TW530009B - Barrier/orifice design for improved printhead performance - Google Patents

Description

530009 A7 I -------------------- --___ 五、發明説明（丨） ~- 本發明係有關於列印頭，尤有關於可改善性能的障壁/ 孔口結構設計。 土 於此所揭的技術之一應用例係為喷墨印刷。舉例而 °熱噴墨列印機係將小量的墨液爆喷通過被設在近處之 1面中的許多小噴嘴或孔口，而噴至一要被列印記號或 文字的媒體上。該等喷嘴係以一圖案被列設在該表面上， I ❿可使相對於該媒體之一肖定位置的預定數目之喷嘴所噴 出的墨滴，能形成一所需文字或圖像成品的一部份。控制 该基材或該媒體的定位，以及墨滴的再度爆喷，將可繼續 產生該所需文字或圖像的更多像元。所擇顏色的墨料乃可 配合於該等噴嘴之個別列設方式，而使該噴墨列印機之各 孔口的選擇性噴發將能造成一彩色的圖像。 在一傳統熱噴墨列印機中之墨滴的噴出，係由於墨液 被快速加熱至超過其彿點的溫度，而造成氣相墨泡S結 果。該墨液的快速加熱係可藉將一方形脈波的電流通過一 電阻器，典型約0.5至5微秒，而來達成。各喷嘴係連通於 一小小的專屬激發室，其内乃裝填墨液，並具有可個別定 址之加熱元件的電阻器能導熱於該墨液。當該墨泡形成且 恥脹日寸，將會改變該墨液的體積而將之迫出該喷嘴外來佈 灑於該媒體上。嗣該墨泡會崩消，而改變的墨液容積將可 透過饋墨通道而由一較大的貯墨槽來補充再裝填。 當該加熱電阻器停止作用且墨液由該激發室噴出之 後，墨液會流回至該激發室中來填滿喷出之墨液所留空的 容積。一般係須使墨液能儘快地回填該腔室，俾可供該列 本紙張尺度關家標準_ A4規格（21GX297公釐)~~-- -4 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

530009 五、發明説明（2 ) 印頭的噴嘴能很快地再喷發。該墨液乃經由一進入通道來 流入該腔室中。 本案所揭係為—種流體噴射列印頭，在—實施例中係 ^ ^基材具有一表面，及一喷滴產生器的直列組群設在 表面上而被分成多個次組群，各次組群係與該表面上 勺八匕人、、且群形成液流隔離。該列印頭更包含列印頭電子 裝置可提供激發脈波至該等喷滴產生器，而使在同一次组 群中不會有二喷滴產生器同時地喷發，或最好亦不會接續 地喷發。 、 圖式之簡單說明： 本發明之這些及其它的特徵和優點等，將可由以下實 施例之詳細說明，配合所附圖式而得清楚瞭解；其中‘· 、、第1圖為一列印E實施例的立體圖，其中可配設本發明 所述之任一種列印頭； 體圖第為依據本發明之—列印頭實施例的部份截剖立 々第3圖為第2圖所示之列印頭的底部立體圖； 第4圖為沿第2圖之4-4截線的剖視圖； 第5圖為第竭中之列印頭的部份示 明之一態樣； “圖為沿第5圖之“截線的剖視示意圖； 树❹—態樣之，卩料部份頂視示意圖； 弟8圖為貫施本發明的概念 性實施例的示意圖； _印頭結構代表 .紙張尺度適用中國

•訂丨 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 5 五、發明説明（3 ) ―第9圖為沿第8圖之9-9截線的剖視示意圖； ㈣圖為具有連通饋墨道之成對相鄰噴嘴的示意圖； 圖為—列印頭示意圖示出—跳喷模式； :12圖為-列印系統的簡化示意圖，其可應用一或多 個貫施本發明概念的列印頭； 二3圖為一形成24〇〇 _之喷嘴陣列的可擇列印頭結 構之不意圖。 扪圖係為一種噴墨列印Ει〇的立體圖，其可採用於本 發明的列印頭結構中。第彳 W圖的列印E10係為在其本體12 内衣有大量墨液的類型。但另一種適用 由:外部供墨槽來純墨液的類型，其供墨槽可裝=: 印頭上或者經由一導管來連接於列印頭。 +墨液會被饋供至-列印頭14。列印賴會將墨液導入 贺墨腔室中’各腔室皆含有一噴墨元件。電信號會被送至 觸點等來個別地激發該等喷墨元件，而經由一對應的喷 嘴18喷出-墨滴。傳統❹jep£之構造和操作已十分泛知: 在-例舉的用途中，本發明係有關於一列印g的印頭 部份，或-種可永久裝設在_列印機中的列印頭，故而， 乃無干於用來將墨液送至列印頭的供墨系統。本發明亦無 干於該列印頭所要裝入的特定列印機。 μ 用 藥 雖本發明之-應用例係在列印系統中，惟請瞭解本發 明並不僅限於列印系統，因為其同樣可應用於非列印 途，及用來噴出精雜制之液滴的特殊用途，例如喷出 滴的醫療用途等。 ' 530009 A7 、第2圖為沿第1圖中之2-2截線所採的列印頭之部份剖 、圖列印頭典型會具有許多的喷嘴，例如300個或更 二以及相等的喷墨腔室#。多數列印頭可被製成於單一 曰曰圓上，嗣再使用習知的技術來互相分開。 在第2圖中，一矽基材2〇上係設有各薄膜層22等，於後 有時會被稱為“隔膜，，。該等薄膜層22乃包括一電阻層可製 “阻器24等。其它的薄膜層會具有各種不同的功能，例 &提供與該基材20的電絕緣，提供由該等加熱電阻元件對 j基材20的熱傳導路徑，及提供對電阻元件之電導體等 等。一電導體25乃被示出導接於一電阻器24的一端。一類 似的導體亦會導接於該電阻器24的另一端。於一實施例 中，在一腔室内的電阻器與電導體等會被上覆層所疊蓋。 饋墨孔26會被設成完全地貫穿該等薄膜層22。 有一孔層28會被沈積在該等薄膜層22的表面上，並被 «而形成噴墨腔室30等，每_腔室中含有一電阻器2卜 «34㈣可個—罩幕及習知的光微影技術以雷射切削 來製成。 該矽基材20會被蝕刻來形成一溝槽刊，而沿著該等饋 墨孔26的直列長度延伸，因此由—貯墨槽送來的墨液38將 可進入各饋墨孔26中，而使墨液供入各喷墨腔室3〇内。 在-實施例中，各列印頭係約有半对長而含有四列參 差偏岔的喷嘴，每一列皆設有3〇4個喷嘴，故每一列印頭總 共具有1216個喷嘴。在每一列中的喷嘴具有6〇〇 d扣的間 距，且該各列係呈參差交錯而可利用每二列來形成謂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格(210X297^5^ ------

.、可I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 530009 A7 B7 五、發明説明（ dpi的列印解析度。故該列印頭將能在沿著成列喷嘴的方向 以每忖2400點（dpi)的單行程解析度來料，“更高的多 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 雜解析度來列印。亦可沿著該列印頭的掃描方向來作更 高解析度的列印。 在操作時，一電信號會被送至該加熱電阻器24,其將 會蒸發部份的墨液而在一喷墨腔室3〇内形成一氣泡。該氣 料將-墨滴迫出-對應的喷嘴而噴財—媒體上。該腔 室顯I會被以毛細作用來再裝滿墨液。 第3圖係為第2圖中之列印頭底部的立體圖，乃示出溝 槽％及饋墨孔26等。在第3圖的特定實施例中，—單獨的溝 槽36乃可提供至兩列饋墨孔26的通道。 、τ. 在貝施例中，各饋墨孔26的尺寸係小於喷嘴34，因 此在墨液中的微粒可被饋墨孔26所濾除，而不會阻塞該喷 嘴34。故一饋墨孔26的阻塞僅會對一腔室％的重填速度有 很小的影響，因為尚有多個饋墨孔26可供應墨液至各腔室 t, 30内。在一實施例中，會有比喷墨腔室川的數目更多的饋 墨孔26。 第4圖為沿第2圖中之4-4截線的剖視圖。第4圖乃示出 個別的薄膜層。在該第4圖的實施例中，所#之石夕基材2〇 的部份係約為10微米厚。 大約1.2微米厚的場氧化物層4〇會被以習知技術覆 叹在矽基材2〇上。一磷矽酸鹽玻璃$8屮層42具有0.5微米 的厚度，嗣會被塗設在該氧化物層40上。 一硼PSG或硼四正矽酸乙酯（3丁£〇8)層亦可用來取代

530009 A7 ___ B7 [ 五、發明説明（6 ) 該PSG層42,且以相同於姓刻該層俗勺方式來餘刻。 例如為鈒鋁（TaA1)之〇1微米厚的電阻層嗣會被覆設 在4PSG層42上。其它習知的電阻層亦可使用。該電阻層 在被I虫刻後，即會形成電阻器24等。該psG層42與氧化物 ㈣，將會提供該等電阻器24與基材2G之間的電絕緣，並 纟似j基材2G時提供mj擔止層，及為該懸伸部提供 韻性支#。物G與氧化物層亦會隔絕絲接通激發信 號至該等電阻器24之電晶體（未示出）的多晶矽閘。 在-種列印頭中，乃係難以妥當地將背側罩幕(用以製 《該溝槽36者）對準於該等饋墨孔％。故，其製造方法乃被 料成會形成-可變的懸伸部45，以免使該基材2()干涉到 該等饋墨孔26。 雖未示於第4圖，但有示於第2圖巾，一圖案化的金屬 I ’例如@銅合金H覆蓋該電阻層來提供對該等電阻 器的電連接。紋路會被蝕入該八1(：11及1^八1中，來限定一第 -電阻器尺寸（例如寬度）。第二電阻器尺寸（例如長度）係藉 該AlCu層以造成—電阻部而來限定，該電阻部的兩端 會被AlCu紋路所接觸。該等製成電阻器與電導體的技術在 該領域中係為習知者。 在電阻器24及AlCu金屬層上係設有一厚度為〇·5微米 的氮化矽（S^N4)層46。該層可提供絕緣及鈍化。在該氮化 物層46被沈積之前，該PSG層42會被蝕刻，而由該饋墨孔 26處拉回，·俾使其不會與墨液接觸。此乃十分重要，因為 該PSG層42會受損於某些墨液及用來製成該溝㈣的餘刻 適用中_家標準（CNS) A4規格（繼297公楚)'~ --- -9 -

、可I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Φ, 五、發明説明（7 )

將一膜層蝕回以保護該層免受墨液所損之作法，亦可 使用於該列印頭中的多晶矽及金屬層。 在該氮化物層46上乃設有一 〇·25微米厚的碳化矽（Sic) 層48，來提供進一步的絕緣和鈍化。該氮化物層46及碳化 物層48將可保護PSG層42免受墨液及蝕刻劑所損。其它的 介電層亦可被用來取代該氮化物及碳化物層。 該碳化物層48及氮化物層46會被蝕刻來曝露該A1Cu 紋路的部份，俾接觸於後形成的接地線路（在第4圖的頁幅 外）。 在該碳化物層48的頂上，乃設有一鈕（Ta)的黏著層 50,其具有〇.6微来的厚度。該鈕層亦形如電阻元件上的氣 泡形成隔膜。該鈕層50會經由氮/碳化物層中的開孔來接觸 該AlCu的導電紋路。 至（未示出）會被沈積在該组層5〇上，並被姓刻來形成 接地線路而電連接於某些AlCu紋路。該等導體亦可為習知 者0 該AlCu與金導體亦可被連接於設在基材表面上的電 晶體。該等電晶體乃被揭於第56488〇6號美國專利中。該等 導體亦可沿著該基材20的邊緣而終結於電極處。 一可橈電路（未示出）具有導體連結於該基材2〇上的電 極，並終結於觸點16(第1圖）而電連接於該列印機。 該等饋墨孔26係藉蝕刻，例如電漿蝕刻，貫穿該等薄 膜層而來製成。在一實施例中，乃使用單一饋孔的罩幕。 五、發明説明（8 ) 在另-實施例中，當該各薄膜層被製成時係使 及蝕刻步驟。 有-優點係該等饋墨孔可藉一薄膜圖案化製程來形 成’故能具有製成很小又十分精確定位的饋孔之可能性。 此對精雄地配設該等饋孔之液流直徑，以及設定由該饋孔 至對應電阻器的距離等乃是很重要的。相對地，藉韻刻貫 穿矽層來形成饋墨孔等則未必如此精確。 嗣該孔層28會被沉«成，’然後進行該溝槽36的蚀 刻丄在另—實施例中，該溝槽賴刻係在製成該孔層之前 來完成。於—實施例中，該孔層28可使用_種稱為則的 旋塗環氧樹脂來製成，其係修⑽·Chem (NewtGn， 公司所產銷者。湘該SU8或其它聚合物來製造該障壁/孔 層28的技術之例乃被揭於第6162589號美國專利中。該孔層 在一貫施例中係約為20微米。在另一實施例中，該層以亦 可由二個別的膜層來形成，即一障壁層例如一乾光阻膜障 壁層，及一金屬孔層例如一鎳/金孔板乃設在該障壁層的外 表面上。該障壁/孔層28的其它實施例亦可被使用。 若需要更佳地將熱由基材2〇導至墨液，則亦可沉積一 背側金屬。 一貫施例之各元件的代表性尺寸如下··饋墨孔26為 1〇μηιχ20μπι ;喷墨腔室3〇為2〇μηιχ4〇μηι ;噴嘴34直徑為 16μηι，加熱電阻器24為15μιηχ15μΓη ;集流管32的寬度約為 20μηι。該等尺寸乃可視所使用的墨液，操作溫度，列印速 度，所需解析度，及其它的因素等而來改變。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（21〇Χ297公楚） 藉 並 530009 五、發明説明（9 應請瞭解第1〜4圖中的列印頭係僅為舉例而已，而本 發明亦可使用其它類型的列印頭，或使用與第卜4圖中所 示者不同的參數或材料等。 第5圖為—列印頭的部份頂視示意圖，乃示出本發明之 -態樣。依據本發明之此態樣，各具有喷嘴之墨滴產生哭 的群組（在本例在匕，即為成對的墨滴產生器及喷嘴）會 該錢通道，但會利用該障壁/孔層28材料來與該基材頂面 上同JL歹j中之其它的墨滴產生器形成隔離。故，喷嘴Μ 與34B會被歸納於一第一次組群，其係共用饋墨孔嵐盘 26B。同樣地，噴嘴⑽與则乃被歸納於—第二次板群，、 而會共用饋墨孔26C與26D。在—實施例中，該等分組传 在鄰接該薄膜層22的障壁/孔層28中形成一表面下腔穴q 使制穴的側壁包圍該等被分組的噴嘴及共用的饋墨孔等 而來70成故，设在障壁層辦的側壁28β乃具有一周邊 會圍繞第一次組群的喷嘴及饋墨孔來延伸，而側壁MG的 周邊則會ϋ繞第二次組群的噴嘴及饋墨孔來延伸。、 第6圖係沿第5圖中之“截線所採的剖視示意圖，乃亍 出形成第二次組群的表面下腔穴28C卜各次組群的喷嘴會 在该基材20的頂面上與其它次組群的噴嘴隔離分開，但仍 共同連通於該基材2〇底部的饋墨溝槽36。 ―第7圖為示出另一態樣之簡化示意圖。第7圖為一列印 碩的部份頂視示意圖，乃示出設在該基材上之一列墨滴產 生器組群’其中各墨滴產生器係包含—喷嘴及—電阻器。 在該圖中’有三個墨滴產生器29A、29B、29C，乃分別含 本紙張尺度適财關家標準（⑽) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事项再填寫本頁) 、一-T— 12 五、發明説明（10 )

有喷餐34A及电阻為24A，喷嘴34B及電阻器24B，喷嘴34C 2電阻器24C。在本態樣中，該等墨滴產生器乃可如前述 第5、6圖中所示地分成各個次組群，來與其它的次組群隔 離，或者不再分成次組群，黑視用途而定。可以看出在成 歹J的墨滴產生為中，係各相對於一垂直軸來呈參差佈設， ^與設在該基材内的饋墨溝槽之内緣36A具有不同的距 離文於本例中，墨滴產生器29A係設在離該内緣36A最遠 處，而墨滴產生器29C則最靠近該内緣。此等不同距離將 會使由所對應饋墨孔至各墨滴產生器的墨流造成差異。為 彌補該等不同距離，故對應於各墨滴產生器的饋墨孔26等 乃具有不同的開口造型。就設在離該饋墨溝槽内緣最遠處 的土滴產生為29A而吕，其饋墨孔會沿陣列軸心3丨朝該墨 滴產生器的方向具有較長的延伸量或長度。相對地，墨滴 產生器29C的饋墨孔26_3則會具有較短的長度。但該各饋墨 孔會具有大致相同的液流直徑，以使該饋墨溝槽與各饋墨 孔之間能保持一大致固定的液壓差降。該等開孔的液流直 I係被定義為該開孔之截面積對其溼化周長的比值。 第8圖為本發明之喷墨列印頭14一代表性實施例的構 造不意圖。有兩排的墨滴產生器或噴嘴組列6〇、7〇等，乃 具有每吋600個喷嘴（npi)的間距，而被障壁結構以與薄膜 層22之隔膜形成於該基材上。該隔膜有一中心軸98，而該 二組列乃被佈設在該中心軸的相反側上。該列印頭14可被 使用於列印系統中，該系統具有一列印頭掃描托架可沿 一掃描軸（γ軸）來被驅動。該二組列6〇、7〇係沿該中心軸98 530009 五 、發明 說明（ π 列印頭二：開地偏°又’而形成一 1200 npi的噴嘴陣列。該 的；：亦可被使用於其它列印系統，例如在-大致固定 來^ 構中’其中該列印媒體會相對於該列印頭 夕動，以形成該列印頭與媒體之間的相對運作。 相鄰喷嘴之間不當的液流交互作用。第8圖所 構中的某些概念將能避免串擾的問題。首先，由於在 =列中的喷嘴係被設成例如_npi的高密度間距，會使 較==許乡細結_#地欠，以該等 密度而不減少噴發頻率，將會造成高墨流率及 、的而求。傳統上’由串擾之觀點而論乃僅鄰 =一組列中被設在相鄰位置的喷嘴，因為各;Π 吊曰被以足夠的距離來分開，故它們不 響。而在料之結射，«㈣嘴乃可見於同―組又列互;: 以及設在溝槽36兩相反側上的不同組列中。因此，將 二個維向而非僅一維向來考量處理減輕串擾。 為解決“在同一組列中，，緊密相近的問題，通常會在噴 發順序中建人跳喷模式，以使相鄰的噴嘴不會連續地嘴 發’而來儘量加大喷發的時差間隔。除了此時差的改良之 外’液流的隔離物，通常為形成延伸於相鄰喷嘴之間的半 島，亦可被用來進-步地減少串擾。但此串擾的減少要付 出回填較慢的代價；其乃已知幾乎所有的墨液係沿著該晶 片的長度來流動。因此’該等消減串擾的構造將會減少側 流的潛能，，而會無形中減緩回填速度，此尤其會對高喷嘴 密度之設計，例如600 npi或更高者造成問題。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公誉） 回

、?τ— (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) Φ, 14 530009 A7 B7 12 五、發明説明（ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 該等薄膜層係易於破裂，因為它們非常地薄（約僅為工 〜2μπι而已)。在該等薄膜内原有的應力，製造時產生的應 力，或列印頭的掉落等，皆可能造成破裂。由於該等裂隙 一旦形成之後，將會衍伸至該晶片的電功能區中，故最好 能避免裂隙的產生。 其亦最好可使該列印頭構造能包容微粒。可容微粒結 構（ΡΤΑ)將能陷滯污染物而使墨液仍可流入噴發腔室中，故 得改善其可靠性。 訂— 0, 第8圖的結構會具有許多優點。在一與習知者之差異 中，如於前述第5、6圖所示，墨滴產生器喷嘴之次組群可 共用墨液流路，但會形成設在障壁/孔層28材料中的腔穴， 來與同一組列中的其它喷嘴隔離分開。故，如第8圖所示， 組列60乃包含一直行陣列的墨滴產生器63Α，6犯， 63C，_..63Ν，而組列70亦包含一直行陣列的墨滴產生器73α， 73B，73C，...73Ν等。各墨滴產生器則含有一噴嘴，一喷發 腔室及一喷發電阻器。墨滴產生器63A，63B乃包含對應的 噴嘴62A、62B及喷發腔室64A、64B，且依據本發明之一 態樣，會被併設形成一墨滴產生器或喷嘴的次組群，在本 例中，係以一對來形成。但請暸解，在其它實施例中，該 等墨滴產生器亦可用三個、四個或更多個來形成次組群。 而且，亦不一定要使所有的次組群皆具有相同的喷嘴數目。 該實施例的墨滴產生器次組群63A、63B係以一獨立的 饋墨道65來饋供墨液，該饋墨道65具有一支道65 A可饋供 喷發腔室64A，及一支道65B可饋供喷發腔室64B。在一組

530009 五、發明説明（13 ) 列中之各次組群的饋墨道，會與該組列中之其它墨滴產生 的饋墨道隔離分開。有一對饋墨孔66A可饋供該第一支 道65A’及另-對饋墨孔66B可馈供該第二支道65β。該饋 墨道係由設在障壁28中之具有側壁周界68的腔穴或開孔所 形成，而該等饋墨孔係設在薄膜層22中。故該障壁開孔將 可容該等饋墨孔66A、66B “共用”，而使該喷嘴次組群 62A、62B等與同-組列6G中之其它噴嘴的饋墨道隔離分 開。 在本實施例中，對該一組列6〇中之其它墨滴產生器， 及另^组列70中的成對喷嘴而言，上述之分組方式及墨道 構造係可比照重複的。即，第二組列7〇中之墨滴產生器 73A、73B乃分別包含喷嘴72Α、72β及喷發腔室74八、74β 等，而來形成一墨滴產生器或喷嘴次組群。該次組群係由 一饋墨道75來饋供，該饋墨道75具有一支道75八可饋供噴 發腔室74A，及一支道75B可饋供喷發腔室74B。有一對饋 墨孔76A可饋供該第一支道75A ,及一對饋墨孔76β可饋供 第一支迢75B。該饋墨道係以一設在障壁28中而具有側壁 周界78之腔穴來形成，而該等饋墨孔係設在薄膜層^中。 該障壁孔穴可容饋墨孔76八、76B等“共同，，，而將該對喷嘴 72A、72B與在同一組列7〇中之其它喷嘴的饋墨道隔離。 该障壁結構28會形成一中央肋部28入來分開該二喷嘴 組列60、70,而提供各組列的液流隔離及對薄膜層的撐持。 第9圖乃為一簡化的剖視示意圖，示出該障壁結構28的中央 肋部28A，及舉例的饋墨孔6仙、7沾等貫設該薄膜層22來 本紙張尺度適财關家標準格⑵0χ297公酱）

*訂丨 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) t 16 530009 A7 五、發明説明（Μ ) _該溝槽36。噴嘴62A、72A乃分設於該中央肋部的兩 側而位於各對應的喷發腔室64B、74B上方。 噴嘴饋墨道的連通會具有回填及容忍微粒的效益，此 $單A噴嘴與極端使用消除串擾設計所不能達成者。在本 ，該列印頭的電路佈局乃被設計成不會有相鄰的 噴嘴同時被激發。通常，喷嘴的激發次序係由該晶片上的 5動電路來決定。在某些熱噴墨用途中，該晶片電路會被 叹叶成使噴發次序可程式化。在其它的用途中，喷發次序 ㈣“硬體線控，，於晶片上的電路設計中。纟上述兩種情況 下，其各噴發電阻器的實體佈設係沿該掃描軸來參差列 、俾田在列印日守犯使垂線正直。或者，該列印機驅動器 《控制器可被設定為不容許相鄰的喷嘴同時激發。由於任 冑喷嘴皆僅以一很小的時間百分比來回填，對應於一獨立 貧^腔至的饋墨孔係僅在一很小百分比的時間來提供墨 流’故其並非以最高效率來操作。 當饋墨道連通時，一噴嘴能使用由對應於其它連通噴 α㈣墨孔所汲入的墨液來回填，此將可令該等饋墨孔能 £有效率地來被利用，並提高回填速度。此特徵乃示於第 10圖中’ #乃概略地示出-對嘴嘴72八、726具有連通的饋 墨道75Α、75Β。當喷嘴72Α被激發時，墨液會由饋墨孔76α 力至喷發腔室74Α，如箭號77Α所示，並會由第二饋墨孔 76Β流至該腔室74Α,如箭號77β所示。當喷嘴72β喷發時， 則墨液會如.箭號79Α所示由饋墨孔76β流至喷發腔室74β， | 亦會如箭號79Β所示由第一饋墨孔76Α流至該腔室74入。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐) ---- -17 -

、^τ_ (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 530009 A7 發明説明（l5 ) " " '' ^另外的效益即使用連通的喷嘴能具有一定程度的微粒 纟忍力；假使對應於-特定喷嘴之饋孔阻塞日寺，仍可由相 .一之饋孔;及人墨液來持續或辅助回填，而使該喷嘴能繼續 操作。 、 另一特徵係使用一連續的障壁/孔層材料構造，在本實 施例即為該中央肋28A，來下設至該隔膜的中心軸％，會 /、有將噴噶隔離於軸心兩側的作用。除了隔離之外，該中 ㈣肋亦具有-效益，即其障壁材料的連續延伸會增加包 含該薄膜結構22與孔層28之隔膜的強度及硬度，而可提高 避免破裂的牢固性。 I 由製造觀點論之，第8圖的構造亦具有一些利益。當在 顯像程序使用一聚合物材料例如SU8來製成一障壁/孔層 結構28時，未交鏈結合的障壁材料會被顯像劑以及所有通 過該等噴嘴孔的液流所清除。因此，藉著減少該等未鏈結 之障壁材料的體積，其處理將可較簡單。除了經由減少體 積所達成的利益之外，其亦有構造上的效益。因為該供作 為SU8材料的顯像劑係被塗設其上，而使所有的噴嘴能連 通可容該顯像劑沿著晶片的長度流動。此將具有可使該液 劑容易流到個別晶片之邊緣，以及該晶圓之邊緣的效果。 因此能增加在一晶片中或遍及一晶圓内之障壁/孔層材料 的可、交性。藉著沿該晶片長度來破除喷嘴連通的連續性， 該可變性即會減少。藉著造成單獨的喷嘴次組群，該用來 製成障壁結構28的製程之良率將可提升。若該等噴發腔室 全部連通，則將更難以將在該晶片各末端之製成該孔層Μ 聰⑽讀錄)---~~~—

訂_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 530009 A7 (16~ ' ---— 的材料殘屑，由該等噴嘴中有效地清出。 將-_中的喷嘴分成各次組群之另一優點係可減少 ^ ·由於僅有在—特定組群之外的麵㈣嘴之間的連 w曰通過u槽’故在_特定組群外部之噴嘴的液流交 可此性會減至最小。而在任何特定組群内的喷嘴之 μ的串擾，乃可藉使用_跳躍式喷發設計來儘量減少，其 | ^使人組群内的喷嘴不會同時喷發。該跳躍噴發設 被說明於第U圖之列印頭示意圖中。 、…十乃 跳躍模式通常會被建入喷發順序中，而使在一基組内 的噴嘴不會連續地噴發，而在一基組時間内來分散喷發。 於此實施例中，成對的噴嘴係被使用該障壁材料來與2它 各對隔離，如第8圖所示。由於跳喷模式會優先考慮，故電 阻器的配設要以確保能有一障壁結構分開連續的噴發腔室 之方式來完成。 工 一基組係指在一特定組列中之一群噴嘴。第u圖乃示 出一基組100包含有八個喷嘴62A〜62H，而具有對應的噴 發順序6、3、8、5、2、7、4、1。其饋墨道等之連接亦可 非如該實施例所示，而依據該參差排列方式來選擇所連接 腔室的數目以達最佳化。在一“非跳噴式，，構造中，即在一 基組中的噴發順序係逐一接續的（1，2,3,4，..），由於相鄰 的腔室會立即接著喷發而須要液流的隔絕，故最好能有隔 離獨立的腔室。在一“隔一跳喷，，的模式中，例如在該基組 内形成1、3‘、5、7、2、4、6、8的噴發順序，則相鄰的腔 室絕不會馬上接著喷發。故該等噴嘴的時差間隔，將可容 本紙張尺度適用中國國家標準（⑶幻A4規格（210X297公釐) 1 ---

、可I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 530009 五、發明説明（17 :噴嘴饋道成對地連通；由於連通的”係在不同的 故會造成問題之串擾的可能性將會減少，而得能 &传連通饋道之回填及容忍微粒的優點。藉由相同 理’若儘可能地連通多個噴嘴之饋道，而不連通合接捧嗜 發的噴嘴’則將可使其回填性能及微粒容忍度最：化：」 致性的跳噴模式典型係使用下列方式： 連通喷嘴之最大數目=連續噴發之間的跳噴噴嘴數 + 1 〇 跳喷喷嘴數目 0 (連續喷發） 連通饋墨道之數目 _(獨立噴嘴） 2 2 3 N N+1 在第11圖中，-基組1〇〇内的喷嘴之喷發次序已被示 出。該設計係使用一隔二跳喷的模式。在本實施例中，其 跳喷模式係由列印頭的電路佈局所蚊，因此不能單獨地 藉檢視該障壁結構來決定。該等成對的噴嘴絕不會接續地 喷發。第11圖亦可證明以三個成一組來在基材上連通喷嘴 而不會喪失時差間隔的可能性，其中組群丨1〇八含有噴嘴 62A、62B、62C，組群 110B 含有噴嘴 62D、62E、㈣，而 組群110C則含有噴嘴62G、62H、621等。對具有非一致性 跳喷模式的構造而言，其原理亦同，係將接續喷發的喷嘴 隔離而儘量增加饋墨道的共用數，但在某些地方其必須減 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

、盯| (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 20 530009 A7 ----------B7 _ 五、發明説明（18 ) 少共用饋墨道的噴嘴數目，以免太過於複雜。 第12圖為一列印系統3〇〇的簡化示意圖，其可使用一或 多個列印頭10來實施本發明的概念。該系統包含一托架驅 動时302可/口著一托架掃描軸來驅動一托架。該托架上固設 =忒等列印頭1〇。有一媒體驅動系統3〇4會相對於一列印區 來定位一列印媒體，並可驅動該列印媒體由一媒體輸入源 送至-媒體輸幻立置或托盤。一列印工作源3〇6，通常係外 接於该列印系、统，將會提供列印工作資料。一控制器谓 可回應該列印工作源，並控制該托架驅動器及媒體驅動系 統來印出該等列印工作。該控制器亦會提供噴發信號給該 等列印頭10來控制其操作。該列印頭1〇通常包含一列印頭 電子裝置10A，可回應該控制器送來的喷發信號，來激發 c έ墨滴產生态1 〇B的電阻器。一流體源1 會提供流體， J 士土液至孩墨滴產生為。該流體源可為一貯槽而被容裝 在忒列印頭1 〇殼體内。一外部流體供應器3 1〇亦可選擇性地 設置，而由流道312來填補該流體源10(：，該流道係可為一 在列印操作時連接於列印頭的流體管路，或為一僅在回填 操作時使用的間歇接管。 在某些實施例中，該等列印頭電子裝置1〇A會與控制 器308—起來提供該跳喷模式，而在更多典型的實施例中， 4等板上的列印頭電子裝置會被設成能提供該跳噴模式。 本實施例中之列印頭電子裝置10A係可實施該跳噴模式， 來使噴發脈波確實送至該等墨滴產生器，而使在一組列（即 基組）中的墨滴產生器能一次被激發一個，且使在同一次組 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

21 530009 五、發明説明（ls 群’例如成對之— 墨滴產生器不會接續地激發者。適用於 此目的之列印頭雷 λ 、 衣置’乃被揭述於例如··由Schloeman 年3月2日申請而申請案號為09/798330的“噴墨 ]17員〜成之可程式化噴嘴噴發順序”；Barbou等人於1999 年2月19日申凊而申請案號為09/253377的“可控制一喷墨 列印頭之噴發操作的系統及方法”；及美國專利第 號、5648805號等。 弟8圖的構造乃可結合跳噴模式及障壁/孔層設計，而 來W地消除噴嘴之串擾。該結構亦可藉饋墨孔的共用而 可提高對饋孔阻塞的容忍度。又，該結構會由於障壁/孔層 之構造使該隔膜強化，而得改善其製造良率。再者，該結 構亦能使在一晶片或遍及一晶圓内之障壁/孔層構造更為 一致。 於一基組中的噴嘴會沿該掃描（γ)軸來參差列設，以增 進垂線的平直度，如第8圖所示。為促成在一參差設計中之 斤有月工至的致回填速率，由饋墨孔的前緣至噴發電阻器 中心的距離，饋墨孔的截面積，及饋墨孔的溼化周邊等， 就該列印頭中之所有的喷發腔室皆應保持固定。第1〇圖所 示之D1距離即為喷嘴72Α的喷發腔室中心至一饋墨孔76α 前緣的距離。 此外，為改善產能及良率，最好將饋墨孔的後緣朝向 該隔膜的中心線98伸展。又，為確保該等電阻薄膜不會在 蝕刻該溝槽.時“倒切’’，有一間隔D2(見第8圖），於本實施例 中為20μηι，會被保持在最靠内的電阻器與最靠外的饋墨孔 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂|

530009 A7 -—-----B7 五、發明説明（2〇 ) 的邊緣之間。若該薄膜層22被倒切，則會沒有矽存在該等 電阻器底下，因此該等電阻器將會易於被過度加熱。又， 為提高產能，最好能由最靠外的饋墨孔前緣至該隔膜相反 側之最靠外的饋墨孔之前緣（即隔膜寬度），保持一約⑽^㈤ 或更大的距離D3(見第8圖）。此等設計目標將可由第8圖所 不出的實施例來達成，其所採用之距離〇3為76.1)^111。該 8〇μηι之最小D3距離係為考量產能及良率之實施例而選 者。一製成該饋墨槽之典型的溝槽蝕刻製程本即十分難以 精確控制。而較大的最小距離D3，例如8〇μπι，將可具有更 多的裕度。若減少該正常的最小距離，將會使該溝槽破裂 穿孔而更難以完成，且若該溝槽被太過超量蝕刻，則將不 會有矽存留在該薄膜層底下。 雖该等薄膜易於破裂，但較窄的隔膜能提供對抗破裂 的裕度。實驗顯示寬度在1〇〇μιηα下的隔膜會比寬度為 400μιη的隔膜更為可靠。第8圖中所示之例的隔膜寬度係約 為76μηι。此外，該中央隔肋28Α會下伸至該隔膜的中心， 而能增加該易碎隔膜的強度，故會提升其對抗破裂的牢固 性。 该Ρ早壁/孔層結構28及薄膜層22等係被設計成，可使多 數的墨道能被貫穿製成以供用於各墨滴產生器。就第8圖所 示之例而言，其中每一喷發腔室係配設有二饋墨孔。而且， 假使該二饋孔皆被污染物阻塞時，墨液將可經由鄰近的饋 孔來饋入該喷發腔室中。 第8圖的列印頭可被設計成能使參差的高密度喷嘴組 23 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） 530009 A7 B7 五、發明説明（21 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 合具有一致的回填速率。此乃可藉將饋孔截面積，饋孔溼 化周邊A墨道長度專各參數，就所有的喷發腔室皆正常 地保持固定而來達成。該等參數皆被示於第1〇圖中。例如， 饋孔76A的截面積即為在溼化周邊76A1内的面積A，該周 邊係由該饋孔的侧壁所界定。而饋孔76β的截面積係為在 由該孔之側壁所界定的溼化周邊76；61内的面積B。上述面 積A會相等於面積B，且溼化周邊76A1的整個長度會相等 於整體溼化周邊76B1的長度。又，該二饋孔的内緣至各所 對應之噴發腔室中心的距離，即D1，亦為相等。 忒列印頭結構乃可形成一高密度喷嘴的列印頭，而得 P牛低成本。且，該列印頭結構能達成兩種程度的微粒容忍 、τ. 度，即藉由每一喷發腔室使用多個饋墨孔，及利用獨立的 墨滴產生器之分組。 t, 多數的隔膜可被設在單一晶片上，而使在各隔膜上的 噴嘴組列參差交錯，來形成非常高的喷嘴密度。第13圖係 為一列印頭200的結構示意圖，其具有二隔膜21〇、22〇及四 個噴嘴組列230、232、234、236等，而形成一2400 npi的 噴嘴陣列。即，噴嘴組列230、232係設在隔膜210上，而喷 嘴組列234、236則設在隔膜220上。第13圖乃示出每一組列 僅有一噴嘴基組，但請瞭解各組列亦可含有更多的喷嘴基 組。第13圖並不按正確比例，而係示出該四個組列如何相 對參差岔設，及一跳喷模式如何運作。在本實施例中，各 、、且歹](化丫軸，)具有1/1200忖的寬度尺寸，而各基組具有八個 偏岔交錯的喷嘴。例如，基組2(組列230)乃具有偶數的噴

530009 A7 _______B7 _ 五、發明説明（22 ) 為2、4、6、8、10、12、14、16等，在該組歹!J中之各噴嘴 的Y轴位置乃麥差如圖所示。 该二隔膜210、220係位於該列印頭基材的中心軸2〇2 兩側，並各被以設在該基材内之溝槽來饋供墨液。隔膜21〇 係以/σ著直線204為中心的溝槽來饋墨，而隔膜22〇則以 一沿著直線206為中心的溝槽來饋墨。於本實施例中，由晶 片中心202至各溝槽中心（2〇4、206)的矩離（D4)係為 95〇μηι。又，在各隔膜上之各組列的間距為169·3μιη。該等 尺寸當然僅為特定的實施而已，乃可依據不同用途的參數 及ό又计選擇而來改變。 各胞穴在垂直（X)軸的尺寸為丨/2400吋，而在水平（γ) 軸的尺寸則規格不定。且該組列23〇的喷嘴係相對於同在隔 膜210上之另一組列232的喷嘴，沿X軸以1/12〇〇吋來岔開偏 移。同樣地，在隔膜220上之組列234的喷嘴，亦會相對於 另一組列236的喷嘴沿X軸以1/1200吋來岔開偏移。又，該 組列234的噴嘴會在X方向以1/2400吋來與組列23〇與232的 噴嘴偏移岔開。故，沿該X方向的基組參差佈設將會使在 該四組列中的全部噴嘴形成1/2400 npi的間距。 在一典型的情況下，該列印頭可被裝設在一被沿掃描 (Y)軸驅動的托架上。在各基組中的喷嘴會沿著丫軸參差列 α又。在各基組中的喷嘴會以如前所述的跳躍模式來噴發。 例如，可使用一隔二跳喷的模式。即，噴嘴2先噴發，喷嘴 4及6則跳過’噴嘴8再喷發，10、12跳過，14再噴發，16及 2又跳過，4再噴發，6、8又跳過，1〇再喷發，12、14跳過， 本紙張尺度適财關緖準（_ A4規格（2歐297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂— t 25 530009 五 "發明説明（ 23 16再噴發，2、4跳過，6再喷發，8、1〇跳過，12再喷發等 等。该基組2的隔二跳噴順序即為2_8-14_4-1〇_16_6_12。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在g於第5、6圖中所述之一組列内的噴嘴次組群之分 組’及在第7圖中所述之由饋墨孔至電阻器中心的距離，及 饋墨孔之有效液流直徑等之考量，亦可被使用於第13圖的 結構中，ίό來製成具有非常高之喷嘴密度的列印頭。 雖在第8與13圖中的實施例係使用直列組群（基組），其 列印頭電子裝置-次僅激發在各組群中的_個喷嘴，但本 發明的概念亦可被使用⑨，_指定基組中的_些或全部喷 嘴同時被激發之情況。 、 訂— 應可瞭解上述各實施例僅為可代表本發明原理之可能 的特定範例之說明而已。專業人士將可依據該等實施例來 輕易地思及其它的設計，而不超出本發明的料及精神。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） 26 530009 A7 B7 五、發明説明（24 ) 元件標號對照 10…列印匣 5 0...黏著層 12...本體 60、70…墨滴產生器組列 14...列印頭 62A〜N、72A〜N…噴嘴 16…觸點 63A〜N、73A〜N…墨滴 18…喷嘴 產生器 20…基材 64A〜N、74A〜N·..喷發 22.··薄膜層（隔膜） 腔室 24...電阻器 65、75...饋墨道 25...電導體 6 6、7 6…饋墨孑匕 26...饋墨孑L 68、78…周界 28···孔層（障壁） 98、202...中心軸 28A...中央肋部 100...基組 29A、B、C...墨滴產生器 110A、B、C.··喷嘴組群 30...噴墨腔室 200·.肩 £p 頭 3 1…陣列軸心 210、220...隔膜 32...集流管 230 、 232 、 234 、 236 34…喷嘴· ...喷嘴組列 36…溝槽 300…列印系統 38…墨液 302…托架驅動器 40...場氧化物層 304...媒體驅動系統 42...磷矽酸鹽玻璃層 306…歹丨J印工作源 45...懸伸部 308...控制器 46…氮化矽層 310…外部流體供應器 48...碳化矽層 312...流道 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 27

Claims (1)

1. 530009 申請專利範圍 種流體噴射列印頭，包含 面 基材具有一表 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1滴產生H的直列組群設在該表面上，而被排列 分成各次組群’每_次組群係與該表面上之其它次組群 形成液流隔離；及 列印頭電子裝置可提供激發脈波至該等喷滴產生 ::而不會使在同一次組群中之二噴滴產生器接續地喷 2. 如申請專利範圍第i項之列印頭，其中該列印頭電子裝 置對該噴滴產生器之直肋群中时滴產生器，一次僅 會激發一個。 訂— 3. 如申請專利範圍第2項之列印頭，其中該喷滴產生器的 直列組群係為—基組，而該基材含有多個基組排列在一 直行中。 t (如申請專利範圍第卜2或3項之列印頭，其中各次組群 乃包括一腔室及至少二喷發電阻器。 5. 如申請專利範圍第卜2或3項之列印頭，其中該基材内 設有許多流Μ孔’可提供,f液至該各次組群的噴滴產 生器。 、 6. 如申請專利範圍第卜2或3項之列印頭，其中有一流體 饋槽設在該基材内，而可提供流體至在該喷滴產生器直 列組群中的所有各次組群。 7. 如申請專利範圍第6項之列印頭，其中該基材乃包含一 薄膜層疊設在該流體饋槽上，該薄膜層具有多數開孔可 本紙張尺度顧巾國國家標準_ A4規格（210X29；^ 2致- 530009 、申請專利範圍 將各次組群連通於該流體饋槽。 8·如申請專利範圍第7項之列印頭，更包含有一流體供應 源連通於該流體饋槽，而可對該饋槽饋供流體。 士申明專利範圍第8項之列印頭，其中該流體供應源係 為一墨液供應器。 从如申請專利範圍第7項之列印頭，其中該薄膜層係含有 多數薄膜，該薄膜層會在各噴滴產生器中形成加熱電阻 器。 11. 如申請專利範圍第卜2或3項之列印頭，其中該次組群 係包含一對噴滴產生器。 12. 如中請專利範圍第卜2或3項之列印頭，其中該列印頭 係被使用於一流體輸送系統中，該系統含有一裝置可使 该列印頭基材與一列印媒體之間形成相對運動。 13· —種控制一列印頭的方法，包含： 提供一列印頭，其具有一基材表面，而有一噴滴產 生器的直肋群設在該表面上，並被排列分成多個次組 群，每-次組群會與該表面上的其它次組群形成液流隔 離；及 提供電信號至該列印頭來激發該等噴滴產生器喷 出流體微滴，而使在同一次組群中之二噴滴產生器不合 接續地喷發。 14. 如申請專利範圍第13項之方法，更包含： 由一共用的流體源提供流體至該等次組群。 15. 如申請專利範圍第13或14項之方法，更包含· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Λ t •訂丨 t 530009 A8 B8 C8 -------___ D8申 圍 —— ' - 提供補充流體至該流體源。 如申請專利範圍第14項之方法，其中該流體係為墨液。 如申請專利範圍第13、14或16項之方法，更包含： 經由一薄膜層中之一開孔來對各次組群提供墨液。 如申請專利範圍第13、14或16項之方法，更包含： 經由一薄膜層中之多個開孔來對各次組群提供黑 液。 . /、 土 19·如申請專利範圍第13、14或16項之方法，更包含： 經由該基材表面中之多個開孔來對各次組群提供 墨液。 20. 如申請專利範圍第13、14或16項之方法，其中所述提供 電信號至該列印頭來激發該等喷滴產生器，更不會使在 同一次組群中之二喷滴產生器同時地喷發。 21. —種喷墨列印頭，包含： 一基材； 一障壁/孔口結構被該基材所支撐，而形成一噴嘴 陣列排設成多個噴嘴組列，及一喷發腔室陣列對應於該 噴嘴陣列； 構成該陣列之各組列的喷嘴係被分成多個噴嘴次 組群，每一次組群乃含有至少二喷嘴，且各次組群可經 由一對應的墨液流道來饋供墨液，而該流道係藉該障壁 /孔口結構來與該陣列之其它的喷嘴隔離。 22. 如申請專利範圍第21項之列印頭，其中各噴嘴次組群的 墨液流道乃包含穿過該基材之一或多個開孔，且各次組 16. 17. 18. (CNS) Α4^ (210X297^) 3〇 . (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂丨 t 530009 A8 B8 C8 D8 申叫專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁} 群中的每一噴嘴皆可經由該一或多個開孔來饋供墨液。 23.如申請專利範圍第21或22項之列印頭，更包含有列印頭 電子裝置可提供激發脈波至該等墨滴產生器，而使各次 組群中不會有二喷嘴接續地喷發。 24·如申請專利範圍第23項之列印頭，其中該列印頭電子裝 置可提供所述之激發脈波，而使一次組群中不會有二喷 嘴同時地噴發。 25·如申請專利範圍第21或22項之列印頭，其中該障壁/孔 口結構乃包括一聚合物層。 26.如申請專利範圍第21或22項之列印頭，其中各喷嘴組列 中之各噴嘴乃具有每吋6〇〇個喷嘴（npi)的間距。 、{-Γ— 27·如申請專利範圍第21或22項之列印頭，其中該障壁/孔 口結構更包含一連續肋部延伸於該等多數喷嘴組列中 相鄰的第一與第二組列之間，而可使該第一與第二喷嘴 組列形成液流分離。 、 t 28.如申請專利範圍第27項之列印頭，其中該基材内設有— 績墨槽’幻㈣膜層貫設有多個饋墨孔，而可形成穿過 該基材與薄膜層之各墨液流道。 A如申請專利範圍第27項之列印頭，其中該等饋墨孔係在 肋部的第-側，形成-第一組群來饋供第—組列的喷 嘴’及在該肋部的第二側形成一第二組群來饋供第、 列的喷嘴。 ^ 本紙張尺度適财_辦7^4祕（21〇χ297公f -31.