CN1273302C - 流体喷射装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种构成流体滴发射装置如喷墨打印装置的方法，其包括在基片(21)的第一表面(21a)上形成流体滴发生器结构(25)的一部分，在基片的第二表面(21b)中形成窄槽(35′)，并对窄槽进行蚀刻以形成锚固凹槽(33)。

Description

流体喷射装置及其制造方法
技术领域
本发明一般涉及流体喷射装置如喷墨打印装置，尤其涉及一种流体喷射装置，该流体喷射装置具有在其附着地连接于盒体上的部分中形成的附着保持的锚固凹槽。
背景技术
喷墨打印技术发展得相对良好。比如计算机打印机、绘图仪、传真机等商品已运用了喷墨技术来产生打印介质。例如， Hewlett- Packard Journal第36卷第5期(1985年5月)、第39卷第5期(1988年10月)、第43卷第4期(1992年8月)、第43卷第6期(1992年12月)以及第45卷第1期(1994年2月)中的多篇论文描述了惠普公司在喷墨技术上取得的成就；所有内容在此引入以供参考。
通常，喷墨图像是依照墨滴在打印介质上的精确定位而形成的，墨滴由称为喷墨打印头的墨滴发生装置喷射。一般来说，喷墨打印头附接在打印盒体上，例如该打印盒体被支承在可移动的打印托架上，该托架在打印介质的表面上横向移动。控制喷墨打印头根据微机或其它控制器的命令以适当的次数喷出墨滴，其中墨滴的作用定时要与正在打印的图像的像素图案对应。
典型的惠普喷墨打印头包括一个位于喷孔结构中的精密成形的喷嘴排列，该喷孔结构附接在一个墨水阻隔结构上或与其整体成形，而该墨水阻隔结构附接在一个薄膜子结构上，该薄膜子结构具有墨水发射(firing)加热电阻器和启动该电阻器的装置。墨水阻隔结构限定了墨水通道，这些墨水通道包括置于相关联墨水发射电阻器上的墨水腔，并且喷孔结构中的喷嘴与相关联的墨水腔对齐。墨滴发生器区域由墨水腔和毗邻于墨水腔的薄膜子结构以及喷孔结构的部分形成。
当前存在这样一种用于生产喷墨打印头的方法，该喷墨打印头包括具有用于排出墨的墨排出压力产生元件的硅基片，设置在硅基片上的墨从其排出的排放开口，与排放开口连通的墨流动通道，墨通过其供给到墨流动通道的墨供给开口，以及用于支撑硅基片的支撑件；以及能够排出多种不同的墨；该方法包括的步骤为：使硅基片经历各向异性的蚀刻，以形成用于每种墨的墨供给开口，同时形成围绕硅基片的墨供给开口的凹槽；以及在这样的状态下将硅基片结合到支撑件上，即在其相应于硅基片的凹槽的部分处设置在支撑件上的突出部装配到凹槽中。
发明内容
需要考虑的有关喷墨打印头的事项是打印头附接到打印盒体上的可靠性。
本发明披露一种制造流体喷射装置的方法，其包括：在晶体基片的第一表面上形成流体滴发生器结构的一部分；在该晶体基片的第二表面内形成窄槽；蚀刻窄槽以在晶体基片内形成锚固凹槽，每个所述锚固凹槽包括一锚固空腔和一在所述锚固空腔和所述第二表面之间延伸的开口，并且其中所述锚固空腔的最大宽度大于所述开口的最小宽度；在基片中形成一流体供给槽。
在其它方面，在晶体基片的第一表面上形成流体滴发生器结构的一部分包括在具有<100>晶体取向的硅基片上形成薄膜叠层。
在其它方面，形成窄槽包括对第二表面进行活性离子干蚀刻。
在其它方面，蚀刻窄槽包括对窄槽进行湿蚀刻。
在其它方面，其还包括对第一表面进行湿蚀刻以形成沟槽区域。
本发明披露了一种如上所述制造的流体喷射装置。
本发明还披露了一种流体喷射装置，其包括：基片；在所述基片的第一表面上形成的流体滴发生器结构；在基片中形成的流体供给槽；其特征在于，多个形成在所述基片的第二表面中的锚固凹槽，每个所述锚固凹槽包括一锚固空腔和一在所述锚固空腔和所述第二表面之间延伸的开口，并且其中所述锚固空腔的最大宽度大于所述开口的最小宽度。
在其它方面，所述流体滴发生器结构包括一热流体滴喷射结构。
在其它方面，所述锚固空腔具有为菱形的剖面。
在其它方面，所述基片包括具有<100>晶体取向的硅基片。
在其它方面，所述锚固空腔是通过湿蚀刻形成的。
附图说明
通过结合附图阅读下面详细的说明，本领域的技术人员将会容易地理解本发明的优点和特征，其中：
图1为打印盒的示意透视图，该打印盒可装上根据本发明的喷墨打印头；
图2为打印头的示意侧视图；
图3A为打印头的示意横剖图；
图3B为说明打印头锚固凹槽的剖视图；
图3C为说明打印头锚固凹槽一实例中一部分的平面图；
图3D为图3C中锚固凹槽的详细剖视图；
图4A为说明打印头锚固凹槽布置方式的示意平面图；
图4B为说明打印头锚固凹槽另一布置方式的示意平面图；
图5、6、7、8、9、10和11为说明打印头制造中各阶段的示意横剖图；
图12说明一个可采用该打印头的打印系统的一实例。
具体实施方式
图1为一种喷墨打印盒10的示意透视图，该打印盒10可装上本发明的流体滴喷射装置。打印盒10包括一个盒体11、一个打印头13和多个电触点15。盒体11内装有供给打印头13的墨水或其它合适的流体，电信号被提供给触点15以单独对墨滴发生器供能，从而从选定的喷嘴17喷射流体滴。打印盒10可以是在其盒体11内装有大量墨水的一次性使用的类型。其它适当的打印盒可以是从外部墨水源接收墨水的类型，墨水源通过如管子的导管被安装到打印盒上或与打印盒流体连接。
虽然是在墨滴喷射的情况下描述所公开的结构，但应该理解，所公开的结构可用于喷射其它流体滴。
参见图2和3A，打印头13包括一硅基片21和一流体滴发生器子结构23，该流体滴发生器子结构23形成于硅基片21的前表面21a上。例如，流体滴发生器子结构23实施为一个包括热墨滴发生器的热墨滴喷射子结构。例如，一个墨滴发生器包括一加热电阻器、一发射腔和一喷嘴。在所述的实例中，打印头13沿着纵向基准轴线L纵向延伸，喷嘴17可被布置在一个与基准轴线L对齐的柱状排列中。
例如，流体滴发生器子结构23包括一个多层薄膜的集成电路薄膜叠层25，其表现为墨滴发射加热电阻器和比如驱动电路和寻址电路的相关联电路。薄膜叠层25上安置有一墨水通道和喷孔子结构27，该喷孔子结构27包含墨水发射腔、墨水通道和喷嘴17。墨水通道和喷孔结构27可以是一个整体结构，其由称作SU8的光可限定旋转式(photodefinable spun-on)环氧树脂制成。或者，墨水通道和喷孔结构27可以是包括墨水阻隔层和喷孔板的片层结构。
墨水29通过一个或多个形成在硅基片21中的供墨槽31自盒体11内的一储存器被输送给流体滴发生器子结构23。或者，墨水可被输送到基片21边缘的四周。每个供墨槽31沿着打印头的纵向轴线L延伸，墨滴发生器可置于细长供墨槽31的一侧或两侧。每个供墨槽31还从置于硅基片21背面21b上的氧化面41的背面延伸至硅基片21的前表面21a。
打印头13还包括微机械加工的锚固凹槽33，该锚固凹槽33形成在毗邻于其背面21b的一部分硅基片和氧化层41内。打印头通过一种部分或完全填充锚固凹槽33的附着剂35附接在盒体上，并在氧化层41和盒体11之间形成一个附着层。附着剂35和锚固凹槽33形成一个互锁结构，其可提高打印头和盒体之间的附着力。
如图3B-3D所示，每个锚固凹槽33尤其包括一扩张锚固空腔34和一入口开口42，该扩张锚固空腔34在硅基片中毗邻于硅基片的背面21b，该入口开口42在扩张的空腔34与形成一附着剂界面的氧化层41的背面之间延伸。扩张锚固空腔34的最大宽度W2大于相应的入口开口42的最小宽度W1。也就是说，空腔宽度W2比相应位置的开口宽度W1大些。入口开口特别形成在氧化层41和基片21的背面21b中。例如，每个锚固凹槽33的扩张空腔34在剖面中一般呈菱形并包括壁，其壁在距氧化层背面处的锚固凹槽的开口有一定距离处分开。一般地说，每个锚固凹槽33包括这样的凹槽或槽，即，其的最大内宽度W2大于凹槽入口开口的最小宽度W1，其中入口开口在打印头的附着面和锚固空腔34之间延伸。这种附着界面包括氧化层41的背面或在省略氧化层41时包括硅基片的背面21b。
如图3C和3D所示，锚固凹槽33沿着其长度可以有不同的开口宽度W1及相应的空腔宽度W2，例如便于使附着剂渗透到锚固凹槽中或提高打印头与盒体11的附着连接性。换句话说，锚固凹槽33可具有开口宽度W1和空腔宽度W2不同的部段或部分。
锚固凹槽33可具有不同长度且可以不同方式排列。例如，如图4A所示，许多锚固凹槽可布置成偏置纵列的锚固凹槽，其基本上与纵向基准轴线L平行。锚固凹槽还可被定向成基本上与纵向基准轴线L垂直，例如在供墨槽31的端部区域。锚固凹槽还可以沿着大部分打印头的纵向区域延伸，如图4B所示。
图5-11示出了可用于制造图2-3的打印头的各步骤的实例。
在图5中，多层薄膜的集成电路薄膜叠层25包括加热电阻器，例如，该集成电路薄膜叠层25形成在具有<100>晶体取向的硅基片21的前表面21a上，且一氧化层41形成在硅基片21的背面21b上。例如薄膜叠层25和氧化层41可通过集成电路技术形成。氧化层41或者可以由适当的掩模材料如碳化硅或氮化硅代替。薄膜叠层25可这样形成图案，即，使硅基片21的顶面21a的选定区域22露出。这些露出区域22包括在此进一步描述的形成供墨槽的区域。或者，薄膜叠层25可以基本上覆盖硅基片21整个前表面21a的全部。
在图6中，一光致抗蚀剂层43被加到薄膜叠层25和顶面21a的露出区域22之上，且一光致抗蚀剂层45被加到氧化层41之上。
在图7中，窄开口46形成在光致抗蚀剂层45内，而窄开口42形成在氧化层41内，与该光致抗蚀剂层45中相应的开口46对齐。
在图8中，硅基片21的背面21b被施以减厚蚀刻(subtractiveetching)处理，例如深度活性离子蚀刻(DRIE)，从而在硅基片21中形成窄槽33′。在所述的实例中，深度活性离子蚀刻是通过使用聚合物沉积干蚀刻法完成的。窄槽35′一般可以具有垂直壁。
或者，窄槽35′可通过激光烧蚀形成。
光致抗蚀剂层43、45被去掉，并且基片21受到比如TMAH或KOH的湿蚀刻，从而在硅基片21的顶面21a的露出区域中形成沟槽47，并在硅基片21的背面21b中形成微机械加工的锚固凹槽33的扩张空腔34，如图9所示。所选择的各向异性的湿蚀刻形成了一种一般为菱形的凹入的剖面轮廓。
在图10中，供墨槽31例如通过喷砂、化学蚀刻或激光烧蚀形成在硅基片中。
在图11中，墨水通道和喷孔结构27在集成电路薄膜叠层25上形成。打印头通过附着剂附接于打印盒体上。
图12是一喷墨打印系统110的一示范性实施方式的透视图，该打印系统110可采用所公开的打印盒10。打印系统110包括打印部分111，该部分具有至少一个安装在扫描托架113中的打印盒10。打印部分111包括一个用于接收打印介质117的介质托盘115。当一张打印介质步进通过打印部分111中的打印区时，扫描托架使打印盒10横过打印介质移动。打印部分111有选择地启动打印盒10的打印头的流体滴发生器，以便在打印介质上沉积墨水从而完成打印。
因而，上述文字已公开了一种流体滴发射装置及制造这种流体滴发射装置的技术，该流体滴发射装置在喷墨打印和其它流体滴发射应用如医疗装置中都是有效的。
虽然上述文字已对本发明的特定实施例作了说明和图示，但本领域的技术人员可以对之作出各种改进和变化，而不脱离由下面权利要求书限定的本发明的范围和宗旨。

Claims (11)

1.一种制造流体喷射装置的方法，其包括：
在晶体基片(21)的第一表面(21a)上形成流体滴发生器结构(23)的一部分；
在该晶体基片的第二表面(21b)内形成窄槽(35′)；
蚀刻窄槽以在晶体基片内形成锚固凹槽(33)，每个所述锚固凹槽包括一锚固空腔(34)和一在所述锚固空腔和所述第二表面之间延伸的开口(42)，并且其中所述锚固空腔的最大宽度大于所述开口的最小宽度；
在基片中形成一流体供给槽(31)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在晶体基片的第一表面上形成流体滴发生器结构的一部分包括在具有<100>晶体取向的硅基片上形成薄膜叠层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成窄槽包括对第二表面进行活性离子干蚀刻。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，蚀刻窄槽包括对窄槽进行湿蚀刻。
5.根据权利要求1所述的方法，其还包括对第一表面进行湿蚀刻以形成沟槽区域。
6.一种根据权利要求1、2、3、4或5制造的流体喷射装置。
7.一种流体喷射装置，其包括：
基片(21)；
在所述基片的第一表面(21a)上形成的流体滴发生器结构(23)；
在基片中形成的流体供给槽(31)；其特征在于，
多个形成在所述基片的第二表面(21b)中的锚固凹槽(33)，每个所述锚固凹槽包括一锚固空腔(34)和一在所述锚固空腔和所述第二表面之间延伸的开口(42)，并且其中所述锚固空腔的最大宽度大于所述开口的最小宽度。
8.根据权利要求7所述的流体喷射装置，其特征在于，所述流体滴发生器结构包括一热流体滴喷射结构。
9.根据权利要求7所述的流体喷射装置，其特征在于，所述锚固空腔具有为菱形的剖面。
10.根据权利要求7所述的流体喷射装置，其特征在于，所述基片包括具有<100>晶体取向的硅基片。
11.根据权利要求7所述的流体喷射装置，其特征在于，所述锚固空腔是通过湿蚀刻形成的。
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