液体喷头的制作方法

专利名称：液体喷头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体喷头，尤其涉及一种用于提供喷嘴板的技术，所述 喷嘴板具有用以减少由于热应力引起的应变的装置。
背景技术：
在常规的热型液体喷头中，加热器元件形成在半导体基板上，阻挡层形 成在加热器顶面上，并形成允许液体流动的流路和液体腔。随后，具有才艮据 加热器元件的布置定位的许多喷嘴(孔)的喷嘴板最后粘接在一起。喷嘴板 通常由金属或聚合物薄膜形成。在前者的情况中，例如使用镍电成型。在后 者的情况中，例如使用聚酰亚胺。
另一方面，在头芯片(headchip)内集成有阻挡层，阻挡层一侧的表面 粘接于喷嘴板，而其相对表面固定于头支撑板，该头支撑板未与精确的喷嘴 板直接处于固定的位置关系。因此，除非头支撑板和喷嘴板沿相同方向彼此 平行移动，否则置于其间的头芯片和阻挡层接收剪切应力。
在此情况下，用作粘接部的阻挡层易于接收大的影响，因为阻挡层比硅 制成的头芯片软并更容易变形。
上述应变(strain)很少发生在包含单一头芯片和单一喷嘴板的单色串联 喷头中。即使发生应变，该问题也仅在两个元件之间，因此通过适当地选择 材料和/或改变结构能够减小应变。
相比而言，在其中许多喷嘴形成在单个(一个)喷嘴板内并根据每个喷 嘴的位置设置多个头芯片的线型(长型)喷头(例如参见日本未审专利申请 公布No.2003-170600)中，会出现以下问题。
根据上述日本未审专利申请公布No.2003-170600，即在单一喷嘴板上设 有多个头芯片的线型头中，很难将限定头表面的喷嘴板的支撑件与用于支撑 从后面粘贴到喷嘴板上的头芯片的结构集成在一起。在这种情况中，存在一 个问题，即由最软材料制成的阻挡层最后接收导致其变形的热应力。
图10是说明了线型头结构的制造步骤的示图。该步骤包括(1) 在头芯片1表面上形成阻挡层(在该步骤中阻挡层背面粘接到头芯片上)；(2) 通过粘接将喷嘴板2固定在头框架3上；(3) 将头芯片l上阻挡层的表面粘接到喷嘴板2的表面上；(4) 利用柔软粘接剂将头芯片1的背面固定在头支撑件(流路板)4 上；和(5 )通过粘接将头支撑件4固定在头框架3上。 按照以上提及的顺序实行这些步骤。在按照上述方法组装的线型头中，在常温下对喷嘴板2施加拉伸力的状 态下，喷嘴板2粘接在头框架3上，并利用粘接剂将头芯片l的背面粘"^妾于 并固定于头支撑件4。在此构造中，借助头框架3施加的应力消除由于热膨胀引起的喷头整体 的膨胀和收缩。因此，如果充分实行每个步骤，则在静止条件下，即待机状 态下几乎不存在应变，或者非常小的应变。可是，同时在上述结构中，存在发生局部应变的可能性。上述情况的一 个例子是从静止状态下开始突然的连续喷射的情况。另 一例子是特定头芯片 1处的喷射操作的集中。在上述情况中，头芯片1本身突然变热和膨胀，而相邻的伪芯片(dummy chip) D (下文予以描述)根本未被加热并由此没有膨胀。另外，因为使用树脂或橡胶基的材料，所以阻挡层的热传导率不高。相 反，被加热的头芯片(硅片)1由具有非常高传导率的材料制成。因此，如 果突然加热头芯片1，则仅头芯片l膨胀。图ll是示出了热应力问题被简化成一维模式的示图。图ll沿喷嘴线的 头芯片1中心线截取的截面图，说明了头芯片l和伪芯片D之间接触区域附 近的结构。首先，在上述图中，(A)示出了喷头温度在其整体上均勻的状态(静止 或待机状态)。在此状态下，不会发生问题，因为在喷嘴板2内不会发生应 变。另外，同样在环境温度逐渐改变时，如果温度在整体上均匀，那么因为 维持了拉伸力平衡也不会发生问题。相比而言，参照该图，在(B)所示的喷射操作中，仅仅粘接于喷嘴板 2的头芯片1的温度变得与其他部分的温度不同。因此，打破了拉伸力平衡。在此，当头芯片1在其纵向方向上的长度为16mm，温度增加20。C,并且头 芯片(硅片)1的线性膨胀系数为2.6ppm时，发生以下量的膨胀 (等式l) 16x20x2.6 = 0.832 nm可是，在头芯片1的热量还未传递至头框架3的状态下，或在头芯片1 和头框架3之间存在大的温差的状态下，发生上述问题。当仅头芯片l膨胀 时以及头芯片1中发生的上述级别的膨胀尚未发生在头框架3中时，发生上述问题。另外，伪芯片D未被加热或膨胀。因此，在接近头芯片1沿其纵向方向 上的端部的区域内，固定于膨胀的头芯片1的喷嘴板2的表面内的应变不会 被消除，并且可能发生图11 (B)中所示变形。本发明的发明人根据实验结果已经发现，如果发生上述应变，则很容易 发生两个问题。 一个问题是很容易损坏头芯片l和喷嘴板2之间的粘接。另 一问题是即使在未发生分离时，头芯片1端部附近的喷嘴的喷射特性也会降 低或变得不稳定。这两个问题都是由以下基本原因所引起的(1) 相对于拉伸应力，粘接更易受到剥离应力的损坏。 粘接剂处理的结构通常抗牵拉，但是易受到压挤和剥离的影响(剥离通过沿着垂直于或接近垂直于粘接剂表面的方向牵拉粘接的物体来去除粘 接物体，或去除粘接带的行为)，尽管这依赖于粘接剂的特性和用途。在图 11 (B)的情况中，当受到压缩应力推压但没有地方移动的喷嘴板2变形时， 可以想象接近头芯片1一端的部分在被朝向头芯片l推压的同时向上隆起。 此时，施加在喷嘴板2和阻挡层之间边界处的力被认为具有与剥离力相同的 特性。(2) 在高温下，阻挡层很容易变形并且粘接力减小。当头芯片l之间发生应变并产生引起喷嘴板2变形的力时，在常规情况 下于伪芯片D处产生类似的力。可是，在伪芯片D的侧面不产生热量，并 且因为阻挡层未被加热，所以仅略微减小粘接力。因此，仅损坏温度相对高 的头芯片1。因此，在伪芯片D上阻挡层附近的区域内，其中提供强的粘接并且不发 生强度变化，在喷嘴板2上保持应变历程(history )。换句话说，喷嘴板2 内表面上的粘接力减小了，导致逐渐剥离，并且阻挡层由于被重复使用而变弱。最后，发生粘接失效，并影响了液体腔的特性。以上已经讨论了沿单线设置的头芯片l所引起的问题。可是，在线型头 的结构中，二维地(交错)设置头芯片l以确保喷嘴线的连续性。因此，除 了一维喷头的问题之外，还会发生其它问题。图12是说明了线型头中头芯片1以及伪芯片D的布置的示图。在此，"伪 芯片D"指具有与头芯片1相同形状但不提供喷射功能的喷头，或类似于头 芯片1而没有加热器元件或液体腔的喷头(其中仅形成有阻挡层的喷头)。 伪芯片D与头芯片1形成公共流路。如图12所示，在具有其中头芯片1设置成交错图案的结构的单个线型 头中，存在至少两行头芯片1。因此，在线型头中，交替地设置伪芯片D和头芯片1。因此，在相邻设 置的头芯片1的行之间，被加热的头芯片1定位成交错图案(方格图案)。 因此，整体上在二维上发生应变问题。另外，在图12中，左上侧的头芯片l和右下侧的头芯片l设置成以精 确恒定间距连续布置其喷嘴线。在交错设置中，接近头芯片l之间连接部分 的区域是由于头芯片1产生的热量而发生大应变的区域。因此，由图12中 顺时针力引起的应变发生在头芯片1之间的连接部分的中心点附近，所述中 心点即喷嘴板2中公共流路的中心。因此，存在一个问题，即当特定头芯片 1突然被加热时，在围绕头芯片1的区域内的头芯片1的端部处发生复杂应 变，并因此使液体腔略微变形。发明内容因此，本发明的一个目的是提供一种线型头，其最小化由于热应力的产 生而引起的应变的影响并最小化对打印结果的影响，即使是在仅头芯片被突 然力口热时。本发明通过以下解决方法解决了上述问题。根据本发明的一个方面， 一种液体喷头包括形成有喷嘴的喷嘴板；以 及其中加热器元件沿一个方向设置的头芯片。多个头芯片以线型图案串行设 置在喷嘴板上，使得头芯片上的每个加热器元件位于对应喷嘴板中每个喷嘴 的位置处。液体喷头的特征在于包括通过在接近头芯片沿其纵向的端部的 外边缘的区域中沿垂直于喷嘴设置方向的方向设置至少一行多个孔而形成在喷嘴板中的应变减小部分。根据本发明的另一个方面， 一种液体喷头包括形成有喷嘴的喷嘴板； 以及其中加热器元件沿一个方向设置的头芯片。多个头芯片以线型图案串形 设置在喷嘴板上，使得头芯片上的每个加热器元件位于对应喷嘴板中每个喷 嘴的位置处。液体喷头的特征在于包括通过沿喷嘴设置方向从接近头芯片 沿其纵向的端部的外部边缘的位置朝头芯片沿其纵向的中央部分设置至少 一行多个孔而形成在喷嘴板中的应变减小部分。当仅头芯片被突然加热且头芯片受到沿头芯片伸长方向的热应力时，在 头芯片之间的区域内在喷嘴板中发生应变。可是，根据上述本发明，应变减 小部分发生变形，以使对其他元件的影响，如喷嘴本身的变形，尽可能小。另外，根据本发明的液体喷头对应根据以下描述的实施例中的喷墨打印 机的(喷墨)头10。在该实施例中，十六个头芯片线性地设置在单喷嘴板 17上，多行头芯片成对设置以获得线型头(长度对应A4尺寸)。对于每四 种颜色，即Y (黄色)、M (品红色)、C (青色)和K (黑色)，设置四对头 芯片行，以获得用作四色线型头的液体喷头。根据本发明的液体喷头，即使是仅头芯片被突然加热时，也能最小化由 于热应力产生而引起的应变的影响，并最小化对打印结果的影响。


图l是示出根据本发明实施例的头的结构的透视图。 图2是示出根据本发明实施例的线型头的平面图。 图3是示出本发明实施例的基本概念的平面图。 图4是示出根据例1的形状的示图。 图5是示出根据例2的形状的示图。图6是示意性示出在电成型之前执行的用于在电成型母片(master)上 留下抗蚀剂层(resist layer)的处理步骤(也称前段处理)的示图。 图7是示出两种电成型步骤的示图。 图8示出根据例1至例4的孔的规格的表格。 图9是示出例4结构的示图。图IO是示出线型头结构(已知例)的制造步骤的示图。图11是示出其中热应力问题被简化成一维的模型(已知例)的示图。图12是示出线型头(已知例)中头芯片和伪芯片设置的示图。具体实施方式

以下参照附图等描述本发明的实施例。图1是示出根据本发明实施例的头10的结构的透视图。另外，图2是示出根据本发明实施例的线型头10' 的平面图。在此，在图1和2中，未示出作为本发明实施例特征部分的应变 减小部分。在图1中，(单个)头10包括头芯片11和喷嘴板17。换句话说，通过 从头IO去除喷嘴板17获得的组件被称作头芯片11。在图1中，半导体基板15由硅、玻璃、陶瓷等制成。另外，利用精细 处理技术，如用于制造半导体或电子器件的技术，在半导体基板15的表面 (顶面)上沉积加热器元件13 (例如，利用等离子喷溅方法形成加热器元件 13的材料膜)。加热器元件13经由以类似方式形成在半导体基板15上的导 体部分(未示出)并且通过类似布置在内部的驱动电路、控制逻辑电路等， 电连接至外部电路。另外，阻挡层16形成在加热器元件13侧的半导体基板15上，并通过 在排除围绕加热器元件13区域的区域内形成光敏树脂图案而获得。更具体地，阻挡层16由例如光敏环化橡胶抗蚀剂或可曝光固化的干薄 膜抗蚀剂形成，其通过将抗蚀剂施加在其上形成有加热器元件13的半导体 基板15整个表面上以及通过光刻工艺去除非必要部分而形成。另外，通过例如使用镍(Ni)的电成型技术形成喷嘴板17,以设置多个 喷嘴18。随后，进行定位，使得喷嘴板17中的每个喷嘴18的位置对应半导 体基板15上每个单独加热器元件13的位置，并且喷嘴板17粘接于阻挡层 16。利用半导体基板15、阻挡层16和喷嘴板17形成每个墨室12，使之围 绕加热器元件13。换句话说，半导体基板15和加热器元件13形成墨室12 的底壁，并且阻挡层16形成墨室12的三个侧壁。喷嘴板17形成墨室12的 顶壁。另外，每个墨室12在图1中其右下区域处具有开口区，并且该开口区 与公共流路20 (参见图2)连通。因此，墨箱(未示出)中的墨流过公共墨 流路，并通过其开口区提供给每个墨室12 。另夕卜，示出线型头10'的图2示出了四个头10 ("N-1", "N", "N+1，，和 "N+2")和伪芯片D。因此，头10平刊 没置。在此，通过将多个头芯片11 串行粘接在其中形成有多个喷嘴18的单一喷嘴板17上，来获得线型头10'。另外，在喷嘴板17中，包括位于邻近头10的每个端部处的喷嘴18的 每个喷嘴18以恒定间距P设置。更具体地，如详细部分A所示，第N个头 10右端处的喷嘴18与第(N+l)个头IO左端处的喷嘴18之间的间距被设 定成等于每个头10内每个喷嘴18的间距P。另外，如图2所示，伪芯片D设置在每个头10沿纵向方向的两端处。 更具体地，头10、伪芯片D、头10、伪芯片D按此顺序设置在单个行 上。这样，头IO和伪芯片D被交替设置。另外，线型头l(T的公共流路20形成在头IO和伪芯片D围绕的区域内。另外，所需数量的上述线型头l(T可沿着垂直于喷嘴18布置方向的方向 设置以形成线型头行。通过为每个线型头行提供不同颜色的墨，实现彩色打 印。例如，当四个线型头行^皮-没置用于Y (黄色)、M(品红色)、C(青色) 和K(黑色)时，能够获得彩色喷头打印机。另外，各种颜色的墨从与各个线型头10'相连的用于四种颜色的墨箱(未 示出)提供，以便在图1中所示的墨室12内容有墨。随后，当根据打印数 据短时间(例如，1至3微秒)地向加热器元件13施加脉冲电流时，这些加 热器元件13被突然加热，并且与加热器元件13接触的墨部分中由于膜沸腾 (film boiling)而产生气泡。这些气泡膨胀而推开一定量的墨，并且具有 与被推开的墨相同体积的墨作为墨滴从喷嘴18喷出。墨滴落在记录介质上 以形成点线。由此，形成多条点线以形成图像。图3是示出本发明基本概念的平面图。在此，在图3所示的情况中，实 际上应当仅看到喷嘴板17。可是，在该图中为便于解释也示出了头芯片11 和伪芯片D。如上所述，头芯片11交替设置成交错图案，并且头芯片11和伪芯片D 彼此相邻设置。在此，在实施例中，四个孔行形成在头芯片11和伪芯片D之间，并且 这些组的孔行用作根据本发明实施例的第一应变减小部分31 。特别地，在图3中，第一应变减小部分31的孔行在头芯片ll短侧的整 个长度上延伸。这是因为在第一应变减小部分31的长度长于头芯片11短侧长度时，认为应变吸收效应进一步增加。另外，这是因为第一应变减小部分 31的孔暴露于相对的头芯片ll之间的区域内的液体，原因是它们与公共流路20中的液体接触，并且与密封液体而同时仅在伪芯片D之间保留液体的 情况下所需的不同的警告是必要的。另外，第一应变减小部分31的每个孔具有椭圆形或卵形，并沿着垂直 于喷嘴18的设置方向的方向伸长。第一应变减小部分31通过使孔变形减少 应力。因此，孔具有伸长的形状，使其能够响应于喷嘴18设置方向上施加 的应力而很容易变形。另外，在第一应变减小部分31下(在喷嘴板17的底面上)设置密封剂 以防止液体进入。可是，即使存在液体进入的可能性，孔的尺寸也可被设定 得充分的小(例如，短轴尺寸可等于或小于喷嘴18的尺寸)，或者厚度可被 设定得足够的小(例如，等于或小于喷嘴板17厚度的1/2)。另外，孔的行数和列数没有具体限制，只要减小应变的作用能够达到下 述水平，即，防止喷嘴板17和头芯片ll之间的粘接变差，并防止墨室12 改变。另外，如图3所示，第二应变减小部分32包括两行孔，并沿着头芯片 11面对公共流路20的侧边形成。另外，关于位置，第二应变减小部分32 从接近头芯片11沿其纵向方向的端部的位置朝头芯片11的中心位置形成。 更具体地，孔沿着公共流路20的方向(垂直于第一应变减小部分31的孔的 设置方向的方向，或喷嘴18的设置方向)设置。设置第二应变减小部分32以减小应变的影响，所述应变发生在相对的 头芯片ll之间的区域内头芯片11端部附近的位置处。第一应变减小部分31 和第二应变减小部分32具有不同的结构，因为应变量和特性在对应此处的 区域之间不同。在第一应变减小部分31内，应变的主要原因是压缩应力。 相比而言，在第二应变减小部分32中，应变的主要原因被认为是平面图内 的剪切应力。因此，第一应变减小部分31和第二应变减小部分32以不同方式变形。 这是因为它们之间单位长度的应变量不同，压缩应变和剪切应变的影响力不 同，而且喷嘴板17的厚度很小，为12至13|am。例如，由于头芯片11和伪芯片D之间的平均距离为约100pm,所以它 相应于变化20。所引起的伸长量0.832ium的一半(对于每个头芯片11的总伸长量，如果头芯片ll的中心固定，那么每端处的伸长是整体伸长的1/2)。因此，伸长量稍微大于0.4pm (0.4%的伸长)。比较起来，在剪切的情况下，由于相对的头芯片11之间的距离设置为 约250|am,所以在两者间具有上述距离的情况下，如果相对的头芯片11每 个沿相对方向移动0.4)um，那么可以计算得到0.83/250=0.33%。因此，定量 地来说，其可以减d、约80 % 。此外，热应力在头芯片11的端部之间的区域中引起大的应变。因此， 如果仅需要减小应变的影响，则在加热器元件13布置的距离长至足以消除 应变引起的问题的情况下，如果第二应变减小部分32从头芯片ll的角部开 始延伸于侧边上，那么第二应变减小部分32的长度就足够了 。此外，如果喷嘴板17如在本实施例中一样通过镍电成型法形成，那么 可能存在其中需要特别注意的情况。更具体地，在镍电成型处理中，存在下述事实孔形成步骤中的精度(孔 直径精度)受到周围孔的尺寸和从目标孔至周围孔的距离的影响。在其中需 要孔直径精度尽可能高的情况下，如在形成喷嘴18的情况下，环境条件使 得所有孔尽可能彼此在几何上类似是重要的。特别是，如果由于某些原因， 需要在喷嘴18附近形成除了喷嘴18以外的孔，那么优选所有的孔彼此相同 或尽可能彼此类似，以便即使不能避免影响，也可以减小影响。关于第二应变减小部分32的孔，尽管每个孔的尺寸不是特别大，但是 由于孔是细长的且孔的数目大，因此总面积有点大。因此，存在喷嘴18的 精度受影响的可能性。换句话说，即使当喷嘴18根据抗蚀剂(用于处理喷 嘴18的照相制版掩模)的设计而具有相同的直径时，也存在下述可能性 在提供第二应变减小部分32的区域附近的喷嘴18以及在没有第二应变减小 部分32的区域附近的喷嘴18具有稍微不同的孔直径。这在打印机等情况下 导致不均匀的密度。为了使这种可能性尽可能小，代替，第二应变减小部分32优选在加热 器元件13所面对的整个区域上延伸，而非仅在头芯片11的角部。换句话说， 第二应变减小部分32优选沿喷嘴18的布置延伸于头芯片11的纵向方向上 的整个长度上。因此，如果第一应变减小部分31和第二应变减小部分32以优选方式形 成，则形成角状U形(angular-U-shaped)孔组，以便沿头芯片11的三个侧边(面向加热器元件13的一侧以及纵向方向上的两端处的两侧)延伸。这 样形成孔可能引起对头芯片ll的支撑强度的怀疑。然而，从防止墨室12的不必要变形的角度而言，不会产生特别的问题，因为喷嘴板17和头芯片11初始需要一起移动以及头芯片11它们本身由支撑板(流路板)在背面支撑。此外，第一应变减小部分31和第二应变减小部分32的孔的形状可以是 圓形，椭圓，卯形，矩形，六角形等的任何一种。然而，为了利用少量的孔 有效地吸收应变，孔优选沿垂直于应变产生时施加应力的方向伸长，以便于 发生变形。如果使用这种结构，那么应变可以利用具有小宽度的孔而充分吸 收。伸长的孔有望对第二应变减小部分32附近位移的应变示出有利的特性。 然而，在优选较小的头芯片11和伪芯片D之间的区域中可以获得较大的效 应。此外，如果仅需要吸收应变，那么第一应变减小部分31和第二应变减 小部分32可以以适当的间隔形成。然而，特别是，第二应变减小部分32优 选具有与喷嘴18的特定位置关系。此外，污物和灰尘过滤器通常设置在其 中接收液体的头芯片11的喷嘴18附近区域处。因此，优选地，还存在与该 过滤器的某种关系，因为可以将喷射期间在流路中产生的冲击波(喷嘴18 之间的千扰)等的影响减小到不变、受限的范围内。由于上述原因，考虑优选将第二应变减小部分32的孔的间距设置成等 于加热器元件13 (喷嘴18)的间距。此外，对于第一应变减小部分31和第二应变减小部分32的位置，如下 设置与头芯片ll之间的距离。初始，应变的产生源是被加热的头芯片11。因此，可以考虑为减小应变 而提供的第一应变减小部分31和第二应变减小部分32优选定位成尽可能的 接近于头芯片11。因此，可以在产生效果时就使它们最大化，从而在不牺牲 阻挡层16的情况下(例如，不改变阻挡层16的初始形状或减小粘接强度以 形成孔)重叠头芯片11。特别是，在本实施例中，与头芯片ll的表面相比，阻挡层16设计成定 位得稍微较小(在头芯片11的两端处小约50至100|dm，在设置加热器元件 13的区域中在过滤器顶点外侧的区域中小约20至30pm)，以防止划片 (dicing)(通过切割晶片分离头芯片11的步骤)期间的剥离以及毛边影响。 在该情况下，可以通过在头芯片11附近布置孔而不重叠阻挡层16来有效减小应变。上述实施例提供下述效果(1) 可以保护头10。即使喷射操作在接通电以后立即开始，虽然装置温度低，但损伤头10 的风险也会减小。(2) 喷嘴板17的剥离问题可以减小。 在没有应用本实施例的情况下，由于热应力引起的应变而容易产生喷嘴板17的局部剥离，特别是头芯片11的沿其纵向方向的端部处。然而，该问 题已经在本实施例应用后大大地减少。(3) 由于热应变引起的变形量可以减小。即使如果墨室12轻微变形，喷射特性也将改变。在记录介质和喷嘴18 之间存在大距离的情况下，如在喷墨打印机等中，影响由于距离而增大。因 此，即使从喷嘴18的喷射角度轻微改变，当墨滴落在记录介质上时，也会 观察到不可忽略的位移(如条紋图案)。(4) 头IO的喷射特性可以变得均匀。由于喷嘴18、墨室12等的变形可以减小，所以总的均匀性可以提高。 此外，当均匀性提高时，可以提高喷墨打印机等中的图像质量。(5) 头IO的耐用性可以提高。由于在头芯片11的端部处重复应力较小，所以在相同质量的情况下， 打印的次数可以增加。(6) 头10的寿命可以增加。由于能够保持高质量水平的时间增加了 ，所以运行成本可以相对减小。 (例1 )图4说明了根据例1的形状。在图4中，示出了根据例1形成用于第一 应变减小部分31的抗蚀剂的尺寸。通过将本实施例应用到喷墨打印机进行实验。结果，与没有应用本实施 例得到的例子相比，在通过应用本实施例得到的例子中，直到观察到可能由 于老化引起的不均匀密度的时间周期提高约一位。更具体地，在实验中，将 打印比率约20%的摄影图像打印在A4尺寸的纸上并进行观察。当使用没有 应用本实施例的线型头IO，时，非均匀密度和条紋图案在打印200至300张 纸后观察到。作为比较，当使用具有第一应变减小部分31的线型头IO，时，甚至在打印2500张纸后也几乎没有观察到任何改变。 (例2，例3)在例2和例3中，提供第一应变减小部分31和第二应变减小部分32。 这里，例2的形状类似于图3所示的形状，例3的形状在图5中示出。当如上所述除了第一应变减小部分31以外还4是供第二应变减小部分32 时，耐用性明显提高。更具体地，已经证实，甚至在打印10，000张纸后也可 以得到等于或大于根据例1在2500张纸上打印后得到的质量。接下来将描述第二应变减小部分32的侧面效应(side effect )。在例2和例3中，证实通过提供第二应变减小部分32,耐用性相比于例 l可以很大地提高。然而，还发现存在由于提供第二应变减小部分32而引起 的新的侧面步支应。这里，"侧面效应，，是指下述问题当孔的开口区增加到某种程度或更 大时，由于第二应变减小部分32定位在公共的流路20中，因此液体泄漏到 喷嘴18的表面。然而，公共流路20的内部压力设置为至少在待机状态下低于大气压， 因此液体在正常的喷射操作期间不会连续泄漏。问题在于当喷嘴18的表面 在清洁处理中由辊、擦净器等擦拭时，表面压力可能局部减小。或者，如果 推进到孔中的清洁器的表面与液体接触，那么液体由于毛细效应将被吸？ I到 清洁器。因此，液体被吸出。换句话说，结构显得好像用作液体开口的喷嘴的数量被增加了，液体在 清洁处理中不必要地被消耗掉。为了解决这个问题，可以简单地减小第二应 变减小部分32的孔的开口区。现在将描述用于最小化液体泄漏和应对由热 引起的应变的电成型处理。图6是示意性说明在电成型之前进行在电成型母片上留下抗蚀剂层的处 理步骤的图，该步骤也被称为的前端处理。电成型的原理与电解处理的原理 相反。在电解液中溶解的金属离子沉积在母片的表面上。沉积发生在母片表 面上具有导电性的区域中，而在母片表面由不导电部件(图6中的抗蚀剂层) 覆盖的区域中不发生沉积，因为电流没有经由液体流动。参考图6，预先设计母片，使得成抗蚀剂留在电成型处理之后不沉积金 属(在该例子中为镍)的区域中。实际使用的抗蚀剂材料是所谓的"负抗蚀 剂"，其仅保留在光照射的区域中，而曝光后其它区域中的可通过试剂溶解。然后对在其上沉积了抗蚀剂层的母片进行电成型步骤。如图7所示，根 据抗蚀剂厚度和电成型厚度之间的关系，在两个选择中选择一个。(1) 图7的(A)所示的情况为抗蚀剂厚度大于电成型厚度。金属完全不沉积在提供了抗蚀剂的区域中的表面上。因此，抗蚀剂和电 成型产物之间的边界沿抗蚀剂的侧壁延伸。利用负抗蚀剂，壁通常基本上垂 直于母片。换句话说，利用该方法在电成型处理后留在表面上的孔具有相应 于形状(圆形，卵形，椭圓，正方形等)的精确区域，该形状由抗蚀剂关于喷嘴18的表面简单限定，并且孔的内壁垂直于表面。这样完成的镍电成型片实际上具有12至13 iam的极小厚度，并且很难 处理。因此，在片仍然紧密粘接到母片时将片处理为产品，在表面粘接到陶 资头框架后通过加热到高温将母片去除。(2) 图7的(B)所示的情况为抗蚀剂厚度小于电成型厚度。 在该情况下，类似于(A)的情况，电成型层沿抗蚀剂的侧壁生长，直到电成型厚度到达抗蚀剂层厚度。当电成型层的厚度超过抗蚀剂的厚度时， 电成型产物不仅沿附图中的垂直方向(该页上向上)而且沿水平方向生长。 如果离子密度分布和电势分布在其中不变，那么电成型产物以基本不变的速 度生长。因此，在垂直于喷嘴18的表面的截面中，电成型产物以顶点在抗 蚀剂顶部的扇形形状生长。在上述处理后，当步骤2完成时，具有光滑弯曲表面的"护罩"形成， 以便覆盖抗蚀剂的顶面，如图所示。在该例子中，由抗蚀剂形成的基本形状 是圆形。因此，从俯视图中很清楚看出，护罩形成为内部具有中空空间的形 状。根据该方法，基本上，抗蚀剂的厚度可以减小而没有限制。因此，如果 抗蚀剂的厚度可以精确减小，那么电成型处理可以进行同时几乎不会留下相 应于表面中抗蚀剂的凹陷。在该情况下，如果电势分布和离子的平均密度分 布不变，则由抗蚀剂形成的结构在其边缘处具有光滑的四分之一圆形状。如果用于电成型的抗蚀剂形成为具有两个不同的高度，那么具有图7的 (A)的形状的孔和具有图7 (B)的形状的孔可以同时形成。然而，通常， 抗蚀剂层是单层并且有必要根据目的选择形状之一 。实际形成的喷嘴18具 有图7(B)所示的结构，附图中的顶侧定位在喷嘴板的内侧。同样在形成 第一应变减小部分31或第二应变减小部分32的情况下，不存在选择，而是 设置抗蚀剂的厚度使之小于电成型厚度，如图7(B)所示。因此，上面解释以及附图中所示的孔形状的外部尺寸是抗蚀剂形状的值，而不是作为结果 形成的开口的值。如从图7 (B)可以理解，孔的尺寸仅在三个值被确定后确定(1)母 片表面上抗蚀剂的凸出区域的尺寸；(2)抗蚀剂的厚度，和(3)电形成层 的总厚度。凸出区域已经在上面描述。在例子中，抗蚀剂厚度的中心值是5 H m,总电成型厚度的中心值是13nm。图8示出了根据例1至3和例4的 孔的规格表，这将在下面描述。如上所述，利用例3的第二应变减小部分32的孔的形状，孔的开口区 太大而不能被忽略，存在液体泄漏的侧面效应。因此，创作出了作为足够满 足应变要求和防止液体泄漏的结构的图9所示例4的结构。在该结构中，孔具有伸长形状，其中仅在端部处的圆形部分实际形成作 为开口 ，配置在圓形部分之间的部分不形成为开口而是作为通过减小抗蚀剂 宽度具有小喷嘴厚度的部分。代替在整个长度上减小宽度，圆形部分被有意 地设置在端部处作为开口。这是由于以下原因1) 如果抗蚀剂的区域减小到一定面积或更小，那么抗蚀剂和母片之间 的粘接力减小，抗蚀剂在清洗步骤中剥离并且产生缺陷的可能性将增加。为 了保持粘接力，在粘接物体(剩余抗蚀剂图案)的边缘处特别是纵向端部处 增加粘"J妄力是有效的。因此，^:端部的面积大于中央部分处的面积并且以哑 铃形状形成抗蚀剂是有效的。2) 在电成型处理后，必须去除不必要的抗蚀剂。通常，抗蚀剂利用试 剂(在该例子中为氢氧化钾)溶解。在溶解步骤中，必须提供开口并使电成 型表面浸入在试剂中。在该步骤中，如果存在布置了抗蚀剂但没有提供开口 的部分，那么抗蚀剂保留在母片上。抗蚀剂本身由一种非导电塑料构成，并 且即使它保留，也不会引起任何电故障。然而，在液体沿喷嘴板的表面流动 的情况下或在灰尘和污物引起许多问题的装配步骤中，已经剥离的抗蚀剂可 能引起象灰尘一样的不利影响。因此，如果象例4中形成的孔那样至少在端 部处存在开口 ，则试剂可以流动通过开口以直接在下面;容解抗蚀剂。乂人而， 抗蚀剂保留在母片上的可能性可以有效减小(相比，如果不存在开口， 100 %的抗蚀剂保留在母片上，在母片去除后产生灰尘的问题)。
权利要求
1.一种液体喷头，包括形成有喷嘴的喷嘴板；以及其中加热器元件沿一个方向设置的头芯片，其中，多个头芯片以线型图案串行设置在喷嘴板上，使得头芯片上的每个加热器元件位于对应喷嘴板中每个喷嘴的位置处，并且其中液体喷头的特征在于包括通过在接近头芯片沿其纵向的端部的外边缘的区域中沿垂直于喷嘴设置方向的方向设置至少一行多个孔而形成在喷嘴板中的应变减小部分。
2. 根据权利要求1所述的液体喷头 沿其横向的整个长度上。
3. 根据权利要求1所述的液体喷头 向延伸的伸长形状。
4. 根据权利要求1所述的液体喷头 得在将孔投影到头芯片上时所述至少一部分孔位于头芯片的区域中。
5. —种液体喷头，包括 形成有喷嘴的喷嘴板；以及 其中加热器元件沿一个方向设置的头芯片，其中，多个头芯片以线型图案串形设置在喷嘴板上，使得头芯片上的每 个加热器元件位于对应喷嘴板中每个喷嘴的位置处，并且 其中液体喷头的特征在于包括通过沿喷嘴设置方向从接近头芯片沿其纵向的端部的外部边缘的位置 朝头芯片沿其纵向的中央部分设置至少 一行多个孔而形成在喷嘴板中的应 变减小部分。
6. 根据权利要求5所述的液体喷头，其中，头芯片布置成两行，公共的 流路位于两者之间，以及应变减小部分沿每一行设置在面对公共流路的侧边处。
7. 根据权利要求5所述的液体喷头，其中，应变减小部分延伸在头芯片 沿其纵向的整个长度上。
8. 根据权利要求5所述的液体喷头，其中，孔的布置间距与喷嘴的布置，其中，应变减小部分延伸在头芯片 ，其中，孔具有沿垂直于喷嘴设置方 ,其中，孔中的至少一部分形成为使间距相同。
9. 一种液体喷头，包括 形成有喷嘴的喷嘴板；以及 其中加热器元件沿一个方向设置的头芯片，其中，多个头芯片以线型图案串行设置在喷嘴板上，使得头芯片上的每 个加热器元件位于对应喷嘴板中每个喷嘴的位置处，并且通过在接近头芯片沿其纵向的端部的外边缘的区域中，沿垂直于喷嘴设 置方向的方向设置至少一行多个孔，而在喷嘴板中形成第一应变减小部分； 并且通过沿喷嘴设置方向，从接近头芯片沿其纵向的端部的外部边缘的位置 朝头芯片沿其纵向的中央部分设置至少一行多个孔，而在喷嘴板中形成第二 应变减小部分。
全文摘要
本发明提供一种线型头，其能够通过最小化由于热应力引起头芯片变形而造成的影响，来最小化对打印结果的影响，即使仅头芯片被突然加热。该线型头包括通过在接近头芯片(11)沿其纵向的端部的外边缘的区域中沿垂直于喷嘴(18)的设置方向的方向设置至少一行多个孔而在喷嘴板中形成的第一应变减小部分(31)；和通过沿喷嘴(18)的设置方向从接近头芯片(11)沿其纵向的端部的外部边缘的位置朝头芯片沿其纵向的中央部分设置至少一行多个孔而在喷嘴板中形成第二应变减小部分(32)。
文档编号B41J2/05GK101263007SQ20068003350
公开日2008年9月10日 申请日期2006年9月12日 优先权日2005年9月12日
发明者中村厚志, 江口武夫, 牛滨五轮男, 竹中一康 申请人:索尼株式会社