CN1123446C - 喷墨头及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种喷墨头的制造方法及其结构，它包括：一基层、一图样层，其由第一图样及第二图样所构成，该第二图样呈不连续状且形成在预设墨水通道位置，一乾膜光阻层及喷孔片。
Description
技术领域
本发明有关于一种喷墨头的制造方法及其结构，特别是一种用于喷墨打印机的喷墨头，该喷墨头的制造方法及结构可提高产品的合格率及品质。
背景技术
在现今的电脑打印机市场中，喷墨式打印机可以说是一项廉价且高品质的选择，其与激光打印机比较起来可以说是各有优劣，其中喷墨打印机价格较低廉但耗材成本高；而激光打印机价格高却耗材成本低；因此，对喷墨式打印机而言，如何降低耗材成本以提高竞争力可以说是一项技术研发重点。
在喷墨打印的技术中通常包含了控制墨滴释出至打印表面的机构。如现有技术所知，喷墨打印的原理是利用一喷墨头配置于供墨卡匣上，其可随着控制信号的反应喷出墨滴。
喷墨头一般有两种喷出墨滴的方式：热气泡式及压电式，热气泡式的喷墨头是利用一薄膜电阻器加热，以急速气化一小部分的墨水(即墨滴)经过喷孔喷出。
另一种压电式的喷墨头则使用压电元件随着控制信号的反应压缩墨水的体积，藉此产生压力波以迫使墨滴经过喷孔喷出。
现有技术揭露一种用于热气泡式喷墨打印机的喷墨头，该喷墨头是由VLSI工艺形成的层状构造，如美国发明专利第4,513,298号所揭露的层状结构，此层状结构是由多个工艺逐次形成的立体结构。图1为喷墨头层状结构的平面俯视图，其中为清楚显示本发明的层状结构故移去喷墨头的喷孔片1(Nozzle Palate)。如图1所示，喷墨头由底部至顶部依序至少包括：基层4、图样层3(Pattern layer)及乾膜光阻层2(dry film or channel barrier)，由VLS1工艺加工矽晶片而完成，其中位于图1中最上层的乾膜光阻层2是以虚线表示。进一步参考图2及图3说明喷墨头的构成及工作原理，其中图2为喷墨腔部分放大图而图3为喷墨腔的剖面视图，其显示一个喷墨腔的层状结构。图1的乾膜光阻层2是形成在图样层3之上并在晶片中央形成墨水通道6且在墨水通道6两侧形成多个墨水腔5。
如图2所示，墨水经由供墨卡匣(图未示)进入墨水通道6再流入各个墨水腔5内。进一步参考图3，其中喷孔片1经热压而粘合在乾膜光阻层2上。该喷孔片1具有多个开孔对应各个喷墨腔5。当墨水进入墨水腔5后，各墨水腔5依打印机的讯号而透过图样层3的加热层31加热其中的墨水使其因膨胀而经喷孔片1的开口喷出。
图3进一步显示喷墨头的层状结构，其中基层4包括：矽基层41及二氧化矽层42以构成喷墨头的底部而图样层3则包括：加热层31、第一钝化层32及第二钝化层33以构成喷墨头加热墨水的构造。
图4为图1中喷墨头沿A-A线的剖面图。如图所示可知，由于在墨水通道6两侧的图样层3形成时具有一高度差(约为0.6μm)，因此当乾膜光阻层2形成在其上时，在墨水通道6位置上造成一阶差d，此阶差d约为0.6μm。当前喷孔片1(通常以金属镍制成)粘合在乾膜光阻层2(通常为MORTON或Vacrel等高分子化合物)时，须经过120℃高温及高压2分钟至5分钟使高分子熔合在喷孔片1上。
继续参考图4，当喷孔片1沿箭头方向热压粘合在乾膜光阻时，须施加更大的压力，使乾膜光阻层2产生形变向墨水通道6挤压以封闭阶差d所造成的空隙，以避免墨水由空隙渗漏。
然而，图4中热压时产生的侧向剪应力B却可能导致各墨水腔5内的乾膜光阻层2产生侧向形变使其容积减小而造成喷墨头不合格率大幅增加。一般而言，墨水腔5的可容许误差约在±10μm范围，因此如果热压压力过大时通常造成不合格率约为50％左右。
发明内容
有鉴于现有喷孔片1压合程序不良的原因为图样层3的阶差d所造成，为解决此项问题，本发明的主要目的是提供一种喷墨头的制造方法及其结构，使得墨水通道6两侧的阶差减小，藉此可使乾膜光阻层2较为平坦，如此喷孔片1压合时能与乾膜光阻层2紧密接合，不会有漏墨的状况发生。
本发明的另一目的是提供一种新的图样层布局方法，藉此使得乾膜光阻层与喷孔片热压接合时能完整接合，以提高喷墨头制造的合格率。
本发明提供一种喷墨头的制造方法，包括下列步骤：在选定基层上以半导体工艺形成包括第一图样及第二图样的图样层，前述图样层至少由加热层及钝化层组成，其中前述第一图样构成前述喷墨头的电路而第二图样则呈不连续形状并形成在预设墨水通道两端的位置，且具有与第一图样相等的高度；在前述图样层上形成一乾膜光阻层，前述乾膜光阻层是在喷墨头中央形成一墨水通道及在该墨水通道两侧形成多个墨水腔；将具有多个对应前述墨水腔的开孔的喷孔片以热压方式粘合于乾膜光阻层。
本发明还提供一种喷墨头，包括：一基层，它是以矽晶片为材料作为喷墨头的基层；一图样层，包括第一图样及第二图样，前述图样层至少由加热层及钝化层组成，其中前述第一图样构成前述喷墨头的电路而第二图样则呈不连续形状并形成在预设墨水通道两端的位置，且具有与第一图样相等的高度；一乾膜光阻层，它是在喷墨头中央形成一墨水通道及在该墨水通道两侧形成多个墨水腔；以及一喷孔片，它具有多个对应前述墨水腔的开孔的喷孔片以热压方式粘合于乾膜光阻层。
根据本发明的制造方法所实施制造的喷墨头具有高品质及低不合格率，而且所需的施行成本低廉，可以配合传统的喷墨头工艺机器，而仅需更改光罩的布局即可做到本发明的施行，不须另外添购生产机具即可以实行，是一低成本高效益的发明。
附图说明
本发明喷墨头制造方法及其结构的诸多优点与特徵，将从下述详细说明及附图中得到进一步的了解，附图中：
图1为现有喷墨头层状结构的平面俯视面，其中移去喷孔片以清楚显示层状结构；
图2为喷墨腔部分放大图；
图3为喷墨腔的剖面视图；
图4为图1沿A-A线的剖面图；
图5为本发明喷墨头层状结构的平面俯视面，其中移去喷孔片以清楚显示层状结构；以及
图6为图5沿A’-A’线的剖面图。
具体实施方式
热气泡式喷墨打印机是利用加热墨滴使其膨胀喷出印于纸上而达成打印的目的，其中影响打印的因素包括：墨水品质、卡匣内压力的控制及喷墨头等。对热气泡式喷墨打印机的关键技术应为喷墨头(print lend)的制造。
本发明的喷墨头是由加热晶片与喷孔片1的粘合结构，其构成50～300个独立喷墨腔。每个喷墨腔底部有电阻片，通电后可瞬间加热，将墨水汽化，由于体积膨胀使墨滴喷出印于纸上。如图5所示，在本发明中，加热晶片的结构包括：乾膜光阻层2、图样层3、导流图样3’及基层4，其制造技术为VLSI工艺，而喷孔片1则由镍金属以显微机加工(Micromachining)电铸法制成其上具有多个开孔对应各个独立的喷墨腔。VLSI工艺及显微机加工电铸均为半导体技术领域所熟知的技术，故其细节于本发明中不再详述。
喷墨头的制造方法是将VLSI工艺完成的加热晶片与电铸制成的喷孔片1以高温(约120℃)在高压模具压制粘合以形成喷墨头。在粘合过程中，需注意喷孔片1与乾膜光阻层2的周围不可产生细缝，否则在打印时会造成墨水外漏的现象。首先参考图5及图6说明加热晶片的制造方法：
(1)首先以半导体工艺的矽晶片材料作为喷墨头的基层4，其包括矽基层41及二氧化矽层42。该基层4呈平面状，以用于接下来的VLSI工艺处理。
(2)以溅射工艺(Sputtering)或光罩刻法将所需要的图样形成在基层4上。前述图样层3经由前述制造方法形成包括至少三层构造：加热层31、第一钝化层32及第二钝化层33，其中该加热层31的材质可为TaAl，且第一钝化层32可为铝(Al)而第二钝化层33则可为氮化矽(Si3N4)、钽(Ta)或碳化矽(SiC)构成。前述加热层31是经通电后产生热能，而第一钝化层32及第二钝化层33则用以防止墨水与加热层31物质产生化学变化。在本发明中，在形成积体电路布局的工艺中，同时形成导流图样3’。前述导流图样3’是形成在预设墨水通道6两端的位置且该导流图样3’为不连续形状的配置，因此该导流图样3’将不会与加热层31、第一钝化层32或第二钝化层33实质接触。再者，该导流图样3’是构成间隔排列而形成具有导流通道。当然，熟悉本项技术人士皆知导流图样3’应不限于如图5的形状，只要其形墨水通道6预设两端位置而为不连续形状配置均可构成导流图样3’。进一步参考图6可知，其是沿图5A’-A’线的剖面图，因为导流图样3’是与加热层31、第一钝化层32及第二钝化层32一起形成，所以其具有同样材质的31’、32’及33’层而与图样层3具有相同的高度。
(3)参考图5可知，乾膜光阻层2(通常为MORTON或Vacrel等高分子化合物)继续形成在图样层3之上并形成虚线所示的结构，因而在晶片中央形成墨水通道6及在其两侧的多个墨水腔5。
如图6所示，加热晶片再与具有多个开孔上喷孔片1热压粘合。因为在晶片周围并无任何阶差存在，所以在热压时无需提供太大的压力，且由于压力均匀施予晶片周围而不会有局部过大形变产生，不仅可保证喷墨头粘合均匀，又可大幅提高产品合格率。
在详细说明本发明的较佳实施例的后，熟悉该项技术人士可清楚地了解，在不脱离所附权利要求书范围与精神下可进行各种变化与改变，而本发明亦不受限于说明书的实施例的实施方式。
Claims (4)
1.一种喷墨头的制造方法，包括下列步骤：
在选定基层上以半导体工艺形成包括第一图样及第二图样的图样层，前述图样层至少由加热层及钝化层组成，其中前述第一图样构成前述喷墨头的电路而第二图样则呈不连续形状并形成在预设墨水通道两端的位置，且具有与第一图样相等的高度；
在前述图样层上形成一乾膜光阻层，前述乾膜光阻层是在喷墨头中央形成一墨水通道及在该墨水通道两侧形成多个墨水腔；
将具有多个对应前述墨水腔的开孔的喷孔片以热压方式粘合于乾膜光阻层。
2.如权利要求1所述的喷头的制造方法，其特征在于，前述基层包括矽基层及二氧化矽层。
3.如权利要求1所述的喷头的制造方法，其特征在于，前述的喷孔片是由镍金属形成。
4.一种喷墨头，包括：
一基层，它是以矽晶片为材料作为喷墨头的基层；
一图样层，包括第一图样及第二图样，前述图样层至少由加热层及钝化层组成，其中前述第一图样构成前述喷墨头的电路而第二图样则呈不连续形状并形成在预设墨水通道两端的位置，且具有与第一图样相等的高度；
一乾膜光阻层，它是在喷墨头中央形成一墨水通道及在该墨水通道两侧形成多个墨水腔；以及
一喷孔片，它具有多个对应前述墨水腔的开孔的喷孔片以热压方式粘合于乾膜光阻层。
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