CN108248219A - 热泡喷墨打印头芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了热泡喷墨打印头芯片及其制造方法，涉及打印技术领域，其中打印头芯片包括衬底；形成在衬底的第一侧的加热电阻，加热电阻上远离衬底一侧形成有墨水容纳腔；其中，衬底内形成有低导热腔，低导热腔位于加热电阻远离墨水容纳腔的一侧，低导热腔内填充热导率低于衬底的材料，通过使用低导热腔减少了加热电阻产生的热量向衬底中扩散，也即将热量留存在墨水容纳腔中，提高了加热电阻的加热效率，因此可以相应降低加热电阻的工作电流，实现了在提高数字宽幅打印设备的集成打印宽幅同时，减小打印头的工作电流和衬底的升温速率，从而增加高速数字宽幅打印设备的打印速度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及打印技术领域，尤其涉及一种热泡喷墨打印头芯片及其制造方法。
背景技术
高速数字宽幅打印设备的热泡喷墨打印头芯片具有批量化制造、分辨率高、成本低等优点而受到广泛的应用。其工作原理是热泡喷墨打印头芯片的微型电阻在大电流作用下会在极短时间内产生大量热量，导致电阻区的墨水瞬间气化形成气泡并迅速膨胀，迫使墨水喷出。
为了进一步提高宽幅打印设备的集成打印宽幅，打印头需施加高达几安培的电流，导致打印设备的制造成本和使用成本很大。另外，打印头中的电路元件在大电流作用下温度会快速升高，性能受到影响，从而影响打印质量，为了保证打印质量，打印头需周期性地工作。
针对上述问题，提供一种能够在提高数字宽幅打印设备的集成打印宽幅同时，减小打印头的工作电流和衬底的升温速率，从而增加高速数字宽幅打印设备的打印速度的打印头芯片很有必要。
发明内容
本发明提供一种热泡喷墨打印头芯片及其制造方法，以实现在提高数字宽幅打印设备的集成打印宽幅同时，减小打印头中电路元件的工作电流和升温速率，从而增加高速数字宽幅打印设备的打印速度。
第一方面，本发明实施例提供了一种热泡喷墨打印头芯片，包括：
衬底；
形成在所述衬底的第一侧的加热电阻，所述加热电阻上远离所述衬底一侧形成有墨水容纳腔；
其中，所述衬底内形成有低导热腔，所述低导热腔位于所述加热电阻远离所述墨水容纳腔的一侧，所述低导热腔内填充热导率低于所述衬底的材料。
可选的，在上述打印头芯片中，所述低导热腔内填充有热导率小于0.5wm-1K-1的材料。
可选的，在上述打印头芯片中，所述加热电阻和所述低导热腔之间设置有复合薄膜层。
可选的，在上述打印头芯片中，所述衬底的第一侧还形成有驱动控制电路，用于驱动所述加热电阻。
可选的，在上述打印头芯片中，还包括：
封装层，覆盖所述驱动控制电路和所述加热电阻，且在所述加热电阻远离所述衬底的一侧形成墨水容纳腔，以及形成所述墨水容纳腔的喷嘴。
第二方面，本发明实施例提供了一种热泡喷墨打印头芯片的制造方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底的第一侧形成加热电阻，在所述加热电阻上远离所述衬底一侧形成墨水容纳腔；
以及在所述衬底内形成低导热腔，所述低导热腔位于所述加热电阻远离所述墨水容纳腔的一侧，所述低导热腔内填充热导率低于所述衬底的材料。
可选的，在上述制造方法中，所述在所述衬底内形成低导热腔包括：
在所述衬底的第二侧表面形成至少两个微腔；
通过所述至少两个微腔在所述衬底中形成低导热腔。
可选的，在上述制造方法中，所述在所述衬底的第二侧表面形成至少两个微腔包括：
在所述衬底的第二侧表面形成硬掩膜层；
利用所述硬掩膜层在所述衬底中形成至少两个微腔。
可选的，在上述制造方法中，所述利用所述硬掩膜层在所述衬底中形成至少两个微腔包括：
采用反应离子刻蚀工艺刻蚀所述硬掩膜层，以及采用深反应离子刻蚀工艺刻蚀所述衬底以形成所述至少两个微腔。
可选的，在上述制造方法中，所述通过所述至少两个微腔在所述衬底中形成低导热腔包括：
通过所述至少两个微腔采用二氟化氙作为刻蚀气体刻蚀所述衬底以形成所述低导热腔。
本发明实施例提供了一种热泡喷墨打印头芯片及其制造方法，打印头芯片包括衬底；形成在所述衬底的第一侧的加热电阻，所述加热电阻上远离所述衬底一侧形成有墨水容纳腔；其中，所述衬底内形成有低导热腔，所述低导热腔位于所述加热电阻远离所述墨水容纳腔的一侧，所述低导热腔内填充热导率低于所述衬底的材料，从而减少了加热电阻产生的热量向衬底中扩散，也即将热量留存在墨水容纳腔中，提高了加热电阻的加热效率，因此可以相应降低加热电阻的工作电流，实现了在提高数字宽幅打印设备的集成打印宽幅同时，减小打印头的工作电流和衬底的升温速率，从而增加高速数字宽幅打印设备的打印速度。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种热泡喷墨打印头芯片的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的另一种热泡喷墨打印头芯片的结构示意图；
图3是本发明实施例二中提供的一种热泡喷墨打印头芯片的制造方法；
图4是本发明实施例三中提供的一种热泡喷墨打印头芯片的制造方法；
图5是与图4中步骤320对应的一种热泡喷墨打印头芯片的结构示意图；
图6是与图4中步骤330对应的一种热泡喷墨打印头芯片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种热泡喷墨打印头芯片的结构示意图。参考图1，该打印头芯片包括，衬底11、加热电阻12、墨水容纳腔13和低导热腔14。其中，在衬底11的第一侧的形成有加热电阻12，加热电阻12上远离衬底11一侧形成有墨水容纳腔13；其中，衬底11内形成有低导热腔14，低导热腔14位于加热电阻12远离墨水容纳腔13的一侧，低导热腔14内填充热导率低于衬底的材料。具体的，通过在衬底11内形成低导热腔14并在低导热腔14内填充热导率低于衬底11的材料，减少了加热电阻12产生的热量向衬底11中扩散，使得整个衬底11的温度不会过高而导致整个打印头芯片的工作性能降低。另外由于减少了加热电阻12产生的热量向衬底11中扩散，使得加热电阻12产生的热量更多的聚集在墨水容纳腔13中用于加热墨水，相当于提高了加热电阻12产生的热量的利用率，从而使得加热电阻12的在较小的工作电流下也能产生足够的热量用于加热墨水。
可选的，在上述芯片中，低导热腔内13中填充有热导率小于0.5wm-1K-1的材料。示例性的，低导热腔13内填充有空气或填充环氧树脂。由于衬底一般采用硅材料形成，空气的热导率远比硅小，因此可以使用空气来填充低导热腔14来阻隔加热电阻12产生的热量向衬底中扩散，另外采用空气填充成本低，同时也减少了工艺步骤。另外，在低导热腔14中也可以填充环氧树脂或者其他热导率小于0.5wm-1K-1的材料，同样能够间接的提高加热电阻12的加热效率，减小打印头的工作电流。
可选的，在上述芯片中，加热电阻12和低导热腔14之间设置有复合薄膜层。参考图1，在加热电阻12和低导热腔14之间还设置有复合薄膜层15，符合薄膜层15可以包括很多功能层，比如，支承层，用于支撑加热电阻12等器件；隔热层，用于进一步减少加热电阻12的热量扩散；还有绝缘层等。需要根据实际需要来确定符合薄膜层15具体包括哪些功能层。
可选的，在上述芯片中，所述衬底的第一侧还形成有驱动控制电路，用于驱动所述加热电阻。图2为本发明实施例一提供的另一种热泡喷墨打印头芯片的结构示意图，参考图2，在所述衬底的第一侧还形成有驱动控制电路16，驱动控制电路16用于驱动加热电阻12，使加热电阻12产生热量以加热墨水。
可选的，在上述芯片中，还包括：封装层17，覆盖所述驱动控制电路16和所述加热电阻12，且在所述加热电阻12远离所述衬底11的一侧形成墨水容纳腔14，以及形成所述墨水容纳腔的喷嘴131。具体的，参考图2，在形成驱动控制电路16和加热电阻12后，在驱动控制电路16和加热电阻12上方形成封装层17，且在加热电阻12远离所述衬底11的一侧形成墨水容纳腔14，以及形成所述墨水容纳腔的喷嘴131。当加热电阻12工作时所产生的热量使墨水升温产生气泡，从而将墨水从喷嘴131中喷射出。
实施例二
图3是本发明实施例二中提供的一种热泡喷墨打印头芯片的制造方法，该方法适用于减少加热电阻的热量流失，提高加热效率的情况。该方法可以由配置在打印机中的热泡喷墨打印头芯片执行。
参考图3，本实施例提供的热泡喷墨打印头芯片的制造方法，具体包括如下步骤：
步骤210、提供衬底，在衬底的第一侧形成加热电阻，在加热电阻上远离衬底一侧形成墨水容纳腔。
提供衬底后，在衬底的第一侧形成加热电阻，用于产生热量，在加热电阻上远离衬底一侧形成墨水容纳腔，用于存储墨水。当加热电阻产生的热量将墨水加热到一定程度时，墨水会产生气泡从而将墨水喷射出，实现打印。
步骤210、在衬底内形成低导热腔，低导热腔位于加热电阻远离墨水容纳腔的一侧，低导热腔内填充热导率低于衬底的材料。
在衬底内形成低导热腔，且使低导热腔位于加热电阻远离墨水容纳腔的一侧，并在低导热腔内填充热导率低于衬底的材料，当加热电阻工作时所产生的热量，由填充热导率低于衬底的材料的低导热腔进行阻隔，减少加热电阻产生的热量的流失。
本发明实施例中提供的热泡喷墨打印头芯片的制造方法，通过使用低导热腔，减少了加热电阻产生的热量向衬底中扩散，使得整个衬底的温度不会过高而导致整个打印头芯片的工作性能降低。另外由于减少了加热电阻产生的热量向衬底中扩散，使得加热电阻产生的热量更多的聚集在墨水容纳腔中用于加热墨水，相当于提高了加热电阻产生的热量的利用率，从而使得加热电阻的在较小的工作电流下也能产生足够的热量用于加热墨水。
实施例三
图4是本发明实施例三中提供的一种热泡喷墨打印头芯片的制造方法，参考图4，在上述实施例的基础上，所述在所述衬底内形成低导热腔包括：在衬底的第二侧表面形成至少两个微腔；通过至少两个微腔在衬底中形成低导热腔。即实施例二中步骤220包括下述步骤320和330。
参考图4，本实施例的热泡喷墨打印头芯片的制造方法具体包括：
步骤310、提供衬底，在衬底的第一侧形成加热电阻，在加热电阻上远离衬底一侧形成墨水容纳腔。具体可参考实施例二中步骤210中的描述内容。
步骤320、在所述衬底的第二侧表面形成至少两个微腔。
图5是与图4中步骤320对应的一种热泡喷墨打印头芯片的结构示意图，参考图5，在衬底51的第二侧表面形成至少两个微腔54，图中示意性的画出4个微腔54，微腔的个数、形状和深度根据实际需要进行确定，在此不做限定。微腔54的形成可以通过选择合适的刻蚀工艺实现。
步骤330、通过所述至少两个微腔在所述衬底中形成低导热腔。
图6是与图4中步骤330对应的一种热泡喷墨打印头芯片的结构示意图，参考图6，通过微腔54可以在衬底51中形成低导热腔55，比如采用湿法刻蚀工艺对衬底进行刻蚀。低导热腔55位于加热电阻56远离墨水容纳腔57的一侧，低导热腔55内填充热导率低于衬底51的材料。
本发明实施例中提供的热泡喷墨打印头芯片的制造方法，通过使用至少两个微腔在衬底中形成低导热腔，减少了加热电阻产生的热量向衬底中扩散，使得整个衬底的温度不会过高而导致整个打印头芯片的工作性能降低。另外由于减少了加热电阻产生的热量向衬底中扩散，使得加热电阻产生的热量更多的聚集在墨水容纳腔中用于加热墨水，相当于提高了加热电阻产生的热量的利用率，从而使得加热电阻的在较小的工作电流下也能产生足够的热量用于加热墨水。
可选的，在上述制造方法中，在衬底的第二侧表面形成至少两个微腔包括：
在衬底的第二侧表面形成硬掩膜层；利用硬掩膜层在衬底中形成至少两个微腔。具体的，参考图5，在衬底51的第二侧面先形成硬掩膜层52，用于保护衬底51，用于在形成微腔54时保护除微腔54外的衬底。
可选的，在上述制造方法中，利用硬掩膜层在衬底中形成至少两个微腔包括：采用反应离子刻蚀工艺刻蚀硬掩膜层，以及采用深反应离子刻蚀工艺刻蚀衬底以形成至少两个微腔。在形成微腔的过程中，可以先采用反应离子刻蚀工艺刻蚀硬掩膜层，再采用深反应离子刻蚀工艺刻蚀衬底以形成至少两个微腔。
可选的，在上述制造方法中，通过至少两个微腔在衬底中形成低导热腔包括：通过至少两个微腔采用二氟化氙(XeF2)作为刻蚀气体刻蚀衬底以形成低导热腔。具体的，在形成至少两个微腔后，采用XeF2作为刻蚀气体对衬底进一步的刻蚀，在衬底中形成低导热腔。另外可以在衬底的微腔中填充多晶硅材料以实现对低导热腔进行密封，也可以采用其他散热材料，最好同时具有低膨胀系数和低应力的特性。
需要说明的是，本发明实施例所提供的热泡喷墨打印头芯片装置可以用于执行本发明实施例所提供的热泡喷墨打印头芯片的制造方法，具备相应的功能和有益效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种热泡喷墨打印头芯片，其特征在于，包括：
衬底；
形成在所述衬底的第一侧的加热电阻，所述加热电阻上远离所述衬底一侧形成有墨水容纳腔；
其中，所述衬底内形成有低导热腔，所述低导热腔位于所述加热电阻远离所述墨水容纳腔的一侧，所述低导热腔内填充热导率低于所述衬底的材料。
2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述低导热腔内填充有热导率小于0.5wm- 1K-1的材料。
3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述加热电阻和所述低导热腔之间设置有复合薄膜层。
4.根据权利要求1-3中任一所述的芯片，其特征在于，所述衬底的第一侧还形成有驱动控制电路，用于驱动所述加热电阻。
5.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，还包括：
封装层，覆盖所述驱动控制电路和所述加热电阻，且在所述加热电阻远离所述衬底的一侧形成墨水容纳腔，以及形成所述墨水容纳腔的喷嘴。
6.一种热泡喷墨打印头芯片的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底的第一侧形成加热电阻，在所述加热电阻上远离所述衬底一侧形成墨水容纳腔；
以及在所述衬底内形成低导热腔，所述低导热腔位于所述加热电阻远离所述墨水容纳腔的一侧，所述低导热腔内填充热导率低于所述衬底的材料。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述在所述衬底内形成低导热腔包括：
在所述衬底的第二侧表面形成至少两个微腔；
通过所述至少两个微腔在所述衬底中形成低导热腔。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述在所述衬底的第二侧表面形成至少两个微腔包括：
在所述衬底的第二侧表面形成硬掩膜层；
利用所述硬掩膜层在所述衬底中形成至少两个微腔。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述利用所述硬掩膜层在所述衬底中形成至少两个微腔包括：
采用反应离子刻蚀工艺刻蚀所述硬掩膜层，以及采用深反应离子刻蚀工艺刻蚀所述衬底以形成所述至少两个微腔。
10.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述通过所述至少两个微腔在所述衬底中形成低导热腔包括：
通过所述至少两个微腔采用二氟化氙作为刻蚀气体刻蚀所述衬底以形成所述低导热腔。
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