CN107433776B - 液体喷出头、液体喷出头的制造方法和打印方法 - Google Patents

液体喷出头、液体喷出头的制造方法和打印方法 Download PDF

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Abstract

液体喷出头、液体喷出头的制造方法和打印方法。一种液体喷出头，其包括：硅基板；以及元件，其用于产生喷出所述硅基板上的液体用的能量，其中，在所述硅基板的第一表面上布置有包含金属氧化物的保护层A，在所述保护层A上布置有包含有机树脂并且构成部分液体流路的结构体，并且在所述保护层A和所述结构体之间布置有包含硅化合物的中间层A。

Description

液体喷出头、液体喷出头的制造方法和打印方法
技术领域
本发明涉及液体喷出头、液体喷出头的制造方法和打印方法。
背景技术
例如喷墨打印头的液体喷出头包括形成于由硅等构成的基板的、用于液体通过的供给路和流路。通常，供给路和流路通过在基板中构成凹部而形成，也可以将供给路和流路形成为贯穿基板的通孔。在基板上布置例如用于形成流路的流路形成构件和用于形成喷出口的喷出口形成构件的结构体，并且流路形成构件可以构成喷出口。另外，在基板上布置有产生用于喷出液体的能量的能量产生元件，液体由于被施加能量而从喷出口喷出。至于用于制造结构体的方法，例如日本特开2006-227544号公报说明了通过将光敏树脂膜贴附于具有细微凹部的基板并进行曝光和显影在基板上制造由有机树脂构成的结构体的方法。
在供给路和流路布置于硅基板的情况下，在供给路和流路的内壁处露出的硅会根据所使用的例如墨等的液体的类型或者使用条件而溶解。特别地，在使用碱性墨作为液体的情况下经常发生硅的溶解。即使当溶解的量非常小时，溶解到液体中的硅也会影响喷出特性和形成的图像，并且流路结构本身通过长期使用也可能变形。
因此要保护在供给路和流路的内壁处露出的硅。例如，日本特开2002-347247号公报说明了在待与液体接触的表面上形成包含有机树脂的保护层的示例。另外，日本特开2004-74809号公报说明了形成由钛、钛化合物或者氧化铝(Al2O3)构成的耐墨薄膜的示例。
在如上所述的保护露出的硅的许多情况中，用于防止硅溶解的保护层的形成先于包含有机树脂的结构体的形成。因此，在保护层和结构体之间存在粘合界面。从防止硅溶解的观点出发，金属氧化物膜能够被用作保护层。但是，如果金属氧化物膜被用作保护层，则结构体和保护层之间的密着性可能受损，并且长期将结构体浸入液体中可能会发生界面剥离(interfacial peeling)。
发明内容
本公开提供了即使在结构体长期浸入液体后，也能抑制在保护层和结构体之间的界面剥离的基板。
一种液体喷出头，其包括：硅基板；以及元件，其用于产生喷出所述硅基板上的液体用的能量，其中，在所述硅基板的第一表面上布置有包含金属氧化物的保护层A，在所述保护层A上布置有包含有机树脂并且构成部分液体流路的结构体，并且在所述保护层A和所述结构体之间布置有包含硅化合物的中间层A。
用于制造液体喷出头的方法包括以下步骤：通过原子层沉积法、即ALD法在所述硅基板的第一表面上形成包含金属氧化物的保护层A；在所述保护层A上形成包含硅化合物的中间层A；以及在所述中间层A上形成包含有机树脂的结构体。
一种打印方法包括从上述液体喷出头喷出包含颜料的液体以进行打印的步骤。
从以下参照附图对示例性实施方式的说明，本公开的其它特征将变得明显。
附图说明
图1A和图1B是示出基板的示例的截面图。
图2A和图2B是示出基板的示例的截面图。
图3A至图3C是示出基板的示例的截面图。
图4A至图4D是示出根据实施例和比较例的基板的制造步骤的截面图。
图5A至图5C是示出根据实施例和比较例的基板的墨浸渍的评估结果的截面图。
图6A至图6C是示出根据实施例和比较例的液体喷出头的制造步骤的截面图。
图7A至图7C是示出根据实施例和比较例的液体喷出头的制造步骤的截面图。
图8是示出液体喷出头的示例的截面图。
图9A至图9C是说明发生界面剥离的预估机理的截面图。
图10是示出基板的示例的截面图。
图11是示出基板的示例的截面图。
图12A至图12E是示出根据实施例和比较例的液体喷出头的制造步骤的截面图。
图13是示出液体喷出头中的构件的示例的截面图。
具体实施方式
液体喷出头
液体喷出头包括硅基板和在硅基板上的用于产生喷出液体所利用的能量的元件(以下也称为能量产生元件)，其中在硅基板的第一表面上布置有包含金属氧化物的保护层A，在保护层A上布置有包含有机树脂的结构体。另外，基板包括包含硅化合物并且被布置在保护层A和结构体之间的中间层A。
将参考图1A和图1B说明用于液体喷出头的基板的示例。如图1A和图1B所示，包含金属氧化物的保护层A102布置在硅基板101上，中间层A103布置在保护层A102上，包含有机树脂的结构体104布置在中间层A103上。如图1A所示，在界面处中间层A103可以使保护层A102与结构体104完全分离，或者如图1B所示，在界面处中间层A103可以使保护层A102与结构体104部分地分离。
如上所述，如果粘合界面存在于包含金属氧化物的保护层A102和包含有机树脂的结构体之间，则在基板长期浸入液体中的情况下，在保护层A102和结构体104之间发生界面剥离。推测结构体长期浸入液体中将根据如图9A至图9C所示的机理使保护层A102变质，结果是将发生界面剥离。
液体中包含的阳离子与水分渗透进包含有机树脂的结构体104(图9A)。在液体中，例如Na和K的碱金属离子和在水中电离的质子可以作为阳离子存在。特别地，在包含颜料的液体作为所述液体的情况下，会包含来源于用于使颜料扩散的树脂的大量的例如Na和K的碱金属离子。至于渗透路线，认为是从结构体104的在界面处的图案边缘向保护层A102的渗透和在结构体104内部的渗透。
同时，作为载体的电子从接地的硅基板101供给到保护层A102。保护层A102包含金属氧化物，并因此根据成膜条件和使用条件而具有半导体特性。因此，由硅基板101供给的作为载体的电子可以在保护层A102内流动。易于具有半导体特性的金属氧化物的示例包括氧化钛、氧化钒和氧化锆。渗透结构体104的阳离子、从硅基板101供给的电子以及在保护层A102内的电流在结构体104和保护层A102之间的界面处重新结合并且侵入金属氧化物，由此导致保护层A102的表面变质(图9B)。
结果，在保护层A102的表面和结构体104之间发生了密着性改变，并且发生了界面剥离(图9C)。例如，在TiO膜被用作为保护层A102的情况下，通过分析结构体104和保护层A102之间的粘合界面可以确认：在界面剥离发生的位置处TiO膜变质。没有观察到TiO膜的与结构体104不接触的部分的变质。因此，估计是结构体104和保护层A102之间的接触导致或者促进了界面剥离。
包含硅化合物的中间层A插入保护层A和结构体之间。该中间层A包含硅化合物，并由此阻碍了阳离子向保护层A的传导，因此防止长期浸入液体时发生界面剥离。不需要中间层A与保护层A和结构体直接接触，只要中间层A插入保护层A和结构体之间即可。但是，从确保保护层A和结构体之间的密着性的观点出发，保护层A可以与结构体直接接触。上述效果在如图1B所示的保护层A102与结构体104部分地接触的情况中也可以发挥。例如，如图2A所示，用201指代布置有结构体104的区域，用202指代结构体104与保护层A102直接接触的区域，并且用203指代保护层A102与结构体104被中间层A103分开的区域。在如图2A所示的基板长期浸入液体的情况下，如图2B所示，剥离在区域202内行进，但在剥离到达区域203后界面剥离不再行进。因此，保持了基板整体的密着性。
可以自由设计布置有中间层A103的区域203，只要保持用于满足装置的功能的足够的粘合强度即可。粘合强度是指抵抗机械剥离所需的强度或者液体不会渗透到被结构体104彼此隔开的区域之间所需的强度。从该观点出发，当在硅基板的第一表面的垂直方向上投影时，结构体和中间层A之间的接触面积相对于结构体和保护层A或者中间层A之间的接触面积的比(以下也称为中间层A的界面覆盖率)优选为50％以上。上述比率更优选为80％以上，进一步优选为90％以上，特别优选为100％；即，中间层A能够布置在保护层A和结构体之间的全部界面。在这方面，例如，在图2A和图2B中，结构体104和保护层A102或者中间层A103之间的接触面积是指当在硅基板的第一表面的垂直方向上投影时区域201的面积。结构体104和中间层A103之间的接触面积是指当在硅基板的第一表面的垂直方向上投影时区域203的面积。
保护层A包含金属氧化物并且具有防止硅基板在装置的使用环境中腐蚀的功能。例如，在液体喷出头中，防止了硅基板的硅被待喷出的液体溶解。上述金属氧化物的金属元素可以是钛、锆、铪、钒、铌或钽，因为这些氧化物具有对碱性溶液的高耐腐蚀性。保护层A的适合的示例是TiO膜。金属氧化物可以单独使用，或者可以组合使用至少两种金属氧化物。保护层A中的金属氧化物的含量优选地为80质量％以上。保护层A中的金属氧化物的含量更优选地为90质量％以上，进一步优选为100质量％；即，保护层A能够由金属氧化物组成。在硅基板的露出表面中，保护层A可以保护由于溶解而影响装置性能和可靠性的地方。至于设置有供给路和流路的基板，能够将保护层A布置成越过整个露出的硅基板表面。用于形成保护层A的方法可以根据露出的硅基板表面的结构从例如CVD法、溅射法以及原子层沉积(ALD)法的成膜方法中适当地选择。但是，从良好的保形性(conformality)观点出发，可以通过原子层沉积法形成保护层A。即，用于制造液体喷出头的方法可以包括以下步骤：通过原子层沉积法在硅基板的第一表面上形成包含金属氧化物的保护层A，在保护层A上形成包含硅化合物的中间层A，并且在中间层A上形成包含有机树脂的结构体。关于保护层A的厚度没有特别限制，例如可以使用5nm至500nm。
从阻碍阳离子的传导以及抑制在保护层A与结构体之间的界面剥离的观点出发，中间层A包含硅化合物。从对结构体的高密着性和阻碍阳离子的传导的观点来看，硅化合物可以包含从由氧、氮和碳构成的组中选择的至少一种元素。特别地，硅化合物可以是从由SiC、SiOC、SiCN、SiOCN、SiO、SiN和SiON构成的组中选择的至少一种化合物。此外，硅化合物可以是包含碳元素的硅化合物，因为对中间层A本身提供了对液体的耐受性。特别地，能够使用从由SiC、SiOC、SiCN和SiOCN构成的组中选择的至少一种化合物。在硅化合物包含碳原子的情况下，硅化合物中所含的碳原子相对于硅原子和碳原子的总量的组成比优选为15原子％以上，更优选为20原子％以上，进一步优选为25原子％以上。这是因为通过将碳原子的组成比设定为15原子％以上，提高了对碱性溶液的耐腐蚀性。对于碳原子的组成比的范围的上限没有特别限制，例如可以使用80原子％以下，特别地可以使用60原子％以下。用于形成中间层A的方法可以从例如CVD法、溅射法、原子层沉积法和剥离法(lift-off method)的成膜方法中适当地选择。
如上所述，保护层A确保对碱性溶液的耐腐蚀性，但可以通过氢离子和水分子结晶化或变质。因此，从抑制已经渗透中间层A和保护层A的氢离子与水分子之间的反应的观点出发，可以提高中间层A的质量密度。具体地，中间层A的质量密度优选为1.70g/cm3以上，更优选为1.80g/cm3以上，进一步优选为1.90g/cm3以上，特别优选为2.00g/cm3以上。对于质量密度范围的上限没有特别限制，使用5.00g/cm3以下，特别地使用3.00g/cm3以下。在通过例如等离子体CVD法形成中间层A的情况下，通过控制例如在成膜期间成膜室中的压力等的生产条件来将中间层A的质量密度设定为预定值。具体地，通过在成膜期间降低成膜室中的压力来提高质量密度。因为增强了保护层A与结构体之间的粘合性，所以中间层A的厚度优选为5nm以上。对于厚度的上限没有特别限制，从膜应力的观点出发，厚度优选为20μm以下。厚度更优选为10nm至500nm，进一步优选为20nm至100nm。
包含在结构体中的有机树脂可以是从由环氧树脂、芳香族聚酰亚胺树脂、芳香族聚酰胺树脂和芳香烃树脂构成的组中选择的至少一种树脂，因为机械强度高并且对液体的耐腐蚀性高。另外，由于对液体的耐腐蚀性高，所以有机树脂可以是环氧树脂或者芳香族聚酰亚胺树脂。这些有机树脂可以单独使用，或者组合使用至少两种有机树脂。结构体中有机树脂的含量优选为80质量％以上。含量更优选为90质量％以上，进一步优选为100质量％；即，结构体能够由有机树脂构成。
结构体可以具有一些机械结构，例如液体流路。例如，如图3A至图3C所示，能够在硅基板101的第一表面布置凹部、例如流路结构，并且结构体104能够是布置在凹部上方的盖结构体。如图3A至图3C所示，盖结构体可以设置有开口部，每个开口部均与凹部的一部分连通。结构体的厚度可以是例如10μm以上且1000μm以下。在图3A中，中间层A103布置于各个凹部的全部侧面。在图3B中，中间层A103布置于各个凹部的部分侧面。这些均对应于图1A所示的基板，因为中间层A布置成越过结构体104和保护层A102之间的全部界面。与之相比，在图3C中，中间层A103布置于结构体104和保护层A102之间的部分界面，因此对应于图1B和图2A所示的基板。就此而言，图3A所示的中间层A103可以通过例如原子层沉积法制造，还可以在开口的宽高比小的情况下通过CVD法获得。图3B所示的中间层A103可以通过例如CVD法或者溅射法制造。图3C所示的中间层A103可以通过例如剥离法制造。如图3A至图3C所示，从更加令人满意地抑制硅的由于液体造成的腐蚀的观点出发，整个露出的硅表面能够被一体的保护层在不留任何间隙的情况下覆盖。即，凹部的侧壁和硅基板101的至少第一表面能够被连续的保护层A102覆盖。在这点上，在图3A至图3C所示的基板中，贯通到与硅基板的第一表面相反的第二表面的通孔可以定位成取代凹部。
如图10所示，构件901可以在构件901与硅基板101之间插入有结构体104的状态下粘合到硅基板101。在这种情况下，结构体104可以用作将构件901粘合到硅基板101的粘接剂。同时，在结构体104不是粘接剂的情况下，在构成结构体104的有机树脂固化之后，构件901可以通过等离子体活化直接粘合到硅基板101。在各情况下，结构体104都构成液体的流路的一些部分。构件901能够是如下的构件：该构件具有布置在以与图3A至图3C所示的结构体104相同的方式设置在硅基板101中的凹部上方的盖结构体。如图10所示，与凹部的一些部分连通的开口部可以位于构件901中。用于形成构件901的材料适当地从例如氧化铝、SUS、树脂和硅的各种材料中选择。在构件901的基材为硅的情况下，如图11所示，构件901可以具有与硅基板101的结构相同的结构。即，构件901的表面可以被包含金属氧化物的保护层B1001覆盖，并且中间层B1002可以被布置于保护层B1001和结构体104之间。在这种情况下，构件901也是作为本发明的目标的实施方式。另外，在连续地粘合另一构件的情况下，其它构件也可以具有与构件901的结构相同的结构。在如图10所示的基板中，贯通到硅基板的与第一表面相反的第二表面的贯通孔可以定位成取代凹部的位置。
图8示出了液体喷出头的示例。图8所示的液体喷出头包括在硅基板101的第一表面上的保护层A102、在保护层A102上的结构体104和在保护层A102与结构体104之间的中间层A103。在硅基板101的第一表面中形成有用作流路结构的液体流路603。硅基板101包括液体供给路604。结构体104是具有与流路603连通的开口部的盖结构体。能量产生元件601和布线层602布置于硅基板101的与第一表面相反的第二表面上，布线层602包括用于为能量产生元件601供电的驱动电路和布线。流路形成构件构成压力室607和液体喷出口606，压力室607中设置有能量产生元件601。经过结构体104的开口部供给到流路603的液体通过供给路604保持在压力室607内，并由于能量产生元件601施加的能量而从喷出口606喷出到外部。压力室中的液体可以在压力室的内部和压力室的外部之间循环。即，压力室607中的液体可以通过任意孔部移出到外部，并且可以通过任意孔部再返回到压力室607内。例如，压力室607中的液体可以通过硅基板101中包括的通孔循环到硅基板101的第一表面侧。具体地，例如，在图8中，液体可以从右侧的供给路604进入压力室607，通过左侧的供给路604离开压力室607以进入流路603，并从右侧的供给路604返回到压力室607。在图8中，左侧的供给路604和右侧的供给路604是从一个流路603朝向硅基板101的第一表面侧延伸的通孔。但是，在流路603被分成两部分的构造中，可以使用从一个流路延伸的左侧的供给路604和从另一个流路延伸的右侧的供给路604。在使用这种构造的情况下，进入压力室607的液体入口路径和离开压力室607的液体出口路径被分开，并由此使液体有效地循环。
在液体喷出头中，由于其结构特征，在结构体和基板之间以及在流路形成构件和基板之间的粘接的可靠性是重要的。通常，在喷墨打印机中，由于为了形成彩色图像而供给多种颜色的墨，所以在液体喷出头中布置有用于多种颜色的墨的墨流路。例如，在图8所示的液体喷出头的截面图中，不同颜色的墨的流路布置成在截面图中的左方向和右方向上与流路603相邻。如果在这些不同颜色的墨的流路之间发生从基板的剥离，则可能发生墨的混色，并且在某些情况下不能形成正常的图像。
特别地，基板和结构体之间的接触面积小于流路形成构件和基板之间的接触面积，因此，即使是结构体和基板之间的小程度的剥离也易于与墨的混色相关联。具体地，在图8所示的液体喷出头中，流路603需要具有足够的宽度，以便将液体稳定地供给到在垂直于截面的方向上排列的多个喷出口606。因此，流路603的宽度通常大于压力室607的宽度。例如，压力室607的宽度为30μm以上且300μm以下，而流路603的宽度为350μm以上且1000μm以下。因此，硅基板101的第二表面侧中与流路形成构件相接触的部分的宽度大于硅基板101的第一表面侧中与结构体104相接触并且没有设置流路603的部分的宽度。结果，即使是硅基板101和结构体104之间、即硅基板的第一表面侧的小程度的剥离，也易于引起墨的混色，因此需要高的粘接可靠性。
在液体喷出头中，结构体可以构成流路形成构件、喷出口形成构件和保护构件等。在这种情况下，能量产生元件布置于硅基板的第一表面。
图12E示出了液体喷出头的另一示例。除了结构体和与结构体粘合的构件外，图12E所示的液体喷出头与图8所示的液体喷出头相同。在图12E所示的液体喷出头中，在插入结构体1105的状态下，构件901被粘合。构件901可以与图10或图11所示的上述构件901相同。如图13所示，在进一步粘合构件901之外的构件的情况下，中间层B1201可以不仅布置在硅基板1101的一个表面上，而且可以布置在构件901的其它表面上。
打印方法
该打印方法通过从上述液体喷出头喷出包含颜料的液体执行打印。在该打印方法中使用上述液体喷出头，因此即使在包含颜料的液体长期通过液体喷出头的情况下，也抑制了保护层A与结构体之间的界面剥离。
实施例
实施例1、实施例2和比较例1
在本实施例中，通过图4A至图4D所示的步骤制造基板。制备了硅基板101。使用了原子层沉积法(ALD法)，并且形成了用作保护层A102的85nm的TiO膜。使用了等离子体CVD法，并且形成了用作中间层A103的具有2.01g/cm3的质量密度的50nm的SiC膜(图4A)。在这方面，通过使用X射线反射计(XRR)由X射线的全反射临界角计算中间层A的质量密度。在以下其它实施例和比较例中通过相同的方法计算质量密度。
硅基板101的两个表面都涂覆有光致抗蚀剂405(商品名：THMR-iP5700HR，由TOKYOOHKA KOGYO CO.,LTD.生产)，通过利用UV光照射硅基板101的第一表面的一半面积进行显影。以这种方式，形成了中间层A103的曝光范围彼此不同的图案401、402和403(图4B)。在图案401中，整个中间层A103被曝光。图案402是一条边为180μm的正方形孔的图案。图案403是一条边为220μm的正方形孔的图案。
通过反应离子蚀刻对曝光的中间层A103进行蚀刻，其中使用了CF4气体(图4C)。此后，通过使用去膜溶液剥离光致抗蚀剂405。用环氧树脂(商品名：TMMR，由TOKYO OHKAKOGYO CO.,LTD.制造)涂覆第一表面从而形成结构体104。使用了光掩模和曝光设备(投影对准器(商品名：UX-4258，由USHIO INC.生产))，并且形成了具有一条边为200μm的正方形孔的图案(图4D)。环氧树脂通过被加热至200℃而固化，从而制成基板。
沿着图4B至图4D所示的两条线将基板切成片。将包括图案401的片指定为比较例1的基板，将包括图案402的片指定为实施例1的基板，将包括图案403的片指定为实施例2的基板。当在垂直于硅基板101的第一表面的方向上投影时，关于结构体104和中间层A103之间的接触面积相对于结构体104和保护层A102或者中间层A103之间的接触面积的比(中间层A103的界面覆盖率)，实施例1为100％，实施例2为80％，比较例1为0％(不存在中间层A103)。
将各基板浸入由佳能公司生产的大幅面喷墨打印机(商品名：imagePROGRAF系列)使用的颜料黑色墨(墨盒名称：PFI-106BK)中持续2周，期间加热至70℃。将从墨中取出的各基板用纯水洗净，并使用电子显微镜观察。
关于比较例1的基板，即具有图案401且在结构体104和保护层A102之间不存在中间层A103的基板，在设置于结构体104的正方形孔图案的周围、在结构体104和保护层A102之间发生界面剥离(图5A)。
同时，关于实施例1的基板，即结构体104通过中间层A103与保护层A102完全分离的、具有图案402的基板，在结构体104和保护层A102之间未发生界面剥离(图5B)。关于实施例2的基板，即中间层A103被中途切断、具有图案403并且在区域501中结构体104与保护层A102相接触的基板，在区域501中在结构体104和保护层A102之间发生了界面剥离。但是，在存在中间层A103的区域中没有发生界面剥离(图5C)。
实施例3、实施例4和比较例2
除了使用具有2.00g/cm3质量密度的SiOC膜代替SiC膜用作中间层A103之外，以与实施例1、实施例2和比较例1相同的方式制造基板，并进行墨浸渍评估。评估结果与实施例1、实施例2和比较例1的结果相同。
实施例5、实施例6和比较例3
除了使用具有2.10g/cm3质量密度的SiCN膜代替SiC膜用作中间层A103之外，以与实施例1、实施例2和比较例1相同的方式制造基板，并进行墨浸渍评估。评估结果与实施例1、实施例2和比较例1的结果相同。
实施例7、实施例8和比较例4
除了使用具有2.07g/cm3质量密度的SiOCN膜代替SiC膜用作中间层A103以外，以与实施例1、实施例2和比较例1相同的方式制造基板，并进行墨浸渍评估。评估结果与实施例1、实施例2和比较例1的结果相同。
实施例9、实施例10和比较例5
以与实施例1、实施例2和比较例1相同的方式在硅基板101上形成保护层A102和中间层A103。涂布芳香族聚酰胺树脂(商品名：HIMAL HL-1200CH，由Hitachi ChemicalCompany,Ltd.生产)并进行加热干燥。进一步涂布光致抗蚀剂(商品名：THMR-iP5700HR，由TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.生产)，并通过使用光掩模和曝光设备(投影对准器(商品名：UX-4258，由USHIO INC.生产))形成图案。上述光致抗蚀剂的图案被用作掩模，并且通过使用氧等离子体的化学干法蚀刻来蚀刻芳香族聚酰胺树脂。然后，剥离上述光致抗蚀剂以形成具有与实施例1、实施例2和比较例1的图案相同的图案的结构体104。随后，以与实施例1、实施例2和比较例1相同的方式制作基板，并进行墨浸渍评估。评估结果与实施例1、实施例2和比较例1的结果相同。
实施例11、实施例12和比较例6
除了使用具有1.68g/cm3质量密度的SiC膜作为中间层A103之外，以与实施例1、实施例2和比较例1相同的方式制造基板，并进行墨浸渍评价。评价结果与实施例1、实施例2和比较例1的结果相同。但是，在实施例11和实施例12的基板中，观察到在中间层A103和保护层A102之间的一些粘合部中，保护层A102结晶成具有直径在大约100μm范围内的斑点的形状。在这方面，虽然没有发生结构体104的剥离并且中间层A103的功能未受损害，但是在结晶部中在基板101和保护层A102之间发生剥离。
实施例13、实施例14和比较例7
除了使用具有1.71g/cm3质量密度的SiC膜作为中间层A103之外，以与实施例1、实施例2和比较例1相同的方式制造基板，并进行墨浸渍评价。评价结果与实施例1、实施例2和比较例1的结果相同。但是，在实施例13和实施例14的基板中，观察到在中间层A103和保护层A102之间的一些粘合部中，保护层A102结晶成具有直径在大约100μm范围内的斑点的形状。在这方面，虽然没有发生结构体104的剥离并且中间层A103的功能未受损害，但是在结晶部中在基板101和保护层A102之间发生剥离。
实施例15、实施例16和比较例8
除了使用具有1.81g/cm3质量密度的SiC膜作为中间层A103之外，以与实施例1、实施例2和比较例1相同的方式制造基板，并进行墨浸渍评价。评价结果与实施例1、实施例2和比较例1的结果相同。但是，在实施例15和实施例16的基板中，观察到在中间层A103和保护层A102之间的一些粘合部中，保护层A102结晶成具有直径在大约100μm范围内的斑点的形状。在这方面，虽然没有发生结构体104的剥离并且中间层A103的功能未受损害，但是在结晶部中在基板101和保护层A102之间发生剥离。
实施例17、实施例18和比较例9
除了使用具有1.78g/cm3质量密度的SiCN膜作为中间层A103之外，以与实施例1、实施例2和比较例1相同的方式制造基板，并进行墨浸渍评价。评价结果与实施例1、实施例2和比较例1的结果相同。但是，在实施例17和实施例18的基板中，观察到在中间层A103和保护层A102之间的一些粘合部中，保护层A102结晶成具有直径在大约100μm范围内的斑点的形状。在这方面，虽然没有发生结构体104的剥离并且中间层A103的功能未受损害，但是在结晶部中在基板101和保护层A102之间发生剥离。
实施例19、实施例20和比较例10
除了使用具有1.69g/cm3质量密度的SiOC膜作为中间层A103之外，以与实施例1、实施例2和比较例1相同的方式制造基板，并进行墨浸渍评价。评价结果与实施例1、实施例2和比较例1的结果相同。但是，在实施例19和实施例20的基板中，观察到在中间层A103和保护层A102之间的一些粘合部中，保护层A102结晶成具有直径在大约100μm范围内的斑点的形状。在这方面，虽然没有发生结构体104的剥离并且中间层A103的功能未受损害，但是在结晶部中在基板101和保护层A102之间发生剥离。
下面的表格示出了在实施例1至实施例20和比较例1至比较例10中的每一个中的用于形成中间层A的材料、中间层A的质量密度、硅化合物中碳原子的组成比、中间层A的界面覆盖率、用于形成结构体的材料、墨浸渍评估结果以及在墨浸渍评估期间产生的每片的斑点状结晶部的数量。
表格
实施例21
在本实施例中，通过图6A至图6C和图7A至图7C所示的步骤制造液体喷出头。制备了具有625μm厚度的硅基板101(图6A)。在硅基板101的第二表面上预先布置有用作加热器的能量产生元件601。同样地，已经布置有用于向能量产生元件601供电的包括驱动电路和布线的布线层602。在与硅基板101的第二表面相反的第一表面中设置有具有约500μm深度的凹部的液体流路603。另外，已经布置有从硅基板101的第二表面与流路603连通的液体供给路604。
通过原子层沉积法在硅基板101上形成用作保护层A102并且具有85nm厚度的TiO膜(图6B)。由于TiO膜是通过原子层沉积法形成的，所以能够在流路603和供给路604的内壁上形成具有近乎均匀厚度的TiO膜。
通过等离子体CVD法从第一表面侧形成作为中间层A103的具有2.01g/cm3质量密度和50nm厚度的SiC膜(图6C)。如图6C所示，确定的是，中间层A103以具有50nm的目标膜厚度的方式形成在第一表面上，并且形成于流路603的侧壁的中间层A103的膜厚随着距离第一表面的深度的增加而减小。
制成为膜的光致抗蚀剂层叠在硅基板101的第二表面上，并且通过使用光掩模和曝光设备仅在供给路604的周边部形成光致抗蚀剂的图案605(商品名：FPA-5510iV，由佳能公司生产)。此后，将图案605用作掩模，并蚀刻硅基板101的第二表面上的保护层A102(图7A)。通过将用于半导体的缓冲(buffered)氢氟酸(商品名：BHF-110U，由DaikinIndustries,Ltd.生产)与纯水以1：40的比例(体积比)混合制成的缓冲氢氟酸被用作蚀刻液。这里，使用了在硅基板101旋转的过程中滴下蚀刻液的旋转蚀刻法。因此，蚀刻液不会绕着硅基板101的第一表面流动，并且只有保护层A102的不需要的部分被去除。随后，去除用作掩模的图案605。
重复2次将制成为膜的光敏环氧树脂(商品名：TMMF，由TOKYO OHKA KOGYO CO,.LTD.制造)层叠并进行曝光和显影的步骤。因此，在硅基板101的第二表面侧形成有包括液体喷出口606和从供给路604延伸到喷出口606的压力室607的流路形成构件(图7B)。
通过将制成为膜的光敏环氧树脂层叠并进行曝光和显影，在硅基板101的第一表面形成作为具有与流路603连通的开口部的盖结构体的结构体104(图7C)。通过用包含环氧树脂的溶液(商品名：SU-8 2000，由Nippon Kayaku Co.，Ltd.制造)涂覆光学膜并进行干燥来制备制成为膜的光敏环氧树脂。此后，通过加热至200℃以使环氧树脂固化来制造液体喷出头(图8)。
通过使用切割锯将液体喷出头分割成片。将各片均浸入由佳能公司生产的大幅面喷墨打印机(商品名：imagePROGRAF系列)使用的颜料黑色墨(墨盒名称：PFI-106BK)中持续2周，期间加热至70℃。将从墨中取出的各个液体喷出头用纯水清洗并观察。结果，结构体104没有改变，并且在结构体104和保护层A102之间没有发生界面剥离。
比较例11
除了未形成中间层A103之外，以与实施例21相同的方式制造液体喷出头，并进行了墨浸渍评估。在本比较例中，在流路603的附近、即结构体104与保护层A102相接触的地方，结构体104剥离。
实施例22
在本示例中，通过图12A至图12E所示的步骤制造液体喷出头。制备了具有625μm厚度的硅基板1101(图12A)。液体供给路1102位于硅基板1101中。通过原子层沉积法在硅基板1101上形成用作保护层B1103并具有85nm厚度的TiO膜(图12B)。由于TiO膜通过原子层沉积法形成，所以在供给路1102的内壁上也可以形成具有近乎均匀厚度的保护层B1103。通过等离子体CVD法在硅基板1101的一个表面上形成作为中间层B1104的具有2.01g/cm3质量密度和50nm厚度的SiC膜(图12C)。以这种方式制造了构件901。
以与实施例21相同的方式制造在图7B所示的状态下的液体喷出头。其后，在硅基板101的第一表面上形成作为有机树脂层的结构体1105(图12D)。通过用苯并环丁烯树脂溶液(商品名：CYCLOTEN，由Dow Chemical Company生产)涂覆2μm厚度的硅晶片、并进行对硅基板101的第一表面的转印，形成结构体1105。
将硅基板101的设置有结构体1105的表面粘合到构件901的设置有中间层B1104的表面(图12E)。通过使用由EVG制造的EVG6200BA(商品名)进行基板的对准，并通过使用由EVG生产的EVG520IS(商品名)进行粘合。通过加热至150℃进行粘合，并且在300℃完成固化。以这种方式制造液体喷出头。
通过使用切割锯将液体喷出头分割成片。将各片均浸入由佳能公司生产的大幅面喷墨打印机(商品名：imagePROGRAF系列)使用的颜料黑色墨(墨盒名称：PFI-106BK)中持续2周，期间加热至70℃。将从墨中取出的各个液体喷出头用纯水清洗并观察。结果，结构体1105没有改变，并且在结构体1105和保护层B1103之间没有发生界面剥离。
虽然已经参考示例性实施方式说明了本公开，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，以包含所有这样的变形、等同结构和功能。

Claims (16)

1.一种液体喷出头，其包括：
硅基板；以及
元件，其用于产生喷出所述硅基板上的液体用的能量，
其特征在于，在所述硅基板的第一表面上布置有包含金属氧化物的保护层A，
在所述保护层A上布置有包含有机树脂并且构成部分液体流路的结构体，
在所述保护层A和所述结构体之间布置有包含硅化合物的中间层A，并且
所述中间层A与所述结构体和所述保护层A直接接触。
2.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述元件布置于所述硅基板的与所述第一表面相反的第二表面。
3.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述金属氧化物中的金属元素是钛。
4.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述硅化合物是从由SiC、SiOC、SiCN、SiOCN、SiO、SiN和SiON构成的组中选择的化合物。
5.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，当在垂直于所述硅基板的所述第一表面的方向上投影时，所述结构体和所述中间层A之间的接触面积相对于所述结构体和所述保护层A或者所述中间层A之间的接触面积的比为50％以上。
6.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，
在所述硅基板的所述第一表面中设置有凹部，或者形成有从所述第一表面至与所述第一表面相反的第二表面贯通所述硅基板的通孔，并且
所述结构体是布置在所述凹部或者所述通孔的上方的盖结构体。
7.根据权利要求6所述的液体喷出头，其中，所述保护层A连续地覆盖所述凹部的侧壁或者所述通孔的侧壁以及所述硅基板的至少所述第一表面。
8.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，
在所述硅基板的所述第一表面中设置有凹部，或者形成有从所述第一表面至与所述第一表面相反的第二表面贯通所述硅基板的通孔，并且
在所述凹部或者所述通孔的上方布置有具有盖结构体的构件，在所述结构体介于所述构件和所述硅基板之间的状态下所述构件粘合至所述硅基板。
9.根据权利要求8所述的液体喷出头，其中，所述构件的基材是硅，所述构件的表面覆盖有包含金属氧化物的保护层B，并且在所述保护层B和所述结构体之间布置有中间层B。
10.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述中间层A的质量密度为1.70g/cm3以上。
11.根据权利要求10所述的液体喷出头，其中，所述中间层A的质量密度为2.00g/cm3以上。
12.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述硅化合物包含碳原子，并且所述硅化合物中所含的碳原子与硅原子和碳原子的总量的组成比为15原子％以上。
13.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述结构体的厚度为10μm以上且1000μm以下。
14.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述有机树脂是从由环氧树脂、芳香族聚酰亚胺树脂、芳香族聚酰胺树脂和芳香烃树脂构成的组中选择的至少一种树脂。
15.根据权利要求1所述的液体喷出头，其包括压力室，所述元件设置在所述压力室中，所述压力室中的液体在所述压力室的内部和所述压力室的外部之间循环。
16.根据权利要求15所述的液体喷出头，其中，所述压力室中的液体通过布置在所述硅基板中的通孔循环至所述硅基板的所述第一表面侧。
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