具有改进的腔室壁的液体喷射器的制作方法

专利名称：具有改进的腔室壁的液体喷射器的制作方法
技术领域：
一般说来，本发明涉及整体形成的液体腔室，更具体地说，本发明 涉及在喷墨装置和其它液滴喷射器(或液滴喷射装置)中使用的液体腔 室。
背景技术：
已知按照要求的滴落(或转辙指令(DOD))液体发射装置作为喷 墨打印系统(或喷墨印刷系统)中的墨水打印装置(或墨液印刷装置) 已经4艮多年了。早期的装置以压电致动器为基础，比如Kyser等人在美 国专利No. 3946398和Stemme在美国专利No. 3747120中7>开的那些装 置。喷墨打印的一种当前流行的形式即热喷墨(或者"气泡喷射")采 用电阻加热器以产生蒸汽气泡，所述蒸汽气泡引起液滴发射，如Hara 等人在美国专利No. 4296421中讨论过的那样。虽然对于液滴喷射器的 大多数市场是用于墨水的打印，但是其它的市场正在出现，比如聚合物 的喷射，导电墨水的喷射，或者药物的输送。
在过去，打印头的制作涉及到将一个喷嘴板层压到打印头上。用这 种方法，将喷嘴对准加热器是有困难的。另外，将喷嘴板的厚度限制在 一定的厚度以上。最近已经通过采用光学成像技术的打印头制造过程开 发出了整体打印头。通过选择性地添加和减去多种材料的层，在一个基 底上构造出部件。
Ohkuma等人在美国专利No. 5478606中公开一种用一个喷嘴板整 体地制作出墨水流动路径和腔室的方法。图1图示出带有基底1的先有 技术装置，所述基底包含电热件2和墨水馈送口 3。在可溶解的树脂的 顶部形成可用光学成形出图案的树脂5,它确定出包括腔室4的墨水流 动路径。随后将可溶解的树脂除去，以形成墨水流动路径和腔室。
在这种形成墨水流动路径和腔室的方法中，把包含电加热件2的基 底1与形成墨水流动路径的部件连接起来要依赖于构成形成流动路径的 部件的树脂5的粘接作用力。在喷墨头中，在正常的使用状态下，流动 路径和腔室总被墨水充满，从而使得在基底与形成流动路径的部件之间的连接部分的周边总与墨水接触。因此，如果仅只靠构成形成流动路径 的部件的树脂材料的粘接作用力实现连接，由于墨水的影响可能4吏这种 粘接作用变差。而在碱性墨水中所述粘接作用特别地差。
此外，在大多数热喷墨头中，树脂材料在不同的区域粘接到比如氮 化硅或氧化硅的无机物层上。在其它区域，所述树脂粘接到用于气穴保
护(cavitation protection)的钽材料层(或钽层)上。这一钽层粘接到构 成形成流动路径的部件的树脂质材料上的作用力比氮化硅层的粘接作 用力要小。因此，树脂可能由钽层上剥落。为了防止出现这种情况，Yabe 在美国专利No. 6676241中公开了在基底与形成流动路径的部件之间形 成一个含有聚酰胺树脂(polyethemmide resin)(或由其组成)的粘接 层。在这种情况下，在氮化硅或钽层与连接形成流动路径的部件的树脂 之间可以保持改进了的粘接作用。然而，重要的是，必须将这个粘接层 形成适当的图案，使得没有任何一部分与电热件接触。将这一层形成图 案在制作中包含有额外的步骤，增加了花费，并且降低了生产率。另外， 因为构成流动路径件的树脂仍然与墨水接触，所以树脂可能膨胀，使得 应力在树脂与粘接层之间扩展，仍然会造成流动路径部件的脱层。
Stout等人在美国专利No. 6739519中也公开了 一种在一层牺牲的保 护层(a sacrificial resist layer)上采用可以光学成形的环氧树脂 (photodefinable epoxy)用 一个喷嘴板或者替代地用可以光学成形的环 氧树脂的两次曝光整体地制作出墨水流动路径和腔室的方法。该专利讨 论了在环氧树脂喷嘴板与基底之间持续粘接的问题。因为环氧树脂的热 膨胀系数比基底的大得多，在加热器的点火过程中可能出现热应力，导 致出现脱层。所述专利提出在喷嘴板与基底之间采用一个底层涂料层(a primerlayer)。然而，环氧树脂的界面仍然非常靠近加热器。
由树脂材料制成的喷嘴板会透气。因此，在喷嘴板下面的腔室中的 墨水会越来越多地蒸发。结果，在腔室中的墨水的性质比如粘性可能改 变，使得喷射特性变差。另外，由外面进入腔室的空气可能形成气泡， 同样会使喷射变差。Inoue等人在美国专利No. 6186616中公开了将一个 金属层添加到喷嘴板树脂的顶面上，以防止吸收空气。然而，必须特别 小心地在树脂与金属层之间形成好的粘接。另外，金属必须与墨水相容， 使得金属不会被腐蚀。由于对树脂材料的热限制，不能采用在较高温度 下沉积的材^"。关于用环氧树脂形成的腔室的内侧面，另 一 个问题是用墨水使腔室 壁变湿。用墨水将内腔室壁变湿很重要。否则打印头的起动将是困难的。 另外，在喷射出一个液滴之后，使腔室没有墨水，并且必须在可以喷射 出另 一个液滴之前完全充填该腔室。不能变湿的壁将妨碍这个重新充填 过程。例如可以通过暴露给氧等离子体减小环氧树脂的壁的接触角。然 而，经过一段时间表面将返回到不能变湿的状态。另外，氧等离子体会 使环氧树脂的表面变粗糙，这也会妨碍重新充填的过程。
因此，对于用墨水变湿的内腔室壁用一种替代的选择比如氧化硅或 氮化硅可能是有利的。这样的层对于在打印头中采用的基底层具有极好 的粘接能力。在高温下沉积这些层，并且这些层对于与墨水接触的应用 有其它的极好性能，比如材料的坚固性，热膨胀率低，湿气吸收少， 以及可以透过湿气。
Ramaswami等人在美国专利No. 6482574中公开了 一种全无机物的 腔室，通过沉积厚度为5-20微米的氧化物层，形成图案、并且进行刻蚀 以形成该腔室，用一个牺牲层填充该腔室，^吏该牺牲层变成平面，沉积 一个喷嘴板，并且除去那层牺牲材料。这个程序包含在腔室区域中填充 牺牲材料并使所述牺牲材料变成平面的困难过程。缺少变成平面的过程 会造成腔室高度的改变，并且损害腔室与喷嘴板之间的粘接。他们也讨 论了如果牺牲材料有温度限制，对于喷嘴板沉积高品质的介电材料的困 难。以很长的沉积和刻蚀时间处理这样的厚氧化物层也是困难的。留在 基底上的这些厚层也会有由于应力的积累形成裂紋的趋势。
在共同受让的美国专利No. 6644786中公开了 一种用于热致动器液 滴喷射器的形成腔室的方法。将不能光学成像的聚酰亚胺的图案形成所 述牺牲层，使得可以沉积一个高温无机物结构层，比如氧化硅或氮化硅 层能形成腔室壁和喷嘴板。在这种情况下，仅只需要一次无机物层的沉 积就可以确定出腔室壁和喷嘴板。
上面的专利描述了围绕单个的热致动器的腔室的形成。对于把这个 过程扩展到采用热气泡射流加热器作为液滴喷射器没有作任何描述。在 把腔室形成扩展到有相对应的大面积墨水馈送口的大喷射器阵列以及
S是可以扩展的这二l二;要。A包含大的液滴喷射器阵列的芯片也在芯 片上包含驱动器线路和逻辑件(或逻辑)，必须保护这些部分不接触到墨水。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种液滴喷射器，它包括多个液体腔室， 其中腔室壁和喷嘴板由一种无机物材料制成，并且采用一种牺牲的有机 物材料形成所述腔室壁和所述喷嘴板。
提供有机物材料的 一个由液体供应馈送口悬伸出的区域以便提高 液滴喷射器的机械坚固性也是本发明的一个目的。
在液滴喷射器的液体供应馈送口中设置肋以进一 步提高液滴喷射 器的机械坚固性也是本发明的一个目的。
在腔室壁中设置间隙以减小结构的应力也是本发明的 一个目的。
在液滴喷射器的线路之上设置一种有机物材料用来保护线路不接 触到墨水也是本发明的一个目的。
按照本发明的 一 个方面， 一 种液滴喷射器包括基底和多个液体腔 室。基底的多个部分形成液体供应装置。每个液体腔室定位在基底之上， 并包括喷嘴板和腔室壁。喷嘴板和腔室壁包括一种无机物材料，当在每 个液体腔室中存在液体时喷嘴板和腔室壁的无机物材料可与液体接触。 有机材料的区域定位在基底之上，并相对于喷嘴板和腔室壁设置成，使 得当在每个液体腔室中存在液体时该有机物材料的区域不会与液体接 触。由位于液体供应装置的相对侧面上的邻近的液体腔室的腔室壁确定 该有机物材料的区域的边界。
按照本发明的另 一个方面， 一种液滴喷射器包括基底和多个液体腔 室。基底的多个部分形成液体供应装置。每个液体腔室定位在基底之上， 并包括喷嘴板和腔室壁。喷嘴板和腔室壁包括一种无机物材料，当在每 个液体腔室中存在液体时喷嘴板和腔室壁的无机物材料可与液体接触。 有机材料的区域定位在基底之上，且相对于喷嘴板和腔室壁设置成，使 得当在每个液体腔室中存在液体时该有机物材料的区域不会与液体接 触。在位于液体供应装置的同 一侧面上的相邻的液体月空室之间没有任何 的有机物材料区域。
按照本发明的另 一个方面， 一种液滴喷射器包括基底和用来容纳液 体的液体腔室。所述液体腔室定位在基底之上，并包括喷嘴板和腔室壁。 喷嘴板和腔室壁包括一种无机物材料。当在液体腔室中存在液体时喷嘴板和腔室壁的无机物材料可与液体接触。喷嘴板包括顶表面。腔室壁包 括无机物材料制的两个壁部，这两个壁部彼此间隔开，4吏得在这两个壁 部之间存在间隙。所述间隙伸展到喷嘴板的顶表面。有机材料的区域定 位在基底之上，且相对于喷嘴板和腔室壁设置成，使得当在每个液体腔 室中存在液体时该有机物材料的区域不会与液体接触。
按照本发明的另 一个方面， 一种制作液体喷射器的方法包括提供基
底；并且，通过以下步骤在该基底上形成多个液体腔室在基底之上设
置一种有机物材料；使该有机物材料形成图案，以产生用于每个液体腔
室的腔室壁的位置；通过在形成图案的有机物材料之上沉积无机物材料 形成用于每个液体腔室的喷嘴板和腔室壁，使得当在每个液体腔室中存 在液体时喷嘴板和腔室壁的无机物材料可与液体接触；并且，以及除去 已经形成图案的有机物材料的一部分，使得保留下一个有机物材料的区 域，并且由邻近的液体腔室的腔室壁形成该区域的边界，其中，当在每 个液体腔室中存在液体时这个有机物材料的区域不会与液体接触。


在下面提供的对本发明的优选实施例的详细描述中，要参考附图， 在附图中
图1是按照先有技术的喷墨打印头(或喷墨印刷头)的剖面示意图； 图2是按照本发明的喷墨打印系统(或喷墨印刷系统)的示意图； 图3示出按照本发明的喷墨打印头的示意性顶视图； 图4示出按照本发明的喷墨打印头在喷嘴阵列附近的剖开顶岸见图； 图5A-5H示出按照本发明形成喷墨打印头的过程，所述打印头带有
在图4所示的实施例穿过剖面A-A的截面中用 一种无机物层(或无机材
料)形成的腔室和喷嘴板；
图6示出按照本发明的打印头的一个截面的剖开图； 图7示出有按照本发明的肋的阵列的基底1;以及 图8示出按照本发明的打印头的墨水腔室区域的一端。
具体实施例方式
给出的描述将特别针对形成按照本发明的设备(或装置)的一部分 的那些部件或者更直接地与按照本发明的设备协同工作的那些部件。应该理解，没有具体地示出或描述的那些部件可以取本领域技术人员所熟 知的多种形式。
如下面所描述的那样，本发明提供一种用来形成用于液滴喷射器 (液滴喷射装置)的喷嘴板和腔室的方法。这些装置中最熟悉的是用做 喷墨打印系统中的打印头。也出现了许多其它应用，这些应用采用与喷 墨打印头类似的装置，然而所述装置发射液体而不是墨水，这些液体需 要进行精细地计量，并且以很高的空间精度沉积这些液体。在这里将可 互换地使用喷墨和液滴喷射器这两个术语。下面描述的本发明也提供用 于液滴喷射器的改进的腔室和喷嘴板。
图2是结合有按照本发明制作的液滴喷射器的喷墨打印系统的示意
图。所述系统包括图像数据源12，所述图像数据源提供由控制器14接 收的信号，作为打印液滴的命令。控制器14将信号输出到电脉冲源16。 电脉冲源16进而产生包括电能脉冲(或由其组成)的电压信号，所述 电压信号^^皮施加到喷墨打印头20内的电热加热器2上。脉冲源16可以 与打印头分开。在优选实施例中，将脉冲源16集成到打印头中。喷墨 打印头20包括喷嘴阵列18和相关联的电热件2。墨水贮室90将墨水供 应到所述打印头。电能脉冲造成液体通过喷嘴18的喷射，与脉冲的电 热加热器相关联，发射出液滴50，所述液滴落在记录介质IOO上。
图3示出图2的喷墨打印头20的示意性顶视图。在一个实施例中， 将喷嘴18按两排布置。使每一排中的喷嘴偏置，以实现打印头的npi 分辨。在其它实施例中，可将每排中的喷嘴阵列错开，或者可将喷嘴的 图案安排成一个二维阵列。本发明的喷墨打印头可以包括一个比640个 喷嘴更大的阵列，并且是可以扩展的。在图3中示意性示出的用于每个 加热器的MOSFET动力驱动器和CMOS控制逻辑件也^f皮包含在打印头 内。必须在喷墨打印头的整个使用寿命期间保护这些线路不与墨水接 触。将用来与打印头实现电连通的接合垫(或键垫(bondpads) ) 19设 置在打印头的周边。
图4图示出喷墨打印头20在喷嘴阵列附近的一个截面(或部分) 的顶^L图。每个喷嘴18位于相对应的电热加热器的上方。由顶部也可 以看到腔室壁38,所述腔室壁确定出用于每个加热器/喷嘴对的腔室； 还可以看到用做过滤器并且在液滴喷射和重新充填的过程中控制流体 阻抗的立柱阵列46;以及确定出中心支承区域8的中心支 R区域壁56。隔开支承结构57在所述中心支承区域壁中，将所述隔开支承结构设置 在位于所述基底中的肋结构的顶部。
在图5A-H中，以在图4中示出的实施例穿过A-A截面的剖面图形 式示出了形成带有用无机物层构成的腔室和喷嘴板的喷墨打印头的过 程，把剖面图安排成显示两排的喷嘴区域。图5A图示出腔室形成前的 基底，其中在基底1上已经形成了驱动器和控制线路(未示出)。也示 出了薄膜叠置体22,所述薄膜叠置体包括电热加热器2。在一个实施例 中，基底1是硅。在其它实施例中，基底l是下列材料之一多晶硅， 石英，不锈钢，或者聚酰亚胺。
热屏蔽层(或热阻挡层)24可以由多种材料制成，比如沉积的二氧 化硅，场氧化物(field oxide),玻璃(BPSG)和氮氧化物。这一层实 现了电热加热件2与基底1之间的热绝缘和电绝缘。在热屏蔽层24的 顶面上是电阻加热(或加热器)层26。在这个实施例中，这个电阻加热 层由三元的钽硅氮化物材料制成。
在电阻加热层26的顶面上沉积有导电层28。所述导电层28由典型 地在MOS制造中采用的金属比如铝或者包含铜和/或硅的铝合金制成。 使所述导电层28形成图案并对所述导电层进行刻蚀，以形成导电迹线 (或传导迹线)，所述导电迹线连接到在喷墨打印头20上制作出的控 制线路上，且所述导电层也形成电热加热器2。
如在图5A中所示，接着沉积绝缘的钝化层30。这一绝缘的钝化层 30可以由氮化硅，氧化硅和碳化硅，或者这些材料的任意组合制成。在 所述绝缘的钝化层30的顶面沉积有保护层32。所述保护层32由钽，钽 硅的氮化物或者两种材料的组合制成。这一层保护电热器使它不接触到 墨水。穿过薄膜叠置体向下直到基底1刻蚀出两个墨水馈送口 6,每一 排喷嘴一个。腔室中心支承区域8在两个墨水馈送口之间。在形成墨水 馈送口之间的中心支承区域8的下截面(或部分)的过程中也使用某些 层或整个薄膜叠置体。
图5B图示出本发明的一个实施例，其中涂布或者施加了一种有机 物材料48。在一个实施例中，这种有机物材料48是不能光学成像的聚 酰亚胺。所选择的聚酰亚胺是一种带有热膨胀系数小，好的变成平面的 性能，并且没有添加任何组分比如光激活组分的材料。 一种这样的聚酰 亚胺是来自HD Microsystems公司的PI2611 。有机物材料48确定腔室的高度。在亚胺化烘烤(imidization bake )之后所述有机物材料48的厚度 在范围8-16微米。在这个实施例中，高度为12-14微米。亚胺化烘烤在 300-400QC之间的温度下历时一'卜时。在这个实施例中，将温度选择成 比后续的处理温度高或者等于后续的处理温度。
图5C图示出沉积在有机物材料48上的硬掩才莫52。所述硬掩才莫52 是通过PECVD沉积的氮化硅，氧化硅，或者是通过溅射沉积的铝。在 优选实施例中，所述硬掩才莫52是氮化硅。涂布形成保护层51的硬掩才莫， 并且使所述硬掩^t形成图案。通过干法刻蚀例如采用 一种用于氮化物的 以氟为基的等离子体刻蚀将所述图案转移到所述硬掩才莫52上。
如在图5D中所示，随后采用一种低压高密度等离子体比如以氧作 为主要气体组分的感应耦合等离子体将硬掩模52的图案转移到有机物 材料48中。在这个刻蚀过程中，除去形成保护层51的硬掩^t。被转移 的图案将形成用于腔室壁38的开孔，过滤立柱46(未示出)，以及中 心支承区域壁56。这些构造(或结构或者特征)的宽度可能是不同的。 在一个实施例中，腔室壁为8-10微米宽。高离子密度低压等离子体刻蚀 可以产生4艮高的刻蚀速率，具有非常垂直的刻蚀型线，呈现出最小的底 切(undercut),从而可以获得精确的腔室几何形状。随后采用干法刻 蚀或湿法刻蚀(在图中没有示出这一步骤)除去所述硬掩模52。将有机 物材料48分成三个区域保护基底上的线路并在离开腔室的区域为喷 嘴板提供结构支承的聚酰亚胺钝化区域40;在墨水馈送口上方为喷嘴板 提供结构支承的聚酰亚胺中心馈送支承件41;以及形成打印头中墨水将 放置的区域的聚酰亚胺牺牲区域54。
在图5E中，沉积无机物材料层，形成无机物腔室34和顶部衬里层 42。所述无机物材料层是氮化硅，碳化硅或氧化硅。在一个优选实施例 中，采用等离子体增强的化学蒸汽沉积(PECVD)在300-400QC下沉积 氧化硅。采用聚酰亚胺牺牲层54使得这种高温沉积成为可能，而这在 先有技术中是不可能的，在先有技术中采用保护层作为牺牲层。这导致 沉积出密度较高的较高品质的材料，所述材料将更能抵御墨水，并且有 更好的粘接性能。在沉积之前也可以进行短暂的溅射刻蚀，以进一步改 善粘接。氧化硅的无机物腔室34赋予了亲水的腔室，所述亲水的腔室 与先有技术的更疏水的聚合物腔室相比提供出更容易充填墨水，并且较 少可能形成空气气泡。形成顶部衬里层42和无机物腔室34的喷嘴板44的无机物材料的厚度在3微米与IO微米之间，更可取地为7-8微米。在 一个实施例中，所述喷嘴板的厚度比有机物材料48的厚度小。典型地， 在本实施例中，这种沉积技术对于腔室壁38实现了 50-60%的侧壁覆盖， 这取决于腔室壁的开孔。
图5F图示出通过对光保护层形成图案和采用以氟为基的等离子体 进行干法刻蚀在喷嘴板44中形成的喷嘴18。这种刻蚀过程在7微米的 无机物层中产生侧壁角度大于84度的喷嘴。在这个刻蚀过程中将接合 垫之上的无机物衬里层除去，使直到接合垫19都是敞开的。
可选地将基底1变薄到300-400微米的厚度，并用保护层在背面上 形成图案。在图5G中，如在本技术领域中已经为众所周知的那样，用 Bosch过程采用深度反应离子刻蚀将图案刻蚀穿透硅基底1,在基底中 形成墨水馈送口 3。
如在图5H中所示，采用高压氧等离子体穿过基底的背面和喷嘴 (板)除去牺牲的聚酰亚胺区域。牺牲的聚酰亚胺层的除去导致无机物 的墨水腔室36和墨水馈送口 6的形成。聚酰亚胺钝化层40保留在晶片 (wafer)上，以保护线路(或电路)。也保留聚酰亚胺中心馈送支承件 41。钝化层40和中心馈送支承件41的边界都由腔室壁确定，从而当在 腔室36中有液体时它们都不会与液体接触。
图6图示出打印头的剖开图，其中喷嘴板的一部分被除去了。 一种 无机物材料层形成腔室壁38。如图所示，每个腔室壁包含有间隙72。 我们已经发现当形成腔室壁38时保持这个间隙是重要的。如果无机 物材料层的沉积继续到间隙被连接起来的程度，典型地是在顶部被连接 起来，这种连接产生的附加应力会在无机物材料层中造成裂紋。为了形 成这个间隙，将在沉积无机物材料层之前用于腔室壁的开孔设计成比喷 嘴板44的厚度大或者等于该厚度。这样，两个壁部和间隙组合起来的 宽度要比喷嘴板的厚度大。为了使腔室之间的间隔达到最小，在每个液 体腔室之间的腔室壁不包含任何有机物材料。
无机物材料层也形成立柱46。在这个实施例中，它们穿过保护层和 绝缘的钝化层伸展，并且被装接到基底l上。在其它实施例中，这些过 滤(器)立柱46可以由顶喷嘴板44悬伸出。
图6也示出中心支承区域8的部分剖开图。所述中心支承区域包含 一个位于所述基底上方的有机物材料区域，当在打印头中有墨水时所述区域不会与墨水接触。在一个实施例中，所述中心支承区域包括聚酰亚 胺或由其构成，在液体供应墨水馈送口 3上方悬伸出的无机物中心支承 区域确定所述聚酰亚胺部分的边界。墨水馈送口 6在所述中心支承区域 的每一侧，所述馈送口在把墨水供应到液体墨水馈送供应件的相反侧面
上的两排喷嘴18的墨水馈送口 3的上方。
在图6中也示出位于墨水馈送口 3中的那部分基底1中形成的肋 74。沿着所述墨水馈送口存在有多个肋。这些肋为打印头提供了机械强度。
图7图示出基底1连同在墨水馈送口 3中的肋阵列74。在基底1中 的长的墨水馈送口 3降低了基底的机械强度，使得基底比较容易由于扭 曲而受到损坏。横过墨水馈送口添加肋74大大地减小了这个弱点。采 用间隔小于1.5毫米的多个肋可以获得适当的强度。随着打印头的长度 增加，这种机械强度的改善变得越来越重要。肋的应用使得将打印头扩 展成大的喷嘴阵列成为可能。
沿着墨水馈送口设置肋可能造成打印的赝象(或伪像(artifacts)), 这是由于在邻近肋的部位的墨水腔室的馈送能力较低。我们已经发现 宽度小于40微米的肋没有任何这样的赝象。替代地，为了强度的目的 和由于刻蚀出肋的长宽比的原因，我们已经发现肋的宽度应该比10 微米大，并且应该将肋(的宽度)连接到中心支承区域上。在一个优选 实施例中，肋的宽度为15-25微米。这些宽度是在基底的背面上测量的。 因为穿过所述基底的刻蚀不完全是各向异性的，所以在中心支承区域的 肋的宽度将比这个数值小。
回过去参考图6，中心支承区域8与肋接触，并且所述中心支承区 域还有在肋之上的隔开支承结构57。我们已经发现如果没有添加这个 隔开结构，所述中心支承结构8的底层可能出现裂紋。如果出现这种情 况，在牺牲的聚酰亚胺的释放步骤期间，所述中心支承区域的聚酰亚胺 可能会受到攻击。在所述中心支承区域图案中添加这个隔开结构57增 加了一个应力释放，这将消除上述可能性。
腔室在装置的其它区域上方的外面是厚的聚酰亚胺钝化层40和顶 部衬里层42。沉积的无才几物层34既形成喷嘴板44又形成顶部衬里层 42。钝化层40和顶部衬里层42的结合保护在喷墨打印头20上的装置 线路不会由于环境影响和与墨水接触而变差。图8图示出打印头20的墨水腔室区域的一端。在一个实施例中， 邻近聚酰亚胺钝化区域40的所述腔室壁包含朝向聚酰亚胺钝化区域40 伸展的突伸部76。这些突伸部起用于腔室壁的应力释放(件)作用。我 们已经发现曲率半径大于5微米的这样的突伸部会减小喷嘴板44出 现裂紋的可能性，而曲率半径小于5微米的突伸部会增加出现裂紋的可 能性。
在一个特别的实施例中，无机物层34形成墨水腔室36,在所述墨 水腔室中相对应的电热件2加热墨水，并且无机物层34形成喷嘴18, 被加热的墨水穿过所述喷嘴喷射出，形成墨滴50。所述装置的运行如下。 将一个电脉冲施加到电热加热器2上。所述加热脉冲造成气泡在腔室中 成核，其成长，将来自墨水腔室36的墨水以液滴的形式通过喷嘴18排 出，且也向后朝向墨水馈送口推动墨水，使墨水腔室的大部分不再有墨 水。重新充填或充满墨水腔室36所用的时间限制了所述装置的喷射频 率。疏水的腔室壁将增加重新充填的时间，使得在下一次喷射脉冲之前 不能完全充满腔室。这进而造成喷射出较小的并且未对准的液滴，或者 在最坏的情况下，没有任何液滴。疏水的腔室壁也会更倾向于在重新充 填的过程中存留气泡。在墨水馈送口的腔室中存留的气泡同样会使液滴
里层更疏水。本发明通过采用对于以水为基的墨水有较高表面能的无机 材料可以自由地调节腔室，使腔室成为亲水的。
我们也已经发现形成腔室壁38的高温等离子体沉积的氮化硅和 氧化硅比以环氧树脂为基的材料能够更好地粘接到基底上的保护层和 钝化层上。因此，所述装置更坚固，能够长时间不出现脱层。
由上面所述，将会看到，本发明是很好地适宜于获得所有目的的发 明。为了说明和描述的目的已经给出了对本发明的优选实施例的上述描 述。不希望它是无遗漏的，或者将本发明限制为所公开的严格形式。任 何的改进和变化都是可能的，本领域技术人员根据上面的内容将会意识 到这一点。例如，本发明不限于形成热气泡喷射装置的腔室，而且包括 形成用于其它液滴喷射方法比如热致动器或静电致动器或压电致动的 液体装置的腔室。这些附加的实施例属于所附的权利要求书的范围以 内。部件目录
1 基底
2 电热器(或电热装置)
3 墨水馈送(口)
4 腔室
5 可用光学方法形成图案的树脂
6 墨水馈送口
8 中心支承区域
10 喷墨打印系统
12 图像数据源
14 控制器
16 脉冲源
18 喷嘴
19 接合垫
20 喷墨打印头 22 薄膜叠置体 24 热屏蔽层
26 电阻加热(器)层
28 导电层
30 绝缘的钝化层
32 保护层
34 无机物腔室
36 腔室
38 腔室侧壁
40 聚酰亚胺钝化层
41 聚酰亚胺中心馈送支承件
42 顶部衬里层 44 喷嘴板
46 立柱
48 有纟;L物材料
50 墨水滴51 形成电阻层的硬掩模
52 硬掩模
54 牺牲的聚酰亚胺区域
56 中心支承区域壁
57 隔开支承结构 72 间隙
74 肋
76 突伸部
90 墨水贮室
100 记录介质
权利要求
1.一种液滴喷射器，它包括基底，所述基底的多个部分形成液体供应装置；多个液体腔室，每个所述液体腔室定位在所述基底之上，并且包括喷嘴板和腔室壁，所述喷嘴板和所述腔室壁包括一种无机物材料，当在每个所述液体腔室中存在液体时所述喷嘴板和所述腔室壁的无机物材料可与液体接触；以及定位在所述基底之上的有机材料区域，所述有机材料区域相对于所述喷嘴板和所述腔室壁设置成，使得当在每个所述液体腔室中存在液体时所述有机材料区域不会与液体接触，其中，由位于所述液体供应装置的相对侧面上的邻近的液体腔室的腔室壁形成所述有机材料区域的边界。
2. 按照权利要求1所述的液体喷射器，其特征在于，所述有机材料 区域的有机物材料是聚酰亚胺。
3. 按照权利要求1所述的液体喷射器，其特征在于，所述喷嘴板包 括一定厚度，所述有机材料区域包括一定厚度，其中，所述喷嘴板的厚 度比所述有机材料区域的厚度小。
4. 按照权利要求3所述的液体喷射器，其特征在于，所述喷嘴板的 厚度在3微米到10微米之间，而所述有机材料区域的厚度在8微米到 16樣i米之间。
5. 按照权利要求1所述的液体喷射器，其特征在于，所述喷嘴板的 无机物材料与所述腔室壁的无机物材料是相同的无机物材料。
6. 按照权利要求5所述的液体喷射器，其特征在于，所述无机物材 料层是氧化硅。
7. 按照权利要求1所述的液体喷射器，其特征在于，所述喷嘴板包 括顶表面，所述腔室壁包括无机物材料制的两个壁部，所述两个壁部彼 此间隔开，使得在所述两个壁部之间存在有间隙，所述间隙伸展到所述 喷嘴板的所述顶表面。
8. 按照权利要求1所述的液体喷射器，其特征在于，在位于所述液 体供应装置的同 一侧面上的相邻的液体腔室之间没有任何的有4几物材 料区域。
9. 按照权利要求1所述的液体喷射器，其特征在于，由邻近的液体腔室的腔室壁界定出的所述有机材料区域中的至少 一 个区域在所述液 体供应装置之上悬伸出。
10. 按照权利要求1所述的液体喷射器，其特征在于，所述液体供 应装置包括多个液体馈送口，肋把相邻的液体馈送口分开，所述肋是基 底的一部分。
11. 按照权利要求IO所述的液体喷射器，其特征在于，由邻近的液体腔室的腔室壁界定出的所述有机材料区域中的至少 一 个区域与所述 肋接触。
12. 按照权利要求10所述的液体喷射器，所述肋的宽度小于40微米。
13. —种液滴喷射器，它包括基底，所述基底的多个部分形成液体供应装置；多个液体腔室，每个所述液体腔室定位在所述基底之上，并包括喷 嘴板和腔室壁，所述喷嘴板和所述腔室壁包括一种无机物材料，当在每 个所述液体腔室中存在液体时所述喷嘴板和所述腔室壁的无机物材料 可与液体接触；以及定位在所述基底之上的有机材料区域，所述有机材料区域相对于所述喷嘴板和所述腔室壁设置成使得当在每个所述液体腔室中存在液体 时所述有机材料区域不会与液体接触，其中，在位于所述液体供应装置 的同 一侧面上的相邻的液体腔室之间没有任何的有机物材料区域。
14. 按照权利要求13所述的液体喷射器，其特征在于，多个液体腔 室中的至少一个包括多个腔室壁，其中，所述多个腔室壁之一包括朝向 有机物材料伸展的突伸部。
15. 按照权利要求14所述的液体喷射器，其特征在于，所述突伸部 的曲率半径大于5微米。
16. 按照权利要求13所述的液体喷射器，其特征在于，所述多个液 体腔室中的至少一个包括多个腔室壁，其中， 一个腔室壁在曲率半径大 于5微米的角部与另一个腔室壁相交。
17. 按照权利要求13所述的液体喷射器，其特征在于，每个液体腔 室包括位于所述之上在所述基底与所述喷嘴板之间的无机物材料层，当 在每个液体腔室中存在液体时所述无机物材料层可与液体接触，其中， 所述无机物材料层与每个液体腔室的腔室壁的无机物材料的一部分接触。
18. 按照权利要求13所述的液体喷射器，其特征在于，所述喷嘴板 包括一定厚度，而所述有机材料区域包括一定厚度，其中，所述喷嘴板 的厚度比所述有机材料区域的厚度小。
19. 按照权利要求13所述的液体喷射器，其特征在于，所述喷嘴板 包括顶表面，所述腔室壁包括无机物材料制的两个壁部，所述两个壁部 彼此间隔开，使得在所述两个壁部之间存在有间隙，所述间隙伸展到所 述喷嘴板的所述顶表面。
20. —种液滴喷射器，它包括 基底；用来容纳液体的液体腔室，所述液体腔室定位在所述基底之上，并 包括喷嘴板和腔室壁，所述喷嘴板和所述腔室壁包括一种无机物材料， 当在液体腔室中存在液体时所述喷嘴板和所述腔室壁的无机物材料可 以与液体接触，所述喷嘴板包括顶表面，所述腔室壁包括无机物材料的 两个壁部，所述两个壁部纟皮此间隔开，4吏得在所述两个壁部之间存在有 间隙，所述间隙伸展到所述喷嘴板的所述顶表面；以及定位在所述基底之上的有机材料区域，所述有机材料区域相对于所 述喷嘴板和所述腔室壁设置成使得当在每个液体腔室中存在液体时所 述有机材料区域的有机物材料不会与液体接触。
21. 按照权利要求20所述的液体喷射器，其特征在于，所述两个壁 部和所述间隙具有组合起来的宽度，所述喷嘴板有一定的厚度，其中， 所述两个壁部和所述间隙的所述组合起来的宽度比所述喷嘴板的厚度 大。
22. —种制作液体喷射器的方法，它包括 提供基底；并且通过以下步骤在所述基底上形成多个液体腔室 在所述基底之上设置一种有机物材料；使所述有机物材料形成图案，以产生用于每个所述液体腔室的 腔室壁的位置； '通过在形成图案的有机物材料上沉积无机物材料形成用于每 个液体腔室的喷嘴板和腔室壁，使得当在每个液体腔室中存在液体 时所述喷嘴板和所述腔室壁的无机物材料可与液体接触；并且除去已经形成图案的有机物材料的一部分，从而保留下的有机 物材料区域由邻近的液体腔室的腔室壁界定出，其中，当在每个液 体腔室中存在液体时所述有机物材料区域不会与液体接触。
23. 按照权利要求22所述的方法，其特征在于，其还包括 穿过对于每个液体腔室是共同的基底形成液体供应装置，其中，由位于所述液体供应装置的相对侧面上的邻近的液体腔室的腔室壁界定 出所述有机物材料区域。
24. 按照权利要求22所述的方法，其特征在于，其还包括 穿过对于每个液体腔室是共同的基底形成液体供应装置，其中，在位于所述液体供应装置的同 一侧面上的相邻的液体腔室之间没有任何 的有机物材料区域。
25. 按照权利要求22所述的方法，其特征在于，采用一种有机物材 料形成用于每个液体腔室的喷嘴板和腔室壁，所述腔室壁包括无机物材 料制的两个壁部，所述两个壁部彼此间隔开，使得在所述两个壁部之间 存在有间隙，所述间隙伸展到所述喷嘴板的顶表面。
26. 按照权利要求22所述的方法，其特征在于，提供基底包括在形 成所述液体腔室之前采用薄膜沉积技术形成液滴喷射器。
全文摘要
本发明提供一种液体喷射器，它包括一基底和多个液体腔室。基底的多个部分形成液体供应装置。每个液体腔室定位在基底之上，并包括喷嘴板和腔室壁。喷嘴板和腔室壁包括一种无机物材料。当在每个液体腔室中存在液体时，喷嘴板和腔室壁的无机物材料可与液体接触。有机材料区域定位在基底之上，该有机材料区域相对于喷嘴板和腔室壁设置成使得当在每个液体腔室中存在液体时该有机物材料区域不会与液体接触。由位于液体供应装置的相对侧面上的邻近的液体腔室的腔室壁界定出有机物材料区域。
文档编号B41J2/14GK101557938SQ200780046064
公开日2009年10月14日 申请日期2007年12月4日 优先权日2006年12月12日
发明者J·A·勒本斯, L·G·香塔拉马 申请人:伊斯曼柯达公司