CN101058064A - 适用于微小颗粒制造系统的液滴喷出装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种液滴喷出装置，适用于一微小颗粒制造系统，其包含：一供液容器，用以容置一液体且具有一开口；一基材，其相对应于该供液容器的该开口设置且具有多个供液孔，该多个供液孔与该开口相连通，用以接收该液体；一液滴产生器群组，设置于该基材的表面且实质上邻近该多个供液孔，用以驱动该液体而产生多个液滴；一喷孔片，其具有多个喷孔相对应于该液滴产生器群组，当该喷孔片与该基材结合时，用以将该液滴产生器群组所产生的该多个液滴自所对应的该喷孔喷出。

Description

适用于微小颗粒制造系统的液滴喷出装置

(1)技术领域

本发明是关于一种液滴喷出装置，尤指一种适用于微小颗粒制造系统的可大量喷出微小液滴的装置。

(2)背景技术

现行制造微小颗粒的方式主要分为两种，第一种为利用机械研磨加上过滤之方式，第二种则为喷雾干燥的方式，然而这些传统制造微小颗粒的方法皆有相当的缺点存在。

首先，以机械研磨加上过滤的方式为例，其是利用微粉粉碎机以高能球磨或气流磨的方法，通过物料与磨料间的相互研磨与冲击，将物料粉碎为颗粒。采用这种方式虽然设备简单、操作容易、成本较低且可得到尺寸微小的颗粒，甚至可以达到奈米级之颗粒，但是由于制造过程中的机械碰撞易产生污染，且研磨及其产生的热量会分别造成微小颗粒表面的磨损及物性的破坏。此外，机械研磨的方式亦有粒径分布不均的问题，且并非所有奈米材料皆能适用机械研磨制得。

而使用喷雾干燥的方式虽然可以大量制造微小颗粒，且较无污染的情况，但由于喷雾干燥所产生的颗粒尺寸较大且不均匀，所以不易达到奈米级的需求。

近来，喷墨技术被应用在制造微小颗粒之用途上，其主要的原理是将预计制备之物质溶解在特定溶剂中，以形成一种溶液，然后再将该溶液利用喷墨之方式喷出形成微小液滴，最后将液滴干燥使溶剂蒸发，便可析出微小颗粒之溶质，然而现有的液滴喷出装置，例如：热气泡式喷墨头，均是在一硅晶圆(Silicon Wafer)上以半导体制程的方式形成多个具有相同结构的单位，并经切割后形成晶片(Chip)，其中每个晶片各自与一喷孔片贴合，再经由打线与一电路板接合，以形成一个喷墨头，而每个喷墨头上的喷孔数约在数百个、最多数千个，但是由于使用传统的液滴喷出装置来制备微小颗粒，其产出速率非常缓慢，若采用同时使用多个装置来制备的方式，其成本又过高不符经济效益。

因此，如何发展一种可改善上述现有技术缺失，且可大量喷出微小液滴之液滴喷出装置，实为目前迫切需要解决的问题。

(3)发明内容

本发明的主要目的在于提供一种适用于微小颗粒制造系统的液滴喷出装置，藉由设置于基材表面的液滴产生器群组将经由基材的供液孔所提供的液体驱动，以产生多个液滴且经由相对应的喷孔喷出，以及于供液容器设置供气孔及于基材及喷孔片设置相对应的通气孔的方式，俾解决现有液滴喷出装置所使用的喷墨头其产出速率非常缓慢，以及同时使用多个装置来制备的方式，成本过高又不符经济效益等缺点。

为达上述目的，本发明的一较广义实施样态为提供一种液滴喷出装置，适用于一微小颗粒制造系统，其包含：一供液容器，用以容置一液体且具有一开口；一基材，其相对应于该供液容器的该开口设置且具有多个供液孔，该多个供液孔系与该开口相连通，用以接收该液体；一液滴产生器群组，设置于该基材之表面且实质上邻近该多个供液孔，用以驱动该液体而产生多个液滴；一喷孔片，其具有多个喷孔相对应于该液滴产生器群组，当该喷孔片与该基材结合时，用以将该液滴产生器群组所产生的该多个液滴自所对应的该喷孔喷出。

根据本发明的构想，其中该液滴产生器群组包含多个致动器、一障壁层及一导电层，用以驱动经由该基材之该多个供液孔所提供之该液体而产生该多个液滴。

根据本发明的构想，其中该障壁层系设置于该基材表面，用以形成多个供液流道及多个腔室，该供液流道系用以将该液体由该供液孔供应到相对应之该腔室内。

根据本发明的构想，其中该多个致动器设置于该基材表面及相对应的该障壁层之该腔室内，用以驱动该液体而产生多个液滴。

根据本发明的构想，其中该导电层系设置于该基材表面且与该多个致动器电连接，用以将至少一电流驱动信号传递至该多个致动器，用以触发该致动器运作。

根据本发明的构想，其中该多个致动器实质上呈现分组并联状态，每一该电流驱动信号可同时控制多个该致动器。

为达上述目的，本发明的另一较广义实施样态为提供一种液滴喷出装置，其适用于一微小颗粒制造系统，其包含：一供液容器，用以容置一液体，且具有一开口及用以提供一干燥气体之一供气孔；一基材，其相对应于该供液容器的该开口设置，且具有多个供液孔及一第一通气孔，该多个供液孔与该开口相连通，用以接收该液体；一液滴产生器群组，设置于该基材之表面且实质上邻近该多个供液孔，用以驱动该液体而产生多个液滴；一喷孔片，其具有多个喷孔相对应于该液滴产生器群组以及一第二通气孔，当该喷孔片与该基材结合时，用以将该液滴产生器群组所产生的该多个液滴自所对应的该喷孔喷出；其中，当该喷孔片与该基材结合时，该喷孔片之该第二通气孔与该基材之该第一通气孔及该供液容器之该供气孔相连通，用以于该多个液滴自所对应之该喷孔喷出时，使该干燥气体自该第二通气孔中喷出，以将该多个液滴干燥为多个微小颗粒。

根据本发明的构想，其中该供液容器的该供气孔是与一热风管连接，用以提供该干燥气体。

(4)附图说明

图1(a)为本发明第一较佳实施例的液滴喷出装置的分解结构示意图。

图1(b)为图1(a)所示的基材的部分结构示意图。

图1(c)为图1(a)所示的液滴喷出装置的组装结构示意图。

图1(d)为图1(c)的剖面结构示意图。

图2为现有液滴喷出装置的电路示意图。

图3为本发明液滴喷出装置的电路示意图。

图4(a)为本发明第二较佳实施例的液滴喷出装置的分解结构示意图。

图4(b)为图4(a)的组装结构示意图。

(5)具体实施方式

体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上系当作说明之用，而非用以限制本案。

请参阅图1(a)，其为本发明第一较佳实施例的液滴喷出装置的分解结构示意图。如图1(a)所示，本发明的液滴喷出装置1可适用于一微小颗粒制造系统，其原理是将预计制备之物质溶在一特定之溶剂中，以形成一种液体，再用本发明的液滴喷出装置1将液体喷出形成微小液滴，经干燥程序将微小液滴蒸发，便析出微小颗粒。本发明的液滴喷出装置1主要由供液容器11、基材12、液滴产生器群组13(如图1(d)所示)以及喷孔片14所组成。

于本实施例中，供液容器11可为一圆形的中空结构，其内部包含有一容置空间，主要用来容纳预定喷出的液体，而液体主要由溶剂与溶质混合所形成，且液体藉由一管线15流入供液容器11内部，另外，供液容器11的一端具有一圆形开口111。至于，基材12相对应于供液容器11的开口111设置，且藉由一半导体制程或一微加工制程形成多个供液孔(Fluid Supply Slot)121，当基材12与供液容器11连接在一起时，供液孔121将与开口111相连通，可将供液容器11内部所储存之液体由基材12的背面供应到基材12的正面。

请参阅第一图(b)及(d)，其中第一图(b)系为第一图(a)所示之基材之部分结构示意图，第一图(d)系为本案液滴喷出装置组装后之剖面结构示意图，如图所示，液滴产生器群组13设置于基材12的表面上且邻近供液孔121，主要由多个致动器(Actuator)131、障壁层(Barrier Layer)132及导电层133所组成，其中，障壁层132系设置于基材12的表面且邻近基材12的供液孔121周围，可形成多个腔室1321及多个供液流道(Ink Supply Channel)1322，供液流道1322可将由供液孔121所渗出的液体引导到相对应之腔室1321内。于本实施例中，致动器131可藉由一半导体制程或一微加工制程形成于基材12的表面并置于相对应之障壁层132所形成的腔室1321内，而导电层133则设置于基材12与障壁层132之间且与致动器131电性连接(如第一图(d)所示)，用以将微小颗粒制造系统之控制器(未图示)所输出之电流驱动信号传递至致动器131中，主要用来触发致动器131运作，进而产生多个液滴。

请再参阅图1(d)，本发明的喷孔片(Nozzle Layer)14主要设置在障壁层132的上方，且其以微影蚀刻的方式同时形成多个喷孔141，每个喷孔141对应一个供液流道1322以及一个致动器131，当本发明的喷孔片14与基材12结合在一起，即液滴喷出装置1组装完成(如图1(c)所示)，且障壁层132所形成的腔室1321内部的液体受到致动器131驱动时，会从喷孔141喷出形成液滴。

请参阅图2及图3，其中图2为现有液滴喷出装置的电路示意图，图3为本发明液滴喷出装置的电路示意图，其中S1～S5为开关信号、P1～P4为驱动信号、G为接地点，如图2所示，由于现有的液滴喷出装置主要是应用在打印设备上，因此需要考虑到点火时序(Firing Sequence)的问题，所以同一个信号并无法同时控制多组致动器131，而图3所示之开关信号及驱动信号由微小颗粒制造系统之控制器所输出，主要用来控制致动器131运作，且本发明的致动器131可以分组并联的方式连接，由于本发明的液滴喷出装置1主要是应用在微小液滴的产生，因此并没有点火时序的限制，所以同一个信号可用来同时控制多组致动器131，于本实施例中，P1与P2各控制二组致动器131而S1与S2亦各控制二组致动器131，因此本发明的电路设计可有效减少外部控制的点数。

当然，本实施例的液滴喷出装置1的尺寸可实质上等同于一晶圆尺寸，其在基材12藉由半导体制程或是微加工制程形成数万甚至数十万个致动器131，且所有的致动器131可分组并联，并利用一个信号来控制多个致动器131，能有效减少外部控制点数，此外，喷孔片14亦可采用晶圆级之制程，先将喷孔片材料整片贴附在基材12上，再以微影蚀刻之方式同时形成多个喷孔14，可提供一产能高且成本低的液滴喷出装置。

请参阅图4(a)及(b)，其为本发明第二较佳实施例的液滴喷出装置的分解及组装结构示意图，如图4(a)所示，本实施例的液滴喷出装置2同样由供液容器21、开口211、基材22、供液孔221、液滴产生器群组、障壁层、导电层、致动器231、喷孔片24、喷孔241以及管线25所组成，其中上述的液滴产生器群组所包含的障壁层以及导电层的结构及所能达成的目的及功效已详述于第一较佳实施例中，因此不再赘述。

本实施例的液滴喷出装置2为一种具有通气功能之装置，即在液滴飞行途中以升温气流使之干燥，如图4(a)所示，供液容器21除了开口211之外，另外具有用来与一热风管26连接之一供气孔212，可用来接收由热风管26所输出之干燥气体，相对的基材22同样具有与供液容器21之供气孔212相对应之第一通气孔222，而喷孔片24上同样具有与基材22之第一通气孔222及供液容器21之供气孔212相对应之第二通气孔242，当本发明的喷孔片14与基材12结合在一起，即液滴喷出装置1组装完成时(如图4(b)所示)，喷孔片24之第二通气孔242将与基材22之第一通气孔222及供液容器21的供气孔212相连通，使热风管26所提供的干燥气体可以自喷孔片24的第二通气孔242中喷出，当致动器131驱动液体而自喷孔241喷出液滴时，第二通气孔242同时供应干燥气体，使液滴在飞行途中因溶剂蒸发而形成微小颗粒。当然，本实施例的液滴喷出装置2可藉由妥善安排喷孔排列、通气孔之尺寸、数量、位置、以及气体之温度与流量，以达到最佳之干燥条件。

综上所述，本发明适用于微小颗粒制造系统的液滴喷出装置是藉由设置于基材表面的液滴产生器群组将经由基材的供液孔所提供的液体驱动，以产生多个液滴且经由相对应之喷孔喷出，可提高产能及降低成本。另外，藉由于供液容器设置供气孔及于基材及喷孔片设置相对应的通气孔的方式，当自喷孔喷出液滴时，由喷孔片的通气孔同时供应干燥气体，可使液滴在飞行途中因溶剂蒸发而形成微小颗粒。因此，本发明的适用于微小颗粒制造系统的液滴喷出装置极具产业价值，爰依法提出申请。

本发明得由熟知此技术之人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护。

Claims (10)

1.一种液滴喷出装置，适用于一微小颗粒制造系统，其包含：

一供液容器，用以容置一液体且具有一开口；

一基材，其相对应于该供液容器的该开口设置且具有多个供液孔，该多个供液孔与该开口相连通，用以接收该液体；

一液滴产生器群组，包含多个致动器、一障壁层及一导电层，设置于该基材的表面且实质上邻近该多个供液孔，用以驱动该液体而产生多个液滴，该多个致动器实质上呈现分组并联状态，每一该电流驱动信号可同时控制多个该致动器；

一喷孔片，其具有多个喷孔相对应于该液滴产生器群组，当该喷孔片与该基材结合时，用以将该液滴产生器群组所产生的该多个液滴自所对应的该喷孔喷出。

2.如权利要求1所述的液滴喷出装置，其中该障壁层设置于该基材表面，用以形成多个供液流道及多个腔室，该供液流道用以将该液体由该供液孔供应到相对应的该腔室内。

3.如权利要求1所述的液滴喷出装置，其中该多个致动器设置于该基材表面及相对应的该障壁层的该腔室内，用以驱动该液体而产生多个液滴。

4.如权利要求1所述的液滴喷出装置，其中该导电层设置于该基材表面且与该多个致动器电连接，用以将至少一电流驱动信号传递至该多个致动器，用以触发该致动器运作。

5.一种液滴喷出装置，其适用于一微小颗粒制造系统，其包含：

一供液容器，用以容置一液体，且具有一开口及用以提供一干燥气体的一供气孔；

一基材，其相对应于该供液容器的该开口设置，且具有多个供液孔及一第一通气孔，该多个供液孔与该开口相连通，用以接收该液体；

一液滴产生器群组，包含多个致动器、一障壁层及一导电层，设置于该基材的表面且实质上邻近该多个供液孔，用以驱动该液体而产生多个液滴，该多个致动器实质上呈现分组并联状态，每一该电流驱动信号可同时控制多个该致动器；

一喷孔片，其具有多个喷孔相对应于该液滴产生器群组以及一第二通气孔，当该喷孔片与该基材结合时，用以将该液滴产生器群组所产生的该多个液滴自所对应的该喷孔喷出；

其中，当该喷孔片与该基材结合时，该喷孔片的该第二通气孔与该基材的该第一通气孔及该供液容器的该供气孔相连通，用以于该多个液滴自所对应的该喷孔喷出时，使该干燥气体自该第二通气孔中喷出，以将该多个液滴干燥为多个微小颗粒。

6.如权利要求5所述的液滴喷出装置，其中该障壁层设置于该基材表面，用以形成多个供液流道及多个腔室，该供液流道用以将该液体由该供液孔供应到相对应的该腔室内。

7.如权利要求5所述的液滴喷出装置，其中该多个致动器设置于该基材表面及相对应的该障壁层的该腔室内，用以驱动该液体而产生多个液滴。

8.如权利要求5所述的液滴喷出装置，其中该导电层设置于该基材表面且与该多个致动器电连接，用以将至少一电流驱动信号传递至该多个致动器，用以触发该致动器运作。

9.如权利要求5所述的液滴喷出装置，其中该供液容器的该供气孔与一热风管连接，用以提供该干燥气体。

10.一种液滴喷出装置，适用于一微小颗粒制造系统，其包含：

一供液容器，用以容置一液体且具有一开口；

一基材，其相对应于该供液容器的该开口设置且具有多个供液孔，该多个供液孔与该开口相连通，用以接收该液体；

一液滴产生器群组，包含多个致动器、一障壁层及一导电层，设置于该基材的表面且实质上邻近该多个供液孔，用以驱动该液体而产生多个液滴，每一该电流驱动信号可同时控制多个该致动器。

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