專利名稱：硅微機(jī)械泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種作為流體泵的硅微機(jī)械泵，屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
微機(jī)械泵一般采用微機(jī)械加工技術(shù)制成，屬于微流量控制部件，可獲得μl/min數(shù)量級(jí)的流量控制，它可與微型傳感器、微流通池等構(gòu)成小型化的集成化學(xué)分析系統(tǒng)，適用于臨床醫(yī)學(xué)、食品、制藥和環(huán)境分析等領(lǐng)域?，F(xiàn)有的微型泵通常采用壓電、靜電、熱氣動(dòng)或柱狀壓電陶瓷等驅(qū)動(dòng)振膜，其入口和出口均采用可動(dòng)單向閥門，其共同的問(wèn)題是驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可動(dòng)單向閥門易損壞、穩(wěn)定性和可靠性差。
本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不含可動(dòng)單向閥門的硅微機(jī)械泵。
本實(shí)用新型可由泵體、驅(qū)動(dòng)裝置和流體輸運(yùn)機(jī)構(gòu)組成，其特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)裝置由加熱電阻和驅(qū)動(dòng)電源構(gòu)成，流體輸運(yùn)機(jī)構(gòu)由微型腔室、自由振動(dòng)硅膜和噴嘴—擴(kuò)散管道式的出口和入口形成，加熱電阻位于微型腔室內(nèi)。泵體可采用玻璃與硅材料結(jié)合構(gòu)成，加熱電阻可采用硅薄膜電阻。為了提高加熱電阻的加熱效率，硅薄膜加熱電阻采用懸浮結(jié)構(gòu)，并置于微型腔室的中部。噴嘴—擴(kuò)散管式的出口和入口由噴嘴部分和擴(kuò)散管道構(gòu)成，噴嘴部分為錐形結(jié)構(gòu)，擴(kuò)散管道為略帶錐度的管道，錐形噴嘴開(kāi)口的尺寸大于擴(kuò)散管道口的尺寸，入口管的噴嘴開(kāi)口朝外，擴(kuò)散管道口靠近自由振動(dòng)硅膜；出口管的噴嘴開(kāi)口靠近自由振動(dòng)硅膜，擴(kuò)散管道口朝外。當(dāng)加熱電阻加熱時(shí)，泵腔內(nèi)空氣膨脹而使自由振動(dòng)硅膜向外鼓，泵腔室體積增大，使入、出口管均有流體排出，但出口管排出的流量大于入口管排出的流量；當(dāng)加熱電阻停止加熱時(shí)，泵腔室體積變小，入、出口管均有流體流入，但入口和流入的流量大于出口管流入的流量。當(dāng)施加“時(shí)變驅(qū)動(dòng)信號(hào)”驅(qū)動(dòng)振膜有節(jié)律地振動(dòng)時(shí)，流體便不斷地被吸入和排出，實(shí)現(xiàn)流體從入口到出口的單向輸運(yùn)，完成微型泵的功能。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。采用硅微機(jī)械加工技術(shù)和半導(dǎo)體集成電路工藝制作的硅薄膜加熱電阻，工藝制作易操作，驅(qū)動(dòng)電壓僅需9V～40V，有利于驅(qū)動(dòng)電路設(shè)備的實(shí)現(xiàn)；采用無(wú)可動(dòng)閥門泵的結(jié)構(gòu)替代兩個(gè)可動(dòng)單向閥門，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且制作簡(jiǎn)單，有利于提高耐用性和可靠性，也有利于實(shí)現(xiàn)小型化，既可用于液體輸運(yùn)，也可用于氣體輸運(yùn)，可廣泛用于臨床醫(yī)學(xué)、化學(xué)和生物分析系統(tǒng)和食品、制藥與環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域。



圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施方案的加熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖。
本實(shí)用新型可采用附圖所示方案實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方案如
圖1所示，玻璃1、硅2、硅3和玻璃6構(gòu)成泵體，玻璃1的厚度可取1000～3000μm，玻璃6的厚度可為2000～3500μm。硅2可取摻雜n型或P型硅片，硅3可選用n型或P型硅片，硅2和硅3的厚度可為280～500μm，采用硅微機(jī)械加工技術(shù)和半導(dǎo)體集成電路工藝制成硅薄膜加熱電阻10和硅薄膜振膜11；采用電化學(xué)鉆孔技術(shù)在玻璃6上制作出噴嘴-擴(kuò)散管道式的出口8和入口9及其引線口7；鋁膜4為硅薄膜加熱電阻10的內(nèi)電極，通過(guò)引線與電源連接；采用半導(dǎo)體集成電路工藝、硅微機(jī)械加工技術(shù)和硅—硅、硅—玻璃的鍵合技術(shù)，將玻璃1、硅2、硅3和玻璃6結(jié)合成一體而構(gòu)成硅微機(jī)械泵。引線口7、出口8和入口9的直徑可根據(jù)實(shí)際需要確定，例如分別為108μm、75μm和150μm左右。電源可采用穩(wěn)壓直流電源或電池。硅薄膜加熱電阻10可采用圖2所示的實(shí)施方案，在P型硅片12中采用擴(kuò)散或離子注入形成n+區(qū)13，采用鋁條14形成內(nèi)電極16，圖中15為引線孔。為了有利于均勻加熱，n+區(qū)13采用對(duì)稱分布的并聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種用作流體泵的硅微機(jī)械泵，由泵體、驅(qū)動(dòng)裝置和流體輸運(yùn)機(jī)構(gòu)組成，其特征在于驅(qū)動(dòng)裝置由加熱電阻和驅(qū)動(dòng)電源構(gòu)成，流體輸運(yùn)機(jī)構(gòu)由微型腔室、自由振動(dòng)硅膜和噴嘴—擴(kuò)散管道式的出口和入口形成，加熱電阻位于微型腔室內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅微機(jī)械泵，其特征在于加熱電阻采用硅薄膜電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅微機(jī)械泵，其特征在于噴嘴—擴(kuò)散管道式的出口和入口由噴嘴部分和擴(kuò)散管道構(gòu)成，噴嘴部分為錐形結(jié)構(gòu)，擴(kuò)散管道為略帶錐度的管道，錐形噴嘴的開(kāi)口尺寸大于擴(kuò)散管道口的尺寸，入口管的噴嘴朝外，出口管的噴嘴靠近自由振動(dòng)硅膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的硅微機(jī)械泵，其特征在于硅薄膜加熱電阻采用懸浮結(jié)構(gòu)，并置于微型腔室的中部。
專利摘要硅微機(jī)械泵是一種采用硅微機(jī)械加工技術(shù)和半導(dǎo)體集成電路工藝制作而成的流體泵，泵體可采用玻璃/硅材料的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)裝置采用硅薄膜加熱電阻實(shí)現(xiàn)，流體輸送機(jī)械可由微型腔室、自由振動(dòng)硅膜和噴嘴——擴(kuò)散管道式的出口和入口構(gòu)成，硅薄膜加熱電阻位于微型腔室內(nèi)，采用無(wú)可動(dòng)閥門泵的結(jié)構(gòu)替代通常的出口、入口兩個(gè)可動(dòng)單向閥門，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性和可靠性高等特點(diǎn)，可廣泛用于臨床醫(yī)學(xué)、化工、食品、制藥和環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F04B43/02GK2263720SQ9623218
公開(kāi)日1997年10月1日 申請(qǐng)日期1996年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月28日
發(fā)明者丁辛芳 申請(qǐng)人:東南大學(xué)