[发明专利]专用于压电泵的伞形阀

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种微型泵泵阀，尤其是指一种专用于压电泵的伞形阀。

二、背景技术

背景技术中的微型泵泵阀有，无激励源阀(无源阀)、压电激励阀、热激励阀、静电激励阀、磁激励阀、电磁/静电激励阀、记忆合金阀、压电阀等。

上述阀的特性是：

1、无激励源阀：可分为悬臂梁单向阀和双扇门型阀两种。这种阀的工作原理是，当悬臂梁受到正向压力呈打开状态、液体或气体进入泵腔，悬臂梁受到反向压力呈关闭状态，液体或气体在单向阀作用下，被定向挤压排出。

该阀的加工采用电化学选择掺杂，KOH蚀刻和各向异性深蚀刻(EDP)等工艺，最后将整块芯片切割成单个阀体。每个阀悬臂梁的尺寸为600um*300um*10um，在一块25.4*25.4mm芯片上可获得800个阀。这种阀的主要特点是响应快、尺寸小、死区体积小。

双扇门型微型阀，它将两个大小相同的扇门以相反方向形成在硅片上，每扇门的两片扇叶与硅片表面成54.74度，扇叶之间的缝隙呈常开状态，缝宽25um。这种阀的工作原理是，当正向压力作用到膜片上后，使其上的两扇门以不同方式变形；左门呈打开状态，右门呈关闭状态，如果改变压力作用方向，情形会相反。该阀的加工采用硼离子扩散、各向异性蚀刻、阳极焊接和除去氧化层等工艺，阀扇门的尺寸为780*1580*2um)。主要适用于控制介质粒径为25um以内的流体系统。

2、压电激励阀：可分为常闭、常开和三通等形式。常闭式压电阀的结构由耐热玻璃底座、呈台面结构的可挠性膜片、通气管和压电激励器等部分组成。这种阀的工作原理是，在正常情况下硅台面与出气口相连呈关闭状态；给激励器通电后，使膜片发生凹变，台面离开出气口，阀呈打开状态。该阀的加工采用各向异性蚀刻硅、各向同性蚀刻玻璃和放电打孔等工艺。阀台面的面积为50um²。

常开式压电阀的结构与常闭阀不同之处在于，可挠性硅膜片上的台面距出气口之间在正常情况下有一个间隙，可供流体通过，当压电激励器通电使台面向上凸变时，出气口被切断，阀处于关闭状态。

三通阀的结构是，它的硅膜片上有中心和环形两个台面。中心台面呈常开状态，环形台面呈常闭状态。这种阀的工作原理是，在正常情况下流体可从右阀口输入中阀口输出。当给压电激励器通电后，中心台面上凸，环形台面下凹，流体可从左阀口流入中阀口流出。

3、热激励阀：通常由激励器(加热元件)、变形梁或膜片和阀体等部分组成。利用双金属形变、热膨胀和热传导等原理制成的热电阀，它由双晶悬臂梁、凸形膜片和阀体等部分组成。双晶悬臂梁是一个由n型SI外延层、p型SI和金属化AI构成加热电阻的三层结构。这种阀的工作原理是，在未通电情况下，流体可直接射到凸形膜片上并产生一个向下的压力，使阀的出口关得更紧。当加热电阻通电后，由于SI、AI两种材料的热膨胀系数不同使悬臂梁向下弯曲，将阀的入口加大，流体射入凸形膜片下部产生一个压力又使膜片上凸，从而打开阀门出口使流体涌出。该阀的加工采用化学蚀刻、外延生长、硅片直接键合和阳极化焊接等工艺，外形尺寸为14.5*8.5*1.45mm，悬臂梁的工作频率可达1KHz。

4、静电激励阀：结构是由顶、底导电聚合物壳和一个三层膜片结构组成。顶底壳作为激励电极，膜片由两层聚酞亚胺和放在它们中间的一层金组成。这种阀的工作原理是，当给激励电极加以电压后，可挠性膜片将根据电压的方向和大小不同，产生凸凹形变，从而使谐振腔内产生相应方向与大小的脉冲压力打开或关闭阀的出入口。该阀的加工采用表面微加工、模压、蚀刻、钻孔和LIGA等工艺。膜片的直径3.3mm、厚25um。

5、磁激励阀：磁激励阀的结构是由上下阀座、活门和磁激励器等部分组成。活门由多晶硅和磁性材料构成。这种阀的工作原理是，在激励器产生的磁场作用下，位于磁路中的活门受力向上或向下运动，使输入的流体向上或向下运动。该阀的加工采用热氧化、外延生长、蚀刻和LPCVD等工艺。活门的尺寸为40*40*1um，阀的总面积小于100*100um。它的主要特点是尺寸小、驱动力大，并适用于导电液体的输送。