專利名稱：制造噴墨打印頭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在噴墨打印頭的噴孔板中同時(shí)且快速形成(鉆出)作為具有精確形狀的噴嘴(下文稱作“噴孔”)的孔的方法。
背景技術(shù)：
近來，噴墨打印機(jī)已廣泛使用。該噴墨打印機(jī)包括一種熱噴型打印機(jī)和一種壓電型打印機(jī)，所述熱噴型打印機(jī)利用一種熱產(chǎn)生電阻元件在對(duì)油墨加熱產(chǎn)生的氣泡的壓力下噴射墨滴，而所述壓電型打印機(jī)則通過壓電電阻元件(壓電元件)的變形施加到油墨上的壓力來噴射墨滴。
因?yàn)檫@些類型的打印機(jī)不需要顯影和轉(zhuǎn)印的步驟，并且直接在記錄介質(zhì)上噴射墨滴來記錄信息，所以與利用粉末狀調(diào)色劑的電子照相型打印機(jī)相比，它們具有易于小型化和利用較低打印能量的優(yōu)點(diǎn)。因此，這些噴墨打印機(jī)尤其普遍用作個(gè)人打印機(jī)。
熱噴型打印頭根據(jù)墨滴的噴射方向分為兩種結(jié)構(gòu)。第一種類型是一種側(cè)面發(fā)射式熱噴墨打印頭，其是在平行于熱產(chǎn)生電阻元件的熱產(chǎn)生表面的方向上噴射墨滴的。第二種類型是一種頂部發(fā)射式或頂端發(fā)射式熱噴墨打印頭，其是在垂直于熱產(chǎn)生電阻元件的熱產(chǎn)生表面的方向上噴射墨滴的。特別地，該頂部發(fā)射式熱噴墨打印頭因其非常低的能量消耗而眾所周知。
圖1A是顯示了配置有這樣一種頂部發(fā)射式熱噴墨打印頭的打印機(jī)結(jié)構(gòu)的透視圖，圖1B是顯示了該噴墨打印頭的噴墨側(cè)的平面圖，圖1C是從圖1B中C-C′方向觀察的橫截面圖，并且圖1D是示范了制造這種噴墨打印頭的硅晶片的平面圖。
圖1A所示的打印機(jī)1是用作家庭和個(gè)人使用的小型打印機(jī)，并且具有一個(gè)滑架2，其與一個(gè)打印的噴墨打印頭3和一個(gè)保存油墨的墨盒4相連。該滑架2由一個(gè)導(dǎo)軌5滑動(dòng)支撐，并且固定在一個(gè)鋸齒形的傳動(dòng)帶6上。通過這種結(jié)構(gòu)，該噴墨打印頭3和該墨盒4在圖中雙箭頭B所示的主打印掃描方向上往復(fù)移動(dòng)。這個(gè)噴墨打印頭3通過一個(gè)柔性的通信電纜7與打印機(jī)1主體中的一個(gè)未顯示的控制單元相連。該控制單元通過該柔性的通信電纜7向該噴墨打印頭3發(fā)送打印數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。
一塊壓印板9位于機(jī)架8的下端部分上，其面向該噴墨打印頭3并在該打印頭3的主掃描方向上延伸。紙張10與該壓印板9相接觸并通過輸紙輥11和導(dǎo)紙輥12在圖中箭頭C所示的打印副掃描方向上被間歇地輸送。在間歇輸送紙張10的固定時(shí)間段中，該噴墨打印頭3在通過鋸齒形的傳動(dòng)帶6和滑架2由一個(gè)馬達(dá)13驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，在鄰近的紙張10上噴射墨滴并在該紙張10上進(jìn)行打印。在紙張10上的打印是通過重復(fù)紙張10的間歇輸送和在噴墨打印頭3的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中的噴墨來實(shí)現(xiàn)的。
雖然象這樣的單色打印機(jī)在以前占主流，但近來全彩色打印機(jī)已變得相當(dāng)普遍。用在全彩色打印機(jī)中的噴墨打印頭3具有四個(gè)形成在噴孔板15上的用于噴射四種不同顏色油墨的平行噴孔列16，所述噴孔板層壓在基片14上，其大小例如為10mm×15mm，如圖1B所示。例如對(duì)于360dpi的分辨率，每個(gè)噴孔列16在一行中形成有128個(gè)噴孔17，或?qū)τ?20dpi的分辨率，其具有256個(gè)噴孔17。
一種制造這樣一種噴墨打印頭的方法是利用硅LSI技術(shù)和薄膜技術(shù)同時(shí)形成多個(gè)噴孔、許多熱產(chǎn)生元件和驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器以整塊的方式分別驅(qū)動(dòng)這些元件。根據(jù)這種方法，在相同的基片14上形成分別與該128個(gè)或256個(gè)噴孔17相連的熱產(chǎn)生元件18和驅(qū)動(dòng)器19。
如圖1D所示，在一個(gè)硅晶片21上同時(shí)形成多個(gè)噴墨打印頭3。除了噴孔17，熱產(chǎn)生元件18和驅(qū)動(dòng)器19之外，在預(yù)定數(shù)量的基片14的每個(gè)基片上還形成單個(gè)的布線電極22，和一個(gè)公共的電極23，布線引線24和與該電極相連的供電引線25，一塊用于形成油墨流道26的隔板27，一個(gè)輸墨孔28和一個(gè)公共的輸墨凹槽29，所述布線電極22用于驅(qū)動(dòng)單個(gè)的熱產(chǎn)生元件18，所述輸墨孔28用于接收從外部墨盒4向油墨流道26供應(yīng)的油墨。
各組件以這種方式形成在硅晶片21上的該噴墨打印頭3最終利用劃片機(jī)或類似物沿著劃線被分割成單個(gè)的單元。每個(gè)分開的單元被點(diǎn)焊到一個(gè)安裝基底上，并通過引線與這些基底相連，由此完成了該噴墨打印頭3。
在打印的時(shí)候，根據(jù)打印信息有選擇地對(duì)該噴墨打印頭3中的熱產(chǎn)生元件18予以激勵(lì)和啟動(dòng)，自然地會(huì)產(chǎn)生熱而在油墨上引起薄膜沸騰現(xiàn)象。因此，從與已產(chǎn)生熱的熱產(chǎn)生元件18相對(duì)應(yīng)的噴孔17中噴射出墨滴。根據(jù)這個(gè)噴墨打印頭3，墨滴以尺寸與噴孔17的直徑相應(yīng)的、大致為球形的形狀噴射，并且以該尺寸的兩倍打印在紙張上。
通常，該噴孔17是通過利用一種激發(fā)激光技術(shù)或濕蝕刻或干蝕刻在每個(gè)基片14上的噴孔板15中鉆出的。根據(jù)該干蝕刻方案，在一層Al，Ni或Cu的金屬薄膜層壓在該噴孔板15上之后，便形成了圖案，并且通過一種帶有用作掩膜的形成了圖案的金屬薄膜的常用干蝕刻系統(tǒng)有選擇地對(duì)該噴孔板15進(jìn)行蝕刻。
在鉆出噴孔的步驟中，例如需要在預(yù)定的位置準(zhǔn)確地形成預(yù)定尺寸和形狀的128個(gè)噴孔17。但是，該傳統(tǒng)的方法要同時(shí)且準(zhǔn)確地在厚噴孔板15中的預(yù)定的位置上形成多個(gè)具有預(yù)定尺寸和形狀的噴孔17是困難的。因此，通常在噴孔板中一次形成足夠數(shù)量的噴孔，從而鉆出全部的噴孔是耗時(shí)的。
發(fā)明的公開因此，本發(fā)明的目的是提供一種制造噴墨打印頭的方法，其可在短時(shí)間內(nèi)在預(yù)定的位置上同時(shí)且準(zhǔn)確地形成具有預(yù)定尺寸和形狀的作為噴嘴的多個(gè)噴孔。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種制造噴墨打印頭的方法，該噴墨打印頭具有一個(gè)基底和位于該基底上的一噴孔板，該基底上設(shè)有許多用于產(chǎn)生壓力能以噴出油墨的能量產(chǎn)生元件，該噴孔板上具有許多形成于其中的噴嘴，所述噴嘴通過由能量產(chǎn)生元件產(chǎn)生的壓力在預(yù)定的方向上噴射油墨，該方法包括以下步驟在形成噴嘴之前在噴孔板上形成一具有與噴嘴相對(duì)應(yīng)的圖案的蝕刻掩膜；以及在對(duì)其上設(shè)置著帶有掩膜的噴孔板的打印頭基底進(jìn)行冷卻的過程中，通過帶有螺旋波等離子源的干蝕刻工藝(下文稱作“螺旋波干蝕刻”)形成噴孔板中的許多噴嘴。
根據(jù)這種方法，因?yàn)閲娮焓窃趯?duì)打印頭基底進(jìn)行冷卻的過程中，通過采用可確保用一股大的離子流快速地蝕刻的螺旋波干蝕刻工藝鉆出的，因此其能夠可靠地防止經(jīng)受處理的打印頭基底的溫度升得過高，而打印頭基底溫度升得過高則會(huì)顯著影響將鉆出的噴嘴的形狀。這一點(diǎn)使得具有理想和適當(dāng)?shù)某叽绾托螤畹亩鄠€(gè)噴嘴可同時(shí)且快速地鉆出。
在這種方法中，該噴孔板優(yōu)選為一個(gè)多層板，其具有沉積在一聚酰亞胺板的兩面上的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度高于200℃的熱塑性粘合層。在這種情況下，該打印頭基底可冷卻至200℃或更低的溫度。這便解決了熱塑性粘合層可能熱延展過度從而對(duì)噴嘴的形成造成不利影響的傳統(tǒng)問題。
在上述的方法中，優(yōu)選的是，該打印頭基底的冷卻是通過用冷卻劑氣體對(duì)其底部進(jìn)行冷卻而進(jìn)行的。在這種情況下，當(dāng)鉆出噴嘴時(shí)，該冷卻劑氣體從該噴嘴中吹出。防止這一缺點(diǎn)的第一適當(dāng)方案是這樣的，即在從該基底的底部貫穿到其頂面的輸墨通道形成之后，并在開始供應(yīng)冷卻劑氣體之前堵住該輸墨通道，并且在完成了該噴嘴的形成和停止了冷卻劑氣體的供應(yīng)之后，解除對(duì)該輸墨通道的阻塞。在這種情況下，可僅僅通過在該基底的底部粘合一塊成塊橡膠來堵住該輸墨通道，并且該輸墨通道的阻塞可僅僅通過移走該成塊橡膠而得到解除。
防止上述缺點(diǎn)的第二適當(dāng)方案是這樣的，即在開始供應(yīng)冷卻劑氣體之前，堵住許多從輸墨通道延伸到位于該基底頂面的能量產(chǎn)生元件的導(dǎo)墨通道，其中該輸墨通道從該基底的底部貫穿到其頂面，并且在完成了該噴嘴的形成和停止了冷卻劑氣體的供應(yīng)之后，解除對(duì)該導(dǎo)墨通道的阻塞。在這種情況下，可僅僅通過充填一種易被溶劑溶解的可溶性樹脂來堵住該輸墨通道，并且導(dǎo)墨通道的阻塞可僅僅通過溶解該可溶性樹脂而得到解除。
該可溶性樹脂優(yōu)選是通過以覆蓋該能量產(chǎn)生元件的方式充填的。這便防止了該能量產(chǎn)生元件受到過蝕刻的損壞。
防止上述缺點(diǎn)的第三適當(dāng)方案是這樣的，即在從該基底的底部貫穿到其頂面的輸墨通道開通之前鉆出噴嘴。在這種情況下，該輸墨通道僅僅通過將該基底頂側(cè)上的一個(gè)輸墨凹槽與該基底底側(cè)的一個(gè)輸墨孔相連接的方式形成，并且僅僅需要該輸墨凹槽和輸墨孔中的一個(gè)在形成噴嘴之后形成，以開通輸墨通道。更優(yōu)選的是，所述輸墨孔是在形成噴嘴之后形成的，以開通輸墨通道。
防止上述缺點(diǎn)的第四適當(dāng)方案是這樣的，即在開始向打印頭基底的底部供應(yīng)冷卻劑氣體后，開始進(jìn)行螺旋波干蝕刻，并且在基本上鉆好所有的噴嘴之后，馬上停止冷卻劑氣體的供應(yīng)。在這種情況下，優(yōu)選的是，基本上鉆好所有噴嘴的時(shí)間是通過冷卻劑氣體的流速變化而檢測的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造噴墨打印頭的方法，該噴墨打印頭是通過對(duì)油墨施加壓力能并且從許多噴嘴中將油墨噴射到記錄介質(zhì)上來進(jìn)行記錄的，該方法包括的步驟有在基底上設(shè)置許多產(chǎn)生壓力能的能量產(chǎn)生元件；在帶有能量產(chǎn)生元件的基底上設(shè)置作為噴孔板的一薄膜板，該薄膜板具有粘合在其頂面和底面上的粘合層；以及在對(duì)其上設(shè)有噴孔板的打印頭基底進(jìn)行冷卻的過程中通過干蝕刻在噴孔板中同時(shí)鉆出與能量產(chǎn)生元件相關(guān)聯(lián)的許多噴嘴，其中在所述基底的背面施加冷卻劑氣體。
根據(jù)這種方法，即便將工作效率良好、兩面都粘有熱塑性粘合樹脂的薄膜板用作噴孔板，在干蝕刻過程中打印頭基底的總體溫度的上升仍可得到抑制。這便防止了該熱塑性粘合層熱延展過度(否則其會(huì)對(duì)噴嘴的形成造成不利的影響)，并且使得具有理想及適當(dāng)尺寸和形狀的多個(gè)噴嘴可同時(shí)且快速地鉆出。因此，使得有可能提供一種以高的工作效率制造配備具有理想和適當(dāng)尺寸及形狀的噴嘴的噴墨打印頭的方法。
根據(jù)該第二種方法，如果將螺旋波干蝕刻作為干蝕刻工藝的話，具有適當(dāng)形狀的多個(gè)噴嘴可更快速地鉆出。這進(jìn)一步提高了制造噴墨打印頭的生產(chǎn)率。


通過下面詳細(xì)的說明和附圖，本發(fā)明的這些目的和其它目的以及優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。
圖1A是傳統(tǒng)熱噴墨打印頭的總體透視圖；圖1B是顯示了從噴墨端觀察的圖1A中噴墨打印頭的平面視圖；圖1C是從圖1B中C-C′方向觀察的橫截面圖；圖1D是描繪了制造圖1B中打印頭的硅晶片的平面視圖；圖2A是示范了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，在噴墨打印頭的制造中完成了熱產(chǎn)生元件的形成之后的狀態(tài)的平面視圖；圖2B是該狀態(tài)的橫截面圖；圖3A是示范了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，在噴墨打印頭的制造中完成了隔板的形成之后的狀態(tài)的平面視圖；圖3B是該狀態(tài)的橫截面圖；圖4A是示范了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，在噴墨打印頭的制造中完成了噴孔的形成之后的狀態(tài)的平面視圖；圖4B是該狀態(tài)的橫截面圖；圖5A是顯示了圖2A中結(jié)構(gòu)的一個(gè)部分f的放大平面視圖；圖5B是從圖5A中B-B′方向觀察的橫截面圖；
圖5C是從圖5A中C-C＇方向觀察的橫截面圖；圖6A是顯示了圖3A中結(jié)構(gòu)的一個(gè)部分f的放大平面視圖；圖6B是從圖6A中B-B′方向觀察的橫截面圖；圖6C是從圖6A中C-C′方向觀察的橫截面圖；圖7A是顯示了圖4A中結(jié)構(gòu)的一個(gè)部分f的放大平面視圖；圖7B是從圖7A中B-B′方向觀察的橫截面圖；圖7C是從圖7A中C-C＇方向觀察的橫截面圖；圖8A是顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，從噴墨端觀察的全彩色噴墨打印頭的平面視圖；圖8B是描繪了用于生產(chǎn)圖8A中打印頭的硅晶片的平面視圖；圖9A是示范了在已開始形成噴孔之前熱產(chǎn)生區(qū)附近的狀態(tài)的橫截面圖；圖9B是示范了在已開始形成噴孔之后熱產(chǎn)生區(qū)附近的狀態(tài)的橫截面圖；圖10是示范了當(dāng)通過螺旋波干蝕刻鉆出噴孔時(shí)所出現(xiàn)的問題的橫截面圖；圖11A是顯示了該螺旋波干蝕刻系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)的舉例說明圖；圖11B是顯示了在圖11A中螺旋波干蝕刻系統(tǒng)中晶片夾緊段的平面視圖；圖11C是示范了正被圖11A中的螺旋波干蝕刻系統(tǒng)處理的一打印頭的橫截面圖；圖12是示范了冷卻劑氣體從鉆好的噴孔中吹出的狀態(tài)的橫截面圖；圖13A是示范了在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的制造方法中，一個(gè)輸墨孔正被阻塞的橫截面圖；圖13B是顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例獲得的噴墨打印頭的橫截面圖；圖14是顯示了列出與本發(fā)明的第一實(shí)施例相應(yīng)的各種熱分離片的不同性能的圖表；圖15是示范了本發(fā)明的第一實(shí)施例的一種改進(jìn)的橫截面圖；圖16A到16F是示范了一種根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，一步步按每個(gè)基本階段制造噴墨打印頭的方法的橫截面圖；圖17A到17E是示范了一種根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，一步步按每個(gè)基本階段制造噴墨打印頭的方法的橫截面圖；圖18A是示范了在一種根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例制造噴墨打印頭的方法中，鉆出噴孔之前狀態(tài)的橫截面圖；圖18B是示范了在一種根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例制造噴墨打印頭的方法中，鉆出噴孔之后狀態(tài)的橫截面圖；圖19是顯示了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例制造噴墨打印頭方法的流程圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳模式現(xiàn)在參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作出描述。
圖2A和2B，圖3A和3B以及圖4A和4B都是在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例制造一個(gè)整體式噴墨打印頭的方法中，按步驟對(duì)其三個(gè)階段的制造狀態(tài)進(jìn)行顯示的示意性平面視圖和橫截面圖。盡管這些視圖中的每一個(gè)都因?yàn)楸阌谡f明的原因而僅僅顯示了全彩色噴墨打印頭中的一個(gè)打印頭(具有與單色噴墨打印頭相同的結(jié)構(gòu))，但實(shí)際上，許多相似類型的打印頭(通常為四個(gè))都是在隨后描述的單一基片上并排形成的。盡管圖4A示范了36個(gè)噴孔44，但多個(gè)噴孔，例如64、128或256個(gè)噴孔實(shí)際上都是根據(jù)設(shè)計(jì)原則形成的。
圖5A，6A和7A是示范了在圖2A，3A，4A的平面視圖中基本部分的局部放大平面視圖。圖5B，6B和7B是從前三個(gè)視圖中的B-B′方向觀察的橫截面圖，而圖5C，6C和7C是同樣從前三個(gè)視圖中的C-C′方向觀察的橫截面圖。圖5A-7C因?yàn)檎f明方便的原因，顯示了作為代表64，128或256個(gè)熱產(chǎn)生區(qū)、噴孔或類似結(jié)構(gòu)的5個(gè)熱產(chǎn)生區(qū)33，5個(gè)噴孔44和類似結(jié)構(gòu)。
下面將討論基本的制造方法。首先，作為步驟1，通過LSI技術(shù)將驅(qū)動(dòng)器和它們的引線形成在4英寸或更大的硅基底上，并且在其上形成具有1到2μm厚的一層氧化物薄膜(SiO2)。作為下一個(gè)步驟2，通過采用薄膜沉積技術(shù)形成一層鉭(Ta)-硅(Si)-氧(O)的熱產(chǎn)生電阻薄膜，并且隨后在這一插入有緊密Ti-W隔層或類似層的熱產(chǎn)生電阻元件薄膜上沉積一層Au電極薄膜或類似的薄膜。然后，通過照相平版印刷術(shù)對(duì)該電極薄膜和該熱產(chǎn)生電阻元件形成圖案。然后通過曝光該熱產(chǎn)生電阻元件獲得熱產(chǎn)生區(qū)，并且在該熱產(chǎn)生區(qū)的兩面層壓布線電極，由此獲得例如呈一條紋形狀的128個(gè)熱產(chǎn)生元件。在這一步驟中，該熱產(chǎn)生區(qū)的位置是排成一直線的。
圖2A，2B和5A-5C顯示了在步驟1和2剛剛完成后所處的狀態(tài)。在一基片30上，在一由氧化物薄膜形成的絕緣層下面形成驅(qū)動(dòng)器31和驅(qū)動(dòng)器引線32(見圖2A)。在該絕緣層上，該熱產(chǎn)生電阻元件薄膜形成的圖案為多列帶有一公共電極34的熱產(chǎn)生區(qū)33和在每一熱產(chǎn)生區(qū)33的各面上形成的單個(gè)布線電極36。也就是說，每列均包括公共電極34，熱產(chǎn)生區(qū)33和單個(gè)布線電極36的多列熱產(chǎn)生元件以預(yù)定的間隔平行地形成，由此產(chǎn)生熱產(chǎn)生區(qū)列33′和單個(gè)的布線電極列36′。公共電極供電引線35也與公共電極34(見圖2A)一起形成。
作為下一個(gè)步驟3，為了形成與單個(gè)熱產(chǎn)生區(qū)33相對(duì)應(yīng)的油墨流道和分別與這些油墨流道相連的油墨流道，通過涂布形成約20μm厚的由有機(jī)材料(例如光敏聚酰亞胺)制成的分隔元件。在通過照相平版印刷術(shù)對(duì)這一分隔元件形成圖案之后，進(jìn)行固化(退火)處理，以對(duì)該基片30進(jìn)行30到60分鐘的溫度為300℃到400℃的加熱，由此將該約10μm高的光敏聚酰亞胺的分隔元件固定在該基片30上。作為下一個(gè)步驟4，通過濕蝕刻、噴砂或類似技術(shù)，在基片30中設(shè)有隔板的表面上形成一個(gè)公共的輸墨凹槽，隨后形成與該輸墨凹槽相通、并且通向該基片30底部的輸墨孔。
圖3A，3B和6A-6C顯示了在步驟3和4剛剛完成之后所處的狀態(tài)。一個(gè)公共的輸墨凹槽37和輸墨孔38以被公共電極34包圍的方式形成。一個(gè)油墨密封隔板39-1形成在該公共電極34的一個(gè)端口上，其中該端口位于公共輸墨凹槽37的左手側(cè)，并且一個(gè)油墨密封隔板39-2形成在位于右手側(cè)的該公共電極34的端口上，其中右手側(cè)是單個(gè)布線電極36所處的位置。一個(gè)分段隔板39-3從這一油墨密封隔板39-2延伸到單個(gè)熱產(chǎn)生區(qū)33之間。
如果將單個(gè)布線電極36上的油墨密封隔板39-2當(dāng)作一把梳子的脊背，則延伸到單個(gè)熱產(chǎn)生區(qū)34之間的分段隔板39-3便具有一個(gè)與該梳子的梳齒相當(dāng)?shù)男螤?。通過用作分隔壁的齒狀分段隔板39-3，由位于齒之間基部的熱產(chǎn)生區(qū)33形成的超細(xì)油墨流道41在數(shù)量上與該熱產(chǎn)生區(qū)33是相等的。
緊接著，作為步驟5，例如通過一種熱塑性粘合劑，將一塊10到30μm厚的具有聚酰亞胺薄膜片形狀的噴孔板粘附在層壓結(jié)構(gòu)或隔板39(39-1，39-2，39-3)的最頂層上，然后在最終的結(jié)構(gòu)上施壓，同時(shí)在290到300℃下加熱，由此固定該噴孔板。隨后，一塊0．6到1μm厚的Ni，Cu，Al或類似金屬的金屬薄膜沉積在該噴孔板的表面上，該表面與固定該隔板的面(沉積金屬薄膜的一側(cè)將在下文稱作隔板相對(duì)側(cè))相對(duì)。在通過干蝕刻鉆出隨后將討論的噴孔的時(shí)候，這一金屬薄膜用作掩膜。
然后，作為步驟6，該噴孔板上的金屬薄膜形成圖案，以形成對(duì)該噴孔板有選擇地干蝕刻的掩膜，隨后根據(jù)采用了將在隨后具體討論的螺旋波干蝕刻系統(tǒng)的金屬掩膜來對(duì)該噴孔板進(jìn)行干蝕刻，由此保證同時(shí)形成31μmΦ到15μmΦ的多個(gè)噴孔。
圖4A，4B和7A-7C顯示了在步驟5和6剛完成之后所處的狀態(tài)。該噴孔板42覆蓋了不包括公共電極供電引線35和驅(qū)動(dòng)器引線32的整個(gè)區(qū)域，并且由分段隔板39-3形成的10μm高的單個(gè)油墨流道41具有面向公共輸墨凹槽37的開口。形成一個(gè)10μm高的公共油墨流道43，以將那些油墨流道41的開口與公共輸墨凹槽37相連。
該噴孔44形成在噴孔板42內(nèi)的面向熱產(chǎn)生區(qū)33的部分處。這便完成了具有一列64，128或256個(gè)噴孔44的單色噴墨打印頭45。
如上所述，配備單列噴孔44的單色噴墨打印頭45采取了單色噴墨打印頭的結(jié)構(gòu)，并且需要總共四種顏色的油墨，也就是正常全彩色打印中，除了減原色黃色(Y)，品紅(M)和青色(C)之外，還有專用于黑色部分的字符或圖像的黑色(BK)。因此，最少也需要四列噴孔。
圖8A是顯示了通過并排設(shè)置上述類型的四個(gè)單色噴墨打印頭45而構(gòu)成的全彩色噴墨打印頭的視圖，而圖8B是描繪了在硅晶片上多個(gè)全彩色噴墨打印頭45的視圖。上述方法可通過在圖8B中所示的硅晶片47上形成圖8A中所示的多個(gè)基片46，和通過在以整體形式出現(xiàn)的四列中的每一基片46上構(gòu)造圖4A和4B所示的單色噴墨打印頭45來制造如圖8A所示的全彩色噴墨打印頭48。該單個(gè)的噴孔列49可通過藝術(shù)級(jí)的半導(dǎo)體技術(shù)準(zhǔn)確設(shè)置在特定的關(guān)系中。
在上述的制造步驟中當(dāng)在硅晶片47上產(chǎn)生出該噴墨打印頭后，最后利用一個(gè)切鋸或類似物沿著劃線將該硅晶片47切成小方塊，把各基片46彼此分開，從而得到如圖8A所示的全彩色噴墨打印頭48。然后，獲得的全彩色噴墨打印頭48被點(diǎn)焊到一個(gè)安裝基底上，并通過引線與這些基底相連，因此它變成了全彩色噴墨打印頭的一個(gè)實(shí)用單元。
下面將更加具體地描述怎樣利用螺旋波干蝕刻系統(tǒng)來鉆出噴孔，其中該螺旋波干蝕刻系統(tǒng)已在制造噴墨打印頭方法中的步驟6中作了簡略的解釋。在該實(shí)施例中采用該螺旋波干蝕刻系統(tǒng)是因?yàn)樵撐g刻系統(tǒng)能利用可提高工作效率的高能等離子流進(jìn)行快速干蝕刻。該螺旋波是在等離子體中傳播的一類電磁波，其被稱作嘯聲波并產(chǎn)生高密度的等離子。
圖9A是示范了在上述干蝕刻步驟之前的一個(gè)步驟之后，熱產(chǎn)生區(qū)33或被制造的噴墨打印頭48的基本部分和該區(qū)33附近部分的放大橫截面圖。圖9B是顯示了通過螺旋波干蝕刻系統(tǒng)對(duì)該噴墨打印頭48進(jìn)行干蝕刻的狀態(tài)的橫截面圖。
如圖9A所示，該噴孔板42包括三層一個(gè)粘合層51a，一個(gè)聚酰亞胺薄膜52和一個(gè)粘合層51b。例如，該粘合層51a和51b是由熱塑性聚酰亞胺或環(huán)氧基粘合劑形成的，并且涂布在厚度約30μm的聚酰亞胺薄膜52的頂面和底面上，涂布的厚度為約為2到5μm。當(dāng)溫度上升到玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度之上時(shí)，熱塑性樹脂材料例如該粘合層51a或51b的彈性模量迅速下降，因而提高了粘附性，因此這種材料顯示了粘結(jié)的效果。
然而，需要該性能的是將粘附于隔板39(39-1，39-2，39-3)上的噴孔板42的背面，而不是該噴孔板42的頂側(cè)或噴射側(cè)。除了該噴孔板背面上的粘合層51b之外，在頂面上還設(shè)有粘合層51a。因?yàn)閮H在背面具有粘合層51b的噴孔板將在制造工藝中導(dǎo)致噴孔板元件發(fā)生彎曲或卷曲，并且使得加工變得困難。換句話說，如果該噴孔板42的頂面和背面具有因粘合層51a和51b引起的相同熱延性，就能防止該聚酰亞胺薄膜52在制造工藝中卷起。
這一噴孔板42位于隔板39上，并且粘合層51b的那面面向基片46，由此形成一個(gè)覆蓋單個(gè)油墨流道41和公共油墨流道43的蓋。因?yàn)閷⒃搰娍装?2加熱到200到250℃并且對(duì)其施加幾十分鐘的數(shù)Kg／cm2的壓力，所以它會(huì)均勻而牢固地粘附到該隔板39。
隨后，形成約0．5到1μm厚的一層Ni，Cu，Al，Ti或類似金屬的金屬薄膜53，其作為用于隨后將討論的干蝕刻的掩膜材料，并且與例如在圖4A中所示的噴孔44相應(yīng)的圖案54形成在該薄膜上，由此形成有選擇地蝕刻該噴孔板42的掩膜。在如該實(shí)施例所述將螺旋波干蝕刻系統(tǒng)用于在噴孔板42中鉆出噴孔44的情況下，Ni，Cu，Al，Ti或類似金屬的金屬薄膜53的使用對(duì)于聚酰亞胺薄膜52到金屬薄膜53提供了大約1∶50到100的蝕刻比率。因此，為了將該聚酰亞胺薄膜52蝕刻成大約30μm厚，小于1μm的金屬薄膜53就足夠了。
在形成該金屬薄膜53之后，圖8B所示的基片46或硅晶片47被置于螺旋波干蝕刻系統(tǒng)內(nèi)，并且通過圖9B所示的干蝕刻將噴孔44鉆出。氧氣被用作螺旋波干蝕刻系統(tǒng)中進(jìn)行干蝕刻的處理氣體。在螺旋波干蝕刻系統(tǒng)中，處理氧氣O2變成由氧離子56和氧原子團(tuán)57構(gòu)成的氧氣等離子體55，其濺射到金屬掩膜表面上，由此如圖9B所示，根據(jù)圖案54進(jìn)行噴孔44的鉆孔。
在通過常規(guī)干蝕刻系統(tǒng)形成孔和通過激發(fā)激光或類似技術(shù)形成孔的過程中，該噴孔板42頂部的粘合層51a不會(huì)引起大的問題。然而，當(dāng)將螺旋波干蝕刻系統(tǒng)用于快速形成本發(fā)明中的孔時(shí)，該螺旋波干蝕刻系統(tǒng)由于采用了高能離子流，因而與其它蝕刻方案相比，顯著地提高了目標(biāo)加工件的溫度。這便帶來了下面的問題。
圖10是示范了當(dāng)通過螺旋波干蝕刻鉆出噴孔時(shí)所出現(xiàn)問題的橫截面圖。當(dāng)采用螺旋波干蝕刻系統(tǒng)以通常的方式鉆出噴孔時(shí)，如圖10所示，將整個(gè)的目標(biāo)加工件或整個(gè)打印頭基底即基片46加熱至高溫，其中在該基片上設(shè)有熱產(chǎn)生區(qū)33、隔板39和噴孔板42。受氧氣等離子體影響最大的該噴孔板42表面上的熱塑性粘合樹脂51a的熱延程度最大，從而在該熱塑性粘合層51a上產(chǎn)生皺紋58。因此，大大延伸的粘合層51a可能作為蝕刻的殘留物留在噴孔44中或者會(huì)使噴口44′的形狀變形。這便會(huì)不期望地導(dǎo)致油墨在非原來預(yù)定的方向，即在不同于與噴孔板表面垂直的方向上噴射，或者會(huì)導(dǎo)致不期望出現(xiàn)的非常小的稱作附屬物的點(diǎn)撞擊在打印點(diǎn)周圍。
為了防止皺紋58的產(chǎn)生，可采用在頂端無粘合層51a的噴孔板，但這一方案并不是可取的，因?yàn)檎缭缧┨岬降哪菢?，位于頂端的粘合?1a在制造工藝中是用于防止噴孔板42卷曲的。
因此，在這一實(shí)施例中，注意到用作粘合層51a的熱塑性聚酰亞胺的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg要高于200℃的事實(shí)，因此，在通過螺旋波干蝕刻系統(tǒng)形成噴孔板42中的噴孔44的過程中將硅晶片47冷卻至200℃或低于該溫度時(shí)進(jìn)行蝕刻。
圖11A是顯示了螺旋波干蝕刻系統(tǒng)的舉例說明圖，圖11B是其晶片夾緊段的平面視圖，且圖11C是圖11A的局部放大視圖。如圖11A所示，螺旋波干蝕刻系統(tǒng)在其中心具有一個(gè)處理腔61和一個(gè)設(shè)在該處理腔61中的晶片夾緊段62。圖8B所示的硅晶片47是從系統(tǒng)的左邊放入該系統(tǒng)中的，如圖11A的箭頭G所示，并且放置在該晶片夾緊段62上。
該硅晶片47是通過機(jī)械夾具(其以機(jī)械方式固定對(duì)象)，靜電夾具(其利用靜電固定對(duì)象)或類似物固定在晶片夾緊段62上的。通過從一個(gè)接地側(cè)AC電源64將一個(gè)例如為13．56MHZ的RF(無線電頻率)偏壓施加到該晶片夾緊段62，該晶片夾緊段62便在支撐體63上一體化地形成。
低溫循環(huán)器65的一種防凍液體通過支撐體63循環(huán)流動(dòng)到晶片夾緊段62。通過位于支撐體63和晶片夾緊段62中的冷卻劑輸送通道68，由一個(gè)冷卻劑輸送泵67將一種用于處理熱傳導(dǎo)和增進(jìn)冷卻效果的例如He氣的冷卻劑氣體66輸送到通向晶片夾緊段62的晶片支撐表面的冷卻劑噴口69中，并使之進(jìn)入晶片夾緊段62和硅晶片47之間的一個(gè)小間隙中。這便通過低溫循環(huán)器65對(duì)硅晶片47進(jìn)行了冷卻。
具體地說，用循環(huán)防凍劑和介于晶片夾緊段62和硅晶片47之間的冷卻劑氣體66將螺旋波干蝕刻系統(tǒng)的晶片夾緊段62冷卻至-10℃或更低，由此在螺旋波干蝕刻的時(shí)候，有效地抑制了整個(gè)打印頭基底溫度的上升。
在處理腔61周圍設(shè)有一塊磁鐵71，用于收集該腔61中的氧氣(O2)等離子體55，并且在該腔61的上中心位置處設(shè)置一個(gè)電源室72。在該電源室72周圍的兩個(gè)段(上和下)中設(shè)有一根天線73，并且一個(gè)內(nèi)線圈74和外線圈75設(shè)在該天線73的外部，以密封該等離子體。
供應(yīng)處理氣體(處理氧氣)的管道76通向電源室72的上部。一個(gè)供電源77向該兩段天線73施加與接地AC電源64的周期相對(duì)應(yīng)的13．5MHz的電壓。
通過這種結(jié)構(gòu)，通過管道76供應(yīng)的處理氧氣便通過天線73轉(zhuǎn)變成電源室72中的等離子體，然后通過內(nèi)線圈74和外線圈75送進(jìn)處理腔61。通過RF偏壓電壓將已用這種方式產(chǎn)生的氧氣等離子體55吸取并集中在處理腔61中，其中該RF偏壓電壓是通過支撐體63和晶片夾緊段62施加到硅晶片47(下文稱作“打印頭基底”，盡管該基底實(shí)際上是以硅晶片47的形式處理的)上的。
位于處理腔61壁上的磁鐵71防止了該氧氣等離子體55的電子在該壁上消失。這便導(dǎo)致該氧氣等離子體55以均勻分布的形式濺射在打印頭基底(硅晶片47)上，并且與噴孔板42頂面相碰撞，其中該頂面通過金屬薄膜53上的掩膜圖案54曝光，因此對(duì)該噴孔板42進(jìn)行蝕刻。將處理后的處理氣體排放到如圖11A箭頭J所示的系統(tǒng)的右邊。
與RIE(活性離子蝕刻)不相同，盡管螺旋波干蝕刻沒有電極的平行板設(shè)置，但該打印頭基底46的潛力是在氧氣等離子體55中引進(jìn)氧氣離子56的方向上發(fā)揮出來的。因此，在加工件(噴孔板47)上濺射氧氣離子56的同時(shí)，采用原子團(tuán)57進(jìn)行化學(xué)蝕刻。
例如當(dāng)該加工件是聚酰亞胺時(shí)，其基本成分是碳和氫，從而蝕刻是采用的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的。因此，該螺旋波干蝕刻可通過采用濺射(物理蝕刻)和基團(tuán)反應(yīng)(化學(xué)蝕刻)的結(jié)合，利用高的蝕刻比率進(jìn)行各向異性的蝕刻，例如孔的形成。
盡管蝕刻是在打印頭基底充分冷卻的狀態(tài)下進(jìn)行的，上述單一的冷卻系統(tǒng)仍然帶來圖10中所示的問題。
圖12是用于解釋即便在打印頭基底充分冷卻的狀態(tài)下進(jìn)行蝕刻時(shí)問題依然存在的原因的視圖。如圖中所示，因?yàn)檩斈?8是在基片46的背面中敞開的，冷卻劑氣體66通過輸墨孔38、公共輸墨凹槽37和油墨流道43，如箭頭K所示從噴孔44中向上逸出，該噴孔44通過螺旋波干蝕刻而鉆出。
因?yàn)楫?dāng)通過干蝕刻鉆出噴孔44時(shí)，殘留物例如粘合層51a粘結(jié)在噴孔44的壁上，所以為了將殘留物移走并把該噴孔精加工成理想和適當(dāng)?shù)男螤睿话阈柽M(jìn)行過蝕刻約1到3分鐘。但是，如果此時(shí)冷卻劑氣體66從噴孔44向上逸出，在晶片夾緊段62和基片46背面之間間隙h的真空度上升，并且因此熱傳導(dǎo)降低。這便迅速提高了包括基片46的整個(gè)打印頭基底的溫度。
結(jié)果，皺紋58產(chǎn)生在圖10所示的噴孔板42的表面上。此時(shí)，在噴孔板42上出現(xiàn)的大量冷卻劑氣體66使得氧氣等離子體55口的密度不均勻。已發(fā)現(xiàn)這樣不均勻的密度可能會(huì)破壞或損壞驅(qū)動(dòng)器31中的MOS晶體管和電容器。
根據(jù)第一實(shí)施例，暫時(shí)堵住輸墨孔38以克服這樣的問題，即當(dāng)鉆出噴孔44時(shí)，冷卻劑氣體66通過從輸墨孔38到噴孔44的路線向上逸出。
圖13A是顯示了通過將一層施有粘合劑的板78粘附在基片46的背面來暫時(shí)阻塞輸墨孔38的視圖，而圖13B是示范了采用這種方案鉆出噴孔44情況的放大橫截面圖。
圖13A中所示的該施有粘合劑的板78具有一種兩層結(jié)構(gòu)，即在基底或聚酯薄膜79上沉積一層熱分離粘合劑81。該熱分離粘合劑81在室溫時(shí)具有粘合強(qiáng)度，但在一定的溫度之上易于從與基片46相接的分界面分開。例如，這個(gè)熱分離溫度對(duì)于α型為90℃以上，對(duì)于β型為120℃以上，對(duì)于γ型為150℃以上。
圖14是顯示了采用PET(聚酯)薄膜作為粘合目標(biāo)，對(duì)熱分離粘合劑81的粘合強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果圖表。從該表可明顯得看出，熱分離溫度為120℃的β型粘合劑在分離前具有500g／20mm的粘合強(qiáng)度，該強(qiáng)度是三種類型中最強(qiáng)的，而其涂層厚度要比熱分離溫度為150℃的γ型粘合劑薄15μm。
當(dāng)打印頭基底放入螺旋波干蝕刻系統(tǒng)時(shí)，如果空氣進(jìn)入基片46和熱分離粘合劑81之間的分界面，該空氣便在真空中膨脹并且將基片46升到晶片夾緊段62之上。因此，在將施有粘合劑的板78粘附于基片46的時(shí)候，通過采用一種工具例如一個(gè)輥?zhàn)踊蛞粋€(gè)刷子使該板78緊密粘附于基片46上，從而空氣不會(huì)進(jìn)入該分界面。
因?yàn)槿鐖D11A所示的螺旋波干蝕刻是這樣進(jìn)行的，即使在鉆出噴孔44之后，仍可維持在穿過噴孔44之前獲得的均勻冷卻狀態(tài)。這便保證了充分的過蝕刻，從而可形成如圖13B所示的具有理想和適當(dāng)形狀的噴孔。
在完成螺旋波干蝕刻的工藝之后，將粘附有施有粘合劑的板78的打印頭基底放在一個(gè)烤箱中，并且根據(jù)每種粘合劑的熱分離溫度在90℃，120℃或150℃加熱3分鐘以上。因此，該熱分離粘合劑81不會(huì)殘留在圖13B所示的基片46上，并能很容易地被分離。
下面是在對(duì)打印頭基底冷卻的過程中通過螺旋波干蝕刻在噴孔板42中鉆出噴孔44的工藝的適當(dāng)條件。
處理氣體(氧氣)的流速4-76sccm處理壓力0．2-1Pa電源功率500-1000W偏壓功率50-600W處理時(shí)間10-40分鐘循環(huán)器溫度設(shè)定-10到-30℃冷卻He的流速10-30sccm聚酰亞胺的蝕刻速率約1-3μm／分鐘該工藝條件的一個(gè)實(shí)例在下面給定，所處的狀態(tài)是輸墨孔用施有粘合劑的板78堵住，其中在該板78上施加有熱分離溫度為90℃的熱分離粘合劑81，并且通過螺旋波干蝕刻在16μm厚的噴孔板42中鉆出噴孔44。
噴孔板厚度16μm
實(shí)現(xiàn)的真空度7．45×10-2Pa處理氣體(氧氣)的流速50sccm處理壓力0．5Pa電源功率1000W偏壓功率300W處理時(shí)間13分鐘循環(huán)器溫度設(shè)定-30℃冷卻He的流速10sccm聚酰亞胺的蝕刻速率約1．6μm／分鐘在上述的條件下，直到鉆出噴孔的蝕刻時(shí)間是10分鐘，并且過蝕刻時(shí)間是3分鐘。在該工藝中，該施有粘合劑的板78的粘合強(qiáng)度確實(shí)沒有變小，并且由阻塞輸墨孔38引起的打印頭基底的膨脹確實(shí)沒有對(duì)螺旋波干蝕刻產(chǎn)生有害影響。
暫時(shí)阻塞基片46內(nèi)輸墨孔38的裝置并不受使用施有粘合劑的板78的限制，例如，也可采用一層干的薄膜。
圖15是示范了在80℃-90℃下一個(gè)層壓在基片46背面的干薄膜82的視圖。該干薄膜82的使用也能阻塞輸墨孔38。在這種情況下，可在通過螺旋波干蝕刻鉆出噴孔的工藝完成之后，通過采用例如單乙醇胺的剝離溶液將該干薄膜82剝?nèi)ァ?br> 現(xiàn)在將討論本發(fā)明的第二實(shí)施例。
圖16A至16F是示范了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的一種制造噴墨打印頭的方法。圖16A顯示了在上述制造步驟1到4剛完成之后打印頭基底所處的狀態(tài)或者與圖2B所示相同的狀態(tài)，從而與圖2B所示相應(yīng)的組件相同的這些組件所給的參考數(shù)字是相同的。
這一實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于圖16B所示狀態(tài)之后的工藝。首先，如圖16B所示，一種水溶性的樹脂材料例如PVA(聚乙烯醇)作為一層保護(hù)膜84涂布在形成隔板39等的基片46的表面上。將輸墨孔38連接到公共輸墨凹槽37的輸墨通道從基片46的底部一直貫穿到其頂部。因此優(yōu)選應(yīng)將一層阻流薄膜(未示出)或類似的薄膜粘附在基片46的背面，以防止當(dāng)該保護(hù)膜84從公共輸墨凹槽37進(jìn)入輸墨孔38時(shí)，該保護(hù)膜84回繞到該基片46的背面。
因?yàn)樵摫Ｗo(hù)膜84隨后可很容易地從該基片46上移走，所以例如它由一種水溶性樹脂(例如PVA、聚偏二乙烯或聚氧化乙烯)制成，或由一種可溶于酸性溶液的樹脂(例如尼龍、尿素樹脂、甘酞樹脂或纖維素樹脂)制成，或由一種可溶于堿性溶液的樹脂(例如聚酯、尿素樹脂或三聚氰胺樹脂)制成，或由一種可溶于其它類型溶液的樹脂(例如丙酮、苯、乙醇和三氯甲烷)制成。
該保護(hù)膜可采用不同的方法涂布，例如旋轉(zhuǎn)涂布、輥涂、噴射涂布、印刷、或模壓。
因?yàn)閳D16B所示的涂布在隔板39上的保護(hù)膜84防礙隨后的噴孔板42的粘附，所以如圖16C所示，通過刮、擦或任何其它的適當(dāng)方案將其移走。此后將最終的結(jié)構(gòu)予以干燥，以使殘留的保護(hù)膜84變硬。而且，將已不再必要的阻流膜分離。緊接著，通過在普通制造步驟中未顯示的粘合層將噴孔板42熱粘附于隔板39上，然后形成金屬薄膜53，緊接著形成圖案54，如圖16D所示。到該步驟完成時(shí)，當(dāng)然也就阻塞了通過公共輸墨凹槽37和公共油墨流道43的輸墨通道，其中輸墨通道從輸墨孔38延伸到單個(gè)油墨流道41。
隨后，通過圖16E所示的螺旋波干蝕刻鉆出噴孔44、連接引線部分和類似的部分。在這種情況下，即便在鉆出例如噴孔的孔之后，也要進(jìn)行過蝕刻適當(dāng)?shù)囊欢螘r(shí)間。承受過蝕刻的是該保護(hù)膜84的表面，并且在該保護(hù)膜84下的熱產(chǎn)生區(qū)33，電極部分和驅(qū)動(dòng)器31中沒有一個(gè)直接受到蝕刻。因此，該熱產(chǎn)生區(qū)33和驅(qū)動(dòng)器31并未受到過蝕刻的損壞。
因?yàn)樵谕ㄟ^螺旋波干蝕刻鉆出噴孔時(shí)，冷卻劑氣體的噴射受到阻塞油墨流道的保護(hù)膜84的抑制，其中螺旋波干蝕刻是已在第一實(shí)施例中作過解釋，所以在鉆出噴孔之后仍保持對(duì)基片46的冷卻。這便克服了驅(qū)動(dòng)器內(nèi)由冷卻劑氣體的噴射造成的可能的破壞，并且也允許充分的過蝕刻。
此后，已變得不再必要的保護(hù)膜84從如圖16F所示的打印頭基底上移走，例如，如果它是水溶性的，便用溫水將其沖洗掉。當(dāng)不同于水溶性的樹脂材料用作保護(hù)膜84時(shí)，該保護(hù)膜84被其可溶的酸性或堿性溶液溶解掉。在移走保護(hù)膜84的工藝中，可一并移走由干蝕刻引起的停留在保護(hù)膜84表面上的殘留物。
在上述的螺旋波干蝕刻中，采用氧氣等離子體。這種氧氣等離子體是在有機(jī)物上而不是在無機(jī)物或金屬上具有較高的蝕刻效果。因此，在這一實(shí)施例中，當(dāng)采用一種包含具有高抗蝕刻性的金屬或無機(jī)物的樹脂材料作為保護(hù)膜84時(shí)，與單獨(dú)用樹脂材料作保護(hù)膜相比起到了良好的作用。具體地說，保護(hù)膜84最好采用一種材料，該材料具有包含在例如一PVA樹脂材料中的氧化鋁、例如氮化硅的陶瓷或玻璃顆粒，或采用一種材料，該材料具有包含在一樹脂材料中的例如Al、Ni、Cu、Fe、Co或Ag的金屬。
對(duì)于保護(hù)膜84，可采用一種聚硅酸乙烯基光刻膠，一種橡膠基(環(huán)聚異戊二烯雙偶氮基)負(fù)光刻膠，一種酚醛樹脂的正光刻膠或一種疊氮混合物的光刻膠來代替上述含有金屬或無機(jī)物的樹脂或樹脂材料。
在這種情況下，在基片46上涂布該保護(hù)膜84之后，便采用這樣的方式來對(duì)圖案進(jìn)行曝光和顯影，即該保護(hù)膜84仍處于不同于隔板的其它部分上，然后將最終的結(jié)構(gòu)予以烘烤來固化該保護(hù)膜84。然后，在噴孔板42粘附于該保護(hù)膜84之后，形成金屬薄膜掩膜53并且通過干蝕刻鉆出噴孔44，此時(shí)應(yīng)將不再必要的該保護(hù)膜84從如圖16F所示的打印頭基底移走，例如如果它是溶于水的，就用溫水將其沖洗掉。當(dāng)不同于水溶性的樹脂材料用作保護(hù)膜84時(shí)，便通過一種堿性剝離劑、溶劑或類似物溶解該保護(hù)膜84。
因?yàn)樵摫Ｗo(hù)膜84具有一種光敏性，所以這一方案可通過采用照相平版印刷術(shù)形成精細(xì)的圖案，且因?yàn)榕c噴墨打印頭小型化相匹配的小型化處理是可能的，因此這一方案是有利的?？墒褂靡环N干薄膜保護(hù)層材料，來代替一種液體光刻膠材料。在這種情況下，通過一個(gè)加熱輥進(jìn)行加熱和加壓，來粘附該干薄膜保護(hù)層材料。因?yàn)樵摳杀∧けＷo(hù)層材料與液體保護(hù)層材料相比不具有流動(dòng)性，因此將一種阻流薄膜粘附于硅晶片47的背面是不必要的。這有利于將制造步驟簡單化。
現(xiàn)在將討論本發(fā)明的第三實(shí)施例。
圖17A至17E是示范了根據(jù)第三實(shí)施例的一種制造噴墨打印頭的方法。由于除了在制造步驟的次序上稍有不同以外，圖17A-17C中所示的結(jié)構(gòu)實(shí)際上與圖9A中的結(jié)構(gòu)相同，所以與圖9A所示相應(yīng)的組件相同的這些組件所給的參考數(shù)字是相同的。
根據(jù)該第三實(shí)施例，首先，在基片46上形成未顯示的驅(qū)動(dòng)器之后，形成熱產(chǎn)生區(qū)33、公共電極34、單個(gè)布線電極36和隔板39，緊接著形成圖17A所示的公共輸墨凹槽37。然后，層壓如圖17B所示的噴孔板42，并且形成金屬薄膜53，其中在該金屬薄膜上形成如圖17C所示的掩膜圖案54。在這樣進(jìn)行僅從基片46的表面開始的處理之后，便進(jìn)行通過螺旋波干蝕刻鉆孔的步驟，以形成圖17D所示的噴孔44。此后，從基片46的底端鉆出輸墨孔38，以便與頂面的公共輸墨凹槽37相通，因此輸墨通道與該基片46貫通。
從上述看很明顯，在圖17D所示的螺旋波干蝕刻階段中尚未進(jìn)行圖17E中所示包括從基片46開始鉆孔的輸墨孔38的形成過程，因此在鉆出噴孔44時(shí)尚未鉆出基片46中的輸墨通道。因此，保持在基片46底端的在圖11C中所示的冷卻劑氣體66并不會(huì)從噴孔44逸出到頂面。因此，正如在第一和第二實(shí)施例中那樣，即便在鉆出噴孔44之后，在鉆出噴孔44之前獲得的均勻冷卻狀態(tài)也能保持。因此該第三實(shí)施例能保證充分的過蝕刻，并且允許同時(shí)形成許多具有理想和適當(dāng)形狀的噴孔44。
現(xiàn)在將討論本發(fā)明的第四實(shí)施例。
圖18A和18B是示范了根據(jù)第四實(shí)施例的一種制造噴墨打印頭的方法。
根據(jù)這一第四實(shí)施例，首先，如圖18A所示，通過圖11A-11C所示的螺旋波干蝕刻鉆出噴孔44。在這種情況下的工藝條件與第一實(shí)施例中的那些條件相同。如圖18B所示，在基本上已鉆出所有噴孔44之后，冷卻劑輸送泵67就停止從晶片夾緊段62中的冷卻劑噴射口69(見圖11A-11C)噴射冷卻劑氣體66。隨后將討論一種檢測噴孔44被穿透的方法。
因?yàn)橥Ｖ箯木瑠A緊段62中的冷卻劑噴射口69噴射冷卻劑氣體66，所以冷卻劑氣體66停止流動(dòng)并且流體的慣性和壓力也下降，因此僅僅是靠近輸墨孔38的冷卻劑氣體66稍微朝鉆好的噴孔44逸出。大多數(shù)冷卻劑氣體還均勻保持在位于基片46背面和晶片夾緊段62之間的間隙中。這便允許維持殘留冷卻劑氣體66對(duì)基底的冷卻作用，盡管作用的時(shí)間很短。過蝕刻是在殘留冷卻劑氣體66分散之前進(jìn)行的。
圖19是顯示了根據(jù)第四實(shí)施例進(jìn)行螺旋波干蝕刻操作的流程圖。如該流程圖所示，首先，該噴孔板42位于基底(硅晶片47)上或者它牢固地層壓在隔板39上(步驟S1)。緊接著，金屬薄膜53在該噴孔板42的表面上形成，隨后在該金屬薄膜53上形成圖案54(步驟S2)。
隨后，將這一基底47放在螺旋波干蝕刻系統(tǒng)中，并固定在晶片夾緊段62上。此外，啟動(dòng)低溫循環(huán)器65(見圖6)以使防凍液體循環(huán)，并且啟動(dòng)冷卻劑輸送泵67來開始冷卻該基底47的冷卻氣體(He)的流動(dòng)，從而將該冷卻氣體66輸送到該基底47和晶片夾緊段62之間的間隙(步驟S3)。
緊接著，便開始螺旋波蝕刻并控制噴孔44的穿透(步驟S4)。在這一蝕刻工藝中，噴孔44的穿透需要花費(fèi)大約10分鐘。當(dāng)在大約10分鐘之后檢測到該噴孔44已穿透時(shí)，該冷卻劑輸送泵67便停止基底47和晶片夾緊段62間的冷卻劑氣體66的流動(dòng)(步驟S6)。這一過程需花費(fèi)大致100毫秒。
然后，在恢復(fù)蝕刻一分鐘之后，即在進(jìn)行過蝕刻一分鐘之后，停止螺旋波干蝕刻(步驟S7)。這便完成了噴孔板42中噴孔44的鉆出。
根據(jù)這一實(shí)施例，盡管沒有改變穿透噴孔44需要的時(shí)間或10分鐘(在第一實(shí)施例中的上述條件之一)，但在穿透噴孔44之后對(duì)基底的冷卻僅采用殘留冷卻劑氣體66。這使得縮短過蝕刻的時(shí)間是必要的，其為1分鐘。
現(xiàn)在將對(duì)怎樣檢測到基本上已鉆出所有噴孔44的時(shí)間(即蝕刻定時(shí))作出描述?？赏ㄟ^采用不同方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)噴孔44穿透的檢測，例如發(fā)射光譜分析、反射光譜分析、氣體分析、壓力測量圖和流率測量圖。
發(fā)射光譜分析檢測光線并監(jiān)控隨時(shí)間推移的光強(qiáng)度的變化，其中該光線相對(duì)應(yīng)于螺旋波干蝕刻的等離子體蝕刻工藝中產(chǎn)生的反應(yīng)物或反應(yīng)氣體具有特定的波長。在終點(diǎn)周圍，反應(yīng)物減少，從而在監(jiān)控的信號(hào)中出現(xiàn)了變化。根據(jù)這一實(shí)施例，檢測出其波長相應(yīng)于由聚酰亞胺產(chǎn)生的反應(yīng)物或反應(yīng)氣體的特定光線。
根據(jù)反射光譜分析，當(dāng)一個(gè)對(duì)象是由一種將被蝕刻的物質(zhì)和該基底構(gòu)成時(shí)，在蝕刻的過程中觀察從將被蝕刻的物質(zhì)反射的光線，并且在穿透噴孔44之后觀察從該基底反射的光線。在這一實(shí)施例中，在蝕刻過程中檢測從噴孔板42的聚酰亞胺中反射的光線，并且在穿透噴孔44之后檢測從Si、布線材料(Au，Al或類似物)或電阻元件(Ta-Si-O或類似物)反射的光線。
在噴孔44尚未鉆透噴孔板42的蝕刻過程中，在該基底的底端和晶片夾緊段62之間的間隙中流動(dòng)的冷卻劑氣體66并不從該基底表面流出。但是，一旦穿透噴孔44之后，冷卻劑氣體66便從該基底表面流出出。該氣體分析檢測到噴射出的冷卻劑氣體。例如，在這一實(shí)施例中檢測的是He。
考慮到前面對(duì)氣體分析的描述中的相同現(xiàn)象，壓力測量方案是在穿透噴孔44之前和之后，通過檢測冷卻劑氣體壓力的變化來檢測到蝕刻的結(jié)束的。
同樣，考慮到前面對(duì)氣體分析的描述中的相同現(xiàn)象，流率測量方案是檢測這樣一個(gè)點(diǎn)作為蝕刻結(jié)束點(diǎn)的，即在該點(diǎn)處已明顯增加的冷卻氣體66的流速在該大流速處變得穩(wěn)定。
本發(fā)明不局限于頂部發(fā)射式噴墨打印頭，其同樣適合于側(cè)面發(fā)射式熱噴墨打印頭。此外，本發(fā)明不局限于熱噴型噴墨打印頭，其同樣適合于壓電型噴墨打印頭。
可對(duì)本發(fā)明作出不同的實(shí)施例和變換，而不脫離本發(fā)明廣義的精神和范圍。上述實(shí)施例只是用來說明本發(fā)明的，而不限制本發(fā)明的范圍?？赏ㄟ^所附權(quán)利要求而不是實(shí)施例來顯示本發(fā)明的范圍。在權(quán)利要求以內(nèi)和在與本發(fā)明權(quán)利要求相當(dāng)?shù)囊饬x以內(nèi)所作的不同改型將被認(rèn)為落在本發(fā)明的范圍內(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(46)和位于該基底上的一噴孔板(42)，基底(46)上設(shè)有許多用于產(chǎn)生壓力能以噴出油墨的能量產(chǎn)生元件(33)，噴孔板上(42)上具有許多形成于其中的噴嘴(44)，所述噴嘴(44)用于通過由能量產(chǎn)生元件(33)產(chǎn)生的壓力在預(yù)定的方向上噴射油墨，所述方法包括以下步驟在形成所述噴嘴(44)之前，在所述噴孔板(42)上形成一具有與所述噴嘴相對(duì)應(yīng)的圖案(54)的蝕刻掩膜(53)；在對(duì)其上設(shè)置著帶有掩膜(53)的所述噴孔板(42)的打印頭基底進(jìn)行冷卻的過程中，通過螺旋波干蝕刻在所述噴孔板(42)中形成所述的許多噴嘴(44)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述噴孔板(42)是一多層板，其在一聚酰亞胺板的兩面上沉積有玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度高于200℃的熱塑性粘合層。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述打印頭基底被冷卻至200℃或更低溫度。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)打印頭基底的冷卻是通過利用一冷卻劑氣體(66)對(duì)所述基底(46)的底部進(jìn)行冷卻而實(shí)現(xiàn)的。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在形成了從所述基底(46)底端貫穿到其頂面的一個(gè)輸墨通道之后，在開始供應(yīng)所述冷卻劑氣體(66)之前阻塞所述輸墨通道，并且在完成所述噴嘴(44)的形成和停止所述冷卻劑氣體(66)的供應(yīng)之后，解除對(duì)所述輸墨通道的阻塞。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過在所述基底(46)的底端上粘附一阻塞板(78，82)來阻塞所述輸墨通道，并且通過移走所述阻塞板(78，82)來解除對(duì)所述輸墨通道的阻塞。
7．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在開始供應(yīng)所述冷卻劑氣體之前，阻塞許多從一個(gè)輸墨通道延伸到所述能量產(chǎn)生元件的導(dǎo)墨通道，其中輸墨通道從所述基底(46)的底部貫穿到其頂面，能量產(chǎn)生元件位于所述基底(46)的頂面上，并且在完成所述噴嘴(44)的形成和停止所述冷卻劑氣體(66)的供應(yīng)之后，解除對(duì)所述導(dǎo)墨通道的阻塞。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，通過充填一種易被溶劑溶解的可溶性樹脂(84)來阻塞所述導(dǎo)墨通道，并且通過溶解所述可溶性樹脂(84)來解除對(duì)所述導(dǎo)墨通道的阻塞。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述可溶性樹脂(84)是以覆蓋所述能量產(chǎn)生元件的方式充填的。
10．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述噴嘴(44)是在開通一個(gè)輸墨通道之前鉆出的，所述輸墨通道從所述基底(46)的底部貫穿到其頂面。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，通過將一位于所述基底頂面上的輸墨凹槽(37)與一位于所述基底底部上的輸墨孔(38)相連接的方式形成所述輸墨通道，并且所述輸墨凹槽(37)和所述輸墨孔(38)中的一個(gè)在形成所述噴嘴之后形成，以開通所述輸墨通道。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述輸墨孔(38)在形成所述噴嘴之后形成，以開通所述輸墨通道。
13．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在開始向所述打印頭基底的所述基底(46)的底部供應(yīng)所述冷卻劑氣體(66)之后開始所述的螺旋波干蝕刻過程，并在基本上已鉆出所有噴嘴(44)之后立刻停止所述冷卻劑氣體(66)的供應(yīng)。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，通過所述冷卻劑氣體(66)流速的變化來檢測基本上鉆出所有噴嘴(44)的時(shí)間。
15．一種制造噴墨打印頭的方法，該噴墨打印頭用于通過向油墨施加壓力能并通過從許多噴嘴(44)中將所述油墨噴射到記錄介質(zhì)上來進(jìn)行記錄，它包括以下步驟在基底(46)上設(shè)置許多用于產(chǎn)生所述壓力能的能量產(chǎn)生元件；將一作為噴孔板(42)的薄膜板(42)放置在其上設(shè)有能量產(chǎn)生元件的所述基底(46)上，其中該薄膜板的頂面和底面粘附有粘合層(51a，51b)；在利用施加于所述基底(46)背面的冷卻劑氣體(66)對(duì)其上設(shè)有所述噴孔板(42)的打印頭基底進(jìn)行冷卻的過程中，通過干蝕刻在所述噴孔板(42)中形成許多與所述能量產(chǎn)生元件相關(guān)聯(lián)的噴嘴(44)。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述干蝕刻是螺旋波干蝕刻。
全文摘要
將一打印頭基底放在螺旋波干蝕刻系統(tǒng)的工作臺(tái)上,該打印頭基底具有一個(gè)其上形成有熱產(chǎn)生元件和隔板的硅基底和一個(gè)粘附于該隔板上的噴孔板。在通過允許冷卻劑氣體通入該基底和該工作臺(tái)之間而對(duì)該打印頭基底進(jìn)行冷卻的過程中,進(jìn)行螺旋波干蝕刻。這便允許即使將一兩面均粘附有粘合層的薄膜板作為噴孔板,也可同時(shí)并迅速在噴孔板中鉆出多個(gè)具有理想的適當(dāng)形狀的噴孔,從而提高了工作效率。
文檔編號(hào)B41J2/16GK1293619SQ00800109
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)明者河野一郎, 鹽田純司, 鐮田英樹, 金光聰, 河村義裕 申請(qǐng)人:卡西歐計(jì)算機(jī)株式會(huì)社