TWI485117B - 在光可界定玻璃中具有斜開口之結構及其製作方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於光可界定玻璃中之斜開口。
一噴墨筆或列印桿中的各列印頭模板係包括微小的槽，微小的槽將墨水傳送至射出室。墨水經由一用以將列印頭模板支撐在筆或列印桿上之結構中的通道從墨水供應器被配送至模板槽。可能欲縮小各列印頭模板的尺寸，以譬如降低模板的成本，並依此降低筆或列印桿的成本。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種方法，包含：使光可界定玻璃的一體部之部份曝露於對於該體部的一表面以相對於該體部表面的一法線測得5°或更大的角度呈斜狀定向之一光束；及移除曝露於該光束之該體部部份的部分或全部，以形成該體部中的一斜開口。
10‧‧‧陣列
12‧‧‧開口
14‧‧‧光可界定玻璃板
16‧‧‧相位移罩幕或繞射光柵
18‧‧‧準直光束
20‧‧‧光束
21‧‧‧兩側式罩幕
22,24‧‧‧透鏡
25‧‧‧接觸罩幕
26‧‧‧負圓柱形透鏡
28‧‧‧正圓柱形透鏡
29‧‧‧表面罩幕
30‧‧‧前表面
32‧‧‧背表面
33‧‧‧罩幕
34‧‧‧列印頭總成
36‧‧‧列印頭
38‧‧‧模製的塑膠墨水配送歧管
40‧‧‧第一黏劑
42‧‧‧第二黏劑
44‧‧‧扇開通道
46‧‧‧較寬、鬆散分佈的入口
48‧‧‧較窄、較緊密分佈的出口
52‧‧‧較寬、較不緊密分佈的入口
54‧‧‧較窄、較緊密分佈的出口
56‧‧‧均勻形狀的墨水通路
58‧‧‧孔口
60‧‧‧射出室
62‧‧‧發射電阻器
64‧‧‧基材
66‧‧‧積體電路(IC)結構
68‧‧‧孔口板
70‧‧‧積體電路(IC)總成
72‧‧‧薄IC裝置
74‧‧‧第一電極凸塊
76‧‧‧塑膠封裝基材
78‧‧‧第二電極凸塊
102,104,110,112,114‧‧‧步驟
PB‧‧‧槽間距
PF‧‧‧中心至中心槽間距
SI‧‧‧入口的間隔
SO‧‧‧槽出口54的間隔
WI‧‧‧入口寬度
WO‧‧‧槽出口54的尺寸
θ‧‧‧傾斜角
圖1及圖2顯示一光可界定玻璃板中之一陣列的斜狀定向開口之一範例，其中一均勻圖案中的圓形開口被定向呈相同角度；
圖3及圖4顯示一光可界定玻璃板中之一陣列的斜狀定向開口之另一範例，其中一扇開(fanned out)圖案中的槽被定向呈不同角度；圖5至圖9顯示有可能用來形成斜槽之範例曝光系統；圖10及圖11是顯示兩種用於製造一光可界定玻璃板中的斜開口之範例方法的流程圖；圖12及圖13顯示一噴墨列印頭總成，其實行一光可界定玻璃中介層中的新斜開口之一範例；圖14及圖15是圖14的列印頭中之中介層的細部圖；圖16顯示一積體電路(IC)總成，其實行一光可界定玻璃中介層中的新斜開口之另一範例。
相同的元件編號代表圖中相同或類似的元件。
藉由縮小各模板尺寸來增加從單一晶圓可製造的噴墨列印頭模板數係會顯著地降低模板的成本。然而，採用較小模板係需要對將模板支撐於筆或列印桿上的較大結構做改變，包括用以將墨水配送至模板之通道。譬如，注射模製的配送歧管現今係受限於約800μm的槽對槽間隔，而新的列印頭模板則正在開發具有500μm或更小的較緊密槽間隔。並且，注射模製的元件不很平坦，而需要厚黏劑層以供良好結合，其進一步限制了模板之縮小。
已經發現：很小的斜開口可精密地形成於光可界定玻璃中，所以可有效使用小玻璃板作為具有扇開墨水槽
的中介層以支撐具有一較緊密槽間隔的列印頭模板。美國專利案No.7288417顯示一玻璃中介層中之扇開、擴張的墨水槽，其中發明人“相信”可利用諸如噴砂、雷射燒蝕、模製、及機械鑽製等玻璃機械加工技術予以形成(請參照‘417專利案的第8欄第5至13行及圖6)。然而，已證實此信念並不恰當，至少對於供噴墨列印頭中使用所需要之很小尺度的玻璃中介層製造來說是如此。不同於至今已不足以製造一適當扇開玻璃中介層之習見的玻璃機械加工、雷射燒蝕及蝕刻技術，光可界定玻璃之新曝光技術的現今開發係提議：可利用批次加工合乎成本效益地生產對於支持列印頭模板進一步縮小而言所欲之玻璃扇開中介層。除了支持緊密的槽間隔外，光可界定玻璃中介層可製成很平坦，而容許使用薄黏劑層，且玻璃是一種對於矽列印頭模板的良好CTE(熱膨脹係數)匹配物以使位於模板結合介面的應力達到最小。
在一範例曝光方法中，使用一罩幕或透鏡(或兩者)將一準直光束分離成多重較小的束並將這些束導引朝向一光可界定玻璃板以所欲的斜角來曝露玻璃。隨後移除玻璃的曝露部份以形成玻璃中的斜開口。在有可能作為用於列印頭模板的墨水槽中介層之一特定實行方式中，斜狀延伸經過玻璃板之多重的槽係以一扇開圖案形成，其中槽間隔在板的一表面(其將附接至列印頭模板)處為較緊且在板的相對表面(其將附接至筆體部或列印桿)處為較鬆。
範例並不限於作為中介層或列印頭模板中之實
行方式，而是亦有可能包括作為基材或其他組件及其他型裝置中之實行方式。依此，圖中所示及下文所描述的這些及其他範例係示範但未限制本發明，本發明係在此描述後的申請專利範圍中被界定。
如同此文件所使用，“光可界定玻璃”係指其中不用藉由如噴砂、雷射燒蝕、或機械鑽製等技術即可使玻璃曝露於光然後移除曝露於光的玻璃部份來形成開口之玻璃。光可界定玻璃係譬如包括修特玻璃企業(Schott Glass Corp)製造的FoturanTM
玻璃及生命生科公司(Life Biosciences,Inc.)製造的ApexTM
玻璃。部分的光可界定玻璃亦稱為光敏玻璃或光可結構化玻璃或玻璃陶瓷。
並且，如此文件所使用，“液體”係指主要不是由一或多種氣體構成之流體；且“列印頭”係指用以從一或多個開口施配液體之一噴墨印表機或其他噴墨型施配器的部份。“列印頭”不限於以墨水列印而是亦包括噴墨型施配其他液體及/或可供使用列印以外的方式。
參照圖1至4，一陣列10的開口12係形成於一光可界定玻璃板14中。在圖示範例中，各開口12一路延伸經過板10，成為圖1至2範例中之一圓形孔及圖3至4範例中之一擴張的直線狀槽。雖然圖中顯示通過玻璃板之開口12，部分應用可能欲具有進入但未通過板10之斜開口12。並且，雖然可能使用光可界定玻璃結構化技術來形成較大尺度的結構，如是技術的一重要效用係在於形成對其而言機械加工製程無效或不實用之很小的“微”結構。因此，圖1至4雖
未顯示尺度，預期斜開口12通常將在一0.5mm至2mm厚的玻璃板14中形成有50μm至1,000μm寬度。
過去已將直開口形成為垂直於一光可界定玻璃板的表面，以供用於MEMS(微機電系統)應用的微流體性結構及作為用於積體電路封裝之貫通玻璃導孔(TGVs)的陣列。已經使用直線銅充填式TGV形成一光可界定玻璃中介層的頂部與底部之間的電性互連，其中將再配送層添加至玻璃TGV以產生一電性扇開結構。已經發現：可以採用結構化光照(以已知的空間性及角度性拘限條件投射光)的新曝光技術將扇開結構形成於光可界定玻璃本身中。不但可能以新曝光技術具有斜開口，且個別開口亦可製成顯著地擴張經過玻璃並呈現不同於其他開口之斜角。
圖5至9顯示有可能用來形成斜扇開開口12之數個範例曝光系統。照射玻璃之個別光束的傾斜角及寬度可譬如藉由波長、罩幕開口尺寸、形狀、間隔及相位角(phase angle)等受到控制。在圖5的曝光系統中，使用一相位移罩幕或繞射光柵16以開口12的所欲圖案照射玻璃板14。對於一相位罩幕16，由於罩幕中所形成的階步，來自一雷射或其他適當光源之一準直光束18中的同調性波前將遭遇到不同區位的不同折射率。波前係干涉以形成用以照射玻璃板14之光束20的所欲圖案。對於一繞射光柵16，一週期性結構係將準直源束18分割及繞射成在不同方向移行之多重的束20。束20的方向係依據光的波長以及光柵中的開縫間隔而定。
在圖6的曝光系統中，配合透鏡22、24採用一被成像至罩幕前與背表面之兩側式罩幕21，以將非準直光聚焦成以所欲圖案導引至玻璃板14上之光束20。系統的NA(數值孔徑)必須夠大足以覆蓋束20的所欲角度同時仍控制開口12之間的串擾。在圖7及8的曝光系統中，配合一表面罩幕29上或上方的一負圓柱形透鏡26(圖7)或一正圓柱形透鏡28採用一接觸罩幕25，以所欲圖案將束20從一準直光束18導引至玻璃板14上。在圖7所示範例中，擴張的光束20以不同角度發散以將開口12圖案化，開口12自前表面30扇開且放大至背表面32。在圖8所示範例中，收縮的光束20以不同角度收斂以將開口12圖案化，開口12自前表面30收斂且收縮至背表面32。在圖9所示範例中，一具有負及正透鏡26、28之成像的罩幕33係同時地成像兩焦平面，以所欲圖案將束20從一準直光束18導引至玻璃板14上。
參照圖10，一用於製造一斜開口12之方法係包括使光可界定玻璃(譬如玻璃板14)的一體部之部份曝露於一對於體部的一表面呈斜狀定向之光束(步驟102)以及隨後移除曝露於光束之玻璃部份的部分或全部(步驟104)。在圖11所示的一更特定範例中，一玻璃板14曝露於多重光束20，多重光束20各以相對於板14前表面30的一法線測得5°至50°範圍中的不同角度被定向(步驟110)。如此文件所使用之一角度或角度範圍的數值係指角度或範圍包括該(等)數值而無關乎從一參考物測量該角度之方向。因此，位於5°至50°範圍的一角度係指+5°至+50°及-5°至-50°，其中譬如，
“+”表示角度從前表面30的一法線作順時針方向測量；且“-”表示角度從前表面30的一法線作逆時針方向測量。如圖5至9所示，板14的前表面30係指照射期間面對光束20之表面，且板14的背表面32係指與前表面30相對的表面。玻璃板14隨後被加熱，以將玻璃的曝光部份之組成物改成相對於玻璃的未曝光部份可被優先蝕刻之一陶瓷或其他材料(步驟112)，且隨後玻璃板14被蝕刻以移除板14的陶瓷部份之部分或全部(步驟114)。
在一範例中，可對於一諸如ApexTM
玻璃等0.5mm至1.0mm厚的光可界定玻璃板將下列參數施加至圖11的方法。
曝光：10.0至24.0 J/cm2，310nm(中波長UV光)。
加熱：以6℃最小爬升速率在500℃烘烤75分鐘，然後以3℃最小爬升速率在575℃烘烤75分鐘。
蝕刻：一超音波池中之水及49%氫氟酸的10：1混合物。
圖12及13顯示一列印頭總成34，其實行一玻璃中介層14中之新斜開口12的一範例。圖12及13描繪其中列印頭總成34包括一結合至一玻璃中介層14的列印頭36之類似結構，玻璃中介層14則結合至一模製的塑膠墨水配送歧管38。圖12更概括地描繪一列印頭36的一部分，圖13則特定以熱噴墨列印頭利用較多細節描繪一列印頭36的一部分。首先參照圖12，列印頭36以一第一黏劑40結合至玻璃中介層14，且中介層14以一第二黏劑42結合至墨水配送歧管38(圖13省略黏劑40及42，以更清楚顯示列印頭總成34的其
他部份)。一光可界定玻璃中介層14可容易且便宜地製成具有遠比一模製塑膠部份所常見的較大表面拓樸結構更為平坦之表面。依此，可在列印頭結合介面處使用較低型態比(aspect-ratio)黏劑線，如同比較列印頭38與中介層14之間的矽/玻璃介面處之較薄第一黏劑40與中介層14與歧管38之間玻的璃/塑膠介面處之較厚第二黏劑42可清楚看出。
現在參照圖12及13，經由隨著墨水傳送往列印頭36而生長得更小且更密實之一陣列的通道將墨水從歧管38攜載至列印頭36。在圖示範例中，歧管38中之一組的扇開通道44從較寬、鬆散分佈的入口46將墨水攜載至位於中介層14之較窄、較緊密分佈的出口48。玻璃中介層14中之一組的扇開墨水槽12從位於歧管38之較寬、較不緊密分佈的入口52將墨水攜載至位於列印頭36之較窄、較緊密分佈的出口54。一列印頭36中之均勻形狀的墨水通路56將墨水攜載至射出室，其在該處被配送經過一陣列的孔口58。在圖13所示範例中，各列印頭墨水通路58將墨水供應至一對的射出室60，射出室60各與一發射電阻器62及孔口58聯結。列印頭墨水通路56形成於一埋設在一積體電路(IC)結構66下之基材64中，積體電路(IC)結構66包括發射電阻器62及一形成於IC結構66上的孔口板68。
對於能夠製造一玻璃中介層中的小型緊密分佈斜(扇開)槽之曝光技術的開發，係顯著有助於進一步縮小列印頭模板之機會。圖14及15是圖12的中介層14之細部圖，顯示出用以支持一包括諸如下一代噴墨印表機筆中有可能
使用的一新型較小列印頭的列印頭總成之一範例組態。參照圖14及15，槽出口54的尺寸WO及間隔SO現在可降至250μm，以利用一具有扇開槽12的光可界定玻璃中介層14將墨水或其他液體輸送至同樣小且緊密分佈的列印頭通路56(圖12)。測試顯示出可以5°至50°範圍的傾斜角θ形成適當斜槽12。依此，可橫越適合作為一列印中介層14之薄玻璃板達成2：1的扇開比值(fan out ratio)。譬如，為了對於在前表面30具有500μm的中心至中心槽間距PF且在背表面32具有1,000μm的槽間距PB(入口寬度WI=500μm且入口的間隔SI=500μm)之一1mm厚光可界定玻璃板14(PT=1mm，PL=10mm)達成一2：1扇開比值(出口寬度WO=250μm且出口的間隔SO=250μm，係需要傾斜角θ1
=+50°、θ2
=+20°、θ3
=-20°及θ4
=-50°，其穩穩位於光可界定玻璃中介層14所可以具有的傾斜角範圍內。另一方面，習見的玻璃機械性機械加工方法不能夠產生這些尺寸及形狀開口。
圖16顯示一積體電路(IC)總成70，其實行一玻璃中介層14中之新斜開口12的另一範例。參照圖16，IC總成70係包括一薄IC裝置72，薄IC裝置72經由一陣列的第一電極凸塊74被附接至一光可界定玻璃中介層14。玻璃中介層14經由一陣列的第二電極凸塊78被附接至一塑膠封裝基材76。第一及第二電極凸塊74、78經由一對應陣列之導體充填式貫通導孔12被電性連接，導體充填式貫通導孔12從位於IC裝置72及第一電極凸塊74的一較緊間隔扇開至位於封裝基材76及第二電極凸塊78的一較鬆間隔。
如本文描述開頭所言，圖中所示及上文所描述的範例係示範而非限制本發明。可能具有其他範例。因此，上列描述不應詮釋成限制下列申請專利範圍中所界定之本發明的範圍。
10‧‧‧陣列
12‧‧‧開口
14‧‧‧光可界定玻璃板
Claims (15)
- 一種用於在光可界定玻璃中製作斜開口之方法，包含：使光可界定玻璃的一體部之部份曝露於對於該體部的一表面以相對於該體部表面的一法線測得5°或更大的角度呈斜狀定向之一光束；及移除曝露於該光束之該體部部份的部分或全部，以形成該體部中的一斜開口。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中：該曝露係包含使一光可界定玻璃板的部份曝露於對於該光可界定玻璃板的一表面以相對於該光可界定玻璃板表面的一法線測得5°至50°範圍的角度呈斜狀定向之該光束；及該移除係包含移除曝露於該光束之該光可界定玻璃板部份的部分或全部，以形成該光可界定玻璃板中的該斜開口。
- 如申請專利範圍第2項之方法，其中：該曝露係包含使該光可界定玻璃板的一完整厚度曝露於對於該光可界定玻璃板的表面呈斜狀定向之一擴張的光束；及該移除係包含移除曝露於該擴張的光束之該光可界定玻璃板部份，以形成經過該光可界定玻璃板的一開口，該開口從位於該光可界定玻璃板的一表面之一較小維度擴張至位於該光可界定玻璃板的一相對表面之一 較大維度。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中該移除包含：加熱該光可界定玻璃之該體部以改變曝露於該光束之該光可界定玻璃之該體部的部份之組成物；及隨後蝕刻該光可界定玻璃之該體部以移除該光可界定玻璃之該體部之經改變部份的部分或全部。
- 一種用於在光可界定玻璃中製作斜開口之方法，包含：使一光可界定玻璃板的部份曝露於各對於該光可界定玻璃板的一表面以相對於該光可界定玻璃板表面的一法線測得5°至50°範圍內的一不同角度呈斜狀定向之多重光束；及移除曝露於該多重光束之該光可界定玻璃板的各部份之部分或全部，以形成經過該光可界定玻璃板的多重開口，該等多重開口各對於該光可界定玻璃板表面以一不同角度呈斜狀定向。
- 如申請專利範圍第5項之方法，其中：該曝露係包含使該光可界定玻璃板的部份曝露於多重擴張光束之各者；及該移除係包含移除曝露於該等多重擴張光束之該光可界定玻璃板的各部份之部分或全部，以形成經過該光可界定玻璃板的多重開口，該等多重開口各以一不同角度對於該光可界定玻璃板表面呈斜狀定向且各從位於該光可界定玻璃板的一表面之一較小維度擴張至位於該光可界定玻璃板的一相對表面之一較大維度。
- 如申請專利範圍第5項之方法，其中：該曝露係包含使該光可界定玻璃板的部份曝露於多重收縮光束的各者；及該移除係包含移除曝露於該等多重收縮光束之該光可界定玻璃板的各部份之部分或全部，以形成經過該光可界定玻璃板的多重開口，該等多重開口各以一不同角度對於該光可界定玻璃板表面呈斜狀定向且各從位於該光可界定玻璃板的一表面之一較大維度收縮至位於該光可界定玻璃板的一相對表面之一較大維度。
- 一種在光可界定玻璃中具有斜開口之結構，包含：一光可界定玻璃板；及多重開口，其各以相對於該光可界定玻璃板的一第一表面之一法線測得5°或更大的一角度斜狀延伸經過該光可界定玻璃板，且各開口沿著該光可界定玻璃板的第一表面相距一相鄰開口分開250μm或更小。
- 如申請專利範圍第7項之結構，其中在相鄰開口的一中心線之間沿著該光可界定玻璃板的第一表面之一距離係為500μm或更小。
- 如申請專利範圍第8項之結構，其中各開口以相對於該光可界定玻璃板第一表面的一法線測得5°至50°範圍之一不同角度呈斜狀延伸。
- 如申請專利範圍第8項之結構，其中各開口的一維度係從位於該光可界定玻璃板的第一表面之一較小維度變成位於與該第一表面相對之該光可界定玻璃板的一第 二表面之一較大維度。
- 如申請專利範圍第8項之結構，其中各開口的一維度係從位於該光可界定玻璃板的第一表面之一較大維度變成位於與該第一表面相對之該光可界定玻璃板的一第二表面之一較小維度。
- 如申請專利範圍第8項之結構，其中各開口係包含一以一不同角度呈斜狀延伸之槽，且各槽的寬度從位於該光可界定玻璃板的第一表面之一較小寬度變成位於與該第一表面相對之該光可界定玻璃板的一第二表面之一較大寬度。
- 如申請專利範圍第13項之結構，其位於一列印頭總成中，該結構包含：一列印頭，其附接至該光可界定玻璃板的第一表面，該列印頭具有多重通路，該等多重通路各連接至該光可界定玻璃板中之該等槽的對應一者；及一液體配送歧管，其附接至該光可界定玻璃板的第二表面，該液體配送歧管具有多重通道，該等多重通道各連接至該光可界定玻璃板中之該等槽的對應一者。
- 如申請專利範圍第14項之結構，其中：各槽以相對於該光可界定玻璃板第一表面的一法線測得5°至50°範圍之一不同角度呈斜狀延伸經過該光可界定玻璃板；及各槽的寬度從位於該光可界定玻璃板第一表面的250μm或更小變成位於該光可界定玻璃板第二表面的一 較大寬度。
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