CN1883945A - 喷墨打印机头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种喷墨打印机头及其制造方法。所述喷墨打印机头包括衬底；在衬底上形成的，用以生成热能的加热层；在除了所述加热层的喷嘴形成部分以外的所述加热层上形成的第一电极；以及从所述第一电极的顶部向所述加热层的喷嘴形成部分延伸预定距离，从而与所述加热层的中央部分接触的第二电极。因此，所述喷墨打印机头具有高效率和耐用性。

Description

喷墨打印机头及其制造方法

技术领域

本发明涉及喷墨打印机头及其制造方法。更具体而言，本发明涉及在墨水直接接触加热器时能够保护电极免受墨水影响的喷墨打印机头。

背景技术

随着计算机的普及，外围设备也得到了广泛应用。在外围设备当中，诸如数字激光打印机的新型打印机已经得到了发展并继续扩大使用。但是，对于个人消费而言，数字打印机价格昂贵，因此，个人通常采用价格较低的喷墨打印机。

喷墨打印机采用打印机头通过喷嘴将墨滴喷到纸上来打印图像。在喷墨打印机中，有各种方法将墨水喷到纸上。通常采用热传递喷墨法，这种方法从加热层产生热量，从而在含有墨水的墨室中产生气泡，并通过喷觜喷出墨水。

依次淀积衬底、加热层、电极、钝化层和抗空化(anti-cavitation)层，以形成常规喷墨打印机头。更具体而言，在除了形成喷嘴的部分以外的衬底中央部分上形成电极，在加热层和电极上形成钝化层和抗空化层，以保护加热层和电极。

钝化层使加热层电绝缘，并保护加热层免受外部影响，钝化层保护加热层免受因墨水气泡消失而产生的空化力的损害。墨水气泡是由热能导致的。

但是，由于钝化层和抗空化层的存在，墨水不能接触加热层，从而损失了热量，降低了热效率。将参照图1对这一点予以说明。

图1是说明根据驱动条件，常规喷墨打印机中每一层中温度分布的曲线图。

参照图1，在加热层TaN中温度最高，并朝着衬底Si逐渐降低。由于在钝化层SiNx和SiOx中温度梯度最陡峭，所以在钝化层中产生最大的热损失，由于抗空化层Ta中温度梯度平缓，所以在抗空化层Ta中很少产生热损失。

例如，在通过10V驱动打印机时，如果提供0.64μs的能量，使接触墨水的界面内温度升高至300度，从而形成墨水气泡，那么加热层的温度就会升高至760度，因此，在加热效率降低的影响下损失了460度的温度差。

为了防止由钝化层导致的热量损失，可以形成薄的钝化层和抗空化层，或者将其去除。

如果去除钝化层和抗空化层，可以防止热量损失，以提高加热效率。但是，在暴露至墨水中时，电极通常采用的铝(Al)在化学上是非常不稳定的，因而易受到破坏。因此，缩短了电极的寿命。

此外，如果采用相对于墨水具有化学稳定性的金(Au)或铂(Pt)解决Al的不利影响，那么应当将Au和Pt用于与其他电极层连接的经由结构(viastructure)和逻辑部分。虽然Au或Pt相对于墨水具有化学稳定性，但是采用Au或Pt不容易实现窄线宽，并且不能制造高度集成的小型打印头。

发明内容

本发明提供了一种喷墨打印机头，其形成了用来保护第一电极，使得加热层直接接触墨水的第二电极，所述第一电极能够得到保护，避免受到墨水影响，本发明还提供了所述喷墨打印机头的制造方法。

本发明的其他方面和效用一方面将在下文的说明中得到阐述，另一方面，可以从说明当中显而易见，或者通过对本发明的实践习知。

通过提供一种喷墨打印机头实现了本发明的上述和/或其他方面，所述喷墨打印机头包括：衬底；在衬底上形成的、用以生成热能的加热层；在除了所述加热层的喷嘴形成部分以外的所述加热层上形成的第一电极；以及从所述第一电极的顶部向所述加热层的喷嘴形成部分延伸预定距离，从而与所述加热层的中央部分接触的第二电极。

所述喷墨打印机头可以进一步包括：在未形成第二电极的第一电极部分上形成的钝化层。

所述第二电极可以由相对于墨水具有化学稳定性的材料构成。

所述第一电极和第二电极可以由不同的金属构成。所述第一电极可以由铝(Al)构成，所述第二电极可以由金(Au)、钽(Ta)和铂(Pt)之一形成。

通过提供一种喷墨打印机头，也可以实现本发明的上述和/或其他方面，所述喷墨打印机头包括：衬底；在所述衬底上形成的、用来加热墨水的，并且具有墨水经过的喷嘴形成部分的加热层；在除了所述喷嘴形成部分以外的所述加热层上形成的，用来将电信号传输至所述加热层的第一导电金属层；以及在所述第一导电金属层和所述加热层的部分喷嘴形成部分上形成的，用来防止墨水接触所述第一导电金属层的第二导电金属层。

通过提供一种喷墨打印机头，也可以实现本发明的上述和/或其他方面，所述喷墨打印机头包括：直接接触墨水、并生成加热所述墨水的热量的加热层；以及具有向所述加热层传输电信号的第一电极层和防止所述第一电极层与墨水接触的第二电极层的电极部分。

通过提供一种制造喷墨打印机头的方法，也可以实现本发明的上述和/或其他方面，所述方法包括：在衬底上形成用来生成热能的加热层；在除了所述加热层的喷嘴形成部分以外的加热层上形成第一电极；以及形成从所述第一电极的顶部向所述加热层的喷嘴形成部分内延伸预定距离，从而与所述加热层的中央部分接触的第二电极。

所述方法可以进一步包括：在形成第一电极之后，在所述第一电极上形成保护所述第一电极的钝化层。

所述第二电极的形成可以包括：形成从所述钝化层的顶部和所述第一电极的顶部向所述喷嘴形成部分内延伸预定距离的第二电极。

所述第二电极可以由相对于墨水具有化学稳定性的材料构成。

所述第一电极和第二电极可以由不同的金属构成。

所述第一电极可以由铝(Al)构成，所述第二电极可以由金(Au)、钽(Ta)和铂(Pt)之一构成。

通过提供一种制造喷墨打印机头的方法，也可以实现本发明的上述和/或其他方面，所述方法包括：在衬底上淀积加热层；在所述加热层上形成第一导电金属，从而向所述加热层提供电信号；去除一部分第一导电金属，以暴露墨水经过的加热层的喷嘴形成区域；以及在部分所述第一导电金属和部分暴露的所述加热层的喷嘴形成区域上淀积第二导电金属，以防止墨水接触所述第一导电金属。

附图说明

根据下文中参照附图对实施例的说明，本发明的这些和/或其他方面将变得清晰，并且更为易于理解，其中：

图1是说明常规喷墨打印机头的每一层中的温度分布的曲线图；

图2是说明根据本发明的实施例的喷墨打印机头的横截面图；

图3A和3B是说明根据本发明的其他实施例的喷墨打印机头的横截面图；

图4(a)-4(f)是说明根据本发明的实施例的图3A所示的喷墨打印机头的制造方法的工艺图；以及

图5(a)-5(g)是说明根据本发明的另一实施例的图3B所示的喷墨打印机头的制造方法的工艺图。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的实施例，在附图中示出了其实例，其中，始终采用类似的附图标记表示类似的元件。在下文中将对实施例予以阐述，从而达到参照附图对本发明予以说明的目的。

图2是说明根据本发明的实施例的喷墨打印机头的横截面图。

参照图2，喷墨打印机头根据热传递法向上喷墨，并且包含衬底10、加热层20、第一电极30和第二电极40。衬底10可以由Si制成。

加热层20是在衬底10上形成的薄膜加热器，其将从第一电极30处接收的电信号转换为热能，从而产生瞬间加热墨水的热能。加热层20可以由金属材料构成，例如铝钽Ta-Al、氮化钽TaN、硅铝钽Ta-Al-Si和多晶硅Poly-Si。

在除了形成圆形通孔喷嘴的加热层20的喷嘴形成部分50以外的加热层20上形成第一电极30。第一电极30可以接收来自CMOS(互补金属氧化物半导体)逻辑(未示出)和功率晶体管(未示出)的电信号，并将电信号传递给加热层20。第一电极30可以由铝(Al)制成，其具有高电导率。

第二电极40从第一电极30的顶部向喷嘴形成部分50内延伸预定距离，以接触加热层20的中央部分。由于第二电极40接触加热层20，第一电极30没有暴露到位于喷嘴形成部分50的墨水当中，因此能够保护第一电极30免受墨水影响。

根据本发明，第一电极30和第二电极40可以由不同金属构成。此外，第二电极40可以由相对于墨水具有化学稳定性的材料构成，因为第二电极40与位于喷嘴形成部分50处的墨水直接接触。例如，如果第一电极30由Al构成，那么第二电极40则可以由Au、Ta和Pt之一构成。

在图2的喷墨打印机头的制造过程中，在衬底10上淀积Ta-Al、TaN、Ta-Al-Si和Poly-Si之一，以形成加热层20。

在加热层20上淀积Al，以形成第一电极30，将与喷嘴形成部分50相对应的第一电极30的部分蚀刻掉。之后，在第一电极30上淀积Au、Ta和Pt，以形成第二电极40，并在喷嘴形成部分50处将第二电极40的中央部分蚀刻掉一定宽度，从而在喷嘴形成部分50的一部分暴露加热层20，并在喷嘴形成部分50的另一部分采用第二电极40覆盖加热层20。

如上所述，依次淀积衬底10、加热层20、第一电极30和第二电极40，以形成喷墨打印机头，第二电极40覆盖第一电极30，使得第一电极30不会暴露到位于喷嘴形成部分50处的墨水当中。因此，延长了第一电极30的寿命。

图3A到3B是说明根据本发明的其他实施例的喷墨打印机头的图示。

图3A和3B的喷墨打印机头具有与图2的喷墨打印机头类似的结构，但是，在图3A和3B的喷墨打印机头中均进一步包含了使加热层20绝缘的钝化层60。

与图2的喷墨打印机头类似，图3A和3B的喷墨打印机头包括在衬底10上形成的用以生成热量的加热层20，以及在处喷嘴形成部分50之外的加热层20上形成的第一电极30。在第一电极30上形成第二电极40时，进一步包括钝化层60。在下文中仅说明了与图2不同的构造，出于简要的原因，将省略对相同构造的说明。

钝化层60接触第一电极30和第二电极40，从而将加热层20电绝缘，并保护加热层20免受外部的影响。钝化层60可以由SiNx或SiOx形成，其具有良好的绝缘能力和传热效率。

参照图3A，在衬底10上形成加热层20，在加热层20上形成第一电极30，在第一电极30上形成钝化层60。之后在钝化层60和第一电极30之上形成第二电极40，其延伸至喷嘴形成部分50中一定距离。

图3B是说明图3A的喷墨头的变型实例的图示。

参照图3B，在衬底10上形成加热层20，在加热层20上形成第一电极30，第二电极40从第一电极30的顶部向喷嘴形成部分50中延伸一定距离。之后，在第一电极30和第二电极40之上形成钝化层60。

图3A和3B示出了喷墨打印机头的示范性结构，其中，分别在形成第二电极40之前或者形成第二电极40之后形成钝化层60。因此，钝化层60的结构不受限制，可以根据形成钝化层60的时间发生改变。

图4(a)-4(f)是说明根据本发明的实施例的，图3A的喷墨打印机头的制造方法。参照图3A和图4(a)-4(f)，将对所述制造方法予以说明，其中，依次淀积衬底10、加热层20、第一电极30、钝化层60和第二电极40，以形成喷墨打印机头。

如图4(a)所示，在衬底10上淀积预定厚度的加热层20，以生成热能，在加热层20上淀积具有预定厚度的第一电极30，从而向加热层20提供电信号。

之后，从第一电极30蚀刻掉与喷嘴形成部分50相对应的部分第一电极30，以形成如图4(b)所示的第一电极30的图案。

之后，在加热层20和第一电极30上淀积钝化层60，如图4(c)所示。

从喷嘴形成部分50上蚀刻掉部分钝化层60，以暴露第一电极30的预定部分，如图4(d)所示。通过这一过程，钝化层60从第一电极30的顶部的边缘向内延伸了预定距离。

之后，如图4(e)所示，在钝化层60、第一电极30和加热层20的喷嘴形成部分50上淀积第二电极40。第二电极40可以由与第一电极30不同的材料形成。

如图4(f)所示，将第二电极40从钝化层60的顶部的边缘向内蚀刻预定距离。如图4(f)所示，第二电极40形成图案，从而覆盖位于喷嘴形成部分50上的第一电极30。

图5(a)-5(g)是说明根据本发明的另一实施例的，图3B所示的喷墨打印机头的制造方法的图示。参照图3B和图5(a)-5(g)，在下文中将对所述制造方法予以说明，其中，依次淀积衬底10、加热层20、第一电极30、第二电极40和钝化层60，以形成喷墨打印机头。图5(a)-5(g)中的制造方法的一些操作与图4(a)-4(f)中的制造方法的操作类似。

如图5(a)所示，在衬底10上淀积预定厚度的加热层20，并在加热层20上淀积具有预定厚度的第一电极30。

如图5(b)所示，蚀刻掉与喷嘴形成部分50相对应的第一电极30的中央部分，以形成第一电极30的图案。

之后，如图5(c)所示，在喷嘴形成部分50和第一电极30的预定部分上形成光致抗蚀剂膜70。

之后，如图5(d)所示，在光致抗蚀剂膜70、第一电极30和加热层20的喷嘴形成部分50上形成第二电极40。之后，如图5(e)所示，去除光致抗蚀剂膜70，以形成第二电极40的图案。

之后，如图5(f)所示，在第一电极30、第二电极40和加热层20的喷嘴形成部分50上形成钝化层60。将除了与第一电极30和第二电极40都接触的部分以外的钝化层60蚀刻掉。通过这一过程，形成了如图5(g)所示的喷墨打印机头。

如上所述，在包含衬底10、加热层20、第一电极30、第二电极40和钝化层60的喷墨打印机头的实施例中，第二电极40防止第一电极30在喷觜形成部分50处与墨水直接接触，因而能够延长第一电极30的寿命。尽管由于钝化层60的影响可能发生少量的热量损失，但是，钝化层60能够保护加热层20免受外部影响。此外，由于加热层20直接接触喷嘴形成部分50处的墨水，因此提高了喷墨打印机头的热效率。

如图4(a)-4(f)和图5(a)-5(g)所示，按照第二电极40和钝化层60的顺序形成的喷墨打印机头与按照钝化层60和第二电极40的顺序形成的喷墨打印机头具有相同的效果。

如上所述，在根据本发明的喷墨打印机头及其制造方法中，第二电极覆盖第一电极，并且由具有化学稳定性的材料制成，从而防止第一电极与墨水直接接触。因此，能够避免第一电极受到损害，并延长了第一电极的寿命。而且，喷墨打印机头具有高效率和耐用性。

尽管已经通过图示和文字对本发明的几个实施例进行了说明，但是本领域技术人员应当理解，在不背离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例做出改变，本发明的范围是由权利要求及其等同要件界定的。

Claims (24)

1.一种喷墨打印机头，其包括：

衬底；

在所述衬底上形成的，用以生成热能的加热层；

在除了所述加热层的喷嘴形成部分以外的所述加热层上形成的第一电极；以及

从所述第一电极的顶部向所述加热层的所述喷嘴形成部分延伸预定距离、从而与所述加热层的中央部分接触的第二电极。

2.如权利要求1所述的喷墨打印机头，其进一步包括：

在未形成所述第二电极的所述第一电极的部分上形成的钝化层。

3.如权利要求2所述的喷墨打印机头，其中，在所述未形成第二电极的第一电极的部分和所述第二电极之间形成所述钝化层。

4.如权利要求2所述的喷墨打印机头，其中，在所述未形成第二电极的第一电极的部分和邻接所述未形成第二电极的第一电极的部分的第二电极的部分上形成所述钝化层。

5.如权利要求1所述的喷墨打印机头，其中，所述第二电极由相对于墨水具有化学稳定性的材料构成。

6.如权利要求1所述的喷墨打印机头，其中，所述第一电极和所述第二电极由不同的金属构成。

7.如权利要求6所述的喷墨打印机头，其中，所述第一电极由铝构成。

8.如权利要求6所述的喷墨打印机头，其中，所述第二电极由金、钽和铂之一形成。

9.一种喷墨打印机头，其包括：

衬底；

在所述衬底上形成的、用来加热墨水的、并且具有所述墨水经过的喷嘴形成部分的加热层；

在除了所述喷嘴形成部分以外的所述加热层上形成的、用来将电信号传输至所述加热层的第一导电金属层；以及

在所述第一导电金属层和所述加热层的部分所述喷嘴形成部分上形成的、用来防止墨水接触所述第一导电金属层的第二导电金属层。

10.如权利要求9所述的喷墨打印机头，其进一步包括与所述第一和第二导电金属层接触、从而对所述加热层绝缘的钝化层。

11.一种喷墨打印机头，其包括：

直接接触墨水、并生成加热所述墨水的热量的加热层；以及

具有向所述加热层传输电信号的第一电极层和保护所述第一电极层免于墨水影响的第二电极层的电极部分。

12.如权利要求11所述的喷墨打印机头，其中，所述第一和第二电极层由不同的导电金属构成。

13如权利要求11所述的喷墨打印机头，其中，所述第一电极层相对于墨水不具有化学稳定性，所述第二电极层相对于墨水具有化学稳定性。

14.一种喷墨打印机头的制造方法，其包括：

在衬底上形成用来生成热能的加热层；

在除了所述加热层的喷嘴形成部分以外的所述加热层上形成第一电极；以及

形成从所述第一电极的顶部向所述加热层的所述喷嘴形成部分内延伸预定距离、从而与所述加热层的中央部分接触的第二电极。

15.如权利要求14所述的方法，其进一步包括：

在形成所述第一电极之后，在所述第一电极上形成保护所述第一电极的钝化层。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述第二电极的形成包括：

形成从所述钝化层的顶部和所述第一电极的顶部向所述喷嘴形成部分内延伸预定距离的所述第二电极。

17.如权利要求14所述的方法，其中，所述第二电极由相对于墨水具有化学稳定性的材料构成。

18.如权利要求14所述的方法，其中，所述第一电极和所述第二电极由不同的金属构成。

19.如权利要求18所述的方法，其中，所述第一电极由铝构成。

20.如权利要求18所述的方法，其中，所述第二电极由金、钽和铂之一构成。

21.如权利要求14所述的方法，其进一步包括：

在形成所述第二电极之后，在所述第一电极和所述第二电极的部分上形成钝化层。

22.如权利要求21所述的方法，其中，所述第二电极的形成包括：

在所述第一电极和所述加热层的所述喷嘴形成部分的预定部分上形成光致抗蚀剂膜；

在所述光致抗蚀剂膜、所述第一电极和所述加热层的所述喷嘴形成部分上形成所述第二电极；以及

去除所述光致抗蚀剂膜，以暴露所述第一电极的预定部分和所述加热层的所述喷嘴形成部分。

23.如权利要求22所述的方法，其中，所述钝化层的形成包括：

在所述第一电极的暴露的预定部分和邻接所述第一电极的暴露的预定部分的第二电极的部分上形成钝化层。

24.一种喷墨打印机头的制造方法，其包括：

在衬底上淀积加热层；

在所述加热层上形成第一导电金属，从而向所述加热层提供电信号；

去除一部分所述第一导电金属，以暴露墨水经过的所述加热层的喷嘴形成区域；以及

在部分所述第一导电金属和部分暴露的所述加热层的所述喷嘴形成区域上淀积第二导电金属，以防止所述墨水接触所述第一导电金属。

Images