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TWI568599B - 流體噴出裝置及其製造方法 - Google Patents

流體噴出裝置及其製造方法 Download PDF

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TWI568599B
TWI568599B TW103114500A TW103114500A TWI568599B TW I568599 B TWI568599 B TW I568599B TW 103114500 A TW103114500 A TW 103114500A TW 103114500 A TW103114500 A TW 103114500A TW I568599 B TWI568599 B TW I568599B
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葛寧
侯朝鑫
亞當 葛哈茲爾
麥可 庫米比
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惠普發展公司有限責任合夥企業
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Description

流體噴出裝置及其製造方法
本發明係有關於含括具有主體層及磊晶層之基體的流體噴出裝置。
發明背景
應需滴落噴墨列印器可包括各型致動器中之一者以造成從一打印頭噴嘴送出墨水小滴。例如，熱噴墨列印器可使用具有加熱元件致動器的噴墨打印頭，該致動器汽化墨水填充室內的墨水或其它印刷流體，以產生氣泡迫使墨水小滴從打印頭噴嘴噴出。於至少部分此等打印頭中，致動器可配置於基體上鄰近一相對應的噴嘴。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種製造一流體噴出裝置之方法包含：提供一基體包括一本體層及在該本體層上之一磊晶層；於一基體之一本體層中形成一流體進給槽；於該基體之至少一磊晶層中形成多個墨水進給槽道，該等墨水進給槽道各自係流體耦接至該流體進給槽；於該基體上方形成多個液滴生成器，使得該基體之該磊晶層係在該等多個液滴生成器與該本體層間，及使得該 等液滴生成器各自係藉該等墨水進給槽道中之至少一者而流體耦接至該流體進給槽。
100、200、1300‧‧‧流體噴出裝置
102、202、302‧‧‧基體
104a-n、204、1304a-n‧‧‧液滴生成器
106、206、306、1306‧‧‧流體進給槽
108a-n、208、308、1308a-n‧‧‧墨水進給槽道
110、210、310、1310‧‧‧本體層
112、212、312、1312‧‧‧磊晶層
214‧‧‧噴嘴
216‧‧‧汽化室
218、318‧‧‧電路層
220、320‧‧‧致動器
222‧‧‧孔口層
224‧‧‧孔口板
226‧‧‧阻障層
308、332‧‧‧孔洞
328‧‧‧遮罩
330、336‧‧‧溝渠
334‧‧‧電晶體
338‧‧‧氧化物
1340‧‧‧打印頭總成
1342‧‧‧控制器
1344‧‧‧流體供應源
詳細說明部分章節參考附圖，附圖中：圖1為流體噴出裝置之一實施例之一方塊圖；圖2為流體噴出裝置之另一實施例之一剖面圖；圖3-12例示用以形成流體噴出裝置之另一實施例之方法的各種階段；及圖13為流體噴出裝置之另一實施例之一方塊圖；於各圖中皆可具現各個實施例。
某些實施例顯示於上摘圖式中且以細節描述如下。圖式並不必要照比例繪製，及此等圖式之各個特性件及視圖為求清晰及/或精簡可以誇大尺規或以示意顯示。
較佳實施例之詳細說明
打印頭及其裝置特性件的大小持續縮小，因而製造上可能構成挑戰。打印頭的個別致動器可配置於一基體上鄰近一相對應噴嘴以供從打印頭中噴出流體液滴。隨著打印頭的縮小，基體的特性可能變成裝置效能中之一項因素。舉例言之，熱通量可能傾向於隨基體厚度的增厚而增加，而流體通量可能傾向於隨基體厚度的增厚而減低。熱問題可能構成絕緣體上矽結構的一項隱憂，其中支承熱致動器的基體膜係在絕緣埋設式氧化物層上。基體溫度的升高可能影響基體上其它主動裝置的效能，及/或對流控技術 效能造成溫度一致性問題。
此處描述含一基體具有一主體層及一磊晶層的流體噴出裝置之具現，及該裝置之製造方法。於若干具現中，一流體進給槽可形成於該基體之一主體層，及多個墨水進給槽道可形成於該基體之至少一磊晶層，該等墨水進給槽道各自流體耦接至該流體進給槽。多個液滴生成器可形成於該基體上方，使得該基體之磊晶層係在該等多個液滴生成器與該本體層間，及使得該等液滴生成器各自係藉該等墨水進給槽道中之至少一者流體耦接至流體進給槽。於各種具現中，磊晶/本體層結構允許控制基體膜厚度，於該基體膜可配置液滴生成器之致動器，可能允許緩和熱及/或流體通量。
流體噴出裝置100之一實施例之方塊圖例示於圖1。於各種具現中，該裝置100可包含一打印頭或打印頭總成之至少一部分。例如，於若干具現中，流體噴出裝置100可為一噴墨打印頭或噴墨打印頭總成。
如圖例示，裝置100包括一基體102、多個液滴生成器104a-n、一流體進給槽106、及多個墨水進給槽道108a-n。該基體102包括一本體層110及於該本體層110上的一磊晶層112，液滴生成器104a-n在該基體102上方，使得磊晶層112係在液滴生成器104a-n與該本體層110間。液滴生成器104a-n各自係藉墨水進給槽道108a-n中之至少一者而流體耦合至該流體進給槽106。流體進給槽106透過該等墨水進給槽道108a-n提供流體供應給液滴生成器104a-n。
如圖例示，流體進給槽106可界限在基體102之本體層110內，及墨水進給槽道108a-n可至少部分界限於基體102之磊晶層112內。於各種具現中，流體進給槽106可部分界限於該本體層110內及部分界限於該磊晶層112內。於各種具現中，墨水進給槽道108a-n可全然界限於該磊晶層112內，或可部分界限於該本體層110內及部分界限於該磊晶層112內。
圖2為另一個流體噴出裝置200之剖面圖。如圖例示，該基體202包括一本體層210及於該本體層210上方之一磊晶層212。一流體進給槽206係界限於至少該本體層210內，及墨水進給槽道208係部分地界限於該磊晶層212內及部分地界限於該本體層210內。液滴生成器204係配置於基體202上方，使得磊晶層212係在液滴生成器204與本體層210間。
液滴生成器204各自包括一噴嘴214及一汽化室216。汽化室216可流體耦接該流體進給槽206至噴嘴214中之相對應一者。液滴生成器204也可包含一電路層218，包括配置於基體202之一部分上且經組配以使得流體從汽化室216經由噴嘴214中之相對應一者噴出的一致動器220。如圖例示，液滴生成器204各自係藉支承該致動器220之該基體202部分而彼此分開的兩個墨水進給槽道208流體耦合流體進給槽206。於各種具現中，致動器220可包含電阻元件或加熱元件。於若干具現中，致動器220可包含分裂電阻器或單一電阻器。其它型別的致動器例如壓電致動器或其它 致動器可於其它具現中用於致動器220。
於各種具現中，一孔口層222可藉基體202支承，且至少部分地可界限該等液滴生成器204之噴嘴214及汽化室216。如圖例示，該孔口層222可包含一金屬或聚合物孔口板224及在該孔口板224與該基體202間之一阻障層226。於各種具現中，該孔口板224可包含金屬或對腐蝕及/或機械損壞具有抗性的其它材料。於各種具現中，孔口板224可包含金屬製成的金屬板，諸如，但非限制性，鎳、金、鉑、鈀、銠、鈦、或其它金屬或其合金，或由諸如，但非限制性，SU-8或凱普東(kaptone)材料製成的聚合物板。於各種具現中，阻障層226可包含聚合物，諸如SU-8或其它合宜絕緣材料。
須注意雖然此處各種圖式描繪包括某個數字之液滴生成器之裝置，但於大部分具現中，於本文揭示範圍內之流體噴出裝置可具有多行液滴生成器，每行有多個液滴生成器。於本文揭示範圍內多種其它組態亦屬可能。
一種包括一基體具有一本體層及一磊晶層的流體噴出裝置之形成方法之各種操作係以該裝置在該等方法之各個階段的剖面圖例示於圖3-12。須注意討論的及/或例示的各項操作通常可稱作為多個分開的操作，轉而有助於瞭解各種具現。除非另行明白陳述，否則描述順序不應解譯為此等操作具有順序相依性。此外，若干具現可包括比較所描述者更多或更少的操作。
現在轉向參考圖3，根據各種具現，一種包括一 基體具有一本體層及一磊晶層的流體噴出裝置之形成方法可始於或進行沈積一遮罩328於一本體層310上。於各種具現中，本體層310可包含但非限制性，矽。於其它具現中，該本體層310可包含適用以形成該流體噴出裝置之基體且適用以生長磊晶材料於其上的另一材料。該遮罩328可包含硬遮罩，諸如氧化矽、氮化矽、或其它遮罩材料。
於圖4，該遮罩328可經製作圖樣以界定欲形成墨水進給槽道的位置，容後詳述，及然後於圖5，可於本體層310內形成溝渠330及移除遮罩328。於各種具現中，溝渠330可使用乾蝕刻或其它合宜蝕刻操作形成。於各種具現中，溝渠330可形成為具有約10微米至約20微米範圍之厚度，但於其它具現中，取決於墨水進給槽道高度及本體層310厚度，溝渠330可具有在此範圍以外的厚度。於各種具現中，於去除遮罩328之後，可進行清潔操作。
於圖6，磊晶層312可形成於本體層310內的溝渠上方以在該基體302內形成相對應的孔洞332。如圖例示，磊晶層312可橫向生長，溝渠沿頂部接合而以橫向磊晶過度生長方式形成閉合孔洞332。於各種具現中，磊晶層312包含矽或其它合宜材料。
於各種具現中，於生長磊晶層312之後，基體302可經退火，如圖7中之例示。退火可操作以復原磊晶層312的任何損傷及/或如圖例示平順化磊晶層312之輪廓。於若干具現中，退火操作可包含於約1,100℃加熱基體302歷時約2小時。於其它具現中，可完全刪除退火操作。
於圖8，一電路層318可形成於基體302的磊晶層312上方，使得磊晶層312係在電路層318與本體層310間。於各種具現中，電路層318可包含一或多個薄膜用以形成噴墨流體噴出裝置，諸如熱噴墨裝置。電路層318可包含電晶體334，諸如電晶體及其它邏輯組件。電路層318也可包含致動器320。
於圖9，流體進給槽306可形成於該基體302之該本體層310內。流體進給槽306可藉進行背側蝕刻貫穿本體層310至孔洞332形成。於各種具現中，蝕刻可包含雷射蝕刻、濕蝕刻(諸如TMAH)、乾蝕刻、或其組合以開放本體層310的背側。於各種具現中，在形成流體進給槽308之前，保護性塗覆層(圖中未例示)諸如氮化矽可形成於電路層318上方。
於圖10，多個墨水進給槽道308可形成於該基體302的至少該磊晶層312內。如圖例示，墨水進給槽道308可部分地形成於磊晶層312內及部分地形成於本體層310內。於各種具現中，該等墨水進給槽道308可藉由蝕刻穿通電路層318及磊晶層312至流體進給槽306形成。於其它具現中，墨水進給槽道308可藉由蝕刻穿通基體302之背側貫穿流體進給槽306、磊晶層312、及電路層318形成。墨水進給槽道308可使用乾蝕刻或濕蝕刻製成。
該方法之進行方式可在該基體302上方形成多個液滴生成器，使得該基體302之磊晶層312係在該等多個液滴生成器與該本體層310間，及使得該等液滴生成器各自係 藉墨水進給槽道308中之至少一者而流體耦接至該流體進給槽306，以形成例如類似圖1之裝置100或圖2之裝置200的流體噴出裝置。參考圖2描述之具現，例如於各種具現中，形成該等多個液滴生成器204可包含形成該等多個液滴生成器204，使得該等液滴生成器204各自係藉由該基體202之一部分而彼此分開的兩個墨水進給槽道208而流體耦接至流體進給槽206，其中該等致動器220中之至少一者係配置於該基體202的在該二墨水進給槽道208間之該部分上。於各種具現中，液滴生成器204可藉形成孔口層222於基體202上方形成，以至少部分界定多個噴嘴214及相對應的汽化室216，汽化室216各自係藉墨水進給槽道208中之至少一者而流體耦接至流體進給槽206。
於若干具現中，如圖6中之例示，在形成孔洞332之後，該方法可取而代之前進至圖11，形成貫穿磊晶層312至孔洞308的溝渠336，及然後如圖12中之例示，以氧化物338填補溝渠336及孔洞308。於此等具現之各者中，氧化物338有助於避免孔洞308只使用氣體填補的該基體302製程處理時可能的問題。例如，高溫前端處理可造成氣體膨脹，可能導致良率損耗。該等溝渠336中之至少部分後來可用以形成墨水進給槽道。於各種具現中，氧化物338可藉將氧氣流經溝渠336及孔洞308形成。然後，該方法可進行一或多個其它操作，諸如此處參考圖8-10描述者。
圖13為包含此處描述的一基體之流體噴出裝置1300之又另一實施例之方塊圖。如圖例示，裝置1300可包 括一打印頭總成1340、一控制器1342、及一流體供應源1344。打印頭總成1340可包括多個液滴生成器1304a-n，包括一流體進給槽1306的本體層1310，及包括多個墨水進給槽道1308a-n流體耦接該等液滴生成器1304a-n至流體進給槽1306的磊晶層1312。
控制器1342可經組配以控制流體藉打印頭總成1340的噴出。於各種具現中，控制器1342可包含一或多個處理器、韌體、軟體、含依電性及非依電性記憶體組件之一或多個記憶體組件、或用以與打印頭總成1340通訊及控制該總成的其它列印器電子裝置。控制器1342可經組配以與一或多個其它組件通訊，諸如但非限制性，一安裝總成(圖中未例示)以相對於一媒體轉運總成(圖中未例示)定位打印頭總成1340，該媒體轉運總成可相對於該打印頭總成1340定位一列印媒體。
於若干具現中，該控制器1342可控制該打印頭總成1340用以從液滴生成器1304a-n中之一或多者噴出墨水液滴。控制器1342可界定所噴出墨滴之一圖樣，其在一媒體上形成符號或影像。所噴出墨滴之圖樣可由主機系統提供給控制器1342的一列印工作指令及/或得自資料之指令參數決定。
流體供應源1344可供應流體給打印頭總成1340。於若干具現中，流體供應源1344可含括於打印頭總成1340內，而非如圖例示為分開。於各種具現中，流體供應源1344及打印頭總成1340可形成單向墨水遞送系統或循 環墨水遞送系統。於單向墨水遞送系統中，在列印過程中實質上供給打印頭總成1340的全部墨水皆被消耗。但於循環墨水遞送系統中，在列印過程中實質上供給打印頭總成1340的墨水只有部分被消耗，及在列印過程中未被耗用的墨水可回送至流體供應源1344。
例示實施例之各種面向於此處使用熟諳技藝人士採用的常用術語描述以傳遞其工作實質給技藝界中其它人士。熟諳技藝人士顯然易知可只以部分所描述的面向實施替代實施例。為了解說目的，陳述特定數字、材料、及組態以供徹底瞭解該等例示實施例。熟諳技藝人士顯然易知可無該等特定細節實施替代實施例。於其它情況下，眾所周知之特徵經刪除或簡化以免遮掩該等例示實施例。
片語「於一實例中」、「於各個實例中」、「於若干實例中」、「於各個實施例中」及「於若干實施例中」係重複使用，該等片語通常並不指相同實施例；但為可能。除非上下文另行載明否則術語「包含」、「具有」及「包括」為同義詞。片語「A及/或B」表示(A)、(B)、或(A及B)。類似片語「A及/或B」，片語「A/B」表示(A)、(B)、或(A及B)。片語「A、B、及C中之至少一者」表示(A)、(B)、(C)、(A及B)、(A及C)、(B及C)、或(A、B、及C)。片語「(A)B」表示(B)或(A及B)，換言之，A為選擇性。例如「頂」、「底」、及「側」等術語的使用係為了輔助瞭解，絕非解譯為限制揭示內容。
雖然此處已經例示及描述某些實施例，但熟諳技 藝人士將瞭解不背離本文揭示之範圍，經計算以達成相同目的的寬廣多種替代及/或相當實施例或具現可取代所顯示的及描述的實施例。熟諳技藝人士容易瞭解實施例可以多種方式具現。本應用意圖涵蓋此處討論之該等實施例之任何調整或變化。因此，明顯地意圖實施例僅受申請專利範圍及其相當範圍所限。
200‧‧‧流體噴出裝置
202‧‧‧基體
204‧‧‧液滴生成器
206‧‧‧流體進給槽
208‧‧‧墨水進給槽道
210‧‧‧本體層
212‧‧‧磊晶層
214‧‧‧噴嘴
216‧‧‧汽化室
218‧‧‧電路層
220‧‧‧致動器
222‧‧‧孔口層
224‧‧‧孔口板
226‧‧‧阻障層

Claims (15)

  1. 一種製造流體噴出裝置之方法，該方法包含：提供包括一本體層及在該本體層上之一磊晶層的一基體；於一基體之一本體層中形成一流體進給槽；於該基體之至少一磊晶層中形成多個墨水進給槽道，該等墨水進給槽道各自係流體耦接至該流體進給槽；於該基體上方形成多個液滴生成器，使得該基體之該磊晶層係在該等多個液滴生成器與該本體層間，及使得該等液滴生成器各自係藉該等墨水進給槽道中之至少一者而流體耦接至該流體進給槽。
  2. 如請求項1之方法，其中形成該流體進給槽包含：於該本體層形成多個溝渠；於該等溝渠上方生長該磊晶層以在該基體中形成相對應孔洞；及執行一背側蝕刻貫穿該本體層至該等孔洞以形成該流體進給槽。
  3. 如請求項2之方法，其進一步包含在生長該磊晶層之後及於蝕刻貫穿該本體層之前退火該基體。
  4. 如請求項1之方法，其進一步包含於該磊晶層上方形成包括多個致動器之一電路層，使得該磊晶層係在該電路層與該本體層間。
  5. 如請求項4之方法，其中形成該電路層係在形成該流體進給槽之後及於形成該等多個墨水進給槽道之前進行，且其中形成該等多個墨水進給槽道包含蝕刻貫穿該電路層及該磊晶層至該流體進給槽。
  6. 如請求項1之方法，其中形成該等多個液滴生成器包含形成該等多個液滴生成器，使得該等液滴生成器各自係藉彼此由該基體之一部分分開的兩個墨水進給槽道而與該流體進給槽流體耦合，其中該等致動器中之至少一者係配置於該基體位在該等兩個墨水進給槽道間之該部分上。
  7. 如請求項1之方法，其中形成該等多個液滴生成器包含形成一孔口層於該基體上方，以至少部分地界定多個噴嘴及相對應汽化室，該等汽化室各自係藉該等墨水進給槽道中之至少一者而流體耦接至該流體進給槽。
  8. 一種流體噴出裝置，其包含：包括一本體層及在該本體層上之一磊晶層的一基體；於該基體上方的多個液滴生成器，使得該磊晶層係在該等多個液滴生成器與該本體層間；界定於該基體之該本體層中之一流體進給槽；及至少部分地界定於該基體之該磊晶層中之多個墨水進給槽道，該等液滴生成器各自係藉該等墨水進給槽道中之至少一者而流體耦接至該流體進給槽。
  9. 如請求項8之裝置，其中該等液滴生成器各自係藉彼此 由該基體之一部分分開的兩個墨水進給槽道而流體耦合該流體進給槽。
  10. 如請求項9之裝置，其中該等液滴生成器各自包括配置於該基體之該部分上的一致動器。
  11. 如請求項10之裝置，其中該致動器包含一電阻元件。
  12. 如請求項8之裝置，其中該等液滴生成器各自包括一噴嘴及一汽化室。
  13. 如請求項12之裝置，其中該等汽化室各自流體耦接該流體進給槽至該等噴嘴中之相對應一者。
  14. 如請求項12之裝置，其進一步包含由該基體支承及至少部分地界定該等液滴生成器之該等噴嘴及汽化室的一孔口層。
  15. 如請求項8之裝置，其進一步包含一控制器以控制藉該流體噴出裝置之流體之噴出，及一流體供應源以供應該流體給該流體進給槽。
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