噴墨打印頭及其制造方法、所用的基板和噴墨打印設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及噴墨打印頭及其制造方法、所用的基板和噴墨打印設備。該噴墨打印頭用的基板包括：基體；多個加熱電阻器，用于加熱墨，其中所述加熱電阻器設置在基體上，并且在所述加熱電阻器通電的情況下產(chǎn)生熱；第一保護層，其設置在所述加熱電阻器上并具有絕緣特性；以及第二保護層，其設置在所述第一保護層上并具有導電性。第二保護層包括：個別部，其設置成個別覆蓋多個所述加熱電阻器；共用部，用于連接所述個別部；以及連接部，其配置在所述個別部和所述共用部之間并用于連接所述個別部和所述共用部。所述連接部設置在要與墨相接觸的位置處并且包含利用與墨的電化學反應改變成絕緣膜的材料。
【專利說明】噴墨打印頭及其制造方法、所用的基板和噴墨打印設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于通過根據(jù)噴墨方法噴出墨而在打印介質(zhì)上進行打印的噴墨打印頭用的基板、具有該基板的噴墨打印頭、該噴墨打印頭的制造方法和噴墨打印設備。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)上已知一種噴墨打印頭,該噴墨打印頭包括液室和液室附近的加熱電阻器，其中，利用加熱電阻器通電所生成的熱，使得在液室的墨中產(chǎn)生膜沸騰，并且所生成的氣泡的能量使得液室中的墨噴出。
[0003]在進行打印時，上述噴墨打印頭的加熱電阻器有時會受到諸如由膜中的氣泡生成、收縮和消失所導致的氣穴的沖擊等的物理作用和/或墨的化學作用的影響。為了保護加熱電阻器不受該物理作用和化學作用的影響，設置上部保護層以覆蓋加熱電阻器的上方。
[0004]該上部保護層被設置在要與墨相接觸的位置處。此外，由于在加熱電阻器的上方形成上部保護層，因而上部保護層的溫度瞬間升高。在這類嚴酷環(huán)境下，上部保護層通?？赡鼙桓g。因此，利用具有諸如抗沖擊、耐熱和耐腐蝕等的對于物理作用和化學作用具有良好耐性的材料來形成上部保護層。更具體地，利用滿足上述條件的Ta(鉭)或者鉬族元素Ir (銥)或Ru(釕)等的金屬膜來形成上部保護層。
[0005]順便提及，這些材料具有導電性。在電流流經(jīng)上部保護層的情況下，在上部保護層和墨之間有時會發(fā)生電化學反應，從而損壞上部保護層的功能。為了防止該情況的發(fā)生，在加熱電阻器和上部保護層之間設置絕緣層(具有電氣絕緣特性的保護層)，以使得向加熱電阻器供應的電流不會流經(jīng)上部保護層。
[0006]在這類結構中，存在由于某種原因而發(fā)生短路、并且電流從加熱電阻器或與其連接的配線直接流向上部保護層的情況。在短路導致電流流經(jīng)上部保護層的情況下，在電流流經(jīng)的區(qū)域中，有時會發(fā)生上部保護層和墨之間的電化學反應，由此導致上部保護層劣化。
[0007]為了防止由于短路而使得上部保護層的大部分劣化，認為以下是有效的:設置上部保護層，以使得在發(fā)生短路的情況下，可以將上部保護層的發(fā)生短路的區(qū)域與其它區(qū)域電氣分離。
[0008]日本特開2001-080073公開了如下內(nèi)容:為了使噴墨打印頭的構成元件免于靜電放電，經(jīng)由熔絲元件連接被配置為單獨覆蓋加熱電阻器的多個鉭層，其中，各熔絲元件在相應加熱電阻器損壞的情況下熔斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在這類結構中，上部保護層需要發(fā)揮兩種作用。作用之一是保護上部保護層下方的下部構成元件免受物理作用和化學作用的影響，并且該作用是上部保護層的本職作用。為了發(fā)揮該作用，上部保護層需要具有一定厚度。另一個作用是形成上部保護層的作為熔絲元件的部分，并且在加熱電阻器的其中一個損壞的情況下，使得相應熔絲元件熔斷。由于對于上部保護層使用諸如Ta或鉬族元素等的高熔點金屬，因而為了使得熔絲元件熔斷需要較大能量。因此，為了實現(xiàn)該作用，希望上部保護層盡可能地薄。換句話說，存在這兩個作用對于膜厚度而言具有相互矛盾的要求這一問題。例如，存在如下?lián)鷳n:在將上部保護層設計得厚以實現(xiàn)打印頭的長壽命的情況下，變得難以使得熔絲元件熔斷，并且噴墨打印頭的可靠性降低。
[0010]因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有長壽命和高可靠性這兩者的噴墨打印頭。此夕卜，本發(fā)明的另一目的是提供一種該噴墨打印頭的制造方法、該噴墨打印頭用的基板和噴墨打印設備。
[0011]根據(jù)解決上述問題的本發(fā)明，提供一種噴墨打印頭用的基板，所述基板包括:基體；多個加熱電阻器，用于對墨進行加熱，其中所述加熱電阻器設置在所述基體上并且在所述加熱電阻器通電的情況下產(chǎn)生熱；第一保護層，其設置在所述加熱電阻器上，并且具有絕緣特性；以及第二保護層，其設置在所述第一保護層上，并且具有導電性，其中，所述第二保護層包括:個別部，其設置成個別覆蓋多個所述加熱電阻器；共用部，用于連接所述個別部；以及連接部，其配置在所述個別部和所述共用部之間，并且用于連接所述個別部和所述共用部，以及所述連接部設置在要與墨相接觸的位置處，并且包含利用與墨的電化學反應改變成絕緣膜的材料。
[0012]根據(jù)解決上述問題的本發(fā)明，提供一種噴墨打印頭，包括:所述噴墨打印頭用的基板，所述基板包括:基體；多個加熱電阻器，用于對墨進行加熱，其中所述加熱電阻器設置在所述基體上并且在所述加熱電阻器通電的情況下產(chǎn)生熱；第一保護層，其設置在所述加熱電阻器上，并且具有絕緣特性；以及第二保護層，其設置在所述第一保護層上，并且具有導電性，其中，所述第二保護層包括:個別部，其設置成個別覆蓋多個所述加熱電阻器；共用部，用于連接所述個別部；以及連接部，其配置在所述個別部和所述共用部之間，并且用于連接所述個別部和所述共用部，以及所述連接部設置在要與墨相接觸的位置處，并且包含利用與墨的電化學反應改變成絕緣膜的材料；以及流路形成構件，其接合至所述基板的配置有所述第二保護層的一側的上面，所述流路形成構件用于在所述流路形成構件和所述基板之間的與所述加熱電阻器相對應的位置處限定能夠儲存墨的液室，并且在與所述加熱電阻器相對的位置處具有用于噴出墨的噴出口，其中，所述噴墨打印頭通過對所述加熱電阻器通電來對儲存在所述液室中的墨進行加熱，以在墨中形成氣泡，由此從所述噴出口噴出墨滴。
[0013]根據(jù)解決上述問題的本發(fā)明，提供一種噴墨打印頭的制造方法，其中，所述噴墨打印頭包括:所述噴墨打印頭用的基板，所述基板包括:基體；多個加熱電阻器，用于對墨進行加熱，其中所述加熱電阻器設置在所述基體上并且在所述加熱電阻器通電的情況下產(chǎn)生熱；第一保護層，其設置在所述加熱電阻器上，并且具有絕緣特性；以及第二保護層，其設置在所述第一保護層上，并且具有導電性，其中，所述第二保護層包括:個別部，其設置成個別覆蓋多個所述加熱電阻器；共用部，用于連接所述個別部；以及連接部，其配置在所述個別部和所述共用部之間，并且用于連接所述個別部和所述共用部，以及所述連接部設置在要與墨相接觸的位置處，并且包含利用與墨的電化學反應改變成絕緣膜的材料；以及流路形成構件，其接合至所述基板的配置有所述第二保護層的一側的上面，所述流路形成構件用于在所述流路形成構件和所述基板之間的與所述加熱電阻器相對應的位置處限定能夠儲存墨的液室，并且在與所述加熱電阻器相對的位置處具有用于噴出墨的噴出口，其中，所述噴墨打印頭通過對所述加熱電阻器通電來對儲存在所述液室中的墨進行加熱，以在墨中形成氣泡，由此從所述噴出口噴出墨滴，所述制造方法包括以下步驟:制作步驟，用于在所述噴墨打印頭用的所述基板上制作所述流路形成構件；以及分離步驟，用于在所述制作步驟之后，通過在所述第二保護層與墨相接觸的狀態(tài)下向所述共用部通電以將所述連接部改變成絕緣膜，來使所述個別部相互電氣分離。
[0014]根據(jù)解決上述問題的本發(fā)明，提供一種噴墨打印設備，用于通過使用噴墨打印頭在打印介質(zhì)上進行打印，其中，所述噴墨打印頭包括:所述噴墨打印頭用的基板，所述基板包括:基體；多個加熱電阻器，用于對墨進行加熱，其中所述加熱電阻器設置在所述基體上并且在所述加熱電阻器通電的情況下產(chǎn)生熱；第一保護層，其設置在所述加熱電阻器上，并且具有絕緣特性；以及第二保護層，其設置在所述第一保護層上，并且具有導電性，其中，所述第二保護層包括:個別部，其設置成個別覆蓋多個所述加熱電阻器；共用部，用于連接所述個別部；以及連接部，其配置在所述個別部和所述共用部之間，并且用于連接所述個別部和所述共用部，以及所述連接部設置在要與墨相接觸的位置處，并且包含利用與墨的電化學反應改變成絕緣膜的材料；以及流路形成構件，其接合至所述基板的配置有所述第二保護層的一側的上面，所述流路形成構件用于在所述流路形成構件和所述基板之間的與所述加熱電阻器相對應的位置處限定能夠儲存墨的液室，并且在與所述加熱電阻器相對的位置處具有用于噴出墨的噴出口，其中，所述噴墨打印頭通過對所述加熱電阻器通電來對儲存在所述液室中的墨進行加熱，以在墨中形成氣泡，由此從所述噴出口噴出墨滴，并且所述噴墨打印頭經(jīng)由所述噴墨打印設備接地。
[0015]根據(jù)解決上述問題的本發(fā)明，提供一種噴墨打印頭用的基板，所述基板包括:基體；多個加熱電阻器，用于對墨進行加熱，其中所述加熱電阻器設置在所述基體上并且在所述加熱電阻器通電的情況下產(chǎn)生熱；第一保護層，其設置在所述加熱電阻器上，并且具有絕緣特性；以及第二保護層，其設置在所述第一保護層上，并且具有導電性，其中，所述第二保護層包括:個別部，其設置成個別覆蓋多個所述加熱電阻器；共用部，用于連接所述個別部；以及連接部，其配置在所述個別部和所述共用部之間，并且用于連接所述個別部和所述共用部，以及所述連接部設置在要與墨相接觸的位置處，并且包括鉭、鉻和鎳至少之一。
[0016]在本發(fā)明的結構中，在上部保護層發(fā)生短路的情況下，上部保護層和墨之間的電化學反應在用于連接個別部分和共用部分的連接部中形成絕緣層。這樣使得上部保護層的發(fā)生短路的區(qū)域能夠與其它區(qū)域分離。本發(fā)明可以在無需用于熔斷熔絲元件的較大能量的情況下，使得上部保護層的發(fā)生了短路的區(qū)域與其它區(qū)域分離。此外，根據(jù)本發(fā)明，在使上部保護層分離的情況下，上部保護層不會達到如在熔斷熔絲元件的情況下那樣的高溫。因此，可以降低對噴嘴的損壞。
[0017]通過以下(參考附圖)對典型實施例的說明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是第一實施例的噴墨打印設備的示意性立體圖；
[0019]圖2A是第一實施例的噴墨打印頭單元的示意性立體圖；
[0020]圖2B是第一實施例的噴墨打印頭的示意性立體圖；[0021]圖3A是第一實施例的噴墨打印頭用的基板的熱作用部周圍的部分的示意性平面圖；
[0022]圖3B是第一實施例的噴墨打印頭用的基板的熱作用部周圍的部分的斷面圖；
[0023]圖4A是第一實施例的上部保護層的薄膜區(qū)域的平面圖；
[0024]圖4B是第一實施例的上部保護層的薄膜區(qū)域的示意性斷面圖；
[0025]圖5A?5C是第一實施例的電路圖；
[0026]圖6A?6F是用于說明第一實施例的噴墨打印頭的制造過程的示意性斷面圖；
[0027]圖7A?7F是用于說明第一實施例的噴墨打印頭的制造過程的示意性平面圖；
[0028]圖8A和SB是第二實施例的上部保護層的薄膜區(qū)域的示意圖；
[0029]圖SC?SG是用于說明第二實施例的上部保護層的薄膜區(qū)域的制造過程的圖；
[0030]圖9A和9B是第三實施例的上部保護層的薄膜區(qū)域的示意圖；以及
[0031]圖9C?9G是用于說明第三實施例的上部保護層的薄膜區(qū)域的制造過程的圖。
【具體實施方式】
[0032]以下參考附圖，說明根據(jù)本發(fā)明實施例的噴墨打印設備、噴墨打印頭和用于該噴墨打印頭的基板。
[0033]第一實施例
[0034]圖1是本發(fā)明第一實施例的噴墨打印設備的示意性立體圖。圖1所示的噴墨打印設備1000包括滑架211，其中，滑架211用于安裝圖2A所示的噴墨打印頭單元410，以使得噴墨打印頭I的噴墨面與打印介質(zhì)相對。
[0035]通過引導軸206引導和支持滑架211，以使得滑架211可以在箭頭A所示的主掃描方向上移動。將引導軸206設置成在打印介質(zhì)的寬度方向上延伸。帶204被安裝至滑架211。帶204經(jīng)由滑輪連接至滑架馬達212。將滑架馬達212的驅(qū)動力通過帶204傳遞至滑架211，從而使得滑架211沿引導軸206移動。
[0036]柔性線纜213被安裝至滑架211。柔性線纜213被配置成在噴墨打印頭單元410安裝在滑架中的情況下與噴墨打印頭單元410相連接。根據(jù)打印數(shù)據(jù)，將來自圖中未示出的控制單元的電信號傳送給噴墨打印頭I。
[0037]從薄片進給部215進給打印介質(zhì)，并且通過圖中未示出的輸送輥在輸送方向上(即，在箭頭B所示的副掃描方向上)輸送打印介質(zhì)。
[0038]噴墨打印設備1000通過對用于在主掃描方向上移動噴墨打印頭I的同時噴出墨的打印操作和用于在副掃描方向上輸送打印介質(zhì)的輸送操作進行重復，在打印介質(zhì)上順次打印圖像。
[0039]如上所述，本實施例的噴墨打印設備1000是所謂的串行掃描型噴墨打印設備，其通過在主掃描方向上移動噴墨打印頭1、并且在副掃描方向上輸送打印介質(zhì)來打印圖像。順便提及，本發(fā)明不局限于此，并且還可應用于所謂的全幅型噴墨打印設備，其中，全幅型噴墨打印設備使用在打印介質(zhì)的整個寬度上延伸的噴墨打印頭。
[0040]圖2A示出第一實施例的噴墨打印頭單元的示意性立體圖。圖2A所示的噴墨打印頭單元410是盒的形式，其中在該噴墨打印頭單元410中，噴墨打印頭I與儲墨器404—體化。儲墨器404在其中臨時儲存墨，并且將墨提供給噴墨打印頭I。[0041]噴墨打印頭單元410可以安裝至圖1所示的滑架211以及從滑架211拆卸。將具有供電用端子的用于卷帶自動接合(Tape Automated Bonding, TAB)的帶構件402安裝至噴墨打印頭單元410。通過帶構件402，從接點403向噴墨打印頭I的熱作用部117選擇性地供應電力。
[0042]順便提及，本發(fā)明的噴墨打印頭不局限于將噴墨打印頭與儲墨器一體化的上述單元的形式。例如，噴墨打印頭可以是下面的形式:可移除地安裝儲墨器，并且在儲墨器中的墨剩余量達到O的情況下，拆卸掉該儲墨器，并且安裝新的儲墨器。此外，噴墨打印頭可以是下面的形式:噴墨打印頭與儲墨器分開，并且經(jīng)由管等提供墨。
[0043]此外，本發(fā)明的噴墨打印頭不局限于應用于串行型噴墨打印設備的噴墨打印頭。本發(fā)明的噴墨打印頭可以如應用于行式噴墨打印設備的噴墨打印頭一樣是具有跨與打印介質(zhì)的整個寬度相對應的區(qū)域的噴嘴的噴墨打印頭。
[0044]圖2B是第一實施例的噴墨打印頭的示意性立體圖。圖2B是噴墨打印頭I的部分剖視圖。
[0045]在本實施例的噴墨打印頭I中，在噴墨打印頭用的基板100上設置流路形成構件120。在噴墨打印頭用的基板100和流路形成構件120之間，限定了能夠儲存墨的多個液室132、與液室132連通的墨流路116、以及經(jīng)由墨流路與液室132連通的共用液室131。噴墨打印頭用的基板100具有貫通噴墨打印頭用的基板100的供墨口 130。將供墨口 130設置成與共用液室131相對應，并且供墨口 130是在這多個液室132的排列方向上延伸的矩形形狀。共用液室131與供墨口 130連通。
[0046]液室132包括熱作用部117。在流路形成構件120中與熱作用部117相對應的位置處，形成噴出口 121。此外，加熱電阻器108被設置在與噴墨打印頭用的基板100的熱作用部117相對應的位置處。
[0047]在從儲墨器404向噴墨打印頭I供應墨的情況下，通過噴墨打印頭用的基板100的供墨口 130，將墨提供給共用液室131。通過墨流路116，將提供給共用液室131的墨供應給液室132。在這種情況下，毛細管作用使得將共用液室131中的墨提供給墨流路116和液室132，并且在噴出口 121處形成彎月面(meniscus)，由此使得可以穩(wěn)定地保持墨的液面。
[0048]為了噴出墨，通過配線向被設置在與液室132相對應的位置處的加熱電阻器108通電，以在加熱電阻器108中生成熱能。結果，對液室132中的墨進行加熱，并且通過膜沸騰生成氣泡。氣泡生成的能量使得從噴出口 121噴出墨滴。
[0049]圖3A是本發(fā)明第一實施例的噴墨打印頭的熱作用部周圍的部分的示意性平面圖。圖3B是沿圖3A的線IIIB-1IIB所截取的基板的部分示意性斷面圖。
[0050]圖3A和3B示意性示出一部分的噴墨打印頭I包括噴墨打印頭用的基板100和接合至噴墨打印頭用的基板的流路形成構件120。在作為平面圖的圖3A中，示出為流路形成構件120的區(qū)域是流路形成構件120和噴墨打印頭用的基板100之間的接觸面。
[0051]噴墨打印頭用的基板100包括硅基體101。將蓄熱層102設置在該基體上，以抑制加熱電阻器108所生成的熱的散失。蓄熱層102由熱氧化膜、SiO(氧化硅)膜或者SiN(氮化硅)膜等制成。
[0052]加熱電阻器層104和電極配線層105設置在蓄熱層102上。加熱電阻器層104由具有電熱轉(zhuǎn)換元件的功能的電阻器構成，其中，電熱轉(zhuǎn)換元件在對其通電的情況下產(chǎn)生熱。電極配線層105由諸如Al(鋁)、Al-Si(鋁-硅)或者Al-Cu(鋁-銅)等的金屬材料制成，并且用作電氣配線。
[0053]通過去除電極配線層105的一部分以形成間隙、并且使加熱電阻器層104的相應部分暴露，來形成加熱電阻器108。更具體地，電極配線層105與加熱電阻器層104鄰接，并且由以間隙處于其間所設置的兩個部分構成。此外，加熱電阻器108僅由加熱電阻器層104構成。電流通過加熱電阻器108從電極配線層105的一個部分流向電極配線層105的分開設置的另一部分，由此使得加熱電阻器108產(chǎn)生熱。配置多個加熱電阻器108，并且供墨口 130沿加熱電阻器108的排列方向延伸。
[0054]電極配線層105與圖中未示出的驅(qū)動元件電路或外部電源端子相連接，并且可以從外部接收電力。在圖中所示的實施例中，將電極配線層105設置在加熱電阻器層104上，但是可以在基體101或蓄熱層102上形成電極配線層105，去除電極配線層105的一部分以形成間隙，并且在電極配線層105和間隙上設置加熱電阻器層104。
[0055]在加熱電阻器108和電極配線層105上設置保護層106，保護層106保護保護層106下方的下部構成元件，并且用作絕緣層。保護層106由SiO膜或者SiN膜等制成。
[0056]將上部保護層107設置在保護層106上。上部保護層107保護加熱電阻器108不受由加熱電阻器108的熱所導致的化學作用和物理作用的影響。在本實施例中，上部保護層107由Ta(鉭)或者諸如Ir (銥)或Ru (釕)等的鉬族元素制成。
[0057]上部保護層107包括多個個別部和共用部110，其中，多個個別部被設置成個別覆蓋加熱電阻器108的上方以用于進行保護的初衷，共用部110連接這多個個別部，并且被設置成避開加熱電阻器108的上方。
[0058]參考圖3A，在本實施例中，與鄰接的加熱電阻器108相對應的上部保護層107的個別部在加熱電阻器108的排列方向上以其間配置有間隙的方式進行設置。共用部110包括:液室132外部以帶狀形式沿著加熱電阻器108的排列方向延伸的帶狀部分；以及從帶狀部分分支進入液室132并且與各個別部相連接的分支部分。在個別部和共用部110的分支部分之間，設置薄膜區(qū)域113，其中，在薄膜區(qū)域113，上部保護層107的膜厚度較小。更具體地，薄膜區(qū)域113是用于將共用部110和與加熱電阻器108相對應的上部保護層107的個別部相連接的連接部。
[0059]圖4A是示出上部保護層107的薄膜區(qū)域113的示意性平面圖。圖4B是沿圖4A的線IVB-1VB所截取的基板的部分示意性斷面圖。上部保護層的薄膜區(qū)域113位于形成噴墨打印頭的情況下的諸如儲墨室或墨流路等的接觸墨的區(qū)域中。形成加熱電阻器108上方的上部保護層107以使其具有約200nm?500nm范圍的較大厚度來實現(xiàn)長壽命。此外，形成上部保護層的薄膜區(qū)域113以使其具有IOnm?50nm范圍的較小厚度，從而使得在發(fā)生短路的情況下，通過陽極氧化在薄膜區(qū)域中容易地形成絕緣層。薄膜區(qū)域113的膜厚度優(yōu)選在IOnm?30nm的范圍內(nèi)。
[0060]電路結構
[0061]圖5A是本發(fā)明第一實施例的電路圖。噴墨打印頭I的電氣圖與噴墨打印頭用的基板100的電氣圖大體相同，并且省略對其的說明。選擇電路115選擇針對多個加熱電阻器108中的每一個所設置的開關晶體管114，從而驅(qū)動這多個加熱電阻器108。經(jīng)由薄膜區(qū)域113和共用部110，將為了覆蓋加熱電阻器108的上方所設置的上部保護層107的個別部連接至外部電極111。共用部110具有電氣配線的功能。外部電極111通過噴墨打印設備300接地。電源301驅(qū)動加熱電阻器108，并且施加20V?30V的電壓。
[0062]順便提及，用于一般熔絲元件的多晶硅具有約1400°C的熔點。相反，用于上部保護層107的Ta是具有約4000°C的高熔點的金屬。為了使得熔絲元件熔斷，需要熔化并去除至少特定量的用于形成熔絲元件的材料。因此，在利用Ta形成熔絲元件的情況下，需要大的能量以使得熔絲元件熔斷或熔化。然而，根據(jù)本發(fā)明，代替熔化并去除上部保護層107，通過使用電化學反應將上部保護層107改變成絕緣層，來電氣切斷上部保護層107。因此，本發(fā)明需要相對較小的能量來電氣切斷上部保護層。
[0063]參考圖5B說明發(fā)生短路的狀態(tài)。在加熱電阻器108其中一個損壞的情況下，具有絕緣層的功能的保護層106斷裂。然后，上部保護層107的一部分熔化，并與加熱電阻器層104直接接觸，并且在加熱電阻器層104和上部保護層107之間發(fā)生短路200。向加熱電阻器108恒定施加電壓。因此，在加熱電阻器層104和上部保護層107之間發(fā)生短路200的情況下，向上部保護層107施加電壓，并且上部保護層107處于與加熱電阻器108相同的電壓。在以正電壓驅(qū)動加熱電阻器108的情況下，由于用于形成上部保護層107的金屬與電位低于該金屬的電位的墨之間的電化學反應而使得上部保護層107瞬間被陽極氧化，并且在與墨接觸的表面上形成氧化膜。
[0064]根據(jù)本發(fā)明，將薄膜區(qū)域113設置在上部保護層107的為了覆蓋加熱電阻器108的上方所設置的個別部和用于連接個別部的共用部110之間的連接部中。在本發(fā)明的薄膜區(qū)域113中，如上所述，上部保護層107的膜厚度較小。更具體地，上部保護層107的薄膜區(qū)域113的膜厚度小于覆蓋加熱電阻器108的上方的上部保護層107的個別部的膜厚度。
[0065]通過陽極氧化所形成的氧化膜的膜厚度通常與所施加的電壓的大小相對應。在向加熱電阻器108其中一個施加20V?30V的電壓的情況下，在膜厚度方向上，在上部保護層107的整個相應的薄膜區(qū)域113中形成氧化膜，并且薄膜區(qū)域改變成絕緣層。換句話說，在發(fā)生短路200的情況下，與發(fā)生短路的上部保護層107的個別部鄰接的薄膜區(qū)域113改變成絕緣層。因此，由于插入了絕緣層，因而發(fā)生了短路200的上部保護層107的個別部與覆蓋其它加熱電阻器108的上方的上部保護層107的個別部電氣分離。
[0066]因此，在上部保護層107的個別部和共用部110之間所配置的本發(fā)明的薄膜區(qū)域113在實現(xiàn)用于噴墨打印的整個基板的長壽命方面起到很大作用。
[0067]在例如制造時在使電極配線層105與電極配線層105上面或上方的元件絕緣的保護層106中形成針孔等的情況下，也使上部保護層107陽極氧化，由此使得上部保護層107和電極配線層105相連接。因此，在制造時，檢查是否確保了保護層106的絕緣特性。
[0068]參考圖5C，下面說明用于檢查保護層106的絕緣特性的測試。圖5C是用于檢查保護層106的絕緣特性的測試時的電路圖。通過在外部電極111處設置探測器設備的針(探針)來進行檢查。該探針被連接至測量裝置302。測量裝置302具有針對用于檢查加熱電阻器108和開關晶體管114功能是否正常等的各種測試所使用的數(shù)字或模擬測量功能。通過在上部保護層107和加熱電阻器108之間、或者在上部保護層107和電極配線層105之間施加等于或高于使用打印頭的情況下的實際施加電壓的電壓，來測量流動電流。按照形成上部保護層107和形成施加有電力的外部電極111的定時來進行該測試，這是最合適的。在這種情況下，由于上部保護層107和薄膜區(qū)域113不接觸墨，因而即使施加電壓，也不會發(fā)生諸如經(jīng)由墨的陽極氧化等的電化學反應。因此，可以在沒有任何問題的情況下，測量上部保護層107和加熱電阻器108之間、以及/或者上部保護層107和電極配線層105之間的漏電流。
[0069]噴墨打印頭的層結構及其制造方法
[0070]下面說明第一實施例的噴墨打印頭的制造過程的例子。圖6A?6F是用于說明圖3A和3B所示的噴墨打印頭的制造過程的示意性斷面圖。此外，圖7A?7F是用于說明圖3A和3B所示的噴墨打印頭的制造過程的示意性平面圖。
[0071]對于由Si制成的基體101、或者預先整合了具有諸如用于選擇性驅(qū)動加熱電阻器108的開關晶體管114等的半導體元件的驅(qū)動電路的基體，進行下面的制造過程。為了簡化說明，所附附圖示出由Si制成的基體101。
[0072]首先，參考圖6A，使基體101經(jīng)過熱氧化方法、濺射方法或者CVD方法等，以形成由SiO2-氧化膜制成的蓄熱層102，作為加熱電阻器層104下方的下部層。順便提及，對于預先整合了驅(qū)動電路的基體，蓄熱層可以在該驅(qū)動電路的制造過程期間形成。
[0073]接著參考圖6A，通過反應濺射而在蓄熱層102上形成TaSiN等的加熱電阻器層104，以使得加熱電阻器層104具有約50nm的厚度。此外，通過濺射而在加熱電阻器層104上形成要作為電極配線層105的Al層，以使得電極配線層105具有約300nm的厚度。通過光刻方法對加熱電阻器層104和電極配線層105同時進行干蝕刻，以獲得圖7A所示的平面形狀。順便提及，在本實施例中，使用反應離子蝕刻(RIE)方法作為干蝕刻。
[0074]接著，為了形成加熱電阻器108，通過再次使用光刻方法進行濕蝕刻，以如圖6A和7B所示部分地去除由Al制成的電極配線層105和使加熱電阻器層104部分地暴露。順便提及，為了實現(xiàn)配線端部的保護層106的良好覆蓋特性，期望進行用于在配線端部獲得適當?shù)腻F形形狀的眾所周知的濕蝕刻。
[0075]之后，如圖6B和7C所示，通過等離子CVD方法形成作為保護層106的SiN膜，以使其具有約350nm的厚度。
[0076]接著，通過濺射而在保護層106上形成作為上部保護層107的Ta層，以使得上部保護層具有約350nm的厚度。通過光刻方法進行干蝕刻，以部分地去除上部保護層107，并且獲得如圖6C和7D所示的上部保護層107的形狀。在該階段，上部保護層107包括用于覆蓋加熱電阻器108的個別部、用于連接個別部的共用部110、以及個別部和共用部110之間的連接部。
[0077]接著，通過光刻方法僅對上部保護層107的個別部和共用部110之間的連接部進行干蝕刻，以形成薄膜區(qū)域113。在這種情況下，在上部保護層107的厚度約達到30nm的情況下，在厚度方向上不對整個上部保護層107進行蝕刻，并且停止蝕刻。形成圖6D和7ΕΚ示的形狀的薄膜區(qū)域113。薄膜區(qū)域113形成在使用噴墨打印頭的情況下直接接觸墨的位置處。
[0078]接著，為了形成外部電極111，通過光刻方法進行干蝕刻，以如圖6Ε所示，部分地去除保護層106并且部分地暴露電極配線層105的相應部分。
[0079]在本實施例中，如圖4Β所示，使形成為一個層的Ta層經(jīng)過半蝕刻，以減小薄膜區(qū)域113的膜厚度。用于覆蓋加熱電阻器108的上方的上部保護層107的個別部具有大得足以實現(xiàn)長壽命的350nm的厚度。與之相對，設置在上部保護層107的連接部中的薄膜區(qū)域113具有30nm的厚度。在電源301具有24V的電壓、并且發(fā)生短路200的情況下，通過與墨的電化學反應，相應的薄膜區(qū)域113發(fā)生陽極氧化，并且整個薄膜區(qū)域113變成Ta氧化膜以確保絕緣特性。
[0080]在這種情況下，僅薄膜區(qū)域113可以是薄的、或者可以將整個共用部110形成為薄膜。然而，共用部110作為電氣配線需要使電流有效流過，并且優(yōu)選具有一定程度的厚度。例如，共用部110優(yōu)選具有與用于覆蓋加熱電阻器108的上方的個別部相同的厚度(在本實施例中為350nm)。
[0081]接著，參考圖6F，在基板100的設置了上部保護層107的一側的上面配置流路形成構件120。流路形成構件120將液室限定在流路形成構件120和基板100之間的與加熱電阻器108相對應的位置處。將薄膜區(qū)域113設置在使用噴墨打印頭的情況下要與墨相接觸的位置處。此外，流路形成構件120在與加熱電阻器108相對的位置處設置有噴出口 121。
[0082]通過以上過程制造了本發(fā)明第一實施例的噴墨打印頭。
[0083]根據(jù)本實施例的特征，上部保護層107的薄膜區(qū)域113由Ta制成。上部保護層107和墨之間的電化學反應在薄膜區(qū)域形成絕緣膜，由此使得可以電氣分離發(fā)生了短路的部分。這樣在不需要如使用熔絲元件分離發(fā)生了短路的部分的情況那樣大的能量的情況下，可以利用相對較小的能量來提高打印頭的可靠性。此外，在分離了發(fā)生短路的部分的情況下，上部保護層107不會達到如在使用熔絲元件的情況那樣的高溫，因此可以降低對噴嘴的損壞。
[0084]根據(jù)上述特征，在斷開加熱電阻器108(加熱器)其中一個之后，相應的薄膜區(qū)域113發(fā)生陽極氧化，由此變成Ta氧化膜并保持。因此，即使在斷開加熱器之后，也可以保護薄膜區(qū)域113下方的保護層106不會由于墨而溶出。
[0085]在上述特征中，在用于檢查上述保護層的絕緣特性的測試之后、并且在出廠之前，可以在向噴墨打印頭充滿墨的狀態(tài)下對共用部Iio施加正電位，以利用薄膜區(qū)域113形成絕緣層，從而使得預先電氣分離上部保護層107的個別部。在這種情況下，由于在使用之前已電氣分離了個別部107，因而不必擔心使用時發(fā)生短路情況下的上部保護層107的大范圍的連鎖性變化。
[0086]第二實施例
[0087]下面參考圖8A?8G具體說明本發(fā)明的第二實施例。省略對與第一實施例相同的特征的說明。
[0088]圖8A是本發(fā)明第二實施例的薄膜區(qū)域113的示意性平面圖。圖8B是沿圖8A的線VIIIB-VIIIB所截取的基板的部分示意性斷面圖。將上部保護層107分成具有300nm厚度的上部保護層107a和具有30nm厚度的上部保護層107b，并且在蓄熱層102上按順序利用Ta形成上部保護層107a和107b這兩者。
[0089]圖8C?8G示出第二實施例的噴墨打印頭的制造過程的例子。圖8C與用于說明第一實施例的圖6B相同。用于達到圖SC所示的狀態(tài)所進行的步驟與第一實施例的相同。
[0090]在圖8C所示的狀態(tài)下，通過濺射而在基板100的保護層106上形成作為上部保護層107a的約300nm厚度的Ta層。通過光刻方法進行干蝕刻，以部分地去除上部保護層107a、并且獲得圖8D所示的上部保護層107a的形狀。在該階段，在與薄膜區(qū)域113相對應的部分中，不存在上部保護層。[0091]接著，通過濺射，在上部保護層107a的上表面形成作為上部保護層107b的約30nm厚度的Ta層。然后，通過光刻方法進行干蝕刻，以部分地去除上部保護層107b、并且獲得圖8E所示的上部保護層107b的形狀。該上部保護層107b覆蓋預先所形成的上部保護層107a。參考作為平面圖的圖8A，上部保護層107b從上部保護層107a向外突出。此外，在上述與去除了上部保護層107a的薄膜區(qū)域113相對應的部分中，設置了上部保護層107b。
[0092]因此，在本實施例中，上部保護層107的薄膜區(qū)域113由Ta制成。根據(jù)該特征，上部保護層107和墨之間的電化學反應在薄膜區(qū)域形成絕緣膜，由此使得可以電氣分離發(fā)生短路的部分。
[0093]圖8F和8G所示的隨后的步驟與圖6E和6F所示的第一實施例的相同。
[0094]在本實施例中，僅基于用于對上部保護層107b進行濺射的條件來確定薄膜區(qū)域113的膜厚度，并且容易地提高薄膜區(qū)域113的膜厚度的精度。
[0095]第三實施例
[0096]參考圖9A?9G具體說明本發(fā)明的第三實施例。省略對與第一實施例的相同的特征的說明。
[0097]圖9A是本發(fā)明第三實施例的上部保護層107的薄膜區(qū)域113的示意性平面圖。圖9B是沿圖9A的線IXB-1XB截取的基板的部分示意性斷面圖。將上部保護層107分成具有50nm厚度的上部保護層107c和具有250nm厚度的上部保護層107d，并且在蓄熱層102上按順序形成上部保護層107c和107d。上部保護層107c由Ta制成，并且上部保護層107d由鉬族金屬Ir制成。
[0098]以大體相同的圖案形成上部保護層107c和上部保護層107d。在薄膜區(qū)域113，去除上部保護層107d，并且僅存在上部保護層107c。
[0099]圖9C?9G示出第三實施例的噴墨打印頭的制造過程的例子。圖9C與用于說明第一實施例的圖6B相同，并且為了達到圖9C所示的狀態(tài)所進行的步驟與第一實施例的相同。
[0100]在圖9C所示的狀態(tài)下，通過濺射而在基板100的保護層106上形成作為上部保護層107c的約50nm厚度的Ta層。然后,通過派射,形成約250nm厚度的Ir層作為上部保護層107d。接著，通過光刻方法進行干蝕刻，以去除與上部保護層107d的薄膜區(qū)域113相對應的部分，并且獲得圖9D所示的上部保護層107d的形狀。
[0101]通過光刻方法進行干蝕刻，以部分地去除上部保護層107c，并且獲得圖9E所示的上部保護層107c的形狀。參考作為平面圖的圖9A，設置有上部保護層107d的區(qū)域位于設置有上部保護層107c的區(qū)域內(nèi)。此外，在薄膜區(qū)域113中不存在上部保護層107d。
[0102]圖9F和9G所示的隨后步驟與圖6E和6F所示的第一實施例的相同。
[0103]上部保護層107d所使用的Ir和上部保護層107c所使用的Ta這兩者通常適合用作用于保護噴墨打印頭的加熱電阻器的材料。這些材料具有導電性。
[0104]當上部保護層107與作為電解質(zhì)溶液的墨發(fā)生電化學反應時，在構成材料是Ir的情況下，作為金屬離子的Ir本身在墨中溶出，并且在構成材料是Ta的情況下，上部保護層107發(fā)生陽極氧化以形成氧化膜。在本實施例中，上部保護層107的薄膜區(qū)域113由Ta制成。在本實施例中，上部保護層107和墨之間的電化學反應在薄膜區(qū)域113形成絕緣膜，由此使得可以電氣分離發(fā)生了短路的部分。[0105]眾所周知，Ir不會緊密接合至用于形成保護層106的SiN。此外，Ir是鉬族元素，并且通常通過更為物理性的方法來進行蝕刻。在這種情況下，存在下面的可能性:用于形成基底的SiN也被高速蝕刻，并且保護層106的功能損壞。
[0106]另一方面，上部保護層107d和保護層106之間插入的上部保護層107c的Ta具有用于提高這些層之間的緊密接合度的功能。
[0107]因此，在按順序在保護層106上設置由Ta制成的上部保護層107c和由Ir制成的上部保護層107d的本實施例中，容易地控制制造時的蝕刻，并且層之間的緊密接合度高。
[0108]在上述實施例中，使用Ta作為用于上部保護層的薄膜區(qū)域113的材料。然而，本發(fā)明不局限于此，并且對于薄膜區(qū)域113，可以使用作為與墨的電化學反應的結果改變成絕緣膜的材料(諸如Ta、鉻(Cr)、鎳(Ni)或者其合金)。
[0109]在上述實施例中，使用Ir作為用于上部保護層107d的材料。然而，本發(fā)明不局限于此，并且代替Ir，對于上部保護層107d可以使用其它鉬族元素。
[0110]在上述實施例中，形成兩個上部保護層。然而，本發(fā)明不局限于此，并且可以形成三個以上的上部保護層。此外，在形成多個上部保護層的情況下，用于上部保護層的材料的數(shù)量可以是一種，并且可以是兩種以上，只要對于薄膜區(qū)域113使用作為與墨的電化學反應的結果改變成絕緣膜的材料即可。
[0111]盡管已經(jīng)參考典型實施例說明了本發(fā)明，但是應該理解，本發(fā)明不局限于所公開的典型實施例。所附權利要求書的范圍符合最寬的解釋，以包含所有這類修改、等同結構和功能。
【權利要求】
1.一種噴墨打印頭用的基板，所述基板包括: 基體； 多個加熱電阻器，用于對墨進行加熱，其中所述加熱電阻器設置在所述基體上并且在所述加熱電阻器通電的情況下產(chǎn)生熱； 第一保護層，其設置在所述加熱電阻器上，并且具有絕緣特性；以及 第二保護層，其設置在所述第一保護層上，并且具有導電性， 其中，所述第二保護層包括:個別部，其設置成個別覆蓋多個所述加熱電阻器；共用部，用于連接所述個別部；以及連接部，其配置在所述個別部和所述共用部之間，并且用于連接所述個別部和所述共用部，以及 所述連接部設置在要與墨相接觸的位置處，并且包含利用與墨的電化學反應改變成絕緣膜的材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的基板，其中，所述連接部具有比所述個別部和所述共用部小的厚度。
3.根據(jù)權利要求1所述的基板，其中，所述連接部具有IOnm~50nm的厚度。
4.根據(jù)權利要求1所述的基板，其中，所述連接部包括鉭、鉻和鎳至少之一。
5.根據(jù)權利要求1所述的基板，其中，所述第二保護層由兩個以上的層構成，并且所述連接部由用于形成所述第二保護層的層的一部分構成。
6.一種噴墨打印頭，包括: 所述噴墨打印頭用的基板，所述基板包括: 基體； 多個加熱電阻器，用于對墨進行加熱，其中所述加熱電阻器設置在所述基體上并且在所述加熱電阻器通電的情況下產(chǎn)生熱； 第一保護層，其設置在所述加熱電阻器上，并且具有絕緣特性；以及 第二保護層，其設置在所述第一保護層上，并且具有導電性， 其中，所述第二保護層包括:個別部，其設置成個別覆蓋多個所述加熱電阻器；共用部，用于連接所述個別部；以及連接部，其配置在所述個別部和所述共用部之間，并且用于連接所述個別部和所述共用部，以及 所述連接部設置在要與墨相接觸的位置處，并且包含利用與墨的電化學反應改變成絕緣膜的材料；以及 流路形成構件，其接合至所述基板的配置有所述第二保護層的一側的上面，所述流路形成構件用于在所述流路形成構件和所述基板之間的與所述加熱電阻器相對應的位置處限定能夠儲存墨的液室，并且在與所述加熱電阻器相對的位置處具有用于噴出墨的噴出Π, 其中，所述噴墨打印頭通過對所述加熱電阻器通電來對儲存在所述液室中的墨進行加熱，以在墨中形成氣泡，由此從所述噴出口噴出墨滴。
7.根據(jù)權利要求6所述的噴墨打印頭，其中，施加至所述加熱電阻器的電位高于儲存在所述液室中的墨的電位。
8.—種噴墨打印頭的制造方法， 其中，所述噴墨打印頭包括:所述噴墨打印頭用的基板，所述基板包括: 基體； 多個加熱電阻器，用于對墨進行加熱，其中所述加熱電阻器設置在所述基體上并且在所述加熱電阻器通電的情況下產(chǎn)生熱； 第一保護層，其設置在所述加熱電阻器上，并且具有絕緣特性；以及 第二保護層，其設置在所述第一保護層上，并且具有導電性， 其中，所述第二保護層包括:個別部，其設置成個別覆蓋多個所述加熱電阻器；共用部，用于連接所述個別部；以及連接部，其配置在所述個別部和所述共用部之間，并且用于連接所述個別部和所述共用部，以及 所述連接部設置在要與墨相接觸的位置處，并且包含利用與墨的電化學反應改變成絕緣膜的材料；以及 流路形成構件，其接合至所述基板的配置有所述第二保護層的一側的上面，所述流路形成構件用于在所述流路形成構件和所述基板之間的與所述加熱電阻器相對應的位置處限定能夠儲存墨的液室，并且在與所述加熱電阻器相對的位置處具有用于噴出墨的噴出Π, 其中，所述噴墨打印頭通過對所述加熱電阻器通電來對儲存在所述液室中的墨進行加熱，以在墨中形成氣泡，由此從所述噴出口噴出墨滴， 所述制造方法包括以下步驟: 制作步驟，用于在所述噴墨打印頭用的所述基板上制作所述流路形成構件；以及分離步驟，用于在所述制作步驟之后，通過在所述第二保護層與墨相接觸的狀態(tài)下向所述共用部通電以將所述連接部改變成絕緣膜，來使所述個別部相互電氣分離。
9.根據(jù)權利要求8所述的制造方法，其中，在所述分離步驟之前，進行所述加熱電阻器和所述第二保護層之間的漏電流的檢查。
10.根據(jù)權利要求8所述的制造方法，其中，施加至所述共用部的電位高于與所述第二保護層相接觸的墨的電位。
11.一種噴墨打印設備，用于通過使用噴墨打印頭在打印介質(zhì)上進行打印， 其中，所述噴墨打印頭包括: 所述噴墨打印頭用的基板，所述基板包括: 基體； 多個加熱電阻器，用于對墨進行加熱，其中所述加熱電阻器設置在所述基體上并且在所述加熱電阻器通電的情況下產(chǎn)生熱； 第一保護層，其設置在所述加熱電阻器上，并且具有絕緣特性；以及 第二保護層，其設置在所述第一保護層上，并且具有導電性， 其中，所述第二保護層包括:個別部，其設置成個別覆蓋多個所述加熱電阻器；共用部，用于連接所述個別部；以及連接部，其配置在所述個別部和所述共用部之間，并且用于連接所述個別部和所述共用部，以及 所述連接部設置在要與墨相接觸的位置處，并且包含利用與墨的電化學反應改變成絕緣膜的材料；以及 流路形成構件，其接合至所述基板的配置有所述第二保護層的一側的上面，所述流路形成構件用于在所述流路形成構件和所述基板之間的與所述加熱電阻器相對應的位置處限定能夠儲存墨的液室，并且在與所述加熱電阻器相對的位置處具有用于噴出墨的噴出Π, 其中，所述噴墨打印頭通過對所述加熱電阻器通電來對儲存在所述液室中的墨進行加熱，以在墨中形成氣泡，由此從所述噴出口噴出墨滴，并且所述噴墨打印頭經(jīng)由所述噴墨打印設備接地。
12.—種噴墨打印頭用的基板，所述基板包括: 基體； 多個加熱電阻器，用于對墨進行加熱，其中所述加熱電阻器設置在所述基體上并且在所述加熱電阻器通電的情況下產(chǎn)生熱； 第一保護層，其設置在所述加熱電阻器上，并且具有絕緣特性；以及 第二保護層，其設置在所述第一保護層上，并且具有導電性， 其中，所述第二保護層包括:個別部，其設置成個別覆蓋多個所述加熱電阻器；共用部，用于連接所述個別部；以及連接部，其配置在所述個別部和所述共用部之間，并且用于連接所述個別部和所述共用部，以及 所述連接部設置在要與墨相接觸的位置處，并且包括鉭、鉻和鎳至少之一。
13.根據(jù)權利要求12 所述的基板，其中，所述連接部具有比所述個別部和所述共用部小的厚度。
14.根據(jù)權利要求12所述的基板，其中，所述第二保護層由兩個以上的層構成，并且所述連接部由用于形成所述第二保護層的層的一部分構成。
【文檔編號】B41J2/16GK103895350SQ201310741565
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權日:2012年12月27日
【發(fā)明者】石田讓, 櫻井誠, 初井琢也 申請人:佳能株式會社