表贴式压电微泵及其制作方法
专利汇可以提供表贴式压电微泵及其制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 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。，下面是表贴式压电微泵及其制作方法专利的具体信息内容。
1.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；
在泵体上表面设有顶盖，顶盖将压电振子封盖的同时将至少部分泵体上表面一起封盖，顶盖和压电振子及被封盖的泵体上表面之间的空腔形成气压平衡腔，在入流沉腔与气压平衡腔之间或者出流沉腔与气压平衡腔之间设有连通两者的气压平衡通道。
2.根据权利要求1所述的表贴式压电微泵，其特征在于：所述顶盖由下表面具有顶部沉腔的基板一构成，泵体由从上往下的基板二、基板三、基板四和基板五组装而成；其中基板二下表面设有主型腔、上下贯穿的气压平衡孔和导电通孔；基板三设有上下贯穿的气压平衡孔、导电通孔、排液孔以及局部减薄形成的悬臂结构的进液阀片，进液阀片下表面与基板三下表面平齐；基板四下表面设有入流沉腔、出流沉腔、上下贯穿的气压平衡孔、导电通孔、进液孔以及在出流沉腔底部减薄形成的悬臂结构的排液阀片，入流沉腔或者出流沉腔与基板四上的气压平衡孔通过通道连通，排液阀片上表面与基板四上表面平齐；基板五上设有上下贯穿的入液口、出液口和导电通孔；基板二、基板三和基板四上的气压平衡孔上下正对连通形成所述气压平衡通道，基板二、基板三、基板四和基板五上的导电通孔至少为两道，分别用于与底电极和顶电极电连接，各道导电通孔分别上下正对连通形成金属通孔，金属通孔内设置导电材料形成导电通道；所述底电极、压电振子、顶电极和绝缘层依次设置在基板二上表面；
基板三上的进液阀片将基板四上的进液孔封盖，基板四上的排液阀片将基板三上的排液孔封盖；基板二的主型腔和基板三减薄形成进液阀片后留下的空腔合围形成中心沉腔，基板五上表面将基板四的入流沉腔、出流沉腔、气压平衡孔以及入流沉腔或者出流沉腔与基板四气压平衡孔连通的通道封闭。
3.权利要求1所述的表贴式压电微泵的制作方法，其特征在于：制作步骤如下，
1）准备五块大小一致的基板，按从上往下依次为基板一、基板二、基板三、基板四和基板五；
2）根据泵体结构对五块基板进行孔道和型腔的设计；其中基板一下表面设计有一个顶部沉腔，形成顶盖；基板二下表面设计有主型腔、上下贯穿的气压平衡孔和导电通孔；基板三设计有上下贯穿的气压平衡孔、导电通孔、排液孔以及局部减薄形成的悬臂结构的进液阀片，进液阀片下表面与基板三下表面平齐；基板四下表面设计有入流沉腔、出流沉腔、上下贯穿的气压平衡孔、导电通孔、进液孔以及在出流沉腔底部减薄形成的悬臂结构的排液阀片，入流沉腔或者出流沉腔与基板四上的气压平衡孔通过通道连通，排液阀片上表面与基板四上表面平齐；基板五上设计有上下贯穿的入液口、出液口和导电通孔；基板二、基板三和基板四上的气压平衡孔上下正对连通，基板二、基板三、基板四和基板五上的导电通孔至少为两道，分别用于与底电极和顶电极电连接，各道导电通孔分别上下正对连通，以保证后续在基板键合后它们在垂直方向可串联形成完整的气压平衡通道与对应数量的金属通孔；
3）按步骤2）设计的各基板结构特点分别对五块基板进行加工，加工出设计的相应孔道和型腔；所述加工工艺包括光刻和刻蚀；
4）将基板二、基板三、基板四与基板五上下正对叠放并通过键合工艺连接在一起，形成泵体，基板二、基板三和基板四上的气压平衡孔上下正对连通形成气压平衡通道；基板二、基板三、基板四和基板五上的导电通孔上下正对连通形成金属通孔；
基板三上的进液阀片将基板四上的进液孔封盖，基板四上的排液阀片将基板三上的排液孔封盖；基板二的主型腔和基板三减薄形成进液阀片后留下的空腔合围形成中心沉腔，基板五上表面将基板四的入流沉腔、出流沉腔、气压平衡孔以及入流沉腔或者出流沉腔与基板四气压平衡孔连通的通道封闭；
5）通过溅射或化学镀工艺在每个金属通孔内壁上沉积金属种子层，再通过电镀工艺在金属种子层上沉积对应金属以填充金属通孔，形成导电通道；
6）通过蒸发或溅射工艺在基板一底面、步骤5）得到的泵体结构顶面和底面分别制作图形化金属层，其中基板一底面的图形化金属层为与泵体顶面焊接的金属层；泵体结构顶面的图形化金属层为底电极、导电通道上端焊盘和与基板一底面焊接的金属层，底电极位于基板二主型腔正上方；其中底电极与底电极对应的导电通道上端焊盘连接；泵体结构底面的图形化金属层包括接地焊盘、入液口周围的入液口焊盘、出液口周围的出液口焊盘、每个导电通道下端设置的导电通道下端焊盘；基板一底面和泵体顶面相互焊接的金属层正对设置；
7）在步骤6）得到的泵体结构顶面对应基板二主型腔位置形成压电振子，压电振子位于压电振子底电极上并与压电振子底电极连接，然后在压电振子上制作压电振子顶电极，顶电极与顶电极对应的所有导电通道上端焊盘连接；并在压电振子顶电极上覆盖绝缘层；
8）将顶盖与步骤7）得到的泵体通过步骤6）预先制作的金属层焊接在一起，以将压电振子和气压平衡孔封盖，顶盖和压电振子及被封盖的泵体上表面之间的空腔形成所述气压平衡腔；
9）清洗后，即完成表贴压电微泵的制作。
4.根据权利要求3所述的表贴式压电微泵制作方法，其特征在于：在加工基板三时，在基板三的下表面位于排液孔周围加工出环形凹槽，环形凹槽和排液孔之间形成排液环形凸沿，排液阀片贴在排液环形凸沿上以将排液孔封盖，排液环形凸沿用于防止排液阀片与泵体吸附。
5.根据权利要求3所述的表贴式压电微泵制作方法，其特征在于：在加工基板四时，在基板四的上表面位于进液孔周围加工出环形凹槽，环形凹槽和进液孔之间形成进液环形凸沿，进液阀片贴在进液环形凸沿上以将进液孔封盖，进液环形凸沿用于防止进液阀片与泵体吸附。
6.根据权利要求3所述的表贴式压电微泵制作方法，其特征在于：步骤7）中，压电振子通过溅射工艺生长的压电薄膜而形成；或者压电振子直接采用PZT压电陶瓷片，该PZT压电陶瓷片通过粘合剂直接粘接在泵体结构顶部对应位置。
7.根据权利要求3所述的表贴式压电微泵制作方法，其特征在于：步骤7）中，压电振子顶电极通过溅射工艺制作而成，溅射工艺具有良好的台阶覆盖性，压电振子顶电极从压电振子上表面经侧壁连续的覆盖到泵体顶面并连接至与顶电极对应的所有导电通道上端焊盘。
8.根据权利要求3所述的表贴式压电微泵制作方法，其特征在于：步骤7）中，绝缘层为通过化学气相沉积生长的聚对二甲苯薄膜材料；绝缘层将压电振子侧面、上表面、顶电极和所有导电通道上端焊盘全覆盖；在沉积该绝缘层前利用干膜或光刻胶材料遮盖住泵体底部所有金属图形、入液口、出液口、导电通道以及待键合的金属层，沉积完成后去掉光刻胶或干膜，以达到绝缘层材料的选择性涂覆。
9.根据权利要求3所述的表贴式压电微泵制作方法，其特征在于：所述出液口、入液口形状为方形或圆形，对应的出液口焊盘、入液口焊盘为围绕出液口、入液口四周的封闭环形或其他闭环带状。
10.根据权利要求3所述的表贴式压电微泵制作方法，其特征在于：相邻两基板之间采用图形化的中间层连接以保证两基板之间键合强度以及液体气密性；
步骤4）中，所述键合工艺为金金键合，此时中间层材料为金；或者所述键合工艺为共晶焊键合，此时中间层材料为金锡合金；或者所述键合工艺为回流焊键合，此时中间层材料为锡铅合金；或者键合工艺采用苯并环丁烯、压敏胶中间层材料通过加温、加压方式实现基板之间连接；
各基板与中间层在键合前通过工装夹具进行对准堆叠。
表贴式压电微泵及其制作方法
技术领域
背景技术
发明内容
在泵体上表面设有顶盖，顶盖将压电振子封盖的同时将至少部分泵体上表面一起封盖，顶盖和压电振子及被封盖的泵体上表面之间的空腔形成气压平衡腔，在入流沉腔与气压平衡腔之间或者出流沉腔与气压平衡腔之间设有连通两者的气压平衡通道。
2）根据泵体结构对五块基板进行孔道和型腔的设计；其中基板一下表面设计有一个顶部沉腔，形成顶盖；基板二下表面设计有主型腔、上下贯穿的气压平衡孔和导电通孔；基板三设计有上下贯穿的气压平衡孔、导电通孔、排液孔以及局部减薄形成的悬臂结构的进液阀片，进液阀片下表面与基板三下表面平齐；基板四下表面设计有入流沉腔、出流沉腔、上下贯穿的气压平衡孔、导电通孔、进液孔以及在出流沉腔底部减薄形成的悬臂结构的排液阀片，入流沉腔或者出流沉腔与基板四上的气压平衡孔通过通道连通，排液阀片上表面与基板四上表面平齐；基板五上设计有上下贯穿的入液口、出液口和导电通孔；基板二、基板三和基板四上的气压平衡孔上下正对连通，基板二、基板三、基板四和基板五上的导电通孔至少为两道，分别用于与底电极和顶电极电连接，各道导电通孔分别上下正对连通，以保证后续在基板键合后它们在垂直方向可串联形成完整的气压平衡通道与对应数量的金属通孔；
3）按步骤2）设计的各基板结构特点分别对五块基板进行加工，加工出设计的相应孔道和型腔；所述加工工艺包括光刻和刻蚀；
4）将基板二、基板三、基板四与基板五上下正对叠放并通过键合工艺连接在一起，形成泵体，基板二、基板三和基板四上的气压平衡孔上下正对连通形成气压平衡通道；基板二、基板三、基板四和基板五上的导电通孔上下正对连通形成金属通孔；
基板三上的进液阀片将基板四上的进液孔封盖，基板四上的排液阀片将基板三上的排液孔封盖；基板二的主型腔和基板三减薄形成进液阀片后留下的空腔合围形成中心沉腔，基板五上表面将基板四的入流沉腔、出流沉腔、气压平衡孔以及入流沉腔或者出流沉腔与基板四气压平衡孔连通的通道封闭；
5）通过溅射或化学镀工艺在每个金属通孔内壁上沉积金属种子层，再通过电镀工艺在金属种子层上沉积对应金属以填充金属通孔，形成导电通道；
6）通过蒸发或溅射工艺在基板一底面、步骤5）得到的泵体结构顶面和底面分别制作图形化金属层，其中基板一底面的图形化金属层为与泵体顶面焊接的金属层；泵体结构顶面的图形化金属层为底电极、导电通道上端焊盘和与基板一底面焊接的金属层，底电极位于基板二主型腔正上方；其中底电极与底电极对应的导电通道上端焊盘连接；泵体结构底面的图形化金属层包括接地焊盘、入液口周围的入液口焊盘、出液口周围的出液口焊盘、每个导电通道下端设置的导电通道下端焊盘；基板一底面和泵体顶面相互焊接的金属层正对设置；
7）在步骤6）得到的泵体结构顶面对应基板二主型腔位置形成压电振子，压电振子位于压电振子底电极上并与压电振子底电极连接，然后在压电振子上制作压电振子顶电极，顶电极与顶电极对应的所有导电通道上端焊盘连接；并在压电振子顶电极上覆盖绝缘层；
8）将顶盖与步骤7）得到的泵体通过步骤6）预先制作的金属层焊接在一起，以将压电振子和气压平衡孔封盖，顶盖和压电振子及被封盖的泵体上表面之间的空腔形成所述气压平衡腔；
9）清洗后，即完成表贴压电微泵的制作。
具体实施方式
3）按步骤2）设计的各基板结构特点分别对五块基板进行加工，加工出设计的相应孔道和型腔；所述加工工艺包括光刻和刻蚀；所述刻蚀工艺为干法刻蚀或者湿法刻蚀；在基板二、基板三、基板四上制作上述结构需要通过反复多次光刻与刻蚀；由于光刻是用来制作刻蚀的掩膜，因此一次光刻只能刻蚀一个深度，该图形涉及制作多的深度，故需要多次光刻与刻蚀来实现。
相邻两基板之间采用图形化的中间层19连接以保证两基板之间键合强度以及液体气密性。
该步骤完成后的状态见图1（d）。
压电振子27可以通过溅射工艺生长的压电薄膜而形成；或者直接采用PZT压电陶瓷片，该PZT压电陶瓷片通过粘合剂直接粘接在泵体结构顶部对应位置。
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