在柔性電路處電連接電隔離的列印頭晶片接地網絡的製作方法

2023-09-21 08:31:15 2

專利名稱：在柔性電路處電連接電隔離的列印頭晶片接地網絡的製作方法
在柔性電路處電連接電隔離的列印頭晶片接地網絡
背景技術：
噴墨列印設備通過經由列印頭晶片將油墨噴射到諸如紙張的介質上以在介質上 形成圖像而運行。列印頭晶片是通常具有許多複雜組件的相對小的半導體部件，所述複雜 組件必須精確地製造以便晶片正確地運行。許多列印頭晶片包括矽襯底和在矽襯底上的器 件層。該器件層可以包括電晶體、加熱電阻器及其它組件以允許晶片正確地運行。在許多類型的列印頭晶片中，將矽襯底和器件層一起接地以便列印頭晶片進行最 佳運行。然而，在這些列印頭晶片的製造期間，將矽襯底和器件層一起接地可能存在問題。 特別地，包括矽襯底的蝕刻的製造工藝在將矽襯底和器件層一起接地的情況下可能無法最 佳地執行。


圖1是根據本公開的實施例的代表性噴墨列印設備列印頭組件的圖。圖2是根據本公開的實施例的噴墨列印設備列印頭組件的圖，其示意地示出在打 印頭晶片內相互電隔離並在柔性電路處相互電連接的第一接地網絡和第二接地網絡。圖3是根據本公開的實施例的詳細描繪噴墨列印設備列印頭晶片的各層的橫截 面圖。圖4是根據本公開的實施例的用於至少部分地製造噴墨列印設備列印頭組件的 方法的流程圖。圖5是根據本公開的實施例的基本的噴墨列印設備的框圖。
具體實施例方式圖1示出根據本公開的實施例的代表性噴墨列印設備列印頭組件100。列印頭組 件100包括封閉墨盒102。封閉墨盒102可插入噴墨列印設備的相應槽口中，並且因此列印 頭組件100也可插入噴墨列印設備的相應槽口中，從而使得設備可以將油墨噴射在諸如紙 張的介質上以在介質上形成圖像。列印頭組件100包括電連接到組件100的柔性電路106的列印頭晶片104。列印 頭晶片104通常是小的半導體晶片，為了清楚地示出起見，其在圖1中被描繪為相對於柔性 電路106和封閉墨盒102成比例地比其實際上大。柔性電路106在封閉墨盒102被可去除 地插入或安裝到噴墨列印設備中時電配合到噴墨列印設備的相應電連接器。具體而言，柔 性電路106可以包括從列印頭晶片104起的導體跡線，以便可以將晶片104電耦合到噴墨 列印設備。電路106是柔性的，從而使得如圖1所描繪的，其可以在封閉墨盒102的一個或 多個邊緣周圍彎曲。在圖1的實施例中，列印頭組件100還包括油墨供給108，其被包含在封閉墨盒 102的內部。然而，在另一實施例中，可以將油墨供給108包含在與列印頭組件100分開的 組件中。通常，已將列印頭組件100安裝到其中的噴墨列印設備使列印頭晶片104通過芯 片噴射油墨108的液滴以便在諸如紙張的介質上形成圖像。
圖2示出根據本公開的實施例的噴墨列印設備列印頭組件100的一部分的示意 圖。具體而言，在圖2中示出列印頭組件100的列印頭晶片104和柔性電路106。列印頭 晶片104被描繪成包括襯底202，諸如矽襯底。襯底202是列印頭晶片104的襯底，在其上 面，製造有晶片104的各種器件，諸如電晶體和加熱電阻器。襯底202被電連接到所謂的第 一接地網絡206。也就是說，第一接地網絡206被電連接到襯底202的多個部分。列印頭晶片104還被描繪成包括器件地線208和表面金屬層210。器件地線208 是製造在列印頭晶片104上的器件的接地連接，諸如可以製造在列印頭晶片104上的各種 電晶體的地線。具體而言，表面金屬層210可以是金層。在一個實施例中，表面金屬層210 為列印頭晶片104內的功率和接地信號提供低電阻導體。器件地線208和表面金屬層210 被電連接到所謂的第二接地網絡212。可以將第二接地網絡212視為主接地網絡，同時可以將第一接地網絡206視為輔 助或「靜默」接地網絡，因為在列印頭晶片104的運行期間，流過第二接地網絡212的電流 明顯比流過第一接地網絡206的多。應注意的是在列印頭晶片104本身內，第一接地網絡 206和第二接地網絡206被相互電隔離。這是有利的，因為在諸如蝕刻的在列印頭晶片104 的製造期間採用的某些工藝中，第二接地網絡212理想地是處於與第一接地網絡206不同 的電位。這樣，在晶片104的製造期間，使接地網絡206和212在列印頭晶片104內彼此電 隔離是有利的。然而，在列印頭晶片104的運行期間，第一接地網絡206和第二接地網絡212理想 地是都保持在具體而言為公共電位或地電位的相同電位，諸如接地。圖2的實施例在柔性 電路106處將接地網絡206和212相互電連接。具體而言，接地網絡206和212在柔性電 路106內的一個或多個點214處被短路連接在一起。所述多個點214可以被實現為例如噴 墨列印設備連接器管腳，其將列印頭晶片104電連接到列印頭組件100被插入或安裝在其 中的噴墨列印設備。因此，圖2的實施例提供了在列印頭晶片104的製造期間以及在列印頭晶片104 的運行期間的接地網絡206和212處的至少基本最佳的電位。在列印頭晶片104的製造期 間，接地網絡206和212被電隔離，且因此可以處於不同的電位。在列印頭晶片104的運行 期間，接地網絡206和212在柔性電路106處相互電連接，並因此被保持在相同的接地或公 共電位。圖3示出根據本發明的實施例的列印頭晶片104的一部分的橫截面。設置在列印 頭晶片104上的是器件層302。器件層302包括多個薄膜電晶體。例如，一個電晶體包括 源極304A、多晶矽柵極304B和漏極304C，其中，在柵極304B與源極304A和304C之間存在 小的柵極氧化物層(其在圖3中未被具體指明)。另一電晶體包括源極306A、多晶矽柵極 306B和漏極306C，其中，在柵極306B與源極306A和漏極306C之間存在小的柵極氧化物層。 漏極304C與漏極306C是同一個。還可以將器件層302說成是包括加熱電阻器316，雖然在圖3中為了說明的方便性 將加熱電阻器316描繪成在分開的器件層302上。如本領域的普通技術人員可以認識到的 那樣，當向加熱電阻器316提供電流時，稱為電阻器316是「被點火」。這樣，電阻器316導 致在位於列印頭晶片104的頂面上的油墨內形成氣泡。此氣泡從晶片104噴射油墨液滴。 之後，氣泡破裂。在一個實施例中，還可以將器件層302說成是包括絕緣層307，絕緣層307在一個實施例中可以是磷矽酸鹽玻璃(PSG)。設置在器件層302上的是薄電阻層，在其上面設置有第一金屬層310。第一金屬層 310可以是例如鋁和/或鉭鋁合金，從而使得層310具有兩個子層，一個是鋁，一個是鉭鋁合 金。設置在第一金屬層310上的鈍化和/或絕緣層312，其保護列印頭晶片104免於油墨。 層312可以是例如碳化矽或氮化矽。可以將加熱電阻器316說成是包括絕緣層307的一部 分、電阻層308的一部分、第一金屬層310的一部分、層312的一部分、和/或設置在鈍化層 312上的附加保護層314的一部分。設置在器件層302上(具體而言是在第一金屬層310上)的是表面金屬層210，其 可以是還包括鉭層的第二金屬層的子層。表面金屬層210通過層312的一部分與第一金屬 層310分離開並與其電絕緣。表面金屬層210被電連接到器件層302內的電晶體的地線， 並且例如還可以電連接到主電源地線以及其它地線，雖然這些電連接中沒有一個在圖3的 橫截面剖面中可見。然而，圖1和2的柔性電路106經由表面金屬層210電連接到圖2的 第二接地網絡212。還可以說，第二接地網絡212被實現在包括表面金屬層210的第二金屬 層處。還可以說，第二接地網絡212不是主要實現在第一金屬層310處。分離線317指示圖3中的線317的左側的各部分在列印頭晶片104上被布置得 比圖3中具體所示的更遠離圖3中的線317的右側的各部分。在線317的左側的各部分包 括襯底觸點318。觸點318使第一金屬層310的一部分暴露，並且在此位置處不存在鈍化層 312、保護層314和絕緣層307中的任何一個。觸點318處的第一金屬層310因此電學地暴 露襯底202，這是因為，襯底202上的此位置處的兩個層、即薄電阻層308和第一金屬層310 兩者都是導電的。圖1和2的柔性電路經由第一金屬層310電連接到圖2的第一接地網絡 206。還可以說，第一接地網絡206主要被實現在第一金屬層310處。因此，圖3示出如何將圖2的接地網絡206和212在列印頭晶片104本身內相互 電隔離。表面金屬層210例如與觸點318所在的那部分第一金屬層310電隔離。這樣，只 要第二接地網絡212被實現在包括表面金屬層210的第二金屬層處，並且第一接地網絡206 主要被實現在第一金屬層310處，則接地網絡206和212在列印頭晶片104本身內就被相 互電隔離。圖4示出根據本公開的實施例的用於至少部分地製造噴墨列印設備列印頭組件 100的方法400。應注意的是，只有製造過程的某些部分在圖4中被具體地示出並在本文中 被描述。本領域的普通技術人員因此可以認識到，可以執行其它部分以完成列印頭組件100 的製造。特別地，只有與本公開的實施例相關的部分在圖4中被描繪並在本文中被描述。提供用於列印頭組件100的列印頭晶片104的襯底202(402)。其後，可以在襯底 上形成包括薄膜電晶體和/或加熱電阻器316的器件層302(404)。在其後的某一時間，在 器件層302上形成第一金屬層310(406)，其中，如已描述的那樣，第一接地網絡206主要在 第一金屬層310處實現。最後，在第一金屬層310上形成表面金屬層210(408)，其中，如已 描述的那樣，第二接地網絡212在包括表面金屬層210的第二金屬層處實現。可以蝕刻襯底202，以使得第一接地網絡206和第二接地網絡212處於不同的電 位(410)。例如，可以使用氫氧化四甲銨(TMAH)對襯底202進行溼法蝕刻。已經發現，TMAH 蝕刻襯底202在表面金屬層210 (即，第二接地網絡212)相對於襯底202 (即，第一接地網 絡206)處於一定電位時被最佳地執行。否則，襯底202可能被不適當地蝕刻。如本領域的
6普通技術人員可以認識到的那樣，可以將襯底202蝕刻為產生用於通過列印頭晶片104饋 送油墨的孔，和/或在加熱電阻器316附近產生乾淨且平滑的邊緣。本發明的實施例允許 表面金屬層210相對於襯底202處於一定電位，只要在柔性電路106被附著於晶片104之 前襯底202和表面金屬層210 (即，第一接地網絡206和第二接地網絡212)在列印頭晶片 104本身內被相互電隔離即可。一旦蝕刻已完成，可以將柔性電路106連接到列印頭晶片104(412)，以使得接地 網絡206和第二接地網絡212變得相互電連接。這樣，當正在使用列印頭組件100時，可以 使接地網絡206和212 (即，表面金屬層210和襯底202或第一金屬層310)保持在同一接 地或其它公共電位，這已被發現導致組件100的最佳運行。因此，在列印頭組件100的使用 期間，接地網絡206和212由於其在柔性電路106處相互電連接而保持相互電連接。最後，圖5示出根據本公開的實施例的基本的噴墨列印設備500。噴墨列印設 備500可以是噴墨式印表機，或者除噴墨列印功能之外還可以包括其它功能的多合一設備 (AIO)或多功能設備(MFD)。噴墨列印設備500在圖5中被描繪為包括已描述的列印頭組 件100和噴墨印表機構502。本領域的普通技術人員可以認識到，除圖5中所描繪的那些之 外，噴墨列印設備500可以且通常將包括其它組件。噴墨印表機構502包括以下組件通過這些組件，噴墨列印設備500通過例如將油 墨熱噴射到諸如紙張的介質上而在介質上形成圖像。因此，列印頭組件100可以與噴墨打 印機構502共享組件。也就是說，列印頭組件100包括實際上導致油墨被噴射的列印頭芯 片104。在這個意義上來說，可以將噴墨印表機構502說成是與列印頭組件100共享列印頭 晶片104。如本領域的普通技術人員可以認識到的那樣，噴墨印表機構502可以包括的其它 組件是固件、介質前進電動機(media advancement motor)等等。
權利要求
一種用於噴墨列印設備的列印頭組件，包括列印頭晶片，其包括襯底；第一接地網絡，其電連接到所述襯底；器件層；第二接地網絡，其電連接到所述器件層，其中，第一接地網絡和第二接地網絡在所述列印頭晶片內相互電隔離；以及柔性電路，其連接到所述列印頭晶片，其中，第一接地網絡和第二接地網絡在所述柔性電路處相互電連接。
2.根據權利要求1所述的列印頭組件，其中，在所述列印頭晶片的製造期間，第一接地 網絡暫時處於與第二接地網絡不同的電位。
3.根據權利要求2所述的列印頭組件，其中，第一接地網絡在所述襯底的蝕刻期間暫 時處於與第二接地網絡不同的電位。
4.根據權利要求1所述的列印頭組件，其中，所述列印頭晶片還包括第一接地網絡主 要實現於其中的第一金屬層。
5.根據權利要求4所述的列印頭組件，其中，第一金屬層是鉭鋁合金層和鋁層中的一 個或多個。
6.根據權利要求4所述的列印頭組件，其中，所述列印頭晶片還包括第二接地網絡實 現於其中的第二金屬層。
7.根據權利要求6所述的列印頭組件，其中，第二金屬層包括所述列印頭晶片的表面^^^J^l J^ ο
8.根據權利要求6所述的列印頭組件，其中，第二金屬層包括金層。
9.根據權利要求1所述的列印頭組件，其中，所述襯底是矽襯底。
10.根據權利要求1所述的列印頭組件，其中，所述器件層包括一個或多個電晶體，以 及加熱電阻器，以使油墨從所述列印頭組件被噴射。
11.根據權利要求1所述的列印頭組件，其中，所述柔性電路將所述列印頭晶片電連接 到所述噴墨列印設備。
12.一種方法，包括為噴墨列印設備的列印頭組件的列印頭晶片提供襯底；在所述襯底上形成器件層，所述器件層包括一個或多個電晶體，以及加熱電阻器，以使 油墨從所述列印頭組件被噴射；在所述器件層上形成第一金屬層，所述第一金屬層提供電連接到所述襯底的第一接地 網絡；在所述第一金屬層上形成第二金屬層，所述第二金屬層提供電連接到所述器件層的第 二接地網絡，以使得所述第二接地網絡在所述列印頭晶片內與所述第一接地網絡電隔離； 以及蝕刻所述襯底，以使得所述第一接地網絡在蝕刻期間被保持在與所述第二接地網絡不 同的電位。
13.根據權利要求12所述的方法，還包括將柔性電路附著於所述列印頭晶片，以使得第一接地網絡和第二接地網絡在所述柔性電路處變得相互電連接。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，所述柔性電路用於將所述列印頭晶片電連接 到所述噴墨列印設備。
15.根據權利要求13所述的方法，其中，在所述噴墨列印設備的使用期間，由於第一接 地網絡和第二接地網絡在所述柔性電路處相互電連接，因此第一接地網絡和第二接地網絡 保持相互電連接。
16.一種噴墨列印設備，其包括 噴墨印表機構；以及安裝在所述噴墨列印設備內的墨盒，該墨盒包括 油墨供給；列印頭晶片，其包括 襯底；第一接地網絡，其電連接到所述襯底； 器件層；第二接地網絡，其電連接到所述器件層，其中，第一接地網絡和第二接地網絡在所述打 印頭晶片內被相互電隔離；以及柔性電路，其將所述列印頭晶片電連接到所述噴墨印表機構，其中，第一接地網絡和第 二接地網絡在所述柔性電路處相互電連接，其中，所述噴墨印表機構使油墨經由所述列印頭晶片被噴射到介質上以在該介質上形 成圖像。
17.根據權利要求16所述的噴墨列印設備，其中，在所述列印頭晶片的製造期間，第一 接地網絡暫時處於與第二接地網絡不同的電位。
18.根據權利要求17所述的噴墨列印設備，其中，第一接地網絡在所述襯底的蝕刻期 間暫時處於與第二接地網絡不同的電位。
19.根據權利要求16所述的噴墨列印設備，其中，所述列印頭還包括 第一接地網絡主要實現於其中的第一金屬層；以及第二接地網絡實現於其中且第一接地網絡不是主要實現於其中的第二金屬層， 其中，所述第二金屬層是所述列印頭晶片的表面金屬層。
20.根據權利要求16所述的噴墨列印設備，其中，所述器件層包括一個或多個電晶體， 以及加熱電阻器。
全文摘要
一種用於噴墨列印設備的列印頭組件包括列印頭晶片和連接到該列印頭晶片的柔性電路。該列印頭晶片包括襯底、電連接到該襯底的第一接地網絡、器件層和電連接到該器件層的第二接地網絡。第一接地網絡和第二接地網絡在列印頭晶片內被相互電隔離。第一接地網絡和第二接地網絡在柔性電路處被相互電連接。
文檔編號B41J2/01GK101883683SQ200780101802
公開日2010年11月10日 申請日期2007年12月2日 優先權日2007年12月2日
發明者G·N·伯頓, J·M·託爾格森, K·布魯斯 申請人:惠普開發有限公司