CN111434386B - 微流体致动器的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种微流体致动器的制造方法，包含以下步骤：提供第一基板沉积腔体层；腔体层沉积蚀刻振动层；振动层沉积蚀刻第一金属层；第一金属层沉积蚀刻压电致动层；压电致动层沉积蚀刻隔离层；隔离层涂布显影第一光阻层；第一光阻层沉积掀离第二金属层；第二金属层镀膜蚀刻防水层；防水层涂布显影第二光阻层；提供第二基板滚压蚀刻薄膜胶层以及入口层；入口层涂布显影流道层；流道层滚压蚀刻共振层；共振层翻转对位以及晶圆接合于光阻层上；第一基板沉积蚀刻罩幕层；腔体层蚀刻储流腔室；入口层滚压显影第三光阻层；以及第一基板粘贴阵列孔片。

Description

微流体致动器的制造方法

技术领域

本案关于一种微流体致动器的制造方法，尤指一种使用微机电面型及体型加工制程制出的微流体致动器的制造方法。

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。

发明内容

本案的目的是提供一种有阀式微流体致动器的制造方法，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的制造方法，包含以下步骤：1.提供第一基板沉积一腔体层；2.腔体层沉积蚀刻振动层；3.振动层沉积蚀刻第一金属层；4.第一金属层沉积蚀刻压电致动层；5.压电致动层沉积蚀刻隔离层；6.隔离层涂布显影第一光阻层；7.第一光阻层沉积掀离第二金属层；8.第二金属层镀膜蚀刻防水层；9.防水层涂布显影第二光阻层；10.提供第二基板滚压蚀刻薄膜胶层以及入口层；11.入口层涂布显影流道层；12.流道层滚压蚀刻共振层；13.共振层翻转对位以及晶圆接合于光阻层上；14.第一基板沉积蚀刻罩幕层；15.腔体层蚀刻储流腔室；16.入口层滚压显影第三光阻层；以及17.第一基板粘贴阵列孔片。第一基板具有第一表面及第二表面，透过一氧化材料沉积于第一基板的第一表面上，以形成腔体层。透过一氮化材料沉积于腔体层上以形成振动层，再透过蚀刻形成振动区以及多个流体沟槽。透过第一金属材料沉积于振动层上以形成第一金属层，再透过蚀刻形成下电极区、多个阻障区以及多个间隙。透过压电材料沉积于第一金属层上以形成压电致动层，再透过蚀刻于对应第一金属层的下电极区的位置定义作动区。透过氧化材料沉积于第一金属层以及压电致动层上以形成隔离层，再透过蚀刻于间隙内形成多个间隙壁。透过第一光阻材料涂布于第一金属层、压电致动层以及隔离层上以形成第一光阻层，再透过显影形成第一光阻区。透过第二金属材料沉积于第一金属层、压电致动层、隔离层以及第一光阻层上以形成第二金属层，再透过掀离形成上电极区、上电极焊垫以及下电极焊垫。透过防水材料镀膜于第一金属层、隔离层以及第二金属层上以形成防水层，再透过蚀刻露出上电极焊垫以及下电极焊垫。透过第二光阻材料涂布于第一金属层、第二金属层以及防水层上以形成第二光阻层，再透过显影形成多个第二光阻孔洞以及第二光阻开口。透过薄膜材料滚压于第二基板上以形成薄膜胶层，再透过聚合材料滚压于薄膜胶层上以形成入口层，最后透过蚀刻形成多个流体入口。透过第二光阻材料涂布于入口层上以形成流道层，再透过显影形成多个流道入口、腔体开口以及多个入流通道。透过聚合材料滚压于流道层上以形成共振层，借以定义出入流腔室，再透过蚀刻形成腔体通孔。透过翻转对位以及晶圆接合接合于光阻层上，借以定义出共振腔室，再透过浸泡移除第二基板。透过氧化材料沉积于第一基板的第二表面以形成罩幕层，再透过蚀刻形成罩幕开口以及多个罩幕孔洞，再透过蚀刻形成第一基板的出口沟槽，再透过氧化材料沉积于出口沟槽内以再次形成罩幕层，再透过蚀刻形成多个第一罩幕通孔以及多个第二罩幕通孔，最后透过蚀刻形成第一基板的多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞。透过蚀刻形成储流腔室并移除罩幕层。透过第三光阻材料滚压于入口层上以形成第三光阻层，再透过显影形成多个第三光阻开口，最后透过蚀刻露出上电极焊垫以及下电极焊垫。透过粘贴将阵列孔片贴覆至第一基板的出口沟槽内。

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2为本案微流体致动器的第一实施例的制造方法的流程示意图。

图3A至图3AH为本案第一实施例的制造步骤分解示意图。

图4为本案第一实施例的俯视示意图。

图5为本案第一实施例的入口层的俯视示意图。

图6为本案第一实施例的流通孔的俯视示意图。

图7A至图7E为本案第一实施例的作动示意图。

图8A为本案微流体致动器的第二实施例的剖面示意图。

图8B为本案其他实施例的仰视示意图。

图9为本案第三实施例的阵列孔片的仰视示意图。

图10A至图10C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"、100'"：微流体致动器

10：致动单元

1a、1a'"：第一基板

11a：第一表面

12a：第二表面

13a：出口沟槽

14a：辅助沟槽

15a、15a'"：第一出流孔洞

16a、16a'"：第二出流孔洞

1b：腔体层

1c：振动层

11c：流体沟槽

12c：振动区

1d：第一金属层

11d：下电极区

12d：阻障区

13d：间隙

1e：压电致动层

11e：作动区

1f：隔离层

11f：间隙壁

1g：第二金属层

11g：焊垫隔离区

12g：上电极区

13g：上电极焊垫

14g：下电极焊垫

1h：防水层

1i：第二基板

1j：薄膜胶层

1k：入口层

1m：共振层

11m：腔体通孔

12m：可动部

13m：固定部

1n：罩幕层

11n：罩幕开口

12n：罩幕孔洞

13n：第一罩幕通孔

14n：第二罩幕通孔

1o、1o'"：阵列孔片

11o：孔片孔洞

12o、12o'"：定位孔

13o'"：支架部

AM1：第一接合对位记号

AM2：第二接合对位记号

AW：接合对位记号窗

C1：入流腔室

C2：共振腔室

C3：储流腔室

I：流体入口

M1：第一光阻层

M1a：第一光阻区

M2：第二光阻层

M2a：第二光阻孔洞

M2b：第二光阻开口

M3：流道层

M31：流道入口

M32：腔体开口

M33：入流通道

M4：第三光阻层

M41：第三光阻开口

P、P'"：定位柱

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当作说明之用，而非用以限制本案。

本案的微流体致动器用于输送流体，请参阅图1A以及图1B，于本案实施例中，微流体致动器100包含：一第一基板1a、一腔体层1b、一振动层1c、一第一金属层1d、一压电致动层1e、一隔离层1f、一第二金属层1g、一防水层1h、一第二基板1i、一薄膜胶层1j、一入口层1k、一共振层1m、一罩幕层1n、一阵列孔片1o、一第一光阻层M1、一第二光阻层M2、一流道层M3以及一第三光阻层M4，其制造方法如下步骤说明。

请参阅图2及图3A，如步骤S1所示，提供一第一基板沉积一腔体层。于本案第一实施例中，第一基板1a具有一第一表面11a以及一相对于第一表面11a的第二表面12a，是透过一氧化材料沉积于第一基板1a的第一基板1a的第一表面11a上以形成腔体层1b。于本案第一实施例中，第一基板1a为一硅基材，以及氧化材料为一二氧化硅材料，但不以此为限。于本案第一实施例中，沉积制程可为一物理气相沉积制程(PVD)、一化学气相沉积制程(CVD)或两者的组合，但不以此为限。

请参阅图2、图3A以及图3B，如步骤S2所示，腔体层沉积蚀刻一振动层。于本案第一实施例中，是透过一氮化材料沉积于腔体层1b上以形成振动层1c，再透过蚀刻形成多个流体沟槽11c以及一振动区12c。于本案第一实施例中，氮化材料为一氮化硅材料，但不以此为限。于本案第一实施例中，流体沟槽11c对称形成于振动层1c的相对两侧，借以定义出振动区12c。值得注意的是，于本案第一实施例中，蚀刻制程可为一湿式蚀刻制程、一干式蚀刻制程或两者的组合，但不以此为限。值得注意的是，于本案第一实施例中，振动层1c具有二流体沟槽11c，分别形成于振动层1c纵向的相对两侧，但不以此为限。

请参阅图2、图3C、图3D以及图4，如步骤S3所示，振动层沉积蚀刻一第一金属层。于本案第一实施例中，是先透过一第一金属材料沉积制程形成于振动层1c上以形成第一金属层1d，再透过蚀刻形成一下电极区11d、多个阻障区12d以及多个间隙13d。于本案第一实施例中，第一金属材料为一氮化钛金属材料或一钽金属材料，但不以此为限。于本案第一实施例中，第一金属层1d还透过蚀刻形成多个第一接合对位记号AM1。下电极区11d形成于对应振动层1c的振动区12c的位置。间隙13d形成于下电极区11d与阻障区12d之间。阻障区12d对应形成于振动层1c的流体沟槽11c的外侧位置。第一接合对位记号AM1形成于阻障区12d之上。

请参阅图2、图3E以及图3F，如步骤S4所示，第一金属层沉积蚀刻一压电致动层。于本案第一实施例中，是先透过一压电材料沉积于第一金属层1d上以形成压电致动层1e，再透过蚀刻于对应第一金属层1d的下电极区11d的位置定义一作动区11e。

请参阅图2、图3G以及图3H，如步骤S5所示，压电致动层沉积蚀刻一隔离层。于本案第一实施例中，是先透过氧化材料沉积于第一金属层1d以及压电致动层1e上以形成隔离层1f，再透过蚀刻于第一金属层1d之间隙13d内形成多个间隙壁11f。

请参阅图2、图3I以及图3J，如步骤S6所示，隔离层涂布显影一第一光阻层。于本案第一实施例中，是先透过一第一光阻材料涂布于第一金属层1d、压电致动层1e以及隔离层1f上以形成第一光阻层M1，再透过显影形成一第一光阻区M1a。值得注意的是，涂布制程可为一旋涂(Spin Coating)制程或一层压(Laminate Rolling)制程，但不以此为限，得以依照制程需求作变更。于本案第一实施例中，第一光阻材料为一负光阻，但不以此为限。

请参阅图2、图3K、图3L以及图4，如步骤S7所示，第一光阻层沉积掀离一第二金属层。于本案第一实施例中，是先透过一第二金属材料沉积于第一金属层1d、压电致动层1e、隔离层1f以及第一光阻层M1上以形成第二金属层1g，再透过掀离(Lift-Off)将第一光阻层M1移除，借以形成一焊垫隔离区11g、一上电极区12g、一上电极焊垫13g以及一下电极焊垫14g。上电极区12g形成于压电致动层1e的作动区11e之上。上电极焊垫13g以及下电极焊垫14g形成于第一金属层1d之上，并位于压电致动层1e的作动区11e的相对两侧。上电极区12g与下电极焊垫14g借由焊垫隔离区11g相分离。于本案第一实施例中，第二金属材料为一金金属材料或一铝金属材料，但不以此为限。

请参阅第2以及图3M，如步骤S8所示，第二金属层镀膜蚀刻一防水层。于本案第一实施例中，是先透过一防水材料镀膜于第一金属层1d、第二金属层1g以及隔离层1f上以形成防水层1h，再透过蚀刻露出第二金属层1g的上电极焊垫13g以及下电极焊垫14g。值得注意的是，于本案第一实施例中，防水材料为一聚对二甲苯(Parylene)材质，但不以此为限。聚对二甲苯可于室温下镀膜，并且具有包覆性强、耐化性高以及生物相容性佳等优点。值得注意的是，防水层1h的设置，可避免第一金属层1d、压电致动层1e以及第二金属层1g遭流体腐蚀而产生短路现象。

请参阅图2、图3N以及图3O，如步骤S9所示，防水层涂布显影一第二光阻层。于本案第一实施例中，是先透过一第二光阻材料涂布于第一金属层1d、第二金属层1g以及防水层1h上以形成第二光阻层M2，再透过显影制程形成多个第二光阻孔洞M2a以及一第二光阻开口M2b。于本案第一实施例中，第二光阻材料为一厚膜光阻，但不以此为限。

请参阅图2、图3P、图3Q以及图4，如步骤S10所示，第二基板滚压蚀刻一薄膜胶层以及一入口层。于本案第一实施例中，是先透过一薄膜材料滚压于第二基板1i上以形成薄膜胶层1j，再透过一聚合材料滚压于薄膜胶层1j以形成入口层1k，最后透过蚀刻薄膜胶层1j以及入口层1k形成多个流体入口I以及多个接合对位记号窗AW。接合对位记号窗AW形成于流体入口I之外侧。值得注意的是，成形流体入口I以及接合对位记号窗AW的蚀刻制程为一干蚀刻制程或一激光蚀刻制程，但不以此为限。于本案第一实施例中，微流体致动器100具有四个流体入口I，分别位于微流体致动器100的四个角落，于其他实施例中，流体入口I的数量以及分布方式得依设计需求而变化。于本案第一实施例中，第二基板1i为一玻璃基板以及聚合材料为一聚酰亚胺(Polyimide,PI)材质，但不以此为限。

请参阅图2、图3R、图3S以及图5，如步骤S11所示，入口层涂布显影一流道层。于本案第一实施例中，是先透过第二光阻材料涂抹于入口层1k上以形成流道层M3，再透过显影形成多个流道入口M31、一腔体开口M32以及多个入流通道M33。流道入口M31分别与入口层1k的流体入口I相连通。流道入口M31以及入流通道M33围绕设置在腔体开口M32周围。入流通道M33连通于流道入口与腔体开口M32之间。于本案第一实施例中，流道层M3具有四个流道入口M31以及四个入流通道M33，于其他实施例中，流道入口M31以及入流通道M33的数量可以设计需求而变更，不以此为限。

请参阅图2、图3T以及图3U，如步骤S12所示，流道层滚压蚀刻一共振层。于本案第一实施例中，是先透过聚合材料滚压于流道层M3上以形成共振层1m，借以定义出一入流腔室C1，再透过蚀刻形成一腔体通孔11m以及多个第二接合对位记号AM2。值得注意的是，由于共振层1m覆盖流道层M3的腔体开口M32，因此定义出入流腔室C1。腔体通孔11m与流道层M3的入流腔室C1相连通。第二接合对位记号AM2形成于共振层1m之外侧。共振层1m自腔体通孔11m向外延伸至对应入流腔室C1外缘处定义为一可动部12m。共振层1m自可动部12m向外延伸至第二接合对位记号AM2处定义为一固定部13m。值得注意的是，成形共振层1m的蚀刻制程为干蚀刻制程或激光蚀刻制程，但不以此为限。

请参阅图2、图3V以及图3W，如步骤S13所示，共振层翻转对位以及晶圆接合于光阻层上。于本案第一实施例中，是先透过翻转对位以及晶圆接合将共振层1m接合于第二光阻层M2上，借以定义出一共振腔室C2，再透过浸泡移除第二基板1i。于翻转对位制程时，利用接合对位记号窗AW与相对应的第一接合对位记号AM1以及相对应的第二接合对位记号AM2相对准，以完成对位制程。值得注意的是，于本案第一实施例中，由于流道层M3以及第二基板1i呈透光性，于翻转对位制程时，可借由正面透视对位(Top-Side TransparentAlignment)方法进行人工对位，因此对位精度需求为±10μm。于本案第一实施例中，第二基板1i借由将薄膜胶层1j浸泡药剂使薄膜胶层1j失去粘性而移除。值得注意的是，于本案第一实施例中，浸泡薄膜胶层1j所需的时间极短，并且薄膜胶层1j与流道层M3的材质特性不同，因此药剂不会对流道层M3起反应，也不会产生泡胀(Swelling)的问题。

请参阅图2、图3X至图3AC，以及图6，如步骤S14所示，第一基板沉积蚀刻一罩幕层。于本案第一实施例中，是先透过氧化材料沉积于第一基板1a的第二表面12a上以形成罩幕层1n，再透过蚀刻形成一罩幕开口11n以及多个罩幕孔洞12n，使得第一基板1a露出，再透过蚀刻自于第一基板1a的第二表面12a分别沿着罩幕开口11n以及罩幕孔洞12n形成一出口沟槽13a以及多个辅助沟槽14a，再透过氧化材料沉积于出口沟槽13a以及辅助沟槽14a内以再次形成罩幕层1n，再透过蚀刻形成多个第一罩幕通孔13n以及多个第二罩幕通孔14n，最后透过蚀刻形成第一基板1a的多个第一出流孔洞15a以及多个第二出流孔洞16a。出口沟槽13a以及辅助沟槽14a具有相同的蚀刻深度，且蚀刻深度为蚀刻至第一表面11a以及第二表面12a之间且不与腔体层1b接触。辅助沟槽14a对称设置在出口沟槽13a的相对两侧。每一辅助沟槽14a与出口沟槽13a之间形成一定位柱P。第二罩幕通孔14n对称设置于第一罩幕通孔13n的外侧。于本案第一实施例中，第一罩幕通孔13n的孔径小于第二罩幕通孔14n的孔径，但不以此为限。第一罩幕通孔13n以及第二罩幕通孔14n的穿孔深度为至与第一基板1a接触为止，使得第一基板1a得以露出。第一出流孔洞15a为分别沿第一罩幕通孔13n蚀刻至与腔体层1b接触为止所构成，以及第二出流孔洞16a为分别沿第二罩幕通孔14n蚀刻至与腔体层1b接触为止所构成。借此，第二出流孔洞16a设置在第一出流孔洞15a的外侧，并且每一第二出流孔洞16a的孔径大于每一第一出流孔洞15a的孔径。于本案第一实施例中，成形第一罩幕通孔13n以及第二罩幕通孔14n的蚀刻制程为一精密穿孔制程，但不以此为限。于本案第一实施例中，精密穿孔制程为一准分子激光加工制程，但不以此为限。于本案第一实施例中，成形第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a的蚀刻制程为一低温深蚀刻制程，但不以此为限。于本案第一实施例中，低温深蚀刻制程为一深反应性离子蚀刻制程(BOSCHProcess)，但不以此为限。于本案第一实施例中，每一第一出流孔洞15a以及每一第二出流孔洞16a具有方形的截面，但不以此为限。

值得注意的是，于本案第一实施例中，罩幕层1n利用准分子激光加工制程形成第一罩幕通孔13n以及第二罩幕通孔14n来克服光阻不易涂布以及接触式光罩曝光难以聚焦等问题。此外，于本案第一实施例中，深反应性离子蚀刻制程(BOSCH Process)属于低温制程，可避免加工所产生的高温，影响后端压电材料的极性分布，造成退极化反应。再者，于本案第一实施例中，深反应性离子蚀刻制程(BOSCH Process)所形成的穿孔具有高深宽比(Aspect Ratio)，所以穿孔的蚀刻深度以100μm为宜，使得穿孔的孔径可以达到10μm以下，借此维持结构的强度。于本案第一实施例中，出口沟槽13a的设置使得深反应性离子蚀刻制程(BOSCH Process)所形成的穿孔得以降低。

请参阅图2以及图3AD，如步骤S15所示，腔体层蚀刻一储流腔室。于本案第一实施例中，透过蚀刻于腔体层1b内部形成一储流腔室C3并移除罩幕层1n。于本案第一实施例中，成形储流腔室C3的蚀刻制程为一湿蚀刻制程，但不以此为限。意即，透过蚀刻液由第一罩幕通孔13n以及第二罩幕通孔14n流入，经由第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a流至腔体层1b，进而蚀刻并释放移除腔体层1b的部分，借以定义出储流腔室C3。借此，储流腔室C3与第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a相连通。完成储流腔室C3成形与移除罩幕层1n后，第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a与出口沟槽13a相连通。

值得注意的是，于本案第一实施例中，由于储流腔室C3周围两侧距离略大于出口沟槽13a的两侧距离，因此每一第二出流孔洞16a的孔径大于每一第一出流孔洞15a的孔径的设置有利于储流腔室C3的腔体侧蚀。

请参阅图2、以及图3AE至图3AG，如步骤S16所示，入口层滚压显影一第三光阻层。于本案第一实施例中，是先透过一第三光阻材料滚压于入口层1k上以形成第三光阻层M4，再透过显影形成多个第三光阻开口M41，最后透过蚀刻露出上电极焊垫13g以及下电极焊垫14g。第三光阻开口M41对应上电极焊垫13g以及下电极焊垫14g的位置而设置。上电极焊垫13g以及下电极焊垫14g透过蚀刻制程移除位于上电极焊垫13g以及下电极焊垫14g上的结构，使得上电极焊垫13g以及下电极焊垫14g得以露出。于本案第一实施例中，第三光阻材料为一硬遮罩干膜光阻，但不以此为限。值得注意的是，为了避免第一基板1a完成蚀刻后的结构支撑力不足，第三光阻层M4的滚压也可在完成共振层1m与第二光阻层M2的晶圆接合制程后先进行，但不以此为限。

请参阅图2、图3AH以及图6，如步骤S17所示，第一基板粘贴一阵列孔片。于本案第一实施例中，是透过粘贴将阵列孔片1o贴覆至第一基板1a的出口沟槽13a内。阵列孔片1o具有多个孔片孔洞11o以及多个定位孔12o，并透过粘贴制程贴附于第一基板1a的出口沟槽13a以及辅助沟槽14a内。孔片孔洞11o与第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a相互错位设置，借此封闭第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a，以构成一单向阀，避免在传输流体时发生流体回流的现象。第一基板1a的定位柱P分别穿过定位孔12o。于本案第一实施例中，第一基板1a的定位柱P的设置使得粘贴阵列孔片1o时可以以人工定位，并借由胶合方式固定，于其他实施例中，阵列孔片1o可以以光学自动对位方式进行定位，如此可增加阵列孔片1o的孔片孔洞11o以及与第一基板1a的第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a的设置密集度。于本案第一实施例中，每一定位孔12o的孔径大于每一定位柱P的孔径50μm，但不以此为限。于本案第一实施例中，阵列孔片1o为一聚酰亚胺(Polyimide,PI)材质，但不以此为限。于本案第一实施例中，阵列孔片1o具有二定位孔12o，于其他实施例中，定位孔12o的数量可依设计需求而变更，不以此为限。

请参阅图4，值得注意的是，于本案第一实施例中，振动层1c的二流体沟槽11c分别形成于振动层1c纵向的相对两侧，如此，以振动层1c的横向支撑，可使得振动层1c在纵向有较佳的变形量。

请参阅图1A、图1B、图7A至图7E，于本案第一实施例中，微流体致动器100的具体作动方式，是提供具有不同相位电荷的驱动电源至上电极焊垫13g以及下电极焊垫14g，以驱动并控制振动层1c的振动区12c产生上下位移。如图1A以及图7A所示，当施加负电压给上电极焊垫13g以及正电压给下电极焊垫14g时，压电致动层1e的作动区11e带动振动层1c的振动区12c朝向靠近第一基板1a的方向位移。借此，外部流体由流体入口I被吸入至微流体致动器100内，而进入微流体致动器100内的流体接着依序通过流道层M3的流道入口M31、入流通道M33流至入流腔室C1，再通过共振层1m的腔体通孔11m流至内共振腔室C2。如图1A以及图7B所示，停止施加电压给上电极焊垫13g以及下电极焊垫14g，使得压电致动层1e的作动区11e带动振动层1c的振动区12c回复到未被致动的位置。此时，共振层1m的可动部12m因共振而位移，朝向靠近第一基板1a的方向位移并贴附于防水层1h上，使得共振层1m的腔体通孔11m与共振腔室C2不连通。借此，共振腔室C2内的流体被挤压后通过振动层1c的流体沟槽11c汇入腔体层1b的储流腔室C3内。如图1A以及图7C所示，接着转换上电极焊垫13g以及下电极焊垫14g的电性，施加正电压给上电极焊垫13g以及负电压给下电极焊垫14g，如此振动层1c的振动区12c朝向远离第一基板1a的方向位移，以及共振层1m的可动部12m回复到未产生共振位移时的位置，使共振腔室C2内体积受振动层1c压缩，致使汇集于储流腔室C3内的流体开始注入第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a。如图1A以及图7D所示，再停止施加电压给上电极焊垫13g以及下电极焊垫14g，使得压电致动层1e的作动区11e带动振动层1c的振动区12c回复到未被致动的位置。此时，共振层1m的可动部12m因共振而位移，朝向远离第一基板1a的方向位移并贴附于入口层1k上，使得共振层1m的腔体通孔11m与入流腔室C1不连通。借此，储流腔室C3内的流体被挤压后通过第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a后推开阵列孔片1o。如图1A以及图7E所示，当共振层1m的可动部12m停止共振并回复到未产生共振位移时的位置，流体通过阵列孔片1o的孔片孔洞11o后排出于微流体致动器100外，以完成流体的传输。

请参阅图1A以及图8A，本案第二实施例与第一实施例大致相同，不同之处在于，于本案第一实施例中，微流体致动器100包含一致动单元10，然而，于本案第一实施例中，微流体致动器100'包含二个致动单元10，借以增加流量输出。

请参阅图8B，于本案其他实施例中，微流体致动器100"包含多个致动单元10。多个致动单元10可借串联、并联或串并联方式设置，借以增加流量输出，多个致动单元10的设置方式可依照使用需求而设计，不以此为限。

请参阅图9，本案第三实施例与第一实施例大致相同，不同之处在于，于本案第三实施例中，微流体致动器100'"的定位柱P'"以及阵列孔片1o'"的定位孔12o'"对称设置于第一基板1a'"的相对角落，并且每一第一出流孔洞15a'"以及每一第二出流孔洞16a'"具有一圆形截面。此外，阵列孔片1o'"具有一支架部13o'"，用以增加阵列孔片1o'"的伸张量，达到一弹簧的效果。于本案第三实施例中，阵列孔片1o'"可用以过滤流体中的杂质，增加微流体致动器100'"中元件的可靠性及使用寿命。

请参阅图10A至图10C，本案第四实施例与第一实施例大致相同，不同之处在于翻转对位制程以及晶圆接合制程不同。由于第一基板1a与第二基板1i的热传导差异大，加上晶圆接合制程易有热应力及气泡(Void)等问题发生，因此，于本案第四实施例中，先成形第一基板1a、腔体层1b、振动层1c、第一金属层1d、压电致动层1e、隔离层1f、第二金属层1g、防水层1h、第二光阻层M2以及共振层1m成为一单颗半成品后，再另外于入口层1k上进行滚压及显影制程成形流道层M3，最后翻转入口层1k及流道层M3以覆晶(Flip Chip)方式与前述单颗半成品进行光学双面对位完成接合。此外，为了减少第一基板1a经过蚀刻制程后产生脆裂的可能，可先于接合表面进行活性处理，借此降低热压时的压力。于本案第四实施例中，入口层1k为一电铸或不锈钢材质，借以增加入口层1k的刚性，但不以此为限。

本案提供一微流体致动器，主要以微机电制程来完成的微流体致动器，并且借由施加不同相位电荷的驱动电源于上电极焊垫以及下电极焊垫，使得振动层的振动区产生上下位移，进而达到流体传输。此外，借由贴覆一阵裂孔片于出流孔洞上，作为一单向阀，避免流体回流现象发生，极具产业的利用价值，爰依法提出申请。

本案得由熟知此技术的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者。

Claims (33)

1.一种微流体致动器的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：

1)提供一第一基板沉积一腔体层，该第一基板具有一第一表面及一第二表面，是透过一氧化材料沉积于该第一基板的该第一表面上，以形成该腔体层；

2)该腔体层沉积蚀刻一振动层，是先透过一氮化材料沉积于该腔体层上以形成该振动层，再透过蚀刻形成一振动区以及多个流体沟槽；

3)该振动层沉积蚀刻一第一金属层，是先透过一第一金属材料沉积于该振动层上以形成该第一金属层，再透过蚀刻形成一下电极区、多个阻障区以及多个间隙；

4)该第一金属层沉积蚀刻一压电致动层，是先透过一压电材料沉积于该第一金属层上以形成该压电致动层，再透过蚀刻于对应该第一金属层的该下电极区的位置定义一作动区；

5)该压电致动层沉积蚀刻一隔离层，是先透过该氧化材料沉积于该第一金属层以及该压电致动层上以形成该隔离层，再透过蚀刻于该多个间隙内形成多个间隙壁；

6)该隔离层涂布显影一第一光阻层，是先透过一第一光阻材料涂布于该第一金属层、该压电致动层以及该隔离层上以形成该第一光阻层，再透过显影形成一第一光阻区；

7)该第一光阻层沉积掀离一第二金属层，是先透过一第二金属材料沉积于该第一金属层、该压电致动层、该隔离层以及该第一光阻层上以形成该第二金属层，再透过掀离形成一上电极区、一上电极焊垫以及一下电极焊垫；

8)该第二金属层镀膜蚀刻一防水层，是先透过一防水材料镀膜于该第一金属层、该隔离层以及该第二金属层上以形成该防水层，再透过蚀刻露出该上电极焊垫以及该下电极焊垫；

9)该防水层涂布显影一第二光阻层，是先透过一第二光阻材料涂布于该第一金属层、该第二金属层以及该防水层上以形成该第二光阻层，再透过显影形成多个第二光阻孔洞以及一第二光阻开口；

10)提供一第二基板滚压蚀刻一薄膜胶层以及一入口层，是先透过一薄膜材料滚压于该第二基板上以形成该薄膜胶层，再透过一聚合材料滚压于该薄膜胶层上以形成该入口层，最后透过蚀刻形成多个流体入口；

11)该入口层涂布显影一流道层，是先透过第二光阻材料涂布于该入口层上以形成该流道层，再透过显影形成多个流道入口、一腔体开口以及多个入流通道；

12)该流道层滚压蚀刻一共振层，是先透过聚合材料滚压于该流道层上以形成该共振层，借以定义出一入流腔室，再透过蚀刻形成一腔体通孔；

13)该共振层翻转对位以及晶圆接合于该第二光阻层上，是先透过翻转对位以及晶圆接合将共振层接合于该第二光阻层上，借以定义出一共振腔室，再透过浸泡移除该第二基板；

14)该第一基板沉积蚀刻一罩幕层，是先透过氧化材料沉积于该第一基板的该第二表面以形成该罩幕层，再透过蚀刻形成一罩幕开口以及多个罩幕孔洞，再透过蚀刻形成该第一基板的一出口沟槽，再透过该氧化材料沉积于该出口沟槽内以再次形成罩幕层，再透过蚀刻形成多个第一罩幕通孔以及多个第二罩幕通孔，最后透过蚀刻形成该第一基板的多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞；

15)该腔体层蚀刻一储流腔室，是透过蚀刻形成该储流腔室并移除该罩幕层；

16)该入口层滚压显影一第三光阻层，是先透过一第三光阻材料滚压于该入口层上以形成该第三光阻层，再透过显影形成多个第三光阻开口，最后透过蚀刻露出该上电极焊垫以及该下电极焊垫；以及

17)该第一基板粘贴一阵列孔片，是透过粘贴将该阵列孔片贴覆至该第一基板的该出口沟槽内。

2.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，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。

3.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，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。

4.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该多个流体沟槽对称形成于该振动层的相对两侧，以定义出该振动区。

5.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该下电极区形成于对应该振动层的该振动区的位置，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。

6.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，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。

7.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，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，借此封闭该第一基板的该多个第一出流孔洞以及该多个第二出流孔洞。

8.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，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。

9.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，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。

10.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该基板还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。

11.如权利要求10所述的微流体致动器的制造方法，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。

12.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该基板为一硅基材。

13.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该氧化材料为一二氧化硅材料。

14.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该氮化材料为一氮化硅材料。

15.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该第一金属材料为一氮化钛金属材料。

16.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该第一金属材料为一钽金属材料。

17.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该第一光阻材料为一负光阻。

18.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该第一光阻材料为一厚膜光阻。

19.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该第三光阻材料为一干膜光阻。

20.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该第二金属材料为一金金属材料。

21.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该第二金属材料为一铝金属材料。

22.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该防水材料为一聚对二甲苯材质。

23.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该聚合材料为一聚酰亚胺材质。

24.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，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。

25.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该腔体层透过湿蚀刻制程形成该储流腔室。

26.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该共振层透过干蚀刻制程形成该腔体通孔。

27.如权利要求1所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，该共振层透过激光蚀刻制程形成该腔体通孔。

28.如权利要求7所述的微流体致动器的制造方法，其特征在于，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，最后通过该多个流体沟槽流至该储流腔室，再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。

29.如权利要求28所述的微流体致动器的制造方法，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。

30.如权利要求28所述的微流体致动器的制造方法，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。

31.如权利要求28所述的微流体致动器的制造方法，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。

32.一种微流体致动器的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：

1)提供一第一基板沉积一腔体层，该第一基板具有一第一表面及一第二表面，是透过一氧化材料沉积于该第一基板的该第一表面上，以形成该腔体层；

2)该腔体层沉积蚀刻一振动层，是先透过一氮化材料沉积于该腔体层上以形成该振动层，再透过蚀刻形成多个振动区以及多个流体沟槽；

3)该振动层沉积蚀刻一第一金属层，是先透过一第一金属材料沉积于该振动层上以形成该第一金属层，再透过蚀刻形成多个下电极区、多个阻障区以及多个间隙；

4)该第一金属层沉积蚀刻一压电致动层，是先透过一压电材料沉积于该第一金属层上以形成该压电致动层，再透过蚀刻于对应该第一金属层的该多个下电极区的位置定义多个作动区；

5)该压电致动层沉积蚀刻一隔离层，是先透过该氧化材料沉积于该第一金属层以及该压电致动层上以形成该隔离层，再透过蚀刻于该多个间隙内形成多个间隙壁；

6)该隔离层涂布显影一第一光阻层，是先透过一第一光阻材料涂布于该第一金属层、该压电致动层以及该隔离层上以形成该第一光阻层，再透过显影形成多个第一光阻区；

7)该第一光阻层沉积掀离一第二金属层，是先透过一第二金属材料沉积于该第一金属层、该压电致动层、该隔离层以及该第一光阻层上以形成该第二金属层，再透过掀离形成多个上电极区、多个上电极焊垫以及多个下电极焊垫；

8)该第二金属层镀膜蚀刻一防水层，是先透过一防水材料镀膜于该第一金属层、该隔离层以及该第二金属层上以形成该防水层，再透过蚀刻露出该多个上电极焊垫以及该多个下电极焊垫；

9)该防水层涂布显影一第二光阻层，是先透过一第二光阻材料涂布于该第一金属层、该第二金属层以及该防水层上以形成该第二光阻层，再透过显影形成多个第二光阻孔洞以及多个第二光阻开口；

10)提供一第二基板滚压蚀刻一薄膜胶层以及一入口层，是先透过一薄膜材料滚压于该第二基板上以形成该薄膜胶层，再透过一聚合材料滚压于该薄膜胶层上以形成该入口层，最后透过蚀刻形成多个流体入口；

11)该入口层涂布显影一流道层，是先透过第二光阻材料涂布于该入口层上以形成该流道层，再透过显影形成多个流道入口、多个腔体开口以及多个入流通道；

12)该流道层滚压蚀刻一共振层，是先透过聚合材料滚压于该流道层上以形成该共振层，借以定义出多个入流腔室，再透过蚀刻形成多个腔体通孔；

13)该共振层翻转对位以及晶圆接合于该第二光阻层上，是先透过翻转对位以及晶圆接合将共振层接合于该第二光阻层上，借以定义出多个共振腔室，再透过浸泡移除该第二基板；

14)该第一基板沉积蚀刻一罩幕层，是先透过该氧化材料沉积于该第一基板的该第二表面以形成该罩幕层，再透过蚀刻形成多个罩幕开口以及多个罩幕孔洞，再透过蚀刻形成该第一基板的多个出口沟槽，再透过该氧化材料沉积于该多个出口沟槽内以再次形成罩幕层，再透过蚀刻形成多个第一罩幕通孔以及多个第二罩幕通孔，最后透过蚀刻形成该第一基板的多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞；

15)该腔体层蚀刻多个储流腔室，是透过蚀刻形成该多个储流腔室并移除该罩幕层；

16)该入口层滚压显影一第三光阻层，是先透过一第三光阻材料滚压于该入口层上以形成该第三光阻层，再透过显影形成多个第三光阻开口，最后透过蚀刻露出该多个上电极焊垫以及该多个下电极焊垫；以及

17)该第一基板粘贴一阵列孔片，是透过粘贴将该阵列孔片贴覆至该第一基板的该多个出口沟槽内。

33.一种微流体致动器的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：

1)提供一第一基板沉积一腔体层，该第一基板具有一第一表面及一第二表面，是透过一氧化材料沉积于该第一基板的该第一表面上，以形成该腔体层；

2)该腔体层沉积蚀刻一振动层，是先透过一氮化材料沉积于该腔体层上以形成该振动层，再透过蚀刻形成至少一振动区以及多个流体沟槽；

3)该振动层沉积蚀刻一第一金属层，是先透过一第一金属材料沉积于该振动层上以形成该第一金属层，再透过蚀刻形成至少一下电极区、多个阻障区以及多个间隙；

4)该第一金属层沉积蚀刻一压电致动层，是先透过一压电材料沉积于该第一金属层上以形成该压电致动层，再透过蚀刻于对应该第一金属层的该至少一下电极区的位置定义至少一作动区；

5)该压电致动层沉积蚀刻一隔离层，是先透过该氧化材料沉积于该第一金属层以及该压电致动层上以形成该隔离层，再透过蚀刻于该多个间隙内形成多个间隙壁；

6)该隔离层涂布显影一第一光阻层，是先透过一第一光阻材料涂布于该第一金属层、该压电致动层以及该隔离层上以形成该第一光阻层，再透过显影形成至少一第一光阻区；

7)该第一光阻层沉积掀离一第二金属层，是先透过一第二金属材料沉积于该第一金属层、该压电致动层、该隔离层以及该第一光阻层上以形成该第二金属层，再透过掀离形成至少一上电极区、至少一上电极焊垫以及至少一下电极焊垫；

8)该第二金属层镀膜蚀刻一防水层，是先透过一防水材料镀膜于该第一金属层、该隔离层以及该第二金属层上以形成该防水层，再透过蚀刻露出该至少一上电极焊垫以及该至少一下电极焊垫；

9)该防水层涂布显影一第二光阻层，是先透过一第二光阻材料涂布于该第一金属层、该第二金属层以及该防水层上以形成该第二光阻层，再透过显影形成多个第二光阻孔洞以及至少一第二光阻开口；

10)提供一第二基板滚压蚀刻一薄膜胶层以及一入口层，是先透过一薄膜材料滚压于该第二基板上以形成该薄膜胶层，再透过一聚合材料滚压于该薄膜胶层上以形成该入口层，最后透过蚀刻形成多个流体入口；

11)该入口层涂布显影一流道层，是先透过第二光阻材料涂布于该入口层上以形成该流道层，再透过显影形成多个流道入口、至少一腔体开口以及多个入流通道；

12)该流道层滚压蚀刻一共振层，是先透过聚合材料滚压于该流道层上以形成该共振层，借以定义出至少一入流腔室，再透过蚀刻形成至少一腔体通孔；

13)该共振层翻转对位以及晶圆接合于该第二光阻层上，是先透过翻转对位以及晶圆接合将共振层接合于该第二光阻层上，借以定义出至少一共振腔室，再透过浸泡移除该第二基板；

14)该第一基板沉积蚀刻一罩幕层，是先透过该氧化材料沉积于该第一基板的该第二表面以形成该罩幕层，再透过蚀刻形成一罩幕开口以及多个罩幕孔洞，再透过蚀刻形成该第一基板的至少一出口沟槽，再透过该氧化材料沉积于该出口沟槽内以再次形成罩幕层，再透过蚀刻形成多个第一罩幕通孔以及多个第二罩幕通孔，最后透过蚀刻形成该第一基板的多个第一出流孔洞以及多个第二出流孔洞；

15)该腔体层蚀刻至少一储流腔室，是透过蚀刻形成该至少一储流腔室并移除该罩幕层；

16)该入口层滚压显影一第三光阻层，是先透过一第三光阻材料滚压于该入口层上以形成该第三光阻层，再透过显影形成多个第三光阻开口，最后透过蚀刻露出该至少一上电极焊垫以及该至少一下电极焊垫；以及

17)该第一基板粘贴一阵列孔片，是透过粘贴将该阵列孔片贴覆至该第一基板的该至少一出口沟槽内。

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