专利名称：喷墨打印头和其制造方法
技术领域：
本发明涉及喷墨打印头和其制造方法，更特别地，涉及具有通过用多个导体连接层连接导体而形成加热器的改进结构的喷墨打印头和其制造方法。
背景技术：
一般来说，喷墨打印头是一用于在一记录纸上的所希望的位置喷射少量打印墨水而打印一预定颜色的图象的打印设备。根据喷墨的机理，这些喷墨打印头被分为使用一热力驱动方法的喷墨打印头，通过用一热源在墨水中产生汽泡的膨胀力排出墨滴，及使用压电驱动方法的喷墨打印头，通过压电体的变形对墨水施加压力排出墨滴。
下面将对用热力排出墨水机理的喷墨打印头进行详细的说明。当一脉冲电流通过由热电阻材料形成的加热器时，在加热器中产生热量，邻近加热器的墨水被加热到大约300℃。在这样的温度下，墨水沸腾，在墨水中产生汽泡，膨胀并且对填充墨水的墨水腔施加压力。结果，在喷嘴处的墨水以墨滴形式经过喷嘴到所述墨水腔而被排出。
图1表示一常规喷墨打印头的直立结构的平面图，它公开在美国专利US 6,293,654中。参考图1，所述常规喷墨打印头包括一通过多个材料层层叠在一基板11上形成的基础板10，在所述基础板10上形成的并限定一墨水腔22的一阻挡壁20，和在所述阻挡壁20上层叠的喷嘴板30。墨水填充在所述墨水腔内且在所述墨水腔下面安装一加热墨水并产生汽泡的加热器13。所述墨水腔22与一个形成供给墨水到所述墨水腔22的通路的一墨水通道(未示出)相连接。多个排出墨水的喷嘴32设置在所述喷嘴板对应所述墨水腔22的位置上。
下面对上述喷墨打印头的直立结构进行详细说明。
在所述的基板11上用于绝缘所述加热器13和所述基板11的绝缘层12由硅形成。通过在所述基板11上淀积一氧化硅层而形成所述绝缘层12。加热所述墨水腔22并产生汽泡的加热器13在所述绝缘层12上形成。通过在所述绝缘层12上淀积如氮化钽薄膜或铝化钽薄膜形成所述加热器13。在所述加热器13上施加电流的导体14在所述加热器13上形成。所述导体14由例如铝或铝合金制成。通过在所述加热13上淀积预定厚度的铝，并且以预定的形状对铝膜制成图形而形成所述导体14。
在所述加热器13和所述导体14上形成钝化所述加热器13和所述导体14的钝化层15。所述钝化层15防止所述加热器13和所述导体14氧化或直接与墨水接触，它是通过淀积一氮化硅层而形成的。而且，在所述钝化层15上形成一防汽穴层16，在其上要形成所述墨水腔22。所述防汽穴层16的上部表面形成所述墨水腔22的下表面，因此防止了由于在所述墨水腔22的汽泡喷出所产生的高气压损坏所述加热器13。所述防汽穴层16通常由钽薄膜制成。
形成所述墨水腔22的所述阻挡壁20层叠在由在所述基板11上层叠多个材料层形成的基础层10上。通过在所述基础层10上使用层叠、压、挤和对所述光敏聚合物制成图形来覆盖一光敏聚合物形成所述阻挡壁20。在这种情况下，光敏聚合物的覆盖厚度要根据被喷射的墨滴所要求体积的所述墨水腔22的高度来定。
所述在喷嘴板30上形成的喷嘴32被层叠在所述阻挡壁20上。所述喷嘴板由聚酰亚胺或镍制成并利用形成所述阻挡壁20的光敏聚合物的粘性安装到所述阻挡壁20上。
但是，具有上述结构的喷墨打印头，用于产生热能的加热器14由具有高于30ohm/square高电阻的金属材料制成。另一方面，为所述加热器13施加电流的所述导体14由低于30ohm/square电阻的金属材料制成。因此，在上述喷墨打印头中所述导体14和所述加热器13不能用同样的金属材料制造。
发明内容
本发明提供具有通过用多个导体连接层连接的导体而形成加热器而不用附加电阻材料的改进结构的喷墨打印头和其制造方法。
根据本发明的一个方面，一喷墨打印头包括一基板，在所述基板表面形成的第一绝缘层，在所述第一绝缘层上彼此分开地形成的第一和第二导体，和包括多个导体连接层彼此电连接所述第一和第二导体的并位于所述第一和第二导体之间的加热器，在所述第一和第二导体之间和所述多个导体连接层之间的第二绝缘层，在所述基板上限定带有要喷射的墨水的墨水腔的阻挡壁，在所述阻挡壁上的喷嘴板，所述喷嘴板形成所述墨水腔的顶壁和在其中形成多个喷嘴，通过喷嘴喷射填充在所述墨水腔的墨水。
在所述第一和第二导体与所述导体连接层连接的每个位置上的所述第一和第二连接部分之中的至少一个上形成一交界面。所述导体连接层从所述第一和第二导体中的一个上延伸，或由钛、氮化钛、钽、氮化钽之中的一种材料制成。所述打印头还包括在整个覆盖了所述第一和第二导体的基板上形成的钝化层，及在所述钝化层上形成的防汽穴层。
根据本发另一方面，提供了制造喷墨打印头的方法。该方法包括在基板表面上形成第一绝缘层，在所述第一绝缘层上形成第一导体，在所述第一绝缘层和第一导体上形成第二绝缘层，在所述第二绝缘层上制成图形，并且形成多个暴露所述第一导体的通孔。该方法还包括在所述通孔和所述第二绝缘层上形成所述多个导体连接层和第二导体，在整个基板表面上形成钝化层以覆盖所述第一和第二导体，在所述钝化层上形成防汽穴层，在所述基板上形成限定墨水腔的阻挡壁，在所述阻挡壁上形成喷嘴板，在喷嘴板中形成多个喷嘴。
在所述通孔和所述第二绝缘层上形成所述多个导体连接层和所述第二导体还包括在所述通孔和所述第二绝缘层上淀积一预定金属材料，对所述预定金属材料制成图形，和基本上同时地形成所述多个导体连接层和所述第二导体。
而且，在所述通孔和所述第二绝缘层上形成所述多个导体连接层和所述第二导体还包括在所述通孔上淀积一预定金属材料，对所述预定金属材料进行干刻蚀，形成所述多个导体连接层，和在所述第二绝缘层和所述多个导体连接层上形成所述第二导体在所述通孔和所述第二绝缘层。所述预定金属材料是钛、氮化钛、钽或氮化钽之一。
本发明的附加的方面和/或优点通过在说明书中下面的部分的进一步作描述，由说明书它们将会更明显，或可以通过实施本发明来理解它们。
通过下面进行的实施例的描述并参考附图，能够更明显地明白本发明的这些和/或其它方面和优点。
图1是一常规喷墨打印头结构的图示性的剖面图；图2是一根据本发明实施例的喷墨打印头结构的图示的剖面图；图3是图2所示打印头的图示性的平面示意图；图4是根据本发明另一实施例的喷墨打印头结构的图示的剖面图；图5A到图5G是制造如图2所示喷墨打印头方法的图示性的剖面图；及图6A到图6F是制造如图4所示喷墨打印头方法的图示性的剖面图。
具体实施例方式
下面将对本发明的实施例进行详细说明，在附图中的例子只是图示性的，其中相同的标号代表完全相同的元件。参考附图描述该实施例以说明本发明。
但是所述发明可以用不同的形式实施并且结构上也不限于下述的实施例。为了解释清楚，附图中的元件的尺寸和厚度都被放大。应该明白对本领域普通技术人员来说，当一层被描述为“在”另一层或“在”一基板上时，可以直接在其它层或在该基板上，或可以具有插入层。
图2是根据本发明的实施例的一喷墨打印头结构的图示性的剖面图，且图3是一个图2所示打印头的图示性的平面图。虽然仅显示了一个单喷墨打印头，在以薄片的状态下制造的一喷墨打印头中，为提高打印的清晰度，多个墨水腔和多个喷嘴被布置在一个、两个、三个、或更多排。
参考图2，一第一绝缘层102，用于一第一导体105和一基板100之间的绝缘，在所述基板100的表面由硅形成。同时，所述第一绝缘层102也用作一个绝热层，防止在一加热器104产生的热量传输到所述基板100。所述第一绝缘层102一般由氧化硅或氮化硅形成。
在所述第一绝缘层102上形成所述第一导体105和所述第二导体106以一第二绝缘层112将它们彼此分开。所述第一和第二导体105和106由高传导率金属制成，如铝和铝合金。
包括多个导体连接层110彼此与所述第一和第二导体105和106电连接的所述加热器104在所述第一和第二导体105和106之间设置。所述导体连接层110从所述第二导体106上延伸，并与所述第一导体105连接。因此，在所述第一导体105与所述导体连接层110连接处就形成了各个第一连接部分110a的一交界面。由于该交界面，产生一界面电阻。同时，所述导体连接层110基本上与所述第一和第二导体105和106平行地被连接。打印头的加热器104所要求的电阻基本上与所述导体连接层110上的总电阻相等。在图3中表示在所述第一和第二导体105和106之间设置的所述加热器104的平面图。这里，每个导体连接层110具有一基本上为圆形的截面。
所述导体连接层110可以具有多种形状，包括图3所示的形状，并且所述导体连接层110的数量也可以根据所述加热器104的要求变化。而且，所述导体连接层110可以从所述第一导体105上延伸而不是象图2所示例子。
在所述第一和第二导体105和106之间形成所述第二绝缘层112，以填充所述导体连接层110之间的区间。所述第二绝缘层112用于所述第一和第二导体105和106之间的绝缘，和所述导体连接层110之间的绝缘。所述第二绝缘层112由氧化硅制成，如所述第一绝缘层102。
一用于钝化所述第一和第二导体105和106的钝化层114在所述第一和第二导体105和106上形成。所述钝化层114防止所述第一和第二导体105和106受到墨水的氧化和直接接触，并且可通过淀积一氮化硅层来形成。
在所述钝化层114上形成一防汽穴层118。所述防汽穴层118的顶表面形成一墨水腔120的底部，因此，保护所述加热器104不受到高温、当要从所述墨水腔要喷射出的汽泡所产生的高压的伤害。所述防汽穴层118可以只是由薄的钽膜制成。
在所述基板100上设置一阻挡壁122，在它上面层叠上述大量材料层。所述阻挡壁122限定充填要被喷射的墨水的墨水腔120，及将墨水供应到所述墨水腔120的一墨水通道(未示出)。就是，所述阻挡壁122形成所述墨水腔120和所述墨水通道的侧壁。通过在所述基板100上涂覆一光敏聚合物形成所述阻挡壁122，通过层叠，包括加热、压、挤、及通过对所述光敏聚合物形成图案在其上层叠所述大量材料层。所述光敏聚合物的涂覆的厚度要根据喷射墨滴体积所要求的墨水腔120的高度来决定。
一个喷嘴板132，其上形成喷嘴103，被层叠在所述阻挡壁122上，所述喷嘴板132由聚酰亚胺或镍制成。
在上述结构中，包括多个导体连接层110的所述加热器104通过在所述施加电流加热填充在所述墨水腔120内的墨水，并在墨水中产生汽泡。
图4是根据本发明另一实施例的喷墨打印头结构的图示的剖面图。图4所示喷墨打印头与图2所示喷墨打印头类似，除了所述导体连接层由阻挡金属制成。因此下面仅对图2和图4之间的区别进行说明。
参考图4，将一第一导体105和一第二导体206彼此连接的导体连接层210由阻挡金属如钛、氮化钛、钽、氮化钽制成。由于粘接在所述第一和第二导体105和206之间所述阻挡金属被改进，所述第一和第二导体105和206容易彼此连接，因此，使导体连接层210高集成。同时在每个所述第一和第二导体105和206连接到所述导体连接层210的第一和第二连接部分210a和210b上形成一交界面。这样，每个所述导体连接层210具有大的电阻。同时，所述导体连接层210基本上与所述第一和第二导体105和206平行地被连接。打印头的204所要求的电阻由所述导体连接层210上的总电阻给出。
如上所述，根据本发明一个方面的所述喷墨打印头中，通过用大量的导体连接层的连接导体形成一加热器。
下面，将对制造上述墨水打印头的方法进行说明。
图5A到图5G是制造如图2所示喷墨打印头方法的图示性的剖面图。
图5A表示在所述基板100的表面形成的一所述第一绝缘层102和然后在所述第一绝缘层102上形成一第一导体105的情况。
根据本发明的一个方面，厚度基本上为300-500μm的一硅基板用作所述基板100。可以使用广泛应用于制造半导体装置的硅晶片，因此有助于大量生产。
在图5A中表示了晶片的一部分。在一个晶片上制造大量的根据本发明的一个方面的喷墨打印头，如几十到几百，或更多的薄片。
在所述基板100上形成所述第一绝缘层102。所述第一绝缘层102可以是通过在高温下氧化所述基板100的表面形成的一氧化硅层。或者可以由一绝缘材料形成所述第一绝缘层102，如一淀积在所述基板100上的氮化硅层。
接着，在所述基板100表面上形成的所述第一绝缘层102上形成所述第一导体105。通过在所述第一绝缘层102上淀积一具有高传导率的如铝或铝合金的金属材料形成一金属层。接着，在所述金属层表面涂覆一光致刻蚀剂，且所述光致刻蚀剂通过微影制成图案，因此形成一个掩膜。下面一部分被刻蚀掩膜暴露的金属层通过干刻蚀被去掉，并且去掉所述掩膜，即通过洗或脱模处理，因此形成如图5A所示的所述第一导体105。
图5B表示在所述第一绝缘层102和所述第一导体105上形成所述第二绝缘层112。并且然后制造图案，因此形成多个通孔113，通过通孔113露出所述第一导体105。由氧化硅形成的所述第二绝缘层112在所述第一绝缘层102和所述第一导体105上形成。下面，所述第二绝缘层112通过前述的微影制成图形和干刻蚀处理，因此形成多个贯穿到所述第一导体105的通孔113，在露出的所述第一导体105上形成暴露的导体连接层(如图2所示的110)。
图5C表示在所述通孔(如图5B中的通孔113)和所述第二绝缘层112上形成大量的导体连接层110。通过在所述通孔(如图5B中的通孔113)和所述第二绝缘层112上淀积一具有高传导率的如铝或铝合金的金属材料形成一金属层。接着，通过对所述金属层进行微影制成图形和干刻蚀处理，形成大量的导体连接层110和所述第二导体106。
图5D表示在如图5C所示的整个结构表面形成所述钝化层114。以覆盖住所述第一和第二导体105和206。可以通过淀积氮化硅(SiN)形成所述钝化层114。
图5E表示在所述钝化层114上形成所述防汽穴层118。可以在所述钝化层114上通过喷溅的和制成图形的钽薄膜来淀积一钽薄膜形成所述防汽穴层118。
图5F表示在所述基板200上形成限定所述墨水腔(图2中120)的阻挡壁122，在所述基板200上形成大量的材料层。通过在其上形成大量的材料层的所述基板100上通过涂覆一光敏聚合物，如聚酰亚胺达到一预定的厚度，并且通过微影对所述聚酰亚胺制成图形来形成所述阻挡壁122。所述光敏聚合物的厚度依赖所述要求要喷射的墨滴的体积的墨水腔(如图2的墨水腔120)的高度，并且可与该例中的高度不同。所述厚度基本上在25到35μm的范围。
图5G表示在所述阻挡壁122上形成有多个喷嘴130的喷嘴板132。所述喷嘴板132由聚酰亚胺、或镍制成并且使用形成所述阻挡壁122的光敏的聚酰亚胺的粘性安装在所述阻挡壁122上。
图6A到图6F是制造如图4所示喷墨打印头方法的图示性的剖面图。
在所述基板100上形成所述第一绝缘层102和所述第一导体105，在所述第一绝缘层102和所述第一导体105上形成所述第二绝缘层112和所述大量的通孔(图5B的113)。这与前述的图5A到图5B一样。
图6A表示在所述通孔(图5B的通孔113)上形成大量的所述导体连接层210。
通过在大量的暴露所述第一导体105的通孔(图5B的113)淀积所述阻挡金属，如钛、氮化钛、钽或氮化钽，并且经过干刻蚀所述阻挡金属形成所述导体连接层210。
图6B表示在所述第二绝缘层112和所述导体连接层210的顶表面上形成所述第二导体206。
在所述第二绝缘层112和所述导体连接层210的顶表面上淀积如铝或铝合金的一金属层形成所述金属层，并且通过对所述金属层制成图形形成所述第二导体206。
随后的操作如图6C到6F所示与图5D到图5G相同，因此省略对其的描述。
因此，以本发明的观点的喷墨打印头的元件可以使用各种材料。而且，在前述示例中给出的特殊的值能够被调整在所制造的打印头能操作的范围内。还有，上述淀积和形成每种材料的方法仅仅是个示范，且以本发明的观点可以使用各种淀积和刻蚀的方法。例如本发明的具有一加热器的结构的特征和形成一个加热器的方法，及因此一阻挡壁和层叠在所述加热器上的一喷嘴板，可以以与上述示例不同的方式形成。例如，所述喷嘴板可以与所述阻挡壁一起用同样的材料作为一个单独体而形成。
如上所述，根据本发明的方面的喷墨打印头，通过由大量的导体连接层连接的导体形成一加热器，从而不用附加电阻材料。
虽然用几个本发明的实施例来显示和描述，但应该明白本领域普通技术人员在不背离本发明的原理和精神的情况下可以作出各种的变化，而本发明的保护范围由后附的权利要求和它们的等同物来限制。
权利要求
1.喷墨打印头，包括基板；在所述基板表面的第一绝缘层；在所述第一绝缘层上并彼此分开的第一和第二导体；包括多个导体连接层彼此电连接所述第一和第二导体的并位于所述第一和第二导体之间的加热器；在所述第一和第二导体之间和所述多个导体连接层之间的第二绝缘层；在所述基板上限定带有要喷射的墨水的墨水腔的阻挡壁；及在所述阻挡壁上的喷嘴板，所述喷嘴板形成所述墨水腔的顶壁和在其中形成多个喷嘴，通过喷嘴喷射填充在所述墨水腔的墨水。
2.如权利要求1所述的打印头，其特征在于在每个所述第一和第二导体连接到所述导体连接层的所述第一和第二连接部分中的至少一个上包括一交界面。
3.如权利要求1所述的打印头，其特征在于导体连接层从所述第一和第二导体之中的一个上延伸。
4.如权利要求1所述的打印头，其特征在于导体连接层由钛、氮化钛、钽或氮化钽形成。
5.如权利要求1所述的打印头，其特征在于在整个覆盖所述第一和第二导体的基板表面上包括钝化层。
6.如权利要求5所述的打印头，其特征在于在所述钝化层上包括防汽穴层。
7.如权利要求1所述的打印头，其特征在于所述加热器所要求的电阻基本上是所述导体连接层电阻的总和。
8.如权利要求1所述的打印头，其特征在于随着所述加热器所要求的电阻变化，所述多个导体连接层的数量变化。
9.制造喷墨打印头的方法，包括在基板表面上形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层上形成第一导体；在所述第一绝缘层和第一导体上形成第二绝缘层；在所述第二绝缘层上制成图形，并且形成多个暴露所述第一导体的通孔；在所述通孔和所述第二绝缘层上形成多个导体连接层和第二导体；在整个基板表面上形成钝化层以覆盖所述第一和第二导体；在所述钝化层上形成防汽穴层；在所述基板上形成限定墨水腔的阻挡壁；及在所述阻挡壁上形成喷嘴板，在喷嘴板中形成多个喷嘴。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于在所述通孔和所述第二绝缘层上形成所述多个导体连接层和所述第二导体的步骤还包括在所述通孔和所述第二绝缘层上淀积一预定金属材料，对所述预定金属材料制成图形，和基本上同时地形成所述多个导体连接层和所述第二导体。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于在所述通孔和所述第二绝缘层上形成所述多个导体连接层和所述第二导体的步骤还包括在所述通孔上淀积一预定金属材料，对所述预定金属材料进行干刻蚀，形成所述多个导体连接层，和在所述第二绝缘层和所述多个导体连接层上形成所述第二导体。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述预定金属材料是钛、氮化钛、钽或氮化钽之一。
13.喷墨打印头，包括基板；位于所述基板上的多个导体；和多个连接至少一个所述导体到另一个导体的连接层，其中所述被连接的导体形成加热器，从而不用附加的电阻材料。
14.如权利要求13所述的喷墨打印头，其特征在于还包括多个绝缘层，其中一第一绝缘层将所述基板和所述导体中的一个分开并用作一绝热层，防止在加热器中所产生的热量传向所述基板，第二绝缘层将所述一个导体与另一个所述导体分开。
15.如权利要求13所述的喷墨打印头，其特征在于连接层由一阻挡金属制造的。
16.制造喷墨打印头的方法，其特征在于包括在一基板的表面上形成多个交替的绝缘层和导体，在至少一个绝缘层上制成图形形成通孔并暴露至少一个所述导体；及连接至少一个导体到另一个导体，其中被连接的所述导体形成一加热器，从而不用提供附加的电阻材料且所述绝缘层之一用作一绝热层，防止在加热器产生的热量传导到所述基板。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于还包括形成一覆盖所述导体的钝化层；在所述钝化层上形成一防汽穴层；和在所述基板上形成喷嘴板和阻挡壁，限定一墨水腔。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于连接至少一所述导体到另一个导体的步骤，包括在所述通孔和制成图形的绝缘层上淀积一预定金属材料，在所述金属材料上制成图形，及形成另一个导体。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于连接至少一所述导体到另一个导体的步骤，包括在所述通孔上淀积一阻挡金属，对所述阻挡金属进行干刻蚀，形成多个导体连接层，及形成另一个导体。
全文摘要
喷墨打印头，和制造它的方法。所述打印头包括一基板，在所述基板上的第一绝缘层，在所述第一绝缘层上并彼此分开的第一和第二导体，包括电连接所述第一和第二导体并且在所述第一和第二导体之间的导体连接层的加热器，在所述第一和第二导体之间和所述导体连接层之间的第二绝缘层，和在基板上并限定一填充要喷射的墨水的墨水腔的一阻挡壁，在所述阻挡壁上设置的并形成所述墨水腔的顶壁的喷嘴板，在所述喷嘴板上形成喷嘴，在所述墨水腔中填充的墨水通过该喷嘴被喷射。
文档编号B41J2/05GK1509875SQ200310118
公开日2004年7月7日 申请日期2003年12月2日 优先权日2002年12月20日
发明者金允基 申请人:三星电子株式会社