TWM479441U - 晶片級微機電濕度開關 - Google Patents

Description

晶片級微機電濕度開關

本創作是有關於一種晶片級微機電濕度開關，特別是有關於一種設置有可充水之微流道，於微流道充水到一定程度後可導通電路以傳送電訊號到馬達，進而使一特定設備開始運轉之CMOS-MEMS微結構之晶片級微機電濕度開關。

現代人喜歡在週遭環境中種植盆栽、樹木、花草等植物，美化生活空間，而栽種盆栽必須適時的供給植栽水分，然而，使用者僅能由盆栽的表面觀察含水量，且必須經常注意盆栽的土壤情況，對於盆栽中、底部的含水情形即無法直接觀看得知，灌溉、澆水的時間與次數難以掌握，也經常會因為忘記前次澆水時間而使土壤有含水量過多或不足的現象，造成盆栽植物枯萎、凋謝，因而有進一步改良的必要。

目前具有濕度開關與灑水器結合成自動灑水系統之設計，透過土壤水份之濕度感測，來觸發灑水器於某一時點執行灑水功能，在不由人為操作下，可達成自動澆水、灌溉之功用。

然而，習知之濕度開關主要係包含有電子式及機械式。電子式之濕度開關大多具有靈敏度與精確度會隨使用時間長久而衰退之問題。機械式之濕度開關大多屬長度變化式，係利用長度變化產生的位移來驅動指針軸，使指針在表盤上移動，從而實現濕度的計量功能，因此機械式濕度開關通常具有相同的弱點，即偵測反應遲鈍、后時間長、無法對微量水份變化發生反應、顯示誤差大、年飄移值大、不穩定、易老化變質等等。如此，將導致灑水器無法即時及有效地受觸發啟動，而延誤了預定澆水灌溉或停止澆水之時間，而致使植栽物枯萎、凋謝。

有鑑於上述習知技藝之問題，本創作之目的就是以CMOS-MEMS製程設計出一種體積小、高偵測精確度、高靈敏度及反應快速之晶片級微機電濕度開關，以解決習知採用電子式或機械式濕度開關所具有之問題。

根據本創作之目的，提出一種晶片級微機電濕度開關，其包含：一基板；一第一導電部，係設置於該基板上，且第一導電部係包含有一第一電極、一第一電極接腳及一第一流道體，第一電極接腳係連接第一電極並穿設於第一流道體之中央位置；以及一第二導電部，係設置於基板上，且第二導電部係包含有一第二電極、一第二電極接腳及一第二流道體，第二電極接腳係連接第二電極並穿設於第二流道體之中央位置，且第二流道體與第一流道體係以一間隔對應設置並形成有一微流道。其中，第一電極及第二電極係連接至一起動電路，當具有液體置於微流道時，第一電極接腳與第二電極接腳係導通，經由第一電極及第二電極使起動電路產生觸發訊號。其中，起動電路與第一電極及第二電極導通時，第一電極接腳、第一流道體、第二電極接腳及第二流道體係形成電阻迴路且具有電流流通而產生熱能，以蒸發微流道中的液體，使第一電極接腳與第二電極接腳形成斷路。

較佳地，第一流道體及第二流道體係由複數個導入層及複數個金屬層交錯疊設而形成。其中，第一層之導入層係設置於基板上並經由蝕刻形成一圖案，再將第一層之金屬層設於形成圖案之導入層上，隨後再依續疊設導入層及金屬層。

較佳地，導入層之製成材料可包含鎢、錫或鈦之一或其組合。

較佳地，金屬層之製成材料可為鋁。

較佳地，本創作所述之晶片級微機電濕度開關，其更包含一遮罩部，係具有一第一開口、一第二開口及一第三開口。遮罩部係封設於基板、第一導電部及第二導電部上，且第一開口、第二開口及第三開口之位置係分別對應於第一電極、第二電極及微流道。

較佳地，第三開口之形狀與面積大小於對應於微流道。

較佳地，第一流道體及第二流道體分別可呈ㄇ字形，由第一 流道體及第二流道體對應設置所形成之微流道約略可呈一矩形。

較佳地，呈矩形之微流道之面積可為180~220μ m乘200~240μ m。

較佳地，第一流道體及第二流道體分別可約略呈半圓形，由第一流道體及第二流道體對應設置所形成之微流道可呈一圓形。

較佳地，呈圓形之微流道之半徑為107~130μ m。

承上所述，本創作之晶片級微機電濕度開關，其可具備下列一或多個特點：

1、本創作之晶片級微機電濕度開關，可適用於灑水系統、除濕機或液體滲漏檢測儀器等等，經特殊設計後於晶片中係設有最佳尺寸之微流道，於環境濕度高於一特定值使該微流道中具有水份時，更可迅速導通電路來觸發馬達，使得設備可以執行或停止其所對應之功能，例如停止灑水、除濕等等。而待晶片中各部件導通產生熱能時，則可蒸發微流道中之水份，使各部件不相導通以停止觸發馬達，進而使該設備執行其對應對動，例如自動灑水、停止除濕等等。

2、本創作之晶片級微機電濕度開關係由CMOS-MEMS製程所製，其體積小(最佳尺寸為500μm×450μm)，微流道僅需具備一些水份即可使電路導通，使設備對應動作，因此具有高靈敏度及反應快速等優點，於大量生產時亦可大幅降低成本。

1‧‧‧基板

2‧‧‧第一導電部

21‧‧‧第一電極

22‧‧‧第一電極接腳

23‧‧‧第一流道體

3‧‧‧第一導電部

31‧‧‧第一電極

32‧‧‧第一電極接腳

33‧‧‧第一流道體

4‧‧‧遮罩部

41‧‧‧第一開口

42‧‧‧第二開口

43‧‧‧第三開口

A‧‧‧導入層

B‧‧‧金屬層

C‧‧‧微流道

W‧‧‧寬

L‧‧‧長

R‧‧‧半徑

第1圖 係為本創作之晶片級微機電濕度開關之第一實施例之第一示意圖。

第2圖 係為本創作之晶片級微機電濕度開關之第一實施例之第二示意圖。

第3圖 係為本創作之晶片級微機電濕度開關之第二實施例之示意圖。

為利 貴審查員瞭解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如 下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本創作實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請參閱第1圖及第2圖，其分別係為本創作之晶片級微機電濕度開關之第一實施例之第一示意圖及第二示意圖。本創作之晶片級微機電濕度開關係由CMOS-MEMS製程所製，較佳的晶片尺寸為500μm×450μm，但不以此為限。此晶片級微機電濕度開關可適用在自動灑水系統中，或是可適用在除濕機、液體滲漏檢測儀器等設備中。

所述晶片級微機電濕度開關主要包含有基板1、第一導電部2、第二導電部3及遮罩部4，第一導電部2及第二導電部3係設置於該基板1上，遮罩部4則是用以封設基板1、第一導電部2及第二導電部3。於CMOS-MEMS製程時，先在基板1上設置一層導入層A，並以蝕刻技術將該第一層導入層A蝕刻成一圖案，再於形成圖案之導入層A設置一層金屬層B，隨後再依續交錯疊設導入層A及金屬層B，以形成所述之第一導電部2及第二導電部3，再封上設有開口之遮罩部4。其中，導入層A及金屬層B為複數層，數量不予限制，且導入層A之製成材料可為鎢、錫或鈦，金屬層B之製成材料可為鋁，遮罩部4可為二氧化矽(SiO2)所製成，但皆不以此而有所限定。

第一導電部2主要包含有第一電極21、第一電極接腳22及第一流道體23，且第一電極接腳22係連接第一電極21並穿設於第一流道體23之中央位置。第二導電部3主要包含有第二電極31、第二電極接腳32及第二流道體33，第二電極接腳32係連接第二電極31並穿設於第二流道體33之中央位置，且第二流道體33與第一流道體23係以一間隔對應設置並形成有一微流道C。在第一實施例中，第一流道體23及第二流道體33分別係呈ㄇ字形，由第一流道體23及第二流道體33對應設置所形成之微流道C則是約略呈一矩形。該呈矩形狀之微流道C的面積是寬W乘以長L，寬W的範圍可為180~220μ m，長L的範圍可為200~240μ m，微流道C之最佳面積尺寸為200μ m乘上220μ m，但不以此為限。其中，第一流道體23及第二流導體33分別亦可約略呈半圓形，如第3圖所示，其為本創作之 晶片級微機電濕度開關之第二實施例之示意圖。當第一流道體23及第二流導體33為半圓形時，其相對形成之微流道C則可呈一圓形，此時該微流道C的半徑R之範圍則可為107~130μ m，但不以此為限。

上述中，遮罩部4係設有第一開口41、第二開口42及第三開口43，遮罩部4封設於基板1、第一導電部2及第二導電部3上時，第一開口41、第二開口42及第三開口43的位置則是分別對應於第一電極21、第二電極31及微流道C。其中，第三開口43的形狀與面積大小於對應於微流道C，即亦為矩形或圓形。

上述中，第一電極21及第二電極31通過第一開口41及第二開口42係連接至一起動電路，該起動電路則是被包含在一設備中，例如除濕機、灑水器等等。當環境濕度高於一特定值使得有水份產生且經第三開口43至微流道C中時，第一電極接腳22與第二電極接腳32將經由該水份相互導通，使第一電極21與第二電極31所聯接的起動電路的電阻值降低而產生觸發信號，進而使對應之該設備執行其對應功能。例如，若該設備為除濕機，當環境濕度過高時，即表示欲使除濕機執行除濕功能，此時微流道C中的水份將使第一電極接腳22與第二電極接腳32導通而觸發起動電路使馬達運轉，進而由除濕機開始執行除濕作業；若該設備為灑水器，當微流道C具有水份則表示土壤中濕度已充足，此時第一電極接腳22與第二電極接腳32間的導通將觸發起動電路使灑水器的馬達停止運轉，進而停止自動灑水功能。

上述中，當設備中的起動電路與第一電極21及第二電極31導通時，第一電極接腳22、第一流道體23、第二電極接腳32及第二流道體33會形成電阻迴路，且電流將會流通該電阻迴路，以經由金屬製成之第一流道體23及第二流道體33產生熱能，進而蒸發微流道C中的液體，使第一電極接腳22與第二電極接腳32則不相通，該對應設備則回復執行前一動作。例如，若該設備為除濕機，當微流道C中的液體被蒸發乾時，第一電極接腳22與第二電極接腳32係不導通而停止觸發起動電路，使該除濕機的馬達停止運轉，進而中止除濕作業；若該設備為灑水器，當微流道C中的液體被蒸發時，表示土壤中水份已不足，此時第一電極接腳22與第二電極 接腳32之不導通將觸發起動電路使灑水器的馬達開始運轉，進而執行灑水作業。

綜上所述，本創作以CMOS-MEMS製程所製之晶片級微機電濕度開關，具有體積小(最佳尺寸為500μm×450μm)的優點，且經由精細尺寸設計之微流道僅需具備一些水份即可使電路導通，讓設備執行對應的動作，進而達成高靈敏度及反應快速等優點。

綜觀上述，可見本創作在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，再者，本創作申請前未曾公開，且其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件創作專利申請案，以勵創作，至感德便。

以上所述之實施例僅係為說明本創作之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本創作之內容並據以實施，當不能以之限定本創作之專利範圍，即大凡依本創作所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本創作之專利範圍內。

1‧‧‧基板

2‧‧‧第一導電部

21‧‧‧第一電極

22‧‧‧第一電極接腳

23‧‧‧第一流道體

3‧‧‧第一導電部

31‧‧‧第一電極

32‧‧‧第一電極接腳

33‧‧‧第一流道體

4‧‧‧遮罩部

41‧‧‧第一開口

42‧‧‧第二開口

43‧‧‧第三開口

A‧‧‧導入層

B‧‧‧金屬層

C‧‧‧微流道

Claims (10)

1. 一種晶片級微機電濕度開關，其包含：一基板；一第一導電部，係設置於該基板上，且該第一導電部係包含有一第一電極、一第一電極接腳及一第一流道體，該第一電極接腳係連接該第一電極並穿設於該第一流道體之中央位置；以及一第二導電部，係設置於該基板上，且該第二導電部係包含有一第二電極、一第二電極接腳及一第二流道體，該第二電極接腳係連接該第二電極並穿設於該第二流道體之中央位置，且該第二流道體與該第一流道體係以一間隔對應設置並形成有一微流道；其中，該第一電極及該第二電極係連接至一起動電路，當具有液體置於該微流道時，該第一電極接腳與該第二電極接腳係導通，經由該第一電極及該第二電極使該起動電路產生觸發訊號；其中，該起動電路與該第一電極及該第二電極導通時，該第一電極接腳、該第一流道體、該第二電極接腳及該第二流道體係形成電阻迴路且具有電流流通而產生熱能，以蒸發該微流道中的液體，使該第一電極接腳與該第二電極接腳形成斷路。
2. 如申請專利範圍第1項所述之晶片級微機電濕度開關，其中該第一流道體及該第二流道體係由複數個導入層及複數個金屬層交錯疊設而形成，其中，第一層之該導入層係設置於該基板上並經由蝕刻形成一圖案，再將第一層之該金屬層設於形成該圖案之該導入層上，隨後再依續疊設該導入層及該金屬層。
3. 如申請專利範圍第2項所述之晶片級微機電濕度開關，其中該導入層之製成材料係包含鎢、錫或鈦之一或其組合。
4. 如申請專利範圍第2項所述之晶片級微機電濕度開關，其中該金屬層之製成材料為鋁。
5. 如申請專利範圍第1項所述之晶片級微機電濕度開關，其更包含一遮罩部，係具有一第一開口、一第二開口及一第三開口，該遮罩部係封設於該基板、該第一導電部及該第二導電部上，且該第一開口、該第二開口及該第三開口之位置係分別對應於該第一電極、該第二電極及該微流道。
6. 如申請專利範圍第5項所述之晶片級微機電濕度開關，其中該第三開口之形狀與面積大小於對應於該微流道。
7. 如申請專利範圍第6項所述之晶片級微機電濕度開關，其中該第一流道體及該第二流道體分別係呈ㄇ字形，由該第一流道體及該第二流道體對應設置所形成之該微流道約略呈一矩形。
8. 如申請專利範圍第7項所述之晶片級微機電濕度開關，其中該微流道之面積為180~220μ m乘200~240μ m。
9. 如申請專利範圍第6項所述之晶片級微機電濕度開關，其中該第一流道體及該第二流道體分別係約略呈半圓形，由該第一流道體及該第二流道體對應設置所形成之該微流道係呈一圓形。
10. 如申請專利範圍第9項所述之晶片級微機電濕度開關，其中該微流道之半徑為107~130μ m。