TW202003268A - 用於在噴射總成中使用之微型閥 - Google Patents

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史蒂芬 Ｅ 佛雷戈
查爾斯 Ｃ 哈魯札克
約翰 懷特拉克
艾瑞克 Ｒ 米勒
葛倫 Ｊｔ 雷頓
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Abstract

本發明提供一種包含一孔板之微型閥，該孔板包含一第一表面及一第二表面以及自該第一表面延伸至該第二表面之一孔。該微型閥亦包含：一間隔構件，其安置於該第一表面上且偏離該孔；一閥座，其安置於該第一表面上。該閥座界定在一流動方向上與該孔流體連通之一開口。該微型閥亦包含一致動樑，該致動樑安置於該間隔構件上而自該間隔構件朝向該孔延伸，該致動樑可在一敞開位置與一閉合位置之間移動。該微型閥亦包含附裝至該致動樑之一端部分之一密封構件。在一閉合位置中，該密封構件之一密封表面接觸該閥座以閉合該微型閥。

Description

用於在噴射總成中使用之微型閥
本發明大體上係關於使用微機電系統(MEMS)技術製造之微型閥之領域。更具體而言，本發明係關於一種包含用於工業標記及編碼之微型閥之噴射總成。
習知列印技術具有若干缺點。例如，連續噴墨列印機具有難以消除之特定缺陷。例如，自一墨水供應器產生液滴之程序可能導致墨水在一非所要方向上滴落(例如，遠離一目標)，從而導致維護要求。另外，補給流體由於蒸發而隨時間丟失，從而需要連續補充。亦需要其他維護成本，諸如歸因於降級而修復孔板。
一項實施例涉及一種微型閥。該微型閥包含一孔板，該孔板包含一第一表面及一第二表面以及自該第一表面延伸至該第二表面之一孔。該微型閥亦包含：一間隔構件，其安置於該第一表面上且偏離該孔；一閥座，其安置於該第一表面上。該閥座界定與該孔流體連通之一開口及一流體充填部。該微型閥亦包含一致動樑，該致動樑安置於該間隔構件上而自該間隔構件朝向該孔延伸。該致動樑包含一壓電材料層且可藉由將一電信號施加至該壓電材料層而在一閉合位置與一敞開位置之間移動。該微型閥亦包含附裝至該致動樑之一端部分之一密封構件。當該壓電材料層未被施加一電信號時，該致動樑處於該閉合位置且該密封構件之一密封表面接觸該閥座以閉合該微型閥。
另一實施例涉及一種噴射總成。該噴射總成包含：一閥主體，其包含一孔板，該孔板包含延伸穿過其之複數個孔；及複數個微型閥。該等微型閥之各者包含一間隔構件，該間隔構件安置於該孔板上該複數個孔之一對應孔之一第一側上。該間隔構件之一邊緣在一第一方向上與該對應孔之一邊界隔開達一距離。該等微型閥之各者亦包含安置於該對應孔周圍之一閥座。該對應孔及由該閥座界定之一開口界定一流體出口。該等微型閥之各者包含安置於該間隔構件上之一致動樑，該致動樑在該第一方向上自該間隔構件至少延伸該距離，使得其重疊部分與該流體出口重疊。該致動樑包含一壓電材料層及一電連接部分。該等微型閥之各者亦包含附裝至該重疊部分之一密封構件，該密封構件自該重疊部分朝向該閥座延伸，使得其外表面在該致動樑處於一預設狀態時接觸該閥座以閉合該微型閥。該噴射總成亦包含一流體歧管，該流體歧管耦合至該複數個微型閥之至少一部分以界定至少一個流體充填部，該至少一個流體充填部之各者對應於該複數個微型閥之至少一部分。該噴射總成亦包含安置於該流體歧管上之一中介層。該中介層具有大於該孔板之一剛度以防止該孔板彎折。
又一實施例涉及一種用於在一噴射總成中使用之微型閥。該微型閥包含一孔板，該孔板包含一第一表面及一第二表面。該孔板包含自該第一表面延伸至該第二表面之一孔。一間隔構件經安置於該第一表面上，該間隔構件偏離該孔。一致動樑經安置於該間隔構件上。該致動樑自該間隔構件朝向該孔延伸。該致動樑包含一壓電材料層。該致動樑藉由將一電信號施加至該壓電材料層而在一閉合位置與一敞開位置之間移動。一密封構件經附裝至該致動樑之一端部分。當該壓電材料層未被施加一電信號時，該致動樑處於該閉合位置且該密封構件之一密封表面接觸該孔之一輪緣以閉合該微型閥。
相關申請案之交互參考
本申請案主張2018年5月11日申請之美國臨時申請案第62/670,279號之優先權及權益，該案之揭示內容之全文以引用方式併入本文中。
在參考詳細繪示例示性實施例之圖之前，應理解，本申請案不限於描述中所闡述或圖中所繪示之細節或方法。亦應理解，術語僅用於描述之目的且不應被視為限制性。
大體上參考圖，本文中描述包含多個微型閥之一噴射總成。本文中所描述之微型閥採用其上安置有一密封構件之一致動樑。利用此一致動樑能夠定製微型閥以消除或減少與包含連續噴墨噴射總成之習知技術相關聯之各種缺陷。例如，在各項實施例中，微型閥包含安置於致動樑與一孔板之間的一間隔構件。間隔構件維持致動樑之一第一端與一孔板內之一孔之一間隔以便防止致動樑之擠壓膜阻尼。致動樑自間隔構件延伸在孔上方且一密封構件朝向孔延伸以接觸一閥座，該閥座可安置於孔之周邊或孔之一輪緣處。因此，在不將任何電能施加至致動樑之情況下，密封構件密封孔。換言之，致動樑之預設位置(例如，藉由仔細選擇其中所裝納之材料來組態)係微型閥之閉合位置。因而，安置於微型閥中之流體(例如，墨水、溶劑等)經密封而與噴射總成之外部環境隔離。此消除流體之蒸發，以減少堵塞。另外，有限蒸發使更快乾燥之墨水能夠被使用，此允許以高於習知系統之速度進行列印。
為了確保本文中所描述之微型閥之恰當密封，維持安置於致動樑上之密封構件與閥座之間的一相容關係。維持此一關係涉及調整與噴射總成的構造相關之數個因素。在一個態樣中，採取步驟以確保微型閥之各種組件之恰當定尺寸。例如，在一些實施例中，在單個製造步驟中形成本文中所描述之間隔及密封構件(例如，透過使用單個蝕刻來蝕刻一晶圓之一部分以形成間隔構件及密封構件)以確保其等具有相同厚度。以此一方式建構此等組件允許精確地控制附接至致動樑之組件之配置，諸如密封構件之尺寸及致動樑之長度。此允許密封構件與閥座精確地對準，以確保在閥座與密封構件之間形成一充分密封。此外，以此一方式製造密封構件及間隔構件使此等結構能夠共用一共同厚度，此促進致動樑與孔板之間的一恰當間隔。
在另一態樣中，致動樑具體地經結構化使得獲得一所要預設位置。在各項實施例中，在操作中，本文中所描述之微型閥經附接至一流體歧管以形成一流體充填部。流體充填部可保持一加壓流體。例如，在各項實施例中，致動樑經結構化使得當處於一預定壓力(例如，自7 PSI至15 PSI)之一流體填充該充填部時，致動樑具有朝向閥座之一經定義曲率以在密封構件與閥座之間的介面處產生一密封。就此而言，致動樑包含一調諧層(例如，二氧化矽層及/或氮化矽層)，該調諧層經沈積以具有特定量之壓縮應力以獲得所要曲率。由於致動樑朝向閥座之曲率，當致動樑處於預設位置時，在閥座與密封構件之間形成一緊密密封以防止裝納於該充填部中之流體蒸發。
如本文中所描述，在描述一微型閥之一致動樑中使用時，術語「預設位置」描述在不將任何控制信號(例如，一電荷、電流或電壓)施加至致動樑之情況下致動樑相對於微型閥之各種其他組件之位置。換言之，預設位置係當致動樑處於一被動狀態時致動樑(及附接至其之任何組件)之位置。應明白，可設想其他實施例，其中預設位置係致動樑之一敞開位置。
在另一態樣中，噴射總成經建構以防止孔板彎折。因為閥座安置於孔板上，所以在孔板中由例如將微型閥附接至一載體之黏著劑引發之任何曲率不利地影響在閥座與密封構件之間的介面處產生之密封。因此，防止此等曲率對於確保維持預設密封係至關重要的。就此而言，本文中所描述之噴射總成包含安置於載體與流體歧管之間的一中介層或任何其他結構層。中介層經組態以將剛度添加至微型閥及流體歧管之組合，使得當該組合經由各種黏著劑附接至載體時，最小化由黏著劑引發之外部應變之影響。
因此，考量在密封構件與閥座之間的介面處建立之密封，建構本文中所描述之噴射總成之複數個組件。充分密封有利地防止墨水在孔處洩漏，此發生在習知連續噴墨噴射總成中。有利地，可定製本文中所採用之微型閥以提供一所要液滴大小。例如，在一項實施例中，孔板中之孔之直徑為10微米至70微米(例如，(含)10、20、30、40、50、60或70微米)。在其他實施例中，孔可具有高達200微米之一直徑。在特定實施例中，孔板可具有60微米至900微米之一範圍內之一厚度(例如，350微米)。在一些實施例中，孔之一長度與直徑之一比可在1:1至15:1之範圍內。可將一電信號施加至致動樑，以經由其中所含有之至少一個壓電材料層引起致動樑暫時脫離閥座以在閥座及孔處形成一流體出口達一預定週期(例如，基於一所要液滴頻率)。因而，基於孔體積及液滴頻率，自孔射出一定體積之流體以配製安置於一基板上之一液滴以產生一所要標記。在各項實施例中，在以近似10 kHz組態之液滴頻率之情況下，本文中所採用之微型閥產生具有200皮升(pL)至600皮升(pL)之一體積(例如，(含)200、300、400、500或600 pL)之液滴。此大於利用習知列印系統產生之體積，該等習知列印系統通常僅產生具有近似30 pL之一體積之液滴。由於此較大液滴大小，本文中所描述之噴射總成可利用一較大投射距離，由此使影像能夠以大於習知系統之距離形成於一所要物件上。
現參考圖1，展示根據一實例性實施例之安置於一固持件150中之一噴射總成100之一透視圖。噴射總成100包含附接至一載體108之一閥主體102。固持件150包含一實質上圓形主體，該主體在其中含有經調適以接納噴射總成100之一開口。固持件150之主體可包含自其周邊邊緣延伸之凹口118以促進將固持件150附接至一標記裝置。閥主體102可為一標記裝置之一組件。在一例示性實施例中，在包含一加壓墨水供應器之一工業標記裝置中使用閥主體102。在其他實施例中，可在氣動應用中使用閥主體102或本文中所描述之微型閥之任一者，其中流體包含氣體(例如，空氣、氮氣、氧氣等)。
如本文中所描述，閥主體102包含附連至複數個微型閥之一輸入流體歧管。微型閥及輸入流體歧管形成一流體充填部，該流體充填部經組態以保持自一外部流體供應器接收之流體。在其他實施例中，閥主體102可界定複數個流體充填部，各流體充填部對應於複數個微型閥之至少一部分。在此等實施例中，各流體充填部可填充有一不同色彩之墨水(例如，黑色、綠色、黃色、青色等)以便提供具有多色能力之噴射總成。在各項實施例中，微型閥包含一致動樑，該致動樑經組態以回應於電壓施加至其而移動(例如，彎曲，曲折、扭轉等)以暫時敞開一孔板中之孔處之流體出口。因此，液滴自流體出口發射至一目標上以在目標上產生一所要標記圖案。
如所展示，一電路板104經附接至載體108之一側表面。電路板104可包含複數個電路徑且在閥主體102與一電控制器之間提供一連接點(例如，經由一線束)。電控制器可經由電路徑供應控制信號以控制閥主體102中包含之多個微型閥之致動樑之致動。本文中更詳細描述此等微型閥之結構及功能。在一些實施例中，電路板104本身包含產生且提供控制信號以致動微型閥之一微控制器。
一識別標籤106經附接至噴射總成100。在一些實施例中，識別標籤包含經組態以儲存關於噴射總成100之各種形式之資訊(例如，製造資訊、序號、閥校準資訊、設定等)之一內部記憶體。例如，在一項實施例中，識別標籤106係一射頻識別(RFID)標籤，其經組態以回應於自一外部裝置接收一預定識別符而以一可接收方式傳輸所儲存資訊。以此方式，可快速且有效地擷取關於噴射總成100之資訊。
現參考圖2，展示根據一實例性實施例之噴射總成100之一分解視圖。載體108包含一前側表面110、一後側表面112及一側表面124。在各項實施例中，閥主體102經由一黏著劑附接至前側表面110。後側表面112在其上安置有一蓋116。蓋116包含孔隙120，孔隙120提供用於流體(例如，墨水)經由閥主體102沈積至一目標上之供應埠。例如，在一些實施例中，流體(例如，墨水)經由孔隙120之一第一者(例如，經由一輸入供應管線或軟管)供應至閥主體102，循環通過閥主體102，且經由孔隙120之一第二者自閥主體102輸出。換言之，流體經再循環通過流體充填部。一隔膜可定位於孔隙120之各者中且經組態以允許一流體輸送或流體返回針插入其中以便允許流體傳遞至流體充填部中，同時維持噴射總成100之流體式密封。在特定實施例中，隔膜可包含在孔隙之第一者及第二者之各者下方延伸之單個隔膜片。雖然未展示，但在一些實施例中，一加熱元件(例如，一熱敏電阻或電阻絲)可定位成靠近閥主體102或載體108(例如，圍繞或耦合至其側壁)。加熱元件可用來選擇性地加熱流體充填部內所裝納之流體(例如，墨水)以便將流體維持於一所要溫度。此外，一溫度感測器(未展示) (例如，一熱感測電阻器)亦可設置於載體108中，例如以判定流動通過噴射總成100之流體之一溫度。
前側表面110包含經調適以接納閥主體102使得閥主體102牢固地安裝至前側表面110 (例如，經由一黏著劑)之一腔。電路板104經由側表面124附接至載體108。如所展示，側表面124包含安裝栓126。在各項實施例中，電路板104包含以對應於安裝栓126之配置之一方式配置且經調適以接納安裝栓126以將電路板104對準於載體108之孔隙。
如所展示，電路板104具有附接至其之一撓曲電路114。撓曲電路114以一角度自電路板104延伸且靠近前側表面110附接至載體108。閥主體102及電路板104彼此垂直地配置，因為撓曲電路114圍繞前側表面110之一角隅邊界延伸。電路板104亦包含一控制器介面122，控制器介面122包含經組態以自一標記系統控制器接收控制信號之電連接構件(例如，接針)。
如本文中所描述，在各項實施例中，撓曲電路114可安置於一流體歧管與載體108之間或一中介層經安置於載體108與閥主體102之間，以促進在撓曲電路114與閥主體102中包含之複數個微型閥之電極之間形成電連接。在一些實施例中，撓曲電路114經由一安裝構件148附接至前側表面110。撓曲電路114中之一開口與載體108中之隔膜對準以為經由閥主體102形成之一流體充填部提供一流體入口。
現參考圖3，展示根據一實例性實施例之噴射總成100之各種組件之一示意性描繪。圖3可描繪噴射總成100在圖1中所展示之線II處之一橫截面視圖。如所展示，閥主體102經由一中介層170自載體108之前側表面110延伸。中介層170提供結構支撐以確保閥主體102中之各種組件之最大效能。儘管未展示，但在一些實施例中，一順應層(例如，聚矽氧或橡膠層)亦可安置於中介層170上方或下方或堆疊中之任何其他位置以便提供應力釋放。
閥主體102包含一輸入流體歧管162及附接至輸入流體歧管162之複數個微型閥164。微型閥164及輸入流體歧管162形成用於自一加壓流體供應器(例如，經由附接至後側表面112之一蓋116中之孔隙120)接收流體(例如，墨水及補給流體之一組合)之一流體充填部166。在各項實施例中，流體供應器包含一流體貯集器及一泵，該泵經組態以經由耦合至載體108之一供應管線將加壓流體提供至噴射總成100。在各項實施例中，當微型閥164之一或多者敞開時，流體供應器供應在7 PSI與15 PSI之間加壓之流體。例如，在一項實施例中，流體具有近似10 PSI之一壓力。載體108可包含一內部腔，該內部腔經組態以接收加壓流體且將流體輸送至流體充填部166。在各項實施例中，可在流體充填部與流體供應器之間維持一壓力差以便驅使流體離開閥主體102。可在閥主體102及/或載體10中提供一壓力感測器以判定壓力差及/或泵浦通過閥主體102之流體之泵浦壓力。
輸入流體歧管162可包含一玻璃結構，該玻璃結構包含形成流體充填部之一通道。通常，微型閥164包含與流體發射或前側表面110處之一孔板上之孔保持間隔關係之致動樑。致動樑可包含至少一個壓電材料(例如，一d31壓電材料)層，其經組態以回應於接收控制信號(例如，經由電路板104上之控制器介面122提供之電壓波形)而偏轉。如本文中所描述，施加此等電信號引起微型閥164敞開，此引起液滴在孔板處釋放。液滴推進一投射距離192至一基板190上以在基板190上產生一所要圖案。在一些實施例中，由一微型閥164或本文中所描述之任何其他微型閥施配之單個流體液滴之一質量可在200奈克至300奈克之一範圍內。在一些實施例中，單個施配液滴之一體積可在200皮升至300皮升之一範圍內。本文中更詳細描述微型閥164之各種組件之結構及功能。在其他實施例中，致動樑可包含一不銹鋼致動樑(例如，具有近似1 mm之一長度)。在又其他實施例中，致動樑可包含雙壓電晶片(bi-morph)樑，該雙壓電晶片樑具有安置於一基底層(例如，一基底矽層)之任一側上之兩個壓電材料層。可將一電信號(例如，一電壓)施加至壓電層之任一者以便促使致動樑朝向對應壓電層彎曲。兩個壓電層可包含相同壓電材料或不同壓電材料。在特定實施例中，可將一不同電信號施加至壓電層之各者以便使致動樑朝向或遠離孔彎曲或曲折一預定距離。
雖然本文中所描述之實施例通常將致動樑描述為包含一壓電材料，但在其他實施例中，可使用任何其他致動機構。例如，在一些實施例中，致動樑可包含用於移動致動樑之一電容耦合件。在其他實施例中，致動樑可包含一靜電耦合件。在又其他實施例中，致動樑可包含用於移動該樑之一磁性耦合件(例如，由一電磁體啟動之一電磁結構)。在又其他實施例中，致動樑可包括經組態以回應於溫度變化而移動之一溫度敏感雙金屬條帶。
中介層170通常將剛度添加至閥主體102之各個部分。例如，中介層170可經建構為比閥主體102之組件(例如，孔板、致動樑等)更具剛性以抵消因將此等組件彼此附接而引發之應力。例如，中介層170可附接至閥主體102以抵消由用來將載體108附接至閥主體102之一黏著劑引發之應力。另外，中介層170可抵消輸入流體歧管162與微型閥164之間的介面處之應力。
現參考圖4A，展示根據一實例性實施例之噴射總成100之一平面視圖。圖4A展示閥主體102在圖2中所展示之線II-II處之一橫截面。因而，圖4A展示輸入流體歧管162與中介層170之間的一介面處之一平面視圖。輸入流體歧管162包含一第一開口172及一第二開口174。第一開口172暴露複數個微型閥164以形成流體充填部166，流體充填部166經組態以保持自一流體供應器接收之流體。
在所展示實例中，複數個微型閥164包含以單個列對準之複數個致動樑176。複數個致動樑176之各者具有安置於其端部處之一密封構件178。在一些實施例中，密封構件178與安置於孔板中之孔處之閥座對準且接觸，以防止流體充填部166中所裝納之流體在不存在任何電信號之情況下自流體充填部166逸出。噴射總成100被展示為包含形成52個微型閥164之52個致動樑176。
在各項實施例中，複數個致動樑176之各者自安置於第一開口172與第二開口174之間的一邊界下方之一構件延伸。該等構件之各者可包含經由第二開口174暴露之一電連接部分。電接觸墊180經安置於電連接部分之各者處。線接合經由電接觸墊180將電連接部分之各者電連接至控制器介面122。因而，可由致動樑176之各者經由電接觸墊180接收電信號。在一些實施例中，可使用捲帶式自動接合(TAB)來將電連接部分之各者電連接至控制器介面。
第一開口172與第二開口174之間的邊界使電接觸墊180與由第一開口172形成之一貯集器中所裝納之流體隔離。亦有利地，電接觸墊180經安置於輸入流體歧管162下方。此意謂致動樑176之間的電連接經安置於載體108內部且經保護而免遭劣化及外部污染。
為使電接觸墊180與流體充填部166中所裝納之流體隔離，一黏著結構182經安置於輸入流體歧管162上。黏著結構182將輸入流體歧管162耦合至孔板。如所展示，黏著結構182圍繞第一開口172及第二開口174之各者形成「跑道」。跑道為在輸入流體歧管162與孔板之間滲漏之流體提供障壁，且防止顆粒進入該輸入流體歧管。跑道黏著結構182可存在於輸入流體歧管162側或孔板側之一者或兩者上。例如，跑道可由圍繞第一開口172及第二開口174之各者之一黏著材料(例如，一光阻劑，諸如以商品名SU-8銷售之雙酚-酚醛縮水甘油醚基光阻劑或聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基矽氧烷、聚矽氧橡膠等)之若干同心矩形環構成。黏著材料之段可跨多個矩形環切割以形成用於接收滲漏流體之隔室。此一黏著結構182促進微型閥164與電接觸墊180之間的流體隔離。在其他實施例中，黏著結構182可由矽形成且用來經由熔合接合、雷射接合、黏著劑、黏滯力等將輸入流體歧管162接合至孔板。黏著結構182可安置於輸入流體歧管162及耦合至輸入流體歧管162之閥主體102上，安置於閥主體102及耦合至閥主體102之輸入流體歧管162上，或在耦合輸入流體歧管162及閥主體102之前安置於輸入流體歧管162及閥主體102之各者上。
在一些實施例中，可排出黏著結構182。例如，圖4B展示一黏著結構182b之一示意性圖解。黏著結構182b可由SU-8、矽或任何其他合適材料形成且包含複數個環189b，使得該黏著結構具有一跑道形狀。黏著結構182b之複數個環189b中環繞輸入流體歧管162之一最內環形成一閉環。相比之下，定位於最內環之徑向外側之複數個環189b之剩餘部分包含通氣孔183b，例如其中界定之槽或開口。通氣孔183b可藉由允許可能截留於黏著結構182b之複數個環189b之間的空氣經由通氣孔183b逸出而促進輸入流體歧管162接合至孔板。雖然圖4B展示通氣孔183b彼此徑向對準且定位於各環之角隅處，但在其他實施例中，一個環之一或多個通氣孔183b可徑向偏離一相鄰環中界定之一通氣孔且形成於複數個環189b之各者中之任何合適位置處。
如圖4B中所展示，黏著結構182b之各環之角隅可為圓形的。此外，輸入流體歧管162、中介層170、撓曲電路114、或噴射總成100中包含之任何其他層或組件之角隅可為圓形的，例如以減小可在角隅處發生之應力集中。
現參考圖5A，展示根據一實例性實施例之包含一微型閥230之一噴射總成200之一橫截面視圖。在一些實施例中，噴射總成200係關於圖1、圖2、圖3及圖4A至圖4B所描述之噴射總成100之一實例性實施例。如所展示，噴射總成200包含經由一結構層222附接至一閥主體298之一載體202。結構層222可為載體202之部分。
載體202包含一上部分204及自上部分204之一邊緣延伸之一外殼部分206。上部分204包含藉由其提供一加壓墨水之一隔膜208。外殼部分206界定閥主體298安置至其中之一腔。閥主體298包含一輸入流體歧管210及微型閥230。如所展示，輸入流體歧管210及微型閥230界定一貯集器300，貯集器300經組態以保持經由隔膜208自一外部流體供應器接收之一定體積之加壓流體。在各項實施例中，保持於貯集器300內之加壓流體係一墨水及額外液態流體之一組合。
載體202可由塑膠、陶瓷或任何其他合適材料形成。載體202藉由向閥主體298提供結構支撐來促進噴射總成200之操作。例如，在一些實施例中，閥主體298之周邊邊緣經由安置於外殼部分206之內表面處之黏著劑層302附接至外殼部分206。此黏著劑促進在微型閥230與輸入流體歧管210之間維持一所要相對定位。
在各項實施例中，輸入流體歧管210係在其附接至噴射總成200之額外組件之前預先形成。輸入流體歧管210由具有任何合適厚度(例如，500微米)之一主體310 (例如，由玻璃、矽、二氧化矽等形成)形成。輸入流體歧管210由具有任何合適厚度(例如，500微米)之一主體310 (例如，由玻璃、矽、二氧化矽等形成)形成。如所展示，輸入流體歧管210經預先形成以包含一第一臂330、一第二臂332及一第三臂334。如本文中所使用，術語「臂」在用來描述輸入流體歧管210時係用來描述分離輸入流體歧管210中含有之開口之一結構。因而，臂330、332及334可具有任何合適形狀。例如，在一些實施例中，臂330、332及334係實質上矩形，具有實質上平面之側表面。在其他實施例中，側表面可成角度使得臂330、332及334係實質上梯形。臂330、332及334可藉由使用任何合適方法(例如，濕式蝕刻或乾式蝕刻，諸如深反應性離子蝕刻)在一結構(例如，矽或玻璃結構)中產生開口來形成。
如所展示，一第一通道212使臂330及332分離彼此且一第二通道214使臂332及334分離彼此。在所展示實施例中，第一通道及第二通道214係實質上線性的且彼此平行，但輸入流體歧管210可根據需要配置以用於其上安置之微型閥之配置。第一通道212經形成以具有例如在約500微米至1,000微米之一範圍內之一寬度304，寬度304與微型閥230之一致動樑240之一懸臂部分308之一長度312具有一預定關係。例如，第一通道212可經形成以具有比懸臂部分308之一所要長度312大一臨限量之一寬度304。第二通道214提供經由在致動樑240與撓曲電路216之間延伸之線接合220形成在致動樑240與撓曲電路216之間之一電連接之一途徑。有利地，使用此一配置內部化致動樑240與撓曲電路216之間的電連接。換言之，此等組件之間的電連接不在載體202外部且因此不易降級。在各項實施例中，第一通道212及/或第二通道214可具有傾斜側壁。
如所展示，第二通道214實質上填充有一囊封劑218。囊封劑218可包含環氧型或任何其他合適材料。囊封劑218包封形成在線接合220、撓曲電路216與致動樑240之間之電連接，且經組態以保護線接合220免受實體損壞、潮濕及腐蝕。因此，囊封劑218確保在撓曲電路216與致動樑240之間維持一適當電連接以促進將電控制信號提供至致動樑240，以引起其移動以敞開及閉合微型閥230。
第二臂332用作防止貯集器300中所裝納之流體到達電連接之一障壁。分離第一通道212及第二通道214之輸入流體歧管210之部分314用作防止貯集器300中所裝納之流體到達電連接之一障壁。因而，輸入流體歧管210用作用於自一外部流體供應器接收之加壓流體之貯集器300之部分及加壓流體與噴射總成200內所裝納之任何電連接之間的一絕緣障壁兩者。第一通道212及第二通道214可使用任何合適程序(例如，經由噴砂、物理或化學蝕刻、鑽孔等)形成。在一些實施例中，輸入流體歧管210由矽、二氧化矽、陶瓷或任何其他合適材料構成而非由玻璃構成。在一些實施例中，輸入歧管210可經由玻璃料、焊料或任何其他合適黏著劑接合至微型閥230。
繼續參考圖5A，微型閥230包含附接至致動樑240之一孔板250。孔板250可由任何合適材料形成，例如玻璃、不銹鋼、鎳、具有另一電鍍金屬(例如，不銹鋼)層之鎳、聚醯亞胺(例如，kapton)或光阻劑(例如，SU-8、聚甲基丙烯酸甲酯等)。在一些實施例中，孔板250可為實質上平坦的，例如，在孔板250之至少15 mm之一長度及寬度上具有小於3微米之一方差係數之一平坦度，使得孔板250實質上無彎折或扭曲。此外，孔板250可具有任何合適厚度。在一些實施例中，孔板250可具有30微米至60微米之一範圍內之一厚度(30、40、50或60微米)。在其他實施例中，孔板250可具有100微米至400微米之一範圍內之一厚度(例如，100、150、200、250、300、350或400微米)。較厚孔板250可促進實現一較平坦孔板。
孔板250係實質上平面的且包含在其表面之間延伸之一孔260。在各項實施例中，孔260係實質上圓柱形的且具有垂直於或實質上垂直於孔板250之表面之一中心軸線。一閥座270靠近孔260安置於孔板250之一內表面316上。在各項實施例中，閥座270包含環繞或實質上環繞孔260之一順應材料。在一些實施例中，閥座270由環氧基黏著劑(諸如SU-8光阻劑)構成。在其他實施例中，閥座270可由一可模製聚合物形成，例如聚二甲基矽氧烷或聚矽氧橡膠。在又其他實施例中，閥座270可由一非順應材料形成，諸如矽。在一些實施例中，一順應層(例如，一金層)可安置於閥座270與致動樑240接觸之一表面上。閥座270界定與孔260實質上對準之一內部開口318以產生貯集器300中所裝納之加壓流體之一出口。在特定實施例中，可排除閥座270。
如所展示，致動樑240包含一基座部分306及一懸臂部分308。基座部分306在輸入流體歧管210分離第一通道212及第二通道214之部分314下方延伸。如所展示，基座部分306包含與第二通道214重疊之一區域中之一電連接部分294。電連接部分294包含一電極，透過該電極經由線接合220與撓曲電路216形成一電連接。懸臂部分308自輸入流體歧管210之部分314延伸至貯集器300中。如所展示，懸臂部分308經安置於一間隔構件280上，且因此，在空間上與孔板250分離。因此，在懸臂部分308之任一側上存在空間，使得致動樑240可由於經由電連接部分294將電信號施加至其而朝向及/或遠離孔板250彎曲。間隔構件280經組態以防止致動樑之擠壓膜阻尼。
懸臂部分308具有一長度312使得該懸臂部分自貯集器300之一邊界延伸達一預定距離。在各項實施例中，特定地選擇預定距離使得懸臂部分308之一部分292與閥座270及孔260重疊。一密封構件290自致動樑240與孔260重疊之部分292延伸。在一些實施例中，密封構件290經建構以具有實質上對應於孔260之一形狀之一形狀。例如，在一項實施例中，孔260及密封構件290兩者係實質上圓柱形的，其中密封構件290具有一較大外徑。此一組態促進密封構件290覆蓋整個孔260以使一密封件能夠形成在密封構件290與閥座270之間。在其他實施例中，孔260可具有任何其他形狀，例如星形、正方形、矩形、多邊形、橢圓形或一非對稱形狀。在特定實施例中，閥座270可界定一凹部大小且經塑形以接納密封構件290。在各項實施例中，孔板250及因此孔260可由一非潤濕(例如，疏水)材料形成，諸如矽或Teflon。在其他實施例中，一非潤濕(例如，疏水)塗層可安置於孔260之一內壁上。此等塗層可包含例如Teflon、奈米顆粒、一親油塗層或任何其他合適塗層。
在各項實施例中，間隔構件280及密封構件290由相同材料構成且具有相等或實質上相等之厚度320及322 (例如，矽、SU-8、矽橡膠、聚甲基丙烯酸甲酯等)。在此等實施例中，當致動樑240平行於孔板250延伸時，間隔構件280及密封構件290之下表面彼此對準。當致動樑240經放置至一閉合位置中(如本文中所描述)時，密封構件290之一表面接觸閥座270以閉合形成於孔260處之流體出口(例如，密封構件290之一密封表面可經組態以在閥座270不存在之情況下在間隔構件280之一下表面下方延伸近似2微米)。閥座270及密封構件290可經定尺寸使得當致動樑240經放置於閉合位置時(例如，當經由線接合自致動樑240移除一電信號或將一電信號施加至致動樑240時)密封構件290之足夠表面區域接觸閥座270以防止流體自貯集器300行進至孔260。例如，密封構件290可具有大於閥座270之一直徑或其他橫截面。在一些實施例中，一順應材料(例如，一金層)可安置於密封構件290之經組態以接觸閥座270之一表面上。
噴射總成200之各個態樣經設計以確保在閥座270與密封構件290之間形成一充足密封。例如，安置於輸入流體歧管210之結構層222防止孔板250起因於經由將微型閥230之組件彼此耦合且將微型閥230耦合至外殼部分206之黏著劑在其上引發之應力而彎折。在各項實施例中，結構層222經建構以具有大於孔板250之一剛度以執行此功能。結構層222可由矽或任何其他合適材料構成。如所展示，結構層222包含自其主要部分延伸之突出部分224。突出部分224經附接至輸入流體歧管210之一上表面(例如，在第一通道212及第二通道214之邊界處)。在某些實施例中，省略突出部分224。在突出部分224處經由例如安置於結構層222與撓曲電路216之間的一黏著劑形成密封。突出部分224在輸入流體歧管210上方提供間隙。此間隙促進處理完全覆蓋線接合220與撓曲電路216之間的所有接觸點之囊封劑218。在一些實施例中，載體202包含結構層222使得由載體202提供剛度。
在另一態樣中，致動樑240經建構使得當處於閉合位置時在閥座270與密封構件290之間的介面處形成一緊密密封。致動樑240可包含至少一個壓電材料層。壓電材料層可包含鋯鈦酸鉛(PZT)或任何合適材料。壓電材料層具有電連接至其之電極。在各項實施例中，線接合220經附接至該等電極，使得來自撓曲電路216之電信號經由該等電極提供至壓電材料層。電信號引起致動樑240相對於其預設位置移動(例如，彎曲、轉動等)。在其他實施例中，致動樑240可包含一不銹鋼致動樑(例如，具有近似1 mm之一長度)。在又其他實施例中，致動樑240可包含雙壓電晶片樑，該雙壓電晶片樑具有安置於一基底層(例如，一基底矽層)之任一側上之兩個壓電材料層。可將一電信號(例如，一電壓)施加至壓電層之任一者以便促使致動樑朝向對應壓電層彎曲。兩個壓電層可包含相同壓電材料或不同壓電材料。在特定實施例中，可將一不同電信號施加至壓電層之各者以便使致動樑彎曲或曲折一預定距離。
如所展示，線接合220在其電連接部分294處附接至致動樑240。電連接部分294包含導電地連接至致動樑240內之至少一個電極之一線接合墊(例如，由金、鉑、銣等構成)。有利地，電連接部分294與致動樑240之懸臂部分分離。換言之，電連接部294經由形成於輸入流體歧管210與致動樑240之間的連接點處之密封件而與噴射總成200中所裝納之流體分離。在一些實施例中，線接合220及/或囊封劑218可透過設置於孔板250中之一開口引出。
在各項實施例中，致動樑240經建構使得閉合位置係其預設位置。換言之，致動樑240中之各個層經建構使得致動樑因經由貯集器中所裝納之加壓流體供應之力而朝向孔260曲折。致動樑240內之一調諧層可經建構為處於一壓縮應力狀態，以引起致動樑朝向孔之一曲率。由於此曲率，密封構件290在不存在施加至致動樑240之任何電信號之情況下接觸閥座270以閉合流體出口。可特定地選擇曲率度以在密封構件290與閥座270之間的介面處形成一緊密密封，其中致動樑240處於預設位置。有利地，此一預設密封防止噴射總成200中所裝納之流體蒸發，從而防止堵塞及其他缺陷。
如圖5A所展示，致動樑240遠離孔板250彎曲。此一彎曲之實現起因於經由撓曲電路216將一電信號施加至致動樑240。例如，撓曲電路216可電連接至供應中繼至致動樑240之電信號之一外部控制器。
如由圖5A所繪示，電信號之施加引起致動樑240暫時脫離其預設位置。例如，在各項實施例中，致動樑240向上移動遠離孔260，使得密封構件290之一密封表面之一部分與閥座270之一上表面相距至少10微米。在一項實施例中，密封表面之一中心部分在其振盪型樣之一峰值處與閥座270相距近似15微米。因此，在閥座270與密封構件290之間暫時形成一開口。該開口提供用於一定體積之流體進入孔260以在孔板250之一外表面處形成一液滴之一路徑。液滴經沈積於一基板上以形成經由供應至噴射總成200之微型閥230之各者之致動樑240之各者之控制信號判定之一圖案。將明白，致動樑240脫離其預設位置至諸如圖5中所展示之位置之一位置之頻率可取決於實施方案而變動。例如，在一項實施例中，致動樑240以近似12 kHz之一頻率振盪。然而，在其他實施方案中，致動樑240可以一更小(例如，10 kHz)或更大頻率(例如，20 kHz)振盪。
現參考圖5B，展示根據一實例性實施例之包含一微型閥230b之一噴射總成200b之一橫截面視圖。在一些實施例中，噴射總成200b係關於圖1、圖2、圖3、及圖4A至圖4B所描述之噴射總成100之一實例性實施例。如所展示，噴射總成200b包含經由一中介層222b附接至一閥主體298b之一載體202b。
載體202b包含一上部分204b及自上部分204b之一邊緣延伸之一外殼部分206b。一流體通道211b經設置於上部分204b中。一隔膜208b (例如，一橡膠或泡沫隔膜)經定位於流體通道211b之一入口處，且一過濾器213b經定位於流體通道211b之一出口處。蓋203b (例如，一塑膠或玻璃蓋)經定位於載體202b上，使得隔膜208b經定位於載體202b與蓋203b之間，且固定於載體202b與蓋203b之間。一開口209b可經界定於蓋203b中且對應於流體通道211b之入口。一流體連接器10b經耦合至蓋203b或流體通道211b之入口。流體連接器10b包含一插入針12b，插入針12b經組態以刺穿隔膜208b且穿過其安置於流體通道211b中。流體連接器10b經組態以經由插入針12b將加壓流體(例如，墨水)泵浦至噴射總成200b之一輸入流體歧管210b中。此外，過濾器213b經組態以在流體傳遞至一貯集器300b之前自流體過濾顆粒。在一些實施例中，插入針12b可一非由非潤濕材料(例如，疏水材料，諸如Teflon)形成或用非潤濕材料塗佈。在其他實施例中，插入針12b可包含加熱元件，或可將一電流提供至插入針12b以便加熱插入針12b且由此加熱流動通過其至貯集器300b中之流體。在又其他實施例中，金屬針或任何其他加熱元件可設置於輸入流體歧管210b中以用於加熱其中所裝納之流體。雖然被展示為僅包含流體通道211b，但在一些實施例中，載體202b亦可界定一第二流體通道以允許流體自載體202b抽出，即，引起流體循環通過載體202b。
外殼部分206b界定其上安置閥主體298b之一腔或一邊界。閥主體298包含輸入流體歧管210b及微型閥230b。如所展示，輸入流體歧管210b及微型閥230b界定貯集器300b，貯集器300b經組態以經由隔膜208b保持自一外部流體供應器接收之一定體積之加壓流體。在各項實施例中，保持於貯集器300b內之加壓流體係一墨水及額外液態流體之一組合。
在各項實施例中，輸入流體歧管210b係在其附接至噴射總成200b之額外組件之前預先形成。流體歧管210b可由具有任何合適厚度(例如，500微米)之一玻璃主體310b形成。如所展示，輸入流體歧管210b經預先形成以包含一第一通道212b及一第二通道214b。第一通道212b經形成以具有一寬度304b，寬度304b與微型閥230b之一致動樑240b之一懸臂部分308b之一長度312b具有一預定關係。第二通道214b提供經由在致動樑240b與撓曲電路216b之間延伸之線接合220b在致動樑240b與撓曲電路216b之間形成一電連接之一途徑。
如所展示，第二通道214b實質上填充有一囊封劑218b。囊封劑218b確保在撓曲電路216b與致動樑240b之間維持一恰當電連接以促進將電控制信號提供至致動樑240b，以引起其移動以敞開及閉合微型閥230b，且保護一線接合220b免受實體損壞或潮濕，如前文中所描述。
輸入流體歧管210b分離第一通道212b及第二通道214b之部分314b用作防止貯集器300b中所裝納之流體到達電連接之一障壁。因而，輸入流體歧管210b用作以下兩者：用於自一外部流體供應器接收之加壓流體之貯集器300之部分；及加壓流體與噴射總成200內所裝納之任何電連接之間的一絕緣障壁。
微型閥230b包含附接至致動樑240b之一孔板250b。孔板250b係實質上平面的且包含在其表面之間延伸之一孔260b。一閥座270b靠近孔260b安置於孔板250b之一內表面316b上。閥座270b界定與孔260b實質上對準之一內部開口318b以產生貯集器300b中所裝納之加壓流體之一出口。在特定實施例中，可排除閥座270b。在一些實施例中，孔板250b或本文中所描述之任何其他孔板亦可接地。例如，一電接地連接器295b (例如，一接合墊，諸如一金接合墊)可設置於孔板250b上且經組態以允許孔板250b電接地(例如，經由至一系統接地之電耦合)。
致動樑240b包含一基座部分306b及一懸臂部分308b。基座部分306b在輸入流體歧管210b分離第一通道212b及第二通道214b之部分314b下方延伸。如所展示，基座部分306b包含在與第二通道214b重疊之一區域中之一電連接部分294b。電連接部分294b包含一電極，透過該電極經由線接合220b與撓曲電路216b形成一電連接。懸臂部分308b自輸入流體歧管210b之部分314b延伸至貯集器300b中。如所展示，懸臂部分308b經安置於一間隔構件280b上，且因此在空間上與孔板250b分離。
懸臂部分308B具有一長度312b，使得該懸臂部分自貯集器300b之一邊界延伸達一預定距離。在各項實施例中，特定地選擇預定距離，使得懸臂部分308b之一部分292b與閥座270b及孔260b重疊。一密封構件290b自致動樑240b中與孔260b重疊之部分292b延伸。在一些實施例中，密封構件290b經建構以具有實質上對應於孔260b之一形狀之一形狀。
撓曲電路216b定位於玻璃主體310b及輸入流體歧管210b之部分314b上，且經由一第一黏著層(例如，SU-8、聚矽氧橡膠、膠水、環氧樹脂等)耦合至玻璃主體310b及輸入流體歧管210b之部分314b。一中介層222b經定位於載體202b之上部分204b與輸入流體歧管210b之間，以便在上部分204b與輸入流體歧管210b之間產生間隙。此為安置囊封劑218留出空間且增加輸入流體歧管210b之一體積。如圖5B中所展示，中介層222b定位於撓曲電路216b之一部分上且經由一第二黏著層223b (例如，SU-8、聚矽氧或任何其他黏著劑)耦合至撓曲電路216b之一部分。此外，中介層222b經由一第三黏著層225b (例如，SU-8、聚矽氧或任何其他黏著劑)靠近微型閥230b耦合至載體202b之上部分204b之一側壁。
中介層222b可由一強力、平坦且剛性之材料形成(例如，塑膠、矽、玻璃、陶瓷等)且安置於輸入流體歧管210b上以便防止孔板250b起因於經由將微型閥230b之組件彼此耦合且將微型閥230b耦合至外殼部分206b之黏著劑在其上引發之應力而彎折。在各項實施例中，中介層222b經建構以具有大於孔板250b之一剛度以執行此功能。
在另一態樣中，致動樑240b經建構使得當處於閉合位置時在閥座270b與密封構件290b之間的介面處形成一緊密密封。致動樑240b可包含至少一個壓電材料層(例如，鋯鈦酸鉛(PZT)或任何合適材料)。壓電材料層具有電連接至其之電極且線接合220b經附接至該等電極，使得來自撓曲電路216b之電信號經由該等電極提供至壓電材料層。該等電信號引起致動樑240b相對於其預設位置移動(例如，彎曲、轉動等)。
如所展示，實質上類似於關於圖5A之噴射總成200所描述之線接合220，線接合220b在致動樑240b之電連接部分294b處附接至致動樑240b。在各項實施例中，致動樑240b經建構使得閉合位置係其預設位置，如關於圖5A之致動樑240詳細描述。
如圖5B中所展示，致動樑240b遠離孔板250b彎曲。此一彎曲之實現起因於經由撓曲電路216b將一電信號施加至致動樑240b。例如，撓曲電路216b可電連接至一電路板215b (例如，一印刷電路板)，電路板215b沿載體202b之一側壁垂直於致動樑240b之一縱向軸線延伸。一識別標籤217b (例如，識別標籤106)可定位於電路板215b與載體202b之側壁之間。一電連接器219b電耦合至電路板215b且經組態以將撓曲電路216b電連接至一外部控制器，該外部控制器供應經由電路板215b中繼至致動樑240b之電信號。
如由圖5B所繪示，電信號之施加引起致動樑240b暫時脫離其預設位置。例如，在各項實施例中，致動樑240b向上移動遠離孔260b，使得密封構件290b之一密封表面之一部分與閥座270b之一上表面相距至少10微米，如關於圖5A之致動樑240詳細描述。
現參考圖6，展示展示根據一例示性實施例之關於圖5A所描述之噴射總成200之各種組件之一更詳細視圖。如所展示，致動樑240包含一致動部分242、一調諧層244及一非作用層246。非作用層246用作調諧層244及致動部分242之一基座。關於圖7更詳細描述致動部分242及調諧層244之結構。在一些實施例中，非作用層246由矽或其他合適材料構成。在一些實施例中，非作用層246、間隔構件280及密封構件290皆由相同材料構成(例如，由矽晶圓單片形成)。在一實例性實施例中，非作用層246、間隔構件280及密封構件290由雙絕緣體上覆矽(SOI)晶圓形成。
間隔構件280被展示為包含插置於兩個周邊層之間的一中間層。在一實例性實施例中，中間層及非作用層246包含雙SOI晶圓之兩個矽層，其中周邊層安置於包含氧化矽層之中間層之任一側上。在此實例中，密封構件290及間隔構件280透過蝕刻雙SOI晶圓之與致動部分242相對之表面而形成。例如，一旦在分離間隔構件280及密封構件290之一區域中移除形成間隔構件280之整個中間層，氧化物層用來控制或停止蝕刻程序。此一程序提供對間隔構件280及密封構件290之寬度及厚度兩者之精確控制。
如將明白，密封構件290之大小可促成致動樑240之諧振頻率。安置於致動樑240之一端處或附近之較大量材料通常導致致動樑之一較低諧振頻率。另外，此較大量材料可能影響由接觸致動樑240之加壓流體引發之致動樑240之預設曲率。因此，密封構件290之所要大小影響致動樑240之各種其他設計選擇。關於圖7A更詳細描述此等設計選擇。在一些實施例中，密封構件290基於孔260之尺寸而定大小。在一些實施例中，密封構件290係實質上圓柱形的且具有孔260之直徑的近似1.5倍之一直徑。例如，在一項實施例中，當孔260具有近似60微米之一直徑時，密封構件290具有近似90微米之一直徑。此一組態促進密封構件290與孔260之間的對準，使得密封構件290在接觸閥座270時完全覆蓋孔260。在另一實施例中，密封構件290經定大小使得其具有孔260之直徑的近似兩倍之一表面積 (例如，間隔構件280可具有近似150微米之一直徑，其中孔260之直徑為近似75微米)。此一實施例為對準密封構件290及孔260提供更大容限以促進在閥座270與密封構件290之間產生密封。在其他實施例中，密封構件290之直徑可為孔260之直徑之2倍、2.5倍、3倍、3.5倍或4倍。在各項實施例中，孔260之一長度與直徑之一比可在1:1至15:1之範圍內。該比可影響透過孔射出之一流體液滴之形狀、大小及/或體積且可基於一特定應用而變動。
有利地，間隔構件280與密封構件290之間的間隙324在致動樑240與孔板250之間產生一分離體積326。該分離體積326防止致動樑240之振盪之擠壓膜阻尼。換言之，當致動樑240敞開及閉合孔260時，孔板250與致動樑240之間的不充足間距將導致起因於流體必須進入及/或離開該分離體積326之阻力。具有經由間隔構件280產生之更大分離體積減小此阻力且因此促進致動樑240以更快頻率振盪。
繼續參考圖6，孔板250包含一基底層252及中間層254。例如，在一項實施例中，基底層252包含矽層且中間層254包含氧化矽層。在所展示實施例中，移除中間層254靠近孔260之一部分，且閥座270之一第一部分直接安置於基底層252上且閥座270之一第二部分經安置於中間層254上。應理解，在替代實施例中，中間層254延伸直至孔260之邊界且閥座270經安置於中間層254上。在又其他實施例中，中間層254之移除部分可具有等於或大於閥座270之一橫截面之一橫截面，使得閥座270完全安置於基底層252上。
歸因於間隔構件280與閥座270之間的空間關係之關鍵性，以允許精確地控制致動樑240與孔板250之間的所得距離之一方式執行間隔構件280至孔板250之附接。如所展示，使用一黏著層256來將間隔構件280附接至孔板250。在各項實施例中，在將間隔構件280及致動樑240之組合放置於中間層254上之前將精確量之環氧基黏著劑(例如，SU-8、聚甲基丙烯酸甲酯、聚矽氧等)施加至中間層254。接著將黏著劑固化以形成具有一精確控制厚度之一黏著層256。例如，在一些實施例中，間隔構件280之一最下表面實質上與閥座270之一上表面對準。可獲得此等表面之間的任何所要關係以在密封構件290與閥座270之間產生一關係以當致動樑240處於預設位置時產生一充足密封。在各項實施例中，黏著層256及閥座270可在單個光微影程序中由相同材料(例如，SU-8)形成。
在各項實施例中，一旦致動樑240及孔板250經由黏著層256彼此附接(例如，以形成微型閥230)，便將一額外黏著層248施加至致動樑240之周邊。額外黏著層248用來將輸入流體歧管210附接至致動樑240。一結構層222 (或中介層222b)可定位於輸入流體歧管210上且經由一第二黏著層225耦合至輸入流體歧管210。在一些實施例中，額外黏著層248及第二黏著層225可包含相同於黏著層256之材料。
現參考圖7A，展示根據一實例性實施例且未按比例繪製之致動樑240之一更詳細視圖。如所展示，致動樑240包含非作用層246、調諧層244、一障壁層400、一第一電極部分402、致動部分242、一第二電極部分404及一鈍化結構406。如將明白，在各項替代實施例中，致動樑240可包含更多或更少層。
在一些實施例中，調諧層244直接安置於非作用層246上。調諧層244通常用作用於促進沈積本文中所描述之額外層之一黏著層。另外，如本文中所描述，調諧層244之一厚度可在判定致動樑240處於其預設位置時之一總體曲率中起關鍵作用。一般而言，調諧層244經組態以具有一預定調諧應力，使得在閉合位置中，致動樑240之密封構件290接觸閥座270且對閥座270施加一力以便流體式密封孔260。在一些實施例中，在不存在一電信號之情況下，預定調諧應力經組態以引起致動樑240朝向孔260彎曲，使得在不存在閥座270之情況下，密封構件290之密封表面將定位於間隔構件280之一下表面下方之一預定距離(例如，2微米)。例如，由於本文中所描述之額外層之沈積，調諧層244可置於一壓縮應力狀態。因而，調諧層244愈厚，致動樑240在處於其預設位置時朝向孔260之曲率愈大。本文中關於圖8、圖9及10更詳細描述調諧層244之校準。在一項實例性實施例中，調諧層244由二氧化矽構成。
障壁層400充當抵抗第一壓電體層414中所含有之材料擴散至調諧層244之一障壁。若任其發展，則此遷移將導致層中之構成材料之間的有害混合效應，從而不利地影響效能。在各項實施例中，障壁層400由例如氧化鋯或二氧化鋯構成。如所展示，第一電極部分402包含一黏著層408及一第一電極410。黏著層408促進第一電極410沈積於障壁層400上且防止第一電極410中之物質擴散至其他層。在各項實施例中，黏著層408由鈦構成。第一電極410可由鉑、金、銣或任何其他合適材料構成以為提供至致動部分242之電信號提供一導電路徑。在一些實施例中，第一電極部分402僅包含於致動樑240之選定部分中。例如，第一電極部分402可僅包含於電連接部分294附近及/或內。
致動部分242可由任何合適壓電材料之單個或多個層形成。在所展示實例中，作用部分包含一生長模板或晶種層412及一壓電層414。生長模板層412用作促進具有一所要紋理(例如，{001}晶體結構及對應紋理)之壓電層414生長以確保最大壓電回應之一晶種層。在一些實施例中，生長模板層412由鈦酸鉛構成。壓電層414可由任何合適材料構成，諸如鋯鈦酸鉛(PZT)。
壓電層414可使用任何方法沈積，諸如利用真空沈積或溶膠-凝膠沈積技術。在一些實施例中，壓電層414具有近似1微米至6微米之一範圍內之一厚度(例如，(含)1、2、3、4、5或6微米)且經調適以在將一電信號施加至其時在致動樑240之一端處產生近似10微米之一偏轉。10微米之一偏轉(例如，使得密封構件290之一表面脫離閥座270達稍微小於該量)可足以在孔260處產生具有一所要大小之液滴。在一些實施例中，壓電層414具有近似140 pm/V至160 pm/V之一壓電橫向係數(d31值)量值。此值可使致動樑240之充分偏轉能夠經由供應至第一電極部分402及第二電極部分404之電信號產生。
如所展示，第二電極部分404經安置於致動部分242上。在各項實施例中，第二電極部分404類似於本文中所描述之第一電極部分402而結構化。將一電壓施加至第一電極部分402及/或第二電極部分404因此在壓電層414中引發一應變，從而引起整個致動樑240遠離孔板250彎曲。透過將週期性控制信號施加至第一電極部分402及第二電極部分404，致動樑240之週期性循環以一所要頻率產生自孔260輸出之液滴。雖然圖7A展示彼此重疊之第一電極部分402及第二電極部分404，但在其他位置中，第一電極部分402及第二電極部分404可不重疊。此可限制或防止第一電極部分402與第二電極部分404之間的電子洩漏，該電子洩漏可損壞壓電層414或引起電短路。
圖7A中所展示之材料可實質上完全延伸穿過致動樑240之長度。因而，在電極部分402及404與經由微型閥230形成之貯集器之間存在一重疊。在各項實施例中，貯集器中所裝納之流體係導電的且/或可腐蝕形成第一電極部分402及第二電極部分404之材料。因此，較佳的是，使電極部分402及404與貯集器隔離以防止貯集器中所裝納之流體接觸電極部分402及404。
就此而言，鈍化結構406經組態以執行此隔離。在所展示實例中，鈍化結構406包含一介電質層416、一絕緣體層418及一障壁層420。障壁層420可由氮化矽構成，其充當抵抗流體中所含有之水分子及離子之一擴散障壁以防止電極部分402及404腐蝕。在一些實施例中，絕緣體層418包含具有一壓縮應力之二氧化矽層，該壓縮應力大致抵消障壁層420中之拉伸應力。介電質層416可由氧化鋁構成以防止致動樑240中所含有之額外層氧化。在一些實施例中，一額外金屬層經安置於障壁層420上。例如，金屬層可由氧化鉭或任何其他合適耐化學金屬構成以進一步增強鈍化結構406之保護性質。在特定實施例中，障壁層420可由Teflon或聚對二甲苯形成。在其他實施例中，致動樑240之至少一部分(即，由圖7A中所展示之層形成之結構)可由Teflon或聚對二甲苯層覆蓋或外塗。此一外塗層可防止在致動樑240之層中形成微裂紋。在又其他實施例中，外塗層可包含一金屬層，例如鉭或鈀層。
鈍化結構406之添加可能顯著影響致動樑240之預設定位。此係因為鈍化結構406偏離致動樑240之壓縮之一中性軸線422。如所展示，中性軸線422係在非作用層246內，此意謂電極部分404及鈍化結構406在致動樑240中距離中性軸線422最遠。鑑於此，此等層中引發之拉伸或壓縮應力將極大地影響致動樑240之預設曲率。因而，基於鈍化結構406之各個構成層之結構選擇調諧層244之厚度。
圖7B係根據一實例性實施例且未按比例繪製之致動樑240之前視橫截面視圖，其展示該致動樑中所包含之層之各者之一配置。如所展示，致動樑240包含如關於圖7A所描述之非作用層246、調諧層244及一障壁層400。第一電極部分402包含定位於障壁層400上之黏著層408 (例如，氧化鈦)及定位於黏著層408上之一導電層或電極410 (例如，鉑、金、銣等)。第一電極部分402經組態以具有小於障壁層400之一寬度之一寬度，使得電極部分402在垂直於致動樑240之一縱向軸線之一方向上之端部定位於障壁層400在相同方向上之端部內側。
包含晶種層412及壓電層414之致動部分242保形地安置於第一電極部分402上，以便延伸超出第一電極部分402之橫向端部且接觸障壁層400。以此方式，壓電層完全環繞或囊封第一電極部分402之與第二電極部分404重疊或靠近之至少部分。第二電極部分404包含一黏著層403 (例如，鈦)及一導電層405 (例如，鉑、金、銣)。在一些實施例中，第二電極部分404可僅包含直接安置於壓電層414上之導電層405 (即，省略黏著層403)。由於致動部分242與第一電極部分402之端部重疊且延伸超出第一電極部分402之端部，該致動部分使第一電極部分402與第二電極部分404有效地電隔離，以便防止電子洩漏及電流遷移(其可對致動樑240之效能有害)。
鈍化結構406保形地塗佈其他層246、244、400、402、242及404之各者之暴露部分。然而，非作用層246之一底表面可不塗佈有鈍化結構406。鈍化結構406可包含一介電質層416、一絕緣體層418、一障壁層420及一頂部鈍化層424。障壁層420可由氮化矽構成，其充當抵抗流體中所含有之水分子及離子之一擴散障壁以防止電極部分402及404之腐蝕。然而，一旦沈積於剩餘層上，氮化矽通常處於一拉伸應力狀態。絕緣體層418經組態以抵消此拉伸應力。例如，在一些實施例中，絕緣體層418包含具有一壓縮應力之二氧化矽層，該壓縮應力大致抵消障壁層420中之拉伸應力。在各項實施例中，障壁層420可定位於絕緣體層418下方。介電質層416可由氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯或氧化鋅構成以防止致動樑240中所含有之額外層氧化。因此，鈍化結構406用來防止腐蝕及氧化兩者，由在致動樑240中存在流體引起之兩個主要缺陷源且因此確保微型閥230之長期效能。此外，頂部鈍化層424經安置於障壁層420上且可包含Teflon或聚對二甲苯層。此一外塗層可防止在致動樑240之層中形成微裂紋，且亦可防止下伏層電漿放電(例如，在後續製造操作中埋藏層可暴露於其)。在特定實施例中，頂部鈍化層424可包含一金屬層，例如鉭或鈀層。在一些實施例中，一額外金屬層經安置於障壁層420上。例如，金屬層可由氧化鉭或任何其他合適耐化學金屬構成以進一步增強鈍化結構406之保護性質。
現參考圖8、圖9及圖10，展示孔板250、閥座270及密封構件290之特寫圖。圖8、圖9及圖10之各者展示致動樑240之一不同潛在預設位置。圖8展示其中密封構件290與孔260未對準之一構造。如所展示，密封構件290之一外邊緣經安置於孔260之一邊界內側。換言之，密封構件290不完全覆蓋孔260，且不接觸閥座270之一側。因此，當致動樑240處於其預設位置時在密封構件290與閥座270之間存在一開口331，從而導致流體洩漏及效能減弱。
因此，致動樑240之懸臂部分308必須係一恰當長度312，使得安置於其端部處之密封構件290覆蓋整個孔260。因而，必須精確地控制用來使致動樑240及密封構件290塑形之程序(例如，雙SOI晶圓之背面蝕刻)以確保一充分密封。在一些實施例中，經由施加一蝕刻遮罩來執行此控制，該蝕刻遮罩經定尺寸以產生與孔260精確地對準之密封構件290。
圖9展示其中致動樑240過度壓縮至閥座270上之一情境。此一情境可在例如調諧層244過厚之情況下發生，從而導致使致動樑240過度曲折之一壓縮應力。因此，將密封構件290之一第一側(例如，與間隔構件280相對之一側)按壓至閥座270中，從而使密封構件之一第二側(例如，靠近間隔構件280之一側)自閥座270提升。此導致密封構件與閥座270之間的一間隙340，從而導致流體洩漏及效能減弱。相比之下，圖10繪示其中恰當地建構致動樑240之一情境。如所展示，致動樑240經建構使得實質上最大化閥座270與密封構件290之間的一接觸面積。換言之，密封構件290之一面向孔表面大致平行於閥座270之一上表面。此一組態確保致動樑240與密封構件290之間的一充分密封，以防止噴射總成200中所裝納之流體蒸發。
雖然圖10展示大致平行於孔板250延伸之致動樑240，但應理解，該組態可不同於一些實施例中所展示之組態。例如，在一項實施例中，閥座270由一順應材料(例如，SU-8)構成，且致動樑240經建構使得密封構件290相對於孔板250成一微小角度延伸。閥座270之順應本質允許密封構件290相對於間隔構件280之一遠端比一近端稍微更多地按壓至閥座270中，同時仍維持一充分密封。此外，致動樑240之曲率將密封構件290按壓至閥座270中以增強形成於其等之間的介面處之密封。因此，在一些實施例中，致動樑240經建構具有一調諧層244，調諧層244具有克服由其他層(例如，在鈍化結構406中)產生之拉伸應變之一壓縮應力以引發致動樑240朝向孔260之一預設曲率。致動樑240可經建構以具有基於預設曲率度之一長度，使得由密封構件290覆蓋閥座270中之整個開口。
現參考圖11，展示根據一實例性實施例之一噴射總成600之一部分之一橫截面視圖。如所展示，噴射總成600包含形成一微型閥620 (例如，在結構上類似於微型閥230)之部分之一孔板610。微型閥620經由一黏著層附接至一輸入流體歧管630。輸入流體歧管630經耦合至一塑膠載體640。噴射總成600可在結構上類似於關於圖5A所描述之噴射總成200，除噴射總成600不包含安置於輸入流體歧管630與塑膠載體640之間的一結構層以外。
如所展示，輸入流體歧管630及微型閥620之側壁經由一第一載體黏著劑650附接至載體640之內表面。例如，可將第一載體黏著劑650施加至側壁且接著一旦將輸入流體歧管630安置於載體640內即可進行乾燥。輸入流體歧管630之一上表面可用一第二載體黏著劑660附接至載體640。在一些實施例中，第二載體黏著劑660相同於第一載體黏著劑650，但僅在一不同時間點施加至載體640。
如由箭頭670所指示，第一載體黏著劑650可在沿輸入流體歧管630及微型閥620之側壁之各個點處引入應力。此應力可導致特定結構壓縮及其他結構張緊。圖12、圖13及圖14展示可起因於由用來將微型閥620附接至一載體之黏著劑引發之應力之微型閥620之各種組態。例如，圖12展示其中孔板610由於起因於第一載體黏著劑650之壓縮應力而「彎入」之一情境。如所展示，孔板610之彎折防止在一閥座622與一密封構件624之間形成一恰當密封，因為孔歸因於彎折而變形。將引起流體自一內部貯集器洩漏，從而導致不良效能。
圖13展示其中孔板610由於起因於第一載體黏著劑650之壓縮應力而「彎出」之一實例。此彎折引發一孔變形以防止貯集器之密封，從而導致效能減弱。圖14展示其中最小化由載體黏著劑650引發之應力之一情境。如所展示，此一組態能夠在密封構件624與閥座622之間形成一恰當密封，且因此賦予本文中所描述之各種益處。在各項實施例中，此一組態可藉由將一中介層(例如，結構層222或中介層222b)定位於一輸入流體歧管上以便如前文中所描述般為微型閥之總體結構提供足夠剛度及強度且防止孔板彎折來達成。
圖15係展示孔板610相對於位置之彎折量之一圖表。如所展示，圖11中所展示之實施例產生近似10微米之最大彎折量。此一量係次佳，因為其完全防止在閥座622與密封構件624之間的介面處形成一充分密封。圖16係展示圖11中所展示之實施例之一替代實施例(例如，關於圖5A、圖5B所描述之噴射總成200、200b)之一孔板之彎折量之一圖表。經量測以產生圖16之噴射總成與噴射總成600不同之處在於：其進一步包含安置於輸入流體歧管與一外部載體之間的一中介層(例如，類似於關於圖5B及圖6所描述之中介層222b)。如所展示，孔板跨其整體彎折不超過2微米。此一有限彎折量使一高品質密封能夠形成在孔處。因此，中介層222b之添加顯著減少起因於外部黏著劑之孔板之彎折且促進如本文中所描述之致動樑240之恰當運作。
現參考圖17，展示根據一實例性實施例之一微型閥之一致動樑900之一平面視圖。致動樑900可為關於圖5A至圖5B所描述之致動樑240之懸臂部分308之一實例性實施例。例如，所展示之致動樑900之部分可作為一懸臂部分自安置於致動樑900下方之一間隔構件(諸如間隔構件280)延伸。因而，致動樑900可進一步包含支撐安置於間隔構件上之部分以支撐圖5A至圖5B中所展示之部分之一矩形(或任何其他合適形狀)。另外，致動樑900可由如關於圖7A至圖7B所描述之複數種材料構成。
如圖17中所展示，致動樑900包含一延伸部分902及一重疊部分904。在各項實施例中，致動樑900在重疊部分904之一基座906與一尖端920之間延伸一長度914，其中基座906定位於界定流體腔之一部分之間隔構件之內部表面處且該尖端係樑900定位成遠離該表面之端部。延伸部分902可相對於一孔板上之一孔定位使得延伸部分902自間隔構件延伸，使得重疊部分904覆蓋孔。如所展示，延伸部分902之寬度918隨著距基座906之距離而減小。換言之，延伸部分902係實質上梯形的。此一減小寬度之輪廓可改良致動樑900之頻率效能。換言之，相比於其中一致動樑係實質上矩形之實施例，梯形形狀之延伸部分902促進致動樑900在一加壓流體內以一更大頻率振盪，因為與一矩形相比，一梯形之一表面積減小。在一些實施例中，一開口921可設置於致動樑900之延伸部分902中。當致動樑900在敞開位置與閉合位置之間移動時，此一開口921可允許流體通過以便減小由流體施加於延伸部分902上之流體阻力。此可允許使用一較低電壓或電流驅動致動樑900，改良空氣動力學且延長致動樑900之一壽命。雖然圖17及圖18展示設置於延伸部分902中之單個開口，但呈任何合適組態之任何數目個開口可設置在延伸部分902上。
重疊部分904自延伸部分902之一相對端部延伸。重疊部分904可包含安置於其下表面上之一密封構件922。如所展示，重疊部分904係實質上圓形的。在一些實施例中，重疊部分904之一直徑916近似等於延伸部分902之一最大寬度(例如，在基座906處)。在各項替代實施例中，重疊部分904可具有小於或大於延伸部分902之最大寬度之一直徑。重疊部分904可經塑形以對應於安置於致動樑900下方之一孔之一形狀。例如，在其中一孔係圓形之實施例中，重疊部分亦可為圓形。此一配置促進在重疊部分904上提供在形狀上對應於孔之一密封構件，此促進其等之間的對準及密封構件與安置成靠近孔之一閥座之間的一密封。
如將明白，重疊部分904之大小影響致動樑900之效能之各個態樣。例如，重疊部分904之大小可影響致動樑900之諧振頻率，此可係期望的以避免透過施加至其之電信號之施加來操作致動樑900。另外，過小重疊部分904可防止一足夠大小之密封構件恰當地附接至其。據此，重疊部分904之大小應考量此等各種因素之各者。
應理解，設想用於致動樑之替代實施例。例如，在一些實施例中，致動樑900可為實質上矩形且重疊部分904可僅包含延伸部分902之一端部。在其他實例性實施例中，可使用用於延伸部分902及重疊部分之不同形狀組合。在一實例中，延伸部分902係矩形的且重疊部分904如圖5A至圖5B中所展示般。可使用任何形狀組合，其中應理解，組態之更改將影響一噴射總成可操作之頻率且可不利地影響噴射總成之總體效能。
圖18展示根據一實例性實施例之致動樑900之一側視圖。如所展示，一密封構件922經安置於重疊部分904上。在所展示實例中，密封構件922具有對應於重疊部分904之橫截面形狀之一橫截面形狀。因而，密封構件922係實質上圓柱形的且具有對應於重疊部分904之直徑之一直徑916。此一實施方案簡化致動樑900之產生，因為可使用單個蝕刻遮罩來形成密封構件922及致動樑900兩者。然而，設想替代實施例。例如，密封構件922可具有小於或大於重疊部分904之一直徑(或橫截面積)，或不同形狀。
現參考圖19，展示根據一實例性實施例之致動樑900A、900B、900C及900D之一配置。在一實例中，致動樑900A、900B、900C及900D之各者在結構上類似於關於圖17所描述之致動樑900。如所展示，致動樑900A、900B、900C及900D之各者在由噴射總成(該等致動樑安置至其中)界定之一邊界912內側延伸。例如，邊界912可由一輸入流體歧管(例如，由一通道，諸如關於圖5A所描述之第一通道212)或間隔構件之內邊緣界定。在所展示實例中，第一組致動樑900A及900B自邊界912之一第一側延伸且第二組致動樑900C及900D自邊界912之一第二側延伸。第一組之致動樑900A及900B與第二組之致動樑900C及900C交錯以產生一組叉指形致動樑900。在一些實施例中，壁930可定位於相鄰致動樑900A至900D之各者之間，例如，在致動樑900A至900D所處之一輸入流體歧管中部分或完全突出。壁930可用來使相鄰致動樑900A至900D彼此至少部分地流體式隔離以便實質上減少相鄰致動樑900A至900D之間的流體串擾。
在一些實施例中，複數個致動樑900A、900B、900C及900D係一等間隔組，使得致動樑900A、900B、900C及900D之一者之中心與致動樑900A、900B、900C及900D之一相鄰者之一中心分離達一預定距離910。在一些實施例中，預定距離910為近似128微米。該組叉指形致動樑900A、900B、900C及900D可包含任何數目個樑，例如16、24、52或任何其他數目個樑。在特定實施例中，該組叉指形致動樑900A、900B、900C及900C可包含52個致動樑900，使得噴射總成包含52個微型閥，諸如關於圖5A至圖5B所揭示之微型閥。例如，致動樑900A、900B、900C及900D之各者可包含自其延伸之一密封構件以接觸安置於一下伏孔板中之複數個孔處之閥座。因而，複數個孔可線性地配置，其中孔之中心彼此分離達恰好或近似預定距離910。在其他實施例中，致動樑900A、900B、900C及900D可經配置成一線性陣列、一圓形陣列、一半圓形陣列、一多邊形陣列、一橢圓形陣列、一非對稱陣列或任何其他適當形狀之陣列。
設想致動樑900A、900B、900C及900D之替代配置。例如，在一項實施例中，每個致動樑900可自邊界912之單側延伸。然而，圖19中所展示之配置比此一配置更有利，因為圖19中所展示之配置允許致動樑900更緊密地間隔(例如，歸因於邊界912處之額外間隙)。此緊密間隔促進包含安置於一所得噴射總成中之更多數目個微型閥，且提供更高解析度列印(例如，以點/英寸計)。
在一些實施例中，一輸入流體歧管可經組態以界定複數個流體充填部或貯集器，使得至少一個流體充填部之各者對應於一噴射總成中所包含之複數個微型閥之至少一部分。現參考圖20，展示根據一實例性實施例之一噴射總成中可包含之一閥主體1300之一俯視橫截面視圖。閥主體1300包含一輸入流體歧管1362、第一組微型閥1302、第二組微型閥1304及第三組微型閥1306。輸入流體歧管1362界定一第一開口1372、一第二開口1374及一第三開口1376。第一開口1372暴露第一組微型閥1302以形成一第一流體充填部1366，第二開口1374暴露第二組微型閥1304以形成一第二流體充填部1367且第三開口1376暴露第三組微型閥1306以形成一第三流體充填部1369。第一流體充填部1366可經組態以保持自一第一流體供應器接收之一第一流體(例如，黃色墨水)。第二流體充填部1367可經組態以包含不同於第一流體、亦可自第一流體供應器或一單獨流體供應器接收之一第二流體(例如，青色墨水)。類似地，第三流體充填部1369可經組態以保持不同於第一流體及第二流體之各者、可自第一流體供應器或一單獨流體供應器接收之一第三流體(例如，品紅色墨水)。以此方式，輸入流體歧管1362可允許該等組微型閥1302、1304及1306之各者將不同流體(例如，不同色彩之墨水)傳遞至一目標。應明白，雖然圖20展示包含三個流體充填部1366、1367及1369之輸入流體歧管1362之一特定實施例，但在其他實施例中，一輸入流體歧管可包含可以任何合適組態配置之任何數目個流體充填部。
在一些實施例中，本文中所描述之各種微型閥之致動樑之移動或振動可能引起可促成雜訊之聲共振。在一些實施例中，用於在噴射總成中使用之載體可包含經結構化以減少由致動樑產生之聲共振之特徵。例如，參考圖21至圖25，展示根據另一實施例之一噴射總成1400。噴射總成1400包含一載體1402及經由一中介層1422 (圖25)耦合至載體1402之一微型閥1430。微型閥1430及中介層1422可分別實質上類似於微型閥230、230b及中介層222b，且因此本文中不再進一步詳細描述。
圖23展示載體1402之一分解視圖。載體1402包含複數個載體側壁1404及一載體基座1405，其等一起界定載體1402之一內部體積。載體1402可由塑膠、聚合物、金屬、任何其他合適材料或其等組合形成。在一些實施例中，載體1402可由一塑膠材料模製(例如，射出吹模成型)。在特定實施例中，可例如經由噴砂或珠拋光來拋光載體側壁1404及載體基座1405之至少外表面，使得外表面仍保持足夠粗糙度以使一黏著劑在其上形成一強接合。
如圖23中所展示，由載體1402界定之內部體積藉由安置於由載體1402界定之內部體積內之一中心壁1454分成一載體入口貯集器1450及一載體出口貯集器1456。載體入口貯集器1450經組態以透過耦合至載體1402之一蓋1403自一流體源接收流體，且載體出口貯集器1456經組態以自微型閥430接收流體，且透過蓋1403將流體返回至流體源。單個縱向狹槽1452經界定於載體基座1405中且在中心壁1454下方自載體入口貯集器1450延伸至載體出口貯集器1456。定位於載體入口貯集器1450中之狹槽1452之一第一部分經結構化以允許流體透過中介層1422輸送至微型閥1430之一輸入流體歧管，如前文中所描述，且定位於載體出口貯集器1456中之狹槽1452之一第二部分經組態以透過中介層1422自微型閥1430接收流體。一第一黏著層1476可安置於載體基座1405之一外表面上，即，載體基座1405下方(為清楚起見，在圖23中被展示為在載體1402上方)且經組態以將中介層1422及在一些實施例中一撓曲電路1416 (圖21、圖22及圖25)耦合至微型閥1430之一部分接合至載體基座1405之外表面。複數個第一對準突出部1411自載體基座1405之一外表面延伸且經組態以與對應撓曲電路對準通孔1421配合，以允許對準撓曲電路1416及由此載體基座1405上之微型閥1430。第一黏著層1476界定對應於狹槽1452之一第一黏著層狹槽1477。狹槽1452可用作一頻率阻尼器，從而阻尼歸因於微型閥1430中包含之致動樑之振動之聲共振。
經組態以在流體流動至微型閥1430中之前過濾可存在於流體中之顆粒之一過濾層1413經安置於形成載體入口貯集器1450之一基座之載體基座1405之一部分之一內表面上。過濾層1413可經由其上之一黏著劑、熔融接合或熱鉚合(heat staked)耦合至載體基座1405之內表面。在一些實施例中，複數個接合突出部或支座1414可安置於載體基座1405之部分之內表面上，且經組態以將過濾層1413與內表面隔開及/或促進過濾層1413接合至載體基座1405之內表面。
一凹口1407經界定於第一組側壁1404之各者上且經組態以接納自蓋1403之對應邊緣朝向載體1402突出之蓋對準臂1491。此外，一載體對準棘爪1495亦經界定於側壁1404中垂直於第一組側壁1404之一個側壁上，且可經組態以滑動至經組態以接納噴射總成1400之一固持件(例如，固持件150)中界定之一配合狹槽中。此外，一對對準臂1406在遠離載體1402之一方向上自定位成遠離載體對準棘爪1495之第一組側壁1404之邊緣延伸。該對對準臂1406在其等之間界定垂直於載體基座1405之一接納空間，該接納空間經定大小及塑形以接納經由撓曲電路1416電耦合至微型閥1430之一印刷電路板(PCB) 1415。對準臂1406促進載體1402上之PCB 1415之對準。在一些實施例中，PCB對準突出部(未展示)可自其上安置PCB 1415之載體1402之側壁1404延伸，且經組態以插入至界定於PCB 1415中之對應PCB對準通孔1419，以便促進將PCB 1415定位於對應側壁1404上之一預定位置處。
蓋1403例如經由至其之一黏著劑、熔融接合或熱鉚合耦合至載體1402。蓋1403界定一蓋入口1409a (流體透過蓋入口1409a輸送至載體入口貯集器1450中)及一蓋出口1409b，蓋出口1409b經組態以在循環通過微型閥1430之後自載體出口貯集器1456接收流體。如先前所描述，蓋對準臂1491自蓋1403之對應邊緣朝向載體1402突出且插入至界定於載體1402之一對應側壁1404上之一對應凹口1407中。各蓋對準臂1491包含一凸緣1493，凸緣1493界定於其遠離蓋1403之一軸向端上且延伸遠離載體1402之對應側壁1404。各凸緣1493可經組態為位於界定在固持件中之一對應凹槽中以便將噴射總成1400可移除地附裝至固持件，例如壓配合至固持件。
一隔膜層1408經安置於蓋1403下方，例如界定在載體1402中靠近蓋1403之一對應凹槽內。隔膜層1408可經壓縮於蓋1403與載體1402之間以確保隔膜層1408處於適當位置。隔膜層1408包含由一順應材料形成、跨載體入口貯集器1450及載體出口貯集器1456安置之一薄片。在一些實施例中，隔膜層1408可包含雙層結構，該雙層結構具有塗佈於一第二較厚層(例如，丁基層)上之一第一層1408a (例如， Teflon®層)。如前文中關於噴射總成200b所描述，插入針(例如，插入針12a/12b)可插入通過定位於蓋入口1409a及蓋出口1409b下方之隔膜層1408之部分以允許流體插入至載體入口貯集器1450中，或自載體出口貯集器1456抽出。
一第一隔膜支撐插入件1472經安置於載體入口貯集器1450中且可經定大小及塑形以緊貼地配合於其中，使得第一隔膜支撐插入件1472之側壁界定載體入口貯集器1450之周邊邊界之至少一部分，且第一隔膜支撐插入件1472之一頂部形成載體入口貯集器1450之一頂部。一第一隔膜支撐插入件開口1473經形成於第一隔膜支撐插入件1472之頂部中且與蓋入口1409a軸向對準。第一隔膜支撐插入件1472之頂部支撐隔膜層1408之一區域(其定位於安置於載體入口貯集器1450內之載體入口1409a周圍)，且防止隔膜層1408歸因於一插入針經插入通過安置於蓋入口1409a下方之隔膜層1408之部分之力而塌陷。第一隔膜支撐插入件開口1473允許插入針插入至載體入口貯集器1450中以便與其內部體積流體連通。
此外，一第二隔膜支撐插入件1474經安置於第二載體出口貯集器1456中且經定大小及塑形以緊貼地配合於其中，使得第二隔膜支撐插入件1474之側壁界定載體出口貯集器1456之一周邊邊界之至少一部分，且第二隔膜支撐插入件1474之一頂部形成載體出口貯集器1456之一頂部。一第二隔膜支撐插入件開口1475經形成於第二隔膜支撐插入件1474之頂部中且與蓋出口1409b軸向對準。類似於第一隔膜支撐插入件1472，第二隔膜支撐插入件1474之頂部支撐隔膜層1408之一區域(其定位於安置於載體出口貯集器1456內之載體出口1409b周圍)以防止隔膜層1408塌陷。
圖25展示PCB 1415、耦合至PCB 1415之撓曲電路1416及經由中介層1422耦合至撓曲電路1416之微型閥1430。如前文中所描述，PCB 1415經安置於載體1402之一側壁1404上且可經由一黏著劑耦合至側壁1404。在一些實施例中，PCB 1415包含一第一PCB層1415a及一第二PCB層1415b。撓曲電路1416之一撓曲電路第一耦合部分1416a經安置於第一PCB層1415a與第二PCB層1415b之間，且可包含電耦合至PCB 1415中提供之對應連接器之電連接器(例如，接合墊)。各PCB層1415a/b例如經由一黏著劑接合至撓曲電路第一耦合部分1416a，使得撓曲電路第一耦合部分1416a固定於各PCB層1415a/b之間。
撓曲電路1416圍繞其上安置PCB 1415之側壁1404之一邊緣彎曲，使得一撓曲電路第二耦合部分1415b經安置於載體基座1405上且接合至載體基座1405，如前文中所描述。微型閥1430經由中介層1422接合至撓曲電路第二耦合部分1415b且電耦合至撓曲電路第二耦合部分1415b，如前文中所描述。一孔隙1423經界定於撓曲電路第二耦合部分1415b中。孔隙1423對應於且軸向對準於界定在中介層1422以及狹槽1452中之一開口，以便允許載體1402透過其流體式耦合至微型閥1430。一識別標籤1417經安置於撓曲電路第二連接部分1416b與載體基座1405之間且固定於撓曲電路第二連接部分1416b與載體基座1405之間。
在各項實施例中，代替單個縱向狹槽，用於一噴射總成之一載體可包含載體入口及出口之其他組態以提供與一相關聯微型閥之流體連通，同時提供聲共振阻尼。例如，圖26係根據另一實施例之用於在一噴射總成中使用之一載體1502之一側視橫截面視圖。類似於載體1402，載體1502包含複數個側壁1404及載體基座1405。載體1502之內部體積藉由中心壁1454分成載體入口貯集器1450及載體出口貯集器1456。該對對準臂1406自側壁1404延伸。複數個接合突出部1414自載體基座1405延伸至載體入口貯集器1450中，且過濾層1413經安置於複數個接合突出部1414上且接合至複數個接合突出部1414。蓋1403經耦合至載體1502，且隔膜層1408插置於蓋1403與載體1502之間。一第一流體連接器141a經耦合至蓋入口1409a且自第一流體連接器141a延伸之一第一插入針142a經插入通過隔膜層1408而至載體入口貯集器1450中以將流體輸送至載體入口貯集器1450。此外，一第二流體連接器141b經耦合至蓋出口1409b，且自第二流體連接器141b延伸之一第二插入針142b經插入通過隔膜層1408而至載體出口貯集器1456中且經組態以自載體出口貯集器1456抽取流體。
圖27係載體1502之一前視圖。不同於載體1402，載體1502包含一載體出口1552，其經界定於載體基座1405之對應於載體入口貯集器1450之一部分中，且經結構化以將流體自載體1502傳遞至微型閥(例如，微型閥230、230b、1430)。一載體入口1562亦經界定於載體基座1405之對應於載體出口貯集器1456之一部分中，且經結構化以允許來自微型閥之流體進入載體出口貯集器1456。
圖28係根據另一實施例之載體1602之一前視圖。載體1602類似於載體1502，不同之處在於一縱向狹槽1666透過載體基座1405界定於載體出口1552與載體入口1562之間。縱向狹槽1666可僅設置於載體入口貯集器1450中或亦延伸至載體出口貯集器1456中。
圖29係根據又一實施例之一載體1702之一前視圖。載體1702類似於載體1402且包含界定於載體基座1405中之一縱向狹槽1752。然而，複數個支柱1756以預定間隔跨縱向狹槽1752之一長度安置，由此將狹槽1752分成自載體入口貯集器1450延伸至載體出口貯集器1456之複數個開口。
圖30係根據又一實施例之載體1802之一前視圖。不同於載體1402，載體1802包含界定在載體基座1405之對應於載體入口貯集器1450之一部分中之一第一縱向狹槽1852。此外，一第二縱向狹槽1862經界定於載體基座1405之對應於載體出口貯集器1456之一部分中。
在一些實施例中，用於將一微型閥耦合至一噴射總成之一中介層可經組態為亦用作一過濾器。例如，圖31係根據一實施例之一中介層1922之一側視橫截面視圖。中介層1922可用來將微型閥230、230b、1430b或本文中所描述之任何其他微型閥耦合至一載體(例如，載體202、202b、1402、1502、1602、1702、1802或本文中所描述之任何其他載體)。代替界定於中介層1922中用於將流體自載體傳遞至微型閥之狹槽或孔隙，中介層1922包含經界定穿過其之複數個細孔1923。在一些實施例中，中介層1922可由矽形成，且複數個細孔1923可經由一深反應性離子蝕刻(DRIE)程序形成。細孔1923可具有微米或奈米範圍內之一橫截面尺寸，且經組態以當流體透過中介層1922自載體傳遞至微型閥中時自流體濾出顆粒。在其中使用中介層1922之實施例中，中介層1922亦用作一過濾層，其可避免在載體1402內使用一單獨過濾層，或提供一額外過濾階段以移除可能已通過主過濾器之任何顆粒。
在一些實施例中，一種微型閥包括：一孔板，其包含一第一表面及一第二表面，該孔板包括自該第一表面延伸至該第二表面之一孔；一間隔構件，其安置於該第一表面上，該間隔構件偏離該孔；一閥座，其安置於該第一表面上，其中該閥座界定與該孔流體連通之一開口及一流體充填部；一致動樑，其安置於該間隔構件上，其中該致動樑自該間隔構件朝向該孔延伸，其中該致動樑包括一壓電材料層，該致動樑藉由將一電信號施加至該壓電材料層而在一閉合位置與一敞開位置之間移動；及一密封構件，其附裝至該致動樑之一端部分；其中當該壓電材料層未被施加一電信號時，該致動樑處於該閉合位置，該密封構件之一密封表面接觸該閥座以閉合該微型閥。
在一些實施例中，該致動樑包括一非作用部分、一調諧層及包括該至少一個壓電材料層之一致動部分，其中該調諧層具有一預定調諧應力，使得在該閉合位置中，該密封構件接觸該閥座且將一力施加於該閥座上以便流體式密封該孔。在一些實施例中，該間隔構件及該密封構件具有實質上相同厚度。在一些實施例中，在不存在該電信號之情況下，該預定調諧應力經組態以引起該致動樑朝向該孔彎曲，使得在不存在該閥座之情況下，該密封表面將定位於該間隔構件之一下表面下方一預定距離。在一些實施例中，該調諧層由二氧化矽或氮化矽之至少一者組成。
在一些實施例中，該非作用部分、該間隔構件及該密封構件之各者由相同材料形成。在一些實施例中，該致動部分包括兩個電極部分，一個電極部分定位於該壓電材料層之一第一側上且另一電極部分定位於一相對側上，且其中各電極部分包括一導電層。在一些實施例中，各電極部分亦包括一黏著層。在一些實施例中，該黏著層包括鈦且該導電層包括安置於該鈦上之鉑。
在一些實施例中，該致動樑進一步包括安置於該等電極部分之至少一者上之一鈍化結構。在一些實施例中，該鈍化結構包括氧化鋁層、安置於該氧化鋁層上之二氧化矽層及安置於該二氧化矽層上之氮化矽層。
在一些實施例中，該至少一個壓電材料層包括一晶種層及安置於該晶種層上之PbZrTiO3 層，該晶種層經配製以提供該PbZrTiO3 層之優先生長結構。
在一些實施例中，該致動樑自該間隔構件朝向該孔延伸500微米與1,000微米之間的一距離。在一些實施例中，該致動樑自該間隔構件朝向該孔延伸850微米之一距離。
在一些實施例中，該孔係實質上圓柱形的。在一些實施例中，該孔之直徑為近似60微米。在一些實施例中，該孔之一長度與一直徑之一比在1:1至15:1之一範圍內。在一些實施例中，該密封構件係實質上環形的且實質上相對於該孔居中，其中該密封構件具有該孔之直徑之近似1.5倍之一直徑。
在一些實施例中，一種噴射總成包括：一閥主體，其包括一孔板，該孔板包含延伸穿過其之複數個孔；複數個微型閥，其中該複數個微型閥之各者包括：一間隔構件，其安置於該孔板上該複數個孔之一對應孔之一第一側上，其中該間隔構件之一邊緣在一第一方向上與一對應孔之一邊界隔開達一距離；一閥座，其安置於該對應孔周圍，其中該對應孔及由該閥座界定之一開口界定一流體出口；一致動樑，其安置於該間隔構件上，該致動樑在該第一方向上自該間隔構件至少延伸該距離，使得其重疊部分與該流體出口重疊，其中該致動樑包括一壓電材料層及一電連接部分；及一密封構件，其附裝至該重疊部分，該密封構件自該重疊部分朝向該閥座延伸，使得其外表面在該壓電材料層處於一預設狀態時接觸該閥座以閉合該微型閥；以及一流體歧管，其耦合至該複數個微型閥之各者以界定至少一個流體充填部，該至少一個流體充填部之各者對應於該複數個微型閥之至少一部分。
在一些實施例中，該噴射總成進一步包括安置於該流體歧管上之一中介層，該中介層具有大於該孔板之一剛度以防止該孔板彎折。在一些實施例中，一撓曲電路經安置於該流體歧管與該中介層之間，該撓曲電路包括藉由線接合電連接至該複數個微型閥之各者之該致動樑之該電連接部分之控制電路。
在一些實施例中，該撓曲電路經安置於該中介層與該流體歧管之間且經、附接至一電路板，該電路板垂直延伸至該閥主體。在一些實施例中，該流體歧管包括與該複數個微型閥之該等流體出口之各者流體連通之一第一開口及一第二開口，其中線接合自該撓曲電路延伸穿過該第二開口而至該電連接部分。
在一些實施例中，該噴射總成進一步包括安置於該第二開口中之一囊封劑，其中該囊封劑覆蓋該複數個電連接部分及該複數個線接合之各者。在一些實施例中，該複數個微型閥經配置成一均勻分佈列，其中該第一開口及該第二開口實質上彼此平行。在一些實施例中，該孔板與該流體歧管相對之一表面具有一平坦度，使得該表面彎折不超過8微米。
在一些實施例中，該複數個致動樑之各者包括一非作用部分、一調諧層及包含該至少一個壓電材料層之一致動部分，其中該調諧層具有一預定調諧應力，使得在該閉合位置中，該密封構件接觸該閥座且將一力施加於該閥座上以便流體式密封該孔。在一些實施例中，該複數個間隔構件之各者之厚度相等於一對應密封構件。在一些實施例中，該等調諧層之各者由二氧化矽或氮化矽之至少一者組成。在一些實施例中，該等非作用部分、該等間隔構件及該等密封構件之各者由相同材料形成。在一些實施例中，該材料包括矽。
在一些實施例中，該等致動部分之各者包括夾置該至少一個壓電材料層之電極部分，其中各電極部分包括一導電層。在一些實施例中，該複數個致動部分之各者進一步包括安置於該等電極部分及該壓電材料層兩者之暴露部分上之一鈍化結構，該鈍化結構覆蓋整個頂部電極以防止流體到達該頂部電極。
在一些實施例中，一種用於在一噴射總成中使用之微型閥包括：一孔板，其包含一第一表面及一第二表面，該孔板包括自該第一表面延伸至該第二表面之一孔；一間隔構件，其安置於該第一表面上，該間隔構件偏離該孔；一致動樑，其安置於該間隔構件上，其中該致動樑自該間隔構件朝向該孔延伸，其中該致動樑包括一壓電材料層，該致動樑藉由將一電信號施加至該壓電材料層而在一閉合位置與一敞開位置之間移動；及一密封構件，其附裝至該致動樑之一端部分；其中當該壓電材料層未被施加一電信號時，該致動樑處於該閉合位置且該密封構件之一密封表面接觸該孔之一輪緣以閉合該微型閥。
在一些實施例中，該間隔構件及該密封構件具有實質上相同厚度。在一些實施例中，該致動樑包括一非作用部分、一調諧層及包含該至少一個壓電材料層之一致動部分，其中該調諧層具有一預定調諧應力，使得在該閉合位置中，該密封構件接觸該孔且將一力施加於該孔上以便流體式密封該孔。
在一些實施例中，在不存在該電信號之情況下，該預定調諧應力經組態以引起該致動樑朝向該孔彎曲，使得該密封表面將定位於該間隔構件之一下表面下方一預定距離。在一些實施例中，回應於該電信號之施加，該致動樑遠離該孔彎曲，使得該密封表面之一部分定位於該孔上方大於7微米處，使得該微型閥敞開。在一些實施例中，該調諧層由二氧化矽或氮化矽之至少一者組成。在一些實施例中，該非作用部分、該間隔構件及該密封構件之各者由相同材料形成。
如本文中所使用，術語「約」及「近似」通常指代所述值加或減10%。例如，約0.5將包含0.45及0.55，約10將包含9至11，約1000將包含900至1100。
如本文中所利用，術語「實質上」及類似術語旨在具有與本發明之標的物所屬領域之一般技術者共同接受之用法一致之廣泛含義。檢視本發明之熟習此項技術者應理解，此等術語旨在允許所描述及所主張之特定特徵之一描述，而不將此等特徵之範疇限制於所提供之精確配置及/或數值範圍。因此，此等術語應被解釋為指示所描述及所主張之標的物之非實質性或無關緊要之修改或更改被認為在如隨附發明申請專利範圍中所述之本發明之範疇內。
如本文中所使用，「耦合」、「連接」及類似者意謂兩個構建彼此直接或間接結合。此結合可為固定(例如，永久性的)或可移動(例如，可移除或可釋放)。此結合可利用兩個構件來達成或兩個構件及任何額外中間構件可彼此或與兩個構件一體地形成為單個整體，或兩個構件及任何額外中間構件可彼此附接。
本文對元件位置之引用(例如，「頂部」、「底部」、「上方」，「下方」等)僅用來描述圖中各種元件之定向。應注意，根據其他實例性實施例，各種元件之定向可不同，且此等變動旨在由本發明所涵蓋。
如例示性實施例中所展示之元件之構造及配置僅係闡釋性的。儘管僅詳細描述本發明之少數實施例，但檢視本發明之熟習此項技術者將容易明白，諸多修改係可能的(例如，各種元件之大小、尺寸、結構、形狀及比例、參數值、安裝配置、材料使用、色彩、定向等之變動)，而不實質上脫離所述標的物之新穎教示及優點。例如，被展示為一體地形成之元件可由多個部件或元件構成，元件之位置可反轉或以其他方式變動，且可更改或改變離散元件或位置之本質或數目。
另外，字詞「例示性」用來意謂用作一實例、例項或圖解。本文中被描述為「例示性」或「實例」之任何實施例或設計不一定被解釋為優於其他實施例或設計(且此術語並非旨在意味著此等實施例必定係非凡或最高級實例)。實情係，使用字詞「例示性」旨在以一具體方式呈現概念。因此，所有此等修改旨在包含於本發明之範疇內。在不脫離隨附發明申請專利範圍之範疇之情況下，可在較佳及其他例示性實施例之設計、操作條件及配置方面進行其他替換、修改、改變及省略。
在不脫離本發明之範疇之情況下，亦可在各項例示性實施例之設計、操作條件及配置方面進行其他替換、修改、改變及省略。例如，一項實施例中所揭示之任何元件可與本文中所揭示之任何其他實施例結合或一起使用。再者，例如，可根據替代實施例改變或重新序列化任何程序或方法步驟之順序或序列。任何手段加功能語句旨在涵蓋本文中描述為執行所述功能之結構，且不僅涵蓋結構等效物而且涵蓋等效結構。在不脫離隨附發明申請專利範圍之範疇之情況下，可在較佳及其他例示性實施例之設計、操作組態及配置方面進行其他替換、修改、改變及省略。
10b‧‧‧流體連接器 12b‧‧‧插入針 100‧‧‧噴射總成 102‧‧‧閥主體 104‧‧‧電路板 106‧‧‧識別標籤 108‧‧‧載體 110‧‧‧前側表面 112‧‧‧後側表面 114‧‧‧撓曲電路 116‧‧‧蓋 118‧‧‧凹口 120‧‧‧孔隙 122‧‧‧控制器介面 124‧‧‧側表面 126‧‧‧安裝栓 141a‧‧‧第一流體連接器 141b‧‧‧第二流體連接器 142a‧‧‧第一插入針 142b‧‧‧第二插入針 148‧‧‧安裝構件 150‧‧‧固持件 162‧‧‧輸入流體歧管 164‧‧‧微型閥 166‧‧‧流體充填部 170‧‧‧中介層 172‧‧‧第一開口 174‧‧‧第二開口 176‧‧‧致動樑 178‧‧‧密封構件 180‧‧‧電接觸墊 182‧‧‧黏著結構 182b‧‧‧黏著結構 183b‧‧‧通氣孔 189b‧‧‧環 190‧‧‧基板 192‧‧‧投射距離 200‧‧‧噴射總成 200b‧‧‧噴射總成 202‧‧‧載體 202b‧‧‧載體 203b‧‧‧蓋 204‧‧‧上部分 204b‧‧‧上部分 206‧‧‧外殼部分 206b‧‧‧外殼部分 208‧‧‧隔膜 208b‧‧‧隔膜 209b‧‧‧開口 210‧‧‧輸入流體歧管 210b‧‧‧輸入流體歧管 211b‧‧‧流體通道 212‧‧‧第一通道 212b‧‧‧第一通道 213b‧‧‧過濾器 214‧‧‧第二通道 214b‧‧‧第二通道 215b‧‧‧電路板 216‧‧‧撓曲電路 216b‧‧‧撓曲電路 217b‧‧‧識別標籤 218‧‧‧囊封劑 218b‧‧‧囊封劑 219b‧‧‧電連接器 220‧‧‧線接合 220b‧‧‧線接合 222‧‧‧結構層 222b‧‧‧中介層 223b‧‧‧第二黏著層 224‧‧‧突出部分 225‧‧‧第二黏著層 225b‧‧‧第三黏著層 230‧‧‧微型閥 230b‧‧‧微型閥 240‧‧‧致動樑 240b‧‧‧致動樑 242‧‧‧致動部分 244‧‧‧調諧層 246‧‧‧非作用層 248‧‧‧黏著層 250‧‧‧孔板 250b‧‧‧孔板 252‧‧‧基底層 254‧‧‧中間層 256‧‧‧黏著層 260‧‧‧孔 260b‧‧‧孔 270‧‧‧閥座 270b‧‧‧閥座 280‧‧‧間隔構件 280b‧‧‧間隔構件 290‧‧‧密封構件 290b‧‧‧密封構件 292‧‧‧部分 292b‧‧‧部分 294‧‧‧電連接部分 294b‧‧‧電連接部分 295b‧‧‧電接地連接器 298‧‧‧閥主體 298b‧‧‧閥主體 300‧‧‧貯集器 300b‧‧‧貯集器 302‧‧‧黏著層 304‧‧‧寬度 304b‧‧‧寬度 306‧‧‧基座部分 306b‧‧‧基座部分 308‧‧‧懸臂部分 308b‧‧‧懸臂部分 310‧‧‧主體 310b‧‧‧玻璃主體 312‧‧‧長度 312b‧‧‧長度 314‧‧‧部分 314b‧‧‧部分 316‧‧‧內表面 316b‧‧‧內表面 318‧‧‧內部開口 318b‧‧‧內部開口 320‧‧‧厚度 322‧‧‧厚度 324‧‧‧間隙 326‧‧‧分離體積 330‧‧‧第一臂 331‧‧‧開口 332‧‧‧第二臂 334‧‧‧第三臂 340‧‧‧間隙 400‧‧‧障壁層 402‧‧‧第一電極部分 403‧‧‧黏著層 404‧‧‧第二電極部分 405‧‧‧導電層 406‧‧‧鈍化結構 408‧‧‧黏著層 410‧‧‧第一電極/導電層 412‧‧‧生長模板/晶種層 414‧‧‧壓電層 416‧‧‧介電質層 418‧‧‧絕緣體層 420‧‧‧障壁層 422‧‧‧中性軸線 424‧‧‧頂部鈍化層 600‧‧‧噴射總成 620‧‧‧微型閥 622‧‧‧閥座 624‧‧‧密封構件 630‧‧‧輸入流體歧管 640‧‧‧塑膠載體 650‧‧‧第一載體黏著劑 660‧‧‧第二載體黏著劑 670‧‧‧箭頭 900‧‧‧致動樑 900A‧‧‧致動樑 900B‧‧‧致動樑 900C‧‧‧致動樑 900D‧‧‧致動樑 902‧‧‧延伸部分 904‧‧‧重疊部分 906‧‧‧基座 910‧‧‧預定距離 912‧‧‧邊界 914‧‧‧長度 916‧‧‧直徑 918‧‧‧寬度 920‧‧‧尖端 921‧‧‧開口 922‧‧‧密封構件 930‧‧‧壁 1300‧‧‧閥主體 1302‧‧‧第一組微型閥 1304‧‧‧第二組微型閥 1306‧‧‧第三組微型閥 1362‧‧‧輸入流體歧管 1366‧‧‧第一流體充填部 1367‧‧‧第二流體充填部 1369‧‧‧第三流體充填部 1372‧‧‧第一開口 1374‧‧‧第二開口 1376‧‧‧第三開口 1400‧‧‧噴射總成 1402‧‧‧載體 1403‧‧‧蓋 1404‧‧‧載體側壁 1405‧‧‧載體基座 1406‧‧‧對準臂 1407‧‧‧凹口 1408‧‧‧隔膜層 1408a‧‧‧第一層 1409a‧‧‧蓋入口 1409b‧‧‧蓋出口 1411‧‧‧第一對準突出部 1413‧‧‧過濾層 1414‧‧‧接合突出部/支座 1415‧‧‧印刷電路板(PCB) 1415a‧‧‧第一印刷電路板(PCB)層 1415b‧‧‧第二印刷電路板(PCB)層 1416‧‧‧撓曲電路 1416a‧‧‧撓曲電路第一耦合部分 1416b‧‧‧撓曲電路第二耦合部分 1417‧‧‧識別標籤 1419‧‧‧印刷電路板(PCB)對準通孔 1421‧‧‧撓曲電路對準通孔 1422‧‧‧中介層 1423‧‧‧孔隙 1430‧‧‧微型閥 1450‧‧‧載體入口貯集器 1452‧‧‧縱向狹槽 1454‧‧‧中心壁 1456‧‧‧載體出口貯集器 1472‧‧‧第一隔膜支撐插入件 1473‧‧‧第一隔膜支撐插入件開口 1474‧‧‧第二隔膜支撐插入件 1475‧‧‧第二隔膜支撐插入件開口 1476‧‧‧第一黏著層 1477‧‧‧第一黏著層狹槽 1491‧‧‧蓋對準臂 1493‧‧‧凸緣 1495‧‧‧載體對準棘爪 1502‧‧‧載體 1552‧‧‧載體出口 1562‧‧‧載體入口 1602‧‧‧載體 1666‧‧‧縱向狹槽 1702‧‧‧載體 1752‧‧‧縱向狹槽 1756‧‧‧支柱 1802‧‧‧載體 1852‧‧‧第一縱向狹槽 1862‧‧‧第二縱向狹槽 1922‧‧‧中介層 1923‧‧‧細孔
結合附圖，自下文詳細描述將更充分地理解本發明，其中：
圖1係根據一實例性實施例之安置於一固持件中之一噴射總成之一透視圖。
圖2係圖1中所展示之噴射總成之一分解視圖。
圖3係圖1中所展示之噴射總成之一示意性橫截面視圖。
圖4A係根據一實例性實施例之圖1中所展示之噴射總成之一平面視圖；圖4B係根據一實例性實施例之可在圖1之噴射總成中使用之一黏著結構之一示意性圖解。
圖5A係根據一實例性實施例之包含一微型閥之一噴射總成之一橫截面視圖。
圖5B係根據另一實例性實施例之包含一微型閥之一噴射總成之一橫截面視圖。
圖6係提供圖5A中所展示之噴射總成之一更詳細視圖之橫截面視圖。
圖7A係根據一實例性實施例之一微型閥之一致動樑之一側視橫截面視圖；圖7B係根據另一實例性實施例之圖7A之致動樑之一前視橫截面視圖。
圖8、圖9及圖10係根據各項實例性實施例之一微型閥之一閥座及一密封構件之橫截面視圖。
圖11係根據一實例性實施例之一載體及一微型閥之一部分之一橫截面視圖。
圖12、圖13及圖14係根據一實例性實施例之一微型閥之一孔板及一致動樑之橫截面視圖。
圖15及圖16係展示根據一實例性實施例之微型閥之孔板之彎折量之圖表。
圖17係根據一實例性實施例之一微型閥之一致動樑之一平面視圖。
圖18係根據一實例性實施例之一微型閥之一致動樑之一側視圖。
圖19係根據一實例性實施例之一噴射總成之複數個致動樑之一平面視圖。
圖20係根據一實例性實施例之包含複數個流體充填部之一噴射總成之一輸入流體歧管之一俯視圖。
圖21係根據一實例性實施例之一噴射總成之一後透視圖。
圖22係圖21之噴射總成之一前透視圖。
圖23係根據一實施例之圖21之噴射總成中所包含之一載體之一分解視圖。
圖24係圖23之載體之一前視圖。
圖25係根據一實施例之耦合至圖21至圖22之噴射總成中所包含之一微型閥之一印刷電路板(PCB)及一撓曲電路之一透視圖。
圖26係展示根據一實施例之可在一噴射總成中使用之一載體之一側視橫截面視圖之一示意性圖解。
圖27係根據另一實施例之可在一噴射總成中使用之一載體之一前視圖。
圖28係根據又一實施例之可在一噴射總成中使用之一載體之一前視圖。
圖29係根據又一實施例之可在一噴射總成中使用之一載體之一前視圖。
圖30係根據又一實施例之可在一噴射總成中使用之一載體之一前視圖。
圖31係根據一實施例之可在一噴射總成中使用之一中介層之一側視橫截面視圖。
100‧‧‧噴射總成
102‧‧‧閥主體
104‧‧‧電路板
106‧‧‧識別標籤
108‧‧‧載體
118‧‧‧凹口
150‧‧‧固持件

Claims (20)

  1. 一種微型閥，其包括： 一孔板，其包含一第一表面及一第二表面，該孔板包括自該第一表面延伸至該第二表面之一孔； 一間隔構件，其安置於該第一表面上，該間隔構件偏離該孔； 一閥座，其安置於該第一表面上，其中該閥座界定與該孔流體連通之一開口及一流體充填部； 一致動樑，其安置於該間隔構件上，其中該致動樑自該間隔構件朝向該孔延伸，其中該致動樑包括一壓電材料層，該致動樑藉由將一電信號施加至該壓電材料層而在一閉合位置與一敞開位置之間移動；及 一密封構件，其附裝至該致動樑之一端部分； 其中當該壓電材料層未被施加一電信號時，該致動樑處於該閉合位置，該密封構件之一密封表面接觸該閥座以閉合該微型閥。
  2. 如請求項1之微型閥，其中該致動樑包括一非作用部分、一調諧層及包含該至少一個壓電材料層之一致動部分，其中該調諧層具有一預定調諧應力，使得在該閉合位置中，該密封構件接觸該閥座且將一力施加於該閥座上以便流體式密封該孔。
  3. 如請求項2之微型閥，其中該間隔構件及該密封構件具有實質上相同厚度。
  4. 如請求項3之微型閥，其中在不存在該電信號之情況下，該預定調諧應力經組態以引起該致動樑朝向該孔彎曲，使得在不存在該閥座之情況下，該密封表面將定位於該間隔構件之一下表面下方一預定距離。
  5. 如請求項3之微型閥，其中該致動部分包括兩個電極部分，一個電極部分定位於該壓電材料層之一第一側上且另一電極部分定位於一相對側上，且其中各電極部分包括一導電層。
  6. 如請求項5之微型閥，其中該致動樑進一步包括安置於該等電極部分之至少一者上之一鈍化結構。
  7. 如請求項6之微型閥，其中該鈍化結構包括氧化鋁層、安置於該氧化鋁層上之二氧化矽層及安置於該二氧化矽層上之氮化矽層。
  8. 如請求項1之微型閥，其中該至少一個壓電材料層包括一晶種層及安置於該晶種層上之PbZrTiO3 層，該晶種層經配製以提供該PbZrTiO3 層之優先生長結構。
  9. 一種噴射總成，其包括： 一閥主體，其包括一孔板，該孔板包含延伸穿過其之複數個孔； 複數個微型閥，其中該複數個微型閥之各者包括： 一間隔構件，其安置於該孔板上該複數個孔之一對應孔之一第一側上，其中該間隔構件之一邊緣與一對應孔之一邊界在一第一方向上隔開達一距離， 一閥座，其安置於該對應孔周圍，其中該對應孔及由該閥座界定之一開口界定一流體出口， 一致動樑，其安置於該間隔構件上，該致動樑在該第一方向上自該間隔構件至少延伸該距離，使得其之一重疊部分與該流體出口重疊，其中該致動樑包括一壓電材料層及一電連接部分，及 一密封構件，其附裝至該重疊部分，該密封構件自該重疊部分朝向該閥座延伸，使得其之一外表面在該壓電材料層處於一預設狀態時接觸該閥座以閉合該微型閥；及 一流體歧管，其耦合至該複數個微型閥之各者以界定至少一個流體充填部，該至少一個流體充填部之各者對應於該複數個微型閥之至少一部分。
  10. 如請求項9之噴射總成，其進一步包括安置於該流體歧管上之一中介層，該中介層具有大於該孔板之一剛度以防止該孔板彎折。
  11. 如請求項10之噴射總成，其進一步包括： 一撓曲電路，其安置於該流體歧管與該中介層之間，該撓曲電路包含電連接至該複數個微型閥之各者之該致動樑之該電連接部分之控制電路。
  12. 如請求項11之噴射總成，其中該撓曲電路安置於該中介層與該流體歧管之間且附接至一電路板，該電路板垂直延伸至該閥主體。
  13. 如請求項11之噴射總成，其中該流體歧管包括與該複數個微型閥之該等流體出口之各者流體連通之一第一開口及一第二開口，其中線接合自該撓曲電路延伸穿過該第二開口而至該電連接部分。
  14. 如請求項9之噴射總成，其中該複數個致動樑之各者包括一非作用部分、一調諧層及包含該至少一個壓電材料層之一致動部分，其中該調諧層具有一預定調諧應力，使得在該閉合位置中，該密封構件接觸該閥座且將一力施加於該閥座上以便流體式密封該孔。
  15. 如請求項14之噴射總成，其中該複數個間隔構件之各者在厚度上相等於一對應密封構件。
  16. 如請求項14之噴射總成，其中該等致動部分之各者包括夾置該至少一個壓電材料層之電極部分，其中各電極部分包括一導電層。
  17. 如請求項16之噴射總成，其中該複數個致動部分之各者進一步包括安置於該等電極部分及該壓電材料層兩者之暴露部分上之一鈍化結構，該鈍化結構覆蓋整個頂部電極以防止流體到達該頂部電極。
  18. 一種用於在一噴射總成中使用之微型閥，其包括： 一孔板，其包含一第一表面及一第二表面，該孔板包括自該第一表面延伸至該第二表面之一孔； 一間隔構件，其安置於該第一表面上，該間隔構件偏離該孔； 一致動樑，其安置於該間隔構件上，其中該致動樑自該間隔構件朝向該孔延伸，其中該致動樑包括一壓電材料層，該致動樑藉由將一電信號施加至該壓電材料層而在一閉合位置與一敞開位置之間移動；及 一密封構件，其附裝至該致動樑之一端部分； 其中當該壓電材料層未被施加一電信號時，該致動樑處於該閉合位置且該密封構件之一密封表面接觸該孔之一輪緣以閉合該微型閥。
  19. 如請求項18之微型閥，其中該間隔構件及該密封構件具有實質上相同厚度。
  20. 如請求項18之微型閥，其中該致動樑包括一非作用部分、一調諧層及包含該至少一個壓電材料層之一致動部分，其中該調諧層具有一預定調諧應力，使得在該閉合位置中，該密封構件接觸該孔且將一力施加於該孔上以便流體式密封該孔。
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