专利名称：具有凹槽的硅基底上的接合的制作方法
技术领域：
以下的公开涉及在诸如硅芯片的基底上的接合。
背景技术：
在流体喷射装置的一些实施例中，流体小滴被从一个或多个喷嘴上喷射至介质上。喷嘴被流体连接在液体路径上，其包括流体泵室。该流体泵室被换能器驱动，且在被驱动时，流体泵室导致流体小滴的喷射。该介质可被相对于液体喷射装置移动。流体小滴由特定的喷嘴喷射且与介质的移动协调，从而将该流体小滴放置在介质上期望的位置。在所述流体喷射装置中，通常期望在相同的方向上喷射具有一致大小、速度的流体小滴，从而在介质上提供均勻的流体小滴沉积。
发明内容
本公开涉及在膜上的接合，诸如将换能器接合在诸如硅芯片的基底上。在一个方面上，此处描述的系统、装置和方法包括具有膜表面的膜和被形成在该膜表面中的凹槽。换能器可具有换能器表面，其被设置为和膜表面基本平行。粘接剂可将膜表面和换能器表面连接，且粘接剂可至少部分地填充凹槽。在另一个方面上，此处描述的系统、装置和方法包括将换能器的换能器表面设置为和膜的膜表面基本平行。该换能器表面可面向膜表面，且膜表面可包括凹槽。粘接剂可被施加在换能器表面和膜表面中的至少一个上。换能器表面可被压靠膜表面。至少一些粘接剂可被允许在凹槽中流动且基本填充凹槽。实施例可包括一个或多个以下的特征。换能器可包括压电材料，诸如锆钛酸铅。凹槽的宽度可在约20微米至约60微米之间。膜表面可包括多个形成在其中的凹槽。凹槽的间距可在约50微米至约70微米之间。凹槽间的间隔可在约15微米至约25微米之间。多个凹槽的宽度可基本彼此相等。凹槽的深度可在约0. 1微米至约0. 2微米之间。粘接剂可包括苯并环丁烯，且凹槽可基本被粘接剂填充。在一些实施例中，流动提供至少一个优势。粘接剂在凹槽中或者流入凹槽中的流动可减少在换能器和膜之间的粘接剂的厚度。减少粘接剂的厚度可减少在驱动换能器以改变流体泵室的体积并由此导致流体小滴喷射所需要的能量的减少。作为凹槽的又一个优势，为粘接剂提供流动的空间可减轻或防止粘接剂的堆积，该堆积可将膜压入泵室并由此改变换能器在被驱动时的效率。由于这样的堆积可在多个驱动器和流体泵室之间是不一致的，凹槽可以改善流体小滴的喷射尺寸和速度的均勻性，以及将流体小滴放置在介质上的准确性。本发明的一个或多个实施例的细节在以下的附图和描述中被阐述。本发明的其他特征、目标和优势将从此描述和附图，以及权利要求中变得明显。
图1是流体小滴喷射装置的横截面图。图2是流体小滴喷射装置的一部分的横截面图。图3是将层接合在膜上的工艺的流程图。图4-8是形成流体小滴喷射装置的各个阶段的横截面示意图。图9A是流体小滴喷射装置的一部分的横截面示意图。图9B是沿图9A中线9-9的横截面示意图。图10是流体小滴喷射装置的一部分的横截面示意图。图11是图10中装置的一部分的平面图。图12是将层接合在膜上的工艺的流程图。图13-18是形成流体小滴喷射装置的各个阶段的横截面示意图。在不同的附图中同样的附图标记表示同样的元件。具体实施方法一种流体小滴喷射装置可具有诸如长方形板状打印头模块的流体小滴喷射模块， 其可为使用半导体加工技术制造的芯片。该流体喷射器还可包括支撑该打印头模块以及其他元件的壳体，所述其他元件诸如此从外部处理器接收信号并向打印头提供驱动信号的柔性电路。该打印头模块包括其中形成有多个流体流道的基底。该打印头模块还包括多个诸如换能器的驱动器，以使流体被选择地从流道中喷射出。因此，每个流道和与其相关的驱动器一起提供了独立可控MEMS液体喷射器单元。该基底可包括流道体，喷嘴层和膜层。所述流道体，喷嘴层和膜层均可为硅，诸如， 单晶硅。该流体流道可包括流体入口、上行部分、和膜层相邻的泵室、以及在穿透喷嘴层形成的喷嘴中终止的下行部分。驱动器的驱动使得膜被偏转入泵室中，强迫流体从喷嘴喷出。该膜可具备形成在其中的凹部。粘接剂可被用来将换能器接合或连接在该膜上， 且该粘接剂至少部分地占据了该凹部。该凹部可被设置来限定膜上的凸起，例如柱。可替换地，该凹部可被形成为膜中的凹槽。图1是流体小滴喷射装置的一部分的横截面视图。入口 100将流体供应器(未示出)流体连接至芯片10，芯片10包括基底17以及换能器30。该基底17包括流道体11。该入口 100通过通道(未示出)和形成在流道上的入口通道104流体连接。该入口通道104 通过诸如上行部分106流体连接到泵室18。泵室18和下行部分110流体连接，该下行部分的末端是喷嘴112。该喷嘴112可由附连于芯片10的喷嘴板12限定。喷嘴12包括了由喷嘴板12的外表面限定的出口 114。在一些实现方式中，设置有再循环通道116以将下行部分106和再循环沟道118流体连接。膜14被形成在流道体11的顶部，其非常靠近且覆盖泵室18，例如膜14的下表面可以界定泵室18的上边界。换能器30被放置在膜14的顶部上，厚度为T的粘合层沈在换能器30和膜14之间，以将两者彼此接合。凹槽22部分地、而不是完全地穿过膜14。在此公开中提及的多于一个凹槽之处，应被理解的是在可替换实现方式中可存在一个凹槽。在一些实现方式中，每一个泵室18具有相应的电隔离换能器30，其可被独立驱动。该换能器30包括电极84、88(参加图10)以允许换能器30被电路(未示出)驱动。膜14可由硅(例如，单晶硅)、一些其他半导体材料、氧化物、玻璃、氮化铝、碳化硅、其他陶瓷或金属，绝缘体上硅，或任意深度造型的层形成。深度造型方法可包括刻蚀、喷砂、机加工、放电加工(EDM)、微造型、或颗粒旋涂。举例来说，该膜14可由惰性材料支撑且其柔度使得换能器30的驱动导致膜14的足够弯曲，以对泵室中的流体施加压力，使流体小滴从喷嘴112喷出。2005年5月12号公布的美国专利公布第2005/0099467号，其被通过引用全文合并于此，描述了打印头模块和制造技术的示例。在一些实现方式中，该膜14可和流道体11单体形成。在操作中，流体经过入口沟道100流入流道体11且流经入口通道104。流体向上流至上行部分106并进入泵室18。当位于泵室18之上的换能器30被驱动时，该换能器30 将膜14偏转入泵室18中。由此产生的泵室18的体积的变化强迫流体流出泵室18并进入下行部分110。如果换能器30施加了足够多的压力使得流体被强迫经过喷嘴112，则流体随后流经喷嘴112且由出口 114出去。该流体小滴可随后被沉积在介质上。为膜14配置有供粘接剂沈流动的空间可防止粘接剂沈的堆积，否则该堆积可能造成膜14偏转进入泵室18中，尤其是施加的粘接剂沈的厚度不均勻时。膜14的厚度可在1. 0微米至150微米之间，诸如在8. 0微米和约20微米之间。该凹槽22的厚度D (参见图7)可取决于粘接剂沈在固化过程中的粘性以及施加在膜14或换能器30上的粘接剂沈的厚度。温度可影响粘接剂在固化周期中的粘度，通常使得粘接剂26变得更黏稠。高粘度的粘接剂26可流动缓慢，并需要更多的空间以在固化之前流动足够迅速。类似地，在膜14 和换能器30之间的粘接剂沈的厚度越大，则保持多余的粘接剂沈需要的空间越大。图2示出了泵室18的横截面的示意图，其边界由膜14限定。图2中示出的膜14 不具有凹槽22。在将换能器30接合在膜14上时，如果两者之间在边沿附近的空隙小于约 0. 1微米时，则粘接剂沈可能被堵住，并有可能导致粘接剂堆积以及尤其引起的膜14上的 “凸起”(Bump)。泵室18之上的膜14中的凸起可使得膜14偏转进入泵室18中，如图2所示。在一些情况中，在换能器30和膜14之间的粘接剂的堆积可降低换能器30和泵室18 中至少一个的效率。在其他情况中，在换能器30和膜14之间的粘接剂的堆积可增加换能器30上的应力，并增加换能器30在芯片10上的狭小区域内的活动。不论换能器30或泵室18的效率被增加或降低，该效应在芯片10上可为不均勻的。该效率上的不均勻可能导致流体小滴喷射性质的不均勻，该流体小滴喷射性质诸如流体小滴尺寸和流体喷射速度。可替换地，该效率的不均勻性可能需要增加换能器30的控制的复杂度以补偿该不均勻性。为了减轻或防止粘接剂沈在泵室18上的堆积，膜14可包括一个或多个形成在其中的凹槽22。该位于膜14中的凹槽22的厚度D可大于约0. 1微米，例如大于约0. 25微米，允许粘接剂26流动而不被堵住。当用粘接剂沈填充时，可能期望的是该凹槽22在换能器30和膜14之间没有诸如气袋(airpocket)的空洞，这是因为在泵室18上的凹槽22 中的空洞可吸收一些被施加用来驱动换能器30的能量。所述能量吸收可导致变化，诸如降低换能器30和流体泵室18中至少一个的效率。该吸收在芯片10上可能为不均勻的，其将导致诸如流体小滴尺寸和流体小滴喷射速度的流体小滴喷射性质的不均勻。因此，凹槽22 应为足够深以允许粘接剂26由换能器30下逃逸，而又足够浅以防止换能器30和膜14之间的空洞。这就是说，凹槽22应该被设置为当换能器30和膜14被彼此接触时，凹槽22大致或完全地被粘接剂26填充。在一些实现方式中，当施加在换能器30上的粘接剂沈的厚度T为大约1. 0微米时，凹槽22的深度应该大于约0. 1微米以允许粘接剂沈的流动，而又不超过1. 0微米，以最小化或防止粘接剂沈中的空洞。该凹槽22的深度也可取决于粘接剂沈在固化状态时的粘度以及粘接剂沈的厚度。图3是将换能器30接合在芯片10的膜14上的工艺的流程图。图4_8为制造流体小滴喷射装置的步骤的横截面图。如图4所示，光阻层15被形成在膜14的顶部上(步骤31幻。在一些实现方式中，喷嘴板12具有多个层，其中的一些可被用来在制造过程中固定该装置且可在其后的制造步骤中被移除。如图5所示，该光阻层15使用传统的光刻技术来图案化，使得部分的该光阻层15被移除，且因此开口 21被形成在该光阻层15上(步骤325)。参见图6，膜14透过光阻层15中的开口 21刻蚀，以在膜14中形成凹槽22 (步骤 335)。如图7所示，光阻层随后被移除(步骤345)。在示出的实现方式中，凹槽22没有完全延伸穿透膜14。刻蚀入膜14的深度D是可控制的，例如通过预设时间的刻蚀，在由原位检测系统检测到已经达到凹槽22的期望凹陷深度D时停止，或是通过在膜14的深度D处引入刻蚀停止层。参见图7，粘接剂沈被施加，或被形成在面向膜14的换能器30的表面上(步骤35 ，且该带有粘接剂沈的换能器 30被放置在膜14上(步骤36 。可替换地，用来取代或附加地施加在换能器30上，粘接剂26可被施加在膜14上。压力可被用来迫使基底17和换能器30彼此靠近，且粘接剂沈可被允许至少部分地流入凹槽22(步骤37 。该粘接剂可随后被固化以将换能器30接合或是连接在膜14上。膜14的厚度可在约1. 0微米至约150微米之间，例如在约8. 0微米至约20微米之间。凹槽22的厚度可取决于粘接剂沈在固化状态的粘度和被施加在换能器30或膜14 上的粘接剂26的厚度。温度可影响在固化循环中的粘接剂沈的粘度，通常使粘接剂沈变得更粘滞。高粘度的粘接剂26可流动缓慢并在固化之前需要更多的空间充分流动，且可能需要相对较深的凹槽22。类似地，在膜14和换能器30之间的粘接剂沈的厚度越大，需要更多的空间来保持多余的粘接剂26。在一些实现方式中，当施加在换能器30上的粘接剂 26的厚度为约1. 0微米时，凹槽22的深度D为约0. 25微米。在一些其他的实现方式中，凹槽22的深度D可在约0. 1微米至约2. 0微米之间。在具有多个凹槽22的实现方式中，凹槽22的深度D可相等。在一个可替代的实现方式中，凹槽22可完全穿通膜14，只要邻近凹部的剩下膜材料被足够地支撑，例如由流动体11支撑。图8示出了膜14顶部上的换能器30和粘接剂26。粘接剂沈在换能器30和膜 14之间，且大致或完全地填充凹槽22。换能器30和膜14没有直接接触，这是由于其间有粘接剂26的厚度。在粘接剂沈层的厚度增加时，更多的能量(例如，更高的电压)必须被施加在换能器30上以导致流体泵室18的足够的变形，以实现流体小滴喷射。减少粘接剂 26层的厚度因此是被期望的，以最小化换能器30的能量要求。在一些实现方式中，粘接剂沈必须为最小的厚度，这是由于粘接剂沈的材料性质或其他诸如施加粘接剂的工艺的限制。举例来说，在没有凹槽22时，对一些种类的粘接剂来说，粘接剂26的最小厚度可在约1000纳米至约1200纳米之间。相对地，在使用凹槽22 时，粘接剂26的最小可实现厚度是约200纳米或更少，诸如约100纳米或更少。凹槽22可减少粘接剂26的最小可实现厚度，这是通过允许一些粘接剂沈在换能器30和粘接剂沈接触膜14，或换能器30和粘接剂沈压向膜14时，在凹槽22中流动，或流入凹槽22，或沿凹槽22流动，或流经凹槽22来实现的。为了试图实现粘接剂沈的最低厚度，换能器30和膜14可被一起被施压，以挤出多余的粘接剂26。粘接剂沈的流动阻力随粘接剂沈在由换能器30和膜14之间流出之前移动的距离的增加而增加。例如，没有凹槽22时，靠近换能器30和膜14的中心的粘接剂在被挤出之前移动的距离为约75毫米。作为相反的示例，膜14中形成有凹槽22时，靠近中心的粘接剂沈仅移动约150微米以流入凹槽22。由于流动阻力和移动的距离成比例， 流入凹槽22的粘接剂沈的流动阻力大约比没有凹槽22时小500倍。因此，更多的多余粘接剂沈可在固化前被挤出，这将导致较薄的粘接剂层26。举例来说，如果1. 0微米的粘接剂26层被施加在两个部件之间，没有凹槽22时的最低厚度可能在约1000-1200纳米之间。 在有凹槽22时，相比而言，粘接剂沈的最低厚度可为约200纳米或更少。在换能器30和膜14间的粘接剂的流动阻力可被公式R = kyL/t3表示，其中R是流动阻力，k为常数，μ 是流体的粘度，L为长度，而t是粘接剂沈的厚度。如被提及的，粘接剂沈可在接合前被施加在换能器30上。在其他实现方式中，用于取代被施加在换能器30上的粘接剂沈，或是附加地，粘接剂沈被施加在膜14上。施加在凹槽22中的粘接剂沈的量可被最小化，以最大化流入凹槽22的被施加的粘接剂沈的比例。该粘接剂26可为有机材料，例如苯并环丁烯(BCB)或者其他合适的材料。图9A和9B是膜14、粘接剂沈和换能器30的一部分的示意图。膜14和换能器 30之间的距离为了示意被夸大了。膜14在其顶部表面的全部或一部分上具有凹槽22。换能器30位于膜14之上。粘接剂沈在换能器30和膜14之间。凹槽22限定了粘接剂沈可流入的空间。凹槽22的宽度W应该被设置为足够大，以允许粘接剂流入或流经凹槽22。 举例来说，如果宽度W太小的话，粘接剂沈在固化之前可能不能充分流动以大致填充凹槽 22。间隔S可被设置为足够窄，使得至少一部分粘接剂可在粘接剂沈固化之前移动至凹槽 22。但间隔S也可被设置为足够宽，以保证换能器30的充分的接合面积。凹槽22的宽度W 和间隔S可取决于粘接剂沈的粘度和施加在膜14或换能器30、或施加在两者上的粘接剂 26的厚度。在一些实现方式中，凹槽22的宽度可在约20微米至约60微米之间，例如约40 微米。在一些实现方式中，多个凹槽22被形成为具有相同的宽度W。如上文所述，深度D可在约0. 1微米至约2. 0微米之间，例如约0. 25微米。当膜14具有多个凹槽22时，凹槽22 的间距P可在约50微米和约70微米之间，例如约59. 5微米，且/或凹槽22之间的间隔S 可在约15微米至约25微米之间，例如为约19. 5微米。图10是位于泵室18之上的膜14上的换能器30的实现方式的横截面图。多个泵室18被示出，且在此实现方式中，膜14包括位于泵室18上的凹槽22。换能器30包括顶电极84，压电层80和底电极88。顶电极84和底电极88被分别设置在压电层80的顶表面和底表面上。粘接剂沈将换能器80接合在膜14上。电路(未示出)电连接到顶电极84和底电极88。该电路可在电极84、88之间施加电压。被施加的电压可驱动换能器30，导致压电层80变形。该变形可使膜14偏转进入泵室18中，并由此强迫流体被喷出泵室18。图11是图12中示出的实现方式的平面图，且两排换能器30被示出。所述两排换能器30对应着两排泵室18，其可对应着位于泵室18之下的两排喷嘴112。
图12是示出了在膜14中形成凹槽22的可替代方法的流程图。图13_18为制造流体小滴喷射装置的步骤的横截面图。如图13所示，纹理掩膜13被形成在膜14的顶部上 (步骤90 。该纹理掩膜13可由氧化物制成，例如氧化硅。纹理掩膜13的使用在诸如纹理掩膜13比光阻具有更高的选择性的情形是更期望的。即，较低厚度的纹理掩膜13可被用来刻蚀膜14至相对较深的深度。光阻层15被形成在纹理掩膜13的顶部上(步骤915)。 参见图14，光阻层15使用传统的光刻技术图案化，使得部分的光阻层15被移除，且开口 20 被因此形成在光阻层15中(步骤925)。参见图15，纹理掩膜13被透过光阻层15中的开口 20刻蚀以在纹理掩膜13上形成开口 21’(步骤93幻。参见图16，光阻层15随后被移除(步骤845)。参见图17，膜14随后被透过形成在纹理掩膜13中的开口 21’刻蚀，以形成凹槽22 (步骤95 。在示出的实现方式中，凹槽22没有完全穿透膜14，这和前文所述一致。参见图18，该纹理掩膜13随后被通过诸如研磨，氢氟酸浸蚀，或其他合适的机械或化学方式(步骤96 移除。粘接剂沈被施加，或形成在换能器30面向膜14的表面上(步骤 975)，且具有粘接剂沈的换能器30被放置在膜14上(步骤98 ，如图8所示。可替换地， 用来取代施加在换能器30上的粘接剂沈，或是附加地，粘接剂沈被施加在膜14上。可施加压力，且粘接剂沈被允许至少部分地流入凹槽22 (步骤995)。上述的实现方式可提供下述所有优点中的全部、部分，或是完全不能提供所述优点。粘接剂流入凹部或凹槽可最小化换能器和膜之间的粘接剂的厚度。减少粘接剂的厚度可以减少在驱动换能器和改变流体泵室的体积以导致流体小滴喷射时需要施加的能量。此外，在施加的粘接剂的厚度不一致时，为粘接剂提供流动的空间减轻或防止了粘接剂的堆积，否则该堆积可能将膜按压入泵室中且由此改变被驱动的换能器的效率。尤其是多个泵室和喷嘴被使用时，改变膜偏转进入泵室中的程度可导致多个泵室中不同的效率。在多个泵室间效率的变动可导致多个喷嘴之间流体小滴喷射的尺寸和速度的不同，其可能导致错误的流体小滴尺寸或在介质上的定位。通过减轻或防止粘接剂带来的膜的偏转，上述的凹槽可改善流体小滴喷射特性的一致性，所述流体小滴喷射特性诸如流体小滴尺寸和速度。 在芯片上驱动器之间的一致性由此被改善，这可减少流体小滴定位错误的可能性。在说明书和权利要求书中使用的诸如“前”，“后”，“顶部”，“底部”的术语仅为图示的目的，以区别流体小滴喷射装置的不同构件以及此处描述的其他元件。“前”，“后”，“顶部”，“底部”的使用不暗示流体小滴喷射装置、基底、芯片或任何其他此处描述的构件的特定取向。多个本发明的实施例已经被描述。但是，将被理解的是可进行不同的改动而不背离本发明的精神和范围。举例来说，膜中的凹槽可具有任意为粘接剂提供流动或储存空间的形状或轮廓。相应地，其他的实施例落在所附的权利要求书的范围内。
权利要求
1. 一种装置，包括 具有膜表面的膜； 形成在所述膜表面中的凹槽；具有被设置为和所述膜表面基本平行的换能器表面的换能器；将所述膜表面连接到所述换能器表面的粘接剂，所述粘接剂至少部分地填充所述凹
2.如权利要求1所述的装置，其中所述换能器包括压电材料。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述压电材料包括锆钛酸铅。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述凹槽的宽度在约20微米至约60微米之间。
5.如权利要求1所述的装置，还包括多个形成在所述膜表面中的凹槽。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述凹槽的间距在约50微米至约70微米之间。
7.如权利要求5所述的装置，其中凹槽之间的间隔在约15微米至约25微米之间。
8.如权利要求5所述的装置，其中所述凹槽的深度基本彼此相等。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述凹槽的深度在约0.1微米至约2. 0微米之间。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述凹槽基本被所述粘接剂填充。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述粘接剂包括苯并环丁烯。
12.一种方法，包括将换能器的换能器表面设置为和膜的膜表面基本平行，所述换能器表面面对所述膜表面，且所述膜表面包括凹槽；将粘接剂施加在所述换能器表面或所述膜表面或两者； 将所述换能器表面压靠所述膜表面；且允许至少一些所述粘接剂在所述凹槽中流动且至少部分地填充所述凹槽。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述换能器包括压电材料。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述压电材料包括锆钛酸铅。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述粘接剂包括苯并环丁烯。
16.如权利要求12所述的方法，其中所述凹槽基本被粘接剂填充。
全文摘要
公开了一种在硅基底上接合的方法及装置。装置包括具有膜表面的膜、膜表面上的凹槽、具有和膜表面基本平行的换能器表面的换能器、和将膜表面连接在换能器表面上的粘接剂。该凹槽可被设置为允许粘接剂流入且流经凹槽，而同时最小化可由凹槽的不完全填充引起的空洞或气隙。多个凹槽可被形成在膜表面上且具有一致的深度。
文档编号H01L41/053GK102165574SQ200980137309
公开日2011年8月24日 申请日期2009年9月18日 优先权日2008年9月18日
发明者克里斯托弗·门泽尔, 格雷戈里·黛布拉班德, 科琳娜·尼斯托利卡 申请人:富士胶卷迪马蒂克斯股份有限公司