專利名稱：微加工方法和系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
電子器件市場連續(xù)需要增加性能并減小成本。為了滿足這些需要，包括多種電子器件的部件可以更有效地制造并誤差更小。
所希望的是這些器件的構(gòu)造包括例如形成在流體噴射裝置內(nèi)的細槽。襯底內(nèi)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造需要快速處理并不損壞其中形成有結(jié)構(gòu)的襯底。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將從附圖所示的示例性實施例的詳細描述中理解本發(fā)明的特征，附圖中圖1是表示打印頭的一個實施例的透視圖；圖2是表示圖1打印頭的實施例的截面圖；圖3是表示圖1打印頭的透視圖；圖4A-4C表示按照一個實施例在硅襯底內(nèi)形成結(jié)構(gòu)的方法；圖5A-5F表示按照其它實施例形成結(jié)構(gòu)的方法；圖6A-6D表示按照另一實施例形成結(jié)構(gòu)的方法；圖7表示按照一個實施例的超聲波研磨機的一部分；圖8表示按照另一實施例的超聲波研磨機的一部分；圖9A-9E表示按照一個實施例用于超聲波研磨機的工具型面；圖10A-10D表示通過按照多個實施例使用這里所述方法制造的穿透結(jié)構(gòu)的截面圖；圖11A-11F表示按照另外的實施例形成結(jié)構(gòu)的方法；圖12A-12C表示按照另外的實施例形成結(jié)構(gòu)的方法；圖13表示打印機實施例的透視圖；以及圖14表示打印機滑架實施例的透視圖。
具體實施例方式
下面描述的實施例涉及用于激光加工襯底的方法和系統(tǒng)。微加工是用來受控并有選擇地去除材料的制造方法。通過去除襯底材料，激光微加工可將具有所需尺寸的結(jié)構(gòu)形成在襯底上。這種結(jié)構(gòu)可以是穿過襯底厚度或襯底的至少兩個表面的例如細槽的穿透結(jié)構(gòu)，或者是穿過襯底厚度的一部分或襯底的一個表面的例如溝槽的封閉結(jié)構(gòu)。
加工結(jié)構(gòu)的實例將在形成襯底內(nèi)油墨供應(yīng)細槽(細槽)的文字中進行總體描述。在其它的應(yīng)用中，這種具有細槽的襯底可結(jié)合到噴墨打印機或筆中，和/或多種微型電子機械系統(tǒng)(MEMS)裝置中。下面描述的多種部件可對于所涉及的尺寸來說準確說明。另外，附圖用來示意表示這里描述的本發(fā)明的不同原理。
這里描述特定結(jié)構(gòu)尺寸、形狀和配置的實例。但是任何類型的結(jié)構(gòu)尺寸和幾何形狀可使用這里描述的本發(fā)明的方法和設(shè)備來制造。
圖1表示打印頭14的一個實施例透視圖的放大視圖。打印頭14在此實施例中具有多種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括邊緣臺階120以便邊緣流體供應(yīng)到電阻器(或流體噴射器)61。打印頭還具有部分形成在襯底表面內(nèi)的溝槽124。在該打印頭上表示具有供應(yīng)流體到電阻器61的細槽(通道)126和/或供應(yīng)流體到電阻器61的一系列孔127，它們通過這里描述的UV激光加工方法形成。在一個實施例中，在圖1打印頭14上可以具有至少兩個所述結(jié)構(gòu)。例如，只有供應(yīng)孔127和細槽126形成在打印頭14內(nèi)，而在可選擇實施例中形成邊緣臺階119和/或溝槽124。在另一實例中，邊緣臺階120和細槽126形成在打印頭14內(nèi)，而在可選擇實施例中形成溝槽124和/或供應(yīng)孔127。
圖2表示圖1打印頭14的截面圖，其中具有細槽(或側(cè))壁123的細槽126穿過襯底102形成。下面更加詳細描述在襯底內(nèi)穿過細槽區(qū)域的細槽構(gòu)造。在另一實施例中，多個細槽形成在給定電路小片內(nèi)。例如，在電路小片或襯底內(nèi)相鄰細槽之間的內(nèi)部細槽間距或間隔可以低至10微米。(在一個實施例中，10微米僅大于每個細槽的熱作用區(qū)域長度的兩倍，其中熱作用區(qū)域是沿著受到此申請中所述的激光加工影響的細槽壁的區(qū)域)。
在圖2中，薄膜層(或活性層、薄膜疊層、導(dǎo)電層或具有微電子的層)120形成(例如沉積)在襯底102的前或第一側(cè)(或表面121)上。襯底的第一側(cè)121與襯底的第二襯底102相對。薄膜疊層120包括形成在襯底上的至少一個層，并在特定實施例中，覆蓋襯底102的第一側(cè)121的至少一部分。作為選擇或另外，層120將襯底102的第一側(cè)121的至少一部分電絕緣。
如圖2的實施例所示，薄膜疊層120包括覆蓋層104、電阻層107、導(dǎo)電層108、鈍化層110、空穴阻擋層111和阻擋層112，它們各自形成或沉積在襯底102的第一側(cè)121上和/或前一層上。在一個實施例中，襯底102是硅。在多個實施例中，襯底可以是以下一種單晶硅、多晶硅、砷化鎵、玻璃、硅石、陶瓷或半導(dǎo)體材料。作為可能的襯底材料的多種材料不需要相互更換，并根據(jù)它們將要使用的場合進行選擇。在此實施例中，如果適當，薄膜層形成圖案并蝕刻以便形成位于電阻層內(nèi)的電阻器61、導(dǎo)電層的導(dǎo)電跡線和至少部分通過阻擋層限定的啟動腔室130。在特定實施例中，阻擋層112限定啟動腔室130，其中流體通過相應(yīng)的電阻器加熱并限定加熱流體從中噴出的噴嘴孔口132。在另一實施例中，具有孔口132的孔口層(未示出)施加在阻擋層112上。可以采用本領(lǐng)域公知的層和部件的其它結(jié)構(gòu)和配置。
在圖2所示的實施例中，通道129穿過形成在襯底上的層120形成。通道129與啟動腔室130和細槽126流體連通，使得流體流過細槽126并經(jīng)由通道129進入啟動腔室130。在所示的特定實施例中，用于流體的通道入口129不是細槽126的中心。但是，具有細槽的襯底如這里描述大致相同形成，而不管入口129是中心定位或者偏心定位。
在圖3所示的實施例中，打印頭14及其細槽126表示成沒有阻擋層112。如圖3實施例所示，電阻器61沿著細槽126。通常，細槽壁123具有通過不同細槽成形方法形成的條紋(或垂直線)以及靠近細槽126中間的粗糙區(qū)域(或穿透區(qū)域)。該粗糙區(qū)域通過靠近細槽126的中間進行穿透而形成。與細槽表面位置相比，在細槽中間位置處減小彎曲力矩，并因此在處理方法中穿透粗糙區(qū)域上具有減小的應(yīng)力。因此，減少穿透粗糙區(qū)域內(nèi)以及整個襯底102上的裂紋。
參考圖4A-4C，按照一個實施例表示在硅襯底200上形成結(jié)構(gòu)的方法。所示的硅襯底200具有厚度t。對于不同厚度的襯底來說，所示實施例可滿意的工作。例如，在某些實施例中，厚度在從小于大約100微米到至少大約2000微米的范圍內(nèi)。其它實施例可在此范圍之外。在其它實施例中襯底的厚度可以是大約675微米。
工具202離開硅襯底200的第一表面206定位在一定距離208上。在某些實施例中，距離208從25微米到200微米之間變化。在其它實施例中，距離208可以小于25微米。工具202具有同樣可作為長度的寬度210，它可以用來限定形成在硅襯底200上的例如細槽的結(jié)構(gòu)尺寸或區(qū)域。工具202由金屬或金屬合金材料制成。在某些實施例中，工具202包括鈦、低碳或不銹鋼。
包括研磨材料的漿體212接著施加到硅襯底200的第一表面206上。漿體可施加在整個第一表面206上或者只施加在形成一個或多個結(jié)構(gòu)的部分上。在某些實施例中，漿體212包括氧化鋁、碳化硅、金剛石或碳化硼。
工具202接著在設(shè)置漿體時在19和25kHz的速率下以及在13到63微米之間的幅度下在大致垂直于第一表面206的運動中振動。在其它實施例中，根據(jù)需要可以根據(jù)改變頻率和振幅。
在圖4B中，當工具202振動時，漿體212推進到形成結(jié)構(gòu)214的第一表面206內(nèi)，結(jié)構(gòu)214具有與工具202的型面大致顛倒的型面。還可以看到結(jié)構(gòu)216的還可以作為長度的寬度214略微大于工具202的寬度210。在某些實施例中，寬度214小于壁比度210大的10微米。
在某些實施例中，在大約2.8微米/每秒的速度下去除材料。這些實施例中，從襯底的第一表面206穿透第二表面218的結(jié)構(gòu)可在大約4分鐘內(nèi)形成，其中襯底的厚度是大約675微米。
如圖4C所示，結(jié)構(gòu)216穿過第一表面206和第二表面218形成。盡管描述成穿透結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以是穿過第一表面206而不穿過第二表面218的封閉結(jié)構(gòu)。
參考圖5A-5F，表示按照另一實施例的形成結(jié)構(gòu)的方法。穿透結(jié)構(gòu)可包括從襯底300的第一側(cè)304開始的第一溝槽302和從第二側(cè)308開始的第二溝槽306(圖5C所示)。為了便于看到這些溝槽，溝槽以成對形式表示。例如，圖5A是結(jié)構(gòu)截面的一部分，并表示第一溝槽的長度L1和深度x。圖5B是大致垂直于圖5A所示視圖的截面圖的一部分，并表示溝槽302的寬度w1和第一溝槽302的圖5A所示的相同深度x。
第一溝槽302可通過超聲波研磨方法形成，其一個實施例表示在圖4A-4C中。形成溝槽302的工具和機器相對于圖7進行描述和說明。
在圖5A所示的實施例中，溝槽302延伸穿過襯底300厚度的大約50％，如深度x所示。在多個實施例中，襯底300在第一側(cè)304和第二側(cè)308之間具有大約675微米的深度和大約至少335微米的深度x。
在所示實施例中，長度L1沿著溝槽的第一軸線定位，并且寬度沿著與第一軸線橫向的第二軸線定位。圖5C和5D以及圖5E和5F具有與圖5A和5B類似的關(guān)系，表示長度和寬度的相應(yīng)截面圖。
圖5C表示部分完成的第二溝槽306從第二側(cè)308形成。在多個實施例中，第二溝槽306可通過穿過第二表面308去除襯底材料來形成。在此實例中，作為一種類型的濕蝕刻的活性離子蝕刻可用來形成第二溝槽306。
用于形成第二溝槽306的其它技術(shù)包括機械切削方法的噴砂鉆削，其中通過由高壓氣流系統(tǒng)輸送的例如氧化鋁的顆粒來去除目標材料。其它實施例可使用一個或多個以下的技術(shù)以便形成第二溝槽濕蝕刻、干蝕刻、激光加工、噴砂鉆削、研磨劑噴射加工以及機械加工、超聲波研磨劑研磨和其它方法。機械加工可包括使用旋轉(zhuǎn)和振動的多種鋸條和鉆頭，這些工具通常用來去除襯底材料。
圖5E-5F表示完成的第二溝槽306，該溝槽具有長度L2、寬度w2以及深度y。溝槽與第一溝槽一部分交叉或接合。兩個溝槽的組合形成細槽302，細槽302穿透襯底厚度并且例如流體的流體可流過其中。對于襯底的至少一部分來說，在結(jié)合在一起時，兩個溝槽的深度(x和y)等于厚度t。如此示例性實施例所示并如圖5E清楚示出，第二溝槽與第一溝槽的整個長度L2交叉。其它示例性實施例中，第二溝槽可與小于第一溝槽的整個長度交叉。另外，如圖5E所示，第二溝槽可長于第一溝槽，使得在第二溝槽內(nèi)的整個長度包圍第一溝槽一部分。
如圖5F所示，示例性實施例具有由具有大致平的側(cè)壁第一溝槽302和具有大致凹入側(cè)壁的第二溝槽306形成的細槽320。在此示例性實施例中，第一溝槽的最大寬度W2小于第二溝槽的最大寬度W2。其它實施例可使用不同的構(gòu)造。
盡管所示的實施例只表示從襯底上去除材料以便形成所需的溝槽，在某些實施例的中間步驟中實際上可以在襯底上添加材料。例如，材料可經(jīng)由沉積技術(shù)作為細槽成形方法的一部分進行沉積并隨后部分或全部去除。
例如活性離子蝕刻的另外工序可用來拋光細槽壁表面并進一步釋放殘留應(yīng)力以便在第一溝槽302和第二溝槽306形成之后加強襯底300。另外，該濕蝕刻方法可用來使得第二表面308上的結(jié)構(gòu)邊緣變小，以便減小破碎或堵塞細槽及其部分的可能性。
形成第一溝槽302的其它方法包括在超聲波研磨之前在第一側(cè)304施加濕蝕刻劑并通過進行濕蝕刻形成第一溝槽，由此第二溝槽306通過超聲波研磨形成。這種方法形成的第一溝槽302的邊緣可以減小破碎的危險。另一方法包括在第二側(cè)308上進行濕蝕刻，隨后從第一側(cè)304或第二側(cè)308進行超聲波研磨，以便形成完整的結(jié)構(gòu)320。這種方法在第二側(cè)308上形成楔形溝槽，以便使得襯底300更加柔性并更容易朝著第一側(cè)304彎曲，而不使得襯底或形成在襯底300上的薄膜破碎。
另一方法是采用超聲波研磨劑研磨(USIG)來成形306，并接著進行濕蝕刻成形302以便形成結(jié)構(gòu)320。此方法在工件不允許在第一側(cè)304上進行機械加工的情況下給出靈活性，例如在其上形成具有小孔的薄膜結(jié)構(gòu)的情況下。以此方式，超聲波研磨可用來從第二側(cè)308和第一側(cè)去除大量材料以便形成結(jié)構(gòu)320。
在第二溝槽306通過干蝕刻形成的實施例中，第一溝槽302相對于圖5A-5D所示成形，使得深度x是襯底300總厚度的大約90％。接著可采用干蝕刻以便形成第二溝槽306。
在第二溝槽306通過激光加工、噴砂鉆削、研磨劑噴射加工或機械加工形成的實施例中，超聲波研磨劑研磨可用來形成第一溝槽302。
另一方法可包括在第一側(cè)304或第二側(cè)308或兩者上進行濕蝕刻，以便限定溝槽，該溝槽具有小于溝槽302和第二溝槽306的深度，并接著從任一側(cè)穿過溝槽進行超聲波研磨，以便形成穿透結(jié)構(gòu)。這將形成光學(xué)前邊緣以及位于304和308任一側(cè)或兩側(cè)上的傾斜細槽壁。
相對于圖4A-4C和5A-5F描述的方法的優(yōu)點在于可以使用更加快速的方法去除大量的材料，例如大于50％，同時可以使用更加準確和更昂貴的方法(例如干或濕蝕刻)來去除較少的材料，同時使得結(jié)構(gòu)具有更加準確的縱橫比、尺寸誤差，并保持例如硅晶片的工件強度。
應(yīng)該注意到雖然圖5A-5F針對第一溝槽302和第二溝槽306，溝槽的加工等級不需要局限于此方法。另外，第一側(cè)304和第二側(cè)308兩者可具有整體回路，或者在第一溝槽302和第二溝槽306形成之前，在表面上形成其它器件。
參考圖6A-6D，表示按照本發(fā)明另一實施例形成結(jié)構(gòu)的方法。在圖6A-6D中，形成具有一個或多個凸肋的穿透結(jié)構(gòu)360。穿透結(jié)構(gòu)360可包括從襯底350的第一側(cè)354開始的第一溝槽352和從第二側(cè)358開始的第二溝槽356(圖6D所示)。在這些實施例中，凸肋365在形成第一溝槽352時形成。
第一溝槽352可使用工具和機床通過超聲波研磨方法形成，以便形成溝槽352，如圖8所示和所述。多個工具可用來形成單個穿透結(jié)構(gòu)360，使得凸肋形成在沒有定位工具的襯底350的區(qū)域內(nèi)。另外，在整個第一表面354上使用研磨劑材料或漿體。
在圖6B所示的實施例中，溝槽352在通過深度x表示的位置上延伸穿過襯底350厚度的大約50％。但是，與沒有定位工具的區(qū)域相對應(yīng)的深度y小于深度x，并可略微小于襯底350厚度的大約50％。在多個實施例中，襯底在第一側(cè)354和第二側(cè)358之間具有大約675微米的深度和大約至少335微米的深度x。
圖6C表示從第二側(cè)358形成的部分完成的第二溝槽356。在多個實施例中，第二溝槽356可通過穿過第二表面358去除襯底材料來形成。在此實例中，作為一種類型濕蝕刻的活性離子蝕刻可用來形成第二溝槽356。
用于形成第二溝槽356的其它技術(shù)包括作為機械切削方法的噴砂鉆削，其中通過由高壓氣流系統(tǒng)輸送的例如氧化鋁的顆粒來去除目標材料。其它實施例可使用一個或多個以下的技術(shù)以便形成第二溝槽濕蝕刻、干蝕刻、激光加工、噴砂鉆削、研磨劑噴射加工以及機械加工、超聲波研磨劑研磨和其它方法。機械加工可包括使用旋轉(zhuǎn)和振動的多種鋸條和鉆頭，這些工具通常用來去除襯底材料。
圖6D表示完成的第二溝槽356，該溝槽具有長度L2。溝槽與第一溝槽352一部分交叉或接合。兩個溝槽的組合形成細槽320，細槽320穿透襯底厚度并且例如流體的流體可流過其中。對于襯底的至少一部分來說，在結(jié)合在一起時，兩個溝槽的深度(x和y)等于厚度t。如圖6A-6D的示例性實施例所示，第二溝槽與第一溝槽的整個長度L2交叉。其它示例性實施例中，第二溝槽可與小于第一溝槽的整個長度交叉。
如圖6D所示，示例性實施例具有由具有大致平的側(cè)壁第一溝槽352和具有大致凹入側(cè)壁的第二溝槽356形成的細槽360。另外，凸肋365形成在細槽360內(nèi)，使得具有多個子細槽部分370。設(shè)置凸肋365可以加強襯底350的機械性能，可以減小損壞和變形的可能性。凸肋365以及子細槽部分370的尺寸和幾何形狀可具體化以便優(yōu)化細槽360的流體特性以及襯底350的機械性能。
還將注意到凸肋365不需要相互均勻隔開，并可具有不同的形狀。
參考圖7，表示按照一個實施例的超聲波研磨機400。超聲波研磨機400包括連接到驅(qū)動裝置410上的底部405，驅(qū)動裝置可包括高頻發(fā)生器，其具有大于500瓦的輸出，這可產(chǎn)生20kHz的高頻電能。電能輸送到轉(zhuǎn)換器，并轉(zhuǎn)換成相同頻率的機械振動能，機械能經(jīng)由連接到凸角形超聲焊極415上的便于運行的引導(dǎo)件傳遞到工具上。在某些實施例中，超聲焊極415包括蒙乃爾金屬，該合金在一個實施例中包括含有銅(28％)、鎳(67％)和例如鐵、錳和鋁的少量金屬的銀耐腐蝕合金。超聲焊極用來在很少損失或沒有損失的情況下增加轉(zhuǎn)換器前部的振動幅度，并將其傳遞到安裝在超聲焊極前部上的實際工具上。根據(jù)所需應(yīng)用，超聲焊極的數(shù)量可以是單數(shù)或復(fù)數(shù)。超聲焊極的尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)以如下方式形成，即與實際工具相結(jié)合并形成可以按照轉(zhuǎn)換器的共振頻率調(diào)節(jié)的單元。驅(qū)動裝置能夠振動超聲焊極415，使得底部405在大致垂直于其第一表面420的方向上振動。
底部400的振動造成與其連接的工具425同樣在大致垂直于襯底440的表面435的方向上振動。當工具425振動，同時漿體440提供到襯底440的表面435上時，與工具形狀和尺寸顛倒的多個結(jié)構(gòu)在大致與每個工具425的位置相對的區(qū)域內(nèi)形成在表面435內(nèi)。
每個工具425的型面可不同于其它工具425的型面，由此每個形成的結(jié)構(gòu)可以不同，或者一個或多個結(jié)構(gòu)可以相同。另外，工具425的數(shù)量可以根據(jù)正在形成的結(jié)構(gòu)的數(shù)量來變化，例如一個或多個。
在圖7中，每個工具表示成離開表面430一定距離d。工具和部件表面430之間的距離通常在0.013mm-0.063mm之間。但是一個或多個工具425之間的距離可不同于其它工具之間的距離。
在其它實施例中，每個工具425可連接到不同底部上，使得每個工具425的振動頻率可以不同。在這種實施例中，每個工具使用緊固件連接到底部上。
超聲波研磨機和使用圖7所示研磨機的方法的優(yōu)點在于采用研磨機的方法大致取決于形成結(jié)構(gòu)的數(shù)量或幾何形狀。工具425的數(shù)量及其型面可以變化，而不考慮將要形成的任何其它結(jié)構(gòu)。在此方面，多個不同的結(jié)構(gòu)所需的時間與形成多個類似結(jié)構(gòu)或單個結(jié)構(gòu)所需的時間大致相同。
另外，其多個部分可以組裝的單個晶片可具有同時形成其中的結(jié)構(gòu)，使得一個或多個結(jié)構(gòu)形成在每個部分內(nèi)。以此方式，一個操作可同時在多個部分內(nèi)形成結(jié)構(gòu)。在該操作之后，晶片可組裝，使得可以獲得多個部分。
應(yīng)該注意到在某些實施例中，第一溝槽302和第二溝槽306可通過任何不同的方式形成，并且接著可以使用超聲波研磨技術(shù)組裝其中形成有結(jié)構(gòu)的部分。
參考圖8，其表示按照另一實施例的超聲波研磨機一部分。超聲波研磨機450一部分包括連接到驅(qū)動裝置460上的底部455。另外，能量從驅(qū)動裝置內(nèi)的轉(zhuǎn)換器經(jīng)由通過凸角形超聲焊極465連接的便于運行的引導(dǎo)件傳遞到工具470、475和480。
工具470和480離開襯底490的表面第一距離y，而工具475離開襯底第二距離x，第二距離小于距離y。距離x和y確定例如凸肋365的凸肋高度，凸肋形成在細槽內(nèi)。即，工具的尺寸和形狀與所形成的所需結(jié)構(gòu)顛倒。另外，在某些實施例中，第一距離y和第二距離x可以相同。另外，工具470、475和480可具有傾斜部分和直線部分(圖9E)。
研磨劑材料或漿體485施加在表面上，而工具470、475和480振動。超聲波研磨機450按照相對于圖7描述的相同的參數(shù)和特征操作。
當圖8表示形成細槽的三個工具470、475、480，并且其尺寸是凸肋365的所需數(shù)量的函數(shù)(圖6A-6D)。另外可在單個底部455上使用多組工具，使得可以形成多個具有凸肋的細槽。
參考圖9A-9E，提供可以用于按照多個實施例的超聲波研磨機的工具的示例性型面。應(yīng)該注意到通過在圖9A-9D所示的工具形成的結(jié)構(gòu)的型面與工具型面大致顛倒。
工具可具有方形端部(圖9A)、圓形端部(圖9B)、斜切端部(圖9C)和/或橢圓形端部(圖9D)。另外，可以采用其它端部型面。另外，對于所需的每個端部來說，每個工具可具有不同的型面。
參考圖9E，工具還可以沿其長度具有不同的形狀。在圖9E中，工具對于其長度的第一部分來說具有大致方形的截面，對于其長度的第二部分來說具有大致三角形的截面。通過采用此類型的工具型面，通過工具沿著結(jié)構(gòu)的深度形成結(jié)構(gòu)的幾何形狀。在結(jié)構(gòu)是處理流體的細槽的情況下，可根據(jù)所需的型面形成傾斜的第一或第二側(cè)。
從圖10A-10D，表示例如處理流體細槽的穿透結(jié)構(gòu)的截面圖。圖10A表示沿著其長度具有兩個不同寬度的穿透結(jié)構(gòu)的截面圖，而圖10B表示形成臺階的穿透結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的寬度沿著穿透結(jié)構(gòu)的長度在一個方向上增加。圖10C表示使用錐形工具型面(例如圖10E所示工具)形成的細槽壁的錐形型面。圖10D表示具有漸縮成大致方形截面的局部錐形截面的穿透結(jié)構(gòu)。
根據(jù)不同工具形成的其它結(jié)構(gòu)型面包括(但不局限于)具有方形截面并在整個深度上具有大致相同寬度的細槽、具有沿著襯底所有或某些深度傾斜的壁的細槽以及沿著深度具有兩個傾斜和兩個大致直的相對壁的細槽。另外，每個型面可在襯底的第一和/或第二側(cè)具有方形、半圓形、圓形、斜切或橢圓形開口。
參考圖11A-11F，表示按照另一實施例形成結(jié)構(gòu)的方法。穿透結(jié)構(gòu)可包括從襯底502的第一側(cè)504開始的第一溝槽502和從第二側(cè)508開始的第二溝槽506(圖11C所示)。為了便于看到這些溝槽，這些溝槽成對表示。例如，圖11A是結(jié)構(gòu)的截面圖的一部分，并表示第一溝槽長度L1和深度x。圖11B是大致垂直于圖11A所示視圖的截面圖的一部分，并表示第一溝槽502寬度w1和第一溝槽502的圖11A所示的相同深度x。
第一溝槽502通過電子放電加工方法形成。在圖11A-11F的實施例中，具有與所需結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀顛倒的尺寸和形狀的電極510在將要形成第一結(jié)構(gòu)502的位置上設(shè)置在襯底500內(nèi)。電極510通過伺服馬達512經(jīng)由推桿514驅(qū)動。電極510可包括任何數(shù)量的導(dǎo)電材料，該材料包括(但不局限于)石墨、銅、銅鎢、銀鎢、黃銅、鋼、碳化物和鎢。在其它實施例中，電極510可通過線束代替，線束在某些實施例中可具有0.025-0.13毫米的直徑。
為了形成第一結(jié)構(gòu)502，在形成第一結(jié)構(gòu)502時，襯底500可浸入電介質(zhì)流體516或者將電介質(zhì)流體施加在第一表面504上。電流或其它電信號施加到電極510上，電極在電極510的尖端上釋放電能，例如火花。電能造成襯底500靠近與電極510的接觸點的地方融化。當推桿514壓迫電極510進入襯底500時，結(jié)構(gòu)502形成所需的深度x。
在圖11A所示的實施例中，溝槽502延伸通過襯底500的厚度的50％，如深度x表示。在多個實施例中，襯底500具有第一側(cè)504和第二側(cè)508之間具有大約675微米的深度和至少大約335微米的深度x。
在所示的實施例中，長度L1沿著溝槽的第一軸線定位，而寬度沿著與第一軸線橫向的第二軸線定位。圖11C和11D以及圖11E和11F具有與圖11A和11B類似的關(guān)系，表示長度和寬度的相應(yīng)截面圖。
圖11C表示部分完成的第二溝槽506從第二側(cè)508形成。在多個實施例中，第二溝槽506可通過穿過第二表面508去除襯底材料來形成。在此實例中，作為一種類型的濕蝕刻的活性離子蝕刻可用來形成第二溝槽506。
用于形成第二溝槽506的其它技術(shù)包括機械切削方法的噴砂鉆削，其中通過由高壓氣流系統(tǒng)輸送的例如氧化鋁的顆粒來去除目標材料。其它實施例可使用一個或多個以下的技術(shù)以便形成第二溝槽濕蝕刻、干蝕刻、激光加工、噴砂鉆削、研磨劑噴射加工以及機械加工、超聲波研磨劑研磨和其它方法。機械加工可包括使用旋轉(zhuǎn)和振動的多種鋸條和鉆頭，這些工具通常用來去除襯底材料。
圖11E-11F表示完成的第二溝槽506，該溝槽具有長度L2、寬度w2以及深度y。溝槽與第一溝槽一部分交叉或接合。兩個溝槽的組合形成細槽502，細槽502穿透襯底厚度并且例如流體的流體可流過其中。對于襯底的至少一部分來說，在結(jié)合在一起時，兩個溝槽的深度(x和y)等于厚度t。如此示例性實施例所示并如圖11E清楚示出，第二溝槽與第一溝槽的整個長度L2交叉。其它示例性實施例中，第二溝槽可與小于第一溝槽的整個長度交叉。另外，如圖11E所示，第二溝槽可長于第一溝槽，使得在第二溝槽內(nèi)的整個長度包圍第一溝槽一部分。
如圖11F所示，示例性實施例具有由具有大致平的側(cè)壁第一溝槽502和具有大致凹入側(cè)壁的第二溝槽506形成的細槽520。在此示例性實施例中，第一溝槽的最大寬度W2小于第二溝槽的最大寬度W2。其它實施例可使用不同的構(gòu)造。
盡管所示的實施例只表示從襯底上去除材料以便形成所需的溝槽，在某些實施例的中間步驟中實際上可以在襯底上添加材料。例如，材料可經(jīng)由沉積技術(shù)作為細槽成形方法的一部分進行沉積并隨后部分或全部去除。
例如活性離子蝕刻的另外工序可用來拋光細槽壁表面并進一步釋放殘留應(yīng)力以便在第一溝槽502和第二溝槽506形成之后加強襯底500。另外，該濕蝕刻方法可用來使得第二表面508上的結(jié)構(gòu)邊緣變小，以便減小破碎或堵塞細槽及其部分的可能性。
形成第一溝槽502的其它方法包括在超聲波研磨之前在第一側(cè)504施加濕蝕刻劑并通過進行濕蝕刻形成第一溝槽，由此第二溝槽506通過超聲波研磨形成。這種方法形成的第一溝槽502的邊緣可以減小破碎的危險。另一方法包括在第二側(cè)508上進行濕蝕刻，隨后從第一側(cè)504或第二側(cè)508進行超聲波研磨，以便形成完整的結(jié)構(gòu)520。這種方法在第二側(cè)508上形成楔形溝槽，以便使得襯底500更加柔性并更容易朝著第一側(cè)504彎曲，而不使得襯底或形成在襯底500上的薄膜破碎。
在第二溝槽506通過干蝕刻形成的實施例中，第一溝槽502相對于圖11A-11D所示成形，使得深度x是襯底500總厚度的大約90％。接著可采用干蝕刻以便形成第二溝槽506。
在第二溝槽506通過激光加工、噴砂鉆削、研磨劑噴射加工或機械加工形成的實施例中，超聲波研磨劑研磨可用來在濕蝕刻一個或兩個第一側(cè)506和第二側(cè)508之后并在形成第一溝槽502或第二溝槽506之前形成第一溝槽502。
另一方法可包括在第一側(cè)504和第二側(cè)508兩者上進行濕蝕刻，以便限定溝槽，該溝槽具有小于溝槽502和第二溝槽506的深度，并接著從任一側(cè)穿過溝槽進行超聲波研磨，以便形成穿透結(jié)構(gòu)。這將形成光學(xué)前邊緣以及傾斜細槽壁。
應(yīng)該注意到雖然圖11A-11F針對第一溝槽502和第二溝槽506，溝槽的加工等級不需要局限于此方法。另外，第一側(cè)504和第二側(cè)508兩者可具有整體回路，或者在第一溝槽502和第二溝槽506形成之前，在表面上形成其它器件。
另外，雖然圖11A-11F表示第一溝槽502和第二溝槽506的構(gòu)成以便形成穿透結(jié)構(gòu)520，穿透結(jié)構(gòu)520可以通過如圖11A和11B所示形成第一溝槽502來形成，該溝槽形成在襯底500的整個深度上，穿透第一側(cè)504和第二側(cè)508。
參考圖12A-12C，表示按照另一實施例的形成結(jié)構(gòu)的方法。在圖12A-12C中，穿透結(jié)構(gòu)通過相對于圖11A-11F描述的電子放電加工方法來形成。圖12A-12C的不同之處在于具有較小尺寸的多個電極(未示出，其尺寸和形狀與所需結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀顛倒)用來形成穿透結(jié)構(gòu)560。
在圖12A所示的實施例中，溝槽552在深度x所示的位置上延伸穿過襯底550厚度的大約50％。但是，與沒有定位工具的區(qū)域相對應(yīng)的深度y小于深度x，并可略微小于襯底550厚度的大約50％。在多個實施例中，襯底在第一側(cè)554和第二側(cè)558之間具有大約675微米的深度和大約至少335微米的深度x。
圖12B表示從第二側(cè)558形成的部分完成的第二溝槽556。在多個實施例中，第二溝槽556可通過穿過第二表面558去除襯底材料來形成。在此實例中，作為一種類型濕蝕刻的活性離子蝕刻可用來形成第二溝槽556。
用于形成第二溝槽556的其它技術(shù)包括作為機械切削方法的噴砂鉆削，其中通過由高壓氣流系統(tǒng)輸送的例如氧化鋁的顆粒來去除目標材料。其它實施例可使用一個或多個以下的技術(shù)以便形成第二溝槽濕蝕刻、干蝕刻、激光加工、噴砂鉆削、研磨劑噴射加工以及機械加工、超聲波研磨劑研磨和其它方法。機械加工可包括使用旋轉(zhuǎn)和振動的多種鋸條和鉆頭，這些工具通常用來去除襯底材料。
圖12C表示完成的第二溝槽556，該溝槽具有長度L2。溝槽與第一溝槽552一部分交叉或接合。兩個溝槽的組合形成細槽520，細槽520穿透襯底厚度并且例如流體的流體可流過其中。對于襯底的至少一部分來說，在結(jié)合在一起時，兩個溝槽的深度(x和y)等于厚度t。如圖12A-12C的示例性實施例所示，第二溝槽與第一溝槽的整個長度L2交叉。其它示例性實施例中，第二溝槽可與小于第一溝槽的整個長度交叉。
如圖12C所示，示例性實施例具有由具有大致平的側(cè)壁第一溝槽552和具有大致凹入側(cè)壁的第二溝槽556形成的細槽560。另外，凸肋565形成在細槽560內(nèi)，使得具有多個子細槽部分570。設(shè)置凸肋565可以加強襯底550的機械性能，可以減小損壞和變形的可能性。凸肋565以及子細槽部分570的尺寸和幾何形狀可具體化以便優(yōu)化細槽560的流體特性以及襯底550的機械性能。
還將注意到凸肋565不需要相互均勻隔開，并可具有不同的形狀。
圖13和14表示可以使用至少某些所述實施例制造的產(chǎn)品實例。圖13表示使用示例性打印滑架的示例性打印裝置的示意圖。在此實施例中，打印裝置包括打印機700。這里所示的打印機是噴墨打印機的形式。打印機700能夠進行黑白和/或彩色打印。術(shù)語“打印裝置”指的是采用具有細槽的襯底以便實現(xiàn)其至少一部分功能的任何類型的打印裝置和/或圖像形成裝置。這種打印機的實例包括(但不局限于)打印機、傳真機和光復(fù)印機。在此示例性打印裝置中，具有細槽的襯底包括結(jié)合到打印滑架內(nèi)的打印頭的一部分，其實例在下面描述。
圖14表示可用于示例性打印裝置內(nèi)的示例性打印滑架800的示意圖。打印滑架包括打印頭802和支承打印頭的滑架主體804。盡管在打印滑架800是采用單個打印頭802，其它實施例可以在單個滑架上采用多個打印頭。
打印滑架800構(gòu)造成具有位于滑架主體804內(nèi)的獨立的流體或油墨供應(yīng)裝置。作為選擇或另外，其它打印滑架構(gòu)造可構(gòu)造成從外部供應(yīng)裝置接收流體。其它示例性實施例將被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解。
盡管在語言上針對結(jié)構(gòu)特征和方法步驟說明了本發(fā)明的概念，將理解到所附權(quán)利要求不局限于所述特定的結(jié)構(gòu)或步驟。而是特定的結(jié)構(gòu)和步驟作為實施本發(fā)明概念的優(yōu)選形式來披露。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體襯底上形成由第一側(cè)和第二側(cè)限定的流體處理細槽的方法，包括在半導(dǎo)體襯底的第一側(cè)重復(fù)施加電能放電以便形成第一結(jié)構(gòu)；以及從后側(cè)去除半導(dǎo)體襯底材料以便形成第二結(jié)構(gòu)，其中第一和第二結(jié)構(gòu)的至少一部分交叉以便形成穿過半導(dǎo)體襯底的穿透結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，穿透結(jié)構(gòu)是細槽。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，第一結(jié)構(gòu)具有離開第一側(cè)的第一深度，第一深度至少是襯底第一側(cè)和第二側(cè)之間厚度的一半。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，第二結(jié)構(gòu)具有大約100微米的深度，并且襯底的厚度是大約675微米。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，第二結(jié)構(gòu)具有至少50微米的深度，并且襯底的厚度是大約675微米。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在重復(fù)施加電能放電之前去除半導(dǎo)體襯底材料。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，重復(fù)施加電能放電包括施加電火花以便形成第一結(jié)構(gòu)。
8.一種在半導(dǎo)體襯底中形成流體結(jié)構(gòu)的方法，包括將研磨劑材料施加到襯底的第一表面上，以及振動多個工具，工具各自沿著第一表面位于不同位置上，每個多個工具在一定速度下振動并離開第一表面一定距離，以便在第一表面內(nèi)形成多個結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，頻率在大約19kHz和25kHz之間。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，距離在大約13微米和大約100微米之間。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，每個工具具有與相應(yīng)結(jié)構(gòu)的型面顛倒的型面。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，多個工具中的一個工具的型面不同于多個工具中的另一工具的型面。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，通過多個工具的一個工具形成的結(jié)構(gòu)不同于通過多個工具中的另一工具形成的結(jié)構(gòu)。
14.一種在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成多個結(jié)構(gòu)的方法，包括將研磨劑材料施加到襯底的第一表面上，以及振動浸入漿體內(nèi)的多個工具，工具位于大致與第一表面相對的不同位置上，多個工具的每個工具在一定速度下振動并離開第一表面一定距離，以便各自在第一表面內(nèi)形成結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，多個工具中的一個工具的頻率不同于多個工具中的另一工具的頻率。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，多個工具中的一個工具的頻率在大約19kHz和25kHz之間。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，從多個工具中的一個工具到第一表面的距離不同于離開多個工具的中的另一工具的第一表面的距離。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，從多個工具中的一個工具到第一表面的距離在大約13微米和大約100微米之間。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括在襯底的第二表面設(shè)置蠟支承件，其中第二表面與第一表面大致相對。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，多個工具中的一個工具具有不同于多個工具中的另一工具的型面。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，通過多個工具的一個工具形成的結(jié)構(gòu)不同于通過多個工具中的另一工具形成的結(jié)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求61所述的方法，其特征在于，去除包括從以下組中選出的一種方法，該組包括濕蝕刻、干蝕刻、激光加工、噴砂鉆削、研磨劑噴射加工、轉(zhuǎn)動和振動鉆削、鋸切以及機械加工。
23.一種在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成結(jié)構(gòu)的設(shè)備，包括能夠在一定速度下振動的底部；各自連接到底部上的多個工具；以及連接到工具底部上的單個超聲焊極；以及各自連接到工具底部上的多個超聲焊極；以及各自將一個工具連接到底部上的多個超聲焊極，其中在底部振動期間，多個工具的每個工具在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有與工具顛倒的型面。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于，每個工具由金屬或金屬合金制成。
25.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于，金屬從以下組選出，該組包括低碳鋼或不銹鋼。
26.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于，每個超聲焊極由蒙乃爾金屬制成。
27.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于，每個超聲焊極是大致凸角形狀。
全文摘要
一種在半導(dǎo)體襯底上形成由第一側(cè)和第二側(cè)限定的流體處理細槽的方法。該方法包括使用研磨劑材料在半導(dǎo)體襯底上進行超聲波研磨以便形成第一溝槽，并從后側(cè)去除半導(dǎo)體襯底材料以便形成第二溝槽，其中第一和第二溝槽的至少一部分交叉以便形成穿過半導(dǎo)體襯底的穿透結(jié)構(gòu)。
文檔編號B24B37/04GK1700423SQ20051006774
公開日2005年11月23日 申請日期2005年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月26日
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