專利名稱：熱轉(zhuǎn)印元件的結(jié)構(gòu)及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種熱轉(zhuǎn)印元件，特別是關(guān)于一種利用微加上技術(shù)形成的熱轉(zhuǎn)印元件，作為低功率消耗及高解析度的列印市場(chǎng)使用。
背景技術(shù)：
按，現(xiàn)有的熱轉(zhuǎn)印頭(Thermal Printing Head，TPH)是由熱能將一黑色或彩色的色帶上的染料轉(zhuǎn)印至紙張上，以形成文字或圖像的列印。有別于噴墨頭的列印技術(shù)，熱轉(zhuǎn)印元件由控制轉(zhuǎn)印溫度，可提供相當(dāng)好的灰階效果，特別是在彩色照片的列印方面，可提供更逼近于傳統(tǒng)的沖洗照片的品質(zhì)。
現(xiàn)有的熱轉(zhuǎn)印元件的結(jié)構(gòu)剖視圖如圖1所示，包括一基板10，常用的是為導(dǎo)熱性質(zhì)佳的陶瓷基板，在其上方形成有一熱絕緣層12，其是由導(dǎo)熱性質(zhì)差的氧化硅材料所組成，以提高熱轉(zhuǎn)印元件的熱效率，在熱絕緣層12上形成有數(shù)加熱電阻14，最后形成有一保護(hù)層16，其是兼具有耐磨耗及導(dǎo)熱佳的特性。
然而，現(xiàn)有的熱轉(zhuǎn)印元件由于仍不能免于固體熱導(dǎo)的功率消耗大而具有加熱效率差的缺點(diǎn)；更甚者，不同加熱電阻14間的熱耦合問(wèn)題造成解析度受限，而無(wú)法制作高解析度的熱轉(zhuǎn)印元件(現(xiàn)有技術(shù)僅能達(dá)300-400dpi)，同時(shí)也限制了其列印彩色照片的品質(zhì)；另一方面，現(xiàn)有制造技術(shù)亦限制了其與相關(guān)電路整合成單一晶片的機(jī)會(huì)。
因此，本發(fā)明是針對(duì)上述的種種問(wèn)題，提出一種微加工式熱轉(zhuǎn)印元件，以克服現(xiàn)有問(wèn)題及缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的，是在提出一種熱轉(zhuǎn)印元件的結(jié)構(gòu)及制造方法，利用微加上技術(shù)形成熱轉(zhuǎn)印元件的結(jié)構(gòu)，使其微加熱器與基板間僅有少數(shù)支點(diǎn)接觸而懸浮設(shè)置在基板上，以有效降低固體熱導(dǎo)造成的熱損耗，進(jìn)而達(dá)到低功率消耗及高加熱效率的功效。
本發(fā)明的另一目的，是在使熱轉(zhuǎn)印元件的微加熱器間彼此具有極佳的熱絕緣效果且節(jié)距(pitch)達(dá)到40微米以下，以克服現(xiàn)有加熱電阻間的熱耦合問(wèn)題，進(jìn)而提供解析度可達(dá)600dpi以上的高解析度列印元件。
本發(fā)明的再一目的，是在由微加工技術(shù)使熱轉(zhuǎn)印元件與相關(guān)電路可整合在單一晶片上，以達(dá)到制程簡(jiǎn)化及體積微小化的功效。
為達(dá)到上述的目的，本發(fā)明一熱轉(zhuǎn)印元件是在一基板上形成有復(fù)數(shù)凹槽，在每一凹槽上分別懸浮設(shè)置一微加熱器，另有一覆蓋結(jié)構(gòu)形成在基板上且在位于該微加熱器上方處是相隔一間隙而包覆每一該微加熱器。
其中，該基板的材料為單晶硅。
其中，該等凹槽是利用硅異方性蝕刻法形成。
其中，該微加熱器為一夾層結(jié)構(gòu)，由下而上依序?yàn)榻殡妼?、電阻材料層、介電層?br> 其中，該介電層的材料是選自氧化硅、氮化硅及碳化硅其中之一。
其中，該覆蓋結(jié)構(gòu)是為一夾層結(jié)構(gòu)，由下而上依序?yàn)檠趸琛⒌杓疤蓟琛?br> 其中，該微加熱器是由數(shù)支點(diǎn)支撐而懸浮在該凹槽上。
其中，該間隙是由犧牲層的定義及后續(xù)蝕刻步驟移除犧牲層而形成。
本發(fā)明一種熱轉(zhuǎn)印元件的制造方法，其特征在于，包括下列步驟提供一基板；在該基板上形成有復(fù)數(shù)個(gè)凹槽；在每一該凹槽上形成一微加熱器結(jié)構(gòu)；以及在該基板上且在位于該微加熱器上方相隔一間隙形成有一覆蓋結(jié)構(gòu)，以包覆每一該微加熱器。
其中，該基板的材料為單晶硅。
其中，該等凹槽是利用硅異方性蝕刻法形成。
其中，該微加熱器為一夾層結(jié)構(gòu)，由下而上依序?yàn)榻殡妼?、電阻材料層、介電層?br> 其中，該介電層的材料是選自氧化硅、氮化硅及碳化硅其中之一。
其中，該覆蓋結(jié)構(gòu)是為一夾層結(jié)構(gòu)，由下而上依序?yàn)檠趸琛⒌杓疤蓟琛?br> 其中，該微加熱器是由數(shù)支點(diǎn)支撐而懸浮在該凹槽上。
其中，該間隙是由定義一犧牲層及后續(xù)蝕刻步驟以移除犧牲層而形成。
其中，該犧牲層的材料是選自多晶硅、非晶硅及鋁金屬其中之一。


以下由具體實(shí)施例配合所附的附圖詳加說(shuō)明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成的功效，其中圖1為現(xiàn)有熱轉(zhuǎn)印元件的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2為本發(fā)明熱轉(zhuǎn)印元件的結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的熱轉(zhuǎn)印元件由微加工技術(shù)形成的結(jié)構(gòu)如圖2所示，此熱轉(zhuǎn)印元件包括一基板20，在其上表面開(kāi)設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)凹槽22，在每一凹槽22上懸浮設(shè)置有一微加熱器24，另在基板20上且在位于微加熱器24上方相隔一間隙26設(shè)有一覆蓋結(jié)構(gòu)28，以包覆該等微加熱器24。
本發(fā)明由微加工技術(shù)形成上述熱轉(zhuǎn)印元件結(jié)構(gòu)的方法是如下所述，同時(shí)請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D2。首先，提供一基板20，其材料通常為晶向[100]的單晶硅，此基板20的優(yōu)點(diǎn)為具有良好的熱傳導(dǎo)特性，同時(shí)亦可于其上制作集成電路；在基板20的一表面上利用硅異方性蝕刻法形成有復(fù)數(shù)個(gè)凹槽22，該蝕刻法是利用氫氧四甲基銨(tetramethylammoniumhydroxide，TMAH)蝕刻溶液完成；接著，在每一凹槽22上懸浮設(shè)置有一微加熱器2 4，其是為懸浮橋式結(jié)構(gòu)(Floating Bridge Structure)，是由連接基板20的數(shù)支點(diǎn)(圖中未示)支撐而懸浮在凹槽22上，且微加熱器24為一夾層結(jié)構(gòu)，由下而上依序?yàn)榻殡妼?、電阻材料層、介電層，其中，介電層的材料通常為氧化硅、氮化硅或碳化硅，電阻材料層是為多晶硅，亦可為金屬或其他電阻材料?br> 在基板20上且在位于微加熱器24上方相隔一間隙26形成有一覆蓋結(jié)構(gòu)28，以包覆該等微加熱器24，覆蓋結(jié)構(gòu)28是為一夾層結(jié)構(gòu)，由下而上依序?yàn)檠趸?、氮化硅及碳化硅，覆蓋結(jié)構(gòu)28的材料特性為兼具有良好的熱傳導(dǎo)性及耐磨耗性。其中，間隙26的形成是由定義一犧牲層及后續(xù)蝕刻以去除犧牲層而成，犧牲層的材料在此為多晶硅或非晶硅材料，也可為鋁金屬。
在實(shí)際使用本發(fā)明的熱轉(zhuǎn)印元件時(shí)，其內(nèi)的微加熱器24加熱而產(chǎn)生的高溫主要是透過(guò)間隙26由輻射熱傳導(dǎo)的方式而將熱能傳導(dǎo)至覆蓋結(jié)構(gòu)28，以作為熱轉(zhuǎn)印的列印點(diǎn)。由于微加熱器24是由少數(shù)支點(diǎn)支撐而懸浮在凹槽22上，亦即微加熱器24與基板20間的接觸部位僅此少數(shù)支點(diǎn)，因此可大大的降低固體熱傳導(dǎo)，其通常為10-5～10-6W/℃，故僅需數(shù)毫瓦特(mW)便可將微加熱器24的溫度提升至100℃以上，進(jìn)而可達(dá)到低功率消耗及高加熱效率的功效。
此外，利用微加工技術(shù)形成的微細(xì)結(jié)構(gòu)使得本發(fā)明的微加熱器24間具有良好的熱絕緣效果，其節(jié)距(pitch)P在制作上可達(dá)到小于40微米，解析度達(dá)到600dpi以上的高解析度要求，而該些優(yōu)點(diǎn)及功效是為另一方面，本發(fā)明由微加工技術(shù)制作熱轉(zhuǎn)印元件是可使其與相關(guān)電路整合在單一晶片上，以達(dá)到制程簡(jiǎn)化及體積微小化的目的。
以上所述是由實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的特點(diǎn)，其目的在使熟悉該技術(shù)者能了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，而非限定本發(fā)明的專利范圍，故，凡其他未脫離本發(fā)明所揭示的精神所完成的等效修飾或修改，仍應(yīng)包含在所述的申請(qǐng)專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種熱轉(zhuǎn)印元件，其特征在于，包括一基板，在其一表面設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)凹槽；復(fù)數(shù)微加熱器，其是分別懸浮設(shè)置在每一該凹槽上；以及一覆蓋結(jié)構(gòu)，其是設(shè)置在該基板上且在位于每一該微加熱器上方處是相隔一間隙而包覆每一該微加熱器。
2.如權(quán)利要求1所述的熱轉(zhuǎn)印元件，其特征在于，其中，該基板的材料為單晶硅。
3.如權(quán)利要求1所述的熱轉(zhuǎn)印元件，其特征在于，其中，該等凹槽是利用硅異方性蝕刻法形成。
4.如權(quán)利要求1所述的熱轉(zhuǎn)印元件，其特征在于，其中，該微加熱器為一夾層結(jié)構(gòu)，由下而上依序?yàn)榻殡妼印㈦娮璨牧蠈?、介電層?br> 5.如權(quán)利要求4所述的熱轉(zhuǎn)印元件，其特征在于，其中，該介電層的材料是選自氧化硅、氮化硅及碳化硅其中之一。
6.如權(quán)利要求1所述的熱轉(zhuǎn)印元件，其特征在于，其中，該覆蓋結(jié)構(gòu)是為一夾層結(jié)構(gòu)，由下而上依序?yàn)檠趸?、氮化硅及碳化硅?br> 7.如權(quán)利要求1所述的熱轉(zhuǎn)印元件，其特征在于，其中，該微加熱器是由數(shù)支點(diǎn)支撐而懸浮在該凹槽上。
8.如權(quán)利要求1所述的熱轉(zhuǎn)印元件，其特征在于，其中，該間隙是由犧牲層的定義及后續(xù)蝕刻步驟移除犧牲層而形成。
9.一種熱轉(zhuǎn)印元件的制造方法，其特征在于，包括下列步驟提供一基板；在該基板上形成有復(fù)數(shù)個(gè)凹槽；在每一該凹槽上形成一微加熱器結(jié)構(gòu)；以及在該基板上且在位于該微加熱器上方相隔一間隙形成有一覆蓋結(jié)構(gòu)，以包覆每一該微加熱器。
10.如權(quán)利要求9所述的熱轉(zhuǎn)印元件的制造方法，其特征在于，其中，該基板的材料為單晶硅。
11.如權(quán)利要求9所述的熱轉(zhuǎn)印元件的制造方法，其特征在于，其中，該等凹槽是利用硅異方性蝕刻法形成。
12.如權(quán)利要求9所述的熱轉(zhuǎn)印元件的制造方法，其特征在于，其中，該微加熱器為一夾層結(jié)構(gòu)，由下而上依序?yàn)榻殡妼?、電阻材料層、介電層?br> 13.如權(quán)利要求12所述的熱轉(zhuǎn)印元件的制造方法，其特征在于，其中，該介電層的材料是選自氧化硅、氮化硅及碳化硅其中之一。
14.如權(quán)利要求9所述的熱轉(zhuǎn)印元件的制造方法，其特征在于，其中，該覆蓋結(jié)構(gòu)是為一夾層結(jié)構(gòu)，由下而上依序?yàn)檠趸?、氮化硅及碳化硅?br> 15.如權(quán)利要求9所述的熱轉(zhuǎn)印元件的制造方法，其特征在于，其中，該微加熱器是由數(shù)支點(diǎn)支撐而懸浮在該凹槽上。
16.如權(quán)利要求9所述的熱轉(zhuǎn)印元件的制造方法，其特征在于，其中，該間隙是由定義一犧牲層及后續(xù)蝕刻步驟以移除犧牲層而形成。
17.如權(quán)利要求16所述的熱轉(zhuǎn)印元件的制造方法，其特征在于，其中，該犧牲層的材料是選自多晶硅、非晶硅及鋁金屬其中之一。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱轉(zhuǎn)印元件的結(jié)構(gòu)及制造方法，是在一基板上形成有復(fù)數(shù)個(gè)凹槽，在每一凹槽上形成有一微加熱器，其是由數(shù)支點(diǎn)支撐而懸浮設(shè)置在基板上，在基板上且在位于微加熱器上方相隔一間隙設(shè)有一覆蓋結(jié)構(gòu)，以包覆每一該微加熱器。因此本發(fā)明可有效降低微加熱器與基板間因固體熱導(dǎo)造成的熱損耗，具有低功率消耗及高解析度等功效。
文檔編號(hào)B41J2/355GK1522862SQ031061
公開(kāi)日2004年8月25日 申請(qǐng)日期2003年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月20日
發(fā)明者周正三 申請(qǐng)人:祥群科技股份有限公司