專利名稱：微型薄膜泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于精密機械中微型流體泵技術領域，特別涉及微型薄膜泵結構設計及制作方法。
背景技術：
近年來，隨著生物芯片、微量給藥等生化分析和醫(yī)療技術的發(fā)展，對于微量液體輸送的要求越顯突出。同時，微型能源系統(tǒng)、精密生物實驗研究、以及精細化工等也要求提供能夠精確控制的微量液體供給。目前，一般的微型泵結構都較復雜，制作成本較高，而且不能實現(xiàn)自啟動。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為滿足應用的需求，提供一種雙壓電梁驅動的微型薄膜泵，具有結構簡單，工作可靠，能夠自啟動且可控制微量液體流動，外形尺寸小，無需對工作液體加熱的特點。
本發(fā)明提出的微型薄膜泵，其特征在于，主要由上、下支架，一片蓋片，一個薄膜和一個雙壓電梁組成；其中，上、下支架連接成一整體，上、下支架之中依次重疊壓置所述蓋片、薄膜、墊片；該上支架中部開一通孔使壓置其下的蓋片露出，蓋片開有兩個分別用作進液口的出液口的通孔；該薄膜中部通過一次制作一體形成的液體貯存、流動的區(qū)域，該區(qū)域包括依次連通的進液口、第一微型閥、泵腔、與第一微型閥方向相同的第二微型閥、出液口，該區(qū)域的底部為泵膜，該蓋片與薄膜鍵和形成泵體。
本發(fā)明的工作原理為當給雙壓電梁通以交變電流，雙壓電梁通過粘結于上面的墊片帶動泵膜上下運動，從而使得泵腔的容積發(fā)生變化，產生液體流動；通過泵腔兩側的兩個閥控制液體流動方向，實現(xiàn)液體往一個方向流動，達到驅動液體流動的目動。
本發(fā)明的有益效果是將泵腔、泵膜和閥通過一次光刻、注模集成到一片薄膜上，從而大大減小了體積，并且使得制作簡單，工作可靠；通過雙壓電梁在交變電流作用下的運動驅動泵膜運動，并通過閥控制液體流動方向，實現(xiàn)液體單向流動，不會產生高熱，從而避免因為溫度過高使得某些生物試劑失活。另外，該泵能實現(xiàn)薄泵腔和大的泵膜變形，使得阻礙微型泵應用的液體自注入問題得以解決，實現(xiàn)自起動。


圖1為本發(fā)明的雙壓電梁驅動的微型薄膜泵結構實施例立體分解圖。
圖2為圖1的結構裝配示意圖。
圖3為圖1中薄膜示意圖。
圖4為圖1中薄膜的結構實施例1示意圖。
圖5為圖1中薄膜的結構實施例2示意圖。
圖6為圖1中薄膜的結構實施例3示意圖。
本發(fā)明提出的一種雙壓電梁驅動的微型薄膜泵結合實施例及附圖詳細說明如下。
本發(fā)明的雙壓電梁驅動的微型薄膜泵實施例結構如圖1、2所示。該微型泵主要由上、下支架1、4，一片蓋片2，一個薄膜3和一個雙壓電梁5組成；其中，雙壓電梁5兩端通過緊固螺釘9固定在下支架4上，雙壓電梁5上依次重疊放置一墊片6、薄膜3、蓋片2及上支架1，上、下支架連接成一整體，其它部件壓置于上、下支架中；該上支架中部開一通孔使壓置其下的蓋片2露出，蓋片開有兩個分別用作進液口的出液口的通孔；該薄膜3中部通過一次微機電加工工藝(Micro Electrical Mechanical System-MEMS)制作一體形成的液體貯存、流動的區(qū)域，該區(qū)域包括依次連通的進液口31、第一微型閥32、泵腔33、第二微型閥34、出液口35，該區(qū)域的底部為泵膜36，該蓋片2與薄膜3鍵和形成泵體，如圖3所示。
其工作原理為本實施例采用的雙壓電梁5是用陶瓷燒結工藝在黃銅片的上、下表面分別制作一層50-500μm厚且極化方向相同的PZT壓電陶瓷，在其外表面鍍一層銀做為電極，并將上、下兩部分的正極與負極接到一起，將兩根雙壓電梁的電極輸出端并聯(lián)在一起。
當給雙壓電梁5通以交變電流，雙壓電梁通過粘結于上面的墊片6帶動泵膜36上下運動，從而使得泵腔33的容積發(fā)生變化，可將液體從進液口31吸入；通過泵腔33兩側的兩個閥32、34控制液體流動方向，實現(xiàn)液體往一個方向流動，達到驅動液體流動的目動。
本實施例整個尺寸可為50×20×10mm3，其中薄膜3的尺寸可為20×10×(0.1～1)mm3，它通過一次微機電加工工藝(Micro Electrical Mechanical System-MEMS)制作，雙壓電梁5可選用尺寸為50×2×0.5、50×4×0.5、50×8×0.5等幾種規(guī)格的常規(guī)產品，其它部件采用玻璃，有機玻璃或塑料等材料，通過傳統(tǒng)的機械加工工藝制作。
本實施例的薄膜3的泵體可有多種具體結構分別結合附圖詳細說明。
實施例1的泵體結構如圖4所示，其中，泵體中間為圓形泵腔，其直徑為4-8毫米，兩側為圓形液體進口31和液體出口35，其直徑均為1-3毫米，泵腔與液體進、出口之間為方向相同的微型錐形閥32、微型閥34，其小端口0.05-0.2毫米，錐度為3-10度，長度為2-4毫米。
薄膜材料采用聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)，薄膜的厚度為0.1～1毫米，泵腔33的高度為10～100微米。
實施例2的泵體結構如圖5所示，本實施例與第一個實施例的區(qū)別在于泵腔與液體進、出口之間的微型錐管閥可以為兩個錐管并列52、54，還可為多個錐管閥并列，這樣可以增大流量。
實施例3的泵體結構如圖6所示，本實施例與第一個實施例的區(qū)別在于在薄膜上集成的微型閥可為其內壁帶有多對相錯排列的楔塊66的圓管構成的楔塊閥62、64，楔塊66的個數可以為并列的1排4個、2排4個、3排6個、4排8個等。
本實施例所給的尺寸只作為舉例，并不限定本發(fā)明的保護內容，根據具體應用的實際情況可進行調整改變。
本實施例中的薄膜3及泵體可采用成熟的MEMS工藝中的光刻、注模工藝制作，其制作工藝流程如下
1.在硅片或玻璃基底上光刻厚膠；2.在厚膠上沉積一層三甲基氯硅烷，以利于脫膜；3.在有厚膠結構的基底上注入聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)，使其固化；4.把PDMS膜從基底上剝離；5.對PDMS有結構的一面和打有進出孔的玻璃或有機玻璃蓋片進行表面等離子處理，然后把PDMS膜和蓋片鍵和上，或不經過表面處理直接把PDMS膜和蓋片鍵和上，形成泵體。
薄膜3也可以利用MEMS工藝中的UV-LIGA工藝制作，其制作工藝流程如下1.在濺射有Au等金屬電鍍種子層的硅片或玻璃基底上光刻厚膠；2.在上述基底上電鍍出金屬模具，去光刻膠，把金屬模具與基底分離；3.利用電鑄出的模具在有機玻璃等材料上壓模出帶有泵腔33、泵膜36和兩個閥的薄膜3；4.把薄膜3粘接到蓋片2上形成泵體上述工藝的具體條件參數均為本技術領域的技術人員的已有知識與技能。
權利要求
1.一種微型薄膜泵，其特征在于，主要由上、下支架，一片蓋片，一個薄膜和一個雙壓電梁組成；其中，上、下支架連接成一整體，上、下支架之中依次重疊壓置所述蓋片、薄膜、墊片；該上支架中部開一通孔使壓置其下的蓋片露出，蓋片開有兩個分別用作進液口和出液口的通孔；該薄膜中部通過一次制作一體形成的液體貯存、流動的區(qū)域，該區(qū)域包括依次連通的進液口、第一微型閥、泵腔、與第一微型閥方向相同的第二微型閥、出液口，該區(qū)域的底部為泵膜，該蓋片與薄膜結合形成泵體。
2.如權利要求1所述的微型薄膜泵，其特征在于，所說的第一微型閥和第二微型閥為一錐管。
3.如權利要求1所述的微型薄膜泵，其特征在于，所說的第一微型閥和第二微型閥由多個并列的錐管構成。
4.如權利要求1所述的微型薄膜泵，其特征在于，所說的第一微型閥和第二微型閥為內壁帶有多對相錯排列的楔塊的管道。
全文摘要
本發(fā)明屬于精密機械中微型流體泵技術領域，涉及微型薄膜泵，主要由上、下支架，一片蓋片，一個薄膜和一個雙壓電梁組成；其中，上、下支架連接成一整體，上、下支架之中依次重疊壓置所述蓋片、薄膜、墊片；該上支架中部開一通孔使壓置其下的蓋片露出，蓋片開有兩個分別用作進液口和出液口的通孔；該薄膜中部通過一次制作一體形成的液體貯存、流動的區(qū)域，該區(qū)域包括依次連通的進液口、第一微型閥、泵腔、與第一微型閥方向相同的第二微型閥、出液口，該區(qū)域的底部為泵膜，該蓋片與薄膜結合形成泵體。本發(fā)明具有結構簡單，工作可靠，能夠自啟動且可控制微量液體流動，外形尺寸小，無需對工作液體加熱的特點。
文檔編號F04B43/02GK1546863SQ20031011717
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月5日 優(yōu)先權日2003年12月5日
發(fā)明者葉雄英, 朱亮, 周兆英 申請人:清華大學