全文摘要
一种微流体致动器，包含：一基板，具有多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞；一腔体层，具有一储流腔室；一振动层；一第一金属层；一压电致动层；一第二金属层，具有一上电极焊垫以及一下电极焊垫；一入口层；一共振层；以及一阵列孔片；提供具有不同相位电荷的驱动电源至上电极焊垫以及下电极焊垫，以驱动并控制振动层产生上下位移，使流体自入口层吸入，汇流至储流腔室，最后受挤压经由多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞并推开阵列孔片后排出以完成流体传输。
主设计要求
1.一种微流体致动器，其特征在于，包含：一基板，具有一第一表面及一第二表面，透过蚀刻制程形成一出口沟槽、多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞，该出口沟槽与该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞相连通，该多个第二出流孔洞设置在该多个第一出流孔洞的外侧；一腔体层，透过沉积制程形成于该基板的该第一表面上，且透过蚀刻制程形成一储流腔室，该储流腔室与该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞相连通；一振动层，透过沉积制程形成于该腔体层上，且透过蚀刻制程形成多个流体沟槽以及一振动区，该多个流体沟槽对称形成于该振动层的相对两侧，借以定义出该振动区；一第一金属层，透过沉积制程形成于该振动层上，且透过蚀刻制程形成一下电极区、多个阻障区以及多个间隙，该下电极区形成于对应该振动区的位置，该多个间隙形成于该下电极区与该多个阻障区之间，该多个阻障区对应形成于该多个流体沟槽之外侧位置；一压电致动层，透过沉积制程形成于该第一金属层上，且透过蚀刻制程于对应该第一金属层的该下电极区的位置形成一作动区；一隔离层，透过沉积制程形成于该压电致动层与该第一金属层上，且透过蚀刻制程于该多个间隙内形成多个间隙壁；一第二金属层，透过沉积制程形成于该压电致动层、该第一金属层以及该隔离层上，且透过蚀刻制程于该第一金属层上形成一上电极焊垫以及一下电极焊垫；一防水层，透过镀膜制程形成于该第一金属层、该第二金属层以及该隔离层上，并透过蚀刻制程露出该上电极焊垫以及该下电极焊垫；一光阻层，透过显影制程形成于该第一金属层、该第二金属层以及该防水层上；一入口层，透过蚀刻制程或激光制程形成多个流体入口；一流道层，形成于该入口层上，且透过光刻制程形成一入流腔室、多个入流通道以及多个流道入口，该多个流道入口分别与该入口层的该多个流体入口相连通，该多个入流通道以及该多个流道入口围绕设置于该入流腔室周围，该多个入流通道连通于该多个流道入口与该入流腔室之间；一共振层，透过滚压制程形成于该流道层上，透过蚀刻制程形成一腔体通孔，且透过翻转对位制程以及晶圆接合制程接合于该光阻层上；以及一阵列孔片，透过粘贴制程形成于该基板上，该阵列孔片具有多个孔片孔洞，该多个孔片孔洞与该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞相互错位设置，借此封闭该基板的该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞；其中，提供具有不同相位电荷的驱动电源至该上电极焊垫以及该下电极焊垫，以驱动并控制该振动层的该振动区产生上下位移，使流体自该多个流体入口吸入，通过该多个入流通道流至该入流腔室，再通过该腔体通孔流至该共振腔室，通过该多个流体沟槽流至该储流腔室，最后受挤压经由该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞并推开该阵列孔片后自该多个孔片孔洞排出以完成流体传输。
设计方案
1.一种微流体致动器，其特征在于，包含：
一基板，具有一第一表面及一第二表面，透过蚀刻制程形成一出口沟槽、多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞，该出口沟槽与该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞相连通，该多个第二出流孔洞设置在该多个第一出流孔洞的外侧；
一腔体层，透过沉积制程形成于该基板的该第一表面上，且透过蚀刻制程形成一储流腔室，该储流腔室与该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞相连通；
一振动层，透过沉积制程形成于该腔体层上，且透过蚀刻制程形成多个流体沟槽以及一振动区，该多个流体沟槽对称形成于该振动层的相对两侧，借以定义出该振动区；
一第一金属层，透过沉积制程形成于该振动层上，且透过蚀刻制程形成一下电极区、多个阻障区以及多个间隙，该下电极区形成于对应该振动区的位置，该多个间隙形成于该下电极区与该多个阻障区之间，该多个阻障区对应形成于该多个流体沟槽之外侧位置；
一压电致动层，透过沉积制程形成于该第一金属层上，且透过蚀刻制程于对应该第一金属层的该下电极区的位置形成一作动区；
一隔离层，透过沉积制程形成于该压电致动层与该第一金属层上，且透过蚀刻制程于该多个间隙内形成多个间隙壁；
一第二金属层，透过沉积制程形成于该压电致动层、该第一金属层以及该隔离层上，且透过蚀刻制程于该第一金属层上形成一上电极焊垫以及一下电极焊垫；
一防水层，透过镀膜制程形成于该第一金属层、该第二金属层以及该隔离层上，并透过蚀刻制程露出该上电极焊垫以及该下电极焊垫；
一光阻层，透过显影制程形成于该第一金属层、该第二金属层以及该防水层上；
一入口层，透过蚀刻制程或激光制程形成多个流体入口；
一流道层，形成于该入口层上，且透过光刻制程形成一入流腔室、多个入流通道以及多个流道入口，该多个流道入口分别与该入口层的该多个流体入口相连通，该多个入流通道以及该多个流道入口围绕设置于该入流腔室周围，该多个入流通道连通于该多个流道入口与该入流腔室之间；
一共振层，透过滚压制程形成于该流道层上，透过蚀刻制程形成一腔体通孔，且透过翻转对位制程以及晶圆接合制程接合于该光阻层上；以及
一阵列孔片，透过粘贴制程形成于该基板上，该阵列孔片具有多个孔片孔洞，该多个孔片孔洞与该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞相互错位设置，借此封闭该基板的该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞；
其中，提供具有不同相位电荷的驱动电源至该上电极焊垫以及该下电极焊垫，以驱动并控制该振动层的该振动区产生上下位移，使流体自该多个流体入口吸入，通过该多个入流通道流至该入流腔室，再通过该腔体通孔流至该共振腔室，通过该多个流体沟槽流至该储流腔室，最后受挤压经由该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞并推开该阵列孔片后自该多个孔片孔洞排出以完成流体传输。
2.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，该上电极焊垫以及该下电极焊垫分别形成于该压电致动层的相对两侧。
3.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，每一该第二出流孔洞具有一孔径大于每一该第一出流孔洞的孔径。
4.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，该基板透过蚀刻制程形成多个辅助沟槽，对称形成于该出口沟槽的相对两侧。
5.如权利要求4所述的微流体致动器，其特征在于，每一该辅助沟槽与该出口沟槽之间形成一定位柱，该定位柱用以定位该阵列孔片。
6.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，该基板为一硅基材。
7.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，该腔体层为一二氧化硅材料。
8.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，该振动层为一氮化硅材料。
9.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，该第一金属层为一氮化钛金属材料。
10.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，该第一金属层为一钽金属材料。
11.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，该隔离层为一二氧化硅材料。
12.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，该第二金属层为一金金属材料。
13.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，该第二金属层为一铝金属材料。
14.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，该基板透过深反应性离子蚀刻制程形成该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞。
15.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，该腔体层透过湿蚀刻制程形成该储流腔室。
16.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，该光阻层为一厚膜光阻。
17.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，该共振层透过干蚀刻制程形成该腔体通孔。
18.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，该共振层透过激光蚀刻制程形成该腔体通孔。
19.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，施加正电压给该上电极焊垫以及负电压给该下电极焊垫，使得该压电致动层的作动区带动该振动层的该振动区朝向远离该基板的方向位移。
20.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于，施加负电压给该上电极焊垫以及正电压给该下电极焊垫，使得该压电致动层的作动区带动该振动层的该振动区朝向靠近该基板的方向位移。
21.如权利要求1所述的微流体致动器，其特征在于：
施加负电压给该上电极焊垫以及正电压给该下电极焊垫，使得该压电致动层的作动区带动该振动层的该振动区朝向靠近该基板的方向位移，借此，外部流体由该多个流体入口被吸入至该微流体致动器内，而进入该微流体致动器内的流体，依序通过该多个入流通道流至该入流腔室，再通过该腔体通孔流至该共振腔室，最后通过该多个流体沟槽汇集于该储流腔室内；以及
转换该上电极焊垫以及该下电极焊垫的电性，施加正电压给该上电极焊垫以及负电压给该下电极焊垫，如此该振动层的该振动区朝向远离该基板的方向位移，致使汇集于该储流腔室内的流体得以依序通过该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞后自该多个孔片孔洞排出于该微流体致动器外，完成流体的传输。
22.一种微流体致动器，其特征在于，包含多个致动单元，每一个致动单元包含：
一基板，具有一第一表面及一第二表面，透过蚀刻制程形成一出口沟槽、多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞，该出口沟槽与该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞相连通，该多个第二出流孔洞设置在该多个第一出流孔洞的外侧；
一腔体层，透过沉积制程形成于该基板的该第一表面上，且透过蚀刻制程形成一储流腔室，该储流腔室与该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞相连通；
一振动层，透过沉积制程形成于该腔体层上，且透过蚀刻制程形成多个流体沟槽以及一振动区，该多个流体沟槽对称形成于该振动层的相对两侧，借以定义出该振动区；
一第一金属层，透过沉积制程形成于该振动层上，且透过蚀刻制程形成一下电极区、多个阻障区以及多个间隙，该下电极区形成于对应该振动区的位置，该多个间隙形成于该下电极区与该多个阻障区之间，该多个阻障区对应形成于该多个流体沟槽之外侧位置；
一压电致动层，透过沉积制程形成于该第一金属层上，且透过蚀刻制程于对应该第一金属层的该下电极区的位置形成一作动区；
一隔离层，透过沉积制程形成于该压电致动层与该第一金属层上，且透过蚀刻制程于该多个间隙内形成多个间隙壁；
一第二金属层，透过沉积制程形成于该压电致动层、该第一金属层以及该隔离层上，且透过蚀刻制程于该第一金属层上形成一上电极焊垫以及一下电极焊垫；
一防水层，透过镀膜制程形成于该第一金属层、该第二金属层以及该隔离层上，并透过蚀刻制程露出该上电极焊垫以及该下电极焊垫；
一光阻层，透过显影制程形成于该第一金属层、该第二金属层以及该防水层上；
一入口层，透过蚀刻制程或激光制程形成多个流体入口；
一流道层，形成于该入口层上，且透过光刻制程形成一入流腔室、多个入流通道以及多个流道入口，该多个流道入口分别与该入口层的该多个流体入口相连通，该多个入流通道以及该多个流道入口围绕设置于该入流腔室周围，该多个入流通道连通于该多个流道入口与该入流腔室之间；
一共振层，透过滚压制程形成于该流道层上，透过蚀刻制程形成一腔体通孔，且透过翻转对位制程以及晶圆接合制程接合于该光阻层上；以及
一阵列孔片，透过粘贴制程形成于该基板上，该阵列孔片具有多个孔片孔洞，该多个孔片孔洞与该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞相互错位设置，借此封闭该基板的该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞；
其中，提供具有不同相位电荷的驱动电源至该上电极焊垫以及该下电极焊垫，以驱动并控制该振动层的该振动区产生上下位移，使流体自该多个流体入口吸入，通过该多个入流通道流至该入流腔室，再通过该腔体通孔流至该共振腔室，通过该多个流体沟槽流至该储流腔室，最后受挤压经由该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞并推开该阵列孔片后自该多个孔片孔洞排出以完成流体传输；以及
其中，该多个致动单元以串联、并联或串并联方式连接设置，借以增加流体的传输流量。
23.一种微流体致动器，其特征在于，包含：
一基板，具有一第一表面及一第二表面，透过蚀刻制程形成至少一出口沟槽、多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞，该至少出口沟槽与该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞相连通；
一腔体层，透过沉积制程形成于该基板的该第一表面上，且透过蚀刻制程形成至少一储流腔室，该至少储流腔室与该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞相连通；
一振动层，透过沉积制程形成于该腔体层上，且透过蚀刻制程形成多个流体沟槽以及至少一振动区，该多个流体沟槽对称形成于该振动层的相对两侧，借以定义出该至少一振动区；
一第一金属层，透过沉积制程形成于该振动层上，且透过蚀刻制程形成至少一下电极区、多个阻障区以及多个间隙，该至少一下电极区形成于对应该至少一振动区的位置，该多个间隙形成于该至少一下电极区与该多个阻障区之间；
一压电致动层，透过沉积制程形成于该第一金属层上，且透过蚀刻制程于对应该第一金属层的该至少一下电极区的位置形成至少一作动区；
一隔离层，透过沉积制程形成于该压电致动层与该第一金属层上，且透过蚀刻制程于该多个间隙内形成多个间隙壁；
一第二金属层，透过沉积制程形成于该压电致动层、该第一金属层以及该隔离层上，且透过蚀刻制程于该第一金属层上形成至少一上电极焊垫以及至少一下电极焊垫；
一防水层，透过镀膜制程形成于该第一金属层、该第二金属层以及该隔离层上，并透过蚀刻制程露出该至少一上电极焊垫以及该至少一下电极焊垫；
一光阻层，透过显影制程形成于该第一金属层、该第二金属层以及该防水层上；
一入口层，透过蚀刻制程或激光制程形成多个流体入口；
一流道层，形成于该入口层上，且透过光刻制程形成至少一入流腔室、多个入流通道以及多个流道入口，该多个流道入口分别与该入口层的该多个流体入口相连通，该多个入流通道以及该多个流道入口围绕设置于该至少一入流腔室周围，该多个入流通道连通于该多个流道入口与该至少一入流腔室之间；
一共振层，透过滚压制程形成于该流道层上，透过蚀刻制程形成至少一腔体通孔，且透过翻转对位制程以及晶圆接合制程接合于该光阻层上；以及
一阵列孔片，透过粘贴制程形成于该基板上，该阵列孔片具有多个孔片孔洞，该多个孔片孔洞与该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞相互错位设置，借此封闭该基板的该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞；
其中，提供具有不同相位电荷的驱动电源至该至少一上电极焊垫以及该至少一下电极焊垫，以驱动并控制该振动层的该至少一振动区产生上下位移，使流体自该多个流体入口吸入，通过该多个入流通道流至该至少一入流腔室，再通过该至少一腔体通孔流至该至少一共振腔室，通过该多个流体沟槽流至该至少一储流腔室，最后受挤压经由该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞并推开该阵列孔片后自该多个孔片孔洞排出以完成流体传输。
设计说明书
技术领域
本案关于一种致动器，尤指一种使用微机电面型及体型加工制程制作的微流体致动器。
背景技术
目前于各领域中无论是医药、电脑科技、打印、能源等工业，产品均朝精致化及微小化方向发展，其中微帮浦、喷雾器、喷墨头、工业打印装置等产品所包含的流体致动器为其关键技术。
随着科技的日新月异，流体输送结构的应用上亦愈来愈多元化，举凡工业应用、生医应用、医疗保健、电子散热……等，甚至近来热门的穿戴式装置皆可见它的踨影，可见传统的流体致动器已渐渐有朝向装置微小化、流量极大化的趋势。
现有技术中已发展多种微机电制程制出的微流体致动器，然而，借创新结构增进流体传输的功效，仍为发展的重要内容。
实用新型内容
本案的主要目的是提供一种有阀式微流体致动器，使用微机电制程制作，可传输流体。本案的微流体致动器使用微机电面型及体型加工制程，并辅以封装技术制作而成。
本案的一广义实施态样为一种微流体致动器，包含：一基板、一腔体层、一振动层、一第一金属层、一压电致动层、一隔离层、一第二金属层、一防水层、一光阻层、一入口层、一流道层、一共振层以及一阵列孔片。基板具有一第一表面及一第二表面，并透过蚀刻制程形成一出口沟槽、多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞。出口沟槽与多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞相连通。多个第二出流孔洞设置在多个第一出流孔洞的外侧。腔体层透过沉积制程形成于基板的第一表面上，且透过蚀刻制程形成一储流腔室。储流腔室与多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞相连通。振动层透过沉积制程形成于腔体层上，且透过蚀刻制程形成多个流体沟槽以及一振动区。多个流体沟槽对称形成于振动层的相对两侧，借以定义出振动区。第一金属层透过沉积制程形成于振动层上，且透过蚀刻制程形成一下电极区、多个阻障区以及多个间隙。下电极区形成于对应振动区的位置。多个间隙形成于下电极区与多个阻障区之间。多个阻障区对应形成于多个流体沟槽之外侧位置。压电致动层透过沉积制程形成于第一金属层上，且透过蚀刻制程于对应第一金属层的下电极区的位置形成一作动区。隔离层透过沉积制程形成于压电致动层与第一金属层上，且透过蚀刻制程于多个间隙内形成多个间隙壁。第二金属层透过沉积制程形成于压电致动层、第一金属层以及隔离层上，且透过蚀刻制程于第一金属层上形成一上电极焊垫以及一下电极焊垫。防水层透过镀膜制程形成于第一金属层、第二金属层以及隔离层上，并透过蚀刻制程露出上电极焊垫以及下电极焊垫。光阻层透过显影制程形成于第一金属层、第二金属层以及防水层上。入口层透过蚀刻制程或激光制程形成多个流体入口。流道层形成于入口层上，且透过光刻制程形成一入流腔室、多个入流通道以及多个流道入口。多个流道入口分别与入口层的多个流体入口相连通。多个入流通道以及多个流道入口围绕设置于入流腔室周围。多个入流通道连通于多个流道入口与入流腔室之间。共振层透过滚压制程形成于流道层上，透过蚀刻制程形成一腔体通孔，且透过翻转对位制程以及晶圆接合制程接合于光阻层上。阵列孔片透过粘贴制程形成于基板上。阵列孔片具有多个孔片孔洞。多个孔片孔洞与多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞相互错位设置，借此封闭第一基板的多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞。提供具有不同相位电荷的驱动电源至上电极焊垫以及下电极焊垫，以驱动并控制振动层的振动区产生上下位移，使流体自多个流体入口吸入，通过多个入流通道流至入流腔室，再通过腔体通孔流至共振腔室，最后通过多个流体沟槽流至储流腔室，再最后受挤压经由多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞并推开阵列孔片后自多个孔片孔洞排出以完成流体传输。
附图说明
图1A为本案微流体致动器的第一实施例的正面剖面示意图。
图1B为本案第一实施例的侧面剖面示意图。
图2A至图2AH为本案第一实施例的制造步骤分解示意图。
图3为本案第一实施例的俯视示意图。
图4为本案第一实施例的入口层的俯视示意图。
图5为本案第一实施例的流通孔的俯视示意图。
图6A至图6E为本案第一实施例的作动示意图。
图7A为本案微流体致动器的第二实施例的剖面示意图。
图7B为本案其他实施例的仰视示意图。
图8为本案第三实施例的阵列孔片的仰视示意图。
图9A至图9C为本案第四实施例的翻转对位制程以及晶圆接合制程示意图。
附图标记说明
100、100'、100\
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920060983.6
申请日:2019-01-15
公开号:公开日:国家:TW
国家/省市:71(台湾)
授权编号:CN209583627U
授权时间:20191105
主分类号:B81B 3/00
专利分类号:B81B3/00;B81B1/00;B81C1/00;F04B43/04
范畴分类:38P;
申请人:研能科技股份有限公司
第一申请人:研能科技股份有限公司
申请人地址:中国台湾新竹市科学园区研发二路28号1楼
发明人:莫皓然;余荣侯;张正明;戴贤忠;廖文雄;黄启峰;韩永隆;陈宣恺
第一发明人:莫皓然
当前权利人:研能科技股份有限公司
代理人:喻学兵
代理机构:31100
代理机构编号:上海专利商标事务所有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计