JPH02235642A - サーマルインクジェットプリントヘッド - Google Patents

サーマルインクジェットプリントヘッド

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JPH02235642A
JPH02235642A JP2014738A JP1473890A JPH02235642A JP H02235642 A JPH02235642 A JP H02235642A JP 2014738 A JP2014738 A JP 2014738A JP 1473890 A JP1473890 A JP 1473890A JP H02235642 A JPH02235642 A JP H02235642A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、インクジェット印刷装置に関し、より詳細に
は、シリコンの異方性食刻により製作されたインク通路
を有する大型シリコンサーマルインクジェットプリント
ヘッドに関する。本発明は、インク通路の寸法調整精度
を高めるため、並びに分解能を犠牲にすることなくより
頑丈なプリントヘッドを製造するために、耐食性マスク
とシリコン基板(111 )結晶面との間における角度
の不整合の影響を少なくする。
ザーマルインクジェット印刷は、ドロップオンディマン
ド・インクジェット装置の型式であり、このものにおい
て・インクジェットプリントヘッドは、毛細管作用で満
たされる平行なインクチャンネルにおいてチャンネルノ
ズル即ちオリフィスから上流の所定距離に配置された熱
エネルギー発生器(通常は抵抗器)に対し電流パルスを
選択的に印加することにより、必要に応じてインク滴を
放出する。ノズルと反対のチャンネル端部はインク溜所
に運通しており、該インク溜所には外部のインク供給源
が接続されている。
ホーキンズ(Hawkins>等の米国再発行特許明細
書132, 572号は、ザーマルインクジェットプリ
ントヘッドとこれの幾つかの製造方法を開示している。
各ブリントー・ツドは、整合および一体に接着された2
つの部材からできている。1つの部材は、表面に加熱要
素およびアドレス電極の直線アレイを含む実質上平らな
基板であり、第2の部材は、2つの部材が一体に接着さ
れたときインク供給マニホルドとしての役目を果たすべ
く内部に異方性食刻された少なくとも1つの凹所を有す
る基板である。すだ平行な溝の直線アレイが第2の部材
に形成され、各溝の一端がマニホルド凹所に連通し各溝
の他端がインク滴放出ノズルとして使用するた於に開口
されている。多くのプリントヘッドは、複数組の加熱要
素アレイをそれらのアドレス電極と共にシリコンウエハ
上に製作し、その上の整合マークを所定場所に配置する
ことにより同時に製作されることがある。対応する複数
組のチャンネル溝およびこれらに関連したマニホルドは
第2のシリコンウェハに製作される。ある実施例では、
整合開口が第2のシリコンウ.;ハの所定場所に食刻さ
れる。2つのウェハは、整合開口および整合マークを介
し整合され、次いで一体に接着され、多くの分離したプ
リントヘッドに方形切断される。
トーペイ (Torpey )等の米国特許明細書第4
. 638, 337号は、ホーキンズ(Havkin
s)等のものと同様の改良されたザーマルインクジェッ
トプリントヘッドを開示しているが、加熱要素の各々を
凹所内に配画している。凹所の床は加熱要素を内蔵し、
また凹所壁はノズルに向う泡の横移動ζ即ちブローアウ
トとして知られている蒸発インクの大気への急激な解放
を防止する。このブローアウトは空気の摂取を生じさせ
、この事象が起きるときはいつもプリントヘッドの作動
を妨害する。この特許では、リストン(Riston(
登録商標〉)またはバークレル(νacrel (登録
商標))のような厚膜の有機組織がヒータープレートと
チャンネルプレートとの間に介在される。この層の目的
は、加熱要素上で形成される泡を押さえて、蒸気のブロ
ーアウトおよびそれに伴う空気摂取を発生することなく
液滴速度を高めることを可能とするために、加熱要素の
真上に凹所を内部に形成することである。
ホーキンズ(flawk iris)の米国特許明細書
第4, 774. 530号は、インクチャンネルとマ
ニホルドとの間に流路を設けるために食刻した厚膜の絶
縁層を使用することを開示しており、それによりチャン
ネル溝閉塞端部をマニホルド凹所に開口するのに必要と
する製作段階を無くしてプリントヘッドの製作プロセス
が簡単化される。
上述特許に開示されている通り、サーマルインクジェッ
トプリントヘッドは基本的には2つの基板から製作され
る。一方の基板は加熱要素を含み、他方の基板はインク
凹所を含む。これら2つの基板が整合され一体に接着さ
れると、凹所はインク通路としての役割を果たす。複数
の各基板は別個のウェハ上に形成され、そのためウェハ
は整合され合体され多くの個々のプリントヘッドに方形
切断される。複数組の凹所に対するウェハはシリコンで
あり、凹所は異方性食刻工程により形成される。異方性
即ち方向依存性を有する食刻は、精密小型のプリントヘ
ッドの高能率生産製造工程であることが判っている。そ
れらは、低価格、高分解能、且つ高い信頼性をもつ電気
的にアドレス可能なプリンタである。かかるプリントヘ
ッドは通常約四分の一インチ幅であり、紙のような静止
した記録媒体を横切って移動される小さな列の情報を印
刷する。次いで紙は1列分の距離だけ歩進され、印刷工
程は紙の全頁が印刷されるまで継続される。
これは低速工程である。
印刷速度を高めようとする上で、大型アレイのノズルが
必要である。各インク滴放出ノズルは、インク溜所即ち
マニホルドに連通したインクチャンネルを必要とする。
ウェハの片側のみからの食刻を完全に行うために、溜所
は、開口底部がインク人口としての役割を果たし得るよ
うにウェハを貫通して食刻される。アレイサイズが大き
くなれば、溜所並びにインク入口もそのように大きくな
る。溜所に対する貫通食刻の面積が大きくなれば、多く
の脆弱なウェハがその後の組立作業中に損傷されるため
、ウェハの強度が低下し生産性が落ちる。
長いトラフ即ち凹所に関連してもう1つの問題がある。
耐食性マスクに形成されたバイア(via)の側部が、
(100)シリコンウエハ即ち基板の(111)結晶面
と完全に整合していなければ、その結果として生じる食
刻された凹所は、マスクバイアをアンダーカットするが
、それでも(111 )結晶面に従う。従って、ウェハ
の(111 )結晶面に対するマスクの角度の不整合は
、後述の第4図に示す通り、所望より長く且つ幅の広い
寸法をもつ矩形食刻凹所を得る結果となろう。このアン
ダーカッティングは、所望の凹所即ち貫通スロットの長
さが長くなるほど一層厳しいものとなる。アンダーカッ
ティングは、特定ウェハのパターン結晶面の誤配向(m
isorientation)に従って可変であるため
、マスク設計においてそれを容易に補償することができ
ない。
本発明の目的は、滴放出ノズルの数を多くした大型プリ
ントヘッドにおけるインク通路の異方性食刻に関連した
脆弱の問題および誤配向により誘起されるアンダーカッ
トの間顛の両方を、印刷分解能を低下させることなく、
最小限に抑えることである。
本発明の別の目的は、高アスベクト比をもつ近接離間し
た矩形組織の形成に異方性食刻製作の適用を可能とする
技術を開発することである。
本発明のさらに別の目的は、単一のプリントヘッドから
多色印刷を可能とすることである。
本発明において、改良されたサーマルインクジェットプ
リントヘッドおよびこれの製造方法は、第1および第2
の基板の合体および接着で形成される型式のもので開示
される。第1の基板は、(100 )結晶面をもつシリ
コンであり、これの片面に貫通凹所と複数の平行な細長
いインクチャンネル溝を異方性食刻されており、第2の
基板は片面にパターン形成した複数の加熱要素およびア
ドレス電極を有する。第1の基板における貫通凹所は、
インク入口をもったインク溜所としての役割を果たし、
また細長いインクチャンネル溝は、インク溜所に隣接し
た一端を有するとともに他端を開口してインク滴放出ノ
ズルとしての役割を果たす。各加熱要素は、インクチャ
ンネル溝の各々においてノズルから所定距離上流に配置
される。インクチャンネル溝を貫通凹所に連通させて配
置するだめの手段が設けられ、そのためデジタル化デー
タを表わす電流パルスを加熱要素に選択的に印加するこ
とが、インク滴をノズルから記録媒体に放出し押し出す
結果となる。本改良は、溜所の各セグメントが分割壁に
より互いに隔離された区画溜所を提供することを含む。
区画溜所は、耐食性マスクをパターン形成するとともに
分離貫通凹所の直線的な列を異方性食刻することにより
製作される。隣接する貫通凹所は、各々分離セグメント
に反対壁面を有する分割壁によって隔離される。
分割壁は、ノズルの数が増加され即ち溜所の長さが長く
された場合にプリントヘッドを強化し、同時にマスクと
第1の基板結晶面との間における角度不整合の影響を少
なくする。
一実施例において、インクチャンネル溝と区画溜所との
間で連通を図る手段は、第1と第2の基板間に厚膜絶縁
層を挟むことによって達成される。
厚膜層は、区画溜所とインクチャンネル溝との間にイン
ク流路を提供する凹所を内部に形成するようにパターン
形成される。厚膜層は、凹所の直線的な列を形成するよ
うにパターン形成することができ、各分離貫通凹所に対
する厚膜層は、区画インク溜所を形成し、厚膜層におけ
る各回所は、溜所セグメントの関連した凹所と実質上等
しい長さであり、したがって各溜所セグメントは、異な
る色のインクを供給できる。この構造で、一体型カラー
インクジェットプリントヘッドが製造される。
添付図面と共に以下の詳細な説明を考察することにより
、本発明のより完全な理解が得られる。
添付図面において、同じ参照符号は同じ部分を示す。
トーベイ (Torpey )等の米国特許明細書第4
. 638. 337号およびポーキンズ(Hawki
ns)等の米国再発行特許明細書第32.572号によ
れば、サーマルインクジェットプリントヘッドは、対向
面においてアドレス電極を具備した加熱要素の直線アレ
イおよび平行な細長い溝の直線アレイのそれぞれ紐み合
わされた組を含む少なくとも2つの対なる平面基板を区
画することで大量生産され、各組の溝は対向する基板表
面を貫通した開口をもつ共通の凹所と相互に接続されて
いる。細長い溝は、インクチャンネルとしての役割を果
たし、共通の凹所はインク溜所即ちマニホルドとしての
役割を果たす。凹所開口は、インク供給源が接続される
インク入口である。各インクチャンネルは加熱要素を含
み、もしまだ開口されていなければ、一般的に方形切断
作業により、マニホルドに接続している端部と反対のイ
ンクチャンネルの端部が開口され、表面を含むノズルが
形成される。区画作業の後、加熱要素はノズルから上流
の所定場所に配置される。上述特許間における主な差異
は、トーペイ(Torpey)等の特許が対なる基板関
に挟まれた中間の厚膜重合体層を含むことである。厚膜
層は加熱要素を露出するようにパターン形成され、これ
は加熱要素をピットに効果的に配置し、該ピットの垂直
壁は蒸気の泡が加熱要素表面に対し平行な方向に成長す
るのを阻止する。これは、蒸気のブローアウトおよびそ
の結果として生じる急激なプリントヘッドの不良モード
を生じる空気の摂取を避ける。ホーキンズ(Hawki
ns)の米国特許明細書1 4,774.530号は、
インクチャンネルとマニホルド即ち貯槽との間に流路を
設けるために、厚膜層に付加的な食刻凹所を使用するこ
とによりトーベイ(Torpey)等の特許のプリント
ヘッドをさらに改良しでおり、その結果、付加的な方形
切断即ち食刻工程によってインクチャンネルの閉塞端部
を除去する必要がない。
情報の印刷列の幅を太き《するため、したがって印刷速
度を速くするために、インクチャンネルのアレイが拡大
されるとき、インクをチャンネルに供給する溜所も長く
される。ウェハ全体にわたったこの多くのジリコンの除
去は、ウェハ強度の著しい喪失をもたらし、非常に脆弱
なチャンネルプレ−1・ウエハとなる。脆弱の問題は、
ml )結晶面が食刻柊結面であるばかりでなく臂開面
であるという事実により悪化する。上述のように、耐食
性チャンネルとウェハの[111 )結晶面をもつ溜所
マスクとのいかなる角度の誤配向もアンダーカッティン
グの原因となり、このアンダーカッティングは、溜所長
さが長くなるほど一層厳しくなる。本発明は、大型アレ
イプリントヘッドのもつそれら2つの問題を克服するイ
ンクジェットプリントヘッドに関し、ざらに一体型カラ
ーインクジェットプリントヘッドの製造を可能とする。
滴放出ノズル27のアレイを示すプリントヘッド10の
前面29の拡大略等角図を第1図に示す。後述の第2図
も参照すれば、下側の電気絶縁基板即ち加熱要素プレー
ト28は、少なくともこれの表面30上にパターン形成
された加熱要素34およびアドレス電極33を有し、そ
して上側の基板即ちチャンネルプレート31は、一方向
に延びるとともに上側基板の前面縁29に貫通した平行
な溝20を有する。溝の他端は、傾斜壁21で終結する
。毛細管作用で満たされるインクチャンネル20に対す
るインク供給マニホルド即ち溜所として使用される貫通
凹所24は、インク充填穴即ち入口として使用する開口
底25を有する。溝をもつチャンネルプレートの表面は
、ヒータープレート28に整合されて接着され、その結
果、複数の加熱要素34の各々は、溝および下側基板即
ちヒータープレートにより形成された各チャンネルに配
置される。インクは、入口25を介し凹所24と下側基
板28で形成されたマニホルドに入り、毛細管作用によ
り例えばリストン(Riston(登録商標))または
バークレル(Vacral(登録商標))のような光硬
化性重合体の厚膜絶縁層18にパターン形成された1つ
またはそれ以上の凹所38を流れることにより関連のチ
ャンネル20に充満する。各ノズルにおけるインクはメ
ニスカスを形成し、このメニスカスの表面張力はノズル
からインクが滲み出るのを阻止する。下側基板即ちチャ
ンネルプレート28上のアドレス電極33は、端子32
で終わる。
上側基板即ちチャンネルプレート31は、下側基板より
小さく、これは電極32が露出されプリントヘッド10
を永続的に取付けるドーターボード19上にワイヤ接着
するのに利用できるようにするためである。層18は、
上側と下側の基板間に挟まれた後述の厚膜のバシベーシ
ョン層である。この層は、加熱要素を露出してそれらを
ピット26に配置するためにパターン形成され、また、
マニホルド24と関連のインクチャンネル20との間の
インクの流れを可能とするために単一の細長い凹所また
は凹所38の直線的な列を形成するようにパターン形成
される。さらに、厚膜絶縁層は、電極端子を露出するよ
うにパターン形成される。
第1図の断面図は、いかにインクがマニホルド24から
矢印23で示した溝20の端部21まわりに流れるかを
示すために、第2図に示した1つのチャンネルを通る図
示線2−2に沿ってみたものである。
トーベイ(Torpey)等の米国特許明細書第4, 
638, 337号に開示されている通り、複数組の泡
発生加熱要素34とそれらのアドレス電極33は、片面
研磨(100)シリコンウェハ上にパターン形成される
。複数組のプリントヘッド電極33、加熱要素としての
役目を果たす抵抗材料、および共同帰線35をパターン
形成する前に、ウェハの研磨面は、約2マイクロメート
ルの厚さをもつ二酸化珪素のような下塗り層39を被覆
される。抵抗材料は、化学的気相成長法(CVD)によ
り付着することのできるドーピングされた多結晶シリコ
ンあるいは硼化ジルコニウム(ZrBz)のようなその
他周知の抵抗材料でよい。共同帰線およびアドレス電極
は、代表的には、下塗り上で加熱要素の縁を覆って付着
したアルミニウムリード線である。共同帰線の端部即ち
端子37とアドレス電極端子32は、プリントヘッドを
製作するためにチャンネルプレート31が取付けられた
後、ワイヤボンディング36とドーターボード19の電
極48とのクリアランスを許容するために所定場所に配
置される。共同帰s35とアドレス電極33は、0.5
乃至3マイクロメーターの厚さに付着され、好ましい厚
さは1.5 マイクロメーターである。
好適実施例において、ポリシリコン加熱要素が使用され
、二酸化珪素のサーマルオキサイド層l7は、高温蒸気
でポリシリコンから成長する。サーマルオキサイド層は
、代表的には0.5乃至1マイクロメーターの厚さに成
長し、加熱要素を導電性インクから保護するとともにこ
れから絶縁する。
サーマルオヰサイドは、アドレス電極ふよび共同帰線の
取付けのためにポリシリコン加熱要素の縁で除去され、
アドレス電極および共同帰線は、それからパターン形成
され付着される。硼化ジルコ?ウムのような抵抗材料が
加熱要素に使用されるのであれば、この加熱要素を覆う
保護層としてその他適当な周知の絶縁材料を使用するこ
とができる。電極のバシベーションの前に、ホーキンズ
(}Iawkins)の米国特許明細書第4, 774
, 530号に開示されているように、プリントヘッド
の作動中にインクの蒸気泡が崩壊することによって発生
するキャビテーション作用力に対し加熱要素保護til
7を付加的に保護するために、タンタル(Ta)層(図
示せず)を、随意に、加熱要素保護層17に約1マイク
ロメートルの厚さに付着させることができる。
タンタル層は、例えばCF./0■プラズマエッチング
を使用することで加熱要素の真上にある保護層17を除
いてほとんど食刻除去される。電極のパシベーションの
ために、複数組の加熱要素およびアドレス電極を含む全
ウェハ表面を覆って2マイクロメーターの厚さの、燐を
ドーピングしたCvD二酸化珪素膜16が付着される。
パシベーション膜16は、露出電極をインクから保護す
るイオンバリャを提供する。その他のイオンバリャとし
て、例えば1ポリイミド、プラズマ窒化物、並びに上述
燐ドーピング二酸化珪素あるいはそれらの化合物を使用
することができる。有効なイオンバリャ層は、それの厚
さが1000オングストロームと10マイクロメーター
と間にあるとき達成され、そして好適の厚さは1マイク
ロメーターである。パシベーション膜即ち層16は、後
におけるドーターボード電極とのワイヤボンディングの
ために、共同帰線およびアドレス電極の端子端部を食刻
除去される。二酸化珪素膜のこの食刻は、湿式または乾
式のいずれの食刻方法によるものでもよい。選択的には
、電極バシベーションはプラズマで付着される窒化珪素
(Sl3N4)により行うこともできる。
次に、例えばリストン(Riston(登録商標))、
バークレル(Vacre! (登録商標》〉、プロバイ
マ−52(Probimer52(登録商標))、ある
いはポリイミドのような厚膜型式の絶縁層18は、10
と100マイクロメーターとの間、好ましくは25乃至
50マイクロメーターの範囲にある厚さをもつバシベー
ション層16上に形成される。絶縁層18は、パターン
形成と、各加熱要素(凹所即ちビット26を形成する)
を覆う部分、各分離マニホルド即ち区画溜所22から各
溜所24および入口25に関連したインクチャンネル2
0に至るインクの流通を図るための凹所38の直線的な
列、および各電極端子32、37を覆う部分での層18
の除去を可能とするために、写真平版技術により処理さ
れる。凹所38は、厚膜層18のこれらの部分を除去す
ることにより形成される。このように、パシベーション
層16のみで、これらの凹所38において電極33がイ
ンクに曝されることから保謹する。
第3図について説明すれば、大型アレイサーマルインク
ジェットプリントヘッド10に対するパターン形成され
部分的に異方性食刻されたチャンネルプレートウェハ1
20部分拡大図示の平面図が示されている。代表的な大
型アレイプリントヘッド10では、約0.66インチの
距離をカバーする1インチ当り300のチャンネルで2
00のインクチャンネル20が使用される。第3図では
、発明を明瞭にし理解を容易にするために数個のチャン
ネル溝20のみ示されている。インク入口として使用さ
れる開口底をもつ単一の貫通食刻された溜所は、脆弱な
チャンネルプレートウェハを例示するために、また後述
する本発明を示す第5図のチャンネルプレートウェハと
の比較のために示してある。細長いV溝l5は、上述参
考特許により教示されている通り、アドレス電極および
共同帰線の端゛子のクリアランスを設けるために形成さ
れる。点線13は、チャンネルプレートと加熱要素ウェ
ハが整合されて一体に接着された後に区画するための方
形切断線を描いている。
第3図に図示し説明したような大型アレイの開発では、
溜所l4は食刻したシリコンウェハl2を非常に脆弱に
するという問題を起こした。食刻の後、ウェハは、熱い
燐酸窒化珪素のストリップおよび低温洗浄を受け、それ
から加熱要素ウェハに機械的に整合されるとともにこれ
に接着しなければならない。さらに、貫通して食刻され
た長尺の溜所14に関連してもう1つの問題がある。第
4図は、矢印4lで示した(111 )結晶面に対する
パイアパターン42の若干の不整合によって生じる実際
の構造体40が、パターンの角度の誤配向と長さ“1″
の両方の関数であることを例示する。例えば、パターン
を異方性食刻することにより得られた矩形食刻凹所の実
際の幅“W”は、バクーンが角度θ度だけ(111 )
結晶面に対し不整合しているとき、W=]sinθ+W
cosθである。ここで“W“はパターンの幅である。
長さ“l”は不整合によってもたらされる幅増大の主成
分であることに留意すべきである。このアンダーカッテ
ィングは、アレイの長さが長くなるほど一層激しくなる
。アンダーカッティングは可変であって特定ウ具ハのパ
ターン結晶の誤配向に依存しているため、それはマスク
において容易には補償され得ない。
第5図について説明すれば、米国再発行特許明細IF第
32, 572号および米国特許明細書第4, 638
, 337号に開示されている通り、プリントヘッド1
0用の複数の上側基板即ちチャンネルプレート31は(
100)シリコンウェハ44で製作される。ウェハが化
学的に洗浄された後、熱分解性CVD窒化珪素層(図示
せず)が両面に付着される。一般的な写真平版技術を使
用することにより、区画インク溜所即ちマニホルド22
としての役目を果たすことになる貫通食刻凹所に対する
複数の直線的な組のバイア24と、所定場所における整
合開口(図示せず)に対する少なくとも2つのバイアが
、ウェハ片面に印刷される。窒化珪素は、インク人口2
5用の開口底および整合開口とともに、区画溜所を表わ
すパターン形成のバイアでプラズマ食刻により除去され
る。
溜所および整合開口を食刻するのに水酸化カリウム(K
OH)の異方性食刻を使用してもよい。この場合、(1
00)ウェハの(111)面は、ウェハの表面と54,
7度の角度を成す。溜所は正方形の表面パターンであり
、整合開口は両方共約60乃至80ミル(1.5乃至2
mm)の正方形である。従って、両者は20ミル(0.
 5mm >の厚さのウェハに全体にわたって食刻され
る。同時に、ウエハは、電極端子32、37に対するク
リアランスを提供する細長いV溝l5と、実際にプリン
トヘッドのチャンネルとなる細長い平行なチャンネル凹
所20の組の両方を形成するために写真平版技術でパタ
ーン形成される。区画マニホルドとチャンネル凹所を含
むウェハ44の表面45は、(窒化珪素の層で被覆され
た)原ウェハ表面の一部分であり、該表面にはその後、
その表面を、複数組の加熱要素を含む基板に接着するた
めに接着剤が塗布される。点線の切断線43に沿った最
終的な方形切断が端面29を生成するとともに細長い溝
20の一端を開口してノズル27を生成する。チャンネ
ル溝20の他端は端部21により閉塞されたままである
。しかしながら、ヒータープレートに対するチャンネル
プレートの整合および接着により、チャンネル20の端
部21を、第2図に示す通り、加熱要素とチャンネルプ
レートウェハとの間に挟まれた厚膜絶縁層18の凹所3
8の真上に配置し、矢印23で示したようにマニホルド
からチャンネル内へのインクの流れを可能とする。点線
の方形切断線13に沿ったその他の方形切断により、2
つの接着されたウェハを複数の個々の大型アレイプリン
トヘッドに区画することが終了する。区画溜所22を構
成する種々の分離溜所24のインクを混合できる単色印
刷では、厚膜凹所38を単一の細長いものにできる。後
述する他の実施例において、厚膜凹所は、各溜所24に
つき1つ製作するようにパターン形成しなければならな
い。
開口底25が別々のインク入口としての役目を果たす貫
通食刻凹所24の直線的な列を製作するバイアパターン
は、互いに離間しており、そのため個々の溜所は、分割
壁46により互いに分離されて形成される。分割壁の対
向表面47は、それぞれの隣接する溜所の一部分を形成
する。溜所の直線的な列が区画溜所22を形成し、各区
画24は貫通食刻凹所である。厚膜層18の個々の凹所
38は、それぞれ関連した隣接のインクチャンネルに対
する別々のインク流路を提供し、そのため各区画には異
なる色のインクを供給できる。したがって、このプリン
トヘッドの形態は、一体型のカラープリントヘッドを提
供するとともに、このものは一層頑丈である。区画凹所
は、プリントヘッドの強度を高め、従って大型アレイの
インクチャンネルに対し単一の溜所をもつ一層脆弱なチ
ャンネルプレートウェハで得られるもの以上に歩留りを
増大させる。さらに、区画溜所を形成する一層小さな列
の個々の溜所は、マスクとチャンネルプレートウェハの
結晶面との間における角度の不整合の影響を少なくする
要約すれば、本発明は、大型溜所を区画することにより
、マスクとウェハ結晶面との間における角度の不整合の
影響を少なくする。これは同時に、生産歩溜りを増加す
る強化ウェハを提供し、より重要なこととして、プリン
トヘッドを、一体型ののフルカラープリンタとしての機
能を果たさせることを可能とする。
多くの変更および変形は以上の本発明の説明から明らか
であり、かかるすべての変更および変形は本発明の範囲
内にあるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、ドーターボードに取付けられたプリントヘッ
ドの拡大略等角図であり、本発明の滴放出ノズルおよび
区画溜所の分離した入口を示す。 第2図は、第1fflの線2−2に沿ってみた拡大断面
図であり,区画溜所とインクチャンネルとの間にインク
流路を提供するパターン形成された厚膜層を示す。第3
図は、インクチャンネルのアレイを増大させた食刻チャ
ンネルウェハの部分的に拡大して示した概略平面図であ
る。第4図は、シリコンウェハの(111 )結晶面に
対しθ度の角度誤配向をもつマスクバイアの拡大概略平
面図である。 第5図は、本発明の区画溜所および人口を示す食刻チャ
ンネルウェハの部分的に拡大して示した概略平面図であ
る。 10:プリントヘッド l2;チャンネルプレートウェハ 13:切断線      14;溜所 15:v溝       l6:パシベーション膜17
:加熱要素保謹層  18:厚膜絶縁層19:ドーター
ボード 20:溝(インクチャンネル) 21:傾斜壁      22:マニホルド23:矢印
       24:マニホルド25二人口     
  26:ビット27:滴放出ノズル 29:前面 31:チャンネルプレート 32:端子 34:加熱要素 36:ワイヤボンディング 37:端子 39:下塗り層 41:矢印 43:切断線 45:表面 47:対向表面 28:加熱要素プレート 30:表面 33:アドレス電極 35:共同帰線 38;凹所 40:構造体 42:バイアパターン 44:シリコンウエハ 46:分割壁 48:電極

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1および第2の基板の合体および接着により形成
    される型式の改良されたサーマルインクジェットプリン
    トヘッドであって、第1の基板は(100)結晶面をも
    つシリコンであり片面に溜所と複数の平行な細長いイン
    クチャンネル溝を異方性食刻され、第2の基板は片面に
    パターン形成された複数の加熱要素およびアドレス電極
    を有し、細長いインクチャンネル溝はインク溜所に隣接
    した一端を有するとともにインク滴放出ノズルとしての
    役目を果たすために開口した他端を有し、各加熱要素は
    それぞれのインクチャンネル溝においてノズルから上流
    の所定距離に配置され、前記プリントヘッドはインクチ
    ャンネル溝をインク供給源に連通するように配置するた
    めの手段を有し、デジタル化データを表わす電気パルス
    の加熱要素への選択的印加がインク滴をノズルから記録
    媒体へ放出し押し進めるようにしたものにおいて、 前記インク溜所は溜所の各セグメントが互いに隔離され
    た区画溜所を提供するために仕切壁により区画され、区
    画溜所は耐食性マスクをパターン形成するとともに分離
    した貫通凹所の直線的な列を異方性食刻することにより
    製作され、隣接する貫通凹所は対向壁面が別個のセグメ
    ントにある分割壁により分離され、これにより分割壁は
    ノズルの数が増加されて溜所の長さが長くされるときプ
    リントヘッドを強化しマスクと第1の基板の結晶面との
    間における角度の不整合の影響を少なくすることを特徴
    とするサーマルインクジェットプリントヘッド。
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Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5030971B1 (en) * 1989-11-29 2000-11-28 Xerox Corp Precisely aligned mono- or multi-color roofshooter type printhead
US5201987A (en) * 1990-06-04 1993-04-13 Xerox Corporation Fabricating method for silicon structures
US5006202A (en) * 1990-06-04 1991-04-09 Xerox Corporation Fabricating method for silicon devices using a two step silicon etching process
US5057854A (en) * 1990-06-26 1991-10-15 Xerox Corporation Modular partial bars and full width array printheads fabricated from modular partial bars
US5096535A (en) * 1990-12-21 1992-03-17 Xerox Corporation Process for manufacturing segmented channel structures
US5402162A (en) * 1991-08-16 1995-03-28 Compaq Computer Corporation Integrated multi-color ink jet printhead
JPH0577423A (ja) * 1991-09-24 1993-03-30 Canon Inc インクジエツト記録ヘツド
US5218754A (en) * 1991-11-08 1993-06-15 Xerox Corporation Method of manufacturing page wide thermal ink-jet heads
US5412412A (en) * 1992-12-28 1995-05-02 Xerox Corporation Ink jet printhead having compensation for topographical formations developed during fabrication
US5387314A (en) * 1993-01-25 1995-02-07 Hewlett-Packard Company Fabrication of ink fill slots in thermal ink-jet printheads utilizing chemical micromachining
US5308442A (en) * 1993-01-25 1994-05-03 Hewlett-Packard Company Anisotropically etched ink fill slots in silicon
US5455610A (en) * 1993-05-19 1995-10-03 Xerox Corporation Color architecture for an ink jet printer with overlapping arrays of ejectors
US5493323A (en) * 1993-08-05 1996-02-20 Xerox Corporation Color images having multiple separations with minimally overlapping halftone dots
DE4334666C1 (de) * 1993-10-12 1994-12-15 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zum anisotropen Ätzen monokristalliner Materialien
FR2727648B1 (fr) * 1994-12-01 1997-01-03 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication micromecanique de buses pour jets de liquide
US5631748A (en) * 1995-11-16 1997-05-20 Xerox Corporation Color images having multiple separations with minimally overlapping halftone dots and reduced interpixel contrast
US5847737A (en) * 1996-06-18 1998-12-08 Kaufman; Micah Abraham Filter for ink jet printhead
US5901425A (en) 1996-08-27 1999-05-11 Topaz Technologies Inc. Inkjet print head apparatus
US5801727A (en) * 1996-11-04 1998-09-01 Xerox Corporation Apparatus and method for printing device
US7287836B2 (en) * 1997-07-15 2007-10-30 Sil;Verbrook Research Pty Ltd Ink jet printhead with circular cross section chamber
EP1652671B1 (en) 1997-07-15 2008-05-14 Silverbrook Research Pty. Ltd Ink jet nozzle having two fluid ejection apertures and a moveable paddle vane
US7431446B2 (en) * 1997-07-15 2008-10-07 Silverbrook Research Pty Ltd Web printing system having media cartridge carousel
US7207654B2 (en) * 1997-07-15 2007-04-24 Silverbrook Research Pty Ltd Ink jet with narrow chamber
US7607756B2 (en) * 1997-07-15 2009-10-27 Silverbrook Research Pty Ltd Printhead assembly for a wallpaper printer
US7468139B2 (en) * 1997-07-15 2008-12-23 Silverbrook Research Pty Ltd Method of depositing heater material over a photoresist scaffold
ATE386638T1 (de) 1997-07-15 2008-03-15 Silverbrook Res Pty Ltd Tintenstrahldüse mit geschlitzter seitenwand und beweglichem flügel
US7401901B2 (en) * 1997-07-15 2008-07-22 Silverbrook Research Pty Ltd Inkjet printhead having nozzle plate supported by encapsulated photoresist
US20040130599A1 (en) * 1997-07-15 2004-07-08 Silverbrook Research Pty Ltd Ink jet printhead with amorphous ceramic chamber
US6927786B2 (en) * 1997-07-15 2005-08-09 Silverbrook Research Pty Ltd Ink jet nozzle with thermally operable linear expansion actuation mechanism
AUPP398798A0 (en) * 1998-06-09 1998-07-02 Silverbrook Research Pty Ltd Image creation method and apparatus (ij43)
US6935724B2 (en) * 1997-07-15 2005-08-30 Silverbrook Research Pty Ltd Ink jet nozzle having actuator with anchor positioned between nozzle chamber and actuator connection point
US6746105B2 (en) 1997-07-15 2004-06-08 Silverbrook Research Pty. Ltd. Thermally actuated ink jet printing mechanism having a series of thermal actuator units
EP1647402B1 (en) 1997-07-15 2008-07-02 Silverbrook Research Pty. Ltd Ink jet nozzle arrangement with actuator mechanism in chamber between nozzle and ink supply
US6039436A (en) * 1998-03-12 2000-03-21 Xerox Corporation Thermal ink-jet printhead with lateral thermal insulation for the heating elements
US6575558B1 (en) * 1999-03-26 2003-06-10 Spectra, Inc. Single-pass inkjet printing
US6592204B1 (en) 1999-03-26 2003-07-15 Spectra, Inc. Single-pass inkjet printing
US20060092203A1 (en) * 2004-11-03 2006-05-04 Xerox Corporation Ink jet printhead having aligned nozzles for complementary printing in a single pass
US8567912B2 (en) 2010-04-28 2013-10-29 Eastman Kodak Company Inkjet printing device with composite substrate

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US32572A (en) * 1861-06-18 Safety-guard for steam-boilers
US4638337A (en) * 1985-08-02 1987-01-20 Xerox Corporation Thermal ink jet printhead
US4774530A (en) * 1987-11-02 1988-09-27 Xerox Corporation Ink jet printhead
US4786357A (en) * 1987-11-27 1988-11-22 Xerox Corporation Thermal ink jet printhead and fabrication method therefor
US4829324A (en) * 1987-12-23 1989-05-09 Xerox Corporation Large array thermal ink jet printhead

Also Published As

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