DE4117914C2

DE4117914C2 -

Info

Publication number: DE4117914C2
Application number: DE4117914A
Authority: DE
Inventors: Klaus 8039 Puchheim De Hofmann; Axel Dipl.-Ing. 8000 Muenchen De Richter; Hermann Dr.-Ing. 8384 Simbach De Sandmaier
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1993-04-01
Also published as: DE4117914A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikrominiaturisierte elektrostatische Pumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.The present invention relates to a microminiaturized electrostatic pump according to the preamble of the patent saying 1.

Aus dem deutschen Patent DE 39 25 749 C1 der Anmelderin ist bereits eine gattungsgemäße mikrominiaturisierte elektrosta tische Pumpe bekannt. Diese bekannte Pumpe umfaßt zwei in Pumpströmungsrichtung übereinander angeordnete Halbleiter körper, die beispielsweise gitterförmig oder stegförmig zur einstückigen Ausbildung von Elektroden als Bestandteil der Halbleiterkörper ausgestaltet sind. Die beiden Elektroden trägerkörper müssen, um eine gute Funktion der elektrosta tischen Pumpe zu gewährleisten, mit hoher Genauigkeit anein ander gefügt werden, so daß sich die jeweiligen Elektroden stegstrukturen bzw. Elektrodengitterstrukturen mit geringem Abstand in Pumpströmungsrichtung gegenüberliegen. Bei dem Aneinanderfügen der beiden Halbleiterkörper kann nicht immer ausgeschlossen werden, daß Toleranzen bei der gegenseitigen Ausrichtung der Halbleiterkörper entstehen, die verglichen mit den Toleranzen der Elektrodenstrukturen, die mittels lithographischer Verfahren innerhalb der Elektrodenträger körper ausgebildet sind, vergleichsweise groß sind. Durch das Erfordernis der gegenseitigen Ausrichtung der beiden Elektrodenträgerkörper sind der weiteren Miniaturisierung der Pumpe Grenzen gesetzt, so daß diese bekannte Pumpe trotz ihrer herausragenden Eigenschaften in Hinblick auf den er forderlichen Aufwand bei ihrer Herstellung noch nicht voll ständig zu befriedigen vermag.From the German patent DE 39 25 749 C1 of the applicant already a generic micro miniaturized elektrosta table pump known. This known pump comprises two in Pump flow direction stacked semiconductors bodies that are, for example, grid-shaped or web-shaped one-piece formation of electrodes as part of the Semiconductor bodies are configured. The two electrodes Carrier bodies must be in order to ensure that the elektrosta functions properly table pump to ensure high accuracy be added so that the respective electrodes Web structures or electrode grid structures with little Distance in pump flow direction opposite. In which The two semiconductor bodies cannot always be joined together be excluded that tolerances in the mutual Alignment of the semiconductor bodies arise, which are compared with the tolerances of the electrode structures, which means lithographic process within the electrode carrier body are formed, are comparatively large. By the requirement of mutual alignment of the two Electrode carrier bodies are further miniaturization the pump set limits, so that this known pump despite their outstanding properties with regard to the he required effort in their production is not yet full can constantly satisfy.

Weitere Beispiele von seit längerer Zeit an sich bekannten elektrostatischen Pumpen sind beispielsweise aus der US 46 34 057 A, aus der US 33 98 685 A sowie aus der US 44 63 798 A seit geraumer Zeit bekannt. Diese bekannten elektrostati schen Pumpen haben gleichfalls zwei im wesentlichen im Pump strömungsrichtung voneinander beabstandete Elektroden, die von der zu pumpenden Flüssigkeit oder von dem zu pumpenden Gas umströmt werden. Zwischen den Elektroden wird eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung angelegt, um eine Ioneninjektion in die Flüssigkeit oder das Gas zu bewirken. Die aus den genannten Schriften bekannten elektrostatischen Pumpen bestehen typischerweise aus einem rohrförmigen Ge häusekörper, der von dem Fluid oder dem Gas in Axialrichtung durchströmbar ist und eine erste, zentrisch angeordnete ke gelspitzförmige Elektrode aufweist, die in einem üblicherweise über ein Gewinde einstellbaren Axialabstand von der Gegenelektrode angeordnet ist, die im wesentlichen als Düse mit einer kegelstumpfförmigen Ausnehmung ausgeführt ist. Ty pischerweise bestehen die Gehäusekörper derartiger Pumpen aus Kunststoff. Die Elektroden sind üblicherweise aus Metall gefertigt und in das Kunststoffgehäuse eingeschraubt. Be kannte elektrostatische Pumpen des beschriebenen Types er fordern nicht nur eine vergleichsweise hohe Betriebsspannung in der Größenordnung von 15 kV bis 40 kV, sondern auch eine aufwendige Justage zur Einstellung des geeigneten Elektro denabstandes. Aufgrund ihrer vergleichsweise aufwendigen Struktur können die aus den genannten Schriften bekannten Pumpen nicht miniaturisiert werden. Other examples of well-known for a long time electrostatic pumps are for example from the US 46 34 057 A, from US 33 98 685 A and from US 44 63 798 A known for quite some time. These well-known electrostatics Pumps also have two essentially in the pump flow direction spaced electrodes, the of the liquid to be pumped or of the pumped Gas flows around. Between the electrodes is a DC voltage or an AC voltage applied to a To cause ion injection into the liquid or gas. The electrostatic known from the cited documents Pumps typically consist of a tubular Ge housing body by the fluid or the gas in the axial direction can be flowed through and a first, centrally arranged ke Gel-tip-shaped electrode, which is usually in a adjustable axial distance from the Counter electrode is arranged, essentially as a nozzle is designed with a truncated cone-shaped recess. Ty The housing bodies of such pumps typically exist made of plastic. The electrodes are usually made of metal manufactured and screwed into the plastic housing. Be knew electrostatic pumps of the type described not only require a comparatively high operating voltage in the order of 15 kV to 40 kV, but also one elaborate adjustment for setting the suitable electrical the distance. Because of their comparatively complex Structure can be known from the cited documents Pumps cannot be miniaturized.

Ausgehend von dem oben geschilderten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine mikrominiaturisierte elektrostatische Pumpe der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß diese einfacher hergestellt werden kann und weiter miniaturisierbar ist.Based on the prior art described above the present invention is therefore based on the object Microminiaturized electrostatic pump of the aforementioned Art in such a way that they are easier to manufacture can be further miniaturized.

Diese Aufgabe wird durch eine mikrominiaturisierte elektrostatische Pumpe mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This task is accomplished through a microminiaturized electrostatic Pump with the specified in claim 1 Features resolved.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das im Stand der Technik bei mikrominiaturisierten elektrostatischen Pumpen auftretende Justageproblem für die Elektroden dadurch ausgeräumt werden kann, daß die Elektroden nicht länger jeweils einem Elektrodenträgerkörper zugeordnet sind, der sodann gegenüber dem anderen Elektrodenträgerkörper auszurichten ist, sondern daß beide Elektroden an den beiden Hauptflächen eines einzigen Elektrodenträgerkörpers ausgebildete Metallisierungen ausgebildet sind, wobei der Elektrodenträgerkörper zumindest gegenüber einer der beiden Elektroden isoliert ist oder aus einem isolierenden Material besteht und wenigstens eine sich im wesentlichen vertikal zu seinen Hauptflächen erstreckende Durchströmungsöffnung aufweist.The invention is based on the knowledge that the State of the art in microminiaturized electrostatic Pumping adjustment problem for the electrodes can be cleared out that the electrodes are not are longer assigned to an electrode carrier body, which must then be aligned with the other electrode carrier body but that both electrodes on the two Main surfaces of a single electrode support body formed Metallizations are formed, the electrode carrier body at least towards one of the two Electrodes is insulated or made of an insulating material exists and at least one is substantially vertical has its main surfaces extending flow opening.

Bei der erfindungsgemäßen mikrominiaturisierten elektrostatischen Pumpe wird der Elektrodenabstand durch die Vertikalerstreckung des Elektrodenträgerkörpers festgelegt, wodurch die Genauigkeit der gegenseitigen Anordnung der beiden Elektroden der hohen Genauigkeit entspricht, die bei Einsatz von lithographischen Methoden erzielbar ist.In the microminiaturized electrostatic according to the invention The electrode distance is pumped by the vertical extension of the electrode support body, whereby the accuracy of the mutual arrangement of the two Electrodes meet the high accuracy required when used can be achieved by lithographic methods.

Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Pumpe sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred developments of the pump according to the invention are specified in the subclaims.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen elektrostatischen Pumpe werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Embodiments of the electrostatic according to the invention Pump are enclosed below with reference to the Drawings explained in more detail. It shows

Fig. 1 bis 5 Querschnittsdarstellungen einer ersten bis fünften Ausführungsform eines wesentlichen Bestandteils der erfindungsgemäßen mikro miniaturisierten elektrostatischen Pumpe; Figs. 1 to 5 are cross-sectional views of a first to fifth embodiment of an essential part of the micro-miniaturized electrostatic pump according to the invention;

Fig. 6 bis 9 Draufsichten auf eine sechste bis neunte Aus führungsform eines wesentlichen Bestandteils der erfindungsgemäßen mikrominiaturisierten elektrostatischen Pumpe; Fig. 6 to 9 are plan views of a sixth to ninth From guide form an essential part of the microminiaturized electrostatic pump according to the invention;

Fig. 10, 11 perspektivische Schnittdarstellungen einer zehnten und elften Ausführungsform eines wesentlichen Bestandteils der erfindungsgemäßen mikrominiaturisierten elektrostatischen Pumpe; und Fig. 10, 11 are perspective sectional views of a tenth and eleventh embodiment of an essential part of the microminiaturized electrostatic pump according to the invention; and

Fig. 12 bis 15 Draufsichten einer zwölften bis fünfzehnten Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikro miniaturisierten elektrostatischen Pumpe. Fig. 12 to 15 plan views of a twelfth to fifteenth embodiment of the micro miniaturized electrostatic pump according to the invention.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mikrominiaturisierten elektrostati schen Pumpe im wesentlichen einen Elektrodenträgerkörper 2, der von einem Gehäuse 3 umschlossen ist. Bei dem Gehäuse 3 kann es sich beispielsweise um ein aus einem Kunststoff ge gossenes Gehäuse handeln, welches einen Peripheriebereich 4 des Elektrodenträgerkörpers 2 fest umschließt. Die Art der Ausgestaltung des Gehäuses 3 als Gußgehäuse oder als ein aus zwei Hälften mit einer dazwischenliegenden Dichtung verschraubtes Gehäuse liegt im Ermessen des Fachmannes und be darf für Zwecke der vorliegenden Erfindung keiner weiteren Erläuterung.As shown in Fig. 1, a first embodiment of a microminiaturized electrostatic pump according to the invention essentially comprises an electrode carrier body 2 , which is enclosed by a housing 3 . The housing 3 can be, for example, a housing cast from a plastic, which firmly encloses a peripheral region 4 of the electrode carrier body 2 . The type of design of the housing 3 as a cast housing or as a housing screwed from two halves with an intermediate seal is at the discretion of the person skilled in the art and may not be further explained for the purposes of the present invention.

Der Elektrodenträgerkörper 2 wird aus einem einkristallinen Siliziumhalbleiterkörper gefertigt, der eine (110)-Kristall orientierung hat. Hierfür wird zunächst auf der Vorder- und Rückseite 5, 6 des Siliziumhalbleiterkörper 2 mittels eines in der Halbleitertechnologie üblichen Verfahrens eine gegen Ätzlösungen beständige Schicht, wie beispielsweise Silizium nitrid aufgebracht. Diese dient als Ätzstoppmaske und wird zunächst auf der Vorderseite mittels an sich bekannter pho tolithographischer Techniken strukturiert. Mit einem aniso tropen Ätzprozeß werden Durchströmungsöffnungen 7a, 7b, 7c, 7d, 7e erzeugt, die bei einer geeigneten Orientierung der Maske aus zwei parallelen senkrechten und aus vier zu der Vorderseite 5 schrägen (111)-Ebenen bestehen. Vorzugsweise wird eine 8 molare KOH-Lösung als Ätzlösung verwendet, um die Entstehung konkurrierender Ebenen zu unterdrücken. Ist die gewünschte Tiefe der Durchströmungsöffnungen 7a bis 7e erreicht, welche zwischen 1 Mikrometer und einigen 100 Mi krometer variieren kann, wird auf der Vorderseite 5 eine Ätzstoppschicht aufgebracht und die rückseitige Ätzstopp schicht geöffnet.The electrode carrier body 2 is manufactured from a single-crystalline silicon semiconductor body which has a (110) crystal orientation. For this purpose, a layer which is resistant to etching solutions, such as silicon nitride, is first applied to the front and back 5 , 6 of the silicon semiconductor body 2 by means of a method which is customary in semiconductor technology. This serves as an etching stop mask and is first structured on the front using known photolithographic techniques. With an aniso tropic etching process flow openings 7 are a, 7 b, 7 c, 7 d, 7 generates e, the inclined at a suitable orientation of the mask made of two parallel vertical and four to the front side 5 consist (111) planes. An 8 molar KOH solution is preferably used as the etching solution in order to suppress the formation of competing levels. If the desired depth of the flow openings 7 a to 7 e is reached, which can vary between 1 micrometer and a few 100 micrometers, an etching stop layer is applied to the front side 5 and the rear etching stop layer is opened.

In einem zweiten Ätzschritt wird der Siliziumkörper 2 zum Erzeugen einer rückseitigen Flächenausnehmung 8 zurückge ätzt, bis die Durchströmungsöffnungen 7 vollständig durch den Siliziumkörper 2 reichen.In a second etching step, the silicon body 2 is etched back to produce a rear surface recess 8 until the throughflow openings 7 extend completely through the silicon body 2 .

Nach Entfernung der verbliebenen Reste der Ätzstoppschicht wird der gesamte Elektrodenträgerkörper 2 zum Erzeugen einer Isolationsschicht 9 im Bereich der Durchströmungsöffnungen 7a bis 7e sowie auf der Vorderseite 5 und der Rückseite 6 des Elektrodenträgerkörpers 2 thermisch oxidiert.After removal of the remaining residues of the etch stop layer, the entire electrode support body 2 is to produce an insulation layer 9 of the electrode support body 2 is thermally oxidized in the region of the through flow openings 7 a to 7 e, as well as on the front 5 and the back. 6

Anschließend wird sowohl auf der Vorderseite 5 wie auch auf der Rückseite 6 eine Metallisierung aufgebracht, welche Elektroden 10, 11 bildet. Diese Elektroden 10, 11 werden mit Anschlüssen 12, 13 versehen, die sich bis zur Außenseite des Gehäuses 3 erstrecken.A metallization is then applied to both the front side 5 and the rear side 6 , which forms electrodes 10 , 11 . These electrodes 10 , 11 are provided with connections 12 , 13 which extend to the outside of the housing 3 .

Bei der skizzenhaften Darstellung gemäß Fig. 1 sind nur einige wenige Durchströmungsöffnungen 7a bis 7e gezeigt. Die Anzahl der Durchströmungsöffnungen 7a bis 7e kann je nach Anwendungsfall zwischen eins und einigen tausend liegen, wobei die Größe einer einzelnen Durchströmungsöffnung zwischen 0,1 Mikrometer und 1 Millimeter variieren kann, wobei die Breite und die Länge einer Durchströmungsöffnung 7a bis 7e unabhängig voneinander gewählt werden können.In the sketchy view of FIG. 1, only a few through-flow apertures 7 a to 7 e are shown. The number of flow openings 7 a to 7 e can be between one and a few thousand, depending on the application, the size of a single flow opening can vary between 0.1 micrometers and 1 millimeter, the width and length of a flow opening 7 a to 7 e can be chosen independently.

Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß zum Betrieb der erfindungsgemäßen mikrominiaturisierten elektrostatischen Pumpe 1 eine Gleichspannung oder Wechselspannung an die An schlüsse 12, 13 angelegt wird, die so hoch gewählt wird, daß es zu einer Ladungsträgerinjektion im Bereich der Durch trittsöffnungen 7a bis 7e kommt, wobei die Ladungsträger die Durchströmungsöffnungen 7a bis 7e in der in Fig. 1 gezeigten Lage in Vertikalrichtung durchlaufen und hierbei das zu pum pende Medium mitreißen.It is obvious to the person skilled in the art that for the operation of the microminiaturized electrostatic pump 1 according to the invention, a direct voltage or alternating voltage is applied to the connections 12 , 13, which is chosen so high that it leads to a charge carrier injection in the area of the passage openings 7 a to 7 e comes, the charge carriers pass through the flow openings 7 a to 7 e in the position shown in FIG. 1 in the vertical direction and thereby entrain the medium to be pumped.

Falls der Elektrodenträgerkörper 2 aus einem leitfähigen Material oder Halbleitermaterial besteht, so kann dieser über einen Anschluß kontaktiert und mit einem Potential beaufschlagt werden. Hierdurch lassen sich die Feldverläufe in den Durchströmungsbereichen verändern.If the electrode carrier body 2 consists of a conductive material or semiconductor material, it can be contacted via a connection and a potential can be applied to it. This allows the field profiles in the flow areas to be changed.

Bei den nachfolgend erläuterten abgewandelten Ausführungs formen der erfindungsgemäßen Pumpe ist jeweils nur die für die Zwecke der Erfindung maßgebliche Struktur des Elektro denträgerkörpers beschrieben. Gleiche oder entsprechende Elemente der Pumpe sind mit Bezugszeichen bezeichnet, die mit den in Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen übereinstimmen, so daß eine erneute Beschreibung ähnlicher oder gleicher Elemente der Pumpe unterbleiben kann.In the modified embodiment of the pump according to the invention explained below, only the structure of the electrode carrier body which is relevant for the purposes of the invention is described. Identical or corresponding elements of the pump are designated by reference numerals which correspond to the reference numerals used in FIG. 1, so that a description of similar or identical elements of the pump can be omitted.

Die in Fig. 2 gezeigte zweite Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Pumpe 1 unterscheidet sich von der Ausführungs form gemäß Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß bei dieser der Elektrodenträgerkörper 2 nicht nur eine rückseitige Flächenausnehmung 8 aufweist, sondern ferner eine vorder seitige Flächenausnehmung 14 hat. Vorzugsweise wird diese bei dem zweiten Ätzschritt gleichzeitig mit der Erzeugung der rückseitigen Flächenausnehmung 8 erzeugt. Durch die vorderseitige und rückseitige Flächenausnehmung 8, 14 werden bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 jeweils geneigt zu den Hauptflächen verlaufende Schrägflächen 15, 16 gebildet.The second embodiment of the pump 1 according to the invention shown in FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1 essentially in that the electrode carrier body 2 not only has a rear surface recess 8 , but also a front surface recess 14 . In the second etching step, this is preferably generated simultaneously with the production of the rear surface recess 8 . In the embodiment according to FIG. 2, inclined surfaces 15 , 16 are formed in each case by the front and rear surface recesses 8 , 14 .

Wie es bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3 bis 5 ange deutet ist, kann in Abweichung zu den Ausführungsformen ge mäß den Fig. 1 und 2 je nach Verwendung isotroper oder an isotroper Ätzprozesse entweder ein paralleler oder ein ge neigt zur Vertikalrichtung liegender Verlauf der Wände 17 der Durchströmungsöffnungen 7a bis 7e erzielt werden. Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß der bei den Fig. 3 bzw. 4 von der Rückseite 6 zu der Vorderseite 5 konvergie rende Verlauf der Wände 17 bzw. divergierende Verlauf der Wände 17 dadurch erzielt wird, daß die Durchströmungsöffnun gen 7a, 7b von der Vorderseite 5 bzw. von der Rückseite 6 ausgehend geätzt werden. Entsprechend sind auch Wandverläu fe, die sowohl ausgehend von der Vorderseite 5 als auch aus gehend von der Rückseite 6 divergieren, durch geeignete Wahl des Ätzverfahrens erzielbar, wobei sich die in Fig. 5 ge zeigte Querschnittsform der Durchströmungsöffnungen 7 er gibt.As is indicated in the embodiments according to FIGS. 3 to 5, in deviation from the embodiments according to FIGS . 1 and 2, depending on the use isotropic or on isotropic etching processes, either a parallel course or a course inclined to the vertical direction may occur Walls 17 of the flow openings 7 a to 7 e can be achieved. It is obvious to a person skilled in the art that the course of the walls 17 or the diverging course of the walls 17 in FIG. 3 or 4 from the rear side 6 to the front side 5 is achieved in that the throughflow openings 7 a, 7 b are etched starting from the front 5 or from the rear 6 . Correspondingly, wall extensions, which diverge both from the front side 5 and from the rear side 6 , can be achieved by a suitable choice of the etching process, the cross-sectional shape of the throughflow openings 7 shown in FIG. 5 being there.

Wie in den Fig. 6 bis 9 in Draufsichtdarstellung verdeut licht ist, können praktisch beliebige Formen der Durchströ mungsöffnung 7 gewählt werden, wie beispielsweise rechteck förmige, kreisförmige, rautenförmige, ellipsenförmige, quadratische, sternförmige oder bienenwabenförmige Durch strömungsöffnungen 7a bis 7e.As is illustrated in FIGS . 6 to 9 in a plan view, light can be chosen practically any shape of the flow opening 7 , such as rectangular, circular, diamond-shaped, elliptical, square, star-shaped or honeycomb-shaped through flow openings 7 a to 7 e.

Wie in Fig. 10 gezeigt ist, können bei der dort gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrominiaturisierten elektrostatischen Pumpe eine oder beide der Elektroden 10, 11 so ausgestaltet sein, daß sie sich in Form von Elektro denbrücken 18 über die Durchströmungsöffnungen 7 erstrecken. Hierdurch wird eine verstärkte Ladungsträgerinjektion in das zu pumpende Fluid erzielt. Zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit können die Elektrodenbrücken 18 durch darunter liegende Stützkörper 19 der Isolationsschicht 9 verstärkt sein.As shown in Fig. 10, in the embodiment of the microminiaturized electrostatic pump according to the invention shown there, one or both of the electrodes 10 , 11 can be designed such that they extend in the form of electrode bridges 18 over the flow openings 7 . This results in an increased charge carrier injection into the fluid to be pumped. To improve the mechanical strength, the electrode bridges 18 can be reinforced by supporting bodies 19 of the insulation layer 9 lying underneath.

Wie in der Draufsichtdarstellung des zwölften und dreizehn ten Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 12 und 13 gezeigt ist, können die Elektrodenbrücken 18 eine beliebige Orientierung bezüglich der Durchströmungsöffnung 7 haben.As shown in the top view of the twelfth and thirteenth exemplary embodiment according to FIGS. 12 and 13, the electrode bridges 18 can have any orientation with respect to the flow opening 7 .

In Abwandlung zu dem soeben beschriebenen Ausführungsbei spiel können sich die Elektroden 10 anstelle in Form von Elektrodenbrücken auch in Form von Elektrodenspitzen 20, 21 in die Durchströmungsöffnung 7 hinein erstrecken.In a modification of the embodiment just described, the electrodes 10 can also extend into the throughflow opening 7 instead of in the form of electrode bridges in the form of electrode tips 20 , 21 .

Wie es bei dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 15 gezeigt ist, ist es keineswegs erforderlich, daß die Elek troden 10 die gesamte Fläche des Elektrodenträgerkörpers 2 abdecken. Zur Lokalisierung der Ladungsträgerinjektion ist es zuträglich, lediglich die Spitzen 20, 21 untereinander sowie mit einem Anschlußbereich 24 zu verbinden. Wie ferner bei dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel dargestellt ist, können die Elektrodenspitzen 20, 21 durch entsprechende, gleichfalls in die Durchströmungsöffnungen 7 hineinreichende Stützkörper 22, 23 mechanisch verstärkt werden.As shown in the fifteenth embodiment shown in FIG. 15, it is by no means necessary that the electrodes 10 cover the entire surface of the electrode support body 2 . To localize the charge carrier injection, it is beneficial to connect only the tips 20 , 21 to one another and to a connection area 24 . As is further shown in the fifteenth embodiment, the electrode tips 20 , 21 can be mechanically reinforced by corresponding support bodies 22 , 23 which also extend into the flow openings 7 .

Die erfindungsgemäße mikrominiaturisierte elektrostatische Pumpe kann nicht nur mit Methoden der Mikromechanik, wie beispielsweise der Ätztechnik, in reproduzierbarer Weise hergestellt werden, sondern gleichfalls mittels der soge nannten LIGA-Technik implementiert werden und in mikromecha nische Bauteile integriert werden. In diesem Fall kann der Elektrodenträgerkörper 2 aus Kunststoff (wie z. B. PMMA) oder Glas bestehen. Bei Anwendung des LIGA- Verfahrens können die Strukturen mit einem großen Aspektverhältnis, welches die Länge der Durchströmungsöffnungen geteilt durch ihre Breite bezeichnet, erzeugt werden. Hierbei wird zuerst eine ver gleichsweise dicke Resistschicht mittels Synchrotron-Strah lung belichtet und nach der Entwicklung derselben galvanisch mit Metall aufgefüllt und über die Struktur der Resist schicht fortgeführt, so daß ein zusammenhängender Formein satz entsteht. Aus diesem werden mittels der Abformtechnik durch Spritzgieß- und Reaktionsgießtechniken Kunststoffne gative in Massenfertigung erzeugt, die nach anschließender Metallisierung als Elektrodenträgerkörper 2 der Mikrompumpe verwendet werden können. Der Vorteil dieses LIGA-Verfahrens besteht darin, daß man einerseits senkrechte Durchbrüche mit beliebigen Formen herstellen kann und daß andererseits, wie bereits erwähnt, das Aspektverhältnis, das die Tiefe der Durchströmungsöffnung geteilt durch dessen Breite betrifft, sehr groß gewählt werden kann.The microminiaturized electrostatic pump according to the invention can not only be produced in a reproducible manner using methods of micromechanics, such as, for example, etching technology, but can also be implemented by means of the so-called LIGA technology and integrated in micromechanical components. In this case, the electrode carrier body 2 can consist of plastic (such as PMMA) or glass. When using the LIGA method, the structures can be produced with a large aspect ratio, which denotes the length of the throughflow openings divided by their width. In this case, a comparatively thick resist layer is first exposed by means of synchrotron radiation and, after the development thereof, galvanically filled with metal and continued over the structure of the resist layer, so that a coherent mold insert is formed. For this purpose, plastic moldings are produced in mass production by means of the molding technique by injection molding and reaction molding techniques, which can then be used as the electrode carrier body 2 of the micropump after subsequent metallization. The advantage of this LIGA process is that on the one hand vertical openings can be made with any shape and on the other hand, as already mentioned, the aspect ratio, which relates to the depth of the throughflow opening divided by its width, can be chosen to be very large.

Bei dem eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht der Elektrodenträgerkörper aus Silizium, d. h. einem leit fähigen Material. Nur bei Verwendung derartig leitender Elektrodenträgerkörper 2 ist es erforderlich, entweder durch Abscheiden auf diesem oder durch chemische Reaktion des Elektrodenträgerkörpers 2 selbst eine Isolationsschicht zu erzeugen. Man kann für die Isolation der Vorderseite 5 bzw. der Rückseite 6 und der Durchströmungsöffnungen 7 entweder ein einheitliches Isoliermaterial verwenden oder unterschiedliche Materialien für diese Bereiche einsetzen. So ist es beispielsweise möglich, innerhalb der Durchströmungsöffnungen 7 ein gering leitfähiges Material aufzubringen, so daß wegen des linearen Potentialabfalles ein homogeneres Feld innerhalb der Durchströmungsöffnungen 7 zwischen den beiden Elektroden 10, 11 erzeugt wird. Die Homogenisierung des elektrischen Feldes innerhalb der Durchströmungsöffnung 7 kann auch dadurch erzielt werden, daß die Metallisierung an der Vorder- und Rückseite 5, 6 durch schmale isolierte Zonen von den Bereichen der Durchströmungsöffnung 7 getrennt wird.In the exemplary embodiment described in the introduction, the electrode carrier body consists of silicon, ie a conductive material. Only when using such a conductive electrode carrier body 2 is it necessary to generate an insulation layer either by depositing on it or by chemical reaction of the electrode carrier body 2 itself. One can either use a uniform insulating material for the insulation of the front side 5 or the rear side 6 and the flow openings 7 or different materials can be used for these areas. For example, it is possible to apply a slightly conductive material within the flow openings 7 , so that a more homogeneous field is generated within the flow openings 7 between the two electrodes 10 , 11 because of the linear potential drop. The homogenization of the electric field within the throughflow opening 7 can also be achieved in that the metallization on the front and back 5 , 6 is separated from the regions of the throughflow opening 7 by narrow insulated zones.

Für den Fachmann ist es offenkundig, daß zur Verstärkung der Pumpwirkung mehrere gleichförmige Elektrodenträgerkörper 2 in Strömungsrichtung gestaffelt hintereinander angeordnet werden können. Zur Erhöhung des durchströmten Querschnittes ist es auch möglich, mehrere gleichförmige oder ähnliche Elektrodenträgerkörper 2 strömungsmäßig parallel zu schalten.It is obvious to a person skilled in the art that a plurality of uniform electrode carrier bodies 2 can be staggered one behind the other in the direction of flow to increase the pumping action. In order to increase the cross-section through which it flows, it is also possible to connect a plurality of uniform or similar electrode carrier bodies 2 in parallel in terms of flow.

Letztlich kann die erfindungsgemäße mikrominiaturisierte elektrostatische Pumpe auch zum Erzeugen eines statischen Druckes eingesetzt werden, so daß der in der vorliegenden Anmeldung verwendete Begriff "Pumpe" auch Anwendungsfälle umfaßt, bei denen ein Fluid ohne Fluidströmung lediglich mit einem Druck beaufschlagt werden soll. Ferner soll unter dem Begriff "Pumpe" im Sinne der vorliegenden Anmeldung auch jegliche Einrichtung zur Beschleunigung oder Abbremsung einer Fluidströmung verstanden werden.Ultimately, the microminiaturized according to the invention electrostatic pump also for generating a static Pressure are used, so that in the present The term "pump" also used in application cases includes in which a fluid without fluid flow only with to be pressurized. Furthermore, under the The term "pump" in the sense of the present application also any device for acceleration or deceleration a fluid flow can be understood.

Claims

1. Microminiaturized electrostatic pump with at least two electrodes arranged in a pumping, essentially non-conducting liquid or in a pumping, essentially non-conducting gas, spaced apart from one another essentially in the pump flow direction and having a potential for injecting or accelerating one between the Electrodes can be acted upon by the liquid or gas flowing ion current and with at least one electrode carrier body which has at least one throughflow opening which extends essentially vertically to its main surfaces,
characterized,
that the electrodes ( 10 , 11 ) are formed by metallization on the two main surfaces of the electrode carrier body ( 2 ), so that the thickness of the electrode carrier body ( 2 ) determines the mutual distance between the electrodes ( 10 , 11 ), and
that the electrode body ( 2 ) either consists of an insulating material or is insulated from at least one of the two electrodes ( 10 , 11 ) by an insulation layer.

2. Microminiaturized electrostatic pump according to claim 1, characterized in that
that the electrode carrier body ( 2 ) consists of a semiconductor material,
that the electrode carrier body ( 2 ) is enclosed by an oxide layer ( 9 ) of the semiconductor material, and
that the electrodes ( 10 , 11 ) are formed by bilateral metallizations on the oxide layer ( 9 ).

3. Microminiaturized electrostatic pump according to claim 1 or 2, characterized in that the electrode carrier body ( 2 ) consists of a dielectric.

4. Microminiaturized electrostatic pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrode carrier body ( 2 ) through a front and / or rear surface recess ( 8 , 14 ) in the region of the at least one flow opening ( 7 ) with respect to its peripheral region ( 4 ) reduced extent vertically to its main surfaces ( 5 , 6 ).

5. Microminiaturized electrostatic pump according to claim 4, characterized in that the front and / or rear surface recess ( 8 , 14 ) are inclined by inclined surfaces ( 15 , 16 ) to the main surfaces ( 5 , 6 ).

6. Microminiaturized electrostatic pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the flow openings ( 7 ) are rectangular or circular or elliptical or square or diamond-shaped or honeycomb-shaped or star-shaped.

7. Microminiaturized electrostatic pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electrodes ( 10 , 11 ) over the electrode carrier body ( 2 ) extend into the flow openings ( 7 ).

8. Microminiaturized electrostatic pump according to one of claims 1 to 7, characterized in that
that the electrode carrier body ( 2 ) consists of a conductive material or a conductive semiconductor material, and
that this ( 2 ) is contacted via a connection and a potential is applied, as a result of which the field profiles in the flow opening are changed.