一種壓電蠕動微泵的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微電子機械系統領域，涉及微流體傳輸與控制技術，尤其是涉及一種用壓電片驅動液流的微型蠕動栗。
技術背景
[0002]近年來，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)是繼承微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路甚至接口、通信和電源與一體的微型器件或系統，是以微電子、微機械及材料科學為基礎，研究、設計、制造具有特定功能的微型裝置。利用微機械加工技術制作微流體器件，用于輸送、檢測控制微升量級流量、流體的器件，它是微流體系統的基礎，其中，微閥、微型栗、微通道和微流量傳感器是最具有代表性的微流體器件。
[0003]作為微流量系統中流體驅動部分的微栗，由于其能精確驅動和控制流體，在藥物微量輸送、燃料微量噴射、細胞分離、集成電子原件冷卻、基因工程、微量化學分析等方面有著重要和廣泛的應用。
[0004]中國專利CN200610111204.8披露了一種自吸微型栗，由栗體下片、栗體上片和驅動器三部分組成，其中:在驅動器和栗體下片之間有栗體上片；在栗體下片本體上有栗腔、閥座、第一錐形擴散管、錐形收縮管、第二錐形擴散管；在栗體下片上的第一錐形擴散管和第二錐形擴散管之間有閥座，在閥座上鑲嵌有錐形收縮管。這種自吸微型栗工作時，先在壓電驅動器上加方波交流信號，壓電驅動器周期性振動，驅動器使栗膜振動，錐形收縮管的收縮口會周期性的被堵住與打開，錐形擴散管的擴散口一直處于打開狀態，錐形收縮管的收縮口作為進樣口，錐形擴散管的擴散口作為出樣口。由于栗膜在周期的驅動力下作周期性振動，使得栗腔體積作周期性變化，從而實現工作物質的吸入與排出。這種自吸微型栗的缺點在于:1、栗體下片需要開設錐形擴散管和錐形收縮管，栗體下片的結構和制作工藝復雜。
2、流體只能從錐形收縮管流向錐形擴散管，無法實現流體的雙向流動。3、錐形收縮管和錐形擴散管之間通過栗腔連通，當進樣口和出樣口的距離較大時，栗腔所需覆蓋的區域必然要大于進樣口和出樣口的距離，則遠離進樣口的栗腔區域中的流體容易附著或滯留在栗腔內，導致液量損失。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術存在的需要開設錐形管道，結構和制作工藝復雜，流體無法實現雙向流動的缺點，本發明提供了一種結構簡單，流體能夠雙向流動的壓電蠕動微栗。
[0006]一種壓電蠕動微栗，包括基體和壓電執行器，基體上開設流體通道，其特征在于:流體通道的數量為兩個，一個流體通道作為輸送路徑的起點，另一個流體通道作為輸送路徑的終點；
壓電執行器主要由壓電層、上電極、下電極和彈性層組成，下電極完全覆蓋壓電層，上電極、壓電層、下電極和彈性層依次從上向下設置，彈性層的外框部與基體密封固定，彈性層的外框部之內的區域為栗腔部；上電極由多個分離電極模塊組成，分離電極模塊沿輸送路徑等距離排列，第一個分離電極模塊和最后一個分離電極模塊分別對應一個流體通道；分離電極模塊得電時，該得電的分離電極模塊與基體之間形成容腔，分離電極模塊失電時，該失電的分離電極模塊與基體貼合；前后相鄰的分離電極模塊形成的容腔首尾有重疊，分離電極模塊從輸送路徑的起點向終點依次得電。
[0007]第一個分離電極模塊和最后一個分離電極模塊分別對應一個流體通道指的是一個流體通道在第一個分離電極模塊下方，另一個流體通道在最后一個分離電極模塊下方。前后相鄰的分離電極模塊形成的容腔首尾有重疊，從而使流體能夠從一個分離電極模塊的容腔傳遞到下一個分離電極模塊的容腔，從而實現流體從起點向終點的輸送。
[0008]上電極和下電極分別附著在壓電層上，上電極和下電極電極是直接附著在壓電層上的，不需要粘接劑。上電極、下電極和壓電層位于栗腔部的區域內。上電極中得電的分離電極模塊與下電極之間形成電流回路，該分離電極模塊覆蓋的壓電層區域獲得電壓，該分離電極模塊覆蓋的壓電層區域形變。下電極與彈性層粘接固定，因此壓電層形變帶動彈性層形變，彈性層遠離基體，彈性層與基體之間形成容納流體的容腔。
[0009]下電極和壓電層的形狀大小相等，下電極為整片式電極。上電極的各分離電極模塊在壓電層的區域內，彈性層的面積大于下電極。
[0010]基體與彈性層接觸的上表面為平面，基體的邊框與彈性層的外框部通過環氧膠粘接或用MEMS鍵合工藝等方式密封固定。彈性層未與基體固定的部分能夠與基體的上表面貼合。彈性層與基體未被固定的部分形成栗腔部。
[0011]未得電、處于失電狀態的分離電極模塊覆蓋的壓電層區域保持自然狀態，保持自然狀態的壓電層區域下的彈性層保持與基體貼合。
[0012]彈性層的外框部與基體密封連接，因此第一個分離電極模塊和最后一個分離電極模塊得電而形成容腔時，彈性層的外框部與基體起到密封作用，阻止流體外泄。
[0013]輸送路徑的起點和終點由流體的流向決定，根據流向設置分離電極模塊的得電順序。初始狀態時，起點對應的第一個分離電極模塊得電，得電的分離電極模塊覆蓋的壓電層區域形變，壓電層區域形變后，對應的彈性層區域與基體分離形成容腔，流體從流體通道進入容腔內；未得電的分離電極模塊覆蓋的區域、彈性層保持與基體貼合為截止狀態。接著，第二個分離電極模塊得電，第二個分離電極模塊覆蓋的壓電層區域和彈性層區域形變容腔，第一個分離電極模塊的容腔與第二個分離電極模塊的容腔首尾有重疊，流體流向第二個分離電極模塊的容腔內。接著，第一個分離電極模塊失電、到達截止狀態，流體完全離開第一個分尚電極模塊的容腔，同時，第三個分尚電極模塊得電，第三個分尚電極模塊覆蓋的壓電層區域和彈性層區域形變容腔，流體位于第二個分離電極模塊的容腔和第三個分離電極模塊的容腔內。然后第二個分離電極模塊失電，第四個分離電極模塊得電，依此類推，直到倒數第二個分離電極模塊和最后一個分離電極模塊得電，其余分離電極模塊失電，流體進入終點的流體通道。接著，倒數第二個分離電極模塊和最后一個分離電極模塊依次失電，一次輸送的流體完全進入終點的流體通道。接著起點處第一個分離電極模塊得電，開始下一次的流體輸送，如此循環，直到流體輸送完成為止。
[0014]進一步，流體通道的中軸對準其對應的分離電極模塊的中心。
[0015]進一步，分離電極模塊的數量至少為3個，分離電極模塊的數量可變。可以根據兩個流體通道之間的距離來確定分離電極模塊的數量。相鄰的分離電極模塊之間的距離只要使相鄰分離電極模塊的容腔能夠重疊即可。
[0016]本發明的優點在于:
1.未得電的分離電極模塊覆蓋的壓電層區域不發生形變，則未得電的分離電極模塊覆蓋的彈性層區域與基體貼合，這些區域處于截止狀態，流體只能從在得電的分離電極模塊的容腔內流動，可有效防止流體倒流。
[0017]2.由于彈性層設置為能夠與基體貼合，分離電極模塊、壓電層、下電極和彈性層形成的栗體在分離電極模塊失電時，彈性層與基體貼合，容腔的死區幾乎為0，進入腔體內的流體幾乎100%被傳輸出去，輸送效率高。
[0018]3.上電極由多個分離電極模塊組成，每個分離電極模塊覆蓋的區域形成一個能夠獨立形變的單元，多個分離電極模塊、一個壓電層和一個下電極相當于將多個壓電執行單元集成為一個壓電執行器，結構更簡單；安裝更方便，成本更低廉。
[0019]4、容納流體的容腔就完全依靠壓電執行單元形變而成，無需在基體上預設凹槽以容納流體，基體與彈性層接觸的面為平面，基體的制作工藝簡單；且基體的平面與彈性層貼合時恰好密封形變區域的容腔，無需對容腔進行其它密封措施。
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