DE10135569A1

DE10135569A1 - Mikromechanisches Bauteil und Verfahren seiner Herstellung

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Publication number: DE10135569A1
Application number: DE10135569A
Authority: DE
Inventors: Frank Bartels; Thomas Tonn
Original assignee: Bartels Mikrotechnik GmbH
Current assignee: Bartels Mikrotechnik GmbH
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2021-07-21
Also published as: DE10135569B4

Abstract

Ein mikromechanisches Bauteil mit einem Hohlraum für ein gasförmiges und/oder flüssiges Medium, das im wesentlichen eine erste Schicht aus einem Material mit einem ersten Elastizitätskoeffizienten und eine zweite Schicht aus einem Material mit einem zweiten Elastizitätskoeffizienten umfaßt, wobei der erste Elastizitätskoeffizient sehr viel größer als der zweite Elastizitätskoeffizient ist, und wobei die erste und zweite Schicht benachbart übereinander angeordnet sind und der Hohlraum in der zweiten Schicht strukturiert ist. Das mikromechanische Bauteil wird auf geeignete Weise mittels Spritzgußverfahren und/oder Laserstrukturierung einer dünnen Kunststoffolie der zweiten Schicht hergestellt. Die erste und die zweite Schicht sind übereinander angeordnet und mittels geeigneten Verbindungen fest miteinander verbunden. Das Bauteil kann ein passives Bauteil sein, und bei zusätzlicher Anordnung eines Mittels zur Druckausübung und einem geeignet strukturierten Bereich der zweiten Schicht, der den Hohlraum begrenzt und mit dem Antrieb zusammenwirkt, ein aktives Bauteil sein. Außerdem kann eine dritte Schicht aus einem Material mit einem Elastizitätskoeffizienten vorgesehen sein, und die zweite Schicht sandwichartig zwischen der ersten und dritten Schicht angeordnet sein.

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf ein mikromechanisches Bauteil und auf ein Verfahren seiner Herstellung gerichtet, und insbesondere auf ein mikromechanisches Bauteil mit einem Hohlraum für ein gasförmiges und/oder flüssiges Medium und auf ein Verfahren seiner Herstellung gerichtet.
Herkömmliche mikromechanische Bauteile 1 werden aufgrund der für ihre Strukturierung und für ihren Betrieb geeigneten mechanischen Eigenschaften aus Silicium, und Silicium-Glasverbindungen und auch aus Si-Si-Verbindungen bereitgestellt. Unter Verwendung von Ätztechniken wird das Silicium 11 geeignet strukturiert und mit bekannten mikromechanischen Antrieben 12 gekoppelt. Zahlreiche mikromechanische Bauteile sind insbesondere darauf ausgerichtet, auf geeignete Weise eine Flüssigkeit oder ein Gas mechanisch zu steuern, und dabei eine beabsichtigte mechanische Wirkung auf das Gas oder die Flüssigkeit auszuüben. Dies kann beispielsweise eine Dosiervorrichtung sein, wie sie aus der EP-1049538 bekannt ist. Mikromechanische Bauteile finden jedoch auch Verwendung, um Flüssigkeiten und/oder Gase zu vermischen, zu transportieren, ihren Aggregatszustand zu ändern und voneinander zu trennen. Dabei sind die Anwendungen derartiger Bauteile nicht beschränkt und können beispielsweise auf Analysen der Flüssigkeit und/oder des Gases gerichtet sein, oder beispielsweise wie in der obigen EP-1049538 auf eine Dosiervorrichtung gerichtet sein, und/oder beispielsweise auf eine Zerstäubungseinrichtung gemäß der EP-0664739 B1 gerichtet sein, wobei derartige mikromechanische Bauteile auch als hybride Bauteile und/oder zusammen mit weiteren Bauteilen in hybriden Systemen zum Einsatz kommen.
Insbesondere die oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile, die auf Flüssigkeiten und/oder Gase einwirken, werden herkömmlich wie beispielsweise die oben genannte Mikrodosiervorrichtung der EP-1049538 ebenfalls im wesentlichen aus Silicium bereitgestellt, wobei mittels Ätztechniken geeignete Strukturen zur Aufnahme des Gases und/oder der Flüssigkeit in das Silicium 11 eingebracht werden, und anschließend mittels Bandprozessen mit Glas oder Silicium 10, 13 gedeckelt werden. Auf diese Weise werden Hohlräume bereitgestellt, die wenigstens eine Druckkammer umfassen, die ebenfalls mittels der genannten Strukturierung des Siliciums bereitgestellt wird, wobei das Silicium zumindest teilweise als Si-Membran ausgebildet wird, die mit einem geeigneten mikromechanischen Antrieb zusammenwirkt, so daß über Auslenkungen der Si- Membran eine Mikropumpe bereitgestellt ist. Silicium-Glas-Verbindungen finden für derartige Bauteile insbesondere aufgrund der Steifigkeit der abschließenden Glasplatte Anwendung, die gegenüber Volumenänderungen und hohen Drucken unbeweglich bleibt, und außerdem aufgrund der Steifigkeit des strukturierten Siliciums, das mit Ausnahme seines als Membran ausgebildeten Bereichs ebenfalls gegenüber Volumenänderungen und hohen Drucken unbeweglich bleibt.
Die vorteilhafte Steifigkeit der beiden Materialien Silicium und Glas bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß auch die Siliciummembran trotz ihrer Strukturierung eine erhebliche Steifigkeit aufweist, so daß sie nur mit entsprechend großem Krafteinsatz ausgelenkt werden kann, weshalb für ihre Auslenkung nachteilhaft große und dementsprechend nachteilhaft große und teure mechanische Aktoren benötigt werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein mikromechanisches Bauteil bereitzustellen, das mit kleineren mechanischen Antrieben zuverlässig arbeitet, und somit weiter miniaturisiert werden kann, und das außerdem kostengünstig hergestellt werden kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen und/oder in der nachfolgenden Beschreibung erwähnt, die von schematischen Zeichnungen begleitet ist. Hierzu zeigt:
Fig. 1 ein herkömmliches mikromechanisches Bauteil;
Fig. 2a einen Schnitt durch ein mikromechanisches Bauteil gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2b das mikromechanische Bauteil gemäß Fig. 2a als aktives Bauteil mit einem Antrieb;
Fig. 2c das mikromechanische Bauteil von Fig. 2b mit ausgelenktem Antrieb;
Fig. 2d eine Abwandlung des mikromechanischen Bauteils von Fig. 2a-2c;
Fig. 3a einen Schnitt durch ein mikromechanisches Bauteil gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3b eine Abwandlung der Ausführung von Fig. 3a;
Fig. 3c eine weitere Abwandlung der Ausführung von Fig. 3a;
Fig. 4a einen Schnitt durch ein mikromechanisches Bauteil gemäß einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4b eine Abwandlung der Ausführung von Fig. 4a;
Fig. 5a, b, c jeweils Draufsichten auf jeweils für beispielhafte und zugleich vorteilhafte Anwendung geeignet strukturierte Schichten der Ausführungen von Fig. 2 bis Fig. 4;
Fig. 6a eine Draufsicht auf die Ausführung von Fig. 4a in stark schematisierter Darstellung mit einer vor- und nachgeschalteten Diode; und
Fig. 6b eine Draufsicht auf die Fig. 4a in stark schematisierter Darstellung mit einer vorgeschalteten Diode und einem als Düse ausgebildeten Ausgang.
Ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Bauteil besteht insbesondere aus einem Bauteil mit einem Hohlraum für ein gasförmiges und/oder flüssiges Medium, das im wesentlichen eine erste Schicht aus einem Material mit einem ersten Elastizitätskoeffizienten, und eine zweite Schicht mit einem Material mit einem zweiten Elastizitätskoeffizienten umfaßt, wobei der erste Elastizitätskoeffizient sehr viel größer als der zweite Elastizitätskoeffizient ist, und wobei außerdem die erste und zweite Schicht benachbart übereinander angeordnet sind und der Hohlraum in der zweiten Schicht angeordnet ist.
Das oben beschriebene erfindungsgemäße Bauteil kann auf einfache Weise mittels beispielsweise Spritzguß der zweiten Schicht aus Kunststoff bereitgestellt werden und die erste Schicht kann ebenso auf einfache Weise aus beispielsweise Glas, Silicium, Metall oder auch einem geeigneten Kunststoff bereitgestellt werden, wobei die erste Schicht der zweiten Schicht aufgrund ihres hohen Elastizitätskoeffizienten eine erforderliche Stabilität verleiht, und auch einem zwischen der ersten und der zweiten Schicht angeordneten Aktor eine geeignete Gegenkraft verleiht. Die zweite Schicht hat erfindungsgemäß anders als die erste Schicht einen sehr viel geringeren Elastizitätskoeffizienten und ist daher auf einfache Weise und kostengünstig derart strukturierbar, daß auch ein sehr kleiner zwischen den beiden Schichten angeordneter Aktor eine beabsichtigte Wirkung auf einen vorbestimmten strukturierten Bereich der zweiten Schicht erzielt.
Außerdem verleiht die erste Schicht, die mit der zweiten Schicht auf geeignete Weise verbunden ist, die für den bestimmungsgemäßen Einsatz des Bauteils erforderliche Stabilität.
Nach einer vorteilhaften Ausführung umfaßt das erfindungsgemäße Bauteil außerdem eine dritte Schicht aus einem Material mit einem Elastizitätskoeffizienten, der in der Größenordnung des ersten Elastizitätskoeffizienten liegt, wobei die zweite Schicht sandwichartig zwischen der ersten und dritten Schicht angeordnet ist. Dabei kann es außerdem vorteilhaft sein, zwischen der ersten und dritten Schicht außerdem Distanzmittel aus einem Material mit einem Elastizitätskoeffizienten in der Größenordnung des ersten Elastizitätskoeffizienten anzuordnen und außerdem die erste und dritte Schicht über die Distanzmittel fest miteinander zu verbinden.
Durch die oben beschriebene Abwandlung mit der Vorsehung der dritten Schicht und außerdem der Distanzmittel wird die Stabilität des Bauteils weiter erhöht, und da die zweite elastische Schicht zwischen den beiden fest miteinander verbundenen und steifen Schichten angeordnet ist, kann der Antrieb für die beabsichtigte Funktion eines geeignet strukturierten Bereichs der zweiten Schicht vorteilhaft weiter miniaturisiert werden, da anders als bei der oben beschriebenen Zweischicht -Ausführung eine Auslenkung des Antriebs neben der beabsichtigten Funktion des geeignet strukturierten Bereichs der zweiten Schicht keine Wirkung auf die dem Aktor gegenüberliegende Oberfläche der zweiten Schicht hat, da die zweite Schicht zwischen der ersten und dritten Schicht eingeklemmt ist.
Die oben beschriebene Dreischicht-Ausführung mit einer elastischen Schicht mit geeignet ausgebildeten Hohlräumen zwischen einer steifen ersten und dritten Schicht, die fest miteinander verbunden sind, ist jedoch auch für passive Bauteile ohne eigenen Antrieb geeignet, und insbesondere geeignet für Bauteile, in denen gasförmige und/oder flüssige Medien unter hohem Druck zum Einsatz kommen, der auch von Mitteln zur Druckausübung außerhalb des erfindungsgemäßen Bauteils bereitgestellt werden kann, da eine für eine beabsichtigte Anwendung geeignete Strukturierung der zweiten Schicht insbesondere vorteilhaft mittels Spritzguß aus Kunststoff und/oder mittels Strukturierung von dünnen Kunststoffolien auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden kann.
Nach einer Abwandlung der oben beschriebenen vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht die zweite Schicht aus einer vierten und fünften Schicht, die übereinander angeordnet sind und einen Hohlraum einschließen.
Die erfindungsgemäße erste und dritte Schicht können jeweils auf geeignete Weise aus Glas und/oder Silicium und/oder Kunststoff und/oder einem geeigneten Metall bestehen, und die erfindungsgemäße zweite, vierte und fünfte Schicht kann jeweils auf geeignete Weise aus Kunststoff bereitgestellt sein, und die erfindungsgemäßen Distanzmittel können jeweils aus Glas und/oder Silicium und/oder Kunststoff und/oder Metall bereitgestellt sein.
Der erfindungsgemäße Antrieb, der zwischen der ersten und dritten Schicht bzw. zwischen der zweiten und dritten Schicht angeordnet ist, kann auf einfache Weise beispielsweise mittels einem piezoelektrischen Aktor bereitgestellt werden, und der geeignet strukturierte Bereich der zweiten Schicht, der mit dem Antrieb bestimmungsgemäß zusammenwirkt, kann beispielsweise und vorteilhaft einen Hohlraum einschließen, dessen Volumen bei Auslenkung des Antriebs veränderbar ist, so daß eine Druckkammer bereitgestellt ist, die außerdem wenigstens einen Zuführ- und Abführkanal umfaßt, und so daß mittels dem erfindungsgemäßen Bauteil zugleich beispielsweise und geeigneter Weise eine Mikropumpe bereitgestellt ist.
Das erfindungsgemäße Bauteil kann außerdem wenigstens eine Düse und wenigstens einen mit der Düse kommunizierenden Kanal umfassen, die insbesondere für Hochdruckapplikationen für auch laminare Flüssigkeitsstrahlen geeignet sind, die wiederum besonders für Verdampfungsapplikationen mittels Kollision und/oder für Mischapplikationen geeignet sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen mikrostrukturierten Bauteils, bei dem eine erste Schicht mit einem ersten Elastizitätskoeffizienten bereitgestellt wird und außerdem eine zweite Schicht mit einem zweiten Elastizitätskoeffizienten bereitgestellt wird, und die erste Schicht und die zweite Schicht miteinander verbunden werden, und die zweite Schicht mittels Spritzguß aus Kunststoff und/oder Laserstrukturierung einer dünnen Folie bereitgestellt wird.
Nach einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird außerdem eine dritte Schicht mit dem ersten Elastizitätskoeffizienten bereitgestellt, und die zweite Schicht unter geeigneter Verwendung von Distanzmitteln zwischen die erste und dritte Schicht eingeklemmt.
Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauteil und das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend ohne jede Beschränkung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Fig. 2a zeigt das mikromechanische Bauteil 2 mit einem Hohlraum 22h für ein gasförmiges und/oder flüssiges Medium in einer schematischen Schnittansicht. Das Bauteil 2 umfaßt im wesentlichen eine erste Schicht 21 aus einem Material mit einem ersten Elastizitätskoeffizienten und außerdem eine zweite Schicht 22 aus einem Material mit einem zweiten Elastizitätskoeffizienten und erfindungsgemäß ist der erste Elastizitätskoeffizient sehr viel größer als der zweite Elastizitätskoeffizient, und die erste und zweite Schicht sind benachbart übereinander angeordnet und der Hohlraum 22h ist in der zweiten Schicht ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Bauteil 2 gemäß Fig. 2a umfaßt außerdem, wie in Fig. 2b schematisch dargestellt ist, Mittel 24, zur Verbindung der ersten und zweiten Schicht und außerdem ein Mittel 25 zur Druckausübung auf die Schicht 22, das zwischen der ersten Schicht 21 und der zweiten Schicht 22 gegenüber einem geeignet strukturierten Bereich der zweiten Schicht 22, der den Hohlraum 22h begrenzt, angeordnet ist. Das Mittel 25 ist ein mikromechanischer Aktor und beispielsweise und geeigneterweise ein piezoelektrischer Aktor, wobei bei dessen Auslenkung der mit dem Aktor 25 benachbarte Bereich der Schicht 22 ebenfalls ausgelenkt wird und dadurch das Volumen des Hohlraums 22h verkleinert wird, und außerdem auch die dem Aktor 25 gegenüberliegende Oberfläche der Schicht 22 ausgelenkt wird, wodurch vorteilhaft eine erhöhte Rückstellkraft auf den Aktor 25 durch die unter Spannung stehenden gesamten Schicht 22 wirkt, was in Fig. 2c dargestellt ist.
Fig. 2d zeigt eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Bauteils 22 gemäß Fig. 2b und c, bei der die zweite Schicht 22 vorteilhaft aus zwei übereinander angeordneten schichten 221 und 222 mit ebenfalls sehr viel kleinerem Elastizitätskoeffizienten wie die erste Schicht 21 ausgebildet ist, und wobei der Hohlraum 22h in zumindest einer der 221 und 222 ausgebildet ist, wobei er geeigneter Weise außerdem von der anderen Schicht 221, 222 begrenzt ist. Mit den beiden Schichten 221 und 222, die vorteilhaft mittels geeignet strukturierten dünnen Folien bereitgestellt werden können kann das Bauteil 2 auf besonders einfache Weise und kostengünstig hergestellt werden.
Fig. 3a zeigt eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Bauteils 2, das neben der ersten Schicht 21 und der zweiten Schicht 22 außerdem eine dritte Schicht 23 umfaßt, die erfindungsgemäß einen Elastizitätskoeffizienten aufweist, der in der Größenordnung der ersten Schicht 21 liegt, und die Schicht 22 ist erfindungsgemäß sandwichartig zwischen der ersten Schicht 21 und der dritten Schicht 23 angeordnet. Die Ausführung von Fig. 3a ist insbesondere für passive Bauteile geeignet, die ein gasförmiges und/oder flüssiges Medium enthalten und/oder befördern, das unter einem hohen Druck steht. Die erste Schicht 21 und die dritte Schicht 23 sind mit geeigneten Mitteln 24 miteinander verbunden, die in Fig. 3a nicht dargestellt sind. Der schematisch dargestellte Hohlraum 22h kann, wie in Fig. 3a dargestellt, ein Graben in der Schicht 22 sein, er kann aber auch ganz oder teilweise durch die gesamte Dicke der Schicht 22 führen, wobei dabei der Hohlraum 22h sowohl von der ersten Schicht 21 als auch von der zweiten Schicht 22 und auch von der dritten Schicht 23 eingeschlossen ist.
Fig. 3b zeigt eine Abwandlung der Ausführung von Fig. 3a, bei der zwischen der ersten Schicht 21 und der zweiten Schicht 22 außerdem Distanzmittel 24 angeordnet sind, die geeigneterweise die gleiche Dicke wie die zweite Schicht 22 haben, und die erste Schicht 21 ist vorteilhaft fest mit der dritten Schicht 23 über die Distanzmittel 24 verbunden, so daß die zweite Schicht 22 zwischen die erste Schicht 21 und die dritte Schicht 23 eingeklemmt ist. Auch die Ausführung gemäß Fig. 3b ist wie die Ausführung gemäß Fig. 3a vorteilhaft für passive Bauteile geeignet.
Fig. 3c zeigt eine weitere Abwandlung der Ausführung von Fig. 3a mit der ersten Schicht 21 und der zweiten Schicht 22 mit dem Hohlraum 22h und der dritten Schicht 23, bei der die zweite Schicht 22 aus zwei übereinander angeordneten Schichten 221 und 222 besteht, wobei der Hohlraum 22h vorteilhaft ganz oder teilweise in einer der beiden Schichten 221 und/oder 222 ausgebildet ist. Die erste Schicht 21 und die zweite Schicht 22 sind ebenfalls mit geeigneten Mitteln fest miteinander verbunden, so daß die Schichten 221 und 222 zwischen die erste Schicht 21 und die zweite Schicht 22 eingeklemmt sind. Die Ausführung gemäß Fig. 3c bietet die gleichen Vorteile wie die oben anhand von Fig. 2d beschriebene Ausführung.
Fig. 4a zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführung der vorliegenden Erfindung, eine weitere Abwandlung der Ausführungen gemäß Fig. 3a und 3b, mit einer ersten Schicht 21 und einer zweiten Schicht 22 und einer dritten Schicht 23, wobei die zweite Schicht 22 sandwichartig zwischen die erste Schicht 21 und die dritte Schicht 23 angeordnet ist und in der zweiten Schicht 22 ein Hohlraum 22h ausgebildet ist, und zwischen der zweiten Schicht 22 und der dritten Schicht 23 außerdem ein mechanisches Antriebsmittel 25 zur Druckausübung auf die zweite Schicht 22 angeordnet ist, wobei das Mittel 25 einen geeignet strukturierten Bereich der Schicht 22 berührt, der den Hohlraum 22h zumindest teilweise begrenzt. Das Mittel 25 ist wie die Schicht 22 zwischen die erste Schicht 21 und die dritte Schicht 23 eingeklemmt, die beispielsweise und zugleich geeigneterweise über Distanzmittel 24 miteinander verbunden sind. Die Distanzmittel 24 haben geeigneterweise einen Elastizitätskoeffizienten, der in der Größenordnung des Elastizitätskoeffizienten der ersten Schicht 21 und der zweiten Schicht 22 liegt.
Die Ausführung gemäß Fig. 4a ist wie die Ausführung gemäß Fig. 2b, c und d insbesondere für aktive Bauteile 2 geeignet, wobei das Material der zweiten Schicht 22 derart ausgewählt ist und außerdem der auslenkbare Bereich der Schicht 22, der den Hohlraum 22h begrenzt, derart strukturiert ist, daß ebenfalls eine geeignete Rückstellkraft aufgrund der Elastizitätseigenschaften der Schicht 22 bereitgestellt ist.
Fig. 4b zeigt eine Abwandlung der Ausführung von Fig. 4a, bei der die Schicht 22 zwei übereinander angeordnete Schichten 221 und 222 umfaßt, und insoweit wie die anhand von Fig. 2d und 3c beschriebene Ausführung ausgebildet ist, weshalb hier auf das diesbezüglich oben Gesagte verwiesen wird.
Es ist klar, daß die Ausführung von Fig. 4b die gleichen Vorteile aufweist wie die zuvor genannten Ausführungen, und es ist ebenso klar, dass die Schicht 22 der Ausführungen von Fig. 2d, 3c und 4a auch drei oder mehr übereinander angeordnete Schichten umfassen kann, was in den Zeichnungen nicht dargestellt ist.
Die oben beschriebenen Ausführungen gemäß Fig. 2 bis 4 ermöglichen es auf vorteilhafte Weise passive bzw. aktive Bauteile 2 bereitzustellen, die einen Hohlraum 22h für ein gasförmiges und/oder flüssiges Medium aufweisen, der in einer zweiten Schicht 22 aus einem Material mit einem geeigneten Elastizitätskoeffizienten ausgebildet ist, und wobei die zweite Schicht 22 durch zumindest eine erste Schicht 21 stabilisiert ist oder vorteilhaft zwischen eine erste und dritte Schicht aus einem Material mit einem vergleichsweise großen Elastizitätskoeffizienten eingeklemmt ist. Aktive Bauteile weisen außerdem geeignete mechanische Mittel zur Druckausübung auf die zweite Schicht 22 auf, die außerdem zwischen der zweiten Schicht und der ersten und/oder dritten Schicht angeordnet sind, die aufgrund ihrer Steifigkeit eine geeignete Gegenkraft bereitstellen. Der Hohlraum 22h in der zweiten Schicht 22 und/oder den Schichten 221 und/oder 222 kann jeweils auf geeignete Weise kanalartig ausgebildet sein, wie in Fig. 5a, 5b und 5c schematisch dargestellt ist.
Tatsächlich umfaßt der Hohlraum 22h wenigstens einen Ausgang und einen Eingang für ein gasförmiges und/oder flüssiges Medium. Zum Beispiel können zwei parallele Kanäle wie in Fig. 5a für ein oben beschriebenes passives Bauteil geeignet sein oder auch zwei einen Winkel einschließende Kanäle für ein passives Bauteil geeignet sein, wie in Fig. 5b schematisch dargestellt ist. Die Kanalstrukturen von Fig. 5b sind besonders geeignet für eine Düse, bei der zwei Strahlen auf einen gemeinsamen Kollisionspunkt gerichtet sind, der außerhalb des Bauteils 2 liegt.
Fig. 5c zeigt einen strukturierten Hohlraum 22h mit beispielsweise zwei Eingängen und einem Ausgang, der für ein oben beschriebenes aktives Bauteil 2 geeignet ist, wobei der Bereich 22hd als Druckkammer ausgebildet ist, und eine Strukturierung des Hohlraums 22h gemäß Fig. 5c beispielsweise für Bauteile geeignet ist, die zum Vermischen zweier Flüssigkeiten und/oder Pumpen einer Flüssigkeit geeignet sind.
Es ist klar, daß auch die Strukturen des Hohlraums 22h gemäß Fig. 5a und 5b zusätzliche Druckkammern 22hb aufweisen können und damit für den Einsatz in den oben beschriebenen aktiven Bauteilen geeignet sind. Es ist auch klar, daß der Hohlraum 22h gemäß der bestimmungsgemäßen Anwendung des Bauteils 2 geeignet strukturiert ist, wofür erfindungsgemäß insbesondere Pumpen und Düsen geeignet sind.
Fig. 6a zeigt eine einfache schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine beispielsweise in der Ausführung gemäß Fig. 4a ausgebildeten Druckkammer 22h, die beispielsweise einer fluidischen und/oder pneumatischen Diode nachgeschaltet ist und außerdem einer fluidischen und/oder pneumatischen Diode vorgeschaltet ist.
Fig. 6b zeigt außerdem eine einfache schematische Darstellung der Draufsicht auf eine beispielsweise in der Ausführung von Fig. 4a ausgebildeten Druckkammer 22h, die einer fluidischen und/oder pneumatischen Diode nachgeschaltet ist und wobei wenigstens ein Ausgang der Druckkammer 22h als Düse ausgebildet ist und beispielsweise und zugleich geeigneterweise als Ausgang der Druckkammer 22h gemäß Fig. 5b ausgebildet sein kann.
Ein erfindungsgemäßes Bauteil 2 kann vorteilhaft mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer mikrostrukturierten Pumpe und/oder Düse mit den nachfolgenden Schritten bereitgestellt werden.

- Bereitstellung einer ersten Schicht 21 mit einem ersten Elastizitätskoeffizienten;
- Bereitstellung einer zweiten Schicht 22 mit einem zweiten Elastizitätskoeffizienten in der der Hohlraum 22h ausgebildet ist;
- Verbindung der ersten 21 und zweiten 22 Schicht;

Hierbei ist es vorteilhaft, die zweite Schicht 22 mittels Spritzguß aus Kunststoff herzustellen, und/oder die zweite Schicht 22 mittels Laserstrukturierung einer dünnen Folie herzustellen.
Bauteile 2 mit Dreischichtaufbau werden mittels den nachfolgenden zusätzlichen Schritten hergestellt:

- Bereitstellung einer dritten Schicht 23 mit dem ersten Elastizitätskoeffizienten, und
- die zweite Schicht 22 wird unter Verwendung der Distanzmittel 24 zwischen die erste 21 und dritte 23 Schicht eingeklemmt.

Dabei werden die erfindungsgemäßen Elastizitätskoeffizienten der ersten, zweiten und dritten Schicht bereitgestellt, indem als Material für die erste 21 und dritte 23 Schicht jeweils Glas und/oder Silizium und/oder Kunststoff und/oder Metall ausgewählt wird, und
als Material für die zweite Schicht 22 ein geeigneter Kunststoff und/oder eine geeignete Kunststoffolie ausgewählt wird; und
als Material für die Distanzmittel 24 jeweils aus Glas und/oder Silizium und/oder Kunststoff und/oder Metall ausgewählt wird.
Aus der obigen detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung und außerdem aus der detaillierten Beschreibung ihrer Ausführungsbeispiele geht hervor, daß mit dem erfindungsgemäßen Bauteil 2 auf einfache und kostengünstige Weise ein mikromechanisches Bauteil 2 mit einem Hohlraum 22h für ein gasförmiges und/oder flüssiges Medium bereitgestellt ist, das die Nachteile des Standes der Technik überwindet und insbesondere für eine Vielzahl von Anwendungen, insbesondere für unter hohem Druck stehende gasförmige und/oder flüssige Medien geeignet ist.
Das erfindungsgemäße Bauteil 2 ist insbesondere auf einfache Weise und kostengünstig miniaturisiert unter Verwendung von Spritzguß und/oder Lasertechniken zur Ausbildung der zweiten Schicht 22 herstellbar. Außerdem können aktive erfindungsgemäße Bauteile 2 gegenüber den herkömmlichen Bauteilen weiter und kostengünstig miniaturisiert werden, da aufgrund der erfindungsgemäßen Elastizitätseigenschaften der ersten, zweiten und dritten Schicht ein gegenüber dem Stand der Technik kleinerer und kostengünstiger Antrieb bestimmungsgemäß und stabil einsetzbar ist.

Claims

1. Mikromechanisches Bauteil (2) mit einem Hohlraum (22h) für ein gasförmiges und/oder flüssiges Medium gekennzeichnet, durch:
das Bauteil (2) umfaßt im wesentlichen eine erste Schicht (21) aus einem Material mit einem ersten Elastizitätskoeffizienten, und
eine zweite Schicht (22) aus einem Material mit einem zweiten Elastizitätskoeffizienten, und
der erste Elastizitätskoeffizient ist sehr viel größer als der zweite Elastizitätskoeffizient, und
die erste und zweite Schicht sind benachbart übereinander angeordnet, und der Hohlraum (22h) ist in der zweiten Schicht (22) ausgebildet, und derart miteinander gekoppelt, daß die erste Schicht (21) der zweiten Schicht (22) eine für den Einsatz des Bauteils (2) geeignete Stabilität verleiht.

2. Bauteil (2) nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch:
das Bauteil (2) umfasst außerdem eine dritte Schicht (23) aus einem Material mit einem Elastizitätskoeffizienten in der Größenordnung des ersten Elastizitätskoeffizienten, und die zweite Schicht (22) ist sandwichartig zwischen der ersten (21) und dritten Schicht (23) angeordnet.

3. Bauteil (2) nach Anspruch 2, gekennzeichnet, durch:
zwischen der ersten (21) und dritten (23) Schicht sind außerdem Distanzmittel (24) aus einem Material mit einem Elastizitätskoeffizienten in der Größenordnung des ersten Elastizitätskoeffizienten angeordnet, und die erste (21) und dritte (23) Schicht sind über die Distanzmittel (24) fest miteinander verbunden.

4. Bauteil (2) nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, gekennzeichnet, durch:
die zweite Schicht (22) besteht aus einer vierten (221) und fünften (222) Schicht, die übereinander angeordnet sind, und den Hohlraum (22h) einschließen.

5. Bauteil (2) nach Anspruch 1 bis Anspruch 4, gekennzeichnet, durch:
die zweite (22), vierte (221) und fünfte (222) Schicht sind sehr dünn.

6. Bauteil (2) nach Anspruch 1 bis Anspruch 5, gekennzeichnet, durch:
die erste (21) und dritte (23) Schicht bestehen jeweils aus Glas und/oder Silizium und/oder Kunststoff und/oder Metall, und
die zweite (22), vierte (221) und fünfte (222) Schicht bestehen jeweils aus Kunststoff; und
die Distanzmittel (24) bestehen jeweils aus Glas und/oder Silizium und/oder Kunststoff und/oder Metall;

7. Bauteil (2) nach Anspruch 3 bis Anspruch 6, gekennzeichnet, durch:
zwischen der zweiten Schicht (22) und der ersten Schicht (21) und/oder der dritten Schicht (23) ist ein Mittel zur Druckausübung (25) auf die zweite Schicht (22) angeordnet, so daß das Volumen eines Hohlraums (22h) in der zweiten Schicht (22) veränderbar ist.

8. Bauteil (2) nach Anspruch 7, gekennzeichnet, durch:
das Mittel zur Druckausübung (25) ist ein piezoelektrischer Aktor.

9. Bauteil (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch:
der Hohlraum (22h) umfaßt eine Druckkammer und wenigstens einen Zuführ- und Abführkanal, und das Bauteil ist eine Mikropumpe

10. Bauteil (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch:
das Bauteil (2) umfaßt wenigstens eine Düse und wenigstens einen mit der Düse kommunizierenden Kanal,

11. Verfahren zur Herstellung einer mikrostrukturierten Pumpe und/oder Düse unter Verwendung eines Bauteils (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Schritte:

- Bereitstellung einer ersten Schicht (21) mit einem ersten Elastizitätskoeffizienten;

- Bereitstellung einer zweiten Schicht (22) mit einem zweiten Elastizitätskoeffizienten in der der Hohlraum (22h) ausgebildet ist;

- Verbindung der ersten (21) und zweiten (22) Schicht;

12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet, durch:
die zweite Schicht (22) wird mittels Spritzguß aus Kunststoff hergestellt.

13. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet, durch:
die zweite Schicht (22) wird mittels Laserstrukturierung einer dünnen Folie hergestellt.

14. Verfahren nach Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch die Schritte:

- Bereitstellung einer dritten Schicht (23) mit dem ersten Elastizitätskoeffizienten, und

- die zweite Schicht (22) wird unter Verwendung der Distanzmittel (24) zwischen die erste (21) und dritte (23) Schicht eingeklemmt.