CN112971208A - 具有多个喷射腔的微流体分配装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种具有多个喷出腔的微流体分配装置。该微流体分配装置具有按照顺序布置的多个腔，每个腔具有接收待被分配的液体的入口以及用于喷出液滴的喷嘴。每个腔中的致动器接收致动量，并使液滴由相应腔的喷嘴喷出。每个腔中的液滴喷出检测元件在检测到液滴喷出时生成致动命令。一种顺序激活电路，包括多个顺序激活元件，每个腔一个顺序激活元件，每个顺序激活元件耦合到相应腔的液滴喷出检测元件，以及耦合到与一系列腔中的后续腔相关联的致动器。每个顺序激活元件从与相应腔相关联的液滴喷出检测元件接收致动命令，并激活与一系列腔中的后续腔相关联的致动器。

Description

具有多个喷射腔的微流体分配装置

技术领域

本公开涉及一种微流体分配装置，特别是具有多个喷射腔的可吸入物质的微流体分配装置。

背景技术

众所周知，出于治疗目的以及为了制造的非医疗装置(诸如所谓的电子烟)，需要精确控制可吸入物质的分配，这导致了易于使用的小型分配装置的发展。

针对已知类型的可吸入物质的小型分配装置通常包括水箱，该水箱包含具有待被分配在溶液中的物质的流体，以及至少一个分配腔，该分配腔具有喷射喷嘴并且由水箱供应。致动器，被容纳在腔中并且由控制器驱动，使受控制的流体量被喷射。

例如，在意大利专利申请No.102018000005372(对应于美国专利申请US 2019/0350260 A1)中示出了这种类型的小型分配装置，并在下文中简要描述。

详细地，图1示出了小型分配装置1，这里是电子烟。小型分配装置1包括容纳驱动器3的套管2、电池4以及一次性的微流体盒5。

更详细地，套管2形成控制腔7和盒腔8。在实施例中，控制腔7基本上是轴向的，在套管2的第一端2A处是打开的，并且例如可以用美观的盖子(未示出)来闭合。驱动器3，例如包括ASIC(专用集成电路)6，驱动器3可以被焊接在衬底10(例如可以与电池4一起插入到控制腔7中的PCB(印刷电路板))上。

盒腔8被布置在控制腔7与套管2的第二端2B之间，并且可以通过用于插入和移除微流体盒5的翻转门11进入。盒腔8通过入口孔13和烟嘴14与外部连通。更准确地，入口孔13和烟嘴14被布置使得吸力通过烟嘴14使盒腔8中的空气通过入口孔13返回，所吸入的空气经过盒腔8，并且该空气随后通过烟嘴14出来。

例如被嵌入套管2中的电气连接线15在控制腔7与盒腔8之间延伸，以将驱动器3与盒腔8中的微流体盒5电耦合。

微流体盒5包括水箱17，该水箱17包含待被分配的液体，以及喷雾喷嘴18，该喷雾喷嘴18由驱动器3控制并且这里被布置在微流体盒5的外表面上。

在图2A和图2B中所示的实施例中，喷出喷嘴18包括被绝缘层21覆盖的衬底20、在绝缘层21上方延伸的腔层23、以及被粘结到腔层23的喷嘴板25。衬底20、绝缘层21以及腔层23例如可以分别是半导体材料、氧化硅或氮化硅以及聚合材料(诸如干膜)。喷嘴板25可以是聚合材料或半导体材料。

流动耦合到水箱17(图1)的供给通道26通过衬底20、绝缘层21和腔层23而形成。在图2A和图2B中所示的实施例中，特别地，供给通道26是圆形且同心的。

如图2B中所示，腔30沿着供给通道26被形成在腔层23中。在所示的实施例中，腔30均匀分布。此外，腔30通过相应微流体通道31流动耦合到供给通道26，并且其底部由绝缘层21限定，其顶部由喷嘴板25限定。

喷嘴32形成在每个腔30处的喷嘴板25中，并且在使用中允许由腔30雾化的液体通过，并且允许该液体与从入口孔13通过盒腔8流向烟嘴14的空气混合。

图3示出了腔30的可能的实施例。这里，腔30具有平行六面体形状，并且通过在腔层23中所形成的壁30A来横向限定。

这里，加热器33被形成在腔30下方的绝缘层21内。加热器33可以以不受限制的方式，由多晶硅、Al、Pt、TiN、TiAlN、TaSiN、TiW形成。加热器33通过电气连接线15连接到驱动器3(图1)。

在使用中，ASIC 6(图1)生成电信号，该电信号通过连接线15被供应至腔30的加热器33，允许加热器33加热到编程的温度，例如450℃。然后，来自水箱17(图1)的通过供给通道26(图2A)在腔30中存在的液体，被快速加热并形成汽泡，以便推动滴液体通过每个喷嘴32。因此，作为一个整体，腔30允许在盒腔8中获得蒸汽“羽流”。

发明内容

在分配装置的现有方法和应用中，为了针对特定的应用生成足够的蒸汽“羽流”，通常依赖或利用大量(例如大于一千)的腔30。例如，参考图3，通过相应连接线15直接驱动每个加热器33，因此这是复杂、昂贵的，并且通常利用较大的集成面积用于布置接触垫并且难以形成布线连接。

为了克服这个问题，可以使用适当的驱动器，诸如图1的ASIC 6，并将其布置在硅芯片内，在硅芯片中形成微流体盒5。然而，这种解决方案也很昂贵并且无法被用于所有低成本的应用。

在各种实施例中，本公开提供了克服现有技术缺点的分配装置。

根据本公开，提供了微流体分配装置、微流体分配装置的制造工艺以及分配方法。

在至少一个实施例中，提供了微流体分配装置，包括多个腔，每个腔具有入口和喷嘴，入口被配置为接收待被分配的液体，喷嘴被配置为喷出液滴，多个腔形成一系列腔。包括多个致动器，每个致动器与相应腔相关联并且被配置为接收相应致动量并使液滴由相应腔的喷嘴喷出。包括多个液滴喷出检测元件，每个腔一个液滴喷出检测元件，每个液滴喷出检测元件被配置为在检测到液滴从相应腔的喷嘴喷出时生成致动命令。该装置进一步包括顺序激活电路，包括多个顺序激活元件，每个腔一个顺序激活元件，每个顺序激活元件被耦合到与相应腔相关联的液滴喷出检测元件，以及与在一系列腔中的相应腔之后的腔相关联的致动器，每个顺序激活元件被配置为从与相应腔相关联的液滴喷出检测元件接收致动命令，并激活与在一系列腔中的后续腔相关联的致动器。

在至少一个实施例中，提供了用于制造微流体分配装置的工艺，包括：形成多个腔，每个腔具有入口和喷嘴，入口被配置为接收待被分配的液体，喷嘴被配置为喷出液滴，多个腔形成一系列腔；形成多个致动器，每个致动器与相应腔相关联并且被配置为接收相应致动量并使液滴由相应腔的喷嘴喷出；形成多个液滴喷出检测元件，每个腔一个液滴喷出检测元件，每个液滴喷出检测元件被配置为在检测到液滴从相应腔的喷嘴喷出时生成致动命令；并且形成顺序激活电路，包括：多个顺序激活元件，每个腔一个顺序激活元件，每个顺序激活元件被耦合到与相应腔相关联的液滴喷出检测元件，以及与在一系列腔中的相应腔之后的腔相关联的致动器，每个顺序激活元件被配置为从与相应腔相关联的液滴喷出检测元件接收致动命令，并激活与一系列腔中的后续腔相关联的致动器。

在至少一个实施例中，提供了用于在微流体分配装置中分配的方法。该微流体分配装置包括：多个腔，每个腔具有入口和喷嘴，多个腔形成一系列腔；多个致动器，每个腔一个致动器；多个液滴喷出检测元件，每个腔一个液滴喷出检测元件；以及顺序激活电路，包括：多个顺序激活元件，每个顺序激活元件被耦合到与相应腔相关联的液滴喷出检测元件，以及与在一系列腔中的相应腔之后的腔相关联的致动器。该方法包括：提供待被分配到多个腔的液体；激活一系列腔中的第一腔的致动器，并且使液滴由第一腔的喷嘴喷出；通过与第一腔相关联的顺序激活元件检测液滴从第一腔的喷出；以及在检测到液滴从第一腔喷出时，通过与第一腔相关联的激活与第一腔后面的腔相关联的致动器。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在仅通过非限制性示例，参照附图描述其实施例，其中：

图1是已知电子烟的纵截面立体视图；

图2A是可用于图1的电子烟中的微流体分配装置的分解立体视图；

图2B是图2A的微流体分配装置的一部分的放大立体视图，为了清楚起见移除了一些部件；

图3是图2A的详细的截面立体视图；

图4A是本微流体分配装置的简化的顶视图，为了清楚起见移除了一些部件；

图4B示出了图4A的微流体分配装置的等效方案；

图5和图6以简化的顶视图示出了本微流体分配装置的不同实施例；

图7A至图10A示出了在后续的制造步骤中，本微流体分配装置沿图4A的截面线VIIA-VIIA的横截面；以及

图7B至图10B示出了在后续的制造步骤中，本微流体分配装置沿图4A的截面线VIIB-VIIB的横截面。

具体实施方式

在下文中描述了可用于分配装置的微流体分配装置50，诸如电子烟、医疗用吸入器、用于检测睡眠呼吸暂停的CPAP(持续气道正压)装置，或者不同类型的装置，诸如被用于工业或汽车领域的、防污染口罩以及用于检测空气或其他流体泄漏的装置。

为了理解本微流体分配装置的基本原理，首先参考图4B，图4B示出了等效电路，下文也称为顺序激活电路。

微流体分配装置50包括多个彼此连接的分配单元以便按顺序被激活。在下文的附图中，仅示出了三个分配单元，它们被称为初始单元49A、第一顺序单元49B和第二顺序单元49C，但是应该理解的是，通常，许多其他分配单元按顺序地连续被布置到第二顺序单元49C并按顺序被激活，如下所述。

在下文的描述中，因为分配单元(除了部分初始单元49A)具有类似的结构，因此当一般性描述涉及到分配单元时，分配单元和特定部件都将用通用数字(例如，分配单元的49)来指示，后面不加字母，以及当涉及其特定分配单元(这里为49A、49B、49C)或部件时，用数字和相应字母(A、B和C)来指示。

在图4B中所示的电路图中，初始单元49A被布置在地线54与第一供电线55之间，并且包括初始分配腔52A、初始加热器59A和初始液滴喷出检测元件51A。激活脉冲I被提供给第一供电线55以激活初始加热器59A，该初始加热器59A被配置为使液滴喷出(类似于参考图3所述的)；在喷出液滴时，初始液滴喷出检测元件51A生成初始激活信号A。

顺序单元49B、49C具有与初始单元49A类似的结构，但是还包括第一开关60B、第二开关60C，分别由该系列中的先前单元控制(这里分别是初始单元49A和第一顺序单元49B)。

详细地，第一顺序单元49B被布置在地线54与第二供电线56之间，并且包括第一顺序分配腔52B、第一顺序加热器59B、第一开关60B和第一顺序液滴喷出检测元件51B。第一顺序加热器59B和第一开关60B相互串联地布置在地线54与第二供电线56之间。如上所示，第一开关60B由初始液滴喷出检测元件51A控制，并且被配置为，当接收到初始激活信号A时，闭合接地线54与第二供电线56之间的电流路径并为第一顺序加热器59B供电。第一顺序加热器59B被配置为，当被供电时，使液滴喷出到第一顺序分配腔52B中；第一顺序液滴喷出检测元件51B被配置为，在检测到液滴时，生成第一激活信号B。

第二顺序单元49C被布置在地线54与第二供电线56之间，并且包括第二顺序分配腔52C、第二顺序加热器59C、第二开关60C和第二顺序液滴喷出检测元件51C。第二顺序加热器59C和第二开关60C相互串联地被布置在地线54和第二供电线56之间。第二开关60C由第一顺序液滴喷出检测元件51B控制，并且被配置为，当接收到第一激活信号B时，闭合接地线54与第二供电线56之间的电流路径并为第二顺序加热器59C供电。第二顺序加热器59C被配置，当被供电时，使液滴喷出到第二顺序分配腔52C中；第二顺序液滴喷出检测元件51C被配置为，在检测到液滴时，生成第二激活信号C以控制后续顺序单元(图4B中未示出)的第三开关60D。加热器(59A至59C)，充当用于喷出液滴的致动器，液滴喷出检测元件(51A至51C)和开关(60B至60D)，被包括在图4B中所示的顺序激活电路中，因此允许每个单元49A至49C在被激活用于喷出液滴时，生成该系列中的后续单元的激活信号。因此，单个初始信号(激活脉冲I)允许所有顺序单元自动并且按顺序地被激活。

上文所述的顺序激活可以以图4A中所示的方式实现。

图4A再次示出了三个分配腔(这里也被标识为初始腔52A、第一腔52B和第二腔52C)。然而，通常，如已经指示的，微流体分配装置50包括大量甚至几千个分配腔。

在所示的实施例中，分配腔52A、52B和52C彼此相邻、沿着一条线并排布置，并且以未示出的方式流动地连接到供给通道，例如，如上文参考图2A和2B所述形成的通道26。

在图4A中，第一供电线55被耦合到第一电压源57，第一电压源57提供脉冲型电压，并且第二供电线56被耦合到第二电压源58，第二电压源58提供直流电压。在所示的示例性实施例中，电压源57、58被集成在微流体分配装置50中，并且分别提供例如15V的脉冲电压和20V的直流电压。备选地，电压源57、58可以在微流体分配装置50外部，并且通过接触垫(未示出)耦合到供电线55、56。

一般来说，分配腔52A至52C彼此相等并且可以被形成为图3中所示，并且下面参考图4和图10A、图10B更详细地描述；特别地，每个分配腔52A、52B、52C由隔室形成，该隔室覆盖形成加热器59A、59B、59C的叠层；此外，每个分配腔52A至52C容纳第一导电区域64A至64C和第二导电区域65A至65C、接触区域53A至53C和膜71A、71B、71C(形成液滴喷出检测元件51A至51C)。导电区域64A至64C和65A至65C，与接触区域53A至53C共同形成开关60B至60D，并且被电耦合到初始连接轨道或线72A、第一顺序连接轨道72B和第二顺序连接轨道72C，第一轨道部分67B、第二轨道部分67C和第三轨道部分67D，与分配腔52A至52C和加热器59A至59C共同形成图4B的顺序激活电路。

详细地，与初始腔52A相关联的初始加热器59A被布置在公共接地轨道62(连接到地线54)与初始连接轨道72A(连接到第一供电线55)之间，并且电耦合到公共接地轨道62和初始连接轨道72A。公共接地轨道62和初始连接轨道72A在形成导电区域64A至64C和65A至65C、连接轨道72A至72C和轨道部分67B、67C、67D的相同叠层中形成。

初始腔52A的第一导电区域64A连接到公共接地轨道62，并且初始腔52A的第二导电区域65A连接到第一轨道部分67B并与第一轨道部分67B邻接。初始腔52A的第一导电区域64A和初始腔52A的第二导电区域65A基本上被布置在初始腔52A中，彼此面对并且电分离。

初始膜71A也在初始腔52A内延伸，与初始加热器59A相邻，并且在底部运载初始接触区域53A，使得该区域在初始腔52A的第一和第二导电区域64A、65A上垂直叠加，并且在静止时与初始腔52A的第一和第二导电区域64A、65A分隔。初始膜71A被配置为在喷出水滴时变形(如下文详细所述)。

初始膜71A因此形成初始液滴检测元件51A；初始接触区域53A，与初始腔52A的第一导电区域64A和初始腔52A的第二导电区域65A共同形成图4B的第一开关60B。

与第一顺序腔52B相关联的第一顺序加热器59B被布置在初始腔52A的第二导电区域65A(通过第一轨道部分67B)与第一顺序连接轨道72B(连接到第二供电线56)之间；此外，第一顺序加热器59B与第二导电区域65A和第一顺序连接轨道72B电耦合。

因此，第一顺序加热器59B可以通过图4B的第一开关60B电耦合到公共地线62。

第一顺序腔52B的第一导电区域64B连接到公共接地轨道62，并且第一顺序腔52B的第二导电区域65B连接到第二轨道部分67C。第一顺序腔52B的第一导电区域64B和第一顺序腔52B的第二导电区域65B基本上被布置在第一顺序腔52B中，彼此面对并且电分离。

第一顺序膜71B也在第一顺序腔52B内延伸，与第一顺序加热器59B相邻，并且在底部运载第一顺序接触区域53B，使得该区域在第一顺序腔52B的第一导电区域64B和第二导电区域65B上垂直叠加，并且在静止时与第一顺序腔52B的第一导电区域64B和第二导电区域65B分隔。第一顺序膜71B被配置为在喷出水滴时变形(如下文详细所述)。

第一顺序膜71B因此形成第一顺序液滴检测元件51B；第一顺序接触区域53B，与第一顺序腔52B的第一导电区域64B和第一顺序腔52B的第二导电区域65B共同形成图4B的第二开关60C。

与第二顺序腔52C相关联的第二顺序加热器59C被布置在第一顺序腔52B的第二导电区域65B(通过第二轨道部分67C)与第二顺序连接轨道72C(连接到第二供电线56)之间；此外，第二顺序加热器59C与第二导电区域65B和第二顺序连接轨道72C电耦合。

因此，第二顺序加热器59C可以通过图4B的第二开关60C电耦合到公共地线62。

第二顺序腔52C的第一导电区域64C连接到公共接地轨道62，并且第二顺序腔52C的第二导电区域65C连接到第三轨道部分67D。第二顺序腔52C的第一导电区域64C和第二顺序腔52C的第二导电区域65C基本上被布置在第二顺序腔52C中，彼此面对并且彼此电分离。

第二顺序膜71C也在第二顺序腔52C内延伸，与第二顺序加热器59C相邻，并且在底部上运载第二顺序触点区域53C，使得该区域在第二顺序腔52C的第一导电区域64C和第二导电区域65C上垂直叠加，并且在静止时与第二顺序腔52C的第一导电区域64C和第二导电区域65C分隔。第二顺序膜71C被配置为在喷出水滴时变形(如下文详细所述)。

第二顺序膜71C因此形成第二顺序液滴检测元件51C；第二顺序接触区域53C与第二顺序腔52C的第一导电区域64C和第二顺序腔52C的第二导电区域65C共同形成第三开关60D，用于按顺序为该系列的后续加热器供电(这里未示出)。

在使用中，当需要激活微流体分配装置50时，第一电压源57生成激活信号I。因此，初始加热器59A被脉冲电流穿过、加热并使液滴由初始腔52A喷出，与上文提到的意大利专利申请No.102018000005372所述的内容类似。与初始腔52A的液滴喷出相关联的压力变化导致初始膜71A的变形，该初始膜71A(在与图4A的平面垂直的方向上)向初始腔的第一导电区域64A和第二导电区域65A弯曲，导致初始接触区域53A的类似偏转，该初始接触区域53A与初始腔52A的第一导电区域64A和第二导电区域65A二者物理和电接触，将它们连接起来并闭合第一开关60B。

值得注意的是，第一开关60B仅在初始膜71A变形时保持闭合；在液滴喷出后，初始腔52A中的压力降低，并且初始膜71A通过重新打开第一开关60B返回其静止位置。

闭合第一开关60B确定了第一顺序加热器59B通过第一轨道部分67B与公共接地轨道62的电连接。因此，第一顺序加热器59B加热并使液滴由第一顺序腔52B喷出。

反过来，与第一顺序腔52B的液滴喷出相关联的压力变化导致第一顺序膜71B和第一顺序接触区域53B的变形，该第一顺序接触区域53B与第一顺序腔52B的第一导电区域64B和第二导电区域65B二者物理和电接触，连接它们并闭合第二开关60C。

因此，液滴由第二顺序腔52C喷出，并且第二顺序膜71C变形，类似于上文对初始膜71A和第一顺序膜71B的描述。

以这种方式，可以通过微流体分配装置50中的所有分配腔获得液滴的顺序喷出(未示出)。

在图4A和图4B的微流体分配装置50中，如图所示，所有分配腔52被按顺序布置并且被连续激活。

备选地，可以将分配腔52分组，使得分配单元或分配模块的组被同时控制，例如图5或6中所示。

详细地，图5示出了具有多个分配模块(图5中是三个)的分配装置100。每个分配模块包括以图4A中所示的方式形成和布置的多个分配腔52；因此，与图4A共用的元件已经提供有相同的参考标号，并且将不再进一步描述。

特别地，每个分配模块包括初始腔52A和多个顺序腔(在图5中，第一顺序腔52B和第二顺序腔52C；然而，关于图4A的装置50，通常每个分配模块可以包括大量的分配腔42，例如甚至几百或几千)。

在图5中，每个初始加热器59A连接到相应的第一电压源57，并且所有其他加热器(所有分配模块的第一顺序加热器59B和第二顺序加热器59C)连接到第二电压源58。

以这种方式，对于每个分配模块，相应的初始加热器59A控制同一模块的后续顺序加热器，从而显著减少控制分配装置100所需的连接线的数目。

此外，每个分配模块的激活可以独立地进行：例如，每个分配模块的分配腔52可以由水箱(未示出，类似于图1的水箱17)的不同部分中包含的不同液体供应并且同时被激活，以便获得不同类型液滴的同时释放和混合。

备选地，分配模块可以被选择性地激活；例如，在一些操作模式下，所有的分配模块被操作；在其他操作模式下，仅有一些分配模块被操作，例如一半或三分之一。以这种方式，可以获得不同的可选择液滴量的分配。或者分配模块可以在不同的时间被激活，这可能需要取决于设计考虑。

图6示出了分配装置150，其中示出了三个分配模块。

这里再次，每个分配模块被形成为如图4A中所示的分配腔52的组；详细地，第一分配模块由多个分配腔52A′、52B′、52C′、加热器59A′、59B′、59C′以及与其相关联的一组液滴喷出检测元件51A′、51B′、51C′形成。第二分配模块由多个分配腔52A″、52B″、52C″、加热器59A″、59B″、59C″以及与其相关联的一组液滴喷出检测元件51A″、51B″、51C″形成。第三分配模块由多个分配腔52A″′、52B″′、52C″′、加热器59A″′、59B″′、59C″′以及与其相关联的一组液滴喷出检测元件51A″′、51B″′、51C″′形成。

在该实施例中，成对的初始加热器59A连接到相同的第一电压源。特别地，图6示出了两个初始加热器59A′、59A″，以及另一初始加热器59A″′，两个初始加热器59A′、59A″通过第一脉冲供电线55′连接到相同的第一电压源(这里用57′指示)，另一初始加热器59A″′(与未示出的后续初始加热器共同)通过第二脉冲供电线55″连接到另一第一电压源(此处用57″指示)。

这里再次，所有其他加热器(第一顺序加热器59B′、59C′和第二顺序加热器59B″、59C″)连接到第二电压源58。

该解决方案还允许分配部分液滴量的模块或者根据待被选择性激活的预定时间顺序来分配。

在图7A、图8A、图9A、图10A中示出图4A的微流体分配装置50关于第一开关60B和第二开关60C的区域的制造工艺，并且在图7B、图8B、图9B和图10B中示出关于第一顺序腔52B的区域。与后续开关、初始腔52A、第二顺序腔52C和顺序的其他单元(未示出)有关的结构被同时形成，如本领域的技术人员显而易见的。图5和图6的分配装置100和150具有相同的结构，下文所述的内容也适用于此。

详细地，图7A和图7B示出了在第一初始步骤之后的中间结构80，该中间结构80与制造微流体分配装置50相关。

特别地，图7A的中间结构80包括半导体材料(例如硅)的衬底200，该衬底200由第一绝缘层201(例如氧化硅)覆盖。图7A还示出了通过在第一绝缘层201上沉积和成形金属层202(例如铜掺杂铝AlCu)而获得的金属区域，并且包括第一金属区域202A(形成公共接地轨道62和初始腔52A的第一导电区域64A，彼此邻接且电气连接)、第二金属区域202B(形成初始腔52A的第二导电区域65A和第一轨道部分67B)、第三金属区域202C(形成第一顺序腔52B的第一导电区域64B)、以及第四金属区域202D(形成第一顺序腔52B的第二导电区域65B和第二轨道部分67C)。图7B示出了第三金属区域202C的一部分，这里形成了第一顺序腔52B的第一导电区域64B的一部分。在该步骤中，以未示出的方式，还形成了连接轨道72A至72C。

此外，中间结构80包括在金属层202上方沉积的牺牲层203(例如氧化硅)的部分(或者，如果金属层202被移除，则在第一绝缘层201上方沉积)，并且被定义以形成(图7A)第一绝缘区域203A，部分覆盖第一金属区域202A；第一牺牲区域203B(其中需要形成第一开关60B，如图4A)，位于第一金属区域202A与第二金属区域202B之间，并且部分覆盖第一金属区域202A与第二金属区域202B；第二牺牲区域203C(其中需要形成第二开关60C，如图4A)，在第二金属区域202B的上方并横向围绕第二金属区域202B，并且被布置在第二金属区域202B与第四金属区域202D之间。此外，牺牲层203形成(图7B)第二绝缘区域203D，其中需要形成第一顺序加热器59B；在图7B中，第二牺牲区域203C也是可见的。

已在牺牲层203上方沉积并限定了电阻层204，该电阻层204的材料适用于形成加热器59A至59C(例如多晶硅、Al、Pt、TiN、TiAlN、TaSiN、TiW)。在图7B中，电阻层204形成加热器区域204A，形成第一顺序加热器59B；此外，它可以形成第一保护区域204B，覆盖第二绝缘区域203A(图7A)。

已在电阻层204上沉积并限定了连接层205(例如金属，诸如铝)，以便形成第一连接区域205A和第二连接区域205B(图7A)，第一连接区域205A和第二连接区域205B分别覆盖第一牺牲区域203B和第二牺牲区域203C，并形成图4的接触区域53A、53B。第二连接区域205B在图7B中也是可见的。

已经在连接层205上沉积并限定了介电材料(例如SiN)的第一保护层206，该第一保护层206在图7A和图7B中是连续的，并且通常在需要与金属层202形成接触的地方被开口。

在第一保护层206上方，已沉积并限定了热分布层207，该热分布层207例如由具有抗反射功能的在一系列层下方的钽(Ta)层形成，诸如氮氧化硅(SiON)和正硅酸乙酯(TEOS)，以便在第一顺序加热器59B处形成热分布区域207A(图7B)。

此外，在先前的层上，已沉积并限定了第二保护层208(例如聚合材料，诸如由Tok,Tokyo Ohka Kogyo Co.Inc.生产的TMMR)，仅在热分布区域207A(图7B)上方的第二保护层208被移除。

此后，图8A和图8B，第一保护层206和第二保护层208被选择性地移除以形成膜开口210并到达第一牺牲区域203B和第二牺牲区域203C(图7A)，然后通过特殊蚀刻(例如使用氢氟酸)移除以形成在第一接触区域205A和第二接触区域205B下方的第一空腔211A和第二空腔211B(图8A)。第二空腔211B在图8B中也是可见的。因此，保护层206、208的在空腔211A、211B上方的部分形成初始膜71A和第一顺序膜71B；形成接触区域53A和53B的第一接触区域205A和第二接触区域205B分别被悬置在第一金属区域202A和第二金属区域202B以及第三金属区域202C和第四金属区域202D上方，形成开关60B、60C。

实际上，在所示实施例中，初始膜71A和第一顺序膜71B以及第二顺序膜71C与相应加热器59A至59C邻接(在图8B中，只有由加热器区域204A形成的第一顺序加热器59B是可见的)。

此后，图9A和9B，中间结构80被成形层215(例如光致抗蚀剂)覆盖，成形层215被成形以便形成第一腔牺牲区域215A和第二腔牺牲区域215B(在装置50的需要形成初始腔52A和第一顺序腔52B的区域)以及照明区域215C(在微流体分配装置50的需要形成发光空腔的部分)。

然后，图10A和10B，沉积并限定了结构层216(例如由Tok,Tokyo Ohka KogyoCo.Inc.生产的TMMR)，使得结构层216在中间结构80的需要形成第一顺序腔52B(以及，以不可见的方式形成的其他分配腔52)的区域的上方具有腔开口217(图10B)。此后，第一腔牺牲区域215A和第二腔牺牲区域215B通过腔开口217被完全移除，形成初始腔52A和第一顺序腔52B。腔开口217还形成针对第一顺序腔52B的喷嘴。实际上，结构层216在这里形成分配腔和喷嘴板二者的横向限定壁。

最后步骤(未示出)遵循以下步骤，以本身已知的方式减薄中间结构80并形成后通道，该后通道用于将分配腔流体连接到一个或多个水箱(未示出)，从而获得图4A中的微流体分配装置50。

本文所述的微流体分配装置50、100、150具有许多优点。

特别地，单元49的顺序激活允许激活信号大大减少，在一个实施例中该激活信号可以被限制为针对所有单元的单个信号，从而获得分配装置的半自动行为。因此，本微流体分配装置要求接触区域的小集成区域，该小集成区域总体尺寸小并且成本低，因此也可以被用于小型和/或廉价的便携式装置。

此外，当控制单元在分配装置外部和在分配装置内时，不再需要具有用于激活的控制单元(诸如ASIC)，从而降低了系统成本。

所描述的微流体分配装置还允许降低电流消耗，因为半自动激活机制允许减少分配装置操作所需的活动组件(例如晶体管)的数目。

图7A至图10B中所示的具体实现允许开关60B、60C、60D使用被用于形成其他结构(诸如加热器59)的相同层来形成，只需对掩模进行简单修改，并且可能添加用于形成膜开口210和移除牺牲区域的步骤，制造成本可以与已知装置的制造成本相差无几。

最后，可以清楚地看到，可以对本文中描述和说明的微流体分配装置、制造工艺和分配方法进行修改和变化，从而不背离在所附权利要求中定义的本公开的范围。

例如，尽管本描述涉及由加热器热驱动的装置，但相同的解决方案也可应用于不同类型的驱动，例如压电式，其中压电致动器使用于喷出液滴的驱动膜变形。在这种情况下，部分驱动膜可能被用于闭合相关联的开关。

此外，分配腔的空间布置可以根据应用是任意的。特别地，它们可以在直线或曲线上并排布置，或者在闭合线上布置，诸如圆周(例如图2A和图2B中所示的解决方案)，可以被布置在一条或多条线上，例如在多个同心圆周上(也如图2A和2B中所示)。

分配腔的形状和具体实施方式可根据所示内容而变化；特别地，分配腔可以具有与所示矩形形状不同的任何几何形状。此外，图7A至图10B中所示的实施方式可能不同；例如，不是具有用于形成界定分配腔和喷嘴板二者的壁的集成层，而是可以形成一个单独的喷嘴板，该喷嘴板被粘结到形成分配腔的结构上。

每个分配腔中喷嘴的形状、尺寸、数目和位置可能根据应用而不同。

上述各种实施例可以组合以提供进一步的实施例。可以根据上述详细描述对实施例进行这些和其他更改。通常，在以下权利要求中，所使用的术语不应该被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求中公开的特定实施例，而应该被解释为包括所有可能的实施例以及这种权利要求被赋予的等效物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

Claims (18)

1.一种微流体分配装置，包括：

多个腔，每个腔具有入口和喷嘴，所述入口被配置为接收待被分配的液体，所述喷嘴被配置为喷出液滴，所述多个腔形成一系列腔；

多个致动器，每个致动器与相应腔相关联，并且被配置为接收相应致动量并使液滴由所述相应腔的所述喷嘴喷出；

多个液滴喷出检测元件，每个腔一个液滴喷出检测元件，每个液滴喷出检测元件被配置为在检测到液滴从相应腔的所述喷嘴喷出时生成致动命令；以及

顺序激活电路，包括多个顺序激活元件，每个腔一个顺序激活元件，每个顺序激活元件被耦合到与所述相应腔相关联的所述液滴喷出检测元件，以及被耦合到与在所述一系列腔中的所述相应腔之后的腔相关联的致动器，每个顺序激活元件被配置为从与所述相应腔相关联的所述液滴喷出检测元件接收所述致动命令，并激活与所述一系列腔中的所述后续腔相关联的所述致动器。

2.根据权利要求1所述的装置，其中每个顺序激活元件包括由所述相应液滴喷出检测元件控制的开关，所述顺序激活电路进一步包括第一供电线，每个开关被布置在所述第一供电线和与所述一系列腔中的所述后续腔相关联的所述致动器之间，每个开关进一步被配置为将所述第一供电线电耦合到与所述一系列腔中的所述后续腔相关联的所述致动器。

3.根据权利要求2所述的装置，进一步包括：

第二供电线；以及

多条导电线，每个腔一条导电线，每条导电线被耦合在所述第二供电线和与所述相应腔相关联的所述致动器之间。

4.根据权利要求3所述的装置，进一步包括：

第一脉冲供电线；以及

初始腔，具有初始入口、初始喷嘴和初始致动器，所述初始致动器被耦合在所述第一供电线与所述第一脉冲供电线之间。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述初始腔、所述多个腔、所述多个液滴喷出检测元件和所述顺序激活电路形成第一分配模块，所述装置还包括：

第二分配模块，包括：

第二初始腔；

第二多个腔；

第二多个液滴喷出检测元件；以及

第二顺序激活电路，

其中所述第二分配模块的所述第二多个腔的每个腔包括第二开关和第二致动器，每个第二致动器被耦合到所述第二供电线，并且通过相应第二开关能够被耦合到所述第一供电线；并且

其中所述第二分配模块的所述第二初始腔包括第二初始致动器，所述第二初始致动器被耦合在所述第一供电线与另一脉冲供电线之间。

6.根据权利要求5所述的装置，其中被耦合到所述第一分配模块的所述初始致动器的脉冲供电线与所述另一脉冲供电线相互耦合。

7.根据权利要求6所述的装置，进一步包括：

第三分配模块，包括：

第三初始腔；

第三多个腔；

第三多个液滴喷出检测元件；以及

第三顺序激活电路，

其中所述第三分配模块的所述第三多个腔的每个腔包括第三开关和第三致动器，每个第三致动器被耦合到所述第二供电线，并且通过相应第三开关能够被耦合到所述第一供电线，并且

其中所述第三分配模块的所述初始腔包括第三初始致动器，所述第三初始致动器被耦合在第一参考电位线与第三脉冲供电线之间。

8.根据权利要求5所述的装置，其中所述第一脉冲供电线和所述另一脉冲供电线相互解耦。

9.根据权利要求1所述的装置，其中每个腔包括：

第一导电区域和第二导电区域，所述第一导电区域和所述第二导电区域彼此相邻并相互绝缘，所述第一导电区域被耦合到所述第一供电线，并且所述第二导电区域被耦合到与所述一系列腔中的所述后续腔相关联的所述致动器；以及

悬浮膜，被配置为在相应喷嘴喷出液滴时变形，并且在静止时远程覆盖所述第一导电区域和所述第二导电区域，所述悬浮膜形成所述液滴喷出检测元件并且与导电材料的接触区域成为整体，所述接触区域与所述第一导电区域和所述第二导电区域共同形成所述相应腔的所述顺序激活元件，并且被定形为在所述悬浮膜的变形状态下电耦合所述第一导电区域和所述第二导电区域。

10.根据权利要求9所述的装置，包括：

衬底；

多个电连接区域，在所述衬底上延伸，所述多个电连接区域包括每个腔的所述第一导电区域和所述第二导电区域；以及

多个加热器，每个腔一个加热器，每个加热器被叠加在所述衬底上并与每个腔的相应悬浮膜相邻，

其中，在每个腔中，所述接触区域在相应第一导电区域和相应第二导电区域上方延伸并且面对所述相应第一导电区域和所述相应第二导电区域，

其中，在静止时，间隙在每个接触区域与所述相应第一导电区域和所述相应第二导电区域之间延伸，并且

其中所述悬浮膜在相应接触区域上方延伸。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述悬浮膜包括聚合物材料区域。

12.根据权利要求11所述的装置，进一步包括介电层，所述介电层覆盖所述多个加热器并且被布置在所述聚合物材料区域与所述相应接触区域之间。

13.根据权利要求1所述的装置，其中每个致动器被布置在相应腔内，并且每个液滴喷出检测元件被布置为靠近相应腔或位于相应腔内。

14.根据权利要求1所述的装置，其中所述致动器是电阻加热器。

15.一种用于制造微流体分配装置的工艺，包括：

形成多个腔，每个腔具有入口和喷嘴，所述入口被配置为接收待被分配的液体，所述喷嘴被配置为喷出液滴，所述多个腔形成一系列腔；

形成多个致动器，每个致动器与相应腔相关联，并且被配置为接收相应致动量并使液滴由所述相应腔的所述喷嘴喷出；

形成多个液滴喷出检测元件，每个腔一个液滴喷出检测元件，每个液滴喷出检测元件被配置为在检测到液滴从相应腔的所述喷嘴喷出时生成致动命令；以及

形成顺序激活电路，所述顺序激活电路包括：

多个顺序激活元件，每个腔一个顺序激活元件元件，每个顺序激活元件被耦合到与所述相应腔相关联的所述液滴喷出检测元件，以及与在所述一系列腔中的所述相应腔之后的腔相关联的致动器，每个顺序激活元件被配置为从与所述相应腔相关联的所述液滴喷出检测元件接收所述致动命令，并激活与所述一系列腔中的所述后续腔相关联的所述致动器。

16.根据权利要求15所述的工艺，其中形成顺序激活电路包括：

在衬底上，形成多条导电线，所述导电线形成第一供电线和多个成对的导电区域，每个成对的导电区域包括相邻并相互绝缘的第一导电区域和第二导电区域，所述第一导电区域和所述第二导电区域分别被耦合到所述第一供电线，并且被耦合到与所述一系列腔中的所述后续腔相关联的致动器；

形成多个开关牺牲区域，每个腔一个开关牺牲区域，每个开关牺牲区域在相应成对的导电区域上方延伸；

形成导电材料的多个接触区域，每个腔一个接触区域，每个接触区域在相应开关牺牲区域上方延伸；

形成多个悬浮膜，每个腔一个悬浮膜，每个悬浮膜在相应接触区域上方延伸；以及

移除所述多个开关牺牲区域，在每个接触区域与相应成对的导电区域之间生成多个间隙，其中所述多个接触区域和多个相应成对的导电区域形成多个开关。

17.根据权利要求16所述的工艺，其中，在每个腔中，所述致动器被形成在所述衬底上方，与相应悬浮膜相邻，并且其中形成多个腔包括：

形成牺牲层；

限定所述牺牲层以形成所述多个开关牺牲区域和多个腔牺牲区域，每个腔牺牲区域覆盖相应致动器和相应开关；

形成结构层，所述结构层在所述多个腔牺牲区域之间延伸并且具有多个腔开口；以及

通过所述腔开口移除所述腔牺牲区域。

18.一种用于在微流体分配装置中分配的方法，所述微流体分配装置包括：

多个腔，每个腔具有入口和喷嘴，所述多个腔形成一系列腔；

多个致动器，每个腔一个致动器；

多个液滴喷出检测元件，每个腔一个液滴喷出检测元件；以及

顺序激活电路，包括：

多个顺序激活元件，每个顺序激活元件被耦合到与所述相应腔相关联的所述液滴喷出检测元件，以及被耦合到与在所述一系列腔中的所述相应腔之后的腔相关联的致动器；

所述方法包括：

提供待被分配到所述多个腔的液体；

激活所述系列腔中的第一腔的致动器，并使液滴从所述第一腔的所述喷嘴喷出；

通过与所述第一腔相关联的所述顺序激活元件检测所述液滴从所述第一腔的所述喷出；以及

当检测到所述液滴从所述第一腔的所述喷出时，通过与所述第一腔相关联的所述顺序激活元件，激活与在所述第一腔之后的腔相关联的致动器。

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