CN111747373B - 微机电泵的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种微机电泵的制造方法，包含以下步骤：提供第一基板，第一基板具有第一表面及第二表面；于第一基板上形成第一氧化层，并形成流入孔；对第一氧化层进行蚀刻，形成汇流腔室及汇流通道；提供第二基板，第二基板具有第三表面及第四表面；对第二基板的第三表面进行蚀刻，以形成穿孔；通过第二基板的穿孔进行蚀刻，以于第二基板内形成振动腔室；将第二基板结合至第一基板，第二基板的第三表面与第一氧化层贴合；并对第二基板的第四表面进行薄化，形成与第三表面相对的薄化表面；于薄化表面叠置压电组件。

Description

微机电泵的制造方法

技术领域

本案是关于一种微机电泵的制造方法，尤指一种透过半导体制程来制作微机电泵的制造方法。

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用以输送流体的泵构为其关键元件，是以，如何借创新结构突破其技术瓶颈，为发展的重要内容。

随着科技的日新月异，流体输送装置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，可见传统的泵已渐渐有朝向装置微小化、流量极大化的趋势。

然而，目前微型化的泵虽然持续地改良使其微小化，但仍旧无法突破毫米等级进而将泵缩小到微米等级，因此如何将泵缩小到微米等级并且将其完成为本案所欲发明的主要课题。

发明内容

本案的主要目的在于提供一种微机电泵的制造方法，用以制造一微米等级的微机电泵，来减少体积对于泵的限制。

为达上述目的，本案的较广义实施态样为提供一种微机电泵的制造方法，包含以下步骤：

步骤(S101)提供一第一基板，该第一基板具有相对的一第一表面及一第二表面；

步骤(S102)于该第一基板的该第一表面上形成一第一氧化层，以及形成自该第二表面至该第一表面呈渐缩的多个流入孔；

步骤(S103)对该第一氧化层进行蚀刻，以形成一汇流腔室及多个汇流通道，且该多个汇流通道分别对应于该第一基板的该多个流入孔；

步骤(S104)提供一第二基板，该第二基板具有相对的一第三表面及一第四表面；

步骤(S105)对该第二基板的该第三表面进行蚀刻，以于其中心形成一穿孔；

步骤(S106)通过该第二基板的该穿孔进行蚀刻，以于第二基板内形成一振动腔室；

步骤(S107)将该第二基板结合至该第一基板，该第二基板的第三表面与该第一氧化层贴合；

步骤(S108)并对该第二基板的该第四表面进行薄化，形成与该第三表面相对的一薄化表面；以及

步骤(S109)于该薄化表面叠置一压电组件。

附图说明

图1A、图1B为本案的微机电泵的制造方法的流程示意图。

图2A、图2B为本案的微机电泵的制造方法的剖面示意图。

图3A为微机电泵的剖面示意图。

图3B为微机电泵的分解示意图。

图4为本案的微机电泵的另一制造方法的流程示意图。

图5A、图5B为本案的微机电泵的第二基板的剖面示意图。

图6为本案微机电泵的压电组件的制造流程图。

图7A至图7C为微机电泵的作动示意图。

附图标记说明

100：微机电泵

1：第一基板

11：第一表面

12：第二表面

13：流入孔

2：第一氧化层

21：汇流腔室

22：汇流通道

3：第二基板

31：第三表面

32：第四表面

33：穿孔

34：振动腔室

35：薄化表面

36：流体通道

3A：硅材层

31a：振动部

32a：固定部

3B：第二氧化层

3C：硅芯片层

31c：致动部

32c：连接部

33c：外周部

4：压电组件

41：下电极层

42：压电层

43：绝缘层

44：上电极层

S101～S109：微机电泵的制造方法步骤

具体实施方式

体现本案特征与优点的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。

本案的微机电泵的制造方法其所制成的微机电泵100能够应用于医药生技、能源、电脑科技或是打印等领域，用于导送流体并且增加或是控制流体的流速。请同时参阅图1A、图1B、图2A及图2B，图1A、图1B为本案的微机电泵100的制造方法的流程示意图，图2A为微机电泵100的剖面示意图，图2B为利用本案微机电泵100的制造方法所制造的微机电泵100的分解示意图，本案的微机电泵100为透过微机电制程所完成，理应无法分解，为明确说明其结构，特意使用分解图说明；本案的微机电泵100的制造方法包含以下步骤：步骤(S101)提供一第一基板1，第一基板1具有相对的一第一表面11及一第二表面12；步骤(S102)于第一基板1的第一表面11上形成一第一氧化层2，以及形成自第二表面12至第一表面11呈渐缩的多个流入孔13；步骤(S103)对第一氧化层2进行蚀刻，以形成一汇流腔室21及多个汇流通道22，该多个汇流通道22分别对应于第一基板1的该多个流入孔13；步骤(S104)提供一第二基板3，第二基板3具有一第三表面31与一第四表面32；步骤(S105)对第二基板3的第三表面31进行蚀刻，以于其中心形成一穿孔33；步骤(S106)通过该第二基板3的该穿孔33进行蚀刻，以于第二基板3内形成一振动腔室34；步骤(S107)将第二基板3结合至第一基板1，第二基板3的第三表面31与第一氧化层2贴合；步骤(S108)并对第二基板3的第四表面32进行薄化，形成与第三表面31相对的一薄化表面35；以及步骤(S109)于薄化表面35叠置一压电组件4。

首先如步骤(S101)所示，先提供第一基板1，将第一基板1透过如研磨、蚀刻、切割等方式将第一基板1具有第一表面11及第二表面12。

继续执行步骤(S102)，于第一基板1的第一表面11上形成第一氧化层2，再对第二表面12进行蚀刻，来形成自第二表面12至第一表面11呈渐缩的该多个流入孔13。

如步骤(S103)所示，对第一氧化层2进行蚀刻，并于第一氧化层2内形成一汇流腔室21及该多个汇流通道22，汇流腔室21位于第一氧化层2的中央，该多个汇流通道22的一端分别对应于第一基板1的该多个流入孔13，并分别与该多个流入孔13相连通，该多个汇流通道22的另一端则连通至汇流腔室21。

如步骤(S104)所示，提供一第二基板3，第二基板3具有一第三表面31及第四表面32；再如步骤(S105)所示，对第二基板3的第三表面31进行蚀刻，于其中心形成一穿孔33；又如步骤(S106)，利用第二基板3的穿孔33于对第二基板3内部再次进行蚀刻，例如由穿孔33注入蚀刻液，利用蚀刻液对第二基板3内进行蚀刻制程，于第二基板3内部形成一振动腔室34，振动腔室34与穿孔33相连通。

请参考步骤(S107)，将第二基板3结合至第一基板1，且第二基板3的第三表面31与第一氧化层2贴合，此时，第二基板3的穿孔将会与第一氧化层2的汇流腔室21垂直对应；再如步骤(S108)并对第二基板3的第四表面32进行薄化，例如对第四表面32研磨，降低第二基板3的厚度来进行薄化动作，并形成与第三表面31相对的薄化表面35；又步骤(S109)，于薄化表面35叠置一压电组件4。

最后于步骤(S110)对第二基板3的薄化表面35进行蚀刻，形成多个流体通道36，该多个流体通道36与振动腔室34相连通，即可完成微机电泵100。

请参考图4所示，本案微机电泵其制造方法的另一实施例示意图，其差异在于步骤(S108)具有步骤(S108a)对该第二基板3的薄化表面35进行蚀刻，于形成该多个流体通道36，该多个流体通道36与振动腔室34相连通，即可完成微机电泵100。

此外，请参考图5A及图5B所示，步骤(S104)准备第二基板3，本案的第二基板3是一绝缘层上覆硅的硅芯片(SOI wafer)，包含有一硅材层3A、一第二氧化层3B、一硅芯片层3C，第二氧化层3B叠设硅芯片层3C上，硅材层3A叠设于第二氧化层3B上，其中，第二基板3的第三表面31为硅材层3A的表面，而上述的步骤(S105)对第二基板3的第三表面31进行蚀刻，即是对硅材层3A的表面(同第三表面31)对硅材料进行蚀刻，并于硅材层3A形成穿孔33，并于步骤(S106)通过第二基板3的穿孔33进行蚀刻，即为将会蚀刻氧化层但不会蚀刻硅材料的蚀刻液通过硅材层3A的穿孔33，对在硅材层3A与硅芯片层3C之间的第二氧化层3B进行蚀刻，以至于在第二氧化层3B形成振动腔室34，以及步骤(S108)为对硅芯片层3C进行如研磨的薄化作业，来形成薄化表面35，最后如步骤(S108a)或步骤(S110)对第二基板3的薄化表面35进行蚀刻，即对硅芯片层3C的薄化表面35进行蚀刻，来形成该多个流体通道36。

呈上所述，请同时参考图3A及图3B，硅材层3A的穿孔33的周缘且对应到振动腔室34的垂直投影区域的为振动部31a，其他对应到第二氧化层3B的部分为固定部32a；以及硅芯片层3C通过蚀刻流体通道36后，将会定义出一致动部31c、多个连接部32c及外周部33c，被流体通道36包围的是致动部31c，位于流体通道36外围的是外周部33c，位于流体通道36之间并且连接于致动部31c与外周部33c的是连接部32c。

请参考同时参考图3A及图6，前述步骤(S109)包含以下步骤：步骤(S109a)沉积一下电极层41；步骤(S109b)于下电极层41上沉积一压电层42；步骤(S109c)于压电层42的部分区域与下电极层41的部分区域沉积一绝缘层43；步骤(S109d)于绝缘层43上沉积一上电极层44，上电极层44的部分与压电层42电性连接。

承上所述，请先参考步骤(S109a)，于第二基板3的第三表面31上利用溅镀、蒸镀等物理或化学气相沉积来下电极层41，再如步骤(S109b)，于下电极层41上同样利用蒸镀或溅镀等方式来将压电层42沉积在其之上，且两者透过接触的区域做电性连接，此外压电层42的宽度小于下电极层41的宽度，使得压电层42无法完全遮蔽下电极层41；再进行步骤(S109c)，于压电层42的部分区域以及下电极层41未被压电层42遮蔽的区域来沉积绝缘层43；最后再进行步骤(S109d)，于压电层44未沉积绝缘层43的区域及部分的绝缘层43上沉积一上电极层44，使上电极层42与该压电层42电性连接外，透过绝缘层43阻隔于上电极层44与下电极层41之间，避免两者电性连接而产生短路，其中，下电极层41与上电极层44可透过细间距焊线封装技术来向外延伸导电接脚(未图示)，用以接收外接驱动信号及驱动电压。

请继续参阅图3A及图3B所示，经由本案的制造方法所制造出的微机电泵100的剖面示意图，微机电泵100由设有第一氧化层2的第一基板1与具有硅材层3A、第二氧化层3B及硅芯片层3C的SOI wafer第二基板3以层叠方式结合，于本实施例中，第一基板1上的流入孔13的数量为4个，但不以为限，4个流入孔13皆为呈现渐缩的圆锥形，当与第二基板3结合后，第一氧化层2与第二基板3相连，第一氧化层2的汇流通道22的位置及数量皆与第一基板1的流入孔13相互对应，因此于本实施例中，汇流通道22同样也为4个，4个汇流通道22的一端分别连接4个流入孔13，而4个汇流通道22的另一端则连通于汇流腔室21，让气体分别由4个流入孔13进入后，得以通过其对应的汇流通道22并于汇流腔室21聚集，而第二基板3的穿孔33与汇流腔室21相通，供气体通行，第二氧化层3B的振动腔室则分别与硅材层3A的穿孔33及第二基板3的流体通道36相通，致使流体得以由穿孔33进入振动腔室34后再由流体通道36排出。

请参考图3A及图7A至图7C，图7A至图7C为经由本案的制造方法所制造出的微机电泵其作动示意图；请先参考图7A，当压电组件4的下电极层41及上电极层44接收外部所传递的驱动电压及驱动信号(未图示)后，将其传导至压电层42，压电层42接受到驱动电压及驱动信号后因压电效应的影响开始产生形变，其形变的变化量及频率受控于驱动电压及驱动信号，当压电层42开始受驱动电压及驱动信号开始产生形变后，会带动第二基板3的硅芯片层3C的致动部31c开始位移，当压电组件4带动致动部31c向上位移拉开与第二氧化层3B之间的距离，此时，第二氧化层3B的振动腔室34的容积将提升，让振动腔室34内形成负压，用于将第一氧化层2的汇流腔室21内的气体吸入其中；请继续参阅图7B，当致动部31c受到压电组件4的牵引向上位移时，第二基板3中硅材层3A的振动部31a会因共振原理的影响向上位移，当振动部31a向上位移时，会压缩振动腔室34的空间并且推动振动腔室34内的流体往第流体通道36移动，让流体能够通过流体通道36向上排出，在振动部31a向上位移来压缩振动腔室34的同时，汇流腔室21的容积因振动部31a位移而提升，使其内部形成负压，将吸取微机电泵100外的流体由流入孔13进入其中，最后如图7C所示，压电组件4带动第二基板3中硅芯片层3C的致动部31c向下位移时，将振动腔室34的气体推往流体通道36内，向外排出，而第二基板3的振动部31a亦受致动部31c的带动向下位移，同步压缩汇流腔室21的气体通过穿孔33向振动腔室34移动，后续再将压电组件4带动致动部31c向上位移时，其振动腔室34的容积会大幅提升，进而有较高的汲取力将气体吸入振动腔室34，再重复以上的动作，以至于透过压电组件4持续带动致动部31c上下位移且来连动振动部31a上下位移，来改变微机电泵100的内部压力，使其不断地汲取、排出气体来完成泵的动作。

综上所述，本案提供一微机电泵的制作方法，主要以半导体制程来完成微机电泵的结构，以进一步缩小泵得体积，使其更加地轻薄短小，达到纳米等级的大小，减少过往泵体积过大，无法达到微米等级尺寸的限制的问题，极具产业的利用价值，爰依法提出申请。

本案得由熟习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 (10)

1.一种微机电泵的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤(S101)提供一第一基板，该第一基板具有相对的一第一表面及一第二表面；

步骤(S102)于该第一基板的该第一表面上形成一第一氧化层，以及形成自该第二表面至该第一表面呈渐缩的多个流入孔；

步骤(S103)对该第一氧化层进行蚀刻，以形成一汇流腔室及多个汇流通道，该多个汇流通道分别对应于该第一基板的该多个流入孔；

步骤(S104)提供一第二基板，该第二基板具有相对的一第三表面及一第四表面；

步骤(S105)对该第二基板的该第三表面进行蚀刻，以于其中心形成一穿孔；

步骤(S106)通过该第二基板的该穿孔进行蚀刻，以于该第二基板内形成一振动腔室；

步骤(S107)将该第二基板结合至该第一基板，该第二基板的该第三表面与该第一氧化层贴合；

步骤(S108)并对该第二基板的该第四表面进行薄化，形成与该第三表面相对的一薄化表面；以及

步骤(S109)于该薄化表面叠置一压电组件。

2.如权利要求1所述的微机电泵的制造方法，其特征在于，步骤(S109)包含有以下步骤：

步骤(S109a)沉积一下电极层；

步骤(S109b)于该下电极层上沉积一压电层；

步骤(S109c)于该压电层的部分与该下电极的部分沉积一绝缘层；及

步骤(S109d)于该压电层未沉积该绝缘层的区域及部分的绝缘层上沉积一上电极层，该上电极层的部分与该压电层电性连接。

3.如权利要求1项所述的微机电泵的制造方法，其特征在于，该第二基板透过研磨制程进行薄化。

4.如权利要求1所述的微机电泵的制造方法，其特征在于，该第一基板 是一硅芯片。

5.如权利要求4所述的微机电泵的制造方法，其特征在于，该第二基板是一绝缘层上覆硅的硅芯片(SOI wafer)。

6.如权利要求5所述的微机电泵的制造方法，其特征在于，该绝缘层上覆硅的硅芯片包含一硅材层、一第二氧化层及一硅芯片层，该第二氧化层叠设于该硅芯片层，该硅材层叠设于该第二氧化层，该第二基板的该第三表面为该硅材层的一表面，其中，该步骤(S105)是对该硅材层蚀刻以形成该穿孔，该步骤(S106)是通过该穿孔对该第二氧化层蚀刻以形成该振动腔室，该步骤(S108)是对该第二基板的该硅芯片层进行薄化，以形成该薄化表面。

7.如权利要求6所述的微机电泵的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤(S110)对该硅芯片层的该薄化表面进行蚀刻，于该硅芯片层形成多个流体通道，该多个流体通道与该振动腔室相连通。

8.如权利要求6所述的微机电泵的制造方法，其特征在于，该步骤(S108)包含步骤(S108a)对该硅芯片层的该薄化表面进行蚀刻，于该硅芯片层形成多个流体通道，该多个流体通道与该振动腔室相连通。

9.如权利要求1所述的微机电泵的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤(S110)对该第二基板的该薄化表面进行蚀刻，以形成多个流体通道，该多个流体通道与该振动腔室相连通。

10.如权利要求1所述的微机电泵的制造方法，其特征在于，该步骤(S108)包含步骤(S108a)对该第二基板的该薄化表面进行蚀刻，以形成多个流体通道，该多个流体通道与该振动腔室相连通。

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