微流体装置

摘要

一种微流体装置(10)。该装置(10)包括附接到流体供给源(18)的半导体衬底(12)。衬底(12)包括至少一个蒸发加热器(14)、一个或更多个气泡泵(16)、流体供给入口和蒸汽出口。气泡泵用于将来自流体供给源(18)的流体供应给所述至少一个蒸发加热器(14)，流体供给入口从流体供给源(18)开始与所述至少一个气泡泵中的每个气泡泵(16)流体流动连通，蒸汽出口与所述至少一个蒸发加热器(14)蒸汽流动连通。所述至少一个气泡泵中的每个气泡泵(16)具有从供给入口至所述至少一个蒸发加热器(14)的流体流动路径，流体流动路径选自直线路径、螺旋路径、迂回路径以及它们的组合。

权利要求

1.一种微流体装置，包括附接到流体供给源的半导体衬底，衬底包括至少一个蒸发加热器、两个或更多个气泡泵、流体供给入口和蒸汽出口，所述两个或更多个气泡泵用于将来自流体供给源的流体供应给所述至少一个蒸发加热器，流体供给入口与所述两个或更多个气泡泵中的每个气泡泵流体流动连通，蒸汽出口与所述至少一个蒸发加热器蒸汽流动连通，其中，所述两个或更多个气泡泵中的每个气泡泵具有从流体供给入口至所述至少一个蒸发加热器的流体流动路径，流体流动路径选自直线路径、螺旋路径、或迂回路径以及它们的组合。

2.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，流体供给源设置在衬底的流体供给侧，衬底的流体供给侧与衬底的包含所述至少一个蒸发加热器和一个或更多个气泡泵的第一侧相反，其中，所述微流体装置还包括用于所述一个或更多个气泡泵中的每个气泡泵的流体入口通孔，流体入口通孔从衬底的流体供给侧至第一侧穿过衬底。

3.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，一个或更多个气泡泵中的每个气泡泵包括多个电阻加热器，电阻加热器用于将流体移动通过所述一个或更多个气泡泵中的每个气泡泵的流体流动路径。

4.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，两个或更多个气泡泵具有通向所述至少一个蒸发加热器的流体流动路径。

5.根据权利要求4所述的微流体装置，其中，所述两个或更多个气泡泵的流体流动路径具有的长度对于每个流体流动路径而言是相同的。

6.根据权利要求4或5所述的微流体装置，其中，所述两个或更多个气泡泵中的每个气泡泵将相等体积的流体提供给所述至少一个蒸发加热器。

7.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，由气泡泵提供的压力由从流体供给入口至所述至少一个蒸发加热器的流体流动路径的长度确定。

8.根据权利要求7所述的微流体装置，其中，由气泡泵提供的流体的体积由并联使用的气泡泵的数量确定。

9.一种以微量流体量蒸发两种或更多种流体的方法，包括以下步骤：

将两种或更多种流体供应给微流体装置，微流体装置包括附接到流体供给源的半导体衬底，衬底包括至少一个蒸发加热器、两个或更多个气泡泵、流体供给入口和蒸汽出口，所述两个或更多个气泡泵用于将来自流体供给源的流体供应给所述至少一个蒸发加热器，流体供给入口从流体供给源开始与所述两个或更多个气泡泵中的每个气泡泵流体流动连通，蒸汽出口与所述至少一个蒸发加热器蒸汽流动连通，其中，所述两个或更多个气泡泵中的每个气泡泵具有从供给入口至所述至少一个蒸发加热器的流体流动路径，流体流动路径选自直线路径、螺旋路径、或迂回路径以及它们的组合；

操作所述两个或更多个气泡泵，以将所述两种或更多种流体提供给所述至少一个蒸发加热器；以及

用所述至少一个蒸发加热器蒸发所述两种或更多种流体。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，衬底包括用于所述两个或更多个气泡泵中的每个气泡泵的流体入口通孔，其中，流体入口通孔被蚀刻为从流体供给源穿过衬底直至所述两个或更多个气泡泵。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述流体供给源包括不同的流体供给源，所述不同的流体供给源为所述两个或更多个气泡泵的至少两个气泡泵中的每个气泡泵提供不同的流体。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述不同的流体在所述至少一个蒸发加热器处彼此混合。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述不同的流体在所述至少一个蒸发加热器处彼此反应。

14.一种用于使微量流体量的两种或更多种不同流体反应并蒸发的方法，包括：

提供微流体装置，微流体装置包括附接到两个或更多个流体供给源的半导体衬底，衬底包括至少一个蒸发加热器、气泡泵、流体供给入口和蒸汽出口，气泡泵用于将来自所述两个或更多个流体供给源中每个流体供给源的流体供应给所述至少一个蒸发加热器，流体供给入口从所述两个或更多个流体供给源中每个流体供给源开始与每个气泡泵流体流动连通，蒸汽出口与所述至少一个蒸发加热器蒸汽流动连通，其中，每个气泡泵具有从供给入口至所述至少一个蒸发加热器的流体流动路径，流体流动路径选自直线路径、螺旋路径、或迂回路径以及它们的组合；

操作每个气泡泵以将所述两种或更多种不同流体提供给所述至少一个蒸发加热器；

在所述至少一个蒸发加热器上使所述两种或更多种不同流体反应以提供反应产品；以及

用所述至少一个蒸发加热器蒸发反应产品。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，衬底包括用于每个气泡泵的流体入口通孔，其中，流体入口通孔被蚀刻为从流体供给源穿过衬底直至气泡泵。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，用于每个气泡泵的每个流体流动路径具有的长度对于每个流体流动路径而言是相同的。

17.根据权利要求14至15中任意一项所述的方法，其中，由每个气泡泵提供的流体的体积相同。

18.一种微流体装置，包括附接到流体供给源的半导体衬底，衬底包括至少一个蒸发加热器、至少一个气泡泵、流体供给入口和蒸汽出口，所述至少一个气泡泵用于将来自流体供给源的流体供应给所述至少一个蒸发加热器，流体供给入口从流体供给源开始与所述至少一个气泡泵流体流动连通，蒸汽出口与所述至少一个蒸发加热器蒸汽流动连通，其中，所述至少一个气泡泵中的每个气泡泵具有从供给入口至所述至少一个蒸发加热器的流体流动路径，流体流动路径选自直线路径、螺旋路径、或迂回路径以及它们的组合。

19.根据权利要求18所述的微流体装置，其中，流体供给源设置在衬底的供给侧，衬底的供给侧与衬底的包含所述至少一个蒸发加热器和所述至少一个气泡泵的第一侧相反，其中，所述微流体装置还包括用于所述至少一个气泡泵的流体入口通孔，流体入口通孔从衬底的流体供给侧至第一侧穿过衬底。

20.根据权利要求18或19所述的微流体装置，其中，由所述至少一个气泡泵提供的压力由从流体供给流体的入口至所述至少一个蒸发加热器的流体流动路径的长度确定。

说明书

微流体装置

技术领域

[0001] 本发明涉及用于计量流体并使流体蒸发的设备和方法，特别是，涉及一种微流体装置，其包含多个微流体泵以及用于蒸发由微流体泵提供的流体的一个或更多个蒸发加热器。

背景技术

[0002] 微流体装置用于操纵微型尺寸结构内的微量体积的液体。这样装置的应用包括精确液体分配、给药、即时诊断、工业和环境监测、以及芯片实验室装置。芯片实验室装置相对于传统的、基于非微流体的技术能够提供诸多优点，诸如化学试剂效率更高，分析速度快，产出量高，便携性好，以及单位装置的生产成本低等。在诸如液体分配、即时诊断或芯片实验室等许多微流体应用中，微流体泵的任务在于操纵微型通道内的微量体积的液体。

[0003] 微流体泵通常分成两组：机械泵和非机械泵。机械泵使用运动部件，运动部件将压力施加到液体上，将液体从供给源移动到目的地。压电泵、热气动泵和电渗透泵包括在该组中。电渗透泵使用表面电荷，表面电荷在液体接触固体时自发地产生。在施加电场时，空间电荷沿着电场的方向拖拽一定体量的液体。

[0004] 非机械泵的另一示例是利用热气泡的泵。通过用扩散器使气泡膨胀和破裂或者以协同方式使多个气泡膨胀和破裂，热气泡泵可以将液体输送通过通道。在本领域内已经知晓有几种类型的热气泡泵。

[0005] 通常使用微流体气泡泵将微量的流体从供给位置移动至目的地，使得计量好数量的液体被传送至目的位置。然而，对于包括蒸汽治疗、加香电子烟、化学气相反应等各种应用，有将计量好数量的蒸发液体从供给位置传送至目的地的需要。

发明内容

[0006] 技术问题

[0007] 传统气泡泵的一个问题在于，气泡泵受到尺寸和流体流动约束的限制。增加气泡泵的数量和气泡泵的长度，会分别增加流出气泡泵的液体的体积和压力，并且也增加了从气泡泵分配液体所需要的面积。对于一些应用，气泡泵的尺寸至关重要。因此，在可能需要尺寸小但液体压力更高而且/或者液体流动体积增大的各种应用中，传统气泡泵可能不会有用。

[0008] 解决问题的方案

[0009] 鉴于前述情形，需要从尺寸减小的微流体喷射装置提供微量流体蒸汽。因此，在一个实施例中，提供了一种微流体装置。该装置包括附接到流体供给源的半导体衬底。衬底包括至少一个蒸发加热器、一个或更多个气泡泵、流体供给入口和蒸汽出口，所述一个或更多个气泡泵用于将来自流体供给源的流体供应给所述至少一个蒸发加热器，流体供给入口从流体供给源开始与所述一个或更多个气泡泵中的每个气泡泵流体流动连通，蒸汽出口与所述至少一个蒸发加热器蒸汽流动连通。所述一个或更多个气泡泵中的每个气泡泵具有从供给入口至所述至少一个蒸发加热器的流体流动路径，流体流动路径选自直线路径、螺旋路径、迂回路径以及它们的组合。

[0010] 在本发明的另一实施例中，提供了一种以微量流体量蒸发两种或更多种流体的方法。该方法包括：将两种或更多种流体供应给微流体装置，微流体装置包括附接到流体供给源的半导体衬底。衬底包括至少一个蒸发加热器、两个或更多个气泡泵、流体供给入口和蒸汽出口，所述两个或更多个气泡泵用于将来自流体供给源的流体供应给所述至少一个蒸发加热器，流体供给入口从流体供给源开始与所述两个或更多个气泡泵中的每个气泡泵流体流动连通，蒸汽出口与所述至少一个蒸发加热器蒸汽流动连通，其中，所述两个或更多个气泡泵中的每个气泡泵具有从供给入口至所述至少一个蒸发加热器的流体流动路径，流体流动路径选自直线路径、螺旋路径、迂回路径以及它们的组合。所述两个或更多个气泡泵受到激励，以将所述两种或更多种流体提供给所述至少一个蒸发加热器，用所述至少一个蒸发加热器蒸发所述两种或更多种流体。

[0011] 本发明的又一实施例提供了一种用于使微量流体量的两种或更多种不同流体反应并蒸发的方法。该方法包括：提供微流体装置，微流体装置包括附接到两个或更多个流体供给源的半导体衬底。衬底包括至少一个蒸发加热器、气泡泵、流体供给入口和蒸汽出口，气泡泵用于将来自所述两个或更多个流体供给源中每个流体供给源的流体供应给所述至少一个蒸发加热器，流体供给入口从所述两个或更多个流体供给源中每个流体供给源开始与每个气泡泵流体流动连通，蒸汽出口与所述至少一个蒸发加热器蒸汽流动连通，其中，每个气泡泵具有从供给入口至所述至少一个蒸发加热器的流体流动路径，流体流动路径选自直线路径、螺旋路径、迂回路径以及它们的组合。操作每个气泡泵以将所述两种或更多种不同流体提供给所述至少一个蒸发加热器。在所述至少一个蒸发加热器上使所述两种或更多种不同流体反应以提供反应产品；以及用所述至少一个蒸发加热器蒸发反应产品。

[0012] 因此，本发明的实施例提供了一种紧凑的微流体蒸发装置，其可以用于将液体混合和/或使液体反应并使液体蒸发，从而用于各种应用。该装置能够不增大装置尺寸的情况下，在比传统装置高的压力下泵送和蒸发液体，并且能够使更大量的液体蒸发。

[0013] 本发明的有益效果

[0014] 根据本发明的微流体装置可以从尺寸减小的微流体喷射装置提供微量流体蒸汽。

附图说明

[0015] 图1是根据本发明一个实施例的气泡泵和蒸发装置以及流体容器的未按比例绘制的剖视示意图。

[0016] 图2是根据本发明一个实施例的顶部盖板被移除的衬底以及流体容器的未按比例绘制的透视图。

[0017] 图3是根据本发明一个实施例的包含多个气泡泵和蒸发装置的衬底的示意性俯视图。

[0018] 图4是根据本发明一个实施例的用于将流体供给蒸发装置的多个气泡泵的未按比例绘制的示意图。

[0019] 图5是具有单个单元尺寸的气泡泵结构的示意图。

[0020] 图6是尺寸为两个单个单元的的直线型气泡泵的示意图。

[0021] 图7是平行气泡泵的示意图，每个气泡泵的尺寸为单个单元。

[0022] 图8是平行气泡泵的示意图，每个气泡泵的尺寸为两个单个单元。

[0023] 图9是包含四个单个单元气泡泵的衬底的示意图。

[0024] 图10是对于四个双单元气泡泵而言太小的衬底的示意图。

[0025] 图11是对于四个双单元气泡泵而言太小的衬底的示意图。

[0026] 图12是根据本发明第一实施例的用于向蒸发装置供给液体的多个气泡泵的未按比例绘制的示意图。

[0027] 图13是根据本发明第二实施例的用于向蒸发装置供给液体的多个气泡泵的未按比例绘制的示意图。

[0028] 图14是根据本发明第三实施例的用于向蒸发装置供给液体的多个气泡泵的未按比例绘制的示意图。

[0029] 图15是根据本发明第四实施例的用于向蒸发装置供给液体的气泡泵的一种可替换供给布置的未按比例绘制的示意图。

[0030] 图16是根据本发明第五实施例的用于向蒸发装置供给液体的气泡泵的一种可替换供给的未按比例绘制的示意图。

具体实施方式

[0031] 微流体气泡泵是微型电子装置，其可以用于将流体喷射到表面上。在本发明的情况下，气泡泵用于将预定量的一种或更多种流体提供给至少一个蒸发装置，以混合流体和/或使流体反应并提供蒸发的流体。蒸发的流体应用在各种装置中，包括但不限于蒸汽治疗、空气清香剂、给药、微观量级的芯片实验室、电子烟，等等。在一些实施例中，将两种或更多种不同流体提供给单个蒸发装置。在其他实施例中，将两种或更多种流体提供给不同的蒸发装置。在其他实施例中，将预定体积的单种流体提供给一个或更多个蒸发装置。在气泡泵和蒸发装置中增大流体的体积或压力或者使用两种或更多种不同流体，通常需要增大装置的尺寸。然而，本发明的实施例可以提供一种独特的气泡泵和蒸发装置布置，能够使装置的尺寸最小化。

[0032] 使用微流体气泡泵将流体泵送至蒸发装置是通过对流体进行超临界加热实现的。然而，在流体的超临界温度高于沸点时，只有一薄层的流体参与形成热蒸汽气泡。例如，在水的超临界温度为大约300℃时，可以通过将在加热器顶部上的厚度小于0.5μm的水层加热至超临界温度长达几微秒来形成热气泡。因此，小于百分之一的液体可以经历超临界温度。
流体的超临界温度持续几微秒，因此大部分流体的温度将保持在气泡泵内流体的初始温度。这样形成的热蒸汽气泡提供大约100Atm的高初始压力。蒸汽气泡的压力可以被用于将流体从气泡泵的入口端经过气泡泵移至气泡泵的末端。

[0033] 图1和图2示出了根据本发明一个实施例的微流体装置10的一个实施例。装置10包括半导体衬底12，半导体衬底12包括至少一个蒸发加热器14以及用于从供给源18向蒸发加热器14供给流体的一个或更多个气泡泵16。衬底12典型为硅，其能够在其上面形成气泡泵和相关逻辑电路。气泡泵16包括多个电阻器加热器20，这些电阻器加热器20附接在衬底12上位于通道22中，通道22形成在衬底12中，或形成在盖板28中，或部分地形成在衬底12中且部分地形成在盖板28中。盖板28可以由硅或诸如聚酰亚胺等的聚合膜制成。电阻器加热器20和蒸发加热器14可以由TaAlN、TaAl或其他薄膜电阻器材料制成。用于电阻器加热器20和蒸发加热器14的优选材料是沉积的TaAlN，其可以通过溅射沉积在衬底12上。气泡泵16按照下面更详细描述的方式进行开启。通过使用被蚀刻穿过衬底12而形成的流体入口通孔26，将流体从流体供给源18提供至气泡泵16。流体供给源18附接到衬底12的与电阻器加热器20和蒸发加热器14相反的一侧，或者如图1和图2中所示，附接到上面附接有衬底12的PCB板
24。使流体供给源附接在衬底12的与电阻器加热器20和蒸发加热器14相反的一侧，能够实现蒸发装置10的更加紧凑的设计。

[0034] 在操作中，将电压脉冲按照以预定方式产生热气泡的顺序施加到每个加热器电阻器20。例如，每个电阻器加热器20可以在通道22中从左向右依次形成气泡，以推动流体沿相同方向从流体入口通孔26穿过通道22直至蒸发加热器14。电压脉冲可以是连续的，按照从左向右的顺序，或者可以反过来使液体在通道22中从右向左移动。流体流经气泡泵16的流动方向由电阻器加热器20开启的顺序确定。为了将流体从通道22的一端移至另一端，在启动某一电阻器加热器20之后，允许该电阻器加热器在下一个启动序列之前得以冷却，以防止电阻器加热器20上的流体被过渡加热并沸腾。

[0035] 通道22与盖层28一起形成供流体移动经过的封闭通道。不同于传统的用于喷墨的热喷墨喷嘴板，本申请的盖层28没有供喷射流体经过的喷嘴孔。相反，盖层28将流体保持在由通道的壁和盖层28界定的通道22中。以这种方式，流体顺着通道22所限定的从流体入口通孔26至蒸发加热器14上面的行进路径移动经过通道22。流体仅仅从流体入口通孔26被引入通道22中，蒸发的流体经过盖层28中的蒸汽出口30从通道排出。通道的尺寸由正被泵送的流体、用于移动流体的电阻器加热器20的尺寸、以及流体的蒸发速率来确定。

[0036] 在图3中所示的另一实施例中，多个气泡泵16和蒸发装置14被示出位于衬底12上，衬底12附接到PCB板24并通过引线键合32的方式电连接到PCB板24。如上所述的流体入口通孔26像之前一样被蚀刻穿过衬底12，以将流体从供给源18经由穿过PCB板24的流体出口34(图1)供给给气泡泵16。

[0037] 图4示意性地示出了微流体装置10的操作，微流体装置10位于附接到流体供给器FS-1和FS-2的衬底12上。装置10包括气泡泵BP-1至BP-4以及蒸发加热器VH-1至VH-3。如图所示，FS-1将流体提供给气泡泵BP-1和BP-2，用于通过蒸发加热器VH-1和VH-2进行蒸发。类似地，FS-2将流体提供给气泡泵BP-3和BP-4，用于通过蒸发加热器VH-2和VH-3进行蒸发。可以操作微流体装置10以将流体提供给蒸发加热器VH-1至VH-3中的一个或更多个，或者可以操作微流体装置10以将不同的流体从流体供给器FS-1和FS-2提供给蒸发加热器VH-2，或者以上述方式的任何组合来操作微流体装置10。虽然仅示出了三个蒸发加热器VH-1至VH-3，但是可以想到，可以在衬底12上设置更多的气泡泵和蒸发加热器，并且可以利用多种操作模式。因此，可以操作图4的微流体装置10以混合多种流体用于蒸发，或者混合多种流体并使多种流体反应，以及蒸发诸单种流体和混合的流体。可以按照需要将蒸发的流体引导至单个蒸汽出口30，或者引导至多个蒸汽出口30。

[0038] 为了利用气泡泵16获得预定的流体泵送率，对于预定尺寸的电阻器加热器20，电阻器加热器20之间的几何关系以及相邻的加热器20与通道之间的几何关系是重要的。例如，通道的宽度(CW)与加热器的长度(HL)之比可以在1.0至2.0的范围内。两个相邻加热器之间的间隔(HD)可以在1.5HW至4HW的范围内。对于超出该范围的泵，泵送率会显著降低。例如，间隔(HD)大于4HW的泵在该条件下显示出小于1微升/分钟的低泵送率，而间隔为1.5HW的泵显示出超过10微升/分钟的泵送率。CW与HL的优选比为1.72，优选间隔(HD)为56μm。

[0039] 电阻器加热器20的尺寸决定每次启动所需的能量。对于本申请所公开的泵，每个电阻器加热器20的长度和宽度在10μm至100μm的范围内。优选长度和宽度分别为29μm和17μm。在一些实施例中，在同一通道22中，电阻器加热器20的长度和宽度可以具有不同的尺寸。作为替换方式，诸电阻器加热器20的相邻加热器20之间的间距可以是不对称的。

[0040] 根据本发明的一个实施例，如果需要，则可以通过延长气泡泵通道以及增加通道内的电阻器加热器的数量来增加气泡泵16中流体的压力。然而，如上所论述，由于为了有效地泵送，通道中的加热器电阻器之间存在优选的间隔，所以唯一合适的替换方式是延长通道。延长通道通常需要额外的衬底区域，这可能不适用于诸如电子烟等小型结构的微流体装置。虽然也可以减小气泡泵的尺寸来减小衬底的尺寸，但该方案可能还是不现实的，这是因为其减少了可以被输送至蒸发加热器的流体量。

[0041] 例如，参见图5至图8，示出了用于从流体源18泵送流体的单个气泡泵16，该单个气泡泵16具有一个单元尺寸。如果气泡泵16被看做是可操作的最小气泡泵，那么可以使用多个该尺寸的气泡泵16来实现不同的期望泵送特性，其中，P为气泡泵16的压力，F为气泡泵16的流量。当如图6所示，泵16A和16B串联附接时，泵压力P相加，而当如图7中所示，泵16A和16B并联时，流量F相加。在图6中，泵压力为2P，流量为F，而在图7中，泵压力为P，流量为2F。
在图8中，气泡泵单元16A和16B串联，然后与气泡泵16C和16D并联设置。因此，由图7的布置提供的压力为2P，流量为2F。可以使用气泡泵的其他组合和数量来实现不同的泵送特性。

[0042] 对于图9至图12，气泡泵沿着相对于蒸发加热器对称的线布置。在图9中，将流体从供给源18A至18D提供至蒸发加热器14的气泡泵16A-16D设置在特定尺寸的衬底12上。在这种情况下，气泡泵16A-16D在压力P下将流量F提供给蒸发加热器14。单元尺寸的泵16A-16D在尺寸上适合于在衬底12上。然而，如果如图10和图11中所示，需要更高的压力，则不管衬底相对于泵的方位如何，两个单元尺寸的气泡泵16A-16H在尺寸上都不适合于在衬底12上。

[0043] 因此，在图12至图16中示意性地示出了将多个气泡泵和(一个或多个)加热器布置在衬底上的可替代实施例。图12至图16中的每个图都示出了单个蒸发加热器用于多个气泡泵(BP)。如上参照图4所描述的那样，对于图12至图16中示出的任何实施例而言也可以使用多个蒸发加热器。图12至图16仅示出了多个气泡泵相对于一个蒸发加热器的可能布置，从而针对所选择的给定衬底尺寸，可以增大供给和蒸发的流体的体积和压力。例如，在图12中，一个单元尺寸的多个气泡泵BP-5至BP-12设置在衬底40上，分别与流体供给源FS-3至FS-10流体流动地连通，流体供给源FS-3至FS-10可以将相同的流体或者两种或更多种不同的流体提供给气泡泵BP-5至BP-12。气泡泵BP-5至BP-12包含直线通道44，这些直线通道44围绕着一个中心蒸发加热器42呈放射状图案布置。基于要蒸发的流体的体积，可以使用更多或更少的气泡泵(BP)。在这种情况下，这些气泡泵提供的压力为P，总流量为8F。直线型气泡泵围绕中心蒸发加热器42的放射状方位，相比于衬底包含数量少但彼此成并排关系的气泡泵，会需要更小的衬底。

[0044] 在图13至图15中，气泡泵具有相对于蒸发加热器对称的点，而不是图9至图12中的对称的线。为了进一步减小衬底的尺寸或者增大流向蒸发加热器的流体的压力和/或流量，对于气泡泵(BP)可以使用弧形通道46(图13)而不是直线通道，其中，这些弧形通道相对于一个蒸发加热器48按照放射状或螺旋状图案布置在衬底50上。如图13中所示，从流体供给源(FS)为每个气泡泵提供流体。根据该实施例，通道46的长度与图12中示出的通道44的长度相同或比其长，然而，由于通道46具有弧形构造，所以衬底50可以被做得更小，或者泵BP可以比图12中示出的衬底40上的气泡泵直线布置长。与前述实施例相同，可以增加或减少气泡泵(BP)的数量，并且在衬底50上可以存在一个或更多个蒸发加热器48。

[0045] 图14中示出了与图13类似的另一实施例，不同之处在于，通道52更长并且通道52的弧形形状是圆的更大一部分，从而用于气泡泵(BP)的流体供给源(FS)实际上比图13中示出的用于气泡泵的供给源更接近蒸发加热器54，并且通道的长度要比图13中的通道长度更大。与图12和图13中示出的实施例相比，图14中的弧形通道的形状可以进一步减小相同数量的气泡泵和蒸发源所需要的衬底56的尺寸，或者可以增大压力P。在图13和图14中，螺旋流动通道46和52的半径r的范围可以为从θ/0.05π至θ/5π，其中，θ是角度，通道46和52的长度L的范围可以为从1.0×A至8×A，其中，A是根据图5的通道16的单元长度。例如，在图13中，半径r是θ/0.5×π，长度L是1.3227×A，而在图14中，半径r是θ/π，长度L是1.9442×A。

[0046] 如图15中所示，本发明的又一实施例提供了具有通道58的气泡泵(BP)，通道58具有从流体供给器(FS)至蒸发加热器60的迂回路径。使用这样的迂回通道路径可以通过将气泡泵的长度增大至X×A，将由气泡泵(BP)提供的流体压力最大化，同时将高压力气泡泵(BP)所需的衬底62的尺寸最小化，其中，X是从2至6或更大的整数。将理解的是，根据本发明，图12至图15中示出的气泡泵布置和通道设计的组合可以用于的单个微流体装置。类似地，如图16中所示，可以在衬底72上设置具有不同半径r和不同长度L的气泡泵BP-17至BP-21。图16中示出的布置能够将不同量的多种流体泵送至蒸发加热器70，其中，每种流体可以具有不同的流动性质或流体特性。图16也能够通过选择对于流向蒸发加热器70的流体合适的气泡泵，实现对该流体的流动体积和/或压力进行更精确的控制。

[0047] 再次参照图1和图2，可以使用衬底12上的传统逻辑电路(未示出)来控制和驱动微流体泵。逻辑电路可以通过传统的硅处理技术形成在硅衬底12上。逻辑电路可以包括与门、锁存器、移位寄存器、功率晶体管，等等。典型的微流体泵电路具有Clock(时钟)、Fire(启动)、Reset(重置)、Data(数据)、Vaporize(蒸发)和Load(加载)等六种信号线。另外，可以分别通过Hpwr和Hgnd这两种线提供通向电阻器加热器20和蒸发加热器14的功率连接和接地连接。Reset信号用来将移位寄存器的逻辑状态设置为零。Data信号连接至由D触发器构成的输入移位寄存器。基于时钟驱动进入移位寄存器中的数据对应于将在下一启动循环被启动的电阻器加热器20。在数据被移位之后，锁存器的另一寄存器保持状态用于下一个泵启动循环。当将预定宽度的启动信号施加至与门，由锁存器的逻辑状态选择的电阻器加热器20被开启启动信号的宽度。以这种方式，移位寄存器可以连续地被基于时钟驱动，同时电阻器加热器20从保持的锁存器启动。这种逻辑电路可以与泵一起组装为单独的芯片，或者可以与泵一起形成在单个芯片上。泵与逻辑电路一起集成在单个芯片是有利的，因为泵可以以小占用区域低成本地制造，并且可以用最小的信号延迟来操作。

[0048] 根据本发明实施例的微流体装置10可以通过依次启动通道22内的电阻器加热器20进行操作。在通道22中的最后一个电阻器加热器20被启动之后，循环重复，从最靠近液体入口通孔26的电阻器加热器22再次开始。原则上，当气泡在电阻器加热器20上生长时，先前生成的气泡需要有效地阻挡通道，防止液体沿电阻器加热器启动顺序的相反方向回流。可以考虑两个延迟以将泵的性能最优化。在一个电阻器加热器启动之后，可以在下一个电阻器加热器启动之前添加一个延迟。这个延迟称为“启动间延迟(fire-to-fire delay)”。另外，在某一循环完成并且蒸发加热器14已被开启来蒸发液体之后，可以在下一泵送循环之前插入一个延迟。该延迟被称为“循环间延迟(cycle-to-cycle delay)”。可以通过操纵给电阻器加热器20的启动信号来控制这两个延迟和启动脉冲的宽度。当一个电阻器加热器20被开启时，具有某一宽度的启动脉冲被称为tfire。另一方面，启动脉冲tfire到启动的延迟，是用启动脉冲tfire开启两个相邻电阻器加热器20之间的时间延迟。启动脉冲tfire到启动的延迟的占空比的范围可以从大约50％至大约90％。在其他实施例中，开启一个电阻器加热器20可以由分开的启动脉冲来完成，该分开的启动脉冲具有第一脉冲宽度和第二脉冲宽度，第一脉冲宽度足以使电阻器加热器“预热”，第二脉冲宽度足以实际上使液体的气泡成核。其他的电阻器加热器20启动方案也是可行的。两个启动循环之间的时间延迟被称为为启动脉冲tcycle到循环的延迟。

[0049] 可以想到并且对本领域技术人员而言明显的是，通过前面的描述和附图，可以对本发明的实施例做出变型和改变。因此，意图很清楚，就是前面的描述和附图仅仅是对示例性实施例的说明，而不限于此，并且本发明的真正精神和范围通过参照所附权利要求来限定。

[0050] 附图标记列表

[0051] 10：微流体装置

[0052] 12，12C：半导体衬底

[0053] 14，48，54，60，70：蒸发加热器

[0054] 16，16A，16B，16C，16D，16E，16F，16G，16H：气泡泵

[0055] 18，18A，18B，18C，18D：供给源

[0056] 20：电阻器加热器

[0057] 22，44，46，52，58：通道

[0058] 24：PCB板

[0059] 26：液体入口通孔

[0060] 28：盖层

[0061] 30：蒸汽出口

[0062] 32：引线键合

[0063] 40，50，56，62，72：衬底

[0064] 42：中心蒸发加热器