CN101224662A - 喷墨打印头及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种喷墨打印头以及一种制造该打印头的方法。所述喷墨打印头包括：基底，穿过基底形成供墨通道；腔室板，叠在基底上，具有由通过供墨通道供应的墨水填充的墨水腔室；热电阻，用于加热墨水，形成在墨水腔室中；喷嘴板，形成在腔室板上，穿过喷嘴板形成用于喷墨的多个喷嘴；防水层，形成在喷嘴板上，其中，通过形成喷嘴板的材料与用于形成防水层的水解材料之间的反应形成共价键的一些部分不连续地形成。
Description
本申请要求于2007年1月17日在韩国知识产权局提交的第10-2007-0005424号韩国专利申请的权益，该申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明总体构思涉及一种喷墨打印头，更具体地讲，涉及这样一种喷墨打印头，在所述喷墨打印头中，防水层(water repellent layer)形成在喷嘴板上。
背景技术
喷墨打印机的喷墨方法可分成电热换能方法(electro-thermal transducermethod，也称为气泡喷射方法)和机电换能方法(electro-mechanical transducermethod)。在电热换能方法中，使用热源在墨水中产生气泡，并利用由气泡产生的力使所述墨水喷射。在机电换能方法中，使用压电材料使墨水喷射，其中，根据压电材料的变形而引起的墨水体积变化而使墨水喷射。
在电热换能方法中，加热器安装在打印头的腔室中，以供应热，并且在非常短的时间段内供应大量的热能，从而由于加热器的电阻特性产生热。热被传递到与加热器接触的墨水，从而水溶性的墨水的温度升高到墨水的沸点以上。当墨水的温度升高到沸点以上时，形成气泡，这些气泡对气泡周围的墨水施压。被压迫的墨水由于墨水的压力和大气压力之间的压力差而通过喷嘴喷射。当墨水被喷射到纸上时，形成墨滴，以使墨水自身的表面能量最小化。
在机电换能方法中，压电材料附于隔膜(diaphragm)上，以对打印头的腔室施压。利用当施加电压时产生力的压电特性而将压力提供给腔室，以使墨水喷射。因此，根据施加的电压产生力，以将压力传递到腔室。
喷墨打印头包括具有用于喷墨的多个喷嘴的喷嘴板。喷嘴板可利用光刻法由感光环氧树脂形成，并具有带约66度接触角(contact angle)的亲水性外表面。
当墨水通过喷嘴被喷射时，墨滴通常污染喷嘴周围的区域，这就防碍形成期望的墨滴，并且不利地影响喷嘴的用于保持墨滴的期望的一致的喷射方向的能力。
此外，如果在墨滴被喷射之后，墨水污染了喷嘴周围的区域，则残留的墨水会被不期望地传递到打印介质，从而污染打印介质，这就降低了打印质量。
发明内容
本发明总体构思提供一种喷墨打印头以及一种制造该喷墨打印头的方法，所述喷墨打印头通过形成防水层而具有增大的接触角，所述防水层具有低分子量的并与形成喷嘴板的材料反应的防水材料。
将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和用途，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。
通过提供一种喷墨打印头可实现本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途，所述喷墨打印头包括：基底，穿过基底形成供墨通道；腔室板，叠在基底上，具有由通过供墨通道供应的墨水填充的墨水腔室；多个热电阻，形成在基底上，用于加热墨水；喷嘴板，形成在腔室板上，穿过喷嘴板形成用于喷墨的多个喷嘴；防水层，形成在喷嘴板上，其中，通过形成喷嘴板的材料与用于形成防水层的水解材料之间的反应形成的共价键的一些部分不连续地形成在喷嘴板和防水层中。
防水层可以是包括与喷嘴板反应的反应基和含氟官能团的硅烷化合物。
硅烷化合物可以包含作为反应基的烷氧基。
硅烷化合物可包括作为反应基的卤基。
所述含氟官能团可包括-(CF2)nCF3，其中，n是从3至15的整数。
所述含氟官能团可包括-(CF2)nCF3，其中，n是从3至15的整数。
所述含氟官能团可包括-(CF2)nCF3，其中，n是从3至1 5的整数。
防水层可仅形成在喷嘴板的上表面上。
喷嘴板可由环氧树脂形成。
通过提供一种制造喷墨打印头的方法也可实现本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途，所述方法包括以下步骤：准备基底，在基底上形成热电阻；形成多个腔室板以及填充在所述腔室板之间的空间中的牺牲模层；形成喷嘴板，用于覆盖所述腔室板和牺牲模层；在喷嘴板上形成防水层，从而通过形成喷嘴板的材料与形成防水层的水解材料之间的反应形成的共价键的一些部分不连续地形成在喷嘴板和防水层中；去除与未被选择性地曝光的喷嘴图案对应的防水层和喷嘴板的部分。
防水层可以是具有与喷嘴板反应的反应基和含氟官能团的硅烷化合物。
硅烷化合物可以包含作为反应基的烷氧基。
含氟官能团可包括-(CF2)nCF3，其中，n是从3至15的整数。
含氟官能团可包括-(CF2)nCF3，其中，n是从3至15的整数。
含氟官能团可包括-(CF2)nCF3，其中，n是从3至15的整数。
防水层可仅形成在喷嘴板的上表面上。
喷嘴板可由环氧树脂形成。
在去除喷嘴板和防水层的一部分的步骤中，防水层可与喷嘴板一起被去除。
通过提供一种喷墨打印头也可实现本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途，所述喷墨打印头包括：基底，具有由空间分开的多个腔室板；牺牲模层，形成在所述腔室板之间的空间中；喷嘴板，形成在所述腔室板和牺牲模层的顶部上；防水层，形成在喷嘴板的顶部上；孔层，具有形成在防水层的顶部上的多个孔，用于遮盖防水层的第一部分和暴露防水层的第二部分，从而当通过孔层对所述第二部分进行照射、然后焙烧并暴露到溶剂中时，所述第二部分不易于被去除。
通过提供一种喷墨打印头可实现本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途，所述喷墨打印头包括：基底，具有由空间分开的多个腔室板；多个加热器，形成在所述空间中；喷嘴板，形成在所述腔室板的顶部上，具有多个喷嘴，所述多个喷嘴通过喷嘴板与墨水连通；防墨层，形成在喷嘴板的顶部上，其中，墨水被储存在所述空间中，被所述多个加热器加热，通过所述多个喷嘴被从所述空间中排出，被防墨层阻挡。
通过提供一种制造喷墨打印头的方法可实现本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途，所述方法包括以下步骤：在基底上形成由空间分开的多个腔室板；在所述腔室板之间的空间中形成牺牲模层；在所述腔室板和牺牲模层的顶部上形成喷嘴板；在喷嘴板的顶部上形成防水层；照射孔层，并通过孔层中的孔照射防水层的第一区域；去除孔层；去除防水层的除第一区域以外的区域。
通过将孔层与防水层邻接在一起可同时执行去除孔层和去除防水层的除第一区域以外的区域。
去除防水层的除第一区域以外的区域的步骤可包括去除喷嘴板的相邻的区域。
去除孔层和去除防水层的除第一区域以外的区域可被同时执行，并可包括去除喷嘴板的相邻的区域。
去除防水层的除第一区域以外的区域的步骤可包括加热防水层。
所述方法还可包括：去除牺牲模层。
孔层可以是一次性的。
孔层是可再利用的。
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明总体构思的这些和/或其它方面和用途将会变得清楚和更易于理解，其中：
图1至图6是示出根据本发明总体构思示例性实施例的形成喷墨打印头的方法的剖视图，在所述喷墨打印头中形成有防水层；
图7是示出依据本发明总体构思的示例性实施例的根据包括防水层的喷墨打印头的制造工艺的防水层的接触角的变化的曲线图；
图8是示出防水层的表面的热稳定性随时间变化的曲线图；
图9是示出接触角相对于防水层的表面上的墨水变化的曲线图。
具体实施方式
现在对本发明总体构思的实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同的元件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明总体构思。
图1至图6示出了根据本发明总体构思实施例的形成喷墨打印头的方法的剖视图，在所述喷墨打印头中形成有防水层。
参照图1，设置基底110，基底110可以是硅基底。在基底110上形成用于加热墨水以使墨水喷射的多个热电阻113。在基底上形成多个导电焊盘(conductive pad)112，以电连接所述热电阻113。虽然未在图1中示出，但是可形成导线，以将电信号提供给所述热电阻113。
在基底110上形成多个腔室板120，以围绕所述热电阻113，并引导墨水的运动。腔室板120可由负性感光树脂(negative photosensitive resin)或者热固性树脂形成。
参照图2至图6，在腔室板120之间的墨水腔室122中形成牺牲模层(sacrifice mold layer)121。虽然示例性实施例采用填充(fill-up)、膨胀工艺(expansion process)来首先形成腔室板120，然后形成牺牲模层121，但是本发明总体构思不限于此，也可采用首先形成牺牲模层121。接着形成腔室板120的工艺。填充工艺是公知技术，将省略对其的进一步描述。
在形成有腔室板120和牺牲模层121的基底110上形成喷嘴板130。喷嘴板130可由感光树脂层形成。负性感光树脂层可以是环氧树脂。喷嘴板130可利用旋涂方法(spin coating method)形成。
参照图3，可形成防水层140，以使液体被防水层140阻挡。这样的液体可包括，但不局限于，在制造、安装和使用喷墨打印头期间，喷墨打印头可能暴露于其的水、墨水以及其它液体。利用接触印制方法(contact printingmethod)、旋涂方法或者蒸发涂覆方法(evaporation coating method)在喷嘴板130上形成防水层140。
防水层140可由具有非感光反应基(non-photosensitive reaction group)和含氟官能团(functional group containing fluorine)的硅烷化合物(silanecompound)形成。
在示例性实施例中使用烷氧基作为反应基的氟硅烷化合物(fluorinesilane compound)使用由如下的式子1表示的氟硅烷：
[式子1]
在式子1中，R1是氟官能团，并且是-(CF2)nCF3(其中n是从1至15的整数)、-CH2CF3或者-OC(＝O)CF3。
R2是甲基或者乙基(ethyl group)。
R3和R4每个从由卤原子、甲氧基、乙氧基、乙基和甲基组成的组中被选择。
OR2是烷氧基，烷氧基是反应基。因此，当R2是甲基时，OR2是甲氧基，当R2是乙基时，OR2是乙氧基。
反应基可以是卤基。
在示例性实施例中，喷嘴板130和防水层140通过喷嘴板130的环氧树脂的脱水缩合反应的结果和防水层140的式子1的氟硅烷的水解的结果而结合。在空气中，环氧树脂包括在端部的羟基(-OH)，并且羟基和水解的氟硅烷的反应基(-OR2)反应，以经历水解缩合反应。因此，由水解缩合反应形成的共价键的一些部分在喷嘴板130和防水层140中不连续地形成，从而在共价键的所述一些部分之间形成空间。
含氟的反应基(R1)是具有直链结构的单体或者低聚物，因此，喷嘴显影剂(nozzle development agent)可渗透通过防水层140。因此，在喷嘴板130上可容易地将喷嘴图案化。
如上所述，喷嘴板130和防水层140通过共价键连接，从而具有良好的粘着力。
例如，防水层140可由DURASURFTM DS-5000系列的DS-5110通过旋涂方法涂覆，并在85℃条件下在热板上预焙烧30分钟形成，所述DS-5110是可从日本Harves有限公司(Japanese Harves Co.Ltd.)获得的防水剂。
参照图4，具有邻接表面162和孔(aperture)163的光掩膜160覆盖在喷嘴板130上，其中，在光掩膜160上形成有喷嘴图案，紫外线161照射在其上形成有防水层140的喷嘴板130上，从而执行选择性的曝光。邻接表面162与喷嘴板130邻接，同时孔163允许紫外线161从其穿过，从而仅对喷嘴板130的特定区域进行选择性的照射。所述照射使喷嘴板130的曝光部分132不易于通过下面将描述的应用溶剂的工艺(solvent-application process)去除。掩盖腔室板120两侧的图案也可与喷嘴图案一起形成在光掩膜160上。
因此，在喷嘴板130曝光之后，在喷嘴板130上限定出未曝光部分131和曝光部分132(见图4)。
在热处理工艺期间，例如在光刻工艺中的曝光之后执行的曝光后焙烧(post exposure bake，PEB)工艺期间，喷嘴板130的曝光部分132被加热。热处理工艺焙烧基底110上的曝光部分132。
参照图5，可利用溶剂容易地将喷嘴板130的未曝光部分131(见图4)去除。
应用溶剂的工艺使溶剂(显影剂)穿过防水层140，并渗透到喷嘴板130中，以便于去除喷嘴板130的未曝光部分131。
为了更有效地去除未曝光部分131，未曝光部分131可与光掩膜160一起被同时去除。也就是说，如上所述，当邻接、覆盖喷嘴板130并使喷嘴板130曝光时，在整个照射工艺、热处理工艺和/或应用溶剂的工艺过程中，光掩膜160可相对于喷嘴板130保持在邻接位置，然后使未曝光部分131附于光掩膜160上而从喷嘴板130去除光掩膜160。如果光掩膜160是可再利用的，则通过手动去除或者自动去除将未曝光部分131从光掩膜160上去除，并可使用装置(例如，未曝光部分131拨料机(ejecting device))执行上述去除过程。如果光掩膜160是一次性的，则光掩膜160和被去除的未曝光部分131被丢弃。邻接表面162可具有粘合剂，以锁定到喷嘴板130上，并便于去除未曝光部分131。
由于喷嘴板130的未曝光部分131被去除，所以形成在未曝光部分131上的防水层140也被剥离，因而被同时去除。形成在曝光部分132上的那部分防水层140不受影响，仍保留在曝光部分132上。用于喷墨的喷嘴151形成在未曝光部分131和未曝光部分131上的防水层140被去除的位置。
由于喷嘴板130包括选择性地位于其顶表面上的防水层140，所以喷嘴板130的顶表面上的接触角比不包括防水层140的喷嘴的内侧的接触角更耐用。
参照图6，在去除了未曝光部分131和形成在未曝光部分131上的防水层140之后，穿过基底110形成供墨通道111。可使用典型的各向异性干蚀刻工艺(typicai anisotropic dry etching process)形成供墨通道111。然后可使用适当的溶剂去除牺牲模层121。因此，包括墨水腔室122和节流器(restrictor)123的墨水路径111形成在牺牲模层121被去除的空间中。
测量的喷墨打印头中防水层140的防水材料的接触角大约为105度。这表示与应用防水层140之前的具有测量的66度接触角的打印头相比，可湿性因素降低了。虽然墨水被散布到内喷嘴表面上的喷嘴151的内表面(未使用防水层处理)的外部和内部，但是由于喷嘴151的外表面使用防水层140进行了处理，所以防止墨水涂抹在喷嘴151的外表面上。因此，墨水仅仅聚集在喷嘴151内部。
图7示出了依据本发明总体构思的示例性实施例的根据包括防水层的喷墨打印头的制造工艺的防水层的接触角的变化的曲线图。
参照图7，在改变喷嘴层的显影工艺、形成供墨通道的工艺、去除牺牲模层121以及喷嘴151的焙烧工艺的同时测量在不同条件下的接触角的改变。
如图7所示，在经历上述这些工艺的同时，接触角保持基本相同的角度，几乎没有改变。因此，根据本发明总体构思的具有由防水材料形成的防水层140的喷墨打印头在所述工艺的每种条件下均具有良好的耐久性。
图8是示出防水层140的表面的热稳定性随时间变化的曲线图。
参照图8，在喷嘴层的显影工艺之后的后续工艺中，将喷嘴板的表面设置成高温。如图8所示，即使当喷嘴板的表面在190℃的条件下被暴露两小时时，接触角几乎没有改变。因此，可以看出，根据本发明总体构思的防水层具有良好的热稳定性。
图9示出了接触角相对于防水层的表面上的墨水变化的曲线图。
参照图9，在喷嘴板130的表面在70℃的条件下暴露于墨水，持续300小时之后，观察防水层的接触角改变。如图9所示，防水层的接触角几乎不随时间变化。因此，根据本发明总体构思的防水层相对于墨水具有良好的耐久性。
如上所述，根据本发明总体构思的喷墨打印头具有下面的优点。
第一、防水层不连续地形成在喷嘴板的顶表面上，从而墨水可按照整滴的形式喷射。因此，完整的墨滴按照均匀分布的形式准确地落在纸上，从而提高了打印质量。
第二、在墨水喷射之后，在喷嘴的出口周围形成的弯月面(meniscus)快速稳定，从而防止气泡流到墨水腔室中，也就防止了对喷嘴周围的表面的污染。
虽然已表示和描述了本发明总体构思的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明总体构思的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。
Claims (30)
1.一种喷墨打印头，包括：
基底，穿过基底形成供墨通道；
腔室板，叠在基底上，具有由通过供墨通道供应的墨水填充的墨水腔室；
多个热电阻，形成在基底上，用于加热墨水；
喷嘴板，形成在腔室板上，穿过喷嘴板形成用于喷墨的多个喷嘴；
防水层，形成在喷嘴板上，
其中，通过形成喷嘴板的材料与用于形成防水层的水解材料之间的反应形成的共价键的一些部分不连续地形成在喷嘴板和防水层中。
2.如权利要求1所述的喷墨打印头，其中，防水层是包括与喷嘴板反应的反应基和含氟官能团的硅烷化合物。
3.如权利要求2所述的喷墨打印头，其中，硅烷化合物包含作为反应基的烷氧基。
4.如权利要求3所述的喷墨打印头，其中，烷氧基是包含乙基的乙氧基。
5.如权利要求2所述的喷墨打印头，其中，硅烷化合物包括作为反应基的卤基。
6.如权利要求5所述的喷墨打印头，其中，含氟官能团包括-(CF2)nCF3，其中，n是从3至15的整数。
7.如权利要求3所述的喷墨打印头，其中，含氟官能团包括-(CF2)nCF3，其中，n是从3至15的整数。
8.如权利要求2所述的喷墨打印头，其中，含氟官能团包括-(CF2)nCF3，其中，n是从3至15的整数。
9.如权利要求1所述的喷墨打印头，其中，防水层仅形成在喷嘴板的上表面上。
10.如权利要求1所述的喷墨打印头，其中，喷嘴板由环氧树脂形成。
11.一种制造喷墨打印头的方法，包括以下步骤：
准备基底，在基底上形成多个热电阻；
形成多个腔室板以及填充在所述腔室板之间的空间中的牺牲模层；
形成喷嘴板，用于覆盖所述腔室板和牺牲模层；
在喷嘴板上形成防水层，从而通过形成喷嘴板的材料与形成防水层的水解材料之间的反应形成的共价键的一些部分不连续地形成在喷嘴板和防水层中；
去除与未被选择性地曝光的喷嘴图案对应的防水层和喷嘴板的一部分。
12.如权利要求11所述的方法，其中，防水层是具有与喷嘴板反应的反应基和含氟官能团的硅烷化合物。
13.如权利要求12所述的方法，其中，硅烷化合物包含作为反应基的烷氧基。
14.如权利要求13所述的方法，其中，烷氧基是包含乙基的乙氧基。
15.如权利要求13所述的方法，其中，含氟官能团包括-(CF2)nCF3，其中，n是从3至15的整数。
16.如权利要求12所述的方法，其中，含氟官能团包括-(CF2)nCF3，其中，n是从3至15的整数。
17.如权利要求11所述的方法，其中，含氟官能团包括-(CF2)nCF3，其中，n是从3至15的整数。
18.如权利要求11所述的方法，其中，防水层仅形成在喷嘴板的上表面上。
19.如权利要求11所述的方法，其中，喷嘴板由环氧树脂形成。
20.如权利要求11所述的方法，其中，在去除喷嘴板和防水层的一部分的步骤中，防水层与喷嘴板一起被去除。
21.一种喷墨打印头，包括：
基底，具有由空间分开的多个腔室板；
牺牲模层，形成在所述腔室板之间的空间中；
喷嘴板，形成在所述腔室板和牺牲模层的顶部上；
防水层，形成在喷嘴板的顶部上；
孔层，具有形成在防水层的顶部上的多个孔，用于遮盖防水层的第一部分和暴露防水层的第二部分，从而当通过孔层对所述第二部分进行照射、然后焙烧并暴露到溶剂中时，所述第二部分不易于被去除。
22.一种喷墨打印头，包括：
基底，具有由空间分开的多个腔室板；
多个加热器，形成在所述空间中；
喷嘴板，形成在所述腔室板的顶部上，具有多个喷嘴，所述多个喷嘴通过喷嘴板与墨水连通；
防墨层，形成在喷嘴板的顶部上，
其中，墨水被储存在所述空间中，被所述多个加热器加热，通过所述多个喷嘴被从所述空间中排出，并被防墨层阻挡。
23.一种制造喷墨打印头的方法，包括以下步骤：
在基底上形成由空间分开的多个腔室板；
在所述腔室板之间的空间中形成牺牲模层；
在所述腔室板和牺牲模层的顶部上形成喷嘴板；
在喷嘴板的顶部上形成防水层；
照射孔层，并通过孔层中的孔照射防水层的第一区域；
去除孔层；
去除防水层的除第一区域以外的区域。
24.如权利要求23所述的方法，其中，通过将孔层与防水层邻接在一起同时执行去除孔层和去除防水层的除第一区域以外的区域。
25.如权利要求23所述的方法，其中，去除防水层的除第一区域以外的区域的步骤包括去除喷嘴板的相邻的区域。
26.如权利要求23所述的方法，其中，去除孔层和去除防水层的除第一区域以外的区域被同时执行，并包括去除喷嘴板的相邻的区域。
27.如权利要求23所述的方法，其中，去除防水层的除第一区域以外的区域的步骤包括加热防水层。
28.如权利要求23所述的方法，还包括：
去除牺牲模层。
29.如权利要求23所述的方法，其中，孔层是一次性的。
30.如权利要求23所述的方法，其中，孔层是可再利用的。
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