用于流体的连续喷射的微流体设备和系统的制作方法

1.本公开涉及用于流体的连续喷射的微流体设备和系统。


背景技术：

2.众所周知，对于喷涂油墨、香料等，已经提出使用小尺寸的微流体设备，其可以使用低成本的mems(微电极机械系统)制造技术来获得。
3.通常，微流体设备包括多个单元，多个单元中的每个单元包括适于包含液体的腔室，并且包括喷嘴，在要打印的介质的方向上，液体可以通过喷嘴以液滴的形式从微流体设备离开。
4.更详细地，按需滴落(dod)类型的微流体设备是已知的，其中单元具有通常是热或压电类型的致动器，该致动器可以被电子地控制以便强制单个液滴通过喷嘴的喷射；在没有致动器的作用的情况下，腔室中的液体没有足够的压力来使液滴能够通过喷嘴。因此，根据期望的打印来驱动单元的致动器。因此，可能发生的是，喷嘴针对较长的时间段未被油墨穿过，在这种情况下，可能在喷嘴中形成不期望的结垢。
5.同样已知的是具有连续喷射的油墨的类型的微流体设备，其使得能够通过每个喷嘴进行稳定的油墨流的喷射。此外，每个单元具有可用的相应的热致动器，该热致动器可以被控制，以引起上述流的扰动，以便使流分成液滴。特别地，热致动器加热该流的一部分，以便局部地降低粘度和表面张力，从而从油墨流开始引起一系列液滴的产生。液滴的尺寸取决于由热致动器生成的热脉冲的持续时间并且取决于流速。此外，较大尺寸的液滴被朝向要打印的介质被引导，而较小尺寸的液滴通过再循环系统被回收；换句话说，较小尺寸的液滴在到达要打印的介质之前被偏转，并且随后再次用于供应微流体设备的单元。
6.出于实际目的，连续喷射微流体设备的特征在于喷嘴堵塞的风险低，并且在于与打印的图像的类型和打印速度无关的寿命周期。然而，这种微流体设备以能够随温度变化而表现出粘度和/或表面张力的明显变化的油墨的使用为前提。因此，这种连续喷射微流体设备对可以使用的油墨施加了约束。


技术实现要素：

7.因此，本公开的目的是提供一种连续喷墨微流体设备，其将至少部分地克服现有技术的缺点。
8.根据本公开的第一方面，提供了一种用于流体的连续喷射的微流体设备，包括：半导体主体；主腔室，在半导体主体中，主腔室被配置为耦合到液压系统，液压系统被配置为利用流体填充主腔室；中间结构，中间结构包括界定主腔室的顶部的主膜；喷嘴主体，喷嘴主体覆盖中间结构；主压电致动器，布置在主膜上，主压电致动器被配置为被电控制，以使主膜经受变形并且使存在于主腔室中的流体的压力变化；主供应通道，主供应通道穿过中间结构，主供应通道在横向上与主膜相邻地被定位，并且与主腔室流体连通；以及主喷嘴，延伸穿过喷嘴主体并且与主供应通道流体连通，其中：主压电致动器被配置为被电控制以
便在静止状况下操作，以使主腔室内的流体的压力等于基准值，以使流体穿过主供应通道并且以连续流的形式从主喷嘴喷射；并且主压电致动器被配置为被电控制以便在活动状况下操作，在活动状况中，主压电致动器引起主膜的变形，并且引起主腔室内的流体的压力相对于基准压力的随之而来的压力变化，压力变化引起连续流的暂时中断。
9.在一些实施例中，主压电致动器被配置为被电控制，以引起主膜朝向主腔室的弯曲并且引起主膜的随后的弹性返回，随着主膜朝向喷嘴主体的随之而来的弯曲，使得主腔室内的流体的压力首先超过基准压力，并且随后下降到基准压力之下，以便引起流体的第一连续部分通过主喷嘴的喷射，第一连续部分包括扩大的端部，并且引起流体的随后的第二连续部分通过主喷嘴的喷射，流体的第二连续部分与流体的第一连续部分分离。
10.在一些实施例中，微流体设备包括第一腔体，第一腔体在喷嘴主体中延伸，面对中间结构，与主喷嘴横向地间隔开并且覆盖主压电致动器；其中喷嘴主体被固定到中间结构的横向界定主供应通道的部分。
11.在一些实施例中，主腔室在与主喷嘴相反的方向上开口。
12.在一些实施例中，微流体设备还包括：一对次级腔室，形成在半导体主体中，并且被配置为耦合到液压系统，以便利用流体填充第二次级腔室；一对次级膜，形成在中间结构中，每个次级膜界定一对次级腔室中的对应的次级腔室的顶部；一对次级压电致动器，分别布置在一对次级膜中的对应的次级膜上，每个次级压电致动器被配置为被电控制，以便使对应的次级膜经受变形，并且使存在于对应的次级腔室中的流体的压力变化；一对次级供应通道，一对次级供应通道分别穿过中间结构，每个次级供应通道在横向上与一对次级膜中的对应的次级膜相邻，并且与对应的次级腔室流体连通；以及一对次级喷嘴，延伸穿过喷嘴主体，并且分别与次级供应通道流体连通；其中主腔室具有对称轴，并且一对次级腔室关于对称轴对称。
13.在一些实施例中，微流体设备还包括第二腔体，第二腔体在喷嘴主体中延伸，面对中间结构，相对于第一腔体横向地间隔开，并且覆盖次级压电致动器；其中主喷嘴和次级喷嘴介于第一腔体和第二腔体之间。
14.在一些实施例中，主腔室的至少一部分在一对次级腔室之间延伸。
15.根据本公开的第二方面，提供了一种用于流体的连续喷射的系统，包括：微流体设备，微流体设备包括：半导体主体；多个主腔室，在半导体主体中，主腔室包括流体；中间结构，中间结构包括多个主膜，多个主膜中的每个主膜界定多个主腔室中的对应的主腔室的顶部；以及喷嘴主体，喷嘴主体覆盖中间结构；多个主压电致动器，分别布置在多个主膜中的对应的主膜上，每个主压电致动器被配置为被电控制，以便使对应的主膜经受变形，并且使存在于对应的主腔室中的流体的压力变化；多个主供应通道，多个主供应通道分别穿过中间结构，每个主供应通道在横向上与多个主膜中的对应的主膜相邻地被定位，并且与对应的主腔室流体连通；以及多个主喷嘴，延伸穿过喷嘴主体并且分别与主供应通道流体连通；以及液压系统，被配置为利用流体填充主腔室，其中：每个主压电致动器被配置为被电控制以便在静止状况下操作，以使对应的主腔室内的流体的压力等于基准值，以使流体穿过对应的主供应通道并且以连续流的形式从对应的主喷嘴喷射；并且每个主压电致动器被配置为被电控制以便在活动状况下操作，在活动状况中，主压电致动器引起对应的主膜的变形，并且引起对应的主腔室内的流体的压力相对于基准压力的随之而来的压力变化，压
力变化引起连续流的暂时中断。
16.在一些实施例中，每个主压电致动器被配置为被电控制，以引起对应的主膜朝向对应的主腔室的弯曲并且引起对应的主膜的随后的弹性返回，随着对应的主膜朝向喷嘴主体的随之而来的弯曲，使得对应的主腔室内的流体的压力首先超过基准压力，并且随后下降到基准压力以下，以便引起流体的第一连续部分通过对应的主喷嘴的喷射，第一连续部分包括扩大的端部，并且引起流体的随后的第二连续部分通过主喷嘴的喷射，流体的第二连续部分与流体的第一连续部分分离。
17.在一些实施例中，微流体设备包括第一腔体，第一腔体在喷嘴主体中延伸，面对中间结构，与主喷嘴横向地间隔开并且覆盖主压电致动器；其中喷嘴主体被固定到中间结构的横向界定主供应通道的部分。
18.在一些实施例中，主腔室在与主喷嘴相反的方向上开口。
19.在一些实施例中，微流体设备包括：多个次级腔室，形成在半导体主体中，并且被配置为耦合到液压系统，以便利用流体填充第二次级腔室；多个次级膜，形成在中间结构中，每个次级膜界定多个次级腔室中的对应的次级腔室的顶部；多个次级压电致动器，分别布置在多个次级膜中的对应的次级膜上，每个主压电致动器被配置为被电控制，以便使对应的次级膜经受变形，并且使存在于对应的次级腔室中的流体的压力变化；多个次级供应通道，多个次级供应通道分别穿过中间结构，每个次级供应通道在横向上与多个次级膜中的对应的次级膜相邻，并且与对应的次级腔室流体连通；以及多个次级喷嘴，延伸穿过喷嘴主体，并且分别与次级供应通道流体连通；其中每个主腔室具有对称轴，并且一对次级腔室关于对称轴对称。
20.在一些实施例中，微流体设备包括第二腔体，第二腔体在喷嘴主体中延伸，面对中间结构，相对于第一腔体横向地间隔开，并且覆盖次级压电致动器；其中主喷嘴和次级喷嘴介于第一腔体和第二腔体之间。
21.在一些实施例中，每个主腔室的至少一部分在一对次级腔室之间延伸。
22.根据本公开的实施例，提供了喷嘴堵塞的风险低的微流体设备。
附图说明
23.为了更好地理解本公开，现在参考附图，仅通过非限制性示例的方式描述本实用新型的一些实施例，其中：
24.图1是沿图2中所示的i
‑
i截线截取的用于喷射液体的微流体设备的单元的一部分的示意性截面图(未按比例)；
25.图2是图1中图示的单元的示意性分解透视图；
26.图3是示意性俯视图，其中移除了部分微流体设备的一部分；
27.图4是从图2中图示的单元的一部分的下方察看的示意性透视图；
28.图5是微流体设备的一部分的示意性俯视透视图；
29.图6示出了施加到本实用新型的微流体设备上的电压和本实用新型的微流体设备内的压力的时间图的示例；
30.图7是被流体穿过的本实用新型的微流体设备的喷嘴的一部分的示意性侧视图；
31.图8示出了关于在时间上的连续瞬间(从左到右进行)的17张照片的序列，所有照
片示意性地图示了喷嘴下游的空间的相同部分；
32.图9和图10是示意性俯视图，其中移除了本实用新型的微流体设备的变型的一部分；
33.图11示出了包括本实用新型的微流体设备的打印机的框图；
34.图12至图14是在连续的制造步骤中的第一晶片的一部分的示意性截面图；
35.图15至图16是在连续的制造步骤中的第二晶片的一部分的示意性截面图；以及
36.图17至图20是通过将第一晶片和第二晶片粘合在一起而获得的复合晶片的一部分的示意性截面图。
具体实施方式
37.根据本公开，提供了如所附权利要求限定的、一种用于进行流体的喷射的mems微流体设备以及相关的制造过程。
38.图1是在笛卡尔参考系xyz的平面xz中截取的用于喷射液体的微流体设备1的单元2的一部分的截面图。
39.单元2包括例如硅的半导体主体3，在其内部形成了腔室4，这将在下文中更详细地描述。例如，半导体主体3具有平行六面体的形状，具有平行于轴线z的轴线，并且具有交替地平行于平面zy或平面zx的侧面。
40.单元2还包括中间结构5，中间结构5又由第一电介质层6、半导体层8、第二电介质层10以及第一和第二保护层12、14形成。
41.详细地，第一电介质层6例如是氧化硅并且与半导体主体3直接接触地在半导体主体3之上延伸。
42.半导体层8例如是与主体3相同的半导体材料，并且与第一电介质层6直接接触地在第一电介质层6之上延伸。
43.第二电介质层10例如是氧化硅，并且与半导体层8直接接触地在半导体层8之上延伸。
44.第一保护层12例如是氧化硅并且在第二电介质层10之上延伸。
45.第二保护层14例如是氮化硅，与第一保护层12直接接触地在第一保护层12之上延伸。
46.再次参考腔室4，其由半导体主体3的部分横向地界定。此外，腔室4在顶部由中间结构5的一部分界定；特别地，形成中间结构5的所述部分的第一电介质层6、半导体层8和第二电介质层10的部分形成膜15，膜15悬挂在腔室4之上。腔室4在底部开口。
47.单元2还包括第一压电致动器20，第一压电致动器20包括底部电极22，底部电极22是导电材料(例如，铂或钼)并且被布置在第二电介质层10上，并且包括第一压电区域24，其例如是pzt(pb、zr、tio3)、aln或碱性铌酸盐(诸如，被称为knn(k
0.5
na
0.5
nbo3)的材料)并且被布置在底部电极22上，与其直接接触；第一压电致动器20还包括顶部电极26，顶部电极26是导电材料(例如，铂、钌、钛和钨合金或氧化铱)并且被布置在第一压电区域24上，与其直接接触。另外，第一保护层和第二保护层12、14的部分覆盖并且横向地围绕第一压电致动器20。第一保护层和第二保护层12、14的上述部分与第二电介质层10一起形成第一压电致动器20的封装。
48.仅作为示例，腔室4具有沿轴线z的均匀的轮廓。此外，腔室4包括主要部分34a、次级部分34b和连接部分34c。
49.对于第一近似，主要部分34a和次级部分34b中的每个部分具有轴线平行于轴线z的对应圆柱体的一部分的形状。特别地，对于第一近似，次级部分34b具有半圆柱体的形状，而主要部分34a具有如下形状，该形状可以通过使圆柱体(其具有大于上述半圆柱体的半径的半径)与平行于平面zy并且位于圆柱体的轴线和半圆柱体的轴线之间的平面相交而获得。对于第一近似，半圆柱体的轴线和圆柱体的轴线位于平行于平面zx的平面中，该平面在下文中将被称为对称平面sp。
50.对于第一近似，连接部分34c具有轴线平行于轴线z的平行六面体的形状，其介于主要部分34a和次级部分34b之间，并且具有一对平行于平面zx的侧壁。对于第一近似，腔室4关于对称平面sp对称。
51.如可以在图2中再次看到的，第一压电区域24在俯视图中具有平面形状，并且对于第一近似，具有圆形形状。就此而言，为了更清楚起见，在图2中未图示第一保护层和第二保护层12、14，也未图示底部电极22或顶部电极26，因此，第一压电区域24表现为被布置在由第一电介质层6、半导体层8和第二电介质层10形成的多层(由5’表示)上方。换句话说，第一压电区域24表现为被布置在表面25上，表面25在顶部界定该多层5’，上述表面25由第二电介质层10形成。此外，为了便于理解，在图2中示出了闭合的假想线i，其被限定为下面的腔室4的边界(在俯视图中)的表面25上的投影。
52.更详细地，对于第一近似，第一压电区域24与下面的腔室4的主要部分34a的圆柱形状竖直(即平行于轴线z)对准。而且，如在闭合的假想线i的轮廓中可以看到的，在俯视图中，第一压电区域24被完全包括在腔室4的主要部分34a内。
53.再次参考单元2，供应通道40延伸穿过中间结构5，供应通道40例如具有圆柱形形状，具有平行于轴线z的轴线，并且位于对称平面sp中(第一近似)。再次参考与图1中所指的截面的平面重合的对称平面sp，其中为简单起见，仅示出了单元2的一部分。
54.因此，供应通道40延伸穿过第一电介质层6、半导体层8、第二电介质层10以及第一保护层和第二保护层12、14。而且，供应通道40相对于压电致动器20横向地间隔开。
55.如可以在图2中看到的，其示出了供应通道40的穿过多层5’的部分(由40’指定)，对于第一近似，在供应通道40的轴线与次级部分34b的半圆柱形形状的轴线重合(第一近似)的意义上，供应通道40与下面的腔室4的次级部分34b竖直对准。
56.另外，再次作为示例，对于第一近似，供应通道40的半径等于下面的腔室4的次级部分34b的半圆柱体的半径。因此，供应通道40既覆盖腔室4的次级部分34b的一部分，又覆盖腔室4的连接部分34c的一部分。
57.如可以在图2中看到的，在半导体主体3中存在第一底部凹槽和第二底部凹槽42、44。
58.对于第一近似，第一底部凹槽和第二底部凹槽42、44具有关于对称平面sp的对称形状。此外，如果我们通过基本形状表示通过沿对称平面sp截取腔室4而获得的两个半腔室中的任何一个的形状，则对于第一近似，第一底部凹槽和第二底部凹槽42、44中的每个底部凹槽具有与上述基本形状相同的形状。
59.更详细地，如果我们通过第一半腔室和第二半腔室142、144(在图3中可见)表示通
过沿对称平面sp截取腔室4而获得的上述半腔室，则第一底部凹槽42和第一半腔室142被布置在对称平面sp的相同侧上；另外，如可以在图3中看到的，理想地，第一底部凹槽42可以通过第一半腔室142的旋转平移获得，并且具体地通过在顺时针方向上(在俯视图中)旋转180
°
并且随后平行于平面xy平移而获得。
60.同样地，第二底部凹槽44和第二半腔室144被布置在对称平面sp的其他侧上；另外，第二底部凹槽44可以通过第二半腔室144的旋转平移获得，并且具体地通过在逆时针方向上(在俯视图中)旋转180
°
并且随后平行于平面xy平移而获得。
61.特别地，在与轴线x平行的方向上，第一底部凹槽和第二底部凹槽42、44相对于腔室4交错，以使腔室4的次级部分34b和连接部分34c中的至少一部分在由第一底部凹槽和第二底部凹槽42、44横向界定的空间的部分中延伸。
62.另外，第一底部凹槽和第二底部凹槽42、44在平行于轴线y的方向上间隔开一定距离(在图3中由d表示)，该距离小于腔室4的次级部分34b的直径。换句话说，在侧视图中(并且以与轴线x相反的视点)，腔室4的次级部分34b以一定距离部分地覆盖第一底部凹槽和第二底部凹槽42、44。
63.如再次可以在图2中看到的，单元2还包括第二压电致动器和第三压电致动器50、60，其分别包括例如与第一压电区域24相同材料的第二压电区域54和第三压电区域64。即使未图示，第二压电致动器和第三压电致动器50、60也包括相应的底部电极和顶部电极；此外，第二压电致动器和第三压电致动器50、60也被由第一保护层和第二保护层12、14形成的相应封装围绕。
64.对于第一近似，第二压电区域和第三压电区域54、64相对于对称平面sp对称，并且在平行于轴线x的方向上，相对于第一压电区域24横向地交错。此外，对于第一近似，第二压电区域和第三压电区域54、64具有平面形状；在俯视图中，第二压电区域和第三压电区域54、64具有由平行于轴线x的对应直径界定的半圆形的形状，以使对应的半圆周的曲线部分具有面对对称平面sp的凹陷。
65.对于第一近似，第二压电区域和第三压电区域54、64分别以一定距离覆盖第一底部凹槽和第二底部凹槽42、44。
66.更详细地，如果我们通过第一底部凹槽42的主要部分42a、次级部分42b和连接部分42c(图3)表示分别等于(第一近似)腔室4的主要部分34a的一半、次级部分34b的一半和连接部分34c的一半的第一底部凹槽42的多个部分，并且通过第二底部凹槽44的主要部分44a、次级部分44b和连接部分44c表示分别等于(第一近似)腔室4的主要部分34a的一半、次级部分34b的一半和连接部分34c的一半的第二底部凹槽44的多个部分，则第二压电区域和第三压电区域54、64分别以一定距离覆盖第一底部凹槽42的主要部分42a和第二底部凹槽44的主要部分44a。就此而言，为了便于理解，图2中图示了两个打开的假想线i
″
、i
″′
，其表示在俯视图中，第一底部凹槽和第二底部凹槽42、44的边缘的表面25上的凸起；此外，图3以虚线示出了由第一压电区域、第二压电区域和第三压电区域24、54、64占据的体积。
67.再次参考单元2，中间结构5具有第一中间凹槽和第二中间凹槽242、244，第一中间凹槽和第二中间凹槽242、244中的每个中间凹槽具有半圆柱的形状，具有平行于轴线z的轴线并且具有面对对称平面sp的凹陷，该凹陷恰好穿过中间结构5，但为了简化表示，在图2中，该凹陷被示为仅穿过多层5’。此外，第一中间凹槽和第二中间凹槽242、244相对于对称
平面sp对称，具有大约等于供应通道40的一半的形状，并且分别的第一底部凹槽和第二底部凹槽42、44的下面的部分连通。
68.更详细地，对于第一近似，第一中间凹槽和第二中间凹槽242、244具有轴线，该轴线分别与第一底部凹槽和第二底部凹槽42、44的次级部分42b、44b的下面的半圆柱形形状的轴线重合。再次，对于第一近似，第一中间凹槽和第二中间凹槽242、244的半径等于第一底部凹槽和第二底部凹槽42、44的次级部分42b、44b的半圆柱形形状的半径。
69.单元2还包括顶部结构200，顶部结构200包括顶部半导体区域202和下面的顶部电介质区域204，顶部半导体区域202例如是与形成半导体主体3的半导体材料相同的半导体材料，下面的顶部电介质区域204例如是氧化硅，并且被布置成与顶部半导体结构202接触。
70.更详细地，顶部电介质区域204在底部由底表面203界定，并且通过粘合层206(仅在图1中图示)被固定到中间结构5，粘合层206介于顶部电介质区域204和第二保护层14之间。供应通道40还延伸穿过粘合层206，具有在平行于轴线z的方向上的大致均匀的截面。
71.如可以在图4中看到的，顶部结构200还包括第一腔体和第二腔体207、217，其从底表面203开始向上延伸，穿过顶部电介质区域204并且穿过顶部半导体区域202的一部分。第一和腔体第二腔体207、217在平行于轴线x的方向上间交错，并且例如是平行六面体的，并且沿着轴线x横向地界定。
72.另外，第一腔体207覆盖第一压电致动器20；以该方式，第一保护层和第二保护层12、14的覆盖第一压电致动器20的部分可以在与顶部半导体区域202和顶部电介质区域204相距一定距离的情况下，至少部分地在腔体207内延伸。
73.第二腔体217覆盖第二压电致动器和第三压电致动器50、60；以该方式，第一保护层和第二保护层12、14的覆盖第二压电致动器和第三压电致动器50、60的部分可以在与顶部半导体区域202相距一定距离的情况下，至少部分地在第二腔体217内延伸。
74.此外，第一腔体和第二腔体207、217相对于下面的供应通道40横向地交错。
75.另外，顶部结构200具有喷嘴240，喷嘴240具有例如圆柱形形状，并且在第一腔体和第二腔体207、217之间延伸穿过顶部半导体区域202和顶部电介质区域204。
76.对于第一近似，喷嘴240具有圆柱形形状，并且与供应通道40竖直对准，该供应通道40具有大于喷嘴240的直径的直径；就此而言，图3以虚线示出了由供应通道40和喷嘴240占据的体积。此外，喷嘴240和下面的供应通道40连通。对于第一近似，供应通道40的轴线(由h指定)位于对称平面sp中。
77.顶部结构203还界定了一对另外的凹槽，在下文中将其称为第一顶部凹槽和第二顶部凹槽342、344。
78.第一顶部凹槽和第二顶部凹槽342、344被布置在第一腔体和第二腔体207、217之间并且穿过顶部半导体区域202和顶部电介质区域204。例如，第一顶部凹槽和第二顶部凹槽342、344具有半圆柱形形状，具有平行于轴线z的轴线，并且具有面对对称平面sp的凹陷。
79.更详细地，第一顶部凹槽和第二顶部凹槽342、344关于对称平面sp对称。此外，对于第一近似，第一顶部凹槽和第二顶部凹槽342、344的半圆柱形形状的轴线分别与下面的第一和第二中间凹槽242、244的半圆柱形形状的轴线重合，如可以在图3中看到的，图3以虚线示出了由第一中间凹槽和第二中间凹槽242、244以及由第一顶部凹槽和第二顶部凹槽342、344占据的体积。第一顶部凹槽和第二顶部凹槽342、344的半径小于第一中间凹槽和第
二中间凹槽242、244的半径。
80.如图3和图5中所示，微流体设备1包括多个单元2(在图3和图5中图示了其中的三个)，该些单元2在平行于轴线y的方向上并置。
81.更详细地，为了更清晰起见，即使在图3和图5中，也存在短划线和点线，其突出了单元2的轮廓，单元2共享半导体主体3、中间结构5和顶部结构200，并且因此，也共享第一腔体和第二腔体207、217。
82.特别地，单元2被横向地布置，以使单元2的第二底部凹槽44面对第一相邻单元的第一底部凹槽42，这界定了第一单元间腔室ic1，对于第一近似，第一单元间腔室ic1具有与腔室4相同的形状；另外，单元2的第一底部凹槽42面对第二相邻单元的第二底部凹槽44，这界定了第二单元间腔室ic2，对于第一近似，第二单元间腔室ic2具有与腔室4相同的形状，并且相对于第一单元间腔室ic1对称。
83.另外，单元2的第三压电区域64与第一相邻单元的第二压电区域54接触，以形成具有与第一压电区域24基本相同的形状的单个压电区域。同样地，分别位于上述第三压电区域64和第二压电区域54下面的底部电极(未图示)彼此接触，分别位于上述第三压电区域64和第二压电区域54之上的顶部电极(未图示)也彼此接触。换句话说，单元2的第三压电致动器60与第一相邻单元的第二压电致动器50形成第一单元间压电致动器a1，第一单元间压电致动器a1具有与第一压电致动器20大致相同的形状，并且操作地耦合到第一单元间腔室ic1，如下文更详细描述的。
84.同样地，单元2的第二压电区域54与第二相邻单元的第三压电区域64接触，以形成具有与第一压电区域24基本相同的形状的单个压电区域。同样地，分别位于上述第二压电区域54和第三压电区域64下面的底部电极(未图示)彼此接触，分别位于上述第二压电区域54和第三压电区域64之上的顶部电极(未图示)也彼此接触。换句话说，单元2的第二压电致动器50与第二相邻单元的第三压电致动器60形成第二单元间压电致动器a2，第二单元间压电致动器a2具有与第一压电致动器20大致相同的形状并且操作地耦合到第二单元间腔室ic2，如下文更详细描述的。
85.另外，单元2的第二中间凹槽244面对第一相邻单元的第一中间凹槽242，这界定了第一单元间供应通道ch1，第一单元间供应通道ch1具有与供应通道40相同的形状(第一近似)；此外，单元2的第一中间凹槽242面对第二相邻单元的第二底部凹槽244，这界定了第二单元间供应通道ch2，第二单元间供应通道ch2具有与供应通道40相同的形状(第一近似)，并且相对于第一单元间供应通道ch1对称。
86.此外，单元2的第二顶部凹槽344面对第一相邻单元的第一顶部凹槽342，这界定了第一单元间喷嘴u1，第一单元间喷嘴u1具有与喷嘴240相同的形状(第一近似)；同样地，单元2的第一顶部凹槽342面对第二相邻单元的第二顶部凹槽344，这界定了第二单元间喷嘴u2，第二单元间喷嘴u2具有与喷嘴240相同的形状(第一近似)并且相对于第一单元间喷嘴u1对称。第一喷嘴和第二喷嘴u1、u2沿平行于轴线y的相同方向布置，而喷嘴240相对于所述方向横向交错。
87.换句话说，如果我们用单元内注射单元表示由腔室4、供应通道40、喷嘴240、第一压电致动器20和膜15形成的整体，则在成对的相邻单元之间存在与单元内注射单元相同的单元间注射单元；即，对于第一近似，它在腔室、供应通道、喷嘴、压电致动器和膜之间具有
相同的相对布置。这使能了微流体设备1的喷嘴的布置的压缩。
88.在下文中，除非另外指定，否则仅参考单元内注射单元来描述微流体设备1的操作；单元间注射单元的操作与单元内注射单元的操作相同。
89.如可以在图1中看到的，腔室4的底部部分流体地耦合到盆(basin)299，该盆在单元2之间共享并且因此在腔室4与单元间腔室ic1、ic2之间共享。特别地，在没有引入任何液压阻力的情况下，即在腔室4的底部和盆299之间没有任何压降的情况下，腔室4的底部到盆299的耦合发生，因为如前所述，腔室4在底部是开口的，以便与盆299直接连通。类似的考虑也应用于单元间腔室ic1、ic2和盆299之间的液压耦合。从液压的角度来看，腔室4和单元间腔室ic1、ic2直接连接到盆299。
90.以本身已知的方式，盆299形成液压系统(未图示)的一部分，液压系统以相对较高的压力向盆299供应液体(油墨)。以该方式，液体填充腔室4和供应通道40，供应通道40具有高于腔室4的液压阻力的液压阻力，但是在任何情况下，该液压阻力相对于喷嘴240的液压阻力都可以忽略不计。例如，喷嘴240的液压阻力与供应通道40的液压阻力之间的比率高于1.5。
91.更详细地，假设单元2被定向为使得沿重力的方向喷射液体(并且因此，轴线z沿重力的方向被定向)，则可以在第一压电致动器20的底部电极22与顶部电极26之间施加电压v＝v0+v(t)，其中v0是恒定的，并且v(t)在时间上是可变的，以使腔室4中的压力具有图6中表示的类型的演变。为简化起见，下面将假设v0为零。
92.详细地，腔室4中的压力等于p＝p0+p(t)，其中p0等于盆299中的压力(例如，等于0.16mpa)；p(t)在时间上可变，并且具有取决于电压v(t)的演变，假设电压v(t)为脉冲并且是单极的，使得对于电压v(t)的每个脉冲，压力p(t)都表现出双极性脉冲。
93.在下文中，假设在静止位置，即，在没有第一压电致动器20的驱动的情况下，膜15在图1中图示的位置中。已经说过，电压v(t)的每个脉冲引起第一压电致动器20的对应驱动，这引起膜15的变形；相反，供应通道40和喷嘴240保持其相应的形状不变。特别地，与中间结构5的形成膜15的部分不同，中间结构5的在横向上界定供应通道40的部分在第一压电致动器20的作用之后不经历变形。实际上，顶部结构200形成一种喷嘴主体，该喷嘴主体被固定到中间结构5的在横向上界定供应通道40的部分，从而有助于为中间结构5的所述部分提供刚性。
94.详细地，对于电压v(t)的每个脉冲，膜15弯曲，具有面对腔室4的凹陷(第一近似)，这减小了腔室4的体积并且导致腔室4中的压力对应增加，这呈现为压力p(t)的对应脉冲的初始上升部分。在电压v(t)的脉冲结束时，第一压电致动器20关闭；这导致膜15的释放以及膜15的随之而来的弹性返回(在返回到静止位置之前，膜15弯曲，具有面对第一腔体207的凹陷(第一近似))，因此增加了腔室4的体积，并且因此，引起腔室4中的压力的对应减小，这呈现为压力p(t)的对应脉冲的下降部分，该部分在上述上升部分之后。特别地，如果p
max
和p
min
分别是在压力p(t)的脉冲期间压力p的最大值和最小值，则我们获得p
max
‑
p
min
＝δp，其中δp例如等于0.3mpa。
95.更详细地，单元2使得当p＝p0时，以大于阈值(例如10m/s)的速率从喷嘴240喷射稳定的液体流。因此，使得压力p0超过大气压以及喷嘴240和供应通道40的液压阻力，并且确保一旦从喷嘴240离开，流将超过上述速率阈值，以使流对可能的外部干扰(诸如，可能改
变其轨迹的气团(masses of air)的位移)不那么敏感。
96.另外，第一压电致动器20被驱动，以便以电子可控的方式扰动离开喷嘴240的液体流。
97.特别地，如果我们通过流的初始条件表示当压力p等于p0时在喷嘴240的出口处出现的压力和速度的条件，则获得以下内容。每当生成电压v(t)的脉冲时，伴随着随之而来的压力p(t)的脉冲，在喷嘴240的出口处的流会经历初始加速(由于压力相对于初始条件的临时增加)，并且会经历随后的减速(由于压力相对于初始条件的随后减小)。这些速度的变化导致流的中断。特别地，如图7中图示的，加速和减速的序列引起扩大部分800的形成，该扩大部分跟随液体801的第一连续部分，并且在一定距离处跟随有液体802的随后的第二连续部分。实际上，扩大部分800是液体的一部分，该液体的一部分在喷嘴240的出口处并且在垂直于从喷嘴240喷射的方向(例如，与重力方向一致)的方向上具有面积大于液体801的第一连续部分的面积的截面。为了防止空气渗透到喷嘴240中，可以迫使压力p
min
高于大气压。
98.更详细地，图8从左到右示出了液体801的第一连续部分最初如何(从左开始的前三张照片)从喷嘴240离开。如可以在第四张照片中看到的，在第三照片和第四照片之间出现电压v(t)的第一脉冲之后，扩大部分800从喷嘴240离开，在一定距离处跟随有液体802的第二连续部分。此外，如可以从第四张照片到第九张照片看到的，在液体801的第一连续部分和扩大部分800朝着打印介质(在图8中不可见)行进时，它们趋于形成球形形状(即，形成第一液滴，其在第八张照片和第九张照片中由803指定)，以最小化表面张力。包含在第一液滴803中的液体的量取决于在电压v(t)的第一脉冲与紧接在前的脉冲(在图8中不可见)之间已经过去了多长时间；在下文中，假设已经过去了时间t1。
99.在第四张照片和第五张照片之间存在电压v(t)的第二脉冲，以便在液体802的第二连续部分结束时创建对应的扩大部分804，在一定距离处跟随有液体805的第三连续部分。如可以从第五张照片到第十一张照片看到的，随着液体802的第二连续部分和相应的扩大部分804朝向打印介质前进，它们趋于形成对应的球形形状(即，形成第二液滴，其在从第七张照片到第十一张照片中由805指定)。包含在第二液滴805中的液体的量取决于电压v(t)的第一脉冲和第二脉冲之间已经经过多长时间；在下文中，假设已经经过t2时间，t2＜t1。因此，第二液滴805具有小于第一液滴805的体积和质量的体积和质量。
100.如可以在图8中再次看到的，仅作为示例，假设在电压v(t)的第二脉冲之后，生成了随后的脉冲，这些脉冲在时间上与前面的脉冲间隔t2
‑
t1的距离，以便在随后的脉冲中断出现之前，引起大约等于第二液滴805的另外四个液滴(分别由806、807、808、809指定)的生成。
101.实际上，图8示出了如何通过变化电压v(t)的一个脉冲与下一个脉冲之间经过的时间段来调制液滴的大小。
102.因此，以本身已知的方式，可以根据液滴本身的大小以不同的方式对上述液滴中的每个液滴进行路由(routed)。
103.换句话说，可以以不同于第二液滴805的方式来路由第一液滴803，第二液滴805可以以与四个液滴806
‑
809相同的方式被路由。
104.例如，将注意力限制于第一和第二液滴803、805，可以将第二液滴805向再循环系统(未图示)引导，该再循环系统适于将液体再次引导到盆299中，而可以将第一液滴803向
要打印的介质1000引导，如图7中所图示的。
105.路由可以通过选择性路由系统999(在图7中图示)以本身已知的方式而被实施，例如，诸如选择性路由系统999可以被控制，以便在需要时激活正交于液滴的喷射方向的空气流或静电偏转系统。
106.如前所述，参考腔室4、第一压电致动器20、供应通道40和喷嘴240所描述的内容也适用于第一单元间腔室ic1、第一单元间压电致动器a1、第一单元间供应通道ch1和第一单元间喷嘴u1，也同样适用于第二单元间腔室ic2、第二单元间压电致动器a2、第二单元间供应通道ch2和第二单元间喷嘴u2。此外，可以彼此独立地驱动第一压电致动器20以及第一单元间压电致动器和第二单元间压电致动器a1、a2。
107.此外，例如在图9中图示的变型是可能的，其中由902指定的每个单元包括一对压电致动器(仅示出了其对应的压电区域，都由924指定)，该一对压电致动器操作地耦合到腔室(由904指定)，并且因此也操作地耦合到供应通道(在图9中不可见)和喷嘴(以虚线图示并且由940指定)。在每个单元902中，没有第二压电致动器和第三压电致动器50、60。此外，单元902没第一底部凹槽和第二底部凹槽42、44、没有第一中间凹槽和第二中间凹槽242、244并且没有第一和第二顶部凹槽342、344。在不暗示任何一般性的损失的情况下，单元902的布置不会产生任何单元间腔室或任何单元间供应通道或任何单元间喷嘴。
108.更详细地，两个压电致动器920覆盖中间结构5的对应部分(在图9中不可见)，该对应部分形成了对应的膜部分并且例如利用相同的电信号同步地管控。
109.如图10中图示的，类似的实施例也是可能的，其中由1002指定的每个单元包括一对腔室(分别由1004和1004’指定)，每个腔室操作地耦合到对应的压电致动器(仅图示了其对应的压电区域，分别由1024和1024’指定)、对应的供应通道(在图10中不可见)以及对应的喷嘴(以虚线表示并且分别由1240和1240’指定)。
110.出于实用目的，微流体设备1可以被并入在任何打印机中，如例如在图11中所图示的。
111.详细地，图11示出了打印机500，其包括微处理器510、与微处理器510通信地耦合的存储器540、打印头550和被配置为驱动打印头550的电机530。打印头550可以由一个或多个微流体设备1形成。微处理器510耦合到打印头550和电机530，并且被配置为协调打印头550的移动(由电机530驱动)并且引起由打印头550进行的液滴(例如，油墨)的喷射，从而控制微流体设备1的单元2的压电致动器。
112.除非另外指定，否则可以参考与单个单元2的制造有关的细节，通过以下描述的过程来制造微流体设备1。
113.首先，如图12中图示的，布置第一半导体晶片1500，其包括形成半导体主体3的半导体衬底，在其上依次布置第一电介质层6、半导体层8和第二电介质层10。为了简单起见，图12以及随后的图13和图14指的是图1中图示的微流体设备1的相同部分。
114.接下来，如图13中所示，以本身已知的方式形成第一压电致动器20以及第一单元间间压电致动器和第二单元间间压电致动器a1、a2(后两个致动器在图12中不可见)，以及第一保护晶片层和第二保护晶片层12、14，其覆盖第一压电致动器20以及第一单元间压电致动器和第二单元间压电致动器a1、a2。
115.接下来，如图14中图示的，实施干式等离子体蚀刻，以使得能够选择性地移除第一
保护层和第二保护层12、14的一部分、第一和第二电介质层6、10的一部分和半导体层8的一部分，以便形成供应通道40(特别地，供应通道40的前部，其延伸穿过第一保护层和第二保护层12、14、第二电介质层10和半导体层8)并且形成第一单元间供应通道和第二单元间供应通道ch1、ch2(后两个通道在图14中不可见)。
116.接下来，如图15中图示的，布置第二半导体晶片2000，其包括相应的半导体衬底2203，半导体衬底2203的主表面分别由例如氧化物的顶部电介质涂层2204和底部电介质涂层2205涂覆。
117.接下来，如图16中图示的，连续实施三个不同的蚀刻。特别地，尽管未详细示出，但是干式第一等离子体蚀刻使得能够选择性地移除顶部电介质涂层2204的横向间隔开并且分开的两个部分，并且使得能够选择性地移除顶部电介质涂层2204的介于两个横向间隔开的部分之间的另外的中心部分。也是干式等离子体蚀刻的第二蚀刻使得能够选择性地移除布置在顶部电介质涂层2204的上述中心部分下方的半导体衬底2203的一部分，以便形成第一初步腔体2240，第一初步腔体2240正好穿过顶部电介质涂层2204和半导体衬底2203，以便露出底部电介质涂层2205的一部分。第一初步腔体2240被设计成形成喷嘴240。顶部电介质涂层2204的其余部分形成顶部电介质区域204。也是定时干式等离子蚀刻的第三蚀刻使得能够选择性地移除布置在顶部电介质涂层2204的上述两个横向间隔开的部分下方的半导体衬底2203的部分，以便形成第一腔体和第二腔体207、217。
118.此外，参考图16描述的操作使得能够与第一初步腔体2240一起形成另外一对初步腔体(未图示)，该一对初步腔体被设计成分别形成第一单元间喷嘴和第二单元间喷嘴u1、u2。
119.接下来，如图17中图示的，第一半导体晶片和第二半导体晶片1500、2000经由粘合层206的插入而耦合在一起，粘合层206最初地布置在第二半导体晶片2000上。特别地，进行耦合以使第一腔体207覆盖第一压电致动器20，而第二腔体210覆盖第一单元间压电致动器和第二单元间压电致动器a1、a2(在图17中不可见)。而且，第一初步腔体2240与供应通道40连通。同样地，尽管未示出，上述一对初步腔体中的腔体分别与第一单元间喷嘴和第二单元间喷嘴u1、u2连通。
120.接下来，如图18中图示的，通过对底部电介质涂层2205和半导体衬底2203的下面部分的研磨来实施机械移除，使得半导体衬底2203的其余部分形成顶部半导体区域202；此外，以该方式，初步腔体2240向上开口，从而形成喷嘴240。
121.接下来，如图19中图示的，从背面实施蚀刻，以使得能够选择性地移除半导体主体3的一部分，以便形成腔室4，并且形成第一单元间腔室和第二单元间腔室ic1、ic2(尽管在图19中不可见)。以使得腔室4以及第一单元间腔室和第二单元间腔室ic1、ic2沿着z轴具有均匀的轮廓并且完全穿过半导体本体3的方式发生该蚀刻。
122.接下来，如图20中图示的，实施干式等离子体蚀刻，以选择性地移除第一电介质层6的介于供应通道40的前部和腔室4之间的一部分，以使它们连通。实际上，该蚀刻使得能够形成供应通道40的延伸穿过第一电介质层6的一部分。
123.即使未示出，上述蚀刻也使得能够移除第一电介质层6的分别介于第一单元间供应通道和第二单元间供应通道ch1、ch2与第一单元间腔室和第二单元间腔室ic1、ic2之间的部分。
124.然后，制造过程可以以本身已知的方式进行，并且可以包括例如所谓的切割操作。
125.最后，清楚的是，在不脱离如所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，可以对本文描述和图示的微流体设备以及制造过程进行修改和变化。
126.例如，所提及的材料可以由具有类似化学/物理和/或机械性质的其他材料代替。
127.此外，致动器、腔室、供应通道和喷嘴的几何形状和布置可以相对于本文中所描述的变化。
128.特别地，在涉及腔室4和单元间腔室ic1、ic2的尺寸方面，该尺寸可以比在“按需滴落”设备的情况下大得多，在“按需滴落”设备中必须腔室的尺寸必须被减小，以允许在包括每个膜和相应的腔室的机电系统的共振条件中驱动；特别地，在后一种情况中，腔室的尺寸必须与相应的入口和出口的尺寸严格相关。相反，腔室4和单元间腔室ic1、ic2的中的每个腔室的体积可以被包括在0.008mm3至0.01mm3的范围内；并且此外，腔室4和单元间腔室ic1、ic2中的每个腔室的沿z轴的高度可以大于300μm。
129.此外，制造步骤中的一些制造步骤在其执行顺序方面可以有所不同。