專利名稱：一種硅基微型側(cè)噴口合成射流器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅基微型側(cè)噴口合成射流器，還涉及這種硅基微型側(cè)噴口合成射流器的制作方法。
背景技術(shù)：
合成射流器是流動控制領(lǐng)域中重要的器件之一，它采用壓電、靜電或電磁等驅(qū)動方式使其彈性膜片產(chǎn)生懸置振動，從而引起腔體體積的周期性變化，由此將外界氣體不斷地通過噴口吸入和排出空腔，在不需額外氣源的情況下產(chǎn)生合成式射流，實現(xiàn)流場的主動控制。參照圖9。文獻(xiàn)“專利號為US 6，457，654的美國專利Micromachined synthetic jet actuators and applications thereof”公開了一種壓電式合成射流器，該合成射流器采用MEMS刻蝕技術(shù)在硅基體上加工出合成射流器的腔體8和噴口 I結(jié)構(gòu)，再用粘接的方法將懸置膜片2和壓電激勵器11與上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配，完成器件加工。由于采用了濕法刻蝕技術(shù)，器件的腔體8和噴口 I結(jié)構(gòu)的豎直剖面幾何形狀是是兩個尖角相對的錐形。這在相同外部尺寸條件下，減小了腔體體積和噴口孔徑，影響了器件產(chǎn)生的合成射流的速度和能量。目前還有的方案是將噴口和腔體以及振動膜片分開來加工，這樣降低了成品率，也提高了加工難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)帶來的不足，提供一種硅基微型側(cè)噴口合成射流器及其制作方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案一種硅基微型側(cè)噴口合成射流器，從上往下依次包括玻璃片9、硅基體10和驅(qū)動裝置；硅基體10上的不貫穿孔形成腔體8 ;所述腔體8通過硅基體10側(cè)壁上的噴口 I與外界連通；硅基體10上腔體8的不貫穿部分形成懸置膜片2 ;驅(qū)動裝置使得懸置膜片2產(chǎn)生振動；定義器件的上下方向為z方向，噴口 I的軸向為y方向，利用右手定則確定X方向，建立空間坐標(biāo)系；其特征在于所述噴口 I為非雙錐形的側(cè)噴口，其具體形式為噴口 I的水平截面輪廓為矩形，同時所述噴口 I的中心線垂直于腔體8側(cè)壁；或者噴口 I的水平截面輪廓為平行四邊形，同時所述噴口 I的中心線與腔體8側(cè)壁夾角為45° ;或者噴口 I的水平截面輪廓為弧形，同時所述噴口 I的中心線通過腔體8圓心；或者噴口 I的水平截面輪廓為小端位于外壁的單錐形；或者噴口 I的水平截面輪廓為小端位于外壁的弧形；或者噴口 I的水平截面輪廓為軸對稱雙曲線。所述的合成射流器水平截面形狀是正方形或矩形。所述的腔體水平截面形狀是正方形、矩形或圓形。
所述的噴口 I外端面X方向長度為O. 5mm 3mm, y方向長度是100 μ m 200 μ m, z方向長度是100 μ m 180 μ m。所述的驅(qū)動裝置由壓電片5和貼附于其上下表面的上電極3和下電極6組成。一種硅基微型側(cè)噴口合成射流器的制作方法，包括如下步驟步驟I :采用低壓化學(xué)氣相沉積法在硅基體2上表面濺射一層金屬膜；步驟2 :在金屬膜上光刻形成掩膜；步驟3:刻蝕金屬膜；步驟4 :采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕形成側(cè)噴口 I、腔體8和懸置膜片2 ；步驟5 :在硅基體10上制作驅(qū)動裝置11 ；步驟6 :玻璃片9與硅基體10進(jìn)行粘合。步驟7:劃片。本發(fā)明的有益效果是由于采用噴口側(cè)面布置的形式，通過感應(yīng)耦合等離子刻蝕可以一次性形成腔體、懸置膜片和噴口，提高了器件成品率并降低了加工難度；同時側(cè)噴口合成射流器是側(cè)噴口端面貼附于基座，而正噴口合成射流器是硅基體大端面貼附于基座， 這樣側(cè)噴口相對于正噴口又減小了噴口端面面積，有利于陣列安裝。噴口的水平截面輪廓不局限于矩形，還有單錐形和弧形，有中心線垂直于腔體側(cè)壁的垂直噴口，有中心線與腔體側(cè)壁成45°角的斜噴口，還有一種具有兩個水平截面為矩形的噴口的合成射流器，這種設(shè)計更有利于氣流的運動，避免了兩個尖角相對的錐形噴口帶來的缺點，提高了器件產(chǎn)生的合成射流的速度和能量。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。


圖I是本發(fā)明一種硅基微型側(cè)噴口合成射流器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是實施例I中硅基微型側(cè)噴口合成射流器俯視圖。圖3是實施例2中硅基微型側(cè)噴口合成射流器俯視圖。圖4是實施例3中硅基微型側(cè)噴口合成射流器俯視圖。圖5是噴口形式為水平截面輪廓為小端位于外壁的單錐形的硅基微型側(cè)噴口合成射流器示意圖。圖6是噴口形式為水平截面輪廓為小端位于外壁的弧形的硅基微型側(cè)噴口合成射流器示意圖。圖7是噴口形式為水平截面輪廓為軸對稱雙曲線的硅基微型側(cè)噴口合成射流器
示意圖。圖8是形式為兩個噴口分別沿腔體前后側(cè)壁伸出的硅基微型側(cè)噴口合成射流器
示意圖。圖9是現(xiàn)有技術(shù)壓電式合成射流器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I-噴口，2-懸置膜片，3-上電極，4-上電極引線，5-壓電片，6-下電極，7-下
電極引線，8-腔體，9-玻璃片，10-硅基體，11-驅(qū)動裝置。
具體實施方式
實施例I :參閱圖2，一種硅基微型側(cè)噴口壓電式合成射流器，其水平截面形狀是正方形，從上往下依次包括玻璃片9、硅基體10和驅(qū)動裝置；硅基體10上的不貫穿孔形成腔體8 ;所述腔體8水平截面形狀是正方形，腔體8通過硅基體10側(cè)壁上的噴口 I與外界連通；硅基體 10上腔體8的不貫穿部分形成懸置膜片2 ;驅(qū)動裝置使得懸置膜片2產(chǎn)生振動，所述的驅(qū)動裝置由壓電片5和貼附于其上下表面的上電極3和下電極6組成；定義器件的上下方向為 z方向，噴口 I的軸向為y方向，利用右手定則確定X方向，建立空間坐標(biāo)系；其特征在于 所述噴口 I為非雙錐形的側(cè)噴口，其具體形式為噴口 I的水平截面輪廓為矩形，同時所述噴口 I的中心線垂直于腔體8側(cè)壁；所述的噴口 I外端X方向長度為O. 5mm, y方向長度是
150 μ m,z方向長度是150 μ m。
該實施例中硅基微型側(cè)噴口壓電式合成射流器的制作方法，包括如下步驟
步驟I :采用低壓化學(xué)氣相沉積法在硅基體2上表面濺射一層鋁膜；
步驟2 :在鋁膜上光刻形成掩膜；
步驟3 :刻蝕鋁膜；
步驟4 :采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕形成側(cè)噴口 I、腔體8和懸置膜片2 ；
步驟5 :在硅基體10上制作驅(qū)動裝置；包括如下子步驟
子步驟I :采用鍵合的方法將上下表面分別有銀電極的壓電片5和硅基體10進(jìn)行粘合；
子步驟2:減薄壓電片5;
子步驟3 :濕法刻蝕出上電極3 ；
子步驟4 :用低壓化學(xué)氣相沉積法在壓電片的下表面沉積一層銀作為下電極6 ;
子步驟5:焊接上下電極引線；
步驟6 :玻璃片9與硅基體10進(jìn)行粘合；
步驟7 :劃片。
實施例2
參閱圖3，一種硅基微型側(cè)噴口壓電式合成射流器，其水平截面形狀是正方形，從
上往下依次包括玻璃片9、硅基體10和驅(qū)動裝置；硅基體10上的不貫穿孔形成腔體8 ;所述腔體8水平截面形狀是正方形，腔體8通過硅基體10側(cè)壁上的噴口 I與外界連通；硅基體 10上腔體8的不貫穿部分形成懸置膜片2 ;驅(qū)動裝置使得懸置膜片2產(chǎn)生振動，所述的驅(qū)動裝置由壓電片5和貼附于其上下表面的上電極3和下電極6組成；定義器件的上下方向為 z方向，噴口 I的軸向為y方向，利用右手定則確定X方向，建立空間坐標(biāo)系；其特征在于 所述噴口 I為非雙錐形的側(cè)噴口，其具體形式為噴口 I的水平截面輪廓為平行四邊形，同時所述噴口 I的中心線與腔體8側(cè)壁夾角為45° ;所述的噴口 I外端面X方向長度為1mm， Y方向長度是200 μ m, z方向長度是180 μ m。該實施例中硅基微型側(cè)噴口壓電式合成射流器的制作方法，包括如下步驟步驟I :采用低壓化學(xué)氣相沉積法在硅基體2上表面濺射一層銅膜；步驟2 :在銅膜上光刻形成掩膜；步驟3 :刻蝕銅膜；步驟4 :采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕形成側(cè)噴口 I、腔體8和懸置膜片2 ；
步驟5 :在硅基體10上制作驅(qū)動裝置；包括如下子步驟
子步驟I :采用鍵合的方法將上下表面分別有銀電極的壓電片5和硅基體10進(jìn)行粘合；
子步驟2 :減薄壓電片5;
子步驟3 :濕法刻蝕出上電極3 ；
子步驟4 :用低壓化學(xué)氣相沉積法在壓電片的下表面沉積一層鉬作為下電極6 ；
子步驟5 :焊接上下電極引線；
步驟6 :玻璃片9與硅基體10進(jìn)行粘合。
步驟7 :劃片。
實施例3
參閱圖4,一種硅基微型側(cè)噴口壓電式合成射流器，其水平截面形狀是正方形，從
上往下依次包括玻璃片9、硅基體10和驅(qū)動裝置；硅基體10上的不貫穿孔形成腔體8 ;所述腔體8水平截面形狀是圓形，腔體8通過硅基體10側(cè)壁上的噴口 I與外界連通；硅基體10 上腔體8的不貫穿部分形成懸置膜片2 ;驅(qū)動裝置使得懸置膜片2產(chǎn)生振動，所述的驅(qū)動裝置由壓電片5和貼附于其上下表面的上電極3和下電極6組成；定義器件的上下方向為z 方向，噴口 I的軸向為y方向，利用右手定則確定X方向，建立空間坐標(biāo)系；其特征在于所述壓電片5的水平截面形狀為圓形，所述噴口 I為非雙錐形的側(cè)噴口，其具體形式為噴口 I的水平截面輪廓為弧形，同時所述噴口 I的中心線通過腔體8圓心；所述的噴口 I外端面 X方向長度為O. 5mm, y方向長度是100 μ m, z方向長度是150 μ m。該實施例中硅基微型側(cè)噴口壓電式合成射流器的制作方法，包括如下步驟
步驟I :采用低壓化學(xué)氣相沉積法在硅基體2上表面濺射一層鈦膜；
步驟2 :在鈦膜上光刻形成掩膜；
步驟3 :刻蝕鈦膜；
步驟4 :采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕形成側(cè)噴口 I、腔體8和懸置膜片2 ；
步驟5 :在硅基體10上制作驅(qū)動裝置11 ;包括如下子步驟
子步驟I :采用鍵合的方法將上下表面分別有銀電極的壓電片5和硅基體10進(jìn)行粘合；
子步驟2:減薄壓電片5;
子步驟3 :濕法刻蝕出上電極3 ；
子步驟4 :用低壓化學(xué)氣相沉積法在壓電片的下表面沉積一層金作為下電極6 ;
子步驟5:焊接上下電極引線；
步驟6 :玻璃片9與硅基體10進(jìn)行粘合。
步驟7 :劃片。
依次參閱圖5、6、7、8，除了以上三種實施方式外，本發(fā)明的噴口 I具體形式還可以
為噴口 I水平截面輪廓為小端位于外壁的單錐形或者弧形，同時所述噴口 I的中心線垂直于腔體8側(cè)壁；或者噴口 I水平截面輪廓為軸對稱雙曲線；或者噴口 I為兩個，其水平截面均為矩形，兩個噴口 I分別沿腔體前后側(cè)壁伸出。
權(quán)利要求
1.一種硅基微型側(cè)噴口合成射流器，從上往下依次包括玻璃片9、硅基體10和驅(qū)動裝置；硅基體10上的不貫穿孔形成腔體8 ;所述腔體8通過硅基體10側(cè)壁上的噴口 I與外界連通；硅基體10上腔體8的不貫穿部分形成懸置膜片2 ;驅(qū)動裝置使得懸置膜片2產(chǎn)生振動；其特征在于所述噴口 I為非雙錐形的側(cè)噴口。
2.一種如權(quán)利要求I所述的硅基微型側(cè)噴口合成射流器，其特征在于所述噴口 I的水平截面輪廓為矩形，同時所述噴口 I的中心線垂直于腔體8側(cè)壁。
3.—種如權(quán)利要求I所述的硅基微型側(cè)噴口合成射流器，其特征在于所述噴口 I的水平截面輪廓為平行四邊形，同時所述噴口 I的中心線與腔體8側(cè)壁夾角為45°。
4.一種如權(quán)利要求I所述的硅基微型側(cè)噴口合成射流器，其特征在于所述噴口 I的水平截面輪廓為弧形，同時所述噴口 I的中心線通過腔體8圓心。
5.一種如權(quán)利要求I所述的硅基微型側(cè)噴口合成射流器，其特征在于所述噴口 I的水平截面輪廓為小端位于外壁的單錐形。
6.一種如權(quán)利要求I所述的硅基微型側(cè)噴口合成射流器，其特征在于所述噴口 I的水平截面輪廓為小端位于外壁的弧形。
7.—種如權(quán)利要求I所述的硅基微型側(cè)噴口合成射流器，其特征在于所述噴口 I的水平截面輪廓為軸對稱雙曲線。
8.—種如權(quán)利要求I 7所述之一的娃基微型側(cè)噴口合成射流器,其特征在于所述噴口 I外端面X方向長度為O. 5mm 3mm, y方向長度是100 μ m 200 μ m, z方向長度是 100 μ m 180 μ m。
9.一種如權(quán)利要求I所述的娃基微型側(cè)噴口合成射流器的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟I :采用低壓化學(xué)氣相沉積法在硅基體2上表面濺射一層金屬膜；步驟2 :在金屬膜上光刻形成掩膜；步驟3 :刻蝕金屬膜；步驟4 :采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕形成側(cè)噴口 I、腔體8和懸置膜片2 ；步驟5 :在硅基體10上制作驅(qū)動裝置11 ；步驟6 :玻璃片9與硅基體10進(jìn)行粘合。步驟7 :劃片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅基微型側(cè)噴口合成射流器及其制作方法。公知的該類型合成射流器采用濕法刻蝕技術(shù)，噴口的豎直剖面幾何形狀是兩個尖角相對的錐形，加工難度大、射流能量低。本發(fā)明采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕將噴口加工在腔體側(cè)璧并與之貫通，可同時加工出腔體、懸置膜片和噴口。噴口的水平截面輪廓為矩形、小端位于外壁的單錐形或者弧形，同時所述噴口的中心線垂直于腔體側(cè)壁；或噴口中心線與腔體側(cè)壁成45°；或噴口為兩個，其水平截面均為矩形，兩個噴口分別沿腔體前后側(cè)壁伸出。由于同時加工出腔體、懸置膜片和噴口，提高了成品率，同時噴口側(cè)置減小了器件陣列安裝的面積，并將噴口水平截面輪廓加工為上述形狀，有利于提高射流器的致動性能。
文檔編號B05B1/02GK102601009SQ20121007620
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者侯輝, 姜澄宇, 王樹山, 苑偉政, 鄧進(jìn)軍, 馬炳和 申請人:西北工業(yè)大學(xué)