专利名称：喷墨印头芯片之双面半喷砂方法
技术领域：
本发明涉及一种喷墨印头，且特别涉及一种喷墨印头芯片之双面半喷砂方法及其结构。
背景技术：
目前市面上的喷墨打印机所应用之喷墨技术主要有压电式(piezoelectric)或热泡式(thermal bubble)两种。其中，压电式喷墨技术是利用压电材料之形变来挤压位于墨水腔(ink chamber)内的墨水，再将墨水经由喷嘴射出而形成墨滴。气泡式喷墨技术则是利用加热元件(heater)将墨水瞬间气化(vapor)，因而产生高压气泡来推动墨水，再将墨水经由喷嘴射出而形成墨滴(droplet)。
图1为公知一种喷墨印头之剖面示意图。请参阅图1，喷墨印头10主要是由具有一个墨水供给槽(ink slot)102的喷墨印头芯片100、墨腔层(chamber layer，亦可称为干膜层(dry film layer))104以及喷嘴板(nozzleplate)110所构成。喷墨印头芯片100的墨水供给槽102可为狭长状(亦可为其它适当形状，例如椭圆形或圆形)且贯穿整个喷墨印头芯片100，而墨腔层104设置于喷墨印头芯片100上。墨腔层104一般具有多个墨水流道106与墨水腔108，其中墨水腔108可通过墨水流道106与墨水供给口102连通。此外，喷嘴板110设置于墨腔层104之上，且喷嘴板110之喷嘴112对应位于墨水腔108之上方。
图2～图5分别为公知四种喷墨印头芯片的剖面示意图。请先参考图2，喷墨印头芯片200之背面202以喷砂头(sand blasting head)所喷出之砂粒进行预定工作点之半喷砂工序，以形成一个剖面为半圆形之槽穴204，接着通过光学尺(未表示)移动喷砂头到下一个预定工作点，以形成另一个槽穴206。待喷墨印头芯片200之背面202完成所有工作点的半喷砂工序之后，再以激光(laser)(未表示)对准喷墨印头芯片200之正面208的预定工作点，通过激光之高温灼烧而贯通至槽穴204，以形成喷墨印头芯片200上之墨水供给槽210。同样，其余的墨水供给槽212也是通过移动激光头至其它工作点，并以激光高温灼烧而贯通至槽穴206所形成的。采用激光方式高温灼烧以形成槽穴，喷墨印头芯片容易因为激光所产生之静电和热之效应，而受到影响或损伤。
喷墨印头芯片200之正面208除了用激光成孔之外，亦可用干式蚀刻(dry etching)机所产生的高速带电粒子撞击喷墨印头芯片200上之预定工作点，以形成多个贯穿至槽穴204之墨水供给槽210。然而，干式蚀刻机等相关设备及耗材过于昂贵，使喷墨印头芯片之加工成本过高。
请参考图3，其与图2之差别仅在于喷墨印头芯片300之背面302采用干式蚀刻的方式成孔，而喷墨印头芯片300之正面304采用半喷砂的方式形成墨水供给槽310，但缺点同样是设备及耗材过于昂贵，使喷墨印头芯片之加工成本过高。
请参考图4，喷墨印头芯片400之背面402先覆盖预定开槽图案之光刻胶(photoresist)(未表示)，利用湿式蚀刻方式，以蚀刻液产生化学反应而形成槽穴404，接着再让喷墨印头芯片400之正面408覆盖预定开槽图案之光刻胶(未表示)，使其与蚀刻液反应而形成贯穿槽穴404之墨水供给槽410。然而，上述湿式蚀刻的工序过于耗时且产量低，不利于大量生产。
请参考图5，喷墨印头芯片500以全喷砂的方式形成从背面502贯穿至正面504的墨水供给槽510，但墨水供给槽510的槽宽、槽长和深度的精确度控制不易，影响供墨和喷墨质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种喷墨印头芯片之双面半喷砂方法，可于喷墨印头芯片上形成预定开槽尺寸的墨水供给槽，且产能提高以适合大量生产。
本发明另一目的是提供一种喷墨印头芯片之双面半喷砂方法，可于喷墨印头芯片上形成预定开槽尺寸的墨水供给槽，且降低生产成本，同时维持或改善墨水供给槽尺寸/位置的精确度。
本发明另一目的是提供一种喷墨印头芯片，其具有预定开槽尺寸的墨水供给槽，且产能提高以适合大量生产。
本发明的其它目的和优点可以从本发明所披露的技术特征中得到近一步的了解。
基于上述其中之一个或部分或全部目的或其它目的，本发明提出一种喷墨印头芯片之双面半喷砂方法。首先，提供喷墨印头芯片，喷墨印头芯片具有第一表面以及第二表面，接着于喷墨印头芯片之第一表面上形成第一膜层，且于喷墨印头芯片之第二表面上形成第二膜层。之后，图案化第一膜层，以形成至少一个预定尺寸(例如是长度以及宽度)的第一开口；图案化第二膜层，以形成至少一个预定尺寸(例如是长度以及宽度)的第二开口，且第二开口与第一开口相对应。最后，进行喷墨印头芯片之第一表面的半喷砂处理，以形成第一槽穴于第一开口中；以及进行喷墨印头芯片之第二表面的半喷砂处理，以形成第二槽穴于第二开口中，且第二槽穴贯通至第一槽穴而形成墨水供给槽。
依照本发明的较佳实施例所述，上述之第一膜层例如为感光膜。此外，图案化第一膜层之步骤例如包括对第一膜层上预定开口的部分进行曝光；以及对预定开口部分的第一膜层进行显影，以形成第一开口。
依照本发明的较佳实施例所述，上述之第二膜层例如为感光膜。此外，图案化第二膜层之步骤例如包括对第二膜层上预定开口的部分进行曝光；以及对预定开口部分的第二膜层进行显影，以形成第二开口。
依照本发明的较佳实施例所述，上述之半喷砂方法还包括去除第一膜层；以及去除第二膜层。
依照本发明的较佳实施例所述，上述形成第二槽穴于第二开口中时，还包括形成颈部于第一槽穴与第二槽穴之间。此外，第一槽穴在第一表面有第一开口宽度W1，第二槽穴在第二表面有第二开口宽度W2，且第二开口宽度W2介于50％～90％W1之间。另外，第二槽穴在第二表面有第二开口宽度W2，颈部有宽度为W3，且颈部之宽度W3介于70％～90％W2之间。
依照本发明的较佳实施例所述，上述第一槽穴在第一表面有第一开口宽度W1，颈部相对于第一表面之距离为H1，且W1≥H1。此外，喷墨印头芯片具有基材，基材的厚度为H，且颈部相对于第一表面之距离H1为30％～90％H之间。
本发明提出另一种喷墨印头芯片，包括基材以及墨水供给槽。基材具有第一表面以及第二表面，而墨水供给槽贯穿基材，墨水供给槽具有第一槽穴、第二槽穴以及连接第一槽穴与第二槽穴之颈部，第一槽穴的开口暴露于第一表面，且开口宽度为W1，第二槽穴的开口暴露于第二表面上之穴层，且开口宽度为W2，颈部之宽度为W3，其中W3小于W2且W3小于W1，颈部相对于第一表面之距离为H1，且W1大于等于H1。
依照本发明的较佳实施例所述，喷墨印头芯片还可包括设置于基材之第二表面之导体层；覆盖该导体层之钝化层；以及覆盖钝化层之穴层，其中墨水供给槽贯穿基材、导体层、钝化层以及穴层。
依照本发明的较佳实施例所述，上述之第一槽穴的开口宽度W1大于第二槽穴的开口宽度W2，且第二槽穴的开口宽度W2大于颈部之宽度W3。
依照本发明的较佳实施例所述，其中基材厚度为H，且颈部相对于第一表面之距离为H1例如介于30％～90％H之间。
依照本发明的较佳实施例所述，上述之第二槽穴的开口宽度W2例如介于50％～90％W1之间。
依照本发明的较佳实施例所述，上述之颈部之宽度W3例如介于70％～90％W2之间。此外，墨水供给槽之形状例如为漏斗状。
本发明之喷墨印头芯片因采用双面半喷砂处理，且在进行半喷砂处理之前，先以图案化之第一膜层以及第二膜层覆盖喷墨印头芯片之第一表面以及第二表面，以暴露预定形成墨水供给槽的区域于第一开口与第二开口中，故能提高产量且大量生产。由于双面半喷砂处理可准确控制槽穴的尺寸(例如是长度、宽度)以及深度，相对于公知其它方法所生产的喷墨印头芯片而言，设备成本较低，且合格率(yield rate)稳定。
为让本发明之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。须说明的是，本发明各实施例的说明是参考附图，用以举例说明本发明可用以实施之特定实施例。因此，本发明所提到的方向用语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“正面”、“背面”等，仅是参考附图的方向。本发明所披露的喷墨印头芯片可以任意放置，因此使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。
图1为公知一种喷墨印头之剖面示意图。
图2～图5分别为公知四种喷墨印头芯片的剖面示意图。
图6A～图6F分别为本发明一较佳实施例之一种喷墨印头芯片的双面半喷砂方法的示意图。
主要元件标记说明10喷墨印头100喷墨印头芯片102墨水供给槽104墨腔层106墨水流道108墨水腔110喷嘴板112喷嘴200、300、400、500喷墨印头芯片202、302、402、502背面204、206、404槽穴208、408、304、504正面210、212、310、410、510墨水供给槽600喷墨印头芯片602第一表面
604第二表面612基材614栅氧化层616介电层618电阻层620导体层630钝化层640穴层650第一膜层652第一开口654第一槽穴656墨水供给槽660第二膜层662第二开口664第二槽穴666颈部具体实施方式
图6A～图6F分别为本发明一较佳实施例之一种喷墨印头芯片的双面半喷砂方法的示意图。首先，请参考图6A，提供喷墨印头芯片600，此喷墨印头芯片600包括基材(substrate)612、导体层(conductive layer)620、钝化层(passivation layer)630以及穴层(cavitation layer)640。基材612例如是半导体之多晶硅或单晶硅结构，其上方具有堆栈薄模层(stack thinfilms)，例如是具有磷硅玻璃(phosphosilicate glass，PSG)或硼磷硅玻璃(borophosphosilicate glass，BPSG)沉积(deposit)之介电层616、栅氧化层614，及电阻层618。此外，钝化层630用以防止墨水对其底下之导体层620以及电阻层618产生腐蚀反应。其中，电阻层618具有多个加热区域，用以加热墨水使墨水汽化后从墨腔室喷出墨滴，而电阻层618材质例如包括TaAl、TaN或掺杂多晶硅等。另外，穴层640覆盖于钝化层630之上，其材质例如是Ta、W或Mo等金属。
接着，请参考图6B，形成第一膜层650于喷墨印头芯片600之背面(或第一表面602)上，而第一膜层650例如是以压膜(laminating)的方式所形成之感光膜。在另一实施例中，第一膜层650例如是以旋转涂布(spin coating)或喷洒涂布(spray coating)或其它所属技术领域的技术人员已知的涂布法的方式所形成之感光膜。在图6B中，喷墨印头芯片600之正面(或第二表面604)亦可以相同的方式形成第二膜层660，但不以此为限。
接着，请参考图6C，图案化第一膜层650，以形成预定开槽尺寸(例如是长度以及宽度)的第一开口652，而图6C仅为第一开口652的宽度方向的剖面图，第一开口652的宽度以W1表示。第一膜层650例如以光刻掩膜(photoresist)(未表示)定义预定形成开口的位置，使第一膜层650上预定形成开口的部分受光而产生与光刻掩膜相同的图案。经过曝光(exposure)之后的第一膜层650便可进行显影的步骤，使得经由曝光所形成的图案因显影液之反应而加以清除，最后形成预定尺寸的第一开口652。
承上所述，第二膜层660同样可采用上述的方式形成第二开口662，而图6C仅为第二开口662的宽度方向的剖面图，第二开口662的宽度以W2表示。在后续工序中，仅以第二开口662的宽度W2小于第一开口652的宽度W1为范例，作详细之说明，但不因此而限制本发明。换言之，本发明的第一开口652大小和第二开口662大小可以相同，也可以不同。
请参考图6D，以图案后的第一膜层650为掩膜(mask)进行喷墨印头芯片600之第一表面602的半喷砂处理，以形成第一槽穴654于第一开口652中，第一槽穴654之剖面例如是呈半圆弧形(如图6D所示)，且其最大开口宽度W1与第一膜层650之第一开口652的宽度W1相当，W1例如是350μm～500μm。也就是说，利用第一膜层650所形成之第一开口652可精确控制半喷砂蚀刻之第一槽穴654的位置和尺寸(例如是槽宽与槽长)。相较于公知以光学尺来控制喷砂头的位置而言，本发明之位置精确度更佳，此外，本发明能同时进行单面多个预定工作点(即多个第一开口652)的半喷砂处理，以提高处理工序的速度。因此，第一表面602上形成多个第一槽穴654的时间可大幅缩短，以提高产能且大量生产。
在本实施例中，喷砂头(未表示)的喷压可以例如为2～5kg/cm2，砂粒的粒径可以约为17～60μm(微米)，喷砂头可通过传动机构(未表示)沿着喷墨印头芯片600的第一表面602来回移动，使其砂粒撞击第一膜层650所覆盖之第一表面602而形成一个或多个第一槽穴654。
请参考图6E，喷墨印头芯片600的第二表面604同样进行半喷砂处理，以形成第二槽穴664于第二开口662中，直到第二槽穴664的底部贯通至第一槽穴654而形成墨水供给槽656为止。墨水供给槽656之剖面形状大致上为漏斗状。其中，第二槽穴664之剖面例如是呈半圆弧形，且其最大开口宽度W2与第二膜层660之第二开口662的宽度相当，W2例如是300μm～400μm。第一槽穴654与第二槽穴664相连通之处则形成最小宽度之颈部666，其宽度为W3，其数值例如是200μm～300μm。在最佳实施例中，W3＜W2＜W1。除此之外，第一槽穴654的深度(也就是颈部666相对于第一表面602之距离)为H1，而基材612厚度为H，例如200μm至800μm，其中第一槽穴654的最大开口宽度W1大于等于其深度H1，即W1≥H1。在一较佳实施例中，第一槽穴654的深度H1控制在30％～90％H之间。，在另一实施例中，可通过半喷砂处理来精确控制颈部666以及第二槽穴664之宽度，第二槽穴664的最大开口宽度W2例如控制在50％～90％W1之间，而颈部666之宽度W3例如控制在70％～90％W2之间。
最后，请参考图6F，将第一表面602以及第二表面604上之第一膜层650以及第二膜层660溶于去膜层溶液(未表示)中，例如是丙酮或氢氧化钠等溶液，使第一表面602以及第二表面604不再残留第一膜层650以及第二膜层660。第一膜层650与第二膜层660可使用一般光刻工序(Lithography)常用之树脂(resin)、感光剂(sensitizer)与溶剂(solvent)等三种不同成分之混合。但本发明可使用之第一膜层650与第二膜层660材料，不限于上述披露之材料。
由以上的说明可知，本发明之喷墨印头芯片在进行双面半喷砂处理之前，先以图案化之第一膜层以及第二膜层覆盖喷墨印头芯片之第一表面以及第二表面，不仅能达到保护芯片之功效，更能以喷砂方式形成连通第一槽穴以及第二槽穴的墨水供给槽，且其精确度与位置精确，能提高产品的合格率。此外，由于双面半喷砂处理可准确控制槽穴的尺寸以及深度，相对于公知其它工序所生产的喷墨印头芯片而言，设备成本较低，生产速度快，非常适合大量生产。
综上所述，本发明之喷墨印头芯片之双面半喷砂方法及其结构具有下列优点(1)本发明能同时进行单面多个预定工作点(即多个膜层开口)的半喷砂处理，以提高处理工序的速度。
(2)本发明能精确控制第一槽穴以及第二槽穴之尺寸以及深度，以控制墨水的流量。
(3)本发明之方法克服公知方法生产喷墨印头芯片的缺点，能降低设备成本，生产速度快，非常适合大量生产。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。例如本发明不限于热泡式的喷墨技术，同样亦可适用于压电式喷墨技术或其它喷墨技术。另外，本发明所称之喷墨印头芯片600的第一面和第二面不限于图6B所示的喷墨印头芯片600之背面和正面；如将喷墨印头芯片600之正面定义为第一面，则喷墨印头芯片600之背面则为第二面。另一方面，本发明实施步骤之间可以互相调换，可以达到相同之效果。因此权利要求之方法步骤并非限定于一步骤之后必须接续另一特定步骤；换言之，例如图案化第一表面之第一膜层可以在第二膜层形成之前；或者在图案化第一表面后且在图案化第二表面之第二膜层前，即对第一表面进行半喷砂处理。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜索之用，并非用来限制本发明之权利范围。
权利要求
1.一种喷墨印头芯片之双面半喷砂方法，其特征是包括提供喷墨印头芯片，该喷墨印头芯片具有第一表面以及第二表面；于该喷墨印头芯片之该第一表面上形成第一膜层；于该喷墨印头芯片之该第二表面上形成第二膜层；图案化该第一膜层，以形成至少一个预定尺寸的第一开口；图案化该第二膜层，以形成至少一个预定尺寸的第二开口，该第二开口与该第一开口相对应；进行该喷墨印头芯片之该第一表面的半喷砂处理，以形成第一槽穴于该第一开口中；以及进行该喷墨印头芯片之该第二表面的半喷砂处理，以形成第二槽穴于该第二开口中，且该第二槽穴贯通至该第一槽穴而形成墨水供给槽。
2.根据权利要求1所述之喷墨印头芯片之双面半喷砂方法，其特征是该第一膜层系为感光膜。
3.根据权利要求2所述之喷墨印头芯片之双面半喷砂方法，其特征是图案化该第一膜层之步骤包括对该第一膜层上预定开口的部分进行曝光；以及对该预定开口部分的该第一膜层进行显影，以形成该第一开口。
4.根据权利要求1所述之喷墨印头芯片之双面半喷砂方法，其特征是该第二膜层为感光膜。
5.根据权利要求4所述之喷墨印头芯片之双面半喷砂方法，其特征是图案化该第二膜层之步骤包括对该第二膜层上预定开口的部分进行曝光；以及对该预定开口部分的该第二膜层进行显影，以形成该第二开口。
6.根据权利要求1所述之喷墨印头芯片之双面半喷砂方法，其特征是还包括去除该第一膜层；以及去除该第二膜层。
7.根据权利要求1所述之喷墨印头芯片之双面半喷砂方法，其特征是形成该第二槽穴于该第二开口中时，还包括形成颈部于该第一槽穴与该第二槽穴之间。
8.根据权利要求1所述之喷墨印头芯片之双面半喷砂方法，其特征是该第一槽穴在该第一表面有第一开口宽度W1，该第二槽穴在该第二表面有第二开口宽度W2，且该第二开口宽度W2介于50％～90％W1之间。
9.根据权利要求7所述之喷墨印头芯片之双面半喷砂方法，其特征是该第二槽穴在该第二表面有第二开口宽度W2，该颈部有宽度为W3，且该颈部之宽度W3介于70％～90％W2之间。
10.根据权利要求7所述之喷墨印头芯片之双面半喷砂方法，其特征是该第一槽穴在该第一表面有第一开口宽度W1，该颈部相对于该第一表面之距离为H1，且W1≥H1。
11.根据权利要求7所述之喷墨印头芯片之双面半喷砂方法，其特征是该喷墨印头芯片具有基材，该基材的厚度为H，且该颈部相对于该第一表面之距离H1为30％～90％H之间。
12.一种喷墨印头芯片，其特征是包括基材，具有第一表面以及第二表面；以及墨水供给槽，贯穿该基材，该墨水供给槽具有第一槽穴、第二槽穴以及连接该第一槽穴以及该第二槽穴之颈部，该第一槽穴的开口暴露于该第一表面，且开口宽度为W1，该第二槽穴的开口暴露于该第二表面上之该穴层，且开口宽度为W2，该颈部之宽度为W3，其中W3小于W2且W3小于W1，该颈部相对于该第一表面之距离为H1，且W1≥H1。
13.根据权利要求12所述之喷墨印头芯片，其特征是还包括导体层，设置于该基材之该第二表面；钝化层，覆盖该导体层；以及穴层，覆盖该钝化层，其中该墨水供给槽贯穿该基材、该导体层、该钝化层以及该穴层。
14.根据权利要求12所述之喷墨印头芯片，其特征是该第一槽穴的该开口宽度W1大于该第二槽穴的该开口宽度W2，且该第二槽穴的该开口宽度W2大于该颈部之该宽度W3。
15.根据权利要求12所述之喷墨印头芯片，其特征是该基材厚度为H，且该颈部相对于该第一表面之距离H1介于30％～90％H之间。
16.根据权利要求12所述之喷墨印头芯片，其特征是该第二槽穴的开口宽度W2介于50％～90％W1之间。
17.根据权利要求12所述之喷墨印头芯片，其特征是该颈部之宽度W3介于70％～90％W2之间。
18.根据权利要求12所述之喷墨印头芯片，其特征是该墨水供给槽之形状系为漏斗状。
全文摘要
一种喷墨印头芯片之双面半喷砂方法，包括于喷墨印头芯片之第一表面上形成第一膜层，且于喷墨印头芯片之第二表面上形成第二膜层。图案化第一膜层，以形成至少一个第一开口；图案化第二膜层，以形成至少一个第二开口，且第二开口与第一开口相对应。进行喷墨印头芯片之第一表面的半喷砂处理，以形成第一槽穴于第一开口中；以及进行喷墨印头芯片之第二表面的半喷砂处理，以形成第二槽穴于第二开口中，且第二槽穴贯通至第一槽穴而形成墨水供给槽。
文档编号B41J2/14GK1903577SQ200510085
公开日2007年1月31日 申请日期2005年7月26日 优先权日2005年7月26日
发明者李致淳, 李明玲, 赖怡绚, 郑陈煜, 陈孟群, 谢明江 申请人:国际联合科技股份有限公司