專利名稱：噴墨打印頭基板和制造方法、噴墨打印頭、噴墨打印設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴墨打印頭的多層基板、使用該多層基板的噴墨打印頭、噴墨打印設(shè)備以及制造該噴墨打印頭基板的方法。
背景技術(shù)：
噴墨打印頭例如是由頭基板和噴嘴部件的組合構(gòu)成的。頭基板包括基本基板和在基本基板的表面上由各種層形成的墨排出結(jié)構(gòu)。墨排出結(jié)構(gòu)具有電熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的加熱器元件(電熱轉(zhuǎn)換器)和電機械轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的壓電元件。通常，在這種頭基板的表面上，也由各種層形成用于驅(qū)動墨排出結(jié)構(gòu)的驅(qū)動器電路和用于向該驅(qū)動器電路提供打印數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸入單元。
目前，提出了另一種結(jié)構(gòu)，其中，在噴墨打印頭的頭基板上安裝有ROM(只讀存儲器)，用于保持在需要時可被讀取的各種類型的數(shù)據(jù)。在該ROM中保持的數(shù)據(jù)可例如包括噴墨打印頭的ID(識別)碼和關(guān)于墨排出結(jié)構(gòu)的驅(qū)動特性的數(shù)據(jù)。例如，日本特開平3-126560(1991)號公報中說明了一種其上安裝有EEPROM(可電擦可編程ROM)的噴墨打印頭。
然而，在日本特開平3-126560(1991)號公報中公開的噴墨打印頭中，由于與頭基板獨立地安裝EEPROM，因此打印頭結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，使得很難減小作為整體的打印頭和打印設(shè)備的尺寸和重量。尤其當(dāng)有大量打印數(shù)據(jù)時，現(xiàn)有的大容量ROM芯片很有用。但是當(dāng)打印數(shù)據(jù)量小時，就成本來說，大容量ROM芯片的使用是不利的。
美國專利5,504,507號和5,363,134號公開了一種結(jié)構(gòu)，其中，由熔絲陣列(fuse array)構(gòu)成的ROM與例如墨排出結(jié)構(gòu)的層一起形成在噴墨打印頭的頭基板的基本基板中。這種結(jié)構(gòu)允許在制造頭基板的處理期間，與在基本基板中形成墨排出結(jié)構(gòu)層的同時形成構(gòu)成ROM的熔絲陣列。該陣列中的熔絲被選擇性地熔斷，從而根據(jù)熔絲的狀態(tài)將所期望的二進制數(shù)據(jù)保持在熔絲陣列中。使用這種頭基板的噴墨打印頭不需要將ROM芯片與頭基板分開制備。因此，可以簡化用于以可被讀出的方式保持各種數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)打印頭生產(chǎn)率的改進及其尺寸和重量的降低。
熔斷熔絲元件的一個方法包括例如用激光束蒸發(fā)熔絲部分從而斷開其電路。然而，這種熔絲熔斷方法不適用于打印頭的大批量生產(chǎn)，因為它造成熔融的材料附著到基板上，并且這種熔斷處理的成本非常昂貴。另一種方法是讓大電流通過熔絲來熔斷熔絲部分。由于較小量的熔融材料附著到基板上并且成本較低，所以該方法適用于打印頭的大批量生產(chǎn)。然而，施加大電流熔斷熔絲的方法的缺點在于由于用于熔斷熔絲的瓦特數(shù)(大容量額定熱損耗)受熔絲元件的電阻的限制，所以所產(chǎn)生的熱能小。因此，為了可靠地熔斷熔絲部分以斷開電路，需要特別考慮熔絲部分的結(jié)構(gòu)。
此外，由于在噴墨打印頭中，墨存在于基板之上，因此具有這樣的風(fēng)險如果熔絲部分的熔斷產(chǎn)生過大的裂縫，則墨可能通過該裂縫到達基板。一旦墨滲透到熔斷的熔絲部分和形成在基板上的電極，則可能腐蝕它們，由此損害噴墨打印頭的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠準(zhǔn)確熔斷熔絲元件從而高可靠地存儲數(shù)據(jù)的噴墨打印頭的基板，并且還提供一種噴墨打印頭、一種噴墨打印設(shè)備以及一種制造這種噴墨打印頭基板的方法。
在本發(fā)明的第一方面，提供一種噴墨打印頭基板，其包括例如，由此形成熔絲元件的多晶硅層；排出能量生成裝置，其生成墨排出能量；熔絲元件，其能夠被流過它的電流熔斷；以及位于所述熔絲元件的上面和下面的第一和第二層；其中，所述第一和第二層中的至少一個是由具有比所述熔絲元件的熔點低的熔點的第一低熔點材料形成的，通過當(dāng)所述熔絲元件被熔斷時產(chǎn)生的熱，所述第一低熔點材料在所述第一低熔點材料中形成空洞。
在本發(fā)明的第二方面，提供一種噴墨打印頭，其包括本發(fā)明第一方面的噴墨打印頭基板，所述打印頭能夠通過所述排出能量生成裝置的操作來排出墨，并且能夠通過熔斷所述熔絲元件來存儲數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的第三方面，提供一種噴墨打印設(shè)備，用于通過使用能排出墨的噴墨打印頭在打印介質(zhì)上形成圖像，所述噴墨打印設(shè)備包括安裝部分，其能夠安裝根據(jù)權(quán)利要求16所述的噴墨打印頭；控制裝置，用于控制所述噴墨打印頭中的所述排出能量生成裝置；以及讀取裝置，用于讀取存儲在所述噴墨打印頭中的所述熔絲元件中的數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的第四方面，提供一種制造噴墨打印頭基板的方法，其中，所述噴墨打印頭基板包括加熱電阻器，其生成用于排出墨的熱能；熔絲元件，其能夠被流過它的電流熔斷；以及位于所述熔絲元件上面和下面的第一和第二層；其中，所述第一和第二層中的至少一個是由具有比所述熔絲元件的熔點低的熔點的第一低熔點材料形成的，通過當(dāng)所述熔絲元件被熔斷時產(chǎn)生的熱，所述第一低熔點材料在所述第一低熔點材料中形成空洞，在所述加熱電阻器的上方形成耐氣蝕膜；當(dāng)形成所述耐氣蝕膜時，由與所述耐氣蝕膜相同的材料形成所述熔絲元件。
本發(fā)明的噴墨打印頭基板包括例如，形成熔絲元件的多晶硅層；含磷的等離子體CVD-SiO層，其形成在多晶硅層上，并在下面的多晶硅層馬上熔化之前氣化，從而當(dāng)多晶硅熔絲元件被熔斷時在基板中形成大的空洞；不含磷的CVD-SiO層，其形成在等離子體CVD-SiO層上，控制空洞的尺寸并形成開口，通過該開口將熔融的多晶硅排出到外部而不會造成由于內(nèi)部裂縫引起的破裂；以及有機樹脂層，其形成在CVD-SiO層上，用于接收和阻擋熔融的多晶硅。
本發(fā)明的噴墨打印頭基板消除了墨滲透進入裂縫的可能性，由此保證了存儲在熔絲元件中的數(shù)據(jù)的高可靠性。此外，該打印頭基板可控制當(dāng)熔斷熔絲元件時形成的空洞的尺寸，從而不會造成由裂縫引起的破裂。
通過下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的說明，本發(fā)明的以上及其它目的、效果、特征和優(yōu)點將變得更明顯。


圖1是示出本發(fā)明第一實施例中的基板上的熔絲元件的平面圖；圖2是沿圖1的線II-II的截面圖；圖3A、3B、3C和3D是示出當(dāng)圖2的基板上的熔絲元件被熔斷時的狀態(tài)的截面圖；圖4是本發(fā)明第二實施例中的基板的截面圖；圖5是示出圖4的基板上的熔絲元件如何被熔斷的截面圖；圖6是本發(fā)明第三實施例中的基板的截面圖；圖7是本發(fā)明第四實施例中的基板的截面圖；圖8是本發(fā)明第一實施例中的噴墨打印設(shè)備的概略透視圖；圖9是圖8的噴墨打印頭中的基板的透視圖；圖10是圖8的噴墨打印設(shè)備中的控制系統(tǒng)的框圖；圖11是示意性示出熔絲元件被熔斷時裂縫如何形成的截面圖；圖12是本發(fā)明第五實施例中的基板上的熔絲元件的平面圖；圖13是沿著圖12的線XIII-XIII所取的截面圖；圖14A、14B、14C和14D是示出在圖13的基板上形成加熱器元件的處理的截面圖；圖15A、15B、15C、15D和15E是示出在圖13的基板上形成熔絲元件的處理的截面圖；圖16是示出通過使用圖12的基板構(gòu)成的部分剖切的頭芯片的透視圖；圖17A、17B、17C和17D是示出制造圖16的頭芯片的處理的截面圖；圖18A和圖18B是制造圖16的頭芯片的處理中的熔絲元件的截面圖；圖19是作為與本發(fā)明相比較的例子的基板上的熔絲元件的平面圖；以及圖20是沿圖19的線XX-XX的截面圖。
具體實施例方式
將參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明。
第一實施例圖8是可應(yīng)用本發(fā)明的噴墨打印設(shè)備的示例結(jié)構(gòu)的說明性視圖。該示例的噴墨打印設(shè)備300是串行掃描型，并且具有后面要說明的可拆卸地安裝在頭移動機構(gòu)302的滑架303上的噴墨打印頭400。滑架303由導(dǎo)軸304支持，從而可在由箭頭X指示的主掃描方向上移動，并且與噴墨打印頭400一起往復(fù)移動。在與打印頭400相對的位置處安裝有壓紙輥(platen roller)305，該壓紙輥305保持并進給作為打印介質(zhì)的紙張P。該壓紙輥305形成在箭頭Y所指示的副掃描方向上連續(xù)進給紙張P的紙輸送機構(gòu)306。
本示例的噴墨打印頭400內(nèi)置有如圖9所示的打印頭基板100。基板100形成有加熱器元件120、熔絲陣列130、電極墊140和配線(wire)。加熱器元件120生成熱能作為墨排出能量，以加熱墨并在墨中形成氣泡，該氣泡將墨滴從未示出的噴嘴開口排出。電極墊140形成用于將基板100上形成的配線電連接到外部端子的電極。熔絲陣列130由如后面說明的可被電流熔斷的多個熔絲元件組成。選擇性地熔斷所期望的熔絲元件可存儲各種數(shù)據(jù)。
熔絲陣列130可用于存儲噴墨打印頭400的ID碼和加熱器元件120的電阻，作為關(guān)于在最佳條件下驅(qū)動噴墨打印頭400所需的電特性的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)在噴墨打印頭400出廠時被存儲在熔絲陣列130中。當(dāng)噴墨打印頭400被安裝在噴墨打印設(shè)備300上來使用時，打印設(shè)備300從熔絲陣列130讀取所存儲的數(shù)據(jù)，以在最佳條件下操作打印頭400。
圖10示出打印設(shè)備300的控制系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖。頭移動機構(gòu)302和紙輸送機構(gòu)306被連接到驅(qū)動控制電路311，驅(qū)動控制電路311被連接到微計算機312。微計算機312統(tǒng)一控制頭移動機構(gòu)302和紙輸送機構(gòu)306，從而實現(xiàn)相對于打印紙P移動打印頭400的相對移動裝置。利用該打印設(shè)備300，通過重復(fù)交替在主掃描方向上移動打印頭400同時從打印頭400排出墨滴的操作和在副掃描方向上將打印紙P進給預(yù)定距離的操作來形成圖像。
打印設(shè)備300和主設(shè)備(主計算機)210或者中央控制設(shè)備一起形成圖像處理系統(tǒng)200。打印設(shè)備300和主設(shè)備210通過通信線纜220連接。微計算機312與作為數(shù)據(jù)輸入裝置的數(shù)據(jù)輸入電路313、作為數(shù)據(jù)讀取裝置的數(shù)據(jù)讀取電路314、以及通信接口315相連接。通信接口315通過通信線纜220連接到主設(shè)備210。
數(shù)據(jù)輸入電路313通過滑架303側(cè)的連接器連接到在噴墨打印頭400的基板100上形成的打印邏輯電路。數(shù)據(jù)讀取電路314通過滑架303側(cè)的連接器連接到在噴墨打印頭400的基板100上形成的熔絲邏輯電路。熔絲邏輯電路被連接到熔絲陣列130。數(shù)據(jù)輸入電路313向噴墨打印頭400的打印邏輯電路提供打印數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀取電路314從噴墨打印頭400的熔絲邏輯電路讀取熔絲陣列130的所存儲的數(shù)據(jù)。
微計算機312統(tǒng)一控制這些電路311、313、314。例如，它向數(shù)據(jù)輸入電路313提供主設(shè)備210輸入到通信接口315的打印數(shù)據(jù)。微計算機312控制數(shù)據(jù)讀取電路314從噴墨打印頭400讀取熔絲陣列130的所存儲的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)從通信接口315輸出到主設(shè)備210。
噴墨打印設(shè)備300具有作為供墨裝置的墨盒(未示出)。墨盒像噴墨打印頭400一樣被可拆卸地安裝在滑架303上，并由管通過承接件(socket member)(未示出)連接到噴墨打印頭400的墨保持單元。墨盒裝有提供給噴墨打印頭400的墨。
在圖10的圖像處理系統(tǒng)200中，主設(shè)備210向噴墨打印設(shè)備300提供打印數(shù)據(jù)，噴墨打印設(shè)備300基于該打印數(shù)據(jù)在打印紙P上形成圖像。在這時，根據(jù)微計算機312的統(tǒng)一控制，頭移動機構(gòu)302在主掃描方向上移動噴墨打印頭400，并且紙輸送機構(gòu)306在副掃描方向上進給打印紙。與這些操作同步，噴墨打印頭400從數(shù)據(jù)輸入電路313輸入打印數(shù)據(jù)。噴墨打印頭400保持一直從墨盒提供來的墨，并基于該打印數(shù)據(jù)選擇性地給連接到打印邏輯電路的加熱器元件120通電。加熱加熱器元件120使在墨中產(chǎn)生氣泡，該氣泡的膨脹壓力使墨滴從相關(guān)聯(lián)的墨排出開口排出。排出的墨滴落在打印紙P的表面上，從而在紙P上形成點陣圖像。
如上所述，噴墨打印頭400的基板100形成有熔絲陣列130。在出廠之前，制造出的噴墨打印頭400可在熔絲陣列130中存儲其ID碼和關(guān)于加熱器元件120的操作特性的數(shù)據(jù)。在這些數(shù)據(jù)的存儲操作之后出廠的噴墨打印頭400被安裝在噴墨打印設(shè)備300上。這時噴墨打印設(shè)備300可通過數(shù)據(jù)讀取電路314從噴墨打印頭400的熔絲陣列130中讀取所存儲的數(shù)據(jù)。噴墨打印設(shè)備300根據(jù)從噴墨打印頭400的熔絲陣列130中讀出的加熱器元件120的操作特性，來調(diào)節(jié)用于驅(qū)動加熱器元件120的電源。噴墨打印設(shè)備300還可將噴墨打印頭400的ID碼通知給主設(shè)備210。
接下來，將說明本實施例的噴墨打印頭的基板100的結(jié)構(gòu)。
構(gòu)成熔絲陣列130的熔絲元件可在半導(dǎo)體制造過程期間形成在已經(jīng)內(nèi)置了驅(qū)動元件和邏輯電路等半導(dǎo)體器件的基板中。熔絲元件還可以在形成該半導(dǎo)體器件的同時，通過使用當(dāng)在基板上構(gòu)造該半導(dǎo)體器件時所使用的相同的柵多晶硅來形成。下面將說明在后一種情況下制造熔絲元件的過程。
圖1是構(gòu)成圖9的熔絲陣列130的熔絲元件103的放大的平面圖。在熔絲元件103之上，由有機樹脂層形成用于排出墨的墨路。圖2是其中形成有熔絲元件103的基板100沿圖1的線II-II的截面圖。本例子的熔絲元件103由多晶硅制成，并且形成為在其中央熔斷部分(熔絲熔斷部分)103A處窄，以便于容易地熔化分離。在由與圖11所示的用于比較的傳統(tǒng)頭基板相同的材料構(gòu)造的噴墨打印頭基板中，當(dāng)熔絲熔斷部分被熔斷時，會形成裂縫C。在熔絲元件103被熔斷時，在層間絕緣膜104和保護膜(絕緣膜)106中形成該裂縫C，從而為墨的進入提供可能的路徑。
本例子的噴墨打印頭基板100具有熱生長氧化膜122、熔絲元件103、層間絕緣膜123、熔絲電極105以及保護膜(絕緣膜)124，所有這些都以預(yù)定的形狀適當(dāng)?shù)貙盈B在基本基板121的表面上。在保護膜(絕緣膜)124的表面上形成有機樹脂的噴嘴部件107。熔絲元件103的端部通過通孔108連接到鋁熔絲電極105。
在基本基板121上形成的熱生長氧化膜122上，沉積大約4000厚度的多晶硅膜以形成熔絲元件103。在熔絲元件103上，通過等離子體CVD(chemical vapor deposition，化學(xué)氣相沉積)方法沉積大約8000厚度的含磷SiO膜以形成層間絕緣膜123。如后面所說明的，含磷層間絕緣膜(SiO膜)123容易被當(dāng)施加用于熔斷多晶硅熔絲元件103的電流時產(chǎn)生的熔絲元件103的熱所氣化而形成空洞。為了防止在覆蓋層間絕緣膜(SiO膜)123的層中形成大的裂縫，將層間絕緣膜123的厚度優(yōu)選設(shè)置在0.5～1μm的范圍內(nèi)。
為了控制在層間絕緣膜(SiO膜)123中形成的空洞，通過等離子體CVD法形成6000厚度的不含磷的等離子體CVD-SiO膜(保護絕緣層)124。該膜124不容易被熔絲元件103的熱熔化，因此可使含磷層間絕緣膜(SiO膜)123中的空洞的膨脹最小化，并將其控制為所期望的尺寸。膜124熔化得慢，并且只是部分被熱熔化以形成孔，使得來自熔斷的熔絲元件103的熔融物排入該孔，從而防止如果空洞的膨脹被完全抑制而聚積的內(nèi)部壓力所造成的裂縫。膜124即未摻雜磷的SiO膜的厚度優(yōu)選被設(shè)置在0.3～0.8μm，使得在摻雜磷的層間絕緣膜(SiO膜)123中的空洞的膨脹可被最小化，但是仍允許在其中形成孔。
在形成熔絲元件103之后，濺射大約500厚度的用于形成加熱器元件120的材料TaSiN。接著由鋁(Al)形成大約5000厚度的配線層。然后，通過光刻(photolithography)圖形化這些層，并使用BCl3氣體將Al和TaSiN同時干法蝕刻(dry-etch)為所希望的形狀。此外，通過光刻將加熱器元件120圖形化為所期望的結(jié)構(gòu)，然后主要使用磷酸將其濕法蝕刻為所期望的形狀。
然后，通過等離子體CVD方法在這些層上沉積大約3000厚度的SiN膜作為保護膜。然后，濺射大約2000厚度的Ta膜作為耐氣蝕膜(cavitation resistance film)。通過光刻將SiN膜和Ta膜圖形化并將其干法蝕刻為所期望的形狀。在該處理中，熔絲元件103上的Ta膜和SiN膜被去除。
在這之后，使用有機樹脂層以通過使用光刻三維形成用于排墨的墨路。至此完成基板100。
圖3A、3B、3C和3D示出當(dāng)通過向上述結(jié)構(gòu)的基板中的熔絲元件103施加電流以熔斷該熔絲元件時所發(fā)生的情況。
首先，多晶硅熔絲元件103的熱熔化并氣化含磷的層間絕緣膜(SiO膜)123，即等離子體CVD-SiO層，其具有比多晶硅低得多的熔點并且容易被氣化。結(jié)果，如圖3A所示，在層間絕緣膜(SiO膜)123中形成空洞123A?？斩?23A如圖3B所示進行膨脹，并且其膨脹被保護膜(絕緣膜)124即不含磷的等離子體CVD-SiO層阻止。如圖3C所示，通過熱和壓力在部分不含磷的CVD-SiO層即保護膜(絕緣膜)124中形成通孔124A。多晶硅熔絲元件103的熔融物103A被熔進孔124A中。被熔進孔124A中的熔融的多晶硅103A熔化并碳化部分有機樹脂噴嘴部件107，如圖3D所示，從而損失其熱能并在其冷卻時凝固。
如上所述，含磷的層間絕緣膜(SiO膜)123形成空洞123A以釋放由熔絲元件103的熔化產(chǎn)生的內(nèi)部壓力。不含磷的保護膜(絕緣膜)124在其一部分中形成孔124A以釋放該內(nèi)部壓力并使空洞123A的膨脹最小化。這有助于防止在基板100中形成裂縫。多晶硅熔絲元件103的熔融物103A被停止在距熔絲元件103的熔斷部分大約預(yù)定距離的位置處。例如，熔融物103A在有機樹脂噴嘴部件107中大約2μm內(nèi)被接收。這保證了熔絲元件103的可靠熔斷。如果熔融物103A殘留在熔絲元件103的熔融部分上，則熔絲元件103的熔斷操作的可靠性受損。
第二實施例圖4和圖5是示出本發(fā)明第二實施例中的噴墨打印頭的基板100的說明性視圖。
如圖4所示，通過等離子體CVD方法在打印頭基板100的基本基板102的表面上沉積大約4000厚度的含磷SiO膜，以形成層間絕緣膜111。在層間絕緣膜111上沉積大約4000厚度的用于熔絲元件103的多晶硅，并將其圖形化以形成熔絲元件103。此外，通過等離子體CVD方法在熔絲元件103上沉積大約6000的用于層間絕緣膜114的含磷SiO膜。結(jié)果，熔絲元件103在垂直方向上被夾在作為含磷SiO膜的層間絕緣膜111、114之間。
作為含磷SiO膜的層間絕緣膜111、114具有比熔絲元件103的多晶硅的熔點低的熔點。因此，當(dāng)電流流過熔絲元件103使其熔斷時，由該電流產(chǎn)生的熱容易地氣化層間絕緣膜111、114，從而形成如圖5所示的空洞S。因為具有比熔絲元件103的熔點低的熔點的層間絕緣膜111、114，即含磷SiO膜，被形成在熔絲元件103之上和之下，所以空洞S被形成在層間絕緣膜111、114的每一個之中。通過在向上和向下兩個方向上形成空洞S，可抑制向上方向上的空洞S的形成，以防止在更上層的膜中形成裂縫。
熔絲元件103的由熔斷所產(chǎn)生的破壞力越大，空洞S變得越大。為了防止形成熔絲元件103的多晶硅過度破裂，將層間絕緣膜111、114的厚度優(yōu)選地設(shè)置在0.5～1μm的范圍內(nèi)。
通過等離子體CVD方法在層間絕緣膜114上沉積未摻雜磷的SiO膜，來形成用于控制空洞S的保護膜(絕緣膜)106。保護膜(絕緣膜)106被形成為約6000的厚度。當(dāng)受熱時該保護膜(絕緣膜)106不容易熔化，因此可限制含磷SiO層即層間絕緣膜111、114中的空洞S的膨脹，從而將該空洞控制在所期望的尺寸。與上述實施例的保護膜(絕緣膜)124相同，保護膜(絕緣膜)106可以熔化得慢，并且通過受熱被部分熔化以在其中形成孔。在這種情況下，通過該孔排出熔絲元件103的熔融物。這消除了如果內(nèi)部空洞S的膨脹被完全抑制而導(dǎo)致的問題，即由于內(nèi)部壓力形成裂縫。
在層間絕緣膜114表面的一部分上，形成主要由鋁制成的熔絲電極105。該熔絲電極105通過層間絕緣膜114中的通孔連接到熔絲元件103。在該熔絲電極105上形成SiO膜作為保護膜(絕緣膜)106。此外，在保護膜(絕緣膜)106上形成噴嘴部件107。
在如上所述的本實施例中，由于通過熔絲元件103的熔化形成空洞S，所以裂縫不會發(fā)展到保護膜106的表面。因此，不可能損害熔絲元件的可靠性。
在完成噴墨打印頭400之后，應(yīng)該執(zhí)行將加熱器元件120的操作特性等數(shù)據(jù)存儲在熔絲陣列130中。在該示例中，位于熔絲元件103的上面和下面的層，即層間絕緣膜111、114，是由含磷的并具有比熔絲元件103的熔點低的熔點的SiO膜形成的。因此，當(dāng)熔絲元件103被熔斷時，空洞S被形成為使其可被容納在含磷層間絕緣膜111、114之間。因此，熔絲元件103的熔斷對上層的膜影響很小，從而防止例如到達上層的膜的大的裂縫的形成。
噴墨打印頭400中的邏輯電路的配線由多晶硅層形成，熔絲陣列130的熔絲元件103也由同樣的多晶硅層形成。因此，當(dāng)形成作為打印頭必要部分的打印控制邏輯電路(未示出)時，也可以同時形成熔絲邏輯電路和熔絲陣列130，以提高噴墨打印頭400的生產(chǎn)率。
還可以通過使用同樣的材料形成墨排出結(jié)構(gòu)的加熱器元件120和熔絲陣列130。這可以避免對熔絲陣列130增加新材料的需要，從而提高基板100和噴墨打印頭400的生產(chǎn)率。
如果熔絲陣列130中的存儲數(shù)據(jù)是ID碼和操作特性，則熔絲陣列130的存儲容量小于100位(bit)。所以，無需使用特別制備的大容量ROM芯片，這又有助于減小噴墨打印頭的尺寸和重量，并且還提高了生產(chǎn)率。
第三實施例圖6是示出本發(fā)明第三實施例中的噴墨打印頭基板100的說明性視圖。該實施例具有形成在熔絲元件103上方的空間SA，墨不滲入該空間SA。
如果由熔絲元件103的熔斷而形成的裂縫會到達保護膜106的表面，則噴嘴部件107和保護膜106之間的緊密接觸可能惡化，從而產(chǎn)生墨進入噴嘴部件107和保護膜106之間的界面中的可能性。如果墨通過該裂縫滲透并到達熔絲元件103，則熔絲元件103可能因為電短路而發(fā)生故障。
在本實施例中，與先前的實施例相同，也是由于通過熔絲元件103的熔斷形成空洞S(見圖5)，所以裂縫不會到達保護膜106的表面。因此，如果像本示例中那樣在噴嘴部件107中形成空間SA，則不會有問題。
第四實施例圖7是示出本發(fā)明第四實施例中的噴墨打印頭基板100的說明性視圖。本實施例在保護膜(絕緣膜)106上形成SiN保護膜112和耐氣蝕層113，在耐氣蝕層113上形成噴嘴部件107。
第五實施例圖12至圖18B表示本發(fā)明的第五實施例。
圖12是示出形成有本示例的熔絲元件1110的區(qū)域1400的平面圖。圖13是沿圖12的線XIII-XIII的截面圖。熔絲元件1110與加熱器元件1102(見圖17A至圖17D)同時構(gòu)建在噴墨打印頭基板中。圖14A、14B、14C和14D示出形成加熱器元件1102的過程。圖15A、15B、15C、15D和15E示出形成熔絲元件1110的過程。下面將這兩個過程相互關(guān)聯(lián)地進行說明。
首先，如圖14A和圖15A所示，通過熱氧化在硅基板1150上形成熱累積層1120，然后形成未示出的邏輯電路和保護膜1120。該邏輯電路具有選擇性地驅(qū)動加熱器元件1102的功能和選擇性地給熔絲元件1110通電的功能。
然后，通過濺射和光刻形成未示出的、由例如鋁制成的用于連接邏輯電路的電極配線。通過等離子體CVD方法在電極配線上沉積大約1μm厚度的用作層間絕緣膜的氧化硅膜1106。此外，通過光刻形成接觸孔，以連接邏輯電路和電極配線。如圖15A所示，以與形成接觸孔相同的方式在熔絲元件形成區(qū)域1400中形成開口。
如圖14B所示，濺射大約30nm厚度的加熱電阻器層1107，然后沉積大約300nm厚度的鋁電極配線層1103。然后通過光刻部分地去除電極配線層1103以露出加熱電阻器層1107，由此形成產(chǎn)生熱能以排出墨的加熱器元件1102。在熔絲元件形成區(qū)域1400中，如圖15B所示，通過光刻去除鋁電極配線層1103和加熱電阻器層1107。
接下來，如圖14C所示，通過等離子體CVD方法，在包括露出的加熱電阻器層1107(加熱器元件1102)的電極配線層1103上形成大約300nm厚度的用作保護絕緣膜1108的SiN膜。在熔絲元件形成區(qū)域1400中，如圖15C所示，也在電極配線層1103上形成用作保護絕緣膜1108的SiN膜。
接下來，通過光刻形成用于將電極配線1103連接到未示出的電源線和信號線的接觸孔。在形成熔絲元件1110的區(qū)域1400中，如圖15D所示，同時形成電源的接觸孔1401和熔絲形成窗1402。
接下來，如圖14D和圖15E所示，濺射大約200nm厚度的Ta層1101。圖14D的加熱器元件1102區(qū)域中的Ta層1101用作耐氣蝕層。在圖15E的熔絲元件形成區(qū)域1400中，通過光刻形成所期望形狀的Ta層1101，以用作熔絲元件1110。
使用如上所述的形成有熔絲元件1110和加熱器元件1102的硅基板1150，可構(gòu)造如圖16所示的噴墨打印頭。在該示例的打印頭中，作為墨排出能量生成裝置的加熱器元件1102被形成為兩排(L1，L2)，并以預(yù)定的間距(pitch)排列。在兩排加熱器元件1102之間，通過硅各向異性蝕刻在基板1150上形成供墨口509。在基板1150上設(shè)置有孔板504，該孔板504形成有位于相關(guān)聯(lián)的加熱器元件1102之上的墨排出開口505、以及連接該墨排出開口505和供墨口509的墨路。排L1上的墨排出開口505和加熱器元件1102與排L2上的墨排出開口505和加熱器元件1102交錯半個噴嘴間距(排列墨排出開口505和加熱器元件1102的節(jié)距)。
在該例子中，所使用的基板1150在形成加熱器元件1102的表面上Si晶體取向(crystal orientation)為<100>。圖17A至圖17D示出當(dāng)使用以上基板1150時形成墨排出開口505和供墨口509的過程。將參考圖18A和圖18B說明形成熔絲元件1110的區(qū)域。
在圖17A中，附圖標(biāo)記807表示形成在基板1150背面上的SiO2膜。在SiO2膜807上形成具有耐堿性的SiO2膜圖形化掩膜808。掩膜808用于形成供墨口509。
接下來，在基板1150的表面上形成用于提高緊密接觸性能的未示出的聚醚酰胺。例如，可以旋涂HIMAL(high heat resistantcoating materials，高耐熱涂料)，通過光刻使其圖形化，并對其進行干法蝕刻以形成所期望形狀的樹脂層。
如圖18A所示，在熔絲形成區(qū)域1400中，緊密接觸提高層1200被填入熔絲形成區(qū)域1400中。該層可防止墨從外部進入，并可形成當(dāng)熔絲元件1110被熔斷時接收熔融物的區(qū)域。
接下來，如圖17A所示，形成塊803。在隨后的處理中塊803被溶解掉以形成墨路。塊803被形成為高度對應(yīng)于墨路的高度的平面圖形。
接下來，如圖17B所示，將孔板材料804旋涂在基板1150上以覆蓋塊803，然后通過光刻將其圖形化為所期望的形狀。然后，通過光刻在加熱器元件1102上面的位置處形成墨排出開口505。在墨排出開口505形成開口的孔板材料804的表面上，通過層疊干膜形成防水層806。
在熔絲元件形成區(qū)域1400中，由于如圖18B所示在緊密接觸提高層1200上形成孔板材料804，所以可進一步防止墨從外部滲透。
接下來，如圖17C所示，樹脂保護材料811被旋涂在形成有打印頭的功能元件的基板1150的表面上和側(cè)表面上。這旨在防止當(dāng)在后續(xù)處理中形成供墨口509時，蝕刻液體與形成有打印頭功能元件的基板1150的表面以及側(cè)表面相接觸。所使用的保護材料811對用于各向異性蝕刻的強堿溶液具有足夠的抗蝕性。通過還用保護材料811覆蓋孔板材料804，可防止防水層806的退化。
接下來，利用事先作為掩膜形成的SiO2膜圖形化掩膜808，通過濕法蝕刻將SiO2膜807圖形化，以在基板1150的背面上露出用于開始蝕刻的開口809。
接下來，如圖17D所示，使用SiO2膜807作為掩膜進行各向異性蝕刻，以形成供墨口509。用于該各向異性蝕刻的蝕刻液體可以是例如強堿溶液，如TMAN(四甲基氫氧化銨)溶液。在此情況下，將22wt％的TMAH溶液設(shè)置在80℃，然后將其從蝕刻開始開口809對基板1150施加預(yù)定的時間(12個小時)，以形成供墨口509。
接下來，去除SiO2膜圖形化掩膜808和保護材料811。此外，通過墨排出開口505和供墨口509溶解掉塊803，然后進行干燥?？赏ㄟ^用深紫外線進行全面曝光并進行隨后的顯影來實現(xiàn)塊803的溶解。在顯影處理期間，可根據(jù)需要進行超聲浸漬(ultrasonicdipping)，以在實質(zhì)上完全去除塊803。
利用以上所采取的步驟，完成了制造作為噴墨打印頭基本部分的頭芯片的處理。以這種方式形成的頭芯片設(shè)置有到加熱器元件1102和熔絲元件1110的電連接，并且根據(jù)需要安裝有用于供墨的容器。至于位于熔絲元件1110的上面和下面的層，它們可以由與第一實施例相同的材料和相同的形狀來形成。
通過使用本實施例中的打印頭基板，噴墨打印頭能夠可靠地熔斷熔絲陣列，以使所選定的熔絲電斷開，從而可靠地存儲數(shù)據(jù)。由于耐氣蝕膜和熔絲元件1110由相同的材料形成，所以不需要對熔絲元件1110增加新的材料，從而提高了打印頭基板的生產(chǎn)率。
圖19和圖20示出與本實施例的打印頭基板相比較的示例結(jié)構(gòu)。在該用于比較的打印頭基板中，熔絲元件3由在基板8上形成邏輯電路的MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)的柵極配線構(gòu)造。在熔絲元件3上形成多個層間絕緣膜4和用作保護膜1的無機膜。此外，在熔絲元件的熔斷部分的上方形成開口5。如果熔絲元件3的熔斷部分被具有相對高的機械強度的層間絕緣膜4和保護膜1覆蓋，而不形成開口5，則當(dāng)熔絲元件被熔斷時所產(chǎn)生的熔融物不能分散得足夠遠，并且在熔化之后，可能發(fā)生再連接。然而，為了形成開口5，需要熔絲元件3用作蝕刻停止層。這可能在蝕刻操作期間以例如熔絲元件的厚度被降低的形式損傷熔絲元件3，該厚度的降低又可能改變?nèi)劢z元件的電阻并由此改變?nèi)蹟嘣撊劢z元件所需的電流，從而使熔絲元件的熔斷不可靠。
與該比較示例相對比，本實施例使用與耐氣蝕膜相同的材料來形成熔絲元件，從而不必通過蝕刻來去除無機膜。這消除了損壞熔絲元件的可能性，并且通過在熔絲元件上涂覆有機材料，可防止墨從外部進入。該有機材料可以是在低溫下軟化的有機材料，從而允許通過熔絲元件的熔斷所產(chǎn)生的熱在該有機材料中形成大的空洞。大到足以容納來自熔斷的熔絲元件的熔融物的空洞保證了熔絲元件的可靠熔斷。
其它實施例本發(fā)明不局限于上述實施例，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下可進行各種修改。例如，墨排出系統(tǒng)可采用使用壓電元件的電機械轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來代替上述使用加熱器元件120的電熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
此外，本發(fā)明不僅可應(yīng)用于上述串行掃描型噴墨打印設(shè)備，而且可應(yīng)用于所謂的全行(full-line)型噴墨打印設(shè)備。在全行型噴墨打印設(shè)備中，使用在打印介質(zhì)的寬度方向延伸的長噴墨打印頭。
已經(jīng)關(guān)于優(yōu)選實施例詳細(xì)說明了本發(fā)明，通過以上說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的更寬方面的情況下，可進行修改和變形，因此，所附權(quán)利要求旨在覆蓋落入本發(fā)明的真正實質(zhì)內(nèi)的全部這些修改和變形。
權(quán)利要求
1.一種噴墨打印頭基板，包括排出能量生成裝置，其生成墨排出能量；熔絲元件，其能夠被流過它的電流熔斷；以及位于所述熔絲元件的上面和下面的第一和第二層；其中，所述第一和第二層中的至少一個是由具有比所述熔絲元件的熔點低的熔點的第一低熔點材料形成的，通過當(dāng)所述熔絲元件被熔斷時產(chǎn)生的熱，所述第一低熔點材料在所述第一低熔點材料中形成空洞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨打印頭基板，其特征在于，所述第一低熔點材料是含磷的SiO膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨打印頭基板，其特征在于，通過等離子體CVD方法形成由所述第一低熔點材料形成的所述第一和第二層中的至少一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨打印頭基板，其特征在于，在由所述第一低熔點材料形成的所述第一和第二層中的至少一個上形成第三層；其中，所述第三層由具有比所述第一低熔點材料的熔點高的熔點的第二低熔點材料制成，通過當(dāng)所述熔絲元件被熔斷時產(chǎn)生的熱在所述第二低熔點材料中形成空洞。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴墨打印頭基板，其特征在于，所述第二低熔點材料是不含磷的SiO膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴墨打印頭基板，其特征在于，通過等離子體CVD方法形成所述第三層。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴墨打印頭基板，其特征在于，在所述第三層的上方形成有機樹脂層，所述有機樹脂層被所述熔絲元件熔斷時產(chǎn)生的熔融物熔化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的噴墨打印頭基板，其特征在于，所述有機樹脂層形成墨路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨打印頭基板，其特征在于，形成多個所述熔絲元件以構(gòu)造熔絲陣列。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的噴墨打印頭基板，其特征在于，所述噴墨打印頭基板還包括熔絲邏輯電路，其被連接到構(gòu)成所述熔絲陣列的所述多個熔絲元件；其中，所述熔絲邏輯電路可進行選擇性地熔斷所述多個熔絲元件以存儲數(shù)據(jù)的控制，以及從所述多個熔絲元件讀取該數(shù)據(jù)的控制。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨打印頭基板，其特征在于，所述排出能量生成裝置包括加熱電阻器，所述加熱電阻器用于生成排出墨用的熱能；其中，在所述加熱電阻器的上方形成耐氣蝕膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴墨打印頭基板，其特征在于，在所述加熱電阻器和所述耐氣蝕膜之間形成保護膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴墨打印頭基板，其特征在于，所述熔絲元件由與所述耐氣蝕膜相同的材料形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴墨打印頭基板，其特征在于，至少所述熔絲元件的熔斷部分位于比所述加熱電阻器上方的所述耐氣蝕膜低的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴墨打印頭基板，其特征在于，用于形成墨路的有機層位于所述熔絲元件的上方。
16.一種噴墨打印頭，其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨打印頭基板，所述打印頭能夠通過所述排出能量生成裝置的操作來排出墨，并且能夠通過熔斷所述熔絲元件來存儲數(shù)據(jù)。
17.一種噴墨打印設(shè)備，用于通過使用能排出墨的噴墨打印頭在打印介質(zhì)上形成圖像，所述噴墨打印設(shè)備包括安裝部分，其能夠安裝根據(jù)權(quán)利要求16所述的噴墨打印頭；控制裝置，用于控制所述噴墨打印頭中的所述排出能量生成裝置；以及讀取裝置，用于讀取存儲在所述噴墨打印頭中的所述熔絲元件中的數(shù)據(jù)。
18.一種制造噴墨打印頭基板的方法，其中，所述噴墨打印頭基板包括加熱電阻器，其生成用于排出墨的熱能；熔絲元件，其能夠被流過它的電流熔斷；以及位于所述熔絲元件上面和下面的第一和第二層；其中，所述第一和第二層中的至少一個是由具有比所述熔絲元件的熔點低的熔點的第一低熔點材料形成的，通過當(dāng)所述熔絲元件被熔斷時產(chǎn)生的熱，所述第一低熔點材料在所述第一低熔點材料中形成空洞，在所述加熱電阻器的上方形成耐氣蝕膜；當(dāng)形成所述耐氣蝕膜時，由與所述耐氣蝕膜相同的材料形成所述熔絲元件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種噴墨打印頭基板和制造方法、噴墨打印頭、噴墨打印設(shè)備，該噴墨打印頭基板能精確地熔斷熔絲元件以可靠地存儲數(shù)據(jù)。該噴墨打印頭和噴墨打印設(shè)備包含該噴墨打印頭基板。在熔絲元件上形成的層間絕緣膜是由具有比熔絲元件的材料的熔點低的熔點、且通過熔絲元件熔斷時產(chǎn)生的熱在其中形成空洞的材料制成的。
文檔編號B41J2/175GK1853934SQ2006100
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
發(fā)明者尾崎照夫, 齊藤一郎, 橫山宇, 小野賢二, 伊部智, 柴田和昭, 坂井稔康 申請人:佳能株式會社