[發明專利]一種低驅動電壓凹面電極靜電執行器及制作方法

有效

• 申請號: 201710386221.0
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107188109B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 魏峰;趙鴻濱;苑鵬;杜軍
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;B81C3/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

本發明屬于微機電技術領域，尤其涉及一種低驅動電壓凹面電極靜電執行器及制作方法，靜電執行器包括：由彈性薄膜作為上電極和由塑性薄膜作為凹面電極，上電極的下表面和凹面電極的上表面之間形成封閉空間；電極或凹面電極的上、下表面均為絕緣薄膜。制作方法包括：分別對具有硅厚度和氧化層厚度的兩個SOI片進行、清洗、熱氧化、氣相沉積氮化層后進行曝光、刻蝕后進行鍵合，最后通過填充環氧樹脂膠并固化收縮效應或通過真空吸盤抽空形成凹面結構。本發明的凹面電極靜電執行器可用于泵腔的執行器或主動式閥門的執行器，不僅簡化微泵加工工藝，而且能夠使以往微泵高于100V的驅動電壓降低到幾十伏，大大增加了靜電式微泵的驅動力。

技術領域

本發明屬于微機電技術領域，尤其涉及一種低驅動電壓凹面電極靜電執行器及制作方法。

背景技術

基于微機電技術的微型泵是微流體系統中的關鍵部件微泵作為微流體系統的驅動部件，在生物、化學、醫療、檢疫以及國防等方面構建微分析系統(μTAs)有著廣泛的用途。迄今為止，已有多種基于不同原理或結構類型的微泵問世。與傳統工藝相比，應用微機電技術可在很大程度上降低微型泵的成本，提高其使用壽命和精度。現有機械式振動膜微泵的執行器多采用壓電驅動方式或靜電驅動方式。微泵泵腔薄膜在驅動力作用下往復運動，使腔體壓力交替變化，在閥門和泵腔的共同作用下，實現泵浦功能。

靜電式微泵可以采用全硅的工藝，并且能夠與IC工藝相兼容，在批量化生產上有很大的優勢，且其驅動力較大、功耗低，有很大的應用前景。但是，由于通常所采用的平行電極執行器，在靜電作用下實現平面電極的吸合，所需要的驅動電壓偏高、驅動頻率較高其振幅小，限制了其在諸多領域的應用。因此，降低驅動電壓對于靜電式微泵的應用有重要的意義。

發明內容

針對以往靜電驅動電壓過高的問題，本發明提供一種低驅動電壓凹面電極靜電執行器，包括：由彈性薄膜作為上電極和由塑性薄膜作為凹面電極，上電極的下表面和凹面電極的上表面之間形成閉合運動空間。

所述上電極或凹面電極的上、下表面均為絕緣薄膜。

所述上電極由具有彈性的硅薄膜層構成，其厚度為10-50微米。

所述凹面電極由具有塑性形變能力的硅薄膜層構成，其厚度為10-80微米。

所述封閉空間內的中心凹點下凹距離為5-50微米。

所述絕緣薄膜的材料為氧化硅或氧化鋁。

所述上電極的下表面或凹面電極的上表面經過粗糙處理，形成厚度為10-100納米的粗糙面。

一種低驅動電壓凹面電極靜電執行器的制作方法，包括：

步驟1、選取兩片具備一定硅厚度和氧化層厚度的SOI片用于制作上電極和凹面電極，分別標記為SOI-T片和SOI-B片；

步驟2、將兩種SOI片分別進行標準RCA清洗后，進行濕法熱氧化并采用低壓化學氣相沉積生長氮化層；

步驟3、將SOI-T片進行曝光和淺刻蝕工藝后，形成圖形標記；將底電極區域進行刻蝕，以方便與引線相連；將器件層硅與泵腔體層硅進行鍵合，形成完整微泵腔體，鍵合完后對SOI-T底層硅進行減薄；

步驟4、將SOI-B片上表面進行曝光和淺刻蝕工藝，形成圖形標記，并在電極形變區進行表面粗糙處理，然后將底電極區域進行刻蝕，以方便與引線相連；

步驟5、在SOI-B背底面相應于曲面電極部分進行光刻、深刻蝕微加工，直至刻蝕至SOI內部氧化硅層；

步驟6、將刻蝕好的SOI-B與已經與泵體部分鍵合的SOI-T底部進行直接鍵合；