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Die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges
Mikroventil mit integriertem elektrischem Antrieb.
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Aus der
US 4585209 geht ein mehrschichtiges
Mikroventil hervor, das mit einem integrierten elektrostatischen
Antrieb ausgestattet ist. Es enthält einen aus mehreren in einer
Schichtungsrichtung aufeinanderfolgend angeordneten Schichten bestehenden
Schichtkörper,
wobei eine der Schichten eine mit einer Ventilöffnung versehene Öffnungsschicht und
eine andere Schicht eine mit einem beweglichen Ventilglied ausgestattete
Steuerschicht ist. Am Rand der Öffnungsschicht
und Rahmenabschnittes der Steuerschicht, die beide elektrisch leitend
ausgebildet sind, sind elektrische Signalleiter angelötet, über die
eine die Betätigung
des Ventilgliedes hervorrufende Ansteuerspannung angelegt werden
kann.
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Da die Öffnungsschicht und die Steuerschicht
sehr dünn
sind – bei
einer Herstellung in Silizium-Material liegt die Schichtdicke oft
bei nur etwa 0,5 mm, bei metallischen Werkstoffen sogar in Bereichen
von lediglich 0,15 mm -, gestaltet sich das Anlöten der elektrischen Signalleiter
als sehr problematisch. Zum einen sind die Lötbereiche nur sehr schwer zugänglich.
Zum anderen können,
insbesondere bei dem sehr schmalen Rahmenabschnitt der Steuerschicht,
sehr leicht Verzugserscheinungen auftreten, die die Funktionsfähigkeit
des integralen Ventilgliedes und die dichte Verbindung zu benachbarten
Schichten beeinträchtigen
können.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Mikroventil zu schaffen, dessen Steuerschicht und/oder Öffnungsschicht
einfacher und mit geringerem Beschädigungsrisiko kontaktierbar
ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch
ein mehrschichtiges Mikroventil mit integriertem elektrischem Antrieb,
mit einem einen rechteckförmigen
Umriss aufweisenden Schichtkörper,
der mehrere in einer Schichtungsrichtung aufeinanderfolgende Schichten enthält, unter
denen sich eine wenigstens eine Ventilöffnung aufweisende, zumindest
partiell leitfähige Öffnungsschicht,
eine Abdeckschicht und eine zwischen diesen beiden Schichten angeordnete,
ebenfalls zumindest partiell elektrisch leitfähige Steuerschicht befindet,
wobei die Steuerschicht einen an den benachbarten Schichten fixierten
Rahmenabschnitt enthält,
der zusammen mit den beiden anderen Schichten eine Ventilkammer
definiert, in der sich ein zur Steuerschicht gehörendes, relativ zu der wenigstens
einen Ventilöffnung
bewegbares Ventilglied befindet, wobei an min destens einem Eckbereich
der Steuerschicht und/oder der Öffnungsschicht
durch einstückige
Ausgestaltung mit der betreffenden Schicht oder durch eine Beschichtung
der betreffenden Schicht wenigstens ein das Anlegen einer Ansteuerspannung
für die
Betätigung
des Ventilgliedes ermöglichender
elektrischer Signalleiter kontaktiert ist, der im seitlichen Bereich
des Schichtkörpers
in der Schichtungsrichtung bis zur Höhe der Abdeckschicht oder an
dieser vorbei geführt
ist.
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Die für das Anlegen der Ansteuerspannung vorgesehenen
elektrischen Signalleiter sind somit in den Eckbereichen der Steuerschicht
und/oder der Öffnungsschicht
kontaktiert, einem Bereich also, in dem eine relativ große Kontaktierungsfläche zur
Verfügung
steht, so dass sich die Kontaktierungsmaßnahmen weniger einschneidend
auf die zugehörige Schicht
selbst auswirken. Da die elektrischen Signalleiter im seitlichen
Bereich des Schichtkörpers
in Richtung zur Abdeckschicht verlaufen, ist zudem eine Kontaktierung
der elektrischen Signalleiter relativ einfach von ein und derselben
Seite des Schichtkörpers
her möglich.
Zur Kontaktierung sind die Signalleiter einstückig mit der betreffenden Schicht
ausgeführt
oder durch eine Beschichtung der betreffenden Schicht gebildet.
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Aus der
DE 199 28 180 A1 geht bereits
ein Piezoaktor hervor, der einen Mehrschichtaufbau hat und dessen
Innenelektroden mit Außenelektroden kontaktiert
sind, die an den Eckbereichen der Schichten angeordnet sind und
in der Schichtungsrichtung verlaufen. Eine einstückige Verbindung der Außenelektroden
mit der zu kontaktierenden Innenelektrode oder eine Beschichtung
derselben zum Zwecke der Kontaktierung ist allerdings nicht vorgesehen.
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Als vorteilhafte Bauform können die
elektrischen Signalleiter von länglichen
Kontaktelementen gebildet sein, die einstückig mit der betreffenden Schicht
ausgeführt
und bezüglich
der Ausdehnungsebene der betreffenden Schicht zur Abdeckschicht hin
umgebogen sind. Da der Eckbereich der Schichten, insbesondere beim
Rahmenabschnitt der Steuerschicht, eine größere Materialansammlung als
die übrigen
Bereiche aufweist, werden die durch die Biegemaßnahmen ausgelösten mechanischen
Bela stungen der zugeordneten Schicht erheblich minimiert. Diese
Minimierung der Belastung kann weiter dadurch unterstützt werden,
dass das betreffende Kontaktelement an der Biegestelle eine Einschnürung aufweist.
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Die Realisierung der elektrischen
Signalleiter als mit den Schichten einstückige, umzubiegende Kontaktelemente
erweist sich für
aus Metall bestehende Schichten als besonders vorteilhaft. Handelt es
sich jedoch um nicht-metallisches Schichtmaterial, beispielsweise
Silizium oder metallisch beschichtetes Kunststoffmaterial, werden
die elektrischen Signalleiter zweckmäßigerweise in Gestalt einer
Signalleitbeschichtung realisiert, die an der gewünschten
Stelle des Schichtkörpers
aufgebracht wird. Das Aufbringen kann beispielsweise durch Abscheiden, insbesondere
Sputtern, geschehen, oder durch Realisierung der Signalleitbeschichtung
in Gestalt eines elektrisch leitfähigen Leitklebers.
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Beim Einsatz der Signalleitbeschichtung
ist es zweckmäßig, den
Kontaktierungsbereich zwischen der Signalleitbeschichtung und dem
zugehörigen
Eckbereich der betreffenden Schicht an der der Abdeckschicht zugewandten
Oberfläche
der zu kontaktierenden Öffnungsschicht
und/oder Steuerschicht vorzusehen. Hier ist wiederum von Vorteil, dass
in den Eckbereichen üblicherweise
eine größere Oberfläche als
für die
Stabilität
der Anordnung erforderlich vorhanden ist, so dass die Beschichtungsmaßnahmen
keine nachteiligen Auswirkungen auf die zu kontaktierende Schicht
haben. Vorteilhaft ist ferner, dass die Signalleitbeschichtung auf
dem Weg zur Abdeckschicht oder zu einem über der Abdeckschicht liegenden
Ventilgehäusedeckel
platzsparend innerhalb der Außenkontur
des im Wesentlichen rechteckförmig
konturierten Schichtkörpers
verlaufen kann. Hierzu sind die sich an die kontaktierte Schicht anschließenden weiteren
Schichten in den betreffenden Eckbereichen zurückgesetzt ausgebildet, so dass
sich eine gegenüber
der rechteckförmigen
Außenkontur
zurückgesetzte
Fläche
ergibt – im
Folgenden auch als Eckfläche
bezeichnet -, an der die Signalleitbeschichtung ohne Überstand
und unter Ausschluss einer exponierten Position platzsparend verlaufen
kann. Die mit der zurückgesetzten
Gestalt verbundene Materialreduzierung in den Eckbereichen der einzelnen
Schichten wirkt sich wiederum, aus den schon erwähnten Gründen, nicht nachteilig auf die
Stabilität
und Funktionsfähigkeit
des Mikroventils aus.
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Prinzipiell könnte nur die Steuerschicht
oder nur die Öffnungsschicht
an einem ihrer Eckbereiche kontaktiert sein, während die andere Schicht an
einer anderen Stelle kontaktiert ist. Es ist jedoch von Vorteil,
wenn zumindest die Steuerschicht eine Eckbereichs-Kontaktierung
aufweist. Besonders empfehlenswert ist eine Realisierung der Eckbereichs-Kontaktierung bei
sowohl der Öffnungsschicht
als auch der Steuerschicht.
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Sind sowohl die Öffnungsschicht als auch die Steuerschicht
eckseitig kontaktier, empfiehlt es sich, unterschiedlich orientierte
Eckbereiche für
die Kontaktierung auszuwählen,
so dass gegenseitige Behinderungen ausgeschlossen werden können.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand
der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert.
In dieser zeigen:
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1 eine
erste Bauform des erfindungsgemäßen Mikroventils
in einem Längsschnitt,
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2 das
Mikroventil aus 1 in
einem Schnitt gemäß der in 1 bei II-II angedeuteten Schnittebene,
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3 den
in 2 markierten Ausschnitt
III eines Eckbereiches der Steuerschicht in vergrößerter Darstellung,
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4 in
einer der 2 entsprechenden Darstellungsweise
eine alternative Anordnung der elektrischen Signalleiter,
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5 den
in 4 markierten Ausschnitt
V eines Eckbereiches der Steuerschicht in vergrößerter Darstellung,
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6 und 7 zwei weitere alternative
Ausgestaltungsmöglichkeiten
der eckseitigen Schichtkontaktierung,
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8 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines Mikroventils, ohne Darstellung des in der Regel vorhandenen
Ventilgehäuses,
in einer perspektivischen Ansicht, und
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9 das
Mikroventil gemäß 8 in einem teilweisen Vertikalschnitt
gemäß Schnittlinie
IX-IX.
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Die Zeichnung zeigt verschiedene
Ausführungsformen
eines mehrschichtigen Mikroventils 1, das einen integrierten
elektrischen Antrieb 2 für seine Betätigung aufweist. Bevorzugt
ist der elektrische Antrieb 2, wie bei allen Ausführungsbeispielen,
ein elektrostatischer Antrieb.
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Die Mikroventile sind nach den bekannten Technologien
der Mikrosystemtechnik aufgebaut, beispielsweise unter Einsatz von Ätzverfahren,
Abformtechniken oder spanabhebenden Mikrobearbeitungstechniken.
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Die Mikroventile 1 enthalten
einen einen rechteckförmigen
Umriss aufweisenden Schichtkörper 3,
der üblicherweise
zumindest im Wesentlichen eine quaderförmige Gestalt hat, wie dies
exemplarisch in der 8 zum
Ausdruck kommt.
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Der Schichtkörper 3 setzt sich
aus einer Mehrzahl von Schichten 4 zusammen, die in einer
als Schichtungsrichtung 5 bezeichneten Richtung aufeinanderliegen.
Benachbarte Schichten 4 sind durch Kleben oder Bonden unter
Abdichtung fest miteinander verbunden.
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Die Schichtkörper 3 des Ausführungsbeispiels
enthalten als Basis jeweils eine als Kanalschicht 6 ausgebildete
Schicht 4, auf die, in der Schichtungsrichtung 5,
in der nachstehenden Reihenfolge eine Öffnungsschicht 7,
eine Isolationsschicht 8, eine Steuerschicht 9,
eine Distanzschicht 10 und eine Abdeckschicht 11 folgen.
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Die Öffnungsschicht 7 weist
an der der Steuerschicht 9 zugewandten Seite mehrere Ventilöffnungen 12, 13 auf,
die jeweils über
einen die Öffnungsschicht 7 und
die sich anschließende
Kanalschicht 6 durchsetzenden eigenen Ventilkanal 14, 15 zu
der der Öffnungsschicht 7 entgegengesetzten,
bei den Ausführungsbeispielen
unten liegenden Außenfläche der
Kanalschicht 6 geführt
sind.
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Soweit der Schichtkörper 3 in
einem ihn ganz oder teilweise umhüllenden Ventilgehäuse 17 untergebracht
ist – ein
solches ist in 1 und 6 strichpunktiert und in 7 in durchgezogenen Linien
angedeutet bzw. abgebildet -, verfügt die Ventilgehäusewandung über mit
den Ventilkanälen 14, 15 kommunizierende
Anschlusskanäle 19,
die mit Schnittstellen zum Anschließen weiterführender Kanäle oder Fluidleitungen ausgestattet
sind (nicht dargestellt).
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Die Steuerschicht 9, von
der in 2 bis 5 mögliche Bauformen gesondert
abgebildet sind, enthält
einen rechteckförmigen
Rahmenabschnitt 18, dessen Abmessungen so gewählt sind,
dass seine Außenkontur
mit der rechteckigen Außenkontur
der übrigen
Schichten 4 übereinstimmt.
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In dem vom Rahmenabschnitt 18 umgrenzten
Bereich befindet sich ein ebenfalls zur Steuerschicht 9 gehörendes Ventilglied 22,
das beim Ausführungsbeispiel
ein einstückiger
Bestandteil der Steuerschicht 9 ist. Es ist über mindestens
eine Verbindungsstelle 23 integral mit dem Rahmenabschnitt 18 verbunden,
wobei umfangsseitig zwischen dem Ventilglied 22 und dem
Rahmenabschnitt 18 ein spaltförmiger Zwischenraum 24 verbleibt.
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Die mindestens eine Verbindungsstelle 23 ist so
ausgebildet, dass das Ventilglied 22 relativ zum Rahmenabschnitt 18 und
zu der mit dem Rahmenabschnitt 18 fest verbundenen Öffnungsschicht 7 eine durch
einen Doppelpfeil angedeutete Schaltbewegung 25 ausüben kann.
Um diese Schaltbewegung 25 überhaupt zu ermöglichen,
ist die insgesamt geschlossene Abdeckschicht 11 mit einem
geringen Abstand zur Steuerschicht 9 am Rahmenabschnitt 18 fixiert,
wobei der Abstand durch die Distanzschicht 10 gewährleistet
ist. Die Distanzschicht 10 kann eine entsprechend dick
ausgeführte
Klebstoffschicht sein.
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Die Kanalschicht 6 und die
Abdeckschicht 11 bestehen beispielsweise aus Keramik, Glas,
Kunststoff oder Metall. Die Öffnungsschicht 7 und
die Steuerschicht 9 sind jedenfalls so ausgebildet, dass
sie zumindest partiell elektrisch leitfähig sind. Diese elektrische
Leitfähigkeit
kann, wenn es sich um Kunststoffmaterial handelt, durch eine Metallbeschichtung
erreicht werden. Beim Ausführungsbeispiel
sind zwei andere Möglichkeiten
realisiert, die jeweils eine elektrische Leitfähigkeit der betreffenden Schicht
als Ganzes gewährleisten.
So sind bei den Ausführungsformen
der 1 bis 7 die Öffnungsschicht 7 und
die Steuerschicht 9 jeweils aus Metall hergestellt, insbesondere
aus Nickel-Material, während
sie im Falle der 8 und 9 aus einem Halbleitermaterial
bestehen, insbesondere aus Silizium.
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Um eine Potentialtrennung für den elektrischen
Antrieb 2 zu erreichen, ist zwischen der Öffnungsschicht 7 und
der Steuerschicht 9 die über elektrisch isolierende
Eigenschaften verfügende
Isolationsschicht 8 vorgesehen. Sie besteht insbesondere
aus Siliziumoxid.
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Sowohl mit der Öffnungsschicht 7 als
auch mit der Steuerschicht 9 ist mindestens ein elektrischer
Signalleiter 26 elektrisch kontaktiert. Über diese
Signalleiter 26 – beim
Ausführungsbeispiel
ist pro Schicht 7, 9 ein Signalleiter 26 vorgesehen – kann eine
Ansteuerspannung angelegt werden, die die Betätigung des Ventilgliedes 22 bewirkt.
Auf diese Weise kann das Ventilglied 22 aus einer in den
Figuren gezeigten Offenstellung, in der es die beiden Ventilöffnungen 12, 13 freigibt,
und einer Schließstellung, in
der es wenigstens eine der Ventilöffnungen 12 verschließt, umgeschaltet
werden. In der Offenstellung kann ein über einen der Ventilkanäle 14, 15 eingespeistes
Druckmedium zum anderen Ventilkanal überströmen. In der Schließstellung
wird dieses Überströmen verhindert.
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Neben dieser 2/2-Ventilfunktion sind
allerdings auch andere Ventilfunktionen möglich, beispielsweise eine
3/2-Ventilfunktion.
Hier mündet dann
in die das Ventilglied 22 enthaltende Ventilkammer 27 noch
ein weiterer Ventilkanal ein.
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Allen Ausführungsformen des Mikroventils 1 ist
gemeinsam, dass die der Signalzufuhr dienenden Signalleiter 26 seitlich
außerhalb
der Schichten 4, also im seitlichen Bereich des Schichtkörpers 3,
in der Schichtungsrichtung 5 wenigstens bis zur Höhe der Abdeckschicht 11 geführt sind.
Sie können
dabei unterhalb der der Steuerschicht 9 entgegengesetzten Oberseite
der Abdeckschicht 11 enden oder aber ein Stück weit über die
Abdeckschicht 11 hinausragen. Letzteres ist bei allen Ausführungsbeispielen
der Fall. Da folglich sämtliche
Signalleiter 26 zu ein und derselben Seite des Schichtkörpers 3 geführt sind, können die
Signalleiter 26 selbst sehr bequem mit elektrischen Leitungen
oder sonstigen elektronischen Bauteilen, je nach Ausstattung des
Mikroventils, kontaktiert werden. Es kann auf diese Weise im Übrigen eine
vorteilhafte Trennung der elektrischen und fluidischen Schnittstellen
erfolgen, indem die elektrische Kontaktierung der Signalleiter 26 auf
der einen Seite und die fluidische Verbindung der Ventilkanäle 14, 15 mit
weiterführenden
Fluidleitungen auf der entgegengesetzten Seite vorgenommen werden kann.
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Bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 7 sind die elektrischen Signalleiter 26 von
länglichen Kontaktelementen 28 gebildet,
die jeweils einstückig mit
der durch sie kontaktierten Öffnungsschicht 7 bzw.
Steuerschicht 9 ausgebildet sind. Bei der Herstellung der
betreffenden Schicht 7, 9 wird also das jeweils
erforderliche Kontaktelement 28 gleichzeitig hergestellt.
Die Kontaktierung der Signalleiter 26 mit den betreffenden
Schichten 7, 9 geschieht hier folglich unmittelbar
bei der Herstellung.
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Um die Zugänglichkeit der Signalleiter 26 von
der Seite der Abdeckschicht 11 her zu gewährleisten,
sind die Kontaktelemente bezüglich
der rechtwinkelig zur Schichtungsrichtung 5 verlaufenden
Ausdehnungsebene ihrer Schicht 7, 9 zur Abdeckschicht 11 hin
umgebogen. Der Biegewinkel beträgt
zweckmäßigerweise
90°.
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Die Biegestellen sind in der Zeichnung
bei 32 gezeigt. Sie befinden sich am Kontaktierungsbereich 33,
an dem die Signal leiter 26 jeweils mit der zugehörigen Schicht 7, 9 verbunden
sind. Bei den Ausführungsbeispielen
der 1 bis 7 befindet sich dieser Kontaktierungsbereich 33 an
der seitlichen Außenfläche der Öffnungsschicht 7 bzw.
der Steuerschicht 9.
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Wenn die Kontaktelemente 28 umgebogen werden,
erfährt
die zugeordnete Schicht 7, 9 eine mechanische
Beanspruchung. Diese ist speziell bei der Steuerschicht 9 relativ
groß,
weil hier die Kontaktbereiche 33 an dem relativ schmalen
Rahmenabschnitt 18 vorgesehen sind, der wenig widerstandsfähig ist.
Normalerweise besteht daher die Gefahr, dass durch Verformungen
die Betätigung
des Ventilgliedes 22 oder die Dichtqualität der Verbindungen zwischen
den einzelnen Schichten beeinträchtigt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Mikroventil
sind solche Beeinträchtigungen
jedoch nicht oder zumindest in nur geringem Maße zu befürchten, weil die Signalleiter 26 mit
der betreffenden Schicht 7, 9 jeweils in einem
ihrer Eckbereiche 34 kontaktiert sind. Die Auswirkungen
dieser Bauweise gehen sehr gut aus 3 hervor.
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Die 3 zeigt
einen Teil des Rahmenabschnittes 18 in einem der Eckbereiche 34.
Zwischen benachbarten Eckbereichen hat der Rahmenabschnitt 18 eine
Breite "b", die dahingehend
optimiert ist, dass für
die Verbindung zu den benachbarten Schichten 4 eine die
gewünschte
Festigkeit gewährleistende,
ausreichend große
Berührfläche gegeben ist,
gleichzeitig aber die Abmessungen möglichst gering sind.
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Würde
sich der Kontaktierungsbereich 33 an einer Stelle zwischen
zwei Eckbereichen befinden, würden
sich die beim Umbiegen auftretenden Beanspruchungen unweigerlich
nachteilig auf den Rahmenabschnitt 18 auswirken, so dass
möglicherweise die
gewünschte
Verbindungsfestigkeit zwischen den Schichten 4 nicht mehr
gegeben wäre.
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Im Eckbereich 34 hingegen
ist die Breite des Rahmenabschnittes 18 größer als
die Rahmenbreite "b" in den sich anschließenden linearen
Abschnitten. Die sich ergebende Zone zusätzlichen Materials ist in 3 bei 35 durch
eine strichpunktierte Schraffur angedeutet, wobei sich der Kontaktierungsbereich 33 an
dieser Zone 35 befindet. Der Rahmenabschnitt 18 ist
folglich im Eckbereich 34 breiter als für die Festigkeit des Schichtkörpers 3 erforderlich,
so dass die durch den Biegevorgang auftretenden Materialbelastungen
ohne Beeinträchtigung
der Festigkeit oder sonstiger Materialeigenschaften problemlos kompensiert
werden.
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Um die Beanspruchung noch weiter
zu verringern, können
die Kontaktelemente 28 an der Biegestelle 32 mit
einer Einschnürung
versehen sein, wie dies in 5 exemplarisch
gezeigt ist. Die 5 zeigt
einen Zustand bei noch nicht umgebogenem Kontaktelement 28.
Die Einschnürung 36 kann
in der Ausdehnungsebene der zugeordneten Schicht liegen, aber auch
rechtwinkelig dazu orientiert sein. Auch eine umlaufende Einschnürung 36 wäre möglich.
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Um eine gegenseitige Behinderung
auszuschließen,
befindet sich der elektrische Signalleiter 26 der Steuerschicht 9 zweckmäßigerweise
in einem Eckbereich 34, der abweichend von demjenigen Eckbereich 34 orientiert
ist, an dem sich der Signalleiter 26 der Öffnungsschicht 7 befindet.
Diese Eckbereiche 34 können
an in der Umfangsrichtung des Schichtkörpers 3 unmittelbar
aufeinanderfolgenden Eckbereichen vorgesehen sein. Dies ist in 2, teilweise strichpunktiert,
bei 37 angedeutet. Bevorzugt wird allerdings eine Anordnung
der elektrischen Signalleiter 26 an einander diagonal gegenüberliegenden
Eckbereichen des Schichtkörpers 3,
wie dies in 2 und 4 gezeigt ist. Handelt es
sich bei den Signalleitern 26 um Kontaktelemente 28,
kann dabei eine diagonale Ausrichtung (4) oder eine zu den Seitenflächen der
jeweiligen Schicht 4 parallele Ausrichtung (2) vorgesehen werden.
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Eine besonders einfache Kontaktierung
der Kontaktelemente 28 ist möglich, wenn die Kontaktelemente 28,
wie dies in 1 angedeutet
ist, als zum Anschließen
einer elektrischen Leitung vorgesehene Kontaktfahnen 28a ausgebildet
sind. An eine solche Kontaktfahne 28a kann dann beispielsweise
eine elektrische Leitung 37 angelötet werden (in 1 links abgebildet). Besonders vorteilhaft
ist allerdings eine Ausgestaltung, bei der die Kontaktfahne, wie
in 1 rechts abgebildet,
eine Steckfahne ist, auf die ein mit einer elektri schen Leitung 37 verbundener
Anschlussstecker 38 aufgesteckt werden kann.
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Beim Ausführungsbeispiel der 6 sind die Kontaktelemente 28 so
ausgebildet, dass sie die Abdeckschicht 11 an der der Steuerschicht 9 entgegengesetzten
Außenfläche 42 übergreifen.
Auf diese Weise ist es möglich,
die Kontaktelemente 28 mit einer auf dieser Außenfläche 42 vorgesehenen
elektrischen Schaltung 43 zu kontaktieren. Die Kontaktierung
erfolgt insbesondere durch Verlöten
oder elektrisch leitendes Verkleben einer am Kontaktelement 28 vorgesehenen
Kontaktfläche 44 und
eines zu der elektrischen Schaltung 43 gehörenden Kontakt-Pads 45 an
der Außenfläche 42.
In 6 ist in diesem Zusammenhang
bei 46 exemplarisch ein Löt-Bump gezeigt.
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Es sind Bauformen des Mikroventils 1 möglich, bei
denen der Schichtkörper 3 in
einem Ventilgehäuse 17 untergebracht
ist, wobei auf der der Steuerschicht 9 entgegengesetzten
Seite der Abdeckschicht 11 ein Ventilgehäusedeckel 47 platziert
ist (7). In diesem Fall
können
die Kontaktelemente 28 sowohl über die Abdeckschicht 11 als
auch über den
Ventilgehäusedeckel 47 hinausragen
und außerhalb
des Ventilgehäusedeckels 47 umgebogen
sein, so dass sie den Ventilgehäusedeckel 47 an
dessen der Abdeckschicht 11 entgegengesetzter Außenfläche 48 übergreifen.
Hier kann dann, wie schon anhand der 6 erläutert, eine
elektrische Kontaktierung mit dem Ven tilgehäusedeckel 46 bzw.
einer daran angeordneten elektrischen Schaltung (nicht näher gezeigt)
vorgesehen werden.
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Die Realisierung der elektrischen
Signalleiter 26 als mit den zu kontaktierenden Schichten 5, 7 einstückiges Kontaktelement 28 erweist
sich besonders vorteilhaft bei metallischen Schichtmaterialien.
Diese lassen sich relativ problemlos verformen bzw. verbiegen. Handelt
es sich bei den Schichtmaterialien jedoch um nicht verformbare Materialien,
beispielsweise um Halbleitermaterial wie Silizium, werden die elektrischen
Signalleiter 26 zweckmäßigerweise
in einer in 8 und 9 gezeigten besonderen Weise realisiert.
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Bei der Bauform gemäß 8 und 9 ist wie im Falle der 4 vorgesehen, dass die elektrischen Signalleiter
von sowohl der Öffnungsschicht 7 als auch
der Steuerschicht 9 seitlich am Schichtkörper 3 vorbeilaufen
und die Abdeckschicht 11 an ihrer Außenfläche 42 übergreifen.
Dort erfolgt eine Kontaktierung mit einer auf der Abdeckschicht 11 installierten elektrischen
Schaltung 43.
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Anders als bei den übrigen Ausführungsbeispielen
sind die elektrischen Signalleiter 26 beim Ausführungsbeispiel
der 8 und 9 keine selbsttragenden Kontaktelemente,
sondern von einer als Signalleitbeschichtung 52 bezeichneten,
elektrisch leitenden Beschichtung des Schichtkörpers 3 gebildet. Die
Signalleitbeschichtung 52 verläuft ausgehend von dem an der
zugeordneten Schicht 7, 9 vorgesehenen Kontaktierungsbereich 33 an
der seitlichen Außenfläche des
Schichtkörpers 3 entlang
und ist dabei auf dieser seitlichen Außenfläche fixiert.
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Die Signalleitbeschichtung 52 wird
zweckmäßigerweise
auf den zu beschichtenden Flächen
in an sich bekannter Weise abgeschieden, beispielsweise durch sogenanntes
Sputtern. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, die
Signalleitbeschichtung in Gestalt eines Leitklebers aufzubringen.
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Somit verläuft die Signalleitbeschichtung 52 ausgehend
vom Kontaktierungsbereich 33 in der Schichtungsrichtung 5 an
den sich anschließenden Schichten 4 vorbei
und endet auf der Außenfläche 42 mit
einem Kontaktierungsabschnitt 53. Mit diesem können weiterführende elektrische
Leitungen kontaktiert werden, oder es ist eine Kontaktierung mit
Leiterbahnen der elektrischen Schaltung 43 möglich.
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Handelt es sich bei der Steuerschicht 9 um eine
insgesamt elektrisch leitfähige
Schicht, wird die von der Öffnungsschicht 7 ausgehende
Signalleitbeschichtung 52 unter elektrischer Isolierung
an der sich anschließenden
Steuerschicht 9 vorbeigeführt. Es ist dann zweckmäßigerweise
zwischen der Steuerschicht 9 und der Signalleitbeschichtung 52 ein
Isolationsmaterial 54 vorgesehen, beispielsweise eine aus
Siliziumoxid bestehende Isolationsschicht.
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Wie aus 8 gut hervorgeht, ist es zweckmäßig, die
Kontaktierungsbereiche 44 für die Signalleitbeschichtung 52 an
der der Abdeckschicht 11 zugewandten Oberfläche der Öffnungsschicht 7 bzw. Steuerschicht 9 vorzusehen.
Der Kontaktierungsbereich 33 liegt dadurch innerhalb des
rechteckförmigen
Umrisses des Schichtkörpers 3.
Gleichwohl befindet sich der Kontaktierungsbereich 33 weiterhin
in einem der Eckbereiche 34 der betreffenden Schicht 7, 9.
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Letzteres hat den Vorteil, dass eine
relativ große
Kontaktierungsfläche
zur Verfügung
gestellt werden kann. Die bequeme Zugänglichkeit dieses Bereiches
wird dadurch gewährleistet,
dass die sich an den Kontaktierungsbereich 33 anschließenden Schichten – im Falle
der Öffnungsschicht 7 sind
dies die Steuerschicht 9, die Distanzschicht 10 und
die Abdeckschicht 11, während
es sich im Falle der Steuerschicht 9 lediglich um die Distanzschicht 10 und
die Abdeckschicht 11 handelt – an den mit dem Kontaktierungsbereich
in der Schichtungsrichtung 5 fluchtenden Eckbereichen 55 eine
gegenüber
der Außenkontur
der kontaktierten Schicht 7, 9 zurückgesetzte Außenkontur
haben. Erzielt wird die zurückgesetzte Außenkontur
beim Ausführungsbeispiel
jeweils durch eine über
Eck gehende, bogenförmig
konturierte Aussparung am betreffenden Eckbereich 55. Es
resultiert daraus eine als Eckfläche 57 bezeichnete,
zurückgesetzte
seitliche Außenfläche der
betreffenden Schichten 4, entlang der die Signalleitbeschichtung 52 verläuft.
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Die Eckflächen 57 könnten auch
durch eine Abflachung der Eckbereiche 55 gebildet werden.
Die bogenförmige
Kontur hat jedoch den Vorteil einer besonders einfachen Herstellung.
So können
die einzelnen Schichten aus einem Wafer resultieren, in den in den
Kreuzungsbereichen der die Schichten 4 bildenden Abschnitte
Bohrungen oder Durchbrüche eingebracht
werden, die beim Vereinzeln geteilt werden.
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Bei der Bauform gemäß 8 und 9 ist die eckseitige Platzierung der
Kontaktierungsbereiche 33 auch deshalb von Vorteil, weil
die Aussparungen 56 ebenfalls in Eckbereichen 55 liegen
können,
in denen die durch das Entfernen des Materials hervorgerufene Schwächung keine
nachteiligen Auswirkungen auf die Struktur des Schichtkörpers 3 hat.
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Falls gewünscht, können alle Ecken des quaderförmigen Schichtkörpers genutzt
werden, um die Anzahl der Kontakte zu maximieren, beispielsweise um
jede der Schichten separat kontaktieren zu können.
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Die Kontaktierung an den Eckbereichen
des Schichtkörpers
ermöglicht
eine Anordnung, bei der eine Schwächung des Rahmenbereichs der
Schichten vermieden werden kann und die quaderförmige Außenkontur des Schichtkörpers nicht überschritten wird.