JP2020075356A - Fluid propulsion device including heat sink - Google Patents

Fluid propulsion device including heat sink Download PDF

Info

Publication number
JP2020075356A
JP2020075356A JP2019232190A JP2019232190A JP2020075356A JP 2020075356 A JP2020075356 A JP 2020075356A JP 2019232190 A JP2019232190 A JP 2019232190A JP 2019232190 A JP2019232190 A JP 2019232190A JP 2020075356 A JP2020075356 A JP 2020075356A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mems
fluid
heat sink
compound
propulsion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019232190A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6907298B2 (en
Inventor
クラーク,ギャレット,イー
E Clark Garrett
カンビー,マイケル,ダブリュー
W Cumbie Michael
チェン,チエン−フア
Chien-Hua Chen
Original Assignee
ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー.Hewlett‐Packard Development Company, L.P.
Hewlett-Packard Development Company L P
ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2018526711A priority Critical patent/JP6639671B2/en
Application filed by ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー.Hewlett‐Packard Development Company, L.P., Hewlett-Packard Development Company L P, ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー. filed Critical ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー.Hewlett‐Packard Development Company, L.P.
Priority to JP2019232190A priority patent/JP6907298B2/en
Publication of JP2020075356A publication Critical patent/JP2020075356A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6907298B2 publication Critical patent/JP6907298B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

To provide a fluid propulsion device that allows reduction in an amount of silicon in a device and can efficiently release heat from a MEMS.SOLUTION: A fluid propulsion device comprises: a plastic compound structure 9 comprising a first fluid channel 3; a MEMS 5 which is embedded in the compound 9, the MEMS 5 comprising a substrate, a second fluid channel 7 fluid-connected to the first fluid channel 3, and a fluid propulsion actuator 13 in the second fluid channel 7; and a heat sink 15 which lies adjacent to the MEMS 5 for releasing heat from the MEMS 5. The heat sink 15 is surrounded at least partially by the compound 9. The MEMS 5 has a width of less than 2.3 mm and a thickness of less than 0.8 mm, and the MEMS 5 has an average density of at least 300 pieces/inch per row of actuators.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

高精度流体推進装置には、とりわけ、ラボ・オン・チップ(labs-on-a-chip)、プリントヘッド、及びデジタル滴定装置が含まれる。流体推進装置は、小さな(例えば、ミクロンサイズの)流体チャネルを介して流体を移動させるよう構成されたMEMSを含むことが可能である。かかるMEMSは、シリコン基板と、該シリコン基板上に堆積された薄膜層回路とを含むことが可能である。例えば、厚さ、幅、及び/又は長さ等を縮小することにより流体推進装置内のシリコンの量を低減させることが有利となり得る。シリコン基板の幅及び/又は長さを縮小することにより、単一のウェハから一層多くのMEMS基板を取り出すことが容易となる。シリコン基板の厚さを縮小することにより、一層安価なウェハを得ることが可能となる。一般に、MEMS内のシリコンの量の削減は、コストの低減を可能とする。   Precision fluid propulsion devices include labs-on-a-chips, print heads, and digital titrators, among others. The fluid propulsion device can include a MEMS configured to move fluid through small (eg, micron-sized) fluid channels. Such a MEMS can include a silicon substrate and thin film layer circuits deposited on the silicon substrate. For example, it may be advantageous to reduce the amount of silicon in the fluid propulsion device by reducing its thickness, width, and / or length, etc. Reducing the width and / or length of the silicon substrate facilitates the extraction of more MEMS substrates from a single wafer. By reducing the thickness of the silicon substrate, it becomes possible to obtain a cheaper wafer. In general, reducing the amount of silicon in MEMS enables cost reduction.
流体推進装置の一実施形態を示す図である。It is a figure showing one embodiment of a fluid propulsion device. 流体推進装置の別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of a fluid propulsion apparatus. 流体推進装置の更に別の実施形態の平面図における断面を示す図である。It is a figure showing the section in the top view of another embodiment of a fluid propulsion device. 例示的な流体推進装置の一部の側面図における断面を示す図である。FIG. 6 is a cross-sectional side view of a portion of an exemplary fluid propulsion device. 別の例示的な流体推進装置の一部の側面図における断面を示す図である。FIG. 6 is a cross-sectional side view of a portion of another example fluid propulsion device. 流体推進装置における複数のMEMS及びそれらに対応するヒートシンクの例示的なレイアウトを示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing an exemplary layout of a plurality of MEMS and their corresponding heat sinks in a fluid propulsion device. 流体推進装置における複数のMEMS及びそれらに対応するヒートシンクの異なる例示的なレイアウトを示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing different exemplary layouts of multiple MEMS and their corresponding heat sinks in a fluid propulsion device. 流体推進装置における複数のMEMS及びそれらに対応するヒートシンクの異なる例示的なレイアウトを示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing different exemplary layouts of multiple MEMS and their corresponding heat sinks in a fluid propulsion device. 流体推進装置における複数のMEMS及びそれらに対応するヒートシンクの異なる例示的なレイアウトを示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing different exemplary layouts of multiple MEMS and their corresponding heat sinks in a fluid propulsion device. 流体推進装置の製造方法の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the manufacturing method of a fluid propulsion apparatus. 流体推進装置の製造方法の別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the manufacturing method of a fluid propulsion apparatus. 流体推進装置の製造方法の更に別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the manufacturing method of a fluid propulsion apparatus. 流体推進装置の製造方法の一実施形態の各段階を示す図である。It is a figure which shows each step of one Embodiment of the manufacturing method of a fluid propulsion apparatus. 流体推進装置の製造方法の一実施形態の各段階を示す図である。It is a figure which shows each step of one Embodiment of the manufacturing method of a fluid propulsion apparatus. 流体推進装置の製造方法の一実施形態の各段階を示す図である。It is a figure which shows each step of one Embodiment of the manufacturing method of a fluid propulsion apparatus.
図1は、流体推進装置1の一実施形態を示している。該流体推進装置は、流体が推進される流体チャネル3,7を備えている。異なる実施形態では、該流体推進装置1は、ラボ・オン・チップ、プリントヘッド、又はデジタル滴定装置を含むことが可能であり、又はそれらの構成要素であることが可能である。該ラボ・オン・チップ又はデジタル滴定装置は、比較的高精度の実験室用途に最適化することが可能である。該プリントヘッドは、高精度インクジェットプリントヘッド、又は2D又は3Dプリンティング用の高精度流体分配(dispensing)ヘッドとすることが可能である。流体推進装置1の特定の実施形態は、前記プリントヘッド又はデジタル滴定装置等のようにノズルから流体を噴射するよう構成することが可能であり、他の実施形態では、必ずしも流体を噴射する必要はなく、例えば、前記チャネル内の特定のセンサ又は反応チャンバに沿って流体を移動させることが可能である。流体推進装置1に適した用途として、インクジェットプリンティング、3Dプリンティング、デジタル滴定、診断、化学反応器等が挙げられる(但し、これらには限定されない)。異なる実施形態では、前記流体は、液体、又は気体と混合された液体とすることが可能である。適した液体の例として、インク、薬剤、阻害剤又は融剤等の3Dプリンティング剤等が挙げられる。   FIG. 1 shows an embodiment of a fluid propulsion device 1. The fluid propulsion device comprises fluid channels 3,7 in which fluid is propelled. In different embodiments, the fluid propulsion device 1 can include, or be a component of, a lab-on-a-chip, a printhead, or a digital titrator. The lab-on-chip or digital titrator can be optimized for relatively high precision laboratory applications. The printhead can be a high precision inkjet printhead or a high precision fluid dispensing head for 2D or 3D printing. Certain embodiments of the fluid propulsion device 1 can be configured to eject fluid from a nozzle, such as the printhead or digital titrator, while other embodiments need not necessarily eject fluid. Instead, it is possible, for example, to move the fluid along a particular sensor or reaction chamber within the channel. Suitable applications for the fluid propulsion device 1 include (but are not limited to) inkjet printing, 3D printing, digital titration, diagnostics, chemical reactors, and the like. In different embodiments, the fluid can be a liquid or a liquid mixed with a gas. Examples of suitable liquids include inks, agents, 3D printing agents such as inhibitors or fluxes and the like.
一実施形態では、流体推進装置1は、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)5を含む。該MEMS 5は、少なくとも1つの第2の流体チャネル7を含む。該MEMS 5は、該第2のチャネル7を介して流体を移動させるアクチュエータ13を含む。   In one embodiment, the fluid propulsion device 1 includes a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) 5. The MEMS 5 comprises at least one second fluid channel 7. The MEMS 5 includes an actuator 13 that moves fluid through the second channel 7.
流体推進装置1は、プラスチック化合物9の構造体(例えば、実質的に剛性を有する構造体)を含むことが可能である。該プラスチック化合物9は、エポキシ成形化合物(例えば、Hitatchi Chemical(登録商標)から市販されているCEL400ZHF40WG)とすることが可能である。シリカ又は金属酸化物等の充填剤を使用することが可能である。MEMS 5は、プラスチック化合物構造体9内に埋め込まれている。本開示では、該埋め込みは、化合物によって該化合物内に固定されるように少なくとも部分的に取り囲まれることと理解することが可能である。例えば、MEMS 5の外面の大部分は化合物9と接触する。図示の実施形態では、MEMS 5は、大気に曝される該MEMS 5の正面11、及び第1の流体チャネル3に曝される該MEMS 5の背面部分12を除き、プラスチック化合物9により取り囲まれている。一実施形態では、該埋め込みは、圧縮成形技術を用いて化合物によりMEMSをオーバーモールドすることにより達成することが可能である。   The fluid propulsion device 1 can include a structure of plastic compound 9 (eg, a substantially rigid structure). The plastic compound 9 can be an epoxy molding compound (eg CEL400ZHF40WG commercially available from Hitachi Chemical®). It is possible to use fillers such as silica or metal oxides. The MEMS 5 is embedded in the plastic compound structure 9. In the present disclosure, it can be understood that the embedding is at least partially surrounded by a compound so as to be anchored within the compound. For example, most of the outer surface of MEMS 5 contacts compound 9. In the illustrated embodiment, the MEMS 5 is surrounded by a plastic compound 9 except for the front side 11 of the MEMS 5 exposed to the atmosphere and the back side 12 of the MEMS 5 exposed to the first fluid channel 3. There is. In one embodiment, the embedding can be accomplished by overmolding the MEMS with the compound using compression molding techniques.
プラスチック化合物構造体9は、MEMS 5の第2の流体チャネルに流体的に接続された第1の流体チャネル3を含み、該第1の流体チャネル3を介して該第2の流体チャネル7に流体を供給することができるようになっている。一実施形態では、第1の流体チャネル3は、該第1の流体チャネル3の対向する壁の間で最小断面直径D1を有し、第2の流体チャネル7は、該第2の流体チャネル7の対向する壁の間で最小断面直径D2を有し、該第2の流体チャネル7の最小断面直径D2は、該第1の流体チャネル3の最小断面直径D1よりも小さい。第2の流体チャネル7の最小直径D2は、40ミクロン未満、20ミクロン未満、10ミクロン未満、又は特定の場所では7ミクロン未満とすることが可能である。第2の流体チャネル7は、複数の流体チャネルのネットワークを含むことが可能であり、例えば、少なくとも1つの単一の流体チャネルが、より小さい直径の複数の流体チャネルへと分岐することが可能である。例えば、第2の流体チャネルは、単一行で、300ノズル/インチよりも高い密度、600ノズル/インチよりも高い密度、900ノズル/インチよりも高い密度、又は1200ノズル/インチよりも高い密度を有するノズルアレイに流体を供給することが可能である。   The plastic compound structure 9 comprises a first fluid channel 3 fluidly connected to a second fluid channel of the MEMS 5, via which the fluid is connected to the second fluid channel 7. Can be supplied. In one embodiment, the first fluid channel 3 has a minimum cross-sectional diameter D1 between the opposing walls of the first fluid channel 3 and the second fluid channel 7 is the second fluid channel 7. Having a minimum cross-sectional diameter D2 between the opposite walls of the second fluid channel 7 is smaller than the minimum cross-sectional diameter D1 of the first fluid channel 3. The minimum diameter D2 of the second fluid channel 7 can be less than 40 microns, less than 20 microns, less than 10 microns, or less than 7 microns in certain locations. The second fluid channel 7 may comprise a network of fluid channels, for example at least one single fluid channel may branch into fluid channels of smaller diameter. is there. For example, the second fluid channel may have a density of greater than 300 nozzles / inch, greater than 600 nozzles / inch, greater than 900 nozzles / inch, or greater than 1200 nozzles / inch in a single row. It is possible to supply fluid to the nozzle array that has it.
ここで、1インチあたりのノズルの数は、相対的な密度として理解されるべきであり、すなわち、特定の実施形態では、MEMS 5の長さは1インチ未満である。例えば、約1200ノズル/インチの密度を有し、及び3mmのノズルアレイ長を有するMEMS 5は、約142個のノズルを有するものとなる。   Here, the number of nozzles per inch should be understood as a relative density, that is, in certain embodiments, the length of the MEMS 5 is less than 1 inch. For example, a MEMS 5 having a density of about 1200 nozzles / inch and a nozzle array length of 3 mm would have about 142 nozzles.
一実施形態では、MEMSの大部分はシリコンからなる。例えば、MEMSは、薄膜層(例えば、SU8ベースの層又はポリマータイプの層)が上部に堆積されたシリコン基板を含む。例えば、該シリコン基板は、単結晶シリコンからなる。   In one embodiment, the majority of the MEMS consists of silicon. For example, MEMS includes a silicon substrate with a thin film layer (eg, SU8-based layer or polymer-type layer) deposited thereon. For example, the silicon substrate is made of single crystal silicon.
一実施形態では、MEMS 5は、薄片状の(sliver)形状を有する。MEMS 5は、数mm又は数cm(例えば、少なくとも0.2cm、少なくとも0.5cm、又は少なくとも1cm)の(図1の正面へと延びる)長さを有することが可能である。MEMS 5は、2.3mm未満(例えば、1.5mm未満、例えば、約1mm未満)の幅Wを有することが可能である。MEMS 5は、0.8mm未満(例えば、0.5mm未満、0.3mm未満、約0.2mm未満、又は約0.15mm未満)の厚さTを有することが可能である。MEMS 5は、流体に作用するアクチュエータアレイ13を含む。アクチュエータアレイ13は、第2の流体チャネル7内に配設される。例えば、アクチュエータアレイ13は、MEMS 5の長さに沿って配設された複数のアクチュエータからなる。該アクチュエータは、熱抵抗器又は圧電アクチュエータとすることが可能である。   In one embodiment, the MEMS 5 has a sliver shape. The MEMS 5 can have a length (extending towards the front of FIG. 1) of a few mm or a few cm (eg at least 0.2 cm, at least 0.5 cm, or at least 1 cm). The MEMS 5 can have a width W of less than 2.3 mm (eg less than 1.5 mm, eg less than about 1 mm). The MEMS 5 can have a thickness T of less than 0.8 mm (eg, less than 0.5 mm, less than 0.3 mm, less than about 0.2 mm, or less than about 0.15 mm). The MEMS 5 includes an actuator array 13 that acts on the fluid. The actuator array 13 is arranged in the second fluid channel 7. For example, the actuator array 13 is composed of a plurality of actuators arranged along the length of the MEMS 5. The actuator can be a thermal resistor or a piezoelectric actuator.
ヒートシンク15は、MEMS 5に隣接して配設することが可能である。ヒートシンク15は、MEMS 5に隣接してプラスチック化合物構造体9内に埋め込まれる。ヒートシンク15は、プラスチック化合物9により部分的に又は完全に取り囲まれることが可能である。一実施形態では、ヒートシンク15は、例えば、圧縮成形プロセスを使用して、プラスチック化合物によりMEMS 5と同時にオーバーモールドされる。   The heat sink 15 can be arranged adjacent to the MEMS 5. The heat sink 15 is embedded in the plastic compound structure 9 adjacent to the MEMS 5. The heat sink 15 can be partially or completely surrounded by the plastic compound 9. In one embodiment, the heat sink 15 is overmolded at the same time as the MEMS 5 with a plastic compound using, for example, a compression molding process.
ヒートシンク15は、MEMS 5から熱を逃がすことが可能である。実施形態によっては、MEMS 5内のアクチュエータ13が熱を発する場合がある。サーマルアクチュエータ13が比較的短いピッチで(例えば、少なくとも約300、600、900、1200、又は1800アクチュエータ/インチの分解能で)配設される実施形態では、熱が発生する可能性がある。MEMS 5は、多数のアクチュエータ13が比較的短い時間フレームで駆動される場合に加熱する可能性がある。アクチュエータ13により生成された熱は、シリコン基板、流体、及びおそらくはMEMS 5の薄膜層によって伝播されることになる。MEMS 5が(本開示の幾つかの実施形態の場合のように)比較的薄い厚さ及び/又は幅を有する場合には、特定の動作条件での過度の発熱に対処するのに十分なシリコン又は流体が存在しない可能性がある。別の実施形態では、熱抵抗器は、薄膜層内に噴射(ejector)抵抗器及びポンプ抵抗器の両方を含むことが可能であり、例えば、1インチあたり少なくとも600個のインク噴射抵抗器の行と少なくとも300個のポンプ抵抗器の行とを含むことが可能である。かかる構成では、噴射抵抗器のみを有するMEMSと比較して、ポンプ抵抗が発熱に加わる可能性がある。   The heat sink 15 can dissipate heat from the MEMS 5. In some embodiments, the actuator 13 in the MEMS 5 may generate heat. In embodiments where the thermal actuators 13 are arranged at a relatively short pitch (eg, with a resolution of at least about 300, 600, 900, 1200, or 1800 actuators / inch), heat can be generated. The MEMS 5 can heat up if many actuators 13 are driven in a relatively short time frame. The heat generated by the actuator 13 will be propagated by the silicon substrate, the fluid and possibly a thin film layer of MEMS 5. If the MEMS 5 has a relatively thin thickness and / or width (as in some embodiments of the present disclosure), sufficient silicon to handle excessive heat generation under certain operating conditions. Or there may be no fluid. In another embodiment, the thermal resistor can include both an ejector resistor and a pump resistor in the thin film layer, eg, a row of at least 600 ink jet resistors per inch. And a row of at least 300 pump resistors can be included. In such a configuration, there is a possibility that the pump resistance will be added to the heat generation, as compared with the MEMS having only the injection resistor.
他の解決策は、ヒートシンク15として作動するためにMEMS基板に依存するものであるが、本開示では、適当な熱伝導特性を有すると共に(例えば単結晶の)シリコン基板よりもコスト効率の良い別個のヒートシンク15が使用される。MEMS 5に沿った別個のヒートシンク15は、MEMS 5から熱を逃がすのを助けることが可能である。別個のヒートシンク15は、熱抵抗器の量及び/又は密度を増大させると共に必要な処理が行われた比較的少量のシリコンを使用して、MEMS5の小型化を容易化することが可能である。   Another solution relies on a MEMS substrate to act as a heat sink 15, but the present disclosure has suitable thermal conduction properties and is more cost-effective than a silicon substrate (eg, single crystal). A heat sink 15 of is used. A separate heat sink 15 along the MEMS 5 can help dissipate heat from the MEMS 5. The separate heat sink 15 can increase the amount and / or density of thermal resistors and use a relatively small amount of silicon that has undergone the necessary processing to facilitate miniaturization of the MEMS 5.
一実施形態では、流体推進装置1内の1つの(又は複数の)ヒートシンク15の総体積は、該流体推進装置1内の少なくとも1つのMEMS 5の総体積よりも大きくすることが可能である。このため、MEMS 5内のシリコンを削減する一方で、十分な熱を伝導し蓄積することができる比較的大きなヒートシンク15によって熱発生の危険性に対抗することが可能である。追加のヒートシンク15の材料コストは、シリコンの材料コストに比べて比較的低くすることが可能である。   In one embodiment, the total volume of one (or more) heat sinks 15 in the fluid propulsion device 1 can be greater than the total volume of at least one MEMS 5 in the fluid propulsion device 1. Thus, while reducing the silicon in the MEMS 5, it is possible to counter the risk of heat generation by the relatively large heat sink 15 which is capable of conducting and storing sufficient heat. The material cost of the additional heat sink 15 can be relatively low compared to the material cost of silicon.
図2は、流体推進装置101の別の実施形態を示している。流体推進装置101は、流体噴射装置である。流体推進装置101は、プラスチック化合物構造体109を含む。ほぼシリコンからなるMEMS 105は、化合物109内に埋め込まれている。MEMS 105は、長さ方向の形状を有することが可能である。図2では、その長さは、図面の面内に延びるものである。ヒートシンク115A,115Bは、MEMS 105から熱を伝導して逃がすよう該MEMS 105に沿って配設されている。   FIG. 2 shows another embodiment of the fluid propulsion device 101. The fluid propulsion device 101 is a fluid ejection device. The fluid propulsion device 101 includes a plastic compound structure 109. A MEMS 105, consisting essentially of silicon, is embedded within compound 109. The MEMS 105 can have a shape in the length direction. In FIG. 2, its length extends into the plane of the drawing. The heat sinks 115A and 115B are arranged along the MEMS 105 so as to conduct and release heat from the MEMS 105.
MEMS 105は、数ミクロンの厚さの膜を有する薄膜構造体119を支持する基板117を含む。例えば、MEMS 105の全厚さTは、約0.5mm以下、約0.3mm以下、約0.2mm以下、又は約0.15mm以下とすることが可能であり、薄膜構造体119の厚さは、数十ミクロン(例えば、50ミクロン以下、40ミクロン以下、30ミクロン以下、20ミクロン以下、又は15ミクロン以下)とすることが可能である。薄膜構造体119は、SU8を含むことが可能である。薄膜構造体119はノズルプレート120を含み、該ノズルプレート120を介してその正面111にノズル127が延びている。薄膜構造体119は、インク噴射チャンバ123を含むことが可能であり、該インク噴射チャンバ123内に、ノズル127を介してインクを噴射させるインク噴射アクチュエータ125が配設されている。インク噴射アクチュエータ125のアレイの長さは、MEMS 105の長さに沿って、第2の流体供給孔107の両側に沿って、図面の表面内へと延びることが可能である。インク噴射アクチュエータ125は、熱抵抗器とすることが可能である。   The MEMS 105 includes a substrate 117 supporting a thin film structure 119 having a film thickness of a few microns. For example, the total thickness T of the MEMS 105 can be about 0.5 mm or less, about 0.3 mm or less, about 0.2 mm or less, or about 0.15 mm or less, and the thickness of the thin film structure 119 is several tens. It can be micron (eg, 50 microns or less, 40 microns or less, 30 microns or less, 20 microns or less, or 15 microns or less). The thin film structure 119 can include SU8. The thin film structure 119 includes a nozzle plate 120, and a nozzle 127 extends through the nozzle plate 120 to the front surface 111 thereof. The thin film structure 119 can include an ink ejection chamber 123, and an ink ejection actuator 125 that ejects ink via a nozzle 127 is disposed in the ink ejection chamber 123. The length of the array of ink ejection actuators 125 can extend along the length of the MEMS 105, along both sides of the second fluid supply hole 107, and into the surface of the drawing. The ink ejection actuator 125 can be a thermal resistor.
化合物109は、MEMS 105の長さに沿った第1の流体供給スロット103を含む。MEMS 105は、該第1の流体供給スロット103の下流側に第2の流体供給スロット107を含む。該第2の流体供給スロット107は、薄膜構造体119内の複数の流体噴射チャンバの各々に流体を供給することが可能である。   Compound 109 includes a first fluid supply slot 103 along the length of MEMS 105. The MEMS 105 includes a second fluid supply slot 107 downstream of the first fluid supply slot 103. The second fluid supply slot 107 is capable of supplying fluid to each of the plurality of fluid ejection chambers in the thin film structure 119.
上述のように、第1及び第2の流体供給スロットは、MEMS 105の長さに沿って延びることが可能である。別の実施形態では、第1及び/又は第2の流体供給スロット103,107は、複数の別個の流体供給孔を含む。一実施形態では、それら別個の流体供給孔は、少なくとも1つの長手方向のマニホールドチャネルを介して相互接続することが可能である。流体供給スロット又はチャネルの設計は、選択した形成及び/又は加工方法に応じて決定することが可能である。   As mentioned above, the first and second fluid supply slots can extend along the length of the MEMS 105. In another embodiment, the first and / or second fluid supply slots 103, 107 include a plurality of separate fluid supply holes. In one embodiment, the separate fluid supply holes are interconnectable via at least one longitudinal manifold channel. The design of the fluid supply slot or channel can be determined depending on the formation and / or processing method selected.
流体推進装置101は、MEMS 105から熱を伝導して逃がすための複数のヒートシンク115A,115Bを含む。各ヒートシンク115A,115Bは、正面111と垂直な方向Lから見て少なくとも部分的にMEMS 105に隣接するよう延びている。   The fluid propulsion device 101 includes a plurality of heat sinks 115A, 115B for conducting and releasing heat from the MEMS 105. Each heat sink 115A, 115B extends so as to at least partially adjoin the MEMS 105 when viewed in the direction L perpendicular to the front surface 111.
第1のヒートシンク115Aは、正面111と垂直な方向Lから見てMEMS 105に部分的に隣接するよう延び、部分的にMEMS 105の上部上にあり、及び化合物109及び/又はMEMS 105により取り囲まれている。一実施形態では、第1のヒートシンク115Aは、MEMS 105と接触し、又は熱伝導性ライン及び/又は接着剤でMEMS 105に接続される。別の実施形態では、ヒートシンク115Aは、MEMS 105から熱を伝導させるのに十分な短い距離(例えば0.5mm以上、又は1mm以上)だけMEMS 105から離れて延びている。接着剤の層又はプラスチック化合物の層は、ヒートシンク115AとMEMS 105との間に延びることが可能である。例えば、第1のヒートシンク115Aは、成形された化合物109内でヒートシンク115AをMEMS105に対して位置決めするために、成形プロセスに先立ってMEMS105に接着される。一実施形態では、接着剤は、熱せられたプラスチック化合物がMEMS 105及びヒートシンク115Aを取り囲む際に、製造中に実質的に溶解することが可能である。別の実施形態では、プラスチック化合物は、ヒートシンク115Aがプラスチック化合物109により完全に取り囲まれるように、MEMS 105とヒートシンク115Aとの間に延びることが可能である。かかる完全に埋め込まれたヒートシンク115Aは、スロット103,107及びノズル127を介して流れる流体により影響を受けることから保護される。これは、比較的広範なヒートシンク材料の使用を容易化し、ひいては比較的コスト効率の良いヒートシンク115Aの実施を容易化し得るものとなる。   The first heat sink 115A extends so as to be partially adjacent to the MEMS 105 when viewed from the direction L perpendicular to the front surface 111, is partially above the MEMS 105, and is surrounded by the compound 109 and / or the MEMS 105. ing. In one embodiment, the first heat sink 115A contacts the MEMS 105 or is connected to the MEMS 105 with thermally conductive lines and / or adhesive. In another embodiment, the heat sink 115A extends away from the MEMS 105 by a short distance (eg, 0.5 mm or more, or 1 mm or more) sufficient to conduct heat from the MEMS 105. A layer of adhesive or a layer of plastic compound can extend between the heat sink 115A and the MEMS 105. For example, the first heat sink 115A is adhered to the MEMS 105 prior to the molding process to position the heat sink 115A with respect to the MEMS 105 within the molded compound 109. In one embodiment, the adhesive is capable of substantially dissolving during manufacturing as the heated plastic compound surrounds the MEMS 105 and heat sink 115A. In another embodiment, the plastic compound can extend between the MEMS 105 and the heat sink 115A such that the heat sink 115A is completely surrounded by the plastic compound 109. Such a fully embedded heat sink 115A is protected from being affected by the fluid flowing through the slots 103, 107 and nozzle 127. This may facilitate the use of a relatively wide range of heat sink materials and thus the relatively cost effective implementation of heat sink 115A.
別の実施形態では、第1のヒートシンク115Aの一方の側は、第1の流体スロット103に隣接して延びることが可能である。ヒートシンク115Aは、第1の流体スロット103に直接曝されることが可能であり、又は流体スロット103から短い距離まで延びることが可能であり、該短い距離は、第1の流体スロット103を介して流れる流体との熱交換を可能にするのに十分な短い距離である。動作中、ヒートシンク115Aの流体冷却により、MEMS 105の冷却が改善される。   In another embodiment, one side of the first heat sink 115A can extend adjacent to the first fluid slot 103. The heat sink 115A can be exposed directly to the first fluid slot 103 or can extend up to a short distance from the fluid slot 103, which short distance is through the first fluid slot 103. A short enough distance to allow heat exchange with the flowing fluid. During operation, fluid cooling of heat sink 115A improves cooling of MEMS 105.
第2のヒートシンク115Bは、例えば、MEMS 105の長さの少なくとも一部に沿って、MEMS 105のすぐ近くまで延びる。第1のヒートシンク115Aと同様に、第2のヒートシンク115Bは、(i)MEMS 105に接着され、(ii)MEMS 105からプラスチック化合物109を介して短い距離まで延び、(iii)MEMS 105に直接接触し、又は(iv)熱伝導性リード線等を介してMEMS 105に間接的に接触することが可能である。更なる実施形態では、第2のヒートシンク115Bは、大気による冷却が可能となるよう正面111に隣接して延びることが可能である。一実施形態では、第2のヒートシンク115Bは大気に直接曝される。別の実施形態では、第2のヒートシンク115Bは、正面111から短い距離まで延び、間接的な空気冷却を可能にするが、空気又は流体の小滴に直接曝されないようになっている。第2のヒートシンク115Bは、MEMS 105及び正面111に隣接して延びて、それら構成要素との熱交換を可能にする一方、プラスチック化合物109により完全に取り囲まれている。更なる実施形態では、第1のヒートシンク115Aのみ又は第2のヒートシンク115Bのみが、単一のMEMS 105に沿って又は2つの対向するMEMS 105に沿って配設される。   The second heatsink 115B extends, for example, along at least a portion of the length of the MEMS 105 and close to the MEMS 105. Similar to the first heat sink 115A, the second heat sink 115B is (i) bonded to the MEMS 105 and (ii) extends a short distance from the MEMS 105 through the plastic compound 109 and (iii) directly contacts the MEMS 105. Or (iv) indirectly contact the MEMS 105 via a thermally conductive lead or the like. In a further embodiment, the second heat sink 115B can extend adjacent the front surface 111 to allow for atmospheric cooling. In one embodiment, the second heat sink 115B is exposed directly to the atmosphere. In another embodiment, the second heat sink 115B extends a short distance from the front surface 111 to allow indirect air cooling, but is not directly exposed to air or fluid droplets. The second heat sink 115B extends adjacent to the MEMS 105 and the front surface 111 to allow heat exchange with these components, while being completely surrounded by the plastic compound 109. In a further embodiment, only the first heat sink 115A or only the second heat sink 115B is disposed along a single MEMS 105 or along two opposing MEMS 105.
図3は、例示的な流体推進装置201の一部を示す図である。装置201は、化合物209内に部分的に又は完全に埋め込まれたMEMS 205及びヒートシンク215を含む。図示の実施形態では、MEMS 205は、第2の流体チャネル207A,207B,207C、及び特定のチャンバ233又は一層幅の広いチャネル部分を含む。第2の流体チャネル207A,207B,207Cは、化合物209内で第1の流体チャネルに直接的又は間接的に接続されている。熱抵抗アクチュエータ225A,225Bは、第2の流体チャネル207C及びチャンバ233内に配設されている。熱抵抗アクチュエータ225A,225Bは、流体を局所的に加熱することにより、該流体を所望の方向に推進させる蒸気泡を発生させる。一実施形態では、第2の流体チャネルは、第2の流体供給スロット207A、該第2の流体供給スロット207Aからチャンバ233へ流体を供給する流体供給チャネル207B、及び循環チャネル207Cを含み、この実施例では、該循環チャネル207Cは、チャンバ233及び流体供給スロット207Aに接続されて、流体の循環を容易にする。更なる実施形態では、チャンバ233は、ノズル227(点線で示す)に隣接して配設され、チャンバ233内の熱抵抗アクチュエータ225Aは、ノズル227を介してチャンバ233から流体を吐出させる。第2の熱抵抗アクチュエータ225Bは、循環チャネル207C内に配設されている。第2の熱抵抗アクチュエータ225Bは、第2のチャネル207A,207B,207Cの様々な部分間で流体を循環させることが可能である。第2の熱抵抗アクチュエータ225Bは、第1の熱抵抗アクチュエータ225Aよりも少ないが循環流路207Cを介して流体をポンピングするのに十分なエネルギー量を受け取ることによりトリガされることが可能である
図示の実施形態では、流体的に相互接続されたチャンバ233、ノズル227、流体供給チャネル207B、流体循環チャネル207C、及びアクチュエータ225A,225Bは、共に液滴生成装置を形成する。MEMS 205の長さにわたって(例えば、第2の流体スロット207Aの長さに沿って)少なくとも1つの液滴生成装置アレイを配設することが可能である。例えば、液滴生成装置アレイは、第2の流体スロット207Aの両側に沿って配設することが可能である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a portion of an exemplary fluid propulsion device 201. Device 201 includes a MEMS 205 and a heat sink 215 partially or fully embedded within compound 209. In the illustrated embodiment, the MEMS 205 includes a second fluid channel 207A, 207B, 207C and a particular chamber 233 or wider channel portion. The second fluid channels 207A, 207B, 207C are directly or indirectly connected to the first fluid channel in compound 209. Thermal resistance actuators 225A, 225B are disposed within the second fluid channel 207C and chamber 233. The thermal resistance actuators 225A and 225B locally heat the fluid to generate vapor bubbles that propel the fluid in a desired direction. In one embodiment, the second fluid channel includes a second fluid supply slot 207A, a fluid supply channel 207B that supplies fluid from the second fluid supply slot 207A to the chamber 233, and a circulation channel 207C. In the example, the circulation channel 207C is connected to the chamber 233 and the fluid supply slot 207A to facilitate circulation of fluid. In a further embodiment, chamber 233 is disposed adjacent nozzle 227 (shown in phantom) and thermal resistance actuator 225A within chamber 233 ejects fluid from chamber 233 via nozzle 227. The second thermal resistance actuator 225B is disposed in the circulation channel 207C. The second thermal resistance actuator 225B is capable of circulating fluid between various parts of the second channels 207A, 207B, 207C. The second thermal resistance actuator 225B can be triggered by receiving less energy than the first thermal resistance actuator 225A but sufficient to pump fluid through the circulation channel 207C. In one embodiment, the fluidly interconnected chamber 233, nozzle 227, fluid supply channel 207B, fluid circulation channel 207C, and actuators 225A, 225B together form a droplet generator. It is possible to dispose at least one drop generator array along the length of the MEMS 205 (eg, along the length of the second fluid slot 207A). For example, the drop generator array can be disposed along opposite sides of the second fluid slot 207A.
図示の実施形態では、1つの流体再循環チャネル207Cが、各発射チャンバ233毎に配設されている。他の実施形態では、熱抵抗アクチュエータを備えた1つの流体再循環チャネル207Cが複数のチャンバ233に接続することが可能である。したがって、噴射アクチュエータ225Aの量と循環アクチュエータ225Bの量との比は、1:1、2:1、又は3:1とすることが可能である。したがって、発射チャンバ233の量とMEMS 205内の流体循環チャネル207Cの量との比は、1:1、2:1、又は3:1とすることが可能である。単一の第2の流体スロット207Aに(例えば、第2の流体スロット207Aの一方の側に沿って又は第2の流体スロット207Aの上部に)流体的に接続することが可能な第1列の液滴生成装置は、約300、600、900、1200、又は1800アクチュエータ/インチのアクチュエータ密度を有することが可能であり、熱抵抗噴射アクチュエータ225A及び熱循環アクチュエータ225Bの両方を含むことが可能である。別の同様の液滴生成装置の列は、同じ第2の流体スロット207Aに流体的に接続された前記第1列の液滴生成装置の反対側及び/又は隣に延びることが可能である。同一列のアクチュエータ225A及び/又は225Bは、互いに対して互い違いにすることが可能であり、すなわち、第2の流体供給スロット207Aから異なる距離、又は僅かに異なる位置を有することが可能である。明瞭化のため、本開示では、アクチュエータの密度は、同一列内にある噴射(発射)アクチュエータと循環(ポンプ)アクチュエータの両方を含むものとすることが可能であり、該同一列内では、それらアクチュエータは流体スロット207Aに対して異なる位置を有することが可能である。   In the illustrated embodiment, one fluid recirculation channel 207C is provided for each firing chamber 233. In other embodiments, one fluid recirculation channel 207C with a thermal resistance actuator can connect to multiple chambers 233. Therefore, the ratio of the amount of the injection actuator 225A and the amount of the circulation actuator 225B can be 1: 1 or 2: 1 or 3: 1. Thus, the ratio of the amount of firing chamber 233 to the amount of fluid circulation channel 207C in MEMS 205 can be 1: 1 or 2: 1 or 3: 1. A first row of columns that can be fluidly connected to a single second fluid slot 207A (eg, along one side of the second fluid slot 207A or on top of the second fluid slot 207A). Droplet generators can have actuator densities of about 300, 600, 900, 1200, or 1800 actuators / inch and can include both thermal resistance ejection actuators 225A and thermal cycling actuators 225B. .. Another similar row of drop generators can extend opposite and / or next to the first row drop generators that are fluidly connected to the same second fluid slot 207A. The actuators 225A and / or 225B in the same row can be staggered with respect to each other, ie, they can have different distances or slightly different positions from the second fluid supply slot 207A. For clarity, in the present disclosure, actuator densities may include both injection (firing) actuators and circulation (pump) actuators in the same row, where the actuators are in the same row. It is possible to have different positions for the fluid slot 207A.
循環アクチュエータ225Bは、流体の混合を容易化することが可能であり、次いでチャネルの詰まり及びMEMS 205に対するその他の損傷を阻止することが可能である。循環アクチュエータ225Bにより、熱抵抗密度は、熱抵抗噴射アクチュエータ225Aのみを備えているMEMSと比較して高くすることが可能となる。動作中、循環アクチュエータ225は、MEMS 205を更に加熱することが可能である。両方のタイプの熱抵抗アクチュエータ225A,225Bを有する比較的高密度の熱抵抗アクチュエータを備えた比較的薄いMEMS 205は、例えば、動作時に(例えば、比較的小さい表面における比較的大量の熱抵抗器が同時に及び/又は比較的高い頻度で駆動された場合に)比較的熱くなるリスクを冒し得るものである。薄いMEMS 205内には、所望の時間枠内で抵抗器の領域から熱を伝導させ逃がすだけの十分なシリコン等の熱伝導性材料が存在しない可能性がある。更に、化合物209は、少なくともシリコンと比較して断熱特性を有するため、熱を十分に速く逃がすことができない可能性がある。特定の実施形態では、熱伝導性成分を添加するなどして熱伝導率を向上させるよう化合物209の組成を変更した場合であっても、化合物209は、シリコンのような比較的熱伝導性の高い材料と比較して依然として比較的断熱性を有し得るものである。熱伝導性化合物209であっても十分に熱を伝導しない可能性がある。   Circulation actuator 225B can facilitate fluid mixing, which in turn can block channel clogging and other damage to MEMS 205. The circulation actuator 225B enables the thermal resistance density to be higher than that of the MEMS including only the thermal resistance injection actuator 225A. During operation, the circulation actuator 225 can further heat the MEMS 205. A relatively thin MEMS 205 with a relatively high density thermal resistance actuator having both types of thermal resistance actuators 225A, 225B can be used, for example, in operation (e.g., with a relatively large amount of thermal resistors on a relatively small surface). It may run the risk of becoming relatively hot (when driven simultaneously and / or at a relatively high frequency). There may not be enough thermally conductive material, such as silicon, in the thin MEMS 205 to conduct and escape heat from the region of the resistor within the desired time frame. In addition, compound 209 may not be able to dissipate heat fast enough because it has adiabatic properties, at least compared to silicon. In certain embodiments, the compound 209 is relatively thermally conductive, such as silicon, even when the composition of the compound 209 is modified to improve thermal conductivity, such as by adding a thermally conductive component. It can still be relatively heat insulating as compared to expensive materials. Even the heat conductive compound 209 may not sufficiently conduct heat.
図3の例示的な流体推進装置201は、MEMS 205から離間し及び該MEMS 205に隣接して配設されたヒートシンク215を含む。ヒートシンク215は、長手方向の形状を有する(例えば、長方形にする)ことが可能であり、及びMEMS 205の長さに沿って(例えば、MEMS 205の長さの少なくとも50%、60%、80%、又は少なくとも100%に沿って)延びることが可能である。ヒートシンク215は、セラミック、未処理のシリコン、銅等の熱伝導性材料を含むことが可能である。ヒートシンク215が占有する総体積は、MEMS 205が占有する体積よりも大きくすることが可能である。一実施形態では、ヒートシンク215は、(例えば、比較的均一な材料特性を有することにより)比較的均一な熱伝導率を有することが可能である。別の実施形態では、ヒートシンク215は、MEMS 205に近いほど高い熱伝導率を有する。様々な実施形態において、ヒートシンク215は、MEMS 205に少なくとも部分的に隣接して延びること及び/又はMEMS 205上に少なくとも部分的に延びることが可能である。   The exemplary fluid propulsion device 201 of FIG. 3 includes a heat sink 215 disposed away from and adjacent to the MEMS 205. The heat sink 215 can have a longitudinal shape (eg, rectangular) and along the length of the MEMS 205 (eg, at least 50%, 60%, 80% of the length of the MEMS 205. , Or at least along 100%). The heat sink 215 can include a thermally conductive material such as ceramic, untreated silicon, copper or the like. The total volume occupied by the heat sink 215 can be larger than the volume occupied by the MEMS 205. In one embodiment, the heat sink 215 can have a relatively uniform thermal conductivity (eg, by having relatively uniform material properties). In another embodiment, the heat sink 215 has higher thermal conductivity closer to the MEMS 205. In various embodiments, the heat sink 215 can extend at least partially adjacent to the MEMS 205 and / or extend at least partially on the MEMS 205.
一実施形態では、ヒートシンク215及びMEMS 205の両方が、化合物209によってオーバーモールドされる。例えば、ヒートシンク215は、化合物209により殆ど又は完全に取り囲まれる。例えば、ヒートシンク215とMEMS 205との間の空間241は、成形プラスチック化合物209及び/又は接着剤(例えば、エポキシ化合物)で充填することが可能である。ヒートシンク215とMEMS 205との間の距離は、約0.1〜10mm、又は約0.1〜3mmとすることが可能である。このため、流体推進装置201は、抵抗器アレイを含む高密度回路を有する比較的薄い細長いMEMS 205と少なくとも1つのヒートシンク215とが埋め込まれた化合物209を含むことが可能である。ヒートシンク215は、長手方向、棒状、帯状、及び/又は立方体の形状を有することが可能である。   In one embodiment, both heat sink 215 and MEMS 205 are overmolded with compound 209. For example, the heat sink 215 is mostly or completely surrounded by the compound 209. For example, the space 241 between the heat sink 215 and the MEMS 205 can be filled with a molded plastic compound 209 and / or an adhesive (eg, an epoxy compound). The distance between the heat sink 215 and the MEMS 205 can be about 0.1-10 mm, or about 0.1-3 mm. Thus, the fluid propulsion device 201 can include a compound 209 embedded with a relatively thin elongated MEMS 205 having a high density circuit including a resistor array and at least one heat sink 215. The heat sink 215 can have a longitudinal shape, a rod shape, a band shape, and / or a cubic shape.
図4は、流体推進装置301の断面の別の実施形態を示す図である。流体推進装置301は、成形プラスチック化合物309を含む。化合物309は、該化合物309内に埋め込まれたMEMS 305に通じる第1の流体チャネル303を含み、該第1の流体チャネル303は、該MEMS 305内の第2の流体チャネルへ流体を供給する。ヒートシンク315は、MEMS 305に隣接して化合物309に埋め込まれている。   FIG. 4 is a view showing another embodiment of the cross section of the fluid propulsion device 301. The fluid propulsion device 301 comprises a molded plastic compound 309. Compound 309 includes a first fluid channel 303 leading to a MEMS 305 embedded within the compound 309, the first fluid channel 303 supplying fluid to a second fluid channel within the MEMS 305. Heat sink 315 is embedded in compound 309 adjacent to MEMS 305.
MEMS 305は、シリコン、薄膜層、及び熱抵抗器を含むことが可能である。MEMS 305は更に、第1の流体チャネル303に流体的に接続された第2の流体チャネルを含み、前記熱抵抗器は該第2のチャネル内に配設される。一実施形態では、該第2のチャネル内に複数のチャンバが配設され、該複数のチャンバ内に熱抵抗器が配設される。   MEMS 305 can include silicon, thin film layers, and thermal resistors. The MEMS 305 further includes a second fluid channel fluidly connected to the first fluid channel 303, the thermal resistor being disposed within the second channel. In one embodiment, a plurality of chambers are disposed within the second channel and thermal resistors are disposed within the plurality of chambers.
ヒートシンク315は、MEMS 305に隣接して延びている。図示の実施形態では、ヒートシンク315は、MEMS 305の隣でその上方に延びる。図示の実施形態では、ヒートシンク315の一方の側面は、第1の流体チャネル303に隣接して延び、及びヒートシンク315の他方の側面は、流体推進装置301の正面311に隣接して延びている。一実施形態では、ヒートシンク315は、MEMS 305の隣に延びる下部315Aと、MEMS 305の上方に張り出すカンチレバー部315Bとを含む。別の実施形態では、ヒートシンク315は、2つの別個のブロック又はバーを含むことが可能であり、その一方のブロック又はバーは、正面311に隣接して延び、他方のブロック又はバーは、第1の流体チャネル303に隣接して延びる。   The heat sink 315 extends adjacent to the MEMS 305. In the illustrated embodiment, the heat sink 315 extends next to and above the MEMS 305. In the illustrated embodiment, one side of the heat sink 315 extends adjacent to the first fluid channel 303 and the other side of the heat sink 315 extends adjacent to the front face 311 of the fluid propulsion device 301. In one embodiment, the heat sink 315 includes a lower portion 315A that extends next to the MEMS 305 and a cantilever portion 315B that overhangs the MEMS 305. In another embodiment, the heat sink 315 can include two separate blocks or bars, one block or bar extending adjacent the front face 311 and the other block or bar the first. Of fluid channels 303 adjacent to.
例えば、動作中に、ヒートシンク315は、第2の流体スロット303を通って流れる流体、及び/又は正面311における空気と熱交換を行う。一実施形態では、ヒートシンク315は、冷却を向上させるために流体又は空気と直接接触する。別の実施形態では、ヒートシンク315と流体又は空気との間に保護層(例えばプラスチック化合物309の層)が延びることが可能であり、該保護層は、冷却を促進させる薄さと、腐食、損傷、摩耗等からヒートシンク315を保護する厚さを有するものとなる。   For example, during operation, the heat sink 315 exchanges heat with the fluid flowing through the second fluid slot 303 and / or air at the front face 311. In one embodiment, the heat sink 315 is in direct contact with fluid or air to improve cooling. In another embodiment, a protective layer (eg, a layer of plastic compound 309) can extend between the heat sink 315 and the fluid or air, the protective layer being thin to promote cooling and corroded, damaged, It has a thickness that protects the heat sink 315 from abrasion and the like.
図5は、流体推進装置401の断面の更に別の実施形態を示す図である。流体推進装置401は、少なくとも1つの成形プラスチック化合物409A,409Bを含む。該化合物409A,409Bは、該化合物409に埋め込まれたMEMS405に通じる第1の流体チャネル403を含み、該第1の流体チャネル403は、MEMS405内の第2の流体チャネルに流体を配送する。更に、該化合物409内にヒートシンク415が埋め込まれている。   FIG. 5 is a view showing still another embodiment of the cross section of the fluid propulsion device 401. The fluid propulsion device 401 includes at least one molded plastic compound 409A, 409B. The compounds 409A, 409B include a first fluid channel 403 leading to a MEMS 405 embedded in the compound 409, the first fluid channel 403 delivering fluid to a second fluid channel within the MEMS 405. Further, a heat sink 415 is embedded in the compound 409.
MEMS405は、既述のMEMS 5,105,205,305と同様の特性を有することが可能である。ヒートシンク415は、MEMS405に隣接して(例えば、MEMS405の隣に)延びる。図示の実施形態では、ヒートシンク415の一方の側部は、流体推進装置401の正面411に隣接して延びる。例えば、動作時に、ヒートシンク415は、正面311で空気と熱交換を行って冷却を促進させる。一実施形態では、ヒートシンク415は空気と直接接触する。別の実施形態では、ヒートシンク415と空気との間に保護層(例えばプラスチック化合物409の層)が延びることが可能であり、この場合、該保護層は、冷却を促進させるのに十分薄く、ヒートシンク315を腐食、損傷、摩耗等から保護するのに十分厚いものとなる。   The MEMS 405 can have the same characteristics as the above-mentioned MEMS 5,105,205,305. The heat sink 415 extends adjacent to the MEMS 405 (eg, next to the MEMS 405). In the illustrated embodiment, one side of the heat sink 415 extends adjacent the front surface 411 of the fluid propulsion device 401. For example, in operation, the heat sink 415 exchanges heat with the air at the front face 311 to facilitate cooling. In one embodiment, the heat sink 415 is in direct contact with air. In another embodiment, a protective layer (eg, a layer of plastic compound 409) can extend between the heat sink 415 and the air, where the protective layer is thin enough to promote cooling. Thick enough to protect 315 from corrosion, damage, wear, etc.
化合物409A,409Bは、該化合物409A,409Bの第1の化合物層409Aに対して向上した熱伝導率を有する第2の化合物層409Bを含むことが可能である。例えば、MEMS405は、向上した熱伝導率を有する第2の化合物409B内に埋め込むことが可能である。例えば、ヒートシンク415は、少なくとも部分的に第2の化合物409B内に埋め込むことが可能である。例えば、第2の化合物は、MEMS405とヒートシンク415との間に延びて、該MEMS405と該ヒートシンク415との間の熱伝導率を高めることが可能である。この熱伝導率の向上は、第2のプラスチック化合物409Bに含まれる添加剤により達成することが可能である。異なる実施形態では、該添加剤は、金属、金属酸化物、銅、酸化アルミニウム、シリカ粒子、カーボンナノ粒子、セラミックなどを含むことが可能である。プラスチック化合物キャリア材料は、エポキシを含むことが可能である。添加剤は、ヒートシンク415及びMEMS405をオーバーモールドする前に、熱伝導性の添加剤が反対側の後部412付近よりも装置の正面411の近くにより多く存在するように、プラスチック化合物の所定の粒(granulates)又は層内に含有させることが可能である。一実施形態では、プラスチック化合物409A,409Bは、異なる組成のプラスチック化合物409A,409Bの複数の層を含むことが可能である。更なる実施形態では、化合物409A,409Bの組成は、熱伝導率の勾配が背面から正面へと達成されるようなものとすることが可能である。   The compounds 409A, 409B can include a second compound layer 409B having improved thermal conductivity relative to the first compound layer 409A of the compounds 409A, 409B. For example, the MEMS 405 can be embedded within the second compound 409B, which has improved thermal conductivity. For example, the heat sink 415 can be at least partially embedded within the second compound 409B. For example, the second compound can extend between the MEMS 405 and the heat sink 415 to enhance the thermal conductivity between the MEMS 405 and the heat sink 415. This improvement in thermal conductivity can be achieved by the additive contained in the second plastic compound 409B. In different embodiments, the additive can include metals, metal oxides, copper, aluminum oxide, silica particles, carbon nanoparticles, ceramics, and the like. The plastic compound carrier material can include epoxy. Prior to overmolding the heat sink 415 and the MEMS 405, the additive was added to a predetermined grain of plastic compound (so that the thermally conductive additive was present closer to the front 411 of the device than to the opposite rear 412). granulates) or in layers. In one embodiment, the plastic compounds 409A, 409B can include multiple layers of plastic compounds 409A, 409B of different compositions. In a further embodiment, the composition of compounds 409A, 409B can be such that a thermal conductivity gradient is achieved from back to front.
図6ないし図9は、様々な例示的な流体推進装置501,601,701,801の正面と垂直な断面図を示している。図6ないし図9は、ヒートシンク及びMEMSの様々な例示的なパターンを示している。   6-9 show front and vertical cross-sectional views of various exemplary fluid propulsion devices 501, 601, 701, 801. 6-9 illustrate various exemplary heat sink and MEMS patterns.
図6は、複数の平行で横方向に隔置されたMEMS 505が化合物内に埋め込まれた流体推進装置501を示している。MEMS 505の長さの実質的な部分(substantial portion)に沿って、複数のヒートシンク515が埋め込まれ、及びMEMS 505に隣に平行に延びている。図示の実施形態では、1つのヒートシンク515が各MEMS 505に沿って延びている。この例示的な実施形態では、ヒートシンク515の長さは、MEMS 505の長さよりも短い。一実施形態では、これは、空間効率のためであることが可能である。別の実施形態では、MEMS 505の端部は熱抵抗器を含まず、熱抵抗器の密度が最も高い部分に熱交換を一層良好に集中させることができるようにすることが可能である。一実施形態では、より短いヒートシンク515は、MEMS 505の端部近くの化合物の空間を促進させて、MEMS 505の端部に電気回路を都合よく接続することが可能となるようにすることが可能である。別の実施形態では、僅かに短いヒートシンク515又はMEMS 515の中央部分付近のヒートシンク515は、長手方向及び横方向に隔置されたMEMS 505,505B間でMEMSの端部をオーバーラップさせることを可能とする。一実施形態として、長手方向及び横方向に隔置されたMEMS 505Bの一部が図6で点線で示されている。   FIG. 6 shows a fluid propulsion device 501 having a plurality of parallel, laterally spaced MEMS 505 embedded within a compound. A plurality of heat sinks 515 are embedded along a substantial portion of the length of the MEMS 505 and extend parallel to and next to the MEMS 505. In the illustrated embodiment, one heat sink 515 extends along each MEMS 505. In this exemplary embodiment, the length of heat sink 515 is less than the length of MEMS 505. In one embodiment, this can be for space efficiency. In another embodiment, it is possible that the ends of the MEMS 505 do not include thermal resistors, allowing for better concentration of heat exchange in the densest portions of the thermal resistors. In one embodiment, the shorter heat sink 515 may facilitate compound space near the edge of the MEMS 505 to allow for convenient connection of electrical circuits to the edge of the MEMS 505. Is. In another embodiment, a slightly shorter heatsink 515 or heatsink 515 near the central portion of MEMS 515 allows the ends of the MEMS to overlap between longitudinally and laterally spaced MEMS 505, 505B. To do. In one embodiment, a portion of the MEMS 505B that is longitudinally and laterally spaced is shown in dotted lines in FIG.
図7は、複数の平行で横方向に隔置されたMEMS 605が化合物内に埋め込まれた流体推進装置601を示している。MEMS 605の端部近くに少なくとも1つのヒートシンク615が埋設され及び延びている。図示の実施形態では、1つのヒートシンク615が、複数のMEMS 605の端部に沿って延びている。例えば、ヒートシンク615は、横方向に隔置されたMEMS 605(例えば、2つ又は4つのMEMS 605)の端部に重複している。一実施形態では、MEMSの端部のヒートシンク615は、第2の流体スロットがヒートシンク615に沿って化合物を通って延びてMEMS 605の第1の流体チャネルに接続することを可能にする。図示の実施形態では、1つのヒートシンク615が、MEMS 605の各々の第1の端部に隣接して延び、もう1つのヒートシンク615が、MEMS 605の各々の反対側の第2の端部に隣接して延びている。例えば、MEMS 605の中央部分に電気回路を接続することが可能である。   FIG. 7 shows a fluid propulsion device 601 having a plurality of parallel, laterally spaced MEMS 605 embedded within a compound. At least one heat sink 615 is embedded and extends near the edge of the MEMS 605. In the illustrated embodiment, one heat sink 615 extends along the ends of the multiple MEMS 605. For example, the heat sink 615 overlaps the ends of laterally spaced MEMS 605 (eg, two or four MEMS 605). In one embodiment, a heat sink 615 at the edge of the MEMS allows a second fluid slot to extend along the heat sink 615 through the compound and connect to the first fluid channel of the MEMS 605. In the illustrated embodiment, one heat sink 615 extends adjacent to a first end of each of the MEMS 605 and another heat sink 615 is adjacent to an opposite second end of each of the MEMS 605. And has been extended. For example, it is possible to connect an electric circuit to the central portion of the MEMS 605.
図8及び図9は、複数の平行で横方向に隔置されたMEMS 705,805が化合物内に埋め込まれた流体推進装置701,801を示している。少なくとも1つのヒートシンク715,815もまた埋め込まれており、及び少なくとも部分的にMEMS 705,805の隣で該複数のMEMS 705,805に沿って長手方向に延びている。図示の実施形態では、1つのヒートシンク715,815は、各MEMS 705,805の長さの実質的な部分にわたり、2つの横方向に隔置されたMEMS 705,805間に延びている。例えば、図8では、ヒートシンク715の長さは、MEMS 705の長さよりも短い。例えば、図9では、ヒートシンク815は、MEMS 805よりも長く、各MEMS 805の端部を越えて延びている。   8 and 9 show fluid propulsion devices 701 and 801, in which a plurality of parallel and laterally spaced MEMS 705 and 805 are embedded in a compound. At least one heat sink 715,815 is also embedded and extends longitudinally along the plurality of MEMS 705,805 at least partially next to the MEMS 705,805. In the illustrated embodiment, one heat sink 715,815 extends between two laterally spaced MEMS 705,805 over a substantial portion of the length of each MEMS 705,805. For example, in FIG. 8, the length of the heat sink 715 is shorter than the length of the MEMS 705. For example, in FIG. 9, the heat sink 815 is longer than the MEMS 805 and extends beyond the end of each MEMS 805.
流体推進装置の異なる実施形態では、ヒートシンクの量とMEMSの量は、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1等とすることが可能である。特定の実施形態では、ヒートシンクは、MEMSの長さよりも短く、MEMSの長さよりも長く、又はMEMSの長さとほぼ等しくすることが可能である。   In different embodiments of the fluid propulsion device, the amount of heat sink and the amount of MEMS can be 1: 4, 1: 3, 1: 2, 1: 1, 2: 1, etc. In certain embodiments, the heat sink can be shorter than the length of the MEMS, longer than the length of the MEMS, or approximately equal to the length of the MEMS.
図10は、流体推進装置の製造方法の一実施形態を示している。本方法は、(i)大部分がシリコンで構成され及び流体チャネルを含むMEMS、(ii)該MEMSに隣接して該MEMSから熱を逃がすヒートシンク、及び(iii)少なくとも部分的に融解状態にあるプラスチック化合物を成形型内に配設することを含むことが可能である(ブロック100)。該MEMSは更に、流体を推進させるアクチュエータを含むことが可能である。本方法は更に、MEMS及びヒートシンクが硬化した化合物内の所定位置に固定されるように化合物を硬化させること(ブロック110)に含むことが可能である。例えば、硬化後に、MEMSの正面が露出される。   FIG. 10 shows an embodiment of a method for manufacturing a fluid propulsion device. The method comprises: (i) a MEMS composed predominantly of silicon and containing fluidic channels; (ii) a heat sink radiating heat from the MEMS adjacent to the MEMS; and (iii) at least partially in a molten state. It may include placing a plastic compound in the mold (block 100). The MEMS can further include an actuator to propel the fluid. The method can further include curing the compound (block 110) such that the MEMS and heat sink are locked in place within the cured compound. For example, the front of the MEMS is exposed after curing.
図11は、流体推進装置の製造方法の別の実施形態を示している。本方法は、ヒートシンクをMEMSに接着すること(ブロック200)を含むことが可能である。一実施形態では、MEMSは、その大部分がシリコンで構成され、及び流体回路及びアクチュエータを含む。本方法は更に、(i)MEMS及びヒートシンク、及び(ii)少なくとも部分的に融解状態にあるプラスチック化合物を成形型内に配設すること(ブロック210)を含むことが可能である。本方法は更に、硬化した化合物内の所定位置にMEMS及びヒートシンクが固定されて該MEMSが部分的に露出するように該化合物を硬化させること(ブロック220)を含むことが可能である。   FIG. 11 shows another embodiment of a method for manufacturing a fluid propulsion device. The method can include adhering a heat sink to the MEMS (block 200). In one embodiment, the MEMS is composed predominantly of silicon and includes fluid circuits and actuators. The method can further include (i) placing a MEMS and heat sink, and (ii) a plastic compound in an at least partially molten state in the mold (block 210). The method can further include curing the compound (block 220) such that the MEMS and heat sink are secured in place within the cured compound to partially expose the MEMS.
図12は、流体推進装置の製造方法の更に別の実施形態を示している。本方法は、成形型内の剥離(release)テープに対してMEMS及びヒートシンクを配置すること(ブロック300)を含むことが可能である。該剥離テープは、熱剥離(thermal release)テープとすることが可能である。本方法は、成形型内にプラスチック化合物を堆積させることを含むことが可能である(ブロック310)。プラスチック化合物及び/又は成形型を加熱して、化合物を少なくとも部分的に融解させることが可能である。本方法は更に、MEMS及びヒートシンクの両方を少なくとも部分的に取り囲むように成形型内の化合物を圧縮すること(ブロック320)を含むことが可能である。本方法は更に、硬化した化合物内の所定位置にヒートシンク及びMEMSが固定されるように該化合物を硬化させること(ブロック330)を含むことが可能である。本方法は更に、MEMSから剥離テープを剥離して(ブロック340)成形型から流体推進装置を取り外すことを含むことが可能である。   FIG. 12 shows still another embodiment of the method for manufacturing the fluid propulsion device. The method can include placing the MEMS and heat sink against a release tape in a mold (block 300). The release tape can be a thermal release tape. The method can include depositing a plastic compound in the mold (block 310). It is possible to heat the plastic compound and / or the mold to at least partially melt the compound. The method can further include compressing the compound in the mold to at least partially surround both the MEMS and the heat sink (block 320). The method can further include curing the compound so that the heat sink and the MEMS are secured in place within the cured compound (block 330). The method can further include peeling the release tape from the MEMS (block 340) and removing the fluid propulsion device from the mold.
図13ないし図15は、例えば、図10ないし図12の例示的な方法に対応する流体推進装置の製造方法の異なる状態を時系列で示したものである。図13は、部分的に開いた成形型を示しており、その内部には、熱い部分的に融解した化合物909、MEMS 905、及びヒートシンク915が配設されている。MEMS 905及びヒートシンク915は、剥離テープ951に接着されている。MEMS 905及びヒートシンク915はまた、接着剤929を介して互いに接着することが可能である。成形型953は、圧縮成形機の一部とすることが可能である。成形型953は、第1のシェル955及びキャリア957を含むことが可能である。キャリア957は、MEMS 905及びヒートシンク915と共に剥離テープ951を支持することが可能である。第1のシェル955は、化合物909に第1の流体チャネルを形成するための第1の流体チャネル突起957を含むことが可能である。MEMS 905は、基板と、ミクロンサイズの第2の流体チャネル907を有する薄膜層とを含むことが可能である。第1の流体チャネル突起957は、MEMS 905の背面の第2の流体チャネル907と整列するように該第2の流体チャネル907と位置合わせすることが可能である。   13 to 15 show, in time series, different states of the method of manufacturing the fluid propulsion device corresponding to the exemplary methods of FIGS. 10 to 12, for example. FIG. 13 shows a partially open mold within which is disposed a hot partially melted compound 909, MEMS 905, and heat sink 915. The MEMS 905 and the heat sink 915 are adhered to the peeling tape 951. The MEMS 905 and heat sink 915 can also be adhered to each other via an adhesive 929. Mold 953 can be part of a compression molding machine. Mold 953 can include a first shell 955 and a carrier 957. The carrier 957 can support the release tape 951 with the MEMS 905 and the heat sink 915. The first shell 955 can include a first fluid channel protrusion 957 for forming a first fluid channel in the compound 909. The MEMS 905 can include a substrate and a thin film layer having a micron-sized second fluid channel 907. The first fluid channel protrusion 957 can be aligned with the second fluid channel 907 to align with the second fluid channel 907 on the backside of the MEMS 905.
一実施形態では、前記突起は、前記成形型の前記第1のモールドの設計に含めることが可能である。別の実施形態では、該突起は、成形型インサート(mold insert)とすることが可能である。更に別の実施形態では、前記第1の流体チャネルは、機械加工による方法を用いて仕上げることが可能である。更に別の実施形態では、前記第1の流体チャネルは(成形することなく)成形後に完全に機械加工することが可能である。   In one embodiment, the protrusions can be included in the design of the first mold of the mold. In another embodiment, the protrusions can be mold inserts. In yet another embodiment, the first fluid channel can be finished using a machining method. In yet another embodiment, the first fluid channel can be fully machined after molding (without molding).
図14において、第1のモールドシェル955及びキャリア957は、互いに向かって移動して成形型内の化合物909を圧縮し、これによりMEMS 905及びヒートシンク915がオーバーモールドされている。熱い化合物909を成形型のキャビティの形状へと圧縮した後、該化合物909を受動的に冷却して、硬化した化合物909内の所定位置にヒートシンク915及びMEMS 905を固定することが可能である。成形型953を開いた後、剥離テープ951は、ヒートシンク915及びMEMS 905から容易に剥離することが可能である。   In FIG. 14, the first mold shell 955 and carrier 957 have moved towards each other to compress the compound 909 in the mold, thereby overmolding the MEMS 905 and heat sink 915. After compressing the hot compound 909 into the shape of the mold cavity, the compound 909 can be passively cooled to secure the heat sink 915 and MEMS 905 in place within the cured compound 909. After opening the mold 953, the peeling tape 951 can be easily peeled off from the heat sink 915 and the MEMS 905.
図15は、図13及び図14の工程の結果として得られる流体推進装置901の一実施形態を示している。流体推進装置901は、化合物909に埋め込まれたヒートシンク915及びMEMS 905を含むことが可能である。化合物909は、成形プロセスにより少なくとも部分的に形成され及び/又は機械加工プロセスにより少なくとも部分的に成形された第1の流体チャネル903を含む。第1の流体チャネル903は、MEMS 905内の第2の流体チャネル907と位置合わせされ及び該第2の流体チャネル907と流体的に接続している。ヒートシンク915は、少なくともMEMS 905の動作中に該MEMS 905から熱を逃がすように該MEMS 905の隣に隣接して延びている。   FIG. 15 illustrates one embodiment of the fluid propulsion device 901 resulting from the steps of FIGS. 13 and 14. The fluid propulsion device 901 can include a heat sink 915 and a MEMS 905 embedded in a compound 909. The compound 909 comprises a first fluid channel 903 that is at least partially formed by a molding process and / or at least partially formed by a machining process. The first fluid channel 903 is aligned with and in fluid communication with the second fluid channel 907 in the MEMS 905. A heat sink 915 extends adjacent to and adjacent to the MEMS 905 to dissipate heat from the MEMS 905 at least during operation of the MEMS 905.
本開示の流体推進装置は、異なる用途を有することが可能である。その1つの用途は、2Dプリンティング、3Dプリンティング、又はデジタル滴定などの高精度のデジタル制御による流体の分配とすることが可能であり、この場合、該流体は、MEMSの正面のノズルから噴射される。ラボ・オン・チップのような流体推進装置の他の実施形態は、必ずしもノズルを備える必要はない。MEMSは、必ずしも流体を噴射することなく、流体が害装置を通って流れることを可能にするように構成することが可能である。MEMSは、第2の流体チャネルを通って流体を推進させるための噴出装置及び/又はポンプとして作用する熱アクチュエータ又は圧電アクチュエータを含むことが可能である。   The fluid propulsion device of the present disclosure can have different applications. One application could be 2D printing, 3D printing, or high precision digitally controlled fluid distribution such as digital titration, where the fluid is ejected from a nozzle in front of the MEMS. .. Other embodiments of fluid propulsion devices, such as lab-on-chip, do not necessarily include nozzles. The MEMS can be configured to allow the fluid to flow through the harm device without necessarily ejecting the fluid. The MEMS can include a thermal or piezoelectric actuator that acts as a jet and / or pump to propel the fluid through the second fluid channel.
異なる実施例では、前記化合物は、エポキシ成形化合物、サーマルプラスチックなどとすることが可能である。ヒートシンクは、任意の形状及び/又はサイズを有することが可能である。ヒートシンクは、プラスチック化合物内に埋め込むことが可能な比較的安価な熱伝導性材料から作成することが可能である。適切なヒートシンク材料として、銅、セラミック、未処理又は半処理(semi-processed)(バルク)シリコン、アルミニウム、ニッケル鉄合金、カーボンナノ粒子などが挙げられる。適切なヒートシンクの形状としては、ブロック状または長方形のヒートシンクを適用することが可能であるが、熱伝導率を高めるために適用することができるフィン状、ねじ山状などを含むことが可能である。   In different embodiments, the compound can be an epoxy molding compound, thermal plastic, or the like. The heat sink can have any shape and / or size. The heat sink can be made from a relatively inexpensive thermally conductive material that can be embedded within a plastic compound. Suitable heat sink materials include copper, ceramics, green or semi-processed (bulk) silicon, aluminum, nickel-iron alloys, carbon nanoparticles and the like. Suitable heat sink shapes can be block or rectangular heat sinks, but can include fins, threads, etc. that can be applied to enhance thermal conductivity. ..
流体推進装置は、より大きな装置の副構成要素とすることが可能である。本開示における特定の側面又は方向への言及は、例示的なものであり、限定的なものではないと解釈されるべきである。提示した装置は任意の方向を有することが可能である。図面に示す寸法及び比率は、一実施形態の図であり、限定として説明されるべきではない。   Fluid propulsion devices can be subcomponents of larger devices. References to particular aspects or directions in this disclosure are to be construed as illustrative and not limiting. The presented device can have any orientation. The dimensions and proportions shown in the drawings are diagrams of one embodiment and should not be described as limiting.
図面では、限られた量のアクチュエータ及び流体チャネルを示したが、各MEMSは、高密度アクチュエータアレイ、高密度流体チャネルアレイ、高密度チャンバアレイ、及び/又は高密度ノズルアレイ等を含むことが可能である。また、横方向に隣接する複数の行のMEMSの端部が重なり合う少なくとも2つの長手方向に積み重ねられたMEMSを各流体推進装置に配設することが可能である。例示的な流体推進装置は、2D又は3Dプリンティングのための媒体幅流体分配装置とすることが可能である。各MEMS内で、各流体チャネルは実際には複数の流体チャネルを含むことが可能である。特定の実施形態では、MEMS内の最小の流体チャネルの断面直径は、約1〜40ミクロン程度とすることが可能である。   Although the figures show a limited amount of actuators and fluid channels, each MEMS can include a dense actuator array, a dense fluid channel array, a dense chamber array, and / or a dense nozzle array, etc. Is. Further, it is possible to dispose at least two longitudinally stacked MEMS in which the ends of the MEMS of a plurality of rows adjacent to each other in the lateral direction overlap each other in each fluid propulsion device. The exemplary fluid propulsion device can be a media width fluid distribution device for 2D or 3D printing. Within each MEMS, each fluid channel may actually include multiple fluid channels. In certain embodiments, the smallest fluid channel cross-section diameter in a MEMS can be on the order of about 1-40 microns.
本開示のヒートシンクは、コスト効率及び熱伝導性の両方が高い単一の固体材料とすることが可能である。例えば、該材料は、任意のバルク材料又は合金とすることが可能である。ヒートシンクは、長手方向、棒状、帯状、及び/又はブロック状の形状とすることが可能である。他の実施形態では、ヒートシンクは、冷却を向上させるための突出したフィン又はワイヤを有することが可能である。   The heat sink of the present disclosure can be a single solid material that is both cost effective and thermally conductive. For example, the material can be any bulk material or alloy. The heat sink can be longitudinal, rod-shaped, strip-shaped, and / or block-shaped. In other embodiments, the heat sink can have protruding fins or wires to improve cooling.
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。
1.第1の流体チャネルを有するプラスチック化合物構造体と、
該化合物内に埋め込まれたMEMSであって、基板と、前記第1の流体チャネルと流体的に接続された第2の流体チャネルと、該第2の流体チャネル内の流体推進アクチュエータとを含む、MEMSと、
該MEMSから熱を逃がすための該MEMSの隣のヒートシンクと
を備えた流体推進装置であって、
前記ヒートシンクが、前記化合物により少なくとも部分的に取り囲まれており、
前記MEMSが、2.3mm未満の幅と0.8mm未満の厚さとを有し、
該MEMSが、一列のアクチュエータにつき少なくとも300個/インチの平均密度を有する、流体推進装置。
2.前記ヒートシンクが、前記MEMSの長さの少なくとも半分に沿って延びる、前項1に記載の流体推進装置。
3.前記ヒートシンクの総体積が、前記MEMSの総体積よりも大きい、前項1に記載の流体推進装置。
4.前記基板がシリコンを含み、前記第2の流体チャネルが該基板を通って延び及び前記第1の流体チャネルに接続し、
前記MEMSが、正面の近傍で前記基板上に薄膜構造体を含み、及び前記第2の流体チャネルに接続された流体を吐出するためのノズルを有し、
前記ヒートシンクが、前記正面と垂直な方向から見て前記MEMSの隣に延びている、
前項1に記載の流体推進装置。
5.前記アクチュエータが、前記ノズルから流体を吐出するための噴射アクチュエータを該ノズルの近くで前記薄膜構造体内に含む、前項4に記載の流体推進装置。
6.前記アクチュエータが、前記第2のチャネルを介して流体を循環させるポンプとして作用する熱抵抗器を含む、前項1に記載の流体推進装置。
7.前記化合物が、前記MEMSと前記ヒートシンクとの間に延びる、前項1に記載の流体推進装置。
8.前記化合物が、第1の化合物と、該第1の化合物よりも高い熱伝導率を有する異なる組成の第2の化合物とを含み、前記MEMS及び前記ヒートシンクが、該第2の化合物内に少なくとも部分的に埋め込まれている、前項1に記載の流体推進装置。
9.平行に配置された複数の長手方向の形状を有するMEMSを含む、前項1に記載の流体推進装置。
10.1つのヒートシンクが、少なくとも2つのMEMSの隣に延びて該2つのMEMSから熱を逃がす、前項9に記載の流体推進装置。
11.前記MEMSより多くの前記ヒートシンクを含む、前項1に記載の流体推進装置。
12.前記ヒートシンクが、前記化合物により完全に取り囲まれている、前項1に記載の流体推進装置。
13.前記ヒートシンクが、前記化合物内に埋め込まれており、及び少なくとも動作時に大気又は流体に対して少なくとも部分的に曝される、前項1に記載の流体推進装置。
14.流体チャネルと該流体チャネル内の少なくとも1つのアクチュエータとを含むMEMSと、
該MEMSから熱を逃がすための該MEMSに隣接したヒートシンクと、
少なくとも部分的に融解状態にあるプラスチック化合物と
を成形型内に配設し、
硬化後に前記化合物内で前記MEMS及び前記ヒートシンクが所定位置に固定されるように前記成形型内の前記化合物を圧縮し及び硬化させ、
該化合物内の流体チャネルを前記MEMS内の前記流体チャネルと位置合わせする
ことを含む、流体推進装置の製造方法。
15.前記成形型内に配置する前に前記ヒートシンクを前記MEMSに接着することを含む、前項14に記載の方法。
16.流体推進用MEMS及びヒートシンクを成形型内の剥離テープに対して配置し、該MEMSが、2.3mm未満の幅と0.8mm未満の厚さとを有し、その大部分がシリコンで構成され、並びに流体チャネル及び該流体チャネル内の熱抵抗器アレイを含み、
前記MEMS及び前記ヒートシンクの少なくとも一方を少なくとも部分的に覆うように前記成形型内にプラスチック化合物を堆積させ、
前記MEMS及び前記ヒートシンクを少なくとも部分的に取り囲むように前記成形型内の前記化合物を圧縮し、
前記化合物を硬化させることにより前記ヒートシンク及び前記MEMSを該化合物内の所定位置に固定し、
前記剥離テープを剥離させる
ことを含む、流体推進装置の製造方法。
Below, the exemplary embodiment which consists of a combination of various structural requirements of this invention is shown.
1. A plastic compound structure having a first fluid channel;
A MEMS embedded in the compound, comprising a substrate, a second fluid channel in fluid communication with the first fluid channel, and a fluid propulsion actuator in the second fluid channel. MEMS and
A fluid propulsion device comprising a heat sink adjacent to the MEMS for dissipating heat from the MEMS,
The heat sink is at least partially surrounded by the compound,
The MEMS has a width of less than 2.3 mm and a thickness of less than 0.8 mm,
A fluid propulsion device, wherein the MEMS has an average density of at least 300 per inch of actuator per row.
2. 2. The fluid propulsion device according to item 1, wherein the heat sink extends along at least half of the length of the MEMS.
3. 2. The fluid propulsion device according to item 1, wherein the total volume of the heat sink is larger than the total volume of the MEMS.
4. Said substrate comprising silicon, said second fluid channel extending through said substrate and connecting to said first fluid channel;
The MEMS includes a thin film structure on the substrate in the vicinity of the front surface, and has a nozzle connected to the second fluid channel for ejecting a fluid,
The heat sink extends next to the MEMS when viewed from a direction perpendicular to the front surface,
The fluid propulsion apparatus according to item 1 above.
5. 5. The fluid propulsion device according to item 4, wherein the actuator includes an ejection actuator for ejecting fluid from the nozzle in the thin film structure near the nozzle.
6. 2. The fluid propulsion device according to item 1, wherein the actuator includes a thermal resistor that acts as a pump that circulates fluid through the second channel.
7. 2. The fluid propulsion device according to item 1, wherein the compound extends between the MEMS and the heat sink.
8. The compound comprises a first compound and a second compound of different composition having a higher thermal conductivity than the first compound, wherein the MEMS and the heat sink are at least partially within the second compound. The fluid propulsion apparatus according to the above 1, which is embedded in the fluid.
9. 2. The fluid propulsion device according to item 1, which includes a MEMS having a plurality of longitudinal shapes arranged in parallel.
10. The fluid propulsion device according to the preceding paragraph 9, wherein one heat sink extends next to at least two MEMS and dissipates heat from the two MEMS.
11. 2. The fluid propulsion device according to item 1, further including more heat sinks than the MEMS.
12. 2. The fluid propulsion device according to item 1, wherein the heat sink is completely surrounded by the compound.
13. 2. The fluid propulsion device according to paragraph 1, wherein the heat sink is embedded in the compound and is at least partially exposed to the atmosphere or fluid at least during operation.
14. A MEMS including a fluid channel and at least one actuator in the fluid channel;
A heat sink adjacent to the MEMS for dissipating heat from the MEMS,
Disposing a plastic compound that is at least partially in a molten state in a mold,
Compressing and curing the compound in the mold so that the MEMS and the heat sink are fixed in place in the compound after curing,
A method of making a fluid propulsion device comprising aligning a fluid channel in the compound with the fluid channel in the MEMS.
15. 15. The method of claim 14 including adhering the heat sink to the MEMS prior to placing it in the mold.
16. A fluid propulsion MEMS and heat sink are placed against a release tape in a mold, the MEMS having a width of less than 2.3 mm and a thickness of less than 0.8 mm, the majority of which is composed of silicon, and the fluid A channel and a thermal resistor array within the fluid channel,
Depositing a plastic compound in the mold to at least partially cover at least one of the MEMS and the heat sink;
Compressing the compound in the mold to at least partially surround the MEMS and the heat sink,
Fixing the heat sink and the MEMS in place in the compound by curing the compound,
A method of manufacturing a fluid propulsion device, comprising: peeling the peeling tape.

Claims (1)

  1. 第1の流体チャネルを有するプラスチック化合物構造体と、
    該化合物内に埋め込まれたMEMSであって、基板と、前記第1の流体チャネルと流体的に接続された第2の流体チャネルと、該第2の流体チャネル内の流体推進アクチュエータとを含む、MEMSと、
    該MEMSから熱を逃がすための該MEMSの隣のヒートシンクと
    を備えた流体推進装置であって、
    前記ヒートシンクが、前記化合物により少なくとも部分的に取り囲まれており、
    前記MEMSが、2.3mm未満の幅と0.8mm未満の厚さとを有し、
    該MEMSが、一列のアクチュエータにつき少なくとも300個/インチの平均密度を有する、流体推進装置。
    A plastic compound structure having a first fluid channel;
    A MEMS embedded in the compound, including a substrate, a second fluid channel in fluid communication with the first fluid channel, and a fluid propulsion actuator in the second fluid channel. MEMS and
    A fluid propulsion device comprising a heat sink adjacent to the MEMS for dissipating heat from the MEMS,
    The heat sink is at least partially surrounded by the compound,
    The MEMS has a width of less than 2.3 mm and a thickness of less than 0.8 mm,
    A fluid propulsion device, wherein the MEMS has an average density of at least 300 per inch of actuator per row.
JP2019232190A 2016-02-29 2019-12-24 Fluid propulsion device including heat sink Active JP6907298B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018526711A JP6639671B2 (en) 2016-02-29 2016-02-29 Fluid propulsion device including heat sink
JP2019232190A JP6907298B2 (en) 2016-02-29 2019-12-24 Fluid propulsion device including heat sink

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019232190A JP6907298B2 (en) 2016-02-29 2019-12-24 Fluid propulsion device including heat sink

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018526711A Division JP6639671B2 (en) 2016-02-29 2016-02-29 Fluid propulsion device including heat sink

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020075356A true JP2020075356A (en) 2020-05-21
JP6907298B2 JP6907298B2 (en) 2021-07-21

Family

ID=70723196

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019232190A Active JP6907298B2 (en) 2016-02-29 2019-12-24 Fluid propulsion device including heat sink

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6907298B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP6907298B2 (en) 2021-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2961611B1 (en) Transfer molded fluid flow structure
US7137685B2 (en) Print head
JP2016508460A (en) Molded fluid flow structure
JP2010513097A (en) Insert-molded printhead substrate
US8672463B2 (en) Bypass fluid circulation in fluid ejection devices
US10751997B2 (en) Flexible carrier for fluid flow structure
US10994539B2 (en) Fluid flow structure forming method
KR20060134410A (en) Array printhead having micro heat pipe
JP2005014610A (en) Device for dissipating heat in fluid ejector head and method for manufacturing the same
JP6639671B2 (en) Fluid propulsion device including heat sink
JP2020075356A (en) Fluid propulsion device including heat sink
JP4274556B2 (en) Method for manufacturing liquid ejection element
EP1084038B1 (en) Ink jet cartridge structure
JP2005153530A (en) Fluid ejector carriage assembly for radiating heat into fluid ejector carriage device, and its manufacturing method
US20090066759A1 (en) Methods and apparatus for improved ejection head planarity and reduced ejection head damage
US10438864B2 (en) Circuit packages comprising epoxy mold compounds and methods of compression molding
CN110072701B (en) Fluid jet mould
JP6792720B2 (en) Fluid injection die heat exchanger
EP3332967B1 (en) Fluid ejection head and method for reducing damage to semiconductor chip attached to nosepiece of fluid supply body for a fluid ejection head
JP2020059196A (en) Liquid discharge head
CN113022137A (en) Fluid ejection die
JP2015214062A (en) Liquid discharge head and liquid discharge device
JP2010243535A (en) Liquid drop discharge device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200116

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200116

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210205

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210216

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210330

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210615

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210630

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6907298

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150