[go: up one dir, main page]

RU2210529C1 - Integrated micropump - Google Patents

Integrated micropump Download PDF

Info

Publication number
RU2210529C1
RU2210529C1 RU2002115228/28A RU2002115228A RU2210529C1 RU 2210529 C1 RU2210529 C1 RU 2210529C1 RU 2002115228/28 A RU2002115228/28 A RU 2002115228/28A RU 2002115228 A RU2002115228 A RU 2002115228A RU 2210529 C1 RU2210529 C1 RU 2210529C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrode
metal layer
micropump
dielectric film
electrodes
Prior art date
Application number
RU2002115228/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002115228A (en
Inventor
Е.Б. Механцев
А.В. Фомичев
А.В. Лещенко
Original Assignee
Таганрогский государственный радиотехнический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Таганрогский государственный радиотехнический университет filed Critical Таганрогский государственный радиотехнический университет
Priority to RU2002115228/28A priority Critical patent/RU2210529C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2210529C1 publication Critical patent/RU2210529C1/en
Publication of RU2002115228A publication Critical patent/RU2002115228A/en

Links

Images

Landscapes

  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: integrated electronics+ADs- microsystems, microcapillary devices using electro-hydrodynamic effect. SUBSTANCE: newly introduced in integrated micropump that has electrode in the form of reticular-structure semiconductor wafer with V-shaped holes throughout its entire thickness and insulating layer are metal layer that functions as second electrode and dielectric film used as electrodes-insulating layer whose thickness dictates electrode working gap+ADs- dielectric film and metal layer are provided with through holes matched with narrow part of V-shaped hole. EFFECT: reduced size and enhanced delivery of device. 1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области интегральной электроники и микросистемной техники, а более конкретно - к микрокапиллярным устройствам, использующим электрогидродинамический эффект. The invention relates to the field of integrated electronics and microsystem technology, and more particularly to microcapillary devices using an electrohydrodynamic effect.

Известна конструкция микронасоса термопневматического принципа действия, изготовленного с использованием LIGA-технологии (см. В.А. Колесников, Т.Я. Рахимбабаев. Микрожидкостные системы и их реализация с использованием LIGA-технологии, журнал "Микросистемная техника", 1, 1999 г., с.15-21, рис.2). Конструкция микронасоса (фиг. 1) содержит полупроводниковую пластину (1), входной и выходной клапаны (2, 3), пропускающие поток жидкости в одном направлении, титановый провод (4), рабочий объем (5) с мембраной (6), насосную камеру (7), электроды (8). The known design of the micropump of the thermopneumatic principle of operation manufactured using LIGA technology (see V.A. Kolesnikov, T.Ya. Rakhimbabaev. Microfluidic systems and their implementation using LIGA technology, journal "Microsystem technology", 1, 1999 , pp. 15-21, Fig. 2). The design of the micropump (Fig. 1) contains a semiconductor wafer (1), inlet and outlet valves (2, 3) that allow fluid flow in one direction, a titanium wire (4), a working volume (5) with a membrane (6), and a pump chamber (7), electrodes (8).

Признаками данного аналога, общими с заявляемым устройством, являются наличие полупроводниковой пластины и электродов. Signs of this analogue common with the claimed device are the presence of a semiconductor wafer and electrodes.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является сложность конструкции, а также использование редкоземельных, дорогостоящих материалов (титан). The reason that impedes the achievement of the technical result is the design complexity, as well as the use of rare-earth, expensive materials (titanium).

Известен интегральный микронасос, потребляющий малую мощность при напряжении питания 2,3 В (см. Kwang-Seor Yun, and other. "A Micropump Driven by Continuous Electrowetting Actuation for Low Voltage and Power Operations". Proc. of the 14-th IEEE MEMS 2001, Technical Digest, Orlango, Florida, USA, p. p. 487-490). Конструкция микронасоса (фиг.2) содержит полупроводниковую пластину из прорезиненного кремния (1), входную и выходную мембраны (2, 3), входной и выходной медные клапаны (4, 5), кремниевый канал (6), рабочую область (7), заполненную электролитом, в которой находится капелька ртути (8), платиновые электроды (9). An integrated micropump is known to be low power at 2.3 V (see Kwang-Seor Yun, and other. "A Micropump Driven by Continuous Electrowetting Actuation for Low Voltage and Power Operations". Proc. Of the 14th IEEE MEMS 2001, Technical Digest, Orlango, Florida, USA, pp 487-490). The design of the micropump (figure 2) contains a semiconductor wafer made of rubberized silicon (1), inlet and outlet membranes (2, 3), inlet and outlet copper valves (4, 5), a silicon channel (6), a working area (7), filled with an electrolyte, in which there is a droplet of mercury (8), platinum electrodes (9).

Признаками данного аналога, общими с заявляемым устройством, являются наличие полупроводниковой пластины и электродов. Signs of this analogue common with the claimed device are the presence of a semiconductor wafer and electrodes.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является сложность конструкции, а также использование "прорезиненного" кремния, использование вредных (ртуть) и дорогостоящих (платина) материалов. The reason that impedes the achievement of the technical result is the design complexity, as well as the use of "rubberized" silicon, the use of harmful (mercury) and expensive (platinum) materials.

Из известных наиболее близким по технической сути к заявляемому объекту является кремниевый микронасос (см. А. Рихтер. Кремниевый микронасос - новое достижение микрообработки, "Электроника (Electronics)" 8 (837), 1990 г. с. 7-8). Of the known closest in technical essence to the claimed object is a silicon micropump (see A. Richter. Silicon micropump - a new achievement of microprocessing, "Electronics (Electronics)" 8 (837), 1990, pp. 7-8).

Прототип представляет собой кремниевый микронасос (фиг.3), состоящий из двух электродов (1, 2), размещенных один над другим и представляющих собой две полупроводниковые пластины с V-образными отверстиями (4), образующими сетчатую структуру. Электроды разделены изолирующим слоем (3), представляющим собой изолирующую прокладку. The prototype is a silicon micropump (figure 3), consisting of two electrodes (1, 2), placed one above the other and representing two semiconductor wafers with V-shaped holes (4) forming a mesh structure. The electrodes are separated by an insulating layer (3), which is an insulating pad.

Насос не содержит никаких движущихся частей, не изнашивается, обладает высокой надежностью и прост в изготовлении. The pump does not contain any moving parts, does not wear out, has high reliability and is easy to manufacture.

Признаками данного прототипа, общими с заявляемым устройством, являются наличие электрода, представляющего собой полупроводниковую пластину с V-образными отверстиями, образующими сетчатую структуру, и изолирующего слоя. The signs of this prototype, common with the claimed device, are the presence of an electrode, which is a semiconductor wafer with V-shaped holes that form a mesh structure, and an insulating layer.

Причиной, препятствующей достижению технического результата является необходимость совмещения двух сетчатых электродов между собой. Указанные обстоятельства ограничивают минимальные предельные размеры устройства и уменьшают производительность. The reason that impedes the achievement of the technical result is the need to combine two mesh electrodes with each other. These circumstances limit the minimum size limits of the device and reduce performance.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является уменьшение габаритов микронасоса и повышение производительности устройства. The problem to which the invention is directed, is to reduce the size of the micropump and increase the productivity of the device.

Для достижения поставленной цели в микронасосе, содержащем электрод, выполненный из полупроводниковой пластины, представляющей собой сетчатую структуру с V-образными отверстиями по всей ее толщине, и изолирующий слой, вторым электродом является металлический слой, а изолирующим слоем является диэлектрическая пленка, разделяющая электроды, толщина которой определяет рабочий зазор между электродами, причем в диэлектрической пленке и металлическом слое выполнены сквозные отверстия, соответствующие узкой части V-образного отверстия. To achieve this goal, in a micropump containing an electrode made of a semiconductor wafer, which is a mesh structure with V-holes throughout its thickness, and an insulating layer, the second electrode is a metal layer, and the insulating layer is a dielectric film separating the electrodes, thickness which determines the working gap between the electrodes, and in the dielectric film and the metal layer there are through holes corresponding to the narrow part of the V-shaped hole.

На фиг.4 приведены топология (а) и структура (б) интегрального микронасоса. Figure 4 shows the topology (a) and structure (b) of the integrated micropump.

Интегральный микронасос содержит полупроводниковую пластину (1), представляющую собой сетчатую структуру с V-образными отверстиями (4) по всей ее толщине, переходящими своей узкой частью в сквозные отверстия (5) в диэлектрическую пленку (2) и металлический слой (3). The integral micropump contains a semiconductor wafer (1), which is a mesh structure with V-shaped openings (4) over its entire thickness, turning their narrow part into through holes (5) into a dielectric film (2) and a metal layer (3).

Если этот микронасос поместить в трубку, с одной стороны которой подать полярную жидкость (содержащую ионы или диполи) и на полупроводниковую пластину (1) и металлический слой (3), разделенные диэлектрической пленкой (2), приложить напряжение, то в результате взаимодействия между неоднородным высоким электрическим полем, возникающим между узкой частью V-образного отверстия (4) и металлическим слоем (3), и ионами или диполями жидкости, возникнут силы, действующие на частицы жидкости, что приведет к возникновению движения жидкости через сквозные отверстия (5) в одном направлении. If this micropump is placed in a tube, on one side of which a polar liquid (containing ions or dipoles) is fed and a voltage is applied to the semiconductor wafer (1) and the metal layer (3) separated by a dielectric film (2), then the interaction between the inhomogeneous high electric field arising between the narrow part of the V-shaped hole (4) and the metal layer (3), and the ions or dipoles of the liquid, forces will appear that act on the particles of the liquid, which will lead to the movement of the liquid through the through holes (5) in one direction.

Интегральный микронасос содержит, в отличие от прототипа, в качестве изолирующего слоя диэлектрическую пленку, толщина которой определяет рабочий зазор между полупроводниковой пластиной и металлическим слоем, причем его уменьшение позволяет снизить рабочее напряжение в зазоре при той же напряженности поля, т.е. повысить производительность устройства в 1,5-3 раза. А использование металлического слоя позволяет избежать совмещения и фиксации электродов. The integrated micropump contains, in contrast to the prototype, a dielectric film as the insulating layer, the thickness of which determines the working gap between the semiconductor wafer and the metal layer, and its decrease allows to reduce the working voltage in the gap at the same field strength, i.e. increase the productivity of the device by 1.5-3 times. And the use of a metal layer avoids combining and fixing the electrodes.

Claims (1)

Интегральный микронасос, содержащий электрод, выполненный из полупроводниковой пластины, представляющей собой сетчатую структуру с V-образными отверстиями по всей ее толщине, и изолирующий слой, отличающийся тем, что вторым электродом является металлический слой, а изолирующим слоем является диэлектрическая пленка, разделяющая электроды, толщина которой определяет рабочий зазор между электродами, причем в диэлектрической пленке и металлическом слое выполнены сквозные отверстия, соответствующие узкой части V-образного отверстия. An integrated micropump containing an electrode made of a semiconductor wafer, which is a mesh structure with V-holes throughout its thickness, and an insulating layer, characterized in that the second electrode is a metal layer, and the insulating layer is a dielectric film separating the electrodes, the thickness which determines the working gap between the electrodes, and in the dielectric film and the metal layer there are made through holes corresponding to the narrow part of the V-shaped hole.
RU2002115228/28A 2002-06-06 2002-06-06 Integrated micropump RU2210529C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002115228/28A RU2210529C1 (en) 2002-06-06 2002-06-06 Integrated micropump

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002115228/28A RU2210529C1 (en) 2002-06-06 2002-06-06 Integrated micropump

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2210529C1 true RU2210529C1 (en) 2003-08-20
RU2002115228A RU2002115228A (en) 2004-03-20

Family

ID=29246686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002115228/28A RU2210529C1 (en) 2002-06-06 2002-06-06 Integrated micropump

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2210529C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0465229A1 (en) * 1990-07-02 1992-01-08 Seiko Epson Corporation Micropump and process for manufacturing a micropump
CH683793A5 (en) * 1990-08-31 1994-05-13 Westonbridge Int Ltd Silicon wafer valve with position detector for micropump
US5375979A (en) * 1992-06-19 1994-12-27 Robert Bosch Gmbh Thermal micropump with values formed from silicon plates
RU2030634C1 (en) * 1989-06-14 1995-03-10 Вестонбридж Интернэшнл Лимитед Micro-pump
US5529465A (en) * 1991-09-11 1996-06-25 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Micro-miniaturized, electrostatically driven diaphragm micropump
DE19637928A1 (en) * 1996-02-10 1997-08-14 Fraunhofer Ges Forschung Bistable electrostatic actuator, with pneumatic or liquid coupling, for microvalve or micropump
US5759014A (en) * 1994-01-14 1998-06-02 Westonbridge International Limited Micropump

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2030634C1 (en) * 1989-06-14 1995-03-10 Вестонбридж Интернэшнл Лимитед Micro-pump
EP0465229A1 (en) * 1990-07-02 1992-01-08 Seiko Epson Corporation Micropump and process for manufacturing a micropump
CH683793A5 (en) * 1990-08-31 1994-05-13 Westonbridge Int Ltd Silicon wafer valve with position detector for micropump
US5529465A (en) * 1991-09-11 1996-06-25 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Micro-miniaturized, electrostatically driven diaphragm micropump
US5375979A (en) * 1992-06-19 1994-12-27 Robert Bosch Gmbh Thermal micropump with values formed from silicon plates
US5759014A (en) * 1994-01-14 1998-06-02 Westonbridge International Limited Micropump
DE19637928A1 (en) * 1996-02-10 1997-08-14 Fraunhofer Ges Forschung Bistable electrostatic actuator, with pneumatic or liquid coupling, for microvalve or micropump

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
РИХТЕР А. Кремниевый микронасос - новое достижение микрообработки. Электроника, №8(837), 1990, с.7 и 8. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002115228A (en) 2004-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8308452B2 (en) Dual chamber valveless MEMS micropump
EP1212532B1 (en) Dual diaphragm pump
Takamura et al. Low‐voltage electroosmosis pump for stand‐alone microfluidics devices
US7316543B2 (en) Electroosmotic micropump with planar features
EP1163446B1 (en) Electrostatically actuated pumping array
US6655923B1 (en) Micromechanic pump
US9011663B2 (en) Electrowetting-based valving and pumping systems
JP2006515059A (en) Microfluidic device and method in which sample processing is electrochemically activated
EP2554843A2 (en) An integrated microfluidic device with actuator
CN111043005B (en) A micropump based on capillarity and electrowetting
Fu et al. Microfluidic pumping, routing and metering by contactless metal-based electro-osmosis
JP2022167294A (en) Micropump
NL2009517C2 (en) Device and method for activating a capillary-stop valve of a device.
CN102428273A (en) Micropump
RU2210529C1 (en) Integrated micropump
Li et al. A liquid metal based, integrated parallel electroosmotic micropump cluster drive system
CN1249899C (en) Mini type electroosmosis pump
CN101301989A (en) A microfluidic driving and mixing structure and its application method
JP5448888B2 (en) Liquid mixing device
CN110601496B (en) A kind of AC electroosmotic driven ethanol asymmetric micropump and working method
Kedzierski et al. New generation of digital microfluidic devices
Lee et al. Electrochemical micropump and its application in a DNA mixing and analysis system
Ramos Electrohydrodynamic pumping in microsystems
CN118059970B (en) Liquid drop sorting micro-fluidic chip based on piezoelectric disturbance and liquid drop sorting method
CN118564433B (en) A piezoelectric micro pump using an integrally processed wheel valve and a working method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040607