改进的喷墨打印头制造技术

一种包括打印机墨盒的喷墨打印机，所述打印机墨盒包含固定在墨盒滑架上，以便在打印介质上移动墨盒的打印头。所述打印机还包括滑架外墨源，打印机微处理器，和连接在墨盒和滑架外墨源之间，向墨盒提供补充墨及实现滑架和打印头的控制的组合供墨管道和电连接电缆。对打印机的改进使得能够实现低成本，高质量的打印。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及改进的喷墨打印机及其组件。更具体地说，本专利技术涉及与现有技术的打印头相比，打印更快，更可靠并且能量效率更高的喷墨打印头的改进结构。
技术介绍
喷墨打印机通过把墨滴从墨贮存器(ink reservoir)排到打印介质上产生图像。一般通过使在具有薄膜加热(firing)电阻器的喷嘴板之下的墨室(ink chamber)中的大量墨成核(nucleate)，从厚膜喷嘴板中的喷嘴阵列喷出或射出墨滴。墨的成核现象在墨室的内部产生突然的压力增大。压力的增大把墨滴从布置在墨室附近的喷嘴挤出到打印介质上。通过对压电元件施加电压，使其膨胀到墨室中，提供从位于墨室附近的喷嘴喷出墨滴的压力脉冲，压电元件也可被用于把墨滴喷到打印介质上。通过可控地把打印头定位在打印介质上方，并有选择地激活加热电阻器或压电致动器，能够在打印介质上产生图像。压电和加热电阻器喷墨打印机在本领域中众所周知，如2000年12月26日颁发的Sullivan等的美国专利No.6164762，以及Hasegawa等的美国专利No.5530465中所述，这两件美国专利均作为参考整体包含于此。但是，如下更详细所述，这些现有的喷墨打印机存在许多不足。现有的喷墨打印机的一个不足是它们的快速打印高分辨率无颗粒(grain)图像的能力。大量的微小墨滴必须被喷出，以便产生在人眼看来好像无颗粒的图像。但是，喷出大量的墨滴耗时，并且需要先进的寻址方案。从而，现有技术的高分辨率喷墨打印机具有相对低的打印速率(用每分钟打印的页数来表示)。另外，为了快速使墨滴汽化，需要大量的高能脉冲。这些频繁的高能脉冲导致打印头的过度加热。过高的打印头温度会导致或增大在墨中形成的气泡的数量，从而导致打印质量较差和/或对喷墨器(ink ejector)的薄膜结构的损害。为了解决打印头加热器芯片的过热，提出了如在Bohorquez等的美国专利No.5736995，Seccombe等的美国专利No.5657061，Yeung的美国专利No.5168284，Alexander等的美国专利No.4978239和McClure等的美国专利No.4449033中陈述的各种方法(它们在此引为参考)。但是，这些现有方法往往过于复杂和易于失败。另外，这些方法中的许多方法过度地增大了制造打印头的成本于是，需要一种廉价并且可靠的避免加热器芯片的过热的方式。为了供给快速激活大量的加热元件所需的寻址信息和激励脉冲(firing pulse)，还需要打印机的电子器件与打印头墨盒之间增加的大量电连接。这些电连接增大了生产打印头墨盒的成本，以及在打印头制造过程中，电连接之一未被正确完成或者受到损害的可能性。此外，高分辨率喷墨打印头上的大量微小喷嘴易于产生缺陷和阻塞。不幸的是，单个喷墨喷嘴的不正常工作严重影响打印机产生的图像的打印质量。于是，需要一种以最少的时间产生图像的可靠的高分辨率喷墨打印机。在短时间内快速喷出大量墨滴的需要还导致喷墨打印机的加热器芯片中的电迁移问题。如Vaugth等的美国专利No.4490728和Stoffel的美国专利No.4862197(它们在此引为参考)中所述，铝一般被用于构成喷墨打印机的加热器芯片中的导电迹线和引线。电迁移导致加热电阻器的薄膜结构中铝自迹线的物理移动。由于短路或开路的缘故，铝的这种物理移动最终会导致加热器芯片不正常工作。不幸的是，在高分辨率，高速打印所需的相对更高的电流密度下，电迁移更显著。于是，还需要使电迁移的影响最小化的高分辨率，高速喷墨打印头。现有技术的喷墨打印机还存在用于使墨滴成核或使墨滴汽化的加热电阻器易受跟加热电阻器接触的墨的损害的不足。一般来说，这种损害起因于两个主要来源。第一个是由墨中对打印头的电组件具有腐蚀性的成分造成的腐蚀。墨腐蚀随着时间的过去损害加热电阻器的表面，最终导致加热电阻器不正常工作。另外，由沉淀到加热电阻器上的大量成核墨引起的空化会使加热电阻器的表面破裂。为了解决空化和钝化的问题，提出了许多方法，包括使用钽，碳化硅，氮化硅等。但是，这些方法存在不足，因为它们需要只局部避免空化和钝化的结构或设计的相当昂贵材料的使用，并且往往增大从打印头喷射墨所需的能量。另外，现有的方法一般需要分层或者层叠的设计，这往往存在随着时间的过去，各层相互分离的问题。于是，需要一种简单且相对低廉的避免空化和钝化的方式。现有技术的喷墨打印机还存在与用完墨的打印头墨盒有关的问题。一般来说，喷墨打印机使用不重新装墨的一次性打印头墨盒。如果打印头储存器(reservoir)之一中的墨在完成打印作业之前用完，那么打印质量会受到影响。另外，喷墨打印机的用户不得不获得新的打印头墨盒。不幸的是，如果打印头墨盒在不合适的时间用完墨，那么在能够获得新的打印头墨盒之前，用户可能错过重要的期限。现有的对该问题的解决方案往往集中于设计一种可重新装墨的打印头墨盒。但是，如果在被重新装墨之前，打印头墨盒中的墨用完，那么由于在缺少墨室中的液体的情况下被加热，加热电阻器可能受到永久损坏。于是，提出了向喷墨打印机的用户提供墨位指示的许多现有方法。不幸的是，即使被警告需要更换打印头墨盒，用户往往会比设计的再装墨次数更多次地对墨盒重新装墨，从而导致喷墨器发生故障。一旦打印头墨盒上的加热电阻器开始发生故障，打印质量就快速降低。差的打印质量会导致用户怀疑打印机的质量。于是，需要一种改进的打印头，该打印头避免与打印头墨盒中的墨贮存器的再装墨或过度使用相关的现有问题。
技术实现思路
上述和其它需要由喷墨打印机提供，所述喷墨打印机包括打印机墨盒，所述打印机墨盒包含固定在打印介质上移动墨盒的墨盒滑架上的打印头。打印机还包括滑架外墨源，打印机微处理器，和连接在墨盒和滑架外墨源之间，向墨盒提供补充墨及实现滑架和打印头的控制的组合供墨管道和电连接电缆。在另一方面，本专利技术提供喷墨打印机的打印头。所述打印头包括半导体衬底，沉积在所述衬底上的第一绝缘层，沉积在第一绝缘层上的电阻层，和沉积在电阻层上的第一导电层。第一导电层被蚀刻，从而确定在第一导电层的相对部分间的喷墨器。类金刚石碳(DLC)保护层被沉积在喷墨器上，以及沉积在至少一部分的第一导电层上。第二绝缘层被沉积在第一导电层的相对部分上，第二导电层被沉积在至少一部分的第二绝缘层上。在另一方面，本专利技术提供一种喷墨打印机的打印头。所述打印头包括半导体衬底，沉积在所述衬底上的第一绝缘层，和沉积在绝缘层上的第一导电层。第一导电层被蚀刻，从而确定在第一导电层的相对部分间的喷墨器位置。类金刚石碳(DLC)层沉积在喷墨器位置中，以及被沉积在至少一部分的第一导电层上。第二绝缘层沉积在第一导电层的相对部分上。DLC层包含掺杂或未掺杂的上层和掺杂足以增大其导电率，从而确定喷墨器件的材料的下层。本专利技术的另一方面提供一种喷墨打印机的打印头，包括一个半导体芯片，所述半导体芯片包含用于墨喷射的多个加热器电阻器，驱动每个加热器电阻器的功率场效应晶体管(FET)，和与FET和加热器电阻器耦接的CMOS逻辑器件。FET的栅极的栅氧化层的厚度大于CMOS逻辑器件的栅极的栅氧化层的厚度。这里陈述的对喷墨打印机及其组件的改进提高增强的打印质量改进，以及与材料和制造相关的成本节约。特别地，对喷墨打印头的改进能够产生寿命本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喷墨打印机，所述喷墨打印机包括打印机墨盒，所述打印机墨盒包含：固定在用于在打印介质上移动墨盒的墨盒滑架上的打印头，滑架外墨源，打印机微处理器，和连接在墨盒和滑架外墨源之间、向墨盒提供补充墨及实现滑架和打印头的控制的组合供墨管道和电连接电缆。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克E安德森，拜龙V贝尔，保罗A库克，罗伯特W卡内尔，乔治K帕里什，卡尔E苏里万，
申请(专利权)人：莱克斯马克国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]