專利名稱：噴墨頭的加熱元件的形成方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴墨頭(printhead)的加熱元件的形成方法及其結(jié)構(gòu)，特別涉及一種適用于噴墨打印機(jī)(inkjet printer)且具有斜角導(dǎo)線層的噴墨頭加熱元件的制作過(guò)程及其結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)今噴墨打印機(jī)的使用已相當(dāng)普遍，它具有可提供高質(zhì)量的打印，體積小、可攜帶以及打印快速、無(wú)噪音等特點(diǎn)。其中，噴墨頭是控制墨滴噴出的裝置，表面上形成有排成陣列的噴孔(orifice)，每一個(gè)噴孔都對(duì)應(yīng)配置一噴出裝置(ejector)，噴孔與噴出裝置之間形成墨水室(chamber)，其利用通道(channel)的連接能不斷由墨水匣(reservoir)導(dǎo)入墨水補(bǔ)充，噴墨原理是通過(guò)在噴墨室內(nèi)瞬間形成壓力，使墨滴從噴孔推出來(lái)進(jìn)行打印。
對(duì)于一種drop-on-demand的熱式(thermal)噴墨打印機(jī)而言，其氣泡式噴墨頭是采用電阻加熱元件來(lái)完成噴墨。請(qǐng)參照

圖1的示意圖，它表示一種傳統(tǒng)的噴墨頭剖面構(gòu)造圖在一基板10上形成有一介電層12，介電層12上形成有一電阻層14，之后，再在部分電阻層14上形成一導(dǎo)電層16，并形成一保護(hù)層18于未被導(dǎo)電層16覆蓋的電阻層14及導(dǎo)電層16上，再形成一外隔層20于保護(hù)層18上，最后涂附上粘合劑，以便固定粘貼具有噴孔的一噴嘴片22。
噴墨頭在接受由打印機(jī)傳來(lái)的打印信息后，決定是否產(chǎn)生一電流脈沖(current plus)傳送至加熱元件。電流由導(dǎo)電層16導(dǎo)入流經(jīng)電阻層14，在此產(chǎn)生急劇的高溫將墨水汽化，墨水蒸氣的快速膨脹將墨滴由噴孔排出，可使得在一秒鐘內(nèi)有五萬(wàn)次的墨滴形成。
由此可知，通入的大電流(大于106amp/cm2)在流過(guò)導(dǎo)電層16末端與電阻層14的連接處，將產(chǎn)生極大的物理性質(zhì)的變化。以圖1的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)看來(lái)，其導(dǎo)電層16邊緣與電阻層14的相接面，不但不連續(xù)而且為相當(dāng)陡峭的相接面，若考慮兩接面間形成的熱應(yīng)力，導(dǎo)電層16與電阻層14之間形成的熱梯度(thermal gradient)將為不連續(xù)的斷面，熱應(yīng)力會(huì)相當(dāng)大，加上噴墨頭的加熱元件需經(jīng)歷高頻率的持續(xù)熱循環(huán)(thermalcycle)，因此，更容易產(chǎn)生對(duì)導(dǎo)電層邊緣與電阻層接觸處的破壞，最后便是造成整個(gè)噴墨頭的失效。
因此，本發(fā)明的目的在提供一種噴墨頭的加熱元件的形成方法，使加熱元件中的導(dǎo)電層與電阻層相接的邊緣形成具有斜角的平滑斜面，以增進(jìn)所制作出的噴墨頭的質(zhì)量。
本發(fā)明的另一目的在提供一種噴墨頭的加熱元件的結(jié)構(gòu)，用以加熱墨水室的墨水從噴墨頭的噴孔排出。
根據(jù)上述本發(fā)明的目的，提供一種噴墨頭的加熱元件的制作過(guò)程為依次在一硅基板上形成一二氧化硅的介電層，一以濺鍍(sputtering)法所形成的鉭化鋁電阻層，一以濺鍍法所形成的鋁導(dǎo)線，使導(dǎo)線的邊緣與電阻層的連接處形成一斜角介于10°-45°的平滑斜面。產(chǎn)生具有此斜角的鋁導(dǎo)線圖案有兩種方式其一是在用微影技術(shù)在鋁金屬層涂敷光阻層時(shí)，選用粘附性較差的光阻材料，使得后續(xù)采用濕蝕刻技術(shù)作罩幕蝕刻時(shí)，不但沒(méi)有光阻遮罩的鋁金屬層會(huì)被蝕刻掉，且有光阻遮罩的鋁金屬層邊緣的部分區(qū)域同樣也會(huì)被蝕刻掉而形成所要的斜角導(dǎo)線圖案；其二是以一種犧牲層的方法(lift-off)，先在部分鋁金屬層上形成一氧化物的犧牲層后、再上光阻、而后除去犧牲層，如此在原有光阻遮罩的部分導(dǎo)線上，光阻與導(dǎo)線間將形成因移去犧牲層所產(chǎn)生的間隙，如此在后續(xù)的罩幕濕蝕刻時(shí)，便會(huì)形成所要的斜角導(dǎo)線圖案。
本發(fā)明的噴墨頭的加熱元件的結(jié)構(gòu)，包含能產(chǎn)生熱量以加熱墨水室的墨水使其由噴孔排出的電阻層，以及以上述方法所制作的導(dǎo)電層，其與電阻層連接的邊緣形成一斜角介于10°-45°的平滑斜面，可提供一信號(hào)以控制電阻層將墨水加熱汽化從噴孔噴出。
本發(fā)明的基板為一硅基板。
在該基板上形成電阻層之前，可在基板上先形成一介電層。
該介電層為由一熱氧化法所形成的一二氧化硅層。
該電阻層為一鋁化鉭層，形成的該電阻層厚度約為3000～8000。
該電阻層由濺鍍法形成。
該導(dǎo)電層為一鋁金屬層，形成的該導(dǎo)電層厚度約為3000～8000。
該導(dǎo)電層由濺鍍法形成。
該犧牲層為一氧化物層，形成的該犧牲層厚度約為1000～10000。
本發(fā)明的有益效果是，通過(guò)本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)，能使加熱元件在加熱時(shí)，電流由導(dǎo)線通入電阻層，在導(dǎo)線和電陰層連接處形成較平緩的熱梯度，以避免噴墨頭在使用過(guò)程中在頻繁的熱循環(huán)下造成對(duì)連接處破壞的問(wèn)題，從而延長(zhǎng)噴墨頭壽命。
為讓本發(fā)明的目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。
圖1為已知的一種噴墨結(jié)構(gòu)的剖面示圖。
圖2A-2E為本發(fā)明噴墨頭的加熱元件的一較佳制造流程實(shí)施例。
圖3A-3G為本發(fā)明噴墨頭的加熱元件的另一較佳制造流程實(shí)施例。
圖4、5分別為傳統(tǒng)的與本發(fā)明的噴墨頭的加熱元件通入電流后產(chǎn)生的熱梯度的圖示，其中X軸為位置，Y軸為溫度。
請(qǐng)參照?qǐng)D2A-2E，它表示本發(fā)明一較佳實(shí)施例的制作過(guò)程的步驟的示意圖，包含
圖2A中，提供一基板10，例如為一硅基板(substrate)，并在基板10上形成一介電層(dielectric layer)12，例如是以熱氧化法(thermaloxidation)所形成的一二氧化硅(SiO2)層。
圖2B中，在介電層12上形成一電阻層(resistive layer)14，例如是以濺鍍法所形成的一鋁化鉭(TaAl)層，形成的較佳厚度是介于3000～8000A。此電阻層14作為噴墨頭的加熱元件的薄膜電阻。
圖2C中，在電阻層14上形成一導(dǎo)電層(conductive layer)15，例如是以濺鍍法所形成的一鋁(Al)金屬層，形成的較佳厚度是介于3000～8000A。
圖2D中，在導(dǎo)電層15上形成一光阻層(photoresist layer)19，主要選用的光阻層19需與導(dǎo)電層15有較差的粘附性(adhesion)。
圖2E中，以光阻層19為罩幕進(jìn)行對(duì)導(dǎo)電層15的蝕刻，采用濕蝕刻(wetetching)的方式蝕刻掉未被光阻層19遮罩的部分導(dǎo)電層15。由于上述選用的光阻層19與導(dǎo)電層15間的附著性不是很好，因此在進(jìn)行濕蝕刻時(shí)，蝕刻液在蝕刻掉未有光阻遮罩的導(dǎo)電層的同時(shí)，將會(huì)侵入導(dǎo)電層15與光阻層19之間，進(jìn)而蝕刻掉部分有光阻層所遮罩的導(dǎo)電層，而且在愈靠近導(dǎo)電層與光阻層相接的邊緣地帶，蝕刻液能不斷補(bǔ)充，而愈深入導(dǎo)電層與光阻層相接的內(nèi)部，蝕刻液不能即時(shí)補(bǔ)充，在更深入的內(nèi)部，蝕刻液便無(wú)法進(jìn)入，因此，在適當(dāng)時(shí)間控制下，再將光阻層19去除，便能產(chǎn)生如圖的導(dǎo)線層16圖案。之后，再繼續(xù)后續(xù)的制作過(guò)程便得以形成噴墨頭。
形成的導(dǎo)線層16在其邊緣與電阻層14連接處形成一斜角為θ，θ角例如為介于10°～45°的平滑斜面，與圖1所形成的傳統(tǒng)噴墨頭結(jié)構(gòu)相比較，其加熱元件中的導(dǎo)線層16邊緣與形成為近似垂直的邊墻有極大的不同。
對(duì)于圖1的已知導(dǎo)線結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，當(dāng)通入一電流脈沖，電流由導(dǎo)線層16傳輸至電阻層14，使電阻層14瞬間產(chǎn)生高溫加熱墨水，由于導(dǎo)線層16邊緣與電阻層14相連的位置形成陡峭的落差，為極大的不連續(xù)面，使電流導(dǎo)入電阻層14后產(chǎn)生的高溫，將在此連接處形成相當(dāng)大的一熱梯度(thermal gradient)，結(jié)果便如圖4所示。
比較上述本發(fā)明的較佳實(shí)施例所形成的加熱元件，圖2E中的導(dǎo)線層16在其邊緣與電阻層接連處為一平滑的斜面，因此電流在經(jīng)由導(dǎo)線層16傳入電阻層14時(shí)，是以一較平緩的方式導(dǎo)入，其熱梯度的圖示如圖5。
因此，可明顯得知，本發(fā)明形成邊緣具有斜角的導(dǎo)線層將可避免噴墨頭在使用中頻繁的熱循環(huán)下產(chǎn)生對(duì)接連處的破壞，進(jìn)而增進(jìn)噴墨頭的質(zhì)量。
以下再舉另一較佳的實(shí)施例步驟，如圖3A-3G所示，用一種犧牲層的方法(litf-off)，同樣也能形成如圖2E的噴墨頭加熱元件中具有斜角導(dǎo)線層的結(jié)構(gòu)。
其中圖3A-3C的過(guò)程與前述圖2A-2C相同，不再贅述。
圖3D中，在部分導(dǎo)電層15上形成一犧牲層17，例如為一厚度約為1000～10000的氧化物層。目的是使后續(xù)形成的光阻層19與導(dǎo)電層15間形成間隙。
圖3E中，在部分導(dǎo)電層15及犧牲層17上形成光阻層19，此時(shí)選用的光阻材質(zhì)，不需如前述實(shí)施例中那樣必須具有與導(dǎo)電層15較差的粘附性。
圖3F中，將犧牲層17去除，使光阻層與導(dǎo)電層15間形成所要的間隙21。
圖3G中，以光阻層19為罩幕進(jìn)行對(duì)導(dǎo)電層15的蝕刻，同樣以濕蝕刻(wetetching)的方式蝕刻掉未被光阻層19遮罩的部分導(dǎo)電層15。不同于前述實(shí)施例，本實(shí)施例特別以一lift-off的方法在光阻層19底部緣與導(dǎo)電層15間形成間隙21，因此在濕蝕刻進(jìn)行時(shí)，蝕刻液當(dāng)然會(huì)滲入間隙內(nèi)蝕刻掉未有光阻層遮罩的導(dǎo)電層，而且由于間隙不是很大(即為犧牲層的厚度)，同樣地在愈靠近導(dǎo)電層與光阻層的邊緣地帶，蝕刻液能不斷補(bǔ)充，而愈深入導(dǎo)電層與光阻層相接的內(nèi)部，蝕刻液不能即時(shí)補(bǔ)充，因此，在適當(dāng)時(shí)間控制下，便能制作出如圖的導(dǎo)線層16圖案。之后，同樣可經(jīng)由后續(xù)的過(guò)程步驟以形成噴墨頭。
與前述實(shí)施例中利用選用的光阻層與導(dǎo)電層間粘附不佳的特性，使蝕刻液能滲入光阻層與導(dǎo)電層之間相比，本實(shí)施例更能確保蝕刻液在較短時(shí)間內(nèi)完成較佳的導(dǎo)線層圖形，相對(duì)之下，也要采用較多的處理步驟。
根據(jù)上述兩實(shí)施例的過(guò)程步驟，可獲得本發(fā)明欲實(shí)現(xiàn)的噴墨頭加熱元件的結(jié)構(gòu)，如圖3G所示，加熱元件為噴墨頭的噴出裝置的一部分，能加熱介于噴墨頭與噴孔間形成的墨水室的墨水，使墨水汽化后由噴墨頭的噴孔排出，加熱元件包含上述所形成的電阻層14，可產(chǎn)生熱量以加熱墨水室的墨水使其由噴孔排出；還包括上述所形成的導(dǎo)線16，其與電阻層14連接的邊緣形成一斜角介于10°～45°的平滑斜面，可提供一信號(hào)以控制電阻層14加熱，將墨水蒸發(fā)汽化從噴孔噴出。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的改進(jìn)和替換，應(yīng)被視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種噴墨頭的加熱元件的形成方法，其特征在于至少包括下列步驟提供一基板；在該基板上形成一電阻層；在該電阻層表面形成一導(dǎo)電層；以及定義該導(dǎo)電層形成一導(dǎo)線圖案，使該導(dǎo)線邊緣與該電阻層連接處形成一斜角介于10°～45°的平滑斜面。
2.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭的加熱元件的形成方法，其特征在于該基板為一硅基板。
3.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭的加熱元件的形成方法，其特征在于，在該基板上形成電阻層之前，可在基板上先形成一介電層。
4.如權(quán)利要求3所述的噴墨頭的加熱元件的形成方法，其特征在于，該介電層為由熱氧化法所形成的一二氧化硅層。
5.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭的加熱元件的形成方法，其特征在于，該電阻層為一鋁化鉭層。
6.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭的加熱元件的形成方法，其特征在于，形成的該電阻層厚度約為3000～8000。
7.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭的加熱元件的形成方法，其特征在于，該電阻層由濺鍍法形成。
8.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭的加熱元件的形成方法，其特征在于，該導(dǎo)電層為一鋁金屬層。
9.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭的加熱元件的形成方法，其特征在于，形成的該導(dǎo)電層厚度約為3000～8000。
10.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭的加熱元件的形成方法，其特征在于，該導(dǎo)電層由濺鍍法形成。
11.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭的加熱元件的形成方法，其特征在于，定義該導(dǎo)電層形成該導(dǎo)線圖案可包括下列步驟在該導(dǎo)電層表面涂敷一光阻層；以及濕蝕刻該導(dǎo)電層，通過(guò)控制該光阻層與該導(dǎo)電層間的粘附性，使該導(dǎo)電層蝕刻后形成該導(dǎo)線圖案。
12.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭的加熱元件的形成方法，其特征在于，定義該導(dǎo)電層形成該導(dǎo)線圖案可包括下列步驟在部分該導(dǎo)電層上形成一犧牲層；在該犧牲層與該導(dǎo)電層表面涂敷一光阻層；去除該犧牲層；以及濕蝕刻該導(dǎo)電層以形成該導(dǎo)線圖案。
13.如權(quán)利要求12所述的噴墨頭的加熱元件的形成方法，其特征在于，該犧牲層為一氧化物層。
14.如權(quán)利要求12所述的噴墨頭的加熱元件的形成方法，其特征在于，形成的該犧牲層厚度約為1000～10000。
15.一種噴墨頭的加熱元件結(jié)構(gòu)，其特征在于，它在一基板上形成，用以加熱基板上方墨水室的墨水使其由噴孔排出，至少包括一電阻層，用以產(chǎn)生熱量以加熱該墨水室的墨水由該噴孔噴出；以及一導(dǎo)電層，與該電阻層連接的邊緣形成一斜角介于10°～45°的平滑斜面，用以提供一信號(hào)以控制該電阻層將墨水加熱汽化從該噴孔噴出。
16.如權(quán)利要求15所述的噴墨頭的加熱元件結(jié)構(gòu)，其特征在于，該電阻層為一鋁化鉭層。
17.如權(quán)利要求15所述的噴墨頭的加熱元件結(jié)構(gòu)，其特征在于，該電阻層厚度約為3000～8000。
18.如權(quán)利要求15所述的噴墨頭的加熱元件結(jié)構(gòu)，其特征在于，該導(dǎo)線層為一鋁金屬層。
19.如權(quán)利要求15所述的噴墨頭的加熱元件結(jié)構(gòu)，其特征在于，該導(dǎo)電層厚度約為3000～8000。
全文摘要
本發(fā)明為一種噴墨頭的加熱元件的形成方法及其結(jié)構(gòu),在加熱元件的電阻層上形成導(dǎo)電層時(shí),選用粘附性較差的光阻層,或先形成犧牲層,并涂敷光阻層,除去犧牲層,再以濕蝕刻制作出導(dǎo)線圖案,使導(dǎo)線邊緣在與電阻層接觸處形成平滑的斜面,能使加熱元件在加熱時(shí),在導(dǎo)線和電阻層接連處形成較平緩的熱梯度,以避免噴墨頭在使用過(guò)程中在頻繁的熱循環(huán)下造成對(duì)連接處的破壞的問(wèn)題,能延長(zhǎng)噴墨頭的壽命。
文檔編號(hào)B41J2/05GK1285276SQ99111598
公開(kāi)日2001年2月28日 申請(qǐng)日期1999年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月20日
發(fā)明者林振華, 楊長(zhǎng)謀 申請(qǐng)人:威碩科技股份有限公司