IT201800005824A1 - Dispositivo microfluidico mems per l'espulsione di fluidi dotato di attuazione piezoelettrica e a ridotto effetto di rigonfiamento - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“DISPOSITIVO MICROFLUIDICO MEMS PER L'ESPULSIONE DI FLUIDI DOTATO DI ATTUAZIONE PIEZOELETTRICA E A RIDOTTO EFFETTO DI RIGONFIAMENTO”

La presente invenzione è relativa ad un dispositivo microfluidico MEMS per l'espulsione di fluidi dotato di attuazione piezoelettrica e a ridotto effetto di rigonfiamento.

Com'è noto, per spruzzare inchiostri, profumi e simili, è stato proposto l'uso di dispositivi microfluidici di piccole dimensioni, che possono essere ottenuti usando tecniche di produzione microelettroniche a basso costo.

Ad esempio, US 8.998.388 e la domanda di brevetto italiano 102016000118584, depositata il 23 novembre 2016 (corrispondente a US 2018/0141074A) descrivono dispositivi microfluidici adatti a spruzzare inchiostro, aventi la struttura generale mostrata nella figura 1.

La figura 1 mostra una cella 2 di un dispositivo microfluidico 1 per spruzzare liquidi. La cella 2 comprende una camera fluido 3 configurata per contenere un fluido e formata all'interno di uno strato di camera 4. La camera fluido 3 è delimitata nella parte inferiore da uno strato sottile 5 e nella parte superiore da uno strato superiore 8.

Lo strato superiore 8 alloggia un canale di uscita 10 avente una porzione più larga 10A, rivolta verso la camera fluido 3, e una porzione stretta 10B, rivolta nella direzione opposta (verso l'esterno del dispositivo microfluidico 1).

Lo strato sottile 5 si estende su un substrato 11 avente una camera attuatore 12 allineata generalmente verticalmente al canale di uscita 10. La porzione dello strato sottile 5 sovrapposta alla camera attuatore 12 forma una membrana o diaframma 13.

La membrana 13 supporta, sulla sua superficie rivolta verso la camera attuatore 12, un attuatore 14. L'attuatore 14 può essere piezoelettrico. In questo caso, esso comprende generalmente due elettrodi 16, 17, disposti uno sopra l'altro, e uno strato piezoelettrico intermedio 18, ad esempio di PZT (Pb, Zr, TiO3).

La camera fluido 3 è in connessione fluidica con un canale di ingresso (non visibile) attraverso un foro di immissione 21 che si estende attraverso lo strato sottile 5 e che consente l'immissione ed il trasporto di un liquido all'interno della camera fluido 3.

Il dispositivo microfluidico 1 comprende generalmente una pluralità di celle 2 connesse, mediante il foro di immissione 21, ad un sistema di alimentazione liquido (non mostrato).

Il dispositivo microfluidico 1 può essere ottenuto unendo tre porzioni: una piastra ugelli 23, una piastra membrane 24 e una piastra di distribuzione 25, come mostrato nella figura 2.

Tutte le piastre 23-25 possono essere ottenute usando tecniche di microfabbricazione partendo da fette di materiale semiconduttore. Come mostrato nella figura 2, la piastra ugelli 23 comprende una pluralità di ugelli 10, come ad esempio l'ugello 10 della figura 1; la piastra membrane 24 corrisponde allo strato di camera 4 e lo strato sottile 5 della figura 1 comprende una pluralità di camere fluido 3, come ad esempio la camera fluido 3 della figura 1, e forma una pluralità di membrane (non visibili nella figura 2), come ad esempio la membrana 13 della figura 1; e la piastra di distribuzione 25 corrisponde al substrato 11 della figura 1 e forma una pluralità di camere attuatore 12 e canali di immissione 31, come ad esempio gli elementi corrispondenti della figura 1.

La figura 3 mostra una sezione trasversale di una forma di realizzazione dettagliata di una cella 2 del dispositivo microfluidico 1, presa lungo un piano perpendicolare a quello della figura 1.

In dettaglio, la piastra di distribuzione 25 è formata da un corpo principale 30, ad esempio di silicio monocristallino; il canale di ingresso 31 si estende attraverso il corpo 30 e comunica con un serbatoio esterno (non mostrato). Il corpo principale 30 forma la camera attuatore 12, disposta lateralmente al canale di ingresso 31 e isolata rispetto a quest'ultimo.

La piastra membrane 24 è sovrapposta e incollata al corpo principale 30 mediante un primo strato di incollaggio 33. La piastra membrane 24 comprende uno strato membrana 34 (formante la membrana 13) e un corpo camera 35 (definente la camera fluido 3), reciprocamente sovrapposti; ad esempio, lo strato membrana 34 è di silicio policristallino e il corpo camera 35 è di silicio monocristallino.

Lo strato membrana 34 è coperto da strati isolanti 41, 42, di materiale isolante quale TEOS (tetraortosilicato), è incollato al corpo principale 30 mediante il primo strato di incollaggio 33 e chiude la camera attuatore 12 in corrispondenza della parte superiore.

Lo strato membrana 34, il primo strato di incollaggio 33 e gli strati isolanti 41, 42 hanno rispettive aperture reciprocamente allineate formanti il foro di immissione 21 in connessione fluidica con il canale di ingresso 31.

La membrana 13 supporta, sul suo lato 13A opposto alla camera fluido 3 e rivolto verso il corpo principale 30, un attuatore piezoelettrico 14 disposto all'interno della camera attuatore 12. L'attuatore piezoelettrico 14 include inoltre il primo elettrodo 16, di materiale elettricamente conduttivo, ad esempio di titanio o platino; lo strato piezoelettrico 18, ad esempio PZT (Pb, Zr, TiO3); il secondo elettrodo 17, ad esempio di TiW (lega di titanio e tungsteno); nonché uno strato dielettrico 49, ad esempio di ossido di silicio e nitruro di silicio depositati mediante CVD (deposizione chimica da fase vapore). In particolare, lo strato dielettrico 49 si estende sui lati dello strato piezoelettrico 18 e lo isola elettricamente dalle piste di contatto 50, 51, in contatto elettrico rispettivamente con il primo elettrodo 16 e il secondo elettrodo 17.

La membrana 13 e l'attuatore piezoelettrico 14 formano una porzione di attuazione 53 della cella 2.

Lo strato membrana 34 supporta inoltre, sul suo lato rivolto verso il corpo principale 30, una coppia di contatti 55, di materiale conduttore, disposti lateralmente ed esternamente alla camera attuatore 12, per la connessione esterna.

La piastra ugelli 23 comprende uno strato canale di uscita 56, di materiale semiconduttore, fissato al corpo camera 35 mediante un secondo strato di incollaggio 57; uno strato ugello 58, di materiale semiconduttore, fissato allo strato canale di uscita 56 mediante uno strato isolante 59, ad esempio di ossido termico; e uno strato anti-bagnabilità 60, estendentesi sopra lo strato ugello 58. Il canale di uscita 10 si estende attraverso gli strati da 56 a 60 ed è in comunicazione fluidica con la camera fluido 3. In particolare, la porzione più larga 10A del canale di uscita 10 si estende attraverso lo strato canale di uscita 56 e la porzione stretta 10B del canale di uscita 10 si estende attraverso lo strato ugello 58 e forma un ugello.

La piastra ugelli 23, la piastra membrane 24 e la piastra di distribuzione 25 sono lavorate separatamente e assemblate successivamente.

In uso, l'attuatore piezoelettrico 14 può essere controllato dapprima per far deflettere la membrana 13 verso il basso, in modo da aumentare il volume della camera fluido 3 e provocare l'immissione di una quantità precisa di fluido dal canale di ingresso 31; quindi l'attuatore piezoelettrico 14 può essere controllato per far deflettere la membrana 13 l'alto e provocare un'espulsione controllata di una goccia di liquido attraverso il canale di uscita 10. In molte applicazioni, ad esempio quando il dispositivo microfluidico 1 è una testina di stampa usata nelle stampanti a getto di inchiostro a colori, è auspicabile avere un buon controllo della goccia espulsa dall'ugello 10B. Ciò può essere ottenuto quando la membrana 13 si deforma in modo stabile e controllato.

Tuttavia, gli attuali dispositivi microfluidici del tipo descritto in precedenza non sono in grado di garantire il comportamento di deformazione desiderato.

Per una migliore comprensione di questo problema, si faccia riferimento alle figure 4-9, che mostrano la struttura e la deformazione della membrana 13. In particolare, la figura 4 mostra, capovolta, una sezione trasversale semplificata della porzione di attuazione 53 della cella 2 della figura 3 presa in un piano parallelo al piano YZ di un sistema di riferimento cartesiano XYZ. In dettaglio, la figura 4 mostra il corpo camera 35, lo strato membrana 34, l'attuatore piezoelettrico 14 (rappresentato schematicamente come un rettangolo) e uno strato di passivazione 44 che copre l'attuatore piezoelettrico 14 e la superficie dello strato membrana 34 rivolta verso la camera attuatore 12. Lo strato di passivazione 44 è di materiale in grado di proteggere l'attuatore piezoelettrico 14, in particolare lo strato piezoelettrico 18 (non visibile nella figura 4), da eventuali infiltrazioni di liquido nella camera attuatore 12 e di non ostacolare la deformazione della membrana 13 durante l'attuazione.

Lo strato di passivazione 44 può essere un materiale isolante inorganico, come ad esempio nitruro di silicio, ossido di alluminio o ossido di tantalio, che ha ridotta permeabilità all'acqua e un buon modulo di elasticità di Young. Lo strato di passivazione 44 può avere uno spessore tra 0,2 e 1,0 µm.

Come si può vedere nella vista prospettica di figura 5, la membrana 13 ha un'area rettangolare con una lunghezza L (in direzione parallela ad un primo asse X del sistema di riferimento cartesiano XYZ) che è decisamente maggiore rispetto alla sua larghezza W (in direzione parallela ad un secondo asse Y del sistema di riferimento cartesiano XYZ). La membrana 13 ha anche uno spessore T ridotto (preso lungo un terzo asse Z del sistema di riferimento cartesiano XYZ). Ad esempio, in dispositivi microfluidici per stampanti a getto di inchiostro del tipo considerato, L può essere di circa 70-1500 µm, W può essere di 50-200 µm e T può essere di 0,5-10 µm.

A causa di questo elevato rapporto larghezza-altezza dell'area rettangolare, nonché della presenza dell'attuatore piezoelettrico 14 sulla maggior parte dell'area della membrana, la membrana 13 è soggetta ad un effetto di rigonfiamento, per cui, quando la membrana 13 è attivata, la sua superficie inferiore non è approssimativamente lineare lungo la sua direzione di lunghezza (parallela al primo asse X) come desiderato.

Questo comportamento è mostrato nelle simulazioni realizzate dalla richiedente e mostrate nelle figure 6-9. In dettaglio, le figure 6-9 mostrano la deformazione della membrana 13 quando tra gli elettrodi 16, 17 viene applicata una tensione di attuazione di 40 V (figura 3).

In particolare, la figura 6 mostra, in scala di grigi e in prospettiva, lo spostamento della membrana 13 in scala ingrandita e uniforme e la figura 7 mostra, sempre in scala di grigi e in prospettiva, lo stesso spostamento usando una scala amplificata lungo il terzo asse Z per mostrare più chiaramente la deformazione.

Le figure 8 e 9 mostrano gli andamenti dello spostamento della membrana 13 (considerata come bidimensionale, per effetto del suo spessore ridotto) lungo una sua direzione longitudinale e, rispettivamente, una sua direzione trasversale centrale.

Come si può vedere, la membrana 13, quando attivata, si deforma in modo uniforme nella direzione trasversale (parallela al secondo asse Y, figura 9) a causa della sua larghezza ridotta, ma ha porzioni di estremità rigonfie o bombate 60 e una porzione centrale rientrante 61 nella direzione longitudinale, parallela al primo asse X (come visibile chiaramente nelle figure 7 e 8).

Tuttavia, ciò è svantaggioso in quanto aggiunge una piccola sovrapressione fastidiosa durante l'espulsione della goccia.

Quindi, scopo dell'invenzione è fornire un dispositivo MEMS microfluidico che non abbia il problema indicato sopra, in particolare che si deformi, quando attivato, in modo uniforme in entrambe le direzioni longitudinale e trasversale.

Secondo la presente invenzione, sono forniti un dispositivo microfluidico MEMS e una testina di stampa, come definiti nelle rivendicazioni allegate.

Per la comprensione della presente invenzione, verranno ora descritte forme di realizzazione, solo come esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la figura 1 mostra una sezione trasversale prospettica di una cella di espulsione di un dispositivo microfluidico MEMS noto per stampa a getto di inchiostro ad attuazione piezoelettrica;

- la figura 2 è una vista prospettica esplosa di una testina di stampa MEMS comprendente una pluralità di celle di espulsione della figura 1;

- la figura 3 è una sezione longitudinale dettagliata ingrandita della cella di espulsione nota della figura 1; - la figura 4 è una sezione trasversale schematica della cella di espulsione della figura 3;

- la figura 5 è una vista prospettica dall'alto di una porzione di membrana della cella di espulsione delle figure 3 e 4;

- la figura 6 mostra, in scala di grigi e in prospettiva, lo spostamento della porzione di membrana della figura 5 in scala uniforme;

- la figura 7 mostra, in scala di grigi e in prospettiva, lo spostamento della porzione di membrana della figura 5 in scala amplificata verticalmente;

- le figure 8 e 9 mostrano andamenti dello spostamento della porzione di membrana della figura 5 in sezioni trasversali prese lungo i piani VIII-VIII e IX-IX, rispettivamente;

- la figura 10 è una sezione trasversale schematica di una cella di espulsione del presente dispositivo microfluidico MEMS;

- la figura 11 è una vista prospettica dall'alto di una porzione di membrana della cella di espulsione di figura 10;

- la figura 12 mostra, in scala di grigi e in prospettiva, lo spostamento della porzione di membrana della figura 11 in scala uniforme;

- la figura 13 mostra, in scala di grigi e in prospettiva, lo spostamento della porzione di membrana della figura 11 in scala amplificata verticalmente;

- le figure 14 e 15 mostrano andamenti dello spostamento della porzione di membrana in sezioni trasversali della figura 11, prese lungo piani XIV-XIV e XV-XV, rispettivamente;

- la figura 16 è una sezione trasversale schematica di un dettaglio di una diversa forma di realizzazione della cella di espulsione;

- le figure da 17 a 19 sono viste in pianta di porzioni di membrana secondo diverse forme di realizzazione della cella di espulsione; e

- la figura 20 è uno schema a blocchi di una testina di stampa comprendente il dispositivo microfluidico delle figure 10-14.

La figura 10 mostra una cella di espulsione 102 di un dispositivo MEMS 101 avente struttura generale mostrata nelle figure 2 e 3; quindi, parti simili alla cella di espulsione 2 della figura 3 sono state indicate da numeri di riferimento aumentati di 100.

In dettaglio, la cella di espulsione 102 comprende una membrana 113 formata in uno strato membrana 134 simile allo strato membrana 34 della figura 3, quindi estendentesi tra una camera attuatore 112 e una camera fluido 103 e avente una prima superficie 113A rivolta verso la camera attuatore 112 e una seconda superficie 113B rivolta verso la camera fluido 103. La membrana 113 ha forma allungata con area rettangolare in un piano parallelo ad un piano XY di un sistema di riferimento cartesiano XYZ.

La membrana 113 supporta, su una sua superficie 113A rivolta verso la camera attuatore 112, un attuatore piezoelettrico 114 (rappresentato schematicamente come un rettangolo e implementato, ad esempio, come l'attuatore piezoelettrico 14 della figura 3; quindi, l'attuatore piezoelettrico 114 include uno strato piezoelettrico interposto tra due elettrodi, non mostrato).

Uno strato di passivazione 144 si estende sull'attuatore piezoelettrico 114 e sulla superficie 113A della membrana 113 rivolta verso la camera attuatore 112. Lo strato di passivazione 144 è ad esempio di nitruro di silicio, depositato mediante CVD (deposizione chimica da fase vapore), e ha ad esempio spessore di 0,2-1,5 µm. Poiché il nitruro di silicio ha modulo di Young elevato, ciò garantisce una buona rigidità alla membrana 113 in direzione longitudinale parallela al primo asse X del sistema di riferimento cartesiano XYZ.

Lo strato di passivazione 144, come visibile anche nella figura 11, ha una pluralità di fori 170, qui a forma di fessura, aventi forma allungata. Nella forma di realizzazione delle figure 10 e 11, i fori 170 hanno, in vista in pianta, forma rettangolare con il loro lato lungo estendentesi longitudinalmente alla membrana 113, parallelamente al primo asse X.

Ad esempio, i fori 170 si estendono per tutto lo spessore dello strato di passivazione 144 e per tutta o per la maggior parte della sua lunghezza (ad esempio almeno per l'80-95%). I fori 170 possono essere disposti adiacenti uno all'altro, a distanza uniforme. Ad esempio, nel caso di membrana 113 avente una larghezza W1 di 250 µm e strato di passivazione 144 avente larghezza W2 di 200 µm, i fori 170 possono avere larghezza W3 di 25-30 µm e essere disposti a distanza D1 di 10-20 µm, che rappresenta anche la larghezza delle porzioni dello strato di passivazione 144 tra due fori adiacenti 170.

Grazie ai fori 170, lo strato di passivazione 144 non influenza l'elasticità della membrana 113 nella direzione della larghezza (parallela al secondo asse Y), ma irrigidisce leggermente la membrana 113 nella direzione longitudinale (parallela al primo asse X) in modo da non impedire o ridurre la deformazione durante l'attuazione, ma da evitare l'effetto di rigonfiamento, come mostrato nelle figure da 12 a 15.

In particolare, le figure da 12 a 15 mostrano simulazioni realizzate dalla richiedente per la membrana 113 delle figure 10 e 11, ottenute applicando una tensione di attuazione di 40 V all'attuatore 114 (tra elettrodi simili agli elettrodi 16, 17 della figura 3).

In particolare, la figura 12 mostra, in scala di grigi e in prospettiva, lo spostamento della membrana 113 in scala ingrandita e uniforme e la figura 13 mostra, sempre in scala di grigi e in prospettiva, lo stesso spostamento usando una scala amplificata lungo il terzo asse Z per mostrare più chiaramente la deformazione.

Le figure 14 e 15 mostrano i diagrammi dello spostamento della membrana 113 (considerata bidimensionale, dato il suo spessore ridotto) lungo una sua direzione longitudinale e, rispettivamente, trasversale centrale, parallele al primo asse X e al secondo asse Y del sistema di riferimento cartesiano, XYZ.

Come si può vedere, la membrana 113, quando attivata, si deforma uniformemente sia in direzione trasversale (parallela al secondo asse Y, figura 15) sia in direzione longitudinale, parallela al primo asse X (figura 14). In particolare, le figure 13 e 15 mostrano che la membrana 113 del dispositivo microfluidico 101 non ha porzioni di rigonfiamento in corrispondenza delle estremità longitudinali.

In pratica, l'attuatore 153 ha una membrana 113 irrigidita nella direzione longitudinale grazie allo strato di passivazione 114 (eliminando quindi le porzioni rigonfie), ma non cambia la sua deformabilità nella direzione trasversale, grazie ai fori longitudinali 170.

Una deformazione uniforme nella direzione longitudinale e nella direzione trasversale grazie allo strato di passivazione 144 è ottenuta pregiudicare l'azione di attuazione realizzata dalla membrana 113. Infatti, le simulazioni della richiedente hanno mostrato che la membrana deformata 113 delle figure 10 e 11 ha la stessa capacità di spostare i fluidi ed è quindi in grado di spostare lo stesso volume di liquido (ad esempio inchiostro) rispetto alla membrana deformata 13 della cella di iniezione 2 della tecnica anteriore.

Lo strato di passivazione 144 con i fori 170 può essere prodotto depositando lo strato di passivazione 144 usando tecniche note nella produzione di piastrine a semiconduttore e praticando i fori 144 usando un processo di fotolitografia, come noto nella produzione di MEMS.

La figura 16 mostra una forma di realizzazione diversa del dispositivo microfluidico 101.

Qui, le pareti e il fondo dei fori 170 sono coperti da una struttura di sigillatura 175. Ad esempio, la struttura di sigillatura 175 è formata coprendo regioni 176 di oro, realizzate come bump di oro. Materiali alternativi possono essere metalli a base di platino, che hanno buona resistenza chimica all'umidità e ad altri agenti di attacco chimico. Le regioni di copertura 176 sigillano le porzioni esposte dell'attuatore 114, in particolare il suo strato piezoelettrico (lo strato piezoelettrico 18 di figura 3).

In tal modo, il dispositivo microfluidico 101 di figura 16 è sigillato contro eventuale umidità che potrebbe infiltrarsi nella camera attuatore 112.

Le figure 17-19 mostrano forme di realizzazione del dispositivo microfluidico 101 aventi fori di forma diversa.

Ad esempio, la figura 17 mostra una forma di realizzazione in cui i fori, anch'essi a forma di fessura, indicati con 270A, 270B e denominati qui di seguito primi fori, non si estendono per tutta la lunghezza della membrana 113, ma sono interrotti e disposti in modo da formare un primo gruppo di primi fori 270A e un secondo gruppo di primi fori 270B, in cui due o più primi fori 270A del primo gruppo sono allineati nella direzione della lunghezza (parallela al primo asse Y dell'asse cartesiano) e a distanza da corrispondenti primi fori 270B nel secondo gruppo. Inoltre, lo strato di passivazione 144 può avere altri fori 271 a forma di fessura, che si estendono nella direzione della lunghezza della membrana 113 e sfalsati rispetto ai primi fori 270A, 270B. Nella forma di realizzazione della figura 17, gli altri fori 271 sono disposti tra il primo gruppo di primi fori 270A e il secondo gruppo di primi fori 270B, il primo gruppo di primi fori 270A estendendosi a partire da una prima estremità della membrana 113 e il secondo gruppo di primi fori 270B estendendosi a partire da una seconda estremità della membrana 113.

La figura 18 mostra una forma di realizzazione di uno strato di passivazione 144, in cui i fori, anch'essi a forma di fessura e indicati con 370, non hanno area rettangolare, ma hanno larghezza maggiore al centro rispetto alle loro estremità (forma romboidale o esagonale allungata). Nella forma di realizzazione mostrata di figura 18, due fori 370 si estendono adiacenti uno all'altro per quasi tutta la lunghezza dello strato di passivazione 144. In un'alternativa non mostrata, i fori romboidali o esagonali allungati 370 possono estendersi soltanto lungo una porzione della lunghezza dello strato di passivazione 144, con una disposizione simile a quella descritta in precedenza per i fori 270 e, in caso, 271 di figura 17.

La figura 19 mostra una forma di realizzazione in cui i fori (indicati con 470) sono ovali, con la loro dimensione maggiore (lunghezza) parallela alla direzione longitudinale della membrana 113 e dello strato di passivazione 144. I fori 470 di figura 19 hanno lunghezza decisamente minore rispetto alla lunghezza dello strato di passivazione 144 e sono disposti regolarmente su una griglia. In questo caso, essi sono allineati sia nella direzione longitudinale sia nella direzione trasversale della membrana 113 e dello strato di passivazione 144 (paralleli al primo asse e al secondo asse X, Y del sistema cartesiano XYZ).

In una diversa forma di realizzazione, non mostrata, i fori ovali 470 possono essere disposti sfalsati in direzione longitudinale e/o sfalsati in direzione trasversale; tuttavia, per garantire la rigidità desiderata nella direzione longitudinale e per mantenere il cedimento desiderato nella direzione trasversale, la loro lunghezza si estende nella direzione longitudinale della membrana 113 e dello strato di passivazione 144.

Anche i fori 270, 271, 370 e 470 delle figure 17-19 possono essere rivestiti da regioni di sigillatura, come ad esempio le regioni di copertura 176 della figura 16.

Il dispositivo microfluidico 101 delle figure 10-19 può essere incluso in un apparecchio di stampa come quello mostrato in figura 20.

In dettaglio, la figura 20 mostra un apparecchio di stampa 500 comprendente un microprocessore 510, una memoria 540 accoppiata comunicativamente al microprocessore 510, una testina di stampa 550 e un motore 530 per azionare la testina di stampa 550. La testina di stampa 550 può essere il dispositivo microfluidico 101 delle figure da 10 a 19.

Il microprocessore 310 è accoppiato alla testina di stampa 550 e al motore 530 ed è configurato per coordinare il movimento della testina di stampa 550 (azionata dal motore 530) e provocare l'espulsione di liquido (ad esempio inchiostro) dalla testina di stampa 550. L'espulsione di liquido è effettuata controllando il funzionamento dell'attuatore 114 di ogni cella di espulsione 102.

Infine, è chiaro che al dispositivo microfluidico descritto e illustrato qui possono essere apportate numerose varianti e modifiche, tutte rientranti nell'ambito di protezione dell'invenzione come definito nelle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, le varie forme di realizzazione descritte sopra possono essere combinate per fornire altre forme di realizzazione.

Il materiale dello strato di passivazione può essere diverso dal nitruro, ad esempio nitruro di ossido di silicio.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo microfluidico MEMS (101) comprendente: una cella di espulsione (102) avente: una camera fluido (103); una camera attuatore (112); una membrana (113) avente una prima superficie (113A) rivolta verso la camera attuatore (112) e una seconda superficie (113B) rivolta verso la camera fluido (103), la membrana (113) avendo area allungata definente una direzione longitudinale (X) e una direzione trasversale (Y); un attuatore piezoelettrico (114) sulla prima superficie (113A) della membrana (113); uno strato di passivazione (144) estendentesi sull'attuatore piezoelettrico (114), in cui lo strato di passivazione (144) ha una pluralità di fori (170; 270A, 270B, 271; 370; 470).
2. 2. Dispositivo microfluidico MEMS secondo la rivendicazione 1, in cui lo strato di passivazione (144) ha uno spessore (T) e i fori (170; 270A, 270B, 271; 370; 470) si estendono per tutto lo spessore dello strato di passivazione.
3. 3. Dispositivo microfluidico MEMS secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui i fori (170; 270A, 270B, 271; 370; 470), in vista in pianta, hanno forma allungata con una dimensione maggiore e una dimensione minore, la dimensione maggiore essendo parallela alla direzione longitudinale (X) della membrana (113).
4. 4. Dispositivo microfluidico MEMS secondo la rivendicazione 3, in cui i fori (170; 270A, 270B, 271; 370; 470) hanno forma, in vista in pianta, selezionata tra forma rettangolare, ovale, romboidale, esagonale allungata e poligonale allungata.
5. 5. Dispositivo microfluidico MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, in cui i fori (170; 270A, 270B, 271; 370; 470) si estendono adiacenti uno all'altro nella direzione trasversale (Y), lungo la membrana (113).
6. 6. Dispositivo microfluidico MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-5, in cui la pluralità di fori (271) comprende almeno un primo gruppo di fori (270A) e un secondo gruppo di fori (270B), in cui almeno uno dei fori (270A) del primo gruppo di fori è allineato longitudinalmente ad almeno uno dei fori del secondo gruppo di fori (270B).
7. 7. Dispositivo microfluidico MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-6, in cui almeno alcuni dei fori (271) si estendono sfalsati rispetto agli altri fori (270A, 270B) della pluralità di fori nella direzione longitudinale (X) della membrana (113).
8. 8. Dispositivo microfluidico MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-7, in cui lo strato di passivazione (144) è di materiale selezionato tra nitruro di silicio e nitruro di ossido di silicio.
9. 9. Dispositivo microfluidico MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-8, comprendente una struttura di sigillatura (175) che copre i fori (170; 270A, 270B, 271; 370; 470).
10. 10. Dispositivo microfluidico MEMS secondo la rivendicazione 9, in cui i fori (170; 270A, 270B, 271; 370; 470) hanno pareti laterali e un fondo e la struttura di sigillatura (176) comprende regioni di sigillatura (176) estendentisi sulle pareti laterali e sul fondo dei fori.
11. 11. Dispositivo microfluidico MEMS secondo la rivendicazione 10, in cui le regioni di sigillatura (176) sono di materiale selezionato tra oro e metalli a base di platino.
12. 12. Testina di stampa comprendente il dispositivo microfluidico MEMS (101) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11.