專利名稱：微流體噴射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微流體噴射裝置，特別涉及一種高密度的微流體噴射裝置。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的進(jìn)步，常規(guī)微流體噴射裝置已可通過微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System，MEMS)工藝來達(dá)到微型化的目的，由于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)主要系采用單片結(jié)構(gòu)制作，故可省去傳統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)(Alignment)以及接合(Bonding)等步驟以提升結(jié)構(gòu)上的精度，進(jìn)而可廣泛地應(yīng)用在噴墨打印機(jī)等個(gè)人計(jì)算機(jī)接口設(shè)備當(dāng)中。
首先請(qǐng)參閱圖1，常規(guī)微流體噴射裝置例如為一設(shè)置于噴墨打印機(jī)內(nèi)的噴墨芯片，其主要包括硅襯底S、歧管10、多個(gè)流道20、多個(gè)流體腔30、多個(gè)噴孔40以及噴孔層(未圖示)。前述歧管10、流道20以及流體腔30以蝕刻方式形成于硅襯底S上，前述噴孔層則覆蓋于硅襯底S上方，其中流體腔30位于硅襯底S與噴孔層之間，前述噴孔40則形成于噴孔層上并且分別與各流體腔30相通。如圖1所示，前述歧管10朝Y軸方向延伸，流道20則朝X軸方向延伸，用以分別連接歧管10以及每一流體腔30，如此一來流體可依序經(jīng)過歧管10、流道20以及流體腔30(如箭頭方向所示)，進(jìn)而由流體腔30上方的噴孔40噴出。
一般而言，傳統(tǒng)的流體腔30結(jié)構(gòu)大致呈矩形，且流體腔30的側(cè)邊平行于X軸或Y軸方向。特別地是，在圖1所示的相鄰流體腔30間隔安全距離d，用以提供足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來支撐硅襯底S上方的噴孔層，其中每一流體腔30在Y軸方向上分別具有長度h，使得相鄰噴孔40之間相隔距離D，其中D＝d+h。
此外，已知美國專利第6693045號(hào)另揭露了一種利用MEMS制作噴墨芯片的方法，其主要通過多階段的蝕刻工藝，藉以提升硅襯底上單位面積的噴墨芯片數(shù)。然而，上述采用多階段蝕刻工藝的方式具有制造過程復(fù)雜以及成本較高等缺點(diǎn)，因此如何能提供一種工藝簡單且成本低廉的微流體噴射裝置始成為一重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種微流體噴射裝置，主要包括硅襯底、歧管、流道以及流體腔。前述歧管、流道以及流體腔形成于襯底上，其中流道連接歧管與流體腔。其中，前述流體腔具有第一側(cè)邊，上述第一側(cè)邊相對(duì)于流道方向傾斜一特定角度。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，前述流體腔大致呈矩形。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，前述硅襯底為一[100]硅襯底，且第一側(cè)邊相對(duì)于流道傾斜約45°。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，前述硅襯底為一[100]硅襯底，且第一側(cè)邊相對(duì)于硅襯底的[110]晶面傾斜約45°。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，前述流體腔大致呈平行四邊形。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，前述硅襯底為一[110]硅襯底，且第一側(cè)邊相對(duì)于流道傾斜約70.52°。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，前述硅襯底為一[110]硅襯底，且第一側(cè)邊相對(duì)于硅襯底的[111]晶面傾斜約70.52°。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，前述流體腔還具有第二側(cè)邊，其中第二側(cè)邊鄰接第一側(cè)邊，且第一、第二側(cè)邊的夾角約70.52°。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，前述微流體噴射裝置還包括噴孔層以及噴孔，噴孔層連接硅襯底，流體腔形成于硅襯底與噴孔層之間，前述噴孔形成于噴孔層上并且與流體腔相通。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，前述微流體噴射裝置還包括流體噴射致動(dòng)器，上述流體噴射致動(dòng)器鄰近于前述噴孔，用以驅(qū)動(dòng)流體腔內(nèi)的流體由噴孔噴出。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，前述流體腔以各向異性蝕刻方式形成于硅襯底上。
本發(fā)明還提供一種微流體噴射裝置，包括硅襯底、歧管、多個(gè)流道以及多個(gè)流體腔。上述硅襯底、歧管、流道以及流體腔皆形成于硅襯底上，其中每一流道分別連接前述歧管以及各流體腔。前述每一流體腔分別具有第一側(cè)邊，上述第一側(cè)邊相對(duì)于流道方向傾斜一特定角度，其中相鄰流體腔在前述歧管方向上的投影至少部份重疊。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉詳盡實(shí)施例并配合附圖做詳細(xì)說明。


圖1為表示常規(guī)微流體噴射裝置的示意圖；圖2為表示本發(fā)明的微流體噴射裝置的示意圖；以及圖3為表示本發(fā)明中另一實(shí)施例的示意圖。
主要組件符號(hào)說明10～歧管20～流道30～流體腔301～第一側(cè)邊302～第二側(cè)邊40～噴孔D、D’～距離d～安全距離h～長度P～流體噴射致動(dòng)器S～硅襯底θ1～第一角度θ2～第二角度具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖2，在本實(shí)施例中的微流體噴射裝置例如為噴墨芯片，其主要包括[100]硅襯底S、歧管10、多個(gè)流道20、多個(gè)流體腔30、多個(gè)噴孔40以及噴孔層(未圖示)。如圖所示，前述歧管10、流道20以及流體腔30形成于硅襯底S上，其中歧管10大致朝Y軸方向延伸，流道20則大致朝X軸方向延伸，用以分別連接歧管10以及每一流體腔30。前述噴孔層例如為低應(yīng)力氮化硅(low stress Nitride)材質(zhì)，可沉積于硅襯底S上并且在歧管10、流道20以及流體腔30上方形成懸空結(jié)構(gòu)，其中噴孔40形成于噴孔層上并且與流體腔30相通。
在本實(shí)施例中，每一流體腔30上方的噴孔40兩側(cè)分別設(shè)有流體噴射致動(dòng)器P(例如加熱器)，流體依序經(jīng)由歧管10、流道20而供輸至各流體腔30(如箭頭方向所示)，接著通過流體噴射致動(dòng)器P驅(qū)動(dòng)以迫使流體由流體腔30上方的噴孔40噴出。
如圖2所示，前述流體腔30呈中空的矩形結(jié)構(gòu)，且流體腔30的側(cè)邊相對(duì)于流道20方向(X軸方向)傾斜第一角度θ1。如此一來，前述各流體腔30可藉由交錯(cuò)排列的方式(亦即相鄰流體腔30在歧管10方向上的投影至少部份重疊)，使得相鄰噴孔40之間在沿歧管10方向(Y軸方向)上具有最小距離D’，其中相鄰的流體腔30仍需保持安全距離d，用以支撐上方的噴孔層。相比于圖1中的傳統(tǒng)流體腔30結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本發(fā)明可有效地縮短相鄰噴孔40的距離(亦即D’＜D)，進(jìn)而可大幅地增加噴孔40的密度。
舉例而言，前述硅襯底S可為[100]硅襯底，并可選用30％氫氧化鉀蝕刻液對(duì)[100]硅襯底S蝕刻而形成流體腔30，其中流體腔30的每一側(cè)邊相對(duì)于硅襯底S上的[110]晶面(X、Y軸方向)傾斜約45°(亦即第一角度θ1＝45°)。特別地是，前述蝕刻液在此情況下可對(duì)硅襯底S的不同晶面產(chǎn)生的各向異性蝕刻效應(yīng)(an-isotropic etching effect)，亦即蝕刻液在蝕刻過程中對(duì)不同晶面會(huì)具有不同的蝕刻速率(30％氫氧化鉀蝕刻液對(duì)晶面[110]/[100]的蝕刻速率比約為1.414)。
基于上述原理，假設(shè)蝕刻條件與蝕刻時(shí)間相同，則當(dāng)蝕刻液在既定時(shí)間內(nèi)沿Z軸方向蝕刻至預(yù)定深度時(shí)，在本實(shí)施例中的流體腔30結(jié)構(gòu)(如圖2所示)可藉由前述的各向異性蝕刻效應(yīng)而比圖1中的流體腔30結(jié)構(gòu)在XY平面上具有更大的截面積，并且可在相同的蝕刻時(shí)間內(nèi)獲得較大的流體腔容量。同理，當(dāng)欲在硅襯底S上蝕刻出特定容積的流體腔時(shí)，則如圖2所示的流體腔30所需的蝕刻時(shí)間可比傳統(tǒng)流體腔30所需的蝕刻時(shí)間更短，進(jìn)而可大幅地提升蝕刻效率。
在本實(shí)施例中藉由使矩形流體腔30的側(cè)邊相對(duì)于流道20方向(X軸方向)傾斜特定角度，故可透過交錯(cuò)排列的方式，使得相鄰流體腔30在歧管10方向(Y軸方向)上的投影至少部份重疊，如此一來可有效縮短相鄰噴孔40在Y軸方向上的距離(亦即D’＜D)，進(jìn)而大幅地提升在歧管10方向(Y軸方向)上的噴孔40密度。然而，在另一優(yōu)選實(shí)施例中也可改用EDP或氨水(NH4OH)作為蝕刻液，藉以在硅襯底S上蝕刻出前述流體腔30，如此同樣可具有上述功效，其中EDP或氨水(NH4OH)蝕刻液對(duì)晶面[110]/[100]的蝕刻速率比小于1。此外，當(dāng)采用[100]硅襯底S與30％氫氧化鉀作為蝕刻液時(shí)，可使矩形流體腔30的側(cè)邊相對(duì)于硅襯底S的[100]晶面傾斜約45°，如此一來可藉以利用其各向異性蝕刻效應(yīng)以提升蝕刻效率，進(jìn)而降低制造成本。
接著請(qǐng)參閱圖3，該圖表示本發(fā)明中另一實(shí)施例的示意圖。如圖所示，在本實(shí)施例的硅襯底S采用[110]硅襯底，其中各流道20平行于硅襯底S中的[111]晶面，用以連接歧管10以及各流體腔30；此外，歧管10相對(duì)于硅襯底S的[111]晶面(X軸方向)傾斜約70.52°(如第二角度θ2所示)。
特別地是，前述流體腔30透過交錯(cuò)排列的方式使得相鄰流體腔30在歧管10方向上的投影至少部份重疊(如圖3所示)，藉以有效地縮短相鄰噴孔40在歧管10方向上的間距，其中相鄰流體腔30之間仍需保持安全距離d，以穩(wěn)定地支撐上方噴孔層。
請(qǐng)繼續(xù)參閱圖3，在本實(shí)施例中的流體腔30呈平行四邊形，其中每個(gè)流體腔30具有相鄰的第一側(cè)邊301以及第二側(cè)邊302。如圖所示，前述第一側(cè)邊301相對(duì)于硅襯底S中的[111]晶面(X軸方向)具有約70.52°的傾斜角(如第二角度θ2所示)，且每個(gè)流體腔30的第一、第二側(cè)邊301、302具有約70.52°的夾角(如第二角度θ2所示)，此外相鄰流體腔30之間則相隔安全距離d，用以支撐上方噴孔層。
在本實(shí)施例中流體腔30同樣可選用30％氫氧化鉀作為蝕刻液，其中30％氫氧化鉀對(duì)于[110]晶面的蝕刻速率約為[100]晶面的1.414倍，且對(duì)[111]面蝕刻速率幾乎可忽略不計(jì)。如前所述，本實(shí)施例中的流體腔30采用交錯(cuò)排列設(shè)計(jì)，故可有效地提升在歧管10方向上的噴孔40密度；此外，前述流體腔30的第二側(cè)邊302在蝕刻后由于會(huì)產(chǎn)生輕微的側(cè)蝕斜面(未圖示)進(jìn)而可增加流體腔30的容積，故同時(shí)具有縮短蝕刻時(shí)間以及提升蝕刻效率等功效。
綜上所述，本發(fā)明提供一種微流體噴射裝置，藉由將流體腔的側(cè)邊相對(duì)于流道傾斜一特定角度并采取交錯(cuò)排列的配置方式，如此一來可大幅地縮短相鄰噴孔間的距離；此外，本發(fā)明藉由使流體腔的側(cè)邊相對(duì)于襯底上的特定晶面傾斜特定角度，進(jìn)而可利用蝕刻液所產(chǎn)生的各向異性蝕刻效應(yīng)，藉以達(dá)到提升流體腔容量以及縮短蝕刻時(shí)間等功效。
權(quán)利要求
1.一種微流體噴射裝置，包括硅襯底；歧管，形成于該襯底上；流道，形成于該襯底上并連接該歧管；以及流體腔，形成于該襯底上并連接該流道，其中該流體腔具有第一側(cè)邊，且該第一側(cè)邊相對(duì)于該流道方向傾斜特定角度。
2.如權(quán)利要求1所述的微流體噴射裝置，其中該流體腔大致呈矩形。
3.如權(quán)利要求2所述的微流體噴射裝置，其中該硅襯底為一[100]硅襯底，且該第一側(cè)邊相對(duì)于該流道傾斜約45°。
4.如權(quán)利要求2所述的微流體噴射裝置，其中該硅襯底為一[100]硅襯底，且該第一側(cè)邊相對(duì)于該硅襯底的[110]晶面傾斜約45°。
5.如權(quán)利要求1所述的微流體噴射裝置，其中該流體腔大致呈平行四邊形。
6.如權(quán)利要求5所述的微流體噴射裝置，其中該硅襯底為一[110]硅襯底，且該第一側(cè)邊相對(duì)于該流道傾斜約70.52°。
7.如權(quán)利要求5所述的微流體噴射裝置，其中該硅襯底為一[110]硅襯底，且該第一側(cè)邊相對(duì)于該硅襯底的[111]晶面傾斜約70.52°。
8.如權(quán)利要求5所述的微流體噴射裝置，其中該流體腔還具有第二側(cè)邊，該第二側(cè)邊鄰接該第一側(cè)邊，且該第一、第二側(cè)邊的夾角約70.52°。
9.如權(quán)利要求1所述的微流體噴射裝置，其中該微流體噴射裝置還包括噴孔層以及噴孔，該噴孔層連接該硅襯底，該流體腔形成于硅襯底與該噴孔層之間，該噴孔形成于該噴孔層上并且與該流體腔相通。
10.如權(quán)利要求9所述的微流體噴射裝置，其中該微流體噴射裝置還包括流體噴射致動(dòng)器，該流體噴射致動(dòng)器鄰近于該噴孔，用以驅(qū)動(dòng)該流體腔內(nèi)的流體由該噴孔噴出。
11.如權(quán)利要求1所述的微流體噴射裝置，其中該流體腔以各向異性蝕刻的方式形成于該硅襯底上。
12.一種微流體噴射裝置，包括硅襯底；歧管，形成于該襯底上；多個(gè)流道，形成于該襯底上并連接該歧管；以及多個(gè)流體腔，形成于該襯底上并分別對(duì)應(yīng)地連接該等流道，其中每一該等流體腔分別具有第一側(cè)邊，該第一側(cè)邊相對(duì)于該流道方向傾斜特定角度，且該等流體腔在該歧管方向上的投影至少部份重疊。
13.如權(quán)利要求12所述的微流體噴射裝置，其中該等流體腔大致呈矩形。
14.如權(quán)利要求13所述的微流體噴射裝置，其中該硅襯底為一[100]硅襯底，且該第一側(cè)邊相對(duì)于該流道方向傾斜約45°。
15.如權(quán)利要求13所述的微流體噴射裝置，其中該硅襯底為一[100]硅襯底，且該第一側(cè)邊相對(duì)于該硅襯底的[110]晶面傾斜約45°。
16.如權(quán)利要求12所述的微流體噴射裝置，其中該等流體腔大致呈平行四邊形。
17.如權(quán)利要求16所述的微流體噴射裝置，其中該硅襯底為一[110]硅襯底，且該第一側(cè)邊相對(duì)于該流道方向傾斜約70.52°。
18.如權(quán)利要求15所述的微流體噴射裝置，其中該硅襯底為一[110]硅襯底，且該第一側(cè)邊相對(duì)于該硅襯底的[111]晶面傾斜約70.52°。
19.如權(quán)利要求16所述的微流體噴射裝置，其中該流體腔還具有第二側(cè)邊，該第二側(cè)邊鄰接該第一側(cè)邊，且該第一、第二側(cè)邊的夾角約70.52°。
20.如權(quán)利要求12所述的微流體噴射裝置，其中該微流體噴射裝置還包括噴孔層以及噴孔，該噴孔層連接該硅襯底，且該流體腔形成于硅襯底與該噴孔層之間，該噴孔形成于該噴孔層上并且與該流體腔相通。
21.如權(quán)利要求20所述的微流體噴射裝置，其中該微流體噴射裝置還包括流體噴射致動(dòng)器，該流體噴射致動(dòng)器鄰近于該噴孔，用以驅(qū)動(dòng)該流體腔內(nèi)的流體由該噴孔噴出。
22.如權(quán)利要求12所述的微流體噴射裝置，其中該流體腔以各向異性蝕刻的方式形成于該硅襯底上。
全文摘要
一種微流體噴射裝置，主要包括硅襯底、歧管、流道以及流體腔。前述歧管、流道以及流體腔形成于襯底上，其中流道連接歧管與流體腔。其中，前述流體腔具有第一側(cè)邊，上述第一側(cè)邊相對(duì)于流道方向傾斜特定角度。
文檔編號(hào)B41J2/16GK101062611SQ2006100773
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2006年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月29日
發(fā)明者周忠誠, 莊文賓 申請(qǐng)人:明基電通股份有限公司