阅读说明：本技术 微流量测量装置和具有可移动特征的装置 (Micro-flow measuring device and device with movable features ) 是由 S.A.马什 于 2018-08-03 设计创作，主要内容包括：公开了一种微流量装置,其包括限定腔室的主体框架,并具有进入所述腔室的第一端口和第二端口。带有第一电极的第一膜布置在主体框架的第一面上,带有第二电极的第二膜布置在主体框架的第二面上。轴构件布置在固定到第一膜和第二膜的腔室中,并且轮构件围绕轴构件布置在腔室中并且与轴构件间隔开一间隙。中断器特征形成在轮上,该中断器特征导致在轮旋转期间第一电极和第二电极之间的电容变化。还公开了用于在通过卷对卷工艺制造的装置中提供自由旋转、滑动、移动等特征的技术。(A micro-flow device is disclosed that includes a body frame defining a chamber and having a first port and a second port into the chamber. A first film with a first electrode is disposed on the first face of the body frame, and a second film with a second electrode is disposed on the second face of the body frame. The shaft member is disposed in a chamber fixed to the first and second membranes, and the wheel member is disposed in the chamber around the shaft member and spaced apart from the shaft member by a gap. An interrupter feature is formed on the wheel that causes a change in capacitance between the first and second electrodes during rotation of the wheel. Techniques for providing free rotation, sliding, movement, etc., features in devices manufactured by roll-to-roll processes are also disclosed.)

微流量测量装置和具有可移动特征的装置

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求于2017年8月4日提交的名称为“Micro FlowMeasurement Devices”的美国临时专利申请序列号62/541,128以及2017年11月14日提交的名称为“Micro Devices with Moveable Features”的美国临时专利申请序列号62/585,641”的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本说明书涉及流量测量装置(也称为流量测量传感器)和系统，以及通过卷对卷加工生产可旋转构件的加工技术。

背景技术

流量测量装置测量一段时间内的流体运动的量。各种技术用于流量测量。流量测量技术包括使用活塞或齿轮的机械技术。其他技术包括基于流量的流量计，其使用文丘里管或其他孔口来收缩流体流量，并与流量传感器结合使用以测量收缩之前和收缩之内的差流量。

根据性能、应用适合性和成本考虑，可以找到这些各种工艺和技术。但是，这些技术和所得装置可能不适用于需要与其他装置和/或系统集成的某些应用程序。这些技术和所得装置也可能不适用于需要低成本和大批量制造加工的流量测量应用程序。

发明内容

下文所述的微流量测量装置可以使用微制造方法实现，并且可以用于执行各种工业、医学和生物应用的流量感测。在某些情况下，可能希望微流量测量装置不仅能够测量流率，而且能够测量流动方向。

根据一个方面，微流量装置包括：主体，具有腔室以及第一端口和第二端口，所述第一端口所述第二端口具有进入所述腔室的通道；在所述主体的第一表面上的第一膜；在所述第一膜的一部分上的第一电极；在主体的第二相对表面上的第二膜；在第二膜的一部分上的第二电极；固定到第一膜和第二膜的腔室中的轴；围绕该轴构件设置在腔室中的轮构件，且该轮构件与轴隔开一间隙；和设置在第一和第二膜片之间的中断器特征。

根据另一方面，一种微流装量置，包括：主体，具有腔室和联接到进入所述腔室中的通道的第一端口和第二端口；围绕所述腔室的中心设置的轴构件；围绕所述轴构件设置在所述腔室中的轮构件，所述轮构件与所述轴构件间隔开具有窄的间隙宽度的间隙；在主体的第一表面上的柔性材料的第一膜，具有在所述第一膜的一部分上的第一电极；在主体的第二相对表面上的第二膜，具有在所述第二模的一部分上的第二电极；和随着轮旋转而引起该第一电极和第二电极之间的电容值变化的中断器特征。

以下是这些方面中的一个或两个的范围内的一些实施例。

微流量装置包括连接到第一膜的第一端盖和连接到第二膜的第二端盖，第一膜和第二膜由具有几微米厚度的柔性材料制成，主体由厚度为第一膜的和第二膜的柔性材料的厚度的多倍的柔性材料制成。微流量装置具有作为轮构件的结构特征的中断器特征，随着轮构件旋转，该中断器特征导致第一电极和第二电极之间的电容改变。该微流量装置包括联接到第一电极和第二电极的电容测量电路。

微流量装置具有作为相对于轮的旋转方向的对称特征的中断器特征。微流量装置还包括联接至所述第一电极和所述第二电极的电容测量电路，对于与轮构件的沿逆时针方向的旋转相比较的轮构件的沿顺时针方向的旋转，所述轮构件上的电极引起所测得的电容的调制，从而允许电容测量电路辨别第一端口和第二端口之间的流率而不是流体流动方向。

微流量装置具有作为相对于轮的旋转方向的不对称特征的中断器特征。该微流量装置在轮上具有中断器特征，并且包括联接到第一电极和第二电极的电容测量电路，对于与轮构件的沿逆时针方向的旋转相比较的轮构件的沿顺时针方向的旋转，轮构件上的电极导致所测得的电容的实质上不相等的调制，从而允许电容测量电路辨别第一端口和第二端口之间的流率和流体流动方向。

所要求保护的微流量装置包括与至少一个微流量装置堆叠的至少一个附加微流量装置，其具有连接到第一电极的附加第一电极和连接到第二电极的附加第二电极。微流量装置具有包括中心芯和连接到中心芯的多个叶片的轮。电容测量电路还包括控制器，该控制器将来自电容测量电路的测量电容转换为流量值。中断器特征是电极，一组狭缝，一组电极，一组孔口中的一个或多个。

根据另一个方面，一种制造可旋转元件的方法，包括：图案化设置在第一主体片材上的金属层以产生限定可旋转元件的金属区域；图案化第一片材以产生具有内壁、第一组桥接元件和第二组桥接元件的主体元件，内壁限定包围可旋转元件和轴的腔室，其中可旋转元件与主体元件的内壁间隔开第一间隙，并且与轴元件间隔开第二间隙，第一组桥接元件将可旋转元件栓接至主体构件，第二组桥接元件将可旋转元件栓接至轴构件；将柔性材料的第二片材的第一表面层压至第一片材的第一表面以将第二片材固定到主体元件和轴，第二片材的第二表面具有固定到第二片材的电极；和图案化第二片材上的导电元件以提供第一电极。

以下是该方面范围内的一些实施例。

该方法还包括将柔性材料的第三片材层压到第一片材的第二表面上，以将第三片材固定到主体元件和轴元件，第三片材具有固定到第二片材的电极；并图案化第三片材上的导电元件以产生第二电极。图案化还包括图案化第一片材以产生穿过主体元件的一对端口。该方法形成第一可重复层，并且该方法进一步包括产生包括第二可重复层的多个附加可重复层，以及将第二可重复层堆叠在第一可重复层上。层压之后的方法包括去除第一组和第二组桥。该方法还包括图案化设置在轮元件上的第二金属层以限定中断器元件。

根据另一个方面，一种制造可旋转元件的方法包括：图案化设置在柔性材料的第一片材的第一表面上的粘合剂层，以在一区域内去除粘合剂层的一部分，以限定用于可旋转元件的位置；图案化第一片材以限定第一片材中的可旋转元件；将具有第二柔性材料的一对膜层粘附到图案化的第一片材的相对表面上，该对膜层中的每一个都具有电极；图案化一对膜层中的每一个上的电极以分别设置第一电极和第二电极；并将一对密封层粘附到该对膜层的表面。

以下是这些方面中的一个或两个的范围内的一些实施例。

图案化第一片材还包括图案化第一片材的一个区域限定以腔室和轴元件，以及围绕轴元件设置的可旋转元件，其中可旋转元件与腔室的内壁间隔开第一间隙，并与轴元件间隔开第二间隙，并且具有将可旋转元件栓接至主体构件的第一组桥接元件和将可旋转元件栓接至轴构件的第二组桥接元件。图案化还包括图案化第一片材以产生穿过主体元件的一对端口，所述一对端口提供进入腔室的通道。可旋转元件是轮。在粘附密封层之后，该方法还包括去除第一组桥和第二组桥。该方法还包括在轮上形成中断器元件。

微流量测量装置是使用合理的廉价技术制造的，因此为各种应用提供了廉价的微流量测量装置。描述了两种不同类型的微流量装置。微流量测量装置的一种类型是单向类型的，其能够测量流率，但不能测量流动方向。另一种类型是方向类型的，用于测量流率和流动方向。这种方向类型的微流量装置可以提供流体流率的测量值和流动方向的指示，即流体流入微流量装置的方向。

在特定实施例中，使用卷对卷制造技术来制造下述微流量测量装置。卷对卷制造技术以相对较低的成本提供了大批量制造能力，可用于将微流量测量装置与其他装置和系统集成在一起。

在附图和以下描述中阐述了本发明的一个或多个实施例的细节。

根据说明书和附图以及根据权利要求书，本发明的其他特征、目的和优点是显而易见的。

附图说明

图1是处于构造阶段的流量装置的平面图。

图2-3是微流量装置的透视图，示出了在微流量装置的构造阶段中相对的表面。

图2A是图2的剖视图。

图4是没有顶部表面层的基于图1-3中描述的构思的微流量装置的组装平面图。

图4A是图4的剖视图，其示出了为清楚起见在图4的视图中省略的顶部表面层。

图5是示出图4A的微流量装置的一部分的分解图。

图6是图4的模块化微流量装置的等距视图，其中顶盖联接到电容测量电路。

图7是由堆叠的可重复层组成的微流量装置的等距视图。

图8是单向型微流量装置的平面图。

图8A是由堆叠的可重复层组成的单向微流量装置的等距视图。

图9A-9C是电压与时间的理想关系图。

图10是微流量装置的简化模型的示意图。

图11A-11F是用于图4的结构的卷对卷加工的视图。

图11A-1是图11A的一部分的放大图。

图11E-1是图11E的一部分的放大图。

图12A-12J是用于产生图4的结构和可旋转特征的替代的卷对卷加工的视图。

图13A-13C是用于微流量装置的替代性中断器特征的视图。

具体实施方式

概述

本文所述的微流量传感器/装置是使用微制造方法制造的，并且可在各种工业、商业、医学和生物学应用中用于测量流体流量和流率。微流量传感器/装置以微米/毫米规模制造。公开了几种制造技术。

另外，描述了两种不同类型的微流量装置。微流量测量装置的一种类型是非方向类型，其能够测量流率，但不能测量流动方向。另一种类型是方向类型的，其除了流体流率之外还提供流体流动方向的指示，即流体流入微流量装置的方向(例如，装置的哪个端口正在接收流体)。

参照图1，示出了处于构造阶段的微流量装置10。所示的微流量装置10是方向型微流量装置，其感测流体流动方向和流体流率。微流量装置10被示出为在载体层上，例如，网状物(用于下面讨论的卷对卷加工)，并且包括单个圆形流量室12。(微流量装置100还将包括单个圆形流量装置腔室，如将结合图8讨论的)。该初始讨论将以微流量装置10为例来解释任一类型的微流量装置的某些细节和操作原理。

微流量装置10包括具有多个外壁的流量装置主体14，例如，限定主体框架的四个壁14a-14d，该主体框架具有限定圆形流量腔室12的内部圆形表面14e。壁中的两个，例如壁14a、14c具有端口15a、15b，端口15a、15b经由进入腔室中的通道(未示出)提供从外部流体源和外部流体槽(未示出)的流体进入或流出。

在某些操作时间期间，端口15a、15b中的一个，例如端口15a，用作流体流的入口，而端口15a、15b中的另一个，例如端口15b，用作流体流的出口。在其他操作时间，端口15a、15b中的相对端口，例如，例如端口15b用作流体流的入口，而端口15a、15b中的另一个，例如端口15a用作流体流的出口。微流量装置10提供指示器，该指示器区分进入端口15a和从端口15b流出的流体流与进入端口15b和从端口15a流出的流体流。即，微流量装置10可以检测流体流动方向。尽管端口示出为在微流量装置10的相对侧上，但是在一些实施例中，端口可以在相邻侧或相同侧上。

微流量装置10还包括可绕固定轴18旋转的轮16。轮16具有中心芯16a，该中心芯与固定轴18隔开相对较小的间隙19a。相对较小的间隙是指该间隙具有的宽度(w)的尺寸足以允许轮16以最小的摆动和振动围绕固定轴18旋转。因此，间隙宽度(w_a)的尺寸为纳米尺寸，足够大以使得中心芯16a不附接到固定轴18，并且还足够小以使得轮16可以旋转而没有明显的摆动以最小化振动。

轮16具有多个叶片(也可以描述为瓣片，翅片，桨叶等)16b，叶片16b附接到中心芯16a，例如附接到中心芯16a的一部分。叶片16b可以是直的或弯曲的，并且叶片16b以大于零度的任何内角(在叶片和芯之间)固定到中心芯16a。合适的范围是30度至90度。另一个合适的范围是45度至90度。理想地，叶片16b以90度角附接到中心芯16a，特别是对于方向型微流量装置10而言。轮16的叶片16b的端部通过第二相对较小间隙19b与主体构件14的内部圆形壁间隔开，该第二相对较小间隙在间隙宽度尺寸w_b上与间隙19a整体上相似，例如，其尺寸足以允许轮16绕固定轴18旋转，而叶片16b不会受到主体部件14的内表面14e的干扰。

在图1中还示出了桥接构件25a和25b，它们是由提供装置主体14的材料图案化的圆形桥接元件。在微流量装置10的制造阶段期间，这些桥接构件25a和25b将轮16栓接到流量装置主体14。在图1中还示出了在制造期间将轴18栓接到轮16的桥接构件27a、27b。图1中还示出了刻度盘指示器(粗斜线，未标记)，其用于分割或切割装置主体材料的周边部分，以在制造完成时使微流量装置10脱离装置主体材料的那些部分。

轮16包括一个或多个中断器22(例如，图案化的导体23)，其允许轮16在一对电极(图1中未示出)之间旋转的同时调制存在于一对电极(图1中未示出)之间的体电容特性。由中断器22引起的这种调制提供了流率的指示，如下所述。该特定的中断器特征是不对称的，因此产生不对称的调制，其允许在轮16的顺时针旋转和逆时针旋转之间进行区分，因此还提供了流动方向的指示，如下所述。

中断器特征可以是各种类型的，例如，任何允许轮16的一部分具有与轮16的另一部分不同的电特性的类型。中断器22的示例包括在轮的部分上的不同的介电特性，在轮的一侧上的孔，使轮的一侧上的一部分翅片比另一侧上的翅片更胖或更窄(同时仍使轮平衡)。中断器22可在轮的第一部分和轮的第二部分之间提供电介质差。非对称中断器22也可以是各种类型的，例如任何允许轮16的一部分具有与轮16的另一部分不同的电特性并根据轮16的旋转方向提供非对称调制的类型。

如图1所示，一个中断器22是设置在轮16的第一部分上的图案化金属层(或电极)23，而轮的其余部分没有金属。如果图案化电极23如图所示是不对称的，则轮在旋转时将在轮16的一个旋转方向上产生相对于车轮的相反旋转方向的更快的电容变化率。占比小于50％的图案化导体(或者相反，占比大于50％的图案化导体)将提供比占比50％的图案化导体更大的电容变化。电容的变化根据轮16的旋转方向来区分。该差异允许流量装置10感测流量。当差异不对称时，该不对称差异还允许装置除感测流率外还可以感测流动方向。

参照图2，在微流量装置10的流量装置主体14的一个表面(图1中的底表面)上是支撑第一导体层32的第一膜30。第一导体层32设置在一对通孔33a、33b中的第一通孔33a上，以实现第一导体层32与测量装置(未示出)之间的电接触。在图2中还示出了桥接构件25b。

参照图2A，通过图2中描绘的微流量装置10的截面图示出了将第一导体层32支撑在装置主体14上的第一膜30(为清楚起见被略微分解)。在图2A中还示出了在轮16的叶片16b之一的一部分上的电极23的一部分，桥接构件25a、25b和轴18。图2A中还示出了可选的粘合点42(取决于所采用的构造技术)，该粘合点将轴18的端部粘合到膜层30。

参照图3，在微流量装置10的流量装置主体14的相对表面(图1中的顶表面)上是支撑第二导体层38的第二膜36。第一导体层32设置在一对通孔33a、33b中的第二通孔33b上，以实现第二导体层38与测量装置(未示出)之间的电接触。在相对表面或(顶表面)上是由第二间隔层支撑的第二膜(均未在图1中示出)。

参照图4，示出了处于构造的最后阶段的微流量装置10(但是为了清楚起见未示出膜30和电极32)。当移除了桥接构件组25a和25b(图1)时，微流量装置10具有单个圆形流量装置腔室12，端口15a、15b和可绕固定轴18旋转的轮16。在制造期间桥接构件25a和25b用于将轮16栓接到流量装置本体14，并且在制造期间桥接构件27a、27b用于将轴18栓接到轮16。在移除桥的情况下，轮16可以绕固定轴18自由旋转，该固定轴18由层30和36限制。

参照图4A，通过图4中描绘的微流量装置10的截面图示出了图2A的特征，例如，支撑第一导体层32的第一膜30。第一膜30在装置主体14上，与装置主体部分和轴18紧密接触。图4A中还示出了图3中的特征，例如膜36和电极38(具有可选的粘合点42和粘合点43)。装置主体14的底表面与支撑电极38的膜36紧密接触。装置主体14上的这些膜30、36将轴18固定在膜30和36之间，同时使轮16和轮叶片16b绕轴18自由旋转。

在一些实施例中，轮16可以变薄。在一些实施例中，如在图11A-11F中所讨论的，轮16围绕固定轴18的自由旋转运动依赖于这样的认知，即在层压塑料层期间，塑料将不会基于后续层压技术将采用的条件而层压到金属上。但是，在这些条件下，塑料将粘到下面的塑料。所限定的条件包括在层压期间足以使塑料粘到下面的塑料而不会熔化PET的热量、压力和时间。在一些其他实施例中，如图12A-12J所讨论的，轮16的自由旋转运动取决于以下认知，即在塑料层的层压期间，塑料将不会基于后续层压技术将采用的条件而层压到金属上，如上所述，但是固定轴18由粘合点42、43固定。

图5示出了放大图，其描绘了轴18和主体14附接到膜32、36，而具有桨叶16b和中央芯16a的轮16未附接到膜32、36。图5还示出了在中心芯16a的一部分上的电极23的一部分，如图1所示。

现在又回到图1，当流体流过端口25a或25b之一(图1)时，小间隙19a允许轮16绕固定轴18旋转。轮16的叶片16b受到流体流的影响，导致轮16绕轴18旋转。如上所述，轮16具有允许轮16在电极32和38之间旋转的同时调制电极32和38之间的体电容特性的一个或多个特征。

微流量装置10的体电容是电容器的有效电容，其由电极32和38以及膜30和36的介电常数、轮材料的介电常数和电极32与电极38之间的距离的组合提供，并且对于平行平板电容器由以下公式至少近似得出，公式为：

C＝ε_rε₀A/d，其中

C是电容，以法拉为单位；

A是两个电极的重叠面积，以平方米为单位；

ε_r是电极之间材料的介电常数(膜、轮材料和流体的介电常数之和)；

ε₀是电常数(ε₀≈8.854×10-12F·m-1)；和

d是板之间的间距，以米为单位，其中d相对于A的最小弦足够小。

通过包括前述中断器特征中的一个来进行调制。将图案化的电极23视为中断器特征。随着轮转动，图案化的电极切入和切出电极32和38之间的间隔。由于电极23是导体，因此电极23与电极32和38的重叠改变了电极32和38之间的间隔和重叠，从而调制了电容。

在图1中，轮上的电极23相对于整个轮是不对称的，即，被电极23覆盖的轮16的表面小于轮16的其余表面并且与轮16的其余表面具有不同的形状。轮上的电极23也相对于其自身是不对称的，这意味着电极的外周部分相比于电极23的内周部分具有更长的弦。这种布置影响由测量电容的电路产生的波形的形状。

现在参考图6，电容测量电路60附接到微流量装置10的电极34a、34b。电容测量电路60根据所采用的电容测量电路的类型向电极(在该视图中仅示出膜30上的电极32)输送电压。在电容测量电路的一些示例中，可以使用AC波形，并且使用频域技术来测量电容。在电容测量电路的其他示例中，DC波形用于使用时域技术来测量电容。

电容测量电路60输送与所测得的电容成比例的脉冲输出串。控制器62将这些脉冲转换为电容值，该电容值转换为流率和流动方向。输出将是代表电极32和38(图6中未示出)之间的体电容的值，其通过轮16的旋转以及切入和切出与电极32和36重叠的区域的电极23而被调制。如果中断器22是对称的，则调制将同样是对称的。然而，如果中断器22与电极23一样是不对称的，则输出同样将是不对称的。

参照图7，示出了流量装置10的堆叠布置10’。在堆叠布置的顶部示出了图6的装置。在微流量装置10的下方比如是微流量装置10，其以堆叠布置10’设置，其中端口15a被示出为对齐。在一些实施方式中，端口15a可以是交错的(意味着在堆叠中，竖直相邻的端口彼此偏移)。底端盖21a被示为附接至堆叠布置10，并且顶端盖21b以分解图示出为在堆叠布置10上方，但是其将被固定至堆叠布置10’。类似的端盖21a、21b将与图6的流量装置一起使用。

参照图8，示出了单向型微流量装置100和单向型流量装置100的堆叠布置100’。单向型微流量装置100的构造与方向型微流量装置10(图1-4A)的构造基本相同，除了对称中断器22’示出为轮16’上的对称图案层。

参照图8A，示出了流量装置100的堆叠布置100’。在堆叠布置的顶部示出了图8的装置100，其具有电极32’和膜30(类似于图2)上的通孔连接部34a、34b，这些未在图8中示出。在微流量装置100的下方比如是微流量装置100，其以堆叠布置100’设置，其中端口被示出为对齐。在一些实施方式中，端口可以是交错的(意味着在堆叠中，竖直相邻的端口彼此偏移)。底端盖21a’被示为附接至堆叠装置100，并且顶端盖21b’在分解图中被示为在堆叠装置100上方，但是其将被固定至堆叠装置100’。类似的端盖21a’、21b’可以与图8的流量装置100一起使用。

现在参考图9A-9C，示出了三个虚拟输出，其可以代表针对三种不同情况来自电容测量电路60的输出。输出是相对于时间的电压。

图9A示出了使用对称中断器22’的第一种情况(如图8所示)。对称中断器(图8中的22’)可以是均等地调制电容而不论流体的流动方向如何的任何对称特征。一个示例是在图8的轮16’上具有对称图案的电极23’。因此，对称中断器22’将产生一系列脉冲，例如通常接近从电容测量电路60输出的方波。一系列脉冲将与流率成比例，但是将具有在两个方向上基本相同的对称脉冲沿。电路将无法从一系列脉冲中识别出流体的流动方向。

图9B示出了第二种情况，其使用沿顺时针方向旋转的图1的不对称中断器22(电极23)，指示流体流入口在端口15b处并且出口在端口15a处。在第二种情况下，非对称中断器22将从电容测量电路60产生例如具有将与流率成比例、并且将识别进入端口15b的流体流动方向的较短上升时间的上升沿和较长下降时间的下降沿(相对于上升沿)的一系列脉冲。

图9C示出了第三种情况，其中使用了沿逆时针方向旋转的图1的不对称中断器22(电极23)，指示流体流入口在端口15a处并且出口在端口15b处。在第三种情况下，非对称中断器22会产生例如具有将与流率成比例、并且将识别进入端口15b的流体流动方向的较长上升时间的上升沿和较短下降时间的下降沿(相对于上升沿)的一系列脉冲。

作为电容测量电路60的一部分或作为单独电路的控制器62参考表格/算法以将测得的电容单元转换成流量单元。电路60和/或控制器62还识别边缘的上升/下降时间(图9B和图9C)，以识别轮16的旋转方向并因此识别流体流动方向。许多技术可用于测量和检测体电容上的这种电容变化以及上升和下降时间。

与用于类似目的的常规流量装置相比，微流量装置10可以使用较少的材料，因此受到的应力较小。微流量装置10具有微米到毫米规模的尺寸，并且可以提供宽范围的流量测量。

具有上述特征的微流量装置10可以使用诸如MEMS加工技术和所谓的卷对卷(R2R)处理的各种方法来制造。基于由微流量装置10提供的特征和微流量装置10的制造方法来选择用于微流量装置10的材料。以下是选择微流量装置10不同部分的材料的一些标准。

装置主体——用于装置主体14的材料可以由需求限定。通常，材料需要足够坚固或坚硬以保持其形状以产生腔室。在一些实施方式中，该材料是可蚀刻的或光敏的，从而可以限定并加工/开发其特征，例如，轮16和腔室12等。有时也希望该材料与微流量装置10中的其他材料良好地相互作用，例如粘附。此外，该材料是不导电的。合适材料的示例包括SU8(负环氧抗蚀剂)和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)抗蚀剂。

膜——用于该部分的材料可以是形成鼓膜结构的弹性材料，该鼓膜结构与装置主体14一起将流体限制在腔室12中，并支撑电极32和38。这样，材料如果是弹性的则可以来回弯曲或拉伸，但是不需要这种弹性特性。膜材料对于包括气体和液体的感兴趣的流体是不可渗透的，是不导电的，并且可以具有低或高击穿电压特性。合适的材料的示例包括氮化硅和特氟隆。其他坚硬的材料也是可行的。

电极——电极的材料是导电的。因为电极不传导大量电流，所以该材料可以具有高的薄层电阻，尽管不一定需要高电阻特征。电极经受膜的弯曲和拉伸，因此，希望该材料柔软以应对弯曲和拉伸而不会疲劳和失效。另外，在操作条件下，电极材料和膜材料良好地粘附，例如彼此不分层。合适的材料的示例包括非常薄的金和铂层。其他材料例如铝也是可行的。

电气互连件——来自电容测量电路的电压被传导到每个腔室的每个膜上的电极。可以使用例如金和铂的导电材料来建立通向这些电极的导电路径。其他材料例如铝也是可行的。

其他材料——当在微流量装置的制造中使用MEMS加工时，可以使用牺牲性填充材料，例如聚乙烯醇(PVA)。牺牲填充材料也可以用于R2R加工中。在一些实施方式中，在制造过程中使用溶剂，这可能对微流量装置的各种构成材料提出附加要求。可以将一些电路组件印刷到膜上。通常，尽管上面已经指定了某些材料，但是可以使用具有与所提到的那些材料相似的性质的其他材料。

可以将端板(图中未示出)放置在完成的装置10的上方和下方，以保护电极和膜不受周围环境的影响。完成的装置10可以被包装在诸如用于集成电路的包装的各种类型的包装中，并且可以在端口上装配有配件。

现在参考图10，流量装置10可以被电模型化66为电容器66，该电容器具有与电极32和38之间的区域之外的电极23的静态位置相对应的体电容值C_b和与轮响应于通过流量装置10的流体流动而进行的旋转相对应的可变电容值C_v。。在图10中，模型66被示为具有体电容值C_b和可变电容值C_v。这些“电容器”中的每一个都并联电连接。并联连接的电容器的总电容为各个电容器的电容之和。

如上所述，虽然可以使用几种方法来制造微流量装置10，诸如下面讨论的MEMS加工(微机电系统)技术也可以应用于形成其他类型的装置/系统，MEMS加工技术是通过卷对卷加工进行制造的技术。

用于生产微流量装置的卷对卷加工

卷对卷加工线可以包括几个站，这些站可以是或可以包括封闭腔室，在封闭腔室处进行沉积、图案化和其他加工。因此，在高层次观察的加工可以是添加的(在需要的地方准确添加材料)或减去的(在不需要的地方去除材料)。沉积加工包括根据需要的蒸发，溅射和/或化学气相沉积(CVD)，以及印刷。图案化加工取决于需求可以包括诸如以下的技术：扫描激光仪，电子束图案生成，机加工，光学制刻，取决于被图案化的特征的分辨率的凹版印刷和柔性版(胶版)印刷。喷墨印刷和丝网印刷可用于放置功能性材料，例如导体。可以使用其他技术，例如打孔，压印和印花。

原始原料卷是柔性材料网(未示出)。在卷对卷加工中，柔性材料网可以是任何这样的材料，并且通常是玻璃或塑料或不锈钢。尽管可以使用这些材料(或其他材料)中的任何一种，但与玻璃和不锈钢相比，塑料具有成本更低的优点。具体材料将根据微流量装置的应用确定。在应用中，将使用诸如不锈钢或其他能够承受遭受的温度的材料，例如聚四氟乙烯和其他能够承受遭受的温度的塑料。

对于图1-7所示的结构和图8、8A所示的结构，在卷对卷加工线内的站是根据所需的加工而设置的。因此，尽管在一种实施方式中可以在网或塑料片材上形成端盖和顶盖，但是如将要描述的那样，可以在形成微流装置堆叠之后设置端盖和顶盖。

通过在沉积站将材料沉积在网上，将塑料纤维网用于支撑主体14(图4A)，沉积站之后是图案化站。主体在成形站处形成。支撑主体14的网具有在站处沉积在主体14上方的膜30。在沉积站处在膜30上沉积电极32，该电极32在图案化站被图案化。在主体14上设置有膜30，膜30具有支撑在膜30上的图案化电极32。在主体14上还设置有膜36，膜36具有支撑在膜36上的图案化电极33。通过沉积例如金、银和铂层的导电材料(或诸如银墨之类的导电墨)来提供用于连接到每个膜30、36上的电极32、38的电互连件。在一些实施方式中，一些电路组件被印刷到膜30、36上。根据应用将具有微流量单元(具有电极以及电连接部和盖的主体和膜)的卷分割并收集和包装，以提供微流量装置10。

参考图11A-11D，示出了提供微流量装置10的特定的卷对卷加工方法。原始材料片材经过多个站，以将特征施加到该片材上，随后将片材用以产生经制造的微流量装置。

参照图11A和图11A-1，诸如玻璃或塑料或不锈钢之类的柔性材料的片材70被用作网。对于微流量装置10的该特定实施方式，该材料是塑料片材，例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，其在片材70的主表面上设有金属层74，例如铝(Al)层。片材70是50微米厚的PET(特氟隆)片材，其涂覆有厚度为100A°(埃)的薄铝金属层74。可以使用其他厚度(例如，片材70的厚度可以在例如25微米至250微米的范围内(或更大)，并且层74的厚度可以是50A°至500A°(或更大)。通常，主体层的厚度将为膜层厚度的约5至10倍。厚度取决于要构造的微机电系统的期望特性以及卷对卷加工线的处理能力。这些考虑将对最大厚度提供实际的限制。类似地，最小厚度取决于要构造的微机电系统的期望特性以及在卷对卷加工生产线中处理非常薄的片材的能力。

通过诸如蒸发或其他技术的各种方法来提供金属层74。这种金属化的薄膜也是可商购的。来自卷(未示出)的具有金属层74的片材70在消融站(例如激光烧蚀站1)处被图案化。使用掩模(未示出)来构造激光烧蚀站1，以从片材70的将用于形成主体14和与轴18之间的间隙的那些部分中去除金属层74，同时将金属74留在片材的最终将成为可移动部件的部分上，可移动部件例如轮16。可选地，金属74还可以留在未制造各种结构的片材的那些多余部分上，以节省不必要烧蚀的时间/费用。

留在将成为轮16的片材部分上的金属允许轮在腔室12内旋转。该技术依赖于以下认知：如下所述在层压塑料层期间，基于随后的层压技术将要采用的条件，塑料将不会层压到金属上。但是，在这些条件下，塑料将粘在下面的塑料上。所限定的条件包括在层压期间足以使塑料通过静电机制粘到下面的塑料而不会熔化PET的热量、压力和时间。

现在参照图11B，对金属片材70进行微加工，其中金属74留在将对应于轮16的片材部分上和可选地留在多余部分上。第二掩模(未示出)用于配置第二激光烧蚀站，以限定或形成腔室和轮。使用掩模或直接写入对片材进行微加工，以配置激光烧蚀站，以限定或形成如图1所示的被栓接的轮16和腔室12。还提供通孔用于电气连接部。微加工烧蚀掉塑料以形成腔室12，在该腔室12中放置有轮16，并且使间隙19与轴18不相交并且限定了主体14的框架部分。

现在参考图11C，片材70具有轮16和到轴18的间隙19等限定特征，并且腔室12在层压站被层压到第二片材(示出为图案化区域76)，例如5微米厚的PET片材，在片材的顶表面上具有100A的Al制第二金属层310。示出为图案化区域76的该第二片材在由腔室12和轮16等限定特征提供的流量装置主体14上提供膜。第二片材也被加工以在涂覆金属层之前或之后提供对准孔(未示出)。

在将第二片材层压到第一片材之前，第二片材还在将与主体结构对准的一些区域上设置有若干随机分散的孔或观察端口(未示出)。这些随机分散的孔被机器视觉系统用来揭示和识别第一片材上的主体单元的在下面的特征。通过穿过随机孔注意第一片材中的识别特征来生成数据。当在主体上的层形成电极时，这些数据将用于对准第三烧蚀站。

在第一片材上有塑料并且第二片材上有塑料的区域中，第二片材被层压到第一片材上并因此粘(或粘附)到第一片材。此时，形成了微流量装置的可重复单元的复合片材，但是没有从膜上的层形成电极。

机器视觉系统会产生数据文件，激光烧蚀系统使用该数据文件将激光烧蚀站与掩模(或直接写入)对准，以使来自激光烧蚀系统的激光束根据掩模为电极提供电极与主体的对应的部分的配准。电极是通过在不属于电极和导体一部分的区域烧蚀掉金属而形成的，从而在片材上保留了隔离的电极和导体。因此，通过使用机器视觉系统观察层压结构前侧的特征，提供了图案化电极到主体的配准，机器视觉系统使用在行业中常用的技术提供了激光烧蚀系统用来将激光束与掩模对准的定位数据。

现在参考图11D，将复合片材70送入激光烧蚀站，以通过烧蚀沉积在形成膜的第二片材上的100A°Al层来形成电极。根据掩模对复合片进行图案化，以在主体的对应区域上限定电极。烧蚀站从金属层烧蚀掉金属，从而在片材上留下隔离的电极。

现在参考图11E，图11D的片材70经过层压和图案化站，该层压和图案化站施加了中断器22，例如，放置穿过轮(未示出)的部分孔或通过将电极22放置在轮16的一部分上，如图所示。在图11E中，电极22被施加到轮16的背侧。

在一些实施方式中，使形成轮的特征变薄可能是有帮助的，即，将轮的厚度减小几百埃以确保轮的自由旋转。这可以在将第二片材层压到第一片材上之前或在形成轮之后完成，这取决于所使用的中断器以及是否将中断器放置在轮上与轮同时形成。为了减少轮16和与轮16接触的一个或多个膜32、36之间的任何旋转摩擦而使用的一种特定实施方式将是提供套环。在此实施方式中，轮16(中心部分16a和叶片16b)在背侧(和/或前侧)变薄，从而围绕轴18留下具有未变薄高度的窄套环29，如图11E-1所示。

一种替代技术是在主体和膜之间结合非常薄的间隔层(未示出)，以有效地将主体的高度相对于轮的高度增加几微米，以确保轮的自由旋转。这些间隔层将在与腔室相对应的层中具有孔。

可以在将第二片材层压到第一片材之前或之后，通过穿过将要形成轮的材料设置孔等来设置诸如孔之类的中断器，以在形成轮之后改变轮的一部分的介电特性。

现在参考图11F，来自图11D的片材70可以通过不同的层压站以施加第三片材78，例如5微米厚的PET片材，在片材78的顶部表面上具有100A的Al制第三金属层80。第三片材78被图案化并且在由腔室12和轮16等限定特征提供的流量装置主体14上形成膜36。在第三片材78的对准期间，可以将加工的对准孔(未示出)用于引导图案化金属层80以形成电极38。

替代地，在分割以释放分离装置10中的各单个装置之后的图11D的微流量装置10可以使用上述可重复的层特性布置成两个或更多个的堆叠。首先，第一堆叠装置元件10的膜/电极组合形成用于附接到第一装置元件10的第二堆叠装置元件的电极/膜组合中的一个。

作为图11A-11F的卷对卷加工的替代方法，原始材料片材经过多个站以将特征施加到该片材上，随后将片材用于生产被制造的微流量装置，其中在片材上制造许多这种被制造的微流量装置，如图11A-11F所示。下面讨论的加工方法可以适用于使用卷对卷加工来制造许多微型装置，特别是在微型制造装置具有被要求以某种方式移动的特征(例如旋转，滑动，枢转等)的情况下。在下面的图12A-12J中，具有在操作中旋转的轮16(参见图1-7)的微流量测量装置10(或100)将用作在装置操作期间具有一个或多个移动(例如旋转，滑动，枢转等)特征的微型制造装置的示例。

现在参考图12A和12B，诸如非金属化的50微米厚的片材的柔性材料片材170在主表面上设置有双面粘合剂174，其将用于提供主体层14(图1)。粘合剂是布置在片材170上的1801型胶带，如图12B所示。对于微流量装置10的特定实施方式，材料是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。可以使用其他材料。

现在参考图12C，图案化具有粘合剂174的片材170以从与移动部件相对应的所有区域清除粘合剂。因此，对于在装置10中使用的轮16的示例，使用掩模(未示出)来配置激光烧蚀站，以从片材170的将在其内形成轮16的区域中去除粘合剂。对于流量装置10，这将涉及将粘合剂留在将对应于固定轴18的中心部分上，同时将粘合剂留在主体14的框架部分上。

现在参考图12D，使用另一掩模(未示出)或直接写入来对片材170进行微加工以配置激光烧蚀站，以限定或形成如图1中所讨论的栓接的轮和腔室12。还提供导电通孔用于电气连接部。微加工烧蚀掉片材的材料以形成腔室12、与腔室12的内壁间隔开的轮16和与轮间隔开的轴18，同时留下主体14的框架部分以及主体的框架部分上的以及轮的将提供轴的中心部分上的粘合剂174。

现在参考图12E，将具有微机械加工腔室12、轮16和轴18的片材170(图1，未在图12E中引用)固定至膜片材176a和176b，例如，每个具有100A厚度的Al制金属层的5微米厚的PET片材。片材170在两侧固定有膜片材176a和176b中的一个，这些片材的金属层从主体14面向外，并提供复合片材175。粘合剂174(图12D)的区域将片材176a、176b粘合到片材170。

现在参考图12F和12G，将片材176a和176b图案化以形成由膜片材176a、176b承载的图案化电极177a(图12F)、177b(图12G)。第二片材176a、176b可以被加工以提供对准孔(未示出)。

现在参考图12H，将具有支撑图案化电极的片材176a和176b的复合片材175(片材176a、170和176b)图案化，以切割用于流体进入端口和对准销孔189的槽185，如图所示。

现在参考图12I，将图12H的复合片材175层压在图12J所示的一对预制密封层180a(示出)和180b之间。密封层180a、180b是预制的50微米厚的片材，带有单面胶带1801。对预制的密封层180a、180b进行加工以切割槽185，以通至流体进入端口，通至槽口187以便通至电极以及对准销孔189，以将流量装置定位在固定装置中和用来将多个装置10从片材阵列(未示出)中分离(分割)的缝线(未示出)中。

现在参考图12J，复合片材175具有电极进入槽口187a、187b，释放的运动部件(例如，轮16)和槽185以通至流体进入端口，以及对准销孔189和缝线(未示出)，该复合片材175通过单面胶带1801与设置在复合片材的两侧上的一对预制密封层180a、180b固定在一起。

上述技术还可以使用机器视觉系统，该机器视觉系统产生数据文件，激光烧蚀系统使用该数据文件将激光烧蚀站与掩模(或直接写入)对准，以使来自激光烧蚀系统的激光束根据所使用的掩模提供与主体的对应部分的配准，如所讨论的。电极是通过在不属于电极和导体一部分的区域烧蚀掉金属而形成的，从而在片材上保留了隔离的电极和导体。

使形成可移动部件(例如，轮)的特征的变薄，即如上所述，可以与包括套环的形成的图12A-12I的加工一起应用。

现在参照图13A-13C，示出了具有中断器190的轮16，该中断器可以是穿过轮16的图案化的金属点或孔(图13A)。该中断器可以通过本文讨论的任一过程提供。图13B示出了具有中断器192的轮16，该中断器192是穿过轮16的图案化金属线或狭缝(图13C)。该中断器可以通过本文讨论的任一过程提供。不论中断器是轮16中的一组金属点还是一组孔或线或狭缝，随着轮16旋转，设置在导体(未显示)的重叠部分之间的电介质将发生变化，这将在重叠部分之间提供相应的电容变化，并且如上所述，如果金属点或孔或线或缝相对于旋转方向不对称，则轮的旋转也将从电容变化提供旋转方向的指示。

夹具或测试固定装置(未示出)可以与对准销孔一起使用。具有或不具有对准销孔的用于组装的其他堆叠技术也是可行的。可以包括安装到水平基座的竖直的四个立柱的夹具(未示出)用于堆叠各个切割模。在夹具上设置端盖(例如，具有金属层的50微米PET片材)，并且在端盖上设置第一可重复单元。可重复单元通过点焊(施加局部加热源)将单元在夹具上保持在位。当每个可重复单元堆叠在先前的可重复单元上时，该单元被点焊。通过在堆叠的一侧上具有端口并且在堆叠的另一侧上具有端口来提供堆叠，并且由于阀的布置而导致交错，从而具有将堆叠中的每个端口分开的实心表面。一旦完成堆叠，就可以提供顶盖(未示出)。堆叠单元被送至未示出的层压站，在该层压站中堆叠被层压，从而将所有可重复单元和盖层压在一起。端盖和顶盖也可以是包装的一部分。另外，可以将成组的可重复单元成对层压或焊接。具有或不具有对准孔的用于组装的其他堆叠技术也是可行的。

用于互连堆叠的流量装置10上的图案化电极的通孔导体经由接线片与为城堡状结构的导体相连，即，具有接触电极接线片的相对较宽的面积和通过电极中的孔的相对较窄的面积。通过使主体部分中的孔大于穿过电极部分的孔来提供这种布置。这可以分别在主体和电极的图案化阶段期间完成。通过将上述导电油墨引入孔中来形成通孔导体。

本文描述的不同实施方式的元件可以组合以形成以上未具体阐述的其他实施例。可以将元件排除在本文所述的结构之外，而不会不利地影响其操作。此外，各种单独的元件可以组合成一个或多个单个的元件以执行本文描述的功能。

其他实施例在所附权利要求的范围内。例如，如图12A至12J所示，所制造的微流测量装置(图12J)在图12H的复合片材175的两侧上包括一对图12J所示的预制密封层180a(图12I)和180b。如果将膜片材176a和176b制成足够坚硬或足够坚固以抵抗由于通过微流量测量装置的空气流引起的变形，则在一些实施方式中可以省略密封层180a、180b。考虑到膜在微流量测量装置操作期间不需要也不应挠曲或弯曲(为避免电容测量时产生噪音)，可以将膜制成比5微米厚的膜，或者由更坚硬的材料(例如玻璃或硬质塑料)制成。在这种情况下，基本的微流量测量装置可以是三层，即，容纳轮16的层和承载电极32、38的层。电极面向外，因此不需要电极进入槽口187a、187b。