專利名稱：制造噴墨打印頭的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造噴墨打印頭的方法，尤其涉及一種通過使用濕法蝕 刻制造具有供墨通道的噴墨打印頭的方法。
背景技術：
噴墨打印頭是通過向打印介質(zhì)上的指定位置噴射墨滴以形成圖像的設 備。根據(jù)墨滴噴封機制，噴墨打印頭大體上分為電熱型和壓電型兩類。電熱 型打印頭使用加熱源在墨水中產(chǎn)生氣泡，并借助氣泡的膨脹力噴出墨滴。圖1是表示相關技術中電熱型噴墨打印頭的截面圖。如圖l所示，電熱型打印頭通常包括硅晶片基板l;形成于基板1上用以供墨的供墨通道； 設置在基板1上，具有流動通道3a和墨腔3b的流動通道層3;以及設置在 流動通道層3上，具有與墨腔3b相對應的噴嘴4a的噴嘴層4。在所述噴墨打印頭中，供墨通道2通過干法蝕刻或者濕法蝕刻形成。因 為一般不能進行批量處理，干法蝕刻耗費更高的制造成本和更多的制造時 間。而由于大量晶片可以同時浸入蝕刻溶液并蝕刻，濕法蝕刻在產(chǎn)率上具有 優(yōu)勢。濕法蝕刻具有工藝控制難度，因為不能容易地獲得所期望的蝕刻形狀。 在圖1中，基板1有(100)晶格取向(在下文中，稱為"(100)晶片")。 供墨通道2通過濕法蝕刻形成。如果供墨通道2在(100)晶片上通過濕法 蝕刻形成，則由于硅的晶體結構的原因，供墨通道2的內(nèi)壁2a以約54.7度 傾斜。在這種供墨通道2中，在基板1后表面的開口 2b比在基板1前表面 的開口2c大許多。因為多種原因，在噴墨打印頭中這一結構是不期望的。詳細地，如圖1所示，如果后表面開口 2b較大，則后表面具有更小的 安裝區(qū)域，在該安裝區(qū)域噴墨打印頭安裝到墨盒(cartridge),因此墨水可能 泄露。如果為了獲得足夠的安裝區(qū)域而增加基板1的尺寸，則打印頭的整個 尺寸也將增加。而且，對基板1后表面增加的蝕刻會降低打印頭的結構剛性， 而且打印頭可能因為受到內(nèi)部殘余應力或外力而輕易變形或損壞。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一方面提供了 一種制造噴墨打印頭的方法，其通過使用濕法蝕 刻提高了生產(chǎn)率。本發(fā)明的另 一方面提供了 一種制造噴墨打印頭的方法，所述噴墨打印頭 擁有緊湊的結構和增強的剛性。根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了一種制造噴墨打印頭的方法，包括在具有 (110)晶面取向(晶格面)的硅晶片基板的前表面形成溝槽；以及通過濕 法蝕刻，從基板后表面到所述溝槽，形成供墨通道。根據(jù)本發(fā)明的方面，所述溝槽可以通過干法蝕刻形成，且當從基板的前 表面看時溝槽的形狀可以是矩形。根據(jù)本發(fā)明的方面，所述供墨通道具有相對于基板的前表面和/或后表面 垂直延伸的壁。才艮據(jù)本發(fā)明的方面，所述濕法蝕刻使用的蝕刻溶液包括從KOH、 NaOH、 TMAH及其混合物所組成的組中選擇出的材料。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種制造噴墨打印頭的方法，包括在 具有(110)晶面取向的單晶硅基板的前表面形成加熱墨水的加熱器；形成 與加熱器相鄰的溝槽；在基板的前表面上形成限定墨水通路的流動通道層； 在流動通道層上形成具有噴嘴的噴嘴層；以及通過各向異性濕法蝕刻，從基 板后表面到所述溝槽形成供墨通道。根據(jù)本發(fā)明的方面，所述供墨通道具有與所述基板的后表面和/或前表面 基本上垂直的壁。本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點將部分在隨后的描述中闡明，并部分地通過該 描述而明顯，或可通過實踐本發(fā)明而得知。


通過下面結合附圖對實施例的描述，本發(fā)明的以上和/或其他方面和優(yōu)點 將變得更明顯且更易于理解，其中圖1是表示相關技術中噴墨打印頭的截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明所述方法制造的噴墨打印頭的平面圖；圖3是表示沿圖2中的I - I線的截面圖；圖4a-4i是用于解釋根據(jù)本發(fā)明制造噴墨打印頭的示范性方法的示意圖。具體實施方法現(xiàn)在將更詳細地參照本發(fā)明的示范性實施例，在附圖中表示了本發(fā)明的 實例，且全文相同的標號代表相同的元件。以下參照附圖描述這些實施例以 說明本發(fā)明。圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法制造的噴墨打印頭200的平面圖，并且圖3是 沿圖2中的I - I線的截面圖。如圖2和3所示，噴墨打印頭200包括基板 10,布置在基板10上的流動通道層20和布置在流動通道層20上的噴嘴層 30。基板10形成有供墨通道40以供墨。供墨通道40通過濕法蝕刻形成， 并沿著噴墨打印^V 200的縱向延伸?；旧吓c基板10的后表面10b和/或前 表面10a相垂直地形成供墨通道40的內(nèi)壁41。如果基本上與前表面10a和/ 或后表面10b相垂直形成供墨通道40，那么供墨通道40占用最小量的基板 10的后表面10b。流動通道層20限定了墨水通路21,該墨水通路21將供墨通道40連接 到噴嘴31。每個墨水通路21都包含其中填充墨水的墨腔21a和將供墨通道 40連接到墨腔21a的限流器21b。噴嘴層30包含噴嘴31,墨水通過噴嘴31 從墨腔21a中噴出?；?0的前表面10a包括在噴墨打印頭200的縱向上延伸的溝槽50(通 道)。所述溝槽50與貫穿基板10的供墨通道40相連通。因此，由供墨通道 40供應的墨水經(jīng)由溝槽50流入到墨水通路21中。加熱器11設置在溝槽50 的兩側，以加熱墨腔21a中的墨水。電4及12鄰近加熱器11，以對加熱器ll 提供電流。圖4a-4i是用于解釋根據(jù)本發(fā)明制造噴墨打印頭200的示范性方法的示 意圖。如圖4a所示，提供了基板IO?；?0是具有(110)晶面取向的單 晶硅晶片(在下文中，稱為"(110)晶片")。供墨通道40 (見圖3)形成在 基板10內(nèi)，使得通道40的壁41基本上與基板10的后表面10b和/或前表面 10a相垂直。供墨通道40可以通過蝕刻例如各向異性濕法蝕刻形成。蝕刻工 藝根據(jù)(110)晶片的晶體結構(取向)改變。(110)晶片從基板10的后表面10b向前表面10a進行蝕刻。根據(jù)基板10的晶面取向，與蝕刻溶液相接 觸的表面有著不同的蝕刻速度。如圖4b所示，加熱器11和電極12設置在基板10的前表面10a上。加 熱器11可以通過在基板10上沉積耐熱材料來形成，例如鉭氮化物或鉭-鋁合 金。加熱器11可以通過圖案化的濺射或化學氣相沉積來沉積。電極12可以 通過圖案化的'減射來沉積具有足夠導電性的金屬材料例如鋁而形成?？梢栽?加熱器11和電極12上提供保護層(未示出)，例如，氧化硅膜或氮化硅膜。如圖2和4c所示，溝槽50形成于基板10的前表面10a上。由于(IIO) 晶片基板10的蝕刻特征，如果基板IO使用矩形蝕刻掩模通過各向異性濕法 蝕刻來蝕刻，那么供墨通道40縱向的兩個末端都形成如圖2所示的"A"部 分。詳細地，供墨通道40縱向上的第一末端通過蝕刻表面42和43形成， 所述蝕刻表面42和43分別與垂直壁41相交成角cc和角(3 。供墨通道40縱 向上的第二末端通過蝕刻表面44和45形成，所述蝕刻表面44和45分別與 垂直壁41相交成角(3和角cx。蝕刻表面42和蝕刻表面43之間形成的邊緣部分46與蝕刻表面44和蝕 刻表面45之間形成的邊緣部分47都相對易于受到噴墨打印頭200內(nèi)殘余應 力的影響，或受到施加在噴墨打印頭200上的外力的影響。因此，溝槽50 的橫截面通常形成為矩形，以便減輕集中在邊緣部分46和47上的負荷。溝 槽50可以包括唇狀結構，以使得在基板10前表面10a處的供墨通道40變 窄(參見圖3)。溝槽50可以通過干法蝕刻形成，例如使用等離子體的反應 離子蝕刻(RIE),或通過工具切割，或通過噴砂法。如圖4d所示，流動通道層20形成在提供了加熱器11和電極12的基板 IO上。流動通道層20可以通過光刻工藝形成。盡管圖中未示出，但所述工 藝包括通過旋涂法在基板10上涂布負性光致抗蝕劑層的搡作，以及使用包 含墨腔圖案和限流器圖案的光掩模對光致抗蝕劑層曝光的操作。如圖4d所 示，光致抗蝕劑層被顯影以選擇性地移除未曝光的光致抗蝕劑，以形成限定 墨水通路20a的流動通道層20。如圖4e所示，形成犧牲層60以覆蓋基板10的前表面10a和流動通道 層20。所述犧牲層60可以例如通過旋涂法，通過涂覆正性光致抗蝕劑的方 法來形成。由于蝕刻基板以形成供墨通道40時，犧牲層60暴露于蝕刻溶液， 所以犧牲層60通常采用對蝕刻溶液具有高抵抗性的材料制成。如圖4f所示，犧牲層60的上表面與流動通道層20的上表面被平坦化 至相同高度。所述平坦化可以通過化學機械拋光(CMP)工藝來實現(xiàn)，或采 用類似的方法。如圖4g所示，噴嘴層30形成于平坦化的犧牲層60和流動通道層20之 上。噴嘴層30通過光刻工藝而形成，類似于流動通道層20。換句話說，在 光致抗蝕劑涂覆到流動通道層20上之后，光致抗蝕劑通過有噴嘴圖案的光 掩膜被曝光，并被顯影以選擇地移除其中未曝光的部分。如此形成具有噴嘴 31的噴嘴層30,如圖4g所示。由于形成于流動通道層20上的噴嘴層30可 以被流動通道層20緊密接觸，所以打印頭的耐久力因此增加，并且墨水通 路的形狀和尺寸也被精確控制，因而提高了打印頭的墨水噴射性能。如圖4h所示，蝕刻掩模70提供于基板10的后表面10b上，以形成供 墨通道40 (見圖3 )。所述蝕刻掩模70可以通過在基板10的后表面10b上 涂覆正性或負性光致抗蝕劑并對其圖案化來獲得。在形成蝕刻掩模70之后，圖4h中所示的工作件210被浸入到蝕刻溶液 中，從而蝕刻基板10的后表面10b由蝕刻掩模70暴露的地方。如圖4i所示， 進行所述蝕刻搡作直到暴露溝槽50,以形成供墨通道40。由于(110)晶片 基板10的蝕刻特性，在供墨通道40縱向上的壁41垂直地形成。氫氧化鉀 (KOH)、氫氧化鈉(NaOH)或者四曱基氫氧化銨(TMAH)都可以作為蝕 刻溶液來使用。移除如圖4i所示的蝕刻掩才莫70和犧牲層60,以形成如圖3所示出的噴 墨打印頭200。從上述描述中顯然可以看出，根據(jù)本發(fā)明所述制造方法，由于在供墨通 道縱向上的壁可以通過濕法蝕刻而垂直地形成，從而可以高生產(chǎn)率地生產(chǎn)具 有增強的剛性的緊湊型噴墨打印頭。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的一些實施例，但本領域技術人員將會理 解到，在這些實施例內(nèi)可以作出改變，而沒有背離本發(fā)明的原則和精神，本 發(fā)明的范圍限定在權利要求及其等同物中。
權利要求
1、一種制造噴墨打印頭的方法，包括準備具有(110)晶面取向的硅晶片作為基板；在所述基板的前表面上形成溝槽；以及從所述基板的后表面到所述溝槽，濕法蝕刻供墨通道。
2、 如權利要求1所述的方法，其中所述溝槽的形成包括干法蝕刻所述 基^反的前表面。
3、 如權利要求l所述的方法，其中所述溝槽具有基本上矩形的橫截面。
4、 如權利要求1所述的方法，其中所述供墨通道具有基本上垂直于所 述基板的前表面和后表面延伸的壁。
5、 如權利要求1所述的方法，其中所述供墨通道的濕法蝕刻包括使用 蝕刻溶液，所述蝕刻溶液包括從KOH、 NaOH、 TMAH及其混合物所組成的 組中選擇出的材料。
6、 一種制造噴墨打印頭的方法，包括 準備具有(110)晶面取向的硅晶片作為基板； 在所述基板的前表面上形成加熱墨水的加熱器；在所述基板的前表面上形成與所述加熱器相鄰的溝槽； 在所述基板的前表面上形成具有墨水通路的流動通道層； 在所述流動通道層上形成具有噴嘴的噴嘴層；以及 從所述基板后表面到所述溝槽，各向異性濕法蝕刻供墨通道。
7、 如權利要求6所述的方法，其中所述供墨通道具有基本上垂直于所 述基板的前表面和后表面延伸的壁。
8、 如權利要求6所述的方法，其中所述溝槽具有基本上矩形的橫截面。
9、 如權利要求6所述的方法，其中所述溝槽的形成包括干法蝕刻所述 基板的前表面。
10、 如權利要求6所述的方法，其中所述溝槽的形成包括對所述基板的 前表面進行反應離子蝕刻、工具切割、或噴砂。
11、 如權利要求l所述的方法，其中所述溝槽的寬度窄于所述供墨通道 相應的寬度。
12、 如權利要求l所述的方法，其中所述濕法蝕刻包括蝕刻所述供墨通 道，使得所述溝槽限制來自所述供墨通道的墨水流動。
13、 如權利要求l所述的方法，其中所述基板是單晶硅基板。
全文摘要
一種制造噴墨打印頭的方法，包括準備具有(110)晶面取向的單晶硅晶片作為基板；在硅基板的前表面形成加熱墨水的加熱器；在加熱器以內(nèi)形成溝槽；在基板的前表面形成限定墨水通路的流動通道層；在流動通道層上形成具有噴嘴的噴嘴層；以及通過各向異性濕法蝕刻，從基板的后表面到溝槽形成供墨通道。
文檔編號B41J2/16GK101269576SQ2007101691
公開日2008年9月24日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權日2007年3月22日
發(fā)明者樸性俊, 李鎮(zhèn)郁, 金一宇, 金敬鎰 申請人:三星電子株式會社