200520973 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 —本發明係概略錢於改良之喷墨列印機及其組件。更特 定地言之，本發明係有關於一喷墨列印頭之改良形態，其 可列印更快並更可靠，且能源效率比習知列印頭更高。 【先前技術】 贺墨印表機係藉由從-墨水貯槽處將墨滴喷射至列印媒 介上以產生圖像。該墨滴通常係從-系列設在-厚膜喷嘴 板中之多個喷嘴所嗔出或射出，此係藉由核化一在該具有 -薄膜喷射電阻器之墨水室令的墨水量而達成。該墨水的 核化現象使得在該墨水室内部產生一突然的麼力增加。此 [力曰加將強迫一墨滴從一緊鄰該墨水室設置之噴嘴處 到達該列印媒介上。遷電元件亦可被用以將該墨滴噴射到 4列印媒"上’此係藉由施加一電壓至一壓電元件而導致 其伸展入該墨水室内以提供力脈衝，而該壓力脈衝將 使得-墨滴從位於緊鄰該墨水室之喷嘴處喷出。藉由可控 制地定位該料頭於㈣印媒介上方且選擇地觸發該料 電阻器或壓電引動器，一圖像於是可被產生於該列印媒介 ，上。壓電及噴射電阻式喷墨列印機二者在本藝中均為被 …去者如下列諸案可獲致證明，例如：一於2000年12月 26日頒予Sulllvan等人之美國專利第6，164,762號案及一頒 予Hasegawa等人之美國專利第5,53〇,465號，該等前案均以 引用之方式被併入於本文中，且猶如完全地提出於此。然 、下跨更4細提出者，這些屬先前技術之噴墨列印 94845.doc 200520973 機事實上具有許多缺點。 習用喷墨列印機之一缺點在於其快速列印一高解析度無 顆粒圖像之能力。大量的小墨滴必須被喷出以產生一對於 人類裸眼而言似乎無顆粒之圖像。然而，喷出大量墨滴是 費時且必需先進之定址系統。因此，習用之高解析度噴墨 列印機一向都具有相當低之列印率（即每分鐘可列印之頁 數）。此外’大量之高能量脈衝被要求提供以快速蒸發該墨 滴。這些頻繁之高能量脈衝導致該列印頭之過度加熱。過 呵之列印頭溫度可造成或增加許多形成於墨水中的氣泡且 因而導致低劣列印品質及/或該墨水喷射器薄膜結構的損 壞。許多方法已被提出以供解決該列印頭加熱晶片之過熱 問題，如頒予Bohorquez等人之美國專利第5,736,995號、頒 予SeCC0mbe等人之美國專利第5,657,〇61號、頒予吨之美 國專利第5，168,284號、頒予Aiexander等人之美國專利第 4,978,239號、以及頒予McClure等人之美國專利第4,449,〇33 號，該等前案均以引用之方式被併入本文令。然而，這些 先前所提出之方法均傾向於過度地複雜而易導致失敗。: 外，該等方法中之許多均過度地增加製 衣& 1亥列印頭的成 本。因此，需有一種不昂貴且又可靠 非心万式U供防止該列 印頭加熱晶片之過熱。 介於該列印機電子設備與該列印頭匣恭 址西、七说丄 ]之毛接點數量亦 被要求增加，以利提供欲快速觸發大量 里負射7L件所需之定 址貧料及噴射脈衝。這些電接點增加了势1 ., 、迈1亥列印頭匣之 成本，且有可能在該列印頭匣製造過程〃 94845.doc 1 亥等接點中之 200520973 未被適g地元成或已被損壞。除此之外，位於一高解析 喷墨列印機上之大數量小喷嘴亦易於形成製造上之缺失及 P早礙。不幸地，只要一單一喷墨喷嘴之故障便將嚴重地影 響由该列印機所產生之圖像的列印品質。因此，需有一種 可靠之高解析度喷墨列印機，其係可以在一最短的時間内 產生出一圖像者。 在一很短時間内快速地噴出大量墨滴之需求亦導致了一 些在該噴墨列印機加熱晶片方面之電遷移問題。鋁通常被 使用以建構一位在喷墨列印機加熱晶片中之具傳導性的跡 線及引線，此諸如被提出於頒予Vaught等人之美國專利第 4,490,728號及頒予St〇ffel之美國專利第4,862，197號之中 者，該等前案均以引用之方式被併入本文中。電遷移導致 紹從該嗔射電阻H之薄膜結構巾之跡線作實際的移動。此 -轉動最終將使得該加熱器晶片會因短路或斷路而發 生故障。T幸地，電遷移在相對較高電流密度下將會更為 顯著，而該密度又是達到高解析度及高速列印所必要之條 件。因此’需有-種具高解析度且可高速列印之噴墨列印 機，其係可將電遷移效應減到最低者。 習用之噴墨列印機另有下列之缺失，即在於該用以核化 或蒸發墨滴之噴射電阻器將很容易因為接觸到㈣射電阻 器之墨水而遭受損壞。通常，上述之損壞係由於兩主要來 源所導致；首先是因該墨水中的組份所造成之腐姓，而兮 組份對該列印頭的電組件具腐n墨水之侵則 傷該喷射電阻器表面，最终將導& 貝 取、、肘V致送賀射電阻器故障。再 94845.doc 200520973 者，由於該崩疊至該等噴射電阻器上之已核化墨水量所導 致之空穴作用將使得該喷射電阻器之表面斷裂。許多方法 已被提出供解決空穴作用及純化作用之問題，其包括使用 鈕、碳化石夕、氮化石夕及類似物。然而，這些方法仍存有缺 失於其均使用相當昂貴之建構用材料，或使用僅部份地免 受空穴及鈍化作用影響之設計，並傾向於增加從該列印頭 噴射^水所需之能量。此外，這些先前之方法通常需要層 狀或i片狀之3又计，然該設計長期地具有該諸 互分離之問題。因此，需有一種簡單且不昂貴之方;= 防止該空穴及鈍化作用。 習用之喷墨列㈣亦已長久困擾於㈣印輕用完墨水 之相關問題。典型地，喷墨列印機係使用可丢棄式之印列 頭e，其並非設計以供再填充之用。如果該等列印頭貯槽 之内的墨水在一列印工作完成之前便用完了，那麼列 印=品質將被犧牲。此外，該喷墨列印機的使用者將必須 取得一新的列印頭。I去α 、“ W丨頌匣不幸地，如果該列印頭匣係在一不 適:的時機用完墨水，使用者可能在取得一新的列印輕 月ί便已錯失了-重要的卫作期限。習用以解決此問題的 方法傾向集中焦點於設計—可再填充之列印頭匡。但如果 在該列印頭匿内之墨水在進行再填充之前便已用完，該噴 射电阻益便會因該墨水室内無液體可喷射而受到永久性的 損壞1此’許多習知用以提供該喷墨列印機之使用者— 夜门度& 7F之方法已被提出。不幸地，即使當被警示必 須更換該列印頭Ε時，使用者仍再填充該ΙΕ而使得再填充 94845.doc 200520973 之次數超過職原先被設計可再填充之次數，因而導致黑 器之故障失靈。一旦在該列印㈣上之該噴射電： 口:始故失靈’該列印品質便快速地降低。低劣的列印 口口貝可能導致使用者質疑列印冑的品質。目Λ，需有—種 歹J ρ頭，其可避免習知有關該列印頭匣内之墨水貯 槽的再填充或過度使用之問題。 、τ 【發明内容】 月）述及其他之需求藉由一喷墨列印機而予提供，該噴墨 :印機包括-列印機H，其具有一被連接至一供該£平： 橫跨一列印媒介之匣承座。該列印機亦包括-離座墨水供 應槽、一列印機微處理器、及一連接於該匣及該離座墨： 供應槽間之墨水填充管及電連接線組合，以供將再填充之 墨水供應至該墨水匣，並提供對該£及列印頭之控制。 在另一方面，本發明提供一喷墨列印機之列印頭。該列 印頭包括一半導體基板、一被沈積於該基板上之第一絕緣 層、一被沈積於該第一絕緣層上之電阻層、及一被沈積於 该電阻層上之第一傳導層。該第一傳導層被蝕刻以界定一 介於該第一傳導層之諸相對部份間之墨水噴射器。一鑽石 狀碳（DLC)保護層被沈積於墨水喷射器上且於至少一部份 該第一傳導層上。一第二絕緣層被沈積於該第一傳導層之 相對部份上、而一第二傳導層被沈積於至少一部份該第 系巴緣層上。 在另一方面，本發明提供一喷墨列印機之列印頭。該列 印頭包括一半導體基板、一被沈積於該基板上之第一絕緣 94845.doc -10- 200520973 層、及一被沈積於琴纟77彡主& , μ 、亥、、、巴緣層上之第一傳導層。兮楚你 層被蝕刻以界定一介於 樣 Μ弟一傳導 "% 4弟一傳導層之諸 水喷射器位置。一鑽石壯# & 對邛知間之墨 鑕石狀妷（DLC)層被沈積於兮 位置且於至少K八^ ^亥4水噴射器 夕邛份该第一傳導層上。一第一 π α 、 積於該第一傳導JB + 4 一、、、巴緣層被沈 4傳ν層之相對部份上…第二傳 至少一邱拾兮曾 ， 、9被沈積於 至乂絕緣層±。該DLC層包括—已 3之二 ::::塗佈以-足以提供增加傳導性之材料的 曰猎以界疋绪墨水噴射裝置。 :發明之又—方面提供了一喷墨列印機之列印頭… 阻:丰導體晶片，該晶片具有多個供墨水噴射之加熱^ ;可供驅動每一加熱器電阻器之電力場效應電晶體 s)、及多個被連接至該等㈣、及加熱器電 CMOS邏輯穿詈。ατ,日日 "上之 輯衣置-F E T s閘之閘氧化物層的厚度大於_ CMOS邏輯裝置開之閉氧化物層的厚度。 本文所提出針對喷墨列印機及其組件之改良提供了加強 列印品質之改善及材料與製造成本之節省。尤其特別地， 針對噴墨列印頭之改良使得以生產長使用壽命且更為可靠 之列印頭’且其當然係更符合製造之成本效益者。其他經 由本么明所提供之優點包括但不限於該等墨水噴射器之較 大熱效率及較快噴射率。 【實施方式】 本發明係有關於一新與舊喷墨列印概念之獨特組合，其 適=提供—更快且更可靠之噴墨列印機，且該噴墨列印機 之製造成本將比習知之設計者更低。如圖丨所示，一根據本 94845.doc 200520973 毛明所構成《嘴墨列印機1〇使用了一被可移動地裝設於一 支撐件14上之列印頭承座丨2。一非永久性之列印頭匣16被 裝置於該列印頭承座12上。藉由顯示一單一之列印頭匣 16 ’熟f本項技藝之人士將可輕易地了解到，一彩色喷墨 列印機可使用多個列印頭匡，各具有一墨水貯槽，豆中包 含選自青綠色、品紅色、黃色及黑色之諸主要顏色/中之一 種，或使用一單一列印頭匣，其包含一多色列印頭及配合 其使用之該等主要顏色之墨水貯槽。然而，為達到簡化之 目的，圖1中所示之該列印頭匣16係具有一單一墨水貯槽18 者。 墨水被從該墨水貯槽18處引出並藉由一設置在該列印頭 匣16上之列印頭2〇而被噴射至一例如紙之列印媒介上。 一裝設於該列印頭i 6中之列印頭微處理電路2 4較佳地可監 視並控制該列印頭之操作。該列印頭微處理電路24亦與一 墨水液面感測裝置26及壓力控制裝置28相互聯通；該墨水 液面感測裝置26監視該墨水貯槽18中之墨水量，而該壓力 控制裝置28則控制該墨水貯槽1 §中之麼力。 一列印頭記憶體30被使用以儲存該列印頭匣16之操作資 料及歷史數據。該記憶體30使資料可與該列印頭匣Μ相配 合，如此將可導致若該列印頭£16在該噴墨列印機1〇中被 予移動，該操作資訊及歷史數據仍能維持與該列印頭匣16 相配合之狀態。前述與該列印頭匣16相配合之資訊及數據 可使得該列印頭匣16能適用於更多種類的列印型式。 該列印頭E 16經由一組合之墨水路徑與電連接線32而被 94845.doc -12- 200520973 連接至該喷墨列印機10上。該組合連接線32可讓一列印機 微處理器34與該列印頭微處理電路24相聯通。該列印機微 處理器34經由包含於該組合之墨水路徑與電連接線32中之 電連接而聯通列印指令及對該列印頭微處理電路以之觸發 訊號。為達到傳遞電訊號及流體兩者之目#，該組合連接 線32可為-空心導管，其中墨水流經該導管之内部，而電 跡線則被包容於該導管的外部。適當的塗層可被施於該導 管的内部及外部以防止該電跡線被腐蝕。該導管可具有任 何適當的截面形狀，包括圓开[橢圓形、矩形及其：之形 狀。 / 在一可替代例中，一多層撓性電路/墨水供應導管可被用 作為該組合連接線32以將該列印㈣16連接至該承座Η。 在此情況中，-或多層該多層撓性電路可包括該電跡線， 且-分離層可包括-空心導管供將墨水從該離座墨水貯槽 36處供應至該墨水匣16。在一尤其較佳之實施例中，該組 合連接線32亦包括多路電路系統、邏輯電路、記憶裝置、 微處理器、及電力場效應電晶體（FET，s)中之一或多個，而 不是提供這些裝置於一半導體基板上。 取代提供-具有多個被連接至_£本體上之墨水喷射裝 置的傳統基板，該撓性電路/墨水供應導管可包括一具有約 在10至小於約500微米（micr〇ns)範圍内厚度之超薄半導體 材料。該超薄半導體材料可包含多個墨水喷射裝置於其一 裝置表面Ji ’且可被㈣以包含—墨水於其中，並藉以供 墨水從該半專體材料之一第二表面流到該等墨水噴射裝 94845.doc -13- 200520973 一設置於該喷墨列印機10中之列印機墨水貯槽36利用該 、且口連接線32以便可控制地從該列印機墨水貯槽％提供黑 t至該列印頭墨水貯槽1δ。雖然可察覺來自該列印機墨I ^丁才曰3—6之墨水與來自f亥列印機微處理器μ之聯通及觸發訊 5虎可藉由u上分離之元件而被連接至該列印頭厘Μ，但 圖1中之該組合之墨水路徑與電連接線32則是由於其可靠 性及成本效益之故而係為較佳的。 ^列印機微處理器34控制該喷墨列印機1()之操作。一薄 “置控制自则應從該列印機微處判34所接收到之气 =移動該列印頭承座12。該列印機微處理器34亦藉㈣ =讯號經由該組合連接線到達㈣印㈣及該列印頭微 處理器電物㈣餘該列印糊㈣射出之墨滴。_由 f制該列印頭承座12之位置及選擇地從該列印頭2〇喷出曰墨 亥列印機微處理器34可以因應從一輸入裝置，例如一 =，經由—連接至該電腦之輸人㈣所接㈣之訊號而 出—所要的圖像於一列印媒介22上。 之機微處理器34亦可因應來自位在該列印頭歴Μ中 今列液面感測裝置26所發出之低墨水液面指示而控制 =機墨水貯槽36,以便執行—再充填操作，藉使墨水 此Γ印機墨水貯槽36被傳送至該列印頭墨水貯㈣中。 設值之ΐ果在該列印機墨水貯槽36中之墨水液面降到一預 至—邀/该列印機微處理器34將發送一低墨水液面指示 …或警示顯示裝置42,其將告知—該噴墨列印機1〇 94845.doc -14- 200520973 之使用者目前存在-低墨水液面狀況。該顯示裝置μ可包 括一發光二極體（LED)指示器、一蜂鳴器、及/或顯示在一 被連接至該列印機10之電腦螢幕上之圖形。 該列：機微處理器34使用一記憶體以錯存形態資料及操 作爹數貧料，此諸資料可使該微處理器塊以相容於不同 種類列印頭ϋ16之各種不同媒介型式而操作該列印卿。 例如：列印工作可依需要而在普通紙、相片紙、銅版紙、 光面如片紙、聚合膜、及類似物上進行。該微處理哭Μ整 合來自該列印頭記憶體3〇之資料以選定最佳之摔作炎數， 供以一所要求之列印品質及模式而列印在—選定之列印媒 介上。該等操作參數包括但不限於列印頭掃描速率、黑水 喷射量、列印頭溫度、墨水噴射速度、列印品質模式:及 其他。 圖2係-根據本發明之—尤其較佳實施例所構成之列印 ㈣16之更詳細圖示，該列印 16例如可被用以配合顯 不於圖1中之較佳喷墨列印機10。該列印頭£16包 太 體44’其提供該墨水貯槽18得儲存—可消耗之墨水供應 量。一自料純㈣自㈣16之—㈣鄉出並被 至該承座12。該再充填管46從—如^所示之離座墨水 36處將墨水供應至位於E本體44内之該墨水貯槽18中、，丁曰 該離座墨水貯槽36較佳地係被單獨設置於該^列印機2 本體上。藉可㈣要而連續供應墨水至該列印頭El6之方 式’該再充填管46消除了許多前述的問題，而該諸現存之 問述係發生在如果該列印頭20上之噴射電阻器在該列印頭 94845.doc -15- 200520973 匣16中之墨水貯槽18已被耗空時才被觸發之狀況下。 此外’如下將詳細討論的，一被設置於該墨水貯槽18内 之壓力控制裝置28將配合再充填管46運作以保持該列印頭 匣16内之壓力處於相當恆定狀態。該恆定之壓力有助於確 保均一大小之墨滴可被從該列印頭匣16處被喷射出。此 外’為滿足高速列印操作，該墨水壓力可被增大以利該墨 水從该墨水財槽1 8到該列印頭2 0之墨水喷射噴嘴5 2間的移 動亦增加。 該壓力控制裝置28可為一機械式壓力控制裝置，或可由 一材料提供對壓力之控制，該材料係被觸發以釋放一氣 體，例如空氣、二氧化碳、或其他惰性氣體，進入該墨水 貯槽18或離座墨水貯槽36中。例如，多個填氣微囊可被包 含於該墨水貯槽18或離座墨水貯槽36中。該等微囊壁可由 一相容於該墨水之材料所製，以便可緩慢地溶解於該墨水 中，藉以釋放出該氣體。該等微囊亦可具有一壁結構，其 可使該等囊在該墨水貯槽丨8或離座墨水貯槽3 6中之壓力低 於-所要之壓力時大致上自然地破裂。亦可包括一破裂裝 置例如該墨水貯槽18或離座墨水貯槽36中之釘或針，其 有效地使該等微囊破裂，並在該等微囊接觸到該破裂裝置 時釋放出包含於其中之氣體。 士另：供產生壓力於該墨水貯槽18或離座墨水貯槽刊中 裝置係提供-在該墨水貯槽18或離座墨水貯槽％内之電 裝置，其可供一流體組份在該貯槽18或36中進行電解。 如，在該貯槽18或36中之一液體室内， ％ 。 屯極被分隔開以 94845.doc -16- 200520973 =-足以產生氧氣之電流，而此氧氣的產生係藉由將該 貝丁槽18或36中之一部份水液體分解成氧及氮而達成。該電 極可包括催化塗層以減少分解該液體所需之能源。一壓力 感測态可被用卩為L乂便在一需要的狀況下觸發該電 解程序。 一帶控自動接合（TAB)電路或撓性電路54被設置於該g ^體44上。該TAB電路或撓性電路“較佳地係由一撓性電 絶緣耐熱材料例如—聚醯亞胺薄膜構成。最佳地，該， 包路或撓性電路54係由以冑標名ΚΑρτ〇Ν及聰㈣販售 之聚酿亞胺薄膜中之—者製成。然而，可㈣地察覺很多 材料均可被用以構成該TAB電路或撓性電路54，且在選擇 -用以構成該TAB電路或撓性電路54之最主要的考量在於 八，久！·生抗蝕性、撓性及其他相似者。該TAB電路或撓 性電路54亦包含一系列電接點％，當該列印頭匿16被裝設 ;列P頭承座12中知，其將可提供該列印頭匿夏6與該喷 墨列印機_之電連接。被埋置於該則電路㈣之傳導 導線58則將每—個電接點56電連接至—位於該列印⑽上 之加熱裔晶片60處。 该加熱器晶片60被接合至該ΤΑΒ電路54，其係位於 一 … ％ % ，丹你伍於一在 當該£16被裝設於該承座12上時面朝該列印媒介22之該列 印頭16之側面62上。該晶㈣較佳地係由多個被置於-石夕 基板上之薄膜電阻輯構成n別較佳之實施例中， 該列印頭⑽以二或更多分離之石夕基板或—包括多墨水供 應匕於内之早-大⑦基板所構成。從多個單獨的基板構成 94845.doc 17 200520973 該列印頭20將使得較小之 ^ ^ ^ ^ 7 I板可以被使用到。此將減少 製造该寺列印頭2〇所需夕士、+ u y r x, L ^ ^ 成本，因為該較小之矽基板不成 比例地比该較大秒某4 L L 基板化費更少的製造成本並具有更高的 生產率。此外，以多個矽 1干構成该列印頭20可使該列印 機10使用更多的喷射雷卩w + 、 為’因而可更快速地列印一圖像。 一贺嘴板64被置於該秒基 卷板60上，以便使位於該噴嘴板 64上之该各別噴嘴52與諸黑太 Ά尺贺射4置66例如位在該晶片 60上之諸加熱器電阻器 v Q ~對齊。一未示於圖2中之墨水 通道從該ϋ本體44將墨水 扒仏應至位於該加熱器晶片60上之 該等墨水喷射裝置66處。 再參閱圖1及2所示，該TAR兩政 一 AB屯路或撓性電路54之功能係 於當該列印頭匣1 6被固定於一喰$ 疋於贺墨列印機10之該列印頭承 座12中時’可提供晶片6〇 < A寺賀射裝置及該列印機之 電子設備間之電連接。如果一複 吸滩您疋址糸統正使用中， 則一多路協調器或微處理器將被 饭β又罝於5亥TAB電路或撓性 電路54上’以便解譯該多路傳輸之定址資訊，並觸發該被 選定之噴射裂置。在該列印頭承座12上之多個連接點被設 置供與該等電接點56連接，藉以從該列印機微處理器观 供電力與邏輯。 參照圖3所示，其係一根據本發明之—列印頭晶片⑼的一 較佳墨水噴射裝置66構造之更詳細圖式。該噴射裝置㈣ 構成在一矽基板72上，此係藉由使用習知微電子製造方法 例如一物理氣體沉積（PVD)或化學氣體沉積（cvd) =法將 材料層沈積至一基板72上而達成。該矽基板72較佳地係由 94845.doc -18- 200520973 一介於約100至約800微米（microns)厚度之單晶石夕材所構 成。 一絕緣層74較佳地被沈積於該基板72之表面上。該絕緣 層74較佳地係由一諸如氮化石夕（SiN)、二氧化石夕（以〇2)、涂 磷玻璃（PSG)、或塗硼及磷玻璃（BPSG)之材料所製成，其可 提供該基板72及該墨水喷射裝置66之重疊結構（下文中將 詳述）間之電與熱絕緣。該絕緣層74較佳地具有一約小於 30,000埃（Angstroms)但約大於8,000埃之厚度。然而，該絕 緣層74在本發明之一實質實施例中之真實厚度將端視該用 以構成該絕緣層74之絕緣材料及該被使用之噴射裝置“的 熱特性而決定。 該絕緣層74在該喷射裝置被觸發之時藉由將該基板72所 吸收之能源量減到最小而改善了該喷射裝置66之功能。較 佳地，該絕緣層74之尺寸被設定為可使得施加於噴射裝置 66之能源中少於1〇%之量被該基板72所吸收。 為提供該墨水噴射裝置66，一薄膜電阻器7〇藉由放置一 第一相當薄層76於該絕緣層74上而成形，而該第一相當薄 層76係由具有約每平方介於約20至約60歐姆（ohms)範圍之 材料構成4私阻層76上較佳地係沈積—約5⑼至約U⑼ 埃（八叩价0·)範圍之厚度。較佳地，該電阻層76係由i包 及！呂（Ta A1)之材料所構成。然而，很多其他之材料諸 -19· 200520973 .亥第傳V材料層78較佳地具有一約4,〇〇〇至約15,〇〇〇埃 (Angstroms)fe圍之厚度。在完成該第一傳導材料層之沈 積後γ該第一傳導材料層78被蝕刻或以其他方式被圖形 化藉以界定一介於該第一傳導材料層78之諸區段78A及 78B間之薄膜電阻器7〇。 该第-傳導材料層78及一第二傳導材料層(下文中將述 及）提供電流至該薄膜喷射電阻器7〇。該流經該第一傳導材 料層78及第一傳導材料層之電流被集中於該等區段π a及 78B間之》相當面電阻區域7()中，在此處該第—傳導材料層 78已被;k 4 %阻層76上移除。因此，該薄膜電阻器川在從 該第-傳導材料層78及-第二傳導材料層處被暴露至一電 流之時將會變熱。電流係被該低電阻之第一傳導材料層78 所承載。然而，在該第一傳導材料層78己被蝕刻掉之區域 中，該電流主要地流經該較薄且電阻相對地較高之薄膜層 76。該電流流動將使得該位於區段78 a及78B間區域内之電 阻層76變熱，以便提供喷射裝置66。 一鈍化及空穴保護層80較佳地係被沈積於該薄膜電阻器 70上方。該保護層80可保護該薄膜電阻器7〇免受使用於噴 墨列印機中之許多墨水的腐蝕特性之影響。此外，該保護 層80可保護該薄膜電阻器70免於凹陷或斷裂損壞，而此損 壞係因崩陷於該薄膜電阻器70表面上之核化墨水量之力所 導致者。 為完善地操作這些功能，該保護層80較佳地係由—相當 硬之惰性材料所製成。最佳地，該保護層80包括一形成於 94845.doc -20- 200520973 該薄膜電阻器70上之鑽石狀碳（DLC)島形。該DLC島形保護 層80可藉由將一 DLC層於該薄膜電阻器7〇及第一傳導材料 層78上而被形成。該DLC層接著被蝕刻以形成該大致僅在 導體區段78A及78B間之該薄膜電阻器7〇區域上方之保譁 層80。或者，該DLC島形保護層8〇能被可控制地以其最終 之島形形態而被沈積於該薄膜電阻器7〇上。 戎DLC島形保護層80較佳地係由一鑽石狀材料所構成， 因為鑽石是電絕緣但可熱傳導的。通常地，具有一高熱傳 導性之材料均亦為可電傳導的。然而，鑽石是獨特的，因 為其係一絕佳電絕緣體但卻具有一在任何所知材料中最高 熱傳導率者。DLC通常有一每公尺_開（meter_Kelvin^ 至約2,0〇〇瓦特（watts)範圍内之熱傳導率。該dlc島形保護 層80較佳地具有一約uoo至約8,〇〇〇埃（八吨8㈣範圍内 之厚度。 一較佳地由一電介質材料所構成之電絕緣層82被沈積於 該第-傳導層78上方’以防止該傳導層78中之電流傳導入 該墨水中，且使該第一傳導層78與一第二傳導層84形或絕 緣。該、絕、緣層82較佳地係具有一每公尺-開（meter_Keivin) 約1至約20瓦特（watts)範圍内之熱傳導率。該電絕緣層μ較 佳地被從該保護層陶线刻掉，以致其僅重疊該保護層川 之邊緣80A及8GB。該絕緣層82可被選自很多種材料或該等 材料的組合’纟包括但不㈣環氧樹脂光阻材料、聚酿亞 胺、氮切、碳切、二氧切、旋塗玻璃（⑽）、層狀聚 合物及其他·類似者；齡佔从及丄 α . 94845.doc 200520973 20,000埃（Angstroms)範圍内厚度之SOG層所構成。 前述之本發明的較佳喷射裝置70在很多方面改善了先前 技藝。首先，一 DLC保護層80的使用是很有利的，因為dlc 極硬且可抗凹陷或腐蝕。因此，該DLC保護層80的使用產 出了一更長效且更可靠之加熱器晶片，其與傳統保護層材 料相比更具熱效率。 此外，該DLC保護層80係高熱傳導的。因此，該島 形保護層80可使得來自該薄膜電阻器7〇之熱有效率地被傳 遞到與該DLC島形保護層80接觸之墨水。此外，以一具有 比該DLC島形保護層8〇材料更低熱傳導率的材料圍繞該 DLC島形保護層8〇，將可防止大量的熱側向地從該保護層 80耗政入σ亥加熱裔晶片結構，此乃係在相較當使用一未被 八有°亥DLC島形保遵層8〇材料更低熱傳導率的材料所 圍繞之較大DLC保護層時之熱耗散情況下。此將可防止該 加熱器晶片過熱且在延長操作期間受到損壞。因此，本發 明係一對先前技藝之實質改良。 苓妝圖4，其顯示一可與本發明之噴墨列印機10配合使用 、、可溱代的喷射裝置86。在圖4中，該噴射裝置86被構 ； 板7 2上。一如纟ίι所述並如圖3所示之電及熱絕緣 層74被/尤積於該石夕基板72上。該絕緣層74較佳地係由二氧 與/ (# 〇2)所構成。然而，熟習本藝之技術人士可輕易地察 見很二種材料均可被用以構成該絕緣層Μ。 2 ^弘傳導層90被沈積於該絕緣層74上。該傳導層90 力此仏在於提供電流-低電阻之路徑以利流至墨水噴射 94845.doc -22- 200520973 I置86。该傳導層90較佳地具有一約4,〇〇〇至約15,〇〇〇埃之 厚度。該傳導層90可由一選自以下列材料所組成之群組之 材料所構成，即鋁、鋁銅合金、矽化鋁、銅及貴金屬，其 中該傳導層90之熱傳導率約為每公尺_開（meter_KeWin)2〇〇 瓦特（watts)或更小。較佳地，該傳導層9〇係由一貴金屬例 如鈀所構成。貴金屬由於其可抗電遷移之特性而為較佳 的。亦較佳地，該傳導層90具有一相較於下文中將述及之 被用以提供該喷射裝置86之材料更大之電傳導率。 電遷移將導致在該傳導層90中之原子因應一電流而移 動。原子的遷移可致使諸導體斷裂，並因以產生一電中斷， 而此將導致該喷射裝置86之失靈。因此，該傳導層9〇較佳 地係由一可抗電遷移之材料所構成。
一部份之該傳導層90被蝕刻掉以便提供一部份塗佈半導 體島形物94之位置。該半導體島形物94接著被沈積於該絕 緣層74上並於該傳導層9〇之該蝕刻掉區域中，以致其部份 地重疊該傳導層90。該半導體島形物94包括一下部％，其 較佳地係被塗佈一可提供其增加之傳導率，並藉此提供一 於諸傳導層部份90A及90B間之傳導路徑的塗佈材料，及一 已塗佈或未塗佈之上部96。該已塗佈之下部98較佳地具有 一約為每平方25至約1〇〇歐姆（ohms)之板電阻（sh_ ⑽咖叫。然而，可輕易地察覺該被用以塗佈該半導體島 形物94之下部98之特定材料及該已塗佈部份98之電阻可端 視所要之該喷射裝置86之操作參數而被予選定。該上及 部可由-塗佈許多塗佈材料之DLC所構成，該材料包括Z 94845.doc -23- 200520973 !限於石夕、蝴、鈹、鎮、鋅、鑛、汞、銘、鎵、銦、鈦、 ::錯、錫、錯、氮、碟、砰、銻，、氧、硫、砸、碲、 ’及其他。-尤其較佳供塗佈該已塗佈下部之材料係硼。 邊料層90之暴露部份較佳地係被覆蓋以—層由氮化石夕 )&化⑪（SiC)、―氧切⑼⑹、旋塗玻璃（s⑽）或 ”他金屬間電介質材料（_)或前列諸材料之組合所構成 之絕緣層⑽，其功能在於電及物理絕緣該傳導層90與該墨 水。該絕緣層刚較佳土也具有一大約5，_至約2〇，咖埃 (Angstroms)範圍内之厚度。 圖4所示之該加熱71件之形態將該半導體島形物94之已 塗佈部份则作為該加熱元件之喷射電阻器。為達成作為 -喷射電阻器之功能，該部份98被予塗佈，以致其呈有一 相對地比該傳導層9G更高之電阻。因&，當電流被強迫流 經該具較高電阻之塗佈部份98時，—相當大量之電力被耗 掉且孩已塗佈部份98迅速地熱起來。熱被從該已塗佈部份 經由該塗矽或未塗佈上部96傳遞至與該半導體島形物94接 觸之墨水處。與該半導體島形物94接觸之墨水的快速熱起 核化了 $成蒸Ά軋泡之墨水量，其強迫一墨水量經過一 緊鄰該半導體島形物94之噴嘴孔。因此，該半導體島形物 94之已塗佈部份98將可當作一如根據本發明列印頭之噴射 裝置86者。 ' 部份98例如可藉由在該半導體島形物料初期成形過程期 間將硼氣供入沈積室内而被予塗佈，以便提供已塗佈部份 98，接著，在該半導體島形物94成形過程期間停止硼氣的 94845.doc -24- 200520973 導入，以便提供未塗佈部份96。在該可替代例中，該已塗 佈部份98可藉由植入硼於一第一半導體層98内，並接著將 一第二半導體層96沈積於該已塗佈部份98之上而予製成。 半導體島形物94之總厚度較佳係在約3,〇〇〇至約12,〇〇〇埃 (Angstroms)之範圍内。該已塗佈之下部98之厚度較佳地係 約500至約6,000埃之範圍内。 由於藉由具有以DLC構成之該墨水核化表面而獲致上述 之空穴及腐蝕利益，圖4中之該半導體島形物94結構係有助 益的。圖4中之結構更有另外之助益，即在於該半導體島形 物94被一金屬層90所圍繞，而該金屬層9〇具有一比該半導 體島形物94更低之熱傳導率及一較高之電傳導率。因此， 由該已塗佈部份98所產生的熱被有效率地傳遞到該墨水， 不致因該墨水喷射裝置86而造成大量的能量損失。 將該半導體島形物94之該已塗佈部份98用作為該墨水喷 射裝置86簡化了該墨水喷射裝置86之結構。因此，圖4之該 墨水喷射裝置86相較於圖3之該墨水喷射裝置％需要較少 的製造步驟以供生產。減少生產一喷墨列印機之該墨水喷 射裝置所需之步驟數目將可減少製造該列印頭匣之成本並 減低製造瑕疵產生的可能性。因此，圖4之結構係一對先前 技藝之實質改良。如前所述的，一金屬間電介質層1〇〇被沈 積於導體90上，藉以使該導體90與第二導體料絕緣。 根據本發明之另一可替代之加熱元件被示於圖5。圖5所 不之該加熱元件不同於圖4所示加熱元件之處在於其具有 一被沈積於該半導體島形物94上部96之一暴露表面上之光 94845.doc -25 - 200520973 滑層102。該光滑層102之功能係為了減小該半導體島形物 94之表面粗度至小於75埃（Angstroms)。在該較佳實施例 中’該光滑層102係由鈕構成，此乃由於鈕可光滑地沈積之 月b力及其如前所述抗空穴及腐姓效應之能力。然而可經由 本發明而輕易地察覺很多種材料均可被用以構成該光滑層 102，包括但不限於鈕。該光滑層102較佳地具有一約5〇〇 至約6,000埃（Angstroms)之厚度。一光滑層如層1〇2亦可被 應用於如圖3所示之該噴射裝置66之表面。 該光滑層102之目的在於確保該墨水之蒸發係發生在該 墨水之過熱極限處。一液體之過熱極限係指一溫度，在超 過此溫時該液體在大氣壓力下便不再能以一液體存在。雖 然任何特定墨水之該過熱極限決定於該墨水的成分，但一 普通喷墨列印機之墨水的過熱極限係在攝氏28〇至約33(rc 範圍内。該墨水之一般核化沸騰通常發生在遠低於該過熱 極限之溫度處。因此，為確保蒸發係發生在該過熱極限處， 該加熱元件與該墨水接觸之該表面應該儘可能地光滑。 一小於75埃（Angstroms)之表面粗度通常是足以確保蒸發 係發生在或接近該過熱極限處的。雖然是有可能在一半導 體層94上沈積一小於75埃（Angstroms)之表面粗度，但可能 有在製造上，圖4所示之實施例比圖5所示之實施例更加經 濟之狀況，其中該半導體島形物94之表面直接與該墨水接 觸。 該光滑層102亦可提供額外之空穴保護，同而提供該列印 頭更長之壽命。為確保在該光滑層102及該半導體島形物94 94845.doc -26- 200520973 間之良好黏著’一黏著強化層諸如氮化矽（SiN)、氮化鈕 (TaN)、或塗氮DjLC可被予使用。 蒼照圖6之平面圖，其顯示一厚膜層之較佳結構，例如供 形成根據本發明之諸墨水噴射器66及86之該等墨水通道及 墨水室之厚膜層103。為作範例說明目的，僅兩個位在該加 熱裔晶片60上之墨水噴射裝置1〇4及ι〇6被予顯示於圖6 中。然而，熟習本藝之技術人士 ΐ輕易地了解一喷墨列印 機之實際加熱器晶片極可能具有一較大數目之墨水喷射裝 置因此’可想像到根據本發明之諸加熱器晶片60可在總 晶片面積之每平方毫米（mm2)中包括約6至約50個或更多之 墨水喷射裝置。 該厚膜層103被成形於該晶片6〇之一裝置表面ι〇8之上， 此乃係藉由將一自光阻材料、光敏材料、樹脂、聚合物及 塑膠所組成之群組中所選取之聚合材料層被沈積於該晶片 60之該表面1〇8上，接著蝕刻掉該厚膜層ι〇3之預定部份以 提供諸墨水室110、112及從該晶片6〇之一邊緣118分到導向 該等墨水室110、112之墨水通道114、116。一供墨水流經 其上直至該等墨水室110及112處之邊緣118可藉由該晶片 60之外側周緣或藉由一形成在該鄰接該喷射裝置丨04及 106之晶片60中的槽或供應通道而被予提供。 由厚膜層103所提供之流動特徵具有許多不同的特質。特 別地，每一墨水室110及112之墨水供應通道114及116具有 一進口寬度120及一通道長度122。導向每一該等墨水通道 110及112之該墨水供應通道U4& U6的該進口寬度12〇及 94845.doc -27- 200520973 該通道長度122將影響該等墨水喷射器1〇4及ι〇6之性能，而 此影響係藉由在墨水喷射循環期間控制該墨水流進及流出 該等墨水通道110及112之流動以便在相鄰之墨水室11 〇及 112之間獲致最小的干涉與干擾而達成。 ‘ s亥專墨水供應通道Π 4及116之諸進口亦被設計成具有一 尖錐狀區域，例如區域124，其向上朝該晶片6〇之邊緣118 敞開。該尖錐區域124被例如一介於該墨水供應通道i丨4及 邊緣118間之墨水供應寬度128及深度13〇所界定。該尖錐區 域124藉由減小墨水相對於該等供應通道114及116的流動 阻力而改善了該加熱元件之功能。在一較佳實施例中，該 尖錐區域之墨水供應進口寬度128與進口寬度12〇之比值較 佳地係約在2:1至約8:1之範圍内。此外，該尖錐區域深度13〇 與該通道長度122之比值較佳地係約在1:1至約之範圍内。 另一影響該等喷射裝置66及86性能之因素係該架長度 131。該架係從該邊緣118延伸到一進口 135、到該尖錐區域 124及到該墨水供應通道114及116之晶片表面區域。該架長 度13 1愈長，則再充填該墨水室11 〇及112所需之時間就愈 久口此，較短之架長度1 3 1尤其較佳，因為較短之架長度 被認為可提供較快之墨水再填充，如此可使該墨水噴射裝 置66或86達到較高之噴射頻率，並因而獲致較快之列印速 率。一約小於29微米（microns)之架長度131係尤其較佳的。 在另一實施例中，該晶片之邊緣鄰接該等墨水供應通 道，亦即，該架長度實質上為零。此實施例被顯示於圖7、 8A及犯中。為求增強從該晶片之邊緣118到該墨水室11〇及 94845.doc -28 - 200520973 112之墨水流動，諸墨水供應通道114及116被蝕刻入該加熱 器晶片60之表面内，如圖及8B所示。較佳地，可利用一 提供彎折通道壁之方法，例如濕式化學蝕刻，予以蝕刻圖 8A中所示之該墨水供應通道114及116。在圖8B中，該等通 道114及116具有實質上與該晶片6〇之表面ι21成直角之通 道壁117。可藉利用一乾式蝕刻方法，例如反應離子蝕刻或 深反應離子钱刻，予以蝕刻該通道壁丨丨9。被蝕刻入該晶片 60内之該等通道Π4及Π6的深度123較佳地約15至約25微 米（microns)範圍内。前述之通道114及116較佳地具有彎折 壁 119。 該彎折壁119將更適於置一傳導層125於其上，如圖8八所 示者，其中該傳導層125被沈積於該等墨水室i 1〇及丨12與該 晶片之邊緣118之間。因此，更多之該晶片6〇的表面i 2}可 獲致以便提供電跡線，而不會實質地與流至其上之該噴射 裝置104及106處之墨水流動產生干擾。 利用一具有經蝕刻之墨水供應通道114、116及墨水室 110、112於内之晶片60可達成一更簡單之噴嘴板構造。在 此情況中，一僅包含多個噴嘴孔或包含多個噴嘴孔及一部 份墨水室及喷嘴板可被連接至該晶片6〇。在一可替代之實 施例中，該墨水室U0及112被設置於一薄膜層例如層1〇3中 或設置於該喷嘴板材料中，且只有墨水供應通道114及116 被名虫刻入該晶片60之表面121中。 再參照圖6所示，該等墨水喷射裝置1〇4及1〇6之大小連同 下文中將詳述之許多其他因素，將同時影響從該等墨水室 94845.doc -29- 200520973 1 1 〇及1 1 2被喷射出之墨滴大小及其被喷射出時之速度。例 如，藉由增加該等墨水喷射裝置1〇4及106的大小，一具有 一車父鬲速度之較大墨滴可從該等墨水室1丨0及1 i 2被喷射 出。然而’最終將達到一極限，其中該等墨水噴射裝置1 〇4 及106之表面積的大小將相等於該等墨水室11〇及112之底 部面積。在此點處，在該等墨水喷射裝置1〇4及1〇6之大小 方面的進一步增加’因為導致過量的熱被傳遞至該絕緣層 103結構及晶片60而非傳至該墨水内，故將只會減低該噴射 裝置之效率。因此，在本發明之一較佳實施例中，從該加 熱緊邊緣到圍繞該加熱器1〇4及106周邊之該室壁間之距離 13 3較佳地大約係2微米（111丨(^〇115；)或更少。 苓照圖9，其提供一不依比例繪製旦經由包括一喷嘴板之 一部份晶片所取之剖面圖。該喷嘴板64被置於該包括噴射 裝置64之晶片60上方，以便使位於該噴嘴板以上之該噴嘴 孔52可與該加熱器晶片6〇之一個別喷射裝置1〇4對齊。墨水 經由一墨水通道而被導進一墨水室11〇中，該墨水通道係指 4侯4132’其相當於墨水供應通道114及尖錐區域124(圖。 如前所討論的，許多因素影響從該噴嘴52喷出之墨滴之 大小與速度。這些因素包括··從該噴射裝置1()4傳遞至該墨 水之能源量、該喷射裝置1〇4結構之熱傳導率、該墨水室^ 之體積1噴嘴52之出口直徑134、該噴扣之形狀、提供 予該噴射裝置1〇4之噴射脈衝的持續時間、及該墨水室⑽ 中墨水之黏度及過熱極限。 在本發明之一較佳實施例中 該被噴射出之墨滴較佳地 94845.doc -30- 200520973 係具有一約小於l〇nan〇grams(毫微克：十億分之一克）之質 量’更佳地係約小於5毫微克，而最佳地係約小於i毫微克、。 如此小的液滴質量是較佳的，此係因為小滴液的大小可使 該列印裝置產生圖像的特徵突顯，而不致掩蓋了想要突顯 ㈣”份m用—約小於i毫微克之平均液滴大 小的列印機，在如果一噴射裝置故障之情況下’將比一被 〇又。f以噴射大於1笔微克大小之液滴的列印機承受較小之 性能降低之苦。因此，藉由使用一供噴射約丨毫微克或更小 墨滴之列印系統將可獲致許多優點。 一噴射出一具有約小於1毫微克質量之墨滴的噴射裝置 104可藉由依據所要之墨滴量仔細地設定圖7中所示之該噴 射裝置1G4之尺寸而被構成。因此—設計以供噴射w毫微 克或更小之液滴的喷射裝置104較佳地係被設計成可使其 具有一約為150 μπι2之加熱面積。該喷射裝置1〇4之該加熱 面積係為該薄膜電阻器之表面積，其有效地將充足的熱傳 遞至一部份的墨水以形成一將墨水經由一墨水噴頭52推出 墨水室110之蒸汽氣泡。將可被予承認的是該薄膜電阻器之 一些部份將比其他部份熱。因此，與該薄膜電阻器之該表 面接觸之墨水將被均勻地加熱。被加熱至約為100它以上之 墨水i在開始核化時係與該被經由該喷嘴孔噴出之墨水量 成比例。 忒ΐ、噶板64藉由一黏著劑而被連接至該晶片6〇，且視情 況需要可被連接至設置在該第三傳導層84及該喷嘴板料間 之厚膜層103·。該厚膜層103之厚度較佳地係在於約丨至約 94845.doc -31 - 200520973 微米（microns)之範圍内。如圖6所示，該厚膜層1〇3提供相 對應於邊墨水至110及112、遠墨水供應通道〖〖A及116、及 諸尖錐區減124之流動特徵。該厚膜層1〇3亦提供具有一約 為7,500>m3體積之墨水室110及112。該噴射裝置1〇4之結構 較佳地係被建構成可使該噴射裝置104及位在該墨水室11〇 區域中之晶片的整體厚度136約在25至約37微米（micr〇ns) 之範圍内。 在示於圖10及11中之另一實施例中，改良係在於加強介 於該喷嘴板64或厚膜層103與該晶片60間之黏著。在圖1〇 中’一 DLC層被鋪設於該晶片60之一整個表面上，以提供 一保護層140。因此，該保護層140亦被提供在該墨水喷射 态144上的一區域142内。其次，位於該墨水噴射器I##上之 δ亥區域142較佳地係被罩起’以提供一位於該區域142中之 未塗佈層’在此同時該層140之其餘部份被稍微地塗佈以 石夕’如圖10中之陰影區域所示者。在一較佳之實施例中， 該保護層係DLC。塗佈一 DLC層140以矽或氮將可顯著地改 善介於該金屬間電介質層82及該晶片60間之黏著，藉以減 小該絕緣層82與該晶片60間在製造及使用期間之離層。除 了具有矽與氮之塗佈層140外或在一具有矽與氮之塗佈層 140的可替代例中，層14〇可被塗佈以鈦以改善^[(:層140之 抗腐钱性。在此實施例中，該DLC層140/142較佳地具有一 約1，5 00至約6,000埃（Angstroms)範圍内之厚度。 一供改良黏著狀態之可替代方法被示於圖丨丨中。在此實 施例中，一輕微塗矽之DLC層146首先被鋪設於該晶片60的 94845.doc -32- 200520973 整個表面上。接著，一未塗佈之DLC層148被僅鋪設於一墨 水喷射器150上以提供如圖9中所示之結構。在此兩實施例 中，該塗矽之DLC層140及146大大地改善了介於該絕緣層 82及該晶片60間之黏著狀態。 在圖11中，該輕微塗矽之DLC層146較佳地具有一大約 500至約3,000埃（Angstroms)範圍内之厚度。該未塗佈之 DLC層148較佳地具有一約500至約6,000埃範圍内之厚度。 因此，該已塗佈及未塗佈之DLC層之總厚度大約1，000至約 9,000埃之範圍内，較佳地係約1，500至約6,000埃之範圍 内。在圖10及11中所示之實施例中，當該未塗佈之DLC稍 微比該塗矽之DLC層140及146硬時，該未塗佈之DLC材料 提供了鈍化及加強空穴之保護。 參照圖12，其中顯示本發明之另一實施例。在此實施例 中，一輕微塗矽之DLC層146如前述並參照圖11所示者般地 被提供以改良介於該絕緣層82與該晶片60間之黏著狀態。 該塗矽之DLC層146較佳地具有一大約500至約3,000埃 (Angstroms)範圍内之厚度。為求提供加強之空穴保護，一 鈕、鈦或其他適合之金屬膜空穴層152如圖所示地被沈積於 該墨水噴射器154上。該空穴層152較佳地具有一大約500 至約6,000埃範圍内之厚度。因此，一由一塗矽之DLC層146 及一钽層之組合可提供對該喷射裝置154之保護。 在另一實施例中，該如前述之金屬間電介質層82較佳地 係由一DLC材料所構成，以便使該DLC材料被沈積於該第 一及第二傳導層78及84間。為了達成提供一金屬間電介質 94845.doc -33- 200520973 ^目的衩佺地係该DLC材料具有一大約為3,〇〇〇埃或更 小之厚度。低於約3，_埃之情況，該電介質層哗供電容 性質於該第一及第二傳導層冗及料間。基於此一構造，一 穩屡器可輕易地被設置在該晶片⑼上，以便利用由該電介 質層82所提供之電容。—典型之㈣器電路156之電路㈣ 提供於圖14中’而該電路156可與—DLC電介結合而 形成於導體78及84間。 參考圖13 ’該DLC保護層142(圖1〇)或未塗佈之dlc層 148(圖11)可被沈積於多墨水喷射裝置1〇4及1〇6上，而非個 別之噴射褒置上。因此，一單一保護DLC層142可被供予每 一墨水噴射裝置陣列，藉以簡化該晶片6〇之構造。 有關由該電介質層82所提供之該穩壓器電路，可參照圖 14，其提供一較佳之穩壓器電路156。根據該電路156，未 經調節之電壓被提供至輸人σ 158。_電路接地輸入被提供 至該穩壓器電路156之口 160。諸放大器162及164提供已調 節之電壓予輸出口 166及168。該電路156之電容器及電阻器 在一 10.8伏特之電壓輸入及3.3與7·5之輸出電壓狀況下之 通常值被發現如下表所列：
電阻器 值（歐姆ohms) R1 10 R2 13.3 K R3 100 K R4 Η 150 K R5 66 K R6 100 K R7 - 125 K 94845.doc -34- 200520973
R8 30 K R9 100 電容器 值（法拉Farads) C1 2nF C2 300 pF C3 ------- 5 nF 參照圖15-16’本發明之各重要方面將基於提供前述晶片 60之該半導體支承而予以敘述。—半導體之晶圓⑽顯示於 圖15之平面圖中，而該晶圓2〇〇之側視圖被顯示於圖μ中。 該晶圓200較佳地係為單晶矽晶圓，其具有一約2至約a吋 範圍内之直徑。如上所提出的，該半導體晶圓2〇〇可具有一 約在10或約少於500微米（micr〇ns)之厚度，亦即，—供製造 撓性列印頭結構之超薄晶圓。 在另一實施例中，該半導體晶圓2〇〇較佳地具有一約在 500微米（microns)之厚度，較佳地約6〇〇至約丨力⑼微米，更 佳地約680至約900微米，及最佳地約為75〇微米。一較厚晶 圓200的使用具有一優點在於可減小由該晶圓製成之晶片 的易碎性。因此，具有較大特徵例如墨水供應槽道之較小 晶片可以在不增加該等晶片的易碎度之情形下而被予製 成。 在很多列印頭的應用中，該等用於喷墨列印機之晶片6〇 亦較佳地包括電力場效應電晶體（FET)、CM〇s邏輯裝置、 發射極源-漏電路（ESD)、及電阻器加熱器。因此，該等晶 圓160常包括一外延(Epi)層’其具有比鄰接位於該晶片表面 上之邏輯裝置的大量石夕支撐材料更高之電阻。該邮層被提 供以減少與二位於一晶片表面上之高密度邏輯裝置的使用 94845.doc -35- 200520973 有關之閉鎖問題。 對照傳統的晶圓，一用以提供根據本發明晶片60之晶圓 200較佳地係非Epi晶圓。所有電力fet，s及ESD裝置與該相 虽低電阻之大量矽支撐係藉由該晶片上之諸裝置區域中的 瘦裱而被予提供。例如，一負源-漏（NSD)護環較佳地可限 定PMOS電晶體之周圍，而該NSD護環被連結至一正電壓。 一正源-漏（PSD)護環較佳地可限定NM〇s電晶體之周圍，而 4 PSD濩％被接地。因為CM〇s邏輯裝置提供吸引及斷開邏 輯，CMOS邏輯較佳地係供使用以提供喷墨加熱器晶片，而 只需要比單獨使用1^]^(：^或1>%〇3裝置更少的電力。 有關根據本發明喷墨列印頭之CM〇s邏輯電路及電力 FET’s，請參照圖17所示。較佳地是減小該電力fet，s 2们 的大以便減小提供該喷墨列印頭大量之加熱器電阻器及 驅動為所需要之該碎基板的表面積。該電力FET、2〇2的大 小係對提供喷墨歹印頭戶斤需之石夕實際狀況而t最重要之單 -因素。每-電力FET與一墨水喷射裝置相關聯。藉由減少 :列印頭所需之石夕實際狀況之大小，較低成本之列印頭可 被予提供。因此，較佳地每一使用於噴墨列印機之電力 FET’s 202具有一提供每平方毫米（職2)多於6電力之 表面積，在此處該表面積係由該石夕基板72之表面積所提 ^ 一特別較佳之每平方毫米上之電力咖係約8至㈣ 之乾圍内。該電力FET，S較佳地亦具有„「開態電阻」，其 約小於100,000 ohm-gm2每一 FET電路面積。 然而，減小該電力FET，S 202之大小以求增加每平方毫米 94845.doc -36- 200520973 之電力FET’s 202數目將會導致該電力FET電路之電阻。因 為該電力FET’s 202與該PMOS邏輯裝置204及該NMOS邏輯 裝置206造成了該電路之總阻抗，所以該等電力FET的電阻 對於該整體電路的性能是很重要的。然而，該可用以驅動 加熱器電阻器之電力FET’s的大小具有一實際的極限。典型 地，由該電力FET’s、諸邏輯裝置204及206、及諸電導體所 提供之阻抗較佳地係小於包括該加熱器電阻器之總電路阻 抗之15%。增加該加熱器電阻器之阻抗可使得較高阻抗之 FETfs，亦即較小的FET’s，可被予使用。在一給定之電流例 如100 mA之情況中，薄膜裝置擊穿電壓對加熱器電阻器之 比值為0.15:1，其將可提供一 19.5歐姆的FET阻抗。因此， 在本發明之一較佳實施例中，該電力FET’s 202具有一約4 至約10歐姆範圍内之阻抗。該電力FETTs 202亦具有一約7 至約14伏特（volts)範圍内之電壓。 本發明之另一實施例包括電力FET’s 202及邏輯裝置204 及206，其中該電力FET’s 202包括一閘氧化物208及210，其 比該等邏輯裝置204及206之閘氧化物212及214更厚。藉提 供可變之閘氧化物厚度，較高效率之驅動及邏輯裝置可被 予提供。該CMOS邏輯裝置204及206及電力FEPs 202之操 作電壓與該閘氧化物層之厚度成比例。一較薄之閘氧化物 層使一 CMOS裝置可在一較低電壓下操作。對照地，該電力 FET’s 202貝必須在一比該CMOS邏輯裝置204及206為高之 電壓下操作。如圖17所示，該電力FET’s 202較佳地包括一 已輕微地塗佈之漏部21 6。 94845.doc -37- 200520973 本發明提供—列印頭—雙閘氧化物層厚度。例如，本發 明提供-於該加熱器晶片上之CM〇s裝置—閘氧化物層厚 度，其大約係在1〇〇至約200埃（Angstr〇ms)之範圍内。該電 力FET之該閘氧化物層厚度較佳地約2〇〇至約埃之範圍 内。 為了提供該雙閘氧化物，許多作業技術是可以被使用 的。例如，一具有所要厚度之CM〇s裝置2〇4及2〇6的閘氧化 物層可被沈積於-晶片表面’且然後被罩起並關以提供 該CMOS裝置204及206之該等閘氧化物212及214。接著，該 CMOS閘氧化物之位置藉由例如一光阻材料予以罩起，且該 閘氧化物進而被增長至該電》FET，S 2〇2之必要厚度。在替 代方案中、閘氧化物208和210可被生長至適合該電力FET2〇2 的厚度，然後被罩起並㈣以除去_部份該閘氧化物，以 提供一該CMOS裝置204及206之較薄之閘氧化物厚度。一具 有雙閘氧化物層之該CMOS及FE丁裝置之晶片被顯示於圖 1 7中，其中該雙閘氧化物層係為一具有不同厚度者。為求 將該電力FET’s 202與該CMOS裝置204及206絕緣，一集電 器218被沈積於邊CMOS裝置204及206與該電力FET，s 202 之間’如圖17所示。 根據本發明之諸晶片6〇較佳地亦具有多個熔線25〇(圖 1 8) ’其與該等晶片連接以供儲存有關該列印頭之資料並供 记錄墨水的使用情形，藉此可在沒有墨水到達該等裝置時 可終止列印以保護該喷墨列印機。尤其較佳地係可提供由 相同於該等墨水喷射裝置66、144、15〇、154之材料所構成 94845.doc -38- 200520973 之諸溶線250。因此，對由一组/㈣合成物（MW)所構 成之；水喷射衣置，熔線相同地亦由鈕/鈕鋁 構成，且其以"上與提供予料墨水料裝置66所 144、150、154之電阻層相同之厚度。使用相同的材料構成 该寻墨水育射裝置66、144、150、154及該等溶線25〇可簡 化該列印頭之結構，因為達成本發明之目的並不需要由多 種材料構成之結構。 為使該等溶線得適當地運#，較佳的是其些純化材料被 用於該㈣線之區域中。因&，氮切材料可被用於該等 熔線位置上，或被沈積於該晶片上並約在該等熔線周圍5微 米（microns)内。一可供保護該等熔線之較佳鈍化材料係 CVD氧化矽層或諸層254，及/或一旋塗玻璃（8〇(3)層256。 諸層254較佳地具有一約2,〇〇〇至約8,〇〇〇埃範圍内之厚度。 層256較佳地具有一約1，〇〇〇至約4,〇〇〇埃範圍内之厚度。 金屬層258，例如鋁，提供電連接至該熔線25〇。該金屬 層25 8較佳地具有如前述的與該等墨水喷射裝置66、144、 150、154之金屬·層78相同之材料。該熔線25〇較佳地係被沈 積於一例如為一硼磷矽玻璃（BPSG)材料之電介質層26〇 上。該電介質層260較佳地係被沈積於一被增長於一矽基板 264上之場氧化層262。 所有以上所述之諸結構較佳地可提供多個加熱元件，其 喷射一具有約小於1毫微克（nanograms)質量之墨滴，且較佳 地只需少於0_5 /xjoule(joule係焦耳）之能量。如前所述的， 一具有此一太小之墨滴之優勢在於其可產出一改良品質之 94845.doc -39- 200520973 圖像。除此之外’根據本發明之一列印機所產出之圖像的 品質在當任何個別之加熱元件因該小液滴大小而故障時亦 將不會降低大多。此外’由本發明之墨水噴射裝置所提供 之墨滴較佳地係以-大於約每秒彻奴速度被予嗔出。如 此高速之噴射是必要的，因為其可防止已蒸發的墨水或殘 邊阻塞了該喷嘴出口。因此，本發明係為一針對先前技蔽 之實質改良。 = 再參照圖9,本發明之另一重要方面在此將被予敘述說 明^求根據本發明改善該列印頭之操作性能，較佳地係 使每單位長度之喷嘴量大於卜且從該墨水噴射器，例如喷 射器HM,到該喷嘴52之出口 268間的距離⑽約小於η微米 ⑽c削s)。料嘴量得、由該㈣52之出口直徑134及該喷嘴 52之錐角270而決定。當該錐角27〇增加，該每單位長度之 喷嘴量亦增加。在-較佳實施财，該噴嘴52之錐角27〇較 ㈣約7至約2G度之範圍内。使用—大於零度之錐角可使該 噴嘴52有-較佳之墨水流動阻力。雖然上述之角度已被敛 述為一錐角270·，但該角度亦可為一環形面之角度。 許多方法可被用以控制從該喷射器1〇4之表面到該噴嘴 52之出口 268間之距離266。例如，厚膜層1〇3可製成較薄或 較厚，及/或噴嘴板64可製成較薄或較厚。對一合成之噴嘴 板/厚膜層64/103，一較薄或較厚之材料可被予使用。 對於熟習本項技藝之技術人士可從以上之說明及附圖顯 而了解，許多的修飾及/或改變均可在本發明之實施例中達 成。因此，應明白地了解以上的說明及附圖僅作為較佳實 94845.doc -40- 200520973 把，之例不，而非藉以對其作限定；且本發明之真正精神 及乾圍可藉由參考所附申請專利範圍而決定。 【圖式簡單說明】 ”本發明之其他優點藉由參閱以上有關較佳實施例之詳細 "兄月且配合參照所附並未依比例緣製之圖式而變得更為明 顯，其中在所有圖式令相類似之參考特質指定相類似或近 似的兀件，該圖式如下： 圖1係-根據本發明之—較佳實施例之_噴墨列 示意平方圖； 圖2係一根據本發明之該較佳實施例所構成之一列印頭 S體之未依比例繪製之立體圖； 圖3係-根據本發明之一較佳實施例所構成之一部份加 熱器晶片之未依比例繪製之剖面圖； 口 部份 圖4係一根據本發明之一可替代實施例所構成之 加熱器晶片之未依比例繪製之剖面圖； 、請-根據本發明之另一可替代實施例所構成之—部 份加熱器晶片乏未依比例繪製之剖面圖； 圖6係一部份加熱器晶片之未依比例繪製之平面圖，其中 该加熱器晶片具有一被沈積於該加熱器晶片上之厚膜層； 圖7係一部份加熱器晶片之未依比例繪製之平面圖，胃其中 该加熱器晶片具有多個被蝕刻入該晶片之一表面内之墨 通道及墨水室； & 圖8A係-部份加熱器晶片之未依比例繪製之剖面圖，其 中該加熱器晶片包括多個墨水通道，該等通道具有多個被 94845.doc •41 - 200520973 蝕刻入該晶片之一表面内之折角壁； 中=二:H分加熱器晶片之未依比例綠製之剖面圖，其 〜、、、杰曰曰片包括多個墨水通道，該等通道具有多個被 蝕刻入該晶片之一表面内之直角壁； 圖9係一部份力口孰哭、曰 ，、'、TO曰曰片之未依比例繪製之剖面圖，其中 。加熱器晶片包括一根據本發明所構成之噴嘴板； 圖10係4份加熱器晶片之未依比例綠製之剖面圖，其 中該加熱器晶片包括_奸 成之喷嘴板；括根據本發明之-可替代實施例所構 圖11係/份加熱器晶片之未依比例緣製之剖面圖，多 中4加熱态曰曰片包括一根據本發明之另一可替代實施例汽 構成之喷嘴板； 圖12係一部份加熱器晶片之未依比例緣製之剖面圖，肩 中5亥加熱器晶片舍括一 JLn ^ 根據本杳明之再一可替代實施例碑 構成之喷嘴板； 圖13係一部份加熱器晶片之未依比例繪製之平面圖，其 中S亥加熱器晶片具有—被沈積於該晶片上之厚膜層並具有 一被沈積於上以便跨越多個墨水噴射裝置之保護層； 圖14係—根據本發明之-調節器模組電路之電i程圖； 圖15係一根據本發明另一方面之一供製造加熱器晶片之 一半導體晶圓之未依比例繪製之平面圖； 圖16係一根據本發明之一供製造加熱器晶片之一半導體 晶圓之未依比例繪製之平面圖； 圖17係一根據本發明一方面之邏輯裝置，一電力丁，之 94845.doc -42- 200520973 未依比例繪製之平面圖；及 圖1 8係一根據本發明之一列印頭晶片之一熔線構造之未 依比例繪製之剖面圖。 【主要元件符號說明】 10 喷墨列印機 12 承座 14 支撐件 16 匣 18 墨水貯槽 20 列印頭 22 列印媒介 24 微處理電路 26 墨水液面感測裝置 28 壓力控制裝置 30 記憶體 32 電連接線 34 微處理器 36 離座墨水貯槽 40 輸入口 42 顯示裝置 44 本體 46 再充填管 48 側面 52 喷嘴
94845.doc -43 - 200520973 54 TAB電路或撓性電路 56 電接點 5 8 導線 60 晶片 62 側面 64 噴嘴板 66 墨水喷射裝置 70 電阻器 72 基板 74 絕緣層 76 電阻層 78 第一傳導材料層 78A 區段 78B 區段 80 保護層 80A 邊緣 80B 邊緣 82 電絕緣層 86 墨水喷射裝置 90 第一電傳導層 90A 部份 90B 部份 94 島形物 96 上部 94845.doc -44- 200520973 98 下部 100 電介質層 102 光滑層 103 厚膜層 104 喷射裝置 106 喷射裝置 108 表面 110 墨水室 112 墨水室 114 墨水通道 116 墨水通道 118 邊緣 120 進口寬度 122 通道長度 123 深度 124 區域 125 傳導層 128 進口寬度 130 尖錐區域深度 131 架長度 132 喉部 133 距離 134 出口直徑 140 保護層 94845.doc 200520973 142 區域 144 墨水喷射器 146 輕微塗矽之DLC層 148 未塗佈之DLC層 150 墨水噴射器 152 金屬膜空穴層 154 墨水喷射器 156 電路 158 輸入口 160 口 162 放大器 164 放大器 166 輸出口 168 輸出口 200 晶圓 202 電力 FET’s 204 PMOS邏輯裝置 206 NMOS邏輯裝置 208 閘氧化物 210 閘氧化物 212 閘氧化物 214 閘氧化物 216 排放管 250 熔線 94845.doc -46- 200520973 252 钽/鈕鋁合成物 254 CVD氧化矽層或諸層 256 旋塗玻璃（SOG)層 258 金屬層 260 電介質層 262 場氧化物層 264 矽基板 266 距離 268 出口 270 錐角 94845.doc -47-