TW503181B - Electrical interconnect for an inkjet die - Google Patents

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A7 五、發明說明（。 申&發月疋吴國專利中請案G9/43G，534的部分延續專利 -----‘II ----------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 續叫案，，由Μ — 11 W〇ng等人於1999年10月29日申請，且 Μ渡給前述申請案之辱嬙 〃 讓人。本發明係有關於喷墨列印 1 ’特別是關於—種將_墨水喷射的晶片以電氣及流體輕 。至一基板的裝置及方法。

Ijg之背景_ 2之數種噴墨印表機提供列印速度、列印顏色以及 ^ ^ 勺範圍新型的噴墨印表機可以製造出照片品 ，線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 =衫像’且較傳統的雷射式印表機大體上略貴些，乃是因 值該列印機器製造上略貴。此外’熱能喷墨印表機安靜（和 傳統撞擊印表機相較），因為在形成該影像的過程中，除 了將該影像沉積至該列印媒體上之外，沒有機械敲擊。孰 能噴墨::表機’-種噴墨印表機，通常有大量獨立的墨： 噴窝（e 口）被配置在一列印頭。該等喷嘴係為空間定 且朝向該列印媒體。每一喷嘴下方為一加熱電阻，當 脈衝增能該加熱電阻時會熱能震動該墨水。該電脈:的姓 果’使存於該加熱電阻上的墨水經由該喷嘴噴出 ： 该列印媒體。同時’該列印頭經過該列印媒體表面" 等喷嘴以將墨水噴射至該列印媒體。然而，就高 该 而言，當動作分送至該列印媒體時，其中一列列 機 對該列印媒體定位。 Μ可相 當墨水自該列印頭噴射時，該墨水滴擊在 體，然後乾燥形成墨水的，，點，，，當結合一起:媒 Τ 製造 -4- 本紙張尺度_中_祕準㈣S)A4規格⑵〇 x 297iFr

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 --------— B? _____ 五、發明說明（2 ) • 出一列印影像。多數献处+田 . 夕数熱旎贺墨列印系統係建構有一恆久的 • 列印本體及一即可车十企 舌或半可丟型列印頭。該列印頭包括一 半導體晶片（從此摇夕也 ^ 舟之為一日日片）及一支撐基板。墨水通 t是形成由於該列印頭中的一墨水儲藏庫或形成貼附於該 • P♦機勺土水館藏庫供應至該列印頭。後者的建構容許 該印表機在墨水福、古I ^ ^ & 扒補充刖的作業延長一段時間。 一種以往的列g卩通 曰u η丄 頭一日日片具有一加熱電阻及數個附 參屬墨水噴嘴’該晶片係液體且電氣耗合至一基板。該晶片 的液體耦合係可藉由將該晶片貼附至該基板而達成，其 中土尺自該Β日片的一端或該晶片的中心流至該加熱電 ;、、、:而在另建構中，該墨水到達該加熱電阻，且可 被喷射至該列印媒§#。φ #、古 、 電乳連接（互連）亦形成於該晶片 與該基板間。 該晶片電氣摩馬合至該基板需形成一互連，經由互連， 該列印指令被提供至該晶片。美國第4,94〇,413號專利敛 述-種如此這般的互連體。此處，一種使一大量的圖樣互 連結合於一小空間内的高密度電氣互連體，係以該晶片搞 • a至基板如噴墨技術形成且如前述專利例示之一晶片 • #合至該基板止裝置的電氣耦合，其係較如以傳統積體電 路封裝之一般將一晶片耦合至該基板的電氣耦合更充分複 你j如’ 4等互連體由於墨水的可能侵蝕，必須將墨水 _ 自該晶片噴射隔離。此外，該墨水的某些成分可能導電， 因此k成忒等互連體電氣短路。第二，該等互連體係被暴 露於該印表機連續的震動及物理接冑。在㈣震動係產生 -5- 本紙張尺i適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公------ --------------農------！訂---------線 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 五 '發明說明（3) 二=1:頭相對該列印媒體之橫向移動，而在 „ 接觸疋在該晶片的清理循環中產生。該 包括橫過該晶體之-階段通過的弧刷，該弧刷可 :走可二U吏列印性能惡化之墨水殘渣或其他顆粒。對照 ，封ί常使用之傳統積體電路封裝的晶片是完全被容納於 __中，且和—與表面其接觸之物體（例如—弧刷） 雄弟二’該等互連體係暴露於—滋長於該電腦系统之 列印控制訊號之廣泛溫度範圍内。此等溫度係由該加 阻之電氣刺激所導致。因此，隨著一立即冷卻階段，；曰 2的溫度可能激烈上升。該晶片如此這般的熱能循環，可 旎使該等電氣互連體疲勞導致其被破壞。 雖然，繼續有解決如上述將晶片電氣耦合至該筆具本 體之挑戰的許多嘗試在進行並存在，但是，仍然有_改良 列印頭的需求。如此的一種改良列印頭包括自該印表機的 墨水及清理機械隔離的電氣互連體，容忍急速溫度改變的 電氣互連體時，Α-可非常接近地在該列印媒體作業的墨 水噴射晶片。 土 曼明之概要説明 -種列印卡匣包括一喷墨晶片，該喷墨晶片更包括一 基板，該基板具有至少一相對的上與下表面，以及一薄膜 堆疊配置在該上表面。該上表面至少一邊緣傾斜，其中該 斜面的一下部係低於該斜面的一上部。一導體材質圖樣係 被配置於該上表面與薄膜堆疊的至少一部份的頂部。該導 體材質圖樣自該上表面延伸，並朝向該斜面的下部。一電

墨 五、發明說明（4 ) :_被_合至於斜面上部下方-預定位置的該導體材質 圖樣。列印指令及電力係經由該電氣導體被供應至該喷墨 晶片。 、 imi見 第1圖是一種前面所述共審查中之美國專利申請案 〇9/430’534之以往的完全積體熱能（町）墨水噴射列印 頭的透視圖。 9 第2 A圖顯示本發明一較佳實施例，其中多數個噴 晶片係被密封於一承載基板。 第2 B圖顯示本發明的傾斜晶片，該傾斜晶片具有一 導電材質圖樣。 八 第3 A D圖顯示用以形成一薄膜堆疊的初始加工步 驟。 第4 A〜c圖顯示一通路及傾斜之形成。 第5 A圖顯示一導電材質圖樣的配置。 第5 B圖顯示一喷墨晶片，該晶片上形成有一導電材 } 質圖樣。 第6圖顯示和第4 A圖所示相同的薄膜堆疊，除了其 使用一絕緣體上矽（s〇I)基板。 第7 A — B圖顯示使用於本發明之一可擇實施例的一 通路及傾斜之形成。 第8 A B圖顯示形成於一傾斜的頂部及一通路中的 一導體材質圖樣。 第9圖係為本發明之一可擇實施例，其中該導體金屬 --------------i — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · * -·線· 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 ^— R?_____ 五、發明說明（5 ) 圖樣係為模型。 第1 〇圖顯示本發明之一可擇實施例，其中該傾斜包 括該晶片邊緣的大部分。 較佳實施例的詳細說明 第1圖顯不一種由w〇ngn所設計之前面所述共審查中 之美國專利申睛案09/430,534之以往的完全積體熱能 (FIT)墨水噴射列印頭。該FIT列印頭包括—基板102， 邊基板具有一溝槽103，一噴墨晶片1〇4伸入該溝槽中。該 晶片104係電氣耦合至可接受墨水的一基板1〇2。該基板經 由一液體輛合至一墨水儲藏庫（圖未示）的墨水流入水道 105接受墨水。如第1圖所示，該晶片係以一封閉物1〇6密 封於該基板102之中。該封閉物大體上包覆一用以將電源 及列印指令提供至該晶片的一電氣互連體〗〇8。 如第2 A圖顯示，為在本發明的一較佳實施例中的一 承載基板202 ’該承載基板包括多數個凹槽2〇4，其中嵌入 有小方塊。該承載基板包括一不透墨水材質，該不透墨水 材質包括塑膠、陶或金屬。該晶片1〇4係以一封閉物1〇6密 封於該承載基板202之中，以致於，該晶片丨〇4 (從此稱之 為喷墨晶片）的上表面係與該承載基板202上表面係為共 面206。第2 B圖顯示使用一黏著劑208貼附至該承載基板 202的噴墨晶片1〇4的放大圖。 顯示於第2 B圖之該噴墨晶片1 〇4，其包括一上列印 頭表面210及一傾斜邊緣212，該傾斜邊緣配置有一導體材 質圖樣214。該導體材質圖樣214藉由一電氣導體216耦合 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----^---2---L I I 1 · I I (請先閱讀背面之注意事項再sm本頁) Ηέτ· -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 181 A7

、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 至該承載基板202，然而也可以使用一種如共審查中之美 國專利09/430,534申請案的一磁帶自動黏合劑。該電氣導 體包括一貼附至該導體材質圖樣的第一端，以及_貼附至 該承載基板202的第二端。即將出現的是開始以第3圖對 本發明一較佳實施例的製造詳細敘述。 第3 A圖顯示一基板（在一本發明之一實施例中，使 用一半導體）具有相對的上303及下306表面，以及一配置 φ 的電介質膜304。該電介質膜304係被用以將配置於該半導 體基板中之電子電路（圖未示）自隨後配置的獏隔離。一 導體層307形成於該絕緣膜304頂部並被模型，如第3 B圖 所示。該導體層307係可提供電源及列印指令至該墨水噴 射晶片上的不同位置。然後該導體層3〇7以一鈍化劑鈍化 3〇8 (第3 C圖）。該鈍化層308係為模型，因此該基板3〇2 的一部份係為暴露3 1 0，如第3 D圖所示。 一但該鈍化層被模型，一可光學判讀的聚合物4〇2被 配置於該基板302，如第4 A圖所示。該聚合物4〇2係可隨 • 後包覆於該先前配置的膜，此等膜一般稱為一薄膜堆疊 406。該聚合物402用以保護該薄膜堆疊406免於用以形成 該斜面的侵餘化學。 該斜面係形成於該半導體基板302上表面303之至少一 邊緣408 (第4 A圖），以致於該斜面41 6的一下部41 0係 低於該斜面41 6—上部412，如第2 B圖所示。用以形成本 發明之該斜面的該侵蝕化學包括TMAH，然而也可以用其 他的驗性侵餘。顯示於第4 A圖的該聚合物402係不能滲 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^--------^-------— ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 503181 A7 五、發明說明（/ ) 透至該TMAH溶液，並因此防止該薄膜堆疊4〇6被侵蝕。 該角度414及該斜面416係本身具有該半導體基板平面的定 向。著該斜面41 6的形成，該聚合物4〇2習慣被移除，如 第4 B圖所示。並形成一通路418。該通路418允許與該導 體層3 0 7形成接觸。在本發明之一較佳實施例中，一有機 材質420可以聚禮亞胺或是賽克洛坦（cyci〇tene)形成， 然後被配置並界定於該鈍化層308及傾斜半島體積板頂部 (該前述的層一可以一沉積溶液形成）。該有機材質42〇 大體上作為該斜面及該鈍化層邊緣422的平坦化，如第4 C圖所示。此外該有機材質使該半導體基板自該即將出現 的金屬層隔離。 該絕緣材質420，如第4 C圖所示，其係於鄰近該通 路41 8的一端424傾斜。該傾斜端424允許該即將出現的金 屬最好一致於該鈍化308及有機材質420的表面輪廓。隨著 該有機材質的斜面420，一導體材質圖樣被配置於該有機 材質420頂部（第5圖），該有機材質較佳包括鈕（Ta ) 和金（An)，開始以一钽502的種子層，隨著以大致一厚 度的金504。該鈕502及金504層係為模型及侵蝕，藉此形 成連績的導體材質圖樣。除使用钽及金外，可以用以形 成該導體材質圖樣的材質包括鋁，銅及鈦。第5 B圖顯示 知該導體材質樣自該通路（該薄膜堆疊上表面）之中開始， 並結束於一介入表面5 06或該斜面的下部。然後一電氣導 體2 16被耦合至位於該斜面上表面412下方的該導體材質圖 樣2 14 (第5 B圖）。該互連體至少提供電源及列印指令 ----Ill·——.——^i — (請先閱讀背面之注意事項再^|§^本頁) 訂· --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

A7 B7 五 )片 8 3 曰曰 ¢1 明喷 說該 i至發 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 為了列印頭之應用，需要相對的高操作電壓，其優點 在於使用一高絕緣的材質將該被配置的導體材質圖樣214 自該半導體基板302隔離。如果是使用一低品質的絕緣材 質’以使該被配置的導體材質圖樣214自該基板隔離，如 果過電壓被供至該導體材質圖樣時，可能經由該材質（絕 緣材料導電）傳導電流。如果該絕緣材質，，導電，，，配置於 φ 該半導體基板上之該電路可能被破壞。 過電壓的一主要來源產生自摩擦電，一般稱為靜電。 例如，一個人走過一房間，可能產生超過1 5〇〇〇伏特的靜 電。該高電壓釋放，靜電釋放（ESD )，進入該導體材質 圖樣2 14，可能恆久破壞該列印頭。雖然新型的列印頭具 有ESD保護電路，但是，如果在該保護電路之前的該半導 體基板之一部份被暴露至高ESD電壓，該列印頭可能仍會 被破壞。 以本發明之該半導體基板為例，該半導體基板之一部 肇 份可能暴露至ESD電壓者係為沿著該機板之斜面416 (第 5 B圖）。在本發明之一可擇實施例中，對於置設於該半 導體基板中的電路之ESD破壞，可藉由在該導體材質圖樣 與該半導體基板斜面部分之間產生一空氣間隙，以減到最 /J、〇 第6圖顯示一如第4A圖顯示之完全相同的薄膜堆疊 406，除了使用一絕緣體上矽（) 507基板6〇2。使用 一 SOI晶圓的優點，是該絕緣體層（氧化物）606在斜面 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I I I I ---I I I I I I » - — — — —III ^ ·ΙΙ — — — — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 503181 五、發明說明（ 扠# v驟蚪，提供一侵飯止塊。（見第6圖）在本發明之 爲％例中’如第6圖所示，一聚合物604係被用以 在使用侵㈣成該斜®時，保護該薄膜堆疊406。如第7 A圖所不，一但該斜面41 6形成，如前所述，該聚合物604 被如走並形成該通路4丨8。該侵蝕溶液被使用已形成該斜 面，半不侵蝕該氧化物6〇6，並因此在該氧化物被暴露時 停止（垂直的）侵蝕（第7圖）。再者，如第8A圖所示， I一 502及金504的種子層形成。一金5〇4層係使用一電鍍 技術形成於該鈕//金種子層的頂部。 在本發明之一可擇實施例中，考慮使該導體材質圖樣 214本身支撐（自由站立）的厚度需求，薄膜張力藉由儘 可能保持該金膜變薄而減少，如果該膜係在過大的壓應 力，該膜將變形並接觸（電路短路）一鄰近的導體材質圖 樣。該壓應力係關於如下列方程式所示的膜厚度及長度： (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 〇 c <

Ett 2t2 12L2 --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中。E為揚氏模量，π為一常數，t為該膜（金）厚度， 以及L為該導體材質圖樣的長度。在本發明之一可擇實施 例t，L係在90與300微米之間，且該金厚度在自3_15微米 的範圍。如第8 A圖所示之該電子平板（或是喷塗）金5〇4 係連續橫過該斜面。 再者，形成於該斜面416的該半導體係使用一均質乾 -12- t m m (cns)A4 (210 χ 297 ) —--- 503181 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（1Q; 式侵姓加工侵#。該乾式侵蝕加工包括二氟化氙（XeF，）， 雖然該侵餘化學亦可以使用六氟化硫（A)。二氣化山气 對矽和氧化物的選擇性係分別大於丨〇〇〇 :丨。此高選擇性 允烀一長的過度侵蝕時間，其有助於自該導體材質圖樣下 方將該半導體材質移開。第9圖顯示本發明之一可擇實施 例，其中該導體材質圖樣下方的該半導體材質已被移開， 藉此產生一空氣間隙902。在該空氣間隙的空氣作為一高 φ 絶緣材夤，使配置於該半導體基板的電路的ESD破壞減到 最小。第1 0圖顯示本發明之一可擇實施例，其為第9圖 之交形。此處，該半導體基板全部的側面侧1 002係為斜 面416。此建構與前述之建構相同，允許作成至該墨水喷 射晶片下方的電氣互連體。 在本發明之一貫施例中，此揭露地提供一種堅固的列 印頭，該列印頭具有數個較以往列印頭好的優點，包括（但 不以此為限）：（1 )在該傾斜晶片及該傾斜晶片與該列 印頭上表面下方的基板間形成電氣連接，（2 )電氣互連 ►體係凝固於一封閉物’並因此以保護其免於該墨水的化學 侵蝕及由該印表機產生之震動/物理力量，（3)減小晶 版至列印媒體的距離，及（4 )減少於該傾斜晶體的esd 作用。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------裝 -----I 訂-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 503181 _B7 五、發明說明（U) 元件符號對照表 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 102 基板 103 溝槽 104 喷墨晶片 105 墨水流入水道 106 封閉物 108 電氣互連體 202 承載基板 204 凹槽 206 共面 208 黏著劑 210 上列印頭表面 212 傾斜邊緣 214 導體材質圖樣 216 電氣導體 302 基板 303 上表面 304 電介質膜 306 下表面 307 導體層 308 鈍化層 310 暴露 402 聚合物 406 薄膜堆疊 408 邊緣 410 下部 412 上部 414 角度 416 斜面 418 通路 420 有機材質 422 邊緣 424 一端 502 钽 504 金 506 介入表面 507 絕緣體上矽 602 基板 604 聚合物 902 空氣間隙 1002側面側 -14- (請先閱讀背面之注意事項再ιϋΙ本頁) 裝 •線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. /、、申請專利範 2. 3. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 —種形成用於一喷墨列印卡匣的互連體（1〇8 )之方 法，包括的步驟有： 提供一墨水噴射半導體晶片（1〇4)，該晶片包 括一半導體基板（302 )，該基板具有至少一相對的 上表面（ 303 )及下表面（3〇6)，以及一配置於該上 表面（ 303 )的薄膜堆疊（4〇6); 該上表面至少一邊緣（212)傾斜，以形成一斜 面（416)，其中該斜面的一下部（41〇)係低於該斜 面的上部（412); 配置一導體材質圖樣（214)於該上表面（3〇3) 與薄膜堆疊的至少一部份的頂部及該斜面，朝向該斜 面的下部； 貼附一電氣導體（216)至該斜面上部下方一預 定位置的該導體材質圖樣。 :據申請專利範圍第1項之方法，更包括將該電氣導 體（216)耦合至一承載基板（2〇2)的步驟。 根據申請專利範圍第1項之方法，更包括的步驟有： 提供一墨水儲藏庫； 提供—可自該墨水儲藏庫獲得墨水的承載基板 ( 202 ); 於該承載基板形成凹槽（204); 嵌入該墨水喷射晶片至形成於該承載基板的凹槽；及 將該墨水噴射晶片的一實質部分密封至該承載基 ------Ί—.^——h — ii — (請先閱讀背面之注意事項再填頁) ιί· 丨|丨丨||丨丨

   |" ... 麵丄J· 本紙張尺度適財國國家^^ΧΓϋ__(21() X 297公釐 15-

   503181 六、申請專利範圍 • 板之中。 4·根據申請專利範圍第1項之方法，更包括自該導體材 質圖樣下方侵蝕該斜面（416)之半導體的一預定量 的步驟’藉此留下該導體材質圖樣自由站立。 5· 一種墨水噴射晶片（104)，包括·· 一半導體基板（302 )，該基板具有至少一相對 的上（303)及下（306)表面，以及一配置於該上表 φ 面（303 )的薄膜堆疊（406 ); 相對的該上表面及該下表面之一上部分（41 2 ) 傾斜’藉此於該上表面之至少一邊緣形成一斜面 (416) ’其中該斜面的一低部（410)係低於該斜面 的一上部； 一導體材質圖樣（214)被配置於該上表面（303) 與薄膜堆疊的至少一部份的頂部及該該斜面，朝向該 斜面的下部； 電氣導體（216)被貼附至該斜面上部下方一 φ „ ^ 預疋位置的該導體材質圖樣。 6·根據申請專利範圍第5項之墨水喷射晶片（104)， • 其中至少一通路（418)係形成於該半導體基板（302 ) 的上表面，大體上鄰近於該斜面（416)的上部（412)， 該斜面大體上以一封閉物（1〇6 )密封，該封閉物大 • 體上配置與該上表面（ 203 )及該薄膜堆疊（ 406)的 共面（206 )。 7·根據申請專利範圍第5項之墨水喷射晶片（1〇4)， -16- 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格⑽x 297公爱） I I I ---I--·1111111 ^ » — — 11 — — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503181 AS B8 C8 __ D8 六、申請專利範圍 其中該導體材質圖樣係配置於該上表面（303)頂部， 且該薄膜堆疊（406 )係與該導體材質圖樣連續地配 置於該斜面（416)。 8· —種噴墨列印頭，包括： 一種墨水喷射晶片（104)，包括有： 一半導體基板（ 302 )，該基板具有至少一相 對的上表面（303 )及下表面（3〇6 )，以及一薄 膜堆疊（406); 相對的該上表面及該下表面之一上表面傾 斜’藉此於該上表面之至少一邊緣形成一斜面 (41 6 )’其中該斜面的一低部（4 j 〇 )係低於該 斜面的一上部（412); 一導體材質圖樣（214)被配置於該上表面與 薄膜堆疊的至少一部份的頂部及該斜面，朝向該 斜面的下部； 承載基板（2 0 2 )，該承載基板具有至少一 凹槽（204 )，構成以容置至少一該墨水喷射晶 片；及 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一電氣導體（216)具有一第一端及一第二端， 该第一端被耦合至位於該斜面上部下方一預定位置的 該導體材質圖樣，而該第二端被耦合至該承載基板。 9·根據申請專利範圍第8項之噴墨列印頭，其中該承載 基板（202 )係以選自一包括矽、陶、塑膠及金屬的 材赁組合中的一墨水不能滲透材質形成。 _— -17- 本紙張尺度適用T關家標準（CNS)A4規格丨21Q χ 297公厂----- 503181 A8 B8 C8 DS 六、申請專利範圍 10·根據申請專利範圍第8項之泰本Γ列印頭，其中該半導 體基板（3 02 )更包括一掩蔽壤j匕物層（606)，該掩 為係 層物化氧0 塊止 0侵 •-------------裳--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 8· 1X 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）