[发明专利]具有透明玻璃基底的涡卷微压缩机及其相关加工方法

权利要求书

1.一种具有透明玻璃基底的涡卷微压缩机装置，其特征在于，包含一对动涡盘(3)和定涡盘(2)；

正方形定涡盘(2)基底上表面有凸起的定涡卷壁(5)；定涡盘(2)基底与定涡卷壁(5)一体化；在定涡盘(2)基底上表面与定涡卷壁(5)下表面接触处设有多个沿定涡卷壁(5)均匀分布的用于填充静电驱动电极的高深宽比微孔，微孔具有扇环形状截面，扇环的内外两条弧边与涡卷壁边缘完全等间距，自定涡卷壁(5)下表面与定涡盘(2)基底上表面接触处开始伸入到定涡卷壁(5)中，扇环形微孔中填有电极材料，并且通过引线(13)和焊盘(14)连接在一起；在定涡盘(2)基底上定涡卷壁(5)的中心设有通孔作为排出口；在定涡盘(2)基底上表面定涡卷壁(5)外设有圆环形外壳(6)，圆环形外壳(6)的侧面设有入口(7)；圆环形外壳(6)的上端面上设有一对圆柱形键槽(10)，两圆柱形键槽(10)沿定涡卷壁(5)径向对称分布；圆平面动涡盘(3)基底上表面有凸起的动涡卷壁(9)，圆平面动涡盘(3)基底与动涡卷壁(9)为一体化；在圆平面动涡盘(3)基底一直径的两端设有沿径向延长的短臂，在两端的短臂上各设有一凸起圆柱插入键(11)；两插入键(11)中心的间距与两圆柱形键槽(10)中心的间距相等，且插入键(11)插入到键槽(10)内；插入键(11)的直径小于键槽(10)的直径；插入键(11)和键槽(10)形成欧丹环设计，可防止动涡盘自旋转；

正方形定涡盘基底和圆平面动涡盘基底均为透明玻璃，基底上的定涡卷壁和动涡卷壁、欧丹环均采用单晶硅，即采用单晶硅衬底制备；透明玻璃基底和定涡卷壁、动涡卷壁之间采用粘合或键合的形式固定形成一体；

所述的动涡盘，基底形状采用优化的设计以减小动涡盘质量，包括最小化的圆形部分连接一对用来放置欧丹环插入键的径向对称共面短臂，进而减小静电驱动负载；所述的定涡盘，基底形状采用可直接进行划片切割的形状；

通过内表面处理降低压缩机顶端泄漏风险并通过毛细作用使压缩腔体易于填充；所述的动涡盘和定涡盘，可经过表面处理使涡卷壁侧壁表面和基底上表面具有亲水特性，同时涡卷壁顶部表面具有疏水性。

2.按照权利要求1所述的一种具有透明玻璃基底的涡卷微压缩机装置，其特征在于，欧丹环键槽半径R和插入键半径r_key应保证插入键能够在键槽内的运动而不会阻碍到定涡卷和动涡卷的彼此接触；因而应满足约束

R-r_key≥πr₀-t_wall

其中r₀是动涡卷初始半径，即动涡卷起始点与中心的距离；t_wall是定涡卷壁径向厚度,动涡卷壁厚与定涡卷壁厚相等。

3.按照权利要求1所述的一种具有透明玻璃基底的涡卷微压缩机装置，其特征在于，动涡盘基板形状采用优化的设计以减小动涡盘质量，包括最小化的圆形部分连接一对用来放置欧丹环插入键的径向对称共面短臂，所述最小化圆形部分的半径r_min满足如下约束：

其中r₀是动涡卷初始半径，即动涡卷起始点与中心的距离；θ为涡卷起始点至末端的角度；t_wall是定涡卷壁径向厚度，定涡卷壁厚度与动涡卷壁厚相等。

4.按照权利要求1所述的一种具有透明玻璃基底的涡卷微压缩机装置，其特征在于，动涡盘的微加工方法，方法一：(1)从单晶硅晶圆与玻璃晶圆阳极键合的基底开始；(2)通过研磨减薄部分硅以达到涡卷壁所需的厚度；(3)抛光使得硅表面光滑；(4)玻璃表面通过光刻形成窄沟道定义的动涡盘基底图形，并进行湿法刻蚀玻璃层形成窄沟道，刻穿玻璃至硅表面停止；(5)在单晶硅晶圆侧通过光刻定义动涡卷、欧丹环插入键形状，并通过各向异性刻蚀硅至指定深度；(6)各向异性刻蚀停止于玻璃层，动涡盘整体会自动脱落。