CN1853934B - 喷墨打印头基板和制造方法、喷墨打印头、喷墨打印设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种喷墨打印头基板和制造方法、喷墨打印头、喷墨打印设备，该喷墨打印头基板能精确地熔断熔丝元件以可靠地存储数据。该喷墨打印头和喷墨打印设备包含该喷墨打印头基板。在熔丝元件上形成的层间绝缘膜是由具有比熔丝元件的材料的熔点低的熔点、且通过熔丝元件熔断时产生的热在其中形成空洞的材料制成的。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷墨打印头的多层基板、使用该多层基板的喷墨打印头、喷墨打印设备以及制造该喷墨打印头基板的方法。
背景技术
喷墨打印头例如是由头基板和喷嘴部件的组合构成的。头基板包括基本基板和在基本基板的表面上由各种层形成的墨排出结构。墨排出结构具有电热转换系统中的加热器元件(电热转换器)和电机械转换系统中的压电元件。通常，在这种头基板的表面上，也由各种层形成用于驱动墨排出结构的驱动器电路和用于向该驱动器电路提供打印数据的数据输入单元。
目前，提出了另一种结构，其中，在喷墨打印头的头基板上安装有ROM(只读存储器)，用于保持在需要时可被读取的各种类型的数据。在该ROM中保持的数据可例如包括喷墨打印头的ID(识别)码和关于墨排出结构的驱动特性的数据。例如，日本特开平3-126560(1991)号公报中说明了一种其上安装有EEPROM(可电擦可编程ROM)的喷墨打印头。
然而，在日本特开平3-126560(1991)号公报中公开的喷墨打印头中，由于与头基板独立地安装EEPROM，因此打印头结构变得复杂，使得很难减小作为整体的打印头和打印设备的尺寸和重量。尤其当有大量打印数据时，现有的大容量ROM芯片很有用。但是当打印数据量小时，就成本来说，大容量ROM芯片的使用是不利的。
美国专利5,504,507号和5,363,134号公开了一种结构，其中，由熔丝阵列(fuse array)构成的ROM与例如墨排出结构的层一起形成在喷墨打印头的头基板的基本基板中。这种结构允许在制造头基板的处理期间，与在基本基板中形成墨排出结构层的同时形成构成ROM的熔丝阵列。该阵列中的熔丝被选择性地熔断，从而根据熔丝的状态将所期望的二进制数据保持在熔丝阵列中。使用这种头基板的喷墨打印头不需要将ROM芯片与头基板分开制备。因此，可以简化用于以可被读出的方式保持各种数据的结构，从而实现打印头生产率的改进及其尺寸和重量的降低。
熔断熔丝元件的一个方法包括例如用激光束蒸发熔丝部分从而断开其电路。然而，这种熔丝熔断方法不适用于打印头的大批量生产，因为它造成熔融的材料附着到基板上，并且这种熔断处理的成本非常昂贵。另一种方法是让大电流通过熔丝来熔断熔丝部分。由于较小量的熔融材料附着到基板上并且成本较低，所以该方法适用于打印头的大批量生产。然而，施加大电流熔断熔丝的方法的缺点在于：由于用于熔断熔丝的瓦特数(大容量额定热损耗)受熔丝元件的电阻的限制，所以所产生的热能小。因此，为了可靠地熔断熔丝部分以断开电路，需要特别考虑熔丝部分的结构。
此外，由于在喷墨打印头中，墨存在于基板之上，因此具有这样的风险：如果熔丝部分的熔断产生过大的裂缝，则墨可能通过该裂缝到达基板。一旦墨渗透到熔断的熔丝部分和形成在基板上的电极，则可能腐蚀它们，由此损害喷墨打印头的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够准确熔断熔丝元件从而高可靠地存储数据的喷墨打印头的基板，并且还提供一种喷墨打印头、一种喷墨打印设备以及一种制造这种喷墨打印头基板的方法。
在本发明的第一方面，提供一种喷墨打印头基板，其包括：例如，由此形成熔丝元件的多晶硅层；
排出能量生成装置，其生成墨排出能量；
熔丝元件，其能够被流过它的电流熔断；
第一层，其位于所述熔丝元件的上面；以及
第二层，其位于所述熔丝元件的下面；
其中，所述第一层和所述第二层中的至少一个是由具有比所述熔丝元件的熔点低的熔点的第一低熔点材料形成的，通过当所述熔丝元件被熔断时产生的热，所述第一低熔点材料发生气化，并在所述第一低熔点材料中形成空洞，
所述第一低熔点材料是含磷的SiO。
在本发明的第二方面，提供一种喷墨打印头，其包括本发明第一方面的喷墨打印头基板，
所述打印头能够通过所述排出能量生成装置的操作来排出墨，并且能够通过熔断所述熔丝元件来存储数据。
在本发明的第三方面，提供一种喷墨打印设备，用于通过使用能排出墨的喷墨打印头在打印介质上形成图像，所述喷墨打印设备包括：
安装部分，其能够安装根据本发明第二方面的喷墨打印头；
控制装置，用于控制所述喷墨打印头中的所述排出能量生成装置；以及
读取装置，用于读取存储在所述喷墨打印头中的所述熔丝元件中的数据。
在本发明的第四方面，提供一种制造喷墨打印头基板的方法，其中，所述喷墨打印头基板包括：
加热电阻器，其生成用于排出墨的热能；
熔丝元件，其能够被流过它的电流熔断；
第一层，其位于所述熔丝元件的上面；以及
第二层，其位于所述熔丝元件的下面；
其中，所述第一层和所述第二层中的至少一个是由具有比所述熔丝元件的熔点低的熔点的第一低熔点材料形成的，通过当所述熔丝元件被熔断时产生的热，所述第一低熔点材料发生气化，并在所述第一低熔点材料中形成空洞，
所述第一低熔点材料是含磷的SiO；
在所述加热电阻器的上方形成耐气蚀膜；
当形成所述耐气蚀膜时，由与所述耐气蚀膜相同的材料形成所述熔丝元件。
本发明的喷墨打印头基板包括：例如，形成熔丝元件的多晶硅层；
含磷的等离子体CVD-SiO层，其形成在多晶硅层上，并在下面的多晶硅层马上熔化之前气化，从而当多晶硅熔丝元件被熔断时在基板中形成大的空洞；
不含磷的CVD-SiO层，其形成在等离子体CVD-SiO层上，控制空洞的尺寸并形成开口，通过该开口将熔融的多晶硅排出到外部而不会造成由于内部裂缝引起的破裂；以及
有机树脂层，其形成在CVD-SiO层上，用于接收和阻挡熔融的多晶硅。
本发明的喷墨打印头基板消除了墨渗透进入裂缝的可能性，由此保证了存储在熔丝元件中的数据的高可靠性。此外，该打印头基板可控制当熔断熔丝元件时形成的空洞的尺寸，从而不会造成由裂缝引起的破裂。
通过下面结合附图对本发明实施例的说明，本发明的以上及其它目的、效果、特征和优点将变得更明显。
附图说明
图1是示出本发明第一实施例中的基板上的熔丝元件的平面图；
图2是沿图1的线II-II的截面图；
图3A、3B、3C和3D是示出当图2的基板上的熔丝元件被熔断时的状态的截面图；
图4是本发明第二实施例中的基板的截面图；
图5是示出图4的基板上的熔丝元件如何被熔断的截面图；
图6是本发明第三实施例中的基板的截面图；
图7是本发明第四实施例中的基板的截面图；
图8是本发明第一实施例中的喷墨打印设备的概略透视图；
图9是图8的喷墨打印头中的基板的透视图；
图10是图8的喷墨打印设备中的控制系统的框图；
图11是示意性示出熔丝元件被熔断时裂缝如何形成的截面图；
图12是本发明第五实施例中的基板上的熔丝元件的平面图；
图13是沿着图12的线XIII-XIII所取的截面图；
图14A、14B、14C和14D是示出在图13的基板上形成加热器元件的处理的截面图；
图15A、15B、15C、15D和15E是示出在图13的基板上形成熔丝元件的处理的截面图；
图16是示出通过使用图12的基板构成的部分剖切的头芯片的透视图；
图17A、17B、17C和17D是示出制造图16的头芯片的处理的截面图；
图18A和图18B是制造图16的头芯片的处理中的熔丝元件的截面图；
图19是作为与本发明相比较的例子的基板上的熔丝元件的平面图；以及
图20是沿图19的线XX-XX的截面图。
具体实施方式
将参考附图对本发明的优选实施例进行说明。
第一实施例
图8是可应用本发明的喷墨打印设备的示例结构的说明性视图.该示例的喷墨打印设备300是串行扫描型，并且具有后面要说明的可拆卸地安装在头移动机构302的滑架303上的喷墨打印头400.滑架303由导轴304支持，从而可在由箭头X指示的主扫描方向上移动，并且与喷墨打印头400一起往复移动.在与打印头400相对的位置处安装有压纸辊(platen roller)305，该压纸辊305保持并进给作为打印介质的纸张P。该压纸辊305形成在箭头Y所指示的副扫描方向上连续进给纸张P的纸输送机构306。
本示例的喷墨打印头400内置有如图9所示的打印头基板100。基板100形成有加热器元件120、熔丝阵列130、电极垫140和配线(wire)。加热器元件120生成热能作为墨排出能量，以加热墨并在墨中形成气泡，该气泡将墨滴从未示出的喷嘴开口排出。电极垫140形成用于将基板100上形成的配线电连接到外部端子的电极。熔丝阵列130由如后面说明的可被电流熔断的多个熔丝元件组成。选择性地熔断所期望的熔丝元件可存储各种数据。
熔丝阵列130可用于存储喷墨打印头400的ID码和加热器元件120的电阻，作为关于在最佳条件下驱动喷墨打印头400所需的电特性的数据。这些数据在喷墨打印头400出厂时被存储在熔丝阵列130中。当喷墨打印头400被安装在喷墨打印设备300上来使用时，打印设备300从熔丝阵列130读取所存储的数据，以在最佳条件下操作打印头400。
图10示出打印设备300的控制系统的示意性结构图。头移动机构302和纸输送机构306被连接到驱动控制电路311，驱动控制电路311被连接到微计算机312。微计算机312统一控制头移动机构302和纸输送机构306，从而实现相对于打印纸P移动打印头400的相对移动装置。利用该打印设备300，通过重复交替在主扫描方向上移动打印头400同时从打印头400排出墨滴的操作和在副扫描方向上将打印纸P进给预定距离的操作来形成图像。
打印设备300和主设备(主计算机)210或者中央控制设备一起形成图像处理系统200。打印设备300和主设备210通过通信线缆220连接。微计算机312与作为数据输入装置的数据输入电路313、作为数据读取装置的数据读取电路314、以及通信接口315相连接。通信接口315通过通信线缆220连接到主设备210。
数据输入电路313通过滑架303侧的连接器连接到在喷墨打印头400的基板100上形成的打印逻辑电路。数据读取电路314通过滑架303侧的连接器连接到在喷墨打印头400的基板100上形成的熔丝逻辑电路。熔丝逻辑电路被连接到熔丝阵列130。数据输入电路313向喷墨打印头400的打印逻辑电路提供打印数据。数据读取电路314从喷墨打印头400的熔丝逻辑电路读取熔丝阵列130的所存储的数据。
微计算机312统一控制这些电路311、313、314。例如，它向数据输入电路313提供主设备210输入到通信接口315的打印数据。微计算机312控制数据读取电路314从喷墨打印头400读取熔丝阵列130的所存储的数据并将该数据从通信接口315输出到主设备210。
喷墨打印设备300具有作为供墨装置的墨盒(未示出)。墨盒像喷墨打印头400一样被可拆卸地安装在滑架303上，并由管通过承接件(socket member)(未示出)连接到喷墨打印头400的墨保持单元。墨盒装有提供给喷墨打印头400的墨。
在图10的图像处理系统200中，主设备210向喷墨打印设备300提供打印数据，喷墨打印设备300基于该打印数据在打印纸P上形成图像.在这时，根据微计算机312的统一控制，头移动机构302在主扫描方向上移动喷墨打印头400，并且纸输送机构306在副扫描方向上进给打印纸.与这些操作同步，喷墨打印头400从数据输入电路313输入打印数据.喷墨打印头400保持一直从墨盒提供来的墨，并基于该打印数据选择性地给连接到打印逻辑电路的加热器元件120通电.加热加热器元件120使在墨中产生气泡，该气泡的膨胀压力使墨滴从相关联的墨排出开口排出.排出的墨滴落在打印纸P的表面上，从而在纸P上形成点阵图像.
如上所述，喷墨打印头400的基板100形成有熔丝阵列130。在出厂之前，制造出的喷墨打印头400可在熔丝阵列130中存储其ID码和关于加热器元件120的操作特性的数据。在这些数据的存储操作之后出厂的喷墨打印头400被安装在喷墨打印设备300上。这时喷墨打印设备300可通过数据读取电路314从喷墨打印头400的熔丝阵列130中读取所存储的数据。喷墨打印设备300根据从喷墨打印头400的熔丝阵列130中读出的加热器元件120的操作特性，来调节用于驱动加热器元件120的电源。喷墨打印设备300还可将喷墨打印头400的ID码通知给主设备210。
接下来，将说明本实施例的喷墨打印头的基板100的结构。
构成熔丝阵列130的熔丝元件可在半导体制造过程期间形成在已经内置了驱动元件和逻辑电路等半导体器件的基板中。熔丝元件还可以在形成该半导体器件的同时，通过使用当在基板上构造该半导体器件时所使用的相同的栅多晶硅来形成。下面将说明在后一种情况下制造熔丝元件的过程。
图1是构成图9的熔丝阵列130的熔丝元件103的放大的平面图。在熔丝元件103之上，由有机树脂层形成用于排出墨的墨路。图2是其中形成有熔丝元件103的基板100沿图1的线II-II的截面图。本例子的熔丝元件103由多晶硅制成，并且形成为在其中央熔断部分(熔丝熔断部分)103A处窄，以便于容易地熔化分离。在由与图11所示的用于比较的传统头基板相同的材料构造的喷墨打印头基板中，当熔丝熔断部分被熔断时，会形成裂缝C。在熔丝元件103被熔断时，在层间绝缘膜104和保护膜(绝缘膜)106中形成该裂缝C，从而为墨的进入提供可能的路径。
本例子的喷墨打印头基板100具有热生长氧化膜122、熔丝元件103、层间绝缘膜123、熔丝电极105以及保护膜(绝缘膜)124，所有这些都以预定的形状适当地层叠在基本基板121的表面上。在保护膜(绝缘膜)124的表面上形成有机树脂的喷嘴部件107。熔丝元件103的端部通过通孔108连接到铝熔丝电极105。
在基本基板121上形成的热生长氧化膜122上，沉积大约厚度的多晶硅膜以形成熔丝元件103。在熔丝元件103上，通过等离子体CVD(chemical vapor deposition，化学气相沉积)方法沉积大约
厚度的含磷SiO膜以形成层间绝缘膜123。如后面所说明的，含磷层间绝缘膜(SiO膜)123容易被当施加用于熔断多晶硅熔丝元件103的电流时产生的熔丝元件103的热所气化而形成空洞。为了防止在覆盖层间绝缘膜(SiO膜)123的层中形成大的裂缝，将层间绝缘膜123的厚度优选设置在0.5～1μm的范围内。
为了控制在层间绝缘膜(SiO膜)123中形成的空洞，通过等离子体CVD法形成厚度的不含磷的等离子体CVD-SiO膜(保护绝缘层)124.该膜124不容易被熔丝元件103的热熔化，因此可使含磷层间绝缘膜(SiO膜)123中的空洞的膨胀最小化，并将其控制为所期望的尺寸.膜124熔化得慢，并且只是部分被热熔化以形成孔，使得来自熔断的熔丝元件103的熔融物排入该孔，从而防止如果空洞的膨胀被完全抑制而聚积的内部压力所造成的裂缝.膜124即未掺杂磷的SiO膜的厚度优选被设置在0.3～0.8μm，使得在掺杂磷的层间绝缘膜(SiO膜)123中的空洞的膨胀可被最小化，但是仍允许在其中形成孔.
在形成熔丝元件103之后，溅射大约
厚度的用于形成加热器元件120的材料TaSiN。接着由铝(Al)形成大约
厚度的配线层。然后，通过光刻(photolithography)图形化这些层，并使用BCl3气体将Al和TaSiN同时干法蚀刻(dry-etch)为所希望的形状。此外，通过光刻将加热器元件120图形化为所期望的结构，然后主要使用磷酸将其湿法蚀刻为所期望的形状。
然后，通过等离子体CVD方法在这些层上沉积大约
厚度的SiN膜作为保护膜。然后，溅射大约厚度的Ta膜作为耐气蚀膜(cavitation resistance film)。通过光刻将SiN膜和Ta膜图形化并将其干法蚀刻为所期望的形状。在该处理中，熔丝元件103上的Ta膜和SiN膜被去除。
在这之后，使用有机树脂层以通过使用光刻三维形成用于排墨的墨路。至此完成基板100。
图3A、3B、3C和3D示出当通过向上述结构的基板中的熔丝元件103施加电流以熔断该熔丝元件时所发生的情况。
首先，多晶硅熔丝元件103的热熔化并气化含磷的层间绝缘膜(SiO膜)123，即等离子体CVD-SiO层，其具有比多晶硅低得多的熔点并且容易被气化。结果，如图3A所示，在层间绝缘膜(SiO膜)123中形成空洞123A。空洞123A如图3B所示进行膨胀，并且其膨胀被保护膜(绝缘膜)124即不含磷的等离子体CVD-SiO层阻止。如图3C所示，通过热和压力在部分不含磷的CVD-SiO层即保护膜(绝缘膜)124中形成通孔124A。多晶硅熔丝元件103的熔融物103A被熔进孔124A中。被熔进孔124A中的熔融的多晶硅103A熔化并碳化部分有机树脂喷嘴部件107，如图3D所示，从而损失其热能并在其冷却时凝固。
如上所述，含磷的层间绝缘膜(SiO膜)123形成空洞123A以释放由熔丝元件103的熔化产生的内部压力。不含磷的保护膜(绝缘膜)124在其一部分中形成孔124A以释放该内部压力并使空洞123A的膨胀最小化。这有助于防止在基板100中形成裂缝。多晶硅熔丝元件103的熔融物103A被停止在距熔丝元件103的熔断部分大约预定距离的位置处。例如，熔融物103A在有机树脂喷嘴部件107中大约2μm内被接收。这保证了熔丝元件103的可靠熔断。如果熔融物103A残留在熔丝元件103的熔融部分上，则熔丝元件103的熔断操作的可靠性受损。
第二实施例
图4和图5是示出本发明第二实施例中的喷墨打印头的基板100的说明性视图。
如图4所示，通过等离子体CVD方法在打印头基板100的基本基板102的表面上沉积大约厚度的含磷SiO膜，以形成层间绝缘膜111。在层间绝缘膜111上沉积大约
厚度的用于熔丝元件103的多晶硅，并将其图形化以形成熔丝元件103。此外，通过等离子体CVD方法在熔丝元件103上沉积大约
的用于层间绝缘膜114的含磷SiO膜。结果，熔丝元件103在垂直方向上被夹在作为含磷SiO膜的层间绝缘膜111、114之间。
作为含磷SiO膜的层间绝缘膜111、114具有比熔丝元件103的多晶硅的熔点低的熔点.因此，当电流流过熔丝元件103使其熔断时，由该电流产生的热容易地气化层间绝缘膜111、114，从而形成如图5所示的空洞S.因为具有比熔丝元件103的熔点低的熔点的层间绝缘膜111、114，即含磷SiO膜，被形成在熔丝元件103之上和之下，所以空洞S被形成在层间绝缘膜111、114的每一个之中.通过在向上和向下两个方向上形成空洞S，可抑制向上方向上的空洞S的形成，以防止在更上层的膜中形成裂缝.
熔丝元件103的由熔断所产生的破坏力越大，空洞S变得越大。为了防止形成熔丝元件103的多晶硅过度破裂，将层间绝缘膜111、114的厚度优选地设置在0.5～1μm的范围内。
通过等离子体CVD方法在层间绝缘膜114上沉积未掺杂磷的SiO膜，来形成用于控制空洞S的保护膜(绝缘膜)106。保护膜(绝缘膜)106被形成为约
的厚度。当受热时该保护膜(绝缘膜)106不容易熔化，因此可限制含磷SiO层即层间绝缘膜111、114中的空洞S的膨胀，从而将该空洞控制在所期望的尺寸。与上述实施例的保护膜(绝缘膜)124相同，保护膜(绝缘膜)106可以熔化得慢，并且通过受热被部分熔化以在其中形成孔。在这种情况下，通过该孔排出熔丝元件103的熔融物。这消除了如果内部空洞S的膨胀被完全抑制而导致的问题，即由于内部压力形成裂缝。
在层间绝缘膜114表面的一部分上，形成主要由铝制成的熔丝电极105。该熔丝电极105通过层间绝缘膜114中的通孔连接到熔丝元件103。在该熔丝电极105上形成SiO膜作为保护膜(绝缘膜)106。此外，在保护膜(绝缘膜)106上形成喷嘴部件107。
在如上所述的本实施例中，由于通过熔丝元件103的熔化形成空洞S，所以裂缝不会发展到保护膜106的表面。因此，不可能损害熔丝元件的可靠性。
在完成喷墨打印头400之后，应该执行将加热器元件120的操作特性等数据存储在熔丝阵列130中。在该示例中，位于熔丝元件103的上面和下面的层，即层间绝缘膜111、114，是由含磷的并具有比熔丝元件103的熔点低的熔点的SiO膜形成的。因此，当熔丝元件103被熔断时，空洞S被形成为使其可被容纳在含磷层间绝缘膜111、114之间。因此，熔丝元件103的熔断对上层的膜影响很小，从而防止例如到达上层的膜的大的裂缝的形成。
喷墨打印头400中的逻辑电路的配线由多晶硅层形成，熔丝阵列130的熔丝元件103也由同样的多晶硅层形成。因此，当形成作为打印头必要部分的打印控制逻辑电路(未示出)时，也可以同时形成熔丝逻辑电路和熔丝阵列130，以提高喷墨打印头400的生产率。
还可以通过使用同样的材料形成墨排出结构的加热器元件120和熔丝阵列130。这可以避免对熔丝阵列130增加新材料的需要，从而提高基板100和喷墨打印头400的生产率。
如果熔丝阵列130中的存储数据是ID码和操作特性，则熔丝阵列130的存储容量小于100位(bit)。所以，无需使用特别制备的大容量ROM芯片，这又有助于减小喷墨打印头的尺寸和重量，并且还提高了生产率。
第三实施例
图6是示出本发明第三实施例中的喷墨打印头基板100的说明性视图。该实施例具有形成在熔丝元件103上方的空间SA，墨不渗入该空间SA。
如果由熔丝元件103的熔断而形成的裂缝会到达保护膜106的表面，则喷嘴部件107和保护膜106之间的紧密接触可能恶化，从而产生墨进入喷嘴部件107和保护膜106之间的界面中的可能性.如果墨通过该裂缝渗透并到达熔丝元件103，则熔丝元件103可能因为电短路而发生故障.
在本实施例中，与先前的实施例相同，也是由于通过熔丝元件103的熔断形成空洞S(见图5)，所以裂缝不会到达保护膜106的表面。因此，如果像本示例中那样在喷嘴部件107中形成空间SA，则不会有问题。
第四实施例
图7是示出本发明第四实施例中的喷墨打印头基板100的说明性视图。本实施例在保护膜(绝缘膜)106上形成SiN保护膜112和耐气蚀层113，在耐气蚀层113上形成喷嘴部件107。
第五实施例
图12至图18B表示本发明的第五实施例。
图12是示出形成有本示例的熔丝元件1110的区域1400的平面图。图13是沿图12的线XIII-XIII的截面图。熔丝元件1110与加热器元件1102(见图17A至图17D)同时构建在喷墨打印头基板中。图14A、14B、14C和14D示出形成加热器元件1102的过程。图15A、15B、15C、15D和15E示出形成熔丝元件1110的过程。下面将这两个过程相互关联地进行说明。
首先，如图14A和图15A所示，通过热氧化在硅基板1150上形成热累积层1120，然后形成未示出的逻辑电路和保护膜1120。该逻辑电路具有选择性地驱动加热器元件1102的功能和选择性地给熔丝元件1110通电的功能。
然后，通过溅射和光刻形成未示出的、由例如铝制成的用于连接逻辑电路的电极配线。通过等离子体CVD方法在电极配线上沉积大约1μm厚度的用作层间绝缘膜的氧化硅膜1106。此外，通过光刻形成接触孔，以连接逻辑电路和电极配线。如图15A所示，以与形成接触孔相同的方式在熔丝元件形成区域1400中形成开口。
如图14B所示，溅射大约30nm厚度的加热电阻器层1107，然后沉积大约300nm厚度的铝电极配线层1103。然后通过光刻部分地去除电极配线层1103以露出加热电阻器层1107，由此形成产生热能以排出墨的加热器元件1102。在熔丝元件形成区域1400中，如图15B所示，通过光刻去除铝电极配线层1103和加热电阻器层1107。
接下来，如图14C所示，通过等离子体CVD方法，在包括露出的加热电阻器层1107(加热器元件1102)的电极配线层1103上形成大约300nm厚度的用作保护绝缘膜1108的SiN膜。在熔丝元件形成区域1400中，如图15C所示，也在电极配线层1103上形成用作保护绝缘膜1108的SiN膜。
接下来，通过光刻形成用于将电极配线1103连接到未示出的电源线和信号线的接触孔。在形成熔丝元件1110的区域1400中，如图15D所示，同时形成电源的接触孔1401和熔丝形成窗1402。
接下来，如图14D和图15E所示，溅射大约200nm厚度的Ta层1101。图14D的加热器元件1102区域中的Ta层1101用作耐气蚀层。在图15E的熔丝元件形成区域1400中，通过光刻形成所期望形状的Ta层1101，以用作熔丝元件1110。
使用如上所述的形成有熔丝元件1110和加热器元件1102的硅基板1150，可构造如图16所示的喷墨打印头.在该示例的打印头中，作为墨排出能量生成装置的加热器元件1102被形成为两排(L1，L2)，并以预定的间距(pitch)排列.在两排加热器元件1102之间，通过硅各向异性蚀刻在基板1150上形成供墨口509.在基板1150上设置有孔板504，该孔板504形成有位于相关联的加热器元件1102之上的墨排出开口505、以及连接该墨排出开口505和供墨口509的墨路.排L1上的墨排出开口505和加热器元件1102与排L2上的墨排出开口505和加热器元件1102交错半个喷嘴间距(排列墨排出开口505和加热器元件1102的节距).
在该例子中，所使用的基板1150在形成加热器元件1102的表面上Si晶体取向(crystal orientation)为<100>。图17A至图17D示出当使用以上基板1150时形成墨排出开口505和供墨口509的过程。将参考图18A和图18B说明形成熔丝元件1110的区域。
在图17A中，附图标记807表示形成在基板1150背面上的SiO2膜。在SiO2膜807上形成具有耐碱性的SiO2膜图形化掩膜808。掩膜808用于形成供墨口509。
接下来，在基板1150的表面上形成用于提高紧密接触性能的未示出的聚醚酰胺。例如，可以旋涂HIMAL(high heat resistantcoating materials，高耐热涂料)，通过光刻使其图形化，并对其进行干法蚀刻以形成所期望形状的树脂层。
如图18A所示，在熔丝形成区域1400中，紧密接触提高层1200被填入熔丝形成区域1400中。该层可防止墨从外部进入，并可形成当熔丝元件1110被熔断时接收熔融物的区域。
接下来，如图17A所示，形成块803。在随后的处理中块803被溶解掉以形成墨路。块803被形成为高度对应于墨路的高度的平面图形。
接下来，如图17B所示，将孔板材料804旋涂在基板1150上以覆盖块803，然后通过光刻将其图形化为所期望的形状。然后，通过光刻在加热器元件1102上面的位置处形成墨排出开口505。在墨排出开口505形成开口的孔板材料804的表面上，通过层叠干膜形成防水层806。
在熔丝元件形成区域1400中，由于如图18B所示在紧密接触提高层1200上形成孔板材料804，所以可进一步防止墨从外部渗透。
接下来，如图17C所示，树脂保护材料811被旋涂在形成有打印头的功能元件的基板1150的表面上和侧表面上。这旨在防止当在后续处理中形成供墨口509时，蚀刻液体与形成有打印头功能元件的基板1150的表面以及侧表面相接触。所使用的保护材料811对用于各向异性蚀刻的强碱溶液具有足够的抗蚀性。通过还用保护材料811覆盖孔板材料804，可防止防水层806的退化。
接下来，利用事先作为掩膜形成的SiO2膜图形化掩膜808，通过湿法蚀刻将SiO2膜807图形化，以在基板1150的背面上露出用于开始蚀刻的开口809。
接下来，如图17D所示，使用SiO2膜807作为掩膜进行各向异性蚀刻，以形成供墨口509。用于该各向异性蚀刻的蚀刻液体可以是例如强碱溶液，如TMAN(四甲基氢氧化铵)溶液。在此情况下，将22wt％的TMAH溶液设置在8O℃，然后将其从蚀刻开始开口809对基板1150施加预定的时间(12个小时)，以形成供墨口509。
接下来，去除SiO2膜图形化掩膜808和保护材料811。此外，通过墨排出开口505和供墨口509溶解掉块803，然后进行干燥。可通过用深紫外线进行全面曝光并进行随后的显影来实现块803的溶解。在显影处理期间，可根据需要进行超声浸渍(ultrasonicdipping)，以在实质上完全去除块803。
利用以上所采取的步骤，完成了制造作为喷墨打印头基本部分的头芯片的处理。以这种方式形成的头芯片设置有到加热器元件1102和熔丝元件1110的电连接，并且根据需要安装有用于供墨的容器。至于位于熔丝元件1110的上面和下面的层，它们可以由与第一实施例相同的材料和相同的形状来形成。
通过使用本实施例中的打印头基板，喷墨打印头能够可靠地熔断熔丝阵列，以使所选定的熔丝电断开，从而可靠地存储数据。由于耐气蚀膜和熔丝元件1110由相同的材料形成，所以不需要对熔丝元件1110增加新的材料，从而提高了打印头基板的生产率。
图19和图20示出与本实施例的打印头基板相比较的示例结构。在该用于比较的打印头基板中，熔丝元件3由在基板8上形成逻辑电路的MOS(金属氧化物半导体)的栅极配线构造。在熔丝元件3上形成多个层间绝缘膜4和用作保护膜1的无机膜。此外，在熔丝元件的熔断部分的上方形成开口5。如果熔丝元件3的熔断部分被具有相对高的机械强度的层间绝缘膜4和保护膜1覆盖，而不形成开口5，则当熔丝元件被熔断时所产生的熔融物不能分散得足够远，并且在熔化之后，可能发生再连接。然而，为了形成开口5，需要熔丝元件3用作蚀刻停止层。这可能在蚀刻操作期间以例如熔丝元件的厚度被降低的形式损伤熔丝元件3，该厚度的降低又可能改变熔丝元件的电阻并由此改变熔断该熔丝元件所需的电流，从而使熔丝元件的熔断不可靠。
与该比较示例相对比，本实施例使用与耐气蚀膜相同的材料来形成熔丝元件，从而不必通过蚀刻来去除无机膜。这消除了损坏熔丝元件的可能性，并且通过在熔丝元件上涂覆有机材料，可防止墨从外部进入。该有机材料可以是在低温下软化的有机材料，从而允许通过熔丝元件的熔断所产生的热在该有机材料中形成大的空洞。大到足以容纳来自熔断的熔丝元件的熔融物的空洞保证了熔丝元件的可靠熔断。
其它实施例
本发明不局限于上述实施例，在不脱离本发明的精神的情况下可进行各种修改。例如，墨排出系统可采用使用压电元件的电机械转换系统来代替上述使用加热器元件120的电热转换系统。
此外，本发明不仅可应用于上述串行扫描型喷墨打印设备，而且可应用于所谓的全行(full-line)型喷墨打印设备。在全行型喷墨打印设备中，使用在打印介质的宽度方向延伸的长喷墨打印头。
已经关于优选实施例详细说明了本发明，通过以上说明，本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的更宽方面的情况下，可进行修改和变形，因此，所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真正实质内的全部这些修改和变形。
Claims (17)
1.一种喷墨打印头基板，包括：
排出能量生成装置，其生成墨排出能量；
熔丝元件，其能够被流过它的电流熔断；
第一层，其位于所述熔丝元件的上面；以及
第二层，其位于所述熔丝元件的下面；
其中，所述第一层和所述第二层中的至少一个是由具有比所述熔丝元件的熔点低的熔点的第一低熔点材料形成的，通过当所述熔丝元件被熔断时产生的热，所述第一低熔点材料发生气化，并在所述第一低熔点材料中形成空洞，
所述第一低熔点材料是含磷的SiO。
2.根据权利要求1所述的喷墨打印头基板，其特征在于，通过等离子体CVD方法形成由所述第一低熔点材料形成的所述第一层和所述第二层中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的喷墨打印头基板，其特征在于，在所述第一层上形成第三层；
其中，所述第三层由具有比所述第一低熔点材料的熔点高的熔点的第二低熔点材料制成，通过当所述熔丝元件被熔断时产生的热在所述第二低熔点材料中形成孔。
4.根据权利要求3所述的喷墨打印头基板，其特征在于，所述第二低熔点材料是不含磷的SiO。
5.根据权利要求3所述的喷墨打印头基板，其特征在于，通过等离子体CVD方法形成所述第三层。
6.根据权利要求3所述的喷墨打印头基板，其特征在于，在所述第三层的上方形成有机树脂层，所述有机树脂层被所述熔丝元件熔断时产生的熔融物熔化。
7.根据权利要求6所述的喷墨打印头基板，其特征在于，所述有机树脂层形成墨路。
8.根据权利要求1所述的喷墨打印头基板，其特征在于，形成多个所述熔丝元件以构造熔丝阵列。
9.根据权利要求8所述的喷墨打印头基板，其特征在于，所述喷墨打印头基板还包括：
熔丝逻辑电路，其被连接到构成所述熔丝阵列的所述多个熔丝元件；
其中，所述熔丝逻辑电路可进行选择性地熔断所述多个熔丝元件以存储数据的控制，以及从所述多个熔丝元件读取该数据的控制。
10.根据权利要求1所述的喷墨打印头基板，其特征在于，所述排出能量生成装置包括加热电阻器，所述加热电阻器用于生成排出墨用的热能；
其中，在所述加热电阻器的上方形成耐气蚀膜。
11.根据权利要求10所述的喷墨打印头基板，其特征在于，在所述加热电阻器和所述耐气蚀膜之间形成保护膜。
12.根据权利要求10所述的喷墨打印头基板，其特征在于，所述熔丝元件由与所述耐气蚀膜相同的材料形成。
13.根据权利要求10所述的喷墨打印头基板，其特征在于，至少所述熔丝元件的熔断部分位于比所述加热电阻器上方的所述耐气蚀膜低的位置。
14.根据权利要求10所述的喷墨打印头基板，其特征在于，用于形成墨路的有机层位于所述熔丝元件的上方。
15.一种喷墨打印头，其包括根据权利要求1所述的喷墨打印头基板，
所述打印头能够通过所述排出能量生成装置的操作来排出墨，并且能够通过熔断所述熔丝元件来存储数据。
16.一种喷墨打印设备，用于通过使用能排出墨的喷墨打印头在打印介质上形成图像，所述喷墨打印设备包括：
安装部分，其能够安装根据权利要求15所述的喷墨打印头；
控制装置，用于控制所述喷墨打印头中的所述排出能量生成装置；以及
读取装置，用于读取存储在所述喷墨打印头中的所述熔丝元件中的数据。
17.一种制造喷墨打印头基板的方法，其中，所述喷墨打印头基板包括：
加热电阻器，其生成用于排出墨的热能；
熔丝元件，其能够被流过它的电流熔断；
第一层，其位于所述熔丝元件的上面；以及
第二层，其位于所述熔丝元件的下面；
其中，所述第一层和所述第二层中的至少一个是由具有比所述熔丝元件的熔点低的熔点的第一低熔点材料形成的，通过当所述熔丝元件被熔断时产生的热，所述第一低熔点材料发生气化，并在所述第一低熔点材料中形成空洞，
所述第一低熔点材料是含磷的SiO；
在所述加热电阻器的上方形成耐气蚀膜；
当形成所述耐气蚀膜时，由与所述耐气蚀膜相同的材料形成所述熔丝元件。
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