CN1794423A - 通过硅件的阳极接合法制造喷墨头的方法 - Google Patents

通过硅件的阳极接合法制造喷墨头的方法 Download PDF

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Abstract

一种制造喷墨头的方法中，在由单晶硅形成的第一硅件的表面上形成二氧化硅(SiO2)层。然后，硼硅玻璃层等形成的玻璃层被喷涂在二氧化硅(SiO2)层的表面上。接着，二氧化硅(SiO2)层形成在第二硅件的表面上。当直流电压被施加在电极端子之间时，第一和第二硅件通过加热器加热到大约450℃而接合在一起。由此，二氧化硅(SiO2)层形成在玻璃层和氧化硅(SiOx，x＜2)的交界处，将两个面阳极接合在一起。

Description

通过硅件的阳极接合法制造喷墨头的方法
技术领域
本发明涉及一种喷墨头和装有该喷墨头的喷墨记录装置，以及一种阳极接合硅件的方法和一种制造该喷墨头的方法。本发明尤其涉及一种阳极接合硅件的方法和一种在硅件的表面上形成氧化层之后通过阳极接合硅件制造喷墨头的方法。这些方法可以提供阳极接合的部件和喷墨头，该阳极接合的部件和喷墨头具有对多种类型的墨水包括碱性墨水的抗腐蚀性能。
背景技术
喷墨打印机被广泛地用作个人彩色打印机。通常，这些打印机使用水基墨水。然而，近来，宽幅打印机已经使用在工业应用以打印布告板、广告等。除了水基墨水，这些宽幅打印机还使用油基墨水和溶剂墨水。
在工业应用中也有这样一种趋势，即，喷墨头采用压电元件，例如PET。这些应用的一些示例为在液晶板和其它显示器的制造中使用的薄膜形成装置、使用金属纳米膏作为墨水的互连布图装置，和将金属催化的墨水施加于燃料电池等的装置。在这些应用中使用的墨水可以为酸性、碱性、极性溶剂等。为了支持各种不同类型的墨水，构成喷墨头的结构的元件，尤其是与墨水接触的元件必须具有抗腐蚀性。
另外，为了满足在打印应用中对高质量和高分辨率的需求和在工业应用中对精细图案打印的需求，期望研制能以高精度喷射10微微升(pL)或者更小的细小墨滴的高密度打印头。在日本专利申请公布No.特开平-6-55733中提出了用于满足这些需求的一种方法。该方法建议通过进行硅件的MEMS(MicroElectro Mechanical Systems/微机电系统)加工生产构成打印头结构的部件。
另外，日本专利申请公布No.特开平-5-50601提出了一种方法，该方法通过阳极接合法(anodic bonding)而不是使用用于这种接合的粘合剂连接硅件和玻璃基片。
日本专利申请公布No.2004-216747提出了一种方法，该方法通过干蚀刻硅材料制出作为打印头元件的孔基片、墨室基片和隔膜基片。然后，通过使用阳极接合法将这些基片连接以生产出喷墨头。
接着，将描述阳极接合的传统方法，其中两个硅件与介于其间的玻璃接合。在该说明书中，两个单晶硅基片通过阳极接合法被连接。首先在一个硅基片的表面上形成二氧化硅(SiO2)层，依次在二氧化硅层的表面上形成硼硅玻璃层。
然后，包括硅基片、二氧化硅层和硼硅玻璃层的三层基片被层叠在其它单晶硅基片上，从而硼硅玻璃层与其它基片接触。通过在层叠结构上施加热和电将三层基片和其它硅基片阳极接合。
在日本专利申请公布No.2004-216747中披露的制造喷墨头的方法使用上述阳极接合法。在这样的方法中，单晶硅经过干蚀刻以形成孔基片、墨室基片和隔膜基片。孔基片和隔膜基片的表面然后在超过1000℃的温度下进行氧化处理，以在基片的表面上形成二氧化硅(SiO2)层。然后，在将与墨室基片相连的侧面上的氧化硅层的表面上形成硼硅玻璃层。然后通过上述阳极接合法将孔基片和墨室基片连接在一起。类似地，墨室基片和隔膜基片通过阳极接合法连接在一起，由此生产出喷墨头。
发明内容
然而，当根据上述方法制造打印头时出现以下问题。首先，由于构成墨室的歧管、压力室等的壁由单晶硅形成，因此墨水直接与单晶硅材料接触。由于碱性溶液腐蚀单晶硅，所以该结构不能用于喷射碱性墨水的打印头。
另外，由于为了阳极接合孔基片的表面需要进行硼硅玻璃的化学汽相淀积而出现以下问题。在用于喷墨的孔基片中设置大约100-300个喷嘴。喷嘴具有大约30μm的直径。为了从这些喷嘴稳定地喷出微滴，喷嘴必须具有一致的圆形横截面和没有变化的一致的直径。但是，当以1-4μm的厚度淀积硼硅玻璃层时，不可能避免一些硼硅玻璃淀积在喷嘴内部。因此，喷嘴的内径变得小于由加工处理形成的内径，淀积的不规则可造成一些喷嘴堵塞，改变墨滴喷射的方向，或者引起其它问题。
考虑到以上情况，本发明的目的在于通过提供一种将不在喷嘴孔中淀积淀积物质的新的阳极接合法而提供一种制造喷墨头的方法，由此，当使用各种类型的墨水包括碱性溶剂时，将不腐蚀墨室。本发明的另一个目的在于使用制造喷墨头的方法提供一种能够形成高质量和高分辨率的图像的喷墨头和喷墨记录装置。
为了达到上述和其它目的，本发明提供了一种阳极接合硅件的方法，该方法包括：
在第一硅件的表面上形成二氧化硅(SiO2)层；
在所述二氧化硅(SiO2)层的表面上形成玻璃层；
在第二硅件的表面上形成比SiO2氧欠缺的氧化硅(SiOx，x＜2)层；以及
通过布置所述玻璃层的所述表面与所述氧化硅(SiOx，x＜2)层的所述表面接触以及对所述第一和第二硅件加热和在所述第一和第二硅件之间施加电压将所述第一硅件接合到所述第二硅件。
在本发明的另一个方面中，提供了一种制造喷墨头的方法，该方法包括：
制造具有压力室的墨室基片和具有用于喷射墨水的喷嘴孔的孔基片，所述墨室基片和所述孔基片的每一个都由硅材料形成；
在所述墨室基片的表面上形成二氧化硅(SiO2)层；
在所述二氧化硅(SiO2)层的表面上形成玻璃层；
在所述孔基片的表面上形成氧欠缺的氧化硅(SiOx，x＜2)层；
通过布置所述玻璃层与所述氧化硅(SiOx，x＜2)层接触从而压力室与所述喷嘴孔流体连通、对所述墨室基片和所述孔基片加热、在所述墨室基片和所述孔基片之间施加直流电压将所述墨室基片阳极接合到所述孔基片；以及
将具有用于对所述压力室加压的隔膜的隔膜基片接合到所述墨室基片的侧面，该侧面与接合所述孔基片的侧面相对。
在本发明的又一个方面中，提供了一种制造喷墨头的方法，该方法包括：
制造具有压力室的墨室基片、具有用于对所述压力室加压的隔膜的隔膜基片以及具有用于喷射墨水的喷嘴孔的孔基片，墨室基片、隔膜基片和孔基片中的每个都由硅材料形成；
在所述墨室基片的表面上形成二氧化硅(SiO2)层；
在二氧化硅(SiO2)层的表面上形成玻璃层；
在所述孔基片和所述隔膜基片的表面上形成氧欠缺的氧化硅(SiOx，x＜2)层；以及
通过依次将所述隔膜基片、墨室基片、以及孔基片层叠并在所述墨室基片、所述隔膜基片和所述孔基片之间施加直流电压将所述隔膜基片、孔基片、墨室基片阳极接合。
在本发明的再一个方面中，提供了一种喷墨头，其包括墨室基片、隔膜基片、压电元件和孔基片。墨室基片具有压力室。隔膜基片被接合到所述墨室基片。压电元件被接合到所述隔膜基片，用于响应于电信号对所述压力室施加压力。孔基片具有用于喷射墨水的喷嘴孔。所述孔基片被接合到所述墨室基片并被所述隔膜基片加压，所述压力室与所述喷嘴孔流体连通。
氧化硅层形成在形成压力室的所述墨室基片的所述表面，以及当所述压力室和所述喷嘴孔包含墨水时与墨水接触的所述隔膜基片和孔基片的表面上。
在本发明的另一个方面中，提供了一种喷墨头，其包括墨室基片、隔膜基片、压电元件和孔基片。墨室基片具有压力室。隔膜基片接合到所述墨室基片。压电元件被接合到所述隔膜基片，用于响应于电信号对所述压力室施加压力。孔基片具有用于喷射墨水的喷嘴孔，所述孔基片被接合到所述墨室基片并被所述隔膜基片加压，所述压力室与所述喷嘴孔流体连通；
所述墨室基片包括硅件、形成在所述硅件的表面上的二氧化硅(SiO2)层和形成在所述二氧化硅(SiO2)层的表面上的玻璃层。所述孔基片包括硅件，以及形成在硅件的表面上的氧化硅(SiOx，x＜2)层。所述墨室基片和孔基片通过阳极接合连接。
在本发明的另一个方面中，提供了一种喷墨头，其包括墨室基片、隔膜基片、压电元件和孔基片。墨室基片具有压力室。隔膜基片与所述墨室基片接合。压电元件被接合到所述隔膜基片，用于响应于电信号对所述压力室施加压力。孔基片具有用于喷射墨水的喷嘴孔。所述孔基片被接合到所述墨室基片并被所述隔膜基片加压，所述压力室与所述喷嘴孔流体连通。
所述墨室基片包括硅件、形成在所述硅件的表面上的二氧化硅(SiO2)层和形成在所述二氧化硅(SiO2)层的表面上的玻璃层。所述孔基片和所述隔膜基片每个都包括硅件和形成在所述硅件的表面上的氧化硅(SiOx，x＜2)层。所述墨室基片、孔基片和隔膜基片通过阳极接合连接
在本发明的另一个方面中，提供了一种喷墨记录装置，其包括上述的喷墨头和控制所述喷墨头的控制单元。
附图说明
在图中：
图1(a)-1(d)为示出根据本发明的阳极接合法的说明图；
图2为根据第一实施例的喷墨头的示意图；
图3(a)-3(c)为示出在根据本发明第一实施例的制造喷墨头的方法中的步骤的说明图；
图4为示出在根据第一实施例的制造喷墨头的方法中使用的阳极接合法的中的步骤的说明图；
图5(a)-5(c)为示出在根据本发明第二实施例的制造喷墨头的方法中的步骤的说明图；
图6为示出在根据第二实施例的制造喷墨头的方法中使用的阳极接合法中的步骤的说明图；
图7(a)-7(d)为示出在根据本发明第三实施例的制造喷墨头的方法中的步骤的说明图；
图8为示出在根据第三实施例的制造喷墨头的方法中使用的阳极接合法中的步骤的说明图；
图9为根据第三实施例的喷墨头的示意图；
图10为根据本发明的喷墨记录装置的透视图和方框图；以及
图11为根据本发明的喷墨记录装置中的线性喷墨头(line head)的透视图。
具体实施方式
下面将根据本发明的优选实施例描述阳极接合法，喷墨头的结构，和使用该阳极接合法制造喷墨头的方法。另外，还将描述使用根据本发明的喷墨头的喷墨记录装置以及该喷墨记录装置的使用和应用。
(1)阳极接合硅件的方法
图1(a)-1(c)描述了根据本发明的阳极接合硅件的方法。如图1(a)所示，第一硅件37a是由单晶硅制备。例如，通过使表面在1150℃的水蒸汽环境中氧化在第一硅件37a的表面上形成厚度大约为1μm的二氧化硅(SiO2)层4。接着，如图1(b)所示，由硼硅玻璃或者派热斯玻璃形成的玻璃层5被喷射在二氧化硅(SiO2)层4的表面上。硼硅玻璃由主要包括SiO2、B2O3等并且包括Na2O和微量AL2O3的材料形成。通常，二氧化硅(SiO2)层4被设定为从0.05μm到几μm的厚度，而玻璃层5被设定为0.5μm到几μm的厚度。单晶硅为具有不大于105Ω·cm的低体积电阻率(low volume resistivity)的半导体，该电阻率远远大于二氧化硅(SiO2)层4和玻璃层5的电阻率。
同时，第二硅件37b由单晶硅制备。如图1(c)所示，比二氧化硅(SiO2)层4氧欠缺的氧化硅(SiOx，x＜2)层39形成在第二硅件37b的表面上。这是通过在1150℃在水蒸气环境下加热第二硅件37a并随后用来自低压水银灯的紫外线照射该层而完成。紫外线释放了在二氧化硅(SiO2)层中的氧的部分，由此形成氧化硅(SiOx，x＜2)层39。
接着，如图1(d)所示，第二硅件37b被放置在不锈钢座8上。座8具有内置加热器8b，和形成在与第二硅件37b接触的表面上的电极膜8a。第一硅件37a被层叠在第二硅件37b的顶部，从而玻璃层5的表面与氧化硅(SiOx，x＜2)层39接触。
由金属形成的挤压/加热板9被放置在第一硅件37a的顶部上。挤压/加热板9具有内置加热器9b和与第一硅件37a接触的电极膜9a。挤压/加热板9起挤压板的作用，用于提高在第一硅件37a和第二硅件37b之间的粘附力。电极膜8a和9a分别被预先形成在座8和挤压/加热板9的表面上，用于确保良好的电接触。在300-500℃的高温下通过汽相淀积或者电镀铂、金、银或者其它具有稳定电性能的金属形成电极膜8a和9a。与直流电源13相连的电极端子10c和10b分别被放置为与座8和挤压/加热板9接触。开关14被闭合以在端子之间提供直流电压。
在阳极接合的情况下，电源(未示出)将电供应给用于加热座8和挤压/加热板9的加热器8b和9b，直到第一硅件37a和第二硅件37b被加热到大约450℃。
然后，开关14被闭合，例如，在电极端子10b和10c之间施加200v直流电压。此时，电流随着钠离子(Na+)和氧离子(O2-)的移动通过玻璃层5流动。将这样的条件保持预定持续时间，从而在氧离子(O2-)和在第二硅件37b的表面上形成的氧化硅(SiOx，x＜2)层39的SiOx(x＜2)之间形成化学键(chemical bond)。因此，在玻璃层5和氧化硅(SiOx，x＜2)层39之间的界面处形成二氧化硅(SiO2)层，从而在其间完成阳极接合。
当该阳极接合法被用于制造喷墨头时，如下所述，在压力室等的表面上形成氧化硅层。因此，当该表面被布置为与碱性溶液接触时该表面可抵抗腐蚀。
在该阳极接合法中，在玻璃层5和氧化硅(SiOx，x＜2)层39之间的界面处只形成了较薄的二氧化硅(SiO2)层。因此，阳极接合的件的抗腐蚀性不成问题。此外，本发明的优点是，根据阳极接合法的接合强度比利用粘合剂和焊接连接的接合(bonding)的强度高。
(2)喷墨头的结构和制造方法
接着，将描述根据本发明的优选实施例的喷墨头的结构和制造方法。制造方法采用了上述的阳极接合法。
首先，将描述根据第一实施例的喷墨头的结构。如图2所示，喷墨头24a包括孔基片6、墨水室基片3、隔膜基片1和壳体20。通过使单晶硅经过MEMS加工生产隔膜基片1、墨水室基片3和孔基片6。另外，在孔基片6中形成喷嘴7。在墨水室基片3中形成歧管(manifold)11a、压力室11b和节流器11c。歧管11a和压力室11b通过节流器11c彼此相通。在壳体20中形成供墨通道20a和压电元件插入口20b。在隔膜基片1中对应于供墨通道20a的区域中形成过滤器21。供墨通道20a和歧管11a通过过滤器21连通。在压电元件插入口20b中布置压电元件18。压电元件18通过粘合剂19与隔膜基片1相连。
采用该结构，从墨盒(未示出)供应的墨水22通过过滤器21、歧管11a和节流器11c，并被供应到压力室11b和喷嘴7中，当信号被施加到压电元件18上时，隔膜基片1振动，从而使墨滴23从喷嘴7喷出。
然后，参照图3(a)至图4描述制造喷墨头24a的方法。首先，通过MEMS加工方法由单晶硅基片40制造隔膜基片1、墨水室基片3和孔基片6。如图3(a)所示，隔膜基片1具有接合部分1a、振动部分1d、过滤器部分1e和端子部分1b。接合部分1a被接合到墨水室基片3，振动部分1d被固定到压电元件18(见图2)，并且当压电元件18变形时振动部分1d振动。过滤器21(参见图2)形成在过滤器部分1e中并构成墨水通道的一部分。端子部分1b为用于施加电压的端子。在隔膜基片1中形成切去部分1c，在后面描述的阳极接合已经完成之后，该切去部分1c用于切割和除去端子部分1b。在通过MEMS加工制造隔膜基片1之后，比SiO2氧欠缺的氧化硅(SiOx，x＜2)层2形成在隔膜基片1的表面上，为了形成氧化硅(SiOx，x＜2)层2，首先在1150℃在水蒸汽环境中加热隔膜基片1形成二氧化硅(SiO2)层。随后，用自低压水银灯的紫外线照射该层，以释放层中的氧。也可以在对单晶硅基片进行热氧化时，通过控制氧密度(oxygen density)来形成氧化硅(SiOx，x＜2)层2。
如图3(b)所示，墨水室基片3包括接合部分3a和端子部分3b。接合部分3a被接合到隔膜。端子部分3b为用于施加电压的端子。在墨水室基片3中也形成切去部分3c，在后面描述的阳极接合已经完成之后，切去部分3c用于切割和除去端子部分3b。
在通过MEMS加工制造墨水基片3之后，厚度大约为1μm的二氧化硅(SiO2)层4形成在墨水室基片3的表面上。随后，通过喷涂在二氧化硅(SiO2)层4的表面上进一步形成厚度大约为2μm的硼硅玻璃层5。
如图3(c)所示，厚度大约为1μm的氧化硅(SiOx，x＜2)层2形成在孔基片6的表面上。根据与上述方法相同的方法形成氧化硅(SiOx，x＜2)层2。
接着，如图4所示，根据上述方法形成的隔膜基片1、墨室基片3和孔基片6以孔基片6处于底部的方式被一起层叠在座8上。挤压/加热板9被层叠在隔膜基片1的顶部上。
此时，通过机械抛光或者化学处理除去形成在端子部分1b的表面上的氧化硅(SiOx，x＜2)层2，端子部分1b被布置为与电极端子10b电接触。
接着，通过化学处理除去形成在端子部分3b的表面上的二氧化硅(SiO2)层4和玻璃层5，并且端子部分3b被布置为与电极端子10a电接触。电极端子10c还被布置为与座8接触。电通过座8供应到孔基片6，因为孔基片6的平面的除了喷嘴7区域之外的大部分与座8接触。
电还被供应到加热器8b和9b中，用于加热座8和挤压/加热板9。当开关14闭合时，直流电源13将200伏直流电压施加到电极端子10a、电极端子10b和电极端子10c。此时，根据上面参考图1(d)描述的原理隔膜基片1、墨室基板片3和孔基片6被阳极接合，形成三个元件的整体接合的单元。
接着，端子部分1b和端子部分3b被去掉，如图2所示，壳体20被安装在隔膜基片1上。另外用粘合剂19将压电元件18安装在隔膜基片1上，从而完成喷墨头24a。
在如上所述地制造的喷墨头24a中，构成墨水室的歧管11a和压力室11b的壁12由二氧化硅(SiO2)层形成。另外，喷嘴7的内壁由氧化硅(SiOx，x＜2)层构成。因此，没有硅部分露出。因此，除了水基溶剂、油基溶剂和UV墨水之外，该结构还可支持用于形成互连、显示器面板等的工业墨水，诸如酸性、碱性和极性溶剂墨水。另外，通过由用于对单晶硅基片干蚀刻(dry etching)的MEMS加工技术制造隔膜基片1、墨室基片3和孔基片6，可制造高精度的喷墨头。
虽然孔基片6和隔膜基片1具有带有精细结构的区域，但是只有氧化硅(SiOx，x＜2)层2形成在这些基片上，因而保持从MEMS工艺生产出的精细形状的精度。另一方面，虽然玻璃层5布置在墨室基片3上，但是墨室基片3不具有这种特别精细的结构部分。因此，在墨室基片3上也可保持在MEMS加工期间形成的部分的形状的精度。
由于玻璃层5没有布置在其中形成精细喷嘴7的孔基片6上，因此，例如，喷嘴7的直径可被减小到大约25μm。因此，喷墨头24a可喷射比传统喷墨头小的微滴。
通过不使用粘合剂以连接孔基片6等，可防止在喷嘴附近伸出的粘合剂对墨水喷射性能的影响。另外，没有这样的粘合剂脱落以及堵塞喷嘴7或者其它的可靠性降低的危险。
图5和6示出了根据本发明第二实施例的制造喷墨头的方法。第二实施例和第一实施例的不同之处在于，省去了用于将电压施加到隔膜基片1上的端子部分1b。另外，在氧化单晶硅件的表面的处理中形成氧化硅层，在该处理中在高温下将单晶硅件保持在氧环境中。通过在氧环境中在600℃的低温对基片进行热氧化在单晶硅基片40的表面上形成孔基片6和隔膜基片1的氧化硅(SiOx，x＜2)层2，氧化硅(SiOx，x＜2)层2的厚度仅为0.1μm。
另一方面，通过以高氧密度在高温1100℃下对基片进行热氧化，在单晶硅基片40的表面上形成墨室基片3的二氧化硅(SiO2)层4。随后，玻璃层5形成在二氧化硅(SiO2)层4上。二氧化硅(SiO2)层4的厚度为1μm。
图6示出了阳极接合图5中的孔基片6、墨室基片3和隔膜基片1的方法。由于隔膜基片1的平坦部分比孔基片6的平坦部分少，因此在隔膜基片1和挤压/加热板9之间的接触表面面积较小。但是，由于在第二实施例中的氧化硅(SiOx，x＜2)层2较薄，因此可通过不锈钢挤压/加热板9将电压施加到隔膜基片1上。用于将热和压力施加到元件上的接合条件与第一实施例中所描述的那些相同，所以在此不重复描述。在第二实施例中，隔膜基片1的制造工艺比较简单，因为不需要在阳极接合期间用于施加电压的端子部分1b和在第一实施例中用于切割和去除端子部分1b的切去部分1c。
图7(a)至图8示出了根据本发明第三实施例的制造喷墨头的方法。在上述的第一和第二实施例中，隔膜基片1由单晶硅基片40形成。然而，在第三实施例中，隔膜基片1由诸如聚酰亚胺树脂、芳族聚酰胺树脂或polysulfan树脂的聚合物(polymer)膜形成。
如图7(a)所示，根据图5(b)中所述的相同工艺形成墨室基片3。如图7(b)所示，根据图5(c)中所述的相同工艺形成孔基片6。接着，墨室基片3和孔基片6如图8所示地层叠。电极端子10a被布置为与端子部分3b电接触，而电极端子10c被布置为与座8接触。然后，直流电压被施加在电极端子10a和电极端子10c之间，以阳极接合墨室基片3和孔基片6。
下面，如图7(c)所示，在孔基片6的表面上形成斥墨层15。斥墨层15可以控制孔表面的可湿性(wettablility)，从而防止喷墨方向错误和喷射故障。斥墨层15可由诸如氟聚合物(fluorine polymer)的聚合物膜形成。氟聚合物膜可承受最多200℃的温度，不能承受在阳极接合期间所达到的温度(大于400℃)。因此在阳极接合之后进行斥墨(ink-repellent)处理。另外，当如第一和第二实施例中所述将孔基片6、墨室基片3和隔膜基片1一体化时，很难仅在孔基片6的表面上进行斥墨处理。
然后，将描述在孔基片6的表面上形成斥墨层15的方法。在通过阳极接合将墨室基片3和孔基片6连接之后，接合结构被浸在氟聚合物(fluorine-polymer)溶液中，以在接合结构的整个表面上形成斥墨层。随后，具有厚度25μm的干抗蚀膜被应用在孔基片6的表面上，并通过加热和压力被接合。当在喷嘴入口的内部附近形成斥墨层时，干防蚀膜被以规定深度插入喷嘴中。然后，在没有被干抗蚀膜覆盖的区域中的斥墨层被氧等离子体除去。随后，除去干抗蚀膜。图7(c)示出了斥墨层15，其形成在孔基片6的表面上并且以规定深度插入喷嘴7的入口。这样，必须从除了孔基片6的表面之外的区域用氧等离子体除去斥墨层。结果，当如第一和第二实施例中一样将孔基片6、墨室基片3和隔膜基片1接合在一起时，很难仅在孔基片6的表面上进行斥墨处理。
在用于形成斥墨层15的另一种方法中，在将墨室基片3和孔基片6阳极接合在一起之后，作为保护带的干抗蚀膜被应用在孔基片6的表面上。干抗蚀膜插入喷嘴中到预定深度。然后，通过将可溶于水的掩蔽剂(masking agent)注入歧管11a和压力室11b中在歧管11a和压力室11b的侧壁上形成掩膜层(未示出)。在剥离保护带之后，在孔基片6的表面上形成斥墨层。然后，接合结构被浸在水中，以将可溶于水的掩膜层除去。如图7(c)所示，通过这样的处理，斥墨层15形成在孔基片6的表面上和喷嘴7的入口中到预定深度，而没有在歧管11a和压力室11b中形成斥墨层。
下面，如图7(d)所示，粘合剂16被涂敷在墨室基片3的侧面上，该侧面将接合到隔膜基片，并且隔膜板17被安装在粘合剂16上。隔膜板17的材料为诸如聚酰亚胺树脂、芳族聚酰胺树脂或者polysulfan树脂的聚合物膜(polymerfilm)。另外，在图7(a)中，虽然玻璃层5形成在将要接合到隔膜基片的墨室基片3的表面上，但不是必须在该面上形成玻璃层5，因为该表面不进行阳极接合。
图9示出根据本发明第三实施例的喷墨头24b，该喷墨头24b的构造方式是通过将不锈钢壳体20安装在根据第三实施例的方法制造的孔基片6、墨室基片3和隔膜板17构成的接合结构上并随后用粘合剂19将压电元件18粘接到隔膜板17上。隔膜板17可由Fe42-Ni或不锈钢部件制造。尽管这种部件对酸性墨水的腐蚀性具有较弱的抵抗力，但是它们可承受其它类型的墨水。
当如在第一实施例和第二实施中一样通过MEMS加工单晶硅40制造隔膜基片1时，可进行阳极接合以消除粘合剂的使用，由此提高喷墨头的抗腐蚀性。然而，由单晶硅40形成的隔膜基片1非常薄(厚度大约为几μm)并且极容易破裂，因此在组装期间必须小心处理隔膜基片1。然而，当如第三实施例中那样，由聚合物膜、Fe42-Ni、不锈钢等形成隔膜板17时，隔膜板17极不容易破裂。同时，隔膜板17便宜并容易操作。
当隔膜板17由聚酰亚胺树脂形成时，隔膜板17对包含有诸如NMP9N-methylpyrrolidone)等的极性溶剂的墨水没有抗腐蚀性。但是，隔膜板17可承受在形成互连、显示器面板等中使用的酸性或者碱性工业墨水以及水基溶剂和油基溶剂或者UV墨水。
(3)喷墨记录装置
图10和图11示出了根据本发明优选实施例的喷墨记录装置50的结构。喷墨记录装置50具有：基座32；设置在基座32上、用于传送诸如纸、玻璃、金属或者塑料的记录介质30的传送机构31；设置在基座32上的安装部件29；线性头部(line head)26，其具有安装在安装部件29中的多个喷嘴。线性头部26被安装在安装部件29中，从而例如，在线性头部26和记录介质30之间形成1-5mm的间隙。
喷墨记录装置50包括线性头部驱动装置33，用于控制施加到对应于在线性头部26中的每个喷嘴的压电元件上的驱动电压；喷射信号产生装置34，用于产生喷墨信号和将该信号输入线性头部驱动装置33中；传送机构驱动装置35，用于控制传送机构31传送记录介质30的定时；控制装置36，用于控制喷射信号产生装置34和传送机构驱动装置35。
更具体地说，控制装置36将控制信号传送到传送机构驱动装置35，用于控制用于传送记录介质30的定时，并且将控制信号传送到喷射信号产生装置34，用于控制喷射信号产生装置34传送数据的定时(timing)。
接着，详细描述线性头部26。如图11所示，线性头部26具有基板27。头部25a-25f被以交错的布置设置在线性头部26上。头部25a-25f具有与图2所示的喷墨头24a或者图9所示的喷墨头24b相同的横截面结构。如果头部25a-25f同时喷射墨滴，第一墨滴行28a、28b和28c与第二墨滴行28d、28e和28f隔开间距L。然而，通过控制喷射时间，可以使第一和第二墨滴行沿着同一直线喷射。
通过使用MEMS加工处理以在上述孔基片6中形成喷嘴7由上述孔基片6制造根据优选实施例的头部25a-25f。因此，头部25a-25f被以高精度地形成，并且在同一头部的喷嘴中和不同头部之间的喷嘴中喷嘴直径、深度和其它尺寸的变化极小。喷嘴的定位也极其准确。墨室基片3也被高精度地制出，并且在同一头部中和在不同头部中的墨室(压力室、节流器、歧管等)的形状和尺寸的变化很小，该差异可影响喷墨性能。
由于没有使用粘合剂将孔基片6和墨室基片3接合在一起，头部25a-25f没有受到与使用粘合剂相关的问题的困扰，例如粘合剂层的不规则厚度，喷嘴由于粘合剂伸出到喷嘴附近而堵塞或者粘合剂层的一部分脱落。因此，可以生产出在头部中和在每个头部中的喷嘴中具有一致的墨水喷射性的喷墨头，并且可生产在承受各种类型墨水方面可靠性高的喷墨头。
另外，由于通过显微机械加工生产出具有微小直径的喷嘴7，所以喷嘴7可喷射微滴墨水。
(4)墨水记录装置的使用和应用
下面，将描述根据本发明的喷墨记录装置的使用和应用的示例。
(a)液晶显示器的对准层(alignment layer)
图2的喷墨头24a可被用于需要打印均匀固体膜的应用，通过在由玻璃、塑料等形成的液晶面板基片上喷射用于聚酰亚胺树脂的NMP溶剂以生产包含TFT(薄膜晶体管)和滤色镜的电路。
(b)滤色镜和彩色有机EL材料的图案形成
虽然在图10的喷墨记录装置中示出了单个线性头部26，但是喷墨记录装置可被用来通过提供与彩色(红色、绿色和蓝色)相对应的三个线性头部用于喷射这三种颜色的滤色镜材料或者彩色发光材料，对作为记录介质30的由玻璃、塑料等形成的面板基片进行布图。在喷墨记录装置中使用的喷墨头可以为在图2中示出的喷墨头24a或者在图9中示出的喷墨头24b。
(c)彩色打印
作为选择，四行头部可对应于黄色、品红色、青色和黑色地安装在喷墨记录装置中。该喷墨记录装置可通过将这四种颜色的墨水喷射在由纸或者塑料形成的记录介质30上进行彩色打印。在该喷墨记录装置中，当彩色墨水为水基的、油基的、或者正常的溶剂型墨水时，可使用图9中所示的喷墨头部24b。
(d)互连图案
上述优选实施例的喷墨头可被用于通过在聚酰亚胺树脂膜或者陶瓷基片的表面上喷射具有银、铜等的金属纳米颗粒的导电墨水打印互连图案。这些喷墨头可支持具有小于50μm的线宽度的互连的形成，这需要以高精度将3微微升(picoliter)或更少的微滴喷射在规定位置。
在这种情况下，水基或者溶剂型墨水被用作导电墨水。
另外，可使用图2中所示的打印头24或图9中所示的打印头24b。在该示例中，在孔基片6中的喷嘴优选形成为微型喷嘴，该喷嘴经过机加工具有大约20-25μm的直径。
在上述实施例中，喷墨记录装置由传送记录介质的固定线性头部构成。然而，本发明也可用于具有可动喷墨打印头的串行(serial)型喷墨记录装置。
虽然本发明的阳极接合硅件的方法被用于制造喷墨头。但是该方法也可用于制造通过将多个硅部件接合在一起的传感器或者其它产品。

Claims (17)

1.一种阳极接合硅件的方法，所述方法包括：
在第一硅件的表面上形成二氧化硅SiO2层；
在所述二氧化硅SiO2层的表面上形成玻璃层；
在第二硅件的表面上形成比SiO2氧欠缺的氧化硅(SiOx，x＜2)层；以及
通过布置所述玻璃层的表面与所述氧化硅(SiOx，x＜2)层的表面接触以及对所述第一和第二硅件加热和在所述第一和第二硅件之间施加电压，将所述第一硅件接合到所述第二硅件。
2.根据权利要求1所述的阳极接合硅件的方法，其中形成所述氧化硅(SiOx，x＜2)层的步骤包括：
在所述第二硅件的所述表面上形成热氧化层；以及
通过使用紫外线或者电子束照射所述热氧化层释放氧原子。
3.根据权利要求1所述的阳极接合硅件的方法，其中形成所述氧化硅(SiOx，x＜2)层的步骤是在比在所述第一硅件的所述表面上形成所述热二氧化物层时的氧化温度和氧密度低的氧化温度和低的氧密度下进行的。
4.一种制造喷墨头的方法，所述方法包括：
制造具有压力室的墨室基片和具有用于喷射墨的喷嘴孔的孔基片，所述墨室基片和所述孔基片的每一个都由硅材料形成；
在所述墨室基片的表面上形成二氧化硅SiO2层；
在所述二氧化硅SiO2层的表面上形成玻璃层；
在所述孔基片的表面上形成氧欠缺的氧化硅(SiOx，x＜2)层；
通过布置所述玻璃层与所述氧化硅(SiOx，x＜2)层接触从而压力室与所述喷嘴孔流体连通、并对所述墨室基片和所述孔基片加热、在所述墨室基片和所述孔基片之间施加直流电压，将所述墨室基片阳极接合到所述孔基片；以及
将具有用于对所述压力室加压的隔膜的隔膜基片接合到所述墨室基片的侧面，该侧面与接合所述孔基片的侧面相对。
5.根据权利要求4所述的制造喷墨头的方法，其中所述隔膜基片用粘合剂接合到所述墨室基片。
6.根据权利要求4所述的制造喷墨头的方法，其中所述隔膜基片由金属或者聚合物树脂膜形成。
7.根据权利要求4所述的制造喷墨头的方法，还包括在所述墨室基片和孔基片已经被阳极接合之后在所述孔基片的所述表面上形成斥墨层；
其中在所述孔基片的所述表面上形成所述斥墨层之后，所述隔膜基片被接合到所述墨室基片。
8.一种制造喷墨头的方法，所述方法包括；
制造具有压力室的墨室基片、具有用于对所述压力室加压的隔膜的隔膜基片，以及具有用于喷射墨的喷嘴孔的孔基片，墨室基片、隔膜基片和孔基片中的每个都由硅材料形成；
在所述墨室基片的表面上形成二氧化硅SiO2层；
在二氧化硅SiO2层的表面上形成玻璃层；
在所述孔基片和所述隔膜基片的表面上形成氧欠缺的氧化硅(SiOx，x＜2)层；以及
通过依次将所述隔膜基片、墨室基片、孔基片层叠并在所述墨室基片、所述隔膜基片和所述孔基片之间施加直流电压将所述隔膜基片、孔基片、墨室基片阳极接合。
9.根据权利要求8所述的制造喷墨头的方法，其中，在阳极接合的步骤中，所述孔基片、墨室基片和隔膜基片被依次层叠在具有内置加热器的座上，而具有内置加热器的挤压/加热板被设置在所述隔膜基片的顶部上，并且所述直流电压被施加在所述墨室基片和所述座之间以及所述墨室基片和所述挤压/加热板之间。
10.根据权利要求8所述的制造喷墨头的方法，其中，在阳极接合的步骤中，所示孔基片、墨室基片和隔膜基片被依次层叠在具有内置加热器的座上，而具有内置加热器的挤压/加热板被设置在所述隔膜基片的顶部上，并且所述直流电压被施加在所述墨室基片和所述隔膜基片之间以及所述墨室基片和所述座之间。
11.一种喷墨头，包括：
具有压力室的墨室基片；
被接合到所述墨室基片的隔膜基片；
压电元件，该压电元件被接合到所述隔膜基片，用于响应于电信号对所述压力室施加压力；以及
孔基片，该孔基片具有用于喷射墨的喷嘴孔，所述孔基片被接合到所述墨室基片并被所述隔膜基片加压，所述压力室与所述喷嘴孔流体连通；
其中，氧化硅层形成在形成压力室的所述墨室基片的所述表面，以及当所述压力室和所述喷嘴孔包含墨时与墨接触的所述隔膜基片和孔基片的表面上。
12.一种喷墨头，包括：
具有压力室的墨室基片；
被接合到所述墨室基片的隔膜基片；
压电元件，该压电元件被接合到所述隔膜基片，用于响应于电信号对所述压力室施加压力；以及
孔基片，该孔基片具有用于喷射墨的喷嘴孔，所述孔基片被接合到所述墨室基片并被所述隔膜基片加压，所述压力室与所述喷嘴孔流体连通；
其中，所述墨室基片包括硅件、和形成在所述硅件的表面上的二氧化硅SiO2层，和形成在所述二氧化硅SiO2层的表面上的玻璃层；
所述孔基片包括硅件、以及形成在所述硅件的表面上的氧化硅(SiOx，x＜2)层；以及
所述墨室基片和孔基片通过阳极接合连接。
13.根据权利要求12所述的喷墨头，其中，所述隔膜基片由金属或者聚合物树脂膜形成。
14.一种喷墨头，包括：
具有压力室的墨室基片；
接合到所述墨室基片的隔膜基片；
压电元件，该压电元件被接合到所述隔膜基片，用于响应于电信号对所述压力室施加压力；以及
孔基片，该孔基片具有用于喷射墨的喷嘴孔，所述孔基片被接合到所述墨室基片并被所述隔膜基片加压，所述压力室与所述喷嘴孔流体连通；
其中，所述墨室基片包括硅件、形成在所述硅件的表面上的二氧化硅SiO2层，和形成在所述二氧化硅SiO2层的表面上的玻璃层；
所述孔基片和所述隔膜基片每个都包括硅件，和形成在所述硅件的表面上的氧化硅(SiOx，x＜2)层；以及
所述墨室基片、孔基片和隔膜基片通过阳极接合连接在一起。
15.一种喷墨记录装置，包括：根据权利要求11所述的喷墨头；以及控制所述喷墨头的控制单元。
16.一种喷墨记录装置，包括：根据权利要求12所述的喷墨头；以及控制所述喷墨头的控制单元。
17.一种喷墨记录装置，包括：根据权利要求14所述的喷墨头；以及控制所述喷墨头的控制单元。
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