CN102306703B - 一种微型压电泵的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微型压电泵的制备方法，首先在双抛双氧硅片上溅射一层铬铜种子层；在种子层上电镀金属作为压电陶瓷片的底层导电层；把压电陶瓷片连接在底层导电层上；减薄压电陶瓷片；在双抛双氧硅片背面开出二氧化硅的刻蚀窗口；刻蚀刻蚀窗口中的二氧化硅得到硅的刻蚀窗口；湿法刻蚀刻蚀窗口中的硅，得到泵的腔体；开出正面压电陶瓷片的刻蚀窗口；切出带压电陶瓷片的泵腔体；刻蚀未被光刻胶保护的压电陶瓷片得到压电陶瓷片的泵腔体；在泵腔体上粘接带有阀的PDMS腔体，PDMS腔体中的进口阀连接进液口，出口阀连接微针。本发明通过湿法刻蚀加工泵的腔体，方法简单，成本低；压电泵可以做的很小，可以控制微流量液体；工作可靠。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种生物医学工程技术领域的压电泵制备方法，具体是一种微型压电泵的制备方法。
背景技术
泵作为一种控制液体流量的仪器在医学上广泛应用。它通过从外界把药液泵入到腔体然后把药液泵入到生物体达到治疗的目的。泵能精确的控制给药量，因此适合用于长期连续治疗慢性病，如糖尿病等。泵分为液压泵，机械泵，空气泵，压电泵等。压电泵因其结构简单，加工方便，控制精确，在医学上取得了广泛的应用。通常压电泵的制作采用精密机械切割加工的方法加工出泵的腔体。这种采用机械方法加工出的泵体积较大，导致一次性泵出的液体流量较多，不适合微量控制。而且泵采用机械方法加工，成本较高。
经对现有技术文献的检索发现，Bin Ma，Sheng Liu，Zhiyin Gao等在Journal of Mcrofluid Nanofluid (2006) PP417~423 撰文 “A PZT insulin pump integrated with a silicon microneedle array for transdermal drug delivery”（一种连接微针的集成压电泵用于经皮给药）。该文中提及的加工压电泵的方法是采用精密机械加工：（1）先精密机械加工加工出压电片，泵腔体，进液口与出液口，进口阀与出口阀等；（2）把这些部分通过键合组装在一起。然而该方法采用精密机械切割加工出泵腔体，成本较高；压电片尺寸大导致泵的尺寸大，从而在控制微流量方面有所欠缺。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种微型压电泵的制备方法，微型压电泵体积小，控制的药物量少，可实现微小剂量药物连续释放。采用湿法刻蚀加工出泵的腔体，加工成本低。减薄控制泵腔体振动的压电片可使得泵的体积小。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：
第一步，在双抛双氧硅片上溅射一层铬铜种子层；
第二步，在种子层上电镀金属作为压电陶瓷片的底层导电层；
第三步，把压电陶瓷片连接在底层导电层上；
所述压电陶瓷片用导电胶粘接在底层导电层上。
第四步，减薄压电陶瓷片，至需要的尺寸；
所述减薄压电陶瓷片是指采用研磨机减薄压电陶瓷片。
第五步，在双抛双氧硅片背面开出二氧化硅的刻蚀窗口；
所述在双抛双氧硅片背面开出二氧化硅的刻蚀窗口，是指在双抛双氧硅片上背面甩正胶，光刻开出二氧化硅窗口。
第六步，刻蚀刻蚀窗口中的二氧化硅得到硅的刻蚀窗口；
所述刻蚀刻蚀窗口中的二氧化硅，是指刻蚀窗口中的二氧化硅直到露出硅。
第七步，湿法刻蚀刻蚀窗口中的硅，得到泵的腔体；
第八步，开出正面压电陶瓷片的刻蚀窗口；
所述开出正面压电陶瓷片的刻蚀窗口，是指在压电陶瓷片上甩正胶，光刻显影开出压电陶瓷片刻蚀窗口
第九步，切出带压电陶瓷片的泵腔体；
所述切出带压电陶瓷片的泵腔体，是指用切片机切出带压电陶瓷片的泵腔体。
第十步，刻蚀未被光刻胶保护的压电陶瓷片得到压电陶瓷片的泵腔体；
第十一步，在泵腔体上粘接带有阀的PDMS（聚二甲基硅氧烷）腔体，PDMS腔体中的进口阀连接进液口，出口阀连接微针。
本发明采用湿法刻蚀加工压电泵的腔体，采用减薄的压电陶瓷片作为压电泵的起振源，与现有技术相比，其优点在于：通过湿法刻蚀加工泵的腔体，方法简单，成本低；采用减薄的压电陶瓷片作为压电泵的起振源，压电泵可以做的很小，小的压电泵可以控制微流量液体；进口阀和出口阀采用铍青铜，工作可靠。
附图说明
图1为本发明实施例的压电泵的结构图；
其中：1为硅腔体，2为二氧化硅层，3为铬铜种子层，4为金属导电层，5为压电陶瓷片，6为PDMS腔体，7为进口阀，8为出口阀，9为进液口，10为出液口。
图2为本发明实施例制备压电泵的工艺流程图；
其中：a为双抛双氧硅片正面溅射铬铜种子层，b为在种子层上电镀金属层，c为在金属层上粘接压电陶瓷片，d为压电陶瓷片减薄，e为双抛双氧硅片背面甩正胶，f为光刻光刻胶开出二氧化硅刻蚀窗口，g为刻蚀窗口中的二氧化硅和硅得到硅腔体，h为压电陶瓷片正面甩光刻胶，i为光刻正面的光刻胶，j为切割得到含小块压电陶瓷片的泵腔体，k为刻蚀未受光刻胶保护的压电陶瓷片并去掉光刻胶，l为把PDMS腔体与泵腔体粘接。1为硅，2为二氧化硅，3为种子层，4为金属层，5为压电陶瓷片，6为光刻胶，7为PDMS腔体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图2所示，本发明实施例制备压电泵的工艺流程图，首先通过溅射在在双抛双氧硅片上溅射一层铬铜种子层；在种子层上电镀金属作为压电陶瓷片的底层导电层；把压电陶瓷片用导电胶粘接在底层导电层上；用研磨机减薄压电陶瓷片；在双抛双氧硅片背面采用光刻的方法开出二氧化硅的刻蚀窗口；刻蚀刻蚀窗口中的二氧化硅得到硅的刻蚀窗口；湿法刻蚀刻蚀窗口中的硅，得到泵的腔体；用光刻方法开出正面压电陶瓷片的刻蚀窗口；用切片机切出带压电陶瓷片的泵腔体；刻蚀未被光刻胶保护的压电陶瓷片得到有适当大小的压电陶瓷片的泵腔体；在泵腔体上粘接带有阀的PDMS腔体，PDMS腔体中的进口阀连接进液口，出口阀连接微针。根据该流程，提供以下具体实施例对本发明的详细实施进行说明，制备过程中涉及的参数等均为现有技术常用参数，可以根据实际使用情况进行调整。
具体实施例
1．500μm厚、直径为75mm的双抛双氧硅片在180℃烘箱里烘3个小时，接着单面溅射铬铜种子层，如图2a所示；
2．在铬铜种子层上电镀20μm镍，如图2b所示；
3．用导电胶把160μm厚的压电陶瓷片粘到镍金属层上，放在100℃烘箱里烘2个小时，然后转到150℃烘箱里烘2个小时，如图2c所示；
4．在研磨台上用研磨机把压电陶瓷片减薄到50μm，如图2d所示；
5．双抛双氧硅片背面甩5μm正胶，如图2e所示； 光刻开出二氧化硅刻蚀窗口，窗口大小为6X6mm，如图2f所示；
6. 用BHF溶液刻蚀窗口中的二氧化硅，开出硅刻蚀窗口；如图2g所；
7.并刻蚀窗口中的硅直到露出二氧化硅氧化层得到泵腔体，如图2g所示；
8. 正面甩5μm光刻胶，如图2h所示；光刻开出正面压电陶瓷片的刻蚀窗口，光刻胶保护的压电陶瓷片大小为5.5X5.5mm，如图2i所示；
9. 用切片机切割成大小为9mmX9mm的带泵腔体和压电陶瓷片的方块，如图2j所示；
10. 刻蚀未被光刻胶保护的压电陶瓷片，并去掉光刻胶，使其大小为5.5x5.5mm，如图2k所示；
11. 把PDMS腔体粘接到泵腔体上。PDMS腔体大小8X8mm，在PDMS腔体内部粘接有进口阀和出口阀，进口阀连接进液口，出口阀连接微针，如图2l所示。进口阀和出口阀采用铍青铜。
如图1所示，为本发明实施例制备的压电泵的结构图；其中：1为硅腔体，2为二氧化硅层，3为铬铜种子层，4为金属导电层，5为压电陶瓷片，6为PDMS腔体，7为进口阀，8为出口阀，9为进液口，10为出液口。
采用此方法能制备得到微型压电泵，此微型压电泵仅有1厘米X 1厘米，体积很小，泵入泵出的液体流量可控，适合控制微量液体，从而用于长期持续给药。本发明制备过程简单，采用光刻和机械加工结合的方法制备此微泵，成本低且便于普及。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围做任何限制，凡在本发明的精神和原则之内做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种微型压电泵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，在双抛双氧硅片上溅射一层铬铜种子层；
第二步，在种子层上电镀金属作为压电陶瓷片的底层导电层；
第三步，把压电陶瓷片连接在底层导电层上；
第四步，减薄压电陶瓷片；
第五步，在双抛双氧硅片背面开出二氧化硅的刻蚀窗口；
第六步，刻蚀刻蚀窗口中的二氧化硅得到硅的刻蚀窗口；
第七步，湿法刻蚀刻蚀窗口中的硅，得到泵的腔体；
第八步，开出正面压电陶瓷片的刻蚀窗口；
第九步，切出带压电陶瓷片的泵腔体；
第十步，刻蚀未被光刻胶保护的压电陶瓷片得到压电陶瓷片的泵腔体；
第十一步，在泵腔体上粘接带有阀的聚二甲基硅氧烷腔体，聚二甲基硅氧烷腔体中的进口阀连接进液口，出口阀连接微针。
2.根据权利要求1所述的一种微型压电泵的制备方法，其特征是，第三步中，所述压电陶瓷片用导电胶粘接在底层导电层上。
3.根据权利要求1所述的一种微型压电泵的制备方法，其特征是，第四步中，所述减薄压电陶瓷片是指采用研磨机减薄压电陶瓷片。
4.根据权利要求1所述的一种微型压电泵的制备方法，其特征是，第五步中，所述在双抛双氧硅片背面开出二氧化硅的刻蚀窗口，是指在双抛双氧硅片上背面甩正胶，光刻开出二氧化硅窗口。
5.根据权利要求1所述的一种微型压电泵的制备方法，其特征是，第六步中，所述刻蚀刻蚀窗口中的二氧化硅，是指刻蚀窗口中的二氧化硅直到露出硅。
6.根据权利要求1所述的一种微型压电泵的制备方法，其特征是，第八步中，所述开出正面压电陶瓷片的刻蚀窗口，是指在压电陶瓷片上甩正胶，光刻显影开出压电陶瓷片刻蚀窗口 。
7.根据权利要求1所述的一种微型压电泵的制备方法，其特征是，第九步中，所述切出带压电陶瓷片的泵腔体，是指用切片机切出带压电陶瓷片的泵腔体。
8.根据权利要求1所述的一种微型压电泵的制备方法，其特征是，第十一步中，所述进口阀和出口阀采用铍青铜。
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