TWI265094B - Slotted substrate and method of making - Google Patents

Description

1265094 砍、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關溝槽式基體及其製造方法。 5 發明背景 喷墨式印表機及其他列印裝置於今日社會已經變得普 及。此等列印裝置利用溝槽式基體來於列印過程輸送墨水 。列印裝置可以低廉成本提供多項滿意的特性。但由於消 費者只希望更進一步降低價格且有更多功能特色的需求， 10 持續迫使印表機製造商改良效率。 目鈾溝槽式基體容易發生功能異常，其中包括墨水閉 塞於個別溝槽内部，此種功能異常造成產品可靠度的降低 以及客戶滿意度的下降。 如此本發明希望提供一種具有滿意特性之溝槽式基體。 15 【明内溶1】 -種列印頭’包含：一基體’其具有第_及第二概略相 以及其中溝槽具有 對表面；一溝槽，其係沿長軸延伸入基體； 沿縱軸所取之截面，該縱軸至少部分係由—側壁所界^，其中 該側壁之至少第一部分係概略平行於第一表面，以及其中該一 側壁之第二部分係概略垂直於第一表面。 圖式簡單說明 各圖中使用相同編號來表示類似結構及組成元件。 第1圖顯示根據-具體實施例，範例印表機之前視仰 視圖。 20 1265094 玖、發明說明 第2圖顯不根據一具體實施例，一列印匣之透視圖。 第3圖顯示根據一具體實施例，一列印匣頂部之剖面 圖。 第4-6圖個別顯示根據一具體實施例，部分範例基體 5 之剖面圖。 第6a圖顯不根據一具體實施例，部分範例基體之頂視 圖。 第7-10圖個別顯示根據一具體實施例，部分範例基體 之剖面圖。 1〇 冑U®顯示先前技術溝槽式基體之剖面影像。 第囷,、、、員示根據一具體實施例，範例溝槽式基體之影 像。 、 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 15 綜論 後述具體實施例係有關於基體形成溝槽之方法及系統 。本方法之若丨具體實施例將於基體形成流體操縱溝槽作 說明，該基體可結合於列印頭模具或其他流體噴射裝置。 如列印頭模具所常用，基體包含半導體記憶體，其中 2〇基體γ有微電子裝置結合於、沉積於、及/或藉基體承載 於背面或背側相對的薄膜表面上。流體操縱溝槽允許流體 (常見為墨水）由墨水供應器或墨水貯槽供應至列印頭内部 喷射室附近的流體喷射元件。 於若干具體實施例，可經由將流體操縱溝槽連結至一 1265094 玖、發明說明 或多流體饋料通道達成，各流體饋料通道供應個別噴射式 。流體喷射元件常見包含加熱元件（例如發射電阻器）其加 熱流體造成噴射室内部壓力升高。部分流體可經由發射喷 嘴喷射，射出的流體係由來自流體操縱溝槽的流體所置換 5 。噴射過程可能於墨水或流體内形成氣泡附產物。|氣泡 積聚於流體操縱溝槽，則氣泡閉塞墨水留至部分或全部喷 射室，造成列印頭之功能異常。 一具體實施例中，流體操縱溝槽之配置組態可減少氣 泡的積聚及/或促進氣泡遷移出溝槽之外。溝槽可利用混 10成法或組合法形成。混成法使用多於一種基體機製法，例 如乾蝕刻、濕蝕刻、雷射、切割、砂鑽來達成溝槽集合。 範例列印裝置 第1圖顯示利用範例溝槽式基體之範例列印裝置。本 具體實施例中，歹印裝置包含印表機100。此處所示印表 15機係以噴墨式印表機形式具體實施。印表機可為（但無需） 為惠普公司以「桌上噴墨（DeskJet)」冑品名製造的代表性 f墨式印表機系、歹。印表機i⑻可印成黑白及/或印成黑白 及形色。「列印裝置」一詞表示任一型列印裝置及/或影像 $成裝置，其彳H冓槽式基體來達成至少部分功能。此種 π列印裝置例^包括（但非限制性）印表機、傳真機、影印機 及其他流體噴射裝置。 具體實施例及方法 弟2圖顯示可用於範例列印裝置之範例列印S202。列 印㈣由列印頭204以及支承列印頭之匠體鳩組成。熟諸 1265094 玖、發明說明 技藝人士了解其他範例配置組態。 第3圖顯示第2圖範例列印匣2 〇 2沿線a _ a所取之部分剖 面圖。第2圖顯示匣體206含有列印頭供給列印頭2〇4之流 體302。本具體實施例中，列印匣係配置成供給單色流體 5或單色墨水給列印頭。如前文說明，其他具體實施例中， 其他範例列印匣可供給多彩墨水及/或黑色墨水給單一列 印頭。其他印表機利用複數個列印匣，其各自可供給單色 墨水或黑墨水。本具體實施例中，可設置複數個不同流體 操縱溝槽，有三個範例溝槽顯示於3.〇4a、3 04 b及304c。其 10他具體實施例可平分流體供祥，讓三個流體操縱溝槽個別 接收個別流體供應源。其他範例列印頭可利用比此處所示 三個溝槽更多或更少的溝槽。 多種流體操縱溝槽（304a-c)通過基體306各區。本具體 具％例中石夕為適當基體。若干具體實施例中，基體3〇6包 15 含結晶基體，如經攙雜或未經攙雜之單晶石夕、或經攙雜或 未經攙雜之多晶矽。其他適當基體例如包括砷化鎵、磷化 鎵、磷化銦、玻璃、矽氧、陶瓷或半導性材料。基體包含 如熟諳技藝人士已知之多種組態。 具體實施例利用厚度為小於100微米至大於2000微米 20 之基體。範例基體利用厚約675微米之基體。 若干具體實施例中，基體包含底層如矽基體，於底層 上方形成其他各層。基體有第一表面310及第二表面3 12。 形成於第二表面3 12上方之各層俗稱為「薄膜層」。若干具 體實施例中，薄膜層之一為障壁層314。此一具體實施例 1265094 玖、發明說明 中，障壁層環繞個別可控制之流體喷射元件或液滴產器。 本具體實施例中，流體喷射元件包含發射電阻器316。此 處舉出一種薄膜層可能之範例配置，其他適當實施例討論 如後。 5 障壁層314包含光組聚合物基體。若干具體實施例中 ，於障壁層上方有一孔板318。一具體實施例中，孔板包 含鎳基體。另一具體實施例中，孔板材料係與障壁層材料 相同。孔板有複數個喷嘴319，由各個電阻器加熱至流體 可通過喷嘴噴射而列印於列印媒體（圖中未顯示）上。各層 可成形、沉積或附著於先前各層上。例如另一具體實施例 中，孔板與障壁層係一體成形。 第2及3圖所示範例列印匣202於使用中係於一般方向 上下顛倒。當設置供使用時，流體（例如墨水302)可由匣體 206流入一或多個溝槽3〇4a-304c。流體由溝槽，流經流體 15 操縱通道320，結果流至喷射室322。 噴射室包含發射電阻器316、喷嘴319以及指定空間容 積。其他配置組態亦屬可能。當電流流經指定噴射室之發 射電阻器時，流體被加熱至其沸點，因而流體膨脹而由噴 嘴3 19喷射部分流體。然後喷射出的流體由來自流體操縱 2〇 通道320之額外流體補充。多個具體實施例也利用其他喷 射機構。 第4_10圖顯示於基體上形成流體操縱溝槽之範例方法 。所述具體實施例之有效形成預定溝槽組態。 第4圖顯示根據一具體實施例，範例基體306a之部分 10 1265094 玖、發明說明 剖面圖。該視圖視線方向類似第3圖所示視圖。基體有第 -表面31Ga及第二表面312a。本例中，第—及第二表面通 常為相對’且界定基體厚度作於二㈣表面間。如此處 所示’第-表面31〇a包含背側面，第二表面仙包含薄膜 5面，薄膜面有多薄膜層位於其上。如第,所示薄膜或 薄膜層41〇形成於第二表面仙上。薄膜包含場氧化物層 或熱氧化物層。如此處所示，障壁層㈣係形成於場氧化 物上方’且至少部分界定發射室3仏。其他具體實施例有 更多包含薄膜之各層。此外或另外，其他具體實施例係於 10溝槽形成期間或完成後’形成多層於薄膜側上。另外其他 具體實施例有若干薄膜於溝槽處理前形成於薄膜側上，而 溝槽形成期間或形成後再形成額外各層。 參照第5圖’第—圖案化遮罩層504係形成於背側或第 一表面31〇a上，且經圖案化而暴露出第一區51〇,第一區 15可包含預定區。任一種適當材料皆可使用。本例中，第一 圖案化遮罩層504包含硬罩熱氧化物。第—區別通常不含 硬罩材料，而其他概略顯示於512之一部分帶有硬罩材料 而形成於其上。 硬罩可包含任-種適當材料，範例材料之特性讓硬罩 加對㈣環境有耐受性，且餘刻過程不會產生聚合物殘潰， 於溝槽形成過程，不會被用來去除光阻材料之溶劑所去除 。硬罩可為生長熱氧化物，或生長或沉積之介電材料例如 ㈣(化學氣相沉積）氧化物、脑（四乙氧錢）、碳化石夕 、虱化石夕或其他適當材料。其他適當遮罩材料包括（但非 1265094 玖、發明說明 限制性）鋁、銅、鋁銅合金、鋁鈦合金及金。 如此處顯示，硬罩之圖案化可以多種適當方式達成。 例如微影術方法可用於硬罩形成概略全部第一表面上，然 後硬罩材料由預定區例如第一區51〇去除。去除方法包括 5 乾處理或濕處理。 另一種適當方法包括將表面3 10a預定區（例如第一區 510)之第一材料圖案化。然後硬罩生長、沉積或以其他方 弋^用於弟表面上。然後第一材料如預定區去除，留下 第一區不含硬罩材料。預定區寬度％為約1〇〇至約1〇〇〇微 1〇米，長度（圖中未顯示）係對應預定溝槽長度。一具體實施 例中，預疋區寬約350微米。溝槽長度由小於約looo微米 至大約80,000微米。 參照第6圖，溝槽部61〇係經由第一區51〇(如第5圖所 不第一表面）之第一區51〇成形或容納於基體3〇6a内部。本 15例中，溝槽部610於第一表面310a之截面積係小於第一區 510之截面積。第6圖顯示於第6圖箭頭仏方向觀視之視圖 。本例中，溝槽部610於第一表面31〇a之截面積可容納於 第一區5 10内部，但非必要。 溝槽部610可藉任一種適當技術製成，該技術包括（但 20非限制性）雷射切削、噴砂鑽孔以及機械接觸基體材料。 機械接觸包括（但非限制性）使用鑽石磨蝕刀切割。如此處 使用，溝槽部可成形貫穿小於基體全部厚度。如此使用之 技術對於基體上方已經形成有薄膜層知該種基體型成溝槽 並不適當。例如雷射切削可用來形成溝槽部61 〇，因若干 12 1265094 玖、發明說明 薄例中’可能留下基體3嶋部分厚度來保護或緩衝 领層410避切射束潛在的損傷或影響。 5 10 Ρ ★圖顯不於基體施形成溝槽部之另-技術。參 以弟7圖’帛二圖案化遮軍層710形成於基體施上方，經 圖案化而暴路至少若干或部分712預定區，包含第一區⑽ 本例中第_圖案化遮罩層係成形於第一圖案化遮軍層 上方本例中，第二圖案化遮罩層710包含任一種適當 耐餘刻材料如光阻。光阻可以任一種習知方式圖案化。田 參妝第8圖，溝槽部610a係經由第二圖案化遮罩層710 而形成於基體306a。本例中，溝槽部㈣係經由颠刻基體 材料製成。範例钱刻技術包含乾餘刻。乾钱刻包括钱刻與 鈍化的交替動作。 若干具體實施例中，溝槽61〇&可經由第二圖案化遮罩 層（光阻）710而乾蝕刻於基體3〇6a。此一具體實施例中，溝 15槽部61〇a係經由基體第一表面31〇a之暴露部712(顯示於第 7圖）蝕刻。本具體實施例中，第二圖案化遮罩層71〇於溝 槽部610a被蝕刻入基體3〇6a時，可界定溝槽部邊界於第一 表面3 10a。 溝槽部610a相對於基體厚度t可被蝕刻至任何適當深 20度。多個具體實施例中，此種深度係占基體厚度t之小於 約50%至約100%。本例中，溝槽部蝕刻貫穿基體厚度至約 90%。另一例中，溝槽部貫穿基體厚度至約95%。 參照第9圖，於溝槽部610a形成後，包含光阻層之第 二圖案化遮罩層71〇(顯示於第7及8圖）由第一表面3 l〇a去除 13 1265094 玖、發明說明 。光阻可以業界已知之任一種習之方式去除。本例中，部 分第一表面310a仍然有包含硬罩之第一圖案化遮罩層5〇4 成形於其上。暴露出之第一區510現在有個溝槽部61(^成 形貫穿其子部或子集。 5 參照第10圖，額外基體材料被去除而形成貫穿基體 306a之溝槽304d。此處所示例中，可使用濕蝕刻來去除額 外基體材料。於適當方法中，濕钱刻可經由將基體3〇以浸 沒於各向異性蝕刻機經歷一段足夠形成溝槽3〇4(1之時間而 達成。一具體實施例中，基體浸泡於蝕刻劑*τμαη(四賈 10基氫氧化銨），經1 1/2至2小時時間。蝕刻劑可包括各相異 性濕姓刻劑，該濕餘刻劑對硬罩及暴露薄膜及其他層具有 選擇性。如此處所示，單一濕蝕刻用來去除基體材料。其 他具體實施例中，濕蝕刻包含多次濕蝕刻。 本具體實施例中，蝕刻劑去除基體材料而形成溝槽 15 304d，溝槽有一貫穿區1〇〇2係位於二淺區1〇〇4與1〇〇6間。 若干具體實施例中，溝槽304d具有側壁1〇〇8其至少部分界 疋溝槽。其中若干具體實施例中，側壁丨〇〇8具有第一部分 1010係概略平行於第一表面31〇&，以及第二部分1〇12其係 概略正父於第一表面。本例中，第一部分1 〇 1 〇包含部分淺 20區（1004及1〇〇6)，第二部分1012包含部分貫穿區1〇〇2。此種 範例配置可避免捕捉發射室322a形成的氣泡，容後詳述。 如第ίο圖所述，正交表面及平行表面如1010及1012， 可經由沿基體306a之<110>平面蝕刻製成。其餘側壁部如 1014及1016，其相對於<ι10>平面形成鈍角，該側壁部經 14 1265094 玖、發明說明 由沿一或多<111>平面形成。此鈍角係相對於侧壁部1012 及1014顯示，標示為rq」。圖案化硬罩組合溝槽部寬度及 敍刻時間之配置將允許達成各種適當組態，如熟諳技藝人 士已知。 5 現有技術已經利用乾蝕刻及濕蝕刻來形成溝槽。該方 法可於溝槽成品形成再進入側繪。此種再進入側纟會造成氣 泡積聚於溝槽。此種再進入侧繪例如參考第丨丨圖，第丨i圖 為形成於基體1104之混成溝槽1102之顯微鏡影像。 第11圖所示溝槽1102係經由乾蝕刻溝槽部貫穿覆蓋第 10 一表面1105之硬罩，然後經由濕蝕刻製成。本技術形成大 部分俗稱為1107之溝槽，溝槽具有概略均勻寬度^2。當定 位用於列印裝置時，氣泡概略由第二表面丨1〇8朝向第一表 面mo移動，遇到溝槽區mi，其寬度W3係小於寬度W2， 可捕捉氣泡，且閉塞墨水流至部分或全部發射室（圖中未 15 顯示）。 第12圖顯示根據前述具體實施例製成之範例溝槽式基 體306e之顯微鏡影像。本例中前述若干特色概略標示。溝 槽304e包括一貫穿區i002e位於淺區100补與1〇〇^間。貫 穿區1002e有恆定寬度或遞增寬度π*，始於第二表面（薄膜） 20 表面612e，且朝向第一表面（背侧）面61〇6前進。此種組態 配置於基體定位供印刷裝置使用時，允許氣泡由薄膜側朝 向背侧移動，且移動出基體306e之外。 淺區例如第10及12圖所示淺區可降低印字頭成品功能 異常可能。例如於製造過程中，常見使用黏膠或若干其他 15 1265094 玖、發明說明 黏合材料來黏合溝槽式基體至其他組成元件。黏膠滲入溝 槽内而阻塞溝槽。具有淺區，讓凝膠積聚於淺區部分比積 聚於墨水之流動可能受阻塞的溝槽貫穿區部分，可緩和此 項問題。此外若淺區有任何再進入部分或側繪（亦即任一 5點由較狹窄截面由表面仙移動至表面_)，則氣泡阻 塞貫穿區墨水流之機率比先前設計較低。 若干具體實施例令，濕蚀刻處理蚀刻或去除溝槽部之 基體材料，且接近第一表面第一區之溝槽部。去除溝槽部 之基體去除技術可經考慮去除速度與去除效率而選用，姓 10蝕刻經由選擇性钱刻至薄膜層而完成溝槽。至少部分係藉 薄膜層減慢順著<U1>平面蚀刻的橫向進行而予達成，說 明如前。利用濕姓刻來完成溝槽也可藉減少銳利緣、角隅 及其他硬力集中區而提高所得溝槽式基體強度。 結論 15 冑述具體實施例可有效形成溝槽式基體。溝槽式基體 可利用兩種或兩種以上之基體材料去除技術製成。所述方 法可用以形成預定溝槽組態。溝槽組態之多項屬性包括當 結合於印刷頭模具及/或其他流體噴射裝置時，溝槽可2 少溝槽式基體的故障而可妥善輸送流體。 20 _已經㈣就結構特色及方法步驟以文字說明本發 明’但須了解如隨附之申請專利範圍界定之發明並非園限 於料特定結構或步驟。反而該特定結構之步驟係揭示作 為實施本發明之較佳形式。 【圖式^簡單^說^明】 16 1265094 玖、發明說明 各圖中使用相同編號來表示類似結構及組成元件。 第1圖顯示根據一具體實施例，範例印表機之前視仰 視圖。 第2圖顯示根據一具體實施例，一列印匣之透視圖。 5 第3圖顯示根據一具體實施例，一列印匣頂部之剖面 第4-6圖個別顯示根據一具體實施例，部分範例基體 之剖面圖。 第6a圖顯示根據一具體實施例，部分範例基體之頂視 忉圖。 第7-10圖個別顯示根據一具體實施例，部分範例基體 之剖面圖。 第11圖顯示先前技術溝槽式基體之剖面影像。 第12圖顯示根據一具體實施例，範例溝槽式基體之影 15 像。 【圖式之主要元件代表符號表】 6a…箭頭 100···印表機 2 0 2 · · ·歹ij 印 g 2 〇 4 · · ·歹印g員 206…匣體 302…流體 304a-e…流體操縱溝槽 306…基體 306a，306e…溝槽式基體 310，310a，610e，1105 ，1110···第一表面 312，312a，612e，1108 …第二表面 314···障壁層 318…孔板 319…喷嘴 17 1265094 .玖、發明說明 320…流體操縱通道 1004，1006，1004e 322，322a···喷射室 1006e…淺區 410…薄膜層 1008…侧壁 504…圖案化遮罩層 1010···第一部分 510…第一區 1012…第二部分 512…硬罩 1014，1016…側壁部 610，610a···溝槽部 1102…混成溝槽 710…圖案化遮罩層 1104…基體 712…暴露部 1107···溝槽 1002，1002e…貫穿區 1111…溝槽區 18

Claims (1)

1265094 拾、申請專利範圍 1· 一種列印頭（204)，包含： 一基體（306)，其具有第一（31〇)及第二（312)概略相 對表面； 一溝槽（304)，其係沿長軸延伸入基體（3〇6);以及 其中溝槽（304)具有沿縱軸所取之截面，該縱軸至 夕邛分係由一侧壁（1〇〇8)所界定，其中該側壁（1〇〇8)之 至、第一部分（1 〇 1 〇)係概略平行於第一表面（3丨〇)，以 及其中該一侧壁（1008)之第二部分（1〇12)係概略垂直於 第一表面（310)。 10 2.如申請專利範圍第1項之列印頭（2〇4)，其中該溝槽 (304)具有一種寬度，該寬度係沿概略平行第一表面 (3 10)及第一表面（3 12)之方向所取之寬度，該寬度至少 為第二表面（312)寬度之兩倍。 3·如申請專利範圍第1項之列印頭（2〇句，其中該溝槽 15 (304)截面包含一貫穿區（1〇〇2);以及其中該第二部分 (1012)界定其至少一部分。 4. 一種印刷裝置（100)，其結合如申請專利範圍第i項之列 印頭（204)。 5· —種流體饋料溝槽（304)之形成方法，包含： 20 形成一硬罩（504)於第一基體表面（310)上，其足以 暴露第一表面（3 10)之第一區（51〇); 形成一溝槽部（610)於基體（306)，貫穿少於全部第 一表面（310)之第一區（51〇)，溝槽部（61〇)具有第一表面 (310)之截面積係小於第一區（51〇)之截面積； 19 1265094 拾、申請專利範圍 於形成溝槽部（610)後，蝕刻基體（3〇6)而由第一區 (51〇)去除材料’形成流體操縱溝槽（304)。 6·如申睛專利範圍第5項之方法，其中該形成溝槽部（610) 之操作形成一溝槽部（61〇)，其截面積包含第一區（51〇) 5 之一子集。 7·如申睛專利範圍第5項之方法，其中該圖案化硬罩⑼句 之操作包含於硬罩（5〇4)覆蓋全部表面，以及隨後由表 面第一區（510)去除硬罩（5〇4)。 8· 一種列印裝置（100)，其結合根據申請專利範圍第5項之 方法形成之基體（306)。 9· 一種列印頭形成方法，包含： 形成於流體操縱溝槽（304)於一基體（3〇6)，該溝槽 (304)有一縱軸，其中該溝槽（3〇4)具有沿縱軸橫向所取 之截面，至少部分由一側壁（1〇〇8)所界定，其中至少第 一部分（1〇1〇)之該側壁（1008)係概略平行於基體（3〇6)之 表面（310)，以及其中一側壁（1〇〇8之第二部分（1〇12)係 概略垂直於第一表面（31 〇)。 10·如申請專利範圍第9項之方法，其中該於基體（3〇6)形成 流體操縱溝槽（304)之操作包含： 20 形成一溝槽部（610)於一基體（3〇4)之一第一表面 (310);以及 蝕刻該基體（306)俾去除於溝槽部（6丨〇)附近之基體 材料而形成流體操縱溝槽（304)。 20