[实用新型]一种热驱动的谐振式微泵

说明书

本实用新型涉及一种谐振式微泵，具有结构简单、加工简易和成本低的效果。本实用新型公开了一种热驱动的谐振式微泵，包括衬底，所述衬底上表面沿自身长度方向开设有供微流体穿过的流道，所述衬底上设置有用于封闭流道的封盖，所述封盖上通过刻蚀形成空腔，所述空腔连通流道，所述空腔上方未刻蚀的衬底部分形成振膜，所述振膜上表面设置有电热丝。借助流道、振膜和电热丝的配合，实现了热驱动流体加速，降低了加工成本，优化了加工工艺。

技术领域

本实用新型涉及一种谐振式微泵，更具体地说，它涉及一种热驱动的谐振式微泵。

背景技术

当今微流控技术因为集成度高、灵敏度高、高通量、试剂消耗少等优点，在疾病检测、成分分析等方面具有巨大的发展潜力和广阔的前景。微流控技术需要在微小通道内驱动液体流动。传统的微流控技术不具备对微流道内液体的主动驱动功能，微流道内的流体主要依靠毛细力进行运动。但在流体试剂的混合等方面，仍然需要对流体的进行加速。

现有技术中，通常采用压电驱动来加速微小通道内的流体，压电材料要控制晶向，但是由于现有生产技术的限制，压电材料不易制备，成本高，加工难度高。因此现在需要一种结构简单，方便加工，成本低的微泵。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种热驱动的谐振式微泵，具有结构简单、加工简易和成本低的效果。

为实现上述技术目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种热驱动的谐振式微泵，包括衬底，所述衬底上表面沿自身长度方向开设有供微流体穿过的流道，所述衬底上设置有用于封闭流道的封盖，所述封盖上通过刻蚀形成空腔，所述空腔连通流道，所述空腔上方未刻蚀的衬底部分形成振膜，所述振膜上表面设置有电热丝。

通过采用上述技术方案，微流体从流道穿过时，用周期电压以频率f0施加在电热丝上，电热丝产生频率f0的热量输出，振膜受热会产生频率f0的周期性热应力，当热应力的频率f0与振膜“圆心上下振动”振型的固有频率f1接近时，振膜会产生谐振，谐振是一种当外界激励频率与自身固有频率相近时，产生的剧烈振动现象。谐振可以使用较小的驱动力，实现更大的振幅。“圆心上下振动”振型是一种薄膜圆柱体的主要振型，该振型表现为薄膜圆柱体四周被外界约束，无法发生运动；越远离边界、越靠近圆形的部分约束越弱，运动越剧烈。振型的宏观表现为，薄膜圆柱体最外部不运动，薄膜圆柱体的圆心部位产生周期性的上下运动。当振膜在谐振运动时，压缩空腔内的流体，又因为空腔与流道的流体相通，从而最终实现了对流道内流体的驱动，完成了微泵功能的实现。通过加热振膜来实现谐振，不需要电压驱动，只需要先刻蚀封盖，再按照电热丝，加工简易，结构简单，同时也降低了成本，能达到与电压驱动同样的效果。

作为优选，所述空腔设置为圆柱形，所述电热丝设置为与空腔同心的圆环形。

通过采用上述技术方案，空腔与电热丝同心设置，同时电热丝也呈圆环形，保证了振膜能达到“圆心上下振动”振型的固有频率f1，提高了结构合理性。

作为优选，所述流道开设有位于空腔正下方的滞留槽，所述滞留槽的宽度大于流道，所述流道进入滞留槽的一端的宽度由宽变窄，所述流道离开滞留槽的一端的宽度由宽变窄。

通过采用上述技术方案，流体从流道进入滞留槽后，被振膜振动加速，由于流道进入滞留槽的一端的宽度由宽变窄，因此流体无法反向流回流道，保证了流体从另一端流出滞留槽，流道离开滞留槽的一端的宽度由宽变窄，流体进入流道后也无法反向流回滞留槽，避免流体出现串流，提高了加速效率。

作为优选，所述衬底和封盖均采用晶圆材料。

通过采用上述技术方案，晶圆(wafer)是制造半导体器件的基础性原材料。极高纯度的半导体经过拉晶、切片等工序制备成为晶圆，晶圆经过一系列半导体制造工艺形成极微小的电路结构，再经切割、封装、测试成为芯片，广泛应用到各类电子设备当中。

作为优选，所述衬底的厚度为200-2000um。