流体喷射头及制作流体喷射头的方法技术

本发明专利技术提供一种流体喷射头以及一种制作流体喷射头的方法。所述方法包括：提供衬底，所述衬底在其装置表面上含有多个流体喷射致动器。在所述衬底中形成一个或多个流体供应通孔。将流动特征层叠层到所述衬底，并通过光掩模将所述流动特征层暴露于紫外光辐射，以提供所述流动特征层的经紫外光暴露区域。对所述流动特征层进行加热，以使所述经紫外光暴露区域中的材料交联。将喷嘴板层叠层到所述流动特征层，并通过光掩模将所述喷嘴板层暴露于紫外光辐射，以提供用于喷嘴孔的经紫外光暴露区域。利用热量使喷嘴板层交联，并对流动特征层及喷嘴板层进行显影，以在流动特征层及喷嘴板层中分别形成流动特征及喷嘴孔。

Fluid ejector and method of making fluid ejector

The invention provides a fluid ejection head and a method for making a fluid ejection head. The method includes providing a substrate with a plurality of fluid ejector actuators on the surface of the device. One or more fluid supply vias are formed in the substrate. The flow characteristics are laminated to the substrate, and the flow characteristic layer is exposed to ultraviolet radiation through the photomask to provide the ultraviolet exposure area of the flow characteristic layer. The flow characteristic layer is heated to cross link the material in the ultraviolet exposure area. The nozzle plate is laminated to the flow characteristic layer, and the nozzle plate layer is exposed to ultraviolet radiation through the photomask to provide the ultraviolet light exposure area for the nozzle hole. The nozzle plate layer is crosslinked by heat, and the flow characteristic layer and nozzle plate layer are developed to form the flow characteristics and nozzle holes in the flow characteristic layer and the nozzle plate layer respectively.

【技术实现步骤摘要】
流体喷射头及制作流体喷射头的方法
本专利技术涉及一种流体喷射装置，且更具体来说，涉及用于制作流体喷射头结构的改良方法。
技术介绍
流体喷射头可用于喷射包括墨水、冷却流体、药物、润滑剂等在内的各种流体。被广泛使用的流体喷射头是喷墨打印机。然而，流体喷射头也可用在用于蒸气疗法(vaportherapy)、电子烟等的汽化装置中。正不断开发出新的技术，以为此类装置提供成本低、可靠性高的流体喷射头。流体喷射头是一种表面上看来简单的装置，其具有相对复杂的结构，所述结构含有电路、墨水通道、以及各种精确组装的细小部件，以提供一种强有力且用途广泛的流体喷射头。所述喷射头的各种组件必须彼此协作，且可用于各种流体及流体配方。因此，使喷射头组件与被喷射的流体匹配是重要的。生产品质的轻微变化，便可对产品良率及最终的喷射头性能产生巨大的影响。流体喷射头的主要组件是半导体衬底、流动特征层、喷嘴板层、以及附装到衬底的柔性电路。所述半导体衬底优选地是由硅制成，且含有沉积在所述半导体衬底的装置表面上的各种钝化层、导电金属层、电阻层、绝缘层以及保护层。在衬底的装置表面上形成的流体喷射致动器，可以是热致动器或压电致动器。对于热致动器来说，各个加热器电阻器界定在电阻层中，且每一加热器电阻器对应于喷嘴板中的一个喷嘴孔，用于加热流体并从喷射头朝向所需的衬底或目标喷射流体。喷嘴板层及流动特征层可分别由光成像型(photo-imageable)材料制成。流动特征层通常被旋转涂布在衬底上、成像并显影，以在其中提供流动特征，用于将流体从衬底中的流体通孔引导至衬底上的加热器。接下来，在深反应性离子蚀刻(deepreactiveionetching，DRIE)工艺中，对衬底进行蚀刻以形成流体通孔。然后，利用经加热的压力辊，将干膜光刻胶喷嘴层叠层到流动特征层。最终，将喷嘴层暴露出并进行显影，以在其中形成喷嘴孔。在喷嘴板层叠层工艺期间，喷嘴板层桥接衬底中的流体通孔与流动特征层中的流动特征。在叠层机辊沿径向压缩喷嘴板层时，从叠层机辊向喷嘴板层中引入应力，从而推动喷嘴板层向下运动到流动特征层的未受支撑的区域中。对喷嘴板层的径向压缩在喷嘴板层成像期间造成紫外光衍射，从而产生不良的喷嘴孔图像品质。造成不良的喷嘴孔图像品质的第二个因素是衬底上的加热器是由高反射性材料构成。高反射性材料使得在喷嘴板成像期间使用的紫外光线反射回喷嘴板层光刻胶材料中，使得未经暴露的喷嘴孔的区域被暴露至少量的紫外光辐射，此产生畸形的喷嘴孔。喷嘴板层的平面性对控制流体喷射方向性来说至关重要。喷嘴孔直径变化同样可造成滴剂质量(dropmass)不一致。因此，一直需要提供改良的流体喷射头组件的制造工艺及技术。
技术实现思路
流体喷射头可用于喷射包括墨水、冷却流体、药物、润滑剂等在内的各种流体。被广泛使用的流体喷射头是喷墨打印机。然而，流体喷射头也可用在用于蒸气疗法(vaportherapy)、电子烟等的汽化装置中。正不断开发出新的技术，以为此类装置提供成本低、可靠性高的流体喷射头。流体喷射头是一种表面上看来简单的装置，其具有相对复杂的结构，所述结构含有电路、墨水通道、以及各种精确组装的细小部件，以提供一种强有力且用途广泛的流体喷射头。所述喷射头的各种组件必须彼此协作，且可用于各种流体及流体配方。因此，使喷射头组件与被喷射的流体匹配是重要的。生产品质的轻微变化，便可对产品良率及最终的喷射头性能产生巨大的影响。流体喷射头的主要组件是半导体衬底、流动特征层、喷嘴板层、以及附装到衬底的柔性电路。所述半导体衬底优选地是由硅制成，且含有沉积在所述半导体衬底的装置表面上的各种钝化层、导电金属层、电阻层、绝缘层以及保护层。在衬底的装置表面上形成的流体喷射致动器，可以是热致动器或压电致动器。对于热致动器来说，各个加热器电阻器界定在电阻层中，且每一加热器电阻器对应于喷嘴板中的一个喷嘴孔，用于加热流体并从喷射头朝向所需的衬底或目标喷射流体。喷嘴板层及流动特征层可分别由光成像型(photo-imageable)材料制成。流动特征层通常被旋转涂布在衬底上、成像并显影，以在其中提供流动特征，用于将流体从衬底中的流体通孔引导至衬底上的加热器。接下来，在深反应性离子蚀刻(deepreactiveionetching，DRIE)工艺中，对衬底进行蚀刻以形成流体通孔。然后，利用经加热的压力辊，将干膜光刻胶喷嘴层叠层到流动特征层。最终，将喷嘴层暴露出并进行显影，以在其中形成喷嘴孔。在喷嘴板层叠层工艺期间，喷嘴板层桥接衬底中的流体通孔与流动特征层中的流动特征。在叠层机辊沿径向压缩喷嘴板层时，从叠层机辊向喷嘴板层中引入应力，从而推动喷嘴板层向下运动到流动特征层的未受支撑的区域中。对喷嘴板层的径向压缩在喷嘴板层成像期间造成紫外光衍射，从而产生不良的喷嘴孔图像品质。造成不良的喷嘴孔图像品质的第二个因素是衬底上的加热器是由高反射性材料构成。高反射性材料使得在喷嘴板成像期间使用的紫外光线反射回喷嘴板层光刻胶材料中，使得未经暴露的喷嘴孔的区域被暴露至少量的紫外光辐射，此产生畸形的喷嘴孔。喷嘴板层的平面性对控制流体喷射方向性来说至关重要。喷嘴孔直径变化同样可造成滴剂质量(dropmass)不一致。因此，一直需要提供改良的流体喷射头组件的制造工艺及技术。附图说明通过结合附图参照详细说明，所公开实施例的其他特征及优点将变得显而易见，各附图并未按比例绘制，其中在所有的几个视图中，相同的参考编号指示相同的元件，且在视图中：图1A是根据本专利技术的流体喷射头的一部分的未按比例绘制的示意性剖视图。图1B是根据本专利技术的流体喷射头的一部分的未按比例绘制的、沿图1A的1B-1B线所见的平面示意图。图2至图5A是用于制作流体喷射头的现有技术步骤的未按比例绘制的示意图。图5B是从图2至图5A所示的工艺获得的喷嘴板层的未按比例绘制的示意性透视图。图6至图10是根据本专利技术的用于制作流体喷射头的步骤的未按比例绘制的示意图。[符号的说明]10：流体喷射头12：衬底14：加热器电阻器16：装置表面18：流体供应通孔20：流体供应通道22：流体室24：厚膜层26：喷嘴孔28：喷嘴板层30：掩模32：透明区域34：不透明区域36：紫外光辐射38：辊叠层机40：流动特征层42：紫外光辐射44：掩模46：不透明区域48：透明区域50：喷嘴板层52：压缩辊叠层机54：紫外光辐射56：掩模58：透明区域60：不透明区域62：喷嘴孔区域64：喷嘴孔70：流体喷射头具体实施方式参照图1A及图1B，示出了对现有技术流体喷射头10的一部分的简化表示。所述喷射头包括衬底12，所述衬底12优选地是硅半导体衬底，含有形成在衬底12的装置表面16上的多个流体喷射致动器(例如，压电装置或加热器电阻器14)，如图1A的简化图所示。在激活加热器电阻器14时，通过衬底12中的一个或多个流体供应通孔18而供应的流体，通过流体供应通道20流到厚膜层24中的流体室22，在流体室22中使得流体通过喷嘴板层28中的喷嘴孔26进行喷射。流体喷射致动器(例如，加热器电阻器14)是通过众所周知的半导体制造技术，而形成在衬底12的装置表面16上。衬底12的大小相对为小，且通常具有介于约2毫米至约8毫米宽、约10毫米至约20毫米长、且约0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体喷射头，其特征在于，包括：衬底，配置为含有位于所述衬底的装置表面上的多个流体喷射致动器以及穿透所述衬底而形成的一个或多个流体供应通孔；第一光刻胶层，配置为被叠层到所述衬底的所述装置表面；以及第二光刻胶层，配置为被叠层到所述第一光刻胶层，其中，所述第二光刻胶层包括：亲水性光刻胶材料层，设置为邻近所述第一光刻胶层；以及疏水性光刻胶材料层，设置为邻近所述亲水性光刻胶材料层。

【技术特征摘要】
2016.10.17 US 15/2953351.一种流体喷射头，其特征在于，包括：衬底，配置为含有位于所述衬底的装置表面上的多个流体喷射致动器以及穿透所述衬底而形成的一个或多个流体供应通孔；第一光刻胶层，配置为被叠层到所述衬底的所述装置表面；以及第二光刻胶层，配置为被叠层到所述第一光刻胶层，其中，所述第二光刻胶层包括：亲水性光刻胶材料层，设置为邻近所述第一光刻胶层；以及疏水性光刻胶材料层，设置为邻近所述亲水性光刻胶材料层。2.根据权利要求1所述的流体喷射头，其特征在于，所述第一光刻胶层配置为在所述衬底上提供减反射涂层。3.根据权利要求1所述的流体喷射头，其特征在于，所述亲水性光刻胶材料层配置为具有介于约60度到小于约90度范围内的水接触角。4.根据权利要求1所述的流体喷射头，其特征在于，所述疏水性光刻胶材料层配置为具有介于约91度到约120度范围内的水接触角。5.一种制作流体喷射头的方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底配置为含有位于所述衬底的装置表面上的多个流体喷射致动器；在所述衬底中形成一个或多个流体供应通孔；将第一光刻胶层叠层到所述衬底的所述装置表面；通过第一光掩模将所述第一光刻胶层暴露于第一紫外光辐射，以提供所述第一光刻胶层的第一紫外光...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯多夫·A·克拉夫特，大卫·L·贝尔纳，安德鲁·L·麦克尼斯，尚恩·T·威佛，
申请(专利权)人：船井电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP