減小尺寸且改善電性能的微型閥門制造技術(shù)

一種減小尺寸且改善電性能的微型閥門。一種板適合于微型閥門且包括可移動(dòng)構(gòu)件，構(gòu)造為在關(guān)閉位置和打開位置之間運(yùn)動(dòng)，在關(guān)閉位置，可移動(dòng)構(gòu)件防止流體通過微型閥門連通，在打開位置，可移動(dòng)構(gòu)件不防止流體通過微型閥門連通。可移動(dòng)構(gòu)件包括細(xì)長臂部分、通過中間脊柱連接到細(xì)長臂部分的多個(gè)致動(dòng)器肋、以及鉸鏈部分。致動(dòng)器肋具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一端和第二端，第一部分的第二端連接到中間脊柱，第二部分具有第一端和第二端，第二部分的第二端連接到中間脊柱。溝槽形成在板中。多個(gè)細(xì)長開口形成在板中且限定致動(dòng)器肋，每個(gè)細(xì)長開口具有縱向延伸側(cè)邊緣。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求于2014年8月25日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)No.62/041,471的權(quán)益，其內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
本專利技術(shù)總體上涉及用于控制流體通過流體電路流量的微型閥門。特別是，本專利技術(shù)涉及對(duì)這樣的微型閥門改善結(jié)構(gòu)以便于更加有效的電性能，以相對(duì)高的過電壓條件運(yùn)行，并且相對(duì)于傳統(tǒng)微型閥門具有較小的尺寸和重量，從而相對(duì)較小的尺寸和重量便于改進(jìn)可制造性。
技術(shù)介紹
總體而言，微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是這樣的系統(tǒng)，它不僅包括電氣和機(jī)械部件二者，而且還在物理上很小，典型地包括小尺寸的特征，通常在約十微米范圍內(nèi)或更小。詞語“微細(xì)加工”通常理解為涉及三維結(jié)構(gòu)和這樣微型機(jī)電系統(tǒng)裝置的運(yùn)動(dòng)部分的生產(chǎn)。過去，微型機(jī)電系統(tǒng)用于修正集成電路(例如，計(jì)算機(jī)芯片)制造技術(shù)(例如化學(xué)蝕刻)和材料(例如硅半導(dǎo)體材料)，其微細(xì)加工以提供這些非常小的機(jī)電部件。然而，最近其它的微細(xì)加工技術(shù)和材料已經(jīng)變得可利用。如這里所用，詞語“微加工裝置”是指包括以小尺寸為特征的裝置，其大小通常為約十微米或更小范圍內(nèi)，并且因此至少部分地通過微細(xì)加工形成。還如這里所用，詞語“微型閥門”是指包括以小尺寸為特征的閥門，其大小通常在約十微米或更小的范圍內(nèi)，并且因此也至少部分地通過微細(xì)加工形成。最后，如這里所用，詞語“微型閥門裝置”是指包括微型閥門的微加工裝置，但是還包括附加部件。應(yīng)注意，如果微型閥門之外的部件包括在微型閥門裝置中，則這些其它部件可為微加工部件或標(biāo)準(zhǔn)尺寸(即，較大)部件。類似地，微加工裝置可包括微加工部件和標(biāo)準(zhǔn)尺寸部件二者。在控制流體通過流體電路流量的技術(shù)中已知各種微型閥門結(jié)構(gòu)。一種已知的微型閥門結(jié)構(gòu)包括可移動(dòng)構(gòu)件，其支撐在閥體中提供的密閉內(nèi)腔內(nèi)用于在關(guān)閉位置和打開位置之間樞轉(zhuǎn)或其它運(yùn)動(dòng)。在位于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，可移動(dòng)構(gòu)件基本上阻擋了第一流體端口，否則與第二流體端口流體連通，因此防止流體在第一和第二流體端口之間流動(dòng)。在位于打開狀態(tài)時(shí)，可移動(dòng)構(gòu)件基本上不阻擋第一流體端口與第二流體端口流體連通，因此允許流體在第一和第二流體端口之間流動(dòng)。該傳統(tǒng)微型閥門的最終用戶可能要求微型閥門能在輸入電壓增加或者約20％過電壓時(shí)支持且維持運(yùn)行。另外，在傳統(tǒng)微型閥門組裝期間，必須當(dāng)心把可移動(dòng)構(gòu)件精確定位在閥體中提供的密閉內(nèi)腔內(nèi)以保證微型閥門的適當(dāng)功能。因此，希望提供能在相對(duì)高過電壓條件下運(yùn)行的用于微型閥門的結(jié)構(gòu)，且其中改善了可制造性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)總體上涉及用于控制流體通過流體電路流量的微型閥門。特別是，本專利技術(shù)涉及用于這樣微型閥門的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，其包括便于更加高效電性能的結(jié)構(gòu)，在相對(duì)高過電壓條件下運(yùn)行，并且其部件相對(duì)于傳統(tǒng)微型閥門具有小尺寸和重量以便于改善可制造性。在一個(gè)實(shí)施例中，一種板適合于用在微型閥門中且包括可移動(dòng)構(gòu)件，其構(gòu)造為在關(guān)閉位置和打開位置之間運(yùn)動(dòng)，其中在該關(guān)閉位置，可移動(dòng)構(gòu)件防止流體通過微型閥門連通，在該打開位置，可移動(dòng)構(gòu)件不防止流體通過微型閥門連通。可移動(dòng)構(gòu)件包括細(xì)長臂部分、通過中間脊柱連接到細(xì)長臂部分的多個(gè)致動(dòng)器肋以及鉸鏈部分。致動(dòng)器肋具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一端和第二端，第一部分的第二端連接到中間脊柱，第二部分具有第一端和第二端，第二部分的第二端連接到中間脊柱。溝槽形成在板中。多個(gè)細(xì)長開口形成在板中且限定致動(dòng)器肋，每個(gè)細(xì)長開口具有縱向延伸側(cè)邊緣。細(xì)長開口之一使第二部分肋中的每個(gè)肋與相鄰肋或板分隔。溝槽和細(xì)長開口之一的縱向延伸側(cè)邊緣使致動(dòng)器肋的第二部分與板分隔且限定電絕緣區(qū)域。結(jié)合附圖，通過下面的詳細(xì)描述本專利技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來講將變得明顯易懂。附圖說明圖1是具有蓋板、中板和基板的已知微型閥門的分解透視圖。圖2是圖1所示已知微型閥門組裝后的透視圖。圖3是圖1和2所示蓋板內(nèi)表面的平面圖。圖4是圖1和2所示中板的平面圖。圖5是圖1和2所示基板內(nèi)表面的平面圖。圖6是根據(jù)本專利技術(shù)的微型閥門的分解透視圖，示出了蓋板、中板和基板。圖7是圖6所示中板的平面圖。圖8是圖6所示基板內(nèi)表面的平面圖。圖9A是圖4所示已知中板的局部平面圖，示出了最大電流密度的位置。圖9B是圖6和7所示中板的局部平面圖，示出了最大電流密度的位置。具體實(shí)施方式現(xiàn)在，將參考本專利技術(shù)的特定實(shí)施例描述本專利技術(shù)。然而，本專利技術(shù)可以以不同的方式實(shí)施，而不應(yīng)解釋為限于這里闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例以使本公開透徹且完整，并且向本領(lǐng)域的技術(shù)人員全面轉(zhuǎn)達(dá)本專利技術(shù)的范圍。如本專利技術(shù)的說明書和所附的權(quán)利要求書中所用，詞語“非致動(dòng)”是指在施加電源前，即在微型閥門裝置致動(dòng)器致動(dòng)前，微型閥門裝置的穩(wěn)定狀態(tài)情形。現(xiàn)在參見附圖，圖1至5中示出了已知的、傳統(tǒng)的微型閥門1的基本結(jié)構(gòu)。所示的微型閥門1包括蓋板2、中板3和基板4。蓋板2具有外表面5和內(nèi)表面6。蓋板2還有貫通形成的一個(gè)或多個(gè)開口(在所示的實(shí)施例中示出了兩個(gè)開口2a和2b)，以本領(lǐng)域已知的方式允許一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電線(未示出)通過其間。中板3具有第一表面7和第二表面8。基板4具有內(nèi)表面9和外表面10。所示傳統(tǒng)微型閥門1的中板3具有約10.8mm的長度L1和約4.8mm的寬度W1。應(yīng)理解，蓋板2和基板4將典型地也與中板3制造成相同的長度和寬度。基板4還具有以已知技術(shù)的方式貫穿形成的一個(gè)或多個(gè)開口(在所示的實(shí)施例中示出了三個(gè)開口4a、4b和4c)，其允許流體流入和流出微型閥門1。在如圖2所示裝配微型閥門1時(shí)，蓋板2的內(nèi)表面6配合中板3的第一表面7的固定部分，并且基板4的內(nèi)表面9配合中板3的第二表面8的固定部分。蓋板2、中板3和基板4可以以任何所希望的方式保持在該方位上。例如，蓋板2和/或基板4的部分可連接到中板3，例如通過熔接、化學(xué)連接或物理連接(例如，機(jī)械扣件和/或粘合劑)。蓋板2、中板3和基板4可由任何所希望的材料或者材料組合組成。例如，蓋板2、中板3和基板4可由硅和/或類似的材料組成。在所示和所討論的實(shí)施例中，蓋板2和基板4是非導(dǎo)電的，而中板3是摻雜硅半導(dǎo)體材料，其在電流通過其間時(shí)加熱且膨脹。用于微型閥門1的蓋板2的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)詳細(xì)地示出在圖3中。如這里所示，蓋板2包括致動(dòng)器腔，總的表示成11，其提供在其內(nèi)表面6上。所示的致動(dòng)器腔11包括上致動(dòng)器臂腔體部分11a、中致動(dòng)器臂腔體部分11b、下致動(dòng)器臂腔體部分11c、致動(dòng)器肋臂腔體部分11d、致動(dòng)器脊腔體部分11e和致動(dòng)器鉸鏈腔體部分11f。上致動(dòng)器臂腔體部分11a具有設(shè)置在其中的一對(duì)凹陷區(qū)域12a和12b。所示的致動(dòng)器腔11還具本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種適合于微型閥門使用的板，該板包括：可移動(dòng)構(gòu)件，構(gòu)造為在關(guān)閉位置和打開位置之間運(yùn)動(dòng)，其中在該關(guān)閉位置，該可移動(dòng)構(gòu)件防止流體通過該微型閥門連通，在該打開位置，該可移動(dòng)構(gòu)件不防止流體通過該微型閥門連通，該可移動(dòng)構(gòu)件包括細(xì)長臂部分、通過中間脊柱連接到該細(xì)長臂部分的多個(gè)致動(dòng)器肋、以及鉸鏈部分，該致動(dòng)器肋具有第一部分和第二部分，該第一部分具有第一端和第二端，該第一部分的該第二端連接到該中間脊柱，該第二部分具有第一端和第二端，該第二部分的該第二端連接到該中間脊柱；溝槽，形成在該板中；以及多個(gè)細(xì)長開口，形成在該板中且限定該致動(dòng)器肋，每個(gè)細(xì)長開口具有縱向延伸側(cè)邊緣，該細(xì)長開口之一分隔肋的該第二部分中的每個(gè)肋與相鄰肋和該板之一；并且其中該溝槽和該細(xì)長開口之一的縱向延伸側(cè)邊緣分隔該致動(dòng)器肋的該第二部分與該板且限定電絕緣區(qū)域。

【技術(shù)特征摘要】
2014.08.25 US 62/041,4711.一種適合于微型閥門使用的板，該板包括：
可移動(dòng)構(gòu)件，構(gòu)造為在關(guān)閉位置和打開位置之間運(yùn)動(dòng)，其中在該關(guān)閉位置，該可移動(dòng)構(gòu)
件防止流體通過該微型閥門連通，在該打開位置，該可移動(dòng)構(gòu)件不防止流體通過該微型閥
門連通，該可移動(dòng)構(gòu)件包括細(xì)長臂部分、通過中間脊柱連接到該細(xì)長臂部分的多個(gè)致動(dòng)器
肋、以及鉸鏈部分，該致動(dòng)器肋具有第一部分和第二部分，該第一部分具有第一端和第二
端，該第一部分的該第二端連接到該中間脊柱，該第二部分具有第一端和第二端，該第二部
分的該第二端連接到該中間脊柱；
溝槽，形成在該板中；以及
多個(gè)細(xì)長開口，形成在該板中且限定該致動(dòng)器肋，每個(gè)細(xì)長開口具有縱向延伸側(cè)邊緣，
該細(xì)長開口之一分隔肋的該第二部分中的每個(gè)肋與相鄰肋和該板之一；并且
其中該溝槽和該細(xì)長開口之一的縱向延伸側(cè)邊緣分隔該致動(dòng)器肋的該第二部分與該
板且限定電絕緣區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板，其中該微型閥門還包括與該致動(dòng)器肋的該第一部分的該
第一端相鄰的第一連接焊盤，以及在該電絕緣區(qū)域內(nèi)的第二連接焊盤，該第一和第二連接
焊盤構(gòu)造為用于連接到電能源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板，其中該溝槽的第一部分在該致動(dòng)器肋的該第二部分的該
第一端從該細(xì)長開口延伸，并且平行于該板的邊緣，該溝槽的該第一部分還與該致動(dòng)器肋
的該第二部分的該第一端分隔一定的距離且限定該電絕緣區(qū)域的窄條。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的板，其中該第二連接焊盤設(shè)置在該電絕緣區(qū)域內(nèi)且在該窄條
之外。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的板，其中該窄條具有在約0.175mm至約0.5mm范圍內(nèi)的寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板，還包括樞轉(zhuǎn)錨定區(qū)域，限定在該中間脊柱和該溝槽的一部
分之間，該溝槽的一部分在該中間脊柱和該致動(dòng)器肋的該第二部分的該第一端的中點(diǎn)從該
細(xì)長開口之一的縱向延伸側(cè)邊緣向外延伸，該細(xì)長開口分隔該致動(dòng)器肋的該第二部分與該
板，該鉸鏈部分形成在該樞轉(zhuǎn)錨定區(qū)域內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的板，其中該溝槽在該中間脊柱和該致動(dòng)器肋的該第二部分的
該第一端的中點(diǎn)從該細(xì)長開口的縱向延伸側(cè)邊緣向外延伸的部分與該鉸鏈部分分隔約20μ
m至約250μm范圍內(nèi)的距離。
8.一種微型閥門，包括：
第一板，包括內(nèi)表面，該內(nèi)表面具有設(shè)置在其中的第一致動(dòng)器腔；
第二板，包括內(nèi)表面，該內(nèi)表面具有設(shè)置在其中的第二致動(dòng)器腔；
第三板，具有鄰接該第一板的該內(nèi)表面的第一表面和鄰接該第二板的該內(nèi)表面的第二
表面，該第三板包括可移動(dòng)構(gòu)件，其設(shè)置在該第一和第二致動(dòng)器腔體中用于在關(guān)閉位置和
打開位置之間運(yùn)動(dòng)，其中在該關(guān)閉位置該可移動(dòng)構(gòu)件防止流體通過該微型閥門連通，在該
打開位置該可移動(dòng)構(gòu)件不防止流體通過該微型閥門連通，該可移動(dòng)構(gòu)件包括細(xì)長臂部分、
通過中間脊柱連接到該細(xì)長臂部分的多個(gè)致動(dòng)器肋、以及鉸鏈部分，該致動(dòng)器肋具有第一
部分和第二部分，該第一部分具有第一端和第二端，該第一部分的該第二端連接到該中間
脊柱，該第二部分具有第一端和第二端，該第二部分的該第二端連接到該中間脊柱；
溝槽，形成在該第三板中；
多個(gè)細(xì)長開口，形成在該第三板中且限定致動(dòng)器肋，每個(gè)細(xì)長開口具有縱向延伸側(cè)邊
緣，該細(xì)長開口之一分隔肋的該第二部分中的每個(gè)肋與相鄰肋和該第三板之一；以及
樞轉(zhuǎn)錨定區(qū)域，限定在該中間脊柱和該溝槽的一部分之間，該溝槽的一部分在該中間
脊柱和該致動(dòng)器肋的該第二部分的該第一端的中點(diǎn)從該細(xì)長開口之一的縱向延伸側(cè)邊緣

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：P阿魯納薩拉姆，C楊，EN富勒，老喬A奧杰達(dá)，GK格利，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：盾安美斯泰克股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US