[发明专利]集成于PCB上的压电致动微驱动器的制备方法

说明书

本发明涉及微流体机械技术领域，具体是集成于PCB上的压电致动微驱动器的制备方法，所述制备方法包括对PCB泵体进行清洗，去除泵体上的杂质；对泵体的上下表面进行图形化处理；在泵体上刻蚀有沉孔，并将该沉孔的底部进行截切打磨，形成泵腔；从泵腔的截切面向下刻蚀有两个通孔，分别作为进液口和出液口；再次对开凿后的泵体进行清洗，并保持干燥；在位于泵腔外沿的泵体表面固定有一层圆环形焊盘；在圆盘形焊盘上方焊接有相应的圆盘形压电单晶执行器；将压电单晶执行器的负极与系统电源地相连，将压电陶瓷表面通过导线引出与系统电源正极相连。本发明所制备的压电致动微驱动器经过PCB电装工艺焊接而成，构成的腔室与流道密封性好。

技术领域

本发明涉及微流体机械技术领域，具体是集成于PCB上的压电致动微驱动器及其的制备方法。

背景技术

微驱动器作为低轨卫星微流控系统的一个动力部件，起着控制微流道内流体流动和流向的作用，进而达到控制推进系统和液冷系统性能的能力。

目前，微流控系统的驱动方式普遍采用外置微驱动器进行驱动，需要外置驱动微驱动器的电源线和输送冷却剂的管路，使得整个系统的集成度较低，而且管路中存在较大的压力损失，造成微驱动器的驱动力和控制能力降低，无法适用于低轨卫星微流控系统。为了解决这些问题，国内外学者主要对微驱动器的驱动方式、加工工艺与结构设计进行研究。根据微驱动器的驱动方式，分为压电驱动式、静电驱动式、电磁驱动式以及热气动驱动式等。基于逆压电效应的压电致动微驱动器不仅具有以微升为单位驱动液体的能力，而且具有结构简单、驱动力大与电磁干扰弱的优点，压电致动微驱动器适合与微流控系统其它部件实现集成化。一些学者为了减小微驱动器的体积，开始研究微驱动器的加工工艺，分为硅加工技术、玻璃和石英加工以及高分子聚合物加工工艺。尽管以硅和高分子聚合物构成的微驱动器的体积比金属加工的微驱动器的体积小，但液冷系统仍需要配置管路，且难与微流控系统其它部件实现集成化，未解决微驱动器控制能力弱与集成度低的问题。中国发明专利申请200810069378.1提出一种具有主动精确控制能力的微驱动器，能达到极低的流量和极高的控制精度，但并未讨论微驱动器的加工工艺和集成方法。

到目前为止，对于如何将微驱动器与微流控其它部件实现集成鲜有有效的方案，微驱动器在系统中仍存在控制能力弱与集成程度低的问题。中国发明专利申请2019111079950提出了一种集成于PCB上的压电致动流体泵；在流体泵的集成结构以及泵体自身结构优化上做出了新的突破，但是该结构采用一个泵作用单元和至少两个压电致动流体泵，并且在其上方安装有多个压电单晶执行器，其结构复杂，集成度非常低。

本单位所提出的申请号为202010044191.7的专利一种低轨卫星微流控系统的压电致动微驱动器成功解决了集成度的问题，该压电致动微驱动器包括PCB泵体和压电单晶执行器，所述PCB泵体由PCB加工制得，所述压电单晶执行器包括压电陶瓷和铜基片，所述压电陶瓷粘接在所述铜基片上方；所述PCB泵体中间向下设置有沉孔，所述铜基片焊接在所述PCB泵体上，所述PCB泵体的沉孔与所述铜基片构成泵腔，所述PCB泵体具有进液口和出液口，所述进液口和出液口与所述泵腔连通，所述泵腔的下底面倾斜设置，所述进液口在竖直方向上的高度高于出液口。

然而该申请并未讨论所述压电致动微驱动器的加工工艺和集成方法，不清楚该微驱动器是如何制备的，并且在制备压电单晶执行器时，需要采用环氧胶将铜基片和环氧胶之间进行粘接；铜基片与环氧胶的热膨胀系数相差较大，环氧胶的热膨胀系数为54×10^-6in/in/℃，铜基片的热膨胀系数为17.5×10^-6in/in/℃；二者在温度较高情况下的形变差异很大，将会产生一定的形变应力；影响整体压电单晶执行器的挠度；不利于流体的泵入泵出。

发明内容

本发明的目的在于提供集成于PCB上的压电致动微驱动器的制备方法，能降低其与微流控系统其它部件集成的难度，使得微驱动器直接作用于微流道，提高了微驱动器的控制能力与系统的集成程度。