RU2210529C1 - Integrated micropump - Google Patents
Integrated micropump Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
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)
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)
| 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 |
-
2002
- 2002-06-06 RU RU2002115228/28A patent/RU2210529C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| 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)
| 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 |