静电致动装置的制作方法

本发明涉及液体移位装置领域。更具体地，本发明涉及静电泵，并且准确地说涉及使用隔膜来移位至少一种流体的静电致动装置。

背景技术：

1、从现有技术已知的是，使用用于例如使用压电致动器来移位一定量的流体的装置。这些构思提出的主要问题是，它们通常被设计用于连续操作，如通过管道连续地循环小流量的液体。因此，它们是慢的，并且表现出非常低的电源效率，有时达到小于0.1的电源效率。因此，它们不适合于有限量的液体的可逆泵送和使用低功耗的需要。

2、例如在ep3507644a1中描述的最近的解决方案建议使用可变形电极，当与致动电极协作时，该可变形电极可以在第一位置与第二位置之间被静电致动。通过这种方式，可以将有限量的流体推动通过旨在穿过致动电极的流体过道。尽管该解决方案允许以低功耗推动有限体积的流体，但其涉及使用专用致动电极结构，这会增加制造工艺成本。此外，由于致动功能和流体路径功能由相同的部件(致动电极)承载，所以静电致动装置的整体结构呈现出高度复杂性。

技术实现思路

1、本发明目标在于解决上述问题。为此，本发明涉及一种静电致动装置，其包括至少一个电极腔室；所述至少一个电极腔室沿着在第一电极腔室端部与第二电极腔室端部之间的延伸方向延伸，其中：

2、-所述第一电极腔室端部包括至少一个第一流体通道，所述至少一个第一流体通道向外显露并且被配置成允许流体通过；

3、-所述第二电极腔室端部包括至少一个第二流体通道，所述至少一个第二流体通道向外显露并且被配置成允许流体通过；

4、-所述至少一个电极腔室包括沿着所述延伸方向横向延伸的至少一个横向电极。

5、所述至少一个电极腔室适于接收可变形电极，所述可变形电极被配置成与所述至少一个横向电极协作，以便在至少第一位置与第二位置之间被致动。

6、所述可变形电极被配置成当所述可变形电极在所述至少第一位置与第二位置之间被致动时，反向推动一定体积的流体通过在所述至少一个第一流体通道与所述至少一个第二流体通道之间选择的至少一个通道。

7、上述静电致动装置使得可以通过致动可变形电极来反向地向外推动包含在电极腔室中的流体。这种静电致动装置例如可以用于控制流体透镜的光学功率。

8、该至少一个电极腔室的其中至少一个横向电极向延伸方向横向延伸的这种专用结构不仅允许更好地控制流体移动，而且允许简化电极腔室的整体结构。

9、实际上，将横向电极的致动功能与第一流体通道和第二流体通道的流体路径功能分离有助于静电致动装置的制造和组装。

10、根据实施例，所述静电致动装置包括单独或组合的一个或多个以下特征。

11、根据一个实施例，所述静电致动装置被配置成仅推动有限体积。

12、根据一个实施例，所述静电致动装置包括被配置成致动可变形电极的电源和被配置成从电源向可变形电极供应交流电流和/或交流电压的电压控制器。例如，在可变形电极与横向电极之间施加所述交流电流和/或交流电压。

13、根据实施例，可变形电极布置在至少一个电极腔室中，以便将所述至少一个电极腔室分隔成第一电极隔室和第二电极隔室。

14、应当理解，第一电极隔室和第二电极隔室是不同的。

15、根据一个实施例，第一电极隔室与第二电极隔室流体隔离。换句话说，根据一个实施例，第一电极隔室不与第二电极隔室流体连通。

16、上述布置使得当可变形电极在第一位置与第二位置之间被致动时，可以同时反向地将一定体积的流体从第一电极隔室推到外部以及将相同体积的流体吸到第二电极隔室中。

17、根据一个实施例，可变形电极包括可变形介电层和至少一个导电部分。

18、因此，该配置允许经由电场使可变形电极移位。

19、根据一个实施例，所述至少一个电极腔室的尺寸小于600μm。

20、上述布置使得可以设计适于集成在可佩戴装置中的测微静电致动装置。例如，静电致动装置适于安装在用于生物应用、测试、诊断、医疗装置的微流体装置上。这样的医疗装置包括隐形眼镜、眼内植入物，也包括非光学医疗装置，如用于药物递送的小型静电致动装置或者用于外部生物流体分析以及植入活体中的小型静电致动装置。

21、此外，这种配置允许对不同流体具有更强的泵送压力。

22、根据一个实施例，小于600μm的至少一个电极腔室的尺寸对应于两个相对的横向电极分开的尺寸。

23、根据一个实施例，所述静电致动装置可以在需要以小功耗推动有限量的流体的所有设备上实施。

24、根据一个实施例，所述静电致动装置可以用于控制嵌入眼镜中的流体透镜的光学功率。

25、根据实施例，所述至少一个横向电极包括绝缘层，所述绝缘层被配置成使所述至少一个横向电极与所述可变形电极至少部分地电绝缘。

26、因此，可以避免可变形电极与至少一个横向电极之间的直接接触，以抑制所述可变形电极与所述横向电极之间的任何短路问题。

27、根据实施例，与所述可变形电极相比，所述至少一个电极腔室包括彼此相对设置的两个横向电极。

28、根据实施例，所述至少一个横向电极包括印刷电路板。

29、上述布置使得可以降低所述至少一个横向电极的工业成本和制造成本。

30、根据一个实施例，所述印刷电路板包括基板，在所述基板上沉积有薄金属层以形成电极或多个导电路径。

31、根据一个实施例，所述薄金属层包括在铜、镍、银、金或等同物当中选择的至少一种金属。

32、根据一个实施例，所述基板包括金属板或环氧玻璃。

33、根据一个实施例，所述基板包括聚合物板，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)板、聚四氟乙烯(ptfe)板或等同物。

34、根据一个实施例，所述横向电极是平板横向电极。

35、根据一个实施例，所述横向电极包括两个相对的末端，每个末端设置有被配置成电连接到电源的导电焊盘。

36、根据实施例，所述至少一个横向电极呈现低于1μm、更特别地低于50nm的粗糙度指数。

37、使用抛光的横向电极不仅允许增加表面电容以提高致动效率，而且允许可变形电极在与横向电极接触时发生更广泛的变形。当轻微变形引起相对较大的流体移位时，它特别适用于测微装置。

38、根据实施例，所述静电致动装置包括：

39、-至少一个第一腔室，其包括第一主流体过道；所述第一主流体过道向外显露；

40、-至少一个第二腔室，所述至少一个第二腔室与所述至少一个第一腔室不同，并且包括第二主流体过道；所述第二主流体过道向外显露。

41、所述至少一个电极腔室布置在所述至少一个第一腔室与所述至少一个第二腔室之间，所述至少一个第一流体通道被配置成允许流体在所述至少一个电极腔室与所述至少一个第一腔室之间通过，并且所述至少一个第二流体通道被配置成允许流体在所述至少一个电极腔室与所述至少一个第二腔室之间通过。

42、根据一个实施例，所述第一主流体通道从所述静电致动装置向外显露。

43、根据一个实施例，所述第二主流体通道从所述静电致动装置向外显露。

44、根据一个实施例，所述至少一个电极腔室被封装在所述第一腔室与所述第二腔室之间。

45、根据实施例，所述至少一个电极腔室包括邻近所述第一腔室限定的第一分隔壁和邻近所述第二腔室限定的第二分隔壁，所述第一分隔壁包括所述至少一个第一流体通道，并且所述第二分隔壁包括所述至少一个第二流体通道。

46、根据一个实施例，所述第一分隔壁与所述第二分隔壁之间的距离包括在5mm与10mm之间。

47、根据一个实施例，所述第一电极隔室至少部分地由所述第一分隔壁、所述可变形电极和所述至少一个横向电极界定。

48、根据一个实施例，所述第二电极隔室至少部分地由所述第二分隔壁、所述可变形电极和所述至少一个横向电极界定。

49、根据实施例，在第一分隔壁和第二分隔壁之间选择的至少一个分隔壁由布置在两个横向电极之间的柱形成。

50、例如，所述柱可以由通过包括例如光刻、丝网印刷、喷墨印刷或等同物的任何合适的制造方法沉积的聚合物材料形成。

51、根据实施例，与所述可变形电极相比，所述第一分隔壁布置为与所述第二分隔壁相对。

52、根据一个实施例，所述第一分隔壁和所述第二分隔壁限定所述电极腔室的两个横断侧面，并且两个相对的横向电极限定所述电极腔室的两个横向侧面。

53、根据一个实施例，所述电极腔室呈现平行六面体的大致形状，所述第一分隔壁、所述第二分隔壁和所述至少一个横向电极中的每一个分别限定所述平行六面体的侧面。

54、根据一个实施例，所述电极腔室具有立方体形状。

55、根据一个实施例，所述电极腔室具有长方体形状。

56、根据一个实施例，所述电极腔室具有梯形形状。

57、应当理解，从所述电极腔室的流体排空或抽吸是通过所述至少一个第一流体通道和通过所述至少一个第二流体通道横向地实现的。因此，所述静电致动装置呈现减少的流体响应时间。

58、根据实施例，所述静电致动装置包括多个电极腔室，所述多个电极腔室中的每个电极腔室的第一分隔壁中的每一个包括至少一个第一流体通道，所述至少一个第一流体通道被配置成允许流体通过到唯一的第一腔室，所述第一腔室对于所述多个电极腔室是公共的，并且所述多个电极腔室中的每个电极腔室的第二分隔壁中的每一个包括至少一个第二流体通道，所述第二流体通道被配置成允许流体通过到唯一的第二腔室，所述第二腔室对于所述多个电极腔室是公共的。

59、根据实施例，所述多个电极腔室的电极腔室彼此相邻地堆叠。

60、根据实施例，每个电极腔室沿着所述至少一个横向电极当中的一个堆叠到任何其他相邻电极腔室。

61、根据实施例，每个电极腔室与任何其他相邻电极腔室共享至少一个横向电极。

62、上述布置使得可以提出一种紧凑的静电致动装置。

63、根据一个实施例，所述共享横向电极包括平板基板，所述平板基板包括分别由薄金属层覆盖的两个相对的平板表面。因此，一个唯一的横向电极可以用作堆叠的两个相邻电极腔室的横向电极。

64、根据该实施例，所述两个相对的薄金属层由穿过横向电极的平板基板提供的至少一个通孔而电连接。

65、根据一个实施例，所述两个相对的薄金属层彼此电隔离。

66、根据实施例，与任何其他可变形电极相比，包括在所述多个电极腔室中的每个电极腔室中的每个可变形电极被单独地致动。

67、上述布置使得可以通过更精确地致动每个可变形电极来调节静电致动装置的致动。

68、根据实施例，所述多个电极腔室包括界定主内部体积的第一电极腔室和界定次内部体积的第二电极腔室，所述主内部体积与所述次内部体积完全不同。

69、换言之，所述多个电极腔室中的每个电极腔室的内部容积变化。

70、有利地，所述静电致动装置包括具有不同内部容积的电极腔室。因此，可以独立地致动每个电极腔室以反向推动适当体积的流体。

71、根据一个实施例，与另一电极腔室的第一分隔壁与第二分隔壁之间的距离相比，一个电极腔室的第一分隔壁与第二分隔壁之间的距离是变化的。

72、根据一个实施例，与另一电极腔室的两个横向电极之间的距离相比，一个电极腔室的两个横向电极之间的距离是变化的。

73、根据一个实施例，所述第一电极隔室界定第一体积，所述第二电极隔室界定第二体积；所述第一体积和所述第二体积通过电容测量控制。

74、因此，该配置允许通过对例如取决于电容的张弛振荡器的频率进行测量来更精确地通过电容测量控制第一体积和/或第二体积。

75、本发明的目的还可以通过实施包括根据上述实施例中的一个的静电致动装置的眼镜来实现。