專利名稱：具有改進(jìn)的腔室壁的液體噴射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般說來，本發(fā)明涉及整體形成的液體腔室，更具體地說，本發(fā)明 涉及在噴墨裝置和其它液滴噴射器(或液滴噴射裝置)中使用的液體腔 室。
背景技術(shù)：
已知按照要求的滴落(或轉(zhuǎn)轍指令(DOD))液體發(fā)射裝置作為噴 墨打印系統(tǒng)(或噴墨印刷系統(tǒng))中的墨水打印裝置(或墨液印刷裝置) 已經(jīng)4艮多年了。早期的裝置以壓電致動器為基礎(chǔ)，比如Kyser等人在美 國專利No. 3946398和Stemme在美國專利No. 3747120中7>開的那些裝 置。噴墨打印的一種當(dāng)前流行的形式即熱噴墨(或者"氣泡噴射")采 用電阻加熱器以產(chǎn)生蒸汽氣泡，所述蒸汽氣泡引起液滴發(fā)射，如Hara 等人在美國專利No. 4296421中討論過的那樣。雖然對于液滴噴射器的 大多數(shù)市場是用于墨水的打印，但是其它的市場正在出現(xiàn)，比如聚合物 的噴射，導(dǎo)電墨水的噴射，或者藥物的輸送。
在過去，打印頭的制作涉及到將一個(gè)噴嘴板層壓到打印頭上。用這 種方法，將噴嘴對準(zhǔn)加熱器是有困難的。另外，將噴嘴板的厚度限制在 一定的厚度以上。最近已經(jīng)通過采用光學(xué)成像技術(shù)的打印頭制造過程開 發(fā)出了整體打印頭。通過選擇性地添加和減去多種材料的層，在一個(gè)基 底上構(gòu)造出部件。
Ohkuma等人在美國專利No. 5478606中公開一種用一個(gè)噴嘴板整 體地制作出墨水流動路徑和腔室的方法。圖1圖示出帶有基底1的先有 技術(shù)裝置，所述基底包含電熱件2和墨水饋送口 3。在可溶解的樹脂的 頂部形成可用光學(xué)成形出圖案的樹脂5,它確定出包括腔室4的墨水流 動路徑。隨后將可溶解的樹脂除去，以形成墨水流動路徑和腔室。
在這種形成墨水流動路徑和腔室的方法中，把包含電加熱件2的基 底1與形成墨水流動路徑的部件連接起來要依賴于構(gòu)成形成流動路徑的 部件的樹脂5的粘接作用力。在噴墨頭中，在正常的使用狀態(tài)下，流動 路徑和腔室總被墨水充滿，從而使得在基底與形成流動路徑的部件之間的連接部分的周邊總與墨水接觸。因此，如果僅只靠構(gòu)成形成流動路徑 的部件的樹脂材料的粘接作用力實(shí)現(xiàn)連接，由于墨水的影響可能4吏這種 粘接作用變差。而在堿性墨水中所述粘接作用特別地差。
此外，在大多數(shù)熱噴墨頭中，樹脂材料在不同的區(qū)域粘接到比如氮 化硅或氧化硅的無機(jī)物層上。在其它區(qū)域，所述樹脂粘接到用于氣穴保
護(hù)(cavitation protection)的鉭材料層(或鉭層)上。這一鉭層粘接到構(gòu) 成形成流動路徑的部件的樹脂質(zhì)材料上的作用力比氮化硅層的粘接作 用力要小。因此，樹脂可能由鉭層上剝落。為了防止出現(xiàn)這種情況，Yabe 在美國專利No. 6676241中公開了在基底與形成流動路徑的部件之間形 成一個(gè)含有聚酰胺樹脂(polyethemmide resin)(或由其組成)的粘接 層。在這種情況下，在氮化硅或鉭層與連接形成流動路徑的部件的樹脂 之間可以保持改進(jìn)了的粘接作用。然而，重要的是，必須將這個(gè)粘接層 形成適當(dāng)?shù)膱D案，使得沒有任何一部分與電熱件接觸。將這一層形成圖 案在制作中包含有額外的步驟，增加了花費(fèi)，并且降低了生產(chǎn)率。另外， 因?yàn)闃?gòu)成流動路徑件的樹脂仍然與墨水接觸，所以樹脂可能膨脹，使得 應(yīng)力在樹脂與粘接層之間擴(kuò)展，仍然會造成流動路徑部件的脫層。
Stout等人在美國專利No. 6739519中也公開了 一種在一層犧牲的保 護(hù)層(a sacrificial resist layer)上采用可以光學(xué)成形的環(huán)氧樹脂 (photodefinable epoxy)用 一個(gè)噴嘴板或者替代地用可以光學(xué)成形的環(huán) 氧樹脂的兩次曝光整體地制作出墨水流動路徑和腔室的方法。該專利討 論了在環(huán)氧樹脂噴嘴板與基底之間持續(xù)粘接的問題。因?yàn)榄h(huán)氧樹脂的熱 膨脹系數(shù)比基底的大得多，在加熱器的點(diǎn)火過程中可能出現(xiàn)熱應(yīng)力，導(dǎo) 致出現(xiàn)脫層。所述專利提出在噴嘴板與基底之間采用一個(gè)底層涂料層(a primerlayer)。然而，環(huán)氧樹脂的界面仍然非常靠近加熱器。
由樹脂材料制成的噴嘴板會透氣。因此，在噴嘴板下面的腔室中的 墨水會越來越多地蒸發(fā)。結(jié)果，在腔室中的墨水的性質(zhì)比如粘性可能改 變，使得噴射特性變差。另外，由外面進(jìn)入腔室的空氣可能形成氣泡， 同樣會使噴射變差。Inoue等人在美國專利No. 6186616中公開了將一個(gè) 金屬層添加到噴嘴板樹脂的頂面上，以防止吸收空氣。然而，必須特別 小心地在樹脂與金屬層之間形成好的粘接。另外，金屬必須與墨水相容， 使得金屬不會被腐蝕。由于對樹脂材料的熱限制，不能采用在較高溫度 下沉積的材^"。關(guān)于用環(huán)氧樹脂形成的腔室的內(nèi)側(cè)面，另 一 個(gè)問題是用墨水使腔室 壁變濕。用墨水將內(nèi)腔室壁變濕很重要。否則打印頭的起動將是困難的。 另外，在噴射出一個(gè)液滴之后，使腔室沒有墨水，并且必須在可以噴射 出另 一個(gè)液滴之前完全充填該腔室。不能變濕的壁將妨礙這個(gè)重新充填 過程。例如可以通過暴露給氧等離子體減小環(huán)氧樹脂的壁的接觸角。然 而，經(jīng)過一段時(shí)間表面將返回到不能變濕的狀態(tài)。另外，氧等離子體會 使環(huán)氧樹脂的表面變粗糙，這也會妨礙重新充填的過程。
因此，對于用墨水變濕的內(nèi)腔室壁用一種替代的選擇比如氧化硅或 氮化硅可能是有利的。這樣的層對于在打印頭中采用的基底層具有極好 的粘接能力。在高溫下沉積這些層，并且這些層對于與墨水接觸的應(yīng)用 有其它的極好性能，比如材料的堅(jiān)固性，熱膨脹率低，濕氣吸收少， 以及可以透過濕氣。
Ramaswami等人在美國專利No. 6482574中公開了 一種全無機(jī)物的 腔室，通過沉積厚度為5-20微米的氧化物層，形成圖案、并且進(jìn)行刻蝕 以形成該腔室，用一個(gè)犧牲層填充該腔室，^吏該犧牲層變成平面，沉積 一個(gè)噴嘴板，并且除去那層犧牲材料。這個(gè)程序包含在腔室區(qū)域中填充 犧牲材料并使所述犧牲材料變成平面的困難過程。缺少變成平面的過程 會造成腔室高度的改變，并且損害腔室與噴嘴板之間的粘接。他們也討 論了如果犧牲材料有溫度限制，對于噴嘴板沉積高品質(zhì)的介電材料的困 難。以很長的沉積和刻蝕時(shí)間處理這樣的厚氧化物層也是困難的。留在 基底上的這些厚層也會有由于應(yīng)力的積累形成裂紋的趨勢。
在共同受讓的美國專利No. 6644786中公開了 一種用于熱致動器液 滴噴射器的形成腔室的方法。將不能光學(xué)成像的聚酰亞胺的圖案形成所 述犧牲層，使得可以沉積一個(gè)高溫?zé)o機(jī)物結(jié)構(gòu)層，比如氧化硅或氮化硅 層能形成腔室壁和噴嘴板。在這種情況下，僅只需要一次無機(jī)物層的沉 積就可以確定出腔室壁和噴嘴板。
上面的專利描述了圍繞單個(gè)的熱致動器的腔室的形成。對于把這個(gè) 過程擴(kuò)展到采用熱氣泡射流加熱器作為液滴噴射器沒有作任何描述。在 把腔室形成擴(kuò)展到有相對應(yīng)的大面積墨水饋送口的大噴射器陣列以及
S是可以擴(kuò)展的這二l二;要。A包含大的液滴噴射器陣列的芯片也在芯 片上包含驅(qū)動器線路和邏輯件(或邏輯)，必須保護(hù)這些部分不接觸到墨水。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種液滴噴射器，它包括多個(gè)液體腔室， 其中腔室壁和噴嘴板由一種無機(jī)物材料制成，并且采用一種犧牲的有機(jī) 物材料形成所述腔室壁和所述噴嘴板。
提供有機(jī)物材料的 一個(gè)由液體供應(yīng)饋送口懸伸出的區(qū)域以便提高 液滴噴射器的機(jī)械堅(jiān)固性也是本發(fā)明的一個(gè)目的。
在液滴噴射器的液體供應(yīng)饋送口中設(shè)置肋以進(jìn)一 步提高液滴噴射 器的機(jī)械堅(jiān)固性也是本發(fā)明的一個(gè)目的。
在腔室壁中設(shè)置間隙以減小結(jié)構(gòu)的應(yīng)力也是本發(fā)明的 一個(gè)目的。
在液滴噴射器的線路之上設(shè)置一種有機(jī)物材料用來保護(hù)線路不接 觸到墨水也是本發(fā)明的一個(gè)目的。
按照本發(fā)明的 一 個(gè)方面， 一 種液滴噴射器包括基底和多個(gè)液體腔 室?；椎亩鄠€(gè)部分形成液體供應(yīng)裝置。每個(gè)液體腔室定位在基底之上， 并包括噴嘴板和腔室壁。噴嘴板和腔室壁包括一種無機(jī)物材料，當(dāng)在每 個(gè)液體腔室中存在液體時(shí)噴嘴板和腔室壁的無機(jī)物材料可與液體接觸。 有機(jī)材料的區(qū)域定位在基底之上，并相對于噴嘴板和腔室壁設(shè)置成，使 得當(dāng)在每個(gè)液體腔室中存在液體時(shí)該有機(jī)物材料的區(qū)域不會與液體接 觸。由位于液體供應(yīng)裝置的相對側(cè)面上的鄰近的液體腔室的腔室壁確定 該有機(jī)物材料的區(qū)域的邊界。
按照本發(fā)明的另 一個(gè)方面， 一種液滴噴射器包括基底和多個(gè)液體腔 室。基底的多個(gè)部分形成液體供應(yīng)裝置。每個(gè)液體腔室定位在基底之上， 并包括噴嘴板和腔室壁。噴嘴板和腔室壁包括一種無機(jī)物材料，當(dāng)在每 個(gè)液體腔室中存在液體時(shí)噴嘴板和腔室壁的無機(jī)物材料可與液體接觸。 有機(jī)材料的區(qū)域定位在基底之上，且相對于噴嘴板和腔室壁設(shè)置成，使 得當(dāng)在每個(gè)液體腔室中存在液體時(shí)該有機(jī)物材料的區(qū)域不會與液體接 觸。在位于液體供應(yīng)裝置的同 一側(cè)面上的相鄰的液體月空室之間沒有任何 的有機(jī)物材料區(qū)域。
按照本發(fā)明的另 一個(gè)方面， 一種液滴噴射器包括基底和用來容納液 體的液體腔室。所述液體腔室定位在基底之上，并包括噴嘴板和腔室壁。 噴嘴板和腔室壁包括一種無機(jī)物材料。當(dāng)在液體腔室中存在液體時(shí)噴嘴板和腔室壁的無機(jī)物材料可與液體接觸。噴嘴板包括頂表面。腔室壁包 括無機(jī)物材料制的兩個(gè)壁部，這兩個(gè)壁部彼此間隔開，4吏得在這兩個(gè)壁 部之間存在間隙。所述間隙伸展到噴嘴板的頂表面。有機(jī)材料的區(qū)域定 位在基底之上，且相對于噴嘴板和腔室壁設(shè)置成，使得當(dāng)在每個(gè)液體腔 室中存在液體時(shí)該有機(jī)物材料的區(qū)域不會與液體接觸。
按照本發(fā)明的另 一個(gè)方面， 一種制作液體噴射器的方法包括提供基
底；并且，通過以下步驟在該基底上形成多個(gè)液體腔室在基底之上設(shè)
置一種有機(jī)物材料；使該有機(jī)物材料形成圖案，以產(chǎn)生用于每個(gè)液體腔
室的腔室壁的位置；通過在形成圖案的有機(jī)物材料之上沉積無機(jī)物材料 形成用于每個(gè)液體腔室的噴嘴板和腔室壁，使得當(dāng)在每個(gè)液體腔室中存 在液體時(shí)噴嘴板和腔室壁的無機(jī)物材料可與液體接觸；并且，以及除去 已經(jīng)形成圖案的有機(jī)物材料的一部分，使得保留下一個(gè)有機(jī)物材料的區(qū) 域，并且由鄰近的液體腔室的腔室壁形成該區(qū)域的邊界，其中，當(dāng)在每 個(gè)液體腔室中存在液體時(shí)這個(gè)有機(jī)物材料的區(qū)域不會與液體接觸。


在下面提供的對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中，要參考附圖， 在附圖中
圖1是按照先有技術(shù)的噴墨打印頭(或噴墨印刷頭)的剖面示意圖； 圖2是按照本發(fā)明的噴墨打印系統(tǒng)(或噴墨印刷系統(tǒng))的示意圖； 圖3示出按照本發(fā)明的噴墨打印頭的示意性頂視圖； 圖4示出按照本發(fā)明的噴墨打印頭在噴嘴陣列附近的剖開頂岸見圖； 圖5A-5H示出按照本發(fā)明形成噴墨打印頭的過程，所述打印頭帶有
在圖4所示的實(shí)施例穿過剖面A-A的截面中用 一種無機(jī)物層(或無機(jī)材
料)形成的腔室和噴嘴板；
圖6示出按照本發(fā)明的打印頭的一個(gè)截面的剖開圖； 圖7示出有按照本發(fā)明的肋的陣列的基底1;以及 圖8示出按照本發(fā)明的打印頭的墨水腔室區(qū)域的一端。
具體實(shí)施例方式
給出的描述將特別針對形成按照本發(fā)明的設(shè)備(或裝置)的一部分 的那些部件或者更直接地與按照本發(fā)明的設(shè)備協(xié)同工作的那些部件。應(yīng)該理解，沒有具體地示出或描述的那些部件可以取本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟 知的多種形式。
如下面所描述的那樣，本發(fā)明提供一種用來形成用于液滴噴射器 (液滴噴射裝置)的噴嘴板和腔室的方法。這些裝置中最熟悉的是用做 噴墨打印系統(tǒng)中的打印頭。也出現(xiàn)了許多其它應(yīng)用，這些應(yīng)用采用與噴 墨打印頭類似的裝置，然而所述裝置發(fā)射液體而不是墨水，這些液體需 要進(jìn)行精細(xì)地計(jì)量，并且以很高的空間精度沉積這些液體。在這里將可 互換地使用噴墨和液滴噴射器這兩個(gè)術(shù)語。下面描述的本發(fā)明也提供用 于液滴噴射器的改進(jìn)的腔室和噴嘴板。
圖2是結(jié)合有按照本發(fā)明制作的液滴噴射器的噴墨打印系統(tǒng)的示意
圖。所述系統(tǒng)包括圖像數(shù)據(jù)源12，所述圖像數(shù)據(jù)源提供由控制器14接 收的信號，作為打印液滴的命令。控制器14將信號輸出到電脈沖源16。 電脈沖源16進(jìn)而產(chǎn)生包括電能脈沖(或由其組成)的電壓信號，所述 電壓信號^^皮施加到噴墨打印頭20內(nèi)的電熱加熱器2上。脈沖源16可以 與打印頭分開。在優(yōu)選實(shí)施例中，將脈沖源16集成到打印頭中。噴墨 打印頭20包括噴嘴陣列18和相關(guān)聯(lián)的電熱件2。墨水貯室90將墨水供 應(yīng)到所述打印頭。電能脈沖造成液體通過噴嘴18的噴射，與脈沖的電 熱加熱器相關(guān)聯(lián)，發(fā)射出液滴50，所述液滴落在記錄介質(zhì)IOO上。
圖3示出圖2的噴墨打印頭20的示意性頂視圖。在一個(gè)實(shí)施例中， 將噴嘴18按兩排布置。使每一排中的噴嘴偏置，以實(shí)現(xiàn)打印頭的npi 分辨。在其它實(shí)施例中，可將每排中的噴嘴陣列錯(cuò)開，或者可將噴嘴的 圖案安排成一個(gè)二維陣列。本發(fā)明的噴墨打印頭可以包括一個(gè)比640個(gè) 噴嘴更大的陣列，并且是可以擴(kuò)展的。在圖3中示意性示出的用于每個(gè) 加熱器的MOSFET動力驅(qū)動器和CMOS控制邏輯件也^f皮包含在打印頭 內(nèi)。必須在噴墨打印頭的整個(gè)使用壽命期間保護(hù)這些線路不與墨水接 觸。將用來與打印頭實(shí)現(xiàn)電連通的接合墊(或鍵墊(bondpads) ) 19設(shè) 置在打印頭的周邊。
圖4圖示出噴墨打印頭20在噴嘴陣列附近的一個(gè)截面(或部分) 的頂^L圖。每個(gè)噴嘴18位于相對應(yīng)的電熱加熱器的上方。由頂部也可 以看到腔室壁38,所述腔室壁確定出用于每個(gè)加熱器/噴嘴對的腔室； 還可以看到用做過濾器并且在液滴噴射和重新充填的過程中控制流體 阻抗的立柱陣列46;以及確定出中心支承區(qū)域8的中心支 R區(qū)域壁56。隔開支承結(jié)構(gòu)57在所述中心支承區(qū)域壁中，將所述隔開支承結(jié)構(gòu)設(shè)置 在位于所述基底中的肋結(jié)構(gòu)的頂部。
在圖5A-H中，以在圖4中示出的實(shí)施例穿過A-A截面的剖面圖形 式示出了形成帶有用無機(jī)物層構(gòu)成的腔室和噴嘴板的噴墨打印頭的過 程，把剖面圖安排成顯示兩排的噴嘴區(qū)域。圖5A圖示出腔室形成前的 基底，其中在基底1上已經(jīng)形成了驅(qū)動器和控制線路(未示出)。也示 出了薄膜疊置體22,所述薄膜疊置體包括電熱加熱器2。在一個(gè)實(shí)施例 中，基底1是硅。在其它實(shí)施例中，基底l是下列材料之一多晶硅， 石英，不銹鋼，或者聚酰亞胺。
熱屏蔽層(或熱阻擋層)24可以由多種材料制成，比如沉積的二氧 化硅，場氧化物(field oxide),玻璃(BPSG)和氮氧化物。這一層實(shí) 現(xiàn)了電熱加熱件2與基底1之間的熱絕緣和電絕緣。在熱屏蔽層24的 頂面上是電阻加熱(或加熱器)層26。在這個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)電阻加熱 層由三元的鉭硅氮化物材料制成。
在電阻加熱層26的頂面上沉積有導(dǎo)電層28。所述導(dǎo)電層28由典型 地在MOS制造中采用的金屬比如鋁或者包含銅和/或硅的鋁合金制成。 使所述導(dǎo)電層28形成圖案并對所述導(dǎo)電層進(jìn)行刻蝕，以形成導(dǎo)電跡線 (或傳導(dǎo)跡線)，所述導(dǎo)電跡線連接到在噴墨打印頭20上制作出的控 制線路上，且所述導(dǎo)電層也形成電熱加熱器2。
如在圖5A中所示，接著沉積絕緣的鈍化層30。這一絕緣的鈍化層 30可以由氮化硅，氧化硅和碳化硅，或者這些材料的任意組合制成。在 所述絕緣的鈍化層30的頂面沉積有保護(hù)層32。所述保護(hù)層32由鉭，鉭 硅的氮化物或者兩種材料的組合制成。這一層保護(hù)電熱器使它不接觸到 墨水。穿過薄膜疊置體向下直到基底1刻蝕出兩個(gè)墨水饋送口 6,每一 排噴嘴一個(gè)。腔室中心支承區(qū)域8在兩個(gè)墨水饋送口之間。在形成墨水 饋送口之間的中心支承區(qū)域8的下截面(或部分)的過程中也使用某些 層或整個(gè)薄膜疊置體。
圖5B圖示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中涂布或者施加了一種有機(jī) 物材料48。在一個(gè)實(shí)施例中，這種有機(jī)物材料48是不能光學(xué)成像的聚 酰亞胺。所選擇的聚酰亞胺是一種帶有熱膨脹系數(shù)小，好的變成平面的 性能，并且沒有添加任何組分比如光激活組分的材料。 一種這樣的聚酰 亞胺是來自HD Microsystems公司的PI2611 。有機(jī)物材料48確定腔室的高度。在亞胺化烘烤(imidization bake )之后所述有機(jī)物材料48的厚度 在范圍8-16微米。在這個(gè)實(shí)施例中，高度為12-14微米。亞胺化烘烤在 300-400QC之間的溫度下歷時(shí)一'卜時(shí)。在這個(gè)實(shí)施例中，將溫度選擇成 比后續(xù)的處理溫度高或者等于后續(xù)的處理溫度。
圖5C圖示出沉積在有機(jī)物材料48上的硬掩才莫52。所述硬掩才莫52 是通過PECVD沉積的氮化硅，氧化硅，或者是通過濺射沉積的鋁。在 優(yōu)選實(shí)施例中，所述硬掩才莫52是氮化硅。涂布形成保護(hù)層51的硬掩才莫， 并且使所述硬掩^t形成圖案。通過干法刻蝕例如采用 一種用于氮化物的 以氟為基的等離子體刻蝕將所述圖案轉(zhuǎn)移到所述硬掩才莫52上。
如在圖5D中所示，隨后采用一種低壓高密度等離子體比如以氧作 為主要?dú)怏w組分的感應(yīng)耦合等離子體將硬掩模52的圖案轉(zhuǎn)移到有機(jī)物 材料48中。在這個(gè)刻蝕過程中，除去形成保護(hù)層51的硬掩^t。被轉(zhuǎn)移 的圖案將形成用于腔室壁38的開孔，過濾立柱46(未示出)，以及中 心支承區(qū)域壁56。這些構(gòu)造(或結(jié)構(gòu)或者特征)的寬度可能是不同的。 在一個(gè)實(shí)施例中，腔室壁為8-10微米寬。高離子密度低壓等離子體刻蝕 可以產(chǎn)生4艮高的刻蝕速率，具有非常垂直的刻蝕型線，呈現(xiàn)出最小的底 切(undercut),從而可以獲得精確的腔室?guī)缀涡螤?。隨后采用干法刻 蝕或濕法刻蝕(在圖中沒有示出這一步驟)除去所述硬掩模52。將有機(jī) 物材料48分成三個(gè)區(qū)域保護(hù)基底上的線路并在離開腔室的區(qū)域?yàn)閲?嘴板提供結(jié)構(gòu)支承的聚酰亞胺鈍化區(qū)域40;在墨水饋送口上方為噴嘴板 提供結(jié)構(gòu)支承的聚酰亞胺中心饋送支承件41;以及形成打印頭中墨水將 放置的區(qū)域的聚酰亞胺犧牲區(qū)域54。
在圖5E中，沉積無機(jī)物材料層，形成無機(jī)物腔室34和頂部襯里層 42。所述無機(jī)物材料層是氮化硅，碳化硅或氧化硅。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例 中，采用等離子體增強(qiáng)的化學(xué)蒸汽沉積(PECVD)在300-400QC下沉積 氧化硅。采用聚酰亞胺犧牲層54使得這種高溫沉積成為可能，而這在 先有技術(shù)中是不可能的，在先有技術(shù)中采用保護(hù)層作為犧牲層。這導(dǎo)致 沉積出密度較高的較高品質(zhì)的材料，所述材料將更能抵御墨水，并且有 更好的粘接性能。在沉積之前也可以進(jìn)行短暫的濺射刻蝕，以進(jìn)一步改 善粘接。氧化硅的無機(jī)物腔室34賦予了親水的腔室，所述親水的腔室 與先有技術(shù)的更疏水的聚合物腔室相比提供出更容易充填墨水，并且較 少可能形成空氣氣泡。形成頂部襯里層42和無機(jī)物腔室34的噴嘴板44的無機(jī)物材料的厚度在3微米與IO微米之間，更可取地為7-8微米。在 一個(gè)實(shí)施例中，所述噴嘴板的厚度比有機(jī)物材料48的厚度小。典型地， 在本實(shí)施例中，這種沉積技術(shù)對于腔室壁38實(shí)現(xiàn)了 50-60%的側(cè)壁覆蓋， 這取決于腔室壁的開孔。
圖5F圖示出通過對光保護(hù)層形成圖案和采用以氟為基的等離子體 進(jìn)行干法刻蝕在噴嘴板44中形成的噴嘴18。這種刻蝕過程在7微米的 無機(jī)物層中產(chǎn)生側(cè)壁角度大于84度的噴嘴。在這個(gè)刻蝕過程中將接合 墊之上的無機(jī)物襯里層除去，使直到接合墊19都是敞開的。
可選地將基底1變薄到300-400微米的厚度，并用保護(hù)層在背面上 形成圖案。在圖5G中，如在本技術(shù)領(lǐng)域中已經(jīng)為眾所周知的那樣，用 Bosch過程采用深度反應(yīng)離子刻蝕將圖案刻蝕穿透硅基底1,在基底中 形成墨水饋送口 3。
如在圖5H中所示，采用高壓氧等離子體穿過基底的背面和噴嘴 (板)除去犧牲的聚酰亞胺區(qū)域。犧牲的聚酰亞胺層的除去導(dǎo)致無機(jī)物 的墨水腔室36和墨水饋送口 6的形成。聚酰亞胺鈍化層40保留在晶片 (wafer)上，以保護(hù)線路(或電路)。也保留聚酰亞胺中心饋送支承件 41。鈍化層40和中心饋送支承件41的邊界都由腔室壁確定，從而當(dāng)在 腔室36中有液體時(shí)它們都不會與液體接觸。
圖6圖示出打印頭的剖開圖，其中噴嘴板的一部分被除去了。 一種 無機(jī)物材料層形成腔室壁38。如圖所示，每個(gè)腔室壁包含有間隙72。 我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)形成腔室壁38時(shí)保持這個(gè)間隙是重要的。如果無機(jī) 物材料層的沉積繼續(xù)到間隙被連接起來的程度，典型地是在頂部被連接 起來，這種連接產(chǎn)生的附加應(yīng)力會在無機(jī)物材料層中造成裂紋。為了形 成這個(gè)間隙，將在沉積無機(jī)物材料層之前用于腔室壁的開孔設(shè)計(jì)成比噴 嘴板44的厚度大或者等于該厚度。這樣，兩個(gè)壁部和間隙組合起來的 寬度要比噴嘴板的厚度大。為了使腔室之間的間隔達(dá)到最小，在每個(gè)液 體腔室之間的腔室壁不包含任何有機(jī)物材料。
無機(jī)物材料層也形成立柱46。在這個(gè)實(shí)施例中，它們穿過保護(hù)層和 絕緣的鈍化層伸展，并且被裝接到基底l上。在其它實(shí)施例中，這些過 濾(器)立柱46可以由頂噴嘴板44懸伸出。
圖6也示出中心支承區(qū)域8的部分剖開圖。所述中心支承區(qū)域包含 一個(gè)位于所述基底上方的有機(jī)物材料區(qū)域，當(dāng)在打印頭中有墨水時(shí)所述區(qū)域不會與墨水接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，所述中心支承區(qū)域包括聚酰亞 胺或由其構(gòu)成，在液體供應(yīng)墨水饋送口 3上方懸伸出的無機(jī)物中心支承 區(qū)域確定所述聚酰亞胺部分的邊界。墨水饋送口 6在所述中心支承區(qū)域 的每一側(cè)，所述饋送口在把墨水供應(yīng)到液體墨水饋送供應(yīng)件的相反側(cè)面
上的兩排噴嘴18的墨水饋送口 3的上方。
在圖6中也示出位于墨水饋送口 3中的那部分基底1中形成的肋 74。沿著所述墨水饋送口存在有多個(gè)肋。這些肋為打印頭提供了機(jī)械強(qiáng)度。
圖7圖示出基底1連同在墨水饋送口 3中的肋陣列74。在基底1中 的長的墨水饋送口 3降低了基底的機(jī)械強(qiáng)度，使得基底比較容易由于扭 曲而受到損壞。橫過墨水饋送口添加肋74大大地減小了這個(gè)弱點(diǎn)。采 用間隔小于1.5毫米的多個(gè)肋可以獲得適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。隨著打印頭的長度 增加，這種機(jī)械強(qiáng)度的改善變得越來越重要。肋的應(yīng)用使得將打印頭擴(kuò) 展成大的噴嘴陣列成為可能。
沿著墨水饋送口設(shè)置肋可能造成打印的贗象(或偽像(artifacts)), 這是由于在鄰近肋的部位的墨水腔室的饋送能力較低。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 寬度小于40微米的肋沒有任何這樣的贗象。替代地，為了強(qiáng)度的目的 和由于刻蝕出肋的長寬比的原因，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)肋的寬度應(yīng)該比10 微米大，并且應(yīng)該將肋(的寬度)連接到中心支承區(qū)域上。在一個(gè)優(yōu)選 實(shí)施例中，肋的寬度為15-25微米。這些寬度是在基底的背面上測量的。 因?yàn)榇┻^所述基底的刻蝕不完全是各向異性的，所以在中心支承區(qū)域的 肋的寬度將比這個(gè)數(shù)值小。
回過去參考圖6，中心支承區(qū)域8與肋接觸，并且所述中心支承區(qū) 域還有在肋之上的隔開支承結(jié)構(gòu)57。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果沒有添加這個(gè) 隔開結(jié)構(gòu)，所述中心支承結(jié)構(gòu)8的底層可能出現(xiàn)裂紋。如果出現(xiàn)這種情 況，在犧牲的聚酰亞胺的釋放步驟期間，所述中心支承區(qū)域的聚酰亞胺 可能會受到攻擊。在所述中心支承區(qū)域圖案中添加這個(gè)隔開結(jié)構(gòu)57增 加了一個(gè)應(yīng)力釋放，這將消除上述可能性。
腔室在裝置的其它區(qū)域上方的外面是厚的聚酰亞胺鈍化層40和頂 部襯里層42。沉積的無才幾物層34既形成噴嘴板44又形成頂部襯里層 42。鈍化層40和頂部襯里層42的結(jié)合保護(hù)在噴墨打印頭20上的裝置 線路不會由于環(huán)境影響和與墨水接觸而變差。圖8圖示出打印頭20的墨水腔室區(qū)域的一端。在一個(gè)實(shí)施例中， 鄰近聚酰亞胺鈍化區(qū)域40的所述腔室壁包含朝向聚酰亞胺鈍化區(qū)域40 伸展的突伸部76。這些突伸部起用于腔室壁的應(yīng)力釋放(件)作用。我 們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)曲率半徑大于5微米的這樣的突伸部會減小噴嘴板44出 現(xiàn)裂紋的可能性，而曲率半徑小于5微米的突伸部會增加出現(xiàn)裂紋的可 能性。
在一個(gè)特別的實(shí)施例中，無機(jī)物層34形成墨水腔室36,在所述墨 水腔室中相對應(yīng)的電熱件2加熱墨水，并且無機(jī)物層34形成噴嘴18, 被加熱的墨水穿過所述噴嘴噴射出，形成墨滴50。所述裝置的運(yùn)行如下。 將一個(gè)電脈沖施加到電熱加熱器2上。所述加熱脈沖造成氣泡在腔室中 成核，其成長，將來自墨水腔室36的墨水以液滴的形式通過噴嘴18排 出，且也向后朝向墨水饋送口推動墨水，使墨水腔室的大部分不再有墨 水。重新充填或充滿墨水腔室36所用的時(shí)間限制了所述裝置的噴射頻 率。疏水的腔室壁將增加重新充填的時(shí)間，使得在下一次噴射脈沖之前 不能完全充滿腔室。這進(jìn)而造成噴射出較小的并且未對準(zhǔn)的液滴，或者 在最壞的情況下，沒有任何液滴。疏水的腔室壁也會更傾向于在重新充 填的過程中存留氣泡。在墨水饋送口的腔室中存留的氣泡同樣會使液滴
里層更疏水。本發(fā)明通過采用對于以水為基的墨水有較高表面能的無機(jī) 材料可以自由地調(diào)節(jié)腔室，使腔室成為親水的。
我們也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)形成腔室壁38的高溫等離子體沉積的氮化硅和 氧化硅比以環(huán)氧樹脂為基的材料能夠更好地粘接到基底上的保護(hù)層和 鈍化層上。因此，所述裝置更堅(jiān)固，能夠長時(shí)間不出現(xiàn)脫層。
由上面所述，將會看到，本發(fā)明是很好地適宜于獲得所有目的的發(fā) 明。為了說明和描述的目的已經(jīng)給出了對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的上述描 述。不希望它是無遺漏的，或者將本發(fā)明限制為所公開的嚴(yán)格形式。任 何的改進(jìn)和變化都是可能的，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上面的內(nèi)容將會意識 到這一點(diǎn)。例如，本發(fā)明不限于形成熱氣泡噴射裝置的腔室，而且包括 形成用于其它液滴噴射方法比如熱致動器或靜電致動器或壓電致動的 液體裝置的腔室。這些附加的實(shí)施例屬于所附的權(quán)利要求書的范圍以 內(nèi)。部件目錄
1 基底
2 電熱器(或電熱裝置)
3 墨水饋送(口)
4 腔室
5 可用光學(xué)方法形成圖案的樹脂
6 墨水饋送口
8 中心支承區(qū)域
10 噴墨打印系統(tǒng)
12 圖像數(shù)據(jù)源
14 控制器
16 脈沖源
18 噴嘴
19 接合墊
20 噴墨打印頭 22 薄膜疊置體 24 熱屏蔽層
26 電阻加熱(器)層
28 導(dǎo)電層
30 絕緣的鈍化層
32 保護(hù)層
34 無機(jī)物腔室
36 腔室
38 腔室側(cè)壁
40 聚酰亞胺鈍化層
41 聚酰亞胺中心饋送支承件
42 頂部襯里層 44 噴嘴板
46 立柱
48 有纟;L物材料
50 墨水滴51 形成電阻層的硬掩模
52 硬掩模
54 犧牲的聚酰亞胺區(qū)域
56 中心支承區(qū)域壁
57 隔開支承結(jié)構(gòu) 72 間隙
74 肋
76 突伸部
90 墨水貯室
100 記錄介質(zhì)
權(quán)利要求
1.一種液滴噴射器，它包括基底，所述基底的多個(gè)部分形成液體供應(yīng)裝置；多個(gè)液體腔室，每個(gè)所述液體腔室定位在所述基底之上，并且包括噴嘴板和腔室壁，所述噴嘴板和所述腔室壁包括一種無機(jī)物材料，當(dāng)在每個(gè)所述液體腔室中存在液體時(shí)所述噴嘴板和所述腔室壁的無機(jī)物材料可與液體接觸；以及定位在所述基底之上的有機(jī)材料區(qū)域，所述有機(jī)材料區(qū)域相對于所述噴嘴板和所述腔室壁設(shè)置成，使得當(dāng)在每個(gè)所述液體腔室中存在液體時(shí)所述有機(jī)材料區(qū)域不會與液體接觸，其中，由位于所述液體供應(yīng)裝置的相對側(cè)面上的鄰近的液體腔室的腔室壁形成所述有機(jī)材料區(qū)域的邊界。
2. 按照權(quán)利要求1所述的液體噴射器，其特征在于，所述有機(jī)材料 區(qū)域的有機(jī)物材料是聚酰亞胺。
3. 按照權(quán)利要求1所述的液體噴射器，其特征在于，所述噴嘴板包 括一定厚度，所述有機(jī)材料區(qū)域包括一定厚度，其中，所述噴嘴板的厚 度比所述有機(jī)材料區(qū)域的厚度小。
4. 按照權(quán)利要求3所述的液體噴射器，其特征在于，所述噴嘴板的 厚度在3微米到10微米之間，而所述有機(jī)材料區(qū)域的厚度在8微米到 16樣i米之間。
5. 按照權(quán)利要求1所述的液體噴射器，其特征在于，所述噴嘴板的 無機(jī)物材料與所述腔室壁的無機(jī)物材料是相同的無機(jī)物材料。
6. 按照權(quán)利要求5所述的液體噴射器，其特征在于，所述無機(jī)物材 料層是氧化硅。
7. 按照權(quán)利要求1所述的液體噴射器，其特征在于，所述噴嘴板包 括頂表面，所述腔室壁包括無機(jī)物材料制的兩個(gè)壁部，所述兩個(gè)壁部彼 此間隔開，使得在所述兩個(gè)壁部之間存在有間隙，所述間隙伸展到所述 噴嘴板的所述頂表面。
8. 按照權(quán)利要求1所述的液體噴射器，其特征在于，在位于所述液 體供應(yīng)裝置的同 一側(cè)面上的相鄰的液體腔室之間沒有任何的有4幾物材 料區(qū)域。
9. 按照權(quán)利要求1所述的液體噴射器，其特征在于，由鄰近的液體腔室的腔室壁界定出的所述有機(jī)材料區(qū)域中的至少 一 個(gè)區(qū)域在所述液 體供應(yīng)裝置之上懸伸出。
10. 按照權(quán)利要求1所述的液體噴射器，其特征在于，所述液體供 應(yīng)裝置包括多個(gè)液體饋送口，肋把相鄰的液體饋送口分開，所述肋是基 底的一部分。
11. 按照權(quán)利要求IO所述的液體噴射器，其特征在于，由鄰近的液體腔室的腔室壁界定出的所述有機(jī)材料區(qū)域中的至少 一 個(gè)區(qū)域與所述 肋接觸。
12. 按照權(quán)利要求10所述的液體噴射器，所述肋的寬度小于40微米。
13. —種液滴噴射器，它包括基底，所述基底的多個(gè)部分形成液體供應(yīng)裝置；多個(gè)液體腔室，每個(gè)所述液體腔室定位在所述基底之上，并包括噴 嘴板和腔室壁，所述噴嘴板和所述腔室壁包括一種無機(jī)物材料，當(dāng)在每 個(gè)所述液體腔室中存在液體時(shí)所述噴嘴板和所述腔室壁的無機(jī)物材料 可與液體接觸；以及定位在所述基底之上的有機(jī)材料區(qū)域，所述有機(jī)材料區(qū)域相對于所述噴嘴板和所述腔室壁設(shè)置成使得當(dāng)在每個(gè)所述液體腔室中存在液體 時(shí)所述有機(jī)材料區(qū)域不會與液體接觸，其中，在位于所述液體供應(yīng)裝置 的同 一側(cè)面上的相鄰的液體腔室之間沒有任何的有機(jī)物材料區(qū)域。
14. 按照權(quán)利要求13所述的液體噴射器，其特征在于，多個(gè)液體腔 室中的至少一個(gè)包括多個(gè)腔室壁，其中，所述多個(gè)腔室壁之一包括朝向 有機(jī)物材料伸展的突伸部。
15. 按照權(quán)利要求14所述的液體噴射器，其特征在于，所述突伸部 的曲率半徑大于5微米。
16. 按照權(quán)利要求13所述的液體噴射器，其特征在于，所述多個(gè)液 體腔室中的至少一個(gè)包括多個(gè)腔室壁，其中， 一個(gè)腔室壁在曲率半徑大 于5微米的角部與另一個(gè)腔室壁相交。
17. 按照權(quán)利要求13所述的液體噴射器，其特征在于，每個(gè)液體腔 室包括位于所述之上在所述基底與所述噴嘴板之間的無機(jī)物材料層，當(dāng) 在每個(gè)液體腔室中存在液體時(shí)所述無機(jī)物材料層可與液體接觸，其中， 所述無機(jī)物材料層與每個(gè)液體腔室的腔室壁的無機(jī)物材料的一部分接觸。
18. 按照權(quán)利要求13所述的液體噴射器，其特征在于，所述噴嘴板 包括一定厚度，而所述有機(jī)材料區(qū)域包括一定厚度，其中，所述噴嘴板 的厚度比所述有機(jī)材料區(qū)域的厚度小。
19. 按照權(quán)利要求13所述的液體噴射器，其特征在于，所述噴嘴板 包括頂表面，所述腔室壁包括無機(jī)物材料制的兩個(gè)壁部，所述兩個(gè)壁部 彼此間隔開，使得在所述兩個(gè)壁部之間存在有間隙，所述間隙伸展到所 述噴嘴板的所述頂表面。
20. —種液滴噴射器，它包括 基底；用來容納液體的液體腔室，所述液體腔室定位在所述基底之上，并 包括噴嘴板和腔室壁，所述噴嘴板和所述腔室壁包括一種無機(jī)物材料， 當(dāng)在液體腔室中存在液體時(shí)所述噴嘴板和所述腔室壁的無機(jī)物材料可 以與液體接觸，所述噴嘴板包括頂表面，所述腔室壁包括無機(jī)物材料的 兩個(gè)壁部，所述兩個(gè)壁部纟皮此間隔開，4吏得在所述兩個(gè)壁部之間存在有 間隙，所述間隙伸展到所述噴嘴板的所述頂表面；以及定位在所述基底之上的有機(jī)材料區(qū)域，所述有機(jī)材料區(qū)域相對于所 述噴嘴板和所述腔室壁設(shè)置成使得當(dāng)在每個(gè)液體腔室中存在液體時(shí)所 述有機(jī)材料區(qū)域的有機(jī)物材料不會與液體接觸。
21. 按照權(quán)利要求20所述的液體噴射器，其特征在于，所述兩個(gè)壁 部和所述間隙具有組合起來的寬度，所述噴嘴板有一定的厚度，其中， 所述兩個(gè)壁部和所述間隙的所述組合起來的寬度比所述噴嘴板的厚度 大。
22. —種制作液體噴射器的方法，它包括 提供基底；并且通過以下步驟在所述基底上形成多個(gè)液體腔室 在所述基底之上設(shè)置一種有機(jī)物材料；使所述有機(jī)物材料形成圖案，以產(chǎn)生用于每個(gè)所述液體腔室的 腔室壁的位置； '通過在形成圖案的有機(jī)物材料上沉積無機(jī)物材料形成用于每 個(gè)液體腔室的噴嘴板和腔室壁，使得當(dāng)在每個(gè)液體腔室中存在液體 時(shí)所述噴嘴板和所述腔室壁的無機(jī)物材料可與液體接觸；并且除去已經(jīng)形成圖案的有機(jī)物材料的一部分，從而保留下的有機(jī) 物材料區(qū)域由鄰近的液體腔室的腔室壁界定出，其中，當(dāng)在每個(gè)液 體腔室中存在液體時(shí)所述有機(jī)物材料區(qū)域不會與液體接觸。
23. 按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，其還包括 穿過對于每個(gè)液體腔室是共同的基底形成液體供應(yīng)裝置，其中，由位于所述液體供應(yīng)裝置的相對側(cè)面上的鄰近的液體腔室的腔室壁界定 出所述有機(jī)物材料區(qū)域。
24. 按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，其還包括 穿過對于每個(gè)液體腔室是共同的基底形成液體供應(yīng)裝置，其中，在位于所述液體供應(yīng)裝置的同 一側(cè)面上的相鄰的液體腔室之間沒有任何 的有機(jī)物材料區(qū)域。
25. 按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，采用一種有機(jī)物材 料形成用于每個(gè)液體腔室的噴嘴板和腔室壁，所述腔室壁包括無機(jī)物材 料制的兩個(gè)壁部，所述兩個(gè)壁部彼此間隔開，使得在所述兩個(gè)壁部之間 存在有間隙，所述間隙伸展到所述噴嘴板的頂表面。
26. 按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，提供基底包括在形 成所述液體腔室之前采用薄膜沉積技術(shù)形成液滴噴射器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種液體噴射器，它包括一基底和多個(gè)液體腔室?；椎亩鄠€(gè)部分形成液體供應(yīng)裝置。每個(gè)液體腔室定位在基底之上，并包括噴嘴板和腔室壁。噴嘴板和腔室壁包括一種無機(jī)物材料。當(dāng)在每個(gè)液體腔室中存在液體時(shí)，噴嘴板和腔室壁的無機(jī)物材料可與液體接觸。有機(jī)材料區(qū)域定位在基底之上，該有機(jī)材料區(qū)域相對于噴嘴板和腔室壁設(shè)置成使得當(dāng)在每個(gè)液體腔室中存在液體時(shí)該有機(jī)物材料區(qū)域不會與液體接觸。由位于液體供應(yīng)裝置的相對側(cè)面上的鄰近的液體腔室的腔室壁界定出有機(jī)物材料區(qū)域。
文檔編號B41J2/14GK101557938SQ200780046064
公開日2009年10月14日 申請日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
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