CN111649172A - 一种基于ltcc的微型化微流量控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LTCC的微型化微流量控制器，包括：第一陶瓷薄片、第二陶瓷薄片、第三陶瓷薄片、第四陶瓷薄片、第五陶瓷薄片、第六陶瓷薄片、第七陶瓷薄片、第八陶瓷薄片和第九陶瓷薄片；其中，第一陶瓷薄片、第二陶瓷薄片、第三陶瓷薄片、第四陶瓷薄片、第五陶瓷薄片、第六陶瓷薄片、第七陶瓷薄片、第八陶瓷薄片和第九陶瓷薄片依次叠在一起，通过高温烧结而成；其中，高温为450摄氏度～850摄氏度；第一陶瓷薄片、第二陶瓷薄片、第三陶瓷薄片、第四陶瓷薄片、第五陶瓷薄片、第六陶瓷薄片、第七陶瓷薄片、第八陶瓷薄片和第九陶瓷薄片的直径均相等。本发明实现了产品的微型化和轻质化。

Description

一种基于LTCC的微型化微流量控制器

技术领域

本发明属于微小流量的流体管理系统技术领域，尤其涉及一种基于LTCC 的微型化微流量控制器。

背景技术

微流量控制器是精确流体管理系统的核心部件，直接决定了微流量的控制精度，如空间飞行器电推进氙气供给系统的流量控制器，直接决定了电推力器的性能及寿命。由于电推力器的比冲高，其消耗的工质流量很小(μg/s～mg/s 量级)，这就需要微流量控制器具有超高流阻特性。微流量控制器一般通过复杂冗长的流体通道(如毛细管型、多孔金属烧结型以及多层孔板型等)来实现超高流阻。中国专利CN201410494807.5公开了一种包含毛细管流道芯体的微流量节流器，可以通过改变毛细管形状来实现不同的节流效果；中国专利 CN200710018593.4公开了一种采用金属多孔材料芯体的微流量控制器，利用多孔材料中的孔隙实现流量控制；中国专利CN201410340367.8、 CN201410339131.2和CN201810227475.2公开了一种采用多层金属孔板的微流量控制器，通过金属刻蚀、激光打孔等方式进行微细通道加工，再利用扩散焊进行三维流体通道的制作。上述微流量节流器均采用金属材料加工而成，在产品微型化和轻质化上遇到了困难；此外，产品生产环节中涉及到了特种精密加工及焊接工艺(如电化学刻蚀、激光打孔及扩散焊等)，加工难度大、成本高、周期长。因此，传统微流量控制器无法实现微型化和轻质化，这成为制约其进一步扩大应用的瓶颈。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于低温共烧陶瓷技术(LTCC)的微型化微流量控制器，实现了产品的微型化和轻质化。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种基于LTCC的微型化微流量控制器，包括：第一陶瓷薄片、第二陶瓷薄片、第三陶瓷薄片、第四陶瓷薄片、第五陶瓷薄片、第六陶瓷薄片、第七陶瓷薄片、第八陶瓷薄片和第九陶瓷薄片；其中，第一陶瓷薄片、第二陶瓷薄片、第三陶瓷薄片、第四陶瓷薄片、第五陶瓷薄片、第六陶瓷薄片、第七陶瓷薄片、第八陶瓷薄片和第九陶瓷薄片依次叠在一起，通过高温烧结而成；其中，高温为450摄氏度～850摄氏度；第一陶瓷薄片、第二陶瓷薄片、第三陶瓷薄片、第四陶瓷薄片、第五陶瓷薄片、第六陶瓷薄片、第七陶瓷薄片、第八陶瓷薄片和第九陶瓷薄片的直径均相等。

上述基于LTCC的微型化微流量控制器中，第一陶瓷薄片开设有第一中心通孔、A’孔和B’孔；其中，第一中心通孔、A’孔和B’孔均为圆形通孔；A’孔和B’孔均填充有导电金属；其中，A’孔和B’孔对称分布在第一中心通孔上下两侧。

上述基于LTCC的微型化微流量控制器中，第二陶瓷薄片开设有第二中心通孔、C’孔、D’孔和E’孔；其中，第二中心通孔、C’孔、D’孔和E’孔均为圆形通孔；C’孔、D’孔和E’孔均填充有导电金属；C’孔和D’孔之间印刷有螺旋状的导线；其中，C’孔的位置与A’孔的位置相对应，E’孔的位置与B’孔的位置相对应，D’孔位于第二中心通孔的左侧。

上述基于LTCC的微型化微流量控制器中，第三陶瓷薄片开设有第三中心通孔、F’孔和G’孔；其中，第三中心通孔、F’孔和G’孔均为圆形通孔；F’孔和 G’孔均填充有导电金属；其中，F’孔的位置与C’孔的位置相对应，G’孔的位置与D’孔的位置相对应。

上述基于LTCC的微型化微流量控制器中，第四陶瓷薄片开设有第四中心通孔、H’孔和I’孔；其中，第四中心通孔、H’孔和I’孔均为圆形通孔；H’孔和I’孔均填充有导电金属，H’孔和I’孔之间印刷有螺旋状的导线；其中，H’孔的位置与F’孔的位置相对应，I’孔的位置与G’孔的位置相对应。

上述基于LTCC的微型化微流量控制器中，第五陶瓷薄片开设有第五中心通孔；其中，第五中心通孔为圆形通孔。

上述基于LTCC的微型化微流量控制器中，第六陶瓷薄片开设有第一腰型槽、第二腰型槽、第三腰型槽、第四腰型槽、第五腰型槽、第六腰型槽、第七腰型槽、第八腰型槽、第九腰型槽和第十腰型槽；其中，以第六陶瓷薄片的中心点为原点，以横轴为X坐标，以纵轴为Y坐标，则第一腰型槽的一端圆弧中心为(0,2h)，第一腰型槽的另一端圆弧中心为(-w,2h)；则第二腰型槽的一端圆弧中心为(-w,h)，第二腰型槽的另一端圆弧中心为(-2w,h)；则第三腰型槽的一端圆弧中心为(0,0)，第三腰型槽的另一端圆弧中心为(0,h)；则第四腰型槽的一端圆弧中心为(w,h)，第四腰型槽的另一端圆弧中心为(w,2h)；则第五腰型槽的一端圆弧中心为(2w,0)，第五腰型槽的另一端圆弧中心为(2w,h)；则第六腰型槽的一端圆弧中心为(-2w,0)，第六腰型槽的另一端圆弧中心为(-w,0)；则第七腰型槽的一端圆弧中心为(w,0)，第七腰型槽的另一端圆弧中心为(0,-h)；则第八腰型槽的一端圆弧中心为(w,-h)，第八腰型槽的另一端圆弧中心为(2w,-h)；则第九腰型槽的一端圆弧中心为(-w,-h)，第九腰型槽的另一端圆弧中心为(-w, -h)；则第十腰型槽的一端圆弧中心为(0,-2h)，第十腰型槽的另一端圆弧中心为 (0,-2h)；其中，h为第六陶瓷薄片6的直径的1/6，w为第六陶瓷薄片的直径的1/6。

上述基于LTCC的微型化微流量控制器中，第七陶瓷薄片开设有节流小孔 a、节流小孔b、节流小孔c、节流小孔d、节流小孔e、节流小孔f、节流小孔 g、节流小孔h、节流小孔i、节流小孔j、节流小孔k、节流小孔l、节流小孔m、节流小孔n、节流小孔o、节流小孔p、节流小孔q、节流小孔r和节流小孔s；其中，以第七陶瓷薄片的中心点为原点，以横轴为X坐标，以纵轴为Y坐标，则节流小孔a的坐标为(-w,2h)，节流小孔b的坐标为(0,2h)，节流小孔c的坐标为(w,2h)，节流小孔d的坐标为(-2w,h)，节流小孔e的坐标为(-w,h)，节流小孔f的坐标为(0,h)，节流小孔g的坐标为(w,h)，节流小孔h的坐标为(2w,h)，节流小孔i的坐标为(-2w,0)，节流小孔j的坐标为(-w,0)，节流小孔k的坐标为 (w,0)，节流小孔l的坐标为(2w,0)，节流小孔m的坐标为(-w,-h)，节流小孔n 的坐标为(0,-h)，节流小孔o的坐标为(w,-h)，节流小孔p的坐标为(2w,-h)，节流小孔q的坐标为(-w,-2h)，节流小孔r的坐标为(0,-2h)，节流小孔s的坐标为(w,-2h)；其中，h为第七陶瓷薄片7的直径的1/6，w为第七陶瓷薄片7 的直径的1/6。

上述基于LTCC的微型化微流量控制器中，第八陶瓷薄片开设有A腰型槽、 B腰型槽、C腰型槽、D腰型槽、E腰型槽、F腰型槽、G腰型槽、H腰型槽、 I腰型槽和J腰型槽；其中，以第八陶瓷薄片8的中心点为原点，以横轴为X坐标，以纵轴为Y坐标，则A腰型槽的一端圆弧中心为(-w,h)，A腰型槽的另一端圆弧中心为(-w,2h)；B腰型槽的一端圆弧中心为(0,h)，B腰型槽的另一端圆弧中心为(0,2h)；C腰型槽的一端圆弧中心为(w,2h)，C腰型槽的另一端圆弧中心为(2w,h)；D腰型槽的一端圆弧中心为(-2w,0)，D腰型槽的另一端圆弧中心为(-2w,h)；E腰型槽的一端圆弧中心为(w,0)，E腰型槽的另一端圆弧中心为(w,h)；F腰型槽的一端圆弧中心为(-w,0)，F腰型槽的另一端圆弧中心为(-w, -h)；G腰型槽的一端圆弧中心为(0,0)，G腰型槽的另一端圆弧中心为(0,-h)； H腰型槽的一端圆弧中心为(2w,0)，H腰型槽的另一端圆弧中心为(2w,-h)；I 腰型槽的一端圆弧中心为(-w,-2h)，I腰型槽的另一端圆弧中心为(0,-2h)；J腰型槽的一端圆弧中心为(w,-h)，J腰型槽的另一端圆弧中心为(w,-2h)；其中，h 为第八陶瓷薄片的直径的1/6，w为第八陶瓷薄片的直径的1/6。

上述基于LTCC的微型化微流量控制器中，第九陶瓷薄片9开设有第六中心通孔；其中，第六中心通孔为圆形通孔。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明的九个陶瓷薄片通过高温烧结而成，使得产品内部的微通道更加紧密，实现了产品微型化和轻质化；

(2)本发明的第六陶瓷薄片通过开设的十个腰型槽的位置，使得腰型槽两端的圆弧能够在陶瓷片上均匀分布，最大限度地增加流体阻力；

(3)本发明的第七陶瓷薄片通过开设的十九个节流小孔的位置，实现了节流孔在陶瓷薄片上的均匀阵列分布，最大限度地增加流体阻力；

(4)本发明的第八陶瓷薄片通过开设的十个腰型槽的位置，使得腰型槽两端的圆弧能够在陶瓷片上均匀分布，最大限度地增加流体阻力。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明基于LTCC的微型化微流量控制器的结构组成图；

图2为本发明基于LTCC的微型化微流量控制器加热层的结构组成图；

图3为本发明基于LTCC的微型化微流量控制器加热层的透视图；

图4为本发明基于LTCC的微型化微流量控制器流体层的结构组成图；

图5为本发明基于LTCC的微型化微流量控制器流体层的透视图；

图6为本发明基于LTCC的微型化微流量控制器的制作工艺图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1为本发明基于LTCC的微型化微流量控制器的结构组成图。如图1所示，该基于LTCC的微型化微流量控制器包括：第一陶瓷薄片1、第二陶瓷薄片2、第三陶瓷薄片3、第四陶瓷薄片4、第五陶瓷薄片5、第六陶瓷薄片6、第七陶瓷薄片7、第八陶瓷薄片8和第九陶瓷薄片9；其中，

第一陶瓷薄片1、第二陶瓷薄片2、第三陶瓷薄片3、第四陶瓷薄片4、第五陶瓷薄片5、第六陶瓷薄片6、第七陶瓷薄片7、第八陶瓷薄片8和第九陶瓷薄片9依次叠在一起，通过高温烧结而成；其中，高温为450摄氏度～850摄氏度。

第一陶瓷薄片1、第二陶瓷薄片2、第三陶瓷薄片3、第四陶瓷薄片4、第五陶瓷薄片5、第六陶瓷薄片6、第七陶瓷薄片7、第八陶瓷薄片8和第九陶瓷薄片9的直径均相等。

如图2所示，第一陶瓷薄片1开设有第一中心通孔、A’孔和B’孔；其中，第一中心通孔、A’孔和B’孔均为圆形通孔；A’孔和B’孔均填充有导电金属；其中，A’孔和B’孔对称分布在第一中心通孔上下两侧。

如图2所示，第二陶瓷薄片2开设有第二中心通孔、C’孔、D’孔和E’孔；其中，第二中心通孔、C’孔、D’孔和E’孔均为圆形通孔；C’孔、D’孔和E’孔均填充有导电金属；C’孔和D’孔之间印刷有螺旋状的导线；C’孔的位置与A’孔的位置相对应，E’孔的位置与B’孔的位置相对应，D’孔位于第二中心通孔的左侧。

如图2所示，第三陶瓷薄片3开设有第三中心通孔、F’孔和G’孔；其中，第三中心通孔、F’孔和G’孔均为圆形通孔；F’孔和G’孔均填充有导电金属；其中，F’孔的位置与C’孔的位置相对应，G’孔的位置与D’孔的位置相对应。

如图2所示，第四陶瓷薄片4开设有第四中心通孔、H’孔和I’孔；其中，第四中心通孔、H’孔和I’孔均为圆形通孔；H’孔和I’孔均填充有导电金属，H’孔和I’孔之间印刷有螺旋状的导线；其中，H’孔的位置与F’孔的位置相对应，I’孔的位置与G’孔的位置相对应。

如图4所示，第五陶瓷薄片5开设有第五中心通孔；其中，第五中心通孔为圆形通孔。

如图4所示，第六陶瓷薄片6开设有第一腰型槽61、第二腰型槽62、第三腰型槽63、第四腰型槽64、第五腰型槽65、第六腰型槽66、第七腰型槽 67、第八腰型槽68、第九腰型槽69和第十腰型槽60；其中，以第六陶瓷薄片6的中心点为原点，以横轴为X坐标，以纵轴为Y坐标，则第一腰型槽61的一端圆弧中心为(0,2h)，第一腰型槽61的另一端圆弧中心为(-w,2h)；则第二腰型槽62的一端圆弧中心为(-w,h)，第二腰型槽62的另一端圆弧中心为(-2w,h)；则第三腰型槽63的一端圆弧中心为(0,0)，第三腰型槽63的另一端圆弧中心为(0,h)；则第四腰型槽64的一端圆弧中心为(w,h)，第四腰型槽64的另一端圆弧中心为(w,2h)；则第五腰型槽65的一端圆弧中心为(2w,0)，第五腰型槽65的另一端圆弧中心为(2w,h)；则第六腰型槽66的一端圆弧中心为(-2w,0)，第六腰型槽66的另一端圆弧中心为(-w,0)；则第七腰型槽67的一端圆弧中心为(w,0)，第七腰型槽67的另一端圆弧中心为(0,-h)；则第八腰型槽68的一端圆弧中心为(w,-h)，第八腰型槽68的另一端圆弧中心为(2w,-h)；则第九腰型槽69的一端圆弧中心为(-w,-h)，第九腰型槽69的另一端圆弧中心为(-w,-h)；则第十腰型槽60的一端圆弧中心为(0,-2h)，第十腰型槽60的另一端圆弧中心为(0,-2h)；其中，h为第六陶瓷薄片6的直径的1/6，w为第六陶瓷薄片6的直径的1/6。

本发明的第六陶瓷薄片通过开设的十个腰型槽的位置，使得腰型槽两端的圆弧能够在陶瓷片上均匀分布，能够在相同面积内布置更多的腰型槽，最大限度地增加流体阻力。

如图4所示，第七陶瓷薄片7开设有节流小孔a、节流小孔b、节流小孔c、节流小孔d、节流小孔e、节流小孔f、节流小孔g、节流小孔h、节流小孔i、节流小孔j、节流小孔k、节流小孔l、节流小孔m、节流小孔n、节流小孔o、节流小孔p、节流小孔q、节流小孔r和节流小孔s；其中，

以第七陶瓷薄片7的中心点为原点，以横轴为X坐标，以纵轴为Y坐标，则节流小孔a的坐标为(-w,2h)，节流小孔b的坐标为(0,2h)，节流小孔c的坐标为(w,2h)，节流小孔d的坐标为(-2w,h)，节流小孔e的坐标为(-w,h)，节流小孔f的坐标为(0,h)，节流小孔g的坐标为(w,h)，节流小孔h的坐标为(2w,h)，节流小孔i的坐标为(-2w,0)，节流小孔j的坐标为(-w,0)，节流小孔k的坐标为(w,0)，节流小孔l的坐标为(2w,0)，节流小孔m的坐标为(-w,-h)，节流小孔n 的坐标为(0,-h)，节流小孔o的坐标为(w,-h)，节流小孔p的坐标为(2w,-h)，节流小孔q的坐标为(-w,-2h)，节流小孔r的坐标为(0,-2h)，节流小孔s的坐标为(w,-2h)；其中，h为第七陶瓷薄片7的直径的1/6，w为第七陶瓷薄片7 的直径的1/6。

本发明的第七陶瓷薄片通过开设的十九个节流小孔的位置，实现了节流孔在陶瓷薄片上的均匀阵列分布，能够在相同面积内布置更多的节流孔，最大限度地增加流体阻力。

如图4所示，第八陶瓷薄片8开设有A腰型槽、B腰型槽、C腰型槽、D 腰型槽、E腰型槽、F腰型槽、G腰型槽、H腰型槽、I腰型槽和J腰型槽；其中，

以第八陶瓷薄片8的中心点为原点，以横轴为X坐标，以纵轴为Y坐标，则A腰型槽的一端圆弧中心为(-w,h)，A腰型槽的另一端圆弧中心为(-w,2h)； B腰型槽的一端圆弧中心为(0,h)，B腰型槽的另一端圆弧中心为(0,2h)；C腰型槽的一端圆弧中心为(w,2h)，C腰型槽的另一端圆弧中心为(2w,h)；D腰型槽的一端圆弧中心为(-2w,0)，D腰型槽的另一端圆弧中心为(-2w,h)；E腰型槽的一端圆弧中心为(w,0)，E腰型槽的另一端圆弧中心为(w,h)；F腰型槽的一端圆弧中心为(-w,0)，F腰型槽的另一端圆弧中心为(-w,-h)；G腰型槽的一端圆弧中心为(0,0)，G腰型槽的另一端圆弧中心为(0,-h)；H腰型槽的一端圆弧中心为(2w,0)，H腰型槽的另一端圆弧中心为(2w,-h)；I腰型槽的一端圆弧中心为(-w,-2h)，I腰型槽的另一端圆弧中心为(0,-2h)；J腰型槽的一端圆弧中心为(w,-h)，J腰型槽的另一端圆弧中心为(w,-2h)；其中，h为第八陶瓷薄片8 的直径的1/6，w为第八陶瓷薄片8的直径的1/6。

本发明的第八陶瓷薄片通过开设的十个腰型槽的位置，使得腰型槽两端的圆弧能够在陶瓷片上均匀分布，能够在相同面积内布置更多的腰型槽，最大限度地增加流体阻力。

如图4所示，第九陶瓷薄片9开设有第六中心通孔；其中，第六中心通孔为圆形通孔。

如图1所示，本发明一种基于LTCC的微型化微流量控制器，由9层圆形的陶瓷薄片按照图示的顺序叠在一起，通过高温烧结而成的。这9层薄片按照功能不同，可以分为加热层和流体层两部分。第1层至第4层属于加热层，第 5层至第9层属于流体层。

如图2所示，加热层的第1层为一个圆形薄片，上面开有三个圆形通孔，中心的通孔作为气体介质的流通通道，A’孔和B’孔内部填充有导电金属(如铜、钢等)；第2层为一个圆形薄片，上面开有四个圆形通孔，其中C’孔在第2层的位置坐标与A’孔在第1层上的相同、E’孔在第2层的位置坐标与B’孔在第1 层上的相同，中心的通孔作为气体介质的流通通道，C’孔、D’孔和E’孔内部填充有导电金属(如铜、钢等)，C’孔和D’孔之间印刷上螺旋状的导线；第3层为一个圆形薄片，上面开有三个圆形通孔，其中F’孔在第3层的位置坐标与C’孔在第2层上的相同、G’孔在第3层的位置坐标与D’孔在第2层上的相同，中心的通孔作为气体介质的流通通道，F’孔和G’孔内部填充有导电金属(如铜、钢等)；第4层为一个圆形薄片，上面开有三个圆形通孔，其中H’孔在第4层的位置坐标与F’孔在第3层上的相同、I’孔在第4层的位置坐标与G’孔在第3 层上的相同，中心的通孔作为气体介质的流通通道，H’孔和I’孔内部填充有导电金属(如铜、钢等)，H’孔和I’孔之间印刷有螺旋状的导线。按照图2所示顺序依次将四层压叠在一起就形成了具有两层螺旋状线圈的加热器，其中A’孔和 B’孔为加热器的两个供电端子，假设电流从A’孔输入，则电流走向为 A’-C’-F’-H’-I’-E’-D’-B’，通过图3可以看出层叠后内部导线的走向。

如图4所示，流体层的第5层和第9层为一个圆形薄片，中心开有一个作为流体通道的圆形通孔；第6层为一个圆形薄片，上面开有10个完全贯穿的腰型槽，这10个腰型槽的两端半圆中心的坐标见表1所示；第7层为一个圆形薄片，开有19个完全贯穿的节流小孔(编号a～s，孔径可取0.02mm～0.1mm)，节流孔的中心坐标与第6层上的腰型槽两端半圆中心相同，只有中心位置没有贯穿的节流小孔，具体坐标值见表1；第8层为一个圆形薄片，上面也开有10 个完全贯穿的腰型槽(编号为A～J)，这10个腰型槽的两端半圆中心与第7层的节流孔坐标相同(见表1)。按照图3所示的顺序，将第5层至第9层堆叠起来并最终烧结在一起，就在内部形成一条三维复杂的流体通道，该流体通道中介质的流向为：首先气体从第5层的中心孔进行第6层的3号腰型槽，然后穿过第7层的节流孔f进入第8层的B号腰型槽，在穿过第7层的节流孔b进入第6层的1号腰型槽，依次类推经过如下路径：节流孔a-腰型槽A-节流孔e-腰型槽2-节流孔d-腰型槽D-节流孔i-腰型槽6-节流孔j-腰型槽F-节流孔m-腰型槽9-节流孔q-腰型槽I-节流孔r-腰型槽10-节流孔s-腰型槽J-节流孔o-腰型槽8-节流孔p-腰型槽H-节流孔l-腰型槽5-节流孔h-腰型槽C-节流孔c-腰型槽 4-节流孔g-腰型槽E-节流孔k-腰型槽7-节流孔n-腰型槽G，最终从第9层中心孔流出。通过图5可以看出层叠后内部流道是闭合的。

如图6所示，本发明一种基于LTCC的微型化微流量控制器制作过程可以分为五步：

第一步是裁片与冲孔。在LTCC专用生瓷带上(厚度一般为80μm～100μm) 裁出9片正方形，然后利用机械冲孔或激光冲孔等方法分别加工出如图6所示的具备相应小孔和细槽的9片正方形生瓷片；整张生瓷片上可以加工多个同种微细通道阵列，实现一次加工多个器件的目的，图6中每片上有16个相同的微细通道。

第二步是充填与丝印。第5层至第9层为流体层，这5层上面的微细通道和过孔中均填充牺牲材料(一般为碳基材料)，对微细通道起到支撑作用，避免在烧结过程中产生变形，等到高温烧结后这些牺牲材料会自动挥发掉；第1层至第4层为加热层，其中心圆孔也需要填充牺牲材料，而其余过孔要填充导电材料(铜、钢等)，同时第2层和第4层要丝印螺旋状的金属丝，以形成加热用的线圈。

第三步是叠片与静压。按照图6的顺序从第1层到第9层整齐地堆叠在一起，然后将生瓷片叠层在90～150摄氏度、10～20MPa的压力下进行静压成型，一般持续10～20分钟，将叠片后9层生瓷片在高压下粘结牢固。

第四步是高温烧结。在高温下(一般为450摄氏度～850摄氏度)烧结200～ 300分钟，使得生瓷材料变为强度很大的熟瓷，牺牲材料挥发，微流道成型。

第五步是剪切成型。烧结后的9层陶瓷已经变成了一个整体，按照微流量控制器的尺寸要求，进行剪裁成型，最终得到16片圆形的微型化微流量控制器。根据产品设计需求，微流量控制器的直径可以做到5mm以内。

本发明一种基于LTCC的微型化微流量控制器的工作原理如下：

气体介质通过加热层的中心孔进入微流量控制器，并进入流体层。在流体层中，通过19次节流孔的节流作用和腰型槽的膨胀作用(具体的流通过程见上文)，气体的压力不断减小，进而使最后一个节流孔前的压力很小，最后输出的流量也达到了微流量的范畴(μg/s～mg/s)。此外，加热层内形成了2层螺旋导线，通过供电可以对微流量控制器加热，通过控制气体温度来改变气体粘度，进而对微流量控制器的流量进行微调。

本发明的微型化微流量控制器，通过采用LTCC工艺实现了微型化、低成本和高效率，适用于微推进系统的流体管理，特别是对成本、研制周期等要求苛刻的商业微小卫星领域，此外还可应用于工业领域的微流体管理系统(如医疗仪器或分析仪器等)。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于LTCC的微型化微流量控制器，其特征在于包括：第一陶瓷薄片(1)、第二陶瓷薄片(2)、第三陶瓷薄片(3)、第四陶瓷薄片(4)、第五陶瓷薄片(5)、第六陶瓷薄片(6)、第七陶瓷薄片(7)、第八陶瓷薄片(8)和第九陶瓷薄片(9)；其中，

第一陶瓷薄片(1)、第二陶瓷薄片(2)、第三陶瓷薄片(3)、第四陶瓷薄片(4)、第五陶瓷薄片(5)、第六陶瓷薄片(6)、第七陶瓷薄片(7)、第八陶瓷薄片(8)和第九陶瓷薄片(9)依次叠在一起，通过高温烧结而成；其中，高温为450摄氏度～850摄氏度；

第一陶瓷薄片(1)、第二陶瓷薄片(2)、第三陶瓷薄片(3)、第四陶瓷薄片(4)、第五陶瓷薄片(5)、第六陶瓷薄片(6)、第七陶瓷薄片(7)、第八陶瓷薄片(8)和第九陶瓷薄片(9)的直径均相等。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC的微型化微流量控制器，其特征在于：第一陶瓷薄片(1)开设有第一中心通孔、A’孔和B’孔；其中，第一中心通孔、A’孔和B’孔均为圆形通孔；A’孔和B’孔均填充有导电金属；其中，

A’孔和B’孔对称分布在第一中心通孔上下两侧。

3.根据权利要求2所述的基于LTCC的微型化微流量控制器，其特征在于：第二陶瓷薄片(2)开设有第二中心通孔、C’孔、D’孔和E’孔；其中，第二中心通孔、C’孔、D’孔和E’孔均为圆形通孔；C’孔、D’孔和E’孔均填充有导电金属；C’孔和D’孔之间印刷有螺旋状的导线；其中，

C’孔的位置与A’孔的位置相对应，E’孔的位置与B’孔的位置相对应，D’孔位于第二中心通孔的左侧。

4.根据权利要求3所述的基于LTCC的微型化微流量控制器，其特征在于：第三陶瓷薄片(3)开设有第三中心通孔、F’孔和G’孔；其中，第三中心通孔、F’孔和G’孔均为圆形通孔；F’孔和G’孔均填充有导电金属；其中，

F’孔的位置与C’孔的位置相对应，G’孔的位置与D’孔的位置相对应。

5.根据权利要求4所述的基于LTCC的微型化微流量控制器，其特征在于：第四陶瓷薄片(4)开设有第四中心通孔、H’孔和I’孔；其中，第四中心通孔、H’孔和I’孔均为圆形通孔；H’孔和I’孔均填充有导电金属，H’孔和I’孔之间印刷有螺旋状的导线；其中，

H’孔的位置与F’孔的位置相对应，I’孔的位置与G’孔的位置相对应。

6.根据权利要求5所述的基于LTCC的微型化微流量控制器，其特征在于：第五陶瓷薄片(5)开设有第五中心通孔；其中，第五中心通孔为圆形通孔。

7.根据权利要求6所述的基于LTCC的微型化微流量控制器，其特征在于：第六陶瓷薄片(6)开设有第一腰型槽(61)、第二腰型槽(62)、第三腰型槽(63)、第四腰型槽(64)、第五腰型槽(65)、第六腰型槽(66)、第七腰型槽(67)、第八腰型槽(68)、第九腰型槽(69)和第十腰型槽(60)；其中，

以第六陶瓷薄片(6)的中心点为原点，以横轴为X坐标，以纵轴为Y坐标，则第一腰型槽(61)的一端圆弧中心为(0,2h)，第一腰型槽(61)的另一端圆弧中心为(-w,2h)；则第二腰型槽(62)的一端圆弧中心为(-w,h)，第二腰型槽(62)的另一端圆弧中心为(-2w,h)；则第三腰型槽(63)的一端圆弧中心为(0,0)，第三腰型槽(63)的另一端圆弧中心为(0,h)；则第四腰型槽(64)的一端圆弧中心为(w,h)，第四腰型槽(64)的另一端圆弧中心为(w,2h)；则第五腰型槽(65)的一端圆弧中心为(2w,0)，第五腰型槽(65)的另一端圆弧中心为(2w,h)；则第六腰型槽(66)的一端圆弧中心为(-2w,0)，第六腰型槽(66)的另一端圆弧中心为(-w,0)；则第七腰型槽(67)的一端圆弧中心为(w,0)，第七腰型槽(67)的另一端圆弧中心为(0,-h)；则第八腰型槽(68)的一端圆弧中心为(w,-h)，第八腰型槽(68)的另一端圆弧中心为(2w,-h)；则第九腰型槽(69)的一端圆弧中心为(-w,-h)，第九腰型槽(69)的另一端圆弧中心为(-w,-h)；则第十腰型槽(60)的一端圆弧中心为(0,-2h)，第十腰型槽(60)的另一端圆弧中心为(0,-2h)；其中，h为第六陶瓷薄片(6)的直径的1/6，w为第六陶瓷薄片(6)的直径的1/6。

8.根据权利要求7所述的基于LTCC的微型化微流量控制器，其特征在于：第七陶瓷薄片(7)开设有节流小孔a、节流小孔b、节流小孔c、节流小孔d、节流小孔e、节流小孔f、节流小孔g、节流小孔h、节流小孔i、节流小孔j、节流小孔k、节流小孔l、节流小孔m、节流小孔n、节流小孔o、节流小孔p、节流小孔q、节流小孔r和节流小孔s；其中，

以第七陶瓷薄片(7)的中心点为原点，以横轴为X坐标，以纵轴为Y坐标，则节流小孔a的坐标为(-w,2h)，节流小孔b的坐标为(0,2h)，节流小孔c的坐标为(w,2h)，节流小孔d的坐标为(-2w,h)，节流小孔e的坐标为(-w,h)，节流小孔f的坐标为(0,h)，节流小孔g的坐标为(w,h)，节流小孔h的坐标为(2w,h)，节流小孔i的坐标为(-2w,0)，节流小孔j的坐标为(-w,0)，节流小孔k的坐标为(w,0)，节流小孔l的坐标为(2w,0)，节流小孔m的坐标为(-w,-h)，节流小孔n的坐标为(0,-h)，节流小孔o的坐标为(w,-h)，节流小孔p的坐标为(2w,-h)，节流小孔q的坐标为(-w,-2h)，节流小孔r的坐标为(0,-2h)，节流小孔s的坐标为(w,-2h)；其中，h为第七陶瓷薄片(7)的直径的1/6，w为第七陶瓷薄片(7)的直径的1/6。

9.根据权利要求8所述的基于LTCC的微型化微流量控制器，其特征在于：第八陶瓷薄片(8)开设有A腰型槽、B腰型槽、C腰型槽、D腰型槽、E腰型槽、F腰型槽、G腰型槽、H腰型槽、I腰型槽和J腰型槽；其中，

以第八陶瓷薄片(8)的中心点为原点，以横轴为X坐标，以纵轴为Y坐标，则A腰型槽的一端圆弧中心为(-w,h)，A腰型槽的另一端圆弧中心为(-w,2h)；B腰型槽的一端圆弧中心为(0,h)，B腰型槽的另一端圆弧中心为(0,2h)；C腰型槽的一端圆弧中心为(w,2h)，C腰型槽的另一端圆弧中心为(2w,h)；D腰型槽的一端圆弧中心为(-2w,0)，D腰型槽的另一端圆弧中心为(-2w,h)；E腰型槽的一端圆弧中心为(w,0)，E腰型槽的另一端圆弧中心为(w,h)；F腰型槽的一端圆弧中心为(-w,0)，F腰型槽的另一端圆弧中心为(-w,-h)；G腰型槽的一端圆弧中心为(0,0)，G腰型槽的另一端圆弧中心为(0,-h)；H腰型槽的一端圆弧中心为(2w,0)，H腰型槽的另一端圆弧中心为(2w,-h)；I腰型槽的一端圆弧中心为(-w,-2h)，I腰型槽的另一端圆弧中心为(0,-2h)；J腰型槽的一端圆弧中心为(w,-h)，J腰型槽的另一端圆弧中心为(w,-2h)；其中，h为第八陶瓷薄片(8)的直径的1/6，w为第八陶瓷薄片(8)的直径的1/6。

10.根据权利要求9所述的基于LTCC的微型化微流量控制器，其特征在于：第九陶瓷薄片(9)开设有第六中心通孔；其中，第六中心通孔为圆形通孔。

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