专利名称：一种磁能驱动的微型泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁能驱动的薄膜结构的微型泵，尤其涉及一种采用电磁绕组驱动膜结构的微型泵。
美国专利(US2002114715)公布了一种电极驱动的微泵(MICROPUMP DRIVEN BYMOVEMENT OF LIQUID DROP INDUCED BY CONTINUOUS ELECTROWETTING)，其中液体金属在电极电压作用下，左右运动引起膜运动，达到泵的作用。但是液体金属——汞属于巨毒物质，当用于人体内时，对人体有潜在的危险，如果在人体内一旦破裂，后果将十分严重。在要求相对苛刻的环境下，例如人体内，这种微泵就无法应用。
图1是磁能驱动的微型泵结构图。
其中(1)基板、(2)中间板、(3)顶板、(4)泵腔、(5)泵腔、(6)泵腔、(7)泵腔、(8)自由表面、(9)自由表面、(10)驱动装置、(11)驱动装置、(12)支撑板、(13)单向阀、(14)单向阀、(15)单向阀。
结合附图对本发明的技术方案描述如下如图1所示，本发明所涉及的适用于人体的微型泵，它有一个基板(1)，一个顶板(3)和一个中间板(2)，后者夹在另两个板(1)、(3)之间，形成四个泵腔(4)、(5)、(6)、(7)，泵腔(6)、(7)有入口和出口；所述泵腔包括二个在所述中间板(2)中加工形成的自由表面(8)、(9)；所述顶板(3)上设置有连接外界的孔；在所述中间板(2)的自由表面(8)、(9)内固定有磁能驱动装置(10)、(11)，用来驱动所述自由表面(8)、(9)，在通过一定频率的电流时所产生的磁场与外界磁场相互作用，带动自由表面(8)、(9)发生变形以使所述泵腔(6)、(7)容积发生周期性变化。
基板(1)、中间板(2)、顶板(3)的表面结构是通过微机械表面加工的方法刻蚀出来的。支撑膜(12)由自由表面(8、9)、驱动装置(10、11)组成。支撑膜(12)是在对中间板(2)刻蚀前沉淀到中间板(2)上的。微型泵具有金属铜片悬臂梁阀片(13)、(14)、(15)的单向阀结构，金属铜片单向阀(13)、(14)、(15)是先在顶板(3)的光刻胶牺牲层上沉淀一层金属铜膜，然后溶解掉牺牲层得到的。单向阀(13)、(14)和中间板(2)、顶板(3)及自由表面(8)组成密闭空腔称为泵腔(7)。单向阀(14)、(15)与中间板(2)、顶板(3)及自由表面(9)组成密闭空腔称为泵腔(6)。单向阀(13)、(15)将泵腔(6)、(7)与外界连通起来。(为观察方便，图中响应部分进行了放大)该微泵的工作原理为当电流通过驱动装置(10)、(11)的2个线圈时，产生磁场，其磁场方向由电流方向及绕线方式决定，在外界永久磁体的磁场作用下，产生吸引及排斥使自由表面(8)、(9)产生变形，使得泵腔(6)、(7)的体积发生变化。当电流以一定频率通过线圈时，泵腔的体积便发生周期性变化，液体便不断地被吸入和排除。
本发明具有以下特点(1)微型泵工作周期内，每时每刻都有液体的吸入排出，提高了膜片通电电能的能量的转换效率，微型泵的流量大，性能稳定。
(2)所需材料和制作工艺与IC工艺兼容。
(3)利用磁场能作为微型泵的动作机理，可使其达到高可靠性、高安全性，能满足对安全性及可靠性高的场合，例如人体内的药物释放、体液采样等。
与其它应用于微型泵的驱动原理相比，基于磁场相互作用的膜驱动方式具有优越的力学特性，可靠性安全性很高，响应速度适中，并能提供足够大的动力和位移，因此得到了普遍的关注。其中采用金属线圈和硅材料制作的驱动膜片，由于材料及工艺与IC(集成电路)工艺兼容，结构和工艺复杂度低，所以在微泵研制中得到采用。
其中(1)基板、(2)中间板、(3)顶板、(4)泵腔、(5)泵腔、(6)泵腔、(7)泵腔、(8)自由表面、(9)自由表面、(10)驱动装置、(11)驱动装置、(12)支撑板、(13)单向阀、(14)单向阀、(15)单向阀。
本发明的实施例如图1所示，整体外型尺寸为6×6×6毫米。基板(1)、中间板(2)、顶板(3)的表面结构是通过微机械表面加工的体加工、表面加工、LIGA等工艺刻蚀出来的。金属铜片悬臂梁阀片(13)、(14)、(15)是先在顶板(3)的光刻胶牺牲层上沉淀厚度在0.1～100微米的金属铜膜，然后溶解掉牺牲层得到的。支撑膜(12)的总厚度为10～500微米，半径1000～4000微米。
微型泵整体分为三层上层为出口单向阀(15)和入口单向阀(13)；中层为两主泵腔(6)、(7)及自由表面(8)、(9)下层为两辅助泵腔(4)、(5)。当电流通过驱动装置(10)、(11)的2个线圈时产生磁场，其磁场方向由电流方向及绕线方式决定，在外界永久磁体的磁场作用下，产生吸引及排斥使自由表面(8)、(9)产生变形，使得泵腔(6)、(7)的体积发生变化。例如，当泵腔(6)体积减少、泵腔(7)体积增加时，液体就通过单向阀(15)进入泵腔(7)中，同时泵腔(6)内的液体通过单向阀(17)排除。当泵腔(7)体积减少、泵腔(6)体积增加时液体通过单向阀(16)流出泵腔(7)，进入泵腔(6)。电流方向再次改变时，液体又进入泵腔(7)而泵腔(6)中的液体则通过单向阀排出腔体，周而复始达到液体的抽排目的。
按照本发明，所述驱动装置由两个驱动板(10)、(11)构成，该驱动板由硅体材料加工形成两个活动区和所述泵腔，从所述基板加工来的三个中间件固定在该驱动板上，以建立与所述活动壁的接触。
权利要求
1.一种磁能驱动的微型泵，它有一个基板(1)，一个顶板(3)和一个中间板(2)，后者夹在另两个板(1)、(3)之间，形成四个泵腔(4)、(5)、(6)、(7)，泵腔(6)、(7)有入口和出口；所述泵腔包括二个在所述中间板(2)中加工形成的自由表面(8)、(9)；所述顶板(3)上设置有连接外界的孔；其特征在于在所述中间板(2)的自由表面(8)、(9)内固定有磁能驱动装置(10)、(11)，用来驱动所述自由表面(8)、(9)，在通过一定频率的电流时所产生的磁场与外界磁场相互作用，带动自由表面(8)、(9)发生变形以使所述泵腔(6)、(7)容积发生周期性变化。
全文摘要
一种磁能驱动的微型泵,它有一个基板(1),一个顶板(3)和一个中间板(2),后者夹在另两个板(1)、(3)之间,形成四个泵腔(4)、(5)、(6)、(7),泵腔(6)、(7)有入口和出口；泵腔包括二个在所述中间板(2)中加工形成的自由表面(8)、(9)；顶板(3)上设置有连接外界的孔；中间板(2)的自由表面(8)、(9)内固定有磁能驱动装置(10)、(11),用来驱动所述自由表面(8)、(9),在通过一定频率的电流时所产生的磁场与外界磁场相互作用,带动自由表面(8)、(9)发生变形以使所述泵腔(6)、(7)容积发生周期性变化。这种微型泵具有流量大、性能稳定、可靠性高、安全性高,广泛适用于安全性及可靠性高的场合,例如人体内的药物释放、体液采样等。
文档编号F04B43/04GK1423052SQ02128109
公开日2003年6月11日 申请日期2002年12月24日 优先权日2002年12月24日
发明者崔建国, 郑小林, 彭承琳, 刘艳, 皮喜田, 侯文生, 樊华, 彭小燕, 吴旭东 申请人:重庆大学