CN101557939B - 具有改进的液体腔室的液滴液体喷射器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种液滴喷射器，它包括一基底(1)和一用来容纳液体的液体腔室(36)。该液体腔室定位在基底之上，并且该腔室包括一喷嘴板，一块室壁和一衬里层(39)。喷嘴板和腔室壁包括有机物材料(44)。衬里层包括无机物材料。将衬里层设置在喷嘴板和腔室壁上，使得当在腔室中存在液体时无机物材料可与液体接触。

Description

具有改进的液体腔室的液滴液体喷射器及其制作方法
技术领域
一般说来，本发明涉及整体形成的液体腔室，更具体地说，本发明涉及在喷墨装置和其它液滴喷射器(或液滴喷射装置)中使用的液体腔室。
背景技术
已知按照要求的滴落(或转辙指令(DOD))液体发射装置作为喷墨打印系统(或喷墨印刷系统)中的墨水打印装置(或墨液印刷装置)已经很多年了。早期的装置以压电致动器为基础，比如Kyser等人在美国专利No.3946398和Stemme在美国专利No.3747120中公开的那些装置。喷墨打印的一种当前流行的形式即热喷墨(或者“气囊喷射”)采用电阻加热器以产生蒸汽气泡，所述蒸汽气泡引起液滴发射，如Hara等人在美国专利No.4296421中讨论过的那样。虽然对于液滴喷射器的大多数市场是用于墨水的打印，但是其它的市场正在出现，比如聚合物的喷射，导电墨水的喷射，或者药物的输送。
在过去，打印头的制作涉及到将一个喷嘴板层压到打印头上。用这种方法，将喷嘴对准加热器是有困难的。另外，将喷嘴板的厚度限制在一定的厚度以上。最近已经通过采用光学成像技术的打印头制造过程开发出了整体打印头。通过选择性地添加和减去多种材料的层，在一个基底上构造出部件。
Ohkuma等人在美国专利No.5478606中公开一种用一个喷嘴板整体地制作出墨水流动路径和腔室的方法。图1图示出带有基底1的先有技术，所述基底包含电热件2和墨水馈送口3。在可溶解的树脂的顶部形成可用光学成形出图案的树脂5，它确定出包括腔室4的墨水流动路径。随后将可溶解的树脂除去，以形成墨水流动路径和腔室。
在这种形成墨水流动路径和腔室的方法中，把包含电加热件2的基底1与形成墨水流动路径的部件连接起来要依赖于构成形成流动路径的部件的树脂5的粘接作用力。在喷墨头中，在正常的使用状态下，流动路径和腔室总被墨水充满，从而使得在基底与形成流动路径的部件之间的连接部分的周边总与墨水接触。因此，如果仅只靠构成形成流动路径的部件的树脂材料的粘接作用力实现连接，由于墨水的影响可能使这种粘接作用变差。而在碱性墨水中所述粘接作用特别地差。
此外，在大多数热喷墨头中，树脂材料在不同的区域粘接到比如氮化硅或氧化硅的无机物层上。在其它区域，所述树脂粘接到用于气穴保护(cavitation protection)的钽材料层(或钽层)上。这一钽层粘接到构成形成流动路径的部件的树脂质材料上的作用力比氮化硅层的粘接作用力要小。因此，树脂可能由钽层上剥落。为了防止出现这种情况，Yabe在美国专利No.6676241中公开了在基底与形成流动路径的部件之间形成一个含有聚酰胺树脂(polyetheramide resin)(或由其组成)的粘接层。在这种情况下，在氮化硅或钽层与连接形成流动路径的部件的树脂之间可以保持改进了的粘接作用。然而，重要的是，必须将这个粘接层形成适当的图案，使得没有任何一部分与电热件接触。将这一层形成图案在制作中包含有额外的步骤，增加了花费，并且降低了生产率。另外，因为构成流动路径件的树脂仍然与墨水接触，所以树脂可能膨胀，使得应力在树脂与粘接层之间扩展，仍然会造成流动路径部件的脱层。
Stout等人在美国专利No.6739519中也公开了一种在一层牺牲的保护层(a sacrificial resist layer)上采用可光学成形的环氧树脂(photodefinable epoxy)用一个喷嘴板或者替代地用可光学成形的环氧树脂的两次曝光整体地制作出墨水流动路径和腔室的方法。该专利讨论了在环氧树脂喷嘴板与基底之间持续粘接的问题。因为环氧树脂的热膨胀系数比基底的大得多，在加热器的点火过程中可能出现热应力，导致出现脱层。所述专利提出在喷嘴板与基底之间采用一个底层涂料层(aprimer layer)。然而，环氧树脂的界面仍然非常靠近加热器。
由树脂材料制成的喷嘴板会透气。因此，在喷嘴板下面的腔室中的墨水会越来越多地蒸发。结果，在腔室中的墨水的性质比如粘性可能改变，使得喷射特性变差。另外，由外面进入腔室的空气可能形成气泡，同样会使喷射变差。Inoue等人在美国专利No.6186616中公开了将一个金属层添加到喷嘴板树脂的顶面上，以防止吸收空气。然而，必须特别小心地在树脂与金属层之间形成好的粘接。另外，金属必须与墨水相容，使得金属不会被腐蚀。由于对树脂材料的热限制，不能采用在较高温度下沉积的材料。
关于用环氧树脂形成的腔室的内侧面，另一个问题是用墨水使腔室壁变湿。用墨水将内腔室壁变湿很重要。否则打印头的起动将是困难的。另外，在喷射出一个液滴之后，使腔室没有墨水，并且必须在可以喷射出另一个液滴之前完全充填该腔室。不能变湿的壁将妨碍这个重新充填过程。例如可以通过暴露给氧等离子体减小环氧树脂的壁的接触角。然而，经过一段时间表面将返回到不能变湿的状态。另外，氧等离子体会使环氧树脂的表面变粗糙，这也会妨碍重新充填的过程。
因此，对于用墨水变湿的内腔室壁用一种替代的选择比如氧化硅或氮化硅可能是有利的。这样的层对于在打印头中采用的基底层具有极好的粘接能力。在高温下沉积这些层，并且这些层对于与墨水接触的应用有其它的极好性能，比如：材料的坚固性，热膨胀率低，湿气吸收少，以及可以透过湿气。
Ramaswami等人在美国专利No.6482574中公开了一种全无机物的腔室，通过沉积厚度为5-20微米的氧化物层，形成图案、并且进行刻蚀以形成该腔室，填充一层牺牲层并使该层变成平面，沉积一个喷嘴板，并且除去那层牺牲材料。以很长的沉积和刻蚀时间加工这样的厚氧化物层是困难的。这些厚的层也会由于应力的积累形成裂纹。
在共同受让的美国专利No.6644786中公开了一种用于热致动器液滴喷射器的形成腔室的方法。将不能光学成像的聚酰亚胺的图案形成所述牺牲层，使得可以沉积一个高温无机物结构层，比如氧化硅或氮化硅层能形成腔室壁和喷嘴板。在这种情况下，仅只需要一次无机物层的沉积就可以确定出腔室壁和喷嘴板。虽然这个过程消除了聚合物喷嘴板的缺点，但是氧化硅层是一种脆性材料，使得包括用这种方法制作的腔室的打印头可能更为脆弱。同样，较厚的无机物喷嘴板更难生产。无机物喷嘴板的另一方面是它难以形成有回缩型线(a retrograde profile)的喷嘴。有回缩型线的喷嘴对于液滴喷射的稳定性和重新充填或充满是有利的。
因此，对于这样的腔室形成过程有需求：该过程提供对基底的良好的粘接，有好的稳定性和相对墨水有变湿性能的内腔室材料，可调节的喷嘴板的厚度，有回缩型线的喷嘴，以及不会被墨水变湿的顶表面。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种液体喷射器，它具有粘接到所述液体喷射器的基底上的机械上坚固的液体腔室。
向所述液体喷射器的液体腔室提供稳定的且可被提供给该腔室的液体变湿的内腔室壁材料，从而改进该液体腔室的使用寿命也是本发明的一个目的。
按照本发明的一个方面，一种液滴喷射器包括一基底和一用来容纳液体的液体腔室。该液体腔室定位在基底之上，并包括一喷嘴板，一腔室壁和一衬里层。喷嘴板和腔室壁包括有机物材料。衬里层包括无机物材料。将衬里层设置在喷嘴板和腔室壁上，使得当在腔室中存在液体时无机物材料可与液体接触。
按照本发明的另一个特点，一种制作液体喷射器的方法包括提供一基底；并且在该基底之上形成一液体腔室，并通过以下步骤包括一喷嘴板，一腔室壁和一衬里层：在基底之上设置第一有机物材料；使第一有机物材料形成图案，以产生用于腔室壁的位置；通过在形成图案的第一有机物材料上沉积一层无机物材料形成衬里层；通过在无机物材料之上沉积第二有机物材料形成喷嘴板和腔室壁，使得衬里层的无机物材料位于喷嘴板和腔室壁上，并且，当在腔室中存在液体时这些无机物材料可与液体接触；并且，除去已经形成图案的第一有机物材料的一部分。
附图说明
在下面提供的对本发明的实施例的详细描述中，要参考附图，在附图中：
图1是按照先有技术的喷墨打印头的剖面示意图；
图2是按照本发明的喷墨系统的示意图；
图3A和3B分别是在图2中示出的喷墨打印头在喷嘴附近的顶视图和按照本发明沿着线A-A取的喷墨打印头的剖面图；
图4是按照本发明的内衬里层和相对应的墨水腔室的实施例的剖开透视图；
图5A-5I是用于本发明的过程的一个实施例的剖面图；
图6是本发明用来产生不变湿的喷嘴板表面的过程的一个实施例的剖面图；
图7是喷墨打印头的透视图，示出了按照本发明刻蚀进入聚酰亚胺钝化层(passivation layer)中的夹紧结构；以及
图8A-8G为用于本发明的过程的第二实施例的剖面图。
具体实施方式
给出的描述将特别针对形成按照本发明的设备(或装置)的一部分的那些部件或者更直接地与按照本发明的设备协同工作的那些部件。应该理解，没有具体地示出或描述的那些部件可以取本领域技术人员所熟知的多种形式。
如下面所描述的那样，本发明提供一种用来形成用于液滴喷射器(液滴喷射装置)的喷嘴板和腔室的方法。这些装置中最熟悉的是用做喷墨打印系统中的打印头。也出现了许多其它应用，这些应用采用与喷墨打印头类似的装置，然而所述装置发射液体而不是墨水，这些液体需要进行精细地计量，并且以很高的空间精度沉积这些液体。在这里将可互换地使用喷墨和液滴喷射器这两个术语。下面描述的本发明也提供用于液滴喷射器的改进的腔室和喷嘴板。
图2是结合有按照本发明制作的液体喷射器的喷墨打印系统的示意图。所述系统包括图像数据源12，所述图像数据源提供由控制器14接收的信号，作为打印液滴的命令。控制器14将信号输出到电脉冲源16。电脉冲源16进而产生包括电能脉冲(或由其组成)的电压信号，所述电压信号被施加到喷墨打印头20内的电热加热器2上。脉冲源16可以与打印头分开。在优选实施例中，将脉冲源16集成到打印头中。喷墨打印头20包括喷嘴阵列18和相关联的电热件2。墨水贮室48将墨水供应到所述打印头。电能脉冲造成液体通过喷嘴18的喷射，与脉冲的电热加热器相关联，发射出液滴50，所述液滴落在记录介质100上。
图3A图示出图2的喷墨打印头20在喷嘴区域附近的示意性顶视图。在一个实施例中，将喷嘴18按两排布置。使每一排中的喷嘴偏置，以实现打印头的npi分辨。在其它实施例中，可将每排中的喷嘴阵列错开，或者可将喷嘴的图案安排成一个二维阵列。
图3B为在图3A中示出的实施例穿过剖面A-A取的剖面图，将此图布置成能够示出用于两排的喷嘴区域。在这个实施例中，在基底的前侧面或第一侧面上形成或沉积出薄膜叠置体22。在一个实施例中，基底1是硅。在其它实施例中，基底1是下列材料之一：多晶硅，石英，不锈钢，或者聚酰亚胺。
热屏蔽层(或热阻挡层)24可以由多种材料制成，比如沉积的二氧化硅，场氧化物(field oxide)，玻璃(BPSG)和氮氧化物。这一层实现了电热加热器2与基底1之间的热绝缘和电绝缘。在热屏蔽层24的顶面上是电阻加热(或加热器)层26。在这个实施例中，这个电阻加热层由三元的钽硅氮化物材料制成。
在电阻加热层26的顶面上沉积有导电层28。所述导电层28由典型地在MOS制造中采用的金属比如铝或者包含铜和/或硅的铝合金制成。使所述导电层28形成图案并对所述导电层进行刻蚀，以形成导电迹线(或传导迹线)，所述导电迹线连接到在喷墨打印头20上制作出的控制线路上，且所述导电层也形成电热加热器2。
如在图3B中所示，接着沉积绝缘的钝化层30。这一绝缘的钝化层30可以由氮化硅，氧化硅和碳化硅，或者这些材料的任意组合制成。在所述绝缘的钝化层30的顶面沉积有保护层32。所述保护层32由钽，钽硅的氮化物或者两种材料的组合制成。这一层保护电热件使它不接触到墨水。穿过薄膜叠置体向下直到基底1刻蚀出两个墨水馈送口6，且也用来在喷嘴刻蚀过程中保护下面的那些层。
图3B也示出了穿过基底1，热屏蔽层24，绝缘钝化层30和保护层32刻蚀出来的墨水馈送口3。在这个实施例中，所述墨水馈送口3是供应所有喷嘴的长狭槽。在其他实施例中，所述墨水馈送口3可以是开孔阵列。采用干法刻蚀和/或湿法刻蚀形成所述墨水馈送口3。
在图3B中也示出了内无机物层34，它形成墨水腔室36的内壁。在某些实施例中，可以使用不是墨水的液体。在一个实施例中，这种内无机物层34是一种无机物材料，比如氮化硅，氧化硅，无定形硅，或者二氧化硅。可以使用其它材料，这包括金属比如钽。所述内无机物层34直接与墨水接触，且因此将所述材料选择成针对墨水具有优越的性能。所述内无机物层34也与保护层32和绝缘的钝化层30接触(未示出)。可以采用等离子体增强的化学蒸汽沉积在高温下沉积选择用于内无机物层34的无机物材料，所述材料可以实现对于这两层材料的优良的粘接。腔室壁38包括当沉积无机物层34时形成的两个无机物材料区域。第一区域当在腔室36中有液体时可与液体接触。无机物材料的第二区域39通过间隙与可与液体接触的那部分无机物材料分开，从而使得当在腔室36中有液体时这个第二区域39不会与液体接触。
腔室在装置的其它区域上方的外面是厚的聚酰亚胺钝化层40和顶部衬里层42。在沉积内无机物层34的同时沉积所述顶部衬里层42。钝化层40和顶部衬里层42的组合保护在喷墨打印头20上的装置线路(或电路)不会由于环境影响和与墨水接触而变差。
在内无机物层34和顶部衬里层42的顶面上沉积喷嘴板有机物层44。所述喷嘴板有机物层44使喷墨打印头的表面变成平面，并且充填或充满由内无机物层34和第二区域的无机物材料39形成的腔室侧壁38。在一个实施例中，所述喷嘴板有机物层44是一种可光学成像的环氧树脂，比如由Microchem公司制造的SU-8。在另一个实施例中，这种材料是聚酰亚胺或BCB或其它可光学成像的聚合物或者光敏感的硅电介质。所述喷嘴板有机物层44与内无机物层34一起形成墨水腔室36，并且形成喷嘴18，穿过所述喷嘴喷射出墨水，在墨水被相对应的电热件2加热的实施例中形成墨滴50。
图4示出了本发明的一个实施例的打印头的剖开图。内无机物层34和喷嘴板有机物层44形成腔室壁。在这个实施例中，墨水馈送口3是位于两排喷嘴18之间的长狭槽。如在图4中所示，在这个实施例中，也存在有由内无机物层34和所述喷嘴板有机物层44形成的过滤(器)立柱46。在这个实施例中，它们穿过保护层和绝缘的钝化层伸展，并且被装接到基底1上。在其它实施例中，这些过滤立柱46可以由顶腔室壁悬伸出。
图5A-5I图示出形成喷墨打印头20的过程，在该打印头中用喷嘴板形成腔室，且所述腔室包括内衬里层。图5A示出了在腔室形成前的基底，其中在基底上已经形成了驱动器和控制线路或电路(未示出)。也示出了薄膜叠置体22，如前面已经描述过的那样，其包括电热加热器2。用于墨水馈送口3的狭槽穿过薄膜叠置体开放，向下通到基底1。
图5B图示出本发明的一个实施例，其中涂布或者施加了一种不能光学成像的聚酰亚胺48。所选择的聚酰亚胺是一种带有热膨胀系数小，好的变成平面的性能，并且没有添加任何组分比如光激活组分的材料。一种这样的聚酰亚胺是来自HD Microsystems公司的PI2611。聚酰亚胺48确定腔室的高度。在亚胺化烘烤(imidization bake)之后所述聚酰亚胺48的厚度在范围8-16微米。在优选实施例中，高度为13-14微米。亚胺化烘烤在300-4000C之间的温度下历时一小时。在这个实施例中，将温度选择成比后续的处理温度高或者等于后续的处理温度。
图5C图示出沉积在有机物材料48上的硬掩模52。所述硬掩模52是通过PECVD沉积的氮化硅，氧化硅，或者是通过溅射沉积的铝。在优选实施例中，所述硬掩模52是氮化硅。涂布形成保护层51的硬掩模，并且使所述硬掩模形成图案。通过干法刻蚀例如采用一种用于氮化物的以氟为基的等离子体刻蚀将所述图案转移到所述硬掩模52上。
图5C示出了沉积在聚酰亚胺48上的形成图案的硬掩模52。所述硬掩模52是通过PECVD沉积的氮化硅，氧化硅，或者是通过溅射沉积的铝。用保护层(resist)并且通过采用例如用于氮化物的以氟为基的等离子体干法刻蚀形成硬掩模的图案。如在图5D中所示，随后采用一种低压高密度等离子体比如以氧作为主要气体组分的感应耦合等离子体将硬掩模52的图案转移到聚酰亚胺48中。被转移的图案将形成腔室壁38，立柱46，以及粘接结构60(未示出)。在接合垫(或键垫(bond pad))区域62(未示出)之上的聚酰亚胺层48也被去掉。这种低压感应耦合等离子体刻蚀产生非常垂直的刻蚀型线，有最少的底切(undercut)，从而可以获得精确的腔室几何形状。随后采用干法刻蚀或湿法刻蚀将硬掩模52除去。将聚酰亚胺层分成两个区域，保护基底上的线路并对喷嘴板提供机械支承的聚酰亚胺钝化层40和形成墨水腔室36的聚酰亚胺牺牲层54。
图5E图示出本发明的内无机物层34，无机物材料的第二区域39和顶部衬里层42的沉积。在优选实施例中，内衬里层是采用等离子体增强的化学蒸汽沉积(PECVD)在350-400℃下沉积的氮化硅或氧化硅。聚酰亚胺牺牲层54的应用使得高温沉积成为可能，而这在先有技术中是不可能的，在先有技术中采用保护层作为牺牲层。这样导致沉积出密度较高的较高品质的材料，所述材料将更能抵御墨水，并且有更好的粘接性能。选择氮化硅或氧化硅作为内衬里层赋予了亲水的腔室，所述亲水的腔室与先有技术的表面能低的环氧树脂腔室相比将提供更好的墨水充填，并且较少可能形成空气气泡。内衬里层的厚度在0.2微米与7微米之间，更可取地为1-2微米。典型地，在本实施例中，这种沉积技术对于腔室壁38实现了50-60％的侧壁覆盖。将腔室壁38的宽度选择成使得内衬里层的沉积在内无机物层34与无机物材料的第二区域39之间的腔室壁中留有间隙。
图5F示出了涂布或施加可光学成像的环氧树脂，形成用于喷嘴板有机物层44的变成平面的表面，以及充填腔室壁38和过滤立柱46。将可光学成像的环氧树脂有机物层的涂布厚度选择成比无机物衬里层的厚度要厚。有机物材料层44的至少一部分定位于第一区域的无机物材料层34与第二区域的无机物材料层39之间。将可光学成像的环氧树脂曝光，以形成喷嘴18，所述喷嘴可以呈现出竖直或者回缩的型线，并且开通到接合垫区域62(未示出)。喷嘴板层的厚度在3.0微米与20微米之间，更可取地为10-12微米。
接着可选地将基底1变薄到300-400微米的厚度，并用保护层在背面上形成图案。在图5G中，如在本技术领域中众所周知的那样，用Bosch过程采用深度反应离子刻蚀将图案刻蚀穿透硅基底1，以在基底中形成墨水馈送口3。
在图5H中，采用通过馈送口区域3的氧等离子体穿过基底的背面在前侧面和喷嘴板有机物层44被保护的条件下除去牺牲的聚酰亚胺区域。内无机物层34保护喷嘴板有机物层44不会受到氧等离子体侵扰。牺牲的聚酰亚胺层的去除导致形成墨水腔室36，并且打开墨水馈送口3的顶部。
在所述过程中的这一刻，内无机物层34使喷嘴18堵塞。在图5I中，将内无机物层34由所述喷嘴区域刻蚀掉。在一个实施例中，内衬里层是氮化硅，在这种情况下，采用高压下的以氟为基的等离子体。所述刻蚀不用掩模，以喷嘴板有机物层44用做刻蚀掩模，因为它对于氮化物刻蚀是选择性的。保护层32对于等离子体刻蚀也是选择性的，并且保护加热器区域免受侵扰。在一个替代的实施例中，内衬里层是氧化硅。在这种情况下，可以采用HF蒸汽刻蚀以将氧化物由喷嘴区域除去。
所述装置的运行如下。将一个电脉冲加到电热加热器2上。加热脉冲造成一个气泡在腔室中成核，其成长，将来自墨水腔室36的墨水以液滴的形式通过喷嘴18排出，且也向后朝向墨水馈送口推动墨水，使墨水腔室的大部分不再有墨水。重新充填或充满墨水腔室36所用的时间限制了所述装置的喷射频率。疏水的腔室壁将增加重新充填的时间，使得在下一次喷射脉冲之前不能完全充满腔室。这进而造成喷射出较小的并且未对准的液滴，或者在最坏的情况下，没有任何液滴。疏水的腔室壁也会更倾向于在重新充填的过程中存留气泡。在墨水馈送口的腔室中存留的气泡同样会使液滴的喷射变差。在先有技术中采用的有机材料比在本发明中的无机衬里层更疏水。本发明通过采用对于以水为基的墨水有较高表面能的无机材料可以自由地调节腔室，使腔室成为亲水的。
我们也已经发现：形成腔室壁38的高温等离子体沉积的氮化硅和氧化硅比以环氧树脂为基的材料能够更好地粘接到基底上的保护层和钝化层上。因此，所述装置更坚固，能够长时间不出现脱层。
有机物为基的喷嘴板的附加应用使得打印头在机械上坚固并且容易制造。因此，保留了以环氧树脂为基的喷嘴板的优点，而将缺点减少或者甚至消除掉。
取决于设想的应用，喷嘴板表面66不会被墨水变湿可能是有利的。不会变湿的喷嘴板表面改进了喷射出的液滴的方向稳定性，并且减少残余的墨水表面溢流(residual ink surface flooding)。以环氧树脂为基的喷嘴板的优点在于：材料在一定程度上不会变湿。已经发现：通过暴露给氟为基的等离子体和/或以氟碳为基的等离子体可能提高喷嘴板表面不变湿的能力。可以在图5I的打开喷嘴的步骤实现这一过程。
替代地，可以采用一个分开的步骤。在图6中形成有氟化的表面层68。在一个实施例中，采用一种低压的高度定向的等离子体确保仅只将顶表面氟化。
作为一个示例，在SU-8氟化之前和之后测量以水为基的墨水的接触角。在氟化之前所测得的接触角为63°。在5mT、RF功率30瓦、ICP功率2000瓦、C4F8流动速率11sccm的条件下运行5分钟时间的感应耦合等离子体(ICP)系统中进行氟化。在氟化之后接触角提高到89°。
在一个替代的实施例中，我们已经发现：通过包括夹紧结构60可以改进喷嘴板有机材料层44在打印头上的粘接。在图7中示出了这个实施例，且该实施例表明在图5E中所示的步骤已经完成之后的打印头的一部分的视图。与腔室壁38类似地形成所述夹紧结构60。所述夹紧机构可以是壁38或隔绝的开口70。当涂布SU-8环氧树脂时，如在图5F中所示的步骤中那样，环氧树脂将流进并充填夹紧结构60，以对环氧树脂增加粘接表面积。
在第二实施例中，可以添加附加的步骤，以改变墨水腔室在打印头上的高度。特别是，当在同一个打印头上由喷嘴喷射出有不同体积的液滴时，希望调节腔室的高度，同时保持馈送口区域的高度不变。在这个第二实施例中，直到由图5B所示的步骤过程以前与图5的实施例的过程类似，并且包括由图5B所示的步骤。图8图示出采用本发明的第二实施例的过程的继续。
如在图8A中所示，沉积第一硬掩模52A，并且使所述硬掩模形成图案。如在图8B中所示，在将要形成降低的墨水腔室36A的区域将聚酰亚胺层48部分地刻蚀掉。如在图8C中所示，沉积上第二硬掩模52B。在一个优选实施例中，将第一硬掩模52A留下，使得第二硬掩模52B成为形成硬掩模52的两层的组合。在另一个实施例中，可以在沉积第二硬掩模之前将第一硬掩模除去。
在这个步骤，处理过程返回到在图5C-5I中所示的处理步骤。如在图8D中所示，与图5C类似，以第二种图案使硬掩模形成图案。随后采用以氧作为主要气体组分的低压感应耦合等离子体将硬掩模52的图案转移到聚酰亚胺48中。被转移的图案将形成腔室壁38，立柱46，以及粘接结构60。在接合电区域62(未示出)上的聚酰亚胺层48也被去掉。这种低压感应耦合等离子体刻蚀产生非常垂直的刻蚀型线，有最少的底切，从而可以获得精确的腔室几何形状。随后采用干法刻蚀或湿法刻蚀将硬掩模52除去。将聚酰亚胺层分成两个区域，保护基底上的线路或电路的聚酰亚胺钝化层40和形成墨水腔室36的聚酰亚胺牺牲层54。
图8E图示出本发明的内无机物层34和顶部衬里层42的沉积。图8F图示出涂布或施加可光学成像的环氧树脂，即涂布SU-8，形成用于喷嘴板有机物层44的变成平面的表面，并且充填或充满腔室壁38和过滤立柱46。将SU-8曝光，以形成喷嘴18，所述喷嘴显示出回缩的型线，并开通到接合垫区域62(未示出)。喷嘴板层的厚度在3.0微米与20微米之间，更可取地为10-12微米。在该第二实施例中，喷嘴板层在降低的墨水腔室36A区域将比较厚，使得喷嘴相对应地较厚。
图8G图示出在图5G-5I中所示的步骤已经完成之后的完工的打印头。如图中所示，在一个实施例中，在喷嘴的一个子组上完成或实现降低的墨水腔室。在另一实施例中，在所有的墨水腔室上完成或实现降低的墨水腔室过程。在这个过程中可以看到：墨水馈送口区域3有最大的高度，以使墨水重新充满达到最佳，同时降低的墨水腔室36A的高度被调节到使墨水喷射达到最大。
由上面所述，将会看到，本发明是很好地适宜于获得所有目的的发明。为了说明和描述的目的已经给出了对本发明的优选实施例的上述描述。不希望它是无遗漏的，或者将本发明限制为所公开的严格形式。任何的改进和变化都是可能的，本领域技术人员根据上面的内容将会意识到这一点。例如，本发明不限于形成热气泡喷射装置的腔室，而且包括形成用于其它液滴喷射方法比如热致动器或静电致动器或压电致动的液体装置的腔室。这些附加的实施例属于所附的权利要求书的范围以内。
部件目录
1    基底
2    电热件
3    墨水馈送口
4    腔室
5    可用光学方法形成图案的树脂
10   喷墨打印系统(或喷墨印刷系统)
12   图像数据源
14   控制器
16    脉冲源
18   喷嘴
20   喷墨打印头(或喷墨印刷头)
22   薄膜叠置体
24   热屏蔽层
26   电阻加热(器)层
28   导电层
30   绝缘的钝化层
32   保护层
34   内无机物层
36   墨水腔室
36A  降低的墨水腔室
38   腔室侧壁
39   无机物材料的第二区域
40   聚酰亚胺钝化层
42   顶部衬里层
44   喷嘴板有机物层
46   过滤(器)立柱
48   不能光学成像的聚酰亚胺
50   墨(水)滴
52   硬掩模
52A  第一硬掩模层
52B  第二硬掩模层
54   牺牲的聚酰亚胺区域
60   夹紧结构
62   接合垫(或键垫(Bond pad))区域
66   喷嘴板表面
68   改变的表面层
70   第二衬里层
100  记录介质

Claims (19)

1.一种液体喷射器，它包括：
基底；以及
用来容纳液体的液体腔室，所述液体腔室定位在所述基底之上，并包括喷嘴板，腔室壁和衬里层，所述喷嘴板和所述腔室壁包括有机物材料，所述衬里层包括无机物材料，所述衬里层设置在所述喷嘴板和所述腔室壁上，使得当在所述腔室中存在液体时所述无机物材料可与液体接触，其中，所述腔室壁的所述有机物材料定位在所述衬里层的所述无机物材料与当在所述腔室中存在液体时不会与液体接触的无机物材料区域之间。
2.按照权利要求1所述的液体喷射器，其特征在于，所述喷嘴板包括喷嘴，在所述喷嘴内没有任何衬里层。
3.按照权利要求1所述的液体喷射器，其特征在于，所述衬里层的所述无机物材料具有一定厚度，而所述有机物材料具有一定厚度，其中，所述无机物材料的厚度比所述有机物材料的厚度小。
4.按照权利要求3所述的液体喷射器，其特征在于，所述衬里层的所述无机物材料在0.2微米与7微米之间。
5.按照权利要求1所述的液体喷射器，其特征在于，其还包括：
设置在所述基底上在所述基底与所述喷嘴板之间的无机物材料层，当在所述腔室中存在液体时所述无机物材料层可与液体接触，其中，所述无机物材料层与所述衬里层的所述无机物材料的一部分接触。
6.按照权利要求1所述的液体喷射器，其特征在于，所述液体喷射器还包括：
有机物材料区域，其相对于当在所述腔室中存在液体时不会与液体接触的所述无机物材料区域设置，使得当在所述腔室中存在液体时不会与液体接触的所述无机物材料区域在所述有机物材料区域与所述腔室壁的所述有机物材料之间。
7.按照权利要求6所述的液体喷射器，其特征在于，相对于当在所述腔室中存在液体时不会与液体接触的所述无机物材料区域设置的所述有机物材料区域是聚酰亚胺。
8.按照权利要求1所述的液体喷射器，其特征在于，所述喷嘴板包括外表面，其中，所述喷嘴板的外表面含有氟。
9.按照权利要求1所述的液体喷射器，其特征在于，所述喷嘴板在液体腔室之上有第一厚度，它还包括：
墨水馈送口，所述喷嘴板在所述墨水馈送口之上有第二厚度，其中，所述第一厚度比所述第二厚度大。
10.按照权利要求1所述的液体喷射器，其特征在于，所述液体腔室是有第一高度的第一液体腔室，它还包括：
有第二高度的第二液体腔室，其中，所述第一高度比所述第二高度大。
11.按照权利要求1所述的液体喷射器，其特征在于，所述液体腔室是第一液体腔室，所述喷嘴板在所述第一液体腔室之上有第一厚度，它还包括：
第二液体腔室，所述喷嘴板在所述第二液体腔室之上有第二厚度，其中，所述第一厚度比所述第二厚度大。
12.一种制作液体喷射器的方法，它包括：
提供基底；并且
在所述基底之上形成液体腔室，并通过以下步骤包括喷嘴板，腔室壁和衬里层：
在所述基底之上设置第一有机物材料；
使所述第一有机物材料形成图案，以产生用于腔室壁的位置；
通过在形成图案的第一有机物材料之上沉积无机物材料层形成所述衬里层；
通过在所述无机物材料层之上沉积第二有机物材料形成所述喷嘴板和所述腔室壁，使得所述衬里层的无机物材料位于所述喷嘴板和所述腔室壁上，并且，当在所述腔室中存在液体时所述无机物材料可与液体接触；并且
除去已经形成图案的第一有机物材料的一部分，
其中，形成衬里层包括在所述已经形成图案的第一有机物材料之上沉积无机物材料层，使得所述无机物材料层包括间隔开的第一区域和第二区域。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，形成腔室壁包括在所述无机物材料层的所述第一区域与所述无机物材料层的所述第二区域之间沉积第二有机物材料。
14.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一有机物材料和所述第二有机物材料是不同的有机物材料。
15.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，提供基底包括在形成液体腔室之前采用薄膜沉积技术形成液滴喷射器。
16.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，所述喷嘴板包括外表面，所述方法还包括：
使所述喷嘴板的所述外表面氟化。
17.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过以下步骤在所述喷嘴板中形成喷嘴：
除去第二有机物材料的一部分；并且
除去所述衬里层的相对应部分。
18.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，除去所述衬里层的相对应部分包括采用以氟为基的等离子体刻蚀过程。
19.按照权利要求18所述的方法，其特征在于，所述喷嘴板包括外表面，其中，以氟为基的等离子体刻蚀过程使所述喷嘴板的所述外表面氟化，同时除去所述衬里层的相对应部分。
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