CN104024145B - 具有电子构件和弹簧元件的微流体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微流体装置1、11、21、51、61、71、81、91，其包括电子构件3、13、23、53、63、73、83、93和弹簧元件4、14、24、54、64、74、84、94，所述弹簧元件用于通过所述弹簧元件4、14、24、54、64、74、84、94的弹簧力将所述电子构件3、13、23、53、63、73、83、93固定在所述微流体装置1、11、21、51、61、71、81、91中或者上。
Description
技术领域
本发明涉及一种微流体装置。
背景技术
由DE102007046305A1已经公开了一种集成有半导体结构元件的微流体装置。
此外由WO2007/084392A2公开了一种将弹簧用在微流体装置的阀中的用途。
发明内容
具有电子构件和用于通过弹簧元件的弹簧力将电子构件固定在微流体装置中或者上的弹簧元件的微流体装置相对于所述现有技术具有以下优势，即作用于电子构件的机械应力是能够控制的。因此，在没有额外的外部支撑系统的情况下实现确切地并且持久地向电子构件施力。此外，按照本发明的装置使得当电子构件被集成到微流体装置中时公差问题和定位问题得到补偿。
通过下文中的技术方案能够实现上文中说明的装置的有利的改进方案和改善方案。
尤其有利的是，电子构件具有传感器激活区域（sensorischaktiverBereich），所述区域与微流体装置中的通道流体接触。由于用于固定电子构件的弹簧元件，通过将具有传感器激活区域的电子构件挤压到通道上形成流体密封。由此能够避免使用粘合材料。电子构件的传感器激活区域使得能够在通道中进行测量或者测量通道内的内容物。这种测量例如对于像Lab-on-a-Chip-Systeme(芯片实验室系统)一样的微流体装置是有利的。
有利的是，所述微流体装置具有第一层和第二层。在此所述第一层布置在第二层的上面。第二层具有用于通道的入口。第一层具有带有通往通道的开口的凹部。在此，电子构件布置在该凹部中。弹簧元件由第一层构造而成。借助这种层结构实现了固有地并且持久地夹紧电子构件。由此，电子构件的高度方面和凹部的高度方面的制造公差得到均衡。借此也保证了在插入到凹部中的电子构件的高度方面的正确校准。此外，通过使用弹簧元件使得即使在层和电子构件热膨胀程度不同时加到电子构件上的机械应力也保持可控。此外，自动地保护电子构件的背侧不被接触。
此外有利的是，弹簧元件如此由第一层构造而成，使得弹簧元件在背向第二层的表面上相对于第一层的包围弹簧元件的表面向内错开。由此，当弹簧元件发生偏移时避免超出第一层的包围弹簧元件的表面。因此使得将其他层添加到第一层上变得容易。
此外有利的是，在第一层与第二层之间布置有弹性膜片。通过该膜片改善了电子构件与电子构件的传感器激活区域外部的通道之间的密封。同样有利的是，弹性膜片与电子构件通过焊缝沿着通道的外边界连接。通道的密封由此得以改善。
构造为螺旋形或曲折形的弹簧元件具有下述有点，即能够传递特别小的力。
此外有利的是，通道与第一层和电子构件之间的过渡区没有接触，借此实现良好的密封性。
附图说明
在附图中示出本发明的实施例并且在下述说明中对其进行详细阐述。其中：
图1示出按照本发明的微流体装置的第一实施方式的俯视图，
图2示出沿着剖切线A-A＇穿过按照本发明的微流体装置在图1中所示的第一实施方式的横截面图，
图3示出按照本发明的微流体装置的第二实施方式的横截面图，
图4示出按照本发明的微流体装置的第三实施方式的横截面图，
图5示出按照本发明的微流体装置的第四实施方式的俯视图，
图6示出按照本发明的微流体装置的第五实施方式的横截面图，
图7示出按照本发明的微流体装置的第六实施方式的俯视图，
图8示出按照本发明的微流体装置的第七实施方式的俯视图，
图9示出按照本发明的微流体装置的第八实施方式的俯视图并且
图10示出沿着剖切线B-B＇穿过按照本发明的微流体装置在图9中所示的第八实施方式的横截面图。
具体实施方式
图1示出按照本发明的微流体装置的第一实施方式1的俯视示意图。微流体装置的第一实施方式1具有电子构件3。该电子构件3布置在第一层2的凹部中。弹簧元件4由第一层2构造而成。
图2示出沿着剖切线A-A＇穿过在图1中示出的第一实施方式1的横截面示意图。图2借此清楚地示出微流体装置1的分层结构。第一层2是布置在第二层7的上面。第一层2具有用于电子构件3的凹部。第一层2如此构造而成，使得弹簧元件4构造在背向第二层7的侧面上。因此，通过弹簧元件4将弹簧力沿第二层7的方向作用到电子构件3上。第二层7具有用于通道5的入口。通道5在面向第一层2的表面上是敞开的。第一层2的凹部在面向第二层7的表面上同样是敞开的，从而使得布置在第一层2的凹部中的电子构件3覆盖通道5。电子构件3的传感器激活区域6通过这种方式流体接触通道5。
电子构件3例如是半导体结构元件，所述半导体结构元件具有微流体传感器作为传感器激活区域6、例如流量传感器或者压力传感器。同样也能够考虑例如将具有微型芯片和传感器激活区域6中的一个或者多个传感器的集成电路作为电子构件3，例如带有电化学的或者电容的读出单元。
层2、7例如能够由具有一定弹性的聚合材料例如PC、COP、COC、PMMA形成。
按照本发明的微流体装置的第一实施方式1在按照图1的俯视图中例如能够具有大约10mm x 10mm的尺寸、或者例如具有载物体75mm x 25mm的典型尺寸。电子构件3在按照图1的俯视图中作为尺寸范围具有例如2mm x 2mm到20mm x 20mm的范围。层2、7例如具有0.2mm到2mm的高度。电子构件3具有例如0.1mm到1.5mm的高度。这些高度在按照图2的横截面中竖直延伸。
弹簧元件4例如具有0.5mm到5mm的宽度，其中该宽度是指在图1中垂直于剖切线A-A＇的空间尺寸中的延展。弹簧元件具有弹簧臂，该弹簧臂例如具有5mm到12mm的长度。该长度是指在图1中平行于剖切线A-A＇的延展。该弹簧臂例如能够偏移0.1mm到0.5mm。由此使得每个弹簧元件能够施加例如0.1N到2N的力。
按照本发明的微流体装置例如通过叠放各个元件、即层1、2和电子构件3并且通过例如借助粘合或者激光透射焊接的接合制造而成。在制造过程中弹簧元件4通过电子构件3偏移，从而在制造之后弹簧元件4的弹簧力作用于电子构件3。
此外，电子构件3的电接触例如能够通过一个或者多个加入到层1、2之一中的导体电路或者通过层中的凹部中或者孔中的额外的连接实现。
图3示出按照本发明的微流体装置的第二实施方式11的横截面图。第二实施方式11的结构大部分与第一实施方式1的结构相对应。也就是微流体装置的第二实施方式11具有第一层12、第二层17、电子构件13、弹簧元件14、通道15和传感器激活区域16。这些元件的布置、尺寸比例和材料与第一实施方式1中的相对应。而第二实施方式11与第一实施方式1不同的是具有弹性膜片18。该弹性膜片18布置在第二层17与第一层12或者说电子构件13之间。该弹性膜片18在通道15的区域中被打开，从而使得传感器激活区域16与通道15继续保持接触。该弹性膜片18例如由热塑性弹性体制成。通过弹性膜片18改善对通道的密封。
图4示出微流体装置的第三实施方式21的横截面图。对应于前两个实施方式，第三实施方式21也具有第一层22、第二层27、电子构件23、弹簧元件24、通道25、传感器激活区域26和弹性膜片28。这些元件的布置与微流体装置的第二实施方式11相对应。此外，第三实施方式21具有焊缝29，该焊缝沿着通道25延伸。焊缝29将膜片28与层22、27和电子构件23连接在一起。由此也改善了按照该实施方式21的微流体装置的流体密封性。作为可选方案，该流体密封性还能够通过将弹性膜片28与层22、27和电子构件23平面地焊接在一起得以进一步改善。
图5示出按照本发明的微流体装置的第四实施方式51的俯视图。微流体装置的第四实施方式51同样具有第一层52、加入到第一层52的凹部中的电子构件53和弹簧元件54。弹簧元件54具有两个弹簧臂。所述具有两个弹簧臂的弹簧元件54例如具有1mm到5mm的宽度、5mm到15mm的长度和0.1mm到0.8mm的厚度。弹簧臂的长度沿着弹簧元件的侧边界测定，其在图5中通过宽的线宽示出。该宽度由这两个侧边界之间的距离测定。
图6示出穿过按照本发明的微流体装置的第五实施方式61的横截面图。对应于第一实施方式，第五实施方式61也具有第一层62、第二层67、布置在第一层62的凹部中的电子构件63、弹簧元件64、被加入作为第二层67中的凹部的通道65和电子构件63的传感器激活区域66。微流体装置的第五实施方式61与微流体装置的第一实施方式1的区别在于，第一层62如此构造而成，从而使得弹簧元件64在偏移时不会突出于背向第二层67的表面。图6中的虚线68清楚地示出了包围弹簧元件的表面。即使当弹簧元件64发生强烈偏移时，弹簧元件64与虚线68之间的间距也不会被弹簧元件64超过。弹簧元件64在第一层62中的这种向内错开实现了还能够将其他层添加到第一层62上面。
图7示出按照本发明的微流体装置的第六实施方式71的俯视图。在这里同样示出，第六实施方式71具有第一层72、集成在该层中的电子构件73和弹簧元件74。弹簧元件74具有螺旋形的形状，也就是说，弹簧元件64由此具有弹簧臂，所述弹簧臂由于其长度能够传递特别小的力。
图8示出按照本发明的微流体装置的第七实施方式81的俯视图。第七实施方式81也具有第一层82和电子构件83。第七实施方式81此外还具有八个弹簧元件84。这些弹簧元件例如类似于之前的实施方式的弹簧元件那样设计，但是尺寸较小，例如是第六实施方式71的弹簧元件74的尺寸的八分之一。通过多个弹簧元件84实现了力均匀地分布到电子构件83的不同位置上。
在其他实施方式中能够通过改变弹簧臂的厚度、长度和宽度来如此调适弹簧元件，使得弹簧力按照期望的目的均匀地又或者不均匀地分布到电子构件上。同样也能够考虑具有多个弹簧元件的实施例。
按照本发明的微流体装置的第八实施方式91在图9中以俯视图示出并且在图10中沿着剖切线B-B＇以横截面图示出。第八实施方式具有第一层92、带有传感器激活区域96的电子构件93、弹簧元件94、通道95和第二层97。第八实施方式91与其他实施方式的区别在于通道95和第三层99的布置。按照图9通道95沿着剖切线B-B＇延伸。通道95在第二层97中在电子构件93的下面延伸。通道95的走向如此设计，即通道95仅与电子构件93接触而不与第一层92接触。也就是说，通道95如此延伸，从而阻止通道95与第一层92和电子构件93之间的过渡区或者与第一层92和其内布置有电子构件93的凹部之间的过渡区接触。通道95与电子构件93的接触区域包括传感器激活区域96的区域。第三层99在背向电子构件93的侧面覆盖通道95。第三层99例如由粘合膜、聚合物或者聚合物层制成。
Claims (7)
1.微流体装置（1、11、21、51、61、71、81、91），具有电子构件（3、13、23、53、63、73、83、93），其特征在于弹簧元件（4、14、24、54、64、74、84、94），所述弹簧元件用于通过所述弹簧元件（4、14、24、54、64、74、84、94）的弹簧力将所述电子构件（3、13、23、53、63、73、83、93）固定在所述微流体装置（1、11、21、51、61、71、81、91）中或者上, 其中所述微流体装置（1、11、21、51、61、71、81、91）具有第一层（2、12、22、52、62、72、82、93）和第二层（7、17、27、67、97），所述第一层（2、12、22、52、62、72、82、92）布置在所述第二层（7、17、27、67、97）的上面，所述第二层（7、17、27、67、97）具有用于所述微流体装置（1、11、21、51、61、71、81、91）中的通道（5、15、25、65、95）的入口，所述第一层（2、12、22、52、62、72、82、92）具有带有通往所述通道（5、15、25、65、95）的开口的凹部，其中所述电子构件（3、13、23、53、63、73、83、93）布置在所述凹部内，并且所述弹簧元件（4、14、24、54、64、74、84、94）由所述第一层（2、12、22、52、62、72、82、92）构造而成。
2.根据权利要求1所述的微流体装置（1、11、21、51、61、71、81、91），其特征在于，所述电子构件（3、13、23、53、63、73、83、93）的传感器激活区域（6、16、26、66、96）与所述通道（5、15、25、65、95）流体接触。
3.根据权利要求1所述的微流体装置（61），其特征在于，所述弹簧元件（64）由所述第一层（62）如此构造而成，使得所述弹簧元件（64）在背向所述第二层（67）的表面上相对于所述第一层（62）的包围所述弹簧元件（64）的表面向内错开。
4.根据权利要求1所述的微流体装置（11、21），其特征在于，在所述第一层（12、22）与所述第二层（17、27）之间布置有弹性膜片（18、28）。
5.根据权利要求4所述的微流体装置（21），其特征在于，所述弹性膜片（28）与所述电子构件（23）通过焊缝（29）沿着所述通道的外边界连接。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的微流体装置（71），其特征在于，所述弹簧元件（74）构造为螺旋形或者曲折形。
7.根据权利要求1到5中任一项所述的微流体装置（91），其特征在于，所述通道（95）如此布置，从而阻止所述通道（95）与所述第一层（92）和所述电子构件（93）之间的过渡区或者与所述第一层（92）和其中布置有所述电子构件（93）的凹部之间的过渡区接触。
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