[实用新型]硅微机械泵

说明书

本实用新型是一种作为流体泵的硅微机械泵，属于微电子机械系统技术领域。

微机械泵一般采用微机械加工技术制成，属于微流量控制部件，可获得μl/min数量级的流量控制，它可与微型传感器、微流通池等构成小型化的集成化学分析系统，适用于临床医学、食品、制药和环境分析等领域。现有的微型泵通常采用压电、静电、热气动或柱状压电陶瓷等驱动振膜，其入口和出口均采用可动单向阀门，其共同的问题是驱动装置结构复杂、可动单向阀门易损坏、稳定性和可靠性差。

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种驱动结构简单、不含可动单向阀门的硅微机械泵。

本实用新型可由泵体、驱动装置和流体输运机构组成，其特点是驱动装置由加热电阻和驱动电源构成，流体输运机构由微型腔室、自由振动硅膜和喷嘴—扩散管道式的出口和入口形成，加热电阻位于微型腔室内。泵体可采用玻璃与硅材料结合构成，加热电阻可采用硅薄膜电阻。为了提高加热电阻的加热效率，硅薄膜加热电阻采用悬浮结构，并置于微型腔室的中部。喷嘴—扩散管式的出口和入口由喷嘴部分和扩散管道构成，喷嘴部分为锥形结构，扩散管道为略带锥度的管道，锥形喷嘴开口的尺寸大于扩散管道口的尺寸，入口管的喷嘴开口朝外，扩散管道口靠近自由振动硅膜；出口管的喷嘴开口靠近自由振动硅膜，扩散管道口朝外。当加热电阻加热时，泵腔内空气膨胀而使自由振动硅膜向外鼓，泵腔室体积增大，使入、出口管均有流体排出，但出口管排出的流量大于入口管排出的流量；当加热电阻停止加热时，泵腔室体积变小，入、出口管均有流体流入，但入口和流入的流量大于出口管流入的流量。当施加“时变驱动信号”驱动振膜有节律地振动时，流体便不断地被吸入和排出，实现流体从入口到出口的单向输运，完成微型泵的功能。

本实用新型与现有技术相比，具有驱动结构简单，稳定性和可靠性高等优点。采用硅微机械加工技术和半导体集成电路工艺制作的硅薄膜加热电阻，工艺制作易操作，驱动电压仅需9V～40V，有利于驱动电路设备的实现；采用无可动阀门泵的结构替代两个可动单向阀门，不仅结构简单，而且制作简单，有利于提高耐用性和可靠性，也有利于实现小型化，既可用于液体输运，也可用于气体输运，可广泛用于临床医学、化学和生物分析系统和食品、制药与环境检测等领域。

图1为本实用新型的结构示意图；图2为实施方案的加热电阻结构示意图。

本实用新型可采用附图所示方案实现。本实用新型的一种实施方案如图1所示，玻璃1、硅2、硅3和玻璃6构成泵体，玻璃1的厚度可取1000～3000μm，玻璃6的厚度可为2000～3500μm。硅2可取掺杂n型或P型硅片，硅3可选用n型或P型硅片，硅2和硅3的厚度可为280～500μm，采用硅微机械加工技术和半导体集成电路工艺制成硅薄膜加热电阻10和硅薄膜振膜11；采用电化学钻孔技术在玻璃6上制作出喷嘴-扩散管道式的出口8和入口9及其引线口7；铝膜4为硅薄膜加热电阻10的内电极，通过引线与电源连接；采用半导体集成电路工艺、硅微机械加工技术和硅—硅、硅—玻璃的键合技术，将玻璃1、硅2、硅3和玻璃6结合成一体而构成硅微机械泵。引线口7、出口8和入口9的直径可根据实际需要确定，例如分别为108μm、75μm和150μm左右。电源可采用稳压直流电源或电池。硅薄膜加热电阻10可采用图2所示的实施方案，在P型硅片12中采用扩散或离子注入形成n⁺区13，采用铝条14形成内电极16，图中15为引线孔。为了有利于均匀加热，n⁺区13采用对称分布的并联结构实现。