专利名称：喷墨打印机的打印头及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种喷墨打印机的打印头，所述打印头抗油墨腐蚀，因而，改善了打印头的可靠性，并提供一种制造该打印头的方法。
背景技术：
喷墨打印机是一种众所周知的打印机。喷墨打印机具有一个打印头，内有多个用于向记载图象和字母的记录纸或纺织品上输出墨滴的喷嘴。喷墨打印机具有某些优点，例如安静地操作，不用紧固处理，易于实现彩色印刷。
有一些输出墨滴的方法，典型的是压电喷墨、热敏喷墨等等。
压电喷墨打印机使用机电式变换器，例如压电元件，它使油墨腔发生机械变形，以使油墨压力改变。压力变化使墨滴通过微小的喷嘴输出。
热敏式喷墨打印机使用启动腔内的微小的加热元件，当电流被施加到加热元件上时，在一个非常短的时间内，加热元件在油墨中形成汽泡，汽泡的膨胀迫使墨滴流出喷嘴。热敏式打印头被分为两类，侧射型和顶射型。在侧射型的打印头中，由加热元件所产生的汽泡膨胀并沿平行于加热元件表面的方向推动油墨，通过远离加热元件的喷嘴输出墨滴。相反，顶射型打印头具有这样的特性，喷嘴位于加热元件的上方，由加热元件所产生的气泡沿垂直方向推动油墨并通过喷嘴输出油墨。众所周知，顶射型打印头所耗用的能量小于侧射型打印头所耗用的能量。
顶射型打印头包括多个(例如64、128或256)加热元件、多个分别驱动加热元件的驱动电路、多个油墨通道和喷嘴。在制造过程中，顶射型打印头被形成在硅片上，所述硅片的直径等于或大于6英寸(大约15.24cm)。硅片具有90或更多的块(每块大约为10×15mm)，头被这样形成，即每个头被形成在一个块上。此时硅LSI形成技巧或薄膜形成技巧被用于形成具有单片结构的打印头。
图1A是一个平面视图，显示了喷墨打印机的顶射型打印头1的油墨输出表面(下文中将被简单地称做印刷头1)。图1B是一个放大的视图，显示了图1A中用破折线矩形a表示的区域。图1C是一个沿图1B中C-C线所做的横截面视图，显示了喷孔板14下面的元件。
使用LSI形成技巧，在芯片2上形成驱动电路(图中未示)。通过蚀刻或类似的方法，在芯片2上形成公用的油墨供给槽(图中未示)。绝缘层3(氧化膜)被形成在已具有驱动电路和公用的油墨供给槽的芯片2上。
使用薄膜成形技巧例如光刻蚀法，在驱动电路和公用的油墨供给槽之间形成加热电阻器4的多条线(64、128或256)，此外，用于驱动加热电阻器4上的加热区域5的公用电极6和个体电极被形成，所以加热电阻器4上的加热区域5被暴露。一加热区域5、一公用电极6和一个体电极7是一个加热元件单元。
单个电极7被连接到驱动电路电极端子上，一个用于将公用电极6与外围设备相连的连接端8和另一组用于将驱动电路与外围设备相连的连接端9被形成在芯片2上。
除了形成连接端8和9的部位之外，一种壁材料层被涂附在芯片2上。然后，使用光刻蚀法对壁材料层进行加工，从而形成壁11，壁11确定了油墨流动通道13。
壁11包括梳状延伸部分11-1，壁11和它的延伸部分11-1围绕着每个加热区域5的三个侧面并将加热区域5彼此分隔开。加热区域5上方被分开的空间是启动腔12，每个启动腔12的敞开一侧与油墨流动通道13相连，所述油墨流动通道13与公用油墨供给槽相通。
在壁11上安置一个喷孔板14。喷孔板14上具有多个喷嘴15，所以，一组喷嘴15形成一条沿着加热区域5的喷嘴线16。从而，多个打印头1被形成在硅片上。硅片被最终分割，所以，具有打印头的芯片2被彼此分开。
在打印机中，通过公用油墨供给槽和油墨流动通道13，油墨被提供到启动腔12内。在印刷时，根据打印数据，电流被有选择地施加到加热区域5上。一旦接收到电流，在很短的时间内，加热区域5加热油墨，从而，在油墨层的底部形成汽泡，汽泡膨胀并推动墨滴通过加热区域5上方的喷嘴15。当输出时，墨滴的尺寸几乎与喷嘴直径相同。当墨滴到达记录纸上时，它几乎是初始尺寸的两倍。
铝(Al)是制造电极的主要材料，例如公用电极6和个体电极7，因为铝具有好的导电性和低的成本。由于铝是两性金属，在普通酸性或碱性油墨的作用下，它将逐渐地被腐蚀。
金(Au)是一种抗腐蚀性材料，因而，它适合于做公用电极6和个体电极7。然而，金易于导致迁移，所述迁移使油墨渗入电极6/7和加热电阻器4之间的边界。这种油墨迁移最终将金电极和加热电阻器4分开。
由于电极6和7的腐蚀或电极与加热电阻器4的分开将损害打印头的性能，打印头1最终将破裂。即使电极6和7没有被油墨腐蚀，空气中的湿气也将导致迁移，从而，打印头的异常虽然可能被延长，但是打印头最终也会破裂。
发明的公开物本发明的一个目的是提供一种抗油墨腐蚀和迁移的喷墨打印机的打印头，它的可靠性被改善。本发明的另一个目的是提供一种简单的制造一种抗油墨腐蚀和迁移的喷墨打印机的打印头的方法，从而可靠性被改善。
根据本发明第一方面的一种喷墨打印机头是这样一种喷墨打印机的打印头，通过加热油墨所形成的汽泡将油墨沿预定方向压出打印头，所述打印机头包括一种绝缘基片(18,19)，至少一个表面是绝缘体；多个被形成在上述绝缘基片上的加热电阻器(24)，每个加热电阻器具有一个加热区域(25)，当施加预定电压时，所述加热区域发出热量；一对电极(21,23)，它们各自与每个加热区域(25)电相连；被形成在所述绝缘基片(18,19)上的壁(31)，所述壁用于确定油墨流动通道(32)；和一个屏蔽层(41)，它能够抵抗油墨所导致的腐蚀，所述屏蔽层覆盖所述电极(21,23)，所以，所述电极(21,23)没有暴露于油墨流动通道(32)内的油墨。
根据本发明，由油墨导致的电极腐蚀和迁移被阻止，因此，喷墨打印头具有改善的能够抵抗由油墨导致的腐蚀和迁移的能力，因而，喷墨打印机头的可靠性被改善。
所述屏蔽层(41)由非晶体的金属合金制成。
通过化学镀方法形成所述屏蔽层(41)。化学镀可以实现均匀和恒定的屏蔽层，所述屏蔽层牢固地粘附在电极上。
电极(21,23)可以被叠加在除加热区域(25)以外的所述加热电阻器(24)上。在此情况下，一个将电极(21,23)与加热电阻器(24)相连的接触层(39)被形成在电极(21,23)和所述加热电阻器(24)之间。所述屏蔽层(41)覆盖电极(21,23)的侧边和上表面，所以，电极(21,23)没有暴露于油墨流动通道(32)内的油墨。
加热区域(25)可以不被屏蔽层(41)覆盖，因而暴露。
然而，所述屏蔽层(41)被形成在电极(21,23)中的每一个上和所述加热区域(25)上的预定区域上。这种结构成功地阻止了在电极和加热电阻器之间的接触表面上的迁移。
一层保护绝缘薄膜(42)可以被形成在所述加热区域(25)和所述屏蔽层(41)上。在此情况下，所述加热电阻器(24)由Ta-Si-O-N制成，所述屏蔽层(41)可以由Ti-W组成，所述保护薄膜(42)由Ta-Si-O组成。在使用单色喷墨打印机的打印头时，这种结构阻止了短路电流通过油墨。因而，实现了平稳的油墨流动，喷墨打印机的打印头的可靠性被改善。
符合本发明第二方面的喷墨打印机的打印头是这样一种打印头，即通过向油墨提供压力，使油墨沿预定方向通过喷嘴(35)而被压出打印头，所述喷墨打印机的打印头包括被安置在与所述喷嘴(35)相通的油墨流动通道(32)内的压力生成器(25)，当施加预定电压时，所述压力生成器向油墨提供压力；电极(21,23)，它们是用于向所述压力生成器(25)提供预定电压的两极；屏蔽层(41)，它能够抵抗由油墨所导致的腐蚀，所述屏蔽层(41)覆盖所述电极(21,23)，所以，所述电极(21,23)没有暴露于油墨流动通道(32)内的油墨。
这种结构也实现了一种可靠的喷墨打印机的打印头，它能够抵抗由油墨导致的腐蚀和迁移。
本发明第三方面介绍了一种制造喷墨打印机的打印头的方法，通过对在油墨流动通道(32)内流动的油墨进行加热，产生汽泡，在汽泡的作用下，油墨沿预定的方向被压出打印头，所述方法包括在一个绝缘基片(18,19)上，通过形成加热电阻器(24)而形成多个加热元件，每个加热元件具有一个加热区域(25)，当施加一个预定电压时，所述加热区域(25)发出热量，并在所述加热电阻器(24)除加热区域(25)以外的区域上形成电极(21,23)；形成一个屏蔽层(41)，它能够抵抗由油墨而导致的腐蚀，所述屏蔽层(41)覆盖电极(21,23)，所以，所述电极(21,23)没有暴露于油墨流动通道(32)内的油墨。
根据上述发明，通过简单的工序，可以制造一种可靠的能够抵抗由油墨导致的腐蚀的喷墨打印机的打印头。
所述形成屏蔽层(41)包括形成一个非晶体金属合金的屏蔽层(41)。
所述形成屏蔽层(41)包括通过涂镀形成所述屏蔽层(41)。在此情况下，最好通过化学镀方法形成所述屏蔽层(41)。这种方法实现了均匀的和恒定的屏蔽层，所述屏蔽层能够成功地保护电极不受油墨的腐蚀。
所述形成屏蔽层(41)包括通过光刻蚀法形成所述屏蔽层(41)。根据这种方法，在电极和加热电阻器之间的接触表面上的腐蚀，也就是迁移被有效地阻止。
附图的简单说明通过详细地阅读下文中的叙述和附图，本发明这些目的和其他目的以及本发明的优点将变得很清楚。
图1A是一个平面视图，显示了喷墨打印机的常规打印头的油墨输出表面，图1B是一个放大的平面视图，显示了图1A中用破折线矩形a表示的区域。图1C是一个沿图1B中C-C线所做的横截面视图；图2A是一个平面视图，示意性显示了在制造期间，当加热元件被形成时，符合本发明第一实施例的喷墨打印机的打印头，图2B是一个沿图2A中B-B′线所作的横截面视图；图3A是一个平面视图，示意性显示了在制造期间，当壁被形成时，符合本发明第一实施例的喷墨打印机的打印头，图3B是一个沿图3A中B-B′线所作的横截面视图；图4A是一个平面视图，示意性显示了在制造期间，当喷孔被形成时，符合本发明第一实施例的喷墨打印机的打印头，图4B是一个沿图4A中B-B′线所作的横截面视图；图5A是图2A的一个放大的平面视图，图5B是一个沿图5A中B-B′线所作的横截面视图；图5C是一个沿图5A中C-C′线所作的横截面视图；图6A是图3A的一个放大的平面视图，图6B是一个沿图6A中B-B′线所作的横截面视图；图6C是一个沿图6A中C-C′线所作的横截面视图；图7A是图4A的一个放大的平面视图，图7B是一个沿图7A中B-B′线所作的横截面视图；图7C是一个沿图7A中C-C′线所作的横截面视图；图8A是一个平面视图，显示了一种符合本发明第一实施例的具有四个喷墨打印机的打印头模块的彩色打印机的打印头，图8B是另一个平面视图，显示的和图8A相同，但是喷孔板没有被显示，以揭示喷孔板下面的结构；图9是一个横截面视图，显示了符合本发明第一实施例的喷墨打印机的打印头内的加热元件的结构；图10是一个横截面视图，显示了符合本发明第一实施例的喷墨打印机的打印头内的加热元件的另一种结构；图11是一个横截面视图，显示了符合本发明第二实施例的喷墨打印机的打印头内的加热元件的结构。
本发明的最佳实施例第一实施例下文将结合附图介绍一种符合本发明第一实施例的喷墨打印机的打印头。
图2A、2B、3A、3B、4A和4B示意性显示了制造符合第一实施例的打印头的制造工序。更准确地说，图2A、3A和4A是平面视图，显示了打印头的制造工序，图2B是沿图2A中的B-B′线所做的横截面视图，图3B是沿图3A中的B-B′线所做的横截面视图，图4B是沿图4A中的B-B′线所做的横截面视图。在这些视图中所显示的打印头是彩色打印机中的一个模块。无论是彩色打印机还是单色打印机，每个打印头模块的结构是相同的。在彩色打印机中，多个(通常4个)打印头模块被形成在一个基片上。图4A和图4B显示了喷嘴(喷孔)35，喷嘴的数量是36，根据不同的产品设计，喷嘴35的数量发生变化。它可以是例如64、128或256个。
图5A～5C、图6A～6C和图7A～7C是放大的平面视图和横截面视图，用于一步一步地介绍打印头的制造过程。图5A是图2A的放大的平面视图，图5B是一个沿图5A中B-B′线所作的横截面视图；图5C是一个沿图5A中C-C′线所作的横截面视图。图6A是图3A的一个放大的平面视图，图6B是一个沿图6A中B-B′线所作的横截面视图；图6C是一个沿图6A中C-C′线所作的横截面视图。图7A是图4A的一个放大的平面视图，图7B是一个沿图7A中B-B′线所作的横截面视图；图7C是一个沿图7A中C-C′线所作的横截面视图。图5A、6A和7A是简化的视图，为了方便起见，每个视图中，仅显示有5个喷嘴35。
下文将首先介绍基本的制造过程。
工序1准备直径等于或大于4英寸(大约10.16cm)的具有多个块的硅片，打印头被分别形成在每个块上。通过LSI形成方法，驱动电路26和它们的端子被分别形成在块上。在硅片上，形成厚度为1～2微米的一层绝缘氧化薄膜(SiO2)，因而，形成了一个表面被绝缘的芯片。
工序2一个加热电阻层、一个接触层和一个电极层被按顺序形成在上述的芯片上，加热电阻层由三种元素(钽-硅-氧)或四种元素(钽-硅-氧-氮)组成。接触层由钛-钨或类似材料制成。电极层由金或类似材料组成。使用薄膜成形技术，涂附这些层。使用光刻蚀法对电极层、接触层和加热电阻层进行加工。因而，条纹形的加热元件被形成。也就是说，条纹状的加热电阻器薄膜片蚀刻成形片、包含电极层和接触层的电极片的蚀刻成形片被形成，所以，一对电极片覆盖每个加热电阻器片的尖部(端部)，从而，每个加热电阻器片的中心部位被暴露。加热电阻器片被暴露的部位是加热区域，根据电极片所形成的位置而确定所述加热区域的位置。
图2A、2B和图5A～5C显示的是上述工序1和2被完成后的打印头。
一个绝缘层19(图9中显示，并将在下文中介绍)被形成在已经具有驱动电路26的芯片18上。条纹状的加热电阻器24(图9中显示，并将在下文中介绍)被形成在已经具有绝缘层19的芯片18上，公用电极21和个体电极23被形成在每个加热电阻器片24上，所以，加热区域25被暴露。从而，多个加热元件被形成，每个加热元件包括公用电极21、个体电极23和加热电阻器片24。加热元件按直线(电阻线25′)被安置，并具有规则的间距。事实上，每个公用电极21和个体电极23并不直接接触电阻器片24，也就是说，接触层(图中未示)插入它们之间。如图2A所示，一个电源接头22被形成，它与公用电极21的一端相连。多个个体电极片23形成一个个体电极线23′。个体电极线23′平行于驱动电路26。在靠近驱动电路26的一端，形成多个驱动电极端子27。端子27将驱动电路26和外围设备相连。
工序3使用由有机材料例如感光的聚酰亚胺所形成的壁层材料涂附芯片，涂附层的厚度约为20微米，使用光刻蚀法或类似方法对所述壁层进行加工，在摄氏300～400度下处理30～60分钟。从而，高度约为10微米的壁被形成和固定。所述壁形成了与每个启动腔相通的油墨流动通道，所述每个启动腔内设置有加热区域25。
工序4使用湿刻蚀或喷沙方法，在芯片表面上加工出凹槽，从而，形成一个公用的油墨供给槽，一个与公用的油墨供给槽相通的油墨入口被形成，所述公用的油墨供给槽与所述芯片的背面相通。
图3A、3B和图6A～6C显示了经过工序3和工序4的打印头。
一个公用的油墨供给槽28和一个与公用的油墨供给槽28相通的油墨入口29被形成在芯片18上。壁31确定了油墨流动通道，壁31包括一个密封壁31-1和一个隔墙31-2。象梳子那样，所述隔墙31-2从密封壁31-1延伸，所以，加热区域25被隔墙31-2彼此分开。个体油墨流动通道32-1分别与加热区域25上方的启动腔相通。每个加热区域25被密封壁31-1、一对隔墙31-2和一个个体油墨流动通道32-1所包围。
工序5准备一个由聚酰亚胺所形成的喷孔板(10～30微米厚)。喷孔板的一个表面被涂附一层热塑聚酰亚胺，直到它的厚度例如为2～5微米为止。被涂附的热塑聚酰亚胺在喷孔板和壁之间起粘接作用。在摄氏290～300度下，将喷孔板压在壁上，直到它们彼此紧固在一起。一个厚度约为0.5～1微米的金属膜(Ni、Cu或Al)被形成在喷孔板上。
工序6对喷孔板上的金属膜进行加工，从而形成一个有选择地对喷孔板进行干刻蚀的金属掩模。然后，使用helicon干刻蚀或类似的方法，在喷孔板上形成多个喷孔，每个喷孔的直径约为14～26微米。也就是说，立刻形成了多个用于输出墨滴的喷嘴。
图4A、4B和图7A～7C显示了工序5和6被完成后的打印头。
如图4A所示，一个喷孔板33几乎覆盖芯片18上所有的区域，除了电源接头22和驱动电极端子27之外，多个被壁31和喷孔板33所包围的微小空间被形成，每个空间的高度为10微米。在多个个体油墨流动通道32-1和公用油墨供给槽28之间，形成一个高度为10微米的公用油墨流动通道32-2，从而它们彼此相通。喷嘴35被形成在喷孔板33上。喷嘴35被形成在各自的加热区域25的上方。使用金属掩模33-1，通过干刻蚀，形成喷嘴35。因而，一个用于单色打印的打印头模块36被完成，所述模块具有按直线排布的喷嘴35，喷嘴的数量为64、128或256。
因此，当喷孔板33被粘接在芯片18上的壁31上之后，喷嘴35被形成在喷孔板33上，从而使喷嘴被分别形成在加热区域25的上方。这种方法在实践中是可行的，因为与将事先具有喷嘴35的喷孔板33粘接在壁31相比，该种方法改善了生产率。
当所述通过干刻蚀而用于形成喷嘴35的金属掩模33-1是由Ni、Cu或Al制成时，树脂与金属的比率约为100。在此情况下，用于刻蚀聚酰亚胺薄膜(29～31微米厚)的金属掩模33-1所必需的厚度非常薄(等于或小于1微米)。
上述在芯片18下进行的工序1～6仍然是在硅片上。下一个工序7是切块，也就是说，使用一个切块锯或类似工具沿所划的线切块。因此，硅片被分成多个芯片18。每个晶片被结合在一个底板上，因而，一个完整的并能实际使用的打印头被制成。
一个单色喷墨打印机使用一个具有直线排布的喷嘴35的单个打印头模块36。对于彩色打印，需要在图象中使用减色法三基色黄色、洋红色和青色油墨以及用于字母和黑色部分的黑色油墨。因此，至少需要四排喷嘴。根据上述方法，能够形成一个具有四种打印头模块的单片电路的打印头36。使用公知的半导体制造技术，打印头模块36被准确地定位。
图8A是一个平面视图，显示了一个具有四个打印头模块36并用于彩色打印的打印头38。图8B是另一个显示打印头38的平面视图，此时，喷孔板33被移走，显露了四个直线排布打印头模块36的结构。
如图8A和8B所示，彩色打印头38包含四个打印头模块36a、36b、36c、36d。在打印头38中，例如，黄色油墨通过一个公用油墨供给槽28a而被供给打印头模块36a内的加热区域25，洋红色油墨通过一个公用油墨供给槽28b而被供给打印头模块36b内的加热区域25，青色油墨通过一个公用油墨供给槽28c而被供给打印头模块36c内的加热区域25，黑色油墨通过一个公用油墨供给槽28d而被供给打印头模块36d内的加热区域25。
除了上述基本工序，本发明的特点在于还有一个用于制造抗腐蚀电极(公用电极21和个体电极23)的机动工序，在第二工序之后，执行上述机动工序。也就是在电极层上形成一个屏蔽层。屏蔽层的形成过程以下将被详细描述。
图9是一个横截面视图，示意性显示了一个加热元件的结构，图10是一个横截面视图，示意性显示了加热元件的另一种结构。图9显示了工序2后的多个加热元件中的一个，这就是加热元件包括一个加热电阻器片24，所述电阻器片的一端被接触层39覆盖，在接触层39上，具有公用电极片21，同时，所述电阻器片的另一端被接触层39覆盖，在接触层39上，具有个体电极片23，所以加热区域25被暴露，因而，具有绝缘层19的芯片18上形成多个加热元件。
由于如图9所示，加热区域25被暴露，所以加热区域直接与油墨接触。这种结构有效地使能量用于使油墨沸腾。然而，如果公用电极片21和个体电极片23也以同样方式暴露于油墨，腐蚀或迁移将发生，电极的性能变劣。
为了避免这个问题，在加热元件通过工序2被形成之后，一个屏蔽层41(厚度为10～1000nm)被形成在加热元件的电极(公用电极片21和个体电极片23)上。屏蔽层41是一个保护层，具有抵抗由油墨、水和别的活性物质导致的侵蚀，例如腐蚀和渗入的能力。所提议的适用于屏蔽层41的材料包括单原子金属，例如钽和钛，钽或钛的氧化物；非晶体的抗腐蚀合金，例如钽-铝(Ti-Al)、钛氮和钛钨(Ti-W)。
如图9所示，屏蔽层41被形成在公用电极21和个体电极23上，所以，电极21和23没有暴露于油墨流动通道32内的油墨。更准确地说，不仅上表面21-1、23-1以及堆叠的公用电极21和接触层39的边缘21-2和两个侧面(图中未示)被屏蔽层41所覆盖，而且堆叠的个体电极23和接触层39的一边23-2和两个侧边(未示出)也被屏蔽层41所覆盖，换句话说，屏蔽层41覆盖电极21、23和接触层39，阻止它们暴露于油墨。因而，由于具有高的抗腐蚀性，被形成的屏蔽层41将防止铝(两性金属)电极被溶解在油墨中，或阻止在加热电阻器层和金电极之间的接触表面上发生迁移。因此，可阻止电极从加热电阻器上脱离。
化学镀是一种形成屏蔽层41的适合的方法。根据通用的工艺，进行化学镀，但要使用复杂的单原子金属例如钽、钛的混合物溶液。根据上述条件下进行化学镀涂敷，由单原子金属组成的厚度为10～1000nm的屏蔽层被形成。在应被覆盖的电极21和23表面的上方，所形成的屏蔽层的厚度均匀，不仅可以使用化学镀，通用的电解镀也可以被用于形成屏蔽层41。
可以使用光刻蚀法形成屏蔽层，在此情况下，抗腐蚀屏蔽层被形成在已有多个加热元件的芯片18上。溅射涂敷方法或旋转涂敷方法被用来在芯片18上形成抗腐蚀屏蔽层。然后，使用通用的光刻蚀法对屏蔽层进行加工。从而，仅在需要的部位形成屏蔽层41。
在此情况下，即使用于刻蚀的掩模发生偏移，被形成的屏蔽层41具有用于完全覆盖的边缘。更具体地说，屏蔽层41具有边缘41-1，如图10所示，所述边缘41-1用于密封加热区域25的边缘。根据这种结构，即使在刻蚀期间掩模偏移，屏蔽层41也能覆盖堆垛的电极21(23)和接触层39的边缘，并完全密封接触层39和加热电阻器24/电极21(23)之间的边界线Q。这种结构提高了加工工艺的灵活性。由于所有的边界线Q被屏蔽层41完全密封，与图9所示情况相比，迁移被更有效地阻止。
众所周知，两个彼此接触的导体的外电位(电压差)之间的接触电位差导致隧道效应。在这样一种情况下，例如，两个没有电荷的金属(α,β)彼此接触，通过隧道效应，电子从一个具有小的电子逸出功的金属上迁移到一个具有大的电子逸出功的金属上，在两个金属上的电化学势能通过电子迁移而相等之后，两个金属平衡。如果电极21和23(金属)和加热电阻器24被暴露于电解油墨，在所述平衡出现之前，重复产生阳极溶解反应。这种阳极溶解反应促进了腐蚀，因而，打印头最终损坏。
上述图9和图10所示的结构仅允许加热区域25与油墨接触，电极21和23不与油墨接触。在这种结构中，不可能出现由隧道效应引起的电子迁移。从而，不会出现阳极溶解反应。因而，加热元件具有好的抗腐蚀性能可以被实现，同时，抗腐蚀性能能够保持一个很长的时间。第二实施例下文将结合图11介绍一种符合本发明第二实施例的喷墨打印机的打印头。与图9中相同或相似的附图标记被使用在图11中，用于表示相应或相同的元件。
符合本发明第二实施例的喷墨打印机的打印头包括一层形成在屏蔽层41上的保护绝缘薄膜。保护薄膜有效地阻止通过电解在油墨中生成额外的气泡。
如图11所示，保护绝缘薄膜42被形成，以便覆盖屏蔽层41和加热区域25。组成保护绝缘薄膜的材料是Ta-Si-O。保护绝缘薄膜42的组成材料与组成加热电阻器薄膜24的材料(Ta-Si-O-N)相似，但是各种组分之间的比率不同。这就是在保护绝缘薄膜42中O与其它成分的比率高于加热电阻器薄膜24中O与其它成分的比率。因而，保护绝缘薄膜42显示了作为绝缘体的良好性能。
因为保护绝缘薄膜42由Ta-Si-O制成，所以它与由Ti-W或类似材料制成的屏蔽层41的粘连状态良好。此外，因为保护绝缘薄膜42(Ta-Si-O)的组成成分与加热电阻器24的相似，它们彼此之间的粘连也很好。因此，保护绝缘薄膜42紧密地连接在加热元件的表面上，即覆盖了屏蔽层41和加热区域25。
除了屏蔽层41的屏蔽效果之外，所述屏蔽效果就是能够有效地阻止溶解腐蚀和迁移，保护绝缘薄膜还能将加热元件与油墨隔离。
保护绝缘薄膜能够有效地阻止短路电流的发生。短路电流可能出现在驱动电路26和加热元件位于同一芯片18上的单片电路结构中。在此情况下，短路电流在加热元件的电极(公用电极21和个体电极23)和半导体基片上的接地电路之间通过油墨而流动。短路电流在油墨中导致电解，从而，生成额外的气泡，这些额外的气泡阻止油墨流动，因而，油墨输出性能变坏。由于保护绝缘薄膜42出现在加热元件的电极21和23与油墨之间，通过油墨而出现短路电流当然被阻止，因而，在油墨中不会出现电解。
在公用电极21和个体电极23被形成在接触层39上的情况下，电极21和23可能是外伸的。在该实施例中，屏蔽层41被形成在电极21和23上以覆盖电极21、23和接触层39的边缘，保护绝缘薄膜42被形成在屏蔽层41上。根据这种结构，先前形成的屏蔽层41缓解了电极21和23的外伸，因而，由于不受电极21和23的外伸的影响，形成在屏蔽层41上的保护绝缘薄膜42将具有光滑的表面。换句话说，上述结构实现了优异的覆盖工序，从而完成了必要的绝缘。
根据上述说法，保护绝缘薄膜42被平坦地形成在加热区域25上，以便改善加热区域25的抗气穴性能，然而，加热区域25上的保护绝缘薄膜42损坏了加热区域25的散热效果。当优先考虑散热效率而不是抗气穴性能时，保护绝缘薄膜可以被形成在除了加热区域25之外的部位。
在不脱离本发明的实质精神的范围内，可以做不同的实施例和变换。
上述实施例只是为了说明本发明，但并不限制本发明的范围。通过权利要求书而不是实施例来显示本发明的范围。在本发明的权利要求的相同含义内，所进行的各种变换都在本发明的范围内。
本发明不仅适用于热敏式喷墨打印机，还适用于别的通过生成压力能而输出油墨的喷墨打印机。
绝缘基片并不局限于硅基片，在所述硅基片上形成氧化绝缘薄膜。本发明可以使用玻璃基片、陶瓷基片或类似的基片，也就是说，基片自身可以由绝缘材料制成。本发明适用于非单片电路的喷墨打印机，在该种打印机中，驱动电路与打印头基片是分离的。
这个专利申请以申请日为1999年5月31日申请号为No.H11-151322的日本专利申请为基础，并包括说明书、权利要求书、附图和摘要。对上述日本专利申请的介绍被用做参考。
权利要求
1一种喷墨打印机的打印头，其通过由加热油墨所形成的汽泡将油墨沿预定方向压出打印头，所述喷墨打印机的打印头包括一种绝缘基片(18,19)，至少一个表面是绝缘体；多个被形成在上述绝缘基片上的加热电阻器(24)，每个加热电阻器具有一个加热区域(25)，当施加预定电压时，所述加热区域发出热量；一对电极(21,23)，它们各自与每个加热区域(25)电相连；被形成在所述绝缘基片(18,19)上的壁(31)，所述壁用于确定油墨流动通道(32)；和一个屏蔽层(41)，它能够抵抗油墨所导致的腐蚀，所述屏蔽层覆盖所述电极(21,23)，所以，所述电极(21,23)没有暴露于油墨流动通道(32)内的油墨。
2根据权利要求1所述的喷墨打印机的打印头，其特征在于所述屏蔽层(41)由非晶体的金属合金制成。
3根据权利要求1所述的喷墨打印机的打印头，其特征在于通过化学镀方法形成所述屏蔽层(41)。
4根据权利要求1所述的喷墨打印机的打印头，其特征在于所述电极(21,23)被叠加在所述加热电阻器(24)上，除了所述加热区域(25)之外。
5根据权利要求4所述的喷墨打印机的打印头，其特征在于所述打印头还包括一个形成在所述电极(21,23)和所述加热电阻器(24)之间的接触层(39)，所述接触层用于将所述加热电阻器(24)和电极(21,23)相连。
6根据权利要求4所述的喷墨打印机的打印头，其特征在于所述屏蔽层(41)覆盖电极的侧边和上表面。
7根据权利要求1所述的喷墨打印机的打印头，其特征在于所述屏蔽层(41)被形成在电极(21,23)中的每一个上和所述加热区域(25)上的预定区域上。
8根据权利要求1所述的喷墨打印机头，其特征在于所述加热区域没有被屏蔽层(41)所覆盖，是暴露的。
9根据权利要求1所述的喷墨打印机的打印头，其特征在于所述喷墨打印机头还包括一个保护绝缘薄膜(42)，所述薄膜(42)被形成在所述加热区域(25)和所述屏蔽层(41)上。
10根据权利要求9所述的喷墨打印机的打印头，其特征在于所述加热电阻器(24)由Ta-Si-O-N组成，所述屏蔽层(41)由Ti-W组成，所述保护薄膜(42)由Ta-Si-O组成。
11一种喷墨打印机的打印头，通过向油墨提供压力，使油墨沿预定方向通过喷嘴(35)被压出打印头，所述喷墨打印机头包括被安置在与所述喷嘴(35)相通的油墨流动通道(32)内的压力生成器(25)，当施加预定电压时，所述压力生成器向油墨提供压力；电极(21,23)，它们是用于向所述压力生成器(25)提供预定电压的端子；屏蔽层(41)，它能够抵抗由油墨所导致的腐蚀，所述屏蔽层(41)覆盖所述电极(21,23)，所以，所述电极(21,23)没有暴露于油墨流动通道(32)内的油墨。
12一种制造喷墨打印机的打印头的方法，通过对在油墨流动通道(32)内流动的油墨进行加热，产生汽泡，在汽泡的作用下，油墨沿预定的方向被压出喷墨打印机头，所述方法包括在一个绝缘基片(18,19)上通过形成加热电阻器(24)而形成多个加热元件，每个加热电阻器具有一个加热区域(25)，当施加一个预定电压时，所述加热区域(25)发出热量，并在所述加热电阻器(24)上除加热区域(25)以外的区域上形成电极(21,23)形成一个屏蔽层(41)，它能够抵抗由油墨而导致的腐蚀，所述屏蔽层(41)覆盖电极(21,23)，所以，所述电极(21,23)没有暴露于油墨流动通道(32)内的油墨。
13根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于所述形成屏蔽层(41)包括形成一个非晶体金属合金的屏蔽层(41)。
14根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于通过电镀形成所述屏蔽层(41)。
15根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于通过化学镀方法形成所述屏蔽层(41)。
16根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于通过光刻蚀法形成所述屏蔽层(41)。
全文摘要
每个加热元件包括一个加热电阻器(24)和一个公用电极(21)和一个个体电极(23),所述电极(21,23)被形成在所述加热电阻器(24)的端部,所以加热电阻器(24)的加热区域(25)被暴露。一个屏蔽层(41)覆盖电极(21,23),所以,电极没有暴露于在油墨流动通道内流动的油墨,也就是说,不仅电极(21,23)的上表面,而且侧边也被屏蔽层(41)所覆盖。屏蔽层(41)由单原子金属、氧化物、抗腐蚀的非晶体合金组成,所述单原子金属例如是钽和钛,所述非晶体合金例如是钛－氮、钛－钽或类似的合金。屏蔽层(41)的厚度为10～1000nm,可以通过化学镀方法或类似方法制成屏蔽层(41)。屏蔽层(41)是有效的,不仅阻止腐蚀,也阻止作为表面侵蚀的迁移。
文档编号B41J2/16GK1310668SQ00800971
公开日2001年8月29日 申请日期2000年5月23日 优先权日1999年5月31日
发明者镰田英树 申请人:卡西欧计算机株式会社