一種微閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種微閥，屬于半導(dǎo)體節(jié)流閥，解決了微閥實(shí)際控制流量與設(shè)計(jì)產(chǎn)生偏差及整體功耗較大的問(wèn)題，技術(shù)方案主要包括N型硅的第一硅片和第三硅片以及P型硅的第二硅片，第一硅片和第三硅片均設(shè)有外接電極，第一硅片或第三硅片設(shè)有流體入口，第一硅片或第三硅片設(shè)有流體出口，第二硅片包括第一固定部和第二固定部，第二固定部設(shè)有流體通道，流體通道中設(shè)有移動(dòng)件，第二硅片具有與移動(dòng)件連接的致動(dòng)件，第一固定部通過(guò)致動(dòng)件與第二固定部連接，第一固定部、第二固定部均與第一硅片和第三硅片連接形成PN結(jié)，第一固定部設(shè)有正電極，第二固定部設(shè)有負(fù)電極，第一硅片和第三硅片的外接電極的電位均高于正電極的電位，本發(fā)明用于流量調(diào)節(jié)。
【專利說(shuō)明】—種微閥

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于1213技術(shù)的主動(dòng)式微閥，可集成在硅晶圓上。

【背景技術(shù)】
[0002]1218 (微電子機(jī)械系統(tǒng))是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。1213技術(shù)制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、微機(jī)械光學(xué)器件、微流體器件等在航空航天、工業(yè)、消費(fèi)電子、汽車、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景，還被廣泛應(yīng)用于微流控芯片與生物學(xué)等領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中有一種三層娃片的娃微閥，該微閥米用基于單晶娃的熱執(zhí)行器來(lái)產(chǎn)生致動(dòng)。摻雜的半導(dǎo)體單晶硅，本身可實(shí)現(xiàn)可調(diào)制的導(dǎo)電。該微閥的熱執(zhí)行器是利用硅的熱膨脹效應(yīng)，使電流流過(guò)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)硅梁，從而產(chǎn)生并輸出微結(jié)構(gòu)的致動(dòng)位移。由于輸出位移決定了節(jié)流器件通徑的大小，微閥所控制的流量范圍與該致動(dòng)位移相關(guān)。
[0004]對(duì)于三層硅片連接的微閥結(jié)構(gòu)，硅與硅的直接鍵合具有非常理想的連接強(qiáng)度。如圖9所示，三層硅片中，第二層02位于第一層01與第三層03之間，其靜止部分與至少第一層、第三層之一固定連接，也就是說(shuō)，第二層的靜止部分與第一層、第三層直接相連，從而產(chǎn)生經(jīng)第二層靜止部分流經(jīng)第一層、第三層的通路。由此帶來(lái)的一個(gè)問(wèn)題是，第一層、第三層會(huì)對(duì)流經(jīng)第二層的電流形成分流。除了流經(jīng)第二層熱執(zhí)行器06的通路，存在由設(shè)置正電極04和負(fù)電極05的兩個(gè)固定連接區(qū)域(第二層靜止部分)流經(jīng)第一層與第三層的電流通路，使流經(jīng)熱執(zhí)行器的總電流產(chǎn)生分流。由于部分電流不流經(jīng)第二層的熱執(zhí)行器，而流經(jīng)第一層與第三層，至少會(huì)帶來(lái)兩個(gè)負(fù)面的效果:第一，流經(jīng)熱執(zhí)行器的電流減小，使熱執(zhí)行器的硅梁的熱膨脹降低，產(chǎn)生的致動(dòng)位移減小，微閥實(shí)際控制流量與設(shè)計(jì)產(chǎn)生偏差；其次，第一層和第三層消耗更多的電能量，產(chǎn)生不必要的發(fā)熱，影響整體功耗效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要達(dá)到的目的就是提供一種可提高工作穩(wěn)定性和降低整體功耗的微閥。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種微閥，包括由~型硅構(gòu)成的第一娃片和第三娃片以及由？型娃構(gòu)成的第二娃片，所述第二娃片位于第一娃片和第三娃片之間，所述第一硅片和第三硅片均設(shè)有外接電極，所述第一硅片或第三硅片設(shè)有流體入口，所述第一硅片或第三硅片設(shè)有流體出口，所述第二硅片包括相互分離的第一固定部和第二固定部，所述第二固定部設(shè)有連通流體入口和流體出口的流體通道，所述流體通道中設(shè)有可在流體通道中移動(dòng)用于改變流體入口流量的移動(dòng)件，所述第二硅片具有與移動(dòng)件連接用于使移動(dòng)件移動(dòng)的致動(dòng)件，所述致動(dòng)件固定于第二固定部，所述第一固定部與致動(dòng)件連接，所述第一固定部、第二固定部均與第一硅片和第三硅片連接形成？~結(jié)，所述第一固定部設(shè)有正電極，所述第二固定部設(shè)有負(fù)電極，所述第一硅片和第三硅片的外接電極的電位均高于正電極的電位。
[0007]進(jìn)一步的，所述致動(dòng)件包括連接梁、中軸和連接桿，所述連接梁對(duì)稱分布于中軸一端的兩側(cè)，位于中軸靠近第一固定部一側(cè)的連接梁與第一固定部連接，位于中軸靠近第二固定部一側(cè)的連接梁與第二固定部連接，所述連接桿的一端與中軸的另一端連接、另一端與移動(dòng)件連接，所述第二固定部設(shè)有容置中軸和連接桿的通槽，所述連接桿的中部設(shè)有與通槽的側(cè)壁連接的支撐端，所述致動(dòng)件、連接桿和移動(dòng)件形成杠桿結(jié)構(gòu)。
[0008]進(jìn)一步的，所述中軸與連接桿垂直，所述移動(dòng)件的移動(dòng)方向與連接桿垂直。
[0009]進(jìn)一步的，所述連接梁相對(duì)中軸傾斜，連接梁與中軸之間的銳角夾角位于連接梁遠(yuǎn)離連接桿的一側(cè)。
[0010]進(jìn)一步的，所述第一硅片面向第二硅片的表面對(duì)應(yīng)致動(dòng)件和移動(dòng)件設(shè)有第一內(nèi)凹槽，第三硅片面向第二硅片的表面對(duì)應(yīng)致動(dòng)件和移動(dòng)件設(shè)有第二內(nèi)凹槽，所述第一內(nèi)凹槽、通槽和第二內(nèi)凹槽形成容置致動(dòng)件和移動(dòng)件的空腔。
[0011]進(jìn)一步的，所述致動(dòng)件和移動(dòng)件的厚度小于第二硅片的厚度，并且致動(dòng)件和移動(dòng)件面向第一娃片的表面和面向第三娃片的表面均位于第二娃片面向第一娃片的表面和面向第三娃片的表面之間。
[0012]進(jìn)一步的，所述第一硅片的外接電極的電位高于正電極的電位，第一硅片的外接電極的電位與正電極的電位之間的電勢(shì)差低于第一固定部與第一硅片形成的PN結(jié)的反向擊穿電壓，所述第三硅片的外接電極的電位高于正電極的電位，第三硅片的外接電極的電位與正電極的電位之間的電勢(shì)差低于第一固定部與第三硅片形成的PN結(jié)的反向擊穿電壓。
[0013]進(jìn)一步的，所述正電極設(shè)于第一固定部面向第一硅片的表面，所述負(fù)電極設(shè)于第二固定部面向第一娃片的表面，所述第一娃片設(shè)有對(duì)應(yīng)正電極和負(fù)電極供正電極和負(fù)電極連接電源的電極通孔；
[0014]或者，所述正電極設(shè)于第一固定部面向第三硅片的表面，所述負(fù)電極設(shè)于第二固定部面向第三娃片的表面，第三娃片設(shè)有對(duì)應(yīng)正電極和負(fù)電極的電極通孔；
[0015]或者，所述正電極設(shè)于第一固定部面向第一娃片的表面，所述負(fù)電極設(shè)于第二固定部面向第三硅片的表面，所述第一硅片設(shè)有對(duì)應(yīng)正電極的電極通孔，所述第三硅片設(shè)有對(duì)應(yīng)負(fù)電極的電極通孔；
[0016]或者，所述正電極設(shè)于第一固定部面向第三硅片的表面，所述負(fù)電極設(shè)于第二固定部面向第一硅片的表面，所述第三硅片設(shè)有對(duì)應(yīng)正電極的電極通孔，所述第一硅片設(shè)有對(duì)應(yīng)負(fù)電極的電極通孔。
[0017]進(jìn)一步的，所述第一硅片設(shè)有流體入口和流體出口 ；或者，所述第三硅片設(shè)有流體入口和流體出口 ；或者，所述第一硅片設(shè)有流體入口，所述第三硅片設(shè)有流體出口 ；或者，所述第三硅片設(shè)有流體入口，所述第一硅片設(shè)有流體出口。
[0018]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):通過(guò)P型和N型硅片形成的PN結(jié)的特性，對(duì)第一娃片和第三娃片連接的電位高于第二娃片的正電極所連接的電位，使PN結(jié)處于反偏截止?fàn)顟B(tài)，第一固定部與第一硅片以及第一固定部與第三硅片之間幾乎不導(dǎo)通，所以電流幾乎不從第一硅片和第三硅片中流過(guò)，而是從致動(dòng)件流到第二固定部的負(fù)電極，這樣流經(jīng)致動(dòng)件的電流足夠大，使致動(dòng)件的熱膨脹程度得到保證，產(chǎn)生足夠的致動(dòng)位移使移動(dòng)件移動(dòng)，從而使微閥實(shí)際控制流量達(dá)到設(shè)計(jì)水平，提高了微閥工作的穩(wěn)定性，另外，由于第一硅片和第三硅片中幾乎沒(méi)有電流流過(guò)，消耗的電能量自然就少，不會(huì)產(chǎn)生不必要的發(fā)熱，降低了微閥的整體功耗。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0020]圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為圖1所示實(shí)施例中第二硅片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為圖1所示實(shí)施例三層硅片連接的示意圖；
[0023]圖4為圖3中A-A向剖視圖；
[0024]圖5為圖1所示實(shí)施例中各電極的電位連接情況示意圖；
[0025]圖6為圖1所示實(shí)施例在未實(shí)施PN結(jié)反偏截止時(shí)三層娃片中電流通路示意圖；
[0026]圖7為圖6的等效電路圖；
[0027]圖8為圖1所示實(shí)施例在PN結(jié)處于反偏截止后的等效電路圖；
[0028]圖9為現(xiàn)有的一種微閥示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]如圖1至4所不為本發(fā)明一種實(shí)施例，一種微閥,包括由N型娃構(gòu)成的第一娃片1、由N型娃構(gòu)成的第三娃片3以及由P型娃構(gòu)成的第二娃片2,第一娃片位于最上方，第二硅片位于第一硅片和第三硅片之間，這里將第二硅片與第一硅片接觸的表面稱之為上表面，第二硅片與第三硅片接觸的表面稱之為下表面，而第一硅片與第二硅片接觸的表面為下表面，第一娃片上與下表面相對(duì)的則為上表面，相應(yīng)的第三娃片與第二娃片接觸的表面為上表面，第三娃片上與上表面相對(duì)的表面則為下表面。第一娃片和第三娃片均設(shè)有外接電極63,外接電極一般設(shè)置在第一娃片和第三娃片不與第二娃片接觸的表面即可,如本實(shí)施例中的第一娃片的上表面和第三娃片的下表面，或者設(shè)在第一娃片的側(cè)面及第三娃片的側(cè)面。第一硅片設(shè)有流體入口 41和流體出口 42，流體入口 41和流體出口 42采用最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，即直接貫穿第一硅片的上、下表面設(shè)置，流體入口 41和流體出口 42的截面形狀可以是圓形、方形或其他多邊形或曲線邊的不常見(jiàn)的形狀等，這里采用方形。另外，流體入口和流體出口可以都設(shè)置在第三硅片上；或者，在第一硅片上設(shè)流體入口，第三硅片上設(shè)流體出口 ；或者，在第三硅片上設(shè)流體入口，第一硅片上設(shè)流體出口。不管流體入口和流體出口設(shè)置在第一硅片還是第三硅片，要求就是這兩者通過(guò)流體通道連通。
[0030]第二硅片包括相互分離的第一固定部21和第二固定部22，相互分離是指兩者之間不會(huì)直接導(dǎo)通，在實(shí)際生產(chǎn)中，整個(gè)第二硅片的結(jié)構(gòu)都是連成一體的結(jié)構(gòu)，具體是在第二硅片中挖出貫穿第二硅片上、下表面的貫通槽將第二硅片分成第一固定部和第二固定部，本實(shí)施例中第一固定部被第二固定部圍住并通過(guò)貫通槽分隔開(kāi)來(lái)不會(huì)直接電導(dǎo)通，第二固定部設(shè)有可連通流體入口和流體出口的流體通道43，流體通道中設(shè)有可在流體通道中移動(dòng)用于改變流體入口流量的移動(dòng)件52，流體通道43的形狀一般是直線型，不僅方便生產(chǎn)加工，而且也便于移動(dòng)件移動(dòng)，而移動(dòng)件的主要功能是節(jié)流，只要移動(dòng)件上有個(gè)表面對(duì)應(yīng)流體入口并隨著移動(dòng)件的移動(dòng)來(lái)改變流體入口的開(kāi)度，從而進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，所以形狀不需特定，可以相應(yīng)采用相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，便于加工，例如本實(shí)施例中的流體通道采用矩形槽、移動(dòng)件為長(zhǎng)方體狀，移動(dòng)件也可以是其他多面體，有一點(diǎn)要說(shuō)明，為了保證致動(dòng)效果，移動(dòng)件應(yīng)當(dāng)盡量不與第一硅片、第二硅片和第三硅片接觸，即電流不會(huì)從移動(dòng)件中流過(guò)。此外第二硅片具有與移動(dòng)件連接用于使移動(dòng)件移動(dòng)的致動(dòng)件51，致動(dòng)件固定于第二固定部，第一固定部與致動(dòng)件連接，這樣，第一固定部就能通過(guò)致動(dòng)件與第二固定部電導(dǎo)通，如圖2中箭頭所示。第一固定部、第二固定部均與第一硅片和第三硅片連接形成結(jié)，即第一固定部的上表面與第一娃片的下表面之間形成剛結(jié)，第一固定部的下表面與第三娃片的上表面之間形成結(jié)，第二固定部的上表面與第一硅片的下表面之間形成結(jié)，第二固定部的下表面與第三娃片的上表面之間形成結(jié)。第一固定部設(shè)有正電極61，第二固定部設(shè)有負(fù)電極62，第一娃片和第三娃片的外接電極的電位均高于正電極的電位，具體原理見(jiàn)后續(xù)描述。
[0031]致動(dòng)件包括連接梁511、中軸512和連接桿513，連接梁對(duì)稱分布于中軸一端的兩偵牝每一側(cè)設(shè)置三根且沿中軸的軸向平行分布，連接梁的數(shù)量并不作限定，可以根據(jù)需要改變。位于中軸靠近第一固定部一側(cè)的連接梁與第一固定部連接，位于中軸靠近第二固定部一側(cè)的連接梁與第二固定部連接，連接桿的一端與中軸的另一端連接、另一端與移動(dòng)件連接，第二固定部設(shè)有容置中軸和連接桿的通槽221，連接桿的中部設(shè)有與通槽的側(cè)壁連接的支撐端514，致動(dòng)件、連接桿和移動(dòng)件形成杠桿結(jié)構(gòu)，支撐端優(yōu)選是與中軸位于連接桿的同一側(cè)，這樣占用空間較小，支撐端一來(lái)是輔助支撐連接桿，防止移動(dòng)件向第一硅片或第三硅片方向移動(dòng)，二來(lái)是當(dāng)作杠桿結(jié)構(gòu)的支撐點(diǎn)，是將連接桿連接中軸的這一端的位移放大傳遞到連接桿連接移動(dòng)件的這一端，所以支撐端與中軸的距離要比支撐端到移動(dòng)件的距離短，支撐端與中軸的距離越短，杠桿結(jié)構(gòu)的放大效果越顯著。在制作工藝上，整個(gè)第二硅片是一個(gè)一體成型的部件，包括第一固定部、第二固定部、致動(dòng)件和移動(dòng)件都是一體成型的結(jié)構(gòu)。首先優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是中軸與連接桿垂直，移動(dòng)件的移動(dòng)方向與連接桿垂直，這樣致動(dòng)件產(chǎn)生的形變能最大化，可以更加可靠地傳遞給移動(dòng)件，使移動(dòng)件的反應(yīng)更加迅速、位移更加準(zhǔn)確。其次優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是連接梁相對(duì)中軸傾斜，連接梁與中軸之間的銳角夾角位于連接梁遠(yuǎn)離連接桿的一側(cè)，這樣在相同空間范圍內(nèi)，連接梁的長(zhǎng)度更長(zhǎng)，受熱形變產(chǎn)生的微小位移能夠得到擴(kuò)大化，使移動(dòng)件能夠迅速反應(yīng)，至于傾斜方向，則是根據(jù)移動(dòng)件相對(duì)流體通道的初始位置來(lái)決定的，結(jié)合圖2看，在本實(shí)施例中，移動(dòng)件的初始位置相對(duì)位于流體通道的下端，致動(dòng)件受熱形變后使中軸向下移動(dòng)，然后通過(guò)連接桿傳遞到移動(dòng)件使移動(dòng)件向上移動(dòng)。如果將連接梁與中軸之間的銳角夾角主設(shè)置在位于連接梁靠近連接桿的一側(cè)，那連接梁受熱形變后，中軸是向上移動(dòng)的，通過(guò)連接桿的作用，會(huì)使移動(dòng)件向下移動(dòng)，所以移動(dòng)件的初始位置需要設(shè)置在流體通道的上端，這樣的結(jié)構(gòu)也是可以的。
[0032]由制作工藝決定，一般整個(gè)第二硅片的厚度是一樣的，這個(gè)厚度是指第二硅片的上表面到下表面之間的尺寸，也就是說(shuō)致動(dòng)件和移動(dòng)件的厚度和第一固定部及第二固定部的厚度是相同的。所以為了避免致動(dòng)件、移動(dòng)件與第一硅片和第三硅片直接接觸導(dǎo)致電導(dǎo)通，米用如下第一種結(jié)構(gòu):在第一娃片面向第二娃片的表面對(duì)應(yīng)致動(dòng)件和移動(dòng)件設(shè)有第一內(nèi)凹槽11，第三硅片面向第二硅片的表面對(duì)應(yīng)致動(dòng)件和移動(dòng)件設(shè)有第二內(nèi)凹槽31，第一內(nèi)凹槽、通槽和第二內(nèi)凹槽形成容置致動(dòng)件和移動(dòng)件的空腔。當(dāng)然也可以采用第二種結(jié)構(gòu):將致動(dòng)件和移動(dòng)件的厚度設(shè)置成小于第二硅片的厚度，并且致動(dòng)件和移動(dòng)件面向第一硅片的表面和面向第三娃片的表面均位于第二娃片面向第一娃片的表面和面向第三娃片的表面之間，也就是致動(dòng)件和移動(dòng)件的上表面位于第一硅片的下表面下方，兩者之間具有間隙；致動(dòng)件和移動(dòng)件的下表面位于第三硅片的下表面下方，兩者之間同樣具有間隙，也能夠保證致動(dòng)件、移動(dòng)件不與第一硅片和第三硅片直接接觸。相對(duì)的，第一種結(jié)構(gòu)比第二種結(jié)構(gòu)更容易實(shí)現(xiàn)，加工成本相對(duì)較低，是優(yōu)選的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然了，上述兩種結(jié)構(gòu)同時(shí)實(shí)施，效果更好，只是加工工藝上難度增加了。
[0033]由于第一娃片和第三娃片將第二娃片夾在中間，所以在設(shè)置正電極和負(fù)電極的位置要設(shè)置相應(yīng)的結(jié)構(gòu)使正電極和負(fù)電極能夠連接到外接電源，本實(shí)施例中，正電極設(shè)于第一固定部面向第一娃片的表面，即上表面，負(fù)電極設(shè)于第二固定部面向第一娃片的表面，即上表面，相應(yīng)的，第一娃片設(shè)有對(duì)應(yīng)正電極和負(fù)電極供正電極和負(fù)電極連接電源的電極通孔64，電極通孔是采用最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式:貫穿第一硅片的上、下表面形成，截面形狀不限定，如方形或圓形或其他多邊形或曲線邊的不常見(jiàn)的形狀等，第一硅片不與正電極和負(fù)電極直接接觸，為了便于導(dǎo)線與正電極、負(fù)電極焊接，可以將電極通孔做大點(diǎn)，使正電極和負(fù)電極露出來(lái)。如果正電極設(shè)于第一固定部面向第三娃片的表面，即下表面，負(fù)電極設(shè)于第二固定部面向第三硅片的表面，即下表面，第三硅片設(shè)有對(duì)應(yīng)正電極和負(fù)電極的電極通孔；如果正電極設(shè)于第一固定部面向第一娃片的表面，即上表面，負(fù)電極設(shè)于第二固定部面向第三娃片的表面，即下表面，第一娃片設(shè)有對(duì)應(yīng)正電極的電極通孔，第三娃片設(shè)有對(duì)應(yīng)負(fù)電極的電極通孔；如果正電極設(shè)于第一固定部面向第三硅片的表面，即下表面，負(fù)電極設(shè)于第二固定部面向第一娃片的表面，即上表面，第三娃片設(shè)有對(duì)應(yīng)正電極的電極通孔，第一娃片設(shè)有對(duì)應(yīng)負(fù)電極的電極通孔。
[0034]如圖5所示，第一硅片的外接電極的電位V1++高于正電極的電位V+，第一硅片的外接電極的電位與正電極的電位之間的電勢(shì)差低于第一固定部與第一硅片形成的PN結(jié)的反向擊穿電壓，第三硅片的外接電極的電位V3++高于正電極的電位V+，第三硅片的外接電極的電位與正電極的電位之間的電勢(shì)差低于第一固定部與第三硅片形成的PN結(jié)的反向擊穿電壓。從圖6中可以看到，當(dāng)正電極和負(fù)電極都連接導(dǎo)線與外部電源電導(dǎo)通，總路電流為i，形成三條通路，第一條通路:正電極-第一固定部-第一硅片-第二固定部-負(fù)電極，流經(jīng)電流為il ;第二條通路:正電極-第一固定部-致動(dòng)件-第二固定部-負(fù)電極，流經(jīng)電流為i2 ;第三條通路:正電極-第一固定部-第三硅片-第二固定部-負(fù)電極，流經(jīng)電流為i3，i=il+i2+i3，等效電路圖見(jiàn)圖7，其中R1為第一硅片的等效電阻，R21為第一固定部的等效電阻，R22為致動(dòng)件的等效電阻，R23為第二固定部的等效電阻，R3為第三硅片的等效電阻。因此在相同的電壓的情況下，由于第一條通路和第三條通路的存在，流經(jīng)第一條的通路電流i2自然就少了，因此會(huì)產(chǎn)生【背景技術(shù)】中所提到的問(wèn)題，而增加了外接電極之后，在第一硅片的外接電極上接入V1++，在第三硅片的外接電極上接入V3++，V1++ > V+, V3++> V+，而PN結(jié)具有正向?qū)?、反偏截止的單向?qū)щ娞匦裕娏饔质菑母唠娢涣飨虻碗娢?，此時(shí)低電位接在P區(qū)，即第二硅片的第一固定部，高電位接在N區(qū)，即第一硅片和第三硅片，PN結(jié)處于反偏截止的狀態(tài)，電流基本上不能從高電位通過(guò)PN結(jié)流向低電位，等效電路圖如圖8所示，也就是說(shuō)il和i3很小，小到可以忽略不計(jì)，il ^ 0, ?3 ^ 0，因此接在正電極和負(fù)電極之間的電流幾乎都是從第二條通路中流過(guò)，即i2 ^ i，而根據(jù)焦耳定律Q=IXIXR，流經(jīng)致動(dòng)件的電流i2增大，致動(dòng)件的發(fā)熱量自然就增大，所以致動(dòng)件的熱膨脹程度得到保證，產(chǎn)生足夠的致動(dòng)位移使移動(dòng)件移動(dòng)，從而使微閥實(shí)際控制流量達(dá)到設(shè)計(jì)水平，提高了微閥工作的穩(wěn)定性，另外，由于第一硅片和第三硅片中幾乎沒(méi)有電流流過(guò)，消耗的電能量自然就少，不會(huì)產(chǎn)生不必要的發(fā)熱，降低了微閥的整體功耗。
[0035]除上述優(yōu)選實(shí)施例外，正電極設(shè)置在第二固定部，負(fù)電極設(shè)置在第一固定部也同樣可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，換句話說(shuō)，第一固定部和第二固定部的命名只是為了區(qū)別不同的結(jié)構(gòu)，第二娃片中大面積的部分也可以稱為第一固定部，位于第一固定部范圍內(nèi)的則稱為第二固定部。所以本發(fā)明還有其他等同的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明作出各種改變和變形，只要不脫離本發(fā)明的精神，均應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)中所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種微閥，其特征在于:包括由N型娃構(gòu)成的第一娃片(I)和第三娃片(3)以及由P型娃構(gòu)成的第二娃片(2),所述第二娃片位于第一娃片和第三娃片之間，所述第一娃片和第三娃片均設(shè)有外接電極(63),所述第一娃片或第三娃片設(shè)有流體入口(41),所述第一娃片或第三硅片設(shè)有流體出口(42)，所述第二硅片包括相互分離的第一固定部(21)和第二固定部(22)，所述第二固定部設(shè)有連通流體入口和流體出口的流體通道(43)，所述流體通道中設(shè)有可在流體通道中移動(dòng)用于改變流體入口流量的移動(dòng)件(52)，所述第二硅片具有與移動(dòng)件連接用于使移動(dòng)件移動(dòng)的致動(dòng)件(51)，所述致動(dòng)件固定于第二固定部，所述第一固定部與致動(dòng)件連接，所述第一固定部、第二固定部均與第一硅片和第三硅片連接形成PN結(jié)，所述第一固定部設(shè)有正電極(61)，所述第二固定部設(shè)有負(fù)電極(62)，所述第一硅片和第三硅片的外接電極的電位均高于正電極的電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微閥，其特征在于:所述致動(dòng)件包括連接梁(511)、中軸(512)和連接桿(513)，所述連接梁對(duì)稱分布于中軸一端的兩側(cè)，位于中軸靠近第一固定部一側(cè)的連接梁與第一固定部連接，位于中軸靠近第二固定部一側(cè)的連接梁與第二固定部連接，所述連接桿的一端與中軸的另一端連接、另一端與移動(dòng)件連接，所述第二固定部設(shè)有容置中軸和連接桿的通槽(221)，所述連接桿的中部設(shè)有與通槽的側(cè)壁連接的支撐端(514)，所述致動(dòng)件、連接桿和移動(dòng)件形成杠桿結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微閥，其特征在于:所述中軸與連接桿垂直，所述移動(dòng)件的移動(dòng)方向與連接桿垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微閥，其特征在于:所述連接梁相對(duì)中軸傾斜，連接梁與中軸之間的銳角夾角位于連接梁遠(yuǎn)離連接桿的一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微閥，其特征在于:所述第一硅片面向第二硅片的表面對(duì)應(yīng)致動(dòng)件和移動(dòng)件設(shè)有第一內(nèi)凹槽(11 )，第三硅片面向第二硅片的表面對(duì)應(yīng)致動(dòng)件和移動(dòng)件設(shè)有第二內(nèi)凹槽(31)，所述第一內(nèi)凹槽、通槽和第二內(nèi)凹槽形成容置致動(dòng)件和移動(dòng)件的空腔。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的微閥，其特征在于:所述致動(dòng)件和移動(dòng)件的厚度小于第二娃片的厚度，并且致動(dòng)件和移動(dòng)件面向第一娃片的表面和面向第三娃片的表面均位于第二娃片面向第一娃片的表面和面向第三娃片的表面之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的微閥，其特征在于:所述第一硅片的外接電極的電位高于正電極的電位，第一硅片的外接電極的電位與正電極的電位之間的電勢(shì)差低于第一固定部與第一娃片形成的PN結(jié)的反向擊穿電壓，所述第三娃片的外接電極的電位高于正電極的電位，第三硅片的外接電極的電位與正電極的電位之間的電勢(shì)差低于第一固定部與第三硅片形成的PN結(jié)的反向擊穿電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的微閥，其特征在于:所述正電極設(shè)于第一固定部面向第一娃片的表面，所述負(fù)電極設(shè)于第二固定部面向第一娃片的表面，所述第一娃片設(shè)有對(duì)應(yīng)正電極和負(fù)電極供正電極和負(fù)電極連接電源的電極通孔(64)； 或者，所述正電極設(shè)于第一固定部面向第三硅片的表面，所述負(fù)電極設(shè)于第二固定部面向第三娃片的表面，第三娃片設(shè)有對(duì)應(yīng)正電極和負(fù)電極的電極通孔； 或者，所述正電極設(shè)于第一固定部面向第一硅片的表面，所述負(fù)電極設(shè)于第二固定部面向第三硅片的表面，所述第一硅片設(shè)有對(duì)應(yīng)正電極的電極通孔，所述第三硅片設(shè)有對(duì)應(yīng)負(fù)電極的電極通孔； 或者，所述正電極設(shè)于第一固定部面向第三硅片的表面，所述負(fù)電極設(shè)于第二固定部面向第一娃片的表面，所述第三娃片設(shè)有對(duì)應(yīng)正電極的電極通孔，所述第一娃片設(shè)有對(duì)應(yīng)負(fù)電極的電極通孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的微閥，其特征在于:所述第一硅片設(shè)有流體入口和流體出口 ；或者，所述第三硅片設(shè)有流體入口和流體出口 ；或者，所述第一硅片設(shè)有流體入口，所述第三硅片設(shè)有流體出口；或者，所述第三硅片設(shè)有流體入口，所述第一硅片設(shè)有流體出口。
【文檔編號(hào)】F16K31/02GK104455629SQ201310420055
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】段飛, 鄧寧 申請(qǐng)人:浙江盾安人工環(huán)境股份有限公司