DE4422743A1

DE4422743A1 - Micropump

Info

Publication number: DE4422743A1
Application number: DE4422743A
Authority: DE
Inventors: Torsten Gerlach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1996-01-04
Also published as: WO1996000849A1

Abstract

Known micropumps are characterised by a relatively complex design that in general is difficult to produce and mount. In addition, the pump capacities they can achieve are limited. A new micropump should have a more simple design that is easier to manufacture in series and should allow higher pump rates thanks to improved dynamic properties. For that purpose, at least two dynamic microvalves (5) are used to rectify an alternating current generated by a driving oscillator (4). The microvalves substantially consist of a microchannel the cross-section of which continuously diminishes in the flow direction up to its narrowest spot. Moving mechanical parts are not required, so that the dynamic microvalves may be produced in the most simple manner, for example in silicon. The simple hydraulic system of the micropump allows high working frequencies and thus high pump rates. This micropump is useful above all in microsystem technology, for example as driving element in microhydraulic or micropneumatic systems.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikropumpe.The invention relates to a micropump.

Die Mikropumpe hat dynamische passive Ventile und dient besonders zur Förde rung von Gasen und Flüssigkeiten. Sie ist sehr vorteilhaft mit bekannten Halblei tertechnologien herstellbar und für den Einsatz in integrierten Mikrosystemen ge eignet.The micropump has dynamic passive valves and is particularly useful for conveying tion of gases and liquids. It is very advantageous with known half-lead technologies can be produced and used in integrated microsystems is suitable.

State of the art

Aus der NL-PS 8302860 ist bereits eine Mikropumpe auf Siliziumbasis bekannt die im wesentlichen aus drei identischen piezoelektrisch angetriebenen Ventilele menten, welche strömungstechnisch in Reihe angeordnet sind, besteht. Beim Öff nen und Schließen dieser aktiven Ventile, verrichtet die sich durchbiegende Mem bran Volumenarbeit und erzeugt einen entsprechenden Druck auf das Fluid. Wer den die einzelnen Ventile in einem geeigneten Dreiphasentakt angesteuert, so erfährt das Fluid eine Beförderung in eine bestimmte Richtung, die durch die peri staltische Welle bestimmt ist.A micropump based on silicon is already known from NL-PS 8302860 essentially consisting of three identical piezoelectrically driven valves ment, which are arranged in series in terms of flow technology, exists. When opening If these active valves open and close, the sagging membrane does bran volume work and creates a corresponding pressure on the fluid. Who which the individual valves are controlled in a suitable three-phase cycle, so the fluid undergoes a transport in a certain direction by the peri staltic wave is determined.

Eine andere Mikropumpe, ebenfalls für die Systemintegration geeignet, wird in der CH-PS 04055189 vorgestellt. Sie enthält eine piezoelektrisch angetriebene Mem bran, welche das zu fördernde Fluid periodisch unter Druck setzt. Zwei passive Mikroventile am Ein- bzw. Ausgang der Pumpe richten diesen Wechseldruck gleich und legen damit die Strömungsrichtung fest. Das Arbeitsprinzip entspricht strukturell der klassischen Kolbenpumpe.Another micropump, also suitable for system integration, is used in the CH-PS 04055189 presented. It contains a piezoelectrically driven mem bran, which periodically pressurizes the fluid to be pumped. Two passive Micro valves at the pump inlet and outlet direct this alternating pressure equal and thus determine the direction of flow. The working principle corresponds structurally the classic piston pump.

Beiden beschriebenen Mikropumpen ist der relativ komplizierte mechanische Auf bau gemein, der den Einsatz der Mikrotechnologien erschwert und die Herstel lungskosten erhöht. Insbesondere ist ein stark strukturiertes hydraulisches Lei tungssystem durch Mehrfach-Lithographie, verbunden mit einer entsprechenden Anzahl von Ätzprozessen, zu realisieren. Außerdem ist das Fügen der verschiede nen Schichten zu einem Sandwich mit einigen technologischen Schwierigkeiten verbunden. Schließlich nehmen die Mikropumpen, bedingt durch das Funktions prinzip, eine relativ große Fläche auf dem Trägersubstrat ein. Dem stehen zwar die hohe Dosiergenauigkeit und ein relativ hoher Pumpdruck, jedoch auch eine vergleichsweise geringe Förderleistung gegenüber, welche unter anderem durch die hohen Strömungswiderstände zu erklären ist und die im Zusammenhang mit den relativ großen Totvolumina zu recht beachtlichen Passierzeiten der durchströ menden Fluide führt.The two micropumps described are the relatively complicated mechanical ups build common, which complicates the use of microtechnologies and the manufac costs increased. In particular is a highly structured hydraulic lei system by multiple lithography, combined with a corresponding Number of etching processes. In addition, joining is different layers into a sandwich with some technological difficulties connected. Finally, the micropumps take, due to the function principle, a relatively large area on the carrier substrate. That is true the high dosing accuracy and a relatively high pump pressure, but also one comparatively low output compared to, among other things, by the high flow resistance has to be explained and that in connection with the relatively large dead volumes at quite considerable passage times leading fluids.

Aus der DE-PS 42 23 019 ist eine ventillose Mikropumpe bekannt, die durch eine Aktorvorrichtung, im allgemeinen eine schwingende Membran, ebenfalls eine peri odische Druckeinprägung auf das strömende Medium bewirkt. Jedoch erfolgt die Gleichrichtung partiell durch eine in strömungstechnischer Hinsicht anisotrope Struktur ohne jegliche bewegte mechanische Funktionselemente. Als anisotrope Struktur wird unter anderem ein ansonsten nicht näher bezeichneter spaltartiger Bereich genannt, der sägezahnartig ausgeführt ist. Dessen Herstellung mit den Mikrotechnologien gestaltet sich jedoch kompliziert, da die Sägezahnform nicht zwangsläufig mit der Kristallstruktur des Substratmaterials zusammenfallen muß und sich dadurch der Einsatz anisotroper Ätzverfahren erschwert. Das vorgeschla gene Ausführungsbeispiel, dessen sägezahnartige Geometrie durch die Anord nung zweier V-förmiger spaltartiger Strukturen hintereinander realisiert ist, erfor dert bei den angegebenen Abmessungen im Mikrometerbereich jedoch kostspieli ge Präzisionsfügeverfahren.From DE-PS 42 23 019 a valveless micropump is known, which by a Actuator device, generally a vibrating membrane, also a peri odic pressure impression on the flowing medium. However, the Rectification partially by a fluid anisotropic Structure without any moving mechanical functional elements. As anisotropic Structure becomes, among other things, an otherwise unspecified gap-like Area called sawtooth-like. Its manufacture with the However, microtechnologies are complicated because the sawtooth shape is not must necessarily coincide with the crystal structure of the substrate material and this makes the use of anisotropic etching processes more difficult. The proposed gene embodiment, whose sawtooth-like geometry by the arrangement of two V-shaped, column-like structures is realized in a row changes in the specified dimensions in the micrometer range, however, expensive ge precision joining process.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Mikropumpe entsprechend Anspruch 1 hat gegenüber den soeben gewürdigten Anordnungen den Vorteil einer sehr einfachen geometrischen Struktur, die durch wenige mikrotechnologische Verfahren unkompliziert herstell bar ist. Die notwendigen Fügeschritte sind dabei nach Anzahl und erforderlicher Genauigkeit auf ein Minimum reduzierbar. Dadurch ist die Mikropumpe für die preiswerte Massenherstellung besonders geeignet. Vor allem gegenüber den bei den zuerst gewürdigten Schriften ist der Platzbedarf der erfindungsgemäßen Mi kropumpe deutlich verringert.The micropump according to the invention has the opposite just appreciated arrangements the advantage of a very simple geometric Structure that is easy to manufacture using a few microtechnological processes is cash. The necessary joining steps are based on the number and required Accuracy can be reduced to a minimum. This makes the micropump for inexpensive mass production particularly suitable. Especially compared to the the writings first appreciated is the space required by the Mi according to the invention crop pump significantly reduced.

Andererseits bewirkt die einfache Geometrie der erfindungsgemäßen Mikropumpe eine Optimierung des fluidodynamischen Systems, wodurch sich die maximal mögliche Arbeitsfrequenz, Volumenstrom und Pumpdruck erhöhen.On the other hand, the simple geometry of the micropump according to the invention brings about an optimization of the fluidodynamic system, whereby the maximum Increase possible working frequency, volume flow and pump pressure.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Mikropumpe sieht wenigstens zwei dy namische passive Mikroventile vor, welche aus einem Mikroströmungskanal mit pyramidenstumpfförmiger Geometrie bestehen. Damit verringert sich der Kanal querschnitt entlang der Symmetrieachse in der einen Richtung kontinuierlich bis zu seiner engsten Stelle, um sich dann plötzlich zu erweitern. Diese Form des Mikroströmungskanals bewirkt, daß sein Strömungswiderstand bei genügend ho hen Strömungsgeschwindigkeiten von der Strömungsrichtung abhängt.A particularly advantageous embodiment of the micropump sees at least two dy Namely passive micro valves, which with a micro flow channel pyramid-shaped geometry exist. This reduces the channel cross section along the axis of symmetry in one direction continuously to to its narrowest point and then suddenly expand. This form of Micro flow channel causes its flow resistance at sufficient ho hen flow velocities depend on the direction of flow.

Der beschriebene Mikrokanal ist demzufolge in der Lage, eine alternierende Strö mung nach dem Prinzip "zwei Schritte vorwärts - einen Schritt zurück" partiell gleichzurichten, wodurch ein Nettovolumenstrom in einer bevorzugten Strömungs richtung bewirkt wird. Da dieser Effekt nur bei höheren Geschwindigkeiten auftritt wird er als dynamisches Mikroventil bezeichnet.The described microchannel is consequently able to produce an alternating current Partially based on the principle of "two steps forward - one step back" rectify, creating a net flow in a preferred flow direction is effected. Because this effect only occurs at higher speeds it is called a dynamic micro valve.

Derartige dynamische Mikroventile sind in einer Mikropumpe gemäß Patent anspruch 1 eingesetzt.Such dynamic micro valves are in a micropump according to the patent Claim 1 used.

drawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are shown in the drawing and in the following description explained in more detail.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Perspektivdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Mikropumpe, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 1-1 in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 sowie Fig. 4 bis Fig. 7 ein zweites bis fünftes Ausführungsbeispiel einer Mikropumpe. Fig. 1 is a perspective view of a first embodiment of a micro-pump, FIG. 2 is a section taken along the line 1-1 in Fig. 1, Fig. 3 is a section taken along the line 2-2 in FIG. 1 and FIG. 4 to FIG. 7 a second to fifth embodiment of a micropump.

Description of the embodiments

Die erfindungsgemäße Mikropumpe besteht aus einer im wesentlichen geschlos senen Pumpkammer 3, die mit dem zu fördernden Fluid gefüllt ist und welcher durch eine geeignete Antriebsvorrichtung 4 eine periodische Druck- und Volumen änderung aufgeprägt wird. Weiterhin enthält die Mikropumpe mindestens zwei der beschriebenen dynamischen Mikroventile 5, die in Form von Strömungskanälen als Ein- bzw. als Auslaßöffnung der Pumpkammer 3 dienen.The micropump according to the invention consists of a substantially closed pump chamber 3 , which is filled with the fluid to be pumped and which a periodic pressure and volume change is impressed by a suitable drive device 4 . Furthermore, the micropump contains at least two of the described dynamic microvalves 5 , which serve in the form of flow channels as the inlet or outlet opening of the pumping chamber 3 .

Die Mikropumpe zeichnet sich insbesondere durch ihren sehr einfachen Aufbau aus, der sich zum Beispiel sehr vorteilhaft mit allgemein bekannten Mikrotechnolo gien wie Photolithographie und anisotropes Ätzen auf der Basis von Silizium und Glas herstellen läßt.The micropump is particularly characterized by its very simple construction from, for example, very advantageous with well-known microtechnolo such as photolithography and anisotropic etching based on silicon and Glass can be made.

So können die dynamischen Mikroventile 5 in einem <100<-orientierten Silizium wafer dergestalt realisiert werden, daß, ausgehend von einer genügend großen Öffnung in der Ätzmaske, der Materialabtrag mittels eines anisotropen Ätzlösung wie KOH über die vollständige Waferdicke voranschreitet. Der dabei entstehende Kanal wird seitlich durch vier kristallographische <111<-Flächen begrenzt, wo durch sich seine pyramidenstumpfförmige Geometrie ergibt. Die jeweils gegen überliegenden <111<-Flächen schließen hierbei einen Winkel von etwa 70° ein. Eine Linie 14, welche in der Mitte in Hauptströmungsrichtung verläuft, stellt die Symmetrieachse des dynamischen Mikroventils 5 dar. Sie steht senkrecht auf der Waferoberfläche. Durch Anwendung der Doppelseitenlithographie auf einem zwei seitig polierten Wafer 6 können die für den Ein- bzw. Auslaß bestimmten dynami schen Mikroventile 5 in einer antiparallelen Anordnung auf einem gemeinsamen Substrat in einem Technologiegang hergestellt werden.Thus, the dynamic microvalves 5 can be realized in a <100 <-oriented silicon wafer in such a way that, starting from a sufficiently large opening in the etching mask, the material removal proceeds by means of an anisotropic etching solution such as KOH over the entire wafer thickness. The resulting channel is laterally delimited by four crystallographic <111 <surfaces, where its truncated pyramidal geometry results. The respectively opposite <111 <surfaces enclose an angle of approximately 70 °. A line 14 , which runs in the middle in the main flow direction, represents the axis of symmetry of the dynamic microvalve 5. It is perpendicular to the wafer surface. By using the double-sided lithography on a two-sided polished wafer 6 , the dynamic micro valves 5 intended for the inlet and outlet can be produced in an antiparallel arrangement on a common substrate in one technology step.

Für die Antriebsvorrichtung 4 ist vor allem eine Membran 7 geeignet, die elektro magnetisch, elektrostatisch, pneumatisch oder piezoelektrisch angeregt wird und mit dem Doppelpfeil 16 bezeichnete Biegeschwingungen ausführt. Der piezoelek trische Antrieb kann günstigerweise durch einen Bimorph erfolgen.A membrane 7 is particularly suitable for the drive device 4 , which is excited electromagnetically, electrostatically, pneumatically or piezoelectrically and executes bending vibrations denoted by the double arrow 16 . The piezoelectric drive can be advantageously carried out by a bimorph.

Die Pumpkammer 3 ist durch geeignete Mikrotechnologien in einem Element 10 11, 11a bzw. 11b und 11c festgelegt. Dies kann beispielsweise durch Photolitho graphie mit einem anschließenden Ätzschritt in Silizium oder Glas als Ausgangs material geschehen. Bei Verwendung eines entsprechenden Ätzstoppverfahrens kann der Materialabtrag vor der vollständigen Durchdringung des Elementes 10 abgebrochen werden, wodurch die Membran 7 der Antriebsvorrichtung 4 entsteht. Als ein solcher Ätzstopp sollen auch spezielle, auf dem Ausgangsmaterial des Elementes 10 vorher aufgebrachte Schichten, wie zum Beispiel Siliziumoxid oder Siliziumnitrid auf einem Siliziumträger, verstanden werden, an denen der Ätzvor gang zum Erliegen kommt und die durch den Materialabtrag freigelegt werden und damit die Membran 7 festlegen.The pump chamber 3 is defined by suitable microtechnologies in an element 10 11 , 11 a or 11 b and 11 c. This can be done for example by photolithography with a subsequent etching step in silicon or glass as the starting material. If an appropriate etching stop method is used, the material removal can be stopped before the element 10 is completely penetrated, as a result of which the membrane 7 of the drive device 4 is formed. Such an etching stop should also be understood to mean special layers, such as silicon oxide or silicon nitride on a silicon carrier, which have been applied to the starting material of the element 10 and on which the etching process comes to a standstill and which are exposed by the material removal and thus the membrane 7 set.

Die Pumpkammer 3 ist auf einer der Antriebsvorrichtung 4 abgewandten Seite 12 durch den Wafer 6, welcher die dynamischen Mikroventile 5 enthält und der mit dem Element 10, 11, 11a bzw. 11c verbunden ist, geschlossen.The pump chamber 3 is closed on a side 12 facing away from the drive device 4 by the wafer 6 , which contains the dynamic microvalves 5 and which is connected to the element 10 , 11 , 11 a or 11 c.

Das die Pumpkammer 3 enthaltende Element 11, 11a bzw. 11b und 11c kann auf einer dem Wafer 6 abgewandten Seite 13 an sich offen sein, realisiert zum Bei spiel durch einen das Element 11, 11a bzw. 11b und 11c vollständig durchlaufen den Ätzschritt. Die Membran 7 wird dann als dünnes Material oder Folie 15 mit geeigneten Fügeverfahren auf dem Element 11, 11a bzw. 11b befestigt, wodurch die Pumpkammer 3 geschlossen wird. Das ist zum Beispiel möglich, indem eine Glasfolie, welche die Membran 7 bildet, durch anodisches Bonden auf dem Ele ment 11, 11a bzw. 11b aufgebracht wird.The element 11 , 11 a or 11 b and 11 c containing the pumping chamber 3 can be open per se on a side 13 facing away from the wafer 6 , realized for example by an element 11 , 11 a or 11 b and 11 c go completely through the etching step. The membrane 7 is then attached as a thin material or film 15 with suitable joining methods on the element 11 , 11 a or 11 b, whereby the pump chamber 3 is closed. This is possible, for example, by applying a glass foil, which forms the membrane 7 , to the element 11 , 11 a and 11 b by anodic bonding.

Typische Abmessungen der erfindungsgemäßen dynamischen Mikropumpe betra gen für:
den Querschnitt der dynamischen Mikroventile 5 an der engsten Stelle zwischen einem Mikrometer und fünfhundert Mikrometer,
die Ausdehnung der dynamischen Mikroventile 5 entlang der Symmetrieachsen 14 zwischen zehn Mikrometer und einem Millimeter,
die Dicke der Membran 7 zwischen einem Mikrometer und einem Millimeter,
die Ausdehnung der Membranfläche zwischen fünfhundert Mikrometer und zwan zig Millimeter und
die Pumpkammerhöhe senkrecht zu dem Wafer 6 zwischen zehn Mikrometer und fünf Millimeter.Typical dimensions of the dynamic micropump according to the invention are for:
the cross section of the dynamic microvalves 5 at the narrowest point between one micrometer and five hundred micrometers,
the expansion of the dynamic microvalves 5 along the axes of symmetry 14 between ten micrometers and one millimeter,
the thickness of the membrane 7 between one micrometer and one millimeter,
the expansion of the membrane area between five hundred micrometers and twenty millimeters and
the pump chamber height perpendicular to the wafer 6 is between ten micrometers and five millimeters.

Die typische Schwingfrequenz der Membran 7 liegt zwischen einhundert Hertz und zwanzig Kilohertz.The typical oscillation frequency of the membrane 7 is between one hundred hertz and twenty kilohertz.

Die Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel.The Fig. 1 through Fig. 3 show a first embodiment.

Die dynamischen Mikroventile 5 sind in einer antiparallelen Anordnung in dem zweiseitig polierten Silizium-Wafer 6 realisiert. Das Element 10, welches auf der der Membran 7 abgewandten Seite 12 fest mit dem Wafer 6 verbunden ist, ent hält die Pumpkammer 3, die durch einen anisotropen Ätzschritt erzeugt wird und eine pyramidenstumpfförmige Geometrie aufweist. Durch ein Ätzstoppverfahren bleibt ein dünner Materialrest auf einer den dynamischen Mikroventilen 5 abge wandten Seite der Pumpkammer 3 stehen, der die Membran 7 bildet. Die Mem bran 7, welche Bestandteil der ansonsten nicht näher bezeichneten Antriebsvor richtung 4 ist, führt mit dem Doppelpfeil 16 gekennzeichnete Biegeschwingungen aus.The dynamic microvalves 5 are implemented in an anti-parallel arrangement in the double-sided polished silicon wafer 6 . The element 10, which is connected on the side facing away from the membrane 7 12 fixedly connected to the wafer 6, ent holds the pump chamber 3, which is produced by anisotropic etching and having a frusto-pyramidal geometry. By means of an etching stop process, a thin material residue remains on a side of the pump chamber 3 which faces away from the dynamic microvalves 5 and forms the membrane 7 . The Mem bran 7 , which is part of the otherwise unspecified Antriebsvor direction 4 , executes with the double arrow 16 marked bending vibrations.

In der Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Mikropumpe dargestellt, de ren Pumpkammer 3 in dem Element 11 durch einen anisotropen Ätzschritt festge legt ist und eine pyramidenstumpfförmige Geometrie aufweist. Das Element 11 ist auf der Seite 13 mittels der als Membran 7 dienenden Folie 15, die auf dem Ele ment 11 befestigt ist, verschlossen. In FIG. 4, a second embodiment of the micropump shown, de ren pump chamber 3 Festge in the element 11 by an anisotropic etching step is inserted and has a truncated pyramidal geometry. The element 11 is mounted on the side 13 by means of a membrane serving 7 foil 15, the management on the Ele 11 closed.

Das in Fig. 5 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel der Mikropumpe unterscheidet sich von dem vorhergehenden insoweit, daß die Pumpkammer 3 durch das modi fizierte Element 11a anstelle des Elementes 11 ein geringeres Totvolumen auf weist. Das Element 11a enthält zwei Teilstrukturen 17 und 18 mit unterschiedlich großer Querschnittsfläche, deren einander zugewandte Stirnflächen innerhalb des Elementes 11a teilweise zusammenfallen, wobei die größere Teilstruktur 17 mit der Membran 7 und die kleinere Teilstruktur 18 mit dem die dynamischen Mikro ventile 5 enthaltenden Wafer 6 in direkter Verbindung steht. Das Element 11a kann zum Beispiel dadurch hergestellt werden, daß nach einer Doppelseitenlitho graphie mit jeweils unterschiedlicher Maskengröße ein anisotroper Ätzprozeß von den Seiten 12 und 13 her soweit voranschreitet, bis sich die Ätzfronten treffen.The third embodiment of the micropump shown in FIG. 5 differs from the previous one in that the pump chamber 3 has a smaller dead volume instead of the element 11 due to the modified element 11 a. The element 11 a contains two partial structures 17 and 18 with different cross-sectional areas, the facing end faces of which partially coincide within the element 11 a, the larger partial structure 17 with the membrane 7 and the smaller partial structure 18 with the wafer containing the dynamic micro valves 5 6 is in direct connection. The element 11 a can be produced, for example, by an anisotropic etching process from pages 12 and 13 proceeding so far until the etching fronts meet after a double-sided lithography, each with a different mask size.

Fig. 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Mikropumpe, welches dem vorher gehenden in der relativen Verringerung des Totvolumens der Pumpkammer 3 ent spricht. Die Pumpkammer 3 ist durch das Teilelement 11b, welches einen Durch bruch mit einer größeren Querschnittsfläche enthält, und das Teilelement 11c, welches einen Durchbruch mit einer kleineren Querschnittsfläche enthält, anstelle des Elementes 11a festgelegt, wobei das Teilelement 11b mit der Membran 7 und das Teilelement 11c mit dem Wafer 6 in Verbindung steht und beide Teilelement 11b und 11c an einer Fügefläche 19 fest miteinander verbunden sind. Fig. 6 shows a fourth embodiment of the micropump, which speaks ent the previous in the relative reduction in the dead volume of the pump chamber 3 ent. The pump chamber 3 is defined by the sub-element 11 b, which contains an opening with a larger cross-sectional area, and the sub-element 11 c, which contains an opening with a smaller cross-sectional area, instead of the element 11 a, the sub-element 11 b with the membrane 7 and the sub-element 11 c is connected to the wafer 6 and both sub-elements 11 b and 11 c are firmly connected to one another on a joining surface 19 .

In dem in Fig. 7 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel der Mikropumpe ist die Antriebsvorrichtung 4 durch die Membran 7 und ein Piezoelement 9 festgelegt, wobei das Piezoelement 9 auf der Membran 7 angeordnet ist und mit dieser eine Bimorph-Struktur bildet. Das Piezoelement 9 ist entweder ein Piezoplättchen, wel ches auf der Membran 7 zum Beispiel durch eine Klebeverbindung befestigt ist, oder in der integrierten Form um eine mit bekannten Mikrotechnologien physika lisch-chemisch auf der Membran 7 abgeschiedene und nachfolgend strukturierte piezoelektrisch aktive Schicht.In the fifth exemplary embodiment of the micropump shown in FIG. 7, the drive device 4 is fixed by the membrane 7 and a piezo element 9 , the piezo element 9 being arranged on the membrane 7 and forming a bimorph structure with it. The piezo element 9 is either a piezo plate, which is attached to the membrane 7, for example by an adhesive connection, or in the integrated form around a physically and chemically deposited on the membrane 7 with known microtechnologies and subsequently structured piezoelectrically active layer.

Claims

1. micropump, in particular for gases and liquids to be pumped, with a drive device ( 4 ), with at least one element ( 10 , 11 , 11 a, 11 b, 11 c), on which a periodic change in pressure and volume by the drive device ( 4 ) can be stamped, and with a on the drive device ( 4 ) facing away ( 12 ) of the element ( 10 , 11 , 11 a, 11 b, 11 c) arranged wafer ( 6 ), characterized in that the element (10, 11, 11 a, 11 b, 11 c) has a drive device to an (4) closed towards the pump chamber (3) and the wafer (6) has at least two dynamic micro-valves (5), wherein the cross-section dynamic least one micro-valve (5) to the element (10, 11, 11 a, b 11, 11 c) tapers and the cross-section of at least one dynamic micro-valve (5) to the element (10, 11, 11 a, 11 b, 11 c) enlarged and the at least two dynamic microvalves ( 5 ) in direct connection with that in the Eleme nt ( 10 , 11 , 11 a, 11 b, 11 c) provided pump chamber ( 3 ).

2. Micropump according to claim 1, characterized in that the dynamic microvalves ( 5 ) have a truncated pyramidal shape.

3. Micropump according to claim 2, characterized in that the pyramid frustum-shaped dynamic microvalves ( 5 ) have a square or rectangular cross-section.

4. Micropump according to claim 1, characterized in that the pump chamber ( 3 ) defining element ( 10 , 11 , 11 a, 11 c) on one of the Antriebsvorrich device ( 4 ) facing away ( 12 ) is open and by the attachment of the dynamic micro valves ( 5 ) containing wafer ( 6 ) on this element ( 10 , 11 , 11 a, 11 c) is closed.

5. Micropump according to claim 1, characterized in that the Antriebsvor direction ( 4 ) contains a membrane ( 7 ) which closes the pump chamber ( 3 ) on a side facing away from the wafer ( 6 ).

6. Micropump according to claim 1 and 5, characterized in that the dynamic's micro valves ( 5 ) are arranged opposite the membrane ( 7 ) and their axes of symmetry ( 14 ) perpendicular to the surface of the membrane ( 7 ).

7. Micropump according to claim 1, characterized in that the pump chamber ( 3 ) by a multi-part element ( 11 b, 11 c) is set such that the cross section of the pump chamber ( 3 ) on the side of the pump chamber facing the wafer ( 6 ) ( 3 ) is less than on the side of the pump chamber ( 3 ) facing the drive device ( 4 ).

8. Micropump according to claim 1, characterized in that the pump chamber ( 3 ) defining element ( 11 a) contains at least two partial structures ( 17 , 18 ) of different sizes, so that the cross section of the pump chamber ( 3 ) on the wafer ( 6 ) facing side of the pump chamber ( 3 ) is smaller than on the side of the pump chamber ( 3 ) facing the drive device ( 4 ).

9. Micropump according to claim 1, characterized in that the dynamic microvalves ( 5 ) are made in <100 <-silicon by means of photolithography and anisotropic depth, the material removal taking place only in one direction and through the wafer ( 6 ) and in each case, two opposing <111 <surfaces delimiting the dynamic microvalves ( 5 ) enclose an angle of approximately 70 ° with one another.

10. Micropump according to claim 1, characterized in that the dynamic microvalves ( 5 ) are arranged antiparallel on the wafer ( 6 ) and are made by double-sided photolithography with subsequent simultaneous anisotropic etching of all dynamic microvalves ( 5 ).

11. Micropump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cross-sectional areas of the dynamic microvalves ( 5 ) have lateral dimensions between one micrometer and five hundred micrometers at their narrowest points and the extension of the dynamic microvalves ( 5 ) along the axes of symmetry ( 14 ) be between ten micrometers and one millimeter.

12. Micropump according to claim 1 or 4, characterized in that the pump chamber ( 3 ) defining element ( 10 , 11 , 11 a, 11 b, 11 c) is generated by photolithography and etching processes in a semiconductor material or in glass.

13. Micropump according to claim 1 and 5, characterized in that the membrane ( 7 ) is driven electrostatically, electromagnetically, piezoelectrically or pneumatically in such a way that it carries out an oscillating bending movement ( 16 ).

14. Micropump according to claim 1 and 5, characterized in that the membrane ( 7 ) and the pump chamber ( 3 ) defining element ( 10 ) are made in one piece.

15. Micropump according to claim 1 and 5, characterized in that the membrane ( 7 ) consists of a thin material or a film ( 15 ), which by a joining process on the pump chamber ( 3 ) defining element ( 11 , 11 a, 11 b) is applied.

16. Micropump according to claim 15, characterized in that the pump chamber ( 3 ) defining element ( 11 , 11 a, 11 b) made of silicon and the film ( 15 ) made of glass and both are connected to one another by anodic bonding.

17. Micropump according to one of claims 13 to 15, characterized in that the membrane ( 7 ) is driven by a piezo element ( 9 ) which is arranged on the membrane ( 7 ) and forms a bimorph structure with the latter.

18. Micropump according to claim 5, characterized in that the expansion of the membrane ( 7 ) in its area is between five hundred micrometers and twenty millimeters and the thickness of the membrane ( 7 ) is between one micrometer and one millimeter.

19. Micropump according to claim 1, characterized in that the Pumpkam mer ( 3 ) perpendicular to the wafer ( 6 ) has a minimum height between ten micrometers and five millimeters.

20. Micropump according to claim 1, characterized in that the Antriebsvor direction ( 4 ) can be controlled with a frequency between one hundred Hertz and twenty kilohertz.