一种压电蠕动微泵的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子机械系统领域，涉及微流体传输与控制技术，尤其是涉及一种用压电片驱动液流的微型蠕动栗。
技术背景
[0002]近年来，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)是继承微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路甚至接口、通信和电源与一体的微型器件或系统，是以微电子、微机械及材料科学为基础，研究、设计、制造具有特定功能的微型装置。利用微机械加工技术制作微流体器件，用于输送、检测控制微升量级流量、流体的器件，它是微流体系统的基础，其中，微阀、微型栗、微通道和微流量传感器是最具有代表性的微流体器件。
[0003]作为微流量系统中流体驱动部分的微栗，由于其能精确驱动和控制流体，在药物微量输送、燃料微量喷射、细胞分离、集成电子原件冷却、基因工程、微量化学分析等方面有着重要和广泛的应用。
[0004]中国专利CN200610111204.8披露了一种自吸微型栗，由栗体下片、栗体上片和驱动器三部分组成，其中:在驱动器和栗体下片之间有栗体上片；在栗体下片本体上有栗腔、阀座、第一锥形扩散管、锥形收缩管、第二锥形扩散管；在栗体下片上的第一锥形扩散管和第二锥形扩散管之间有阀座，在阀座上镶嵌有锥形收缩管。这种自吸微型栗工作时，先在压电驱动器上加方波交流信号，压电驱动器周期性振动，驱动器使栗膜振动，锥形收缩管的收缩口会周期性的被堵住与打开，锥形扩散管的扩散口一直处于打开状态，锥形收缩管的收缩口作为进样口，锥形扩散管的扩散口作为出样口。由于栗膜在周期的驱动力下作周期性振动，使得栗腔体积作周期性变化，从而实现工作物质的吸入与排出。这种自吸微型栗的缺点在于:1、栗体下片需要开设锥形扩散管和锥形收缩管，栗体下片的结构和制作工艺复杂。
2、流体只能从锥形收缩管流向锥形扩散管，无法实现流体的双向流动。3、锥形收缩管和锥形扩散管之间通过栗腔连通，当进样口和出样口的距离较大时，栗腔所需覆盖的区域必然要大于进样口和出样口的距离，则远离进样口的栗腔区域中的流体容易附着或滞留在栗腔内，导致液量损失。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术存在的需要开设锥形管道，结构和制作工艺复杂，流体无法实现双向流动的缺点，本发明提供了一种结构简单，流体能够双向流动的压电蠕动微栗。
[0006]一种压电蠕动微栗，包括基体和压电执行器，基体上开设流体通道，其特征在于:流体通道的数量为两个，一个流体通道作为输送路径的起点，另一个流体通道作为输送路径的终点；
压电执行器主要由压电层、上电极、下电极和弹性层组成，下电极完全覆盖压电层，上电极、压电层、下电极和弹性层依次从上向下设置，弹性层的外框部与基体密封固定，弹性层的外框部之内的区域为栗腔部；上电极由多个分离电极模块组成，分离电极模块沿输送路径等距离排列，第一个分离电极模块和最后一个分离电极模块分别对应一个流体通道；分离电极模块得电时，该得电的分离电极模块与基体之间形成容腔，分离电极模块失电时，该失电的分离电极模块与基体贴合；前后相邻的分离电极模块形成的容腔首尾有重叠，分离电极模块从输送路径的起点向终点依次得电。
[0007]第一个分离电极模块和最后一个分离电极模块分别对应一个流体通道指的是一个流体通道在第一个分离电极模块下方，另一个流体通道在最后一个分离电极模块下方。前后相邻的分离电极模块形成的容腔首尾有重叠，从而使流体能够从一个分离电极模块的容腔传递到下一个分离电极模块的容腔，从而实现流体从起点向终点的输送。
[0008]上电极和下电极分别附着在压电层上，上电极和下电极电极是直接附着在压电层上的，不需要粘接剂。上电极、下电极和压电层位于栗腔部的区域内。上电极中得电的分离电极模块与下电极之间形成电流回路，该分离电极模块覆盖的压电层区域获得电压，该分离电极模块覆盖的压电层区域形变。下电极与弹性层粘接固定，因此压电层形变带动弹性层形变，弹性层远离基体，弹性层与基体之间形成容纳流体的容腔。
[0009]下电极和压电层的形状大小相等，下电极为整片式电极。上电极的各分离电极模块在压电层的区域内，弹性层的面积大于下电极。
[0010]基体与弹性层接触的上表面为平面，基体的边框与弹性层的外框部通过环氧胶粘接或用MEMS键合工艺等方式密封固定。弹性层未与基体固定的部分能够与基体的上表面贴合。弹性层与基体未被固定的部分形成栗腔部。
[0011]未得电、处于失电状态的分离电极模块覆盖的压电层区域保持自然状态，保持自然状态的压电层区域下的弹性层保持与基体贴合。
[0012]弹性层的外框部与基体密封连接，因此第一个分离电极模块和最后一个分离电极模块得电而形成容腔时，弹性层的外框部与基体起到密封作用，阻止流体外泄。
[0013]输送路径的起点和终点由流体的流向决定，根据流向设置分离电极模块的得电顺序。初始状态时，起点对应的第一个分离电极模块得电，得电的分离电极模块覆盖的压电层区域形变，压电层区域形变后，对应的弹性层区域与基体分离形成容腔，流体从流体通道进入容腔内；未得电的分离电极模块覆盖的区域、弹性层保持与基体贴合为截止状态。接着，第二个分离电极模块得电，第二个分离电极模块覆盖的压电层区域和弹性层区域形变容腔，第一个分离电极模块的容腔与第二个分离电极模块的容腔首尾有重叠，流体流向第二个分离电极模块的容腔内。接着，第一个分离电极模块失电、到达截止状态，流体完全离开第一个分尚电极模块的容腔，同时，第三个分尚电极模块得电，第三个分尚电极模块覆盖的压电层区域和弹性层区域形变容腔，流体位于第二个分离电极模块的容腔和第三个分离电极模块的容腔内。然后第二个分离电极模块失电，第四个分离电极模块得电，依此类推，直到倒数第二个分离电极模块和最后一个分离电极模块得电，其余分离电极模块失电，流体进入终点的流体通道。接着，倒数第二个分离电极模块和最后一个分离电极模块依次失电，一次输送的流体完全进入终点的流体通道。接着起点处第一个分离电极模块得电，开始下一次的流体输送，如此循环，直到流体输送完成为止。
[0014]进一步，流体通道的中轴对准其对应的分离电极模块的中心。
[0015]进一步，分离电极模块的数量至少为3个，分离电极模块的数量可变。可以根据两个流体通道之间的距离来确定分离电极模块的数量。相邻的分离电极模块之间的距离只要使相邻分离电极模块的容腔能够重叠即可。
[0016]本发明的优点在于:
1.未得电的分离电极模块覆盖的压电层区域不发生形变，则未得电的分离电极模块覆盖的弹性层区域与基体贴合，这些区域处于截止状态，流体只能从在得电的分离电极模块的容腔内流动，可有效防止流体倒流。
[0017]2.由于弹性层设置为能够与基体贴合，分离电极模块、压电层、下电极和弹性层形成的栗体在分离电极模块失电时，弹性层与基体贴合，容腔的死区几乎为0，进入腔体内的流体几乎100%被传输出去，输送效率高。
[0018]3.上电极由多个分离电极模块组成，每个分离电极模块覆盖的区域形成一个能够独立形变的单元，多个分离电极模块、一个压电层和一个下电极相当于将多个压电执行单元集成为一个压电执行器，结构更简单；安装更方便，成本更低廉。
[0019]4、容纳流体的容腔就完全依靠压电执行单元形变而成，无需在基体上预设凹槽以容纳流体，基体与弹性层接触的面为平面，基体的制作工艺简单；且基体的平面与弹性层贴合时恰好密封形变区域的容腔，无需对容腔进行其它密封措施。
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