[实用新型]一种限制电场型平板电流体动力微泵

说明书

技术领域

本实用新型涉及流体动力和微制造领域，特别涉及一种限制电场型平板电流体动力微泵法。

背景技术

在微电子散热领域，一方面研究发现在微通道热沉中对工质进行强制对流会使散热效果有显著地提高而液体工质在微通道结构会产生很高的流动压差常规的流体的驱动方法在微管道中是不可行的。这就需要一种既不增加热沉体积又能够稳定工作提供足够流体出口压力的工质驱动器来作为工质流动的动力源；而另一方面,随着电子元器件(尤其中央处理器)体积的不断缩小和功率密度不断增加,下一代电子元器件对散热功能力的要求必将大幅增加。目前高热流器件的散热功率已达                                                W/m2的量级,而下一代电子元器件的散热将超过 W/m2。众所周知，芯片表面的温度和其寿命是成反比的。这些热量需要及时排出以保证芯片的温度处于所允许的范围内，现有的风冷技术是不可能满足如此高的热流密度的散热需求。通过对芯片散热的研究,研究人员发现芯片上部散热量约占总散热量的20%,从芯片底部散的热量约为80%，而风冷和传统的液体冷却技术只针对芯片上方局部散热,不能从根本上解决问题，现有的电子冷却技术无法满足电子器件所需的散热功率。大功率电子芯片的散热问题已经成为微电子行业发展的一个瓶颈,也是目前电子器件封装和应用必须解决的核心问题。

在微流控领域，自1990年瑞士Ciba-Geigy公司的Manz等提出的以多学科交叉为重要特征的微全分析系统(micrototal analysis system, uTAS)以来，分析仪器朝着微型化的方向发展已成为一种趋势，同时也会对分析科学乃至整个科学技术的发展起着重要的推动作用和深远影响。像芯片实验室(labchip)、生物芯片(biochips)和微流控芯片(microfluidic chips)都属这个范畴，其中微流控芯片系统是以分析化学为基础，以微机电加工技术为依托，以微管道网络为结构特征，以生命科学为目前主要应用对象的重点发展领域。微型机械技术的出现和由此引起的分析仪器“微型化”已经成为21世纪分析化学和分析仪器研究的重要方向，并已渗透到化学、化工以及生命科学等学科领域，将引起一场划时代的科技革命。在研究微流体器件时，常常需要考虑到怎样实现流体的驱动、控制流体的流向和速度、增强流体之间的混合或者分离不同的离子等问题[6,7]。

 而传统机械泵由于体积大，功耗高，噪声大，流量控制精度差等缺点无论是在微电子散热领域还是在微流控方面都表现出了严重的不适应性。

 在微泵的研究方面，先后出现了微型机械泵，电热泵，磁流体泵等依靠不同原理对微流体进行驱动的方式；其中电流体动力泵的适应性表现最为突出，其具有无运动部件、运行可靠、低耗、容易制作和无需维护等优点；并且可以直接同芯片或流道集成，无需独立空间，采用直流驱动（但并非全部），不产生附加磁场，不会干扰电子元件工作。这类微泵不仅被认是解决微电子行业中高热流器件的冷却问题的一个突破，还可以被运用在微流体冷却系统,药物输送和微机电系统等领域。

电流体动力泵是通过液体工质中的离子在强电场作用下受到库仑力而运动，从而间接带动周围的液体分子的运动，进而产生动力。然而从目前的实验研究来看，由于平板型电流体动力泵的电极具有一定的厚度，在不对电极间的电场结构进行限制时，电场线走向大部分会沿着两电极间最短距离产生，即集中在每对电极对相邻侧面之间凹处，而在电极表面产生的电场很小，然而液体工质运动的动力主要是靠电极表面的离子在电场作用下运动而形成的对液体分子的拖拽作用产生的，如果大量的电场线集中于两电极相邻的侧面之间，那么拖拽作用只在两电极侧面的凹处进行，又由于存在电极结构的阻挡，导致由离子运动而产生的对于液体的推动作用是无效的，动力效果很不明显，进而导致平板型电流体动力泵的性能欠佳，流量和出口压力相比于其他类型微泵并不具有优势；同时微泵采用硅片刻蚀工艺制作，制作成本较高，不适合高效率批量生产；而另一方面硅基电极虽然稳定性较好，但对电场的削弱作用较大，会在很大程度上影响泵的动力性能；基于以上有必要设计一种新型微型电液动力泵，保证微泵稳定性的前提下，提高泵体性能，降低微泵制造成本。

实用新型内容

 本实用新型的首要目的在于克服现有技术的缺点，提供一种限制电场型平板电流体动力微泵。

本实用新型的另一目的在于，提供一种限制电场型平板电流体动力微泵的制造方法。

本实用新型的首要目的通过如下技术方案实现：