流體噴射裝置制造方法
【專利摘要】一種形成用于流體噴射裝置的基板的方法包括通過基板形成開口，該開口具有長軸剖面和短軸剖面，長軸剖面包括從長軸剖面的最小尺寸延伸至基板的第一側(cè)的第一部分以及從長軸剖面的最小尺寸延伸至與第一側(cè)相對的基板的第二側(cè)的第二部分。該方法還包括在開口的長軸剖面的第二部分的側(cè)壁上形成保護(hù)層并將該保護(hù)層從開口的長軸剖面的第一部分的側(cè)壁排除。
【專利說明】流體噴射裝置
【背景技術(shù)】
[0001] 諸如噴墨式打印系統(tǒng)中的打印頭之類的流體噴射裝置可使用熱敏電阻器或壓電 材料薄膜作為流體室內(nèi)的致動器以從噴嘴噴射液滴(例如，墨)。在任一種情況下，流體通過 流體狹槽從儲存器流入流體室中，所述流體狹槽延伸通過一般地在其上面形成有所述室和 致動器的基板。
[0002] 然而，用由硅形成的基板，墨與基板的相互作用可導(dǎo)致硅的蝕刻的噴嘴中的硅酸 鹽環(huán)的后續(xù)形成或電阻器上的硅酸鹽結(jié)垢。用墨進(jìn)行的硅的蝕刻還可導(dǎo)致可削弱基板并導(dǎo) 致硅碎裂的基板中的瑕疵的形成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0003] 圖1是圖示出包括作為流體噴射裝置的示例實現(xiàn)的打印頭的噴墨式打印系統(tǒng)的 一個示例的框圖。
[0004] 圖2是作為流體供應(yīng)裝置的示例實現(xiàn)以供在噴墨式打印系統(tǒng)中使用的打印盒的 一個示例的示意圖。
[0005] 圖3是圖示出圖2的打印盒的一部分的一個示例的示意性截面圖。
[0006] 圖4a - 4b、5a - 5b、6a - 6b、7a - 7b以及8a - 8b示意性地圖示出形成用于作為流 體噴射裝置的示例實現(xiàn)的打印頭的基板的一個示例。
[0007] 圖 9a -9b、10a-10b、11a-lib、12a-12b、13a-13b 以及 14a -14b 不意性地圖 示出形成用于作為流體噴射裝置的示例實現(xiàn)的打印頭的基板的另一示例。
【具體實施方式】
[0008] 在以下詳細(xì)描述中，對構(gòu)成其一部分的附圖進(jìn)行參考，并且在附圖中以圖示的方 式示出了其中可實施本公開的特定示例。在這方面，將參考所述一個或多個圖的取向來使 用方向術(shù)語，諸如"上"、"下"、"前"、"后"、"首"、"尾"等。由于可以以許多不同的取向?qū)Ρ竟?開的示例的部件進(jìn)行定位，所以方向術(shù)語被用于圖示的目的，并且絕不是限制性的。應(yīng)理解 的是在不脫離本公開的范圍的情況下可以利用其示例，并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯修改。因 此，不應(yīng)以限制性意義來理解以下詳細(xì)描述，并且由所附權(quán)利要求來定義本公開的范圍。
[0009] -般地使用集成電路和MEMS技術(shù)的混合體來在基板上面或其中制造打印頭特 征，諸如液滴噴射致動器(例如，熱敏電阻器、壓電薄膜)、流體激發(fā)室以及流體通道(例如， 流體狹槽)，其將來自供應(yīng)儲存器的流體發(fā)送到激發(fā)室。本公開提供了導(dǎo)致具有增加強度的 打印頭基板的制造方法。該制造方法幫助減少基板中的裂紋，并改善諸如噴墨式打印機之 類的流體噴射系統(tǒng)中的打印頭制造生產(chǎn)線產(chǎn)率和總體產(chǎn)品可靠性。
[0010] 圖1是圖示出噴墨式打印系統(tǒng)1〇〇的一個示例的框圖。在所示示例中，噴墨式打 印系統(tǒng)100包括具有控制器104的打印引擎102、安裝組件106、一個或多個可替換流體供 應(yīng)裝置108 (例如，打印盒)、介質(zhì)傳送組件110以及向噴墨式打印系統(tǒng)100的各種電氣部件 提供功率的至少一個電源112。噴墨式打印系統(tǒng)100還包括通過多個噴嘴116(也稱為孔口 或鉆孔）朝著打印介質(zhì)118噴射墨或其他流體的液滴從而打印到打印介質(zhì)118上的一個或 多個打印頭114 (即，流體噴射裝置)。在一個示例中，打印頭114可以是墨盒供應(yīng)裝置108 的整體部分，而在另一示例中，可將打印頭114安裝在安裝組件106的打印桿(未示出)上并 耦合到供應(yīng)裝置108 (例如，經(jīng)由管)。打印介質(zhì)118可以是任何類型的適當(dāng)片材或卷材料， 諸如紙張、卡片材料、透明物、聚酯薄膜、聚酯、膠合板、泡沫板、織物、帆布等。
[0011] 在一個示例中，如下面所討論和在本文中所示的，打印頭114包括通過使得電流 通過熱電阻器噴射元件以產(chǎn)生熱量并使激發(fā)室內(nèi)的流體的一小部分蒸發(fā)而從噴嘴116噴 射液滴的熱噴墨（TIJ)打印頭。然而，打印頭114不限于被實現(xiàn)為TIJ打印頭。例如，可以 將打印頭114實現(xiàn)為壓電噴墨（PIJ)打印頭，其使用壓電材料噴射元件來產(chǎn)生壓力脈沖以 迫使墨滴從噴嘴116出來。在任一示例中，噴嘴116通常沿著打印頭114被布置成一個或 多個列或陣列，使得墨從噴嘴的適當(dāng)順序噴射促使字符、符號或其他圖形或圖像隨著打印 頭114和打印介質(zhì)118相對于彼此移動而被打印在打印介質(zhì)118上。
[0012] 安裝組件106使打印頭114相對于介質(zhì)傳送組件110定位，并且介質(zhì)傳送介質(zhì)110 使打印介質(zhì)118相對于打印頭114定位。因此，在打印頭114與打印介質(zhì)118之間的區(qū)域 中鄰近于噴嘴116定義打印區(qū)120。在一個示例中，打印引擎102是掃描式打印引擎。同樣 地，安裝組件106包括用于使打印頭114相對于介質(zhì)傳送組件110移動以掃描打印介質(zhì)118 單獨托架（carriage)。在另一示例中，打印引擎102是非掃描式打印引擎。同樣地，安裝組 件106相對于介質(zhì)傳送組件110將打印頭114固定在規(guī)定位置，而介質(zhì)傳送介質(zhì)110相對 于打印頭114對打印介質(zhì)118進(jìn)行定位。
[0013] 電子控制器104通常包括標(biāo)準(zhǔn)計算系統(tǒng)的部件，諸如處理器、存儲器、固件及其他 打印電子裝置以便與供應(yīng)裝置108、一個或多個打印頭114、安裝組件106以及介質(zhì)傳送組 件110通信并對其進(jìn)行控制。電子控制器104從諸如計算機之類的主機系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)122 并臨時地將數(shù)據(jù)122存儲在存儲器中。數(shù)據(jù)122表示例如要打印的文檔和/或文件。同樣 地，數(shù)據(jù)122形成用于噴墨式打印系統(tǒng)100的打印作業(yè)，其包括一個或多個打印作業(yè)命令和 /或命令參數(shù)。使用數(shù)據(jù)122,電子控制器104控制打印頭114以在打印介質(zhì)118上形成字 符、符號和/或其他圖形或圖像的定義圖案從噴嘴116噴射墨滴。
[0014] 圖2是被作為流體供應(yīng)裝置108的示例實現(xiàn)以供在噴墨式打印系統(tǒng)100中使用的 打印盒200的一個示例的示意圖。打印盒200包括盒主體202、打印頭114以及電接點204。 盒主體200支撐打印頭114和電接點204,通過該電接點202提供電信號以激活從所選噴嘴 116噴射液滴的噴射元件(例如，電阻加熱元件)。盒200內(nèi)的流體可以是在打印過程中使用 的任何適當(dāng)流體，諸如各種可打印流體、墨、預(yù)處理組合物、定影劑等。在某些示例中，該流 體可以是除打印流體之外的流體。盒200可在盒主體200內(nèi)包含流體源，但是也可從通過 例如管連接的流體儲存器之類的外部源(未示出）接收流體。
[0015] 圖3是圖示出作為流體供應(yīng)裝置108的示例實現(xiàn)的圖2的打印盒200的一部分的 一個示例的示意性截面圖。盒主體202包含用于供應(yīng)給打印頭114的流體300。在所示示 例中，打印盒200向打印頭114供應(yīng)一個色彩的流體或墨。然而，在其他實施方式中，其他 打印盒可以向單個打印頭供應(yīng)多個色彩和/或黑色墨。在所示示例中，示意性地示出的流 體饋送或流體搬運狹槽302a、302b以及302c通過打印頭基板304。雖然示出了三個流體饋 送狹槽，但在不同的打印頭實施方式中可使用更大或更小數(shù)目的流體饋送狹槽。
[0016] 在一個示例中，基板304由硅形成，并且在某些實施方式中，可包括晶體基板，諸 如摻雜或非摻雜單晶硅或者摻雜或非摻雜多晶硅。適當(dāng)基板的其他示例包括砷化鎵、磷化 鎵、磷化銦、玻璃、硅石、陶瓷或半導(dǎo)電材料?；?04可在100和2000微米之間厚，并且在 一個實施方式中約為675微米厚。基板304具有第一或正面表面306和與正面表面306相 對的第二或背面表面308。在一個示例中，粘合層322將在背面表面308處的基板304接合 到盒主體202。另外，在正面表面306上形成薄膜結(jié)構(gòu)310,包括一個或多個薄膜層，諸如， 例如場或熱氧化層。
[0017] 在一個示例中，在薄膜結(jié)構(gòu)310上形成阻擋層312,并且至少部分地限定激發(fā)或流 體噴射室314。阻擋層312可由例如光可成像環(huán)氧樹脂形成。在阻擋層312上的是具有通 過其噴射流體的噴嘴116的孔口板或噴嘴板316。孔口板316可由的光可成像環(huán)氧樹脂或 鎳基板形成。在某些實施方式中，孔口板316是與阻擋層312相同的材料，并且在某些實施 方式中孔口板316和阻擋層312可以是整體的。
[0018] 在每個流體噴射室314內(nèi)且被阻擋層312圍繞的是獨立控制流體噴射元件318。 在所示示例中，流體噴射元件318包括熱激發(fā)電阻器。當(dāng)電流通過各流體噴射室314中的 電阻器時，流體的一部分被加熱至其沸點，使得其膨脹而通過噴嘴116噴射流體的另一部 分。然后用來自流體搬運通道320和流體搬運狹槽302的附加流體來替換噴射流體。如上 所述，在不同的實施方式中，流體噴射元件可以包括壓電材料噴射元件（即，致動器)。
[0019] 圖4a-4b、5a-5b、6a-6b、7a_7b以及8a_8b示意性地圖示出形成打印頭114的基板 304的一個示例。圖4a和4b示出了沿著圖2中的線a- a和b- b截取的打印盒200的打 印頭114的一部分的部分截面圖。更具體地，圖4a示出了沿著線a- a的截面圖，其為打印 頭114的短軸剖面或視圖，而圖4b示出了沿著線b- b的截面圖，其為打印頭114的長軸 剖面或視圖。用通過視圖的中間所畫的虛線（即，在中間具有空白處的開放波形線）來促進(jìn) 圖4b中所示的長軸視圖，其意圖指示長軸剖面或視圖的長度成比例地大于其在圖中所呈 現(xiàn)的。這也適用于示出了長軸剖面或視圖的后續(xù)圖。
[0020] 如在圖4a和4b中所示，在打印頭114中形成流體搬運狹槽或流體饋送開口的一 個示例性過程中的初始步驟包括處理基板304的正面表面306和背面表面308。此處理包括 在基板304的正面表面306上形成波膜結(jié)構(gòu)310、阻擋層312、具有噴嘴116的孔口層316、 具有噴射元件318的室以及流體通道320。另外，在基板304的背面表面308上形成掩膜層 400。
[0021] 在一個示例中，掩膜層400包括硬掩膜，其由對蝕刻環(huán)境由抵抗力且不會被用來 在狹槽形成過程期間去除基板材料(例如，硅)的化學(xué)品去除的材料制成。例如，硬掩膜可以 是生長熱氧化物或生長或沉積電介質(zhì)材料，諸如CVD (化學(xué)汽相沉積）氧化物、用TE0S前體 (四乙氧基甲硅烷）形成的硅氧化物、硅碳化物、硅氮化物和/或其他適當(dāng)材料，諸如鋁、鉭、 銅、鋁-銅合金、鋁-鈦合金以及金。
[0022] 圖5a和5b示出了在打印頭114中流體搬運或流體饋送開口或狹槽的一個示例性 過程中的附加步驟。更具體地，圖5a示出了沿著圖2的線a- a截取的打印頭114的截面、 短軸剖面或視圖，而圖5b示出了沿著圖2的線b-b截取的打印頭114的截面、長軸剖面或 視圖。如同5a和5b中所示，將掩膜層400圖案化以產(chǎn)生基板304的背面表面308的暴露 區(qū)500。在一個示例中，使用激光加工過程對掩膜層400進(jìn)行圖案化。然而，還可使用其他 適當(dāng)圖案化過程，諸如用干法或濕法蝕刻來去除硬掩膜材料的光刻過程。在一個實施方式 中，背面表面308的暴露區(qū)500具有與圖5a中所示的打印頭114的短軸相對應(yīng)的寬度W1 以及與圖5b中所示的打印頭114的長軸相對應(yīng)的長度L1。
[0023] 現(xiàn)在另外參考圖7a和7b，暴露區(qū)500的寬度W1與如圖7a中所示的期望狹槽302 的寬度W2相對應(yīng)。在其他實施方式中，暴露區(qū)500的寬度W1可以大于期望狹槽302的寬 度W2。在某些實施方式中，寬度W1可以在約100至約1000微米的范圍內(nèi)。如下所述，并且 如圖7a中所示，狹槽302在正面表面306處具有寬度W3。在一個實施方式中，暴露區(qū)500 的長度L1對應(yīng)于大于期望狹槽302的長度L2的長度，如圖7b中所示。更具體地，暴露區(qū) 500的長度L1長于期望狹槽302的長度L2,使得長度L1延伸超過狹槽302的長度L2。如 下所述，暴露區(qū)500的長度L1超過狹槽302的長度L2的附加長度促進(jìn)后續(xù)蝕刻過程中的 狹槽302的末端處的基板304的背面表面308中的凹陷區(qū)的形成。因此，在一個示例中，暴 露區(qū)500涵蓋狹槽302的長度L2和寬度W2以及在狹槽302的兩端處的凹陷區(qū)。同樣如下 所述，并且如圖7b中所示，狹槽302在正面表面306處具有長度L3。
[0024] 圖6a和6b示出了在打印頭114中流體搬運或流體饋送開口或狹槽的一個示例性 過程中的附加步驟。更具體地，圖6a示出了沿著圖2的線a-a截取的打印頭114的截面、 短軸剖面或視圖，而圖6b示出了沿著圖2的線b-b截取的打印頭114的截面、長軸剖面或 視圖。如圖6a和6b中所示，在背面表面308去除基板材料(例如，硅)以在基板304中形成 深溝槽600 (S卩，其為狹槽的一部分)。
[0025] 在一個實施方式中，使用激光加工過程來形成溝槽600。用于形成溝槽600的其他 適當(dāng)技術(shù)包括例如諸如等離子體增強反應(yīng)性離子蝕刻（RIE)之類的硅干法蝕刻，其具有交 替的六氟化硫（SF6 )蝕刻和八氟丁烯（C4F8 )沉積，對基板材料進(jìn)行沙鉆和機械接觸。機械 接觸可以包括例如用金剛石磨料刀片。通過小于基板304的整個厚度形成溝槽600,從而留 下薄膜602 (例如，硅薄膜）以保護(hù)一個或多個薄膜結(jié)構(gòu)310不會潛在地破壞激光束或其他 溝槽形成過程的效果。
[0026] 圖7a和7b示出了在打印頭114中流體搬運或流體饋送開口或狹槽的一個示例性 過程中的附加步驟。更具體地，圖7a示出了沿著圖2的線a- a截取的打印頭114的截面、 短軸剖面或視圖，而圖7b示出了沿著圖2的線b-b截取的打印頭114的截面、長軸剖面或 視圖。如圖7a和7b中所示，從溝槽600內(nèi)去除(參見圖6a、6b)附加基板材料以從背面表 面308向正面表面306而一直穿過基板304形成狹槽302。另外，如圖7b的長軸剖面或視 圖中所示，從延伸超過狹槽302的末端的那部分暴露區(qū)500 (參見圖6a、6b)的各部分去除 基板材料以在狹槽302的末端處向基板304的背面表面308中形成凹陷區(qū)700和702。如 圖7b中所示，凹陷區(qū)700和702延伸超過狹槽302的長度L2。如在圖7b的長軸剖面或視 圖中還示出的，并且如下面進(jìn)一步所述，凹陷區(qū)701和704在狹槽302的末端處的基板304 的正面表面306中形成。
[0027] 在一個實施方式中，使用各向異性濕法蝕刻過程來實現(xiàn)去除附加基板材料以通過 基板304形成狹槽302。通過將基板304浸入各向異性蝕刻劑中達(dá)到足以在狹槽末端處形 成狹槽302和凹陷區(qū)700、702和701、703的時間段而實現(xiàn)濕法蝕刻。在一個實施方式中， 可以將基板302浸沒在諸如TMAH (氫氧化四甲銨)或Κ0Η (氫氧化鉀)之類的蝕刻劑中。蝕 刻劑可以包括對硬掩膜和暴露的薄膜及其他層具有選擇性的任何各向異性濕法蝕刻劑。在 一個實施方式中，使用濕法蝕刻的單個實例來去除附加基板材料，并形成狹槽302和凹陷 區(qū)700、702和701、703。在其他實施方式中，所述蝕刻可以包括濕法蝕刻的多個實例。
[0028] 狹槽302大體上由側(cè)壁限定，其如圖7a的短軸剖面或視圖中所示從一側(cè)至另一側(cè) 是基本上對稱的，并且如圖7b的長軸剖面或視圖中所示從一端至另一端是基本上對稱的。 如圖7a中所示，短軸剖面或視圖中的側(cè)壁包括與背面表面308連通且基本上垂直于正面表 面306和背面表面308的下部704以及與正面表面306連通且以與其的一定角度定向的上 部706。在一個示例中，短軸側(cè)壁的下部704包括硅基板的〈110>平面，其在各向異性濕法 蝕刻中蝕刻最快，并且短軸側(cè)壁的上部706包括硅基板的〈111>平面，其在各向異性濕法蝕 刻中比〈110>平面更緩慢地蝕刻，從而導(dǎo)致有角度部分。
[0029] 如圖7b中所示，長軸剖面或視圖中的側(cè)壁包括基本上垂直于正面表面306和背面 表面308的中間部分710、與正面表面306連通且以與其的一定角度定向的上部712以及與 背面表面308連通的凹陷區(qū)700和702。在一個示例中，長軸側(cè)壁的上部712包括與正面表 面306連通的凹陷區(qū)701和703。在一個示例中，長軸側(cè)壁的中間部分710包括硅基板的 〈110>平面，其在各向異性濕法蝕刻中蝕刻最快，并且長軸側(cè)壁的上部712的凹陷區(qū)701和 703包括硅基板的〈111>平面，其在各向異性濕法蝕刻中比〈110>平面更緩慢地蝕刻，從而 導(dǎo)致有角度部分。
[0030] 在其他示例中，諸如在圖7b的點線裁剪中所示的，對于凹陷區(qū)701和703的平面 構(gòu)造而言可以有附加變化。例如，如點線裁剪中的一個中所示，凹陷區(qū)701和703包括包含 比〈110>平面710更緩慢地蝕刻的硅基板的〈111>平面的第一部分或平面713以及包含隨 著L3的尺寸相對于L2的尺寸增加達(dá)到定義蝕刻時間而形成的硅基板的〈311>平面的第二 部分或平面715。在另一示例中，如點線裁剪中的另一個中所示，隨著尺寸L3相對于尺寸 L2進(jìn)一步增加而在凹陷區(qū)的第一和第二平面713和715之間形成〈100>水平面717。
[0031] 在一個示例中，長軸視圖中的狹槽302的側(cè)壁還在背面表面308處包括凹陷區(qū)700 和702。如圖7b中所示，在狹槽302的末端處的凹陷區(qū)700和702包括不同角度的部分或 平面。在一個示例中，凹陷區(qū)700和702的第一部分或平面714成陡峭角度，并且包括比 〈110>平面710更緩慢地蝕刻的硅基板的〈111>平面。凹陷區(qū)700和702的第二部分或平 面716具有較低角度，并且包括在各向異性濕法蝕刻中最慢地蝕刻的硅基板的〈311>平面。 〈311>平面是由于從鄰近〈110>平面710觸發(fā)的非各向異性蝕刻而形成的。
[0032] 在其他示例中，諸如在圖7b的點線裁剪用于所示的，對于凹陷區(qū)700和702的平 面構(gòu)造而言可以有附加變化。例如，如點線裁剪中所示，在第一和第二平面714之間形成 〈100>水平面718,并且長軸側(cè)壁的部分712包括與正面表面306連通的凹陷區(qū)701和703。 在一個不例中，長軸側(cè)壁的中間部分710包括娃基板的〈11〇>平面，其在各向異性濕法蝕刻 中蝕刻最快，并且長軸側(cè)壁的上部712的凹陷區(qū)701和703包括硅基板的〈111>平面，其在 各向異性濕法蝕刻中比〈11〇>平面更緩慢地蝕刻，從而導(dǎo)致有角度部分。
[0033] 在其他示例中，諸如在圖7b的點線裁剪中所示的，對于凹陷區(qū)701和703的平面 構(gòu)造而言可以有附加變化。例如，如點線裁剪中的一個中所示，凹陷區(qū)701和703包括包含 比〈110>平面710更緩慢地蝕刻的硅基板的〈111>平面的第一部分或平面713以及包含隨 著L3的尺寸相對于L2的尺寸增加達(dá)到定義蝕刻時間而形成的硅基板的〈311>平面的第二 部分或平面715。在另一示例中，如點線裁剪中的另一個中所示，隨著尺寸L3相對于尺寸 L2進(jìn)一步增加而在凹陷區(qū)的第一和第二平面713和715之間形成〈100>水平面717。
[0034] 在一個示例中，長軸視圖中的狹槽302的側(cè)壁還在背面表面308處包括凹陷區(qū)700 和702。如圖7b中所示，在狹槽302的末端處的凹陷區(qū)700和702包括不同角度的部分或 平面。在一個示例中，凹陷區(qū)700和702的第一部分或平面714成陡峭角度，并且包括比 〈110>平面710更緩慢地蝕刻的硅基板的〈111>平面。凹陷區(qū)700和702的第二部分或平 面716具有較低角度，并且包括在各向異性濕法蝕刻中最慢地蝕刻的硅基板的〈311>平面。 〈311>平面是由于從鄰近〈110>平面710觸發(fā)的非各向異性蝕刻而形成的。
[0035] 在其他示例中，諸如在圖7b的點線裁剪中所示的，對于凹陷區(qū)700和702的平面 構(gòu)造而言可以有附加變化。例如，如該點線裁剪中所示，在凹陷區(qū)的第一平面714和第二平 面716中形成〈100>水平面718。這些蝕刻特征是在狹槽的制造期間通過掩膜層400寬度 相對于深激光位置和濕法蝕刻時間的關(guān)系尺寸而形成的。
[0036] 在一個示例中，上部706形成圖7a的短軸視圖中的狹槽302的短軸剖面的第一部 分，并且下部704形成圖7a的短軸視圖中的狹槽302的短軸剖面的第二部分。另外，上部 712 (包括凹陷區(qū)701和703)形成圖7b的長軸視圖中的狹槽302的長軸剖面的第一部分， 并且凹陷區(qū)700和702及中間部分710形成圖7b的長軸視圖中的狹槽302的長軸剖面的 第二部分。同樣地，狹槽302的短軸剖面的第一部分（S卩，上部706)從狹槽302的短軸剖面 向正面表面306的第二部分會聚，使得狹槽302的短軸剖面的第一部分的最小尺寸（S卩，寬 度W3)在正面表面306處限定。另外，狹槽302的長軸剖面的第一部分（S卩，上部712)從狹 槽302的長軸剖面向正面表面306的第二部分發(fā)散，使得狹槽302的長軸剖面的第一部分 的最大尺寸（即，長度L3)在正面表面306處限定。此外，狹槽302的長軸剖面的最小尺寸 (即，長度L2)由中間部分710限定。
[0037] 圖8a和8b示出了在打印頭114中流體搬運或流體饋送開口或狹槽的一個示例 性過程中的附加步驟。更具體地，圖8a示出了沿著圖2的線a- a截取的打印頭114的截 面、短軸剖面或視圖，而圖8b示出了沿著圖2的線b- b截取的打印頭114的截面、長軸剖 面或視圖。如圖8a和8b中所示，在通過基板304形成狹槽302并從背面表面308去除掩 膜層400之后，在短軸視圖和長軸視圖中的狹槽302的側(cè)壁中形成保護(hù)涂層或?qū)?00。更具 體地，在短軸側(cè)壁的下部704和上部706上形成且在長軸側(cè)壁的凹陷區(qū)700和702及中間 部分710上形成保護(hù)層800。然而，如圖8b中所示，如下面進(jìn)一步所述，從長軸側(cè)壁的上部 712排除或不在其上面提供保護(hù)層800。在一個示例中，同樣如圖8a和8b中所示，還在噴 嘴板316的底側(cè)（S卩，室側(cè)）上和背面表面308上形成保護(hù)層800。然而，在另一示例中，將 保護(hù)層800從背面表面308上排除或不在其上面形成。
[0038] 保護(hù)層800可由金屬或者諸如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物及其混合物之類的 陶瓷材料形成。在一個示例中，保護(hù)層800是金屬膜?？衫玫慕饘俚氖纠倾g、鎢、鑰、鈦、 金、銠、鈀、鉬、鈮、鎳或其組合。在其他示例中，保護(hù)層800可由硅氮化物、硅碳化物、鎢碳化 物、鈦氮化物以及鑰硼化物形成。另外，保護(hù)層800的表面可形成本征氧化物。例如，鉭可 在外表面處形成鉭氧化物。
[0039] 在一個示例中，保護(hù)層800由物理汽相沉積（PVD)形成。在一個實施方式中，使用 自動離子化等離子體（SIP)物理汽相沉積來沉積保護(hù)層800的材料，由此，使基板與目標(biāo)材 料和基板的背面表面平行地定向，包括狹槽，面對沉積材料。更具體地，通過從背面表面308 朝著正面表面306定向地沉積保護(hù)層800的材料來形成保護(hù)層800,如箭頭801所表示的。 同樣地，保護(hù)層800的定向沉積材料涂敷狹槽302的短軸剖面的第一和第二部分(例如，上 部706和下部704)，并且涂敷狹槽302的長軸剖面的第二部分(例如，凹陷區(qū)700和702及 中間部分710)。
[0040] 由于狹槽302的長軸剖面的第一部分（S卩，上部712)相對于狹槽302的長軸剖面 的第二部分（即，中間部分710)是"凹陷的"（例如，凹陷區(qū)701和703)，所以保護(hù)層800的 定向沉積材料不涂敷狹槽302的長軸剖面的第一部分（S卩，不涂敷上部712的凹陷區(qū)701和 703)，因為狹槽302的長軸剖面的第一部分未被"暴露于"定向沉積。相應(yīng)地，將保護(hù)材料 的沉積和因此保護(hù)層800的形成從狹槽302的長軸剖面的上部712排除。在一個示例中， 隨著用于保護(hù)層800的材料從背面表面308朝向正面表面306的定向沉積，還在背面表面 308上和噴嘴板316的下側(cè)（S卩，室側(cè)）形成保護(hù)層800。然而，可將保護(hù)層800從背面表面 308上排除或不在其上面提供。
[0041 ]圖 9a -9b、10a-10b、11a-lib、12a-12b、13a-13b 以及 14a -14b 不意性地圖 示出形成打印頭114的基板304的另一示例。圖9a和9b示出了沿著圖2中的線a- a和 b- b截取的打印盒200的打印頭114的一部分的部分截面圖。更具體地，圖9a示出了沿 著線a- a的截面圖，其為打印頭114的短軸剖面或視圖，而圖9b示出了沿著線b- b的截 面圖，其為打印頭114的長軸剖面或視圖。
[0042] 如在圖9a和9b中所示，在打印頭114中形成流體搬運或流體饋送開口的一個示 例性過程中的初始步驟包括處理基板304的正面表面306。此處理類似于上文參考圖4a和 4b所述的，并且包括在基板304的正面表面306上形成薄膜結(jié)構(gòu)310、阻擋層312、具有噴 嘴116的孔口層316、具有噴射元件318的室314以及流體通道320。然而，不同于上文針 對圖4a和4b的實施方式，圖9a和9b中所不的本實施方式不包括在基板304的背面表面 308上形成濕法蝕刻掩膜層。
[0043] 圖10a和lob示出了在打印頭114中流體搬運或流體饋送開口或狹槽的一個示例 性過程中的附加步驟。更具體地，圖l〇a示出了沿著圖2的線a- a截取的打印頭114的截 面、短軸剖面或視圖，而圖l〇b示出了沿著圖10b的線b-b截取的打印頭114的截面、長軸 剖面或視圖。在一個示例中，如圖l〇a和10b中所示，執(zhí)行干法蝕刻過程以從基板304去除 材料（即，去除硅)，并在基板304的正面表面306中形成溝槽900。適當(dāng)?shù)母煞ㄎg刻過程包 括硅干法蝕刻，諸如用交替六氟化硫（SF6)蝕刻和八氟丁烯（C4F8)沉積的離子體增強反應(yīng) 性離子蝕刻（RIE)。
[0044] 圖11a和lib示出了在打印頭114中流體搬運或流體饋送開口或狹槽的一個示例 性過程中的附加步驟。更具體地，圖11a示出了沿著圖2的線a- a截取的打印頭114的截 面、短軸剖面或視圖，而圖lib示出了沿著圖2的線b-b截取的打印頭114的截面、長軸剖 面或視圖。如圖11a和lib中所不，在基板304的背面表面308上形成兩個光掩膜層。沉 積第一金屬干法蝕刻掩膜層1000 (例如，鋁）并將其圖案化，留下基板304的背面表面308 的暴露區(qū)1002。在第一掩膜層1000上和暴露區(qū)1002上沉積第二干法蝕刻光掩膜層1004。 第二干法蝕刻掩膜層1004可以包括可諸如光致抗蝕劑之類的任何適當(dāng)干法蝕刻抗蝕劑材 料。然后將第二干法蝕刻掩膜層1004圖案化以使暴露區(qū)1002的較小部分暴露，如圖11a 和lib中所不?？梢砸匀魏纬Ｒ?guī)方式將掩膜層1000和1004圖案化。在一個實施方式中， 背面薄棉308的暴露區(qū)1002具有與圖11a中所示的打印頭114的短軸相對應(yīng)的寬度W4以 及與圖lib中所示的打印頭114的長軸相對應(yīng)的長度L4。
[0045] 圖12a和12b示出了在打印頭114中流體搬運或流體饋送開口或狹槽的一個示例 性過程中的附加步驟。更具體地，圖12a示出了沿著圖2的線a- a截取的打印頭114的截 面、短軸剖面或視圖，而圖12b示出了沿著圖2的線b-b截取的打印頭114的截面、長軸剖 面或視圖。如圖12a和12b中所示，然后執(zhí)行干法蝕刻過程以從基板304去除材料（S卩，去 除硅)，并在基板304的背面表面308中形成深溝槽1100。適當(dāng)?shù)母煞ㄎg刻過程包括硅干 法蝕刻，諸如用交替六氟化硫（SF6)蝕刻和八氟丁烯（C4F8)沉積的離子體增強反應(yīng)性離子 蝕刻（RIE)。溝槽1100的尺寸由第二干法蝕刻掩膜層1004控制（圖lla、llb)。在形成溝 槽1100之后，去除第二干法蝕刻掩膜層1004。第一干法蝕刻掩膜層1000然后保持在基板 304的背面表面308上。
[0046] 圖13a和13b示出了在打印頭114中流體搬運或流體饋送開口或狹槽的一個示例 性過程中的附加步驟。更具體地，圖13a示出了沿著圖2的線a- a截取的打印頭114的截 面、短軸剖面或視圖，而圖13b示出了沿著圖2的線b-b截取的打印頭114的截面、長軸剖 面或視圖。如圖13a和13b中所示，使用干法蝕刻過程，從溝槽1100內(nèi)去除附加基板材料 以從背面表面308向正面表面306而一直穿過基板304形成狹槽1200。在一個示例中，如 圖13b的長軸視圖中所示，干法蝕刻過程從延伸超過狹槽1200的末端的那部分暴露區(qū)1002 (參見圖lla、llb)去除基板材料，從而在狹槽1200的末端處在基板304的背面表面308中 形成凹陷區(qū)1202和1204。
[0047] 狹槽1200大體上由側(cè)壁限定，其如圖13a的短軸視圖中所示從一側(cè)至另一側(cè)是基 本上對稱的，并且如圖13b的長軸視圖中所示從一端至另一端是基本上對稱的。如圖13a中 所示，短軸剖面或視圖中的側(cè)壁包括與背面表面308連通且基本上垂直于正面表面308和 背面表面308的下部1206以及與正面表面308連通且基本上垂直于正面表面306和背面 表面308的上部1208。在一個示例中，短軸側(cè)壁的上部1208包括基本上平行的側(cè)壁，并且 短軸側(cè)壁的下部1206包括基本上平行的側(cè)壁，在背面表面308與上部1208之間形成階梯 式或正方形剖面。
[0048] 如圖13b中所示，長軸剖面或視圖中的側(cè)壁包括基本上垂直于正面表面306和背 面表面308的中間部分1210、與正面表面306連通的上部1212以及與背面表面308連通的 凹陷區(qū)1202和1204。在一個示例中，長軸側(cè)壁的上部1212包括與正面表面306連通的凹 陷區(qū)1201和1203。在一個示例中，長軸側(cè)壁的中間部分1210包括基本中間平行的側(cè)壁，并 且長軸側(cè)壁的下部1212包括基本上平行的側(cè)壁，其在中間部分1210與正面表面306之間 形成階梯式或正方形剖面。
[0049] 在一個示例中，上部1208形成圖13a的短軸視圖中的狹槽1200的短軸剖面的第 一部分，并且下部1206形成圖13a的短軸視圖中的狹槽1200的短軸剖面的第二部分。另 夕卜，上部1212形成圖13b的長軸視圖中的狹槽1200的長軸剖面的第一部分，并且凹陷區(qū) 1202和1204及中間部分1210形成圖13b的長軸視圖中的狹槽1200的長軸剖面的第二部 分。同樣地，在正面表面306處限定狹槽1200的短軸剖面的第一部分（S卩，上部1208)的最 小尺寸（即，寬度W5)。另外，在正面表面306處限定狹槽1200的長軸剖面的第一部分（即， 上部1212)的最大尺寸（S卩，長度L5)。此外，狹槽1200的長軸剖面的最小尺寸（S卩，長度L6) 由中間部分1210限定。
[0050] 圖14a和14b示出了在打印頭114中流體搬運或流體饋送開口或狹槽的一個示例 性過程中的附加步驟。更具體地，圖14a示出了沿著圖2的線a- a截取的打印頭114的截 面、短軸剖面或視圖，而圖14b示出了沿著圖2的線b-b截取的打印頭114的截面、長軸剖 面或視圖。如圖14a和14b中所示，在通過基板304形成狹槽1200并從背面表面308去除 掩膜層1000之后，在短軸視圖和長軸視圖中的狹槽1200的側(cè)壁中形成保護(hù)涂層或?qū)?400。 更具體地，在短軸側(cè)壁的下部1206和上部1208上形成且在長軸側(cè)壁的凹陷區(qū)1202和1204 及中間部分1210上形成保護(hù)層1400。然而，如圖14b中所示，如下面進(jìn)一步所述，從長軸 側(cè)壁的上部1212排除或不在其上面提供保護(hù)層1400。在一個示例中，同樣如圖14a和14b 中所示，還在噴嘴板316的底側(cè)（S卩，室側(cè))上和背面表面308上形成保護(hù)層1400。然而，在 另一示例中，將保護(hù)層1400從背面表面308上排除或不在其上面提供。
[0051] 類似于上文參考保護(hù)層800所述的，保護(hù)層1400可由金屬或者諸如氧化物、氮化 物、碳化物、硼化物及其混合物之類的陶瓷材料形成。在一個示例中，保護(hù)層1400是諸如鉭 之類的金屬膜。還類似于上文參考保護(hù)層800所述的，在一個示例中，保護(hù)層1400由物理 汽相沉積（PVD)形成。更具體地，通過從背面表面308朝著正面表面306定向地沉積保護(hù) 層1400的材料來形成保護(hù)層1400,如箭頭1401所表示的。同樣地，保護(hù)層1400的定向沉 積材料涂敷狹槽1200的短軸剖面的第一和第二部分(例如，上部1208和下部1206)，并且涂 敷狹槽1200的長軸剖面的第二部分(例如，凹陷區(qū)1202和1204及中間部分1210)。
[0052] 由于狹槽1200的長軸剖面的第一部分（S卩，上部1212)相對于狹槽1200的長軸 剖面的第二部分（即，中間部分1210)是"凹陷的"（例如，凹陷區(qū)1201和1203)，所以保護(hù) 層1400的定向沉積材料不涂敷狹槽1200的長軸剖面的第一部分（S卩，不涂敷上部1212的 凹陷區(qū)1201和1203)，因為狹槽1200的長軸剖面的第一部分未被"暴露于"定向沉積。相 應(yīng)地，將保護(hù)材料的沉積和因此保護(hù)層1400的形成從狹槽1200的長軸剖面的上部1212排 除。在一個示例中，隨著用于保護(hù)層1400的材料從背面表面308朝向正面表面306的定向 沉積，還在背面表面308上和噴嘴板316的下側(cè)（S卩，室側(cè))形成保護(hù)層1400。然而，可將保 護(hù)層1400從背面表面308上排除或不在其上面提供。
[0053] 通過在通過打印頭(例如，打印頭114)的基板形成的流體搬運或流體饋送開口或 狹槽(例如，狹槽302U200)的側(cè)壁上形成保護(hù)層（例如，保護(hù)層800、1400)，提供了一種具 有增加的可靠性的打印頭基板（即，管芯)。更具體地，在由硅形成的基板的情況下，用保護(hù) 層來涂敷流體搬運或流體饋送開口或狹槽的側(cè)壁減少了墨與基板的相互作用并幫助防止 由墨對硅的蝕刻，從而幫助減少噴嘴中和電阻器上的硅酸鹽的形成，并且因此改善打印頭 的可靠性。由于基板的正面表面處的區(qū)域在張力下，所以排除或不在這些區(qū)域(例如，凹陷 區(qū)701、703和1201和1203)上形成保護(hù)層幫助防止在這些區(qū)域中逐漸產(chǎn)生蝕刻裂紋，其中 可能存在涂布缺陷，使得以硅蝕刻和硅酸鹽形成的最小增加風(fēng)險來保持基板的強度。
[0054] 雖然在本文中已示出并描述了特定示例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到的是在不 脫離本公開的范圍的情況下可以用多種替換和/或等價實施方式來代替所示和所述的特 定示例。本應(yīng)用意圖覆蓋在本文中討論的特定示例的任何修改或變更。因此，意圖在于僅 僅有權(quán)利要求及其等價物來限制本公開。
【權(quán)利要求】
1. 一種形成用于流體噴射裝置的基板的方法，該基板具有第一側(cè)和與第一側(cè)相對的第 二側(cè)，該方法包括： 通過基板形成開口，該開口具有長軸剖面和短軸剖面，該長軸剖面包括從長軸剖面的 最小尺寸延伸至基板的第一側(cè)的第一部分以及包括且從長軸剖面的最小尺寸延伸至基板 的第二側(cè)的第二部分；以及 在開口的長軸剖面的第二部分的側(cè)壁上形成保護(hù)層并從開口的長軸剖面的第一部分 排除保護(hù)層。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中，所述開口的長軸剖面的第一部分具有有角度剖面和階梯 式剖面中的一個。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中，在基板的第一側(cè)處提供了長軸剖面的第一部分的最大尺 寸。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中，形成保護(hù)層包括從基板的第二側(cè)在開口的長軸剖面的第 二部分的側(cè)壁上定向地沉積保護(hù)層。
5. 權(quán)利要求1的方法，其中，形成保護(hù)層還包括在開口的短軸剖面的側(cè)壁上和基板的 第二側(cè)上形成保護(hù)層。
6. 權(quán)利要求1的方法，其中，通過基板形成開口包括從第二側(cè)朝著第一側(cè)在基板中形 成開口的一部分；以及 然后，進(jìn)一步在基板中形成開口至第一側(cè)，包括各向異性地對基板進(jìn)行濕法蝕刻以形 成具有有角度剖面的開口的長軸剖面的第一部分。
7. 權(quán)利要求1的方法，其中，通過基板形成開口包括從第一側(cè)朝著第二側(cè)在基板中形 成開口的一部分，包括對基板進(jìn)行干法蝕刻以形成具有階梯式剖面的開口的長軸剖面的第 一部分；以及 然后，從第二側(cè)朝著第一側(cè)在基板中形成開口的另一部分；以及然后，完成通過基板形 成開口。
8. -種形成流體噴射裝置的方法，該方法包括： 提供具有第一側(cè)、與第二側(cè)相對的第二側(cè)以及在第一側(cè)形成的薄膜結(jié)構(gòu)的基板； 在第一側(cè)與第二側(cè)之間通過基板形成開口；以及 除從開口的長度的最小尺寸延伸至基板的第一側(cè)的端壁的各部分之外，在開口的長度 的相對端壁上形成保護(hù)層。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中，基板的第一側(cè)處的開口的長度的尺寸大于開口的長度的 最小尺寸。
10. 權(quán)利要求8的方法，其中，在開口的長度的相對端壁上形成保護(hù)層包括在相對端壁 的各部分上形成保護(hù)層，其包括且從開口的長度的最小尺寸延伸至基板的第二側(cè)。
11. 權(quán)利要求8的方法，其中，在開口的長度的相對端壁上形成保護(hù)層包括從基板的第 二側(cè)定向地沉積保護(hù)層。
12. 權(quán)利要求8的方法，還包括： 在從基板的第二側(cè)延伸到基板的第一側(cè)的開口的寬度的相對側(cè)壁上形成保護(hù)層。
13. -種流體噴射裝置，包括： 基板，具有第一側(cè)和與第一側(cè)相對的第二側(cè)； 薄膜結(jié)構(gòu)，在基板的第一側(cè)上形成； 流體饋送狹槽，由在第一側(cè)與第二側(cè)之間延伸通過基板的開口形成；以及 保護(hù)涂層，在流體饋送狹槽的長度的相對末端處提供的端壁上提供，其中，保護(hù)涂層被 從在流體饋送狹槽的長度的相對末端處與基板的第一側(cè)連通的流體饋送狹槽的凹陷區(qū)排 除。
14. 權(quán)利要求13的流體噴射裝置，其中，流體饋送狹槽的凹陷區(qū)具有有角度剖面和階 梯式剖面中的一個。
15. 權(quán)利要求13的流體噴射裝置，還包括： 在側(cè)壁上形成的保護(hù)涂層是在與流體饋送狹槽的寬度的相對側(cè)提供的。
【文檔編號】B41J2/175GK104066584SQ201280068696
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月24日
【發(fā)明者】R.里瓦斯, C.德尤, E.弗里伊森 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)