CN101287605A - 用于喷墨打印头的低损耗电极连接 - Google Patents

用于喷墨打印头的低损耗电极连接 Download PDF

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Abstract

一种喷墨打印头，其具有平面热致动器(12)、直接沉积在CMOS电极上的触点(28)、以及被悬置的加热器元件(29)，所述喷墨打印头避免了由竖直表面或者倾斜表面引起的热点，从而在没有较大电阻损耗增加的情况下，所述触点(28)可以是更小的结构。低电阻损耗保护悬置加热器元件(29)的有效操作，并且小触点面积对于在打印头上的紧密的喷嘴组装来说是便利的。

Description

用于喷墨打印头的低损耗电极连接
技术领域
本发明涉及喷墨打印机领域，并公开一种使用以微机电系统(MEMS)技术制造的打印头的喷墨打印系统。
相关申请交互引用
涉及本发明的各种方法、系统以及设备在由本发明的申请人或者受让人申请的下述美国专利/专利申请中公开：
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09/575171  09/575161
在此通过引用将这些申请和专利的公开内容纳入本申请。
背景技术
本发明涉及以在气泡形成液体中形成气体或者形成蒸气泡的方式喷射墨滴。US3,747,120(Stemme)中主要描述了此原理。打印图像中的每个象素来自由一个或者多个墨水喷嘴喷射的墨滴。在近些年里，喷墨打印已变得越来越受欢迎，主要由于其便宜和通用特性。在上面的交叉引用文件中详细描述了用于喷墨打印的多种不同的方面和技术。
完全将加热器元件浸入墨水中显著地提高了打印头效率。较少的热量散入下面的晶片基材中因此大多数输入能量被用来产生喷射墨水的气泡。
为了浸入加热器，需要使其与墨水腔室的底层间隔开，因此加热器材料通常沉积在牺牲材料(SAC)层上，牺牲材料(SAC)层随后通过释放蚀刻方法除去。通过某种类型的永久平台结构，将在加热器元件任何一端的触点提升到SAC层的高度。所述触点需要竖直部分或者倾斜部分，从而在CMOS驱动电路的顶部金属层上的电极区域和加热器元件之间建立电连接。然而，沉积在竖直表面或者倾斜表面上的加热器材料比沉积在水平表面上加热器材料薄。为了避免较薄部分的引起的不期望的电阻损耗，热致动器的触点部分需要相对大。较大的触点占据晶片表面的很大区域并限制喷嘴的组装密度。
发明内容
因此，本发明提供一种喷墨打印头，其包括：
形成在晶片基材上的墨水腔室的阵列，每个墨水腔室具有喷嘴孔和热致动器，所述热致动器具有在两个触点之间延伸的加热器元件，从而所述元件悬置在所述腔室中；以及
驱动电路，其以平版方式沉积在晶片基材上，用于产生驱动信号，所述驱动电路为每个致动器的触点提供电极；
其中，所述触点和加热器元件共面，以使热致动器为整体平面结构。
平面热致动器，其具有直接沉积在CMOS电极上的触点和悬置的加热器元件，避免由竖直表面或者倾斜表面所引起的热点，从而在没有较大电阻损耗增加的情况下，所述触点可以是更小的结构。低电阻损耗保护被悬置的加热器元件的有效操作，并且对于在打印头上密集的喷嘴组装来说，小的触点尺寸是方便的。
优选地，所述加热器元件是加热器材料的长形条。在进一步的优选形式中，所述电极是驱动电路的最顶部金属层的暴露区域。在特别的优选形式中，所述打印头进一步包括蚀刻在驱动电路中的在所述电极之间延伸的沟槽。
在第一方面，本发明提供一种喷墨打印头，其包括：
形成在晶片基材上的墨水腔室的阵列，每个墨水腔室具有喷嘴孔和热致动器，所述热致动器具有在两个触点之间延伸的加热器元件，从而所述元件悬置在所述腔室中；以及
驱动电路，其以平版方式沉积在所述晶片基材上，用于产生驱动信号，所述驱动电路为每个致动器的触点提供电极；
其中，所述触点和加热器元件共面，从而所述热致动器为整体平面结构。
平面热致动器，其具有直接沉积在CMOS电极上的触点和被悬置的加热器元件，避免由竖直表面或者倾斜表面引起的热点，从而在没有较大电阻损耗增加的情况下，所述触点可以是更小的结构。低电阻损耗保护被悬置加热器元件的有效操作，并且对于在打印头上密集的喷嘴组装来说，小的触点尺寸是方便的。
任选地，所述加热器元件是加热器材料的长形条。
任选地，所述电极是驱动电路的最顶部金属层的暴露区域。
任选地，蚀刻在驱动电路中的沟槽在所述电极之间延伸。
任选地，每个墨水腔室具有多个喷嘴，其中在使用中，所述致动器通过腔室中的所有喷嘴同时喷射墨水。
任选地，每个墨水腔室具有两个喷嘴。
任选地，在每个腔室中的喷嘴平行于加热器元件的长度设置为一行，并且喷嘴的中心轴线沿着加热器元件规则地间隔开。
任选地，所述喷嘴是椭圆形的。
任选地，所述多个椭圆形喷嘴的长轴线对齐。
任选地，所述驱动电路具有用于每个热致动器的驱动场效应晶体管(FET)，所述驱动FET的驱动电压小于5伏。
任选地，所述驱动FET的驱动电压是2.5伏。
任选地，墨水腔室的阵列由在喷嘴板和下面的晶片基材之间延伸的侧壁来限定，每个腔室的其中一个侧壁具有允许墨水填充所述腔室的开口；
所述墨水腔室还包括在所述喷嘴板和下面的晶片之间的墨水管道，所述墨水管道与多个墨水腔室的开口流体连通。
任选地，所述喷墨打印头进一步包括多个限定在晶片基材中的墨水入口；其中，每个所述墨水管道与至少一个墨水入口流体连通，所述墨水入口用于接收墨水从而供给墨水腔室。
任选地，每个墨水管道与两个墨水入口流体连通。
任选地，所述喷墨打印头进一步包括至少一个延伸穿过每个墨水入口的注墨特征，从而在墨水入口处的墨水弯月面的表面张力作用为将墨水从入口处吸出并部分地沿着朝向墨水腔室的流动路径吸取墨水。
任选地，每个墨水入口具有可透墨捕捉器和排气口，可透墨捕捉器和排气口的尺寸设计为使横跨排气口的墨水弯月面的表面张力阻止墨水渗漏；其中在使用中，所述可透墨捕捉器指引气泡到排气口，在排气口处气泡排出到环境中。
任选地，所述墨水腔室具有长形形状，以使侧壁中的两个相对于其它侧壁是长的，并且用于使墨水填充所述腔室的开口在其中的一个长侧壁中。
任选地，所述喷墨打印头进一步包括在每个墨水腔室的开口处的过滤器结构，所述过滤器结构具有横向于经过开口的流动方向延伸的多排障碍物，在每排中的障碍物被间隔开，以使它们与相邻排里的障碍物不对齐。
任选地，所述喷嘴设置成多排，以使喷嘴中心共线并且沿着每排的喷嘴节距大于每英寸1000个喷嘴。
任选地，所述喷嘴板具有外表面，所述外表面具有用于减少静摩擦系数(已知为“静态摩擦”)的结构。
在第二方面，本发明提供一种喷墨打印头，其包括：
墨水腔室的阵列；
分别形成在每个墨水腔室中的多个喷嘴；
分别在每个墨水腔室中的致动器；以及
用于选择性地给致动器提供驱动信号的驱动电路，其中在使用中，所述致动器通过腔室中的所有喷嘴同时喷射墨水。
通过给所述腔室提供多个喷嘴，各喷嘴喷射较小体积的并且具有不同错误指引方向的墨滴。与单个较大的被错误指引的墨滴相比，在不同方向上被错误指引的几个小墨滴对打印质量的有害性更小。
任选地，所述致动器是热致动器，每个致动器具有在两个触点之间延伸的加热器元件，所述触点与驱动电路提供的各个电极形成电连接，所述热致动器为整体平面结构。
任选地，所述加热器元件由加热器材料的长形条形成，所述电极是驱动电路的最顶部金属层的暴露区域，并且所述墨水腔室构造成在腔室中由触点来悬置所述加热器元件。
任选地，蚀刻在驱动电路中的沟槽在所述电极之间延伸。
任选地，所述沟槽的宽度至少是加热器元件宽度的两倍。
任选地，所述每个墨水腔室具有两个喷嘴。
任选地，在每个腔室中的喷嘴平行于加热器元件的长度设置为一行，并且喷嘴的中心轴线沿着加热器元件规则地间隔开。
任选地，所述喷嘴是椭圆形的。
任选地，所述椭圆形喷嘴的长轴线对齐。
任选地，所述驱动电路具有用于每个热致动器的驱动场效应晶体管(FET)，所述驱动FET的驱动电压小于5伏。
任选地，所述驱动FET的驱动电压是2.5伏。
任选地，墨水腔室的阵列由在喷嘴板和下面的晶片基材之间延伸的侧壁来限定，每个腔室的其中一个侧壁具有允许墨水填充所述腔室的开口；
在所述喷嘴板和下面的晶片之间的墨水管道，所述墨水管道与多个墨水腔室的开口流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括多个限定在晶片基材中的多个墨水入口；其中，
每个所述墨水管道与至少一个墨水入口流体连通，所述墨水入口用于接收墨水以供给墨水腔室。
任选地，每个墨水管道与两个墨水入口流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括至少一个延伸穿过每个墨水入口的注墨特征；从而在墨水入口处的墨水弯月面的表面张力作用为将墨水从入口处吸出并部分地沿着朝向墨水腔室的流动路径抽取墨水。
任选地，每个墨水入口具有可透墨捕捉器和排气口，所述可透墨捕捉器和排气口的尺寸设计为使横跨排气口的墨水弯月面的表面张力阻止墨水渗漏；其中在使用中，所述可透墨捕捉器指引气泡到排气口，在排气口处它们排出到环境中。
任选地，所述墨水腔室具有长形形状，从而侧壁中的两个相对于其它侧壁是长的，并且用于使墨水填充所述腔室的开口在其中的一个长侧壁中。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括在每个墨水腔室的开口处的过滤器结构，所述过滤器结构具有横向于经过开口的流动方向延伸的多排障碍物，每排中的所述障碍物被间隔开，以使它们与相邻排里的障碍物关于流动方向不对齐。
任选地，所述喷嘴设置为多排，以使喷嘴中心共线并且沿着每排的喷嘴节距大于每英寸1000个喷嘴。
任选地，所述喷嘴板具有外表面，所述外表面具有用于减少静摩擦系数(已知为“静态摩擦”)的结构。
在第三方面，本发明提供一种喷墨打印头，包括：
墨水腔室的阵列；
分别形成在每个腔室中的喷嘴；
在每个墨水腔室中的用于通过喷嘴喷射墨水的致动器；其中，
至少两个相邻的腔室由可透墨屏障分开，所述可透墨屏障构造成减少在所述腔室之间的射流串扰；以使至少一个相邻腔室以从其它相邻腔室流过可透墨屏障的墨水填充。
用于将墨水配送到所述阵列中每个墨水腔室的管道会占据相当大比例的晶片面积。这对于打印头上的喷嘴密度是限制因素。通过使一些墨水腔室成为到达其它墨水腔室的墨水流动路径的一部分，同时保证每个腔室充分免于射流串扰，能够降低由墨水供应管道所损失的晶片面积的量。
为了增加喷嘴的密度，使用长形致动器也是有利的。窄的致动器允许墨水腔室变得更窄并且因此所述打印头的整个单位单元至少在一个方向上更小。因此，相邻喷嘴能够靠拢，从而喷嘴组装密度增加。然而，在长形致动器的情况下，形成的气泡也同样是长形的。当长形气泡迫使墨水穿过在中央设置的圆形喷嘴开口时，会发生液压损失。为了降低液压损失，可沿着腔室长度在长形致动器上方设置两个或更多个喷嘴开口。虽然这样降低了涉及喷射墨水的液压损失，但是在各喷嘴的墨水喷射过程之间有一定程度的射流串扰。通过在喷嘴之间设置可透墨屏障从而降低射流串扰，所述腔室变成两个独立的腔室。
任选地，所述致动器是热致动器，每个致动器具有在两个触点之间延伸的加热器元件，所述触点与由驱动电路提供的各个电极形成电连接，所述热致动器为整体平面结构，并且每个致动器延伸穿过所述阵列中的至少两个相邻的墨水腔室，所述致动器构造成通过其各个喷嘴同时从相邻的墨水腔室中喷射墨水。
任选地，所述加热器元件由加热器材料的长形条形成，所述电极是驱动电路的最顶部金属层的暴露区域，并且所述墨水腔室构造成在腔室中由触点来悬置所述加热器元件。
任选地，蚀刻在驱动电路中的沟槽在电极之间延伸。
任选地，每个墨水腔室具有多个喷嘴；其中在使用中，致动器通过腔室中的所有喷嘴同时喷射墨。
任选地，每个墨水腔室具有两个喷嘴。
任选地，在每个腔室中的喷嘴平行于加热器元件的长度设置为一行，并且所述喷嘴的中心轴线沿着加热器元件规则地间隔开。
任选地，所述喷嘴是椭圆形的。
任选地，所述椭圆形喷嘴的长轴线对齐。
任选地，所述驱动电路具有用于每个热致动器的驱动场效应晶体管(FET)，所述驱动FET的驱动电压小于5伏。
任选地，所述驱动FET的驱动电压是2.5伏。
任选地，墨水腔室的阵列由在喷嘴板和下面的晶片基材之间延伸的侧壁来限定，每个腔室的其中一个侧壁具有允许墨水填充所述腔室的开口；
在所述喷嘴板和下面的晶片之间的墨水管道，所述墨水管道与多个墨水腔室的开口流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括多个限定在晶片基材中的墨水入口；其中，
每个所述墨水管道与至少一个墨水入口流体连通，所述墨水入口用于接收墨水以供给墨水腔室。
任选地，每个墨水管道与两个墨水入口流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括至少一个延伸穿过每个墨水入口的注墨特征；以使在墨水入口处的墨水弯月面的表面张力作用为将墨水从入口处吸出并部分地沿着朝向墨水腔室的流动路径抽取墨水。
任选地，每个墨水入口具有可透墨捕捉器和排气口，排气口的尺寸设计为使横跨排气口的墨水弯月面的表面张力阻止墨水渗漏；其中在使用中，所述可透墨捕捉器指引气泡到排气口，在排气口处气泡排出到环境中。
任选地，所述墨水腔室具有长形形状，以使侧壁中的两个相对于其它侧壁是长的，并且用于使墨水填充所述腔室的开口在其中的一个长侧壁中。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括在每个墨水腔室的开口处的过滤器结构，所述过滤器结构具有横向于经过开口的流动方向延伸的多排障碍物，每排中所述障碍物被间隔开，以使它们与相邻排里的障碍物关于流动方向不对齐。
任选地，所述喷嘴设置为多排，以使喷嘴中心共线并且沿着每排的喷嘴节距大于每英寸1000个喷嘴。
任选地，所述喷嘴板具有外表面，所述外表面具有用于减少静摩擦系数(已知为“静态摩擦”)的结构。
在第四方面，本发明提供一种喷墨打印头，包括：
墨水腔室的阵列，每个腔室具有多个致动器和喷嘴，每个致动器对应于至少一个喷嘴；以及
用于选择性的给致动器提供驱动信号的驱动电路；其中，
单个驱动信号同时启动位于一个墨水腔室中的多个致动器从而通过多个喷嘴喷射墨水。
通过在单个腔室中设置多个致动器，并且给每个致动器提供相应的一个喷嘴(或多个喷嘴)，各喷嘴喷射较小体积的具有不同的错误指引方向的墨滴。具有不同错误指引方向的较小墨滴产生任何可见的伪迹的可能性更小。所述腔室中的单个致动器可用来从所有喷嘴喷射墨水，然而，如果所述致动器与所述喷嘴没有对齐，则在墨水中会有液压损失。提供多个致动器允许每个致动器与所有喷嘴对齐，从而最小化液压损失并因此提高总的打印头效率。
任选地，所述致动器是热致动器，每个致动器具有在两个触点之间延伸的加热器元件，所述触点与由驱动电路提供的各个电极形成电连接，所述热致动器为整体平面结构。
任选地，所述加热器元件由加热器材料的长形条形成，所述电极是驱动电路的最顶部金属层的暴露区域，并且所述墨水腔室构造成在所述腔室中由触点来悬置所述加热器元件。
任选地，蚀刻在驱动电路中的沟槽在所述电极之间延伸。
任选地，每个墨水腔室具有多个喷嘴；其中在使用中，所述致动器通过腔室中的所有喷嘴同时喷射墨水。
任选地，每个墨水腔室具有两个喷嘴。
任选地，在每个腔室中的喷嘴平行于加热器元件的长度设置为一行，并且所述喷嘴的中心轴线沿着加热器元件规则地被间隔开。
任选地，所述喷嘴是椭圆形的。
任选地，所述椭圆形喷嘴的长轴线对齐。
任选地，所述驱动电路具有用于每个热致动器的驱动场效应晶体管(FET)，所述驱动FET的驱动电压小于5伏。
任选地，所述驱动FET的驱动电压是2.5伏。
任选地，墨水腔室的阵列由在喷嘴板和下面的晶片基材之间延伸的侧壁来限定，每个腔室的其中一个侧壁具有允许墨水填充所述腔室的开口；
在所述喷嘴板和下面晶片之间的墨水管道，所述墨水管道与多个墨水腔室的开口流体连通。
另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括多个限定在晶片基材中的墨水开口；其中，
每个所述墨水管道与至少一个墨水入口流体连通，所述墨水入口用于接收墨水以供给墨水腔室。
任选地，每个墨水管道与两个墨水入口流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括至少一个延伸穿过每个墨水入口的注墨特征；以使在墨水入口处的墨水弯月面的表面张力作用为将墨水从入口处吸出并部分地沿着朝向墨水腔室的流动路径吸取墨水。
任选地，每个墨水入口具有可透墨捕捉器和排气口，排气口的尺寸设计为使横跨排气口的墨水弯月面的表面张力阻止墨水渗漏；其中在使用中，所述可透墨捕捉器指引气泡到排气口，在排气口处气泡排出到环境中。
任选地，所述墨水腔室具有长形形状，以使侧壁中的两个相对于其它侧壁是长的，并且用于使墨水填充所述腔室的开口在其中的一个长侧壁中。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括在每个墨水腔室的开口处的过滤器结构，所述过滤器结构具有横向于经过开口的流动方向延伸的多排障碍物，所述每排的障碍物被间隔开，以使它们与相邻排里的障碍物关于流动方向不对齐。
任选地，所述喷嘴设置成多排，以使喷嘴中心共线并且沿着每排的喷嘴节距大于每英寸1000个喷嘴。
任选地，所述喷嘴板具有外表面，所述外表面具有用于减少静摩擦系数(已知为“静态摩擦”)的结构。
在第五方面，本发明提供一种喷墨打印头，包括：
墨水腔室的阵列，每个墨水腔室具有喷嘴和用于通过所述喷嘴喷射墨水的致动器；以及
用于可选择性地给所述排的致动器提供驱动信号的驱动电路；其中，在使用中，每个驱动信号同时启动多个致动器。
通过用两个或者更多个较小的腔室来替换单个较大的腔室，使得独立的致动器处于相同的驱动电路(或者串连或者并联)中，每个喷嘴喷射较小体积的具有不同的错误指引方向的墨滴。具有不同指引方向的较小墨滴产生任何可见伪迹的可能性更小。
任选地，所述致动器是热致动器并且同时启动的多个致动器是所述同一驱动电路的一部分，每个致动器具有在两个触点之间延伸的加热器元件，所述触点与由驱动电路提供的各个电极形成电连接。
任选地，同时启动的所述多个致动器是串连的。
任选地，所述热致动器每个都具有整体平面结构和悬置在墨水腔室中的加热器元件。
任选地，每个墨水腔室具有多个喷嘴；其中在使用中，所述致动器通过腔室中的所有喷嘴同时喷射墨水。
任选地，每个墨水腔室具有两个喷嘴。
任选地，所述加热器元件是校直的长形条并且在每个腔室中的喷嘴平行于加热器元件的长度设置为一行。
任选地，所述喷嘴是椭圆形的。
任选地，所速椭圆形喷嘴的长轴线对齐。
任选地，所述驱动电路具有用于每个热致动器的驱动场效应晶体管(FET)，所述驱动FET的驱动电压小于5伏。
任选地，所述驱动FET的驱动电压是2.5伏。
任选地，墨水腔室的阵列由在喷嘴板和下面的晶片基材之间延伸的侧壁来限定，每个腔室的其中一个侧壁具有允许墨水填充所述腔室的开口；
在所述喷嘴板和下面晶片之间的墨水管道，所述墨水管道与多个墨水腔室的开口流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括多个限定在晶片基材中的墨水入口；其中，
每个所述墨水管道与至少一个墨水入口流体连通，所述墨水入口用于接收墨水以供给所述墨水腔室。
任选地，每个墨水管道与两个墨水入口流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括至少一个延伸穿过每个墨水入口的注墨特征；以使在墨水入口处的墨水弯月面的表面张力作用为将墨水从入口处吸出并部分地沿着朝向墨水腔室的流动路径抽取墨水。
任选地，每个墨水入口具有可透墨捕捉器和排气口，排气口的尺寸设计为使得横跨排气口的墨水弯月面的表面张力阻止墨水渗漏；其中在使用中，所述可透墨捕捉器指引气泡到排气口，在排气口处气泡排出到环境中。
任选地，所述墨水腔室具有长形形状，以使侧壁中的两个相对于其它侧壁是长的，并且用于使墨水填充所述腔室的开口在其中的一个长侧壁中。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括在每个墨水腔室的开口处的过滤器结构，所述过滤器结构具有横向于经过开口的流动方向延伸的多排障碍物，所述每排的障碍物被间隔开，以使它们与相邻排里的障碍物关于流动方向不对齐。
任选地，所述喷嘴设置为多排，以使喷嘴中心共线并且沿着每排的喷嘴节距大于每英寸1000个喷嘴。
任选地，所述喷嘴板具有外表面，所述外表面具有用于减少静摩擦系数(被称为“静态摩擦”)的结构。
在第六方面，本发明提供一种喷墨打印头，包括：
喷嘴阵列和用于通过喷嘴喷射墨水的相应致动器，所述喷嘴设置为多排，以使所述喷嘴中心共线；其中，
沿着每排的所述喷嘴节距大于每英寸1000个喷嘴。
传统地，所述喷嘴排与用于每排的在相对方向上延伸的致动器成对设置。所述排彼此交错，从而打印分辨率(每英寸的点数)是沿着每排的喷嘴节距(每英寸的喷嘴)的两倍。通过将单位单元(重复腔室、喷嘴以及致动单元)的部件构造为使得所述单元的总宽度减小的方式，在没有牺牲任何打印分辨率(d.p.i.)的情况下，能够将相同数目的喷嘴设置进单排中，而不是两个交错并且相对的排中。一排驱动电路排简化了CMOS制造以及与用于接收打印数据的打印工具控制器的连接。可替换地，在本发明中使用的单位单元构造能设置进彼此交错的相对排中，从而有效地加倍打印分辨率，在优选实施方式的情况下，打印分辨率达到3200d.p.i.。
任选地，所述喷嘴节距是每英寸1600个喷嘴。
任选地，所述喷嘴是椭圆形的，并且所述排中的各喷嘴的短轴线对齐。
任选地，所述致动器是热致动器，每个致动器具有在两个触点之间延伸的加热器元件，所述触点与由驱动电路提供的各个电极形成电连接，所述热致动器为整体平面结构。
任选地，所述加热器元件由加热器材料的长形条形成，所述电极是驱动电路的最顶部金属层的暴露区域，并且所述墨水腔室构造成在所述腔室中由触点来悬置所述加热器元件。
任选地，蚀刻在驱动电路中的沟槽在所述电极之间延伸。
任选地，每个墨水腔室具有多个喷嘴；其中在使用中，所述致动器通过腔室中的所有喷嘴同时喷射墨水；
任选地，每个墨水腔室具有两个喷嘴。
任选地，在每个腔室中的喷嘴平行于加热器元件的长度设置为一行，并且所述喷嘴的中心轴线沿着加热器元件规则地间隔开。
任选地，所述驱动电路具有用于每个热致动器的驱动场效应晶体管(FET)，所述驱动FET的驱动电压小于5伏。
任选地，所述驱动FET的驱动电压是2.5伏。
任选地，墨水腔室的阵列由在喷嘴板和下面的晶片基材之间延伸的侧壁来限定，每个腔室的其中一个侧壁具有允许墨水填充所述腔室的开口；
在所述喷嘴板和下面晶片之间的墨水管道，所述墨水管道与多个墨水腔室的开口流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括多个限定在晶片基材中的墨水开口；其中，
每个所述墨水管道与至少一个墨水入口流体连通，所述墨水入口用于接收墨水以供给墨水腔室。
任选地，每个墨水管道与两个墨水入口流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括至少一个延伸穿过每个墨水入口的注墨特征；以使在墨水入口处的墨水弯月面的表面张力作用为将墨水从入口处吸出并部分地沿着朝向墨水腔室的流动路径吸取墨水。
任选地，每个墨水入口具有可透墨捕捉器和排气口，排气口的尺寸设计为使得横跨排气口的墨水弯月面的表面张力阻止墨水渗漏；其中在使用中，所述可透墨捕捉器指引气泡到排气口，在排气口处气泡排出到环境中。
任选地，所述墨水腔室具有长形形状，以使侧壁中的两个相对于其它侧壁是长的，并且用于使墨水填充所述腔室的开口在其中的一个长侧壁中。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括在每个墨水腔室的开口处的过滤器结构，所述过滤器结构具有横向于经过开口的流动方向延伸的多排障碍物，所述每排的障碍物被间隔开，以使它们与相邻排里的障碍物关于流动方向不对齐。
任选地，所述喷嘴板具有外表面，所述外表面具有用于减少静摩擦系数(被称为“静态摩擦”)的结构。
任选地，所述喷嘴板具有构造为与喷嘴压盖机一起使用的外部表面，所述喷嘴压盖机在不使用时与所述打印头接合，并且当压盖机从外部表面上分离时，由于在所述压盖机和所述外部表面之间的弯月面，在压盖机和外部表面之间的残余墨水横移过外部表面；其中，
所述外部表面具有槽结构，所述槽结构用于保留由弯液面沿着外部表面推动的至少一些残余墨水。
在第七方面，本发明提供一种喷墨打印头，包括：
限定喷嘴阵列的喷嘴板；
致动器，其对应于阵列中每个喷嘴并用于通过喷嘴喷射墨水，其中，
所述喷嘴板具有外部表面，所述外部表面带有用来减小静摩擦系数的结构。
通过降低静摩擦系数，纸灰尘或者其它污染物堵塞喷嘴板中的喷嘴的可能性更小。静摩擦或者如同已知的“静态摩擦”使灰尘颗粒“粘附”在喷嘴板上并因此堵塞喷嘴。通过在喷嘴板的外部用凸起的结构形成图案，所述灰尘颗粒仅能接触每个结构的外末端。这减小了颗粒和所述喷嘴板之间的摩擦，从而使得任何接触板的颗粒附连的可能性更小，并且如果附连的话，它们更可能由于打印头维修清洗循环而被除掉。
任选地，所述结构是等长度的垂直于喷嘴板平面延伸的柱形凸起。
任选地，所述致动器是热致动器，每个致动器具有在两个触点之间延伸的加热器元件，所述触点与由驱动电路提供的各个电极形成电连接，所述热致动器为整体平面结构。
任选地，所述加热器元件由加热器材料的长形条形成，所述电极是驱动电路的最顶部金属层的暴露区域，并且所述墨水腔室构造成在所述腔室中由触点来悬置所述加热器元件。
任选地，蚀刻在驱动电路中的沟槽在所述电极之间延伸。
任选地，每个墨水腔室具有多个喷嘴；其中在使用中，所述致动器通过腔室中的所有喷嘴同时喷射墨水。
任选地，每个墨水腔室具有两个喷嘴。
任选地，在每个腔室中的喷嘴平行于加热器元件的长度设置为一行，并且所述喷嘴的中心轴线沿着加热器元件规则地间隔开。
任选地，所述喷嘴是椭圆形的。
任选地，所述椭圆形喷嘴的长轴线对齐。
任选地，所述驱动电路具有用于每个热致动器的驱动场效应晶体管(FET)，所述驱动FET的驱动电压小于5伏。
任选地，所述驱动FET的驱动电压是2.5伏。
任选地，墨水腔室的阵列由在喷嘴板和下面的晶片基材之间延伸的侧壁来限定，每个腔室的其中一个侧壁具有允许墨水填充所述腔室的开口；
在所述喷嘴板和下面晶片之间的墨水管道，所述墨水管道与多个墨水腔室的开口流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括多个限定在晶片基材中的墨水入口；其中，每个所述墨水管道与至少一个墨水入口流体连通，所述墨水入口用于接收墨水以供给墨水腔室。
任选地，每个墨水管道与两个墨水入口流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括至少一个延伸穿过每个墨水入口的注墨特征；以使在墨水入口处的墨水弯月面的表面张力作用为将墨水从入口处吸出并部分地沿着朝向墨水腔室的流动路径吸取墨水。
任选地，每个墨水入口具有可透墨捕捉器和排气口，排气口的尺寸设计为使横跨排气口的墨水弯月面的表面张力阻止墨水渗漏；其中，在使用中，所述可透墨捕捉器指引气泡到排气口，在排气口处气泡排出到环境中。
任选地，所述墨水腔室具有长形形状，以使侧壁中的两个相对于其它侧壁是长的，并且用于使墨水填充所述腔室的开口在其中的一个长侧壁中。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括在每个墨水腔室的开口处的过滤器结构，所述过滤器结构具有横向于经过开口的流动方向延伸的多排障碍物，所述每排的障碍物被间隔开，以使它们与相邻排里的障碍物关于流动方向不对齐。
任选地，所述喷嘴设置为多排，以使喷嘴中心共线并且沿着每排的喷嘴节距大于每英寸1000个喷嘴。
在第八方面，本发明提供一种喷墨打印头，包括：
墨水腔室的阵列，每个墨水腔室具有喷嘴和用于通过喷嘴喷射墨水的致动器；
与墨水腔室流体连通的多个墨水入口；以及
至少一个延伸穿过每个墨水入口的注墨特征；以使在墨水入口处的墨水弯月面的表面张力作用为将墨水从入口吸出并部分地沿着朝向墨水腔室的流动路径吸取墨水。
通过将注墨特征引入入口孔平面内，能使在墨水弯月面中的表面张力改变方向从而沿着预期的流动路径拖拉墨水，而不是将墨水推回到入口处。
任选地，墨水腔室的阵列由在喷嘴板和晶片基材之间延伸的侧壁限定，所述墨水入口是所述晶片基材中的孔，并且所述注墨特征是至少部分位于所述墨水入口周界内并朝向喷嘴板延伸的柱体。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括用来给所述致动器选择性地提供驱动信号的驱动电路，其中所述致动器是热致动器，每个致动器具有在两个触点之间延伸的加热器元件，所述触点与由驱动电路提供的各个电极形成电连接，所述热致动器为整体平面结构。
任选地，所述加热器元件由加热器材料的长形条形成，所述电极是驱动电路的最顶部金属层的暴露区域，并且所述墨水腔室构造成在所述腔室中由触点来悬置所述加热器元件。
任选地，蚀刻在驱动电路中的沟槽在所述电极之间延伸。
任选地，每个墨水腔室具有多个喷嘴；其中在使用中，所述致动器通过腔室中的所有喷嘴同时喷射墨水。
任选地，每个墨水腔室具有两个喷嘴。
任选地，在每个腔室中的喷嘴平行于加热器元件的长度设置为一行，并且所述喷嘴的中心轴线沿着加热器元件规则地间隔开。
任选地，所述喷嘴是椭圆形的。
任选地，所述椭圆形喷嘴的长轴线对齐。
任选地，所述驱动电路具有用于每个热致动器的驱动场效应晶体管(FET)，所述驱动FET的驱动电压小于5伏。
任选地，所述驱动FET的驱动电压是2.5伏。
任选地，每个腔室的其中一个侧壁具有允许墨水填充所述腔室的开口；
在所述喷嘴板和下面的晶片之间的墨水管道，所述墨水管道与多个墨水腔室的开口流体连通。
任选地，每个墨水管道与至少一个墨水入口流体连通，所述墨水入口用来接收墨水以供给所述墨水腔室。
任选地，每个墨水管道与两个墨水入口流体连通。
任选地，每个墨水入口具有墨水渗透和排气口，排气口的尺寸设计为使得横跨排气口的墨水弯月面的表面张力阻止墨水渗漏；其中，在使用中，
所述可透墨捕捉器指引气泡到排气口，在排气口处气泡排出到环境中。
任选地，所述墨水腔室具有长形形状，以使侧壁中的两个相对于其它侧壁是长的，并且用于使墨水填充所述腔室的开口在其中的一个长侧壁中。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括在每个墨水腔室的开口处的过滤器结构，所述过滤器结构具有横向于经过开口的流动方向延伸的多排障碍物，所述每排的障碍物被间隔开，以使它们与相邻排里的障碍物关于流动方向不对齐。
任选地，所述喷嘴设置为多排，以使喷嘴中心共线并且沿着每排的喷嘴节距大于每英寸1000个喷嘴。
任选地，所述喷嘴板具有外表面，所述外表面具有用于减少静摩擦系数(被称为“静态摩擦”)的结构。
在九方面，本发明提供一种喷墨打印头，包括：
长形墨水腔室的阵列，每个墨水腔室具有喷嘴、通过喷嘴喷射墨水的致动器以及使墨水填充所述腔室的侧壁开口；其中，
所述开口在所述腔室的其中一个长侧壁中。
将所述墨水腔室构造为使它们具有减少墨水填充时间的侧部入口，所述入口较宽，因此填充流速较高。
任选地，所述墨水腔室由在喷嘴板和晶片基材之间延伸的侧壁来限定，并且所述致动器是热致动器，每个致动器具有在两个触点之间延伸的长形加热器元件。
在另一方面，本发明提供一种喷墨打印头，所述墨打印头进一步包括用于可选择性地给热致动器提供驱动信号的驱动电路，从而它们的触点与由驱动电路提供的各个电极形成电连接，其中，所述热致动器为整体平面结构。
任选地，所述加热器元件由加热器材料的长形条形成，所述电极是驱动电路的最顶部金属层的暴露区域，并且所述墨水腔室构造成在所述腔室中由触点来悬置所述加热器元件。
任选地，蚀刻在驱动电路中的沟槽在所述电极之间延伸。
任选地，每个墨水腔室具有多个喷嘴；其中在使用中，所述致动器通过腔室中的所有喷嘴同时喷射墨水；
任选地，每个墨水腔室具有两个喷嘴。
任选地，在每个腔室中的喷嘴平行于加热器元件的长度设置为一行，并且所述喷嘴的中心轴线沿着加热器元件规则地间隔开。
任选地，所述喷嘴是椭圆形的。
任选地，所述椭圆形喷嘴的长轴线对齐。
任选地，所述驱动电路具有用于每个热致动器的驱动场效应晶体管(FET)，所述驱动FET的驱动电压小于5伏。
任选地，所述驱动FET的驱动电压是2.5伏。
在另一方面，本发明提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括在喷嘴板和下面的晶片之间的墨水管道，所述墨水管道与多个墨水腔室的开口流体连通。
在另一方面，本发明提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括多个限定在晶片基材中的墨水入口；其中，每个墨水管道与至少一个墨水入口流体连通，所述墨水入口用于接收墨水以供给墨水腔室。
任选地，每个墨水管道与两个墨水入口流体连通。
任选地，每个墨水入口具有墨水渗透和排气口，排气口的尺寸设计为使得横跨排气口的墨水弯月面的表面张力阻止墨水渗漏；其中，在使用中，
所述可透墨捕捉器指引气泡到排气口，在排气口处气泡排出到环境中。
任选地，所述墨水腔室具有长形形状，以使侧壁中的两个相对于其它侧壁是长的，并且用于使墨水填充所述腔室的开口在其中的一个长侧壁中。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括在每个墨水腔室的开口处的过滤器结构，所述过滤器结构具有横向于经过开口的流动方向延伸的多排障碍物，所述每排的障碍物被间隔开，以使它们与相邻排里的障碍物关于流动方向不对齐。
任选地，所述喷嘴设置为多排，以使喷嘴中心共线并且沿着每排的喷嘴节距大于每英寸1000个喷嘴。
任选地，所述喷嘴板具有外表面，所述外表面具有用于减少静摩擦系数(被称为“静态摩擦”)的结构。
在第十方面，本发明提供一种喷墨打印头，包括：
墨水腔室的阵列，每个墨水腔室具有喷嘴、用于通过喷嘴喷射墨水的致动器、允许墨水填充所述腔室的入口开口、以及在入口开口处的过滤器结构；其中，
所述过滤器结构具有横向于经过开口的流动方向延伸的多排障碍物，所述每排的障碍物被间隔开，以使它们与相邻排里的障碍物关于流动方向不对齐。
当墨水进入腔室时过滤所述墨水会除去所述污染物和气泡，但是这样也妨碍进入所述腔室的墨水流。本发明使用在流动路径中具有多排障碍物的过滤器结构。所述多排彼此偏移从而引起湍流。这对喷嘴填充速度具有最小的影响，但是所述障碍物可能保留住气泡或者其它污染物。
任选地，所述过滤器结构具有两排障碍物。
任选地，所述墨水腔室的阵列由在喷嘴板和晶片基材之间延伸的侧壁限定，并且所述障碍物是在晶片基材和喷嘴板之间延伸的柱体。
任选地，所述致动器是热致动器，每个致动器具有在两个触点之间延伸的长形加热器元件。
在另一方面，本发明提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括用于可选择性地给热致动器提供驱动信号的驱动电路，以使它们的触点与由驱动电路提供的各个电极形成电连接，其中所述热致动器为整体平面结构。
任选地，所述加热器元件由加热器材料的长形条形成，所述电极是驱动电路的最顶部金属层的暴露区域，并且所述墨水腔室构造成在所述腔室中由触点来悬置所述加热器元件。
任选地，蚀刻在驱动电路中的沟槽在所述电极之间延伸。
任选地，每个墨水腔室具有多个喷嘴；其中在使用中，所述致动器通过腔室中的所有喷嘴同时喷射墨水。
任选地，每个墨水腔室具有两个喷嘴。
任选地，在每个腔室中的喷嘴平行于加热器元件的长度设置为一行，并且所述喷嘴的中心轴线沿着加热器元件规则的间隔开。
任选地，所述喷嘴是椭圆形的。
任选地，所述椭圆形喷嘴的长轴线对齐。
任选地，所述驱动电路具有用于每个热致动器的驱动场效应晶体管(FET)，所述驱动FET的驱动电压小于5伏。
任选地，所述驱动FET的驱动电压是2.5伏。
在另一方面，本发明提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括在喷嘴板和下面的晶片之间的墨水管道，所述墨水管道与多个墨水腔室的开口流体连通。
在另一方面，本发明提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括多个限定在晶片基材中的墨水入口；其中，每个墨水管道与至少一个墨水入口流体连通，所述墨水入口用于接收墨水以供给墨水腔室。
任选地，每个墨水管道与两个墨水入口流体连通。
任选地，每个墨水入口具有墨水渗透和排气口，墨水渗透和排气口的大小设计为使得横跨排气口的墨水弯月面的表面张力阻止墨水渗漏；其中，在使用中，所述可透墨捕捉器指引气泡到排气口，在排气口处气泡排出到环境中。
任选地，所述墨水腔室具有长形形状，以使侧壁中的两个相对于其它侧壁是长的，并且用于使墨水填充所述腔室的开口在其中的一个长侧壁中。
任选地，所述喷嘴设置为多排，以使喷嘴中心共线并且沿着每排的喷嘴节距大于每英寸1000个喷嘴。
在第十一方面，本发明提供一种与喷嘴压盖机一起使用的喷墨打印头，当不使用打印头时，喷嘴压盖机接合打印头，所述喷墨打印头包括：
喷嘴板，其限定喷嘴的阵列并具有与所述压盖机接合的外表面；从而，
当压盖机从所述外表面上脱离时，由于在所述压盖机和外表面之间的弯月面，在压盖机和外表面之间的残余墨水横移过所述外表面；其中，
所述外表面具有用于保留至少一些由弯月面沿着外表面推动的残余墨的槽结构。
横向于压盖机脱离喷嘴板的方向的槽结构会除去和保留弯月面中的一些墨水。然而，所述槽并不收集弯月面中的所有墨水，但是它们确实大大降低了具有不同颜色墨水的喷嘴污染的级别。
任选地，所述槽结构是一系列蚀刻在喷射不同颜色墨水的喷嘴之间的喷嘴板的外表面中的方棱槽。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括用来可选择性地给致动器提供驱动信号的驱动电路，其中所述致动器是热致动器，每个致动器具有在两个触点之间延伸的加热器元件，所述触点与由驱动电路提供的各个电极形成电连接，所述热致动器为整体平面结构。
任选地，所述加热器元件由加热器材料的长形条形成，所述电极是驱动电路的最顶部金属层的暴露区域，并且所述墨水腔室构造成在所述腔室中由触点来悬置所述加热器元件。
任选地，蚀刻在驱动电路中的沟槽在所述电极之间延伸。
任选地，每个墨水腔室具有多个喷嘴；其中在使用中，所述致动器通过腔室中的所有喷嘴同时喷射墨水。
任选地，每个墨水腔室具有两个喷嘴。
任选地，在每个腔室中的喷嘴平行于加热器元件的长度设置为一行，并且所述喷嘴的中心轴线沿着加热器元件规则地间隔开。
任选地，所述喷嘴是椭圆形的。
任选地，所述椭圆形喷嘴的长轴线对齐。
任选地，所述驱动电路具有用于每个热致动器的驱动场效应晶体管(FET)，所述驱动FET的驱动电压小于5伏。
任选地，所述驱动FET的驱动电压是2.5伏。
任选地，所述墨水腔室的阵列由在喷嘴板和下面的晶片基材之间延伸的侧壁限定，每个腔室的其中一个侧壁具有用来允许墨水填充所述腔室的开口；
在喷嘴板和下面的晶片之间的墨水管道，所述墨水管道与多个墨水腔室的开口流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括限定在晶片基材中的多个墨水入口；其中每个墨水管道与至少一个墨水入口流体连通，所述墨水入口用来接收墨水以供应墨水腔室。
任选地，每个墨水管道与两个墨水入口流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括至少一个延伸穿过每个墨水入口的注墨特征；以使在墨水入口处的墨水弯月面的表面张力作用为将墨水从入口处吸出并部分地沿着朝着墨水腔室的流动路径吸取墨水。
任选地，每个墨水入口具有可透墨捕捉器和排气口，排气口的尺寸设计为使得横跨排气口的墨水弯月面的表面张力阻止墨水渗漏；其中，在使用中，所述可透墨捕捉器指引气泡到排气口，在排气口处它们排出到环境中。
任选地，所述墨水腔室具有长形形状，以使侧壁中的两个相对于其它侧壁是长的，并且用于使墨水填充所述腔室的开口在其中的一个长侧壁中。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括在每个墨水腔室的开口处的过滤器结构，所述过滤器结构具有横向于经过开口的流动方向延伸的多排障碍物，所述每排的障碍物被间隔开，以使它们与相邻排里的障碍物关于流动方向不对齐。
任选地，所述喷嘴设置为多排，以使喷嘴中心共线，并且沿着每排的喷嘴节距大于每英寸1000个喷嘴。
在第十二方面，本发明提供一种喷墨打印头，包括：
喷嘴的阵列以及用来通过喷嘴喷射墨水的相应致动器；
多个与所述喷嘴流体连通的墨水入口孔，每个墨水入口孔具有可透墨捕捉器和排气口，排气口的尺寸设计为使得横跨排气口的墨水弯月面的表面张力阻止墨水渗漏；其中在使用中，所述可透墨捕捉器指引气泡到达排气口，在排气口处气泡排出到环境中。
通过在墨水入口处捕捉气泡并指引它们到达小的排气口，可以在没有任何墨水渗漏的情况下有效地将它们从墨流中除去。所述捕捉器也能用作入口注墨特征(下文有述)。
在另一方面，本发明提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括墨水腔室的阵列，每个墨水腔室具有至少一个喷嘴和至少一个致动器，所述腔室由在喷嘴板和下面的晶片基材之间延伸的侧壁限定，每个腔室的其中一个侧壁具有允许墨水填充所述腔室的开口；其中，每个墨水入口孔与多个墨水腔室的开口流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括多个在所述晶片基材和喷嘴板之间的墨水管道，其中每个墨水入口孔与多个墨水腔室的开口流体连通。
任选地，每个墨水管道与至少两个墨水入口孔流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括用来可选择性地给致动器提供驱动信号的驱动电路，其中所述致动器是热致动器，每个致动器具有在两个触点之间延伸的加热器元件，所述触点与由驱动电路提供的各个电极形成电连接，所述热致动器为整体平面结构。
任选地，所述加热器元件由加热器材料的长形条形成，所述电极是驱动电路的最顶部金属层的暴露区域，并且所述墨水腔室构造成在所述腔室中由触点来悬置所述加热器元件。
任选地，蚀刻在驱动电路中的沟槽在所述电极之间延伸。
任选地，每个墨水腔室具有多个喷嘴；其中在使用中，所述致动器通过腔室中的所有喷嘴同时喷射墨水。
任选地，每个墨水腔室具有两个喷嘴。
任选地，在每个腔室中的喷嘴平行于加热器元件的长度设置为一行，并且所述喷嘴的中心轴线沿着加热器元件规则地间隔开。
任选地，所述喷嘴是椭圆形的。
任选地，所述椭圆形喷嘴的长轴线对齐。
任选地，所述驱动电路具有用于每个热致动器的驱动场效应晶体管(FET)，所述驱动FET的驱动电压小于5伏。
任选地，所述驱动FET的驱动电压是2.5伏。
任选地，每个墨水管道与两个墨水入口流体连通。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括至少一个延伸穿过每个墨水入口的注墨特征；以使在墨水入口处的墨水弯月面的表面张力作用为将墨水从入口处吸出并部分地沿着朝向墨水腔室的流动路径抽取墨水。
任选地，每个墨水入口具有可透墨捕捉器和排气口，排气口的尺寸设计为使得横跨排气口的墨水弯月面的表面张力阻止墨水渗漏；其中，在使用中，所述可透墨捕捉器指引气泡到排气口，在排气口处气泡排出到环境中。
任选地，所述墨水腔室具有长形形状，以使侧壁中的两个相对于其它侧壁是长的，并且用于使墨水填充所述腔的开口在其中的一个长侧壁中。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括在每个墨水腔室的开口处的过滤器结构，所述过滤器结构具有横向于经过开口的流动方向延伸的多排障碍物，所述每排的障碍物被间隔开，以使它们与相邻排里的障碍物关于流动方向不对齐。
任选地，所述喷嘴设置为多排，以使喷嘴中心共线并且沿着每排的喷嘴节距大于每英寸1000个喷嘴。
在第十三方面，本发明提供一种喷墨打印头，包括：
墨水腔室的阵列，其由在喷嘴板和下面的晶片基材之间延伸的侧壁限定，每个腔室具有在喷嘴板中的喷嘴以及通过喷嘴喷射墨水的致动器，每个腔室的其中一个侧壁具有用来允许墨水填充所述腔室的开口；
在所述喷嘴板和下面的晶片之间的墨水管道，所述墨水管道与多个墨水腔室的开口流体连通；以及
限定在所述基材中的多个墨水入口；其中，
所述墨水管道与多个墨水入口流体连通，所述流体入口用来接收墨水以填充所述墨水腔室。
通过引入提供几个喷嘴的墨水管道，所述墨水管道本身由几个墨水入口供给，这样降低所述喷嘴因入口堵塞而缺少墨水的机率。如果一个入口被堵塞，则所述墨水管道会从晶片中的其它入口吸取较多的墨水。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括用来可选择地给致动器提供驱动信号的驱动电路，其中所述致动器是热致动器，每个致动器具有在两个触点之间延伸的加热器元件，所述触点与由驱动电路提供的各个电极形成电连接，所述热致动器为整体平面结构。
任选地，所述加热器元件由加热器材料的长形条形成，所述电极是驱动电路的最顶部金属层的暴露区域，并且所述墨水腔室构造成在所述腔室中由触点来悬置所述加热器元件。
任选地，蚀刻在驱动电路中的沟槽在所述电极之间延伸。
任选地，每个墨水腔室具有多个喷嘴；其中在使用中，所述致动器通过腔室中的所有喷嘴同时喷射墨水。
任选地，每个墨水腔室具有两个喷嘴。
任选地，在每个腔室中的喷嘴平行于加热器元件的长度设置为一行，并且所述喷嘴的中心轴线沿着加热器元件规则地间隔开。
任选地，所述喷嘴是椭圆形的。
任选地，所述椭圆形喷嘴的长轴线对齐。
任选地，所述驱动电路具有用于每个热致动器的驱动场效应晶体管(FET)，所述驱动FET的驱动电压小于5伏。
任选地，所述驱动FET的驱动电压是2.5伏。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括至少一个延伸穿过每个墨水入口的注墨特征；以使在墨水入口处的墨水弯月面的表面张力作用为将墨水从入口处吸出并部分地沿着朝向墨水腔室的流动路径吸取墨水。
任选地，每个墨水入口具有可透墨捕捉器和排气口，排气口的尺寸设计为使得横跨排气口的墨水弯月面的表面张力阻止墨水渗漏；其中，在使用中，所述可透墨捕捉器指引气泡到排气口，在排气口处气泡排出到环境中。
任选地，所述墨水腔室具有长形形状，以使侧壁中的两个相对于其它侧壁是长的，并且用于使墨水填充所述腔室的开口在其中的一个长侧壁中。
在另一方面，提供一种喷墨打印头，所述喷墨打印头进一步包括在每个墨水腔室的开口处的过滤器结构，所述过滤器结构具有横向于经过开口的流动方向延伸的多排障碍物，所述每排的障碍物被间隔开，以使它们与相邻排里的障碍物关于流动方向不对齐。
任选地，所述喷嘴设置为多排，以使喷嘴中心共线并且沿着每排的喷嘴节距大于每英寸1000个喷嘴。
任选地，所述喷嘴板具有外表面，所述外表面具有用于减少静摩擦系数(被称为“静态摩擦”)的结构。
根据本发明的打印头包括多个喷嘴、还有腔室以及一个或者多个对应于每个喷嘴的加热器元件。所述打印头的最小重复单元具有给一个或多个腔室供给墨水的墨水供应入口。通过重复这些单个单元形成整个喷嘴阵列。在此，这种单个单元称作“单位单元”。
而且，术语“墨水”用来表示任何可喷射的液体，并不受限于含有彩色染料的普通墨水。无颜色的墨水的示例包括定色液、红外吸收墨水、功能性化学制剂、胶粘剂、生物流体、药剂、水和其它溶剂等等。所述墨水或者可喷射液体不必是严格的液体，可以包括固体颗粒悬浮液。
附图说明
现在仅参考附图通过示例来阐述本发明的优选实施方式，其中，
图1示出在根据本发明的打印头上的MEMS喷嘴阵列的部分制造的单位单元，所述单位单元沿图3中的A-A截取；
图2是图1中部分制造的单位单元的立体图；
图3示出与加热器元件沟槽的蚀刻相关联的掩模；
图4是在沟槽蚀刻之后的单位单元的剖视图；
图5是图4所示的单位单元的立体图；
图6是与图7所示的牺牲光刻胶沉积相关联的掩模；
图7示出在牺牲光刻胶沟槽沉积之后的单位单元，其中具有在牺牲材料的边缘和所述沟槽的侧壁之间的间隙的放大图；
图8是图7所示的单位单元的立体图；
图9示出在牺牲光刻胶的重新流动而封闭沿着沟槽侧壁的间隙之后的单位单元；
图10是图9所示的单位单元的立体图；
图11是示出加热器材料层沉积的剖视图；
图12是示出在图11中的单位单元的立体图；
图13是与图14中示出的加热器材料的金属蚀刻相关联的掩模；
图14是示出成形加热致动器的金属蚀刻的剖视图；
图15是图14中示出的单位单元的立体图；
图16是与图17中示出的蚀刻相关联的掩模；
图17示出光刻胶层的沉积和随后对CMOS驱动层顶部上的钝化层的墨水入口蚀刻；
图18是图17所示的单位单元的立体图；
图19示出穿过钝化层和CMOS层到下面的硅晶片的氧化蚀刻；
图20是图19所示的单位单元的立体图；
图21是深度各向异性蚀刻进硅晶片的墨水入口；
图22是图21所示的单位单元的立体图；
图23是与图24所示的光刻胶蚀刻相关联的掩模；
图24示出为所述腔室室顶和侧壁形成开口的光刻胶蚀刻；
图25是图24所示的单位单元的立体图；
图26示出所述侧壁和风险材料的沉积；
图27是图26所示的单位单元的立体图；
图28是与图29所示的喷嘴凸缘蚀刻相关联的掩模；
图29示出形成喷嘴孔凸缘的室顶层蚀刻；
图30是图29所示的单位单元的立体图；
图31是与图32示出的喷嘴孔蚀刻相关联的掩模；
图32示出形成椭圆形喷嘴孔的室顶材料蚀刻；
图33是图32所示的单位单元的立体图；
图34示出第一和第二牺牲层的氧等离子体释放蚀刻；
图35是图34所示的单位单元的立体图；
图36示出在释放蚀刻后的单位单元，以及晶片的相对侧；
图37是图36所示的单位单元的立体图；
图38是与图39示出的反向蚀刻相关联的掩模；
图39示出反向蚀刻进晶片的墨水供应槽道；
图40是图39所示的单位单元的立体图；
图41示出通过后侧蚀刻的晶片薄化；
图42是图41所示的单位单元的立体图；
图43是在根据本发明的打印头上的喷嘴阵列的局部立体图；
图44示出单位单元的平面视图；
图45示出图44中单位单元的立体图；
图46是两个单位单元的示意性平面视图，其中两个单位单元已经被移走室顶层，但是仅用轮廓线示出某些室顶层特征。
图47是两个单位单元的示意性平面视图，其中两个单位单元已经被移走室顶层，但是仅以轮廓线示出喷嘴开口；
图48是在所述腔室的侧壁上具有墨水入口孔的单位单元的局部示意性平面视图；
图49是单位单元的示意性平面视图，其中单位单元的室顶层已经被移走，但是仅以轮廓线示出喷嘴开口；
图50是具有静摩擦减小结构和纸灰尘颗粒的喷嘴板的局部平面视图；
图51是具有残余墨水槽的喷嘴板的局部平面视图；
图52是示出依照用来避免夹条(stringer)的现有技术的SAC1光刻胶沉积的局部剖视图；
图53是示出沉积在图52中的SAC1光刻胶平台上的加热器材料层的沉积的局部剖视图；以及
图54是在每个腔室中具有多个喷嘴与致动器的单位单元的局部示意性剖视图。
具体实施方式
在接下来的描述中，相应的参考标号涉及相应零件。为了方便，各参考标号所表示的特征如下所列。
MNN MPN系列零件列表
1喷嘴单位单元
2硅晶片
3在CMOS金属层中的最顶部铝金属层
4钝化层
5CVD氧化物层
6在最顶部铝金属层3中的墨水入口开口
7在最顶部铝金属层3中的蚀坑开口
8蚀坑
9电极
10SAC1光刻胶层
11加热器材料(TiAlN)
12热致动器
13光刻胶层
14蚀刻穿过光刻胶层的墨水入口开口
15墨水入口通道
16SAC2光刻胶层
17腔室侧壁开口
18前槽道注墨特征
19在墨水入口处的屏障结构
20腔室室顶层
21室顶
22侧壁
23墨水管道
24喷嘴腔室
25椭圆形喷嘴凸缘
25(a)内唇部
25(b)外唇部
26喷嘴孔
27墨水供应槽道
28触点
29加热器元件
30气泡箱
32气泡滞留结构
34可透墨结构
36放气孔
38墨水腔室
40双排过滤器
42纸灰尘
44墨水槽
46在SAC1和沟槽侧壁之间的间隙
48沟槽侧壁
50SAC1绕着沟槽边缘的凸起唇部
52加热器材料的较薄倾斜部分
54在串连的加热器元件之间的冷点
56喷嘴板
58柱状凸起
60侧壁墨水开口
62墨水填充开口
MEMS制造工艺
MEMS制造工艺在CMOS处理完成后在硅晶片上构造喷嘴结构。图2是喷嘴单位单元100在CMOS处理完成后、并在MEMS处理之前的剖面立体图。
在晶片的CMOS处理过程中，向硅晶片2上沉积四个金属层，所述金属层散置于夹层介电(ILD)层之间。所述四个金属层称为M1层、M2层、M3层和M4层，并且在CMOS处理过程中被按顺序地构建在晶片上。这些CMOS层为操作所述打印头提供所有的驱动电路和逻辑电路。
在完成的打印头中，每个加热器元件致动器经由限定在最外面的M4层中的一对电极连接到CMOS。因此，所述M4CMOS层是用于晶片的随后MEMS处理的基础。所述M4层还沿着每个打印头集成电路的纵向边缘限定焊接区。这些焊接区(未示出)允许经由自焊接区延伸的丝焊将所述CMOS连接到微处理器。
图1和图2示出铝M4层3，该铝M4层3具有沉积在其上的钝化层4。(在这些图中仅示出M4层的MEMS特征，M4层的主要CMOS特征设置在喷嘴单位单元的外部)。所述M4层3具有1微米的厚度，并且自身沉积在2微米的CVD氧化物层5上。如图1和图2所示，所述M4层3具有墨水入口开口6和蚀坑开口7。这些开口限定随后在MEMS处理过程中形成的墨水入口和蚀坑的位置。
在单位单元1的MEMS处理过程开始之前，通过蚀刻穿过钝化层4来限定沿着每个打印头集成电路的纵向边缘的焊接区。这种蚀刻暴露出在焊接区位置处的M4层3。对于这一步骤，所述喷嘴单位单元1由光刻胶完全遮掩，因此不受蚀刻的影响。
参照图3至图5，MEMS处理过程的第一阶段蚀刻出经由钝化层4和CVD氧化层5的蚀坑8。使用由图3所示的暗色调蚀坑掩模所曝光的光刻胶层(未示出)来限定这种蚀刻。从M4层3的顶部测量，蚀坑8具有2微米的深度。在蚀刻蚀坑8的同一时间，借助于穿过钝化层4而部分地暴露M4层3的方式在蚀坑的两侧限定电极9。在完成的喷嘴中，所述加热器元件横跨蚀坑8而悬置于电极9之间。
在下一步骤中(图6至图8)，对所述蚀坑8填充由光刻胶10构成的第一牺牲层(“SAC1”)。先将2微米的高粘性光刻胶层旋涂到晶片上，然后使用图6所示的暗色调掩膜曝光。所述SAC1光刻胶10形成平台，所述平台用于横跨在蚀坑8两侧的电极9的加热器材料的随后沉积。因此，SAC1光刻胶10具有与电极9的上表面齐平的平坦上表面很重要。同时，SAC1光刻胶必须完全填充蚀坑8，以避免横跨蚀坑延伸并且使电极9短路的导电加热器材料的“夹条”。
通常，当用光刻胶填充沟槽时，有必要对沟槽周界外侧的光刻胶进行曝光，从而确保光刻胶填充到沟槽的壁，因此避免在随后沉积步骤中的“夹条”。然而，这种技术导致绕着沟槽周界产生光刻胶的凸起(或者钉状)边缘。这是不期望的，因为在随后的沉积步骤中，材料会不均匀地沉积在凸起边缘上——在边缘上的竖直表面或者倾斜表面将会比填充沟槽的光刻胶的水平平坦表面接收更少的沉积材料。结果使在材料沉积薄的区域内具有“电阻热点”。
如7所示，本处理过程使用图6所示的掩模对在蚀坑8(例如，在0.5微米内)周壁的内侧的SAC1光刻胶10进行精确的曝光。这样保证SAC1光刻胶10的平坦上表面并且避免绕着蚀坑8的周界凸缘产生光刻胶的任何钉状区域。
在SAC1光刻胶10的曝光之后，通过加热，所述光刻胶重新流动。重新流动所述光刻胶使其流到蚀坑8的壁处，从而精确地填充蚀坑的壁。图9和图10示出在重新流动后的SAC1光刻胶。所述光刻胶具有平坦的上表面并与形成电极9的M4层3的上表面齐平。在重新流动之后，对所述SAC1光刻胶进行U.V.固化和/或烤干，从而避免在加热器材料的随后沉积步骤中的任何重新流动。
图11和图12示出在将0.5微米的加热器材料11沉积到SAC1光刻胶10上之后的单位单元。由于上述的重新流动处理过程，所述加热器材料11得以均匀沉积并沉积为位于电极9和SAC1光刻胶10上方的平面层。所述加热器材料可由任何合适的导电材料构成，例如TiAl、TiN、TiAlN、TiAlSiN等。典型的加热器材料沉积处理过程可包括按顺序沉积100
Figure A20058005181700381
的TiAl种子层、2500
Figure A20058005181700382
的TiAlN层、另一100
Figure A20058005181700383
的TiAl种子层以及最后再一2500的TiAlN层。
参考图13至15，在下一个步骤中，蚀刻加热器材料11的层从而限定热致动器12。每一个致动器12具有触点28，触点28与SAC1光刻胶两侧的各个电极9建立电连接。加热器元件29在其相应触点28之间跨设。
这种蚀刻由使用图13所示的暗色调掩模曝光的光刻胶层(未示出)来限定。如图15所示，加热器元件12是跨设在一对电极9之间的线性梁。然而，所述加热器元件12可以选择性地采取其它构造，例如在申请人的美国专利号为6,755,509的专利中公开的那些构造，在此通过引用将该专利的内容纳入本申请。例如，具有中央空缺部分的加热器元件29构造对于最小化在墨水喷射过程中气泡破裂时作用在加热器材料上的空穴力的有害效果是有利的。也可采用其它形式的空穴保护方法，例如“气泡排气”以及使用自身钝化材料。在美国专利申请(我们的卷号为MTC001US)中详细讨论了这些空穴处理技术。
在接下来的顺序步骤中，经由钝化层4、氧化层5和硅晶片2蚀刻用于喷嘴的墨水入口。在CMOS处理过程中，每个金属层具有穿过其进行蚀刻的墨水入口开口(参见例如图1中M4层3中的开口6)，用于为这个墨水入口蚀刻做准备。这些金属层连同散布的ILD层形成用于墨水入口的密封环，从而阻止墨水渗透进CMOS层。
参考图16至18，光刻胶13的较厚层被旋涂在晶片上并且使用图16所示的暗色调掩模而进行曝光。光刻胶13的所需厚度取决于对用来蚀刻墨水入口的深反应离子蚀刻(DRIE)的选择。在光刻胶13中限定墨水入口开口14，所述晶片为随后的蚀刻步骤做好准备。
在第一蚀刻步骤中(图19和20)，介电层(钝化层4和氧化层5)被蚀刻穿透一直到下面的硅晶片。也可使用任何标准的氧化蚀刻(例如O2/C4F8等离子体)。
在第二蚀刻步骤(图21和图22)中，使用相同的光刻胶掩模13，将墨水入口15蚀刻为在硅晶片2中深度达25微米。对于这种蚀刻，也可使用任何标准的各向异性DRIE——例如Bosch蚀刻(见美国专利第6,501,893和6,284,148号)。在蚀刻墨水入口15之后，通过等离子体灰化方法将光刻胶层13除去。
在下一个步骤中，用光刻胶填塞墨水入口15并且在SAC1光刻胶10和钝化层4的顶部上建立光刻胶16的第二牺牲层(“SAC2”)。所述SAC2光刻胶16用作用于室顶材料随后沉积的平台，室顶材料的随后沉积形成用于每个喷嘴腔室的室顶和侧壁。参考图23至25，a～6微米的高粘性光刻胶层被旋涂在晶片上并且使用图23所示的暗色调掩模进行曝光。
如图23和25所示，所述掩模曝光SAC2光刻胶16中与腔室侧壁和用于墨水管道侧壁位置对应的侧壁开口17。此外，开口18和19分别相邻于被填塞的入口15和喷嘴腔室出口而进行曝光。在随后的室顶沉积步骤中，这些开口18和19会由室顶材料填充，并且在本发明的喷嘴设计中这些开口18和19提供独特的优点。特别地，由室顶材料填充的开口18用作注墨特征，其有助于将墨水从入口15吸入到每个喷嘴腔室中。下面对此进行更详细的描述。由室顶材料填充的开口19用作过滤器结构和射流串扰屏障。这些有助于阻止气泡进入喷嘴腔室中，并且有助于传播热致动器12产生的压力脉冲。
参考图26和27，在下一个阶段通过PECVD方法在SAC2光刻胶16上沉积3微米的室顶材料20。室顶材料20填充SAC2光刻胶16中的开口17、18和19，从而形成具有室顶21和侧壁22的喷嘴腔室24。在室顶材料20的沉积过程中，也形成给每个喷嘴腔室提供墨水的墨水管道23。此外，同时还形成所有注墨特征和过滤器结构(未示出在图26和27中)。所述室顶21——每个室顶都对应于相应的喷嘴腔室24——横跨位于一排中的相邻喷嘴腔室，从而形成连续的喷嘴板。所述室顶材料20可由任何合适的材料——例如氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氮化铝等构成。
参考图28至30，下一个阶段通过蚀刻掉2微米的室顶材料20来限定室顶21中的椭圆形喷嘴凸缘25。这种蚀刻使用由图28所示的暗色调凸缘掩模所曝光的光刻胶层(未示出)来限定。所述椭圆形凸缘25包括两个共轴线凸缘唇部25a和25b，凸缘唇部25a和25b设置在与它们相应的热致动器12上方。
参考图31至33，下一个阶段通过蚀刻穿过材料20的由凸缘25界定的剩余部分，从而在室顶21中限定椭圆形喷嘴孔26。这种蚀刻使用由图31所示的暗色调室顶掩模所曝光的光刻胶层(未示出)来限定。所述椭圆形喷嘴孔26设置在热致动器12上方，如图33所示。
现在所有的MEMS喷嘴特征完全形成，下一个阶段通过O2等离子体灰化方法来除去SAC1和SAC2光刻胶层10和16(图34和35)。在灰化后，所述热致动器12悬置在蚀坑8上方的单一平面内。触点28和加热器元件29的共面沉积提供与电极9的有效电连接。
图36和图37示出在灰化SAC1光刻胶层10和SAC2光刻胶层16后的硅晶片2的整个厚度(150微米)。
参考图38至40，一旦晶片的前侧MEMS处理过程完成，就使用标准的各向异性DRIE从晶片的后侧蚀刻墨水供应槽道27，从而与墨水入口15相遇。这种后侧蚀刻使用由图38所示的暗色调掩模所曝光的光刻胶层(未示出)来限定。墨水供应槽道27使晶片后侧和墨水入口15之间流体连接。
最后，参考图41和42，通过后侧蚀刻使所述晶片变薄135微米。图43示出在完成的打印头集成电路的剖面立体视图中的相邻三排喷嘴。每排喷嘴具有沿着其长度延伸并给每排中多个墨水入口15供应墨水的相应墨水供应槽道27。所述墨水入口又给每排的墨水管道23供应墨水，并且每个喷嘴腔室接收来自那排共用墨水管道的墨水。
具体实施方式的特征和优点
下文在合适的副标题下方讨论本发明实施方式的某些特定特征以及这些特征的优点。除非上下文明确排除某些图并明确指出相关的那些图，否则可认为这些特征与涉及本发明的所有附图相关。
低损耗电极
如图41和图42所示，加热器元件29悬置在所述腔室内。这样确保当对所述腔室注墨时加热器元件浸入在墨水中。完全将加热器元件浸入在墨水中显著得提高了打印头效率。更加少的热量散入下面的晶片基材中，从而更多的输入能量被用来产生喷射墨水的气泡。
为了悬置加热器元件，所述触点可用来将所述元件支撑到升高位置。本质上，在加热器元件任何一端的触点可以具有竖直部分或者倾斜部分，从而将CMOS驱动上的各个电极连接到处于升高位置的所述元件。然而，沉积在竖直表面或者倾斜表面上的加热器材料比沉积在水平表面上的加热器材料薄。为了避免由较薄部分引起的不期望的电阻损耗，热致动器的触点部分需要较大。较大的触点占据晶片表面上的非常大的面积并限制喷嘴组装密度。
为了浸入加热器，本发明在电极9之间蚀刻有蚀坑或者沟槽8，从而降低腔室底板的高度。如上所述，光刻胶层(SAC)10(见图9)沉积在沟槽8中从而为加热器元件提供平台。然而，在沟槽8中沉积SAC10并用加热器材料层简单对SAC10进行覆盖，会导致在SAC10和沟槽8的侧壁48之间的间隙46中形成夹条(如关于图7先前所描述的)。之所以形成间隙是因为难以精确地将所述掩模与沟槽8的侧壁匹配。通常，当经掩模的光刻胶被曝光时，在蚀坑的侧面和SAC之间形成间隙46。当所述加热器材料层沉积时，其填充这些间隙从而形成“夹条”(如同所知道的)。在金属蚀刻(其形成加热器元件)和释放蚀刻(最后除去SAC)之后，所述夹条保持在沟槽8中。所述夹条会使所述加热器短路以使加热器不能产生气泡。
现参考图52和53，其示出用于避免夹条的“传统”技术。通过制造使SAC曝光地稍微大于沟槽8的UV掩模，所述SAC10会沉积在侧壁48之上从而没有间隙形成。遗憾的是，这样产生围绕沟槽顶部的凸起唇部50。当沉积加热器材料层11时(见图53)，在唇部50的竖直表面或者倾斜表面52上的加热器材料层11较薄。在进行金属蚀刻和释放蚀刻之后，所以这些薄的唇部结构52保留并因为局部薄化增加了电阻而引起“热点”。这些热点影响加热器的操作并且通常降低加热器寿命。
如上所述，申请人已发现重新流动SAC10会封闭间隙46，从而使得在电极9之间的平台是完全平坦的。这使得整个热致动器12是平坦的。具有直接沉积在CMOS电极9上的触点并具有悬置的加热器元件29的热致动器的平面结构避免了由竖直表面或者倾斜表面所引起的热点，从而在没有较大电阻损耗增加的情况下所述触点可以具有更小的结构。低电阻损耗保持悬置加热器元件的高效操作，并且小触点尺寸便于在打印头上紧密地组装喷嘴。
用于每个腔室的多个喷嘴
参考图49，所示出的单位单元具有两个独立的墨水腔室38，每个腔室具有在相应一对触点28之间延伸的加热器元件29。可透墨结构34设置在墨水填充开口中，从而所述墨水能进入所述腔室，但是在启动时，所述结构34提供足够的液压阻力从而将任何回流或者射流串扰降低到可接受的水平。
墨水从晶片的相反侧穿过墨水入口15而供给。注墨特征(primingfeatures)18延伸进入入口开口，从而墨水弯月面不会将自身钉在开口的周缘并且不会阻止墨水流动。来自入口15的墨水填充向单位单元的两个腔室38供墨的侧部墨水管道23。
代替每个腔室具有单个喷嘴的形式，每个腔室38具有两个喷嘴25。当所述加热器元件29启动时(形成气泡)，喷射出两个墨滴；从每个喷嘴25喷出一个墨滴。每个单独的墨滴比在腔室只具有一个喷嘴的情况喷射的单个墨滴具有更小的体积。通过同时从单个腔室中喷射出多个墨滴提高了打印质量。
每个喷嘴在喷射的墨滴中有一定程度的错误指引方向。取决于错误指引方向的程度，这对打印质量来说是有害的。通过给腔室提供多个喷嘴，每个喷嘴喷射更小体积的墨滴，并且这些墨滴具有不同的错误指引方向。与被错误指引的单个较大墨滴相比，在不同方向上被错误指引的几个小墨滴对打印质量的损害较小。申请人已发现，眼睛能够平均每个小墨滴的错误指引方向并有效地“看到”来自单个墨滴的具有极小的总错误指引方向的圆点。
多个喷嘴腔室也能比单个喷嘴腔室更高效地喷射墨滴。所述加热器元件29是长形的悬臂TiAlN梁，并且其形成的气泡同样是长形的。由长形气泡产生的压力脉冲会促使墨水喷射穿过在中央设置的喷嘴。然而，来自压力脉冲的一些能量消散在与气泡的几何形状和喷嘴的几何形状之间的不匹配性相关联的液压损失中。
沿着加热器元件29的长度间隔开的几个喷嘴25降低了气泡形状和墨水被喷射通过的喷嘴结构之间的几何差异性。这样又降低了对墨水喷射的液压阻力并且因此提高了打印头效率。
经由相邻墨水腔室填充墨水腔室
参考图46，示出两个相对的单位单元。在这个实施方式中，单位单元具有四个墨水腔室38。所述腔室由侧壁22和可透墨结构34限定。每个腔室具有其自己的加热器元件29。所述加热器元件29成对设置并串连。在每一对加热器元件29之间是具有较低电阻或者较大热耗散的“冷点”54。这样确保气泡在冷点54处不会成核，因此所述冷点形成用于每对加热器元件的外触点28之间的共用触点。
所述可透墨结构34使墨水在墨滴喷射后填充腔室38，但是阻碍来自每个加热器元件29的压力脉冲从而降低在相邻腔室之间的射流串扰。可以理解的是，这个实施方式与以上讨论的在图49中所示的实施方式具有许多相似点。然而，本发明的实施方式有效地将图49中的较长的腔室分成两个独立的腔室。这进一步调整了由加热器元件29形成的气泡的几何形状与喷嘴25的形状，从而降低了在墨滴喷射过程中的液压损失。这可在不降低喷嘴密度的情况下获得，但是这样确实给制造过程增加了一些复杂性。
用于将墨水配送到阵列中每个墨水腔室的管道(墨水入口15和供应管道23)会占据相当大比例的晶片面积。这对于在打印头上的喷嘴密度来说是一个限制因素。通过使一些墨水腔室成为到达其它墨水腔室的墨水流动路径的一部分，同时保持每个腔室充分摆脱射流串扰，降低了墨水供应管道所占据的晶片面积损失量。
具有多个致动器和相应喷嘴的墨水腔室
参考图54，所示出的单位单元具有两个腔室38；每个腔室具有两个加热器元件29和两个喷嘴25。以上关于图49所示的实施方式讨论了通过每个腔室使用多个喷嘴来有效减少墨滴错误指引方向。通过参考图46所示的实施方式在上面讨论了将单个长形腔室分成多个独立腔室的附加好处，每个独立腔室具有各自的致动器。本实施方式在每个腔室中使用多个喷嘴和多个致动器来在极大地降低复杂设计的情况下获得具有图46中实施方式的大多数优点。由于具有简单的设计，因此降低了单位单元的整个尺寸从而允许更大的喷嘴密度。在所示出的实施方式中，单位单元的覆盖区是64微米长16微米宽。
所述可透墨结构34是在通向每个腔室38的墨水填充开口处的单个柱体，而不是如图46实施方式所示的三个间隔开的柱体。所述单个柱体具有这样的横截面轮廓：即该横截面轮廓对填充流动的阻力更小，但是对由于启动压力脉冲所致的突然回流具有更大的阻力。可同时沉积在每个腔室中的两个加热器元件、连同触点28和冷点特征54。来自共用墨水入口15和供应管道23的墨水供给两个腔室38。这些特征也使覆盖区得以减小，下面将更详细地讨论这些特征。所述注墨特征18与腔室侧壁22和壁墨水管道23中的一个已制造成一体。这些特征的双重目的本质简化了制造并有助于保持设计紧凑。
用于每个驱动电路的多个腔室和多个喷嘴
在图54中，所述致动器串联，因此通过同一驱动信号而一致地启动从而简化了CMOS驱动电路。在图46的单位单元中，在相邻喷嘴中的致动器在同一驱动电路内串联。当然，在相邻腔室中的致动器也能并联。相反地，如果在每个腔室中的致动器在独立的电路中，那么CMOS驱动电路会更加复杂并且所述单位单元的覆盖区尺寸会增加。在通过用多个更小的墨滴替代的方式解决墨滴错误指引方向的打印头设计中，将几个致动器和其各自的喷嘴结合入共用的驱动电路在打印头IC制造和喷嘴密度两个方面都是有效的处理方法。
高密度的热喷墨打印头
降低单位单元宽度使打印头能够具有喷嘴图案，先前要具有这样的喷嘴图案需要降低喷嘴密度。当然，更低的喷嘴密度对打印头尺寸和/或打印质量具有相应的影响。
传统地，喷嘴排与每排的在相对方向上延伸的致动器成对设置。所述多个排相对于彼此错开以使打印分辨率(每英寸点数)是沿着每排的喷嘴节距(每英寸的喷嘴)的两倍。通过将单位单元的部件构造为使得所述单位的整个宽度减小的方式，在不牺牲任何打印分辨率(d.p.i)的情况下，能够将相同数目的喷嘴设置进单排中而不是两个错开并且相对的排中。附图中所示的实施方式获得在每个线性排中每英寸大于1000个喷嘴的喷嘴节距。在这个喷嘴节距，当考虑两个相对错开的排时，打印头的打印分辨率优于照相(1600dpi)，并且具有足够的容量用于多余喷嘴、闭塞喷嘴补偿等等，这样确保打印头的操作寿命保持为令人满意。如上所述，图54所示的实施方式具有16微米宽的覆盖区，因此沿着一个排的喷嘴节距是每英寸大约1600个喷嘴。因此，两个偏移错开的排产生大约3200d.p.i.的分辨率。
由于与较窄单位单元相关联的特别优点的实现，所以申请人集中精力在识别和结合多个特征从而降低打印头中的结构相关尺寸方面。例如，申请人已开发出椭圆形喷嘴、从腔室中转移墨水入口、更好的几何逻辑以及更短的驱动FETs(场效应晶体管)这些特征，从而得到所示出的一些实施方式。每个贡献特征都需要从本领域常用智慧出发，例如降低FET驱动电压——从广泛使用的传统5V降至2.5V，从而减小晶体管的长度。
减小静摩擦的打印头表面
静摩擦或者如已知的“静态摩擦”使灰尘颗粒“粘附”在喷嘴板上并且因此堵塞喷嘴。图50示出喷嘴板56的一部分。为了清楚起见，还示出喷嘴孔26和喷嘴凸缘25。喷嘴板的外表面由柱形凸起58形成图案，所述柱状凸起58从板表面开始延伸一段短距离。所述喷嘴板还能由其它表面结构——例如间隔很近的脊、皱起或者隆起——形成图案。然而，用于所示出的形成图案的柱形凸起的合适UV掩模很容易制造，并且将柱体蚀刻进外表面是件简单的事情。
通过降低静摩擦系数，纸灰尘或者其它污染物堵塞喷嘴板中的喷嘴的可能性更小。用凸起结构在喷嘴板的外表面形成图案限制了灰尘颗粒接触的表面面积。如果颗粒仅能接触每个结构的外末端，那么在颗粒和喷嘴板之间的摩擦是最小的，因此附连的可能性更小。如果颗粒确实附连，它们很可能由于打印头维修循环而被除去。
入口注墨特征
参考图47，示出的两个单位单元在彼此相反方向上延伸。所述墨水入口通道15经由侧向墨水管道23给四个腔室38提供墨水。穿过微米级管道——例如墨水入口15——来将墨水配送到在喷墨打印头中的独立MEMS喷嘴会因为不会在微米级的流动中产生的因素而复杂化。可形成弯月面，根据孔的几何形状，弯月面能将自身强有力地“钉”在孔的唇部上。这在打印头——例如放出所捕捉的气泡但是保留墨水的放气孔——中是有用的，但是如果阻止流向一些腔室的墨水的情况下则还是有问题的。当初始用墨水对打印头注墨时，这非常可能发生。如果墨水弯月面钉在墨水入口开口处，那么由此入口供应的腔室不注墨。
为了预防这一点，两个注墨特征18形成为它们延伸穿过入口孔15的平面。所述注墨特征18是从喷嘴板(未示出)的内部延伸到入口15周界的柱体。每个柱体18的一部分位于所述周界内，从而在墨水入口处的墨水弯月面的表面张力在注墨特征18处形成，以使从入口吸出墨水。这样从所述周界部分上“移开”弯月面会使墨水朝着墨水腔室流动。
所述注墨特征18能采取许多形式，只要它们具有横向于孔平面延伸的表面即可。此外，注墨特征可以是如图54所示的其它喷嘴特征的整合部分。
侧面进入墨水的腔室
参考图48，示出几个相邻的单位单元。在这个实施方式中，所述长形加热器元件29平行于墨水配送管道23延伸。因此，所述长形墨水腔室38也与墨水管道23对齐。侧壁开口60将腔室38连接到墨水管道23。将墨水腔室构造为使它们具有侧面入口减少了墨水填充时间。所述入口较宽，因此填充流速较高。侧壁开口60具有可透墨结构34从而使射流串扰保持在可接受的水平。
用于墨水腔室的入口过滤器
再次参考图47，每个腔室38的墨水填充开口具有过滤器结构40，从而捕捉气泡或者其它污染物。墨水中的气泡或者固体污染物对MEMS喷嘴结构来说是有害的。所述固体污染物能明显地堵塞喷嘴开口，而气泡是高度可压缩的，如果气泡被捕捉在墨水腔室中，则会吸收来自致动器的压力脉冲。这会显著地抑制从受影响的喷嘴进行墨水喷射。通过提供横向于经过开口的流动方向延伸的多排障碍物形式的过滤器结构40，并使每排障碍物被间隔为它们与相邻排中的障碍物关于流动方向互不对齐，所述污染物不太可能进入腔室38，同时墨水填充流速不会过度减小。所述多个排彼此偏移并且所引起的湍流对喷嘴填充速度具有最小的影响，但是气泡或者其它污染物会沿相对弯曲的流动路径而行，这样增加它们被障碍物40留住的机率。
所示出的实施方式使用两排柱体形式的障碍物40，所述障碍物40在晶片基材和喷嘴板之间延伸。
在多色喷墨打印头中的色彩之间的表面屏障
现参考图51，示出用于例如上述的示出在图46中的单位单元的喷嘴56外表面。所述喷嘴孔26直接设置在加热器元件(未示出)的上方，并且在墨水管道23上方(见图46)在喷嘴板56中形成一系列方棱墨水槽44。
喷墨打印机通常具有维护站，当不使用时该维护站给打印头加帽。为了从喷嘴板上除去多余的墨水，压盖机可以脱开以从喷嘴板的外表面上脱离下来。这促使在压盖机表面和喷嘴板外部之间形成墨水弯月面。通过使用接触角滞后方法，润湿喷嘴板外部的大部分墨水能够得到收集并且由压盖机和喷嘴板之间的弯月面吸取，接触角滞后方法涉及在弯月面中的表面张力接触所述表面的角度(对于更多细节，见申请人共同未决的USSN(我们的案号为FND007US)，在此通过引用将其纳入本申请)。在压盖机从喷嘴板完全脱离的时候，所述墨水方便地沉积为大墨珠。遗憾的是，一些墨水保留在喷嘴板上。因为弯月面从喷嘴板的整个表面吸取墨水，那么如果打印头是多色打印头，则剩余在给定喷嘴孔中或者周围的残余墨水可能与喷嘴所喷射的墨水颜色不同。由来自另一喷嘴的墨水在一个喷嘴中所引起的墨水污染会在打印中产生可视的伪影。
横向于压盖机脱离喷嘴板的方向延伸的槽结构44会除去和保留弯月面中的一些墨水。然而所述槽不会收集弯月面中的所有墨水，它们确实极大地降低了不同颜色墨水的喷嘴污染等级。
气泡捕捉器
由墨水携带的气泡对于打印头操作来说非常有害。空气——或者确切地说是通常的气体——是高度可压缩的，并会吸收来自致动器的压力脉冲。如果被捕捉的气泡响应于致动器简单地进行压缩，那么不会从喷嘴喷射出墨水。使用有力的墨水流可将被捕捉的气泡从打印头上清除，但是被清除的墨水需要被吸干并且有力的墨流很可能会引入新的气泡。
在图46所示的实施方式中，在墨水入口15处具有气泡捕捉器。所述捕捉器由气泡滞留结构32以及在室顶层中形成的排气口36形成。所述气泡滞留结构是绕着入口15的周界间隔开的一系列柱体32。如上所述，所述注墨特征18具有双重目的并且方便地形成气泡滞留结构的一部分。在使用中，所述可透墨捕捉器指引气泡到达排气口，在排气口处气泡进入大气中。通过在墨水入口处捕捉气泡并且指引它们到达小的排气口，气泡会被有效地从墨水流中除去，而不发生任何墨水泄漏。
多个墨水入口流动路径
经由从晶片一侧延伸到另一侧的管道给喷嘴供应墨水使更多的晶片面积(在墨水喷射侧)具有喷嘴而不是复杂的墨水配送系统。然而，深度蚀刻的穿过晶片的微米级孔容易由污染物或者气泡堵塞。这使得由受影响的入口所供应的喷嘴极度缺乏墨水。
如图48清楚示出的，根据本发明的打印头具有至少两个墨水入口15，所述两个墨水入口15经由在喷嘴板和下面的晶片之间的墨水管道23来供应每个腔室38。
引进供应几个腔室38并且自身由几个墨水入口15供应的墨水管道23，降低了喷嘴因入口堵塞而缺乏墨的机率。如果一个入口15被堵塞，则所述墨水管道会从晶片中的其它入口吸取更多的墨水。
尽管已经在上文参考具体实施方式描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解本发明还能够以许多其它形式来实施。

Claims (20)

1.一种喷墨打印头，包括：
形成在晶片基材上的墨水腔室的阵列，每个所述墨水腔室具有喷嘴孔和热致动器，所述热致动器具有在两个触点之间延伸的加热器元件，以使所述元件悬置在所述腔室中；以及
驱动电路，其以平版方式沉积在晶片基材上，用于产生驱动信号，所述驱动电路给每个致动器的所述触点提供电极；
其中，所述触点和加热器元件共面，以使所述加热致动器为整体平面结构。
2.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中，所述加热器元件是加热器材料的长形条。
3.根据权利要求2所述的喷墨打印头，其中，所述电极是驱动电路的最顶部金属层的暴露区域。
4.根据权利要求3所述的喷墨打印头，其中，蚀刻进所述驱动电路的沟槽在所述电极之间延伸。
5.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中，每个墨水腔室具有多个喷嘴；其中在使用中，所述致动器通过所述腔室中的所有喷嘴同时喷射墨水。
6.根据权利要求5所述的喷墨打印头，其中，每个所述墨水腔室具有两个喷嘴。
7.根据权利要求5所述的喷墨打印头，其中，在每个所述腔室中的喷嘴平行于加热器元件的长度设置为一行，并且所述喷嘴的中心轴线沿着所述加热器元件规则地间隔开。
8.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中，所述喷嘴是椭圆形的。
9.根据权利要求8所述的喷墨打印头，其中，所述椭圆形喷嘴的长轴线对齐。
10.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中，所述驱动电路具有用于每个热致动器的驱动场效应晶体管(FET)，所述驱动FET的驱动电压小于5伏。
11.根据权利要求10所述的喷墨打印头，其中，所述驱动FET的驱动电压是2.5伏。
12.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中，所述墨水腔室的阵列由在喷嘴板和下面的晶片基材之间延伸的侧壁限定，每个腔室的其中一个侧壁具有使墨水填充所述腔室的开口；
在所述喷嘴板和下面的晶片之间的墨水管道，所述墨水管道与多个所述墨水腔室的开口流体连通。
13.根据权利要求12所述的喷墨打印头，进一步包括限定在晶片基材中的多个墨水入口；其中，每个墨水管道与至少一个所述墨水入口流体连通，所述墨水入口接收墨水以供给所述墨水腔室。
14.根据权利要求13所述的喷墨打印头，其中，每个墨水管道与两个所述墨水入口流体连通。
15.根据权利要求13所述的喷墨打印头，进一步包括至少一个延伸穿过每个所述墨水入口的注墨特征；以使
在所述墨水入口处的墨水弯月面的表面张力作用为将墨水从所述入口吸出并部分地沿着朝向所述墨水腔室的流动路径吸取墨水。
16.根据权利要求13所述的喷墨打印头，其中，每个所述墨水入口具有可透墨捕捉器和排气口，所述排气口的尺寸设计为使得横跨排气口的墨水弯月面的表面张力阻止墨水渗漏；其中在使用中，所述可透墨捕捉器指引气泡到达所述排气口，在所述排气口处所述气泡排出到环境中。
17.根据权利要求13所述的喷墨打印头，其中，所述墨水腔室具有长形形状，从而所述侧壁中的两个相对于其它侧壁是长的，并且用于使墨水填充所述腔室的所述开口在其中一个长侧壁中。
18.根据权利要求13所述的喷墨打印头，进一步包括在每个墨水腔室的开口处的过滤器结构，所述过滤器结构具有横向于经过开口的流动方向延伸的多排障碍物，在每排中所述障碍物被间隔开，以使它们与相邻排中的障碍物关于流动方向不对齐。
19.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中，所述喷嘴设置成多排，以使喷嘴中心共线，并且沿着每排的喷嘴节距大于每英寸1000个喷嘴。
20.根据权利要求12所述的喷墨打印头，其中，所述喷嘴板具有外表面，所述外表面具有用于降低静摩擦系数(已知为“静态摩擦”)的结构。
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