在凹陷衬底腔穴中具有加热元件的热喷墨打印头制造技术

喷墨打印头包括衬底，衬底中形成有凹陷腔穴。腔穴沿其周界具有连续侧壁。打印头包括形成于腔穴侧壁上的加热元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在凹陷衬底腔穴中具有加热元件的热喷墨打印头
技术介绍
在典型的热发泡喷墨打印系统中，喷墨打印头通过多个喷嘴向打印介质(如纸张)喷射墨滴，从而将图像打印到打印介质上。喷嘴典型地排列成ー个或多个阵列，使得当打印头和打印介质彼此相对运动时，墨液从喷嘴中以适当顺序喷射，使得字符或其它图像打印在打印介质上。热喷墨打印头从喷嘴中喷射液滴时是通过让电流流过加热元件以产生热，从而使液体的一小部分在喷发室中蒸发。以持续2微秒量级的脉冲提供电流。当提供电流脉冲时，由加热元件产生的热产生快速气泡的气泡，迫使液滴从喷发室喷嘴中出来。当加热元件冷却时，气泡快速破裂(collapse)。破裂的气泡将更多液体从储藏室吸入到喷发室中，以准备好从喷嘴喷射下一滴。遗憾的是，因为在打印过程中毎秒重复几千次喷射过程，所以破裂的 气泡还可能有损坏加热元件的不利影响。气泡的破裂造成对加热器表面材料的气穴现象损坏。数百万次的破裂事件中的每一次破裂都会侵蚀涂敷材料。一旦墨液滲透加热元件的层或表面材料，并接触到热的高压电阻器表面，很快会造成对电阻器的快速腐蚀和物理破坏。附图说明为举例说明，现參照附图描述本专利技术的实施例，附图中 图I示出了根据现有技术的示例性热喷墨打印头的局部横截面视图，其使用了形成于加热元件上的外涂层(overcoat layer)； 图2A和图2B示出了根据实施例的示例性热喷墨打印头的局部横截面视 图3A和图3B示出了根据实施例的、具有矩形形状的凹陷腔穴的示例性热喷墨打印头的局部自顶向下的视 图4A和图4B示出了根据实施例的、具有圆形或圆筒形形状的凹陷腔穴的示例性热喷墨打印头的局部自顶向下的视 图5示出了根据实施例的、带有覆盖着腔穴连续侧壁的加热元件的示例性热喷墨打印头的局部横截面视 图6示出了根据实施例的、从热喷墨打印头喷射墨滴的ー个示例，墨滴尾部的中心基本在喷嘴的轴线上； 图7示出了根据实施例的、制造热喷墨打印头的示例性方法的流程 图8示出了根据实施例的、从喷墨打印头喷射墨滴的示例性方法的流程图。附图中，相同的附图标记表不相似但不一定完全相同的兀件。详细描述 问题与方案概述 如上所述，由于打印过程中毎秒都会重复气泡膨胀、破裂的墨滴喷射过程几千次，气穴现象对热喷墨打印头中加热元件的损坏会而随着时间而积累。一旦气穴现象侵蚀外涂层，加热器被破坏，不再喷射墨液。用来降低气穴现象破坏问题的ー种常用技术是尽量使加热元件更鲁棒(robust)ー些，这样它可以更好地抵抗来自破裂的气泡的冲击波。图I示出了示例性的传统热喷墨打印头100的局部横截面视图，它采用形成于加热元件上的外涂层，提供另外的结构稳定性，以及与喷发室中的流体的电绝缘。在图I的传统热喷墨打印头100中，衬底102通常由Si制成，其具有诸如SiO2的介质层。在衬底102上面的薄附着层104増加了覆盖在衬底102上的附加层的机械结合强度。附着层104通常是氮化钛(TiN)层。铝电极(106，108)沉积于附着层104上，可以通过干式离子蚀刻来成形，形成斜边缘。加热元件110是例如沉积于衬底102的表面上(包括在铝电极(106，108)上)的氮化硅钨(WSiN)的电阻层。加热元件110可通过传统的集成电路制造技术，诸如在电极(106，108)上溅射电阻材料来沉积。有几种类型的材料可用来制造加热元件110，例如象钽铝合金。一个或多个附加外涂层112可形成于加热元件110上，以提供附加结构稳定性，以及与喷发室中流体的电绝缘。加热元件110通过介质材料与墨液隔离，此后加入另一象氮化硅/碳化硅和/或钽的另一材料以增加強度，延迟由于气穴现象造成的故障。在图I的示例性热喷墨打印头100中，外涂层112 g在说明将这些覆盖材料加入到加热元件110。 阻挡层/腔室层114以由例如热和压力层压的干膜或作为通过旋涂施加的湿膜形成于衬底102上。腔室层114的材料是光可成像聚合物，诸如SU8。(ー个或若干)腔室116通过常用光成像技术形成于腔室层114中。喷嘴板118包括形成于相应(ー个或若干)腔室116上的(ー个或若干)喷嘴孔120，使每个腔室116、相关喷嘴120和相关加热元件110对齐。因此，腔室116包括侧面形成于衬底102的表面上方的腔室壁，底部形成于衬底102表面上的加热元件110和形成于腔室层114上的喷嘴板118和喷嘴120。在图I的传统热喷墨打印头100中，用电流脉冲对加热元件110赋能，以加热腔室116中的墨液122，使膨胀的气泡124将墨滴126从喷嘴120喷出。当电流脉冲关断时，加热元件110冷却。气泡124快速破裂，将更多流体从储藏室(未示出)吸入到喷发室116中，以准备从喷嘴120喷射另外的墨滴。如上文提到的,在打印中，每秒重复此喷射过程几千次，每次气泡124破裂时，引起集中的冲击波冲击加热元件110。因此，在打印中加热元件110会经历连续的高频冲击波，引起随时间积累的气穴现象破坏。一旦气穴现象侵蚀掉外涂层，加热元件被破坏，不再喷射墨液。附加外涂层112被设计成保护加热元件110不受气穴现象和其它破坏的影响，通过提供结构稳定性来提高加热元件110的可靠性。较厚的外涂层112可进ー步提高加热元件110的可靠性。然而，这种保护加热元件110不受气穴现象破坏的方法有几个缺点。例如，外涂层112充当散热器，耗散由加热元件110产生的热。因此，外涂层112增加了加热元件110必须产生以通过喷嘴120喷发墨滴的热量。而且，尽管较厚的外涂层112为加热元件110提供更大保护，但会相应增加较厚外涂层112的散热效果，这是不期望的。除了充当散热器的缺点之外，较厚外涂层112还表现出热滞后。即，外涂层112的温度落后加热元件110的温度。加热滞后时间可引起喷射响应时间问题，及墨液冷却时粘到外涂层112的表面的问题。这些问题可降低加热元件110传导的热量，因此降低打印头100通过喷嘴120适当喷射墨液的能力。本公开的实施例通过从加热元件消除破裂的气泡的效应，克服了如上文提到的那些缺点。从破裂的气泡的冲击区中移去加热元件，使高频冲击波降低气穴现象对加热元件的损坏，降低了保护加热元件的外涂层的需求。因此，尽管可以使用外涂层，但其厚度可以降低。凹陷腔穴形成于打印头衬底内，打印头衬底的表面下方，加热元件沿凹陷腔穴的壁形成于衬底内。因为加热元件不形成于衬底表面上，不占据喷发室的底部，不牵涉由于气泡的重复破裂引起的退化过程。在一个实施例中，例如，喷墨打印头包括带凹陷腔穴的衬底，腔穴形成于衬底中。凹陷腔穴沿腔穴的周界具有连续侧壁和形成于腔穴侧壁上的加热元件。加热元件覆盖从腔穴底部沿侧壁到腔穴底部和顶部之间的一点或向上到腔穴顶部的腔穴周界的连续侧壁。在另ー实施例中，制造喷墨打印头的方法包括在衬底中形成凹陷腔穴。腔穴具有底部和沿整个腔穴周界的连续侧壁。加热元件形成于腔穴的侧壁上。形成带开放顶部的凹陷腔穴，开放的顶部与和腔穴底部相对的衬底表面齐平。形成长度覆盖整个腔穴周界的侧壁，高度从腔穴底部延伸到腔穴底部和顶部之间的一点的加热元件。在另ー实施例中，从喷墨打印头喷射墨滴的方法包括对衬底凹陷腔穴中形成的加热元件赋能，其中凹陷腔穴具有连续周界的侧壁，加热元件覆盖沿凹陷腔穴的连续周界的侧壁。图示实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种喷墨打印头，包括 衬底；和 凹陷腔穴，其形成于所述衬底中，沿所述腔穴的周界具有连续的侧壁；和 加热元件，其形成于所述腔穴的侧壁上。2.根据权利要求I所述的喷墨打印头，其中所述凹陷腔穴在其底部闭合，在其顶部开ロ，并且所述加热元件从所述腔穴的底部到所述腔穴的底部和顶部之间中途的ー个点覆盖所述连续侧壁。3.根据权利要求I所述的喷墨打印头，进一歩包括 墨液室，其形成所述衬底上，并排列在所述腔穴上；和 喷嘴板，其形成于所述墨液室上，具有排列在所述腔穴上的喷嘴，墨液滴通过喷嘴喷射。4.根据权利要求I所述的喷墨打印头，进一歩包括导体，其形成于所述连续侧壁上，并耦连到所述加热元件。5.根据权利要求I所述的喷墨打印头，其中所述腔穴是圆筒形的。6.根据权利要求3所述的喷墨打印头，其中所述腔穴和墨液室是圆筒形的，并且其中所述腔穴的周界比所述墨液室的周界小。7.根据权利要求2所述的喷墨打印头，其中所述加热元件从所述腔穴的底部到所述腔穴的底部和顶部之间中途的所述点具有约5微米的高度。8.根据权利要求I所述的喷墨打印头，其中所述加热元件具有沿整个腔穴周界延伸的约106. 8微米的长度。9.一种制造喷墨打印头的方法，包括 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：P马迪洛维奇，LH怀特，
申请(专利权)人：P马迪洛维奇，LH怀特，
类型：发明
国别省市：