CN100463801C - 喷墨印字头装置的通孔与喷口板的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种喷墨印字头装置的通孔的制造方法，其中喷墨印字头装置可为喷墨印字头芯片或喷口板。喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造方法为先于喷墨印字头芯片的一面上覆盖感光材料层。之后，对感光材料层进行曝光，以定义一图案。接着，对曝光后的感光材料层进行显影，以形成感光材料图案，并以此感光材料图案为掩膜，利用感应耦合式等离子体蚀刻上述喷墨印字头芯片的该面，以形成至少一个通孔，其中喷墨印字头芯片的另一相对面与各通孔的内面的夹角为钝角。而喷墨印字头装置的喷口板的通孔的制造方法与喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造方法相同。

Description

喷墨印字头装置的通孔与喷口板的制造方法

技术领域

本发明涉及一种喷墨印字头装置(ink jet printhead device)的制造方法，且特别涉及一种喷墨印字头装置中的喷墨印字头芯片(printheadchip)通孔(through hole)以及喷口板(nozzle plate)的制造方法。

背景技术

近年来在高科技产业的带动发展下，所有电子相关产业无不突飞猛进。就打印机而言，在短短几年的时间内，打印技术已经从早期的撞针式打印及单色激光打印，一直进步到目前的彩色喷墨打印及彩色激光打印，甚至出现热转印打印等打印技术。就喷墨打印机而言，目前出现在市场上的喷墨打印机所应用的打印技术主要有压电式(piezoelectric)或热泡式(thermal bubble)的喷墨技术，其技术特征在于将墨水喷至记录媒介，例如纸张等，因而形成文字或图案于记录媒介的表面。其中，压电式打印技术是利用因施加电压而产生形变的压电材料来制造驱动器(actuator)，故可施加电压至驱动器来挤压位于墨水室(ink chamber)内的墨水，再将墨水通过喷口(nozzle)射出而形成墨滴。气泡式打印技术则是利用加热装置(heater；heating device)将墨水瞬间气化(vapor)，因而产生高压气泡来推动墨水，再将墨水通过喷口射出而形成墨滴(droplet)。

图1是一种公知的喷墨印字头(ink jet printhead)的立体结构示意图。请参照图1，公知的喷墨印字头100主要是由喷墨印字头芯片(printhead chip)110、墨室层(chamber layer，亦可称为干膜层(dry filmlayer))120以及喷口板130所构成。喷墨印字头芯片110具有表面112及通孔114，此通孔114可为狭长状(亦可为其它适当形状，例如椭圆形或圆形)且贯穿整个喷墨印字头芯片110，以作为墨水的供给口。另外，在喷墨印字头芯片110中还包括一些加热装置116。而墨室层120则设置于喷墨印字头芯片110的表面112上，且墨室层120具有墨水流道(ink channel)122及墨水室(ink chamber)124。墨水室124会暴露出喷墨印字头芯片110中的加热装置116，且墨水室124通过墨水流道122与通孔114连通。喷口板130设置于墨室层120上，喷口板130具有喷口(nozzle)132，且喷口132的位置对应于加热装置116上方。

上述喷墨印字头芯片110的通孔114一般都是采用喷砂(sandblasting)的方式形成。不过，传统的喷砂作业有工艺时间过长的缺点，而且因为其工艺变异大、尺寸精度不佳，再加上通孔定位困难以及会因为有碎屑(chipping)或晶裂而造成喷墨特性不佳等问题。所以，这种制造通孔的方式将不利于精密度不断提高的喷墨印字头。

此外，公知采用电镀方法形成喷口板中的喷口，不但工序时间长，而且有可能因为电镀工艺的缺失而无法确实地形成喷口。另外，公知通常是采用一个喷口板与个别的喷墨印字头芯片分别接合，所以不但工序时间长，也会较常发生芯片与喷口板对位变异的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造方法，以缩短工序时间并改善供墨情形。

本发明的再一目的是提供一种喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造方法，可增进开孔定位精度、提高合格率(yield rate)并增进喷墨特性。

本发明的另一目的是提供一种喷墨印字头装置的喷口板的制造方法，可较快且确实地形成喷口、提高合格率并增进喷墨特性。

本发明的其它目的和优点可以从本发明所披露的技术特征中得到进一步的了解。

基于上述其中的一个或部份或全部目的或其它目的，本发明提出一种喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造方法，包括先提供喷墨印字头芯片，其具有第一表面与相对的第二表面。接着，于喷墨印字头芯片的第一表面上覆盖感光材料层。之后，对感光材料层进行曝光，以定义一图案。接着，对曝光后的感光材料层进行显影，以形成感光材料图案，并以此感光材料图案为掩膜(mask)，利用感应耦合式等离子体(inductively coupled plasma，ICP)蚀刻上述喷墨印字头芯片的第一表面，以形成一个或多个通孔，其中喷墨印字头芯片的第二表面与通孔的内面的夹角约为95～120度的钝角。

依照本发明的较佳实施例所述的制造方法，上述对感光材料层进行曝光的步骤可使用对准器(aligner)、步进机(stepper)或扫描仪(scanner)来进行曝光。

依照本发明的较佳实施例所述的制造方法，上述于喷墨印字头芯片上覆盖感光材料层的方法可以采用旋涂(spin coating)或层压(laminating)或喷涂(spray coating)或其它所属技术领域的技术人员已知的涂布法。

依照本发明的较佳实施例所述的制造方法，上述于喷墨印字头芯片上所覆盖的感光材料层厚度在约15μm以上。此外，喷墨印字头芯片的厚度可约为200～800μm。而通孔的宽度可约为5～1000μm。通孔的深宽比可约在0.4～100之间。

依照本发明的较佳实施例所述的制造方法，上述形成通孔后，可进一步去除感光材料图案或对感光材料图案作后续处理。

依照本发明的较佳实施例所述的制造方法，上述蚀刻喷墨印字头芯片的第一表面的硅蚀刻速度(silicon etching rate)≥8μm/min。

本发明又提出一种喷墨印字头装置的喷口板的制造方法，包括提供基板(substrate)，其具有第一表面与相对的第二表面，再于基板的第一表面上覆盖感光材料层，并对感光材料层进行曝光，以定义一图案。之后，对曝光后的感光材料层进行显影，以形成感光材料图案，再以感光材料图案为掩膜，利用感应耦合式等离子体蚀刻基板的第一表面，以形成至少一个喷口，其中基板的该第二表面与喷口的内面的夹角为95度至120度。

于一实施例中，进行曝光的步骤包括使用对准器、步进机或扫描仪进行曝光。而于基板上覆盖感光材料层的步骤包括旋涂或层压或喷涂。此外，于基板上覆盖的感光材料层厚度约在0.5～100μm。而上述基板的厚度约在10～200μm之间。喷口的直径则约在10～80μm。另外，在形成喷口后，还包含去除感光材料图案的步骤。

本发明又提出一种喷墨印字头装置的喷口板的制造方法，包括提供基板，其为硅芯圆，再于基板上覆盖感光材料层，并对感光材料层进行曝光，以定义一图案。之后，对曝光后的感光材料层进行显影，以形成感光材料图案，再以感光材料图案为掩膜，利用感应耦合式等离子体并以硅蚀刻速度≥8μm/min的速度蚀刻基板，以形成至少一个喷口。

于一实施例中，相对于基板覆盖感光材料层那面的另一面的表面与喷口的内面的夹角约为95度至120度。

于一实施例中，进行曝光的步骤包括使用对准器、步进机或扫描仪进行曝光。而于基板上覆盖感光材料层的步骤包括旋涂或层压或喷涂。此外，于基板上覆盖的感光材料层厚度约在0.5～100μm。而上述基板的厚度约在10～200μm之间。喷口的直径则约在10～80μm。另外，在形成喷口后，还包含去除感光材料图案的步骤。

本发明又提出一种喷墨印字头装置的喷口板的制造方法，包括提供芯片，其具有第一表面与相对的第二表面，再于芯片的第一表面上覆盖感光材料层，其中感光材料层厚度在0.5～100μm。之后，对感光材料层进行曝光，以定义一图案。之后，对曝光后的感光材料层进行显影，以形成感光材料图案，再以感光材料图案为掩膜，利用感应耦合式等离子体蚀刻芯片的第一表面，以形成至少一个喷口。

于另一实施例中，芯片厚度约在10～200μm之间。而芯片的第二表面与喷口的内面的夹角约为95度至120度。另外，形成喷口后还包含去除感光材料图案。

本发明另提出一种喷墨印字头装置的喷口板的制造方法，包括提供芯片，其具有第一表面与相对的第二表面，且芯片厚度在10～200μm之间。之后，于芯片的第一表面上覆盖感光材料层，再对感光材料层进行曝光，以定义一图案。之后，对曝光后的感光材料层进行显影，以形成感光材料图案，再以感光材料图案为掩膜，利用感应耦合式等离子体蚀刻芯片的第一表面，以形成至少一个喷口，其中喷口的直径在10～80μm之间。

于另一实施例中，于芯片上覆盖厚度约在0.5～100μm的感光材料层。而芯片的第二表面与喷口的内面的夹角约为95度至120度。

本发明因为是利用光刻(photolithography)蚀刻的方式，所以比公知采用一孔一孔逐次喷砂以制造喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的方式来得省时。而且，本发明可使用高精度曝光机，所以可增进开孔定位精度，还能够减少孔与孔之间的变异，提高合格率。此外，用感应耦合式等离子体还可减少碎屑(chipping)或晶裂产生，以增进喷墨特性。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。须说明的是，本发明各实施例的说明是参考所附附图，用以说明本发明可用以实施的特定实施例。因此，本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「左」、「右」、「正面」、「背面」等，仅是参考附加图式的方向。本发明所披露的喷墨印头可以任意摆置，因此使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。

附图说明

图1是一种公知的喷墨印字头的立体结构示意图。

图2A～图2E是依照本发明的一实施例的一种喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造流程剖面示意图。

图3为依照本发明的另一实施例的喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造流程步骤图。

图4为依照本发明的又一实施例的喷墨印字头装置的喷口板的制造流程步骤图。

图5是按照图4的步骤形成的其中一种喷墨印字头装置的喷口板的剖面示意图。

主要元件标记说明

20、110：喷墨印字头芯片

100：喷墨印字头

112：表面

114：通孔

116：加热装置

120：墨室层

122：墨水流道

124：墨水室

130：喷口板

132、502：喷口

200a、500a：第一表面

200b、500b：第二表面

202：硅基板

204：隔离结构

206：介电层

208：氧化层

210：加热装置

212：电阻层

214：导体层

218：钝化层

220：穴层

230、230a：感光材料层

230b：感光材料图案

240：曝光

250：显影

260、510：感应耦合式等离子体

270：通孔

300～310、400～408：步骤

500：基板a：夹角

具体实施方式

图2A～图2E是依照本发明的一实施例的一种喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔(through hole)的制造流程剖面示意图。

请参照图2A，本实施例先提供喷墨印字头芯片(printhead)20，其具有第一表面200a与相对的第二表面200b，且喷墨印字头芯片20的厚度例如约200～800μm(微米)或者是在约400μm以上。举例来说，喷墨印字头芯片20通常可包括有硅基板(silicon substrate)202及依次形成于硅基板202上的隔离结构(isolation structure)204、介电层(dielectric layer)206、氧化层(oxide layer)208和加热装置(heatingdevice)210，其中隔离结构204例如是场氧化层(field oxide layer)；介电层206例如是磷硅玻璃(phosphosilicate glass，PSG)或硼磷硅玻璃(borophosphosilicate glass，BPSG)；氧化层208例如是等离子体增强式氧化层(plasma-enhanced oxide，PEOX)或低压成形氧化层(lowpressure oxide，LPOX)。喷墨印字头芯片20还有电阻层212位于介电层206上，而在电阻层212上有一层可暴露出加热区域的导体层214，以形成加热装置210。上述电阻层212的材质则可包括TaAl、TaN或掺杂多晶硅，或其它本发明所属技术领域的技术人员所知可用于喷墨印字头加热装置的材料。此外，喷墨印字头芯片还可包括覆盖电阻层212和导体层214的钝化层(passivation layer)218，钝化层218例如包括SiN层、SiC层或SiN与SiC的叠层，用以防止墨水对其底下各层结构产生腐蚀反应。在加热区域上方的钝化层218上还可包括一层穴层(cavitation layer)220，而穴层220的材质例如是Ta、W或Mo。

请参照图2B，于喷墨印字头芯片20的第一表面200a上覆盖感光材料层230，且其方法可以采用例如是旋涂(spin coating)或层压(laminating)或喷涂(spray coating)或其它所属技术领域的技术人员已知的涂布法，而感光材料层230可以例如是压克力、环氧(epoxy)、聚酰亚胺(polyimide)、聚酯(polyester)。其中，于喷墨印字头芯片20上所覆盖的感光材料层230的厚度例如是在约15μm以上。

之后，请参照图2C，对感光材料层230(请见图2B)进行曝光240，以定义一图案230b，且感光材料层230a因为受到光的影响而使其化学成分产生变化。在曝光时，可使用对准器(aligner)、步进机(stepper)或扫描仪(scanner)来进行曝光。

接着，请参照图2D，对曝光后的感光材料层230a与230b进行显影250，以形成感光材料图案230b。

随后，请参照图2E，以感光材料图案230b为掩膜(mask)，利用感应耦合式等离子体(inductively coupled plasma，ICP)260蚀刻喷墨印字头芯片20的第一表面200a，以形成通孔270，其中喷墨印字头芯片20的第二表面200b与通孔270的内面的夹角a为钝角，且夹角a例如约在95～120度。虽然本图仅显示一个通孔270，但是本发明所属技术领域中的技术人员应知一般的喷墨印字头可具有多个通孔。通过上述方法所形成的通孔270宽度例如是5～1000μm，而通孔270的深宽比(亦即深度除以宽度的比值)则例如是在0.4～100之间，较佳则在1.05～2.25之间。

请继续参照图2E，如本实施例所示，第一表面200a可以是喷墨印字头芯片20的正面，其上形成有加热装置(如图2A的210)等装置，或者第一表面200a也可以是喷墨印字头芯片20的背面，应看感应耦合式等离子体(ICP)260的入射与出射；也就是说，只要是喷墨印字头芯片20被感应耦合式等离子体(ICP)260入射的那一面就代表「第一表面」，而感应耦合式等离子体(ICP)260出射的那一面就代表「第二表面」。之后感光材料图案230b可被去除或作为其它用途。

图3为依照本发明的另一实施例的喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造流程步骤图。

请参照图3，于步骤300中，提供喷墨印字头芯片，喷墨印字头芯片的厚度约为200～800μm，且喷墨印字头芯片的基板为硅芯圆(silicon wafer)。

接着，于步骤302中，于喷墨印字头芯片上覆盖感光材料层，其步骤例如包括于喷墨印字头芯片上覆盖厚度在15μm以上的感光材料层。

之后，于步骤304中，对感光材料层进行曝光，以定义一图案，如后续形成的通孔的图案。进行曝光所使用的机器例如对准器(aligner)、步进机(stepper)或扫描仪(scanner)。

然后，进行步骤306，对曝光后的感光材料层进行显影，以形成感光材料图案。

随后，于步骤308中，以感光材料图案为掩膜，利用感应耦合式等离子体(ICP)并以硅蚀刻速度≥8μm/min的速度蚀刻喷墨印字头芯片，以形成多个通孔。通过上述方法所形成的通孔270宽度例如是5～1000μm，而通孔270的深宽比则例如是在0.4～100之间，较佳则在1.05～2.25之间。

最后，于步骤310中，可进一步去除感光材料图案或对该感光材料图案作后续处理。

图4为依照本发明的又一实施例的喷墨印字头装置的喷口板的制造流程步骤图。

请参照图4，于步骤400中，先提供基板或芯片，其厚度约在10～200μm之间，且基板或芯片可以是硅芯圆。

接着，于步骤402中，于基板上覆盖感光材料层，其步骤例如包括于基板上覆盖厚度在0.5～100μm的感光材料层，其步骤包括旋涂或层压或喷涂。

之后，于步骤404中，对感光材料层进行曝光，以定义一图案，如后续形成的喷口的图案。进行曝光所使用的机器如前所述的实施例。

然后，进行步骤406，对曝光后的感光材料层进行显影，以形成感光材料图案。

随后，于步骤408中，以感光材料图案为掩膜，利用感应耦合式等离子体(ICP)于基板中形成多个喷口，而完成喷口板的制造，其中每一个喷口直径例如是10～80μm。于蚀刻时的感应耦合式等离子体(ICP)的硅蚀刻速度可以是≥8μm/min的速度。然后，可进一步去除感光材料图案或对感光材料图案作后续处理。

之后，可以将整片硅芯圆喷口板以芯圆接合(wafer bonding)的方式结合于在含有喷墨印字头芯片的芯圆(wafer)上。

在另一实施例中，本发明也可以先将未制造出喷口的硅芯圆先以芯圆接合(wafer bonding)方式结合于含有喷墨印字头芯片的芯圆上，再利用前述感应耦合式等离子体制造喷口。因此本发明所称的「提供芯片」或「提供基板」以制造喷口板，亦包含未制造出喷口的基板、芯片或硅芯圆先以芯圆接合(wafer bonding)方式结合于含有喷墨印字头芯片的芯圆上。当未制造出喷口的基板、芯片或硅芯片先以芯圆接合(wafer bonding)方式结合于含有喷墨印字头芯片的芯圆上，结合后整体芯圆(芯片)厚度为210～1000μm。

图5是按照图4的步骤形成的其中一种喷口板的剖面示意图。请参照图5，利用感应耦合式等离子体(ICP)510蚀刻基板500的第一表面500a而形成的喷口502的内面与相对于第一表面500a的第二表面500b的夹角a为约在95～120度。如同前述，只要是基板500被感应耦合式等离子体(ICP)510入射的那一面就代表「第一表面」，而感应耦合式等离子体(ICP)510出射的那一面就代表「第二表面」。

因此，这个制造喷口板的实施例与公知采用电镀形成喷口的方式相比要快，且喷口可以确实地形成。此外，将欲制造喷口板的基板接合在含有喷墨印字头芯片的芯圆上，与公知采用一个喷口板与一个喷墨印字头芯片分别接合相比，可减少工艺时间，且可减少每一喷墨印字头芯片与喷口板结合时的对位变异。

另外，本发明利用感应耦合式等离子体(ICP)蚀刻形成喷墨印字头芯片的通孔，比公知采用一孔一孔逐次喷砂的方式来得省时。而且，本发明可以使用高精度曝光机，来增进开孔定位精度，并因为如此而减少孔与孔之间的变异，可提高合格率。此外，本发明也因为利用光刻蚀刻的方式制造通孔，因而减少碎屑(chipping)或晶裂的产生、增进喷墨特性。另外，本发明还可将通孔的内面与感应耦合式等离子体(ICP)从喷墨印字头芯片出射的那一面的夹角控制为钝角，以便改善供墨(墨水流进或流出通孔的流畅性)情形。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。例如本发明不限于热泡式的喷墨技术，同样亦可适用于压电式喷墨技术或其它喷墨技术。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜索用，并非用来限制本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造方法，其特征是包括：

提供喷墨印字头芯片，该喷墨印字头芯片具有第一表面与相对的第二表面；

于该喷墨印字头芯片的该第一表面上覆盖感光材料层；

对该感光材料层进行曝光，以定义一图案；

对曝光后的该感光材料层进行显影，以形成感光材料图案；

以该感光材料图案为掩膜，利用感应耦合式等离子体蚀刻该喷墨印字头芯片的该第一表面，以形成至少一个通孔，其中该喷墨印字头芯片的该第二表面与该通孔的内面的夹角为95度至120度。

2.根据权利要求1所述的喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造方法，其特征是对该感光材料层进行曝光的步骤包括使用对准器、步进机或扫描仪进行曝光。

3.根据权利要求1所述的喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造方法，其特征是于该喷墨印字头芯片上覆盖该感光材料层的步骤包括旋涂或层压或喷涂。

4.根据权利要求1所述的喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造方法，其特征是于该喷墨印字头芯片上覆盖该感光材料层的步骤包括：于该喷墨印字头芯片上覆盖厚度在15μm以上的该感光材料层。

5.根据权利要求1所述的喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造方法，其特征是该喷墨印字头芯片的厚度为200～800μm。

6.根据权利要求1所述的喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造方法，其特征是该通孔的宽度为5～1000μm。

7.根据权利要求1所述的喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造方法，其特征是该通孔的深宽比在0.4～100之间。

8.根据权利要求1所述的喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造方法，其特征是在形成该通孔后，还包含去除该感光材料图案。

9.根据权利要求1所述的喷墨印字头装置的喷墨印字头芯片通孔的制造方法，其特征是蚀刻该喷墨印字头芯片的该第一表面的硅蚀刻速度≥8μm/min。

10.一种喷墨印字头装置的喷口板的制造方法，其特征是包括：

提供基板，该基板具有第一表面与相对的第二表面；

于该基板的该第一表面上覆盖感光材料层；

对该感光材料层进行曝光，以定义一图案；

对曝光后的该感光材料层进行显影，以形成感光材料图案；

以该感光材料图案为掩膜，利用感应耦合式等离子体蚀刻该芯片的该第一表面，以形成至少一个喷口，其中该基板的该第二表面与该喷口的内面的夹角为95度至120度。

11.根据权利要求10所述的喷墨印字头装置的喷口板的制造方法，其特征是对该感光材料层进行曝光的步骤包括使用对准器、步进机或扫描仪进行曝光。

12.根据权利要求10所述的喷墨印字头装置的喷口板的制造方法，其特征是于该基板上覆盖该感光材料层的步骤包括旋涂或层压或喷涂。

13.根据权利要求10所述的喷墨印字头装置的喷口板的制造方法，其特征是于该基板上覆盖该感光材料层的步骤包括:于该基板上覆盖厚度在0.5～100μm的该感光材料层。

14.根据权利要求10所述的喷墨印字头装置的喷口板的制造方法，其特征是该基板的厚度在10～200μm之间。

15.根据权利要求10所述的喷墨印字头装置的喷口板的制造方法，其特征是该喷口的直径在10～80μm。

16.根据权利要求10所述的喷墨印字头装置的喷口板的制造方法，其特征是在形成该喷口后，还包含去除该感光材料图案。

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