdetektor bildet,
17 eine vergrößerte Ansicht des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts der Mikropumpe der 7 und 8, und
18 eine Ausführungsvariante des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts der 17.
In diesen Figuren trägt ein gleiches Element, das in mehreren Figuren dargestellt ist, stets das gleiche Bezugszeichen.
Des weiteren ist hervorzuheben, daß die Dicken der verschiedenen dargestellten Elemente der Klarheit halber in den Zeichnungen sehr übertrieben dargestellt sind, so daß diese nicht streng maßstabsgerecht sind.
Nach einem ersten Aspekt der fluidischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine fluidische Vorrichtung betrachtet, die ein Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts bildet, von dem eine Ausführungsform in 1 dargestellt ist. Dieses Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100, das dazu bestimmt ist, ein Einrichtungs- oder Rückschlagventil zu bilden, umfaßt eine Glasverschlußplatte 20, die oberhalb einer Aufschichtung 30 angeordnet ist, die zuvor für die Ausbildung der unterschiedlichen funktionellen Teile dieses Kontrollelements 100 bearbeitet worden ist.
Diese Aufschichtung 30 besteht aus einer Siliziumschicht 32, die über einer Siliziumoxidschicht 34 angeordnet ist, die selbst oberhalb einer Tragplatte aus Silizium 36 angeordnet ist.
Diese gemeinhin als SOI („SILICON-ON-INSULATOR") bezeichnete Art von Aufschichtung ist im Handel in Form von Platten oder „wafer" erhältlich, die vor allem in der Halbleiterelektronikindustrie verwendet werden. Die Funktion dieser drei Elemente der Aufschichtung 30 bestimmt deutlich unterschiedliche Dicken:

– die Siliziumtragplatte 36, welche als starre Unterlage dient, diese weist vorzugsweise eine Dicke zwischen 50 und 1000 μm, vorteilhafterweise zwischen 300 und 500 μm auf,
– die Siliziumoxidschicht 34 ist dazu bestimmt, die Siliziumtragplatte 36 und die Siliziumschicht 32 unter Aufrechterhalten eines konstanten Abstandes zwischen ihnen zu verbinden, wobei sie gleichzeitig in einigen Bereichen leicht entfernt werden kann, so daß ihre Dicke sehr gering bleiben muß, vorzugsweise zwischen 0,1 und 2 μm und vorteilhafterweise zwischen 0,5 und 1 μm, und
– die Siliziumschicht 32 ist dazu bestimmt, in ihrer gesamten Dicke bearbeitet zu werden, um Flüssigkeitsdurchgänge zu bilden, bzw. nur in einem Teil ihrer Dicke (etwa der Hälfte) bearbeitet zu werden, um mit der Glasverschlußplatte 20 einen Hohlraum und in einigen Fällen ein bewegliches Element zu begrenzen; diese Siliziumschicht 32, die aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium gefertigt sein kann, weist eine Anfangsdicke auf, die vorzugsweise zwischen 1 und 100 μm und vorteilhafterweise zwischen 10 und 50 μm liegt.

Die Aufschichtung 30 wird mittels der herkömmlichen Techniken der Photolithographie und des chemischen Ätzens bearbeitet, um die unterschiedlichen funktionellen Elemente des Eintrittskontrollelements 100, insbesondere einen Hohlraum 38 und ein bewegliches Element 40 zu erhalten, bevor das Verbinden zwischen der Glasverschlußplatte 20 und dieser Aufschichtung 30 vollzogen wird. Dieses Verbinden zwischen der Verschlußplatte 20 und der freien Fläche der Siliziumschicht 32 wird in bekannter Weise durch Plattenschweißen (anodisches Schweißen, wenn die Verschlußplatte aus Glas besteht) vollzogen, am Ende dessen man eine Fixierung in Form einer dichten Verbindung erhält.
Ein Flüssigkeitseintrittskanal 102 durchquert die Siliziumtragplatte in ihrer gesamten Dicke von einem ersten Ende 102a bis zu einem zweiten Ende 102b. Dieses zweite Ende 102b ist einem vollständig materialfreien, kreisförmigen Bereich 35 der Siliziumoxidschicht 34 benachbart, der sich weit über den Flüssigkeitseintrittskanal 102 hinaus erstreckt.
Die Siliziumschicht 32 wurde in einem Teil ihrer Dicke auf der der Siliziumtragplatte 36 entgegengesetzten Seite bearbeitet, um den Hohlraum 38 zu bilden. Darüber hinaus befindet sich ein Freiraum 104, der einer Materialentfernung in der gesamten Dicke der Siliziumschicht 32 entspricht, in der Verlängerung des Hohlraums 38 und des siliziumoxidfreien Bereichs 35, in der Nähe des der Siliziumoxidschicht 34 zugewandten zweiten Endes 102b des Flüssigkeitseintrittskanals 102, jedoch nicht direkt diesem gegenüber.
Der Hohlraum 38 erstreckt sich wenigstens gegenüber diesem Bereich 35 und dem Flüssigkeitseintrittskanal 102.
Wie in den 1A und 1B deutlicher zu erkennen ist, wird auf diese Weise ein Element 40 in der Siliziumschicht 32 gebildet, wobei dieses Element 40 weder mit der Glasverschlußplatte 20, noch mit der Siliziumoxidschicht 34 verbunden ist, und wobei dieses Element 40 durch den Freiraum 104 von der übrigen Siliziumschicht 32 getrennt ist.
Nach einer ersten Ausführungsvariante umfaßt das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100₁ , welches in 1A dargestellt ist, einen Freiraum 104₁ , der die Form eines offenen Rings aufweist, so daß das bewegliche Element über einen Arm 41, welcher sich in 1A links befindet, mit der übrigen Siliziumschicht 32 verbunden ist.
Nach einer zweiten Ausführungsvariante umfaßt das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100₂ , welches in 1B dargestellt ist, einen Freiraum 104₂ , der die Form von drei Winkelsektoren aufweist, die im Mittelpunkt einen Winkel in der Größenordnung von 120° aufweisen, so daß das bewegliche Element mit der übrigen Siliziumschicht 32 über drei Arme 41 verbunden ist, die jeweils zwischen zwei der vorgenannten Winkelsektoren liegen.
Man versteht, daß das Element 40 entlang einer Richtung senkrecht zur Hauptebene der Aufschichtung 30, d.h. in 1 von unten nach oben, oder, hinsichtlich der 1A und 1B, orthogonal zur Ebene des Blattes beweglich ist. Im Falle der zweiten Ausführungsvariante versteht man jedoch, daß das bewegliche Element 40 – aufgrund der drei Verbindungspunkte des beweglichen Elements 40 mit der Siliziumschicht 32 – eine größere Steifigkeit als im Fall der ersten Ausführungsvariante aufweist.
Die sehr geringe Dicke dieses Elements 40 (weniger als 50 μm und vorzugsweise in der Größenordnung von 10 μm) macht dieses entlang einer Richtung quer zur Hauptebene der Aufschichtung 30 oder der Glasverschlußplatte 20, nämlich von oben nach unten elastisch beweglich, wie dies der Pfeil mit doppelter Spitze der 1 zeigt.
In dieser 1 ist das ein Einlaßventil bildende Element 100 in der Ruhestellung, d.h. in der teilweise geöffneten Position dargestellt. Wenn die Flüssigkeit über den Eintrittskanal 102 zuläuft, hebt sich das bewegliche Element 40 unter dem Flüssigkeitsdruck, der dann in dem Eintrittskanal 102 höher ist als in dem Hohlraum 38, so daß sich das Ventil in seine geöffnete Stellung bewegt und der Flüssigkeit ermöglicht, in den Bereich 35 einzudringen, in den Freiraum 104 zu gelangen, um den Hohlraum 38 zu erreichen.
Dieses Element 100 ist geeignet, in einer komplexeren fluidischen Anordnung aufgenommen zu werden, bei der das Element 100 ein stromaufwärtiges Flüssigkeitseintrittselement bildet. So versteht man, daß die in dem Hohlraum 38 vorhandene Flüssigkeit geeignet ist, einen Druck aufzuweisen, der über dem Flüssigkeitsdruck in dem Eintrittskanal 102 liegt, was nun das Verschließen des Elements 100 durch Absenken des beweglichen Elements ermöglicht, das um das zweite Ende 102b des Kanals 102 herum in dichten Kontakt an die Seite der Siliziumtragplatte 36 gelangt, welche der Siliziumschicht zugewandt ist.
Die relative Elastizität der Siliziumschicht 32, die an der Stelle des Hohlraums 38 verjüngt ist (der einzige Arm 41 der 1A oder die drei Arme 41 der 1B), ermöglicht dann, wenn der Flüssigkeitsdruck in dem Hohlraum 38 nicht mehr über dem Flüssigkeitsdruck in dem Kanal 102 liegt, ein Zurückkehren des Elements 40 in seine Ausgangsposition, wie sie in 1 dargestellt ist, d.h. ein teilweises Verschließen des Elements 100. Wenn der Flüssigkeitsdruck in dem Hohlraum 38 größer wird als der Flüssigkeitsdruck in dem Kanal 102, senkt sich das bewegliche Element 40 vollständig, bis es in dichten Kontakt an die Tragplatte 36 gelangt; das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100 ist nun verschlossen.
Man versteht, daß dieses Element 100 ein Einlaßventil bildet, bei dem der Körper des Ventils von der Seite des beweglichen Elements 40 gebildet ist, welche der Siliziumtragplatte 36 zugewandt ist, und bei dem der Sitz des Ventils von dem Bereich der Seite der Siliziumtragplatte 36 gebildet ist, welcher der Siliziumschicht 32 zugewandt ist, welche das zweite Ende 102b des Kanals 102 umgibt.
Nach einer in den 2, 2A und 2B dargestellten zweiten Ausführungsform ist es auch möglich, eine Vorspannung zu erzeugen, welche das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100' in der geschlossenen Stellung in die Ruhestellung des beweglichen Elements 40 bewegt.
Zu diesem Zweck weist ein isolierter Abschnitt 106 des beweglichen Elements 40, der in der Mitte des Arms 41 gelegen ist, eine Dicke auf, die gleich der Ausgangsdicke der Siliziumschicht 32 ist. Dieser Abschnitt 106 befindet sich in der Verlängerung eines Elements 110, das an der der Aufschichtung zugewandten Seite 20a der Verschlußplatte 20 oder an der freien Fläche des genannten Abschnittes 106 angeordnet ist.
Vorzugsweise ist dieses Element 110 aus einer Titanschicht hervorgegangen, die auf der vorgenannten Seite 20a der Verschlußplatte 20 abgeschieden wird. Dieses Element 110 drückt nach unten auf den isolierten Abschnitt 106 und drückt das bewegliche Element 40 in seine Verschlußstellung, die nun seiner Ruhestellung entspricht. Die Elastizität des beweglichen Elements 40 reicht jedoch aus, um dessen Öffnen zu ermöglichen.
So bilden der Abschnitt 106 und das Element 110 Auflagemittel, welche das bewegliche Element 40 in seiner Ruhestellung in die genannte geschlossene Stellung bewegen.
Die 3 und 3A betreffen eine dritte Ausführungsform des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts, das den ersten Aspekt der Erfindung darstellt. In diesem Fall umfaßt das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100'' ferner, im Vergleich zu der ersten und zweiten Ausführungsform des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts, eine zweite Glasplatte 20'.
Somit ist bei diesem Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100 die obere Verschlußplatte 20 eine erste Verschlußplatte 20 aus Glas, und die zweite Glasverschlußplatte 20' bildet eine zweite Verschlußplatte, die an der Seite der Tragplatte 36 befestigt ist, welche der ersten Verschlußplatte 20 aus Glas gegenüberliegt.
Diese zweite Verschlußplatte 20' aus Glas ist mit einem Kanal 102''a versehen, der sie vollständig durchquert.
Um den Körper und den Sitz des Ventils zwischen der zweiten Verschlußplatte 20' und der Siliziumtragplatte 36 zu verschieben, ist in der gesamten Dicke der Tragplatte 36, gegenüber dem und in der Verlängerung des Hohlraums 38, des beweglichen Elements 40 und des Kanals 102''a, ein bewegliches Teil 361 ausgebildet. Dieses bewegliche Teil 361 befindet sich in der Nähe des Freiraumes 104₂ , liegt diesem jedoch nicht gegenüber.
Ein materialfreier ringförmiger Raum 102'' ist in die gesamte Dicke der Tragplatte 36, gegenüber dem vollständig materialfreien Bereich 35 der Schicht aus Isoliermaterial 34 gearbeitet, wodurch das bewegliche Teil 361 von der übrigen Tragplatte 36 getrennt und wodurch der Flüssigkeitseintrittskanal 102'' der Tragplatte 36 gebildet wird, der mit dem Freiraum 104₂ in Verbindung steht.
Die Schicht aus Isoliermaterial 34 weist einen Verbindungsbereich 321 auf, welcher von dem Bereich 35 umgeben ist, der nun ringförmig ist, wobei der Verbindungsbereich 321 das bewegliche Teil 361 fest mit dem beweglichen Element 40 verbindet, wodurch das bewegliche Teil 361 der Aufwärts- oder Abwärtsbewegung des beweglichen Elements 40 unterworfen ist.
Ein aus einem adhäsionshemmenden Material (vorzugsweise aus Titan) gefertigtes ringförmiges Ventilelement 370, befindet sich auf der Seite der zweiten Verschlußplatte 20' aus Glas, welche dem beweglichen Teil 361 gegenüberliegt.
Wenn sich das bewegliche Element 40 so nahe wie möglich an der Tragplatte 36 befindet (nicht dargestellte Situation), sind – dank dieses Ventilelements 370 – die der zweiten Verschlußplatte 20' zugewandte Seite des beweglichen Teils 361 und die der Tragplatte 36 zugewandte Seite des Ventilelements 370 in dichtem Kontakt, wodurch das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100'' in die Verschlußposition bewegt wird, wodurch der Flüssigkeitsdurchgang von dem Kanal 102''a der zweiten Verschlußplatte 20' zu dem Flüssigkeitseintrittskanal 102'' der Tragplatte 36 verhindert wird.
Sind hingegen der Körper des Ventils (das bewegliche Teil 361 in dem in den 3 und 3A dargestellten Fall) und der Sitz des Ventils (Ventilelement 370 in dem in den 3 und 3A dargestellten Fall) nicht in Kontakt, befindet sich das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100'' in der Öffnungsstellung, welche den Flüssigkeitsdurchgang von dem Kanal 102''a der zweiten Verschlußplatte 20' zu dem Flüssigkeitseintrittskanal 102'' der Tragplatte 36, anschließend zu dem Freiraum 104₂ in Richtung auf den Hohlraum 38 zuläßt. Dies ist die in 3 dargestellte Situation.
Nimmt man Bezug auf 3A, welche das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100'' der 3 in einer Draufsicht zeigt, nachdem die Verschlußplatte 20 entfernt worden ist, stellt man fest, daß eine große Ähnlichkeit mit 1B besteht, da das bewegliche Element 40 ebenfalls über drei Arme 41 mit der übrigen Siliziumschicht 32 verbunden ist. Der Freiraum 104₂ ist somit ebenfalls von drei Winkelsektoren gebildet, die im Mittelpunkt einen Winkel von etwa 120° aufweisen und die hier ringförmig sind.
Die 4 und 4A betreffen eine vierte Ausführungsform des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts, das den zweiten Aspekt der Erfindung darstellt. Wie bei der in den 3 und 3A dargestellten dritten Ausführungsform, weist das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100''' in diesem Fall außerdem, im Vergleich zu der ersten und zweiten Ausführungsform des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts, ein zweite Glasplatte 20' auf.
Diese zweite Glasplatte 20' bildet eine zweite Verschlußplatte aus Glas, die an der Seite der Tragplatte 36 befestigt ist, welche der ersten Glasverschlußplatte 20 entgegengesetzt ist, und die mit einem sie vollständig durchquerenden Kanal 102''a versehen ist.
Wie bei der in den 3 und 3A dargestellten dritten Ausführungsform des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts ist, ebenfalls um den Körper und den Sitz des Ventils zwischen der zweiten Verschlußplatte 20' und der Siliziumtragplatte zu verschieben, ein bewegliches Teil 361 in der gesamten Dicke der Tragplatte 36 des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100''', gegenüber dem und in der Verlängerung des Hohlraums 38 und des beweglichen Elements 40 ausgebildet.
Dieses bewegliche Teil 361 ist ringförmig (siehe 4 und 4A) und ist zunächst durch einen ersten materialfreien, ringförmigen Raum 102'''a begrenzt, der in die gesamte Dicke der Tragplatte 36 gegenüber dem vollständig materialfreien Bereich 35 der Schicht aus Isoliermaterial 34 und dem Hohlraum 38 gearbeitet worden ist. Somit trennt dieser erste ringförmige Raum 102'''a das bewegliche Teil 361 von dem Rest der Tragplatte 36.
Dieses bewegliche, ringförmige Teil 361 wird dann auch von einem zweiten zylindrischen, materialfreien Raum 102''' begrenzt, der in die gesamte Dicke der Tragplatte 36 an der Stelle (in der Mitte) des beweglichen Teils 361 gearbeitet worden ist. Dieser zweite materialfreie Raum 102''' bildet den genannten Flüssigkeitseintrittskanal 102''', der mit dem Freiraum 104₁ in Verbindung steht, der sich nun gegenüber diesem und in der Verlängerung dieses Flüssigkeitseintrittskanals 102''' befindet.
Wie auch bei der in den 3 und 3A dargestellten dritten Ausführungsform des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100'', weist die Schicht aus Isoliermaterial 34 des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100''' gemäß der vierten Ausführungsform einen Verbindungsbereich 321 auf, der von dem Bereich 35 umgeben ist und der das bewegliche Teil 361 fest mit dem beweglichen Element 40 um den Flüssigkeitseintrittskanal 102''' und den Freiraum 104₁ herum verbindet. In diesem Fall sind der Verbindungsbereich 321 und der Bereich 35 ringförmig und konzentrisch.
Dieses Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100''' umfaßt ferner ein ringförmiges Ventilelement 370, das aus einem adhäsionshemmenden Material (vorzugsweise aus Titan) gefertigt ist und das sich auf der Seite der zweiten Glasverschlußplatte 20' befindet, welche dem beweglichen Teil 361 gegenüberliegt.
Dieses ringförmige Ventilelement 370 umgibt den genannten Flüssigkeitseintrittskanal 102''' der Tragplatte 36, jedoch nicht den Kanal 102''a der Verschlußplatte 20', der in den ersten materialfreien, ringförmigen Raum 102'''a der Tragplatte 36 mündet.
Wenn sich das bewegliche Element 40 so nahe wie möglich an der Tragplatte 36 befindet (nicht dargestellte Situation), sind – dank dieses Ventilelements 370 – die der zweiten Verschlußplatte 20' zugewandte Seite des beweglichen Teils 361 und die der Tragplatte 36 zugewandte Seite des Ventilelements 370 in dichtem Kontakt, wodurch das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts in die Verschlußposition bewegt wird. In dieser Verschlußposition des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100''' kann die Flüssigkeit, die von dem Kanal 102''a der zweiten Verschlußplatte 20' aus in den ersten ringförmigen Raum 102'''a gelangt, nicht in den Flüssigkeitseintrittskanal 102''' der Tragplatte 36 eindringen; die Flüssigkeit bleibt in dem ersten ringförmigen Raum 102'''a der Tragplatte 36 blockiert.
Sind hingegen der Körper des Ventils (das bewegliche Teil 361 in dem in den 4 und 4A dargestellten Fall) und der Sitz des Ventils (Ventilelement 370 in dem in den 4 und 4A dargestellten Fall) nicht in Kontakt, befindet sich das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100''' in der Öffnungsstellung (siehe 4 und 4A), welche den Flüssigkeitsdurchgang von dem Kanal 102''a der zweiten Verschlußplatte 20' zu dem ersten ringförmigen Raum 102'''a der Tragplatte 36, anschließend zwischen dem bewegliche Teil 361 und dem Ventilelement 370 zu dem Flüssigkeitseintrittskanal 102''' der Tragplatte 36, anschließend zu dem Freiraum 104₁ in Richtung auf den Hohlraum 38 zuläßt.
Das Ventilelement 370 der dritten und vierten Ausführungsform des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts (100'' und 100''') könnte auch an der Seite des beweglichen Teils 361 angeordnet sein, welche der zweiten Glasverschlußplatte 20' gegenüberliegt, und/oder könnte auch aus einem anderen adhäsionshemmenden Material, wie Gold, Siliziumoxid oder Siliziumnitrid gefertigt sein.
Somit gehören die dritte und vierte Ausführungsform des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts, die in den 3, 3A bzw. 4, 4A dargestellt sind, zu einer zweiten Art von fluidischer Vorrichtung, bei der eine zweite Glasplatte 20' erforderlich ist, um den Sitz des Ventils zwischen dieser zweiten Glasplatte 20' und einem beweglichen Teil 361 der Tragplatte 36 der Aufschichtung 30 zu verschieben.
Die Funktionsweise der Elemente zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100'' oder 100''' ist mit derjenigen der Elemente zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100 und 100' gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform (1, 1A, 1B bzw. 2, 2A und 2B) identisch.
Was das Verfahren zur Herstellung der Elemente zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100'' oder 100''' anbelangt, so ist es im Vergleich zu dem Verfahren zur Herstellung der Elemente zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100 und 100' nach der ersten und zweiten Ausführungsform (1, 1A, 1B bzw. 2, 2A und 2B) ausreichend, eine zweite Verschlußplatte 20' vorzusehen, auf der ein ringförmiges, aus einem adhäsionshemmenden Material gefertigtes Ventilelement 370 abgeschieden worden sein wird, und diese mit der Siliziumtragplatte 36 zu verbinden. Diese beiden Schritte werden am Ende des Herstellungsverfahrens, d.h. nach der Behandlung (insbesondere durch Bearbeiten und/oder Strukturieren) der Aufschichtung 30 durchgeführt.
Das Vorhandensein des Ventilelements 370 in den Elementen zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100'' oder 100''' ermöglicht, das bewegliche Element 40 unter Vorspannung zu bringen, da das Vorhandensein der Dicke des Ventilelements 370 das bewegliche Element 40 in dem Hohlraum 38 um so mehr nach oben versetzt (siehe 3 und 4).
Dank der Techniken der Mikrobearbeitung, die eingesetzt werden können, um die Aufschichtung 30 zu bearbeiten, kann das Volumen der Flüssigkeitseintrittskanäle 102'' und 102''' der Tragplatte 36 sehr genau kontrolliert werden, um das durch diese Kanäle erzeugte tote Volumen zu verringern.
Die Elemente zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100'' oder 100'', die soeben beschrieben wurden, können als Einlaßventil in eine Mikropumpe wie diejenige, die weiter unten in Verbindung mit den 7 und 8 beschrieben wird, integriert werden.
In 5 ist ein zweiter Aspekt der fluidischen Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dargestellt, der einem Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes 400 entspricht, welches geeignet ist, zu einer komplexeren fluidischen Anordnung zu gehören, die auch das zuvor vorgestellte Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100 beinhalten kann.
Dieses Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes 400 umfaßt eine Glasverschlußplatte 20, die oberhalb einer Aufschichtung 30 angeordnet ist, die vorher für die Ausbildung der verschiedenen funktionellen Teile dieses Elements zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes 400 bearbeitet worden ist.
Diese Aufschichtung 30 besteht aus einer Siliziumschicht 32, die über einer Siliziumoxidschicht 34 angeordnet ist, die selbst oberhalb einer Siliziumtragplatte 36 angeordnet ist.
Diese Art von Aufschichtung, die gemeinhin als SOI („SILICON-ON-INSULATOR") bezeichnet wird, ist im Handel in Form von Platten oder „wafer" erhältlich, die vor allem in der Halbleiterelektronikindustrie verwendet werden. Wie bei dem zuvor vorgestellten Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100 bestimmt die Funktion dieser drei Elemente der Aufschichtung 30 deutlich unterschiedliche Dicken:

– die Siliziumtragplatte 36, welche als starre Unterlage dient, diese weist vorzugsweise eine Dicke zwischen 50 und 1000 μm, in vorteilhafter Weise zwischen 300 und 500 μm auf,
– die Siliziumoxidschicht 34 ist dazu bestimmt, die Siliziumtragplatte 36 und die Siliziumschicht 32 unter Aufrechterhalten eines konstanten Abstandes zwischen ihnen zu verbinden, wobei sie gleichzeitig in einigen Bereichen leicht entfernt werden kann, so daß ihre Dicke sehr gering bleiben muß, vorzugsweise zwischen 0,1 und 2 μm und vorteilhafterweise zwischen 0,5 und 1 μm, und
– die Siliziumschicht 32 ist dazu bestimmt, nur in einem Teil ihrer Dicke (etwa der Hälfte) bearbeitet zu werden, um mit der Glasverschlußplatte 20 einen Hohlraum und ein bewegliches Element zu begrenzen; diese Siliziumschicht 32, die aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium gefertigt sein kann, weist eine Anfangsdicke auf, die vorzugsweise zwischen 1 und 100 μm und vorteilhafterweise zwischen 10 und 50 μm liegt.

Die Aufschichtung 30 wird mittels der herkömmlichen Techniken der Photolithographie und des chemischen Ätzens bearbeitet, um die unterschiedlichen funktionellen Elemente dieses Elements zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes 400, insbesondere einen Hohlraum 38 und ein bewegliches Element 40 zu erhalten, bevor das Verbinden zwischen der Glasverschlußplatte 20 und dieser Aufschichtung 30 vollzogen wird. Dieses Verbinden zwischen der Verschlußplatte 20 und der freien Fläche der Siliziumschicht 32 wird in bekannter Weise durch Plattenschweißen (anodisches Schweißen, wenn die Verschlußplatte aus Glas besteht) vollzogen, am Ende dessen man eine Fixierung in Form einer dichten Verbindung erhält.
Dieses Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes 400 umfaßt den Hohlraum 38, in dem ein Fluid zirkuliert, dessen Strömungsrichtung in 5 durch zwei horizontale Pfeile veranschaulicht wurde. Unter dem Druck dieser Flüssigkeit ist das bewegliche Element 40 in der Lage, sich vertikal zu bewegen, indem es sich der Siliziumtragplatte 36 nähert oder sich von dieser entfernt (vertikaler Pfeil mit Doppelspitze), bis es mit dieser Siliziumtragplatte 36 in Kontakt gelangt.
Beispielsweise verläuft der Weg der Flüssigkeit in dem Hohlraum 38 von einem in 5 links befindlichen Eingang 402 bis zu einem in 5 im rechten Teil befindlichen Ausgang 404.
Um das Entfernen von Material zu vollziehen, was dem Bereich 35 der Siliziumoxidschicht 34 entspricht, wird eine Reihe von Kanälen 412 mit kreisförmigem Querschnitt in die gesamte Dicke der Siliziumtragplatte 36 gegenüber diesem Bereich 35 und dem beweglichen Element 40 gehöhlt.
Wie in den 5A und 5B zu erkennen ist, befinden sich diese Kanäle 412 in gleichem Abstand zueinander gegenüber dem gesamten Bereich 35, in dem das Siliziumoxid von der Schicht 34 entfernt ist.
Ein weiterer Kanal 412', der im Querschnitt die Form einer, vorzugsweise ringförmigen, Zylinderwand aufweist, ist in die gesamte Dicke der Siliziumtragplatte 36 gehöhlt und umgibt die Reihe der Kanäle 412. Dieser Kanal 412' ermöglicht, von dem Rest der Siliziumtragplatte 36 ein zylinderförmiges Stützteil 414 zu trennen, das von den Kanälen 412 durchzogen ist, das dem beweglichen Element 40 gegenüberliegt und das an eine elektrische Verbindung angeschlossen ist.
Um das Stützteil 414 mit der Aufschichtung 30 fest verbunden zu halten, ist ein Abschnitt 416 der Siliziumoxidschicht 34 an dem Rand des Stützteils 414, neben dem Kanal 412' ganz gelassen. Denn dieser Abschnitt 416 verbindet das Stützteil 414 mit der Siliziumschicht 32, wobei er das bewegliche Element 40 umgibt, wodurch Mittel zum festen Verbinden gebildet werden.
In der Ausführungsvariante der 5A weisen der Kanal 412' und der Abschnitt 416 eine Zylinderwandform mit kreisförmigem Querschnitt auf, während die Kanäle 412 gleichmäßig über einen kreisförmigen Bereich verteilt sind.
Im Fall der Ausführungsvariante der 5B sind die Kanäle 412 gleichmäßig über einen rechteckförmigen Bereich verteilt, der Abschnitt 416 besteht aus zwei halbkreisförmigen Abschnitten, die unter Bildung von zwei „Ohren" entlang der beiden gegenüberliegenden Seiten des vorgenannten Rechtecks gelegen sind. In dieser 5B umgibt der Kanal 412' gleichzeitig den vorgenannten rechteckförmigen Bereich und die zwei Abschnitte 416, wobei dieser Kanal 412' nun die Form einer Zylinderwand mit rechteckigem Querschnitt mit zwei Ohren aufweist, wie eine Art vierblättriges Kleeblatt oder griechisches Kreuz.
Dieses Element zum Erfassen des Druckes 400 ist derart ausgebildet, daß dann, wenn der Flüssigkeitsdruck eine bestimmt Schwelle in dem Hohlraum 38 überschreitet, das bewegliche Element 40 von seiner Ruhestellung oder geöffneten Stellung (welche in 5 dargestellt ist) in eine aktive oder geschlossene Stellung übergeht, in der das bewegliche Element 40 mit dem Stützteil 414 der Siliziumtragplatte 36 in Kontakt kommt.
In diesem Fall erzeugt der Kontakt zwischen der Schicht 32 (an der Stelle des beweglichen Elements 40) und der Platte 36 (an der Stelle des Stützteils 414), die beide aus einem dotierten Silizium gefertigt sind, das einen Halbleiter bildet, welcher die Rolle eines in einen kapazitiven Schaltkreis integrierten elektrischen Leiters spielt, zwischen den an die Schicht 32 bzw. an das Stützteil 414 der Tragplatte 36 angeschlossenen elektrischen Verbindungen eine drastische Erhöhung der Kapazität, deren Erfassen ermöglicht, zu erfahren, daß ein vorbestimmtes Flüssigkeitsdruckniveau in dem Hohlraum 38 erreicht worden ist.
Es können weitere Ausführungsvarianten in Betracht gezogen werden, insbesondere diejenige, zwei Elektroden auszubilden, die zwei Stützteile bilden, die voneinander sowie vom Rest der Platte 36 getrennt sind.
Dieses Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes 400 bildet einen Flüssigkeitsdruckfühler, der kapazitiv arbeitet. Es können jedoch dank dieses Elements 400 andere Fühlerarten geschaffen werden, nämlich ein Fühler mit Tunneleffekt, mit Schotky-Kontakt, durch induktives Erfassen, durch optisches Erfassen (beispielsweise unter Verwendung einer Laserdiode, welche die Krümmung des beweglichen Elements 40 erkennt) oder ein Fühler, der einen Dehnungsmeßstreifen verwendet.
Ein solches Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes 400 ist im Bereich einer fluidischen Anordnung sehr nützlich, da es ermöglicht, in Abhängigkeit von dem Druckniveau, das den Kontakt zwischen dem beweglichen Element 40 und dem Stützteil 414 auslöst, festzustellen, daß ein vorbestimmtes Druckniveau in dem Hohlraum 38 erreicht ist.
Es versteht sich, daß dieser Druckdetektor 400 ein Differentialgeber ist, der als Druckreferenz den in den Kanälen 412 und 412' und in dem materialfreien Bereich 35 herrschenden Außendruck nimmt.
6 betrifft eine zweite Ausführungsform des Elements zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes, das den zweiten Aspekt der Erfindung darstellt. In diesem Fall umfaßt das Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes 400''' außerdem, im Vergleich zu der ersten Ausführungsform des Elements zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes der 5, 5A und 5B eine zweite Glasplatte 20'.
Bei diesem Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes 400''' ist die obere Verschlußplatte 20 somit eine erste Glasverschlußplatte 20, und bildet die zweite Glasplatte 20' eine zweite Verschlußplatte, die an der Seite der Tragplatte 36 befestigt ist, welche der genannten ersten Verschlußplatte 20 aus Glas entgegengesetzt ist.
Die Tragplatte 36 ist mit einem sie vollständig durchquerenden Kanal 422 versehen.
Um den Bereich des elektrischen Kontakts, welcher das Erfassen der Druckschwelle hervorruft, zu der zweiten Glasverschlußplatte 20' zu verlagern, bildet bei der zweiten Ausführungsform des Elements zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes 400''' das Teil, welches eine von dem Rest der Tragplatte 36 getrennte Insel bildet, ein bewegliches Teil 461.
Zu diesem Zweck ist der Kanal 422 ringförmig, um das bewegliche Teil 461 von der übrigen Tragplatte 36 zu trennen, und weist die Schicht aus Isoliermaterial 34 einen Verbindungsbereich 321 auf, welcher von dem Bereich 35 umgeben ist und das bewegliche Teil 461 fest mit dem beweglichen Element 40 verbindet.
Um die Funktionen eines Druckdetektors zu erfüllen, umfaßt dieses Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes 400''' außerdem ein erstes leitendes Element 463, das auf der Seite des beweglichen Elements 461 angeordnet ist, welche der zweiten Glasverschlußplatte 20' gegenüberliegt, sowie ein zweites leitendes Element 465, das auf der Seite der zweiten Verschlußplatte aus Glas 20' angeordnet ist, welche dem beweglichen Teil 461 gegenüberliegt. Selbstverständlich sind das erste und das zweite leitende Element 463, 465 geeignet, einen elektrischen Kontakt herzustellen, wenn das bewegliche Element 40 und das bewegliche Teil 461, das mit diesem fest verbunden ist, sich der zweiten Verschlußplatte aus Glas 20' nähern.
Alternativ zu diesem elektrischen Kontakt können weitere Erfassungsmethoden eingesetzt werden, nämlich kapazitives, induktives, optisches Messen oder Messen mittels Dehnungsmeßstreifen, die an dem beweglichen Element 40 angeordnet sind. In diesen anderen Fällen wird das Vorhandensein und/oder der Ort des ersten leitenden Elements 463 und/oder des zweiten leitenden Elements 465 an die eingesetzte Erfassungstechnik anzupassen sein.
Wie bei dem Druckdetektor 400, welcher in Verbindung mit den 5, 5A und 5B beschrieben ist, ermöglicht der Flüssigkeitsdruckdetektor 400''', anhand der aufgrund der Zunahme des Flüssigkeitsdrucks in der Pumpkammer zunehmenden Verformung des beweglichen Elements 40 eine bestimmte Druckschwelle im Vergleich zu dem Außendruck festzustellen.
So gehört die zweite Ausführungsform des Druckerfassungselements, welche in 6 dargestellt ist, zu einer zweiten Art von fluidischer Vorrichtung, bei der eine zweite Glasplatte 20' erforderlich ist, um den elektrischen Kontakt zwischen dieser zweiten Glasplatte 20' und einem beweglichen Teil 461 der Tragplatte 36 der Aufschichtung 30 zu verlagern.
Die Elemente zur Druckerfassung 400 und 400''', die soeben beschrieben wurden, können als Einlaßventil in eine Mikropumpe, wie diejenige, die weiter unten in Verbindung mit den 7 und 8 beschrieben wird, integriert werden.
Was das Verfahren zur Herstellung des Elements zur Druckerfassung 400''' anbelangt, so ist es im Vergleich zu dem Verfahren zur Herstellung des Druckerfassungselements 400 nach der ersten Ausführungsform (5, 5A, 5B) ausreichend, eine zweite Verschlußplatte 20' vorzusehen, auf der ein zweites leitendes Element 465 aus einem elektrisch leitenden Material abgeschieden sein wird, und diese mit der Siliziumtragplatte 36 zu verbinden. Diese beiden Schritte werden am Ende des Herstellungsverfahrens durchgeführt, d.h. nach der Behandlung (insbesondere durch Bearbeiten und/oder Strukturieren) der Aufschichtung 30 und nachdem die von dem beweglichen Element 40 abgewandte Seite des beweglichen Teils 461 mit einem aus einem elektrisch leitenden Material gefertigten ersten leitenden Element 463 versehen wurde. Es muß selbstverständlich vorgesehen werden, das erste und das zweite leitende Element 463, 465 mit dem Kreis des Erfassungssystems zu verbinden.
Es sei angemerkt, daß der Begriff „Kanal", welcher für die Kanäle oder Volumina 412, 412' und 422 der beiden Ausführungsformen 400 und 400''' des Druckgebers verwendet wird, nicht für den Flüssigkeitsdurchgang während des Betriebs dieses fluidischen Elements bestimmt ist.
Der erste und der zweite Aspekt der fluidischen Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die soeben in Verbindung mit den 1 bis 6 beschrieben wurden, realisieren unterschiedliche Funktionen in Anwendung auf einen Flüssigkeitsdurchgang in einer fluidischen Vorrichtung und weisen eine ähnliche einfache Struktur auf, die nach einem sehr einfach durchzuführenden Herstellungsverfahren ausgebildet werden kann.
Des weiteren weist dieses Verfahren zur Herstellung der zuvor vorgestellten verschiedenen Elemente 100, 100'', 100''', 400 und 400''' große Ähnlichkeiten auf, so daß diese verschiedenen fluidischen Elemente 100, 100'', 100''', 400 und 400''' leicht in einer gleichen fluidischen Anordnung angeordnet werden können.
Ein solches Integrationsbeispiel wird nachfolgend in Verbindung mit den 7 bis 15 beschrieben. Die gemeinsamen Schritte des Verfahrens zur Herstellung der Elemente 100, 100'', 100''', 400 und 400''' sind zu Beginn der Beschreibung in Verbindung mit einem Verfahren zur Herstellung einer fluidischen Vorrichtung erwähnt worden; das genannte Verfahren weist Anpassungen für die Ausbildung eines jeden der Elemente 100, 100'', 100''', 400 und 400''' auf, wie nachfolgend erwähnt ist.
Das Verfahren zur Herstellung des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100, wie es in 1 dargestellt ist, umfaßt die folgenden Schritte:

a) es wird eine Aufschichtung 30 bereitgestellt, die eine Tragplatte 36, vorzugsweise aus Silizium, eine Schicht aus Siliziumoxid 34, welche die Tragplatte 36 wenigstens teilweise bedeckt, sowie eine Schicht 32 aus (monokristallinem oder polykristallinem) Silizium umfaßt, welche die genannte Siliziumoxidschicht 34 bedeckt und eine freie Fläche aufweist, die einer die genannte Siliziumoxidschicht 34 bedeckenden Seite gegenüberliegt,
b) aus der freien Fläche der Siliziumschicht 32 wird durch Photolithographie und chemisches Ätzen der Hohlraum 38 gearbeitet,
c) aus der freien Fläche der Siliziumschicht 32 wird durch Photolithographie und chemisches Ätzen über die gesamte Dicke der Siliziumschicht 32 bis zum Erreichen der Siliziumoxidschicht 34 der Freiraum 104 gearbeitet,
d) von der anderen Seite der Aufschichtung 30 her, wird durch Photolithographie und chemisches Ätzen der Flüssigkeitseintrittskanal 102 gearbeitet, welcher die Tragplatte 36 vollständig durchquert,
e) durch diesen Kanal 102 und den Freiraum 104 wird ein chemisches Ätzen der Siliziumoxidschicht 34 vollzogen, derart, daß der materialfreie Bereich 35 in der Siliziumoxidschicht 34 geschaffen wird, so daß der Bereich der Siliziumschicht 32, der diesem Bereich 35 gegenüberliegt, von der Siliziumoxidschicht 34 befreit wird, wodurch das bewegliche Element 40 gebildet wird, das über den Arm oder die Arme 41 mit der Siliziumschicht 32 verbunden bleibt,
f) es wird die Verschlußplatte 20 bereitgestellt, und
g) die Verschlußplatte 20 wird durch physikalisch-chemische Mittel, vorzugsweise durch Plattenschweißen („wafer bonding") auf dichte Weise mit der Oberfläche der Siliziumschicht 32, die nicht bearbeitet worden ist, verbunden.

Wenn die Verschlußplatte 20 aus Glas gefertigt ist, besteht die vorgenannte Plattenschweißtechnik in einem anodischen Schweißen. Wenn die Verschlußplatte aus Silizium gefertigt ist, wird ein direktes Schweißen die dichte Verbindung mit der Siliziumschicht 32 ermöglichen.
Man versteht somit, daß die Behandlung der Aufschichtung 30 mittels Mikrobearbeitung für eine jede ihrer Flächen unabhängig erfolgt, so daß die Gruppen von Schritten b) und c) auf der einen Seite und d) und e) auf der anderen Seite voreinander, wie zuvor beschrieben, oder nacheinander durchgeführt werden können.
Das Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes 400, welches in 5 dargestellt ist und das den zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt, wird nach einem Verfahren hergestellt ist, das die folgenden Schritte umfaßt:

a) es wird eine Aufschichtung 30 bereitgestellt, die eine Tragplatte 36, vorzugsweise aus Silizium, eine Siliziumoxidschicht 34, welche die Tragplatte 36 wenigstens teilweise bedeckt, sowie eine Schicht 32 aus (monokristallinem oder polykristallinem) Silizium umfaßt, welche die Schicht 34 bedeckt und eine freie Fläche aufweist, die einer die Siliziumoxidschicht 34 bedeckenden Seite gegenüberliegt,
b) aus der freien Fläche der Siliziumschicht 32 wird durch Photolithographie und chemisches Ätzen der Hohlraum 38 gearbeitet,
c) von der anderen Seite der Aufschichtung 30 her, werden die Kanäle 412 und 412' gearbeitet, welche die Tragplatte 36 von der anderen Seite der Aufschichtung 30 her vollständig durchqueren,
d) durch die Kanäle 412 und 412' wird ein chemisches Ätzen der Siliziumoxidschicht 34 vollzogen, um den materialfreie Bereich 35 der Siliziumoxidschicht 34 zu schaffen, wobei gleichzeitig im Bereich des Abschnittes 416 Siliziumoxid gelassen wird, und um das bewegliche Element von der Siliziumoxidschicht 34 zu befreien,
e) es wird die Verschlußplatte 20 bereitgestellt, und
f) die Verschlußplatte 20 wird durch ein physikalisch-chemisches Verfahren, vorzugsweise durch Plattenschweißen („wafer bonding") auf dichte Weise mit der Oberfläche der Siliziumschicht 32, die nicht bearbeitet worden ist, verbunden.

Sei es nun für eines der Elemente zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100, 100'', 100''' oder für eines der Elemente zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes 400, 400''', man versteht, daß die Bearbeitung des Hohlraums 38, der sich zwischen der Siliziumschicht 32 und der Verschlußplatte 20 befindet, auch durch Bearbeitung der Schicht 32 und der Platte 20 oder durch alleinige Bearbeitung der Platte 20 erfolgen kann.
Es wird nun auf die 7 bis 9 Bezug genommen, welche eine Mikropumpe 500 darstellen, die eine fluidische Anordnung bildet, welche ein Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100, ein Pumpteil 502, ein Element zum Erfassen des Druckes 400 und ein Element zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts 200 beinhaltet.
In bevorzugter Weise ist die Mikropumpe, neben der Glasverschlußplatte 20 und der Aufschichtung 30, mit einer zusätzlichen Verschlußplatte 20' aus Glas versehen, die durch Plattenschweißen an der Seite der Tragplatte 36 befestigt ist, welche von der Glasverschlußplatte 20 abgewandt ist, d.h. in den 7 und 8 am unteren Teil.
Man versteht so, daß die Verschlußplatte 20 eine erste Glasverschlußplatte bildet und daß die zusätzliche Verschlußplatte 20' eine zweite Glasverschlußplatte bildet, welche an der Seite der Tragplatte 36 befestigt ist, die von der ersten Verschlußplatte aus Glas 20 abgewandt ist.
Wie weiter unten näher ausgeführt werden wird, dient die Glasverschlußplatte 20 zusätzlich zu ihrer Funktion, den flüssigkeitgefüllten Raum der Mirkopumpe wieder dicht zu verschließen, als Anschlag während der Aufwärtsbewegung der Pumpmembran 506. Um eine Adhäsion oder einen Saugnapfeffekt zwischen der Pumpmembran und der Verschlußplatte 20 zu vermeiden, befinden sich an der der Aufschichtung zugewandten Seite 20a der Verschlußplatte 20 Elemente 510 aus einem adhäsionshemmenden Material.
Vorzugsweise sind diese Elemente 510 aus einer Titanschicht hervorgegangen, die auf der vorgenannten Seite 20a der Verschlußplatte 20 abgeschieden wird. Diese Elemente 510 bilden voneinander getrennte Vorsprünge, die ein Strömen der Flüssigkeit zwischen ihnen ermöglichen, wobei gleichzeitig vermieden wird, daß die Pumpmembran 506 an der Verschlußplatte 20 anhaftet.
Es ist anzumerken, daß diese Elemente 510 auch auf der Siliziumschicht 32, nämlich insbesondere an der freien Fläche der Membran 506 angeordnet sein können.
Auch die Verschlußplatte 20' dient als Anschlagelement bei der Abwärtsbewegung der Membran 506 durch Kontakt zwischen der Platte 20' und dem beweglichen Pumpteil 514. Die Kombination dieser zwei Anschläge (Platten 20 und 20') ermöglicht, den Ausschlag der Vertikalbewegung der Membran 506 zu kontrollieren und die Präzision des gepumpten Volumens zu gewährleisten.
Um dieses Teil 514 beweglich zu halten, ist eine adhäsionshemmende Schicht 520 auf der der Aufschichtung 30 zugewandten Seite der zusätzlichen Verschlußplatte 20' vorgesehen (siehe 7 und 8). Diese Schicht 520 weist eine Ringform auf und befindet sich an dem Rand einer Öffnung 522, welche die zusätzliche Verschlußplatte 20' durchquert.
Die Schicht 520 ist vorzugsweise aus Titan gefertigt und verhindert somit die Fixierung zwischen dem beweglichen Pumpteil 514 und der zusätzlichen Verschlußplatte 20' während des Plattenschweißens zwischen der Aufschichtung 30 und der zusätzlichen Verschlußplatte 20'.
Selbstverständlich hätte die Schicht 520 auf der von der Aufschichtung 30 abgewandten Seite des beweglichen Pumpteils 514 abgeschieden werden können.
Bei den Elementen 110, 510 oder 520 kann das Titan in vorteilhafter Weise durch ein anderes adhäsionshemmendes Material, wie Gold, Siliziumoxid oder Siliziumnitrid ersetzt werden.
In dem stromaufwärtigen Teil der Mikropumpe 500 ist das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100 wiederzufinden, wobei der Flüssigkeitseintrittskanal 102 im Bereich der zusätzlichen Verschlußplatte 20' aus Glas durch einen Flüssigkeitseintrittskanal 102' verlängert ist, an dessen Eingang die Flüssigkeit, welche dazu bestimmt ist, über die Mikropumpe abgegeben zu werden, ankommt.
Dieses Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100 umfaßt einen materialfreien Bereich 35₁ der Siliziumoxidschicht 34, den Hohlraum 38₁ sowie den Freiraum 104, die das bewegliche Element 40₁ begrenzen. Das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100 ist in den 7 und 8 in der Ruhestellung dargestellt.
Zwischen dem Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts 100 und einem Druckdetektor 400 weist die Mikropumpe 500 das Pumpteil 502 auf, das mit einer Pumpkammer 504 versehen ist, die in der Verlängerung des Hohlraums 38₁ gelegen und zwischen der Glasverschlußplatte 20 und der Siliziumschicht 32 begrenzt ist, die auf ihrer der Glasverschlußplatte 20 zugewandten Seite bearbeitet worden ist.
Eine scheibenförmige Pumpmembran 506 befindet sich in der Siliziumschicht 32 gegenüber einerseits der Pumpkammer 504 und andererseits einem materialfreien, ringförmigen Raum 508, der in die Tragplatte 36 gearbeitet ist, wobei dieser materialfreie, ringförmige Raum 508 in der Siliziumschicht 34 im Bereich eines materialfreien Bereichs 535 verlängert ist.
Dieser Raum 508 ermöglicht, ein bewegliches Pumpteil 514, das die Form eines Vollzylinders und einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und das der Pumpmembran 506 gegenüberliegt, mit der es über einen ganz gelassenen Abschnitt 516 der Siliziumoxidschicht 34 verbunden ist, von der übrigen Siliziumtragplatte 36 zu trennen.
Da der Raum 508 von dem Rest der Tragplatte 36 getrennt ist, kann in das bewegliche Pumpteil 514 vorteilhafterweise wenigstens ein Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes, zum Beispiel in Form eines oder mehrerer Flüssigkeitsdruckdetektoren, die ähnlich wie derjenige der 5, 5A und 5B arbeiten, integriert werden.
Eine solche Ausführungsvariante ist in 16A dargestellt, welche ein Pumpteil 502' zeigt, das mit acht Flüssigkeitsdruckdetektoren 400' versehen ist, die im Bereich eines beweglichen Pumpteils 514', das von acht Reihen von Kanälen 512' vollkommen durchzogen ist, gleichmäßig winkelmäßig verteilt sind. Diese acht Reihen von Kanälen 512' sind durch einen Abschnitt 516' der Siliziumoxidschicht 34 voneinander getrennt, der außer, für jeden Detektor 400', in einem die entsprechende Reihe von Kanälen 512' zusammenfassenden Bereich intakt gelassen ist.
Es versteht sich, daß ein Pumpteil 502' vorgesehen werden kann, das mit wenigstens zwei Flüssigkeitsdruckdetektoren 400' ausgestattet ist, die jeweils ein Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes bilden und die im Bereich des beweglichen Pumpteils 514', das von wenigstens zwei Reihen von Kanälen 512' vollkommen durchzogen ist, gleichmäßig winkelmäßig verteilt sind.
Eine weitere Ausführungsvariante des Pumpteils ist in 16B unter dem Bezugszeichen 502'' dargestellt. In diesem Fall wurden die acht Reihen von Kanälen 512' der 16A durch weitere Kanäle 512' vervollständigt, damit all diese Kanäle einen ringförmigen Bereich bedecken, der dazu bestimmt ist, einen ringförmigen Flüssigkeitsdruckdetektor 400'' zu bilden. Für diese weitere Ausführungsvariante ist der intakt gelassene Abschnitt der Siliziumoxidschicht 34 auf einen ersten ringförmigen Abschnitt 516''a, der im wesentlichen am Rand des beweglichen Pumpteils 514' gelegen ist, und auf einen zweiten Abschnitt 516''b, der sich im wesentlichen in der Mitte des beweglichen Pumpteils 514' befindet, begrenzt.
Das bewegliche Pumpteil 514' ist ebenfalls, vorzugsweise in seiner Mitte, vollständig von einem Durchgang 540 durchzogen, in dem ein (nicht dargestellter) Steuerstift gelagert werden kann, dessen eines Ende an der Membran 506 befestigt ist und dessen anderes Ende, das aus der Öffnung 522 hervorsteht, einen Griff bildet. Dieser Griff ermöglicht einem Benutzer, im Bedarfsfall mittels des vorgenannten Stiftes an der Membran 506 zu ziehen, um sie von der Verschlußplatte 20 zu entfernen. Eine solche Handlung kann reihenweise vollzogen werden, um hohe, aufeinanderfolgende Ansaugunterdrücke in der Pumpkammer 504 zu entwickeln bzw. um den Betrieb der Mikropumpe zu beschleunigen. Es ist hervorzuheben, daß das Vorhandensein des Durchgangs 540 und des Stiftes von dem Vorhandensein eines Elements zur Druckerfassung in dem beweglichen Pumpteil 514 unabhängig ist.
Es ist anzumerken, daß die Steuermittel der Mikropumpe, welche gegenüber der Pumpmembran 506 angeordnet sind und allgemein als Betätigungsglied bezeichnet werden, durch Befestigen an der von der Beschichtung abgewandten Seite der Glasplatte 20' und durch Befestigen an dem beweglichen Pumpteil 514 direkt in die Mikropumpe integriert werden können oder außerhalb der Mikropumpe angeordnet sein können, indem sie direkt mit der Pumpmembran 506 verbunden werden.
Diese Steuermittel können insbesondere eine Funktionsweise vom Typ piezoelektrisch, elektromagnetisch oder pneumatische aufweisen.
Stromabwärts des Pumpteils 502 umfaßt die in den 7 und 8 dargestellte Mikropumpe 500 den Flüssigkeitsdruckdetektor 400, welcher in Verbindung mit den 5, 5A und 5B beschrieben ist, wobei der Durchgang 412 mittels eines die zusätzliche Glasverschlußplatte 20' durchquerenden Kanals 413' mit dem Außendruck verbunden ist. Des weiteren sind die anderen Bestandteile des Elements zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes 400 zu finden, nämlich der materialfreie Bereich 35₄ der Siliziumoxidschicht 34, der Hohlraum 38₄ , welcher das bewegliche Element 40₄ zwischen einem Flüssigkeitseinlaß 402 und einem Flüssigkeitsauslaß 404 begrenzt.
In den 7 und 8 ist das Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdruckes 400 in der Ruhestellung oder geöffneten Stellung dargestellt, d.h. mit einem beweglichen Element 40₄ , das nicht mit dem Stützteil 414 in Kontakt ist. Es ist anzumerken, daß die elektrischen Verbindungen des Stützteils 414 einerseits und der Siliziumschicht 32 andererseits nicht dargestellt sind.
So versteht man, daß der Druckdetektor dazu dient, das richtige Funktionieren der Mikropumpe durch das Erfassen der vorübergehenden Erhöhung des Flüssigkeitsdruckes bei jedem Pumpschlag, der aus der Ablenkung der Pumpmembran 506 resultiert, zu überprüfen (wobei eine Erhöhung des Druckes einer Aufwärtsbewegung der Membran 506 in den 7 und 8 entspricht und umgekehrt). Es kann entweder das nicht stattfindende Pumpen durch das Nichtvorliegen einer Druckerhöhung oder das Vorliegen eines stromabwärtigen Verschließens durch die übertrieben lange Dauer des Überdrucks erfaßt werden.
In dem stromabwärtigsten Teil der Mikropumpe 500 befindet sich ein Element zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts 200, das in 17 vergrößert dargestellt ist.
Dank dieses Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts 200, das ein Rückschlagventil bildet, erfolgt der Flüssigkeitsaustritt über einen Flüssigkeitsaustrittskanal 204 der Siliziumtragplatte 36, der im Bereich der zusätzlichen Glasverschlußplatte 20' durch einen Flüssigkeitsaustrittskanal 204' verlängert ist.
Die weiteren Bestandteile dieses Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts 200 sind ein materialfreier Bereich 35₂ der Siliziumoxidschicht 34, ein bewegliches Element 40₂ , das durch den Hohlraum 38₂ begrenzt ist, wobei dieses bewegliche Element 40₂ einen ringförmigen Abschnitt 206 aufweist, der den Körper des Ventils bildet und dessen zweites Ende an einer auf der Verschlußplatte 20 befindlichen adhäsionshemmenden Schicht 210 in Kontakt gelangt, wobei der ringförmige Abschnitt 206 von einer Öffnung 208 durchquert ist. Das Austrittskontrollelement 200 ist in den 7 und 8 in der geschlossenen Stellung dargestellt.
Das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts 200, das in 17 vergrößert dargestellt ist, sowie dessen Ausführungsvariante 300, die in 18 dargestellt ist, sind aus den gleichen Elementen wie das Element 100 der 1 realisiert.
Wie aus 17 zu erkennen ist, weist das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts 200 einen Flüssigkeitseinlaß 202 im Bereich des Hohlraums 38₂ und einen Flüssigkeitsaustrittskanal 204 auf, welcher in die gesamte Dicke der Siliziumtragplatte 36 gegenüber dem Hohlraum 38 gearbeitet ist.
Der materialfreie Bereich 35₂ der Siliziumoxidschicht 34 befindet sich wenigstens in der Verlängerung des Flüssigkeitsaustrittskanals 204 und erstreckt sich um diesen Kanal 204 herum geringfügig darüber hinaus.
Bei der Ausbildung des Hohlraums 38 durch Bearbeiten der Siliziumschicht 32 ist das bewegliche Element 40 mit einem Abschnitt 206 ausgebildet worden, der sich in im wesentlichen der gesamten Ausgangsdicke der Siliziumschicht 32 erstreckt und eine geschlossene, vorzugsweise ringförmige Kontur aufweist. Dieser Abschnitt 206 erstreckt sich von einem ersten Ende 206a aus, das dem Bereich 35₂ der Schicht aus Isoliermaterial 34 gegenüberliegt, bis zu einem zweiten Ende 206b, das nahe der der Aufschichtung 30 zugewandten Seite 20a der Verschlußplatte 20 gelegen ist.
Dieser Abschnitt 206 weist die Form einer zylindrischen, vorzugsweise ringförmigen Hülse auf und umgibt eine Öffnung 208, die in der Verlängerung des Bereichs 35₂ und des Kanals 204 gelegen ist, mit dem die Öffnung 208 in Fluidverbindung steht.
Bei diesem Element zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts 200 erstreckt sich das bewegliche Element 40 im wesentlichen in der Verlängerung des gesamten Querschnitts des Flüssigkeitsaustrittskanals 204.
Der Sitz des Ventils ist von einem adhäsionshemmenden Element 210, vorzugsweise aus Titan, gebildet, das sich an der dem beweglichen Element 40₂ gegenüberliegenden Seite 20a der Glasverschlußplatte 20 befindet. Dieses adhäsionshemmende Element 210 weist eine ähnliche Form wie der Abschnitt 206 auf, ist also vorzugsweise ringförmig. Dieses adhäsionshemmende Element 210 könnte auch an dem zweiten Ende 206b des Abschnitts 206 angeordnet sein und könnte auch aus einem anderen adhäsionshemmenden Material, wie Gold, Siliziumoxid oder Siliziumnitrid ausgebildet sein.
Der Körper des Ventils ist von dem zweiten Ende 206b des ringförmigen Abschnitts 206 gebildet, dessen erstes Ende 206a der Siliziumtragplatte 36 zugewandt und dem Flüssigkeitsaustrittskanal 204 benachbart ist.
Um die Kontaktflächen des Ventils zu verringern, weist das zweite Ende 206b des ringförmigen Abschnitts 206 eine verminderte Dicke auf, wobei die Öffnung 208 in diesem Bereich breiter ist.
In 17 ist das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts 200 in der einer geschlossenen Stellung entsprechenden Ruhestellung dargestellt, wobei die über den Einlaß 202 ankommende Flüssigkeit durch den Abschnitt 206, dessen zweites Ende 206b in dichtem Kontakt mit dem genannten adhäsionshemmenden Element 210 ist, daran gehindert wird, in die Öffnung 208 einzudringen.
Ein in dem Flüssigkeitseinlaß 202 ausreichender Flüssigkeitsdruck wird eine Kraft auf das bewegliche Element ausüben, das – wenn der Flüssigkeitsdruck in dem Auslaßkanal 204 geringer ist als Flüssigkeitseintrittsdruck – das Öffnen des Ventils durch Annähern des beweglichen Elements 40₂ in Richtung auf die Siliziumtragplatte 36 (nicht dargestellter Fall) ermöglichen. In dieser geöffneten Stellung ist die Flüssigkeit in der Lage, das zweite Ende 206b des Abschnitts 206, das sich von dem adhäsionshemmenden Element 210 und von der Verschlußplatte 20 entfernt hat, zu überwinden, um in die Öffnung 208 einzudringen, die mit dem Flüssigkeitsaustrittskanal 204 direkt in Fluidverbindung steht.
Man versteht auch, daß das genannte adhäsionshemmende Element 210 ermöglicht, das feste Verbinden zwischen dem von dem zweiten Ende 206b des Abschnittes 206 gebildeten Ventilkörper und dem Ventilsitz (die der Aufschichtung 30 zugewandte Seite des adhäsionshemmenden Elements 210) zu verhindern.
Außerdem versteht man, daß das adhäsionshemmende Element 210 durch ein anfängliches elastisches Bewegen des beweglichen Elements 40₂ ermöglicht, eine Vorspannung in dem Element zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts 200 zu erzeugen, nämlich daß das Ventil in seiner Ruhestellung und bei einem Flüssigkeitsdruck, der eine vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet, geschlossen bleibt.
Wenn der Flüssigkeitsdruck in dem Einlaß 202 kleiner oder gleich dem Flüssigkeitsdruck in dem Auslaßkanal 204 ist, kehrt das Kontrollelement 200 auch durch einen Rückfederungsvorgang in seine in 17 dargestellte geschlossene Stellung zurück, wobei der dichte Kontakt zwischen dem zweiten Ende 206b des Abschnittes 206 und dem adhäsionshemmenden Element 210 jedweden späteren Durchlaß von Flüssigkeit von dem Flüssigkeitseingang 202 bis zu der Öffnung 208 verhindert.
In 18 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, die einem Element zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts 300 entspricht, bei dem der Flüssigkeitseinlaß 302 in dem Hohlraum 38 ausgebildet ist, während der Flüssigkeitsaustrittskanal 304 die Glasverschlußplatte 34 vollständig durchquert.
Das bewegliche Element 40 dieses Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts 300 weist eine sehr ähnliche Form auf wie das bewegliche Element 40 der 17; es umfaßt einen dem Abschnitt 206 ähnlichen ringförmigen Abschnitt 306, jedoch keine Öffnung wie die Öffnung 208 auf.
Denn in diesem Fall spielt der ringförmige Abschnitt 306 stets die Rolle des Ventilkörpers durch einen dichten Kontakt (geschlossene Position wie sie in 18 dargestellt ist) zwischen dem in Richtung der Verschlußplatte weisenden zweiten Ende 306b des ringförmigen Abschnitts 306 und der der Aufschichtung 30 zugewandten Seite eines adhäsionshemmenden Elements 310.
Um das in 18 durch den Pfeil mit Doppelspitze schematisch dargestellte vertikale Ausfedern des beweglichen Elements 40 zu ermöglichen, erstreckt sich in diesem Figurenfall der materialfreie Bereich 35 der Siliziumoxidschicht 34 gegenüber dem gesamten beweglichen Element 40.
Des weiteren ist von der freien Fläche der Siliziumtragplatte 36 aus ein Zugang zu der Siliziumoxidschicht 34 für das Entfernen von Siliziumoxid in dem Bereich 35, mittels eines Durchgangs 312 ausgebildet, der die Siliziumtragplatte 36 vollständig durchquert. Dieser Durchgang 312 weist in bevorzugter, jedoch nicht einschränkender Weise die Form eines im Querschnitt kreisförmigen Zylinders auf, wie sie in 18 dargestellt ist.
Die Mikropumpe 500 kann bei zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden, insbesondere als Pumpe für den medizinischen Gebrauch für die kontinuierliche Abgabe eines flüssigen Medikaments.
Dank ihrer sehr verringerten Abmessungen kann eine solche Pumpe vom Typ „implantierbar", d.h. eine Pumpe, die unter der Haut des Patienten angeordnet werden kann, bzw. vom Typ „extern" sein und über ihr Eintrittskontrollelement 100 mit dem Blutkreislaufsystem des Patienten über eine Eingangsöffnung im Bereich der Haut verbunden werden.
In den 10 bis 15 sind die verschiedenen Schritte der Herstellung der Mikropumpe 500 dargestellt, die insbesondere die Schritte zur Herstellung der Elemente 100, 200 und 400 sowie des Pumpteils 502 umfassen, wobei diese Schritte gleichzeitig durchgeführt werden.
Unter diesen verschiedenen Herstellungsschritten unterscheidet man den Begriff „bearbeiten", der einem Bearbeiten vorbehalten ist, welches dazu bestimmt ist, die Dicke einer Platte oder bestimmter Bereiche einer Platte zu verändern, von dem Begriff „strukturieren", der einem Bearbeiten vorbehalten ist, das die Erhaltung des Materials einer Schicht in bestimmten Bereichen und das Entfernen des gesamten Materials dieser Schicht in anderen Bereichen bevorzugt.
Das Verfahren zur Herstellung der Mikropumpe 500 umfaßt in der Tat die folgenden Schritte:

a) es wird eine Aufschichtung 30 bereitgestellt, die eine Tragplatte 36, vorzugsweise aus Silizium, eine Schicht aus Isoliermaterial 34, vorzugsweise aus Siliziumoxid, welche die Tragplatte 36 wenigstens teilweise bedeckt, sowie eine Schicht 32 aus (monokristallinem oder polykristallinem) Silizium umfaßt, welche die Schicht aus Isoliermaterial 34 bedeckt und eine freie Fläche aufweist, die einer die Schicht aus Isoliermaterial 34 bedeckenden Seite gegenüberliegt,
b) von der freien Fläche der Tragplatte 36 her werden durch Photolithographie und durch chemisches Ätzen der Flüssigkeitseintrittskanal 102 des Eintrittskontrollelements 100, der ringförmige Raum 508, die Kanäle 412 und 412' des Druckdetektors 400 und der Flüssigkeitsaustrittskanal 204 des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts 200 gearbeitet, wobei diese Kanäle oder dieser ringförmige Raum die Tragplatte 36 vollständig durchqueren (11),
c) von der anderen Seite der Aufschichtung 30 her, d.h. ausgehend von der freien Fläche der Siliziumschicht 32, werden durch Photolithographie und durch chemisches Ätzen (Fluorwasserstoffsäure oder BHF) der Freiraum 104 und der Hohlraum 38₁ des Eintrittskontrollelements 100, die Pumpkammer 504, der Hohlraum 38₄ des Druckdetektors 400, der Hohlraum 38₂ und die Öffnung 208 des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts 200 gearbeitet (9 bis 14),
d) es wird ein chemisches Ätzen der Siliziumoxidschicht 34 über den Flüssigkeitseintrittskanal 102 des Eintrittskontrollelements 100, über den ringförmigen Raum 508, die Kanäle 412 und 412' des Druckdetektors 400 und über den Flüssigkeitsaustrittskanal 204 des Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts 200 vollzogen, um die materialfreien Bereiche 35₁ , 535, 35₄ und 35₂ der Siliziumoxidschicht 34 zu bilden, die ermöglichen, das bewegliche Element 40₁ , die Membran 506, das bewegliche Element 40₄ bzw. das bewegliche Element 40₂ von der Siliziumoxidschicht 34 zu befreien (15),
e) es wird die erste Verschlußplatte 20 bereitgestellt,
f) mittels eines physikalisch-chemischen Verfahrens wird eine Schicht aus einem adhäsionshemmenden Material, vorzugsweise Titan, auf einer Fläche 20a der ersten Verschlußplatte 20 abgeschieden, die dazu bestimmt ist, mit der genannten Aufschichtung 30 verbunden zu werden,
g) die Schicht aus adhäsionshemmendem Material wird strukturiert, um die Elemente 510 und die adhäsionshemmende Schicht 210 zu bilden,
h) es wird die zweite Verschlußplatte 20' bereitgestellt,
i) mittels eines physikalisch-chemischen Verfahrens wird eine Schicht aus einem adhäsionshemmenden Material, vorzugsweise Titan, auf einer Fläche der zweiten Verschlußplatte 20' abgeschieden, die dazu bestimmt ist, mit der genannten Aufschichtung 30 verbunden zu werden,
j) die Schicht aus adhäsionshemmendem Material wird strukturiert, um die ringförmige Schicht 520 zu bilden,
k) mittels eines physikalisch-chemischen Verfahrens, vorzugsweise durch Plattenschweißen („wafer bonding"), wird die erste Verschlußplatte 20 auf dichte Weise mit der Oberfläche der Siliziumschicht 32, die nicht bearbeitet worden ist, verbunden,
l) mittels eines physikalisch-chemischen Verfahrens, vorzugsweise durch Plattenschweißen („wafer bonding"), wird die zweite Verschlußplatte 20' auf dichte Weise mit der Oberfläche der Tragplatte 36, die nicht bearbeitet worden ist, verbunden.

Man versteht, daß die auf diese Weise erhaltene Mikropumpe 500 auf sehr einfache Weise hergestellt ist und aufgrund der Tatsache, daß sie aus der Ausgangsaufschichtung 30 hergestellt ist, sehr gleichmäßige Dickeneigenschaften jedes dieser Bestandteile aufweist, was vor allem ein sehr begrenztes totes Pumpvolumen gewährleistet.
Um die Vereinfachung des Herstellungsverfahrens zu veranschaulichen sei gesagt, daß für die Ausbildung einer Mikropumpe des Standes der Technik etwa 12 Photolithographiemasken erforderlich waren, um all die verschiedenen Schichten auszubilden und zu bearbeiten, während mit dem vorgenannten Verfahren nach der vorliegenden Erfindung etwa 5 Masken ausreichend sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer fluidischen Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt: – es wird eine Aufschichtung (30) bereitgestellt, die eine Tragplatte (36), eine einzige Schicht aus Isoliermaterial (34), welche die Tragplatte (36) wenigstens teilweise bedeckt, sowie eine Schicht (32) aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium umfaßt, welche die genannte Schicht aus Isoliermaterial (34) bedeckt und eine freie Fläche aufweist, – es wird wenigstens eine Verschlußplatte (20) bereitgestellt, – aus der genannten Verschlußplatte (20) und/oder aus der freien Fläche der Siliziumschicht (32) wird durch Photolithographie und chemisches Ätzen ein Hohlraum (38) gearbeitet, – es wird wenigstens ein Kanal (102; 412, 412'), welcher die Tragplatte (36) vollständig durchquert, durch Photolithographie und chemisches Ätzen hergestellt, – die genannte Schicht aus Isoliermaterial (34) wird wenigstens über den genannten Kanal (102; 412, 412') chemisch geätzt, so daß ein Bereich der genannten Siliziumschicht (32) von der Schicht aus Isoliermaterial (34) befreit ist, wodurch ein dem Hohlraum benachbartes bewegliches Element (40) gebildet wird, das geeignet ist, sich unter einem Flüssigkeitsdruck in dem genannten Hohlraum (38) der Tragplatte (36) reversibel zu nähern, – die Verschlußplatte (20) wird durch ein physikalisch-chemisches Verfahren, vorzugsweise durch Plattenschweißen, auf dichte Weise mit der Oberfläche der Siliziumschicht (32), die nicht bearbeitet worden ist, verbunden.
Fluidische Vorrichtung (100; 400; 500) umfassend eine Aufschichtung (30) vom Typ SILICON-ON-INSULATOR „SOI", die von einer Verschlußplatte (20) bedeckt ist, wobei die Aufschichtung (30) eine Tragplatte (36), eine einzige Schicht aus Isoliermaterial (34), welche die Tragplatte (36) wenigstens teilweise bedeckt, sowie eine Schicht (32) aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium umfaßt, welche die genannte Schicht aus Isoliermaterial (34) bedeckt und von der Verschlußplatte (20) bedeckt ist, wobei die Verschlußplatte (20) und/oder die Siliziumschicht (32) bearbeitet wird bzw. werden, um zwischen der Verschlußplatte (20) und der Siliziumschicht (32) einen Hohlraum (38) zu bilden, der dazu bestimmt ist, mit Flüssigkeit gefüllt zu werden, wobei die Tragplatte (36) wenigstens einen Kanal (102; 412, 412') aufweist, der sie vollständig durchquert, wobei die Schicht aus Isoliermaterial (34) aus Siliziumoxid besteht und wenigstens einen vollkommen materialfreien Bereich (35) aufweist, der wenigstens in der Verlängerung des Kanals (102; 412, 412') gelegen ist und durch Strukturierung mittels chemischem Ätzen über den genannten Kanal (102; 412, 412') erhalten wird, um mit dem Hohlraum (38) und in der Siliziumschicht (32) ein bewegliches Element (40) zu bilden, das geeignet ist, sich aufgrund seiner Elastizität und unter dem Flüssigkeitsdruck in dem Hohlraum (38) der Tragplatte (36) reversibel zu nähern.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das bewegliche Element (40) der Tragplatte (36) reversibel nähert, bis ein Kontakt zwischen dem beweglichen Element (40) und der Tragplatte (36) hergestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (20) aus Glas besteht.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte (36) aus Silizium, aus Quarz oder aus Saphir besteht.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte (36) eine Dicke aufweist, die zwischen 50 μm und 1 mm liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte (36) eine Dicke zwischen 300 μm und 500 μm aufweist.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Isoliermaterial (34) eine Dicke zwischen 100 nm und 2 μm aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Isoliermaterial (34) eine Dicke aufweist, die zwischen 0,5 μm und 1 μm liegt.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumschicht (32) eine Dicke zwischen 1 μm und 100 μm aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumschicht (32) eine Dicke aufweist, die zwischen 10 μm und 50 μm liegt.
Fluidische Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts (100; 100'; 100''; 100''') darstellt, das ein Rückschlagventil bildet, wobei der Hohlraum (38) wenigstens einen in die gesamte Dicke der Siliziumschicht (32) gearbeiteten Freiraum (104; 104₁ ; 104₂ ) aufweist, wobei der in der Tragplatte (36) ausgebildete Kanal einen Flüssigkeitseintrittskanal (102) bildet, der wenigstens dem Hohlraum (38) gegenüberliegt, wobei der vollständig materialfreie Bereich (35) sich wenigstens in der Verlängerung des Freiraums (104; 104₁ ; 104₂ ) erstreckt, wobei das bewegliche Element (40) eine Klappe für das genante Ventil bildet, wobei ein Teil der Siliziumschicht (32) das bewegliche Element (40) umgibt, das durch seine Elastizität und den Flüssigkeitsdruckunterschied zwischen dem Flüssigkeitseintrittskanal (102) und dem Hohlraum (38) die reversible Bewegung des beweglichen Elements (40) in Richtung auf die Tragplatte (36) ermöglicht.
Fluidische Vorrichtung (100; 100') nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitseintrittskanal (102) in der Nähe des genannten Freiraums (104) gelegen ist, aber diesem nicht gegenüberliegt, und daß das bewegliche Element (40) zwischen einer geschlossenen Stellung, in welcher das bewegliche Element (40) dicht an der Tragplatte (36) anliegt, die wenigstens um den Kanal (102) herum einen Sitz für das Ventil bildet, wobei die Flüssigkeitsströmung zwischen dem Flüssigkeitseintrittskanal (102) und dem Hohlraum (38) verhindert wird, und einer geöffneten Stellung des Ventils, in der das bewegliche Element (40) nicht mehr in dichtem Kontakt mit der Tragplatte (36) um den Kanal (102) ist, wobei das bewegliche Element (40) das Strömen der Flüssigkeit von dem Flüssigkeitseintrittskanal (102) zu dem Freiraum (104) hin ermöglicht, eine Bewegung ausführt.
Fluidische Vorrichtung (100') nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner zwischen der Verschlußplatte (20) und dem beweglichen Element (40) Stützmittel (106, 110) aufweist, die das bewegliche Element (40) in seiner Ruhestellung in die genannte geschlossene Position bringen.
Fluidische Vorrichtung (100'') nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (20) eine erste Verschlußplatte (20) ist, daß sie außerdem eine zweite Verschlußplatte (20') aufweist, die an der der ersten Verschlußplatte (20) entgegengesetzten Seite der Tragplatte (36) befestigt ist und die mit einem sie vollständig durchquerenden Kanal (102''a) versehen ist, daß ein bewegliches Teil (361) in der Tragplatte (36) gegenüber und in der Verlängerung des Hohlraums (38), des beweglichen Elements (40) und des Kanals (102''a) ausgebildet ist, wobei das bewegliche Teil (361) in der Nähe des Freiraums (104₂ ) gelegen ist, aber diesem nicht gegenüberliegt, wobei ein materialfreier, ringförmiger Raum (102'') in die gesamte Dicke der Tragplatte (36) gegenüber des vollständig materialfreien Bereichs (35) der Schicht aus Isoliermaterial (34) gearbeitet ist, wodurch das bewegliche Teil (361) von dem Rest der Tragplatte (36) getrennt und der Flüssigkeitseintrittskanal (102'') gebildet wird, welcher mit dem Freiraum (104₂ ) in Verbindung steht, daß die Schicht aus Isoliermaterial (34) einen Verbindungsbereich (321) aufweist, welcher das bewegliche Teil (361) mit dem beweglichen Element (40) fest verbindet, und daß sie außerdem ein ringförmiges Ventilelement (370) aufweist, das aus einem adhäsionshemmenden Material gefertigt ist, wobei das Ventilelement (370) entweder auf der Seite der zweiten Verschlußplatte (20') gelegen ist, welche dem beweglichen Teil (361) gegenüberliegt, so daß dann, wenn sich das bewegliche Element (40) so nah wie möglich an der Tragplatte (36) befindet, die der zweiten Verschlußplatte (20') zugewandte Seite des beweglichen Teils (361) und die der Tragplatte (36) zugewandte Seite des Ventilelements (370) in dichtem Kontakt sind, wodurch das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts (100'') in die Schließposition bewegt wird, oder es auf der Seite des beweglichen Teils (361) gelegen ist, welche der zweiten Verschlußplatte (20') gegenüberliegt, so daß dann, wenn sich das bewegliche Element (40) so nah wie möglich an der Tragplatte (36) befindet, die der zweiten Verschlußplatte (20') zugewandte Seite des Ventilelements (370) und die der Tragplatte (36) zugewandte Seite der zweiten Verschlußplatte (20') in dichtem Kontakt sind, wodurch das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts (100'') in die Schließstellung bewegt wird, wobei in der genannten Schließstellung der Flüssigkeitsdurchlaß von dem Kanal (102''a) der zweiten Verschlußplatte (20') zu dem Flüssigkeitseintrittskanal (102'') der Tragplatte (36) verhindert wird.
Fluidische Vorrichtung (100''') nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (20) eine erste Verschlußplatte (20) ist, daß sie ferner eine zweite Verschlußplatte (20') aufweist, die an der der ersten Verschlußplatte (20) entgegengesetzten Seite der Tragplatte (36) befestigt ist und die mit einem sie vollständig durchquerenden Kanal (102''a) versehen ist, daß ein ringförmiges bewegliches Teil (361) in der Tragplatte (36) gegenüber und in der Verlängerung des Hohlraums (38) und des beweglichen Elements (40) ausgebildet ist, wobei ein erster materialfreier, ringförmiger Raum (102'''a) in die gesamte Dicke der Tragplatte (36) gegenüber des vollständig materialfreien Bereichs (35) der Schicht aus Isoliermaterial (34) und des Hohlraums (38) gearbeitet ist, wodurch das bewegliche Teil (361) von dem Rest der Tragplatte (36) getrennt wird, wobei ein zweiter zylindrischer, materialfreier Raum (102''') in die gesamte Dicke der Tragplatte (36) an der Stelle des beweglichen Teils gearbeitet ist, wodurch der Flüssigkeitseintrittskanal (102) gebildet wird, welcher mit dem Freiraum (104) in Verbindung steht, daß die Schicht aus Isoliermaterial (34) einen Verbindungsbereich (321) aufweist, welcher das bewegliche Teil (361) mit dem beweglichen Element (40) um den Flüssigkeitseintrittskanal (102) und den Freiraum (104₁ ) fest verbindet, und daß sie außerdem ein ringförmiges Ventilelement (370) aufweist, das den Flüssigkeitseintrittskanal (102''') umgibt und aus einem adhäsionshemmenden Material gefertigt ist, wobei das Ventilelement (370) entweder auf der Seite der zweiten Verschlußplatte (20') gelegen ist, welche dem beweglichen Teil (361) gegenüberliegt, so daß dann, wenn sich das bewegliche Element (40) so nah wie möglich an der Tragplatte (36) befindet, die der zweiten Verschlußplatte (20') zugewandte Seite des beweglichen Teils (361) und die der Tragplatte (36) zugewandte Seite des Ventilelements (370) in dichtem Kontakt sind, wodurch das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts (100''') in die Schließposition bewegt wird, oder es auf der Seite des beweglichen Teils (361) gelegen ist, welche der zweiten Verschlußplatte aus Glas (20') gegenüberliegt, so daß dann, wenn sich das bewegliche Element (40) so nah wie möglich an der Tragplatte (36) befindet, die der zweiten Verschlußplatte (20') zugewandte Seite des Ventilelements (370) und die der Tragplatte (36) zugewandte Seite der zweiten Verschlußplatte (20') in dichtem Kontakt sind, wodurch das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts (100''') in die Schließstellung bewegt wird, wobei in der genannten Schließstellung die Flüssigkeit, welche von dem Kanal (102''a) der zweiten Verschlußplatte (20') in den ersten ringförmigen Raum (102'''a) gelangt, daran gehindert wird, in den Flüssigkeitseintrittskanal (102''') der Tragplatte (36) einzudringen.
Fluidische Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Element zum Erfassen des Flüssigkeitsdrucks (400) bildet, wobei der in der Tragplatte (36) ausgebildete Kanal dem Hohlraum (38) gegenüberliegt, wobei die Siliziumtragplatte (36) einen dem beweglichen Element (40) gegenüberliegenden Teil (414) aufweist, der eine durch den Kanal (412') von der übrigen Tragplatte (36) getrennte Insel bildet.
Fluidische Vorrichtung (400) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element (40) geeignet ist, von einer geöffneten Stellung in eine geschlossene Stellung überzugehen, in der das bewegliche Element (40) mit dem dem beweglichen Element (40) gegenüberliegenden Teil (414), das eine durch den Kanal (412') von der übrigen Tragplatte (36) getrennte Insel und einen Stützteil (414) der Siliziumplatte bildet, in physikalischem Kontakt ist, wobei dieser physikalische Kontakt elektrisch erfaßt werden kann.
Fluidische Vorrichtung (400) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem zwischen dem Stützteil (414) und der Siliziumschicht (32) Mittel zum festen Verbinden (416) aufweist.
Fluidische Vorrichtung (400''') nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (20) eine erste Verschlußplatte (20) ist, daß sie ferner eine zweite Verschlußplatte (20') aufweist, die an der der ersten Verschlußplatte (20) entgegengesetzten Seite der Tragplatte (36) befestigt ist, daß der Teil, welcher eine Insel bildet, die von der übrigen Tragplatte (36) getrennt ist, einen beweglichen Teil (461) bildet, und daß die genannte Schicht aus Isoliermaterial (34) einen Verbindungsbereich (321) aufweist, welcher den beweglichen Teil (461) mit dem beweglichen Element (40) fest verbindet.
Fluidische Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mikropumpe bildet, wobei der Hohlraum (38) eine Pumpkammer (504) aufweist, wobei der in der Tragplatte (36) ausgebildete Kanal einen ersten Kanal (102, 508, 412, 412', 204) bildet, welcher dem genannten Hohlraum (38) gegenüberliegt, wobei der vollständig materialfreie Bereich einen ersten vollständig materialfreien Bereich (35₁ ) bildet, wobei das bewegliche Element (40) ein erstes bewegliches Element (40) bildet, das geeignet ist, sich unter dem Flüssigkeitsdruck in der Pumpkammer (504) der Tragplatte (36) reversibel zu nähern, wobei das erste bewegliche Element (40) zu der Klappe eines Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts (100) gehört, wobei die Fluidische Vorrichtung ferner einen Pumpteil (502) aufweist, der Steuermittel, die mit einer Pumpmembran (506) versehen sind, um eine periodische Änderung des Volumens der Pumpkammer (504) zu bewirken, sowie Mittel zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts (100) umfaßt.
Fluidische Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das erste bewegliche Element (40) geeignet ist, an der Tragplatte (36) in dichten Kontakt zu gelangen, wobei das erste bewegliche Element (40) die Klappe des genannten Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts (100) bildet.
Fluidische Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Isoliermaterial (34) außerdem einen zweiten, vollständig materialfreien Bereich (35₄ ) aufweist, der mit dem Hohlraum (38) und in der Siliziumschicht (32) ein zweites bewegliches Element (40) definiert, das geeignet ist, sich unter dem Flüssigkeitsdruck in der Pumpkammer der Tragplatte (36) zu nähern, wobei das zweite bewegliche Element (40) die Klappe eines Elements zur Kontrolle des Flüssigkeitsaustritts (200) bildet.
Fluidische Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zur Kontrolle des Flüssigkeitseintritts (100) mit irgendeinem der Ansprüche 12 bis 16 übereinstimmt.
Fluidische Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner wenigstens ein Element zur Erfassung des Flüssigkeitsdrucks (400) nach irgendeinem der Ansprüche 17 bis 20 aufweist.
Fluidische Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (20) eine erste Verschlußplatte (20) aus Glas ist.
Fluidische Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie darüber hinaus eine zweite Verschlußplatte (20') aus Glas aufweist, die an der der ersten aus Glas bestehenden Verschlußplatte (20) entgegengesetzten Seite der Tragplatte (36) befestigt ist.
Fluidische Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel der Mikropumpe der Pumpkammer (504) gegenüberliegen und durch Befestigung an der in entgegengesetzte Richtung zu der Aufschichtung (30) gewandten Seite der zweiten Verschlußplatte (20') direkt in die Mikropumpe integriert sind.
Fluidische Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel der Mikropumpe außerhalb der Mikropumpe angeordnet und indirekt mit der Pumpmembran (506) verbunden sind.
Fluidische Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel piezo-elektrisch, elektromagnetisch oder pneumatisch arbeiten.
Fluidische Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein bewegliches Pumpteil (514; 514') in der Tragplatte (36) gegenüber der Pumpkammer (504) ausgebildet ist, wobei ein in die Tragplatte (36) gearbeiteter, materialfreier, ringförmiger Raum (508) das bewegliche Pumpteil (514; 514') von der übrigen Tragplatte (36) trennt, und daß die Steuermittel der Mikropumpe der Pumpkammer (504) gegenüberliegen und durch Befestigung an dem beweglichen Pumpteil (514; 514') direkt in die Mikropumpe integriert sind.
Fluidische Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumschicht (32) die Pumpmembran (506) gegenüber der Pumpkammer (504) bildet und daß das bewegliche Pumpteil (514') vollkommen von einem Durchgang (540) durchzogen ist, in dem ein Steuerstift gelagert werden kann, dessen eines Ende an der Membran (506) befestigt ist und dessen anderes Ende einen Griff bildet.
Fluidische Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil (514; 514') wenigstens ein Element zur Erfassung des Flüssigkeitsdrucks beinhaltet.
Fluidische Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpteil (502') mit wenigstens zwei Flüssigkeitsdruckfühlern (400') ausgestattet ist, die jeweils ein Element zur Erfassung des Flüssigkeitsdrucks bilden und die im Bereich des beweglichen Pumpteils (514'), das von wenigstens zwei Reihen von Kanälen (512') vollkommen durchzogen ist, gleichmäßig winkelmäßig verteilt sind.
Fluidische Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpteil (502'') mit einem ringförmigen Flüssigkeitsdruckfühler (400'') ausgestattet ist, der Kanäle (512') aufweist, welche das bewegliche Teil (514') in einem ringförmigen Bereich vollständig durchqueren.
Verwendung einer Fluidische Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 21 bis 35 als Pumpe für den medizinischen Gebrauch vom Typ „implantierbar".
Verwendung einer Fluidische Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 21 bis 35 als Pumpe für den medizinischen Gebrauch vom Typ „extern".