一种热驱动的谐振式微泵制造技术

本发明专利技术涉及一种谐振式微泵，具有结构简单、加工简易和成本低的效果。本发明专利技术公开了一种热驱动的谐振式微泵，包括衬底，所述衬底上表面沿自身长度方向开设有供微流体穿过的流道，所述衬底上设置有用于封闭流道的封盖，所述封盖上通过刻蚀形成空腔，所述空腔连通流道，所述空腔上方未刻蚀的衬底部分形成振膜，所述振膜上表面设置有电热丝。借助流道、振膜和电热丝的配合，实现了热驱动流体加速，降低了加工成本，优化了加工工艺。优化了加工工艺。优化了加工工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种热驱动的谐振式微泵


[0001]本专利技术涉及一种谐振式微泵，更具体地说，它涉及一种热驱动的谐振式微泵。

技术介绍

[0002]当今微流控技术因为集成度高、灵敏度高、高通量、试剂消耗少等优点，在疾病检测、成分分析等方面具有巨大的发展潜力和广阔的前景。微流控技术需要在微小通道内驱动液体流动。传统的微流控技术不具备对微流道内液体的主动驱动功能，微流道内的流体主要依靠毛细力进行运动。但在流体试剂的混合等方面，仍然需要对流体的进行加速。
[0003]现有技术中，通常采用压电驱动来加速微小通道内的流体，压电材料要控制晶向，但是由于现有生产技术的限制，压电材料不易制备，成本高，加工难度高。因此现在需要一种结构简单，方便加工，成本低的微泵。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种热驱动的谐振式微泵，具有结构简单、加工简易和成本低的效果。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种热驱动的谐振式微泵，包括衬底，所述衬底上表面沿自身长度方向开设有供微流体穿过的流道，所述衬底上设置有用于封闭流道的封盖，所述封盖上通过刻蚀形成空腔，所述空腔连通流道，所述空腔上方未刻蚀的衬底部分形成振膜，所述振膜上表面设置有电热丝。
[0006]通过采用上述技术方案，微流体从流道穿过时，用周期电压以频率f0施加在电热丝上，电热丝产生频率f0的热量输出，振膜受热会产生频率f0的周期性热应力，当热应力的频率f0与振膜“圆心上下振动”振型的固有频率f1接近时，振膜会产生谐振，谐振是一种当外界激励频率与自身固有频率相近时，产生的剧烈振动现象。谐振可以使用较小的驱动力，实现更大的振幅。“圆心上下振动”振型是一种薄膜圆柱体的主要振型，该振型表现为薄膜圆柱体四周被外界约束，无法发生运动；越远离边界、越靠近圆形的部分约束越弱，运动越剧烈。振型的宏观表现为，薄膜圆柱体最外部不运动，薄膜圆柱体的圆心部位产生周期性的上下运动。当振膜在谐振运动时，压缩空腔内的流体，又因为空腔与流道的流体相通，从而最终实现了对流道内流体的驱动，完成了微泵功能的实现。通过加热振膜来实现谐振，不需要电压驱动，只需要先刻蚀封盖，再按照电热丝，加工简易，结构简单，同时也降低了成本，能达到与电压驱动同样的效果。
[0007]作为优选，所述空腔设置为圆柱形，所述电热丝设置为与空腔同心的圆环形。
[0008]通过采用上述技术方案，空腔与电热丝同心设置，同时电热丝也呈圆环形，保证了振膜能达到“圆心上下振动”振型的固有频率f1，提高了结构合理性。
[0009]作为优选，所述流道开设有位于空腔正下方的滞留槽，所述滞留槽的宽度大于流道，所述流道进入滞留槽的一端的宽度由宽变窄，所述流道离开滞留槽的一端的宽度由宽变窄。
[0010]通过采用上述技术方案，流体从流道进入滞留槽后，被振膜振动加速，由于流道进入滞留槽的一端的宽度由宽变窄，因此流体无法反向流回流道，保证了流体从另一端流出滞留槽，流道离开滞留槽的一端的宽度由宽变窄，流体进入流道后也无法反向流回滞留槽，避免流体出现串流，提高了加速效率。
[0011]作为优选，所述衬底和封盖均采用晶圆材料。
[0012]通过采用上述技术方案，晶圆(wafer)是制造半导体器件的基础性原材料。极高纯度的半导体经过拉晶、切片等工序制备成为晶圆，晶圆经过一系列半导体制造工艺形成极微小的电路结构，再经切割、封装、测试成为芯片，广泛应用到各类电子设备当中。
[0013]作为优选，所述衬底的厚度为200-2000um。
[0014]作为优选，所述衬底的厚度为400-800um。
[0015]作为优选，所述流道通过深反应离子刻蚀或者湿法刻蚀。
[0016]作为优选，所述电热丝通过物理气相沉积、蒸镀或电镀加工，所述电热丝的厚度为0.01-10um。
[0017]作为优选，所述电热丝的厚度为0.05-1um。
[0018]作为优选，所述振膜的厚度为10-200um。
[0019]作为优选，所述衬底和封盖通过阳极键合、硅硅键合或金属键合来封闭流道。
[0020]综上所述，本专利技术取得了以下效果：
[0021]1.借助流道、振膜和电热丝的配合，实现了热驱动流体加速，降低了加工成本，优化了加工工艺；
[0022]2.借助滞留槽和流道的配合，保证了流体流向恒定。
附图说明
[0023]图1为本实施例中用于表现整体结构的示意图；
[0024]图2为本实施例中用于表现衬底和封盖内部具体结构的示意图；
[0025]图3为本实施例中用于表现流道和滞留槽配合关系的示意图；
[0026]图4为本实施例中用于表现“圆心上下振动”振型的示意图。
[0027]图中，1、衬底；2、流道；3、封盖；4、空腔；5、振膜；6、电热丝；7、滞留槽。
具体实施方式
[0028]以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0029]本具体实施例仅仅是对本专利技术的解释，其并不是对本专利技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本专利技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。
[0030]实施例：一种热驱动的谐振式微泵，如图1和图2所示，包括衬底1，衬底1上表面沿自身长度方向开设有供微流体穿过的流道2，衬底1上设置有用于封闭流道2的封盖3，封盖3上通过刻蚀形成空腔4，空腔4连通流道2，空腔4上方未刻蚀的衬底1部分形成振膜5，振膜5上表面设置有电热丝6，振膜5的厚度为10-200um。
[0031]微流体从流道2穿过时，用周期电压以频率f0施加在电热丝6上，电热丝6产生频率f0的热量输出，振膜5受热会产生频率f0的周期性热应力，当热应力的频率f0与振膜5“圆心
上下振动”振型的固有频率f1接近时，振膜5会产生谐振，谐振是一种当外界激励频率与自身固有频率相近时，产生的剧烈振动现象。谐振可以使用较小的驱动力，实现更大的振幅。“圆心上下振动”振型是一种薄膜圆柱体的主要振型，该振型表现为薄膜圆柱体四周被外界约束，无法发生运动；越远离边界、越靠近圆形的部分约束越弱，运动越剧烈。振型的宏观表现为，薄膜圆柱体最外部不运动，薄膜圆柱体的圆心部位产生周期性的上下运动。当振膜5在谐振运动时，压缩空腔4内的流体，又因为空腔4与流道2的流体相通，从而最终实现了对流道2内流体的驱动，完成了微泵功能的实现。通过加热振膜5来实现谐振，不需要电压驱动，只需要先刻蚀封盖3，再按照电热丝6，加工简易，结构简单，同时也降低了成本，能达到与电压驱动同样的效果。
[0032]如图2所示，空腔4设置为圆柱形，电热丝6设置为与空腔4同心的圆环形。空腔4与电热丝6同心设置，同时电热丝6也呈圆环形，保证了振膜5能达到“圆心上下振动”振型的固有频率f1，提高了结构合理性。
[0033]如图3所示，流道2开设有位于空腔4正下方的滞留槽7，滞留槽7的宽度大于流道2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热驱动的谐振式微泵，其特征在于：包括衬底(1)，所述衬底(1)上表面沿自身长度方向开设有供微流体穿过的流道(2)，所述衬底(1)上设置有用于封闭流道(2)的封盖(3)，所述封盖(3)上通过刻蚀形成空腔(4)，所述空腔(4)连通流道(2)，所述空腔(4)上方未刻蚀的衬底(1)部分形成振膜(5)，所述振膜(5)上表面制作电热丝(6)。2.根据权利要求1所述的一种热驱动的谐振式微泵，其特征在于：所述空腔(4)设置为圆柱形，所述电热丝(6)设置为与空腔(4)同心的圆环形。3.根据权利要求2所述的一种热驱动的谐振式微泵，其特征在于：所述流道(2)开设有位于空腔(4)正下方的滞留槽(7)，所述滞留槽(7)的宽度大于流道(2)，所述流道(2)进入滞留槽(7)的一端的宽度由宽变窄，所述流道(2)离开滞留槽(7)的一端的宽度由宽变窄。4.根据权利要求3所述的一种热驱动的谐振式微泵，其特征在于：所述衬底(1)和封盖(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：周旭波，王扬华，于葛亮，任晓栋，
申请(专利权)人：无锡费曼科技有限公司，
类型：发明
国别省市：