[实用新型]微流体器件

说明书

本公开涉及微流体器件。一种微流体器件具有多个喷射器元件。每个喷射器元件包括：容纳第一流体流动通道和致动器室的第一区域；容纳流体容纳室的第二区域；以及容纳第二流体流动通道的第三区域。流体容纳室流体耦合到第一和第二流体流动通道。第二区域由膜层、膜限定层和流体腔室限定体形成，膜限定层机械地耦合到膜层并且具有膜限定开口，流体腔室限定体机械地耦合到膜限定层并且具有腔室限定开口，腔室限定开口的宽度大于膜限定开口的宽度。因此，膜的宽度由腔室限定开口的宽度限定。

技术领域

本公开涉及微流体MEMS(“微机电系统”)器件。

背景技术

众所周知，已经提出了使用可以使用微电子制造技术来制造的具有小尺寸的微流体器件，来喷射油墨和/或香料，例如香水。

例如，美国专利No.9,174,445描述了一种被设计用于将油墨热喷涂到纸上的微流体器件。

被设计用于喷射流体的另一类型的微流体器件基于压电原理。特别地，具有压电致动的器件可以基于振荡模式(纵向还是横向)来分类。在下文中，将参考以横向模式操作的器件，而本公开不限于这类器件。

具有横向类型的压电致动的微流体器件的一个示例性实施例在例如美国专利公开No.2014/0313264中描述并且在图1中示出，其涉及用1表示并且集成到半导体基底中的单个喷射器元件。

图1中的喷射器元件1包括相互叠置和接合的下部部分、中间部分和上部部分。

下部部分由第一区域2构成，第一区域2由半导体材料制成，并且具有入口通道10。

中间部分由半导体材料的第二区域3形成，第二区域3横向地界定流体容纳室12。此外，流体容纳室12在底部由第一区域2界定并且在顶部由膜层4(例如，氧化硅)界定。膜层4的在流体容纳室12顶部的区域形成膜7。膜层4形成为具有能够偏转的厚度，例如约2.5μm。

上部部分由半导体材料的第三区域5形成，第三区域5界定致动器室6，致动器室6叠置到流体容纳室12上并且叠置到膜7上。第三区域5具有通过膜层4中的相应开口14与流体容纳室12连通的通道13。

压电致动器8在致动器室6中设置在膜7顶部。压电致动器8由成对的相互叠置的电极15、16组成，压电材料层9(例如，PZT(Pb，Zr，TiO₃))在电极15、16之间延伸。

喷嘴板17设置在第三区域5顶部，喷嘴板17借助于粘合剂层18粘合到第三区域5。喷嘴板17具有孔19，孔19与通道13对准并且通过粘合剂层18中的开口20与通道13流体连接。孔19形成射流发射通道的喷嘴，射流发射通道总体上用21表示并且还包括通道13和开口14、20。

在使用中，待喷射的流体或液体通过入口通道10被供应到流体容纳室12，并且外部控制装置(未示出)生成致动控制信号，以在成对的电极15、16之间施加适当的电压。特别地，在第一步骤中，成对的电极15、16以如下方式被偏置，该方式使得膜7朝向流体容纳室12的外部偏转。流体容纳室12的体积增加，并且因此充满液体。在第二步骤中，压电致动器8以如下方式在相反方向上被控制，该方式使得膜7朝向流体容纳室12的内部偏转，导致存在于流体容纳室12中的流体朝向射流发射通道21运动。因此生成射流的受控排出，如箭头23所示。随后，第一步骤以如下方式执行，该方式使得能够再次增加流体容纳室12的体积，要求更多流体通过入口通道10。

具有所描述的类型的压电致动的微流体器件在打印质量、低成本和射流的最小尺寸方面是特别有利的，这使得能够获得具有极好的细节和/或高的清晰度以及高的雾化密度的打印。

通常，每个微流体器件包括以如下方式并排设置的大量喷射器元件，该方式使得能够提供所需要的打印特性。例如，各个喷射器元件可以并排布置在各个行上。