CN116394655A - 用于密封喷射组件中使用的微型阀的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微型阀,所述微型阀包括孔板,所述孔板具有第一表面、第二表面以及从所述第一表面延伸到所述第二表面的孔口。致动梁与所述孔板以间隔开的关系设置。所述致动梁包括基部部分和悬臂部分。所述基部部分与所述孔板分离预先确定的距离。所述悬臂部分从所述基部部分延伸,使得所述悬臂部分的重叠部分与所述孔口重叠。所述致动梁可在闭合位置和打开位置之间移动。所述微型阀还包括密封结构,所述密封结构包括设置在所述悬臂部分的所述重叠部分处的密封构件。当所述致动梁处于所述闭合位置时,所述悬臂部分被定位成使得所述密封结构密封所述孔口以闭合所述微型阀。
Description
本申请为2019年05月09日提交的申请号为CN201980045536.6的发明名称为“用于密封喷射组件中使用的微型阀的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年5月11日提交的美国临时申请号62/670,280的优先权和权益,其公开内容通过引用方式整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及使用微机电系统(MEMS)技术制造的微型阀的领域。更具体地,本公开涉及包括用于工业标记和编码的微型阀的喷射组件。
背景技术
传统的印刷技术有几个缺点。例如,连续喷墨打印机具有某些难以消除的缺陷。例如,从油墨供应装置产生液滴的过程可能导致油墨沿不期望的方向(例如,远离目标)滴落,从而导致维护需求。另外,由于蒸发,补充流体会随着时间的推移而流失,从而需要不断补充。还需要其他维护费用,诸如因劣化而修理孔板。
发明内容
在一些实施方案中,微型阀包括具有第一表面和第二表面的孔板。孔板包括从第一表面延伸到第二表面的孔口。微型阀还包括与孔板以间隔开的关系设置的致动梁。致动梁包括基部部分和悬臂部分。基部部分与孔板分离预先确定的距离。悬臂部分从基部部分延伸,使得悬臂部分的重叠部分与孔口重叠。致动梁可在闭合位置和打开位置之间移动。微型阀还包括密封结构,该密封结构包括设置在悬臂部分的重叠部分处的密封构件。当致动梁处于闭合位置时,悬臂部分被定位成使得密封结构密封孔口以闭合微型阀。
另一个实施方案涉及一种构造微机电系统(MEMS)微型阀的方法。该方法包括提供包括孔口的孔板。该方法还包括提供致动梁,该致动梁具有附接到其上的间隔构件和密封构件。该方法还包括在孔板或密封构件上形成密封结构的一部分。该方法还包括,在形成密封结构的该部分之后,将致动梁附接到孔板,使得密封构件与孔板对准,并且在致动梁的闭合位置,密封结构在孔口和邻近致动梁的容积之间形成密封。
另一个实施方案涉及一种喷射组件。该喷射组件包括阀体,该阀体包括孔板,该孔板具有延伸穿过其中的多个孔口。喷射组件还包括多个微型阀。所述多个微型阀中的每个微型阀包括间隔构件,该间隔构件设置在孔板上并且移位对应的孔口。所述多个微型阀中的每个微型阀还包括致动梁,该致动梁包括设置在间隔构件上的基部部分和从基部部分朝向对应的孔口延伸的悬臂部分,使得悬臂部分的重叠部分与对应的孔口重叠。致动梁被构造成在闭合位置和打开位置之间移动,在闭合位置,悬臂部分朝向孔口弯曲,在打开位置,悬臂部分远离孔口弯曲。所述多个微型阀中的每个微型阀还包括密封结构,该密封结构包括附接到重叠部分并朝向对应的孔口延伸的密封构件。喷射组件还包括流体歧管,该流体歧管联接到所述多个微型阀中的每个微型阀以限定用于每个微型阀的流体贮存器。
一些实施方案涉及包括孔板的微型阀,该孔板包括第一表面和第二表面。孔板包括从第一表面延伸到第二表面的孔口。致动梁与孔板以间隔开的关系设置。致动梁包括基部部分和悬臂部分,基部部分与孔板分离预先确定的距离,悬臂部分从基部部分朝向孔口延伸,使得悬臂部分的重叠部分与孔口重叠。致动梁可在闭合位置和打开位置之间移动。密封结构设置在致动梁上。密封结构包括设置在悬臂部分的重叠部分处的密封构件。止动件设置在密封构件的表面上。止动件包括附接到密封构件的表面的第一部分和邻近孔板设置在第一部分上的第二部分。第二部分具有比第一部分更大的横截面积。当致动梁处于闭合位置时,悬臂部分被定位成使得止动件密封孔口以闭合微型阀。
其他实施方案涉及包括孔板的微型阀,该孔板包括第一表面和第二表面。孔板包括从第一表面延伸到第二表面的孔口。致动梁与孔板以间隔开的关系设置。致动梁包括基部部分和悬臂部分。基部部分与孔板分离预先确定的距离。悬臂部分从基部部分朝向孔口延伸,使得悬臂部分的重叠部分与孔口重叠。致动梁可在闭合位置和打开位置之间移动。密封结构设置在致动梁上。密封结构包括围绕孔口的阀座。阀座限定围绕孔口的开口,以限定流体出口。密封构件设置在悬臂部分的重叠部分处。第一密封叶片从密封构件的密封构件表面朝向孔板延伸一定距离。第一密封叶片围绕孔口的整个周边。密封叶片被构造成在闭合位置接触阀座,以密封流体出口并闭合微型阀。
其他实施方案涉及包括孔板的微型阀,该孔板包括第一表面和第二表面。孔板包括从第一表面延伸到第二表面的孔口。致动梁与孔板以间隔开的关系设置。致动梁包括基部部分和悬臂部分,基部部分与孔板分离预先确定的距离,悬臂部分从基部部分朝向孔口延伸,使得悬臂部分的重叠部分与孔口重叠。致动梁可在闭合位置和打开位置之间移动。密封结构设置在致动梁上。密封结构包括设置在悬臂部分的重叠部分处的密封构件。狭窄部分设置在密封构件的端部。狭窄部分限定面向孔口的密封构件表面。密封翼片从狭窄部分向外延伸,并且被构造成当致动梁处于闭合位置时密封孔口以闭合微型阀。
附图说明
从以下结合附图的详细描述中,本公开将变得更全面地被理解,其中:
图1是根据示例性实施方案的设置在保持器中的喷射组件的透视图。
图2是图1所示喷射组件的分解图。
图3是图1所示喷射组件的示意性横剖视图。
图4A是图1所示喷射组件的平面图;图4B是根据示例性实施方案的可在图1的喷射组件中使用的粘合结构的示意图。
图5A是根据示例性实施方案的包括微型阀的喷射组件的横剖视图。
图5B是根据另一个示例性实施方案的包括微型阀的喷射组件的横剖视图。
图6是提供图5A所示喷射组件的更详细视图的横剖视图。
图7A是根据示例实施方案的微型阀的致动梁的横剖视图;图7B是根据另一示例性实施方案的图7A的致动梁的前剖视图。
图8、图9、图10、图11、图12和图13是根据各种示例性实施方案的微型阀的密封结构的横剖视图。
图14和图15是根据各种示例性实施方案的微型阀的密封结构的横剖视图。
图16是根据实施方案的包括三组同心密封叶片的密封构件的底视图。
图17是根据示例性实施方案的构造微型阀的密封结构的方法的流程图。
图18是根据示例性实施方案的微型阀的密封结构的横剖视图。
图19是根据示例性实施方案的构造微型阀的密封结构的方法的流程图。
图20是根据示例性实施方案的构造微型阀的方法的流程图。
图21示出了根据示例性实施方案的微型阀的密封构件的横剖视图。
图22示出了根据示例性实施方案的微型阀的阀座的横剖视图。
图23是根据另一个示例性实施方案的微型阀的密封结构的横剖视图。
图24是根据另一个示例性实施方案的用于在阀座上形成密封结构的示意性工艺流程。
图25是根据示例性实施方案的可包括在喷射组件中的微型阀的横剖视图。
图26是图25的喷射组件的由图25中的箭头A指示的部分的放大视图。
图27是包括在图25至图26的微型阀中的密封叶片沿着图26中的线B-B截取的顶部横剖视图。
图28A是根据实施方案的喷射组件的一部分的横剖视图;图28B是图28A的喷射组件的由图28A中的箭头B指示的部分的放大视图。
图29是根据另一个实施方案的喷射组件的侧视横剖视图。
图30是根据示例性实施方案的喷射组件的致动梁的横剖视图。
图31是根据示例性实施方案的喷射组件的致动梁的横剖视图。
具体实施方式
在转向详细示出示例性实施方案的附图之前,应当理解,本申请不限于在说明书中阐述的或在附图中示出的细节或方法。还应当理解,该术语仅用于描述的目的,并且不应被视为限制性的。
总体参考附图,这里描述的是包括多个微型阀的喷射组件。本文所述的微型阀采用致动梁,该致动梁具有设置在其上的密封构件。这种致动梁的利用使得能够定制微型阀以消除或减少与包括连续喷墨喷射组件的传统技术相关的各种缺陷。例如,在各种实施方案中,微型阀包括设置在致动梁和孔板之间的间隔构件。间隔构件保持致动梁的第一端部与孔板内的孔口之间的间隔,以防止致动梁的压膜阻尼。致动梁从间隔构件在孔口上方延伸,并且密封构件朝向孔口延伸以在孔口处形成密封。因此,在不将任何电能施加到致动梁的情况下,密封构件密封孔口。换句话讲,致动梁的默认位置(例如,通过仔细选择包含在其中的材料来构造)是微型阀是闭合的。这样,将设置在微型阀中的流体(例如,油墨、溶剂等)与喷射组件的外部环境隔离。这消除了流体的蒸发,从而减少了堵塞。另外,有限的蒸发使得可以使用更快干燥的油墨,这允许以比传统系统更高的速度印刷。
为了确保喷射组件的优异性能,本文所述的微型阀包括密封结构,该密封结构被构造成当致动梁处于其默认位置时,形成将孔口与邻近致动梁的容积隔开的密封。密封结构可以包括设计为确保密封的形成的多个部件的任意组合。例如,在各种实施方案中,密封结构包括阀座,该阀座设置在孔板上邻近孔口处。阀座可围绕孔口并限定与孔口重叠的开口以限定流体出口。密封构件可以在致动梁处于默认位置的情况下接触阀座。在一些实施方案中,阀座由顺应性材料构造,以便于形成由于致动梁的弯曲而施加的压力所导致的增强的密封。
在另一方面,密封结构可以包括附接到密封构件或从密封构件延伸的部件。例如,在一个实施方案中,密封结构包括从密封构件的面向孔口的表面延伸的止动件。止动件可以包括狭窄部分和具有大于孔口的横截面积的较宽部分。因此,致动梁朝向孔板压缩止动件,以便于密封的形成。另选地或附加地,密封结构可包括从面向孔口的表面延伸以接触阀座或孔板的密封叶片。由于其相对较小的横截面积产生的压力,密封叶片进一步便于密封的形成,这将经由致动梁施加的向下压力集中到一点以形成紧密密封。因此,本文所述的各种结构增强了当致动梁处于其默认位置时形成的密封。
如本文所述,当用于描述微型阀的致动梁时,术语“默认位置”描述了在没有向致动梁施加任何控制信号(例如,电荷、电流或电压)的情况下致动梁相对于微型阀的各种其他部件的位置。换句话讲,默认位置是当致动梁处于被动状态时致动梁(以及附接到其上的任何部件)的位置。应当理解,可以设想其他实施方案,其中默认位置是致动梁的打开位置。
现在参考图1,根据示例性实施方案,示出了设置在保持器150中的喷射组件100的透视图。喷射组件100包括附接到载体108的阀体102。保持器150包括基本上圆形形状的主体,该主体具有包含在其中的开口,该开口适于接纳喷射组件100。保持器150的主体可以包括从其外围边缘延伸的凹口118,以便于将保持器150附接到标记装置。阀体102可以是标记装置的部件。在示例性实施方案中,阀体102在包括加压油墨供应装置的工业标记装置中使用。在其他实施方案中,阀体102或本文所述的任何微型阀可用于气动应用中,其中流体包括气体(例如,空气、氮气、氧气等)。
如本文所述,阀体102包括附接到多个微型阀的输入流体歧管。微型阀和输入流体歧管形成流体增压室或流体贮存器,该流体增压室或流体贮存器被构造成容纳从外部流体供应装置接收的流体。在其他实施方案中,阀体102可限定多个流体增压室,每个流体增压室对应于所述多个微型阀的至少一部分。在此类实施方案中,每个流体增压室可以填充有不同颜色的油墨(例如,黑色、绿色、黄色、青色等)或不同的流体,以便提供具有多色能力的喷射组件或多流体沉积组件。在各种实施方案中,微型阀包括致动梁,该致动梁被构造成响应于施加到其上的电压而移动(例如,弯折、弯曲、扭曲等),以暂时打开孔板中的孔口处的流体出口。因此,液滴从流体出口发射到目标上,以在目标上产生期望的标记图案。
如图所示,电路板104附接到载体108的侧表面。电路板104可包括多个电气路径,并且提供阀体102与电气控制器之间的连接点(例如,经由线束)。电气控制器可以经由电气路径提供控制信号,以控制包括在阀体102中的多个微型阀的致动梁的致动。此类微型阀的结构和功能在本文中有更详细的描述。在一些实施方案中,电路板104本身包括产生并提供控制信号以致动微型阀的微型控制器。
识别标签106附接到喷射组件100。在一些实施方案中,识别标签106包括内部存储器,该内部存储器被配置为存储关于喷射组件100的各种形式的信息(例如,制造信息、序列号、阀校准信息、设置等)。例如,在一个实施方案中,识别标签106是射频识别(RFID)标签,其被配置为响应于从外部设备接收到预先确定标识符以可接收的方式传输存储的信息。这样,可以快速且有效地检索关于喷射组件100的信息。
现在参考图2,示出了根据示例性实施方案的喷射组件100的分解图。载体108包括前侧表面110、后侧表面112和侧表面124。在各种实施方案中,阀体102经由粘合剂附接到前侧表面110。后侧表面112具有设置在其上的盖116。盖116包括孔120,该孔提供流体(例如,油墨)的供应端口,以经由阀体102沉积到目标上。例如,在一些实施方案中,流体(例如,油墨)经由这些孔120中的第一个孔(例如,经由输入供应管线或软管)供应到阀体102,循环通过阀体102,并且经由这些孔120中的第二个孔从阀体102输出。换句话讲,流体通过流体增压室再循环。隔膜可被定位在这些孔120中的每个孔中,并且被构造成允许流体输送或流体返回针穿过其中插入,从而允许流体连通到流体增压室中,同时保持喷射组件100的流体密封。在特定实施方案中,隔膜可包括单个隔膜片,该隔膜片在这些孔中的第一个孔和第二个孔中的每个孔下方延伸。虽然未示出,但是在一些实施方案中,加热元件(例如,电阻丝)可以被定位成靠近阀体102或载体108(例如,围绕或联接到其侧壁)。加热元件可以用于选择性地加热包含在流体增压室内的流体(例如,油墨),以便将流体保持在期望的温度。此外,还可以在载体108中设置温度传感器(未示出),例如热感测电阻器,例如以确定流动通过喷射组件100的流体的温度。
前侧表面110包括适于接纳阀体102的空腔,使得阀体102(例如,经由粘合剂)牢固地安装到前侧表面110上。电路板104经由侧表面124附接到载体108。如图所示,侧表面124包括安装栓钉126。在各种实施方案中,电路板104包括孔,这些孔以对应于安装栓钉126的布置的方式布置,并且适于接纳安装栓钉126以将电路板104对准载体108。
如图所示,电路板104具有附接到其上的柔性电路114。柔性电路114从电路板104以一定角度延伸,并且紧邻前侧表面110附接到载体108。当柔性电路114围绕前侧表面110的拐角边界延伸时,阀体102和电路板104彼此垂直地布置。电路板104还包括控制器接口122,该控制器接口包括被配置为从标记系统控制器接收控制信号的电连接构件(例如,引脚)。
如本文所述,在各种实施方案中,柔性电路114可以设置在流体歧管和载体108之间,或者设置在载体108与阀体102之间的插入件,以便于在柔性电路114与包括在阀体102中的所述多个微型阀的电极之间形成电连接。在一些实施方案中,柔性电路114经由安装构件148附接到前侧表面110。柔性电路114中的开口与载体108中的隔膜对准,以向经由阀体102形成的流体增压室提供流体入口。
现在参考图3,根据示例性实施方案,示出了喷射组件100的各种部件的示意图。例如,图3可以描绘喷射组件100在图1所示的线I-I处的横剖视图。如图所示,阀体102经由插入件170从载体108的前侧表面110延伸。插入件170提供结构支撑,以确保阀体102中各种部件的最大性能。虽然未示出,但是在一些实施方案中,顺应层(例如,硅树脂或橡胶层)也可以设置在插入件170之上或之下或者堆叠中的任何其他位置,以便提供应力消除。
阀体102包括输入流体歧管162和附接到输入流体歧管162的多个微型阀164。微型阀164和输入流体歧管162形成用于从加压流体供应装置(例如,经由附接到后侧表面112的盖116中的孔120)接收的流体(例如,油墨和补充流体的组合)的流体增压室或流体贮存器166。在各种实施方案中,流体供应装置包括流体贮存器和泵,泵被构造成经由联接到载体108的供应管线向喷射组件100提供加压流体。在各种实施方案中,当微型阀164中的一个或多个微型阀打开时,流体供应装置供应在7PSI和15PSI之间加压的流体。例如,在一个实施方案中,流体具有大约10PSI的压力。载体108可包括内部空腔,该内部空腔被构造成接收加压流体并将流体输送到流体增压室166。在各种实施方案中,可以在流体增压室和流体供应装置之间维持压差,以便将流体驱出阀体102。
输入流体歧管162可以包括玻璃结构,该玻璃结构包括形成流体增压室的通道。通常,微型阀164包括致动梁,该致动梁与前侧表面110处的孔板上的孔口保持间隔开的关系。致动梁可以包括至少一个压电材料层,该压电材料层被构造成响应于接收到控制信号(例如,经由电路板104上的控制器接口122提供的电压波形)而偏转。如本文所述,施加这样的电信号引起微型阀164打开,这引起液滴在孔板处释放。液滴在基板190上推进抛射距离192,以在基板190上产生期望的图案。在一些实施方案中,由本文所述的微型阀164或任何其他微型阀分配的单个流体液滴的重量可以在200纳克至300纳克的范围内。在一些实施方案中,分配的单个液滴的体积可以在200皮升至300皮升的范围内。微型阀164的各个部件的结构和功能在本文中更详细地描述。在其他实施方案中,致动梁可包括不锈钢致动梁(例如,具有大约1mm的长度)。在其他实施方案中,致动梁可以包括双压电晶片梁,该双压电晶片梁具有设置在基础层(例如,基硅或不锈钢层)的任一侧上的两个压电材料层。可以将电信号(例如,电压)施加到这些压电层中的任一个压电层,以促使致动梁朝向对应的压电层弯折。所述两个压电层可以包括相同的压电材料或不同的压电材料。在特定实施方案中,可以将不同电信号施加到这些压电层中的每个压电层,以便将致动梁朝向或远离孔口弯折或弯曲预先确定的距离。
虽然本文描述的实施方案一般将致动梁描述为包括压电材料,但是在其他实施方案中,可以使用任何其他致动机构。例如,在一些实施方案中,致动梁可以包括用于移动致动梁的电容耦合。在其他实施方案中,致动梁可以包括静电耦合。在其他实施方案中,致动梁可以包括用于移动梁的磁耦合(例如,由电磁体激活的电磁结构)。在其他实施方案中,致动梁可以包括温度敏感的双金属条,该双金属条被构造成响应于温度变化而移动。
插入件170通常为阀体102的各个部分增加刚性。例如,插入件170可以被构造成比阀体102的部件(例如,孔板、致动梁等)更刚性,以抵消由将此类部件彼此附接而引起的应力。例如,插入件170可以附接到阀体102,以抵消由用于将载体108附接到阀体102的粘合剂引起的应力。另外,插入件170可以抵消在输入流体歧管162和微型阀164之间的界面处的应力。
现在参考图4A,示出了根据示例实施方案的喷射组件100的平面图。图4A示出了阀体102在图2所示的线II-II处的平面图。这样,图4A示出了在输入流体歧管162和孔板之间的界面处的横剖视图。输入流体歧管162包括第一开口172和第二开口174。第一开口172暴露多个微型阀164以形成流体增压室166,该流体增压室被构造成容纳从流体供应装置接收的流体。
在所示的示例中,多个微型阀164包括在单个行中对齐的多个致动梁176。多个致动梁176中的每个致动梁具有设置在其端部的密封构件178。在一些实施方案中,密封构件178与设置在孔板中的孔口处的阀座对准并接触,以防止在没有任何电信号的情况下容纳在流体增压室166中的流体逸出流体增压室166。喷射组件100被示出为包括形成52个微型阀164的52个致动梁176。
在各种实施方案中,多个致动梁176中的每个致动梁可包括经由第二开口174暴露的电连接部分。电接触焊盘180设置在这些电连接部分中的每个电连接部分处。引线键合经由电接触焊盘180将这些电连接部分中的每个电连接部分电连接至控制器接口122。这样,电信号可由这些致动梁176中的每个致动梁经由电接触焊盘180接收。在一些实施方案中,卷带式自动接合(TAB)可用于将这些电连接部分中的每个电连接部分电连接到控制器接口。
第一开口172和第二开口174之间的边界将电接触焊盘180与包含在由第一开口172形成的贮存器中的流体隔离。同样有利的是,电接触焊盘180设置在输入流体歧管162下方。这意味着,致动梁176之间的电连接设置在载体108的内部,并且被保护免受劣化和外部污染。
为了将电接触焊盘180与包含在流体增压室166中的流体隔离,粘合结构182设置在输入流体歧管162上。粘合结构182将输入流体歧管162联接到孔板上。如图4A所示,粘合结构182在第一开口172和第二开口174的每一者周围形成“跑道(racetrack)”。跑道提供对在输入流体歧管162和孔板之间渗出的流体的屏障,以及防止颗粒进入输入流体歧管。跑道粘合结构182可存在于输入流体歧管162侧或孔板侧中的一者或两者上。例如,跑道可以由围绕第一开口172和第二开口174中的每一者的粘合剂材料(例如,负性光致抗蚀剂诸如以SU-8的商品名出售的双酚-A酚醛缩水甘油醚基光致抗蚀剂或聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、硅橡胶等)的若干个同心矩形环构成。粘合剂材料的片段可以切割穿过多个矩形环以形成用于接收渗出流体的隔室。此类粘合结构182便于微型阀164和电接触焊盘180之间的流体隔离。在其他实施方案中,粘合结构182可由硅形成,并且用于经由熔融键合、激光键合、粘合剂、共熔键合、玻璃粉、焊料、粘附等将输入流体歧管162键合到孔板。粘合结构182可以设置在输入流体歧管162和联接到其上的阀体102上,设置在阀体102和联接到其上的输入流体歧管162上,或者在联接两者之前设置在输入流体歧管162和阀体102中的每一者上。
在一些实施方案中,粘合结构182可以是通风的。例如,图4B示出了粘合结构182b的示意图。粘合结构182b可以由SU-8、硅或任何其他合适的材料形成,并且包括多个环189b,使得粘合结构具有跑道形状。粘合结构182b的多个环189b中的围绕输入流体歧管162的最内环形成闭环。相比之下,多个环189b中被定位在最内环的径向外侧的其余环包括通风孔183b例如限定在其中的狭槽或开口。通过允许可能被截留在粘合结构182b的多个环189b之间的空气经由通风孔183b逸出,通风孔183b可便于将输入流体歧管162键合到孔板。虽然图4B示出了通风孔183b彼此径向对准并且位于每个环的拐角处,但是在其他实施方案中,一个环的一个或多个通风孔183b可以与相邻环中限定的通风孔径向偏移。
如图4B所示,粘合结构182b的每个环的拐角可以是圆形的。此外,输入流体歧管162、插入件170、柔性电路114或喷射组件100中包括的任何其他层或部件的拐角可以是圆形的,例如,以减少可能发生在尖锐角处的应力集中。
现在参考图5A,根据示例性实施方案,示出了包括微型阀230的喷射组件200的横剖视图。在一些实施方案中,喷射组件200是相对于图1、图2、图3和图4A至图4B描述的喷射组件100的示例性实施方案。如图所示,喷射组件200包括经由结构层222附接到阀体298的载体202。在一些实施方案中,载体202可以包括结构层222。
载体202包括上部部分204和从上部部分204的边缘延伸的壳体部分206。上部部分204包括隔膜208,通过该隔膜提供加压的油墨。壳体部分206限定空腔,阀体298设置在该空腔中。阀体298包括输入流体歧管210和微型阀230。如图所示,输入流体歧管210和微型阀230限定贮存器300,该贮存器被构造成容纳经由隔膜208从外部流体供应装置接收的一定体积的加压流体。在各种实施方案中,容纳在贮存器300内的加压流体是墨汁和液态附加流体的组合。
载体202可以由塑料、陶瓷或任何其他合适的材料形成。载体202通过向阀体298提供结构支撑来便于喷射组件200的操作。例如,在一些实施方案中,阀体298的外围边缘经由设置在壳体部分206的内表面处的粘合剂层302附接到壳体部分206。这种粘合剂便于维持微型阀230和输入流体歧管210之间的期望的相对位置。
在各种实施方案中,输入流体歧管210在附接到喷射组件200的附加部件之前被预先形成。输入流体歧管210由具有任何合适厚度(例如,500微米)的主体310(例如,由玻璃、硅、二氧化硅等形成)形成。如图所示,输入流体歧管210被预先形成为包括第一臂330、第二臂332和第三臂334。如本文所用,当用于描述输入流体歧管210时,术语“臂”用于描述分离包含在输入流体歧管210中的开口的结构。这样,臂330、332和334可具有任何合适的形状。例如,在一些实施方案中,臂330、332和334是基本上矩形的,其具有基本上平坦的侧表面。在其他实施方案中,侧表面可以成角度,使得臂330、332和334是基本上梯形形状的。可以通过使用任何合适的方法(例如,湿法蚀刻或干法蚀刻,诸如深反应离子蚀刻)在结构(例如,硅或玻璃结构)中形成开口来形成臂330、332和334。
如图所示,第一通道212将臂330和332彼此分离,并且第二通道214将臂332和334彼此分离。在所示的实施方案中,第一通道和第二通道214基本上是线性的并且彼此平行,但是可以根据需要布置输入流体歧管210,以将微型阀布置在其上。第一通道212形成为具有宽度304,该宽度与微型阀230的致动梁240的悬臂部分308的长度312(例如,在大约500微米至1000微米的范围内)具有预先确定的关系。例如,第一通道212可以形成为具有比悬臂部分308的期望长度312大阈值量的宽度304。第二通道214提供用于经由在其间延伸的引线键合220在致动梁240和柔性电路216之间形成电连接的通路。有利的是,使用这种布置将致动梁240和柔性电路216之间的电连接内在化。换句话讲,此类部件之间的电连接不在载体202的外部,并且因此较不容易劣化。在各种实施方案中,第一通道212和/或第二通道214可以具有倾斜的侧壁。
如图所示,第二通道214基本上填充有密封剂218。密封剂218可以包括环氧树脂类型或任何其他合适的材料。密封剂218包封在引线键合220、柔性电路216和致动梁240之间形成的电连接,并且被构造成保护引线键合220免受物理损坏、湿气和腐蚀。因此,密封剂218确保柔性电路216和致动梁240之间的足够电连接的维持,以便于向致动梁240提供电控制信号以引起其移动以打开和闭合微型阀230。
第二臂332用作防止包含在贮存器300中的流体到达电连接的屏障。输入流体歧管210的将第一通道212和第二通道214分离的部分314用作屏障,以防止包含在贮存器300中的流体到达电连接。这样,输入流体歧管210既用作从外部流体供应装置接收的加压流体的贮存器300的一部分,又用作加压流体与喷射组件200内包含的任何电连接之间的绝缘屏障。第一通道212和第二通道214可以使用任何适当的工艺(例如,经由喷砂、物理蚀刻或化学蚀刻、钻孔)形成。在一些实施方案中,输入流体歧管210不是由玻璃构成,而是由硅、二氧化硅、陶瓷或任何其他合适的材料构成。在一些实施方案中,输入流体歧管210可以经由玻璃粉、焊料或任何其他合适的粘合剂键合到微型阀230。
继续参考图5A,微型阀230包括附接到致动梁240的孔板250。孔板250可由任何合适的材料形成,例如玻璃、不锈钢、镍、具有另一电镀金属层(例如,不锈钢)的镍、聚酰亚胺(例如,kapton)或负性光致抗蚀剂(例如,SU-8、聚甲基丙烯酸甲酯等)。在一些实施方案中,孔板250可以是基本上平的,例如,在孔板250的至少15mm的长度和宽度上具有变异系数小于3微米的平坦度,使得孔板250基本上没有压弯或扭曲。此外,孔板250可具有任何合适的厚度。在一些实施方案中,孔板250可具有在30微米至60微米的范围内(30微米、40微米、50微米或60微米)的厚度。在其他实施方案中,孔板250可具有在100微米至400微米的范围内(例如,100微米、150微米、200微米、250微米、300微米、350微米或400微米)的厚度。较厚的孔板250可便于实现较平坦的孔板。
孔板250是基本上平坦的,并且包括在其表面之间延伸的孔口260。在各种实施方案中,孔口260是基本上圆柱形形状的,并且具有垂直于或基本上垂直于孔板250的表面的中心轴线。阀座270邻近孔口260设置在孔板250的内表面316上。在各种实施方案中,阀座270包括顺应性材料,该顺应性材料围绕或基本上围绕孔口260。在一些实施方案中,阀座270由环氧基粘合剂诸如SU-8光致抗蚀剂构成。在其他实施方案中,阀座270可由可模制聚合物例如聚二甲基硅氧烷或硅橡胶形成。在其他实施方案中,阀座270可以由非顺应性材料诸如硅形成。在一些实施方案中,可以在阀座270的与致动梁240接触的表面上设置顺应层,例如金层。阀座270限定内部开口318,该内部开口基本上与孔口260对准,以形成用于包含在贮存器300中的加压流体的出口。在特定实施方案中,阀座270可以被排除。
如图所示,致动梁240包括基部部分306和悬臂部分308。基部部分306在输入流体歧管210的将第一通道212和第二通道214分离的部分314下方延伸。如图所示,基部部分306在与第二通道214重叠的区域中包括电连接部分294。电连接部分294包括电极,通过该电极经由引线键合220与柔性电路216形成电连接。悬臂部分308从输入流体歧管210的部分314延伸到贮存器300中。如图所示,悬臂部分308设置在间隔构件280上,并且因此在空间上与孔板250分离。因此,在悬臂部分308的任一侧上存在空间,使得致动梁240可由于经由电连接部分294对其施加电信号而朝向和/或远离孔板250弯折。间隔构件280被构造成防止致动梁的压膜阻尼。
悬臂部分308具有长度312,使得悬臂部分从贮存器300的边界延伸预先确定的距离。在各种实施方案中,预先确定的距离被特别选择,使得悬臂部分308的部分292与阀座270和孔口260重叠。密封构件290从致动梁240的与孔口260重叠的部分292延伸。在一些实施方案中,密封构件290被构造成具有基本上对应于孔口260的形状的形状。例如,在一个实施方案中,孔口260和密封构件290两者是基本上圆柱形形状的,其中密封构件290具有较大的外径。这种构造便于密封构件290整体覆盖孔口260,以使得能够在密封构件290和阀座270之间形成密封。在其他实施方案中,孔口260可具有任何其他形状,例如,星形、正方形、矩形、多边形、椭圆形或不对称形状。在特定实施方案中,阀座270可限定凹槽大小并成形为接纳密封构件290。在各种实施方案中,孔板250以及因此孔口260可以由非润湿(例如,疏水性)材料诸如硅或特氟隆形成。在其他实施方案中,可以在孔口260的内壁或表面或由阀座270和孔口260形成的流体出口上设置非润湿(例如,疏水性)涂层。这样的涂层可以包括例如特氟隆、纳米颗粒、亲油涂层或任何其他合适的涂层。
在各种实施方案中,间隔构件280和密封构件290由相同的材料构成,并且具有相等或基本上相等的厚度320和322(例如,硅、SU-8、硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯等)。在此类实施方案中,当致动梁240平行于孔板250延伸时,间隔构件280和密封构件290的下表面彼此对准。当致动梁240被置于闭合位置时(如本文所述),密封构件290的表面接触阀座270以闭合形成在孔口260处的流体出口(例如,如果阀座270不存在,密封构件290的密封构件表面可以被构造成在间隔构件280的下表面下方延伸大约2微米)。阀座270和密封构件290的尺寸被设计成使得当致动梁240被置于闭合位置时(例如,当电信号经由引线键合220从致动梁240去除或施加到致动梁时),密封构件290的足够的表面积接触阀座270,以防止流体从贮存器300行进到孔口260。例如,密封构件290可以具有比阀座270更大的直径或横截面。在其他实施方案中,密封构件290可以具有比阀座270更小的直径或横截面。在一些实施方案中,可以在密封构件290的被构造成接触阀座270的表面上设置顺应性材料(例如,金层)。
喷射组件200的各个方面被设计成确保在阀座270和密封件290之间形成充分的密封。例如,设置在输入流体歧管210上的结构层222防止孔板250的压弯,该压弯是由于经由将微型阀230的部件彼此联接以及将微型阀230联接到壳体部分206上的粘合剂而在孔板上引起的应力而导致的。在各种实施方案中,结构层222被构造成具有比孔板250更大的刚性以执行此功能。结构层222可以由硅或任何其他合适的材料构成。如图所示,结构层222包括从其主要部分延伸的突出部分224。突出部分224附接到输入流体歧管210的上表面(例如,在第一通道212和第二通道214的边界处)。在某些实施方案中,省略了突出部分224。经由例如设置在结构层222与柔性电路216之间的粘合剂在突出部分224处形成密封。突出部分224在输入流体歧管210上方提供间隙。这种间隙便于完全覆盖引线键合220和柔性电路216之间的所有接触点的密封剂218的处理。在一些实施方案中,载体202可以包括结构层222,使得刚度由载体202提供。
在另一方面,致动梁240被构造成使得当处于闭合位置时在阀座270和密封构件290之间的界面处形成紧密密封。致动梁240可包括至少一个压电材料层。压电材料层可以包括锆钛酸铅(PZT)或任何合适的材料。压电材料层具有与其电连接的电极。在各种实施方案中,引线键合220附接到所述电极,使得来自柔性电路216的电信号经由电极被提供到压电材料层。电信号引起致动梁240相对于其默认位置移动(例如,弯折、转动等)。在其他实施方案中,致动梁240可包括不锈钢致动梁(例如,具有大约1mm的长度)。在其他实施方案中,致动梁240可以包括双压电晶片梁,该双压电晶片梁具有设置在基础层(例如,基硅层)的任一侧上的两个压电材料层。可以将电信号(例如,电压)施加到这些压电层中的任一个压电层,以促使致动梁朝向对应的压电层弯折。所述两个压电层可以包括相同的压电材料或不同的压电材料。在特定实施方案中,可以将不同电信号施加到这些压电层中的每个压电层,以便将致动梁弯折或弯曲预先确定的距离。
如图所示,引线键合220在其电连接部分294处附接到致动梁240。电连接部分294包括导电地连接到致动梁240内的至少一个电极的引线键合焊盘(例如,由金、铂、铷等构成)。有利的是,电连接部分294与致动梁240的悬臂部分分离。换句话讲,电连接部分294经由形成在输入流体歧管210与致动梁240之间的连接点处的密封与包含在喷射组件200中的流体分离。在一些实施方案中,可以通过设置在孔板250中的开口将引线键合220和/或密封剂218引出。
在各种实施方案中,致动梁240被构造成使得闭合位置是其默认位置。换句话讲,致动梁240中的各个层被构造成使得致动梁由于经由包含在容器中的加压流体所提供的力而朝向孔口260弯曲。致动梁240内的调谐层可被构造成处于压缩应力状态,以在致动梁中产生朝向孔口的弯曲。由于这种弯曲,例如在没有任何电信号施加到致动梁240以闭合流体出口的情况下,密封构件290接触阀座270。可以特别选择弯曲程度,以在致动梁240处于默认位置的情况下,在密封构件290和阀座270之间的界面处形成紧密密封。有利的是,这种默认密封防止喷射组件200中包含的流体蒸发,从而防止堵塞和其他缺陷。
如图5A所示,致动梁240远离孔板250弯折。这种弯折的形成是由于经由柔性电路216向致动梁240施加电信号而产生的。例如,柔性电路216可以电连接到外部控制器,该外部控制器提供中继到致动梁240的电信号。
如图5A所示,电信号的施加引起致动梁240暂时离开其默认位置。例如,在各种实施方案中,致动梁240远离孔口260向上移动,使得密封构件290的密封构件表面的一部分距离阀座270的上表面至少10微米。在一个实施方案中,密封构件表面的中心部分在其振荡模式的峰值处离阀座270大约15微米。因此,在阀座270和密封构件290之间暂时形成开口。该开口提供用于一定体积的流体进入孔口260以在孔板250的外表面处形成液滴的路径。液滴沉积到基板上以形成图案,该图案是经由提供给喷射组件200的每个微型阀230的每个致动梁240的控制信号确定的。应当理解,致动梁240从其默认位置偏离到如图5所示位置的频率可以取决于实施方式而变化。例如,在一个实施方案中,致动梁240以大约12kHz的频率振荡。然而,在其他实施方式中,致动梁240可以以较小(例如,10kHz)或较大频率(例如,20kHz)振荡。
现在参考图5B,根据示例性实施方案,示出了包括微型阀230b的喷射组件200b的横剖视图。在一些实施方案中,喷射组件200b是相对于图1、图2、图3和图4A至图4B描述的喷射组件100的示例性实施方案。如图所示,喷射组件200b包括经由插入件222b附接到阀体298b的载体202b。
载体202b包括上部部分204b和从上部部分204b的边缘延伸的壳体部分206b。在上部部分204b中设置有流体通道211b。隔膜208b(例如,橡胶或泡沫隔膜)被定位在流体通道211b的入口处,并且过滤器213b被定位在流体通道211b的出口处。盖203b(例如,塑料或玻璃盖)被定位在载体202b上,使得隔膜208b被定位在载体202b和盖203b之间,并且固定在它们之间。开口209b可以被限定在盖203b中并且对应于流体通道211b的入口。流体连接器10b联接到盖203b或流体通道211b的入口。流体连接器10b包括插入针12b,该插入针被构造成刺穿隔膜208b并且穿过其中设置在流体通道211b中。流体连接器10b被构造成经由插入针12b将加压流体(例如,墨汁)泵送到喷射组件200b的输入流体歧管210b中。此外,过滤器213b被构造成在流体被传送到贮存器300b中之前从流体中过滤颗粒。在一些实施方案中,插入针12b可以由非润湿材料(例如,疏水材料诸如特氟隆)形成或涂覆有非润湿材料。在其他实施方案中,插入针12b可以包括加热元件,或者可以向插入针12b提供电流,以便加热插入针12b,从而加热流经其中至贮存器300b中的流体。在其他实施方案中,可以在输入流体歧管210b中提供金属针或任何其他加热元件,以加热其中包含的流体。虽然示出为仅包括流体通道211b,但是在一些实施方案中,载体202b还可限定第二流体通道,用于允许将流体从载体202b中汲取出,即引起流体循环通过载体202b。
壳体部分206b限定空腔或边界,阀体298b设置在该空腔或边界内。阀体298包括输入流体歧管210b和微型阀230b。如图所示,输入流体歧管210b和微型阀230b限定贮存器300b,该贮存器被构造成容纳经由隔膜208b从外部流体供应装置接收的一定体积的加压流体。在各种实施方案中,容纳在贮存器300b内的加压流体是墨汁和液态附加流体的组合。
在各种实施方案中,输入流体歧管210b在附接到喷射组件200b的附加部件之前被预先形成。流体歧管210b可以由具有任何合适厚度(例如,500微米)的玻璃主体310b形成。如图所示,输入流体歧管210b被预形成为包括第一通道212b和第二通道214b。第一通道212b形成为具有宽度304b,该宽度与微型阀230b的致动梁240b的悬臂部分308b的长度312b具有预先确定的关系。第二通道214b提供用于经由在其间延伸的引线键合220b在致动梁240b和柔性电路216b之间形成电连接的通路。
如图所示,第二通道214b基本上填充有密封剂218b。因此,密封剂218b确保柔性电路216b和致动梁240b之间的足够电连接的维持,以便于向致动梁240b提供电控制信号以引起其移动以打开和闭合微型阀230b,并且保护引线键合220b免受物理损坏或湿气,如本文前面所述。
输入流体歧管210b的将第一通道212b和第二通道214b分离的部分314b用作屏障,以防止包含在贮存器300b中的流体到达电连接。这样,输入流体歧管210b既用作从外部流体供应装置接收的加压流体的贮存器300b的一部分,又用作加压流体与喷射组件200b内包含的任何电连接之间的绝缘屏障。
微型阀230b包括附接到致动梁240b的孔板250b。孔板250b是基本上平坦的,并且包括在其表面之间延伸的孔口260b。阀座270b邻近孔口260b设置在孔板250b的内表面316b上。阀座270b限定内部开口318b,该内部开口基本上与孔口260b对准,以形成用于包含在贮存器300b中的加压流体的出口。在特定实施方案中,阀座270b可以被排除。在一些实施方案中,孔板250b或本文所述的任何其他孔板也可以接地。例如,电接地连接器295b(例如,键合焊盘诸如金键合焊盘)可以设置在孔板250b上,并且被构造成允许孔板250b电接地(例如,经由电联接到系统接地)。
致动梁240b包括基部部分306b和悬臂部分308b。基部部分306b在输入流体歧管210b的将第一通道212b和第二通道214b分离的部分314b下方延伸。如图所示,基部部分306b在与第二通道214b重叠的区域中包括电连接部分294b。电连接部分294b包括电极,通过该电极经由引线键合220b与柔性电路216b形成电连接。悬臂部分308b从输入流体歧管210b的部分314b延伸到贮存器300b中。如图所示,悬臂部分308b设置在间隔构件280b上,并且因此在空间上与孔板250b分离。
悬臂部分308b具有长度312b,使得悬臂部分从贮存器300b的边界延伸预先确定的距离。在各种实施方案中,预先确定的距离被特别选择,使得悬臂部分308b的部分292b与阀座270b和孔口260b重叠。密封构件290b从致动梁240b的与孔口260b重叠的部分292b延伸。在一些实施方案中,密封构件290b被构造成具有基本上对应于孔口260b的形状的形状。
柔性电路216b被定位在玻璃主体310b和输入流体歧管210b的部分314b上,并且经由第一粘合剂层221b(例如,SU-8、硅橡胶、胶水、环氧树脂等)与其联接。插入件222b被定位在载体202b的上部部分204b和输入流体歧管210b之间,以便经由第一粘合剂层221b在上部部分204b和输入流体歧管210b之间产生间隙。这允许用于设置密封剂218的足够空间,并且增加了输入流体歧管210b的容积。如图5B所示,插入件222b经由第二粘合剂层223b(例如,SU-8、硅树脂或任何其他粘合剂)定位在柔性电路216b的一部分上并与其联接。此外,插入件222b经由第三粘合剂层225b(例如,SU-8、硅树脂或任何其他粘合剂)联接到载体202b的上部部分204b的靠近微型阀230b的侧壁。
插入件222b可由坚固且刚性的材料(例如,塑料、硅、玻璃、陶瓷等)形成,并且设置在输入流体歧管210b上,以便防止孔板250b由于经由将微型阀230b的部件彼此联接以及将微型阀230b联接到壳体部分206b的粘合剂在其上引起的应力而压弯。在各种实施方案中,插入件222b被构造成具有比孔板250b更大的刚性以执行此功能。
在另一方面,致动梁240b被构造成使得当处于闭合位置时在阀座270b和密封构件290b之间的界面处形成紧密密封。致动梁240b可包括至少一个压电材料层(例如,锆钛酸铅(PZT)或任何合适的材料)。压电材料层具有与其电连接的电极,并且引线键合220b附接到所述电极,使得来自柔性电路216b的电信号经由电极被提供到压电材料层。电信号引起致动梁240b相对于其默认位置移动(例如,弯折、转动等)。
如图所示,引线键合220b在其电连接部分294b处连接到致动梁240b,基本上类似于相对于图5A的喷射组件200描述的引线键合220。在各种实施方案中,致动梁240b被构造成使得闭合位置是其默认位置,如相对于图5A的致动梁240所详细描述的。
如图5B所示,致动梁240b远离孔板250b弯折。这种弯折的形成是由于经由柔性电路216b向致动梁240b施加电信号而产生的。例如,柔性电路216b可以电连接到电路板215b(例如,印刷电路板),该电路板垂直于致动梁240b的纵向轴线沿着载体202b的侧壁延伸。识别标签217b(例如,识别标签106)可以被定位在电路板215b和载体202b的侧壁之间。电连接器219b电耦合到电路板215b,并且被配置为将柔性电路216b电连接到外部控制器,该外部控制器提供经由电路板215b中继到致动梁240b的电信号。
如图5B所示,电信号的施加引起致动梁240b暂时离开其默认位置。例如,在各种实施方案中,致动梁240b远离孔口260b向上移动,使得密封构件290b的密封构件表面的一部分距离阀座270b的上表面至少10微米,如相对于图5A的致动梁240详细描述的。
现在参考图6,示出了根据示例性实施方案的更详细的视图,其示出了相对于图5A描述的喷射组件200的各种部件。如图所示,致动梁240包括致动部分242、调谐层244和非活动层246。非活动层246用作调谐层244和致动部分242的基部。相对于图7更详细地描述了致动部分242和调谐层244的结构。在一些实施方案中,非活动层246由硅或其他合适的材料构成。在一些实施方案中,非活动层246、间隔构件280和密封构件290全部由相同的材料构成(例如,由硅晶片整体地形成)。在示例性实施方案中,非活动层246、间隔构件280和密封构件290由双绝缘体上硅(SOI)晶片形成。
间隔构件280被示出为包括插入在两个外围层之间的中间层。在示例性实施方案中,中间层和非活动层246包括双SOI晶片的两个硅层,其中外围层设置在包括二氧化硅层的中间层的任一侧。在该示例中,通过蚀刻双SOI晶片的与致动部分242相对的表面来形成密封构件290和间隔构件280。例如,一旦在分离间隔构件280和密封构件290的区域中去除形成间隔构件280的整个中间层,氧化物层就用于控制或停止蚀刻工艺。这种工艺提供了对间隔构件280和密封构件290的宽度和厚度两者的精确控制。
应当理解,密封构件290的大小可以贡献于致动梁240的谐振频率。设置在致动梁240的端部处或附近的更大量的材料通常导致致动梁的较低的谐振频率。另外,这种更大量的材料将影响由接触致动梁240的加压流体引起的致动梁240的默认弯曲。因此,密封构件290的期望大小影响致动梁240的各种其他设计选择。相对于图7A更详细地描述了这种设计选择。在一些实施方案中,密封构件290的大小被设计成基于孔口260的尺寸。在一些实施方案中,密封构件290是基本上圆柱形形状的,并且具有大约是孔口260的直径的1.5倍的直径。例如,在一个实施方案中,当孔口260具有大约60微米的直径时,密封构件290具有大约90微米的直径。这种构造便于密封构件290与孔口260之间的对准,使得密封构件290在接触阀座270时完全覆盖孔口260。在另一个实施方案中,密封构件290的大小被设计成使得其具有约为孔口260的表面积的两倍的表面积(例如,间隔构件280可具有约150微米的直径,而孔口260的直径约为75微米)。这样的实施方案为对准密封构件290和孔口260提供了更大的公差,以便于在阀座270和密封构件290之间形成密封。在其他实施方案中,密封构件290的直径可以是孔口260的直径的2倍、2.5倍、3倍、3.5倍或4倍。在各种实施方案中,孔口260的长度与直径的比率可以在1∶1至15:1的范围内。该比率可以影响通过孔口喷射的液滴的形状、大小和/或体积,并且可以基于特定应用而变化。
有利的是,在间隔构件280和密封构件290之间的间隙324在致动梁240和孔板250之间产生分离容积326。分离容积326防止致动梁240振荡的压膜阻尼。换句话讲,孔板250和致动梁240之间的不充分分离将导致当致动梁240打开和闭合孔口260时由于流体必须进入和/或离开分离容积326而产生的拖曳。经由间隔构件280产生的较大的分离容积减小了这种拖曳,并且因此便于致动梁240以更快的频率振荡。
继续参考图6,孔板250包括基础层252和中间层254。例如,在一个实施方案中,基础层252包括硅层,并且中间层254包括二氧化硅层。在所示的实施方案中,中间层254的邻近孔口260的部分被去除,并且阀座270的第一部分直接设置在基础层252上,并且阀座270的第二部分设置在中间层254上。应当理解,在另选实施方案中,中间层254一直延伸到孔口260的边界,并且阀座270设置在中间层254上。在其他实施方案中,中间层254的去除部分可以具有等于或大于阀座270的横截面的横截面,使得阀座270完全设置在基础层252上。
由于间隔构件280和阀座270之间的空间关系的关键性,间隔构件280到孔板250的附接可以以允许精确控制致动梁240和孔板250之间的所得距离的方式进行。如图所示,粘合剂层256用于将间隔构件280附接到孔板250。在各种实施方案中,在将间隔构件280和致动梁240的组合放置在中间层上之前,将精确量的环氧基粘合剂(例如,SU-8、聚甲基丙烯酸甲酯、硅树脂等)施加到中间层254。然后使粘合剂固化以形成具有精确控制的厚度的粘合剂层256。例如,在一些实施方案中,间隔构件280的最下表面与阀座270的上表面基本上对准。可以获得此类表面之间的任何期望的关系,以在密封构件290和阀座270之间形成关系,该关系在致动梁240处于默认位置时形成足够的密封。在各种实施方案中,粘合剂层256和阀座270可以在单个光刻工艺中由相同的材料(例如,SU-8)形成。
各种实施方案中,一旦致动梁240和孔板250经由粘合剂层256彼此附接(例如,以形成微型阀230),附加粘合剂层248被施加到致动梁240的外围。附加粘合剂层248用于将输入流体歧管210附接到致动梁240。结构层222(或插入件222b)可以被定位在输入流体歧管210上,并且经由第二粘合剂层225联接到输入流体歧管。在一些实施方案中,附加粘合剂层248和第二粘合剂层225可以包括与粘合剂层256相同的材料。
在相对于图6示出的示例中,微型阀230包括密封结构500,该密封结构包括各种部件,通过这些部件形成密封以将孔口260与致动梁240附近的容积502分离。在所示的示例中,密封结构500包括密封构件290和阀座270。如本文所述,致动梁240被构造成使得密封构件290的面向孔口的表面504接触阀座270的上表面,以在阀座270与密封构件290之间的界面处形成密封。密封将孔口260与容积502隔离,使得当没有电信号施加到致动梁240时,最少的流体逸出喷射组件200。在此更详细地描述了密封结构500的若干种替代方案。在其他实施方案中,可以排除阀座270,使得密封结构500的面向孔口的表面接触孔板250,以便流体地密封孔口260。
现在参考图7A,根据示例性实施方案并且未按比例绘制,示出了致动梁240的更详细视图。如图所示,致动梁240包括非活动层246、调谐层244、阻挡层400、第一电极部分402、致动部分242、第二电极部分404和钝化结构406。应当理解,在各种另选实施方案中,致动梁240可以包括更多或更少的层。
在一些实施方案中,调谐层244直接设置在非活动层246上。调谐层244通常用作粘合剂层,以便于本文所述的附加层的沉积。另外,如本文所述,调谐层244的厚度在确定致动梁240在其默认位置时的总体曲率中可起关键作用。一般来说,调谐层244被构造成具有预先确定的调谐应力,使得在闭合位置,致动梁240的密封构件290接触阀座270并在阀座上施加力,以便流体地密封孔口260。在一些实施方案中,在不存在电信号的情况下,预先确定的调谐应力被配置为引起致动梁240朝向孔口260弯曲,使得在不存在阀座270的情况下,密封构件290的密封构件表面将被定位在间隔构件280的下表面下方预先确定的距离(例如,2微米)处。例如,由于在此描述的附加层的沉积,可以将调谐层244置于压缩应力的状态。这样,调谐层244越厚,致动梁240在其默认位置时朝向孔口260的曲率越大。在一个示例性实施方案中,调谐层244由二氧化硅构成。
阻挡层400用作阻止包含在压电层414中的材料扩散到调谐层244的屏障。如果不加抑制,这种迁移将导致层中的组成材料之间的有害混合效应,从而不利地影响性能。在各种实施方案中,阻挡层400由例如二氧化锆构成。如图所示,第一电极部分402包括粘合剂层408和第一电极410。粘合剂层408便于第一电极410在阻挡层400上的沉积,并且防止第一电极410中的物质扩散到其他层。在各种实施方案中,粘合剂层408由二氧化钛构造。第一电极410可以由铂、金、铷或任何其他合适的材料构成,以提供将电信号提供给致动部分242的导电路径。在一些实施方案中,第一电极部分402仅包括在致动梁240的选择部分中。例如,第一电极部分402可以仅包括在电连接部分294附近和/或之内。
致动部分242可以由单层或多层任何合适的压电材料形成。在所示的示例中,活动部分包括生长模板层412和压电层414。生长模板层412用作种子层,其便于具有期望纹理(例如,{001}晶体结构和对应的纹理)的压电层414的生长,以确保最大压电响应。在一些实施方案中,生长模板层412由钛酸铅构成。压电层414可以由任何合适的材料诸如锆钛酸铅(PZT)构成。
压电层414可以使用任何方法沉积,诸如利用真空沉积或溶胶-凝胶沉积技术。在一些实施方案中,压电层414可以具有大约1至6微米(例如,1、2、3、4、5或6微米,包括端值)范围内的厚度,并且适于在电信号施加到致动梁240时在致动梁的端部产生大约10微米的偏转。10微米的偏转(例如,使得密封构件290的表面离开阀座270的距离略小于该量)足以在孔口260处产生具有期望大小的液滴。在一些实施方案中,压电层414具有大约140pm/V至160pm/V的压电横向系数(d31值)量值。该值可以使得致动梁240能够经由提供给第一电极部分402和第二电极部分404的电信号产生足够的偏转。
如图所示,第二电极部分404设置在致动部分242上。在各种实施方案中,第二电极部分404的结构类似于这里描述的第一电极部分402。因此,向第一电极部分402和/或第二电极部分404施加电压在压电层414中引起应变,从而引起整个致动梁240弯折远离孔板250。通过向第一电极和第二电极施加周期性控制信号,致动梁240的周期性循环以期望的频率从孔口260产生液滴输出。虽然图7A示出了第一电极部分402和第二电极部分404彼此重叠,但是在其他位置,第一电极部分402和第二电极部分404可以不重叠。这可以限制或防止第一电极部分402和第二电极部分404之间的电子泄漏,电子泄漏会损坏压电层414或引起电短路。
各种实施方案中,包含在第一电极部分402和第二电极部分404中的电极以非退火状态沉积。因此,电极以基本上压缩的状态沉积,这在默认位置时影响致动梁240的总体曲率。压电层414的沉积模式可影响电极的压缩状态。例如,在一些情况下,在压电层414(例如,经由气相沉积技术)被沉积并随后在预先确定的温度(例如,大约700摄氏度)下固化的情况下,固化可以引起电极410退火并从压缩状态移除。这种移除影响致动梁240中的应力的总体平衡,这改变了其默认曲率。因此,针对压电层414使用低温沉积工艺(例如,低温溶胶-凝胶沉积工艺或等离子体增强化学气相沉积工艺)来防止电极中的应力反转可能是有益的。在各种实施方案中,第二电极部分404可以在比第一电极部分402更高的温度下退火,例如以在调谐层244中产生预先确定的调谐应力。
图7A所示的材料可以基本上完全延伸通过致动梁240的长度。这样,在电极部分402和404与经由微型阀230形成的贮存器之间存在重叠。在各种实施方案中,包含在贮存器中的流体对形成第一电极部分402和第二电极部分404的材料是导电的和/或有腐蚀性的。因此,优选的是将电极部分402和404与贮存器隔离,以防止包含在贮存器中的流体与电极部分402和404接触。
这一点而言,钝化结构406被构造成执行这种隔离。在所示的示例中,钝化结构406包括介电层416、绝缘体层418和阻挡层420。阻挡层420可以由氮化硅构成,其用作对流体中包含的水分子和离子的扩散屏障,以防止电极部分402和404腐蚀。在一些实施方案中,绝缘体层418包括二氧化硅层,该二氧化硅层具有大致平衡阻挡层420中的拉伸应力的压缩应力。介电层416可以由氧化铝构成,以防止致动梁240中包含的附加层被氧化。在一些实施方案中,附加金属层设置在阻挡层420上。例如,金属层可以由氧化钽或任何其他合适的、耐化学性的金属构成,以进一步增强钝化结构406的保护特性。在特定实施方案中,阻挡层420可以由特氟隆或聚对二甲苯形成。在其他实施方案中,致动梁240的至少一部分(即由图7A所示的层形成的结构)可以被特氟隆或聚对二甲苯层覆盖或涂覆。这样的外覆涂层可以防止在致动梁240的层中形成微裂纹。在其他实施方案中,外覆涂层可以包括金属层,例如钽或钯层。
钝化结构406的添加可显著影响致动梁240的默认定位。这是因为钝化结构406偏离致动梁240的压缩中性轴线422。如图所示,中性轴线422在非活动层246内,这意味着在致动梁240中电极部分404和钝化结构406离其最远。鉴于此,在这样的层中引起的拉伸应力或压缩应力将极大地影响致动梁240的默认曲率。这样,基于钝化结构406的各个组成层的结构来选择调谐层244的厚度。
图7B是根据示例性实施方案且未按比例绘制的致动梁240的前剖视图,其示出了包括在致动梁240中的每个层的布置。如图所示,致动梁240包括非活动层246、调谐层244和阻挡层400,如相对于图7A所描述的。第一电极部分402包括被定位在阻挡层400上的粘合剂层408(例如,二氧化钛)和被定位在粘合剂层上的导电层或电极410(例如,铂、金、铷等)。第一电极部分402被构造成具有小于阻挡层400的宽度的宽度,使得电极部分402在垂直于致动梁240的纵向轴线的方向上的端部位于阻挡层400在相同方向上的端部的内侧。
包括种子层412和压电层414的致动部分242共形地设置在第一电极部分402上,以便延伸超过第一电极部分402的横向端部并接触阻挡层400。以这种方式,压电层完全包围或包封第一电极部分402的至少与第二电极部分404重叠或接近的部分。第二电极部分404包括粘合剂层403(例如,钛)和导电层405(例如,铂、金、铷等)。在一些实施方案中,第二电极部分404可以仅包括直接设置在压电层414上的导电层405(即省略粘合剂层403)。由于致动部分242重叠并延伸超过第一电极部分402的端部,因此致动部分有效地将第一电极部分402与第二电极部分404电隔离,从而防止可能对致动梁240的性能有害的电子泄漏和电流迁移。
钝化结构406共形地涂覆其他层246、244、400、402、242和404中的每个层的暴露部分。然而,非活动层246的底表面可以不涂覆钝化结构406。钝化结构406可以包括介电层416、绝缘体层418、阻挡层420和顶部钝化层424。阻挡层420可以由氮化硅构成,其用作对流体中包含的水分子和离子的扩散屏障,以防止电极部分402和404腐蚀。然而,一旦沉积在剩余层上,氮化硅通常处于拉伸应力状态。绝缘体层418被构造成抵消这种拉伸应力。例如,在一些实施方案中,绝缘体层418包括二氧化硅层,该二氧化硅层具有大致平衡阻挡层420中的拉伸应力的压缩应力。在各种实施方案中,阻挡层420可以被定位在绝缘体层418下方。介电层416可以由氧化铝、氧化钛、氧化锆或氧化锌构成,以防止致动梁240中包含的附加层被氧化。因此,钝化结构406用于防止致动梁240中的腐蚀和氧化两者——由流体的存在引起的缺陷的两个主要来源——并且因此确保微型阀230的长期性能。此外,顶部钝化层424设置在阻挡层420上并且可以包括特氟隆或聚对二甲苯层。这种外覆涂层可以防止在致动梁240的层中形成微裂纹,并且还可以防止下面层受到等离子体放电(例如,埋层在随后的制造操作中可能暴露于该等离子体放电)。在特定实施方案中,顶部钝化层424可以包括金属层,例如,钽或钯层。在一些实施方案中,附加金属层设置在阻挡层420上。例如,金属层可以由氧化钽或任何其他合适的、耐化学性的金属构成,以进一步增强钝化结构406的保护特性。
相对于图8至图12描述的喷射组件、微型阀和相关部件可以根据前述的任何实施方案来实现。现在参考图8,示出了根据示例性实施方案的微型阀的密封结构800的横剖视图。例如,密封结构800可以是相对于图6描述的密封结构500的实例。如图所示,致动梁802包括悬臂部分804。悬臂部分804可以从设置在间隔构件上的基部部分延伸。间隔构件可以设置在包括孔口814的孔板812上。悬臂部分804从基部部分朝向孔口814延伸,使得悬臂部分的重叠部分806与孔口814重叠。
密封结构800包括设置在重叠部分806处的密封构件808和设置在孔板812上的阀座810。密封构件808朝向孔口814延伸,使得面向孔口的表面816接触阀座810的上表面822。阀座810围绕孔口814并限定开口818。在所示的实例中,开口818与孔口814对准。换句话讲,开口818和孔口814限定具有基本上平滑的界定表面的流体出口。在各种实施方案中,阀座810由顺应性材料诸如SU-8形成。在其他实施方案中,阀座810可以由硅形成。如本文所述,致动梁802可被构造成使得其在默认位置具有朝向孔口814的微小的弯曲或偏置,使得面向孔口的表面816压入阀座810中以形成密封,该密封将孔口814与设置在致动梁802附近的容积820隔离。
在所示的实例中,孔口814是圆柱形形状的。在其他实施方案中,孔口814可具有任何其他合适的形状(例如,星形、正方形、矩形、多边形、椭圆形等)。阀座810是基本上环形形状的,并且具有等于或基本上等于孔口814的直径的内径。阀座810具有大于内径的外径。密封构件808形成为具有在阀座810的内径和外径之间的直径的基本上圆柱形形状的支柱或柱。在所示的实例中,密封构件808的直径比外径更接近阀座810的内径。密封构件808的大小有助于致动梁802的谐振频率(例如,通过影响其总体重量并且因此影响致动梁802的总体压电响应)。因此,在一些实施方式中,当将阀座810的大小保持固定时,密封构件808的直径更接近内径以产生期望的谐振频率。然而,应当理解,在各种另选实施方案中,阀座810的厚度(即阀座810的内径和外径之间的差异)可以在径向方向上改变,使得密封构件808的外边缘相对于阀座810的总体定位可以改变。
现在参考图9,示出了根据示例性实施方案的密封结构900的横剖视图。密封结构900与相对于图8描述的密封结构800共有特征。这样,图9结合了共同的附图标记来指示包括这些类似的部件。
如图所示,在密封结构900中,涂层902设置在阀座810的上表面822上。在各种实施方案中,涂层902是疏水性弹性材料,诸如Teflon、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或任何其他合适的疏水性或亲油性材料。涂层902的疏水性便于水滴在阀座810上的分散,以防止颗粒物质在上表面822上的融合。这样,涂层902促进了密封结构900的长期耐用性。另外,涂层902可增加阀座810的弹性或复杂性,以便于在面向孔口的表面816与上表面822之间的界面处形成密封。在一些实施方案中,涂层902可以由顺应性材料例如金形成。
现在参考图10,示出了根据示例性实施方案的密封结构1000的横剖视图。密封结构1000与相对于图8描述的密封结构800共有特征。这样,图10结合了共同的附图标记来指示包括这些类似部件。如图10所示,在密封结构1000中,涂层1002设置在由孔口814和开口818限定的流体出口的内表面周围。在一些实施方案中,涂层1002可以由疏水性材料诸如Teflon、PDMS或任何其他合适的疏水性或亲油性材料构成。涂层1002的疏水性便于在致动梁802被致动时(例如,由于电信号被施加到其上)液滴在孔口814内的形成和行进。
在一些实施方案中,密封结构可以包括相对于图9和图10描述的涂层902和1002的组合。换句话讲,密封结构可以包括衬在流体出口的内表面上的涂层以及在上表面822上的涂层两者。有利的是,这种实施方式在流体出口和上表面822两者内提供疏水性。
现在参考图11和图12,示出了根据示例性实施方案的密封结构1100和1200的横剖视图。密封结构1100和1200与相对于图8描述的密封结构800共用部件,并且包括相同的附图标记以指示这些类似部件的结合。
如图11所示,密封结构1100与密封结构800的不同之处在于,其包括密封构件1102,该密封构件具有比相对于图8描述的密封构件808更大的直径。这样,密封构件1102的侧表面1104比内径更靠近阀座810的外径。这样的布置提供了更大的表面积以用于接触阀座810的上表面822以形成本文所述的隔离密封。然而,应当理解,较大尺寸的密封构件1102可以有助于致动梁802的谐振频率和任何结合的喷射组件的其他操作方面(例如,液滴大小、操作频率等)。
如图12所示,密封结构1200与密封结构1100的不同之处在于,其包括密封构件1202,该密封构件具有大于密封构件1102的仍然更大的直径。密封结构1200的外表面1204与阀座810的外径基本上对准。换句话讲,密封构件1202的直径基本上等于阀座810的外径(例如,在外径的+10%内)。这样的布置为形成隔离密封提供了甚至更大的表面积,但要理解,这样的修改可能会以其他方式(例如,操作频率)影响任何结合的喷射组件的性能。在其他实施方案中,密封构件1202的直径可以大于阀座810的外径。在一些实施方案中,可以在密封构件1102或1202的面向孔口的表面上形成硅黑,这可以增强密封构件到阀座810的流体密封。
现在参考图13,示出了根据示例性实施方案的微型阀的密封结构1300的横剖视图。如图所示,致动梁1302的悬臂部分1304朝向孔板1316中的孔口1318延伸。悬臂部分1304的重叠部分1306与孔口1318重叠。密封结构1300包括设置在重叠部分1306处并朝向孔口1318延伸的密封构件1308。在各种实施方案中,密封构件1308以对应于孔口1318的方式成形。例如,在各种实施方案中,密封构件1308和孔口1318两者是基本上圆柱形的,并且孔口1318具有小于密封构件1308的直径的直径。
密封结构1300还包括设置在密封构件1308的面向孔口的表面1322上的止动件1310。止动件1310可以由顺应性材料诸如SU-8、PDMS或任何其他合适的材料制成。如图所示,止动件1310包括附接到面向孔口的表面1322的狭窄部分1312和从狭窄部分1312延伸的宽阔部分1314。狭窄部分1312和宽阔部分1314可以是基本上圆柱形形状的,使得止动件1310形成基本上顶部帽形的结构。在各种实施方案中,宽阔部分1314具有大于狭窄部分1312的横截面积的横截面积。
止动件1310的面向孔口的表面1324包括以对应于孔口1318的方式成形的突出部1326。突出部1326与孔口1318对准,使得其配合在孔口1318内,以确保当面向孔口的表面1324接触孔板1316时形成密封。在图13中,止动件1310示出为包括设置在面向孔口的表面1322上的部分1320和设置在孔板1316上的剩余部分1328。止动件1310在其构造的中间阶段处包括部分1320和剩余部分1328。在各种实施方案中,在止动件1310的构造完成之后,止动件1310是在面向孔口的表面1322和1324之间连续延伸的整体式主体。
类似于相对于图5A至图5B所述的致动梁240,致动梁1302可被构造成具有默认曲率或偏置,使得面向孔口的表面1324接触孔板1316并且突出部1326配合到孔口1318内,以在止动件1310和孔板1316之间的界面处形成密封。换句话讲,由于止动件1310与孔板1316之间的直接接触,致动梁1302可施加向下力以产生紧密密封。突出部1326确保在界面处的最小间隙以形成紧密密封。
现在参考图14,示出了根据示例性实施方案的微型阀的密封结构1500的横剖视图。如图所示,致动梁1502的悬臂部分1504朝向孔板1514的孔口1516延伸。悬臂部分1504的重叠部分1506与孔口1516重叠。密封结构1500包括设置在重叠部分1506处并朝向孔口1516延伸的密封构件1508。在各种实施方案中,密封构件1508以对应于孔口1516的方式成形。例如,在各种实施方案中,密封构件1508和孔口1516两者是基本上圆柱形的,并且孔口1516具有小于密封构件1508的直径的直径。
密封结构1500还包括阀座1512。阀座1512围绕孔口1516并限定与孔口1516对准的开口以限定流体出口。在各种实施方案中,阀座810由顺应性材料诸如SU-8形成。在其他实施方案中,阀座810由非顺应性材料例如玻璃或硅形成。如图所示,密封叶片或突出部1510从密封构件1508的面向孔口的表面1518延伸。密封叶片1510可以以对应于密封构件1508的周边的方式成形。在一些实施方案中,密封叶片1510是基本上环形的,并且具有落入阀座1512的内径和外径之间的内径和外径。当致动梁1502被置于默认位置时,密封叶片1510朝向阀座1512的上表面1520延伸并且接触阀座1512。密封叶片1510为由致动梁1502提供的向下力提供焦点,使得在密封叶片1510的尖端与阀座1512之间的界面处形成紧密密封。如图14所示,密封叶片1510可以具有刀刃尖端,该刀刃尖端具有合适的尖端半径(例如,在0.1微米至1.0微米的范围内)。在其他实施方案中,密封叶片1510或本文定义的任何其他密封叶片可具有平坦或圆形的尖端。
现在参考图15,示出了根据示例性实施方案的密封结构1600的横剖视图。密封结构1600包括与相对于图14描述的密封结构1500类似的部件,并且包括相同的附图标记以指示这些类似部件的结合。密封结构1600与相对于图14描述的密封结构1500的不同之处在于,密封结构1600包括附加的密封叶片1602。附加密封叶片1602可以与密封叶片1510同心并围绕密封叶片,使得密封叶片1510和1602形成与上表面1520接触的同心环。在其他实施方案中,密封叶片1510和1602可以与孔口不同心或具有非圆形的横截面(例如,卵形、椭圆形、多边形、不对称等)。
附加密封叶片1602增加了密封构件1508与阀座1512之间的接触面积。增加的接触面积不仅提高了在阀座1512和密封叶片1510和1602之间的界面处形成的密封的质量,而且还使得密封结构1600在处理可能滞留在密封构件1508和阀座1512之间的颗粒物质时更加有效。另外,附加密封叶片1602提高了密封结构1600的耐用性,因为附加密封叶片1602用作与阀座1512接触的备用点。换句话讲,如果密封叶片1510在特定的圆周点被破坏,则附加密封叶片1602仍在该点形成密封,以使密封结构1600可操作。
图16是根据示例性实施方案的包括密封结构1650的致动梁(例如,本文中限定的任何致动梁)的密封构件1614的底视图。密封构件1614具有如图16所示的基本上圆柱形的横截面。在其他实施方案中,密封构件1614可以具有任何其他合适的横截面,例如正方形、矩形、星形椭圆形等。密封结构1650包括第一组密封叶片1610a,所述第一组密封叶片从密封构件1614的面向孔口的表面1618轴向地延伸并且同心地定位在面向孔口的表面上。可以在第一组密封叶片1610a的每个相邻的第一密封叶片1611a之间提供第一间隙1612a,使得第一组密封叶片1610a的每个密封叶片类似于第一圆的片段(例如,弧形片段)。第二组密封叶片1610b可以同心地定位在第一组密封叶片1610a的内侧,其中第二组密封叶片1610b的每个相邻的第二密封叶片1611b之间具有第二间隙1612b,如相对于第一组密封叶片1610a所述。类似地,第三组密封叶片1610c可以同心地定位在第二组密封叶片1610b的内侧,其中第三组密封叶片1610b的每个相邻的第三密封叶片1611c之间具有第三间隙1612c,如相对于第一组密封叶片1610a和第二组密封叶片1610b所述。在其他实施方案中,甚至更多组密封叶片可以同心地定位在孔口密封构件表面1618上。各组密封叶片1610a/b/c的间隙1612a/b/c可以相对于彼此交错,即不同心地重叠。这种布置可提供更好的密封,并且在各组密封叶片1610a/b/c之间捕集任何颗粒(例如,污染物、光致抗蚀剂颗粒)等。
现在参考图17,示出了根据示例性实施方案的构造用于微型阀的密封结构的方法1700的流程图。可执行方法1700以构造相对于图14、图15和图16描述的密封结构1500和1600。取决于实施方式,方法1700可以包括更少或更多的操作。
在操作1702中,提供包括孔口的孔板。例如,在一些实施方案中,孔板由SOI晶片形成(例如,可以去除晶片的一部分以形成孔口)。在一些实施方案中,在孔口形成之后,阀座设置在孔口处。阀座可围绕孔口并限定与孔口对准的开口以形成流体出口。在操作1704中,提供包括密封构件的致动梁,该密封构件具有面向孔口的表面。例如,如本文所述,通过蚀刻双SOI晶片的一部分可以形成致动梁,使得在单个制造步骤中形成间隔构件和密封构件。密封构件的表面可以形成面向孔口的表面。
在操作1706中,耐蚀刻材料沉积在面向孔口的表面上。耐蚀刻材料(例如,二氧化硅或氮化硅)在化学组成上与致动梁的密封构件不同,使得耐蚀刻材料减慢了去除密封构件的部分的化学工艺(例如,蚀刻)。在操作1708中,蚀刻耐蚀刻材料的部分,使得耐蚀刻材料在面向孔口的表面上的剩余部分对应于密封叶片(例如,一个或多个密封叶片)的位置和形状。例如,耐蚀刻材料的剩余部分仅覆盖密封构件表面的一部分。在一些实施方案中,耐蚀刻材料可以是基本上环形形状的,以产生环形密封叶片。在各种实施方案中,耐蚀刻材料包括二氧化硅。这样,可经由化学气相沉积或任何其他合适的方法来沉积耐蚀刻材料层。然后可以使用任何合适的方法(例如,使用蚀刻掩模、光刻方法等)来图案化耐蚀刻材料层。在一些实施方案中,形成耐蚀刻材料的多个区段以便于多个密封叶片的形成。在其他实施方案中,释放层(例如,光致抗蚀剂)可以沉积在面向孔口的表面上并且光刻图案化以在其中产生与密封叶片的大小和位置对应的一个或多个形状。可以将耐蚀刻材料沉积在释放层上,使得耐蚀刻材料在图案化部分处接触孔口密封构件表面,但是在所有其他位置处设置在释放层上。然后可以去除释放层,使得设置在释放层上的耐蚀刻材料的任何部分随之被去除,留下对应于设置在面向孔口的表面上的密封叶片的位置和形状的图案化耐蚀刻材料。
在操作1710中,密封构件被各向同性地蚀刻第一预先确定的时间。各向同性蚀刻(例如,湿法蚀刻)可以被配置为蚀刻密封构件的在耐蚀刻材料下方的部分,例如,以限定密封叶片的尖端。在操作1712中,各向异性地蚀刻(例如,深反应离子蚀刻工艺,诸如Bosch工艺)密封构件第二预先确定的时间,以去除密封构件的部分,使得剩余未蚀刻部分在将致动梁附接到孔板之前形成密封叶片。可以改变第二预先确定的时间以限定密封叶片的高度。例如,耐蚀刻材料可以延迟或完全防止密封构件的被耐蚀刻材料的区段覆盖的部分的蚀刻。这样,将以比被耐蚀刻材料区段覆盖的部分更快的速率去除密封构件的未覆盖部分。因此,在耐蚀刻材料下方形成突出部以构造密封叶片。蚀刻可以发生基于密封叶片的期望长度选择的时间长度。例如,可以基于所得密封叶片的估计耐用性来选择期望的长度。估计的耐用性可以至少部分地取决于密封叶片的其他尺寸(例如,径向厚度)。在另选实施方案中,代替提供耐蚀刻材料并将蚀刻剂施加到密封构件表面,可以使用替代手段来形成密封叶片。例如,可以使用任何合适的成形方法来形成密封叶片。
在一些实施方式中,在操作1714中,可以去除耐蚀刻材料。例如,可以经由湿法蚀刻(例如,缓冲氢氟酸蚀刻)或干法蚀刻工艺来去除耐蚀刻材料(例如,二氧化硅)。在一些实施方案中,方法1700还可包括各向异性地蚀刻致动梁的一部分以形成密封构件,将致动梁从基板释放,从而形成致动梁的悬臂部分。在操作1716中,在密封叶片形成在密封构件表面处之后,将致动梁附接到孔板,使得密封构件表面与设置在孔板上的阀座对准。例如,附接到致动梁的间隔构件可以以使得密封构件表面与孔口对准的方式定位并附接到孔板。密封构件表面与孔口对准,使得当致动梁被置于默认位置时,密封叶片被定位成接触阀座的上表面。
现在参考图18,示出了根据示例性实施方案的微型阀的密封结构1800的横剖视图。如图所示,致动梁1802的悬臂部分1804朝向孔板1814的孔口1816延伸。悬臂部分1804的重叠部分1806与孔口1816重叠。密封结构1800包括设置在重叠部分1806处并朝向孔口1816延伸的密封构件1808。在各种实施方案中,密封构件1808以对应于孔口1816的方式成形。例如,在各种实施方案中,密封构件1808和孔口1816两者是基本上圆柱形的,并且孔口1816具有小于密封构件1808的直径的直径。
如图所示,密封构件1808包括面向孔口的表面1818和侧表面1822。密封构件1808的部分在面向孔口的表面1818和侧表面1822之间的拐角处被去除。在各种实施方案中,密封构件1808的去除部分围绕整个密封构件1808周向延伸。这样,密封构件在其端部包括狭窄部分1824。狭窄部分可具有大约等于孔口1816的直径的直径。密封翼片1810在面向孔口的表面1818处从狭窄部分1824径向向外延伸。如图所示,当致动梁1802处于默认位置时,密封翼片1810接触阀座1812的上表面1820,以在密封构件1808与阀座1812之间的界面处形成密封。密封翼片1810提供可压缩的介质,通过该可压缩的介质可以形成紧密密封。在其他实施方案中,可以在阀座1812的内沿上设置密封翼片。在此类实施方案中,密封构件1808的狭窄部分1824可被构造成至少部分地进入阀座1812中限定的开口,并且接合定位在阀座1812的内沿上的密封翼片,从而形成流体紧密密封。
现在参考图19,示出了根据示例性实施方案的构造用于微型阀的密封结构的方法1900的流程图。可以执行方法1900以构造相对于图18描述的密封结构1800。取决于实施方式,方法1900可以包括更少或更多的操作。
在操作1902中,提供包括孔口的孔板。例如,在一些实施方案中,孔板由SOI晶片形成(例如,可以去除晶片的一部分以形成孔口)。在一些实施方案中,在孔口形成之后,阀座设置在孔口处。阀座可围绕孔口并限定与孔口对准的开口以形成流体出口。在操作1904中,提供包括密封构件的致动梁,该密封构件具有面向孔口的表面和侧表面。例如,如本文所述,通过蚀刻双SOI晶片的一部分可以形成致动梁,使得在单个制造步骤中形成间隔构件和密封构件。密封构件可以是基本上圆柱形。面向孔口的表面可以包括密封构件的端面,并且侧表面可以包括密封构件的圆形表面。
在操作1906中,将耐蚀刻材料沉积到整个面向孔口的表面上。耐蚀刻材料(例如,二氧化硅或氮化硅)在化学组成上与致动梁的密封构件不同,使得耐蚀刻材料减慢了去除密封构件的化学工艺(例如,蚀刻)。在各种实施方案中,耐蚀刻材料包括二氧化硅。这样,可经由化学气相沉积或任何其他合适的方法来沉积耐蚀刻材料层。
在操作1908中,密封构件被选择性地蚀刻(例如,蚀刻剂诸如TMAH或KOH),以便去除密封构件的在密封构件的侧表面处位于耐蚀刻材料下方的部分,使得耐蚀刻材料在密封构件的被去除部分上方延伸以形成密封翼片。例如,蚀刻剂可以被施加到密封构件的靠近密封构件表面的端部,使得密封构件的未被耐蚀刻材料覆盖的部分(例如,在将密封构件表面与侧表面分离的拐角处)被选择性地蚀刻和去除。然后,耐蚀刻材料的剩余区段可以形成密封翼片。因此,密封翼片可以具有很少或没有材料设置在其任一侧上并且形成顺应层,该顺应层可以被压靠在各种表面上以形成密封。在其他实施方案中,可以在操作1908之后去除耐蚀刻材料,并且可以将由顺应性材料(例如,PDMS)形成的单独制造的密封翼片定位在面向孔口的表面上。
在操作1910中,将致动梁附接到孔板,使得密封翼片的一部分在孔口上方延伸。例如,附接到致动梁的间隔构件可以以使得密封构件表面与孔口对准的方式定位并附接到孔板。在一些实施方案中,密封构件相对于孔口基本上居中。因此,密封翼片可以在阀座的内径上径向延伸,使得当致动梁被置于默认位置时,可以在阀座和密封翼片之间形成密封。
现在参考图20,示出了根据示例性实施方案的构造微型阀的方法2000的流程图。可以执行方法2000以构造本文所述的任何微型阀。取决于实施方式,方法2000可以包括更少或更多的操作。
在操作2002中,提供包括孔口的孔板。例如,在一些实施方案中,孔板由SOI晶片形成(例如,可以去除晶片的一部分以形成孔口)。在一些实施方案中,在孔口形成之后,阀座设置在孔口处。阀座可围绕孔口并限定与孔口对准的开口以形成流体出口。在操作2004中,提供包括密封构件的致动梁,该密封构件具有面向孔口的表面和侧表面。例如,如本文所述,通过蚀刻双SOI晶片的一部分可以形成致动梁,使得在单个制造步骤中形成间隔构件和密封构件。密封构件可以是基本上圆柱形。面向孔口的表面可以包括密封构件的端面。
在操作2006中,密封结构的一部分形成在密封构件和孔板中的至少一者上。例如,在一些实施方案中,密封结构构件的该部分包括在孔板的表面上形成阀座。阀座可围绕孔板并限定与孔口对准的开口以形成流体出口。阀座可以由顺应性材料诸如SU-8构造,并且可以使用任何合适的方法(例如,旋涂或喷涂)沉积。
在一些实施方案中,密封结构的该部分形成在密封构件的面向孔口的表面处。这可涉及相对于图14、图17和图18描述的操作,以构造止动件、至少一个密封叶片或密封翼片。应当理解,这些结构的任何组合可以用于密封构件的该部分的构造。在某些实施方式中,可以形成密封结构的多个部分。例如,除了在密封构件的密封构件表面或阀座处形成部件(例如,顺应性结构、密封叶片和/或密封翼片)之外,阀座可以形成在孔板上。在某些实施方案中,密封结构的部分可以形成在密封结构的侧表面(例如,诸如相对于图18描述的侧表面1822)上。例如,在一个实施方案中,密封构件适于配合在由阀座和孔板构成的流体出口内,并且密封结构的部件从侧表面径向向外延伸。该部件可以接触阀座的上表面以形成密封,该密封使孔口与邻近致动梁的容积隔离。
在操作2008中,将致动梁附接到孔板,使得密封构件与孔口重叠,并且密封结构形成将孔口与邻近致动梁的容积分隔开的密封。例如,附接到致动梁的间隔构件可以以使得面向孔口的表面与孔口对准的方式定位并附接到孔板。在一些实施方案中,密封构件相对于孔口基本上居中。因此,当致动梁被置于默认位置时,在操作2006处形成的密封构件的部分可接触孔板或其上的阀座。
现在参考图21,示出了根据示例性实施方案的微型阀的密封构件2100的横剖视图。密封构件2100可以是包含在相对于图8描述的密封结构800或本文描述的任何密封结构中的密封构件808的示例性实施方案。如图所示,密封构件2100是基本上圆柱形形状的并且具有直径2102。可以基于孔板中的孔口的大小来选择直径2102。例如,在一些实施方案中,直径2102是孔口直径的大约150%(例如,孔口可以具有60微米的直径,而直径2102可以是90微米)。
现在参考图22,示出了根据示例性实施方案的微型阀的阀座2200的横剖视图。阀座2200可以是包含在相对于图8描述的密封结构800或本文描述的任何密封结构中的阀座810的示例性实施方案。如图所示,阀座2200是环形形状的,并且包括内径2202和外径2204。内径2202和外径2204可以限定密封构件的直径被包含在其中的范围。例如,在其中相对于图21描述的密封构件2100与阀座2200结合使用的实施方案中,直径2102可以选择为大于内径2202。在一些实施方案中,直径2102在内径2202和外径2204之间。在一些实施方案中,直径2102等于外径2204,并且微型阀被构造成使得密封构件2100与阀座2200基本上对准,使得密封构件的外表面与阀座2200基本上齐平。在一些实施方案中,直径2102大于外径2204,使得密封构件2100的外边缘悬垂在组装的微型阀中的阀座上。
现在参考图23,示出了根据示例性实施方案的微型阀的密封结构2300的横剖视图。如图所示,致动梁2302的悬臂部分2304朝向孔板2314的孔口2316延伸。悬臂部分2304的重叠部分2306与孔口2316重叠。密封结构2300包括设置在重叠部分2306处并朝向孔口2316延伸的密封构件2308。在各种实施方案中,密封构件2308以对应于孔口2316的方式成形。例如,在各种实施方案中,密封构件2308和孔口2316两者是基本上圆柱形的,并且孔口2316具有小于密封构件2308的直径的直径。
密封结构2300还包括阀座2312。阀座2312围绕孔口2316并限定与孔口2316对准的开口以限定流体出口。在各种实施方案中,阀座2312由顺应性材料诸如负性光致抗蚀剂(例如,SU-8)形成。如图所示,多个密封叶片或突出部2310从密封构件2308的面向孔口的表面2318延伸。密封叶片2310可以以对应于密封构件2308的周边的方式成形(例如,同心地设置在面向孔口的表面2318上)。在一些实施方案中,密封叶片2310是基本上环形的,并且具有落入阀座2312的内径和外径之间的内径和外径。
如图23所示,密封层2320可以设置在阀座2312上。密封层2320可以包括例如金属(例如,金或铂)层或任何其他合适的层。在各种实施方案中,可以在密封层2320上形成多个凹口2322。多个凹口2322可以例如经由蚀刻工艺形成,并且对应于多个密封叶片2310的位置而定位。在特定实施方案中,通过将多个密封叶片2310反复地击打在密封层2320上(例如,将电信号周期性地施加到致动梁2302上),通过冷锻形成多个凹口2322。当致动梁2302被置于默认位置时,密封叶片2310朝向密封层2320延伸并接触对应凹口2322的基部。相邻密封叶片2310之间的间隔以及面向孔口的表面2318和孔板2314之间的距离可以被配置为推动小颗粒P(例如,灰尘、光致抗蚀剂碎屑等)远离形成在密封叶片2310和阀座2312之间的密封,例如,朝向孔口2316以及在孔口的外部。此外,多个密封叶片2310与对应凹口2322的配合可以便于在密封构件2308和阀座2312之间形成更好的流体紧密密封。在特定实施方案中,过滤器(例如,5微米、10微米、15微米或20微米)可以被定位在隔膜上游的流体歧管中,该隔膜在包括具有密封结构2300的微型阀的喷射组件中提供,以便从流体中过滤灰尘或其他颗粒物质。
在特定实施方案中,设置在孔板上的阀座可以由硅形成,并且密封层可以由二氧化硅或氮化硅形成。例如,图24示出了可以用于在阀座2412上提供密封层2420的过程2400。在操作1处,硅阀座2412设置在孔板2414上,该孔板具有限定在其中的孔口2416。孔板2414可包括本文所定义的任何孔板。阀座2412由硅形成,并且可以经由例如硅外延生长工艺沉积在其上,之后进行光刻图案化和蚀刻,或者包括围绕孔口2416定位的硅片(例如,硅环)。密封层2420(例如,二氧化硅或氮化硅密封层)设置在阀座2412上。可以使用物理沉积工艺(例如,化学气相沉积或等离子体增强气相沉积工艺)来沉积密封层2420。
在操作2处,在二氧化硅密封层2420中的预先确定的位置处限定多个开口2422,使得密封层2420形成多个二氧化硅或氮化硅环2421。可以经由光刻和蚀刻(例如,使用缓冲氢氟酸或干法等离子体蚀刻工艺)工艺形成多个开口2422,以在预先确定的位置处暴露硅阀座2412的表面。在操作3处,可以使用选择性地蚀刻硅的蚀刻剂(例如,使用氢氧化钾或四甲基氧化铵蚀刻剂、干式等离子体蚀刻工艺)在多个开口2422处选择性地蚀刻硅阀座2412,以便在硅阀座2412中形成多个凹口2424。在一些实施方案中,多个凹口2424可以对应于定位在致动梁(例如,致动梁2302)的面向孔口的表面上的多个密封叶片(例如,密封叶片2310)。在其他实施方案中,多个环2421可以用作密封叶片,使得可以从致动梁中排除多个密封叶片。应当理解,尽管工艺2400描述了其上具有二氧化硅或氮化硅密封层2420的硅阀座2412,但在其他实施方案中,阀座2412和/或密封层2420可由任何其他合适的材料形成,例如负性光致抗蚀剂(例如,SU-8、聚甲基丙烯酸甲酯等)、PDMS、硅橡胶等,并且可使用光刻和蚀刻工艺(例如,本文所述的任何工艺的组合)形成或机械地定位在其上。此外,在其他实施方案中,工艺2400的操作可以用于形成在致动梁的尖端上具有多个环的密封构件。
现在参考图25,示出了根据示例实施方案的可以包括在喷射组件(例如,喷射组件100、200、200b)中的微型阀2530的横剖视图。输入流体歧管2510联接到微型阀2530。如图所示,输入流体歧管2510和微型阀2530可限定贮存器3000,该贮存器被构造成容纳(例如,经由载体202、202b)从外部流体供应装置接收的一定体积的加压流体。在各种实施方案中,容纳在贮存器3000内的加压流体是墨汁和液态附加流体的组合。
在各种实施方案中,输入流体歧管2510可以在其附接到微型阀之前被预先形成。在一些实施方案中,输入流体歧管2510可以由具有任何适当厚度(例如,约500微米)的玻璃主体形成。在其他实施方案中,输入流体歧管2510可以由硅形成。在一些实施方案中,输入流体歧管2510在位于间隔构件2580上且固定的致动梁2540的基部部分2542处经由第一粘合结构2548联接到致动梁2540(例如,本文先前描述的致动梁240、240b中的任一个)的顶表面。第一粘合结构2548可包括类似于参考图4A或图4B所述的那些的多个粘合环。粘合剂可以包括SU-8或任何其他合适的粘合剂,并且可以被施加到输入流体歧管2510的底表面和/或致动梁2540的顶表面。在其他实施方案中,第一粘合结构2548可由硅或玻璃形成,并且经由玻璃粉、焊料、粘合剂、熔融键合、共熔键合或粘附联接到致动梁2540。电极2504设置在限定在致动梁2540的基部部分中的通孔中,并且电耦合到限定在致动梁2540中的压电层。如本文先前所述,通孔可以对应于在输入流体歧管2510中限定的通道或开口2512,并且可以填充有密封剂。
微型阀2530还包括经由间隔构件2580附接到致动梁2540的孔板2550。如图25所示,第二粘合结构2556可以类似于第一粘合结构2548,并且包括粘合材料(例如,SU-8)的多个环或圈。在一些实施方案中,可以在间隔构件2580的面向孔板2550的底表面中限定多个狭槽或键2582。包括在粘合结构2556中的粘合剂可穿透狭槽2582,以便相对于其中未限定狭槽2582的实施方案提供与间隔构件2580的显著更高的键合强度。
在一些实施方案中,支撑梁2558可从孔板2550朝向间隔构件2580延伸,并且被结构化为限定孔板2550与间隔构件2580之间的分隔距离,从而限定致动梁2540,并且还可用作保护环以防止在使用微型阀2530期间溶剂溶液(例如,包含在微型阀2530中所用的流体中)渗透到间隔构件2580下方。在特定实施方案中,支撑梁顺应层2559可以设置在支撑梁2558的邻近间隔构件2580的尖端上。支撑梁顺应层2559可以包括金层或任何其他合适的顺应层。在一些实施方案中,第二粘合结构2556还可由硅或玻璃形成,并且经由玻璃粉、焊料、粘合剂、熔融键合、共熔键合或粘附联接到致动梁间隔构件。
孔板2550是基本上平坦的,并且包括在其表面之间延伸的孔口2560。阀座2570可围绕孔口2560的边沿设置在孔板2550的面向致动梁2540的表面上。阀座2570限定内部开口2571,该内部开口基本上与孔口2560对准,以产生用于提供给微型阀2530的加压流体的出口。在一些实施方案中,阀座顺应层2572(例如,金层)可以设置在阀座2570的面向致动梁2540的表面上。
在一些实施方案中,孔板2550可以是基本上平的,例如,在孔板2550的至少15mm的长度和宽度上具有变异系数小于3微米的平坦度,使得孔板2550基本上没有压弯或扭曲。此外,孔板2550可具有任何合适的厚度。在一些实施方案中,孔板2550可具有在30微米至90微米的范围内(30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米或100微米)的厚度。在其他实施方案中,孔板2550可具有在100微米至900微米的范围内(例如,100微米、150微米、200微米、250微米、300微米、350微米、400微米、500微米、600微米、700微米、800微米或900微米)的厚度。较厚的孔板2550可便于实现较平坦的孔板。
致动梁2540包括设置在间隔构件2580上的基部部分2542以及从基部部分朝向孔口2560延伸的悬臂部分2544。除了下文所述的区别之外,致动梁2540与致动梁240、240b基本上相似。密封构件2590从致动梁2540的与孔口2560重叠的部分延伸。在一些实施方案中,密封构件2590被构造成具有基本上对应于孔口2560的形状的形状(例如,圆柱形形状)。
密封叶片2592从密封构件2590的面向孔口的表面朝向阀座2570延伸。密封叶片2592可以以对应于密封构件2590的周边的方式成形。在一些实施方案中,密封叶片2592是基本上环形的,并且具有落入阀座2570的内径和外径之间的内径和外径。当致动梁2540被置于闭合位置时,密封叶片2592朝向阀座2570的上表面延伸并且接触阀座2570。密封叶片2592为由致动梁2540提供的向下力提供焦点,使得在密封叶片2592的尖端与阀座2570之间的界面处形成紧密密封。
进一步扩展,图26是由图25中的箭头A表示的微型阀2530的一部分的放大视图。如图25所示,密封叶片2592的尖端是基本上平的,并且在一些实施方案中,可以用密封叶片顺应层(例如,金层)涂覆。图26示出了涂覆有抗蚀剂2591的密封叶片的尖端,该抗蚀剂用作蚀刻掩模以允许选择性地蚀刻密封构件2590以形成密封叶片2592,并且随后被去除。在一些实施方案中,抗蚀剂2591的抗蚀剂宽度X2在1微米至15微米的范围内(例如,1微米、2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、7微米、8微米、9微米、10微米、11微米、12微米、13微米、14微米或15微米,包括端值),使得密封叶片2592的密封叶片宽度X1在8微米至12微米的范围内(例如,8微米、9微米、10微米、11微米或12微米,包括端值)。抗蚀剂内部横截面尺寸Y1(例如,内径)可以在20微米至100微米的范围内(例如,20微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、85微米、90微米、95微米或100微米,包括端值),并且抗蚀剂外部横截面尺寸Y2(例如,外径)可以在30微米至120微米(例如,30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、105微米、110微米、115微米或120微米,包括端值)的范围内。密封构件2590的密封构件外部横截面尺寸Y3(例如,外径)可以在80微米至140微米的范围内(例如,80微米、90微米、100微米、110微米、120微米、125微米、130微米、135微米或140微米,包括端值)。
阀座2570的内部横截面尺寸Z1(例如,限定在阀座2570中的开口2571的直径)可以在20微米至80微米的范围内(例如,20微米、30微米、40微米、50微米、55微米、60微米、65微米、70微米、75微米或80微米,包括端值),并且阀座2570的外部横截面尺寸Z4(例如,外径)可以在100微米至160微米的范围内(例如,100微米、110微米、120微米、130微米、140微米、145微米、150微米、155微米或160微米,包括端值)。从阀座2570中限定的开口2571的边沿到阀座顺应层2572的边缘的第一径向距离Z2可在1微米至4微米的范围内(例如,1微米、2微米、3微米或4微米,包括端值),并且从密封叶片2592的内径向边缘到阀座2570中限定的开口2571的边沿的第二径向距离Z3可在7微米至15微米的范围内(例如,7微米、8微米、9微米、10微米、11微米、12微米、13微米、14微米或15微米,包括端值)。
密封叶片2592的横截面大于内部横截面尺寸Z1允许开口2571和密封叶片2592的内径向边缘之间的轴向未对准,同时仍然能够密封限定在阀座2570中的开口2571。例如,图27示出了沿着图26中的线B-B截取的密封叶片2592的横剖视图。如图27所示,密封叶片2592与开口2571轴向未对准,但是仍然能够围绕和流体密封阀座2570上围绕开口2571的区域,从而当致动梁2540处于其闭合位置(例如,默认位置)时,防止流体通过开口2571泄漏。
在一些实施方案中,用于将致动梁的间隔构件键合到孔板的粘合结构的一部分可以延伸超过间隔构件的径向内边缘。例如,图28A是根据实施方案的微型阀2630的一部分的侧视横剖视图。微型阀2630包括孔板2650。致动梁2640设置在孔板2650上。致动梁2640的基部部分2642设置在间隔构件2680上,该间隔构件经由支撑梁2658(例如,支撑梁2558)和第二粘合结构2656(例如,SU-8结构)联接到孔板2650。第二粘合结构2656可具有在2微米至20微米范围内的厚度(例如,2微米、3微米、4微米、5微米、10微米、12微米、14微米、16微米、18微米或20微米,包括端值)。可以在间隔构件2680的面向孔板2650的表面中限定多个狭槽或键2682。如本文先前所述,第二粘合结构2656穿透多个狭槽2682以与间隔构件2680形成牢固的键合。在各种实施方案中,多个狭槽2682可具有约5微米至10微米(包括端值)的横截面尺寸(例如,宽度),并且以5微米至10微米(包括端值)的间距间隔开。在其他实施方案中,可以排除多个狭槽2682。
如本文先前所述,输入流体歧管2610经由第一粘合结构2661在致动梁2640的基部部分2642上粘结到致动梁2640。第一粘合结构2661可以包括粘合剂(例如,SU-8)或结构材料诸如玻璃或硅的多个环。第一粘合结构2661的至少一个环例如与第二粘合结构2656相对地定位,以平衡由致动梁2640的悬臂部分2644远离孔板2650的运动所施加的扭转应力。在一些实施方案中,第一粘合结构2661和第二粘合结构2656可以由相同的材料(例如,SU-8、硅、玻璃等)形成。在一些实施方案中,多个狭槽也可限定在间隔构件2680的表面上,第一粘合结构2661可限定在该表面上以促进粘合,或者限定在其上设置有粘合剂的任何其他表面上。
第二粘合结构2656也可以在径向方向上延伸超过间隔构件2680的径向内边缘,使得第二粘合结构2656的具有预先确定的长度X(例如,在5微米至10微米的范围内,包括端值)的部分位于致动梁2640的悬臂部分2644下方。第二粘合结构2656的延伸部分可以与悬臂部分2644的面向孔板2650的底表面轴向分离轴向距离Y,该轴向距离可以等于间隔构件2680的厚度。
在一些实施方案中,与微型阀2630或本文所述的任何其他微型阀一起使用的流体可以包括能够溶解或溶胀用于形成第一粘合结构2661和第二粘合结构2656的粘合剂的溶剂。在一些实施方案中,第一粘合结构2661和/或第二粘合结构2656可以使用不与溶剂反应的无机材料(例如,硅或玻璃)形成。在其他实施方案中,可以在微型阀2630的暴露表面上设置耐溶剂的有机、无机或混合/无机材料的薄涂层,以保护第一粘合结构2661和第二粘合结构2656。
例如,图28B示出了微型阀2630的由图28A中的箭头B所指示的部分的放大视图。厚度例如在5nm至100nm(5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm或100nm,包括端值)范围内的涂层2686可以被涂覆在微型阀2630上。在一些实施方案中,可以使用原子层沉积(ALD)工艺来沉积涂层。涂层2686可由任何合适的材料形成,例如氧化铝、氧化钛、氧化锌或任何其他合适的材料或其组合。
在一些实施方案中,本文所述的任何微型阀也可以包括缓冲器,以防止包括在微型阀中的致动梁的过冲。例如,图29是根据另一实施方案的微型阀2730的侧视横剖视图。微型阀2730包括与相对于微型阀2530描述的部件相似的部件。微型阀2730包括基本上类似于致动梁2540的致动梁2740,但是还包括从致动梁2740的悬臂部分2744朝向孔板2550延伸的缓冲器2791。在其他实施方案中,缓冲器2791可设置在孔板2550上,并且从孔板朝向致动梁2740的悬臂部分2744延伸。缓冲器2791可以定位在任何合适的位置,例如,间隔构件2580和密封构件2590之间的中间。缓冲器2791可以由与孔板2550或致动梁2740相同的材料(例如,硅)形成。缓冲器2791可以被构造成通过限制致动梁2740的运动来防止致动梁2740的悬臂部分的过冲。
在一些实施方案中,微型阀可以包括用于通过将致动梁推回到默认位置来限制致动梁的运动的特征。例如,图30是根据另一实施方案的微型阀3520的侧视横剖视图。微型阀3520包括在其中限定孔口3560的孔板3510。致动梁3540被定位在孔板3510上,并且经由间隔件3580与其间隔开。密封构件3524被定位在致动梁3540的重叠部分3549处,被构造成接触围绕或重叠孔口3560定位在孔板3510上的阀座3522,并且被构造成在致动梁3540的默认位置密封孔口3560。重叠部分3549位于致动梁3540的尖端并且与孔口3560重叠。指状件3517可被定位在设置在孔板3510上的柱3515上,并且朝向致动梁3540延伸,以便至少与致动梁3540的重叠部分3549重叠。指状件3517可被构造成将致动梁3540的重叠部分3549推向阀座3522,以确保在致动梁3540的默认位置在密封构件3524和阀座3522之间形成流体密封。
指状件3517可被构造成具有刚度,以便响应于施加到致动梁3540的电荷而通过使致动梁3540的悬臂部分远离孔口3560弯折或弯曲来克服。一旦电荷被去除,指状件3517可将悬臂部分朝向孔口3560推回。在其他实施方案中,偏置构件3519(例如,螺旋弹簧、蝶形弹簧、铍铜弹簧、顺应性构件等)可以可操作地联接到指状件3517,并且被构造成当电荷被施加到致动梁3540时被偏置。一旦电荷被去除,偏置构件3519可将重叠部分3549朝向孔口3560推回。在特定实施方案中,偏置构件3519可以可操作地联接到重叠部分3549,使得可以排除指状件3517。
虽然前述实施方案涉及悬臂式致动梁,但是在其他实施方案中,微型阀可以包括简单支撑的致动梁。例如,图31是根据另一实施方案的微型阀3620的侧视横剖视图。微型阀3620包括在其中限定孔口3660的孔板3610。致动梁3640被定位在孔板3610上,使得致动梁3640的第一轴向端部3646a被定位在孔板3610上并经由第一间隔构件3680a与其间隔开,并且致动梁3640的第二轴向端部3646b被定位在孔板3610上并经由第二间隔构件3680与其间隔开。间隔构件3680a/b经由对应的粘合剂层3656a/b联接到孔板3610。致动梁3640包括弯折部分3648,该弯折部分被构造成朝向或远离孔板3610弯折。弯折部分3648包括重叠部分3649(例如,位于轴向端部3646a/b之间的中间),该重叠部分与孔口3660重叠。密封构件3624被定位在致动梁3640的重叠部分3649处,并且被构造成接触围绕或重叠孔口3660定位在孔板上的阀座3672,以便在致动梁3640的默认位置密封孔口3660。在各种实施方案中,阀座3672可以由与粘合剂层3656a/b相同的材料形成(例如,以相同的制造操作形成)。由于重叠部分3649可位于致动梁3640的中心,弯折部分3648围绕轴向端部3646a/b的弯折可导致密封构件3624朝向和远离阀座3672移动,而没有任何角度施加到其上(即密封构件3624的密封表面可保持基本上平行于阀座3672)。此外,孔板3610的任何压弯也将导致致动梁3640相应地压弯,使得密封构件3624可以相对于阀座3672保持在相同的位置和取向。这可允许在密封构件3624的密封表面和阀座3672之间形成更好的密封,而不管孔板3610的任何压弯或弯曲。
在一些实施方案中,微型阀包括:孔板,该孔板包括第一表面和第二表面,该孔板包括从第一表面延伸到第二表面的孔口;致动梁,该致动梁与孔板以间隔开的关系设置,该致动梁包括基部部分和悬臂部分,该基部部分与孔板分离预先确定的距离,该悬臂部分从基部部分朝向孔口延伸,使得悬臂部分的重叠部分与孔口重叠,其中该致动梁能够在闭合位置与打开位置之间移动;以及密封结构,该密封结构包括设置在悬臂部分的重叠部分处的密封构件;并且其中当致动梁处于闭合位置时,悬臂部分被定位成使得密封结构密封孔口以便闭合微型阀。
在一些实施方案中,致动梁包括压电材料层,致动梁能够响应于施加到压电材料的电信号在闭合位置和打开位置之间移动。在一些实施方案中,当没有电信号施加到压电材料时,微型阀处于闭合位置。在一些实施方案中,当反极性电信号被施加到压电材料时,微型阀移动靠近闭合位置,或者将微型阀保持在闭合位置的力增加。
在一些实施方案中,密封结构包括设置在密封构件的表面上的止动件,该止动件包括附接到密封构件的表面的第一部分和设置在第一部分上邻近孔板的第二部分,其中第二部分具有比第一部分更大的横截面积。在一些实施方案中,在没有电信号的情况下,止动件直接接触孔板。在一些实施方案中,止动件由双酚-A酚醛缩水甘油醚基光致抗蚀剂构成。[在一些实施方案中,密封构件、第一部分和第二部分中的每一者是基本上圆柱形形状的。
在一些实施方案中,密封结构还包括围绕孔口的阀座,该阀座限定与孔口重叠的开口以限定流体出口。在一些实施方案中,密封构件包括:密封构件表面,该密封构件表面面向孔口,该密封构件表面基本上平行于孔板的上表面,其中当致动梁处于闭合位置时,该密封构件表面从阀座移位一定距离;以及第一密封叶片,该第一密封叶片从密封构件表面朝向孔板延伸该距离,其中第一密封叶片围绕孔口的整个周边。
在一些实施方案中,密封构件和孔板是基本上圆柱形形状的,其中孔口具有第一直径,并且密封构件具有大于第一直径的第二直径。在一些实施方案中,第一密封叶片是环形形状的并且包括大于第一直径并且小于第二直径的第一外径。在一些实施方案中,第一外径比第二直径更接近第一直径。
在一些实施方案中,密封构件还包括围绕第一密封叶片的第二密封叶片,第二密封叶片具有大于第一外径但小于第二直径的第二外径,使得在第一密封叶片和第二密封叶片之间形成环形间隙。在一些实施方案中,第一密封叶片和第二密封叶片由与密封构件的其余部分相同的材料形成。
在一些实施方案中,孔口和密封构件是基本上圆柱形形状的,并且阀座是环形形状的并围绕孔口。在一些实施方案中,孔口具有第一直径,并且密封构件具有大于第一直径的第二直径。在一些实施方案中,阀座具有在第一直径和第二直径之间的外径。在一些实施方案中,阀座具有大约等于或大于第二直径的外径。
在一些实施方案中,密封构件还包括:狭窄部分,该狭窄部分设置在密封构件的端部处,该狭窄部分限定面向孔口的密封构件表面;以及密封翼片,当致动梁处于闭合位置时,该密封翼片从狭窄部分向外延伸以与阀座的上表面重叠。
在一些实施方案中,阀座和孔口的内表面基本上彼此对准以形成流体出口,其中微型阀还包括设置在流体出口的内表面上的涂层。在一些实施方案中,涂层覆盖阀座的面向密封构件的上表面或密封构件的面向阀座的密封构件表面中的至少一者。在一些实施方案中,涂层包含聚二甲基硅氧烷。
在一些实施方案中,构造微机电系统(MEMS)微型阀的方法包括:提供包括孔口的孔板;提供致动梁,该致动梁具有附接到其上的间隔构件和密封构件;在孔板或密封构件上形成密封结构的一部分;并且在形成密封结构的该部分之后,将致动梁附接到孔板,使得密封构件与孔口对准,并且密封结构形成密封,该密封在致动梁的闭合位置将孔口与邻近致动梁的容积分离。
在一些实施方案中,形成密封结构的该部分包括将阀座设置在围绕孔口的口板上,其中该方法还包括在密封构件的面向孔口的表面处形成密封结构的附加部分。
在一些实施方案中,密封结构的附加部分包括一个或多个密封叶片,其中形成密封结构的附加部分包括:在面向孔口的表面上沉积耐蚀刻材料;蚀刻耐蚀刻材料的部分,使得耐蚀刻材料在面向孔口的表面上的剩余部分对应于所述一个或多个密封叶片的位置和形状;各向同性地蚀刻密封构件第一预先确定的时间,各向同性地蚀刻被配置为蚀刻密封构件的在耐蚀刻材料下方的部分,以形成所述一个或多个密封叶片;以及从面向孔口的表面去除耐蚀刻材料的剩余部分。
在一些实施方案中,该方法还包括:在去除耐蚀刻材料之前,各向异性地蚀刻密封构件第二预先确定的时间,以去除密封构件的部分,使得剩余部分形成更高的密封叶片,然后去除耐蚀刻材料。在一些实施方案中,耐蚀刻材料包括二氧化硅。
在一些实施方案中,密封结构的附加部分包括基本上平行于孔板从面向孔口的表面向外延伸的密封翼片,并且其中形成密封结构的附加部分包括:在面向孔口的表面上沉积耐蚀刻材料;以及选择性地蚀刻密封构件,以去除在耐蚀刻材料下方的密封构件的圆周表面处的密封构件的部分,使得耐蚀刻材料在密封构件的去除部分上延伸,以形成密封翼片。
在一些实施方案中,如权利要求27所述的方法,还包括:各向异性地蚀刻致动梁的一部分以形成密封构件;以及将致动梁从基板释放,从而形成致动梁的悬臂部分。
在一些实施方案中,喷射组件包括:阀体,该阀体包括孔板,该孔板包括延伸穿过其中的多个孔口;多个微型阀,其中所述多个微型阀中的每个微型阀包括:间隔构件,该间隔构件设置在孔板上并且从对应的孔口移位;致动梁,该致动梁包括设置在间隔构件上的基部部分和从基部部分朝向对应的孔口延伸的悬臂部分,使得悬臂部分的重叠部分与对应的孔口重叠,该致动梁被构造成在其中悬臂部分朝向孔口弯折的闭合位置以及其中悬臂部分远离孔口弯折的打开位置之间移动;以及密封结构,该密封结构包括附接到重叠部分并朝向对应的孔口延伸的密封构件;以及流体歧管,该流体歧管联接到所述多个微型阀中的每个微型阀,以限定用于每个微型阀的流体贮存器。
在一些实施方案中,致动梁包括压电材料层,致动梁能够响应于施加到压电材料的电信号在闭合位置和打开位置之间移动,并且其中当没有电信号施加到压电材料层时,微型阀处于闭合位置。
在一些实施方案中,密封结构包括设置在密封构件表面上的止动件,该止动件包括附接到密封构件表面的第一部分和设置在第一部分上更邻近孔板的第二部分,其中第二部分具有比第一部分更大的横截面积。在一些实施方案中,密封结构还包括设置在孔板上邻近该孔口的阀座,阀座限定与孔口重叠的开口以限定流体出口。
在一些实施方案中,密封构件包括:密封构件表面,该密封构件表面面向孔口,密封构件表面基本平行于孔板的上表面,其中密封构件表面从阀座移位一定距离;以及第一密封叶片,该第一密封叶片从密封构件表面朝向孔板延伸该距离,其中第一密封叶片围绕孔口的至少一部分,使得第一密封叶片的部分围绕孔口的周边设置在距孔口一定距离处。在一些实施方案中,密封构件还包括围绕第一密封叶片的第二密封叶片。
在一些实施方案中,第一密封叶片、第二密封叶片和阀座基本上是环形形状的,其中阀座包括内径和外径,其中当悬臂部分处于闭合位置时,整个第一密封叶片和第二密封叶片设置在阀座的上表面上的内径和外径之间。
在一些实施方案中,密封构件还包括:狭窄部分,该狭窄部分设置在密封构件的端部处,该狭窄部分限定面向孔口的密封构件表面;以及密封翼片,该密封翼片在密封构件表面处从狭窄部分的边缘向外延伸,其中密封翼片基本上平行于孔板延伸并且与阀座的上表面重叠。
在一些实施方案中,微型阀包括:孔板,该孔板包括第一表面和第二表面,该孔板包括从第一表面延伸到第二表面的孔口;致动梁,该致动梁与孔板以间隔开的关系设置,该致动梁包括基部部分和悬臂部分,该基部部分与孔板分离预先确定的距离,该悬臂部分从基部部分朝向孔口延伸,使得悬臂部分的重叠部分与孔口重叠,其中该致动梁能够在闭合位置与打开位置之间移动;以及密封结构,该密封结构设置在致动梁上,该密封结构包括:密封构件,该密封构件设置在悬臂部分的重叠部分处;以及止动件,该止动件设置在密封构件的表面上,该止动件包括附接到密封构件的表面的第一部分和设置在第一部分上邻近孔板的第二部分,其中第二部分具有比第一部分更大的横截面积;并且其中当致动梁处于闭合位置时,悬臂部分被定位成使得止动件密封孔口,从而闭合微型阀。
在一些实施方案中,微型阀包括:孔板,该孔板包括第一表面和第二表面,该孔板包括从第一表面延伸到第二表面的孔口;致动梁,该致动梁与孔板以间隔开的关系设置,该致动梁包括基部部分和悬臂部分,该基部部分与孔板分离预先确定的距离,该悬臂部分从基部部分朝向孔口延伸,使得悬臂部分的重叠部分与孔口重叠,其中该致动梁能够在闭合位置与打开位置之间移动;以及密封结构,该密封结构设置在致动梁上,该密封结构包括:阀座,该阀座围绕孔口,阀座限定围绕孔口的开口以限定流体出口;密封构件,该密封构件设置在悬臂部分的重叠部分处;以及第一密封叶片,该第一密封叶片从密封构件的密封构件表面朝向孔板延伸一定距离,第一密封叶片围绕孔口的整个周边,该密封叶片被构造成在闭合位置接触阀座,以便密封孔口并闭合微型阀。在一些实施方案中,密封构件还包括围绕第一密封叶片的第二密封叶片,第二密封叶片具有大于第一外径但小于第二直径的第二外径,使得在第一密封叶片和第二密封叶片之间形成环形间隙。
在一些实施方案中,微型阀包括:孔板,该孔板包括第一表面和第二表面,该孔板包括从第一表面延伸到第二表面的孔口;致动梁,该致动梁与孔板以间隔开的关系设置,该致动梁包括基部部分和悬臂部分,该基部部分与孔板分离预先确定的距离,该悬臂部分从基部部分朝向孔口延伸,使得悬臂部分的重叠部分与孔口重叠,其中该致动梁能够在闭合位置与打开位置之间移动;以及密封结构,该密封结构设置在致动梁上,该密封结构包括:密封构件,该密封构件设置在悬臂部分的重叠部分处;狭窄部分,该狭窄部分设置在密封构件的端部处,该变窄部分限定面向孔口的密封构件表面;以及密封翼片,该密封翼片从狭窄部分向外延伸并且被构造成当致动梁处于闭合位置时密封孔口以便闭合微型阀。
如本文所用,术语“约”和“大约”通常指所述值的正负10%。例如,大约0.5将包括0.45和0.55,大约10将包括9至11,大约1000将包括900至1100。
本文使用的术语“联接”、“连接”等是指将两个构件直接或间接地彼此接合。这种接合可以是固定的(例如,永久的)或可移动的(例如,可移除的或可释放的)。这种接合可以通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此一体地形成为单个整体式主体来实现,或者通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此附接来实现。
本文对元件的位置的引用(例如,“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等)仅用于描述图中的各种元件的取向。应当注意,根据其他示例性实施方案,各种元件的取向可以不同,并且这样的变化旨在被本公开所涵盖。
示例性实施方案中所示的元件的构造和布置仅是说明性的。尽管仅详细描述了本公开的几个实施方案,但是阅读本公开的本领域技术人员将容易理解,在本质上不脱离所述主题的新颖教导和优点的情况下,许多修改是可能的(例如,各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等的变化)。例如,显示为一体形成的元件可由多个部分或元件构成,元件的位置可颠倒或以其他方式改变,并且离散元件的性质或数目或位置可改变或变化。
另外,字词“示例性”用于表示用作示例、实例或说明。本文描述为“示例性”或“示例”的任何实施方案或设计不一定被解释为比其他实施方案或设计优选或有利(并且这样的术语不旨在意味着这样的实施方案必然是特别或最好的示例)。相反,字词“示例性”的使用旨在以具体的方式呈现概念。因此,所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。在不脱离所附权利要求的范围的情况下,可以在优选和其他示例性实施方案的设计、操作条件和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。
在不脱离本发明的范围的情况下,也可以在各种示例性实施方案的设计、操作条件和布置中做出其他替代、修改、改变和省略。例如,一个实施方案中公开的任何元件可以与本文公开的任何其他实施方案结合或利用。同样,例如,根据替代实施方案,任何过程或方法步骤的次序或顺序可以改变或重新排序。任何装置加功能的条款都旨在覆盖这里描述的执行所述功能的结构,并且不仅是结构上的等同物,而且是等同的结构。在不脱离所附权利要求的范围的情况下,可以在优选和其他示例性实施方案的设计、操作配置和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。
Claims (20)
1.一种微型阀,包括:
孔板,所述孔板包括第一表面和第二表面,所述孔板包括从所述第一表面延伸到所述第二表面的孔口;
致动梁,所述致动梁与所述孔板以间隔开的关系设置,所述致动梁包括基部部分和悬臂部分,所述基部部分与所述孔板分离预先确定的距离,所述悬臂部分从所述基部部分朝向所述孔口延伸,使得所述悬臂部分的重叠部分与所述孔口重叠,其中所述致动梁能够在闭合位置与打开位置之间移动;以及
密封结构,所述密封结构包括设置在所述悬臂部分的所述重叠部分处的密封构件;并且
其中当所述致动梁处于闭合位置时,所述悬臂部分被定位成使得所述密封结构密封所述孔口以闭合所述微型阀。
2.如权利要求1所述的微型阀,其中所述致动梁包括压电材料层,所述致动梁能够响应于施加到所述压电材料的电信号在所述闭合位置和所述打开位置之间移动。
3.如权利要求1所述的微型阀,其中所述密封结构包括设置在所述密封构件的表面上的止动件,所述止动件包括附接到所述密封构件的表面的第一部分和设置在所述第一部分上邻近所述孔板的第二部分,其中所述第二部分具有比所述第一部分更大的横截面积。
4.如权利要求3所述的微型阀,其中所述止动件由双酚-A酚醛缩水甘油醚基光致抗蚀剂构成。
5.如权利要求3所述的微型阀,其中所述密封构件、所述第一部分和所述第二部分中的每一者是基本上圆柱形形状的。
6.如权利要求1所述的微型阀,其中所述密封结构还包括围绕所述孔口的阀座,所述阀座限定与所述孔口重叠的开口以限定流体出口。
7.如权利要求6所述的微型阀,其中所述密封构件包括:
密封构件表面,所述密封构件表面面向所述孔口,所述密封构件表面基本上平行于所述孔板的上表面,其中当所述致动梁处于所述闭合位置时,所述密封构件表面从所述阀座移位一定距离;以及
第一密封叶片,所述第一密封叶片从所述密封构件表面朝向所述孔板延伸所述距离,其中所述第一密封叶片围绕所述孔口的整个周边。
8.如权利要求7所述的微型阀,其中所述密封构件和所述孔板是基本上圆柱形形状的,其中所述孔口具有第一直径,并且所述密封构件具有大于所述第一直径的第二直径。
9.如权利要求8所述的微型阀,其中所述第一密封叶片是环形形状的并且包括大于所述第一直径并且小于所述第二直径的第一外径。
10.如权利要求6所述的微型阀,其中所述阀座和所述孔口的内表面基本上彼此对准以形成流体出口,其中所述微型阀还包括设置在所述流体出口的内表面上的涂层。
11.如权利要求6所述的微型阀,还包括顺应层,所述顺应层覆盖所述阀座的面向所述密封构件的上表面或所述密封构件的面向所述阀座的密封构件表面中的至少一者。
12.如权利要求11所述的微型阀,其中所述顺应层包括金。
13.一种喷射组件,包括:
阀体,所述阀体包括孔板,所述孔板包括延伸穿过其中的多个孔口;
多个微型阀,其中所述多个微型阀中的每个微型阀包括:
间隔构件,所述间隔构件设置在所述孔板上并且从对应的孔口移位;
致动梁,所述致动梁包括设置在所述间隔构件上的基部部分和从所述基部部分朝向所述对应的孔口延伸的悬臂部分,使得所述悬臂部分的重叠部分与所述对应的孔口重叠,所述致动梁被构造成在其中所述悬臂部分朝向所述孔口弯折的闭合位置以及其中所述悬臂部分远离所述孔口弯折的打开位置之间移动;以及
密封结构,所述密封结构包括附接到所述重叠部分并朝向所述对应的孔口延伸的密封构件;以及
流体歧管,所述流体歧管联接到所述多个微型阀中的每个微型阀以限定用于所述多个微型阀中的每个微型阀的流体贮存器。
14.如权利要求13所述的喷射组件,其中所述致动梁包括压电材料层,所述致动梁能够响应于施加到所述压电材料的电信号在所述闭合位置和所述打开位置之间移动,并且其中当没有电信号施加到所述压电材料层时,所述微型阀处于所述闭合位置。
15.如权利要求13所述的喷射组件,其中所述密封结构包括设置在密封构件表面上的止动件,所述止动件包括附接到所述密封构件表面的第一部分和设置在所述第一部分上更邻近所述孔板的第二部分,其中所述第二部分具有比所述第一部分更大的横截面积。
16.如权利要求13所述的喷射组件,其中所述密封结构还包括设置在所述孔板上邻近所述孔口的阀座,所述阀座限定与所述孔口重叠的开口以限定流体出口。
17.如权利要求16所述的喷射组件,其中所述密封构件包括:
密封构件表面,所述密封构件表面面向所述孔口,所述密封构件表面基本上平行于所述孔板的上表面,其中所述密封构件表面从所述阀座移位一定距离;以及
第一密封叶片,所述第一密封叶片从所述密封构件表面朝向所述孔板延伸所述距离,其中所述第一密封叶片围绕所述孔口的至少一部分,使得所述第一密封叶片的部分围绕所述孔口的周边设置在距所述孔口一定距离处。
18.如权利要求17所述的喷射组件,其中所述密封构件还包括围绕所述第一密封叶片的第二密封叶片。
19.一种微型阀,包括:
孔板,所述孔板包括第一表面和第二表面,所述孔板包括从所述第一表面延伸到所述第二表面的孔口;
致动梁,所述致动梁与所述孔板以间隔开的关系设置,所述致动梁包括基部部分和悬臂部分,所述基部部分与所述孔板分离预先确定的距离,所述悬臂部分从所述基部部分朝向所述孔口延伸,使得所述悬臂部分的重叠部分与所述孔口重叠,其中所述致动梁能够在闭合位置与打开位置之间移动;以及
密封结构,所述密封结构设置在所述致动梁上,所述密封结构包括:
阀座,所述阀座围绕所述孔口,所述阀座限定围绕所述孔口的开口以限定流体出口;
密封构件,所述密封构件设置在所述悬臂部分的所述重叠部分处;以及
第一密封叶片,所述第一密封叶片从所述密封构件的密封构件表面朝向所述孔板延伸一定距离,所述第一密封叶片围绕所述孔口的整个周边,所述密封叶片被构造成在所述闭合位置接触所述阀座,以便密封所述孔口并闭合所述微型阀。
20.如权利要求19所述的微型阀,其中所述密封构件还包括围绕所述第一密封叶片的第二密封叶片,所述第二密封叶片具有大于所述第一外径但小于所述第二直径的第二外径,使得在所述第一密封叶片和所述第二密封叶片之间形成环形间隙。
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