CN111433036A - 在导电接地结构之间的间隙 - Google Patents
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Abstract
在一些示例中，一种流体分配模具包括：多个流体致动器，其用于引起流体从流体分配模具的相应的喷嘴的分配；以及导电层，其包括用于将多个流体致动器中的相应的流体致动器连接到地面的导电接地结构，其中，导电层包括设置在导电层的导电接地结构之间的间隙。
Description
背景技术
流体分配系统可以朝向目标分配流体。在一些示例中，流体分配系统可以包括打印系统，例如，二维(2D)打印系统或三维(3D)打印系统。打印系统可以包括打印头模具，该打印头模具包括用于分配打印流体的喷嘴。
附图说明
参考以下附图描述了本公开的一些实现方式。
图1A是根据一些示例的流体分配模具的一部分的框图。
图1B是根据一些示例的流体分配模具的一部分的框图。
图2是根据另外的示例的流体分配模具的一部分的顶视图。
图3是根据另外的示例的流体分配模具的放大的部分的顶视图。
图4和图5是根据一些示例的流体分配模具的相应的部分的横截面视图。
图6是根据另外的示例的形成打印头模具的过程的流程图。
在整个附图中，相同的附图标记表示类似但不一定相同的元素。附图不一定按比例绘制，并且一些部分的尺寸可以被放大以更清楚地示出所示的示例。此外，附图提供了与说明书一致的示例和/或实现方式；然而，说明书不限于附图中提供的示例和/或实现方式。
具体实施方式
在本公开中，除非上下文另外明确地指示，否则术语“一(a)”、“一(an)”或“该(the)”的使用也旨在包括复数形式。另外，当在本公开中使用时，术语“包括(include)”、“包括(including)”、“包含(comprise)”、“包含(comprising)”、“具有(have)”或“具有(having)”指定存在所陈述的元素，但是不排除存在或附加有其他元素。
流体分配模具具有喷嘴，通过该喷嘴可以分配流体。流体分配模具还包括流体致动器，该流体致动器在被激活时引起流体从相应的喷嘴的分配。在一些示例中，流体致动器包括加热元件，例如，加热电阻器。当加热元件被激活时，加热元件产生热量，该热量可以导致流体的汽化以引起流体从喷嘴的孔口的喷射。在其他示例中，流体致动器在被激活时可以施加机械力以从喷嘴的孔口喷射流体。这种流体致动器的示例是压电元件，该压电元件在被激活时进行偏转以施加用于流体喷射的机械力。
在一些示例中，流体分配模具的流体致动器可以连接到金属层(例如，金属1层或M1层)中的公共接地总线。为了减少由于接地的导电路径中的电阻的存在而引起的寄生现象(parasitic)，公共接地迹线也可以形成在另一金属层(例如，金属2层或M2层)中，其中M2层中的公共接地迹线通过过孔连接到M1层中的接地总线。术语“M1层”和“M2层”指代形成设备(例如，流体分配模具)的不同的金属层。在设备的制造期间，首先形成M1层，然后形成M2层(在M1层与M2层之间可能具有(多个)中间层)。
在上面讨论的示例布置中，流体致动器的故障会导致腐蚀沿着M2层中的公共接地迹线传播，并且还可能通过M1层中的公共接地总线传播。即使流体致动器已经故障，仍可以将激活信号提供给故障的流体致动器，这可以增加故障的流体致动器的劣化。例如，如果故障的流体致动器是加热电阻器，则向故障的加热电阻器反复提供激活信号可以导致故障的加热电阻器的附加熔化，这可以导致可以沿着M2层中的公共接地迹线(并且可能还通过M1层中的公共接地总线)传播到邻近的加热电阻器的腐蚀作用。腐蚀的传播可以迅速地从一个加热电阻器散布到下一加热电阻器，使得多个相邻的加热电阻器的连续故障可以随着时间的推移而发生。
尽管可以使用指定的算法来掩盖单个流体致动器故障，但是成群的故障的流体致动器可以导致可见的故障伪像，这可以导致流体分配模具的过早更换。例如，如果流体分配模具是打印头模具，则可见的故障伪像可以出现在由(用于二维或2D打印的)打印头模具打印的图像中或出现在(用于3D打印的)三维(3D)对象的打印层中。
根据本公开的一些实现方式，可以提供流体分配模具的导电层(例如，M2层)中的接地连接的导电结构(称为“导电接地结构”)的隔离，以隔离流体分配模具的流体致动器彼此的腐蚀作用。导电接地结构是具有连接元件的导电结构，该连接元件连接到流体分配模具的接地。间隙也可以形成在另一导电层(例如，M1层)中的接地总线的接地接触结构之间。
在本公开中，“导电层”可以指代导电材料的单个层，或指代导电材料的多个层的堆叠。
图1A示出了示例流体分配模具100，该流体分配模具100包括多个流体致动器102-1、102-2、……、102-n，其中n>1。尽管在图1A中示出了四个流体致动器，但在其他示例中，流体分配模具100中可以包括不同数量的流体致动器。
每个流体致动器102(102-1至102-n中的任一个)可以被实现为加热电阻器、压电元件或在被激活时引起流体从相应的喷嘴的分配的任何其他流体致动器。
流体致动器102-1、102-2、……、102-n通过相应的导电迹线104-1、104-2、……、104-n连接到对应的导电接地结构106-1、106-2、……、106-n。
在根据图1A的示例中，每个导电接地结构106(106-1至106-n中的任一个)包括到接地总线的过孔108(过孔108-1、108-2、……、108-n中的对应一个)。过孔指代可以电连接多个导电层(例如，M1层和M2层)中的元件的导电连接结构。尽管图1A示出了每个导电接地结构106仅具有一个相应的过孔108，但是要注意，在其他示例中，导电接地结构106可以包括多个过孔以连接到接地总线。
在图1A的布置中，导电接地结构106包括紧密围绕(多个)过孔108的导电材料，并且不包括相应的导电迹线104(导电迹线104-1、104-2、……、104-n中的对应一个)。
导电接地结构106也可以被称为将相应的流体致动器602连接到地面的接地返回电极。接地返回电极可以例如形成在金属层中。
在根据图1A的示例中，导电迹线104-1、104-2、……、104-n和导电接地结构106-1、106-2、……、106-n形成在第一导电层(例如，M2层)中。尽管在图1A中未示出，但是第二导电层(例如，M1层)包括接地总线，导电接地结构106-1至106-n通过过孔108-1至108-n连接到该接地总线。
在本公开中，诸如M1层或M2层之类的金属层可以指代单个金属层或多个金属层的堆叠。
M2层(其为第一导电层的示例)中的导电接地结构106-1至106-n的隔离可以通过在M2层中在导电接地结构106之间形成间隙110来实现。更具体地，每个间隙110形成在相邻的(或连续的)导电接地结构106之间。例如，一个间隙110形成在导电接地结构106-1与导电接地结构106-2之间，而另一间隙110形成在导电接地结构106-n-1与导电接地结构106-n之间。
每个间隙110在第一导电接地结构106的过孔108与相邻的第二导电接地结构106的过孔108之间沿着轴150高效地提供隔离空间，该轴150通常垂直于流体致动器102-1至102-n和导电迹线104-1至104-n沿其延伸的方向。
图1B示出了另一示例流体分配模具100，该流体分配模具100包括多个流体致动器102-1、102-2、……、102-n，其中n>1。尽管在图1B中示出了四个流体致动器，但在其他示例中，流体分配模具100中可以包括不同数量的流体致动器。
流体致动器102-1、102-2、……、102-n连接到对应的导电接地结构106-1、106-2、……、106-n。
接地结构106-1、106-2、……、106-n是导电层的一部分，其用于将相应的流体致动器102-1、102-2、……、102-n连接到地面(例如，接地总线)。导电层包括设置在导电接地结构106-1、106-2、……、106-n之间的间隙110。
图2是根据另外的示例的流体分配模具100的一部分的顶视图。在图2中，示出了五个流体致动器102-1、102-2、102-3、102-4和102-5。尽管在图2中示出了五个流体致动器102-1至102-5，但是要注意，流体分配模具100可以包括更多数量或更少数量的流体致动器。
在其中每个流体致动器102(102-1至102-5中的任一个)由加热电阻器形成的示例中，加热电阻器可以包括电阻材料，例如，氮化硅钨(WSiN)或某种其他类型的电阻材料。
每个流体致动器102-1、102-2、102-3、102-4或102-5通过相应的导电迹线104-1、104-2、104-3、104-4或104-5连接到对应的导电接地结构106-1、106-2、106-3、106-4或106-5。
每个导电接地结构106-1、106-2、106-3、106-4或106-5具有对应的过孔的集合108-1、108-2、108-3、108-4或108-5，这些过孔的集合用于将对应的导电接地结构电连接到对应的接地接触结构202-1、202-2、202-3、202-4或202-5。例如，过孔的集合108-1将导电接地结构106-1电连接到接地接触结构202-1，过孔的集合108-2将导电接地结构106-2电连接到接地接触结构202-2等等。
导电迹线104-1至104-4和导电接地结构106-1至106-5形成在诸如M2层之类的第一导电层中。在图2中，M2层被绘制为部分透明的，以允许M2层下面的结构是可见的。
接地接触结构202-1至202-5是形成在第二导电层(例如，M1层)中的接地总线204的一部分。接地总线204包括主要接地总线部分206，该主要接地总线部分206通过连接部分208-1、208-2、208-3、208-4和208-5电连接到对应的接地接触结构202-1、202-2、202-3、202-4和202-5。接地总线204的主要接地总线部分206电连接到流体分配模具100的接地(例如，接地垫)。
将相应的接地接触结构202-1、202-2、202-3、202-4或202-5电连接到主要接地总线部分206的每个连接部分208-1、208-2、208-3、208-4或208-5的(沿着轴150的)宽度比相应的接地接触结构202-1、202-2、202-3、202-4或202-5的(沿着轴150的)宽度更窄。狭窄的连接部分208-1、208-2、208-3、208-4或208-5是基于在第二导电层(例如，M1层)中形成大致为T形的间隙而形成的，这将在下面进一步讨论。通过使用狭窄的连接部分208-1、208-2、208-3、208-4和208-5将接地接触结构202-1、202-2、202-3、202-4和202-5电连接到主要接地总线部分206，降低了腐蚀从故障的流体致动器102通过第一导电层和第二导电层传播到另一流体致动器102的可能性。
导电迹线104-1至104-5将流体致动器102-1至102-5的第一侧电连接到对应的导电接地结构106-1至106-5。
另外地，导电迹线210-1、210-2、210-3、210-4和210-5将流体致动器102-1至102-5的第二侧电连接到对应的信号线212-1、212-2、212-3、212-4和212-5。信号线212-1、212-2、212-3、212-4和212-5向对应的流体致动器102-1至102-5提供激活信号。导电迹线210-1至210-5通过对应的过孔的集合214-1、214-2、214-3、214-4和214-5连接到相应的信号线212-1至212-5。
过孔的集合214-1至214-5将信号接触部分216-1至216-5分别电连接到对应的信号线212-1至212-5。导电迹线210-1至210-5将流体致动器102-1至102-5电连接到对应的信号接触部分216-1至216-5。在信号线212-1至212-5上提供激活信号以激活对应的流体致动器102-1至102-5。
在另外的示例中，如图3中描绘的图2的流体分配模具100的一部分的放大的视图中示出的，也可以在流体分配模具100的第二导电层(例如，M1层)中设置间隙，以增强任何有缺陷的流体致动器的隔离。在图3中，M2层被绘制为部分透明的，以允许M2层下面的结构是可见的。
在图3中，第二导电层中的间隙包括在接地接触结构202-1与接地接触结构202-2之间的间隙302-1以及在接地接触结构202-2与接地接触结构202-3之间的间隙302-2。如图3中示出的，间隙302-1形成在第二导电层中在连接导电接地结构106-1的过孔的集合108-1与连接导电接地结构106-2的过孔的集合108-2之间的空间中。更一般地，第二导电层中的间隙设置在接地总线204的相邻的(连续的)接地接触结构202(图3中的202-1至202-5中的任一个)之间。
通过迫使每个流体致动器的接地路径包括(第一导电层的)与第一导电层的其他导电接地结构106隔离的导电接地结构106以及到第二导电层中的接地总线204的过孔108(或多个过孔108)，可以降低故障的流体致动器的腐蚀传播作用。另外地，在第二导电层中围绕接地总线204的接地接触结构202设置的间隙(例如，302-1和302-2)提供了进一步降低的腐蚀传播。
如图3中示出的，通过第二导电层中的间隙302-1将接地接触结构202-1的第一侧与接地接触结构202-2分离。另外地，通过第二导电层中的另一间隙304将接地结构202-1的第二侧与接地总线204的主要部分206分离。
另外地，如图3中示出的，通过第二导电层中的间隙302-2将接地接触结构202-2的第一侧与接地接触结构202-3分离。此外，通过第二导电层中的间隙304将接地接触结构202-2的第二侧与接地总线204的主要接地总线部分206分离。
间隙304和间隙302-1在接地总线204中形成大致为T形的间隙。在其他示例中，第二导电层(例如，M1层)中的间隙可以具有其他形状。
在其他接地接触结构与主要接地总线部分206之间设置了类似的T形的间隙。如上面所解释的，T形的间隙允许在接地接触部分202-1至202-5与主要接地总线部分206之间形成狭窄的连接部分208-1、208-2、208-3、208-4或208-5。
图4是图2的截面4-4的横截面视图，其示出了根据一些示例的喷嘴400的层。要注意的是，在其他示例中，其他层或替代层(包括不同次序的层)可以形成喷嘴400。
喷嘴400包括可以由孔口光刻胶层406限定的孔口402，该孔口光刻胶层406可以由电绝缘层(例如，基于环氧树脂的材料(例如，SU8)或另一种类型的电绝缘材料)形成。
孔口402流动地连接到由电绝缘层408限定的燃烧室404，该电绝缘层408还可以包括类似于孔口层406的光刻胶层。
燃烧室404从流体分配模具100中的流体馈送槽(未示出)接收流体。当对应的流体致动器被激活时，燃烧室404中的流体可以通过孔口402喷射到喷嘴400的外部。在其中流体致动器是加热电阻器的示例中，加热电阻器的激活导致燃烧室404中的流体的汽化，从而导致流体的液滴通过孔口402喷射。
喷嘴400的层形成在衬底410上，该衬底410可以是硅衬底或另一种半导体材料的衬底。在根据图4的示例中，电绝缘层412形成在衬底410的表面上。电绝缘层412可以包括氧化硅(SiO2)或某种其他类型的电绝缘材料。
扩散屏障414形成在电绝缘层412上。扩散屏障414可以包括氮化钛(TiN)薄膜，或者可以包括阻挡或减少金属或其他材料的扩散的某种其他类型的材料。
导电层416形成在扩散屏障414上。在一些示例中，导电层416可以由金属(例如，铝或某种其他类型的金属)形成，或者可以由非金属导电材料形成。
另一导电层417(例如，TiN薄膜)沉积在导电层416上。该层417可以用于多种目的，包括降低反射率以促进光刻处理、电迁移缓解以及用作扩散屏障。在其中层416由金属形成的示例中，导电层414、416和417的堆叠统称为M1层。
电绝缘层418形成在层417上。电绝缘层418可以使用SiO2或某种其他类型的电绝缘材料形成。
另一导电层420(例如，TiN薄膜)可以形成在电绝缘层418上。
另一导电层422形成在层420上。导电层422可以由金属(例如，铝或不同的金属)或非金属导电材料形成。
如图4中进一步示出的，在层420沉积在电绝缘层418上之前，(在421处)去除电绝缘层418的一部分。在421处去除电绝缘层418的一部分在电绝缘层418中形成窗口。随后形成的层420和导电层422形成在电绝缘层418中的窗口中，以提供由导电层422和导电层420构成的过孔421。过孔421将流体致动器电连接到导电层416，如图2中所描绘的，在该导电层416中形成接地总线204。
在过孔421处，层420在导电层416与导电层422之间提供扩散屏蔽，以抑制由于流体致动器的故障而引起的在导电层416与电绝缘层422之间的腐蚀的传播。
包括电阻材料(例如，WSiN或不同类型的电阻材料)的电阻层424可以形成在导电层422上。在与图1A、图1B、图2或图3中示出的流体致动器102的位置相对应的区域426中，(例如，通过蚀刻)去除导电层420和导电层422的一部分。在去除区域426中的导电层420和422之后，电阻层424形成在导电层420和导电层422上。因此，在区域426中存在电阻材料424，但是不存在导电层420和导电层422。在其中使用加热电阻器形成流体致动器的示例中，电阻层424在区域426中的部分形成加热电阻器。在不同于区域426的区域中，导电层420、422和424的堆叠可以被称为M2层。
如图4中进一步示出的，钝化层(passivation layer)426形成在电阻层424上，并且另一钝化层428形成在钝化层426上。在一些示例中，钝化层426可以包括氮化硅(SiN)，并且钝化层428可以包括碳化硅(SiC)。在其他示例中，可以采用其他类型的钝化材料。
抗气蚀磨损层(anti-cavitation wear layer)430形成在钝化层428上。在一些示例中，抗气蚀磨损层430可以包括钽(Ta)或某种其他材料。抗气蚀磨损层430以及钝化层426和428提供对流体致动器和导电层422的保护，使其免受燃烧室404中的流体的影响。
图5是图2中示出的流体分配模具100的截面5-5的横截面视图。要注意的是，在其他示例中，可以采用其他层或替代层(包括不同次序的层)。
在图5中，描绘了使用导电层堆叠420、422和424形成的过孔108-1、108-2和108-3。另外地，示出了导电层堆叠420、422和424(M2层的示例)中的相应的导电接地结构(在图2中示为106-1、106-2和106-3)之间的间隙110。此外，图5中还描绘了导电层堆叠414、416和417(M1层的示例)中的在图3的接地接触结构202-1、202-2和202-3之间的间隙302-1和302-2。
图6是形成打印头模具的过程的流程图。该过程包括(在602处)将多个流体致动器布置在流体分配模具的相应的喷嘴中，其中多个流体致动器的激活引起流体从相应的喷嘴的分配。该过程还包括(在604处)将第一导电层中的针对多个流体致动器中的相应的流体致动器的导电接地结构连接到地面。该过程另外地包括(在606处)在第一导电层中在导电层的导电接地结构之间形成间隙，以将导电接地结构彼此隔离。
在前述说明书中，阐述了若干细节以提供对本文公开的主题的理解。然而，可以在没有这些细节中的一些细节的情况下实践实现方式。其他实现方式可以包括对上面讨论的细节的修改和变化。意图是所附权利要求书覆盖这些修改和变化。
Claims (15)
1.一种流体分配模具，包括：
多个流体致动器，其用于引起流体从所述流体分配模具的相应的喷嘴的分配；以及
导电层，其包括用于将所述多个流体致动器中的相应的流体致动器连接到地面的导电接地结构，其中，所述导电层包括被设置在所述导电层的所述导电接地结构之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的流体分配模具，其中，所述导电层是第一导电层，所述流体分配模具还包括：
第二导电层，其包括接地总线；以及
过孔，其用于将所述导电接地结构连接到所述接地总线。
3.根据权利要求2所述的流体分配模具，其中，第一间隙被形成在所述第二导电层中在连接所述导电接地结构中的第一导电接地结构的第一过孔与连接所述导电接地结构中的第二导电接地结构的第二过孔之间的空间中。
4.根据权利要求3所述的流体分配模具，其中，所述第一导电层是第一金属层，并且所述第二导电层是第二金属层。
5.根据权利要求3所述的流体分配模具，其中，所述第二导电层包括所述接地总线的第一接地接触结构，并且所述第一过孔将所述第一导电接地结构连接到所述第一接地接触结构，并且
其中，所述第二导电层包括所述接地总线的第二接地接触结构，并且所述第二过孔将所述第二导电接地结构连接到所述第二接地接触结构。
6.根据权利要求5所述的流体分配模具，其中，通过所述第二导电层中的所述第一间隙将所述第一接地接触结构的第一侧与所述第二接地接触结构分离，并且通过所述第二导电层中的第二间隙将所述第一接地接触结构的第二侧与所述接地总线的主要部分分离。
7.根据权利要求6所述的流体分配模具，其中，通过所述第二导电层中的第三间隙将所述第二接地接触结构的第一侧与第三接地接触结构分离，所述第三接地接触结构通过第三过孔连接到所述第一导电层中的所述导电接地结构的第三导电接地结构；并且
其中，通过所述第二导电层中的所述第二间隙将所述第二接地接触结构的第二侧与所述接地总线的所述主要部分分离。
8.根据权利要求7所述的流体分配模具，其中，所述第二导电层中的所述第一间隙和所述第二间隙形成大致为T形的间隙。
9.根据权利要求1所述的流体分配模具，其中，所述多个流体致动器包括电阻器或压电致动器。
10.根据权利要求1所述的流体分配模具，还包括：
在所述第一导电层与所述第二导电层之间的屏蔽层，所述屏蔽层用于抑制在所述第一导电层与所述第二导电层之间的腐蚀的传播。
11.一种流体分配模具，包括：
多个流体致动器，其用于引起流体从所述流体分配模具的相应的喷嘴的分配；以及
金属层，其包括接地返回电极，所述接地返回电极用于将所述多个流体致动器中的相应的流体致动器连接到地面，其中，所述金属层包括在所述金属层的所述接地返回电极之间的间隙。
12.根据权利要求11所述的流体分配模具，还包括：
第一过孔，其将所述接地返回电极的第一接地返回电极连接到被形成在第二金属层中的接地总线；
第二过孔，其将所述接地电极的第二接地返回电极连接到所述接地总线，
其中，所述间隙中的第一间隙将所述第一过孔与所述第二过孔隔离。
13.根据权利要求12所述的流体分配模具，其中，所述接地总线包括被连接到所述第一过孔和所述第二过孔的电接地接触部分，并且所述第二金属层还包括被设置在所述电接地接触部分与所述接地总线的主要部分之间的间隙。
14.一种形成打印头模具的方法，包括：
将多个流体致动器布置在所述流体分配模具的相应的喷嘴中，其中，所述多个流体致动器的激活引起流体从所述相应的喷嘴的分配；
将第一导电层中的针对所述多个流体致动器中的相应的流体致动器的导电接地结构连接到地面；以及
在所述第一导电层中在所述导电层的所述导电接地结构之间形成间隙，以将所述导电接地结构彼此隔离。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
通过过孔将所述导电接地结构连接到被形成在第二导电层中的接地总线；以及
在所述第二导电层中在连接所述导电接地结构的第一导电接地结构的第一过孔与连接所述导电接地结构的第二导电接地结构的第二过孔之间的空间中形成间隙。
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