具有限制通道的流体喷射设备及其制造方法技术

本申请涉及具有限制通道的流体喷射设备及其制造方法。提供一种流体喷射设备(1)包括：第一半导体本体(2)，包括操作性地耦合至用于包含流体的室(6)并被配置为引起流体的喷射的致动器(3)以及在第一方向(Z)上延伸并具有第一尺寸(A1)的截面的用于流体的入口通道(11a)；以及第二半导体本体(8)，耦合至第一半导体本体(2)并具有被配置为排出流体的喷射喷嘴(13)。第二半导体本体(8)还包括第一限制通道(16)，第一限制通道流体地耦合至入口通道(11a)、在与第一方向(Z)垂直的第二方向(X)上延伸并具有小于第一尺寸(A

【技术实现步骤摘要】
具有限制通道的流体喷射设备及其制造方法
本专利技术涉及具有限制通道的流体喷射设备及用于制造流体喷射设备的方法。
技术介绍
在现有技术中，已知多种类型的流体喷射设备，尤其是用于打印应用的喷墨头。具有适当修改的类似头可进一步用于除墨水之外的流体的喷射，例如用于生物或生物医学领域的应用，用于在制造用于生物分析的传感器期间生物材料(例如，DNA)的局部应用。已知制造方法设想经由大量的预处理晶圆的胶合或接合来进行耦合。该方法成本较高并且要求高精度。组装期间晶圆之间的任何可能的未对齐都会引起完成的设备的结构弱化和非最佳操作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有限制通道的流体喷射设备以及用于制造流体喷射设备的方法，其将不具有现有技术的缺陷。根据本专利技术，如所附权利要求所限定的，提供了具有限制通道的流体喷射设备以及用于制造流体喷射设备的方法。附图说明为了更好地理解本专利技术，现在仅参照附图通过非限制性实例来描述优选实施例，其中：图1A是根据本公开一个实施例的流体喷射设备的横向截面图；图1B是图1A的流体喷射设备的一部分的立体图；图2至图20示出了用于制造图1A和图1B的流体喷射设备的步骤；以及图21是根据本公开又一实施例的流体喷射设备的横向截面图。具体实施方式基于压电技术的流体喷射设备可以通过将预先采用通常用于制作MEMS(微机电系统)器件的微加工技术处理的多个晶圆接合或胶合到一起来制造。具体地，图1A示出了根据本公开一个方面的流体喷射设备1。流体喷射设备1在笛卡尔轴X、Y、Z的三轴系统中定向。参照图1A，位于与平面XY平行的平面中的第一晶圆2具有一个或多个压电致动器3，压电致动器3被设计为被驱动来生成薄膜7的偏转，其中薄膜7部分地悬置在室10上方延伸，室10被设计为限定用于包含在使用中将被排出的流体6。以图1A中未详细示出但如下描述的方式，压电致动器3包括：导电材料的第一电极，其在薄膜7上方延伸；压电元件，在在第一电极上方延伸并且电耦合至第一电极；以及导电材料的第二电极，在压电元件上方延伸并且电耦合至压电元件。在使用中，驱动第一电极和第二电极以致动压电元件，由此生成薄膜7的偏转。用于流体6进入室10的中间通道11a以及用于流体6从室10中流出的中间通道11b延伸穿过晶圆2的整个厚度。在使用中，当压电致动器3被驱动时，通过设置在不同于第一晶圆2的又一晶圆中的喷嘴13来排出流体6的液滴。中间入口通道11a和中间出口通道11b都具有圆形或多边形形状，其直径d1(沿方向X测量)包括在20μm和200μm之间(例如，100μm)，并且截面的尺寸A1包括在20μm和200μm之间(例如，80μm)。根据一个实施例，中间入口通道11a和中间出口通道11b的截面在其沿着Z的整个延伸中是均匀的。位于与平面XY平行的平面中并且布置在第一晶圆2上的第二晶圆4具有用于包含压电致动器3的一个或多个室5，诸如在使用中将压电致动器3与将被排出和来自环境的流体6隔离。第二晶圆4还具有用于流体6的入口的通道9a和用于没有通过喷嘴13被喷射的流体6的出口的通道9b，因此能够再循环流体6。入口通道9a和出口通道9b是穿过第二晶圆4制作的孔。入口通道9a和出口通道9b都具有圆形或多边形形状，其中直径d2(沿方向X测量)大于直径d1，并且包括在30μm和1000μm之间，例如180μm。入口通道9a和出口通道9b还具有尺寸A2包括在50μm和1000μm之间(例如200μm)的截面，其中A2被选择大于A1。根据一个实施例，入口通道9a和出口通道9b的截面在其沿着Z的整个延伸中是均匀的。入口通道9a流体地耦合至中间入口通道11a，以及出口通道9b流体地耦合至中间出口通道11b。更具体而言，该入口通道11a和出口通道11b分别在垂直于平面XY的方向Z上与入口通道9a和出口通道9b对齐。位于平行于平面XY的平面中且布置在第一晶圆2下方的第三晶圆8具有与室10流体连接的用于流体6的喷射的喷嘴13。第一晶圆2和第三晶圆8的耦合能够形成室10，该室部分通过第一晶圆2且部分通过第三晶圆8来界定。根据本公开的方面，第三晶圆8具有第一限制通道16和第二限制通道18，每一个都具有在方向Z的深度上延伸并且在平面XY中纵向延伸其中主要沿着X延伸的沟槽的形式。第一限制通道16和第二限制通道18分别将中间入口通道11a与室10流体连接以及将室10与中间出口通道11b流体连接。更具体地，根据本公开的方面，第一限制通道16和第二限制通道18直接流体连接至室10。第一限制通道16和第二限制通道18具有：深度d3，沿着Z，包括在2μm和300μm之间，例如30μm；主要延伸d4，沿着X，包括在2μm和300μm之间，例如40μm；以及次要延伸(未示出)，沿着Y，包括在10μm和1000μm之间，例如400μm。更具体地，第一限制通道16和第二限制通道18横断流体流动方向(在这种情况下为X)具有均匀的截面(面积)，其具有包括在2μm和300μm之间(例如，30μm)之间的尺寸A3。根据不同实施例，第一限制通道16具有不均匀的截面，但是诸如在第一限制通道16和中间入口通道11a之间的交叉处具有最大尺寸值以利于(在制造期间)耦合到一起以及来自中间入口通道11a的流体进入第一限制通道16。可选地或另外地，第二限制通道18也在其与中间出口通道11b的交叉处具有截面的最大尺寸值以利于(在制造期间)耦合到一起。不管实施例如何，第一限制通道16和第二限制通道18都至少具有分别小于中间入口通道11a和中间出口通道11b的任何截面的相应截面。此外，第一限制通道16和第二限制通道18分别至少具有小于入口通道9a和出口通道9b的任何截面的相应截面。在使用中，流体6在方向Z上流过入口通道9a和中间入口通道11a，然后在垂直于方向Z的方向X上流过第一限制通道16，然后进入室10。在使用中，作为由压电致动器3控制的薄膜7朝向室10内侧的偏转的结果，通过喷嘴13喷射流体6的一部分，而流体6的另一部分被传输向出口通道9b，首先在方向X上流过第二限制通道18，然后在方向Z上流过中间出口通道11b和出口通道9b。第一限制区域和第二限制区域具有在通过喷嘴13喷射流体6期间减少流体6在与先前描述相反的方向上的流动(具体地，减少流体6朝向入口通道的返回)的功能。在第三晶圆8中设置第一限制通道16和第二限制通道18(它们的主要延伸平行于第三晶圆8位于的平面)使得可以限制喷射设备1沿Z方向的厚度并且利于晶圆2、4和8之间的耦合，且不需要满足通道之间的对齐的精确要求。实际上，这足以使中间入口通道11a和第一限制通道16相互流体连通，以便于不损害喷射设备1的操作的特性。根据本公开的实施例，前述晶圆2、4、8是诸如硅的半导体材料。可以进一步设置(以已知方式，图中未示出)掺杂硅或掺杂多晶硅或金属的导电层，用于将压电元件电耦合至导电焊盘21，用于驱动压电元件3以引起薄膜7的偏转。可根据需要进一步存在介电或绝缘层。晶圆2、4、8通过界面接合区域和/或胶合区域和/粘合区域组装到一起。所述区域在图1A中未详细示出。图1B是图1A的喷射设备1的一部分的立体图，其根据图1A所示的截面来截取。完整的喷射设备1将通过将图1B所示的部分与相似且镜像的部分结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体喷射设备(1)，包括：‑第一半导体本体(2)，包括：致动器(3)，操作性地耦合至室(6)，所述室用于包含流体并被配置为在所述喷射设备的操作条件期间引起所述流体的喷射；以及用于所述流体的入口通道(11a)，在第一方向(Z)上延伸并具有第一尺寸(A

【技术特征摘要】
2015.11.30 IT 1020150000783801.一种流体喷射设备(1)，包括：-第一半导体本体(2)，包括：致动器(3)，操作性地耦合至室(6)，所述室用于包含流体并被配置为在所述喷射设备的操作条件期间引起所述流体的喷射；以及用于所述流体的入口通道(11a)，在第一方向(Z)上延伸并具有第一尺寸(A1)的截面；以及-第二半导体本体(8)，耦合至所述第一半导体本体(2)，具有与所述室(6)流体连接且被配置为朝向所述喷射设备(1)外部的环境排出所述流体的量的喷射喷嘴(13)，其特征在于，所述第二半导体本体(8)还包括第一限制通道(16)，所述第一限制通道流体地耦合至所述入口通道(11a)、在与所述第一方向(Z)垂直的第二方向(X)上延伸并具有小于所述第一尺寸(A1)的第二尺寸(A3)的相应截面，所述限制通道(16)针对所述流体形成将所述入口通道(11a)与所述室(6)耦合的流体路径。2.根据权利要求1所述的流体喷射设备，其中，所述入口通道(11a)的截面的尺寸在所述入口通道(11a)的整个延伸中是恒定的。3.根据权利要求1或2所述的流体喷射设备，其中，所述第一限制通道(16)的截面的尺寸在所述第一限制通道(16)的整个延伸中是恒定的。4.根据权利要求3所述的流体喷射设备，其中，所述入口通道(11a)的截面的尺寸包括在20μm和200μm之间，并且所述限制通道(16)的截面的尺寸包括在2μm和300μm之间。5.根据权利要求1或2所述的流体喷射设备，其中，所述第一限制通道(16)与所述入口通道(11a)直接流体连接；以及其中，所述第一限制通道(16)的截面的尺寸可变，并且在所述第一限制通道(16)流体连接到所述入口通道(11a)的情况下为呈现最大值。6.根据前述权利要求中任一项所述的流体喷射设备，其中，所述喷射喷嘴(13)被配置为在与所述第一方向(Z)平行且垂直于所述第二半导体本体(8)的所在平面(XY)的喷射方向上喷射所述流体，所述第二方向(X)与所述第二半导体本体(8)的所在平面(XY)平行。7.根据前述权利要求中任一项所述的流体喷射设备，其中，所述第一半导体本体(2)还包括用于所述流体的出口通道(11b)，所述出口通道在离所述入口通道(11a)的一距离处延伸且与所述入口通道(11a)平行并且流体地耦合至所述室(6)，以实现对未经由所述喷射喷嘴(13)被排出的所述流体的再循环；以及其中，所述第二半导体本体(8)还包括第二限制通道(18)，所述第二限制通道与所述第一限制通道(16)共面并且被配置为将所述室(6)与所述出口通道(11b)流...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·朱斯蒂，L·科罗姆伯，C·L·佩瑞里尼，M·卡塔内奥，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT