CN104284780B - 液体排出头 - Google Patents

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Abstract

液体排出头具有基板、产生用于排出液体的能量的能量产生元件和其中形成排出液体的排出口的孔板，其中孔板含有硅和碳并且当硅的含量比定义为X(原子％)和碳的含量比定位为Y(原子％)时，Y/X为0.001以上。

Description

液体排出头
技术领域
本发明涉及液体排出头。
背景技术
喷墨记录设备具有排出液体的液体排出头。液体排出头通常具有基板、产生用于排出液体的能量的能量产生元件和孔板，其中孔板具有排出液体的排出口。
作为孔板，存在由含有树脂等有机材料形成的那些。另一方面，存在由如氧化硅和氮化硅等无机材料形成的孔板(PTL1和PTL2)。具有此类孔板的液体排出头通常已知为设置有无机喷嘴的液体排出头。
近年来，已经提出以各种方式改进的墨作为待排出的液体。墨的改进已经通过各种技术来进行。存在其中色料不同如染料和颜料的各种类型的墨，也改进溶剂以稳定地溶解色料，并且pH从酸性至碱性变化。
已要求液体排出头有利地排出此各种类型的墨。为此，已要求孔板难以经历溶解或变形并且在各种类型的墨的情况下稳定地保持形状。
引用列表
专利文献
PTL1：美国专利No.6482574
PTL2：美国专利No.7600856
发明内容
本发明提供一种液体排出头，其具有基板、产生用于排出液体的能量的能量产生元件和其中形成排出液体的排出口的孔板，其中孔板含有硅和碳并且当硅的含量比定义为X(原子％)和碳的含量比定义为Y(原子％)时，Y/X为0.001以上。
本发明能够提供具有在待排出液体中难以溶解并且其形状稳定的孔板的液体排出头。
附图说明
[图1]图1示出本发明的液体排出头的立体图的一个实例。
[图2]图2示出本发明的液体排出头的截面图的一个实例。
[图3A]图3A示出说明制造本发明的液体排出头的方法的截面图的一个实例。
[图3B]图3B示出说明制造本发明的液体排出头的方法的截面图的一个实例。
[图3C]图3C示出说明制造本发明的液体排出头的方法的截面图的一个实例。
[图3D]图3D示出说明制造本发明的液体排出头的方法的截面图的一个实例。
[图3E]图3E示出说明制造本发明的液体排出头的方法的截面图的一个实例。
[图3F]图3F示出说明制造本发明的液体排出头的方法的截面图的一个实例。
具体实施方式
根据本发明人的检测，当使用具有PTL1和PTL2中描述的孔板的液体排出头时，孔板在某些情况下溶解并变形。已经发现特别地当pH为约8-9的碱性墨或含有颜料作为色料的墨与孔板长时间接触时，有可能发生孔板的溶解和变形。
本发明解决上述问题并提供具有在待排出液体中难以溶解并且其形状稳定的孔板的液体排出头。
参照图1和2，描述本发明的液体排出头。图1为液体排出头的立体图。图2为图1的液体排出头的截面图。
如图1和2中所示，液体排出头具有其中在基板2上形成排出液体的排出口4的孔板3。基板2用硅等形成。能量产生元件1在基板2的设置有孔板3的的一侧形成。图1和2中的能量产生元件1为热电转换元件(加热器)。作为能量产生元件，可以使用压电元件等。能量产生元件1可以不接触基板2并且可以相对于基板2浮起在空气中。在图1和2中，能量产生元件1用绝缘的保护膜11覆盖。
基板2具有液体供给口5。液体从液体供给口5供给，通过流路25，并且在从能量产生元件1中给出能量的同时，从排出口4排出。
接着，参照图3，描述制造本发明的液体排出头的方法。
首先，如图3A中所示，制备具有能量产生元件1的基板2。能量产生元件用TaSiN等形成并用保护膜11覆盖。
接着，如图3B中所示，将用作流路的模具的成型构件24设置在基板2上。例如，成型构件24用树脂形成。当树脂为感光性树脂时，提到包括将感光性树脂施涂至基板、将感光性树脂曝光并显影、并且然后图案化，由此形成用作流路的模具的成型构件的方法。当树脂不是感光性树脂时，提到包括将感光性树脂设置在用作成型构件的树脂上、将感光性树脂图案化以形成抗蚀剂、并且然后使用抗蚀剂通过反应离子刻蚀(RIE)等蚀刻树脂的方法。成型构件24不局限于树脂并且可以用金属如铝来形成。当使用铝时，提到包括通过溅射将铝在基板2上形成膜、使用感光性树脂等在铝上形成抗蚀剂、并且然后使用抗蚀剂通过RIE等蚀刻铝的方法。
接着，如图3C中所示，用作孔板3的层在成型构件24的上表面上形成。用作孔板3的层以这样的方式形成以从成型构件24的上表面覆盖成型构件24。尽管孔板3可以通过任意方法形成，但是孔板3适宜通过等离子体CVD法来形成。将用作孔板3的层从成型构件24适当地延伸并形成在基板2上，并且，当设置保护膜11时，也形成在保护膜上。孔板为其中形成排出口的板。孔板的厚度适宜为1微米以上且30微米以下。该厚度更适宜为2微米以上并且适宜超过5微米。
接着，如图3D中所示，排出液体的排出口4在孔板3中形成。排出口4通过，例如经RIE蚀刻孔板3或用激光照射孔板3而形成。将排出口4用此方式形成以贯通孔板3。
接着，如图3E中所示，液体供给口5在基板2中形成。液体供给口5通过，例如用激光照射基板2或各向异性蚀刻基板2而形成。当保护膜11在基板2上形成时，存在于液体供给口的开口部上的保护膜11通过RIE等而除去，使得液体供给口5贯通基板2。液体供给口5可以不在此阶段形成。例如，液体供给口5可以在图3A的阶段之前在基板中形成。当考虑到成型构件24的成膜性等时，适宜在形成成型构件24和孔板3之后形成液体供给口5。
最后，如图3F中所示，成型构件24通过各向同性干法蚀刻、合适的溶剂等来除去，由此形成液体用流路25。流路25也用作液室。
通过上述步骤，制造本发明的液体排出头。
关于上述孔板3，本发明人已发现，通过增加孔板中碳与硅的含量比，孔板变得难以溶解在待排出的液体中并稳定地保持形状。更具体地，孔板3含有硅和碳并且当硅的含量比定义为X(原子％)和碳的含量比定位为Y(原子％)时，Y/X为0.001以上。本发明的液体排出头为设置有所谓的无机喷嘴的液体排出头。Y/X更适宜为0.001以上并且还更适宜为0.05以上和0.1以上。从成膜性的观点，Y/X适宜为10以下。孔板中的硅和碳适宜以碳化硅存在。
硅和碳的总量，即，X+Y，适宜为50以上。孔板可以仅含有硅和碳。在这种情况下，给出X+Y＝100。
在很多情况下，孔板3适宜含有氮并且适宜与硅和碳一起含有氮作为碳氮化硅。通过配合氮，可以改进孔板的绝缘性。当孔板中氮的含量比定义为Z(原子％)时，X+Y+Z适宜超过50。孔板可以仅含有硅、碳和氮。在这种情况下，给出X+Y+Z＝100。
能量产生元件适当地用保护膜覆盖。在这种情况下，覆盖能量产生元件的保护膜适宜含有碳氮化硅并且更适宜仅由碳氮化硅形成。通过形成含有碳氮化硅的保护膜，可以改进绝缘性并且可以改进耐墨性等。
当孔板含有碳氮化硅时，适合的是孔板中含有的碳氮化硅和保护膜中含有的碳氮化硅具有相同的组成。通过使用相同的组成，液体排出头可以通过单独的成膜设备来制造。
实施例
实施例1～8
参照图3，描述制造实施例1～8的液体排出头的方法。
首先，如图3A中所示，制备具有用TaSiN形成的能量产生元件1的基板2。能量产生元件1用厚度为0.5微米的、含有通过等离子体CVD法给出的氮化硅的保护膜11覆盖。基板2用硅形成并且具有625微米的厚度。
接着，将聚酰亚胺(由HD Microsystems制造)以具有2微米-23微米的厚度旋涂至基板2上。将含有感光性树脂的抗蚀剂施涂至已形成膜的聚酰亚胺上，将抗蚀剂曝光并显影以用作掩模。将聚酰亚胺使用用作掩模的抗蚀剂通过RIE而刻蚀，由此形成用作流路的模具的成型构件24(图3B)。
接着，如图3C中所示，用作孔板3的层在成型构件24的上表面上形成。用作孔板3的层以此方式形成以从成型构件24的上表面覆盖成型构件24。用作孔板3的层通过将碳化硅(SiC)或碳氮化硅(SiCN)通过等离子体CVD法形成膜来形成。
在SiH4气体流量为80sccm-1slm、CH4气体流量为10sccm-5slm、HRF电力为250W-900W、LRF电力为8W-500W、压力为310Pa-700Pa和温度为300摄氏度-450摄氏度的成膜条件下，根据用作孔板3的层的厚度以及硅和碳的含量比，适当地制备碳化硅。
在SiH4气体流量为80sccm-1slm、NH3气体流量为14sccm–400sccm、N2气体流量为0slm-10slm、CH4气体流量为10sccm-5slm、HRF电力为250W-900W、LRF电力为8W-500W、压力为310Pa-700Pa和温度为300摄氏度-450摄氏度的成膜条件下，根据用作孔板3的层的厚度以及硅、碳和氮的含量比，适当地制备碳氮化硅。
接着，如图3D中所示，排出液体的排出口4在用作孔板3的层中形成，由此形成孔板。排出口4通过将含有感光性树脂的抗蚀剂施涂至用作孔板3的层上、并且使抗蚀剂曝光并显影、并且然后使用抗蚀剂通过RIE蚀刻而形成。通过调整抗蚀剂的形状，排出口4的直径为1微米-15微米。
接着，如图3E中所示，液体供给口5在基板2中形成。液体供给口5使用TMAH(四甲基氢氧化铵)溶液通过各向异性蚀刻含有硅的基板2而形成。通过将其中基板2蚀刻开始的面的结晶方位设为<100>，获得具有如图3E中所示的形状的液体供给口5。液体供给口5上的保护膜11通过RIE而除去，使得液体供给口5贯通基板。
最后，如图3F中所示，成型构件24通过包括引入氧气，并且然后通过微波激发等离子体的各向同性干法蚀刻来除去，由此形成流路25。
表中示出的实施例1-1～实施例8-6的液体排出头如上所述来制造。表1中示出的Y/X为当孔板的硅的含量比定义为X(原子％)和孔板的碳的含量比定义为Y(原子％)时的值。关于碳氮化硅(SiCN)的孔板，一起示出氮的含量比。实施例1-1～实施例4-6的孔板具有仅含有碳化硅的组成，和实施例5-1～实施例8-6的孔板具有仅含有碳氮化硅的组成。
制造的液体排出头的截面图如图2中所示。在表1中，孔板的厚度指图2中示出的A部分的长度。排出口的直径为图2中示出的B部分的长度。液室的高度为图2中示出的C部分的长度。
比较例1～2
用作孔板3的层通过经等离子体CVD法将氧化硅(SiO)和氮化硅(SiN)形成膜而形成。将形成膜的氧化硅和氮化硅的厚度，即，孔板的厚度，设定在1微米-15微米的范围内。除了以上条件以外，示于表2中的比较例1-1～比较例1-6和比较例2-1～比较例2-6的液体排出头用与实施例中相同的方式来制备。
评价
将制造的液体排出头浸入pH为8.5(70摄氏度)的颜料墨中1个月。然后，在显微镜下观察孔板和排出口的形状，并且然后根据以下基准评价。
孔板的形状
1 几乎观察不到孔板的变形。
2 观察到孔板的变形。
3 孔板全部或大部分被破坏。
排出口的形状
1 几乎观察不到排出口的变形。
2 稍微观察到排出口的变形。
3 排出口的形状变形而丧失。
以上评价结果示于表1和2中。
[表1]
[表2]
表1和2示出其中当硅的含量比定义为X(原子％)和碳的含量比设定为Y(原子％)时，Y/X为0.001以上的孔板难以溶解在待排出的液体中并稳定地保持形状。发现Y/X更适宜为0.01以上并且还更适宜为0.05以上和0.1以上。
实施例9
实施例9基本用与实施例5-4中相同的方式进行，但是，在实施例9中，具有0.5微米的厚度、含有通过等离子体CVD法给出的碳氮化硅的膜用作保护膜11。碳氮化硅的组成与以下步骤中要形成的孔板的组成相同。将具有2微米-23微米膜厚的氧化硅膜用作成型构件24。首先，将氧化硅通过CVD法施涂至基板，将含有感光性树脂的抗蚀剂施涂至已施涂的氧化硅膜上，并且然后将抗蚀剂曝光并显影以用作掩模。将氧化硅膜使用用作掩模的抗蚀剂通过RIE而刻蚀，由此形成用作流路模具的成型构件24。成型构件24的除去使用缓冲的氢氟酸(BHF)来进行。除了以上条件以外，实施例9用与实施例5-4中相同的方式来进行。
关于实施例9中制造的液体排出头，由于成型构件24不是通过旋涂而是通过等离子体CVD法形成，喷嘴形状可以以高精度而形成。
孔板中含有的碳氮化硅与保护膜中含有的碳氮化硅具有相同的组成，并且液体排出头可以使用单独的成膜设备来制造。
由于覆盖能量产生元件的保护膜含有碳氮化硅，即使当为了增加成型构件24的除去性而长时间浸入缓冲的氢氟酸中时，对排出口和保护膜的影响也能够降低。
虽然已经参考示例性实施方式描述了本发明，但是应理解本发明不限于公开的示例性实施方式。以下权利要求的范围应符合最宽的解释以涵盖所有的此类改造以及等同的结构和功能。
本申请要求2012年5月16日提交的日本专利申请No.2012-112718的权益，在此通过参考将其整体引入。

Claims (8)

1.一种液体排出头，其包括:
基板；
产生用于排出液体的能量的能量产生元件；和
其中形成排出液体的排出口的孔板，
其特征在于，所述孔板含有硅、碳和氮并且当硅的含量比定义为X原子％和碳的含量比定义为Y原子％时，Y/X为0.001以上。
2.根据权利要求1所述的液体排出头，其中所述Y/X为0.01以上。
3.根据权利要求1所述的液体排出头，其中所述Y/X为0.05以上。
4.根据权利要求1所述的液体排出头，其中所述Y/X为0.1以上。
5.根据权利要求1所述的液体排出头，其中所述能量产生元件用保护膜覆盖并且所述保护膜含有碳氮化硅。
6.根据权利要求5所述的液体排出头，其中所述孔板含有碳氮化硅并且所述孔板中含有的碳氮化硅与所述保护膜中含有的碳氮化硅具有相同的组成。
7.根据权利要求1所述的液体排出头，其中所述孔板通过等离子体CVD法而形成。
8.一种液体排出头的制造方法，所述液体排出头具有基板和其中形成排出液体的排出口的孔板，所述方法包括:
在基板上形成用作液体的流路的模具的成型构件；
形成含有硅和碳的层以覆盖所述成型构件；
在所述含有硅和碳的层中形成排出口以形成孔板；和
除去所述成型构件且形成液体的流路，
其特征在于，所述孔板还含有氮并且当硅的含量比定义为X原子％和碳的含量比定义为Y原子％时，Y/X为0.001以上。
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