專利名稱：噴墨頭的制造方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種噴墨頭的制造方法及其結(jié)構(gòu)，特別是一種用于噴墨打印機(jī)的噴墨頭，該噴墨頭的制造方法及結(jié)構(gòu)可提高產(chǎn)品的良率及品質(zhì)。
在現(xiàn)今的電腦打印機(jī)市場(chǎng)中，噴墨式打印機(jī)可以說(shuō)是一項(xiàng)廉價(jià)且高品質(zhì)的選擇，其與激光打印機(jī)比較起來(lái)可以說(shuō)是各有優(yōu)劣，其中噴墨打印機(jī)價(jià)格較低廉但耗材成本高；而激光打印機(jī)價(jià)格高卻耗材成本低；因此，對(duì)噴墨式打印機(jī)而言，如何降低耗材成本以提高競(jìng)爭(zhēng)力可以說(shuō)是一項(xiàng)技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)。
在噴墨打印的技術(shù)中通常包含了控制墨滴釋出至打印表面的機(jī)構(gòu)。如現(xiàn)有技術(shù)所知，噴墨打印的原理是利用一噴墨頭配置于供墨卡匣上，其可隨著控制信號(hào)的反應(yīng)噴出墨滴。
噴墨頭一般有兩種噴出墨滴的方式熱氣泡式及壓電式，熱氣泡式的噴墨頭是利用一薄膜電阻器加熱，以急速氣化一小部分的墨水(即墨滴)經(jīng)過(guò)噴孔噴出。
另一種壓電式的噴墨頭則使用壓電元件隨著控制信號(hào)的反應(yīng)壓縮墨水的體積，藉此產(chǎn)生壓力波以迫使墨滴經(jīng)過(guò)噴孔噴出。
現(xiàn)有技術(shù)揭露一種用于熱氣泡式噴墨打印機(jī)的噴墨頭，該噴墨頭是由VLSI工藝形成的層狀構(gòu)造，如美國(guó)發(fā)明專利第4,513,298號(hào)所揭露的層狀結(jié)構(gòu)，此層狀結(jié)構(gòu)是由多個(gè)工藝逐次形成的立體結(jié)構(gòu)。

圖1為噴墨頭層狀結(jié)構(gòu)的平面俯視圖，其中為清楚顯示本發(fā)明的層狀結(jié)構(gòu)故移去噴墨頭的噴孔片1(Nozzle Palate)。如圖1所示，噴墨頭由底部至頂部依序至少包括基層4、圖樣層3(Pattern layer)及乾膜光阻層2(dry film or channel barrier)，由VLS1工藝加工矽晶片而完成，其中位于圖1中最上層的乾膜光阻層2是以虛線表示。進(jìn)一步參考圖2及圖3說(shuō)明噴墨頭的構(gòu)成及工作原理，其中圖2為噴墨腔部分放大圖而圖3為噴墨腔的剖面視圖，其顯示一個(gè)噴墨腔的層狀結(jié)構(gòu)。圖1的乾膜光阻層2是形成在圖樣層3之上并在晶片中央形成墨水通道6且在墨水通道6兩側(cè)形成多個(gè)墨水腔5。
如圖2所示，墨水經(jīng)由供墨卡匣(圖未示)進(jìn)入墨水通道6再流入各個(gè)墨水腔5內(nèi)。進(jìn)一步參考圖3，其中噴孔片1經(jīng)熱壓而粘合在乾膜光阻層2上。該噴孔片1具有多個(gè)開孔對(duì)應(yīng)各個(gè)噴墨腔5。當(dāng)墨水進(jìn)入墨水腔5后，各墨水腔5依打印機(jī)的訊號(hào)而透過(guò)圖樣層3的加熱層31加熱其中的墨水使其因膨脹而經(jīng)噴孔片1的開口噴出。
圖3進(jìn)一步顯示噴墨頭的層狀結(jié)構(gòu)，其中基層4包括矽基層41及二氧化矽層42以構(gòu)成噴墨頭的底部而圖樣層3則包括加熱層31、第一鈍化層32及第二鈍化層33以構(gòu)成噴墨頭加熱墨水的構(gòu)造。
圖4為圖1中噴墨頭沿A-A線的剖面圖。如圖所示可知，由于在墨水通道6兩側(cè)的圖樣層3形成時(shí)具有一高度差(約為0.6μm)，因此當(dāng)乾膜光阻層2形成在其上時(shí)，在墨水通道6位置上造成一階差d，此階差d約為0.6μm。當(dāng)前噴孔片1(通常以金屬鎳制成)粘合在乾膜光阻層2(通常為MORTON或Vacrel等高分子化合物)時(shí)，須經(jīng)過(guò)120℃高溫及高壓2分鐘至5分鐘使高分子熔合在噴孔片1上。
繼續(xù)參考圖4，當(dāng)噴孔片1沿箭頭方向熱壓粘合在乾膜光阻時(shí)，須施加更大的壓力，使乾膜光阻層2產(chǎn)生形變向墨水通道6擠壓以封閉階差d所造成的空隙，以避免墨水由空隙滲漏。
然而，圖4中熱壓時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向剪應(yīng)力B卻可能導(dǎo)致各墨水腔5內(nèi)的乾膜光阻層2產(chǎn)生側(cè)向形變使其容積減小而造成噴墨頭不良率大幅增加。一般而言，墨水腔5的可容許誤差約在±10μm范圍，因此如果熱壓壓力過(guò)大時(shí)通常造成不良率約為50％左右。
有鑒于現(xiàn)有噴孔片1壓合程序不良的原因?yàn)閳D樣層3的階差d所造成，為解決此項(xiàng)問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的是提供一種噴墨頭的制造方法及其結(jié)構(gòu)，使得墨水通道6兩側(cè)的階差減小，藉此可使乾膜光阻層2較為平坦，如此噴孔片1壓合時(shí)能與乾膜光阻層2緊密接合，不會(huì)有漏墨的狀況發(fā)生。
本發(fā)明的另一目的是提供一種新的圖樣層布局方法，藉此使得乾膜光阻層與噴孔片熱壓接合時(shí)能完整接合，以提高噴墨頭制造的良率。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法所實(shí)施制造的噴墨頭具有高品質(zhì)及低不良率，而且所需的施行成本低廉，可以配合傳統(tǒng)的噴墨頭工藝機(jī)器，而僅需更改光罩的布局即可做到本發(fā)明的施行，不須另外添購(gòu)生產(chǎn)機(jī)具即可以實(shí)行，是一低成本高效益的發(fā)明。
本發(fā)明噴墨頭制造方法及其結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點(diǎn)與特徵，將從下述詳細(xì)說(shuō)明及附圖中得到進(jìn)一步的了解，附圖中圖1為現(xiàn)有噴墨頭層狀結(jié)構(gòu)的平面俯視面，其中移去噴孔片以清楚顯示層狀結(jié)構(gòu)；圖2為噴墨腔部分放大圖；圖3為噴墨腔的剖面視圖；圖4為圖1沿A-A線的剖面圖；圖5為本發(fā)明噴墨頭層狀結(jié)構(gòu)的平面俯視面，其中移去噴孔片以清楚顯示層狀結(jié)構(gòu)；以及圖6為圖5沿A’-A’線的剖面圖。
熱氣泡式噴墨打印機(jī)是利用加熱墨滴使其膨脹噴出印于紙上而達(dá)成打印的目的，其中影響打印的因素包括墨水品質(zhì)、卡匣內(nèi)壓力的控制及噴墨頭等。對(duì)熱氣泡式噴墨打印機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)為噴墨頭(print lend)的制造。
本發(fā)明的噴墨頭是由加熱晶片與噴孔片1的粘合結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成50～300個(gè)獨(dú)立噴墨腔。每個(gè)噴墨腔底部有電阻片，通電后可瞬間加熱，將墨水汽化，由于體積膨脹使墨滴噴出印于紙上。如圖5所示，在本發(fā)明中，加熱晶片的結(jié)構(gòu)包括乾膜光阻層2、圖樣層3、導(dǎo)流圖樣3’及基層4，其制造技術(shù)為VLSI工藝，而噴孔片1則由鎳金屬以顯微機(jī)加工(Micromachining)電鑄法制成其上具有多個(gè)開孔對(duì)應(yīng)各個(gè)獨(dú)立的噴墨腔。VLSI工藝及顯微機(jī)加工電鑄均為半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域所熟知的技術(shù)，故其細(xì)節(jié)于本發(fā)明中不再詳述。
噴墨頭的制造方法是將VLSI工藝完成的加熱晶片與電鑄制成的噴孔片1以高溫(約120℃)在高壓模具壓制粘合以形成噴墨頭。在粘合過(guò)程中，需注意噴孔片1與乾膜光阻層2的周圍不可產(chǎn)生細(xì)縫，否則在打印時(shí)會(huì)造成墨水外漏的現(xiàn)象。首先參考圖5及圖6說(shuō)明加熱晶片的制造方法(1)首先以半導(dǎo)體工藝的矽晶片材料作為噴墨頭的基層4，其包括矽基層41及二氧化矽層42。該基層4呈平面狀，以用于接下來(lái)的VLSI工藝處理。
(2)以濺射工藝(Sputtering)或光罩刻法將所需要的圖樣形成在基層4上。前述圖樣層3經(jīng)由前述制造方法形成包括至少三層構(gòu)造加熱層31、第一鈍化層32及第二鈍化層33，其中該加熱層31的材質(zhì)可為TaAl，且第一鈍化層32可為鋁(Al)而第二鈍化層33則可為氮化矽(Si3N4)、鉭(Ta)或碳化矽(SiC)構(gòu)成。前述加熱層31是經(jīng)通電后產(chǎn)生熱能，而第一鈍化層32及第二鈍化層33則用以防止墨水與加熱層31物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)變化。在本發(fā)明中，在形成積體電路布局的工藝中，同時(shí)形成導(dǎo)流圖樣3’。前述導(dǎo)流圖樣3’是形成在預(yù)設(shè)墨水通道6兩端的位置且該導(dǎo)流圖樣3’為不連續(xù)形狀的配置，因此該導(dǎo)流圖樣3’將不會(huì)與加熱層31、第一鈍化層32或第二鈍化層33實(shí)質(zhì)接觸。再者，該導(dǎo)流圖樣3’是構(gòu)成間隔排列而形成具有導(dǎo)流通道。當(dāng)然，熟悉本項(xiàng)技術(shù)人士皆知導(dǎo)流圖樣3’應(yīng)不限于如圖5的形狀，只要其形墨水通道6預(yù)設(shè)兩端位置而為不連續(xù)形狀配置均可構(gòu)成導(dǎo)流圖樣3’。進(jìn)一步參考圖6可知，其是沿圖5A’-A’線的剖面圖，因?yàn)閷?dǎo)流圖樣3’是與加熱層31、第一鈍化層32及第二鈍化層32一起形成，所以其具有同樣材質(zhì)的31’、32’及33’層而與圖樣層3具有相同的高度。
(3)參考圖5可知，乾膜光阻層2(通常為MORTON或Vacrel等高分子化合物)繼續(xù)形成在圖樣層3之上并形成虛線所示的結(jié)構(gòu)，因而在晶片中央形成墨水通道6及在其兩側(cè)的多個(gè)墨水腔5。
如圖6所示，加熱晶片再與具有多個(gè)開孔上噴孔片1熱壓粘合。因?yàn)樵诰車o(wú)任何階差存在，所以在熱壓時(shí)無(wú)需提供太大的壓力，且由于壓力均勻施予晶片周圍而不會(huì)有局部過(guò)大形變產(chǎn)生，不僅可保證噴墨頭粘合均勻，又可大幅提高產(chǎn)品良率。
在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施例的后，熟悉該項(xiàng)技術(shù)人士可清楚地了解，在不脫離所附權(quán)利要求書范圍與精神下可進(jìn)行各種變化與改變，而本發(fā)明亦不受限于說(shuō)明書的實(shí)施例的實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種噴墨頭的制造方法，包括下列步驟在選定基層上以半導(dǎo)體工藝形成包括第一圖樣及第二圖樣的圖樣層，前述圖樣層至少由加熱層及鈍化層組成，其中前述第一圖樣構(gòu)成前述噴墨頭的電路而第二圖樣則呈不連續(xù)形狀并形成在預(yù)設(shè)墨水通道兩端的位置，且具有與第一圖樣基本相等的高度；在前述圖樣層上形成一乾膜光阻層，前述乾膜光阻層是在噴墨頭中央形成一墨水通道及在該墨水通道兩側(cè)形成多個(gè)墨水腔；將具有多個(gè)對(duì)應(yīng)前述墨水腔的開孔的噴孔片以熱壓方式粘合于乾膜光阻層。
2.如權(quán)利要求1所述的噴頭的制造方法，其特征在于，前述基層包括矽基層及二氧化矽層。
3.如權(quán)利要求1所述的噴頭的制造方法，其特征在于，前述的噴孔片是由鎳金屬形成。
4.一種噴墨頭，包括一基層，它是以矽晶片為材料作為噴墨頭的基層；一圖樣層，包括第一圖樣及第二圖樣，前述圖樣層至少由加熱層及鈍化層組成，其中前述第一圖樣構(gòu)成前述噴墨頭的電路而第二圖樣則呈不連續(xù)形狀并形成在預(yù)設(shè)墨水通道兩端的位置，且具有與第一圖樣基本相等的高度；一乾膜光阻層，它是在噴墨頭中央形成一墨水通道及在該墨水通道兩側(cè)形成多個(gè)墨水腔；以及一噴孔片，它具有多個(gè)對(duì)應(yīng)前述墨水腔的開孔的噴孔片以熱壓方式粘合于乾膜光阻層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種噴墨頭的制造方法及其結(jié)構(gòu),它包括:一基層、一圖樣層,其由第一圖樣及第二圖樣所構(gòu)成,該第二圖樣呈不連續(xù)狀且形成在預(yù)設(shè)墨水通道位置,一乾膜光阻層及噴孔片。
文檔編號(hào)B41J2/14GK1338380SQ001240
公開日2002年3月6日 申請(qǐng)日期2000年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月10日
發(fā)明者莫自治, 張英倫, 游正弘, 周沁怡 申請(qǐng)人:研能科技股份有限公司