EP1227060A2

EP1227060A2 - Micromechanical device and process for its manufacture

Info

Publication number: EP1227060A2
Application number: EP01123641A
Authority: EP
Inventors: Hubert Benzel; Heribert Weber; Frank Schaefer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2002-07-31
Anticipated expiration: 2021-10-02
Also published as: EP1227060B1; EP1227060A3; DE10103399A1

Abstract

The micromechanical component has a substrate in which at least two current channels (10, 10') are provided. The channels have a common input (5) and then branch out separately. The input has a branching with a peak (P) where the inner walls of the channels separate. A first electrode (20) is provided to apply a first electric potential to the inner walls of the channels. A second electrode (30) applies a second electric potential to the outer walls of the channels. The channels may then recombine to have a commom output. Independent claims also cover a method of manufacturing the components by etching.

Description

STATE OF THE ART

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement, und insbesondere eine Mikropumpe für polare Fluide, sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren.The present invention relates to a micromechanical Component, and in particular a micropump for polar Fluids, as well as a corresponding manufacturing process.

Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente und Strukturen, Sensoren und Aktuatoren, anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf eine in der Technologie der Silizium-Oberflächenmikromechanik herstellbare mikromechanische Mikropumpe erläutert.Although on any micromechanical components and Structures, sensors and actuators, applicable, are the present invention and the underlying problem with respect to one in the technology of silicon surface micromechanics manufacturable micromechanical micropump explained.

In Mikromechanik hergestellte Mikropumpen verwenden beispielsweise Pumpenkammern mit Rückschlagventilen oder Pumpenkammern mit Strömungskanälen unterschiedlichen Durchmessers, um eine eindeutige Strömungsrichtung zu erzeugen:Use micropumps manufactured in micromechanics, for example Pump chambers with check valves or pump chambers with flow channels of different diameters, to create a clear flow direction:

Die Kraftwirkung auf Dipole, wie beispielsweise Wassermoleküle, in inhomogenen elektrischen Feldern ist seit langem bekannt und wird in Standardlehrbüchern der Physik beschrieben. The force effect on dipoles, such as water molecules, in inhomogeneous electrical fields has long been known and is described in standard textbooks of physics.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines polaren H₂O-Moleküls; und Fig. 7a,b zeigen eine schematische Darstellung des polaren H₂O-Moleküls unter Einfluß eines elektrischen Feldes, und zwar Fig. 7a in einem ersten Zustand und Fig. 7b in einem zweiten Zustand.6 shows a schematic representation of a polar H ₂ O molecule; and FIGS. 7a, b show a schematic representation of the polar H ₂ O molecule under the influence of an electric field, namely FIG. 7a in a first state and FIG. 7b in a second state.

H₂O-Moleküle besitzen, wie viele andere polare Moleküle, ein permanentes Dipolmoment aufgrund ihrer Molekülstruktur. Sauerstoff bindet die Bindungselektronen stärker an sich. Dadurch erhält das Sauerstoffatom eine leicht negative Ladung bzw. die Wasserstoffatome eine leicht positive Ladung. Die räumlich unterschiedliche Position der Ladungen resultiert in einem Dipolmoment D, wie in Fig. 6 gezeigt.H ₂ O molecules, like many other polar molecules, have a permanent dipole moment due to their molecular structure. Oxygen binds the binding electrons to itself more strongly. This gives the oxygen atom a slightly negative charge and the hydrogen atoms a slightly positive charge. The spatially different position of the charges results in a dipole moment D, as shown in FIG. 6.

Wie aus Fig. 7a, b entnehmbar, wird unter dem Einfluß des durch die Ladung q erzeugten elektrischen Feldes F der Dipol D gedreht und angezogen, wobei die anziehende Kraft K' im gedrehten zweiten Zustand größer als die Kraft K im ungedrehten ersten Zustand ist.As can be seen from Fig. 7a, b, under the influence of electric field F generated by the charge q the dipole D rotated and tightened, the attractive force K ' in the rotated second state greater than the force K in the unrotated first state is.

In inhomogenen elektrischen Feldern führt die räumliche Trennung der Ladungen also zu einer Ausrichtung des Dipols D im Feld F und zur anziehenden Kraft K' zum Ort des größeren elektrischen Feldes. Dabei wird die positive Ladung des Dipols D angezogen, die negative Ladung abgestoßen. Dies führt zur Drehung des Dipols D. Die positive Ladung des Dipols D befindet sich nun an einem Ort mit größerem elektrischen Feld (engere Feldlinien) als die negative Ladung. Dadurch ist die anziehende Kraft auf die positive Ladung des Dipols D größer als die abstoßende Kraft auf die negative Ladung. Dies resultiert in einer Anziehung des Dipols D. Die anziehende Kraft ist dabei unabhängig von dem Vorzeichen der elektrischen Ladung q, die das inhomogene Feld F verursacht.Spatial leads in inhomogeneous electric fields Separation of the charges to align the dipole D in the field F and the attractive force K 'to the location of the larger one electric field. The positive charge of the Dipoles D attracted, the negative charge repelled. This leads to the rotation of the dipole D. The positive charge of the dipole D is now in a place with larger electrical Field (narrower field lines) than the negative charge. Thereby is the attractive force on the positive charge of the Dipoles D greater than the repulsive force on the negative Charge. This results in an attraction of the dipole D. The attractive force is independent of the sign the electrical charge q, which the inhomogeneous field F caused.

Dieser Effekt wird bei manchen Schiffsantrieben ausgenützt. Im Bug eines Schiffes wird ein inhomogenes elektrisches Feld erzeugt. Die anziehende Kraft von Schiffsrumpf und Wassermolekülen führt zu einer Vorwärtsbewegung des Schiffs.This effect is used in some ship propulsion systems. In the bow of a ship there is an inhomogeneous electric Field created. The attractive power of hull and Water molecules cause the Ship.

Elektroosmotisches Pumpen wurde bereits beschrieben (Dasgupta et al., "Electroosmosis: A Reliable Fluid Propulsion System for Flow Injection Analysis", Anal. Chem. 66 (1994) 1792-1798). Hierbei werden Flüssigkeiten gepumpt, indem Ionen in den Flüssigkeiten durch elektrische Felder in die gewünschte Richtungen gezogen werden und dabei die restliche Flüssigkeit mitschieben.Electro-osmotic pumping has already been described (Dasgupta et al., "Electroosmosis: A Reliable Fluid Propulsion System for Flow Injection Analysis ", Anal. Chem. 66 (1994) 1792-1798). Here liquids are pumped by ions in the liquids through electrical fields in the desired directions are drawn while doing the rest Push the liquid along.

Elektrohydrodynamisches Pumpen wurde bereits beschrieben (Bart et al., "Microfabricated Electrohydrodynamic Pumps", Sensor and Actuators A29 (1990) 193-197; P. J. Zanzucchi et al., US 5,858,193). Die Pumpwirkung entsteht bei hohen elektrischen Felder durch Kräfte auf Ionen, die aufgrund der hohen Felder durch Dissoziation und elektrolytische Prozesse entstanden sind. Electrohydrodynamic pumping has already been described (Bart et al., "Microfabricated Electrohydrodynamic Pumps", Sensor and Actuators A29 (1990) 193-197; P. J. Zanzucchi et al., US 5,858,193). The pumping effect occurs at high electric fields caused by forces on ions of high fields through dissociation and electrolytic Processes have arisen.

ADVANTAGES OF THE INVENTION

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, daß die anziehende Kraft auf polare Moleküle (z.B. Wasser) in inhomogenen elektrischen Feldern ausgenutzt wird, um diese Moleküle zu beschleunigen. Es erfolgt dazu die Herstellung von Kanälen mit Elektroden, die entsprechende inhomogene Felder erzeugen.The idea on which the present invention is based exists in that the attractive force on polar molecules (e.g. water) in inhomogeneous electrical fields is going to accelerate these molecules. It takes place the manufacture of channels with electrodes, the corresponding generate inhomogeneous fields.

Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das entsprechende Herstellungsverfahren nach Anspruch 8 weisen den Vorteil auf, daß eine einfache und kostengünstige Herstellung einer Mikropumpe für polare Flüssigkeiten oder Gase möglich wird. Die Pumpe ist äußerst robust, da keinerlei bewegliche Teile verwendet werden.The micromechanical component according to the invention with the Features of claim 1 and the corresponding manufacturing process according to claim 8 have the advantage that a simple and inexpensive manufacture of a micropump for polar liquids or gases. The Pump is extremely robust because there are no moving parts be used.

Die Erzeugung ist durch viele Prozessvarianten möglich, und dadurch wird die Möglichkeit der Integration mit anderen mikromechanischen oder elektrischen Komponenten auf einem Chip geschaffen.The generation is possible through many process variants, and this makes the possibility of integration with others micromechanical or electrical components on one Chip created.

Die Pumpwirkung ergibt sich bereits bei kleinen Spannungen (wenige V), da durch die kleinen Radien (ca. 5 µm), die mit Mikromechanik herstellbar sind, sehr inhomogene elektrische Felder erzeugt werden können, die auch bei kleinen Spannungen eine ausreichende Kraftwirkung erzeugen. Insbesondere werden keine so hohen Spannungen (> 100 V) benötigt wie beispielsweise bei elektrohydrodynamischen Pumpen. The pumping effect already occurs at low voltages (a few V) because of the small radii (approx. 5 µm) with Micromechanics can be produced, very inhomogeneous electrical Fields can be generated even at low voltages generate sufficient force. In particular voltages as high (> 100 V) are not required as for example in electrohydrodynamic pumps.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Erfindungsgegenstandes.Advantageous further developments can be found in the subclaims and improvements of the respective subject of the invention.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die Strömungskanäle in einem gemeinsamen Ausgangsbereich zusammengeführt.According to a preferred development, the flow channels are merged in a common exit area.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Spitze einen geringen Radius im Bereich einiger Mikrometer auf. So lassen sich besonders inhomogene Felder erzeugen.According to a further preferred development, the Tip a small radius in the range of a few micrometers on. In this way, particularly inhomogeneous fields can be generated.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen die Innenwandungen der Strömungskanäle in dem gemeinsamen Ausgangsbereich eine Rundung auf. Hier ist ein homogener Feldverlauf gewünscht.According to a further preferred development, the Inner walls of the flow channels in the common exit area a round up. Here is a homogeneous field course desired.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind zwei Strömungskanäle aus dem gemeinsamen Eingangsbereich abgezweigt, wobei die Strömungskanäle in einem gemeinsamen Mittelbereich zusammengeführt sind, von dem Mittelbereich zwei weitere Strömungskanäle abgezweigt sind, und die weiteren zwei Strömungskanäle in einem gemeinsamen Ausgangsbereich zusammengeführt sind, der eine Verzweigung mit einer weiteren Spitze aufweist, an der sich die Innenwandungen der Strömungskanäle teilen.According to a further preferred development, there are two Flow channels branched off from the common entrance area, the flow channels in a common central region are merged, from the central area two more flow channels are branched off, and the others two flow channels in a common exit area are merged, one branch with another Has tip on which the inner walls of the Share flow channels.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der Mittelbereich beiderseits eine Verzweigung mit einer Rundung auf, an der sich die Innenwandungen der Strömungskanäle teilen.According to a further preferred development, the A branch with a curve on both sides of the central area on which the inner walls of the flow channels divide.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine dritte Elektrode zum Anlegen eines dritten elektrischen Potentials an die Innenwandungen der zwei weiteren Strömungskanäle vorgesehen.According to a further preferred development, a third electrode for applying a third electrical potential to the inner walls of the two further flow channels intended.

DRAWINGS

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erlautert.Embodiments of the invention are in the drawings shown and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:

Fig. 1a,b: eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Bauelements in Form einer Mikropumpe als erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und zwar Fig. 1a im Querschnitt und Fig. 1b eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung von Fig. 1a;
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Bauelements in Form einer Mikropumpe als zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3a-c: eine schematische Darstellung eines Herstellungs-verfahrens für ein mikromechanisches Bauelement in Form einer Mikropumpe als drittes Ausführungs-beispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4: eine Modifikation des Herstellungsverfahrens als viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5: eine weitere Modifikation des Herstellungsverfahrens als fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6: eine schematische Darstellung eines polaren H₂O-Moleküls; und
Fig. 7a,b: eine schematische Darstellung des polaren H₂O-Moleküls unter Einfluß eines elektrischen Feldes, und zwar Fig. 7a in einem ersten Zustand und Fig. 7b in einem zweiten Zustand.

Show it:

Fig. 1a, b: a schematic representation of a micromechanical component in the form of a micropump as the first exemplary embodiment of the present invention, specifically FIG. 1a in cross section and FIG. 1b an enlarged detail representation of FIG. 1a;
Fig. 2: a schematic representation of a micromechanical component in the form of a micropump as a second embodiment of the present invention;
3a-c: a schematic representation of a manufacturing method for a micromechanical component in the form of a micropump as a third embodiment of the present invention;
Fig. 4: a modification of the manufacturing method as a fourth embodiment of the present invention;
Fig. 5: a further modification of the manufacturing method as a fifth embodiment of the present invention;
Fig. 6: a schematic representation of a polar H ₂ O molecule; and
7a, b: is a schematic representation of the polar H ₂ O molecule under the influence of an electric field, namely Fig. 7a in a first state and Fig. 7b in a second state.

DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.In the figures, the same reference symbols designate the same or functionally identical components.

Fig. 1a,b zeigen eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Bauelements in Form einer Mikropumpe als erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und zwar Fig. 1a im Querschnitt und Fig. 1b eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung von Fig. 1a.1a, b show a schematic representation of a micromechanical Component in the form of a micropump first Embodiment of the present invention, and 1a in cross section and Fig. 1b an enlarged Detail view of Fig. 1a.

Der mit Bezug auf Fig. 7a,b beschriebene Effekt kann ausgenützt werden, um eine Mikropumpe für ein polares Medium bzw. Fluid herzustellen.The effect described with reference to FIGS. 7a, b can be exploited be a micropump for a polar medium or to produce fluid.

Das polare Medium strömt ausgehend von einer Verzweigung im Eingangsbereich 5 in die beiden Strömungskanäle 10, 10'. Durch Anlegen einer Spannung zwischen der Mittenelektrode 20, die mit den Innenwandungen der Strömungskanäle 10, 10' verbunden ist, und der Außenelektrode 30, die mit den Außenwandungen der Strömungskanäle 10, 10' verbunden ist, wird ein elektrisches Feld erzeugt. Bei dem mit "Spitze" bezeichneten Bereich P tritt aufgrund des sehr kleinen Krümmungsradius der Mittenelektrode 20 ein stark inhomogenes Feld IF auf (Fig. 1b). Bei den anderen Bereichen tritt ein näherungsweise homogenes Feld HF auf, da bei diesen Bereichen relativ große Krümmungsradien vorherrschen. Dieses stark inhomogene Feld IF führt dazu, dass die polaren Moleküle (wie z.B. Wasser) in Richtung "Spitze" P gezogen werden. Links und rechts der "Spitze" P befindet sich nach einem sehr kleinen Übergangsbereich der Bereich mit homogenen elektrischen Feld HF im jeweiligen Strömungskanal 10 bzw. 10'.The polar medium flows from a branch in the Entrance area 5 into the two flow channels 10, 10 '. By applying a voltage between the center electrode 20, which with the inner walls of the flow channels 10, 10 ' is connected, and the outer electrode 30, which with the outer walls the flow channels 10, 10 'is connected, an electric field is generated. The one with "top" designated area P occurs due to the very small Radius of curvature of the center electrode 20 is a very inhomogeneous Field IF on (Fig. 1b). In the other areas occurs an approximately homogeneous field HF, because in these areas there are relatively large radii of curvature. This highly inhomogeneous field IF causes the polar molecules (such as water) towards "tip" P. To the left and right of the "tip" P is after a very small transition area the area with homogeneous electrical field HF in the respective flow channel 10 or 10 '.

Polare Moleküle, die relativ nahe an der "Spitze" P sind, werden durch nachfolgende Moleküle, die noch weiter oberhalb der "Spitze" P sind, zur Seite gedrängt in den Bereich mit homogenen elektrischen Feld HF. Dadurch entsteht eine eindeutige Strömungsrichtung S bzw. Pumpwirkung. Da mittels Mikromechanik eine "Spitze" P mit sehr kleinem Radius hergestellt werden kann, ist das elektrische Feld im Bereich der "Spitze" P sehr inhomogen. Dadurch entsteht eine relativ große anziehende Kraft auf die polaren Moleküle.Polar molecules that are relatively close to the "tip" P are traced by subsequent molecules that are still above the "top" P are pushed aside into the area with homogeneous electrical field HF. This creates one clear flow direction S or pumping action. Because by means of Micromechanics made a "tip" P with a very small radius is the electric field in the area the "tip" P is very inhomogeneous. This creates a relative great attraction to the polar molecules.

Hingegen haben die Innenwandungen 7, 7' der Strömungskanäle 10, 10' in dem gemeinsamen Ausgangsbereich 6 eine Rundung R mit relativ homogenem Feldverlauf.In contrast, the inner walls 7, 7 'of the flow channels 10, 10 'in the common exit area 6 a rounding R with a relatively homogeneous field.

Selbstverständlich können mehrere der in Fig. 1a,b gezeigten Pumpen sequentiell oder parallel zusammengeschaltet werden, um eine höhere Pumpwirkung zu erreichen.Of course, several of those shown in Fig. 1a, b Pumps connected sequentially or in parallel in order to achieve a higher pumping effect.

Bei der in Fig. 1a,b gezeigten Ausführungsform könnte eine Rückströmung nicht gestoppt werden. Dies könnte mit einem (nicht gezeigten) Rückschlagventil verhindert werden.In the embodiment shown in FIGS. 1a, b, a Backflow cannot be stopped. This could be done with a Check valve (not shown) can be prevented.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Bauelements in Form einer Mikropumpe als zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.Fig. 2 shows a schematic representation of a micromechanical Component in the form of a micropump as the second Embodiment of the present invention.

Als weitere Möglichkeit bietet sich die Kombination zweier Mikropumpengeometrien an, wie in Fig. 2 gezeigt. Dazu ist die Struktur gemäß Fig. 1a,b praktisch am Auslaß gespiegelt. Another option is the combination of two Micropump geometries as shown in Fig. 2. Is to the structure of Fig. 1a, b practically mirrored at the outlet.

In Strömungsrichtung S1 verzweigt das Fluid an der "Spitze" P1 in die Strömungskanäle 10, 10' und tritt am Ausgang in den Strömungskanal 11, der die beiden Strukturen verbindet. Der Strömungskanal 11 weist beiderseits eine Verzweigung mit einer Rundung R bzw. R' auf, an der sich die Innenwandungen 7 bzw. 7' der Strömungskanäle 10, 10' bzw. 12, 12' teilen.The fluid branches at the "tip" in flow direction S1 P1 into the flow channels 10, 10 'and enters at the exit the flow channel 11, which connects the two structures. The flow channel 11 has a branch on both sides with a curve R or R 'on which the inner walls 7 or 7 'of the flow channels 10, 10' or 12, 12 ' divide.

Durch den Strömungskanal 11 strömt das Fluid zur Verzweigung mit einer runden Form (homogenes Feld) und läuft dann durch die Strömungskanäle 12, 12' über die "Spitze" P2 zum Ausgangsbereich 6.The fluid for branching flows through the flow channel 11 with a round shape (homogeneous field) and then runs through the flow channels 12, 12 'over the "tip" P2 to Exit area 6.

Durch den Unterschied der elektrischen Felder, die durch die beiden Mittenelektroden 20a, 20b erzeugt werden, kann bei diesem Beispiel eine Strömungsrichtung S1 bzw. S2 vorgegeben werden.Due to the difference in the electric fields caused by the two center electrodes 20a, 20b can be generated a flow direction S1 or S2 is specified in this example become.

Fig. 3a-c zeigen eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauelement in Form einer Mikropumpe als drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.3a-c show a schematic representation of a manufacturing process for a micromechanical component in Shape of a micropump as a third embodiment of the present invention.

Fig. 3a zeigt einen Zwischenzustand, wobei 70 ein Siliziumsubstrat, 60 eine isolierende Zwischenschicht (z.B. SiO₂), 50 eine mikromechanische Funktionsschicht (z.B. Polysilizium) und 40 eine Maske (z.B. Nitrid/Oxid oder Fotolack) bezeichnet. 3a shows an intermediate state, wherein 70 denotes a silicon substrate, 60 an insulating intermediate layer (eg SiO ₂ ), 50 a micromechanical functional layer (eg polysilicon) and 40 a mask (eg nitride / oxide or photoresist).

Der Zwischenzustand in Fig. 3a kann beispielsweise hergestellt werden durch Verwenden eines SOI-Substrats (Siliconon-Insulator) und Aufbringen und Strukturieren der Maske 40 oder durch Oxidation des Substrats 70, Abscheiden der Funktionsschicht 50 (z.B. dotiertes polykristallines Silizium) und Aufbringen und Strukturieren der Maske 40. Die Zwischenschicht 60 zwischen Substrat und Funktionsschicht ist notwendig zur Isolierung der Elektroden.The intermediate state in FIG. 3a can be established, for example are achieved by using an SOI substrate (silicone insulator) and applying and patterning the mask 40 or by oxidation of the substrate 70, deposition of the functional layer 50 (e.g. doped polycrystalline silicon) and application and structuring of the mask 40. The intermediate layer 60 between substrate and functional layer necessary to isolate the electrodes.

Fig. 3b zeigt den Zwischenzustand nach Ätzen der Strömungskanäle 80 (z.B. durch anisotropes Plasmaätzen), Entfernen der Maske 30 und Herstellen der Kontaktpads 90 für die Mittel- bzw. Außenelektroden. Wahlweise können die Kontaktpads 90 auch vor dem Aufbringen der Maske 30 hergestellt werden.3b shows the intermediate state after etching the flow channels 80 (e.g. by anisotropic plasma etching), removal the mask 30 and producing the contact pads 90 for the middle or external electrodes. Optionally, the contact pads 90 can also be produced before the mask 30 is applied.

Abschließend wird, wie in Fig. 3c gezeigt, ein bevorzugt vorstrukturiertes Decksubstrat 100 mit dem bisherigen Aufbau verbunden. Dies kann beispielsweise durch anodisches Bonden von Glas geschehen. Die Vorstrukturierung ist wünschenswert, damit zu den Kontaktpads 90 Zugangsöffnungen bestehen.Finally, as shown in Fig. 3c, one is preferred pre-structured cover substrate 100 with the previous structure connected. This can be done, for example, by anodizing Glass bonding is done. The pre-structuring is desirable thus 90 access openings to the contact pads consist.

Optional können im Substrat 70 oder im Decksubstrat 100 Öffnungen zu den Kanälen 80 hergestellt werden, um von der Unter- und/oder Oberseite der Struktur das zu pumpende Medium zuzuführen.Optionally, in substrate 70 or in cover substrate 100 Openings to the channels 80 to be made from the Bottom and / or top of the structure the medium to be pumped supply.

Fig. 4 zeigt eine Modifikation des Herstellungsverfahrens als viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 4 shows a modification of the manufacturing process as a fourth embodiment of the present invention.

Diese vierte Ausführungsform wird mittels Anodisieren hergestellt wird. Beim Anodisieren wird das Substrat 70', hier ein p-Wafersubstrat mit n⁺-Wannen 120, in eine Ätzlösung, die HF enthält, getaucht. Durch Anlegen einer Spannung an zwei Elektroden, zwischen denen sich das Substrat befindet, ätzen von einer Seite kleine Poren in das Substrat. Die Porengröße wird von den Anodisierbedingungen bestimmt (HF-Konzentration, Stromdichte, Dotierung des Substrats, etc.).This fourth embodiment is made by anodizing. When anodizing, the substrate 70 ', here a p-type wafer substrate with n ⁺ wells 120, is immersed in an etching solution which contains HF. By applying a voltage to two electrodes, between which the substrate is located, small pores are etched into the substrate from one side. The pore size is determined by the anodizing conditions (HF concentration, current density, doping of the substrate, etc.).

Durch die Maskierung des p-dotierten Substrats 70' mit den n⁺-dotierten Bereichen 120 können auf dem Substrat 70' lokal begrenzte, poröse Schichtbereiche 110 erzeugt werden. Durch einen Wechsel der Anodisierbedingungen (HF-Konzentration, Stromdichte, ...) kann unterhalb dieser porösen Schichtbereiche 110 das Silizium vollständig herausgelöst werden und somit ein jeweiliger Strömungskanal 80' erzeugt werden (Elektropolitur).By masking the p-doped substrate 70 'with the n ⁺ -doped regions 120, locally limited, porous layer regions 110 can be produced on the substrate 70'. By changing the anodizing conditions (HF concentration, current density, ...), the silicon can be completely detached below these porous layer regions 110 and thus a respective flow channel 80 'can be generated (electropolishing).

Durch eine anschließende kurze Oxidation oxidiert das poröse Silizium aufgrund seiner großen Oberfläche vollständig und wandelt sich in Siliziumoxid um. Bei geeigneter Wahl der Porosität der porösen Schichtbereiche 110 führt die Volumenausdehnung bei der Oxidation zu einem Verschließen der Poren. Optional kann noch eine Verschlussschicht aufgebracht werden.Subsequent brief oxidation oxidizes the porous Silicon completely due to its large surface area and converts to silicon oxide. With a suitable choice The volume expansion leads to the porosity of the porous layer regions 110 during oxidation to close the Pores. A sealing layer can optionally be applied become.

Wichtig ist, dass durch die Oxidation die beiden Elektroden 90 lateral elektrisch isoliert werden. Um zu verhindern, dass ein Stromfluss unterhalb des jeweiligen Kanals 80' von einer Elektrode 90 zur anderen Elektrode 90 fließt, können die unterschiedlichen Dotierungen ausgenutzt werden, um eine Diode in Sperrrichtung zu erzeugen.It is important that the two electrodes due to the oxidation 90 laterally electrically isolated. To prevent, that a current flow below the respective channel 80 'of one electrode 90 flows to the other electrode 90 the different dopings are used to make a Generate diode in reverse direction.

Fig. 5 zeigt eine weitere Modifikation des Herstellungsverfahrens als fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.5 shows a further modification of the manufacturing method as a fifth embodiment of the present Invention.

Durch einen weiteren Wechsel der Anodisierbedingungen kann unter dem jeweiligen Kanal 80' wiederum eine poröse Schicht 110' erzeugt werden. Nach der Oxidation erhält man einen Kanal 80' bzw. einen Hohlraum mit darüber- und darunterliegendem Oxid 110, 110', der die Elektroden 90 voneinander vollständig isoliert.By changing the anodizing conditions further a porous layer under the respective channel 80 ' 110 'can be generated. One gets one after the oxidation Channel 80 'or a cavity with above and below Oxide 110, 110 'of the electrodes 90 from each other completely isolated.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described above in terms of preferred embodiment has been described, it is not limited to this, but can be modified in a variety of ways.

In den obigen Beispielen ist das erfindungsgemäße Bauelement in einfachen Formen zur Erläuterung seiner Grundprinzipien erläutert worden. Kombinationen der Beispiele und wesentlich kompliziertere Ausgestaltungen unter Verwendung derselben Grundprinzipien sind selbstverständlich denkbar. In the above examples, the component according to the invention is in simple forms to explain its basic principles have been explained. Combinations of examples and much more complicated designs using the same basic principles are of course conceivable.

Es können auch beliebige mikromechanische Grundmaterialien verwendet werden, und nicht nur das exemplarisch angeführte Siliziumsubstrat.Any micromechanical basic materials can also be used be used, and not just the example Silicon substrate.

Auch durch eine Maskierung mit einer Nitridschicht können gewisse Bereiche des Substrats vor dem Ätzangriff geschützt werden.Also by masking with a nitride layer certain areas of the substrate are protected from the etching attack become.

Claims

Micromechanical component, in particular micropump for polar fluids, with:

a substrate (50, 60, 70; 70 ');

at least two flow channels (10, 10 '; 10, 10', 11, 12, 12 ';80;80') provided in the substrate (50, 60, 70; 70 ') which branch off from a common entrance area (5) are;

wherein the entrance area has a branching with a tip (P; P1, P2) on which the inner walls (7; 7 ') of the flow channels (10, 10'; 10, 10 ', 11, 12, 12';80; 80 ') share;
a first electrode (20; 20a, 20b) for applying a first electrical potential to the inner walls (7; 7 ') of the flow channels (10, 10'; 10, 10 ', 11, 12, 12';80; 80 ') ; and
a second electrode (10) for applying a second electrical potential to the outer walls (8; 8 ') of the flow channels (10, 10'; 10, 10 ', 11, 12, 12';80; 80 ').

Micromechanical component according to claim 1, characterized in that the flow channels (10, 10 '; 10, 10', 11, 12, 12 ';80;80') are brought together in a common output region (6).

Micromechanical component according to claim 1 or 2, characterized in that the tip (P; P1, P2) has a small radius in the range of a few micrometers.

Micromechanical component according to one of the preceding claims 2 or 3, characterized in that the inner walls (7; 7 ') of the flow channels (10, 10'; 10, 10 ', 11, 12, 12';80; 80 ') in the common exit area (6) have a curve (R; R, R ').

Micromechanical component according to Claim 1, characterized in that two flow channels (10, 10 ') are branched off from the common input area (5), the flow channels (10, 10') are brought together in a common central area (11) from the central area ( 11) two further flow channels (12, 12 ') are branched off, and the further two flow channels (12, 12') are brought together in a common exit area (6) which has a branching with a further tip (P; P1, P2) , on which the inner walls (7; 7 ') of the flow channels (12, 12') share.

Micromechanical component according to Claim 5, characterized in that the central region (11) has a branching on both sides with a curve (R, R ') on which the inner walls (7; 7') of the flow channels (10, 10 '; 10, 10 ', 11, 12, 12';80; 80 ') share.

Micromechanical component according to claim 5, characterized by a third electrode (20b) for applying a third electrical potential to the inner walls (7 ') of the two further flow channels (12, 12').

Method for producing a micromechanical component according to claim 1, characterized by the steps:

Providing a substrate (50, 60, 70) with a micromechanical functional layer (50) with an insulation layer (60) interposed on a wafer substrate (70);

Etching trenches (80; 80 ') in the micromechanical functional layer (50) to create the first electrode (20; 20a, 20b) and the second electrode (10) and the flow channels (10, 10'; 10, 10 ', 11 , 12, 12 ';80;80'); and

Closing the flow channels (10, 10 '; 10, 10', 11, 12, 12 ';80;80') from above.

A method according to claim 8, characterized in that to close the flow channels (10, 10 '; 10, 10', 11, 12, 12 ';80;80') from above another substrate (100) on the micromechanical functional layer (50 ) is bonded.

Providing a substrate (70 ');

Providing masking areas (120) for defining the position of the flow channels (80; 80 ');

anodic etching of the flow channels (80; 80 ');

Providing the first electrode (20; 20a, 20b) and the second electrode (10) in the masking areas (120); and

Closing the flow channels (80; 80 ') from above.

Method according to claim 10, characterized in that to close the flow channels (80; 80 ') a porous layer (110) above the flow channels (80; 80') is oxidized from above.

Method according to Claim 10 or 11, characterized in that the masking regions (120) are doping regions with a doping type opposite to the substrate (70 ').

Method according to Claim 10, 11 or 12, characterized in that porous regions (110; 110 ') are provided in the substrate (70') above and below the flow channels (80; 80 ').