TW201108291A - Method of fabricating crack-resistant thermal bend actuator - Google Patents
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201108291 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明關於微機電系統(MEMS )裝置的領域,特別 是關於噴墨列印頭。硏發該等噴墨列印頭主要用於改善熱 彎曲致動器在微機電系統製造期間和作業期間的堅固耐用 性。 【先前技術】 本案申請人先前已描述使用熱彎曲致動之微機電系統 噴墨噴嘴的噴墨過多之問題。熱彎曲致動通常意指由電流 通過一種材料’然後該材料的熱膨脹相對於另一材料所產 生的彎曲運動。結果的彎曲運動可用於從噴嘴的開口噴射 墨水’選擇性地經由輪葉或葉片的運動來噴射墨水,因爲 該運動會在噴嘴腔室內產生壓力波。 本案申請人的第US6416167號美國專利(其內容倂入 本案做參考)描述的噴墨噴嘴,具有設於噴嘴腔室內的輪 葉和設於噴嘴腔室外部的熱彎曲致動器。致動器採取傳導 材料之下主動樑(例如氮化鈦)融合至非傳導材料之上被 動樑(例如二氧化矽)的形式。致動器經由一臂部而連接 至輪葉,該臂部容置並穿過在噴嘴腔室之壁中的槽。當電 流通過下主動樑時,致動器向下彎曲,結果輪葉朝向噴嘴 開口運動,該噴嘴開口界定在噴嘴腔室的頂部,藉此噴射 墨水液滴。此設計的優點是其結構的簡單性。此設計的缺 點在於:輪葉的兩面須對抗噴嘴腔室內側相對黏性的墨水 -5- 201108291 而工作。 申請人之第US6 26 0953號美國專利(茲將其內容併入 本案作參考)描述一種噴墨噴嘴,其中的致動器形成噴嘴 腔室的運動頂部。致動器採用聚合體材料包覆傳導材料之 螺旋形芯部的形式。當致動時,致動器朝向噴嘴腔室的底 部彎曲,增加腔室內的壓力,並迫使墨水液滴流出噴嘴開 口,該噴嘴開口界定在腔室的頂部中。該噴嘴開口界定在 該腔室頂部之非運動部分中。此設計的優點是運動頂部的 —面必須對抗噴嘴腔室內側相對黏性的墨水工作。此設計 的缺點在於:聚合體材料包覆螺旋形傳導性元件之致動器 構造,難以達成微機電系統的製程。 申請人的第US6 62 3101號美國專利(茲將其內容倂入 本案作參考)描述一種噴墨噴嘴,其包含具有可運動頂部 的噴嘴腔室,該頂部具有界定在其內的噴嘴開口。可運動 頂部經由一臂部連接至設置在噴嘴腔室外部的熱彎曲致動 器。致動器採用上主動樑和下被動樑間隔開的形式。藉由 將主動樑和被動樑間隔開,熱彎曲效率會最大化,因爲被 動樑不能做爲主動樑的散熱器。當電流一通過主動樑時, 具有噴嘴開口界定在其內的可運動頂部,被朝向噴嘴腔室 的底部轉動,藉此噴射穿過噴嘴開口。因爲噴嘴開口隨著 頂部而運動,所以藉由適當修飾噴嘴邊緣的形狀,可控制 液滴飛行的方向。此設計的優點是運動頂部只有一個面必 須對抗噴嘴腔室內側相對黏性的墨水工作。另一個優點是 藉由將主動樑構件和被動樑構件間隔開來,以使熱損失最 * 6 - 201108291 小化。此設計的缺點在於:喪失間隔開來之主動樑構件和 被動樑構件的構造剛性。 申請人的第US2008/0 1 29795號美國專利公開申請案 (茲將其內容倂入本案作參考)描述一種噴墨噴嘴,其包 含具有可運動頂部的噴嘴腔室,該頂部具有界定在其內的 噴嘴開口。該可運動頂部包含熱彎曲致動器,用於朝向腔 室的底部運動可運動頂部。用於改善致動器之效率的各種 裝置已被描述了,包括使用多孔性的二氧化矽於致動器的 被動層。 需要改善熱彎曲噴墨噴嘴的設計,以獲得更有效率的 液滴噴射和改善的機構堅固耐用性。從噴墨噴嘴的作業特 性和其製造兩個觀點而言,機構堅固耐用性是重要的因素 。製造時需要微機電系統製造步驟的順序,以便以高全程 產量來提供列印頭積體電路。 【發明內容】 在第一方面,提供一種熱彎曲致動器,包含:主動樑 和被動樑;主動樑用於連接至驅動電路;被動樑和該主動 樑機械式地耦合,使得當電流通過該主動樑時,該主動樑 相對於該被動樑膨脹,導致該致動器彎曲;其中該被動樑 包括第一層和第二層;該第一層包含氮化矽:該第二層包 含二氧化矽,且位於該第一層和該主動樑之間。 本發明的熱彎曲致動器的優點包括堅固且抗龜裂,同 時維持優良的熱效率。第一層的氮化矽提供抗龜裂,同時 201108291 第二層的二氧化矽提供熱絕緣,其維持整體的高效率。由 於主動樑和被動樑內不可避免的應力,所以龜裂是熱彎曲 致動器內的問題,特別是被動樑。通常由二氧化矽形成被 動樑,二氧化矽具有良好的熱絕緣性質。藉由使用本文所 描述的雙層被動樑,本發明解決龜裂問題。 選擇性地,該第一層比該第二層還厚。第一層的氮化 矽可爲第二層的二氧化矽厚2至20倍,選擇性地厚8至 20 倍。。 選擇性地,該第一層比該第二層至少厚兩倍,選擇性 地至少厚四倍,或選擇性地至少厚八倍。 選擇性地,該第二層的厚度在〇.〇1和0.5微米的範圍 內,選擇性地在0.02和0.3微米的範圍內,選擇性地在 0.05和0.2微米的範圍內,或選擇性地爲約0.1微米。 選擇性地,該第一層的厚度在〇.〇5和5.0微米的範圍 內,選擇性地在1.0和2.0微米的範圍內,或選擇性地爲 約1.4微米》 選擇性地,該主動樑的厚度在〇.〇5和5.0微米的範圍 內,選擇性地在1.0和3.0微米的範圍內,選擇性地在1-5 和2.0微米的範圍內,或選擇性地爲約1.7微米。 選擇性地,該主動樑經由一對電性接點連接至該驅動 電路,該對接點位在該致動器的一端。 選擇性地,藉由沉積製程,該主動樑被融合至該被動 樑。 選擇性地,該主動樑包含傳導性熱彈性材料,該材料 -8 - 201108291 選擇性地選自一群組,該群組由氮化鈦、氮化鈦鋁、和鋁 合金組成。 選擇性地,該主動樑包含釩鋁合金。 在第二方面,提供一種噴墨噴嘴組合體,包含:噴嘴 腔室,具有噴嘴開口和墨水入口;和熱彎曲致動器,用於 噴射墨水經過該噴嘴開口。該致動器包括:主動樑和被動 樑;主動樑用於連接至驅動電路;被動樑和該主動樑機械 式地耦合,使得當電流通過該主動樑時,該主動樑相對於 該被動樑膨脹,導致該致動器彎曲;其中該被動樑包括第 一層和第二層;該第一層包含氮化矽;該第二層包含二氧 化矽,且位於該第一層和該主動樑之間。 除了上文關於第一方面所討論的優點以外,第二方面 之噴墨噴嘴組合體的其他優點爲:第二層的氮化矽示對噴 嘴腔室內所含之液體的滲漏阻礙物。因此含水離子部能穿 過被動樑而溶出,且不能污染主動樑。該污染會導致噴嘴 故障。從熱墨水溶出含水離子,已被本申請案證明是熱彎 曲致動器的故障機制,該致動器具有只由二氧化较製成之 被動樑。 選擇性地,該噴嘴腔室包括底部和頂部,該頂部具有 運動部分,藉此,該致動器的致動將該運動部分朝向該底 部運動。 選擇性地,該運動部分包括該致動器。 選擇性地,相對於該噴嘴腔室的該底部,該主動樑設 在該被動樑的上表面上。 -9- 201108291 選擇性地’該噴嘴開口被界定在該運動部分中,使得 該噴嘴開口可相對於該底部運動。 選擇性地’該致動器可相對於該噴嘴開口運動。 選擇性地’以聚合材料塗覆該頂部,該聚合材料例如 本文構詳細描述之聚合矽氧烷。 在第三方面’提供一種噴墨列印頭,包含複數噴嘴組 合體,每一噴嘴處合體包括:噴嘴腔室,具有噴嘴開口和 墨水入口;和熱彎曲致動器,用於噴射墨水經過該噴嘴開 口。該致動器包含:主動樑和被動樑;主動樑用於連接至 驅動電路;被動樑和該主動樑機械式地耦合,使得當電流 通過該主動樑時,該主動樑相對於該被動樑膨脹,導致該 致動器彎曲。其中該被動樑包括第一層和第二層;該第一 層包含氮化矽;該第二層包含二氧化矽,且位於該第一層 和該主動樑之間。 在第四方面,提供一種微機電系統裝置,包含一或更 多熱彎曲致動器,每一熱彎曲致動器包括:主動樑和被動 樑。主動樑連接至驅動電路;被動樑和該主動樑機械式地 耦合,使得當電流通過該主動樑時,該主動樑相對於該被 動樑膨脹,導致該致動器彎曲。其中該被動樑包括第一層 和第二層;該第一層包含氮化矽;該第二層包含二氧化矽 ,且位於該第一層和該主動樑之間。 此等微機電系統裝置的例子包括晶片實驗室(LOC ) 閥和晶片實驗室泵(如同申請人之第1 2/142779號美國申 請案中所述)、感測器、開關等。熟悉技藝人士充分瞭解 -10- 201108291 包含有熱彎曲致動器之微機電系統裝置的液體過多之問題 〇 - 在第五方面,提供製造熱彎曲致動器的方法,該方法 的步驟包括:(a)沉積第一層至犧牲支架上,該第一層 包括氮化矽;(b)沉積第二層至該第一層上,該第二層 包括二氧化矽;(c)沉積主動樑層至該第二層上;(d) 蝕刻該主動樑層、第一層、和第二層,以界定該熱彎曲致 動器,該熱彎曲致動器包括主動樑和被動樑,該被動樑包 括該第一層和第二層;和(e)藉由移除該犧牲支架,而 釋出該熱彎曲致動器。 選擇性地,該犧牲支架包括光阻劑或聚醯亞胺。 選擇性地,藉由氧化的電漿移除犧牲支架,在該技藝 中稱爲「灰化(ashing)」。使用氧(02)電漿、氧/氮( 〇2/N2 )電漿、或任何其他氧化的電漿,可達成灰化。 選擇性地,在釋出熱彎曲致動器以後,被動樑中的殘 留應力主要存在於第一層內。 選擇性地’該方法形成用於噴墨噴嘴組合體之微機電 系統製造製程的至少一部分。 選擇性地,該第一和第二層界定噴嘴腔室的頂部。 選擇性地,該頂部包括運動部分,該運動部分包括熱 彎曲致動器。 選擇性地,在釋出該熱彎曲致動器以前,先在頂部內 界定噴嘴開口。 選擇性地,噴嘴開口界定在頂部的運動部分內。 -11 - 201108291 選擇性地,在釋出該熱彎曲致動器以前,先以聚合材 料塗覆頂部。 選擇性地,在釋出該熱彎曲致動器以前,先以金屬層 保護聚合材料。 選擇性地,藉由旋轉製程將聚合材料塗覆在頂部上。 選擇性地,聚合材料爲聚合矽氧烷,例如聚二甲基倍 半矽氧烷、聚甲基倍半矽氧烷、或聚苯基倍半矽氧烷。 當然應瞭解,結合第一方面之熱彎曲致動器所描述的 選擇性方面,可等同地應用至第二、第三、第四、和第五 方面。 【實施方式】 應瞭解本發明可和具有主動樑融合至被動樑之任何熱 彎曲致動器一起使用。發現此等熱彎曲致動器使用在許多 微機電系統裝置中’包括噴墨噴嘴、開關、感測器、泵、 閥等。例如如同在第1 2/1 42779號美國案中所描述者,申 I靑人已展不在晶片實驗室(lab-on-a-chip)裝置中使用熱 彎曲致動器’該案的內容倂入本文做參考。如同在本文所 註明之交互參考專利案和專利申請案中所描述者,申請人 也展不噴墨噴嘴之液體過多的問題。雖然微機電系統熱彎 曲致動器可有許多不同的用途,但是本發明在本文將參考 申請人之噴墨噴嘴組合體其中之一做描述。當然應瞭解, 本發明不限於此特定的裝置。 圖1至13顯示申請人較早之第2008/0 309728號美國 -12- 201108291 專利案中所描述之用於噴墨噴嘴組合體100的微機電系統 之製造步驟的順序,該案的內容倂入本文做參考。圖12、 13所示之已完成的噴墨噴嘴組合體1〇〇使用熱彎曲致動器 ,藉此,頂部的運動部分朝向基板彎曲,導致噴射墨水。 製造微機電系統的開始點是標準的CMOS晶圓,該 CMOS晶圓具有形成在矽晶圓上部的CMOS驅動電路。在 微機電系統製造製程的末端,將該晶圓切割成個別的列印 頭積體電路,且每一積體電路包含驅動電路和複數噴嘴組 合體。 如圖1和2所示,基板101具有形成在其上部的電極 102。電極102是一對相鄰電極(正極和接地)其中之一 ,用於供給電力至噴墨噴嘴1〇〇的致動器。電極接受來自 CMOS驅動電路(未示)的電力,該CMOS驅動電路在基 板101的上層。 圖1和2所示之另一電極103是用於供給電力至相鄰 的噴墨噴嘴。圖式大致顯示用於噴嘴組合體的微機電系統 製造步驟,該噴嘴組合體是一陣列噴嘴組合體其中之一。 下列的描述聚焦在這些噴嘴組合體其中之一噴嘴組合體的 製造步驟。但是當然應瞭解:對應的步驟可同時實施於形 成在晶圓上的各噴嘴組合體。圖式中顯示相鄰噴嘴組合體 的一部分,此是爲了本發明的目的而忽略另一部分。因此 ,本文不詳細描述相鄰噴嘴組合體的電極103和全部特徵 。事實上,爲了清楚起見,一些微機電系統製造步驟未顯 示在相鄰噴嘴組合體上。 -13- 201108291 在圖1、2所示之步驟順序中,首先在基板101上沉 積8微米的二氧化矽層。二氧化矽的厚度界定噴墨噴嘴之 噴嘴腔室105的深度。在沉積二氧化矽(Si02)層以後, 蝕刻該層以界定壁104,該等壁104將成爲噴嘴腔室105 的側壁。 如圖3、4所示,然後以光阻劑或聚酿亞胺1〇6充滿 噴嘴腔室105,該光阻劑於後續的沉積步驟當作犧牲支架 。使用標準技術將聚醯亞胺106旋轉塗覆(spin)至晶圓 上,紫外線硬化和/或烤硬(hardbaked ),然後經歷化學 機械平面化停止在二氧化矽壁104的上表面。 在圖4、5中,形成高傳導性的連接器柱1〇8和噴嘴 腔室105的頂部構件107,該等連接器柱1〇8向下延伸至 電極102。如圖12、13所示,部分的頂部構件1〇7被用於 界定被動樑116,該被動樑116在完成的噴墨噴嘴組合體 中用於熱彎曲致動器115。在申請人先前的噴墨噴嘴設計 中,頂部構件107 (和藉此之熱彎曲致動器的被動樑)是 由二氧化矽製成。二氧化矽的熱傳導性不佳,此性質使得 在致動期間傳輸離開熱彎曲致動器之主動樑的熱量最小化 。藉由使用具有不好熱傳導性的被動樑,改善了裝置的整 個效率。但是在微機電系統製造期間和已完成之噴墨噴嘴 組合體的操作期間,二氧化矽容易受影響而龜裂。二氧化 矽的另一缺點是其具有某些程度的含水離子(例如氯化物 離子)滲透率,經由從噴嘴腔室中的熱墨水溶出(leach) 含水離子,導致隨著時間的經過而污染主動樑層。此污染 • 14- 201108291 的機制會導致主動樑和熱彎曲致動器故障。非常不希望出 現此故障。 相較於二氧化矽,氮化矽較不易受影響而龜裂,且允 許較大範圍的殘留應力——壓應力和張應力兩者。氮化矽 也完全不具滲透率,此性質能將經由從噴嘴腔室中的墨水 溶出離子導致噴嘴故障最小化。但是氮化矽比二氧化矽的 熱傳導性高很多,導致熱彎曲致動器的效率較差。因此儘 管氮化矽比二氧化矽具有較佳的機械性質,但是通常不用 氮化矽當作被動樑。 在本發明中,頂部構件1 07界定致動器完成品的被動 樑。頂部構件1 07包含相對厚的氮化矽層1 3 1 (約1.4微 米)和相對薄的二氧化矽層1 3 0 (約0.1微米)。暫時參 考圖12,在完成的致動器115中,二氧化矽層130位於主 動樑110和氮化矽層131之間。此配置改善了微機電系統 的製造,因爲當藉由移除犧牲聚醯亞胺或光阻劑1〇6而「 釋出(release )」致動器時,頂部構件107較不易受影響 而龜裂,特別是頂部構件1〇7界定熱彎曲致動器之被動樑 的部分較不受影響。也改善了列印頭成品中之被動樑1 1 6 和連續頂部構件1〇7所界定之列印頭的噴嘴板的堅固耐用 性,而不必明顯地折衷熱效率。再者’頂部構件1 07不會 允許從熱墨水溶出任何的含水離子至熱彎曲致動器的主動 樑。因此可瞭解:雙層被動樑改善了致動器的操作和致動 器的製造。 現在回到圖5、6,在沉積雙層的頂部構件1 〇7以後, -15- 201108291 使用標準非等向性深活性離子蝕刻(DRIE)在壁104內形 成一對通孔,且向下至電極102。此蝕刻經由個別通孔而 暴露該對電極102。其次,使用無電式電鍍以例如銅的高 傳導性金屬充滿通孔。已沉積的銅柱108遭受化學機械平 面化(CMP),停止在雙層頂部構件107上,以提供平坦 構造。可看得到,在無電式銅電鍍期間所形成的銅連接器 柱108碰到各電極102,以提供線性傳導路徑向上至頂部 構件107。 在圖7、8中,藉由初始地沉積0.3微米的鋁層在雙 層頂部構件107和連接器柱1〇8上,而形成金屬墊109。 可使用任何的高傳導性金屬(例如鋁、鈦等),且該金屬 應沉積約0.5微米或以下的厚度,以免太嚴重影響噴嘴組 合體的整體平面度。金屬墊1〇9位在連接器柱1〇8上方且 在頂部構件107的上面,且在熱彈性主動樑構件之預定「 彎曲區域」中。 在圖9、10中,熱彈性主動樑構件110形成在雙層頂 部107上方。藉由將部分的頂部構件107融合至主動樑構 件110,該部分的頂部構件1〇7當作機械熱彎曲致動器的 下被動樑構件116之用,該致動器是由主動樑110和被動 樑116所界定。熱彈性主動樑構件110可由任何適合的熱 彈性材料製成,例如氮化鈦、氮化鈦鋁、和鋁合金。如同 在申請人較早之第2008/0 1 29793號美國案(茲將其內容 倂入做參考)所解釋者,釩鋁合金是較佳的材料,因爲釩 鋁合金組合高熱膨脹和低密度及高楊氏模數的有利性質。 -16- 201108291 爲了形成主動樑構件110,藉由標準的電漿輔助化學 氣相沉積(PECVD )初始地沉積1.5微米傳導性熱彈性主 動材料層。然後使用標準金屬蝕刻法蝕刻樑的材料,以界 定主動樑構件110。在完成如圖9、10所示的金屬蝕刻以 後’主動樑構件1 1 0包含部分的噴嘴開口 1 1 1和樑元件 112’該樑元件112經由連接器柱108電性地連接在正電 極和接地電極102的每一端。平坦的樑元件112從第一( 正)連接器柱108的頂部延伸,且彎曲180度回到第二( 接地)連接器柱的頂部。 仍然參考圖9、10,設置金屬墊109的位置,以利在 潛在性較高阻抗區域中的電流流動。一個金屬墊109位在 樑元件1 1 2的彎曲區域,且位在主動樑構件1 1 〇和被動樑 構件1 1 6之間。其他的金屬墊1 09位在連接器柱1 08的頂 部和樑元件1 1 2的端部之間。 參考圖1 1,將疏水性聚合物層80沉積至晶圓上,並 以保護性金屬層90 (例如1 00奈米的鋁)覆蓋疏水性聚合 物層80。在適當的遮蔽以後,金屬層90、聚合物層80、 和雙層的頂部構件107被蝕刻,以界定頂部之完整的噴嘴 開口 1 1 3和運動部分1 1 4。 運動部分114包含熱彎曲致動器115,熱彎曲致動器 115本身包括主動樑構件110和下面的被動樑構件116。 噴嘴開口 1 1 3被界定在頂部的運動部分1 1 4內,所以在致 動期間,噴嘴開口隨著致動器運動。如同第2008/0 1 29793 號美國案所述,噴嘴開口 113相對於運動部分114呈靜止 -17- 201108291 的結構也有可能,且也在本發明的範圍內。 圍繞頂部之運動部分114的周圍區域117將運動部分 和頂部的靜止部分118分離。當致動器115致動時,此周 圍區域117允許運動部分114彎曲進入噴嘴腔室1〇5內和 朝向基板101。疏水性聚合物層80塡充周圍區域117,以 提供頂部107之運動部分114和靜止部分118之間的機械 性密封。聚合物具有充分低的楊氏模數,以允許致動器朝 向基板1 0 1彎曲,同時防止墨水在致動期間從間隙i i 7滲 漏。 聚合物層80通常由聚合的矽氧烷構成,可使用旋轉 (spin-on)製程將聚合的矽氧烷沉積成薄層(例如〇.5至 2.0微米)並烤硬(hardbaked)。合適之聚合材料的例子 爲:聚(烷基倍半矽氧烷),例如聚(甲基倍半矽氧烷) :聚(芳基倍半矽氧烷),例如聚(苯基倍半矽氧烷); 聚(二烷基矽氧烷),例如聚二甲基矽氧烷。聚合材料可 併入奈米顆粒,以改善其耐久性、抗摩耗性 '抗疲勞性等 〇 在最終的微機電處理步驟中,且如圖12、13所示, 蝕刻形成墨水供給通道1 2 0,從基板1 0 1的背側貫穿至噴 嘴腔室105。雖然圖12、13中所示的墨水供給通道120對 齊噴嘴開口 113,但是墨水供給通道120也可形成在偏離 噴嘴開口的位置。 在蝕刻墨水供給通道以後,藉由在氧化的電漿中灰化 (ashing ),而移除已塡注在噴嘴腔室105的聚醯亞胺 -18- .201108291 106,且藉由氟化氫(HF)或過氧化氫(h202)清洗而移 除金屬膜90,以提供噴嘴組合體1〇〇。 此領域的一般工作者可瞭解,如同所示的特定實施例 ’可對本發明做很多種改變修飾,而不會脫離已寬廣地描 述之本發明精神和範圍。因此應從各方面考慮本實施例爲 例示性而非限制性。 【圖式簡單說明】 上文藉由只做爲例子並參考附圖的方式,描述本發明 的選擇性實施例。附圖爲: 圖1是在各步驟中的第一順序以後,局部製造之替代 噴墨噴嘴組合體的側剖視圖,在該第一順序中,形成噴嘴 腔室側壁; 圖2是圖1所示之局部製造噴墨噴嘴組合體的立體圖 » 圖3是在各步驟中的第二順序以後,局部製造之噴墨 噴嘴組合體的側剖視圖,在該第二順序中,以聚醯亞胺注 滿噴嘴腔室; 圖4是圖3所示之局部製造噴墨噴嘴組合體的立體圖 » 圖5是在各步驟中的第三順序以後,局部製造之噴墨 噴嘴組合體的側剖視圖,在該第三順序中,形成連接器柱 上達腔室頂部; 圖6是圖5所示之局部製造噴墨噴嘴組合體的立體圖 -19- 201108291 圖7是在各步驟中的第四順序以後,局部製造之噴墨 噴嘴組合體的側剖視圖,在該第四順序中’形成傳導性金 屬板, 圖8是圖7所示之局部製造噴墨噴嘴組合體的立體圖 > 圖9是在各步驟中的第五順序以後,局部製造之噴墨 噴嘴組合體的側剖視圖,在該第五順序中,形成熱彎曲致 動器的主動樑構件; 圖10是圖9所示之局部製造噴墨噴嘴組合體的立體 rm · 圖, 圖11是在各步驟中的第六順序以後、在以聚合物層 塗覆以後、在以金屬層保護以後、和在蝕刻噴嘴開口以後 ,局部製造之噴墨噴嘴組合體的側剖視圖; 圖12是在後側微機電系統處理和移除光阻劑以後, 已完成之噴墨噴嘴組合體的側剖視圖;和 圖13是圖12所示之噴墨噴嘴組合體的切除立體圖。 【主要元件符號說明】 80 :(疏水性)聚合物層 90 :(保護性)金屬層 100 :噴墨噴嘴(組合體) 101 :基板 1 0 2 :電極 -20- 201108291 1 0 3 :電極 104:壁 105 :噴嘴腔室 106 :光阻劑(聚醯亞胺) 107 :頂部(構件) 1 〇 8 :連接器柱 109 :金屬墊 1 1 〇 :主動樑(構件) 1 1 1 :(部分的)噴嘴開口 1 1 2 :樑元件 113:(完整的)噴嘴開口 1 1 4 :運動部分 115:(熱彎曲)致動器 1 1 6 :被動樑(構件) 1 1 7 :周邊區域(間隙) 1 18 :靜止部分 120 :墨水供給通道 1 3 0 :二氧化矽層 1 3 1 :氮化矽層
Claims (1)
- 201108291 七、申請專利範圍: i-~種製造熱彎曲致動器的方法,包括下列步驟: (a) 沉積第一層至犧牲支架上,該第一層包括氮化 矽; (b) 沉積第二層至該第—層上,該第二層包括二氧 化矽; (c) 沉積主動樑層至該第二層上; (d) 蝕刻該主動樑層、該第一層、和該第二層,以 界定該熱彎曲致動器,該熱彎曲致動器包括主動樑和被動 樑’該被動樑包括該第一層和該第二層;和 (e) 藉由移除該犧牲支架,而釋出該熱彎曲致動器 〇 2_如申請專利範圍第1項所述製造熱彎曲致動器的方 法’其中該第一層比該第二層還厚。 3. 如申請專利範圍第1項所述製造熱彎曲致動器的方 法’其中該第一層比該第二層厚至少四倍。 4. 如申請專利範圍第1項所述製造熱彎曲致動器的方 法’其中該第二層的厚度在0.05至0.2微米的範圍內β 5. 如申請專利範圍第1項所述製造熱彎曲致動器的方 法’其中該第一層的厚度在1.0至2.0微米的範圍內。 6. 如申請專利範圍第1項所述製造熱彎曲致動器的方 法’其中該主動樑的厚度在1.5至2.0微米的範圍內。 7. 如申請專利範圍第1項所述製造熱彎曲致動器的方 法’其中該犧牲支架包括光阻劑或聚醯亞胺。 -22- 201108291 8_如申請專利範圍第1項所述製造熱彎曲致動器的方 法,其中藉由氧化的電漿移除該犧牲支架。 9.如申請專利範圍第1項所述製造熱彎曲致動器的方 法’其中該主動樑層包括一材料,該材料選自一群組,該 群組由氮化鈦、氮化鈦鋁、和鋁合金組成。 10·如申請專利範圍第1項所述製造熱彎曲致動器的 方法,其中該主動樑包含釩鋁合金。 11. 如申請專利範圍第〗項所述製造熱彎曲致動器的 方法’其中在釋出該熱彎曲致動器以後,該被動樑中的殘 留應力主要存在於該第一層內。 12. 如申請專利範圍第1項所述製造熱彎曲致動器的 方法,其中該方法界定用於噴墨噴嘴組合體之微機電系統 製造製程的至少一部分。 13. 如申請專利範圍第12項所述製造熱彎曲致動器的 方法’其中該第一和第二層界定噴嘴腔室的頂部。 I4·如申請專利範圍第13項所述製造熱彎曲致動器的 方法’其中該頂部包括運動部分,該運動部分包括該熱彎 曲致動器。 15. 如申請專利範圍第14項所述製造熱彎曲致動器的 方法,其中在釋出該熱彎曲致動器以前,先在該頂部內界 定噴嘴開口。 16. 如申請專利範圍第15項所述製造熱彎曲致動器的 方法’其中該噴嘴開口被界定在該頂部的該運動部分內。 I7·如申請專利範圍第13項所述製造熱彎曲致動器的 -23- 201108291 方法’其中在釋出該熱彎曲致動器以前’先以聚合材料塗 覆該頂部。 18·如申請專利範圍第17項所述製造熱彎曲致動器的 方法’其中在釋出該熱彎曲致動器以前,先以金屬層保護 該聚合材料。 19_如申請專利範圍第17項所述製造熱彎曲致動器的 方法’其中藉由旋轉(spin-on)製程將該聚合材料塗覆在 該頂部上。 20.如申請專利範圍第17項所述製造熱彎曲致動器的 方法’其中該聚合材料爲聚合矽氧烷。 -24-
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