專利名稱：用于使小片與筆體附接的微機械加工的硅互鎖結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及流體噴射裝置如噴墨打印裝置，尤其涉及一種流體噴射裝置，該流體噴射裝置具有在其附著地連接于盒體上的部分中形成的附著保持的錨固凹槽。
背景技術(shù)：
噴墨打印技術(shù)發(fā)展得相對良好。比如計算機打印機、繪圖儀、傳真機等商品已運用了噴墨技術(shù)來產(chǎn)生打印介質(zhì)。例如，Hewlett-Packard Journal第36卷第5期(1985年5月)、第39卷第5期(1988年10月)、第43卷第4期(1992年8月)、第43卷第6期(1992年12月)以及第45卷第1期(1994年2月)中的多篇論文描述了惠普公司在噴墨技術(shù)上取得的成就；所有內(nèi)容在此引入以供參考。
通常，噴墨圖像是依照墨滴在打印介質(zhì)上的精確定位而形成的，墨滴由稱為噴墨打印頭的墨滴發(fā)生裝置噴射。一般來說，噴墨打印頭附接在打印盒體上，例如該打印盒體被支承在可移動的打印托架上，該托架在打印介質(zhì)的表面上橫向移動。控制噴墨打印頭根據(jù)微機或其它控制器的命令以適當(dāng)?shù)拇螖?shù)噴出墨滴，其中墨滴的作用定時要與正在打印的圖像的像素圖案對應(yīng)。
典型的惠普噴墨打印頭包括一個位于噴孔結(jié)構(gòu)中的精密成形的噴嘴排列，該噴孔結(jié)構(gòu)附接在一個墨水阻隔結(jié)構(gòu)上或與其整體成形，而該墨水阻隔結(jié)構(gòu)附接在一個薄膜子結(jié)構(gòu)上，該薄膜子結(jié)構(gòu)具有墨水發(fā)射(firing)加熱電阻器和啟動該電阻器的裝置。墨水阻隔結(jié)構(gòu)限定了墨水通道，這些墨水通道包括置于相關(guān)聯(lián)墨水發(fā)射電阻器上的墨水腔，并且噴孔結(jié)構(gòu)中的噴嘴與相關(guān)聯(lián)的墨水腔對齊。墨滴發(fā)生器區(qū)域由墨水腔和毗鄰于墨水腔的薄膜子結(jié)構(gòu)以及噴孔結(jié)構(gòu)的部分形成。

發(fā)明內(nèi)容
需要考慮的有關(guān)噴墨打印頭的事項是打印頭附接到打印盒體上的可靠性。


通過結(jié)合附圖閱讀下面詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會容易地理解本發(fā)明的優(yōu)點和特征，其中圖1為打印盒的示意透視圖，該打印盒可裝上根據(jù)本發(fā)明的噴墨打印頭；圖2為打印頭的示意側(cè)視圖；圖3A為打印頭的示意橫剖圖；圖3B為說明打印頭錨固凹槽的剖視圖；圖3C為說明打印頭錨固凹槽一實例中一部分的平面圖；圖3D為圖3C中錨固凹槽的詳細(xì)剖視圖；圖4A為說明打印頭錨固凹槽布置方式的示意平面圖；圖4B為說明打印頭錨固凹槽另一布置方式的示意平面圖；圖5、6、7、8、9、10和11為說明打印頭制造中各階段的示意橫剖圖；圖12說明一個可采用該打印頭的打印系統(tǒng)的一實例。
具體實施例方式
圖1為一種噴墨打印盒10的示意透視圖，該打印盒10可裝上本發(fā)明的流體滴噴射裝置。打印盒10包括一個盒體11、一個打印頭13和多個電觸點15。盒體11內(nèi)裝有供給打印頭13的墨水或其它合適的流體，電信號被提供給觸點15以單獨對墨滴發(fā)生器供能，從而從選定的噴嘴17噴射流體滴。打印盒10可以是在其盒體11內(nèi)裝有大量墨水的一次性使用的類型。其它適當(dāng)?shù)拇蛴『锌梢允菑耐獠磕唇邮漳念愋?，墨水源通過如管子的導(dǎo)管被安裝到打印盒上或與打印盒流體連接。
雖然是在墨滴噴射的情況下描述所公開的結(jié)構(gòu)，但應(yīng)該理解，所公開的結(jié)構(gòu)可用于噴射其它流體滴。
參見圖2和3A，打印頭13包括一硅基片21和一流體滴發(fā)生器子結(jié)構(gòu)23，該流體滴發(fā)生器子結(jié)構(gòu)23形成于硅基片21的前表面21a上。例如，流體滴發(fā)生器子結(jié)構(gòu)23實施為一個包括熱墨滴發(fā)生器的熱墨滴噴射子結(jié)構(gòu)。例如，一個墨滴發(fā)生器包括一加熱電阻器、一發(fā)射腔和一噴嘴。在所述的實例中，打印頭13沿著縱向基準(zhǔn)軸線L縱向延伸，噴嘴17可被布置在一個與基準(zhǔn)軸線L對齊的柱狀排列中。
例如，流體滴發(fā)生器子結(jié)構(gòu)23包括一個多層薄膜的集成電路薄膜疊層25，其表現(xiàn)為墨滴發(fā)射加熱電阻器和比如驅(qū)動電路和尋址電路的相關(guān)聯(lián)電路。薄膜疊層25上安置有一墨水通道和噴孔子結(jié)構(gòu)27，該噴孔子結(jié)構(gòu)27包含墨水發(fā)射腔、墨水通道和噴嘴17。墨水通道和噴孔結(jié)構(gòu)27可以是一個整體結(jié)構(gòu)，其由稱作SU8的光可限定旋轉(zhuǎn)式(photodefinable spun-on)環(huán)氧樹脂制成。或者，墨水通道和噴孔結(jié)構(gòu)27可以是包括墨水阻隔層和噴孔板的片層結(jié)構(gòu)。
墨水29通過一個或多個形成在硅基片21中的供墨槽31自盒體11內(nèi)的一儲存器被輸送給流體滴發(fā)生器子結(jié)構(gòu)23?；蛘?，墨水可被輸送到基片21邊緣的四周。每個供墨槽31沿著打印頭的縱向軸線L延伸，墨滴發(fā)生器可置于細(xì)長供墨槽31的一側(cè)或兩側(cè)。每個供墨槽31還從置于硅基片21背面21b上的氧化面41的背面延伸至硅基片21的前表面21a。
打印頭13還包括微機械加工的錨固凹槽33，該錨固凹槽33形成在毗鄰于其背面21b的一部分硅基片和氧化層41內(nèi)。打印頭通過一種部分或完全填充錨固凹槽33的附著劑35附接在盒體上，并在氧化層41和盒體11之間形成一個附著層。附著劑35和錨固凹槽33形成一個互鎖結(jié)構(gòu)，其可提高打印頭和盒體之間的附著力。
如圖3B-3D所示，每個錨固凹槽33尤其包括一擴張錨固空腔34和一入口開口42，該擴張錨固空腔34在硅基片中毗鄰于硅基片的背面21b，該入口開口42在擴張的空腔34與形成一附著劑界面的氧化層41的背面之間延伸。擴張錨固空腔34的最大寬度W2大于相應(yīng)的入口開口42的最小寬度W1。也就是說，空腔寬度W2比相應(yīng)位置的開口寬度W1大些。入口開口特別形成在氧化層41和基片21的背面21b中。例如，每個錨固凹槽33的擴張空腔34在剖面中一般呈菱形并包括壁，其壁在距氧化層背面處的錨固凹槽的開口有一定距離處分開。一般地說，每個錨固凹槽33包括這樣的凹槽或槽，即，其的最大內(nèi)寬度W2大于凹槽入口開口的最小寬度W1，其中入口開口在打印頭的附著面和錨固空腔34之間延伸。這種附著界面包括氧化層41的背面或在省略氧化層41時包括硅基片的背面21b。
如圖3C和3D所示，錨固凹槽33沿著其長度可以有不同的開口寬度W1及相應(yīng)的空腔寬度W2，例如便于使附著劑滲透到錨固凹槽中或提高打印頭與盒體11的附著連接性。換句話說，錨固凹槽33可具有開口寬度W1和空腔寬度W2不同的部段或部分。
錨固凹槽33可具有不同長度且可以不同方式排列。例如，如圖4A所示，許多錨固凹槽可布置成偏置縱列的錨固凹槽，其基本上與縱向基準(zhǔn)軸線L平行。錨固凹槽還可被定向成基本上與縱向基準(zhǔn)軸線L垂直，例如在供墨槽31的端部區(qū)域。錨固凹槽還可以沿著大部分打印頭的縱向區(qū)域延伸，如圖4B所示。
圖5-11示出了可用于制造圖2-3的打印頭的各步驟的實例。
在圖5中，多層薄膜的集成電路薄膜疊層25包括加熱電阻器，例如，該集成電路薄膜疊層25形成在具有<100>晶體取向的硅基片21的前表面21a上，且一氧化層41形成在硅基片21的背面21b上。例如薄膜疊層25和氧化層41可通過集成電路技術(shù)形成。氧化層41或者可以由適當(dāng)?shù)难谀２牧先缣蓟杌虻璐?。薄膜疊層25可這樣形成圖案，即，使硅基片21的頂面21a的選定區(qū)域22露出。這些露出區(qū)域22包括在此進一步描述的形成供墨槽的區(qū)域?；蛘撸∧くB層25可以基本上覆蓋硅基片21整個前表面21a的全部。
在圖6中，一光致抗蝕劑層43被加到薄膜疊層25和頂面21a的露出區(qū)域22之上，且一光致抗蝕劑層45被加到氧化層41之上。
在圖7中，窄開口46形成在光致抗蝕劑層45內(nèi)，而窄開口42形成在氧化層41內(nèi)，與該光致抗蝕劑層45中相應(yīng)的開口46對齊。
在圖8中，硅基片21的背面21b被施以減厚蝕刻(subtractiveetching)處理，例如深度活性離子蝕刻(DRIE)，從而在硅基片21中形成窄槽33′。在所述的實例中，深度活性離子蝕刻是通過使用聚合物沉積干蝕刻法完成的。窄槽35′一般可以具有垂直壁。
或者，窄槽35′可通過激光燒蝕形成。
光致抗蝕劑層43、45被去掉，并且基片21受到比如TMAH或KOH的濕蝕刻，從而在硅基片21的頂面21a的露出區(qū)域中形成溝槽47，并在硅基片21的背面21b中形成微機械加工的錨固凹槽33的擴張空腔34，如圖9所示。所選擇的各向異性的濕蝕刻形成了一種一般為菱形的凹入的剖面輪廓。
在圖10中，供墨槽31例如通過噴砂、化學(xué)蝕刻或激光燒蝕形成在硅基片中。
在圖11中，墨水通道和噴孔結(jié)構(gòu)27在集成電路薄膜疊層25上形成。打印頭通過附著劑附接于打印盒體上。
圖12是一噴墨打印系統(tǒng)110的一示范性實施方式的透視圖，該打印系統(tǒng)110可采用所公開的打印盒10。打印系統(tǒng)110包括打印部分111，該部分具有至少一個安裝在掃描托架113中的打印盒10。打印部分111包括一個用于接收打印介質(zhì)117的介質(zhì)托盤115。當(dāng)一張打印介質(zhì)步進通過打印部分111中的打印區(qū)時，掃描托架使打印盒10橫過打印介質(zhì)移動。打印部分111有選擇地啟動打印盒10的打印頭的流體滴發(fā)生器，以便在打印介質(zhì)上沉積墨水從而完成打印。
因而，上述文字已公開了一種流體滴發(fā)射裝置及制造這種流體滴發(fā)射裝置的技術(shù)，該流體滴發(fā)射裝置在噴墨打印和其它流體滴發(fā)射應(yīng)用如醫(yī)療裝置中都是有效的。
雖然上述文字已對本發(fā)明的特定實施例作了說明和圖示，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對之作出各種改進和變化，而不脫離由下面權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍和宗旨。
權(quán)利要求
1.一種制造流體滴噴射裝置的方法，其包括在晶體基片(21)的第一表面(21a)上形成流體滴發(fā)生器結(jié)構(gòu)(25)的一部分；在該晶體基片的第二表面(21b)內(nèi)形成窄槽(35′)；蝕刻窄槽以在晶體基片內(nèi)形成錨固凹槽(33)，每個所述錨固凹槽包括一錨固空腔(34)和一在所述錨固空腔和所述第二表面之間延伸的開口(42)，并且其中所述錨固空腔的最大寬度大于所述開口的最小寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在晶體基片的第一表面上形成流體滴發(fā)生器結(jié)構(gòu)的一部分包括在具有<100>晶體取向的硅基片上形成薄膜疊層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，形成窄槽包括對第二表面進行活性離子干蝕刻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，蝕刻窄槽包括對窄槽進行濕蝕刻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其還包括對第一表面進行濕蝕刻以形成溝槽區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的方法，其還包括在基片中形成一流體供給槽(31)。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6制造的流體噴射裝置。
8.一種流體噴射裝置，其包括基片(21)；在所述基片的第一表面(21a)上形成的流體滴發(fā)生器結(jié)構(gòu)(23)；以及多個形成在所述基片的第二表面(21b)中的錨固凹槽(33)，每個所述錨固凹槽包括一錨固空腔(34)和一在所述錨固空腔和所述第二表面之間延伸的開口(42)，并且其中所述錨固空腔的最大寬度大于所述開口的最小寬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述流體滴發(fā)生器結(jié)構(gòu)包括一熱流體滴噴射結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述錨固空腔具有大致為菱形的剖面。
11.根據(jù)權(quán)利要求8、9或10所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述基片包括具有<100>晶體取向的硅基片。
12.根據(jù)權(quán)利要求8、9、10或11所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述錨固空腔是通過濕蝕刻形成的。
全文摘要
一種構(gòu)成流體滴發(fā)射裝置如噴墨打印裝置的方法，其包括在基片(21)的第一表面(21a)上形成流體滴發(fā)生器結(jié)構(gòu)(25)的一部分，在基片的第二表面(21b)中形成窄槽(35′)，并對窄槽進行蝕刻以形成錨固凹槽(33)。
文檔編號B41J2/14GK1417032SQ02132108
公開日2003年5月14日 申請日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者S·J·波托克尼克, C·-H·陳 申請人:惠普公司