專利名稱：成形噴嘴出口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體噴射裝置。
背景技術(shù)：
在一些流體噴射裝置中，流體液滴從一個或多個噴嘴噴射到介質(zhì)上。噴嘴流體連接至包括流體泵送腔的流體路徑。該流體泵送腔能夠由致動器致動，其引起流體液滴的噴射。該介質(zhì)可以相對于流體噴射裝置移動。流體液滴從特定噴嘴的噴射以介質(zhì)的移動而被定時從而將流體液滴設(shè)置在介質(zhì)上的所需位置處。在這些流體噴射裝置中，通常理想地將具有均一尺寸和速度的流體液滴噴射并且沿相同方向從而將流體液滴均勻地沉積在該介質(zhì)上。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，記載一種噴嘴層，包括半導(dǎo)體主體，具有第一表面、與第一表面相對的第二表面以及通過連接第一和第二表面的主體形成的噴嘴，其中，所述噴嘴配置成通過第二表面上的噴嘴出口噴出流體，所述出口具有由彎曲角部連接的直邊。在另一方面，記載一種制造噴嘴層的方法，包括將半導(dǎo)體主體中的噴嘴的形狀形成為具有噴嘴出口，該噴嘴出口的直邊被彎曲的角部連接。在另一方面，記載一種噴嘴層，包括半導(dǎo)體主體，具有第一表面、與第一表面相對的第二表面以及通過連接第一和第二表面的主體形成的噴嘴，其中，所述噴嘴配置成通過第二表面上的噴嘴出口噴出流體，所述出口具有多個彎曲邊緣。在另一方面，記載一種制造噴嘴層的方法，包括將半導(dǎo)體主體中的噴嘴的形狀形成為具有噴嘴出口，該噴嘴出口具有彎曲邊緣。在另一方面，記載一種噴嘴層，包括半導(dǎo)體主體，具有第一表面、與第一表面相對的第二表面以及通過連接第一和第二表面的主體形成的噴嘴，其中，所述噴嘴配置成通過噴嘴層的外表面上的噴嘴出口噴出流體，保護(hù)性層位于噴嘴出口附近的噴嘴層的外表面上，但是不在噴嘴內(nèi)部，所述保護(hù)性層具有大約70度或更大的接觸角實施方式可包括一個或多個下述特征。該噴嘴出口是基本上方形的或多邊形的。 該噴嘴出口的彎曲角部可具有大約1微米或更大的曲率半徑。該噴嘴層可包括保護(hù)性層， 圍繞所述第二表面上的出口并且至少部分地位于所述噴嘴內(nèi)部。該保護(hù)性層可包括從包括氧化硅、氮化硅、氮化鋁、鉆石狀碳、金屬、摻雜有金屬的氧化物以及它們的組合的組中選出的至少一個材料。該保護(hù)性層可包括無機(jī)、非金屬材料或傳導(dǎo)性材料。該傳導(dǎo)性材料可接地。該保護(hù)性層可減小所述彎曲角部的曲率半徑。該噴嘴可具有將所述第一表面連接至第二表面的直壁。該出口可具有彎曲邊緣，該彎曲邊緣可具有大約1微米或更大的曲率半徑。 該噴嘴可具有將第一表面連接至第二表面的錐形壁。該保護(hù)性層可將噴嘴出口的形狀形成為具有彎曲邊緣。對所述噴嘴成形包括在所述第二表面上的出口的多個角部上形成無機(jī)氧化物層，以及至少部分地形成在所述噴嘴中；以及移除無機(jī)氧化物層。該氧化物層可具有大約1微米與大約10微米之間的厚度。移除無機(jī)氧化物層可包括使用氟化氫酸濕式浸蝕氧化硅。該噴嘴可通過KOH浸蝕而形成在主體中。該半導(dǎo)體主體可包括硅。該噴嘴出口的彎曲角部可具有大約1微米或更大的曲率半徑。該方法可包括圍繞具有曲率半徑的出口以及至少部分地在所述噴嘴內(nèi)部涂覆保護(hù)性層。該保護(hù)性層可包括從包括氧化硅、氮化硅、氮化鋁、鉆石狀碳、金屬、摻雜有金屬的氧化物以及它們的組合的組中選出的至少一個材料。當(dāng)該保護(hù)性層包括傳導(dǎo)性層時，該方法可包括將傳導(dǎo)性層接地。該方法也可包括將噴嘴層固緊至流體流動路徑主體。該噴嘴出口的彎曲邊緣具有大約0.5微米或更大的曲率半徑。該噴嘴出口可具有由彎曲角部連接的直邊。將噴嘴的形狀形成為具有邊緣為彎曲的噴嘴出口可包括在出口的多個邊緣上以及至少部分地在噴嘴內(nèi)部形成無機(jī)氧化物層；以及移除所述無機(jī)氧化物層。該方法可包括圍繞具有彎曲邊緣的出口以及至少部分地在噴嘴內(nèi)部涂覆保護(hù)性層。該方法還可包括將噴嘴出口的形狀形成為具有由彎曲角部連接的直邊。該保護(hù)性層可包括金。在一些實施方式中，所述裝置可包括下述優(yōu)勢其中的一個或多個或沒有。將噴嘴出口的形狀形成為具有彎曲的邊緣和/或角部能夠消除與尖邊緣出口相關(guān)聯(lián)的問題噴嘴可以不太可能被碎片堵塞，能夠改善噴射直度，噴嘴可以更耐久，液滴尺寸可以更均勻。在不限制于任何特定理論的情況下，噴嘴出口的尖邊緣能夠作為刀片和維護(hù)裝置的刮掉部分(例如，刮除器)，刮除器的刮除操作能夠?qū)⒃撍槠苿舆M(jìn)入噴嘴并且阻塞它們。將噴嘴出口的形狀形成為具有彎曲邊緣能夠減小噴嘴產(chǎn)生和截獲碎片的趨勢。在不限制于任何特定理論的情況下，基本上方形噴嘴出口或任何具有尖形或點狀角部的出口會難于沿直線噴射流體滴，因為角部中的高流體表面拉伸力。尖的角部中的高表面拉伸力能夠拉動液滴朝向那一角部，導(dǎo)致該液滴以一角度被噴出。將出口的形狀形成為具有彎曲的角部能夠減小液滴被朝向角部的趨勢并且改善噴射直度。另外，在流體噴射期間，如果流體濺回并且在噴嘴板的外表面上匯集，那么這一流體會干涉隨后噴射的流體滴。例如，該表面上的流體能夠在噴嘴出口附近聚合，當(dāng)液滴被噴射時，噴嘴表面上的流體拉動被噴射的液滴到一側(cè)，影響液滴的直度并且導(dǎo)致在打印介質(zhì)上產(chǎn)生液滴設(shè)置誤差。如果邊緣是尖的但是具有彎曲邊緣和角部，那么對于該表面上聚合的流體來說難于向回進(jìn)入到噴嘴內(nèi)部，在不限制于任何特定理論的情況下，該流體能夠更容易地重新進(jìn)入噴嘴，使得其不會影響到下次噴射的流體液滴的直度。在不限制于任何特定理論的情況下，由半導(dǎo)體材料形成的噴嘴的尖的或點狀邊緣可能是易碎的并且易于受到損害，如果受到損害，那么噴嘴出口會變得形狀不規(guī)則并且以除了直線的角度噴射液滴。此外，對于噴嘴出口的損害能夠增加出口的尺寸(例如，寬度或直徑)，因此增加被噴射的液滴的滴落量。將出口的形狀形成為具有彎曲邊緣和角部能夠改善所述噴嘴的耐久性。“成對形成(twinning) ”這一術(shù)語用于描述以一角度而不是沿直線由噴頭噴射液滴造成液滴設(shè)置誤差。例如，當(dāng)噴頭以一角度噴射液滴時這一液滴可能比所需要的更接近相鄰液滴。這兩個液滴可能匯聚到一起并且所匯聚的液滴的表面拉伸能夠防止液滴完全散開而在打印介質(zhì)上留下白空間。例如通過將噴嘴的形狀形成為具有彎曲特征從而改善噴射直度能夠防止成對形成。將無機(jī)層、非金屬材料、金屬層或二者圍繞噴嘴出口涂覆以及部分地涂覆在噴嘴內(nèi)部能夠增強(qiáng)噴嘴出口抵抗損害和/或使得噴嘴表面耐受化學(xué)物。該噴嘴能夠通過涂覆比噴嘴層的下層材料更耐久的這些材料其中的一個或多個以及通過增加邊緣和角部的曲率半徑而得以強(qiáng)化。摻雜有金屬的金屬層或氧化物層能夠減小噴嘴層表面上累積的電場和/ 或改善打印頭中的電流/電鍍(galvanic)兼容性。一個或多個層能夠施加至具有或不具有彎曲邊緣和/或角部的噴嘴出口。一個或多個實施例的詳細(xì)內(nèi)容闡述在附圖和下述說明書中。其他特征、目的和優(yōu)勢將從說明書和附圖中以及權(quán)利要求中變得清楚明了。


圖1是用于流體液滴噴射的設(shè)備的橫截面?zhèn)纫晥D。圖2A是包括噴嘴層的設(shè)備的橫截面?zhèn)纫晥D，該噴嘴層具有采用錐形壁的噴嘴。圖2B是形成在噴嘴層中的噴嘴出口的仰視圖。圖2C是具有直壁的噴嘴的橫截面?zhèn)纫晥D。圖3是示出噴嘴的受損出口的仰視圖的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。圖4是制作噴嘴層的方法的流程圖。圖5A-F是將氧化物層涂覆至噴嘴層以及移除，涂覆保護(hù)性層以及將噴嘴層固定至流體路徑主體的示意圖。圖6A是具有錐形壁的噴嘴的橫截面?zhèn)纫晥D。圖6B是圖6A中的噴嘴的仰視圖。圖6C是涂覆至噴嘴壁以及噴嘴出口周圍的金屬層的橫截面?zhèn)纫晥D。圖6D是圖6C中的噴嘴層的仰視圖。圖7A是示出具有錐形壁的噴嘴和形成在噴嘴表面上的無機(jī)氧化物層的橫截面?zhèn)纫晥D的SEM圖像。圖7B是在氧化物層被移除并且另一氧化物層重新形成之后的噴嘴的僅右側(cè)的橫截面透視圖的SEM圖像。圖7C是具有氧化物層的噴嘴的橫截面透視圖，該噴嘴具有錐形壁和彎曲的邊緣和角部。圖7D是示出具有彎曲角部的噴嘴出口的噴嘴層的仰視圖。圖7E是包括保護(hù)性層的噴嘴層的仰視圖，示出包括具有減小的曲率半徑的彎曲角部的噴嘴出口。圖8是示出固定至下降器層的噴嘴層的橫截面?zhèn)纫晥D的SEM圖像。在各個附圖中的類似的附圖標(biāo)記示出類似的元件。
具體實施例方式流體液滴噴射能夠?qū)崿F(xiàn)在基板的情況下，例如，微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)，包括流體流動路徑主體、薄膜和噴嘴層。該流體路徑主體具有形成在其中的流體流動路徑，其可以包括流體填充通道、流體泵送腔、下降器以及具有出口的噴嘴。致動器可以定位在薄膜的相對于流體路徑主體并且相鄰于流體泵送腔的表面上。當(dāng)致動器被致動時，該致動器將壓力脈沖施加至流體泵送腔從而使得流體液滴噴射通過出口。頻繁地，該流體路徑主體包括多個流體流動路徑和噴嘴。流體液滴噴射系統(tǒng)可以包括所描述的基板。該系統(tǒng)也可包括用于基板的流體源。 流體蓄液器能夠流體連接至基板從而供給用于噴射的流體。該流體可以是例如化學(xué)化合物、生物學(xué)物質(zhì)或墨。參照圖1，示出微電子機(jī)械裝置的一部分的橫截面示意圖，諸如一個實施方式中的打印頭。該打印頭包括基板100。該基板100包括流體路徑主體102、噴嘴層104和薄膜106。流體蓄液器為流體填充通道108填充流體。該流體填充通道108流體連接至上升器110。該上升器110流體連接至流體泵送腔112。該流體泵送腔112靠近相鄰于致動器 114。致動器114可包括壓電材料，諸如鉛鋯鈦酸鹽(PZT)，并且夾置在驅(qū)動電極與接地電極之間。電壓可以施加至致動器114的接地電極與驅(qū)動電極之間從而將電壓施加至致動器并由此致動該致動器。薄膜106位于致動器114與流體泵送腔112之間。粘合層(未示出) 能夠?qū)⒅聞悠?14固定至薄膜106。噴嘴層104固定至流體路徑主體102的底表面并且能夠具有大約1與100微米之間的厚度(例如，在大約5與50微米之間或者大約15與35微米之間)。具有出口 118的噴嘴117形成在噴嘴層104的外表面120中。流體泵送腔112流體連接至下降器116，其流體連接至噴嘴117。雖然圖1示出多種通道，諸如流體填充通道、泵送腔和下降器，但是這些部件可以不都處于一個共同的平面。在一些實施方式中，流體路徑主體、噴嘴層和薄膜其中的兩個或多個可形成為一體的主體。圖2A示出包括連接至流體路徑主體210的噴嘴層201的模塊200。該噴嘴層201 包括具有錐形壁204的噴嘴202，將第一表面207上的入口 206連接至第二表面209上的出口 208。出口 208可以比入口 206窄。噴嘴層201的第一表面207可以固定至流體路徑主體210 (例如，諸如陽極結(jié)合的結(jié)合，硅到硅的直接片結(jié)合，或者采用粘合劑類似BCB的結(jié)合)。陽極結(jié)合和使用在陽極結(jié)合中的材料的實例記載著美國專利No. 7，052，117中，其完整內(nèi)容通過引用的方式結(jié)合于此。噴嘴層和流體流動路徑主體可采用半導(dǎo)體材料制成，諸如硅，例如單一水晶硅。流體滴可噴射通過形成在第二表面209中的出口 208。圖2B示出具有一側(cè)部的方形出口 208，寬度為W，212，諸如大約1微米與大約100微米之間，諸如大約 1與10微米之間，大約10與30微米之間，或者大約5與50微米之間?？蛇x擇地，圖2C示出將噴嘴入口 216連接至噴嘴出口 218的直壁214的噴嘴202。 一般地，出口的邊緣可具有大約90度或更小的角度(例如，45度或更小)，從噴嘴層的外表面的平面測量。圖2A示出具有出口邊緣220的噴嘴，角度222為大約54度，而圖2C示出出口邊緣224，具有大約90度的角226。圖2A和2C所示的出口 208和218可以是方形的(如圖2B所示)，圓形，橢圓形， 多邊形或者任何其他形狀，適于液滴噴射。如果出口不是方形，那么最長的尺寸可以是例如在大約1微米與大約100微米之間，諸如大約1微米與10微米之間，大約10與30微米之間，或者大約5與50微米之間。這一出口尺寸能夠產(chǎn)生用于一些應(yīng)用的有用流體液滴尺寸。 該噴嘴層能夠形成在半導(dǎo)體主體中，諸如硅，噴嘴能夠形成在半導(dǎo)體主體中，通過等離子浸蝕(例如，深度反應(yīng)性離子浸蝕)，濕式浸蝕(例如，KOH浸蝕)，或者另一過程。多個噴嘴層可形成在單一硅片中并且被一起處理。包括多個噴嘴層的該硅片也可結(jié)合至其他片，諸如包括多個流體流動路徑主體的片。包括多個流體路徑主體的片也可結(jié)合至包括多個薄膜的另一片。圖2A-2C中的噴嘴包括具有尖銳邊緣的出口，其可以是斷開的或者切開的 (chipped)，諸如在打印頭的維護(hù)操作或處理期間。尖銳邊緣可包括具有小于0. 1微米的曲率半徑的邊緣。在維護(hù)操作期間，擦拭器能夠用于從噴嘴層的外表面擦除過多的流體。由于出口具有尖銳邊緣，所以這些邊緣能夠類似刀片起作用并且刮掉擦拭器的部分，隨后，在噴嘴中留下碎片和/或破壞噴嘴出口的邊緣。在其他情況下，正被噴射的流體可撞擊噴嘴層的材料并且蝕開出口的邊緣。圖3是示出噴嘴層300的SEM圖像，具有已經(jīng)被損壞的方形噴嘴出口 302。例如， 噴嘴出口的右側(cè)已經(jīng)被切開并且破壞，現(xiàn)在為不規(guī)則的形狀。這種不規(guī)則的形狀不再以直線噴射流體滴。反而，流體滴將以一角度被噴射，導(dǎo)致在打印介質(zhì)上形成流體滴設(shè)置誤差。 在噴嘴具有錐形壁的情況下，噴嘴出口的寬度能夠明顯地隨著出口的邊緣被切開而增加， 導(dǎo)致不僅由于軌跡誤差和速度降低而出現(xiàn)流體滴設(shè)置誤差，也出現(xiàn)流體滴體積的不理想的增加。圖4是制造噴嘴層的方法的流程圖400，諸如圖2A-2C中的噴嘴層。圖5A-5E是示出噴嘴層的制造的示意圖，例如，用于打印頭。圖5A-5E示出與流體流動路徑諸如例如圖2A 中的流體流動路徑主體210分離開的噴嘴層500。初始地，如圖5A中的橫截面剖視圖所示， 具有深度D，501，的噴嘴層500以及具有出口 504的噴嘴502被制造(步驟401)。噴嘴層 500和噴嘴502能夠采用傳統(tǒng)技術(shù)制成并且能夠具有如上參照圖2A-2C所討論的特征。尤其地，出口 504具有尖銳邊緣506。如圖5B所示，無機(jī)氧化物508的層熱形成在噴嘴層500 的露出表面(步驟402)。在一些實施方式中，無機(jī)氧化物508能夠出現(xiàn)在僅僅一部分噴嘴層上，諸如圍繞外表面510上的出口 504，以及至少部分地在噴嘴502內(nèi)部。接下來，無機(jī)氧化物508被移除(步驟404)，例如，通過使用氟化氫酸，如圖5C所示。無機(jī)氧化物(例如，二氧化硅)能夠具有大約0. 5微米或更大的厚度，諸如大約1 微米或更大，例如在大約1與10微米之間或者在大約2與5微米之間。在不被限制于任何特定理論的情況下，當(dāng)熱氧化物形成在半導(dǎo)體(例如，硅，例如，單晶體硅)表面上時，氧化物既形成在硅表面上也形成進(jìn)入該硅表面，使得大約氧化物厚度的46%小于原始硅表面，54%高于原始硅表面。當(dāng)形成熱氧化物時，氧化劑(例如，水蒸汽或氧氣)在硅表面結(jié)合硅原子從而在硅表面上形成一層硅氧化物。隨著硅氧化物層的厚度增加，氧化劑行進(jìn)到達(dá)硅表面的距離越長。再次在不被限至于特定理論的情況下，氧化劑在噴嘴出口的角部和邊緣處行進(jìn)所需經(jīng)過的距離甚至大于氧化劑在直或平的平面處行進(jìn)的距離。由于氧化劑在角部和邊緣所需經(jīng)過的距離較長，所以角部處的硅表面被腐蝕得較慢，導(dǎo)致角部和邊緣形成圓形或彎曲。與角部共同地，出口的硅邊緣也以不同于平的平面的速率腐蝕，導(dǎo)致邊緣彎曲，但是不如角部那樣大。圖5C示出彎曲邊緣512，圖5D示出彎曲角部514。在一項實施方式中，一層氧化硅(例如，5微米厚)在大約800°C與1200°C之間的溫度下熱產(chǎn)生在硅噴嘴層上(例如，30微米厚)，隨后，設(shè)置在氫氟酸的槽中(例如，持續(xù)大約7分鐘)從而移除氧化硅。在一些實施方式中，在移除氧化物層之后，隨后的氧化物層能夠重新產(chǎn)生和移除。在每層氧化物層形成和移除的情況下，邊緣和角部的曲率半徑能夠被進(jìn)一步增加?？蛇x擇地，為了將尖的邊緣和角部形成為彎曲，可以使用侵蝕劑(例如，Κ0Η)來侵蝕半導(dǎo)體噴嘴層的尖特征從而通過例如將噴嘴層設(shè)置在KOH槽中一段預(yù)定的時間而形成彎曲的邊緣和角部。圖5C示出在氧化物層508已經(jīng)被移除之后的噴嘴層500的橫截面剖視圖，留出現(xiàn)在具有出口 504的噴嘴502并且具有彎曲的邊緣512。該彎曲邊緣能夠具有大于0. 1微米的曲率半徑，諸如0.4微米或更大。該噴嘴入口的邊緣513也在氧化物被移除時彎曲。該邊緣和角部的曲率量可以取決于形成在半導(dǎo)體噴嘴層上的氧化物的厚度。隨著氧化物的厚度增加，邊緣和角部的曲率也能夠增加。圖5D是示出具有彎曲角部514的噴嘴出口 504的底部視圖的光學(xué)顯微照片。在未受到任何特定理論限制的情況下，彎曲的角部能夠通過減小角部中的高流體表面拉伸力和/或通過允許噴嘴層的外表面上的流體更容易地重新進(jìn)入噴嘴出口而改善液滴軌跡的直度。圖5D中的出口 504具有通過彎曲角部54連接的直邊516，該角部可以具有大約0. 5 微米或更大的曲率半徑518，諸如1微米或更大，例如，在大約1與10微米之間或者大約2 與5微米之間。在氧化物被移除之后，圖5E示出涂覆至噴嘴層500的保護(hù)性層522 (例如，無機(jī)、 非金屬層，諸如氧化物、金屬層或者導(dǎo)電層)。該保護(hù)性層可以是比半導(dǎo)體材料更耐久的材料并且能夠強(qiáng)化該半導(dǎo)體材料，尤其是易于受到損壞的尖的特征，諸如在維護(hù)和操作期間。 無機(jī)、非金屬材料能夠包括氧化、鉆石狀碳或者類似氮化硅或者氮化鋁的氮化物。涂覆保護(hù)性層，例如，重新形成另一氧化物層或者濺射金屬層能夠更多地增加邊緣523的曲率，大于圖5C中的硅邊緣512的曲率。邊緣523的曲率半徑可以為大約0. 5微米或更大，諸如1 微米或更大，例如，在大約1與10微米之間或者大約2與5微米之間。但是，如果噴嘴出口為例如方形，那么重新形成的氧化物能夠降低角部的曲率，如果重新形成過多的氧化物，那么氧化物能夠使得角部重新形成方形。因此，在一些實施方式中，為了避免使圖5D的角部 514重新形成方形，重新形成的氧化物的厚度可以小于圖5B中的被移除的氧化物的厚度。 例如，重新形成的氧化物可以為大約50%或者小于被移除氧化物層的厚度。該彎曲的邊緣 523不太容易碎裂和斷開并且能夠防止噴嘴502阻塞，因為彎曲的邊緣523不太可能從維護(hù)裝置刮掉碎片。雖然圖5E示出保護(hù)性層522覆蓋噴嘴層500的表面，但是該保護(hù)性層能夠覆蓋噴嘴層的僅僅以部分，諸如圍繞噴嘴出口的區(qū)域和局部地位于噴嘴504內(nèi)部的區(qū)域?？蛇x擇地，該保護(hù)性層能夠僅處于噴嘴出口周圍的噴嘴層的外表面上并且不處于噴嘴內(nèi)部。在噴嘴層具有低表面能量的情況下(例如，接觸角為大約20°或更小)，諸如硅，噴嘴層的外表面會被過程污染物污染，例如低粘性帶、硅酮和排氣聚合物。這些污染物能夠在具有大約 70°或更大的接觸角的噴嘴出口附近產(chǎn)生非弄濕區(qū)域。具有高表面能量的保護(hù)性層(例如，大約70°或更大的接觸角)，諸如金，能夠涂覆在硅噴嘴層的外表面上，使得污染物和保護(hù)性層具有大約相同的表面能量。通過將具有高表面能量的保護(hù)性層包括在噴嘴層的外表面上，噴嘴層可以是抗污染的。圖5F示出固緊至流體路徑主體524的噴嘴層500(例如，碳體或硅體)(步驟408)。 該噴嘴層能夠通過陽極結(jié)合、硅與硅直接壓片結(jié)合、使用粘合劑諸如類似苯并環(huán)丁烯(BCB) 的環(huán)氧樹脂或者其他固緊裝置而固緊至流體路徑主體。保護(hù)性層522可以是氮化硅，其可以比硅或氧化硅更堅硬并且更耐磨，尤其在更高的溫度下處理時(例如，1000°C或更高)。在更高的溫度下處理可產(chǎn)生更致密的并且具有較少小孔的氮化物層。由于氮化物比氧化物更堅硬，所以較薄的層能夠涂覆至噴嘴，例如， 氮化物層能夠具有小于0. 5微米的厚度，諸如在大約0. 05與0. 2微米之間。如果必要，那么氮化硅也能夠在較低的溫度下沉積(例如，350°C )，這是重要的，如果噴嘴層連接至其他熱敏感部件，諸如，如果暴露至高于其居里溫度的溫度下能夠去極化的壓電致動器。該保護(hù)性層(例如，非金屬層或金屬層)能夠根據(jù)對被噴出流體的耐化學(xué)物性而進(jìn)行選擇。保護(hù)性層是耐化學(xué)物的，例如，如果該層不與流體反應(yīng)。例如，該流體不會明顯地沖擊、浸蝕或使保護(hù)性層變差。該保護(hù)性層也能夠選擇相應(yīng)于其相對于維護(hù)操作的耐久性，諸如刮板，和/或相比較于噴嘴層的下層材料(例如，硅)相比的穩(wěn)定性。具有較少小孔的保護(hù)性層能夠更好地保護(hù)半導(dǎo)體層不受攻擊性流體類似于堿性墨的沖擊。該保護(hù)性層522可以為大約10納米或更大，諸如在大約10納米與20納米之間厚。在一些實施方式中，該保護(hù)性層可包括傳導(dǎo)性材料(例如，非金屬或金屬)從而減少由于噴嘴表面上出現(xiàn)的靜電荷而造成的電場累積，例如，通過將導(dǎo)電材料接地。傳導(dǎo)性材料也可用于改善打印頭中的電流(galvanic)兼容性。該傳導(dǎo)性材料可以是氧化物，諸如銦錫氧化物(ITO)，潛在地由諸如銫或鉛的金屬摻入。在一些實施方式中，該保護(hù)性層可包括金屬層。該金屬可以比噴嘴層的半導(dǎo)體材料(例如，硅)更堅硬。金屬層可以例如包括鈦、鉭、鉬、銠、金、鎳、鎳鉻以及它們的組合。在一些實施方式中，該保護(hù)性層可涂覆至具有或不具有彎曲邊緣和/或角部的噴嘴出口。例如，保護(hù)性層可涂覆至噴嘴出口，而不首先增長和移除氧化物層。圖6A-6D示出正被涂覆至噴嘴層的金屬層(例如，鈦)的示意圖，其中噴嘴出口不具有彎曲邊緣或角部。圖6A示出具有噴嘴602的噴嘴層600，該噴嘴具有錐形壁604，圖 6B示出噴嘴出口 606的底視圖，其為方形形狀，一邊的長度為L，607。其他噴嘴出口形狀也是可行的，諸如圓形、橢圓形或多邊形。圖6C示出涂覆至噴嘴層600的一些表面的金屬層 608，包括在噴嘴內(nèi)部，在錐形壁604上，圍繞噴嘴出口 606，以及在噴嘴層600的外表面612 上。由于沉積過程(例如，濺射)，在噴嘴內(nèi)部上的金屬層可以比外表面612上的金屬層更薄。對于具有比較均勻厚度的金屬層，薄金屬層可以濺射在噴嘴層上(例如，大約200?；蚋?以及第二金屬層可以電鍍在濺射金屬層上(例如，980nm或者更大)。圖6D示出噴嘴出口 606，具有涂覆至噴嘴層的外表面612的金屬層608。在一些實施方式中，圖6C和6D的金屬層露出，意味著隨后的層沒有涂覆在金屬層的上部上。該金屬層可以完全地暴露在外表面上和噴嘴內(nèi)部。雖然自然的氧化物層能夠形成在金屬的表面上，但是這一層處于埃的量級并且這一涂覆的目的將被認(rèn)為是暴露金屬。 對于一些金屬，諸如鈦，自然氧化物層提供使得金屬層耐受攻擊性流體的化學(xué)惰性。在一些實施方式中，噴嘴內(nèi)部的僅金屬層是完全暴露的，雖然非受濕涂層涂覆在外表面上的金屬層。該非受濕涂層提供疏水性表面，使得外表面上的流體形成小珠(bead up)，而不是在噴嘴出口附近形成水坑(puddle)。該非受濕涂層沒有處于噴嘴內(nèi)部，因為噴嘴內(nèi)部的非受濕涂層會影響凹凸面(meniscus)的位置以及流體正確地弄濕噴嘴出口周圍的區(qū)域的能力。非弄濕涂層記載在美國專利出版物No. 2007/0030306 (Okamura等提交于2006年6月30日并且公開于2007年2月8日，名稱為“Non-Wetting Coatingona Fluid Ejector”)、2008/0150998 (Okamura 提交于 2007 年 12 月 18 日并且公開于 2008 年 6 月 26 日，名稱為 “Pattern of Non-ffetting Coating on a FluidEjector")和 2008/0136866 (Okamura等提交于2007年11月30日并且公開于2008年6月12日，名稱為“Non-Wetting Coating on a Fluid Ejector”)，其完整內(nèi)容通過引用的方式結(jié)合于此。 雖然圖6C示出覆蓋完整表面的金屬層608，但是該金屬層能夠被涂覆，使得其覆蓋噴嘴層的僅僅以部分，例如，噴嘴出口周圍的以及至少部分在出口附近的噴嘴內(nèi)部的區(qū)域。該金屬層能夠被選擇從而化學(xué)方面耐受特定流體(例如，具有高PH的堿性流體或者具有低pH的酸性流體)?；瘜W(xué)耐受金屬的實例可包括鈦、金、鉬、銠和鉭。在一項實施方式中，能夠化學(xué)方面耐受堿性流體的鈦或鉭金屬層能夠涂覆至打印頭的硅噴嘴層從而保護(hù)噴嘴出口不在堿性流體的噴出滴落時被浸蝕。該金屬層可以為大約0. 1微米或更大，諸如大約0. 2至5微米厚(例如，2至2. 5 微米)。對于耐久性來說，該金屬層可以為大約1微米或更大，諸如大約1至10微米厚。該金屬層可以是導(dǎo)電的。隨著使噴嘴形成更耐久，該金屬層可以通過例如真空沉積(例如，濺射)或者通過真空沉積和電鍍的組合而被涂覆，使得該金屬層將噴嘴出口的邊緣形成為彎曲。經(jīng)電鍍的金屬相比較于經(jīng)濺射的金屬能夠提供更保形(confomal)、均一的層并且能夠增加噴嘴出口邊緣的曲率半徑。例如，出口邊緣上的金屬層能夠具有1微米或更大諸如2 至5微米的曲率半徑。當(dāng)涂覆保護(hù)性層(例如，金屬層)時，可添加額外的材料從而改變噴嘴的寬度從而使得噴嘴從打印頭到打印頭更均一。例如，如果所需的噴嘴出口寬度為10微米，并且第一打印頭的第一噴嘴層具有11微米的平均出口寬度并且第二打印頭的第二噴嘴層具有12微米的平均出口寬度，那么額外1微米的材料(例如，金屬)能夠圍繞第一噴嘴層的噴嘴涂覆以及在第二噴嘴層上涂覆2微米，使得第一和第二噴嘴板都具有10微米的平均出口寬度。 該單個噴嘴的寬度能夠使用從JMAR Technologies或Tamar Technology獲得的光學(xué)測量工具測量。其他組合也是可行的，諸如第一層無機(jī)非金屬材料(例如，氧化物，氮化硅或氮化鋁)和第二層金屬。采用由硅制成的噴嘴層，精確的噴嘴特征能夠被浸蝕進(jìn)入硅，例如，通過采用金屬噴嘴層不可能進(jìn)行的光刻法和干式或濕式浸蝕，尤其是更厚的噴嘴層(例如， 3-100微米)。通過將薄金屬層沉積在硅上，噴嘴板能夠不僅具有良好的特征，而且耐久和具有化學(xué)惰性。該非金屬和金屬層能夠例如通過PVD、類似PECVD的CVD涂覆，或者在熱氧化物的情況下以熱的方式生成，并且能夠具有與移除氧化物層相同的厚度，或者其可以更厚或更薄，例如，厚度可以在大約0. 1微米或更大，大約0. 5至20微米之間，諸如大約1至10微米。 當(dāng)將所述層涂覆至尖邊緣時，所述層能夠提供大約0. 5微米或更大的曲率半徑，諸如1微米或更大，諸如大約1至5微米。在具有角部的噴嘴的情況下，額外的層可稍微地減少角部的曲率。因此，所述層應(yīng)當(dāng)足夠薄從而避免噴嘴出口的角部的重新形成方形。圖7A是噴嘴層700的SEM圖像，示出形成在半導(dǎo)體噴嘴層(例如，硅)中的噴嘴 702的橫截面?zhèn)纫晥D。噴嘴702的出口 704位于該圖片的頂部附近，入口 706更接近底部。 噴嘴702具有錐形壁部708和邊緣710，已經(jīng)由于熱氧化物層712的增加而稍微地被侵蝕， 使得邊緣710稍微彎曲。如上所述，在噴嘴層702的表面上使氧化物層712增長可將所述邊緣和角部形成為彎曲形。圖7B是示出氧化物層720被移除并且氧化物層715重新形成在硅表面上之后僅僅噴嘴702的右側(cè)的橫截面透視圖的SEM圖像。邊緣713具有大于圖7A中的硅邊緣710 的曲率大的曲率半徑。圖7C是形成在噴嘴層700中的噴嘴702的橫截面透視俯視示意圖，具有從第一表面714上的入口 706開始并且終結(jié)于第二表面716上的出口 704的錐形壁708。該錐形壁 708形成截頭金字塔形狀，其可通過KOH浸蝕而形成。該噴嘴入口 706和出口 704具有通過彎曲角部720連接的直邊718，入口 706通過錐形壁708連接至出口 704。諸如無機(jī)、非金屬和/或金屬層的保護(hù)性層722涂覆至具有彎曲特征的噴嘴層700。在一些實施方式中，錐形壁可以是圓錐形的或者多邊形的，而不是錐形?？蛇x擇地，該噴嘴可具有錐形壁和直壁的組合，例如，在噴嘴入口處開始的噴嘴的第一部分能夠具有錐形壁，所述錐形壁連接具有終結(jié)于噴嘴出口的直壁的噴嘴的第二部分，諸如美國專利No. 7，347，532所描述的噴嘴，其完整內(nèi)容通過引用的方式結(jié)合于此。返回參照圖7A和7B，在一項實施方式中，氧化物層712 (如圖7A所示)能夠在熱的作用下生長至大約5微米的厚度，隨后被移除，這將硅邊緣710的形狀形成為具有大約 0.4微米的曲率半徑。具有大約2微米厚度的氧化物層715 (如圖7B所示)重新形成在硅表面上，使得氧化物邊緣713處的曲率半徑為大約2. 5微米。如前所述，雖然重新增長氧化物層會增加邊緣713的曲率半徑，但是其可減小角部的曲率半徑。例如，圖7D示出噴嘴出口 702，在增長和移除5微米厚的氧化物層712 (從圖7A)之后，角部724具有在硅表面727 處大約5微米的曲率半徑726。在一些實施方式中，該角部724的曲率半徑可以大約等于所移除的氧化物層712的厚度。圖7E示出在2微米厚氧化物層715重新增長之后的噴嘴出口 702，在角部730處的曲率半徑728被減小至大約3微米。為了限制角部的曲率的減小， 重新增長的氧化物可以比被移除的氧化物層薄。該噴嘴層可以分離地如圖5A-5E所示進(jìn)行處理或者固緊至另一部件用于處理。例如，如果噴嘴層的厚度不足以被分離地處理，那么該噴嘴層可以通過例如陽極結(jié)合、硅與硅直接墊片結(jié)合或者使用粘合劑(例如，BCB)而結(jié)合至另一部件(例如在不使用薄膜和致動器的情況下結(jié)合至流體路徑主體或者結(jié)合至下降器層)。圖8是示出組合部件800的橫截面?zhèn)纫晥D，包括固緊至下降器層802(例如，硅)的噴嘴層801(例如，硅)。該噴嘴層801包括多個噴嘴804，它們與形成在下降器層802中的多個下降器806對齊。類似于上述過程， 氧化物層能夠涂覆至組合部件800并且隨后被移除，第二層(例如，保護(hù)性層，類似于氧化物或金屬)能夠涂覆至組合部件800，最終其能夠被固緊至流體流動路徑主體(未示出)。在一些實施方式中，該噴嘴層能夠由其本身部分地處理，并且在將噴嘴層結(jié)合至另一部件之后被完全處理。例如，該熱氧化物層能夠形成在噴嘴層上并且從該噴嘴層移除， 然后該噴嘴層能夠結(jié)合至流體流動路徑主體，之后，保護(hù)性層能夠涂覆至噴嘴層。在其他實施方式中，噴嘴層未被氧化，而除了熱氧化物的保護(hù)性層能夠涂覆至已經(jīng)結(jié)合至流體路徑主體的噴嘴層的表面。在說明書和權(quán)利要求中使用的術(shù)語諸如“內(nèi)部”和“外部”和“上部”和“下部”示出基部、噴嘴層和這里所述的其他元件的各個部件之間的相互定位。使用“內(nèi)部”和“外部” 以及“上部”和“下部”不表示基部或噴嘴層的特定取向。雖然具體的實施例已經(jīng)在此描述，但是其他特征、目的和優(yōu)勢將從說明書和附圖中變得清楚明了。所有的這種變化被包括在如隨后的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種噴嘴層，包括半導(dǎo)體主體，具有第一表面、與第一表面相對的第二表面以及通過連接第一和第二表面的主體形成的噴嘴，其中，所述噴嘴配置成通過第二表面上的噴嘴出口噴出流體，所述出口具有由彎曲角部連接的直邊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴層，其中，所述第二表面上的出口是基本上方形的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴層，其中，所述第二表面上的出口是基本上多邊形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴層，其中，所述彎曲角部具有大約1微米或更大的曲率半徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴層，還包括保護(hù)性層，圍繞所述第二表面上的出口并且至少部分地位于所述噴嘴內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴嘴層，其中，所述保護(hù)性層包括從包括氧化硅、氮化硅、氮化鋁、鉆石狀碳、金屬、摻雜有金屬的氧化物以及它們的組合的組中選出的至少一個材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴嘴層，其中，所述保護(hù)性層包括無機(jī)、非金屬材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴嘴層，其中，所述保護(hù)性層包括傳導(dǎo)性材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的噴嘴層，其中，所述傳導(dǎo)性材料接地。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴嘴層，其中，所述保護(hù)性層減小所述彎曲角部的曲率半徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴層，其中，所述噴嘴具有將所述第一表面連接至第二表面的直壁。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴嘴層，其中，所述出口具有彎曲邊緣。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的噴嘴層，其中，所述彎曲邊緣具有大約1微米或更大的曲率半徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴嘴層，其中，所述噴嘴具有將第一表面連接至第二表面的錐形壁。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的噴嘴層，其中，所述保護(hù)性層將噴嘴出口的形狀形成為具有彎曲邊緣。
16.一種制造噴嘴層的方法，包括將半導(dǎo)體主體中的噴嘴的形狀形成為具有噴嘴出口，該噴嘴出口的直邊被彎曲的角部連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，對所述噴嘴成形包括在所述第二表面上的出口的多個角部上形成無機(jī)氧化物層，以及至少部分地形成在所述噴嘴中；以及移除無機(jī)氧化物層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述氧化物層具有大約1微米與大約10微米之間的厚度。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，移除無機(jī)氧化物層包括使用氟化氫酸濕式浸蝕氧化硅。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述噴嘴通過KOH浸蝕而形成在主體中。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體主體包括硅。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述彎曲角部具有大約1微米或更大的曲率半徑。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括圍繞具有曲率半徑的出口以及至少部分地在所述噴嘴內(nèi)部涂覆保護(hù)性層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述保護(hù)性層包括從包括氧化硅、氮化硅、氮化鋁、鉆石狀碳、金屬、摻雜有金屬的氧化物以及它們的組合的組中選出的至少一個材料。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述保護(hù)性層包括傳導(dǎo)性層。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括將傳導(dǎo)性層接地。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述保護(hù)性層將噴嘴出口的形狀形成為具有彎曲邊緣。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括將噴嘴層固緊至流體流動路徑主體。
29.一種噴嘴層，包括半導(dǎo)體主體，具有第一表面、與第一表面相對的第二表面以及通過連接第一和第二表面的主體形成的噴嘴，其中，所述噴嘴配置成通過第二表面上的噴嘴出口噴出流體，所述出口具有多個彎曲邊緣。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的噴嘴層，其中，所述噴嘴具有將所述第一表面連接至第二表面的直壁。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的噴嘴層，其中，所述彎曲邊緣具有大約0.5微米或更大的曲率半徑。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的噴嘴層，還包括圍繞所述第二表面上的出口的以及至少部分地在所述噴嘴中的保護(hù)性層。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的噴嘴層，其中，具有保護(hù)性層的彎曲邊緣的曲率半徑為大約1微米或更大。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的噴嘴層，其中，所述噴嘴出口包括由彎曲角部連接的直邊。
35.一種制造噴嘴層的方法，包括將半導(dǎo)體主體中的噴嘴的形狀形成為具有噴嘴出口，該噴嘴出口具有彎曲邊緣。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，將噴嘴的形狀形成為具有邊緣為彎曲的噴嘴出口包括在出口的多個邊緣上以及至少部分地在噴嘴內(nèi)部形成無機(jī)氧化物層；以及移除所述無機(jī)氧化物層。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，還包括圍繞具有彎曲邊緣的出口以及至少部分地在噴嘴內(nèi)部涂覆保護(hù)性層。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，還包括將噴嘴出口的形狀形成為具有由彎曲角部連接的直邊。
39.一種噴嘴層包括，半導(dǎo)體主體，具有第一表面、與第一表面相對的第二表面以及通過連接第一和第二表面的主體形成的噴嘴，其中，所述噴嘴配置成通過噴嘴層的外表面上的噴嘴出口噴出流體， 保護(hù)性層，所述保護(hù)性層位于噴嘴出口附近的噴嘴層的外表面上，但是不在噴嘴內(nèi)部， 所述保護(hù)性層具有大約70度或更大的接觸角。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的噴嘴層，其中，所述保護(hù)性層包括金。
全文摘要
記載一種噴嘴層，具有半導(dǎo)體主體，該主體具有第一表面、與第一表面相對的第二表面以及穿過連接第一和第二表面的主體形成的噴嘴，其中，噴嘴配置成通過第二表面上的噴嘴出口噴射流體，所述出口具有由彎曲角部連接的直邊。
文檔編號B05B5/08GK102202797SQ200980143263
公開日2011年9月28日 申請日期2009年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者克里斯托夫·門澤爾, 小威廉·R·勒滕德爾, 托馬斯·G·杜比, 格雷戈里·德布拉班德, 迪恩·A·加德納, 馬琳·麥克唐納 申請人:富士膠卷迪馬蒂克斯股份有限公司