專利名稱:流體噴射器的制作方法
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明大體上涉及微電子-機械(MEM)流體噴射裝置，例如噴墨打印系統(tǒng)，更具體地涉及具有各向異性表面室蝕刻的流體噴射裝置。
現(xiàn)有技術(shù)的背景噴墨打印系統(tǒng)是數(shù)控流體噴射裝置的一個示例。噴墨打印系統(tǒng)通常分成即時微滴打印系統(tǒng)或連續(xù)打印系統(tǒng)。
在微滴形成機構(gòu)的一些方面中包含加熱器的即時微滴打印系統(tǒng)是已知的。通常被稱為″泡沫射流微滴噴射器″的這些機構(gòu)包括電阻加熱元件，其在被促動(例如，通過給電阻加熱元件施加電流)時，使包含在流體室內(nèi)的流體產(chǎn)生蒸氣泡沫。隨著蒸氣泡沫膨脹，液體室中的液體通過噴嘴孔口噴出。當(dāng)機構(gòu)停用時(例如，通過取消施加給電阻加熱元件的電流)，蒸氣泡沫破裂，從而允許液體室重新填上液體。
為了實現(xiàn)足夠高的打印分辨率和打印輸出量，通常在每個打印頭芯片上有遠遠超過100個的單獨可尋址的微滴噴射器。為了使得可尋址并驅(qū)動更大數(shù)量的微滴噴射器中的每一個，必須將驅(qū)動電子元件和邏輯電子元件與泡沫射流微滴噴射器集成在同一芯片上，而非需要設(shè)置成使每一微滴噴射器就有一條引線互連在非芯片級的電子元件上。
存在各種泡沫射流微滴噴射器設(shè)計系列，它們可根據(jù)相對泡沫生長的主要方向和微滴噴射的方向而彼此區(qū)分開。在泡沫射流微滴噴射器設(shè)計的第一系列中，加熱元件位于流體室內(nèi)且直接處于大致平坦表面上的噴嘴孔口下方，該大致平坦表面基本上平行于噴嘴孔口的平面。當(dāng)加熱元件受脈沖作用時，泡沫就在加熱元件之上的流體中形核。泡沫生長的主要方向是相對于加熱元件向上的。因為其上設(shè)置加熱元件的平坦表面，所以泡沫的向下生長是不允許的。由于噴嘴開口直接處于加熱元件之上，因此微滴噴射的方向與泡沫生長的主要方向基本上一致。
在泡沫射流微滴噴射器設(shè)計的第二系列中，加熱元件定位在流體室內(nèi)，且位于基本上垂直于噴嘴孔口平面的大致平坦表面上。加熱元件橫向地偏離開噴嘴開口。當(dāng)加熱元件受到脈沖作用時，泡沫就在加熱元件之上的流體中形核。泡沫生長的主要方向是相對于加熱元件向上的。因為其上設(shè)置加熱元件的平坦表面，泡沫的向下生長是不允許的。由于噴嘴橫向地偏離開加熱元件并且噴嘴開口基本上垂直于加熱元件，因此微滴噴射的方向基本上垂直于泡沫生長的主要方向。
在泡沫射流微滴噴射器設(shè)計的第三系列中，加熱元件與噴嘴開口基本上定位在同一平面內(nèi)，其中加熱元件定位在噴嘴開口的外圍。″與噴嘴開口基本上定位在同一平面內(nèi)″的意思是，這意味著加熱元件和噴嘴開口都處于流體室的同一側(cè)?！宥ㄎ辉趪娮扉_口的外圍″的意思是，加熱元件定位成橫向地偏離開噴嘴開口的中心。加熱元件或元件可具有各種可能的形狀。加熱元件或元件可圍繞在噴嘴開口周圍，或簡單地在噴嘴開口的一個或多個側(cè)。如果加熱元件和噴嘴的平面限定為處于流體室之上(見圖2-5)，那么當(dāng)加熱元件受到脈沖作用時，泡沫生長的主要方向是相對于加熱元件向下的。因為其上設(shè)置加熱元件的平坦表面，所以泡沫的向上生長是不允許的。在泡沫膨脹時，它對加熱元件下方的室中的流體施加壓力。由于噴嘴開口在流體室之上，因此微滴噴射的方向是向上的，其與泡沫生長的主要方向基本上相反。其中微滴噴射方向基本上相對于泡沫生長主要方向的這一系列的泡沫射流微滴噴射器被稱為逆向發(fā)射器(backshooter)。它屬于本發(fā)明所述的微滴噴射器的逆向發(fā)射器系列。
在美國專利4580149中，Domoto公開了相關(guān)于逆向發(fā)射器系列的一種微滴噴射器幾何形狀。在這種幾何形狀中，所有加熱器定位在一個較大的公共墨水室中。這種構(gòu)造將在鄰近微滴噴射器之間具有無法接受的較大相互作用，即流體串?dāng)_。此外，由于泡沫生長未受到室的約束，因此較大量的能量將損耗掉，而非被引向噴射微滴，因此這個結(jié)構(gòu)不是非常高效的。
在Bhaskar等人的美國專利4847630中，公開了一種以逆向發(fā)射模式來操作的微滴噴射器構(gòu)造。所公開的用于制造這種器件的工藝是電鑄成型孔板，在孔板上形成絕緣層，在絕緣層上形成加熱器元件，在加熱器元件之上形成電絕緣層，以保護它們與墨水隔開以及防止受到氣蝕損壞，通過電鑄成型形成室，并將該結(jié)構(gòu)連接在墨水供應(yīng)源上。這種制造工藝將不能與對許多微滴噴射器尋址所需的驅(qū)動及邏輯電子元件的集成相容。
在轉(zhuǎn)讓給Eastman Kodak Company，Heinzl等人的美國專利No.5760804中，公開了一種逆向發(fā)射器打印頭，其具有在墨水供應(yīng)槽的蓋板的墨水供應(yīng)側(cè)形成的多個導(dǎo)管，各導(dǎo)管與蓋板另一側(cè)上的各自的噴嘴開口流體連通。對于在微滴噴射器之間具有對應(yīng)于每一英寸超過幾百噴嘴和導(dǎo)管的間隔的高分辨率打印頭的一些構(gòu)造而言，提供用于各噴嘴的穿過襯底的單獨導(dǎo)管會導(dǎo)致導(dǎo)管之間的壁對于較高生產(chǎn)率的制造而言就有一些窄。
在轉(zhuǎn)讓給Eastman Kodak Company，Obermeier等人的美國專利No.5502471中，公開了一種對5760804(其先于5502471提交，但后授權(quán))中的逆向發(fā)射器打印頭的構(gòu)造的進一步改進。Obermeier等人公開了一種節(jié)流閥結(jié)構(gòu)，其形成為在芯片和墨水供應(yīng)源之間的材料層中縱向延伸的通道。在芯片上設(shè)有多個墨水通道，噴射開口，和各自的加熱元件。按照規(guī)定，材料層(其中形成了節(jié)流閥結(jié)構(gòu))覆蓋了在芯片設(shè)置的墨水通道。節(jié)流閥的功能是增加流體阻抗(fluidimpedance)，并因此而限制在供應(yīng)通道方向上向回壓的墨水量，以便提高率微滴噴射的能量效，并且還降低了與附近通道的流體串?dāng)_。在一些應(yīng)用中，優(yōu)選提供流體阻抗，以便通過與覆蓋在芯片上的墨水通道的材料層中的縱向延伸通道不同的其它手段，來提高能量效率和降低串?dāng)_。
在美國專利No.5841452和6019457中，Silverbrook公開了各種不同的泡沫射流微滴噴射結(jié)構(gòu)，其共同的特征包括a)整體地形成噴嘴，墨水通路，和襯底上的加熱器裝置；和b)墨水供應(yīng)源入口位于襯底的與墨水噴射出口相對的那一側(cè)，其中直通通路連接了入口和出口。Silverbrook公開的其中兩種結(jié)構(gòu)將被視為逆向發(fā)射器裝置(如這兩個所引用專利的圖12和17所示)。另外，在6019457中，Silverbrook公開了一種墨水通路，其橫截面在其部分長度上逐漸地變大，其中較大的橫截面靠近出口側(cè)。Silverbrook引用了關(guān)于其圖17所示逆向發(fā)射器構(gòu)造的以下缺點，通過各向同性等離子體蝕刻出大致半球形室，隨后通過反應(yīng)離子蝕刻形成將室連接在流體入口的筒通路，這樣來形成圖17的逆向發(fā)射器如果筒和室的角度未受到密切監(jiān)控，那么在通過毛細作用利用墨水填充噴嘴的方面存在一定的困難。Silverbrook的用于他的圖12逆向發(fā)射器構(gòu)造的制造工藝有點兒難于執(zhí)行，因為要求在300微米深通道的底部打印出窄筒狀圖案。需要有制造出與5841452和6019457中提出的結(jié)構(gòu)相比而具有更高生產(chǎn)率、更緊密的尺寸控制、以及更好流體性能的帶有流體室和連接通路的逆向發(fā)射器裝置。
在Kim等人的美國專利No.6102530和6273553中，公開了逆向發(fā)射器類型的打印頭，其中通過加熱器元件在流體中形成兩種不同的泡沫。第一泡沫是在流體室出口側(cè)形成的，并且用作實際的閥，以便當(dāng)?shù)诙菽纬梢蕴峁┪⒌螄娚淞r，為朝著室的墨水出口側(cè)離開室的流體提供高阻力。另外，Kim介紹的墨水室制備方法是取向相關(guān)蝕刻(orientation dependent etch)步驟，其在與室相交的墨水入口的前一取向相關(guān)蝕刻之后。本領(lǐng)域中眾所周知的是，具有不同尺寸的相交特征的取向相關(guān)蝕刻將導(dǎo)致這兩個特征快速地擴大，使得難于提供緊密的尺寸控制。與用于提供流體阻抗的實際閥類型的手段相關(guān)的考慮是，在起初以及在長期使用之后一個打印頭的不同微滴噴射器中的流體阻抗的再現(xiàn)性和穩(wěn)定性，以及一個打印頭與另一打印頭之間的再現(xiàn)性。由于流體阻抗會影響微滴體積、微滴速度和再填充頻率，因此將有損于裝置的穩(wěn)定的和可再現(xiàn)的性能。
在S.Lee等人的美國專利6478408和6499832中，公開了一種逆向發(fā)射器類型打印頭，其具有大致半球形形狀的墨水室，墨水供應(yīng)源歧管，將墨水從歧管供應(yīng)至墨水室的墨水通道，帶有處在對應(yīng)于墨水室中心部分的位置的噴嘴的噴嘴板，以及圍繞噴嘴形成于噴嘴板上的加熱器。半球形室通過采用可各向同性地蝕刻襯底的蝕刻氣體干蝕刻穿過噴嘴而形成。在所述的實施例中，也通過各向同性蝕刻穿過比噴嘴直徑更窄的凹槽，而將墨水通道形成于襯底表面上。墨水通道的深度小于半球形室的深度。在一些實施例中，在半球形室和墨水通道的相交處存在尖點狀的突起，該突起被描述為可用作泡沫阻擋件。在一些實施例中，噴嘴引導(dǎo)件從噴嘴的邊緣延伸到墨水室內(nèi)部。因為半球形室和墨水通道是通過各向同性蝕刻較長一段時間形成的，因此所得的幾何形狀將稍微依賴于一些參數(shù)，例如氣體壓力，襯底溫度和蝕刻時間。室和通道幾何形狀的一致性，以及打印頭和從打印頭至另一打印頭的一致性可能會難于實現(xiàn)。結(jié)果，對于具有所需的微滴體積、微滴速度、再填充頻率和一致性的裝置而言，就難于實現(xiàn)高的生產(chǎn)率。
S.Baek等人在論文″T-JetA Novel Thermal Inkjet Printhead withMonolithically Fbricated Nozzle Plate on SOI Wafer″(2003年6月的“Transducers′03”的第472-475頁)中，公開了一種逆向發(fā)射微滴噴射器構(gòu)造，這是通過在絕緣體晶片上的硅中溝槽填充技術(shù)來實現(xiàn)的。室和流體限制器的側(cè)壁通過填充頂部硅層中的溝槽來形成，而室的底部通過絕緣體層來形成。下加熱器層、帶傳導(dǎo)層的加熱器層、上加熱器層和金屬覆蓋層被沉積并進行圖案化處理，并且通過電鍍來形成噴嘴板。墨水傳輸歧管形成于底部硅層中。然后通過穿過噴嘴的各向同性蝕刻來形成墨水室和限制器。
發(fā)明概要根據(jù)本發(fā)明的一個方面，流體噴射裝置包括襯底，其具有第一表面和定位成相對于第一表面的第二表面。噴嘴板形成于襯底的第一表面之上。噴嘴板具有可通過其噴射出流體的噴嘴。微滴形成機構(gòu)定位在噴嘴的外圍。流體室與噴嘴流體連通，并且具有第一壁和第二壁，其中第一壁和第二壁定位成彼此之間形成一定角度。流體傳輸通道形成于襯底中，并且從襯底的第二表面延伸至流體室。流體傳輸通道與流體室流體連通。流體阻抗源包括位于噴嘴和流體傳輸通道之間的物理結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，形成流體室和流體阻抗源的方法包括，提供具有表面的襯底；在襯底表面上沉積第一材料層，第一材料層是相對于襯底可不同地蝕刻的；除去第一材料層的一部分，從而形成圖案化的第一材料層，并且限定流體室邊界位置；在圖案化的第一層上沉積犧牲材料層；除去犧牲材料層的一部分，從而形成圖案化的犧牲材料層，并且進一步限定流體室邊界位置；在圖案化的犧牲材料層上沉積至少一個另外的材料層；形成從至少一個另外的材料層延伸至犧牲材料層的孔，所述孔定位在流體室邊界位置中；通過引導(dǎo)蝕刻劑通過孔，來除去流體室邊界位置中的犧牲材料層；通過引導(dǎo)蝕刻劑通過孔來形成流體室；以及形成流體阻抗源。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，流體噴射裝置包括襯底，其具有第一表面和定位成相對于第一表面的第二表面。噴嘴板形成于襯底的第一表面之上，噴嘴板具有噴嘴，流體通過該噴嘴而噴射出。流體室與噴嘴流體連通，并且具有定位成相對于噴嘴的底部部分。底部部分包括第一壁和第二壁，其中第一壁和第二壁定位成彼此之間形成一定角度。流體傳輸通道形成于襯底中，并且從襯底的第二表面延伸至流體室。流體傳輸通道與流體室流體連通。流體阻抗源包括位于噴嘴和流體傳輸通道之間的物理結(jié)構(gòu)。
附圖簡介在以下對本發(fā)明實施例的詳細描述中，參考了以下附圖，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的逆向發(fā)射流體噴射裝置的示意圖。
圖2-5顯示了構(gòu)造成經(jīng)請求滴落式打印頭的流體噴射裝置的操作。
圖6A顯示了第一實施例中的襯底、加熱器和多層疊層的頂視圖。
圖6B顯示了沿著方向6B-6B看去的剖視圖。
圖7A顯示了在形成噴嘴的下一步驟之后的頂視圖。
圖7B顯示了沿著方向7B-7B看去的剖視圖。
圖8A顯示了在蝕刻犧牲層的下一步驟之后的頂視圖。
圖8B顯示了沿著方向8B-8B看去的剖視圖。
圖9A顯示了在形成流體室的下一步驟之后的頂視圖。
圖9B顯示了沿著方向9B-9B看去的剖視圖。
圖10A顯示了在形成流體傳輸通道的下一步驟之后的頂視圖。
圖10B顯示了沿著方向10B-10B看去的剖視圖。
圖11A顯示了加熱器，噴嘴，流體室，以及流體室和流體傳輸通道之間的相交線的頂視圖。
圖11B顯示了用于流體室和流體傳輸通道之間相交的一個構(gòu)造的從點B看去的室開口的端視圖。
圖11C顯示了用于流體室和流體傳輸通道之間相交的一個備選構(gòu)造的從點B看去的室開口的端視圖。
圖11D顯示了室開口面積與流體室最大截面積之比，該面積比是流體室和流體傳輸通道之間的相交位置的函數(shù)。
圖12A顯示了第二實施例中的襯底和襯底表面中的凹坑的頂視圖。
圖12B顯示了沿著方向12B-12B看去的剖視圖。
圖13A顯示了在用材料填充凹坑的下一步驟之后的頂視圖。
圖13B顯示了沿著方向13B-13B看去的剖視圖。
圖14A顯示了在形成圖案化的掩模層、加熱器和多層疊層的下一步驟之后的頂視圖。
圖14B顯示了沿著方向14B-14B看去的剖視圖。
圖15A顯示了在形成噴嘴和流體室，使得材料作為懸垂的突起從噴嘴板底部延伸至室中的下一步驟之后的頂視圖。
圖15B顯示了沿著方向15B-15B看去的剖視圖。
圖16A顯示了在形成流體傳輸通道的下一步驟之后的頂視圖。
圖16B顯示了沿著方向16B-16B看去的剖視圖。
圖17A顯示了在第三實施例中的襯底、加熱器、多層疊層和圖案化的金屬層的頂視圖。
圖17B顯示了沿著方向17B-17B看去的剖視圖。
圖18A顯示了在穿過圖案化的金屬層和多層疊層蝕刻出噴嘴和另外的孔的下一步驟之后的頂視圖。
圖18B顯示了沿著虛線方向18B-18B看去的剖視圖。
圖19A顯示了在形成流體室的下一步驟之后的頂視圖。
圖19B顯示了沿著方向19B-19B看去的剖視圖。
圖20A顯示了類似于圖19A的頂視圖。
圖20B顯示了沿著虛線方向20B-20B看去的剖視圖。
圖21A顯示了在涂覆可光致圖案化的聚合物的下一步驟之后的頂視圖。
圖21B顯示了沿著虛線方向21B-21B看去的剖視圖。
圖22A顯示了在曝光可光致圖案化的層、同時掩蔽噴嘴區(qū)域防止其曝光的下一步驟之后的頂視圖。
圖22B顯示了沿著虛線方向22B-22B看去的剖視圖。
圖23A顯示了在顯影掉未曝光的可光致圖案化的聚合物的下一步驟之后的頂視圖。
圖23B顯示了沿著虛線方向23B-23B看去的剖視圖。
圖23C顯示了端視圖，顯示了流體室，聚合物層，以及從聚合物層延伸至流體室中的聚合物小柱(post)。
圖24A顯示了在形成流體傳輸通道的下一步驟之后的頂視圖。
圖24B顯示了沿著虛線方向24B-24B看去的剖視圖。
圖25A顯示了在第四實施例中的襯底、加熱器和多層疊層的頂視圖。
圖25B顯示了沿著方向25B-25B看去的剖視圖。
圖26A顯示了在形成噴嘴的下一步驟之后的頂視圖。
圖26B顯示了沿著方向26B-26B看去的剖視圖。
圖27A顯示了在除去犧牲層的下一步驟之后的頂視圖。
圖27B顯示了沿著方向27B-27B看去的剖視圖。
圖28A顯示了在形成流體室和阻抗通道的下一步驟之后的頂視圖。
圖28B顯示了沿著方向28B-28B看去的剖視圖。
圖29A顯示了在擴大流體室和阻抗通道之間的連接的下一步驟之后的頂視圖。
圖29B顯示了沿著方向29B-29B看去的剖視圖。
圖30A顯示了在形成流體傳輸通道的下一步驟之后的頂視圖。
圖30B顯示了沿著方向30B-30B看去的剖視圖。
圖31顯示了第五實施例中的襯底、加熱器和多層疊層的頂視圖。
圖31B顯示了沿著方向31B-31B看去的剖視圖。
圖32A顯示了在形成噴嘴的下一步驟之后的頂視圖。
圖32B顯示了沿著方向32B-32B看去的剖視圖。
圖33A顯示了在形成流體室和多級阻抗通道的下一步驟之后的頂視圖。
圖33B顯示了沿著方向33B-33B看去的剖視圖。
圖34A顯示了在擴大流體室和多級阻抗通道之間的連接的下一步驟之后的頂視圖。
圖34B顯示了沿著方向34B-34B看去的剖視圖。
圖35A顯示了在形成流體傳輸通道的下一步驟之后的頂視圖。
圖35B顯示了沿著方向35B-35B看去的剖視圖。
圖36A顯示了在第六實施例中的在其表面形成有凹坑的襯底的頂視圖。
圖36B顯示了沿著方向36B-36B看去的剖視圖。
圖37A顯示了在用犧牲材料填充凹坑的下一步驟之后的頂視圖。
圖37B顯示了沿著方向37B-37B看去的剖視圖。
圖38A顯示了在形成多層疊層和加熱器的下一步驟之后的頂視圖。
圖38B顯示了沿著方向38B-38B看去的剖視圖。
圖39A顯示了在形成噴嘴的下一步驟之后的頂視圖。
圖39B顯示了沿著方向39B-39B看去的剖視圖。
圖40A顯示了在形成流體室和相鄰于填充的凹坑的阻抗通道的下一步驟之后的頂視圖。
圖40B顯示了沿著方向40B-40B看去的剖視圖。
圖41A顯示了在從凹坑中除去犧牲材料的下一步驟之后的頂視圖。
圖41B顯示了沿著方向41B-41B看去的剖視圖。
圖42A顯示了在形成流體傳輸通道的下一步驟之后的頂視圖。
圖42B顯示了沿著方向42B-42B看去的剖視圖。
圖43A顯示了第七實施例的頂視圖，其中通過從相交于流體室的凹坑中除去犧牲材料而形成阻抗通道。
圖43B顯示了沿著方向43B-43B看去的剖視圖。
圖44A顯示了具有圍繞噴嘴對稱地設(shè)置的兩個流體傳輸通道和兩個收縮(constriction)區(qū)域的第八實施例的頂視圖。
圖44B顯示了沿著方向44B-44B看去的剖視圖。
圖45A顯示了其中流體室具有延長長度的實施例的頂視圖。
圖45B顯示了沿著方向45B-45B看去的剖視圖。
圖46A顯示了其中流體室從噴嘴的兩個方向中的每一方向具有延長長度的一個實施例的頂視圖。
圖46B顯示了沿著方向46B-46B看去的剖視圖。
圖47顯示了流體噴射器的二維排列的頂視圖，每一個流體噴射器都具有相應(yīng)的流體傳輸通道。
圖48顯示了流體噴射器的二維排列的頂視圖，每一個流體噴射器都在各端具有流體傳輸通道。
本發(fā)明的詳細描述本發(fā)明將尤其涉及到與本發(fā)明的裝置或工藝直接協(xié)作或形成其一部分的元件。應(yīng)當(dāng)理解，未專門示出或描述的元件可采取本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的各種形式。
如這里所述，本發(fā)明提供了流體噴射裝置及其操作方法。這種裝置最常見的是用作噴墨打印系統(tǒng)中的打印頭。這里所述的流體噴射裝置可以經(jīng)請求滴落模式來操作。
許多其它的應(yīng)用是使用類似于噴墨打印頭的裝置，但其發(fā)射需要精確的計量，且需要以高的空間精度來沉積的流體(不同于墨水)。同樣，如本文所述的用語“流體”指的是可通過如下所述的流體噴射裝置發(fā)射的任何材料。
參見圖1，顯示了流體噴射系統(tǒng)10，例如噴墨打印機的示意圖。系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)(即圖像數(shù)據(jù))源12，其提供了由控制器14解釋的信號，以便作為用于發(fā)射微滴的指令。控制器14輸出信號至電能脈沖源16，其被輸入給流體噴射子系統(tǒng)100，例如噴墨打印頭。在操作過程中，流體，例如墨水，被沉積在記錄介質(zhì)20上。典型地，流體噴射子系統(tǒng)100包括設(shè)置成至少一個大致線性行的多個流體噴射器160。流體噴射器的一個示例161如剖視圖所示。
根據(jù)本發(fā)明的逆向發(fā)射泡沫射流流體噴射子系統(tǒng)100包括a)硅襯底110，其具有第一表面111和相對于第一表面的第二表面112；b)從第二表面112蝕刻穿過硅襯底110并且基本上與之垂直的流體傳輸通道115；c)形成于硅襯底的第一表面111之上的噴嘴板150，所述噴嘴板具有形成為從中穿過的噴嘴152；d)形成在噴嘴152外圍的加熱器元件151；流體室113，其定位成直接處于噴嘴152之下，并且與噴嘴152和流體傳輸通道115均流體連通，所述流體室通過各向異性蝕刻硅襯底的第一表面111而形成；以及流體阻抗源，其一個示例是顯示為114的收縮區(qū)域，其定位在流體傳輸通道和流體室之間的流體通路中。
參見圖2-5和圖1，將描述在逆向發(fā)射經(jīng)請求滴落模式下的流體噴射子系統(tǒng)100的操作。控制器14輸出信號至源16，這將導(dǎo)致源16將促動脈沖傳輸至加熱器151。加熱器151的促動導(dǎo)致一般在流體室113中保持在略微負壓下的一部分流體(例如墨水)汽化，而形成蒸氣泡沫190。蒸氣泡沫190膨脹，從而迫使流體室113中的流體開始以流體棒181的形式通過噴嘴152而突出，最終以微滴180的形式通過噴嘴152噴射出。蒸氣泡沫190膨脹的方向與微滴180噴射的方向相反。根據(jù)加熱器151和流體室113的設(shè)計細節(jié)，從噴嘴152相對兩側(cè)的蒸氣泡沫190的不同區(qū)域可在發(fā)射微滴180時匯合。在一些應(yīng)用中這是有利的，因為可防止非所需的星狀微滴的形成。蒸氣泡沫190在停用加熱器151之后破裂。這就允許傳輸通道115重新填充噴射室113。當(dāng)需要另外的流體微滴時，重復(fù)該工藝過程。流體室113和墨水傳輸通道115之間的收縮區(qū)域114用于阻止墨水在蒸氣泡沫膨脹期間和之后出現(xiàn)回流。墨水的這種回流可導(dǎo)致壓力波動，從而破壞即將隨后發(fā)射的相鄰流體噴射器的操作。對鄰近通道的操作的這種瞬間破壞被稱為流體串?dāng)_。限制墨水回流還有助于提高流體噴射器的能量效率。
對于流體噴射應(yīng)用，例如其中需要以大約20kHz或更高的較快速率從給定噴嘴中噴射出微滴的噴墨打印而言，必須實現(xiàn)流體室的快速重新填充，使得墨水在大約50微秒內(nèi)實現(xiàn)相對穩(wěn)定的狀態(tài)，以便可產(chǎn)生穩(wěn)定的微滴?？梢岳斫?，流體噴射器161的各種元件的幾何形狀(包括噴嘴152，加熱器151，流體室113，收縮區(qū)域114，和墨水傳輸通道115的尺寸和形狀)對流體噴射裝置的性能(包括微滴大小，微滴大小一致性，微滴速度，最大噴射頻率，和微滴定位精確度)具有顯著的影響。本發(fā)明的主要著重點是流體室113和流體阻抗源114，以及改進的用于制造它們的方法。
如下所述的各種實施例是在根據(jù)采用CMOS處理工藝的基本方法之后來進行描述的，以便提供噴嘴，以及加熱器元件和相關(guān)驅(qū)動電路和邏輯電路，以及采用MEMS處理以形成流體通路。這種方法例如在美國專利6450619中關(guān)于連續(xù)噴墨打印頭的方面進行了更詳細的描述。
圖6-10顯示了用于形成本發(fā)明的流體通路的一個實施例的一系列工藝步驟。各圖在單個流體噴射器的區(qū)域中顯示了頂視圖，以及剖視圖。可以理解，用于裝置的所有流體噴射器是同時形成的。實際上，在晶片處理工藝中，一般數(shù)百個流體噴射集成的電路裝置是同時形成的，并且之后被分開，而封裝成單個的打印頭，例如。在圖6中，在單晶硅襯底110的第一表面111上設(shè)有多層疊層140，其中形成有加熱器元件151和相關(guān)的電極(未示出)。在這個疊層內(nèi)還選擇性地形成了與加熱器相關(guān)的驅(qū)動器和邏輯電路。在一些情形下，所述驅(qū)動器和邏輯電路采用CMOS工藝制成，并且這個多層疊層140常常被稱為CMOS疊層。噴嘴附近的多層疊層140也用作噴嘴板150。由于包含若干層金屬、氧化物和/或氮化物絕緣層，以及至少一個電阻層，因此多層疊層140典型地為大約5微米厚。直接形成于硅表面111上的多層疊層140的最下層是氧化物或氮化物層141。下面，層141將被稱為氧化物層。層141具有可在形成流體室的蝕刻步驟中相對于硅襯底被不同地蝕刻的性能。作為用于多層疊層140的部分處理步驟，除去對應(yīng)于流體室下一位置的氧化物區(qū)域142。層143是犧牲層，其沉積在氧化物層141之后，隨后被圖案化，以便余下的犧牲層材料143略大于氧化物層141中的窗口142。換句話說，設(shè)有大約1微米的重疊的小區(qū)域144，其中犧牲層143位于氧化物層141上面。犧牲層可為各種材料中的一種。所關(guān)注的顆粒材料是多晶硅，或多晶體硅。圖案化的犧牲層143在處理多層疊層140的其余過程中保持就位，但在形成流體室之后被除去。
在多層疊層140內(nèi)還顯示有加熱器151，其顯示為環(huán)繞在噴嘴的最終位置的環(huán)。至加熱器上的連接是未示出的。對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，不要求加熱器具有圓形的或接近圓形的對稱。加熱器可由相鄰于噴嘴的一個或多個分段形成，實際上，盡管出于簡便起見而在形成泡沫以便提供微滴噴射力的加熱器方面介紹了微滴形成機構(gòu)，但是，也可以在噴嘴的外圍結(jié)合其它形式的微滴形成機構(gòu)，包括微促動器或壓電式換能器。與加熱器或其它微滴形成機構(gòu)的形狀無關(guān)的是，它具有長度Q，其是微滴形成機構(gòu)的彼此最遠離的點之間的距離。
圖7顯示了其中噴嘴152被蝕刻穿過多層疊層140的步驟。噴嘴152顯示為圓形的，并且具有直徑D。實際上，圓形的形狀是一般優(yōu)選的，但其它形狀也是可以的，例如橢圓形、多邊形，等等。
圖8和9顯示了用于制造流體室的步驟。圖8顯示了犧牲層143的蝕刻，留下空穴145。圖9顯示了流體室113的取向相關(guān)蝕刻。圖8和9顯示了犧牲層143的蝕刻和室113的蝕刻，它們是作為單獨的步驟的。對于多晶硅用作犧牲層的情形而言，這兩個工藝步驟同時發(fā)生，根據(jù)正面產(chǎn)生的蝕刻具有通過逐漸除去多晶硅犧牲層所確定的寬度，如轉(zhuǎn)讓給ST Microelectronics的US6376291中所示。
取向相關(guān)蝕刻(ODE)是濕蝕刻步驟，其會以不同的速率侵蝕不同的晶面。同樣，取向相關(guān)蝕刻是一種各向異性蝕刻的類型。本領(lǐng)域中對于取向相關(guān)蝕刻眾所周知的是，蝕刻劑例如氫氧化鉀，或TMAH(氫氧化四甲銨)，或EDP蝕刻硅的(111)晶面要比它們蝕刻其它晶面慢得多(大約慢100倍)。所關(guān)注的眾所周知的情形是，蝕刻具有(100)取向的單晶硅晶片。(111)平面有與給定(100)平面相交的四個不同取向。(111)平面和(100)平面的相交線是在[110]方向上的線。在(100)平面內(nèi)包含有兩個不同的[110]方向，并且這兩個方向彼此垂直。因此，如果具有(100)取向的單晶硅襯底被覆蓋上例如可耐受KOH或TMAH蝕刻的氧化物或氮化物層，但被圖案化而暴露出矩形的露出硅，其中矩形的邊平行于[110]方向，并且襯底暴露在蝕刻劑例如KOH或TMAH中，那么，將在暴露的硅矩形中蝕刻出凹坑。如果允許繼續(xù)進行蝕刻直至完成，那么凹坑將具有四個傾斜的壁，各壁是不同的(111)平面。如果所暴露硅的矩形的長度和寬度分別是L和W，并且如果L＝W，那么四個(111)平面將在一個點處會合，并且凹坑將為角錐的形狀。(111)平面相對于(100)表面處在54.7度的角度下。凹坑的深度H是2的平方根的一半乘以寬度，也就是說，H＝.707W。如果L＞W(wǎng)，那么最大深度H仍然是.707W，并且凹坑的形狀是帶有傾斜側(cè)壁和傾斜端壁的V形凹槽。凹坑的最大深度的區(qū)域的長度是L-W。當(dāng)然，如果襯底的厚度小于.707W，并且如果允許繼續(xù)進行蝕刻直至完成，那么將穿過襯底蝕刻出孔。在本發(fā)明的描述中，采用了這樣的蝕刻凹坑幾何形狀，其中襯底的局部厚度大于.707W。
如圖9所示，室113具有位于噴嘴152附近的傾斜端壁116，以及位于該室相反端且具有相反斜度的另一傾斜端壁117。端壁117在凹坑的一個邊緣118終止于硅的表面。
圖10顯示了例如通過從硅襯底的第二表面112(即背面)進行的深反應(yīng)性離子蝕刻(DRIE)，來形成流體傳輸通道115。本領(lǐng)域中眾所周知的是，DRIE允許在硅中蝕刻出具有大致垂直壁的通道，所述通道高達幾百微米深。為了允許流體從襯底背面流入室中，DRIE蝕刻的流體傳輸通道的位置設(shè)置成使得它相交于流體室。在圖10所示的實施例中，這個相交點設(shè)計成處于流體室的傾斜端壁117中。這樣，收縮區(qū)域114形成為在流體傳輸通道115和噴嘴152之間的流體通路中的物理結(jié)構(gòu)。收縮區(qū)域114從流體室113朝著噴嘴板150延伸。因為流體傳輸通道115典型地連接在多個鄰近的流體室113上，所以，所述收縮區(qū)域114(位于流體傳輸通道和單個的噴嘴152之間)有助于減小噴射器161和鄰近噴射器之間的流體串?dāng)_。
圖11顯示了用于具有長度L和寬度S的室的收縮區(qū)域114的一些幾何形狀細節(jié)。如頂視圖中所示，流體傳輸通道115與流體室113的相交線120定位成離凹坑邊緣118有一段距離x。如果x大于S/2(也就是說，如果流體傳輸通道在該室的全深度D的區(qū)域而非在傾斜端壁117中相交于該室)，那么開口的形狀將為三角形，其具有寬度S，深度H＝.707S，并且截面積A＝.354S2。然而，如從點B看去的端視圖所示，通過將流體傳輸通道115定位成使得x稍微小于S/2，那么開口的橫截面將為梯形。梯形開口的截面積通過表達式A＝.354S2[4(x/S)-4(x/S)2]給出。因此，它小于室113在其最大區(qū)域的截面積，其中A＝.354S2。隨著x/S從0變?yōu)?.5，梯形開口的發(fā)展(作為A＝.354S2的最大面積的分?jǐn)?shù))顯示為圖11中圖的x/S的函數(shù)。收縮區(qū)域114的流體阻抗增大是由于梯形的更小開口以及傾斜端壁117的余下長度造成的。
出于能量效率的目的，有利的是，加熱器151的長度Q小于流體室113的寬度S。這樣，加熱器所產(chǎn)生的熱就有效地傳輸至流體室內(nèi)的流體。
可以理解，可以多種不同的方式來提供在噴嘴和流體傳輸通道之間的流體通路中的收縮區(qū)域?，F(xiàn)在將介紹幾個這種備選實施例。
第二實施例用于形成噴嘴和墨水傳輸通道之間的流體通路中的收縮區(qū)域在圖12-16中顯示。在該實施例中，懸垂的突起形成于室中，以形成收縮區(qū)域。尤其是，這個類型的突起從室的頂部(也就是說，多層疊層的包括噴嘴板的部分)向下懸垂，并且部分地延伸進入室中。所述突起是通過填充凹坑形成的，其在流體室隨后進行蝕刻時將保持粘在多層疊層的底部上。
圖12顯示了在硅襯底210的第一表面211中蝕刻出凹坑221的第一步驟。凹坑221可通過各種各向同性或各向異性手段蝕刻出。然而，在該實施例中，它顯示為例如通過取向相關(guān)蝕刻而蝕刻出。這個凹坑具有橫向尺寸l和w，以及深度d，深度d等于l或w中較小的那個乘以2的平方根的一半。
圖13顯示了填充有材料222的凹坑221。材料222將之后形成懸垂的突起。它必須具有以下性能a)它必須能夠填充凹坑221；b)它必須能夠耐受隨后的處理步驟；c)它必須能夠很好地粘在多層疊層的底層(典型地為氧化物或氮化物層)上；和d)它必須用在隨后的室蝕刻步驟中所用的ODE蝕刻劑而受到緩慢的蝕刻，或者完全不被蝕刻。這種材料的示例是玻璃。另一示例是鎢。在圖13中，凹坑填充材料222的頂部顯示為與硅襯底的第一表面211處于相同的水平面上。已經(jīng)通過可包括蝕刻和/或拋光的步驟，將過多的可能沉積在表面211上的材料222去除。
圖14顯示了用于多層疊層240的各種加工處理步驟的結(jié)果，其中多層疊層240的一部分包括噴嘴板250。類似于用于第一實施例的圖6的是，類似的標(biāo)號表示類似的部件，包括多層疊層240，加熱器元件251，氧化物層241，對應(yīng)于流體室最終位置的已經(jīng)被去除的氧化物區(qū)域242，犧牲層243，和犧牲層的在氧化物層上面的重疊區(qū)域244。圖14還顯示了氧化物層245的島狀結(jié)構(gòu)，其保持在最終的室位置中，并且沉積在懸垂的突起材料222之上。
圖15顯示了用于制造流體室的步驟。在形成噴嘴252之后，犧牲層243和室213都被進行蝕刻處理。如果犧牲材料243是例如多晶硅的材料，那么可與流體室同時進行蝕刻，因此這兩個步驟可同時進行。懸垂的突起材料222和與之粘在一起的氧化物層245在室蝕刻步驟中未被蝕刻。結(jié)果，懸垂的突起222從噴嘴板下側(cè)向下延伸進入室213中，所述噴嘴板形成了室213之上的頂部。
圖16顯示了從硅襯底210的背面212蝕刻出的DRIE流體傳輸通道215。流體傳輸通道215顯示為已經(jīng)被定位成使得它在其中流體室具有其最大截面積的位置相交于流體室213。在該實施例中，噴嘴和流體傳輸室之間的收縮通過懸垂的突起222而形成。盡管只是顯示了一個懸垂的突起222，但是，當(dāng)然可以在室的邊界內(nèi)形成線性排列或二維排列的懸垂的突起。可以理解，也可以將實施例1和2組合起來，并且設(shè)有通過一個或多個懸垂突起和通往流體傳輸通道215的室213之更小開口的組合所形成的收縮。在這種情形下，可以選擇性地將一個或多個懸垂的突起定位在室的傾斜端壁之上。
除了增加流體阻抗以便減小串?dāng)_之外，流體通路的收縮的第二功能也可用于阻止可能在流體傳輸通道進入的顆粒物質(zhì)到達噴嘴并滯留在這里。換句話說，這種突起可用作末級過濾器。典型地，在流體供應(yīng)管線中可以有其它位于墨水傳輸通道上游的過濾器。僅僅要求這些突起阻擋可能已通過主過濾器的極少顆粒。
圖17-24顯示了用于形成流體傳輸通道和噴嘴之間的流體通路中的收縮的第三實施例。如第二實施例中一樣，突起延伸進入流體室中。在第三實施例中，突起包括小柱，其采用可光致圖案化的聚合物來形成。小柱從室頂部(也就是說，噴嘴板)延伸至室的壁，并且在兩端被粘合起來。
圖17類似于用于第一實施例的圖6，并且類似的標(biāo)號用于表示類似的部件，包括多層疊層340，加熱器元件351，氧化物層341，對應(yīng)于流體室最終位置的已經(jīng)被去除的氧化物區(qū)域342，犧牲層343，和犧牲層的在氧化物層上面的重疊區(qū)域344。另外，圖17顯示了至少在對應(yīng)于流體室最終位置的區(qū)域中保持在多層疊層340上面的層346。層346已經(jīng)被進行圖案化處理，以便具有對應(yīng)于噴嘴的最終位置的窗口(這里顯示為圓)，以及對應(yīng)于聚合物小柱的最終位置的窗口(這里顯示為矩形)。層346是對光致曝光不透明的，并且典型由金屬制成。
圖18顯示了被蝕刻穿過多層疊層340的孔。這些孔對應(yīng)于噴嘴352和最終的小柱位置347。圖18中的剖視圖是沿著虛線A-C看去的，以便可看見噴嘴以及小柱位置。
圖19-20顯示了在流體室313的取向相關(guān)蝕刻步驟之后的不同的剖視圖。圖19顯示了沿著經(jīng)過噴嘴和室313最深部分的A-A的視圖。圖20顯示了沿著經(jīng)過噴嘴并且隨后向上錯位以便顯示通過其中一個最終小柱位置的線A-C的視圖。在該視圖線中形成錯位時，也顯示了在室底部中的斜度。
圖21顯示了添加可光致圖案化的聚合物材料370?？晒庵聢D案化的聚合物材料370可為環(huán)氧樹脂，例如SU-8，或者聚酰亞胺，或者可曝光、顯影和固化的任何其它的這種聚合物材料。典型地通過沉積一定的量在晶片上，并且旋轉(zhuǎn)晶片，這里來涂覆這種聚合物材料。如圖所示，聚合物材料370填充了流體室，噴嘴孔和小柱孔，并且還在多層疊層340的頂部留下了一層。
圖22顯示了通過掩膜371來曝光可光致圖案化的聚合物材料370的步驟。掩膜371遮蔽了噴嘴區(qū)域352中的聚合物材料370，以免其被曝光。另外，除了在將形成小柱的位置347以外，不透明層346(在多層疊層340頂部)遮蔽了室中的聚合物材料370。
圖23顯示了在可光致圖案化的聚合物材料進行顯影和固化之后，交聯(lián)的小柱結(jié)構(gòu)374、以及聚合物375的交聯(lián)頂層的剖視圖和端視圖。聚合物375的頂層的好處之一在于，它為噴嘴352提供了另外的長度。聚合物頂層的好處之二在于，它用作用于小柱375的錨固點。小柱375同時連接在頂部和底部上，這就為小柱375提供了另外的強度。盡管矩形橫截面的兩個小柱被并排地顯示出，但是可以理解，這樣的特征是通過不透明層346的圖案化來確定的。小柱的其它一維或二維排列也是可以的，并且小柱的其它截面形狀也可以是易于實施的。
圖24顯示了從硅襯底310的背面312蝕刻出的DRIE流體傳輸通道315。流體傳輸通道315顯示為定位成使得它在其中流體室具有其最大截面積的位置相交于流體室313。在該實施例中，噴嘴和流體傳輸室之間的收縮是通過聚合物小柱374來形成的。可以理解，可以將實施例1和3組合起來，以便具有由小柱的組合所形成的收縮，以及室313的進入流體傳輸通道315的更小開口。在這種情形下，可以將小柱選擇性地定位在室的傾斜端壁之上。
如同第二實施例中的懸垂的突起那樣，同樣，聚合物小柱也可用于雙重功能，即，提供抗串?dāng)_的流體阻抗，以及用作用于有害顆粒物質(zhì)的末級過濾器。
圖25-30顯示了用于形成流體傳輸通道和噴嘴之間的流體通路中的收縮的第四實施例，在這個第四實施例中，通過在噴嘴和流體傳輸通道之間在襯底的第一表面來插入阻抗通道，這樣來形成收縮，所述阻抗通道所具有的截面積小于流體室的最大截面積，即小于.35S2。這里所述的形成這種阻抗通道的具體示例是取向相關(guān)蝕刻出的通道，其具有小于S的寬度，以及小于.707S的相應(yīng)深度。因此，阻抗通道的截面積是0.35s2，它小于0.35S2。
圖25顯示了氧化物掩膜圖案，其用于寬度為S的流體室和寬度為s＜S的相鄰阻抗通道。圖25顯示了用于多層疊層440的各種加工處理步驟的結(jié)果。它類似于用于第一實施例的圖6，并且類似的標(biāo)號用于表示類似的部件，包括襯底410，多層疊層440，加熱器元件451，氧化物層441，對應(yīng)于流體室最終位置的已經(jīng)被去除的氧化物區(qū)域442a，對應(yīng)于阻抗通道最終位置的已經(jīng)被去除的氧化物區(qū)域442b，在流體室最終位置的犧牲層443a，在阻抗通道最終位置的犧牲層443b，在流體室和阻抗通道末端的在氧化物層上面的犧牲層的重疊區(qū)域444a，以及在流體室和阻抗通道之間的最終位置的區(qū)域中的在氧化物層上面的重犧牲層的疊區(qū)域444b。
圖26顯示了蝕刻處理噴嘴452的步驟。圖27顯示了蝕刻處理犧牲層443，以形成在流體室的最終位置之上的空穴445a和在阻抗通道的最終位置之上的空穴445b。可以注意到，蝕刻掉重疊區(qū)域444b(在氧化物層上面)中的犧牲層就形成了用于蝕刻劑進入的連續(xù)通路。
圖28顯示了流體室413和阻抗通道419這兩者的取向相關(guān)蝕刻的步驟。應(yīng)當(dāng)注意如果犧牲層443是多晶硅，那么犧牲層的蝕刻和流體室413和阻抗通道419的ODE蝕刻可全部在同一步驟中進行。
盡管空穴444b足以允許ODE蝕刻劑到達阻抗通道419的區(qū)域，但是，空穴444b在橫截面上一般不夠大，而無法在裝置的隨后操作中通過阻抗通道419用流體快速地重新填充流體室413。因此，通常需要擴大流體室413和阻抗通道419之間的連接區(qū)域。用于擴大該連接區(qū)域的這種步驟如圖29所示。在圖29中，例如通過允許蝕刻氣體例如SF6或XeF2進入噴嘴區(qū)域452中達預(yù)定一段時間，并因而蝕刻出外露硅的區(qū)域，這樣就執(zhí)行了各向同性蝕刻步驟。結(jié)果，流體室413和阻抗通道419都被稍微擴大，包括在直接處于空穴445b下方的連接區(qū)域中都被稍微擴大。還可以注意到，氧化物層441變得稍微有些下部凹陷，并且之前在取向相關(guān)蝕刻的結(jié)構(gòu)413和419中的銳利轉(zhuǎn)角變得稍微圓一些。
圖30顯示了通過從硅襯底背面進行DRIE，這樣來形成流體傳輸通道415。其與阻抗通道419的相交點顯示為出現(xiàn)在其中阻抗通道處于其全深度的位置，而非出現(xiàn)在其中阻抗通道的端壁傾斜的位置。然而，可以理解，相交點也可設(shè)計成出現(xiàn)在或者處于阻抗通道419的傾斜端壁中。
圖31-35顯示了用于形成流體傳輸通道和噴嘴之間的流體通路中的收縮的第五實施例。在該第五實施例中，通過在噴嘴和流體傳輸通道之間插入一個或多個多級阻抗通道，這樣來形成收縮，所述多級阻抗通道具有區(qū)域，其截面積小于流體室最大截面積，即小于.35S2。這里所述的形成這種多級阻抗通道的具體示例包括兩個端對端的取向相關(guān)蝕刻出的通道，其中至少一個通道具有小于S的長度l和小于.707S的相應(yīng)深度。阻抗通道的所得截面積具有其截面積小于0.35S2的區(qū)域。
圖3 1顯示了氧化物掩膜圖案，其用于寬度S的流體室和相鄰多級阻抗通道，其中一個級具有長度l＜S。圖31顯示了用于多層疊層540的各種加工處理步驟的結(jié)果。它類似于用于第一實施例的圖6，并且類似的標(biāo)號用于表示類似的部件，包括襯底510，多層疊層540，加熱器元件551，氧化物層541，對應(yīng)于流體室最終位置的已經(jīng)被去除的氧化物區(qū)域542a，對應(yīng)于阻抗通道第一級的最終位置的已經(jīng)被去除的氧化物區(qū)域542b，對應(yīng)于阻抗通道第二級的最終位置的已經(jīng)被去除的氧化物區(qū)域542c，在流體室最終位置的犧牲層543a，對應(yīng)于阻抗通道第一級的最終位置的已經(jīng)被去除的氧化物區(qū)域542b，對應(yīng)于阻抗通道第二級的最終位置的已經(jīng)被去除的氧化物區(qū)域542c，在流體室和阻抗通道末端的在氧化物層上面的犧牲層的重疊區(qū)域544a，以及在流體室和阻抗通道兩個級之間的最終位置的區(qū)域中的在氧化物層上面的犧牲層的重疊區(qū)域544b。
圖32顯示了蝕刻噴嘴552的步驟。圖33顯示了蝕刻犧牲層及流體室513，以及多級阻抗通道的第一級519a和第二級519b的結(jié)果。在所示的具體示例中，多級阻抗通道的第一級519a的長度l和寬度都小于S。然而，正是取向相關(guān)蝕刻出的凹坑中的兩個尺寸中較小的那個尺寸確定了其深度。在如圖33所示的示例中，第一級519a的長度小于寬度。因此，多級阻抗通道的第一級519a的深度是.707乘以1。對于其它示例(未示出)，第一級519a的寬度可小于1或甚至大于S，并且仍然滿足多級阻抗通道的至少一個級的截面積小于.35S2的條件。
如同第四實施例中一樣，(為了在操作過程中足夠快速地重新填充流體)需要擴大流體室和阻抗通道多級之間的連接區(qū)域。在圖34中，例如通過允許蝕刻氣體例如SF6或XeF2進入噴嘴區(qū)域552中達預(yù)定的一段時間，并由此而蝕刻出暴露的硅區(qū)域，從而執(zhí)行了各向同性蝕刻步驟。結(jié)果，流體室513和阻抗通道的兩級519a和519b就被稍微擴大。
圖35顯示了通過從硅襯底的背面進行DRIE處理，來形成流體傳輸通道515。其與阻抗通道第二級519b的相交點顯示為出現(xiàn)在其中第二級519b處于其全深度的位置，而非出現(xiàn)在其中端壁傾斜的位置。然而，可以理解，相交點也可設(shè)計成出現(xiàn)在或者處于阻抗通道第二級519b的傾斜端壁中。
圖36-42顯示了用于形成流體傳輸通道和噴嘴之間的流體通路中的收縮的第六實施例。在這個第六實施例中，通過利用之前形成的凹坑將取向相關(guān)蝕刻出的流體室和取向相關(guān)蝕刻出的阻抗通道相連起來，來形成收縮，所述凹坑具有臨時性材料，在完成流體室和阻抗通道的取向相關(guān)蝕刻之后，該臨時性材料被除去。
圖36顯示了在硅襯底610的第一表面611中蝕刻出凹坑625的第一步驟。凹坑625可通過各種各向同性或各向異性手段蝕刻出。然而，在該實施例中，例如，它顯示為通過反應(yīng)性離子蝕刻蝕刻出。這個凹坑具有橫向尺寸l和w，以及深度d。
圖37顯示了基本上填充上臨時性材料626的凹坑625具有以下性能a)它必須能夠填充凹坑625；b)它必須能夠耐受隨后的處理步驟；c)它必須通過用于蝕刻流體室之上的臨時性材料的蝕刻劑而被緩慢地蝕刻，或者完全不被蝕刻；d)它必須通過用于流體室蝕刻步驟的ODE蝕刻劑而被緩慢地蝕刻，或者完全不被蝕刻；和e)它必須可通過基本上不會腐蝕外露硅的蝕刻工藝來去除。這種材料的示例是玻璃。在圖37中，臨時性的凹坑填充材料626的頂部顯示為與硅襯底的第一表面611處于同一水平面。可沉積在表面611上的過多臨時性材料626已經(jīng)通過可包括化學(xué)機械拋光在內(nèi)的步驟而除去。
圖38顯示了用于在填充有臨時性材料626的凹坑625之上的多層疊層640的各種加工處理步驟的結(jié)果。它類似于用于第一實施例的圖6，并且類似的標(biāo)號用于表示類似的部件，包括多層疊層640，加熱器元件651，氧化物層641，對應(yīng)于流體室最終位置的已經(jīng)被去除的氧化物區(qū)域642a，對應(yīng)于阻抗通道最終位置的已經(jīng)被去除的氧化物區(qū)域642b，在流體室最終位置中的犧牲層643a，在阻抗通道最終位置中的犧牲層643b，在臨時性凹坑填充材料626上面的犧牲層643d，以及在流體室和阻抗通道末端的氧化物層上面的犧牲層的重疊區(qū)域644。
圖39顯示了蝕刻噴嘴652的步驟。圖40顯示了蝕刻犧牲層643及流體室613以及阻抗通道619的結(jié)果。臨時性的凹坑填充材料626基本上沒有受到犧牲層643的蝕刻或受到用于形成流體室613和阻抗通道619的取向相關(guān)蝕刻步驟的影響。阻抗通道619的寬度s小于流體室613的寬度S，并且阻抗通道619的深度是.707s，其小于流體室613的深度.707S。
圖41顯示了采用基本上不會影響外露硅的蝕刻劑來從凹坑625中蝕刻掉臨時性凹坑填充材料626的結(jié)果。流體室613和阻抗通道619之間的通路已經(jīng)通過插入的凹坑625而擴大。應(yīng)當(dāng)注意在這個具體示例中，插入的凹坑625和阻抗通道619都被勾繪出草圖，具有小于流體室613最大截面積的截面積。然而，在本發(fā)明下可包括進來的其它示例是，其中插入的凹坑625的截面積小于流體室613截面積(但阻抗通道619的截面積并不比其小)的情形，以及其中阻抗通道619的截面積小于流體室613截面積(但插入的凹坑625并不比其小)的情形。
重要的是，這種通過從插入的凹坑中除去臨時性材料、而將兩個具有不同寬度和深度的取向相關(guān)蝕刻的結(jié)構(gòu)連接起來的方法，并不會影響流體室613和阻抗通道619的尺寸精度，而一些其它進行這種連接的方法則會影響精度。例如，眾所周知，通過采用隨后的取向相關(guān)蝕刻步驟將兩個具有同一軸線和不同寬度S和s的端對端的取向相關(guān)蝕刻出的室連接起來，這會傾向于將整個區(qū)域蝕刻至更大的寬度S和深度.707S，如果允許蝕刻步驟進行至完成的話。一般而言，如果在(100)襯底中具有兩個相交取向相關(guān)蝕刻的特征，并且如果在兩個特征的相交點具有凸角，那么襯底的位于凸角的那部分就被快速地蝕刻。在圖41中，凸角627顯示在凹坑625和室613之間。在這里所述的工藝中，這個凸角未受到快速蝕刻，因為取向相關(guān)蝕刻步驟先于從凹坑625中除去臨時性材料626的步驟而進行。應(yīng)當(dāng)注意從凹坑中騰空臨時性材料便形成連接在取向相關(guān)蝕刻的特征上的通路的方法已經(jīng)在具有頂部的取向相關(guān)蝕刻的流體室方面進行了描述。將表面中的凹口與取向相關(guān)蝕刻的特征相連起來的一般方法在共同未決的專利申請“用于形成相連特征的襯底蝕刻方法”中進行了介紹。
圖42顯示了通過從硅襯底背面進行的DRIE來形成流體傳輸通道615。其與阻抗通道619的相交點顯示為出現(xiàn)在其中阻抗通道619處于其全深度的位置，而非出現(xiàn)在其中端壁傾斜的位置。然而，可以理解，相交點也可設(shè)計成出現(xiàn)在或者處于阻抗通道619的傾斜端壁中。
圖43顯示了非常類似于第六實施例的第七實施例。在第七實施例中，沒有單獨的將形成阻抗通道的取向相關(guān)蝕刻出的凹坑。而是，在蝕刻流體室713之前，通過類似于第六實施例中所述的工藝，通過被填充有臨時性材料的凹坑來形成阻抗通道728。
首先，在如上所述的前七個實施例中，流體傳輸通道不對稱地偏離開噴嘴的一側(cè)。圖44顯示了第八實施例，其中有噴嘴852加上兩個流體傳輸通道815a和815b，以及在流體傳輸通道和噴嘴之間的兩個相應(yīng)的收縮區(qū)域814a和814b，使得流體傳輸通道和收縮區(qū)域圍繞噴嘴的位置對稱地設(shè)置。在這種設(shè)計中，有多余的流體通路用于流體到達噴嘴。圖44顯示了以與第一實施例相同的方式制作的流體收縮區(qū)域814a和814b的具體示例。然而，顯而易見，對稱形式的其它實施例也是可以的。
在前八個實施例中，提供了流體傳輸通道和噴嘴之間的流體阻抗的物理結(jié)構(gòu)的類型是收縮區(qū)域。也可以通過增加噴嘴區(qū)域與流體供應(yīng)通道與室相交的點之間的室長度，來提供流體阻抗，從而提高能量效率和降低與鄰近通道的流體串?dāng)_。圖45顯示了提供通過流體室的另外長度的流體阻抗的第一實施例。用于制作該結(jié)構(gòu)的工藝基本上與參見圖6-10所述的相同。第一區(qū)別在于，取向相關(guān)蝕刻的流體室1013設(shè)計成在直接位于噴嘴中心的點1052a與相交于流體傳輸通道的點1015a之間具有延長的長度。第二區(qū)別在于，流體室1013和流體傳輸通道1015的相交點1015a出現(xiàn)在其中流體室處在其全深度的位置，以便在噴嘴和流體傳輸通道之間的流體通路中沒有收縮。通路的流體阻抗與其長度成正比，并且還與抬升到電源的深度成反比。將Y定義為在直接位于噴嘴中心的點1052a與流體室1013和流體傳輸通道1015的相交點1015a之間的距離。另外，將Z定義為在噴嘴板1040底部與流體室1013底部之間的距離。Y值優(yōu)選是其中10Z＞Y＞1.3Z的范圍。Y的下界，即Y大于1.3Z，是通過需要提高能量效率和降低與鄰近通道的串?dāng)_來產(chǎn)生的。Y的上界，即其中Y小于10Z，是通過需要足夠快地重新填充室來產(chǎn)生的。
用于介紹流體室在用作流體阻抗源時的優(yōu)選最小長度的不同手段是，在與朝著噴嘴推送的流體量相對于朝著流體供應(yīng)通道推送的流體量有關(guān)的距離這一方面，來進行考慮。在泡沫形核和長大時，它朝著噴嘴推動一定體積的流體，以便噴射微滴。同時，泡沫也朝著流體供應(yīng)通道向回推動另一體積的流體。通過設(shè)計流體室，使得泡沫朝著流體供應(yīng)通道向回排移所需的流體量稍微大于朝著噴嘴推動的流體量，就可提供合適量的阻抗。將p定義為相交點1015a與最接近于相交點1015a的直接位于加熱器元件的邊緣之下的點1051a之間的距離。另外，將q定義為直接位于噴嘴中心下方的點1052a與最接近于相交點1015a的直接位于加熱器元件的邊緣之下的點1051a之間的距離。為了提供所需的流體阻抗源，p優(yōu)選大于q。
圖45所示構(gòu)造的優(yōu)點在于，流體通路的尺寸控制非常緊密，并且制備工藝非常簡單。通過取向相關(guān)蝕刻來形成流體室，以便一旦在與氧化物掩膜圖案所限定的[110]線中的硅表面相交的(111)平面被曝光時完成蝕刻，就基本上停止蝕刻。因此，流體室1013的尺寸基本上與參數(shù)例如蝕刻劑溫度、蝕刻劑濃度、或另外的蝕刻時間長度無關(guān)。另外，可以易于采用例如DRIE等方法，而制造出流體傳輸通道1015，使得其與流體室1013的相交點1015a在目標(biāo)的若干微米范圍內(nèi)。
圖46顯示了第二實施例，其提供了通過流體室的另外長度的流體阻抗。在圖46中，有噴嘴1152加上兩個流體傳輸通道1115a和1115b，使得流體傳輸通道圍繞噴嘴的位置對稱地設(shè)置，在這種設(shè)計中，有用于流體的多余流體通路到達噴嘴。用于制作結(jié)構(gòu)的工藝與參照圖6-10以及圖44所述的工藝基本上相同。第一區(qū)別在于，取向相關(guān)蝕刻的流體室1113設(shè)計成在直接位于噴嘴中心之下的點1152a與各自的相交于流體傳輸通道1115a和1115b的相交點之間具有延長的長度。類似于圖45中的Y那樣來定義長度Y1和Y2，使得Y1對應(yīng)于從噴嘴中心的凸起至與流體傳輸通道1115a相交處的距離，并且使得Y2對應(yīng)于從噴嘴中心的凸起至與流體傳輸通道1115b相交處的距離。類似地，將Z定義為噴嘴板1140底部和流體室1113底部之間的距離。用于Y1和Y2值的優(yōu)選范圍是，其中10Z＞(Y1和Y2)＞1.3Z。另外，類似于圖45中的p那樣來定義長度p1和p2，使得p1對應(yīng)于相交點1115a與最接近于相交點1115a的直接位于加熱器元件的邊緣之下的點1151a之間的距離，并且使得p2對應(yīng)于相交點1115b與最接近于相交點1115b的直接位于加熱器元件的邊緣之下的點1151b之間的距離。類似地，將長度q1定義為直接位于噴嘴中心之下的點1152a與最接近于相交點1115a的直接位于加熱器元件的邊緣之下的點1151a之間的距離。此外，將長度q2定義為直接位于噴嘴中心之下的點1152b與最接近于相交點1115b的直接位于加熱器元件的邊緣之下的點1151b之間的距離。為了提供所需的流體阻抗源，p1大于優(yōu)選q1，并且p2優(yōu)選大于q2。
在如圖1所示的構(gòu)造中，流體噴射器160設(shè)置成大致線性的行。另外在圖1中，只顯示了單個流體傳輸通道115。對于例如其中需要在高分辨率下噴射流體的高質(zhì)量打印等應(yīng)用場合來說，流體噴射器的線性排列要求在相鄰流體噴射器之間具有較小距離。這個較小距離就為流體噴射器的幾何形狀帶來了設(shè)計限制。例如，在具有一個線性行的流體噴射器的一些應(yīng)用中，要求其中一些或所有的流體噴射器160分享共同的流體傳輸通道115。如果需要在高分辨率線性排列中的每一流體噴射器中形成單個流體傳輸通道，則單個的流體傳輸通道和/或相鄰流體傳輸通道之間的壁可能需要無法接受地窄。
然而，在流體噴射器的二維排列中，這些幾何形狀限制的其中一些可能會得到緩解。圖47顯示了流體噴射器的二維排列的頂視圖。在這個示例中，具有流體噴射器1261的四行(1201，1202，1203和1204)和四列(1205，1206，1207和1208)。對于各流體噴射器，顯示了流體傳輸通道1215，流體室1213，加熱元件1252，和噴嘴1251。在該圖中，加熱元件顯示為位于噴嘴相對兩側(cè)的一對元件，但其它加熱器元件構(gòu)造也是可以的。此外，在這個示例中，流體阻抗源顯示為流體室的在噴嘴1252和流體傳輸通道1215之間的延長長度，但作為備選，也可使用其它類型的流體阻抗源(例如如上所述的流體阻抗源)。假設(shè)微滴噴射器的排列將流體微滴沉積在介質(zhì)(未示出)上。另外，假設(shè)噴射器二維排列與介質(zhì)的相對運動是沿著方向X的。如圖47所示，在微滴噴射器的每一行中，相鄰流體噴射器中的噴嘴是在大致垂直于X的方向上彼此偏離開一段距離b。另外，一行中最右側(cè)的流體噴射器與下一行中最左側(cè)的流體噴射器之間的偏差在大致垂直于X的方向上也為b。相鄰列中的噴嘴在X方向上分開一段距離c?？梢子谝姷降氖?，如果從相鄰列中的流體噴射器噴射出微滴的定時延遲一段時間t＝c/v的話，則這種二維排列能夠打印出其中各微滴離其相鄰微滴為距離b的微滴線，其中v是介質(zhì)和流體噴射器排列的相對運動的速度。因此，在微滴噴射器的二維排列中，可以為各微滴噴射器提供通過襯底的單個的流體傳輸通道1215。與其中流體傳輸通道是為許多相鄰微滴噴射器供給的槽縫的設(shè)置相比，這種構(gòu)造可具有更大的結(jié)構(gòu)強度。
圖48顯示了流體噴射器的二維排列的頂視圖，其中各流體室通過兩個流體傳輸通道從相反的兩端來供應(yīng)。這種構(gòu)造類似于圖47的構(gòu)造，并且類似的部件具有類似的標(biāo)號。對于各流體噴射器，顯示了流體傳輸通道1315，流體室1313，加熱元件1352，和噴嘴1351。在該圖中，加熱元件顯示為位于噴嘴相對兩側(cè)的一對元件，但其它加熱器元件構(gòu)造也是可以的。此外，在這個示例中，流體阻抗源顯示為流體室在1352和流體傳輸通道1315之間的延長長度，但作為備選，也可使用其它類型的流體阻抗源(例如如上所述的流體阻抗源)。主要區(qū)別在于如圖48所示的構(gòu)造，具有用于各室1313的多余流體傳輸通道1315。
已經(jīng)具體參考某些優(yōu)選實施例詳細介紹了本發(fā)明，但是，可以理解，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)進行許多的變化和修改。
部件清單在以下清單中，在各實施例中具有類似功能的部件由mnp形式的數(shù)字來表示，其中，m是從1至13的整數(shù)。涉及上述具體實施例的部件由特定的整數(shù)m來表示。
10 流體噴射系統(tǒng)12 圖像數(shù)據(jù)源14 控制器
16 電脈沖源20 記錄介質(zhì)100 墨水射流打印頭m10 襯底m11 襯底的第一表面m12 襯底的第二表面m13 流體室m14 收縮區(qū)域m15 流體傳輸通道m(xù)19 通過取向相關(guān)蝕刻形成的阻抗通道m(xù)40 多層疊層m41 形成于表面m11上的多層疊層m40的最下層m42 層m40中的用于襯底表面m11的窗口m43 犧牲層材料m44 層m41上的犧牲材料m43的重疊區(qū)域m45 通過蝕刻材料m43而在m40和m11之間形成的空穴m50 形成為多層疊層m40一部分的噴嘴板m51 加熱器元件m52 噴嘴116 靠近噴嘴的流體室的端壁117 相對端壁m16的流體室的端壁118 在襯底表面m11處的端壁m17的終端120 傳輸通道m(xù)15和室m13的相交線160 流體噴射器的行161 流體噴射器的一個示例180 噴射出的流體微滴181 穿過噴嘴突出的流體棒190 蒸氣泡沫
221 用于填充上材料以形成懸垂突起的凹坑222 用于填充凹坑m21以形成懸垂突起的材料245 沉積在懸垂突起材料之上的氧化物層的島狀結(jié)構(gòu)346 在多層疊層上面的不透明層347 其中將形成小柱的位置370 可光致圖案化的聚合物材料371 曝光掩膜374 聚合物小柱結(jié)構(gòu)375 聚合物材料的頂層625 插入在流體室m13和阻抗通道m(xù)19之間的凹坑626 用于臨時填充凹坑的材料627 在兩個相交凹坑之間的凸轉(zhuǎn)角728 通過從凹坑中除去臨時性材料而形成的阻抗通道
權(quán)利要求
1.一種流體噴射裝置，包括襯底，其具有第一表面和定位成相對于所述第一表面的第二表面；形成于所述襯底的第一表面之上的噴嘴板，所述噴嘴板具有噴嘴，流體通過所述噴嘴而噴射出；定位在所述噴嘴外圍的微滴形成機構(gòu)；與所述噴嘴流體連通的流體室，所述流體室具有第一壁和第二壁，所述第一壁和第二壁定位成彼此之間形成一定角度；流體傳輸通道，其形成于所述襯底中，并且從所述襯底的第二表面延伸至所述流體室，所述流體傳輸通道與所述流體室流體連通；以及流體阻抗源，其包括位于所述噴嘴和所述流體傳輸通道之間的物理結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述噴嘴和所述流體傳輸通道各具有中心軸線，其中，所述流體傳輸通道基本上垂直于所述襯底的所述第一表面和第二表面，并且所述流體傳輸通道的中心軸線偏離開所述噴嘴的中心軸線。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述物理結(jié)構(gòu)是收縮區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述噴嘴板包括設(shè)置成至少一個大致線性排列的多個噴嘴。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述物理結(jié)構(gòu)在所述噴嘴和所述流體傳輸通道之間的位置從所述流體室朝著所述噴嘴板延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述流體室具有截面寬度S，所述微滴形成機構(gòu)具有長度Q，其中，所述寬度S大于所述長度Q。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述流體室具有平行于所述襯底的第一表面而延伸的截面長度L，其中，所述長度L大于所述寬度S。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，在與所述流體室的相鄰于所述噴嘴的區(qū)域間隔開的所述流體室的區(qū)域中，所述流體傳輸通道相交于所述流體室。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述流體傳輸通道和所述流體室的相交發(fā)生在所述流體室的相對于所述噴嘴板成角度的壁中。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述襯底是具有(100)取向的單晶襯底。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述第一壁和所述第二壁各自是(111)類型的平面。
12.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述流體傳輸通道在相對于所述噴嘴板成角度的所述流體室壁中與所述流體室相交，所述流體室具有三角形截面積，在所述流體傳輸通道和所述流體室相交處形成的開口所具有的截面積小于所述流體室的所述三角形截面積。
13.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述物理結(jié)構(gòu)在所述噴嘴和所述流體傳輸通道之間的位置從所述噴嘴板延伸進入所述流體室中。
14.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述物理結(jié)構(gòu)在所述噴嘴和所述流體傳輸通道之間的位置從所述噴嘴板延伸進入所述流體室中，所述物理結(jié)構(gòu)具有連在所述流體室壁上的末端。
15.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，聚合物層形成于所述噴嘴板之上，所述聚合物層被圖案化，以便所述噴嘴是無阻的。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述物理結(jié)構(gòu)是從所述聚合物層延伸穿過所述噴嘴板并進入所述流體室中的小柱。
17.根據(jù)權(quán)利要求
16所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述物理結(jié)構(gòu)具有連在所述流體室壁上的末端。
18.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述流體室具有最大截面積，其中，所述物理結(jié)構(gòu)包括阻抗通道，所述阻抗通道具有一定截面積的區(qū)域，該截面積小于所述流體室的最大截面積。
19.根據(jù)權(quán)利要求
18所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述阻抗通道包括多個級，其至少一個級所具有的截面積小于所述流體室的最大截面積。
20.根據(jù)權(quán)利要求
18所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述阻抗通道在所述襯底的所述第一表面形成。
21.所述流體噴射裝置根據(jù)權(quán)利要求
18，所述阻抗通道具有寬度，所述流體室具有寬度，其中所述阻抗通道的所述寬度小于所述流體室的所述寬度。
22.根據(jù)權(quán)利要求
18所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述阻抗通道具有深度，所述流體室具有深度，其中，所述阻抗通道的所述深度小于所述流體室的所述深度。
23.根據(jù)權(quán)利要求
18所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述阻抗通道基本上平行于所述襯底的第一表面。
24.根據(jù)權(quán)利要求
23所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述阻抗通道定位在所述噴嘴板和所述襯底之間，使得所述阻抗通道由所述噴嘴板的一部分來限界。
25.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，還包括形成于所述襯底中的從所述襯底的第二表面延伸至所述流體室的第二流體傳輸通道，所述第二流體傳輸通道與所述流體室流體連通；和第二流體阻抗源，其包括位于所述噴嘴和所述第二流體傳輸通道之間的第二物理結(jié)構(gòu)。
26.根據(jù)權(quán)利要求
25所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述第二物理結(jié)構(gòu)在所述噴嘴和所述第二流體傳輸通道之間的位置從所述流體室朝著所述噴嘴板延伸。
27.根據(jù)權(quán)利要求
25所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述第二物理結(jié)構(gòu)在所述噴嘴和所述第二流體傳輸通道之間的位置從所述噴嘴板延伸進入所述流體室中。
28.根據(jù)權(quán)利要求
25所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述第二物理結(jié)構(gòu)在所述噴嘴和所述第二流體傳輸通道之間的位置從所述噴嘴板延伸進入所述流體室中，所述第二物理結(jié)構(gòu)具有連在所述流體室壁上的末端。
29.根據(jù)權(quán)利要求
25所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述流體室具有最大截面積，其中，所述第二物理結(jié)構(gòu)包括第二阻抗通道，所述第二阻抗通道具有一定截面積的區(qū)域，該截面積小于所述流體室的最大截面積。
30.根據(jù)權(quán)利要求
29所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述第二阻抗通道包括多個級，其至少一個級所具有的截面積小于所述流體室的最大截面積。
31.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述物理結(jié)構(gòu)包括所述流體室的延伸，其中距離Y大于1.3倍Z，其中，Y是從噴嘴中心至所述流體室與所述第二流體傳輸通道相交處的距離，而Z是從所述噴嘴板至所述流體室底部的距離。
32.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述微滴形成機構(gòu)包括加熱器元件，其定位在所述噴嘴的外圍。
33.根據(jù)權(quán)利要求
32所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述物理結(jié)構(gòu)包括所述流體室的延伸，其中距離p大于距離q，其中，p是從所述流體室與所述流體傳輸通道的相交處至定位成最接近所述相交處的所述加熱器元件末端的距離，而q是從噴嘴中心至所述加熱器元件末端的距離。
34.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述物理結(jié)構(gòu)包括所述流體室的延伸，其中距離p大于距離q，其中，p是從所述流體室與所述流體傳輸通道的相交處至定位成最接近所述相交處的所述微滴形成機構(gòu)末端的距離，而q是從所述噴嘴中心至所述微滴形成機構(gòu)末端的距離。
35.根據(jù)權(quán)利要求
25所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述第二物理結(jié)構(gòu)包括所述流體室的第二延伸，其中距離Y大于1.3倍Z，其中Y是從噴嘴中心至所述流體室與所述第二流體傳輸通道相交處的距離，而Z是從所述噴嘴板至所述流體室底部的距離。
36.根據(jù)權(quán)利要求
25所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述第二物理結(jié)構(gòu)包括所述流體室的延伸，其中距離p大于距離q，其中，p是從所述流體室與所述第二流體傳輸通道的相交處至定位成最接近所述相交處的所述微滴形成機構(gòu)末端的距離，而q是從所述噴嘴中心至所述微滴形成機構(gòu)末端的距離。
37.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述流體噴射裝置包括在所述噴嘴板上定位成二維排列的多個噴嘴。
38.根據(jù)權(quán)利要求
37所述的流體噴射裝置，其特征在于，各個所述多個噴嘴與單個的流體傳輸通道流體連通。
39.根據(jù)權(quán)利要求
37所述的流體噴射裝置，其特征在于，各個所述多個噴嘴與多個流體傳輸通道流體連通。
40.根據(jù)權(quán)利要求
39所述的流體噴射裝置，其特征在于，各個所述多個流體傳輸通道定位在其中各流體傳輸通道與之流體連通的各相應(yīng)噴嘴的相對兩側(cè)。
41.根據(jù)權(quán)利要求
39所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述流體噴射裝置包括多個流體阻抗源，其中，各個所述多個流體阻抗源是圍繞各個相應(yīng)的噴嘴對稱地設(shè)置的。
42.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，還包括與所述襯底和所述噴嘴板中至少一個集成在一起的微滴形成機構(gòu)驅(qū)動電子元件。
43.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，還包括與所述襯底和所述噴嘴板中的至少一個集成在一起的微滴形成機構(gòu)尋址電子元件。
44.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述流體室的所述第一壁和所述第二壁中的至少一個相對于所述襯底的第一表面形成大約54.7度的角度。
45.一種形成流體室和流體阻抗源的方法，包括提供具有表面的襯底；在所述襯底表面上沉積第一材料層，所述第一材料層是相對于所述襯底可不同地蝕刻的；除去所述第一材料層的一部分，從而形成圖案化的第一材料層，并且限定所述流體室邊界位置；在所述圖案化的第一層上沉積犧牲材料層；除去所述犧牲材料層的一部分，從而形成圖案化的犧牲材料層，并且進一步限定所述流體室邊界位置；在所述圖案化的犧牲材料層上沉積至少一個另外的材料層；形成從所述至少一個另外的材料層延伸至所述犧牲材料層的孔，所述孔定位在所述流體室邊界位置中；通過經(jīng)由所述孔而引入蝕刻劑，來除去所述流體室邊界位置中的所述犧牲材料層；通過經(jīng)由所述孔而引入蝕刻劑，來形成所述流體室；以及形成流體阻抗源。
46.根據(jù)權(quán)利要求
45所述的方法，其特征在于，所述表面是第一表面，其中，形成所述流體阻抗源包括在所述襯底的第一表面中形成凹坑，所述襯底具有相對于所述第一表面的第二表面；和用材料填充所述凹坑，在形成所述流體室之后，所述材料將形成從所述第一材料層朝著所述襯底第二表面延伸的突起。
47.根據(jù)權(quán)利要求
46所述的方法，其特征在于，在所述襯底的第一表面中形成所述凹坑包括，在所述流體室邊界位置中，在所述襯底的第一表面中形成所述凹坑。
48.根據(jù)權(quán)利要求
46所述的方法，其特征在于，在所述襯底的第一表面中形成所述凹坑包括，在所述襯底的第一表面中蝕刻出所述凹坑。
49.根據(jù)權(quán)利要求
48所述的方法，其特征在于，蝕刻所述凹坑包括，采用各向異性蝕刻工藝蝕刻出所述凹坑。
50.根據(jù)權(quán)利要求
48所述的方法，其特征在于，蝕刻所述凹坑包括，采用取向相關(guān)蝕刻工藝蝕刻出所述凹坑。
51.根據(jù)權(quán)利要求
48所述的方法，其特征在于，蝕刻所述凹坑包括，采用各向同性蝕刻工藝蝕刻出所述凹坑。
52.根據(jù)權(quán)利要求
45所述的方法，其特征在于，形成所述流體室包括，采用取向相關(guān)蝕刻工藝。
53.根據(jù)權(quán)利要求
45所述的方法，其特征在于，所述孔是第一孔，其中，形成所述流體阻抗源包括在形成從所述至少一個另外的材料層延伸至所述犧牲材料層的第一孔之前，在所述至少一個另外的材料層上沉積不透明材料層，所述第一孔還延伸穿過所述不透明材料層；形成從所述不透明材料層延伸至所述犧牲材料層的第二孔；在所述至少一個另外的材料層上沉積可光致圖案化的聚合物材料，使得所述聚合物材料填充所述流體室、所述第一孔和所述第二孔；在所述第一孔之上提供掩膜；光致曝光至少其中一些所述可光致圖案化的材料；除去所述可光致圖案化的材料中的仍未曝光的那部分；和通過固化所述可光致圖案化的聚合物材料，來形成穿過所述第二孔從所述至少一個另外的材料層延伸至所述流體室壁的小柱。
54.根據(jù)權(quán)利要求
53所述的方法，其特征在于，在所述至少一個另外的材料層上沉積所述可光致圖案化的聚合物材料包括，沉積環(huán)氧樹脂。
55.根據(jù)權(quán)利要求
54所述的方法，其特征在于，沉積所述環(huán)氧樹脂包括，沉積SU-8環(huán)氧樹脂。
56.根據(jù)權(quán)利要求
53所述的方法，其特征在于，固化所述可光致圖案化的聚合物材料就將所述小柱錨固在所述流體室的所述壁上。
57.根據(jù)權(quán)利要求
53所述的方法，其特征在于，形成從所述不透明材料層延伸至所述犧牲材料層的第二孔包括，形成多個第二孔，從而形成多個小柱。
58.一種流體噴射裝置，包括襯底，其具有第一表面和定位成相對于所述第一表面的第二表面；形成于所述襯底的第一表面之上的噴嘴板，所述噴嘴板具有噴嘴，流體通過所述噴嘴而噴射出；與所述噴嘴流體連通的流體室，所述流體室具有定位成與所述噴嘴相對的部分，所述部分包括第一壁和第二壁，所述第一壁和第二壁定位成彼此之間形成一定角度；形成于襯底中的流體傳輸通道，其從所述襯底的第二表面延伸至所述流體室，所述流體傳輸通道與所述流體室流體連通；和流體阻抗源，其包括位于所述噴嘴和所述流體傳輸通道之間的物理結(jié)構(gòu)。
59.根據(jù)權(quán)利要求
58所述的流體噴射裝置，其特征在于，還包括定位在所述噴嘴的外圍的微滴形成機構(gòu)。
60.根據(jù)權(quán)利要求
59所述的流體噴射裝置，其特征在于，所述微滴形成機構(gòu)包括加熱器。
專利摘要
一種包括襯底(110)的流體噴射裝置，其中，襯底(110)具有第一表面(111)和定位成相對于第一表面的第二表面(112)。噴嘴板(140)形成于襯底的第一表面之上。噴嘴板具有可通過它噴射出流體的噴嘴(152)。微滴形成機構(gòu)(151)定位在噴嘴的外圍。流體室(113)與噴嘴流體連通，并且具有第一壁和第二壁，其中第一壁(116)和第二壁(117)定位成彼此之間形成一定角度。流體傳輸通道(115)形成于襯底中，并且從襯底的第二表面延伸至流體室。流體傳輸通道與流體室流體連通。流體阻抗源(114)包括位于噴嘴和流體傳輸通道之間的物理結(jié)構(gòu)。
文檔編號B41J2/16GK1993228SQ20058002568
公開日2007年7月4日 申請日期2005年8月2日
發(fā)明者J·M·奇沃萊克, J·A·萊本斯, C·N·德拉梅特, D·P·特勞爾尼希特, G·A·克尼策爾 申請人:伊斯曼柯達公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan