接合式微机电组件的制作方法

专利名称：接合式微机电组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及接合式微机电组件。
背景技术：
微机电系统(MEMQ通常具有利用传统半导体处理技术形成在半导体基底中的机械结构。MEMS可包括单一结构或多结构。MEMS具有电部件，其中，电信号各自激化 (activate)或由MEMS中各结构的致动所产生。MEMS可由一系列层通过层叠形成，其中，一个或多个层包括孔隙或凹部。或者， MEMS可借助于连续的沉积和蚀刻处理而形成。也可采用层叠与沉积和蚀刻处理的组合。一些MEMS包括一系列的重复式结构。通常，对于各种重复式结构，期望能够形成可重现的一致的特征。重现可部分依赖于稳定的处理条件。一系列的容纳模具的MEMS可形成在单个基底上。一旦形成MEMS的特征被完成， 模具就可从基底解除，例如通过将基底锯成独立的模具。或者，可在基底的一侧或两侧蚀刻道痕或切口，并且可通过沿所述道痕和切口猛折基底而手动使模具脱离。如图1所示，此方法常在模具10的边缘留下破损，例如在丧失碎片或段片的区域的缺口 20、过量材料的粗边或毛口 30。此破损按需可通过抛光去除。然而，抛光会产生渣或其它碎屑。因此，缺口、微裂口或毛口通常遗留在切割边缘上。

发明内容
容纳模具的MEMS可这样形成，即通过在基底中创建特征(features)并且利用聚焦在子表面的激光切割以从基底形成独立的模具。然后，使用粘接剂将部件接合到由切割所形成的表面上。聚焦于子表面的激光切割方法不产生碎屑或几乎无碎屑，从而消除了为产生适用于粘接剂接合的表面而执行的进一步处理例如抛光或清洁。一方面，描述了一种组件。该组件包括具有主表面的主体；和相邻于所述主表面且小于所述主表面的侧表面。利用粘接剂接合到所述侧表面的部件。所述主体包括所述侧表面中的出口，所述部件包括与所述出口处于流通连接的孔隙，其中，所述主体由一种材料形成，所述侧表面由所述材料形成，并且所述主体处于一种不同于所述侧表面的晶体结构。另一方面，描述了一种形成组件的方法。该方法包括激光切割容纳单晶体材料的主体以形成包括MEMS的模具，其中，所述激光切割将激光光线聚焦于贯穿主体厚度的多个点处，所述多个点确定出模具的侧表面并且将该表面接合到部件上。在此描述的器件和技术可包括下文中的一个或多个。主体可由晶体硅形成，并且侧表面可由多晶硅形成。侧表面可无缺口和毛口。出口可与腔室处于流体连通，并且组件还可包括关联的且构造成改变所述腔室的容积的致动器。部件可以是喷嘴板，孔隙可以是喷嘴。侧表面可以是大致平坦的平面型表面。侧表面可具有粗糙度在大约5埃与5微米之间的表面。侧表面可以不是抛光的表面。侧表面可垂直于主表面。主体可具有在侧表面的多个出口，该多个出口与部件中的多个孔隙处于流体连通。凹部可形成在基底的主表面中。基底可以是主体的一部分，并且基底的主表面可垂直于主体的侧表面。通过在主表面中形成凹部和对主体激光切割可在侧表面中形成出口。将表面接合到部件可包括接合内部具有孔隙的部件，使得所述孔隙与所述出口处于流体连通。出口可流通地连接到确定出一定容积的腔室，并且转换器可接合到主体，其中，转换器构造成当被致动时改变所述容积。垂直于基底的主表面的第二表面可被激光切割。所述第二表面可用于将模具对齐至壁。所述单晶体材料可以是硅，并且激光切割可形成多晶硅的表面。所述激光切割可产生子表面破损而无烧蚀或蒸发。将所述表面接合到所述部件可包括利用粘接剂接合。在此所述的方法可包括以下优点的一个或多个。可采用聚焦于子表面的激光切割形成表面。所述激光切割的表面可适用于接合到另一表面而无需进一步的处理步骤例如抛光或清洁。因而，可避免进一步的处理，从而无需去除作为进一步处理步骤的副产品的残留物或残渣。因此，可在不将碎屑引入模具中已有特征例如通道中的情况下形成器件。主体与部件的低的表面粗糙度容许两者彼此接合，使得被接合部分之间无层离或空隙，所述层离或空隙可能使组件不能正常工作。因为所需处理步骤较少，所以器件可被更快地生产。在此所述的切割和接合容许具有多个层的MEMS的形成，其中，一些层垂直于其它层。相比于使用传统技术，器件可形成具有更大的封装密度。相比于其它方法例如破碎或蒸发，激光切割容许利用更多的基底，因为基底在切割处理中没有或者几乎没有损失。通过将一部分接合到边缘上而形成的多层器件可容许形成更多种更复杂的结构。这些更复杂的结构在处理方向上可更小。即，模具的印迹可更小。小的器件和模具可容许更小的总体装置的产生，而器件则位于装置中。因而，多个模块可堆叠在小的空间内，例如在印制区内。这可容许更高分辨率的印制。小的器件也可被更经济地生产。由在此所描述的切割方法所产生的大致光滑、平坦或平面型表面也可用于将模具对齐至另一部件。本发明的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中给出。本发明的其它特征、目的、和优点将由描述和附图以及由权利要求而明显。


图1是容纳模具的MEMS的透视图。
图2是用于形成多个模具的组件的平面视图。
图3是用于形成模具的组件的截面图。
图4是以截面图示意性地示出激光切割。
图5是模具的透视图。
图6是带有接合式部件的模具的透视图。
图7是模具在接合到接合式部件之前的替代实施例的透视图。
图8是模具在接合之后的截面侧视图。
图9是模具的一实施例的截面侧视图。
各附图中相同的附图标记指示相同的元件。
具体实施例方式
描述一种利用MEMS形成模具的方法，该方法采用聚焦于子表面的激光切割以形成可用作接合表面的清洁的、大致光滑的表面。部件，例如面光滑的板，接合到所述切割表面上。由切割所产生的表面无需为了使粘接剂能够将另一部件接合到该表面而做进一步处理。参考图2和图3，基底50包括一个或多个区域75 (区域75的边界以虚线示出)， 所述区域75包括特征或微制造出的结构，例如凹部或腔室90。区域75将最终与基底分离以形成独立的模具。虽然区域75示出呈间隔隔开，但是它们可彼此紧邻。基底50可包括一层单晶体材料，例如，半导体，例如硅、蓝宝石(sapphire)或III-V类材料，例如砷化镓 (gallium arsenide) 0多个模具可同时在基底上处理以避免材料浪费。嵌入式特征可通过处理基底的一层而形成，例如通过蚀刻例如深反应式离子蚀刻，并且将第二层105接合到所处理的层上以形成组件100。第二层105也可以是单晶体材料，例如与基底50相同的材料。一种示例性的多层处理流程在2005年5月12日公布的美国公布号U. S. 2005-0099467 中描述，其中对器件以及形成该器件的方法的描述通过引用结合于此。参考图4，一旦在基底或组件100上的处理完成且模具正待与组件100分离，就在组件100上执行激光切割。激光切割是聚焦于子表面、产生子表面破损或孔的激光切割。 而材料不被蒸发或烧蚀。激光光线110借助于聚光透镜115聚焦在组件100的各种非表面点120处。聚光透镜115使能量聚集成足够强，使得当激光在聚焦位置或焦点处达到峰值功率密度时产生孔。在所述孔的周围产生压应力和张应力。一系列的孔形成内部穿孔。经激光处理的基底在切割后保持完整无损。在一些实施例中，内部穿孔的基底附接到一种带上。所述带被展开，例如通过机械拉伸所述带，并且沿所述穿孔引入的应力区域使基底沿所述穿孔分离。激光光线采用多光子吸收或光学损伤，以便沿将成为模具的表面产生小孔。该激光光线具有可透过组件100的材料传输的波长。即，该基底对于该激光光线波长必须是半透明的。对于硅基底，可采用利用近红外光的激光，因为较短波长的光被硅吸收会引起烧蚀。在一些实施例中，激光是脉冲式的并且在每次脉冲过程中激光光线聚焦在一点。在后一脉冲之前，激光光线聚焦在后一点处，例如30微米外的一点。此过程一直重复直到已形成足够数量的点，并且模具可从剩余的基底分离。激光可以是发射大约1500埃波长的光的YAG激光，例如1520埃或1560埃。例如， 可使用Accretech ML200激光。如果切割硅，则激光的功率等级可以为大约1. 2W并且聚焦成大约2百万-瓦/平方厘米。扫描速度可以是从大约100mm/S至500mm/s可调节的，例如150mm/s用于SOI晶片以及300mm/s用于硅晶片。激光可以是大约40_80kHz的脉冲式激光。激光横向地穿过层行进以完成扫描，然后每次扫描向上穿过层大约20-30微米。功率等级在接近表面时可减至大约20%以防止表面烧蚀。厚度达到几百微米例如大约800或 900微米的组件可借此方式进行切割。激光光线所聚焦的点确定了模具表面的几何形状。激光处理可分离模具而无论基底的晶体结构如何。如果所述点全都沿一平面，则模具表面将是平面型的。如果所述点沿另一种几何形状例如沿曲线，则模具表面将沿该几何形状即曲线型的。因为能够无缺口地形成壁，所以模具的边缘可与遇合的壁形成90度的角度。这样，可在此模具上形成方形拐角。一种示例性的用于切割模具的系统是从日本东京Accretech可获得的ML200。当被切割的基底是由晶体硅形成时，激光切割处理使单晶硅转变成多晶硅。当在显微镜例如电子扫描显微镜下观察时，该多晶硅表面可由于它的波状外形而区别于晶体硅表面。因此，经过聚焦于子表面的激光切割的模具的暴露表面具有波状外观，并且处于下层的硅具有有序的晶体外观。通常，切割表面将具有大约10埃与20微米之间的粗糙度，例如大约0. 45微米。所述表面可区别于大部分抛光的硅表面，因为它比抛光的硅表面稍粗糙。 基底的激光处理转变基底的晶体结构，而非蒸发或去除材料。因为聚焦于子表面的激光切割处理，所以没有颗粒产生。在此所示的模具中，主表面是模具上最大的表面。侧表面小于主表面，并且在一些实施例中侧表面垂直于主表面。然而，侧表面可与主表面呈除90度外的其它角度。参考图5，模具150由切割处理产生。如一个可形成的容纳模具的MEMS的示例，模具可包括适用于喷射流体的多个MEMS结构，例如喷墨打印头。当然，也可形成其它类型的 MEMS模具。在示例性装置中，空穴是用于保持流体例如墨的腔室。所述流体可从模具150 经由模具侧表面160中的孔隙190排出。在一些实施例中，通过将特征蚀刻在基底中形成所述空穴。所述特征可具有直立壁。所述特征可蚀刻贯穿基底的厚度或仅部分地穿过基底。 如果该特征延伸贯穿基底，则层或第二基底可接合到该基底的底部上。如果该特征仅被蚀刻成部分地透过基底，则无需接合的下层。另一个层或基底于是可接合到所述基底的顶部。 所述接合可以是粘接剂接合或其它类型的接合，例如直接硅接合或熔接。致动器175可形成在模具的主表面180上。在一些实施例中，致动器是各自与模具中的腔室相关联的压电致动器。在美国专利号7，420，317中描述了适合的压电致动器， 该专利文件中对器件和处理技术的描述通过引用结合于此。如图6所示，切割表面160，170具有使粘接剂接合到喷嘴板200的足够低的粗糙度。模具150具有沿ζ轴线的厚度，沿y轴线的深度和沿χ轴线的长度。喷嘴板200具有沿1轴线的深度，该深度小于在沿xz平面中的一表面延伸表面上的喷嘴出口 210和模具的深度。喷嘴板200利用接合材料180或粘接剂接合在模具150上，使得喷嘴出口 210 与孔隙190处于流体连通。接合到模具的喷嘴板可以是电铸的、硅蚀刻的板、陶瓷注射模制的板或期望的任何其它类型的板。如果喷嘴板200和模具都由单晶硅形成，则它们不必以具有相同定向的硅形成。粘接剂可以是环氧或其它有机接合材料，例如苯并环丁烯 (benzocyclobutene, BCB)。通常，不易失效的粘接剂接合通常要求模具的表面和喷嘴板的表面各具有小于大约20微米的表面粗糙度，例如小于大约10微米。在一些实施例中，该表面粗糙度不显著大于接合材料的厚度。接合材料层施加于模具150或喷嘴板200。在一些实施例中，采用厚的粘接剂或接合层，例如1微米级的层。这防止粘接剂在接合和阻塞喷嘴的过程中被挤出去。模具150 和喷嘴板200利用它们之间的接合材料180而合在一起，而喷嘴210与孔隙190对齐。所述接合材料容许被固化。聚焦于子表面的激光切割使表面具有一定的光滑度，并由此形成适用于粘接剂接合的表面。因为模具的其它表面已利用激光切割技术产生，所述其它表面可接合成例如附接用于给模具供给流体的一歧管。或者，或另外地，所述其它表面可用于将模具对齐到器件中的另一结构，例如对齐特征或壳体。例如，模具的切割侧可用于将模具对齐到相邻的模具或用于对齐壳体内的模具。这在形成容纳多个喷墨打印模具的全页宽度打印条时是有用的。以上所描述的器件可称为边缘喷射器件，因为致动器在该器件的顶部，以及在一些实例中也在器件的底部，并且喷嘴沿器件的边缘定位。如图7所示，在两侧带有致动器的边缘喷射类型模可通过将特征蚀刻在主基底220中形成。下层基底225和上层基底230接合到主要基底220。致动器175形成在顶表面和底表面(在图8中可见一接近顶部的致动器175，以及一更远侧的底部致动器175)。如图9所示，致动器175可仅定位在模具的单侧。相对于在两侧都具有致动器的模具，这可减少处理步骤的数量并且简化所需的电连接。例如，因为致动器175相邻于泵腔室M0，并且致动器仅在器件的一侧，所以泵腔室240仅需在一个步骤中蚀刻，这与在两个不同步骤中蚀刻相反，而所述在两个不同步骤中蚀刻是在形成对立两侧具有致动器的模具时需要的。在一些实施例中，泵腔室的长度与深度之比至少为5 1，例如大于10 1或大于20 1。这样，模具的面可以非常小并且多个模具可彼此堆叠，从而容许更大可能的打印分辨率。边缘喷射结构可比在模具的面上带有喷嘴的喷墨器件(称为面喷射器 (faceshooter))提供更大的封装密度。经过聚焦于子表面的激光切割的模具150具有一个或多个表面250，例如四个表面，所述表面250适用于粘黏性地接合到部件例如喷嘴板、歧管或其它这类部件上。如同激光切割的表面，附接到模具的部件的表面应当具有为了成功接合的必备的最大粗糙度。在此所描述的方法可应用至任何可部分借助于将层或部件接合到自基底切割的模具的一侧而形成的MEMS类型结构。虽然所述处理已关于形成端喷射类型的喷墨器件进行描述，但是其它类型的喷墨器件或非喷墨器件也可在被切割和接合的基底中形成。因为聚光的激光切割使表面非常光滑，所以该表面良好地适用于接合到板而无需任何必要的中间处理或清洁步骤。即，为实现可接合的表面，用于去除缺口、微裂口或毛口的抛光或其它手段是不必要的。这类额外的处理可能在模具的凹部中留下一些碎屑，这些碎屑可能减小MEMS结构的一致性以及在致动时它们的动作的再现性。对本发明的多个实施例已进行描述。尽管如此，应当理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种更改。因此，其它的实施例亦在随附的权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种组件，包括主体，具有主表面和相邻于主表面且小于主表面的侧表面，其中，主体由一种材料形成，侧表面由该材料形成，并且主体处于一种不同于侧表面的晶体结构；和利用粘接剂接合到侧表面的部件，其中，所述主体包括侧表面中的出口，并且所述部件包括与所述出口处于流通连接的孔隙。
2.如权利要求1所述的组件，其中，所述主体由晶体硅形成，并且所述侧表面由多晶硅形成。
3.如权利要求1所述的组件，其中，所述侧表面无碎片和毛口。
4.如权利要求1所述的组件，其中，所述出口与一腔室处于流体连通，并且所述组件还包括相关联的且构造成改变所述腔室的容积的致动器。
5.如权利要求4所述的组件，其中，所述部件是喷嘴板，并且所述孔隙是喷嘴。
6.如权利要求1所述的组件，其中，所述侧表面是大致平坦的平面型表面。
7.如权利要求1所述的组件，其中，所述侧表面具有粗糙度在大约5埃与5微米之间的表面。
8.如权利要求1所述的组件，其中，所述侧表面不是抛光的表面。
9.如权利要求1所述的组件，其中，所述侧表面垂直于所述主表面。
10.如权利要求1所述的组件，其中，所述主体在所述侧表面具有多个出口，该多个出口与所述部件中的多个孔隙处于流体连通。
11.一种形成组件的方法，该方法包括将容纳单晶体材料的主体进行激光切割，以形成包括MEMS的模具，其中，所述激光切割将激光光线聚焦于贯穿所述主体厚度的多个点，所述多个点确定出所述模具的侧表面； 并且将所述表面接合到一部件。
12.如权利要求11所述的方法，还包括在基底的主表面上形成凹部，其中所述基底是所述主体的一部分，并且基底的所述主表面垂直于所述主体的所述侧表面；形成所述主表面中的所述凹部，并且激光切割所述主体形成侧表面中的出口 ；并且将所述表面接合到一部件包括接合其内具有孔隙的部件，使得所述孔隙与所述出口处于流体连通。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述出口流通连接到确定一定容积的一腔室，所述方法还包括将一转换器接合到所述主体，其中，所述转换器构造成当被致动时改变所述容积。
14.如权利要求13所述的方法，还包括激光切割第二表面，所述第二表面垂直于所述基底的主表面；并且用所述第二表面将所述模具对齐到壁。
15.如权利要求11所述的方法，其中，所述单晶体材料是硅，并且激光切割形成多晶硅的表面。
16.如权利要求11所述的方法，其中，所述激光切割导致子表面破损而无烧蚀或蒸发。
17.如权利要求11所述的方法，其中，将所述表面接合到所述部件包括利用粘接剂接合O
全文摘要
描述了一种MEMS器件，所述MEMS器件具有主体，而所述主体带有接合到该主体的部件。所述主体具有主表面和相邻于主表面且小于主表面的侧表面。所述主体由一种材料形成，所述侧表面由该材料形成，并且所述主体处于一种不同于侧表面的晶体结构。所述主体包括在侧表面的出口，并且所述部件包括与所述出口处于流通连接的孔隙。
文档编号H01L21/60GK102300801SQ201080005699
公开日2011年12月28日 申请日期2010年1月20日 优先权日2009年1月28日
发明者M.A.托雷, P.A.霍伊辛顿 申请人:富士胶卷迪马蒂克斯股份有限公司