CN100336664C - 使用液体射流导引激光制造喷墨打印头的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用液体射流导引激光制造喷墨打印头的方法，该方法包括至少一个形成供墨部分的工艺。供墨部分形成工艺包括在反应室中的载台上固定基片，并在基片中利用液体射流导引激光加工供墨部分至所需深度。另外，该制造喷墨打印头的方法包括切割基片的工艺，从而将基片切割为芯片形式。基片切割工艺包括在反应室中的载台上固定基片，及使用液体射流导引激光切割基片。根据本发明，在形成打印头的供墨部分和/或在切割形成有多个打印头的基片时，使用了结合激光和微细液体射流的液体射流导引激光，因此可以实现防止打印头热损伤、节省工艺成本和减少工艺时间的效果。

Description

使用液体射流导引激光制造喷墨打印头的方法

技术领域

本发明涉及一种制造用于喷墨打印机的打印头的方法，并且特别涉及一种制造喷墨打印头的方法，其中使用结合激光束与微细液体射流(microliquid-jet)的液体射流导引激光(liquid-jet guided laser)在基片中形成打印头的供墨部分或者切割形成有一个或更多个打印头的基片。

背景技术

一般而言，由于喷墨打印机产生的噪音小且分辨率优于其它打印机，因此消费者对于喷墨打印机的需求迅速增长。此外，喷墨打印机能够进行彩色打印。

另外，最近十年来，随着半导体技术的发展，用于制造作为喷墨打印机核心部件的打印头的技术得到了迅速的发展。结果，已经可以通过安装于一次性墨盒中来使用设有约300个喷墨嘴并且能够提供1200dpi分辨率的打印头。

根据用于形成至少一个通过其向与喷嘴连接的墨室供给墨水的墨水通道或供墨部分的位置，该打印头分为公共或中心供给型、边缘供给型和单独供给型，在公共或中心供给型中供墨部分位于中心位置，在边缘供给型中供墨部分位于相对的末端，在单独供给型中供墨部分位于单个墨室中。

图1示意性地示出传统的中心供给型喷墨打印机的打印头10。

通常，墨从打印头10的基片1的后侧通过墨水通道或第一供墨通道2供给至基片1的前侧。

通过第一供墨通道2供给的墨沿着由墨室板8和喷嘴板9形成的第二供墨通道3到达墨室4。暂时滞留在墨室4中的墨立即由从位于保护层5下方的加热器6产生的热量加热。

同时，墨中产生了易爆的气泡，所产生的气泡使得墨室4内的一部分墨通过形成在墨室4顶部中的喷嘴7射出打印头10之外。

在此打印头10中，墨室板8和喷嘴板9是影响墨流、墨的注入形式、及注入频率特性的重要元件。因此，对于墨室板8和喷嘴板9的材料、形状及制造方法进行了大量研究。

在目前用于制造打印头连同墨室板和喷嘴板的各种方法中，最常用的方法是采用光刻工艺的单片法(monolithic method)。

依据单片法的打印头10’传统制造工序(方法)在图2A至2E中示出。

参照图2A至2E，如图2A所示，硅基片1的后侧形成有预备第一供墨通道2’，用于形成图2D和2E所示构成供墨部分的第一供墨通道2，其中，基片1的前侧形成有加热器6和保护层5。

此时，在预备第一供墨通道2’处，保留基片1的部分厚度而未完全穿透。

接着，在基片1的保护层5的顶上形成正光致抗蚀剂，并且随后通过光刻工艺使用光掩模(未示出)构图。结果，在保护层5上形成了作为牺牲层的正光致抗蚀剂模3’，如图2B所示。后面，通过蚀刻去除正光致抗蚀剂模3，由此设置出用于第二供墨通道3、墨室4等的流路构造。正光致抗蚀剂模3’的厚度为约30至40μm，从而与以后形成的第二供墨通道3和墨室4的高度相对应。

在保护层5的顶上形成正光致抗蚀剂模3’后，在基片1的前侧上涂覆光敏环氧树脂层作为负光致抗蚀剂。

接着，通过形成有喷嘴图形的光掩模(未示出)曝光光敏环氧树脂层，并随后通过微冲压(micro-punching)或光刻工艺构图。结果，形成了如图2C所示的形成有喷嘴7’的墨室/喷嘴板9’。

形成墨室/喷嘴板9’后，去除基片1在其后侧形成有预备第一供墨通道2’的部分，由此形成第一供墨通道2。

接着，利用溶剂溶解光致抗蚀剂模3’，形成墨室4和第二供墨通道3并完成了打印头10’的制造，如图2D和2E所示。

在依据单片法制造打印头10’的方法中，为了形成预备第一供墨通道2’和第一供墨通道2，广泛的使用了化学蚀刻基片1的湿法蚀刻法、利用等离子体蚀刻基片1的干法蚀刻法(诸如反应离子蚀刻或深度反应离子蚀刻)、以及通过以非常快的速度朝基片1喷射非常精细的喷砂(诸如砂砾)来蚀刻基片1的喷砂法。

然而，湿法蚀刻法的缺点在于基片1是被化学地蚀刻，工艺时间很长且在基片1上存在非常微小的杂质时难以精确控制间隔误差。

使用等离子体的干法蚀刻法的优点在于蚀刻时间相对短，因为蚀刻速度约为2至10μm/min。然而，干法蚀刻法的缺点在于工艺成本高，因为工艺设备昂贵，并且在蚀刻时难以控制侧壁表面的锥角，因为侧壁被等向性地蚀刻，使得蚀刻得到的侧壁接近于约90度。

另外，喷砂法的缺点在于使用了细小的喷砂，在工艺期间，喷砂容易由于进入基片1的结构中而导致污染，从而构成了一个微机电系统，此处理的精度很差，并且工艺完成后还需要去除喷砂的后工艺。

发明内容

本发明是为解决现有技术中的上述和/或其它问题而提出，并且本发明的原理在于提供一种制造喷墨打印头的方法，其中该方法包括使用结合液体射流和激光的液体射流导引激光形成打印头的供墨部分的工艺，从而防止热损伤、节省工艺成本并减少了工艺时间。

本发明的另一方面在于提供一种制造喷墨打印头的方法，其中该方法包括使用液体射流导引激光来切割形成有一个或更多个打印头基片的工艺，从而防止热损伤、节省工艺成本并减少了工艺时间。

本发明的其它方面和/或优点将部分地在下面的介绍展示，而部分地通过介绍而明了或通过实践本发明而掌握。

为了实现本发明的上述和/或其它方面，提供一种使用液体射流导引激光制造喷墨打印头的方法。该方法包括至少一个形成透过构成喷墨打印头的基片的供墨部分的工艺，其中供墨部分形成工艺包括在用于执行该至少一个工艺的反应室中的载台上固定基片，以及利用液体射流导引激光处理基片中的供墨部分至所需深度。

固定基片的操作包括：在装载器中加载基片；移动加载于装载器中的基片至反应室中的载台上；以及在载台的位置上排列并固定基片。

加工供墨部分的操作包括：通过液体射流导引激光照射由直径在10至500μm范围内的液体射流导引的激光束；以及沿着供墨部分的图形移动其上载有基片的载台。

优选使用压强在1至7000bar范围内的液态材料作为液体射流，并且优选二极管泵浦固体激光束和气体激光束中之一用作激光束。

或者，激光束的照射可以利用通过液体射流导引激光照射由直径在30至50μm范围内的液体射流导引的激光束来实现。

另外，形成供墨部分的工艺还包括清洁在形成供墨部分期间流入基片有机材料，以及干燥清洁后的基片。

该制造喷墨打印头的方法还包括切割形成有一个或更多个打印头的基片的工艺。

切割基片的工艺包括在反应室中的载台上固定基片，以及使用液体射流导引激光切割基片。

在本实施例中，优选使用厚度在100至600μm范围内的硅基片作为硅基片，并且可以在中心供给型打印头、边缘供给型打印头和单独供给型打印头其中之一上形成一个或更多个供墨部分。

为了实现根据本发明实施例的上述和/或其它方面，还提供一种使用液体射流导引激光制造喷墨打印头的方法。该方法包括使用液体射流导引激光切割形成有多个打印头的基片的切割工艺，其中该切割工艺包括在反应室中的载台上固定基片，以及使用液体射流导引激光切割基片。

固定基片的操作包括：在装载器中加载基片；移动加载于装载器中的基片至反应室中的载台上；以及在载台的位置上排列并固定基片。

切割基片的操作包括：通过液体射流导引激光照射由直径在30至100μm范围内的液体射流导引的激光束；以及沿着供墨部分的图形移动其上载有基片的载台。

优选使用压强在1至7000bar范围内的液态材料作为液体射流，并且二极管泵浦固体激光束和气体激光束中之一优选用作激光束。

另外，切割工艺还包括：清洁在切割基片期间流入切割成芯片形式的打印头中的有机材料；以及干燥清洁过的芯片形式打印头。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的介绍，将使本发明的这些和/或其它方面及优点变得清晰且更加易懂，附图中：

图1为传统打印头的截面图；

图2A至2E为说明制造图1所示传统喷墨打印头的方法的流程；

图3为说明根据本发明实施例，使用液体射流导引激光制造喷墨打印头的方法中所用液体射流导引激光的示例的操作的示意图；

图4A和4B为说明依据使用图3所示的液体射流导引激光制造喷墨打印头的方法所形成的预备第一供墨通道的形式的照片；

图5为说明根据本发明另一实施例，使用液体射流导引激光制造喷墨打印头的方法中的工艺的流程；

图6为说明在图3和5中所示的使用液体射流导引激光制造喷墨打印头的方法中形成预备第一供墨通道的工艺的流程；以及

图7为说明在图3和5中所示的使用液体射流导引激光制造喷墨打印头的方法中的切割工艺的流程。

具体实施方式

以下，将参照附图详细介绍本发明的使用液体射流导引激光制造喷墨打印头的方法。在附图及详细说明中，与现有技术相同的构件将以与介绍现有技术时所用相同的附图标记说明和介绍。

图5为说明根据本发明的实施例，使用液体射流导引激光制造喷墨打印头的方法中工艺的流程。

首先，与图2A所示传统打印头10的制造相似，通过执行涂覆工艺、离子注入工艺、光刻工艺等，在反应室(未示出)内，在厚度为100至600μm范围内的硅基片(silicon wafer，硅晶片)1的前侧形成加热器6和保护层5(S1)，并且随后进行在基片1的后侧形成预备第一供墨通道2’的工艺，从而形成构成墨水通道或供墨部分的第一供墨通道2(S2)。

即，如图6所示，在装载器(未示出)中载入基片1，装载器可以为传统的装载器，而基片的后侧向上取向，使基片1移动至反应室(未示出)中，从而执行液体射流导引激光处理(S2a)。

接着，装载器将基片1移动至反应室中的载台(未示出)处，从而执行液体射流导引激光处理(S2b)，并且基片1利用抓具(未示出)排列并固定入位，抓具可以是传统抓具(S2c)。

固定基片1后，在根据存储于个人电脑(PC)中的计算机辅助设计(CAD)数据设定参考坐标时，其上固定有基片的载台根据输入PC中的程序、沿着所需的方向、以例如约100mm/sec的速度移动。

与此同时，固定在预定位置处的液体射流导引激光100(图3)透过喷嘴头120射出液体射流101，并照射出由液体射流101导引的激光束102。

由此，通过沿着液体射流101的内壁导引的激光束102蚀刻基片1，从而形成沟槽或预备第一供墨通道2’至预定深度，如图4A和4B所示(S2d)。

此时，透过液体射流导引激光100的喷嘴头120射出的液体射流101控制为具有10至500μm范围内的直径。

即，尽管优选液体射流的直径超过150μm以减少工艺时间，但也可以根据需要选用另一种具有30至50μm范围内直径的液体射流。

液体射流101的压强设置在1至7000bar的范围内，并且优选设置为约70bar。用作液体射流101的液体可以是任何液态材料。

另外，用于执行液体射流导引激光处理的反应室内的温度保持在常温。

用于射出液体射流101和照射激光束102的液体射流导引激光100可以是包括激光束照射透镜部分110、以及喷嘴头120的液体射流导引激光，激光束照射透镜部分110通过激光束波导103与诸如二极管泵浦固体激光源和气体激光源的激光束源(未示出)连接，喷嘴头120将通过输液线1105供入的液体射流101射出并在共轴组合后照射从激光束照射透镜部分110射出的激光束102，如图3所例示。

激光束照射透镜部分110包括用于校准从激光束波导103透射来的激光束102的准直器、以及聚焦并透过喷嘴头120的基部122中的锥形空间124照射校准后的激光束(112)。

喷嘴头120包括用于使照射至锥形空间124的激光束102通过的窗口123、连接至输液线105的供液管121、以及用于在激光束102和液体射流101分别通过窗口123和供液管121后透过中心钻孔127照射激光束102并射出液体射流101的喷嘴块。

通过喷嘴块125射至基片1后流向基片1下方的液体射流101通过形成在反应室下方的液体收集部分(未示出)回收，并且利用液泵(未示出)等再次通过输液线105供至喷嘴头120。

按此方式，在基片1中形成预备第一供墨通道2’后，将基片1转移至用于执行清洁工艺的反应室(未示出)中。

清洁转移至用于执行清洁工艺的反应室中的基片1，以去除在形成预备供墨通道2’时流入基片1表面中的有机材料(S2e)，并随后干燥基片1(S2f)。

其后，再次将基片1移至用于执行光刻工艺等的反应室中，并随后在基片1上形成墨室/喷嘴扳9’，其中通过与图2B和2C所示制造传统打印头10中所用相同的方法在墨室/喷嘴扳9’的前侧形成喷嘴7’。

形成墨室/喷嘴扳9’后，利用装载器再次将基片1移至用于执行液体射流导引激光处理的反应室中的载台上，并随后通过与上述形成预备第一供墨通道2’中所用相同的方法去除后侧形成有预备第一供墨通道2’的基片1的一部分，由此形成第一供墨通道2(S4)。此时，根据其设计，形成了中心供给型、边缘供给型和单独供给型喷墨打印机中一种形式的一个或更多个第一供墨通道2。

接着，再次将基片1移至用于执行光刻工艺等的反应室中，并且随后在利用溶剂溶解光致抗蚀剂模3’时形成墨室4和第二供墨通道3，如图2E所示(S5)。

结果，在基片1上，按格栅形式形成了多个打印头10’。

再次将上述形成有多个打印头10’的基片1移至用于执行液体射流导引激光处理的反应室中，从而执行切割工艺。

按照与上述形成预备第一供墨通道2’或第一供墨通道2所用基本相同的工艺来执行切割基片1的切割工艺，除去射出直径在30至100μm(优选为50μm)的液体射流101，并且通过液体射流导引激光100照射由液体射流101导引的激光束102(S6)。

即，如图7所示，在装载器上加载基片1后(S6a)，将基片1移至用于执行液体射流导引激光处理的反应室中(S6b)，并随后将基片1排列并固定在载台上的位置(S6c)。

其后，在其上固定有基片1的载台沿着切割图形以100mm/sec的速度移动、并且通过液体射流导引激光100照射由直径在30至100μm范围内的液体射流101导引的激光束102时，切割基片1，由此将基片1切割为芯片形式的单个打印头10’(S6d)。

切割基片1后，清洁切割为芯片形式的单个打印头10’，以去除流入打印头10’表面中的有机材料(S6e)，并随后干燥打印头(S6f)，从而完成了打印头10’的制造。

虽然为了说明本发明的原理，已参照优选实施例示出并介绍了本发明的实施方式，但本发明不应限于这些实施方式。应理解，本领域技术人员可以在不脱离由所附权利要求及其等价物所限定的本发明的精神和范围的基础上进行各种调整和修改。

例如，在上述形成打印头10’的方法中，尽管介绍了第一供墨通道2使用液体射流导引激光100通过两次处理形成，也可以依据形成打印头10’的方法通过一次或多于两次的处理来形成。

另外，尽管介绍了在形成打印头10’和切割基片1’的工艺中都采用了液体射流导引激光100，也可以仅在两个工艺中的一个中使用液体射流导引激光100。

如上所述，由于制造喷墨打印头的方法使用了结合激光和液体射流的液体射流导引激光，因此可以在常温下形成打印头后形成打印头的供墨部分或切割基片，而无须使用传统湿法蚀刻法或干法蚀刻法所需的掩模。结果，可以实现防止打印头热损伤和节省工艺成本的效果。

另外，制造喷墨打印头的方法通过PC的优化设计数据来控制供墨部分的三维形状。因此，可以更自由和精确地实现供墨部分的形状并减少了工艺时间。实际上，根据在载台移动速度为100mm/sec而液体射流的直径和压强分别为150μm和70bar的条件下对10mm×5mm的表面处理至500μm深度的测试，所需的时间约为55sec。

Claims (20)

1.一种使用液体射流导引激光制造喷墨打印头的方法，该方法包括：

至少一个形成透过构成喷墨打印头的基片的供墨部分的工艺，

其中该供墨部分形成工艺包括：

在用于执行该至少一个工艺的反应室中的载台上固定基片；以及

利用液体射流导引激光在基片中加工供墨部分至所需深度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中该固定基片的操作包括：

在装载器中加载基片；

移动加载于装载器中的基片至该反应室中的载台；以及

在载台的位置上排列并固定基片。

3.根据权利要求1所述的方法，其中该加工供墨部分的操作包括：

通过液体射流导引激光照射由直径在10至500μm范围内的液体射流导引的激光束；以及

沿着供墨部分的图形移动其上固定有基片的载台。

4.根据权利要求3所述的方法，其中该液体射流包括压强在1至7000bar范围内的液态材料。

5.根据权利要求3所述的方法，其中该激光束包括二极管泵浦固体激光束和气体激光束中之一。

6.根据权利要求1所述的方法，其中该加工供墨部分的操作包括：

通过液体射流导引激光照射由直径在30至50μm范围内的液体射流导引的激光束；以及

沿着供墨部分的图形移动其上固定有基片的载台。

7.根据权利要求1所述的方法，其中该形成供墨部分的工艺还包括：

清洁在形成供墨部分期间流入基片的有机材料；以及

干燥清洁后的基片。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括切割形成有喷墨打印头的基片的工艺，其中该切割工艺包括：

在反应室中的载台上固定基片；以及

使用液体射流导引激光切割基片。

9.根据权利要求1所述的方法，其中该基片包括厚度在100至600μm范围内的硅基片，并且至少一个供墨部分形成为中心供给型、边缘供给型和单独供给型中之一。

10.一种制造喷墨打印头的方法，该方法包括：

使用液体射流导引激光切割形成有多个打印头的基片的切割工艺，

其中该切割工艺包括：

在反应室中的载台上固定基片；以及

使用液体射流导引激光切割基片。

11.根据权利要求10所述的方法，其中该固定基片的操作包括：

在装载器中加载基片；

移动加载于装载器中的基片至反应室中的载台上；以及

在载台的位置上排列并固定基片。

12.根据权利要求10所述的方法，其中该切割基片的操作包括：

通过液体射流导引激光照射由直径在30至100μm范围内的液体射流导引的激光束；以及

沿着切割图形移动其上固定有基片的载台。

13.根据权利要求12所述的方法，其中该液体射流包括压强在1至7000bar范围内的液态材料。

14.根据权利要求12所述的方法，其中该激光束包括二极管泵浦固体激光束和气体激光束中之一。

15.根据权利要求10所述的方法，其中该切割工艺还包括：

清洁在切割基片期间流入切割成芯片形式的打印头中的有机材料；以及

干燥清洁过的芯片形式打印头。

16.一种制造喷墨打印头的方法，该方法包括下列步骤中的至少一个：

使用液体射流引导激光在基片上形成供墨部分至预定深度；以及

使用液体射流导引激光将基片切割为每个都具有至少一个打印头的多个芯片。

17.根据权利要求16所述的方法，其中形成供墨部分的操作未执行使用掩模的湿法蚀刻操作。

18.根据权利要求16所述的方法，其中该形成操作包括：

沿着与液体射流导引激光的射入方向具有一定角度的方向，相对于液体射流导引激光单元移动基片，该液体射流导引激光单元产生液体射流导引激光。

19.根据权利要求18所述的方法，其中该形成操作包括：

沿着与基片和液体射流导引激光单元中之一的移动方向具有一定角度的方向同时照射激光束和液体射流。

20.根据权利要求16所述的方法，其中该切割操作未执行使用掩模的湿法蚀刻操作。

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