[发明专利]表贴式压电微泵及其制作方法

说明书

本发明公开了一种表贴式压电微泵及其制作方法，先准备五块基板，从上往下依次为基板一到基板五；根据微泵结构特点对五块基板进行孔道和型腔设计并按此加工；基板一构成顶盖，基板二‑基板五叠放键合在一起形成泵体；在泵体金属通孔内壁沉积金属种子层，再通过电镀工艺沉积对应金属以填充金属通孔形成导电通道；在顶盖底面、泵体结构顶面和底面分别制作需要的图形化金属层；再在泵体顶面依次形成压电振子、顶电极、绝缘层；最后将顶盖与泵体焊接在一起即可。本方法加工简单，易于实现，加工精度高，可低成本批量生产，制备得到的压电微泵具有体积小、重量轻、封装接口一体化集成、输出流量大、适于封闭流体回路的特点。

技术领域

本发明涉及压电微泵，同时涉及一种压电微泵的制作方法，属于微电子机械系统、流体驱动、微系统液冷散热以及生物医疗等技术领域。

背景技术

近年来，随着微机电系统（MEMS）技术快速发展，压电微泵因其体积小、功耗低、输出压力高等独特优势在热管理、生物医疗等技术领域受到广泛关注。例如，2016年电子科技大学罗文博等人在公开的发明专利（中国专利公开号为CN105977370，发明名称为“一种基于压电微泵的嵌入式制冷器件及其制备方法”）中提出了一种集成压电微泵的嵌入式制冷器件及其制备方法，以解决高密度集成微系统的一体化热管理技术问题，该发明专利提出了利用微加工工艺在每个发热芯片下方制作微流道和压电微泵，该压电微泵的压电陶瓷片置于压电微泵外表面，并采用了扩散/收缩管的无阀结构，属于一种传统的压电微泵。实际上，早在上世纪九十年代，压电微泵技术就得到了极为广泛的研究；例如，1995年，Gerlach和Wurmus两人发表的题为“Working principle and performance of the dynamicmicropump”论文就提出了一种基于扩散/收缩管的无阀压电微泵，该压电微泵采用玻璃与硅材料通过MEMS工艺制作而成；1996年，清华大学王晓浩等人在发表的题为“A PZT-drivenmicropump”会议文章中提出了一种基于外置压电双晶片的压电微泵，阀片采用了硅基悬臂梁结构；2002年，Schabmueller等人在发表的题为“Self-aligning gas/liquidmicropump”论文中提出了一种基于全硅工艺的无阀压电微泵，PZT陶瓷片置于微泵上表面。总之，利用硅基MEMS工艺制作的压电微泵具有轻薄化、小型化的特点，并且由于硅基MEMS工艺与集成电路（IC）工艺相兼容，压电微泵与其他电子器件一体化集成也更易实现。

不过，目前压电微泵存在着一些技术问题：一是接口问题，压电微泵的流体接口普遍通过管状结构实现流体出入转接，而给压电微泵供电的电学接口也大多采用“飞线”方式引出，压电微泵接口存在着体积大、集成度不高等缺点；二是作为驱动部件的压电振子置于压电微泵外表面，在流体回路内外存在较大压强差时，压电微泵会因压电振子无法振动而失效。因此，不仅需要从设计方面解决上述现有问题，而且还要从可制造性层面考虑如何利用硅基MEMS工艺等微加工技术手段完成制作，这也是近年来压电微泵技术一直面临的技术痛点之一。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种适用于封闭流体回路的表贴式压电微泵及其制作方法，本压电微泵具有体积小、重量轻、封装接口一体化集成、输出流量大、适于封闭流体回路的特点，本方法加工简单，易于实现，加工精度高，可低成本批量生产。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

表贴式压电微泵，包括泵体、进液阀片、排液阀片、压电振子，所述泵体内设有中心沉腔、入流沉腔和出流沉腔，中心沉腔位于入流沉腔和出流沉腔上方，入流沉腔和中心沉腔通过进液孔连通，中心沉腔和出流沉腔之间通过排液孔连通；进液阀片安装在中心沉腔底部并将进液孔封盖，排液阀片安装在出流沉腔底部并将排液孔封盖；在泵体下表面分别设有入液口和出液口；入液口与入流沉腔连通，出液口与出流沉腔连通；压电振子安装在泵体上表面并位于中心沉腔正上方；压电振子下表面和泵体上表面之间设有底电极，压电振子上表面设有顶电极；其特征在于：底电极和顶电极分别通过泵体内的导电通道从泵体下表面引出；泵体上表面设有绝缘层，绝缘层将外露的底电极、顶电极和导电通道上端部覆盖；