专利名称：一种微型胶体推进器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微型化的胶体推进器，属于微小卫星应用的电推进器技术领域。
但上述这种胶体推进器无法产生适合于当时的大卫星姿态控制用的大的推力，另一方面，由于其喷头阵列本身体积、重量过大，而且由于工作电压高导致的附加的伺服机构的体积过大，使得这种胶体推进器也无法在总体重量小于10公斤的微小卫星上应用。因而到八十年代，胶体推进器的研究被搁置起来。
本实用新型所采用的技术方案如下一种微型胶体推进器，其特征在于含有上、下两层硅片及中间的绝缘垫片，下层硅片为源极阵列，所述源极阵列上带有多个中空突起，在中空的突起表面和整个下硅片的表面覆盖有金属层；上层硅片为抽取极阵列，抽取极阵列上带有凹状的金属电极。
本实用新型所述的中间绝缘垫片为玻璃层，该玻璃层通过键合与源极阵列和抽取极阵列构成工质通道。
所述的中空突起的高度为10-100微米；中空突起可采用圆柱状，每个中空柱状体的内半径为1-50微米、外径为2-60微米。
本实用新型所述的上层硅片上的凹状金属电极可采用一个或多个，与源极上相应的突起相对应，形成一个喷射的通道。
本实用新型所述的凹状金属电极可采用圆环形，圆的半径为5-100微米。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及突出性进步(1)结构简单，采用“三明治”结构，提高了可靠性。
(2)具有体积小、重量轻的特点。如由192个喷头组成的推进器，工作电压1300伏时，产生的推力为400微牛，比冲为200秒，体积仅为10毫米×10毫米×10毫米，重量为2克，最小可控的单位冲量为2微牛秒。
(3)采用微加工的方法制作，使推进器阵列的面密度大幅度增加。
(4)微胶体推进器阵列的源极、抽取极尺寸降到微米量级，尺寸效应带来工作电压可降低到1300V。
(5)微胶体推进器可以通过不同数量的喷头和在每个喷头的源极、抽取极之间施加不同的电压输出不同推力。抽取极单独可控，通过抽取极的单独控制可以实现同一个胶体推进器上不同喷头的组合，实现推力的变换。
(6)微胶体推进器输出的可控的最小单位冲量达到微牛秒级。
(7)制造成本低廉，适合于在流水线上大批量生产。
图2是本实用新型实施例的下片结构示意图。
图3是本实用新型实施例的上片结构图示意图。
图1是本实用新型的微型胶体推进器的总体结构示意图，图中3为微型胶体推进器的下片，在本实用新型中也称为源极硅片，其上中空的柱状突起5就是源极，柱状源极按需要N个成阵列分布，此处仅以一个为例；1为微型胶体推进器的上片，本实用新型中也称为抽取极硅片，抽取极上的电极与源极相对应。1和3通过与玻璃垫片2分别键合后连接起来，组成“三明治”结构，并形成源极和抽取极之间的间隙，构成一体化的微胶体推进器的主体部分。该主体部分通过引线6和封装用的印刷电路板4电气连接，外部的控制电压通过这些引线施加到微型胶体推进器的源极和抽取极上。
图2是本实用新型实施例下片的结构图。下片中的8是硅本体，其上通过腐蚀形成的空腔9是液体工质的通过通道，10为中空的源极的壁，按需要设定的N个源极阵列构成一个喷头，7是能够导电的铝层。
图3是本实用新型实施例上片的结构图。其中，12为作抗氢氧化钾腐蚀用的掩膜层氮化硅和二氧化硅层，13为其上腐蚀有空腔的硅本体，空腔14是加速后液滴的通过通道，11是铝质的电极，通过单独控制每个电极可以实现不同推力的组合。
所说的下层硅片3上有高度为10-100微米中空的柱状的突起阵列，阵列包括可按需要设计个数的中空柱状体，每个中空柱状体的内半径为1-50微米、外径为2-60微米。中空的柱状突起及整个下硅片的表面都覆盖有铝作为金属的电极，即微型胶体推进器的源极，工作时加高的正电压。
所说的上层硅片1上有一个或多个圆环状的铝电极，圆环的中心是一个圆形空洞，圆的半径为5-100微米，即微型胶体推进器的抽取极，与源极上相应的突起相对应(可以是一一对应，也可以间隔对应)，形成一个喷射的通道，工作时加零电压。
所说的中间玻璃垫片由玻璃腐蚀而成。玻璃垫片只有四周和上下硅片相接触，中间为空心，垫片的厚度形成源极和抽取极间的间隙。
本实用新型所提供的微型胶体推进器可采用微机械加工的方法分别加工上层和下层硅片，然后与玻璃垫片键合，形成硅片—玻璃—硅片，构成微胶体推进器的主体部分，再与印刷电路板连接起来，构成微胶体推进器。
权利要求1.一种微型胶体推进器，其特征在于含有上、下两层硅片及中间的绝缘垫片，下层硅片为源极阵列，所述源极阵列上带有多个中空突起，在中空的突起表面和整个下硅片的表面覆盖有金属层；上层硅片为抽取极阵列，抽取极阵列上带有凹状的金属电极。
2.按照权利要求1所述的微型胶体推进器，其特征在于所述的中间绝缘垫片为玻璃层，该玻璃层通过键合与源极阵列和抽取极阵列构成工质通道。
3.按照权利要求1所述的微型胶体推进器，其特征在于所述的中空突起的高度为10-100微米。
4.按照权利要求1、2或3所述的微型胶体推进器，其特征在于所述的中空突起采用圆柱状，每个中空柱状体的内半径为1-50微米、外径为2-60微米。
5.按照权利要求1所述的微型胶体推进器，其特征在于所述上层硅片上的凹状金属电极可采用一个或多个，与源极上相应的突起相对应，形成一个喷射的通道。
6.按照权利要求1或5所述的微型胶体推进器，其特征在于所述的凹状金属电极采用圆形，圆的半径为5-100微米。
专利摘要一种微型胶体推进器，属于微小卫星应用的电推进器技术领域。该微型胶体推进包括上层硅片、下层硅片和中间的玻璃垫片，形成“三明治”结构。通过采用硅晶片和其微型化设计及微机械制造的方法，大幅度降低了微型胶体推进器的体积、重量和工作电压。例如由192个喷头组成的微型胶体推进器，工作电压1300伏，产生的推力为400微牛，比冲为200秒，体积仅为10毫米×10毫米×10毫米，重量为2克，最小可控的单位冲量为2微牛秒。因此，完全可以达到微小卫星姿态控制对推进器的要求。
文档编号B64G1/24GK2576607SQ02253029
公开日2003年10月1日 申请日期2002年9月6日 优先权日2002年9月6日
发明者周兆英, 熊继军, 叶雄英, 王晓浩 申请人:清华大学