表贴式压电微泵制造技术

本实用新型专利技术公开了一种表贴式压电微泵，泵体内入流沉腔和中心沉腔通过进液孔连通，中心沉腔和出流沉腔通过排液孔连通。泵体下表面的入出液口与入出流沉腔连通；压电振子安装在泵体上表面，压电振子底电极和顶电极分别通过导电通道从泵体下表面引出；泵体上表面设有将外露的底电极、顶电极和导电通道上端覆盖的绝缘层。在泵体上表面设有顶盖，顶盖将压电振子和泵体上表面封盖，顶盖和泵体上表面之间形成气压平衡腔，在入流沉腔与气压平衡腔之间之间设有气压平衡通道。泵体由四块设有孔道和型腔的基板构成。本压电微泵方便加工，具有体积小、重量轻、封装接口一体化集成、输出流量大、适于封闭流体回路的特点。

【技术实现步骤摘要】
表贴式压电微泵
本技术涉及压电微泵，具体涉及一种表贴式压电微泵，属于微电子机械系统、流体驱动、微系统液冷散热以及生物医疗等

技术介绍
近年来，随着微机电系统（MEMS）技术快速发展，压电微泵因其体积小、功耗低、输出压力高等独特优势在热管理、生物医疗等
受到广泛关注。例如，2016年电子科技大学罗文博等人在公开的专利技术专利（中国专利公开号为CN105977370，专利技术名称为“一种基于压电微泵的嵌入式制冷器件及其制备方法”）中提出了一种集成压电微泵的嵌入式制冷器件及其制备方法，以解决高密度集成微系统的一体化热管理技术问题，该专利技术专利提出了利用微加工工艺在每个发热芯片下方制作微流道和压电微泵，该压电微泵的压电陶瓷片置于压电微泵外表面，并采用了扩散/收缩管的无阀结构，属于一种传统的压电微泵。实际上，早在上世纪九十年代，压电微泵技术就得到了极为广泛的研究；例如，1995年，Gerlach和Wurmus两人发表的题为“Workingprincipleandperformanceofthedynamicmicropump”论文就提出了一种基于扩散/收缩管的无阀压电微泵，该压电微泵采用玻璃与硅材料通过MEMS工艺制作而成；1996年，清华大学王晓浩等人在发表的题为“APZT-drivenmicropump”会议文章中提出了一种基于外置压电双晶片的压电微泵，阀片采用了硅基悬臂梁结构；2002年，Schabmueller等人在发表的题为“Self-aligninggas/liquidmicropump”论文中提出了一种基于全硅工艺的无阀压电微泵，PZT陶瓷片置于微泵上表面。总之，利用硅基MEMS工艺制作的压电微泵具有轻薄化、小型化的特点，并且由于硅基MEMS工艺与集成电路（IC）工艺相兼容，压电微泵与其他电子器件一体化集成也更易实现。不过，目前压电微泵存在着一些技术问题：一是接口问题，压电微泵的流体接口普遍通过管状结构实现流体出入转接，而给压电微泵供电的电学接口也大多采用“飞线”方式引出，压电微泵接口存在着体积大、集成度不高等缺点；二是作为驱动部件的压电振子置于压电微泵外表面，在流体回路内外存在较大压强差时，压电微泵会因压电振子无法振动而失效。因此，不仅需要从设计方面解决上述现有问题，而且还要从可制造性层面考虑如何利用硅基MEMS工艺等微加工技术手段完成制作，这也是近年来压电微泵技术一直面临的技术痛点之一。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本技术的目的在于提供一种适用于封闭流体回路的表贴式压电微泵，本压电微泵方便加工，具有体积小、重量轻、封装接口一体化集成、输出流量大、适于封闭流体回路的特点。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：表贴式压电微泵，包括泵体、进液阀片、排液阀片、压电振子，所述泵体内设有中心沉腔、入流沉腔和出流沉腔，中心沉腔位于入流沉腔和出流沉腔上方，入流沉腔和中心沉腔通过进液孔连通，中心沉腔和出流沉腔之间通过排液孔连通；进液阀片安装在中心沉腔底部并将进液孔封盖，排液阀片安装在出流沉腔底部并将排液孔封盖；在泵体下表面分别设有入液口和出液口；入液口与入流沉腔连通，出液口与出流沉腔连通；压电振子安装在泵体上表面并位于中心沉腔正上方；压电振子下表面和泵体上表面之间设有底电极，压电振子上表面设有顶电极；其特征在于：底电极和顶电极分别通过泵体内竖直设置的导电通道从泵体下表面引出；泵体上表面设有绝缘层，绝缘层将外露的底电极、顶电极和导电通道上端部覆盖；在泵体上表面设有顶盖，顶盖将压电振子封盖的同时将至少部分泵体上表面一起封盖，顶盖和压电振子及被封盖的泵体上表面之间的空腔形成气压平衡腔，在入流沉腔与气压平衡腔之间或者出流沉腔与气压平衡腔之间设有连通两者的气压平衡通道。2、为方便加工，所述顶盖由下表面具有顶部沉腔的基板一构成，泵体由从上往下的基板二、基板三、基板四和基板五组装而成；其中基板二下表面设有主型腔、上下贯穿的气压平衡孔和导电通孔；基板三设有上下贯穿的气压平衡孔、导电通孔、排液孔以及局部减薄形成的悬臂结构的进液阀片，进液阀片下表面与基板三下表面平齐；基板四下表面设有入流沉腔、出流沉腔、上下贯穿的气压平衡孔、导电通孔、进液孔以及在出流沉腔底部减薄形成的悬臂结构的排液阀片，入流沉腔或者出流沉腔与基板四上的气压平衡孔通过通道连通，排液阀片上表面与基板四上表面平齐；基板五上设有上下贯穿的入液口、出液口和导电通孔；基板二、基板三和基板四上的气压平衡孔上下正对连通形成所述气压平衡通道，基板二、基板三、基板四和基板五上的导电通孔至少为两道，分别用于与底电极和顶电极电连接，各道导电通孔分别上下正对连通形成金属通孔，金属通孔内设置导电材料形成导电通道；所述底电极、压电振子、顶电极和绝缘层依次设置在基板二上表面；基板三上的进液阀片将基板四上的进液孔封盖，基板四上的排液阀片将基板三上的排液孔封盖；基板二的主型腔和基板三减薄形成进液阀片后留下的空腔合围形成中心沉腔，基板五上表面将基板四的入流沉腔、出流沉腔、气压平衡孔以及入流沉腔或者出流沉腔与基板四气压平衡孔连通的通道封闭。优选地，在基板三的下表面位于排液孔周围设有环形凹槽，环形凹槽和排液孔之间形成排液环形凸沿，排液阀片贴在排液环形凸沿上以将排液孔封盖，排液环形凸沿用于防止排液阀片与泵体吸附。同样地，在基板四的上表面位于进液孔周围设有环形凹槽，环形凹槽和进液孔之间形成进液环形凸沿，进液阀片贴在进液环形凸沿上以将进液孔封盖，进液环形凸沿用于防止进液阀片与泵体吸附。更进一步地，在顶盖底面、泵体结构顶面和底面分别设有图形化金属层，其中顶盖底面的图形化金属层为与泵体顶面焊接的金属层；泵体结构顶面的图形化金属层为每个导电通道上端设置的导电通道上端焊盘和与顶盖底面焊接的金属层；其中底电极和顶电极分别与对应的导电通道上端焊盘连接；泵体结构底面的图形化金属层包括接地焊盘、入液口周围的入液口焊盘、出液口周围的出液口焊盘、每个导电通道下端设置的导电通道下端焊盘；顶盖底面和泵体顶面通过金属层焊接连接。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：1、本技术将压电微泵复杂的内部结构通过五块基板组装而成，每块基板都是常规的直孔、沉腔加工，这些都可以采用现有成熟的加工工艺简单完成，有利于微泵定制化、批量化、低成本加工。2、将压电振子封闭在泵腔内部，同时将压电振子电极通过导电通道连接到微泵底部，使得微泵出入液接口、电学接口均位于泵的底部，从而实现了表贴式适于封闭流体回路的压电微泵，具有结构简单紧凑、一体化集成度高、使用方便等优点。附图说明图1为本技术气压平衡孔位于入流沉腔一侧的表贴式压电微泵剖面结构示意图。图2为本技术气压平衡孔位于出流沉腔一侧的表贴式压电微泵剖面结构示意图。图3为本技术表贴式压电微泵制作工艺流程图。图4为本技术表贴式压电微泵三维结构底面结构示意图。具体实施方式下面结合附图中的实施例，对本技术的具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.表贴式压电微泵，包括泵体、进液阀片、排液阀片、压电振子，所述泵体内设有中心沉腔、入流沉腔和出流沉腔，中心沉腔位于入流沉腔和出流沉腔上方，入流沉腔和中心沉腔通过进液孔连通，中心沉腔和出流沉腔之间通过排液孔连通；进液阀片安装在中心沉腔底部并将进液孔封盖，排液阀片安装在出流沉腔底部并将排液孔封盖；在泵体下表面分别设有入液口和出液口；入液口与入流沉腔连通，出液口与出流沉腔连通；压电振子安装在泵体上表面并位于中心沉腔正上方；压电振子下表面和泵体上表面之间设有底电极，压电振子上表面设有顶电极；其特征在于：底电极和顶电极分别通过泵体内竖直设置的导电通道从泵体下表面引出；泵体上表面设有绝缘层，绝缘层将外露的底电极、顶电极和导电通道上端部覆盖；/n在泵体上表面设有顶盖，顶盖将压电振子封盖的同时将至少部分泵体上表面一起封盖，顶盖和压电振子及被封盖的泵体上表面之间的空腔形成气压平衡腔，在入流沉腔与气压平衡腔之间或者出流沉腔与气压平衡腔之间设有连通两者的气压平衡通道。/n

【技术特征摘要】
1.表贴式压电微泵，包括泵体、进液阀片、排液阀片、压电振子，所述泵体内设有中心沉腔、入流沉腔和出流沉腔，中心沉腔位于入流沉腔和出流沉腔上方，入流沉腔和中心沉腔通过进液孔连通，中心沉腔和出流沉腔之间通过排液孔连通；进液阀片安装在中心沉腔底部并将进液孔封盖，排液阀片安装在出流沉腔底部并将排液孔封盖；在泵体下表面分别设有入液口和出液口；入液口与入流沉腔连通，出液口与出流沉腔连通；压电振子安装在泵体上表面并位于中心沉腔正上方；压电振子下表面和泵体上表面之间设有底电极，压电振子上表面设有顶电极；其特征在于：底电极和顶电极分别通过泵体内竖直设置的导电通道从泵体下表面引出；泵体上表面设有绝缘层，绝缘层将外露的底电极、顶电极和导电通道上端部覆盖；
在泵体上表面设有顶盖，顶盖将压电振子封盖的同时将至少部分泵体上表面一起封盖，顶盖和压电振子及被封盖的泵体上表面之间的空腔形成气压平衡腔，在入流沉腔与气压平衡腔之间或者出流沉腔与气压平衡腔之间设有连通两者的气压平衡通道。


2.根据权利要求1所述的表贴式压电微泵，其特征在于：所述顶盖由下表面具有顶部沉腔的基板一构成，泵体由从上往下的基板二、基板三、基板四和基板五组装而成；其中基板二下表面设有主型腔、上下贯穿的气压平衡孔和导电通孔；基板三设有上下贯穿的气压平衡孔、导电通孔、排液孔以及局部减薄形成的悬臂结构的进液阀片，进液阀片下表面与基板三下表面平齐；基板四下表面设有入流沉腔、出流沉腔、上下贯穿的气压平衡孔、导电通孔、进液孔以及在出流沉腔底部减薄形成的悬臂结构的排液阀片，入流沉腔或者出流沉腔与基板四上的气压平衡孔通过通道连通，排液阀片上表面与基板四上表面平齐；基板五上设有上下贯穿的入液口、出液口和导电通孔；基板二、基板三和基板四上的气...

【专利技术属性】
技术研发人员：余怀强，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十六研究所，
类型：新型
国别省市：重庆;50