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CN1860029A - 用于调节带槽衬底的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

所描述的实施例涉及带槽的衬底。一种示例性的方法可从衬底(300)上去除衬底材料(406)，从而形成穿过衬底(300)的流体处理槽(305)。该特定方法还可以机械地调节邻近流体处理槽(305)的衬底(300)，从而至少部分地去除由所述去除产生的碎屑(500)。

Description

用于调节带槽衬底的方法和系统
发明背景
电子设备市场一直要求低成本高性能。为了满足这些要求，必须更加有效地制造包括各种电子设备的元件并使其具有更小的容差。
一种类型的电子设备包括流体喷射设备。许多流体喷射设备利用了带槽衬底，所述衬底可以利用各种合适的衬底去除技术来制造。许多衬底去除技术可能会无意地在带槽衬底上产生碎屑和/或产生容易开裂的衬底材料区。
附图简述
在所有附图中使用相同的元件是指相似的特征和元件，只要可行。利用字母后缀可以表示不同的实施例。
图1示出了根据一个示例性实施例示例性打印机的示意性表示的正视图。
图2示出了根据一个示例性实施例适合于在图1示出的示例性打印机中使用的打印盒的示意性表示的透视图。
图3示出了根据一个示例性实施例在图2中示出的部分打印盒的示意性表示的侧视截面图。
图4a-4h示出了根据一个实施例用于调节示例性带槽衬底的处理步骤的示意性表示。
图5a-5c示出了根据一个实施例用于形成示例性带槽衬底的处理步骤的示意性表示。
图5d-5g示出了根据一个实施例的示例性机械调节结构的示意性表示的截面图。
图6-6b示出了根据一个示例性实施例用于调节示例性带槽衬底的处理步骤的示意性表示。
优选实施例的详细描述
概述
下面描述的实施例涉及调节带槽衬底的方法和系统。利用一种或多种制造技术选择性地去除衬底材料可以在衬底中形成槽。合适的制造技术其中包括：蚀刻、激光加工、磨料喷射加工、锯切和/或上述方法的任意组合。在槽形成过程中和/或槽形成之后的某一点，可以调节衬底。在一些实施例中，这种调节可以去除带槽衬底上的碎屑。所述碎屑包括各种材料，例如已处理的衬底材料和/或已处理衬底材料的副产品，所述副产品在槽形成过程中保留在衬底上。
带槽衬底可以结合到喷墨打印盒和/或各种微机电系统(MEMS)设备等类似设备中。下面描述的各种元件的尺寸可能没有准确地示出。但是，包括的附图是示意性的表示，是为了给读者示出这里描述的各种发明原理。
示例性打印设备
图1示出了利用一示例性打印盒的示例性打印设备的示意性表示。在该实施例中，打印设备包括一打印机100。这里示出的打印机类型为喷墨打印机。打印机100能够以黑白和/或黑白及彩色的方式印刷。术语“打印设备”表示任何类型的打印设备和/或图像形成设备，它可利用带槽衬底以实现至少部分功能。这种打印设备的实例包括但不限于打印机、传真机和影印机。在该示例性打印设备中，带槽衬底包括结合到打印盒中的部分打印头，下面将描述其实例。
示例性的产品和方法
图2示出了在示例性打印设备中使用的示例性打印盒202的示意性表示。该打印盒包括打印头204和支撑打印头的盒体206。尽管在该打印盒202上使用了一个打印头204，但是其他示例性结构可以在单个墨盒上使用多个打印头。
打印盒202布置成具有位于盒体206内的自含式流体或墨源。可替换地或额外地其他打印盒结构可以布置成接受来自外部源的流体。本领域技术人员将了解其他的示例性结构。
对于打印机100的正常工作来说，打印盒202的可靠性是期望的。此外，在制造过程中打印盒故障会增加产品成本。打印盒故障由打印盒元件失效引起。而这种元件失效由开裂引起。因此，下面描述的各种实施例可以提供不容易开裂的打印头。
打印盒的可靠性还受污染物的影响，所述污染物会干涉或堵塞正常的流体(墨水)流动。一种污染源是在开槽过程中产生的碎屑。因此，下面描述的各种实施例可以提供由不充足的墨水流动引起的故障发生率减小的打印头。
图3示出了沿图2中的线2-2取的部分示例性打印头204的示意性表示的侧视截面图。图3是横过流体供给槽(下面将描述)的长轴x取的，该长轴延伸到和延伸出呈现图3的纸张平面。这里，衬底300的厚度为t，其在第一衬底表面(“第一表面”)302和第二衬底表面(“第二表面”)304之间延伸。正如下面更加详细描述的，在处理和操作过程中由衬底300经受的力集中在和围绕着接近第一表面302的衬底材料。一些描述的实施例可以在衬底材料的特定区域内减小应力集中，特别是在接近第一表面302的衬底材料中的区域和围绕接近第一表面302的衬底材料的区域。
这里，槽305穿过第一和第二表面302、303之间的衬底300。正如下面更加详细描述的，一些槽形成技术可能会无意地在限定槽305的衬底材料和/或第一和第二表面302、303上产生碎屑。这些碎屑会由流体带到最终的打印头中，并导致性能降低。一些描述的实施例可以去除这些碎屑。
在该特定实施例中，衬底300包括掺杂或未掺杂的硅。其他合适的衬底材料包括但不限于砷化镓、磷化镓、磷化铟或其他适合于支撑上覆层的晶体材料。
衬底厚度(图3中沿z方向)可以是任何合适的尺寸，所述尺寸适合于衬底的期望应用。在一些实施例中，在z方向截开的衬底厚度的范围从小于100微米到大于2000微米。一个示例性实施例采用的衬底厚度为大约675微米。尽管这里描述了单个衬底，但是其他合适的实施例可以包括一衬底，其在装配中和/或最终产品中具有的多个元件。例如，一个这样的实施例可以采用一衬底，其具有第一元件和第二牺牲元件，所述牺牲元件在处理过程中的某个点上被抛弃。
在该特定实施例中，一个或多个薄膜层314位于衬底的第二表面303上面。在至少一些实施例中，阻挡层316和孔板或孔层318位于薄膜层314上面。
在一个实施例中，一个或多个薄膜层314可以包括一个或多个导电迹线(未示出)和电子元件如电阻320。利用控制器如处理器，可以通过电迹线选择性地控制单个电阻。在一些实施例中，薄膜层314还可以至少部分地限定多个流体供给通道322的壁或表面，流体可流过所述供给通道。此外，薄膜层314可以包括一场或热氧化层。阻挡层316可以至少部分限定多个发射腔324。在一些实施例中，阻挡层316可以单独地或与薄膜层314组合地限定流体供给通道322。孔层318可以限定多个喷嘴326。单个喷嘴可以分别与单个发射腔324对准。
阻挡层316和孔层318可以任何适当的方式形成。在个特定实施例中，阻挡层316和孔层318包括厚膜材料，例如感光聚合材料。该感光聚合材料可以任何适当的方式施加。例如，如本领域人员所熟知的，材料可以被“旋涂”。
在旋涂之后，可以对阻挡层316进行构图，以便在其中形成至少部分期望的特征，例如通道和发射腔。在一个实施例中，带图案的阻挡层区域可以在通常称为“脱蜡”的处理中被填充牺牲材料。在该实施例中，孔层318包括与阻挡层相同的材料，并在阻挡层316上面形成。在一个这种实例中，孔层材料可‘旋涂’在阻挡层上。然后如所期望的对孔层318进行构图，以便在各个腔324上形成喷嘴326。然后从阻挡层的腔324和通道322中去除牺牲材料。
在另一个实施例中，阻挡层316包括一厚膜，而孔层318包括电铸成型的镍或其他合适金属的材料。可替换地孔层可以是具有激光切出的喷嘴的聚合物，例如Kapton或oriflex。其他合适的实施例可以采用一孔层，该孔层实现阻挡层和孔层的功能。
在操作中，流体如墨水可以从盒体进入槽305，如图2所示。然后流体可以穿过单个通道322流进单个腔室324中。当电流经过单个电阻320时，流体从腔室喷出。电流可以充分地加热电阻，从而将发射腔中含有的一些流体加热到其沸点，使得流体膨胀而从分别定位的喷嘴326喷出部分流体。然后通过来自通道322的附加流体可以填充喷出的流体的位置。
图4a-4h示出了形成示例性的带槽衬底的处理步骤的示意性表示并构成如图3所示的衬底300的侧视截面图。更加具体地，图4a-4h示出了在衬底300中形成槽305的示例性衬底去除处理。如在图4a-4d中所示出的，槽305仅仅部分穿过衬底形成。图4e-4f示出了延伸穿过第一表面302和第二表面303之间的衬底300的槽305。图4a、4c、和4e示出了槽305中沿纸张内外方向以及沿槽的长轴x的衬底300的视图。图4b、4d和4f类似于图3中所示的视图，并构成横过槽305的长轴x截开的视图。
现在参考图4a-4b，激光器402位于衬底300上面。如这里所示出的，该激光器402发出指向衬底的第一表面302的激光束404，以去除衬底材料406，从而形成一宽度为w、长度为1的衬底300。激光束404可逐渐地朝第二表面303去除衬底材料406。为了清楚的目的，图4b中省略了激光器402和激光束404。
图4c-4d示出了分别类似于图4a和4b的视图，其中激光器404已经去除了额外的衬底材料406。
图4e-4f示出了从第一表面302到第二表面303穿过衬底300形成的槽305。
图4a-4f中示出的槽形成处理仅仅是多种合适处理中的一种。例如，蚀刻、磨料喷射加工和锯切等类似技术也可以形成带槽衬底。磨料喷射加工将磨粒如二氧化硅以可控的方式引导到衬底，以选择性地去除衬底材料。蚀刻可以包括各向异性蚀刻和/或各向同性蚀刻或上述二者的组合。在一个合适的实施例中，蚀刻可以包括蚀刻和钝化的交替动作，从而获得穿过衬底的期望蚀刻轮廓。锯切可以利用圆锯机械地去除足够的衬底材料以形成槽。作为利用单一处理形成槽的可替换方案，可以利用多个处理来形成合适的槽。例如，利用蚀刻去除衬底材料，然后利用激光加工去除足够的附加衬底材料，从而形成期望的槽。本领域技术人员应该了解其他合适的组合。
通过从衬底的两个侧面去除衬底材料也可以形成槽。例如图4g-4h示出了如图4a-4b所示的衬底300，其中通过第二表面303去除附加的衬底材料406。在该实例中，利用激光束404去除附加的衬底材料。激光束可以进一步去除衬底材料406，以便产生如图4e-4f所示的槽305。与在第一表面302利用的去除技术相比，其他合适的实施例可以通过第二表面303应用不同的去除技术。
槽形成过程会产生碎屑，所述碎屑会妨碍带槽衬底集成到功能性的流体喷射设备如打印头中。这些碎屑至少部分包括没有完全从衬底去除和/或沉积在衬底上的衬底材料。所述碎屑还包括去除过程的副产品，包括但不限于在衬底材料和在衬底去除过程中使用的材料之间形成的物理和/或化学化合物。例如，碎屑可以包括一化合物，该化合物至少部分包括由蚀刻剂提供的成分，例如TMAH以及包括衬底材料的成分。
现在参考图5，一示意性表示出了在图4f中示出的带槽衬底300的放大视图。图5a示出了图5中显示的部分衬底300的另一个放大视图。在接近槽305的第一表面302上可以看到碎屑500，该碎屑至少部分因将槽305激光加工到衬底300中而产生。
在将带槽衬底集成到流体喷射设备之前，可以调节带槽衬底来去除碎屑500。在一些实施例中，这种调节包括机械地调节衬底。机械地调节衬底包括用研磨材料如磨粒研磨衬底。在一些实施例中，这种研磨包括将磨粒朝衬底引导。一些合适的实施例可以通过在衬底上移动研磨材料将磨粒朝衬底引导。图5b-5d中可以看到这样的实例。其他这种实例如图5e、5f和5g所示。
图5b示出了衬底300的透视图的示意性表示。衬底可以定位在任何合适类型的支架(未示出)上。一形式为研磨刷504的研磨结构502邻近衬底定位。研磨刷504围绕旋转轴a旋转。当研磨刷504绕其其轴线旋转时可以在衬底上移动，以便沿衬底移动研磨材料。
如图5b所示，通过旋转研磨刷可以形成研磨作用，使得刷的外表面比沿衬底移动的刷的旋转轴移动的更快。在另一个实例中，该刷可以在与图5b所示的相反的方向旋转，同时沿通常与长轴x平行的方向在衬底上移动刷。
在这种情况下，利用通常垂直于长轴x的长轴a可以定向研磨刷504。研磨刷504通常位于第一表面302的水平，并且在使刷旋转的同时通常沿整个第一表面302平行于长轴x移动。其他实施例可以沿与这里示出的不同的一个或多个方向移动研磨刷。可替换地或额外地，研磨刷504可以仅在部分第一部分表面302上移动，例如邻近槽305的部分。可替换地或额外地，其他实施例可以使刷在第二表面303(图5所示)上移动。可替换地或额外地，所述刷可以位于一固定位置，并且在衬底300和其表面302相对刷移动的同时进行旋转以便研磨衬底表面。为了清楚的目的，可以利用研磨刷504机械地调节单个衬底。许多合适的实施例可以机械地同时调节多个衬底。例如，这种机械调节可以在将晶片切成单个衬底之前在包括多个带槽衬底的晶片上实施。
在一些实施例中，通过利用同时的或随后的处理来辅助调节处理以进一步去除碎屑。一个这种实施例可将液体如水或氨输送到衬底，同时机械地调节衬底。所述流体有助于去除碎屑。其他实例可以向液体添加其他材料，以便改进碎屑的去除。此外其他实施例可以利用其他合适的方法，例如施加真空或压缩空气来帮助调节处理。
图5c示出了在机械调节衬底之后在图5a中示出的部分衬底300的示意性表示。通过调节衬底可以去除在第一表面302上如图5a所示的碎屑500。
图5d示出了研磨刷504沿长轴a取的截面图的示意性表示。该示例性研磨刷包括中央芯520、多根刷毛522通常径向地沿长度背离中央芯延伸。合适的刷毛可以由各种合适的材料构成，例如聚乙烯醇和尼龙等类似材料。在该实施例中，刷毛522通常沿其长度是柔性的。这种柔性可允许当刷毛接触衬底时从此处示出的相对轴向结构变形。其他合适的结构可以采用更小的柔性，即更大刚度的刷毛，或者可以采用不具有刷毛的研磨结构。下面参考图5e描述这种实例。
在图5d示出的实施例中，至少部分刷毛522的远端部分上具有形式为磨粒的研磨材料524。在这里描述的实施例中，可采用直径为大约15-50微米的磨粒。其他合适的实施例可以采用其他尺寸的磨粒。这仅仅是一种合适的结构。例如，另一种合适的结构可以采用由一种材料如钢或其他金属构成的刷毛，其中刷毛材料本身具有足够的研磨性，以便调节衬底，而不用添加提供研磨的材料。
在本实施例中，磨粒位于具有粘性的刷毛上。在该特定实施例中，采用防水粘合剂如Gorilla Glue。其他实施例可以采用其他合适的定位方法，例如在制造处理过程中将磨粒集成到刷毛材料中。
图5e示出了与图5d中示出的视图相似的研磨结构502a的截面图的示意性表示。在该实例中，研磨结构包括相对刚性的磨轮530，因为当该磨轮接触衬底时通常会倾向于保持其圆筒形的截面形状。磨轮530具有位于其外部远端表面532处的研磨材料524，用于机械地调节衬底。
尽管图5d-5e示出了多种研磨结构，其通常为圆筒形并围绕一中心轴旋转，但是这仅仅是一种合适的结构。例如，图5f示出了具有研磨旋转表面540的研磨结构502b的截面图的示意性表示。该研磨旋转表面具有两个通常弯曲的端部区域，并通常与在上述端部区域之间延伸的平面区域相联。通常用542表示该平面区域。衬底可以邻近通常为平面的区域542定位，以便由研磨旋转表面540进行机械调节。
在另一个实例中，图5g示出了研磨结构502c的示意性表示，其形式为平面的研磨结构550，该研磨结构具有布置成可机械调节衬底的研磨表面552。在该实例中，研磨表面522具有附着在基础介质556上的研磨材料524。平面研磨结构550布置成通过沿x轴、y轴和/或x轴与y轴的组合移动研磨表面552、同时研磨表面物理接触衬底300来调节衬底300。可以通过研磨结构和/或支架实现上述移动。
上面参考图5-5g的描述提供了几种通过用研磨材料物理接触衬底来机械调节衬底的合适方法。一些实施例可以采用化学过程来改善机械调节过程，其以另外的方式实施就是已知的化学机械抛光。
在化学机械抛光中，液体或其他介质可有助于和/或加快调节过程，使得该过程可以比如果仅采用研磨材料完成得更快。例如，在一个实施例中，包括部分晶片的衬底表面可以在存在研磨浆料的情况下靠在抛光垫上定位。然后晶片和/或抛光垫可以相对彼此移动来调节衬底表面，以及在一些实施例中，平坦化衬底表面。这些实施例类似于图5g中描述的实施例，其中用抛光垫替代了研磨结构550，用研磨浆料替代了研磨表面552。在一些实施例中，研磨浆料包括至少一种研磨材料和一种液体。衬底和/或抛光垫可以各种方式相对彼此移动，所述方式包括往复的、旋转的和/或上述方式的各种组合。
下面参考图6-6b提供另一个合适的实施例，用于将磨粒朝衬底引导。图6-6a示出了分别与图5和5a相似的视图的示意性表示。在第一表面302和第二表面303a之间的衬底300a中形成槽305a。在该特定实施例中，开槽过程会在限定槽305a的壁602的衬底材料和第一表面302a上产生碎屑500a。此外，在该实施例中，邻近第一表面302a的相对较小区域的衬底材料604背离衬底材料604的其余部分延伸并延伸到槽305a中。在由于应力集中以及其他因素，衬底材料604可作为裂纹发生位置。这些裂纹发生位置在形成流体喷射设备的处理过程中和/或在流体喷射设备的工作期限中导致带槽衬底失效。
图6b示出了机械调节衬底300a的示例性处理步骤。这里，喷砂机喷嘴606可以朝带槽衬底300a喷射研磨材料例如磨粒608。研磨材料608可以研蚀如图6-6a所示来自衬底300a的碎屑500a。此外，在一些实施例中，磨粒608可以去除图6a中示出的凸出衬底材料604，并产生更好成型的槽轮廓。图6b中显示了这种实例，其中壁602的一部分610通常为曲线，并曲线连接(contour)到第一表面302a中。
喷砂机喷嘴606通过载运磨粒的加压流体使磨粒608推向衬底。所述流体可使磨粒运动。通过远离衬底300a输送碎屑，该流体也有助于调节过程。在该特定实施例中，所述流体包括空气。在各个实施例中也可以采用其他气体来输送磨粒608。其他实施例可采用流体使磨粒推向衬底。在这种实施例中，所述流体包括水。在一些实施例中，所述流体包括与衬底反应的成分。在这种实例中，可以采用具有磨粒的TMAH和水溶液。
之前，已经使用磨料喷射加工在衬底中形成槽。一些示例性实施例可以利用磨料喷射加工主要来机械地调节衬底，而不是主要在衬底中形成槽。在这种实例中，可以将磨粒朝衬底引导相对短的一段时间。在一些实施例中，该相对短的时间至少是比当利用磨料喷射加工在衬底中形成槽所花时间小一个数量级。例如可以利用范围在3-8秒的磨料喷射加工处理在衬底中形成槽，而在一些实施例中机械调节用0.05-02秒。将磨粒喷射相对较短的时间是一种合适的处理，以使用磨料喷射加工主要调节衬底，而不是主要在衬底中形成槽。
结论
所描述的实施例可以调节带槽衬底。利用一种或多种制造技术来选择性地去除衬底材料可以在衬底中形成槽。在槽形成过程中和/或槽形成之后的某一点，可以调节衬底。在一些实施例中，这种调节可以包括机械地调节以便从带槽衬底上去除碎屑。
尽管描述了具体的结构特征和方法性步骤，但是应该理解在随附的权利要求书中限定的发明原理不必限于具体的特征或所描述的方法。这些具体特征和步骤是作为实施本发明原理形式而公开的。

Claims (10)

1.一种方法，包括：
从衬底(300)上去除衬底材料(406)，以形成穿过衬底(300)的流体处理槽(305)；以及
机械地调节接近流体处理槽(305)的衬底(300)，以至少部分地去除由所述去除产生的碎屑(500)。
2.按照权利要求1的方法，其中所述机械地调节操作包括用研磨材料(524)磨蚀第一衬底表面(302)。
3.按照权利要求2的方法，其中所述磨蚀操作包括在第一衬底表面(302)喷射研磨材料(524)。
4.一种方法，包括：
去除衬底材料(406)以形成在第一衬底表面(302)和第二衬底表面(303)之间延伸的流体处理槽(305)；以及
使用旋转的研磨刷(504)机械地调节第一和第二衬底表面(302)和(304)中的至少一个。
5.按照权利要求4的方法，其中所述去除衬底材料(406)的操作包括通过将激光束(404)沿一大致垂直于第一衬底表面(302)的方向引导进行激光加工，以及其中所述激光束(404)在到达第二衬底表面(303)之前穿过第一衬底表面(302)，以及其中所述机械地调节第一和第二衬底表面(302)和(304)中的至少一个的操作包括机械地调节第一衬底表面(302)。
6.按照权利要求4的方法，其中所述机械调节操作包括机械地调节第一和第二衬底表面(302)和(304)中的至少一个的全部。
7、按照权利要求4的方法，其中所述机械调节操作包括使研磨刷(504)围绕旋转轴旋转，所述旋转轴大致垂直于流体处理槽(305)的长轴；以及沿一大致与流体处理槽(305)的长轴平行的方向移动研磨刷(504)。
8、一种方法，包括：
去除衬底材料(406)以形成延伸穿过第一衬底表面(302)和第二衬底表面(303)之间的衬底(300)的流体处理槽(305)；以及
朝第一衬底表面(302)喷射磨粒(608)，主要调节接近流体处理槽(305)的衬底(300)，而不是主要形成流体处理槽(305)。
9、按照权利要求8的方法，其中所述去除操作包括利用至少两种不同的去除技术去除衬底材料(406)以形成流体处理槽(305)。
10、按照权利要求8的方法，其中所述喷射操作去除由所述去除操作产生的碎屑(500)。
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