CH683634A5 - Valve fitted in micro-pump - Google Patents

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CH683634A5
CH683634A5 CH2302/90A CH230290A CH683634A5 CH 683634 A5 CH683634 A5 CH 683634A5 CH 2302/90 A CH2302/90 A CH 2302/90A CH 230290 A CH230290 A CH 230290A CH 683634 A5 CH683634 A5 CH 683634A5
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plate
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shutter
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CH2302/90A
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Lintel Harald Van
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Westonbridge Int Ltd
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Abstract

The value (32, 42) has a first wafer (18) in which a deformable membrane (34, 44) is made, and a second wafer (2) bonded to the first. A sealing ring (38, 46) on the face of one wafer has a free surface to contact the face of the other wafer (valve closed) or to be spaced apart from the other (valve open), according to the position of the membrane. The membrane has at least one layer of other material (40, 40a, 40b) inducing a mechanical strain keeping the value in the closed position in the asbence of external influence. At least one of the wafers is machined so that if the layer or layers would be omitted the value would be in the open position in absence of external influence.

Description

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CH 683 634 A5 CH 683 634 A5

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Description Description

La présente invention est relative aux micropompes du type dans lequel une partie au moins du mécanisme de la pompe est réalisée par usinage d'une plaquette de silicium à l'aide des techniques de photolithographie, et plus particulièrement à un clapet pour une telle micropompe. The present invention relates to micropumps of the type in which at least part of the pump mechanism is produced by machining a silicon wafer using photolithography techniques, and more particularly to a valve for such a micropump.

Ces pompes peuvent être utilisées notamment pour l'administration in situ de médicaments, la miniaturisation de la pompe permettant à un malade de la porter sur soi, voire éventuellement de recevoir une pompe directement implantée dans le corps. Par ailleurs, de telles pompes permettent un dosage précis de faibles quantités de fluide à injecter. These pumps can be used in particular for the in situ administration of drugs, the miniaturization of the pump allowing a patient to carry it on himself, or even possibly to receive a pump directly implanted in the body. Furthermore, such pumps allow precise dosing of small quantities of fluid to be injected.

Dans un article intitulé «A piezoelectric micropump based on micromachining of Silicon» paru dans «Sensors and Actuators» N° 15 (1988), pages 153 à 167, H. van Lintel et al. donnent une description de deux formes de réalisation d'une micropompe, comportant chacune un empilement de trois plaquettes, c'est-à-dire une plaquette en silicium usinée disposée entre deux plaquettes en verre. Un autre mode de réalisation est décrit dans le brevet suisse 680 009. In an article entitled "A piezoelectric micropump based on micromachining of Silicon" published in "Sensors and Actuators" N ° 15 (1988), pages 153 to 167, H. van Lintel et al. give a description of two embodiments of a micropump, each comprising a stack of three wafers, that is to say a machined silicon wafer disposed between two glass wafers. Another embodiment is described in Swiss patent 680 009.

Dans cet article, la plaquette en silicium définit une chambre de pompage avec l'une des plaquettes en verre dont la partie coïncidant avec cette chambre peut être déformée par un élément moteur qui est, en l'occurrence, un cristal piézo-électrique. Ce dernier comporte des électrodes qui, lorsqu'elles sont raccordées à une source de tension alternative, provoquent la déformation du cristal et par suite de la plaquette en verre celle-ci, à son tour, faisant varier le volume de la chambre de pompage. In this article, the silicon wafer defines a pumping chamber with one of the glass wafers, the part of which coincides with this chamber can be deformed by a motor element which is, in this case, a piezoelectric crystal. The latter has electrodes which, when connected to an alternating voltage source, cause the crystal to deform and, as a result of the glass plate, this, in turn, varying the volume of the pumping chamber.

La chambre de pompage est raccordée de part et d'autre respectivement à des clapets anti-retour dont une membrane et un obturateur sont usinés dans le silicium et dont le siège est constitué par l'autre plaquette en verre. The pumping chamber is connected on either side respectively to non-return valves of which a membrane and a shutter are machined in silicon and whose seat is formed by the other glass plate.

La réalisation d'un tel clapet comprend deux étapes. Une première étape de gravure de la plaquette en silicium pour former la membrane, une partie de la plaquette étant protégée de la gravure pour définir l'obturateur, et une seconde étape au cours de laquelle une fine couche d'oxyde est réalisée sur l'obturateur et éventuellement sur une partie de la membrane. Ceci confère à la membrane une certaine précontrainte mécanique, ou prétension, lorsque le siège du clapet est appliqué contre l'obturateur. The realization of such a valve comprises two stages. A first step of etching the silicon wafer to form the membrane, a part of the wafer being protected from etching to define the shutter, and a second step during which a thin layer of oxide is produced on the obturator and possibly on part of the membrane. This gives the membrane a certain mechanical prestress, or pretension, when the seat of the valve is applied against the shutter.

L'un des inconvénients de ce type de micropompe est que les débits de micropompes, en apparence identiques, ne sont pas les mêmes. Ceci résulte du fait que s'il est relativement facile de contrôler la profondeur de gravure du silicium, il est plus difficile de contrôler l'épaisseur des membranes, car l'épaisseur d'une plaquette de silicium n'est pas constante sur toute sa surface mais présente au contraire une certaine dispersion. Or, l'épaisseur de la membrane conditionne partiellement l'intensité de la précontrainte, donc finalement les conditions d'ouverture et de fermeture du clapet. Ceci est particulièrement important pour le clapet de sortie, qui requiert une précontrainte plus importante. One of the drawbacks of this type of micropump is that the apparently identical flow rates of micropumps are not the same. This results from the fact that while it is relatively easy to control the etching depth of the silicon, it is more difficult to control the thickness of the membranes, since the thickness of a silicon wafer is not constant over its entire length. surface but on the contrary has a certain dispersion. However, the thickness of the membrane partially conditions the intensity of the prestressing, and therefore ultimately the conditions for opening and closing the valve. This is particularly important for the outlet valve, which requires greater preload.

L'invention a pour but de supprimer notamment cet inconvénient. The object of the invention is to eliminate this drawback in particular.

Ce but est atteint par un clapet selon les revendications 1 et 7. La revendication 8 définit un procédé de fabrication d'un tel clapet et la revendication 9 une micropompe munie d'au moins un clapet # selon l'invention. This object is achieved by a valve according to claims 1 and 7. Claim 8 defines a method of manufacturing such a valve and claim 9 a micropump provided with at least one valve # according to the invention.

Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, The characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows,

donnée à titre illustratif mais non limitatif, en réfé- * given by way of illustration but not limitation, in reference *

rence aux dessins annexés, sur lesquels: Refer to the accompanying drawings, in which:

- la fig. 1 illustre une coupe schématique d'une micropompe selon l'invention, - fig. 1 illustrates a schematic section of a micropump according to the invention,

- la fig. 2 illustre une vue de dessous de la plaquette intermédiaire de la micropompe représentée à la fig. 1, - fig. 2 illustrates a bottom view of the intermediate plate of the micropump shown in FIG. 1,

- les fig. 3A, 3B et 3C montrent en coupe la réalisation d'un clapet selon l'invention, et - fig. 3A, 3B and 3C show in section the production of a valve according to the invention, and

- la fig. 4 montre en coupe un autre clapet selon l'invention. - fig. 4 shows in section another valve according to the invention.

On va tout d'abord se référer aux fig. 1 et 2 qui représentent une micropompe comprenant un clapet selon l'invention. We will first refer to fig. 1 and 2 which represent a micropump comprising a valve according to the invention.

Il est à noter que, par souci de clarté, les épaisseurs des diverses plaquettes composant la micropompe ont été fortement exagérées sur les dessins. It should be noted that, for the sake of clarity, the thicknesses of the various plates making up the micropump have been greatly exaggerated in the drawings.

La micropompe des fig. 1 et 2 comporte une plaquette de base 2 en verre par exemple, qui est percée de deux canaux 4 et 6 formant respectivement la conduite d'aspiration et la conduite de refoulement de la pompe. Ces canaux 4 et 6 communiquent avec des raccords 8 et 10 respectifs. The micropump of figs. 1 and 2 comprises a base plate 2 made of glass for example, which is pierced with two channels 4 and 6 respectively forming the suction pipe and the delivery pipe of the pump. These channels 4 and 6 communicate with respective connections 8 and 10.

Le raccord 8 est branché sur un tuyau 12 lui-même raccordé à un réservoir 14 dans lequel se trouve la substance liquide à pomper. Le réservoir est obturé par un capuchon percé, un piston mobile isolant le volume utile du réservoir 14 de l'extérieur. Ce réservoir peut contenir un médicament, par exemple au cas où la pompe est utilisée pour l'injection de ce médicament dans le corps humain avec un dosage précis. Dans cette application, la micropompe peut être portée sur le corps du patient, voire être implantée. The connector 8 is connected to a pipe 12 itself connected to a reservoir 14 in which is the liquid substance to be pumped. The reservoir is closed by a pierced cap, a movable piston isolating the useful volume of the reservoir 14 from the outside. This reservoir can contain a medicine, for example in case the pump is used for the injection of this medicine into the human body with a precise dosage. In this application, the micropump can be worn on the patient's body, or even be implanted.

Le raccord de refoulement 10 peut être branché à une aiguille d'injection (non représentée) qui y est raccordée par un tuyau 16. The discharge connection 10 can be connected to an injection needle (not shown) which is connected to it by a pipe 16.

L'utilisation de cette manière de la micropompe est particulièrement appropriée pour le traitement à l'aide de peptides de certaines formes de cancers dont la médication est réalisée, de préférence, par un dosage précis et répété à des intervalles réguliers de petites quantités du médicament. Une autre application peut être envisagée pour le traitement * The use in this way of the micropump is particularly suitable for the treatment with the aid of peptides of certain forms of cancers the medication of which is preferably carried out by precise and repeated dosing at small intervals of small quantities of the drug. . Another application can be considered for the treatment *

des diabétiques devant recevoir périodiquement de faibles doses de médicament au cours de la journée, le dosage pouvant être déterminé, par exem- ^ pie, par des moyens connus en soi mesurant le taux de sucre dans le sang et commandant automatiquement la pompe pour qu'une dose d'insuline appropriée puisse être injectée. diabetics having to periodically receive low doses of medication during the day, the dosage being determinable, for example, by means known per se measuring the blood sugar level and automatically controlling the pump so that an appropriate dose of insulin can be injected.

Une plaquette 18 en silicium ou en un autre matériau usinable par gravure à l'aide des techniques A wafer 18 made of silicon or another material that can be machined by etching using techniques

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10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

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CH 683 634 A5 CH 683 634 A5

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de photolithographie est accolée à la plaquette en verre 2. Cette plaquette en silicium est surmontée elle-même d'une plaquette de fermeture en verre 20. Dans la plaquette 18 est formée une membrane 22 dont l'épaisseur est telle qu'elle peut être déformée par un élément de commande 24 qui, dans l'application de l'invention décrite ici, est une pastille piézo-électrique pourvue d'électrodes 26a et 26b branchées sur un générateur 28 de tension alternative. Cette pastille peut être celle fabriquée par la Société Philips sous la dénomination PXE-52 et elle peut être collée sur la plaquette 18 au moyen d'une colle appropriée. photolithography is attached to the glass plate 2. This silicon plate is itself surmounted by a glass closure plate 20. In the plate 18 is formed a membrane 22 whose thickness is such that it can be deformed by a control element 24 which, in the application of the invention described here, is a piezoelectric pad provided with electrodes 26a and 26b connected to a generator 28 of alternating voltage. This pellet can be that manufactured by the Philips Company under the name PXE-52 and it can be glued to the wafer 18 using an appropriate glue.

A titre d'exemple, la plaquette intermédiaire 18 en silicium peut avoir une orientation cristalline <100>, afin de bien se prêter à la gravure et d'avoir la solidité nécessaire. Les plaquettes 2 et 20 sont de préférence soigneusement polies. By way of example, the intermediate wafer 18 made of silicon can have a crystal orientation <100>, in order to lend itself well to etching and to have the necessary solidity. The inserts 2 and 20 are preferably carefully polished.

Les plaquettes 2 et 18 délimitent ensemble tout d'abord une chambre de pompage 30 de forme sensiblement circulaire située en-dessous de la membrane 22. The plates 2 and 18 together define first of all a pumping chamber 30 of substantially circular shape located below the membrane 22.

Entre la canalisation d'aspiration 4 et la chambre de pompage 30 est interposé un premier clapet 32 du type anti-retour usiné dans la plaquette en silicium 18. Ce clapet comporte une membrane 34 de forme générale circulaire et percée en son centre d'un orifice de passage 36 qui, dans le mode de réalisation représenté, est de forme rectangulaire. Du côte de la canalisation 4, le clapet 32 comporte une nervure 38 de forme annulaire et de section à peu près trapézoïdale formant obturateur. Cette nervure entoure l'orifice 36 et est revêtue d'une fine couche d'oxyde 40 obtenue également par des techniques de photolithographie. Celle-ci confère à la membrane 34 une certaine précontrainte ou prétension lorsque ie sommet de la nervure 38 est appliqué contre la plaquette en verre 2, cette dernière servant ainsi de siège au clapet 32. Between the suction pipe 4 and the pumping chamber 30 is interposed a first valve 32 of the non-return type machined in the silicon wafer 18. This valve comprises a membrane 34 of generally circular shape and pierced in its center with a passage orifice 36 which, in the embodiment shown, is rectangular. On the side of the pipe 4, the valve 32 has a rib 38 of annular shape and of roughly trapezoidal section forming a shutter. This rib surrounds the orifice 36 and is coated with a thin layer of oxide 40 also obtained by photolithography techniques. This gives the membrane 34 a certain prestress or pretension when the top of the rib 38 is applied against the glass plate 2, the latter thus serving as a seat for the valve 32.

La canalisation de refoulement 6 de la pompe communique avec la chambre de pompage 30 par l'intermédiaire d'un clapet 42 dont la construction est identique à celle du clapet 32, à ceci près cependant que, par exemple par réalisation d'une couche d'oxyde sur une partie de la membrane et/ ou par différence d'épaisseur de la couche 40 par rapport à celle du clapet 32, la précontrainte assurée par cette couche d'oxyde 40 peut être différente de celle utilisée pour le clapet 32. Le clapet 42 comporte donc une membrane 44 et une nervure annulaire 46, formant obturateur, revêtues d'une couche d'oxyde 40. En outre, on voit sur la fig. 1 que ce clapet est dépourvu d'un orifice central tel que l'orifice 36 du clapet 32. The discharge line 6 of the pump communicates with the pumping chamber 30 by means of a valve 42 whose construction is identical to that of the valve 32, except however that, for example by making a layer d oxide on a part of the membrane and / or by difference in thickness of the layer 40 relative to that of the valve 32, the prestress provided by this oxide layer 40 may be different from that used for the valve 32. The valve 42 therefore comprises a membrane 44 and an annular rib 46, forming a shutter, coated with an oxide layer 40. Furthermore, it can be seen in FIG. 1 that this valve does not have a central orifice such as the orifice 36 of the valve 32.

On notera que la chambre de pompage 30 communique avec le clapet 32 et avec le clapet 42 respectivement par l'intermédiaire d'un orifice 48 et d'un passage 50 tous deux usinés dans la plaquette en silicium 18. It will be noted that the pumping chamber 30 communicates with the valve 32 and with the valve 42 respectively via an orifice 48 and a passage 50 both machined in the silicon wafer 18.

Pour fixer les idées, les épaisseurs des plaquettes 2, 18 et 20 peuvent respectivement être d'environ 0,6 mm, 0,3 mm et 0,6 mm pour une dimension en surface des plaquettes de l'ordre de 15 par 20 mm. To fix the ideas, the thicknesses of the plates 2, 18 and 20 can respectively be around 0.6 mm, 0.3 mm and 0.6 mm for a surface dimension of the plates of the order of 15 by 20 mm .

Par ailleurs, les plaquettes peuvent être fixées les unes aux autres par diverses techniques connues telles que le collage ou la technique connue sous le nom de soudure anodique, par exemple. Furthermore, the plates can be fixed to each other by various known techniques such as bonding or the technique known as anodic welding, for example.

Les clapets 32 et 42 présentent une prétension tendant à appliquer la nervure annulaire contre le siège de clapet, en l'absence de toute sollicitation extérieure. Cette prétension dépend de l'épaisseur de la couche d'oxyde sur la membrane, qui induit une courbure de la membrane, de l'épaisseur de cette membrane et de la hauteur de la nervure annulaire. The valves 32 and 42 have a pretension tending to apply the annular rib against the valve seat, in the absence of any external stress. This pretension depends on the thickness of the oxide layer on the membrane, which induces a curvature of the membrane, on the thickness of this membrane and on the height of the annular rib.

A titre d'exemple, on va décrire le procédé de réalisation du clapet de sortie en référence aux fig. 3A-3C. Le même procédé peut être utilisé pour réaliser le clapet d'entrée. Toutefois, la précontrainte requise pour le clapet d'entrée étant plus faible que pour le clapet de sortie, on ne dépose en général pas de couche d'oxyde sur la membrane du clapet d'entrée. By way of example, we will describe the process for producing the outlet valve with reference to FIGS. 3A-3C. The same process can be used to make the inlet valve. However, since the preload required for the inlet valve is lower than for the outlet valve, an oxide layer is generally not deposited on the membrane of the inlet valve.

Le clapet de sortie est donc réalisé conformément à l'invention de la manière suivante. La plaquette en silicium 18 est gravée sur au moins l'une de ses faces, par exemple par trempage dans une solution de KOH, pour former la membrane 44. Pendant cette phase, une partie de la plaquette est protégée de la gravure pour définir la nervure annulaire 46 (fig. 3A). The outlet valve is therefore produced in accordance with the invention in the following manner. The silicon wafer 18 is etched on at least one of its faces, for example by dipping in a KOH solution, to form the membrane 44. During this phase, part of the wafer is protected from etching to define the annular rib 46 (fig. 3A).

Une surgravure 52 est ensuite réalisée de manière que, en l'absence de couche d'oxyde et en dehors de toute sollicitation extérieure, la nervure annulaire ne soit pas en contact avec le siège de clapet. Cette surgravure peut être effectuée dans la plaquette en silicium 18 avant ou après la gravure (elle entraîne une diminution de l'épaisseur de la membrane, voir fig. 3A); elle peut aussi être effectuée dans la partie de la plaquette en verre formant le siège de clapet. An over-etching 52 is then produced so that, in the absence of an oxide layer and without any external stress, the annular rib does not come into contact with the valve seat. This over-etching can be carried out in the silicon wafer 18 before or after the etching (it results in a reduction in the thickness of the membrane, see fig. 3A); it can also be carried out in the part of the glass plate forming the valve seat.

On réalise ensuite une couche d'oxyde 40 par oxydation thermique sur une partie de la membrane. Cette couche d'oxyde induit des forces de cisaillement dans la membrane, ce qui provoque une courbure de celle-ci (fig. 3B). L'épaisseur de la couche d'oxyde est choisie suffisante pour que, lorsque la plaquette en verre 2 est accolée à la plaquette en silicium 18, la nervure 46 est appliquée contre cette plaquette en verre en l'absence de toute autre sollicitation extérieure (fig. 3C). Par exemple, pour une profondeur de surgravure de 2 à 3 nm, on réalise une couche d'oxyde d'environ 1,5 um. Cette couche d'oxyde peut être réalisée, comme on l'a représenté sur la fig. 3B, sur la face avant de la membrane, c'est-à-dire du côté de la nervure. Il est possible de choisir d'oxyder la face arrière au lieu de la face avant. Cependant, pour que la membrane soit courbée dans le même sens, il faut alors réaliser l'oxyde à la périphérie de la membrane, sous la forme d'un anneau. An oxide layer 40 is then produced by thermal oxidation on a part of the membrane. This oxide layer induces shear forces in the membrane, which causes its curvature (fig. 3B). The thickness of the oxide layer is chosen to be sufficient so that, when the glass wafer 2 is attached to the silicon wafer 18, the rib 46 is applied against this glass wafer in the absence of any other external stress ( fig. 3C). For example, for an etching depth of 2 to 3 nm, an oxide layer of approximately 1.5 μm is produced. This oxide layer can be produced, as shown in FIG. 3B, on the front face of the membrane, that is to say on the side of the rib. It is possible to choose to oxidize the rear face instead of the front face. However, in order for the membrane to be curved in the same direction, it is then necessary to produce the oxide at the periphery of the membrane, in the form of a ring.

On pourrait bien entendu utiliser un autre matériau que l'oxyde de silicium pour provoquer cette courbure. Cependant, celui-ci constitue la solution la plus simple puisqu'il suffit de soumettre la plaquette à une oxydation thermique. One could of course use a material other than silicon oxide to cause this curvature. However, this is the simplest solution since it suffices to subject the wafer to thermal oxidation.

La couche d'oxyde ou une autre couche en un autre matériau adéquat peut aussi recouvrir avantageusement la nervure 46 (fig. 3B) et former ainsi The oxide layer or another layer of another suitable material can also advantageously cover the rib 46 (FIG. 3B) and thus form

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

5 5

CH 683 634 A5 CH 683 634 A5

6 6

une couche de protection pour éviter l'adhésion de la nervure sur la plaquette en verre. a protective layer to prevent adhesion of the rib on the glass plate.

Cette couche de protection augmente la hauteur de la nervure; elle modifie donc la prétension due à la nervure. On comprend en effet que, en l'absence d'oxyde sur ia membrane, aucune prétension n'est créée par la nervure lorsque sa hauteur (dite hauteur nominale) est telle que le sommet de la nervure affleure le siège de clapet, en l'absence de sollicitation extérieure. Ce cas correspond à la fig. 3A, avant que la surgravure 52 ne soit réalisée. This protective layer increases the height of the rib; it therefore modifies the pretension due to the rib. It is in fact understood that, in the absence of oxide on the membrane, no pretension is created by the rib when its height (called nominal height) is such that the top of the rib is flush with the valve seat, in l absence of external solicitation. This case corresponds to fig. 3A, before the over-etching 52 is carried out.

Lorsque la hauteur de la nervure est supérieure à sa hauteur nominale, par exemple parce qu'une couche d'oxyde recouvre la nervure, celle-ci s'applique avec une certaine prétension contre le siège de clapet. La valeur de cette prétension dépend notamment de la différence de hauteur de la nervure par rapport à la hauteur nominale et de l'élasticité, donc de l'épaisseur, de la membrane. Cette prétension s'ajoute à celle qui est provoquée par la couche d'oxyde qui courbe la membrane, et qui dépend elle aussi de l'épaisseur de la membrane. Une variation de l'épaisseur de la membrane induit, dans ce cas classique, des variations de même sens de la prétension due à la nervure et de la prétension due à la courbure de ia membrane, et par conséquent une variation de la prétension totale. When the height of the rib is greater than its nominal height, for example because an oxide layer covers the rib, the latter is applied with a certain pretension against the valve seat. The value of this pretension depends in particular on the difference in height of the rib relative to the nominal height and on the elasticity, and therefore on the thickness, of the membrane. This pretension is added to that which is caused by the oxide layer which curves the membrane, and which also depends on the thickness of the membrane. A variation in the thickness of the membrane induces, in this classic case, variations in the same direction of the pretension due to the rib and of the pretension due to the curvature of the membrane, and consequently a variation of the total pretension.

A l'inverse, lorsque la hauteur de la nervure est inférieure à sa hauteur nominale, par exemple par suite d'une surgravure de la plaquette 18 et d'un dépôt d'une couche d'oxyde sur la nervure moins épaisse que la profondeur de la surgravure, la nervure n'est pas en contact avec le siège de clapet. On peut considérer, par symétrie avec le cas précédent, que la nervure crée une prétension négative dont la valeur absolue est égale à la pression qu'il faudrait exercer sur la membrane pour que la nervure affleure le siège de clapet. Lorsque, en outre, une couche d'oxyde est réalisée sur la membrane, la prétension à laquelle est soumis le clapet est égale à la prétension due à la courbure de la membrane diminuée de cette prétension négative. Une variation de l'épaisseur de la membrane induit, dans ce cas conforme à l'invention, des variations de la prétension due à la nervure et de la prétension due à la courbure de la membrane de même sens en valeur absolue. Mais, comme ces prétensions sont soustraites l'une de l'autre, la prétension totale reste sensiblement constante. Conversely, when the height of the rib is less than its nominal height, for example as a result of an over-etching of the plate 18 and a deposit of an oxide layer on the rib thinner than the depth from the overprint, the rib is not in contact with the valve seat. We can consider, by symmetry with the previous case, that the rib creates a negative pretension whose absolute value is equal to the pressure that would have to be exerted on the membrane so that the rib is flush with the valve seat. When, in addition, an oxide layer is produced on the membrane, the pretension to which the valve is subjected is equal to the pretension due to the curvature of the membrane reduced by this negative pretension. A variation in the thickness of the membrane induces, in this case in accordance with the invention, variations in the pretension due to the rib and in the pretension due to the curvature of the membrane in the same direction in absolute value. However, since these pretensions are subtracted from each other, the total pretension remains substantially constant.

Des essais ont montré que des micropompes munies d'un clapet de sortie conforme à l'invention présentaient sensiblement la même prétension, et avaient donc le même comportement, malgré une dispersion de ± 2,5 um d'épaisseur pour des membranes de clapet ayant une épaisseur moyenne égale à 25 jim (profondeur de surgravure environ 3 um; couche d'oxyde environ 1,5 um). Tests have shown that micropumps fitted with an outlet valve in accordance with the invention exhibited substantially the same pretension, and therefore had the same behavior, despite a dispersion of ± 2.5 μm in thickness for valve membranes having an average thickness equal to 25 µm (overprinting depth about 3 µm; oxide layer about 1.5 µm).

L'oxydation de la plaquette 18 pour former la couche d'oxyde 40 est une étape relativement longue puisque l'épaisseur de la couche d'oxyde croît comme la racine carrée du temps d'oxydation. Il est possible de diviser par quatre la durée de cette opération. Il suffit pour cela, comme on l'a représenté sur la fig. 4, d'oxyder les deux faces de la membrane. En effet, si l'on réalise des couches d'oxyde 40a et 40b d'épaisseur 0,5 um par exemple, on obtient une précontrainte identique à celle causée par une couche 40 formée sur une seule face de la membrane avec une épaisseur de 1 (im. The oxidation of the wafer 18 to form the oxide layer 40 is a relatively long step since the thickness of the oxide layer increases as the square root of the oxidation time. The duration of this operation can be divided by four. It suffices for this, as shown in FIG. 4, to oxidize the two faces of the membrane. Indeed, if one carries out oxide layers 40a and 40b with a thickness of 0.5 μm for example, one obtains a prestress identical to that caused by a layer 40 formed on a single face of the membrane with a thickness of 1 (im.

On peut ajouter que, même sans recourir à la surgravure évoquée en relation avec la fig. 3A, l'oxydation des deux faces de la membrane contribue à une meilleure reproductibilité des caractéristiques de la micropompe. Ceci résulte de ce qu'on augmente moins la hauteur de la nervure, par rapport au cas où on oxyde une seule face de la membrane, ce qui réduit l'influence de la nervure sur la prétension du clapet. It may be added that, even without resorting to the over-etching mentioned in connection with FIG. 3A, the oxidation of the two faces of the membrane contributes to better reproducibility of the characteristics of the micropump. This results from the fact that the height of the rib is increased less, compared with the case where one oxide of the membrane is oxidized, which reduces the influence of the rib on the pretension of the valve.

On peut encore souligner que l'oxydation des deux faces de la membrane permet d'ajuster plus facilement la prétension à une valeur désirée en choisissant de manière adéquate le rayon de la couche d'oxyde. It can also be emphasized that the oxidation of the two faces of the membrane makes it easier to adjust the pretension to a desired value by choosing the radius of the oxide layer appropriately.

Claims (9)

RevendicationsClaims 1. Clapet intégré (32, 42) comprenant une première plaquette (18) en un matériau susceptible d'être usiné par des techniques photolithographiques, dans laquelle est formée une membrane dé-formable (34, 44), et une seconde plaquette (2) accolée à la première plaquette (18), un obturateur (38, 46) étant en outre réalisé sur la face d'une des plaquettes et ayant une surface libre pouvant être mise en contact avec la face de l'autre plaquette (clapet fermé) ou éloignée de celle-ci (clapet ouvert), selon la position de la membrane déforma-ble, la membrane étant recouverte partiellement d'une couche d'un second matériau (40) induisant une contrainte mécanique maintenant le clapet (32, 42) en position fermée en l'absence de sollicitations extérieures, ledit clapet (32, 42) étant caractérisé en ce que la membrane déformable (34, 44), l'obturateur (38, 46) et la plaquette en regard de l'obturateur (38, 46) sont conformés de façon que le clapet soit mis en position fermée par la seule contrainte induite par ladite couche d'un second matériau.1. Integrated valve (32, 42) comprising a first plate (18) made of a material capable of being machined by photolithographic techniques, in which a deformable membrane (34, 44) is formed, and a second plate (2 ) attached to the first plate (18), a shutter (38, 46) being further produced on the face of one of the plates and having a free surface which can be brought into contact with the face of the other plate (valve closed ) or away from it (valve open), depending on the position of the deformable membrane, the membrane being partially covered with a layer of a second material (40) inducing mechanical stress maintaining the valve (32, 42 ) in the closed position in the absence of external stresses, said valve (32, 42) being characterized in that the deformable membrane (34, 44), the shutter (38, 46) and the plate facing the shutter (38, 46) are shaped so that the valve is placed in position closed only by the stress induced by said layer of a second material. 2. Clapet selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'obturateur (38, 46) est formé sur la membrane (34, 44) de la première plaquette (18).2. A valve according to claim 1, characterized in that the shutter (38, 46) is formed on the membrane (34, 44) of the first plate (18). 3. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque face de la membrane (44) est partiellement recouverte d'une couche (40a, 40b) du second matériau.3. Valve according to any one of claims 1 and 2, characterized in that each face of the membrane (44) is partially covered with a layer (40a, 40b) of the second material. 4. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première plaquette (18) est en silicium et le second matériau est de l'oxyde de silicium.4. Valve according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first plate (18) is made of silicon and the second material is silicon oxide. 5. Clapet selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface libre de l'obturateur (38, 46) est recouverte d'une couche d'un troisième matériau pour éviter l'adhésion dudit obturateur sur la face de la plaquette en regard.5. Valve according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the free surface of the shutter (38, 46) is covered with a layer of a third material to prevent adhesion of said shutter on the face of the plate opposite. 6. Clapet selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit troisième matériau est identique au second matériau.6. Valve according to claim 5, characterized in that said third material is identical to the second material. 7. Clapet intégré comprenant une première plaquette (18) en matériau susceptible d'être usiné par des techniques photolithographiques, dans laquelle7. Integrated valve comprising a first plate (18) of material capable of being machined by photolithographic techniques, in which 55 1010 1515 2020 2525 3030 3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565 77 CH 683 634 A5CH 683 634 A5 est formée une membrane déformable (34, 44) et une seconde plaquette (2) accolée à la première plaquette (18), un obturateur (38, 46) étant en outre réalisé sur la face d'une des plaquettes avec une surface libre pouvant être mise en contact avec la face de l'autre plaquette (clapet fermé) ou éloignée de celle-ci (clapet ouvert), selon la position de la membrane déformable, ledit clapet étant caractérisé en ce que chaque face de la membrane (44) est recouverte partiellement d'une couche (40a, 40b) d'un second matériau induisant une contrainte mécanique maintenant le clapet en position fermée en l'absence de sollicitations extérieures.is formed a deformable membrane (34, 44) and a second plate (2) attached to the first plate (18), a shutter (38, 46) being further formed on the face of one of the plates with a free surface capable of be brought into contact with the face of the other plate (valve closed) or distant from it (valve open), depending on the position of the deformable membrane, said valve being characterized in that each face of the membrane (44) is partially covered with a layer (40a, 40b) of a second material inducing mechanical stress keeping the valve in the closed position in the absence of external stresses. 8. Procédé de fabrication d'un clapet intégré selon l'une des revendications 1 à 6 comprenant une première plaquette (18) en un matériau susceptible d'être usiné par des techniques photolithographiques, dans laquelle est formée une membrane déformable (34, 44), et une seconde plaquette (2) accolée à la première plaquette (18), un obturateur (38, 46) étant en outre réalisé sur la face d'une des plaquettes et ayant une surface libre pouvant être mise en contact avec la face de l'autre plaquette (clapet fermé) ou éloignée de celle-ci (clapet ouvert), selon la position de la membrane déformable, la membrane étant recouverte partiellement d'une couche d'un second matériau (40) induisant une contrainte mécanique maintenant le clapet (32, 42) en position fermée en l'absence de sollicitations extérieures, le procédé étant caractérisé en ce qu'au moins l'une des plaquettes est usinée de sorte que, avant que la couche du second matériau (40) ne soit réalisée, ledit clapet (32, 42) est en position ouverte en l'absence de sollicitations extérieures.8. A method of manufacturing an integrated valve according to one of claims 1 to 6 comprising a first plate (18) of a material capable of being machined by photolithographic techniques, in which is formed a deformable membrane (34, 44 ), and a second plate (2) attached to the first plate (18), a shutter (38, 46) being further produced on the face of one of the plates and having a free surface which can be brought into contact with the face from the other plate (valve closed) or away from it (valve open), depending on the position of the deformable membrane, the membrane being partially covered with a layer of a second material (40) inducing mechanical stress now the valve (32, 42) in the closed position in the absence of external stresses, the method being characterized in that at least one of the plates is machined so that, before the layer of the second material (40) be carried out, said valve (32, 42) is in the open position in the absence of external stresses. 9. Micropompe comportant une première plaquette (18) en un matériau susceptible d'être usiné par des techniques photolithographiques de manière à définir avec au moins une seconde plaquette de support (2) accolée face à face à la première plaquette, une chambre de pompage (30), au moins un premier clapet (32) à travers lequel ladite chambre de pompage (30) peut sélectivement communiquer avec une entrée (4) de la micropompe et au moins un second clapet (42) à travers lequel ladite chambre de pompage (30) peut sélectivement communiquer avec une sortie (6) de la micropompe, des moyens (24, 26a, 26b, 28) étant prévus pour provoquer une variation périodique de volume de ladite chambre de pompage (30), ladite micropompe étant caractérisée en ce qu'au moins l'un des clapets (32, 42) est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7.9. Micropump comprising a first plate (18) made of a material capable of being machined by photolithographic techniques so as to define, with at least a second support plate (2) placed side by side with the first plate, a pumping chamber (30), at least a first valve (32) through which said pumping chamber (30) can selectively communicate with an inlet (4) of the micropump and at least a second valve (42) through which said pumping chamber (30) can selectively communicate with an output (6) of the micropump, means (24, 26a, 26b, 28) being provided to cause a periodic variation in volume of said pumping chamber (30), said micropump being characterized in that at least one of the valves (32, 42) conforms to any one of claims 1 to 7. 55 1010 1515 2020 2525 3030 3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565 55
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