[发明专利]一种硅基微型侧喷口合成射流器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅基微型侧喷口合成射流器，还涉及这种硅基微型侧喷口合成射流器的制作方法。

背景技术

合成射流器是流动控制领域中重要的器件之一，它采用压电、静电或电磁等驱动方式使其弹性膜片产生悬置振动，从而引起腔体体积的周期性变化，由此将外界气体不断地通过喷口吸入和排出空腔，在不需额外气源的情况下产生合成式射流，实现流场的主动控制。

参照图9。文献“专利号为US 6,457,654的美国专利Micromachined synthetic jet actuators and applications thereof”公开了一种压电式合成射流器，该合成射流器采用MEMS刻蚀技术在硅基体上加工出合成射流器的腔体8和喷口1结构，再用粘接的方法将悬置膜片2和压电激励器11与上述结构进行装配，完成器件加工。由于采用了湿法刻蚀技术，器件的腔体8和喷口1结构的竖直剖面几何形状是是两个尖角相对的锥形。这在相同外部尺寸条件下，减小了腔体体积和喷口孔径，影响了器件产生的合成射流的速度和能量。目前还有的方案是将喷口和腔体以及振动膜片分开来加工，这样降低了成品率，也提高了加工难度。

发明内容

本发明为了克服现有技术带来的不足，提供一种硅基微型侧喷口合成射流器及其制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种硅基微型侧喷口合成射流器，从上往下依次包括玻璃片9、硅基体10和驱动装置；硅基体10上的不贯穿孔形成腔体8；所述腔体8通过硅基体10侧壁上的喷口1与外界连通；硅基体10上腔体8的不贯穿部分形成悬置膜片2；驱动装置使得悬置膜片2产生振动；定义器件的上下方向为z方向，喷口1的轴向为y方向，利用右手定则确定x方向，建立空间坐标系；其特征在于：所述喷口1为非双锥形的侧喷口，其具体形式为：

喷口1的水平截面轮廓为矩形，同时所述喷口1的中心线垂直于腔体8侧壁；

或者喷口1的水平截面轮廓为平行四边形，同时所述喷口1的中心线与腔体8侧壁夹角为45°；

或者喷口1的水平截面轮廓为弧形，同时所述喷口1的中心线通过腔体8圆心；

或者喷口1的水平截面轮廓为小端位于外壁的单锥形；

或者喷口1的水平截面轮廓为小端位于外壁的弧形；

或者喷口1的水平截面轮廓为轴对称双曲线。

所述的合成射流器水平截面形状是正方形或矩形。

所述的腔体水平截面形状是正方形、矩形或圆形。

所述的喷口1外端面x方向长度为0.5mm～3mm，y方向长度是100μm～200μm，z方向长度是100μm～180μm。

所述的驱动装置由压电片5和贴附于其上下表面的上电极3和下电极6组成。

一种硅基微型侧喷口合成射流器的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：采用低压化学气相沉积法在硅基体2上表面溅射一层金属膜；

步骤2：在金属膜上光刻形成掩膜；

步骤3：刻蚀金属膜；

步骤4：采用感应耦合等离子刻蚀形成侧喷口1、腔体8和悬置膜片2；

步骤5：在硅基体10上制作驱动装置11；

步骤6：玻璃片9与硅基体10进行粘合。

步骤7：划片。

本发明的有益效果是：由于采用喷口侧面布置的形式，通过感应耦合等离子刻蚀可以一次性形成腔体、悬置膜片和喷口，提高了器件成品率并降低了加工难度；同时侧喷口合成射流器是侧喷口端面贴附于基座，而正喷口合成射流器是硅基体大端面贴附于基座，这样侧喷口相对于正喷口又减小了喷口端面面积，有利于阵列安装。喷口的水平截面轮廓不局限于矩形，还有单锥形和弧形，有中心线垂直于腔体侧壁的垂直喷口，有中心线与腔体侧壁成45°角的斜喷口，还有一种具有两个水平截面为矩形的喷口的合成射流器，这种设计更有利于气流的运动，避免了两个尖角相对的锥形喷口带来的缺点，提高了器件产生的合成射流的速度和能量。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明一种硅基微型侧喷口合成射流器结构示意图。

图2是实施例1中硅基微型侧喷口合成射流器俯视图。

图3是实施例2中硅基微型侧喷口合成射流器俯视图。

图4是实施例3中硅基微型侧喷口合成射流器俯视图。

图5是喷口形式为水平截面轮廓为小端位于外壁的单锥形的硅基微型侧喷口合成射流器示意图。

图6是喷口形式为水平截面轮廓为小端位于外壁的弧形的硅基微型侧喷口合成射流器示意图。