[发明专利]微电化泵及其制造方法

说明书

本发明涉及微电化泵和该微电化泵的制造方法，更准确地说，涉及使用微机械技术的作为精确控制液体的一种装置并强烈期望在医疗分析领域实际应用的微电化泵及其制造方法。

当今微机械技术正在向前发展，对它的研究已经进展到使用它作为一种开发全新和尖端技术的手段。它的发展方向已由大量宣传工具广为公布，例如题为“硅微机械技术”的特写文章，发表于1989年8月21日，NIKKEI  ELECTRONICS  No.480，第125-155页。

该文章的135至139页部分公开了微电化泵并说明了该微电化泵的结构。

图33是该文章中说明的微电化泵的结构图。按照该微电化泵的结构，它按序分别接合一个玻璃基片或底板200，一个硅膜片201，和一个玻璃板205。膜片201有两个阀202和203，一个构成于这两个阀之间的振动膜片204，如图所示。该振动膜片适应于由一个通过空气层206的发热电阻207驱动。玻璃基片200具有一个入口208和一个出口209，分别导向阀202和203。当空气层206中的空气发生热膨胀、振动膜片204向下突出使泵腔210的内部压力增大时，入口阀202关闭，同时出口阀203打开，这样泵腔210中的加压液体排放到出口209。反之，当空气层206收缩振动膜片204返回其原始或以前状态时，阀202和203分别以相反方式发生作用，使得入口208吸入液体而出口209阻止液体通过其排放。

这种微电化泵能够准确精细地控制流过它们的液流量并可应用于医学和分析领域，因此一直希望对它们进行改进。

在NIKKEI  ELECTRONICS，No.480中上述文章的后面一部分描述了包括微电化泵的微机械装置的制造方法。亦即，第146至149页公开了通过有效使用半导体蚀刻技术形成复杂三维硅（Si）结构的加工方法（异向性蚀刻等），第150至152页公开了用于制造各种形状接合基片的基片接合技术（结合或粘着玻璃和硅基片的阳极接合方法）。

硅制压力传感器已作为微机械装置研究，目前它们已进入实际应用阶段。然而，在微电化泵领域，最先进的一种目前正处于它的试验制造阶段，还没有微电化泵处于其实用阶段。因此，微电化泵的制造方法正处于探索阶段，还没有现成而可靠的方法可用。

如上所述，微电化泵仍在发展，因此对高性能微电化泵的结构和制造方法有必要进行开发和研究。

按照上述常规微电化泵，其结构具有如下一些缺点。

首先，在微电化泵的排放性能问题上，图33所示的双阀型微电化泵比三阀型微电化泵容易制造。但是，由于入口和出口之间的压差使前者存在液流量逐渐减小的问题，从而降低微电化泵的效率。图34是所述杂志136页中的特性曲线，表示出双阀型微电化泵的流量Q随压力差P（线A）的增大而线性下降。相反，在三阀型微电化泵的情况下，流量Q基本不变（线B）。其原因在于第三阀配置在三阀微电化泵的入口阀和出口阀之间流通管路中，防止了由于压差带来的回流并可保持恒定流量。在两阀微电化泵的情况下，压差直接作用于出口阀使出口阀在其关闭方向受强压。

如上所述，当双阀型微电化泵用于例如投配胰岛素且反压变为约600mmH₂O时，该微电化泵不能排放胰岛素。实际上，必须以基本上恒定速率排放液体直到反压变为约400mmH₂O。这正是微电化泵有必要改进的原因。

第二个问题是关于微电化泵驱动装置的固定方法。按照常规固定方法，这一直是非常困难的，常常导致微电化泵驱动设备的不完全和无效安装。一般，在驱动装置中一直使用其可控性最好的压电元件。在这种情况下，为了充分展现压电元件的压电效应，有必要均匀地将该元件接合到微电化泵驱动机构的振动膜片上。将非常薄的膜片接合到振动膜片上一直很困难。原因在于振动膜片是通过固定其外围部分而承载的，在接合压电元件到振动膜片上的过程中该振动膜片易于屈曲，导致其平直度下降。因此，在压电元件和振动膜片之间得到差的接合。如果压电元件在过压下压向振动膜片，不良效应扩大到外围部分使该部分易于毁坏。由于难于控制压电元件的压力导致接合操作困难。

第三个是关于保持常规微电化泵排放性能恒定的问题，尤其是在微电化泵用于以胰岛素对人体下药的情况下。用胰岛素对人体作过量注射是危险的。由此，必须立即检查由于微电化泵驱动装置发生故障、固定于微电化泵的针头的堵塞、混入泵中的空气、阀断裂等所引起的注射紊乱。然而，在常规微型泵送装置中没有配备这种检查装置。