[发明专利]一种带槽基底及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及可用于喷墨打印头及类似物体的基底。

背景技术

在本技术领域中已经知道的各种喷墨打印装置包括热致动打印头和机械致动打印头。热致动打印头往往会使用电阻元件等来实现墨水喷射，而机械致动打印头往往会使用压电传感器等器件。

一种典型的热喷墨打印头包括若干设置在半导体基底上的薄膜电阻器。喷嘴板和隔离层覆盖在基底上并在每个电阻器附近形成加热室。通过电阻器流入的电流或“喷射信号”使得相应加热室中的墨水受热并通过适当的喷嘴喷射出去。

墨水一般通过在半导体基底中加工出来的输送槽送到加热室中。基底通常是矩形的，输送槽纵向布置在其中。电阻器一般成排布置在输送槽两侧，并最好与输送槽隔开大致相等的距离，因此到每个电阻器的墨水通道长度是大致相等的。打印头走过所形成的打印宽度大约等于电阻器排列的长度，它又大约等于输送槽的长度。

输送槽一般是通过喷砂成孔(亦称“喷砂开槽”)形成的。这种方法是首选的方法，因为它是一种快速、相对简单且可规模生产(许多基底可以同时加工)的工艺。虽然喷砂开槽具有这些明显的好处，但它也是有缺点的，因为它会在半导体基底中引起微裂纹而大大降低基底的断裂强度，结果由于晶片断裂使收得率受到严重损失。较低的断裂强度也限制了基底长度，这转而又对打印行的高度和整体打印速度产生不利影响。

其它方法包括超声波金刚石钻头钻孔、喷砂研磨、钇铝石榴石激光器加工、氢氧化钾蚀刻、氢氧化四甲铵蚀刻和干式等离子体蚀刻。

超声波金刚石钻头钻孔只适合于加工圆孔。此外，这种加工方法使通孔的输入和输出两侧的玻璃和硅产生大的破裂。这些裂纹太大(几百微米)使电阻器不能靠近墨水输送槽。

由于通槽输出侧周围的晶片存在裂纹，喷砂研磨也有破裂问题。裂纹引起两个不相关的问题。通常裂纹有几十微米大，会限制加热室接近输送槽边缘的程度。有时候裂纹较大，会引起制造过程中的收得率损失。当所需的输送槽长度增大而宽度减小时，裂纹问题将更加突出。在这种加工方法中，输送槽的最后形状受许多因素控制。输送槽边缘位置的变化会导致墨水流动阻力的变化。由于输送槽位置是在恶劣的环境中用机械方法来控制的，所以输送槽定位的精度和重复性被限制在大约+/-15微米。

钇铝石榴石(YAG)激光器加工也有缺点。这种激光系统购买和维护都非常昂贵。相对较小的激光束必须进行“窗格移动”，即围绕所要求的输送槽区域边界移动，而且需经过多遍才能切穿晶片。激光能量聚焦在一个小圆点上(直径大约为10至50微米)。这一很小的有效面积要求在激光产生脉冲的时候激光光点绕待切割区域的周边来回移动。在一个实施例中硅晶片的标称厚度是670微米，为切穿它需在每一周边位置多次产生激光脉冲。晶片加工时间一般为2至3小时，从而限制了系统的生产能力。当激光烧穿硅时，在切口周围区域的硅被熔化而不是被气化了。熔化了的硅溅射到开槽边缘周围并造成部分粘附的问题，所留下的熔滴或熔渣过后会脱落而阻塞墨水的输送路径。激光切割区周围的区域变得相当热而损坏薄膜和隔离材料。

氢氧化钾(KOH)蚀刻会破坏薄膜，因为氢氧化钾是一种能蚀刻硅的腐蚀性的碱性化学物质，而且还会侵蚀用于多种喷墨打印头的薄膜。为了防止氢氧化钾蚀刻剂侵蚀薄膜，必须在加工薄膜之前进行蚀刻。这种加工次序会产生问题，因为很多薄膜加工工具不能处理开了槽的晶片。对于各向异性的蚀刻，不同晶面的蚀刻速率是不一样的；因此蚀刻的几何形状是由晶面确定的。蚀孔倾角使输送槽背面的开口很大，因而限制了输送槽相互靠近的程度，也限制了输送槽靠近晶片边缘的程度。

氢氧化四甲铵(TMAH)是另一种用于硅的各向异性的蚀刻剂。氢氧化四甲铵蚀刻技术在硅的<100>晶面上产生的蚀孔倾角使输送槽背面的开口很大，因而限制了输送槽相互靠近的程度，也限制了输送槽靠近晶片边缘的程度。作为一种各向异性的蚀刻方法，不同晶面上的氢氧化四甲铵蚀刻速率是不一样的，因此蚀刻几何形状是由晶面确定的。每分钟的蚀刻速率大约只有1微米。如果从两面进行蚀刻，晶片的蚀刻时间一般大约为8小时，如果从单面蚀刻大约为12小时。晶片可以进行批量加工。由于蚀刻时间延长，遮蔽膜片出现严重底切部分。这些膜片会破裂并变成可移动的污染物，从而阻塞打印头组合件中的墨水流动。晶片边缘周围阻挡蚀刻的氧化物在晶片的加工过程中被刮掉和损坏。在晶片上氧化物层已损坏的地方会发生蚀刻，造成晶片脆弱和在随后工序操作中的问题。晶片中的输送槽会使隔离材料变薄。