專利名稱：一體化流體組件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種一體化流體組件及其制造方法，特別是指一種可應用于打印機噴墨頭的一體化噴孔片及其制造方法。
背景技術：
一般傳統熱氣泡式以及壓電式噴墨頭在制造的過程中，需要在噴墨頭的最外層粘著一層金屬的噴孔片。但在粘著組裝噴墨頭與噴孔片的過程中，必須使噴孔片的噴嘴與噴墨頭結構能夠對準接合，同時克服粘著劑可能阻塞噴嘴的問題。為了解決上述對位以及阻塞產生的種種問題，往往使制造工藝更加復雜而困難。
隨著制造技術的進步，噴液產品更朝向單片一體化(Monolithicintegrated)發展。由J.D.Lee等人所取得的美國第5,733,433號專利，即利用單一厚膜光阻來進行多次曝光與單次顯影(MESD)的步驟，并配合電鍍鎳的工藝來進行一體化噴孔片的設計與制作。其中，不管是功能的表現還是噴墨頭結構的特性均比傳統制造方式有顯著的提高。但單一厚膜光阻進行多次曝光與單次顯影的控制不易，會影響流體信道高度和噴孔片厚度的尺寸大小，進而影響噴墨品質。
此外，特別是背向式(back shooter)驅動的單體噴墨頭，其墨水儲藏腔上方加熱片處的介電層材料的厚度太薄；容易在制造過程以及之后的高速噴墨過程中破裂。尤其是在噴孔周圍的薄膜更容易因為應力集中而產生破壞。
發明內容
鑒于以上現有技術的問題，本發明的目的在于提供一種一體化流體組件及其制造方法，應用于一體化噴孔片，能夠容易控制地制作一體化噴孔片與流體信道，并且能強化噴孔周圍的結構強度。
為了實現上述目的，本發明揭露了一體化流體組件，其包含有一基板，此基板可為一空片或是具有預先制作完成的圖案；一第一厚膜光阻層，形成于該基板的表面以做為一流體微信道的結構體；一表面層，該表面層可以是一層以上的電鍍金屬層，配合光微影技術與電鍍技術形成于第一厚膜光阻層的表面。其中，一層以上的電鍍金屬層配合一體化流體組件的需要形成各種不同的形狀。
其中，該表面層還可以是一厚膜光阻層；配合光微影技術與電鍍技術形成于第一厚膜光阻層的表面。
本發明的一體化流體組件的制造方法，可應用于一體化噴孔片的制作，其步驟包含有先提供一基板，此基板可為一空片或是具有預先制作完成的圖案；并于基板涂布第一厚膜光阻層；再運用光微影技術曝光此厚膜光阻層；然后，在第一厚膜光阻層的表面形成種子金屬層；并且運用光微影技術在種子金屬層之上形成第二厚膜光阻層，以制作噴孔片為例，其第二厚膜光阻層的圖案為柱狀厚膜光阻結構；再以電鍍方式填入金屬至第二厚膜光阻層的間隙；以及去除第二厚膜光阻層與其覆蓋的種子金屬層部分，即可使金屬層形成一個以上的噴孔；再顯影第一厚膜光阻層以形成流體微信道，以顯影后的第一厚膜光陽層為流體微信道的結構體，其噴孔是導通于流體微信道即形成一一體化噴孔片。
此外，本發明還包含在第一厚膜光阻層的表面形成一種子金屬層的步驟之前，在該厚膜光阻層表面形成一光吸收層的步驟。光吸收層可以吸收光與工藝過程中多余的熱，和避免光阻在多次微影工藝中受到干擾，以提高制造的合格率。
同時本發明還可應用于一體化多階流體組件的制作，重復進行多次厚膜光阻微影，以多層厚膜光阻作為流體信道的結構體；即可制作一體化多階流體組件。包含有下述步驟(a)提供一基板；(b)在該基板形成一厚膜光阻層；(c)運用光微影技術于該厚膜光阻層曝光一流體微信道圖案，該厚膜光阻層為尚未顯影的光阻層與該基板組成具有流體微信道圖案的一基板；(d)在該厚膜光阻層的表面形成一種子金屬層；(e)運用光微影技術在該種子金屬層之上形成一第二厚膜光阻層；(f)電鍍一金屬層填入該第二厚膜光阻層的間隙；
(g)去除該第二厚膜光阻層與其覆蓋的該種子金屬層部分，使該金屬層產生一流通管道；及(h)顯影該第一厚膜光阻層以產生一流體微信道的結構體，該流通管道導通于該流體微信道以形成一具有多階流體構造的基板。
上述的方法，其特點是，在進行步驟(d)之前，依序重復一次以上步驟(b)至步驟(c)。
上述的方法，其特點是，還包含于步驟(c)之后，于該微流體信道圖案的表面形成具有相反圖案設計的一表面厚膜光阻層以取代步驟(d)至步驟(h)。
本發明的一體化流體組件及其制造方法可應用于制作一體噴孔片，省去傳統噴墨頭粘著噴孔片所產生的粘膠殘留與對準的問題。同時，由于一體噴孔片具有電鍍層，可強化噴孔周圍的結構強度。能防止產品在制造流程中破壞或是由于流體高速噴射和流動而導致噴孔周圍的薄膜因應力集中而產生破裂的問題。此外，本發明所應用的兩次厚膜光阻制造工藝，容易控制流體信道高度、噴孔片的厚度與平整度，適合工業上的批量生產和制造。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。
圖1A至圖1F是本發明第一實施例的一體化噴孔片制作流程示意圖；圖2A至圖2G是本發明第二實施例的一體化噴孔片制作流程示意圖。
具體實施例方式
本發明所揭露的一體化流體組件及其制造方法，是配合多次的厚膜光阻工藝來制作一體化流體組件，特別是應用于制造一體化噴孔片。本發明是利用曝光與顯影后的厚膜光阻形成流體微信道，再加上后續的厚膜光阻以及電鍍工藝來制作一體成型的一體化流體組件。
為更詳細說明本發明，以制作一體化噴孔片作為實施例詳述其工藝過程如圖1A至圖1F所示，是本發明第一實施例的一體化噴孔片制作流程示意圖。首先，如圖1A所示，先在半導體基板10上涂布第一厚膜光阻層11；再如圖1B所示，運用光微影技術曝光第一厚膜光阻層11；然后，如圖1C所示，在第一厚膜光阻層11的表面形成種子金屬層12，并且運用光微影技術在種子金屬層12之上形成柱狀的第二厚膜光阻結構13；再參考圖1D，以電鍍方式填入金屬層14至第二厚膜光阻結構13的間隙；以及，如圖1E所示，去除第二厚膜光阻層13與其覆蓋的種子金屬層12部分，使金屬層14形成噴孔；最后，如圖1F所示，顯影第一厚膜光阻層11以形成流體微信道，其顯影后的第一厚膜光阻層11為流體微信道的結構體，其噴孔導通于流體微信道以形成一一體化噴孔片。
同時，本發明還包含另一需在第一厚膜光阻層表面增加光吸收層的第二實施例。其步驟如圖2A至圖2G所示，為本發明第二實施例的一體化噴孔片制作流程示意圖。首先，如圖2A所示，先在半導體基板20上涂布一層第一厚膜光阻層21；再如圖2B所示，運用光微影技術曝光第一厚膜光阻層21；然后，如圖2C所示，在第一厚膜光阻層21的表面形成光吸收層22；并且如圖2D所示，先在光吸收層22表面形成種子金屬層23，再運用光微影技術在種子金屬層23之上形成第二厚膜光阻層24，為制作噴孔其第二厚膜光阻層24是柱狀；如圖2E所示，以電鍍方式填入金屬層25至第二厚膜光阻層24的間隙；以及，如圖2F所示，去除第二厚膜光阻層24與其覆蓋的種子金屬層23部分，使金屬層25形成噴孔；最后，如圖2G所示，顯影第一厚膜光阻層21以形成流體微信道，其顯影后的第一厚膜光阻層21為流體微信道的結構體，其噴孔導通于流體微信道以形成一一體化噴孔片。增加光吸收層可以吸收光和制造流程中多余的熱和避免光阻在多次微影工藝中受到干擾，以提高生產的合格率。
其中，第一厚膜光阻層與第二厚膜光阻層的厚度至少為5微米；其所使用的光阻材料選自于含環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、酚醛樹脂以及壓克力樹脂的光阻其中之一。電鍍的金屬層可為鎳、含鎳合金或含鎳復合物。光吸收層的厚度為0.5微米至10微米；光吸收層可選擇具有高光吸收度的有機高分子材料或含有高光吸收度染料的高分子材料；在本發明第二實施例中是使用編號為CK6020L的黑色顏料，其主成份包含有45％至55％乙酸丙二醇單甲基醚酯(PGMEA，Propylene Glycol Mono-Methyl Ether Accctate)、10％至20％乙氧基丙酸乙酯(EEP，Ethyl Ethoxy Propionate)、其它溶劑與添加物以及調配適當的顏料混合而成。
另外，本發明的制造方法還可應用于制造一體化流體組件，即在基板表面重復多次光阻工藝，在第一厚膜光阻層表面重復堆棧多層的厚膜光阻以形成流體信道的結構體，最后再電鍍金屬層或是以最后一層厚膜光阻形成與鄰接厚膜光阻層的反圖案設計來取代電鍍金屬層，來形成多階的一體化流體組件。
本發明的一體化流體組件及其制造方法可應用于制作一體噴孔片，省去傳統噴墨頭粘著噴孔片所產生的粘膠殘留與對準的問題。同時，由于一體噴孔片具有電鍍層，可強化噴孔周圍的結構強度。能防止產品在制造流程中破壞或是由于流體高速噴射和流動而導致噴孔周圍的薄膜因應力集中而產生破裂的問題。此外，本發明所應用的兩次厚膜光阻制造工藝，容易控制流體信道高度、噴孔片的厚度與平整度，適合工業上的批量生產和制造。
雖然本發明以較佳實施例揭露如上，但是并非用以限定本發明，本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，所做出的等效結構變換，均包含在本發明的專利范圍內。
權利要求
1.一種一體化流體組件，其特征在于，包含有一基板；一第一厚膜光阻層，形成于該基板的表面以做為一流體微信道的結構體；及一表面層，配合光微影技術與電鍍技術形成于該第一厚膜光阻層的表面。
2.如權利要求1所述的一體化流體組件，其特征在于，該表面層選自一電鍍金屬層和一厚膜光阻層其中之一。
3.如權利要求2所述的一體化流體組件，其特征在于，該電鍍金屬層選自鎳、含鎳合金和含鎳復合物其中之一。
4.如權利要求1所述的一體化流體組件，其特征在于，該表面層可配合一體化流體組件的需要利用光微影技術和電鍍方法形成各種不同的形狀。
5.如權利要求1所述的一體化流體組件，其特征在于，該第一厚膜光阻層與該表面層之間具有一層以上的厚膜光阻層。
6.如權利要求1所述的一體化流體組件，其特征在于，該第一厚膜光阻層的厚度為5微米以上。
7.如權利要求1所述的一體化流體組件，其特征在于，該第一厚膜光阻層的材料選自含環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、酚醛樹脂以及壓克力樹脂光阻材料的其中之一。
8.如權利要求1所述的一體化流體組件，其特征在于，該一體化流體組件應用于噴液組件。
9.如權利要求8所述的一體化流體組件，其特征在于，該噴液組件為一體化噴孔片。
10.一種一體化流體組件的制造方法，應用于一體化噴孔片的制作，其特征在于，包含下列步驟提供一基板；于該基板形成一第一厚膜光阻層；運用光微影技術在該第一厚膜光阻層曝光一流體微信道的圖案，該第一厚膜光阻層為尚未顯影的光阻層；于該第一厚膜光阻層的表面形成一種子金屬層；運用光微影技術在該種子金屬層之上形成第二厚膜光阻層；電鍍一金屬層填入該第二厚膜光阻層的間隙；去除該第二厚膜光阻層與其覆蓋的該種子金屬層部分，使該金屬層形成一個以上的噴孔；及顯影該第一厚膜光阻層以產生一流體微信道的結構體，該一個以上的噴孔導通于該流體微信道以形成一體化噴孔片。
11.如權利要求10所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，該第二厚膜光阻層為一個以上的柱狀光阻結構。
12.如權利要求10所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，該第一厚膜光阻層與該第二厚膜光阻層的厚度為5微米以上。
13.如權利要求10所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，該第一厚膜光阻層與該第二厚膜光阻層的材料選自含環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、酚醛樹脂以及壓克力樹脂的光阻材料的其中之一。
14.如權利要求10所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，該金屬層為鎳、含鎳合金和含鎳復合物其中之一。
15.如權利要求10所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，在該第一厚膜光阻層的表面形成一種子金屬層的步驟之前，還包括一在該第一厚膜光阻層表面形成一光吸收層的步驟。
16.如權利要求15所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，該光吸收層的厚度為0.5微米至10微米。
17.如權利要求15所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，該光吸收層的材料選自具有高光吸收度的有機高分子材料以及含有高光吸收度染料的高分子材料其中之一。
18.一種一體化流體組件的制造方法，應用于多階流體組件的制作，其特征在于，包含有下述步驟(a)提供一基板；(b)在該基板形成一厚膜光阻層；(c)運用光微影技術于該厚膜光阻層曝光一流體微信道圖案，該厚膜光阻層為尚未顯影的光阻層與該基板組成具有流體微信道圖案的一基板；(d)在該厚膜光阻層的表面形成一種子金屬層；(e)運用光微影技術在該種子金屬層之上形成一第二厚膜光阻層；(f)電鍍一金屬層填入該第二厚膜光阻層的間隙；(g)去除該第二厚膜光阻層與其覆蓋的該種子金屬層部分，使該金屬層產生一流通管道；及(h)顯影該第一厚膜光阻層以產生一流體微信道的結構體，該流通管道導通于該流體微信道以形成一具有多階流體構造的基板。
19.如權利要求18所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，在進行步驟(d)之前，依序重復一次以上步驟(b)至步驟(c)。
20.如權利要求18所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，還包含于步驟(c)之后，于該微流體信道圖案的表面形成具有相反圖案設計的一表面厚膜光阻層以取代步驟(d)至步驟(h)。
21.如權利要求18所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，該第二厚膜光阻層為一個以上的柱狀光阻結構。
22.如權利要求18所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，該第一厚膜光阻層與該第二厚膜光阻層的厚度為5微米以上。
23.如權利要求18所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，該第一厚膜光阻層與該第二厚膜光阻層的材料選自含有環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、酚醛樹脂以及壓克力樹脂的光阻的其中之一。
24.如權利要求18所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，該金屬層為鎳、含鎳合金和含鎳復合物的其中之一。
25.如權利要求18所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，更包含在該第一厚膜光阻層的表面形成一種子金屬層的步驟之前，于該第一厚膜光阻層表面形成一光吸收層的步驟。
26.如權利要求25所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，該光吸收層的厚度為0.5微米至10微米。
27.如權利要求25所述的一體化流體組件的制造方法，其特征在于，該光吸收層的材料選自具有高光吸收度的有機高分子材料以及含有高光吸收度染料的高分子材料的其中之一。
全文摘要
本發明公開了一種一體化流體組件及其制造方法，可應用于制作打印機噴墨頭的一體化噴孔片；通過兩次厚膜光阻工藝與電鍍技術來形成一體成型的噴孔片與流體微信道結構體；首先，運用光微影技術形成厚膜光阻層并加以曝光；同時，于厚膜光阻層表面形成金屬種子層，再利用第二次的光微影工藝以及配合電鍍技術來形成噴孔片；最后，顯影厚膜光阻層以形成微流道結構，即完成一體化的噴孔片制作；本發明可簡化噴孔片制作的流程、減少接合對準誤差、提高噴孔密度、物理分辨率和結構強度；同時本發明更可延伸為以厚膜光阻工藝來制作多階的一體化流體組件。
文檔編號B41J2/14GK1483580SQ02142778
公開日2004年3月24日 申請日期2002年9月19日 優先權日2002年9月19日
發明者鐘震桂, 林俊仁 申請人:財團法人工業技術研究院