專利名稱：硅微機械泵的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種作為流體泵的硅微機械泵，屬于微電子機械系統(tǒng)技術領域。
微機械泵一般采用微機械加工技術制成，屬于微流量控制部件，可獲得μl/min數(shù)量級的流量控制，它可與微型傳感器、微流通池等構成小型化的集成化學分析系統(tǒng)，適用于臨床醫(yī)學、食品、制藥和環(huán)境分析等領域。現(xiàn)有的微型泵通常采用壓電、靜電、熱氣動或柱狀壓電陶瓷等驅(qū)動振膜，其入口和出口均采用可動單向閥門，其共同的問題是驅(qū)動裝置結(jié)構復雜、可動單向閥門易損壞、穩(wěn)定性和可靠性差。
本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種驅(qū)動結(jié)構簡單、不含可動單向閥門的硅微機械泵。
本實用新型可由泵體、驅(qū)動裝置和流體輸運機構組成，其特點是驅(qū)動裝置由加熱電阻和驅(qū)動電源構成，流體輸運機構由微型腔室、自由振動硅膜和噴嘴—擴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，并置于微型腔室的中部。噴嘴—擴散管式的出口和入口由噴嘴部分和擴散管道構成，噴嘴部分為錐形結(jié)構，擴散管道為略帶錐度的管道，錐形噴嘴開口的尺寸大于擴散管道口的尺寸，入口管的噴嘴開口朝外，擴散管道口靠近自由振動硅膜；出口管的噴嘴開口靠近自由振動硅膜，擴散管道口朝外。當加熱電阻加熱時，泵腔內(nèi)空氣膨脹而使自由振動硅膜向外鼓，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；當加熱電阻停止加熱時，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。當施加“時變驅(qū)動信號”驅(qū)動振膜有節(jié)律地振動時，流體便不斷地被吸入和排出，實現(xiàn)流體從入口到出口的單向輸運，完成微型泵的功能。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有驅(qū)動結(jié)構簡單，穩(wěn)定性和可靠性高等優(yōu)點。采用硅微機械加工技術和半導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)動電壓僅需9V～40V，有利于驅(qū)動電路設備的實現(xiàn)；采用無可動閥門泵的結(jié)構替代兩個可動單向閥門，不僅結(jié)構簡單，而且制作簡單，有利于提高耐用性和可靠性，也有利于實現(xiàn)小型化，既可用于液體輸運，也可用于氣體輸運，可廣泛用于臨床醫(yī)學、化學和生物分析系統(tǒng)和食品、制藥與環(huán)境檢測等領域。



圖1為本實用新型的結(jié)構示意圖；圖2為實施方案的加熱電阻結(jié)構示意圖。
本實用新型可采用附圖所示方案實現(xiàn)。本實用新型的一種實施方案如
圖1所示，玻璃1、硅2、硅3和玻璃6構成泵體，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，采用硅微機械加工技術和半導體集成電路工藝制成硅薄膜加熱電阻10和硅薄膜振膜11；采用電化學鉆孔技術在玻璃6上制作出噴嘴-擴散管道式的出口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，通過引線與電源連接；采用半導體集成電路工藝、硅微機械加工技術和硅—硅、硅—玻璃的鍵合技術，將玻璃1、硅2、硅3和玻璃6結(jié)合成一體而構成硅微機械泵。引線口7、出口8和入口9的直徑可根據(jù)實際需要確定，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所示的實施方案，在P型硅片12中采用擴散或離子注入形成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采用對稱分布的并聯(lián)結(jié)構實現(xiàn)。
權利要求1.一種用作流體泵的硅微機械泵，由泵體、驅(qū)動裝置和流體輸運機構組成，其特征在于驅(qū)動裝置由加熱電阻和驅(qū)動電源構成，流體輸運機構由微型腔室、自由振動硅膜和噴嘴—擴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)權利要求1所述的硅微機械泵，其特征在于加熱電阻采用硅薄膜電阻。
3.根據(jù)權利要求1所述的硅微機械泵，其特征在于噴嘴—擴散管道式的出口和入口由噴嘴部分和擴散管道構成，噴嘴部分為錐形結(jié)構，擴散管道為略帶錐度的管道，錐形噴嘴的開口尺寸大于擴散管道口的尺寸，入口管的噴嘴朝外，出口管的噴嘴靠近自由振動硅膜。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的硅微機械泵，其特征在于硅薄膜加熱電阻采用懸浮結(jié)構，并置于微型腔室的中部。
專利摘要硅微機械泵是一種采用硅微機械加工技術和半導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)構構成，驅(qū)動裝置采用硅薄膜加熱電阻實現(xiàn)，流體輸送機械可由微型腔室、自由振動硅膜和噴嘴——擴散管道式的出口和入口構成，硅薄膜加熱電阻位于微型腔室內(nèi)，采用無可動閥門泵的結(jié)構替代通常的出口、入口兩個可動單向閥門，具有結(jié)構簡單、穩(wěn)定性和可靠性高等特點，可廣泛用于臨床醫(yī)學、化工、食品、制藥和環(huán)境檢測等領域。
文檔編號F04B43/02GK2263720SQ9623218
公開日1997年10月1日 申請日期1996年6月28日 優(yōu)先權日1996年6月28日
發(fā)明者丁辛芳 申請人:東南大學