JP2024518551A - 流体を制御または測定する装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、流体を制御または測定するための装置（１）に関する。この装置は、－ベース部（２）と、－流体を測定、制御または調整する微細加工部（３）と、－入口流路（４）であって、ベース部の流入口（３４）から微細加工部の流入口（５）まで延びている入口流路（4）と、－出口流路（６）であって、微細加工部の流出口（７）からベース部の流出口（３５）まで延びている、出口流路（６）と、を備える。ベース部（２）と微細加工部（３）とは、第１の主表面（９）と反対側の第２の主表面（１０）とを有する中間層（８）によって分離されており、中間層は、第１の主表面上では第１の取り付け手段（１１）を介してベース部に取り付けられており、第２の主表面上では第２の取り付け手段（１２）を介して微細加工部に取り付けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、流体を制御または測定するための装置に関し、以下を含む：
－ベース部分
－流体を測定、制御または調節するための微細加工部と
－入口流路であって、ベース部分の流入口から微細加工部の流入口まで延びる入口流路；および
－微細加工部の流出口からベース部の流出口まで延びる流出口流路。

流体を制御または測定するための装置は、工業および研究所で広く使用されており、小型化はこれらの用途の一般的な傾向である。小型化された装置も、「マクロ」デバイスと同様に広範囲の温度および圧力に耐え、漏れがなく、化学的劣化に耐性がなければならない。これらの装置は一般的に、装置を外界に接続するベース部分と、典型的にはセンサを含む微細加工部を有している。しかし、流体を制御または測定する現在の装置では、微細加工部のパッケージング、特にベース部への取り付けにさらなる改良が必要である。微細加工部は、圧力や温度による損傷を特に受けやすい。さらに、センサの性能に影響を与えないよう、センサチップの曲げや応力を最小限に抑える必要がある。

そのため、「マクロ部品」とセンサ（通常はシリコンのマイクロチップ）に使用される材料は、熱膨張係数（ＣＴＥ）が一致し、耐圧性がなければならない。従って、材料の選択肢が限られる。あるいは、熱膨張と圧力に対応することもできる。また、アセンブリはコンパクトであることが好ましい。より好ましくは、電気的接続と流体的接続は、流体の漏れが電気的接続を損傷するのを防ぐために分離されている。

ＵＳ２０１５／１７７１２２Ａ１には、使い捨てカートリッジに収容された微細加工チャンネル内で細胞を選別するように構成されたＭＥＭＳベースの細胞選別システムが開示されている。ＭＥＭＳベースの細胞選別システムは、印加された磁場に応答する微細加工された細胞選別バルブを含む。

ＵＳ２０１９／０１１９１０３Ａ１は、センサダイとセラミック基板を備えた圧力センサアセンブリを開示している。センサダイは、第１の側面と、第１の側面とは反対側の第２の側面とを有する。センサダイは、作動流体に曝されるように構成されたダイアフラムを有するシリコンチップを含む。センサダイは、作動流体の圧力を測定するように構成された、ダイアフラムに取り付けられた１つまたは複数の電気感知素子を含む。

ＵＳ２０２０／０３８６６４５Ａ１は、外部ソースからの流体と連通するように配置され、流体の圧力を決定するための膜を本体内に有するセンサ本体を含む圧力センサアセンブリを開示している。

ＥＰ ３ ７１９ ４５３Ａ１はさらに、気体物質の熱伝導率を計算する装置を開示している。この装置は、基板と、基板上に配置されたカバー部材であってカバー部材が気体物質のためのフロートンネルを構成するカバー部材と、基板上に配置されたフロー検知素子であってフロー検知素子がフロートンネル内で気体物質に曝されるフロー検知素子と、基板上に配置された圧力検知素子であって圧力検知素子がフロートンネル内で気体物質に曝される圧力検知素子と、を含む。

従って本発明の目的は、広範囲の温度および圧力に耐えることができ、そのような状況下で漏れがなく、化学的劣化に耐性があり、コンパクトであり、好ましくは電気的接続と流体的接続とを分離可能な、流体を制御または測定するための装置を提供することにある。

本発明は、流体を制御または測定する装置であって、以下を特徴とする装置を提供する。
－ベース部分と微細加工部とは、第１の主表面と、反対側の第２の主表面と、を有する中間層によって分離されている。中間層は、第１の主表面上では第１の取り付け手段を介してベース部分に取り付けられており、第２の主表面上では第２の取り付け手段を介して微細加工部に取り付けられている。

従って、第１の取り付け手段はベース部上に配置され、中間層はその上に配置される。第２の取り付け手段は中間層の上に配置され、微細加工部は第２の取り付け手段の上に配置される。取り付け手段および中間層は、媒体がベース部の入口から微細加工部の入口へ、および微細加工部の出口からベース部の出口へ通過することができるように構成されている。このように、中間層には中間層流入口と中間層流出口が設けられている。この中間層は、好ましくは比較的剛性が高く、すなわち微細加工部とほぼ等しい剛性を有する。中間層の主表面上の第１および第２の取り付け手段は、好ましくは接着層である。この中間層と第１および第２の取り付け手段との組合せにより、熱膨張および圧力効果が補償される。従って、第１および第２の取り付け手段は、熱膨張係数（ＣＴＥ）の差を吸収するのに十分な柔軟性を有し、高圧および圧力衝撃に耐えるのに十分な強度を有する。また、第１および第２の取り付け手段は、水素などのガスの拡散を最小限に抑えたり、水などの液体の吸収を制限したりするだけでなく、十分な漏れ防止性を備えている。第１および第２の取り付け手段は、センサチップのような微細加工部とベース部の材料とに合わせて選択される。取り付け手段は、中間層とは異なる材料で作られることが好ましい。取り付け層の材料は化学的耐性があることが好ましい。

上記の解決策により、既知の小型化装置よりも著しく高い中圧を達成することでき、さらに高温への曝露も可能となる。さらに、センサを構成する微細加工部の精度、再現性、および／または安定性を向上させることができる。本発明者らは、２０ｂａｒまでの中圧と、－１５～１０５℃の周囲温度で、熱流量センサチップを含むセットアップにおいて、上述の装置を試験することに成功し、装置全体として１２０℃の温度にも問題なく曝露された。このような広範囲の圧力および温度に耐えられる微細加工熱式流量センサを含む流量計は、他に知られたものがない。

圧力衝撃は、装置、特に微細加工部の動作に対するリスクを低減する方法で、取り付け手段と中間層によって吸収される。中間層のさらなる利点として、電気接続および電気部品をこの層に適用することができ、追加のプリント回路基板（ＰＣＢ）を取り付ける必要がなくなる。

中間層が存在することのもう１つの利点は、電気的接続と流体的接続とを分離できること、すなわち、微細加工部のベース部に面する表面での気体／液体接続と、当該部品のベース部に面していない表面での電気的接続と、を分離できる点にある。

M. Goetz、S. Messner、M. Ashauer、R. Zengerleによる刊行物「PRECISE DOSAGE SYSTEM FOR CONTROLLED LIQUID DELIVERY BASED ON FAST MEMS BASED FLOW SENSOR」（２００９年６月２１日～２５日に米国コロラド州デンバーで開催された「Transducers 2009」）は、予め定義された量の混合システムへの燃料供給を調整する燃料供給バルブを制御するためのコントローラを開示している。この刊行物では、リークタイトアタッチメント、特にＯリングを実現するためのさまざまな手段が利用されている。

ＥＰ ３１３９１５９ Ａ１は、グロップトップを使用することによりチップの機械的保護を促進し、センサをチャンバー上に配置する配置を有するマイクロ流体チップを開示している。

実施の形態は、装置に関するものであり、第１の取り付け手段および／または第２の取り付け手段は、第１の柔軟な取り付け層および／または第２の柔軟な取り付け層を含む。この点で、「柔軟」とは、弾性的に変形可能であること、すなわち、装置に固定されたときに本質的に「壊れにくい」ことを意味する。第１および第２の柔軟な取り付け層は、ベース部分、中間層および微細加工部の間の膨張係数（ＣＴＥ）の差を吸収する。硬化形態では、降伏強度は、ＣＴＥ差に起因するひずみを十分に上回ることが好ましい。ガラス転移温度Ｔ_ｇは装置の動作温度範囲外であるべきであり、接着力はＣＴＥ差や圧力衝撃による応力を吸収するのに十分強くなければならない。プライアント層の材料が液状で塗布される接着剤の場合、チキソトロピーおよび粘度は、接着剤が塗布後も所定の位置に留まり、硬化中であっても接着剤が入口流路と出口流路に入り込まないように、十分に高くなければならない。接着材料の第１および第２の柔軟な取り付け層の厚さは正確に定義され、予想される操作圧力と温度に依存する。第１および第２の柔軟な取り付け層は、当然ながら「漏れ防止」用途に適したものであるべきであり、デッドボリュームを減少させ、隅における望ましくない材料／汚染物質の蓄積を減少させるために、入口および出口流路の周囲のデッドスペースが最小になるように付着されなければならない。さらに、第１および第２の柔軟な取り付け層は、好ましくは耐腐食性であり、高い耐薬品性を有するべきである。

従って、別の実施の形態では、第１および／または第２の柔軟な取り付け層が、部品間のＣＴＥ、機械的応力または衝撃波の差を吸収するように構成されている、前述の装置に関する。

さらなる実施の形態では、前述の装置に関し、第１および／または第２の柔軟な取り付け層は、接着剤、ペースト、箔、ガム、ゲルおよび／または取り付け層接着剤を含む。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、第１および／または第２の柔軟な取り付け層は、第１および／または第２の柔軟な取り付け層の特性のさらなる調整を可能とするために、複数のサブ層を含む。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、第１の柔軟な取り付け層および／または第２の柔軟な取り付け層は、熱硬化性ポリマーを含む。ほとんどの用途では、熱可塑性ポリマーよりも熱硬化性ポリマーが好ましい。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、熱硬化性ポリマーは、エポキシなどの樹脂を含む。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、ベース部分および微細加工部は、異なるＣＴＥを有する材料を含む。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、第１および／または第２の柔軟な取り付け層は、それぞれ、ベース部と中間層との間、および中間層と微細加工部との間のＣＴＥ、機械的応力または衝撃波の差を吸収するように構成される。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、第１の柔軟な取り付け層および第２の柔軟な取り付け層は、ＣＴＥ差を適切に吸収するように構成された、規定された厚さを有する。当業者であれば、この定義された厚さは、動作中に層がさらされる動作圧力および温度、および例えば装置のすべての部品に使用される材料に依存することを知るであろう。厚さは、好ましくは、そのような柔軟な層のすべての部分で同じである。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、接着剤、ペーストまたは接着剤が、ホウケイ酸塩粒子のような所定の直径を有する球状粒子を含む。このような球状粒子は、有利には、規定された厚さを再確認することを可能にする。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、第１の柔軟な取り付け層および第２の柔軟な取り付け層は、同じ材料または同じ材料の組合せで作られている。これにより、製造がより容易になる。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、中間層の第２の主表面は、微細加工部の第１の主表面に取り付けられる。微細加工部は、反対側の第２の主表面を有する。微細加工部の第１の主表面は、流体接続を備え、電気接続を備えない。一方、微細加工部の第２の主表面は、電気接続を備え、流体接続を備えない。従って、流体接続は電気接続から分離され、微細加工部の動作信頼性が大幅に向上する。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、中間層が、セラミック、チタン、モリブデン、またはコバールなどのニッケルとコバルト、またはそれらの合金を含む。これにより、広い温度範囲にわたって２つの材料間の緊密な機械的接合が可能となる。セラミックを使用することで、中間層自体に電気的接続や部品を配置することができる。従って、電気的接続を行うための別個のＰＣＢが不要となる。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、セラミックが、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）またはガラスを含む、または酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）またはガラスを含む。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、中間層がプリント回路基板（ＰＣＢ）を含むか、またはプリント回路基板（ＰＣＢ）である。従って、前述したように、電気的接続を収容するために別個のPCBを採用する必要がなくなる可能性がある。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、中間層は、入口から出口へのバイパスを構成する。バイパスは、任意選択で層流要素（ＬＦＥ）を構成する。この層流要素は、ベース部のＬＦＥと置き換えて使用することができる。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、中間層は、ベース部の熱膨張係数と微細加工部の熱膨張係数との間の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、第２の取り付け手段は、第３の取り付け手段を介して他方の主面上の微細加工部に取り付けられた第２の中間層に面する。これにより、装置の所望の動作特性を得るために取り付け層を積み重ねることが可能となる。当業者は、さらに第３、第４などの中間層を追加することができる。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、微細加工部は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）チップである。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、ＭＥＭＳチップは、シリコンチップ、プラスチックチップまたはセラミックチップである。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、ＭＥＭＳチップは、センサ、ポンプ、またはバルブのうちの少なくとも１つを備える。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、ＭＥＭＳチップセンサは、流量センサ、圧力センサ、粘度測定装置、湿度センサ、ＣＯ_２センサ、温度センサ、誘電率または誘電率センサ、ガス組成センサ、またはマルチパラメータセンサのうちの少なくとも１つ、例えば少なくとも２つから構成される。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、流量センサは、熱流量センサ、デルタＰセンサ、またはコリオリ流量センサである。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、追加のセンサ（例えば、圧力センサ、温度センサまたは湿度センサなど）がベース部または中間層に取り付けられ、例えば圧力センサが例えばガラスに陽極酸化的に取り付けられ、それがベース部に取り付けられる。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、中間層の第１の主表面および／または第２の主表面、および／または中間層に面するベース部の表面および／または中間層に面する微細加工部の表面の表面粗さは、中間層の厚さの約１０％よりも低い。これにより、適切な接合が可能となり、所望の熱的および機械的特性が達成される。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、中間層の第１の主表面および／または第２の主表面および／または中間層に面するベース部の表面および／または中間層に面する微細加工部の表面が、第１の柔軟な取り付け層および／または第２の柔軟な取り付け層の厚さを規定するための１つまたは複数の突起を備える。球状粒子を使用するのと同様に、このことは、有利には、第１の柔軟な取り付け層および／または第２の柔軟な取り付け層の厚さを確認することを可能にする。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、ベース部および微細加工部が、異なるＣＴＥを有する材料で作られている。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、中間層に面していない微細加工部の主表面には、中間層に面していない微細加工部の主表面を保護するためのカバーが設けられている。この主表面を保護するためのカバーは、好ましくはシリコン製またはガラス製である。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、中間層のＣＴＥは、ベース部のＣＴＥと微細加工部のＣＴＥとの平均値程度である。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、中間層がプリント回路基板（ＰＣＢ）を含むかまたはプリント回路基板（ＰＣＢ）である場合、微細加工部とＰＣＢとの間の電気的接続がボンドワイヤによって行われる。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、微細加工部およびあらゆる電気接続部を取り囲む空間は、電気接続部が保護されるようにエポキシで充填される。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、中間層の方に向けられたベース部分の主表面は、流入口および／または流出口と、流入口および／または流出口を入口流路および／または出口流路と流体的に接続する流入口溝および／または流出口溝と、を備える。流入口溝および／または流出口溝は、中間層の第１の主表面、中間層の第１の主表面、および流入口溝および／または流出口溝によって区切られる。こうしてそれぞれ、溝入口流路および／または溝出口流路を形成する。所望の用途に応じて、内部容積を最小化することができ（流体の場合）、または圧力損失を最小化することができる（気体の場合）。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、異なる装置部品の適切な接合を可能にするために、キャリア層の第１の主表面および／または第２の主表面、および／または中間層に面するベース部の表面、および／または中間層に面する微細加工部の表面の表面粗さが０．０２ｍｍより小さい。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、第１および／または第２の柔軟な取り付け層の降伏強度は、ＣＴＥ差に起因する歪みよりも高い。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、第１および第２の柔軟な取り付け層のガラス転移温度Ｔ_ｇは、動作中の柔軟な取り付け層の材料特性の望ましくない変化を防止するために、装置が使用中に曝される温度範囲外にある。好ましくは、Ｔ_ｇは前記温度範囲から著しく外れる。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、装置は２０ｂａｒまでの耐圧性を有する。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、装置は、－１５～１０５℃の周囲温度で動作可能である。

ある実施の形態では、前記装置に関し、該装置は摂氏１２０℃の周囲温度に耐えることができる。

ある実施の形態では、前述の装置に関し、流体は微細加工部を通って流れる。

本発明の別の態様は、前述の装置を製造するための方法に関するものであり、以下のステップを含む。
Ａ１.第２の取り付け手段を、微細加工部の第１の主表面または中間層の第２の主表面に取り付けるステップ。
Ａ２.組み合わされた第２の取り付け手段と微細加工部とを中間層の第２の主表面に取り付けるステップ、または組み合わされた第２の取り付け手段と中間層とを微細加工部に取り付けるステップ。
Ｂ１.第１の取り付け手段を、中間層の第１の主表面またはベース部の表面に取り付けるステップ。
Ｂ２.組み合わされた第１の取り付け手段とベース部とを中間層の第１の主表面に、または組み合わされた第１の取り付け手段および中間層をベース部に取り付けるステップ。

ある実施の形態では、前述の方法に関し、ステップＡ１、Ａ２、Ｂ１およびＢ２がこの順序で実施される。代替的な実施の形態では、前述の方法に関し、ステップＡ１およびＡ２がステップＢ１およびＢ２の後に実施される。

ある実施の形態では、前述の方法に関し、接着剤が所定の直径を有する球状粒子からなり、中間層がプリント回路基板（ＰＣＢ）を含むかまたはプリント回路基板（ＰＣＢ）である場合に、以下のステップをさらに含む。
ｉ.中間層の第２の主表面のＰＣＢを受容する部分に接着剤を塗布するステップ。
ｉｉ.球状粒子を接着剤中に挿入するステップ。
ｉｉｉ.ＰＣＢを接着剤上に配置し、所定の力でＰＣＢを中間層に押し付けるステップ。
ｉｖ.加熱により接着剤を硬化させるステップ。

ある実施の形態では、前述の方法に関し、接着剤が所定の直径を有する球状粒子を含む場合、以下のステップをさらに含む。
ｖ.中間層の第２の主表面に、第２の柔軟層を形成する接着剤を塗布するステップ。
ｖｉ.球状粒子を接着剤中に挿入するステップ。
ｖｉｉ.接着剤上に微細加工部を配置し、微細加工部を中間層に対して所定の力で押し付けるステップ。
ｖｉｉｉ.加熱により接着剤を硬化させるステップ。

ある実施の形態では、前述の方法に関し、接着剤が所定の直径を有する球状粒子からなり、中間層がプリント回路基板（ＰＣＢ）を含むかまたはプリント回路基板（ＰＣＢ）である場合に、以下のステップを含む。
ｉｘ.ベース部上に第１の柔軟層を形成する接着剤を配置するステップ。
ｘ.球状粒子を接着剤中に挿入するステップ。
ｘｉ.中間層、微細加工部およびＰＣＢを接着剤上に配置し、中間層、微細加工部およびＰＣＢを所定の力でベース部に押し付けるステップ。
ｘｉｉ.加熱により接着剤を硬化させるステップ。

ある実施の形態では、前述の方法に関し、接着剤のチキソトロピーおよび／または粘度は、接着剤が入口流路および／または出口流路に流れ込むのを防止するのに十分である。

好ましくは、第１および／または第２の柔軟な取り付け層が接着剤を含む場合、接着剤は、一連の細長い接着剤ラインとして塗布される。そのような方法で、接着剤が硬化した後、接着剤がいずれの流路にも流入することなく、入口流路および出口流路の周囲のデッドスペースを最小にするように、入口流路および出口流路が漏れ密に取り囲まれる。

本発明を、以下の添付図面を参照しながら、例示的な実施の形態および詳細な説明によって説明する。
第１の例示的な実施の形態による流体を制御または測定するための装置の分解図である（好ましい例として、同時に使用されないバイパスの２つのオプションが示されている）。 第２の中間層および第３の取り付け手段を示すものであり、第２の例示的な実施の形態による流体を制御または測定するための装置の分解図である。

前述の通り、本出願人は、液体または気体などの流体を制御または測定するための装置１を作製した。この装置を、図１および図２を用いて説明する。この装置１は、ベース部２と、流体を測定、制御または調節するための微細加工部３と、を備える。微細加工部３は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）チップ２７としてもよい。ＭＥＭＳチップ２７は、シリコンチップ、プラスチックチップまたはセラミックチップであってもよい。ＭＥＭＳチップ２７は、センサ、ポンプ、またはバルブの少なくとも１つを構成してもよい。ＭＥＭＳチップ２７は、センサを構成する場合、流量センサ、圧力センサ、粘度測定装置、湿度センサ、ＣＯ_２センサ、温度センサ、誘電率センサまたは誘電率センサ、またはマルチパラメータセンサのうちの少なくとも１つを構成することができる。流量センサは、熱式流量センサ、デルタＰセンサ、コリオリ式流量センサなどであってもよい。ベース部２と微細加工部３は、異なるＣＴＥを有する材料で作られてもよい。ベース部２は、ガラス、スチール、プラスチックなどで作られてもよい。

ベース部２から微細加工部３の流入口５まで延びる入口流路４が設けられている。このように媒体は、中間層流入口３９を通過する。出口流路６も設けられており、微細加工部３の流出口７からベース部２まで延びている。このように媒体は、中間層流出口４０を通過する。ベース部２および微細加工部３は、第１の主表面９と反対側の第２の主表面１０を有する中間層８によって分離されている。中間層８は、第１の取り付け手段１１を介して第１の主表面９上でベース部２に取り付けられ、第２の取り付け手段１２を介して第２の主表面１０上で微細加工部３に取り付けられる。第１の取り付け手段１１および／または第２の取り付け手段１２は、第１の柔軟な取り付け層１３および／または第２の柔軟な取り付け層１４を含む。第１の柔軟な取り付け層１３および／または第２の柔軟な取り付け層１４は、好ましくは、部品２、３、８間の熱膨張係数（ＣＴＥ）、機械的応力または衝撃波の差を吸収するように構成される。第１の柔軟な取り付け層および／または第２の柔軟な取り付け層１４は、接着剤、ペースト、箔、ガム、ゲルおよび／または取り付け層接着剤１５から構成されてもよい。第１の柔軟な取り付け層１３および／または第２の柔軟な取り付け層１４は、さらに、複数の副層（図示せず）からなっていてもよい。好ましくは、第１の柔軟な取り付け層１３および／または第２の柔軟な取り付け層１４は、熱硬化性ポリマー、例えば樹脂、好ましくはエポキシを含む。第１の柔軟な取り付け層１３および第２の柔軟な取り付け層１４は、それぞれ、規定された厚さｔ１、ｔ２を有する。厚さｔ１、ｔ２を確保するために、接着剤、ペーストまたは取り付け層接着剤１５は、ホウケイ酸塩粒子のような所定の直径を有する球状粒子から構成されてもよい。第１の柔軟な取り付け層１３と第２の柔軟な取り付け層１４は、同じ材料で作られてもよい。好ましくは、第１の柔軟な取り付け層１３および第２の柔軟な取り付け層１４のために選択された材料は、微細加工部３の材料に適合または調整される。

好ましくは、中間層８の第２の主表面１０は、微細加工部３の第１の主表面１６に取り付けられる。微細加工部３は、第２の反対側の主表面１７を有する。好ましくは、微細加工部３の第１の主表面１６は、流体接続部１８を備え、電気接続部１９を備えない。好ましくは、微細加工部３の第２の主表面１７は、電気接続部１９を備え、流体接続部１８を備えない。

中間層８は、好ましくは、セラミック、チタン、モリブデンまたはニッケルとコバルトの合金を含む。セラミックは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）またはガラスで構成されてもよい。中間層８は、異方性材料またはメタマテリアルで構成されてもよい。好ましくは、中間層８は、ベース部２の熱膨張係数と微細加工部３の熱膨張係数との間の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。好ましくは、中間層８は、比較的高剛性／強固であり、変形を防止するために比較的高い曲げ剛性を有する。中間層８は、例えば１００ＧＰａ以上の剛性を有することができる。

中間層８は、別個のプリント回路基板（ＰＣＢ）２１を構成してもよいし、それ自体がＰＣＢ２０を形成してもよい。後者の場合、電気接続部１９は中間層８、特にセラミック中間層８上に直接配置することができ、別個のＰＣＢ２１を必要としない。

中間層８は、中間層流入口３９および中間層流出口４０を備え、中間層流入口３９から中間層流出口４０へ流体を輸送するための中間層バイパス２２を構成してもよい。これにより、微細加工部３に平行な流路が形成される。中間層バイパス２２は、層流要素２３で構成されてもよい。

代替的に、ベース部２は、ベース部の流入口３４からベース部の流出口３５へ流体を輸送するためのベース部バイパス３８を含んでいてもよい。ベース部バイパス３８は、層流要素２３で構成されてもよい。

図２に示すように、第２の取り付け手段１２は、第３の取り付け手段２５を介して反対側の主表面２６上の微細加工部３に取り付けられた第２の中間層２４に面していてもよい。

圧力センサ、温度センサまたは湿度センサなどの１つまたは複数の追加センサ２８を、ベース部２または中間層８に取り付けてもよい。両方のオプションが図２に示されている。

好ましくは、中間層８の第１の主表面９および／または第２の主表面１０、および／または中間層８に面するベース部２の表面２９および／または中間層８に面する微細加工部３の表面１６の表面粗さは、中間層８の厚さｔ３の約１０％よりも小さい。

中間層８の第１の主表面９および／または第２の主表面１０および／または中間層８に面するベース部２の表面２９および／または中間層８に面する微細加工部３の表面１６は、第１の柔軟な取り付け層１３および／または第２の柔軟な取り付け層１４の厚さｔ１、ｔ２を規定するために、スパイクまたは１つ以上の隆起またはその両方の組み合わせである１つ以上の突起３１を備えてもよい。

さらに、中間層８に面していない微細加工部３の主表面１７は、中間層８に面していない微細加工部３の前記表面１７を保護してもよい。あるいは、センサの環境を制御することができる、任意に真空を形成可能なカバー３０を備えてもよい。

中間層８に向けられたベース部２の主表面２９は、流入口３４および／または流出口３５と、流入口溝３２および／または流出口溝３３と、を備えてもよい。流入口溝３２および／または流出口溝３３は、流入口３４および／または流出口３５を、入口流路４および／または出口流路６に流体的に接続する。流入口溝３２および／または流出口溝３３は、中間層８の第１の主表面９によって区切られる。これにより、中間層８の第１の主表面９と、流入口溝３２および／または流出口溝３３と、は、溝入口３６および／または溝出口流路３７をそれぞれ形成する。こうして、所望の用途に応じて、内部容積を最小化することができ（流体の場合）、または圧力損失を最小化することができる（気体の場合）。

本発明の別の態様は、前述の装置１を製造するための方法に関するものであり、以下のステップを含む。
Ａ１.第２の取り付け手段１２を、微細加工部３の第１の主表面１６または中間層８の第２の主表面１０に取り付けるステップ。
Ａ２.組み合わされた第２の取り付け手段１２および微細加工部３を中間層８の第２の主表面１０に、または組み合わされた第２の取り付け手段１２および中間層８を微細加工部３に取り付けるステップ。
Ｂ１.第１の取り付け手段１１を、中間層８の第１の主表面９またはベース部２の表面２９に取り付けるステップ。
Ｂ２.組み合わされた第１の取り付け手段１１およびベース部２を中間層８の第１の主表面９に、または組み合わされた第１の取り付け手段１１および中間層８をベース部２に取り付けるステップ。

ステップＡ１、Ａ２、Ｂ１およびＢ２は、この順序で実施してもよい。あるいは、ステップＡ１およびＡ２は、ステップＢ１およびＢ２の後に実施してもよい。

好ましくは、本方法は以下のステップを含む。
ｉ.中間層８の第２の主表面１０に取り付け層接着剤１５を塗布するステップ。
ｉｉ.球状粒子を取り付け層接着剤１５に挿入するステップ。
ｉｉｉ.プリント基板２１を取り付け層接着剤１５上に配置し、プリント基板２１を中間層８に対して所定の力で押し付けるステップ。
ｉｖ.ホットプレートまたはオーブン上で取り付け層接着剤１５を硬化させるステップ。

より好ましくは、本方法は以下のステップを含む。
ｖ.中間層８の第２の主表面１０に取り付け層接着剤１５を塗布するステップ。
ｖｉ.球状粒子を取り付け層接着剤１５中に挿入するステップ。
ｖｉｉ.微細加工部３を取り付け層接着剤１５上に配置し、微細加工部３を中間層８に対して所定の力で押し付けるステップ。
ｖｉｉｉ.オーブン中で取り付け層接着剤１５を硬化させるステップ。

さらに好ましくは、本方法は以下のステップを含む。
ｉｘ.取り付け層接着剤１５をベース部２上に配置するステップ。
ｘ.球状粒子を取り付け層接着剤１５に挿入するステップ。
ｘｉ.中間層８、微細加工部３およびＰＣＢ２１を取り付け層接着剤１５上に配置し、中間層８、微細加工部３およびＰＣＢ２１を所定の力でベース部２に対して押し付けるステップ。ｘｉｉ.取り付け層接着剤１５をオーブンで硬化させるステップ。
ｘｉｉｉ.任意に、微細加工部３とＰＣＢ２１との間にワイヤボンド接続を行うステップ。

好ましくは、接着剤１５のチキソトロピーおよび／または粘度は、接着剤が、入口流路４および／または出口流路６および／または中間層流入口３９および／または中間層流出口４０に流入するのを防止するのに十分であるように選択される。さらに好ましくは、取り付け層接着剤１５は、アウトガスを防止し、接着剤粒子が破壊するのを防止し、取り付け層接着剤１５の溶解を防止するように構成される。好ましくは、第１の柔軟な取り付け層１３および／または第２の柔軟な取り付け層１４が取り付け層接着剤１５を含む場合、接着剤１５は、入口流路４、出口流路６、中間層流入口３９および中間層流出口４０が、取り付け層接着剤１５が硬化した後に、前記入口および流出口のデッドスペースを最小にするように囲まれるように、例えば「８」の字状の形状を形成する、一連の細長い接着剤部分として塗布される。

１・・流体を制御または測定する装置、
２・・ベース部、
３・・微細加工部、
４・・入口流路、
５・・微細加工部の流入口、
６・・出口流路、
７・・微細加工部の流出口、
８・・中間層、
９・・中間層の第１主表面、
１０・・中間層の第２主表面、
１１・・第１の取り付け手段、
１２・・第２の取り付け手段、
１３・・第１の柔軟な取り付け層、
１４・・第２の柔軟な取り付け層、
１５・・取り付け層接着剤、
１６・・微細加工部の第１主表面、
１７・・微細加工部の第２主表面、
１８・・流体接続部、
１９・・電気接続部、
２０・・中間層上のプリント基板（ＰＣＢ）、
２１・・別個のＰＣＢ、
２２・・中間層バイパス、
２３・・層流部品、
２４・・第２の中間層、
２５・・第３の取り付け手段、
２６・・第２の中間層主表面、
２７・・ＭＥＭＳチップ、
２８・・追加センサ、
２９・・ベース部上面、
３０・・微細加工部保護カバー、
３１・・突起、
３２・・流入口溝
３３・・流出口溝、
３４・・ベース部の流入口、
３５・・ベース部の流出口、
３６・・溝入口流路、
３７・・溝出口流路、
３８・・ベース部バイパス、
３９・・中間層流入口、
４０・・中間層流出口、
ｔ１・・第１の柔軟な取り付け層の厚さ、
ｔ２・・第２の柔軟な取り付け層の厚さ、
ｔ３・・中間層の厚さ。

Claims (25)

1. 流体を制御または測定するための装置（１）であって、
   －ベース部（２）と、
   －前記流体を測定、制御または調整する微細加工部（３）と、
   －入口流路（４）であって、前記ベース部の流入口（３４）から前記微細加工部の流入口（５）まで延びている入口流路（4）と、
   －出口流路（６）であって、前記微細加工部の流出口（７）から前記ベース部の流出口（３５）まで延びている出口流路（６）と、を備え、
   前記ベース部（２）と前記微細加工部（３）とは、第１の主表面（９）と反対側の第２の主表面（１０）とを有する中間層（８）によって分離されており、
   前記中間層は、前記第１の主表面上では第１の取り付け手段（１１）を介して前記ベース部に取り付けられており、第２の主表面上では第２の取り付け手段（１２）を介して前記微細加工部に取り付けられていることを特徴とする装置。
2. 前記第１の取り付け手段（１１）および／または前記第２の取り付け手段（１２）は、それぞれ、第１の柔軟な取り付け層（１３）および／または第２の柔軟な取り付け層（１４）を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の柔軟な取り付け層（１３）および／または前記第２の柔軟な取り付け層（１４）は、接着剤、ペースト、ホイル、ガム、ゲルおよび／または取り付け層接着剤（１５）を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記第１の柔軟な取り付け層（１３）および／または前記第２の柔軟な取り付け層（１４）は、熱硬化性ポリマーを含むことを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
5. 前記熱硬化性ポリマーは、エポキシなどの樹脂を含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記ベース部（２）と前記微細加工部（３）とは、異なるＣＴＥを有する材料で形成されることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の装置。
7. 前記第１の柔軟な取り付け層（１３）および／または前記第２の柔軟な取り付け層（１４）は、それぞれ、前記ベース部（２）と前記中間層（８）との間、および前記中間層（８）と前記微細加工部（３）との間のＣＴＥ、機械的応力または衝撃波の差を吸収するように構成されることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の装置。
8. 前記中間層（８）の第２の主表面（１０）は、前記微細加工部（３）の第１の主表面（１６）に取り付けられ、
   前記微細加工部は、反対側の第２の主表面（１７）を有し、
   前記微細加工部の第１の主表面は、流体接続部（１８）を備え、電気接続部（19）を備えず、
   前記微細加工部の第２の主表面は、電気接続部（１９）を備え、流体接続部（18）を備えないことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の装置。
9. 前記中間層（８）は、セラミック、チタン、モリブデン、またはニッケルとコバルトの合金を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の装置。
10. セラミックが、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）またはガラスを含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記中間層（８）は別個のプリント回路基板（ＰＣＢ）（２１）を含むか、または前記中間層（８）自体がプリント回路基板（ＰＣＢ）（２０）であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の装置。
12. 前記中間層（８）は、前記ベース部（２）の熱膨張係数（ＣＴＥ）と前記微細加工部（３）の熱膨張係数（ＣＴＥ）との間の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の装置。
13. 前記微細加工部（３）が、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）チップ（２７）であることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の装置。
14. 前記微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）チップ（２７）は、センサ、ポンプまたはバルブのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）チップ（２７）のセンサは、流量センサ、圧力センサ、粘度測定装置、湿度センサ、ＣＯ_２センサ、温度センサ、誘電率または比誘電率センサ、ガス組成センサまたはマルチパラメーターセンサの少なくとも１つ、例えば少なくとも２つを含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 流量センサが、熱式流量センサ、デルタＰセンサまたはコリオリ式流量センサであることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 前記中間層（８）の第１の主表面（９）および／または第２の主表面（１０）および／または前記中間層に面するベース部（２）の表面（２９）および／または中間層に面する微細加工部（３）の表面（１６）が、第１の柔軟な取り付け層（１３）および／または第２の柔軟な取り付け層（１４）の厚さ（ｔ１、ｔ２）を規定するための１つまたは複数の突起（３１）を備えることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の装置。
18. ２０バールまでの耐圧性を有することを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の装置。
19. ことを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載の装置。
20. －１５～１０５℃の周囲温度で作動可能であることを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載の装置。
21. １２０℃の周囲温度に耐えることを特徴とする請求項１から２０のいずれかに記載の装置。
22. 請求項１から２１のいずれかに記載の装置を製造する方法であって、
    Ａ１.前記第２の取り付け手段（１２）を、前記微細加工部（３）の第１の主表面（１６）または前記中間層（８）の第２の主表面（１０）に取り付けるステップと、
    Ａ２.組み合わされた第２の取り付け手段（１２）および微細加工部（３）を前記中間層（８）の第２の主表面（１０）に取り付けるか、または組み合わされた第２の取り付け手段（１２）および中間層（８）を前記微細加工部（３）に取り付けるステップと、
    Ｂ１.前記第１の取り付け手段（１１）を、前記中間層（８）の第１の主表面（９）または前記ベース部（２）の表面（２９）に取り付けるステップと、
    Ｂ２.組み合わされた第１の取り付け手段（１１）およびベース部（２）を前記中間層（８）の第１の主表面（９）に取り付けるか、または組み合わされた第１の取り付け手段（１１）および中間層（８）を前記ベース部（２）に取り付けるステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
23. ステップＡ１、Ａ２、Ｂ１およびＢ２がこの順序で実施されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. ステップＡ１およびＡ２がステップＢ１およびＢ２の後に実施されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
25. 取り付け層接着剤（１５）のチキソトロピー性および／または粘度は、接着剤が入口流路（４）および／または出口流路（６）に流入するのを防止するのに十分であることを特徴とする請求項２２から２４のいずれかに記載の方法。

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