用于噴射非常小的液滴的改進的微流體設備制造技術

本公開的各實施例總體上涉及用于噴射非常小的液滴的改進的微流體設備。一種微流體設備具有腔室；與腔室流體連接的流體進入通道；與腔室流體連接的多個噴嘴孔；以及可操作地耦合到流體容納腔室并且被配置為在微流體設備的操作條件下使流體的液滴噴射通過噴嘴孔的致動器。腔室具有細長形狀，具有長度和最大寬度，其中腔室的長度與最大寬度之間的縱橫比為至少3:1。噴嘴孔被配置為在使用中生成具有總液滴體積的多個液滴，其中總液滴體積與腔室體積的比率為至少15％。積的比率為至少15％。積的比率為至少15％。

【技術實現步驟摘要】
用于噴射非常小的液滴的改進的微流體設備


[0001]本公開涉及一種用于噴射非常小的液滴的改進的微流體設備。

技術介紹

[0002]眾所周知，為了噴灑墨水和/或香水以及在電子香煙或吸入醫療裝置中，已經提出使用小尺寸的微流體設備，該微流體設備可以通過微電子制造技術獲取。
[0003]已知或未知成分流體的輸送通過改進的設計、噴墨結構是可行的，該結構例如描述于US 2015/367014、US 2014/14310633、US2015/0367356或US 2015/367641中。
[0004]然而，在某些應用中，諸如在霧化器應用中，需要噴射尺寸非常小的液滴，小至1μm。然而，當前的半導體技術允許制造直徑大于6μm的噴嘴。
[0005]為了解決這個問題，例如，US2018/0141074公開了一種形成在容納流體容納腔室的本體中的微流體設備。示例性實施例示出在圖1和圖2中。這里，形成在本體5中的腔室1耦合到流體進入通道2和形成在噴嘴板(不可見，覆蓋腔室1)中的液滴發射通道或噴嘴3。液滴發射通道3覆蓋腔室1并且部分地與其偏移，以限定尺寸小于孔區域的交叉區域4，從而限定有效出口面積。加熱器8形成在本體5中在腔室1下方，并且被配置為加熱腔室1中的流體，以生成被發射通過液滴發射通道3的液滴。
[0006]因此，可以獲取小液滴。特別地，液滴的尺寸(直徑/體積)與噴嘴直徑直接相關，如圖2所示，將噴射液滴的體積繪制為噴嘴直徑的函數(圖1中的有效出口面積)。
[0007]該解決方案已經成功地減小了噴射液滴的尺寸，但對設備的操作造成了進一步的挑戰，特別是當需要以高頻率噴射大量非常小的液滴時。
[0008]特別地，為了獲取足夠體積的發射流體，已經研究了包括布置在腔室外圍上的多個孔的測試結構。然而，已經看到，這種架構可能不是熱高效的。
[0009]事實上，例如，已經研究了具有直徑為6μm的外圍偏置噴嘴的微流體設備，該微流體設備被配置為獲取約0.28pL(皮升)的液滴。這導致液滴體積小于腔室體積的1％，并且因此小于腔室中容納的流體(例如，50pL)。因此，比實際噴射的流體體積大得多的流體被加熱。因此，已經觀察到，熱能在腔室中非常迅速地積聚并且可能導致容納多個相鄰腔室的管芯過熱。
[0010]在某些情況下，甚至在流體進入腔室之前就已經觀察到流體的沸騰，從而使系統全面脫底(depriming)。因此，在包括多個腔室的設備中，每個腔室連接到多個噴嘴，以高頻(甚至高于1kHz)點火，存在由于全局脫底而導致整個設備發生故障的風險。此外，脫底可能會很快發生，從而損壞設備。
[0011]本公開的各種實施例提供了解決現有技術問題的改進的微流體設備。

技術實現思路

[0012]根據本專利技術，提供了一種微流體設備及其制造方法。
附圖說明
[0013]為了理解本公開，現在參考附圖描述其實施例，純粹作為非限制性示例，在附圖中：
[0014]圖1是微流體設備的腔室的簡化俯視圖，具有透明部分；
[0015]圖2是表示液滴體積對噴嘴直徑的依賴性的曲線圖；
[0016]圖3是本微流體設備的腔室的一個實施例的簡化透視截面圖；
[0017]圖4是圖3的單元的簡化俯視圖，具有透明部分；
[0018]圖5是表示通過實驗獲取的出口面積與液滴直徑之間關系的曲線圖；
[0019]圖6是包括多個腔室的微流體設備的簡化俯視圖；
[0020]圖7
?
圖10是本微流體設備的一部分的不同實施例的俯視圖，具有透明部分；
[0021]圖11示出了在中間制造步驟中的本微流體設備的頂部透視圖；
[0022]圖12是圖11的設備的一部分的俯視圖；
[0023]圖13是沿圖12的線XI
?
XI截取的圖11的微流體設備的一部分的橫截面；
[0024]圖14示出了圖11的微流體設備在后續制造步驟中的頂部透視圖；
[0025]圖15是圖14的一部分的放大透視圖；
[0026]圖16以俯視圖的形式示出了圖15的放大細節；
[0027]圖17是圖13相同部分在圖14的制造步驟中的橫截面；
[0028]圖18示出了圖14的微流體設備在后續制造步驟中的頂部透視圖；
[0029]圖19是圖18的微流體設備的一部分的放大俯視圖；
[0030]圖20是圖17的相同部分在圖18的制造步驟中沿圖19的截面線XX
?
XX截取的截面圖；
[0031]圖21是圖18的微流體設備的一部分在后續制造步驟中的放大比例的頂部透視圖；
[0032]圖22是圖21的微流體設備的底部透視圖，具有切除的角部分；
[0033]圖23是圖21的微流體設備在后續制造步驟中的頂部透視圖；
[0034]圖24以放大比例示出了圖23的設備的細節；
[0035]圖25是圖20相同部分在圖23的制造步驟中的截面圖；
[0036]圖26是圖23的微流體設備的一部分的放大比例的透視截面圖，帶有切除部分；
[0037]圖27以進一步放大的比例示出了圖26的部分的細節，并且示出了使用中的噴射流體的流動；
[0038]圖28是圖23的設備的底部透視圖，示出了使用中的待噴射流體的入口流；
[0039]圖29是本微流體設備的另一實施例的截面圖；
[0040]圖30
?
圖31是圖29的微流體設備的后續制造步驟中的半導體材料晶片的橫截面；
[0041]圖32是圖31的晶片的仰視圖；
[0042]圖33
?
圖34是后續制造步驟中類似于圖30
?
圖31的橫截面；
[0043]圖35示出了圖34的晶片的一部分的透視局部截面圖；
[0044]圖36是用于形成根據圖29的實施例的微流體設備的另一半導體材料晶片的一部分的橫截面；
[0045]圖37
?
圖38是后續制造步驟中從圖34和圖36的晶片獲取的組合晶片的一部分的橫截面；
[0046]圖39是圖37
?
圖38的組合晶片的頂部透視圖，具有切除部分；以及
[0047]圖40以放大的頂部透視圖示出了圖39的組合晶片的細節。
具體實施方式
[0048]在下文中，將詳細描述微流體設備的實施例。在隨后的描述中，諸如“上部”、“下部”、“上”、“之上”、“下方”、“頂部”、“底部”等空間指示將根據所討論的圖來解釋，而不是限制性的。
[0049]圖3
?
圖4示出了使用微制造步驟制造的微流體設備10，如下文更詳細討論的。
[0050]微流體設備10具有圖3所示的一般結構，并且形成在本體11中，本體11包括基板12、絕緣層13、腔室層14和噴嘴層15。
[0051]基板12、絕緣層13、腔室層14和噴嘴層15在與豎直軸線(笛卡爾坐標系X本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種微流體設備，包括：腔室；流體進入通道，與所述腔室流體連接；多個噴嘴孔，與所述腔室流體連接；以及致動器，可操作地耦合到所述腔室，并且被配置為在所述微流體設備的操作條件下使流體的液滴噴射通過所述噴嘴孔，其中所述腔室具有細長形狀，具有長度和寬度，其中所述腔室的所述長度與所述寬度之間的縱橫比為至少3:1。2.根據權利要求1所述的微流體設備，其中所述腔室具有矩形或橢圓形基部形狀。3.根據權利要求1所述的微流體設備，其中所述腔室由第一基部、第二基部和側壁界定，所述第一基部和所述第二基部分別沿第一方向和第二方向延伸，所述第二方向橫向于所述第一方向，所述腔室的所述長度和所述寬度分別在所述第一方向和所述第二方向上延伸，所述側壁沿第三方向延伸，所述第三方向橫向于所述第一方向和所述第二方向，所述腔室的高度在所述第三方向上延伸。4.根據權利要求3所述的微流體設備，其中所述腔室具有腔室體積，并且所述噴嘴孔被配置為在使用中生成具有總液滴體積的多個液滴，并且所述總液滴體積與腔室體積的比率為至少15％。5.根據權利要求3所述的微流體設備，還包括：基體部分；腔室層；以及噴嘴層，所述基體部分形成所述第一基部并且容納所述致動器，所述腔室層形成所述側壁，并且所述噴嘴層形成所述腔室的所述第二基部。6.根據權利要求5所述的微流體設備，其中所述側壁形成多個缺口和突起，并且所述噴嘴層包括至少一個噴嘴開口，所述至少一個噴嘴開口相對于所述腔室偏移并且在形成所述噴嘴孔的交叉區域處與所述缺口重疊。7.根據權利要求5所述的微流體設備，其中所述腔室層包括在所述基體部分上延伸的第一層以及在所述第一層上延伸的第二層，所述第一層界定下腔室孔，所述第二層界定上腔室孔，所述下腔室孔的面積小于所述上腔室孔的面積。8.根據權利要求5所述的微流體設備，其中所述腔室層和所述噴嘴層是聚合物層。9.根據權利要求5所述的微流體設備，其中所述噴嘴層是硅晶片。10.根據權利要求8所述的微流體設備，其中每個噴嘴孔包括面向所述腔室的更大截面部分和聯通所述更大截面部分并且從所述噴嘴層的外表面延伸的更小截面部分。11.根據權利要求10所述的微流體設備，其中所述噴嘴孔以噴頭布置布置在所述腔室上方。12.一種用于制造微流體設備的方法，包括：形成腔室；
形成與所述腔室流體連接的流體進入通道；形成與所述腔室流體連接的多個噴嘴孔；以及形成致動器，所述致動器可操作地耦合到所述腔室并且被配置為在所述微流體設備的操作條件下使流體的液滴噴射通過所述噴嘴孔，其中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：D，
申請(專利權)人：意法半導體股份有限公司，
類型：發明
國別省市：