CN102343718B - 液体喷射头及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及液体喷射头及其制备方法。所述液体喷射头包括：基板，所述基板具有被配置为产生用于从孔喷射液体的能量的能量产生器件；透明的通道壁部件，所述透明的通道壁部件形成通向所述孔的通道的内壁；以及中间层，所述中间层被设置在所述基板的表面和所述通道壁部件之间并与它们接触，并且具有与所述通道壁部件的折射率不同的折射率。所述中间层具有第一外端面和第二外端面，所述第一外端面在从所述孔向所述基板的方向上观看时形成符号的轮廓并与所述基板的所述表面成第一角度，所述第二外端面面对所述通道并与所述基板的所述表面成第二角度。所述第一角度是钝角。所述第二角度小于所述第一角度。
Description
技术领域
本发明涉及液体喷射头和用于制备液体喷射头的方法。
背景技术
用于喷射液体的液体喷射头的典型例子是被应用于将墨喷射到记录介质上以执行记录的喷墨记录系统的喷墨记录头。喷墨记录头通常包括墨通道(channel)、设置在所述通道的部分中的喷射能量产生器、以及通过由喷射能量产生器产生的能量来喷射墨的微细墨孔。
为了提高具有能量产生器件的基板和形成液体通道的壁的部件之间的粘着性(adhesion)，日本专利公开No.11-348290公开了一种技术：其中，用由聚醚酰胺形成的、设置在其间的中间层来接合基板和形成通道的壁的部件。
另一方面，日本专利公开No.2009-274266公开了一种方法：其中，与关于喷墨记录头历史的信息对应的字符的空缺(blank)图案被形成于中间层中，所述中间层设置在具有能量产生器的基板和液体通道的壁之间，从而追随(follow)通道的壁。
近来，通道的图案已不断变得更微细，并且需要形成具有更微细的对应图案的中间层。鉴于例如对中间层与形成通道壁的部件之间的位置关系的约束以及中间层与形成通道壁的部件之间的接触面积，中间层可以这样被形成，使得其端面基本垂直于、或接近垂直于基板的表面。
然而，如果如日本专利公开No.2009-274266中公开的那样在中间层中形成空缺图案以显示关于喷墨记录头的信息，那么取决于在中间层上的层的透明度，可能难以视觉辨认信息显示图案的轮廓，并且可能因此难以识别所述图案。
发明内容
因此，本发明提供一种可靠的、易于识别的并且结构简单的液体喷射头(其中，在与通道壁对应的图案中以高精度形成的并具有易于识别的符号显示图案的层被设置于基板和通道壁之间)，并且还提供一种以高产量制备这样的液体喷射头的方法。
根据本发明一个方面的液体喷射头包括：基板，所述基板具有被配置为产生用于从孔喷射液体的能量的能量产生器件；透明的通道壁部件，所述透明的通道壁部件形成通向所述孔的通道的内壁；以及中间层，所述中间层被设置在所述基板的表面和所述通道壁部件之间并与它们接触，并且具有与所述通道壁部件的折射率不同的折射率。所述中间层具有第一外端面和第二外端面，所述第一外端面在从所述孔向所述基板的方向上观看时形成符号的轮廓并与所述基板的所述表面成第一角度，所述第二外端面面对所述通道并与所述基板的所述表面成第二角度。所述第一角度是钝角。所述第二角度小于所述第一角度。
从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。
附图说明
图1A和1B是根据本发明实施例的液体喷射头的示意性透视图。
图2A至2C是示出本发明第一实施例的示意图。
图3A和3B是示出本发明第一实施例的示意图。
图4A1至4D1以及4A2至4D2是示出本发明第二实施例的示意图。
图5是示出本发明第二实施例的示意图。
图6A和6B是示出本发明第一实施例的示意图。
图7是示出本发明第一实施例的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来描述本发明的实施例。
根据本发明实施例的液体喷射头(以下称作“头”)可以被安装在诸如打印机、复印机、具有通信系统的传真机、具有打印机部分的字处理器、以及并入有各种类型的处理器的工业记录装置的设备上。根据本发明实施例的液体喷射头还可以被用于诸如生物芯片制造、电子电路印刷以及化学制品喷溅的应用中。
图1A是以切割后芯片形式示出的根据本发明实施例的液体喷射头的部分切去透视图。根据这个实施例的液体喷射头包括硅基板12，在所述硅基板12上，被配置为产生用于喷射墨的能量的能量产生器件2以预定节距(pitch)被并排布置成两行。基板12在所述两行能量产生器件2之间具有共用供给口13。在基板12上形成内通道壁的通道壁部件9具有位于能量产生器件2之上的孔11以及从共用供给口13通向孔11的通道14。其中形成孔11的表面可具有斥液的最后处理(liquid-repellent finish)。
这个头被这样设置，使得其中形成共用供给口13的表面面对记录介质的记录表面。所述头将由能量产生器件2产生的压力施加到通过共用供给口13填充到通道14中的诸如墨的液体，以将所述液体作为液滴(droplet)从孔11喷射到诸如纸的记录介质上，由此执行记录。
在图1B所示的另一例子中，围绕部件101围绕通道壁部件9的外围。如果通道壁部件9由固化(cured)树脂形成，那么围绕部件101可由相同的固化树脂形成。例如，如果围绕部件101具有与通道壁部件9基本上相同的高度，那么它提供诸如改善的擦拭性能和对基板12的器件表面改善的保护的优点。
设置于液体喷射头的端部附近的信息符号区域S(图1A；R(图1B))具有与关于液体喷射头的信息对应的符号图案。
第一实施例
图2A至2C以及图3A和3B是示出根据本发明第一实施例的头的示意图。图2A是图1A所示的头的在信息符号区域S中及周围的上部的放大图。图2B是在从液体喷射头的外侧向内侧的方向上观看时的、沿图1A和2A的线IIB-IIB垂直于基板12的平面中获取的液体喷射头的截面图。图2C是在从液体喷射头的外侧向内侧的方向上观看时的、沿图1A和2A的线IIC-IIC垂直于基板12的平面中获取的液体喷射头的截面图。图3A是图1B所示的头的在信息符号区域R中及周围的上部的放大图。图3B是在从液体喷射头的外侧向内侧的方向上观看时的、沿图1B和3A的线IIIB-IIIB垂直于基板12的平面中获取的液体喷射头的截面图。
如图2B所示，基板12包括基体(base)10和覆盖能量产生器件2的诸如绝缘层(例如，SiN或SiC)或者耐气蚀层(例如，钽)的表面层4，所述能量产生器件2由诸如TaSiN的生热电阻器形成。表面层4形成基板12的表面。中间层1被设置于基板12的表面和通道壁部件9之间并与它们接触。尽管在示出的例子中中间层1未在通道14中露出，但中间层1可以在通道14中露出。如果形成基板12的表面的表面层4由无机材料形成，并且通道壁部件9由诸如固化的环氧树脂或聚酰亚胺的树脂形成，那么中间层1可由聚酰亚胺或聚醚酰胺形成，以在表面层4和通道壁部件9之间提供良好的粘着性。中间层1的第二外端面7和基板12的表面之间的第二角部的第二角度
小于后面描述的第一外端面3和基板12的表面之间的第一角部的第一角度θ。鉴于通道设计，第二外端面7和基板12的表面之间的第二角度
可以是85°至小于100°。例如，如果中间层1由对通道壁部件9和基板12之间的提高的粘着性有贡献的材料形成并且设置中间层1的区域的端部8被确定，那么可以在那些条件下使中间层1和基板12的表面之间的接触面积与中间层1和通道壁部件9之间的接触面积的和较大。如果第二角度
是85°至小于90°，那么中间层1具有悬垂(overhang)形状，这可通过使用剥离工艺来形成中间层1的对应于第二外端面7的部分而形成，或通过使用负性光致抗蚀剂并在图案曝光期间调整焦点位置来形成中间层1而形成。可替代地，可通过使用抗蚀剂掩模的各向同性蚀刻来形成悬垂形状。中间层1的厚度可以是、但不限于0.5μm至10μm，并且如果厚度是1μm至5μm，那么可更容易地且以更小应力来形成它。
另一方面，如图2C所示，中间层1的第一外端面3与基板12的表面成第一角度θ1、θ2和θn。第一角度θ1、θ2和θn是钝角并可以不同。
如图2A所示，在从孔11向基板12的方向上观看液体喷射头时，第一外端面3形成与关于液体喷射头的信息对应的符号的轮廓。基板12的表面上的未被中间层1覆盖的、被第一外端面3围绕的、并且与通道壁部件9接触的区域具有与关于液体喷射头的信息对应的符号的形状。通道壁部件9和中间层1具有不同的折射率，从而中间层1的轮廓可以被辨认。在图3A中，作为符号的例子，连续的第一外端面3形成数字“7”、“0”和“7”的轮廓，其可以被辨认为三位数字“707”。
可通过从通道壁部件9侧通过透明的通道壁部件9例如视觉地或使用传感器来光学感测中间层1的边缘，而辨认中间层1的轮廓。在这种情况下，面对通道14并成第二角度
的第二外端面7可以被辨认为中间层1的轮廓。另一方面，由于第一角度θ大于第二角度
所以第一外端面3具有较大的光学可感测范围，从而用于信息显示的第一外端面3形成的中间层1的轮廓较容易辨认。换句话说，尽管中间层1的第二外端面7几乎垂直于基板12的表面，但第一外端面3是倾斜的。与几乎垂直的表面相比，作为倾斜表面的第一外端面3较容易从上方来光学感测，特别是视觉感测。因此，与关于液体喷射头的信息对应的符号可以被容易地辨认。第一角度θ可以是100°至115°。如果第一角度θ是100°或更大，那么第一外端面3可以较容易地被光学辨认。如果第一角度θ是115°或更小，那么斜面(slope)适度地宽，从而较容易找到它们在哪里开始(中间层1的上表面)以及它们在哪里结束(第一外端面3和基板12的表面之间的边界)。第一外端面3倾斜的另一优点是：当试图将基板12的表面上的由第一外端面3围绕的并与通道壁部件9接触的区域的轮廓辨认为符号时，较容易找到基板12的表面和中间层1之间的边界。通道壁部件9可由诸如环氧树脂或聚酰亚胺的树脂或者诸如硅氮化物或硅氧化物的无机化合物形成。中间层1可由诸如聚酰亚胺或聚醚酰胺的热塑性树脂或者诸如硅氮化物、硅氧化物或硅碳化物的无机化合物形成。
在包含围绕部件101的例子中，如图3A和3B所示，包括第一外端面3的信息符号区域可被设置在中间层1的在围绕部件101和基板12的表面之间的区域中。形成符号的轮廓的第一外端面3还可被设置为既在通道壁部件9之下又在围绕部件101之下。
在上述的例子中，如图6A所示，中间层1的空缺图案具有阿拉伯数字“7”的形状；作为替代，如图6B所示，中间层1的剩余图案可具有阿拉伯数字“7”的形状。
另外，字符不限于数字，而可以是数字和字母的混合，诸如“E”、“1”和“1”，或可以仅是字母。另外，数字不限于阿拉伯数字，而可以是罗马数字或中文数字。可使用显微镜以适当调整的放大率和焦距由人通过视觉辨认、或者通过机器辨认来读取字符。人的视觉辨认不需要特别的读取器，并允许具有对字符轮廓的轻微误差的容许的确定。还可以从使用这样的器件所获得的信息来辨认字符：所述器件能够通过使用可见光之外的光测量通道壁部件9和中间层1之间的对比度，来获取轮廓信息。在这种情况下，通道壁部件9可具有不干扰对用于测量的任何波长的光的测量的光吸收/反射性能。
信息符号区域S或R包含与在通道壁部件9被设置在中间层1上之前事先确定的关于液体喷射头的信息对应的信息。一个例子是历史信息。例如，通过在直径大约为8英寸的晶片中形成通道和孔并将它切割成液体喷射头芯片，来制备液体喷射头。例如，如图7所示，由外端面3形成的数字指示在晶片15被切割成芯片之前基板12在晶片15中所处的位置。晶片15可以在相邻芯片的第一外端面3之间被切割。
在通道壁部件9的形成之前事先确定各通道壁部件9要在晶片上形成在哪里，并且该信息以字符的形式被保存作为关于液体喷射头的信息。可以从分离的液体喷射头读取该信息，以检查切割后的基板12在晶片中的位置。基于该信息，可以回顾制备工艺用于改善。例如，可以回顾通道壁部件9的形成中的曝光期间的光掩模条件。符号可以是任何符号，诸如与关于液体喷射头的信息对应的符号。关于液体喷射头的信息的例子包括各液体喷射头的识别信息、用于形成通道壁部件9的曝光掩模的识别信息、关于制备日期和时间或制备地点的信息、以及关于产品数的信息。在形成通道壁部件9之前被确定的这种信息能够通过形成对应字符的轮廓的外端面3被显示为字符。
在上述的例子中，形成字符的形状的第一外端面3被用作用于给液体喷射头提供与关于液体喷射头的信息对应的信息的字符。然而，由第一外端面3形成的形状并不限于字符，而在广义上可以是可被辨认的任何符号或标记，并且它们可以与关于液体喷射头的信息相关。例如，第一外端面3可以形成诸如键盘上的“”符号或扑克牌上的
符号的符号。如同字符一样，如上所述，这样的符号可以与关于液体喷射头的预定信息相关，并且形成那些符号的轮廓的第一外端面3可以被形成于液体喷射头上。符号的例子包括字符和记号，所述字符和记号用于诸如数学和物理的学术领域，诸如音乐和美术的艺术领域，以及诸如建筑、会计、道路交通和商业的其他领域。另外，即使一般不被辨认或用作与一些类型的事件有关的符号的形状也可以通过定义那些形状与关于液体喷射头的信息之间的对应关系而被用作符号。取决于所述符号所对应的信息，第一外端面3可以被设置，从而在晶片中的所有液体喷射头单元上形成相同符号的轮廓，或从而在液体喷射头上形成诸如第一、第二、第三以及第n符号的不同符号。
第二实施例
现在将作为第二实施例描述用于制备液体喷射头的方法的例子。
图4A1至4D1以及4A2至4D2是示出根据第二实施例的液体喷射头的制备方法的示意截面图。图4A1至4D1是沿图1A的线IIB-IIB和图1B的线IV-IV垂直于基板12的平面中获取的、示出各步骤的示意截面图。图4A2至4D2是沿图1A的线IIC-IIC和图1B的线IIIB-IIIB垂直于基板12的平面中获取的、示出各步骤的示意截面图。
参照图4A1，硅基板12具有被配置为产生用于喷射液体的能量的能量产生器件2。如图4A1和图4A2所示，形成基板12的表面的表面层4、用于形成中间层1的中间材料层1a、以及用作蚀刻中间材料层1a的蚀刻掩模的掩模材料层5a按以上次序被层叠于硅基板12上。
然后参照图4B1和4B2，掩模材料层5a被图案化，以形成用于蚀刻中间材料层1a的蚀刻掩模5。如图4B1所示，中间材料层1a和蚀刻掩模5的与对应于通道的区域相对的第四外端面16之间的第四角度E几乎是直角。另一方面，如图4B2所示，中间材料层1a和蚀刻掩模5的在对应于信息符号区域的区域中的第三外端面6之间的第三角度D是钝角。角度E小于角度D。第四外端面16对应于第二外端面7，而第三外端面6对应于第一外端面3。可通过使用正性光致抗蚀剂形成掩模材料层5a、并基于接近曝光(proximity exposure)中掩模和光致抗蚀剂之间的间隙对于掩模内的区域将掩模材料层5a的上部曝光于衍射光，来形成第三外端面6。第三外端面6还可通过调整缩小投影曝光中的焦点位置以使它们与基板12的表面成钝角D而被形成。
图5示出从其上向基板12观看时图4B2中所示的蚀刻掩模5。在向基板12的方向上观看蚀刻掩模5的上表面时，中间材料层1a被露出从而被第三外端面6围绕，所述第三外端面6形成与关于液体喷射头的信息对应的符号的轮廓，并与基板12的表面成作为钝角的第三角度。还可给液体喷射头区段(segment)分配不同符号。在这种情况下，形成不同符号的轮廓的外端面通过使用全场(full-field)曝光装置被形成在蚀刻掩模5上。
然后参照图4C1和4C2，使用蚀刻掩模5蚀刻中间材料层1a，以在基板12的表面上形成具有第一外端面3和第二外端面7的中间层1。
然后参照图4D1和4D2，去除掩模5。
之后，在中间层1上形成通道壁部件9，以形成如图2B中所示的通道以及如图2C或3B中所示的信息符号区域。
现在将参照以下的例子来具体描述本发明。
例子1
首先，准备基本上圆形晶片形状的硅基板12，在其上布置有多个能量产生器件2(材料：TaSiN)以及多个驱动器和逻辑电路(未示出)，并且在其上形成有SiN表面层4。然后通过旋涂用聚醚酰胺(可从Hitachi Chemical Co.，Ltd.得到的HIMAL(商品名))以2μm的厚度涂敷表面层4，并且将其在炉中在100℃烘烤30分钟并然后在250℃烘烤60分钟，从而形成中间材料层1a。然后通过旋涂用可从Tokyo OhkaKogyo Co.，Ltd.得到的IP5700以5μm的厚度涂敷中间材料层1a，并将其在90℃进行烘烤，从而形成掩模材料层5a(见图4A1和4A2)。
接下来，掩模5的用于形成中间层1的与通道壁部件9对应的部分的部分被形成。通过对于每个液体喷射头区段使用相同掩模在i线步进机(stepper)(由Canon Kabushiki Kaisha制造)中将掩模材料层5a连续曝光。
接下来，掩模5的用于形成中间层1的与信息符号区域对应的部分的部分被形成。掩模材料层5a以与光掩模一对一的关系在投影曝光装置中被曝光。光掩模和硅基板12之间的曝光间隙是60μm。
接下来，使用显影剂(可从Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd.得到的NMD-3(商品名))对掩模材料层5a进行显影，以形成具有第四外端面16和第三外端面6的掩模5。第四角度E大约是90°，并且第三角度D大约是110°(见图4B1和4B2)。第三外端面6被形成为使得形成与晶片中液体喷射头区段的位置对应的数字的轮廓，所述数字中的一个是数字“10”。然后使用掩模5通过反应离子蚀刻(RIE)对中间材料层1a进行蚀刻，并用去除剂(由ROHM Co.，Ltd.制造的1112A(商品名))去除抗蚀剂，以形成中间层1(见图4C1和4C2)。第一角度θ大约是110°，并且第二角度
大约是90°。第一外端面3被形成为使得形成与晶片中液体喷射头区段的位置对应的数字的轮廓。
接下来，通过旋涂使用用于形成通道14的模板的正性光致抗蚀剂(可从Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd.得到的ODUR(商品名))以14μm的厚度涂敷其上形成有中间层1的基板12的表面，并将其进行曝光和显影，以形成通道14的模板。为了形成通道壁部件9，还通过旋涂来涂覆以下的组合物(composition)，以形成具有25μm的厚度的涂层(未示出)，从而它覆盖整个中间层1，包括第一外端面3和第二外端面7：
环氧树脂：EHPE-3150(可从Daicel Chemical Industries，Ltd.得到)100质量份
阳离子光引发剂：SP-172(可从Adeka Corporation得到)6质量份
二甲苯：100质量份
在i线步进机中对涂层进行曝光，使用60％的二甲苯和40％的甲基异丁酮(MIBK)的混合物对其进行显影，并将其在炉中在140℃固化60分钟，以形成孔11。然后通过各向异性蚀刻在硅基板12中形成供给口(未示出)。
接下来，用乳酸甲酯去除通道14的模板，以形成通道14(见图2A)。
最后，通过切块(dicing)将基本上圆形的基板12分割成多个液体喷射头芯片。
当在从孔侧到基板侧的方向上通过通道壁部件9由显微镜观察所得到的液体喷射头之一的信息符号区域时，第一外端面3可以被辨认为形成数字“10”的轮廓。
例子2
除了聚酰亚胺被用于中间材料层1a以形成中间层1而不是例子1中所使用的聚醚酰胺外，以与例子1中相同的方式制备液体喷射头。当以与例子1中相同的方式观察信息符号区域时，第一外端面3可以被辨认为形成数字“10”的轮廓。
如上所述，可通过在中间层的与通道相对的部分中形成几乎垂直于基板表面的端面，来增加通道壁和基板之间的粘着强度。另一方面，可通过在用于显示关于液体喷射头的信息的区域中形成与基板表面成钝角的倾斜表面，来容易地辨认和识别关于液体喷射头的信息。由此，可用简单的结构来形成可靠的且容易检查对应信息的液体喷射头。
尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但要理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。所附的权利要求的范围要被赋予最宽的解释，从而包括所有这样的修改以及等同的结构和功能。
Claims (11)
1.一种液体喷射头，包括：
基板，所述基板具有被配置为产生用于从孔喷射液体的能量的能量产生器件，
其特征在于，所述液体喷射头还包括：
透明的通道壁部件，所述透明的通道壁部件形成通向所述孔的通道的内壁；以及
中间层，所述中间层被设置在所述基板的表面和所述通道壁部件之间并与它们接触，并且具有与所述通道壁部件的折射率不同的折射率，
其中，所述中间层具有第一外端面和第二外端面，所述第一外端面在从所述孔向所述基板的方向上观看时形成符号的轮廓并与所述基板的所述表面成第一角度，所述第二外端面面对所述通道并与所述基板的所述表面成第二角度，所述第一角度是钝角，所述第二角度小于所述第一角度。
2.如权利要求1所述的液体喷射头，其中，所述通道壁部件包含固化的环氧树脂，并且所述中间层包含热塑性树脂。
3.如权利要求1所述的液体喷射头，其中，所述通道壁部件和所述中间层各包含无机化合物。
4.如权利要求1所述的液体喷射头，其中，所述第一角度是100°至115°，并且所述第二角度大于或等于85°并且小于100°。
5.如权利要求1所述的液体喷射头，其中，所述基板上的由所述第一外端面围绕的区域具有所述符号的形状。
6.如权利要求1所述的液体喷射头，其中，所述中间层的具有所述第一外端面的部分具有所述符号的形状。
7.如权利要求1所述的液体喷射头，还包括透明的围绕部件，所述围绕部件围绕所述通道壁部件并具有与所述中间层的折射率不同的折射率，所述中间层被设置于所述基板的所述表面和所述围绕部件之间并与它们接触，所述第一外端面被所述围绕部件覆盖。
8.如权利要求1所述的液体喷射头，其中，所述符号与关于所述液体喷射头的信息对应。
9.一种制备液体喷射头的方法，所述液体喷射头包括具有被配置为产生用于从孔喷射液体的能量的能量产生器件的基板，其中，所述液体喷射头还包括：透明的通道壁部件，所述透明的通道壁部件形成通向所述孔的通道的内壁；以及中间层，所述中间层被设置在所述基板的表面和所述通道壁部件之间并与它们接触，并且具有与所述通道壁部件的折射率不同的折射率，
所述方法包括以下步骤：
准备具有表面的基板，在所述表面上依次设置用于形成所述中间层的中间材料层和用作用于蚀刻所述中间材料层的掩模的掩模材料层；
从所述掩模材料层形成掩模，所述掩模具有第三外端面和第四外端面，所述第三外端面在从所述掩模之上向所述基板的方向上观看时形成符号的轮廓并与所述基板的所述表面成第三角度，所述第四外端面面对与所述通道对应的区域并与所述基板的所述表面成第四角度，所述第三角度是钝角，所述第四角度小于所述第三角度；以及
使用所述掩模蚀刻所述中间材料层以形成中间层，所述中间层具有第一外端面和第二外端面，所述第一外端面形成所述符号的轮廓并与所述基板的所述表面成第一角度，所述第二外端面面对所述通道并与所述基板的所述表面成第二角度，所述第一角度是钝角，所述第二角度小于所述第一角度。
10.如权利要求9所述的制备液体喷射头的方法，其中，所述中间层具有形成第一符号的轮廓的第一外端面和形成与所述第一符号不同的第二符号的轮廓的第一外端面，所述方法还包括在形成所述第一符号的轮廓的第一外端面和形成所述第二符号的轮廓的第一外端面之间分割所述基板的步骤。
11.如权利要求9所述的制备液体喷射头的方法，其中，所述符号与关于所述液体喷射头的信息对应。
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