[发明专利]基于单晶硅基底的涡卷式微压缩机及其相关加工方法

说明书

基于单晶硅基底的涡卷式微压缩机及其相关加工方法，属于压缩机技术领域。该装置首次在涡卷式微压缩机设计中引入了欧丹环结构，并通过优化动涡盘基板设计减少动涡盘质量；针对静电驱动电压在涡卷壁上的损耗问题改进了孔洞形状设计。提出通过改变内表面亲水性质来防止顶端泄露与方便压缩腔的毛细作用填充的方案。在工艺实现方面，本发明包含了基于单晶硅基底的涡卷微压缩机的详细工艺流程，包括优化形状的动涡盘基板释放工艺方法。该发明装置在微制冷器压缩机，微真空压缩机，微全分析系统的精确微量进样控制和药物递送系统等广泛的领域具有应用前景。

技术领域

本发明属于压缩机技术领域，具体涉及一种基于单晶硅基底的涡卷式微压缩机及其相关加工方法。

背景技术

涡卷式压缩机由一对互相啮合的螺线形涡卷部件组成，并通过唯一可移动的动涡卷部件相对于另一个保持静止的定涡卷做偏心回旋平动来压缩气体或者液体。这种可移动部件少的简洁设计使得涡卷式压缩机比其他压缩机，如旋转螺旋压缩机或者往复式压缩机，具有更高效，机械结构可靠，噪声低等优点。实际上涡卷式压缩机的发明可以追溯到110多年前，但由于涡卷式压缩机部件的加工要求极高精度 (几微米)的加工技术，涡卷式压缩机直到20世纪70年代初计算机数控(CNC)技术的运用才得以实现。如今涡卷式压缩机已经从住宅到商业中广泛应用并取得巨大成功，包括空调、制冷、真空等系统以及运输行业中火车制动系统等。

现今电子工业集成化与小型化的技术发展趋势以及先进生化分析仪器的发展都对微型压缩机部件提出了要求。例如，大功率密度的先进微型处理器需要能够满足高散热速率的集成冷却部件；微型质谱仪、高强度激光器等系统中真空室部件必不可少；而在微全分析系统和现场即时检测器件中，高精度泵送和控制流体的微泵则是重要组成部分。微机电系统采用基于大规模集成电路工艺的微加工技术，对微型部件的加工可达到极高精度。采用微机电系统加工工艺的涡卷式微压缩机继承了宏观涡卷式压缩机的优点，同时又满足了涡卷加工对于高精度的要求，在微尺度压缩机中展现出巨大潜力。目前此类基于微加工技术的涡卷式压缩机的设计和实现方法的报道十分有限。美国国家航空航天局加州喷气推进实验室和南加州大学合作提出了一种使用LIGA工艺进行高深宽比涡卷壁加工的方法，但此方法的缺点在于 X光LIGA成本较高。中国专利CN200810177003.7首次公开了一种基于微机电系统技术的微型涡卷式压缩机，并提出了在绝缘层上硅(SOI) 基底上实现该装置的微加工方法，该结构并未设计防止动涡盘自转的结构，采用的静电驱动电极为圆柱形结构，电场均匀性差且驱动电压损耗较大；此外，其加工工艺采用了昂贵的SOI基底。

本发明公开了一种集成在单晶硅基底上的涡卷式微压缩机。这一装置首次在涡卷式微压缩机中引入了欧丹环结构，通过优化动涡盘基底形状设计减少静电驱动的动涡盘负载质量；针对静电驱动电场不均匀及电压损耗的问题，本发明改进了孔洞形状设计。提出通过改变内表面亲水性质来防止顶端泄漏与方便压缩腔的毛细作用填充。在实现方面，本发明包含了基于单晶硅基底的涡卷微压缩机的详细工艺流程。

发明内容

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种基于单晶硅基底的涡卷式微压缩机装置，其特征在于，包含一对均使用单晶硅基底加工的动涡盘(3)和定涡盘(2)；