(57)【要約】【課題】レーザビームにより高い設計自由度で流体吐出スロットを基板に形成する。【解決手段】記述される実施形態は、基板（３００）内の流体吐出スロットとなるフィーチャー（９０５）及びそれを形成する方法に関連する。１つの例示的な実施形態は、第１の基板表面（３０２）と、概ね反対に位置する第２の基板表面（３０３）との間に延在する基板（３００）と、第１の表面（３０２）に対して垂直でない穿孔軸に沿って第１の表面（３０２）内に形成される少なくとも１つのフィーチャー（９０５）とを含むマイクロデバイスにすることができる【選択図】図１１Ｃ
2010018042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体吐出マイクロデバイスを形成する方法であって、
基板をレーザ加工して該基板の第１の表面から基板材料を除去して流体給送スロットを形成すること、
前記流体給送スロットをレーザ加工することで該流体給送スロットを、前記第１の表面に対して垂直でない穿孔軸に沿って前記基板内で延在させること、及び、
前記レーザ加工して前記基板の前記第１の表面から基板材料を除去することと組み合わせて前記基板の第２の表面から基板材料を除去することで前記流体給送スロットを形成すること、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の表面が前記基板の側壁表面であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザ加工には、レーザビームを前記第1の表面に対して第1の角度をなして前記基板に向け、次いで、該レーザビームを前記第1の表面に対して第1の角度とは異なる第２の角度をなして前記基板に向け、少なくとも部分的に前記基板をレーザ加工することが含まれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザ加工には、レーザビームを前記第1の表面に対して１０°〜８０°の範囲の角度をなして前記第1の表面に向けることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記レーザ加工により、前記第1の表面と概ね対向する前記第２の表面との間に延在する前記流体給送スロットを形成することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基板をレーザ加工してレーザビームが前記基板内に前記流体給送スロットを形成するように該レーザビームを制御するためのコンピュータ読み取り可能命令を実行することをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
第１の基板表面と概ね対向する第２の基板表面とを備える基板を有するインクジェットプリントヘッドを形成する方法であって、
レーザビームを使って基板材料を除去して前記基板内に流体給送スロットを形成することであって、当該流体給送スロットは前記レーザビームを前記第１の基板表面に垂直でも平行でもない穿孔軸に沿って前記基板に向けることで形成されること、
前記基板の前記第１の基板表面から基板材料を除去することと組み合わせてレーザビームを使って前記第２の基板表面から基板材料を除去することで前記流体給送スロットを形成すること、
前記第２の基板表面上に薄膜層を位置決めすること、
前記薄膜層上に障壁層を位置決めして少なくとも一つの発射室を画定すること、及び、
オリフィス層内に少なくとも一つの発射ノズルを形成して当該オリフィス層を前記障壁層上に位置決めすることを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記基板内に前記流体給送スロットを形成することには、前記レーザビームを用いて前記基板の側壁面にレーザ加工を行って前記流体給送スロットを形成することが含まれることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の基板表面に垂直ではない前記穿孔軸に沿って前記レーザビームを向けて前記流体給送スロットを形成するためのコンピュータ読み取り可能命令を用いて前記レーザビームを制御することがさらに含まれることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板をレーザ加工して前記第１の基板表面と第２の基板表面間の前記基板内に複数の流体給送スロットを形成すること、をさらに含み、
前記第１の基板表面のレーザ加工で第１の面積を有する第１の開口を画定し、前記第２の基板表面のレーザ加工で前記第１の面積とは異なる第２の面積を有する第２の開口を画定することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記基流体給送スロットは少なくとも一つの側壁で画定され、当該側壁の第１の部分は前記第１の基板表面に概ね垂直であり、当該側壁の第２の別の部分は前記第１の基板表面に垂直ではないことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記レーザビームを制御して前記流体給送スロットを形成し、当該流体給送スロットの断面が前記第１の基板表面において楕円形あるいは長方形を近似するようにすることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
第１の基板表面と概ね対向する第２の基板表面とを備える基板を有するインクジェットプリントヘッドを形成する方法であって、
コンピュータ読み取り可能命令を実行してレーザビームを制御すること、
前記実行されたコンピュータ読み取り可能命令に応じて前記レーザビームを発生すること、
前記実行されたコンピュータ読み取り可能命令に応じて前記レーザビームを前記基板に向けて当該レーザビームが基板材料を除去し前記基板内に一つあるいは複数の当該流体給送スロットを形成させることであって、当該レーザビームは前記第１の基板表面に垂直でも平行でもない前記基板の穿孔軸に沿って前記流体給送スロットを形成するように向けられていること、
前記第１の基板表面から基板材料を除去することと組み合わせて前記第２の基板表面から基板材料を除去することで前記流体給送スロットを形成すること、
前記第２の基板表面上に障壁層を位置決めして少なくとも一つの発射室を画定し、当該少なくとも一つの発射室と前記一つあるいは複数の流体給送スロット間で流体が流通するようにすること、及び、
オリフィス層内に少なくとも一つの発射ノズルを形成して当該オリフィス層を前記障壁層上に位置決めし、当該少なくとも一つの発射ノズルと前記少なくとも一つの発射室間で流体が流通するようにすることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
多くのマイクロデバイスが、その中に複数のフィーチャーが形成された基板を備える。従来のフィーチャーの形状、寸法及び／又は向きは、マイクロデバイスの設計に制約を加えることがある。
【０００２】
図面全体を通して、類似の機構及び構成要素を参照する際に、可能な限り同じ構成要素が用いられる。異なる実施形態を指示するために、アルファベットの添え字が用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００３】
以下に記述される実施形態は、基板内にフィーチャーを形成するための方法及びシステムに関連し、そしてそのような基板を組み込んであるマイクロデバイスに関連する。フィーチャー（複数可）が、ブラインドフィーチャー及び貫通フィーチャーを含む、種々の構成を有することができる。ブラインドフィーチャーは、基板の厚みの全体を貫通しない。その厚みの全体を貫通して延在するフィーチャーは、貫通フィーチャーになる。後続の作製工程において、ブラインドフィーチャーをさらに処理して、貫通フィーチャーを形成することもできる。
【０００４】
その中に複数のフィーチャーが形成される例示的な基板は、数ある中でも、マイクロチップ及び流体吐出デバイスのような種々のマイクロデバイスにおいて利用することができる。プリントヘッドのような流体吐出デバイスは、印刷の応用形態において利用される。また、流体吐出デバイスは、数ある中でも、医療及び実験の応用形態において利用される。例示的な基板は、種々の他の応用形態において利用することもできる。たとえば、画像表示ディスプレイを形成するために、ディスプレイデバイスが、ガラス基板内に形成される複数のフィーチャーを備えることができる。
【０００５】
複数のフィーチャーが流体給送スロット（「スロット」）を含む、いくつかの実施形態を以下に示す。これらの技法は、基板内に形成される他のタイプのフィーチャーにも同じように適用することができる。
【０００６】
スロットが形成される基板は、数ある用途の中でも、インクジェットプリントヘッド及び／又はプリントカートリッジのような流体吐出デバイスに組み込むことができる。以下に記述される種々の構成要素は縮尺通りに描かれていない場合もある。むしろ、含まれる図は、概略的な表現として、本明細書において記述される種々の発明の原理を読者に対して例示することを意図している。
【０００７】
− 例示的なプリンティングデバイス −
図１は、１つの例示的なプリントカートリッジを利用することができる１つの例示的なプリンティングデバイスの概略図を示す。この実施形態では、プリンティングデバイスはプリンタ１００を含む。ここに図示されるプリンタは、インクジェットプリンタの形で具現される。プリンタ１００は、白黒及び／又はカラーで印刷することができる。用語「プリンティングデバイス」は、その機能の少なくとも一部を果たすためにスロット付基板（複数可）を利用する任意のタイプのプリンティングデバイス及び／又は画像形成デバイスを指している。そのようなプリンティングデバイスの例は、限定はしないが、プリンタ、ファクシミリ装置及び写真複写機を含むことができる。この例示的なプリンティングデバイスでは、スロット付基板は、プリントカートリッジに組み込まれるプリントヘッドの一部を含んでおり、その一例が以下に記述される。
【０００８】
− 例示的な製品及び方法 −
図２は、１つの例示的なプリンティングデバイスにおいて利用することができる１つの例示的なプリントカートリッジ２０２の概略図を示す。そのプリントカートリッジは、プリントヘッド２０４と、該プリントヘッドを支持するカートリッジ本体２０６を有している。このプリントカートリッジ２０２では、単一のプリントヘッド２０４が用いられるが、他の例示的な構成は、単一のプリントカートリッジ上で多数のプリントヘッドを利用してもよい。
【０００９】
プリントカートリッジ２０２は、カートリッジ本体２０６内に内蔵型の流体又はインク供給源を有するように構成される。別法では、又はそれに加えて、他のプリントカートリッジ構成は、外部の供給源から流体を取り込むように構成することができる。当業者には、他の例示的な構成も理解されよう。以下の説明では、用語「インク」が利用されるが、流体吐出デバイスは、様々な範囲の流体を給送できることを理解されたい。
【００１０】
プリンタ１００が適切に機能するために、プリントカートリッジ２０２は信頼性があることが望ましい。さらに、製造中にプリントカートリッジが故障すると、製造コストが高くなる。プリントカートリッジの故障は、プリントカートリッジの構成要素の故障に起因する可能性が高い。そのような構成要素の故障は、亀裂が生じることによって引き起こされる可能性がある。そのような事情に鑑みて、以下に記述される種々の実施形態は、亀裂を生じる傾向を減少させたプリントヘッドを提供することができる。
【００１１】
プリントカートリッジ２０２の信頼性は、プリントカートリッジ内に、特にプリントヘッド２０４内に含まれる気泡によって影響を及ぼされる可能性もある。数ある原因の中でも、気泡は、インク内で、プリンティングデバイスの動作の副産物として形成される可能性が高い。たとえば、インクがプリントヘッドの１つ又は複数の発射室から吐出されるときに、プリンティングデバイスのプリントカートリッジにおける吐出工程の副産物として、気泡が形成されることがある。
【００１２】
気泡がプリントヘッド内に蓄積すると、気泡は、発射室のいくつか又は全てへのインクの流れを遮断することがあり、それによりプリントヘッドが機能不良を生ずることもある。後に明らかになるように、いくつかの実施形態は、プリントヘッドから気泡を排出し、そのような機能不良が生じる可能性を減らすことができる。
さらに、プリントカートリッジの設計においては、そのコストを低減することが望ましい。そのようなコストを低減するための１つの方法は、プリントヘッド２０４の寸法を小さくすることであり、それにより材料コスト及び製造コストを削減することである。
【００１３】
図３は、図２に示されるような例示的なプリントヘッド２０４の一部の概略的な断面図を示す。図３Ａは、代替のプリントヘッド構成を示しており、端部給送構造と呼ばれる場合もある。
【００１４】
図３は、一つの軸を横切るように、第１の基板表面（「第１の表面」）３０２に対して直交するように見た図であり、その軸は、図３が示される紙面に入り込むように、そして突出するように延在する。この特定の実施形態では、この軸は、第１の表面と第２の表面との間に存在するとともにそれらの表面に対して概ね平行に延在する長軸である。ここで、基板３００は、第１の表面３０２と、第２の基板表面（「第２の表面」）３０３との間に延在する厚みｔを有する。この実施形態では、流体給送スロット（「スロット」）を含む３つのフィーチャー３０５ａ〜ｃが、第１の表面３０２と第２の表面３０３との間で基板３００を貫通する。本実施形態を説明する上で、用語「スロット」及び「フィーチャー」は同じ意味で利用される。他のフィーチャータイプの例が、図９Ａ、図９Ｂ及び図１０Ａ、図１０Ｂを参照して後に記述される。
【００１５】
この特定の実施形態において、基板３００はシリコンを含み、ドープすることができるか、又はドープしないままにすることもできる。他の基板材料は、限定はしないが、ガリウムヒ素、ガリウムリン、インジウムリン、ガラス、石英、セラミック又は他の材料を含むことができる。
【００１６】
基板厚ｔは、意図する応用形態のために適した任意の適当な寸法を有することができる。実施形態に応じて、基板厚ｔは、１００マイクロメ−トルより薄い厚さから２０００マイクロメ−トル以上の厚さにまで及ぶことができる。１つの例示的な実施形態は、約６７５マイクロメ−トル厚である基板を利用することができる。本明細書では単一の基板が説明されるが、他の適当な実施形態は、製造中に、及び／又は仕上げられた製造物において多数の層を有する基板を含んでもよい。たとえば、１つのそのような実施形態は、第１の構成要素と、処理中の或る時点において除去される第２の犠牲構成要素とを有する基板を用いてもよい。
【００１７】
この特定の実施形態では、基板の第２の表面３０３上に、１つ又は複数の薄膜層３１４が配置される。少なくともいくつかの実施形態では、基板３００が流体吐出デバイスに組み込まれるとき、障壁層３１６及びオリフィス板又はオリフィス層３１８が、薄膜層３１４上に配置される。
【００１８】
一実施形態では、１つ又は複数の薄膜層３１４は、１つ又は複数の導電性トレース（図示せず）、及びトランジスタ（図示せず）及び抵抗３２０のような電気的な構成要素を含むことができる。個々の抵抗は、電気的トレースを介して、選択的に制御することができる。いくつかの実施形態では、薄膜層３１４は、その中を流体が流れることができる多数の流体給送路３２２の壁又は表面を、少なくとも部分的に画定することもできる。また薄膜層３１４は、数ある中でも、フィールド又は熱酸化膜を含むことができる。障壁層３１６は、多数の発射室３２４を少なくとも部分的に画定することができる。いくつかの実施形態では、流体給送路３２２は、障壁層３１６だけで、又は障壁層３１６と薄膜層３１４と組み合わせて画定することができる。オリフィス層３１８は、多数の発射ノズル３２６を画定することができる。個々の発射ノズルは、個々の発射室３２４とそれぞれ位置合わせされることができる。
【００１９】
障壁層３１６及びオリフィス層３１８は、任意の適当な方法で形成することができる。１つの特定の実施態様では、障壁層３１６及びオリフィス層３１８はいずれも、フォトイメージャブルポリマー材料のような厚膜材料を含む。フォトイメージャブルポリマー材料は、任意の適当な方法で披着することができる。たとえば、その材料は「スピンオン」できることは当業者には理解されよう。
【００２０】
スピンオンされた後に、障壁層３１６をパターニングして、その中に、少なくとも部分的に、給送路及び発射室のような所望のフィーチャーを形成することができる。一実施形態では、障壁層のパターニングされたエリアは、一般的に「ロストワックス」と呼ばれる工程において、犠牲材料で満たすことができる。この実施形態では、オリフィス層３１８は、障壁層と同じ材料から構成することができ、障壁層３１６上に形成することができる。１つのこのような例では、オリフィス層の材料は、障壁層上に「スピンオン」することができる。その後、オリフィス層３１８を必要に応じてパターニングして、個々のチャンバ３２４上にノズル３２６を形成することができる。その後、障壁層のチャンバ３２４及び給送路３２２から、犠牲材料を除去することができる。
【００２１】
別の実施形態では、障壁層３１６は厚膜を含み、一方、オリフィス層３１８は電鋳ニッケル又は他の適当な金属材料を含む。別法では、オリフィス層には、「Ｋａｐｔｏｎ」又は「Ｏｒｉｆｌｅｘ」のようなポリマーを用いることができ、レーザアブレーションによってノズルが形成される。他の適当な実施形態は、障壁層及びオリフィス層の両方の機能を果たすオリフィス層を用いることができる。
【００２２】
カートリッジ本体２０６のハウジング３３０は、基板の第１の表面３０２上に配置することができる。いくつかの実施形態では、ハウジング３３０は、ポリマー、セラミック及び／又は他の適当な材料（複数可）を含むことができる。具体的には示されないが、接着剤を利用して、ハウジング３３０を基板３００に接着するか、又は他の方法で接合することができる。
【００２３】
動作時に、インクのような流体が、カートリッジ本体２０６からスロット３０５ａ〜ｃに入ることができる。その後、流体は、個々の給送路３２２を通って、個々の発射室３２４に流れ込むことができる。個々の抵抗３２０又は他の吐出手段の中に電流を流すときに、発射室から流体を吐出することができる。電流は、発射室内に収容される、或る量の流体をその沸点まで加熱して、その流体が膨張して、それぞれ配置されるノズル３２６から流体の一部を吐出するほど十分に、抵抗を加熱することができる。その後、吐出された流体の代わりに、給送路３２２から次の流体を補うことができる。
【００２４】
図３Ａに示されるように、スロット３０５ｂ1は、第１の表面３０２と第２の表面３０３との間に延在する。スロット３０５ａ1、３０５ｃ1は、第２の表面に対して直交するか、又は直角以外の角度を成す第１の側壁３４０及び第２の側壁３４２から、第２の表面３０３まで延在する。そのような構成によれば、小さなプリントヘッドダイサイズを用いて、より大きなダイサイズと同じ機能を提供できるようになる。
【００２５】
図４は、図３に示される基板３００の概略図を示す。この実施形態では、各スロット３０５ａ〜ｃはそれぞれ、穿孔軸ｂ1、ｂ2及びｂ3に沿って、基板３００を貫通して延在する。穿孔軸は、第１の表面及び第２の表面と交差し、スロットを通して流体を流したい方向に概ね対応することができる。スロット３０５ｂは、第２の表面３０３に対して垂直である穿孔軸ｂ2に沿って延在する。スロット３０５ａ及び３０５ｃは、第２の表面３０３に対して垂直でない穿孔ｂ1、ｂ3に沿って延在する。個々のスロット３０５ａ、３０５ｃは、第２の表面３０３に対して角度α1、α2を成す。
【００２６】
角度α1、α2は第２の表面３０３に対して、９０°よりも小さな任意の角度を含むことができ、実施形態に応じて、１０°〜８０°の範囲の値を有する。実施形態によっては、角度α1、α2は、約６０°〜約８０°の範囲を有することができる。他の実施形態では、角度α1、α2は、約４０°〜約５９°の範囲を有することができる。さらに他の実施形態では、角度α1、α2は、約２０°〜約３９°の範囲を有することができる。この特定の実施形態では、角度α1、α2はそれぞれ約６２°を含み、別の特定の実施形態は約４５°の角度を有する。この実施形態では、角度α1、α2は類似する角度を含むが、他の実施形態は異なる値を有することもできる。たとえば、代替の実施形態では、角度α1は４５°の値を有することができるのに対して、角度α2は５５°の値を有する。１つ又は複数の角度のあるスロットを有することにより、以下にさらに詳細に説明されるように、プリントカートリッジ設計及び他のマイクロデバイスの設計において、選択肢を広げることができる。
【００２７】
この実施形態では、スロット３０５ａ、３０５ｃは、長軸に対して垂直に見たときに、第２の表面３０３に対して角度を成す。別法では、又はそれに加えて、他の実施形態は、長軸に沿って見たときに、第２の表面３０３に対して角度を成すことができる。そのような構成の例は、図８〜図８Ｂを参照して、後にさらに詳細に説明されるであろう。１つ又は複数の角度のあるスロットを有する実施形態は、設計に大きな自由度を与えることができる。たとえば、傾斜させたスロットによって、第１の表面３０２において第１の幾何学図形的配列を与えることができ、第２の表面３０３において第２の異なる幾何学図形的配列を与えることができる。
【００２８】
図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ基板の第１の表面３０２及び第２の表面３０３の平面図を示す。この実施形態では、スロット３０５ａ〜３０５ｃは、第１の表面３０２において第１のフットプリント（footprint）すなわち第１の開口４０２ａを画定し、第２の表面３０３において第２の異なる開口４０２ｂを画定する。第１の開口４０２ａは第１の面積を画定し、第２の開口４０２ｂは第２の面積を画定する。いくつかの実施形態において、第１の面積は第２の面積よりも少なくとも約１０パーセント大きくすることができる。この特定の実施形態では、第１の面積は第２の面積よりも約２０パーセント大きい。さらに、この実施形態では、増加した分の面積は主に、開口４０２ｂの幅ｗbと比べて、開口４０２ａの幅ｗaが大きいことによる。
【００２９】
図５は、別の例示的なプリントカートリッジ２０２ａの一部を切り取った斜視図を示す。基板３００ａは、２つの構成要素が互いに結合してプリントカートリッジ２０２ａを形成することができる位置関係でハウジング３３０ａに隣接して配置される。この実施形態では、スロット間に残される基板材料によって、少なくとも部分的に、３つのスロット３０５ｄ〜３０５ｆが画定される。スロット間に残される、この基板材料は、本明細書において「ビーム（複数可）」５０２ａ〜５０２ｄと呼ばれ、スロットの長軸に対して概ね平行に延在する。ビーム５０２ａ及び５０２ｄは、一方ではスロットを画定し、他方では基板端部を画定するので、外側ビームと呼ぶことができる。同様に、ビーム５０２ｂ及び５０２ｃは、両側においてスロットを画定するので、内側ビームと呼ぶことができる。ビーム５０２ａ〜５０２ｄは、スロットの長軸に対して直角に測定したときに、第１の表面３０２ａにおいてそれぞれ幅ｗ1〜ｗ4を有する。
【００３０】
いくつかのプリントカートリッジ設計は、第１の表面３０２ａに対し、基板の最も細いビームの幅を、取り得る最も広いビーム幅に維持することにより、基板３００ａとカートリッジ本体ハウジング３３０ａとの効果的な一体化を達成する。そのような構成は、数ある要因の中でも、カートリッジ本体ハウジング３３０ａを成形するのを助けることができる。この例示される実施形態では、ビーム幅ｗ1〜ｗ4は概ね等しい。
【００３１】
ビーム５０２ａ〜５０２ｄは、スロットの長軸に対して直角に測定されるときに、第２の表面３０３ａにおいてそれぞれ幅ｗ5〜ｗ8も規定する。いくつかのプリントカートリッジ設計は、外側ビーム５０２ａ、５０２ｄを内側ビーム５０２ｂ、５０２ｃよりも相対的に太くし、第２の表面３０３ａ上に存在する種々の電気的な構成要素を、外側ビーム上に配置できるように、基板の第２の表面３０３ａを構成する。図５に示されるように、１つ又は複数の角度のあるスロットを組み込むプリントヘッド基板３００ａは、所望の第１の表面構成及び所望の第２の表面構成の両方を達成することができる。さらに、基板３００ａの内側ビーム５０２ｂ、５０２ｃは、第２の表面における幅ｗ6、ｗ7が基板の厚みｔにわたって維持される構成よりも強く、亀裂が入る可能性が小さい。
【００３２】
図５に示される実施形態は、長軸に沿って見たときに、概ね連続したスロットを有する。他の実施形態では、スロットの一方の側を画定するビームから、そのスロットの反対側を画定する別のビームまで、基板の長軸を横切るように延在する基板材料又は「リブ」を有することができる。
【００３３】
図６〜図６Ｃは、リブ６０２が概ねスロット３０５ｇ〜３０５ｉの軸を横切るように延在する一例を示す。図６は、基板の第２の表面３０３ｂの平面図を示す。図６Ａは、図６に示されるような基板３００ｂの一部を切り取った図を示す。図６Ｂ及び図６Ｃは、ｙ軸に対して概ね直交するように見た、２つの例示的なリブ構成を提供する図を示す。
【００３４】
図６〜図６Ａに示されるように、リブ６０２は、ビーム５０２ｅと５０２ｆとの間、ビーム５０２ｆと５０２ｇとの間、及びビーム５０２ｇとビーム５０２ｈとの間に延在する。図６Ｂは、図６Ａに示されるリブ６０２をもう少し詳細に示しており、一方、図６Ｃは、別の例示的なリブ構成の、図６Ｂに示される図に類似の図である。
【００３５】
図６Ｂは、リブ６０２が、第１の表面３０２ｂに隣接する第１の幅ｗ1から、第２の表面３０３ｂに隣接する第２の幅ｗ2まで次第に細くなる一実施形態を示す。これは、１つの例示的な構成にすぎない。たとえば、他の実施形態は、第１の表面と第２の表面との間で概ね均一な幅を維持することができる。この事例では、リブ６０２は錐台形を近似することができる。そのような構成は、先に説明されたように、スロット３０５ｇによって流体を供給することができる種々のチャンバに、概ね均一な流体の流れを供給することができる。他の実施形態は、他のリブ形状を利用することができる。図６Ａ及び図６Ｂにおいて例示される実施形態では、リブ６０２の高さｈは、基板３００ｂの厚みｔに等しい。
【００３６】
図６Ｃは、リブ高ｈが厚みｔより低い、代替の構成を示す。この特定の事例では、リブ６０２ａは第１の表面３０２ｂから延在するが、第２の表面３０３ｂまでは達しない。厚みｔより低いの高さｈを利用する構成は、スロット３０５ｇから種々のチャンバに供給されて均一な流体環境を得るのに寄与することができる。
【００３７】
図７は、別の例示的な基板３００ｃの断面図を示す。この断面図は図４に示される図に類似しており、長軸に対し垂直である。２つのスロット３０５ｊ、３０５ｋが、第１の表面３０２ｃに対して垂直でない穿孔ｂ4、ｂ5にそれぞれ沿って、基板３００ｃを貫通して延在する。この事例では、穿孔ｂ4、ｂ5は、それぞれ幅ｗ8、ｗ9及びｗ10、ｗ11の中点を横切る。
【００３８】
この実施形態では、スロット３０５ｊは、第１の側壁７０２ａ及び第２の側壁７０２ｂによって、少なくとも部分的に画定される。同様に、スロット３０５ｋは、第１の側壁７０２ｃ及び第２の側壁７０２ｄによって、少なくとも部分的に画定される。
【００３９】
基板３００ｃを組み込むプリントカートリッジの動作中に、気泡が生じる場合がある。記述される実施形態のうちのいくつかによれば、従来のプリントヘッド設計と比べて、プリントヘッドから気泡を容易に排出できるようになる。この特定の実施形態では、気泡が、概ね７０４で示される。気泡７０４に作用する浮力がｚ軸に沿って働く。穿孔ｂ5に沿った流体の流れは、ｙ軸及びｚ軸の両方の成分を有するベクトルとして表すことができる。一般的に、流体の流れのｚ軸成分だけが気泡の浮力に逆らって作用し、気泡は第１の表面３０２ｃに向かって移動し、最終的にはスロットから出る可能性が高くなる。いくつかの事例では、気泡７０４は、第１の側壁７０２ｃに向かって移動し、その後、第１の表面３０２ｃに向かって第１の側壁に沿って上昇することができる。
【００４０】
複数の気泡が発生した場合、それらの気泡は、第１の側壁７０２ｃに向かって移動し、第１の側壁７０２ｃに沿って上昇することができる。共通の経路に従うことにより、気泡が一緒になるように力が働き、結果として凝集する傾向がある。気泡が凝集すると、それらの気泡は、そうでない場合よりも迅速にスロットから流れ出ることができる。浮力がインク流に逆らって気泡を上方に動かすための役割を果たすので、凝集することにより、気泡を除去するのを助けることができる。浮力は気泡径の３乗で増加するのに対して、下方に向かうインク流によって引き起こされる流体抵抗は気泡径の２乗でしか増加しないので、この浮力は、気泡が凝集するのに応じて徐々に支配的になり、大きくなることができる。
【００４１】
図７に示されるように、第１の表面３０２ｃにおけるスロット３０５ｊの幅ｗ8は、第２の表面３０３ｃにおける幅ｗ9よりも大きい。同様に、第１の表面３０２ｃにおけるスロット３０５ｋの幅ｗ10は、第２の表面３０３ｃにおける幅ｗ11よりも大きい。この実施形態では、スロット３０５ｊ、３０５ｋは、第２の表面３０３ｃから第１の表面３０２ｃに向かって全体として広がるスロットプロファイルを有する。従って、気泡７０４が側壁７０２ｃ、７０２ｄの両方と同時に接触するだけの十分な体積を有する場合には、第１の表面３０２ｃに向かって幅が徐々に広がっていることにより、気泡７０４を第１の表面３０２ｃに向かって動かし、最終的にはプリントヘッドから放出するだけの駆動力を与えることができる。
【００４２】
図８〜図８Ｂは別の基板３００ｄを表す。図８は斜視図を表し、一方、図８Ａは、図８に示される線ａ−ａに沿って切り取った断面図を表し、図８Ｂは線ｂ−ｂに沿って切り取った断面図を表す。この実施形態では、線ａ−ａはスロット３０５Ｉの長軸に対して概ね平行であり、線ｂ−ｂはその長軸に対して概ね直交する方向に沿う。
【００４３】
この実施形態では、その長軸に沿って見たとき、スロット３０５Ｉは、図８Ａから最もよく理解されるように、平行四辺形８０４の一部を概ね近似する。同じく、この特定の実施形態では、スロット３０５Ｉは、その長軸に対して横切る方向から見たときに、図８Ｂから最もよく理解されるように、平行四辺形８０６の一部を概ね近似する。他のスロットは、他の幾何学的形状を近似することができる。種々のスロット形状によって、標準的なスロット構成よりも、プリントヘッド設計の自由を高めることができるようになる。
【００４４】
図９Ａ、図９Ｂ及び図１０Ａ、図１０Ｂは、例示的なフィーチャーと、そのフィーチャーを形成するための作製工程とを表す。これら２つの実施形態において、用語「フィーチャー」が用いられる。フィーチャーは、ブラインドフィーチャー、又はスロットを含む貫通フィーチャーにすることができる。
【００４５】
図９Ａ、図９Ｂは、基板３００ｅの断面図を表す。図９Ａは、基板内に１つのフィーチャーを形成する際の中間の段階を表し、一方、図９Ｂは基板３００ｅ内に形成されたフィーチャー９０５を表す。フィーチャー９０５は、数ある用途の中でも、流体給送スロット又は電気的な接続子、たとえば、バイアとして利用することができる。フィーチャー９０５は、第１の表面３０２ｅに対して垂直でなく、第１の表面３０２ｅ及び第２の表面３０３ｅにおいてそれぞれ、フィーチャー幅ｗ12、ｗ13の中点を横切る穿孔軸ｂ7を規定する。
【００４６】
フィーチャー９０５は、１つ又は複数の側壁によって、少なくとも部分的に画定される。この実施形態では、２つの側壁９０２ａ、９０２ｂが示される。またこの実施形態では、個々の側壁９０２ａ、９０２ｂはそれぞれ、第１の表面３０２ｅに対して概ね垂直である第１の側壁部９０４ａ、９０４ｂを有する。さらにこの実施形態では、個々の側壁９０２ａ、９０２ｂは、第１の表面に対して垂直でない第２の別の側壁部９０６ａ、９０６ｂを有する。
【００４７】
フィーチャー９０５は、１つ又は複数の基板除去技法で形成することができる。適当な基板除去技法の例が、図１１Ａ〜図１１Ｃを参照して後に説明される。１つの適当な形成方法は、概ね９１０で示されるように、第２の表面３０３ｅから基板材料を除去することを含むことができる。９１０で示される基板除去工程は、最初に、側壁部９０４ａ、９０４ｂを形成することができる。同じ除去工程及び／又は１つ若しくは複数の異なる除去工程を用いて、概ね９１２で示される基板材料を除去することができる。この事例では、概ね９１２で示される側壁除去工程は、側壁部９０６ａ、９０６ｂを形成することができる。第２の除去工程は、第１の表面３０２ｅ、第２の表面３０３ｅのいずれか、又はそれらの組み合わせから達成することができる。他の実施形態では、９１０で示される基板除去工程の前に、９１２で示される基板除去工程を行うことができる。
【００４８】
図１０Ａ、図１０Ｂは、基板３００ｆ内に形成されるフィーチャー９０５aを示す。フィーチャー９０５ａは、第１の表面３０２ｆに対して垂直ではなく、第１の表面３０２ｆ及び底面１０００においてそれぞれ、フィーチャー幅ｗ14、ｗ15の中点を横切る穿孔軸ｂ8を規定する。この実施形態では、フィーチャー９０５ａは、第１の領域１００１ａ及び第２の領域１００１ｂを含むことができる。いくつかの実施形態では、２つの領域１００１ａ、１００１ｂは、個別の段階において、又は単一の工程において形成することができる。
【００４９】
フィーチャー９０５ａは、１つ又は複数の側壁によって、少なくとも部分的に画定することができる。この実施形態では、２つの側壁１００２ａ、１００２ｂが示される。またこの実施形態では、個々の側壁１００２ａ、１００２ｂはそれぞれ、第１の表面３０２ｆに対して垂直でなく、第１の表面３０２ｆに対して第１の角度α4を成す第１の側壁部１００４ａ、１００４ｂを有する。さらにこの実施形態では、個々の側壁１００２ａ、１００２ｂはそれぞれ、第１の表面３０２ｆに対して垂直でなく、第１の表面３０２ｆに対して第２の異なる角度α5を成す第２の異なる側壁部１００６ａ、１００６ｂを有する。これらの例示的な側壁構成によって、マイクロデバイス設計の自由度を高めることができるようになる。
【００５０】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、基板内に１つの例示的なフィーチャーを形成するための作製工程を示す。
【００５１】
図１１Ａは、基板内にフィーチャー９０５ｂを形成するだけの十分な基板材料を除去するためのレーザマシン１１０２を示す。フィーチャー９０５ｂは概ね、円形、楕円形、長方形、又は規則的若しくは不規則的いずれかの任意の他の所望の形状を近似することができる。説明のために、ここでは、単一の基板３００ｇが示される。他の実施形態は、後に分離することができるか、又は個々の基板にダイシングすることができる、ウェーハ又は他の材料を基にして実行することができる。
【００５２】
この実施形態では、レーザマシン１１０２は、基板３００ｇをレーザ加工するためのレーザビーム１１０８を生成するように構成されるレーザ源１１０６を備える。レーザビーム１１０８のような例示的なレーザビームは、レーザビームが向けられる基板材料を活性化するだけの十分なエネルギーを与えることができる。活性化は、いくつかある処理の中でも、溶融、気化、剥離、フェーズエクスプローディング、アブレーション、化学反応及び／又はそれらの組み合わせを含むことができる。いくつかの例示的なレーザマシンは、基板を除去するのを助けるために、ガスアシスト工程及び／又は液体によるアシスト工程を利用することができる。
【００５３】
この実施形態では、基板３００ｇは、処理用の固定具又はステージ１１１２上に配置される。適当な固定具は、当業者であれば理解するはずである。いくつかのそのような固定具は、ｘ、ｙ及び／又はｚ座標に沿って、基板を動かすように構成することができる。
【００５４】
種々の例示的な実施形態は、レーザビーム１１０８を第１の表面３０２ｇに向けるために、１つ又は複数のミラー１１１４、ガルバノメータ１１１６及び／又はレンズ１１１８を利用することができる。いくつかの実施形態では、そのエネルギーの密度を高めて、さらに実効的に基板を加工するために、レーザビーム１１０８を収光させることができる。これらの例示的な実施形態では、レーザビームを収光させて、レーザビームが基板３００ｇと接触する場所において、所望のビーム形状を達成することができる。
【００５５】
レーザマシン１１０２は、レーザ源１１０６、ステージ１１１２及びガルバノメータ１１１６に接続されるコントローラ１１２０をさらに備える。コントローラ１１２０は、ハードウエア、ソフトウエア及びファームウエアのうちの１つ又は複数に収容されるコンピュータ読取り可能命令を実行するためのプロセッサを備えることができる。コントローラ１１２０は、フィーチャー９０５ｂを形成するために、レーザ源１１０６、ステージ１１１２及び／又はガルバノメータ１１１６を制御することができる。他の実施形態は、手動で、又はコントローラと手動操作との組み合わせで、それらの工程の一部、又は全てを制御することができる。
【００５６】
図１１Ａに示されるように、レーザビーム１１０８が、基板３００ｇ内にフィーチャー９０５ｂを形成している。ステージ１１１２が、基板の第１の表面３０２ｇをレーザビーム１１０８に対して概ね垂直に向けることにより、フィーチャー９０５ｂが形成される。フィーチャー９０５ｂは第１の基板３０２ｇに対して概ね垂直である穿孔軸に沿って延在する。この事例では、フィーチャー９０５ｂの穿孔軸は、基板に隣接するレーザビーム１１０８によって表すことができる。
【００５７】
図１１Ｂは、後続の作製工程を示しており、フィーチャー９０５ｃを形成するために、ステージ１１１２上で基板３００ｇの位置が変更されている。この実施形態では、ステージ１１１２は、基板３００ｇを、レーザビーム１１０８に対して９０°より小さい角度βに向けることができる。種々の実施形態は、約１０°〜約８０°の範囲の角度を利用することができる。いくつかの実施形態では、角度βは約６０°〜約８０の範囲を有することができる。他の実施形態では、角度βは約４０°〜約５９°の範囲を有することができる。さらに他の実施形態では、角度βは約２０°〜約３９°の範囲を有することができる。この特定の実施形態では、角度βは約７０°を含む。レーザ加工中に、基板上でのレーザビームの集光を維持するために、ステージ１１１２、レンズ１１１８及び／又はガルバノメータ１１１６を調整することができる。この工程を用いて、ブラインドフィーチャー及び／又は貫通フィーチャーを形成することができる。図１１Ｂはステージ１１１２及び基板３００ｇがレーザビーム１１０８に対して角度を成している１つの例示的な構成を示しているが、他の例示的な構成は、所望の向きを達成するために、基板に対してレーザビーム及び／又はレーザマシンに角度を付けることができる。さらに他の実施形態は、基板に対するレーザビームの所望の向きを達成するために、レーザビーム及び基板の両方に角度を付けることができる。
【００５８】
図１１Ｃは、別のフィーチャー９０５ｄを形成する、さらなる作製工程を示す。ステージ１１１２は、所望の向きを有するフィーチャー９０５ｄを形成するために、レーザビーム１１０８に対して基板３００ｇの位置を変更している。当業者であれば、他の適当な構成を理解するはずである。
【００５９】
構造的な機構及び方法の段階を具体的に記述したが、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の概念は、記述される具体的な機構又は段階には必ずしも限定されないことを理解されたい。むしろ、特定の複数の機構及び段階が、本発明の概念を具現する複数のかたちで開示されている。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】１つの例示的な実施形態に係る、１つの例示的なプリンタを概略的に表す正面図である。
【図２】１つの例示的な実施形態に係る、図１に示される例示的なプリンタにおいて用いるのに適したプリントカートリッジを概略的に表す斜視図である。
【図３】１つの例示的なプリントカートリッジの一部を概略的に表す断面図である。
【図３Ａ】１つの例示的なプリントカートリッジの一部を概略的に表す断面図である。
【図４】１つの例示的な実施形態に係る、１つの例示的な基板を概略的に表す断面図である。
【図４Ａ】１つの例示的な実施形態に係る、図４に示される基板を概略的に表す上面図である。
【図４Ｂ】１つの例示的な実施形態に係る、図４に示される基板を概略的に表す底面図である。
【図５】１つの例示的な実施形態に係る、プリントカートリッジの一部を概略的に表す斜視図である。
【図６】１つの例示的な実施形態に係る、１つの例示的な基板を概略的に表す平面図である。
【図６Ａ】１つの例示的な実施形態に係る、図６に示される例示的な基板を概略的に表す、一部を切り取った斜視図である。
【図６Ｂ】１つの例示的な実施形態に係る、図６に示される例示的な基板を概略的に表す断面図である。
【図６Ｃ】１つの例示的な実施形態に係る、図６Ｂに表される図の代替の構成を概略的に表す断面図である。
【図７】１つの例示的な実施形態に係る、１つの例示的な基板を概略的に表す断面図である。
【図８】１つの例示的な実施形態に係る、１つの例示的な基板を概略的に表す斜視図である。
【図８Ａ】１つの例示的な実施形態に係る、１つの例示的な基板を概略的に表す断面図である。
【図８Ｂ】１つの例示的な実施形態に係る、１つの例示的な基板を概略的に表す断面図である。
【図９Ａ】１つの例示的な実施形態に係る、１つの例示的な基板を概略的に表す断面図である。
【図９Ｂ】１つの例示的な実施形態に係る、１つの例示的な基板を概略的に表す断面図である。
【図１０Ａ】１つの例示的な実施形態に係る、１つの例示的な基板を概略的に表す断面図である。
【図１０Ｂ】１つの例示的な実施形態に係る、１つの例示的な基板を概略的に表す断面図である。
【図１１Ａ】１つの例示的な実施形態に係る、１つの例示的な基板を形成するための作製工程を示す図である。
【図１１Ｂ】１つの例示的な実施形態に係る、１つの例示的な基板を形成するための作製工程を示す図である。
【図１１Ｃ】１つの例示的な実施形態に係る、１つの例示的な基板を形成するための作製工程を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
２ 記憶回路
４、５ 反転器（インバータ）
２８、２９  トランジスタのグル
【図１】
2010018042.tif 000003
【図６Ａ】
2010018042.tif 000004
【図６Ｂ】
2010018042.tif 000005
【図６Ｃ】
2010018042.tif 000006
【図２】
2010018042.tif 000007
【図３】
2010018042.tif 000008
【図３Ａ】
2010018042.tif 000009
【図４】
2010018042.tif 000010
【図４Ａ】
2010018042.tif 000011
【図４Ｂ】
2010018042.tif 000012
【図５】
2010018042.tif 000013
【図６】
2010018042.tif 000014
【図７】
2010018042.tif 000015
【図８】
2010018042.tif 000016
【図８Ａ】
2010018042.tif 000017
【図８Ｂ】
2010018042.tif 000018
【図９Ａ】
2010018042.tif 000019
【図９Ｂ】
2010018042.tif 000020
【図１０Ａ】
2010018042.tif 000021
【図１０Ｂ】
2010018042.tif 000022
【図１１Ａ】
2010018042.tif 000023
【図１１Ｂ】
2010018042.tif 000024
【図１１Ｃ】
2010018042.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月4日(2009.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記第１の表面が前記基板の側壁表面であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。