CN102066114A - 液体排出头基板的制造方法和基板的加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种液体排出头基板的加工方法，包括：提供所述基板的步骤，以及通过向所述基板的背表面排出线状的液体，并且通过用沿着所述液体并且在所述液体中通过的激光来加工所述基板的背表面，在所述基板的背表面处设置凹陷部的步骤。

Description

液体排出头基板的制造方法和基板的加工方法
技术领域
本发明涉及液体排出头基板的制造方法。更特别地，本发明涉及用于喷墨记录头的记录头基板的制造方法。此外，本发明涉及基板的加工方法。
背景技术
作为将墨排出到记录介质上的喷墨记录头(以下可被称为“记录头”)，可获得被称为侧面喷射型记录头(side-shooter type head)的一种类型的记录头。侧面喷射型记录头向着加热器的上侧排出墨，所述加热器用作产生用于排出墨的能量的能量产生单元。侧面喷射型记录头的记录头基板的基本结构在图2A和2B中示出。在图2A和2B中示出的记录头基板中，墨供应端口13被设置在硅基板12中，所述硅基板的表面处形成有加热器11。墨供应端口13是延伸穿过硅基板12的通孔。墨通过墨供应端口13从硅基板12的背表面侧被供应到硅基板12的前表面侧。
在PTL1中公开了具有上述结构的记录头基板的制造方法。PTL1公开了包括以下步骤的制造方法，所述步骤用于防止用作通孔的墨供应端口的开口直径的差异。
所述步骤为：
(a)在硅基板的表面处的墨供应端口形成部分处形成牺牲层，所述牺牲层可关于基板材料而被选择性地蚀刻，
(b)在硅基板处形成蚀刻抵抗钝化层以便覆盖所述牺牲层，
(c)在所述硅基板的背表面处形成蚀刻掩模层，所述蚀刻掩模层具有与所述牺牲层对应地设置的开口，
(d)通过晶轴各向异性蚀刻来蚀刻所述硅基板，直到牺牲层从蚀刻掩模层的开口露出，
(e)从通过硅基板的蚀刻步骤而露出所述牺牲层的部分起蚀刻所述牺牲层，以便去除所述牺牲层，以及
(f)通过去除钝化层的一部分而形成墨供应端口。
在前述的步骤(d)中使用的硅晶轴各向异性蚀刻作为使得能够精确地形成墨供应端口的技术是已知的。
PTL2公开一种制造方法，在所述制造方法中，在利用在硅基板的背表面处设置的蚀刻掩模层执行干法蚀刻之后，利用同一蚀刻掩模执行晶轴各向异性蚀刻。根据此制造方法，形成L形的加工断面。在此制造方法中，蚀刻掩模层被共用地用于干法蚀刻和湿法蚀刻二者中。因此，在硅基板的背表面处形成的蚀刻掩模层的开口宽度(掩模宽度)和干法蚀刻的挖掘量确定在硅基板的背表面中形成的墨供应端口的开口宽度。在此，术语墨供应端口的“开口宽度”指的是墨供应端口的短边方向宽度。术语墨供应端口的“开口长度”指的是墨供应端口的长边方向宽度。
为了实现高清晰度图像的高速记录，排出口被非常紧密地布置在一起，并且，通过使排出口行较长，布置更大量的排出口。然而，当使得排出口行较长时，必需增大墨供应端口的开口长度。这会降低基板的机械强度。机械强度的降低导致在记录头的制造过程中基板变形或断裂。特别地，已知这导致由于基板的变形而使孔板(orifice plate)脱落，并且当安装芯片(chip)时断裂。
PTL1：USP6143190
PTL2：USP6805432
发明内容
发明的公开
本发明的一个实施例提供一种液体排出头基板的制造方法，所述液体排出头基板包括：基板，在其一个表面处具有能量产生元件，所述能量产生元件产生排出液体所用的能量；以及液体供应端口，其延伸穿过所述基板的所述一个表面并且穿过所述一个表面的背面侧的背表面。该方法包括如下步骤：提供在所述一个表面处形成有所述能量产生元件的所述基板；通过向所述背表面排出线状的液体，并且通过用沿着所述液体且在所述液体中通过的激光来加工所述背表面，在所述背表面处形成凹陷部；以及通过从形成有所述凹陷部的背表面起蚀刻所述基板，形成所述供应端口。
发明的有益效果
根据本发明的实施例，能够形成具有令人满意的供应特性的液体供应端口，同时防止基板的机械强度的降低。
附图说明
[图1A]图1A是示出根据本发明的实施例的记录头基板的制造方法的示意性截面图。
[图1B]图1B是示出根据本发明的实施例的记录头基板的制造方法的示意性截面图。
[图1C]图1C是示出根据本发明的实施例的记录头基板的制造方法的示意性截面图。
[图1D]图1D是示出根据本发明的实施例的记录头基板的制造方法的示意性截面图。
[图2A]图2A是记录头基板的示例性结构的示意性透视图。
[图2B]图2B是记录头基板的示例性结构的示意性透视图。
[图3]图3是与本发明相关的示例性记录头的示意性透视图。
[图4A]图4A是示出根据本发明的实施例的记录头基板的制造方法的示意性截面图。
[图4B]图4B是示出根据本发明的实施例的记录头基板的制造方法的示意性截面图。
[图4C]图4C是示出根据本发明的实施例的记录头基板的制造方法的示意性截面图。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述根据本发明的实施例的液体排出头基板的制造方法。
以下将描述用作示例性液体排出头基板的记录头基板。
图3示出使用根据本实施例的记录头基板的记录头。记录头基板100包括基板1，所述基板1具有诸如加热器之类的用作能量产生单元的元件101，所述能量产生单元用于排出在记录操作中使用的诸如墨之类的液体。此外，供应端口6被形成在基板1中，所述供应端口6用作用于将液体供应到能量产生元件101的通孔。此外，用于与外部部分电连接的端子104被设置在基板1上。再此外，排出口部件103被设置在记录头基板100上，所述排出口部件103具有用于排出液体的排出口102。
根据本实施例的记录头基板的制造方法是在喷墨记录头中使用的记录头基板的制造方法。此方法的一个特征在于在硅基板中形成用作墨供应端口的通孔的步骤。更具体地，该方法的特征在于，当在硅基板的背表面侧形成未达到与背表面相反的表面的未穿透孔时，高压液体以柱状向着硅基板被喷射，并且，用沿着该柱状或线状液体并且在该柱状或线状液体中通过的激光束照射该硅基板。更具体地，该方法包括在硅基板的背表面上形成掩模层的步骤，在掩模层中形成开口的步骤，在硅基板中形成多个未穿透孔的步骤，以及将未穿透孔形成为使得它们延伸到硅基板的前表面并且使得彼此相邻的未穿透孔相互连通的步骤。以下将参照图1A～1D详细描述这些步骤。图1A～1D是沿图3的线I-I取的截面图。
虽然没有示出，但是用作用于产生用于排出墨的能量的能量产生单元的加热器的电热换能器(TaN)被布置在硅基板1的前表面处，所述硅基板1的前后晶面取向为(100)。此外，如图1A所示，蚀刻抵抗钝化层2被形成在所述硅基板1的前表面上，所述蚀刻抵抗钝化层2用作电热换能器的保护层。
用于驱动电热换能器的控制信号输入电极(未示出)与电热换能器电连接。硅基板1的厚度近似为625微米。虽然在本实施例中加工单个硅基板1，但是可以类似地加工晶片。
如图1A所示，在硅基板1的背表面上形成金属层(掩模层)3之后，在掩模层3中形成多个开口4。掩模层3由不吸收在后加工操作中使用的激光或者具有非常低的吸收率的金属(诸如An、Au、Ag或Cu)形成。在本实施例中，由于在后加工操作中使用YAG激光器，因此掩模层3由Au形成。
如图1B中所示，通过使用喷水引导型激光(激光微喷射)技术，多个未穿透孔5被形成为从(100)面中的硅基板1的背表面侧向前表面侧延伸。在此，激光微喷射技术的特征在于：代替如普通激光加工那样直接将激光聚焦于加工对象，用激光照射加工对象，所述激光由直径小于或等于100微米的柱状水喷射流引导。
在激光微喷射技术中，将光学***构建为使得在水喷射流和空气之间的界面处建立对于激光的全反射条件。这使得能够通过不断地使水喷射流流动而高效率地冷却加工对象，并且防止热影响加工对象。
在此，即使通过普通激光加工，也能够相对快速地加工硅基板。当在硅基板的表面处设置墨流路形成部件时，在加工期间产生的热会使由覆盖的感光树脂形成的墨流路形成部件例如变形。因此，可能难以形成相对较深的孔。当通过普通激光加工形成不从硅基板的背表面延伸穿过硅基板的前表面的未穿透孔时，在加工期间在未穿透孔的内部中产生的碎片使得难以稳定地形成相对较深的未穿透孔。即，容易发生形成于硅基板中的未穿透孔的深度的差异。当使用激光微喷射技术加工硅基板时，可以解决这个问题。
现在将继续描述实施例。如图1B和1C中所示，在本实施例中，利用具有从YAG激光器发射的二次谐波光的波长(532nm)的激光，在背表面侧形成用作不延伸穿过硅基板1的前表面的凹陷部的未穿透孔5。所用的YAG激光器的波长不限于二次谐波(具有532nm的波长)，因此也可使用基波(具有1064nm的波长)或三次谐波(具有355nm的波长)。在任何情况下，很明显，激光的频率和输出被设为适当的值。图1B示出在被形成的过程中的未穿透孔5，图1C示出已被形成的未穿透孔5。
在本实施例中，已被形成的各未穿透孔5的直径近似为100微米，其深度近似为500微米～600微米。各未穿透孔5的深度指的是从硅基板1的背表面到各未穿透孔5的末端的距离。
在此，从水喷射流直径的观点来看，希望各未穿透孔5的直径近似为30微米～100微米。当各未穿透孔5的直径太小时，在后加工操作中执行的各向异性蚀刻期间，蚀刻液不容易向前流入各未穿透孔5。这是不希望的。相反，当各未穿透孔5的直径太大时，花费相对较长的时间来形成具有预定深度的未穿透孔5。这也是不希望的。
在形成未穿透孔5时，由于硅基板1的同一位置被激光照射多次，因此由于流回的水的影响，激光在硅基板1的内部被不规则地反射。结果，未穿透孔5在横向方向上加宽。更具体地，如图1C所示，在各未穿透孔5的内表面中形成区域(第一倾斜区域)和第二倾斜区域，所述区域(第一倾斜区域)倾斜为使得各未穿透孔5的开口尺寸从硅基板1的背表面侧向前表面侧逐渐增大，所述第二倾斜区域以与第一倾斜区域的方向相反的方向倾斜。在本实施例中，各第一倾斜区域相对于硅基板1的底表面的倾角大于或等于54.7度。换言之，各未穿透孔5的开口尺寸(与基板的前表面或背表面平行的截面的面积)从硅基板1的背表面侧向前表面侧逐渐增大，然后在相同方向上逐渐减小。即，各未穿透孔5的开口尺寸在硅基板1的前表面和背表面之间在与前表面和背表面平行的平面中最大。总言之，各未穿透孔5的与硅基板1的前表面和背表面垂直的截面具有菱形形状。允许其中背表面侧和前表面侧彼此不同的箭头形状。通过水压、激光器输出和激光器频率来确定各未穿透孔5在横向方向上(即，在与硅基板1的前表面和背表面平行的方向上)的加宽程度。例如，已知当水压为6MPa，激光器输出为24.7W，振荡频率为90kHz时，横向加宽程度近似为相对于深度的百分之20。即，由硅基板1的加工得到的宽度近似为由加工得到的深度的百分之20。
所述多个未穿透孔5沿着硅基板1的纵向方向以240微米的节距(pitch distance)形成为行。当被形成时彼此相邻的未穿透孔5相互连通时，水喷射流变得不确定，结果，无法获得预定的形状。因此，希望将节距设定为使得彼此相邻的未穿透孔5不相互连通。
通过利用不吸收来自所用的YAG激光器的激光或者具有非常低的吸收率的金属来形成掩模层3，能够抑制由从流回的水反射的激光造成的各开口4的加宽。
将参照图4A～4C更详细地描述这一点。图4A～4C是如图1A～1D那样的截面图。
如图4A所示，用从YAG激光器发射的并且沿着柱状或线状液体50且在所述柱状或线状液体50中通过的激光51照射设置有由Au形成的掩模层3的基板1的背表面。这使得如图4B所示那样形成小孔5a。此时，水存在于小孔5a中，并且，激光被不规则地反射。当掩模层3被不规则反射的激光照射时，开口4变大，从而增大水流到外部的可能性。在本实施例中，由于Au掩模层3不容易吸收来自YAG激光器的激光，因此开口4的直径被维持。结果，水留在小孔5a中，从而增大不规则反射。然后，通过用激光水喷射流照射各小孔5a的内部，加速加工，从而高效率地增大小孔5a并且形成凹陷部5，如图4C所示。通过重复前述的操作并且加速加工，凹陷部5能够到达前表面，并且被形成为供应端口。
接着，将硅基板1浸在碱水溶液中以执行湿法蚀刻(晶体各向异性湿法蚀刻)。更具体地，如图1D所示，使未穿透孔5延伸到硅基板1的前表面，并且，使彼此相邻的未穿透孔5相互连通，以形成一个通孔6。用于蚀刻的碱水溶液可以是例如TMAH或KOH。从未穿透孔5的全部内壁表面开始进行蚀刻。然后，在一些部分中，在形成蚀刻速率低的(111)表面的同时进行蚀刻。在另一些部分中，沿着蚀刻速率高的(001)面或(011)表面进行蚀刻。由未穿透孔5的末端形成(111)面。
此后，通过干法蚀刻来去除与硅基板1的表面处的通孔6的开口部分对应地形成的钝化层2的一部分。这使得通孔6即使在硅基板1的前表面侧也有开口，并且成为墨供应端口。
根据此制造方法，由于梁7形成在墨供应端口6中的基板的背表面侧和前表面侧，因此能够防止基板的机械强度的降低，使得能够防止由基板的变形导致的孔板的脱落以及在安装芯片(chip)时的断裂。
能够减小硅基板1的背表面处的墨供应端口6的开口尺寸以及高效率地形成墨供应端口6。因此，能够增大墨供应端口6的加工速度，并且降低记录头基板的制造成本因而降低记录头的制造成本。
在形成未穿透孔5使得它们延伸到硅基板1的前表面并且使得彼此相邻的未穿透孔5相互连通以形成一个通孔6的步骤中，可以使用各向同性蚀刻。例如，可以实施利用包括例如碳原子、氯原子、硫原子、氟原子、氧原子、氢原子和氩原子中的任何一种的反应气体以及利用包括包含这些原子中的任何原子的分子的反应气体的干法蚀刻。
除了液体排出头基板以外，上面描述的本发明的实施例还可应用于例如在半导体基板中形成通孔。它可应用于例如微机械加工加速度传感器。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变更方式以及等同的结构和功能。
本申请要求于2008年6月19日提交的日本专利申请No.2008-160306的权益，在此用引用的方式并入其全文。

Claims (11)

1.一种液体排出头基板的制造方法，所述液体排出头基板包括：基板，在其一个表面处具有能量产生元件，所述能量产生元件产生排出液体所用的能量；以及液体供应端口，其延伸穿过所述基板的所述一个表面并且穿过所述基板的另一个表面，所述另一个表面被设置在所述一个表面的背面侧，所述方法包括如下步骤：
通过向所述基板的所述另一个表面排出线状的液体，并且通过用沿着所述线状的液体并且在所述线状的液体中通过的激光来加工所述另一个表面，在所述基板的所述另一个表面中设置凹陷部；以及
通过从设置有所述凹陷部的所述另一个表面蚀刻所述基板，形成所述液体供应端口。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成在所述背表面处设置有金属层的所述基板，所述金属层具有开口，并且，利用激光通过所述开口的内部来加工所述背表面。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蚀刻是湿法蚀刻。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光是脉冲激光，并且所述背表面被所述激光照射多次。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个表面的晶面取向为(100)。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述金属层包括金，所述激光是从YAG激光器发射的光。
7.一种液体排出头基板的制造方法，所述液体排出头基板包括：基板，在其一个表面处具有能量产生元件，所述能量产生元件产生排出液体所用的能量；以及液体供应端口，其延伸穿过所述基板的所述一个表面并且穿过所述基板的另一个表面，所述另一个表面被设置在所述一个表面的背面侧，所述方法包括如下步骤：
提供所述基板；以及
通过作为向所述基板的所述另一个表面排出线状的液体的结果以及作为用沿着所述线状的液体并且在所述线状的液体中通过的脉冲激光来多次照射所述另一个表面的结果而加工所述基板，设置成为所述液体供应端口的凹陷部，使得所述凹陷部具有这样的形状：即，从所述另一个表面向着所述一个表面，与所述一个表面平行的截面面积增大，并且，从所述截面面积最大的位置向着所述一个表面，所述截面面积减小。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述背表面处设置多个凹陷部，并且，从设置有所述凹陷部的所述背表面蚀刻所述基板，以除去形成所述凹陷部的壁的基板的部分，所述壁位于各凹陷部之间。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，形成在所述背表面处设置有金属层的所述基板，所述金属层具有开口，并且，利用激光通过所述开口的内部来加工所述背表面。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述金属层包括金，所述激光是从YAG激光器发射的光。
11.一种基板的加工方法，所述方法包括如下步骤：
提供所述基板；以及
通过作为向所述基板的一个表面排出线状的液体的结果以及作为用沿着所述线状的液体并且在所述线状的液体中通过的脉冲激光来多次照射所述一个表面的结果而加工所述基板，设置凹陷部，使得所述凹陷部具有这样的形状：即，从所述一个表面向着另一个表面，与所述一个表面平行的截面面积增大，并且，从所述截面面积最大的位置向着所述另一个表面，所述截面面积减小，其中所述另一个表面位于所述一个表面的背面侧。
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