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本发明提供一种喷射装置，其包括：一流体腔，其内具有一流体；一喷墨孔，流通于该流体腔，该流体腔内的流体经由该喷墨孔喷出至该流体腔外；一致动器，设置于该流体腔且约略邻近于该喷墨孔，用来使该流体经由该喷墨孔喷出至该流体腔外；一金属层，设于该流体腔上；以及一导电通道，连接于该金属层及接地点之间。

1、  一种喷射装置，其包括：
一流体腔，其内具有一流体；
一喷墨孔，流通于该流体腔，该流体腔内的流体经由该喷墨孔喷出至该流体腔外；
一致动器，设置于该流体腔且约略邻近于该喷墨孔，用来使该流体经由该喷墨孔喷出至该流体腔外；
一金属层，设于该流体腔上；以及
一导电通道，连接于该金属层及接地点之间。

2、  如权利要求1所述的喷射装置，其中该致动器包括一第一致动构件及一第二致动构件，用来先后产生一第一气泡及一第二气泡。

3、  如权利要求2所述的喷射装置，其中该第一致动构件的截面积小于该第二致动构件的截面积。

4、  如权利要求1所述的喷射装置，其还包括一岐管，连接于该流体腔与一流体槽之间，该流体由该流体槽流至该流体腔。

5、  如权利要求1所述的喷射装置，其还包括一驱动电路，电连接于该致动器，用来控制该致动器的运作，而该驱动电路的一端与该致动器藉由一导电线路来连接。

6、  如权利要求5所述的喷射装置，其中该导电线路的材料选自于铝、金、铜、钨及铝硅铜合金所构成族群中的任一者。

7、  如权利要求5所述的喷射装置，其中该驱动电路为金氧半场效应晶体管、双极晶体管、JFET晶体管或P-N二极管。

8、  如权利要求1所述的喷射装置，其中该导电通道的材料选自于金及镍所构成族群中的任一者。

9、  如权利要求1所述的喷射装置，其还包括一金氧半场效应晶体管，藉由一导电线路电连接于该金氧半场效应晶体管及该致动器。

喷射装置
技术领域
本发明涉及一种喷墨印表头，特别是涉及一种喷墨印表头内的喷射装置(microinjector)。
背景技术
近年来，用来喷出如汽油、墨水、化学溶液或其它流体物质的喷射装置已被广泛地运用于喷墨打印机的喷墨印表头等设备中。随着喷射装置的可靠度(reliability)的不断提升、成本的大幅降低、以及兼具高频率(frequency)与高空间分辨率(spatial resolution)的高品质液滴的相继问市，喷射装置的用途也日趋广泛。举例来说，喷射装置可用于燃料喷射系统(fuel injection system)、细胞分类(cell sorting)、药物释放系统(drug delivery system)、喷印光刻技术(print lithography)及微喷射推进系统(micro jet propulsion system)等各类不同的领域。
请参阅图1，图1为现有一喷射装置10的第一示意图，喷射装置10揭露于美国专利字号第6,102,530号，名为“Apparatus and method for usingbubbles as virtual value in microinjector to eject fluid”的专利中。喷墨装置10包括一流体腔(chamber)12、一连接于流体腔12的岐管(manifold)14、一喷墨孔(orifice)16、一第一加热器18、一第二加热器20、及一二氧化硅层(未显示)。第一加热器18及第二加热器20分列于喷墨孔16的两侧且连接于一共同电极(common electrode，未显示)，以分别产生一第一气泡22及一第二气泡24。喷射装置10的流体腔12及岐管14中皆被注入墨水(如图1中的虚线所示)。
由图1中可看出，第一加热器18的截面积小于第二加热器20的截面积，亦即第一加热器18的功率高于第二加热器20的功率。如此一来，在该共同电极所产生的同一电压的驱动下，第一加热器18就会于第二产生器20产生第二气泡24前，先行在流体腔12及岐管14之间产生第一气泡22，如图1中所示的第一气泡22的体积大于第二气泡24的体积。
当第一气泡22的体积大到足以阻止岐管14中的墨水流至流体腔12(第一气泡22可产生类似一气阀的功能，以减小喷射装置10的流体腔12受到一扰流效应(cross talk)的影响，该扰流效应存在于流体腔12及相邻于流体腔12的其它流体腔之间)，受第二加热器20的驱动而体积渐大的第二气泡24就会将流体腔12中的墨水喷至喷墨孔16外。
请参阅图2，图2为现有喷射装置10的第二示意图。当第二气泡24的体积大到接触至第一气泡22时，互相接触的第一气泡22及第二气泡24可防止位于相对于喷墨孔16的区域26中的墨水不致被喷至喷墨孔16外，也就是，可防止卫星墨滴(satellites droplet)的产生。
在流体腔12中的墨水同时受到第一气泡20及第二气泡22的挤压被喷至喷墨孔16外后，该共同电极随即停止驱动第一加热器18及第二加热器20，如此一来，第一气泡22及第二气泡24皆会渐渐缩小，而岐管14中的墨水也会再度充满整个流体腔12。
请参阅图3，图3为现有一用来被蚀刻成喷射装置10的硅晶片30的示意图。硅晶片30包括一作为一流体腔牺牲层(sacrificial layer)的磷硅玻璃(phosphosilicate-glass，PSG)32及一可制成流体腔12的上表面的低应力(lowstress)氮化硅(silicon nitride)34。在硅晶片30的体蚀刻(bulk etching)过程里，硅晶片30长时间地蚀刻于一KOH蚀刻液中、而硅晶片30内的牺牲层32则蚀刻于一HF蚀刻液。实验结果显示，以低应力的氮化硅34所制成的流体腔12的上表面非常容易破裂(crack)，致使该KOH蚀刻液侵蚀到硅晶片30的表面，而造成硅晶片30的成品率(yield rate)下降或甚至造成硅晶片30的损坏(damage)。
而实验结果亦显示，被电铸了一层如金(Au)或镍(Ni)等金属的金属板的氮化硅34，不仅硬度较强、而且还额外增加了散热的功能，因而使得喷射装置10的后段工艺(包括歧管14、及喷墨孔16等的蚀刻过程)的成品率大幅提高，并从而降低成本。
喷射装置10中，该二氧化硅层的介电常数(dielectric constant)约为3.9～4.5，厚度约为0.5um，而氮化硅34的介电常数约为6～8，厚度约为0.5um，因此，覆盖于氮化硅34上的金属板所具有的大面积所对应寄生电容值(parasitic capacitance)相当大，以致于会累积的可观的电荷。这些累积于该金属板上的电荷非常容易耦合(coupling)至氮化硅34下方的电路，造成驱动喷射装置10运作的方波电流的波形不够完美，而出现类似于鲨鱼背鳍(shark-fin)形状的突波波形(overshoot waveform)，如图4所示。该突波波形地电流会造成喷墨装置10中的MOS晶体管或第一加热器18及第二加热器20相继烧毁的窘境。最后，过大的寄生电容值也会增大RC值，进而影响信号传递的延迟(delay)而必须降低驱动频率，牺牲掉打印的速度。
发明内容
因此本发明的主要目的在于提供一种不仅包括一金属板，且还包括一导电通道的喷射装置，该导电通道可将该金属板接地，以消除该金属板上的寄生电容。
根据本发明，揭露一种喷射装置，其包括一其内具有一流体的流体腔、以及一流通于该流体腔的喷墨孔，该流体腔内的流体经由该喷墨孔流出至该流体腔外。该喷射装置还包括一设置于该流体腔且约略邻近于该喷墨孔、用来使该流体经由该喷墨孔喷出至该流体腔外的致动器、一设于该流体腔上的金属层、以及一连接于该金属层及接地点之间的导电通道。
由于本发明的喷射装置不仅包括一导电通道，且还包括一可将该导电通道接地的金属板，因此该金属板上不会有寄生电容的产生。除此之外，大面积的金属板，连同一硅基底，可提供该喷射装置额外的屏蔽效应(shieldingeffect)及优选的热辐射(heat radiation)效能。
附图说明
图1为现有一喷射装置的第一示意图。
图2为图1所显示的喷射装置的第二示意图。
图3为现有一用来被蚀刻成图1所显示的喷射装置的硅晶片的示意图。
图4为于图1所显示的喷射装置中的金属板所量得的电流波形图。
图5为本发明一喷射装置的优选实施例的剖面图。
图6为图5所显示的喷射装置中一致动器的等效电路图。
图7为于图5所显示的喷射装置中的金属板所量得的电流波形图。
简单符号说明
10、50  喷墨装置             12、54  流体腔
14、56  岐管                 16、60  喷墨孔
18、62  第一加热器           20、64  第二加热器
30      硅晶片                       32  流体腔牺牲层
34、58  低应力氮化硅                 52  硅基底
66      P井掺杂区                    68  场氧化层
70      MOSFET                       72  第一二氧化硅层
74      第二二氧化硅层               76  氮化硅层
78      金属衬垫                     80  金属层
82     P⁺离子注入                  84  保护层开孔
86      通道                         88  金属板
90      漏极                         92  源极
94      多晶硅栅极
具体实施方式
请参阅图5，图5为本发明一喷射装置50的优选实施例的剖面图。喷射装置50包括一硅基底(silicon substrate)52、一设置于硅基底52上的流体腔54、一连接于流体腔54与一流体槽(流体腔54内所装载的流体由该流体槽流至流体腔54)间的岐管56、一设于流体腔54的上表面的低应力氮化硅58、一流通于流体腔54的喷墨孔60、二设置于氮化硅58上且分列于喷墨孔60两侧(设置于流体腔54且约略邻近于喷墨孔60)的第一加热器62及第二加热器64、一P井掺杂区(P-well doped region)66、一场氧化层(field oxide)68、一设置于P井掺杂区66上用来控制第一加热器62及第二加热器64运作的金属氧化半导体场效应晶体管(MOSFET)70、二包覆于第一加热器62及第二加热器64上的第一二氧化硅层(SiO₂ layer)72及第二二氧化硅层74、一覆盖于第二二氧化硅层74上的氮化硅层(Si_xN_y)76、一金属衬垫(pad)78、一连接于第一加热器62及第二加热器64与金属衬垫78间的金属层(metalconnector)80、一形成于金属层80上用来将第一加热器62及第二加热器64连接至金属衬垫78的第一金属连接器(未显示)、一设置于MOSFET 70旁作为一用来吸收运作于一高电场下的MOSFET70所冲撞出来的电穴的防护墙(guard ring)的P⁺离子注入(implant)82、一覆盖于氮化硅层76上的金属板(metal plate)88、一设置金属板88与P⁺离子注入82重叠(overlap)处的保护层开孔(Passivation opening)84、及一将保护层开孔84连接至P⁺离子注入82的通道(hole)86。
在本发明的优选实施例中，流体腔54内装载有流体，该流体可经由喷墨孔60喷出至流体腔54外。此外，第一加热器62的截面积小于第二加热器64的截面积，亦即第一加热器62的功率高于第二加热器64的功率，所以，在第一加热器62产生一第一气泡过后，第二加热器64方产生一第二气泡。
请参阅图6，图6为本发明的喷射装置50中一致动器的等效电路图，该致动器包括第一加热器62(一第一致动构件)及第二加热器64(一第二致动构件)。该第一金属连接器依序将金属衬垫78、第二加热器64、第一加热器62及MOSFET 70接地。
MOSFET 70包括一连接于一电力线(power line，未显示)漏极90(lightly-doped drain或double-diffused drain)、一源极(source implant)92、及一连接于一地址线(address line，未显示)的多晶硅栅极(poly-silicon gate)94。MOSFET 70亦可为一bipolar晶体管、JFET晶体管或P-N二极管。金属层(导电线路)80可由铝(Aluminum)、金(Gold)、铜(Copper)、钨(Tungsten)及铝硅铜合金(Alloys of Al-Si-Cu)所构成族群中的任一者所制成。
喷射装置50还包括一形成于金属层80上的第二金属连接器，该第二金属连接器依序将金属板88、P⁺离子注入82、及MOSFET 70的源极92接地。驱动电路70还可包括双极晶体管、JFET晶体管、或二极管以取代MOSFET。
喷射装置50的P⁺离子注入82将其所吸收的电穴透过金属层80传送至接地点，以将MOSFET 70与噪声(noise)隔离。在制作保护层开孔84的过程中，金属层80上方的第二二氧化硅层74以及氮化硅层76会被蚀刻掉，如此一来，由金(Au)或镍(Ni)等金属所电铸而成的金属板(导电通道)88就会先短路(short circuit)于金属层80，然后再经由通道86短路至接地点，以形成一接地板(ground plate)。
喷射装置50的运作过程说明如下：当喷射装置50被选定时，该地址线会开启MOSFET 70，金属衬垫78会将外部所供给的电压信号送到此喷墨头内，此时，电流会由金属衬垫78进入，先经由金属层80流至第一加热器62及第二加热器64，再经由开启的MOSFET 70的漏极90流至源极92，最后流至接地点，以完成加热第一加热器62及第二加热器64的动作。此时，储存于流体腔54内的墨水会因第一加热器62及第二加热器64的加热，分别产生一第一气泡及一第二气泡，以将一墨滴经由喷墨孔60喷至流体腔54外。
相较于现有喷墨装置，本发明喷墨装置50包括金属板88、保护层开孔84及通道86，可将累积于金属板88上的寄生电荷传导至接地点。喷射装置50至少具有下列优点：
(1)由于包覆于第一加热器62及第二加热器64上的第一二氧化硅层72的热传导系数约仅为1.4W/mK、导热效果极差，而金属板88(若其由金所电铸而成)的热传导系数约为318W/mK、与热传导系数约为160W/mK的硅基底52一样皆具有良好的导热能力，因此，喷射装置50中，位于最上层的金属板88与位于最下层的硅基底52经由金属层80(热传导系数约为235W/mK)所形成的散热桩(保护层开孔84+通道86)相连通，可有效地吸收第一加热器62及第二加热器64于运作时所产生的位于喷射装置50(芯片)内部的高温，从而提高喷射装置50的打印速度；
(2)电铸于低应力氮化硅58上的金属板88可增加氮化硅58的强度；以及
(3)将金属板88透过金属层80短路至MOSFET 70的接地点(亦即P⁺离子注入82)的方式，所形成的上、下两片大接地板(large ground plate)不仅可有效地将喷射装置50中的电路隔离于外界噪声(noise)的干扰(shieldingeffect)，并且可消除寄生于金属板88的电容效应，以使驱动第一加热器62及第二加热器64的方波电流(perfect square waveform)的波形更加完美，并从而提升喷射装置50的打印品质、打印速度及其本身的寿命(lifetime)。
上述的喷墨装置50不仅可应用于单色打印机或彩色打印机中的喷墨头上，喷射装置50尚可应用于燃料喷射系统、细胞分类、药物释放系统、喷印光刻技术、微喷射推进系统等其它不同领域。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。