具有高效加热器的喷墨打印头及其制造方法技术

本发明专利技术涉及具有高效加热器的喷墨打印头，包括：具有通过其延伸的给墨孔的衬底，给墨孔容纳存储在墨盒中的墨水；限定与给墨孔流体连通的墨腔的流动路径层；具有从墨腔向外部放出墨水的喷嘴的喷嘴片；相邻墨腔内壁并设置为与墨腔中的墨水接触的加热器；及电连接到加热器的引线。加热器提高了热效率并保持稳定结构。另外，由于加热器相邻墨腔的内壁设置，加热器几乎不受墨水供应压力或者墨水气泡收缩引起的空化力的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的构思涉及具有高效加热器的喷墨打印头(inkjet print head)及其制造方法，特别涉及能够提高加热器的效率从而利用通过使墨水沸腾产生的压力来喷射墨水的喷墨打印头及其制造方法。
技术介绍
喷墨打印机是一种利用喷射机构(ejection mechanism)通过将存储在墨盒(cartridge)中的墨水喷射到记录介质上来打印需要的图像或文本的设备。通常，墨水通过喷墨打印头的喷嘴(nozzle)喷射。由于其低廉的成本及易于实现彩色，喷墨打印机已经广泛使用。喷墨打印头可分为热驱动型(thermal driving type)，其利用加热并沸腾墨水产生的压力喷射墨水，或压电驱动型(iezoelectric driving type)，其利用使压电材料变形产生的压力喷射墨水。图1是横截面图，示出了热驱动型头的例子。喷墨打印头14贴附到用于存储墨水20的墨盒10的顶表面(即实践中的底表面)。用于向喷墨打印头14供应存储在墨盒10中的墨水的供墨通道(ink-supply passage)12形成在墨盒10的顶表面处。与供墨通道12流体连通(fluid communication)的给墨孔(ink-feed hole)16形成在喷墨打印头14的底表面处，从而将墨水20供应到喷墨打印头14中，并且通过给墨孔16供应的墨水20处于墨水通道(inkchannel)18中。由电阻加热元件制成的加热器22设置在墨水通道18的两端处，并且保护加热器22免于墨水20影响的钝化层(passivation layer)24粘附在加热器22的顶表面上。加热器22电连接到设置在喷墨打印头14的顶表面上的焊盘26，并且焊盘(pad)26连接到安装在打印机主体上的控制器(未示出)从而允许控制器控制加热器22。当电源施加到加热器22时，加热器22周围的墨水20被加热从而产生气泡(bubble)30，如图1所示。加热器22越被加热，气泡30越膨胀，由此通过产生的压力喷射出墨滴(ink droplet)28。然而，如图1所示，热传递仅通过加热器22的顶表面进行，因而加热器22的底表面产生的热仅增加喷墨打印头14而不是墨水20的温度，所以降低了热传递效率。而且，设置在加热器22的顶表面上的钝化层24进一步降低了热传递效率。在解决上述问题的努力中，美国专利第6,669,333号公开了图2A所示的技术，包括安装在具有通过其延伸的供墨通道52的墨盒50上的喷墨打印头54、以及加热通过给墨孔56引入的墨水11的加热器58，加热器58通过喷墨打印头54延伸并位于墨腔(ink chamber)57的中心部分处来利用加热器58的两个表面加热墨水11。该技术的喷墨打印头不需要钝化层形成在加热器58的表面上，因为与其它传统喷墨打印头使用的墨水相比，与该技术一起使用的墨水11具有低的电导率(conductivity)。如图2A所示，由于加热器58产生的热，小气泡60产生在加热器58周围。参照图2B，小气泡60由于持续的加热而膨胀，从而形成大气泡63，从而从喷墨打印头54喷射出墨滴64。墨滴64被喷射后，大气泡63收缩并消失在墨腔57的中心部分处。由于加热器58具有如图3所示的薄且窄的加热元件形状，大气泡63的收缩产生空化力(cavitation force)(见图2B中的箭头)并可能损坏墨腔57的中心部分处的加热器58。另外，由于加热器58位于墨腔57的中心部分处，悬在给墨孔56之上，加热器58遭受墨水11从墨腔57中喷射出并且更多的墨水11通过给墨孔56供应到墨腔57中时的压力。因此，加热器58由于墨水供应压力而变形，然后会恢复其原来的形状。加热器形状的这种变形和恢复的反复发生会损坏加热器58。
技术实现思路
本专利技术总的构思提供一种喷墨打印头，其包括与传统喷墨打印头相比具有更长寿命的加热器。该喷墨打印头能够保持高效特性，即使在加热器的两个表面进行加热，墨水供应压力也没有直接施加到加热器。本专利技术总的构思还提供一种制造具有上述特性的喷墨打印头的方法。本专利技术总的构思的其它方面和优点将在随后的说明中部分地阐述并且部分地将从说明中变得显而易见，或者可通过总的专利技术构思的实践获知。本专利技术总的构思的上述和/或其它方面和优点通过提供一种喷墨打印头实现，该喷墨打印头包括衬底，其具有通过其延伸从而容纳存储在墨盒中的墨水的给墨孔；流动路径层，其限定与所述给墨孔流体连通的墨腔；喷嘴片，其具有从所述墨腔向外部释放所述墨水的喷嘴；加热器，其位于与所述墨腔的内壁相邻并设置为与所述墨腔中的所述墨水接触；及引线，其电连接到所述加热器。加热器塑造为使得该加热器的顶和底表面暴露于墨腔中的墨水。加热器可与墨腔的内壁相邻设置而不是在墨腔中悬在给墨孔之上。结果，能够防止墨水从给墨孔供应到墨腔中时产生的墨水供应压力直接施加到加热器的表面，由此防止加热器被损坏。由于喷嘴位于给墨孔之上，以在墨水流出墨腔时最小化墨水流动阻力，墨滴喷射出后气泡收缩导致的空化力也没有施加到加热器表面。加热器和引线可以彼此整体地形成，并且引线可设置在并固定到流动路径层中。即，由于加热器与引线整体形成并且引线设置在并固定到流动路径层中，所以加热器可被稳定地支撑。加热器可以包括在衬底上支撑加热器的支撑部分。支撑部分可以是加热器一端弯曲的部分。支撑部分的弯曲端将加热器固定到衬底并在墨腔中支撑加热器。由于加热器的两端分别通过引线和支撑部分固定，所以即使墨水流进墨腔中产生的压力会施加到加热器的表面，加热器也被稳定地支撑。加热器可以倾斜的方式从墨腔的内壁(即流动路径层的内壁)向支撑部分延伸。加热器可以是至少具有设置于其中的一个狭缝的薄片形状。墨滴喷射后，加热期间产生在加热器附近的气泡会通过所述至少一个狭缝收缩并消失，由此最小化气泡收缩期间施加到加热器表面的压力。加热器可包括设置在墨腔中的至少两个加热器，并且所述至少两个加热器中的每个可单独操作。加热器单独操作使得从喷墨打印头喷射出的墨滴的大小能够容易地调整。给墨孔可包括与墨盒流体连通的入口、及在一侧与墨腔流体连通并在另一侧与入口流体连通且具有比入口小的面积的供应口。由于本专利技术总的构思的加热器设置为与墨腔的内壁相邻，所以可限制给墨孔的宽度。结果，给墨孔的与墨盒接触的部分和给墨孔的与墨腔接触的部分可具有不同的宽度，由此形成加热器安装空间并减少从墨盒供应墨水的阻力。本专利技术总的构思的上述和/或其它方面和优点还通过提供一种制造喷墨打印头的方法实现，该方法包括在衬底上形成钝化层；去除位于将要设置给墨孔的位置的钝化层部分；在钝化层上形成下部流动路径层，其构成墨腔的下部部分；形成与下部流动路径层的内壁接触的加热器支撑部分；在钝化层、下部流动路径层和加热器支撑部分的顶表面上形成加热器和引线；在下部流动路径层上形成上部流动路径层，其构成墨腔的上部部分；形成具有一厚度的第二牺牲层，使得上部流动路径层的顶表面被其覆盖；抛光第二牺牲层从而暴露上部流动路径层的顶表面；在上部流动路径层和第二牺牲层上形成具有喷嘴的喷嘴片；在衬底的底表面上形成给墨孔；及去除第二牺牲层和加热器支撑部分。该方法可使用半导体工艺进行，并且各层可使用薄膜形成方法来形成，如光致抗蚀剂方法、溅射方法、化学气相沉积方法等。上部流动路径层和下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喷墨打印头，包括：　　　　衬底，其具有通过其延伸从而接收存储在墨盒中的墨水的给墨孔；　　　　流动路径层，其限定与所述给墨孔流体连通的墨腔；　　　　喷嘴片，其具有从所述墨腔向外部释放所述墨水的至少一个喷嘴；　　　　至少一个加热器，其与所述墨腔的内壁相邻并具有设置为与所述墨腔中的所述墨水接触的顶和底表面；及　　　　至少一个引线，其电连接到所述至少一个加热器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金敬镒，河龙雄，韩银奉，朴性俊，金光烈，闵在植，金南钧，朴用植，朴炳夏，权明钟，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]