CN106113941A - 用于喷墨记录头的基板 - Google Patents

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Abstract

用于喷墨记录头的基板。即使发生静电放电，也能够抑制用于覆盖基体基板上的元件的绝缘层的介质击穿。用于喷墨记录头的基板包括：基体基板，其包括构造为将用于喷墨的能量施加至墨的元件和用于覆盖所述元件的绝缘保护层；喷出口形成构件，其包括绝缘的第一构件和第二构件，所述第一构件用于形成将墨供给至所述元件的墨流路，所述第二构件包括设置有喷出口的喷出口表面；和柱状的导电构件，其沿与所述喷出口表面相交的方向在所述第二构件和所述基体基板之间延伸。

Description

用于喷墨记录头的基板
技术领域
本发明涉及用于喷墨记录头的基板，该喷墨记录头构造为根据喷墨记录方法喷墨以在记录介质上产生记录。
背景技术
在喷墨记录方法中，使用热能进行发泡和喷墨的方法使被构造成喷墨的喷嘴以高密度集成，并且能够实现高速下的高精度记录。采用此类型记录方法的喷墨记录头典型地包括多个喷墨口、与喷墨口连通的墨液路以及诸如构造为产生使墨发泡用的热能的电热转换元件等的能量产生元件。通过电绝缘保护层确保能量产生元件与墨的绝缘性和能量产生元件之间的绝缘性。驱动能量产生元件产生热能，从而急速加热能量产生元件的顶部处的墨接触部(热作用部)的墨以使墨发泡。与发泡相伴随的压力使墨通过喷出口喷出，从而能够在诸如纸等的记录介质上产生记录。
在制造用于喷墨记录头的基板的步骤中，由于静电放电使得绝缘保护层可能被击穿(被称为ESD现象)。配线层上的绝缘保护层的击穿引起诸如用于喷墨记录头的基板的寿命缩短和打印品质降低等的问题。作为针对该问题的对策，在日本特开2001-080073号公报中，公开了通过联接绝缘保护层上的导电体区域来降低对ESD现象的敏感度。
发明内容
鉴于以上情况，根据本发明的一个方面，提供一种用于喷墨记录头的基板，其包括：
基体基板，其包括构造为将用于喷墨的能量施加至墨的元件和用于覆盖所述元件的绝缘保护层；
喷出口形成构件，其包括绝缘的第一构件和第二构件，所述第一构件用于形成将墨供给至所述元件的墨流路，所述第二构件包括设置有喷出口的喷出口表面；和
柱状的导电构件，其沿与所述喷出口表面相交的方向在所述第二构件和所述基体基板之间延伸。
从以下参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其他特征将变得明显。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的喷墨记录头的立体图。
图2是根据本发明的实施方式的用于喷墨记录头的基板的局部切除立体图。
图3是示出根据本发明的第一实施方式的用于喷墨记录头的基板的示意性局部截面图。
图4A、图4B和图4C是用于示出根据本发明的实施方式的用于喷墨记录头的基板中的导电构件的截面形状的、用于喷墨记录头的基板在喷出口周围的第一构件被沿水平方向切断时的截面图。
图5A、图5B、图5C、图5D和图5E是用于示出根据本发明的第一实施方式(实施例1)的用于喷墨记录头的基板的制造步骤的图。
图6是用于示出根据本发明的第二实施方式的用于喷墨记录头的基板的示意性截面图。
图7是用于示出根据本发明的第三实施方式的用于喷墨记录头的基板的示意性截面图。
图8是用于示出根据本发明的第四实施方式的用于喷墨记录头的基板的示意性截面图。
图9是用于示出比较例的用于喷墨记录头的基板的示意性截面图。
具体实施方式
在日本特开2001-080073号公报公开的方法中，绝缘保护层用于形成电容器，从而提供用于静电放电的蓄积区域，以抑制静电放电的不利影响。
但是，绝缘保护层自身用于保护，因此，存在如下问题，当保护不足且绝缘保护层由于静电放电被击穿时，打印品质直接受影响而降低。
鉴于上述现有技术已经完成了本发明，本发明的目的是提供如下对策：即使发生静电放电，也能够抑制用于覆盖基体基板上的能量产生元件的绝缘保护层的介质击穿(dielectric breakdown)，从而抑制打印品质的降低。
根据本发明，能够通过设置于限定流路壁用的第一构件的导电构件去除静电放电的电荷，因此，能够抑制由于静电放电造成的绝缘保护层的击穿，从而抑制打印品质的降低。
以下将参照附图说明根据本发明的实施方式。
图1是根据本发明的实施方式的喷墨记录头的立体图。记录头1包括用于喷墨记录头的基板2、电配线带(柔性配线基板)3和电连接于记录设备主体的电接触部4。经由墨供给单元供给的墨供给至记录元件单元的喷嘴，并且选择性地喷出，从而实现在记录介质上打印。
图2是根据本发明的实施方式的用于喷墨记录头的基板2的局部切除立体图。
根据本发明的实施方式的用于喷墨记录头的基板2的基体基板5在作为基体5A的硅基体上具有构造为使墨发泡的能量产生元件6(元件)、构造为驱动能量产生元件6的驱动电路(未示出)等，能量产生元件6和驱动电路等利用半导体制造技术形成。此外，通过硅蚀刻(silicon etching)形成以连通方式连接基体基板5的两个表面的供墨路径7。形成有喷墨口9和墨流路10的喷出口形成构件8形成于基体基板5。从基体基板5的后表面侧经由供墨路径7供给的墨从形成在墨流路10中的能量产生元件6上方的喷墨口9喷出。此时，驱动对应于各喷墨口9的能量产生元件6以使墨发泡，并且使用所产生的压力使墨喷出从而进行打印。
图3是示出根据本发明的第一实施方式的用于喷墨记录头的基板的示意图，并且是沿着图2的线X-X’截取的示意性局部截面图。通过使基体5A的一部分热氧化设置的氧化硅层和通过CVD等由诸如氧化硅(SiO)或氮化硅(SiN)等的硅化合物形成的蓄热层11设置于基体5A，基体5A由硅形成并且设置有诸如晶体管等的驱动元件(未示出)。由通电时发热的材料(例如，TaSiN或WSiN)形成的发热电阻层12设置在蓄热层11上。由如下材料形成的一对电极配线层13设置为与发热电阻层12接触：该材料包括作为主要成分的、诸如铝等的具有比发热电阻层12的电阻值低的电阻值的材料。对电极配线层13供给电压，使得发热电阻层12的位于电极配线层13之间的缝处的部分发热。具体地，发热电阻层12的未被电极配线层13覆盖的部分用作能量产生元件6。发热电阻层12和电极配线层13被由诸如SiN等的绝缘材料形成的具有绝缘性的保护层(绝缘保护层)14覆盖，从而与用于被喷出的诸如墨等的液体绝缘。具体地，绝缘保护层14设置为覆盖能量产生元件6。此外，抗气穴现象层15设置于绝缘保护层14的与能量产生元件6对应的部分，从而保护能量产生元件6免受与用于被喷出的液体的起泡和收缩相伴的气穴冲击等。将诸如铱或钽等的耐墨的金属材料用作抗气穴现象层15。此外，包括用于限定墨流路10的第一构件(流路壁构件)16和形成有喷墨口9的板状的第二构件(喷出口板)17的喷出口形成构件8设置于绝缘保护层14。第一构件具有电绝缘性。具体地，第二构件17包括开设有喷墨口9的喷出口表面。此外，由金属等形成的导电构件18设置为沿与喷出口表面相交(在本实施方式中为正交)的方向在第二构件17和基体基板5之间延伸。此外，在本实施方式中，导电构件18包括在第一构件16内，更具体地为埋设在第一构件16内。
图4A-图4C是用于喷墨记录头的基板在图2的喷墨口周围的第一构件被沿水平方向切断时的截面图。如能够从图4A-图4C和图3看到的，导电构件18为柱状构件，并且能够是诸如圆形、椭圆形或多边形等的任意截面形状。不限制导电构件18的数量和密度，但是，随着导电构件18的体积与流路壁构件16的体积的比变大，能够更大程度地获得本发明的效果。
注意，优选地，多个导电构件18沿着流路壁设置。更优选地，多个导电构件18被设置为从喷出口表面侧看时围绕发热电阻层12。原因是，通过以这种方式形成导电构件18以保护发热电阻层12，能够更大程度地降低静电流入用于覆盖发热电阻层12的绝缘保护层14的风险。
优选地，第一构件16由不受与第一构件16接触的墨影响的电绝缘材料形成。例如，能够使用主要由环氧树脂或丙烯酸系树脂形成的有机材料或诸如碳氮化硅等的无机材料。对于第二构件17，除了与第一构件16的材料相似的电绝缘材料以外，能够使用诸如半导体材料等的在一定程度上导电的材料。此外，可以在第二构件17的表面上形成拒水层等。
对于导电构件18，能够使用能够埋设在形成于流路壁构件16的孔部内的导电材料，例如，诸如钨(W)等的金属材料或通过将金属粉末添加至树脂形成的导电糊剂(paste)。
通过使用根据本发明的用于喷墨记录头的基板，在喷出口板17的表面上产生的静电电荷优先放电至设置于流路壁构件16并且比墨流路10内的绝缘保护层14靠近喷出口板17的导电构件18。因此，能够通过设置于流路壁构件16的导电构件18去除静电放电的电荷，因此，能够抑制发热电阻层12和一对电极配线层13上的绝缘保护层14由于静电放电造成的击穿，从而抑制打印品质的降低。
优选地，导电构件18形成为具有不暴露于墨流路10的结构。原因是，导电构件18不暴露于墨流路10的结构能够进一步抑制电荷流至墨流路10中的绝缘保护层14。
此外，优选地，导电构件18与第二构件17接触。原因是，第二构件17的喷出口表面侧产生的静电电荷由于爬电效应(creepage effect)容易沿着喷出口表面流动。注意，在本实施方式中，导电构件18与第二构件17在第二构件17的与喷出口表面相反的表面上接触，导电构件18还与基体基板5接触。
图6是用于示出根据本发明的第二实施方式的用于喷墨记录头的基板的示意图，并且图6是沿着图2的线X-X’截取的示意性截面图。第二实施方式与第一实施方式的不同之处在于导电构件18的下端部与基体5A接触。导电构件18的下端部与由半导体材料形成的基体5A接触的状态使得能够更有效地去除静电放电的电荷。注意，在图6所示的结构中，导电构件18的下端部贯穿基体5A的表面，但是导电构件18至少与基体5A的表面接触的状态使得能够更有效地去除静电放电的电荷。
图7是用于示出根据本发明的第三实施方式的用于喷墨记录头的基板的示意图，并且图7是沿着图2的线X-X’截取的示意性截面图。第三实施方式与第一实施方式的不同之处在于导电构件18与配线20接触，配线20与电极配线层13分开设置。配线20可以由与电极配线层13的材料不同的导电材料形成，但是优选地，配线20和电极配线层13由同样的材料同时形成。配线20连接至接地电位，使得能够更有效地去除静电放电的电荷。
图8是用于示出根据本发明的第四实施方式的用于喷墨记录头的基板的示意图，并且图8是沿着图2的线X-X’截取的示意性截面图。第四实施方式与第一实施方式的不同之处在于第二构件(喷出口板)17包含导电材料。在此情况下，喷出口板自身是导电材料17C，但是喷出口板可以通过层叠导电材料和绝缘材料形成。优选地，导电材料18的上端部与导电材料17C接触。这能够利于静电放电的电荷经由导电材料18散逸。导电材料18的下端部除了图8所示的与第一实施方式中的配置相似的配置以外，可以是与第二实施方式或第三实施方式中的配置相似的配置。
[实施例]
以下参照附图具体说明根据本发明的实施方式的用于喷墨记录头的基板。
(实施例1)
参照图3和用于示出制造步骤的截面图图5A-图5E说明根据本发明的第一实施方式的实施例1。
在由硅形成且设置有诸如晶体管等的驱动元件(未示出)的基体5A上形成通过使基体5A的一部分热氧化设置的厚度为1μm的热氧化层和通过由氧化硅膜形成的厚度为1μm的蓄热层11。由TaSiN(薄层电阻为300Ω/□)形成的发热电阻层12和由电阻值比发热电阻层12的电阻值低的铝合金(厚度500nm的Al-Cu)形成的电极配线层13形成于蓄热层11。通过去除电极配线层13的一部分以露出发热电阻层12，形成能量产生元件6。由厚度400nm的SiN形成的绝缘保护层14形成于晶圆的整个表面，以覆盖发热电阻层12和电极配线层13。然后，由厚度为300nm的钽膜形成的抗气穴现象层15形成为覆盖能量产生元件6上的绝缘保护层14的一部分。通过到此为止的制造步骤，形成图5A所示的结构。
然后，通过沉积厚度为15μm的SiO膜并蚀刻SiO膜，形成用于限定包括液室的墨流路10的形状的牺牲层19(图5B)。
然后，沉积厚度为12μm的碳氮化硅(SiCN)膜并且执行化学机械研磨(CMP)，使得SiCN膜的厚度为10μm。通过到此为止的制造步骤，形成图5C所示的结构。SiCN膜作为流路壁构件16。
然后，通过蚀刻在流路壁构件16中形成到达蓄热层11的孔部。在以填充孔部的方式形成钨(W)膜之后，执行CMP以形成图5D所示的结构。钨膜作为导电构件18。
然后，沉积厚度为5μm的SiCN膜，执行蚀刻以形成喷出口9(图5E)。SiCN膜作为喷出口板17。
然后，通过将晶圆浸渍到缓冲的氢氟酸中，去除由SiO形成的牺牲层19，从而形成图3所示的墨流路10。
关于以此方式制造的用于喷墨记录头的基板，由于静电放电造成的介质击穿率为1.0％。根据此实施方式，能够经由设置于流路壁构件16的导电构件18去除静电放电的电荷，因此，与现有技术相比能够抑制由于静电放电造成的打印品质下降。
(实施例2)
然后，参照图6说明根据本发明的第二实施方式的实施例2。实施例2与实施例1的不同之处仅在于导电构件18的下端部形成为到达基体5A。实施例2的其余结构与实施例1的相同，因此，省略其说明。
在形成流路壁构件16之后，出于埋设导电构件18的目的形成的孔部形成为到达基体5A。之后，用钨填充孔，以制造图6所示的用于喷墨记录头的基板2。
导电构件18与基体5A的接触状态使得能够有效地去除放电至导电构件18的电荷。关于以此方式制造的用于喷墨记录头的基板，由于静电放电造成的介质击穿率为0.4％。根据此实施方式，能够经由设置于流路壁构件的导电构件去除静电放电的电荷，因此，与现有技术相比能够抑制由于静电放电造成的打印品质下降。
(实施例3)
然后，参照图7说明根据本发明的第三实施方式的实施例3。实施例3与实施例1的不同之处仅在于导电构件18的下端部连接于配线20。实施例3的其余结构与实施例1的相同，因此，省略其说明。
在形成电极配线层13的步骤中，配线20与待要形成流路壁构件16的区域中的电极配线层13同时形成。配线20联接到待接地的基体5A。在形成流路壁构件16之后，出于埋设导电构件18的目的形成的孔部形成为到达配线20。之后，用钨填充孔，以制造图7所示的用于喷墨记录头的基板2。
导电构件18与配线20的接触状态使得能够有效地去除放电至导电构件的电荷。关于以此方式制造的用于喷墨记录头的基板，由于静电放电造成的介质击穿率为0.1％。根据此实施方式，能够经由设置于流路壁构件的导电构件去除静电放电的电荷，因此，与现有技术相比能够抑制由于静电放电造成的打印品质下降。
(实施例4)
然后，参照图8说明根据本发明的第四实施方式的实施例4。实施例4与实施例1的不同之处仅在于第二构件(喷出口板)17由导电材料17C形成。实施例4的其余结构与实施例1的相同，因此，省略其说明。
与实施例1相似的，用于限定墨流路10的流路壁构件16由厚度为10μm的SiCN膜形成，由钨形成的导电构件18形成为埋设在流路壁构件16中。此外，形成由厚度为5μm的SiC膜形成的喷出口板17以制造图8所示的用于喷墨记录头的基板2。
SiC为半导体且导电，因此，能够有效地将喷出口板17的表面上产生的静电电荷引导至导电构件18。关于以此方式制造的用于喷墨记录头的基板，由于静电放电造成的介质击穿率为0.06％。根据此实施方式，能够经由设置于流路壁构件的导电构件去除静电放电的电荷，因此，与现有技术相比能够抑制由于静电放电造成的打印品质下降。
(比较例)
作为比较例，说明在流路壁构件16中未设置导电构件18的情况。图9是比较例的用于喷墨记录头的完成了的基板的图。比较例与实施例1的不同之处仅在于流路壁构件16中未设置导电构件18。比较例的其余结构与实施例1的相同，因此，省略其说明。
关于以此方式制造的用于喷墨记录头的基板，由于静电放电造成的介质击穿率为5.0％。
虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。权利要求书的范围应符合最宽泛的解释，以包括所有这样的变型、等同结构和功能。

Claims (12)

1.一种用于喷墨记录头的基板，其包括：
基体基板，其包括构造为将用于喷墨的能量施加至墨的元件和用于覆盖所述元件的绝缘保护层；和
喷出口形成构件，其包括第一构件和第二构件，所述第一构件具有电绝缘性并且用于形成将墨供给至所述元件的墨流路，所述第二构件包括设置有喷出口的喷出口表面，
其特征在于，所述用于喷墨记录头的基板还包括：
柱状的导电构件，其沿与所述喷出口表面相交的方向在所述第二构件和所述基体基板之间延伸。
2.根据权利要求1所述的用于喷墨记录头的基板，其中，所述柱状的导电构件设置在所述第一构件内。
3.根据权利要求1所述的用于喷墨记录头的基板，其中，所述柱状的导电构件被防止暴露于所述墨流路。
4.根据权利要求1所述的用于喷墨记录头的基板，其中，所述柱状的导电构件与所述第二构件接触。
5.根据权利要求1所述的用于喷墨记录头的基板，其中，多个所述柱状的导电构件沿着形成所述墨流路的壁设置。
6.根据权利要求1所述的用于喷墨记录头的基板，其中，多个所述柱状的导电构件设置为从所述喷出口表面侧看时围绕所述元件。
7.根据权利要求1所述的用于喷墨记录头的基板，其中，所述柱状的导电构件与所述基体基板接触。
8.根据权利要求1所述的用于喷墨记录头的基板，其中，所述柱状的导电构件与设置于所述基体基板且与接地电位连接的配线接触。
9.根据权利要求8所述的用于喷墨记录头的基板，其中，用于使电流流过所述元件的电极配线层和所述配线由相同的材料形成。
10.根据权利要求1所述的用于喷墨记录头的基板，其中，所述柱状的导电构件贯穿形成所述基体基板的硅基体的表面。
11.根据权利要求1所述的用于喷墨记录头的基板，其中，所述第二构件包括导电材料。
12.根据权利要求1所述的用于喷墨记录头的基板，其中，所述柱状的导电构件包括钨。
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