FR2731180A1 - Tete d'enregistrement a jet d'encre, imprimante munie de cette tete et procede de fabrication de cette tete - Google Patents
Tete d'enregistrement a jet d'encre, imprimante munie de cette tete et procede de fabrication de cette tete Download PDFInfo
- Publication number
- FR2731180A1 FR2731180A1 FR9602539A FR9602539A FR2731180A1 FR 2731180 A1 FR2731180 A1 FR 2731180A1 FR 9602539 A FR9602539 A FR 9602539A FR 9602539 A FR9602539 A FR 9602539A FR 2731180 A1 FR2731180 A1 FR 2731180A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- thin film
- ink
- ink jet
- layer
- thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 94
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 32
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 31
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 33
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 23
- 229910008065 Si-SiO Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 229910006405 Si—SiO Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 16
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920006015 heat resistant resin Polymers 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 5
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 2
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 89
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 76
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 17
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 13
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 8
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 7
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 6
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 5
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003064 anti-oxidating effect Effects 0.000 description 2
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- PLXMOAALOJOTIY-FPTXNFDTSA-N Aesculin Natural products OC[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H]1Oc2cc3C=CC(=O)Oc3cc2O PLXMOAALOJOTIY-FPTXNFDTSA-N 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000212342 Sium Species 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
- B41J2/14088—Structure of heating means
- B41J2/14112—Resistive element
- B41J2/1412—Shape
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
- B41J2/14088—Structure of heating means
- B41J2/14112—Resistive element
- B41J2/14129—Layer structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1601—Production of bubble jet print heads
- B41J2/1603—Production of bubble jet print heads of the front shooter type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
- B41J2002/14169—Bubble vented to the ambience
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Plusieurs dispositifs chauffants (3) sont placés sur un substrat de silicium (1), dans une pluralité de canaux à encre individuels (9). Chaque dispositif chauffant comprend une résistance en couche mince et un conducteur en couche mince. Les résistances en couche mince comportent en leur surface supérieure une couche électro-isolante (3') formée par oxydation thermique à haute température. Elles peuvent être recouvertes d'une couche d'isolation supplémentaire dont l'épaisseur est égale à celle de la résistance en couche mince.
Description
I Tête d'enregistrement à jet d'encre, imprimante munie de cette tête
et procédé de fabrication de cette tête.
La présente invention concerne un dispositif d'enregistrement utilisant l'énergie thermique pour envoyer des gouttelettes d'encre sur
un support d'enregistrement.
Les demandes de brevet japonais n SHO-48-9622 et SHO-
54-51837 décrivent des dispositifs d'enregistrement à jet d'encre qui
appliquent des impulsions de chaleur à l'encre pour rapidement vapori-
ser une partie de l'encre et éjecter une gouttelette d'encre par un orifi-
ce, en se servant de la dilatation de l'encre vaporisée.
Comme décrit à la page 58 de l'édition du 28/12/1992 de "Nikei Mechanical" et dans l'édition d'août 1988 du "Hewlett Packard Journal", le procédé le plus simple pour appliquer des impulsions de chaleur à l'encre est d'alimenter en énergie des résistances thermiques connues sous le nom de dispositifs chauffants. La configuration
commune à ces dispositifs chauffants classiques comprend une résis-
tance en couche mince, un conducteur en couche mince, une couche
anti-oxydation formée sur ces couches minces et une couche anti-cavi-
tation formée sur la couche anti-oxydation afin d'empêcher sa cavita-
tion. La demande de brevet japonais n HEI-06-71888 décrit un dispositif chauffant sans couche de protection, fait d'une résistance en couche mince et d'un conducteur en couche mince. La résistance en couche mince est faite d'un alliage de Cr-Si-SiO ou de Ta-Si-SiO, et le conducteur en couche mince est en nickel. L'excellente propriété de fonctionnement pulsé et les excellentes propriétés anti-oxydante et
anti-galvanique de ces matériaux éliminent le besoin de la couche anti-
oxydation et de la couche anti-cavitation, de sorte que le dispositif chauffant sans couche de protection a une structure beaucoup plus simple. Comme l'encre est en contact direct avec la résistance en couche mince, on peut obtenir une ébullition nucléée beaucoup plus rapidement. Le dispositif chauffant sans couche de protection a un
rendement thermique grandement amélioré. Une tête munie de disposi-
tifs chauffants sans couche de protection a une caractéristique de rendement thermique améliorée et peut éjecter des gouttelettes d'encre
à une fréquence d'éjection plus élevée.
Comme l'encre peut être éjectée en utilisant beaucoup moins
d'énergie que celle nécessaire avec les dispositifs chauffants classi-
ques, les dispositifs chauffants sans couche de protection peuvent être formés à proximité des éléments actifs sur une puce LSI pour exciter les dispositifs chauffants sans couche de protection sans craindre de chauffer le dispositif LSI et d'élever sa température. Comme décrit dans les demandes de brevet japonais HEI-6-238901 et HEI-6-297714, puisque les dispositifs chauffants sans couche de protection peuvent être formés sur la même puce LSI, on peut fabriquer une tête LSI monolithique ayant une configuration simple. Une tête d'impression à jet d'encre avec goutte à la demande, comportant une pluralité de buses d'éjection, peut être fabriquée en une structure intégrée, bidimensionnelle et très dense. Cette tête peut être utilisée pour former une imprimante à jet d'encre polychrome, capable d'imprimer à
grande vitesse.
Les demandeurs ont obtenu une impression polychrome à l'aide des têtes d'impression intégrées décrites ci-dessus remplies de diverses encres à base d'eau. Ils ont découvert que la durée de vie réelle de certaines têtes était en fait inférieure à celle attendue. Après investigation supplémentaire, les demandeurs ont en outre constaté que les têtes ne posant pas de problème avaient été remplies avec de l'encre ayant une résistivité relativement élevée et un pH pratiquement neutre. Les têtes posant problème, qui ont une durée de vie plus courte que ce à quoi on s'attendait, avaient été remplies avec de l'encre ayant une résistivité faible, comprise entre 102 et 103 Q.cm, et un pH
compris entre 8 et 9.
Un objectif de la présente invention est par conséquent de surmonter les problèmes décrits ci-dessus et de fournir une tête d'impression et des dispositifs chauffants ayant les mêmes propriétés de chauffage et de création de bulles que les dispositifs chauffants sans couche de protection, mais ayant une durée de vie longue même quand ils sont utilisés avec de l'encre ayant une faible résistivité et un
pH non neutre.
Pour atteindre cet objectif, ainsi que d'autres, la présente invention propose une tête d'impression à jet d'encre servant à éjecter
des gouttelettes d'encre afin d'imprimer une image, la tête d'impres-
sion comprenant un substrat en silicium; une paroi de séparation placée sur le substrat de silicium pour définir une pluralité de canaux à encre individuels; une pluralité de dispositifs chauffants placés dans les canaux à encre individuels, chaque dispositif chauffant étant fait d'une résistance en couche mince et d'un conducteur en couche mince formés sur le substrat de silicium, une surface de chaque résistance en couche mince comportant une couche d'isolation électrique formée par oxydation thermique à haute température de la résistance en couche
mince; et une partie formant buse d'éjection qui comprend une plurali-
té de buses en des positions qui correspondent à la pluralité des dispo-
sitifs chauffants.
Suivant un autre aspect, la présente invention propose une imprimante à jet d'encre pour imprimer une image avec de l'encre éjectée, l'imprimante comprenant: une tête d'impression incluant un substrat de silicium, une paroi de séparation placée sur le substrat de silicium pour définir une pluralité de canaux à encre individuels, une
pluralité de dispositifs chauffants placés dans les canaux à encre indi-
viduels, chaque dispositif chauffant étant fait d'une résistance en couche mince et d'un conducteur en couche mince formés sur le substrat de silicium, une surface de chaque résistance en couche mince comportant une couche d'isolation électrique formée par oxydation thermique à haute température de la résistance en couche mince; et une partie formant buse d'éjection qui comprend une pluralité de buses en des positions qui correspondent à la pluralité des dispositifs
chauffants; un moyen de support pour supporter un milieu d'enregis-
trement d'image en vis-à-vis de la pluralité de buses de la tête d'impression; et un moyen de déplacement permettant d'obtenir un déplacement relatif entre la tête d'impression et le moyen de support dans une direction orthogonale à la direction dans laquelle les buses sont alignées. Selon un autre aspect, la présente invention propose un procédé de fabrication d'une tête d'éjection d'encre, le procédé comprenant les étapes consistant à: doter une surface d'un substrat de silicium d'une pluralité de dispositifs chauffants, chaque dispositif chauffant comprenant une résistance en couche mince et un conducteur en couche mince; soumettre chaque résistance en couche mince à un
traitement d'oxydation thermique pour former ainsi une couche d'isola-
tion électrique sur la surface exposée des résistances en couche mince; former une paroi de séparation sur la surface du substrat de silicium, la paroi de séparation formant une pluralité de canaux à encre en correspondance avec la pluralité de dispositifs chauffants; et former une plaque à trous sur la surface du substrat de silicium, cette plaque à
trous constituant une pluralité de buses.
Pendant le traitement d'oxydation thermique, les résistances en couche mince peuvent être alimentées par des impulsions d'énergie dans une atmosphère oxydante. Le traitement d'oxydation thermique peut comprendre les étapes consistant à: surveiller les valeurs ohmiques des résistances en couche mince respectives tandis que ces résistances en couche mince reçoivent les impulsions d'énergie; et ajuster les impulsions d'énergie appliquées aux résistances en couche mince respectives en fonction des résultats observés, commandant ainsi les valeurs ohmiques de toutes les résistances en couche mince
pour qu'elles soient sensiblement uniformes.
Les objets, particularités et avantages ci-dessus de la présen-
te invention, ainsi que d'autres, apparaitront plus clairement à la
lecture de la description suivante de la forme préférée de réalisation,
considérée en liaison avec les dessins d'accompagnement, dans lesquels: la figure 1 est une vue agrandie, en coupe, d'une tête d'impression à jet d'encre d'une première forme de réalisation de la présente invention, la figure 2(a) est une vue en coupe de la tête d'impression à jet d'encre de la première forme de réalisation, effectuée suivant la ligne IIA-IIA' de la figure 2(b), la figure 2(b) est une vue en coupe de la tête d'impression à jet d'encre de la première forme de réalisation, effectuée suivant la ligne IXB-IIB' de la figure 2(a), la figure 3(a) représente des résultats d'observations et montre comment des bulles et des gouttelettes d'encre se déplacent dans la buse de la présente forme de réalisation, la figure 3(b) représente des résultats d'observations et montre comment des bulles et des gouttelettes d'encre se déplacent dans la buse d'un exemple comparatif, la figure 4 est une courbe montrant comment la valeur ohmique d'une résistance en couche mince en alliage Ta-Si-SiO varie dans une atmosphère oxydante à une température de 500 C, et la figure 5 est une vue agrandie, en coupe, d'une tête
d'impression à jet d'encre selon une seconde forme de réalisation.
Une tête d'impression à jet d'encre selon des formes préférées de réalisation de la présente invention va être décrite en se référant aux dessins d'accompagnement dans lesquels des composants et des parties identiques sont désignés par les mêmes références numériques
afmin d'éviter d'en répéter la description.
Une première forme de réalisation va être décrite en référen-
ce aux figures 1 à 4.
Dans une tête d'impression à jet d'encre de la présente forme de réalisation, comme montré sur les figures 2(a) et 2(b), une paroi de séparation 8 est placée sur un substrat de silicium 1 afin de former une pluralité de canaux à encre individuels 9 et un canal à encre commun 10. Une plaque d'éjection 11 est en outre placée au-dessus de la paroi de séparation 8. La plaque d'éjection 11 comporte une pluralité de buses 12 d'éjection d'encre juxtaposées sur une ligne. Les buses 12 sont en communication fluidique avec les canaux à encre individuels 9 correspondants. Le canal à encre commun 10 relie les canaux à encre 9 les uns aux autres. Une résistance en couche mince 3, qui constitue un dispositif chauffant, est formée à l'extrémité de chaque canal à encre 9, en vis-à-vis de la buse 12. Deux conducteurs en couche mince 4 et 5 sont reliés à chaque dispositif chauffant 3. Le conducteur en couche mince 5 sert d'électrode commune pour toutes les résistances 3. Le conducteur en couche mince 4 sert d'électrode individuelle pour la
résistance 3 correspondante.
La paroi de séparation 8 qui forme les canaux à encre 10 et 9 recouvre tous les conducteurs individuels 4 et recouvre aussi une partie des dispositifs chauffants 3. La paroi de séparation 8 a une épaisseur inférieure à 30 pm. En d'autres termes, le canal à encre 9 a une hauteur inférieure à 30 pm. La plaque d'éjection 11 a une épaisseur inférieure à 80 gm. Par conséquent, la buse 12 en forme de cylindre droit a une profondeur inférieure à 80 gm. Le dispositif chauffant 3 est de forme carrée. La buse 12 et le dispositif chauffant 3 sont alignés et ont une forme telle que le périmètre intérieur de la buse 12, au niveau de son extrémité la plus proche du dispositif chauffant 3, ne dépasse pas, en projection sur le dispositif chauffant, au-delà du
périmètre du dispositif chauffant 3 de plus de 5 -m.
Dans un exemple représentatif, chaque buse 12 a un diamètre de 50 gm. Les canaux à encre 9 ont une hauteur de 25 pm. Chaque
dispositif chauffant 3 est un carré de 50 pm de côté.
La paroi de séparation 8 est de préférence faite d'une résine résistante à la chaleur, comme une polyimide, ayant un point de début de dégradation thermique de 400 C ou plus. La plaque d'éjection 11
peut être faite du même matériau que la paroi de séparation 8.
Comme le montrent les figures 2(a) et 2(b), un dispositif LSI d'excitation 2 est formé sur le substrat de silicium 1. Le dispositif LSI d'excitation 2 est composé d'un circuit formant registre à décalage et d'une pluralité de circuits d'excitation. Chaque conducteur 4 est couplé à un circuit d'excitation correspondant en traversant un trou traversant
6. Cette configuration permet une excitation séquentielle des résistan-
ces 3 par un signal extérieur appliqué au dispositif 2.
Le dispositif chauffant 3 et les conducteurs 4 et 5 seront décrits cidessous plus en détail, en référence à la figure 1. La figure 1 est une vue en coupe agrandie qui montre la région autour de l'une des
buses 12 d'éjection d'encre montrées aux figures 2(a) et 2(b).
Le dispositif chauffant 3 et les conducteurs 4 et 5 sont placés sur une couche d'isolation 17 en SiO2, d'environ 1 à 2 micromètres d'épaisseur, qui est placée sur le substrat de silicium 1. Cette couche de SiO2 17 sert à isoler la plaquette de silicium 1 de la chaleur produi- te par le dispositif chauffant 3. Chaque dispositif chauffant 3 est fait d'une épaisseur d'environ 0,2 micromètres d'alliage Ta-Si-SiO par exemple, lequel est très stable lors d'un fonctionnement pulsé jusqu'à une température d'environ 400 C. Les conducteurs 4 et 5 sont faits de
conducteurs en couche mince, en nickel (Ni), d'une épaisseur de 1 Pm.
La surface supérieure du dispositif chauffant en couche mince 3 en alliage Ta-Si-SiO est oxydée thermiquement pour former
une couche oxydée 3'. Cette couche oxydée 3' a une propriété d'isola-
tion électrique et une bonne propriété anti-galvanique vis-à-vis de l'encre électrolytique se trouvant dans le canal à encre 9. La couche oxydée 3' empêche la partie intérieure non oxydée du dispositif chauffant 3 de venir directement en contact avec l'encre électrolytique se trouvant dans le canal à encre 9. Par conséquent, la durée de vie de chaque dispositif chauffant 3 en alliage Ta-Si-SiO ne sera pas réduite par la corrosion galvanique. Comme la couche oxydée 3' est très
mince, la chaleur se transmet à l'encre aussi bien que lorsque le dispo-
sitif chauffant 3 ne comporte pas de partie oxydée 3'.
La couche oxydée 3' va maintenant être décrite plus en détails. La résistance en couche mince faite de l'alliage Ta-Si-SiO a une certaine capacité d'oxydation thermique. Du fait de cette capacité d'oxydation thermique, la valeur ohmique de la résistance en couche mince faite de l'alliage Ta-Si-SiO augmente progressivement quand la résistance est placée dans une atmosphère d'air à une température élevée, supérieure à 500 C. Plus précisément, la résistance en couche mince faite de l'alliage Ta-Si-SiO est stable même quand elle est chauffée dans une atmosphère d'oxygène à une température inférieure
à 400 C. Mais quand la température s'élève pour atteindre la fourchet-
te de 450 à 500 C, la résistance en couche mince faite de l'alliage Ta-
Si-SiO commence à s'oxyder en surface. Quand la résistance en couche mince faite de l'alliage Ta-Si-SiO est chauffée pendant 10 minutes à 500 C dans un gaz oxydant comme l'air ou l'oxygène, elle s'oxyde en surface sur une profondeur comprise entre 100 et 200 A. En d'autres termes, il se forme sur la résistance en couche mince faite de l'alliage Ta-Si-SiO une couche électro-isolante d'une épaisseur de l'ordre de
à 200 À. La résistance en couche mince faite de l'alliage Ta-Si-
SiO et ainsi recouverte de la couche isolante sera stable à moins qu'elle ne soit de nouveau chauffée à une température supérieure à
500 C. Quand la résistance en couche mince faite de l'alliage Ta-Si-
SiO et recouverte de la couche isolante est utilisée dans la tête d'impression, cette résistance est chauffée à une température comprise entre 300 et 350 C ou moins lors de l'application des impulsions aux gouttelettes d'encre. Par conséquent, cette résistance va effectuer avec
stabilité l'opération d'impression par jet d'encre.
Les demandeurs ont procédé aux mesures suivantes.
On a mesuré la valeur ohmique de résistances en couche mince faites de l'alliage Ta-Si-SiO, ayant une épaisseur d'environ 400 À, qu'on désignera ci-après par le simple terme de "résistances", alors que ces résistances étaient placées dans une atmosphère d'air à 500 degrés centigrades. La figure 4 montre les variations observées lors de ces mesures en terme de rapport R0/R, dans lequel R0 représente la valeur ohmique de départ de la résistance et R sa valeur ohmique après le traitement d'oxydation thermique. Comme le montre la figure 4, le rapport R0/R chute de façon linéaire ce qui prouve que les traitements d'oxydation thermique oxydent la surface de la résistance à une vitesse
et jusqu'à une profondeur qui sont proportionnelles au temps de traite-
ment thermique. Il a été en outre confirmé que toutes les surfaces de toutes les résistances s'étaient oxydées pour former des oxydes
électro-isolants du fait des traitements d'oxydation thermique.
Une fois terminé le traitement d'oxydation, les résistances ont été placées dans une atmosphère d'air à 350 degrés centigrades sur une longue période de temps, puis on a mesuré de nouveau leur valeur ohmique. Il a été confirmé que la valeur ohmique des résistances
restait inchangée dans cette atmosphère d'air à 350 degrés centigrades.
On a également appliqué aux dispositifs chauffants une impulsion thermique de 350 degrés centigrades, cent million de fois ou plus, dans une atmosphère d'air. i a été confirmé que la valeur ohmique des résistances restait inchangée même lorsqu'elles étaient ainsi chauffées
par des impulsions thermiques.
Les demandeurs ont ensuite procédé aux mesures suivantes.
Une résistance en alliage Ta-Si-SiO a été soumise au traite-
ment d'oxydation thermique qui vient d'être décrit, de sorte que cette résistance s'est recouverte d'une couche isolante thermiquement oxydée, d'environ 1000 A d'épaisseur. La résistance a ensuite été placée dans une encre électrolytique ayant une valeur de pH comprise
entre 8 et 9. On a évalué la susceptibilité de la résistance à la corro-
sion galvanique par application d'un gradient de potentiel de 30V/50
microns pendant 10 minutes ou plus. Il a été confirmé que l'on n'obser-
vait aucun changement dans la résistance. Cela montre que, bien que la couche isolante 3' n'ait été formée que sur une épaisseur très faible de 1000 , cette couche isolante 3' ne présentait aucun défaut du type trou d'épingle. Par nature, cette couche 3' ne peut être obtenue que par le traitement d'oxydation thermique et peut être formée de manière homogène. Ainsi, la couche isolante oxydée 3' peut protéger la partie non oxydée du dispositif chauffant 3 contre la corrosion galvanique par l'encre électrolytique et augmente la durée de vie du dispositif chauffant 3. En outre, à cause de son épaisseur très faible, la couche 3'
peut transmettre la chaleur à l'encre avec une grande efficacité, suffi-
samment pour amener l'encre à une ébullition nucléée fluctuante,
comme dans le cas o la résistance 3 ne comporte pas de telle couche.
A cause de l'ébullition nucléée fluctuante, il se produit une multiplici-
té de petites bulles de taille uniforme dans toute la surface du disposi-
tif chauffant, de façon uniformément répartie. Le nombre des bulles augmente rapidement. Les bulles s'associent pour former un film de bulles à la surface du dispositif chauffant. Il est donc possible d'éjecter l'encre avec une fréquence élevée d'éjection. On trouvera des détails sur l'ébullition nucléée fluctuante à la page 334 de "Collection
of Presentations from the 27th Japan Thermal Transmission Sympo-
sium", 1990-5.
o10 Comme décrit ci-dessus et comme montré par les figures 2(a)
et 2(b), la paroi de séparation 8 recouvre tous les conducteurs indivi-
duels 4 et recouvre en outre la partie des dispositifs chauffants 3 qui est raccordée aux conducteurs 4. L'encre agit comme un électrolyte porté au même potentiel que le conducteur commun 5. Les conducteurs individuels 4 sont à un potentiel plus élevé (ou plus faible) que l'encre. Mais, comme les conducteurs 4 sont séparés de l'encre par la paroi de séparation 8, il est impossible que les conducteurs 4 soient affectés par la corrosion galvanique à cause de l'encre. Par ailleurs, le conducteur commun 5 n'a pas besoin d'être recouvert par la paroi de séparation 8 car le conducteur 5 et l'encre sont au même potentiel, si bien que le conducteur 5 ne se corrode pas. Bien que les dispositifs chauffants 3 soient partiellement recouverts par la paroi de séparation
8, les dispositifs chauffants 3 ne sont recouverts par la paroi de sépa-
ration 8 que sur environ 5 à 8 microns au-delà du bout des électrodes 4 correspondantes. Cela ne réduit l'efficacité thermique des dispositifs chauffants 3 que de 10 à 15 %. Ainsi, la disposition que l'on vient de décrire permet de construire un tête qui est extrêmement fiable en ce
qui concerne l'encre électrolytique tout en conservant le fort rende-
ment thermique des dispositifs chauffants 3.
La paroi de séparation 8 est faite d'une résine résistante à la chaleur comme une polyimide ayant une point de début de dégradation thermique de 400 C ou plus. Pour assurer l'ébullition nucléée fluctuante qui permet une opération d'éjection à grande fréquence, les dispositifs chauffants 3 doivent être portés à environ 310 C. En tenant compte des variations dans les dispositifs chauffants 3 et dans le circuit d'excitation, il est possible de commander les dispositifs chauffants 3 dans la fourchette de 310 à 370 C. La température de la
partie de la paroi de séparation 8 qui est la plus proche de la résistan-
ce 3 va donc atteindre au maximum une température comprise entre 360 et 370 C. Pendant la durée de vie de la tête, la résistance 3 va être
alimentée en impulsions d'une largeur d'environ 0,2 gs à la tempéra-
ture maximale environ une centaine de millions de fois. Par consé-
quent, le température maximale ne durera que 20 secondes (0,2 gs x
cent million) au total sur toute la durée de vie de la tête d'impression.
Il Les problèmes reliés à la durée de vie de la paroi de séparation 8 ne se produiront donc pas si cette paroi de séparation 8 est faite d'une résine
résistante à la chaleur comme une polyimide qui commence à se dégra-
der à des températures de 400 degrés centigrades ou plus.
Au contraire, il a été confirmé qu'une paroi de séparation classique, faite d'une résine photosensible classique ou d'un autre matériau supportant assez mal la température, se rompra par corrosion galvanique après environ 10 millions d'éjections. Du fait que l'on forme la paroi de séparation 8 avec une résine résistante à la chaleur, la tête sera fiable même si cette paroi 8 est positionnée de manière imprécise pour recouvrir partiellement les dispositifs chauffants 3 dans le sens de la largeur des canaux à encre individuels 9. Cela donne
une certaine souplesse quant à la précision d'alignement des compo-
sants lors de l'assemblage de la tête.
Dans la présente forme de réalisation, le canal d'amenée d'encre 9 a une hauteur inférieure à 30 pn. La buse 12 a la forme d'un cylindre droit. La buse 12 et le dispositif chauffant 3 sont alignés de telle sorte que le périmètre intérieur de la buse 12, en l'extrémité de celle-ci située le plus près de dispositif chauffant 3, vu en projection sur le dispositif chauffant, ne s'étend pas au-delà du périmètre du dispositif chauffant 3 sur plus de 5 rtm. La hauteur ou profondeur de la buse 12 est inférieure à 80 prn. Compte tenu de ces dimensions, une bulle produite sur le dispositif chauffant 3 peut croître pour atteindre
la position d'ouverture la plus haute de la buse 12 et rejoindre l'atmos-
phère extérieure. Cela empêche la bulle de s'effondrer.
Ce phénomène va être décrit plus en détails ci-après.
Quand le dispositif chauffant 3 est excité pour produire des bulles par ébullition nucléée fluctuante, la bulle s'étend vers le haut sans dépasser de plus de 5 à 10 gm au-delà des bords du dispositif chauffant 3 et la hauteur de la bulle atteint environ 30 pm au stade de croissance maximale. On comprendra donc que si la hauteur du canal à encre 9 est supérieure à 30 tm ou si le périmètre du dispositif chauffant 3 et le périmètre intérieur de la buse 12 en l'extrémité de celle-ci la plus proche du dispositif chauffant 3 présente un défaut d'alignement supérieur à 5 pm, la partie de liquide située au-dessus de la bulle à éjecter et le liquide restant dans le canal à encre seront
reliées. Cela empêchera la bulle de croître jusqu'à la position d'ouver-
ture la plus haute de la buse 12.
Les demandeurs ont procédé aux mesures suivantes pour confirmer ce phénomène. Les demandeurs ont fabriqué une tête d'impression selon la première forme de réalisation, dans laquelle les buses 12 d'éjection
d'encre avaient la forme de cylindre droit représentée à la figure 3(a).
Plus précisément, les dispositifs chauffants 3 avaient une superficie de 50 x 50 Wm2. La paroi de séparation 8 était faite d'une polyimide et avait une hauteur de 25 microns pour former des canaux à encre 9 d'une hauteur de 25 microns. La plaque à trous 11 a été formée par
collage et durcissement d'un film de polyimide d'une épaisseur d'envi-
ron 50 microns sur la surface de la paroi de séparation 8. Les orifices d'éjection ou buses 12 ont été formés dans le film de polyimide 11
pour avoir un diamètre de 50 microns et être situés directement au-
dessus des dispositifs chauffants en couche mince 3, grâce à des
technique de photogravure à sec.
Les demandeurs ont aussi fabriqué une tête d'impression comparative. Comme montré à la figure 3(b), la tête d'impression comparative est semblable à celle de la figure 3(a), sauf que la buse 12 d'éjection d'encre s'ouvre dans la plaque 1 en s'évasant au niveau de
l'extrémité qui fait face au dispositif chauffant 3.
Comme la polyimide est virtuellement transparente, on peut observer la formation des bulles et l'éjection des gouttelettes qui se
produit quand les résistances 3 sont alimentées en énergie en remplis-
sant les canaux avec de l'eau et en excitant les dispositifs chauffants tout en les photographiant sous lumière stroboscopique. Les résultats
des observations effectuées pendant et après l'excitation des disposi-
tifs chauffants par une longue impulsion de 2 microsecondes sont
montrés sur les figures 3(a) et 3(b).
Dans le cas de la tête d'impression de la présente forme de réalisation, la figure 3(a) montre qu'entre 2 et 3 microsecondes après le début de l'excitation, une bulle ayant une pression interne presque nulle est produite et que l'eau dans la buse 12 a juste commencé à se déplacer à une vitesse comprise entre 12 et 15 m/s. Cependant, l'eau dans le canal àencre 9 n'a pas encore commencé à bouger. Une fois que 6 microsecondes se sont écoulées après le début de l'excitation, l'extrémité arrière du corps aqueux qui deviendra la gouttelette éjectée s'est approchée de la position d'ouverture la plus haute de la buse 12.
Par ailleurs, une différence de pression de 0,98.10-5 Pa (une atmosphè-
re) entre l'atmosphère extérieure et la bulle dans la buse a commencé à attirer de l'eau dans le canal à encre 9 en direction du dispositif chauffant 3. Neuf microsecondes après le début de l'excitation, la pression à l'intérieur de la buse 12 a atteint la pression atmosphérique en réduisant de ce fait la différence de pression à zéro de sorte que le mouvement de l'eau dans le canal à encre 9 se ralentit. Ensuite, il faut environ 70 microsecondes pour remplir d'eau la buse 12. Comme il ressort de ces observations, la partie de liquide située au-dessus de la bulle à éjecter n'est pas reliée au liquide restant dans le canal à encre 9. La bulle s'est agrandie jusqu'à atteindre la position d'ouverture la plus haute de la buse 12 et rejoindre l'atmosphère extérieure. Par conséquent, le phénomène d'effondrement des bulles vides ne se produit pas. Les ondes de choc associées, sources de cavitation,
n'existent pas non plus.
Au contraire, quand la base de la buse est largement évasée comme sur la figure 3(b), la masse d'eau à éjecter est entièrement reliée à l'eau se trouvant dans le canal à encre 9, ce qui résulte en la production d'une onde de choc quand la bulle vide s'évanouit environ 9 microsecondes après le début de l'excitation. Cette onde de choc n'est
pas assez forte pour donner lieu au phénomène de rebond qui résulte-
rait en l'apparition de bulles secondaires, mais cette onde de choc applique un choc partiel à la partie centrale du dispositif chauffant 3, lequel choc peut détruire le dispositif chauffant 3 comme décrit à la
page 41 de l'édition de février 1994 du "Hewlett-Packard Journal".
Les demandeurs ont en outre conduit des expériences pour déterminer la durée de vie des têtes des figures 3(a) et 3(b) que l'on
vient de décrire lorsqu'elles étaient remplies d'encre électrolytique.
Pour ces expériences, les demandeurs ont rempli d'encre électrolytique plusieurs têtes de chacun des types de la figure 3(a) et de la figure
3(b) et ont appliqué un grand nombre d'impulsions à ces têtes.
Les résultats expérimentaux montrent que la tête ayant la configuration de la figure 3(a) a pu supporter une centaine de millions d'impulsions, ou plus, pour éjecter l'encre électrolytique. Ce résultat est nettement supérieur à celui obtenu avec la configuration de la figu- re 3(b) qui n'a pu supporter qu'entre un et dix millions d'impulsions, voire moins. La longévité des têtes de la figure 3(b) varie dans une fourchette très large, de un million d'impulsions ou moins à environ
dix millions d'impulsions.
Les demandeurs ont détecté directement la présence ou l'absence des ondes de choc décrites ci-dessus en utilisant un capteur AE (capteur d'émission acoustique) fixé au dessous du substrat de la tête. nl a été confirmé que le choc classiquement observé au moment de l'effondrement de la bulle n'était pas détecté du tout ce qui prouve que l'effondrement de la bulle était éliminé. De plus, le choc détecté lors de la production des bulles dans la tête de la présente invention était même dix fois moindre que le choc détecté pendant la production
et l'effondrement de la bulle lors d'un fonctionnement en bain ouvert.
Les demandeurs ont en outre confirmé que lorsque la plaque 11 a une épaisseur de 80 microns ou plus, l'encre re-remplit parfois totalement la région située au-dessus du dispositif chauffant 3 avant que l'encre à éjecter ne se sépare de la buse 12. Cela produit aussi des ondes de choc et une cavitation associée, ce qui réduit la durée de vie
du dispositif chauffant.
Donc, d'après la présente forme de réalisation, le canal d'amenée d'encre 9 a une hauteur inférieure à la hauteur maximale de la bulle, c'est-à-dire inférieure à 30 prn. La buse 12 et le dispositif
chauffant 3 sont alignés et ont une forme telle que le périmètre inté-
rieur de la buse 12, au niveau de son extrémité la plus proche du dispositif chauffant 3, ne dépasse pas, en projection sur le dispositif chauffant, au-delà du périmètre du dispositif chauffant 3 de plus de 5 rn. Grace à cette disposition, une bulle formée sur le dispositif chauffant 3 peut grandir jusqu'à l'extrémité supérieure de la buse 12 et rejoindre l'atmosphère extérieure. La bulle ne va pas s'effondrer ni
produire d'onde de choc. Comme la profondeur de la buse 12 est infé-
rieure à 80 prm, l'encre ne va pas re-remplir totalement la région au-
dessus du dispositif chauffant 3 avant que l'encre à éjecter ne se soit
séparée de la buse 12. Il n'y aura pas d'onde de choc produite.
Nous allons maintenant décrire un procédé de production de la tête d'impression ayant la structure ci-dessus. On forme le dispositif LSI d'excitation 2 à la surface du
substrat de silicium 1 en utilisant une légère modification de la techni-
que classique de fabrication des circuits LSI bipolaires. Pendant cette opération de fabrication LSI, on forme le film de SiO2 17 à la surface
du substrat de silicium 1.
On forme, par des techniques de projection, une résistance en couche mince faite d'un alliage Ta-Si-SiO d'environ 0,2 micron d'épaisseur et une couche mince de nickel d'environ 1 micron
d'épaisseur sur le film de SiO2 17. Plus précisément, on forme la résis-
tance en couche mince en utilisant des techniques de projection réacti-
ve dans une atmosphère d'argon contenant de l'oxygène. On forme la couche mince de nickel en utilisant des techniques de projection à grande vitesse dans un fort champ magnétique. On forme ensuite par
photogravure les dispositifs chauffants 3 en couche mince, les conduc-
teurs individuels de câblage 4 et le conducteur commun 5 en couche mince. Le tête ainsi fabriquée est placée dans un four rempli d'air ou d'oxygène et les dispositifs chauffants 3 sont soumis à un traitement d'oxydation thermique qui forme les couches isolantes 3' à la surface
des dispositifs chauffants 3 de la manière suivante.
La tête monolithique LSI décrite ci-dessus ne peut pas être entièrement soumise au traitement d'oxydation thermique à 400 degrés centigrades ou plus. Les traitements d'oxydation pourraient oxyder aussi les conducteurs en nickel 4 et 5. Par conséquent, dans cet exemple, les traitements d'oxydation thermique sont effectués par alimentation de la résistance en couche mince 3 par des impulsions de sorte que seule la résistance 3 est chauffée par impulsions jusqu'à
entre 550 et 600 degrés centigrades environ.
La technique la plus efficace pour réaliser les traitements d'oxydation thermique est d'exciter la résistance 3 par de longues impulsions afin de maintenir une température élevée au niveau de la résistance 3 pendant environ une milliseconde. On peut facilement réaliser cela en excitant par des impulsions les résistances 3 à l'aide d'un dispositif de commande extérieur. C'est-à-dire que les traitements d'oxydation thermique sont effectués avec une largeur d'impulsion d'environ 1 ms qui est une valeur environ 103 plus longue que la longueur d'impulsion (1 à 2 ps) utilisée pour exciter réellement les
résistances. Un chauffage régulier des résistances 3 pendant les traite-
ments d'oxydation thermique jusqu'à une température qui est environ
200 à 250 degrés plus élevée que la température utilisée pour réelle-
ment exciter les résistances 3 demandera beaucoup moins de puissance que la puissance nominale du circuit d'excitation LSI et pourra donc
être effectué sans aucun problème. Pendant ce chauffage par impul-
sions, le four peut être utilisé pour chauffer la base de silicium 1 à une
température d'environ 100 degrés centigrades.
Ce traitement d'oxydation thermique augmente la valeur oh-
mique de la résistance en couche mince 3 d'entre 30 et 40 %. D'après la présente forme de réalisation, la valeur ohmique des résistances en couche mince 3 est simultanément détectée et mesurée pendant les traitements d'oxydation thermique de telle sorte toutes les résistances
3 montées sur la tête aient une valeur ohmique uniforme. Plus précisé-
ment, lors du traitement d'oxydation thermique, on surveille les valeurs ohmiques de toutes les résistances en couche mince tandis
qu'on leur envoie des impulsions d'énergie. En se basant sur les résul-
tats de cette surveillance, on règle les impulsions appliquées aux résis-
tances respectives pour que les valeurs ohmiques de toutes les résis-
tances en couche mince soient sensiblement uniformes. Par exemple, il
est possible de régler le nombre de fois o les impulsions sont appli-
quées aux résistances respectives.
Les demandeurs ont procédé aux expériences suivantes. Tout en appliquant des impulsions aux résistances 3, ils ont surveillé les valeurs ohmiques de ces résistances 3. Les impulsions ont été réglées en fonction des résultats de cette surveillance. De ce fait, les valeurs ohmiques de toutes les résistances se sont trouvées ajustées dans une fourchette de + 1%. Ce résultat est à rapprocher de la variation de % constatée dans les valeurs ohmiques d'une rangée de résistances que l'on trouve sur les têtes d'impression classiques. Du fait qu'elles ont une valeur ohmique uniforme, les résistances vont toutes chauffer
l'encre à une température uniforme quand elles seront réellement exci-
tées, ce qui éliminera un chauffage inutile. La fiabilité de la tête en sera donc améliorée. L'encre ne s'échauffera pas et la durée de vie des
résistances augmentera.
Une fois les couches isolantes 3' ainsi formées sur la surface des dispositifs chauffants 3, on applique de la polyimide sur la surface du substrat de silicium 1 et on forme une paroi de séparation 8 par
attaque chimique de la polyimide pour définir les canaux à encre indi-
viduels 9 et le canal à encre commun 10. On place ensuite un film de polyimide 1 1 sur la surface de la paroi de séparation 8 et on forme des
orifices 12 d'éjection d'encre dans le film de polyimide 11, directe-
ment au-dessus des dispositifs chauffants en couche mince 3.
Une seconde forme de réalisation de la présente invention va
maintenant être décrite plus en détails en référence à la figure 5.
Cette forme de réalisation est particulièrement efficace quand les résistances 3 ne sont pas faites d'un alliage Ta-Si-SiO mais d'un matériau dans lequel on peut former la couche oxydée isolante 3' en soumettant le matériau au traitement d'oxydation thermique, mais dans lequel la couche oxydée isolante ainsi formée 3' présente facilement des trous d'épingle. D'après cette forme de réalisation, une couche d'isolation supplémentaire 7 est formée sur les dispositifs chauffants 3
et les conducteurs 4 et 5 dans le but de protéger la couche isolante 3'.
L'épaisseur de la couche 7 est sensiblement égale à l'épaisseur des résistances 3. La couche 7 est donc suffisamment mince pour donner un rendement thermique aussi élevé que lorsque cette couche 7
n'existe pas.
La couche isolante 7 peut être faite de tout matériau isolant ayant de bonnes propriétés de couverture et d'étanchéité. La couche isolante 7 peut par exemple être faite d'une couche de SiO2, d'une
couche de Ta205 ou de Si3N4 formée à l'aide de techniques de projec-
tion RF, d'une couche de Si3N4 formée par des techniques de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, d'une couche de A1203 formée par des techniques de revêtement Zoger ou un film de verre
déposé par centrifugation (SOG), formé suivant des techniques classi-
ques de fabrication des semi-conducteurs. Les demandeurs ont confir-
mé le fait qu'il était efficace de recouvrir toute la surface du dispositif chauffant 3 par la couche d'isolation 7. En raison de la faible épaisseur de la couche 7, la puissance d'excitation nécessaire pour induire l'ébullition nucléée fluctuante reste faible. Quand par exemple la puissance d'excitation est appliquée par impulsions de 2 microsecondes, la puissance requise pour induire l'ébullition nucléée fluctuante n'a besoin de valoir qu'environ 1,5 fois la puissance nécessaire avec un dispositif chauffant nu, sans couche de protection. Cela représente encore entre un septième et un dixième de la quantité d'énergie à appliquer pour exciter des dispositifs chauffants classiques ayant une construction épaisse, à deux couches. On peut constater que le dispositif chauffant de la présente invention a un excellent rendement thermique. Cet excellent rendement thermique permet d'intégrer le circuit d'excitation et les dispositifs chauffants sur le même substrat de silicium avec une grande densité. Cela permet de
fabriquer une imprimante à jet d'encre polychrome, rapide et compor-
tant une tête haute densité.
Comme décrit ci-dessus, dans les formes de réalisation de la présente invention, la couche d'oxydation thermique 3' extrêmement mince (et la mince couche d'isolation supplémentaire 7 formée sur celle-ci) sépare la résistance 3 de l'encre électrolytique. Les parois 8
résistances à la chaleur séparent totalement toutes les électrodes indi-
viduelles de l'encre électrolytique. Les buses 12 ont une forme qui empêche les bulles produites par l'ébullition nucléée de disparaître, ce
qui protège la mince couche d'isolation 3' de la destruction par cavita-
tion. La mince couche d'isolation 3' permet d'empêcher presque totale-
ment l'endommagement du dispositif chauffant 3 par la corrosion galvanique sans réduire l'efficacité thermique du dispositif chauffant 3. Cela permet de fabriquer une tête haute densité très fiable et une imprimante à jet d'encre polychrome, très rapide, capable d'imprimer
avec une encre électrolytique.
Bien que l'invention ait été décrite en détail par référence à des formes particulières de réalisation, l'homme du métier comprendra que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans
le cadre de la présente invention.
On peut produire une longue tête rectiligne en reliant les extrémités de deux têtes d'impression des modes de réalisation décrits ci-dessus suivant la direction d'alignement des buses. Dans ce cas, les buses de chaque tête d'impression peuvent être inclinées vers les extrémités de liaison. Dans ce cas aussi, les buses et les dispositifs chauffants doivent être placés de telle sorte que le périmètre intérieur
de chaque buse, au niveau de son extrémité la plus proche du disposi-
tif chauffant correspondant, ne dépasse pas, en projection sur le dispo-
sitif chauffant, au-delà du périmètre du dispositif chauffant de plus de 5.m. Bien que cela n'apparaisse pas dans les dessins, dans une imprimante à jet d'encre, un milieu d'enregistrement de l'image peut être maintenu en une position qui fait face aux buses de la tête d'impression de la présente invention. Un déplacement relatif est obtenu entre la tête d'impression et le milieu d'enregistrement de l'image dans une direction orthogonale à la direction d'alignement des
buses.
D'après la présente invention et comme décrit ci-dessus, plusieurs dispositifs chauffants sont placés sur un substrat de silicium, dans plusieurs canaux à encre individuels. Chaque dispositif chauffant comprend une résistance en couche mince et un conducteur en couche
mince. La résistance en couche mince comporte une couche électro-
isolante en sa surface supérieure. On forme la couche électro-isolante
en soumettant la résistance en couche mince à un traitement d'oxyda-
* tion thermique à haute température. La résistance en couche mince comportant la couche électro-isolante peut être recouverte d'une couche d'isolation supplémentaire d'une épaisseur sensiblement égale à
celle de la résistance en couche mince.
Claims (20)
1. Tête d'impression à jet d'encre destinée à éjecter des gouttelettes d'encre pour imprimer une image, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un substrat de silicium (1), - une paroi de séparation (8) placée sur le substrat de silicium pour définir une pluralité de canaux à encre individuels (9), - une pluralité de dispositifs chauffants (3) placés dans les canaux à encre individuels, chaque dispositif chauffant étant fait d'une résistance en couche mince et d'un conducteur en couche mince formés sur le substrat de silicium, une surface de chaque résistance en couche
mince comportant une couche électro-isolante (3') formée par oxyda-
tion thermique à haute température de la résistance en couche mince, et une partie formant buse d'éjection (11) qui comporte une pluralité de buses (12) en des positions qui correspondent à celles de
la pluralité de dispositifs chauffants.
2. Tête d'impression à jet d'encre selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque buse de la pluralité s'étend dans une direction sensiblement perpendiculaire à la surface supérieure d'un
dispositif chauffant correspondant.
3. Tête d'impression à jet d'encre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pluralité de conducteurs en couche mince comprend une électrode commune (5) couplée à tous les dispositifs chauffants et une pluralité d'électrodes individuelles (4) couplées aux
dispositifs chauffants correspondants, sachant que la paroi de sépara-
tion est faite d'une résine résistante à la chaleur placée sur le substrat, ladite paroi de séparation recouvrant des parties entières de toutes les
électrodes individuelles pour définir les canaux à encre individuels.
4. Tête d'impression à jet d'encre selon la revendication 3, caractérisée en ce que la paroi de séparation recouvre en outre des
parties des résistances en couche mince.
5. Tête d'impression à jet d'encre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi de séparation définit en outre un canal
à encre commun (10) placé sur le substrat de silicium en liaison fluidi-
que avec tous les canaux à encre individuels.
6. Tête d'impression à jet d'encre selon la revendication 2, caractérisée en ce que la paroi de séparation donne aux canaux à encre individuels une hauteur inférieure à 30 gm.
7. Tête d'impression à jet d'encre selon la revendication 6,
caractérisée en ce que chaque dispositif chauffant et la buse corres-
pondante sont formés de telle sorte que le périmètre intérieur de la buse, quand on le projette sur le dispositif chauffant, alors que la buse est alignée avec le dispositif chauffant, soit dans les limites de 5 gm
par rapport au bord du dispositif chauffant.
8. Tête d'impression à jet d'encre selon la revendication 3, caractérisée en ce que la résine résistante à la chaleur servant à former la paroi de séparation (8) a une température de début de dégradation
thermique de 400 degrés centigrades ou plus.
9. Tête d'impression à jet d'encre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie formant buse d'éjection a une épaisseur inférieure à 80 microns pour que la profondeur de la buse d'éjection
soit inférieure à 80 microns.
10. Tête d'impression à jet d'encre selon la revendication 1,
caractérisée en ce que chaque résistance en couche mince de la plurali-
té est faite d'une résistance en couche mince en alliage Ta-Si-SiO.
11. Tête d'impression à jet d'encre selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque conducteur en couche mince est fait d'un
conducteur en couche mince en nickel.
12. Tête d'impression à jet d'encre selon la revendication 1,
caractérisée en ce que les résistances en couche mince et les conduc-
teurs en couche mince sont recouverts d'une couche d'isolation supplé-
mentaire (7) ayant une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur des
résistances en couche mince.
13. Imprimante à jet d'encre pour imprimer une image avec de l'encre éjectée, caractérisée en ce qu'elle comprend: - une tête d'impression comprenant un substrat de silicium (1), une paroi de séparation (8) placée sur le substrat de silicium pour définir une pluralité de canaux à encre individuels (9), une pluralité de dispositifs chauffants (3) placés dans les canaux à encre individuels, chaque dispositif chauffant étant fait d'une résistance en couche mince et d'un conducteur en couche mince formés sur le substrat de silicium, une couche électro- isolante étant formée sur une surface de chaque résistance en couche mince par oxydation thermique à haute tempéra- ture de la résistance en couche mince, et une partie formant buse d'éjection qui comporte une pluralité de buses en des positions qui correspondent à celles de la pluralité de dispositifs chauffants,
- un moyen de support pour soutenir un milieu d'enregistre-
ment de l'image en une position qui fait face à la pluralité de buses de la tête d'impression, et
- un moyen de déplacement permettant d'obtenir un déplace-
ment relatif entre la tête d'impression et le moyen de support dans une
direction orthogonale à la direction dans laquelle les buses de la plura-
lité sont alignées.
14. Procédé de fabrication d'une tête à jet d'encre, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - placer une pluralité de dispositifs chauffants à la surface d'un substrat de silicium, chaque dispositif chauffant comprenant une résistance en couche mince et un conducteur en couche mince,
- soumettre chaque résistance en couche mince à un traite-
ment d'oxydation thermique pour former ainsi une couche électro-
isolante sur une surface exposée des résistances en couche mince, - former une paroi de séparation sur la surface du substrat de silicium, la paroi de séparation définissant une pluralité de canaux à encre en correspondance avec la pluralité de dispositifs chauffants, et - former une plaque à trous (11) sur la surface du substrat de
silicium, la plaque à trous comprenant une pluralité de buses.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le traitement d'oxydation thermique chauffe la pluralité de résistances
en couche mince dans une atmosphère oxydante.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les résistances en couche mince sont alimentées par des impulsions
d'énergie dans une atmosphère oxydante.
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le substrat comportant la pluralité de dispositifs chauffants est chauffé
dans un four rempli d'un gaz oxydant.
18. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la largeur des impulsions est plus grande que celle des impulsions appliquées aux résistances en couche mince pour éjecter de l'encre.
19. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les résistances en couche mince de la pluralité sont alimentées par des impulsions d'énergie alors qu'elles sont chauffées dans un four rempli
d'un gaz oxydant.
20. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le traitement d'oxydation thermique comprend les étapes consistant à: - surveiller les valeurs ohmiques des résistances en couche mince respectives tandis que les résistances en couche mince sont alimentées par des impulsions d'énergie, et - ajuster les impulsions d'énergie appliquées aux résistances en couche mince respectives en fonction des résultats de cette surveillance pour commander ainsi les valeurs ohmiques de toutes les
résistances en couche mince afin qu'elles soient sensiblement unifor-
mes.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04396895A JP3573515B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | インク噴射記録ヘッド、記録装置、およびインク噴射記録ヘッドの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2731180A1 true FR2731180A1 (fr) | 1996-09-06 |
| FR2731180B1 FR2731180B1 (fr) | 1998-06-05 |
Family
ID=12678517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9602539A Expired - Lifetime FR2731180B1 (fr) | 1995-03-03 | 1996-02-29 | Tete d'enregistrement a jet d'encre, imprimante munie de cette tete et procede de fabrication de cette tete |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3573515B2 (fr) |
| DE (1) | DE19604268C2 (fr) |
| FR (1) | FR2731180B1 (fr) |
| GB (1) | GB2298395B (fr) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5790154A (en) * | 1995-12-08 | 1998-08-04 | Hitachi Koki Co., Ltd. | Method of manufacturing an ink ejection recording head and a recording apparatus using the recording head |
| JP3194465B2 (ja) * | 1995-12-27 | 2001-07-30 | 富士写真フイルム株式会社 | インクジェット記録ヘッド |
| JPH1191111A (ja) * | 1997-09-24 | 1999-04-06 | Masao Mitani | インクジェット記録ヘッド |
| KR100359106B1 (ko) * | 1998-07-22 | 2002-11-04 | 삼성전자 주식회사 | 잉크젯 프린터 헤드의 액츄에이터 제조방법 |
| WO2019044913A1 (fr) * | 2017-08-31 | 2019-03-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Méthode de génération de bulles ultrafines, appareil de fabrication et méthode de fabrication de liquide contenant des bulles ultrafines, et liquide contenant des bulles ultrafines |
| JP7271108B2 (ja) * | 2017-08-31 | 2023-05-11 | キヤノン株式会社 | ウルトラファインバブル含有液の製造装置及びウルトラファインバブル含有液の製造方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4532530A (en) * | 1984-03-09 | 1985-07-30 | Xerox Corporation | Bubble jet printing device |
| US4535343A (en) * | 1983-10-31 | 1985-08-13 | Hewlett-Packard Company | Thermal ink jet printhead with self-passivating elements |
| WO1990013428A1 (fr) * | 1989-05-12 | 1990-11-15 | Eastman Kodak Company | Composants ejecteurs ameliores de gouttelettes pour tetes d'impression a jet d'encre et leur procede de fabrication |
| EP0594369A2 (fr) * | 1992-10-21 | 1994-04-27 | Xerox Corporation | Agencement des éléments chauffants pour imprimante thermique par jet d'encre |
| JPH07153603A (ja) * | 1993-11-26 | 1995-06-16 | Hitachi Koki Co Ltd | インクジェット用発熱抵抗体の製造方法及びインクジェットプリンタ |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH538755A (fr) * | 1970-05-26 | 1973-06-30 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif d'ajustage de la valeur d'une résistance à une valeur déterminée |
| DE3402683C2 (de) * | 1983-01-28 | 1994-06-09 | Canon Kk | Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf |
| GB2233887B (en) * | 1989-04-28 | 1992-06-03 | Braitrim | Garment hanger |
| US4994826A (en) * | 1990-01-19 | 1991-02-19 | Xerox Corporation | Thermal ink jet printhead with increased operating temperature and thermal efficiency |
| EP0583474B1 (fr) * | 1991-11-12 | 1997-05-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Plaque de support a base de silicium polycristallin pour tete d'impression a jet de liquide, procede de fabrication de ladite plaque, tete d'impression a jet de liquide montee sur ladite plaque, et appareil d'impression a jet de liquide |
| JP3320825B2 (ja) * | 1992-05-29 | 2002-09-03 | 富士写真フイルム株式会社 | 記録装置 |
| DE19505465A1 (de) * | 1994-02-18 | 1995-08-24 | Hitachi Koki Kk | Thermischer Tintenstrahldrucker |
-
1995
- 1995-03-03 JP JP04396895A patent/JP3573515B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-02-06 DE DE19604268A patent/DE19604268C2/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-26 GB GB9603978A patent/GB2298395B/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-29 FR FR9602539A patent/FR2731180B1/fr not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4535343A (en) * | 1983-10-31 | 1985-08-13 | Hewlett-Packard Company | Thermal ink jet printhead with self-passivating elements |
| US4532530A (en) * | 1984-03-09 | 1985-07-30 | Xerox Corporation | Bubble jet printing device |
| WO1990013428A1 (fr) * | 1989-05-12 | 1990-11-15 | Eastman Kodak Company | Composants ejecteurs ameliores de gouttelettes pour tetes d'impression a jet d'encre et leur procede de fabrication |
| EP0594369A2 (fr) * | 1992-10-21 | 1994-04-27 | Xerox Corporation | Agencement des éléments chauffants pour imprimante thermique par jet d'encre |
| JPH07153603A (ja) * | 1993-11-26 | 1995-06-16 | Hitachi Koki Co Ltd | インクジェット用発熱抵抗体の製造方法及びインクジェットプリンタ |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 095, no. 009 31 October 1995 (1995-10-31) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3573515B2 (ja) | 2004-10-06 |
| DE19604268C2 (de) | 1999-03-25 |
| GB9603978D0 (en) | 1996-04-24 |
| GB2298395B (en) | 1998-07-15 |
| JPH08238771A (ja) | 1996-09-17 |
| DE19604268A1 (de) | 1996-09-12 |
| FR2731180B1 (fr) | 1998-06-05 |
| GB2298395A (en) | 1996-09-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2545043A1 (fr) | Tete d'enregistrement par jets de liquide | |
| US6390606B1 (en) | Ink-jet head, ink-jet head substrate, and a method for making the head | |
| FR2547534A1 (fr) | Appareil d'enregistrement par ejection de liquide | |
| JPH09109392A (ja) | インクジェット記録ヘッドの製造方法および同方法により製造されたインクジェット記録ヘッド、並びにインクジェット記録装置 | |
| FR2709266A1 (fr) | Tête d'enregistrement à jets d'encre et son procédé de fabrication. | |
| FR2544664A1 (fr) | Tete d'enregistrement par jets de liquide | |
| FR2548964A1 (fr) | Systeme d'impression thermique a transfert d'encre | |
| FR2740648A1 (fr) | Connexion sans brasure de contacts electriques utlisant un systeme a combinaison de laser et connexion a poussee par fibre optique | |
| FR2731180A1 (fr) | Tete d'enregistrement a jet d'encre, imprimante munie de cette tete et procede de fabrication de cette tete | |
| FR2544662A1 (fr) | Tete d'enregistrement du type a jets de liquide | |
| US4929964A (en) | Method for preparing liquid jet recording head, liquid jet recording head prepared by said method and liquid jet recording device having said liquid jet recording head mounted thereon | |
| US7198358B2 (en) | Heating element, fluid heating device, inkjet printhead, and print cartridge having the same and method of making the same | |
| FR2811588A1 (fr) | Tete d'injection et de dosage thermique, son procede de fabrication et systeme de fonctionnalisation ou d'adressage la comprenant | |
| JP2824123B2 (ja) | インクジェットヘッド及び該ヘッドを形成するために用いるインクジェットヘッド用基体 | |
| EP2681768A2 (fr) | Procédé pour la mise en série électrique monolithique de cellules photovoltaïques d'un module solaire et module photovoltaïque obtenu par ce procédé | |
| FR2544665A1 (fr) | Tete d'enregistrement par jets de liquide | |
| FR2691403A1 (fr) | Tête d'impression à encre électrothermique à plusieurs couches. | |
| JPH08207281A (ja) | インクジェット記録ヘッド | |
| FR2543885A1 (fr) | Appareil d'enregistrement par jets de liquides | |
| US5946013A (en) | Ink jet head having a protective layer with a controlled argon content | |
| JPS5943315B2 (ja) | 液滴噴射記録ヘツド | |
| JP4146932B2 (ja) | インクジェットヘッド | |
| JPS6198549A (ja) | 液体噴射記録ヘツドの製造方法 | |
| FR2769260A1 (fr) | Tete thermique et son utilisation dans une imprimante a transfert d'encre | |
| JP2828525B2 (ja) | 液体噴射記録ヘッドの製造方法、該方法により製造された液体噴射記録ヘッドおよび該液体噴射記録ヘッドを装着した液体噴射記録装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TP | Transmission of property | ||
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 20 |