TWI576971B - 具有背側電連接的低輪廓ｍｅｍｓ熱列印頭晶粒 - Google Patents

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Description

具有背側電連接的低輪廓MEMS熱列印頭晶粒
本揭示概略有關用於有機材料之汽化列印的列印頭。尤其，本揭示是有關一種自SOI材料所製造並且利用背側焊燒連接所組裝俾藉由墨劑昇華以將有機薄膜層疊於一基板上的MEMS列印頭。
本申請案係關聯於美國專利申請案第13/154,419號，該案主張於2011年2月4日提申之臨時申請案61/439,816的優先權，茲將其揭示依其整體併入本案。
有機光電裝置，像是用於平面面板顯示器的有機發光二極體(OLED)，是藉由將有機薄膜層沉積於目標基板上並且將該薄膜堆疊的頂部及底部耦接至電極所製造。利用先進技術，可達到100奈米等級的膜層厚度。
其中一項技術是藉由來自熱列印頭的有機材料熱汽化以將OLED膜層沉積在基板上。首先將該有機墨劑材料溶解在液態載體中以構成液態墨劑。然後將該墨劑傳送至該列印頭，並且汲拉該目標基板和該列印頭成緊密相鄰。接著按多個階段加熱該墨劑。第一階段是將該溶劑汽化。在第二階段過程中，將該墨劑快速地加熱至高於其昇華溫度直到該有機墨劑材料汽化，藉以使得有機蒸氣凝結在該目標基板上。可重複地進行此項製程，直到達到所欲膜層厚度為止。可改變該墨劑的組成成份，藉此獲得不同色彩並 且將像是黏滯度和昇華溫度的其他性質加以優化。
高解析度OLED顯示器可能會要求100微米或更小之等級的像素特徵維度。而要達到這種程度的品質控制，列印頭間隔，也就是該列印頭與該目標基板之間的間隔，應敘明等同於該所欲像素特徵維度的大小等級。現已提議利用MEMS技術來製造熱列印頭以進行擁有此精準度層級的汽化沉積。然這種方式其中一項有待解決的問題，並亦為本揭示所針對者，是在於如何能夠將電能傳遞至MEMS熱列印頭的列印表面，且同時又能夠提供足夠微小的列印間隔。
本揭示提供一種熱性、非接觸式列印頭晶粒，其能夠被設置在自該列印頭接收墨劑之基板的10-100微米內。經縮減的列印間隔可供將有機LED化合物層列印至該基板上，藉以獲得優異的薄膜形態、均勻度和特性解析度。
在一具體實施例裡，一種根據本揭示的熱列印頭晶粒係構成於一具有列印表面、經埋覆氧化物層和與該列印表面相反之安裝表面的SOI結構上。在該列印表面上構成有複數個墨劑遞送處所，各個處所具有一墨劑接收與墨劑配發結構，以及一在該墨劑接收與墨劑配發結構鄰近處所構成的歐姆加熱器。至少一凸塊下金屬化(UBM)襯墊係構成於該安裝表面上並為電性連接於該歐姆加熱器。然後藉由昇華作業以將該墨劑遞送處所接收並且由該歐姆加熱器所加 熱的墨劑遞送至一基板。
該歐姆加熱器可藉由穿透矽質穿孔(TSV)插頭以經由該經埋覆氧化物層電性而耦接於該UBM襯墊。該TSV插頭可為藉由摻質製程所構成。可構成一互連金屬，像是鈦-鎢-鋁層，藉以將該TSV插頭耦接於該UBM襯墊並且耦接至該歐姆加熱器。各個墨劑遞送處所可包含穿過該列印表面所形成的導電腔洞，從而該互連金屬可沿該導電腔洞的側壁並且穿過該經埋覆氧化物層的開口以將該歐姆加熱器連接至該TSV插頭。
一種根據本揭示的方法描述用以在一具有頂部表面、經埋覆氧化物層和與該列印表面相反之安裝表面的SOI結構上製造MEMS熱列印頭晶粒的步驟。在一具體實施例裡，該方法包含下列步驟：(a)在該SOI結構的頂部表面上構成複數個墨劑配發孔隙，各個孔隙包含凹入區域，(b)鄰近於該等墨劑配發孔隙至少一者構成歐姆加熱器，(c)在該安裝表面上構成至少一UBM襯墊，以及(d)穿透該經埋覆氧化物層構成至少一TSV插頭，並且該TSV插頭係經由該經埋覆氧化物層以將該歐姆加熱器電性耦接至該UBM襯墊。該方法可進一步包含：穿透該安裝表面構成複數個墨劑接收腔洞，各個墨劑接收腔洞對應於複數個墨劑配發孔隙，如此提供各個墨劑接收腔洞與該列印表面之間的墨劑液流，或者穿透該列印表面構成導電腔洞，從而一或更多的互連金屬層可沿該導電腔洞的側壁將該歐姆加熱器連接至該TSV插頭。
根據本揭示之方法的另一具體實施例可供製造一種MEMS熱列印系統。該等製造步驟包含：(a)在一SOI結構的頂部表面上構成複數個墨劑配發孔隙，(b)構成複數個歐姆加熱器，各個歐姆加熱器鄰近於相對應的複數個墨劑配發孔隙及一墨劑接收腔洞，(c)在該安裝表面上構成至少一UBM襯墊，(d)穿透該SOI結構的經埋覆氧化物層構成複數個TSV插頭，各個TSV插頭可將該等歐姆加熱器之一者電性耦接至該等一或更多UBM襯墊，(e)將焊料球體配發至該等UBM襯墊各者上，(f)令該等焊料球體重流，(g)令所重流的焊料球體接觸於該安裝基板上的互補襯墊，以及(h)固化該等焊料球體，因此經固化焊料可提供該列印頭晶粒與該安裝基板之間的機械性連接，以及自各個互補襯墊經由該SOI結構之安裝表面至該等歐姆加熱器之一者的電性連接。
根據本揭示，可藉由利用本揭技術製造一種在SOI結構上如MEMS裝置的列印頭晶粒以推進熱非接觸性列印技藝。這些技術可在該列印頭與該目標基板之間達到100微米或更小的列印間隔。此項進展可使得該列印頭能夠將有機LED化合物層列印至該基板上，藉以獲得優異的薄膜形態、均勻度和特性解析度。
圖1顯示一根據本揭示原理所設計的熱列印頭晶粒100之具體實施例的截面視圖。此視圖說明一位在該圖之中央局部內的墨劑遞送處所102。就以其一般維度比例而言，該 列印頭晶粒100具有約400微米等級的總高度，然此值是由用以製作該晶粒100之典型SOI基板的厚度所決定。該單一墨劑遞送處所102係為說明之目的所顯示。一個根據本揭示的完整列印頭晶粒通常包含數百或數千個這種在單一SOI基板上所製造並且按二維陣列所排置的處所。從而必須瞭解圖1所示樣式可在整個陣列上多次地重複出現。
即如前述，在一具體實施例裡，可利用SOI基板以製造該列印頭晶粒100。傳統的SOI基板通常將會包含三個材料層：上方的裝置品質矽質層，中間的氧化物絕緣層(又稱為經埋覆氧化物層)以及下方的矽質層(可另稱為處置層)。即如圖示，可藉由選擇性地拋光或蝕刻去除該等層之一或更多內的區域，並且利用各種沉積技術來建構該晶粒結構的元件，以在SOI基板內製造該列印頭晶粒100的結構。一般說來，該列印頭晶粒100可提供一機械性結構，用於將墨劑自該晶粒之列印表面遞送至目標基板，用於提供安裝表面以將該晶粒接附於其親代列印系統，並且用於提供絕緣導電路徑以將熱能自該列印系統遞送至該列印表面。SOI基板可有助於製造該列印頭晶粒100，然而本揭示實非僅侷限於在SOI基板上進行製造，而且亦能利用其他類型的半導體晶圓或基板以作為該晶粒的基礎。任何能夠修改俾獲致本揭結構的基板皆可加以運用而供製造。
可透過一系列的構成步驟以自SOI基板製造出該列印頭晶粒100，從而獲致所示結構。一般說來，即如後文中所進一步描述者，該列印頭晶粒100的導電元件可為藉由摻 質技術，或是藉由蝕刻去除該經埋覆氧化物層的選定局部並且對虛空處重新填入導電或介電材料，例如藉由化學沉積或離子植入技術，以構成於該SOI結構內。在截面圖中，提供電性隔離之氧化物層的可見局部在整體結構上是由對角交叉影線樣式103所標註。
在一最終形式裡，該列印頭晶粒100可包含列印表面104、經埋覆氧化物層106以及與該列印表面104相對的安裝表面108。即如前述，可對該SOI結構的選定區域進行重新填入或摻質，藉以在所需位置處產生導體層(即如118)。在該列印表面104上可構成複數個墨劑遞送處所102。各個墨劑遞送處所102可進一步包含墨劑接收與墨劑配發結構110以及歐姆加熱器112。該歐姆加熱器112可為構成於鄰近該墨劑接收與墨劑配發結構。
在另一具體實施例裡，該墨劑接收與墨劑配發結構110可進一步包含墨劑接收腔洞109以及構成於該SOI結構內的一或更多孔隙111。該等孔隙111可提供該墨劑接收腔洞109與該列印表面104之間的流體相通路徑。在一實作中，該等孔隙111可為大致定向於該列印表面104的法向。該結構110係經設計故而收納至該墨劑接收腔洞109內的墨劑可藉由毛細作用通過該等孔隙111流移至該列印表面104以由加熱器112加熱。
該等歐姆加熱器112最好是能夠藉由利用具備良好熱傳送及導電性質的材料的沉積技術所構成。在一具體實施例裡，該等加熱器112可為自鈦-鉑-鈦(Ti-Pt-Ti)材料所構 成。至少一加熱器112應設置為鄰近該列印表面104上的各個複數個孔隙111。電流是藉由該安裝表面108與該列印表面104之間所構成的一或更多導電路徑所傳遞至該等歐姆加熱器。
在一具體實施例裡，一條從該列印表面104至該安裝表面108的導電路徑可包含加熱器112、互連層116、穿透矽質穿孔(TSV)插頭118、第二互連層120及UBM襯墊122。該等互連層116及120可為例如藉由濺鍍鈦-鋁(Ti-Al)、鈦-鎢-鋁(Ti-W-Al)、鈦-鎢-金(Ti-W-Au)，或是由一些其他適於沉積作為互連導體以將該加熱器112電性耦接至該TSV插頭的合金，所構成。該TSV插頭118可為利用傳統技術通過該列印頭晶粒所構成。可藉由選擇性地摻質或者藉由對經高度摻質矽質處置層內之其一範圍進行電性隔離以令該穿孔具有更佳的導電性。該第二互連層120將該TSV插頭118的底部局部電性耦接於該UBM襯墊122，同時可為由相同或類似材料並藉由相同或類似蝕刻及沉積技術，即如用以構成該第一互連層116者，所構成。
在一具體實施例裡，該導電腔洞125可構成為位在該TSV插頭118的上方並且位在該列印表面104的下方。即如圖示，該導電腔洞125可定義朝向該TSV插頭之頂部的傾斜側壁。在一具體實施例裡，該導電腔洞125可為藉由在靠近該列印表面104處蝕刻穿過該經埋覆氧化物層106所構成，並且該互連層116可為沿該導電腔洞的底部所構成，藉以將該歐姆加熱器112電性耦接至該TSV插頭118。
在該安裝表面108處，該等UBM襯墊122係構成於該第二互連層120的下方，藉以提供材料而焊料可在其上予以濕化俾製作可靠的機械性及電性連接。在一具體實施例裡，可藉由從汽化或電鍍金屬的複合層，像是鈦-鎳-金(Ti-Ni-Au)層，來構成該等UBM襯墊122所達到。Ti-Ni-Au層在CMOS覆晶應用項目裡一般用於作為抗侵蝕接點，並且通常是利用電鍍製程所構成。然在本揭示的MEMS裝置中，電鍍浸浴可能會對細微的孔隙結構110造成汙染並且阻制墨劑傳遞至該列印表面。因此，就以該Ti-Ni-Au層的構成而言，汽化疊層技術可為較佳。例如藉由首先將鈦汽化，隨後為鎳(Ni)，然後再以金(Au)作為最外層，以沉積出該UBM襯墊層。亦可利用其他像是鉑或鈀的金屬以組成該UBM襯墊而不致悖離本揭示的範疇。
在將該等UBM襯墊122沉積或汽化至該安裝表面108上之後，可沿該安裝表面設置一介電層124以在各個UBM襯墊周圍構成焊燒腔洞。在一具體實施例裡，該介電層124可為藉由電漿強化化學汽相沉積(PECVD)技術所構成。在一具體實施例裡，該介電層124構成氧化物及氮化物覆帽，這可在各個UBM處所曝出該UBM襯墊的至少一局部以供連接至外部電源。在一具體實施例裡，該介電覆帽在該UBM襯墊上構成焊料重流阻壩(solder reflow dam)以限制焊料在該UBM襯墊附近的液流。根據本揭示，焊料重流阻壩的維度控制以及施用於該UBM襯墊之焊料的體積控制可供更精準地控制由複數個焊料球體所構成而在該安裝表面108下 方延伸之接觸平面的位置，即如圖2所示。
該MEMS列印頭晶粒之結構以及用於進行其製造方法的前揭說明可彙整為根據本揭示之處理程序的一系列步驟。這些步驟係如圖3的程序流程圖所表示。本揭所描述的程序可用於自具有頂部表面、經埋覆氧化物層以及相反於該頂部表面之安裝表面的SOI結構製造該列印頭晶粒。
該方法300開始於步驟301處，在此藉由穿過該晶粒的厚度構成至少一TSV插頭，因此該TSV插頭可將該歐姆加熱器電性耦接於該UBM襯墊。在步驟302處，於鄰近該等墨劑配發孔隙之至少一者處構成歐姆加熱器。在步驟303中，一導電腔洞係構成於該列印表面上並且穿過該經埋覆氧化物層。在步驟304裡，一互連層係構成於該列印表面及該安裝表面上，因此該歐姆加熱器電性耦接於該TSV插頭。該TSV插頭亦耦接於該UBM襯墊。在步驟305中，UBM襯墊係構成於該SOI結構的安裝表面上。最後，在步驟306中，穿過該SOI結構構成多個墨劑配發孔隙並且穿過該體型晶粒構成墨劑接收腔洞。各個孔隙包含與該墨劑接收腔洞流體相通的凹入區域。
應瞭解可施用前文段落中所描述的程序以獲得列印頭晶粒100的一般結構性樣式，故而能夠經由該結構以在該安裝表面108上的多個UBM襯墊122與該列印表面104上的(多個)加熱器112之間構成多條平行導電路徑。在操作上，以供應經載入於該墨劑接收腔洞109內的墨劑，該列印頭晶粒可為藉由施加於該等UBM襯墊122的電位所電性 激化，如此使得該等加熱器112能夠經由I2R損失產生熱能並將熱能傳遞至經汲取至該墨劑配發孔隙111內的墨劑。該墨劑溶劑在溶劑揮發溫度處汽化揮發並且有機材料留在孔隙111內。在一具體實施例裡(未以圖示)，當該有機材料加熱到超過其昇華溫度時，所剩餘的有機材料昇華並且行旅至經放置在該列印表面104緊鄰附近的目標基板(未以圖示)。有機蒸汽在該目標基板上的凝結可於其上附印出一有機材料層。應進一步瞭解該列印頭晶粒100的結構可藉由從該列印表面消除外部導體以供電該等加熱器來達到最小列印間隔。藉由透過該SOI結構以提供連至該等加熱器的導體路徑，本揭示可降低對於可能另會阻礙並且增大列印間隔之外部導體的需要。
現再度參照圖2，其中顯示圖1之熱列印頭晶粒的放大截面視圖。此視圖包含對於位在該安裝表面108上並且將該列印頭晶粒機械性地且電性地接附於安裝基板230之背側電性連接的細節。該基板230可為傳統的陶瓷類型基板，像是在印刷電路板中所使用者。根據本揭示，該等連接是利用雙重流焊燒製程所製作，其中該等焊料球體係經第一次重流以將該焊料連附於該等UBM襯墊122，然後第二次重流以將該焊料連附於位在該安裝基板230上的互補襯墊234。
圖4、5、6及7進一步說明該雙重流製程。該等圖式各者顯示該雙重流製程之循序步驟過程中的放大截面視圖以及該安裝表面108的其一局部。在圖4所示之第一步驟 中，該等焊料球體係經配發於該熱列印頭晶粒100的UBM襯墊122上。可利用一種噴注技術以控制焊料的配發，因此在該等UBM襯墊上可收到大致相等體積的焊料。
在圖5中所描繪的次一步驟裡，該等焊料球體被加熱至高於其等的熔融溫度並被令予重流至該等UBM襯墊上。當所重流焊料球體濕化至該等UBM襯墊上時，該焊料的液流會被由介電124所構成的焊料阻壩限制在緊鄰於該UBM襯墊的區域。該UBM襯墊的結構使得該等焊料球體在當固化後構成多個圓頂，而各者係自該安裝表面108延伸出大致均勻距離d，即如圖中所示。
在圖6中所示的次一步驟裡，該列印頭晶粒的安裝表面108被帶至對齊於該安裝基板230，因此焊料圓頂232的陣列對齊於互補的襯墊234陣列。該列印頭晶粒100可在執行此項步驟之前先為覆置，即如圖中所示。焊料遮罩或介電層326可為設置藉以在該安裝基板的互補襯墊234上產生焊料重流阻壩。
在圖7所示的最終步驟裡，可將該列印頭晶粒100帶至接觸於該安裝基板，因此各個焊料圓頂232接觸於一襯墊234。在此位置上，可藉由熔融該等焊料圓頂以啟動第二重流步驟，直到該等濕化至該等襯墊232為止。然後讓該焊料冷卻。當固化後，該列印頭晶粒100可藉由所焊燒接合232以機械性地且電性地連接於該基板230，即如圖2及7所示。按此組態設定，即可藉由將電位施加於行經該安裝基板230的跡線238以激能化位在該列印頭晶粒上的歐姆 加熱器。
前揭對於製造MEMS熱列印頭晶粒以及用於將該列印頭晶粒背側電性連接至安裝基板的說明可彙整為根據本揭示的程序或方法800。該程序內的下列步驟是表示圖8區塊圖中所描述的顯見步驟。應瞭解該程序可為由額外步驟所補充而不致悖離本揭示範疇。
該方法800開始於步驟801處，藉由穿過該晶粒的厚度構成至少一TSV插頭，因此該TSV插頭可將該歐姆加熱器電性耦接於該UBM襯墊。在步驟802處，於鄰近該等墨劑配發孔隙之至少一者處構成歐姆加熱器。在步驟803中，一或更多導電腔洞係構成於該列印表面上並且穿過該經埋覆氧化物層。在步驟804裡，在該列印表面及該安裝表面上構成互連層，藉以將該歐姆加熱器耦接於該TSV插頭並且將該TSV插頭耦接於該UBM襯墊。在步驟805中，UBM襯墊係構成於該SOI結構的安裝表面上。在步驟806中，穿過該SOI結構構成多個墨劑配發孔隙並且穿過該體型晶粒構成墨劑接收腔洞。在本揭示的其一具體實施例中，各個孔隙包含與該墨劑接收腔洞流體相通的凹入區域。在步驟807裡，加熱該等焊料球體以重流。在步驟808中，所熔融的焊料球體移動至位在該安裝基板上互補襯墊。在步驟809處，該等焊料球體係經固化以在該列印頭晶粒與該安裝基板間提供機械性連接。該等焊料球體亦提供經由該安裝表面從各個互補襯墊至一歐姆加熱器的電性連接。
將該熱列印頭晶粒接附於該安裝基板所牽涉到的製造 步驟對於整體列印間隔會具有顯著的效果。當第二重流步驟接近完成時，該晶粒可能出現一些變形，從而影響到該列印頭晶粒之安裝表面與該安裝基板之配接表面間的相對平坦度或水平位移。此變形可能由於該列印頭晶粒與該安裝基板之間的熱膨脹係數不匹配而在冷卻過程中出現。所獲的水平位移將可能會從零偏離微小度數。熟諳本項技藝之人士將能瞭解任何水平位移將對列印間隔貢獻出相對應的垂直位移，其中該垂直位移為該水平位移及該列印頭晶粒頂部表面之長度兩者的函數。本揭示的另一特點是藉由提供一種用以在最終固化步驟過程中依高精準度方式控制該熱列印頭晶粒之平坦度的裝置來解決水平位移的問題。
圖9以略圖形式說明，根據本揭示，一種用以將MEMS熱列印頭晶粒精準地接附於安裝基板的設備900。該晶粒接附設備900包含線性單軸撓曲階台940、配接平行平板941和942，驅動器944以及感測器945。該撓曲階台940可包含一或更多撓曲彈簧946，該等各者可於一末端處接附至硬固框架947。該等平行平板941和942提供用以將該晶粒100對齊於該基板230的高精準度水平平面。梭器948可將該平板941接附於該線性撓曲階台940。基底平板949則可將該平板942接附於固定水平參考950。在該略圖中，驅動器944係經模型化為在垂直方向上運作的力度F。此力度可按人工方式、藉由重力、藉由電動或液壓馬達等等所傳動。
該感測器945測量該階台940在當相對於該固定參考950移動時的位置。在一具體實施例裡，該感測器945可包 含可移動電容感測器。該感測器可運用在對該驅動器944的回饋迴路以控制所施加的力度F。
該撓曲940可由像是不鏽鋼的金屬所構成，因此當施加熱能以進行焊料重流時可在力度F的方向上自由地延展。該撓曲可藉由線條EDM或是藉由研磨水噴切割處理所加工。可利用在預載該撓曲下進行環氧樹脂膠劑固化以將該等平行平板941及942固定於該撓曲階台940及該基底平板949。
該列印頭晶粒100和該安裝基板230可設置在該等精準平板941及942之間並且對齊以供第二重流步驟。可施加預載力度以推動該等精準平板合一並藉以靠於該安裝基板來按壓該晶粒，因而在第一重流步驟裡濕化於該列印頭晶粒的焊料球體能夠沿一接觸平面配接於該安裝基板上的互補襯墊。該撓曲階台的動力可運作以達到純垂直(Z軸)移動並且沿X-Y接觸平面均勻地配佈負載，藉以確保該晶粒相對於該基板的平行定向，同時避免因寄生移動，像是鋸齒、扭曲以及X軸和Y軸寄生移動，所導致的晶粒變形。例如，可按如所施加負載之函數，將梭器948及基底平板949的平行位移最小化至一所欲數值，像是在約2.0微米內。利用設備900，可將該列印頭晶粒的水平位移或低彎限制在約10微米或更小。
當在自該撓曲階台940的預載下，可執行該第二焊料重流步驟以將該列印頭晶粒機械性地且電性地連附於該安裝基板。在一具體實施例裡，整個設備900在該第二重流 步驟過程中可為包封在一焊料重流烘爐內。
自前文中對於雙重流製程與撓曲設備900的說明，可衍生出一種用以將MEMS列印頭晶粒接附於安裝基板之方法的顯見步驟。圖10的流程圖中說明該方法1000。
該方法1000開始於步驟1001處，其中在該列印頭晶粒的安裝表面上構成複數個UBM襯墊。在次一步驟1003裡，於該安裝基板上構成複數個互補襯墊。所獲的互補襯墊樣式可為構成以供幾何性地匹配於該列印頭晶粒的UBM襯墊。在次一步驟1005中，可將焊料球體設置或噴注在該等UBM襯墊的各者上。
次一步驟1007為第一焊料重流步驟。此步驟牽涉到在該等UBM襯墊上令該等焊燒球體重流。理想上，所獲焊燒凸塊可達到大致均勻的大小，因此各個焊燒凸塊可自該晶粒延伸一段大致均勻距離。接著，在次一步驟1009中，將該列印頭晶粒的UBM襯墊機械性地對齊於該安裝基板的互補襯墊。然後在步驟1011裡，可在該列印頭晶粒與該安裝基板之間施加預載力度，藉以在第二重流步驟過程中保持該等焊料凸塊接觸於該等互補襯墊。在第二重流步驟1013中，該等焊料凸塊重流，故而該等濕化於該等互補襯墊。然後令該等焊料凸塊冷卻並予固化。經固化的焊燒凸塊可將該列印頭晶粒機械性地連接至該安裝基板，並且將該等UBM襯墊各者電性連接至其互補襯墊。
現已按敘述方式來說明本揭示的多項示範性具體實施例。從而，全篇中所使用的專有詞彙應依非限制方式所解 讀。熟諳本項技藝之人士雖將能構思對本揭教示的細部修改，然應瞭解所欲涵蓋於本專利申請案範疇之內者為合理地歸屬於能夠受惠於本揭而獲技藝進展之範疇內的所有此等具體實施例，並且除後載申請專利範圍與其等的等同項目考量之外該範疇並無任何限制。
100‧‧‧熱列印頭晶粒
102‧‧‧墨劑遞送處所
103‧‧‧對角交叉影線樣式
104‧‧‧列印表面
106‧‧‧經埋覆氧化物層
108‧‧‧安裝表面
109‧‧‧墨劑接收腔洞
110‧‧‧墨劑接收與墨劑配發結構/細微孔隙結構
111‧‧‧孔隙
112‧‧‧歐姆加熱器
116‧‧‧第一互連層
118‧‧‧穿透矽質穿孔(TSV)插頭
120‧‧‧第二互連層
122‧‧‧UBM襯墊
124‧‧‧介電層
125‧‧‧導電腔洞
230‧‧‧安裝基板
232‧‧‧焊料圓頂/焊料球體/所焊燒之接合/襯墊
234‧‧‧襯墊
236‧‧‧焊料遮罩/介電層
238‧‧‧跡線
300‧‧‧方法
800‧‧‧方法
900‧‧‧設備
940‧‧‧線性單軸撓曲階台
941‧‧‧平行平板/精準平板
942‧‧‧平行平板/精準平板
944‧‧‧驅動器
945‧‧‧感測器
946‧‧‧撓曲彈簧
947‧‧‧硬固框架
948‧‧‧梭器
949‧‧‧基底平板
950‧‧‧固定參考/固定水平參考
1000‧‧‧方法
d‧‧‧距離
F‧‧‧力度/所施加負載
對於熟諳本項技藝之人士而言，當檢閱下列圖式及詳細說明時，本揭示的其他系統、方法、特性及優點將為或將成為顯所易見。所欲者係所有該等額外系統、方法、特性及優點皆納入在本揭示的說明內、歸屬於本揭示範圍並受後載申請專利範圍所保護。該等圖式中所顯示的元件部份並未必然地依比例繪製，並且可為誇炫以更佳地說明本揭示的重要特性。在該等圖式中，類似的參考編號在全篇不同視圖裡標註相仿部份，其中：圖1為，根據本揭示之一具體實施例，一熱列印頭晶粒中包含墨劑遞送處所之局部的截面視圖；圖2為，根據本揭示之另一具體實施例，圖1熱列印頭晶粒的放大截面視圖，其中顯示背側電性連接；圖3為說明根據本揭示用於製造MEMS熱列印頭晶粒之方法的具體實施例之程序流程圖；圖4為一熱列印頭晶粒的放大截面視圖，該圖說明其中將焊料球體放置在UBM襯墊之背側上的製造步驟；圖5為一熱列印頭晶粒的放大截面視圖，該圖說明在 噴注之後的製造步驟，其中令焊料球體重流於該等UBM襯墊上；圖6為一熱列印頭晶粒的放大截面視圖，該圖說明另一製造步驟，其中該列印頭晶粒係經覆置並且對齊於安裝基板；圖7為一熱列印頭晶粒的放大截面視圖，該圖說明另一製造步驟，其中將該晶粒帶予接觸於該安裝基板並且令該焊料進行第二次重流；圖8為說明另一用於製造MEMS熱列印頭晶粒之方法的具體實施例之程序流程圖；圖9以略圖說明，根據本揭示，一種用以將一MEMS熱列印頭晶粒精準地接附於安裝基板的設備；以及圖10為說明另一根據本揭示用於製造MEMS熱列印頭晶粒之方法的具體實施例之程序流程圖。
100‧‧‧熱列印頭晶粒
102‧‧‧墨劑遞送處所
103‧‧‧對角交叉影線樣式
104‧‧‧列印表面
106‧‧‧經埋覆氧化物層
108‧‧‧安裝表面
109‧‧‧墨劑接收腔洞
110‧‧‧墨劑接收與墨劑配發結構/細微孔隙結構
111‧‧‧孔隙
112‧‧‧歐姆加熱器
116‧‧‧第一互連層
118‧‧‧穿透矽質穿孔(TSV)插頭
120‧‧‧第二互連層
122‧‧‧UBM襯墊
124‧‧‧介電層
125‧‧‧導電腔洞

Claims (28)

  1. 一種熱列印頭晶粒，其包含：SOI結構，其具有列印表面、經埋覆氧化物層以及與該列印表面相反的安裝表面；複數個墨劑遞送處所，各個處所具有：墨劑接收與墨劑配發結構，其係構成於該列印表面上；及歐姆加熱器，其係構成於鄰近該墨劑接收與墨劑配發結構；以及至少一凸塊下金屬化(UBM)襯墊，其係構成於該安裝表面上並經電性連接於該歐姆加熱器；以及至少一穿透矽質穿孔(TSV)插頭，以經由該經埋覆氧化物層將該歐姆加熱器電性耦接於該UBM襯墊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之列印頭晶粒，進一步包含將該歐姆加熱器耦接至該UBM襯墊的互連金屬。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之列印頭晶粒，進一步包含將該歐姆加熱器耦接至該TSV插頭的互連金屬。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之列印頭晶粒，其中各個墨劑遞送處所進一步包含至少一穿透該列印表面所構成的導電腔洞，並且其中該互連金屬沿該導電腔洞的底部將該歐姆加熱器連接至該TSV插頭。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之列印頭晶粒，其中該TSV插頭包含該SOI結構之經摻質且經電性隔離的局部。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之列印頭晶粒，其中該 UBM襯墊包含汽化金屬層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之列印頭晶粒，其中該汽化金屬包含鈦-鎳-金。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之列印頭晶粒，進一步包含介電層，其為沿該安裝表面所設置並且構成一曝出該UBM襯墊之至少一局部的焊燒腔洞，以供連接至外部電源。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之列印頭晶粒，其中該墨劑接收處所包含單一腔洞。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之列印頭晶粒，其中該墨劑接收與墨劑配發結構包含：墨劑接收腔洞、複數個墨劑配發孔隙，該等墨劑配發孔隙構成於該SOI結構內，並且大致上定向於該列印表面的法向，以提供墨劑在該墨劑接收腔洞與該列印表面之間的液流路徑。
  11. 一種用以製造在SOI結構上的MEMS熱列印頭晶粒的方法，該SOI結構具有頂部表面、經埋覆氧化物層以及與該頂部表面相反的安裝表面，該方法包含下列步驟：(a)在該頂部表面上構成複數個墨劑遞送處所，其中每一個墨劑遞送處所包括穿過該SOI結構而構成的複數個墨劑配發孔隙；(b)鄰近於該等墨劑配發孔隙至少一者構成歐姆加熱器；(c)在該安裝表面上構成至少一凸塊下金屬化(UBM)襯墊，以及(d)穿透該經埋覆氧化物層構成至少一穿透矽質穿孔 (TSV)插頭，該TSV插頭係經由該列印頭晶粒的厚度以將該歐姆加熱器電性耦接至該UBM襯墊。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，進一步包含：穿透該安裝表面構成複數個墨劑接收腔洞，各個墨劑接收腔洞流體相通於相對應的複數個墨劑配發孔隙，其中該等複數個墨劑配發孔隙係提供在該墨劑接收腔洞和該頂部表面的流體相通路徑。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，進一步包含：構成一或更多的互連金屬層以將該TSV插頭耦接至該歐姆加熱器且連至該UBM襯墊。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該互連金屬包含鈦-鎢-鋁層。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之方法，進一步包含穿透該列印表面構成至少一導電腔洞，其中該等互連金屬層的至少一層沿該至少一導電腔洞的底部表面經由該經埋覆氧化物層將該歐姆加熱器連接至該TSV插頭。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中步驟(d)進一步包含藉由對該SOI結構的一局部進行摻質以構成該TSV插頭。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該UBM襯墊係構成作為汽化鈦-鎳-金的層。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之列印頭晶粒，進一步包含藉由電漿強化化學汽相沉積以沿該安裝表面構成介電層，該介電層定義曝出該UBM襯墊之至少一局部以供連接 至外部電源的焊燒腔洞。
  19. 一種利用MEMS熱列印頭晶粒以製造列印系統的方法，其包含：(a)在SOI結構的頂部表面上構成複數個墨劑遞送處所，其中每一個墨劑遞送處所包括穿過該SOI結構的複數個墨劑配發孔隙；(b)構成複數個歐姆加熱器，各個歐姆加熱器鄰近於相對應的複數個墨劑配發孔隙；(c)在該SOI結構的安裝表面上構成至少一凸塊下金屬化(UBM)襯墊；(d)穿透該SOI結構構成複數個穿透矽質穿孔(TSV)插頭，各個TSV插頭將該等歐姆加熱器之一者電性耦接至該等一或更多UBM襯墊；(e)將焊料球體配發至該等UBM襯墊各者上；(f)令該等焊料球體重流；(g)令所重流的焊料球體接觸於一安裝基板上的相對應的互補襯墊；以及(h)固化該等焊料球體，因此經固化焊料提供該列印頭晶粒與該安裝基板之間的機械性連接，以及自各個該互補襯墊經由該SOI結構之安裝表面至該等歐姆加熱器之一者的電性連接。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，進一步包含：穿過該SOI結構的安裝表面構成複數個墨劑接收腔洞，該安裝表面相反於該頂部表面，其中各個墨劑接收腔洞流體 相通於相對應的複數個墨劑配發孔隙。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之方法，進一步包含：構成一或更多的互連金屬層以將各個TSV插頭耦接至該等歐姆加熱器之一者且耦接至該等一或更多UBM襯墊的。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之方法，進一步包含：穿過該SOI結構的該頂部表面構成至少一導電腔洞；其中該等互連金屬層的至少一者沿該導電腔洞之底部表面且經由該經埋覆氧化物層以將該等歐姆加熱器的一者連接至該等TSV插頭的一者。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中步驟(d)進一步包含藉由對該SOI結構的一局部進行摻質以構成該等TSV插頭。
  24. 一種用以將一MEMS列印頭晶粒接附於一安裝基板的方法，其包含：在該列印頭晶粒的安裝表面上構成複數個凸塊下金屬化(UBM)襯墊；在該安裝表面上構成複數個互補襯墊；將焊料球體設置於該等UBM襯墊各者上；令該等UBM襯墊上的焊料球體重流以構成具有大致均勻大小的焊燒凸塊；將該列印頭晶粒的UBM襯墊機械性地對齊於該安裝基板的互補襯墊；在該等UBM襯墊與該等互補襯墊之間預載該等焊燒凸塊；以及 令該等焊燒凸塊重流，因此當該等焊燒凸塊固化後可將該列印頭晶粒機械性地連接至該安裝基板，並且將該等UBM襯墊各者電性連接至其互補襯墊。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該等UBM襯墊係構成作為汽化鈦-鎳-金的個別層。
  26. 如申請專利範圍第24項所述之方法，進一步包含：在設置步驟之前，先於該安裝表面上構成定義多個焊燒腔洞的介電層，該等腔洞曝出該等UBM襯墊各者的至少一局部。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中該介電層是藉由電漿強化化學汽相沉積所構成。
  28. 如申請專利範圍第24項所述之方法，其中設置步驟係使用噴注技術來執行。
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