CN101132917A - 改进的mems流体致动器 - Google Patents

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Abstract

本发明针对将诸如图像或其它标记的图案打印到表面上，更特别地，针对利用至少一个微机电系统(MEMS)致动器将图案打印到表面上。本发明的示例性形式利用焦耳加热，以驱动能够从室中使墨水转移并转移到打印介质的表面上的桁条。本发明包括用于设计、制造和操作根据这里讨论的教导的MEMS致动器的方法。

Description

改进的MEMS流体致动器
技术领域
本发明针对将诸如图像或其它标记的图案打印到表面上，更特别地，针对利用至少一个微机电系统(MEMS)致动器将图案打印到表面上。本发明的示例性形式利用焦耳加热，以驱动能够从室中使墨水转移并转移到打印介质的表面上的桁条(beam)。
背景技术
存在两种基本类型的微机电系统(MEMS)致动器：单一材料致动器和复合材料致动器。两种类型的致动器都基于焦耳加热的原理以使微机械加工材料热膨胀以产生需要的位移。
参照图14，公知的Guckel致动器是单一材料MEMS致动器10的例子。致动器10可以从硅或多晶硅微机械加工得到，并且，当在器件的锚定(anchored)端施加电压时，薄臂12具有比宽臂14高得多的电流密度。由于电流密度，薄臂12温度升高得比宽臂14高，因此，薄臂14趋于比宽臂16膨胀得更多。薄臂14和宽臂16之间的差异膨胀向宽臂16提供净移动。
据报道，示例性的单一材料致动器包含1575欧姆致动器，该致动器2200微米长、薄/宽臂分别40/255微米宽(University of Pennsylvania，NSF Grant DMI-97-33196)。当在该单一材料致动器两端施加9伏电压时，焦耳加热导致约230℃的平均温度上升。薄臂和宽臂之间的温差为约50℃，并且不同的热膨胀产生约8微米的净偏转或移动。
在NSF Grant ECS-9734421(University of California atBerkeley)中公开了单一材料MEMS致动器的另一例子。在该例子中，致动器从多晶硅微机械加工得到，并具有2×2×100微米的尺寸，该致动器的各端被安装到锚定点上。由于锚定点在桁条的端部限制膨胀，-因此多晶硅的热膨胀导致桁条鼓胀。作者报道了通过桁条的4.2mA的连续电流导致900℃的稳定状态ΔT，从而导致3微米的偏转。
与单一材料的例子相反，复合材料致动器可使用由具有两种不同的热膨胀系数的两种不同材料构成的桁条结构。焦耳加热用于升高桁条的温度，并且，由于两种材料具有不同的热膨胀系数，因此导致沿一个或更多个方向的净移动。
发明内容
本发明针对将图案打印到表面上，更特别地，针对利用至少一个微机电系统(MEMS)致动器将图案打印到表面上。本发明包括设计、制造和实现利用焦耳加热以驱动能够从液池使流体转移并转移到表面上的桁条。
本发明的第一方面是，提供一种微机电流体喷射器的设计方法，该方法包括：考虑喷射器的电阻体层的三维测量、将被供给电阻体层上的电压和电阻体层的材料性能计算电流密度；和通过使用计算的电流密度设计微机电流体喷射器。
在第一方面的更详细的实施例中，该方法还包括：考虑电流密度计算驱动微机电流体喷射器的脉冲持续时间，其中，计算电流密度的动作考虑微机电流体喷射器将在被驱动时消耗的能量值。
本发明的第二方面是，提供一种用于将流体选择性沉积到表面上的装置的制造方法，该方法包括：通过在具有第二热膨胀系数的第二材料上层叠具有第一热膨胀系数的第一材料形成可变位致动器，该第一热膨胀系数比该第二热膨胀系数大，该第一材料和该第二材料中的至少一个形成为在沿可变位致动器的长度隔开的第一点和第二点之间表现出不均匀的电流密度；和安装可变位致动器，以允许可变位致动器在液池内移动，该液池包含适于允许从其选择性排出流体并排出到表面上的孔；其中，可变位致动器适于位移大于1微微升每微焦。
本发明的第三方面是，提供一种具有用于使特定体积的流体发生位移的微机电流体喷射器的打印装置的操作方法，该方法包括：(a)监视关于要被打印到表面上的图案的打印指令；(b)基于要被打印的图案确定从打印装置的预定喷嘴喷射的流体的体积；和(c)响应确定要被喷射的流体的体积的动作，操纵施加到与预定喷嘴连通的微机电流体喷射器上的脉冲宽度，以将具有预定体积的流体的液滴喷射到表面上。
本发明的第四方面是，提供一种具有用于使特定体积的流体发生位移的微机电流体喷射器的打印装置的操作方法，该方法包括：(a)监视关于要被打印到表面上的图案的打印指令；(b)基于要被打印的图案确定从打印装置的预定喷嘴喷射的流体的体积；和(c)响应确定要被喷射的流体的体积的动作，操纵施加到与预定喷嘴连通的微机电流体喷射器上的电压，以将具有预定体积的流体的液滴喷射到表面上。
本发明的第五方面是，提供一种操作微机电流体喷射器以实现预定的机械偏转的方法，该方法包括：(a)通过获知(acknowledge)将驱动微机电流体喷射器的电压、电阻体层的相关的体积和作为被驱动的结果的微机电流体喷射器的温度场的期望的变化，计算驱动微机电流体喷射器的电阻体层以提供预定的机械偏转的脉冲宽度；和(b)通过使用计算的脉冲宽度操作微机电流体喷射器，以从喷嘴喷射流体的液滴，这里，液滴在预定的体积范围内。
在第五方面的另一更详细的实施例中，计算动作包含：(i)计算电阻体层的电流密度；和(ii)通过至少部分利用电流密度、电阻体层的体积、电压、脉冲宽度和微机电流体喷射器的温度场的期望的变化，计算微机电流体喷射器的机械偏转。
本发明的第六方面是，提供一种微机电流体喷射器的操作方法，该方法包括：(a)通过使用微机电流体喷射器的形状、将被用于驱动微机电流体致动器的电流、电流的脉冲宽度和构成微机电流体喷射器的各材料的材料性能，计算微机电流体喷射器的周期；和(b)通过使用计算的周期操作微机电流体喷射器，以从喷嘴喷射流体的液滴，其中，液滴在预定的体积范围内。
在第六方面的另一更详细的实施例中，操作机电流体喷射器的动作包含以约20KHz～约25KHz的频率操作机电流体喷射器。
本发明的第七方面是，提供一种用于将流体选择性沉积到表面上的热变形工具，该热变形工具包括：包含邻近具有第二热膨胀系数的第二材料的具有第一热膨胀系数的第一材料的可变位致动器，该第一热膨胀系数比该第二热膨胀系数大，可变位致动器被制造为在沿可变位致动器的长度隔开的第一点和第二点之间表现出不均匀的电流密度，这里，可变位致动器的最大偏转点与到第一点相比更接近第二点，并且，可变位致动器受到导致第一材料以比第二材料大的速率膨胀或收缩的温度变化，并且可变位致动器适于位移大于百万分之一升每微焦。
在第七方面的更详细的实施例中，第二材料包含夹住第一材料的第一层和第二层，这里，第一层的厚度比第二层的厚度的大十倍。
本发明的第八方面是，提供一种用于将流体选择性沉积到诸如打印介质或衬底的表面的表面上的装置，该装置包括：(a)可适应桁条，该可适应桁条包含沿其长度包含第一材料的第一层、第二材料的第一层和第一材料的第二层的截面，这里，第一材料的第一层的厚度比第一材料的第二层的厚度的大十倍，并且，第二材料的热膨胀系数比第一材料的热膨胀系数大；和(b)适于在其中至少部分容纳可适应桁条的室，该室还适于包含至少一个孔以允许通过在受到温度变化时可适应桁条的致动从室中排出流体。
在第八方面的更详细的实施例中，第二材料是导体，并且第一材料是绝缘体。在另一更详细的实施例中，第一材料包含二氧化硅，并且第二材料包含钛和铝中的至少一种。在另一更详细的实施例中，第一材料的第一层为约4微米～约5微米，并且第一材料的第二层为约0.1微米～约0.4微米。在另一更详细的实施例中，第一材料的第一层为约3微米～约7微米，并且第一材料的第二层为约0.03微米～约0.6微米。在另一更详细的实施例中，可适应桁条适于位移大于1微微升每微焦。
本发明的第九方面是，提供一种用于将流体选择性沉积到表面上的装置的制造方法，该方法包括：(a)形成包含至少三个层的可变位致动器：(i)包含具有第一热膨胀系数的第一材料的第一层；(ii)包含具有第三热膨胀系数的第三材料的第三层；和(iii)包含具有第二热膨胀系数的第二材料的第二层，这里，第二层至少部分将第一层与第三层分开，并且，第一层的厚度比第三层的厚度的大十倍；和(b)将可变位致动器安装到液池内，以在致动器通过电阻加热受到温度变化时允许其移动，以允许通过液池的孔选择性排出流体并将其排出到表面上。
在第九方面的更详细的实施例中，第一层和第三层可用于封装第二层。在另一更详细的实施例中，第二层至少部分置于第一层和第三层之间。在另一更详细的实施例中，可变位致动器适于位移大于1微微升每微焦。
本发明的第十方面是，提供一种用于将流体选择性沉积到表面上的装置的操作方法，该方法包括：(a)向液池供给流体，该液池包含至少一个孔，以允许从液池排出流体，该液池至少部分在其中容纳致动器；和(b)对致动器进行电阻加热，以将致动器从第一位置变位到第二位置，这里，第二位置比第一位置更接近该孔，该致动器包含第一绝缘层、第一导电层和第二绝缘层，第一绝缘层比第二绝缘层的厚度的大十倍，第一导电层至少部分将第一绝缘层与第二绝缘层分开，第一绝缘层比第二绝缘层更接近该孔，并且致动器适于位移大于1微微升每微焦。
本发明的第十一方面是，提供一种用于将流体选择性沉积到表面上的热变形工具，该热变形工具包括：包含至少部分被具有第二热膨胀系数的第二材料包围的具有第一热膨胀系数的第一材料的可适应桁条，该第一热膨胀系数比第二热膨胀系数大，可适应桁条具有比其宽度和高度大的长度，沿可适应桁条的长度的截面包含第一材料的第一层、第二材料的第一层和第一材料的第二层，这里，第一材料的第一层的厚度比第一材料的第二层的厚度的大十倍。
在第十一方面的更详细的实施例中，第一材料是绝缘体，并且第二材料是导体。在另一更详细的实施例中，第一材料包含二氧化硅，并且第二材料包含钛和铝中的至少一种。在另一更详细的实施例中，第一材料的第一层为约3微米～约7微米，并且第一材料的第二层为约0.03微米～约0.7微米。在另一更详细的实施例中，第一材料的第一层为约4微米～约5微米，并且第一材料的第二层为约0.1微米～约0.4微米。在另一更详细的实施例中，可适应桁条适于位移大于1微微升每微焦。
本发明的第十二方面是，提供一种适于将流体选择性沉积到表面上的装置的操作方法，该方法包括：使可变位桁条在第一位置和第二位置之间振荡，以通过可变位桁条的移动允许通过孔从室中排出流体，该室适于在其中至少一部分容纳可变位桁条，并且可变位桁条包含邻近具有第二热膨胀系数的第二材料的具有第一热膨胀系数的第一材料，该第一热膨胀系数比该第二热膨胀系数小，这里，振荡的动作包含加热可变位桁条，使得可变位桁条的表面温度不超过约300℃。
在第十二方面的更详细的实施例中，可变位桁条适于位移大于1微微升每微焦。
本发明的第十三方面是，提供一种用于将流体选择性沉积到表面上的装置，该装置包括：(a)包含邻近具有第二热膨胀系数的第二材料的具有第一热膨胀系数的第一材料的振荡桁条，该第一热膨胀系数比该第二热膨胀系数小，这里，振荡桁条具有不均匀的电流密度，并具有深度小于约0.1微米～约0.01微米的表面微孔；和(b)适于在其中至少部分容纳可适应桁条的室，该室还适于包含至少一个孔，用于通过振荡桁条的致动从室中排出流体。
在第十三方面的更详细的实施例中，振荡桁条包含范围为约0.07微米～约0.01微米的表面微孔。在另一更详细的实施例中，振荡桁条包含范围为约0.06微米～约0.02微米的表面微孔。在另一更详细的实施例中，振荡桁条适于位移大于1微微升每微焦。
本发明的第十四方面是，提供一种操作微机电流体喷射器以喷射特定体积的流体的方法，该方法包括：(a)通过考虑微机电致动器的各元件的电流密度和微机电致动器的各元件的焦耳加热，计算施加到微机电致动器以使来自打印装置的喷嘴的预定体积的液滴发生位移的电压；和(b)将计算的电压施加到微机电致动器，以从喷嘴喷射流体的液滴，这里，液滴在预定的体积范围内。
在第十四方面的更详细的实施例中，该方法还包括：计算微机电致动器中的电场；向微机电致动器的各元件分配电阻系数值；通过使用电阻系数和电场，计算微机电致动器的电流密度分布；基于电流密度计算通过微机电致动器的电流；和通过使用电流密度，计算微机电致动器的瞬时温度场，这里，瞬时温度场被计算在内，以确定焦耳加热。在另一更详细的实施例中，计算微机电致动器中的电场的动作包含使用等式： ∂ ∂ x ( 1 ρ x ∂ Φ ∂ x ) + ∂ ∂ y ( 1 ρ y ∂ Φ ∂ y ) = 0 , 这里，ρ＝电阻系数值，Ф＝电势，并且计算微机电致动器的各元件的电流密度的动作包含使用等式： J = 1 ρ ▿ Φ ，这里，J＝电流密度，ρ＝电阻系数值，Ф是电势梯度。
本发明的第十五方面是，提供一种操作微机电流体喷射器以喷射特定体积的流体的方法，该方法包括：(a)考虑微机电致动器的各元件的焦耳加热，计算要被施加到微机电致动器以使来自打印装置的喷嘴的预定体积的液滴发生位移的脉冲宽度，其中，微机电致动器的各元件的电流密度被考虑以确定焦耳加热；和(b)通过使用计算的脉冲宽度将脉冲施加到微机电致动器上，以从喷嘴喷射流体的液滴，其中，液滴在预定的体积范围内。
在第十五方面的更详细的实施例中，焦耳加热由以下动作确定：(i)向微机电致动器的各元件分配电阻系数值；和(ii)考虑微机电致动器的各元件的电流密度和微机电致动器的各元件的电阻系数值，计算流过微机电致动器的电流，这里，考虑流过微机电致动器的电流确定微机电致动器的各元件的焦耳加热。在另一更详细的实施例中，确定电流密度的动作包含计算不均匀的电流密度。在另一更详细的实施例中，确定电流密度的动作包含使用等式 ∂ ∂ x ( 1 ρ x ∂ Φ ∂ x ) + ∂ ∂ y ( 1 ρ y ∂ Φ ∂ y ) = 0 计算微机电致动器中的电场，这里，ρ＝电阻系数值，Ф＝电势，并且计算微机电致动器的各元件的电流密度的动作包含使用等式： J = 1 ρ ▿ Φ , 这里，J＝电流密度，ρ＝电阻系数值，Ф是电势梯度。
本发明的第十六方面是，提供一种操作微机电流体喷射器以喷射特定体积的流体的方法，该方法包括：(a)原位测量微机电流体喷射器的电阻；(b)和调整传输给微机电流体喷射器的电压和施加到微机电流体喷射器上的脉冲宽度中的至少一个，以使微机电流体喷射器的焦耳加热保持在预定的范围内。
本发明的第十七方面是，提供一种适用于将流体选择性沉积到表面上的装置，该装置包括：被配置为在操作上提供至少每英寸300点的垂直分辨率的多个微加工流体喷射器，这里，各个微加工流体喷射器包含至少部分被具有第二热膨胀系数的第二材料包围的具有第一热膨胀系数的第一材料，该第一热膨胀系数大于该第二热膨胀系数，并且，各个微加工流体喷射器具有比其宽度和高度大的长度，沿可适应桁条的长度的截面包含第一材料的第一层、第二材料的第一层，这里，第一材料的第一层的厚度比第一材料的第二层的厚度的大十倍。
附图说明
图1是现有的复合材料致动器的透视截面图；
图2是根据本发明的第一示例性MEMS致动器的俯视透视图；
图3是图2的MEMS致动器的俯视透视图；
图4是根据本发明的MEMS致动器的示例性阵列的俯视图；
图5a和图5b是表示根据本发明的示例性MEMS致动器的电流密度的俯视图；
图6a和图6b分别是图5a和图5b的示例性MEMS致动器的电流密度与到致动器的锚定点的距离的关系图；
图7a和图7b分别是图5a和图5b的示例性MEMS致动器的示例层的温度分布的关系图；
图8a和图8b分别是表示图5a和图5b的示例性MEMS致动器的电阻体层和绝缘层的位移与到致动器的锚定点的距离的关系图；
图9是表示由根据本发明的示例性MEMS致动器移动(displace)的相对体积与钝化层厚度的关系图；
图10a是表示根据本发明的多个示例性MEMS致动器的桁条尖端位移与钝化层厚度和电阻层厚度的关系图；
图10b是表示根据本发明的多个示例性MEMS致动器的扫过的体积位移与钝化层厚度和电阻层厚度的关系图；
图11是表示根据本发明的示例性MEMS致动器的表面缺陷尺寸与激活温度的关系图；
图12是表示绝缘和电阻体层的平均温度与时间的关系的根据本发明的曲线图；
图13是表示桁条致动器、其支撑结构和包围的流体的温度轮廓图的根据本发明的曲线图；
图14是现有的Guckel致动器在其缺省位置以及在其位移位置的侧示图。
具体实施方式
本发明的示例性实施例在下面被描述和解释为包含复合材料微机电系统(MEMS)致动器和这种致动器的相关设计、制造和操作方法。更特别地，本发明可与用于将材料选择性沉积到表面(如这里使用的，表面可以为例如介质或衬底的表面或处于介质/衬底的表面上的诸如墨水的材料的表面)上的诸如打印机或能够打印的多功能设备的打印装置一起使用。当然，对本领域技术人员来说显而易见的是，以下讨论的优选实施例在本质上是示例性的，并可在不背离本发明的精神和范围的条件下被重新配置。但是，为了更加清楚、精确，以下讨论的示例性实施例可包含本领域技术人员可认识到不必落在本发明的范围内的任选步骤和/或特征。另外，为了更加简洁，以下说明会省略讨论本领域技术人员公知的主题，诸如但不限于有限元技术。
参照图1，复合材料致动器10使用由至少两种不同的材料12、14构成的桁条结构。一般称为绝缘层的第一材料层12包含显著小于一般为导电层的第二材料层14的热膨胀系数的热膨胀系数。本领域技术人员可以理解，导电层可执行与电阻体类似的功能，但是，与绝缘层相比，导电层将是较好的电导体。现有文献中反复出现的主题教导通过以下的关系确定由两种材料12、14构成的复合材料致动器的最佳厚度比：
h 2 h 1 = Y 1 Y 2 (式1)
这里，
h1＝导电层14的厚度
h2＝绝缘体层12的厚度
Y1＝导电层14的杨氏模量
Y2＝绝缘体层12的杨氏模量
但是，根据本发明，发现式1不导致两种材料12、14的最佳厚度比。为了确定最佳厚度比，需要比只考虑厚度和杨氏模量考虑更多的性能。
对于复合材料致动器10，电场、温度场和应力位移场的耦合本质十分复杂。为了定量评价复合材料致动器10，应考虑杨氏模量以外的材料性能。在可被考虑的材料性能中，有密度、比热、热导率、泊松比、热膨胀系数和电阻系数。在表1中对于两种示例性材料TiAl和SiO2给出这些材料性能以及杨氏模量的示例值。使用这些相关的材料性能以及致动器结构的几何结构参数，可以示出复合致动器10的绝缘层12的最佳厚度比由式1预测的值以及在现有技术中表达的那些值大。
表1
材料 SiO2  TiAl
密度(kg/m3) 2185  3636
比热(J/kg-K) 744  727
热导率(W/m-K) 1.4  11
杨氏模量(GPa) 70  188
泊松比 0.16  0.24
热膨胀系数(K-1) 0.5×10-6  15.5×10-6
电阻系数(Ω-cm) ～1017  160×10-6
参照图2，根据本发明的示例性致动器20包含具有阴极区24的TiAl导电/电阻体(resistor)层22，并且阳极区是26。根据报道，如P.M.Hall，Resistance Calculations for Thin Film Patterns，Thin SolidFilms，1，1967，p277-295和M.Horowitz，R.W.Duton，ResistanceExtraction from Mask Layout Data，IEEE Transactions onComputer-Aided Design，Vol CAD-2，No.3，July 1983观察到的那样，在导电路径中的弯曲附近出现电流密集，在此包含它们的公开作为参考。如图2所示，TiAl层22中的导电路径在桁条尖端附近形成急转的U形弯。为了减小该U形弯附近的电流密集，在本示例性实施例中由铝制成的桥体28连接接近桁条尖端的阳极26和阴极24区域。桥体28用作U形弯附近的短路条以减小TiAl层22中的电流密集和过量的电流密度。
致动器10也可包含邻接电阻体层22的电介质/绝缘层30，该电介质/绝缘层30包含诸如但不限于SiO2。示例性TiAl层22被称为电阻体层的至少一部分原因是，与诸如铝、铜和金的一般导体相比它具有电阻性。但是，由于示例性TiAl层22与SiO2层30相比具有导电性，因此它也被称为导电体层。绝缘层30提供多种功能，诸如但不限于：向电阻体层22提供热绝缘和提供用于在层22的膨胀或收缩过程中引导电阻体层22的移动的衬底。绝缘层30也可在打印操作中保护电阻体层22在被浸入墨水池中时不受墨水腐蚀。
在另一详细的示例性实施例中，致动器20还可包含与绝缘层30一起起作用的第二电介质层(未示出)以将电阻体层22夹在其间，这里，双电介质层包含钝化层。
虽然图2示出锥形(tapered)的桁条，但利用诸如但不限于大致为矩形的桁条或具有沙漏形状的桁条的各种结构和尺寸的桁条都在本发明的范围和精神内。
绝缘层30可包含热膨胀系数比电阻体层22小的任何材料。如上面解释的那样，绝缘层也可以具有电阻性以防止电流流过其中以及具有热绝缘性。在致动器20的操作中，要不是绝缘层30的存在，电阻体层22实际上会表现出足以从围绕的液体介质产生气泡的热能的增加。如下面讨论的那样，预定厚度范围的绝缘层30将抑制顶部桁条表面36达到足以促进气泡在致动器20的喷嘴侧形成的温度。除了金刚石以外，电绝缘的材料也具有热绝缘性。用作绝缘层30的示例性的材料包含但不限于SiO2。用作电阻体层22的示例性材料包含但不限于金属和诸如TiAl的金属合金。电阻体层22和绝缘层30中的一个或两者可被安装到诸如但不限于喷墨打印头的硅衬底的衬底34上。衬底34提供致动器20适于从电阻体层22的膨胀和收缩振荡所围绕的锚定点(anchor)。
参照图3，示例性致动器20包含具有长度L和接近衬底34的较宽的宽度Ww和接近致动器20的另一端的较窄的宽度Wn。用于本发明的桁条结构38的示例性长度L可为约100微米。示例性的较宽的宽度Ww包括约30微米，并且示例性的较窄的宽度Wn包括10微米。如上面讨论的那样，致动器可包含锥形桁条实施例以外的其它配置或尺寸，诸如但不限于包括100微米的示例性长度和20微米的示例性宽度的矩形桁条实施例21(参见图5b)。
如图4所示，致动器20′的示例性阵列可被配置在打印头上，以提供每条带(swath)预定的每英寸点数(dpi)。图4的虚线代表致动器20′的桁条38′在其中操作的示例性流体池边界40。致动器20′被配置为共享共用的流体池以及致动器被操作为改变通过打印机的喷嘴的液滴体积也在本发明的范围内。致动器20′的示例性阵列被交错以提供约300dpi。
本发明的示例性致动器20、20′、21利用焦耳加热，该焦耳加热是电流密度的平方的函数。由沿桁条结构38、38′的长度的电流密度产生的电场看起来服从可以用本领域技术人员公知的有限元技术求解的式2。
∂ ∂ x ( 1 ρ x ∂ Φ ∂ x ) + ∂ ∂ y ( 1 ρ y ∂ Φ ∂ y ) = 0 (式2)
这里，
ρ＝电阻系数值
Ф＝电势
在(x，y)坐标中编织桁条结构38、38′的2D域(domain)。桁条结构38、38′的各元素的厚度然后被指定为材料厚度(z)的函数。该处理导致在三维中桁条结构38、38′的各个有限元的描述。桁条结构38、38′的各个元素还被赋予电阻系数值(ρ)。电势(Ф)被设为在阳极上等于1、在阴极上等于0，使得可以在域中的各个节点上对Ф(x，y)求解式2。知道Ф(x，y)允许计算Grad(Ф)。Grad(Ф)然后导出在下式中阐述的桁条结构38、38′的各元素中的电流密度(J)：
J = 1 ρ ▿ Φ (式3)
注意：
▿ Φ = Grad ( Φ ) = ∂ Φ ∂ x + ∂ Φ ∂ y
当在阳极26和阴极24之间施加1伏时，在阳极截面上对电流密度(J)积分产生通过电阻体层22的电流(i)。也可然后直接计算加热器电阻(R)。然后从片电阻(Rsheet)计算电阻体层22块(squares)(Sq)：
R = V Anode - V Cothode i = 1 i
Sq = R ( ρ / thk ) = R R Sheet (式4)
这里，
ρ＝电阻系数值
thk＝电阻体层22的厚度
R＝加热器电阻
应当理解，不是实施本发明的所有方面都需要利用式4。更特别地，式4对于电路工程师设计用于MEMS致动器的驱动电路和电源以得到桁条结构38、38′的加热器电阻(R)和块(squares)(Sq)是十分重要的。
图5a和图6a示出对于锥形桁条实施例20、20′的式2和3的解。调用微分式2的解在阳极上施加1伏而在阴极上施加0伏。因此，如果电阻体在阳极和阴极之间被施加10伏，那么可以通过将画出的值乘以因子10获得实际的电流密度值。图5a和图6a均指示，随着锥形桁条38、38′截面线性减小，电流密度非线性增加。如下面讨论的那样，这种非线性电流密度效果将导致不均匀的加热。
图5b和图6b示出矩形桁条实施例21中的电流密度分布。注意，与锥形桁条实施例20、20′相反，电流密度在矩形桁条实施例21中的锚定位置34″和电流耦合器件28″之间的区域中是均匀的。如下面讨论的那样，这种均匀的电流密度分布将导致均匀的加热。
在对于桁条结构38、38′、38″知道电流密度分布后，可以计算瞬时温度场T(x，y，t)。由于式5的形式与式2类似，因此，可以使用相同的数值方法，包括利用有限元技术，以计算桁条结构38、38′、38″的温度场和电场如下：
∂ ∂ x ( k x ∂ T ∂ x ) + ∂ ∂ y ( k y ∂ T ∂ y ) + Q = λ ∂ T ∂ t (式5)
这里，
T＝温度
k＝kx＝ky＝热导率
Q＝焦耳加热项
λ＝(密度×比热)
t＝时间
为了利用有限元方法，将桁条域分成互连的节点和元素的网格。桁条结构38、38′、38″的各个有限元的焦耳加热可被计算如下：
q(e)＝(V1-2J(e))2Vol(e)ρ(e)    (式6)
这里，
q(e)＝元素(e)中分布的功率    (瓦)
V1-2＝阳极-阴极两端的电压  (伏)
J(e)＝元素(e)中的电流密度/伏    (安培/μm2/伏)
Vol(e)＝元素(e)的体积    (μm3)
ρ(e)＝元素(e)的电阻系数    (欧姆-μm)
在以下的各传热计算中，桁条结构38、38′、38″的域被网格化(mesh)，使得诸如墨水的流体包围示例性实施例20、20′、21的整个偏转区域，而桁条结构38、38′、38″的没有明显偏转的方面(aspect)被安装到诸如硅的衬底34、34″上。
示例性矩形桁条实施例21具有60.2欧姆的计算的电阻。本示例性实施例中的电阻体层22″为约0.8微米厚，并且绝缘体层(未示出)为约4.0微米厚。使用2微秒的示例性脉冲时间，7伏的示例性电压和图5b和图6b中所示的电流密度分布，可以对于各有限元中的焦耳加热功率(q(e))求解式6。这些数值被用于近似式5的有限元网格中，以确定整个域的温度场。式5的有限元解指示，该示例性脉冲条件导致矩形桁条实施例21的电阻体层22″温度升高150℃。在示例性脉冲时间内对电阻体层22″中的所有有限元积分(q(e))指示消耗了1.63微焦。换句话说，电流的脉冲在2微秒中消耗了1.63微焦以使示例性实施例21中的电阻体层22″的中间温度升高150℃。但是，知道整个桁条结构38″的温度场有助于计算机械偏转，可通过使用式5实现这种计算。图13是由有限元方法产生的式5的示例性温度场解。
施加到示例性矩形实施例21上的示例性1.63微焦脉冲导致绝缘层(SiO2)和电阻体层(TiAl)22″之间的差异热膨胀。这种热膨胀的净结果是，桁条结构38″垂直于长度L偏转约1微米。当在墨水池内实现时，致动器21部分基于可用于计算三维位移的三维特征、当在7伏下被驱动2微秒时在理论上能够移动约1.9微微升(picoliter)的扫过的体积。因此，一种可能的改变桁条结构38″的偏转的方法包含改变脉冲持续时间和/或改变电压，这里，增加脉冲时间一般提供偏转量的增加。
图7a和图8a是上述示例性矩形桁条实施例21的温度升高与到桁条38″在衬底34″上的锚定点的距离的关系图以及示例性实施例21的桁条38″的位移与到桁条38″在衬底34″上的锚定点的距离的关系图。这些数据点是用以7.0伏驱动2微秒的示例性矩形实施例21得出的。桁条38″一般包含在各图中画出的三种成分(component)，并包含较厚的绝缘层、电阻体层22″和较薄的绝缘层，这里，电阻体层22″置于绝缘层之间。
类似地，有限元技术用于锥形桁条实施例20、20′。锥形桁条实施例20、20′可被假定为除了Ww为30微米且Wn为10微米以外具有与矩形桁条实施例21相同的表面积和长度L。式2、3和4的依次的解表明，锥形桁条实施例20、20′具有约67.6欧姆的电阻。图5a和图6a示出锥形桁条实施例20、20′的电流密度分布。为了在2微秒脉冲时间内维持相同的1.63微焦的能量，由于锥形桁条38、38′具有比矩形桁条38″稍高的电阻，施加到锥形电阻体上的电压从7伏增加到7.42伏。
图7b是表示锥形桁条电阻体层22中的温度以及绝缘层的顶面(喷嘴侧)和底面(电阻体侧)上的温度的曲线图，而图8b是表示桁条38、38″位移的曲线图。注意，由于锥形桁条实施例20、20′在接近桁条尖端的位置产生较高的温度，因此锥形桁条实施例20、20′产生比具有相同的长度和表面积的矩形桁条实施例21高的尖端偏转。因此，锥形桁条实施例20、20′产生比矩形桁条实施例21大12％(1.19微米对1.06微米)的尖端偏转。
监视要被打印到衬底上的图像以辨别流体的可变体积液滴是否会是有利的也在本发明的范围内。本领域技术人员熟悉用于在一串数字打印指令内对边界进行评价和监视的技术。在示例性的形式中，例如在边界要在分开的颜色之间或只是在衬底的裸露方面和将在其上沉积流体的衬底的那些方面之间出现的情况下，本发明利用这些边界条件以通过在接近边界的位置利用更小体积的流体液滴改变从打印机的喷嘴喷射的液滴的体积，以减小畸变并保持鲜明的边界。实施本发明的该方面的一个示例性方式是要改变供给致动器20、20′、21的电压和/或脉冲，以提供不同的位移，从而导致不同体积液滴。但是，有了这里提供的教导，本领域技术人员将很容易知道用于实施本发明的该方面的其它技术和方法。
参照图9，如果在电阻体层22、22″的两侧均存在绝缘材料，那么电阻体将向较厚的绝缘材料层偏转，并且相对的较薄的绝缘材料将延迟桁条38、38′、38″向较厚的绝缘层(即，向喷嘴)的偏转。因此，为了使桁条38、38′、38″偏转/移动最大化，在与较厚的绝缘层30相对的位置上不应有绝缘材料。但是，如上讨论的那样，与较厚的绝缘层30相对的绝缘层会提供多种值得考虑的益处，诸如但不限于：保护电阻体层22、22″不受墨水腐蚀；向电阻体层22、22″提供热绝缘；和在层22、22″的膨胀或收缩过程中提供用于引导电阻体层22、22″的移动的衬底。
如所期望的那样，当绝缘层在顶层和底层之间被均匀分开时，没有明显的桁条38、38′、38″或电阻体层22、22″偏转。假定形成各层的绝缘材料包含相同的热膨胀材料性能，那么，当绝缘夹层的一侧包含具有比相对一侧更大的厚度的绝缘材料(即，大于总绝缘体厚度的50％)时，桁条38、38′、38″或电阻体层22、22″位移朝向具有较大的厚度的绝缘材料。桁条38、38′、38″或电阻体层22、22″位移的程度在50～100％之间继续增加，使得仅当存在一个绝缘层即没有绝缘夹层时出现桁条的最大位移。
参照图10a，两个矩形桁条致动器21以及两个锥形桁条致动器20、20′分别具有约0.8μm和约1.0μm的示例性电阻体层22、22″厚度。从图10a可清楚地看出，对于锥形桁条致动器20、20′，桁条尖端位移最大。另外，可以观察到，对于分别具有0.8和1.0微米的电阻体层的锥形致动器20、20′和矩形致动器21，SiO2层的最佳厚度均为约4～5微米。该发现清楚地驳倒了仅使用式1的现有技术的教导。并且，通过根据图9分配SiO2，很明显SiO2厚度应强烈偏向桁条的喷嘴侧。对于本领域技术人员来说很显然可以使用比4～5微米范围更薄或更厚的SiO2的绝缘层制造功能致动器。
参照图10b，矩形致动器21和锥形致动器20、20′的扫过的体积位移均关于绝缘层30厚度改变。与图10a一致，SiO2层30被允许从约0.7到约15微米改变，并且TiAl层22、22′为1.0或0.8微米厚。
从曲线图可以清楚地看出，4～5微米的厚度提供致动器20、20′、21的最佳或最大位移。如上面讨论的那样，制造对于尖端位移或扫过的体积不是最佳的以及示例性形式包含在2～3微米之间的SiO2的绝缘层30的致动器也在本发明的范围内。
图10a中画出的示例性实施例20、20′、21中的每一个都用1.63微焦驱动。因此，4～5微米厚SiO2层30使得能够用矩形实施例21实现约1.5微微升每微焦的抽吸效力以及用锥形实施例20、20′实现约1.3微微升每微焦的抽吸效力。这些值表明，与在电阻体层22的喷嘴侧利用2微米厚SiO2层30并在电阻体层22的与喷嘴侧相对的一侧使用0.2微米厚SiO2层30的现有技术MEMS致动器相比，抽吸效力大大提高。
如前面讨论的那样，本发明的示例性实施例20、20′、21适于通过热致桁条偏转使流体位移。这与利用爆发性沸腾的流体的一部分的相变以促进流体的另一部分的位移的现有技术大大不同。因此，为了更精确地控制通过本发明的致动器位移的流体的可测容积流动(volumetric flow)，爆发性沸腾的减轻以及限制爆发性沸腾的可能性的形核条件是相关的考虑。
参照图11，通过组合Clausius-Clapeyron公式与理想气体定律(Ideal Gas Law)和Laplace-Young公式计算根据本发明的激活曲线。图11以图示的方法表示激活温度与表面缺陷尺寸的关系图，这里，邻近较大的表面缺陷的液体需要较低的激活温度以形成气泡。如激活曲线所示，对于具有大于0.01μm的缺陷的表面可以利用低于300℃的温度以抑制爆发性沸腾。由于操作中的示例性实施例将在相对较热和较冷的温度之间循环以提供必要的振荡，因此，对于具有大于0.01μm的表面缺陷尺寸的桁条，与桁条38、38′、38″的膨胀变形相关的升高的温度应保持在300℃之下。应当理解，这里讨论的表面缺陷是指在数值上可觉察的量的这种缺陷。
因此，如图11证明的那样，桁条38、38′、38″的表面应基本上平坦以减少爆发性沸腾。防止爆发性沸腾条件将有助于防止否则会干扰可预测、可重复的液滴喷射的气泡的形成。另外，可减少可由气穴现象(cavitation)产生的桁条38、38′、38″的侵蚀，由此延长致动器20、20′、21的使用寿命和/或效率。
参照图12，通过使用有限元技术，绝缘层30和电阻体层22、22″的平均温度的曲线图提供关于根据本发明的致动器20、20′、21的可用周期的信息。只要在绝缘层30和电阻体层22、22″之间存在温度变化，那么热膨胀就将使桁条从其平衡位置发生位移。绝缘层30和电阻体层22、22″不必接近室温；只是希望两个层30、22、22″之间的温度变化接近零。如果本发明在两层的温度被允许达到室温的情况下被操作，那么致动器20、20′、21的周期不会比每200μs一次快。如上面讨论的那样，本发明不需要在各层达到室温的情况下被操作。图12清楚地表示，在约40～50μs，各层之间的温差接近零。因此，本发明可具有接近40～50μs的周期。因此，致动器20、20′、21可在最高为约20～25KHz的频率下被操作。
众所周知，诸如TiAl和SiO2的薄膜层的沉积将导致残余应力。残余应力作为膜形成的自然结果被引入薄膜中。这样，由于残余应力将增加到在桁条被加热时出现的热应力上，这会直接影响桁条的位移，因此可预测的操作变得更加困难。一种减小残余应力的技术是退火，但是，对膜进行退火会具有改变层22、22″的电阻系数的不希望有的结果。由于希望通过施加电压和脉冲宽度产生精确的可测容积位移，因此可由退火产生的电阻系数的可变性是所关心的。一种解决残余应力和可变电阻系数问题的方式是退火以减小残余应力然后允许变宽的电阻系数指标(specification)。然后，测量桁条的电阻和调整电压或脉冲宽度中的至少一个会使由桁条耗散的焦耳加热标准化。作为退火的结果电阻系数可能逐步(from lot to lot)改变，因此，多种测量桁条电阻的有效手段中的一种是在打印机中原位(in-situ)测量。可以通过施加已知的通过电阻体层22、22″的电流并测量其两端电压降，实施桁条电阻的原位测量。或者，通过在电阻体层22、22″两端的施加已知电压并测量通过它的电流，也可以测量桁条电阻。使用任一种方法，以电压/电流的比率的形式给出桁条电阻。一旦被退火的桁条的电阻已知，就可相应地通过打印机调整向其传输的电压或向其传输的脉冲宽度。
从以上说明和发明内容得出，对于本领域技术人员来说，很显然，虽然这里说明的方法和装置构成本发明的示例性实施例，但这里包含的本发明不限于该精确的实施例，并且在不背离由权利要求限定的本发明的范围的情况下可以对这些实施例提出修改。另外，应当理解，本发明由权利要求限定，并且描述这里阐述的示例性实施例的任何限制或要素的意图不在于要被加入对任何权利要求要素的解释中，除非这种限制或要素被明确声明。类似地，应当理解，由于本发明由权利要求限定，并且由于尽管在这里没有明确讨论但会存在本发明的固有和/或意料之外的优点，因此不必为了落在任何权利要求的范围内满足这里公开的本发明的任何或全部被验明的优点或目标。

Claims (43)

1.一种具有电阻体层的微机电流体喷射器的设计方法，该方法包括：
考虑电阻体层的三维测量、将被供到电阻体层的电压和电阻体层的材料性能计算电流密度；和
通过使用计算的电流密度设计微机电流体喷射器。
2.根据权利要求1的方法，还包括考虑电流密度计算驱动微机电流体喷射器的脉冲持续时间，其中，计算电流密度的动作考虑微机电流体喷射器在被驱动时将消耗的能量值。
3.一种用于将流体选择性沉积到表面上的装置的制造方法，该方法包括：
通过在具有第二热膨胀系数的第二材料上层叠具有第一热膨胀系数的第一材料形成可变位致动器，该第一热膨胀系数比该第二热膨胀系数大，该第一材料和该第二材料中的至少一个形成为在沿可变位致动器的长度隔开的第一点和第二点之间表现出不均匀的电流密度；和
安装可变位致动器，以允许可变位致动器在液池内移动，该液池包含适于允许从其选择性排出流体并排出到表面上的孔；
其中，可变位致动器适于位移大于1微微升每微焦。
4.一种具有微机电流体喷射器的打印装置的操作方法，所述微机电流体喷射器用于使特定体积的流体发生位移，该方法包括：
监视关于要被打印到表面上的图案的打印指令；
基于要被打印的图案确定从打印装置的预定喷嘴喷射的流体的体积；和
响应确定要被喷射的流体的体积的动作，操纵施加到与预定喷嘴连通的微机电流体喷射器的脉冲宽度，以将具有预定体积的流体的液滴喷射到表面上。
5.一种具有微机电流体喷射器的打印装置的操作方法，所述微机电流体喷射器用于使特定体积的流体发生位移，该方法包括：
监视关于要被打印到表面上的图案的打印指令；
基于要被打印的图案确定从打印装置的预定喷嘴喷射的流体的体积；和
响应确定要被喷射的流体的体积的动作，操纵施加到与预定喷嘴连通的微机电流体喷射器的电压，以将具有预定体积的流体的液滴喷射到表面上。
6.一种操作微机电流体喷射器以实现预定的机械偏转的方法，该方法包括：
通过获知将驱动微机电流体喷射器的电压、电阻体层的相关的体积和作为被驱动的结果的微机电流体喷射器的温度场的期望的变化，计算驱动微机电流体喷射器的电阻体层以提供预定的机械偏转的脉冲宽度；以及
通过使用计算的脉冲宽度操作微机电流体喷射器，以从喷嘴喷射流体的液滴，其中，液滴在预定的体积范围内。
7.根据权利要求6的方法，其中，计算动作包含：
计算电阻体层的电流密度；和
通过至少部分利用电流密度、电阻体层的体积、电压、脉冲宽度和微机电流体喷射器的温度场的期望的变化，计算微机电流体喷射器的机械偏转。
8.一种微机电流体喷射器的操作方法，该方法包括：
通过使用微机电流体喷射器的形状、将被用于驱动微机电流体致动器的电流、电流的脉冲宽度和构成微机电流体喷射器的各材料的材料性能，计算微机电流体喷射器的周期；和
通过使用计算的周期操作微机电流体喷射器，以从喷嘴喷射流体的液滴，其中，液滴在预定的体积范围内。
9.根据权利要求8的方法，其中，操作机电流体喷射器的动作包含以约20KHz～约25KHz的频率操作机电流体喷射器。
10.一种用于将流体选择性沉积到表面上的热变形工具，包括：
包含邻近具有第二热膨胀系数的第二材料的具有第一热膨胀系数的第一材料的可变位致动器，该第一热膨胀系数比该第二热膨胀系数大，该可变位致动器被制造为在沿可变位致动器的长度隔开的第一点和第二点之间表现出不均匀的电流密度，其中，可变位致动器的最大偏转点与到第一点相比更接近第二点，并且，可变位致动器受到导致第一材料以比第二材料大的速率膨胀或收缩的温度变化，并且可变位致动器适于位移大于1微微升每微焦。
11.根据权利要求10的热变形工具，其中，第二材料包含夹住第一材料的第一层和第二层，并且，第一层的厚度比第二层的厚度大十倍。
12.一种用于将流体选择性沉积到表面上的装置，该装置包括：
可适应桁条，该可适应桁条包含沿其长度包含第一材料的第一层、第二材料的第一层和第一材料的第二层的截面，其中，第一材料的第一层的厚度比第一材料的第二层的厚度的大十倍，并且，第二材料的热膨胀系数比第一材料的热膨胀系数大；和
适于在其中至少部分容纳可适应桁条的室，该室还适于包含至少一个孔以允许通过在受到温度变化时可适应桁条的致动从室中排出流体。
13.根据权利要求12的装置，其中，
第二材料是导体；并且
第一材料是绝缘体。
14.根据权利要求13的装置，其中，
第一材料包含二氧化硅；并且
第二材料包含钛和铝中的至少一种。
15.根据权利要求12的装置，其中，
第一材料的第一层为约4微米～约5微米；并且
第一材料的第二层为约0.1微米～约0.4微米。
16.根据权利要求12的装置，其中，
第一材料的第一层为约3微米～约7微米；并且
第一材料的第二层为约0.03微米～约0.6微米。
17.根据权利要求12的装置，其中，可适应桁条适于位移大于1微微升每微焦。
18.一种用于将流体选择性沉积到表面上的装置的制造方法，该方法包括：
形成包含至少三个层的可变位致动器：
包含具有第一热膨胀系数的第一材料的第一层；
包含具有第三热膨胀系数的第三材料的第三层；和
包含具有第二热膨胀系数的第二材料的第二层，其中，第二层至少部分将第一层与第三层分开，
其中，第一层的厚度比第三层的厚度的大十倍；和
将可变位致动器安装到液池内，以在致动器通过电阻加热受到温度变化时允许其移动，以允许通过液池的孔选择性排出流体并将其排出到表面上。
19.根据权利要求18的方法，其中，第一层和第三层可用于封装第二层。
20.根据权利要求18的方法，其中，第二层至少部分置于第一层和第三层之间。
21.根据权利要求18的方法，其中，可变位致动器适于位移大于1微微升每微焦。
22.一种用于将流体选择性沉积到表面上的装置的操作方法，该方法包括：
向液池供给流体，该液池包含至少一个孔，以允许从液池排出流体，该液池至少部分在其中容纳致动器；和
对致动器进行电阻加热，以将致动器从第一位置变位到第二位置，其中，第二位置比第一位置更接近该孔，该致动器包含第一绝缘层、第一导电层和第二绝缘层，第一绝缘层比第二绝缘层的厚度的大十倍，第一导电层至少部分将第一绝缘层与第二绝缘层分开，第一绝缘层比第二绝缘层更接近该孔，并且致动器适于位移大于1微微升每微焦。
23.一种用于将流体选择性沉积到表面上的热变形工具，包括：
包含至少部分被具有第二热膨胀系数的第二材料包围的具有第一热膨胀系数的第一材料的可适应桁条，该第一热膨胀系数比第二热膨胀系数大，可适应桁条具有比其宽度和高度大的长度，沿可适应桁条的长度的截面包含第一材料的第一层、第二材料的第一层和第一材料的第二层，其中，第一材料的第一层的厚度比第一材料的第二层的厚度的大十倍。
24.根据权利要求23的工具，其中，
第一材料是绝缘体；并且
第二材料是导体。
25.根据权利要求24的工具，其中，
第一材料包含二氧化硅；并且
第二材料包含钛和铝中的至少一种。
26.根据权利要求23的工具，其中，
第一材料的第一层为约3微米～约7微米；并且
第一材料的第二层为约0.03微米～约0.7微米。
27.根据权利要求23的工具，其中，
第一材料的第一层为约4微米～约5微米；并且
第一材料的第二层为约0.1微米～约0.4微米。
28.根据权利要求23的工具，其中，可适应桁条适于位移大于1微微升每微焦。
29.一种适于将流体选择性沉积到表面上的装置的操作方法，该方法包括：
使可变位桁条在第一位置和第二位置之间振荡，以通过可变位桁条的移动允许通过孔从室中排出流体，该室适于在其中至少一部分容纳可变位桁条，并且可变位桁条包含邻近具有第二热膨胀系数的第二材料的具有第一热膨胀系数的第一材料，该第一热膨胀系数比该第二热膨胀系数小；
其中，振荡的动作包括加热可变位桁条，使得可变位桁条的表面温度不超过约300℃。
30.根据权利要求29的方法，其中，可变位桁条适于位移大于1微微升每微焦。
31.一种用于将流体选择性沉积到表面上的装置，该装置包括：
包含邻近具有第二热膨胀系数的第二材料的具有第一热膨胀系数的第一材料的振荡桁条，该第一热膨胀系数比该第二热膨胀系数小，其中，振荡桁条具有不均匀的电流密度，并具有深度小于约0.1微米～约0.01微米的表面微孔；和
适于在其中至少部分容纳可适应桁条的室，该室还适于包含至少一个孔，用于通过振荡桁条的致动从室中排出流体。
32.根据权利要求31的装置，其中，振荡桁条包含范围为约0.07微米～约0.01微米的表面微孔。
33.根据权利要求31的装置，其中，振荡桁条包含范围为约0.06微米～约0.02微米的表面微孔。
34.根据权利要求31的装置，其中，振荡桁条适于位移大于1微微升每微焦。
35.一种操作微机电流体喷射器以喷射特定体积的流体的方法，该方法包括：
通过考虑微机电致动器的各元件的电流密度和微机电致动器的各元件的焦耳加热，计算施加到微机电致动器以使来自打印装置的喷嘴的预定体积的液滴发生位移的电压；和
将计算的电压施加到微机电致动器，以从喷嘴喷射流体的液滴，其中，液滴在预定的体积范围内。
36.根据权利要求35的方法，还包括：
计算微机电致动器中的电场；
向微机电致动器的各元件分配电阻系数值；
通过使用电阻系数和电场，计算微机电致动器的电流密度分布；
基于电流密度计算通过微机电致动器的电流；和
通过使用电流密度，计算微机电致动器的瞬时温度场；
其中，瞬时温度场被考虑，以确定焦耳加热。
37.根据权利要求36的方法，其中，
计算微机电致动器中的电场的动作包含使用等式： ∂ ∂ x ( 1 ρ x ∂ Φ ∂ x ) + ∂ ∂ y ( 1 ρ y ∂ Φ ∂ y ) = 0 , 这里，ρ＝电阻系数值，Φ＝电势；并且
计算微机电致动器的各元件的电流密度的动作包含使用等式： J = 1 ρ ▿ Φ , 这里，J＝电流密度，ρ＝电阻系数值，Φ是电势梯度。
38.一种操作微机电流体喷射器以喷射特定体积的流体的方法，该方法包括：
考虑微机电致动器的各元件的焦耳加热，计算要被施加到微机电致动器以使来自打印装置的喷嘴的预定体积的液滴发生位移的脉冲宽度，其中，各元件的电流密度被考虑以确定焦耳加热；和
通过使用计算的脉冲宽度将脉冲施加到微机电致动器，以从喷嘴喷射流体的液滴，其中，液滴在预定的体积范围内。
39.根据权利要求38的方法，其中，焦耳加热由以下动作确定：
向微机电致动器的各元件分配电阻系数值；和
考虑微机电致动器的各元件的电流密度和微机电致动器的各元件的电阻系数值，计算流过微机电致动器的电流；
其中，考虑流过微机电致动器的电流确定微机电致动器的各元件的焦耳加热。
40.根据权利要求38的方法，其中，确定电流密度的动作包含计算不均匀的电流密度。
41.根据权利要求38的方法，其中，
确定电流密度的动作包含使用等式 ∂ ∂ x ( 1 ρ x ∂ Φ ∂ x ) + ∂ ∂ y ( 1 ρ y ∂ Φ ∂ y ) = 0 计算微机电致动器中的电场，这里，ρ＝电阻系数值，Φ＝电势；并且
计算微机电致动器的各元件的电流密度的动作包含使用等式： J = 1 ρ ▿ Φ , 这里，J＝电流密度，ρ＝电阻系数值，Φ是电势梯度。
42.一种操作微机电流体喷射器以喷射特定体积的流体的方法，该方法包括：
原位测量微机电流体喷射器的电阻；和
调整传输给微机电流体喷射器的电压和施加到微机电流体喷射器上的脉冲宽度中的至少一个，以使微机电流体喷射器的焦耳加热保持在预定的范围内。
43.一种适用于将流体选择性沉积到表面上的装置，该装置包括：
被配置为在操作上提供至少每英寸300点的垂直分辨率的多个微加工流体喷射器，其中，各个微加工流体喷射器包含至少部分被具有第二热膨胀系数的第二材料包围的具有第一热膨胀系数的第一材料，该第一热膨胀系数大于该第二热膨胀系数，并且，各个微加工流体喷射器具有比其宽度和高度大的长度，沿可适应桁条的长度的截面包含第一材料的第一层、第二材料的第一层，其中，第一材料的第一层的厚度比第一材料的第二层的厚度的大十倍。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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