CN102939202A - 具有复合基底的喷墨印刷设备 - Google Patents

Abstract

一种用于喷墨印刷头的喷墨印刷头裸片，其中所述喷墨印刷头裸片包括复合基底，所述复合基底包含平面半导体件、平面基底件和界面，所述平面半导体件在所述界面处与所述平面基底件熔合。

Description

具有复合基底的喷墨印刷设备

技术领域

本发明大体涉及喷墨印刷领域，且更具体地涉及印刷设备中的墨水通道。

背景技术

喷墨印刷已成为普及的印刷技术。按需滴墨（drop-on-demand，DOD)喷墨印刷系统比较便宜而且能够满足家庭或办公室的高质量印刷需求。DOD印刷系统包含设置在DOD喷墨印刷设备上的一个或多个墨滴喷射器阵列，其中在要求的时间和位置上起动各墨滴喷射器以将墨点附着在记录介质上以印刷图像。除墨滴形成机构（如，加热器或压电结构)和组成各墨滴喷射器的喷嘴以外，还存在一个或多个墨水输送孔，将来自墨水源的墨水通过一个或多个墨水输送孔提供到一个或多个墨滴喷射器。热喷墨印刷设备具有每印刷设备数百或更多个墨滴喷射器，一般还包含驱动器和逻辑电子器件以促使至加热器的电互联。

连续喷墨（CIJ)印刷系统提供与商业印刷需求良好匹配的高生产量印刷。在CIJ中，将连续受压的墨水流从一个或多个喷嘴放出而且分成小滴，其或朝向记录介质引导以根据需要形成墨点以印刷图像，或朝向槽引导用于再循环。通过间歇地对控制墨滴尺寸的加热器施加脉冲能提供可控制的墨滴中断（比方说，如在美国专利第6,505,921号中所描述的)。不同尺寸的墨滴（如，通过空气流或通过在喷嘴的不同侧上的加热器施加不均匀脉冲)随后或朝向记录介质或朝向槽被引导。与DOD印刷设备相同，CIJ印刷设备一般还包含一个或多个墨水输送孔，以及用于控制加热器的驱动器和逻辑电子器件。

为了以低成本和高生产量提供高分辨率印刷，期望的是以紧密的间距堆积DOD喷嘴阵列和墨水输送孔。另外，对于CIJ印刷设备可能期望的是使得交叉流动能够用于墨水输送孔之间的清洁（包含引向喷嘴的沟道的清洁)用以改进长期印刷可靠性。在这种紧凑的DOD和CIJ印刷设备中，使用传统的设备几何形状和制作方法引发难以实现的制作挑战。

所以，设计新的印刷设备几何形状和制作方法，致能实现以下要求中的一个或多个将是有益的：

1) 向位于喷嘴阵列附近的（或在喷嘴阵列的同侧上或在对置侧上)多个紧密间隔的墨水输送孔提供流体连接；以及

2) 向用于两种不同颜色墨水的墨水输送孔提供墨水供给的可靠密封的流体连接，其中用于不同墨水的墨水输送孔在印刷设备的喷嘴面上明显小于1mm间隔。

发明内容

因而本发明涉及用于喷墨印刷头的喷墨印刷头裸片，其中所述喷墨印刷头裸片包括复合基底，所述复合基底包含平面半导体件、平面基底件、以及界面，所述平面半导体件在所述界面处与所述平面基底件熔合。

附图说明

图1是喷墨印刷机系统的示意显示；

图2示出根据本发明的第一具体实施方式的一部分喷墨印刷头裸片的的剖开（cut-away)透视图；

图3是沿图2的A-A线的截面图；

图4是图2的印刷头裸片的俯视示意图；

图5是图2的印刷头裸片的平面基底件部分的俯视透视图；

图6是结合（bond）至图5的平面基底件的平面半导体件的俯视透视图；

图7示出在图6的平面半导体件上形成的电阻加热器阵列；

图8示出在图7的平面半导体件上的具有输送开口的介电层；

图9示出在图8的平面半导体件上形成的图形化的腔层；

图10示出穿过图9的平面半导体件蚀刻的墨水输送孔；

图11是沿图10的B-B线的截面图；

图12示出在图10的平面半导体件上形成的喷嘴板和喷嘴；

图13是沿图12的C-C线的截面图；

图14是制作步骤顺序的流程图；

图15示出图2的喷墨印刷头裸片的透视图；

图16示出复合晶圆基底对和多个裸片位置（site)；

图17示出根据本发明的第二具体实施方式的喷墨印刷头裸片的一部分的剖开俯视透视图；

图18示出图17的喷墨印刷头裸片的一部分的剖开仰视透视图；

图19是图17的印刷头裸片的俯视示意图；

图20是图17的印刷头裸片的平面基底件部分的俯视透视图；

图21是结合于图20的平面基底件的平面半导体件的俯视透视图；

图22示出在图21的平面半导体件上形成的电阻加热器阵列；

图23示出在图22的平面半导体件上的具有输送开口的介电层；

图24示出在图23的平面半导体件上形成的图形化的腔层；

图25示出穿过图24的平面半导体件蚀刻的墨水输送孔；

图26是沿图25的D-D线的截面图；

图27示出在图26的平面半导体件上形成的喷嘴板和喷嘴；

图28是沿图27的E-E线的截面图；

图29是根据本发明的第三具体实施方式的连续的喷墨印刷头裸片的局部部分的示意显示；

图30是图29的印刷头裸片的平面基底件部分的俯视透视图；

图31是结合至图30的平面基底件的平面半导体件的俯视透视图；

图32示出在图31的平面半导体件上形成的电阻加热器阵列；

图33示出在图32的平面半导体件上的具有输送开口的介电层；

图34示出在图33的平面半导体件上形成的图形化的壁层；

图35示出穿过图34的平面半导体件蚀刻的输送孔；

图36示出在图35的平面半导体件上形成的喷嘴板和喷嘴；

图37是图29的连续的喷墨印刷头裸片的仰视透视图；以及

图38是附连于安装基底的图17或图29的喷墨印刷头裸片的透视图。

具体实施方式

参见图1，显示按需滴墨喷墨印刷机系统10的示意显示。喷墨印刷机系统10包含提供信号的数据（比方说，图像数据)源12，将所述信号通过控制器14解释为指令以喷出墨滴。控制器14向被送至喷墨印刷头裸片18的电能脉冲的源16输出信号。控制器14优选地（比方说)是包含相关软件和/或固件的微处理器。通常，喷墨印刷头裸片18包含布置在至少一个阵列48，比方说，沿阵列方向22设置的基本线性的行中的多个墨滴喷射器20。各墨滴喷射器包含形成在喷嘴板31中的喷嘴32。各墨滴喷射器还包含未在图1中示出的腔、壁、和墨滴形成机构。在墨水连接孔40处，墨水从墨水源（未示出)进入喷墨印刷头裸片18。作业时，墨滴21被附着在记录介质19上以形成对应于来自图像数据源12的图像数据的图像。为了提供喷墨印刷头，可以将喷墨印刷头裸片18安装在设有墨水通道和电互联的安装基底（未示出)上。

图2示出根据本发明的第一具体实施方式的喷墨印刷头裸片18的一部分的剖开透视图（未按比例)。喷墨印刷头裸片18包含平面半导体件28和平面基底件44，平面半导体件28和平面基底件44在界面24处合在一起以形成复合基底。在平面半导体件28的第一表面29（与界面24对置)是包含绝缘介电层50、腔层54、和喷嘴板31的多个层。还可以包含附加层（未明确示出但接近介电层50)以制作墨滴喷出结构以及逻辑和功率电子器件、与电互联。喷嘴板31包含沿阵列方向22设置的喷嘴32阵列。相邻喷嘴以中心到中心的间距S间隔。在图2的视图中，喷墨印刷头裸片18的一端已被切掉，以便于示出墨水通道55。另外，剖开图示出平面基底44中的沟道38。墨水连接孔40从沟道38的底部39延伸到平面基底44的第二表面41（与界面24对置)。墨水连接孔40的面积一般小于沟道38的底部39的面积的20％。

图3是沿图2的A-A线的印刷头裸片18的截面图。除相对于图2的上述特征以外，图3示出在电阻加热器34的对置侧上的墨水输送孔36a和36b。在本具体实施方式中，电阻加热器34是墨滴形成机构而喷墨印刷头裸片18是热喷墨印刷头裸片。墨水被提供给电阻加热器34是从墨水连接孔40到穿过平面基底44的沟道38，随后到平面半导体件28中的墨水输送孔36a和36b，随后到介电层50中的输送开口52a和52b，并且随后到墨水通道55到电阻加热器34。换言之，这些通道是被流体连接。特别地，沟道38在平面基底44和平面半导体件28之间的界面24处被流体连接于墨水输送孔36a和36b。尽管在图3的截面图中，电阻加热器34及其下层结构似乎是自由悬空的，但是在平行于A-A的其他截面中，将可见的是围绕墨水输送孔36a和36b的平面半导体件28的部分连接于电阻加热器34的下层结构。

参见图4，示出根据图2和3先前所示的第一具体实施方式的按需滴墨喷墨印刷头裸片18的一部分（穿过喷嘴板31)的俯视图的示意显示。喷墨印刷头裸片18包含墨滴喷射器20阵列，墨滴喷射器20阵列的其中之一连同提供墨水的墨水输送孔36a和36b由图4中的粗虚线指定。墨滴喷射器20包含朝喷嘴板31向上延伸的壁26，因而定义腔30。壁26分开阵列中的相邻墨滴喷射器20。各腔30包含墨水通过其喷出的喷嘴板31中的喷嘴32。墨滴形成机构（比方说电阻加热器34)还位于各腔30中。在图3和4中，电阻加热器34定位于在腔30的底部的平面半导体件28的顶表面之上而且与喷嘴口32对置，但是其他构造是允许的。换言之，在本具体实施方式中，腔30的底表面在平面半导体件28的第一表面29之上，而腔30的顶表面是喷嘴板31。

参见图4，墨水输送孔包括将墨水供给到腔30的墨水输送孔36a和36b的两个线性阵列。墨水输送孔36a和36b定位于包含腔30和喷嘴口32的墨滴喷射器20的对置侧上。参见图3和4，布置墨水输送孔致使输送孔36a和36b位于墨滴喷射器20的阵列48的对置侧上。由于各墨滴喷射器20由多于一个的墨水输送孔36a和36b供给，因此这种构造还被称为双输送墨滴喷射器，而且双输送墨滴喷射器构造具有高频喷射性能。双输送墨滴喷射器的其他几何形状公开于公布的专利申请US2008/0180485中。墨滴喷射器20（和对应喷嘴32)以每英寸高喷嘴计数形成在线性阵列中。比方说，如果墨滴喷射器阵列48具有每英寸1200或600个喷嘴，则墨滴喷射器20和其对应的喷嘴会分别以大约21到42μm的中心到中心的间距S间隔。在双输送墨滴喷射器构造的实例中，在平面半导体件28的第一表面29的平面中的输送孔36的长度L取决于设计可以从10μm变化到100μm。输送孔36的宽度W还可以类似地从10μm变化到100μm。

参见图2和4，本发明的一个方面是平面基底件44中的沟道38能够连接具有小尺寸的墨水输送孔36。对于范围从10μm到100μm的尺寸L和W以及范围从21μm到42μm的墨滴喷射器间距S，沟道38流体连接墨水输送开口36a、36b，墨水输送开口36a、36b在平面半导体件28的第一表面29的平面中具有小于5S，且更优选地小于3S，或者甚至小于S的尺寸L或W。在图4示出的实例中，沟道38连接在墨滴喷射器阵列48的一侧上的墨水输送孔36a、36b的线性阵列，致使它们都可以供给墨水。另外，沟道38还连接在墨滴喷射器阵列48的另一侧上的墨水输送孔36b的线性阵列，致使它们都可以供给墨水。墨水连接孔40（在沟道38内)在图4中以虚线圈示出。在墨水沟道38中可以有诸如支撑结构42的其他结构。

图5-13绘出本发明的一个具体实施方式的用于形成喷墨印刷头裸片18的制作方法，喷墨印刷头裸片18包含与墨滴喷射器20齐平的多个小墨水输送孔36用于高频作业。图14中示出用于制作喷墨印刷头裸片18的步骤顺序的流程图。

如图5所示和如图14的框100中所述，平面基底件44被图形化并且沟道38被蚀刻到表面中，其随后将位于参照图2的界面24处。平面基底件44是厚度范围在300μm-1mm（优选厚度范围在650-725μm)的硅晶圆。硅晶圆一般具有数百个裸片位置，数百个裸片位置的其中之一的一部分在图5-13中示出。沟道38通过硅的光刻（lithographic)图形化和深反应离子蚀刻形成，如在本技术领域中所熟知的。沟道38的深度小于平面基底件44的厚度而且在300-900μm范围内，其中优选400-450μm的深度。因此，沟道38具有底部39而且并非一直延伸直到第二表面41。沟道38还可以含有与本蚀刻工艺形成的支撑结构42。

如图6所示和如图14的框102中所述，平面半导体件28（如硅晶圆）在界面24处结合至平面基底件44以形成具有用于喷墨印刷头裸片18的多个裸片位置的复合基底晶圆对46（参照图16）。两块晶圆的结合可以通过在界面24处两表面的高温熔融结合完成。在结合之前，可以在平面基底件44和/或平面半导体件28上形成热氧化物。结合的平面半导体件28可以是任何初始厚度且随后在结合步骤之后变薄。图6显示在变薄工艺后的平面半导体件28，其中平面半导体件28的厚度在50-400μm范围内，其中优选50-100μm的厚度。在变薄工艺之后，平面半导体件28的第一表面29是顶表面，且因而在优选的具体实施方式中离界面24小于200μm。在优选的具体实施方式中，调节平面基底件44和平面半导体件28的厚度致使两块晶圆在复合基底中的总厚度基本等于标准200mm直径硅晶圆的厚度，比方说，750μm。这有利于接下去的晶圆处理步骤。

如图7所示和如图14的框104中所述，墨滴形成机构阵列（在本例中是电阻加热器34阵列）形成在绝缘介电层50的顶部上，绝缘介电层50形成在复合基底的平面半导体件28的顶部上。制作在喷墨印刷头裸片18中的（但未示出）是至电阻加热器34的电连接以及功率LDMOS和CMOS逻辑电路以控制墨滴喷出。还可以在这些工艺中附着绝缘介电层50。加热器结构的制作比方说在于2008年6月23号提交的同处申请状态的（copending）美国专利申请序列第12/143,880号中有描述。本发明和先前的喷墨印刷头之间的区别是在本发明中墨水通道（诸如沟道38）形成在第一晶圆中，第一晶圆随后结合至墨滴喷射器和相关电子器件后续形成于其上的第二晶圆。

如图8所示和如图14的框106中所述，绝缘介电层50被图形化并被蚀刻直到平面半导体件28形成输送开口52a和52b。

如图9所示和如图14的框108中所述，腔层54被涂覆并被图形化以形成相邻墨滴喷射器20之间的腔壁26，以及在喷墨印刷头裸片18的其余部分上延伸的外钝化层56以保护电路远离墨水。腔层54可以使用诸如基于酚醛清漆树脂的环氧树脂（比方说从东京应用化学公司（Tokyo Ohka Kogyo）可获得的TMMR抗蚀剂）的可光致成像的（photoimageable）环氧树脂通过旋转涂覆、曝光和显影（development）形成。腔层54的厚度一般在8-25μm范围内。

如图10和11所示和如图14的框110中所述，穿过平面半导体件28蚀刻墨水输送孔36a、36b，将墨滴喷射器20与平面基底件44中的沟道38在界面24处连接。使用输送开口52a、52b作为掩膜（mask）并使用硅的各向异性反应离子蚀刻形成墨水输送孔36，如在本技术领域中所熟知的。取自沿图10的B-B线的图11的截面图示出穿过平面半导体件28蚀刻的墨水输送孔36a和36b。

如图12和13所示和如图14的框112中所述，以干膜抗蚀剂形式的可光致成像的喷嘴板层31被层制，而且被图形化以形成喷嘴32。可光致成像的喷嘴板层31可以使用诸如基于酚醛清漆树脂的环氧树脂（比方说从东京应用化学公司可获得的TMMF干膜抗蚀剂）的干膜可光致成像的环氧树脂形成。可光致成像的喷嘴板层31的厚度一般在5-20μm范围内，而且在优选的具体实施方式中是10μm。使用用于喷嘴板的层合干膜（dry film laminate）使得能够在含有诸如墨水输送孔36a、36b的高形貌（topography）特征的喷墨印刷头上形成喷嘴板31。到这时，墨水连接孔40（在图2-4中示出）还没有被形成以连接沟道38与平面基底件44的第二表面41。因此，墨水输送开口36还没有连接至复合基底的后侧（即第二表面41），致使在层制时在第二表面41处施加真空以抓住（hold down）复合基底是没有困难的。取自沿图12的C-C线的图13的截面图示出在电阻加热器34之上的喷嘴板材料31中形成的喷嘴32。

如图2和3所示和如图14的框114所述，墨水连接孔40从平面基底件44的第二表面41打开用于连通平面基底件44中的沟道38。硅的激光钻孔或蚀刻可以形成墨水连接孔40。墨水连接孔40的直径名义上是沟道38的宽度但可以较大或较小。取自沿图2的A-A线的图3的截面图示出连接至平面基底件44的沟道38的墨水连接孔40。墨水连接孔40在图2中被显示为圆形的，但可以可替换地为矩形的或椭圆形的。墨水连接孔40还可以形成有多个输入孔（未示出）。比方说，通过在形成墨水连接孔40的激光钻孔或蚀刻工艺中产生小开口格栅，可以在墨水连接孔40中形成微粒过滤器。

如图14的框116所述和如图15和16所示，复合基底晶圆对46随后被切片成多个（一般数百个）单独的喷墨印刷头裸片18。由于切片作业切割基本垂直于复合基底晶圆对46的平面的喷墨印刷头裸片18的侧边缘，因此喷墨印刷头裸片18的宽度尺寸和长度尺寸X和Y分别与平面半导体件28的第一表面29和平面基底件44的第二表面41基本相同。因此，喷墨印刷头裸片18的第一表面29的面积A₁=X₁xY₁与第二表面41的面积A₂=X₂xY₂基本相同。由于喷嘴板32与第一表面29上的其他层如此薄，因此A₁可以被等同地认为是在喷嘴板31处的喷墨印刷头裸片18的可见外表面处的宽度尺寸和长度尺寸X₁和Y₁的乘积，如图15所示。如果切片切割是锥形的，A₂可以稍微与A₁不同。类似地，如果槽被蚀刻入第二表面41的边缘，比方说当蚀刻墨水连接孔40时，A₂可以与A₁不同。然而，大体上A1和A2在20％内相同。换言之，0.8<A₂/A₁<1.2。

图17和18分别示出根据本发明的第二具体实施方式的喷墨印刷头裸片18的一部分的俯视和仰视剖开透视图（未按比例）。喷墨印刷头裸片18包含在界面24处结合在一起的平面半导体件28和平面基底件44以形成复合基底。在平面半导体件28的第一表面29（与界面24对置）处是包含喷嘴板31的多个层。在许多喷墨印刷头裸片中，定位喷出不同墨水的墨滴喷射器以彼此接近地定位是有利的。在制造较小尺寸的多色喷墨印刷头裸片或在不增加裸片面积的情况下增加喷墨印刷头裸片的刈长（swath length）是有利的。这种实例在于2009年3月30日提交的同处申请状态的美国专利申请序列第12/413,729号中有描述。然而，使用传统的制作方法，在与供给不同类型的墨水非常接近的位置供给一种类型的墨水，以及还要在两种墨水的通道和墨水连接孔之间提供可靠密封是困难的。

图18分别示出具有中心到中心的间距d的两个墨水沟道38a和38b以及相关的墨水连接孔40a和40b。沟道38a和38b分别具有底部39a和39b，且墨水连接孔40a和40b从那些各自的沟道底部延伸至平面基底44的第二表面41。不同墨水可以通过在墨水连接孔40a和40b处连接不同墨水被供给到沟道38a和38b。通过沿对应墨水沟道38a和38b的长度相对于墨水连接孔40a偏置墨水连接孔40b的位置，墨水连接孔可以具有中心到中心的间距D，其中D>d。特别地，为了制造较小尺寸的多色喷墨印刷头裸片18，可能有利的是d小于0.5mm（比方说，在0.05mm与0.5mm之间），而为了制造在墨水连接孔40a和40b处的可靠墨水连接，可能有利的是D大于1mm（比方说，在1mm和10mm之间）。

参见图19，显示根据图17和18中先前示出的本发明的第二具体实施方式的按需滴墨喷墨印刷头裸片18的一部分的俯视图的示意显示。喷墨印刷头裸片18包含一阵列或多个墨滴喷射器20，墨滴喷射器20中的两个（20a和20b）由图19中的粗虚线矩形连同其对应的墨水输送孔36a和36b指定。墨滴喷射器20包含朝喷嘴板31向上延伸的壁26，因而定义腔30。壁26还分开和绝缘在阵列中被设计成喷出不同墨水的邻近墨滴喷射器20a和20b。在图19的实例中，用于喷出不同墨水的墨滴喷射器布置在单个直线中，而壁26形成为曲折的壁结构。在其他实例中（未示出），用于喷出一种墨水的墨滴喷射器20a可以布置在一条线上，该线平行于用于喷出不同墨水的墨滴喷射器20b的线。各腔30包含在喷嘴板31中的喷嘴口32，液体通过喷嘴口32喷出。墨滴形成机构（比方说电阻加热器34）还位于各腔30中。在图19中，电阻加热器34位于在腔30的底部中的平面半导体件28的顶表面之上，而且与喷嘴口32对置，但是其他构造是允许的。换言之，在本具体实施方式中腔30的底表面在平面半导体件28的第一表面29之上，而腔30的顶表面是喷嘴板31。

参见图19，墨水输送孔包含将墨水供给至腔30的墨水输送孔36a和36b的两个线性阵列。墨水输送孔36a位于邻近墨滴喷射器20a的喷嘴阵列的第一侧上而墨水输送孔36b位于邻近墨滴喷射器20b的喷嘴阵列的对置侧上，各墨滴喷射器含有腔30和喷嘴口32。墨水输送孔36a可以通过沟道38a流体连接至另一个，但在本具体实施方式中墨水输送孔36a没有流体连接至墨水输送孔36b。墨滴喷射器20以每英寸高喷嘴计数被形成。在本发明的优选具体实施方式中，墨滴喷射器20以20-80μm的区间间隔。输送孔36的长度可以取决于设计从10μm变化到100μm。输送孔36的宽度还可以类似地从10μm变化到100μm。

图20-28绘出本发明的第二具体实施方式的形成喷墨印刷头裸片18的制作方法，喷墨印刷头裸片18含有紧密间隔的分开的墨水沟道用于提供两种不同墨水以从紧密间隔的喷嘴组被喷出。尽管第二具体实施方式的喷墨印刷头裸片18的几何形状和功能与第一具体实施方式的不同，但是图14的流程图可以使用于概括制作步骤顺序。

如图20所示和如图14的框100所述，平面基底件44被图形化并且两个沟道38a和38b被蚀刻到表面中，其随后将位于界面24处（参照图17）。平面基底件44是在300μm-1mm厚度范围，其中优选650-725μm的厚度范围的硅晶圆。沟道38a和38b通过硅的光刻图形化和深反应离子蚀刻形成，如在本技术领域所熟知的。沟道38a和38b的深度小于平面基底件44的厚度，而且在300-900μm的范围内，其中优选400-450μm的深度。因此，沟道38a和38b分别具有底部39a和39b而且并非一直延伸直到第二表面41。

如图21所示和如图14的框102中所述，平面半导体件28（如硅晶圆）在界面24处结合至平面基底件44以形成复合基底晶圆对。两块晶圆的结合可以通过在界面24处两表面的高温熔融结合完成。在结合之前，可以在平面基底件44和/或平面半导体件28上形成热氧化物。结合的平面半导体件28可以是任何初始厚度，且随后在结合步骤之后变薄。图21示出在变薄工艺之后的平面半导体件，其中平面半导体件的厚度在50-400μm的范围内，其中优选50-100μm的厚度。在变薄工艺之后平面半导体件28的第一表面29是顶表面，且因而在优选的具体实施方式中离界面24小于200μm。在优选的具体实施方式中，调节平面基底件44和平面半导体件28的厚度致使两块晶圆的总厚度基本等于标准200mm直径硅晶圆的厚度，比方说，750μm。这有利于接下去的晶圆处理步骤。

如图22所示和如图14的框104中所述，墨滴形成机构阵列（在本例中是电阻加热器34阵列）形成在绝缘介电层50的顶部上，绝缘介电层50于第一表面29处形成在平面半导体件28的顶部上。制作在喷墨印刷头裸片18中的（但未示出）是至电阻加热器34的电连接以及功率LDMOS和CMOS逻辑电路以控制墨滴喷出。还可以在这些工艺中附着绝缘介电层50。加热器结构的制作在（比方说）同处申请状态的专利申请美国序列第12/143,880号中有描述。

如图23所示和如图14的框106中所述，绝缘介电层50被图形化并被蚀刻直到平面半导体件28形成输送开口52a和52b。

如图24所示和如图14的框108中所述，腔层54被涂覆并被图形化以形成在相邻墨滴喷射器20之间的腔壁26，以及在喷墨印刷头裸片18的其余部分上延伸的外钝化层56以保护电路远离墨水。腔壁26如此被图形化使得墨滴喷射器20a和20b彼此流体分开，致使通过墨滴喷射器20a和20b待喷出的不同墨水不混合在一起。腔层54可以使用诸如基于酚醛清漆树脂的环氧树脂（比方说从东京应用化学公司可获得的TMMR抗蚀剂）的可光致成像的环氧树脂通过旋转涂覆、曝光和显影形成。腔层54的厚度在8-25μm范围内。

如图25和26所示和如图14的框110中所述，穿过平面半导体件28蚀刻墨水输送孔36a和36b，将墨滴喷射器20a、20b与平面基底件44中的各自沟道38a、38b连接。换言之，在界面24处，沟道38a流体连接至墨水输送孔36a而沟道38b流体连接至墨水输送孔36b。使用输送开口52作为掩膜并使用硅的各向异性反应离子蚀刻形成墨水输送孔36，如在本技术领域中所熟知的。取自沿图25的D-D线的图26的截面图示出穿过平面半导体件28蚀刻的墨水输送孔36a。线D-D不经过墨水输送孔36b。

如图27和28所示和如图14的框112中所述，以干膜抗蚀剂形式的可光致成像的喷嘴板层31被层制，并且被图形化以形成喷嘴32。可光致成像的喷嘴板层31可以使用诸如基于酚醛清漆树脂的环氧树脂（比方说从东京应用化学公司可获得的TMMF干膜抗蚀剂）的干膜可光致成像的环氧树脂形成。可光致成像的喷嘴板层31层的厚度一般在5-25μm范围内，而且在优选的具体实施方式是10μm。使用用于喷嘴板的层合干膜使得能够在含有诸如墨水输送孔36a、36b的高形貌特征的喷墨印刷头裸片上形成喷嘴板31。到这时，墨水连接孔40a和40b（在图18-19中示出）还没有被形成以连接沟道38a和38b与平面基底件44的第二表面41。因此，墨水输送开口36a和36b还没有连接至复合基底的后侧（即第二表面41），致使在层制时在第二表面41处施加真空以抓住复合基底是没有困难的。取自沿图27的E-E线的图26的截面图示出在电阻加热器34之上的喷嘴板材料31中形成的喷嘴32。

如图17和18所示和如图14的框114所述，墨水连接孔40a、40b从平面基底件44的后侧打开用于连通平面基底件44中的各自沟道38a、38b。硅的激光钻孔或蚀刻可以形成墨水连接孔40a、40b。墨水连接孔的直径名义上是沟道38a、38b的宽度但可以较大或较小。图18示出具有连接至平面基底件44的沟道38a、38b的两个墨水连接孔40a、40b的平面基底件44的底部。墨水连接孔40a、40b在图18中显示为圆形的，但还可以为矩形的或椭圆形的。图18仅示出喷墨印刷头裸片18的一部分。沿整个印刷头裸片可以有多个墨水连接孔。另外，对于包含用于多于两种不同墨水的墨滴喷射器的喷墨印刷头裸片，可以有对应于各不同墨水的沟道、墨水连接孔和墨水输送孔。

如图14的框116所述和如图15和16所示，复合基底晶圆对46随后被切片成多个（一般数百个）单独的喷墨印刷头裸片18。如以上相对于图15所述，由于切片作业切割基本垂直于复合基底晶圆对46的平面的喷墨印刷头裸片18的侧边缘，喷墨印刷头裸片18的宽度尺寸和长度尺寸X和Y分别与平面半导体件28的第一表面29和平面基底件44的第二表面41基本相同。

参照图29，显示根据本发明的第三具体实施方式的连续的喷墨印刷头裸片118的局部部分的示意显示。连续的喷墨印刷头裸片118包含一阵列或多个受压的液体喷射器120。壁126分开受压的液体喷射器120。壁126还定义在喷嘴口132的各侧上的入口路径127a、127b，通过喷嘴口132喷出受压的液体流。为将流分成墨滴，还于入口路径127a、127b内设电阻加热器134a、134b。在可替换的构造中，将单个电阻加热器定位于喷嘴口132的正下方。

参见图29，输送孔包括形成在平面半导体件128中的输送孔136a和136b的两个线性阵列。受压的液体从位于液体喷射器120的对置侧上的输送孔136a、136b流动，穿过入口路径127a、127b，以形成流出喷嘴口132的单个流。流体连接至输送孔136a、136b的是分别形成于平面基底件144中的沟道138a、138b。在该平面基底件的后侧是连接至将液体供给到液体喷射器120的液体源（未示出）的液体连接孔140a、140b。如果液体连接孔140a相对于液体连接孔140b是受正压（positively pressurized）的，在图29中的粗箭头方向上将建立交叉流动以清洁来自入口路径127a、127b的残留物（debris）。

图30-37绘出本发明的第三具体实施方式的用于形成连续的喷墨印刷头裸片118的制作方法，连续的喷墨印刷头裸片118利用用于交叉流动清洁能力的多个墨水沟道。尽管第三具体实施方式的连续的喷墨印刷头裸片118的几何形状和功能与第一和第二具体实施方式不同，但是图14的流程图可以使用于概括制作步骤的顺序。

如图30所示和如图14的框100中所述，平面基底件144被图形化并且沟道138a、138b被蚀刻到平面基底件144中。平面基底件144是在300μm-1mm厚度范围（其中优选在650-725μm厚度范围）的硅晶圆。沟道138a、138b通过硅的光刻图形化和深反应离子蚀刻形成，如在本技术领域中所熟知的。沟道138a、138b的深度小于平面基底件44的厚度而且在300-900μm范围内，其中优选400-450μm深度。因此，沟道138a和138b分别具有底部139a和139b，而且并非一直延伸直到第二表面141。

如图31所示和如图14的框102中所述，平面半导体件128（如硅晶圆）在界面124处结合至平面基底件144以形成复合基底晶圆对。两块晶圆的结合可以通过在界面124处两表面的高温熔融结合完成。在结合之前，可以在平面基底件144和/或平面半导体件128上形成热氧化物。结合的平面半导体件128可以是任何初始厚度并且随后在结合步骤之后被变薄。图31显示在变薄工艺后的平面半导体件128，其中平面半导体件128的厚度在50-400μm范围内，其中优选50-100μm的厚度。在变薄工艺之后，平面半导体件128的第一表面129是顶表面，且因而在优选的具体实施方式中离界面124小于200μm。在优选的具体实施方式中，调节平面基底件144和平面半导体件128的厚度致使两块晶圆的总厚度等于标准200mm直径硅晶圆的厚度，比方说，750μm。这有利于接下去的晶圆处理步骤。

如图32所示和如图14的框104中所述，墨滴间断机构，在本例中是电阻加热器134a、134b阵列形成在绝缘介电层150的顶部上，绝缘介电层150形成在平面半导体件128的顶部上。制作在连续的喷墨印刷头118中的（但未示出）是至电阻加热器134a、134b的电连接以及功率LDMOS和CMOS逻辑电路以控制墨滴间断。还可以在这些工艺中附着绝缘介电层150。

如图33所示和如图14的框106中所述，绝缘介电层150被图形化并被蚀刻直到平面半导体件128形成输送开口152a和152b。

如图34所示和如图14的框108中所述，壁层154被涂覆并被图形化以形成在受压的液体喷射器120之间的壁126，以及在连续的喷墨印刷头118的其余部分上延伸的外钝化层156以保护电路远离墨水。壁层154可以使用诸如基于酚醛清漆树脂的环氧树脂（比方说从东京应用化学公司可获得的TMMR抗蚀剂）的可光致成像的环氧树脂通过旋转涂覆、曝光和显影形成。壁层154的厚度一般在4-25μm范围内。

如图35所示和如图14的框110中所述，穿过平面半导体件128蚀刻输送孔136a、136b，连接受压的液体喷射器120与平面基底件144中的沟道138a、138b。使用图33中所示的输送开口152a、152b作为定义掩膜并使用硅的各向异性反应离子蚀刻形成输送孔136a、136b，如在本技术领域中所熟知的。

如图36所示和如图14的框112中所述，以干膜抗蚀剂形式的可光致成像的喷嘴板层131被层制，而且被图形化以形成喷嘴132。可光致成像的喷嘴板层131可以使用诸如基于酚醛清漆树脂的环氧树脂（比方说从东京应用化学公司可获得的TMMF干膜抗蚀剂）的干膜可光致成像的环氧树脂形成。可光致成像的喷嘴板层131的厚度一般在5-25μm范围内，而且在优选的具体实施方式中是10μm。使用用于喷嘴板的层合干膜使得能够在含有诸如输送孔136a、136b的高形貌特征的液体喷出印刷头上形成喷嘴板层131。到这时，墨水连接孔140a和140b（在图29中示出）还没有被形成以连接沟道138a和138b与平面基底件144的第二表面141。因此，墨水输送开口136a和136b还没有连接至复合基底的后侧（即第二表面141），致使在层制时在第二表面141处施加真空以抓住复合基底是没有困难的。

如图37的仰视透视图所示和如图14的框114中所述，液体连接孔140a、140b穿过平面基底件144的后侧打开分别连接至沟道138a、138b。硅的激光钻孔或蚀刻可以形成液体连接孔140a、140b。液体喷出孔140a、140b的直径名义上是沟道138a、138b的宽度但可以较大或较小。液体连接孔140a、140b在图37中显示为圆形的，但它们还可以是矩形的或椭圆形的。

如图14的框116所述和如图15和16所示，复合基底晶圆对46随后被切片成多个（一般数百个）单独的喷墨印刷头裸片118。如以上相对于图15所述，由于切片作业切割基本垂直于复合基底晶圆对46的平面的喷墨印刷头裸片118的侧边缘，因此喷墨印刷头裸片118的宽度尺寸和长度尺寸与平面半导体件128的第一表面129和平面基底件144的第二表面141基本相同。

DOD或CIJ喷墨印刷头可包含喷墨印刷头裸片18或118和喷墨印刷头裸片附连于其上的安装基底60，如图38中所示。平面基底件44的第二表面41通过粘合剂结合至安装基底60，粘合剂可以提供机械强度、与墨水的化学相容性、可靠的流体密封、以及可选的好的导热性。安装基底60一般包含电导线（未示出）以及一个或多个墨水端口，在图38中示出的第一墨水端口62和第二墨水端口64。第一墨水端口62流体连接至墨水连接孔40a，而第二墨水端口64流体连接至墨水连接孔40b（用于诸如图38中所示，其中有第二墨水连接孔40b的具体实施方式）。第一墨水源66流体连接至第一墨水端口62。对于可以喷出不同的两种墨水的喷墨印刷头裸片18，第二墨水源69可以连接至第二墨水端口64。对于设计成允许沟道的交叉冲刷用于清洁的CIJ印刷头裸片，安装基底60上的第二墨水端口64可以流体连接至墨水源68，在本具体实施方式中墨水源68作为墨水池（sink）。通过在相对于第二端口的第一端口处施正压，可以建立墨水流。在图38中还显示在喷墨印刷头裸片18和安装基底60之间的电互联61（诸如引线结合）。

已经特别参照其一定的优选具体实施方式详细地描述了本发明，但将理解的是在本发明的精神和范围内可以实现改动和变型。

Claims (20)

1.用于喷墨印刷头的喷墨印刷头裸片，所述喷墨印刷头裸片包括：

     （I）复合基底，所述复合基底包含：

         （i）平面半导体件，其包括：

             （a）第一表面；

             （b）第一墨水输送孔；

             （c）第二墨水输送孔；以及

             （d）设于所述第一表面上的喷嘴阵列；

          （ii）平面基底件，其包括：

             （a）包含底部的第一沟道；

             （b）包含底部的第二沟道，所述第二沟道设在基本离所述第一沟道距离d处；

             （c）第二表面，其与所述平面半导体件的所述第一表面对置；

             （d）第一墨水连接孔，其从所述第一沟道的所述底部延伸至所述第二表面；以及

             （e）第二墨水连接孔，其从所述第二沟道的所述底部延伸至所述第二表面，其中所述第一墨水连接孔和所述第二墨水连接孔之间的距离D大于所述距离d；以及

           （iii）界面，所述平面半导体件在所述界面处与所述平面基底件熔合。

2.权利要求1所述的喷墨印刷头裸片，其中所述第一沟道流体连接到所述第一墨水输送孔而所述第二沟道流体连接到所述第二墨水输送孔于所述界面处。

3.权利要求1所述的喷墨印刷头裸片，其中所述第一墨水输送孔位于所述喷嘴阵列的第一侧上，而所述第二墨水输送孔位于所述喷嘴阵列的第二侧上，其中所述喷嘴阵列的所述第二侧与所述喷嘴阵列的所述第一侧对置。

4.权利要求1所述的喷墨印刷头裸片，其中所述第一墨水输送孔和所述第二墨水输送孔不流体连接至彼此。

5.权利要求1所述的喷墨印刷头裸片，其中d小于0.5mm。

6.权利要求1所述的喷墨印刷头裸片，其中D大于1mm。

7.权利要求1所述的喷墨印刷头裸片，其中所述第一墨水输送孔包含小于100微米的尺寸。

8.权利要求1所述的喷墨印刷头裸片，其中从所述第一表面到所述界面的距离小于200微米。

9.权利要求1所述的喷墨印刷头裸片，其中所述喷嘴阵列是第一喷嘴阵列，所述平面半导体件进一步包括第二喷嘴阵列，其中所述第一墨水输送孔流体连接至所述第一喷嘴阵列中的至少一个喷嘴而所述第二墨水输送孔流体连接至所述第二喷嘴阵列中的至少一个喷嘴。

10.权利要求1所述的喷墨印刷头裸片，其中所述平面半导体件进一步包括邻近所述喷嘴阵列中的喷嘴设置的电阻加热元件。

11.权利要求1所述的喷墨印刷头裸片，其中所述平面半导体件进一步包括电子设备。

12.喷墨印刷头裸片包括：

      （I）复合基底，所述复合基底包含：

         （i）平面半导体件，其包括：

             （a）包含面积A₁的第一表面；

             （b）第一墨水输送孔；

             （c）第二墨水输送孔；以及

             （d）沿于所述第一表面上的阵列方向设置的喷嘴阵列；

          （ii）平面基底件，其在与所述平面半导体件的所述第一表面对置的界面处结合至所述平面半导体件，所述平面基底件包括：

             （a）沟道，其包含底部和在所述沟道的所述底部中的第一孔；以及

             （b）包含面积A₂的第二表面，所述第二表面与所述界面对置，其中0.8<A₂/A₁<1.2。

13.权利要求12所述的喷墨印刷头裸片，其中所述沟道是第一沟道，而所述平面基底件进一步包括不与所述第一沟道流体连接的第二沟道。

14.权利要求12所述的喷墨印刷头裸片，其中所述沟道是第一沟道，所述平面基底件进一步包括包含底部和在所述底部中的第二孔的第二沟道，并且所述第一孔与所述第二孔分开大于所述第一沟道和所述第二沟道之间距离的距离。

15.喷墨印刷头裸片包括：

     （I）复合基底，所述复合基底包含：

         （i）平面半导体件，其包括：

             （a）第一表面；

             （b）包括在相邻喷嘴之间的间距S的喷嘴阵列；

             （c）第一墨水输送开口，其包含于所述第一表面的所述平面中的小于5S的尺寸；

             （d）第二墨水输送开口，其包含于所述第一表面的所述平面中的小于5S的尺寸；以及

         （ii）平面基底件，其包括：

             （a）包含底部的沟道；

             （b）第二表面，其与所述平面半导体件的所述第一表面对置；以及

             （c）界面，所述平面半导体件在所述界面处结合至所述平面基底件，其中所述沟道流体连接至所述第一墨水输送开口和所述第二墨水输送开口于所述界面处。

16.喷墨印刷头，其包括：

     （I）喷墨印刷头裸片，其包括复合基底，所述复合基底包含：

         （i）平面半导体件，其包括：

             （a)第一表面；

             （b)第一墨水输送孔；

             （c)第二墨水输送孔；以及

             （d)设在所述第一表面上的喷嘴阵列；

         （ii)平面基底件，其包括：

             （a)包含底部的第一沟道；

             （b)包含底部的第二沟道，所述第二沟道设在基本离所述第一沟道距离d处；

             （c)第二表面，其与所述平面半导体件的所述第一表面对置；

             （d)第一墨水连接孔，其从所述第一沟道的所述底部延伸至所述第二表面；以及

             （e)第二墨水连接孔，其从所述第二沟道的所述底部延伸至所述第二表面，其中所述第一墨水连接孔和所述第二墨水连接孔之间的距离D大于所述距离d；以及

         （iii)界面，所述平面半导体件在所述界面处与所述平面基底件熔合；

     （II)安装基底，其结合至所述喷墨印刷头裸片的所述第二表面，所述安装基底包含：

         （i)第一墨水端口，其流体连接至所述喷墨印刷头裸片的所述第一墨水连接孔；以及

         （ii)第二墨水端口，其流体连接至所述喷墨印刷头裸片的所述第二墨水连接孔；以及

     （III)墨水源，其流体连接至所述第一墨水端口。

17.权利要求16所述的喷墨印刷头，其中所述墨水源是第一墨水源，其中所述喷墨印刷头进一步包括流体连接至所述第二墨水端口的第二墨水源。

18.权利要求17所述的喷墨印刷头，其中由所述第一墨水源提供的墨水与由所述第二墨水源提供的墨水是不同种的墨水。

19.权利要求16所述的喷墨印刷头进一步包括流体连接至所述第二墨水端口的墨水池，其中所述第一墨水端口处的所述墨水能相对于所述第二墨水端口处的所述墨水受正压。

20.权利要求16所述的喷墨印刷头，其中所述第一墨水连接孔和所述第二墨水连接孔之间的距离大于1mm。

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