CN1481994A - 有机绝缘涂层的制备方法及喷墨打印头 - Google Patents

有机绝缘涂层的制备方法及喷墨打印头 Download PDF

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Abstract

在基材上形成的有机绝缘涂层是由第一聚对二甲基苯涂层和第二聚对二甲基苯涂层的两层层合而成的。至少在所述第一聚对二甲基苯涂层形成之后，在低于125℃的温度下对其进行热处理2小时。接着，在所述第一聚对二甲基苯涂层上形成所述第二聚对二甲基苯涂层。这样，在层合的两个有机涂层的至少一层之中阻止了孔的发生，其结果是，所述涂层的绝缘性能得到大幅改善。

Description

有机绝缘涂层的制备方法 及喷墨打印头
技术领域
本发明涉及一种制备有机绝缘涂层(organic insulating coating)如喷墨打印头(ink-jet printhead)的油墨腔中电极的保护涂层的方法，还涉及一种按照所述方法制得的喷墨打印头。
背景技术
适合于彩色和多色打印的非击打式打印机(non-impact printers)如喷墨打印机已经代替击打式打印机快速地得到普及。特别是即时滴落打印机(drop-on-demand printer)，它仅在需要在介质上打印时才喷出油墨，它们是很受欢迎的，这是因为它们打印效率提高并且生产成本和运行成本降低。现在许多的即时滴落打印机，是使用利用压电元件的Kyser方法或热喷墨方法。
但是，在所述Kyser型打印机中，打印头难以小型化，且其喷嘴密度难以提高。在所述热喷墨打印机中，尽管高的喷嘴密度是可以得到的，但是，由于通过加热器加热油墨，在该油墨中产生气泡，利用该气泡的能量来喷射油墨微滴，所以，高的油墨耐久性是必需的，所述加热器难以达到长的使用寿命，而且能量消耗很高。
为了解决上述问题，已经提出了一种喷墨方法，按照这种方法，是利用一种压电材料的剪切模式变形(shear mode deformation)进行喷墨。更具体地说，将一个垂直于所述压电材料极化方向的电场施加到装配在由所述压电材料制成的油墨腔侧壁上的电极之上，以剪切模式使所述侧壁变形，这样，由所述变形产生的压力波变化就可用来使油墨微滴喷出喷嘴孔。这种方法可以达到较高的喷嘴密度，较低的电力消耗和较高的驱动频率。
图11所示为一种剪切模式喷墨打印头的构造。所述喷墨打印头包括一个由一种在垂直于附图平面方向进行过极压处理的压电材料制成的基底构件1，具有多个形成在其上表面之上的沟槽4，一个装配有一个油墨进料孔21和一个普通油墨腔22的覆盖部件2，和一个具有喷嘴孔10的喷嘴板9。在所述基底部件1中的所述沟槽4，通过分别将所述覆盖部件2和所述喷嘴板9连接到所述基底部件1的上表面和前表面而形成油墨腔16。所述油墨腔16被在其上半部具有用来产生电场的电极5的侧壁3所分隔。在所述电极5的表面上形成绝缘涂层(保护涂层)(未示出)，用来保护所述电极5不会直接接触填充到所述油墨腔16中的油墨。
所述油墨腔16的后端部的底表面边缘呈圆弧状，该圆弧与沟槽加工时所用的切割叶片(dicing blade)的直径对应。用相同的切割叶片加工成作为与外部进行导电的电极伸出部的浅沟部(shallow grooves)6。在所述浅沟部6中的所述电极5通过引线接合法与浅沟部6后端部例如弹性基片等的外部电极8相连。
用来防止所述电极5接触所述油墨的绝缘涂层是一种聚对二甲基苯(poly-p-xylylene)(公知为parylene：“parylene”是Nihon ParyleneKabushikikaisha的注册商标)涂层。所述聚对二甲基苯涂层是通过CVD(化学蒸镀)方法由二对二甲基苯制成。具体地说，将二对二甲基苯二聚体进行气化，接着热解形成稳定的双游离基对二甲基苯单体。该单体吸附在基材上，并聚合形成高分子薄膜。下文中将二聚对二甲基苯——二对二甲基苯二聚体的反应产物称为聚对二甲基苯N或聚对二甲基苯，将带有一氯取代的对二甲基苯二聚体——二对二甲基苯的反应产物称为聚对二甲基苯C或聚单氯代对二甲基苯。
由于所述聚对二甲基苯涂层是化学稳定的，且在绝缘涂层暴露的环境中不容易受到损坏，所以能够保持稳定的绝缘性能。而且，由于所述聚对二甲基苯是通过气相外延生长法在室温下形成的，因此能在性能受热会退化或表面形状复杂的基材上形成均一的聚对二甲基苯绝缘膜且对基材无热损坏。
但是，当所述聚对二甲基苯涂层用作喷墨打印头的油墨腔中电极的绝缘涂层时，会引起如下所述的问题。
虽然在能具有复杂形状的喷墨打印头的油墨腔中形成所述聚对二甲基苯的均匀涂层，但是，用于所述喷墨打印头中的压电材料如PZT是烧结陶瓷，因此，将要形成电极的面在作成沟槽时因脱粒等原因变成带有微小凹凸的所谓梨皮状(pear-skin finish)。如果在这种梨皮状的底层上形成聚对二甲基苯涂层，虽然宏观上形成均匀的涂层，但微观上会现出底层的凹凸，所形成的聚对二甲基苯涂层上存在微小的缺陷(针孔)。
另一方面，与油性油墨相比，由于水性油墨是一种具有非常高电导率的电解质溶液，如果在隔离电极和油墨腔中的所述水性油墨的绝缘涂层上存在针孔，则所述电极就会通过渗透到针孔的油墨，与邻近油墨腔中的另一电极形成电连接，这样，电极就会发生电解腐蚀。这将会引起喷墨打印头的可靠性问题，如喷墨打印头在工作过程中油墨喷射性能出现波动或电极断线引起喷墨打印头喷墨不良等。这些问题也存在于半导体等另一基材上形成的有机绝缘涂层之中。
为了解决这些问题，特开平2001-96754公报公开了一种改善聚对二甲基苯涂层绝缘性能的方法，按照所述方法，在所述聚对二甲基苯涂层形成之后，将聚酰亚胺树脂通过电沉积涂覆法选择性地涂覆到针孔之上，接着在80℃烧结24小时。但是，按照所述方法，需要用来电沉积所述聚酰亚胺树脂的设备，从而提高了生产成本。而且，它需要长时间烧结所述聚酰亚胺树脂，这样使得生产能力降低。
另一方面，特开平H11-309856公报公开了一种改善聚对二甲基苯涂层绝缘性能的方法，按照所述方法，把具有不同结构的两种聚对二甲基苯涂层层合，并且在第一聚对二甲基苯涂层成膜后进行等离子体处理。但是，按照所述方法，需要真空设备用于进行所述等离子体处理，从而提高了生产成本。
本发明的目的是提供一种制备下述有机绝缘涂层的方法，该有机绝缘涂层能通过提高隔离电解质溶液和电极的有机绝缘涂层的绝缘性能来防止电极的电解腐蚀，并且不会大幅提高其生产成本；本发明还提供一种用制备上述有机绝缘涂层的方法生产的喷墨性能稳定的喷墨打印头。
发明内容
本发明包括：
在基材上形成第一有机涂层的第一有机涂层形成步骤；
在所述第一有机涂层上形成第二有机涂层的第二有机涂层形成步骤；和
至少任一下述步骤：
在所述第一有机涂层形成步骤之后热处理所述第一有机涂层的第一热处理步骤；和
在所述第二有机涂层形成步骤之后热处理所述第二有机涂层的第二热处理步骤。
在这种结构中，有机绝缘涂层包括至少两层，即在基材上形成的第一有机涂层和在该第一涂层上形成的第二有机涂层，将第一有机涂层和第二有机涂层中的至少一层进行热处理。因此，层合的两层有机涂层中至少一层的针孔产生受到抑制，从而大幅度提高了绝缘性能。
本发明还包括：
设置在油墨腔(ink chamber)至少一部分内壁上的电极，所述油墨腔的至少一部分是由压电材料制成的；和
一种用于涂布所述电极表面的保护涂层，所述保护涂层是由下述步骤形成的：
在配置有所述电极的所述油墨腔的内壁上形成第一有机涂层的第一有机涂层形成步骤；
在所述第一有机涂层上形成第二有机涂层的第二有机涂层形成步骤；和
至少任一下述步骤：
在所述第一有机涂层形成步骤之后，热处理所述第一有机涂层的第一热处理步骤；和
在所述第二有机涂层形成步骤之后，热处理所述第二有机涂层的第二热处理步骤。
在这种构造中，喷墨打印头油墨腔中电极的保护涂层包括两层或多层所述有机涂层，其中至少一层经过热处理。因此，安装在盛装油墨的油墨腔中的电极能通过其中针孔产生受抑制的有机涂层与油墨绝缘。
附图说明
图1为说明通过本发明有机绝缘涂层的制备方法在基材上形成的有机绝缘涂层的构造实施例的示意图；
图2为说明制备所述有机绝缘涂层的方法的示意图；
图3为说明评价所述有机绝缘涂层的绝缘性能的方法的示意图；
图4为将按照本发明实施方式所涉及的制备方法形成的样品涂层与按照其它制备方法形成的样品涂层进行比较的评价结果的示意图；
图5为在Cu涂层上由于针孔引起的腐蚀区域的光学显微镜照片和腐蚀区域的剖面示意图；
图6为样品涂层的评价结果表，其中每个有机绝缘涂层形成时第一有机涂层的热处理温度在60～250℃范围内不等；
图7为样品涂层的评价结果图表，其中每个有机绝缘涂层是通过改变第一和第二聚对二甲基苯涂层的性能和所述第一涂层的热处理温度形成的；
图8为表示本发明实施方式所涉及的喷墨打印头的概略构造的部分剖面透视图和横向剖面图；
图9为示出所述喷墨打印头制造步骤中的部件的透视图；
图10为所述喷墨打印头制造步骤的示意图；
图11为示出利用典型剪切模式的喷墨打印头的结构的透视图。
具体实施方式
图1为表示根据制备本发明有机绝缘涂层的方法，在基材上形成的有机绝缘涂层的构造实施例的示意图。在基材203表面上形成的有机绝缘涂层200由第一有机涂层201和第二有机涂层202构成，第一有机涂层201和第二有机涂层202都是以厚为2μm的聚对二甲基苯为基础的有机涂层(下文中称为聚对二甲基苯涂层)。
图2A-2C为说明制备所述有机绝缘涂层的方法的示意图。当在所述基材203上形成所述有机绝缘涂层200时，首先，如图2A所示，在所述基材203上形成2μm厚的聚对二甲基苯涂层201。
接着，如图2B所示，将具有形成在其上的所述第一聚对二甲基苯涂层201的基材203放置到加热装置205中，如烘箱，在大气中于100℃加热两小时。尽管在本实施方案中采用烘箱来加热所述第一聚对二甲基苯涂层201，但是，也可以用接触型加热装置如加热板从所述基材203下部进行加热。
最后，如图2C所示，在经过加热处理的所述第一聚对二甲基苯涂层201上，形成所述第二聚对二甲基苯涂层202。
图3为说明所述有机绝缘涂层的绝缘性能评价方法的示意图。所述绝缘有机涂层200是形成在具有厚度为0.5μm的Cu涂层302的玻璃基片301上，下文称之为样品涂层300。制备两个样品涂层300，并浸入到油墨303中，该油墨的电导率为19.85S/m，使它们在间隔5mm的距离相互面对。接着，通过弹性基片等的接线304将所述样品涂层300中的所述Cu涂层302连接到交流电源305，施加有效值为90伏、60Hz的交流电，检验由所述Cu涂层中针孔引起的腐蚀。
图4为将按照本发明实施方式所涉及的制备方法形成的样品涂层与按照其它制备方法形成的样品涂层进行比较的评价结果的示意图。
在样品#1中，所述有机绝缘涂层200是按照如图2所示的本发明实施方式的方法制备形成的。
在对比样品#2中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为4μm的聚对二甲基苯涂层。
在对比样品#3中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为4μm的聚对二甲基苯涂层，然后在大气中于100℃加热两小时。
在对比样品#4中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成1μm厚的SiO2涂层，在此涂层上形成4μm厚的聚对二甲基苯涂层。
在对比样品#5中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为8μm的聚对二甲基苯涂层。
在对比样品#6中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为2μm的聚对二甲基苯涂层，再在此涂层上形成厚度为2μm的聚对二甲基苯涂层。
在对比样品#2-#6中，在24小时内在所述Cu涂层302上观察到由一个或多个针孔引起的腐蚀。图5所示的为在所述实验中观察到的针孔实例。图5A为针孔引起腐蚀的区域的光学显微镜照片，而图5B为所述区域的截面示意图。从所述附图中心的针孔开始，所述Cu涂层302被腐蚀成以该针孔为圆心的同心圆状。
对比样品#2和#5表明，仅仅提高聚对二甲基苯涂层的厚度对于防止由针孔所引起的腐蚀是低效的。
对比样品#6表明，仅仅将总厚度为4μm的聚对二甲基苯涂层分两次成膜，对于防止由针孔所引起的腐蚀是低效的。
对比样品#3表明，在所述两层聚对二甲基苯涂层形成之后的热处理是低效的。
对比样品#4表明，即使将厚度为1μm的SiO2涂层和厚度为4μm的聚对二甲基苯涂层进行层合，对于防止由针孔所引起的腐蚀是低效的。
相反地，在样品#1中，在24小时后的观察中没有发现有针孔，在实验继续120小时后也没有发现针孔。具体地说，如样品#1所示，将厚度为4μm的聚对二甲基苯涂层分两次成膜，且在第一次成膜完毕后在100℃加热处理持续2小时，可以防止由针孔所引起的所述Cu涂层的电解腐蚀，从而大幅提高了所述聚对二甲基苯涂层的绝缘性能。
图6为样品涂层的评价结果表，其中每个有机绝缘涂层形成时，第一有机涂层的热处理温度在60～250℃范围内变化。在每个样品中，总厚度为4μm的所述有机绝缘涂层200，是由所述第一聚对二甲基苯涂层201和所述第二聚对二甲基苯涂层202层合形成的，两者的厚度都为2μm，所述第一涂层201是在不同温度下进行加热处理的。更具体地说，在样品#11-#15中，所述第一聚对二甲基苯涂层201是分别在100℃、60℃、150℃、200℃和250℃下进行加热处理的。
结果表明，在250℃对第一涂层201进行处理的样品#15中，所述第一聚对亚苯基涂层201从所述Cu涂层302上分离下来，结构被破坏。与此相反，在第一涂层201在200下进行处理的样品#11-#14中，没有观察到涂层201的分离。
但是，关于所述绝缘性能，在所述样品#14中，其中所述热处理是在200℃下进行的，在120小时之后，观察到由两个针孔引起的所述Cu涂层302的腐蚀。在所述样品#12中，其中所述热处理是在60℃下进行的，在24小时之后观察到由三个针孔引起的腐蚀。与之相反，在所述样品#6中，其中所述热处理是在150℃进行的，它在120小时之后也没有可以观察到的腐蚀，与所述样品#1情形一样，证明它具有良好的绝缘性能。
这些结果表明，所述第一聚对二甲基苯涂层201热处理的有效温度范围是在其玻璃化转变点(87-97℃)与熔点(250℃)之间，优选温度范围不高于150℃。
图7为样品涂层的评价结果表，其中每个有机绝缘涂层是通过改变第一和第二聚对二甲基苯涂层的性能和所述第一涂层的热处理温度形成的；
当形成一种用作主要使用水性油墨的喷墨打印头中油墨腔中电极的保护涂层的有机绝缘涂层时，所述涂层需要具有耐水性，以保持所述电极和所述水性油墨之间绝缘，此外，考虑到空气混入水性油墨中或被加热的油墨气化等问题时，还要求具有防止水蒸汽等各种气体透过的功能。
存在有两种聚对二甲基苯：聚对二甲基苯C(parylene C)和聚对二甲基苯N(parylene N)。所述聚对二甲基苯C具有高水平的气体(包括水蒸气)不渗透性，而所述聚对二甲基苯N具有高的耐水性。问题是聚对二甲基苯C和聚对二甲基苯N应该如何应用于作为喷墨打印头中油墨腔中电极的保护涂层的有机绝缘涂层。
在样品#21中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为2μm的聚对二甲基苯C涂层，然后在大气中于120℃加热处理两小时，接着，在所述聚对二甲基苯C涂层上形成厚度为2μm的聚对二甲基苯N涂层。
在对比样品#22中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为4μm的聚对二甲基苯C涂层。
在对比样品#23中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为4μm的聚对二甲基苯N涂层。
在对比样品#24中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为4μm的聚对二甲基苯C涂层，然后在大气中于100℃加热处理两小时。
在对比样品#25中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为4μm的聚对二甲基苯N涂层，然后在大气中于100℃加热处理两小时。
在对比样品#26中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为2μm的聚对二甲基苯C涂层，然后在初始聚对二甲基苯C涂层上层合另一厚度为2μm的聚对二甲基苯C涂层。
在对比样品#27中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为2μm的聚对二甲基苯N涂层，然后在所述聚对二甲基苯C涂层上层合厚度为2μm的聚对二甲基苯N涂层。
在对比样品#28中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为2μm的聚对二甲基苯C涂层，然后在大气中于120℃热处理持续2小时，并接着在初始聚对二甲基苯C涂层上层合厚度为2μm的聚对二甲基苯C涂层。
在对比样品#29中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为2μm的聚对二甲基苯N涂层，然后在大气中于120℃热处理2小时，并接着在初始聚对二甲基苯N涂层上层合另一厚度为2μm的聚对二甲基苯N涂层。
在对比样品#30中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为2μm的聚对二甲基苯C涂层，然后在所述聚对二甲基苯C涂层上层合厚度为2μm的聚对二甲基苯N涂层。
在对比样品#31中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为2μm的聚对二甲基苯N涂层，然后在所述聚对二甲基苯N涂层上层合厚度为2μm的聚对二甲基苯C涂层。
在对比样品#32中，在具有所述Cu涂层302的玻璃基片301上形成厚度为2μm的聚对二甲基苯N涂层，然后在大气中于120℃热处理2小时，并接着在所述聚对二甲基苯N涂层上层合厚度为2μm的聚对二甲基苯C涂层。
所述对比样品#22-#27在24小时之内，所述样品#29、#31和#32在120小时之内，所述样品#28和#30在250小时之内，观察到由一个以上的针孔所引起的腐蚀。
所述对比样品#22和#23表明，如果在形成聚对二甲基苯涂层时没有进行附加处理，则在24小时之内就发生腐蚀，而且这类涂层在具有高电导率的油墨中不能表现出有效的绝缘性能。
所述对比样品#24和#25表明，在所述聚对二甲基苯涂层形成之后进行的热处理，对于防止由针孔所引起的腐蚀是低效的。
所述对比样品#26和#27表明，仅把总厚度为4μm的聚对二甲基苯涂层分两次成膜，对于防止由针孔所引起的腐蚀是低效的。
在所述对比样品#28和#29中，120小时内没有观察到针孔，与比较样品#26和#27的结果相比，其热处理更有效地发挥作用，但仍然不够。该事实表明，即使进行所述热处理，仅把相同种类的聚对二甲基苯涂层分两次成膜，对于防止所述腐蚀也是低效的。
所述对比样品#31在120小时以内、对比样品#30在250小时以内没有观察到针孔，由此判断，将聚对二甲基苯C涂层和聚对二甲基苯N涂层两种不同的有机涂层进行层合在防止腐蚀方面是有效的。
在所述对比样品#32中250小时内没有观察到针孔。与所述对比样品#31的结果相比，该结果表明聚对二甲基苯C涂层和聚对二甲基苯N涂层两种不同有机涂层的层合和所述聚对二甲基苯N涂层的热处理是有效的。
在所述样品#21中，在经过285小时后仍没有观察到针孔。该结果表明，聚对二甲基苯C涂层成膜后在大气中在120℃热处理两小时，然后在该涂层上层合聚对二甲基苯N涂层并成膜，由此可以防止由针孔引起的Cu涂层302的电解腐蚀，大幅提高了聚对二甲基苯涂层的绝缘性能。
图8A和8B为表示本发明实施方式所涉及的喷墨打印头的概略构造的部分剖面透视图和横向剖面图。喷墨打印头100包括一个基底部件101、一个覆盖部件102、一个喷嘴板109和一个基片141。所述基底部件101由PZT(钛锆酸铅)类的陶瓷材料制成，它是一种具有高介电常数的压电材料。所述基底部件101是沿箭头X方向进行过极化处理的厚度大约1mm的板。
所述基底部件101具有多个沟槽104，充当油墨腔，所述沟槽是通过转动金刚石切割轮(切割叶片)在其中切割而成的。所述沟槽104是在侧壁103之间形成的，相互平行且深度相同。所述沟槽104的深度约为300μm，宽度约为70μm，节距(pitch)约140μm。在所述侧壁103两个侧面的上半部分和上表面安装金属电极105。用作所述电极105的是如铝、镍、铜或金之类的金属。
在侧壁103的两侧面上半部分形成金属电极105时，通过除去在抛光或沟槽104切割加工前预先贴在基底部件101切割加工面的保护涂层(resistcoating)而同时除去在侧壁103的上表面形成的金属电极。
如图9所示，配有所述金属电极105的基底部件101，具有一个涂敷沟槽168，其是以垂直于油墨通道方向通过转动金刚石切割轮130在其中切割而成的。涂敷沟槽168的深度约为300μm，宽度为500μm。图10A中示出一个油墨通道的剖面图。如图10(B)所示，导电部件126是通过分配器(未示出)而涂敷到所述涂敷沟槽168上至180μm的水平。
此时，所述导电部件126先涂敷到所述涂敷沟槽168中，接着通过毛细现象的作用渗透到所述沟槽104中。这样，所述导电部件126没有涂敷到所述侧壁103的上表面上。因此，当所述部件126固化时，为了防止导电部件126导致基底部件101变形，可以用平板等将涂敷有导电部件126的基底部件101的表面(下文称为涂敷面)压住，同时，再也不必通过抛光等措施从侧壁103的上表面除去导电部件。在实际制备过程中，在所述涂敷沟槽168的上方设置多个分配器。
然后，在用平板等压到所述基底部件101的涂敷面的同时，采用一种装置(未示出)进行加热使导电部件126固化。用作所述导电部件126的是含有环氧树脂成分的金、银、或铜糊(paste)，或金或镍的电镀液(plating solution)。
如图10C所示，用一种粘合剂如环氧树脂粘合剂将所述基底部件101的上表面和覆盖部件102结合在一起。如图10D所示，以宽于涂敷沟槽168宽度的宽度，切割所述覆盖部件102和所述基底部件101，使得所述导电部件126能被分开并被隔离在每个油墨通道中。对于已经覆盖的所述沟槽104的上部空间，所述喷墨打印头100已经有多个油墨腔116，在其之间沿侧向方向具有隔板。油墨通过在所述导电部件126上方的空间填充到所有油墨腔116中。
将在每个油墨通道的相应位置具有分别形成于其上的印刷电路(conductor pattern)的所述基片141，连接到在所述基底部件101的边缘115处形成的导电部件126上。所述基片141和所述导电部件126采用一种各向异性的导电粘合剂结合在一起，或者通过将在所述印刷电路上形成的凸起(bump)插入所述导电部件126中而连接在一起。
之后，如图10E所示，在所述喷墨打印头100中形成所述有机绝缘涂层200。在所述形成过程中，首先，以2μm的厚度形成由聚对二甲基苯构成的第一聚对二甲基苯涂层(以下称聚对二甲基苯涂层)201。由于所述聚对二甲基苯涂层201是通过CVD方法在室温下形成的，而没有加热所述喷墨打印头100，所以，没有降低构成所述喷墨打印头100的基底部件101的所述压电材料的极化性能的危险。而且，由于所述聚对二甲基苯涂层201具有良好的台阶覆盖度(step coverage)，所以对于保证在所述喷墨打印头100的油墨通道等中具有复杂形状表面的部件的绝缘性能非常有效。在根据本发明实施方案的喷墨打印头100中，所述油墨通道中的第一聚对二甲基苯涂层201具有的厚度为1.7μm或更大。
当在所述喷墨打印头100中形成所述第一聚对二甲基苯涂层201之后，在100℃下在烘箱中热处理2小时。当所述基底部件101是由如上述进行过极化处理(poled)的PZT制成时，所述PZT的去极化温度，即PZT的Curie温度(Curie temperature)(下文简称为居里温度)是250℃，加热通常可允许高达摄氏温标的所述居里温度的一半。因此，在100℃的热处理对于制备所述喷墨打印头100不存在任何问题。
之后，形成所述第二聚对二甲基苯涂层202，其厚度为2μm。在根据本发明实施方式的所述喷墨打印头100中，在所述油墨通道中的第二聚对二甲基苯涂层202具有1.7μm或更大的厚度。其结果是，在所述喷墨打印头100的油墨通道中形成的是如图4所示的样品#1的有机绝缘涂层200，该涂层由第一聚对二甲基苯涂层201和第二聚对二甲基苯涂层202构成，如图10F所示，它是前后方向的放大的剖面图。
第二聚对二甲基苯涂层202的一个表面现在已经被一种等离子体处理装置(未示出)所腐蚀，所以，极性基团排列在所述表面上，从而提高了所述聚对二甲基苯涂层202对水分子的亲合力，即，可以将所述第二聚对二甲基苯涂层202的表面进行亲水化处理。当油墨填充到具有如下文所示的复杂内部结构的喷墨打印头中时，气泡残留在内部涂层表面并被截留在喷墨打印头内部的危险性大幅降低。如果喷墨打印头中出现气泡，通过它们的膨胀和收缩，降低了用于喷射油墨的油墨通道中的压力波动，从而导致各油墨腔喷墨性能出现波动。而且，由于所有的组成部件都在所述等离子体加工步骤亲水化处理中得到亲水化处理，所述聚对二甲基苯涂层202的所述表面的腐蚀优选是在喷嘴接合步骤之前进行，从而就不会降低在喷嘴上形成的防水涂层的防水性能。而且，尽管在本发明的实施方案中，采用等离子体处理使所述第二聚对二甲基苯涂层202的表面亲水化，但是，所述亲水化步骤也可采用可替代的方法如涂敷亲水性树脂而进行。
之后，如图10G所示，将所述喷嘴板109接合到所述基底部件101和所述覆盖部件102的前表面上，所述喷嘴板109配有喷嘴孔110，喷嘴孔110相应地设置在各个油墨腔116上。最后，如图8所示的总管(manifold)127接合到所述基底部件101和所述覆盖部件102的后表面上，在所述总管127和所述后表面之间具有所述基片141。为了提高可靠性，可采用树脂对接合部位(joints)进行密封，这样油墨就不会从所述接合处渗漏出来。
对于上述的布置来说，在每个油墨腔116中，在所述两个侧壁103(它们形成油墨腔116)的两个相互面对侧面上各自形成的电极105，电连接到所述导电部件126上。因此，当电压施加到所述导电部件126时，它通过所述导电部件126同时施加到在所述两个相互面对的侧面上形成的电极105上。同时，构成所述油墨腔116的两个侧面的所述侧壁103，朝向沟槽104的油墨腔116的内部变形，这样，油墨滴就可从所述喷嘴孔110中喷出。
作为对比的样品有：一种使用具有与如图4所示的对比样品#2构造相似的有机绝缘涂层的喷墨打印头100′(未示出)；和一种使用具有与如图6所示对比样品#13构造相似的有机绝缘涂层的喷墨打印头100″。更具体地说，在制备所述喷墨打印头100′的过程中，厚度为4μm的有机绝缘涂层200′(其主要成分为聚对二甲基苯)作为电极的保护涂层；在所述喷墨打印头100″的制备过程中，形成第一聚对二甲基苯涂层后在大气中于150℃进行热处理2小时，随后形成第二聚对二甲基苯涂层。用作对比样品的所述喷墨打印头100′和100″，除了它们的有机绝缘涂层的组成不同之外，其构造与本发明实施方式所述的喷墨打印头100是相同的。在所述喷墨打印头100、100′和100″中配置的油墨腔数目都为120。
在这些喷墨打印头100、100′和100″上，通过连续的油墨喷射对它们进行耐久性试验。在所述试验中，采用一种导电率为19.85S/m的油墨，所述连续喷墨操作是通过输入一个电压30V和频率120kHz的驱动信号进行的。在油墨喷射1010次之后，检查每个喷墨打印头中油墨喷射速度的变化以及喷墨和不喷墨的油墨腔的数目。
试验结果如下所述。在喷墨打印头100中，尽管在所有油墨腔中所述油墨喷射速度相对其初始速度数值降低了3％，但是，没有观察到油墨喷射速度降低多于10％的油墨腔或不喷射油墨的油墨腔。但是，在喷墨打印头100′中，有17个油墨腔中的油墨喷射速度降低大于10％，并有2个油墨腔不喷射油墨。在喷墨打印头100″中，在所述耐久试验开始时，就已经有23个油墨腔中的油墨喷射速度降低大于10％。
这些结果表明，尽管对第一聚对二甲基苯涂层进行热处理对于稳定的油墨喷射是必需的，但是，所述处理当在超出所述居里温度一半(125℃)的温度(150℃)下进行时，所述处理反而扰乱PZT材料的极化从而导致不良影响，从而不能维持稳定的油墨喷射。因此，综合考虑如图6所示的实验结果，在本发明实施方式的喷墨打印头100中，用于热处理所述第一聚对二甲基苯涂层的最佳温度范围应该是在玻璃化转变点(87-97℃)与所述居里温度一半(125℃)之间。
在前述实施方式中，所述有机绝缘涂层200是由所述两层聚对二甲基苯涂层组成的。但是，不能说层合次数和聚对二甲基苯涂层之间进行热处理的次数越多，则所得到的绝缘性能就越高。所述有机绝缘涂层可包括三层或更多层的聚对二甲基苯涂层。
在前述实施方式中已经描述了一种带有压电体的压电喷墨打印头。但是，本发明不限于上述的具体实施方式，它可适用于静电或加热的喷墨打印头，对它们来说，在电路部件与油墨之间需要进行绝缘。本发明还适用于其它的半导体部件，它们需要保持与电解质溶液绝缘。
根据本发明，可以获得下述的优点。
所述有机绝缘涂层包括至少两层，即在所述基材上形成的第一有机涂层和层合在该涂层上的第二有机涂层。所述第一和第二有机涂层中的至少一层进行热处理，这样，就可防止在层合的两个有机涂层中的至少一层中针孔的形成。这样，所述有机绝缘涂层的绝缘性能就得到大幅改善。
所述第一和第二有机涂层中的至少一层，在高于其玻璃化转变点但低于其熔点的温度下进行热处理，这样，层合的两层有机涂层中的至少一层，就变为一种具有绝缘性能的均匀无缺陷的涂层，从而可防止针孔的形成。这样所述绝缘涂层就得到大幅改善。
所述第一和第二有机涂层的至少一层，是在其玻璃化转变点和基材的Curie温度一半的温度下进行热处理的。其结果是，即使基材具有压电性能，压电性能不会受到热处理的影响，从而不会妨碍基材的使用。
所述有机涂层的热处理是在大气中进行的。所述热处理可在常规环境下进行。因此，不需要用来提供特定环境的装置，从而可以降低生产成本。
所述有机涂层的至少两层是通过有机材料的沉积而形成的。其结果是，一种用于实现这种步骤如电沉积步骤的装置是不需要的，从而可以降低生产成本。
所述喷墨打印头的油墨腔中电极的保护涂层包括两层或多层的所述有机涂层，所述层中的至少一层进行过热处理。这可确保在将要填充油墨的油墨腔中形成的电极被具有改善绝缘性能的能够防止其中形成针孔的有机涂层所绝缘，从而可以保持稳定的油墨喷射状态。
所述喷墨打印头的油墨腔中电极的保护涂层，是由一种以聚对二甲基苯为主要成分的有机涂层形成的。这确保了在将要填充油墨的油墨腔中形成的电极被所述有机涂层所绝缘，所述有机涂层是化学稳定的且在所述涂层暴露的环境中不易于受到损坏。而且，由于所述聚对二甲基苯涂层可在室温下通过气相外延生长法而形成，所以，可以在一种其性能在高温下退化或其表面具有复杂形状的基材上形成一种均匀的聚对二甲基苯的保护涂层，而不会因热损坏所述基材。
所述喷墨打印头的油墨腔中电极的保护涂层，是由一种主要包括聚对二甲基苯C的有机涂层形成的，所述聚对二甲基苯C具有防止气体包括水蒸气渗透的气体不渗透性。这确保了所述电极保持与所述油墨绝缘，而不会损坏所述保护涂层，即使在所述油墨通道中油墨受热蒸发或者空气进入所述油墨腔通道中也是如此。
所述喷墨打印头的油墨腔中电极的保护涂层是由下述二种涂层形成的：一种为主要包括聚对二甲基苯C的有机涂层，它具有防止气体包括水蒸气渗透的高气体不渗透性；和一种主要包括聚对二甲基苯N的有机涂层，它具有高的耐水性。这确保了所述电极保持与水性油墨绝缘，而不会损坏所述保护涂层，即使在所述油墨通道中油墨受热蒸发或者空气进入所述油墨腔通道中也是如此。
所述喷墨打印头的油墨腔中电极的保护涂层，是由下述二层有机涂层形成的：一个与所述电极接触的有机涂层，以聚对二甲基苯C为主成分，它具有防止气体包括水蒸气渗透的高气体不渗透性；和一个与油墨接触的有机涂层，以聚对二甲基苯N为主成分，它具有高的耐水性。这可保证所述电极受到具有高耐水性的有机涂层保护，免受水性油墨损坏，并能保证受到具有高气体(包括水蒸气)渗透性的有机涂层保护，免受蒸发的油墨(vaporized ink)或混合在油墨中的空气的损坏。
在形成所述油墨打印头油墨腔中电极的保护涂层的两层有机涂层中，所述外层涂层即第二有机涂层，具有一个亲水化表面。这确保了水性油墨在与所述亲水性有机涂层接触时顺利流入到油墨腔中。

Claims (11)

1.一种制备有机绝缘涂层的方法，该方法包括：
在基材上形成第一有机涂层的第一有机涂层形成步骤；
在所述第一有机涂层上形成第二有机涂层的第二有机涂层形成步骤；和
至少任一下述步骤：
在所述第一有机涂层形成步骤之后热处理所述第一有机涂层的第一热处理步骤；和
在所述第二有机涂层形成步骤之后热处理所述第二有机涂层的第二热处理步骤。
2.权利要求1所述的制备有机绝缘涂层的方法，其中所述第一和第二热处理步骤是在所述第一和第二有机涂层的玻璃化转变点与所述第一和第二有机涂层的熔点之间的温度下进行的。
3.权利要求1所述的制备有机绝缘涂层的方法，其中所述第一和第二热处理步骤是在所述第一和第二有机涂层的玻璃化转变点与基材的居里温度一半之间的温度下进行的。
4.权利要求1所述的制备有机绝缘涂层的方法，其中所述第一和第二热处理步骤是在大气中进行的。
5.权利要求1所述的制备有机绝缘涂层的方法，其中所述第一和第二有机涂层形成步骤是通过有机材料的气相外延生长法形成有机涂层的步骤。
6.一种喷墨打印头，其具有：
设置在油墨腔内壁的至少一部分上的电极，所述油墨腔的至少一部分是由一种压电材料制成的；和
一种用于涂敷所述电极表面的保护涂层，该保护涂层是由下述步骤形成的：
在配有所述电极的所述油墨腔的内壁上形成第一有机涂层的第一有机涂层形成步骤；
在所述第一有机涂层上形成第二有机涂层的第二有机涂层形成步骤；和
至少任一下述步骤：
在所述第一有机涂层形成步骤之后热处理所述第一有机涂层的第一热处理步骤；和
在所述第二有机涂层形成步骤之后热处理所述第二有机涂层的第二热处理步骤。
7.权利要求6所述的喷墨打印头，其中所述第一和第二有机涂层包含聚对二甲基苯作为主要成分。
8.权利要求6所述的喷墨打印头，其中所述第一和第二有机涂层包含聚单氯代对二甲基苯作为主要成分。
9.权利要求6所述的喷墨打印头，其中，所述第一和第二有机涂层中的一个包含聚对二甲基苯作为主要成分而另一个包含聚单氯代对二甲基苯作为主要成分。
10.权利要求6所述的喷墨打印头，其中，所述第一有机涂层包含聚单氯代对二甲基苯作为主要成分，而所述第二有机涂层包含聚对二甲基苯作为主要成分。
11.权利要求6所述的喷墨打印头，其中所述第二有机涂层包含聚对二甲基苯作为主要成分且其表面经过亲水化处理。
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