TWI495570B

TWI495570B - 具背側電連接之噴墨列印頭組件

Info

Publication number: TWI495570B
Application number: TW098125183A
Authority: TW
Inventors: Gregory John Mcavoy; Ronan Padraig Sean O'reilly; David Mcleod Johnstone; Kia Silverbrook
Original assignee: Memjet Technology Ltd
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2015-08-11
Also published as: TW201103759A

Description

具背側電連接之噴墨列印頭組件

本發明係有關於印表機，特別是有關於噴墨印表機。本發明主要是要提供改良的列印頭積體電路的安裝以便於列印頭的為維修。

本案申請人之前已證明過頁寬噴墨列印頭可使用多個列印頭積體電路(‘晶片’)來形成，這些積體電路沿著一頁的寬度以頭端相連的方式被緊靠排列。雖然此列印頭積體電路的配置具有許多優點(如，將一列印區域在紙張進給方向上的寬度最下化)，但每一列印頭積體電路仍然必需連接至其它列印頭電路，這些列印頭電路提供電路及資料給每一列印頭積體電路。

本案申請人到目前為止已描述一列印頭積體電路可如何將每一列印頭積體電路上的結合墊藉由引線接合(wirebonding)至軟式PCB(flex PCB)而被連接至一外部的電力/資料供應(參見美國專利第7,441,865號)。然而，引線接合從該列印頭的噴墨面突伸出，因此對列印維修及列印品質兩者都具有不利的影響。

提供一種列印頭組件其中的列印頭積體電路可在沒有這些會影響到列印維修及/或列印品質的連接下被連接至一外部的電路/資料供應市所想要的。

因此，在一第一態樣中，一種噴墨列印頭組件包含：一墨水供應歧管；一或多個列印頭積體電路，每一列印頭積體電路都具有一前側其包含該驅動電路及多個噴墨噴嘴組件，一背側其附裝至該墨水供應歧管，及至少一墨水供應管道用來提供該背側與該等噴墨噴嘴組件之間的流體聯通；及至少一連接器膜用來供應電力至該驅動電路，其中該連接器膜的一連接端被夾設在該墨水供應歧管的至少一部分與該一或多個列印頭積體電路之間。

依據發明的噴墨列印頭組件有利地提供一種方便的機構用來將列印頭積體電路附裝至一墨水供應歧管，同時提供與列印頭的電連接。再者，該列印頭的前側在其整個範圍內都是完全平的。

非必要地(optionally)，該連接器膜包含一撓性聚合物膜其具有多個導電跡線。

非必要地，該連接器膜為一捲帶式自動接合(TAB)膜。

非必要地，該背側具有一下凹部分用來容納該連接器膜。

非必要地，該下凹部分係沿著每一列印頭積體電路的縱長邊緣區域被界定。

非必要地，多個矽貫通(through silicon)連接器提供介於該驅動電路與該連接器膜的該連接端之間的電連接。

非必要地，每一矽貫通連接器都從該前側直線地朝向背側延伸。

非必要地，每一矽貫通連接器都朝向背側逐漸變小。

非必要地，每一矽貫通連接器都由銅構成。

非必要地，每一列印頭積體電路都包含：一矽基材；至少一CMOS層其包含該驅動電路；及一MEMS層其包含該等噴墨噴嘴組件，其中該CMOS層被設置在該矽基材與該MEMS層之間。

非必要地，每一矽貫通連接器都從該MEMS層中的一接觸墊直線地延伸穿過該COMS層並朝向該背側，該接觸墊被電連接至該CMOS層。

非必要地，該列印頭組件包含一或多個導體柱其直線地延伸於該接觸墊與該CMOS層之間。

非必要地，每一矽貫通連接器都與該CMOS層電隔絕。

非必要地，每一矽貫通連接器都具有外側壁其包含一絕緣膜。

非必要地，該等外側壁包含一擴散阻障層於該絕緣膜與該矽貫通連接器的一導電核心之間。

非必要地，每一矽貫通連接器都用焊料連接至該膜的連接端。

非必要地，該膜與該等多個列印頭積體電路一起被結合至該墨水供應歧管。

非必要地，該等多個列印頭積體電路係以端對端鄰接的方式被設置，用以提供一頁寬列印頭組件。

非必要地，該列印頭的一前側表面是平的且沒有引線接合連接。

非必要地，該前側表面被塗上一厭水聚合物層(如，PDMS)。

在一第二態樣中，一種列印頭積體電路被提供，其具有：一前側其包含該驅動電路及多個噴墨噴嘴組件；一背側其附裝至該墨水供應歧管；及至少一墨水供應管道用來提供該背側與該等噴墨噴嘴組件之間的流體聯通，其中該背側具有一下凹的部分用來容納一連接器膜的至少一部分，該連接器膜供應電至該驅動電路。

非必要地，該連接器膜的一連接端在該背側被附裝至該墨水供應歧管時被夾設在該墨水供應歧管的至少一部分與該列印頭積體電路之間。

非必要地，該下凹部分包含多個積體電路接點，每一個積體電路都被連接至該驅動電路。

非必要地，該連接器膜為一捲帶式自動接合(TAB)膜，及其中該等積體電路接點被設置來連接至該TAB膜的對應接點。

非必要地，多個矽貫通(through silicon)連接器從該前側直線地朝向背側延伸，每一矽貫通連接器都提供一介於該驅動電路與一對應的積體電路接點之間的電連接。

非必要地，每一積體電路接點都是由一個別的矽貫通連接器的一端來界定。

非必要地，該背側具有多個墨水供應管道其縱長地沿著該列印頭積體電路延伸，每一墨水供應管道都界定一或多個墨水入口用以接受來自該墨水供應歧管的墨水。非必要地，每一墨水供應管道都供應墨水至多個前側入口。非必要地，每一前側入口都供應墨水至一或多個噴墨噴嘴組件。

非必要地，每一墨水供應管道都具有一深度其相當於該下凹部分的深度。

在第三態樣中，一種列印頭積體電路被提供，其包含：一矽基材其界定一前側與一背側；多個噴墨噴嘴組件，它們被設置在該前側；驅動電路，用來供應電力至該等噴墨噴嘴組件；及一或多個矽貫通連接器，其由該前側延伸至該背側，該等矽貫通連接器提供介於該驅動電路與一或多個對應的積體電路接點之間的電連接，其中該等積體電路接點被設置來連接至一安裝在背側的連接器膜，以供應電力至該驅動電路。

非必要地，每一積體電路接點都由一個別的矽貫通連接器的一端來界定。

在第四態樣中，一種製造一具有背側電連接之噴墨列印頭組件的方法被提供，該方法包含的步驟為：提供一或多個列印頭積體電路，每一列印頭積體電路都具有一前側其包含驅動電路及多個噴墨噴嘴組件，一背側其具有一或多個墨水入口及一下凹的邊緣部分，及一或多個連接器其延伸穿過該積體電路，每一連接器都具有一連接至該驅動電路的頭及一在該下凹的編緣部分中的基部；將一連接器膜的一連接端放置在該等列印頭積體電路的至少一者的該下凹的邊緣部分中，每一導電跡線具有一各自的膜接點於該連接端處；將每一膜連接至一對應的連接器的基部；及將每一列印頭積體電路的背側與該連接器膜一起附裝至一墨水供應歧管，以提供具有背側電連接之噴墨列印頭組件。

非必要地，該附裝步驟將該連接器膜的連接端夾設在該墨水供應歧管的一部分與該一或多個列印頭積體電路之間。

非必要地，該連接器膜為一捲帶式自動接合(TAB)膜。

非必要地，該連接步驟包含將每一膜接點焊接至其對應的連接器的基部。

非必要地，該附裝步驟係使用一黏合膜來實施。

非必要地，該黏合膜具有多個墨水供應孔被界定於其中。

非必要地，該附裝步驟包含將每一列印頭積體電路與該黏合膜對準使得每一墨水供應孔與一墨水入口對準，將該等列印頭積體電路結合至該黏合膜的一側，及將該黏合膜的一相反側結合至該墨水供應歧管。

非必要地，在該連接步驟中，每一列印頭積體電路都被連接至一個別的連接器膜。

非必要地，在該連接步驟中，多個列印頭積體電路被連接至同一連接器膜。

非必要地，該等多個列印頭積體電路以一種端對端(end-on-end)鄰接的方式被附裝至該墨水供應歧管，用以提供一頁寬列印頭組件。

在第五態樣中，一種製造一用於背側電連接之列印頭積體電路的方法被提供，該方法包含的步驟為：提供一晶圓，其包含多個在該晶圓的前側上之被部分地製造的噴嘴組件及一或多個矽貫通連接器其由該晶圓的前側朝向背側延伸；沉積一導電層於該晶圓的前側上並蝕刻該導電層用以同時地形成一用於每一噴嘴組件的致動器及一前側接觸墊於每一矽貫通連接器的頭上，該前側接觸墊將該矽貫通連接器連接至該晶圓中的驅動電路；實施進一步的MEMS處理步驟用以完成該噴嘴組件，及用於該等噴嘴組件及矽貫通連接器之墨水供應管道的形成；及將跟晶圓分為多個獨立的列印頭積體電路，每一個列印頭積體電路都被建構來透過該矽貫通連接器及該接觸墊背側連接至該驅動電路。

非必要地，該導電物質係選自於由：氮化鈦，氮化鈦鋁，鈦，鋁，及釩鋁合金所構成的組群中。

非必要地，該致動器係選自於由：熱氣泡形成致動器及熱彎折致動器所構成的組群中。

非必要地，該等進一步的MEMS處理步驟包含沉積一物質於該接觸墊上用以密封或包覆該接觸墊。

非必要地，該等進一步的MEMS處理步驟包含蝕刻該晶圓的背側用以界定該墨水供應滾道及一用於每一列印頭積體電路的背側下凹部分。

非必要地，該等墨水供應管道及該背側下凹部分具有相同的深度。

非必要地，該背側蝕刻露出每一矽貫通連接器在該背側下凹部分中的一隻腳，每一支腳都包含一積體電路接點。

非必要地，該等矽貫通連接器係沿著每一列印頭積體電路的一縱長邊緣區域被設置，且該背側下凹部分沿著該縱長邊緣區域延伸。

非必要地，該等積體電路接點被設置來連接至一TAB膜的對應接點。

非必要地，一CMOS層包含該驅動電路，且該等噴嘴組件被設置在一形成於該CMOS層上的MEMS層中。

非必要地，一或多個導體柱直線地延伸在該接觸墊與該CMOS層之間及/或該致動器與該CMOS層之間。

非必要地，該等導體柱是在沉積該導電層之前被形成的。

非必要地，該等導體柱係與該等矽貫通連接器同時被形成的。

非必要地，該等導體柱與該等矽貫通連接器係藉由沉積一導電物質於預先界定的貫孔(via)中形成的。

非必要地，該導電物質係藉由無電電鍍處理而加以沉積的。

非必要地，每一預先界定的貫孔都具有一與一深度成比例的直徑，使得所有的貫孔都被沉積物均勻地填入。

非必要地，該導電物質為銅。

非必要地，該等進一步的MEMS處理步驟包含用一厭水聚合物層來塗覆一前側表面。

非必要地，該厭水聚合物層是由PDMS組成。

非必要地，該等進一步的MEMS處理步驟包含氧化地去除掉犧牲物質。

迄今，本案申請人已描述列印頭積體電路(或“晶片”)100其係以一種端對端(end-on-end)緊靠的方式來界定一頁寬列印頭。圖1以立體圖顯示一列印頭IC100的一部分的前側表面，而圖2則顯示一對緊靠在一起的列印頭IC。

每一列印頭IC100都包含數千個安排成列的噴嘴。如圖1及2所示，該列印頭IC100被建構來接受及列印五種不同顏色的墨水(如，CMYK及IR(紅外線)；CCMMY；或CMYKK)。該列印頭IC100的每一種顏色管道104都被垂直地對準於紙張給送方向上，用以用高解析度(如，1600dpi)來實施同點(dot-on-dot)列印。在單一列中的兩個相鄰噴嘴102之間的水平距離(‘節距’)約32微米，而介於兩噴嘴之間的垂直距離係根據噴嘴的發射順序；然而這些列典型地被分離一確實的點線數(如，10點線)。關於噴嘴列配置及噴嘴發射的更詳細描述可參見美國專利第7,438,371號，該專利內容藉此參照而被倂於本文中。

一單獨的列印頭IC100的長度典型地約20至22公釐。因此，為了列印一A4/US信紙尺寸的紙，需要將11或12個列印頭IC100連續地連結在一起。列印頭IC100的數量可被改變用以適用於其它寬度的紙張。例如，一台4英吋的相片列印機典型地使用5個連結在一起的列印頭IC。

該列印頭IC100可用各種方式連結在一起。一種用來連接列印頭IC100的特殊方法被示於圖2中。在此配置中，IC100的端部被塑形用以連結在一起且形成一IC的水平線，相鄰的IC之間垂直的偏位。一具有45度角的傾斜接頭106被設置在列印頭IC之間。該接合緣具有鋸齒狀的輪廓以便於鄰接之列印頭IC的定位。

從圖1及2中很明確的是，每一列的最左邊的墨水供應噴嘴102被下降10條線的節距且被設置成三角形的配置。此配置亦可確保更多的矽被提供在每一列印頭IC100的邊緣處，以確保在緊鄰的IC之間有足夠的連結。包含在每一被下降的列中之噴嘴必需在不同的時間被發射，用以確保在同一列中的噴嘴發射至一紙張上的同一行上。雖然噴嘴的操作的控制是由一列印頭控制器(“SoPEC”)裝置來實施，但用於被下降的噴嘴列的補償可由該列印頭中的CMOS電路來實施，或可由該列印頭與該SoPEC裝置兩者來分擔。該被下降的噴嘴配置及其控制的完整描述可參見美國專利第7,275,805號，該專利內容藉此參照而被倂於本文中。

現參考圖3，該列印頭積體電路100的一相反的背側表面被示出。墨水供應管道110被界定在該列印頭IC100的背側中，其沿著該列印頭IC的長度縱長地延伸。這些縱成向的墨水供應管道110與噴嘴入口112相遇，其與位在前側上的噴嘴102流體地聯通。圖4顯示一列印頭IC的一部分，其中該噴嘴入口112將墨水直接送入到墨水室中。圖5顯示另一列印頭IC的一部分分，其中該等噴嘴入口112送入到墨水導管114中，這些導管縱長地延著每一列噴嘴室延伸。在此替代的配置中，該等噴嘴室透過一側壁入口接受來自其鄰近的墨水導管的墨水。

翻回到圖3，該等縱長地延伸的墨水供應管道110被矽橋或壁116分隔成管道區段。這些壁116提供列印頭IC100在相對於該等縱長的管道110的橫貫方向上額外的機械強度。

墨水經由兩部分LCP模具(molding)形式的墨水供應歧管而被供應至每一列印頭IC的背側。參考圖6至9，一種包含列印頭IC100的列印頭組件130被示出，該等列印頭IC透過一黏合膜而附裝至該墨水供應歧管。

該墨水供應歧管包含一主要的LCP模具122及一LCP管道模具124其底側被密封。該等列印頭IC100藉由該黏合IC附裝膜120而被結合至該管道模具124的底側。該LCP管道模具124包含LCP主要管道126，其與該主要LPC模具122中的墨水入口127及墨水出口128連接。該等墨水入口127及墨水出口128與墨水容器及一墨水供應系統(未示出)流體地聯通，該系統以一預定的流體靜壓力供應墨水至該列印頭。

該主要LPC模具122具有多個氣穴129，其與被界定在該LPC管道模具124中的LCP主要管道126聯通。該等氣穴129係用來減輕在該墨水供應系統中的壓力脈衝。

在每一LCP主要管道126的基部有一系列的墨水供應通路132通到該等列印頭IC100。該男合膜120具有一系列的雷射鑽出的供應孔134，使得每一列印頭IC100的背側都與該墨水供應通路132流體聯通。

現參考圖10，該等墨水供應通路132被設置成5列。中間一列的墨水供應通路132經由了射鑽出的供應孔134將墨水直接送至該列印頭IC100的背側，而外側的墨水供應通路132列透過微型模製的通路135將墨水供應至列印頭IC，每一微型模製的通路在該等雷射鑽出的孔134中的一個孔終止。

圖11更詳細地顯示墨水是如何被饋送至列印頭IC100的背側墨水供應管道110。每一雷射鑽出的孔134(其被界定在該黏合膜120中)與一相應的墨水供應管道110對準。大體上，該雷射鑽出的孔134與該管道110中的一個橫貫壁116對準，使得墨水被供應至該壁116的兩側上的一管道區段。此配置可減少該墨水供應歧管與該列印頭IC100之間所需之流體連接的數量。

為了要在該等IC100的正確定位上有所幫助，基準點103A被提供在IC100的表面上(參見圖1及11)。該等基準點103A係標記形式，其可被適當的定位設備輕易地辨識，用以標示該IC100相關原一鄰近IC的真實位置。該黏合膜120具有互補的基準點103B，其有助於每一列印頭IC100在該等列印頭IC結合至該墨水供應歧管期間相關於該黏合膜的對準。基準點103A及103B被策略性地設置在IC100的邊緣及沿著該黏合IC附著膜120的長度。

資料及電力共應至列印頭積體電路

現回到圖1，該列印頭IC100具有多個結合墊105其延著列頭IC的縱長邊緣延伸。該等結合墊105提供一用來接受來自該列印頭控制器(“SoPEC”)裝置的資料及/或電路的機構，用以控制該等噴墨噴嘴102的操作。

該等結合墊105被連接至該列印頭IC100的一上CMOS層。如圖4及5中所示，每一MEMS噴嘴組件都被形成在一CMOS層113上，其包含發射每一噴嘴所需的邏輯及驅動電路。

參考圖6至9，一軟式PCB140被引線接合至該列印頭IC100的結合墊105。該等引線接合係用一引線接合密封劑142加以密封及保護(參見圖7)，該密封劑典型地為一聚合樹脂。該LCP模具122包含一彎曲的支撐翼123，該軟式PCB140被安折及固定於該支撐翼周圍。該支撐翼123具有數個開口125用來容納該軟式PCB的各式電子構件144。以此方式，該軟式PCB140可彎折於該列印頭組件130的外表面周圍。一紙張引導件148被安裝在該LPC模具122相對於該軟式PCB140的相反側上，並完成該列印頭組件130。

該列印頭組件130被設計為一使用者可更換式列印頭卡匣的一部分，該列印頭卡匣可從該噴墨印表機160(參見圖12)中被取出且被更換。因此，該軟式PCB140具有多個接點，讓電力及資料能夠連接至該印表機本體內的電子元件，包括該SoPEC裝置。

因為該軟式PCB140係被引線接合至每一列印頭IC100上的結合墊105，所以該列印頭無可避免地具有一發平面的縱向緣區域於該等墊的附近區域。這被清楚地顯示在圖13中，該圖顯示出一由一列印頭IC100的一結合墊105延伸出的引線接合點(wirebond)150，該列印頭IC包含多個噴墨噴嘴組件101。在圖13所示的結構中，該結合墊105被形成為一MEMS層且透過連接器柱152連接至底下的CMOS113。或者，該結合墊105可以是該CMOS113的一外露的上層，沒有任何其它連接線連接至該MEMS層。無論在何種結構中，引線接合點從該列印頭的一墨水射出表面154延伸出並與該軟式PCB140連接。

引線接合(wirebonding)至該列印頭IC100的結合墊105具有數個缺點，主要是因為該列印頭IC的一主要的縱長區域具有引線接合點150(及引線接密封劑142)從墨水射出表面154突伸出。該墨水射出表面154的非平面性會造成效果較差的列印頭維護。例如，一刮片無法掃過該墨水射出表面154的整個寬度，因為該引線接合密封劑142擋在該刮片以該刮掃方向而言在該等噴嘴的上游或下游處之刮掃路徑上。

引線接合點突出部的另一項缺點為，整個列印頭無法被塗上一厭水性塗層，譬如PDMS。本案申請人發現PDMS塗層可顯著地改善列印品質及列印頭維護(例如，參見美國專利申請案第US 2008/0225076號，該案內容藉由此參照而被倂於本文中)且一完全平的墨水噴射表面將可進一步改善此塗層的效果。

用於背側電連接之列印頭積體電路

有鑑於以引線接合連接至該列印頭IC100存在著上述的一些缺點，本案申請人已開發出一種列印頭IC2，其使用背側電連接，因此具有一完全平的墨水射出表面。

參考圖14，該列印頭IC2係使用黏合膜120而被安裝至該墨水供應歧管的LCP管道模具124。該列印頭IC2具有至少一縱長的墨水供應管道110，其透過噴嘴入口112及墨水導管114提供該墨水供應歧管與該等噴嘴組件之間的流體聯通。因此，該列印頭組件60(其包括列印頭IC2)具有與上文中參考圖1至11所描述之列印頭組件130(其包括列印頭IC100)相同的流體結構。

然而，列印頭IC2與列印頭IC100實質上的不同處在於與其CMOS電路層113相連的電連接。很顯著地，該列印頭IC2在其縱長邊緣區域4上沒有任何的前側引線接合點。相反地，該列印頭IC2在其縱長邊緣處具有一背側凹部6，其容納一TAB(捲帶式自動接合)膜8。該TAB膜8典型地為一撓性聚物膜(如，Mylar膜)其包含多個導電跡線，該等跡線終止於該TAB膜的一連接器端的對應膜接點10處。該TAB膜8被設置成與該列印頭IC2的背側表面12齊平，使得該TAB膜與該列印頭IC2可一起被結合至該LCP管道模具124。該TAB膜8可被連接至該軟式PCB140；該TAB膜可與該軟式PCB140整合在一起。或者，該TAB膜8可使用熟習此技藝者所習之的其它連線配置而被連接至該印表機電子元件。

列印頭IC2具有多個矽貫通貫孔其由該列印頭IC的前側表面延伸至該縱長的下凹的邊緣部分6(其容納該TAB膜8)。每一矽貫通貫孔都填入一導體(如，銅)用以界定一矽貫通連接器14，其提供電連接至該TAB膜8。每一膜接點10可藉由使用適當的連接(如，焊料球16)而被連接至該矽貫通連接器14的足部或基部15。

該矽貫通連接器14延伸穿過該列印頭IC2的一矽基材20並穿過該等CMOS電路層113。該矽貫通連接器14藉由絕緣側壁21與該矽基材20隔絕開。該等絕緣側壁21可用任何與MEMS製程相容的絕緣物質來形成，譬如像是非晶形矽，多晶矽，或二氧化矽。該等絕緣側壁21可以是單層式或多層式側壁。例如，該等絕緣側壁21可包含一外Si或SiO₂ 層及一內鉭層。該內鉭層亦可作為該矽貫通連接器14製造期間用於銅的電子沉積的種子層。

如圖14所示，該矽貫通連接器14的頭部22與一界定在該列印頭IC2的一MEMS層26中的接觸墊24接觸。該MEMS層26被設置在該列印頭IC2的CMOS電路層113上並包含所有由MEMS處理步驟所形成的噴墨噴嘴組件。

在本案申請人的熱彎曲致動式列印頭的例子中(例如，描述於美國專利申請案第US 2008/0129793號的熱彎曲致動式列印頭，該案的內容藉由此參照被倂於本文中)，一導電的熱彈性致動器25可界定每一噴嘴室101的室頂。因此，該接觸墊24可在MEMS製造期間與該熱彈性致動器25同時被形成，且可用與其相同的材料來形成。例如，該接觸墊24可用熱彈性材料來形成，譬如像是釩鋁合金，氮化鈦，氮化鈦鋁等等。

然而，將可被瞭解的是，接觸墊24的形成可被結合到MEMS製造的任一步驟中，且可以包含任何適合的導電材料，如銅，鈦，鋁，氮化鈦，氮化鈦鋁等等。

該接觸墊24透過銅導體柱30而被連接至該CMOS層113的上層，該銅導體柱從該接觸墊朝向CMOS電路延伸。因此，導體柱30提供介於該TAB膜8與CMOS電路之間的電連接。

雖然在圖14中的接觸墊24與導體柱30的結構與本案申請人之用於形成熱彎曲致動式噴墨噴嘴的MEMS製程(如，描述於美國專利申請案第US 12/323,471號中者，該案內容藉由此參照而被倂於本文中)相容，但本發明仍包含其它可提供類似的背側電連接從背側TAM膜8至該CMOS層113的結構。

例如，現參靠圖15，該矽貫通連接器14可在該CMOS層113上方的被動層27處終止。藉由沉積一適當的導電物質於該矽貫通連接器的頭部及一透過一被動層27而外露的上CMOS層上，一嵌入式接觸墊23將該矽貫通連接器14連接至該上CMOS層。在MEMS噴嘴製造期間，在沉積光阻31及一頂層37(如，氮化矽，氧化矽等等)之後，該MEMS噴嘴製造提供一用於列印頭之完全平的噴嘴板及墨水射出面。再者，該等嵌入射接觸墊23被該光阻31完全密封及包覆在該頂層37底下。此接觸墊的構造可與本案申請人之用來製造熱氣泡形成式噴墨噴嘴組件的MEMS製程相容，如描述於美國專利第6,755,509號及7,303,930號中的製程，該等專利案的內容藉由此參照被倂於本文中。示於圖15中的噴嘴組件為一熱氣泡形成式噴墨噴嘴組件其包含一被懸吊的加熱器元件28及噴嘴開口102，如美國專利第6,755,509號中所描述的。熟習此技藝者可以很容易瞭解到的是，該嵌入式接觸墊23及該被懸吊的加熱器元件28可在該MEMS製造期間藉由加熱器元件材料的沉積及後續的蝕刻而被共同形成。因此，該嵌入式接觸墊23可用與該加熱器元件相同的物質製成，如氮化鈦，氮化鈦鋁等等。

現翻回到圖14，應注意到的是，該列印頭IC2的墨水射出表面是完全平的且塗上了一層厭水性PDMS48。PDMS塗層及其優點被詳細地描述在美國專利公開案第2008/0225082號中，該案的內容藉由此參照被倂於本文中。如上文中提到的，該墨水射出表面的平面度(包括該表面在該列印頭積體電路2的縱長邊緣區4內的部分)在列印頭維護及表面溢流方面提供顯著的好處。

雖然在圖14及15中，該接觸墊被示意地顯示出與噴嘴102相鄰，但應被理解的是，在列印頭IC2中的接觸墊24典型地佔據與列印頭IC100(圖1)的結合墊105類似的位置，有一相應數量的矽貫通連接器14延伸至該矽基材20中。然而，本發明的一個優點為，接觸墊24無需跟結合墊105一樣與噴墨噴嘴102相隔一距離，結合墊需要有足夠的包圍空間來容納引線接合及引線接合包覆。因此，背側TAB膜連接可以更有效率地使用矽及減小每一IC的整體寬度，或可以在相同的IC寬度上形成有更多數量的噴嘴102。例如，在列印頭IC100中有60-70%的IC寬度是獻給噴墨噴嘴102用，但本發明可以讓超過80%的IC寬度給噴墨噴嘴用。因為矽是頁寬墨印表機中最昂貴的構件，所以上述特徵是一項很顯著的優點。

用於具有背側電連接之列印頭IC的MEMS製程

一種用於圖14所示的列印頭IC2之MEMS製程現將加以詳細描述。此MEMS製程包括數項對於美國專利申請案第12/323,471號中所描述的製程的修改，用以將背側連接所需要的特徵結合至該TAB膜8上。雖然該MEMS製程為了示範的目的而在本文中被加以詳細地描述，但熟習此技藝者將可理解的是，任何噴墨噴嘴製程的類似修改將可提供一用於背側電連接之列印頭積體電路。本案申請人已暗示地間接提到一種用來製造示於圖15中的熱致動式列印頭IC的MEMS製程。因此，本發明並不是要被限制在下文中所描述的特定噴嘴組件101上。

圖16至25顯示用來形成圖14所示之列印頭IC2的MEMS製造步驟的順序。完成的列印頭IC2包含多個噴嘴組件101以及可以背側連接至該CMOS電路113的特徵結構。

MEMS製造的啟始點為一標準的CMOS晶圓其包含該矽基材20及形成在該晶圓的前側上的CMOS電路113。在MEMS製程的終了，該晶圓藉由沿著分切街道蝕刻而被分切成單獨的列印頭積體電路(IC)，該等分切街道界定出由該晶圓製造出來的每一列印頭IC的尺寸。

雖然本文中的描述係有關於實施在該CMOS層113上的MEMS製程，但將可被理解的是，該CMOS層113可包含多層CMOS層(如，3或4層CMOS層)且通常是被鈍化的。該CMOS層113可用一層氧化矽，或更常用的是一標準的‘ONO’堆疊來加以鈍化，該‘ONO’堆疊包含一層氮化矽夾設在兩層氧化矽之間。因此，本文中所指的CMOS層113隱含地包括了一鈍化的CMOS層，其典型地包含多層CMOS。

下面的描述聚焦在一個噴嘴組件101及一個矽貫通連接器14的製造步驟上。然而，很明顯的是，相應的步驟可針對所有的噴嘴組件及所有的矽貫通連接器同時地實施。

在圖16所示的該等步驟的第一程序中，一前側入口孔32被蝕刻穿透該CMOS層113並進入到該CMOS晶圓的矽基材20中。在此同時，一前側分切街道孔33被蝕刻穿透該CMOS層113並進入到該矽基材中。光阻劑31然後被旋施在該晶圓的前側上用以將前側入口孔32及分切街道孔33塞住。該晶圓然後用化學機械硏磨(CMP)加以拋光，以提供圖16所示的晶圓其具有一平的前側表面準備好以進行後續的MEMS步驟。

參考圖17，在下一個步驟程序中，一8微米厚的低應力氧化矽層藉由電將強化的化學氣相沉積(PECVD)而被沉積到該CMOS層113上。此氧化矽層35的深度界定該等噴膜噴嘴組件的每一噴嘴室的深度。在沉積該SiO₂ 層35之後，後續之蝕刻穿透該SiO₂ 層界定出用於噴嘴室的壁36及該前側分切街道孔33的一部分。一矽蝕刻化學物然後被用來延伸該前側分切街道孔33並將該墨水入口孔32蝕刻至該矽基材20中。所得到的孔32及33接下來藉由將光阻劑31旋施於其上而被塞住並使用CMO研磨將其平坦化。該光阻劑31係一犧牲物質其作用如用於後續的頂壁(roof)物質沉積的施工架般。很明顯的是，其它適合的犧牲物質(如，聚醯亞胺)亦可被使用。

該等壁物質(如，氧化矽，氮化矽，或它們的組合)被沉積在該經過平坦化的SiO₂ 層35上用以界定該前側頂壁層37。該等壁層37將界定一硬的平面噴嘴板於該完成的列印頭IC2中。圖17顯示在此常序的MEMS處理步驟完成後的晶圓。

在下一個階段中，參靠圖18，多個導體柱貫孔38被向下蝕刻穿透該頂壁層37及該SiO₂ 層35到達該CMOS層113。該等被蝕刻穿透壁36的導體柱貫孔38A可將噴嘴致動器連接至底下的CMOS層113。同時，該導體柱貫孔38B可提供電連接於接觸店4與底下的CMOS層113之間。

在用導電物質填塞貫孔38之前，且在該美國專利申請案第12/323,471號中所描述的製程的一個修改中，一矽貫通貫孔39係藉由蝕刻穿透該頂壁層37，該SiO₂ 層35，該CMOS層113並進入到該矽基材20中(參見圖19)而在下一個步驟中被界定。該等矽貫通貫孔39被設置成沿著每一列印頭IC2的一縱長邊緣區域被間隔開來。(該前側分切街道孔33有效地界定每一列印頭IC2的一縱長邊緣區域。)每一貫孔39都朝向該矽基材20的背側被逐漸縮小。該等貫孔39的確實定位係由膜接點10在該TAB膜8中的定位來決定，其在該列印頭IC被組裝且連接至該TAB膜時與每一孔的基部接觸。

該矽貫通貫孔蝕刻係藉由將一光阻罩幕層形成圖案並蝕刻穿透不同的層來實施的。當然，蝕刻穿透不同的層需要不同的蝕刻化學物，但同一光阻罩幕可用在每一蝕刻上。

每一矽貫通貫孔39典型地具有一深度到該矽基材20中的深度，其相當於該被塞住的前側墨水入口32的深度(典型地約20微米)。然而，每一貫孔39都可根據該TAB膜8的厚度而被形成為比該前側墨水入口32還深。

在下一個步驟程序中，且參考圖20及21，該矽貫通貫孔39被設置有絕緣壁21，其將該貫孔與該矽基材20隔絕。該等絕緣壁21包含一絕緣膜42及一擴散阻障物43。該擴散阻障物43在每一貫孔39用銅填滿時將銅進入到該矽基材20中擴散減至最少。該絕緣膜42及該擴散阻障物43是由連續的沉積步驟來形成的，其非必要地使用到罩幕層40用以選擇性地將每一層沉積到貫孔39內。

該絕緣膜42可用任何適合的絕緣物質製程，譬如像是非晶型系，多晶矽，氧化矽等等。該擴散阻障物43典型地為鉭膜。

接下來參考圖22，該等導體柱貫孔38及矽貫通貫孔39同時用高導電性金屬(譬如像是銅)以無電電鍍來填充。該銅沉積步驟同時形成噴嘴導體柱44，接觸墊導體柱30及矽貫通連接器14。貫孔38及39的直徑會需要適當的大小，用以確保在此步驟期間同步的銅電鍍。在銅電鍍步驟之後，該被沉積的銅接受CMP，在該頂壁層37停止，用以提供一平的結構。可看出來的是，在無電銅電鍍期間形成的該等導體柱30與44與該CMOS層113接觸，以提供從該CMOS層上達該頂壁層37之直線導電路徑。

在下一個步驟程序中，參考圖23，一熱彈性物質被沉積在該頂壁層37上，然後被蝕刻用以界定出用於每一噴嘴組件101的熱彈性樑構件25以及該接觸墊24覆蓋該矽貫通連接器14的頭部上。

由於被熔接至熱彈性樑構件25上，所以該SiO₂ 頂壁層37的一部分係如一機械式熱彎曲致動器的下惰性樑構件46一般地作用。因此每一噴嘴組件101都包含一熱彎曲致動器，其包含一連接至該CMOS層113的熱彈性樑25，及一下鈍態樑46。這些種類的熱彎曲致動器種類被更詳細地描述於美國專利公開第2008/309729號中，該專利案的內容藉由此參照而被倂於本文中。

該熱彈性樑構件25可由任何適當的熱彈性物質組成，譬如像是氮化鈦，氮化鈦鋁及鋁合金。如本案申請人在其美國專利公開案第2008/129793號中所說明的(該案的內容藉由此參照而被倂入本文中)，釩鋁合金是一較佳的材料，因為它們結合了高熱膨脹，低密度及高楊氏模數的的有利特徵。

如上文中提到的，該熱彈性材料亦被用來界定該接觸墊24。該接觸墊24延伸在該等導體柱30的頭部與該矽貫通連接器14的頭部22之間。因此，該接觸墊24將該矽貫通連接器14電連接至每一導體柱30及底下的CMOS層113。

仍然參考圖23，在沉積該熱彈性物質與蝕刻以界定該熱彎曲致動器及接觸墊24之後，最後的前側MEMS製造步驟包含同時蝕刻該等噴嘴開口102及一前側街道開口47並沉積一PDMS塗層48於整個頂壁層37上用以讓該前側表面厭水及提供用於每一熱彎曲致動器的彈性機械式密封。PDMS塗層的使用被詳細地描述於本案申請人在美國專利申請案第11/685,084號及第11/740,925號中，該等申請案的內容藉由此參照被倂於本文中。

現參考圖24，該晶圓的整個前側被塗上一相當厚的光阻劑49，其可保護該前側MEMS結構且讓該晶圓能夠被附裝至一用於背側MEMS處理的處理晶圓50上。背側蝕刻界定該墨水供應管道110及該下凹的部分6，該矽貫通連接器14的足部延伸至該下凹部分中。絕緣膜42的一部分在該矽貫通連接器14的足部15被背側蝕刻露出來時被去除掉。背側蝕刻亦藉由向下蝕刻至該被塞住的前側分切街道孔33而將列印頭IC單個化(singulation)成單獨的列印頭IC。

該保護性光阻劑49之最後的氧化物去除(‘灰化(ashing)’)可產生單個的獨立列印頭IC2及形成流體連接於該背側與噴嘴組件101之間。示於圖25中之所產生的列印頭IC2現已準備好經由矽貫通連接器14透過焊料球16連接至TAB膜8。所產生之列印頭IC/TAB膜組件之後續結合至該墨水供應歧管可提供示無圖14中的列印頭組件60。

本發明已參考一較佳的實施例及數個特定的變化實施例加以說明。然而，熟習此技藝者將可體認的是，數個不同於被特定地描述的細節之其它的實施例都將會落入到本發明的精神與範圍內。因此，應被瞭解的是，本發明不打算被侷限在本說明書中所描述的特定實施例(包括藉由參照而被倂於本文中的文獻在內)。本發明的範圍只受以下的申請專利範圍限制。

100．．．列印頭IC

102．．．噴嘴

104．．．顏色管道

106．．．接頭

107．．．三角形外形

110．．．墨水供應管道

112．．．噴嘴入口

114．．．墨水導管

116．．．壁

120．．．黏合膜

130．．．列印頭組件

122．．．PCL模具

124．．．PCL管道模具

126．．．PCL主要管道

127．．．墨水入口

128．．．墨水出口

129．．．氣穴

132．．．墨水供應通道

134．．．雷射鑽出的供應孔

135．．．管道

103A．．．基準點

103B．．．基準點

125．．．開口

140．．．軟式PCB

142．．．引線接合密封劑

144．．．電子構件

148．．．紙張引導件

160．．．噴墨印表機

146．．．接點

150．．．引線接合點

152．．．連接器柱

154．．．墨水噴射面

2．．．列印頭IC

60．．．列印頭組件

6．．．背側下凹部

4．．．縱長邊緣區域

8．．．TAB膜

10．．．膜接點

12．．．背側表面

15．．．足部

20．．．矽基材

21．．．絕緣側壁

14．．．矽貫通連接器

22．．．頭部

24．．．接觸墊

26．．．MEMS層

113．．．CMOS電路層

101．．．噴墨噴嘴組件

25．．．熱彈性致動器

30．．．導體柱

23．．．嵌入式接觸墊

27．．．鈍化層

31．．．光阻劑

37．．．頂壁層

28．．．懸吊的加熱器元件

32．．．前側入口孔

33．．．前側分切街道孔

35．．．氧化矽層

36．．．壁

38A．．．導體柱貫孔

38B．．．導體柱貫孔

39．．．矽貫通貫孔

40．．．光阻劑

42．．．絕緣膜

43．．．擴散阻障物

44．．．噴嘴導體柱

46．．．下鈍化樑

47．．．前側街道開口

48．．．PDMS塗層

49．．．光阻劑

50．．．處理晶圓

本發明的實施例現將參考下面的附圖加以詳細的說明，其中：

圖1為一列印頭積體電路的一前視立體圖；

圖2為一對鄰接的列印頭積體電路的前視立體圖；

圖3為示於圖1中之列印頭積體電路的一後視立體圖；

圖4為具有一底層噴嘴入口之噴墨噴組組件的切開立體圖；

圖5為具有一側壁噴嘴入口之噴墨噴組組件的切開立體圖；

圖6為一列印頭組件的側視立體圖；

圖7為示於圖6中之列印頭組件的底視立體圖；

圖8為示於圖6中之列印頭組件的一上視分解立體圖；

圖9為示於圖6中之列印頭組件的底視分解立體圖；

圖10為附裝至一墨水供應歧管的一列印頭積體電路的疊置平面圖；

圖11為圖10的一放大圖式；

圖12為一噴墨印表機的立體圖；

圖13為示於圖6中之列印頭組件的示意剖面圖；

圖14為依據本發明的列印頭組件的示意剖面圖；

圖15為依據本發明的另一列印頭組件的示意剖面圖；

圖16至24為一晶圓在依據本發明之製造一列印頭積體電路的不同階段之後的示意剖面圖；及

圖25為依據本發明的一列印頭積體電路的示意剖面圖。