CN101372171A - 喷墨打印头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷墨打印头及其制造方法，该制造方法被改进从而简化了粘合层形成工艺，喷墨打印头的粘合层由具有感光特性的硅改性树脂例如硅改性聚酰亚胺树脂制成。通过在衬底上涂布硅改性聚酰亚胺树脂溶液、通过从涂布的硅改性聚酰亚胺树脂溶液中蒸发掉溶剂形成硅改性聚酰亚胺树脂层以及图案化硅改性聚酰亚胺树脂层，可以形成粘合层。

Description

喷墨打印头及其制造方法
技术领域
本发明总的发明构思涉及一种喷墨打印头及其制造方法，更具体地涉及一种具有提供在衬底和设置在该衬底上的流动通道层(flow channel layer)之间的粘合层的喷墨打印头及其制造方法。
背景技术
喷墨打印头是一种通过在记录纸张上的所需位置上喷射墨滴而形成图像的装置。喷墨打印头通常包括：衬底，在其表面上设置有用于墨水喷射的喷射压力产生元件；以及流动通道层，其设置在衬底上并形成墨水通道。钝化层可以设置在衬底上以保护喷射压力产生元件。此钝化层典型地由包含有机硅(silicone)的无机物制成。
流动通道层和衬底(或钝化层)之间的接触面是具有不同特性的材料接触的分界面。接触面具有差的耐久性。因此，粘合层设置在衬底和流动通道层之间以增大结合力，示例在日本专利申请公开No.11-348290中提供。
以上识别的喷墨打印头涉及通过其间的由聚醚酰胺(polyether amide)树脂制成的粘合层结合到衬底上的液体通道形成构件。由聚醚酰胺树脂制成的粘合层通过以下工艺形成。聚醚酰胺树脂通过旋涂法涂布在衬底上，用作蚀刻掩模的光致抗蚀剂图案在聚醚酰胺层上形成。接着，粘合层通过由O2等离子体灰化使聚醚酰胺层图案化而形成，用作掩模的光致抗蚀剂图案被去除。
然而，上述的喷墨打印头具有由于如此复杂的制造工艺引起的低生产率的问题，该复杂的制造工艺包括光刻工艺(用于通过图案化聚醚酰胺层形成粘合层)、蚀刻工艺和光致抗蚀剂去除工艺。此外，由于进行这些工艺需要大量的设备，投资和维护费用增加并导致大的经济负担。
发明内容
本发明总的发明构思提供一种喷墨打印头及其制造方法，该制造方法被改进从而简化了粘合层形成工艺。
本发明总的发明构思的附加的方面和/或应用将在下面的描述中部分地阐明并部分地从描述中变得明显，或可以通过本发明总的发明构思的实践而习知。
本发明总的发明构思的前述和/或其它方面和应用可以通过提供一种喷墨打印头而实现，该喷墨打印头包括：衬底；设置在衬底上的流动通道层；以及粘合层，设置在衬底和流动通道层之间，粘合层由具有感光特性的硅改性树脂制成。
硅改性树脂包括：硅改性聚酰亚胺树脂(silicone modified polyimide resin)。
粘合层通过光刻工艺形成。
本发明总的发明构思的前述和/或其它方面和应用也可以通过提供一种制造喷墨打印头的方法而实现，该方法包括：制备设置有喷射压力产生元件以喷射墨水的衬底；在衬底上形成由硅改性聚酰亚胺树脂制成的粘合层；以及在粘合层上形成流动通道层以限定墨水通道。
粘合层的形成可以包括：在衬底上涂布硅改性聚酰亚胺树脂溶液；通过从涂布的硅改性聚酰亚胺树脂溶液中蒸发掉溶剂来形成硅改性聚酰亚胺树脂层；以及图案化硅改性聚酰亚胺树脂层。
硅改性聚酰亚胺树脂层的图案化可以通过光刻工艺进行。
本发明总的发明构思的前述和/或其它方面和应用也可以通过提供一种制造喷墨打印头的方法来实现，该方法包括：制备设置有热量产生层以加热墨水的衬底；通过光刻工艺，使用具有感光特性的硅改性树脂在衬底上形成粘合层；以及通过光刻工艺在粘合层上形成流动通道层以限定墨水通道。
硅改性树脂可以包括：硅改性聚酰亚胺树脂。
本发明总的发明构思的前述和/或其它方面和效用也可以通过提供一种喷墨打印头来实现，该喷墨打印头包括：钝化层；流动通道层；以及粘合层，其设置在钝化层和流动通道层之间并与它们接触，粘合层由硅改性聚酰亚胺树脂制成。
本发明总的发明构思的前述和/或其它方面和应用也可以通过提供一种制造喷墨打印头的方法来实现，该方法包括：形成钝化层和流动通道层；以及形成设置在钝化层和流动通道层之间并与它们接触的硅改性树脂层。
硅改性树脂层的形成可以包括：至少在钝化层上涂布硅改性聚酰亚胺树脂溶液；通过从涂布的硅改性聚酰亚胺树脂溶液中蒸发溶剂形成硅改性聚酰亚胺树脂层；以及图案化硅改性聚酰亚胺树脂层。
附图说明
从下面实施例的描述并结合附图，本发明总的发明构思的实施例的这些和/或其它方面和应用将变得明显和更容易理解，附图中：
图1是示出根据本发明总的发明构思的实施例的喷墨打印头的截面图；
图2到11是示出根据本发明总的发明构思的实施例的制造喷墨打印头的方法的视图；
图12是示出根据本发明总的发明构思的实施例的喷墨打印头的制造方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细地参照本发明总的发明构思的示范性实施例，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记通篇指代相同的元件。为了通过参照附图解释本发明总的发明构思，实施例在下面描述。
图1是示出根据本发明总的发明构思的实施例的喷墨打印头的截面图。
参照图1，在实施例中，喷墨打印头可以是电热型喷墨打印头，其利用热源在墨水中产生气泡并通过气泡的膨胀力将墨滴喷出。如图1所示，此实施例的喷墨打印头包括衬底10，热量产生层11设置在衬底10上作为用于墨水喷射的喷射压力产生元件。电极12、钝化层13和抗气穴层(anti-cavitation layer)14设置在热量产生层11上。此外，限定墨水通道21的流动通道层20设置在衬底10上，形成用于墨水喷射的喷嘴31的喷嘴层30设置在流动通道层20上。粘合层40设置在流动通道层20和衬底10之间。粘合层40起到将流动通道层20稳定地结合到衬底10上的作用。
衬底10构造为硅晶片，形成有供墨孔10a，墨水通过该孔从墨水存储单元(未示出)提供。设置在衬底10上的热量产生层11是典型的薄膜加热器，通过将来自于电极12的电信号转换成热能来加热墨水。热量产生层11可以由金属材料例如氮化钽(TaN)或钽-铝(Ta-Al)制成。电极12设置在热量产生层11上，接收来自典型CMOS逻辑和功率晶体管的电信号，并将电信号传送到热量产生层11。热量存储层15可以设置在热量产生层11和衬底10之间，作为绝缘层并由氧化硅膜构成。热量存储层15起到防止热量产生层11产生的热量逸出到衬底10的作用。
钝化层13设置在热量产生层11和电极12上并与它们接触，以保护热量产生层11和电极12。钝化层13可以由具有良好绝缘特性和传热效率的氮化硅(SiN)膜构成。抗气穴层14可以设置在钝化层13上，在与喷嘴31相对应的位置。抗气穴层14防止热量产生层11由于气穴力而断裂，气穴力在由热量形成的气泡收缩时产生。
流动通道层20限定连接供墨孔10a和喷嘴31的墨水通道21。每个墨水通道21具有其中填充墨水的墨水腔21a以及连接供墨孔10a和墨水腔21a的限流器21b。
粘合层40可以由具有感光特性的硅改性树脂制成，例如硅改性聚酰亚胺树脂。
硅改性树脂是通过将有机硅与有机反应单体(低聚体)聚合在一起形成的树脂，例如丙烯酸树脂(acrylic resin)、聚氨酯树脂(urethane resin)、聚脂树脂(polyesterresin)、聚碳酸酯树脂(polycarbonate resin)和聚酰亚胺树脂，它们与有机硅聚合在一起。硅改性聚酰亚胺树脂是具有聚酰亚胺的热阻特性以及硅的柔性和粘性的材料。硅改性聚酰亚胺树脂不容易变形并与高温的墨水接触，并且能够有效防止流动通道层20由于热膨胀系数不同而从衬底10(或钝化层13)剥落。此外，在本实施例中，由于粘合层40只通过使用感光树脂的光刻工艺就可以被图案化，图案化粘合层40的工艺可以被简化。
在下文中，将参照图2到11描述根据本发明总的发明构思的实施例的制造喷墨打印头的方法。
如图2所示，制备在其前表面10b上设置有热量产生层11和电极12的衬底10。热量产生层11可以通过溅射或化学汽相淀积在衬底10上沉积热阻材料例如氮化钽或钽-铝合金并使其图案化而形成。电极12可以通过溅射沉积具有足够的电导率的金属材料例如铝并使其图案化而形成。热量存储层15可以设置在热量产生层11和衬底10之间。热量存储层15可以通过在高温下加热衬底10(例如硅衬底)的表面而形成。
如图3所示，钝化层13在衬底10上形成，衬底10上已经形成有热量产生层11和电极12。钝化层13可以通过沉积具有良好绝缘特性和热传导特性的SiNx或SiOx并使其图案化而形成。如图4所示，抗气穴层14在钝化层13上形成，并处于与喷嘴31(图1)相对应的位置。抗气穴层14可以通过沉积钽(Ta)并使其图案化而形成。
如图5和6所示，粘合层40在衬底10上形成，衬底10上已经形成有热量产生层11、电极12、钝化层13和抗气穴层14。粘合层40使用具有感光特性的硅改性聚酰亚胺通过光刻工艺形成。硅改性聚酰亚胺具有感光特性。因此，可以使用由Shin Estu公司(日本)制造的型号为No.SPS-37502.0的产品，其与具有感光特性的材料一起使用。更具体地，粘合层40可以通过下面的工艺形成。如图5所示，硅改性聚酰亚胺树脂40a通过旋涂法将硅改性聚酰亚胺树脂溶液涂布在衬底10上并蒸发掉溶剂而形成。接着，如图6所示，通过图案化硅改性聚酰亚胺树脂40a形成粘合层40。也就是，通过曝光硅改性聚酰亚胺树脂40a并利用弱碱性显影剂(例如由AZ公司制造的300MIF)去除未曝光部分，形成粘合层40。此时，粘合层40被形成以覆盖计划沉积流动通道层20的预定区域。
如本实施例所述，喷墨打印头的制造工艺可以被简化，因为粘合层可以只通过光刻工艺来形成而不需要进行其它复杂的工艺(例如形成额外的光致抗蚀剂图案以图案化粘合层的工艺、蚀刻工艺、在图案化后去除光致抗蚀剂的工艺等)。
如图7所示，沟槽10c在衬底10的前表面上形成。沟槽10c具有引导供墨孔10a规则地形成于衬底10的前表面附近的作用。沟槽10c可以通过干法蚀刻例如利用等离子体的反应离子蚀刻(RIE)或喷砂处理形成。
如图8所示，流动通道层20通过光刻工艺在粘合层40上形成。尽管没有在附图中示出，该工艺包括通过旋涂法在衬底10上涂布负性光致抗蚀剂、通过利用具有墨水腔图案和限流器图案的光掩模曝光光致抗蚀剂层以及显影光致抗蚀剂层以选择性地去除没有曝光的光致抗蚀剂的步骤。从而，形成如图8所示的限定墨水通道21(图1)的流动通道层20。流动通道层20可以采用环氧树脂或聚酰亚胺树脂形成。
如图9所示，形成牺牲层50以覆盖衬底10的前表面和流动通道层20。牺牲层50和流动通道层20的上表面通过化学机械抛光(CMP)工艺变平，从而流动通道层20和牺牲层50具有相同的高度。由此，由于形成在流动通道层20上的喷嘴层30可以紧密地接触流动通道层20，打印头的耐久性被提高，并且墨水通道21的形状和尺寸可以被精确地控制，从而改善了打印头的喷墨性能。牺牲层50可以通过旋涂法涂布正性光致抗蚀剂而形成。因为当蚀刻衬底以形成供墨孔时，牺牲层50暴露到蚀刻溶液中，牺牲层50可以由对蚀刻溶液具有强抵抗性的材料形成。
如图10所示，喷嘴层30在平的牺牲层50和流动通道层20上形成。与流动通道层20类似，喷嘴层30通过光刻工艺形成。也就是，在光致抗蚀剂涂布在流动通道层20上之后，光致抗蚀剂通过具有喷嘴图案的光掩模被曝光，并被显影以选择地去除没有曝光的部分，从而形成如图10所示的具有喷嘴31的喷嘴层30。
如图11所示，蚀刻掩模60在衬底10的后表面10d上形成用于形成供墨孔。在形成蚀刻掩模60以后，从后表面10d的被蚀刻掩模60暴露的区域蚀刻衬底10直到暴露出沟槽10c，从而形成供墨孔10a。
蚀刻掩模60可以通过在衬底10的后表面10d上涂布正性或负性光致抗蚀剂并对其图案化而形成。当蚀刻衬底10时，可以使用适于批量生产的湿法蚀刻法。在这种情况下，可以使用氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)或四甲基氢氧化铵(tetramethyl ammonium hydroxide，TMAH)作为蚀刻溶液。
最后，通过从图11中示出的工件去除蚀刻掩模60和牺牲层50，完成图1中示出的喷墨打印头的制造。
图12是示出根据本发明总的发明构思的实施例的喷墨打印头的制造方法的流程图。参照图12，在本实施例中，在步骤S121中，热量存储层15在衬底10的前表面上形成。在步骤S122中，热量产生层11在热量存储层15上形成。在步骤S123中，电极12在热量产生层11上形成。在步骤S124中，钝化层13在电极12和热量产生层11上形成。在步骤S125中，抗气穴层14在钝化层13上的预定位置处形成。在步骤S126中，粘合层40在钝化层13上形成，其中粘合层40例如通过在钝化层13和抗气穴层14上涂布硅改性聚酰亚胺树脂溶液、蒸发掉其中的溶剂并图案化硅改性聚酰亚胺树脂层而形成。在步骤S127中，沟槽10c被形成为贯穿至少一部分钝化层13、热量存储层15和衬底10的前表面。在步骤S128中，流动通道层20在粘合层40上形成。在步骤S129中，牺牲层50例如在至少衬底10的被沟槽10c暴露的部分、钝化层13、抗气穴层14和流动通道层20的侧部上形成，从而流动通道层20和牺牲层50的高度基本相等。在步骤S130中，喷嘴层30在牺牲层50和流动通道层20上形成。喷嘴31例如可以在喷嘴层30的与抗气穴层14的预定位置相对应处形成。在步骤S131中，供墨孔10a通过蚀刻形成为贯穿衬底10的后表面。在步骤S132中，牺牲层50被去除。
从以上所述变得明显，通过粘合层(利用具有良好粘附性、热阻抗和对墨水的耐液性的硅改性树脂形成)将流动通道层稳定地结合在衬底上，根据本发明总的发明构思的不同实施例的喷墨打印头可以增强耐久性。此外，由于形成粘合层的工艺是简单的，生产率可以被提高并且可以节约用于工艺设备的投资和维护费用。
尽管已经示出和描述了本发明总的发明构思的多个实施例，本领域技术人员应该理解，在这些实施例中可以作出改变而不背离本发明总的发明构思的原理和精神，本发明总的发明构思的范围由所附的权利要求书及其等价物限定。

Claims (11)

1.一种喷墨打印头，包括:
衬底；
设置在所述衬底上的流动通道层；以及
粘合层，设置在所述衬底和所述流动通道层之间，所述粘合层由具有感光特性的硅改性树脂制成。
2.如权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述硅改性树脂包括:
硅改性聚酰亚胺树脂。
3.如权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述粘合层通过光刻工艺形成。
4.一种制造喷墨打印头的方法，所述方法包括:
制备设置有喷射压力产生单元以喷射墨水的衬底；
在所述衬底上形成由硅改性聚酰亚胺树脂制成的粘合层；以及
在所述粘合层上形成流动通道层以限定墨水通道。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述粘合层的形成包括:
在所述衬底上涂布硅改性聚酰亚胺树脂溶液；
通过从涂布的硅改性聚酰亚胺树脂溶液中蒸发掉溶剂来形成硅改性聚酰亚胺树脂层；和
图案化所述硅改性聚酰亚胺树脂层。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述硅改性聚酰亚胺树脂层的所述图案化是通过光刻工艺进行。
7.一种制造喷墨打印头的方法，所述方法包括:
制备设置有热量产生层以加热墨水的衬底；
通过光刻工艺，使用具有感光特性的硅改性树脂在所述衬底上形成粘合层；以及
通过光刻工艺在所述粘合层上形成流动通道层以限定墨水通道。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述硅改性树脂包括:
硅改性聚酰亚胺树脂。
9.一种喷墨打印头，包括:
钝化层；
流动通道层；以及
粘合层，其设置在所述钝化层和所述流动通道层之间并与它们接触，所述粘合层由硅改性聚酰亚胺树脂制成。
10.一种制造喷墨打印头的方法，所述方法包括:
形成钝化层和流动通道层；以及
形成设置在所述钝化层和所述流动通道层之间并与它们接触的硅改性树脂层。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述硅改性树脂层的形成包括:
至少在所述钝化层上涂布硅改性聚酰亚胺树脂溶液；
通过从涂布的硅改性聚酰亚胺树脂溶液中蒸发掉溶剂形成硅改性聚酰亚胺树脂层；以及
图案化所述硅改性聚酰亚胺树脂层。
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