專利名稱：每個噴口具有多個輸墨孔的全集成熱噴墨打印頭的制作方法
本申請是美國專利申請流水號09/033，504(申請日1998年3月2日，發(fā)明名稱為“具有集成散熱片的流體噴射打印頭”，發(fā)明人是ColinDavis等)、美國專利申請流水號09/314，551(申請日1999年5月19日，發(fā)明名稱為“固態(tài)噴墨打印頭及生產(chǎn)方法”，發(fā)明人是Timothy Weber等)的部分后續(xù)申請，而以上兩件申請又是美國專利申請流水號08/597，746(申請日1996年2月7日)和美國專利申請流水號09/033，987(申請日1998年3月2日，發(fā)明名稱為“直接成像的聚合物流體噴射孔”，發(fā)明人是Chien-HuaChen，Naoto Kamamura等)的部分后續(xù)申請。以上申請被轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人，并且被收作本文參考文獻。
本發(fā)明涉及噴墨打印機，更具體地講，涉及用于噴墨打印機的一體化打印頭。
噴墨打印機通常具有一個安裝在一個支架上的打印頭，該支架前后掃描地通過輸入該打印機的一張紙的寬度。來自位于所述支架上或位于該支架外部的油墨容器的油墨被輸入位于所述打印頭上的噴墨腔中。每一個噴墨腔包括一個噴墨元件，如加熱電阻器或壓電元件，該元件是獨立尋址的。給一個噴墨元件供能會導(dǎo)致一個墨滴通過一個噴口噴出，以便在所述媒介上形成一個小點。這些小點的圖案形成一個圖象或文字。
隨著像點分辨率(每英寸上的點數(shù))因工作頻率的增加而增加。所述工作元件產(chǎn)生更多的熱量。需要將這些熱量驅(qū)散。熱量的驅(qū)散是通過被噴射的油墨和打印頭基片吸收來自噴墨元件的熱量共同完成的。所述基片甚至能夠通過向所述打印頭輸送油墨而冷卻。
有關(guān)一種特定類型打印頭和噴墨打印機的其它信息可以參見US5，648，806，該專利的名稱是“用于高分辨率噴墨打印機的寬幅噴口排列的穩(wěn)定基片結(jié)構(gòu)”，發(fā)明人是Steven Steinfield等，該專利被轉(zhuǎn)讓給本受讓人，并被收作本文參考文獻。
隨著打印頭分辨率和打印速度的提高以便滿足消費市場的需求，需要有新的打印頭生產(chǎn)技術(shù)和結(jié)構(gòu)。因此，需要一種改進的打印頭，該打印頭至少具有以下特征以高的工作頻率適當(dāng)吸收來自所述噴墨元件的熱量；以最低流回量用適當(dāng)?shù)脑偬畛渌俣葘娔贿M行再填充；最大限度地降低相鄰噴墨腔之間的相互干擾；能忍受油墨中的顆粒；提供高的打印分辨率；能夠精確對齊噴口和噴墨腔；提供精確的和可預(yù)測的墨滴軌跡；生產(chǎn)較簡單而且造價較低；并且性能可靠。
本發(fā)明披露了一種用集成電路技術(shù)生產(chǎn)的一體化打印頭。在硅基片的上表面設(shè)置包括電阻層在內(nèi)的若干薄膜層。對以上各層進行蝕刻，以便提供通向所述加熱電阻器元件的導(dǎo)電接頭。可以用壓電元件取代所述電阻元件。一個位于所述加熱電阻器下面的選擇性的導(dǎo)熱層吸收來自所述加熱電阻器的熱量，并將該熱量傳給所述硅基片和油墨的組合體。
至少為每一個噴墨腔設(shè)置一個通過所述薄膜層的輸墨孔。在一種實施方案中，輸墨孔的數(shù)量多于噴墨腔的數(shù)量，以便有一個以上的輸墨孔為每一個噴墨腔提供油墨。如果一個輸墨孔被顆粒堵塞，另一個輸墨孔能適當(dāng)?shù)卦偬畛渌鰢娔弧?br> 在所述基片的下表面蝕刻一個槽，以便油墨能流入該槽，并通過設(shè)在所述薄膜層上的輸墨孔進入每一個噴墨腔。
在所述薄膜層的上表面形成一個有孔層，以便形成噴口和噴墨腔。在一種實施方案中，可以用光界定材料生產(chǎn)所述有孔層。
公開了各種薄膜結(jié)構(gòu)以及各種輸墨裝置和有孔層。
所得到的全集成熱噴墨打印頭可以很高的精度生產(chǎn)，因為整個結(jié)構(gòu)是一體化的，滿足了下一代打印頭的要求。


圖1是一種打印盒的實施方案的透視圖，該打印盒可采用本文所披露的任一種打印頭。
圖2是本發(fā)明打印頭的一種實施方案的部分去掉的透視圖。
圖3是圖2所示打印頭底側(cè)的透視圖。
圖4是沿圖2中線4-4的橫剖視圖．圖5是圖2所示打印頭的倒置示意圖，具有透明的有孔層。
圖6是另一種實施方案的打印頭一部分倒置示意圖。
圖7是沿圖6中線7-7的透視剖視圖。
圖8是沿圖7中線8-8的橫剖視圖。
圖9是表示圖8所示打印頭實施方案上的單個噴墨腔的一部分的更詳細結(jié)構(gòu)的倒置示意圖。
圖10A-10F是在生產(chǎn)工藝的各個階段圖8所示打印頭的橫剖視圖。
圖11是打印頭的第二種實施方案的橫剖視圖。
圖12是可以安裝本發(fā)明打印頭的常規(guī)噴墨打印機的透視圖，以便在媒介上打印。
圖1是可以采用本發(fā)明打印頭結(jié)構(gòu)的一種類型噴墨打印盒10的透視圖。圖1中的打印盒10是在其主體12中含有大量油墨類型的，但另一種合適的打印盒可以是從外部墨源接收油墨類型的，所述墨源安裝在打印頭上或者通過一個管與該打印頭連接。
將油墨輸送給打印頭14。打印頭14(將在下文進一步說明)將油墨輸入噴墨腔，每一個噴墨腔包括一個噴墨元件。給觸點16提供電信號，以便單獨給所述噴墨元件供能，通過相關(guān)的噴口18噴射一個墨滴。常規(guī)打印盒的結(jié)構(gòu)和操作是眾所周知的。
本發(fā)明涉及打印盒的打印頭部分，或可以永久性安裝在打印機上的打印頭，因此，它獨立于為該打印頭提供油墨的輸墨系統(tǒng)。本發(fā)明還獨立于采用該打印頭的特定打印機。
圖2是沿圖1中線2-2的圖1所示打印頭一部分的橫剖視圖。盡管一個打印頭可能有300或更多噴口和相關(guān)的噴墨腔，為了理解本發(fā)明，僅需要對一個噴墨腔進行詳細說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以理解的是，將很多打印頭設(shè)置在一個硅片上，然后用常規(guī)技術(shù)彼此分開。
在圖2中，在硅基片20上設(shè)置了各種薄膜層22(將在下文進一步說明)。所述薄膜層22包括電阻層，用于形成電阻器24。其它的薄膜層起著各種作用，如提供與基片20的電絕緣，提供從所述加熱電阻器元件到基片20的導(dǎo)熱通道，和提供通向所述電阻器元件的電導(dǎo)體。圖中示出了一個導(dǎo)電體25通向電阻器24的一端。一個類似的導(dǎo)電體通向電阻器的另一端。在實際實施方案中，一個腔室中的電阻器和導(dǎo)電體被重疊的各層遮住。
所形成的輸墨孔26完全通過薄膜層22。
將一個有孔層28放置在薄膜層22的表面，并進行蝕刻，以便形成噴墨腔30，每一電阻器24對應(yīng)一個腔室。還要在有孔層28上形成一個集流腔32，以便為一排噴墨腔30提供共同的油墨通道。集流腔32的內(nèi)部邊緣用虛線33表示。噴口34可以用掩模和激光燒蝕通過常規(guī)光刻技術(shù)形成。
對硅基片20進行蝕刻，以便形成沿著所述成排的輸墨孔26的長度分布的槽36，使來自油墨容器的油墨38可以進入輸墨孔26，從而為噴墨腔30輸送油墨。
在一種實施方案中，每一個打印頭大致為1/2英寸長，并包括兩排偏置的噴口，每一排包括150個噴口，每一個打印頭共有300個噴口。因此，該打印頭沿著所述噴口排的方向移動一次可以產(chǎn)生每英寸600個點(dpi)的分辨率，通過多次可以更高的分辨率打印。還可以沿著打印頭的掃描方向打印出更高的分辨率。使用本發(fā)明可以獲得1200或更高dpi的分辨率。
在操作中，為加熱電阻24提供電信號，由此將一部分油墨蒸發(fā)，在噴墨腔30中形成氣泡。該氣泡通過相關(guān)的噴口34將墨滴推進到媒介上。然后通過毛細作用對該噴墨腔進行再填充。
圖3是圖2所示打印頭底部的透視圖，表示槽36和輸墨孔26。在圖3所示特定實施方案中，由一個槽36提供通向兩排噴墨孔26的通道。
在一種實施方案中，每一個輸墨孔26的大小小于噴口34的大小，以便通過輸墨孔26對油墨中的顆粒進行過濾，并且不會堵塞噴口34。輸墨孔26的堵塞對腔30再填充速度的影響很小，因為有多個輸墨孔26為每一個噴墨腔30輸墨。在一種實施方案中，噴墨孔26的數(shù)量多于噴墨腔30的數(shù)量。
圖4是沿圖2中線4-4的橫剖視圖。圖4表示所述單個的薄膜層。在圖4所示具體實施方案中，所示出的硅基片20的該部分大約10微米厚。該部分被稱為連接部分。整個硅基片20大約為675微米厚。
用常規(guī)技術(shù)在硅基片20上形成一個厚度為1.2微米的場氧化物層40。然后將一個厚度為0.5微米的磷硅酸鹽玻璃(PSG)層42覆蓋在氧化物層40上。
可以用一個硼PSG或硼原硅酸四乙酯(BTEOS)層取代層42，不過要用類似于對層42進行蝕刻的方法進行蝕刻。
然后在PSG層42上形成一個厚度為0.1微米的電阻層，例如，鋁化鉭(TaAl)。還可以使用其它已知的電阻層。所述電阻層在蝕刻之后形成電阻器24。PSG層42和氧化物層40在電阻器24和基片20之間形成電絕緣，在對基片20進行蝕刻時提供一個蝕刻阻擋層，并為超出部分45提供機械支撐。PSG和氧化物層還能對用于連接供能信號于電阻器24的晶體管(未示出)的多晶硅門進行絕緣。
要讓背面掩模(用于形成槽36)與輸墨孔26完全對齊是困難的。因此，將生產(chǎn)工藝設(shè)計成形成一個可變的超出部分45，而不是冒讓基片20干涉輸墨孔26的危險。
在圖4中沒有示出，但從圖2中可以看到，有一個諸如鋁-銅合金的成型金屬層覆蓋在電阻層上，以便為電阻器提供電氣連接。將跡線刻入AlCu和TaAl，以便形成第一電阻器尺寸(例如，寬度)。通過對AlCu層進行蝕刻導(dǎo)致一個電阻部分與AlCu跡線的兩端接觸形成第二電阻器尺寸(例如，長度)。這種生產(chǎn)電阻器和導(dǎo)電體的技術(shù)在本領(lǐng)域中是眾所周知的。
在電阻器24和AlCu金屬層上形成一個厚度為0.5微米的氮化硅(Si3N4)層46。該層提供絕緣和鈍化作用。在沉積氮化硅層46之前，對PSG層42進行蝕刻，從輸墨孔26回撤PSG層42，以使其不與任何油墨接觸。這樣做是重要的，因為PSG層42容易受到某些油墨和用于形成槽36的腐蝕劑的影響。
回刻一層以便防止該層接觸油墨的做法還可用于打印頭上的多晶硅層和金屬層。
在氮化物層46上形成一個厚度為0.25微米的碳化硅(SiC)層48，以便提供額外的絕緣和鈍化作用。現(xiàn)在由氮化物層46和碳化物層48保護PSG層42不受油墨和蝕刻劑的影響。還可以用其它非導(dǎo)電層取代氮化物和碳化物層。
對碳化物層48和氮化物層46進行蝕刻，露出AlCu跡線部分，以便與隨后形成的接地線(在圖4的部位之外)接觸。
在碳化物層48的上面形成一個厚度為0.6微米的鉭(Ta)的粘接層50。所述鉭還在電阻器元件上起著空泡氣蝕保護層的作用。層50通過氮化物/碳化物層上的開口接觸AlCu導(dǎo)電跡線。
將金(未示出)沉積在鉭層50上，并進行蝕刻，以便形成與AlCu跡線中的某一個形成電連接的接地線。所述導(dǎo)電器可以是常規(guī)類型的。
還可將AlCu合金和金導(dǎo)電體連接到設(shè)在所述基片表面的晶體管上。所述晶體管披露于上文提到過的US5，648，806中。所述導(dǎo)電體可以止于沿著基片20的邊緣的電極處。
一個軟性電路(未示出)具有連接在所述基片20上的電極上的導(dǎo)電體，并止于該打印機電氣連接的接觸板16(圖1)。
通過對所述薄膜層進行蝕刻形成輸墨孔26。在一種實施方案中，使用一個輸墨孔掩模。在另一種實施方案中，在對各個薄膜層進行成型時采用若干掩模和蝕刻步驟。
在蝕刻槽36之后，沉積并成型有孔層28。在另一種實施方案中，槽的蝕刻是在有孔層加工之前進行。有孔層28可以由被稱為SU8的紡織的環(huán)氧樹脂制成。在一種實施方案中所述有孔層的厚度大約為20微米。
為了更好地將熱量從基片20傳到油墨，如果必要可以沉積一背面金屬層。
圖5是圖2所示結(jié)構(gòu)的倒置視圖。有關(guān)元件的尺寸如下輸墨孔26為10微米×20微米；噴墨腔30為20微米×40微米；噴口34的直徑為16微米；加熱電阻器24為15微米×15微米；而集流腔32的寬度為大約20微米。以上尺寸可以根據(jù)所使用的油墨、工作溫度、打印速度、期望的分辨率和其它因素而變化。
圖6是打印頭的另一種實施方案的一部分的倒置視圖。在該打印頭上，不存在油墨集流腔。輸送到每個噴墨腔的油墨是由兩個專門的輸墨孔提供的。該打印頭的其它視圖在圖7、8和9中示出。在所示實施方案中，輸墨孔的數(shù)量為加熱電阻器數(shù)量的2倍。在另一種實施方案中，每一個噴墨腔具有一個或更多的專用輸墨孔。
在圖6中，噴墨腔60的外形與加熱電阻器62、噴口64(該噴口的較小的直徑用虛線表示)和輸墨孔66和67一起示出。輸墨孔66和67被設(shè)計成小于噴口64，以便在任何顆粒到達腔室60之前將其過濾。如果顆粒堵塞一個輸墨孔，另一個輸墨孔的大小能夠以接近工作頻率的速度對腔室60進行適當(dāng)再填充。
圖7是沿圖6中線7-7的橫剖透視圖，表示一個噴墨腔60。
在圖7中，在硅基片70上設(shè)置若干薄膜層72(在圖8中示出)，包括電阻層和AlCu合金層，對其進行蝕刻以及形成加熱電阻器62。所示出的AlCu導(dǎo)電體63通向電阻器62。
產(chǎn)生透過薄膜層72的輸墨孔67，以便延伸到硅基片70的表面。然后在薄膜層72上設(shè)置有孔層74，以便形成噴墨室60和噴口64。對硅基片70進行蝕刻，以便形成沿成排的噴墨腔的長度分布的槽76?？梢栽谟锌讓又靶纬刹?6。所示的來自油墨容器的油墨78流入槽76，通過輸墨孔67并進入腔60。
圖8是沿圖6中線8-8的橫剖視圖，表示腔室60的一半。其另一半與圖8對稱。與第一種實施方案不同，圖8的結(jié)構(gòu)使用一個位于加熱電阻器下面的金屬層排出電阻器的熱量，并將該熱量轉(zhuǎn)移到所述基片和油墨本身，而在第一種實施方案中，硅基片20的一部分直接位于加熱電阻器下面，以便散發(fā)來自電阻器的熱量。
在形成槽76之前，在硅基片70上形成厚度為1.2微米的氧化物絕緣層90(圖7)。在圖8中示出的是形成槽76之后的部分打印頭，因此在視場內(nèi)未示出基片70。
然后將厚度為0.5微米的PSG層92沉積在氧化物層90上。正如結(jié)合圖4說明時所述，所述氧化物和PSG層在加熱電阻器和下部導(dǎo)電層之間提供電絕緣和導(dǎo)熱性，并在槽76刻出之后在其余的硅基片部分之間的連接部分提供加強的機械支撐。另外，如上文所述，將PSG層92從輸墨孔67上抽回，以避免與油墨接觸，否則油墨會與PSG發(fā)生反應(yīng)。
在PSG層92上形成一個厚度為0.1微米的TaAl電阻層。在所述TaAl層上形成一個AlCu層(未示出)。按上文所述形成各個加熱電阻器62和導(dǎo)電體63(圖7)的方法對TaAl和AlCu進行蝕刻。
然后在電阻器62和AlCu導(dǎo)電體上形成一個厚度為0.5微米的氮化物層96，接著再形成一個厚度為0.25微米的碳化硅層98。對所述氮化物/碳化物層進行蝕刻，以便露出部分AlCu導(dǎo)電體。
然后沉積一厚度為0.6微米的鉭粘接劑層100，接著是一個金導(dǎo)電層，然后對這兩層進行蝕刻，以便形成與某個AlCu導(dǎo)電體呈電接觸的金導(dǎo)電體，該AlCu導(dǎo)電體通向加熱電阻器62并最終止于沿所述基片邊緣分布的結(jié)合板。在一種實施方案中所述金導(dǎo)電體是接地線。
然后蝕刻透過薄膜層的輸墨孔67(或者在生產(chǎn)所述薄膜層期間成型)。然后設(shè)置有孔層74，并進行蝕刻，形成腔60和噴口64。噴口64還可以通過激光燒蝕成型。
然后對基片70的背面(圖7)進行沉積，并使用TMAH蝕刻劑進行蝕刻，以形成沿著一排噴墨腔60的長度分布的槽76?？梢允褂萌舾晌g刻技術(shù)，濕或干技術(shù)中的任一種。干蝕刻劑的例子包括XeF2和SiF6。合適的濕蝕刻劑的例子包括乙二胺磷苯二酚(EDP)，氫氧化鉀和TMAH。還可以使用其它蝕刻劑?？蓪⑸鲜鑫g刻劑中的任一種或其組合用于本申請。
槽76可以具有大約為一個噴墨腔的寬度或者可以具有包括若干排噴墨腔的寬度。所述槽可以在所述生產(chǎn)工藝的任何時間成型。
在形成槽76之后，在硅片的背面在氧化物層90上面形成一個厚度為0.1微米的鉭粘接劑層101，然后在粘接劑層101上形成一個厚度為1.5微米的諸如金(Au)的導(dǎo)熱層102。接下來在導(dǎo)熱層102上再形成一個厚度為0.1微米的鉭粘接劑層103。
圖9是用在圖6所示打印頭上的噴墨腔60的一半的倒置視圖。圖9表示對各層的蝕刻，并且與圖8結(jié)合閱讀。從輸墨孔67開始，由氧化物和鈍化層90、96和98形成一個大約2微米長的疊層。該疊層的長度還可以為其它尺寸，例如1-100微米。所示的鉭100(用作金導(dǎo)體的粘接層)超出PSG層92一微米，并顯示PSG層92超出電阻器62二微米。
圖10A-10F是在圖8所示打印頭的生產(chǎn)期間的各個步驟的硅片的一部分的橫剖視圖。除非另有說明，使用常規(guī)沉積、掩模、和蝕刻步驟。
在圖10A中，將具有結(jié)晶方向(111)的硅基片70放置在一個真空室中。讓場氧化物90以常規(guī)方式生成。然后用常規(guī)技術(shù)沉積PSG層92。圖10A表示用常規(guī)光刻技術(shù)在PSG層92上形成掩模110。然后用常規(guī)活性離子蝕刻(RIE)對PSG層92進行蝕刻，將PSG層92從隨后形成的噴墨孔上回撤。
在圖10B中，將掩模110去掉，并將一個TaAl的電阻層111沉積在硅片表面。然后在TaAl上沉積一個AlCu的導(dǎo)電層112。沉積一個第一掩模113，并用常規(guī)光刻技術(shù)成型，用常規(guī)IC生產(chǎn)技術(shù)對導(dǎo)電層112和電阻層111進行蝕刻。使用另一個掩模和蝕刻步驟(未示出)，以便按上文所述方式去掉覆蓋在加熱電阻器62上的AlCu部分。所得到的導(dǎo)體AlCu位于圖10A-F的視野之外。
在圖10C中，用常規(guī)技術(shù)在硅片上面沉積鈍化層、氮化物層96和碳化物層98。然后對鈍化層進行掩模(在視野之外)并利用常規(guī)技術(shù)蝕刻，以便露出AlCu導(dǎo)電跡線的一部分，與隨后的金導(dǎo)電層形成電接觸。
然后在硅片上沉積一個鉭粘接劑層100和金導(dǎo)電層114，用第一掩模115保護，并用常規(guī)技術(shù)蝕刻，以便形成接地線，該接地線止于沿所述基片邊緣的粘接板。第二掩模(未示出)去掉了Ta粘接劑層100上的部分金，如覆蓋在加熱器部位上的金。
圖10D表示在圖10C中的步驟之后所得到的結(jié)構(gòu)，使掩模116露出待蝕刻的薄膜層的一部分，以便形成輸墨孔。另外，在成型各個薄膜層時可以使用多個掩模和蝕刻步驟，以便刻出所述輸墨孔。
圖10E表示在對所述薄膜層進行蝕刻之后的結(jié)構(gòu)。所述薄膜層是使用各向異性的蝕刻劑蝕刻的。這種輸墨孔蝕刻工藝可以是若干種蝕刻劑的組合(RIE或溫型)。輸墨孔67可以與被成型的薄膜一起在生產(chǎn)期間用一種蝕刻劑生產(chǎn)。孔67可以用一個掩模和蝕刻步驟形成或者用一系列蝕刻步驟形成。所有蝕刻都可以使用常規(guī)IC生產(chǎn)技術(shù)。
然后用常規(guī)技術(shù)對硅片的背面進行掩模，露出油墨槽部分76(參見圖7)。槽76是用濕蝕刻工藝用四甲胺氫氧化物(TMAH)作為蝕刻劑蝕刻的，以便形成傾斜的形狀。還可以使用其它濕各向異性的蝕刻劑。(參見U.Schnakenberg等，用于硅微加工的TMAHW蝕刻劑，技術(shù)文摘，第六屆固態(tài)傳感器和致動器國際會議(換能器91)，加州，舊金山，1991年6月24-28日，815-818頁)。所述濕蝕刻劑將形成傾斜的槽76。槽76可以延長打印頭的長度或者為了改善打印頭的機械強度，僅僅延伸位于噴墨腔60下面的打印頭的一部分長度上。如果考慮到所述基片與油墨反應(yīng)的話，可以在所述基片上沉積一個鈍化層。
在圖10F中，將鉭粘接劑層101迅速蒸發(fā)或者噴在所述基片下表面，然后再沉積金導(dǎo)熱層102和另一個鉭層103。這些層起著導(dǎo)熱層的作用，并提供連接部分的機械強度。
圖10F還表示有孔層74的成型。在一種實施方案中，有孔層74是可以光學(xué)成像的材料，如SU8。有孔層74可以是重疊、網(wǎng)狀或紡織物。所述噴墨腔和噴口是通過光刻技術(shù)形成的。
在圖8中示出了對有孔層74進行蝕刻以后所得到的結(jié)構(gòu)。有孔層74還可以用兩步驟形成，對第一層進行成型，以便形成油墨腔，對第二層進行成型以便形成噴口。
然后對所得到的硅片進行切割，形成單個打印頭，然后將用于為該打印頭上的導(dǎo)電體提供電力入口的軟性電路(未示出)連接在位于所述基片邊緣的連接板上，然后將所得到的組件固定在塑料打印盒上，如圖1所示，并使該打印頭相對打印盒主體密封，以防止油墨泄露。
圖11是類似于圖4所示打印頭的第二種實施方案的一部分的橫剖視圖，所不同的是位于硅片上的槽并沒有從頭到尾蝕刻到薄膜層。相反，對大塊的硅120進行局部蝕刻，在加熱電阻器24下面形成一個薄的硅粘接部分。為了達到這一目的，在沉積薄膜層之前，用掩模對硅片的正面進行造型，以便露出位于所述槽部位的硅面，對槽的部位不進行徹底的蝕刻。然后用諸如硼的P-型摻雜劑對暴露的部分進行摻雜，達到大約1-2微米的深度。該深度可以高達15微米或更深。然后將掩模去掉。用背面硬掩模限定要進行槽蝕刻的部位。然后對硅片的背面進行TMAH蝕刻工藝，該工藝僅蝕刻未摻雜的硅部分。位于槽部位的硅部分的厚度為大約10微米，現(xiàn)在該部位位于電阻器24上面。
可以用類似工藝形成圖4中的薄硅連接部分。
與圖4中編號相同的薄膜層可能是相同的，并且隨后用類似于上文所述工藝成型。有孔層122可以與圖8所示有孔層相同。
圖11所示打印頭的一個優(yōu)點是位于電阻器24下面的硅可以傳導(dǎo)來自電阻器24的熱量。
集成電路生產(chǎn)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解用于生產(chǎn)本文所述打印頭結(jié)構(gòu)的各種技術(shù)。所述薄膜層及其厚度可以改變，某些層可以去掉，而仍然能獲得本發(fā)明的優(yōu)點。
圖12表示可采用本發(fā)明的噴墨打印機130的一種實施方案。除本發(fā)明以外，還可用噴墨打印機的多種其它設(shè)計。有關(guān)噴墨打印機的更多細節(jié)參見授予Norman Pawlowski等的US5，852，459中，該專利被收作本文參考文獻。
噴墨打印機130包括一個裝紙張134的輸入盤132，用滾子137向前輸送所述紙張通過打印區(qū)135，以便在它上面打印。紙134然后向前到達輸出盤136。由一個活動打印支架138支撐打印盒140-143，這些打印盒分別打印藍綠色(C)、黑色(K)、深紅色(M)、和黃色(Y)油墨。
在一種實施方案中，將裝在可更換的油墨支架146中的油墨通過柔性輸墨管148輸送給相關(guān)的打印盒。所述打印盒還可以是這種類型的它裝有大量流體，并可以再填充或不能再填充。在另一種實施方案中，所述墨源與所述打印頭部分分開，并可分離地安裝在打印架138上的打印頭上。
打印架138通過常規(guī)傳動帶和滑輪系統(tǒng)沿著掃描軸線運動，并沿著滑動桿150滑動。在另一種實施方案中，該打印架是固定的，并由一排固定打印盒在運動的紙張上打印。
來自常規(guī)外置計算機(例如，PC)的打印信號由打印機130處理，以便產(chǎn)生一個待打印的點的位圖。然后將該位映像轉(zhuǎn)換成打印頭的工作信號。在打印時，當(dāng)打印架138沿著掃描周線向后和向前運動時的位置是由一個光學(xué)編碼器條確定的，通過打印架138上的光電元件檢測，導(dǎo)致每一個打印盒上的多個噴墨元件在打印架掃描期間的合適時間選擇性地工作。
所述打印頭可以使用電阻、壓電、或其它類型的噴墨元件。
當(dāng)打印架138上的打印盒掃描通過紙張時，通過打印盒重疊而打印出一行行字符，在經(jīng)過一次或幾次掃描之后，紙張134沿著朝向輸出盤136的方向移動，并且打印架138繼續(xù)掃描。
本發(fā)明同樣適用于其它打印系統(tǒng)(未示出)，該系統(tǒng)使用另一種媒介和/或打印頭移動機構(gòu)，如采用了磨擦輪、輸送輥、或滾筒或真空帶技術(shù)來支撐并相對打印頭組件移動打印媒介的裝置。采用磨擦輪設(shè)計，用一個磨擦輪和夾緊輥沿著一條軸線向后和向前移動所述介質(zhì)，同時攜帶一個或幾個打印頭組件的打印架沿著垂直軸線方向掃描通過所述媒介。對于滾筒打印機設(shè)計而言，將所述媒介安裝在一個旋轉(zhuǎn)滾筒上，該滾筒沿一個軸線旋轉(zhuǎn)，同時由一個打印架攜帶一個或幾個打印頭組件沿一條垂直軸線掃描通過所述媒介。在滾筒或磨擦輪設(shè)計中，掃描通常不是圖12所示系統(tǒng)那樣以向后和向前方式進行。
可以在一個基片上設(shè)置多個打印頭。另外，可將一排打印頭分布在一張紙的整個寬度上，這樣就不需要所述打印頭的掃描；只是所述紙張垂直于所述排列移動。
位于所述支架上的其它打印盒可以包括其它顏色或定色劑。
盡管業(yè)已對本發(fā)明的特定實施方案進行了圖示和說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以在不超出本發(fā)明廣義范圍的前提下進行改變和改進，因此，所附權(quán)利要求書用來包括落入本發(fā)明實際構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有上述改變和改進。
權(quán)利要求
1．一種打印裝置，包括一個打印頭，包括一個打印頭基片(20)；設(shè)置在所述基片(20)第一表面上的若干薄膜層(24，40-50)，所述層中的至少一層形成若干噴墨元件(24)；通過所述薄膜層形成的輸墨孔(26，66，67)，輸墨孔的數(shù)量多于噴墨元件(24，62)的數(shù)量；和位于所述基片(20)上的至少一個開口(36)，提供一個從所述基片的第二表面、通過所述基片(20)并到達設(shè)在所述薄膜層上的所述輸墨孔(26，66，67)的油墨通道(78)。
2．如權(quán)利要求1的裝置，還包括一個設(shè)在所述薄膜層上方的有孔層(28)，所述有孔層形成若干噴墨腔(30)，在每一個噴墨腔里面有一噴墨元件(24，62)，所述有孔層還為每一個噴墨腔(30)形成一個噴口(34)。
3．如權(quán)利要求2的裝置，其中，所述有孔層(28)是作為所述打印頭的整體部分成型的可光照成像的層。
4．如上述權(quán)利要求中任一項的裝置，其中，輸墨孔(26，66，67)的數(shù)量大約為噴墨元件(24，62)的2倍。
5．如上述權(quán)利要求中任一項的裝置，其中，所述基片(20)上形成所述至少一個開口(36)，它至少部分地是由在所述硅基片(20)上蝕刻的槽(36)構(gòu)成的，提供一個自所述第二表面起的油墨通道(38)，。
6．如上述權(quán)利要求中任一項的裝置，還包括與所述輸墨孔(26，66，67)呈流體連通狀態(tài)的一個油墨集流腔(32)，用于將油墨(78)輸送到所述噴墨元件(24，62)。
7．如上述權(quán)利要求中任一項的裝置，其中，每一個噴墨元件(24，62)與兩個輸墨孔(66，67)連接，這兩個輸墨孔位于每一個噴墨元件的相對兩側(cè)。
8．如上述權(quán)利要求中任一項的裝置，還包括提供給所述至少一個孔(26，66，67)的油墨(38)。
9．一種形成打印頭的方法，包括提供一個打印頭基片(20)；在所述基片(20)的第一表面上設(shè)置若干薄膜層(24，40-50)，由所述層中的至少一個形成若干噴墨元件(24，62)；形成通過所述薄膜層的輸墨孔(26，66，67)，使輸墨孔的數(shù)量多于噴墨元件(24，62)的數(shù)量；和在所述基片(20)上形成至少一個開口(36)，提供一個從所述基片的第二表面、通過所述基片并到達設(shè)在所述薄膜層(24，40-50)上的輸墨孔(26，66，67)的油墨通道(38)。
10．一種打印方法，包括將油墨(38)輸送通過打印頭基片(20)上的至少一個開口(36)，并通過設(shè)在所述基片上的薄膜層(24，40-50)上的輸墨孔(26，66，67)，由所述薄膜層中的至少一個形成若干噴墨元件(24，62)，輸墨孔(26，66，67)的數(shù)量多于噴墨元件(24，62)的數(shù)量；和給所述噴墨元件(24，62)供能，以便通過相關(guān)的噴口(34)排出油墨。
全文摘要
一種用集成電路技術(shù)生產(chǎn)的一體化打印頭,其中將包括噴墨元件(24,62)在內(nèi)的薄膜層(24,40－50)設(shè)置在硅基片(20)的上表面。對以上各層進行蝕刻,以便形成通向所述噴墨元件(24,62)的導(dǎo)電體(25)。至少為每一個噴墨腔(30)設(shè)置一個通過薄膜層的輸墨孔(26,66,67)?；?20)的下表面蝕刻一個槽(36),以便油墨(38)能流入該槽。薄膜層的上方表面形成一個有孔層(28),以便形成噴口(34)和噴墨腔(24,62)。
文檔編號B41J2/14GK1286169SQ00108729
公開日2001年3月7日 申請日期2000年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月27日
發(fā)明者N·A·卡瓦穆拉, C·C·達維斯, T·L·韋伯, K·E·特呂巴, J·P·哈蒙, D·R·托馬斯 申請人:惠普公司