FR-4 铜包电极板导电微泵性能测试平台

摘要

本文提出了用对称平面电极在 flame-retardant 玻璃增强环氧树脂 (FR-4) 覆铜板 (CCL) 上制备导电微泵的协议, 以测试燃烧室尺寸对其性能的影响。导电微泵。

摘要

在 flame-retardant 玻璃增强环氧树脂 (FR-4) 覆铜板 (CCL) 上制备了对称平面电极对的导电微泵。研究了在使用丙酮作工作液时, 燃烧室尺寸对导电微泵性能的影响, 并确定了导电泵的可靠性。建立了测试平台, 对不同条件下的导电微泵性能进行了评价。当燃烧室高度为0.2 毫米时, 泵压达到峰值。

引言

泵可以在比大多数水泵更小的范围内驱动液体流动。近年来, 各种驱动方案已成功应用于微流控系统^1,2,3,4,5。体 (EHD) 泵可以直接施加在液体上的力, 没有任何运动部件, 这使得制造⁶变得更加简单和容易。根据充电类型, EHD 泵可分为喷射泵、感应泵或导电泵。感应泵不工作的等温液体, 而喷射泵改变液体电导率。由于缺乏这样的问题, 传导泵更稳定, 并有更广泛的应用。

传导泵是基于液体分子的离解和复合速率的不匹配。通常, 离解和重组过程可以表示如下^7,8:

如果重组速率为k_r为常量, 而离解率k_d是电场强度的函数。当电场强度达到一定值时, 离解率将超过重组速率。然后, 越来越多的免费的电荷旅行到两个相反极性的电极, 和 heterocharge 层形式。这些 heterocharge 层是泵的关键, 因为电荷的运动推动了液体分子的前进。因此, 净体力可以产生于腔内的液体中使用不对称电极或正负离子的流动性不匹配^9,10,11,12.

介绍了一种用于导电泵的对称平面电极板的制作方法。在 FR-4 覆铜板上制备了电极板, 通过微细加工制备了泵腔。制造过程比其他生产方法, 例如纳米, 相对地简单和更加方便。建立了测试平台, 研究了不同条件下导电微泵的性能。此外, 还研究了在不同情况下导电微泵的可靠性。

研究方案

警告: 请在使用前查阅所有相关的材料安全数据表 (MSDS)。丙酮是高度易燃的, 可以引起眼睛和呼吸道发炎。所涉及的电压高达几千伏;因此, 在进行实验时, 电火花是预期的。在一个通风良好的房间里进行实验, 以避免爆炸和火花引发的火灾.

1. 板和支架的制作

注意: 在这项工作中, 电极板和支架是由工厂的生产线制造的。由于复杂的工艺过程, 本文将只介绍材料和各部分的参数.

1. 电极板的材料和尺寸
   1. 使用1.4 毫米 FR-4 覆铜板制作电极板, 其厚度为35和 #181; m。有关电极板的详细参数, 请参见 图 1 .
   电极的
2. 参数
   1. 从工厂订购电极板。有关详细信息, 请参见 图 2 .
3. 在电极板的制备后检查电极板
   , 在100X 和300X 放大倍数下, 使用电子显微镜检查电极是否有明显的缺陷。请注意, 电极表面的任何微小缺陷都可能导致短路, 如 图 3 所示.
   1. 检查和测量电极的宽度和间距, 以确定尺寸精度是否满足要求.
   2. 用电流表测试板以查看是否发生了电短路.
4. 准备的腔板
   1. 将一些硅膜切割成与电极板相同的尺寸, 如 图 4 所示。选择不同厚度的硅膜, 使不同高度的腔板.
   2. 使用特殊的冲孔工具来穿孔腔室孔, 如图5所示 .
   持有者
   1. 的
   3. 处理命令从工厂订购持有人。详细参数如 图 6 所示.
5. 制作盖板
   1. 在盖板顶部钻两个孔, 使用钻孔机安装进气管和出水管。有关它们的位置和大小, 请参见 图 7 .

2。微泵的组件

1. 使用丙酮清洗所有的板、支架、入口和出口管, 以及在实验中使用的其他工具。把这些工具和盘子放在烧杯里, 然后倒入足够的99.5% 丙酮浸泡。把烧杯放进超声波清洗机里打开超声波清洗机, 将定时器设置为5分钟.
2. 将进口和出口不锈钢管插入盖板上的两个孔中.
3. 将硅膜制成的腔板放在电极板上, 然后用盖板盖住.
4. 堆叠并将盖板、腔板和电极板从上到下对齐, 并将对齐的板插入刀柄.
   1. 使用 M5 螺栓固定托架内的板。如 图 8 和 图 9 所示, 分别查看装配式微泵的爆炸视图和普通视图.
   2. 通过拧紧螺栓将板按在一起.
      注: 腔板上的管和腔将形成工作液的通道。该弹性室板还可以密封板之间的间隙, 以防止液体流出。分别查看 图 8 和 图 9 中所装配的微泵的分解视图和普通视图.
5. 使用两个外部直径为 4 mm 和内径为 2 mm 的聚氨酯软管, 以连接入口和出口不锈钢管.
6. 连接电流表、500 V DC 电源和串联微泵。在电流表和电源之间插入1毫安保险丝以保护电流表, 以防微泵短路.
7. 将进口软管插入50毫升的烧杯中, 内有20-30 毫升丙酮.
   注意: 图 10 显示了已完成的平台.

3。实验过程

1. 在实验前准备工作
   使用一个圆柱来注入丙酮来填满微泵。液位达到出口软管后, 继续注入10毫升的丙酮, 直到所有气泡被推离会议厅.
   注: 不可能看到是否有气泡留在会议厅内, 因为盖板和电极板是不透明的。连续注射丙酮有助于消除气泡, 但不能保证在微泵内没有气泡。气泡可能堵塞液体的通道, 或者它们可能短路, 导致微泵内部的微小爆炸, 这将烧毁电极。气泡对水泵运行的影响还不完全清楚, 但它们造成的故障已经被多次观察到.
   1. 将20-30 毫升丙酮倒入烧杯中, 并将入口软管放入烧杯中。确保液位至少比进气道高出5毫米, 这样丙酮就能流入泵内, 没有空气可以吸入微泵腔.
2. 静态压力测试
   1. 将出口软管连接到一个小的框架, 以便软管可以保持直和垂直。把尺子放在出水管旁边, 以测量液位.
   2. 将微泵连接到电源.
   3. 通过按下开关开始测试, 然后标记初始液位.
   4. 液位变稳定后, 记录时间、最终液位和电流.
   5. 继续记录液位和电流每年十年代直到微泵崩溃.
3. 流量测试
   1. 使用大型测量气缸来收集出水软管流出的液体。一定要修复出口软管, 使其末端保持在与烧杯中液位相同的高度.
   2. 将微泵连接到电源.
   3. 通过按下开关开始测试, 然后标记初始液位.
   4. 当液体开始从出口软管流出时, 每年十年代记录测量气缸内的丙酮量。随着实验的进行, 在烧杯中加入丙酮以保持液位.
4. 可靠性测试
   1. 使用平均工作时间来评估泵的可靠性。在流量试验和静压试验中, 在泵坏前记录操作时间。在实验过程中记录每个击穿的详细现象, 并在事后对电极板表面进行检查, 进一步分析.

结果

如图 11所示, 当电压增加时, 泵的压力和增加的速率会上升。当电压达到500伏时, 泵压力达到 1100 Pa。

当燃烧室高度低于0.2 毫米时, 泵的静压随泵腔高度的增大而升高。当燃烧室高度为0.2 毫米时, 泵的性能达到最高点。然后, 静压下降时, 室的高度继续增加。它被相信0.2 毫米是最佳的价值为房间高度。结果?...

讨论

该协议中的关键步骤之一是仔细检查电极板。电极边缘的小毛刺会导致短路, 而表面的完整性会大大影响泵的性能。电极板和支架的清洗也是非常重要的。电极室高度小于1毫米, 所以细小的尘埃颗粒会堵塞工作液流, 造成短路。在试验前, 将丙酮注入腔室可以除去腔室外的气泡。

微泵的性能会受到腔室高度的严重影响。为了消除这种影响, 弹性腔板可以用较硬的材料代替。

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材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Amperemeter	-	85C1-MA
DC high voltage power supply	NanTong Jianuo electric device company	GY-WY500-1
Fuse	-	-
Ultrasonic cleaner	Derui ultrasonic device company	-
Soldering iron	-	-