CN100423943C - 液体喷射头的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制造方法，该方法包括：在包括PAD电极的衬底区域中形成保护层；在包括已形成能量产生元件的衬底区域的区域中形成可溶性树脂层，以用于形成液体腔；在覆盖所述可溶性树脂层的区域中以及在于所述电极之上形成开口的区域中形成树脂涂层；在所述能量产生元件之上的树脂涂层中形成开口以形成喷嘴；将所述衬底浸在溶解液体中以溶解所述可溶性树脂层；以及，在所述可溶性树脂层溶解之后去除所述保护层。
Description
技术领域
本发明涉及一种液体喷射头的制造方法，该液体喷射头包括为从液体腔喷射液体而形成的喷嘴。更具体而言，本发明涉及一种允许可溶性树脂层安全溶解并防止衬底上的电极被腐蚀的技术。
背景技术
以用于喷墨打印机的喷墨头(液体喷射头的一种类型)的技术而著称的一种常用的技术包括利用能量产生元件通过喷嘴以墨滴的形式喷射包含在墨腔中的墨，然后使墨滴着陆在与墨喷射表面相对设置的比如打印纸等的记录介质上从而以点阵形式排列基本上为圆形的点，由此将字符、图像等表达为点像。
已知的墨喷射系统的实例包括其中利用加热元件(加热电阻器)作为能量产生元件通过热能来喷射墨的热系统，以及其中利用压电元件作为能量产生元件通过振动片的形变来喷射墨的压电系统，等等。在任何一种系统中，包含在墨腔中的墨通过喷嘴来喷射。
这种类型的液体喷射头的结构包括液体腔、设置在每个液体腔中的能量产生元件、设置在能量产生元件上的喷嘴、与各自的液体腔连通的各个流动通道、连通到各个流动通道从而向其供应液体的公共流动通道等等。
用于制造这样的喷墨头的已知的方法例如包括：在其上已设置有能量产生元件的衬底上将可溶性树脂层形成为墨腔图案，该可溶性树脂层可以在后续被溶解；在形成为墨腔图案的可溶性树脂层上涂布树脂溶液以形成树脂涂层；以及，在所述树脂涂层中形成喷嘴并将所述树脂涂层之下的可溶性树脂层溶解以形成墨腔(参照，例如日本未审专利申请公开No.59-274689)。
发明内容
然而，上述技术具有以下问题：
作为利用通过上述技术制造的液体喷射头来打印的评估结果，有可能由于从某些喷嘴不喷射液滴而出现白条(white stripes)。因此，拆卸并分析了该喷墨头。结果发现，应通过溶解而基本被去除的可溶性树脂层在流动通道中部分地保持未溶解，由此阻止了墨的流动并形成了其中墨不到达喷嘴的部分。
因此，已研究了能够完全去除可溶性树脂层的溶解液体。结果发现，通过使用用于光敏抗蚀剂的显影剂作为溶解液体，可以完全溶解可溶性树脂层而不留下未溶解部分并且不损坏树脂涂层，其中所述光敏抗蚀剂用于所述可溶性树脂层。
然而，由于主要由铝(Al)构成的PAD电极与溶解液体接触，用于光敏树脂的显影剂具有腐蚀该PAD电极的问题，因为显影剂是碱性水溶液(氢氧化四甲铵的2％至3％的水溶液)。
因此，所需的是提供一种液体喷射头的制造方法，该方法能够完全溶解可溶性树脂层而不会由于用于该可溶性树脂层的溶解液体而腐蚀电极部分，由此防止比如流动通道阻塞等的缺陷。
根据本发明的一个实施例，提供了一种液体喷射头的制造方法，该液体喷射头包括：形成在衬底上的能量产生元件，用于向液体施加能量；容纳所述能量产生元件和将要被喷射的液体的液体腔；用于喷射容纳在所述液体腔中的液体的喷嘴；以及，形成在所述衬底上的电极，用于实现与外部的电连接。所述方法包括：在包括所述电极的衬底区域中形成保护层；在包括已形成所述能量产生元件的衬底区域的区域中形成可溶性树脂层，以用于形成所述液体腔；在覆盖所述可溶性树脂层的区域中以及在于所述电极之上形成开口的区域中形成树脂涂层；在所述能量产生元件之上的树脂涂层中形成开口以形成所述喷嘴；将所述衬底浸泡在溶解液体中以溶解所述可溶性树脂层；以及，在所述可溶性树脂层溶解之后去除所述保护层。
根据本发明的实施例，在所述电极上形成了保护层，因此当溶解所述可溶性树脂层时，电极被保护层覆盖，由此防止了由于用于可溶性树脂层的溶解液体而腐蚀所述电极。因此，可溶性树脂层被安全地溶解而无需注意电极的腐蚀。而且，在溶解可溶性树脂层之后去除保护层。因此，电极被安全地保护。
根据本发明实施例的液体喷射头的制造方法，防止了由于用于可溶性树脂层的溶解液体而腐蚀电极。因此，例如可以将碱性水溶液用作溶解液体，并且完全去除可溶性树脂层而不会遗留该可溶性树脂层的残余物。因此，可以提供不引起流动通道阻塞等的液体喷射头。
附图说明
图1是示出通过根据本发明一实施例的方法所制造的喷墨头的截面图；
图2是示出其中在PAD电极上形成保护层的状态的截面图；
图3是示出其中在包括PAD电极的衬底的整个表面之上形成粘附层的状态的截面图；
图4是示出其中在加热元件上形成可溶性树脂层的状态的截面图；
图5是示出其中在可溶性树脂层上形成树脂涂层的状态的截面图；
图6是示出其中溶解可溶性树脂层以形成墨腔和独立流动通道的状态的截面图；以及
图7是示出其中去除了保护层的状态的截面图。
具体实施方式
以下将参照附图描述本发明的实施例。
通过根据本发明一实施例的方法所制造的液体喷射头对应于用于喷墨打印机的喷墨头10。在本实施例中，墨用作液体，并且墨容纳在每个墨腔14中。在本实施例中，加热元件(加热电阻器)12用作能量产生元件并设置在衬底11上。当然，液体喷射头不限于本实施例。
如图1所示，在喷墨头10中，加热元件12设置在衬底11上。多个加热元件12在垂直于附图的方向上以预定间隔平行设置。例如，在具有600DPI分辨率的喷墨头10中，加热元件12以42.3μm的间隔平行排列。
而且，树脂涂层35形成在衬底11上的加热元件12上。树脂涂层35具有形成在加热元件12之上的预定空间以形成墨腔14。此外，形成各个流动通道15从而连通于各自的墨腔14。各个流动通道15还连通于以下将描述的公共流动通道23。
此外，喷嘴18形成在各个加热元件12之上的树脂涂层35中。
衬底11附着到墨供应构件21，该墨供应构件21具有竖直延伸的孔以在该孔的底部形成供应口22以及在该孔中的公共流动通道23。此外，在树脂涂层35与墨供应构件21之间设置顶板21以密封公共流动通道23。
在具有上述构造的喷墨头10中，通过供应口22供应的墨通过公共流动通道23和各个流动通道15被输送到墨腔14。
另一方面，通过控制单元(未示出)来控制加热元件12的驱动，使得当加热元件12被迅速加热时，在墨腔14中的加热元件12之上产生气泡，并通过由于气泡的增长而产生的悬浮力(flying force)，将墨从喷嘴18以墨滴的形式喷射。每个墨腔14填充有与从相应的各个流动通道15所喷射的液滴的量相对应的墨量。
下面，将描述根据本发明另一实施例的喷墨头的制造方法。
首先，如图2所示，利用例如用于半导体和电子器件的精细加工技术在由硅、玻璃、陶瓷等制成的衬底11上形成加热元件12(对应于能量产生元件)。
而且，在衬底11上形成由光敏抗蚀剂构成的PAD电极31。
接着，在PAD电极31上形成保护层32。保护层32通过旋涂和光刻构图而形成从而在PAD电极31上留下一层膜。保护层的厚度约为1至2μm。
取代如图2所示仅在覆盖PAD电极31的区域中所形成的保护层32，可以通过旋涂等在包括PAD电极31的衬底11的整个表面之上施加由光敏抗蚀剂构成的粘附层33，并通过光刻对其构图从而在PAD电极上留下一层膜，如图3所示。形成该粘附层33以用于增大衬底11和以下将描述的树脂涂层35之间的粘附性。在这种情况下，粘附层33可以用作PAD电极31的保护层32。
接着，如图4所示，通过旋涂等在包括加热元件12的区域上施加可溶性树脂层34(牺牲层)，并通过光刻对其构图以形成流动通道图案。该可溶性树脂层34用作形成墨腔14和各个流动通道15的部分。
接着，如图5所示，通过旋涂等在包括可溶性树脂层34的衬底11的基本上整个表面上施加例如由光敏抗蚀剂构成的树脂涂层35。然后，通过光刻在树脂涂层35中形成喷嘴18(喷射孔)从而使其定位在各个加热元件12的正上方。在这种情况下，如图5所示，预先设计光掩模从而在PAD电极31之上的树脂涂层35中形成开口36。
接着，利用例如划片器等将衬底11切割成各个芯片。在这种情况下，执行切割使得切割线的至少一部分与可溶性树脂层34交叠，由此在切割后的部分中暴露可溶性树脂层34。
接下来，将所得芯片浸入在用于可溶性树脂层34的溶解液体中从而从被暴露的可溶性树脂层34的部分(图5中的左端)开始溶解可溶性树脂层34，仅留下树脂涂层35作为衬底11上的结构，如图6所示。结果，在其中曾存在可溶性树脂层34的部分中形成了空间，并在喷墨头10中形成了墨腔14和各个流动通道15。
作为溶解液体，使用碱性水溶液(例如氢氧化四甲铵的2％至3％的水溶液)，该碱性水溶液用作用于可溶性树脂层的显影剂。在这种情况下，可溶性树脂层34被完全溶解而没有在流动通道中留下可溶性树脂层。并且，由于用保护层32覆盖PAD电极31，所以PAD电极31不被碱性水溶液腐蚀。
接着，如图7所示，利用树脂涂层35的图案作为掩模，通过氧等离子体处理从衬底11的整个表面去除保护层32。如上所述，保护层32具有约1至2μm的厚度，该厚度明显小于树脂涂层35的厚度(约20μm)，衬底11的整个表面的氧等离子体处理不会损失树脂涂层35，只要该处理在用于去除保护层32的条件下执行。结果，暴露出PAD电极31。尽管保护层32被部分地遗留在树脂涂层35之下，但PAD电极自身暴露于外部，因此不会引起问题。
如上所述形成的芯片包括用作能量产生元件的加热元件12、容纳加热元件12的墨腔14、以及形成在墨腔14顶部的喷嘴18。
接着，将芯片设置从墨供应构件21预定的间距，该墨供应构件21具有供应口22并由例如铝、不锈钢、陶瓷或树脂的材料构成。而且，通过其上已预先施加粘合剂的顶板24的热压接合来覆盖所述空间，所述顶板24由聚酰亚胺、PET等的树脂膜或者镍、铝、不锈钢等的金属箔构成。因此，形成了公共流动通道23以用于将墨从供应口22供应到各个流动通道15中的每一个，由此形成了喷墨头10(图1)。
(实例)
以下将描述本发明的实例。
在其上已形成有用作能量产生元件的加热元件12的硅晶片上施加厚度为1μm的用于保护层32的负性光致抗蚀剂。然后，利用掩模对准器(maskaligner)将光致抗蚀剂曝光。
之后，通过显影和清洗来构图光致抗蚀剂从而在PAD电极31上留下一层膜，并进一步使其在200℃下被后烘烤，以用于改善耐水性。
接着，通过旋涂施加厚度为10μm的正性光致抗蚀剂PMER-LA900(由东京Ohka Kogyo有限公司制造)，并利用掩模对准器将其曝光。
然后，利用显影剂(氢氧化四甲铵的3％的水溶液)显影该光致抗蚀剂，然后用纯水清洗以形成流动通道图案。之后，利用掩模对准器将抗蚀剂图案的整个表面曝光，然后使其在氮气氛中自然保持24小时。
接着，以被控的旋转速度通过旋涂在光致抗蚀剂图案上施加可光致固化的负性光致抗蚀剂，使得可溶性树脂层34上的厚度为10μm。接下来，将光致抗蚀剂采用掩模对准器曝光，通过显影剂(OK73稀释剂，由东京的Ohka有限公司制造)被显影，并通过清洗剂(IPA)被清洗，从而在预期位置形成直径为15μm的喷嘴18以及在PAD电极31之上的开口36。
接下来，利用划片器将晶片划分成各个芯片尺寸。在划片中，预先设计正性光致抗蚀剂光掩模从而使划片线与图案化的正性光致抗蚀剂交叠。
然后，在超声振动下将每个芯片浸入氢氧化四甲铵的3％的水溶液中直至正性光致抗蚀剂被完全溶解，其中所述氢氧化四甲铵的3％的水溶液用作正性光致抗蚀剂的显影剂。
然后，进行纯水置换和干燥。
此外，利用氧等离子体处理芯片以去除PAD电极31上的负性光致抗蚀剂(保护层32)。
接下来，将芯片附着到墨供应部分21并用由聚酰亚胺膜制成的顶板24将其覆盖，并且通过引线键合将用于驱动芯片的印刷板连接到PAD电极31上。利用环氧粘合剂密封所述连接从而防止与墨的接触。
作为利用如上所述形成的喷墨头10的墨喷射测试的结果，没有发现由于不喷射墨所致的白条。
尽管以上已经描述了本发明的实施例，但本发明并不限于所述实施例，而是可以进行以下各种修改：
(1)尽管在上述实施例中描述了喷墨头10，但本发明不限于此。例如，被喷射的液体不限于墨，本发明可以应用于用于喷射各种液体的液体喷射头。
例如，本发明可以应用于向物质喷射染料使其被染色的液体喷射头。而且，本发明可以应用于喷射含DNA的溶液以用于检测生物试样的液体喷射头。
(2)尽管在上述实施例中，喷墨头10是利用加热元件12作为能量产生元件的热系统喷墨头，但喷墨头不限于此，即，能量产生元件不限于加热元件12，本发明可以应用于利用压电元件作为能量产生元件的压电系统喷墨头。
本领域技术人员应理解的是，取决于设计需要和其他因素，可以存在多种修改、组合、子组合和变更，只要其在附权利要求或权利要求的等同物的范围内。
本发明包含于2004年12月21日在日本专利局提交的日本专利申请JP2004-369933相关的主题内容，其全部内容在此引入作为参考。
Claims (4)
1. 一种液体喷射头的制造方法，所述液体喷射头包括：形成在衬底上的能量产生元件，用于向液体施加能量；容纳所述能量产生元件和将要被喷射的液体的液体腔；用于喷射容纳在所述液体腔中的液体的喷嘴；以及，形成在所述衬底上的电极，用于实现与外部的电连接，所述方法包括以下步骤：
在包括所述电极的衬底区域中形成保护层；
在包括已形成有所述能量产生元件的衬底区域的区域中形成可溶性树脂层，以用于形成所述液体腔；
在覆盖所述可溶性树脂层的区域中以及在所述电极上方将要形成开口的区域中形成树脂涂层；
在所述能量产生元件之上的树脂涂层中形成开口以形成所述喷嘴；
将所述衬底浸在溶解液体中以溶解所述可溶性树脂层；以及
在所述可溶性树脂层溶解之后去除所述保护层。
2. 根据权利要求1所述的方法，包括在包括所述电极的衬底区域中设置粘附层，以用于将所述树脂涂层和所述衬底结合在一起，所述粘附层用作所述保护层。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中将碱性水溶液用作溶解所述可溶性树脂层的溶解液体。
4. 根据权利要求1或2所述的方法，其中通过所述衬底的整个表面之上的氧等离子体处理来去除所述保护层。
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