具有高度对称性的喷墨喷嘴装置的制造方法_2

文档序号:9437658阅读:来源:国知局
器来 实现,诸如在本领域中所熟知的压电致动器、或如于US7, 819, 503中所叙述的热弯曲致动 器,其内容W引用的方式并入本文中。尤其,使用本文中所叙述的室几何形状,该发射室中 的压力波的对称限制可被W其它型式的致动器有利地实现。
[00%] 该致动器可被接合至该发射室的底板、接合至该发射室的顶板或悬置在该发射室 中。较佳地,该致动器包括接合至该室的底板的电阻式加热器元件。
[0027] 较佳地,该加热器元件是伸长的,具有与该对称平面对齐的纵轴。较佳地,该加热 器元件为长方形。
[0028] 在一个实施例中,该喷嘴孔口的质屯、与该加热器元件的质屯、对齐。然而,在可选择 的实施例中,该喷嘴孔口的质屯、可沿着该加热器元件的纵轴从该加热器元件的质屯、偏置。 此y偏置可被用来校正绕着该发射室的X轴的任何残余的不对称性。
[0029] 较佳地,该加热器元件从该挡板结构纵向地延伸至该周边壁。有利地,沿着该加热 器元件的长度传播的气泡大体上同样地藉由该周边壁及该挡板结构所限制,且因此对称地 膨胀。
[0030] 较佳地,该周边壁及挡板用粧支撑在用于该加热器元件的个别电极上。
[0031] 较佳地,典型由于该装置的制造期间的共沉积,该周边壁及该挡板结构由相同材 料所构成。该周边壁及挡板结构可经由添加的MEMS工艺被界定,其中该材料被沉积进入牺 牲支架中所界定的开口(例如参见于US7,857,428中所叙述的相加式1615工艺,其内容 W引用的方式并入本文中)。可选择地,该周边壁及挡板结构可经由减去式MEMS工艺界定, 其中该材料沉积为一支撑层,且接着被蚀刻,W界定该周边壁及挡板结构(例如参见于US 7, 819, 503中所叙述的减去式MEMS工艺,其内容W引用的方式并入本文中)。为了易于制 造、优异的顶板平面性及坚固性、及室高度的较大控制,该周边壁与挡板结构较佳地藉由减 去式工艺所界定,其类似于有关US7, 819, 503的图3至5所叙述的工艺。
[0032] 该周边壁及该挡板结构可由任何合适材料所构成,包含聚合物(例如W环氧树脂 为基础的光阻剂,诸如SU-8)及陶瓷。较佳地,该周边壁及挡板结构由选自包括氧化娃、氮 化娃及其组合的群组的材料所构成。
[0033] 同样地,该顶板可由任何合适材料所构成,包含聚合物及陶瓷。该顶板可由与该周 边壁及挡板结构相同的材料或不同的材料所构成。典型地,喷嘴板横跨打印头中的多个喷 嘴装置,W界定每一喷嘴装置的顶板。使用合适的沉积工艺(例如参见,于US8, 012, 363 中所叙述的喷嘴板涂覆工艺,其内容W引用的方式并入本文中),该喷嘴板可未涂覆或涂覆 有疏水性涂层,诸如聚合物涂层。
[0034] 较佳地,该主室在平面视图中大致上为长方形。较佳地,该周边壁包括一对与该对 称平面平行的较长的侧壁、及一对垂直于该对称平面的较短的侧壁。
[0035] 较佳地,第一较短的侧壁界定该发射室的端壁,且第二较短的侧壁界定该前室的 端壁。
[0036] 该发射室及前室可具有任何合适的相对容量。该发射室可具有比该前室大的容 量、比该前室小的容量、或与该前室相同的容量。较佳地,该发射室具有比该前室大的容量。
[0037] 本发明另提供包括多个如上述的喷墨喷嘴装置的喷墨打印头或打印头集成电路。
[0038] 较佳地,该打印头包括沿着其背部纵向地延伸的多个油墨供给通道,其中在该打 印头的前侧的至少一列主室入口与该油墨供给通道的相应一个油墨供给通道会合。较佳 地,每一油墨供给通道具有至少50微米或至少70微米的宽度尺寸。较佳地,每一油墨供给 通道比该主室入口宽至少两倍、至少=倍或至少四倍。
【附图说明】
[0039] 本发明的实施例现在将仅只参考所附图面当作范例被叙述,其中: W40] 图1是根据本发明的打印头的一部分的剖面立体图;
[0041] 图2是根据本发明的喷墨喷嘴装置的平面视图;及
[0042] 图3是图1所示的喷墨喷嘴装置的一部分的剖开侧视图。
【具体实施方式】
[0043] 参考图1至3,显示有根据本发明的喷墨喷嘴装置10。该喷墨喷嘴装置包括主室 12,其具有底板14、顶板16、及延伸于该底板与该顶板之间的周边壁18。典型地,该底板藉 由覆盖CMOS层20的纯化层所界定,该CMOS层含有用于该打印头的每一个致动器的驱动电 路系统。图1显示该CMOS层20,其可包括被穿插W夹层介电(ILD)层的多个金属层。
[0044] 在图1中,该顶板16被显示为一透明层,W便显露每一喷嘴装置10的细节。典型 地,该顶板16由诸如二氧化娃或氮化娃的材料所构成。
[0045] 现在参考图2,该喷嘴装置10的主室12包括发射室22及前室24。该发射室22 包括被界定在该顶板16中的喷嘴孔口 26、及呈接合至该底板14的电阻式加热器元件28的 形式的致动器。该前室24包括在该底板14中所界定的主室入口 30 ("底板入口 30")。
[0046] 该主室入口 30与该前室24的端壁18B会合并局部重叠。此配置最佳化该前室24 的毛细管作用,藉此促进起动注给及最佳化室再填充率。
[0047] 挡板32分隔该主室12,W界定该发射室22及该前室24。该挡板32延伸于该底 板14及该顶板16之间。如在图3中最清楚地显示,该挡板32的侧面边缘典型地被变圆, W便使顶板裂开的风险减至最小。(挡板32中的尖锐角形角落倾向于集中该顶板16中的 应力,并增加裂开的风险)。
[0048] 该喷嘴装置10具有沿着该主室12的名义y轴延伸的对称平面。该对称平面藉由 图2中的虚线S所指示,且平分该喷嘴孔口 26、该加热器元件28、该挡板32及该主室入口 30 〇
[0049] 该前室24经由一对发射室入口 34与该发射室22流体地相通,该对发射室入口 34 位于该挡板32的两个侧面上。每一发射室入口 34藉由延伸于该挡板32的相应侧面边缘 及该周边壁18之间的间隙所界定。典型地,该挡板32占有该主室12沿着X轴的宽度的大 约一半,虽然将理解该挡板的宽度可基于最佳再填充率及该发射室22中的最佳对称性间 的平衡而有不同变化。
[0050] 该喷嘴孔口 26为伸长的,且采取楠圆的形式,其具有与对称平面S对齐的主轴。该 加热器元件28采取伸长棒的形式,其具有与对称平面S对齐的中屯、纵轴。因此,该加热器 元件28及楠圆的喷嘴孔口 26沿着其y轴互相对齐。
[0051] 如在图2中所显示,该喷嘴孔口 26的质屯、与该加热器元件28的质屯、对齐。然而, 应理解,相对于该加热器元件的纵轴(y轴),该喷嘴孔口 26的质屯、可从该加热器元件28的 质屯、稍微偏置。沿着该y轴从该加热器元件28偏置该喷嘴孔口 26可被用来补偿绕着该发 射室22的X轴的小的不对称性程度。虽然如此,在偏置被采用之处,偏置的程度将典型为 相当小的(例如少于1微米)。
[0052] 该加热器元件28延伸于该发射室22的端壁18A(藉由该周边壁18的一侧面所界 定)及该挡板32之间。该加热器元件28可延伸于该端壁18A及该挡板32间的整个距离, 或其可大体上延伸该整个距离(例如该整个距离的90至99% ),如在图2中所显示。如果 该加热器元件28未延伸于该端壁18A及该挡板32间的整个距离,则该加热器元件28的质 屯、仍然与该端壁18A及该挡板32之间的中点重合,W便绕着该发射室22的X轴维持一高 度对称性。换句话说,该端壁18A及该加热器元件28的一端部之间的间隙等于该挡板32 及该加热器元件的相反端部之间的间隙。
[0053] 该加热器元件28在其每一端部藉由一或多个通孔(via) 37被连接至经过该主室 12的底板14暴露的相应电极36。典型地,该电极36被该CMOS层20的上金属层所界定。 该加热器元件28可为由例如铁侣合金、铁侣氮化物等所构成。在一个实施例中,该加热器 28可被涂覆有一或多个保护层,如在本技术领域中所知的。合适的保护层包含例如氮化娃、 氧化娃、粗等。
[0054] 该通孔37可被填充W任何合适的传导性材料(例如铜、侣、鹤等),W提供该加热 器元件28及该电极36间的电连接。用于形成从该加热器元件28至该电极36的电极连接 的合适工艺被叙述于US8, 453, 329中,其内容W引用的方式并入本文中。 阳化5] 在一些实施例中,每一电极36的至少部分被分别直接地定位在端壁18A及挡板32 下方。此配置有利地改善该装置10的整个对称性,W及使该加热器元件28从该底板14剥 离的风险减至最小。
[0056] 如在图1中最清楚地显示,该主室12藉由合适的蚀刻工艺(例如电浆蚀亥Ij、湿式 蚀刻、光刻等)被界定于材料40的覆盖层中,该材料被沉积于该底板14上。该挡板32及
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