TWI707487B - 微流體致動器之製造方法 - Google Patents

Abstract

一種微流體致動器之製造方法，包含以下步驟：提供第一基板沉積腔體層；腔體層沉積蝕刻振動層；振動層沉積蝕刻第一金屬層；第一金屬層沉積蝕刻壓電致動層；壓電致動層沉積蝕刻隔離層；隔離層塗佈顯影第一光阻層；第一光阻層沉積掀離第二金屬層；第二金屬層鍍膜蝕刻防水層；防水層塗佈顯影第二光阻層； 提供第二基板滾壓蝕刻薄膜膠層以及入口層；入口層塗佈顯影流道層；流道層滾壓蝕刻共振層；共振層翻轉對位以及晶圓接合於光阻層上；第一基板沉積蝕刻罩幕層；腔體層蝕刻儲流腔室；入口層滾壓顯影第三光阻層；以及第一基板黏貼陣列孔片。

Description

微流體致動器之製造方法

本案關於一種微流體致動器之製造方法，尤指一種使用微機電面型及體型加工製程製出之微流體致動器之製造方法。

目前於各領域中無論是醫藥、電腦科技、列印、能源等工業，產品均朝精緻化及微小化方向發展，其中微幫浦、噴霧器、噴墨頭、工業列印裝置等產品所包含之流體致動器為其關鍵技術。

隨著科技的日新月異，流體輸送結構的應用上亦愈來愈多元化，舉凡工業應用、生醫應用、醫療保健、電子散熱......等，甚至近來熱門的穿戴式裝置皆可見它的踨影，可見傳統的流體致動器已漸漸有朝向裝置微小化、流量極大化的趨勢。

現有技術中已發展多種微機電製程製出之微流體致動器，然而，藉創新結構增進流體傳輸之功效，仍為發展之重要內容。

本案之目的係提供一種有閥式微流體致動器之製造方法，使用微機電製程製作，可傳輸流體。本案之微流體致動器使用微機電面型及體型加工製程，並輔以封裝技術製作而成。

本案之一廣義實施態樣為一種微流體致動器之製造方法，包含以下步驟：1.提供第一基板沉積一腔體層；2.腔體層沉積蝕刻振動層；3.振動層沉積蝕刻第一金屬層；4.第一金屬層沉積蝕刻壓電致動層；5.壓電致動層沉積蝕刻隔離層；6.隔離層塗佈顯影第一光阻層；7.第一光阻層沉積掀離第二金屬層；8.第二金屬層鍍膜蝕刻防水層；9.防水層塗佈顯影第二光阻層；10.提供第二基板滾壓蝕刻薄膜膠層以及入口層；11.入口層塗佈顯影流道層；12.流道層滾壓蝕刻共振層；13.共振層翻轉對位以及晶圓接合於光阻層上；14.第一基板沉積蝕刻罩幕層；15.腔體層蝕刻儲流腔室；16.入口層滾壓顯影第三光阻層；以及17.第一基板黏貼陣列孔片。第一基板具有第一表面及第二表面，透過一氧化材料沉積於第一基板之第一表面上，以形成腔體層。透過一氮化材料沉積於腔體層上以形成振動層，再透過蝕刻形成振動區以及複數個流體溝槽。透過第一金屬材料沉積於振動層上以形成第一金屬層，再透過蝕刻形成下電極區、複數個阻障區以及複數個間隙。透過壓電材料沉積於第一金屬層上以形成壓電致動層，再透過蝕刻於對應第一金屬層之下電極區的位置定義作動區。透過氧化材料沉積於第一金屬層以及壓電致動層上以形成隔離層，再透過蝕刻於間隙內形成複數個間隙壁。透過第一光阻材料塗佈於第一金屬層、壓電致動層以及隔離層上以形成第一光阻層，再透過顯影形成第一光阻區。透過第二金屬材料沉積於第一金屬層、壓電致動層、隔離層以及第一光阻層上以形成第二金屬層，再透過掀離形成上電極區、上電極焊墊以及下電極焊墊。透過防水材料鍍膜於第一金屬層、隔離層以及第二金屬層上以形成防水層，再透過蝕刻露出上電極焊墊以及下電極焊墊。透過第二光阻材料塗佈於第一金屬層、第二金屬層以及防水層上以形成第二光阻層，再透過顯影形 成複數個第二光阻孔洞以及第二光阻開口。透過薄膜材料滾壓於第二基板上以形成薄膜膠層，再透過聚合材料滾壓於薄膜膠層上以形成入口層，最後透過蝕刻形成複數個流體入口。透過第二光阻材料塗佈於入口層上以形成流道層，再透過顯影形成複數個流道入口、腔體開口以及複數個入流通道。透過聚合材料滾壓於流道層上以形成共振層，藉以定義出入流腔室，再透過蝕刻形成腔體通孔。透過翻轉對位以及晶圓接合接合於光阻層上，藉以定義出共振腔室，再透過浸泡移除第二基板。透過氧化材料沉積於第一基板之第二表面以形成罩幕層，再透過蝕刻形成罩幕開口以及複數個罩幕孔洞，再透過蝕刻形成第一基板之出口溝槽，再透過氧化材料沉積於出口溝槽內以再次形成罩幕層，再透過蝕刻形成複數個第一罩幕通孔以及複數個第二罩幕通孔，最後透過蝕刻形成第一基板之複數個第一出流孔洞以及複數個第二出流孔洞。透過蝕刻形成儲流腔室並移除罩幕層。透過第三光阻材料滾壓於入口層上以形成第三光阻層，再透過顯影形成複數個第三光阻開口，最後透過蝕刻露出上電極焊墊以及下電極焊墊。透過黏貼將陣列孔片貼覆至第一基板之出口溝槽內。

100、100'、100"、100''':微流體致動器

10:致動單元

1a、1a''':第一基板

11a:第一表面

12a:第二表面

13a:出口溝槽

14a:輔助溝槽

15a、15a''':第一出流孔洞

16a、16a''':第二出流孔洞

1b:腔體層

1c:振動層

11c:流體溝槽

12c:振動區

1d:第一金屬層

11d:下電極區

12d:阻障區

13d:間隙

1e:壓電致動層

11e:作動區

1f:隔離層

11f:間隙壁

1g:第二金屬層

11g:焊墊隔離區

12g:上電極區

13g:上電極焊墊

14g:下電極焊墊

1h:防水層

1i:第二基板

1j:薄膜膠層

1k:入口層

1m:共振層

11m:腔體通孔

12m:可動部

13m:固定部

1n:罩幕層

11n:罩幕開口

12n:罩幕孔洞

13n:第一罩幕通孔

14n:第二罩幕通孔

1o、1o''':陣列孔片

11o:孔片孔洞

12o、12o''':定位孔

13o''':支架部

AM1:第一接合對位記號

AM2:第二接合對位記號

AW:接合對位記號窗

C1:入流腔室

C2:共振腔室

C3:儲流腔室

I:流體入口

M1:第一光阻層

M1a:第一光阻區

M2:第二光阻層

M2a:第二光阻孔洞

M2b:第二光阻開口

M3:流道層

M31:流道入口

M32:腔體開口

M33:入流通道

M4:第三光阻層

M41:第三光阻開口

P、P''':定位柱

第1A圖為本案微流體致動器之第一實施例之正面剖面示意圖。

第1B圖為本案第一實施例之側面剖面示意圖。

第2圖為本案微流體致動器之第一實施例之製造方法之流程示意圖。第3A圖至第3AH圖為本案第一實施例之製造步驟分解示意圖。

第4圖為本案第一實施例之俯視示意圖。

第5圖為本案第一實施例之入口層之俯視示意圖。

第6圖為本案第一實施例之流通孔之俯視示意圖。

第7A圖至第7E圖為本案第一實施例之作動示意圖。

第8A圖為本案微流體致動器之第二實施例之剖面示意圖。

第8B圖為本案其他實施例之仰視示意圖。

第9圖為本案第三實施例之陣列孔片之仰視示意圖。

第10A圖至第10C圖為本案第四實施例之翻轉對位製程以及晶圓接合製程示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非用以限制本案。

本案之微流體致動器用於輸送流體，請參閱第1A圖以及第1B圖，於本案實施例中，微流體致動器100包含：一第一基板1a、一腔體層1b、一振動層1c、一第一金屬層1d、一壓電致動層1e、一隔離層1f、一第二金屬層1g、一防水層1h、一第二基板1i、一薄膜膠層1j、一入口層1k、一共振層1m、一罩幕層1n、一陣列孔片1o、一第一光阻層M1、一第二光阻層M2、一流道層M3以及一第三光阻層M4，其製造方法如下步驟說明。

請參閱第2圖及第3A圖，如步驟S1所示，提供一第一基板沉積一腔體層。於本案第一實施例中，第一基板1a具有一第一表面11a以及一相對於第一表面11a之第二表面12a，係透過一氧化材料沉積於第一基板1a之第一基板1a之第一表面11a上以形成腔體層1b。於本案第一實施例 中，第一基板1a為一矽基材，以及氧化材料為一二氧化矽材料，但不以此為限。於本案第一實施例中，沉積製程可為一物理氣相沉積製程(PVD)、一化學氣相沉積製程(CVD)或兩者之組合，但不以此為限。

請參閱第2圖、第3A圖以及第3B圖，如步驟S2所示，腔體層沉積蝕刻一振動層。於本案第一實施例中，係透過一氮化材料沉積於腔體層1b上以形成振動層1c，再透過蝕刻形成複數個流體溝槽11c以及一振動區12c。於本案第一實施例中，氮化材料為一氮化矽材料，但不以此為限。於本案第一實施例中，流體溝槽11c對稱形成於振動層1c的相對兩側，藉以定義出振動區12c。值得注意的是，於本案第一實施例中，蝕刻製程可為一濕式蝕刻製程、一乾式蝕刻製程或兩者之組合，但不以此為限。值得注意的是，於本案第一實施例中，振動層1c具有二流體溝槽11c，分別形成於振動層1c縱向的相對兩側，但不以此為限。

請參閱第2圖、第3C圖、第3D圖以及第4圖，如步驟S3所示，振動層沉積蝕刻一第一金屬層。於本案第一實施例中，係先透過一第一金屬材料沉積製程形成於振動層1c上以形成第一金屬層1d，再透過蝕刻形成一下電極區11d、複數個阻障區12d以及複數個間隙13d。於本案第一實施例中，第一金屬材料為一氮化鈦金屬材料或一鉭金屬材料，但不以此為限。於本案第一實施例中，第一金屬層1d還透過蝕刻形成複數個第一接合對位記號AM1。下電極區11d形成於對應振動層1c之振動區12c的位置。間隙13d形成於下電極區11d與阻障區12d之間。阻障區12d對應形成於振動層1c之流體溝槽11c的外側位置。第一接合對位記號AM1形成於阻障區12d之上。

請參閱第2圖、第3E圖以及第3F圖，如步驟S4所示，第一金屬層沉積蝕刻一壓電致動層。於本案第一實施例中，係先透過一壓電材料沉積於 第一金屬層1d上以形成壓電致動層1e，再透過蝕刻於對應第一金屬層1d之下電極區11d的位置定義一作動區11e。

請參閱第2圖、第3G圖以及第3H圖，如步驟S5所示，壓電致動層沉積蝕刻一隔離層。於本案第一實施例中，係先透過氧化材料沉積於第一金屬層1d以及壓電致動層1e上以形成隔離層1f。再透過蝕刻於第一金屬層1d之間隙13d內形成複數個間隙壁11f。

請參閱第2圖、第3I圖以及第3J圖，如步驟S6所示，隔離層塗佈顯影一第一光阻層。於本案第一實施例中，係先透過一第一光阻材料塗佈於第一金屬層1d、壓電致動層1e以及隔離層1f上以形成第一光阻層M1，再透過顯影形成一第一光阻區M1a。值得注意的是，塗佈製程可為一旋塗(Spin Coating)製程或一層壓(Laminate Rolling)製程，但不以此為限，得以依照製程需求作變更。於本案第一實施例中，第一光阻材料為一負光阻，但不以此為限。

請參閱第2圖、第3K圖、第3L圖以及第4圖，如步驟S7所示，第一光阻層沉積掀離一第二金屬層。於本案第一實施例中，係先透過一第二金屬材料沉積於第一金屬層1d、壓電致動層1e、隔離層1f以及第一光阻層M1上以形成第二金屬層1g，再透過掀離(Lift-Off)將第一光阻層M1移除，藉以形成一焊墊隔離區11g、一上電極區12g、一上電極焊墊13g以及一下電極焊墊14g。上電極區12g形成於壓電致動層1e之作動區11e之上。上電極焊墊13g以及下電極焊墊14g形成於第一金屬層1d之上，並位於壓電致動層1e之作動區11e之相對兩側。上電極區12g與下電極焊墊14g藉由焊墊隔離區11g相分離。於本案第一實施例中，第二金屬材料為一金金屬材料或一鋁金屬材料，但不以此為限。

請參閱第2以及第3M圖，如步驟S8所示，第二金屬層鍍膜蝕刻一防水層。於本案第一實施例中，係先透過一防水材料鍍膜於第一金屬層1d、第二金屬層1g以及隔離層1f上以形成防水層1h，再透過蝕刻露出第二金屬層1g之上電極焊墊13g以及下電極焊墊14g。值得注意的是，於本案第一實施例中，防水材料為一聚對二甲苯(Parylene)材質，但不以此為限。聚對二甲苯可於室溫下鍍膜，並且具有包覆性強、耐化性高以及生物相容性佳等優點。值得注意的是，防水層1h的設置，可避免第一金屬層1d、壓電致動層1e以及第二金屬層1g遭流體腐蝕而產生短路現象。

請參閱第2圖、第3N圖以及第3O圖，如步驟S9所示，防水層塗佈顯影一第二光阻層。於本案第一實施例中，係先透過一第二光阻材料塗佈於第一金屬層1d、第二金屬層1g以及防水層1h上以形成第二光阻層M2，再透過顯影製程形成複數個第二光阻孔洞M2a以及一第二光阻開口M2b。於本案第一實施例中，第二光阻材料為一厚膜光阻，但不以此為限。

請參閱第2圖、第3P圖、第3Q圖以及第4圖，如步驟S10所示，第二基板滾壓蝕刻一薄膜膠層以及一入口層。於本案第一實施例中，係先透過一薄膜材料滾壓於第二基板1i上以形成薄膜膠層1j，再透過一聚合材料滾壓於薄膜膠層1j以形成入口層1k，最後透過蝕刻薄膜膠層1j以及入口層1k形成複數個流體入口I以及複數個接合對位記號窗AW。接合對位記號窗AW形成於流體入口I之外側。值得注意的是，成形流體入口I以及接合對位記號窗AW之蝕刻製程為一乾蝕刻製程或一雷射蝕刻製程，但不以此為限。於本案第一實施例中，微流體致動器100具有四個流體入口I，分別位於微流體致動器100之四個角落，於其他實施例中， 流體入口I的數量以及分佈方式得依設計需求而變化。於本案第一實施例中，第二基板1i為一玻璃基板以及聚合材料為一聚醯亞胺(Polyimide,PI)材質，但不以此為限。

請參閱第2圖、第3R圖、第3S圖以及第5圖，如步驟S11所示，入口層塗佈顯影一流道層。於本案第一實施例中，係先透過第二光阻材料塗抹於入口層1k上以形成流道層M3，再透過顯影形成複數個流道入口M31、一腔體開口M32以及複數個入流通道M33。流道入口M31分別與入口層1k之流體入口I相連通。流道入口M31以及入流通道M33圍繞設置在腔體開口M32周圍。入流通道M33連通於流道入口與腔體開口M32之間。於本案第一實施例中，流道層M3具有四個流道入口M31以及四個入流通道M33，於其他實施例中，流道入口M31以及入流通道M33的數量可以設計需求而變更，不以此為限。

請參閱第2圖、第3T圖以及第3U圖，如步驟S12所示，流道層滾壓蝕刻一共振層。於本案第一實施例中，係先透過聚合材料滾壓於流道層M3上以形成共振層1m，藉以定義出一入流腔室C1，再透過蝕刻形成一腔體通孔11m以及複數個第二接合對位記號AM2。值得注意的是，由於共振層1m覆蓋流道層M3之腔體開口M32，因此定義出入流腔室C1。腔體通孔11m與流道層M3之入流腔室C1相連通。第二接合對位記號AM2形成於共振層1m之外側。共振層1m自腔體通孔11m向外延伸至對應入流腔室C1外緣處定義為一可動部12m。共振層1m自可動部12m向外延伸至第二接合對位記號AM2處定義為一固定部13m。值得注意的是，成形共振層1m之蝕刻製程為乾蝕刻製程或雷射蝕刻製程，但不以此為限。

請參閱第2圖、第3V圖以及第3W圖，如步驟S13所示，共振層翻轉對位以及晶圓接合於光阻層上。於本案第一實施例中，係先透過翻轉對位以及晶圓接合將共振層1m接合於第二光阻層M2上，藉以定義出一共振腔室C2，再透過浸泡移除第二基板1i。於翻轉對位製程時，利用接合對位記號窗AW與相對應之第一接合對位記號AM1以及相對應之第二接合對位記號AM2相對準，以完成對位製程。值得注意的是，於本案第一實施例中，由於流道層M3以及第二基板1i呈透光性，於翻轉對位製程時，可藉由正面透視對位(Top-Side Transparent Alignment)方法進行人工對位，因此對位精度需求為±10μm。於本案第一實施例中，第二基板1i藉由將薄膜膠層1j浸泡藥劑使薄膜膠層1j失去黏性而移除。值得注意的是，於本案第一實施例中，浸泡薄膜膠層1j所需的時間極短，並且薄膜膠層1j與流道層M3的材質特性不同，因此藥劑不會對流道層M3起反應，也不會產生泡脹(Swelling)的問題。

請參閱第2圖、第3X圖至第3AC圖，以及第6圖，如步驟S14所示，第一基板沉積蝕刻一罩幕層。於本案第一實施例中，係先透過氧化材料沉積於第一基板1a之第二表面12a上以形成罩幕層1n，再透過蝕刻形成一罩幕開口11n以及複數個罩幕孔洞12n，使得第一基板1a露出，再透過蝕刻自於第一基板1a之第二表面12a分別沿著罩幕開口11n以及罩幕孔洞12n形成一出口溝槽13a以及複數個輔助溝槽14a，再透過氧化材料沉積於出口溝槽13a以及輔助溝槽14a內以再次形成罩幕層1n，再透過蝕刻形成複數個第一罩幕通孔13n以及複數個第二罩幕通孔14n，最後透過蝕刻形成第一基板1a之複數個第一出流孔洞15a以及複數個第二出流孔洞16a。出口溝槽13a以及輔助溝槽14a具有相同之蝕刻深度，且蝕刻深度為蝕刻至第一表面11a以及第二表面12a之間且不與腔體層1b接 觸。輔助溝槽14a對稱設置在出口溝槽13a的相對兩側。每一輔助溝槽14a與出口溝槽13a之間形成一定位柱P。第二罩幕通孔14n對稱設置於第一罩幕通孔13n的外側。於本案第一實施例中，第一罩幕通孔13n之孔徑小於第二罩幕通孔14n之孔徑，但不以此為限。第一罩幕通孔13n以及第二罩幕通孔14n之穿孔深度為至與第一基板1a接觸為止，使得第一基板1a得以露出。第一出流孔洞15a為分別沿第一罩幕通孔13n蝕刻至與腔體層1b接觸為止所構成，以及第二出流孔洞16a為分別沿第二罩幕通孔14n蝕刻至與腔體層1b接觸為止所構成。藉此，第二出流孔洞16a設置在第一出流孔洞15a的外側，並且每一第二出流孔洞16a之孔徑大於每一第一出流孔洞15a之孔徑。於本案第一實施例中，成形第一罩幕通孔13n以及第二罩幕通孔14n之蝕刻製程為一精密穿孔製程，但不以此為限。於本案第一實施例中，精密穿孔製程為一準分子雷射加工製程，但不以此為限。於本案第一實施例中，成形第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a之蝕刻製程為一低溫深蝕刻製程，但不以此為限。於本案第一實施例中，低溫深蝕刻製程為一深反應性離子蝕刻製程(BOSCH Process)，但不以此為限。於本案第一實施例中，每一第一出流孔洞15a以及每一第二出流孔洞16a具有方形之截面，但不以此為限。

值得注意的是，於本案第一實施例中，罩幕層1n利用準分子雷射加工製程形成第一罩幕通孔13n以及第二罩幕通孔14n來克服光阻不易塗佈以及接觸式光罩曝光難以聚焦等問題。此外，於本案第一實施例中，深反應性離子蝕刻製程(BOSCH Process)屬於低溫製程，可避免加工所產生的高溫，影響後端壓電材料之極性分布，造成退極化反應。再者，於本案第一實施例中，深反應性離子蝕刻製程(BOSCH Process) 所形成之穿孔具有高深寬比(Aspect Ratio)，所以穿孔之蝕刻深度以100μm為宜，使得穿孔之孔徑可以達到10μm以下，藉此維持結構的強度。於本案第一實施例中，出口溝槽13a的設置使得深反應性離子蝕刻製程(BOSCH Process)所形成之穿孔蝕刻深度得以降低。

請參閱第2圖以及第3AD圖，如步驟S15所示，腔體層蝕刻一儲流腔室。於本案第一實施例中，透過蝕刻於腔體層1b內部形成一儲流腔室C3並移除罩幕層1n。於本案第一實施例中，成形儲流腔室C3之蝕刻製程為一濕蝕刻製程，但不以此為限。意即，透過蝕刻液由第一罩幕通孔13n以及第二罩幕通孔14n流入，經由第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a流至腔體層1b，進而蝕刻並釋放移除腔體層1b之部分，藉以定義出儲流腔室C3。藉此，儲流腔室C3與第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a相連通。完成儲流腔室C3成形與移除罩幕層1n後，第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a與出口溝槽13a相連通。

值得注意的是，於本案第一實施例中，由於儲流腔室C3周圍兩側距離略大於出口溝槽13a之兩側距離，因此每一第二出流孔洞16a之孔徑大於每一第一出流孔洞15a之孔徑之設置有利於儲流腔室C3的腔體側蝕。

請參閱第2圖、以及第3AE圖至第3AG圖，如步驟S16所示，入口層滾壓顯影一第三光阻層。於本案第一實施例中，係先透過一第三光阻材料滾壓於入口層1k上以形成第三光阻層M4，再透過顯影形成複數個第三光阻開口M41，最後透過蝕刻露出上電極焊墊13g以及下電極焊墊14g。第三光阻開口M41對應上電極焊墊13g以及下電極焊墊14g的位置而設置。上電極焊墊13g以及下電極焊墊14g透過蝕刻製程移除位於上電極焊墊13g以及下電極焊墊14g上之結構，使得上電極焊墊13g以及下電極焊墊14g得以露出。於本案第一實施例中，第三光阻材料為一硬遮 罩乾膜光阻，但不以此為限。值得注意的是，為了避免第一基板1a完成蝕刻後的結構支撐力不足，第三光阻層M4的滾壓也可在完成共振層1m與第二光阻層M2的晶圓接合製程後先進行，但不以此為限。

請參閱第2圖、第3AH圖以及第6圖，如步驟S17所示，第一基板黏貼一陣列孔片。於本案第一實施例中，係透過黏貼將陣列孔片1o貼覆至第一基板1a之出口溝槽13a內。陣列孔片1o具有複數個孔片孔洞11o以及複數個定位孔12o，並透過黏貼製程貼附於第一基板1a之出口溝槽13a以及輔助溝槽14a內。孔片孔洞11o與第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a相互錯位設置，藉此封閉第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a，以構成一單向閥，避免在傳輸流體時發生流體回流的現象。第一基板1a之定位柱P分別穿過定位孔12o。於本案第一實施例中，第一基板1a之定位柱P的設置使得黏貼陣列孔片1o時可以以人工定位，並藉由膠合方式固定，於其他實施例中，陣列孔片1o可以以光學自動對位方式進行定位，如此可增加陣列孔片1o之孔片孔洞11o以及與第一基板1a之第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a的設置密集度。於本案第一實施例中，每一定位孔12o的孔徑大於每一定位柱P的孔徑50μm，但不以此為限。於本案第一實施例中，陣列孔片1o為一聚醯亞胺(Polyimide,PI)材質，但不以此為限。於本案第一實施例中，陣列孔片1o具有二定位孔12o，於其他實施例中，定位孔12o的數量可依設計需求而變更，不以此為限。

請參閱第4圖，值得注意的是，於本案第一實施例中，振動層1c之二流體溝槽11c分別形成於振動層1c縱向的相對兩側，如此，以振動層1c之橫向支撐，可使得振動層1c在縱向有較佳之變形量。

請參閱第1A圖、第1B圖、第7A圖至第7E圖，於本案第一實施例中，微流體致動器100的具體作動方式，係提供具有不同相位電荷之驅動電源至上電極焊墊13g以及下電極焊墊14g，以驅動並控制振動層1c之振動區12c產生上下位移。如第1A圖以及第7A圖所示，當施加負電壓給上電極焊墊13g以及正電壓給下電極焊墊14g時，壓電致動層1e之作動區11e帶動振動層1c之振動區12c朝向靠近第一基板1a的方向位移。藉此，外部流體由流體入口I被吸入至微流體致動器100內，而進入微流體致動器100內的流體接著依序通過流道層M3之流道入口M31、入流通道M33流至入流腔室C1，再通過共振層1m之腔體通孔11m流至內共振腔室C2。如第1A圖以及第7B圖所示，停止施加電壓給上電極焊墊13g以及下電極焊墊14g，使得壓電致動層1e之作動區11e帶動振動層1c之振動區12c回復到未被致動的位置。此時，共振層1m之可動部12m因共振而位移，朝向靠近第一基板1a的方向位移並貼附於防水層1h上，使得共振層1m之腔體通孔11m與共振腔室C2不連通。藉此，共振腔室C2內的流體被擠壓後通過振動層1c之流體溝槽11c匯入腔體層1b之儲流腔室C3內。如第1A圖以及第7C圖所示，接著轉換上電極焊墊13g以及下電極焊墊14g之電性，施加正電壓給上電極焊墊13g以及負電壓給下電極焊墊14g，如此振動層1c之振動區12c朝向遠離第一基板1a的方向位移，以及共振層1m之可動部12m回復到未產生共振位移時的位置，使共振腔室C2內體積受振動層1c壓縮，致使匯集於儲流腔室C3內的流體開始注入第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a。如第1A圖以及第7D圖所示，再停止施加電壓給上電極焊墊13g以及下電極焊墊14g，使得壓電致動層1e之作動區11e帶動振動層1c之振動區12c回復到未被致動的位置。此時，共振層1m之可動部12m因共振而位移，朝向遠離第一基板 1a的方向位移並貼附於入口層1k上，使得共振層1m之腔體通孔11m與入流腔室C1不連通。藉此，儲流腔室C3內的流體被擠壓後通過第一出流孔洞15a以及第二出流孔洞16a後推開陣列孔片1o。如第1A圖以及第7E圖所示，當共振層1m之可動部12m停止共振並回復到未產生共振位移時的位置，流體通過陣列孔片1o的孔片孔洞11o後排出於微流體致動器100外，以完成流體之傳輸。

請參閱第1A圖以及第8A圖，本案第二實施例與第一實施例大致相同，不同之處在於，於本案第一實施例中，微流體致動器100包含一致動單元10，然而，於本案第一實施例中，微流體致動器100'包含二個致動單元10，藉以增加流量輸出。

請參閱第8B圖，於本案其他實施例中，微流體致動器100"包含複數個致動單元10。複數個致動單元10可藉串聯、並聯或串並聯方式設置，藉以增加流量輸出，複數個致動單元10的設置方式可依照使用需求而設計，不以此為限。

請參閱第9圖，本案第三實施例與第一實施例大致相同，不同之處在於，於本案第三實施例中，微流體致動器100'''之定位柱P'''以及陣列孔片1o'''之定位孔12o'''對稱設置於第一基板1a'''之相對角落，並且每一第一出流孔洞15a'''以及每一第二出流孔洞16a'''具有一圓形截面。此外，陣列孔片1o'''具有一支架部13o'''，用以增加陣列孔片1o'''之伸張量，達到一彈簧之效果。於本案第三實施例中，陣列孔片1o'''可用以過濾流體中的雜質，增加微流體致動器100'''中元件的可靠性及使用壽命。

請參閱第10A圖至第10C圖，本案第四實施例與第一實施例大致相同，不同之處在於翻轉對位製程以及晶圓接合製程不同。由於第一基板1a與第二基板1i的熱傳導差異大，加上晶圓接合製程易有熱應力及氣泡 (Void)等問題發生，因此，於本案第四實施例中，先成形第一基板1a、腔體層1b、振動層1c、第一金屬層1d、壓電致動層1e、隔離層1f、第二金屬層1g、防水層1h、第二光阻層M2以及共振層1m成為一單顆半成品後，再另外於入口層1k上進行滾壓及顯影製程成形流道層M3，最後翻轉入口層1k及流道層M3以覆晶(Flip Chip)方式與前述單顆半成品進行光學雙面對位完成接合。此外，為了減少第一基板1a經過蝕刻製程後產生脆裂的可能，可先於接合表面進行活性處理，藉此降低熱壓時的壓力。於本案第四實施例中，入口層1k為一電鑄或不銹鋼材質，藉以增加入口層1k之剛性，但不以此為限。

本案提供一微流體致動器，主要以微機電製程來完成的微流體致動器，並且藉由施加不同相位電荷之驅動電源於上電極焊墊以及下電極焊墊，使得振動層之振動區產生上下位移，進而達到流體傳輸。此外，藉由貼覆一陣裂孔片於出流孔洞上，作為一單向閥，避免流體回流現象發生，極具產業之利用價值，爰依法提出申請。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

S1~S17：微流體致動器之製造方法之步驟

Claims (33)

1. 一種微流體致動器之製造方法，包含以下步驟： 1.提供一第一基板沉積一腔體層，該第一基板具有一第一表面及一第二表面，係透過一氧化材料沉積於該第一基板之該第一表面上，以形成該腔體層； 2.該腔體層沉積蝕刻一振動層，係先透過一氮化材料沉積於該腔體層上以形成該振動層，再透過蝕刻形成一振動區以及複數個流體溝槽； 3.該振動層沉積蝕刻一第一金屬層，係先透過一第一金屬材料沉積於該振動層上以形成該第一金屬層，再透過蝕刻形成一下電極區、複數個阻障區以及複數個間隙； 4.該第一金屬層沉積蝕刻一壓電致動層，係先透過一壓電材料沉積於該第一金屬層上以形成該壓電致動層，再透過蝕刻於對應該第一金屬層之該下電極區的位置定義一作動區； 5.該壓電致動層沉積蝕刻一隔離層，係先透過該氧化材料沉積於該第一金屬層以及該壓電致動層上以形成該隔離層，再透過蝕刻於該些間隙內形成複數個間隙壁； 6.該隔離層塗佈顯影一第一光阻層，係先透過一第一光阻材料塗佈於該第一金屬層、該壓電致動層以及該隔離層上以形成該第一光阻層，再透過顯影形成一第一光阻區； 7.該第一光阻層沉積掀離一第二金屬層，係先透過一第二金屬材料沉積於該第一金屬層、該壓電致動層、該隔離層以及該第一光阻層上以形成該第二金屬層，再透過掀離形成一上電極區、一上電極焊墊以及一下電極焊墊； 8.該第二金屬層鍍膜蝕刻一防水層，係先透過一防水材料鍍膜於該第一金屬層、該隔離層以及該第二金屬層上以形成該防水層，再透過蝕刻露出該上電極焊墊以及該下電極焊墊； 9.該防水層塗佈顯影一第二光阻層，係先透過一第二光阻材料塗佈於該第一金屬層、該第二金屬層以及該防水層上以形成該第二光阻層，再透過顯影形成複數個第二光阻孔洞以及一第二光阻開口； 10. 提供一第二基板滾壓蝕刻一薄膜膠層以及一入口層，係先透過一薄膜材料滾壓於該第二基板上以形成該薄膜膠層，再透過一聚合材料滾壓於該薄膜膠層上以形成該入口層，最後透過蝕刻形成複數個流體入口； 11.該入口層塗佈顯影一流道層，係先透過第二光阻材料塗佈於該入口層上以形成該流道層，再透過顯影形成複數個流道入口、一腔體開口以及複數個入流通道； 12.該流道層滾壓蝕刻一共振層，係先透過聚合材料滾壓於該流道層上以形成該共振層，藉以定義出一入流腔室，再透過蝕刻形成一腔體通孔； 13.該共振層翻轉對位以及晶圓接合於該第二光阻層上，係先透過翻轉對位以及晶圓接合將共振層接合於該第二光阻層上，藉以定義出一共振腔室，再透過浸泡移除該第二基板； 14.該第一基板沉積蝕刻一罩幕層，係先透過氧化材料沉積於該第一基板之該第二表面以形成該罩幕層，再透過蝕刻形成一罩幕開口以及複數個罩幕孔洞，再透過蝕刻形成該第一基板之一出口溝槽，再透過該氧化材料沉積於該出口溝槽內以再次形成罩幕層，再透過蝕刻形成複數個第一罩幕通孔以及複數個第二罩幕通孔，最後透過蝕刻形成該第一基板之複數個第一出流孔洞以及複數個第二出流孔洞； 15.該腔體層蝕刻一儲流腔室，係透過蝕刻形成該儲流腔室並移除該罩幕層； 16.該入口層滾壓顯影一第三光阻層，係先透過一第三光阻材料滾壓於該入口層上以形成該第三光阻層，再透過顯影形成複數個第三光阻開口，最後透過蝕刻露出該上電極焊墊以及該下電極焊墊；以及 17.該第一基板黏貼一陣列孔片，係透過黏貼將該陣列孔片貼覆至該第一基板之該出口溝槽內。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該出口溝槽與該複數個第一出流孔洞以及該複數個第二出流孔洞相連通，該複數個第二出流孔洞設置在該些第一出流孔洞的外側。
3. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該儲流腔室與該複數個第一出流孔洞以及該複數個第二出流孔洞相連通。
4. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該複數個流體溝槽對稱形成於該振動層之相對兩側，以定義出該振動區。
5. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該下電極區形成於對應該振動層之該振動區的位置，該複數個間隙形成於該下電極區與該複數個阻障區之間，該複數個阻障區對應形成於該複數個流體溝槽之外側位置。
6. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該複數個流道入口分別與該入口層之該複數個流體入口相連通，該複數個入流通道以及該複數個流道入口圍繞設置於該入流腔室周圍，該複數個入流通道連通於該複數個流道入口與該入流腔室之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該陣列孔片具有複數個孔片孔洞，該複數個孔片孔洞與該複數個第一出流孔洞以及該複數個第二出流孔洞相互錯位設置，藉此封閉該第一基板之該複數個第一出流孔洞以及該複數個第二出流孔洞。
8. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該上電極焊墊以及該下電極焊墊分別形成於該壓電致動層之相對兩側。
9. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中每一該第二出流孔洞具有一孔徑大於每一該第一出流孔洞之孔徑。
10. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該基板還透過蝕刻製程形成複數個輔助溝槽，對稱形成於該出口溝槽之相對兩側。
11. 如申請專利範圍第10項所述之微流體致動器之製造方法，其中每一該輔助溝槽與該出口溝槽之間形成一定位柱，該定位柱用以定位該陣列孔片。
12. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該基板為一矽基材。
13. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該氧化材料為一二氧化矽材料。
14. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該氮化材料為一氮化矽材料。
15. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該第一金屬材料為一氮化鈦金屬材料。
16. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該第一金屬材料為一鉭金屬材料。
17. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該第一光阻材料為一負光阻。
18. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該第一光阻材料為一厚膜光阻。
19. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該第三光阻材料為一乾膜光阻。
20. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該第二金屬材料為一金金屬材料。
21. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該第二金屬材料為一鋁金屬材料。
22. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該防水材料為一聚對二甲苯材質。
23. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該聚合材料為一聚醯亞胺材質。
24. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該基板透過深反應性離子蝕刻製程形成該複數個第一出流孔洞以及該複數個第二出流孔洞。
25. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該腔體層透過濕蝕刻製程形成該儲流腔室。
26. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該共振層透過乾蝕刻製程形成該腔體通孔。
27. 如申請專利範圍第1項所述之微流體致動器之製造方法，其中該共振層透過雷射蝕刻製程形成該腔體通孔。
28. 如申請專利範圍第7項所述之微流體致動器之製造方法，其中，提供具有不同相位電荷之驅動電源至該上電極焊墊以及該下電極焊墊，以驅動並控制該振動層之該振動區產生上下位移，使流體自該複數個流體入口吸入，通過該複數個入流通道流至該入流腔室，再通過該腔體通孔流至該共振腔室，最後通過該複數個流體溝槽流至該儲流腔室，再最後受擠壓經由該複數個第一出流孔洞以及該複數個第二出流孔洞並推開該陣列孔片後自該複數個孔片孔洞排出以完成流體傳輸。
29. 如申請專利範圍第28項所述之微流體致動器之製造方法，其中施加正電壓給該上電極焊墊以及負電壓給該下電極焊墊，使得該壓電致動層之作動區帶動該振動層之該振動區朝向遠離該基板的方向位移。
30. 如申請專利範圍第28項所述之微流體致動器之製造方法，其中施加負電壓給該上電極焊墊以及正電壓給該下電極焊墊，使得該壓電致動層之作動區帶動該振動層之該振動區朝向靠近該基板的方向位移。
31. 如申請專利範圍第28項所述之微流體致動器之製造方法，其中： 施加負電壓給該上電極焊墊以及正電壓給該下電極焊墊，使得該壓電致動層之作動區帶動該振動層之該振動區朝向靠近該基板的方向位移，藉此，外部流體由該複數個流體入口被吸入至該微流體致動器內，而進入該微流體致動器內的流體，依序通過該複數個入流通道流至該入流腔室，再通過該腔體通孔流至該共振腔室，最後通過該複數個流體溝槽匯集於該儲流腔室內；以及 轉換該上電極焊墊以及該下電極焊墊之電性，施加正電壓給該上電極焊墊以及負電壓給該下電極焊墊，如此該振動層之該振動區朝向遠離該基板的方向位移，致使匯集於該儲流腔室內的流體得以依序通過該複數個第一出流孔洞以及該複數個第二出流孔洞後自該複數個孔片孔洞排出於該微流體致動器外，完成流體之傳輸。
32. 一種微流體致動器之製造方法，包含以下步驟： 1.提供一第一基板沉積一腔體層，該第一基板具有一第一表面及一第二表面，係透過一氧化材料沉積於該第一基板之該第一表面上，以形成該腔體層； 2.該腔體層沉積蝕刻一振動層，係先透過一氮化材料沉積於該腔體層上以形成該振動層，再透過蝕刻形成複數個振動區以及複數個流體溝槽； 3.該振動層沉積蝕刻一第一金屬層，係先透過一第一金屬材料沉積於該振動層上以形成該第一金屬層，再透過蝕刻形成複數個下電極區、複數個阻障區以及複數個間隙； 4.該第一金屬層沉積蝕刻一壓電致動層，係先透過一壓電材料沉積於該第一金屬層上以形成該壓電致動層，再透過蝕刻於對應該第一金屬層之該複數個下電極區的位置定義複數個作動區； 5.該壓電致動層沉積蝕刻一隔離層，係先透過該氧化材料沉積於該第一金屬層以及該壓電致動層上以形成該隔離層，再透過蝕刻於該複數個間隙內形成複數個間隙壁； 6.該隔離層塗佈顯影一第一光阻層，係先透過一第一光阻材料塗佈於該第一金屬層、該壓電致動層以及該隔離層上以形成該第一光阻層，再透過顯影形成複數個第一光阻區； 7.該第一光阻層沉積掀離一第二金屬層，係先透過一第二金屬材料沉積於該第一金屬層、該壓電致動層、該隔離層以及該第一光阻層上以形成該第二金屬層，再透過掀離形成複數個上電極區、複數個上電極焊墊以及複數個下電極焊墊； 8.該第二金屬層鍍膜蝕刻一防水層，係先透過一防水材料鍍膜於該第一金屬層、該隔離層以及該第二金屬層上以形成該防水層，再透過蝕刻露出該複數個上電極焊墊以及該複數個下電極焊墊； 9.該防水層塗佈顯影一第二光阻層，係先透過一第二光阻材料塗佈於該第一金屬層、該第二金屬層以及該防水層上以形成該第二光阻層，再透過顯影形成複數個第二光阻孔洞以及複數個第二光阻開口； 10. 提供一第二基板滾壓蝕刻一薄膜膠層以及一入口層，係先透過一薄膜材料滾壓於該第二基板上以形成該薄膜膠層，再透過一聚合材料滾壓於該薄膜膠層上以形成該入口層，最後透過蝕刻形成複數個流體入口； 11.該入口層塗佈顯影一流道層，係先透過第二光阻材料塗佈於該入口層上以形成該流道層，再透過顯影形成複數個流道入口、複數個腔體開口以及複數個入流通道； 12.該流道層滾壓蝕刻一共振層，係先透過聚合材料滾壓於該流道層上以形成該共振層，藉以定義出複數個入流腔室，再透過蝕刻形成複數個腔體通孔； 13.該共振層翻轉對位以及晶圓接合於該第二光阻層上，係先透過翻轉對位以及晶圓接合將共振層接合於該第二光阻層上，藉以定義出複數個共振腔室，再透過浸泡移除該第二基板； 14.該第一基板沉積蝕刻一罩幕層，係先透過該氧化材料沉積於該第一基板之該第二表面以形成該罩幕層，再透過蝕刻形成複數個罩幕開口以及複數個罩幕孔洞，再透過蝕刻形成該第一基板之複數個出口溝槽，再透過該氧化材料沉積於該複數個出口溝槽內以再次形成罩幕層，再透過蝕刻形成複數個第一罩幕通孔以及複數個第二罩幕通孔，最後透過蝕刻形成該第一基板之複數個第一出流孔洞以及複數個第二出流孔洞； 15.該腔體層蝕刻複數個儲流腔室，係透過蝕刻形成該複數個儲流腔室並移除該罩幕層； 16.該入口層滾壓顯影一第三光阻層，係先透過一第三光阻材料滾壓於該入口層上以形成該第三光阻層，再透過顯影形成複數個第三光阻開口，最後透過蝕刻露出該複數個上電極焊墊以及該複數個下電極焊墊；以及 17.該第一基板黏貼一陣列孔片，係透過黏貼將該陣列孔片貼覆至該第一基板之該複數個出口溝槽內。
33. 一種微流體致動器之製造方法，包含以下步驟： 1.提供一第一基板沉積一腔體層，該第一基板具有一第一表面及一第二表面，係透過一氧化材料沉積於該第一基板之該第一表面上，以形成該腔體層； 2.該腔體層沉積蝕刻一振動層，係先透過一氮化材料沉積於該腔體層上以形成該振動層，再透過蝕刻形成至少一振動區以及複數個流體溝槽； 3.該振動層沉積蝕刻一第一金屬層，係先透過一第一金屬材料沉積於該振動層上以形成該第一金屬層，再透過蝕刻形成至少一下電極區、複數個阻障區以及複數個間隙； 4.該第一金屬層沉積蝕刻一壓電致動層，係先透過一壓電材料沉積於該第一金屬層上以形成該壓電致動層，再透過蝕刻於對應該第一金屬層之該至少一下電極區的位置定義至少一作動區； 5.該壓電致動層沉積蝕刻一隔離層，係先透過該氧化材料沉積於該第一金屬層以及該壓電致動層上以形成該隔離層，再透過蝕刻於該複數個間隙內形成複數個間隙壁； 6.該隔離層塗佈顯影一第一光阻層，係先透過一第一光阻材料塗佈於該第一金屬層、該壓電致動層以及該隔離層上以形成該第一光阻層，再透過顯影形成至少一第一光阻區； 7.該第一光阻層沉積掀離一第二金屬層，係先透過一第二金屬材料沉積於該第一金屬層、該壓電致動層、該隔離層以及該第一光阻層上以形成該第二金屬層，再透過掀離形成至少一上電極區、至少一上電極焊墊以及至少一下電極焊墊； 8.該第二金屬層鍍膜蝕刻一防水層，係先透過一防水材料鍍膜於該第一金屬層、該隔離層以及該第二金屬層上以形成該防水層，再透過蝕刻露出該至少一上電極焊墊以及該至少一下電極焊墊； 9.該防水層塗佈顯影一第二光阻層，係先透過一第二光阻材料塗佈於該第一金屬層、該第二金屬層以及該防水層上以形成該第二光阻層，再透過顯影形成複數個第二光阻孔洞以及至少一第二光阻開口； 10. 提供一第二基板滾壓蝕刻一薄膜膠層以及一入口層，係先透過一薄膜材料滾壓於該第二基板上以形成該薄膜膠層，再透過一聚合材料滾壓於該薄膜膠層上以形成該入口層，最後透過蝕刻形成複數個流體入口； 11.該入口層塗佈顯影一流道層，係先透過第二光阻材料塗佈於該入口層上以形成該流道層，再透過顯影形成複數個流道入口、至少一腔體開口以及複數個入流通道； 12.該流道層滾壓蝕刻一共振層，係先透過聚合材料滾壓於該流道層上以形成該共振層，藉以定義出至少一入流腔室，再透過蝕刻形成至少一腔體通孔； 13.該共振層翻轉對位以及晶圓接合於該第二光阻層上，係先透過翻轉對位以及晶圓接合將共振層接合於該第二光阻層上，藉以定義出至少一共振腔室，再透過浸泡移除該第二基板； 14.該第一基板沉積蝕刻一罩幕層，係先透過該氧化材料沉積於該第一基板之該第二表面以形成該罩幕層，再透過蝕刻形成一罩幕開口以及複數個罩幕孔洞，再透過蝕刻形成該第一基板之至少一出口溝槽，再透過該氧化材料沉積於該出口溝槽內以再次形成罩幕層，再透過蝕刻形成複數個第一罩幕通孔以及複數個第二罩幕通孔，最後透過蝕刻形成該第一基板之複數個第一出流孔洞以及複數個第二出流孔洞； 15.該腔體層蝕刻至少一儲流腔室，係透過蝕刻形成該至少一儲流腔室並移除該罩幕層； 16.該入口層滾壓顯影一第三光阻層，係先透過一第三光阻材料滾壓於該入口層上以形成該第三光阻層，再透過顯影形成複數個第三光阻開口，最後透過蝕刻露出該至少一上電極焊墊以及該至少一下電極焊墊；以及 17.該第一基板黏貼一陣列孔片，係透過黏貼將該陣列孔片貼覆至該第一基板之該至少一出口溝槽內。

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