[发明专利]具有背侧电连接的低轮廓MEMS热打印头芯片

说明书

相关申请

本申请与2011年6月6日提交的美国专利申请13/154,419和2011年12月15日提交的申请号13/327,745有关，这两个专利申请都要求2011年2月4日提交的临时申请No.61/439,816的优先权，其公开内容全文引入。

技术领域

本公开总体上涉及用于有机材料的蒸发打印的打印头。更具体地，本公开涉及由SOI材料制造且使用背侧焊料连接组装以将有机薄膜通过墨的升华层覆到基底上的MEMS打印头。

背景技术

有机光电子装置，例如用于平板显示器的有机发光二极管（OLED），通过将有机膜层沉积在目标基底上且将膜堆叠体的顶部和底部联接到电极而制造。使用先进技术，可以实现100纳米量级的膜层厚度。

一种这样的技术通过从热打印头热蒸发有机材料而将OLED膜层沉积到基底上。有机墨材料首先溶解在液体载体中以形成液体墨。墨传输给打印头，且目标基底和打印头被牵拉成紧邻。墨然后分阶段加热。第一阶段蒸发溶剂。在第二阶段期间，墨快速加热高于其升华温度，直到有机墨材料蒸发，以引起有机蒸汽冷凝在目标基底上。过程可重复，直到实现期望膜层厚度。墨的成分可变化，以实现不同颜色和优化其它属性，例如粘度和升华温度。

高分辨率OLED显示器可需要100微米或更小量级的像素特征尺寸。为了实现该质量控制程度，打印头间隙，即打印头和目标基底之间的间隙，应当指定为与期望像素特征尺寸相当的幅度量级。MEMS技术已经提出用于制造具有该精度水平的蒸发沉积的热打印头。该方法要解决的问题之一（由本公开解决）是如何将电能传输给MEMS热打印头的打印表面，同时允许充分小的打印间隙。

发明内容

本公开提供一种可以定位在从打印头接收墨的基底的10-100微米内的热非接触式打印头芯片。减少的打印间隙允许有机LED化合物层打印到基底上，用于优良的膜形态、一致性和特征分辨率。

在一个实施例中，根据本公开的热打印头芯片在SOI结构上形成，所述SOI结构具有打印表面、隐埋氧化物层、以及与打印表面相对的安装表面。多个墨传输部位在打印表面上形成，每个部位具有墨接收和墨分配结构、以及在墨接收和墨分配结构附近形成的欧姆加热器。至少一个凸点下金属化（UBM）垫在安装表面上形成，且电连接到欧姆加热器。由墨传输部位接收且由欧姆加热器加热的墨然后可以通过升华传输给基底。

欧姆加热器可以穿过隐埋氧化物层借助于贯穿硅晶圆通路（TSV）插塞电联接到UBM垫。TSV插塞可以通过掺杂过程形成。互连金属，例如钛-钨-铝层，可以形成以将TSV插塞联接到UBM垫和联接到欧姆加热器。每个墨传输部位可包括穿过打印表面形成的导电腔室，从而互连金属沿导电腔室的侧壁且穿过隐埋氧化物层中的开口将欧姆加热器连接到TSV插塞。

根据本公开的方法规定在SOI结构上制造MEMS热打印头芯片的步骤，所述SOI结构具有顶表面、隐埋氧化物层、以及与顶表面相对的安装表面。在一个实施例中，所述方法提供步骤：（a）在SOI结构的顶表面上形成多个墨分配孔隙，每个孔隙包括凹进区域；（b）在墨分配孔隙中的至少一个附近形成欧姆加热器；（c）在安装表面上形成至少一个UBM垫；以及（d）穿过隐埋氧化物层形成至少一个TSV插塞，所述TSV插塞穿过隐埋氧化物层将欧姆加热器电联接到UBM垫。所述方法还可以包括：穿过安装表面形成多个墨接收腔室，每个墨接收腔室与多个墨分配孔隙相对应，允许墨在每个墨接收腔室和打印表面之间流动，或者穿过打印表面形成导电腔室，使得一个或多个互连金属层可沿导电腔室的侧壁将欧姆加热器连接到TSV插塞。

根据本公开的方法的另一个实施例允许制造MEMS热打印系统。制造步骤包括：（a）在SOI结构的顶表面上形成多个墨分配孔隙；（b）形成多个欧姆加热器，每个欧姆加热器在对应的多个墨分配孔隙和墨接收腔室附近；（c）在安装表面上形成一个或多个UBM垫；（d）穿过SOI结构的隐埋氧化物层形成多个TSV插塞，每个TSV插塞将欧姆加热器中的一个电联接到所述一个或多个UBM垫；（e）将焊料球分配到每个UBM垫上；（f）使焊料球回流；（g）使得回流的焊料球与安装基底上的互补垫接触；以及（h）固化焊料球，使得固化焊料提供打印头芯片和安装基底之间的机械连接以及从每个互补垫穿过SOI结构的安装表面到一个欧姆加热器的电连接。

附图说明