CN102165617B - 使用电磁辐射来去除压电材料 - Google Patents

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Abstract

电磁辐射被传播透过压电材料并在将压电材料结合到另一材料的至少粘合剂中被吸收。在粘合剂中吸收电磁辐射烧蚀粘合剂且粘合剂的烧蚀起到去除压电材料的作用。

Description

使用电磁辐射来去除压电材料
技术领域
本发明涉及一种流体喷射装置、在材料层上形成压电致动器的方法、以及用于从其它材料去除压电材料的方法。
背景技术
诸如晶体、陶瓷、铅、镁和铌酸盐（PMN）的配方（formulation）、铅、锆酸盐和钛酸盐（PZT）的配方等压电材料在向其施加电场时产生应力和/或应变。同样地，常常使用压电材料作为用于对与之接触的材料或对象赋予力的致动器。例如，常常使用压电材料来赋予使与之接触的材料偏转的力。
在一个示例中，一个或多个压电致动器可以形成流体喷射装置的一部分，诸如打印头。对于此实施方式，形成覆盖可偏转层的压电致动器，所述可偏转层例如为导电层，诸如覆盖玻璃层的接地层。所述可偏转层被形成为覆盖例如硅的半导体衬底，具有在其中形成的诸如墨输送通道之类的通道，从而使得压电致动器对应于每个通道。在操作期间，所选致动器响应于向致动器施加电场而向可偏转层赋予力。赋予可偏转层的力使可偏转层偏转，促使一滴流体（诸如墨）从对应于所选致动器的通道喷射。
在常规制造方法中，通常通过使用粘合剂以将一层压电材料结合至可偏转层来形成压电致动器。然后，例如使用锯或其它类似机械切割工具将该层压电材料切割成段，使得每个段形成压电致动器。为了避免通过使可偏转层与锯接触而破坏可偏转层，每个锯痕的深度从可偏转层延伸至例如约5至约15微米的某个距离内。然而，这可能在在相邻致动器之间延伸的每个锯痕的末端处留下压电材料和粘合剂。
在相邻致动器之间延伸的压电材料可能产生相邻致动器之间的干扰（cross-talk）。例如，当向致动器中的一个施加电场时，相邻致动器也可能进行响应。这可能负面地影响所喷射液滴的定时和冲击速度，这可能负面地影响打印质量。
与在每个锯痕的末端处留下压电材料和粘合剂相关联的另一问题是压电材料和粘合剂起到降低可偏转层的柔度的作用。因此，可能需要增加施加于致动器的电场以适当地使可偏转层偏转。然而，增加的电场起到增加压电材料的退化的作用并因此起到减少致动器寿命的作用。
发明内容
本公开涉及一种用于从其它材料去除压电材料的方法，包括：
使激光束传播透过压电材料；以及
在将压电材料结合到其它材料的至少粘合剂中吸收激光束；
其中，在至少所述粘合剂中吸收激光束烧蚀所述粘合剂，且所述粘合剂的烧蚀起到去除压电材料的作用。
根据本公开的另一方面，提供了一种在材料层上形成压电致动器的方法，包括：
形成覆盖所述材料层的导电层；
使用粘合剂将压电材料层结合到所述导电层；
使用机械切割工具在所述压电材料层中形成至少一个槽，所述至少一个槽在所述至少一个槽的两侧形成分别对应于第一和第二压电致动器的压电材料层的第一和第二部分，其中，所述至少一个槽在压电材料层内终止，从而使得所述至少一个槽内的压电材料层的第三部分在第一和第二压电致动器之间延伸；
将电磁辐射指引到所述至少一个槽中；
使电磁辐射传播透过压电材料层的第三部分；以及
在将压电材料层结合到材料层的至少所述粘合剂中吸收电磁辐射；
其中，在至少所述粘合剂中吸收电磁辐射烧蚀粘合剂，且粘合剂的烧蚀起到从所述至少一个槽去除压电材料层的第三部分的至少一部分的作用。
根据本申请的再一方面，提供了一种形成流体喷射装置的方法，包括：
形成覆盖衬底的泵层，该衬底具有在其中形成的至少一个流体输送通道；
形成覆盖泵层的导电层；
将压电材料层结合到导电层；
使用机械切割工具在压电材料层中形成至少一个槽，所述至少一个槽在所述至少一个槽的两侧形成压电材料层的第一和第二部分，其中，所述至少一个槽在压电材料层内终止，从而使得所述至少一个槽内的压电材料层的第三部分在压电材料层的第一和第二部分之间延伸，其中，压电材料层的第一和第二部分中的至少一个形成直接与所述至少一个流体输送通道对准的压电致动器；
将电磁辐射指引到所述至少一个槽中；
使电磁辐射传播透过压电材料层的第三部分；以及
在将压电材料层结合到导电层的至少粘合剂中吸收电磁辐射；
其中，在至少所述粘合剂中吸收电磁辐射烧蚀粘合剂，且粘合剂的烧蚀起到从所述至少一个槽去除压电材料层的第三部分的至少一部分的作用。
附图说明
图1A～1C是根据公开的实施例的、在各种制造阶段期间的流体喷射装置的一部分的横截面图。
图2是根据公开的另一实施例的图1A的区域200的放大图。
图3A是根据公开的另一实施例的图1B中所示的制造阶段处的流体喷射装置的一部分的顶视图。
图3B是根据公开的另一实施例的图1C中所示的制造阶段处的流体喷射装置的一部分的顶视图。
图4A～4D举例说明根据公开的另一实施例的不同制造阶段处的图1B的区域400。
具体实施方式
在本实施例的以下详细说明中，对形成其一部分的附图进行参考，并且在附图中，以图示的方式示出了可以被实施的特定实施例。足够详细地描述了这些实施例以使得本领域的技术人员能够实施所公开的主题，并且应理解的是，可以利用其它实施例，并且在不脱离要求保护的主题的范围的情况下可以进行过程、电气或机械修改。因此，不应以限制性意义理解以下详细说明，而仅仅由随附权利要求及其等价物来限定要求保护的主题的范围。
图1A～1C是根据实施例的各种制造阶段期间的诸如打印头100的流体喷射装置的横截面图。图1A举例说明已经执行了若干制造步骤之后的打印头100。通常，通过在半导体衬底110的上表面下面形成延伸至诸如例如硅等的半导体衬底110之类的衬底中的沟槽1051至105N来形成图1A的结构。例如，可以通过形成覆盖半导体衬底110的掩模层（未示出）、将掩模层图案化以指定用于去除的与沟槽105相对应的半导体衬底110的多个部分、例如通过蚀刻来去除指定的半导体衬底110的多个部分以形成沟槽105、以及去除掩模层来形成沟槽105。
对于一个实施例而言，形成诸如玻璃层115的电介质层，其覆盖半导体衬底110的上表面并与之接触以便封闭沟槽105以形成流体输送通道1201至120N，诸如墨输送通道。例如，半导体衬底110形成每个通道120的底壁和侧壁，并且玻璃层115的下表面形成通道120的上壁。对于一个实施例而言，可以例如通过等离子体增强结合、真空结合、阳极结合等来将玻璃层115固定于半导体衬底110。
随后形成导电层，对于一个实施例而言例如为接地层125，其覆盖玻璃层115的上表面并与之接触。对于一个实施例而言，接地层125是一层铟锡氧化物。对于一个实施例而言，向一层压电材料140的下表面施加例如诸如镍的金属的导电涂层145，所述压电材料140诸如为压电晶体、压电陶瓷、铅、镁和铌酸盐（PMN）的配方、铅、锆酸盐和钛酸盐（PZT）的配方等。在形成接地层125之后，向接地层125的上表面和/或向导电涂层145施加诸如环氧树脂的粘合剂130（例如，以层的形式）以将导电涂层145和因此的压电材料层140结合至接地层125，其中，导电涂层145被插入粘合剂130与压电材料层140之间。对于一个实施例而言，粘合剂130是电绝缘体。
对于另一个实施例而言，可以在压电材料层140和与压电材料层140的末端邻近的接地层125之间施加附加的粘合剂130以形成粘合剂130的倒角（fillet）150。例如，对于一个实施例而言，当在导电涂层145与接地层125之间挤压粘合剂130时，从导电涂层145与接地层125之间挤压附加粘合剂130而形成倒角150。对于一个实施例而言，导电涂层145被真空结合至接地层125，例如以去除气泡，产生粘合剂130的细结合线等，并且从导电涂层145与接地层125之间吸取附加粘合剂130以形成倒角150。
请注意，压电材料层140的下表面可以是粗糙的，并且可以包括峰210和谷220，如图2（图1A的区域200的放大图）中所示。因此，在压电材料层140的下表面的峰210和谷220上形成的导电涂层145具有带有峰240和谷250的粗糙表面。因此，当向接地层125的上表面和/或向导电涂层145施加粘合剂130并在接地层125与导电涂层145之间挤压粘合剂130时，导电涂层145的某些谷250可能接触接地层125，如图2中所示，从而将导电涂层145电耦合到接地层125。
对于一个实施例而言，在将压电材料层140结合到接地层125之后，形成导电层155，如图1A中所示，其覆盖压电材料层140的上表面、上表面倒角150和接地层125的一部分并与压电材料层140的上表面、上表面倒角150和接地层125的一部分接触。对于另一个实施例而言，导电层155可以是金属层，具有金层、铬层和镍层中的至少一种。对于一个实施例而言，导电层155包括被形成为覆盖压电材料层140的上表面并与之接触的铬层、覆盖铬层并与之接触的镍层和覆盖镍层并与之接触的金层。
在形成导电层155之后，将压电材料层140和导电层155划分成图1B中的多个部分（例如，多个段）。将压电材料层140划分成多个段由压电材料140形成压电致动器1601至160N，分别直接覆盖通道1201至120N。例如，致动器1601至160N被一个一个地直接与通道1201至120N对准。将导电层155分段由导电层155形成致动器1601至160N各自的上导体1621至162N，其中，导体1621至162N分别覆盖致动器1601至160N的上表面并与之接触。也就是说，导体1621至162N一个一个地对应于致动器1601至160N。
对于一个实施例而言，使用诸如锯等机械切割工具机械地将压电材料层140和导电层155划分成段，以形成例如切口的槽165，以使对应于致动器160的压电材料层140的多个段相互分离并使对应于导体162的导电层155的多个段相互分离。
对于另一实施例而言，槽1651使对应于致动器1601的压电材料层140的一部分与对应于诸如接地电极170的电极的一部分的压电材料层140的一部分168分离，如图2中所示。例如，接地电极170包括压电材料层140的部分168和与部分168的上表面接触并被电耦合到接地层125的上导体172（导电层155的一部分）。对于一个实施例而言，可以将接地接点（未示出）电耦合到接地电极170以便将接地层125耦合到地。
对于一个实施例而言，每个槽165在压电材料层140内终止，如图1B中所示，例如以防止锯切割至接地层125中或切割通过接地层125并从而破坏接地层125。对于另一实施例而言，例如在形成槽165、槽310之后，例如使用锯等在基本上垂直于槽165的每个槽165的任一末端350处形成切口，如图3A中所示，其为图1B中所示的制造阶段处的打印头100的一部分的顶视图。对于一个实施例而言，槽310被形成为与槽165基本上相同的深度。例如，每个槽310在压电材料层140内终止。请注意，图3A中的槽165和310内点画部分表示槽165和310中的每一个的底部处的压电材料140。
对于另一实施例而言，在使用锯等机械地形成槽165之后，槽165在图1C中延伸而使接地层125的上表面的多个部分暴露。这是通过使用一束电磁辐射去除在被连接在相邻致动器160之间的每个槽165的底部处的压电材料140的至少一部分、在每个槽165的底部处的压电材料140下面的导电涂层145的一部分、在导电涂层145的所述部分下面的粘合剂130的一部分和在粘合剂130的所述部分下面的接地层125的一部分以使玻璃层115的上表面的一部分暴露来实现的，如图3B中的槽165内的点画部分的缺失所指示的那样，图3B是图1C中所示的制造阶段处的打印头100的一部分的顶视图。
该去除过程由导电涂层145形成致动器1601至160N各自的下导体1801至180N，其中，导体1801至180N分别在致动器1601至160N的下表面下面并与之接触，如图1C中所示。也就是说，导体1801至180N一个一个地对应于致动器1601至160N。请注意，每个致动器160被夹在上导体162与下导体180之间，如图1C中所示。该去除过程还由导电涂层145形成接地电极170的下导体182。
对于一个实施例而言，每个槽310的底部处的压电材料140、每个槽310的底部处的压电材料140下面的导电涂层145的一部分和导电涂层145的该部分下面的粘合剂130的一部分未被去除，如图3B中的槽310内的点画部分的存在所指示的那样。留下每个槽310的底部处的压电材料140、在每个槽310的底部处的压电材料140下面的导电涂层145的一部分和在该导电涂层145的该部分下面的粘合剂130的一部分留下每个致动器160的下导体180，所述每个致动器160被电耦合到邻近每个槽160的任一末端350的其余致动器160的下导体180。
如上文结合图2所讨论的，导电涂层145的和因此的由导电涂层145形成的多个导体180中的一个或多个导体的多个部分（例如，谷250）接触导电层125。对于一个实施例而言，所述多个导体180中的一个或多个导体的谷250与接地层125之间的接触将每个致动器160的导体180电耦合至接地层125，因为各致动器160的多个导体180被相互耦合。对于另一实施例而言，接地电极170的下导体182的谷250之间的接触将导体182电耦合至接地层125，从而使得下导体182和上导体172被电短路。这意味着能够通过将接地电极170耦合到地来同时地将致动器160的所有下导体180耦合到地。
图4A～4D举例说明使槽1652延伸以使玻璃层115的上表面的一部分暴露的不同阶段处的图1B的区域400。在图4A中，来自诸如例如脉冲激光器的激光器的辐射源420的诸如激光束的一束电磁辐射410被指引到槽1652中。电磁辐射410的波长是使得电磁辐射410被传播透过连接在相邻压电致动器1601和1602之间的槽1652的底部处的压电材料140。例如，对于一个实施例而言，电磁辐射410的波长约为500至约5000纳米。对于另一实施例而言，电磁辐射410的波长为约1064纳米。
在电磁辐射410被传播透过压电材料140之后，如图4A中所示，电磁辐射410被导电涂层145吸收。如图4B中所示，被吸收的电磁辐射410烧蚀导电涂层145的材料，例如使其蒸发。
电磁辐射410随后被粘合剂130吸收。被吸收的电磁辐射410烧蚀粘合剂130，例如使其蒸发。粘合剂130的烧蚀产生起到去除槽1652底部处的压电材料140的作用的力。例如，该力起到使压电材料140碎裂并将其移除的作用。对于一个实施例而言，粘合剂130和导电涂层145的材料的烧蚀可能基本上同时地发生，并且由粘合剂130和导电涂层145的材料的基本上同时的烧蚀所产生的力起到去除槽1652的底部处的压电材料140的作用。如图4C中所示，电磁辐射410随后可以被接地层125吸收。如图4D中所示，被吸收的电磁辐射410烧蚀接地层125的材料，例如使其蒸发。对于另一实施例而言，粘合剂130和接地层125的烧蚀可以基本上同时地发送，并且由接地层125和粘合剂130的材料的基本上同时的烧蚀产生的力起到去除槽1652的底部处的压电材料140的作用。对于另一实施例而言，导电涂层145、粘合剂130和接地层125的材料的烧蚀可以基本上同时地发生，并且由导电涂层145、粘合剂130和接地层125的材料的基本上同时的烧蚀所产生的力起到去除槽1652的底部处的压电材料140的作用。可以随后在清洁步骤中例如通过机械洗涤器、自旋漂洗干燥器等来去除任何剩余的松散压电材料140，从而使得不存在跨越槽1652将相邻致动器1601和1602机械地和电气地耦合的压电材料140，如图4D中所示。请注意，相邻致动器1601和1602的侧壁形成槽1652的相对侧壁，以及因此对于一个实施例而言，跨越槽的相邻致动器指的是其侧壁形成该槽的相对侧壁的致动器。
请注意，直接在每个槽165的至少一部分下面的导电涂层145、粘合剂130和接地层125通过其烧蚀被去除，如图4D中针对槽1652所示。因此，在跨越例如槽1652的每个槽165的压电材料140中存在间断，从而使得不存在跨越每个槽165将诸如1601和1602的相邻致动器机械地和电气地耦合的压电材料140。例如，每个槽165没有跨越该槽将相邻致动器160、以及例如跨越槽1651将致动器160和接地电极170电气地和机械地耦合的压电材料140。请注意，导电涂层145、粘合剂130和接地层125在每个槽165下面也是不连续的，从而使得每个槽160例如在该槽165的长度L（图3A）上和在该槽的宽度W（图4A）的至少一部分上使玻璃层115的上表面的一部分暴露。也就是说，不存在跨越槽165将相邻致动器160机械地和/或电气地耦合的（如图4D中针对相邻致动器1601和1602及槽1602所示）、或跨越槽1651在致动器1601与电极170之间的接地层125和粘合剂130、导电涂层145的材料。例如，每个槽165没有跨越该槽将相邻致动器160机械地和/或电气地耦合的、以及跨越槽1651在致动器160和电极170之间的接地层125和粘合剂130、导电涂层145的材料。
为了从每个槽165去除导电涂层145、粘合剂130、接地层125和压电材料140的材料，电磁辐射410的射束扫描每个槽165的宽度W和长度L的至少一部分。扫描每个槽165实现使用电磁辐射410来烧蚀导电涂层145、粘合剂130和接地层125的材料的上述去除过程，和通过由粘合剂130的烧蚀、或由粘合剂130和导电涂层145的材料的烧蚀、由粘合剂130和接地层125的材料的烧蚀、或由粘合剂130、导电涂层145的材料和接地层125的材料的烧蚀所产生的力进行的压电材料140的去除。
对于一个实施例而言，玻璃层115形成能够响应于向致动器160施加电场而被局部地偏转（例如弯曲）的图1C的打印头100的可偏转层，诸如泵层。例如，在打印头100的操作期间，对于一个实施例而言，可以通过在经由接地平面125和接地电极170将例如下导体1801的下导体接地的同时选择性地向该致动器160的例如上导体1621的上导体162施加电压来选择性地向例如致动器1601的致动器160施加电场。
施加的电场使致动器1601扩展并在直接与通道1201对准并覆盖通道1201的玻璃层115的在图1C中用虚线表示的部分190上运用局部力。该局部力起到使玻璃层115的部分190弯曲的作用。使部分190弯曲促使例如具有液滴形式的诸如墨的流体被从通道1201喷射。同样地，可以通过选择性地向与该通道120直接对准并覆盖该通道120的致动器160施加电场来选择性地从每个通道120喷射流体。
与如图1B中所示的当在槽165的底部处留下的压电材料140将在槽165的两侧的相邻致动器160电气地和机械地耦合时相比，从槽165去除压电材料140从而使得不存在如图1D中所示的将在槽165的两侧的相邻致动器160电气地和机械地耦合的和如图1C中所示的在电极170与致动器160之间的压电材料140的优点是减少致动器160之间的干扰。干扰可能负面地影响打印质量，并且因此与当在槽165的底部处留下压电材料140时相比，通过从槽165去除压电材料140来减少干扰起到改善打印质量的作用。
使槽165的至少一部分延伸至玻璃层115以使玻璃层115的上表面暴露从而使得不存在导电涂层145、粘合剂130和接地层125的材料以及如图1D中针对槽1652及相邻致动器1601和1602所示的那样不存在跨越每个槽165将相邻致动器160机械地耦合的压电材料140起到下述作用：即相对于存在跨越每个槽165将相邻致动器160机械地耦合的压电材料140和接地层125、和粘合剂130、导电涂层145的材料的时候而言，增加了玻璃层115的柔度。例如，由压电材料140和接地层125和粘合剂130、导电涂层145的材料跨越每个槽165进行的相邻致动器160的机械耦合起到增强玻璃层115并从而降低玻璃层115的柔度的作用。通过从槽165去除压电材料140、粘合剂130和导电涂层145的材料实现的玻璃层115的增加的柔度起到降低需要被施加于致动器160的电场的强度以便从相应通道120产生某些液滴速度的作用。降低施加于致动器160的电场的强度起到减少致动器140的压电材料140的电场引发的退化的作用。
结论
虽然在本文中已举例说明并描述了特定实施例，但其明确地旨在仅仅由以下权利要求及其等价物来限定要求保护的主题的范围。

Claims (12)

1.一种用于在材料层上形成压电致动器的方法，包括： 
使激光束传播透过压电材料；以及 
在将压电材料结合到材料层的至少粘合剂中吸收激光束； 
其中，在至少所述粘合剂中吸收激光束烧蚀所述粘合剂，且所述粘合剂的烧蚀起到去除压电材料的作用；
所述方法还包括在被插入到粘合剂与材料层之间的导电层中吸收激光束，其中，在导电层中吸收激光束烧蚀导电层。
2.权利要求1的方法，还包括在被施加于压电材料以及被插入到压电材料与粘合剂之间的导电涂层中吸收激光束，其中，在导电涂层中吸收激光束烧蚀导电涂层。
3.一种在材料层上形成压电致动器的方法，包括： 
形成覆盖所述材料层的导电层； 
使用粘合剂将压电材料层结合到所述导电层； 
使用机械切割工具在所述压电材料层中形成至少一个槽，在所述至少一个槽的两侧形成分别对应于第一和第二压电致动器的压电材料层的第一和第二部分，其中，所述至少一个槽在压电材料层内终止，从而使得所述至少一个槽内的压电材料层的第三部分在第一和第二压电致动器之间延伸； 
将电磁辐射指引到所述至少一个槽中； 
使电磁辐射传播透过压电材料层的第三部分；以及 
在将压电材料层结合到材料层的至少所述粘合剂中吸收电磁辐射； 
其中，在至少所述粘合剂中吸收电磁辐射烧蚀粘合剂，且粘合剂的烧蚀起到从所述至少一个槽去除压电材料层的第三部分的至少一部分的作用。
4.权利要求3的方法，还包括在导电层中吸收电磁辐射，其中，在导电层中吸收电磁辐射烧蚀导电层。
5.权利要求4的方法，其中，粘合剂和导电层的烧蚀基本上同时地发生，并且其中，粘合剂和导电层的基本上同时的烧蚀起到从所述至少一个槽去除压电材料层的第三部分的至少所述部分的作用。
6.一种形成流体喷射装置的方法，包括： 
形成覆盖衬底的泵层，该衬底具有在其中形成的至少一个流体输送通道； 
形成覆盖泵层的导电层； 
将压电材料层结合到导电层； 
使用机械切割工具在压电材料层中形成至少一个槽，在所述至少一个槽的两侧形成压电材料层的第一和第二部分，其中，所述至少一个槽在压电材料层内终止，从而使得所述至少一个槽内的压电材料层的第三部分在压电材料层的第一和第二部分之间延伸，其中，压电材料层的第一和第二部分中的至少一个形成直接与所述至少一个流体输送通道对准的压电致动器； 
将电磁辐射指引到所述至少一个槽中； 
使电磁辐射传播透过压电材料层的第三部分；以及 
在将压电材料层结合到导电层的至少粘合剂中吸收电磁辐射； 
其中，在至少所述粘合剂中吸收电磁辐射烧蚀粘合剂，且粘合剂的烧蚀起到从所述至少一个槽去除压电材料层的第三部分的至少一部分的作用。
7.权利要求6的方法，还包括： 
在形成于压电材料层的下表面上的导电涂层中吸收电磁辐射，其中，在导电涂层中吸收电磁辐射烧蚀导电涂层；以及 
在导电层中吸收电磁辐射，其中，在导电层中吸收电磁辐射烧蚀导电层。
8.权利要求7的方法，其中，粘合剂、导电涂层和导电层的烧蚀基本上同时地发生，并且其中，粘合剂、导电涂层和导电层的基本同时的烧蚀起到从所述至少一个槽去除压电材料层的第三部分的至少所述部分的作用。
9.权利要求7的方法，其中，粘合剂、导电涂层和导电层的烧蚀及压电材料层的第三部分的至少所述部分从所述至少一个槽的去除使泵层的上表面暴露。
10.权利要求6的方法，还包括在形成所述至少一个槽之前形成覆盖压电材料层的另一导电层。
11.权利要求10的方法，还包括穿过所述另一导电层形成所述至少一个槽以形成分别覆盖压电材料层的第一和第二部分的所述另一导电层的第一和第二部分。
12.权利要求6的方法，其中，所述电磁辐射具有500至5000纳米的波长。
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