液体排出头、记录装置以及制造液体排出头的方法与流程

本发明涉及一种液体排出头、记录装置以及制造液体排出头的方法。

背景技术：

在喷墨打印机等的记录装置中使用的液体排出头例如包括：在其中形成有供给通路的基板上方的通道；向通道中的液体施加能量的能量生成元件；以及通过其排出液体的排出口。日本专利公开第2011-161915号公开了一种液体排出头，其包括具有作为供给通路的两个贯通口的基板。贯通口由彼此单独分开的独立供给通路和由独立供给通路共用的共用供给通路构成。使用这种单独分开的独立供给通路来将液体通过其供给到基板上方的通道中提高了液体供给的效率并且稳定了液体排出方向。因此，使得能够通过高准确的高速液体排出进行记录。

一般而言，为了提高记录速度，需要液体排出头在液体排出之后补充(再填充)液体到能量生成元件上方的通道中时提高速度。例如，通过减小从供给通路延伸到能量生成元件的通道的长度以由此减少流动阻力来有效地提高补充速度。日本专利公开第10-095119号和第10-034928号各自公开了一种液体排出头，其中在供给通路附近的一部分处对基板进行蚀刻，使得供给通路附近的通道的高度增加。在这种液体排出头中，从供给通路到能量生成元件的流动阻力减小，并且再填充效率提高。

在日本专利公开第10-095119号和第10-034928号中公开的每个液体排出头中，基板本身被蚀刻，这有时使得难以在基板上形成布线层等。此外，蚀刻后的基板很可能暴露于蚀刻剂或墨水，从而导致可靠性方面的问题。而且，当基板本身被蚀刻时，存在与制造相关的问题。例如，在基板被蚀刻之后，难以在基板上形成例如布线层。控制基板的蚀刻深度也是困难的，这有时会由于基板形状的变化而降低可靠性。

通过在能量生成元件附近设置供给通路仅实现减小流动阻力。但是，将供给通路设置在能量生成元件附近也影响设置在能量生成元件附近的布线层。此外，将能量生成元件设置在两个供给通路之间或将能量生成元件设置在供给通路和收集通道之间也造成问题。这种配置包括设置在供给通路之间(或在供给通路和收集通道之间)的隔板(partition)；在这种情况下，当一个或多个供给通路设置得更靠近能量生成元件时，隔板的厚度减小。因此，隔板的机械强度减小；因此，例如当向其施加振动、冲击力等时，液体排出头容易损坏，或者制造过程中的基板成品率减小，这会降低液体排出头的可靠性。

技术实现要素：

根据本发明，液体排出头包括：基板，该基板具有供给通路，该供给通路在基板的前表面侧上具有开口并且液体通过该开口供给到基板的前表面侧上；能量生成元件，设置在基板的前表面上并且生成用于排出液体的能量；电布线层，电连接到能量生成元件；绝缘层，使电布线层与液体电绝缘；以及排出口构件，形成通过其排出液体的排出口。绝缘层具有与供给通路的开口相邻的端部。该端部从供给通路的开口的边缘朝着设置有能量生成元件的一侧后缩(setback)。电布线层包括彼此层叠的多个电布线层。

根据以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清楚。

附图说明

图1图示了液体排出头的上表面和横截面。

图2图示了液体排出头的横截面。

图3图示了液体排出头的上表面和横截面。

图4图示了液体排出头的上表面和横截面。

图5图示了液体排出头的上表面和横截面。

图6图示了液体排出头的上表面和横截面。

图7a、7b、7c、7d、7e和7f图示了制造液体排出头的方法。

图8图示了其中形成毛刺的液体排出头的横截面。

具体实施方式

本发明提供一种高度可靠的液体排出头，其中通过供给通路供给到能量生成元件上的液体的流动阻力低。在下文中，将参考附图描述根据本发明实施例的液体排出头。要注意的是，下面描述的实施例包括具体描述以充分描述本发明；但是，该具体描述仅仅是技术示例，并不特别限制本发明的范围。

液体排出头是包括在诸如喷墨打印机之类的记录装置中的构件。记录装置还包括例如传送在其上执行记录的记录介质的传送机制和存储要供给到液体排出头的液体的液体存储部分。

图1示出了根据本发明的本实施例的液体排出头的平面图和截面图。液体排出头包括基板1。基板1由例如硅形成。基板1包括在其前表面1a和后表面1b之间穿过基板1的至少一个供给通路。参考图1，供给通路由两种类型的供给通路构成，它们是至少一个第一供给通路2和多个第二供给通路3。供给通路在基板1的前表面侧和后表面侧上中的每一个上具有至少一个开口。液体通过供给通路从基板1的后表面侧供给到前表面侧。基板1在其前表面上具有：至少一个生成用于排出液体的能量的能量生成元件4，电连接到能量生成元件4的电布线层(未示出)，以及使电布线层与液体电绝缘的绝缘层5。能量生成元件4由例如tasin形成。电布线层由例如al形成。绝缘层5由例如硅氮化物(sin)、硅碳化物(sic)或硅氧化物(sio、sio2)形成。绝缘层5具有其中供给通路(第二供给通路3)打开的至少一个开口9。此外，基板1在其前表面上具有排出口构件7，排出口构件7形成液体通过其排出的至少一个排出口6。参考图1，排出口构件7包括两层，它们是排出口形成部分7a和通道形成部分7b。排出口构件7由例如树脂(环氧树脂等)、硅或金属形成。被排出口构件7和基板1的前表面包围的区域是用于液体的通道8。在通道8中，包括能量生成元件4的部分也被认为是压力室。在由能量生成元件4将能量施加到压力室中的液体之后，液体通过排出口6排出。

如上所述，供给通路由至少一个第一供给通路2和多个第二供给通路3构成。每个第一供给通路2设有多个独立分开的第二供给通路3。因此，第一供给通路2可以被认为是共用的供给通路，并且第二供给通路3可以被认为是独立的供给通路。在本实施例中，供给通路由两种类型的供给通路构成，诸如第一供给通路2和第二供给通路3；但是，供给通路可以由单个供给通路构成。即，例如，基板1可以包括穿过其中的单个竖直供给通路。

图2示出了图1中被虚线包围的区域的放大图，该区域即，位于基板1的前表面侧和第二供给通路3之一的开口附近的部分。参考图2，第二供给通路3的侧壁具有由波浪线指示的形状。这种形状往往在由bosch工艺形成的第二供给通路3中形成。氧化物膜16在基板1的前表面侧上形成并与绝缘层5重叠。绝缘层5包括彼此层叠的多个绝缘层，并且例如通过等离子体化学气相沉积(cvd)形成。电布线层10设置在绝缘层5的各层之间。电布线层10还包括彼此层叠并且经由插塞(plug)11连接在一起的多个电布线层。插塞11是例如钨插塞。绝缘层5存在于不存在插塞11的地方。因此，电布线层10的各层在不存在插塞11的地方部分地被电绝缘层5彼此电绝缘。电布线层10电连接到能量生成元件4并且将电力供给到能量生成元件4。

如上所述，为了提高记录速度，需要液体排出头在液体排出之后补充(再填充)液体到能量生成元件上时提高速度。因此，以参考图1和2描述的形式，为了尽可能多地减小再填充所需的通道的长度，例如，其中流动阻力低于第一供给通路2的流动阻力的第二供给通路3(独立供给通路)设置得更靠近能量生成元件4。简单地说，只有第二供给通路3设置得更靠近能量生成元件4，而第一供给通路2保持原样。但是，在这种情况下，如图8中所示，第一供给通路2与第二供给通路3之间的连接部分被形成为曲柄形状。特别地，当第一供给通路2与第二供给通路3之间的连接部分的曲柄形状通过反应离子蚀刻形成时，毛刺15有时在具有曲柄形状的部分处形成。因此，难以准确地形成连接部分。

因此，本发明的本实施例关注在基板的前表面上形成的绝缘层，而不是关注第一供给通路2和第二供给通路3之间的位置关系。根据该实施例，例如，绝缘层在其在第二供给通路3附近的一部分处被蚀刻，使得绝缘层的端部与供给通路的开口隔开，由此提高再填充效率。具体而言，如图1和2中所示，绝缘层5具有与第二供给通路3的开口相邻的端部5a。端部5a从第二供给通路3的开口的边缘3a朝着设置有能量生成元件4的一侧后缩。因此，其中不存在绝缘层5的区域增加，并且因此液体的流动阻力减小，这使得液体能够容易地流动。因此，可以提高再填充效率。

如图1中所示，当从与基板1的前表面1a相对的位置观察液体排出头时，端部5a形成绝缘层5的开口。绝缘层5的开口包围第二供给通路3的开口的边缘3a。在这里，绝缘层5的开口的中心和第二供给通路3的开口的中心可以彼此不重合。当从第二供给通路3的开口观察时，绝缘层5也可以在不存在能量生成元件4的一侧具有与第二供给通路3的开口相邻的端部5a。在这种情况下，绝缘层5的端部5a的后缩位置(绝缘层5的端部5a的从第二供给通路3的开口的边缘3a后缩的位置)可以在不存在能量生成元件4的一侧上比在存在能量生成元件4的一侧上更靠近第二供给通路3的开口的边缘3a。从再填充的角度来看，绝缘层5的存在能量生成元件4的一侧上的端部5a的位置更重要。因此，端部5a在存在能量生成元件4的一侧上比在另一侧上更远离边缘3a后缩，以便防止绝缘层5的端部5a在不存在能量生成元件4的一侧上过度后缩并影响布线层的布置。

例如，简单地通过蚀刻基板1的前表面1a以在供给通路的开口附近的位置处降低基板1的高度来减小液体的流动阻力。换句话说，在基板1本身的前表面1a上形成台阶。但是，如本实施例中那样，期望通过从供给通路的开口后缩绝缘层5的端部5a而形成台阶。这是为了相对于例如布线层的布置减小蚀刻基板1的效果。这也是为了避免将蚀刻后的基板1暴露于蚀刻剂或墨水。而且，绝缘层5的高度基本上等于台阶的高度(开口9的高度)，这使得能够准确地控制台阶的高度。特别地，当基板1和绝缘层5由不同材料形成时，基板1的蚀刻与绝缘层5的蚀刻之间的蚀刻速率不同。此外，当基板1由硅形成并且绝缘层5由硅氮化物、硅碳化物、硅氧化物等形成时，如果基板1和绝缘层5通过反应离子蚀刻被蚀刻，那么基板1的蚀刻速率远低于绝缘层5的蚀刻速率。因此，在蚀刻绝缘层5期间，基板1能够用作蚀刻停止层。这也使得能够对台阶的高度(绝缘层5的开口9的高度)和形状进行期望的控制。

电布线层可以包括彼此层叠的多个电布线层。因此，绝缘层5的高度增加，这使得当绝缘层5的端部从供给通路的开口后缩时有可能提高再填充效率。具体而言，绝缘层5的厚度优选地为4μm以上。更优选地，绝缘层5的厚度为6μm以上。当绝缘层5包括多个层时，绝缘层5的厚度是这些层的总厚度。当在绝缘层5的各层之间提供一个或多个电布线层时，绝缘层5的厚度包括电布线的厚度或多个电布线层的总厚度。上述对绝缘层5的厚度的限制实现了绝缘层5的开口9的高度的增加，由此减小了液体的流动阻力。绝缘层的厚度没有特别的上限；但是，考虑到液体排出头的总体设计，绝缘层的厚度优选为20μm以下。

图3示出了第二供给通路3的开口的边缘3a与绝缘层5的端部5a(开口9)之间的关系。l1是第二供给通路3的开口的边缘3a与能量生成元件4的中心之间的距离。l2是第二供给通路3的开口的边缘3a与绝缘层5的端部5a之间的距离。要注意的是，距离l1和距离l2中的每一个是当从与基板1的前表面相对的位置观察液体排出头时的最短距离。能量生成元件4的中心是能量生成元件4的重心的位置。当绝缘层5的端部5a具有锥形或类似形状的表面时，端部5a是锥形表面的在最接近能量生成元件4的位置(在图3中，锥形表面与绝缘层5的上表面相交的位置)处的一部分。在这种情况下，l2/l1优选地为0.2以上。将l2/l1限制到0.2以上使得液体的流动阻力期望地减小并且再填充效率提高。l2/l1更优选地为0.3以上。l1优选为30μm以上且不大于150μm。l2优选地为10μm以上且不大于120μm。

参考图3，d1是通道8的高度，并且d2是绝缘层5的厚度。d1和d2中的每一个是在竖直方向上相对于基板1的前表面的距离。d2/d1优选地为0.2以上。将d2/d1限制到0.2以上也使得液体的流动阻力期望地减小并且再填充效率提高。d2/d1更优选地为0.5以上，更进一步优选地为1.0以上。d1优选地为3μm以上且不大于20μm。d2优选地为4μm以上且不大于10μm。

要注意的是，本实施例给出了在绝缘层5后缩的部分处不保留绝缘层5的示例；但是，绝缘层5的薄部分可以保留在端部5a与第二供给通路3的开口的边缘3a之间。但是，期望在该部分处不存在绝缘层5。

反应离子蚀刻可以被用作通过蚀刻绝缘层5形成开口9的方法。特别地，当绝缘层5包括多个层时，期望采用反应离子蚀刻。在这种情况下，例如，绝缘层5首先被涂覆正性抗蚀剂，然后通过曝光、加热和显影而图案化，使得形成掩模。加热可以在90℃以上且不超过120℃的温度下进行。这种条件使得掩模能够具有90度以上角度的锥形开口。通过使用这种掩模执行反应离子蚀刻使得绝缘层5的端部5a能够以小于90度的角度倾斜。因此，端部5a被形成为相对于基板1的前表面1a倾斜的倾斜表面。倾斜表面的形成使得液体能够期望地朝着能量生成元件4流动。由倾斜表面(其是绝缘层5的端部5a)和基板1的前表面1a形成的角度(由端部5a在存在绝缘层5一侧形成的角度)优选地为45度以上且小于90度。作为将角度限制到小于90度的结果，端部5a被形成为相对于基板1的前表面1a倾斜的倾斜表面。如果该角度小于45度，那么存在由于端部5a在横向方向上过度变宽而影响布线等的可能性。从再填充效率的角度来看，期望端部5a以45度以上的角度成锥形，并由此以与该角度对应的距离定位成更靠近能量生成元件4。

在通过使用上面提到的锥形掩模蚀刻绝缘层5时，例如，可以使用c4f8气体、cf4气体和ar气体的混合气体作为要用于蚀刻的气体。特别地，通道可以通过采用电感耦合等离子体(icp)设备的反应离子蚀刻形成。但是，可以采用包括不同类型的等离子体源的反应离子蚀刻设备。例如，可以采用电子回旋共振(ecr)设备或磁中性线放电(nld)等离子体设备。

用于蚀刻的条件包括例如将气体压力和气体流率分别调节为处于0.1pa至5pa的范围内和10sccm(标准毫升/分钟)至1000sccm的范围内，并且分别在1000w至2000w的范围内和300w至500w的范围内调节线圈功率和台板功率。这些范围内的这种调整增加了蚀刻的垂直度。在本实施例中，将绝缘层5的端部5a形成为锥形的方法是例如调节用于蚀刻的条件。用于调节的参数的示例包括增加作为蚀刻气体的c4f8气体的流率，或者减小台板功率。具体而言，通过将c4f8气体的流率调节为处于5sccm至30sccm的范围内并将台板功率调节为处于50w至300w的范围内，使得能够蚀刻锥形形状。

根据本实施例的液体排出头可以具有如下构造：其中供给通路设置在至少一个能量生成元件的相应相对侧上，以便彼此面对。图4图示了这种液体排出头的示例。在图4中所示的液体排出头中，设置在能量生成元件4的相应相对侧上的每个第二供给通路3具有至少一个开口。绝缘层5在能量生成元件4的相应相对侧上具有与第二供给通路3的相应开口相邻的端部。每个端部从与其对应的第二供给通路3的开口的边缘朝着设置有能量生成元件4的一侧后缩。

而且，如图5中所示，根据本实施例的液体排出头可以具有如下构造：其中绝缘层5从供给通路的与设置有能量生成元件4的一侧相对的一侧突出在供给通路的开口上方。在图5所示的形式中，在从与基板的前表面相对的位置的视图中，第二供给通路3的开口的一部分在比绝缘层的开口9的位置更远离能量生成元件4的位置打开。这种形式是期望的，因为液体从第二供给通路3平滑地朝着能量生成元件4流动。如图6中所示，这种构造也适用于设置在能量生成元件4的相应相对侧上以便彼此面对的第二供给通路3。在这种情况下，期望绝缘层5被设置成使得：其与设置在能量生成元件4的相对侧上的第二供给通路3的相应开口相邻的端部从相应第二供给通路3的开口的边缘朝着设置有能量生成元件4的一侧后缩。因此，可以将设置在能量生成元件4的相对侧上的第二供给通路3之一用作液体的排出通路，并且因此有可能使液体在通道(压力室)8内部和外部循环。而且，如图6中所示，绝缘层5的突起有助于液体在循环中的顺利流动并抑制排出通路中液体的回流。在第二供给通路3的开口上方突出的绝缘层5的一部分的长度优选地为0.1μm以上且不大于3.0μm。更优选地，该部分的长度是0.5μm以上且不大于1.5μm。

接下来，将参考图7a、7b、7c、7d、7e和7f描述制造液体排出头的方法。

首先，如图7a中所示，制备在其前表面侧上具有能量生成元件4、绝缘层5和电布线层(未示出)的基板1。绝缘层5包括多个绝缘层并且在绝缘层之间设有至少一个电布线层。

接下来，如图7b中所示，在基板1的后表面侧上提供蚀刻掩模12，并且通过反应离子蚀刻形成第一供给通路2。蚀刻掩模12可以由例如硅氧化物、硅氮化物、硅碳化物、n型硅碳化物或者光敏树脂形成。

接下来，移除蚀刻掩模12，并且如图7c中所示，在基板1的前表面侧上提供蚀刻掩模13。蚀刻掩模13由例如与蚀刻掩模12的材料相同的材料形成。蚀刻掩模13的开口部分的截面形状可以是锥形形状。可以通过优化曝光条件、曝光后烘烤(peb)/显影条件以及用于构图过程的预烘烤条件来形成锥形形状。

接下来，如图7d中所示，通过使绝缘层5经受反应离子蚀刻，在绝缘层5中形成开口9。图7d示出了蚀刻掩模13已被移除的状态。

接下来，如图7e中所示，在基板1的前表面侧上形成蚀刻掩模14。蚀刻掩模14也由例如与蚀刻掩模12的材料相同的材料形成。然后，第二供给通路3通过蚀刻基板1形成。形成有第二供给通路3的位置在开口9内。至少在设置有能量生成元件4的一侧上，第二供给通路3在开口9内形成，以与开口9隔开。因此，第二供给通路3通过在蚀刻掩模14也设置在开口内的状态下执行蚀刻而形成。结果，有可能设置绝缘层，使得其与供给通路的开口相邻的端部从供给通路的开口的边缘朝着设置有能量生成元件的一侧后缩。

然后，移除蚀刻掩模14，并且如图7f中所示，设置形成通道8和排出口6的排出口构件7。排出口构件7可以由例如多个干膜形成。干膜的示例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(以下称为pet)膜、聚酰亚胺膜和聚酰胺膜。在干膜粘附到基板1之后，将干膜的支撑构件剥离。因此，可以预先在干膜和支撑构件之间进行释放促进处理。

如上所述，制造了根据本发明的本实施例的液体排出头。

示例性实施例

基于示例性实施例在下面更具体地描述本发明。

第一示例性实施例

将描述制造液体排出头的方法。首先，如图7a中所示，制备基板1，在其前表面侧上具有由tasin形成的能量生成元件4、由硅氧化物形成的绝缘层5、和由al形成的电布线层(未示出)。基板1是单晶硅基板。绝缘层5包括多个层并且具有10μm的厚度。四个电布线层设置在绝缘层5中并经由钨插塞连接在一起。

接下来，如图7b中所示，蚀刻掩模12在与前表面相对的后表面上提供，并且第一供给通路2通过反应离子蚀刻形成。蚀刻掩模12由硅氧化物形成。第一供给通路2具有500μm的深度。用于蚀刻的条件包括在蚀刻步骤中使用sf6气体和在涂覆步骤中使用c4f8气体，并且采用10pa的气体压力和500sccm的气体流率。此外，条件包括采用20秒的蚀刻时段和5秒的涂覆时段并且在蚀刻时段中施加150w的台板功率10秒。要注意的是，上述反应离子蚀刻是称为bosch工艺的蚀刻方法。

接下来，移除蚀刻掩模12，并且如图7c中所示，在基板1的前表面侧上提供蚀刻掩模13。为了形成蚀刻掩模13，厚度为20μm的酚醛清漆正型抗蚀剂首先被施加并在150℃的温度下进行预烘烤。接下来，执行曝光和显影，以形成蚀刻掩模13。在曝光中，焦点被设置在抗蚀剂顶部上方5μm的位置处，以略微散焦。蚀刻掩模13的开口具有100°的钝角锥角。

接下来，移除蚀刻掩模13，并且如图7d中所示，通过使绝缘层5经受反应离子蚀刻而在绝缘层5中形成开口9。反应离子蚀刻是通过使用c4f8气体、cf4气体和ar气体的混合气体并且对c4f8气体采用10sccm的流率以及100w的台板功率来执行的。在蚀刻中，由硅形成的基板1用作蚀刻停止层。换句话说，当绝缘层的蚀刻进行时，蚀刻区域(蚀刻气体)到达基板1。绝缘层5与基板1之间的选择比为100以上。因此，当蚀刻到达基板1时，停止蚀刻。如上所述，基板1被用作蚀刻停止层。要注意的是，当绝缘层5被蚀刻10μm之后执行20％的过蚀刻时，基板1的蚀刻量被计算为0.02μm。因此，绝缘层5的高度基本上等于开口9的高度。

接下来，如图7e中所示，形成蚀刻掩模14。膜厚度为20μm的蚀刻掩模14通过使用酚醛清漆正型抗蚀剂形成，并通过光刻法进行构图。蚀刻掩模14的开口在开口9内的位置处形成。然后，基板1经受反应离子蚀刻，由此形成第二供给通路3。

此后，移除蚀刻掩模14，并且如图7f中所示，通过将含有环氧树脂的干膜粘附到基板1而形成排出口构件7，排出口构件7形成通道8和排出口6。

如上所述，制造了根据本发明的液体排出头。根据第一示例性实施例，液体排出头被高效地制造。而且，液体排出头具有低液体流动阻力和高可靠性。

第二示例性实施例

制造图6中所示的液体排出头。将主要描述与第一示例性实施例中的特征不同的特征。

在通过与第一示例性实施例中相同的方式形成开口9之后，提供要用于形成第二供给通路3的蚀刻掩模。然后，通过bosch工艺形成第二供给通路3。作为通过bosch工艺进行的用于蚀刻的条件，为了使第二供给通路3比开口9更向外加宽，在蚀刻步骤的早期阶段采用使第二供给通路3能够更向外加宽的条件。具体而言，条件包括在蚀刻步骤中使用sf6气体和在涂覆步骤中使用c4f8气体并且采用10pa的气体压力和500sccm的气体流率。此外，条件包括采用20秒的蚀刻时段和5秒的涂覆时段并且在蚀刻时段中施加150w的台板功率10秒。采用这些条件，使得通过bosch工艺进行的蚀刻以比在涂覆步骤中形成的保护膜的厚度更大的量执行，以加宽第二供给通路3的开口。当第二供给通路3通过bosch工艺形成时，可以相对于绝缘层5采用高蚀刻选择比。因此，基板1与绝缘层5被轻微蚀刻，这使得易于形成绝缘层5的突出部分。

如上所述，制造了根据第二示例性实施例的液体排出头。根据第二示例性实施例，液体排出头被高效地制造。而且，与第一示例性实施例相比，液体排出头具有低液体流动阻力并且使液体能够容易地流动。因此，液体排出头是高度可靠的。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但应当理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求书的范围应当被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有此类修改以及等同的结构和功能。