CN101209619A - 制造喷墨打印头的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造喷墨打印头的方法，其包括形成墨水供给孔的改进工艺，从而能够提高生产力并通过墨水供给孔提供良好的墨水供给。该方法包括提供基板，其正面形成有用于加热墨水的加热器；在基板正面形成流动通道形成层，以使流动通道形成层限定出墨水流动通道；在流动通道形成层上形成具有喷嘴的喷嘴层；形成第一保护层，使得该第一保护层覆盖流动通道形成层和喷嘴层；将用于蚀刻基板的掩模材料施加到基板的背面；施加第二保护层到基板的侧面以保护基板的侧面；以及通过湿法蚀刻在基板上形成墨水供给孔。钽被用作掩模材料。聚对二甲苯被用作第二保护层。

Description

制造喷墨打印头的方法
技术领域
本发明总的发明构思涉及一种制造喷墨打印头的方法。更具体地，本发明总的发明构思涉及一种制造喷墨打印头的方法，其包括形成墨水供给孔的一种改良工艺。
背景技术
喷墨打印头通过在印刷纸的期望位置排出印刷墨水的细墨滴来印刷图像。基于墨滴排出机构，这样的喷墨打印头分为热打印类型和压电打印类型。热喷墨打印头通过加热源在墨水中产生气泡，并且由产生的气泡的膨胀力使墨滴排出。
一般热打印头包括供给墨水的墨水供给孔、基板、流动通道形成层和喷嘴层，基板在其表面提供有用于加热墨水的加热器，流动通道形成层被布置在基板上并且形成流动通道和墨水室，喷嘴层被布置在流动通道形成层上并且具有相应于墨水室的喷嘴。
为了制造这样的喷墨打印头，一般使用联合(binding)法和整体(monolithic)法。联合法通过单独生产基板和喷嘴层，对齐基板和喷嘴层，并且通过聚合物薄膜将基板附着在喷嘴层上实现。而整体法通过在基板上直接形成流动通道形成层和喷嘴层实现。整体法无需对条件要求严格的粘合剂，也无需喷嘴层的对齐操作和用于执行对齐的设备，因而与联合法相比，具有降低生产成本和提高生产力的优点。
图1A至1F是示出了一种常规的整体印刷头的制造方法的视图。如图1A所示，通过光刻在基板1上形成流动通道形成层2，在基板1上排列有用来加热墨水的加热器1a和用来给加热器1a供给电流的电极1b。如图1B所示，在基板1上没有流动通道形成层2的区域填充光致抗蚀剂，因而形成牺牲层3。如图1C所示，在包括流动通道形成层2和牺牲层3的所得结构上形成带有喷嘴4a的喷嘴层4。与形成流动通道形成层的方法相同，喷嘴层4通过光刻形成。如图1D所示，形成用于形成墨水供给孔的蚀刻掩模5。如图1E所示，基板1被蚀刻以形成墨水供给孔，因此墨水供给孔穿过通过蚀刻掩模5暴露出的基板1的背面。基板1的蚀刻由使用等离子体的干法蚀刻实现。使用溶剂除去蚀刻掩模5和牺牲层3，从而获得如图1F所示的喷墨打印头。
在常规方法中，墨水供给孔1c的形成通过在干法蚀刻设备中放置晶片和在每个晶片上执行处理而进行。因此，该方法具有生产力劣化的缺点。力图提高生产力，已采取了增加干法蚀刻设备数量的办法，但是这种设备的增加因昂贵的设备而有局限性。
另外，由干法蚀刻形成的墨水供给孔1c宽度窄，因而很难获得希望的墨水供给性能。
发明内容
本发明总的发明构思提供一种制造喷墨打印头的方法，它包括形成墨水供给孔的改良工艺，从而能够提高生产力并通过墨水供给孔提供良好的墨水供给。该总的发明构思另外的方面和效用将部分地在如下描述中提出，并且部分地从描述中显而易见，或可以从本发明的实施中获得。
本发明总的发明构思的前述的和/或其他方面和效用可以由提供一种制造喷墨打印头的方法实现，制造喷墨打印头的方法包括：提供基板，在该基板上，加热墨水的加热器形成于其正面；在基板的正面上形成流动通道形成层，以使流动通道形成层限定出墨水流动通道；在流动通道形成层上形成具有喷嘴的喷嘴层；形成第一保护层，使得该第一保护层覆盖流动通道形成层和喷嘴层；将用来蚀刻基板的掩模材料施加到基板背面；施加第二保护层以保护基板的侧面；以及通过湿法蚀刻在基板上形成墨水供给孔。
掩模材料可由钽(Ta)制成，第二保护层可由聚对二甲苯(parylene)制成。
第二保护层可通过化学气相沉积(CVD)被施加到基板的侧面。
第一保护层可由苯氧树脂(phenoxy resin)制成。
通过湿法蚀刻在基板上形成墨水供给孔可以包括：图案化掩模材料以形成用于形成墨水供给孔的蚀刻掩模；以及湿法蚀刻通过蚀刻掩模暴露出的基板的背面。
第二保护层可以涂布在基板的背面和掩模材料上，以使第二保护层覆盖基板的背面和掩模材料。通过湿法蚀刻在基板上形成墨水供给孔可以包括：图案化掩模材料和第二保护层以形成用于形成墨水供给孔的蚀刻掩模，以及湿法蚀刻通过蚀刻掩模暴露的基板的背面。
形成喷嘴层可以包括：在基板的正面上形成沟槽；在布置有沟槽和流动通道形成层的基板上形成牺牲层，以使牺牲层覆盖流动通道形成层；用化学机械抛光(CMP)平面化牺牲层和流动通道形成层的上表面；并在牺牲层和流动通道形成层上形成喷嘴层。制造喷墨打印头的方法还可以包括在通过湿法蚀刻在基板上形成墨水供给孔后除去牺牲层。
本发明总的发明构思的前述的和/或其他方面和效用也能通过提供一种制造喷墨打印头的方法实现，其包括：提供基板，在该基板的正面上形成有用于加热墨水的加热器和供给电流的电极；通过光刻在基板的正面上形成流动通道形成层，以使流动通道形成层限定出墨水流动通道；形成牺牲层，以使牺牲层覆盖基板的正面和流动通道形成层，并通过化学机械抛光(CMP)使平面化牺牲层的上表面；通过光刻在牺牲层和流动通道形成层上形成喷嘴层；形成第一保护层，以使该第一保护层覆盖流动通道形成层和喷嘴层；将用于蚀刻基板的掩模材料施加到基板的背面；将第二保护层施加到基板的至少一侧和掩模材料，以使第二保护层覆盖基板的至少一侧和掩模材料；以及湿法蚀刻基板的背面以形成墨水供给孔。
本发明总的发明构思的前述的和/或其他方面和效用也能通过提供一种制造喷墨打印头的方法实现，其包括：在基板的正面上形成流动通道形成层和喷嘴层；形成第一保护层以覆盖流动通道形成层和喷嘴层；将用于蚀刻基板的掩模材料施加到基板的背面；形成第二保护层以保护基板的侧面；以及通过湿法蚀刻在基板上形成墨水供给孔。
墨水供给孔的形成可以包括在蚀刻前图案化掩模材料和第二保护层。
本发明总的发明构思的前述的和/或其他方面和效用也能通过提供一种制造喷墨打印头的方法实现，其包括：通过光刻在基板的表面上形成流动通道形成层和喷嘴层；形成第一保护层以覆盖流动通道形成层和喷嘴层；将用于蚀刻基板的掩模材料施加到基板的背面；将第二保护层施加到基板的至少一侧和掩模材料，以使第二保护层覆盖基板的至少一侧和掩模材料；以及湿法蚀刻基板的背面以形成墨水供给孔。
本发明总的发明构思的前述的和/或其他方面和效用也能通过提供一种制造喷墨打印头的方法实现，其包括：在基板的正面上形成流动通道形成层和喷嘴层；形成第一保护层以覆盖流动通道形成层和喷嘴层；在基板的背面形成掩模层；以及通过湿法蚀刻掩模层在基板上形成墨水供给孔。
附图说明
结合附图对如下实施例进行描述，本发明总的发明构思的这些和/或其他方面和效用将变得直观和更容易理解，其中：
图1A-1F是示出常规的整体打印头的制造方法的视图；
图2是示出根据本发明的方法制造的喷墨打印头的结构的截面图；
图3A-3J是示出根据本发明的实施例制造喷墨打印头的方法的视图；以及
图4A-4B是示出根据本发明的比较例和实施例形成的每个墨水供给孔的底切结构的照片。
具体实施方式
现在将详细介绍本发明的具体实施方式，通过附图图解说明其实施例，其中同样的参考标记始终表示同样的元件。为解释本发明，下面参照附图对实施例进行描述。
首先，将参照附图给出本发明实施例的描述。图2是示出根据本发明的方法制造的喷墨打印头的结构的截面图。
如图2所示，根据本发明的实施例制造的喷墨打印头包括基板10、设置在基板10上的流动通道形成层20，以及形成在流动通道形成层20上的喷嘴层30。供给墨水的墨水供给孔11形成在基板10中。每个流动通道形成层20限定了墨水流动通道20a，该墨水流动通道20a连接墨水供给孔11与喷嘴31。墨水流动通道20a包括将被填充墨水的墨水室21，和连接墨水供给孔11到墨水室21的限流器22。喷嘴层30具有喷嘴31，该喷嘴31用于排出由该墨水室供给的墨水。加热器12被布置在墨水室21的下面，并加热存在于墨水室21中的墨水，同时，提供电流给加热器12的电极13形成于基板10的正面。
图3A-3J是示出根据图2的实施例制造喷墨打印头的方法的视图。
如图3A所示，提供基板10，该基板10的正面布置有加热器12和电极13。硅晶片能被用作基板10。每个加热器12可以通过溅射或化学气相沉积(CVD)在基板10上沉积抗热材料并图案化所得结构而形成，抗热材料例如是氮化钽和钽铝合金。由氧化硅膜层或氮化硅膜层制成的保护材料可以布置在加热器12和电极13上(未示出)。
如图3B所示，沟槽14形成于基板10的正面。沟槽14用于在基板10的正面均一地形成墨水供给孔11(见图2)。沟槽14可以通过利用等离子体的干法蚀刻形成。流动通道形成层20通过光刻形成在形成有加热器12和电极13的基板10上。虽然图中没有描述，形成流动通道形成层20的方法可以包括：通过旋转涂层将负型光致抗蚀剂施加到基板10上以形成光致抗蚀剂层；光致抗蚀剂层通过光掩膜曝光，该光掩膜里形成有墨水室和限流器图案；以及使光致抗蚀剂层显影以除去其未曝光区域，从而形成限定出墨水流动通道20a的流动通道形成层20，如图3B所示。
如图3C所示，形成牺牲层40，以使该牺牲层40覆盖包括流动通道形成层20在内的基板10的整个正面。牺牲层40通过旋涂来施加正型光致抗蚀剂而形成。牺牲层40暴露于蚀刻剂，通过蚀刻形成墨水供给孔。因此，该牺牲层40优选地由对蚀刻剂具有高抵抗性的材料制成。
如图3D所示，牺牲层40和流动通道形成层20的上表面通过化学机械抛光(CMP)平面化，使二者具有相同的高度。平面化使喷嘴层30能够和流动通道形成层20接触，因而提高喷墨打印头的耐久力。另外，该平面化允许墨水通道20a的形状和大小被正确调整，因此导致墨水排出性能提高。
如图3E所示，喷嘴层30形成在平面化的牺牲层40和流动通道形成层20上。与流动通道形成层20的形成方法相同，喷嘴层30通过光刻形成。也就是说，光致抗蚀剂被施加到流动通道形成层20以形成光致抗蚀剂层。然后，光致抗蚀剂层可以通过喷嘴图案的光掩膜曝光。将所得结构显影以去除未曝光的区域，从而形成带有喷嘴31的喷嘴层30，如图3E所示。
如图3F所示，形成第一保护层50，以使该第一保护层50覆盖喷嘴层30和牺牲层40。在基板10的背面10b被蚀刻以形成墨水供给孔的过程中，第一保护层50保护布置于基板10的正面上的层。该第一保护层50可由树脂制成，例如，具有高化学抵抗性的苯氧树脂。
如图3G所示，掩模材料60被施加在基板10的背面10b。钽(Ta)被用作掩模材料60。在常规情况下，二氧化硅(SiO2)被普遍用作掩模材料。根据本发明的实施例，钽的使用引起底切的减少，该底切定义为在蚀刻中使基板部分地从掩模材料向内除去的结构，从而相对而言更加精确地实现墨水供给孔的形成。墨水供给孔的形成细节将结合图3J在下文中进行描述。
在施加掩模材料60之后，施加第二保护层70从而第二保护层70覆盖掩模材料60、基板10的侧面10c和第一保护层50，如图3H所示。第二保护层70的施加可以通过化学气相沉积(CVD)实现。在湿法蚀刻以形成墨水供给孔的过程中，第二保护层70保护基板10的侧面10c。第二保护层70可由聚对二甲苯形成。没有任何特别限制可以使用任意材料，只要该材料在湿法蚀刻形成墨水供给孔时使用的蚀刻剂中保护基板。
根据本发明的实施例，形成第二保护层70，以覆盖全部的所得结构，如图3H所示。或者，第二保护层70仅仅覆盖基板10的侧面10c。
如图3I所示，包括掩模材料60和第二保护层70的双层被图案化，从而形成用于形成墨水供给孔的蚀刻掩模80(如图2所示)。在第二保护层70仅仅覆盖基板10的侧面10c的情况下，仅仅图案化掩模材料60以形成蚀刻掩模。
在形成蚀刻掩模80后，如图3I所示的所得结构被浸入蚀刻剂中，并且进行蚀刻直到通过从背面10b除去由蚀刻掩模80暴露出的基板10而暴露出牺牲层40。蚀刻的结果，形成了墨水供给孔11，如图3J所示。氢氧化四甲铵(tetramethylammonium hydroxide，TMAH)可以用作蚀刻剂。
在通过将基板10浸入蚀刻剂中来形成墨水供给孔11的过程中，蚀刻剂渗透到蚀刻掩模80中。结果，底切部分U出现，如图3J所示。底切的过多出现引起空间预测能力的退化。因此，最好底切尽可能少地发生。
图4A到4B是示出图3J中底切区域T的照片。在图4A到4B中，图3中的基板的顶部和底部颠倒。
图4A是示出根据本发明的比较例，使用氧化硅作为蚀刻掩模而形成的墨水供给孔的照片。在此情形中，底切U的长度大约是3.46μm。
在图4A中，“S”、“M”和“H”分别代表“基板”、“蚀刻掩模”和“墨水供给孔”。
图4B是示出根据本发明的实施例，使用钽作为蚀刻掩模而形成的墨水供给孔的照片。在此情形中，底切U的长度大约是1.46μm。根据上述显然的是，钽的使用引起底切U的减少，因此可以更精确地控制墨水供给孔的尺寸。在图4B中，“10”、“80”和“11”分别代表“基板”、“蚀刻掩模”和“墨水供给孔”。
蚀刻掩模80、第一保护层50、第二保护层70和牺牲层40从如图3J所示的所得结构除去，以获得最终的喷墨打印头。
从以上描述显然可知，根据本发明的方法，通过湿法蚀刻形成的喷墨打印头适合大量生产。因此，该方法具有提高生产力和通过墨水供给孔提供相对更好的墨水供给的优点。
另外，该方法使用在蚀刻墨水供给孔的时候能允许底切的发生降低的掩模材料。根据本发明，保护基板的一侧的保护层更可施加于基板，从而使更精确地控制墨水供给孔的尺寸成为可能。
尽管已示出和描述了本发明的多个实施例，但是本领域技术人员应能意识到，在不脱离本发明总的发明构思的原理和精神下，可以在这些实施例中变化，其落入权利要求和它们的等同物的范围中。

Claims (18)

1.一种制造喷墨打印头的方法，包括：
提供基板，在其正面上形成有用于加热墨水的加热器；
在所述基板的正面上形成流动通道形成层，以使所述流动通道形成层限定出墨水流动通道；
在所述流动通道形成层上形成具有喷嘴的喷嘴层；
形成第一保护层，使得所述第一保护层覆盖所述流动通道形成层和所述喷嘴层；
将用于蚀刻所述基板的掩模材料施加到所述基板的背面；
施加第二保护层以保护所述基板的侧面；以及
通过湿法蚀刻在所述基板上形成墨水供给孔。
2.根据权利要求1的方法，其中所述掩模材料用钽制成。
3.根据权利要求1的方法，其中所述第二保护层用聚对二甲苯制成。
4.根据权利要求1的方法，其中所述第二保护层通过化学气相沉积施加于所述基板的侧面。
5.根据权利要求1的方法，其中所述第一保护层用苯氧树脂制成。
6.根据权利要求1的方法，其中通过湿法蚀刻在所述基板上形成墨水供给孔包括：
图案化所述掩模材料以形成用于形成所述墨水供给孔的蚀刻掩模；以及
湿法蚀刻通过所述蚀刻掩模暴露出的所述基板的背面。
7.根据权利要求1的方法，其中所述第二保护层施加到所述基板的背面和所述掩模材料上，以使所述第二保护层覆盖所述基板的背面和所述掩模材料，并且
通过湿法蚀刻在所述基板上形成墨水供给孔包括：
图案化所述掩模材料和所述第二保护层以形成用于形成所述墨水供给孔的蚀刻掩模；以及
湿法蚀刻通过所述蚀刻掩模暴露的所述基板的背面。
8.根据权利要求1的方法，其中形成喷嘴层包括：
在所述基板的正面形成沟槽；
在其上布置有所述沟槽和所述流动通道形成层的所述基板上形成牺牲层，以使所述牺牲层覆盖所述流动通道形成层；
通过化学机械抛光平面化所述牺牲层和所述流动通道形成层的上表面；以及
在所述牺牲层和所述流动通道形成层上形成喷嘴层。
9.根据权利要求8的方法，还包括：
在通过湿法蚀刻在所述基板上形成墨水供给孔之后除去所述牺牲层。
10.一种制造喷墨打印头的方法，包括：
提供基板，所述基板的正面上形成有用于加热墨水的加热器和供给电流的电极；
通过光刻在所述基板的正面上形成流动通道形成层，以使所述流动通道形成层限定出墨水流动通道；
形成牺牲层，以使所述牺牲层覆盖所述基板的正面和所述流动通道形成层，并通过化学机械抛光平面化所述牺牲层的上表面；
通过光刻在所述牺牲层和所述流动通道形成层上形成喷嘴层；
形成第一保护层，以使所述第一保护层覆盖所述流动通道形成层和所述喷嘴层；
将用于蚀刻所述基板的掩模材料施加到所述基板的背面；
将第二保护层施加到所述基板的至少一侧和所述掩模材料，以使所述第二保护层覆盖所述基板的至少一侧和所述掩模材料；以及
湿法蚀刻所述基板的背面以形成墨水供给孔。
11.根据权利要求10的方法，其中所述掩模材料用钽制成。
12.根据权利要求10的方法，其中所述第二保护层用聚对二甲苯制成。
13.根据权利要求10的方法，其中所述第一保护层用苯氧树脂制成。
14.根据权利要求10的方法，其中湿法蚀刻所述基板的背面以形成墨水供给孔包括：
图案化所述掩模材料和所述第二保护层，以形成用于形成所述墨水供给孔的蚀刻掩模；以及
湿法蚀刻通过所述蚀刻掩模暴露出的基板的背面，直到暴露所述牺牲层。
15.根据权利要求14的方法，其中所述牺牲层由对于湿法蚀刻中使用的蚀刻剂具有高抵抗性的材料制成。
16.一种制造喷墨打印头的方法，包括：
在基板的正面上形成流动通道形成层和喷嘴层；
形成第一保护层以覆盖所述流动通道形成层和所述喷嘴层；
将用于蚀刻所述基板的掩模材料施加到所述基板的背面；
形成第二保护层以保护所述基板的侧面；以及
通过湿法蚀刻在所述基板上形成墨水供给孔。
17.根据权利要求16的方法，其中形成墨水供给孔包括在蚀刻前图案化所述掩模材料和所述第二保护层。
18.一种制造喷墨打印头的方法，包括：
通过光刻在基板的表面上形成流动通道形成层和喷嘴层；
形成第一保护层以覆盖所述流动通道形成层和所述喷嘴层；
将用于蚀刻所述基板的掩模材料施加到基板的背面；
将第二保护层施加到基板的至少一侧和所述掩模材料，以使所述第二保护层覆盖基板的至少一侧和所述掩模材料；以及
湿法蚀刻所述基板的背面以形成墨水供给孔。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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