專利名稱：噴墨打印頭的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種噴墨打印頭的制造方法，這種打印頭有極好的可操作性來(lái)高效快速地成形小孔板內(nèi)高質(zhì)量的小孔(小洞)。
現(xiàn)有技術(shù)最近，噴墨打印機(jī)已經(jīng)被廣泛使用，噴墨打印機(jī)包括熱噴式和壓電式兩種，熱噴式打印機(jī)在由加熱電阻元件加熱墨水產(chǎn)生的氣泡壓力的作用下噴射墨滴，壓電打印機(jī)是通過(guò)由壓電電阻元件(壓電元件)畸變向墨水加壓來(lái)噴射墨滴的。
這些種類的打印機(jī)不需要顯影階段和轉(zhuǎn)印階段，并且將墨滴直接噴射到記錄介質(zhì)上來(lái)記錄信息，因此它們?cè)谛⌒突徒档痛蛴」姆矫姹仁褂蒙鄣碾娮诱障囝愋痛蛴C(jī)優(yōu)越止。因此，這些類型的打印機(jī)使用普遍，特別是作為個(gè)人打印機(jī)用。
根據(jù)墨滴的噴射方向，熱噴式打印機(jī)頭可以分為二種結(jié)構(gòu)類型一種是側(cè)噴射器式熱噴墨打印頭，這種打印頭向平行于生熱電阻元件的生熱表面的方向噴射墨滴，另一種是頂噴射器式或俯噴射器式熱噴墨打印機(jī)頭，這種打印頭向垂直于生熱電阻元件的生熱表面的方向噴射墨。頂噴射器式熱噴墨打印機(jī)頭特別以它的低功耗而著稱。


圖1A-1C，示例并從原理上說(shuō)明了這種頂噴射器式熱噴墨打印頭的打印原理。如圖1A所示，一個(gè)生熱電阻元件2放置在硅基底1上，并且小孔板3被粘貼到未示出的隔墻上且面向硅基底1排放。小孔板3內(nèi)成形了許多小孔4，作為噴墨的噴嘴，位于面對(duì)生熱電阻元件2的位置上。未示出的電極連接到生熱電阻元件2的兩端，并一直向裝有生熱電阻元件2的墨水流通道供墨水5。
為了從小孔4噴射墨滴，如圖1B所示，首先(1)根據(jù)圖象信息提供能量加熱生熱電阻元件2，進(jìn)而在生熱電阻元件2上導(dǎo)致氣泡核化。(2)產(chǎn)生的氣泡結(jié)合在一起，形成了一個(gè)薄膜氣泡6。(3)薄膜氣泡6絕熱地膨脹生長(zhǎng)，擠壓附近的墨水，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)墨水5′從小孔4流出，以使墨水5′形成噴向未示出紙張表面的墨滴7，如圖1C所示。(4)當(dāng)生成的薄膜氣泡6的熱量被附近的墨水吸收時(shí)，薄膜氣泡6收縮。(5)薄膜氣泡6消失，為下一次生熱電阻元件2加熱作好準(zhǔn)備。(1)-(5)步的過(guò)程是瞬時(shí)進(jìn)行的。
制造這樣的熱噴墨打印機(jī)頭的一種方法是利用硅LSI技術(shù)和薄膜技術(shù)，以單片的方式同時(shí)形成許多生熱電阻元件、這些元件的驅(qū)動(dòng)器和許多小孔。
圖2提供了一個(gè)表，說(shuō)明制造這樣的一個(gè)熱噴墨打印機(jī)頭的步驟。如圖2所示，第一步，在基底上形成一個(gè)氧化膜、一個(gè)電阻膜和一個(gè)電極膜。第二步分別在電阻膜和電極膜上利用照相平板印刷工藝或類似的工藝形成生熱元件圖案和電極圖案。第三步，形成一個(gè)隔墻，這個(gè)隔墻將基底上的區(qū)域分割成預(yù)定的結(jié)構(gòu)，定義墨水流通道。第四步，在基底中形成墨水供給通道和墨水供給孔。第五步，將小孔板粘貼到隔墻上。第六步，在小孔板表面上形成金屬膜并在金屬膜上形成小孔圖案。第七步，使用普通干蝕刻系統(tǒng)、準(zhǔn)分子激光器或類似的技術(shù)成形小孔。第八步，在一個(gè)大晶片上完全成形的單個(gè)基底被分割成獨(dú)立的單元。第九步，每個(gè)單獨(dú)的首基底連接到一個(gè)座基底上，座基底的引線與相關(guān)的引線連接，這樣完成了一個(gè)實(shí)際的熱噴墨打印頭單元。
在裝配頂噴射器式熱噴墨打印頭過(guò)程中，小孔板應(yīng)以這樣的方式進(jìn)行粘接，即不會(huì)埋上由大約10μm高的隔墻形成的墨水槽或墨水通道。而當(dāng)設(shè)計(jì)隔墻超過(guò)15μm高來(lái)消除這樣的擔(dān)心時(shí)，是不能夠應(yīng)用光敏樹脂(用于制造隔墻的材料)一次形成超過(guò)15μm高的隔墻的。二次應(yīng)用光敏樹脂將使形成隔墻步驟時(shí)間加倍，這樣降低了工作效率。
另外，一個(gè)超過(guò)10μm高的高隔墻，使形成細(xì)的墨水流通道變得很困難，而細(xì)的墨水流通道是具有400dpi或更高分辯率的打印機(jī)所必需的。在這方面，隔墻的高度最大應(yīng)被設(shè)定為大約10μm。通常通過(guò)把環(huán)氧基或類似的粘性物質(zhì)加到聚酰亞胺或類似的樹脂上的方法制備小孔板，采用熱壓粘接工藝將其粘貼到隔墻上。這種原理要求在使用前施加粘性物質(zhì)的厚度應(yīng)是，如5μm或更小，并應(yīng)立即粘貼到基底上。困難的是，使粘性物質(zhì)均勻并且薄。即使粘性物質(zhì)達(dá)到5μm厚是可能的，通過(guò)上面利用熱壓粘接工藝擠壓的粘性物質(zhì)，使粘接后墨水槽或墨水流通道變窄到5μm高，以致于墨水槽和墨水流通道可能被阻塞，這取決于粘性物質(zhì)厚度的變化。
傳統(tǒng)原理在均勻和薄地施加粘性物質(zhì)和施加粘性物質(zhì)后貯存技術(shù)問(wèn)題方面是有困難的，因此在施加粘性物質(zhì)后必須立即進(jìn)行粘貼小孔板的工作。進(jìn)而，因?yàn)檎承晕镔|(zhì)是粘的，在粘貼小孔板的時(shí)候應(yīng)小心處理施用了粘性物質(zhì)的隔墻，換而言之，可操作性不高。即使使用可靠的高熱阻聚酰亞胺，以制造上面提到的隔墻和小孔板，但如果使用了具有低熱阻的粘性物質(zhì)，使用期間粘性物質(zhì)變壞將降低隔墻和小孔板的高熱阻可靠性。
最近，通過(guò)在大約30-40μm厚的基礎(chǔ)物質(zhì)聚酰亞胺的粘貼面上形成粘性物質(zhì)層的方法，獲得了前面所述的小孔板3，這個(gè)粘性物質(zhì)層是由具有高玻璃態(tài)過(guò)渡點(diǎn)以致在室溫下不會(huì)流動(dòng)并具有極好熱阻性的熱塑性粘性材料構(gòu)成的。這確保了施加了粘性物質(zhì)的小孔板的貯存并允許通過(guò)熱壓的方法將小孔板容易地粘貼到基底1上。
然而，值得注意的是，熱塑性粘性物質(zhì)層應(yīng)當(dāng)被粘貼到小孔板的兩面，換句話說(shuō)，不僅是在將要放置基底1的底面上，有粘性層，而且在根本不需要粘貼的頂面也有粘性層。這是因?yàn)橛捎谛】装搴驼承詫釉跓崤蛎浵禂?shù)上有一個(gè)差異，僅在一側(cè)應(yīng)用粘性物質(zhì)層將導(dǎo)致翹起和卷曲，使得處理小孔板3麻煩并導(dǎo)致很低的工作效率。
30-40μm厚的小孔板，雖然當(dāng)其被處理時(shí)是非常薄的薄膜元件，但利用普通的干蝕刻系統(tǒng)或準(zhǔn)分子激光器成形小孔時(shí)還是足夠的，因此，同時(shí)滿意地在小孔板內(nèi)成形多個(gè)小孔是困難的。傳統(tǒng)上，一次以適當(dāng)?shù)臄?shù)量在小孔板內(nèi)成形小孔，使得成形全部小孔很費(fèi)時(shí)。
為了一次形成多個(gè)孔，可以采用具有螺旋波等離子體源的干蝕刻技術(shù)(即后面所指的“螺旋波干蝕刻技術(shù)”，螺旋波是一種在等離子體中傳播的電磁波，被稱為嘯聲波，并能夠產(chǎn)生高密度的等離子體，使用這樣的高密度的等離子體能允許許多小孔同時(shí)精確快速地并在預(yù)定的方向上形成。
然而，由于使用螺旋波干刻系統(tǒng)，在高密度等離子體作用下使目標(biāo)工件的溫度變高和使用了兩面都粘貼有熱塑性物質(zhì)的小孔板，這兩方面產(chǎn)生了不同的問(wèn)題。
圖3A是一個(gè)小孔形成之前的打印頭的局部放大截面剖視圖。圖3B顯示了在金屬膜上掩膜圖案形成完成的狀態(tài)。圖3C示例了通過(guò)螺旋波干刻，在加工小孔的初始階段產(chǎn)生的缺陷。如圖3A所示，小孔板3有熱塑粘性物質(zhì)層8a和8c粘貼到聚酰亞胺薄膜8b的兩面上。
為了形成墨水槽9和未示出的墨水流通道等，將小孔板放置在隔墻11上，粘性物質(zhì)層8c面面對(duì)基底1，并且當(dāng)加熱到200-300℃時(shí)，施壓以便被固定到硅基底1上，如圖3A所示。此后，小孔板3被放置在螺旋錐形波干刻系統(tǒng)中，并根據(jù)圖案15成形小孔。
兩面粘貼了粘性物質(zhì)層的小孔板3在疊放在基底1上之前，是一個(gè)高效成形的元件。隨著在小孔板3上的金屬掩膜14的形成圖案15被成形，而后開始用螺旋錐形波干蝕刻技術(shù)加熱，可是，由于在先于小孔成形(開洞)之前去掉金屬掩膜14暴露圖案部分的熱塑性粘性物質(zhì)層8a的熱膨脹系數(shù)與金屬掩膜14、聚酰亞胺8b等的系數(shù)不同，在中心部分，如圖3C所示，熱塑性粘性物質(zhì)層8a′出現(xiàn)褶皺或隆起。這種情況下，圖案部分暴露的區(qū)域越大，熱塑粘性物質(zhì)層8a′在中心部分隆起的越高。
這種情況下如果繼續(xù)進(jìn)行蝕刻，熱塑粘性物質(zhì)層8a的殘留物流進(jìn)墨水噴射口(小孔)以致于墨水噴射口不是完全的圓形，而是在小孔成形結(jié)束之前發(fā)生畸變。因此打印時(shí)，墨水可能以不同于應(yīng)噴射的方向噴射，例如噴射方向垂直于打印介質(zhì)表面。
因?yàn)?，用于與驅(qū)動(dòng)電路電極引線對(duì)應(yīng)的焊接線連接孔開口部分，有相對(duì)大的暴露區(qū)域，上面提及的現(xiàn)象更應(yīng)值得注意，這導(dǎo)致許多熱塑性粘性物層8a的殘余物殘留下來(lái)。當(dāng)噴墨打印頭采用引線連接到底座基底上時(shí)，熱塑粘性物質(zhì)層8a的殘余物會(huì)導(dǎo)致焊接缺陷。
在上述討論的任何一種情況下，缺陷降低了收益，這導(dǎo)致成本增加和工作效率下降。
發(fā)明簡(jiǎn)述因此，本發(fā)明的目的是提供一個(gè)制造噴墨打印頭的方法，本方法有高的收益和好的可操作性并有效地成形高質(zhì)量的多個(gè)噴嘴，而不會(huì)產(chǎn)生源于熱塑粘性的物質(zhì)層殘余物的焊接缺陷或有缺陷的噴嘴，即使使用具有極好的可操作性并兩面粘貼了熱塑粘性物質(zhì)層的薄膜板作為小孔板的基底材料。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)方面是，一種制造噴墨打印頭的方法，該噴墨打印頭具有一個(gè)基底，在該基底上設(shè)置有多個(gè)用于產(chǎn)生噴射墨水壓力的能量產(chǎn)生元件，和一個(gè)位于所述基底上的小孔，并具有多個(gè)噴嘴，該噴嘴在所述能量產(chǎn)生元件產(chǎn)生的壓力作用下按預(yù)定方向噴射墨水，所述方法包括以下步驟準(zhǔn)備一塊薄膜板材料，在薄膜板材料的上下面分別形成有粘性物質(zhì)層，作為所述小孔板的材料；去除所述薄膜板材料的噴墨側(cè)表面上的一個(gè)所述粘性材料層；在去除了所述粘性材料層的所述薄膜板材料的所述噴墨側(cè)表面上，形成一個(gè)蝕刻掩膜；在所述掩膜上形成對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)噴嘴的圖案；根據(jù)所述圖案，利用干蝕刻形成所述的多個(gè)噴嘴。
根據(jù)上面的噴墨打印頭制造方法，在蝕刻粘性物質(zhì)層過(guò)程中，粘性物質(zhì)層沒(méi)有熱膨脹并且也沒(méi)有反過(guò)來(lái)影響蝕刻過(guò)程。蝕刻之后，粘性物質(zhì)層也不會(huì)作為殘余物殘留下來(lái)，這能夠防殘余物產(chǎn)生焊接缺陷和有缺陷的小孔。進(jìn)一步地，這種方法允許使用能夠用高能量流進(jìn)行快速蝕刻的螺旋波干刻系統(tǒng)。這使得快速成形許多均勻的小孔成為可能。
在這個(gè)制造方法中，去除一個(gè)粘性物質(zhì)層可以在薄膜板材料放置在基底上之后或之前進(jìn)行。在后面的情況下，優(yōu)選的是，當(dāng)薄膜板材料在一對(duì)卷帶滾子之間進(jìn)給時(shí)，掩膜在薄膜板材料上形成，這進(jìn)一步提了工作效率。
在本制造方法中，優(yōu)選的是粘性物質(zhì)層是熱塑類型的，更優(yōu)的是具有150°或更高玻璃態(tài)過(guò)渡點(diǎn)的熱塑粘性物質(zhì)層。
進(jìn)一步地，優(yōu)選的是，掩膜是一個(gè)有防水混合膜的多層掩膜，該掩腌是由一個(gè)防水材料和金屬形成的混合膜和一個(gè)金屬膜構(gòu)成的，并且小孔是在掩膜在小孔板上形成之后成形的。這種改進(jìn)防止成形小孔之后電鍍混合膜時(shí)產(chǎn)生的鍍金屬沉積物粘貼到打印機(jī)頭內(nèi)部，并進(jìn)一步提高了收益。因?yàn)榉浪つ軌蚺c掩膜一起形成，所以大大提高了工作效率。
更進(jìn)一步地，在本制造方法中，優(yōu)選的是，從同時(shí)和高效成形上面提及的符合要求的形狀多個(gè)孔方面來(lái)看，干蝕刻是螺旋波干蝕刻，或利用如抗蝕劑撒器的干蝕刻去除一個(gè)粘性物質(zhì)層。
另外，上述制造方法特別有效地適用于能量產(chǎn)生元件是能加熱墨水產(chǎn)生氣泡而噴射墨水的熱量產(chǎn)生元件。
為達(dá)到上述目標(biāo)，本發(fā)明的另一個(gè)方面是，一種制造噴墨打印頭的方法，該噴墨打印頭具有一個(gè)基底，在該基底上設(shè)置有多個(gè)用于產(chǎn)生噴射墨水壓力的能量產(chǎn)生元件，和一個(gè)位于所述基底上的小孔，并具有多個(gè)噴嘴，該噴嘴在所述能量產(chǎn)生元件產(chǎn)生的壓力作用下按預(yù)定方向噴射墨水，所述方法包括以下步驟準(zhǔn)備一塊薄膜板材料，在薄膜板材料的上下面分別形成有粘性物質(zhì)層，作為所述小孔板的材料；將所述薄膜板材料放置在所述基底上；去除在所述基底上放置的所述薄膜板材料的一個(gè)噴墨側(cè)表面上的一個(gè)所述粘性物質(zhì)層；以及利用蝕刻技術(shù)在已經(jīng)去除了一個(gè)粘性物質(zhì)層的所述薄膜板材料所述噴墨側(cè)表面上形成所述的許多噴嘴。
本制造方法中，另一個(gè)優(yōu)選的是，粘性物質(zhì)層是熱塑類型的。當(dāng)本制造方法應(yīng)用于利用螺旋波干刻成形許多噴嘴的情況時(shí)，特別有效。
此外，為了達(dá)到前面提到的目標(biāo)，一種制造噴墨打印頭的方法，該噴墨打印頭具有一個(gè)基底，在該基底上設(shè)置有多個(gè)用于產(chǎn)生噴射墨水壓力的能量產(chǎn)生元件，和一個(gè)位于所述基底上的小孔，并具有多個(gè)噴嘴，該噴嘴在所述能量產(chǎn)生元件產(chǎn)生的壓力作用下按預(yù)定方向噴射墨水，所述方法包括以下步驟準(zhǔn)備一塊薄膜板材料，在薄膜板材料的上下面分別形成有粘性物質(zhì)層，作為所述小孔板的材料；去除在所述薄膜板材料的一個(gè)噴墨側(cè)表面上的一個(gè)所述粘性材料層；在已經(jīng)去除了一個(gè)粘性物質(zhì)層的所述薄膜板材料的所述噴墨側(cè)表面上形成所述的許多噴嘴。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明當(dāng)閱讀下面的詳細(xì)說(shuō)明和附圖時(shí)，本發(fā)明的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加清晰，其中圖1A-1C是逐步示意說(shuō)明頂噴射器式熱噴墨打印頭打印原理的示意圖。
圖2是說(shuō)明制造傳統(tǒng)熱噴墨打印頭步驟的表。
圖3A、3B和3C是說(shuō)明逐步成形小孔的傳統(tǒng)步驟的示意截面剖視圖。
圖4A是顯示了本發(fā)明第一實(shí)施例的整個(gè)熱噴墨打印頭的平面視圖。
圖4B是顯示了在一個(gè)大硅晶片上形成的同型多個(gè)打印頭的平面視圖。
圖5A-5D是顯示了逐步制造圖4A中熱噴墨打印頭方法的平面視圖。
圖6A-6C分別是顯示當(dāng)圖5B步驟完成時(shí)的放大的熱噴墨打印頭、圖6A中B-B′方向的截面剖視圖和圖6A中C-C′方向的截面剖視圖。
圖7A-7C分別是顯示了當(dāng)隔墻形成步驟完成時(shí)的放大的熱噴墨打印頭、圖7A中B-B′方向的截面剖視圖和圖7A中C-C′方向的截面剖視圖。
圖8A-8C分別是顯示當(dāng)圖5D步驟完成時(shí)的放大的熱噴墨打印頭、圖8A中B-B′方向的截面剖視圖和圖8A中C-C′方向的截面剖視圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的說(shuō)明制造噴墨打印頭步驟的表圖10A-10C分別顯示了圖9說(shuō)明的制造步驟中，第5，6，7步完成時(shí)的熱噴墨打印頭。
圖11A-11C是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例，在說(shuō)明制造噴墨打印頭方法中如何加工小孔板的示意圖。
圖11A-12C是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例，顯示在制造噴墨打印頭方法中制造小孔板步驟的放大截面剖視圖。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將參照附圖進(jìn)行描述。
圖4A是根據(jù)第一實(shí)施例的一個(gè)顯示了全色熱噴墨打印頭(以后簡(jiǎn)稱彩色頭)的平面圖。圖4B是一個(gè)顯示了在一塊大硅晶片上形成的同型多個(gè)打印頭的平面圖，圖4A所示的彩色頭20有4個(gè)在相對(duì)較大的基底21上并行排列的單元頭22a，22b，22c和22d。
每一個(gè)單元頭22a-22d中都有一列多個(gè)小孔(以后稱為小孔列)23，被形成在小孔板上，整個(gè)彩色頭20共有4個(gè)小孔列23，這些小孔列按順序，如從左到右噴射三元色，黃色(Y)、紅色(m)和青色(C)及黑色(b)墨水，黑色墨水僅用于字體和圖像中的黑色部分。
例如，具有360dpi分辯率的彩色頭20在大約8．5mm×19．0mm大小的晶片上需成形128×4=524個(gè)小孔；具有720dpi分辯率的彩色頭20在大約8．5mm×19．0mm大小的晶片上需成形256×4=1024個(gè)小孔。如圖4B所示，多個(gè)(例如超過(guò)90個(gè))打印頭20的基底由劃線限定在一個(gè)單片硅晶片25上，并通過(guò)后面要討論的制造步驟制造完成，如圖4A所示。這之后，彩色頭20將被分割成小塊。
圖5A-5D是用于解釋按步驟制造彩色頭20的方法和從原理上說(shuō)明在一個(gè)硅晶片基底上按步驟成形單元頭的平面圖。雖然圖5D顯示了21個(gè)小孔47，但實(shí)際上可以在上述的直線上設(shè)置128或256個(gè)小孔。
圖6A、7A和8A是顯示了按制造步驟順序，各階段中主要部分的局部放大圖，圖6B、7B和8B是前三個(gè)圖中從B-B′方向看的截面剖視圖。圖6C、7C和8C是前三個(gè)圖中從C-C′方向看的截面剖視圖。為了圖例說(shuō)明方便的緣故，圖6A-8C顯示了5個(gè)獨(dú)立的墨水流通道來(lái)代表具有128或256個(gè)小孔的通道。
圖9提供了一個(gè)說(shuō)明制造彩色頭20步驟內(nèi)容的表。根據(jù)圖9，顯然的是，本實(shí)施例所具有的步驟在數(shù)量上比圖2所示的傳統(tǒng)步驟多一個(gè)。
首先作為準(zhǔn)備步驟，在基底21上利用LSI技術(shù)成形具有電極線和引線27的驅(qū)動(dòng)電路26，如圖5A所示。
接著，在圖9所示的步驟1中，基層21除引線27處以外幾乎整個(gè)表面上成形氧化膜28，圖5A所示，并且利薄膜沉淀技術(shù)如濺射，在合成結(jié)構(gòu)上成形了用于制造產(chǎn)生熱量元件的40nm厚Ta-si-O或類似的電阻薄膜(未示出)。如圖5B所示，然后在基底21上形成一個(gè)用于制造公有電極和獨(dú)立引線電極的電極膜29。優(yōu)選的是，電極膜21有一個(gè)多層結(jié)構(gòu)，這個(gè)多層結(jié)構(gòu)有一個(gè)成形在W-AI(W-Ti，W-Si)等的阻擋金屬層上的Au電極膜。
在隨后的步驟2中，利用照相平版印刷工藝技術(shù)，電極膜29和電阻膜依次被制成預(yù)定的圖案。結(jié)果，根據(jù)為打印頭設(shè)計(jì)的點(diǎn)數(shù)平行形成條形的產(chǎn)生熱量的元件。這些元件將裸露的大致為方形的電阻膜作為產(chǎn)生熱量的區(qū)域，這個(gè)步驟中調(diào)整找齊生熱部分的位置。
圖6A-6C顯示了緊接著第2步完成之后的狀態(tài)，即在基底21上成形了一個(gè)公有電極31(31a、31b)與公有電極供電引線32，獨(dú)立引線電極33和多個(gè)產(chǎn)生熱量區(qū)域34。
在步驟3中，通過(guò)涂層技術(shù)使用象光敏聚酰亞胺的有機(jī)材料制成大約20μm厚的隔墻，以便限定與單個(gè)生熱區(qū)34相連的獨(dú)立墨水流通道和共有墨水流通道。將隔墻材料制成圖案后，向基底21施壓30到60分鐘有些情況下為2小時(shí)的300℃到400℃溫度進(jìn)行硬化(韌化)。經(jīng)過(guò)硬化后，在基底21上形成了10μm高的光敏聚酰亞胺的隔墻。
在隨后的步驟4中，利用濕刻、噴砂等技術(shù)在基底內(nèi)形成墨水供給槽，隨后成形墨水供給孔，墨水供給孔與墨水供給槽相連并向基底21的底面敞開。
圖7A-7C顯示了緊接步驟3和4完成后的狀態(tài)，特別是在基底厚度方向制成了相互連接的墨水供給槽35和墨水供給孔36，并在基底上在預(yù)定的位置處形成了隔墻37，因此確定了墨水流通道。隔墻37有一個(gè)看起來(lái)好象梳子脊的覆蓋在獨(dú)立引線電極33上的密封部分37-1和一個(gè)梳子齒形狀在各個(gè)生熱區(qū)域之間延伸的分隔區(qū)域37-2。由于梳子的齒作為隔墻，形成了具有生熱區(qū)域34的超細(xì)墨水流通道，生熱區(qū)域34位于齒間的基底上，超細(xì)墨水流通道的形成數(shù)量與生熱區(qū)域34的數(shù)量相同。梳子齒的長(zhǎng)度不僅影響墨水流經(jīng)墨水通道時(shí)傳導(dǎo)性，也影響在相鄰墨水流通道內(nèi)流動(dòng)的墨水之間的干擾程度。
在后續(xù)的步驟5中，一個(gè)10-40μm厚象薄膜一樣的聚酰亞胺小孔板粘貼到疊層結(jié)構(gòu)的最頂層，覆蓋在由隔墻37的密封部分37-1和分隔部分37-2組成的墨水流通道上，這個(gè)小孔板在每一個(gè)面上有一個(gè)2-5μm厚的熱塑性聚酰亞胺的粘性物質(zhì)層。當(dāng)加熱到200℃-300℃時(shí)，向合成結(jié)構(gòu)加壓，使小孔板固定，結(jié)果，形成了有蓋的象隧道一樣的墨水流通道。
圖10A顯示了緊接步驟5完成后的狀態(tài)，圖10B和圖10C顯示了第5步之后的步驟。如圖10A所示，當(dāng)疊放了小孔板38時(shí)，對(duì)應(yīng)生熱區(qū)域34形成了象隧道一樣的墨水流通道39。通過(guò)涂加10-40μm厚的聚酰亞胺形成了小孔板38，在大約為25μm厚的聚酰亞胺膜41兩面上有涂加2-5μm厚熱塑性粘性物質(zhì)層42a和42b的超薄薄膜。
就熱塑聚酰亞胺粘性物質(zhì)層42a和42b來(lái)說(shuō)，使用了具有150℃或更高的玻璃態(tài)過(guò)渡點(diǎn)的熱塑性聚酰亞胺粘性物質(zhì)層粘貼到小孔板38的兩面，使小孔不易翹起和彎曲。這樣使得對(duì)小孔板38進(jìn)行處理變得更為容易了。當(dāng)加熱到等于可高于熱塑性材料的玻璃態(tài)過(guò)渡點(diǎn)溫度時(shí)，把兩面涂有高玻璃態(tài)過(guò)渡點(diǎn)的熱塑性聚酰亞胺膜放在隔墻上，并在幾十kg／cm2的壓力作用下加壓幾十分鐘，這樣使聚酰亞胺膜硬化。這樣的熱壓步驟的優(yōu)選條件是，在150℃到240℃溫度之間在19kg／cm2壓力下施壓30分鐘。
在玻璃態(tài)過(guò)渡點(diǎn)150℃或更高的溫度下，熱塑聚酰亞胺粘性物質(zhì)層的彈性模量下降，同時(shí)顯現(xiàn)出粘性。在室溫下，熱塑性聚酰亞胺粘性物質(zhì)層顯現(xiàn)非粘性和好的貯存性，并是穩(wěn)定的和容易處理的，雖然應(yīng)避免與濕氣接觸。因此，貯存兩面涂有熱塑聚酰亞胺粘性物質(zhì)的小孔板并在使用時(shí)切下必要的部分，成為可能。
在圖9所示的步驟6中，除去了涂在圖10A所示小孔板的與基底21相對(duì)面(噴墨面)上的熱塑聚酰亞胺粘性物質(zhì)42a，這個(gè)熱塑聚酰亞胺粘性物質(zhì)層是通過(guò)使用普通的有機(jī)膜蝕刻系統(tǒng)，如簡(jiǎn)單的抗蝕劑施撒器的各向同性蝕刻技術(shù)，在等離子體的條件下去除的。特別是，小孔板38粘貼到基底21上以后，頂面上的熱塑聚酰亞胺粘性物質(zhì)層42a通過(guò)使用大約1kw的氧施撒器蝕刻技術(shù)僅用5-10分鐘就能被去除。
隨后的步驟7中，在去除小孔板38上的熱塑性聚酰亞胺42a時(shí)表面暴露的聚酰亞胺膜上形成了大約為0．5-1μm厚Ni、Ca、AL或類似物質(zhì)的金屬膜，然后在金屬膜上形成圖案，進(jìn)而為選擇性蝕刻小孔板38制造小孔形成了掩膜。
圖5C顯示了步驟7中形成金屬膜后的隨后狀態(tài)，在這一步中，小孔板38放置在基底21的最頂層上，覆蓋了整個(gè)表面，并在小孔板38的頂面形成了金屬掩膜44。在金屬掩膜44上對(duì)應(yīng)如圖10C所示生熱區(qū)域的位置處形成了圖案45。進(jìn)而，在打印頭側(cè)面上對(duì)應(yīng)于引線位置處也形成了圖案，如驅(qū)動(dòng)電路26的引線27和公有電極供電引線32，如圖5B所示。
接著，在步驟8中，根據(jù)金屬掩膜44，使用螺旋波干刻系統(tǒng)對(duì)小孔板38進(jìn)行干刻，同時(shí)成形40μmφ-20μmφ的多個(gè)小孔和打印頭側(cè)面上對(duì)應(yīng)引線的接觸孔48，如驅(qū)動(dòng)電路26的引線27和公有電極供電引線32。
根據(jù)本實(shí)施例，在形成噴墨口的小孔板38表面上去除熱塑性聚酰亞胺42a后，利用干刻技術(shù)從這個(gè)表面開始成形小孔47和接觸孔48，以便從頭開始蝕刻小孔板主體的聚酰亞胺膜41。即使在蝕刻時(shí)，小孔板38的整體溫度上升，與現(xiàn)有技術(shù)不同(見圖3C)的是，在小孔板主體的聚酰亞胺41上進(jìn)行干刻之前，頂面上的熱塑聚酰亞胺膜粘性物質(zhì)層42a沒(méi)有熱膨脹成殘余物，并且也沒(méi)有反過(guò)來(lái)不利于小孔板主體的聚酰亞胺膜41的蝕刻。結(jié)果，在小孔板主體的聚酰亞胺膜41上進(jìn)行均勻干刻，允許同時(shí)成形要求形狀的多個(gè)孔。
圖5D和圖8A-8C顯示了步驟8完成后的隨后狀態(tài)。覆蓋基底21的小孔板38形成了與10μm厚的隔墻37同樣高度的獨(dú)立的象柱子樣的墨水流通道39和將獨(dú)立墨水流通道39與墨水供給槽35連接起來(lái)的公共墨水供給通道46。噴墨小孔47在面對(duì)生熱區(qū)域34處有非常好的圓形截面，由公共墨水流通道46給生熱區(qū)域34提供墨水。符合要求正常形狀的接觸孔48(見圖5D)也在相應(yīng)的打印頭側(cè)面引線位置處形成，如驅(qū)動(dòng)電路引線27和公有電極供電引線32，如圖5B所示。
在上面描述的方法中，制造了有一列噴嘴孔(小孔)47的單元頭22。如圖4A所示的熱噴墨打印頭20有4個(gè)這樣的按順序相互平行排列的單元頭22。
到這一步驟，與圖4B所示狀態(tài)中大硅晶片25相關(guān)的加工已經(jīng)完成。在隨后的步驟中，采用分割鋸為每個(gè)熱噴墨打印頭分割單元頭。而后在步驟10中，將連接線與主基底或類似物上的連接線絲焊，完成打印頭的制造。
根據(jù)上面描述的制造方法，在小孔板放在具有生熱元件的基底上以后，為成形小孔進(jìn)行了掩膜調(diào)整排列。與將已經(jīng)加工了小孔的小孔板后粘貼到基底上的方法相比，調(diào)整精度大大提高。
現(xiàn)在討論本發(fā)明的第二實(shí)施例。
雖然去除小孔板38與基底相反面上的頂面粘性物質(zhì)層(熱塑性聚酰亞胺42a)是在把小孔板放在基底21上之后進(jìn)行的，但去除頂面粘性物質(zhì)層的方式并沒(méi)有被限定為這種特殊的方式，而是可以在把小孔板38疊置在基底21上之前進(jìn)行，這種方式將在第二實(shí)施例中進(jìn)行解釋。
圖11A-11C是顯示如何根據(jù)第二個(gè)實(shí)施例加工小孔板的示意圖。在這種情況下，如圖11A所示，在聚酰亞胺膜41的兩面上疊加具有高玻璃態(tài)過(guò)渡點(diǎn)的熱塑聚酰亞胺粘性物質(zhì)層42a和42b，構(gòu)成一塊用于小孔板的薄板38′。
用于小孔板的薄板38′以卷滾形式貯存，如圖11B左手邊所示，并被以滾輪的形式卷起來(lái)，如圖11B右手邊所示。在加工中，利用普通有機(jī)膜蝕刻系統(tǒng)49，如前面提到的簡(jiǎn)單的抗蝕劑施撒器去除在頂面的熱塑聚酰亞胺粘性物質(zhì)層42a。在后續(xù)的階段中，利用掩膜沉積系統(tǒng)50將金屬掩膜44粘貼到已經(jīng)去掉粘性層42a的薄板38′的表面上。
在這個(gè)方法中，準(zhǔn)備了如圖11C所示的粘有金屬掩膜44的用于小孔板的薄板38′，并且以圓滾的形式卷起來(lái)，如圖11B右手邊，因?yàn)檫@個(gè)用于小孔板的薄板38′是卷起來(lái)的，所以貯存和處理就容易了。
進(jìn)而，在掩膜沉積系統(tǒng)50和卷帶滾輪之間的下部空間布放了一個(gè)基底21的定位模具，并將打洞機(jī)放于其上以在粘有金屬層44的小孔板38′上打孔，以后將小孔板放置在基底21的上面。仿照在第一個(gè)實(shí)施例中提到的步驟7的后半部分進(jìn)行加工，結(jié)果提高了加工效率。
現(xiàn)在將描述本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例。
在上述描述的步驟中，通常，在小孔板內(nèi)成形小孔之后，在形成小孔中已經(jīng)被用作掩膜的金屬膜(如Ni)需要進(jìn)行所謂的混合鍍，用分布在Ni金屬液中的氟碳樹脂、石墨氟化物或類似物質(zhì)微粒鍍金屬膜。這種處理對(duì)小孔板噴墨面表面上的墨水(特別是小孔周圍表面)而言，增加了防水性并改善了憎水性，這樣確保墨滴平滑地滴出而被噴射。
由于具有氟碳樹脂或類似物質(zhì)微粒的混合鍍基本上是沒(méi)有電的鍍敷，要去除，當(dāng)小孔成形之后整個(gè)基底21浸在電鍍液中時(shí)，來(lái)自于鍍液粘貼到小孔噴墨口、細(xì)墨水流通道或其它部分的沉積物，是困難的。
滾動(dòng)加工允許金屬掩膜44在其放置在基底21前粘貼到小孔板上，如小孔薄板38″的情況，但粘貼金屬層和提高防水性的過(guò)程能同時(shí)進(jìn)行，這有利于消除形成小孔后去除混合鍍金屬的要求。這種方式將在第三實(shí)施例中進(jìn)行討論。
圖12A和12B顯示了根據(jù)第三實(shí)施例，在小孔板內(nèi)形成小孔之前的那個(gè)步驟，且圖12C顯示了小孔完成之后的狀態(tài)。如圖12A所示，利用前面討論的方法中的真空沉積法，在幾十米長(zhǎng)的小孔薄板38″上形成200nm厚的Ca或Ni金屬掩膜44。
這個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步地用Ni電鍍液的混合物或分布在電鍍液中的氟碳樹脂，石墨氟化物或類似物微粒電鍍。這能夠增加防水性能。因此形成一個(gè)混合鍍膜51。雖然這個(gè)混合鍍膜51有防水性，但成形小孔的蝕刻比率相對(duì)低下。因此，為了蝕刻后，混合鍍膜51在表面上留有符合要求的大約0．1-0．2μm的厚度，形成的混合鍍膜51應(yīng)為大約0．5-0．6μm厚，比0．1-0．2μm厚得多。
然而，第三實(shí)施例能夠避免使用大量的貴重的防水的混合電鍍液，且為減少混合鍍的時(shí)間形成了與要求的大約0．1-0．2μm厚度一樣薄的混合鍍膜51，混合鍍比只鍍金屬要花費(fèi)更多的時(shí)間。另外，為提高蝕刻率，用普通的不貴的Ni或Ca電鍍表面掩膜52到大約0．3μm，這樣產(chǎn)生了具有三層結(jié)構(gòu)的掩膜，如圖12B所示。
在合成結(jié)構(gòu)上形成小孔圖案53，然后用有三層結(jié)構(gòu)的腌膜和有氧等離子體的螺旋波干刻，進(jìn)行快速蝕刻。結(jié)果在完成成形小孔54之前，完全蝕刻出表面掩膜52，如圖12C所示。雖然混合膜51蝕刻得很少，但在表面上剩余的薄膜的厚度足夠作為小孔板表面防水層用的，因此不用進(jìn)行特殊的處理。小孔54形成完之后，噴墨面能夠具有防水的性能。
值得注意的是，粘貼到薄膜板每一面上的粘性物質(zhì)層沒(méi)有被限定為是熱塑類型的，也可以是熱固類型的。上面描述的制造方法沒(méi)有被限定為使用生熱元件作為產(chǎn)生壓力能元件的熱噴墨打印機(jī)頭，也適用于使用壓電元件的壓電類型的噴墨打印機(jī)頭。
在本發(fā)明寬廣的精神和范圍內(nèi)，可以產(chǎn)生多種實(shí)施例和變化。上面描述的實(shí)施例傾向于說(shuō)明本發(fā)明，沒(méi)有限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍是由附加的權(quán)利要求書說(shuō)明的而不是實(shí)施例。在本發(fā)明權(quán)利要求書同等意義范圍內(nèi)和權(quán)利要求書范圍內(nèi)進(jìn)行的各種修改都在本發(fā)明考慮的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造噴墨打印頭的方法，該噴墨打印頭具有一個(gè)基底(21)，在該基底上設(shè)置有多個(gè)用于產(chǎn)生噴射墨水壓力的能量產(chǎn)生元件(34)，和一個(gè)位于所述基底(21)上的小孔(38)，并具有多個(gè)噴嘴(47)，該噴嘴在所述能量產(chǎn)生元件(34)產(chǎn)生的壓力作用下按預(yù)定方向噴射墨水，所述方法包括以下步驟準(zhǔn)備一塊薄膜板材料(38)，在薄膜板材料(38)的上下面分別形成有粘性物質(zhì)層(42a、42b)，作為所述小孔板的材料；去除所述薄膜板材料(38)的噴墨側(cè)表面上的一個(gè)所述粘性材料層(42a)；在去除了所述粘性材料層(42a)的所述薄膜板材料(38)的所述噴墨側(cè)表面上，形成一個(gè)蝕刻掩膜(44)；在所述掩膜(44)上形成對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)噴嘴(47)的圖案(45)；根據(jù)所述圖案(45)，利用干蝕刻形成所述的多個(gè)噴嘴(47)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述一個(gè)所述粘性物質(zhì)層42a的去除是在所述薄膜板材料(38)放置在所述基底(21)上之后進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述一個(gè)所述粘性物質(zhì)層(42a)的去除是在所述薄膜板材料(38)放置在所述基底(21)上之前進(jìn)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，所述所述掩膜(44)的形成是在所述薄膜板材料(38)放在所述基底(21)上之前進(jìn)行的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，當(dāng)所述薄膜板材料(38)在一對(duì)卷帶滾輪之間進(jìn)給時(shí)，在所述薄膜板材料(38)上形成掩膜44。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述粘性物質(zhì)層(42a、42b)是熱塑類型的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，所述熱塑性粘性物質(zhì)層(42a、42b)有150℃或更高的玻璃態(tài)過(guò)渡點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述掩膜(44)是一個(gè)由一個(gè)防水混合膜和一個(gè)金屬膜的多層膜，該防水混合膜有由防水材料和金屬組成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述干刻是螺旋波干刻。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，利用干刻去除一個(gè)所述的粘性物質(zhì)層(42a)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述能量產(chǎn)生元件為熱量產(chǎn)生元件，用于加熱墨水來(lái)產(chǎn)生氣泡，進(jìn)而導(dǎo)致所述墨水噴射。
12.一種制造噴墨打印頭的方法，該噴墨打印頭具有一個(gè)基底(21)，在該基底上設(shè)置有多個(gè)用于產(chǎn)生噴射墨水壓力的能量產(chǎn)生元件(34)，和一個(gè)位于所述基底(21)上的小孔(38)，并具有多個(gè)噴嘴(47)，該噴嘴在所述能量產(chǎn)生元件(34)產(chǎn)生的壓力作用下按預(yù)定方向噴射墨水，所述方法包括以下步驟準(zhǔn)備一塊薄膜板材料(38)，在薄膜板材料(38)的上下面分別形成有粘性物質(zhì)層(42a、42b)，作為所述小孔板的材料；將所述薄膜板材料(38)放置在所述基底(21)上；去除在所述基底(21)上放置的所述薄膜板材料(38)的一個(gè)噴墨側(cè)表面上的一個(gè)所述粘性物質(zhì)層(42)；以及利用蝕刻技術(shù)在已經(jīng)去除了一個(gè)粘性物質(zhì)層的所述薄膜板材料(38)所述噴墨側(cè)表面上形成所述的許多噴嘴(47)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，所述粘性物質(zhì)層(42a、42b)是熱塑類型的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述干刻是螺旋波干刻。
15.一種制造噴墨打印頭的方法，該噴墨打印頭具有一個(gè)基底(21)，在該基底上設(shè)置有多個(gè)用于產(chǎn)生噴射墨水壓力的能量產(chǎn)生元件(34)，和一個(gè)位于所述基底(21)上的小孔(38)，并具有多個(gè)噴嘴(47)，該噴嘴在所述能量產(chǎn)生元件(34)產(chǎn)生的壓力作用下按預(yù)定方向噴射墨水，所述方法包括以下步驟準(zhǔn)備一塊薄膜板材料(38)，在薄膜板材料(38)的上下面分別形成有粘性物質(zhì)層(42a、42b)，作為所述小孔板的材料；去除在所述薄膜板材料(38)的一個(gè)噴墨側(cè)表面上的一個(gè)所述粘性材料層(42a)；在已經(jīng)去除了一個(gè)粘性物質(zhì)層的所述薄膜板材料(38)的所述噴墨側(cè)表面上形成所述的許多噴嘴(47)。
全文摘要
在使用上下面分別形成有粘性層的薄膜板制造噴墨打印機(jī)頭的方法中,當(dāng)噴墨側(cè)表面的粘性層被去除后在小孔板內(nèi)形成小孔。這會(huì)防止小孔板的形成受到粘性物質(zhì)層的任何殘余物的不利影響并且能允許所需形狀的小孔精確地形成。即使利用使用高功率能量確保螺旋波干蝕刻來(lái)快速形成小孔,由于沒(méi)有粘性物質(zhì)層熱膨脹成為殘余物,以至于多個(gè)小孔能夠同時(shí)快速形成。
文檔編號(hào)B41J2/16GK1293618SQ00800108
公開日2001年5月2日 申請(qǐng)日期2000年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月1日
發(fā)明者上西勝三, 鹽田純司, 河野一郎, 新井一能 申請(qǐng)人:卡西歐計(jì)算機(jī)株式會(huì)社