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Title:
PASSIVE VALVE, MICROPUMP, AND METHOD FOR PRODUCING A PASSIVE VALVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/072467
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a passive valve (100), the passive valve (100) comprising a support layer (101), a valve structure (102) and a valve seat structure (103), wherein: the support layer (101) has a first opening (104) on a first side (1010) of the support layer (101); the valve seat structure (103) is arranged in a contact region (1020) of the valve structure (102) between the valve structure (102) and the first side (1010) of the support layer (101); the valve seat structure (103) surrounds the first opening (104); the valve structure (102) is designed to open the first opening (102) in accordance with a pressure difference acting on the valve structure (102), at least one portion of the contact region (1020) of the valve structure (102) being at a distance from the valve seat structure (103) during said opening, or is designed to close the first opening (104), the contact region (1020) of the valve structure (102) resting on the valve seat structure (103) during said closing, the valve structure (102) being designed as a membrane layer (106), at least part of a connection layer (107) being arranged between the membrane layer (106) and the support layer (101), and the valve seat structure (103) and the first opening (104) being recessed in the connection layer (107); and the membrane layer (106) has a second opening (105) in the contact region (1020).

Inventors:
KASSEL JULIAN (DE)
SCHOLZ ULRIKE (DE)
EHRENPFORDT RICARDO (DE)
Application Number:
EP2018/074280
Publication Date:
April 18, 2019
Filing Date:
September 10, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
F04B43/04; F04B53/10
Domestic Patent References:
WO2017157938A12017-09-21
Foreign References:
DE102007045637A12009-04-02
US20140178227A12014-06-26
US20050074340A12005-04-07
EP0741839B11998-04-15
DE19737173A11999-03-18
DE19719862A11998-11-19
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Claims:
Ansprüche

1 . Passives Ventil (100), wobei das passive Ventil (100) eine Trägerschicht (101 ), eine Ventilstruktur (102) und eine Ventilsitzstruktur (103) umfasst,

• wobei die Trägerschicht (101 ) auf einer ersten Seite (1010) der

Trägerschicht (101 ) eine erste Öffnung (104) aufweist,

• wobei in einem Kontaktbereich (1020) der Ventilstruktur (102),

zwischen der Ventilstruktur (102) und der ersten Seite (1010) der Trägerschicht (101 ), die Ventilsitzstruktur (103) angeordnet ist,

• wobei die Ventilsitzstruktur (103) die erste Öffnung (104) umrahmt, und

• wobei die Ventilstruktur (102) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer auf die Ventilstruktur (102) wirkenden Druckdifferenz die erste Öffnung (104) freizugeben, wobei beim Freigeben zumindest ein Teil des Kontaktbereichs (1020) der Ventilstruktur (102) von der Ventilsitzstruktur (103) beabstandet vorliegt, oder die erste Öffnung (104) zu verschließen, wobei beim Verschließen der Kontaktbereich (1020) der Ventilstruktur (102) auf der Ventilsitzstruktur (103) aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass

• die Ventilstruktur (102) als Membranschicht (106) ausgebildet ist, wobei zwischen der Membranschicht (106) und der Trägerschicht (101 ) zumindest teilweise eine Verbindungsschicht (107) angeordnet ist, wobei die Ventilsitzstruktur (103) und die erste Öffnung (104) in der Verbindungsschicht (107) ausgespart sind, und

• die Membranschicht (106) im Kontaktbereich (1020) eine zweite

Öffnung (105) aufweist. Passives Ventil (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (101 ) und die Verbindungsschicht (107) als Leiterplatte (108) ausgebildet sind.

Passives Ventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (101 ) ein Glasfasergewebe mit ausgehärtetem Epoxidharz umfasst.

Passives Ventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht (107) ein Prepreg und/oder ein Glasfasergewebe mit einer Schicht, welche bei der Herstellung des passiven Ventils klebende Eigenschaften aufweist, umfasst.

Passives Ventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Öffnung (104) und/oder die Ventilsitzstruktur (103) einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

Passives Ventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Öffnung (105) schlitzförmig ausgebildet ist.

Mikropumpe (200), umfassend ein passives Ventil (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.

Mikropumpe (200) nach Anspruch 7, wobei die Membranschicht (106) des passiven Ventils (100) eine Pumpmembran (201 ) der Mikropumpe (200) ist.

Verfahren (300) zur Herstellung eines passiven Ventils (100) mit den Schritten:

• Erzeugen (301 ) einer ersten Öffnung (104) auf einer ersten Seite (1010) einer Trägerschicht (101 ),

• Ausbilden (302) einer Ventilsitzstruktur (103) auf der Trägerschicht (101 ), wobei die erste Öffnung (104) von der Ventilsitzstruktur (103) umrahmt wird,

• Anordnen (304) einer Ventilstruktur (102) derart, dass in einem

Kontaktbereich (1020) der Ventilstruktur (102) zwischen der Ventilstruktur (102) und der ersten Seite (1010) der Trägerschicht (101 ) die Ventilsitzstruktur (103) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass

• ein Anordnen (303) einer Verbindungsschicht (107), welche eine Aussparung (1071 ) für die Ventilsitzstruktur (103) und die erste Öffnung (104) aufweist, auf der ersten Seite (1010) der Trägerschicht (101 ) erfolgt,

• im Schritt des Anordnens (304) der Ventilstruktur (102) eine

Membranschicht (106) mit einer zweiten Öffnung (105) auf die Verbindungsschicht (107) und die Ventilsitzstruktur (103) derart aufgebracht wird, dass die zweite Öffnung (105) im Kontaktbereich (1020) angeordnet wird und

• ein Verpressen (305) erfolgt, wobei die Trägerschicht (101 ) und die Membranschicht (106) mit der Verbindungsschicht (107) verkleben und die Membranschicht (106) im Kontaktbereich (1020) auf der Ventilsitzstruktur (103) aufgelegt wird.

10. Verfahren (300) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ausbildens (302) der Ventilsitzstruktur (103) ein Strukturieren (3020) der Trägerschicht (101 ) erfolgt.

Description:
Beschreibung

Titel

Passives Ventil, Mikropumpe und Verfahren zur Herstellung eines passiven Ventils

Stand der Technik

In DE 19719862 A1 ist eine Mikromembranpumpe mit einem Einlass- und einem Auslassventil beschrieben, wobei die Ventile als passive Rückschlagventile ausgebildet sind.

Kern und Vorteile der Erfindung Bei mikrofluidischen Anwendungen, wie beispielsweise Mikropumpen, können

Ventile angeordnet werden, um eine Pumprichtung vorzugeben. Eine Aktorik einer Mikropumpe kann beispielsweise mittels eines Leiterplatten prozesses (PCB-Prozess) hergestellt werden, wobei beispielsweise Standardmaterialien wie Polyimid (PI), Kupfer, etc. verwendet werden. Zum Festlegen einer Richtung des Fluidstroms werden Ventile angeordnet.

Die Erfindung betrifft ein passives Ventil, eine Mikropumpe, welche mindestens ein passives Ventil umfasst und ein Verfahren zur Herstellung eines passiven Ventils.

Ein Vorteil der Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche ist, dass das passive Ventil vollständig mittels Standardtechnologien der PCB- Prozesskette hergestellt werden kann, wobei das passive Ventil in eine

Leiterplatte integriert werden kann und somit einen kompakten Aufbau von mikrofluidischen Vorrichtungen, welche passive Ventile umfassen, ermöglicht. Des Weiteren weist das passive Ventil eine hohe mechanische Robustheit und Zuverlässigkeit auf. Durch die Verwendung des passiven Ventils können leckagearme Mikropumpen kostengünstig mittels Standardtechnologien der PCB-Prozesskette hergestellt werden. Dadurch können Mikropumpen zu ähnlichen Preisen wie herkömmliche Standard-Leiterplatten hergestellt werden. Des Weiteren können somit hocheffiziente Mikropumpen realisiert werden, wodurch zuverlässige, kleinbauende, aktive fluidaktuierte Sensoren,

beispielsweise für Smartphone-Anwendungen, realisiert werden können.

Dies wird erreicht mit einem passiven Ventil, wobei das passive Ventil eine Trägerschicht, eine Ventilstruktur und eine Ventilsitzstruktur umfasst. Die Trägerschicht weist auf einer ersten Seite der Trägerschicht eine erste Öffnung auf. Zwischen der Ventilstruktur und der ersten Seite der Trägerschicht ist die Ventilsitzstruktur in einem Kontaktbereich der Ventilstruktur angeordnet. Die Ventilsitzstruktur umrahmt die erste Öffnung. Die Ventilstruktur ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit einer auf die Ventilstruktur wirkenden Druckdifferenz die erste Öffnung freizugeben, wobei beim Freigeben zumindest ein Teil des Kontaktbereichs der Ventilstruktur von der Ventilsitzstruktur beabstandet vorliegt, oder die erste Öffnung zu verschließen, wobei beim Verschließen der

Kontaktbereich der Ventilstruktur auf der Ventilsitzstruktur aufliegt. Das passive Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass die Ventilstruktur als Membranschicht ausgebildet ist, wobei zwischen der Membranschicht und der Trägerschicht zumindest teilweise eine Verbindungsschicht angeordnet ist, wobei die

Ventilsitzstruktur und die erste Öffnung in der Verbindungsschicht ausgespart sind und die Membranschicht im Kontaktbereich eine zweite Öffnung aufweist. Ein Vorteil ist, dass dadurch, dass die zweite Öffnung im Kontaktbereich der Membranschicht angeordnet ist, verhindert werden kann, dass ein Fluid das passive Ventil entgegen der Strömungsrichtung passieren kann, da die

Membranschicht in diesem Fall auf der Ventilsitzstruktur aufliegt und die zweite Öffnung somit durch die Ventilsitzstruktur verschlossen wird. Somit kann eine Leckage des Ventils effizient verhindert werden. Das passive Ventil kann beispielsweise als passives Rückschlagventil und/ oder als ein in eine Leiterplatte integriertes passives Ventil ausgeführt sein. In einer Ausführungsform sind die Trägerschicht und die Verbindungsschicht als Leiterplatte ausgebildet. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Trägerschicht ein Glasfasergewebe mit ausgehärtetem Epoxidharz. Die Verbindungsschicht umfasst ein Prepreg, d.h. ein Glasfasergewebe mit nicht ausgehärtetem

Epoxidharz. Ein Vorteil ist, dass das passive Ventil in die Leiterplatte integriert ist und somit eine hohe mechanische Robustheit aufweist. Des Weiteren ermöglicht dieser Aufbau eine Miniaturisierung des passiven Ventils und somit einen kompakten Aufbau von mikrofluidischen Vorrichtungen, wie beispielsweise Mikropumpen, welche in die Leiterplatte integrierte passive Ventile umfassen.

In einer Ausführungsform weisen die erste Öffnung und/oder die Ventilsitzstruktur einen kreisförmigen Querschnitt auf. Ein Vorteil ist, dass die erste Öffnung und/oder die Ventilsitzstruktur somit mit einer hohen Zuverlässigkeit mit

Standardprozessen hergestellt werden können. Dies ermöglicht eine

kostengünstige Fertigung des passiven Ventils.

In einer Ausführungsform ist die zweite Öffnung schlitzförmig ausgebildet.

Schlitzförmig kann hierbei bedeuten, dass die zweite Öffnung rechteckförmig ausgebildet ist, wobei eine Breite des Rechtecks sehr viel kleiner als eine Länge des Rechtecks ist. Beispielsweise kann die schlitzförmige zweite Öffnung eine schmale Öffnung mit länglicher Form beschreiben, wobei die zweite Öffnung erst dann besteht, wenn die Membranschicht beim Freigeben der ersten Öffnung ausgelenkt wird und beim Verschließen die Breite der zweiten Öffnung gegen Null geht. Durch das intrinsische Verschließen der zweiten Öffnung, wenn die

Membranschicht im Kontaktbereich auf der Ventilsitzstruktur aufliegt, kann effizient verhindert werden, dass ein Fluid entgegen der Fluidströmungsrichtung das passive Ventil passieren kann. Ein Vorteil ist, dass eine Leckage des passiven Ventils verhindert und somit die Effizienz des passiven Ventils erhöht werden kann.

Die Vorteile einer Mikropumpe, umfassend mindestens eines der vorgenannten passiven Ventile, ergeben sich aus den vorgenannten Vorteilen. Eine

Mikropumpe ist eine Pumpe aus der Mikrosystemtechnik, welche gegenüber klassischen Pumpen eine reduzierte Baugröße aufweist. Beispielsweise weist eine Mikropumpe Abmessungen im Millimeterbereich und/oder darunter auf. In einer Ausführungsform ist die Membranschicht des passiven Ventils eine Pumpmembran der Mikropumpe. Ein Vorteil ist, dass somit auf das separate Anordnen einer Pumpmembran verzichtet werden kann und somit eine kostengünstige, kompakte Mikropumpe realisiert werden kann.

Ein Verfahren zur Herstellung eines passiven Ventils umfasst die Schritte:

Erzeugen einer ersten Öffnung auf einer ersten Seite einer Trägerschicht, Ausbilden einer Ventilsitzstruktur auf der Trägerschicht, wobei die erste Öffnung von der Ventilsitzstruktur umrahmt wird, Anordnen einer Ventilstruktur derart, dass in einem Kontaktbereich der Ventilstruktur zwischen der Ventilstruktur und der ersten Seite der Trägerschicht die Ventilsitzstruktur angeordnet ist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Anordnen einer

Verbindungsschicht, welche eine Aussparung für die Ventilsitzstruktur und die erste Öffnung aufweist, auf der ersten Seite der Trägerschicht erfolgt. Des Weiteren zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass im Schritt des

Anordnens der Ventilstruktur eine Membranschicht mit einer zweiten Öffnung auf die Verbindungsschicht und die Ventilsitzstruktur derart aufgebracht wird, dass die zweite Öffnung im Kontaktbereich angeordnet wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Verpressen erfolgt, wobei die Trägerschicht und die Membranschicht mit der Verbindungsschicht verkleben und die Membranschicht im Kontaktbereich auf der Ventilsitzstruktur aufgelegt wird. Im Kontaktbereich sind die Membranschicht und die Ventilsitzstruktur unverklebt, da im Kontaktbereich keine Verbindungsschicht angeordnet ist. Das Verfahren ermöglicht

vorteilhafterweise eine kostengünstige Herstellung des passiven Ventils mit Standardprozessen der PCB-Prozesskette. Weitere Vorteile des Verfahrens ergeben sich aus dem vorgenannten Vorteilen zum passiven Ventil und der Mikropumpe.

In einer Ausführungsform erfolgt im Schritt des Ausbildens der Ventilsitzstruktur ein Strukturieren der Trägerschicht. Beispielsweise kann die Ventilsitzstruktur durch Rückfräsung der ersten Seite der Trägerschicht ausgebildet werden.

Beispielsweise können die Ventilsitzstruktur und die Trägerschicht aus einem Materialverbund bestehen. Die Ventilsitzstruktur kann hierbei freigefräst werden. Alternativ oder ergänzend kann die Ventilsitzstruktur auch über einen weiteren Prepreg auf die Trägerschicht aufgepresst und mittels eines Klebers aufgeklebt werden. Die Trägerschicht kann hierbei bereits vorstrukturiert oder nach dem Aufkleben strukturiert werden. Die Strukturierung der Trägerschicht kann

beispielsweise durch Bohren, Fräsen und/ oder durch einen Laserprozess erfolgen. Das Durchloch kann somit nach dem Aufbringen der Ventilsitzstruktur in einem gemeinsamen Bohrschritt oder vorher, das heißt in zwei getrennten

Schritte erfolgen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Gleiche

Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.

Es zeigen

Fig. 1 - Fig. 5 Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines passiven Ventils gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 eine Aufsicht auf einen Ausschnitt eines passiven Ventils gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 einen Querschnitt eines Ausschnitts eines passiven Ventils gemäß einem

Ausführungsbeispiel, wobei eine Membranschicht eine erste Öffnung freigibt,

Fig. 8 einen Querschnitt eines Ausschnitts eines passiven Ventils gemäß einem

Ausführungsbeispiel, wobei die erste Öffnung verschlossen ist und

Fig. 9 einen Querschnitt einer Mikropumpe, wobei die Membranschicht des passiven Ventils eine Pumpmembran der Mikropumpe ist und

Fig. 10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines passiven

Ventils gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

In Fig. 1 bis Fig. 5 sind Schritte eines Verfahrens 300 zur Herstellung eines passiven Ventils 100 dargestellt. Für die Herstellung des passiven Ventils 100 können Standardprozesse aus der Leiterplattenherstellung angewendet werden. Eine Leiterplatte umfasst üblicherweise mindestens einen Core und mindestens eine Lage eines Prepreg. Der Core kann beispielsweise als Glasfasergewebe mit ausgehärtetem Epoxidharz ausgebildet sein. Als Prepreg kann beispielsweise ein Glasfasergewebe mit nicht ausgehärtetem Epoxidharz verwendet werden. Der Core kann als

Trägerschicht 101 des passiven Ventils 100 verwendet werden. Ein Prepreg kann beispielsweise als Verbindungsschicht 107 des passiven Ventils 100 verwendet werden.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts der Trägerschicht 101 des passiven Ventils 100 dargestellt. Bei der Herstellung des passiven Ventils 100 wird eine erste

Öffnung 104 auf einer ersten Seite 1010 einer Trägerschicht 101 erzeugt 301 , wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Beispielsweise kann die erste Öffnung 104, wie in Fig. 1 dargestellt, als senkrechter Kanal bezüglich der ersten Seite 1010 ausgebildet sein. Die erste Öffnung 104 kann beispielsweise durch Bohren oder Lasern erzeugt werden, wobei Bohren und Lasern Standardtechnologien der PCB-Prozesskette sind. Die erste

Öffnung 104 weist in Fig. 1 einen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei der

Durchmesser der ersten Öffnung 104 über die komplette Dicke der Trägerschicht 101 konstant ist. In einem weiteren, hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann sich der Durchmesser der ersten Öffnung 104 verändern, beispielsweise kann die erste Öffnung 104 schräge oder strukturierte Seitenflächen und/oder einen von einem kreisförmigen Querschnitt abweichenden Querschnitt aufweisen.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts der Trägerschicht 101 des passiven Ventils 100 im Herstellungsschritt Ausbilden 302 einer Ventilsitzstruktur 103 auf der Trägerschicht 101 dargestellt. Das Ausbilden 302 der Ventilsitzstruktur 103 erfolgt hierbei durch Strukturieren 3020 der Trägerschicht 101. Die erste Seite 1010 der Trägerschicht 101 wird hierbei abgefräst, sodass sich ein erhöhter, domartiger Bereich ergibt, welcher die erste Öffnung 104 umrahmt. Dieser erhöhte, domartige Bereich bildet die Ventilsitzstruktur 103. Umrahmen bedeutet hierbei, dass die Ventilsitzstruktur 103 auf der ersten Seite 1010 der Trägerschicht 101 beispielsweise eine erhöhte Kante für die erste Öffnung 104 bildet. Die Ventilsitzstruktur 103 kann somit einen Rahmen für die erste Öffnung 104 bilden. Die Ventilsitzstruktur 103 kann hierbei eine

Dichtfläche für die erste Öffnung 104 bilden, auf weiche eine Ventilstruktur 102 aufgelegt werden kann, um die erste Öffnung 104 abzudichten, sodass die

Ventilstruktur 102 verhindern kann, dass ein Fluid die erste Öffnung 104 passieren kann. Die Ventilsitzstruktur 103 umschließt die erste Öffnung 104 beispielsweise ringförmig. Wie in Fig. 6 in einer Aufsicht auf das passive Ventil 100 zu sehen ist, kann die Ventilsitzstruktur 103 beispielsweise als kreisförmige Struktur, welche eine

Aussparung im Bereich der ersten Öffnung 104 aufweist, auf der ersten Seite 1010 der Trägerschicht 101 ausgebildet sein. Die erste Öffnung 104 und die Ventilsitzstruktur sind in Fig. 2 nicht konzentrisch sondern exzentrisch zueinander angeordnet.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts der Trägerschicht 101 mit der

Ventilsitzstruktur 103 dargestellt, wobei ein Anordnen 303 eine Verbindungsschicht 107 auf der ersten Seite 1010 der Trägerschicht 101 erfolgt. Das Anordnen 303 ist durch die beiden Pfeile links und rechts von der Verbindungsschicht 107 angedeutet. Die Verbindungsschicht 107 weist eine Aussparung 1071 für die Ventilsitzstruktur 103 und die erste Öffnung 104 auf. Die Aussparung 1071 ist hierbei kreisförmig ausgebildet und weist einen ersten Durchmesser 1070 auf. Die Ventilsitzstruktur 103 ist in Fig. 3 ebenfalls kreisförmig ausgebildet, wobei die Ventilsitzstruktur 103 einen zweiten Durchmesser 1030 aufweist. Der zweite Durchmesser 1030 ist gleich oder kleiner dem ersten Durchmesser 1070, sodass die Verbindungsschicht 107 bei einem Schritt Verpressen 305 einen Flussbereich erhält. Im Allgemeinen kann die Aussparung 1071 der Verbindungsschicht 107 auch eine von einer Kreisform abweichende Form aufweisen. Die lateralen Abmessungen der Ventilsitzstruktur 103 können hierbei kleiner als die lateralen Abmessungen der Aussparung 1071 der Verbindungsschicht 107 gewählt werden, sodass beim Verpressen 305 die Verbindungsschicht 107 einen Flussbereich erhält. Die Verbindungsschicht 107 kann hierbei dicker als die

Ventilsitzstruktur 103 sein, d.h. die Verbindungsschicht 107 kann nach dem Anordnen 303 auf der ersten Seite 1010 der Trägerschicht über die Ventilsitzstruktur 103 hinausragen.

In Fig. 4 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts der Trägerschicht 101 mit der

Verbindungsschicht 107 auf der ersten Seite 1010 der Trägerschicht 101 dargestellt. Es erfolgt ein Anordnen 304 der Ventilstruktur 102, was durch die beiden Pfeile links und rechts der Ventilstruktur 102 angedeutet ist. Die Ventilstruktur 102 ist hierbei als Membranschicht 106 ausgebildet und weist eine zweite Öffnung 105 auf. Die

Membranschicht 106 weist einen Kontaktbereich 1020 auf, in welchem die

Membranschicht 106 und die Ventilsitzstruktur 103 in Kontakt miteinander gebracht werden können. Der Bereich der Membranschicht 106, welcher die erste Öffnung 104 überspannt, ist nicht Teil des Kontaktbereichs 1020. Der Kontaktbereich 1020 kann durch Projektion einer der Membranschicht 106 zugewandten Seite der

Ventilsitzstruktur auf die Membranschicht 106 beschrieben werden. Die zweite Öffnung 105 ist im Kontaktbereich 1020 ausgebildet. Die Membranschicht kann als Folie, beispielsweise als Polyimid-Folie (Pl-Folie), ausgebildet sein.

In Fig. 5 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts der Trägerschicht 101 im Schritt des Verpressens 305 dargestellt. Durch Ausüben eines Verpressdrucks 3050 auf die Membranschicht 106 wird die Membranschicht 106 mittels der Verbindungsschicht 107 mit der Trägerschicht 101 flächig und gasdicht verklebt. Die Membranschicht 106 liegt im Kontaktbereich 1020 auf der Ventilsitzstruktur 103 auf, verklebt jedoch nicht, da zwischen der Membranschicht 106 der Ventilsitzstruktur 103 im Kontaktbereich 1020 keine Verbindungsschicht 107 angeordnet ist. Die Membranschicht 106 ist somit im Kontaktbereich 1020 und im Bereich der ersten Öffnung 104 beweglich und kann durch einen Fluidstrom, welcher von der ersten Öffnung 104 kommend auf die

Membranschicht 106 auftrifft ausgelenkt werden, sodass der Fluidstrom die

Membranschicht 106 durch die zweite Öffnung 105 passieren kann. Eine detailliertere Beschreibung der Funktionsweise des passiven Ventils 100 ist in den Figuren 7 und 8 und der zugehörigen Beschreibung gezeigt. Die Verbindungsschicht 107 weist nach dem Verpressen 305 die gleiche Dicke wie die Ventilsitzstruktur 103 auf. Aufgrund des Flussbereichs der Verbindungsschicht 107 wird der Abstand, welcher sich aus den unterschiedlichen Durchmessern der Aussparung 1071 und der Ventilsitzstruktur 103 ergab, beim Verpressen 305 von der Verbindungsschicht 107 aufgefüllt. Die zweite Öffnung 105 ist im Kontaktbereich 1020 ausgebildet und überlappt nicht mit der ersten Öffnung 104.

Die Trägerschicht 101 kann, wie in Fig. 5 gezeigt, beispielsweise als Core einer Leiterplatte 108 und die Verbindungsschicht 107 als Prepreg einer Leiterplatte 108 ausgebildet sein. Die vorstehend beschriebenen Prozessschritte sind

Standardprozesse der Leiterplatten-Herstellung. Das passive Ventil 100 kann als ein in die Leiterplatte 108 integriertes passives Ventil 100 ausgeführt sein, wie dies beispielsweise in den Figuren 1 bis 5 dargestellt ist.

In Fig. 6 ist eine Aufsicht auf einen Ausschnitt des passiven Ventils 100 dargestellt. Die zweite Öffnung 105 ist schlitzförmig in der Membranschicht 106 ausgebildet. Die erste Öffnung 104 und die Ventilsitzstruktur 103 sind in diesem Ausführungsbeispiel kreisförmig ausgebildet, wobei die erste Öffnung 104 in die Ventilsitzstruktur 103 exzentrisch zueinander angeordnet sind. Die zweite Öffnung 105 ist im Kontaktbereich 1020 der Membranschicht 106 ausgebildet, in welchem die Membranschicht 106 auf der Ventilsitzstruktur 103 in einem nicht ausgelenkten Zustand aufliegt.

Fig. 7 zeigt einen Querschnitt eines Ausschnitts des passiven Ventils 100, wobei die Membranschicht 106 die erste Öffnung 104 freigibt. Es wirkt ein erster Druck 109 auf eine der ersten Öffnung 104 zugewandte Seite der Membranschicht 106 und es wirkt ein zweiter Druck 1 10 auf eine der ersten Öffnung 104 abgewandte Seite der Membranschicht 106. In diesem Ausführungsbeispiel ist der erste

Druck 109 größer als der zweite Druck 1 10, d.h. auf die Membranschicht 106 wirkt eine negative Druckdifferenz. In Abhängigkeit der Differenz des ersten

Drucks 109 und zwei Drucks 1 10 wölbt sich die Membranschicht 106 zumindest in einem Teil des Kontaktbereichs 1020 von der ersten Öffnung 104 weg, sodass die Membranschicht 106 von der Ventilsitzstruktur 103 beabstandet vorliegt und eine Verbindung zwischen der ersten Öffnung 104 und der zweiten Öffnung 105 von der Membranschicht 106 freigegeben wird. Ein Fluidstrom mit einer ersten Strömungsrichtung 1 1 1 kann somit die erste Öffnung 104 und die zweite Öffnung

105 passieren. Je betragsmäßig größer die Druckdifferenz zwischen dem erstem Druck 109 und dem zweitem Druck 1 10 ist, desto stärker wölbt sich die

Membranschicht 106 von der Ventilsitzstruktur 103 weg. Die Membranschicht

106 ist im Kontaktbereich beweglich und außerhalb der Ventilsitzstruktur 103 und der ersten Öffnung 104 mittels der Verbindungsschicht 107 mit der Trägerschicht verbunden bzw. verklebt.

In Fig. 8 ist ein Fall dargestellt, in dem der erste Druck 109 kleiner als der zweite Druck 1 10 ist, d.h. eine positive Druckdifferenz auf die Membranschicht 106 wirkt. Die Membranschicht 106 liegt hierbei im Kontaktbereich auf der

Ventilsitzstruktur auf und wird an die Ventilsitzstruktur 103 angedrückt, sodass die erste Öffnung 104 und die zweite Öffnung 105 gegeneinander abgedichtet sind. Ein durch die zweite Öffnung 105 auf das Ventil 100 auftreffender

Fluidstrom mit einer zweiten Strömungsrichtung 1 12, welche der ersten

Strömungsrichtung 1 1 1 entgegengesetzt gerichtet ist, kann somit nicht von der zweiten Öffnung 105 in die erste Öffnung 104 gelangen. Der Fluidstrom in Richtung der zweiten Strömungsrichtung 1 12 drückt die Membranschicht 106 im Kontaktbereich 1020 gegen die Ventilsitzstruktur. Eine Leckage durch

Zurückströmen des Fluid entlang der zweiten Strömungsrichtung 1 12 kann somit verhindert werden. Das passive Ventil 100 kann somit die Strömungsrichtung des Fluids steuern. Das passive Ventil 100 kann somit als Rückschlagventil wirken.

In Fig. 9 ist eine Mikropumpe 200 im Querschnitt dargestellt. Die Mikropumpe

200 umfasst in diesem Ausführungbeispiel ein passives Ventil 100, wobei die

Membranschicht 102 des passiven Ventils 100 zugleich die Membranschicht der Mikropumpe, die sogenannte Pumpmembran 201 , umfasst. Die Membran 201 der Mikropumpe 200 wird beispielsweise elektromagnetisch ausgelenkt, d.h. in einem Ausführungsbeispiel enthält die Membran 201 magnetische Elemente und in den Prepregs bzw. Core oberhalb bzw. unterhalb sind elektrische Spulen in Form von Leiterbahnen ausgeführt, oder die Membran, aus z.B. PI, enthält

Spulen in Form von Leiterbahnen, wobei oberhalb bzw. unterhalb der Membran in Core und Prepreg Magnete eingelassen sind.

In Fig. 10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zur Herstellung des passiven Ventils 100 gezeigt das Verfahren 300 umfasst die Schritte: Erzeugen 301 der ersten Öffnung 104 auf der ersten Seite 1010 der Trägerschicht 101 , Ausbilden 302 der

Ventilsitzstruktur 103 auf der Trägerschicht 101 , wobei die erste Öffnung 104 von der Ventilsitzstruktur 103 umrahmt wird, wobei der vorgenannte Schritt beispielsweise durch das Strukturieren 3020 der Trägerschicht 101 erfolgen kann und Anordnen 303 einer Verbindungsschicht 107 auf der ersten Seite 1010 der Trägerschicht 101 , wobei die Verbindungsschicht 107 eine Aussparung 1071 für die Ventilsitzstruktur 103 und die erste Öffnung 104 aufweist. Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 die Schritte Anordnen 304 einer Ventilstruktur 102 derart, dass in einem Kontaktbereich 1020 der Ventilstruktur 102 zwischen der Ventilstruktur 102 der ersten Seite 1010 der

Trägerschicht 101 die Ventilsitzstruktur 103 angeordnet ist und die Membranschicht 106 mit der zweiten Öffnung 105 auf die Verbindungsschicht 107 und die

Ventilsitzstruktur 103 derart aufgebracht wird, dass die zweite Öffnung 105 im

Kontaktbereich 1020 angeordnet wird. Durch Verpressen 305 verkleben die

Trägerschicht 101 in die Membranschicht 106 mittels der Verbindungsschicht 107 und die Membranschicht 106 wird im Kontaktbereich 1020 auf die Ventilsitzstruktur 103 aufgelegt.