專利名稱：無閥薄膜驅(qū)動型微泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及薄膜驅(qū)動型微泵，屬于微流體傳輸與控制、微機械為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是在上泵體上開有上泵腔、錐形擴散管、錐形收縮管、左側水孔及右側水孔，上泵腔通過擴散管與左側水孔相連，通過收縮管與右側水孔相連，在上泵體的下面有下泵體，在下泵體上開有相應的下泵腔、錐形擴散管、錐形收縮管及相應的左側水孔、右側水孔，下泵腔通過擴散管與左側水孔相連，通過收縮管與右側水孔相連，上、下泵腔由基底膜與功能膜構成的驅(qū)動膜隔離，兩個擴散管與兩個收縮管的錐形角度均相等。
本發(fā)明的優(yōu)點在于1.由于本發(fā)明采用了單膜雙腔結構，利用信號控制兩個腔體容積的變化，使兩個腔體容積變化得到實時互補，輸出流量連續(xù)穩(wěn)定，且具有結構及工藝簡單、響應快、驅(qū)動頻率寬、可控性強、能耗低、壽命長等特點。
2.本發(fā)明可采用微細加工和微機械技術相兼容的材料和工藝制造，具有體積小、成本低、容易和其它微檢測和微控制元件集成等特點，適應于大批量生產(chǎn)。
圖2為

圖1中A-A剖面圖。
圖3為圖1實施例的軸視圖。
圖4為本發(fā)明另一種實施例的結構簡圖。
圖5為圖4中驅(qū)動膜的結構示意圖。
當錐形擴散管3、12，錐形收縮管7、12的錐形角度a為5°～12°之間時，該泵的輸出能力較大。
工作時，驅(qū)動膜在交變電信號的激勵下將發(fā)生近拋物球面狀變形，從而使泵腔的體積發(fā)生增大和減小的交替變化?，F(xiàn)將水孔2作進水端、水孔8作出水端，當上泵腔4容積減少ΔV，設上泵腔擴張管3輸出流量為Q1、收縮管7輸出流量為Q2，由于擴張管、收縮管在流體流向上呈錐形，根據(jù)收縮管、擴張管管內(nèi)流體的流動特性，Q2＞Q1，也即上泵腔4處于泵出狀態(tài)；同時，下泵腔11容積相應增加ΔV，設下泵腔擴張管12輸入流量為Q3、收縮管10輸入流量為Q4，根據(jù)收縮管、擴張管管內(nèi)流體的流動特性，Q3＞Q4，也即下泵腔11處于吸入狀態(tài)。在進水孔2端，上泵腔擴張管3實際起到流體收縮作用，下泵腔擴張管12起到流體擴張作用，Q3＞Q1，整泵在進水孔2端處于吸入狀態(tài)。在出水孔8端，上泵腔收縮管7實際起到流體擴張作用，下泵腔收縮管10起到流體收縮作用，Q2＞Q4，整泵在出水孔8端處于泵出狀態(tài)。由于上、下泵腔4、11對應布置，上泵腔4容積增加時，根據(jù)以上分析過程同理可知，整泵在進水孔2端仍處于吸入狀態(tài)、在出水孔8端處于泵出狀態(tài)。因此，在一個工作周期中，微泵實現(xiàn)了流體的連續(xù)吸入和泵出。微泵流量大小由交變電信號的幅度和頻率控制。同時，本發(fā)明使用化學性能穩(wěn)定、絕緣性能良好的光敏聚酰亞胺薄膜作為電隔離層，提高了微泵的可靠性和壽命。
本發(fā)明的主要技術指標可達到外形尺寸為8mm×8mm×1.5mm(長×寬×高)，腔體尺寸為5mm×0.3mm(直徑×高)，壓電薄膜尺寸為3mm×3mm×40μm；流量在0.5-100μL/min連續(xù)可調(diào)；最高泵壓為2.6Kpa。
結合圖1對本發(fā)明的具體工藝流程作一定敘述。該微泵可由3層硅(玻璃)結構經(jīng)硅(玻)—硅(玻)鍵合工藝組合而成，分別為上泵體、下泵體及封蓋。首先使用厚膜制備工藝在上泵體的Si基下表面直接沉積一層約40μm的壓電膜，在壓電膜的背面使用深度反應離子刻蝕技術刻蝕出上泵腔體，進水孔，出水孔，收縮管，擴張管?？涛g上泵腔體時，刻蝕至Si膜厚度約為100μm。下泵體的制作工藝除了無壓電薄膜的制備，其余與上泵體相同。封蓋的制作相對較為簡單，只需刻蝕出相應的進、出水孔即可。三層結構采用硅(玻)—硅(玻)直接鍵合工藝鍵合在一起就組成了整泵。整個加工過程十分簡單，適宜于批量生產(chǎn)。
本發(fā)明的結構還可如圖4、圖5所示，由上泵體16，下泵體13及驅(qū)動膜組成，驅(qū)動膜由基底膜15及功能膜14構成，固定于上泵體16與下泵體13之間。
顯然，本發(fā)明不僅適用于壓電微泵，且可應用于其它的薄膜驅(qū)動微泵，如SMA薄膜驅(qū)動微泵、磁力薄膜驅(qū)動微泵、雙金屬熱驅(qū)動微泵、熱氣驅(qū)動微泵等。
權利要求
1.一種無閥薄膜驅(qū)動型微泵，其特征在于在上泵體(1)上開有上泵腔(4)、錐形擴散管(3)、錐形收縮管(7)、左側水孔(2)及右側水孔(8)，上泵腔(4)通過擴散管(3)與左側水孔(2)相連，通過收縮管(7)與右側水孔(8)相連，在上泵體(1)的下面有下泵體(13)，在下泵體(13)上開有相應的下泵腔(11)、錐形擴散管(12)、錐形收縮管(10)及相應的左側水孔(2)、右側水孔(8)，下泵腔(11)通過擴散管(12)與左側水孔(2)相連，通過收縮管(10)與右側水孔(8)相連，上、下泵腔(4)、(11)由基底膜(5)與功能膜(6)構成的驅(qū)動膜隔離，兩個擴散管(3)、(12)與兩個收縮管(7)、(10)的錐形角度均相等。
2.根據(jù)權利要求1所述的無閥薄膜驅(qū)動型微泵，其特征在于在上泵體(1)的上面置有封蓋(9)，其上開有相應的左側水孔(2)及右側水孔(8)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的無閥薄膜驅(qū)動型微泵，其特征在于錐形擴散管(3)、(12)，錐形收縮管(7)、(10)的錐形角度a為5°～12°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無閥薄膜驅(qū)動型微泵，該微泵是一種單膜雙腔結構，雙腔中間由基底膜與功能膜構成的驅(qū)動膜完全隔離，每個泵腔通過各自的錐形擴散管與進水孔相連，通過各自的錐形收縮管與出水孔相連。本發(fā)明采用單膜雙腔結構，利用信號控制兩個腔體容積的變化，使兩個腔體容積變化得到實時互補，輸出流量穩(wěn)定，且具有結構及制備工藝簡單、響應快、驅(qū)動頻率寬、可控性強、能耗低、壽命長等特點。此外，本發(fā)明可采用微細加工和微機械技術相兼容的材料和工藝制造，具有體積小、成本低、容易和其它微檢測和微控制元件集成等特點，適應于大批量生產(chǎn)，具有可觀的應用前景。
文檔編號F04B43/02GK1442612SQ0311891
公開日2003年9月17日 申請日期2003年4月11日 優(yōu)先權日2003年4月11日
發(fā)明者于軍, 王耘波, 徐靜平, 劉鋒, 高俊雄, 劉剛, 周文利, 謝基凡 申請人:華中科技大學