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用于监测并且调节流体流量的芯片器件及其制造方法

阅读：294发布：2021-03-21

专利汇可以提供用于监测并且调节流体流量的芯片器件及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了一种用于监测流体介质的器件及其制造方法。所述监测器件可被实现为单个单片单元，该单元在没有单独封装的情况下由特定类型的材料制成，并且具有基体元件，所述基体元件包括至少一个流体端口和至少一个空腔或流体流动路径，所述至少一个空腔或流体流动路径流体联接到所述至少一个流体端口，以能够与所述至少一个流体端口进行流体介质的流体交换。所述器件包括与所述空腔或流体流动路径关联的至少一个感测元件，所述感测元件被构造并且能操作成测量引入所述空腔或流体流动路径中的流体介质的至少一个性质或状况，并且生成表征该性质或状况的测量数据或信号。设置在所述器件的基体元件上并且电联接到所述至少一个感测元件的电触点用于与所述至少一个感测元件创建电连接。，下面是用于监测并且调节流体流量的芯片器件及其制造方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种至少用于监测流体介质的器件，所述器件包括：
基体元件，所述基体元件具有至少一个流体端口、至少一个空腔或流体流动路径以及流体联接到所述至少一个空腔或流体流动路径的至少一个开口，所述至少一个空腔或流体流动路径流体联接到所述至少一个流体端口，以能够与所述至少一个流体端口进行流体介质的交换，所述基体元件是由单种类型的材料制成的单片单元；
至少一个可变形元件，所述至少一个可变形元件形成在所述基体元件上，并且被构造成当所述流体介质被引入到所述至少一个空腔或流体流动路径中时与所述流体介质交互作用，所述至少一个开口由所述至少一个可变形元件的至少一个区域密封地覆盖；
至少一个感测元件，所述至少一个感测元件形成在覆盖所述至少一个开口的所述至少一个可变形元件的所述至少一个区域上，并且被构造并且能操作成测量所述流体介质的至少一个性质或状况并且生成表征该性质或状况的测量数据或信号；
电气元件，所述电气元件电联接到所述至少一个感测元件；以及
快速连接装置，所述快速连接装置被构造并且能操作成在与外部器件创建电连接和能密封的流体连通中的至少一种的同时将所述器件固定到所述外部器件。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述器件具有以下构造中的至少一种：
所述至少一个感测元件包括设置在所述至少一个可变形元件的至少一侧上的转换元件，所述转换元件包括图案化的导电线，所述导电线被构造成使所述导电线的长度最大并且能操作成响应于压力状况而生成所述测量数据或信号；
所述至少一个可变形元件包括联接至所述至少一个可变形元件的致动装置，所述致动装置被结构化并且布置成以可控的方式使所述至少一个可变形元件变形，从而调节通过所述至少一个空腔或流体流动路径的流体通行。
3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述至少一个可变形元件包括致动装置，所述致动装置被结构化并且布置成响应于用于调节通过所述至少一个空腔或流体流动路径的流体通行的外部机械、机电或电磁控制而使所述至少一个可变形元件变形。
4.根据权利要求1所述的器件，所述器件在所述流体流动路径的片段中包括收缩部，所述器件具有以下构造中的至少一种：
所述器件的所述至少一个可变形元件具有至少一个感测元件，所述至少一个感测元件设在所述至少一个可变形元件上、位于包括所述收缩部的所述片段中，所述至少一个可变形元件被构造并且能操作成响应于具有所述收缩部的所述片段内部的压力状况而弹性变形；
所述器件的所述至少一个可变形元件具有至少一个感测元件，所述至少一个感测元件设置在所述至少一个可变形元件上、位于所述流体流动路径的不包括所述收缩部的所述片段中；
所述器件的所述至少一个可变形元件联接至包括所述收缩部的所述片段，所述至少一个可变形元件包括联接至所述至少一个可变形元件的致动装置，所述致动装置被结构化并且布置成以可控的方式使所述至少一个可变形元件变形，从而调节通过所述收缩部的流体通行。
5.根据权利要求1所述的器件，所述器件具有以下构造中的至少一种：
至少一个转换元件设置在所述基体元件的表面区域上或者设置在所述至少一个可变形元件的表面区域上，不受所述至少一个可变形元件的变形影响；
所述转换元件被构造并且能操作成实现惠斯顿桥电路；
所述转换元件中的至少一个转换元件设置在所述基体元件的表面区域上或者设置在所述至少一个可变形元件的表面区域上，不受所述变形影响，用作温度传感器。
6.根据权利要求1所述的器件，其中，所述器件具有形成在所述基体元件上的分层结构，并且所述器件包括至少一个包封层，所述包封层被构造并且布置成能密封地在所述所述至少一个空腔或流体流动路径上方形成所述至少一个可变形元件，从而使得所述至少一个可变形元件在流体介质被引入所述至少一个空腔或流体流动路径中时能够与所述流体介质交互作用。
7.根据权利要求6所述的器件，所述器件包括以下层中的至少一者：
流体路径层，所述流体路径层被构造并且布置成能密封地连接到所述基体元件并且形成所述至少一个空腔或流体流动路径；以及
 中间层，所述中间层设置在所述流动路径层和所述包封层之间并且包括至少一个槽，各槽与所述包封层的可变形元件对准并且被构造成从所述流体路径层的所述至少一个空腔或流体流动路径接收流体介质。
8.根据权利要求1所述的器件，其中，所述器件具有形成在所述基体元件上的分层结构，并且所述基体元件被构造并且布置成形成所述至少一个可变形元件，并且其中，所述器件包括：
过渡层，所述过渡层具有至少一个流体通道和至少一个槽，所述至少一个流体通道与所述基体元件的相应流体端口关联，所述至少一个槽与所述基体元件的可变形元件关联，所述过渡层被构造并且布置成能密封地连接到所述基体元件并且将所述至少一个流体通道与相应流体端口流体连通；以及
包封层，所述包封层具有所述至少一个空腔或流体流动路径，被构造并且布置成：能密封地连接到所述过渡层并且使所述至少一个空腔或流体流动路径和所述过渡层的所述至少一个流体通道之间流体连通，从而使得流体介质能够从所述基体元件中的所述至少一个流体端口、经由所述过渡层中的相应流体通道进入所述至少一个空腔或流体流动路径；并且将所述至少一个空腔或流体流动路径与所述至少一个槽对准，从而使各可变形元件能够与借助相应空腔或流体流动路径引入相应槽中的流体介质交互作用。
9.根据权利要求8所述的器件，所述器件包括以下构造中的至少一种：
所述包封层包括至少一个流体流动路径，所述流体流动路径具有收缩部，并且其中，所述过渡层的至少一个槽与所述收缩部流体连通，以使与所述至少一个槽相应的所述可变形元件能够与引入所述至少一个槽中的流体介质交互作用，并且至少另一个槽与所述至少一个流体流动路径的未收缩片段流体连通，以使与所述至少另一个槽相应的所述可变形元件能够与引入所述至少另一个槽中的流体介质交互作用；
所述基体元件包括流体通道，所述流体通道被构造并且布置成连通在所述至少一个流体流动路径的收缩区域和未收缩区域之间连通，所述流体通道包括可变形元件，所述可变形元件被构造并且能操作成响应于所述流体流动路径的所述收缩区域和所述未收缩区域之间的压力差而弹性变形；
所述包封层包括至少一个能弹性变形的元件，所述至少一个能弹性变形的元件具有流量调节元件，所述流量调节元件被构造并且能操作成接合所述过渡层的流体通道，从而改变贯穿所述过渡层的所述流体通道的流体通行；以及
所述包封层包括至少一个转换元件。
10.根据权利要求1所述的器件，所述器件包括至少一个电路，所述电路被构造并且能操作成执行以下中的至少一种：
将由所述至少一个感测元件生成的所述测量数据经由所述一个或多个电气元件或者无线地传送到外部器件；
从外部器件经由所述一个或多个电气元件或者无线地接收控制信号；
处理由所述至少一个感测元件生成的所述测量数据；
生成用于调节所述流体介质的流量的控制信号。
11.根据权利要求1所述的器件，所述器件被构造并且能操作成安装在PCB上，同时所述PCB与所述器件的所述电气元件中的至少一些创建电接触，并且其中，所述PCB包括空腔，并且其中，所述器件的所述可变形元件中的至少一个适于朝向或背离所述PCB的所述空腔变形。
12.根据权利要求1所述的器件，其中，所述感测元件包括两个或更多个电极，所述两个或更多个电极被图案化在所述至少一个空腔或流体流动路径内，所述两个或更多个电极被构造并且能操成执行以下中的至少一种：
测量被引入到所述至少一个空腔或流体流动路径内的流体介质的电导率；以及在所述至少一个空腔或流体流动路径填充有所述流体介质时，凭借第一对分隔开的电极使预定电流流过所述至少一个空腔或流体流动路径，并在凭借第二对分隔开的电极测量由所述预定电流感生的电压。
13.一种流体递送系统，所述流体递送系统包括：
至少一个流量控制器件，该流量控制器件包括：
基体元件，所述基体元件具有至少一个流体端口和至少一个空腔或流体流动路径，所述至少一个空腔或流体流动路径流体联接到所述至少一个流体端口，以能够与所述至少一个流体端口进行流体介质的交换；
至少一个感测元件，所述至少一个感测元件与所述至少一个空腔或流体流动路径关联，并且被构造并且能操作成测量引入所述至少一个空腔或流体流动路径中的流体介质的至少一个性质或状况并且生成表征该性质或状况的测量数据或信号；
电气元件，所述电气元件电联接到所述至少一个感测元件；以及
快速连接装置，所述快速连接装置被构造并且能操作成在与外部器件创建电连接和能密封的流体连通中的至少一种的同时将所述器件固定到所述外部器件，
所述器件被构造成用于执行以下中的一种：
将由所述至少一个感测元件生成的所述测量数据经由所述一个或多个电气元件或者无线地传送到外部器件；
从外部器件经由所述一个或多个电气元件或者无线地接收控制信号；以及通过由所述外部器件以机械的方式、以机电的方式或者以电磁的方式控制的致动装置，调节通过所述至少一个空腔或流体流动路径的流体流量。
14.一种构造流量控制器件的方法，该方法包括：
用预定单种类型的材料构造基体结构，所述基体结构包括至少一个流体端口和至少一个空腔或流体流动路径，所述至少一个空腔或流体流动路径与所述至少一个流体端口流体连通，以能够与所述至少一个流体端口交换流体介质；
构造快速连接装置，所述快速连接装置被构造并且能操作成在与外部器件创建电连接和能密封的流体连通中的至少一种的同时将所述器件固定到所述外部器件；
构造至少一个感测元件，所述至少一个感测元件与所述器件的至少一个空腔或流体流动路径关联，被构造并且能操作成测量引入所述至少一个空腔或流体流动路径中的流体介质的至少一个性质或状况并且生成表征该性质或状况的测量数据或信号；以及在所述器件上形成用于提供与所述至少一个感测元件的电连接的导电图案。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，构造所述基体结构包括以下步骤中的至少一个：
形成至少一个可变形元件，所述至少一个可变形元件与所述空腔或流体流动路径关联，所述至少一个可变形元件被构造并且布置成响应于所述空腔或流体流动路径内的压力状况而弹性变形，其中，所述至少一个感测元件至少部分被构造在所述可变形元件上；以及在所述至少一个空腔或流体流动路径中形成收缩部并且形成与包括所述收缩部的片段联接的至少一个可变形元件，并且将与所述收缩部关联的所述至少一个可变形元件联接至感测元件，所述感测元件被构造并且能操作成测量所述收缩部中的流体压力状况，或者将与所述收缩部关联的所述至少一个可变形元件联接至被构造并且能操作成改变通过所述收缩部的流体通行的致动器。
16.根据权利要求15所述的方法，所述方法包括：
构建包封层，所述包封层被构造并且布置成形成至少一个能弹性变形的元件；
在所述包封层上应用所述导电图案；
将所述至少一个感测元件联接至至少一个可变形元件；并且
将所述包封层能密封地附接至所述基体结构。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述基体结构或所述器件的层由聚合物材料制成，并且其中，通过在所述聚合物材料上沉积导电材料来制成所述器件的导电图案。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，形成所述基体结构和能密封附接的层中的一个或更多个层中的至少一者利用以下技术中的至少一种：注塑成型、3D打印、微尺度成型、微加工、纳米压印、微压印、热压花、添加制造(AM)、光刻和激光微加工。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤中的一个：
在批量生产过程中将所述流量控制器件的阵列制作为晶圆的晶粒；
在批量生产过程中将所述流量控制器件的阵列制作为晶圆的晶粒，其中所述晶圆的至少一个面被布置成在所述至少一个面上形成所述导电图案和/或将所述导电图案安装在所述至少一个面上，同时机械地保持晶圆，以备进行晶圆切片；
将所述流量控制器件的阵列制作为晶圆的晶粒并且密封所述晶圆；以及
在批量生产过程中将所述流量控制器件的阵列制作为晶圆的晶粒，并且在所述批量生产过程中制造晶圆堆，所述晶圆堆包括一个叠一个地堆叠的多个所述晶圆。
20.一种晶圆，所述晶圆包括多个晶粒，各晶粒实现根据权利要求1至12中任一项所述的器件。

说明书全文

用于监测并且调节流体流量的芯片器件及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明总体上在微机电流体系统的领域中。更特别地，本发明涉及用于测量并且控制流体的一个或更多个状况的聚合物芯片器件。

背景技术

[0002] 该部分旨在引入会与以下描述和/或要求保护的本公开内容的各种方面相关的各方面技术，并且促成更好地理解本公开内容的各种方面。因此，应该理解，应依此进行阅读这些陈述，而不应将这些成陈述错误地视作承认是现有技术。

[0003] 现今使用的流体器件(例如医疗器件)通常装有微机电(MEM)感测元件。在这些器件中，常常用半导体结构来实现传感器，并且用塑料制造技术来实现器件的流体流动路径及其与流体系统、其封装及其机械/电接口的连接。另外，这些MEM器件与外部系统的电连接性不是直接在半导体芯片上实现的，需要涉及布线和电触点、塑料结构和印刷电路板(PCB)的额外电接口(还有其他)。

[0004] 这些制造技术需要将半导体晶粒准确且复杂地附接于其载体，以实现电和机械连接来保障压力被正确传递到感测元件，并且得到塑料封装中形成的流体流动结构与半导体晶粒中实现的传感器和/或致动器之间的正确对准。制造技术的这种组合通常导致高成本、相当复杂地制造流体MEM传感器(例如硅)以及高成本、相当复杂地将流体MEM传感器(例如硅)集成到流体器件中。

[0005] 在以下的专利公开中描述了得知于专利文献的流体MEM器件制造技术。

[0006] 美国专利No.7,311,693描述了带有加压贮存器的药品递送装置，加压贮存器与通向出口的流动路径连通。该流动路径包括两个常闭阀和流量限制器。压力测量布置测量沿着横跨流量限制器的至少一部分的流动路径的两个点之间的流体压力差，这两个点中的一个处于阀之间。控制器选择性打开阀，以将限定量的液体药物递送到出口。

[0007] 美国专利No.7,377,907描述了一种便携式胰岛素递送装置，该胰岛素递送装置供应预先加压的腔室中的胰岛素，将胰岛素经过压力下降的迷宫传递到流量控制阀。通过压电致动器启动阀。这样允许进行胰岛素的精确递送。电子封装提供了对基础速率和大丸剂的编程。压力传感器传送关于正常操作的数据和表明问题的压力改变。处理器、键盘、显示器、电源、流体压力传感器和流体流量控制致动器被容纳在基础单元中。可移除仓筒单元容纳预先加压的流体贮存器、流动路径迷宫和流量控制阀。

[0008] 美国专利No.7,318,351描述了一种由塑料封装构成的压力传感器。该塑料封装将包括拉伸和收缩区域的感测膜片装入同一材料中。在膜片上沉积具有压阻性质的金属电极和聚合物膜。在不使用掩模的情况下将电极和/或聚合物膜直接印刷到塑料封装上。

[0009] 美国专利No.7,375,404描述了一种微机电系统(MEMS)器件连同其制造装置和用于微流体和/或生物微流体应用的操作。MEMS器件包括：基板；基板上的可选电极；基板上的图案化结构，该图案化结构具有与可选电极中的一个或更多个对准的流体微通道；包封隔膜，其覆盖微通道；以及可选的反应层，其沉积在微通道中的电极上方。优选实施方式的MEMS器件允许气密性密封形成在微通道和流体互连件周围，为了基于流体的过程的稳健操作而创建所述气密性密封。其他优选实施方式的MEMS器件允许包封隔膜相对于图案化结构可逆地进行附接和分离。

发明内容

[0010] 下文中，仅仅给出可能实施方式的某些方面，以提供实施方式可采取的某些形式。要注意，这些方面不旨在限制当前公开主题的范围。事实上，实施方式可涵盖以下可不阐述的各种方面。

[0011] 在一些实施方式中，本发明涉及流体单片微机电(MEM)器件。更特别地，本发明提供了流体MEM器件的实施方式，所述流体MEM器件的功能组件和包封被实现为单个大块无分化单元(在本文中也被称为单个聚合物芯片，或缩写为SPC)。这不同于传统的微机电系统(MEMS)，在传统MEMS中，机械和电子组件通常在半导体晶圆中实现，并且常常需要单独的封装组件向半导体晶粒提供电连接并且需要将由半导体晶粒实现的机电元件和器件的流体流动结构之间正确对准。

[0012] 可选地，并且优选地，在一些实施方式中，本发明的流体MEM器件大部分或完全地由聚合物材料制成。在制造流体MEM器件中使用聚合物材料是有益的，因为这样允许通过类似过程并且在同一制造框架内制造器件的主体/封装和功能机电组件。本发明的发明人发现，由带有或不带有非聚合物材料的聚合物材料制造的MEM器件比仅由非聚合物材料制造的MEM器件明显有利。

[0013] 这种聚合物材料实现方式的优点包括(还有其他)允许用用于连接和转换的导电或半导电材料进行(例如，一个晶圆内的)完全一体化的单片聚合物器件的批量生产过程。如应该理解的，本文中描述的制造技术还有利地提供了具有高稳健性、断裂耐久性和生物兼容性的流体MEM器件。

[0014] 另外，如下文中应该描述和展示的，根据本发明的一些实施方式的流体MEM器件的制造技术允许在器件制造期间将流体MEM器件的功能机电组件和封装一起嵌入单个/单片工件/单元中。这不同于通常由硅制成的流体MEMS的传统制造技术，该流体MEMS必须被单独包装在另一个材料工件中，以提供流体对准和密封以及与器件的电连接性。

[0015] 聚合物材料的弹性模量的大小通常比大多数金属或半导体小两个数量级。在本发明的不同实施方式中，聚合物材料的这个和其他性质有利地用来在流体MEM器件中装入各种感测元件、流量限制器、阀和明显更准确并且分辨率更高的其他功能元件。另外，由于许多聚合物材料能够经受非常高的应变，因此可实现高度适形的聚合物微结构非常大的偏转。

[0016] 例如，而非限制地，在一些实施方式中，流体MEM器件包括一个或更多个压力传感器，诸如(但不限于)应变计、电容计、压阻计，诸如此类。用于制造流体MEM器件的聚合物材料的弹性允许实现压力传感器，所述压力传感器相对于这些传感器的金属/半导体实现方式灵敏得多，从而提供更高测量分辨率。例如，而非限制地，在一些实施方式中，本发明的流体MEM器件的压力传感器的聚合物实现方式被构造成测量范围在大约-5000mmHg至大约+5000mmHg内的流体压力。

[0017] 在本发明的各种示例性实施方式中，流体MEM器件可包括由导电聚合物(诸如(但不限于)聚吡咯(PPy)或其衍生物)制成的至少一个元件。另外，还预料到其他类型的导电聚合物(包括(而不限于)聚苯胺(PANI)、聚噻吩、聚乙炔和聚联苯)。另外，根据本发明的一些实施方式预料到使用导电聚合复合物，诸如(但不限于)包括导电颗粒和/或微颗粒和/或导电纳米颗粒(例如，银(Ag)、碳纳米管(CNT)和导电聚合物(例如，Ppy或PANI)或非导电聚合物(例如，PDMS))的复合物。

[0018] 本发明的流体MEM器件的实施方式可用于各种应用，诸如(但不限于)药物递送系统、血液流动参数(例如，流速、流体压力)及其成分的测量、呼入物、鼻腔测压、尿液、注射系统，并且也用于监测其他类型的流体介质(例如，水、墨水)的非医疗系统中。本文中公开的流体MEM器件还可用于严苛的环境，例如，湿度、湿润度、有害气体、重颗粒物质、高G力、冲击、高温以及其他环境状况。当然，本文中公开的流体MEM器件还可用于非严苛环境。

[0019] 例如，而非限制地，流体MEM器件可用于(浸没在)液体药物中，例如，药物递送装置或其他医疗装置中。例如，在一些可能实施方式中，本发明的流体MEM器件用于葡萄糖泵、弹性体装置、皮下(IV)注射(例如，用于测量流体压力和/或流速和/或调节流体流量)，或者用作注射器泵中的简单流量传感器。还可使用MEM器件来测量和/或控制喷雾器或任何其他气体药物分配器中的流量。

[0020] 在一些可能实施方式中，流体MEM器件是可植入器件。

[0021] 在一些可能实施方式中，流体MEM器件可附接(例如，焊接)到印刷电路板(PCB)，例如，作为简单的表面安装器件(SMD)。另选地，在一些可能实施方式中，流体MEM器件可用作PCB，并且SMD组件可附接(例如，焊接)到它们。

[0022] 在一些可能实施方式中，流体MEM器件包括聚合物结构，这些聚合物结构可用作用于与外部器件和/或系统连接的机械匹配和/或锁定和/或引导和/或闩锁机构。在一些实施方式中，流体MEM器件可具有插入外部系统并随即与外部系统一起操作的能力(即插即用器件)。在这些实施方式中，外部系统自动地识别与流体MEM器件创建的连接并且响应性开始操作该器件并且与其交换数据和/或指令信号。

[0023] 在一些可能实施方式中，流体MEM器件被构造并且能操作成控制流体材料的流量(例如，药物施用)和/或流体材料的测量状况(例如，压力和/或流速和/或温度)。例如，而非限制地，流体MEM器件可包括一个或更多个压力传感器(绝对值和/或差值)。各压力传感器可包括一个或更多个隔膜。优选地，绝对压力传感器被实现为采用大气压(压力计传感器)或设置在密封腔室(密封压力传感器)内的固定参考压力作为其参考压力。

[0024] 该器件还可包括集成在其中的一个或更多个温度传感器(例如，基于电阻式转换技术)。在一些实施方式中，温度传感器被构造成测量大约-50℃至大约+150℃的范围内的流体温度。

[0025] 可选地，并且优选地，在一些实施方式中，压力传感器由聚合物隔膜和/或板制成，聚合物隔膜和/或板上面沉积了导电材料以执行转换(例如，电阻式、电容式或压阻式)。MEM器件中设置的流体通道或空腔用于使流体介质能够与隔膜交互作用。在一些实施方式中，流体MEM器件可包括额外的通道/空腔(或任何其他聚合物结构)，该通道/空腔被构造成允许传感器的隔膜的另一侧或一部分与流体介质交互，可以是器件封装的部分，以允许使用器件作为流量传感器、流量差传感器和/或压力传感器。

[0026] 另选地或另外地，流体MEM器件可包括一个或更多个流速传感器。流速传感器可利用形成在器件的流体流动路径中的至少一个限制器。可选地，并且优选地，在一些实施方式中，限制器是具有限定尺寸的聚合物通道。在一些实施方式中，流速传感器被构造成测量大约每小时0.1纳米升至每小时大约300公升的流体流速。

[0027] 本发明的流体MEM器件可包括用于测量和监测被递送流体物质的性质的其他类型的感测元件。例如，而非限制地，流体MEM器件可包括用于测量流体的电和/或化学性质(例如，电导率)的感测元件。

[0028] 在一些可能实施方式中，流体MEM器件包括一个或更多个阀。可选地，并且优选地，在一些实施方式中，阀由其中心设置有轴套的聚合物隔膜和/或框架制成。阀可被机械地(例如，使用被构造成对MEM器件中实现的流量调节结构进行可控施压)和/或磁和/或电磁地(例如，使用沉积的磁性聚合物或附接到中心轴套的磁性层/工件)致动。在一些实施方式中，阀的聚合物隔膜和/或框架可用作机械悬挂元件和/或弹簧。阀的有效载荷轴套元件可联接到悬挂元件，以确保有效载荷轴套元件悬于待密封开口的上方。在一些实施方式中，阀的有效载荷轴套元件用作密封器。

[0029] 可使用贮存器(例如，加压药物容器)以充足压力给器件供应加压流体，以允许药物从贮存器正确流向患者。例如，而非限制地，与流体MEM器件一起使用的加压贮存器可以是以下中的一个：弹性体装置、弹簧加载装置、重力装置、任何电动装置、任何机械动力装置、注射器泵；或蠕动泵。

[0030] 在一些可能实施方式中，流体MEM器件包括由非聚合物材料(例如，包括半导体材料和/或金属)制成的一个或更多个元件。例如，而非限制地，可使用半导体方法(例如，涂覆、蒸发、电镀、剥离、诸如此类)在MEM器件的上面(和/或里面)沉积导电材料。

[0031] 因此，可使用流体MEM器件测量液体、气体或喷雾状物质(例如，药品)的流速和/或压力。流体MEM器件的控制和/或测量电子单元可以是单独的单元，或者被集成在器件中。

[0032] 在一些可能实施方式中，流体MEM器件被制造成一体地包括一个或更多个电子控制模块，所述电子控制模块可应用于接收并且处理来自器件的感测元件的测量数据/信号，生成用于器件的致动阀和/或任何其他可能致动器的控制信号，并且与外部系统交换数据和/或指令。

[0033] 在一些可能实施方式中，使用标准的成型技术来制造流体MEM器件。可利用其他可能技术来制造流体MEM器件，这些技术是诸如(但不限于)3D打印、微尺度成型、微加工、纳米和微压印、热压花、注塑成型、光刻、激光微加工等。

[0034] 在一些实施方式中，通过将机械悬挂元件联接到有效负载轴套元件，在MEM器件中实现流体调节元件。例如，联接到器件的流体流动路径的柔性/弹性隔膜可用作悬挂元件(充当弹簧)，并且有效负载轴套元件可附接到隔膜的中心，使得通过将轴套元件压向流动路径来限制或完全堵塞流体流动路径。机械悬挂元件和/或有效载荷轴套元件可联接到外部(电磁或机械)致动元件，该致动元件被构造成驱动有效载荷轴套以限制/或堵塞流体流动路径。

[0035] 如本领域的技术人员应该理解的，流体MEM器件可包括微结构和/或MEMS、和/或宏结构。MEM器件可具有：集成聚合物封装，其具有集成的导电焊盘、和/或引脚、和/或布线、和/或迹线；以及连接系统，其用于将封装连接到外部系统和/或器件。在一些可能实施方式中，MEM器件的总大小在大约0.125立方毫米至大约125立方厘米的范围内，但还可以有更小的几何尺寸。

[0036] 可选地，并且优选地，在一些实施方式中，流体MEM器件由至少部分由聚合物材料制成的晶圆制成，这样允许在晶圆制造期间在晶圆上内置各流体MEM器件的晶圆级封装。这不同于由硅制成的流体MEM器件的传统制造技术，在传统制造技术中，必须通过额外的制造步骤将晶圆的各器件(即，晶粒元件)分别封装在另一种材料内。这种聚合物制造技术允许批量生产流体MEM器件(流体MEM器件的所有机电元件和流体流动结构/组件都在单个晶圆材料工件内)，并且允许也具有许多其他优点，诸如，执行额外半导体制造过程(例如，光刻、金属沉积、电成型和蚀刻)、逐层制造、容易地将半导体和电子器件集成的能力。

[0037] 在一些可能实施方式中，晶圆的顶层和底层中的至少一个是完全平坦的表面。晶圆内的晶粒结构可通过一个或更多个桥和/或门、和/或连接层彼此连接。可使用任何聚合物制造技术(诸如(但不限于)3D打印、微尺度成型技术、微加工、纳米和微压印、热压花、注塑成型、光刻、激光微加工等)来制造晶圆。

[0038] 所述晶圆可包括实现流体MEM器件的一个或更多个晶粒。在示例性实施方式中，所述晶圆可包括至少一个层/图案，所述层/图案包括诸如(但不限于)金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、铂(Pt)、镍(Ni)、和/或指定材料的合金的导电材料。在其他示例性实施方式中，可用电绝缘材料(例如，PDMS、聚对二苯)的一个或更多个层涂覆导电层/图案，以将它们与流体介质电隔离或者保护它们免于受劣化成因(例如，湿度、氧气)的影响。

[0039] 根据一些实施方式，所述晶圆可具有圆形、矩形、或任何尺寸的任何其他集合形状。

[0040] 在一些实施方式中，所述晶圆可包括含导电聚合物(诸如(但不限于)聚吡咯(PPy)或其衍生物)的至少一个层/图案。另外，预料到其他类型的导电聚合物(包括(而不限于)聚苯胺(PANI)、聚噻吩、聚乙炔和聚联苯)。另外，根据本发明的一些实施方式预料到使用导电聚合复合物，诸如(但不限于)包括导电颗粒和/或微颗粒和/或导电纳米颗粒(例如，银(Ag)、碳纳米管(CNT)和导电聚合物(例如，Ppy或PANI)或非导电聚合物(例如，PDMS))的复合物。

[0041] 在一些实施方式中，所述晶圆由两个或更多个半成品的半晶圆构成，使得各半晶圆包括半成品器件的晶粒，所述晶圆的构造是通过将半成品的晶圆相互附接(例如，超声焊接、焊接、胶合)来完成。例如，成品晶圆可通过将晶圆相互附接由两个半成品晶圆构成，各半成品晶圆包括被设计成接合并且产生MEM器件的特定流量和/或测量和/或致动元件。可在各半成品晶圆中的晶粒上沉积导电元件，所述导电元件被构造成创建半成品晶圆的元件之间和/或半成品晶圆的元件与外部外部系统/系统的电连接。

[0042] 在一些实施方式中，在一些实施方式中，使用任何合适的金属沉积技术(诸如(但不限于)溅射、电镀、电成型、印刷、和印刷电路板(PCB)技术)，在晶圆上沉积一个或更多个金属层和/或进行图案化。

[0043] 在一些实施方式中，根据制造技术和机械元件的功能，用或不用支持牺牲层来制造机械元件。例如，如果制造过程需要牺牲层，则MEM器件的任何机械元件保持固定/不动，直到(例如，机械地，或通过加压空气和/或水、化学溶液、温度、熔融、或任何其他技术)去除牺牲层，即，在去除牺牲层之前，隔膜将不可以变形。如果制造过程不需要牺牲层，则根据MEM器件的设计，在制造之后机械元件马上能在晶圆内移动。

[0044] 所述晶圆可包括结构元件，这些结构元件可被视为在所述晶圆中构造的流体MEM器件的封装的一部分。

[0045] 在一些实施方式中，所述晶圆可被构造成，使得所述晶圆内的流体MEM器件的晶粒可直接焊接到印刷电路板(PCB)，例如，作为标准表面安装器件(SMD)。

[0046] 本发明的一个创造性方面涉及一种用于监测流体介质的器件。所述器件包括：基体元件，所述基体元件具有至少一个流体端口和至少一个空腔或流体流动路径，所述至少一个空腔或流体流动路径流体联接到所述至少一个流体端口，以能够与所述至少一个流体端口进行流体介质的流体交换。可选地，并且优选地，在一些实施方式中，所述基体元件是由特定(同一)类型的材料制成的单片单元。在所述器件中使用与所述空腔或流体流动路径关联的至少一个感测元件，所述感测元件用于测量引入所述器件中的流体介质的至少一个性质或状况并且生成表征该性质或状况的测量数据或信号。所述器件还包括电触点，所述电触点设置在所述器件的所述基体元件或其他部分上，并且电联接到所述至少一个感测元件。

[0047] 在一些实施方式中，所述感测元件包括两个或更多个电极，所述两个或更多个电极设置在所述空腔或流体流动路径内，被构造并且能操作成测量所述流体介质的电导率。所述感测元件可包括：第一对分隔开的电极，所述第一对分隔开的电极用于在所述空腔或流体流动路径填充有所述流体介质时使预定电流流过所述空腔或流体流动路径；以及第二对分隔开的电极，所述第二对分隔开的电极用于测量由所述预定电流感生的电压。

[0048] 可在所述器件中使用至少一个隔膜，所述至少一个隔膜与所述空腔或流体流动路径关联，被构造并且能操作成响应于所述空腔或流体流动路径内的压力状况而弹性变形。可选地，并且优选地，在一些实施方式中，所述至少一个隔膜由与制成所述基体元件相同的材料制成。

[0049] 所述至少一个感测元件可包括转换元件，所述转换元件设置在所述隔膜的至少一侧，被构造并且能操作成响应于所述压力状况而生成所述测量数据或信号。例如，而非限制地，所述至少一个转换元件可包括导电线，所述导电线沉积在所述隔膜上并且形成多个相邻设置的预定图案，所述预定图案包括矩形波图案、Z状波图案和弧形形状图案中的至少一种。优选地，所述图案被构造成使沉积在所述隔膜上的所述导电线的长度最大。

[0050] 在一些可能实施方式中，所述流体流动路径包括收缩部，并且所述器件的至少一个隔膜与所述收缩部关联，被构造并且能操作成响应于所述收缩部内部的压力状况而弹性变形。所述器件可在所述流体流动路径的不包括所述收缩部的片段中包括至少一个隔膜。替代地或另外地，所述器件可包括联接到所述收缩部的至少一个隔膜，联接到所述隔膜的致动装置用于使所述隔膜以可控的方式变形，从而调节通过所述收缩部的流体通行。

[0051] 在一些可能实施方式中，所述器件包括至少一个转换元件，所述转换元件设置在所述器件的所述基体元件的不受所述至少一个隔膜的变形影响的表面区域上。设置在所述基体元件的不受所述至少一个隔膜的变形影响的表面区域上的所述转换元件中的至少一个用作温度传感器。可选地，并且优选地，在一些实施方式中，所述转换元件被构造并且能操作成实现惠斯顿桥电路。

[0052] 所述器件可包括至少一个电路，所述电路安装在所述器件的所述基体元件上并且电联接到所述电触点中的一个或更多个。可选地，并且优选地，在一些实施方式中，所述电路包括控制单元，所述控制单元被构造并且能操作成接收并且处理由所述至少一个感测元件生成的所述测量数据并且生成用于测量和/调节所述流体介质的流量的对应控制信号。

[0053] 在一些实施方式中，所述器件具有形成在所述基体元件上的分层结构。所述器件可包括：流体路径层，所述流体路径层具有所述空腔或流体流动路径，被构造并且能操作成能密封地连接到所述基体元件并且在所述至少一个流体端口和所述空腔或流体流动路径之间创建流体连通；以及包封层，所述包封层具有所述至少一个隔膜，被构造并且能操作成能密封地连接所述流体路径层并且将所述至少一个隔膜与所述空腔或流体流动路径对准，从而当流体介质被引入所述空腔或流体流动路径中时，使所述至少一个隔膜能够与所述流体介质交互作用。所述器件可包括中间层，所述中间层设置在所述流动路径和所述包封层之间并且包括至少一个槽，各槽与所述包封层的隔膜对准并且被构造成从所述空腔或流体流动路径接收流体介质。

[0054] 在可能的变型中，所述器件具有形成在所述基体元件上的分层结构，其中，所述基体元件包括所述至少一个隔膜，并且其中，所述器件包括：过渡层，所述过渡层具有至少一个流动通道和至少一个槽，各流体通道与所述基体元件的相应流体端口关联，各槽与所述基体元件的隔膜关联，所述过渡层被构造并且能操作成能密封地连接到所述基体元件并且将各流体通道与相应流体端口流体连通以及将各槽与相应隔膜对准；以及包封层，所述包封层具有所述空腔或流体流动路径，被构造并且能操作成：能密封地连接到所述过渡层并且使所述空腔或流体流动路径和所述至少一个流体通道之间流体连通，从而使得流体介质能够从所述基体片段中的所述至少一个流体端口、经由所述过渡层中的相应流体通道进入所述空腔或流体流动路径；并且将所述空腔或流体流动路径与所述至少一个槽对准，从而使各隔膜能够与借助所述空腔或流体流动路径引入相应槽中的流体介质交互作用。所述器件可在所述包封层中包括流体流动路径，其中，所述流体流动路径具有收缩部，并且其中，所述过渡层的至少一个槽与所述收缩部流体连通，以使所述至少一个槽的相应隔膜能够与引入所述至少一个槽中的流体介质交互作用，并且至少另一个槽与所述流体流动路径的未收缩片段流体连通，以使所述至少另一个槽的相应隔膜能够与引入所述至少另一个槽中的流体介质交互作用。所述器件可在所述基体元件中包括流体通道，所述流体通道使所述流体流动路径的收缩区域和未收缩区域之间连通。所述流体通道可包括隔膜，所述隔膜被构造并且能操作成响应于所述流体流动路径的所述收缩区域和所述未收缩区域之间的压力差而弹性变形，所述隔膜具有转换元件，所述转换元件被构造并且能操作成响应于所述变形生成测量数据或信号。

[0055] 在一些可能实施方式中，所述包封层包括至少一个能弹性变形的隔膜，所述隔膜具有流量调节元件，所述流量调节元件被构造并且能操作成接合所述过渡层的流体通道，从而改变贯穿所述过渡层的所述流体通道的流体通行。

[0056] 可选地，并且优选地，在一些实施方式中，所述器件在所述包封层上包括至少一个转换元件。

[0057] 所述器件可被构造并且能操作成安装在PCB上，同时所述PCB与所述器件的所述电触点中的至少一些创建电接触。可选地，并且优选地，在一些实施方式中，所述PCB包括空腔，并且所述器件的所述隔膜中的至少一个适于朝向或背离所述PCB的所述空腔变形。

[0058] 可选地，并且优选地，在一些实施方式中，所述器件包括快速连接装置，所述快速连接装置被构造并且能操作成在与外部器件创建电连接的同时将所述器件固定到所述外部器件。

[0059] 另一个方面，本文提供了一种流体递送系统，所述流体递送系统包括：如以上或以下描述的至少一个监测器件；至少一个流体源，用于将所述流体介质供应到所述至少一个监测器件；以及至少一个流体分配装置，用于从所述至少一个监测器件或所述流体源接收流体介质。

[0060] 在又一个方面，提供了一种流体递送系统，所述流体递送系统包括：如以上或以下描述的至少一个监测器件；至少一个流体源，用于将所述流体介质供应到所述监测器件；至少一个流体分配装置，用于从所述至少一个监测器件或所述流体源接收流体介质；以及控制单元，所述控制单元联接到所述监测器件并且被构造成接收并且处理由所述感测元件生成的测量数据。所述监测器件可借助所述监测器件的流体端口串联地在所述系统中彼此连接。替代地，所述监测器件借助所述监测器件的流体端口连接到连接在所述流体源和所述流体分配装置之间的流体递送线路。

[0061] 在又一个方面，提供了一种用于构造流量控制器件的方法。该方法包括：用特定材料构造单片基体结构，所述基体结构包括至少一个流体端口和空腔或流体流动路径，所述空腔或流体流动路径与所述至少一个流体端口流体连通，以能够与所述至少一个流体端口交换流体介质；构造至少一个感测元件，所述至少一个感测元件与所述器件的空腔或流体流动路径关联，被构造并且能操作成测量引入所述空腔或流体流动路径中的流体介质的至少一个性质或状况并且生成表征该性质或状况的测量数据或信号；以及在所述器件上形成用于提供与所述至少一个感测元件的电连接的导电图案。构造所述基体结构可包括：形成至少一个隔膜，所述至少一个隔膜与所述空腔或流体流动路径关联，被构造并且能操作成响应于所述空腔或流体流动路径内的压力状况而弹性变形，并且其中，所述至少一个感测元件至少部分被构造在所述隔膜上。构造所述基体结构可包括在所述空腔或流体流动路径中形成收缩部并且形成与所述收缩部关联的至少一个能弹性变形的隔膜，并且其中，与所述收缩部关联的所述至少一个隔膜包括感测元件，所述感测元件用于测量所述收缩部中的流体压力状况或者机械联接到用于改变通过所述收缩部的流体通行的致动器。

[0062] 所述方法可包括：构造包括所述空腔或流体流动路径的流动路径层；构造包括至少一个能弹性变形的隔膜的包封层，其中，在所述包封层上构造所述导电图案和与所述至少一个隔膜关联的所述至少一个感测元件；通过将所述包封层能密封地附接于所述流动路径层使得所述包封层的至少一个隔膜设置在所述流动路径层的所述空腔或流体流动路径上方来组装一分层结构；以及将所述分层组件能密封地附接到所述基体结构，使得在所述基体结构的所述至少一个流体端口和所述流动路径层的所述空腔或流体流动路径之间创建流体连通。

[0063] 替代地，所述方法可包括：构造包括所述空腔或流体流动路径的流动路径层；构造包括至少一个槽的中间层；构造包括至少一个弹性能变形隔膜的包封层，其中，在所述包封层上构造所述导电图案和与所述至少一个隔膜关联的所述至少一个感测元件；通过以下方式来组装一分层结构：将所述包封层能密封地附接于所述中间层，使得所述包封层的至少一个隔膜设置在所述中间层的至少一个槽上方；并且将所述中间层能密封地附接到所述流动路径层，使得在所述中间层的至少一个槽和所述流动路径层的所述空腔或流体流动路径之间创建流体连通；以及将所述分层组件能密封地附接到所述基体结构，使得在所述基体结构的所述至少一个流体端口和所述流动路径层的所述空腔或流体流动路径之间创建流体连通。

[0064] 构造所述基体结构可包括在所述基体结构中形成至少一个隔膜，其中，在所述基体结构上构造所述导电图案和与所述至少一个隔膜关联的所述至少一个感测元件，所述方法还可包括：构造过渡层，所述过渡层中形成有至少一个流体通道和至少一个槽；构造具有空腔或流体流动路径的包封层；通过将所述包封层能密封地附接到所述过渡层使得在所述包封层的所述空腔或流体流动路径和所述过渡层的所述至少一个流体通道和所述至少一个槽之间创建流体连通来组装一分层结构；以及将所述分层结构能密封地附接到所述基体结构，使得在所述过渡层的至少一个槽和所述基体结构的至少一个流体端口之间创建流体连通并且使得所述过渡层的至少一个槽设置在所述基体结构的至少一个隔膜上方。

[0065] 构造所述基体结构可包括在所述基体结构中形成至少一个隔膜，其中，在所述基体结构上构造所述导电图案和与所述至少一个隔膜关联的所述至少一个感测元件。所述方法还可包括：构造过渡层，所述过渡层中形成有至少一个流体通道和至少一个槽；构造包封层，所述包封层具有空腔或流体流动路径和至少一个能弹性变形的隔膜，所述至少一个能弹性变形的隔膜具有流量调节元件的；通过将所述包封层能密封地附接到所述过渡层使得在所述包封层的所述空腔或流体流动路径和所述过渡层的所述至少一个流体通道和所述至少一个槽之间创建流体连通来组装一分层结构；以及将所述分层组件能密封地附接到所述基体结构，使得在所述过渡层的至少一个槽和所述基体结构的至少一个流体端口之间创建流体连通，所述过渡层的至少一个槽设置在所述基体结构的至少一个隔膜上方，并且所述包封层的至少一个隔膜的所述流量调节元件与所述过渡层的流体通道接合。

[0066] 在一些实施方式中，构造所述基体结构包括形成具有收缩部的所述流体流动路径，其中，组装所述分层结构包括在所述包封层的所述收缩部和所述过渡层的至少一个槽之间创建流体连通，其中，所述至少一个槽与所述基体结构中的所述隔膜中的一个关联。构造所述基体结构可包括在所述基体结构中形成用于借助所述过渡层的相应槽在所述流体流动路径的收缩区域和非收缩区域之间连通的流体通道，其中，所述流体通道包括隔膜，所述隔膜被构造并且能操作成响应于所述流体流动路径的所述收缩区域和所述未收缩区域之间的压力差而弹性变形，其中，所述隔膜具有转换元件，所述转换元件被构造并且能操作成响应于所述变形生成测量数据或信号。

[0067] 可选地，并且优选地，在一些实施方式中，构造所述至少一个感测元件包括在所述至少一个隔膜上图案化导电结构。图案化步骤可包括在所述隔膜上形成至少一个电阻元件，所述电阻元件被构造并且能操作成响应于所述隔膜的变形来改变所述电阻元件的电阻。替代地或另外地，图案化步骤可包括在所述隔膜上形成至少一个电容元件，所述电容元件被构造并且能操作成响应于所述隔膜的变形来改变所述电容元件的电容。

[0068] 所述方法可包括用一个或更多个绝缘层涂覆所述导电图案中的至少一些。

[0069] 在一些实施方式中，所述基体结构或所述器件的层由聚合物材料制成，并且通过在所述聚合物材料上沉积导电材料来制成所述器件的导电图案。

[0070] 在一些应用中，形成所述基体结构和能密封附接的层中的一个或更多个中的至少一个利用以下技术中的一种：注塑成型、3D打印、微尺度成型、微加工、纳米压印、微压印、热压花、注塑成型、光刻和激光微加工。

[0071] 构造所述感测元件可利用以下技术中的一种：光刻、蒸发、剥离、电沉积、电成型、电镀、化学沉积和其他IC技术。

[0072] 所述方法可包括用批量生产过程将所述流量控制器件的阵列制作为晶圆的晶粒。所述晶圆可包括促成晶圆取向和(例如，通过光刻进行的)所述导电图案的形成的对准标记。所述方法可包括密封所述晶圆，以防止(例如，化学处理-电成型期间)被非生物相容材料污染。所述晶圆可以具有圆形或矩形的形状，并且可具有能用于识别晶圆取向的切割边缘。在一些实施方式中，所述晶圆的一个面被制成大体平坦的，以在所述一个面上形成所述导电图案，同时机械地保持晶圆，以备进行晶圆切片。

[0073] 所述方法可包括用所述批量生产过程制造晶圆堆，所述晶圆堆包括一个叠一个地堆叠的多个所述晶圆。所述方法可包括用批量生产过程制造适于保持所述晶圆堆的堆支架。附图说明

[0074] 为了理解本发明并且明白实践中可如何来执行本发明，此时参照附图只通过非限制示例的方式来描述实施方式。附图中示出的特征只是意图例证本发明的一些实施方式，除非另外清晰地指明。在附图中，使用类似的参考标号来指示对应的部件，并且其中：

[0075] 图1A至图1D是示意性示出根据一些可能实施方式的流体递送系统的框图，其中，图1A例示了流体递送系统的大体结构，图1B展示了利用多个流体MEM器件的级联布置，图1C描绘了利用多个流体MEM器件监测流体流线路中流动的流体的流体递送系统，并且图1D例示了使用具有限制器并且被构造成控制和测量被递送流体中的至少一个状况的流体MEM器件的流体递送系统。

[0076] 图2A至图2K是示出在其流体流动路径中具有限制器的流体MEM器件的可能实施方式的框图，其中，图2A例示了包括两个阀和压力差(DP)传感器的流体MEM器件，图2B例示了包括两个阀、压力差传感器和温度传感器的流体MEM器件，图2C例示了包括压力差传感器和温度传感器的流体MEM器件，图2D例示了包括两个阀、两个绝对压力(AP)传感器和温度传感器的流体MEM器件，图2E例示了包括两个阀、压力差传感器和三个绝对压力传感器的流体MEM器件，图2F例示了包括两个阀、压力差传感器、三个绝对压力传感器和温度传感器的流体MEM器件，图2G例示了包括三个阀、压力差传感器和两个绝对压力传感器的流体MEM器件，图2H例示了包括四个阀、压力差传感器、三个绝对压力传感器和温度传感器的流体MEM器件，图2I例示了包括两个阀、压力差传感器和两个绝对压力传感器的流体MEM器件，图2J例示了包括两个阀、压力差传感器、三个绝对压力传感器和温度传感器的流体MEM器件，并且图2K例示了包括两个阀、压力差(DP)传感器和电导率材料传感器的流体MEM器件；

[0077] 图3A至图3H示意性示出根据一些可能实施方式的流体MEM器件的制造过程；

[0078] 图4A至图4G示意性示出具有电阻式/压阻式感测元件的流体MEM器件的可能实施方式，其中，图4A示出具有腔室/通道和隔膜的MEM器件的可能实施方式的剖视图，图4B展示了形成在隔膜上的电阻式转换元件的导电线/电极及其电触点(焊盘)的布置，图4C展示了通过布置成形成矩形波图案的导电线实现的转换元件，图4D和图4E展示了通过布置成Z字波形图案的导电线实现的转换元件，图4F和图4G展示了通过布置成形成圆形图案的导电线实现的转换元件；

[0079] 图5A至图5D展示了用于实现流体MEM器件中的惠斯顿桥的转换元件的可能布置；

[0080] 图6A至图6E示意性示出根据一些可能实施方式的MEM器件的隔膜上形成的转换感测元件，其中，图6A和图6B分别示出在安置状态下和变形状态下的隔膜和形成在其上的电容式转换元件的电极，图6C展示了隔膜上的电容式转换器的圆花饰(Rosette)状圆形布置，图6D例示了采用导电表面的平行板电容式转换传感器元件，并且图6E历史了在器件的气体隔室中具有电容式转换器的MEM器件；

[0081] 图7A和图7B是根据可能实施方式的采用不同类型的压力差感测元件的流体MEM器件的剖视图，其中，图7A示出具有用于实现压力差传感器的两个腔室/通道的MEM器件，并且图7B示出可用于使用两个绝对压力传感器测量限制器两端的压力差的MEM器件；

[0082] 图8A至图8I是示意性示出根据一些可能实施方式的适于制造流体MEM器件的过程的剖视图；

[0083] 图9A和图9B示意性示出根据可能实施方式的流体MEM器件与外部器件/系统的机械和电交互；

[0084] 图10A至图10F示出流体MEM器件的可能构造和用于与外部器件/系统快速连接/断开的布置，其中，图10A示出MEM器件的立体图，图10B示出MEM器件的剖视图，并且图10C至图10F例示了用于将MEM器件连接到外部系统的可能机构；

[0085] 图11A至图11I例示了流体MEM器件的各种可能实施方式的结构和构造和与外部器件/系统快速连接/断开的布置，其中，图11A至图11C示出可用于测量流体压力和/或流速的MEM器件结构，图11D至图11F示出可用于测量流体压力和/或流速的另一个MEM器件结构，图11G示出可用于流量控制并且用于测量流体压力和/或流速的MEM器件结构的剖视图，并且图11H和图11I例示了用于将MEM器件连接到外部系统/器件的可能机构；

[0086] 图12A和图12B展示了根据可能实施方式的流体MEM器件与PCB的附接，其中，图12A是MEM器件和PCB的分解图并且图12B是其剖视图；

[0087] 图13A至图13C分别示出根据一些可能实施方式的其主体附接有电子元件和/或电路的MEM器件的立体图、分解图和剖视图；

[0088] 图14A和图14B示出根据一些可能实施方式被构造用于测量流体的电导率的MEM器件，其中，图14A是器件的立体图并且图14B示出器件的基体部分；以及

[0089] 图15A至图15F是展示了根据一些可能实施方式的使用晶圆批量生产流体MEM器件的立体图，其中，图15A至图15C示出包括MEM器件的阵列的矩形晶圆，图15D和图15E示出包括MEM器件的阵列的圆形晶圆，并且图15F展示了MEM器件的晶圆堆与晶圆支架组件的制造技术。

具体实施方式

[0090] 以下，将参照附图描述本公开内容的一个或更多个特定实施方式，这些实施方式将在所有方面只应被视为举例说明性的，而非以任何方式是限制性的。为了试图提供对这些实施方式的简洁描述，在说明书中并没有描述实际实现方式的所有特征。附图中示出的元件不一定是成比例的，而是替代地，重点放在清晰地示出本发明的原理。在不脱离本文中描述的基本特性的情况下，以其他特定形式和实施方式来提供本发明。

[0091] 本发明提供了流体MEM器件的结构、布置和制造技术，流体MEM器件被实现为具有一个或更多个流体流结构、感测和/或致动元件的小型芯片(例如，具有大约1至50mm的长度、大约1至50mm的宽度、大约1至50mm的高度)。MEM器件可被实现为在单个过程(例如，成型、3D打印、微尺度成型技术、微加工、纳米和微压印、热压花、注塑成型、光刻、激光微加工诸如此类)中制造以包括所有需要的流体流和感测/致动结构的单片器件。可选地，并且优选地，在一些实施方式中，流体MEM器件被构造并且能操作成直接连接到外部器件/系统并且与其即刻建立电和/或流体连接。

[0092] 图1A至图1D是示意性示出根据一些可能实施方式的流体递送系统的框图。图1A中示出流体递送系统10a的大体结构。在这个非限制示例中，流体递送系统10a包括流体MEM/芯片器件20(本文中也被称为MEM器件)，MEM器件20用于借助其流体端口12将流体介质在两个流动系统4之间传送。控制单元13通过设置在MEM器件上的联接器2c(例如，导电焊盘、用于将器件连接到外部控制单元13的机械锁定匹配机构和/或阀的外部机械致动机构)电和/或机械联接到MEM器件20，控制单元13用于监测并且调节通过MEM器件20的流体流。如图1A至图1C中例示的，在可能实施方式中，控制单元13'可被集成在MEM器件20中，并且在这种情况下，如果多余的话，可移除外部控制单元13。

[0093] 图1B展示了利用多个流体MEM器件20的级联(串联)布置的流体递送系统10b，多个流体MEM器件20借助它们的流体端口12彼此串联连接，用于监测和/或调节从流动系统4流出的流体介质的流动。这个级联布置各端的MEM器件20上可借助其空闲的流体端口12连接到各个流动系统4。流体递送系统10b的这个布置特别可用于监测管道/线路/管/通道的不同点中的流体压力。例如，而非限制地，在两个接连的测量点之间，可存在额外的流动系统或元件(诸如，影响流动参数的过滤器或泵或限制器)。在一些情况下，由于流体介质的性质，导致只有级联系统布置10b可用于监测并且调节例如医疗应用中的流动流体，其中，例如，如果流体是血液(不应该在系统中将血液保持不动以防止其凝结)，则被监测的流体介质不应该是不动的。级联系统布置10b的另一个优点是滞留在系统内的风险较低。

[0094] 图1C示出了利用多个流体MEM器件20'的流体递送系统10c，MEM器件20'用于监测在流体系统4的作用下流入流体递送线路8的流体介质。在这个非限制示例中，各MEM器件20'包括单个流体端口12，流体端口12用于将流体介质从递送线路8传送到其中。因此，在这个示例中，MEM器件20'可只用于监测通过递送线路8流动的流体介质的性质/状况(例如，流体压力)。在这个系统布置10c中，流动系统不太受(或根本不受)MEM器件20'存在的影响。这个布置可用于其中为了实现更可靠和/或准确的测量应该通过引入不止一个感测元件对测量进行双重检查而并不影响系统的情形中。系统布置10c的另一个优点在于，它允许在保持系统10c能操作成通过其他MEM器件20'的感测元件来监测流体介质的同时更换MEM器件20'中的一个，。

[0095] 图1D描绘了使用流体MEM器件20监测和/或调节在流体供应系统11和流体递送单元14(例如，分配装置)之间流动的流体介质的流体递送系统10d。这个非限制示例中的MEM器件20包括流体流量调节和监测布置12q、一个或更多个感测元件、至少一个流体入口12i和至少一个流体出口12u(图1D中只描绘了一个入口和出口)。流体流量调节和监测布置12q包括(例如，通过形成细长流体通道片段的收缩部实现的)限制器12r和可控流量调节器(例如，流量控制阀)12v。流体贮存器11供应的流体介质经由至少一个入口12i引入MEM器件20并且经由流体MEM器件20的至少一个出口12u传递到递送单元14。电且机械(例如，通过锁定匹配机构)联接(例如，借助其接触焊盘电联接)到流体MEM器件20的控制单元13用于通过处理从感测元件接收的测量数据/信号并且生成改变流量调节器12v的状态的控制信号来监测并且调节流体介质的流量。

[0096] 在一些实施方式中，MEM器件20和外部控制系统13的联接既是机械的又是电气的。例如，可使用锁定/匹配机构与外部控制单元12建立电连接和/或与用于操作流量调节器
12v的机械致动器建立机械连接。

[0097] MEM器件20中设置的感测元件可被构造并且能操作成用于测量借助至少一个入口12i进入MEM器件20中的流体的一个或更多个性质/状况。例如，而非限制地，MEM器件20可包括：一个或更多个压力传感器12s/12d，其用于测量经过MEM器件20的流体介质的压力并且生成表征压力的测量数据/信号；和/或一个或更多个温度传感器12t，其用于测量流体介质和/或一个或更多个电导率传感器并且生成表征该温度的测量数据/信号。特别地，在这个示例中，MEM器件20包括绝对压力传感器12s、压力差传感器12d、电导率传感器12k和温度传感器12t。压力和温度传感器电联接到控制单元20，控制单元20被构造并且能操作成从传感器单元接收测量数据/信号，处理并且分析(例如，确定流体流速)接收到的数据/信号，并且生成用于相应设置流量调节器12v的状态的控制信号。

[0098] 图2A至图2K例示了流体MEM器件20的各种可能实施方式。在图2A中，MEM器件20a包括压力差传感器12d，压力差传感器12d被构造成并且能操作成测量限制器12r上游的流体流动路径12p和限制器12r内的细长流体通道之间的压力差。在这个非限制示例中，使用两个流量调节器以控制流体经过MEM器件20a：位于流量限制器12r上游的第一流量调节器12v和位于流量限制器12r下游的第二流量调节器12v'。

[0099] 在一些可能实施方式中，在MEM器件中使用上游流量调节器(12v)和下游流量调节器(12v')来提高安全性/可靠性，例如，如果一个流量调节器发生故障，则仍然可通过第二调节器来控制流体量。另外，这种构造还允许通过测量在流量调节器中只有一个打开时的压力，在器件中没有流体流的状态下，测量输入和输出通道中的流体压力。此外，通过使用这两个流量调节器，例如，在输入压力必须高于输出压力和/或输入和输出压力应该在特定应用需要所需的预定安全范围内的情形下，提供安全控制。

[0100] 图2B展示了流体MEM器件20b，流体MEM器件20b的构造与图2A中示出的MEM器件20a的构造基本上近似，并且还包括温度传感器12t，温度传感器12t被构造并且能操作成测量经过限制器12r的流体流动路径的流体的温度并且生成表征此温度的数据/信号。在一些可能实施方式中，控制单元(13)使用从温度传感器12t接收的测量数据来补偿来自压力传感器12d的流量测量数据中的温度效应。图2C展示了MEM器件20c，MEM器件20c的构造与图2B中示出的MEM器件20b的构造基本上近似，但没有流量调节器12v，即，这种构造可用于只需要测量/监测流体状况(例如，流速、压力、温度)而不进行流量控制/调节的特定实施方式中。

[0101] 图2D中示出的流体MEM器件20d的构造与图2B中示出的MEM器件20b的构造基本上近似，但具有替代压力差传感器12d的两个绝对压力传感器12s。在这个非限制示例中，第一绝对压力传感器12s被构造并且能操作成测量流体限制器12r上游的流体流动路径12p中的流体压力并且生成表征此流体压力的测量数据/信号，并且第二绝对压力传感器12s被构造并且能操作成测量形成在流体限制器12r内的细长流体通道中的流体压力，并且生成表征此流体压力的测量数据/信号。可在使用控制单元13的特定实施方式中使用MEM器件20d的这种构造来基于从绝对压力传感器12s和12s接收的测量数据确定通过MEM器件的流体流速。

[0102] 要注意，可使用图2D中例示使用的绝对压力传感器12s来实现额外的器件控制功能，诸如(但不限于)：断开输入和输出流路径/通道、验证输入通道(入口12i和限制器12r之间的流动路径)和/或输出通道(出口12u和限制器12r之间的流动路径)中和MEM器件20内的绝对压力。

[0103] 图2E和图2F例示了一些可能实施方式，在这些实施方式中，将绝对压力传感器12s与压力差传感器12d一起用在具有上游流量调节器12v和下游流量调节器12v'的MEM器件中。图2E中示出的MEM器件20e的构造与图2A中示出的MEM器件20a的构造基本上近似，但还包括以下的绝对压力传感器：第一绝对压力传感器12s，其被构造并且能操作成测量流体限制器内的细长流体流动路径中的流体压力，并且生成表征此流体压力的测量数据/信号；第二绝对压力传感器12s'，其被构造并且能操作成测量流量限制器12r下游的流体流动路径中(即，流量限制器12r和下游流量调节器12v'之间)的流体压力，并且生成表征此流体压力的测量数据/信号；以及第三绝对压力传感器12s”，其被构造并且能操作成测量流量调节器12v'下游的流体流动路径中(即，流量调节器12v'和器件20e的输出12u之间)的流体压力并且生成表征此流体压力的测量数据/信号。

[0104] 图2F中示出的流体MEM器件20f的构造与图2B中示出的MEM器件20b的构造基本上近似，但还包括如下的三个绝对压力传感器12s：第一绝对压力传感器12s×，其被构造并且能操作成测量MEM器件20f的入口12i和上游流量调节器12v之间的流体流动路径中的流体压力，并且生成表征此流体压力的测量数据/信号；第二绝对压力传感器12s'，其被构造并且能操作成测量流量限制器12r下游的流体流动路径中的流体压力，并且生成表征此流体压力的测量数据/信号；以及第三绝对压力传感器12s”，其被构造并且能操作成测量下游流量调节器12v'下游的流体流动路径中的流体压力，并且生成表征此流体压力的测量数据/信号。

[0105] MEM器件20e和20f的构造特别用于提高基于绝对压力测量数据而确定的流体流速的绝对值/精度，并且可用于得到表征输入通道处、输出通道处、限制器12r两端的流体压力的绝对压力测量数据，而不顾及流量调节器12v和12v'的状态。要注意，这些构造也用于通过将得自压力差传感器12d的测量数据和得自绝对压力传感器12s/12s×、12s'和/或12s”的测量数据进行比较而对确定的流体流速进行双重检查。

[0106] 图2G和图2H例示了一些可能实施方式，在这些实施方式中，在MEM器件的输入通道中使用一个或更多个级联上游流量调节器12v并且在输出通道中使用两个或更多个级联下游流量调节器12v'，并且测量在输出通道处并且在成对的级联上游/下游流量调节器之间的绝对压力。图2G中示出的流体MEM器件20g的构造与图2A中示出的MEM器件20a的构造基本上近似，但包括在流量限制器12r和出口12u之间的两个级联下游流量调节器12v'(而非仅仅一个)，并且还包括两个绝对压力传感器12s：第一绝对压力传感器12s'，其被构造并且能操作成测量两个下游流量调节器12v'之间的流体流动路径中的流体压力，并且生成表征此流体压力的测量数据/信号；以及第二绝对压力传感器12s”，其被构造并且能操作成测量流量调节器12v'和MEM器件220g的出口12u之间的下游流体流动路径中的流体压力，并且生成表征此流体压力的测量数据/信号。

[0107] 图2H中示出的流体MEM器件20h的构造与图2B中示出的MEM器件20b的构造基本上近似，但包括在流量限制器12r和出口12u之间的两个级联下游流量调节器12v'(而非仅仅一个)、在流量限制器12r和入口12i之间的两个级联上游流量调节器11v(而非仅仅一个)，并且还包括三个绝对压力传感器12s。第一绝对压力传感器12s'被构造并且能操作成测量两个下游流量调节器12v'之间的流量流动路径中的流体压力并且生成表征此流体压力的测量数据/信号，第二绝对压力传感器12s×被构造并且能操作成测量两个上游流量调节器12v之间的流体流动路径中的流体压力并且生成表征此流体压力的测量数据/信号；以及第三绝对流体压力传感器12s”，其被构造并且能操作成测量下游流量调节器12v'和MEM器件
20h的出口12u之间的流体流动路径中的流体压力并且生成表征此流体压力的测量数据/信号。

[0108] 图2I和图2J例示了在输出通道中只具有下游流量调节器12v'的可能实施方式。如看到的，MEM器件20i和20j的入口12i及其限制器12r之间的输入通道既不包括传感器单元又不包括流量调节器。如看到的，图2I中示出的流体MEM器件20i的构造与图2G中示出的MEM器件20g的构造基本上近似，但没有上游流量调节器12v，并且图2J中示出的MEM器件20j的构造与图2H中示出的MEM器件20h的构造基本上近似，但没有两个级联上游流量调节器12v和其间的绝对压力传感器12s×。

[0109] 图2K展示了MEM器件20k，MEM器件20k的构造与图2A中示出的MEM器件20a的构造基本上近似，并且还包括电导率传感器12k，电导率传感器12k被构造并且能操作成测量限制器12r下游的流体流动路径的一部分中的电导率。当然，电导率传感器可设置在流体流动路径的任何其他部分中，例如，在限制器12r中或在限制器12r上游的流体流动路径的一部分中。在一些实施方式中，使用测得的电导率来确定引入MEM器件20k中的流体的类型。除此之外，还可使用测得的电导率来检测空气(或其他气体)的存在，即，如果在流体腔室/通道中存在空气，则没有电流经过电导率传感器12k。

[0110] 要注意，MEM器件的温度传感器12t可布置在沿着MEM器件的流体流动路径的任何地方，不限于MEM器件的限制器12r片段。可选地，并且优选地，在一些实施方式中，温度传感器12t位于限制器12r处用于测量限制器中的流体温度，以计算/验证流体流速。在某些应用中，重要的是监测MEM器件内的流体压力，以防止MEM器件内的高压状况。因此，利用MEM器件的系统可被构造成：每当得自传感器元件的测量数据指示MEM器件中的流体压力状况大于某个预定的可允许压力水平时，(例如，通过控制单元13)发出警报。

[0111] 可使用一个或更多个压力传感器、流体通道12p和形成在流体通道12p中的限制器12r来实现用于测量流体介质通过MEM器件20的流速的流量传感器。流体介质的流量与限制器两端的压力差相关，可使用压力差传感器12d、两个压力计传感器AP、或两个密封压力传感器(本文中将在以下描述)来测量该压力差。可使用这些压力传感器元件的组合来实现额外的安全控制，诸如(例如，用于检测空气/气泡，范围之外的输出压力—如果太高，则可能有阻碍，如果太低，则递送系统可能断开，范围之外的输入压力—如果相对于输出压力太低，则会有回流，如果太高，则会损坏MEM器件，并且根据规范，不可传递流体介质)。

[0112] 可使用图2中示出的不同构造的流量调节器12v和12v'实现MEM器件的流量控制方案。可通过外部的控制单元13(或集成的内置控制单元13')以机械方式或电磁方式来控制流量调节器，控制单元13可被构造并且能操作成测量通过MEM器件的流体流速并且相应地调节流量调节器的状态，以调节通过MEM器件传递的流体介质的量。

[0113] 图3A至图3H示意性示出根据一些实施方式的制造流体MEM器件(20)的过程。在图3A中，用基体材料(例如，用聚合物或任何其他合适材料)来制备初始大体平坦的基体层
40a，以供在基体层40a上面沉积分层结构/图案。基体层40a的厚度可以大体是大约0.1至
5mm。在图3B中，在基体层40a上沉积一个或更多个基体材料图案(例如，具有大约0.2至10mm的总厚度)，以给器件的基体结构40b提供预定的几何形状。此后，在基体结构40b上方沉积薄基体材料层41a，以限定一个或更多个流体通道12c(在图3中只示出一个流体通道)，流体通道12c具有一个或更多个限制器12r，并且提供用于形成一个或更多个隔膜(图3E中，47m、
48m和49m)的构建层。

[0114] 如看到的，可通过用图3B中基体层40a上沉积的一个或更多个基体材料图案形成细长流体通道的收缩部来实现限制器12r。薄层41a的厚度可大体是大约0.01mm至1.5mm。在一些实施方式中，(图3中未示出的)牺牲支持层用于在基体结构40b上方沉积薄基体材料层41a，此后去除牺牲支持层来构建流体通道12c及其限制器12r。替代地，设计和制造搓成可被构造成允许在没有牺牲层的情况下沉积薄基体材料层41a。

[0115] 在图3A至图3H中，MEM器件被构造成包括具有单个限制器12r的单个流体通道12c。在可能实施方式中，流体通道12c的横截面面积可以是大约0.0005mm2至70mm2，并且其限制器12r的横截面面积可以是大约0.0002mm2至70mm2。

[0116] 接下来，如图3D中所示，例如，通过电镀、电成型、印刷、蒸发、溅射、或化学镀、或电聚合，在薄层41a的顶部以一个或更多个层沉积导电和/或可机械致动(即，机械操作)的元件。例如，而非限制地，沉积在薄层41a上的元件可包括通过沉积预定金属图案(例如，具有大约0.0001至0.2mm的厚度)而形成的导电线/触点和/或流量调节器轴套。图3D具体例示了两个电极47和48和可致动轴套49的形成。在图3E中，可在薄层41a的顶部，沉积一个或更多个基体材料图案41b，以形成具有一个或更多个空隙区域41v(即，薄层41a上方没有被层41b覆盖的区域)的预定图案，所述空隙区域限定MEM器件隔膜。所述一个或更多个基体材料图案41b被沉积成使得在空隙区域41v中的至少一个中得到导电/可致动元件47、48和49，或者如图3E和图3F中例示的，电极47和48分别在隔膜47m和48m的空隙区域41v的内部得到，并且可致动元件49在隔膜49m的空隙区域41v的内部得到。包围导电/可致动元件47、48和49的这一个或更多个基体材料图案41b的厚度可具有与所述导电/可致动元件47、48和49的厚度基本上相同的厚度。

[0117] 在图3F中，在基体材料图案41b顶部和导电/可致动元件47、48和49的上方/以上，沉积一个或更多个基体材料层41c，以包封器件的导电/可致动元件，由此将导电/可致动元件隔离并且完结MEM器件的制造过程。基体材料图案41b的厚度可大体是大约0.1至2mm，并且在一些可能实施方式中，是大约0.0002至2mm。可使用MEM器件测量和/或调节流过流体通道12c的流体。图3F中示出的水平带箭头线示出流入流体通道12c的流体介质的通过。Z字形带箭头线在图3F中示出由于流动流体的通过而施加在隔膜47m和48m上方的流体压力。

[0118] 竖直的矩形形状的箭头在图3F中示出通过可致动元件49使隔膜49m向下变形，以通过改变限制器12r内的流体流动路径的横截面面积来调节通过器件的通道的流体流量。不同的隔膜47m、48m和49m优选地被制成为可弹性地(可逆地)变形，从而每当其没有被施加致动力/流体压力状况时，恢复其安置状态形状。另外，如图3F中看到的，通过隔膜47m及其电极47实现的第一压力传感器被构造并且能操作成测量流体通道12c中的流体压力，并且通过隔膜48m及其电极48实现的第二压力传感器被构造并且能操作成测量限制器12r中的流体压力。

[0119] 参照图3G和图3H，在替代的制造过程中，在(图3H中看到的)之前沉积的基体材料41e内部的图案化凹槽内，将沉积导电和/或机械可致动元件的步骤(图3D中示出的)重复预定次数，凹槽基本上包围所沉积的导电和/或机械可致动元件。以此方式，导电柱(通孔，例如，具有大约0.001至2mm的高度)47a、48a和49a被形成为被包含地包封在基体材料图案41e的一个或更多个层内。

[0120] 在图3G和图3H中展示的构造中，制备较大的导电/可致动元件结构，可电或机械地利用这些结构来例如提高稳固性、或不同导电性，或者产生更复杂的形状。在一些实施方式中，例如，在图3G中示出的步骤中使用牺牲支持材料，随后例如使用光刻技术去除牺牲支持材料。在图3H中示出的非限制示例中，基体结构40b或基体材料图案41e用于该过程，用作结构材料和支持材料二者。

[0121] 重要的是，要注意，还可使用与用于基体材料图案41b的聚合物类型不同的聚合物类型(例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对二甲苯)来执行通过图3F中的层41c和/或图3H中的41e包封MEM器件。

[0122] 图4A至图4G示意性示出具有电阻/压阻感测元件的流体MEM器件的可能实施方式。参照图4A，示出流体MEM器件50的剖视图，MEM器件50被制造为具有固体(大块)主体51的单个单片单元，固体主体51包括沉积在其外表面区域上方的电接触焊盘55，以提供与例如用于压力测量的外部器件/单元和/或系统的电连接。MEM器件50包括流体腔室或通道51n以及可密封地安装流体腔室/通道51n内且位于在器件的其中一个壁中形成的开口51p上方的隔膜53。

[0123] 如以下将描述和示出的，隔膜53优选地被制成为具有充分弹性，足以允许隔膜53响应于在流体腔室/通道51n内部变化的流体压力状况向着开口51p变形/变形进入开口51p中。接触焊盘55电联接到形成在隔膜53上方的感测装置(图4A中未示出)的转换元件，从而允许联接到MEM器件50的外部器件/系统(未示出)从其传感器得到测量数据/信号。

[0124] 图4B展示了MEM器件50的隔膜53上形成的电阻转换元件52的导电线及其电触点(焊盘)的可能布置。在这个特定的非限制示例中，形成在隔膜53上的转换元件56包括电阻和/或压阻转换元件56c，电阻和/或压阻转换元件56c机械联接到隔膜53并且电连接到MEM器件的接触焊盘55，以测量(例如，响应于隔膜53的偏转)被引入流体腔室/通道51n内或者经过流体腔室/通道51n的流体的至少一个状况或性质(例如，压力)。例如，而非限制地，转换元件56c可由通过沉积(例如印刷、溅射、蒸发、电成型)在隔膜表面上的诸如(但不限于)金(Au)、铜(Cu)、铂(Pt)、铝(Al)、镍(Ni)或其合金的导电材料制备而成。

[0125] 如图4B中看到并且在图4C中进一步展示的，可通过导电线实现转换元件，导电线被布置成形成致密的矩形波状图案，使横穿隔膜53表面的导电线56的长度最大，从而大幅提高电阻转换元件52的灵敏性。

[0126] 例如，而非限制地，在可能实施方式中，导电线56的厚度可以是大约0.0001至0.05mm，并且相邻设置的导电线56之间的距离可以大体是大约0.0001至0.1mm。要注意，虽然图4B和图4C展示了通过导电线56形成的矩形波状图案的矩形构造56s，但其他几何形状也是可能的，诸如(但不限于)圆形、半圆形、椭圆形、多边形等。

[0127] 图4D和图4E展示了根据可能实施方式的将电阻转换元件52的导电线56布置成形成多个Z字形(例如，正弦波状或锯齿状)图案56z。导电线56的Z字形图案56z连续紧贴地布置成使导电线56的长度和被电阻转换元件52覆盖的隔膜区域最大。各Z字形图案56z可通过接触焊盘56k电连接到相邻设置的Z字形图案，从而电联接这多个Z字形图案56z，形成相当长的导电线，以使被电阻转换元件52覆盖的隔膜区域最大并且提高其灵敏度。导电线56的厚度和相邻设置的Z字形图案56z之间的距离可在以上参照图4B和图4C指示的相同范围内。

[0128] 图4F和图4G展示了电阻转换元件52的圆形布置(例如，圆花饰型)。在这个非限制示例中，导电线56形成多个相邻设置的弧形图案56p，其中，各弧形形状图案56p被封入至少一个内部弧形形状图案56p和至少一个外部弧形形状图案56p(除了最内部弧和最外部弧)之间并且电连接到它们，从而得到电阻转换元件52的大体半圆形几何形状。以此方式，导电线56的长度及其覆盖的隔膜区域明显被最大化，以提高电阻转换元件52的灵敏度。导电线56的厚度和相邻设置的弧形形状图案56p之间的距离可在以上参照图4B和图4C指示的相同范围内。在可能实施方式中，电阻转换元件52所形成的半圆形形状的半径R可以是大约0.05至5mm。

[0129] 图5A至图5D展示了用于实现流体MEM器件中的惠斯顿桥的电阻式感测元件的可能布置。参照图5A，可在MEM器件20、R1、R2、R3和R4的表面区域上方图案化四个电阻元件。在隔膜53的可变形区域上方图案化的至少一个元件(例如，R1)用作感测元件，而在隔膜53的MEM器件20的其他部分(不可变形或偏转小的区域)上图案化的其他元件用作虚拟元件。以此方式，补偿了会影响测量的温度和其他可能效应。

[0130] 在图5A中示出的非限制示例中，感测元件R1和R2形成在隔膜的可变形区域上方并且虚拟元件R3和R4用于温度补偿和零偏移。将两个感测元件R1和R2布置在隔膜53的可变形区域上方，提高了传感器的灵敏度(将灵敏度加倍)。要注意，在可能实施方式中，虚拟元件R3和R4可设置在(例如，控制单元中的)MEM器件外部。可使用图5C中示出的电路构造在MEM器件20外部完成惠斯顿桥连接，或者在一些实施方式中，在MEM器件上完成惠斯顿桥连接，如图5D中展示的。

[0131] 以此方式，可使用例如图5B中示出的惠斯顿桥构造58，测量形成在隔膜53的可变形区域上方的感测元件的电阻变化，并且可通过控制单元(13)使用得自惠斯顿桥构造58的测量信号/数据(Vout)来确定通过MEM器件20流动(或包含在MEM器件20中)的流体介质的压力。在可能实施方式中，还可使用形成在隔膜53的不可变形(或偏转小的)区域上的(虚拟)感测元件来实现温度传感器。

[0132] 例如，虚拟电阻器可由响应于温度变化而表现出特定电阻变化的材料(例如，金(Au)、铜(Cu)、铂(Pt)、镍(Ni)诸如此类)制成，可使用这些虚拟电阻器作为电阻式温度检测器(RTD)。这些虚拟电阻器优选地布置在没有受隔膜变形影响的(或者变形小的)区域中，使得其电阻变化的主要影响是由于温度。在这种情况下，可使用外部开关电路(未示出)，以允许只读取单个电阻器的电阻。可根据所需的准确度，通过2、3或4点读取技术来进行电阻器读取。

[0133] 在一些实施方式中，控制单元13可被构造成实现开关模块，该开关模块能够根据MEM器件20中实现的传感器构造来分别测量各感测元件的电阻(例如，两端子读取、三端子读取或四端子读取)。这种构造允许有自测试能力并且能够在其连接槽中验证MEM器件的正确插入。控制单元13还可被构造成根据所需的测量数据来操纵电阻器连接并且创建所期望的惠斯顿测量电路构造(例如，以实现零偏移补偿方案)。控制单元还可被构造成在测量电路中提供额外的电阻器元件以创建所期望的惠斯顿桥构造(例如，给在MEM器件上形成的一个或更多个元件添加并联或串联的电阻器，以平衡惠斯顿桥)。

[0134] 图6A至图6C示意性示出可形成在MEM器件20的隔膜53的表面上的电容式转换感测元件52c的可能实施方式。图6A和图6B是MEM器件隔膜的剖视图，示出了隔膜53和隔膜上图案化的转换元件52c的高高宽比电极57。图6A示出安置状态下(即，当没有对隔膜施加压力时)的隔膜53，隔膜53具有多个电极对(出于简便的缘故，在图6A和图6B中只描绘了三个这样的电极对)，电极对均包括参考电极57a和感测电极57b(在本文中被统称为电极对57)。借助接触焊盘(55)测得的安置状态下的电极的总电容可用作流体压力测量的参考。在图6B中，隔膜53弹性变形/偏转(由于被施加流体压力)，并且电极对中的一个或更多个(例如，根据所施加压力的量)中的感测电极和参考电极之间的距离响应地改变，从而改变可借助接触焊盘测量的总电容。以此方式，可根据在MEM器件20的接触焊盘之间测得的电容，得到MEM器件20的腔室/通道(51n)内的流体压力的测量值。

[0135] 图6C示意性示出根据一些可能实施方式的在MEM器件20的隔膜53上方布置的电容式传感器元件52c的可能电极布置。在这个非限制示例中，多个大体圆形的高高宽比电极对同轴地布置在隔膜53的上(或里面)。更特别地，在这个非限制示例中，各感测电极57b被布置成形成包围/环绕各个相邻设置的参考电极57a的开环(C状形状)结构，这些参考电极57a也具有开环形状。开环形状的感测电极57b的开口正面对隔膜53的平面的一侧(参考电极的接触焊盘55a所处的一侧)，使连接在参考电极57a和接触焊盘55a之间的导电线通过。类似地，各参考电极57a(除了完整圆形形式的最后一个参考电极之外)也布置成包围另一对相邻设置的感测和参考电极的开环(C状形状)结构的形式。开环形状的参考电极57a的开口正面对隔膜53的平面的另一侧(感测电极的接触焊盘55b所处的另一侧)，使连接在感测电极57b和接触焊盘55b之间的导电线通过。

[0136] 如图6A和图6B中例示的，由于流体压力而导致的隔膜53的弹性偏转改变了开环的相邻设置的电极对57a和57b中的至少一个之间的距离，从而导致可测得的电容式传感器元件52c的电容变化。要理解，高高宽比的感测电极(57b)和参考电极(57a)大体彼此平行，并且隔膜的安置状态下测量的感测元件的电容表示隔膜53两侧之间的零压力差。还要理解，同心相邻设置的电极对可被布置成形成各种不同敞口形状的几何形状，而不一定是环形/圆形，例如，椭圆形、三角形、矩形、多边形、诸如此类(作适当修改)，并且电极对可被布置成使得感测电极57b被参考电极57a的敞口形状结构包围。

[0137] 高高宽比电极对57可由(例如，通过电沉积、电成型、电镀、化学沉积施加的)金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、铝(Al)、或铂(Pt)或其组合制成，而不限于此。在一些实施方式中，使用(例如，由铬(Cr)和/或钛(Ti)制成的)薄的粘附性提高层来提高金属电极、导电线和/或触点与MEM器件的聚合物表面的粘附性。另外，可使用对MEM器件的聚合物表面的表面处理(通过氧等离子体)来提高金属电极、导电线和/或触点与聚合物表面的粘附性。在一些实施方式中，电极57的高宽比(高度与宽度之比)可以是大约1至50，并且各电极对57之间的距离可以是大约0.001至0.02mm。

[0138] 要注意，以上例示的感测元件的导电线56和/或电极57可形成在隔膜53的内侧(即，MEM器件的流体腔室/通道51n内)或外侧。在导电线56和/或电极57形成在隔膜53内侧的这些实施方式中，它们被电绝缘材料(例如，PDMS、聚对二苯C)的一个或更多个层涂覆，以将它们与腔室/通道内的流体介质电隔离并且保护它们免于受劣化成因(例如，湿度、氧气)影响。

[0139] 图6D示出MEM器件50a的剖视图，MEM器件50a具有主体51f和具有平行板构造的电容式传感器元件52g。如所看到的，在这个非限制示例中，电极中只有一个布置在隔膜53的上面(或里面)。特别地，感测电极57x布置在器件的隔膜53的上面(或里面)，参考电极57y布置在MEM器件的腔室/通道55f内的表面区域的上面(或里面)，与隔膜53相对。在这种构造中，通过MEM器件50a的腔室/通道55f的几何尺寸来限定参考电极和感测电极之间形成的间隙g。

[0140] 图6E例示了具有电容式压力传感器52u的MEM器件50e。MEM器件50e包括：中空主体51q，其具有用于保持流体介质/使流体介质流动的流体腔室/通道55f；以及气体隔室55t，其被填充气体(例如，空气)。弹性可偏转隔膜53将流体腔室/通道55f和隔室55t密封地分离。隔膜53的一侧因此正面对流体腔室/通道55f，并且接触其中的流体介质，并且其另一侧正面对气体隔室55t。

[0141] 电容式压力传感器52u包括两个平行的导电板/表面：第一导电表面57q设置在隔膜53的表面上，面对气体隔室55t，并且第二导电表面57q设置在隔室55t的面对隔膜53并且与隔膜53相对的内表面上，使得在平行的导电表面57q和57t之间得到(例如，大约0.0005至0.1mm的)间隙g。

[0142] 当MEM器件50a的腔室/通道55f内的压力状况变化时，隔膜53由于隔膜53的两侧之间的压力差而偏转。在隔膜53的偏转状态下，高高宽比电极不平行。随着感测电极57q响应于隔膜偏转而变形(参考电极57t并不变形)，导致电介质间隙g改变和传感器元件52g的测量电容对应地改变。电极57q和57t可由(例如，通过电沉积、电成型、电镀、化学沉积施加的)金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、铝(Al)、或铂(Pt)、或其组合制成。在一些实施方式中，向MEM器件的表面施用例如由钛(Ti)和/或铬(Cr)制成的薄的粘附性提高层，以增加金属电极、导电线和/或触点与该表面的粘附性。另外，可向器件的聚合物表面应用表面处理(例如通过氧等离子体)，来提高电极、导电线和/或触点与该聚合物表面的粘附性。

[0143] 在一些可能实施方式中，电极57q和57t中的每个的表面面积(导电层)是大约0.5至50mm2。可选地，并且优选地，在一些实施方式中，隔膜53的安置状态下的电极57q和57t之间的距离g是大约0.0005至0.1mm，例如，以提供传感器元件52g的可适于测量的电容范围。可选地，并且优选地，在一些实施方式中，电极57q和57t被一个或更多个电绝缘材料(例如，PDMS、聚对二苯C)涂覆，以防止与经过MEM器件/包含在MEM器件中的流体介质电接触或者保护它们免于受劣化成因(例如，湿度、氧气)影响。

[0144] 在一些实施方式中，电极57q和57t没有被电绝缘材料涂覆，因此与腔室/通道55f内的流体介质触摸/电接触。在这种情况下，可使用传感器元件52g来测量MEM器件内的流体介质的电导率。

[0145] 以上描述的压力传感器元件是绝对压力计传感器(除了图6E中的电容式压力传感器52u之外)的类型，绝对压力计传感器被构造成测量相对于大气压的压力。以下描述的压力传感器是(即，测量均施加到隔膜一侧的两个压力之间的差别的)压力差传感器的类型。图7A和图7B是根据可能实施方式的流体MEM器件的剖视图，该MEM器件被构造成实现不同的压力差感测元件。

[0146] 图7A示出根据可能实施方式的MEM器件50b的剖视图，MEM器件50b具有主体51g和被构造成测量流体压力差的传感器元件52e。在这个非限制示例中，MEM器件50b包括两个大体平行的腔室/通道55x和55y，在腔室/通道55x和55y之间具有连通孔55p。腔室/通道55x和55y之间的孔55p被MEM器件50b的隔膜53密封，以防止腔室/通道55x和55y之间的流体连通。
倘若这两个腔室/通道55x和55y之间的压力差变化，隔膜53被较高流体压力(弹性)施压并且向着具有较低压力状况的另一个腔室/通道变形并且进入腔室/通道中的一个中，从而导致隔膜53上形成的转换元件57v和/或57u偏转，并且响应地，导致传感器元件52e测得的数据/信号改变。转换元件57v和/或57u可以是如上所述的电阻元件的类型。

[0147] 虽然图7A例示了使用位于隔膜相对两侧的两个转换元件57v和/或57u(转换元件57v与腔室55x关联并且转换元件57u与腔室55y关联)，但要理解，一个转换元件可用在隔膜
53的其中一侧上面，或者内置于隔膜53中。导电传导层57v和/或57u及其相应的信号传输线可被包封在隔膜53内并且与腔室内的流体(液体和/或气体)电绝缘。

[0148] 图7B示出采用两个(例如，使用上述转换元件中的任一个实现的)绝对压力传感器52a和52b和限制器66的流体MEM器件60的剖视图。如看到的，绝对压力传感器52a中的一个与器件60的流体流动路径65关联，而另一个绝对压力传感器52b与限制器66的细长流体通道片段关联。以此方式，可基于这两个绝对压力传感器52a和52b之间的压力差来确定流体流速。可在具有隔膜66a和66b及其触点65a的器件主体61的相同制造过程内(例如，使用图3中示出的制造技术)构建MEM器件60的流动通道65和形成在其中的限制器66。

[0149] 可选地，并且优选地，在一些实施方式中，在以上和以下描述的不同实施方式中，所有转换元件(例如，感测电极)及其相应的导电线(例如，通过PDMS或聚对二苯)被电隔离。

[0150] 图8A至图8I示出剖视图，所述剖视图示意性示出适于制造根据一些可能实施方式的流体MEM器件的过程。在图8A中，在基板77上沉积包括初始聚合物图案73和牺牲物质图案71的一个或更多个层。如图8B中所示，使用预定图案，一个叠一个地接连施用包括牺牲物质图案71和聚合物物质图案73的额外层，从而构造MEM器件的预定结构。各层中的牺牲物质图案71和聚合物物质图案73可以(但不是必须)彼此互补，使得结构的各层包含MEM器件的完整横截面区域，不带孔或空隙。为MEM器件得到的结构优选地包括MEM器件的所有结构/元件，诸如(但不限于)锁定/锁存机构和接合装置(例如，流体入口/出口)。

[0151] 在图8C中，在多层结构上方施用顶部薄聚合物层73y。薄聚合物层73y用来实现MEM器件的隔膜。可选地，如图8D中例示的，可向顶部聚合物层73y应用(例如，通过氧等离子体)表面处理73t，以提高任何接连施用的层与顶部聚合物层73y的粘附性。在一些实施方式中，使用(例如，由铬(Cr)或钛(Ti)制成的)一个或更多个薄的粘附性提高层来提高金属导电线和/或电极与器件的聚合物表面的粘附性。

[0152] 接下来，如图8E中所示，在顶部聚合物层73y的隔膜部分(图8I中，73m)上图案化导电线78，并且可在薄聚合物层73y的不可变形(或偏转小)的区域的顶部，例如在施用在顶部聚合物层73y的隔膜部分外部的单层中，沉积电触点(接触焊盘)76(导电线和接触焊盘在本文中也被称为导电图案)。在施用导电图案76/78之后，可以在导电图案76/78的至少一部分上方施用一个或更多个额外聚合物图案/层79，如图8H中看到的，聚合物图案/层79包封MEM器件结构，同时使得能够触及MEM器件的接触焊盘。

[0153] 可通过去除基板77和牺牲物质图案71来完结制造过程，从而使腔室71v空置并且释放隔膜73m，如图8I中展示的。在这个非限制示例中，所得到的MEM器件结构包括流体腔室/通道71v、上面图案化有导电结构78的弹性可变形隔膜73m、流体入口(或出口)73i和外部可触及的接触焊盘76。

[0154] 在图8F中例示的替代实施方式中，在施用图8E中示出的导电图案之后，在完成图8H中示出的器件包封之前，可在导电线78和/或连接焊盘上方施用(例如通过电镀、或化学镀、或电聚合化)额外的导电图案78a，从而形成用于通孔的导电柱和/或高高宽比电极。在图8G中看到的又一个可能替代实施方式中，包括导电图案76/78(例如，导电线、连接焊盘、和/或换能器)的聚合物箔73f可附接(例如，通过粘附)到顶部聚合物层73y的顶部。

[0155] 牺牲物质可由光致抗蚀剂材料(例如，SU8，AZ 4562)、水溶性聚合物(例如，聚乙烯醇(PEG)诸如此类)类型制成，并且聚合物材料可由PDMS、ABS、PVC、聚乙烯(PE)、PEEK、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯亚酰胺(PEI)、聚砜(PSU)、聚丙烯(PP)、聚氨酯(PU)等制成。例如，可通过3D打印或光刻，一个叠一个地施用牺牲和聚合物材料图案。导电图案可由例如金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、铝(Al)、铂(Pt)制成，并且它们可例如通过电沉积、电成型、电镀或化学沉积施加到顶部聚合物层73y上。在一些实施方式中，在隔膜表面上沉积(例如，由钛(Ti)和/或铬(Cr)制成的)薄粘附层，以增加金属线/触点与器件的表面的粘附性。另外，可向器件的聚合物表面应用表面处理(例如通过氧等离子体)来提高金属线和/或触点与聚合物表面的粘附性。

[0156] 在(例如，采用一些3D打印技术的)一些实施方式中，不需要牺牲层71。

[0157] 图9A和图9B示意性示出根据可能实施方式的流体MEM器件20与外部器件/系统的机械和电交互。

[0158] 图9A示意性示出根据一些可能实施方式的流体MEM器件20的快速连接器机构30。如上所述，根据本发明的各种实施方式的MEM器件20不需要进行封装，因为整个MEM器件20是在与流量限制器、流量调节器、压力和温度传感器相同的制造框架内使用类似的过程制造的。在这个非限制示例中，通过闩锁槽(或空腔)36创建快速连接结构30，闩锁槽36适于通过将MEM器件20推入闩锁槽36中来紧贴地接纳MEM器件20，如图9A中的虚线和箭头所例示的。快速连接机构30包括：闩锁/锁定机构32，闩锁/锁定机构32被构造并且能操作成将MEM器件20固定在槽36内；和/或匹配机构31，匹配机构31用于确保装配在槽36中的MEM器件20被正确取向。

[0159] 图9B例示了具有机械匹配和锁定的另一个快速连接器机构37，快速连接器机构37被设计成能够快速连接到外部器件/系统33并且与其创建电连接。在这个非限制示例中，在外部器件33中设置装配承窝33c以允许在提供与外部器件33的所需连接的同时将MEM器件锁定在承窝33c中。MEM器件20可在其一端包括突出边缘26，突出边缘26被设计成被接纳在通过承窝的肩状构件33s所形成的空腔(在33c)内。在将MEM器件的突出边缘26引入承窝33c的空腔中之后，将MEM器件20压向承窝的基体片段33b并且被锁定在其内，因为其抵接端(在突出边缘26的相对侧)被压靠承窝33c的保持构件33t(在空腔的相对侧)。因此，MEM器件20变成锁定在承窝33c内，同时在MEM器件20的接触焊盘25a和设置在承窝的基体片段33b中的对应接触焊盘25b之间创建电连接。快速连接器机构37可包括在MEM器件20和外部器件33之间提供能密封的流体连接的装置。

[0160] 如图1D中例示的，外部器件和/或系统35可包括：一个或更多个贮存器(11)、或源自所述贮存器的流体供应线路，所述流体供应线路可连接到MEM器件20的入口(12i)；一个或更多个递送/分配单元(14)、或源自所述递送/分配单元的液体递送线路，所述液体递送线路可连接到MEM器件20的出口(12u)；以及外部(或集成的)控制单元(13)，其电联接到MEM器件20。与外部控制单元13的电连接包括用于读取温度、电导率和/或压力传感器的匹配电连接(例如，1-1'和2-2')和用于以机械方式、电磁方式或静电方式致动流量调节器(12v)的连接器(例如，3-3'和4-4')。

[0161] 在一些实施方式中，MEM器件20可包括匹配和/或锁定和/或闩锁机构(例如，鲁尔锁，在图9A和图9B中未示出)，该机构被构造并且能操作成在MEM器件20和外部器件和/或系统35之间创建流体密封的连通。

[0162] 图10A和图10B示出根据可能实施方式的流体MEM器件20的可能构造，MEM器件20被构造成测量流体介质的压力。在这个非限制示例中，MEM器件20由大体矩形主体86制成，主体86在其各侧具有流体端口12，以使流体介质通过沿MEM器件20的主体穿过的通道61。MEM器件20的接合面86i包括：接触焊盘75的阵列，其用于在MEM器件20和外部器件/系统之间创建电连接；可变形隔膜53；以及转换元件88，其形成在隔膜53上(或里面)并且电联接到接触焊盘75，以测量通道61内的流体压力。MEM器件20的接合面86i还包括两个抓耳81，抓耳在器件的两个相对侧向方向上横向伸出。抓耳81可包括小平面81p，小平面81p形成在抓耳81的一端，以将MEM器件20匹配外部器件/系统的各个机械连接装置，如以下将例示的。

[0163] 参照图10B，连接在流体通道61和器件的接合面86i之间的穿通孔61b被覆盖孔61b的开口的隔膜53密封，使得引入通道61中的流体介质可通过孔61b与隔膜53交互作用。接触焊盘75提供与形成在隔膜53上的转换元件88的电连接，以测量通道61内的流体压力。流体端口12可被构造成实现允许MEM器件20与外部器件/系统的可密封快速连接的快速连接器(例如，鲁尔锁)。

[0164] 在一些可能实施方式中，流体通道61可包括用形成在流体通道61中的收缩部61c实现的限制器61r，限制器61r可用于使用单个压力计传感器88来实现流量差传感器。例如，如果借助器件的未收缩侧将流体介质引入MEM器件(如虚线带箭头线61a所展示的)，并且在器件的出口61v处存在环境压力状况，则在流体通道61的未收缩部分内在限制器61r两端出现相同的压力状况。因为在隔膜53两侧存在相同的压力状况，所以通过传感器元件88得到流体压力差测量。

[0165] 图10C至图10F例示了将MEM器件连接到外部器件/系统的可能机构。在图10C中，示出MEM器件20处于附接于外部器件/系统35的操作设置中。用两个紧固结构87e将MEM器件20附接到具有支持板87p的对接组件87，对接组件87具有两个紧固结构87e和PCB 83，紧固结构87e形成在支持板87p的顶侧并且被构造成接收并且保持MEM器件20的抓耳81，PCB 83附接到支持板87p的底侧并且被构造成在MEM器件20附接到外部器件35时与MEM器件20的接触焊盘75创建电连接。

[0166] 图10D示出对接组件87的分解立体图。形成在支持板87p中的槽89s容纳闩锁机构89，闩锁机构89被构造成将MEM器件20锁定其在紧固结构87e之间的操作底座中。闩锁机构
89包括可收缩舌89p，可收缩舌89p被构造成在MEM器件20沿着支持板87p的表面向着紧固结构87e滑动(如箭头85所示)的同时被可逆地压入槽89s中。如图10C中看到的，在MEM器件20完全插入紧固结构87e之间时，可收缩舌89p从槽89s向上露出并且将MEM器件锁定，使MEM器件在其操作状态下不动。可使用闩锁机构89中的推动按钮89g将可收缩舌89p移入槽89s中，以从对接组件87释放MEM器件20。

[0167] 如图10D中看到的，PCB 83上设置的向上伸出的电触点83c的阵列被构造用于布置在形成在支持板87p中的穿通孔20中，从而在操作状态下布置在对接组件中时，与MEM器件20的接触焊盘75创建电连接。

[0168] 现在，参照图10E和图10F，例示了根据可能实施方式的另一个对接组件87'，在该可能实施方式中，两个可偏转夹具87t用于将MEM器件20保持在支持板87p上，位于两个侧向保持器87q之间，使MEM器件20在操作状态下不动。在这个实施方式中，侧向保持器87q被构造成将MEM器件20的抓耳81的位其前端(相对于插入侧向保持器87q之间的方向)拐角保持在匹配空腔中，此后将MEM器件压向支持板87p并且当将它装配在保持器87q之间并且夹具87t被“卡扣”/锁定在抓耳81的后端时被夹具87t夹持。在这种情况下，MEM器件20的接触焊盘75与PCB 83的触点阵列创建电连接。在一些实施方式中，通过一种弹簧加载连接器来实现接触器阵列83c'，接触器阵列83c'被构造成允许连接器上下移动，从而有助于将MEM器件保持就位，固定到支持板87p。通过拉动夹具87t并且将MEM器件从保持器87q抬起，从对接组件释放MEM器件20。

[0169] 在可能实施方式中，PCB 83可包括外部器件/系统35(例如，控制单元、惠斯顿桥元件、电源诸如此类)会需要的额外的触点和电路。

[0170] 图11A至图11C示出根据可能实施方式的流体MEM器件20结构，MEM器件20可用于测量流体压力和/或流速。这个非限制示例中的MEM器件20是多层结构，包括基体结构20s、流体路径层20t、流体腔室层20u(本文中也被称为中间层)和隔膜层20v(本文中也被称为包封层)。MEM器件还包括侧向伸出的唇部20w，唇部20w包括多个接触焊盘，这些接触焊盘被构造成提供与MEM器件20的感测和/或致动元件和内置于MEM器件20的电路和/或其他元件(例如，控制模块)的电连接。

[0171] 参照示出MEM器件20的剖视图的图11B，器件的基体部分20s包括内部流动结构，内部流动结构被构造成借助其流体入口12i接收流体介质，将接收到的流体介质传送到安置在其他层中的元件，从其他层接收回流体介质，并且借助其流体出口12u释放流体介质。MEM器件20的流体入口12i和出口12u可被构造为可密封快速连接结构(例如，鲁尔锁)以允许与流体供应装置(例如，药物贮存器)和流体递送系统(例如，药物递送/分配装置)进行快速连接。

[0172] 现在，参照图11B和图11C，基体结构20s包括：接收通道12f，其与入口12i流体连通并且从入口12i向着基体结构20s的上表面处的小开口84a渐缩；以及递送通道12m，其与出口12u流体连通并且从出口12u向着基体结构20s的上表面处的另一个小开口84b渐缩。叠堆在基体结构20s顶部的流动路径层20t包括两个对应的孔80a和80b(图11C中看到的)，孔80a和80b被构造成对准并且重叠基体结构20s的上表面中的小开口84a和84b。形成在流动路径层20t中的槽连接在两个孔80a和80b之间，从而形成MEM器件20的流体流动路径。流体流动路径可包括具有不同横截面面积的两个片段，用作流体通道12p的第一片段与第一孔80a连通，并且具有较小的横截面面积并且用作限制器12r的第二片段在流体通道12p和第二孔80b之间连通。可在流体通道12p和限制器12r之间形成渐缩的收缩部。

[0173] 叠堆在流动路径层20t顶部的流体腔室层20u包括具有渐缩轮廓的两个槽82a和82b，槽82a和82b被构造成在层中形成流体腔室。各槽具有沿着流体腔室层20u的底侧经过的细长部分和沿着该层的上侧经过的宽(放大)部分。第一槽82a与形成在流动路径层20t中的流体通道12p的片段(或整个长度)对准，使得其细长部分与流体通道12p连通，并且第二槽82b与限制器12r的片段(或整个长度)对准，使得其细长部分与限制器12r连通。

[0174] MEM器件20的流动结构被最上面的隔膜层20v密封，隔膜层20v被构造有两个弹性可偏转隔膜53a和53b，弹性可偏转隔膜53a和53b均具有在其上图案化的相应的转换感测元件88a和88b。隔膜层20v中的隔膜53a和53b的位置将各隔膜布置在通过槽82a和82b实现的相应流体腔室上方，使得可在腔室中的流体介质与相应隔膜交互作用时通过相应的转换感测元件88a和88b感测通过引入腔室中的流体介质施加的流体压力，并且借助MEM器件20的接触焊盘75测量所述流体压力。

[0175] 以此方式，通过MEM器件20的入口12i引入MEM器件20中的流体介质借助接收通道12f被传递到流体通道12p、其限制器以及通过槽82a和82b形成的流体腔室中，并且借助递送通道12m和出口12u从其释放。得自转换感测元件88a的测量数据/信号因此表征槽82a和与其联接的流体通道12p内的压力状况，并且得自转换感测元件88b的测量数据/信号表征槽82b和与其联接的限制器12r内的压力状况。控制单元(13)可使用测量数据来确定通过MEM器件20的流体流速。

[0176] 可使用与上述相同的材料和技术来制造图11A至图11C中示出的MEM器件20。在一些可能实施方式中，MEM器件20的不同层可分别在不同制造过程中单独制备，此后被彼此可密封地胶合或焊接，以形成图11A至图11C中示出的所期望的MEM器件。在一些实施方式中，形成在层20t中的流体流动路径12p的横截面面积可以是大约0.0001至25mm2，并且其限制器12r的横截面面积可以是大约0.0001至24.9mm2。在一些实施方式中，通过层20u中的渐缩槽82a和82b形成的各流体腔室的容积可以是大约0.001至125mm3。

[0177] 在一些实施方式中，可通过如下方式构造分层结构：将流体腔室层20u可密封地附接到流动路径层20t，使得在槽82a和流体流动路径12p之间以及在槽82b和限制器12r之间创建流体连通；并且将隔膜层20v附接到流体腔室层20u，使得隔膜53a布置在槽82a上方并且隔膜53b布置在槽82b上方。然后，将该分层组件附接到基体结构20s，使得在开口84a和流体流动路径12p之间以及开口84b和限制器12r之间创建流体连通。

[0178] 在一些可能实施方式中，MEM器件被构造成没有流体腔室层20u。在这种情况下，可通过将隔膜层20v直接附接到流动路径层20t使得隔膜53a处于流体流动路径正上方的位置并且隔膜53b处于限制器12r正上方的位置来组装分层结构。

[0179] 图11D至图11F示出根据可能实施方式的流体MEM器件20结构的另一种构造，MEM器件20可用于测量流体压力和/或流速。在这个实施方式中，MEM器件20也是多层结构，包括基体结构20z、中间流体腔室层20y(本文中也被称为过渡层)以及顶部流体流动路径层20x(本文中也被称为包封层)。MEM器件还包括侧向伸出的唇部20w，唇部20w包括多个接触焊盘(75)，这些接触焊盘被构造成提供与MEM器件20的感测和/或致动元件和内置于MEM器件20的电路和/或其他元件(例如，控制模块)的电连接。设置在基体结构20z的底侧的空腔93包括与器件的相应内部传感器隔室(图11F中，94a和94b)连通的两个开口93a和93b。

[0180] 如示出MEM器件的分解图的图11E中看到的，形成在流体流动路径层20x底侧的纵向通道实现流体流动路径12p及其限制器12r。在这种情况下，通道具有进入流动路径层20x中的特定预定深度，以允许通过中间流体腔室层20y和基体结构来密封它。中间层20y包括用于将流体介质在基体结构20z的流动结构和流体流动路径层20x的流动结构之间流通的两个穿通孔80a和80b。

[0181] 现在，参照图11F，在中间层20y中，与基体结构20z中的接收通道11f的上部开口84a对准并且重叠的第一穿通孔80a用来将借助入口12i接收的流体介质传送到流动路径层
20x中形成的流体流动路径12p，并且与基体结构20z中的递送通道12f的上部开口84b对准并且重叠的第二穿通孔80b用来将从流体介质从流动路径层20x中形成的限制器12r传送到器件的出口12u。

[0182] 中间层20y包括具有渐缩轮廓的两个槽82a和82b，槽82a和82b被构造成在该层中形成流体腔室。各槽具有沿着中间层20y的上侧经过的细长部分和沿着该层的底侧经过的宽(放大)部分。第一槽82a与形成在流动路径层20x中的流体通道12p的片段(或整个长度)对准，使得其细长部分与流体通道12p连通，并且第二槽82b与限制器12r的片段(或整个长度)对准，使得其细长部分与限制器12r连通。这个结构因此使得能够将经过流体通道12p及其限制器12r的流体传送到中间层20y中的槽82a和82b所形成的相应腔室中。

[0183] 基体结构20z包括装入器件的感测元件的传感器隔室。设置在基体结构20z中的第一隔室94a连接到底部空腔93中的开口93a并且被上面形成有转换元件88a的隔膜层53a覆盖，设置在基体结构20z中的第二隔室94b连接到底部空腔93中的开口93b并且被上面形成有转换元件88b的隔膜层53b覆盖。隔膜53a和53b优选地由基体结构20z的薄顶层来实现。如图11F中看到的，隔膜53a和53b分别接触由槽82a和82b在中间层20y中形成的腔室。因此，得自转换元件88a的测量数据/信号表征由槽82a在中间层20y中形成的第一腔室中和与其流体联接的流体流动路径12p中的压力状况，并且得自转换元件88b的测量数据/信号表征由槽82b在中间层20y中形成的第二腔室中和与其流体联接的流体流动路径12r中的压力状况。

[0184] 在这种构造中，如果以传感器隔室94a内的特定压力状况密封底部空腔93中的开口93a，则由转换元件88a实现的压力传感器是密封的压力传感器(即，近似于压力计传感器，不同的是，该密封的压力传感器测量的是相对于某个固定压力的压力，而非环境大气压力)。类似地，如果以传感器隔室94b内的特定压力状况密封底部空腔93中的开口93b，则由转换元件88b实现的压力传感器是密封的压力传感器。倘若开口93a和93b敞开使得在传感器隔室94a和94b内存在大气压，则由转换元件88a和88b实现的传感器元件是常规测量计传感器。

[0185] 图11D至图11F中示出的MEM器件20还可包括压力差传感器95。可使用安置在基体结构20z中的U形压力差传感器空腔95c来实现压力差传感器95，其中，其臂中的一个的顶部开口95a能通过由基体结构20z的顶部层所形成的薄隔膜91a密封地封闭，而另一个臂的顶部开口95b敞开，以将流体介质通过由槽82b在中间层20y中形成的第二腔室与限制器12r连通。以此方式，隔膜91a的上侧与由槽82a在中间层20y中形成的第一腔室接触，因此对其施加流体流动路径12p中的压力状况。另一方面，空腔95c内的压力状况(该压力状况被施加到隔膜91a的底部部分)与限制器12r中的相同。因此，隔膜91a的变形对应于流体流动路径12p及其限制器12r之间的压力差，因此，得自隔膜91a的转换元件96a的测量数据/信号表征沿着流体通道的压力差。

[0186] 因此，在操作中，“U形”通道95c被填充流体介质。如果流体介质用于MEM器件，则可通过在U形空腔95c的两个臂之间连通的通道95n，去除空腔95c内包含的空气。替代地，在一些实施方式中，空腔95c被填充未经收缩的流体/凝胶，使得压力可被完全传输到隔膜95a的底侧(当95b对限制器压力保持敞开时)，例如，可通过与用于施用感测元件的隔膜的相同的涂覆过程来密封空腔95c内的流体或凝胶。

[0187] 在可能实施方式中，“U”形空腔的开口95b可被薄隔膜(未示出)密封，而另一个臂的开口95a被保持敞开(未示出)以将流动介质通过由槽82a在中间层20y中形成的第一腔室与流体流动路径12p连通。因此，在这些实施方式中，施加到隔膜上侧的压力将是限制器12r中的压力，而施加到隔膜底侧的压力将是流体流动路径12p中的压力。

[0188] 使用这种压力差传感器，允许大幅减小流量控制所需的精度(例如，对于压力差传感器来说减小到大约1％，而使用绝对压力传感器需要大约0.05％的精度)。当然，当需要测量的绝对压力增大时，绝对压力传感器的准确度要求也增加。

[0189] 图11G示出根据可能实施方式的MEM器件20的剖视图，MEM器件20具有流量调节器98a和98b。图11G中示出的MEM器件也是多层结构，包括基体结构20z、中间流体腔室层20y(本文中也被称为过渡层)和顶部流体流动路径层20x(本文中也被称为包封层)。这些层的结构可大体近似于图11D至图11F中示出的MEM器件的层，但不是必需的。流量调节器98a和
98b可均使用薄隔膜98m来实现，薄隔膜98m使叠置的上部空腔98u和下部空腔98w可密封地分离，上部空腔98u和下部空腔98w形成在流体流动路径层20x中，其中，各流量调节器的下部空腔98w与其相应的穿通孔80a和80b流体连通。附接于隔膜98m底侧的活塞98p可用于通过在隔膜98m上侧上方致动机械压力(例如，使用电磁或机械致动器)来限制(或完全堵塞/密封)通过开口84a/b通向流体通道12p和限制器12r的通行。

[0190] 更特别地，在这个实施方式中，流体介质从接收通道12f通过下部空腔98w递送到流体流动路径12p中。因此，当流量调节器98a的活塞98p被相应隔膜98m向着接收通道12f的顶部开口84a向下推动时，限制通向下部空腔98w的流体流动通行，或者一旦顶部开口84a被活塞98p密封，就变成完全被阻塞。类似地，当流量调节器98b的活塞98p被相应隔膜98m向着递送通道12f的开口80b向上推动时，限制通向下部空腔98w的流体流动通行，或者一旦顶部开口84b被活塞98p密封，就变成完全被阻塞。

[0191] 在常开构造中，一旦移除了隔膜上方的致动压力，就恢复隔膜98m的原始状态，并且活塞98p向上回缩，从而释放对流体通道的流体流动限制并且允许流体介质进/出器件的流体通道。可选地，并且优选地，在一些实施方式中，如图11G中例示地，使用常闭构造，其中，致动装置(未示出)用来将隔膜98m及其相应的活塞98p向下推动，以允许与流量调节器的下部空腔98w的流体连通。流量调节器的这种常闭构造防止倘若输入压力降至输出压力之下从输出通道回流到输入通道。

[0192] 图11G的MEM器件可在两个步骤过程中制造，所述步骤过程包括(i)聚合物制造和(ii)导电/感测层沉积(例如，使用集成电路(IC)技术)。考虑到MEM器件的尺寸(例如，大约1cm3)，在批量生产MEM器件时，可如下地执行制造：(i)首先，基体结构20z(图11E)、流体流动路径层20x和中间流体腔室层20y被制造成具有它们的流动结构，(ii)在基体结构20z上，沉积导电层(线路、接触焊盘75和转换元件)，以及(iii)流动路径层20x可密封地粘附/焊接到流体腔室层20y的顶部(在一些实施方式中，流动路径层20x和流体腔室层20y被制造为单个单元)，随后将流体腔室层20y可密封地粘附/焊接到基体结构20z的顶部。如图11E中看到的，唇部20w(带有接触焊盘75)从基体结构20z侧向伸出，以便于与基体结构20z上的导电元件(线路、转换元件)连接。

[0193] 在一些实施方式中，通过如下方式组装分层结构：将流动路径层20x可密封地附接到流体腔室层20y，使得在流动路径层20x中的流体流动路径与流体腔室层20y中的孔80a和槽82a之间以及流动路径层中的限制器12r和流体腔室层20y中的孔80a和槽82a之间创建流体连通。然后，将该分层结构附接到基体结构20z，使得流体腔室层20y中的槽被布置在基体结构20z中的其相应隔膜上方(槽82a布置在隔膜53a/91a上方并且槽82b布置在隔膜53b上方)。

[0194] 图11H和图11I例示了将MEM器件20与外部系统35快速连接的可能机构。在这个非限制示例中，对接组件87被设计成通过将MEM器件20的突出唇部20w在安装在PCB 83上的连接器组件83c内滑动来接收MEM器件20。当插入连接器83c中的唇部被可偏转夹具87k锁定并且固定，并且在接触焊盘75和PCB 83之间创建电连接，从而允许外部装置从MEM器件读取测量信号/数据和/或提供用于改变器件的流量调节元件的状态的致动信号。这个锁定系统可在MEM器件没有被插入时更好地隐藏外部电子器件的触点(例如，可容易地保护外部电子器件的电触点，免于少量水的影响)。

[0195] 图12A例示了其中MEM器件20附接到具有接触焊盘75q和空腔83b的印刷电路板83的可能实施方式的分解图。参照图12B，示出附接到PCB 83的流体MEM器件20的剖视图。在这个非限制示例中，包括带有感测元件(未示出)和接触焊盘75的MEM器件的侧表面附接到PCB 83的表面。为了允许隔膜53偏转，通过将可变形隔膜53布置在空腔83b上方，(例如，通过接触焊接83t)将MEM器件20附接到PBC 83。

[0196] 在一些实施方式中，例如，如上述图12中例示地，MEM器件被焊接到PCB，成为标准SMD组件。在其他可能实施方式中，如图13A至图13中例示地，SMD组件被焊接到MEM器件。特别地，在完成金属化处理之后，包括(图14中示出的)MEM器件20的晶粒的阵列的聚合物晶圆可被看作可附接有电子组件/电路(例如，无源组件、SMD芯片、ASIC、电池、集成天线等)的PCB。

[0197] 参照图13A至图13C，电子电路(例如，ASIC)130可机械连接(例如，胶合)到MEM器件20并且例如使用引线焊接电连接到设置在MEM器件20上的相应焊盘75c(电路130可被实现成具有电力收集单元、读出电路和/或RF发送器/接收器)。此后，可用绝缘层(例如，环氧树脂—未示出)覆盖电子电路130。在这个非限制示例中，倘若电路130没有被实现为电力收集单元，就使用设置在MEM器件20中的接触焊盘75b连接电源(例如，电池)。额外的电气/电子元件131(例如，诸如电阻器、电容器、集成RF天线等标准SMD组件)还可通过设置在MEM器件
20上的接触焊盘75a电连接到MEM器件20。

[0198] 图14A和图14B示出根据一些可能实施方式构造成测量流体介质的电导率的MEM器件140。参照图14A，MEM器件140总体上包括基体板149和构造在基体板149的预定部分上方的中空主体145。在中空主体145中的流体通道/腔室145a能够供借助流体端口145p进入其中的流体介质通过。在一些实施方式中，流体端口145p用作入口，设置在中空主体145另一端的另一个流体端口(未示出)用作出口。

[0199] 基体板149的没有被中空主体145占据的部分149p设置有电接触焊盘的阵列，各电接触焊盘通过导电线与设置在流体通道/腔室145a内的相应电极电联接。在一些实施方式中，两个触点和两个相应电极用于测量流体通道/腔室145a中的流体的电导率。在这个非限制示例中，四个接触焊盘141、142、143和144设置在基体板149的未覆盖部分149p上，四条导电线141a、142a、143a和144a分别用于将各接触焊盘连接到在流体通道/腔室145a内的相应电极141c、142c、143c和144c。在这种构造中，接触焊盘141、142、143和144用于将MEM器件140连接到外部器件(例如，控制单元)，并且与流体通道/腔室145a中的流体介质直接接触的相应电极141c、142c、143c和144c用于测量流体的电导率。

[0200] 现在，参照示出没有中空主体145的器件140的基体部分/板149的图14B，可以通过如下方式测量腔室/通道内流体的电导率：在外部电极144c和141c(更靠近器件的侧向两侧)之间施加交流(AC)I并且同时测量在(位于外部电极之间的)内部电极143c和142c上得到的电压V。然后，穿过流体的AC电流I(用点划线示出的)和测量电压V可用来基于等式G＝I/V来计算电导G。然后，可如下基于单元常数K来计算电导率c：c＝K*G。单元常数K取决于流体通道/腔室145a和电极的几何参数，并且可计算或校准单元常数K。因为电导率随温度而变，所以外部控制器可使用温度传感器来补偿温度效应。

[0201] 在图11A至图11G中例示的多层MEM器件构造方法中，可以在晶粒级或晶圆级执行不同层和基体结构之间的附接(例如，焊接)。图15A和图15B展示了可能在矩形晶圆100中制造MEM器件，矩形晶圆100包括MEM器件的晶粒101的阵列。如图15B中所示，在晶圆100中相邻设置的MEM器件101的晶粒可通过连接引脚120(或者通过连接层)而彼此连接。

[0202] 图15C示出根据可能实施方式的晶圆100，晶圆100包括以晶圆级电连接到晶粒101的电气/电子元件(例如，SMD)。如看到的，晶圆100中的各晶粒101包括小MEM器件，所述小MEM器件用作具有集成感测元件和控制能力和与外部流体供应/递送系统的连接的PCB。

[0203] 图15D和图15E示出圆形晶圆构造110，圆形晶圆构造110均包括MEM器件的晶粒101的阵列。如图15E中看到的，可在晶圆110中形成对准结构111，以促成自动化批量生产制造过程。

[0204] 图15F展示了一堆118晶圆110的制造技术，各晶圆110包括MEM器件的晶粒101的阵列。堆118保持在堆支架113中，叠支架113适于将晶圆接收在槽中。在这个非限制示例中，晶圆堆118和支架113被一起构建在采用任何合适生产技术(诸如，3D打印)的相同制造过程内。这种生产技术可因此提供更有效且省时的制造过程。另外，当晶圆堆118及其支架113被构造为一个单元时，它们可被容易地在不进行额外堆操作的情况下运输。在一些实施方式中，堆支架113包括用于堆中的第一个晶圆110和最后一个晶圆110的一个或更多个保护层。

[0205] 如以上描述的并且在相关图中示出的，本发明提供了可用于监测并且调节流体介质的流体MEM器件的结构和制造技术。虽然已经描述了本发明的特定实施方式，但是应该理解，本发明不限于此，因为本领域的技术人员可(特别地)依照以上教导进行修改。如技术人员应该理解的，可按采用上述技术中的不止一种技术的各式各样的方式来执行本发明，所有这些都没有超出本发明的范围。

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用于监测并且调节流体流量的芯片器件及其制造方法

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