喷嘴板制造方法
喷嘴板制造方法
【专利摘要】提供了一种提高喷嘴板制造过程的成品率的方法，该方法包括：确定喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于喷嘴的预定尺寸或尺寸范围的变化，已经使用多个心轴来制造喷嘴板中的喷嘴，每个心轴限定喷嘴板中的相应喷嘴；以及确定对多个心轴中的一个或多个心轴的尺寸的修改，以补偿已确定的在喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化。还提供了一种制造喷嘴板的方法，该方法包括：使用在基板上的多个心轴来制造具有多个喷嘴的喷嘴板，每个心轴限定喷嘴板中的相应喷嘴，多个心轴中的心轴具有不同的尺寸以补偿制造过程中的局部变化，而该局部变化将导致喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于预定的尺寸或尺寸范围的局部变化。
【专利说明】喷嘴板制造
发明领域
[0001]本发明涉及将存储在其中的液体雾化成细小微滴的雾化器的喷嘴板，特别是涉及改进喷嘴板制造过程的成品率的方法、实施该方法的设备、制造喷嘴板的方法以及根据该方法制造的喷嘴板。
【背景技术】
[0002]雾化器(它们有时也被称为喷雾器)是从液体产生细小喷雾或气溶胶的装置。喷雾器特别有用的应用是提供含有溶解的或悬浮的微粒药物的细小喷雾以通过吸入来向患者给药。
[0003]压网基雾化器常用于在这样的药物输送装置中产生气溶胶，由此压电元件使液体或网或喷嘴板振动产生细小的气溶胶喷雾。在后者的情况下，分配在喷嘴板上的微滴通过压电元件振动以生成喷雾。
[0004]图1显示了一个示例性的雾化器2。雾化器2包括具有入口 6和出口 8的主体4，所述入口 6和出口 8配置成使得当雾化器2的使用者通过出口 8吸气时，空气被经由入口6和出口 8抽入并穿过雾化器2并进入使用者的身体。出口 8典型地设置成吹嘴或者面罩或鼻罩的形式，或者设置成适于连接到单独的可更换吹嘴或者面罩或鼻罩的形式。
[0005]雾化器2包括在入口 6和出口 8之间的储液腔10，用于存储将要被雾化(即变成细雾或喷雾)的液体12 (例如药物或药品)。雾化器2被配置成使得，当使用者吸气以向使用者输送一定剂量的药物或药品时，雾化液体12的细小微滴与通过雾化器2抽入的空气相结
八
口 ο
[0006]设置用于搅拌或振动存储在储液腔10中的液体12的诸如压电元件的致动器14以及用于在液体12振动时雾化液体12的喷嘴板16。
[0007]喷嘴板16通常是具有多个小孔的网或膜的形式或者少量的液体可通过其中的喷嘴的形式。
[0008]为了使特定药物在吸入时治疗有效，药物的气溶胶微滴的尺寸必须在很窄的治疗范围内。这种窄的范围要求在喷嘴板16的表面上产生的微滴尺寸基本均匀。微滴的尺寸由在喷嘴板16中的喷嘴的尺寸决定。在理想的情况下，在喷嘴板16中的每个喷嘴应具有相同的尺寸。因此，喷嘴的尺寸具有非常细小的公差。通常情况下，对于喷嘴来说理想的是具有2.5 μ m的直径，其中公差为+/-0.25 μ m。在典型的喷嘴板16中可以有大约5000个喷嘴。
[0009]图2是示出根据传统的制造过程来制造喷嘴板16的图。通过使材料18 (如金属)围绕多个心轴22 (在图2中仅示出了其中的一个)沉积在基板20上或在基板20上生长来制造喷嘴板16。金属18被沉积在基板20上，直到它“溢过”每一心轴22’的顶部(“溢过”的部分被标记为18’和18’ ’ )并形成大致在心轴22的中间的喷嘴24。将心轴22和基板20移除，从而留下喷嘴板16。
[0010]可以看出，通过制造过程获得的喷嘴24的尺寸(直径d)取决于在心轴22的顶部上方的金属18的厚度t，因此，金属层18的生长相对于希望的量的小的变化可能会导致喷嘴24的尺寸大的变化。此外，金属层18在基板20上在喷嘴板16上以及还在多个喷嘴板16上的生长可能存在局部变化。
[0011]例如，如果金属层18在心轴22上的典型过度生长厚度t为30 μ m并且喷嘴24的目标直径为2.5 μ m，则局部厚度的2%的误差将导致喷嘴直径变化30 μ m的2%的两倍，即1.2μπι。这等同于喷嘴24的尺寸的相对误差为(1.2/2.5) =48%，这是不能接受的。事实上，在实践中很难实现局部厚度t仅仅2%的变化。
[0012]为了减轻这些困难，传统技术对加工条件施加精确的控制，并且试图对形成在基板上的所有喷嘴平衡这些条件。然而，即使使用这种精确的控制，喷嘴板制造过程的产品成品率只有10%左右。
[0013]因此，需要一种用于提高喷嘴板制造过程的成品率的方法和实施该方法的设备。
【发明内容】
[0014]根据本发明的第一方面，提供一种提高喷嘴板制造过程的成品率的方法，该方法包括:确定喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于喷嘴的预定的尺寸或尺寸范围的变化，已经使用多个心轴来制造喷嘴板中的喷嘴，每个心轴限定喷嘴板中的相应喷嘴；以及确定对多个心轴中的一个或多个心轴的尺寸的修改，以补偿已确定的在喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化。
[0015]在一个实施例中，确定修改的步骤包括:增大限定具有小于预定的尺寸或尺寸范围的尺寸的喷嘴的心轴的尺寸，以及减小限定具有大于预定的尺寸或尺寸范围的尺寸的喷嘴的心轴的尺寸。
[0016]在一个实施例中，确定修改的步骤包括:将增大或减小心轴的尺寸的量确定为与喷嘴板中的相应喷嘴不同于喷嘴的预定的尺寸或尺寸范围的量相对应的量。
[0017]在一个实施例中，在喷嘴板制造过程中，使用掩模在基板上形成心轴，并且确定修改的步骤包括:确定对用于形成心轴的掩模的修改。
[0018]在该实施例中，确定修改的步骤可以包括确定对掩模的与有关心轴相对应的区域的修改。
[0019]在一些实施例中，确定喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化的步骤包括:用光照射喷嘴板；检测穿过喷嘴板中的一个或多个喷嘴传输的光；以及分析检测到的光以确定一个或多个喷嘴的尺寸。
[0020]在这些实施例中，检测步骤可以包括检测穿过喷嘴板中的多个喷嘴传输的光，所述多个喷嘴分布在喷嘴板上；并且其中所述分析检测到的光的步骤包括:分析针对多个喷嘴中的每一个检测的光，以确定在喷嘴板上的多个喷嘴的尺寸的变化。
[0021]优选地，所述方法进一步包括使用在基板上的多个心轴来制造具有多个喷嘴的喷嘴板的步骤，所述多个心轴中的心轴具有在确定修改的步骤中确定的尺寸。
[0022]根据本发明的第二方面，提供一种制造喷嘴板的方法，该方法包括:使用在基板上的多个心轴来制造具有多个喷嘴的喷嘴板，每个心轴限定喷嘴板中的相应喷嘴，多个心轴中的心轴具有不同的尺寸以补偿制造过程中的局部变化，而该局部变化将导致喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于预定的尺寸或尺寸范围的局部变化。
[0023]在一个实施例中，心轴具有较大的尺寸，以补偿制造过程中将导致由此限定的喷嘴的尺寸小于预定的尺寸或尺寸范围的局部变化，并且心轴具有较小的尺寸，以补偿制造过程中将导致由此限定的喷嘴的尺寸大于预定的尺寸或尺寸范围的局部变化。
[0024]在一个实施例中，根据由此限定的喷嘴板中的相应喷嘴将不同于喷嘴的预定的尺寸或尺寸范围的量来确定心轴的尺寸。
[0025]优选地，制造喷嘴板的步骤包括围绕心轴在基板上沉积材料，并且其中制造过程中的局部变化包括心轴周围的材料的厚度的局部变化。
[0026]根据本发明的第三方面，提供一种根据上述的任何方法制造的喷嘴板。
[0027]根据本发明的第四方面，提供一种用于提高喷嘴板制造过程的成品率的设备，所述设备包括用于确定所制造的喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于预定的尺寸或尺寸范围的变化的装置，已经使用多个心轴来制造喷嘴板中的喷嘴，每个心轴限定喷嘴板中的相应喷嘴；以及用于确定对多个心轴中的一个或多个心轴的尺寸的修改以补偿已确定的在喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化的装置。
[0028]根据本发明的设备的特定实施例提供用于实施上述的方法步骤的装置。
[0029]本发明的第五方面提供一种计算机程序产品，包括包含其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置成使得在通过适当的计算机或处理器执行时，计算机或处理器执行以下步骤:确定所制造的喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于预定的尺寸或尺寸范围的变化，已经使用多个心轴来制造喷嘴板中的喷嘴，每个心轴限定喷嘴板中的相应喷嘴；以及确定对多个心轴中的一个或多个心轴的尺寸的修改，以补偿已确定的在喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化。
[0030]根据本发明的计算机程序产品的特定实施例提供被配置为实施该方法步骤和/或控制上述的设备的另外的代码。
[0031]本发明的第六方面提供了一种确定喷嘴板上的喷嘴尺寸的变化的方法，该方法包括:用光照射喷嘴板；检测穿过喷嘴板中的多个喷嘴传输的光；以及分析检测到的光以确定喷嘴板上的喷嘴的尺寸的变化。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]现在将仅通过示例的方式参考以下附图描述本发明的示例性实施例，其中:
[0033]图1是包括喷嘴板的示例性雾化器的框图；
[0034]图2是通过心轴在喷嘴板中形成的喷嘴的横截面图；
[0035]图3是示出根据本发明的一个实施例的方法中的步骤的流程图；
[0036]图4A、4B、4C、4D和4E示出了制造喷嘴板的过程；
[0037]图5示出了用于测量所制造的喷嘴板中的一个或多个喷嘴的尺寸的设备；
[0038]图6是示出了用于测量所制造的喷嘴板中的一个或多个喷嘴的尺寸的方法的流程图；
[0039]图7是示出了通过使用图5的设备来测量在基板上的三个相邻的喷嘴板上的喷嘴的尺寸而获得的结果；
[0040]图8A是示出了在图3的步骤105中制造的喷嘴板的图；以及
[0041]图8B是示出了在图3的步骤111中制造的根据本发明的喷嘴板的图。【具体实施方式】
[0042]如上所述，在传统的喷嘴板制造过程中，对加工条件施加精确控制，以便努力平衡形成在基板上的所有喷嘴的这些条件。然而，如上所示，即使是金属层18的厚度t相对于所希望的厚度的变化为2%或喷嘴板的厚度的变化为2% (其在实践中本身是难以实现的)也将导致喷嘴尺寸的不可接受的变化。在这些传统方法中，在单次过程中，用于形成每个喷嘴24的心轴22在制造于基板20上的喷嘴板16以及所有喷嘴板16上是尺寸均匀的。
[0043]然而，本发明人已经认识到，调整或修改用于形成喷嘴24的心轴22的尺寸以说明金属层18生长或沉积时的局部变化是解决喷嘴板制造过程的低成品率的问题的更有效的方式。特别地，在本发明的优选实施例中，使用光刻技术来形成心轴22，这意味着对光刻掩模的多个部分进行微米级的修改并因此调整所得到的心轴22的尺寸以便产生在所需尺寸范围内的喷嘴24是相对容易的。
[0044]现在将参照在图3中的流程图和图4A-E中的插图描述根据本发明的方法。
[0045]在步骤101中，生成掩模用于在基板20上形成多个心轴22时使用。心轴22大致为圆形的(在基板20的平面内)，因此，掩模包括以适当的图案布置以形成喷嘴板16的相应多个大致圆形的孔。在制造过程的这个阶段中，掩模中的所有孔优选是相同的尺寸，其中根据喷嘴24的希望的尺寸以及在喷嘴板制造过程中金属层18的过度生长的量来确定孔的尺寸。
[0046]例如，当希望制造具有直径为2.5 μ m的喷嘴24的喷嘴板16且金属层18在心轴22上的过度生长的厚度t为30 μ m时，可以从图2看到，需要直径为62.5 μ m的心轴22。因此，掩模在希望心轴22并因此喷嘴24在基板20上的位置的每一个点处限定直径为62.5 μ m的孔。
[0047]掩模优选是光刻掩模，并且用于在光刻过程中为在特定的基板20上的单个或多个喷嘴板16制造心轴22。通常情况下，喷嘴板16包括大约5000个单独的喷嘴24，因此，掩模将包含限定每个喷嘴板16的相应数目的孔。掩模可以被定义为计算机文件，然后使用本领域中已知的技术进行制造。
[0048]在步骤103中，掩模被用来在基板20上所希望的位置制造心轴22。还在图4A中示出针对在基板上的单个心轴的此过程步骤。在掩模(在图4A中表示为32)是光刻掩模时，步骤103包括将光致抗蚀剂层30施加到基板20上并使光穿过掩模32照到光致抗蚀剂层30上。然后使用显影剂流体去除光致抗蚀剂层30的一部分，心轴22是在施加显影剂流体之后光致抗蚀剂层30的残留在基板20上的多个部分。
[0049]心轴制造步骤的结果示于图4B。
[0050]然后，在步骤105中，通过在基板上围绕心轴22以及随后在心轴22上沉积或生长材料而在基板20上制造喷嘴板16。优选地，基板20是导电的或在心轴22所位于的一侧上具有导电涂层，并且在电铸过程中在基板20的导电侧沉积材料(金属)。心轴22是非导电的，所以金属18不直接沉积到心轴22上。金属18可以是，例如，钼、金、镍、镍-钯(NiPd)合金，铁-钯(FePd)合金或钴-钯(CoPd)合金。
[0051]图4C示出了在制造步骤105的过程中生长或沉积在基板20上的金属层18。
[0052]一旦在金属层18的厚度超过在基板20上的心轴22的高度，进一步沉积的金属18 “溢过”心轴22的顶部，如图4D所示。通过金属18的继续生长或沉积，在心轴22的中间形成喷嘴24，如图4E所示。金属板18形成喷嘴板16的结构。随后，使喷嘴板16 (金属层18)与基板20和心轴22分离。
[0053]返回到图3，一旦已在步骤105中制造了喷嘴板16 (或在基板20上的多个喷嘴板)，该方法来到测量在所制造的喷嘴板16上的喷嘴24的尺寸的变化的步骤107。
[0054]在一个实施例中，通过测量各个喷嘴24的直径和彼此比较测量结果来确定多个喷嘴24的尺寸的变化。测量结果也可以与参考值进行比较，以便使喷嘴24的尺寸的变化与喷嘴24的希望的喷嘴的尺寸或尺寸范围建立联系。在另一个实施例中，通过测量至少一个喷嘴24的直径或尺寸并将测得的尺寸与喷嘴24的希望的尺寸或尺寸范围进行比较来确定喷嘴24的尺寸的变化。例如，在喷嘴板16用于雾化用于吸入的液体时，希望的直径/尺寸可以是2.5 μ m，和/或希望的直径/尺寸的范围可以是2.25 μ m至2.75 μ m (BP2.5 μ m±0.25 μ m)。
[0055]在目前优选的实施例中，通过测量由喷嘴24传输光的量或强度(这取决于喷嘴24的面积)并比较测得的强度来确定多个喷嘴24的尺寸的变化。
[0056]因为已经发现在喷嘴板和多个喷嘴板上的喷嘴尺寸通常是一个渐进的变化，所以测量喷嘴板16中的喷嘴24的一个子集是足够的，其中那些被测量的喷嘴24分布在喷嘴板16上，以提供喷嘴尺寸变化的趋势的指示。在这种情况下，步骤107的结果可以是在喷嘴板16上的喷嘴尺寸的变化的指示，并且也可能是在同一制造批次的多个喷嘴板16上的喷嘴尺寸的变化的指示。
[0057]例如(以及如在下面参照图7进一步讨论的)，喷嘴板制造工艺可生产具有朝向圆形喷嘴板16的中间尺寸减小的喷嘴24的喷嘴板16。此外，在形成于基板20上的喷嘴板16上的喷嘴尺寸的变化可以具有一个总的趋势。因此，在优选的实施例中，对喷嘴板16中的喷嘴24的一个子集的尺寸进行测量，其中那些被测量的喷嘴24分布在喷嘴板16上，以给出喷嘴尺寸变化的趋势图。例如，可以在喷嘴板16的中间以及在喷嘴板16的外周周围的多个位置测量喷嘴24的尺寸。也可以对位于喷嘴板16的外周和中间之间的中间位置的喷嘴24进行测量。
[0058]图5示出用于测量在根据本发明的优选实施例所制造的喷嘴板16中的一个或多个喷嘴24的尺寸的设备40。在图6中示出了用于测量在一个或多个所制造的喷嘴板16上的喷嘴尺寸的变化的相应方法。
[0059]图5所示的喷嘴尺寸测量设备40包括朝向光检测器44发射光的光源42。光源42可以使用冷阴极荧光灯通过扩散器产生平的漫射光，但是可以使用其它类型的光源。光检测器44可以是数字照相机或其它适当的装置，例如电荷耦合器件(CCD)。
[0060]喷嘴板16 (或限定多个喷嘴板16的金属18)被放置在光源42和光检测器44之间，使得光检测器44可以测量通过喷嘴板16中的单个喷嘴24传输的光的量或强度。
[0061]喷嘴板或多个喷嘴板16可以被放置在x-y工作台46上，所述χ-y工作台是可控的以便在周围移动喷嘴板16，以实现对在喷嘴板16的不同部分中的喷嘴24进行测量。已经发现，从喷嘴板16的出射侧(在制造过程中与心轴22和基板20接触的一侧)成像对灰尘较不敏感，对喷嘴24的精确形状较不敏感，并且允许光探测器44产生具有较高对比度的图像。
[0062]设置控制器48，其接收来自光检测器44的输出信号，并使用x_y工作台46控制喷嘴板16的位置。从光检测器44输出的信号例如可以是一个8位像素的亮度值。控制器46还分析来自光检测器44的信号以确定所测量的喷嘴24的尺寸或相对尺寸。可以理解的是，测量由喷嘴24传输的光的量提供了喷嘴24的面积的指示，而不是其直径的直接测量结果。在一些实施例中，控制器48也可以负责创建代表掩模32的计算机文件。
[0063]另外的光学元件可以存在于本设备40中(图5中未示出)，例如可用于放大通过喷嘴板16传输的光的图像的放大元件(如显微镜)以及可以被用来限制由光源42发射的光仅仅到达处于测试的喷嘴板16的孔。
[0064]现在转向图6中的流程图，示出了测量在一个或多个所制造的喷嘴板16上的喷嘴尺寸的变化的方法。该方法开始于步骤121，其中利用来自光源42的光照亮喷嘴板16或喷嘴板16的一部分。通过喷嘴板16中的喷嘴24传输的光被光检测器44接收并被转换成输出到控制器48的信号。对喷嘴板16的多个不同区域重复步骤121和123。
[0065]在步骤125中，控制器48分析从光检测器44输出的信号，以确定所测量的喷嘴24的尺寸或相对尺寸。
[0066]为了识别由光检测器44输出的与喷嘴24对应的图像的区域，控制器48分析信号以找出具有在预定范围内的亮度值(例如在8位级别的10和255之间(其中O代表最低亮度值，而255代表最高亮度值))的像素(或优选连续的像素区域)。每个检测到的像素或像素区域应该对应于单个的喷嘴24。
[0067]如果发现喷嘴24传递了出乎意料地低的光量(精确的量被根据来自该光源42的光的放大水平和强度分类为’低’的)，则根据随后的分析可以丢弃与该喷嘴24有关的数据，使得它们不影响由控制器48计算出的值。例如这些喷嘴可能被碎片阻挡或仅仅已部分成像。
[0068]然后，控制器48根据从光检测器44接收到的信号计算穿过在喷嘴板16的区域中的识别出的喷嘴24或多个喷嘴24传输的光的量或平均强度。
[0069]可以通过对在喷嘴板16的不同区域中的喷嘴24或成组的喷嘴24的计算出的平均强度进行比较来识别在喷嘴板16上的喷嘴24的尺寸的任何变化。
[0070]图7示出了通过使用图5的设备来测量基板20上的三个相邻的喷嘴板16a、16b和16c上的喷嘴的尺寸所获得的结果。喷嘴板16a_c上所显示的数字表示测得的位于喷嘴板16a-c的那部分中的喷嘴24的光强度(即在喷嘴板16的中间的一个测量结果和在喷嘴板16的外周周围的四个测量结果)。相对小的数字代表相对较小的平均光强度以及因此相对小的喷嘴24。
[0071]因此，在计算喷嘴板16a上的喷嘴24的平均强度之后，控制器48将比较喷嘴板16a的不同区域的平均强度，并识别出所传输的光的平均强度在喷嘴板16a的中间比在外周处要低得多。此外，通过控制器48进行的比较表明，在喷嘴板16a总体由左到右移动时，传输的光的平均强度下降。该变化可以通过使喷嘴板16中的最高计算出的平均值除以最低计算出的平均值来给出。
[0072]在识别出喷嘴板16中的喷嘴24的尺寸的任何变化之后，控制器48可以对在步骤105的制造过程中在相同基板20上制造的另一喷嘴板16，例如对图7中的喷嘴板16b和/或16c重复步骤121、123和125 (图6的步骤127)。
[0073]—旦已计算出多个喷嘴板16的光强度，则控制器48可以分析平均光强度，以确定在该批次的喷嘴板16上的喷嘴24的尺寸的变化。例如，示出的对图7的喷嘴板16a、16b和16c的光强度的分析表明，存在在基板20上自左向右移动(即从喷嘴板16a至喷嘴板16c)时降低光的强度的总体趋势。通过对每个喷嘴板16取计算出的平均强度的平均值，对每个喷嘴板16的平均值进行平均以得到该批次的平均值可以识别出该变化，并且可以通过使特定喷嘴板16的平均值除以该批次的平均值来获得批次变化。可替换地，批次变化可以通过使喷嘴板16的最高计算出的平均值除以喷嘴板16最低计算出的平均值来获得。
[0074]将会注意到的是，上述过程提供了对一个批次中的一个喷嘴板16和多个喷嘴板16上的喷嘴尺寸的相对变化的指示。为了使喷嘴24的实际尺寸的这种变化相对于所希望的喷嘴24的尺寸相关，可在使用图6中的方法之前执行校准程序。该校准程序包括直接测量一个或多个喷嘴24的尺寸(面积或直径)(例如使用扫描电子显微镜)以及将这与使用设备40测得的那些喷嘴24的光强度比较。
[0075]在喷嘴板16中的喷嘴24的尺寸被直接测量的替代实施例中，该设备40可以简单地包括光学显微镜、扫描电子显微镜、干涉仪或其它表面拓扑测量装置。本领域技术人员将会理解，也可以通过测量在使用时由喷嘴板16产生的微滴的尺寸来测量喷嘴板16中的喷嘴24的尺寸。
[0076]因此，图5的设备和图6的方法提供了一种分析一个喷嘴板16和/或一批喷嘴板16以确定喷嘴24的尺寸的变化的快速和非破坏性的方法。
[0077]现在回到图3，在一个喷嘴板16和/或一批喷嘴板16上的喷嘴24的尺寸的变化已被确定之后，心轴22的尺寸被恰当地修改补偿所确定的变化。在使用光刻技术制造心轴22时，通过对掩模32的用于制造那些心轴22的部分作相应的修改，可以修改心轴22的尺寸。
[0078]特别是，特定的心轴22或一组心轴22的直径被调节了与一个喷嘴24或多个喷嘴24的直径不同于所希望的直径的量相等的量。特别是，如果作为在金属层18 “溢过”的局部变化的结果，所制造的喷嘴24的直径小了一定的量X，则相应的心轴22的直径可以增大该一定的量χ以进行补偿。在相应的喷嘴24的直径过大时减小心轴22的直径。
[0079]例如，如果在步骤107中变化的测量结果显示，一个特定的喷嘴24或喷嘴24的区域(例如，在图7中所示的喷嘴板16的中间)过小而小了 20%，即它们具有2μπι的直径而不是2.5 μ m的直径，则这可以通过在喷嘴板制造过程中使用具有比标准尺寸的心轴22大
0.5 μ m的直径的那些喷嘴24的心轴来对此进行修正。因此，当在预期30 μ m的过度生长的初始喷嘴板制造步骤(步骤105)中，心轴22具有62.5 μ m的宽度并且制造了具有2 μ m的直径的喷嘴24时，对于随后的制造过程，心轴22的直径可增加到63 μ m,以产生具有2.5 μ m的希望尺寸的喷嘴24。
[0080]将会理解的是，由于在一个批次中的喷嘴板16和多个喷嘴板24的喷嘴尺寸的变化，对心轴22的修改将导致在基板20上具有非均匀尺寸的心轴22。
[0081]将会理解的是，步骤109可以包括修改在步骤103中使用的实际掩模32，或优选地，重复步骤101并创建一个用于制造具有希望尺寸的心轴22的新掩模32。
[0082]一旦已经对心轴22 (或更具体地是用于制造心轴22的掩模32)的尺寸进行了修改，就使用修改后的心轴22制造另外的喷嘴板16或另外批次的喷嘴板16 (步骤111)。
[0083]假如在喷嘴板制造过程中使用的工艺条件与步骤105中所使用的工艺条件(即使用的材料、生长时间等)一致，则另外的喷嘴板16应当形成为基本上所有的喷嘴24都具有在所要求的公差范围内的尺寸。修改后的掩模32然后可以用于所有后续的喷嘴板的制造过程。
[0084]如果希望的话，图3的步骤107可以在步骤111之后重复以检查在另外的喷嘴板16或另外批次的喷嘴板16中的喷嘴24是正确的尺寸。若不是，可以对心轴22作出进一步的修改。
[0085]图8A和8B示出在图3的步骤105制造的喷嘴板和在步骤111中使用修改后的心轴22/掩模32制造的喷嘴板之间的比较结果。
[0086]图8A示出了制造后形成的具有相应的喷嘴24a、24b和24c的喷嘴板16的三个部分。每个喷嘴24采用具有相同的宽度(Wa=Wb=Wc=W)的相应的心轴22a、22b和22c制造。然而，由于金属层18的厚度的局部变化(其在图中由左向右移动时厚度减小(即ta>tb>t。))，喷嘴24a、24b和24c具有不同的直径，并且它们在图中自左向右移动时尺寸增大(SPda〈db〈dc)。
[0087]在此示例中，假定第二喷嘴24b在希望的公差内，即db ^ d，其中d是希望的喷嘴直径，并且第一喷嘴24a和第三喷嘴24c相对于希望的值变化了超过喷嘴的可接受公差的相应的量△ a和Δ。。
[0088]因此，根据本发明，用于形成喷嘴24a和24c的心轴22a和22c的尺寸被相应地修改，以补偿制造过程中获得的金属层18的厚度的局部变化。特别是，心轴22a的宽度被修改为Wa=W+ Δ a，且心轴22c的宽度被修改为Wc=W - Δ。。心轴22b的宽度Wb保持在W。
[0089]图8B显示了已使用修改后的掩模32/心轴22制造的具有相应的喷嘴24a’、24b’和24c’的喷嘴板16’的三个部分。因此`，可以看出，对心轴22a和22c的尺寸的修改对金属层18的局部变化进行了补偿，从而导致喷嘴24a’和24c’的尺寸很好地在所需的公差内(事实上da和dc~d)。
[0090]虽然本发明已在上面就增大或减小心轴22的宽度进行了描述和说明，但可以理解的是，所制造的喷嘴24的尺寸的类似改变可以通过修改基板20上的心轴22的高度来实现，同时保持制造过程的其它参数。特别是，增大心轴22的高度将意味着金属层18溢过心轴22 —个较小的量，因此导致较大的喷嘴24。同样，减小心轴22的高度意味着金属层18溢过心轴22较大的量，因此导致较小的喷嘴24。那些本领域技术人员将知道可以用来修改如上文所述的心轴22的高度的技术。
[0091]根据本发明制造的喷嘴板可以通过对喷嘴板16的出口侧(在制造过程中与心轴22和基板20接触的侧)的检查来识别，因为心轴22在喷嘴板16中留下一个“印记”。例如，作为根据本发明的心轴修改的结果，具有均匀尺寸的喷嘴24或在大致均匀的尺寸范围内的喷嘴24的喷嘴板16具有不同的尺寸的相应的心轴印记。
[0092]虽然本文已经就包含多个喷嘴的喷嘴板描述了本发明，但是将会理解的是，喷嘴板也可以被称为“网”、“网板”或包括多个的喷嘴或孔的“雾化元件”。
[0093]将会理解，本发明的上面的描述总体涉及在喷嘴板上制造大致相同尺寸的喷嘴。然而，也可以理解，本发明同样适用于在喷嘴板上的喷嘴的尺寸存在预期的变化的喷嘴板，例如，可以预期的是，在喷嘴板的外周处的喷嘴大于中心处的喷嘴。在这种情况下，制造过程中的局部变化仍导致喷嘴的尺寸不同于希望的值或值的范围，并且这可以通过如上所述地调整制造过程中使用的有关心轴的尺寸来修正。
[0094]因此，提供了一种用于提高喷嘴板制造过程的成品率的方法和实施该方法的设备。
[0095]尽管已经在附图和前面的描述中详细示出并描述了本发明，但是这样的图示和描述将被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。
[0096]通过对附图、公开内容和所附权利要求的学习，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的变化。在权利要求书中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一个”和“一”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中记载的几个物品的功能。在相互不同的从属权利要求中描述某些措施并不表明这些措施不能够被有利地使用。计算机程序可以存储/分布在适当的介质上，如存储/分布在与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质上，但也可以以其他形式分布，例如通过Internet或其他有线或无线通信系统分布。在权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。
【权利要求】
1.一种提高喷嘴板制造过程的成品率的方法，所述方法包括: 确定喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于所述喷嘴的预定的尺寸或尺寸范围的变化，已经使用多个心轴来制造所述喷嘴板中的喷嘴，每个心轴限定所述喷嘴板中的相应喷嘴；以及 确定对所述多个心轴中的一个或多个心轴的尺寸的修改，以补偿已确定的在所述喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定修改的步骤包括:增大限定具有小于所述预定的尺寸或尺寸范围的尺寸的喷嘴的心轴的尺寸，以及减小限定具有大于所述预定的尺寸或尺寸范围的尺寸的喷嘴的心轴的尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述确定修改的步骤包括:将增大或减小所述心轴的尺寸的量确定为与所述喷嘴板中的相应喷嘴不同于所述喷嘴的预定的尺寸或尺寸范围的量相对应的量。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在喷嘴板制造过程中，使用掩模在基板上形成所述心轴，并且所述确定修改的步骤包括:确定对用于形成所述心轴的掩模的修改。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定修改的步骤包括确定对所述掩模的与有关心轴相对应的区域的修改。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述确定所述喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化的步骤包括: 用光照射所述喷嘴板； 检测穿过所述喷嘴板中的一个或多个喷嘴传输的光；以及 分析检测到的光以确定所述一个或多个喷嘴的尺寸。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述检测步骤包括:检测穿过所述喷嘴板中的多个喷嘴传输的光，所述多个喷嘴分布在喷嘴板上，并且 其中所述分析检测到的光的步骤包括:分析针对所述多个喷嘴中的每一个检测的光，以确定在喷嘴板上的多个喷嘴的尺寸的变化。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括下述步骤: 使用在基板上的多个心轴来制造具有多个喷嘴的喷嘴板，所述多个心轴中的心轴具有在所述确定修改的步骤中确定的尺寸。
9.一种制造喷嘴板的方法，所述方法包括: 使用在基板上的多个心轴来制造具有多个喷嘴的喷嘴板，每个心轴限定所述喷嘴板中的相应喷嘴，所述多个心轴中的心轴具有不同的尺寸以补偿制造过程中的局部变化，而所述局部变化将导致所述喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于预定的尺寸或尺寸范围的局部变化。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述心轴具有较大的尺寸，以补偿制造过程中将导致由此限定的喷嘴的尺寸小于所述预定的尺寸或尺寸范围的局部变化，以及所述心轴具有较小的尺寸，以补偿制造过程中将导致由此限定的喷嘴的尺寸大于所述预定的尺寸或尺寸范围的局部变化。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，根据由此限定的喷嘴板中的相应喷嘴将不同于所述喷嘴的预定的尺寸或尺寸范围的量来确定所述心轴的尺寸。
12.根据权利要求9、10或11所述的方法，其特征在于，所述制造喷嘴板的步骤包括围绕所述心轴在基板上沉积材料，并且其中所述制造过程中的局部变化包括所述心轴周围的材料的厚度的局部变化。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法制造的喷嘴板。
14.一种用于提高喷嘴板制造过程的成品率的设备，所述设备包括: 用于确定所制造的喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于预定的尺寸或尺寸范围的变化的装置，已经使用多个心轴来制造所述喷嘴板中的喷嘴，每个心轴限定所述喷嘴板中的相应喷嘴；以及 用于确定对多个心轴中的一个或多个心轴的尺寸的修改以补偿已确定的在所述喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化的装置。
15.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括包含其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置成使得在通过适当的计算机或处理器执行时，所述计算机或处理器执行以下步骤: 确定所制造的喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于预定的尺寸或尺寸范围的变化，已经使用多个心轴来制造所述喷嘴板中的喷嘴，每个心轴限定所述喷嘴板中的相应喷嘴；以及 确定对所述多个心轴中的一个或多个心轴的尺寸的修改，以补偿已确定的在所述喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化。
16.一种确定喷嘴板上的喷嘴的尺寸的变化的方法，所述方法包括: 用光照射所述喷嘴板； 检测穿过所述喷嘴板中的多个喷嘴传输的光；以及` 分析检测到的光以确定喷嘴板上的喷嘴的尺寸的变化。
【文档编号】B41J2/16GK103502012SQ201280020331
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年4月17日 优先权日:2011年4月27日
【发明者】P·范德斯路易斯, A·R·M·韦许尔雷恩, A·A·J·奥普特霍赫, J·H·拉莫斯 申请人:皇家飞利浦有限公司
【专利摘要】提供了一种提高喷嘴板制造过程的成品率的方法，该方法包括：确定喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于喷嘴的预定尺寸或尺寸范围的变化，已经使用多个心轴来制造喷嘴板中的喷嘴，每个心轴限定喷嘴板中的相应喷嘴；以及确定对多个心轴中的一个或多个心轴的尺寸的修改，以补偿已确定的在喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化。还提供了一种制造喷嘴板的方法，该方法包括：使用在基板上的多个心轴来制造具有多个喷嘴的喷嘴板，每个心轴限定喷嘴板中的相应喷嘴，多个心轴中的心轴具有不同的尺寸以补偿制造过程中的局部变化，而该局部变化将导致喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于预定的尺寸或尺寸范围的局部变化。
【专利说明】喷嘴板制造
发明领域
[0001]本发明涉及将存储在其中的液体雾化成细小微滴的雾化器的喷嘴板，特别是涉及改进喷嘴板制造过程的成品率的方法、实施该方法的设备、制造喷嘴板的方法以及根据该方法制造的喷嘴板。
【背景技术】
[0002]雾化器(它们有时也被称为喷雾器)是从液体产生细小喷雾或气溶胶的装置。喷雾器特别有用的应用是提供含有溶解的或悬浮的微粒药物的细小喷雾以通过吸入来向患者给药。
[0003]压网基雾化器常用于在这样的药物输送装置中产生气溶胶，由此压电元件使液体或网或喷嘴板振动产生细小的气溶胶喷雾。在后者的情况下，分配在喷嘴板上的微滴通过压电元件振动以生成喷雾。
[0004]图1显示了一个示例性的雾化器2。雾化器2包括具有入口 6和出口 8的主体4，所述入口 6和出口 8配置成使得当雾化器2的使用者通过出口 8吸气时，空气被经由入口6和出口 8抽入并穿过雾化器2并进入使用者的身体。出口 8典型地设置成吹嘴或者面罩或鼻罩的形式，或者设置成适于连接到单独的可更换吹嘴或者面罩或鼻罩的形式。
[0005]雾化器2包括在入口 6和出口 8之间的储液腔10，用于存储将要被雾化(即变成细雾或喷雾)的液体12 (例如药物或药品)。雾化器2被配置成使得，当使用者吸气以向使用者输送一定剂量的药物或药品时，雾化液体12的细小微滴与通过雾化器2抽入的空气相结
八
口 ο
[0006]设置用于搅拌或振动存储在储液腔10中的液体12的诸如压电元件的致动器14以及用于在液体12振动时雾化液体12的喷嘴板16。
[0007]喷嘴板16通常是具有多个小孔的网或膜的形式或者少量的液体可通过其中的喷嘴的形式。
[0008]为了使特定药物在吸入时治疗有效，药物的气溶胶微滴的尺寸必须在很窄的治疗范围内。这种窄的范围要求在喷嘴板16的表面上产生的微滴尺寸基本均匀。微滴的尺寸由在喷嘴板16中的喷嘴的尺寸决定。在理想的情况下，在喷嘴板16中的每个喷嘴应具有相同的尺寸。因此，喷嘴的尺寸具有非常细小的公差。通常情况下，对于喷嘴来说理想的是具有2.5 μ m的直径，其中公差为+/-0.25 μ m。在典型的喷嘴板16中可以有大约5000个喷嘴。
[0009]图2是示出根据传统的制造过程来制造喷嘴板16的图。通过使材料18 (如金属)围绕多个心轴22 (在图2中仅示出了其中的一个)沉积在基板20上或在基板20上生长来制造喷嘴板16。金属18被沉积在基板20上，直到它“溢过”每一心轴22’的顶部(“溢过”的部分被标记为18’和18’ ’ )并形成大致在心轴22的中间的喷嘴24。将心轴22和基板20移除，从而留下喷嘴板16。
[0010]可以看出，通过制造过程获得的喷嘴24的尺寸(直径d)取决于在心轴22的顶部上方的金属18的厚度t，因此，金属层18的生长相对于希望的量的小的变化可能会导致喷嘴24的尺寸大的变化。此外，金属层18在基板20上在喷嘴板16上以及还在多个喷嘴板16上的生长可能存在局部变化。
[0011]例如，如果金属层18在心轴22上的典型过度生长厚度t为30 μ m并且喷嘴24的目标直径为2.5 μ m，则局部厚度的2%的误差将导致喷嘴直径变化30 μ m的2%的两倍，即1.2μπι。这等同于喷嘴24的尺寸的相对误差为(1.2/2.5) =48%，这是不能接受的。事实上，在实践中很难实现局部厚度t仅仅2%的变化。
[0012]为了减轻这些困难，传统技术对加工条件施加精确的控制，并且试图对形成在基板上的所有喷嘴平衡这些条件。然而，即使使用这种精确的控制，喷嘴板制造过程的产品成品率只有10%左右。
[0013]因此，需要一种用于提高喷嘴板制造过程的成品率的方法和实施该方法的设备。
【发明内容】
[0014]根据本发明的第一方面，提供一种提高喷嘴板制造过程的成品率的方法，该方法包括:确定喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于喷嘴的预定的尺寸或尺寸范围的变化，已经使用多个心轴来制造喷嘴板中的喷嘴，每个心轴限定喷嘴板中的相应喷嘴；以及确定对多个心轴中的一个或多个心轴的尺寸的修改，以补偿已确定的在喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化。
[0015]在一个实施例中，确定修改的步骤包括:增大限定具有小于预定的尺寸或尺寸范围的尺寸的喷嘴的心轴的尺寸，以及减小限定具有大于预定的尺寸或尺寸范围的尺寸的喷嘴的心轴的尺寸。
[0016]在一个实施例中，确定修改的步骤包括:将增大或减小心轴的尺寸的量确定为与喷嘴板中的相应喷嘴不同于喷嘴的预定的尺寸或尺寸范围的量相对应的量。
[0017]在一个实施例中，在喷嘴板制造过程中，使用掩模在基板上形成心轴，并且确定修改的步骤包括:确定对用于形成心轴的掩模的修改。
[0018]在该实施例中，确定修改的步骤可以包括确定对掩模的与有关心轴相对应的区域的修改。
[0019]在一些实施例中，确定喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化的步骤包括:用光照射喷嘴板；检测穿过喷嘴板中的一个或多个喷嘴传输的光；以及分析检测到的光以确定一个或多个喷嘴的尺寸。
[0020]在这些实施例中，检测步骤可以包括检测穿过喷嘴板中的多个喷嘴传输的光，所述多个喷嘴分布在喷嘴板上；并且其中所述分析检测到的光的步骤包括:分析针对多个喷嘴中的每一个检测的光，以确定在喷嘴板上的多个喷嘴的尺寸的变化。
[0021]优选地，所述方法进一步包括使用在基板上的多个心轴来制造具有多个喷嘴的喷嘴板的步骤，所述多个心轴中的心轴具有在确定修改的步骤中确定的尺寸。
[0022]根据本发明的第二方面，提供一种制造喷嘴板的方法，该方法包括:使用在基板上的多个心轴来制造具有多个喷嘴的喷嘴板，每个心轴限定喷嘴板中的相应喷嘴，多个心轴中的心轴具有不同的尺寸以补偿制造过程中的局部变化，而该局部变化将导致喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于预定的尺寸或尺寸范围的局部变化。
[0023]在一个实施例中，心轴具有较大的尺寸，以补偿制造过程中将导致由此限定的喷嘴的尺寸小于预定的尺寸或尺寸范围的局部变化，并且心轴具有较小的尺寸，以补偿制造过程中将导致由此限定的喷嘴的尺寸大于预定的尺寸或尺寸范围的局部变化。
[0024]在一个实施例中，根据由此限定的喷嘴板中的相应喷嘴将不同于喷嘴的预定的尺寸或尺寸范围的量来确定心轴的尺寸。
[0025]优选地，制造喷嘴板的步骤包括围绕心轴在基板上沉积材料，并且其中制造过程中的局部变化包括心轴周围的材料的厚度的局部变化。
[0026]根据本发明的第三方面，提供一种根据上述的任何方法制造的喷嘴板。
[0027]根据本发明的第四方面，提供一种用于提高喷嘴板制造过程的成品率的设备，所述设备包括用于确定所制造的喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于预定的尺寸或尺寸范围的变化的装置，已经使用多个心轴来制造喷嘴板中的喷嘴，每个心轴限定喷嘴板中的相应喷嘴；以及用于确定对多个心轴中的一个或多个心轴的尺寸的修改以补偿已确定的在喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化的装置。
[0028]根据本发明的设备的特定实施例提供用于实施上述的方法步骤的装置。
[0029]本发明的第五方面提供一种计算机程序产品，包括包含其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置成使得在通过适当的计算机或处理器执行时，计算机或处理器执行以下步骤:确定所制造的喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于预定的尺寸或尺寸范围的变化，已经使用多个心轴来制造喷嘴板中的喷嘴，每个心轴限定喷嘴板中的相应喷嘴；以及确定对多个心轴中的一个或多个心轴的尺寸的修改，以补偿已确定的在喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化。
[0030]根据本发明的计算机程序产品的特定实施例提供被配置为实施该方法步骤和/或控制上述的设备的另外的代码。
[0031]本发明的第六方面提供了一种确定喷嘴板上的喷嘴尺寸的变化的方法，该方法包括:用光照射喷嘴板；检测穿过喷嘴板中的多个喷嘴传输的光；以及分析检测到的光以确定喷嘴板上的喷嘴的尺寸的变化。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]现在将仅通过示例的方式参考以下附图描述本发明的示例性实施例，其中:
[0033]图1是包括喷嘴板的示例性雾化器的框图；
[0034]图2是通过心轴在喷嘴板中形成的喷嘴的横截面图；
[0035]图3是示出根据本发明的一个实施例的方法中的步骤的流程图；
[0036]图4A、4B、4C、4D和4E示出了制造喷嘴板的过程；
[0037]图5示出了用于测量所制造的喷嘴板中的一个或多个喷嘴的尺寸的设备；
[0038]图6是示出了用于测量所制造的喷嘴板中的一个或多个喷嘴的尺寸的方法的流程图；
[0039]图7是示出了通过使用图5的设备来测量在基板上的三个相邻的喷嘴板上的喷嘴的尺寸而获得的结果；
[0040]图8A是示出了在图3的步骤105中制造的喷嘴板的图；以及
[0041]图8B是示出了在图3的步骤111中制造的根据本发明的喷嘴板的图。【具体实施方式】
[0042]如上所述，在传统的喷嘴板制造过程中，对加工条件施加精确控制，以便努力平衡形成在基板上的所有喷嘴的这些条件。然而，如上所示，即使是金属层18的厚度t相对于所希望的厚度的变化为2%或喷嘴板的厚度的变化为2% (其在实践中本身是难以实现的)也将导致喷嘴尺寸的不可接受的变化。在这些传统方法中，在单次过程中，用于形成每个喷嘴24的心轴22在制造于基板20上的喷嘴板16以及所有喷嘴板16上是尺寸均匀的。
[0043]然而，本发明人已经认识到，调整或修改用于形成喷嘴24的心轴22的尺寸以说明金属层18生长或沉积时的局部变化是解决喷嘴板制造过程的低成品率的问题的更有效的方式。特别地，在本发明的优选实施例中，使用光刻技术来形成心轴22，这意味着对光刻掩模的多个部分进行微米级的修改并因此调整所得到的心轴22的尺寸以便产生在所需尺寸范围内的喷嘴24是相对容易的。
[0044]现在将参照在图3中的流程图和图4A-E中的插图描述根据本发明的方法。
[0045]在步骤101中，生成掩模用于在基板20上形成多个心轴22时使用。心轴22大致为圆形的(在基板20的平面内)，因此，掩模包括以适当的图案布置以形成喷嘴板16的相应多个大致圆形的孔。在制造过程的这个阶段中，掩模中的所有孔优选是相同的尺寸，其中根据喷嘴24的希望的尺寸以及在喷嘴板制造过程中金属层18的过度生长的量来确定孔的尺寸。
[0046]例如，当希望制造具有直径为2.5 μ m的喷嘴24的喷嘴板16且金属层18在心轴22上的过度生长的厚度t为30 μ m时，可以从图2看到，需要直径为62.5 μ m的心轴22。因此，掩模在希望心轴22并因此喷嘴24在基板20上的位置的每一个点处限定直径为62.5 μ m的孔。
[0047]掩模优选是光刻掩模，并且用于在光刻过程中为在特定的基板20上的单个或多个喷嘴板16制造心轴22。通常情况下，喷嘴板16包括大约5000个单独的喷嘴24，因此，掩模将包含限定每个喷嘴板16的相应数目的孔。掩模可以被定义为计算机文件，然后使用本领域中已知的技术进行制造。
[0048]在步骤103中，掩模被用来在基板20上所希望的位置制造心轴22。还在图4A中示出针对在基板上的单个心轴的此过程步骤。在掩模(在图4A中表示为32)是光刻掩模时，步骤103包括将光致抗蚀剂层30施加到基板20上并使光穿过掩模32照到光致抗蚀剂层30上。然后使用显影剂流体去除光致抗蚀剂层30的一部分，心轴22是在施加显影剂流体之后光致抗蚀剂层30的残留在基板20上的多个部分。
[0049]心轴制造步骤的结果示于图4B。
[0050]然后，在步骤105中，通过在基板上围绕心轴22以及随后在心轴22上沉积或生长材料而在基板20上制造喷嘴板16。优选地，基板20是导电的或在心轴22所位于的一侧上具有导电涂层，并且在电铸过程中在基板20的导电侧沉积材料(金属)。心轴22是非导电的，所以金属18不直接沉积到心轴22上。金属18可以是，例如，钼、金、镍、镍-钯(NiPd)合金，铁-钯(FePd)合金或钴-钯(CoPd)合金。
[0051]图4C示出了在制造步骤105的过程中生长或沉积在基板20上的金属层18。
[0052]一旦在金属层18的厚度超过在基板20上的心轴22的高度，进一步沉积的金属18 “溢过”心轴22的顶部，如图4D所示。通过金属18的继续生长或沉积，在心轴22的中间形成喷嘴24，如图4E所示。金属板18形成喷嘴板16的结构。随后，使喷嘴板16 (金属层18)与基板20和心轴22分离。
[0053]返回到图3，一旦已在步骤105中制造了喷嘴板16 (或在基板20上的多个喷嘴板)，该方法来到测量在所制造的喷嘴板16上的喷嘴24的尺寸的变化的步骤107。
[0054]在一个实施例中，通过测量各个喷嘴24的直径和彼此比较测量结果来确定多个喷嘴24的尺寸的变化。测量结果也可以与参考值进行比较，以便使喷嘴24的尺寸的变化与喷嘴24的希望的喷嘴的尺寸或尺寸范围建立联系。在另一个实施例中，通过测量至少一个喷嘴24的直径或尺寸并将测得的尺寸与喷嘴24的希望的尺寸或尺寸范围进行比较来确定喷嘴24的尺寸的变化。例如，在喷嘴板16用于雾化用于吸入的液体时，希望的直径/尺寸可以是2.5 μ m，和/或希望的直径/尺寸的范围可以是2.25 μ m至2.75 μ m (BP2.5 μ m±0.25 μ m)。
[0055]在目前优选的实施例中，通过测量由喷嘴24传输光的量或强度(这取决于喷嘴24的面积)并比较测得的强度来确定多个喷嘴24的尺寸的变化。
[0056]因为已经发现在喷嘴板和多个喷嘴板上的喷嘴尺寸通常是一个渐进的变化，所以测量喷嘴板16中的喷嘴24的一个子集是足够的，其中那些被测量的喷嘴24分布在喷嘴板16上，以提供喷嘴尺寸变化的趋势的指示。在这种情况下，步骤107的结果可以是在喷嘴板16上的喷嘴尺寸的变化的指示，并且也可能是在同一制造批次的多个喷嘴板16上的喷嘴尺寸的变化的指示。
[0057]例如(以及如在下面参照图7进一步讨论的)，喷嘴板制造工艺可生产具有朝向圆形喷嘴板16的中间尺寸减小的喷嘴24的喷嘴板16。此外，在形成于基板20上的喷嘴板16上的喷嘴尺寸的变化可以具有一个总的趋势。因此，在优选的实施例中，对喷嘴板16中的喷嘴24的一个子集的尺寸进行测量，其中那些被测量的喷嘴24分布在喷嘴板16上，以给出喷嘴尺寸变化的趋势图。例如，可以在喷嘴板16的中间以及在喷嘴板16的外周周围的多个位置测量喷嘴24的尺寸。也可以对位于喷嘴板16的外周和中间之间的中间位置的喷嘴24进行测量。
[0058]图5示出用于测量在根据本发明的优选实施例所制造的喷嘴板16中的一个或多个喷嘴24的尺寸的设备40。在图6中示出了用于测量在一个或多个所制造的喷嘴板16上的喷嘴尺寸的变化的相应方法。
[0059]图5所示的喷嘴尺寸测量设备40包括朝向光检测器44发射光的光源42。光源42可以使用冷阴极荧光灯通过扩散器产生平的漫射光，但是可以使用其它类型的光源。光检测器44可以是数字照相机或其它适当的装置，例如电荷耦合器件(CCD)。
[0060]喷嘴板16 (或限定多个喷嘴板16的金属18)被放置在光源42和光检测器44之间，使得光检测器44可以测量通过喷嘴板16中的单个喷嘴24传输的光的量或强度。
[0061]喷嘴板或多个喷嘴板16可以被放置在x-y工作台46上，所述χ-y工作台是可控的以便在周围移动喷嘴板16，以实现对在喷嘴板16的不同部分中的喷嘴24进行测量。已经发现，从喷嘴板16的出射侧(在制造过程中与心轴22和基板20接触的一侧)成像对灰尘较不敏感，对喷嘴24的精确形状较不敏感，并且允许光探测器44产生具有较高对比度的图像。
[0062]设置控制器48，其接收来自光检测器44的输出信号，并使用x_y工作台46控制喷嘴板16的位置。从光检测器44输出的信号例如可以是一个8位像素的亮度值。控制器46还分析来自光检测器44的信号以确定所测量的喷嘴24的尺寸或相对尺寸。可以理解的是，测量由喷嘴24传输的光的量提供了喷嘴24的面积的指示，而不是其直径的直接测量结果。在一些实施例中，控制器48也可以负责创建代表掩模32的计算机文件。
[0063]另外的光学元件可以存在于本设备40中(图5中未示出)，例如可用于放大通过喷嘴板16传输的光的图像的放大元件(如显微镜)以及可以被用来限制由光源42发射的光仅仅到达处于测试的喷嘴板16的孔。
[0064]现在转向图6中的流程图，示出了测量在一个或多个所制造的喷嘴板16上的喷嘴尺寸的变化的方法。该方法开始于步骤121，其中利用来自光源42的光照亮喷嘴板16或喷嘴板16的一部分。通过喷嘴板16中的喷嘴24传输的光被光检测器44接收并被转换成输出到控制器48的信号。对喷嘴板16的多个不同区域重复步骤121和123。
[0065]在步骤125中，控制器48分析从光检测器44输出的信号，以确定所测量的喷嘴24的尺寸或相对尺寸。
[0066]为了识别由光检测器44输出的与喷嘴24对应的图像的区域，控制器48分析信号以找出具有在预定范围内的亮度值(例如在8位级别的10和255之间(其中O代表最低亮度值，而255代表最高亮度值))的像素(或优选连续的像素区域)。每个检测到的像素或像素区域应该对应于单个的喷嘴24。
[0067]如果发现喷嘴24传递了出乎意料地低的光量(精确的量被根据来自该光源42的光的放大水平和强度分类为’低’的)，则根据随后的分析可以丢弃与该喷嘴24有关的数据，使得它们不影响由控制器48计算出的值。例如这些喷嘴可能被碎片阻挡或仅仅已部分成像。
[0068]然后，控制器48根据从光检测器44接收到的信号计算穿过在喷嘴板16的区域中的识别出的喷嘴24或多个喷嘴24传输的光的量或平均强度。
[0069]可以通过对在喷嘴板16的不同区域中的喷嘴24或成组的喷嘴24的计算出的平均强度进行比较来识别在喷嘴板16上的喷嘴24的尺寸的任何变化。
[0070]图7示出了通过使用图5的设备来测量基板20上的三个相邻的喷嘴板16a、16b和16c上的喷嘴的尺寸所获得的结果。喷嘴板16a_c上所显示的数字表示测得的位于喷嘴板16a-c的那部分中的喷嘴24的光强度(即在喷嘴板16的中间的一个测量结果和在喷嘴板16的外周周围的四个测量结果)。相对小的数字代表相对较小的平均光强度以及因此相对小的喷嘴24。
[0071]因此，在计算喷嘴板16a上的喷嘴24的平均强度之后，控制器48将比较喷嘴板16a的不同区域的平均强度，并识别出所传输的光的平均强度在喷嘴板16a的中间比在外周处要低得多。此外，通过控制器48进行的比较表明，在喷嘴板16a总体由左到右移动时，传输的光的平均强度下降。该变化可以通过使喷嘴板16中的最高计算出的平均值除以最低计算出的平均值来给出。
[0072]在识别出喷嘴板16中的喷嘴24的尺寸的任何变化之后，控制器48可以对在步骤105的制造过程中在相同基板20上制造的另一喷嘴板16，例如对图7中的喷嘴板16b和/或16c重复步骤121、123和125 (图6的步骤127)。
[0073]—旦已计算出多个喷嘴板16的光强度，则控制器48可以分析平均光强度，以确定在该批次的喷嘴板16上的喷嘴24的尺寸的变化。例如，示出的对图7的喷嘴板16a、16b和16c的光强度的分析表明，存在在基板20上自左向右移动(即从喷嘴板16a至喷嘴板16c)时降低光的强度的总体趋势。通过对每个喷嘴板16取计算出的平均强度的平均值，对每个喷嘴板16的平均值进行平均以得到该批次的平均值可以识别出该变化，并且可以通过使特定喷嘴板16的平均值除以该批次的平均值来获得批次变化。可替换地，批次变化可以通过使喷嘴板16的最高计算出的平均值除以喷嘴板16最低计算出的平均值来获得。
[0074]将会注意到的是，上述过程提供了对一个批次中的一个喷嘴板16和多个喷嘴板16上的喷嘴尺寸的相对变化的指示。为了使喷嘴24的实际尺寸的这种变化相对于所希望的喷嘴24的尺寸相关，可在使用图6中的方法之前执行校准程序。该校准程序包括直接测量一个或多个喷嘴24的尺寸(面积或直径)(例如使用扫描电子显微镜)以及将这与使用设备40测得的那些喷嘴24的光强度比较。
[0075]在喷嘴板16中的喷嘴24的尺寸被直接测量的替代实施例中，该设备40可以简单地包括光学显微镜、扫描电子显微镜、干涉仪或其它表面拓扑测量装置。本领域技术人员将会理解，也可以通过测量在使用时由喷嘴板16产生的微滴的尺寸来测量喷嘴板16中的喷嘴24的尺寸。
[0076]因此，图5的设备和图6的方法提供了一种分析一个喷嘴板16和/或一批喷嘴板16以确定喷嘴24的尺寸的变化的快速和非破坏性的方法。
[0077]现在回到图3，在一个喷嘴板16和/或一批喷嘴板16上的喷嘴24的尺寸的变化已被确定之后，心轴22的尺寸被恰当地修改补偿所确定的变化。在使用光刻技术制造心轴22时，通过对掩模32的用于制造那些心轴22的部分作相应的修改，可以修改心轴22的尺寸。
[0078]特别是，特定的心轴22或一组心轴22的直径被调节了与一个喷嘴24或多个喷嘴24的直径不同于所希望的直径的量相等的量。特别是，如果作为在金属层18 “溢过”的局部变化的结果，所制造的喷嘴24的直径小了一定的量X，则相应的心轴22的直径可以增大该一定的量χ以进行补偿。在相应的喷嘴24的直径过大时减小心轴22的直径。
[0079]例如，如果在步骤107中变化的测量结果显示，一个特定的喷嘴24或喷嘴24的区域(例如，在图7中所示的喷嘴板16的中间)过小而小了 20%，即它们具有2μπι的直径而不是2.5 μ m的直径，则这可以通过在喷嘴板制造过程中使用具有比标准尺寸的心轴22大
0.5 μ m的直径的那些喷嘴24的心轴来对此进行修正。因此，当在预期30 μ m的过度生长的初始喷嘴板制造步骤(步骤105)中，心轴22具有62.5 μ m的宽度并且制造了具有2 μ m的直径的喷嘴24时，对于随后的制造过程，心轴22的直径可增加到63 μ m,以产生具有2.5 μ m的希望尺寸的喷嘴24。
[0080]将会理解的是，由于在一个批次中的喷嘴板16和多个喷嘴板24的喷嘴尺寸的变化，对心轴22的修改将导致在基板20上具有非均匀尺寸的心轴22。
[0081]将会理解的是，步骤109可以包括修改在步骤103中使用的实际掩模32，或优选地，重复步骤101并创建一个用于制造具有希望尺寸的心轴22的新掩模32。
[0082]一旦已经对心轴22 (或更具体地是用于制造心轴22的掩模32)的尺寸进行了修改，就使用修改后的心轴22制造另外的喷嘴板16或另外批次的喷嘴板16 (步骤111)。
[0083]假如在喷嘴板制造过程中使用的工艺条件与步骤105中所使用的工艺条件(即使用的材料、生长时间等)一致，则另外的喷嘴板16应当形成为基本上所有的喷嘴24都具有在所要求的公差范围内的尺寸。修改后的掩模32然后可以用于所有后续的喷嘴板的制造过程。
[0084]如果希望的话，图3的步骤107可以在步骤111之后重复以检查在另外的喷嘴板16或另外批次的喷嘴板16中的喷嘴24是正确的尺寸。若不是，可以对心轴22作出进一步的修改。
[0085]图8A和8B示出在图3的步骤105制造的喷嘴板和在步骤111中使用修改后的心轴22/掩模32制造的喷嘴板之间的比较结果。
[0086]图8A示出了制造后形成的具有相应的喷嘴24a、24b和24c的喷嘴板16的三个部分。每个喷嘴24采用具有相同的宽度(Wa=Wb=Wc=W)的相应的心轴22a、22b和22c制造。然而，由于金属层18的厚度的局部变化(其在图中由左向右移动时厚度减小(即ta>tb>t。))，喷嘴24a、24b和24c具有不同的直径，并且它们在图中自左向右移动时尺寸增大(SPda〈db〈dc)。
[0087]在此示例中，假定第二喷嘴24b在希望的公差内，即db ^ d，其中d是希望的喷嘴直径，并且第一喷嘴24a和第三喷嘴24c相对于希望的值变化了超过喷嘴的可接受公差的相应的量△ a和Δ。。
[0088]因此，根据本发明，用于形成喷嘴24a和24c的心轴22a和22c的尺寸被相应地修改，以补偿制造过程中获得的金属层18的厚度的局部变化。特别是，心轴22a的宽度被修改为Wa=W+ Δ a，且心轴22c的宽度被修改为Wc=W - Δ。。心轴22b的宽度Wb保持在W。
[0089]图8B显示了已使用修改后的掩模32/心轴22制造的具有相应的喷嘴24a’、24b’和24c’的喷嘴板16’的三个部分。因此`，可以看出，对心轴22a和22c的尺寸的修改对金属层18的局部变化进行了补偿，从而导致喷嘴24a’和24c’的尺寸很好地在所需的公差内(事实上da和dc~d)。
[0090]虽然本发明已在上面就增大或减小心轴22的宽度进行了描述和说明，但可以理解的是，所制造的喷嘴24的尺寸的类似改变可以通过修改基板20上的心轴22的高度来实现，同时保持制造过程的其它参数。特别是，增大心轴22的高度将意味着金属层18溢过心轴22 —个较小的量，因此导致较大的喷嘴24。同样，减小心轴22的高度意味着金属层18溢过心轴22较大的量，因此导致较小的喷嘴24。那些本领域技术人员将知道可以用来修改如上文所述的心轴22的高度的技术。
[0091]根据本发明制造的喷嘴板可以通过对喷嘴板16的出口侧(在制造过程中与心轴22和基板20接触的侧)的检查来识别，因为心轴22在喷嘴板16中留下一个“印记”。例如，作为根据本发明的心轴修改的结果，具有均匀尺寸的喷嘴24或在大致均匀的尺寸范围内的喷嘴24的喷嘴板16具有不同的尺寸的相应的心轴印记。
[0092]虽然本文已经就包含多个喷嘴的喷嘴板描述了本发明，但是将会理解的是，喷嘴板也可以被称为“网”、“网板”或包括多个的喷嘴或孔的“雾化元件”。
[0093]将会理解，本发明的上面的描述总体涉及在喷嘴板上制造大致相同尺寸的喷嘴。然而，也可以理解，本发明同样适用于在喷嘴板上的喷嘴的尺寸存在预期的变化的喷嘴板，例如，可以预期的是，在喷嘴板的外周处的喷嘴大于中心处的喷嘴。在这种情况下，制造过程中的局部变化仍导致喷嘴的尺寸不同于希望的值或值的范围，并且这可以通过如上所述地调整制造过程中使用的有关心轴的尺寸来修正。
[0094]因此，提供了一种用于提高喷嘴板制造过程的成品率的方法和实施该方法的设备。
[0095]尽管已经在附图和前面的描述中详细示出并描述了本发明，但是这样的图示和描述将被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。
[0096]通过对附图、公开内容和所附权利要求的学习，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的变化。在权利要求书中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一个”和“一”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中记载的几个物品的功能。在相互不同的从属权利要求中描述某些措施并不表明这些措施不能够被有利地使用。计算机程序可以存储/分布在适当的介质上，如存储/分布在与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质上，但也可以以其他形式分布，例如通过Internet或其他有线或无线通信系统分布。在权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。
【权利要求】
1.一种提高喷嘴板制造过程的成品率的方法，所述方法包括: 确定喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于所述喷嘴的预定的尺寸或尺寸范围的变化，已经使用多个心轴来制造所述喷嘴板中的喷嘴，每个心轴限定所述喷嘴板中的相应喷嘴；以及 确定对所述多个心轴中的一个或多个心轴的尺寸的修改，以补偿已确定的在所述喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定修改的步骤包括:增大限定具有小于所述预定的尺寸或尺寸范围的尺寸的喷嘴的心轴的尺寸，以及减小限定具有大于所述预定的尺寸或尺寸范围的尺寸的喷嘴的心轴的尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述确定修改的步骤包括:将增大或减小所述心轴的尺寸的量确定为与所述喷嘴板中的相应喷嘴不同于所述喷嘴的预定的尺寸或尺寸范围的量相对应的量。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在喷嘴板制造过程中，使用掩模在基板上形成所述心轴，并且所述确定修改的步骤包括:确定对用于形成所述心轴的掩模的修改。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定修改的步骤包括确定对所述掩模的与有关心轴相对应的区域的修改。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述确定所述喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化的步骤包括: 用光照射所述喷嘴板； 检测穿过所述喷嘴板中的一个或多个喷嘴传输的光；以及 分析检测到的光以确定所述一个或多个喷嘴的尺寸。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述检测步骤包括:检测穿过所述喷嘴板中的多个喷嘴传输的光，所述多个喷嘴分布在喷嘴板上，并且 其中所述分析检测到的光的步骤包括:分析针对所述多个喷嘴中的每一个检测的光，以确定在喷嘴板上的多个喷嘴的尺寸的变化。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括下述步骤: 使用在基板上的多个心轴来制造具有多个喷嘴的喷嘴板，所述多个心轴中的心轴具有在所述确定修改的步骤中确定的尺寸。
9.一种制造喷嘴板的方法，所述方法包括: 使用在基板上的多个心轴来制造具有多个喷嘴的喷嘴板，每个心轴限定所述喷嘴板中的相应喷嘴，所述多个心轴中的心轴具有不同的尺寸以补偿制造过程中的局部变化，而所述局部变化将导致所述喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于预定的尺寸或尺寸范围的局部变化。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述心轴具有较大的尺寸，以补偿制造过程中将导致由此限定的喷嘴的尺寸小于所述预定的尺寸或尺寸范围的局部变化，以及所述心轴具有较小的尺寸，以补偿制造过程中将导致由此限定的喷嘴的尺寸大于所述预定的尺寸或尺寸范围的局部变化。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，根据由此限定的喷嘴板中的相应喷嘴将不同于所述喷嘴的预定的尺寸或尺寸范围的量来确定所述心轴的尺寸。
12.根据权利要求9、10或11所述的方法，其特征在于，所述制造喷嘴板的步骤包括围绕所述心轴在基板上沉积材料，并且其中所述制造过程中的局部变化包括所述心轴周围的材料的厚度的局部变化。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法制造的喷嘴板。
14.一种用于提高喷嘴板制造过程的成品率的设备，所述设备包括: 用于确定所制造的喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于预定的尺寸或尺寸范围的变化的装置，已经使用多个心轴来制造所述喷嘴板中的喷嘴，每个心轴限定所述喷嘴板中的相应喷嘴；以及 用于确定对多个心轴中的一个或多个心轴的尺寸的修改以补偿已确定的在所述喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化的装置。
15.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括包含其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置成使得在通过适当的计算机或处理器执行时，所述计算机或处理器执行以下步骤: 确定所制造的喷嘴板中的喷嘴的尺寸相对于预定的尺寸或尺寸范围的变化，已经使用多个心轴来制造所述喷嘴板中的喷嘴，每个心轴限定所述喷嘴板中的相应喷嘴；以及 确定对所述多个心轴中的一个或多个心轴的尺寸的修改，以补偿已确定的在所述喷嘴板中的喷嘴的尺寸的变化。
16.一种确定喷嘴板上的喷嘴的尺寸的变化的方法，所述方法包括: 用光照射所述喷嘴板； 检测穿过所述喷嘴板中的多个喷嘴传输的光；以及` 分析检测到的光以确定喷嘴板上的喷嘴的尺寸的变化。
【文档编号】B41J2/16GK103502012SQ201280020331
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年4月17日 优先权日:2011年4月27日
【发明者】P·范德斯路易斯, A·R·M·韦许尔雷恩, A·A·J·奥普特霍赫, J·H·拉莫斯 申请人:皇家飞利浦有限公司
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