TWI273035B - Microinjection apparatus integrated with size detector - Google Patents
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Description
1273035 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種微嘴射瓜置(Microinjection apparatus)，並 且特別地，關於一種整合尺寸偵測器（Size detector)之微喷射裝 置。 、、 【先前技術】 微技術(Microtechnology)的發展已經為科技領域，例如，資 訊、通訊、消費性電子、生醫科技等，造成革命性的衝擊，並且 可預期地將持績創新該專領域之製造以及生產技術。其中，微、、宁 體系統(Microfluidic system)係關於設計、建構以及製造關於能操 作微量流體之裝置以及程序。目前被廣泛利用之微流體系統之二 係微喷射裝置，其已經被大量用於包含喷墨印表機、生化檢測、 藥物篩檢、燃料喷射系統以及化學合成等技術。 雖然微喷射裝置的體積日趨縮小，但其構造卻越來越複雜 特別地，4彳政育射t置之流體贺射效果、運作效率以及使用壽 電氣與機械性質皆符合原始設計， 皆受到原始設計之影響。因此， 對於各個功能單元，例如， (Manif〇ld)以及喷孔(〇riflce)等， 這樣精密的裝置在製造過程中， 流體腔（Fluid chamber)、歧管 皆需通過嚴格的檢測，以確保其 ，進一步保證日後可提供之流體 噴射品質。
，因而無法節省更多成本。 1273035. 【發明内容】 、、因此，本發明提供一微喷射裝置，其係整合尺寸偵測器以檢 測雖尺寸，亚且可進—步檢繼體_之流體填充狀況。此 . 外，本發明之偵測器容許對該微流體喷射裝置進行非破壞性檢 測’並且可以配合既有的製程及材料，大幅節省檢測之成本以及 , 時間。 - 減本發明之第-較佳具體實施例之—種針對—流體之微嗔 射裝置，該微喷射裝置包含一基材、一歧管、至少一流體腔、至 少-虛設腔、u元件以及至少—對平行導電板。該歧管係形 成於該基材上，用以貯存該流體，並且供應該流體至至少一流體 腔以及至少-虛設腔處。該至少—流體腔皆係形成於該基材上▲ 且與該歧管連通，該至少—流體腔中之每—個流體腔皆具有至少 一孔並且於母一個噴孔鄰近處安置一個別的氣泡產生元件，用 ，當該個流體腔充填該流體時於該個流體腔内產生一氣泡以喷出 忒至少一虛設腔皆係形成於該基材上並且與該歧管連通。該 ，少一對平行導電板，其巾每—對平行導電板係形成於該至少一 之I個虛設腔之—對相對内壁上，並且電連接至該偵測 凡件，用以當該個虛設腔填充該流體時根據該流體之一流 偵測該對平行導電板間之-電氣性f，進而決定該對相對^壁之 間之一距離。 i Τ 〜木一平乂狂丹篮貫施例的—種噴 嘴墨列印系統包含至少—墨水£。該至少—墨水㈣:C個黑玄 水S係配置-個別的噴墨晶片，該至少—噴墨晶片中之每一個$ 墨晶片包含-基材、一歧管、一偵測元件以及一處理元件。、 該歧管係形成於該基材上，用以貯存—墨水，並黑 水至至少-虛設腔處。該至少—虛設腔皆係形成於該基材 1273035 與該歧管連通，該至少— 其上設置至少一對平行導;ς工個虛設腔之一對相對内辟 行導電板，用以當該對測几件係電連接至每―對^ 流體性質偵測該對平行導+二二ι填充該墨水時根據該墨水之— 連接該偵測Tt件，用以針氣性質。該處理元件係電 據該對應侧的電氣性°斷關中之每—個墨水£根 況。 ypj久4個墨水匣之一墨水填充狀 關於本發明之優點與精 明詳述及所關式_進—步的目^由以下的實施方式對本之發 【實施方式】 本發明係提供一種微喰射爿士 、， 尺寸偵測器之微喷射裝置。、心’:且，別地，關於一種整合 揭露如下。 根據本叙明之數個較佳具體實施例係 -立ilC—係根據本發明之—較佳具體實施例的平面 不思圖。根據本發明之第—較佳具體實施_—種賴一流體
(F1=一^噴射裝置(Microinjection apparauts)卜該微喷射裝置 1 b & 土材⑦此血站6)12、一歧管(Manifold)14、至少一流體腔 (Fluid Chamber)16、至少一虛設腔(Dummy chamber)18、一偵測元 件（Detecting device)l81以及至少一對平行導電板（paralld conductive plates) 183 〇 該歧管係形成於該基材12上，用以貯存該流體2，並且供應 該流體2至皆係形成於該基材12上並且與該歧管14連通之至少 一流體腔16，以及皆係形成於該基材丨2上並且與該歧管14連通 之至少一虛設腔18處。該至少一流體腔16中之每一個流體腔16 皆具有至少一喷孔(〇rifice)161並且於每一個喷孔161鄰近處安置 一個別的氣泡產生元件(Bubble generating device)l63，用以當該個 流體腔16充填該流體2時於該個流體腔内產生一氣泡(Buble)以 7 1273035. t f 喷出該流體2。於一具體實施例中，該個流體腔16以及該個虛設 腔18可由一種高分子材料製作，例如··光阻(Ph〇t〇resisi)或乾膜 (Dry film)。於另一具體實施例中，該個虛設腔π不具有該喷孔 161以及該個別的氣泡產生元件163。 該至少一對平行導電板183，其中每一對平行導電板183係 • 形成於該至少一虛設腔18中之一個虛設腔18之一對相對内壁 ^ (Inner walis)l，並且電連接至該偵測元件181，用以當該個虛設 腔18填充該流體2時根據該流體2之一流體性質偵測該對平行 導電板183間之一電氣性質，進而決定該對相對内壁之間之一距 離0 於-具體實施射，該流體2之流體性質可以制流體2之 二電第數（Dielectric constant)或導電係數（c〇ndutivi coefficient) 〇 t具體實施^中’該電氣性質可以係一 一阻抗(Impendance)或一電壓差(v〇ltage)。 請參閱圖二，圖二係根據本發明之操作原 ，實施例中，於-虛設腔18中之三對相對‘dt 對平行導電板，並且電連接至一福制开杜 ^刀“又置 之體積。該虛設腔18之長、寬、、^、係八，偵測該虛設腔18 數為ε之流體。以測量電容‘，=虛°又腔18中係充滿-介電常 示為 該第一平行導電板183-χ之間的電容可表 (Μ)
Cx = eHm/W 1273035
5亥第二平行導電板183-y之間的電容可表示為： Cy=eHm/L (1-2) 读第三平行導電板183-z之間的電容可表示為： Cz=eWni/H (1-3) 將cx與cz相乘可得如下：結果 ·· CxCz = (επί)〕 (2) ，為m為已知數值，又Cx、C2 可以异出該填充流體之介電常數ε : 分別為測量之電容值，因此 e = (CxCz)05/m ⑶ 因此，將該流體之介電常數ε代入(1—U以及(1_2)兩式，可得 該虛設腔18之尺寸比例： H/W-：cx/(8m) (4-1) H/L = cy/(em) (4-2) 之表咖虛設腔18 Cx’mL/w (5-1) Cy5^eHW/L (5-2) Cz’、WL/H (5-3) 若將一、、且笔谷值相乘，則可得如下尤結果··
Cx Cy5Cz? = WLH83 (β\ 9 1273035 此時，將(4-1)式中該虛設腔上― 該虛設腔18之高長代南見比(嘱以及(4-2)式中 可表示為：⑽讲/L)代入上式中，則該虛設腔18之高度η H = ((CX^C/ C2TxCv)/( £5m2))1/3 ⑺ 數由測仔之各電容值以及(3)式中所得該流體之介電常 可得該虛設腔18之高度Η值，再將Η值代回 Μ说W值；代回师中爾虛
於一具體實施例中，該至少一虛設 电板之％氣性質係由該偵測元件偵測並且被進—步 ^ 斷關於該個虛設腔之-流體填充狀況(Fluid_fiiied刪伽⑽）。1 凊參閱圖三A以及圖三b。於一呈驊每a A丨士 , 之-對相對内壁上設置兩對平行導電板：I’平一行^空板 18 ’該兩對平行導電板i83i，⑻』並電連$接至 ^偵’件m，關於該兩對平行導電板 -二數 當該虛設腔18充滿該流體2時，如圖 Ξ /Ϊ7 _對平行導電板183i，183j _得之電容值應係相 t二B，流^之容量減少而於該虛設腔18產生空隙 ===生差異，此轉可料__腔丨8 _ 於一^體實施例中，該流體可以係-液體，例如，一黑水 (Ink) ' J^^(Phar~ agent) > " ± #i(Biochei4al testing agent)以及一燃料(Fud)等等。 Ϊ273035 請參閱圖四A至圖四F。圖四A至圖四F係繪示根據本發明 之—較佳具體實施例的製造針對一流體之微噴射裝置的方法，复 中，左半邊之圖示為該微嗔射裝置於該製造方法巾的頂視圖，^
右半邊之圖示為該微喷射裝置於該製造方法中沿著左半邊圖示K K線之剖面視圖。首先，如圖〃四j所示，製備—基材丨2。隨 後，如圖四B所示，沉積一第一高分子材料184於該基材= 上。接者，如圖四C所不，曝光並且痛衫该向分子材料184以升； 成至少一虛設腔18。於該虛設腔18形成後，沉積一金屬材^
18幻於該至少一虛設腔18之底部以及一對相對内壁，如圖四β 所示。 、， 接著，如圖四E所示，钱刻該金屬材料1832以形成至少 對平行導電板183m於該至少一虛設腔18中之該對相對内壁 ^ f —對平行導電板18 3 m係電連接至—_元件(未心於^ 中）’用以當該虛設腔18填充該流體時根據該流體之一 二 偵測該對平行導電板183m間之—電氣性質 = 内壁之間之該距離。最後，如圖四F所示，覆罢：對 料片186於該至少一虛設腔18上方以形成該至-弟 —頂部份，進而形成該微噴射裝置。 H18之 明之五，圖五G。圖五A至圖五G係繪示根據本發 复中，^體貫施例的製造針對—流體之微噴射裝置的方法: ^亡主:半邊之圖示為該微噴射裝置於該製造方法中的頂視圖 之圖示為該微喷射裝置於該製造方法中沿著左圖一 丄、、泉之剖面視圖。如圖五A至圖 + 施例之製+ I 林根據林佳具體實 至圖四政貝射衣置的方法的前四個步驟，與先前於圖四A 斤^田述的步驟相同，因此在這裡不作贅述。 少一=步驟完成後，餘刻該第一金屬材料1832以形成5 示。接著，如 ^虛认月工18之底部，如圖 如圖五F所不，沉積並且蝕刻一第二金屬材料於 1273035 二高分子材料片186 於該第二高分子材之n以形成至少-第二導電板， 蓋該第二高分子材料片186=t表面上。最後如圖五G所示，覆 虛侧8之-頂部份，進而形成ii噴。18上方以形成· 二導電板183〇 18，致使該頂部份之該至少一第 廳，形成至少- 腔底部之該至少一第-導電板 電連接至-偵測」。並且該至少―對平行導電板係 产I*之触、 以自§亥虛設腔18填充該流體時根據兮 *體之-流體性質偵測該對平 谓據。亥 定該對相_壁之間之該距板間之•心，進而決 明A至圖六G。圖六A至圖六G係繪示根據本發 車乂仏具體實施例的製造針對一流體之微喷射裝置的方法: 半邊之圖料雜噴魏置㈣製造方法巾的頂視圖， 半适之圖不為該微噴射裝置於該製造方法中沿著左半邊圖示 -M線之剖面視圖。如圖六A至圖六D所示，根據本較佳具俨 貝施例之製造該微喷射裝置的方法的前四個步驟，與先前於圖: A至圖四D以及圖五A至圖五D所描述的步驟相同，因此 裡不作贅述。 ^ 於前四個步驟完成後，如圖六E所示，蝕刻該第一金屬材料 1832以形成至少一對第一平行導電板183p於該至少一虛設腔18 中之該對相對内壁，以及至少一第二導電板183q於該至少一虛 設腔18之底部。接著，如圖六f所示，沉積並且蝕刻一第二金 屬材料於一第二高分子材料片186之一表面，以形成至少一第三 導電板183r於該第二高分子材料片ι86之該表面上。 最後，如圖六G所示，覆蓋該第二高分子材料片丨86於該至 少一虛設腔18上方以形成該虛設腔18之/頂部份，進而形成該 12 1273035 第2導ί,丨:主思，该第二高分子材料片丨86之具有該至少一 一第二i恭3r的表面係面對該虛設腔’致使該頂部份之該至少 183q ’形:ί二底部之該至少-第二導電板 及該對ΐ虛ί腔ί之該至少—對第〆平行導電板183p以 虛設腔埴充板係電連接至叫貞測元件’用以當該 板間$二^^飢體寸根據该流體之一流體性質偵測該對平行導電 曰 電氣性質’進而決定該對相對内壁之間之該距離。
料ϋΓ具體實施例中，前述製造針對—流體之微噴射裝置之方 、六触、"亥机體可以係一墨水。此外，該流體之流體性質可以係該 / 爪體之一介電常數或導電係數。 + θ、於一具體實施例中，該電氣性質可以係一電容、 一阻抗或一 電壓是。 、，於一具體實施例中，該至少一虛設腔中之一個虛設腔之一對 t對内i其上设置至少兩對平行導電板，關於該至少兩對平行導 ，板之電氣性質係由該偵測元件偵測並且被進一步處理，進而判 辦關於该個虛設腔之一流體填充狀況。 請參閱圖七，於一具體實施例中，於製造該微喷射裝置時， 可以同時形成多組虛設腔，如18a、18b以及18c，於該微喷射裝 ^中並且6亥二組虛设腔之谷積相同。同時搭配单一^方向之平行 導電板於該等虛設腔之内壁，以根據填充於其中之流體的一流體 性質，偵測該對平行導電板間之一電氣性質，進而決定該對相對 ，璧之間之該距離，同時也得知該等流體腔之長(L)、寬(W)、高 等三個尺寸。如圖七所示，平行導電板183a可以測得該等流體 腔之長(L);平行導電板183b可以測得該等流體腔之寬(W);平行 導電板183c可以測得該等流體腔之高。 13 1273035 •根據本發明之-触㈣實關之—射 pnntmg System)，該噴墨列印系統包含至少—= cartridge)。 土尺匣（Ink 墨晶片 該至少—墨水E中之每—個墨水㈣配置—個別的喷 (n jet chip)，§亥至少一噴墨晶片中之每一個噴墨曰 八一曾 材、一歧管、—偵測树以及—處理顿p_ss[gBadevi^e)3。一土 水至亥St，^貯存一墨水’並且供應該墨 其上汉置至少一對平行導電板。 μ日耵円土 測元件係電連接至每—對平行導電板，用心純雍的 Γ 5以、充該墨水時根據該墨水之—流體性質偵測一ϊr ί · 板間之一電氣性質。於_具體實 中 間谓測到的電氣性質可以係-電容、-阻抗或1壓^皆电板 ^處理元件係電連接該憤測元件，用 2每-個墨水_峨_的電_斷：;， 匿之―墨水填充狀況(Ink· condition)。㈣^亥個墨水 見地’根據本發酬提供之微噴射裝置所整A之尺十 裝置進行ί破本發明之尺寸2_容許對賴流體噴i 節省檢測’亚且可以配合既有的製程及材料，大幅 除了使用於么：:曰：，：用r測f墨水_κ填充狀況， 、衣％之〇口 g，也可作為消費者更換墨水之依據。 猎由以上較佳频實施例之詳述，係希雜更加清楚描述本 14 1273035 I « 發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對 本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變 及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇内。
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【圖式簡單說明】 圖一係根據本發明夕Μ 0 之微噴射裝置1的i 較佳具體實施例的一種針對一流體2 、、 的平面示意圖。 圖二係根據本發明之操作原理的示意圖。 !8中I—係、根據本發明之—具體實施例的一虛設腔 、机膛2谷1偵測示意圖。
對〜F係根據本發明之—較佳具體實麵的製造針 針4體之微噴射裝置的方法示意圖。 ★圖五A至圖五G係根據本發明之另一較佳具體實施例的製 匕、十對ί/IL體之微贺射裳置的方法示意圖。 圖六A至圖六G係根據本發明之再一較佳具體實施例的製 造針對一流體之微喷射裝置的方法示意圖。 圖七係繪示根據本發明之一具體實施例的微喷射裝置虛設腔 配置示意圖。
【主要元件符號說明】 1 :微喷射裴置 12 :基材 16 :流體腔 163 :氣泡產生元件 181 :偵測元件 2 :流體 14 :歧管 161 :噴孔 18、18a、18b、18c :虛設腔 183、183m、183a、183b、183c :平行導電板 16 1273035 « 183x :第一平行導電板 183y 183z :第三平行導電板 183i、 183j :第二平行導電板 183η : 183〇、183q ·弟二導電板 183r ： 1832 :金屬材料 184 ： 186 :第二南分子材料片 第二平行導電板 183p :第一平行導電板 第一導電板 第三導電板 第一高分子材料
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Claims (1)
- 1、 種針對一流體(Fluid)之微喷射裝置(Microinjection apparauts)， 該微噴射裝置包含： I273Q35 十、申請專利範圍： 一基材(Substrate); 一歧管(Manifold)，該歧管係形成於該基材上，用以貯存該流 體，並且供應該流體至至少一流體腔(Fluid chamber)以及至 少一虛設腔(Dummy chamber)處； 該至少一流體腔(Fluid chamber)，該至少一流體腔係形成於該 基材上並且與該歧管連通，該至少一流體腔具有至少一喷 孔(Orifice)並且於該喷孔鄰近處安置一氣泡產生元件(Bubble generating device)，用以當該個流體腔充填該流體時於該個 流體腔内產生一氣泡(Buble)以喷出該流體； 该至少一虛設腔(Drnnrny chamber)，該至少一虛設腔係形成於 該基材上並且與該歧管連通； 一偵測元件(Detecting device);以及 至少=對平行導電板(Parallel conductive plates)，該至少一對 平行‘電板係形成於该至少一虛設腔中之一對相對内壁 (Inner walls)上，並且電連接至該偵測元件，用以當該虛設 腔填充該流體時根據該流體之一流體性質镇測該對平行導 電板間之-電氣性質，進而決定該對相對内壁之間之一距 離0 2、 ’其中該流體之流體性 constant)或導電係數 如申請專利範圍第1項所述之微噴射裝置 質係該流體之一介電常數①idectrie (Conductivity coefficient) 〇 述.噴射|置，其中該電氣性質係選 (Voltage)所組成之一群組中之一電氣性質。） 冤絚裘 18 I273Q35 4、如申請專利範圍第丨項所述之微噴射 ^該，對内壁其上設置至少兩對平行導電 料行導電板之電氣性質係由該_元件偵顺且被進一步處 —@ ]進而判斷關於該個錢默-㈣填綠腕观^ condition) ° 5 士〇申請專利範圍”項所述之微嘴射裝置，其中該流體係 (Ink) ° 6、一種製造針對一流體（Fluid)之微噴射裳置（Micr〇 apparauts)的方法，該方法包含下列步驟： (a) 製備一基材(Substrate); (b) 沉積一第一高分子材料於該基材上； (c) 曝光並且顯影該高分子材料以形成至少一虛設腔； (d) 沉積-金屬材料於該至少—虛設腔之底部以及—對相對内 壁； (e) 侧該金屬材料以形成至少—對平行導電板於該至少一虛 設腔=之該對相對内壁’該至少一對平行導電板係電連接 件，用以當該虛設腔填充該流體時根據該流體 之-〜體性質侧該對平行導電板間之一電氣性質，進而 決定該對相對内壁之間之該距離；以及 、 (f) 覆管一 L二高分子材料片於該至少—虛設腔上方以形成該 至夕虛设腔之一頂部份，進而形成該微噴射裝置。 7、 -« t it it # - ^ |f (Fluid) ^ # ^ ^ £ (Microinjection apparauts)的方法’該方法包含下列步驟 ·· (a) 製備一基材(Substrate：); (b) 沉積一第一高分子材料於該基材上； (c) 曝光並且顯影該第一高分子材料以形成至少一虛設腔,· 19 1273035 (d) 沉積一第一金屬材料於該至少一虛設腔之底部以及一 對内壁； (e) 蝕刻該第一金屬材料以形成至少一第一導電板於該至少一 虛設腔之底部； (f) 沉積並且蝕刻一第二金屬材料於一第二高分子材料片之一 表面，以形成至少一第二導電板於該第二高分子材料 該表面上；以及 (g) 覆盖該第二南分子材料片於該至少一虛設腔上方以形成該 ^設腔之一頂部份，進而形成該微喷射裝置，其中該第二 南分子材料片之具有該至少一第二導電板的表面係面對該 虛設腔，致使該頂部份之該至少一第二導電板對應於該虛 設腔底部之該至少-第-導電板，形成至少一對平行導電 板，並且該至少-對平行導動反係電連接至一偵測元件， 用以當該虛設腔填充該流體時根據該流體之一流體性質 測該對平行導電板間之-電氣性質，進而決定 對、 壁之間之該距離。 一種製造針對一流體（Fluid)之微噴射裝置（Micr〇injecti〇n apparauts)的方法，該方法包含下列步驟： (a) 製備一基材(Substrate); (b) 沉積一第一高分子材料於該基材上； (C)曝光並且祕該第-高分子材料以形成至少—虛設腔； ⑼it第—金屬材料於該至少—虛設腔之底部以及一對相 (e) 触刻該第-金屬材料以形成至少 至少一虛設腔中之該對相對内壁，以及至；：Ϊ 於該至少-虛設腔之底部； 及至/ 電板 (f) 沉積並且侧-第二金屬材料於—第二高分子材料片之一 20 1273035 【少一第三導電板於該第二高分子材則之 (g)覆蓋該第二高分子材料片於該至少 虛設腔之-頂部份，進而形成該微上f以形成該 高分子材料片之具有該至少一第二墓啻广，/、中該第二 虛設腔，致使該頂部份之該至面係面對該 導電板; 弟—導電板，成至少-對第二平行 其中該至少-對第-平行導電板以及該 ，連接至-_元件，該虛設 该對相對内壁之間之該距離。 罨巩陡貝進而決疋 9、==利範圍第6、第7或第8項所述之方法，豆 c〇nst；nt)„tS 1〇' J (職age)所組成之-群組中i、—一電 以及一電壓差 1U ^ 板’關於該至少兩對平行導雷杯^；：上5又置至少兩對平行導電 並且被進一步處i 質係由該偵測元件偵測 (Fluid-filled eGnditicm)。喃糾個虛設腔之―賴填充狀況 A &=_第6 '第7或第8項所述之方法，其觸體係一 13、一紗_”_^_tmgsystem) ，包含： 至夕墨水E(Ink cartridge)，該至少一墨水g中之每—個墨 21 1273035 水匣係配置一個別的喷墨晶片（inj^jet此中），該至少一喷墨 晶片中之每一個喷墨晶片包含·· 、土 一基材(Substrate); 一歧管(Manifold)，該歧管係形成於該基材上，用以貯存一墨 水(Ink) ’並且供應该墨水至至少一虛設腔(Dummy咖她⑷ 處；以及 该至少一虛設腔(Dummy chamber)，該至少一虛設腔係形成於 该基材上並且與該歧管連通，該至少一虛設腔之一對 内壁其上設置至少一對平行導電板(Paralld c〇nductive plates); 一谓測元件(Detecting device)，該偵測元件係電連接至每一對 平行導電板，用以當該對應的虛設腔填充該墨水時根據該 墨水之一流體性質偵測該對平行導電板間之一電氣性 以及 、， 一處理元件(Processing device)，該處理元件係電連接該偵測 兀件，用以針對該至少一墨水匣中之每一個墨水匣根據該 對應偵測的電氣性質判斷關於該個墨水匣之一墨水填充狀 況(Ink-filled condition)。 ' 14、如申請專利範圍第13項所述之喷墨列印系統，其中該黑水之浐 體性質係該墨水之-介電常數(Dieleetrie __或導f係^ (Conductivity coefficient) 0 15、如申請專利範圍第13項所述之喷墨列印系統，其中於每一 行導電板間_到的電氣性質係選自由—電容&apadtnee)… 阻抗(Impendance)以及一電壓差(Voltage)所組成之一群组一 電氣性質。 ' 22
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