CN105673932A - 减小尺寸且改善电性能的微型阀门 - Google Patents

Abstract

一种减小尺寸且改善电性能的微型阀门。一种板适合于微型阀门且包括可移动构件，构造为在关闭位置和打开位置之间运动，在关闭位置，可移动构件防止流体通过微型阀门连通，在打开位置，可移动构件不防止流体通过微型阀门连通。可移动构件包括细长臂部分、通过中间脊柱连接到细长臂部分的多个致动器肋、以及铰链部分。致动器肋具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一端和第二端，第一部分的第二端连接到中间脊柱，第二部分具有第一端和第二端，第二部分的第二端连接到中间脊柱。沟槽形成在板中。多个细长开口形成在板中且限定致动器肋，每个细长开口具有纵向延伸侧边缘。

Description

减小尺寸且改善电性能的微型阀门

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年8月25日提交的美国临时申请No.62/041,471的权益，其内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明总体上涉及用于控制流体通过流体电路流量的微型阀门。特别是，本发明涉及对这样的微型阀门改善结构以便于更加有效的电性能，以相对高的过电压条件运行，并且相对于传统微型阀门具有较小的尺寸和重量，从而相对较小的尺寸和重量便于改进可制造性。

背景技术

总体而言，微型机电系统(MEMS)是这样的系统，它不仅包括电气和机械部件二者，而且还在物理上很小，典型地包括小尺寸的特征，通常在约十微米范围内或更小。词语“微细加工”通常理解为涉及三维结构和这样微型机电系统装置的运动部分的生产。过去，微型机电系统用于修正集成电路(例如，计算机芯片)制造技术(例如化学蚀刻)和材料(例如硅半导体材料)，其微细加工以提供这些非常小的机电部件。然而，最近其它的微细加工技术和材料已经变得可利用。

如这里所用，词语“微加工装置”是指包括以小尺寸为特征的装置，其大小通常为约十微米或更小范围内，并且因此至少部分地通过微细加工形成。还如这里所用，词语“微型阀门”是指包括以小尺寸为特征的阀门，其大小通常在约十微米或更小的范围内，并且因此也至少部分地通过微细加工形成。最后，如这里所用，词语“微型阀门装置”是指包括微型阀门的微加工装置，但是还包括附加部件。应注意，如果微型阀门之外的部件包括在微型阀门装置中，则这些其它部件可为微加工部件或标准尺寸(即，较大)部件。类似地，微加工装置可包括微加工部件和标准尺寸部件二者。

在控制流体通过流体电路流量的技术中已知各种微型阀门结构。一种已知的微型阀门结构包括可移动构件，其支撑在阀体中提供的密闭内腔内用于在关闭位置和打开位置之间枢转或其它运动。在位于关闭状态时，可移动构件基本上阻挡了第一流体端口，否则与第二流体端口流体连通，因此防止流体在第一和第二流体端口之间流动。在位于打开状态时，可移动构件基本上不阻挡第一流体端口与第二流体端口流体连通，因此允许流体在第一和第二流体端口之间流动。

该传统微型阀门的最终用户可能要求微型阀门能在输入电压增加或者约20％过电压时支持且维持运行。另外，在传统微型阀门组装期间，必须当心把可移动构件精确定位在阀体中提供的密闭内腔内以保证微型阀门的适当功能。因此，希望提供能在相对高过电压条件下运行的用于微型阀门的结构，且其中改善了可制造性。

发明内容

本发明总体上涉及用于控制流体通过流体电路流量的微型阀门。特别是，本发明涉及用于这样微型阀门的改进结构，其包括便于更加高效电性能的结构，在相对高过电压条件下运行，并且其部件相对于传统微型阀门具有小尺寸和重量以便于改善可制造性。在一个实施例中，一种板适合于用在微型阀门中且包括可移动构件，其构造为在关闭位置和打开位置之间运动，其中在该关闭位置，可移动构件防止流体通过微型阀门连通，在该打开位置，可移动构件不防止流体通过微型阀门连通。可移动构件包括细长臂部分、通过中间脊柱连接到细长臂部分的多个致动器肋以及铰链部分。致动器肋具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一端和第二端，第一部分的第二端连接到中间脊柱，第二部分具有第一端和第二端，第二部分的第二端连接到中间脊柱。沟槽形成在板中。多个细长开口形成在板中且限定致动器肋，每个细长开口具有纵向延伸侧边缘。细长开口之一使第二部分肋中的每个肋与相邻肋或板分隔。沟槽和细长开口之一的纵向延伸侧边缘使致动器肋的第二部分与板分隔且限定电绝缘区域。

结合附图，通过下面的详细描述本发明的各种优点对本领域的技术人员来讲将变得明显易懂。

附图说明

图1是具有盖板、中板和基板的已知微型阀门的分解透视图。

图2是图1所示已知微型阀门组装后的透视图。

图3是图1和2所示盖板内表面的平面图。

图4是图1和2所示中板的平面图。

图5是图1和2所示基板内表面的平面图。

图6是根据本发明的微型阀门的分解透视图，示出了盖板、中板和基板。

图7是图6所示中板的平面图。

图8是图6所示基板内表面的平面图。

图9A是图4所示已知中板的局部平面图，示出了最大电流密度的位置。

图9B是图6和7所示中板的局部平面图，示出了最大电流密度的位置。

具体实施方式

现在，将参考本发明的特定实施例描述本发明。然而，本发明可以以不同的方式实施，而不应解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例以使本公开透彻且完整，并且向本领域的技术人员全面转达本发明的范围。

如本发明的说明书和所附的权利要求书中所用，词语“非致动”是指在施加电源前，即在微型阀门装置致动器致动前，微型阀门装置的稳定状态情形。

现在参见附图，图1至5中示出了已知的、传统的微型阀门1的基本结构。所示的微型阀门1包括盖板2、中板3和基板4。盖板2具有外表面5和内表面6。盖板2还有贯通形成的一个或多个开口(在所示的实施例中示出了两个开口2a和2b)，以本领域已知的方式允许一个或多个导电线(未示出)通过其间。中板3具有第一表面7和第二表面8。基板4具有内表面9和外表面10。所示传统微型阀门1的中板3具有约10.8mm的长度L1和约4.8mm的宽度W1。应理解，盖板2和基板4将典型地也与中板3制造成相同的长度和宽度。

基板4还具有以已知技术的方式贯穿形成的一个或多个开口(在所示的实施例中示出了三个开口4a、4b和4c)，其允许流体流入和流出微型阀门1。

在如图2所示装配微型阀门1时，盖板2的内表面6配合中板3的第一表面7的固定部分，并且基板4的内表面9配合中板3的第二表面8的固定部分。盖板2、中板3和基板4可以以任何所希望的方式保持在该方位上。例如，盖板2和/或基板4的部分可连接到中板3，例如通过熔接、化学连接或物理连接(例如，机械扣件和/或粘合剂)。盖板2、中板3和基板4可由任何所希望的材料或者材料组合组成。例如，盖板2、中板3和基板4可由硅和/或类似的材料组成。在所示和所讨论的实施例中，盖板2和基板4是非导电的，而中板3是掺杂硅半导体材料，其在电流通过其间时加热且膨胀。

用于微型阀门1的盖板2的内表面结构详细地示出在图3中。如这里所示，盖板2包括致动器腔，总的表示成11，其提供在其内表面6上。所示的致动器腔11包括上致动器臂腔体部分11a、中致动器臂腔体部分11b、下致动器臂腔体部分11c、致动器肋臂腔体部分11d、致动器脊腔体部分11e和致动器铰链腔体部分11f。上致动器臂腔体部分11a具有设置在其中的一对凹陷区域12a和12b。所示的致动器腔11还具有设置在其中的一个或多个压力平衡过渡段13。

盖板2具有第一密封结构14a，其从致动器腔11的底表面延伸且完全在第一凹陷区域12a的周界附近。类似地，盖板2还具有第二密封结构14b，其从致动器腔11的底表面延伸且完全在第二凹陷区域12b的周界附近。在所示的实施例中，密封结构14a和14b的每一个是横截面形状总体上为梯形的壁且包括四个线性延伸的壁段，其延伸为相邻于凹陷区域12a和12b的四侧。然而，密封结构14a和14b可形成为具有任何所希望的截面形状或各形状的组合，并且还可以以任何所希望的方式(线性或其它方式)关于凹陷区域12a和12b延伸。例如，密封结构14a和14b可形成为基本上如图3所示，但是可在相邻线性延伸壁段之间具有圆角，具有一个或多个非线性延伸壁段，或者为完全非线性形状。密封结构14a和14b的用途将描述如下。

用于微型阀门1的中板3的第一表面7的结构详细地示出在图4中。如这里所示，传统的中板3包括活动阀构件或可移动构件，总的表示为30，其包括密封部分31，具有通过其间形成的一对开口31a和31b。密封部分31通过细长臂部分32连接到铰链部分33，其与传统的中板3整体形成。中板3还包括致动器，该致动器包括多个致动器肋34，在密封部分31和铰链部分33的中间位置通过中间脊柱35连接到细长臂部分32。如下所述，铰链部分33形成在中间脊柱35和沟槽21b限定的枢转锚定区域39中，并且也如下所述，进一步在致动器肋34和沟槽21e之间。

密封部分31还包括凹口24和25，其每一个限定计量边，用于控制通过微型阀门1的流量，并且还包括多个压力平衡开口26，用于在其致动和非致动期间减小或防止压力不平衡，从而最小化或防止可移动构件30的密封部分31的“平面外”运动。

如图4所示，多个致动器肋34的第一部分(在图4上看为上肋34)将其第一端柔性连接到中板3的第一非移动部分。多个致动器肋34的第一部分的第二端连接到中间脊柱35。中板3的第一非移动部分电连接到中板3上提供的第一连接焊盘7a。类似地，多个致动器肋34的第二部分(在图4上看为下肋34)将其第一端柔性连接到中板3的第二非移动部分。多个致动器肋34的第二部分的第二端还连接到中间脊柱35。中板3的第二非移动部分电连接到中板3上提供的第二连接焊盘7b。

中板3还可包括通过中板3形成的沟槽21a、21b、21c、21d和21e。沟槽21a、21b、21c和21d通过中板3形成为在致动器肋34的第二部分的第一端限定总体上矩形的隔离区域44，物理地分隔隔离区域44与中板3除了多个致动器肋34外的其余区域。如上所讨论，盖板2和基板4是非导电的。因此，除了通过多个致动器肋34外，隔离区域44上形成的第二连接焊盘7b与第一连接焊盘7a电绝缘。

沟槽21a、21b、21c、21d和21e还可用作流体流动通道，并且构造为在微型阀门1的运行期间允许在中板3内流体流动。该流动的流体可冷却中板3紧靠相邻于沟槽21a、21b、21c、21d和21e的部分。沟槽21a、21b、21c、21d和21e还可允许空气从致动器肋34的第二部分的第一端清除且通过开口4a、4b和4c之一至微型阀门1之外。

以已知技术的方式，电流可从第一连接焊盘7a经由多个致动器肋34至第二连接焊盘7b。这样的电流产生热以及多个致动器肋34的热膨胀，这导致中间脊柱35的轴向运动。如上所述，中间脊柱35连接到细长臂部分32。因此，中间脊柱35的轴向运动导致可移动构件30的细长臂部分32(且因此密封部分31)关于铰链部分33枢转，或者在图4所示的非致动位置和致动位置之间相对于中板3的其余部分运动，其中可移动构件30的枢转运动导致密封部分31相对于中板3的其余部分运动(至图4的右侧)。细长臂部分32的该运动发生在盖板2和基板4之间由中板3的其余部分限定的平面内。因此，所示的可移动构件30用作传统的微型机电系统。

例如，在微型阀门1中，开口4a可构造为常开流体端口，开口4b可构造为常关流体端口，并且开口4c可构造为公用的流体端口。当可移动构件30处于非致动位置时，开口4a处于打开位置，并且开口4b处于关闭位置。在打开位置，凹口24设置为重叠开口4a的一部分，因此允许流体流动在开口4c和开口4a之间。当开口4b处于关闭位置时，凹口25设置为远离开口4b，因此基本上防止流体流过开口4b，并且因此在开口4c和开口4b之间。

基板4的内表面9的结构详细地示出在图5中。如这里所示，基板4包括致动器腔，总的表示为40，提供在其内表面9上。所示的致动器腔40包括上致动器臂腔体部分40a、中致动器臂腔体部分40b、下致动器臂腔体部分40c、致动器肋臂腔体部分40d、致动器脊腔体部分40e和铰链腔体部分40f。所示的致动器腔40还具有提供中的一个或多个压力平衡凹陷41。

基板4具有第一密封结构42a，其从致动器腔40的底表面延伸且完全在第一开口4a的周界附近。类似地，基板4还具有第二密封结构42b，其从致动器腔40的底表面延伸且完全在第二开口4b的周界附近。密封结构42a和42b在2014年6月24日提交的美国专利申请No.14/313,138中进行了详细描述，其内容通过全文引用结合于此。

图6至8示出了根据本发明的改进微型阀门100的部分。本发明的微型阀门100的基本结构与图1和2所示类似，并且因此包括盖板102、中板103和基板104。盖板102具有外表面105和内表面106。盖板102还具有以已知技术的方式贯通形成的一个或多个开口(在所示的实施例中示出了两个这样的开口102a和102b)，其允许一个或多个导电线(未示出)通过其间。中板103具有第一表面107和第二表面108。基板104具有内表面109和外表面110。基板104还具有以已知技术的方式贯穿形成的一个或多个开口(在所示的实施例中示出了三个这样的开口104a、104b和104c)，其允许流体流入和流出微型阀门100。

在装配微型阀门时，盖板102的内表面106配合中板103的第一表面107的固定部分，并且基板104的内表面109配合中板103的第二表面108的固定部分。盖板102、中板103和基板104可以以任何所希望的方式保持在该方位上。例如，盖板102和/或基板104的部分可连接到中板103，例如通过熔接、化学连接或物理连接(例如，机械扣件和/或粘合剂)。盖板102、中板103和基板104可由任何所希望的材料或材料组合组成。例如，盖板102、中板103和基板104可由硅和/或类似材料组成。在本发明的优选实施例中，盖板102和基板104不是导电的，而中板103是掺杂的硅半导体材料，在电流通过其间时加热且膨胀。

本发明的盖板102的内表面106的结构详细地示出在图8中。如这里所示，本发明的盖板102包括致动器腔，总的表示为111，提供在其内表面106上。所示的致动器腔111包括上致动器臂腔体部分111a、中致动器臂腔体部分111b、下致动器臂腔体部分111c、致动器肋腔体部分111d、致动器脊腔体部分111e和铰链腔体部分111f。上致动器臂腔体部分111a具有提供其中的一对凹陷区域112a和112b。第三凹陷区域112c形成在中致动器臂腔体部分111b中。

如图7所示，本发明的中板103包括可移动构件，总的表示为130，其包括密封部分131，具有形成为通过期间的一对压力平衡开口131a和131b。密封部分131还包括凹口124和125，其每一个限定剂量边缘，用于控制流体通过微型阀门100和多个压力平衡开口126的流量。压力平衡开口126、131a和131b构造为减小或防止密封部分131的压力不平衡，否则可能在其致动和非致动期间倾向于导致臂部分132在常规弓形运动的平面外运动。

密封部分131通过细长臂部分132连接到铰链部分133，其与本发明的中板103整体形成。细长臂部分132由细长开口172a和172b与中板103分隔，如图7的最佳所示。铰链部分133形成在下面描述的中间脊柱135和沟槽121b之间以及下面描述的细长开口170d和沟槽121d之间限定的枢转锚定区域54中。在所示的实施例中，沟槽121b与铰链部分133隔开一定的距离D1。距离D1优选相对较小，例如在约20μm至约250μm的范围内。应理解，距离D1仅需要足够宽以使铰链部分133和沟槽121b之间的中板103的材料可牢固地连接到相邻的盖板102和基板104。

可移动构件130还包括多个致动器肋对160、162和164。每个肋对160、162和164与相邻肋对或与中板103由细长开口170a、170b、170c和170d分隔。尽管仅示出了三个致动器肋对，但是可提供任何数量的致动器肋对。致动器肋对160、162和164在优选密封部分131和铰链部分133中间的位置通过中间脊柱135连接到细长臂部分132。

每个致动器肋对160、162和164分别包括第一肋160a、162a和164a，并且分别包括第二肋160、162b和164b。第一肋160a、162a和164a(图7中所示的上肋)的第一端160a1、162a1和164a1柔性地连接到本发明的中板103的第一非运动部分。第一肋160a、162a和164a的第二端连接到中间脊柱135。第二肋160b、162b和164b(图7中所示的下肋)的第一端160b1、162b1和164b1柔性地连接到本发明的中板103的第二非运动部分。第二肋160、162b和164b的第二端还连接到中间脊柱135。

中板103的第一非运动部分电连接到中板103上提供的第一连接焊盘107a。中板103的该第一非运动部分还限定非电绝缘区域152。中板103的第二非运动部分电连接到中板103上提供的第二连接焊盘107b。

多个致动器肋对160、162和164包括至少一个第一最外致动器肋对，例如肋对160，以及与第一最外肋对160分隔的第二最外致动器肋对，例如肋对164。肋轴A1和A2限定为延伸通过且超过多个致动器肋对的最外肋对160和164的每一个中每个肋的第一端。在所示的实施例中，第一肋轴A1限定为分别延伸通过且超过致动器肋160a和160b的第一端160a1和160b1(图7上看的最左肋对)。类似地，第二肋轴A2限定为分别延伸通过且超过致动器肋164a和164b的第一端164a1和164b1(图7上看的最右肋对)。第一肋连接区域166限定在第一和第二轴A1和A2之间位于第一肋160a、162a和164a的第一端160a1、162a1和164a1，并且第二肋连接区域168限定在第一和第二轴A1和A2之间位于第二肋160b、162b和164b的第一端160b1、162b1和164b1。

中板103还可包括形成为通过中板103的沟槽121a、121b、121c和121d。沟槽121a、121b、121c和121d形成为通过中板103且将第二肋160b、162b和164b的第一端160b1、162b1和164b1处的细长开口170a连接到中间脊柱135和第二肋160b、162b和164b的第一端160b1、162b1和164b1中间位置的细长开口170d，并且还连接到细长臂部分132和中板103之间的细长开口172。

除了通过致动器肋对160、162和164外，沟槽121a、121b、121c和121d以及细长开口170d的一个纵向延伸侧边缘还限定了隔离区域150的边界以物理地分隔隔离区域150与中板103的其余部分。如上所讨论，盖板102和基板104是非导电的。隔离区域150中形成的第二连接焊盘107b因此与第一连接焊盘107a电绝缘，而不是通过致动器肋对160、162和164。值得注意的是，隔离区域150位于第二肋连接区域168之外的部分大于第二肋连接区域168。

与形成为通过中板3的沟槽21a、21b、21c、21d和21e类似，沟槽121a、121b、121c和121d也可用作流体流动通道，并且构造为在微型阀门100运行期间允许流体在中板103内流动。该流体可冷却中板103紧靠相邻于沟槽121a、121b、121c和121d的部分。沟槽121a、121b、121c和121d还可允许空气从第二肋160b、162b和164b的第一端160b1、162b1和164b1附近清除，且通过开口104a、104b和104c之一至微型阀门100之外。

在所示的实施例中，沟槽121c与中板103的边缘52分隔一定的距离D2。距离D2优选相对较小，例如在约50μm至约250μm的范围内。应理解，距离D2仅需足够宽以使在沟槽121c和边缘52之间的中板103的材料可牢固地连接到相邻的盖板102和基板104。

以已知技术的方式，电流可从第一连接焊盘107a通过多个致动器肋对160、162和164至隔离区域150内的第二连接焊盘107b。这样的电流导致多个致动器肋对160、162和164的热膨胀，引起中间脊柱135的轴向运动。如上所描述，中间脊柱135连接到细长臂部分132。因此，中间脊柱135的轴向运动导致可移动构件130的细长臂部分132(且因此密封部分131)关于铰链部分133枢转或相对于中板103的其余部分运动(这样的运动发生在由中板103的其余部分限定的平面内)。因此，所示的可移动构件130用作微型机电系统流量控制元件，即微型阀门的可运动部分以直接控制通过微型阀门的流量。此外，多个致动器肋对160、162和164与中间脊柱135配合以形成热致动器，用于选择性地移动可移动构件130以关于铰链部分133枢转。

隔离区域150包括相对窄的部分或条50，限定在第二肋160b、162b的第一端160b1、162b1和164b1和通道121c之间，平行于中板103的边缘52延伸。在所示的实施例中，窄条50具有约0.2mm的宽度W3。窄条50还可具有其它所希望的宽度，例如在0.175mm和0.5mm之间。应理解，窄条50由与用于形成中板103的其余部分相同的半导体材料形成，例如硅。

有利地，流过沟槽121a、121b、121c和121d且特别是流过沟槽121c的流体仅与第一端160b1、162b1和164b1分隔宽度W3。因此，流体在第一端160b1、162b1和164b1提供到第二肋160b、162b和164b的冷却量相对于现有技术的微型阀门1的隔离区域44中提供到致动器肋34的冷却量较大。

本发明的基板104的内表面109的结构详细地示出在图6中。如这里所示，本发明的基板104包括致动器腔，总的表示为140，提供在其内表面109上。所示的致动器腔140包括上致动器臂腔体部分140a、中致动器臂腔体部分140b、下致动器臂腔体部分140c、致动器肋臂腔体部分140d、致动器脊腔体部分140e和铰链腔体部分140f。

再一次参见图7，所示的连接焊盘107a设置为相邻于(图7上看的上面)第一肋160a、162a和164a的第一端160a1、162a1和164a1。连接焊盘107b设置为相邻于第二肋160b、162b和164b靠近其第一端(图7上看至第二肋160b、162b和164b的第一端160b1、162b1和164b1的上面和右侧)且也在窄条50之上(见图7)。

如上所描述，在微型阀门100的致动期间，多个致动器肋对160、162和164通过使电流通过期间而加热。致动器肋对160、162和164然后经受热膨胀且拉长，这促使中间脊柱135和连接的臂部分132远离致动器肋对160、162和164(图7上看的右侧)。臂部分132然后在铰链部分133弯曲或弯折以适应中间脊柱135的运动，因此导致密封部分131及其凹口124和125沿着弓形通道(图7上看的右侧)在常规运动的平面中运动到受压位置，其关闭开口104a且打开开口104b。

从多个致动器肋对160、162和164去除电流时，致动器肋对160、162和164冷却且收缩，促使中间脊柱135朝着致动器肋对160、162和164返回(图7上看的左侧)。臂部分132和密封部分131然后返回到非致动位置，如图7所示，其中开口104a再一次打开，并且开口104b再一次关闭。

如上所描述且如图7所示，第二连接焊盘107b相邻于第二肋160b、162b和164b(图7上看的右侧)且在窄条50之上(见图7)。尽管第二连接焊盘107b远离第二肋160b、162b和164b的第一端160b1、162b1和164b1的距离大于第二连接焊盘7b远离传统微型阀门1中多个致动器肋34的第二部分的第一端的距离，但是相对于传统的微型阀门1电性能得到相当大的改善。

图1至5所示的微型阀门1的典型标称输入电压是12V。在原型试验期间，在12V下，发现微型阀门1具有5125A/m²的最大电流密度。微型阀门1的最终用户典型地要求微型阀门1能支持且保持可运行；即继续运行而不在输入电压增加或至少约20％的过电压时致动器肋对160、162和164熔化。例如，所示的微型阀门1将以至至少约14.4V的输入电压增加而保持运行。

与微型阀门1相比，在改进的微型阀门100中发生最大电流密度的位置基本上不变。如图9A和9B示出了微型阀门1(由线M1示出)以及微型阀门100(由线M2示出)的最大电流密度的位置。对于中板3和中板103二者，最大电流密度的位置是相同的。在中板3中，最大电流密度的位置是在致动器肋34的第一部分的第一端。在中板103中，最大电流密度的位置是在第一肋160a、162a和164a的第一端160a1、162a1和164a1。

有利地，如图10所示的流程图所示，改进的微型阀门100在12V的输入电压下具有4510A/m²的最大电流密度。这表示微型阀门100相对于微型阀门1约改善12％(最大电流密度从5125A/m²减小到4510A/m²)。为了与微型阀门1实现相同的最大电流密度，微型阀门100的输入电压必须升高约14％，即从12V升到13.7V。因此，如图10所示，在14％的过电压条件下微型阀门100将具有5130A/m²的最大电流密度。因此，当微型阀门100经受14％的过电压时，微型阀门100中的最大电路密度将仅升高到接近微型阀门1在仅12V的常规输入电压下的电流密度值。该14％过电压需要增加电流密度到通常12伏下微型阀门1中前面所见的值，表示到阀门故障的增加余量；即在致动器肋对160、162和164熔化前微型阀门100(与微型阀门1相比)必须经受的过电压水平的进一步增加。在原型试验期间，发现微型阀门100将在约20V(约66％的过电压)的输入电压下保持运行，输入电压值显著大于典型最终用户要求的微型阀门1中约20％的过电压增加或者14.4V。

中板103相对于传统微型阀门中的传统中板具有显著减小的尺寸和表面面积，例如相对于图1至5所示的微型阀门1中的中板3。例如，微型阀门1可采用中板3制造，它可具有约10.8mm的长度L1和约4.8mm的宽度W1。相反，微型阀门100可采用中板103制造，其可具有约8.6mm的长度L2和约3.9mm的宽度W2。这表示中板103相对于中板3减小约20％的长度和减小约35％的表面面积。应理解，盖板102和基板104将典型地以与中板103相同的尺寸制造。

在制造期间，微型阀门的多个部件板的每一个，例如部件板2、3和4典型地由硅板或晶片形成。一旦部件板形成在硅晶片中，该硅晶片堆叠且连接成通常所说的硅晶片堆叠。这样的硅晶片堆叠可包括两个或多个排列且连接在一起的硅晶片。微型阀门100然后通过任何所希望的传统方法切割或从晶片堆叠去除。有利地，约35％的部件板102、103和104的表面面积减小允许增加每个晶片堆叠的微型阀门100的数量，并且还允许每个微型阀门100的制造成本的显著下降。

为了实现减小长度L2，第二肋160b、162b和164b的第一端160b1、162b1和164b1和中板103的边缘52之间的中板103的材料更小。这表示中板103相对于中板3还减小表面面积约35％。为了便于表面面积上的减小，并且如上所描述，第二连接焊盘107b设置为相邻于第二肋160b、162b和164b靠近其第一端(图7上看的右侧以及在第二肋160b、162b和164b的第一端160b1、162b1和164b1之上)且也在窄条50之上(见图7)。

如图7所最佳示出，枢转锚定区域54的面积为小于电绝缘区域150面积的约50％至约80％。另外，中间脊柱135和沟槽121b之间限定的枢转锚定区域54显著地小于传统微型阀门1中的中板3的枢转锚定区域39。在所示的实施例中，枢转支撑区域54的减小尺寸导致枢转锚定区域54相对于枢转锚定区域39减小约80％的质量。枢转锚定区域54的质量减小意味着铰链部分133在组装中比已知的微型阀门1要求减小支撑质量，在组装中大大减小了枢转锚定区域54的运动量或活动范围，并且因此显著减小了铰链部分133承受的枢转锚定区域54的质量比较势能，以在处理期间显著增加动能而在铰链部分133上施加的作用力足以超过过应力且破坏铰链部分133。

枢转锚定区域54的质量减小也能使凹口125的计量边缘在组装中更加精确地与盖板102和基板104对齐，尤其与开口104b。因为枢转锚定区域54的运动质量越小产生弯曲铰链部分133的力越小，所以枢转锚定区域54在处理中的运动相对较小，具有更大的阻尼运动(相对于更大的枢转锚定区域39)，与相邻的固定盖板102和基板104以所希望的关系减轻定位枢转锚定区域54的任务。因此，减小枢转锚定区域54的质量允许减少加工时间；即在组装中对齐中板103与盖板102和基板104所需的时间。

精确定位枢转锚定区域54是重要的，因为，在组装传统的微型阀门1时，中板3靠近铰链部分33且相对于基板4和盖板2的任何误差将在密封部分31的凹口24和25处放大10倍的系数。纠正这样的错位是耗时的。此外，如果没有纠正，则凹口24和25分别相对于开口4a和4b的这样的误差可能降低组装后的微型阀门1的运行。

中板103相对于盖板102和基板104的该改进对齐大大地改善了组装精度和连接产率，减小了废品率，并且因此全面地改善了可制造性。意外且有利地，已经显示产生了显著较小且较轻的微型阀门100的枢转锚定区域54(与微型阀门1的枢转锚定区域39相比)。较小且较轻的枢转锚定区域54在微型阀门100的制造期间允许在对准和连接硅晶片在一起时减小生产量或循环周期，并且相对于已知微型阀门1的制造导致五折的生产量或循环周期上的改进。

另外，已经显示形成的具有中板103的微型阀门100在臂部分132相对于臂部分32的偏转上没有减少。

如上所描述，连接焊盘107b相邻于第二肋160b、162b和164b且在窄条50之上(见图6)。有利地，连接焊盘107b相邻于第二肋160b、162b和164b且在窄条50之上的设置允许中板103的总长度L2相对于中板3的总长度L1减小约20％。尽管微型阀门100的尺寸减小是有利的，但是本发明的改进的微型阀门100也提供其它的预料不到的且不明显的优点，包括通过更加容易的处理改善周期时间，通过减小裂缝而减小废品率，并且更精确地定位部件，而且如上所讨论改善电气安全系数。

在优选实施例中已经描述了本发明的原理和运行模式。然而，应注意，这里描述的本发明可在不脱离其范围的情况下以具体示出和描述之外的方式实施。

Claims (20)

1.一种适合于微型阀门使用的板，该板包括：

可移动构件，构造为在关闭位置和打开位置之间运动，其中在该关闭位置，该可移动构件防止流体通过该微型阀门连通，在该打开位置，该可移动构件不防止流体通过该微型阀门连通，该可移动构件包括细长臂部分、通过中间脊柱连接到该细长臂部分的多个致动器肋、以及铰链部分，该致动器肋具有第一部分和第二部分，该第一部分具有第一端和第二端，该第一部分的该第二端连接到该中间脊柱，该第二部分具有第一端和第二端，该第二部分的该第二端连接到该中间脊柱；

沟槽，形成在该板中；以及

多个细长开口，形成在该板中且限定该致动器肋，每个细长开口具有纵向延伸侧边缘，该细长开口之一分隔肋的该第二部分中的每个肋与相邻肋和该板之一；并且

其中该沟槽和该细长开口之一的纵向延伸侧边缘分隔该致动器肋的该第二部分与该板且限定电绝缘区域。

2.根据权利要求1所述的板，其中该微型阀门还包括与该致动器肋的该第一部分的该第一端相邻的第一连接焊盘，以及在该电绝缘区域内的第二连接焊盘，该第一和第二连接焊盘构造为用于连接到电能源。

3.根据权利要求1所述的板，其中该沟槽的第一部分在该致动器肋的该第二部分的该第一端从该细长开口延伸，并且平行于该板的边缘，该沟槽的该第一部分还与该致动器肋的该第二部分的该第一端分隔一定的距离且限定该电绝缘区域的窄条。

4.根据权利要求3所述的板，其中该第二连接焊盘设置在该电绝缘区域内且在该窄条之外。

5.根据权利要求3所述的板，其中该窄条具有在约0.175mm至约0.5mm范围内的宽度。

6.根据权利要求1所述的板，还包括枢转锚定区域，限定在该中间脊柱和该沟槽的一部分之间，该沟槽的一部分在该中间脊柱和该致动器肋的该第二部分的该第一端的中点从该细长开口之一的纵向延伸侧边缘向外延伸，该细长开口分隔该致动器肋的该第二部分与该板，该铰链部分形成在该枢转锚定区域内。

7.根据权利要求6所述的板，其中该沟槽在该中间脊柱和该致动器肋的该第二部分的该第一端的中点从该细长开口的纵向延伸侧边缘向外延伸的部分与该铰链部分分隔约20μm至约250μm范围内的距离。

8.一种微型阀门，包括：

第一板，包括内表面，该内表面具有设置在其中的第一致动器腔；

第二板，包括内表面，该内表面具有设置在其中的第二致动器腔；

第三板，具有邻接该第一板的该内表面的第一表面和邻接该第二板的该内表面的第二表面，该第三板包括可移动构件，其设置在该第一和第二致动器腔体中用于在关闭位置和打开位置之间运动，其中在该关闭位置该可移动构件防止流体通过该微型阀门连通，在该打开位置该可移动构件不防止流体通过该微型阀门连通，该可移动构件包括细长臂部分、通过中间脊柱连接到该细长臂部分的多个致动器肋、以及铰链部分，该致动器肋具有第一部分和第二部分，该第一部分具有第一端和第二端，该第一部分的该第二端连接到该中间脊柱，该第二部分具有第一端和第二端，该第二部分的该第二端连接到该中间脊柱；

沟槽，形成在该第三板中；

多个细长开口，形成在该第三板中且限定致动器肋，每个细长开口具有纵向延伸侧边缘，该细长开口之一分隔肋的该第二部分中的每个肋与相邻肋和该第三板之一；以及

枢转锚定区域，限定在该中间脊柱和该沟槽的一部分之间，该沟槽的一部分在该中间脊柱和该致动器肋的该第二部分的该第一端的中点从该细长开口之一的纵向延伸侧边缘向外延伸，该细长开口分隔该致动器肋的该第二部分与该第三板，该铰链部分形成在该枢转锚定区域内。

9.根据权利要求8所述的微型阀门，其中该沟槽从该细长开口之一的该纵向延伸侧边缘向外延伸的部分比该致动器肋的该第二部分的该第一端更加靠近该中间脊柱。

10.根据权利要求8所述的微型阀门，其中该沟槽在该中间脊柱和该致动器肋的该第二部分的该第一端的中点从该细长开口之一的该纵向延伸侧边缘向外延伸的部分与该铰链部分分隔约20μm至约250μm范围内的距离。

11.根据权利要求8所述的微型阀门，其中该枢转锚定区域的面积比该电绝缘区域的面积小约50％至约80％之内。

12.一种微型阀门，包括：

多个层，包括从其形成该微型阀门的运动部分的机械层；

第一区域，限定在该机械层中；

第二区域，限定在该机械层中；

多个致动器肋对，形成在该机械层中，该多个致动器肋对包括至少一个第一最外致动器肋对，以及与该第一最外肋对分隔的第二最外致动器肋对；

其中每个致动器肋对的第一肋具有柔性连接到该机械层的该第一区域的第一端以及连接到公用脊柱的第二端；

其中每个致动器肋对的第二肋具有柔性连接到该机械层的该第二区域的第一端以及连接到该公用脊柱的第二端；并且

其中该第一区域电连接到该机械层的其它部分，并且除了通过该致动器肋对外，该第二区域与该机械层在该电绝缘区域外的所有部分电绝缘；

第一肋轴线，限定为延伸通过且超过该第一最外肋对的每个肋的该第一端；以及

第二肋轴线，限定为延伸通过且超过该第二最外肋对中每个肋的该第一端；

其中肋连接区域限定在该第二区域内的该第一和第二轴线之间；并且

其中该电绝缘区域位于该肋连接区域之外的部分大于该肋连接区域。

13.根据权利要求12所述的微型阀门，其中该电绝缘区域至少部分地由该机械层中形成的沟槽限定。

14.根据权利要求13所述的微型阀门，其中多个细长开口形成在该机械层中且限定该致动器肋，每个细长开口具有纵向延伸侧边缘，该细长开口之一分隔每个肋与相邻肋和该机械层之一；并且

其中该沟槽和该细长开口之一的该纵向延伸侧边缘限定该电绝缘区域的边界。

15.根据权利要求14所述的微型阀门，还包括与该第一肋的该第一端相邻的第一连接焊盘以及在该电绝缘区域内的第二连接焊盘，该第一和第二连接焊盘构造为用于连接到电能源。

16.根据权利要求15所述的微型阀门，其中该沟槽的第一部分在该第二肋的第一端从该细长开口延伸且平行于该机械层的边缘，该沟槽的该第一部分还与该第二肋的该第一端分隔一定的距离且限定该肋连接区域的边界。

17.根据权利要求15所述的微型阀门，其中该第二连接焊盘设置在该电绝缘区域内且在该肋连接区域之外。

18.根据权利要求3所述的微型阀门，其中该肋连接区域具有在约0.175mm至约0.5mm范围内的宽度。

19.根据权利要求14所述的微型阀门，其中该沟槽的一部分在该公用致动脊柱和该第二肋的该第一端的中点从该细长开口之一的该纵向延伸侧边缘向外延伸，该微型阀门还包括枢转锚定区域，限定在该公用致动脊柱和该沟槽在该公用致动脊柱和该第二肋的该第一端的中点从该细长开口之一的该纵向延伸侧边缘向外延伸的部分之间。

20.根据权利要求19所述的微型阀门，还包括形成在该枢转锚定区域内的铰链部分；

其中该沟槽在该公用致动脊柱和该第二肋的该第一端的中点从该细长开口之一的该纵向延伸侧边缘向外延伸的部分与该铰链部分分隔约20μm至约250μm范围内的距离。