打印头喷嘴形成制造技术

提供一种在微机电器件中形成喷嘴的技术。在层（５００）键合到装置的另一部分（４４０）之前，在层（５００）中形成喷嘴（４６０、５６６）。所述的键合前在层（５００）中形成喷嘴（４６０、５６６）的方式使得可形成具有预定深度和预定几何形状的喷嘴（４６０、５６６）。为喷嘴（４６０、５６６）选择特定的几何形状可减小墨流阻抗并提高喷嘴（４６０、５６６）在整个微机电器件上的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种微机电器件(例如喷墨打印头)中的喷嘴形成。
技术介绍
利用喷墨打印机打印高质量高分辨率的图像通常需要一种准确地将所需量的墨喷射到特定位置处的打印机。一般地，在打印头结构100中形成各自包括喷嘴130和相应的墨流动路径108的多个紧密排列的喷墨器件，如图1A所示。墨流动路径108将例如墨容器或墨盒等墨存储单元连接到喷嘴130上。如图1B所示，基板120的侧视横截面图示出了单个墨流动路径108。墨入口118连接到墨供应器。墨从墨存储单元(未示出)通过墨入口118流到泵室110。在泵室中，墨可被加压以流向下降区112。下降区112在包括供墨喷出的喷嘴开口144的喷嘴处中止。各种加工技术用于形成打印头结构中的喷墨器。这些加工技术可包括例如淀积和键合等层形成技术，以及例如激光磨削、冲孔和切割等层改型技术。基于所需的喷嘴、流动路径几何形状以及喷墨打印机的制造材料选择使用的技术。
技术实现思路
通常，一个方面，本专利技术包括用于形成器件的方法和装置。一开口被蚀刻到多层基板的喷嘴层的第一表面内，其中所述多层基板还具有处理层。将喷嘴层的第一表面固定到具有腔室的半导体基板上，使得开口与腔室流体连通。移除至少包括多层基板的处理层的多层基板的一部分，使得腔室通过开口与大气流体连通。喷嘴层可为大约5-200微米，或小于100微米厚。喷嘴层的厚度可在蚀刻前减小，例如通过研磨喷嘴层。喷嘴层可包括硅。多层基板可包括绝缘体上硅基板(silicon-on-insulator substrate)。可通过各向异性蚀刻或通过深离子反应蚀刻(deep reactive ion etch)工序蚀刻开口。开口可具有锥形或直的平行壁。开口可具有矩形或圆形截面。本专利技术的另一方面为形成具有包括泵室的主要部分和联接到主要部分的喷嘴部分的打印头。喷嘴部分具有喷嘴入口和喷嘴出口。喷嘴入口具有中心围绕中心轴的锥形壁。锥形壁引向喷嘴出口并且喷嘴出口具有大致直的壁，所述壁大致不具有与中心轴正交的表面。在另一方面，本专利技术提供一种流体喷嘴层，包括包括具有锥形壁的凹部的主体和出口。该凹部具有第一厚度。该出口具有第二厚度。第一和第二厚度合起来大致小于一百微米。在另一方面，本专利技术提供一种流体喷射器件，包括半导体基板，所述半导体基板具有固定到具有开口的半导体喷嘴层的第一表面的腔室。所述半导体基板具有通过开口与大气流体连通的腔室。半导体喷嘴层大约等于或小于100微米厚。特定的实施方式可包括下述的一个或多个优点或不包括。喷嘴可形成具有大致任何需要的深度，例如大约10-100微米，例如40-60微米。可以高蚀刻速率以及高精度形成流动路径特征结构。如果喷嘴层和流动路径模块由硅形成，所述层与模块可通过直接硅键合或阳极键合键合到一起，从而不再需要单独的粘接层。在与流动路径特征结构不同的层中形成喷嘴允许对层的背侧(即形成喷嘴的一侧)进行额外的加工，例如研磨、淀积或蚀刻。喷嘴可形成具有减小墨流阻抗的几何形状。可减小或消除夹杂空气。喷嘴层的厚度均匀性可独立于形成有流动路径特征结构的基板的厚度均匀性来控制。如果喷嘴层在连接到流动路径基板后被减薄，可能会难以独立控制喷嘴层的厚度。本专利技术的一个或多个实施例的详情将通过下面的附图和说明得以阐明。本专利技术的其它优点、特征和目的将从说明和附图以及权利要求中显见。附图说明图1A显示基板中的流动路径的透视图。图1B显示打印头流动路径的截面图。图2A是具有彼此平行的壁的喷嘴所处的打印头流动路径的截面图。图2B是具有锥形壁的喷嘴所处的打印头流动路径的截面图。图9-13显示将流动路径模块接合到喷嘴层并且完成喷嘴的步骤。图14-23显示在喷嘴层中形成喷嘴的第二实施例。图24显示了打印头流动路径的截面图。在各个附图中相同的参考标记代表相同的元件。具体实施例方式提供各种通过形成所需几何形状的喷嘴来控制墨从流体喷出器或喷墨打印头喷出的技术。通过在单个半导体材料层中形成特征结构并将这些层联接到一起以形成本体来制造打印头本体。使用常规半导体加工技术，可将例如泵室和墨入口等引向喷嘴的流动路径特征结构蚀刻到基板中，例如2002年7月3日申请的US专利申请No.10/189,947。喷嘴层和流动路径模块一起形成打印头本体，通过该打印头本体流出并喷出墨。墨流动通过的喷嘴形状可影响墨流阻抗。通过将喷嘴蚀刻到喷嘴层的背侧，即接合流动路径模块的一侧，在将喷嘴层固定到流动路径模块之前，喷嘴可形成为具有所需的均匀的几何形状。可形成具有在从喷嘴层的一侧蚀刻喷嘴特征结构时无法获得的喷嘴的几何形状。另外，当蚀刻喷嘴层的背侧时，可精确地选定喷嘴特征结构的深度。在一个实施例中，通过在厚度等于最终喷嘴深度的材料层中形成喷嘴特征结构来选择喷嘴深度，并且喷嘴224形成为具有大致一致的几何形状的截面，例如垂直壁230，如图2A所示。在另一实施例中，多种蚀刻技术被用于形成包括各自具有不同的几何形状的多个部分的喷嘴。喷嘴224被形成为包括具有锥形或金字塔截面262的上部、以及具有引向喷嘴出口275的大致垂直壁236的下部，如图2B所示。下面将顺序说明各个实施例。下面进一步说明形成具有大致一致的几何形状如具有垂直壁或金字塔形几何形状的喷嘴的过程。如图3所示，可形成或提供例如绝缘体上硅(SOI)基板400等多层基板。SOI基板400包括硅处理层(handle layer)416、绝缘层410和硅喷嘴层420。形成SOI基板的一种方法是在双面抛光(DSP)硅基板上生长一氧化物层，从而形成绝缘层410。氧化物层可形成为0.1-100μm厚，例如5μm。第二双面抛光硅基板可随后被键合到氧化物层的露出面上以完成SOI基板400。当在DSP基板上形成氧化物层，氧化物可在基板的所有露出面上生长。在键合步骤之后，不需要的露出的氧化物可通过例如干法蚀刻被蚀刻掉。也可使用不同类型的SOI基板。例如，SOI基板400可包括氮化硅绝缘层410，而不是氧化物绝缘层。作为将两个基板键合起来以形成SOI基板400的一种方法，可通过例如淀积工序在绝缘层410上形成硅层。如图4所示，SOI基板400的喷嘴层420被打薄成所需厚度402。一个或多个研磨和/或蚀刻步骤，例如基体研磨(bulk grinding)步骤，可用于获得所需的喷嘴层厚度402。喷嘴层420可被尽可能地研磨以获得所需的厚度，这是因为研磨可精确地控制厚度。喷嘴厚度402可为10-100μm，例如在大约40-60μm之间。可选地，喷嘴层420的背侧426的最终抛光可减小表面粗糙度。表面粗糙度是实现硅与硅键合时的一个因素，如下所述。抛光步骤可引入厚度的不确定性并且不用于获得所需的厚度。参考图5，一旦获得喷嘴层420所需的厚度，准备对喷嘴层420的背侧426进行加工。加工可包括蚀刻。这里说明了一个蚀刻的工序的实例，然而，可采用其他方法蚀刻喷嘴层420。如果喷嘴层420不具有外氧化物层，SOI基板400可被氧化以形成背侧氧化物层432和前侧氧化物层438。抗蚀剂层436随后被涂布在背侧氧化物层432上。抗蚀剂436被构图以限定出喷嘴位置441。对抗蚀剂436构图可包括采用常规的光刻技术，然后显影并冲洗抗蚀剂436。喷嘴可具有大致无棱角的截面，例如圆形、椭圆形或环形。随后蚀刻背本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成器件的方法，包括：　　　　将凹部蚀刻到多层基板的喷嘴层的第一表面内，其中所述多层基板具有处理层；　　　　将喷嘴层的第一表面固定到具有腔室的基板上，使得凹部与腔室流体连通；和　　　　移除至少包括多层基板的处理层的多层基板的一部分，使得腔室通过凹部与大气流体连通。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振方，安德烈亚斯拜布尔，保罗A霍伊辛顿，
申请(专利权)人：富士胶卷迪马蒂克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]