CN1586653A - 压电驱动阵列微喷及其加工方法 - Google Patents

Abstract

压电驱动阵列微喷及其加工方法，属于医疗器械技术领域。为了解决现有压电驱动阵列微喷加工复杂，价格昂贵的问题，本发明公开了一种压电驱动阵列微喷，包括设有阵列凹槽结构的喷孔膜，弹性腔膜和压电片，喷孔膜的阵列凹槽结构为蜂窝状，每个凹槽结构为六边形，每个凹槽结构的边壁为直壁。该微喷的阵列凹槽结构可提高喷孔膜的强度，凹槽结构的边壁为直壁，使得在喷孔膜上压力相对较大的区域能够布置更多的喷孔，提高了流量。本发明还公开了压电驱动阵列微喷的加工方法，特征在于所述加工方法包括压电驱动阵列微喷的喷孔膜的加工步骤，其采用UV－LIGA工艺，该工艺简单而且价格便宜，更加适用于批量生产。

Description

压电驱动阵列微喷及其加工方法

技术领域

本发明涉及将药物雾化后输入人体内的装置及其加工方法，属于医疗器械技术领域。

背景技术

目前，用于吸入式药物治疗(Inhalation Drug Therapy，IDT)的微喷得到了广泛的关注。做为一种具有很少副作用的非侵入式治疗方法，IDT是哮喘和其它肺部疾病常用的治疗方法，其市场潜力约在120亿美元。此外，在糖尿病的治疗中，IDT也是传统的胰岛素注射方法的潜在的替代方法。

本发明人过去曾研制了一种面向IDT应用的压电驱动阵列微喷，其结构如图1所示。该器件包括喷孔膜1、弹性腔膜5、圆形压电片6和电极引线7。喷孔膜1采用体硅工艺在硅片上刻蚀出凹槽即液体腔3的上半部，然后采用等离子刻蚀工艺刻蚀出微喷孔阵列2，其中典型的喷孔直径为10μm，喷孔数为600个。弹性腔膜5采用体硅工艺刻蚀出供液管道4和液体腔3的下半部。喷孔膜1与弹性腔膜5粘结在一起后形成封闭的液体腔3。压电片6与弹性腔膜5粘结在一起形成压电换能器。压电片上下表面镀有铝电极，其极化方向为厚度方向。

压电驱动阵列微喷是基于压电驱动喷墨打印机工作的基本原理，利用微型机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS)技术加工而成的。这种微型喷产生的雾粒直径分布集中，雾粒直径更加适合于雾化吸入治疗。压电驱动阵列微喷应用于雾化吸入治疗具有以下优点：(1)压电驱动不会造成药物的物理/化学变化，对药物几乎没有损害；(2)控制灵活简单，一个压电驱动器可以同时用于多个喷嘴的喷射，因而可以在合理的驱动频率下达到足够的流量；(3)功耗低，体积小。其工作原理为：压电换能器在交变电压作用下发生振动，并与液体腔中液体相互作用，产生的压力波传递到喷嘴的入口处导致液体射流从喷嘴喷出进而雾化为液滴。

但是采用硅工艺加工微喷的喷孔膜和弹性腔膜存在以下几个缺点：1、用硅工艺加工微喷的喷孔膜和弹性腔膜，加工工艺复杂；2、喷孔膜上喷孔的加工采用硅工艺中的感应耦合等离子刻蚀(Inductively Coupled Plasma，ICP)技术，价格相对比较昂贵；3、喷孔膜上提高强度的凹槽结构采用体硅腐蚀加工，由于硅的晶向限制，会自然的产生倾斜角，这样在压力波相对比较大的地方布置的喷孔就减少了很多，从而减小了微喷的流量。因此，寻找一种相对简单、便宜的加工方法是一个迫切的需求。

发明内容

为了解决现有压电驱动阵列微喷加工复杂，价格昂贵的问题，本发明提供一种新的压电驱动阵列微喷——SU-8微喷，包括设有阵列凹槽结构的喷孔膜，弹性腔膜和压电片，喷孔膜与弹性腔膜粘结形成封闭的液体腔，压电片与弹性腔膜粘结在一起形成压电换能器，其特征在于：所述喷孔膜的阵列凹槽结构为蜂窝状，每个凹槽结构为六边形，每个凹槽结构的边壁为直壁。

在所述弹性腔膜下表面镀有金属层，用来作为所述压电片的一个电极。

本发明所述喷孔膜由SU-8胶制成。

本发明所述弹性腔膜由可用于医疗器械上的工程塑料制成。

本发明还提供了一种压电驱动阵列微喷的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括压电驱动阵列微喷的喷孔膜的加工步骤：

1)准备玻璃衬底，并清洗；

2)甩一层AZ胶；

3)甩第一层SU-8胶；

4)光刻，形成微喷孔阵列；

5)甩第二层SU-8胶；

6)光刻，形成阵列凹槽结构；

7)甩第三层SU-8胶；

8)光刻，形成微喷腔体，即液体腔的一部分；

9)清洗AZ胶，从而剥离喷孔膜与玻璃衬底。

本发明的喷孔膜的加工采用UV-LIGA工艺，工艺简单而且价格便宜，更加适用于批量生产。蜂窝状的阵列凹槽结构可以提高喷孔膜的强度，每个凹槽结构的边壁为直壁，使得在喷孔膜上压力相对较大的区域能够布置更多的喷孔，提高了流量。

附图说明

图1是现有的压电驱动阵列微喷结构示意图；

图2是本发明所述的压电驱动阵列微喷的结构图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是本发明喷孔膜的加工工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图来说明本发明。

本发明设计的SU-8微喷结构的实施例如图2所示。该器件主要由喷孔膜11，弹性腔膜15和压电片16组成。喷孔膜11的材料选用SU-8胶，采用UV-LIGA工艺加工，先后形成微喷孔阵列12、凹槽结构(即液体腔13的上半部)、液体腔13的下半部及供液管道14；弹性腔膜15的材料选用可用于医疗器械上的工程塑料，如ABS树脂，聚四氟乙烯，聚砜，聚醚砜等；并在弹性腔膜15的下表面镀有金属层20作为压电片的一个电极，该金属层可以是铝、铜等导电金属；喷孔膜11和弹性腔膜15粘结在一起形成封闭的液体腔13，弹性腔膜15的下表面金属层20与压电片16的一个电极粘结在一起，弹性腔膜与压电片共同形成压电换能器。圆形压电片上下表面镀有铝电极，其极化方向为厚度方向。17为电极引线。

为了在缩短喷孔长度的同时提高喷孔膜的强度，需要在喷孔膜11上设计阵列凹槽结构，同时为了使阵列凹槽结构具有更高的强度，把其设计为如图3所示的蜂窝状结构，每个凹槽结构为六边形。由于采用UV-LIGA技术不再受材料特性和结晶方向的限制，因此将每个凹槽结构的边壁设计为直壁，这样可大大节省喷孔膜上的空间，使得压力分布较大的区域可以布置更多的喷孔，起到提高流量的作用。

压电驱动阵列微喷中的喷孔膜采用UV-LIGA工艺加工，LIGA是德文的制版术Lithographie，电铸成形Galvanoformung和注塑Abformung的缩写，UV-LIGA工艺又称为准LIGA工艺。用UV-LIGA工艺加工喷孔膜的工艺流程图如图4所示，其加工流程具体为：1)准备玻璃衬底，并清洗；2)甩一层AZ胶；3)甩第一层SU-8胶；4)光刻，形成微喷孔阵列；5)甩第二层SU-8胶；6)光刻，形成阵列凹槽结构；7)甩第三层SU-8胶；8)光刻，形成微喷腔体，，即液体腔的一部分；9)清洗AZ胶，从而剥离喷孔膜与玻璃。

然后，将上述加工好的喷孔膜和弹性腔膜粘结在一起形成封闭的液体腔，弹性腔膜的下表面金属层与压电片的一个电极粘结在一起，弹性腔膜与压电片共同形成压电换能器，从而得到压电驱动阵列微喷。

Claims (5)

1.压电驱动阵列微喷，包括设有阵列凹槽结构的喷孔膜，弹性腔膜和压电片，喷孔膜与弹性腔膜粘结形成封闭的液体腔，压电片与弹性腔膜粘结在一起形成压电换能器，其特征在于：所述喷孔膜的阵列凹槽结构为蜂窝状，每个凹槽结构为六边形，每个凹槽结构的边壁为直壁。

2.根据权利要求1所述的压电驱动阵列微喷，其特征在于：在所述弹性腔膜下表面镀有金属层，用来作为所述压电片的一个电极。

3.根据权利要求1所述的压电驱动阵列微喷，其特征在于：所述喷孔膜由SU-8胶制成。

4.根据权利要求1所述的压电驱动阵列微喷，其特征在于：所述弹性腔膜由可用于医疗器械上的工程塑料制成。

5.压电驱动阵列微喷的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括压电驱动阵列微喷的喷孔膜的加工步骤：

1)准备玻璃衬底，并清洗；

2)甩一层AZ胶；

3)甩第一层SU-8胶；

4)光刻，形成微喷孔阵列；

5)甩第二层SU-8胶；

6)光刻，形成阵列凹槽结构；

7)甩第三层SU-8胶；

8)光刻，形成微喷腔体，即液体腔的一部分；

9)清洗AZ胶，从而剥离喷孔膜与玻璃衬底。

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