专利名称：集成尺寸侦测器之微喷射装置的制作方法
技术领域：
本发明系关于一种微喷射装置(Microinjection apparatus)，并且特别地，关于一种集成尺寸侦测器(Size detector)之微喷射装置。
背景技术：
微技术(Microtechnology)的发展已经为科技领域，例如，信息、通讯、消费性电子、生医科技等，造成革命性的冲击，并且可预期地将持续创新该等领域之制造以及生产技术。其中，微流体系统(Microfluidic system)系关于设计、建构以及制造关于能操作微量流体之装置以及程序。目前被广泛利用之微流体系统之一系微喷射装置，其已经被大量用于包含喷墨打印机、生化检测、药物筛检、燃料喷射系统以及化学合成等技术。
虽然微喷射装置的体积日趋缩小，但其构造却越来越复杂。特别地，该微喷射装置之流体喷射效果、运作效率以及使用寿命皆受到原始设计之影响。因此，这样精密的装置在制造过程中，对于各个功能单元，例如，流体腔(Fluid chamber)、歧管(Manifold)以及喷孔(Orifice)等，皆需通过严格的检测，以确保其电气与机械性质皆符合原始设计，进一步保证日后可提供之流体喷射品质。
传统之破坏性检测(Destructive testing)需破坏部分产品，以取得检测数据，甚至必须停止工艺以进行检测。非常耗费成本以及时间。因此许多非破坏性检测(Nondestructive testing)方法被发展，以节省检测成本以及时间。然而，许多现行之非破坏性检测需要加装检测仪器，例如红外线、探针(Probe)，或改变原有工艺，因而无法节省更多成本。
发明内容
因此，本发明提供一微喷射装置，其系集成尺寸侦测器以检测流体腔尺寸，并且可进一步检测流体腔内之流体填充状况。此外，本发明之侦测器容许对该微流体喷射装置进行非破坏性检测，并且可以配合既有的工艺及材料，大幅节省检测之成本以及时间。
根据本发明之第一较佳具体实施例之一种针对一流体之微喷射装置，该微喷射装置包含一基材、一歧管、至少一流体腔、至少一虚设腔、一侦测组件以及至少一对平行导电板。该歧管系形成于该基材上，用以贮存该流体，并且供应该流体至至少一流体腔以及至少一虚设腔处。该至少一流体腔皆系形成于该基材上并且与该歧管连通，该至少一流体腔中之每一个流体腔皆具有至少一喷孔并且于每一个喷孔邻近处安置一个别的气泡产生组件，用以当该个流体腔充填该流体时于该个流体腔内产生一气泡以喷出该流体。
该至少一虚设腔皆系形成于该基材上并且与该歧管连通。该至少一对平行导电板，其中每一对平行导电板系形成于该至少一虚设腔中之一个虚设腔之一对相对内壁上，并且电连接至该侦测组件，用以当该个虚设腔填充该流体时根据该流体之一流体性质侦测该对平行导电板间之一电气性质，进而决定该对相对内壁之间之一距离。
根据本发明之第二较佳具体实施例的一种喷墨打印系统，该喷墨打印系统包含至少一墨水匣。该至少一墨水匣中之每一个墨水匣系配置一个别的喷墨芯片，该至少一喷墨芯片中之每一个喷墨芯片包含一基材、一歧管、一侦测组件以及一处理组件。
该歧管系形成于该基材上，用以贮存一墨水，并且供应该墨水至至少一虚设腔处。该至少一虚设腔皆系形成于该基材上并且与该歧管连通，该至少一虚设腔中之一个虚设腔之一对相对内壁其上设置至少一对平行导电板。该侦测组件系电连接至每一对平行导电板，用以当该对应的虚设腔填充该墨水时根据该墨水之一流体性质侦测该对平行导电板间之一电气性质。该处理组件系电连接该侦测组件，用以针对该至少一墨水匣中之每一个墨水匣根据该对应侦测的电气性质判断关于该个墨水匣之一墨水填充状况。
关于本发明之优点与精神可以藉由以下的实施方式对本之发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1系根据本发明之一较佳具体实施例的一种针对一流体2之微喷射装置1的平面示意图；图2系根据本发明之操作原理的示意图；
图3A以及图3B系根据本发明之一具体实施例的一虚设腔18中之一流体2容量侦测示意图；图4A至图4F系根据本发明之一较佳具体实施例的制造针对一流体之微喷射装置的方法示意图；图5A至图5G系根据本发明之另一较佳具体实施例的制造针对一流体之微喷射装置的方法示意图；图6A至图6G系根据本发明之再一较佳具体实施例的制造针对一流体之微喷射装置的方法示意图；图7系绘示根据本发明之一具体实施例的微喷射装置虚设腔配置示意图。
主要组件符号说明1微喷射装置 2流体12基材14歧管16流体腔 161喷孔163气泡产生组件 18、18a、18b、18c虚设腔181侦测组件 183、183m、183a、183b、183c平行导电板183x第一平行导电板183y第二平行导电板183z第三平行导电板183i、183p第一平行导电板183j第二平行导电板183n第一导电板183o、183q第二导电板 183r第三导电板1832金属材料 184第一高分子材料186第二高分子材料片具体实施方式
本发明系提供一种微喷射装置，并且特别地，关于一种集成尺寸侦测器之微喷射装置。根据本发明之数个较佳具体实施例系揭露如下。
请参阅图1，图1系根据本发明之一较佳具体实施例的平面示意图。根据本发明之第一较佳具体实施例的一种针对一流体(Fluid)2之微喷射装置(Microinjection apparauts)1，该微喷射装置1包含一基材(Substrate)12、一歧管(Manifold)14、至少一流体腔(Fluid chamber)16、至少一虚设腔(Dummychamber)18、一侦测组件(Detecting device)181以及至少一对平行导电板(Parallel conductive plates)183。
该歧管系形成于该基材12上，用以贮存该流体2，并且供应该流体2至皆系形成于该基材12上并且与该歧管14连通之至少一流体腔16，以及皆系形成于该基材12上并且与该歧管14连通之至少一虚设腔18处。该至少一流体腔16中之每一个流体腔16皆具有至少一喷孔(Orifice)161并且于每一个喷孔161邻近处安置一个别的气泡产生组件(Bubble generating device)163，用以当该个流体腔16充填该流体2时于该个流体腔内产生一气泡(Buble)以喷出该流体2。于一具体实施例中，该个流体腔16以及该个虚设腔18可由一种高分子材料制作，例如光阻(Photoresist)或干膜(Dry film)。于另一具体实施例中，该个虚设腔18不具有该喷孔161以及该个别的气泡产生组件163。
该至少一对平行导电板183，其中每一对平行导电板183系形成于该至少一虚设腔18中之一个虚设腔18之一对相对内壁(Inner walls)上，并且电连接至该侦测组件181，用以当该个虚设腔18填充该流体2时根据该流体2之一流体性质侦测该对平行导电板183间之一电气性质，进而决定该对相对内壁之间之一距离。
于一具体实施例中，该流体2之流体性质可以系该流体2之一介电常数(Dielectric constant)或导电系数(Condutivity coefficient)。
于一具体实施例中，该电气性质可以系一电容(Capacitnce)、一阻抗(Impendance)或一电压差(Voltage)。
请参阅图2，图2系根据本发明之操作原理的示意图。于一具体实施例中，于一虚设腔18中之三对相对内壁上分别设置一对平行导电板，并且电连接至一侦测组件，用以侦测该虚设腔18之体积。该虚设腔18之长、宽、高系分别为L、W、H。该三对平行导电板系分别为第一平行导电板183-x(长H，宽m)、第二平行导电板183-y(长H，宽m)、第三平行导电板183-z(长W，宽m)，其中m为已知数值。该虚设腔18中系充满一介电常数为ε之流体。以测量电容为例，则该第一平行导电板183-x之间的电容可表示为Cx＝εHm/W(1-1)
该第二平行导电板183-y之间的电容可表示为Cy＝εHm/L (1-2)该第三平行导电板183-z之间的电容可表示为Cz＝εWm/H (1-3)将Cx与Cz相乘可得如下之结果CxCz＝(εm)2(2)因为m为已知数值，又Cx、Cz分别为测量之电容值，因此可以算出该填充流体之介电常数εε＝(CxCz)0.5/m(3)因此，将该流体之介电常数ε代入(1-1)以及(1-2)两式，可得该虚设腔18之尺寸比例H/W＝Cx/(εm) (4-1)H/L＝Cy/(εm) (4-2)若此时将图2中之三对平行导电板面积变更与该虚设腔18之表面积相同，则三组电容值可分别表示如下Cx’＝εHL/W (5-1)Cy’＝εHW/L (5-2)Cz’＝εWL/H (5-3)若将三组电容值相乘，则可得如下之结果Cx’Cy’Cz’＝WLHε3(6)此时，将(4-1)式中该虚设腔18之高宽比(H/W)以及(4-2)式中该虚设腔18之高长比(H/L)代入上式中，则该虚设腔18之高度H可表示为H＝((Cx’Cy’Cz’CxCy)/(ε5m2))1/3(7)将m值、测得之各电容值以及(3)式中所得该流体之介电常数ε代入上式中，可得该虚设腔18之高度H值，再将H值代回(4-1)式中可得该虚设腔18之宽度W值；代回(4-2)式中可得该虚设腔18之长度L值。
于一具体实施例中，该至少一虚设腔中之一个虚设腔之一对相对内壁其上设置至少两对平行导电板，关于该至少两对平行导电板之电气性质系由该侦测组件侦测并且被进一步处理，进而判断关于该个虚设腔之一流体填充状况(Fluid-filled condition)。
请参阅图3A以及图3B。于一具体实施例中，一虚设腔18之一对相对内壁上设置两对平行导电板183i(第一平行导电板)，183j(第二平行导电板)，该两对平行导电板183i，183j并电连接至一侦测组件181，关于该两对平行导电板183i，183j之电容由该侦测组件181侦测并且被进一步处理。此外，该虚设腔18并填充一介电常数已知的流体2。当该虚设腔18充满该流体2时，如图3A所示，该两对平行导电板183i，183j所测得之电容值应系相等。相反地，当该流体2之容量减少而于该虚设腔18产生空隙时，如图3B所示，由于该流体2与空气系具有不同介电常数之物质，第一平行导电板183i之间以及第二平行导电板183j之间的电容值因此产生差异，此差异可作为判断该虚设腔18中该流体2容量之依据。
于一具体实施例中，该流体可以系一液体，例如，一墨水(Ink)、一药剂(Pharmaceutic agent)、一生化检测剂(Biochemical testing agent)以及一燃料(Fuel)等等。
请参阅图4A至图4F。图4A至图4F系绘示根据本发明之一较佳具体实施例的制造针对一流体之微喷射装置的方法，其中，左半边之图标为该微喷射装置于该制造方法中的顶视图，而右半边之图标为该微喷射装置于该制造方法中沿着左半边图示K-K线之剖面视图。首先，如图4A所示，制备一基材12。随后，如图4B所示，沉积一第一高分子材料184于该基材12上。接着，如图4C所示，曝光并且显影该高分子材料184以形成至少一虚设腔18。于该虚设腔18形成后，沉积一金属材料1832于该至少一虚设腔18之底部以及一对相对内壁，如图4D所示。
接着，如图4E所示，蚀刻该金属材料1832以形成至少一对平行导电板183m于该至少一虚设腔18中之该对相对内壁。该至少一对平行导电板183m系电连接至一侦测组件(未绘示于图中)，用以当该虚设腔18填充该流体时根据该流体之一流体性质侦测该对平行导电板183m间之一电气性质，进而决定该对相对内壁之间之该距离。最后，如图4F所示，覆盖一第二高分子材料片186于该至少一虚设腔18上方以形成该至少一虚设腔18之一顶部份，进而形成该微喷射装置。
请参阅图5A至图5G。图5A至图5G系绘示根据本发明之一较佳具体实施例的制造针对一流体之微喷射装置的方法，其中，左半边之图标为该微喷射装置于该制造方法中的顶视图，而右半边之图标为该微喷射装置于该制造方法中沿着左半边图示L-L线之剖面视图。如图5A至图5D所示，根据本较佳具体实施例之制造该微喷射装置的方法的前四个步骤，与先前于图4A至图4D所描述的步骤相同，因此在这里不作赘述。
于前四个步骤完成后，蚀刻该第一金属材料1832以形成至少一第一导电板183n于该至少一虚设腔18之底部，如图5E所示。接着，如图5F所示，沉积并且蚀刻一第二金属材料于一第二高分子材料片186之一表面，以形成至少一第二导电板183o于该第二高分子材料片186之该表面上。最后如图5G所示，覆盖该第二高分子材料片186于该至少一虚设腔18上方以形成该虚设腔18之一顶部份，进而形成该微喷射装置。
请注意，该第二高分子材料片186之具有该至少一第二导电板183o的表面系面对该虚设腔18，致使该顶部份之该至少一第二导电板183o对应于该虚设腔底部之该至少一第一导电板183n，形成至少一对平行导电板。并且该至少一对平行导电板系电连接至一侦测组件，用以当该虚设腔18填充该流体时根据该流体之一流体性质侦测该对平行导电板间之一电气性质，进而决定该对相对内壁之间之该距离。
请参阅图6A至图6G。图6A至图6G系绘示根据本发明之一较佳具体实施例的制造针对一流体之微喷射装置的方法，其中，左半边之图标为该微喷射装置于该制造方法中的顶视图，而右半边之图标为该微喷射装置于该制造方法中沿着左半边图示M-M线之剖面视图。如图6A至图6D所示，根据本较佳具体实施例之制造该微喷射装置的方法的前四个步骤，与先前于图4A至图4D以及图5A至图5D所描述的步骤相同，因此在这里不作赘述。
于前四个步骤完成后，如图6E所示，蚀刻该第一金属材料1832以形成至少一对第一平行导电板183p于该至少一虚设腔18中之该对相对内壁，以及至少一第二导电板183q于该至少一虚设腔18之底部。接着，如图6F所示，沉积并且蚀刻一第二金属材料于一第二高分子材料片186之一表面，以形成至少一第三导电板183r于该第二高分子材料片186之该表面上。
最后，如图6G所示，覆盖该第二高分子材料片186于该至少一虚设腔18上方以形成该虚设腔18之一顶部份，进而形成该微喷射装置。请注意，该第二高分子材料片186之具有该至少一第三导电板183r的表面系面对该虚设腔，致使该顶部份之该至少一第三导电板183r对应于该虚设腔底部之该至少一第二导电板183q，形成至少一对第二平行导电板。
同样地，该虚设腔中之该至少一对第一平行导电板183p以及该至少一对第二平行导电板系电连接至一侦测组件，用以当该虚设腔填充该流体时根据该流体之一流体性质侦测该对平行导电板间之一电气性质，进而决定该对相对内壁之间之该距离。
于一具体实施例中，前述制造针对一流体之微喷射装置之方法中的该流体可以系一墨水。此外，该流体之流体性质可以系该流体之一介电常数或导电系数。
于一具体实施例中，该电气性质可以系一电容、一阻抗或一电压差。
于一具体实施例中，该至少一虚设腔中之一个虚设腔之一对相对内壁其上设置至少两对平行导电板，关于该至少两对平行导电板之电气性质系由该侦测组件侦测并且被进一步处理，进而判断关于该个虚设腔之一流体填充状况。
请参阅图7，于一具体实施例中，于制造该微喷射装置时，可以同时形成多组虚设腔，如18a、18b以及18c，于该微喷射装置中。并且该三组虚设腔之容积相同。同时搭配单一方向之平行导电板于该等虚设腔之内壁，以根据填充于其中之流体的一流体性质，侦测该对平行导电板间之一电气性质，进而决定该对相对内壁之间之该距离，同时也得知该等流体腔之长(L)、宽(W)、高等三个尺寸。如图7所示，平行导电板183a可以测得该等流体腔之长(L)；平行导电板183b可以测得该等流体腔之宽(W)；平行导电板183c可以测得该等流体腔之高。
根据本发明之一较佳具体实施例之一种喷墨打印系统(Ink-jet printingsystem)，该喷墨打印系统包含至少一墨水匣(Ink cartridge)。
该至少一墨水匣中之每一个墨水匣系配置一个别的喷墨芯片(Ink-jetchip)，该至少一喷墨芯片中之每一个喷墨芯片包含一基材、一歧管、一侦测组件以及一处理组件(Processing device)。
该歧管系形成于该基材上，用以贮存一墨水，并且供应该墨水至至少一虚设腔处。该至少一虚设腔皆系形成于该基材上并且与该歧管连通，该至少一虚设腔中之一个虚设腔之一对相对内壁其上设置至少一对平行导电板。
该侦测组件系电连接至每一对平行导电板，用以当该对应的虚设腔填充该墨水时根据该墨水之一流体性质侦测该对平行导电板间之一电气性质。于一具体实施例中，该墨水之流体性质可以系该墨水之一介电常数。于一具体实施例中，每一对平行导电板间侦测到的电气性质可以系一电容、一阻抗或一电压差。
该处理组件系电连接该侦测组件，用以针对该至少一墨水匣中之每一个墨水匣根据该对应侦测的电气性质判断关于该个墨水匣之一墨水填充状况(Ink-filled condition)。
显而易见地，根据本发明所提供之微喷射装置所集成之尺寸侦测器可用于检测流体腔尺寸，并且可进一步检测流体腔内之流体填充状况。特别地，本发明之尺寸侦测器容许对该微流体喷射装置进行非破坏性检测，并且可以配合既有的工艺及材料，大幅节省检测之成本以及时间。此外，根据本发明所提供之喷墨打印系统墨水匣的喷墨芯片，可用于侦测该墨水匣之墨水填充状况，除了使用于工艺之品管，也可作为消费者更换墨水之依据。
藉由以上较佳具体实施例之详述，系希望能更加清楚描述本发明之特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明之范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请之专利范围的范畴内。
权利要求
1.一种针对一流体(Fluid)之微喷射装置(Microinjection apparauts)，该微喷射装置包含一基材(Substrate)；一歧管(Manifold)，该歧管系形成于该基材上，用以贮存该流体，并且供应该流体至至少一流体腔(Fluid chamber)以及至少一虚设腔(Dummychamber)处；该至少一流体腔(Fluid chamber)，该至少一流体腔系形成于该基材上并且与该歧管连通，该至少一流体腔具有至少一喷孔(Orifice)并且于该喷孔邻近处安置一的气泡产生组件(Bubble generating device)，用以当该个流体腔充填该流体时于该个流体腔内产生一气泡(Buble)以喷出该流体；该至少一虚设腔(Dummy chamber)，该至少一虚设腔系形成于该基材上并且与该歧管连通；一侦测组件(Detecting device)；以及至少一对平行导电板(Parallel conductive plates)，该对平行导电板系形成于该至少一虚设腔中之一对相对内壁(Inner walls)上，并且电连接至该侦测组件，用以当该虚设腔填充该流体时根据该流体之一流体性质侦测该对平行导电板间之一电气性质，进而决定该对相对内壁之间之一距离。
2.如权利要求1所述之微喷射装置，其中该流体之流体性质系该流体之一介电常数(Dielectric constant)或导电系数(Conductivity coefficient)。
3.如权利要求1所述之微喷射装置，其中该电气性质系选自由一电容(Capacitnce)、一阻抗(Impendance)以及一电压差(Voltage)所组成之一群组中之一电气性质。
4.如权利要求1所述之微喷射装置，其中该至少一虚设腔中之该对相对内壁其上设置至少两对平行导电板，关于该至少两对平行导电板之电气性质系由该侦测组件侦测并且被进一步处理，进而判断关于该个虚设腔之一流体填充状况(Fluid-filled condition)。
5.如权利要求1所述之微喷射装置，其中该流体系一墨水(Ink)。
6.一种喷墨打印系统(Ink-jet printing system)，包含至少一墨水匣(Ink cartridge)，该至少一墨水匣中之每一个墨水匣系配置一个别的喷墨芯片(Ink-jet chip)，该至少一喷墨芯片中之每一个喷墨芯片包含一基材(Substrate)；一歧管(Manifold)，该歧管系形成于该基材上，用以贮存一墨水(Ink)，并且供应该墨水至至少一虚设腔(Dummy chamber)处；以及该至少一虚设腔(Dummy chamber)，该至少一虚设腔系形成于该基材上并且与该歧管连通，该至少一虚设腔之一对相对内壁其上设置至少一对平行导电板(Parallel conductive plates)；一侦测组件(Detecting device)，该侦测组件系电连接至每一对平行导电板，用以当该对应的虚设腔填充该墨水时根据该墨水之一流体性质侦测该对平行导电板间之一电气性质；以及一处理组件(Processing device)，该处理组件系电连接该侦测组件，用以针对该至少一墨水匣中之每一个墨水匣根据该对应侦测的电气性质判断关于该个墨水匣之一墨水填充状况(Ink-filled condition)。
7.如权利要求6所述之喷墨打印系统，其中该墨水之流体性质系该墨水之一介电常数(Dielectric constant)或导电系数(Conductivity coefficient)。
8.如权利要求6所述之喷墨打印系统，其中于每一对平行导电板间侦测到的电气性质系选自由一电容(Capacitnce)、一阻抗(Impendance)以及一电压差(Voltage)所组成之一群组中之一电气性质。
全文摘要
本发明提供一种针对一流体之微喷射装置，该微喷射装置包含一基材、一歧管、至少一流体腔、至少一虚设腔、一侦测组件以及至少一对平行导电板。该歧管系形成于该基材上，并且供应该流体至该形成于该基材上并且与该歧管连通之至少一流体腔以及至少一虚设腔。此外，每一对平行导电板系形成于该至少一虚设腔中之一个虚设腔的一对相对内壁上，并且电连接至该侦测组件。藉由本发明所提供之集成尺寸侦测器之微喷射装置，可以对该流体腔尺寸以及流体腔内之流体填充状况进行非破坏性检测，大幅节省检测之成本以及时间。
文档编号B41J2/16GK101037040SQ20061005918
公开日2007年9月19日 申请日期2006年3月15日 优先权日2006年3月15日
发明者周忠诚, 王威 申请人:明基电通股份有限公司