具有電子構(gòu)件和彈簧元件的微流體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微流體裝置1、11、21、51、61、71、81、91，其包括電子構(gòu)件3、13、23、53、63、73、83、93和彈簧元件4、14、24、54、64、74、84、94，所述彈簧元件用于通過所述彈簧元件4、14、24、54、64、74、84、94的彈簧力將所述電子構(gòu)件3、13、23、53、63、73、83、93固定在所述微流體裝置1、11、21、51、61、71、81、91中或者上。
【專利說明】具有電子構(gòu)件和彈簧元件的微流體裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種按照獨立權(quán)利要求的類型的微流體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由DE102007046305A1已經(jīng)公開了一種集成有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件的微流體裝置。
[0003]此外由W02007/084392A2公開了一種將彈簧用在微流體裝置的閥中的用途。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]具有電子構(gòu)件和用于通過彈簧元件的彈簧力將電子構(gòu)件固定在微流體裝置中或者上的彈簧元件的微流體裝置相對于所述現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)勢，即作用于電子構(gòu)件的機械應(yīng)力是能夠控制的。因此，在沒有額外的外部支撐系統(tǒng)的情況下實現(xiàn)確切地并且持久地向電子構(gòu)件施力。此外，按照本發(fā)明的裝置使得當(dāng)電子構(gòu)件被集成到微流體裝置中時公差問題和定位問題得到補償。
[0005]通過從屬權(quán)利要求中列舉的措施能夠?qū)崿F(xiàn)獨立權(quán)利要求中說明的裝置的有利的改進方案和改善方案。
[0006]尤其有利的是，電子構(gòu)件具有傳感器激活區(qū)域(sensorischaktiverBereich),所述區(qū)域與微流體裝置中的通道流體接觸。由于用于固定電子構(gòu)件的彈簧元件，通過將具有傳感器激活區(qū)域的電子構(gòu)件擠壓到通道上形成流體密封。由此能夠避免使用粘合材料。電子構(gòu)件的傳感器激活區(qū)域使得能夠在通道中進行測量或者測量通道內(nèi)的內(nèi)容物。這種測量例如對于像Lab-on-a-Chip-Systeme (芯片實驗室系統(tǒng))一樣的微流體裝置是有利的。
[0007]有利的是，所述微流體裝置具有第一層和第二層。在此所述第一層布置在第二層的上面。第二層具有用于通道的入口。第一層具有帶有通往通道的開口的凹部。在此，電子構(gòu)件布置在該凹部中。彈簧元件由第一層構(gòu)造而成。借助這種層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了固有地并且持久地夾緊電子構(gòu)件。由此，電子構(gòu)件的高度方面和凹部的高度方面的制造公差得到均衡。借此也保證了在插入到凹部中的電子構(gòu)件的高度方面的正確校準(zhǔn)。此外，通過使用彈簧元件使得即使在層和電子構(gòu)件熱膨脹程度不同時加到電子構(gòu)件上的機械應(yīng)力也保持可控。此夕卜，自動地保護電子構(gòu)件的背側(cè)不被接觸。
[0008]此外有利的是，彈簧元件如此由第一層構(gòu)造而成，使得彈簧元件在背向第二層的表面上相對于第一層的包圍彈簧元件的表面向內(nèi)錯開。由此，當(dāng)彈簧元件發(fā)生偏移時避免超出第一層的包圍彈簧元件的表面。因此使得將其他層添加到第一層上變得容易。
[0009]此外有利的是，在第一層與第二層之間布置有彈性膜片。通過該膜片改善了電子構(gòu)件與電子構(gòu)件的傳感器激活區(qū)域外部的通道之間的密封。同樣有利的是，彈性膜片與電子構(gòu)件通過焊縫沿著通道的外邊界連接。通道的密封由此得以改善。
[0010]構(gòu)造為螺旋形或曲折形的彈簧元件具有下述有點，即能夠傳遞特別小的力。
[0011]此外有利的是，通道與第一層和電子構(gòu)件之間的過渡區(qū)沒有接觸，借此實現(xiàn)良好的密封性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0012]在附圖中示出本發(fā)明的實施例并且在下述說明中對其進行詳細(xì)闡述。其中:
[0013]圖1示出按照本發(fā)明的微流體裝置的第一實施方式的俯視圖，
[0014]圖2示出沿著剖切線A-A’穿過按照本發(fā)明的微流體裝置在圖1中所示的第一實施方式的橫截面圖，
[0015]圖3示出按照本發(fā)明的微流體裝置的第二實施方式的橫截面圖，
[0016]圖4示出按照本發(fā)明的微流體裝置的第三實施方式的橫截面圖，
[0017]圖5示出按照本發(fā)明的微流體裝置的第四實施方式的俯視圖，
[0018]圖6示出按照本發(fā)明的微流體裝置的第五實施方式的橫截面圖，
[0019]圖7示出按照本發(fā)明的微流體裝置的第六實施方式的俯視圖，
[0020]圖8示出按照本發(fā)明的微流體裝置的第七實施方式的俯視圖，
[0021]圖9示出按照本發(fā)明的微流體裝置的第八實施方式的俯視圖并且
[0022]圖10示出沿著剖切線B-B’穿過按照本發(fā)明的微流體裝置在圖9中所示的第八實施方式的橫截面圖。
【具體實施方式】
[0023]圖1示出按照本發(fā)明的微流體裝置的第一實施方式I的俯視示意圖。微流體裝置的第一實施方式I具有電子構(gòu)件3。該電子構(gòu)件3布置在第一層2的凹部中。彈簧元件4由第一層2構(gòu)造而成。
[0024]圖2示出沿著剖切線A-A’穿過在圖1中示出的第一實施方式I的橫截面示意圖。圖2借.此清楚地示出微流體裝置I的分層結(jié)構(gòu)。第一層2是布置在第二層7的上面。第一層2具有用于電子構(gòu)件3的凹部。第一層2如此構(gòu)造而成，使得彈簧元件4構(gòu)造在背向第二層7的側(cè)面上。因此，通過彈簧元件4將彈簧力沿第二層7的方向作用到電子構(gòu)件3上。第二層7具有用于通道5的入口。通道5在面向第一層2的表面上是敞開的。第一層2的凹部在面向第二層7的表面上同樣是敞開的，從而使得布置在第一層2的凹部中的電子構(gòu)件3覆蓋通道5。電子構(gòu)件3的傳感器激活區(qū)域6通過這種方式流體接觸通道5。
[0025]電子構(gòu)件3例如是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件具有微流體傳感器作為傳感器激活區(qū)域6、例如流量傳感器或者壓力傳感器。同樣也能夠考慮例如將具有微型芯片和傳感器激活區(qū)域6中的一個或者多個傳感器的集成電路作為電子構(gòu)件3，例如帶有電化學(xué)的或者電容的讀出單元。
[0026]層2、7例如能夠由具有一定彈性的聚合材料例如PC、COP、COC, PMMA形成。
[0027]按照本發(fā)明的微流體裝置的第一實施方式I在按照圖1的俯視圖中例如能夠具有大約IOmmxlOmm的尺寸、或者例如具有載物體75mmx25mm的典型尺寸。電子構(gòu)件3在按照圖1的俯視圖中作為尺寸范圍具有例如2mmx2mm到20mmx20mm的范圍。層2、7例如具有
0.2mm到2mm的高度。電子構(gòu)件3具有例如0.1mm到1.5mm的高度。這些高度在按照圖2的橫截面中豎直延伸。
[0028]彈簧元件4例如具有0.5_到5_的寬度，其中該寬度是指在圖1中垂直于剖切線A-A’的空間尺寸中的延展。彈簧元件具有彈簧臂，該彈簧臂例如具有5mm到12mm的長度。該長度是指在圖1中平行于剖切線A-α’的延展。該彈簧臂例如能夠偏移0.1mm到0.5mm。由此使得每個彈簧元件能夠施加例如0.1N到2N的力。
[0029]按照本發(fā)明的微流體裝置例如通過疊放各個元件、即層1、2和電子構(gòu)件3并且通過例如借助粘合或者激光透射焊接的接合制造而成。在制造過程中彈簧元件4通過電子構(gòu)件3偏移，從而在制造之后彈簧元件4的彈簧力作用于電子構(gòu)件3。
[0030]此外，電子構(gòu)件3的電接觸例如能夠通過一個或者多個加入到層1、2之一中的導(dǎo)體電路或者通過層中的凹部中或者孔中的額外的連接實現(xiàn)。
[0031]圖3示出按照本發(fā)明的微流體裝置的第二實施方式11的橫截面圖。第二實施方式11的結(jié)構(gòu)大部分與第一實施方式I的結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。也就是微流體裝置的第二實施方式11具有第一層12、第二層17、電子構(gòu)件13、彈簧元件14、通道15和傳感器激活區(qū)域16。這些兀件的布置、尺寸比例和材料與第一實施方式I中的相對應(yīng)。而第二實施方式11與第一實施方式I不同的是具有彈性膜片18。該彈性膜片18布置在第二層17與第一層12或者說電子構(gòu)件13之間。該彈性膜片18在通道15的區(qū)域中被打開，從而使得傳感器激活區(qū)域16與通道15繼續(xù)保持接觸。該彈性膜片18例如由熱塑性彈性體制成。通過彈性膜片18改善對通道的密封。
[0032]圖4示出微流體裝置的第三實施方式21的橫截面圖。對應(yīng)于前兩個實施方式，第三實施方式21也具有第一層22、第二層27、電子構(gòu)件23、彈簧元件24、通道25、傳感器激活區(qū)域26和彈性膜片28。這些元件的布置與微流體裝置的第二實施方式11相對應(yīng)。此外，第三實施方式21具有焊縫29，該焊縫沿著通道25延伸。焊縫29將膜片28與層22、27和電子構(gòu)件23連接在一起。由此也改善了按照該實施方式21的微流體裝置的流體密封性。作為可選方案，該流體密封性還能夠通過將彈性膜片28與層22、27和電子構(gòu)件23平面地焊接在一起得以進一步改善。
[0033]圖5示出按照本發(fā)明的微流體裝置的第四實施方式51的俯視圖。微流體裝置的第四實施方式51同樣具有第一層52、加入到第一層52的凹部中的電子構(gòu)件53和彈簧元件54。彈簧元件54具有兩個彈簧臂。所述具有兩個彈簧臂的彈簧元件54例如具有Imm到5mm的寬度、5mm到15mm的長度和0.1mm到0.8mm的厚度。彈簧臂的長度沿著彈簧元件的側(cè)邊界測定，其在圖5中通過寬的線寬示出。該寬度由這兩個側(cè)邊界之間的距離測定。
[0034]圖6示出穿過按照本發(fā)明的微流體裝置的第五實施方式61的橫截面圖。對應(yīng)于第一實施方式，第五實施方式61也具有第一層62、第二層67、布置在第一層62的凹部中的電子構(gòu)件63、彈簧元件64、被加入作為第二層67中的凹部的通道65和電子構(gòu)件63的傳感器激活區(qū)域66。微流體裝置的第五實施方式61與微流體裝置的第一實施方式I的區(qū)別在于，第一層62如此構(gòu)造而成，從而使得彈簧元件64在偏移時不會突出于背向第二層67的表面。圖6中的虛線68清楚地示出了包圍彈簧元件的表面。即使當(dāng)彈簧元件64發(fā)生強烈偏移時，彈簧元件64與虛線68之間的間距也不會被彈簧元件64超過。彈簧元件64在第一層62中的這種向內(nèi)錯開實現(xiàn)了還能夠?qū)⑵渌麑犹砑拥降谝粚?2上面。
[0035]圖7示出按照本發(fā)明的微流體裝置的第六實施方式71的俯視圖。在這里同樣示出，第六實施方式71具有第一層72、集成在該層中的電子構(gòu)件73和彈簧兀件74。彈簧兀件74具有螺旋形的形狀，也就是說，彈簧元件64由此具有彈簧臂，所述彈簧臂由于其長度能夠傳遞特別小的力。[0036]圖8示出按照本發(fā)明的微流體裝置的第七實施方式81的俯視圖。第七實施方式81也具有第一層82和電子構(gòu)件83。第七實施方式81此外還具有八個彈簧元件84。這些彈簧元件例如類似于之前的實施方式的彈簧元件那樣設(shè)計，但是尺寸較小，例如是第六實施方式71的彈簧元件74的尺寸的八分之一。通過多個彈簧元件84實現(xiàn)了力均勻地分布到電子構(gòu)件83的不同位置上。
[0037]在其他實施方式中能夠通過改變彈簧臂的厚度、長度和寬度來如此調(diào)適彈簧元件，使得彈簧力按照期望的目的均勻地又或者不均勻地分布到電子構(gòu)件上。同樣也能夠考慮具有多個彈簧元件的實施例。
[0038]按照本發(fā)明的微流體裝置的第八實施方式91在圖9中以俯視圖示出并且在圖10中沿著剖切線B-B’以橫截面圖示出。第八實施方式具有第一層92、帶有傳感器激活區(qū)域96的電子構(gòu)件93、彈簧兀件94、通道95和第二層97。第八實施方式91與其他實施方式的區(qū)別在于通道95和第三層99的布置。按照圖9通道95沿著剖切線B-B’延伸。通道95在第二層97中在電子構(gòu)件93的下面延伸。通道95的走向如此設(shè)計，即通道95僅與電子構(gòu)件93接觸而不與第一層92接觸。也就是說，通道95如此延伸，從而阻止通道95與第一層92和電子構(gòu)件93之間的過渡區(qū)或者與第一層92和其內(nèi)布置有電子構(gòu)件93的凹部之間的過渡區(qū)接觸。通道95與電子構(gòu)件93的接觸區(qū)域包括傳感器激活區(qū)域96的區(qū)域。第三層99在背向電子構(gòu)件93的側(cè)面覆蓋通道95。第三層99例如由粘合膜、聚合物或者聚合物層制成。
【權(quán)利要求】
1.微流體裝置(1、11、21、51、61、71、81、91)，具有電子構(gòu)件(3、13、23、53、63、73、83、93)，其特征在于彈簧元件(4、14、24、54、64、74、84、94)，所述彈簧元件用于通過所述彈簧元件(4、14、24、54、64、74、84、94)的彈簧力將所述電子構(gòu)件(3、13、23、53、63、73、83、93)固定在所述微流體裝置(1、11、21、51、61、71、81、91)中或者上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體裝置(1、11、21、51、61、71、81、91)，其特征在于，所述電子構(gòu)件(3、13、23、53、63、73、83、93)的傳感器激活區(qū)域(6、16、26、66、96)與所述微流體裝置(1、11、21、51、61、71、81、91)中的通道(5、15、25、65、95)流體接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微流體裝置(1、11、21、51、61、71、81、91)，其特征在于，所述微流體裝置(1、11、21、51、61、71、81、91)具有第一層(2、12、22、52、62、72、82、93)和第二層(7、17、27、67、97)，所述第一層(2、12、22、52、62、72、82、92)布置在所述第二層(7、17、27、67,97)的上面，所述第二層(7、17、27、67、97)具有用于所述通道(5、15、25、65、95)的入口，所述第一層(2、12、22、52、62、72、82、92)具有帶有通往所述通道(5、15、25、65、95)的開口的凹部，其中所述電子構(gòu)件(3、13、23、53、63、73、83、93)布置在所述凹部內(nèi)，并且所述彈簧元件(4、14、24、54、64、74、84、94)由所述第一層(2、12、22、52、62、72、82、92)構(gòu)造而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微流體裝置(61)，其特征在于，所述彈簧元件(64)由所述第一層(62)如此構(gòu)造而成，使得所述彈簧元件(64)在背向所述第二層(67)的表面上相對于所述第一層(62)的包圍所述彈簧元件(64)的表面向內(nèi)錯開。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的微流體裝置(11、21)，其特征在于，在所述第一層(12、22)與所述第二層(17、27)之間布置有彈性膜片(18、28)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微流體裝置(21)，其特征在于，所述彈性膜片(28)與所述電子構(gòu)件(23)通過焊縫(29)沿著所述通道的外邊界連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的微流體裝置(71)，其特征在于，所述彈簧元件(74)構(gòu)造為螺旋形或者曲折形。
8.根據(jù)權(quán)利要求3到6中任一項所述的微流體裝置(91)，其特征在于，所述通道(95)如此布置，從而阻止所述通道(95)與所述第一層(92)和所述電子構(gòu)件(93)之間的過渡區(qū)或者與所述第一層(92)和其中布置有所述電子構(gòu)件(93)的凹部之間的過渡區(qū)接觸。
【文檔編號】B81C3/00GK104024145SQ201280026806
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月30日
【發(fā)明者】T·布雷特施奈德, C·多雷爾 申請人:羅伯特·博世有限公司