CN100413777C - 具有防泄漏排放口的微机电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微机电设备，包括：一个用于存放流体底流体腔；一个用于允许流体从腔内流出的腔内输出孔；一个用于自腔内经由所述输出孔分配流体的操纵器，及至少一个用于将腔内形成的气泡排出至腔外的腔内排放口。所述排放口被构造成使流体的弯月面横跨所述排放口的孔口而形成，从而防止流体从所述排放口孔口泄漏。

Description

具有防泄漏排放口的微机电设备
本发明是第00812121.4号，发明名称为“微机电设备中的排放口”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及微机电(MEM)设备内的排放口。本发明可应用于一种喷嘴中，制造这种类型的喷嘴时将可应用于微机电系统(MEM)和金属氧化物半导体(“CMOS”)集成电路中的技术结合起来，以及今后在该应用的上下文中描述本发明。然而，应该理解，本发明能够更广泛地应用于其他类型的MEM设备内的排放口。
背景技术
在下面共同待审的专利申请中公开了与本发明相关的各种方法，系统与设备，这些共同待审的专利申请是本发明的申请人或者受让人与本发明申请同时递交申请的：
PCT/AU00/00518，    PCT/AU00/00519，    PCT/AU00/00520，
PCT/AU00/00521，    PCT/AU00/00522，    PCT/AU00/00523，
PCT/AU00/00524，    PCT/AU00/00525，    PCT/AU00/00526，
PCT/AU00/00527，    PCT/AU00/00528，    PCT/AU00/00529，
PCT/AU00/00530，    PCT/AU00/00531，    PCT/AU00/00532，
PCT/AU00/00533，    PCT/AU00/00534，    PCT/AU00/00535，
PCT/AU00/00536，    PCT/AU00/00537，    PCT/AU00/00538，
PCT/AU00/00539，    PCT/AU00/00540，    PCT/AU00/00541，
PCT/AU00/00542，    PCT/AU00/00543，    PCT/AU00/00544，
PCT/AU00/00545，    PCT/AU00/00547，    PCT/AU00/00546，
PCT/AU00/00554，    PCT/AU00/00556，    PCT/AU00/00557，
PCT/AU00/00558，    PCT/AU00/00559，    PCT/AU00/00560，
PCT/AU00/00561，    PCT/AU00/00562，    PCT/AU00/00563，
PCT/AU00/00564，    PCT/AU00/00565，    PCT/AU00/00566，
PCT/AU00/00567，    PCT/AU00/00568，    PCT/AU00/00569，
PCT/AU00/00570，    PCT/AU00/00571，    PCT/AU00/00572，
PCT/AU00/00573，    PCT/AU00/00574，    PCT/AU00/00575，
PCT/AU00/00576，    PCT/AU00/00577，    PCT/AU00/00578，
PCT/AU00/00579，    PCT/AU00/00581，    PCT/AU00/00580，
PCT/AU00/00582，    PCT/AU00/00587，    PCT/AU00/00588，
PCT/AU00/00589，    PCT/AU00/00583，    PCT/AU00/00593，
PCT/AU00/00590，    PCT/AU00/00591，    PCT/AU00/00592，
PCT/AU00/00584，    PCT/AU00/00585，    PCT/AU00/00586，
PCT/AU00/00594，    PCT/AU00/00595，    PCT/AU00/00596，
PCT/AU00/00597，    PCT/AU00/00598，    PCT/AU00/00516，
PCT/AU00/00517，    PCT/AU00/00511，    PCT/AU00/00501，
PCT/AU00/00502，    PCT/AU00/00503，    PCT/AU00/00504，
PCT/AU00/00505，    PCT/AU00/00506，    PCT/AU00/00507，
PCT/AU00/00508，    PCT/AU00/00509，    PCT/AU00/00510，
PCT/AU00/00512，    PCT/AU00/00513，    PCT/AU00/00514，
PCT/AU00/00515。
这些共同待审的专利申请的公开内容在这里被用作交叉参考。
发明内容
根据本发明，一种微机电设备，包括：
一个用于存放液体的液体腔；
一个腔内的输出孔，用于允许液体从腔内流出，
一个操纵器，用于自腔内经由所述输出孔分配液体，及
至少一个腔内排放口，用于将腔内形成的气泡排出至腔外，其中所述排放口被构造成使液体的弯月面横跨所述排放口的孔口而形成。
该操纵器优选地包括一个位于腔内的桨叶，该腔包括一个周围壁，所述至少一个排放口位于周围壁内邻近于桨叶周围部分处。
优选地，多个排放口安排于周围壁内，这些多个排放口安排于周围壁周围、邻近于桨叶周围部分处。
优选地，该排放口由一个第一层、一个与第一层隔开的第二层所限定，一个保护层淀积于第一层和第二层之间，该保护层被腐蚀掉以便形成第一和第二层之间的排放口以及所述排放口孔口，所述第一层和第二层被构造成使液体的弯月面横跨所述排放口的孔口而形成。
优选地，第一和第二层具有一个由一对凸肩形成的抬起段，该保护材料即保护层被淀积于第一层的抬起段上以便形成一个排放通道，当保护层被腐蚀掉后，该排放通道形成所述排放口，该第二层被淀积于保护层上以及该淀积于保护层上的第二层部分具有一对侧壁和一个顶盖，该对侧壁和顶盖与第一层一起限定排放口的排放通道。
优选地，该凸肩包括用于阻止液体自凸肩浸润到衬底的小孔。
附图说明
以下参照附图通过例子描述本发明实施例，附图中：
图1是一个打印机墨水喷嘴的本发明实施例的平面图；
图2是图1中喷嘴实施例的沿着图1中线2-2的剖面图；
图3是类似于本发明实施例图2的更详细剖面图，其中操纵器处于极端位置以及一滴墨水正从喷嘴喷出；
图4是图1至3中所示优选实施例的一部分的详细的视图；及
图5是图4中箭头A方向内的视图。
具体实施方式
如图1和其他相关附图中大约放大3000倍的图形所表示的，单个墨水喷嘴设备1被显示为通过将MEMS和CMOS技术相结合而制造的芯片的一部分。该完整的喷嘴设备包括一个支撑结构，它具有一个硅基底20、一个金属氧化物半导体层21、一个钝化层22和一个非腐蚀介质镀层/腔形成层29。可以参照以上确认的国际专利申请号PCT/AU00/00338的关于喷嘴设备制造的公开内容。在由相同的本发明申请人提出申请的题为“微机电设备中的移动传感器”(参考号：MJ12)的共同未决申请中更全面地公开了该设备的操作。这两个申请的公开内容在说明书中被用作参考。
该喷嘴设备包括一个连至一个墨水源(未示出)的墨水腔24。如以下将描述的，层29形成一个腔壁23，它具有一个用于将墨水滴自腔24所包含的墨水25内喷出的喷嘴孔13。如图1中所示，壁23一般是圆柱形，该小孔13实际上位于圆柱形壁23的中部。该壁23具有一个直边部分10，它形成壁23的周围部分。
如图3中所示，该腔24也由一个周围侧壁23a、一个下侧壁23b、一个基壁(未示出)和一个基底20的直边部分39所形成。一个操纵器28形成于层22上，及支撑部分23c形成于操纵器28的一端。
操纵器28在制造设备时被淀积，以及能够相对于基底20和支撑部分23c通过铰链转动。操纵器28包括上半和下半臂部分31和32。杆28的下半部分32是一个与CMOS层21接触的电触点，用于向部分32提供电流以便通过热弯曲将杆28自图2中所示位置移动至图3中所示位置，以使墨水滴通过小孔13喷至纸上(未示出)。因此，层22包括用于向部分32和其他电路提供电流的电源电路，以便操作附图中所示喷嘴，如同以上共同未决的专利申请中所描述的那样。
一个块8安装于杆28上。该块8包括一个通常为T形的具有一个周围壁10的部分50(当俯视时)。腔24的上半壁23具有一个通常为T形的槽60，它由壁23的直边部分52所形成，它用于接纳块8的T形部分50。操纵器28携带一个安排于腔24内的桨叶27，它可如图1和3中所示地随着操纵器移动，以便喷出墨水滴D。
周围壁23a、腔壁23、块8和支撑部分23c全部都通过将用于形成层29的材料进行淀积和将保护材料腐蚀而形成，从而形成腔24、喷嘴孔23、分离块8和块8与支撑部分23c之间的空间。在基底20上淀积时也形成下半壁部分23b。
层22的端边22a与壁23的端边部分50之间的空间形成一个操纵器孔54，当操纵器28处于如图1和2中所示静止状态中时，它实际上全部被块8的T形部分50所包围。当处于图1和2中所示静止位置中时，部分50的壁10离开边52一段距离，该距离小于1微米，以便形成边57与壁10之间的细槽。
当操纵器28上下移动以便自腔24中喷射墨水滴D时，块8与壁10相对于壁10的槽60的边52上下移动，同时仍保持与壁23的边52紧密相距关系。考虑到壁10与边52的邻近性及壁10相对于边52的上下移动，在壁10与边52之间形成一个弯月面M。弯月面M的保持就形成边52与壁10之间的密封，从而减少墨水从腔24内往外泄漏和浸润的可能性。在层22上形成的支撑凸缘56与在其上形成块8的操纵器28的部分58之间也形成一个弯月面M2。当处于静止位置中时，该部分58靠在凸缘54上。该弯月面M2的形成也能减少操纵器28和桨叶27移动时墨水泄漏和浸润的可能性。在操纵器孔54的各边(未示出)与用于形成小孔54的壁23a的各边(未示出)之间也形成一个弯月面(未示出)。
如图3中所示，边部分52可以携带一个唇边81，以及壁10也可携带一个唇边83，以便进一步减少墨水自腔24浸润至块8或壁23的上表面的可能性。唇边81可以完全伸展在壁23周围，以及类似的唇边也可被提供于小孔13上。
如图1中所示，在腔24的周围壁23a上安排了多个排放口5。在一个优选实施例中包括5个排放口。当桨叶27处于图2中所示静止位置时，这些排放口5位于邻近桨叶27周围的位置(它通常是与腔24配置匹配的圆形配置)。
如图4和5中更详细地显示的，排放口5是由具有一个突出部分16的第一淀积氮化钛层和具有一个突出部分17的第二淀积氮化钛层15所形成的。在形成如图中所示的喷嘴的过程中，在层14上淀积一层保护层，然后在其上再淀积层15，该保护层被腐蚀掉以便在层14和15之间留出一个排放通道11，从而形成排放口5，它具有一个孔口11a。该通道11与腔24的内部相通。
如图5中所示，排放口孔口11a形成于层14和15的抬起部分中。层14和15通常是伸展于腔24周围的圆形配置。层14和15在形成排放通道11处以外的地方都是相连的。如图5中所示，层14和15在排放口5处抬起从而形成凸肩80。如图5中所示，凸肩80之间的层14的部分一般是平面的。然而，层15自层14往上分开以形成壁82和顶盖段84，这些与层14一起用于形成排放通道11和排放口孔口11a。保护材料通常按照排放通道的形状被淀积，以使其他没有保护材料的地方在层14上淀积层15，而在有保护材料的排放通道处，层15位于保护材料之上从而形成如图5中所示的侧壁82和顶盖84。如上所述，然后将保护材料腐蚀掉以便在层14和15之间留下排放通道11。
凸肩80配备有槽25和26，用于防止可能自腔24通过排放口5泄漏的任何流体沿着层14的下表面浸润到层22，这可能对层22造成损害。一般而言，在层14和15之间形成一个跨过排放口孔口11a的墨水弯月面，用于防止流体泄漏出排放口，从而形成一个密封，减少从排放口5泄漏任何墨水的可能性。
在喷嘴操作期间，当桨叶27自图1和2中所示静止位置移动至图3中所示位置以喷出一滴流体D时，特别在靠近突出部分16和17处有可能形成气泡。任何形成的气泡能够通过每个排放口5的排放通道11和排放口孔口11a排至外部大气中。

Claims (6)

1. 一种微机电设备，包括：
一个液体腔，用于存放液体，
一个腔内的输出孔，用于允许液体从腔内流出，
一个操纵器，用于自腔内经由所述输出孔分配液体，及
至少一个腔内排放口，用于将腔内形成的气泡排出至腔外，所述排放口被构造成使液体的弯月面横跨所述排放口的孔口而形成.
2. 权利要求1所述的微机电设备，其中所述操纵器包括一个位于腔内的桨叶，其中该腔包括一个周围壁，所述至少一个排放口位于周围壁内邻近于桨叶周围部分处.
3. 权利要求2所述的微机电设备，其中所述排放口为多个并且被布置在周围壁内，这些多个排放口位于周围壁周围、邻近于桨叶周围部分处.
4. 权利要求1所述的微机电设备，其中该排放口由一个第一层、一个与第一层隔开的第二层所限定，一个保护层淀积于第一层和第二层之间，并且腐蚀掉该保护层从而形成第一和第二层之间的所述排放口以及所述排放口孔口，所述第一层和第二层被构造成使液体的弯月面横跨所述排放口的孔口而形成.
5. 权利要求4所述的微机电设备，其中第一和第二层具有一个由一对凸肩形成的抬起段，保护材料被淀积于第一层的抬起段上以便限定一个排放通道，当保护材料被腐蚀掉后，该排放通道形成所述排放口，该第二层被淀积于保护材料上以及该淀积于保护材料上的第二层部分具有一对侧壁和一个顶盖，该对侧壁和顶盖与第一层一起限定排放口的排放通道。
6. 权利要求5所述的微机电设备，其中这些凸肩包括用于阻止液体自凸肩浸润到衬底的小孔。
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