DE10356308A1 - Integrated fluid mixer comprises at least one fluid channel for supplying liquids, a branch for splitting the liquid flow, and a step section - Google Patents

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Matthias Fuertsch
Hubert Benzel
Stefan Finkbeiner
Stefan Pinter
Frank Schaefer
Simon Armsbruster
Christoph Schelling
Tjalf Pirk
Julian Gonska
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40Static mixers
    • B01F25/42Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/432Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction with means for dividing the material flow into separate sub-flows and for repositioning and recombining these sub-flows; Cross-mixing, e.g. conducting the outer layer of the material nearer to the axis of the tube or vice-versa
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Abstract

An integrated fluid mixer comprises at least one fluid channel (1) for supplying the liquids, a branch for splitting the liquid flow into primary and secondary channels (4,3), and a step (7) section. The second channel has the same flow resistance as the first channel, and the channels are bordered by an unstructured plate (14). The mixer has a flow splitting element (2).

Description

Die Erfindung betrifft einen integrierten fluidischen Mischer zum Mischen von durchströmenden Flüssigkeiten. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Herstellungsverfahren zum Herstellen eines solchen integrierten fluidischen Mischers.The The invention relates to an integrated fluidic mixer for mixing of fluids flowing through. The invention further relates to a manufacturing method for manufacturing such an integrated fluidic mixer.

Bei der Mikrofluidik werden geringe Mengen Flüssigkeit transportiert, manipuliert und analysiert. Ein wichtiger Vorgang bei vielen mikrofluidischen Anwendungen ist das Mischen verschiedener Flüssigkeiten, z.B. Lösungen und Analysate.at In microfluidics, small amounts of fluid are transported, manipulated and analyzed. An important process in many microfluidic Applications is the mixing of different liquids, e.g. Solutions and Analytes.

Die Flüssigkeiten werden dazu in Flüssigkeitskanälen geringen Querschnitts transportiert. Aufgrund des geringen Querschnitts fließen die Flüssigkeiten in diesen Kanälen immer laminar, d.h. es finden keine Verwirbelungen statt. Zwei Flüssigkeiten, die über entsprechende Kanäle zusammengeführt werden, laufen daher parallel zueinander und mischen sich nur über Diffusion, nicht jedoch durch Turbulenzen. In diesen Fällen dauert das Mischen sehr lange, so dass Flüssigkeitskanäle mit vergleichsweise großen Längen in dem Mikrofluidikbauelement vorgesehen sein müssen, damit ein vollständiges Durchmischen beider Flüssigkeiten erfolgen kann.The liquids become small in liquid channels Cross section transported. Due to the small cross-section flow liquids in these channels always laminar, i. there is no turbulence. Two liquids, the above corresponding channels together are therefore running parallel to each other and mixing only via diffusion, but not by turbulence. In these cases, the mixing takes a lot long, allowing fluid channels with comparatively huge lengths must be provided in the microfluidic device, thus a complete mixing both liquids can be done.

Zur Beschleunigung des Mischvorgangs wird üblicherweise die maximale Distanz, die durch Diffusion durchmischt werden soll, verringert. Dazu werden die Flüssigkeitsströme geteilt und auf andere Weise wieder zusammengeführt, so dass die Flüssigkeitsströme ineinander verwoben werden und somit die Größe der Grenzfläche zwischen beiden Flüssigkeitsströmungen erhöht wird. Z.B. können die beiden Flüssigkeitsströme wiederholt horizontal geteilt und vertikal wieder zusammengeführt werden, so dass anstelle einer Grenzfläche zwischen den Flüssigkeitsströmungen mehrere Grenzflächen geschaffen werden, an denen Diffusion stattfindet.to Acceleration of the mixing process is usually the maximum distance, which is to be mixed by diffusion, reduced. To do this divided the liquid streams and recombined in some other way, so that the fluid flows into each other be interwoven and thus the size of the interface between both liquid flows is increased. For example, can the two fluid streams repeated divided horizontally and merged vertically again, so instead of an interface between the liquid flows more interfaces be created where diffusion takes place.

Bei der Herstellung eines fluidischen Mischers werden üblicherweise zwei Substrate mit einfachen Prozessen, wie z.B. Prägen, Gießen, isotropem oder anisotropem Ätzen strukturiert und anschließend zusammengesetzt, da die Flüssigkeitsführung nicht in einem Block realisiert werden kann. Das Verbinden von zwei Substraten ist relativ aufwändig, da das Verbinden von z.B. zwei Halbleitersubstraten aufgrund der hohen Reinheitsanforderung an die Oberflächen ein hohes Risiko bezüglich der Prozessausbeute beinhaltet und somit teuer ist. Außerdem werden zwei strukturierte Wafer benötigt, die den Material- und Prozessaufwand verdoppeln.at the production of a fluidic mixer are usually two substrates with simple processes, e.g. Embossing, casting, isotropic or anisotropic etching structured and then composed, since the liquid guide is not can be realized in a block. The joining of two substrates is relatively expensive, since connecting e.g. two semiconductor substrates due to the high purity requirement on the surfaces poses a high risk regarding the process yield includes and thus is expensive. In addition, two are structured Wafer needed, which double the material and process costs.

Zwar kann ein strukturierter Glaswafer mit Hilfe von anodischem Bonden gut mit einem strukturierten Halbleitersubstrat verbunden werden, die Strukturierung des Glaswafers ist jedoch aufwändig und somit kostenintensiv.Though can be a structured glass wafer by means of anodic bonding be well connected to a structured semiconductor substrate, However, the structuring of the glass wafer is complex and thus costly.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen fluidischen Mischer sowie ein einfaches Herstellungsverfahren für den fluidischen Mischer zur Verfügung zu stellen.It It is an object of the present invention to provide a fluidic mixer as well as a simple manufacturing method for the fluidic mixer available put.

Diese Aufgabe wird durch den integrierten fluidischen Mischer nach Anspruch 1 sowie durch das Verfahren nach Anspruch 11 gelöst.These The object is achieved by the integrated fluidic mixer according to claim 1 and solved by the method of claim 11.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the present invention are in the dependent claims specified.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein integrierter fluidischer Mischer zum Mischen von durchströmenden Flüssigkeiten vorgesehen. Der Mischer umfasst einen Flüssigkeitskanal, um die zu mischenden Flüssigkeiten zuzuleiten. Durch eine Verzweigung wird der Flüssigkeitskanal in einen ersten und einen zweiten Teilkanal aufgeteilt. In dem ersten der beiden Teilkanäle ist eine Stufe angeordnet, wobei die Teilkanäle hinter der Verzweigung in einer Zusammenführung zusammengeführt sind. Die Stufe ist in dem ersten Teilkanal so angeordnet, dass ein strömungsabgewandtes Ende der Stufe im Wesentlichen an der Zusammenführung der beiden Teilkanäle angeordnet ist. Der zweite Teilkanal ist so ausgebildet, dass er den gleichen Strömungswiderstand aufweist, wie der erste Teilkanal. Insbesondere ist in dem zweiten Teilkanal eine Stufe so angeordnet, dass sie den Strömungswiderstand aufweist und dass ihr strömungsabgewandtes Ende vor der Zusammenführung der Teilkanäle endet. Eine Begrenzung beider Teilkanäle wird durch eine unstrukturierte Platte gebildet.According to one The first aspect of the present invention is an integrated fluidic Mixer for mixing through-flowing Liquids provided. The mixer comprises a fluid channel, around the liquids to be mixed be forwarded. By branching the liquid channel is in a first and split a second sub-channel. In the first of the two subchannels a stage is arranged, with the subchannels behind the branch in a merge together are. The stage is arranged in the first subchannel such that a flow away End of the stage essentially arranged at the junction of the two sub-channels is. The second subchannel is designed to be the same flow resistance has, as the first sub-channel. In particular, in the second Partial channel arranged a stage so that it has the flow resistance and that you are facing away from the flow End before the merger the subchannels ends. A boundary of both subchannels is characterized by an unstructured Plate formed.

Der integrierte fluidische Mischer gemäß der Erfindung hat den Vorteil, dass er auf einfache Weise aufgebaut werden kann, insbesondere indem vermieden wird, dass zwei strukturierte Substrate zusammengefügt werden müssen, um die Mischerstruktur zu bilden. Der erfindungsgemäße Mischeraufbau ermöglicht es, die Strukturierungen innerhalb eines einzigen Substrates durchzuführen, das mit einer im Wesentlichen unstrukturierten Platte so abgeschlossen werden kann, dass ein fluidischer Mischer mit Flüssigkeitskanal, Verzweigung, Zusammenführung und den Teilkanälen gebildet wird.Of the integrated fluidic mixer according to the invention has the advantage that it can be easily constructed, in particular by it is avoided that two structured substrates are joined together have to, to form the mixer structure. The mixer assembly according to the invention allows it to perform the structuring within a single substrate, the so finished with a substantially unstructured plate can be that a fluidic mixer with fluid channel, branching, together and the subchannels is formed.

Insbesondere können die Verzweigung und die Zusammenführung des Mischers durch ein im Flüssigkeitskanal angeordnetes Element gebildet sein. Auf diese Weise können die Verzweigung und die Zusammenführung durch eine einzige Struktur gebildet sein, wodurch die Strukturierung des Mischers in einfacher Weise erfolgen kann.Especially can the branching and merging of the mixer by one in the liquid channel be arranged element arranged. In this way, the Branching and merging be formed by a single structure, thereby structuring the mixer can be done in a simple manner.

Vorzugsweise weist der Mischer eine im Wesentlichen kreisförmige, viereckige oder ovale Grundrissfläche auf.Preferably For example, the mixer has a substantially circular, quadrangular or oval floor plan surface.

Insbesondere kann der Mischer mit einem Substrat aus Silizium, Siliziumdioxid und/oder Kunststoff ausgebildet sein.Especially The mixer can be made with a silicon substrate, silicon dioxide and / or plastic.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Stufen in den Teilkanälen so angeordnet sind, dass die Teilkanäle im Wesentlichen den gleichen Strömungswiderstand aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass die Flüssigkeitsströmungen in den Teilkanälen im wesentlichen gleich verteilt sind, so dass durch jeden der Teilkanäle eine ausreichende Flüssigkeitsmenge fließen kann.Especially can be provided that the steps arranged in the sub-channels are that the subchannels essentially the same flow resistance exhibit. This has the advantage that the liquid flows in the subchannels are distributed substantially the same, so that through each of the sub-channels one sufficient amount of fluid flow can.

Vorzugsweise sind die Stufen in beiden Teilkanälen auf der gleichen Innenwandseite angeordnet. Die Innenwandseite ist dabei vorzugsweise die der Begrenzung durch die unstrukturierte Platte gegenüberliegende Innenwandfläche.Preferably the steps in both subchannels are on the same inside wall side arranged. The inner wall side is preferably that of the boundary through the unstructured plate opposite inner wall surface.

Dies stellt eine besonders einfache Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mischers dar, da die Stufen in einem einzigen Prozessschritt hergestellt werden können, ohne dass die Funktionalität des Mischers beeinträchtigt wird.This represents a particularly simple embodiment of the mixer according to the invention because the stages are made in a single process step can be without the functionality of the Mischers impaired becomes.

Alternativ können die Stufen auch als Durchlässe in einer in jeden Teilkanal eingebrachten Wandstruktur des Mischers gebildet sein, wobei der Durchlass in dem ersten Teilkanal in ausreichender Entfernung zu der Zusammenführung, z. B. nahe der Verzweigung und in dem zweiten Teilkanal nahe der Zusammenführung angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mischers geschaffen werden, die ebenfalls so aufgebaut werden kann, dass das Substrat, in dem die fluidische Mischerstruktur eingebracht ist, durch eine unstrukturierte Platte abgeschlossen werden kann, um den fluidischen Mischer zu bilden.alternative can the steps also as passages in a wall structure of the mixer introduced into each subchannel be formed, wherein the passage in the first subchannel in sufficient Distance to the merge, z. Near the branch and in the second subchannel near the junction together is arranged. In this way, another preferred embodiment the mixer according to the invention be created, which can also be constructed so that the substrate in which the fluidic mixer structure is introduced is, can be completed by an unstructured plate, to form the fluidic mixer.

Vorzugsweise ist hinter dem Durchlass in dem ersten Teilkanal die Struktur des ersten Teilkanals so gestaltet, um den Flüssigkeitsstrom in eine erste Ebene zu leiten und die Struktur des zweiten Teilkanals so gestaltet, um den Flüssigkeitsstrom zu dem entsprechenden Durchlass nahe der Zusammenführung zu leiten, um den Flüssigkeitsstrom in einer zweiten Ebene in die Zusammenführung auszugeben. Auf diese Weise kann eine Mischerstruktur für einen fluidischen Mischer geschaffen werden, die einen Flüssigkeitsstrom aufteilt und die Teile des Flüssigkeitsstroms in gedrehter Anordnung wieder zusammensetzt.Preferably is behind the passage in the first subchannel the structure of first sub-channel designed to transfer the fluid flow into a first Directing the plane and designing the structure of the second subchannel, to the liquid flow to the appropriate passage near the merge to direct the fluid flow in a second level in the merge issue. To this Manner may be a mixer structure for a fluidic mixer be created, which is a liquid flow divides and the parts of the liquid flow reassembled in a rotated arrangement.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines fluidischen Mischers vorgesehen. Dabei wird in ein Substratmaterial über Formgebungs- und Abscheideverfahren eine nach oben hin offene Mischerstruktur eingebracht bzw. auf ein Substratmaterial aufgebracht, wobei anschließend die Mischerstruktur mit einer im Wesentlichen unstrukturierten Platte abgedeckt wird, um die geschlossene Mischerstruktur zu schaffen. Auf diese Weise kann ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines fluidischen Mischers zur Verfügung gestellt werden, mit dem der fluidische Mischer auf einfache Weise und mit einer großen Produktionsausbeute, d.h. kostengünstig hergestellt werden kann.According to one Another aspect of the present invention is a method for Preparing a fluidic mixer provided. It is in a Substrate material over Shaping and Separation method introduced an upwardly open mixer structure or applied to a substrate material, in which case the Mixer structure with a substantially unstructured plate is covered to create the closed mixer structure. In this way, a manufacturing process for producing a fluidic mixer available be made with the fluidic mixer in a simple manner and with a large production yield, i.e. economical can be produced.

Es kann vorgesehen sein, dass die Mischerstruktur mit einem Flüssigkeitskanal zum Zuleiten von Flüssigkeit, mit einer Verzweigung zum Aufteilen des Flüssigkeitskanals in zwei Teilkanäle und mit Stufen in jedem der Teilkanäle gebildet wird. Dazu wird auf einer ersten Funktionsschicht eine Ätzstoppschicht aufgebracht und diese so strukturiert, dass bei einem Ätzen die Stufen gebildet werden. Auf der ersten Funktionsschicht und der Ätzstoppschicht wird eine zweite Funktionsschicht aufgebracht. Ein Tiefenätzprozess wird ausgeführt, wobei die zweite Funktionsschicht gemäß einer vorgegebenen Kanalstrukturierung geätzt wird. Der Tiefenätzprozess wird an der Ätzstoppschicht gestoppt und die erste Funktionsschicht entsprechend der Strukturierung der Ätzstoppschicht geätzt. Auf diese Weise kann mit Hilfe eines einzigen Tiefenätzpro zesses der Kanal sowie die Stufen in dem Kanal gebildet werden.It it can be provided that the mixer structure with a fluid channel for supplying liquid, with a branch for dividing the liquid channel into two sub-channels and with Levels in each of the subchannels is formed. For this purpose, an etching stop layer is formed on a first functional layer applied and this structured so that when etching the Steps are formed. On the first functional layer and the etch stop layer a second functional layer is applied. A deep etching process is running, wherein the second functional layer according to a predetermined channel structuring etched becomes. The deep etching process becomes at the etch stop layer stopped and the first functional layer according to the structuring the etch stop layer etched. In this way, with the help of a single Tiefenätzpro process the channel and the steps are formed in the channel.

Es kann vorgesehen sein, dass die erste Funktionsschicht auf das Substrat aufgebracht wird oder in dem Substrat umfasst ist.It can be provided that the first functional layer on the substrate is applied or is included in the substrate.

Die Oberfläche der zweiten Funktionsschicht kann so bearbeitet werden, dass eine bondbare Oberfläche entsteht, so dass die unstrukturierte Platte mit der bondbaren Oberfläche mit Hilfe eines Waferbondverfahrens und dgl. verbunden werden kann.The surface the second functional layer can be processed so that a bondable surface arises, so that the unstructured plate with the bondable surface with Help of a wafer bonding process and the like. Can be connected.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Mischerstruktur mit einem Flüssigkeitskanal zum Zuleiten von Flüssigkeit, mit einer Verzweigung zum Aufteilen des Flüssigkeitskanals in zwei Teilkanäle und mit Stufen in jedem der Teilkanäle gebildet wird. Auf einem Substrat wird dazu eine Opferschicht aufgebracht, auf die eine erste Funktionsschicht aufgebracht wird. Auf die erste Funktionsschicht wird eine Ätzstoppschicht aufgebracht, und diese strukturiert. Auf der ersten Funktionsschicht und der strukturierten Ätzstoppschicht wird eine zweite Funktionsschicht aufgebracht. Es wird ein Tiefenätzprozess ausgeführt, wobei die erste und zweite Funktionsschicht gemäß einer vorgegebenen Kanalstrukturierung geätzt werden. Der Tiefenätzprozess wird an einer Ätzstoppschicht gestoppt, so dass die abgedeckte erste Funktionsschicht verbleibt. Nach Durchätzen der ersten Funktionsschicht wird in einem weiteren Ätzschritt die Opferschicht geätzt, wobei Unterätzungen unter die erste Funktionsschicht erfolgen, wobei unter einer durch die erste Funktionsschicht gebildeten Wandstruktur die Opferschicht von beiden Seiten der Wandstruktur im Wesentlichen so geätzt wird, dass ein Durchlass unter der Wandstruktur entsteht. Auf diese Weise ist es möglich, nach einem Tiefenätzschritt Durchlässe in Wandstrukturen herzustellen, so dass durch eine einseitige Strukturierung eines Substrates dreidimensionale Strömungsführungen in einem Sub strat erzeugt werden können, ohne zwei Substrate zu strukturieren, die anschließend in geeigneter, zueinander justierter Weise aufeinander gefügt werden müssen.Alternatively it can be provided that the mixer structure is formed with a liquid channel for supplying liquid, with a branch for dividing the liquid channel into two sub-channels and with steps in each of the sub-channels. For this purpose, a sacrificial layer is applied to a substrate, to which a first functional layer is applied. On the first functional layer, an etch stop layer is applied, and this structured. On the first functional layer and the structured etching stop layer, a second functional layer is applied. A deep etching process is carried out, the first and second functional layers being etched in accordance with a predetermined channel structuring. The deep etching process is stopped at an etching stop layer so that the covered first functional layer remains. After throughput In a further etching step, the sacrificial layer is etched into the first functional layer, with undercuts being made below the first functional layer, the sacrificial layer being substantially etched from both sides of the wall structure under a wall structure formed by the first functional layer so as to form a passage under the wall structure. In this way, it is possible to produce passages in wall structures after a deep etching step, so that three-dimensional flow guides in a sub strate can be generated by a one-sided structuring of a substrate, without structuring two substrates, which are then joined together in a suitable, mutually adjusted manner have to.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The invention will be described below with reference to the accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate:

1A eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen fluidischen Mischers; 1A a first embodiment of a fluidic mixer according to the invention;

1B eine Darstellung einer Serienanordnung von fluidischen Mischern nach 1A; 1B a representation of a series arrangement of fluidic mixers after 1A ;

1C und 1D weitere Varianten der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen fluidischen Mischers nach 1A; 2A bis 2D das Verfahren zur Herstellung des Mischerelements anhand einer Schnittansicht und einer Draufsicht gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung; 1C and 1D Further variants of the first embodiment of the fluidic mixer according to the invention after 1A ; 2A to 2D the method of manufacturing the mixer element with reference to a sectional view and a plan view according to the first embodiment of the invention;

3A eine Draufsicht auf einen fluidischen Mischer gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; 3A a plan view of a fluidic mixer according to a second embodiment of the invention;

3B einen Querschnitt durch den fluidischen Mischer gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung; 3B a cross section through the fluidic mixer according to the second embodiment of the invention;

4A bis 4C veranschaulichen die Prozessschritte zur Herstellung des fluidischen Mischers gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. 4A to 4C illustrate the process steps for manufacturing the fluidic mixer according to the second embodiment of the invention.

In 1A ist in einer perspektivischen Ansicht ein fluidischer Mischer ohne obere Abdeckung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Ein solcher fluidischer Mischer wird häufig in einer Serienanordnung von mehreren Mischerelementen, wie in 1B dargestellt, angeordnet. Der fluidische Mischer weist einen Zuleitungskanal 1 auf, über den zwei oder mehrere zusammengeführte Flüssigkeitsströme dem Mischer zugeführt werden. Ein Strömungsteilerelement 2 bildet eine Verzweigung für den Flüssigkeitsstrom. Durch das Strömungsteilerelement 2 werden ein erster Teilkanal 3 und ein zweiter Teilkanal 4 gebildet. Flussabwärts des Strömungsteilerelementes 2 werden die beiden Teilkanäle 3, 4 in einer Zu sammenführung wieder zusammengeführt und in einen Ablaufkanal 5 ausgegeben.In 1A is shown in a perspective view, a fluid mixer without top cover according to a first embodiment of the invention. Such a fluidic mixer is often used in a series arrangement of multiple mixer elements, as in FIG 1B represented, arranged. The fluidic mixer has a supply channel 1 via which two or more combined liquid streams are fed to the mixer. A flow divider element 2 forms a branch for the liquid flow. Through the flow divider element 2 become a first subchannel 3 and a second subchannel 4 educated. Downstream of the flow divider element 2 become the two subchannels 3 . 4 merged again in a merger and into a drainage channel 5 output.

In dem ersten Teilkanal 3 ist eine erste Stufe 6 und in dem zweiten Teilkanal 4 eine zweite Stufe 7 angeordnet. Die erste Stufe 6 in dem ersten Teilkanal 3 bewirkt, dass der Teilflüssigkeitsstrom an der Verzweigung auf eine zweite Fließebene E2 angehoben wird, während der Flüssigkeitsstrom bei und nach der Verzweigung in dem zweiten Teilkanal 4 noch in einer ersten Fließebene E1 verbleibt. Die zweite Stufe 7 beginnt in einem von der Verzweigung flussabwärts gelegenen Bereich und endet bei der Zusammenführung der beiden Teilkanäle 3, 4, so dass der Teilflüssigkeitsstrom des zweiten Teilkanals 4 in der zweiten Fließebene E2 in die Zusammenführung geleitet wird. Die erste Stufe 6 endet deutlich vor der Zusammenführung, so dass der Teilflüssigkeitsstrom wieder über die erste Fließebene E1 in die Zusammenführung fließt. Bei der Zusammenführung wird der Flüssigkeitsstrom, der durch den zweiten Teilkanal 4 fließt, somit über den Flüssigkeitsstrom, der in dem ersten Teilkanal 3 fließt, geschoben. Auf diese Weise wird eine Mischerstruktur geschaffen, die einen Flüssigkeitsstrom vertikal aufteilt und anschließend horizontal übereinander anordnet. Die erste Stufe 6 ist im Wesentlichen dafür vorgesehen, dass in beiden Teilkanälen 3, 4 der gleiche Strömungswiderstand vorherrscht, so dass die Flüssigkeitsmengen in beiden Teilkanälen im Wesentlichen gleich groß sind.In the first subchannel 3 is a first step 6 and in the second subchannel 4 a second stage 7 arranged. The first stage 6 in the first subchannel 3 causes the partial liquid flow at the branch to be raised to a second flow level E2, while the liquid flow at and after the branching in the second sub-channel 4 still remains in a first flow level E1. The second stage 7 begins in a branch downstream from the branch and ends when the two subchannels are merged 3 . 4 , so that the partial liquid flow of the second sub-channel 4 in the second flow level E2 is passed into the merge. The first stage 6 ends well before the merge, so that the partial liquid flow flows again via the first flow level E1 in the merge. When merging, the liquid flow passing through the second subchannel 4 flows, thus via the liquid flow, in the first sub-channel 3 flows, pushed. In this way, a mixer structure is created, which divides a liquid flow vertically and then horizontally superimposed. The first stage 6 is essentially intended that in both sub-channels 3 . 4 the same flow resistance prevails, so that the amounts of liquid in both sub-channels are substantially equal.

Die in die Teilkanäle 3, 4 eingebrachten Stufen 6, 7 heben die Teilströme in den Teilkanälen an bestimmten Stellen an. Das Strömungsteilerelement teilt die Flüssigkeit in zwei Teilströme auf und führt sie nach kurzer Strecke wieder zusammen. Durch Einfügen von Stufen an geeigneter Stelle wird der erste Teilkanal kurz vor dem Zusammenführen angehoben. Der entsprechende Flüssigkeitsstrom schiebt sich so über den anderen, die horizontal auseinandergeführten Flüssigkeitsströmungen werden so vertikal wieder zusammengeführt. Die Position der Stufen und die geometrische Auslegung sind je nach Anforderungen an den Mischer (Durchfluss, Mischrate usw.) beliebig und können z.B. durch vorherige Simulationen bestimmt werden.The into the subchannels 3 . 4 introduced steps 6 . 7 lift the partial flows in the sub-channels in certain places. The flow divider divides the liquid into two partial flows and brings them together again after a short distance. By inserting steps at a suitable location, the first sub-channel is raised shortly before merging. The corresponding liquid flow thus slides over the other, the horizontally separated liquid flows are brought together vertically again. The position of the steps and the geometric design are arbitrary depending on the requirements of the mixer (flow, mixing rate, etc.) and can be determined, for example, by previous simulations.

Bei dem gezeigten kreisförmigen Grundriss des fluidischen Mischers können die Stufen kreissegmentartig innerhalb des kreisförmigen Grundrisses angeordnet sein, wobei die Stufe bezüglich der Gesamthöhe des Strömungskanals eine Höhe aufweist, die ein Übereinanderanordnen der Teilströmung ermöglicht. Beispielsweise kann die Höhe einer Stufe etwa die Hälfte der Gesamthöhe des Strömungskanals betragen.at the shown circular Floor plan of the fluidic mixer, the steps can be like a circle segment within the circular Floor plan may be arranged, wherein the stage with respect to the total height of the flow channel a height having a superposition the partial flow allows. For example, the height a step about half the total height of the flow channel be.

In den 1C und 1D sind weitere Varianten des Mischers gemäß der ersten Ausführungsform dargestellt. Anstelle eines kreisförmigen Strömungsteilerelements 2 ist in 1C ein viereckiges bzw. rautenförmiges Strömungsteilerelement und in 1D ein linsenförmiges Teilerelement vorgesehen. Die Ausbildung der Stufen in den Teilkanälen ist im Wesentlichen beliebig, es ist lediglich notwendig, dass in einem der Teilkanäle die Stufe erst mit der Zusammenführung der Teilkanäle endet, während die Stufe in dem jeweiligen anderen Teilkanal so gestaltet sein sollte, dass im Wesentlichen ein gleicher Strömungswiderstand gewährleistet wird und dass die Stufe vor der Zusammenführung der Teilkanäle endet.In the 1C and 1D are other variants of the mixer according to the first embodiment form shown. Instead of a circular flow divider element 2 is in 1C a square or rhombic flow divider element and in 1D a lenticular divider element is provided. The formation of the stages in the sub-channels is essentially arbitrary, it is only necessary that in one of the sub-channels, the stage ends only with the merger of the sub-channels, while the stage in the respective other sub-channel should be designed so that substantially the same Flow resistance is ensured and that the stage ends before the merger of the sub-channels.

Durch das wiederholte Aufteilen des Flüssigkeitsstromes in zwei Teilströmungen und durch anschließendes Wiederzusammenführen der Teilströme in einer anderen Anordnung wird die Grenzfläche zwischen den zwei zu vermischenden Flüssigkeitsströmungen vergrößert, so dass ein Mischen der beiden Flüssigkeiten durch Diffusion schneller erfolgen kann, als dies ohne Mischerelement der Fall wäre.By the repeated splitting of the liquid flow in two partial flows and by subsequent Rejoining the partial flows in another arrangement, the interface between the two is to be mixed Fluid flows increased, so that a mixing of the two liquids Diffusion can be done faster than without mixer element the case would be.

In einem quadratischen Kanal erhöht ein einfaches Drehen der Anordnung die Grenzfläche noch nicht, erst das wiederholte Teilen und gedrehte Anordnen führt dazu. Lediglich falls das Aspektverhältnis des Kanals deutlich vom Wert 1 abweicht, kann sich auch bereits nach einem Drehen der Anordnung eine Verbesserung der Mischung einstellen. Es ist daher im Allgemeinen sinnvoll, für eine optimale Mischeffizienz unabhängig von der Kanalform mehrere solcher Mischer in Serie anzuordnen, wie beispielsweise in 1B dargestellt ist.In a square channel, simply rotating the assembly does not yet increase the interface, only the repeated splitting and twisted placement result. Only if the aspect ratio of the channel deviates significantly from the value 1, can an improvement in the mixture be established even after the arrangement has been turned. It is therefore generally useful to arrange a plurality of such mixers in series for optimal mixing efficiency, regardless of the channel shape, such as in 1B is shown.

Die in den 1A1D dargestellten Mischer werden vorzugsweise in einem Halbleitersubstrat, insbesondere in einem Siliziumsubstrat gebildet, da dieses mit Hilfe bekannter Verfahren auf einfache Weise strukturiert werden kann. Es ist jedoch auch denkbar, dass solche Mischerstrukturen in anderen Materialien, wie beispielsweise Kunststoff, Glas und ähnlichem hergestellt werden können.The in the 1A - 1D Mixers shown are preferably formed in a semiconductor substrate, in particular in a silicon substrate, since this can be structured in a simple manner by means of known methods. However, it is also conceivable that such mixer structures in other materials, such as plastic, glass and the like can be produced.

Ein Halbleitersubstrat aus Silizium ist insbesondere deshalb geeignet, da die Mischerstruktur in bekannter Weise mit einer im Wesentlichen unstrukturierten Platte aus geeignetem Material, z. B. Borosilicatglas, durch anodisches Bonden verschlossen werden kann, so dass abgeschlossene Flüssigkeitskanäle gebildet werden.One Semiconductor substrate made of silicon is therefore particularly suitable because the mixer structure in a known manner with a substantially unstructured plate of suitable material, eg. Borosilicate glass, can be closed by anodic bonding, so that completed Fluid channels formed become.

In den 2A bis 2D ist das Herstellungsverfahren für den fluidischen Mischer gemäß der ersten Ausführungsform dargestellt. Im ersten Schritt wird auf eine geeignete Halbleiteroberfläche z.B. ein Wafersubstrat oder eine auf ein Substrat aufgebrachte erste Funktionsschicht 10, z. B. eine Epitaxieschicht, z.B. aus Silizium, eine geeignete Ätzstoppschicht, z.B. Siliziumdioxid SiO2, mittels eines geeigneten Verfahrens (z.B. thermisches Oxidieren, CVD-Verfahren oder Ähnliches) aufgebracht und strukturiert. Die erste Funktionsschicht 10 ist beispielsweise aus Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium in Form von Epipoly-Silizium, das mit einer Polysilizium-Startschicht und einer polykristallinen Epitaxieschicht aufgebracht würde. Die Strukturierung der Ätzstopschicht erfolgt beispielsweise durch nasschemisches oder Trockenätzen. Die Strukturierung wird entsprechend der in 1A dargestellten Stufenstrukturen ausgeführt, d. h. die Ätz stoppschicht 11 stoppt den Ätzprozess im Bereich der Stufenstrukturen. Eine Draufsicht der Struktur der Ätzstoppschicht 11 ist auf der Darstellung der rechten Seite der 2A gezeigt.In the 2A to 2D the manufacturing method for the fluidic mixer according to the first embodiment is shown. In the first step, for example, a wafer substrate or a first functional layer applied to a substrate is applied to a suitable semiconductor surface 10 , z. Example, an epitaxial layer, for example of silicon, a suitable Ätzstoppschicht, for example, silica SiO 2 , by means of a suitable method (eg, thermal oxidation, CVD method or the like) applied and patterned. The first functional layer 10 is for example made of semiconductor material, such as. Example, silicon in the form of epipoly-silicon, which would be applied with a polysilicon starter layer and a polycrystalline Epitaxieschicht. The patterning of the etch stop layer takes place, for example, by wet-chemical or dry etching. The structuring is done according to the in 1A executed stepped structures, ie the etching stop layer 11 stops the etching process in the area of the stepped structures. A top view of the structure of the etch stop layer 11 is on the right side of the page 2A shown.

Als nächster Schritt wird eine zweite Funktionsschicht 12 des Halbleitermaterials mit einem geeigneten Epitaxieverfahren oder Ähnlichem aufgebracht. Beispielsweise kann als zweite Funktionsschicht 12 ein Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium in Form von Epipoly-Silizium mit einer Polysiliziumstartschicht und einer polykristallinen Epitaxieschicht aufgebracht werden. Die Dicken der ersten und der zweiten Funktionsschicht 10, 12 richten sich nach der notwendigen Dicke der Teilkanäle über und neben den Stufen 3, 4.The next step is a second functional layer 12 of the semiconductor material is applied by a suitable epitaxial method or the like. For example, as a second functional layer 12 a semiconductor material such as silicon in the form of epipoly-silicon having a polysilicon starter layer and a polycrystalline epitaxial layer may be deposited. The thicknesses of the first and second functional layers 10 . 12 depend on the necessary thickness of the sub-channels above and beside the steps 3 . 4 ,

Nach dem Auftragen der zweiten Funktionsschicht wird die Oberfläche der zweiten Funktionsschicht so bearbeitet, dass eine bondbare Oberfläche entsteht. Beispielsweise kann die bondbare Oberfläche durch Polieren erzeugt werden. Diese Schicht wird anschließend durch anisotropes Ätzen, beispielsweise mit einem Trench-Ätzverfahren strukturiert. Dazu wird eine geeignete Ätzmaskierung mit Hilfe von Fotolack an der Oberfläche durchgeführt. Die Fotolackstruktur 13 in der 2B zeigt das Aussparen des Strömungsteilerelementes von dem nachfolgenden Tiefenätzverfahren.After application of the second functional layer, the surface of the second functional layer is processed so that a bondable surface is formed. For example, the bondable surface can be produced by polishing. This layer is then patterned by anisotropic etching, for example by a trench etching process. For this purpose, a suitable etch masking is carried out with the aid of photoresist on the surface. The photoresist structure 13 in the 2 B shows the Aussparen the flow divider element of the subsequent deep etching.

Das Ergebnis des Tiefenätzverfahrens ist in 2C dargestellt. Die gestrichelten Abschnitte verdeutlichen die vor oder hinter der Schnittlinie verbliebenen Bereiche der ersten bzw. zweiten Funktionsschicht.The result of the deep etching process is in 2C shown. The dashed sections illustrate the areas of the first and second functional layer remaining in front of or behind the cutting line.

Das anisotrope Ätzen wird im Bereich der Stufen, wo die Ätzstoppschicht 11 nicht entfernt wurde, an dieser gestoppt, die anderen Bereiche werden weiter in die Tiefe geätzt. In der oberen Halbleiterschicht bildet sich so die Maskierung durch den Fotolack vollständig ab. Die Halbleiterschicht unterhalb der Ätzstoppschicht (die erste Funktionsschicht) wird als Schnittmenge der oberen Maskierung durch den Fotolack 13 mit der Strukturierung der Ätzstoppschicht 11 geätzt. Es können so mit einem Tiefenätzschritt gleichzeitig mehrere Stufen in dem Halbleitersubstrat realisiert werden. Das Ätzen der unteren Halbleiterschicht erfolgt gemäß einer vorgegebenen Zeit, wodurch die Tiefe der Ätzung der ersten Funktionsschicht und somit die Höhe der Stufen 6, 7 bestimmt werden kann. Es kann jedoch auch eine weitere unterhalb der ersten Funktionsschicht 10 eingebrachte geeignete weitere Ätzstoppschicht den Ätzvorgang definiert stoppen.The anisotropic etch is in the area of the steps where the etch stop layer 11 was not removed, stopped at this, the other areas are further etched into the depths. In the upper semiconductor layer, the masking through the photoresist thus completely forms. The semiconductor layer below the etch stop layer (the first functional layer) becomes an intersection of the upper masking by the photoresist 13 with the structuring of the etch stop layer 11 etched. It is thus possible to realize several stages in the semiconductor substrate simultaneously with a deep etching step. The etching of the lower semiconductor layer takes place according to a predetermined Time, reducing the depth of the etching of the first functional layer and thus the height of the steps 6 . 7 can be determined. However, there may be another below the first functional layer 10 introduced suitable further Ätzstoppschicht stop the etching defined.

Um den fluidischen Mischer fertig zu stellen, muss auf die verbliebene Oberfläche der zweiten Funktionsschicht 12 eine im Wesentlichen unstrukturierte Platte 14, z.B. aus Siliziumdioxid oder Ähnlichem durch eine geeignete Verbindungstechnik aufgebracht werden. Dadurch entstehen Flüssigkeitskanäle, die von der Umgebung abgeschlossen sind. Bei Verwendung eines Siliziumsubstrates ist die im Wesentlichen unstrukturierte Platte 14 aus einem geeigneten Material, vorzugsweise Borosilicatglas o. ä., gefertigt, das mit Hilfe von anodischem Bonden, Direktbonden oder Ähnlichem mit dem Siliziumsubstrat verbunden werden kann. Dadurch wird der fluidische Mischer dicht verschlossen und kann so eine Flüssigkeitsführung gewährleisten.In order to complete the fluidic mixer, it must be on the remaining surface of the second functional layer 12 a substantially unstructured plate 14 , For example, be applied from silicon dioxide or the like by a suitable bonding technique. This creates fluid channels that are closed off from the environment. When using a silicon substrate is the substantially unstructured plate 14 made of a suitable material, preferably borosilicate glass o. Ä., Which can be connected by means of anodic bonding, direct bonding or the like with the silicon substrate. As a result, the fluidic mixer is sealed and can thus ensure a fluid guide.

In 3A ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen fluidischen Mischers, die auf einem Substrat 25 mit einer ersten und einer zweiten Funktionsschicht 32, 34 aufgebaut ist, dargestellt. Die Aufteilung der Flüssigkeitsströmung erfolgt durch einen Durchlass 20 in einer Wandung 21 am Eintritt in das Mischerelement, d.h. an einer Verzweigung, die durch ein Strömungsteilerelement 22 gebildet wird. In 3B ist der Querschnitt entlang der Schnittlinie I-I dargestellt, worin man erkennt, dass der Flüssigkeitsstrom in zwei Teilströme in einem ersten Teilkanal 23 und in einem zweiten Teilkanal 24 aufgeteilt wird und hinter dem Strömungsteilerelement 22 wieder in einer Zusammenführung verei nigt werden. Die Zusammenführung der Teilströme erfolgt in vertikaler Anordnung, so dass die horizontal geteilten Teilströme eine neue Anordnung zueinander erhalten.In 3A is another embodiment of a fluidic mixer according to the invention, which on a substrate 25 with a first and a second functional layer 32 . 34 is constructed, shown. The division of the liquid flow takes place through a passage 20 in a wall 21 at the entrance to the mixer element, ie at a branch passing through a flow divider element 22 is formed. In 3B the cross-section along the section line II is shown, wherein it can be seen that the liquid flow into two partial streams in a first sub-channel 23 and in a second subchannel 24 is split and behind the flow divider element 22 be reunited in a merger. The merging of the partial flows takes place in a vertical arrangement, so that the horizontally divided partial flows receive a new arrangement to each other.

Der in der Wandung 21 hergestellte Durchlass 20 bildet eine Stufe gemäß dieser Erfindung und ist in beiden Teilkanälen des Mischers dieser zweiten Ausführungsform vorhanden, um einen gleichen Strömungswiderstand in beiden Teilkanälen 23, 24 sicherzustellen.The one in the wall 21 manufactured passage 20 forms a stage according to this invention and is present in both subchannels of the mixer of this second embodiment to provide equal flow resistance in both subchannels 23 . 24 sure.

Um die vertikale Zusammenführung der Teilströme zu erreichen, ist der Durchlass 21 in dem ersten Teilkanal 23 im Wesentlichen im Bereich der Zusammenführung der Teilkanäle angeordnet.In order to achieve the vertical merging of the partial flows, the passage is 21 in the first subchannel 23 arranged substantially in the region of the merger of the sub-channels.

Damit die Flüssigkeitsströme in unterschiedlichen Fließebenen in die Zusammenführung eingeleitet werden können, müssen für die Flüssigkeitsströme unterschiedliche Ebenen vorgesehen werden. Die gepunktet dargestellten Flächen in der 3A stellen eine erste Fließebene dar, die in der 3B als E1 gekennzeichnet ist. Die gestrichelt dargestellten Flächen der 3A stellen eine zweite Fließebene dar, die in Abbildung 3B als zweite Ebene E2 dargestellt ist. Man erkennt, dass bei der Zusammenführung hinter dem Durchlass 21 im ersten Teilkanal 23 der erste Teilstrom im Wesentlichen nahe der zweiten Fließebene E2 in die Zusammenführung einströmt, während der zweite Teilstrom durch den zweiten Teilkanal 24 auf der ersten Fließebene E1 zu der Zusammenführung hingeführt wird. Dadurch legen sich die beiden Teilströme vertikal übereinander.In order for the liquid streams in different flow levels can be introduced into the merger, different levels must be provided for the liquid streams. The dotted areas in the 3A represent a first flow level, which in the 3B marked as E1. The dashed areas of the 3A represent a second flow level, shown in Figure 3B is shown as the second level E2. It can be seen that when merging behind the passage 21 in the first subchannel 23 the first partial flow flows substantially close to the second flow level E2 in the merger, while the second partial flow through the second sub-channel 24 on the first flow level E1 is led to the merge. As a result, the two partial flows lie vertically one above the other.

In den 4A bis 4C ist das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Mischers gemäß der zweiten Ausführungsform dargestellt. Auf ein geeignetes Substrat, vorzugsweise jedoch Siliziumsubstrat, wird eine Opferschicht 26 geeigneter Dicke, die sich ebenfalls als Ätzstoppschicht nutzen lässt, aufgebaut. Die Opferschicht 26 ist vorzugsweise aus Silizium dioxid gebildet. Auf die Opferschicht 26 wird die erste Funktionsschicht 32 aufgebracht, die aus einer Startschicht 27 und einer darauf abgeschiedenen ersten Epitaxieschicht 28 aufgebaut sein kann. Auf diese erste Epitaxieschicht 28 wird eine geeignete Ätzstoppschicht 33 aufgebracht und wie dargestellt strukturiert. Die Strukturierung entspricht im Wesentlichen der Formgebung der ersten Fließebene E1, wie in 3B dargestellt.In the 4A to 4C the process for producing the mixer according to the invention according to the second embodiment is shown. A suitable substrate, but preferably a silicon substrate, becomes a sacrificial layer 26 suitable thickness, which can also be used as Ätzstoppschicht constructed. The sacrificial layer 26 is preferably formed of silicon dioxide. On the sacrificial layer 26 becomes the first functional layer 32 applied, consisting of a starting layer 27 and a first epitaxial layer deposited thereon 28 can be constructed. On this first epitaxial layer 28 becomes a suitable etch stop layer 33 applied and structured as shown. The structuring essentially corresponds to the shaping of the first flow level E1, as in FIG 3B shown.

Auf die so hergestellte Schichtenstruktur wird gemäß 4B zum Aufbringen einer zweiten Funktionsschicht 34 erneut eine weitere Startschicht 29 und darauf eine zweite Epitaxieschicht 30 abgeschieden. Auf die zweite Epitaxieschicht 30 wird eine Maskierungsschicht 31 so aufgebracht, dass die Bereiche des Zulaufkanals, des Ablaufkanals und der Teilkanäle (siehe 3B) für einen nachfolgenden Ätzprozess zugänglich sind, während die übrigen Bereiche im Wesentlichen nicht durch den Ätzprozess angegriffen werden können. In 4B ist die Schichtstruktur vor dem Tiefenätzprozess dargestellt. In 4C erkennt man die sich bildende Struktur nach dem Tiefenätzprozess. Der Ätzprozess endet an den Ätzstoppschichten 26, 33, die vorzugsweise aus Siliziumdioxid gebildet sind.On the thus prepared layer structure is according to 4B for applying a second functional layer 34 again another start layer 29 and then a second epitaxial layer 30 deposited. On the second epitaxial layer 30 becomes a masking layer 31 so applied that the areas of the inlet channel, the outlet channel and the sub-channels (see 3B ) are accessible to a subsequent etching process, while the remaining areas are substantially unaffected by the etching process. In 4B the layer structure is shown before the depth etching process. In 4C one recognizes the forming structure after the deep etching process. The etching process ends at the etch stop layers 26 . 33 , which are preferably formed of silicon dioxide.

Der anisotrope Ätzschritt, der die Ätzstoppschicht 26 (Opferschicht) an den erforderlichen Bereichen freilegt, ätzt Stufen in das Schichtsystem, wie in 4C gezeigt. Die Opferschicht fungiert gleichzeitig als Ätzstoppschicht, an der der anisotrope Ätzschritt endet. Falls Opferschicht und Ätzstoppschicht in getrennten Schichten ausgebildet sind, muss gewährleistet sein, dass der Ätzschritt auf jeden Fall durch die Opferschicht durchätzt, um diese freistellen zu können.The anisotropic etching step, which is the etch stop layer 26 (Sacrificial layer) exposes to the required areas, etching steps in the layer system, as in 4C shown. The sacrificial layer simultaneously acts as an etch stop layer at which the anisotropic etch step ends. If the sacrificial layer and the etch stop layer are formed in separate layers, it must be ensured that the etching step is in any case etched through the sacrificial layer in order to be able to excise it.

Anschließend wird durch ein geeignetes selektives Ätzen der Opferschicht (z.B. Gasphasenätzen mit HF-Dampf bei einem Siliziumschichtsystem mit SiO2-Opferschicht) die Opferschicht vollständig entfernt. Da das Gasphasenätzen isotrop abläuft, erfolgen Unterätzungen der Opferschicht, wobei die unter der Wandung 21 befindliche Opferschicht so weit beidseitig unterätzt wird, dass der Durchlass 20 gebildet wird.Subsequently, by a suitable selective etching of the sacrificial layer (eg Gasphasenät zen with HF vapor in a silicon layer system with SiO 2 sacrificial layer) completely removed the sacrificial layer. Since the gas phase etching is isotropic, undercuts of the sacrificial layer occur, with the under the wall 21 sacrificial layer is undercut so far on both sides that the passage 20 is formed.

Durch anschließendes Verbinden mit einer unstrukturierten Platte (z.B. Wafer), durch anodisches Bonden oder Direktbonden wird die Mischerstruktur verschlossen und ein Mischer gebildet.By then Bonding to an unstructured plate (e.g., wafer) through Anodic bonding or direct bonding, the mixer structure is closed and a mixer formed.

11
Zuleitungskanalsupply channel
22
StrömungsteilerelementFlow divider element
33
erster Teilkanalfirst subchannel
44
zweiter Teilkanalsecond subchannel
55
Ablaufkanaldrain channel
66
erste Stufefirst step
77
zweite Stufesecond step
1010
erste Funktionsschichtfirst functional layer
1111
Ätzstoppschichtetch stop layer
1212
zweite Funktionsschichtsecond functional layer
1313
FotolackstrukturPhotoresist structure
1414
unstrukturierte Platteunstructured plate
2020
Durchlasspassage
2121
Wandungwall
2222
StrömungsteilerelementFlow divider element
2323
erster Teilkanalfirst subchannel
2424
zweiter Teilkanalsecond subchannel
2525
Substratsubstratum
2626
Opferschichtsacrificial layer
2727
erste Startschichtfirst starting layer
2828
erste Epitaxieschichtfirst epitaxial layer
2929
zweite Startschichtsecond starting layer
3030
zweite Epitaxieschichtsecond epitaxial layer
3131
Maskierungsschichtmasking layer
3232
erste Funktionsschichtfirst functional layer
3333
Ätzstoppschichtetch stop layer
3434
zweite Funktionsschichtsecond functional layer

Claims (16)

Integrierter fluidischer Mischer zum Mischen von durchströmenden Flüssigkeiten, mit mindestens einem Flüssigkeitskanal (1), um die zu mischenden Flüssigkeiten zuzuleiten, mit mindestens einer Verzweigung, um den Flüssigkeitskanal in einen ersten und einen zweiten Teilkanal (4, 3, 23, 24) aufzuteilen, wobei in dem ersten Teilkanal (4) eine Stufe (7) angeordnet ist, wobei die Teilkanäle (4, 3, 23, 24) hinter der Verzweigung in einer Zusammenführung zusammengeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe in dem ersten Teilkanal (4, 23) so angeordnet ist, dass ein strömungsabgewandtes Ende der Stufe (7) im Wesentlichen an der Zusammenführung der beiden Teilkanäle (4, 3, 23, 24) angeordnet ist, wobei der zweite Teilkanal (3, 24) so ausgebildet ist, dass er den gleichen Strömungswiderstand wie der erste Teilkanal (4) aufweist, wobei eine Begrenzung der Teilkanäle (4, 3, 23, 24) durch eine im Wesentlichen unstrukturierte Platte (14) gebildet ist.Integrated fluidic mixer for mixing through-flowing liquids, with at least one liquid channel ( 1 ) to supply the liquids to be mixed, with at least one branching, to the liquid channel in a first and a second sub-channel ( 4 . 3 . 23 . 24 ), wherein in the first subchannel ( 4 ) a step ( 7 ), the subchannels ( 4 . 3 . 23 . 24 ) are merged behind the branch in a merge, characterized in that the stage in the first subchannel ( 4 . 23 ) is arranged so that a downstream end of the step ( 7 ) essentially at the merger of the two subchannels ( 4 . 3 . 23 . 24 ), wherein the second sub-channel ( 3 . 24 ) is designed so that it has the same flow resistance as the first sub-channel ( 4 ), wherein a limitation of the sub-channels ( 4 . 3 . 23 . 24 ) by a substantially unstructured plate ( 14 ) is formed. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilkanal (3, 24) eine weitere Stufe (6) aufweist, die so ausgebildet ist, dass ihr strömungsabgewandtes Ende vor der Zusammenführung der Teilkanäle (4, 3, 23, 24) endet und dass die weitere Stufe (6) den gleichen Strömungswiderstand in dem zweiten Teilkanal (4) bewirkt.Mixer according to claim 1, characterized in that the second sub-channel ( 3 . 24 ) another step ( 6 ), which is designed so that its end facing away from the flow before the merger of the sub-channels ( 4 . 3 . 23 . 24 ) ends and that the further stage ( 6 ) the same flow resistance in the second sub-channel ( 4 ) causes. Mischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzweigung und die Zusammenführung durch ein im Flüssigkeitskanal angeordnetes Element (2) gebildet ist.Mixer according to claim 2, characterized in that the branching and the merging by an arranged in the liquid channel element ( 2 ) is formed. Mischer nach einem der Ansprüche 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine im Wesentlichen kreisförmige, viereckige oder ovale Grundrissfläche.Mixer according to one of claims 2 or 3, characterized by a substantially circular, quadrangular or oval Floor area. Mischer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer mit einem Substrat aus Silizium, Keramik, Glas und/oder Kunststoff ausgebildet ist.Mixer according to one of claims 2 to 4, characterized that the mixer with a substrate of silicon, ceramic, glass and / or plastic is formed. Mischer nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen (6, 7) in den Teilkanälen (4, 3) so angeordnet sind, dass die Teilkanäle (4, 3) im Wesentlichen den gleichen Strömungswiderstand aufweisen.Mixer according to one of claims 2 to 5, characterized in that the stages ( 6 . 7 ) in the subchannels ( 4 . 3 ) are arranged so that the subchannels ( 4 . 3 ) have substantially the same flow resistance. Mischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen in den beiden Teilkanälen (4, 3) auf der gleichen Innenwandseite angeordnet sind.Mixer according to claim 2, characterized in that the stages in the two sub-channels ( 4 . 3 ) are arranged on the same inner wall side. Mischer nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe als Durchlass in einer Wand-Struktur des Mischers gebildet ist, wobei der Durchlass in dem ersten Teilkanal (23) in ausreichendem Abstand zur Zusammenführung, z. B. nahe der Verzweigung und in dem zweiten Teilkanal nahe der Zusammenführung angeordnet ist.Mixer according to one of claims 2 to 6, characterized in that the step is formed as a passage in a wall structure of the mixer, wherein the passage in the first sub-channel ( 23 ) at a sufficient distance from the merger, z. B. near the branch and in the second sub-channel near the junction is arranged. Mischer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Durchlass (20) in dem ersten Teilkanal (4, 23) die Struktur des Teilkanals so gestaltet ist, um den Flüssigkeitsstrom in eine erste Ebene zu leiten und wobei die Struktur des zweiten Teilkanals (3, 24) so gestaltet ist, um den Flüssigkeitsstrom zu dem entsprechenden Durchlass (20) nahe der Zusammenführung zu leiten, um den Flüssigkeitsstrom in einer zweiten Ebene in die Zusammenführung auszugeben.Mixer according to claim 8, characterized in that behind the passage ( 20 ) in the first subchannel ( 4 . 23 ) the structure of the sub-channel is designed to direct the liquid flow in a first plane and wherein the structure of the second sub-channel ( 3 . 24 ) is designed so that the liquid flow to the corresponding passage ( 20 ) near the merge to dispense the liquid stream in a second plane into the merge. Mischeranordnung mit mehreren Mischern nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die hintereinander auf einem Substrat angeordnet sind.Mixer arrangement with several mixers according to one of claims 1 to 9, which are arranged one behind the other on a substrate. Verfahren zum Herstellen eines fluidischen Mischers mit einer geschlossenen Mischerstruktur, wobei in ein Substratmaterial über Formgebungs- und Abscheideverfahren eine nach oben hin offene Mischerstruktur eingebracht wird, wobei an schließend die Mischerstruktur mit einer im Wesentlichen unstrukturierten Platte abgedeckt wird, um die geschlossene Mischerstruktur zu schaffen.Method for producing a fluidic mixer with a closed mixer structure, wherein in a substrate material via shaping and Separation method introduced an upwardly open mixer structure is, with closing the mixer structure with a substantially unstructured plate is covered to create the closed mixer structure. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Mischerstruktur mit einem Flüssigkeitskanal (1) zum Zuleiten von Flüssigkeit, mit einer Verzweigung zum Aufteilen des Flüssigkeitskanals (1) in zwei Teilkanäle (4, 3, 23, 24) und einer Stufe in mindestens einem der Teilkanäle (4, 3, 23, 24) gebildet wird, wobei auf einer ersten Funktionsschicht (32) eine Ätzstoppschicht (33) aufgebracht wird und diese so strukturiert wird, dass bei einem Ätzen die Stufen (6, 7) gebildet werden, wobei auf der ersten Funktionsschicht (32) und der Ätzstoppschicht (33) eine zweite Funktionsschicht (34) aufgebracht wird, wobei ein Tiefenätzprozess ausgeführt wird, wobei die zweite Funktionsschicht gemäß einer vorgegebenen Kanal-Strukturierung geätzt wird, wobei der Tiefenätzprozess an der Ätzstoppschicht (33) gestoppt wird und die erste Funktionsschicht (32) entsprechend der Strukturierung der Ätzstoppschicht (33) geätzt wird.Method according to claim 11, wherein the mixer structure is provided with a liquid channel ( 1 ) for supplying liquid, with a branch for splitting the liquid channel ( 1 ) into two subchannels ( 4 . 3 . 23 . 24 ) and a stage in at least one of the subchannels ( 4 . 3 . 23 . 24 ) is formed, wherein on a first functional layer ( 32 ) an etch stop layer ( 33 ) is applied and this is structured so that when etching the stages ( 6 . 7 ), wherein on the first functional layer ( 32 ) and the etch stop layer ( 33 ) a second functional layer ( 34 ), wherein a deep etching process is carried out, wherein the second functional layer is etched in accordance with a predetermined channel patterning, wherein the deep etching process is applied to the etching stop layer (10). 33 ) is stopped and the first functional layer ( 32 ) according to the structuring of the etching stop layer ( 33 ) is etched. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Funktionsschicht (32) auf das Substrat (25) aufgebracht wird oder in dem Substrat (25) umfasst ist.The method of claim 12, wherein the first functional layer ( 32 ) on the substrate ( 25 ) or in the substrate ( 25 ) is included. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Oberfläche der zweiten Funktionsschicht (34) so bearbeitet wird, dass eine bondbare Oberfläche entsteht, wobei die unstrukturierte Platte mit der bondbaren Oberfläche verbondet wird.The method of claim 12 or 13, wherein the surface of the second functional layer ( 34 ) is processed so that a bondable surface is formed, wherein the unstructured plate is bonded to the bondable surface. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Mischerstruktur mit einem Flüssigkeitskanal (1) zum Zuleiten von Flüssigkeit, mit einer Verzweigung zum Aufteilen des Flüssigkeitskanals in zwei Teilkanäle (4, 3, 23, 24) und mit Stufen (7, 6) in jedem der Teilkanäle (4, 3, 23, 24) gebildet wird, wobei auf einem Substrat (25) eine Opferschicht (26) aufge bracht wird, wobei eine erste Funktionsschicht (32) auf der Opferschicht (26) aufgebracht wird, wobei eine Ätzstoppschicht (33) auf die erste Funktionsschicht (32) aufgebracht wird und diese strukturiert wird, wobei auf der ersten Funktionsschicht (32) und der strukturierten Ätzstoppschicht (33) eine zweite Funktionsschicht (34) aufgebracht wird, wobei ein Tiefenätzprozess ausgeführt wird, wobei die erste und die zweite Funktionsschicht (34) gemäß einer vorgegebenen Kanal-Strukturierung geätzt wird, wobei der Tiefenätzprozess an der Ätzstoppschicht (33) gestoppt wird, so dass die abgedeckte erste Funktionsschicht (32) verbleibt, wobei nach Durchätzen der ersten Funktionsschicht (32) die Opferschicht (26) geätzt wird, wobei Unterätzungen unter die erste Funktionsschicht (32) erfolgen, wobei unter einer durch die erste Funktionsschicht (32) gebildeten Wandstruktur die Opferschicht (26) im Wesentlichen so geätzt wird, dass ein Durchlass durch die Wandstruktur entsteht.The method of claim 10, wherein the mixer structure is provided with a fluid channel ( 1 ) for supplying liquid, with a branch for dividing the liquid channel into two sub-channels ( 4 . 3 . 23 . 24 ) and with steps ( 7 . 6 ) in each of the subchannels ( 4 . 3 . 23 . 24 ), wherein on a substrate ( 25 ) a sacrificial layer ( 26 ), wherein a first functional layer ( 32 ) on the sacrificial layer ( 26 ) is applied, wherein an etch stop layer ( 33 ) to the first functional layer ( 32 ) is applied and this is structured, wherein on the first functional layer ( 32 ) and the patterned etch stop layer ( 33 ) a second functional layer ( 34 ), wherein a deep etching process is carried out, wherein the first and the second functional layer ( 34 ) is etched according to a predetermined channel patterning, wherein the depth etching process is applied to the etch stop layer ( 33 ) is stopped so that the covered first functional layer ( 32 ) remains, wherein after throughputs of the first functional layer ( 32 ) the sacrificial layer ( 26 ) is etched, with undercuts below the first functional layer ( 32 ), wherein under one through the first functional layer ( 32 ) wall structure the sacrificial layer ( 26 ) is substantially etched so that a passage through the wall structure is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschichten (32, 34) aus Silizium, vorzugsweise aus einem Epipoly-Schichtsystem mit einer Startschicht (27, 29) und einer polykristallinen Siliziumschicht (28, 30), gebildet sind und dass die Ätzstoppschichten (33) aus Siliziumdioxid gebildet sind.Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that the functional layers ( 32 . 34 ) of silicon, preferably of an epipoly layer system with a starting layer ( 27 . 29 ) and a polycrystalline silicon layer ( 28 . 30 ), and that the etching stop layers ( 33 ) are formed of silicon dioxide.
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