專利名稱：噴墨打印機的打印頭及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種噴墨打印機的打印頭，所述打印頭抗油墨腐蝕，因而，改善了打印頭的可靠性，并提供一種制造該打印頭的方法。
背景技術：
噴墨打印機是一種眾所周知的打印機。噴墨打印機具有一個打印頭，內有多個用于向記載圖象和字母的記錄紙或紡織品上輸出墨滴的噴嘴。噴墨打印機具有某些優(yōu)點，例如安靜地操作，不用緊固處理，易于實現(xiàn)彩色印刷。
有一些輸出墨滴的方法，典型的是壓電噴墨、熱敏噴墨等等。
壓電噴墨打印機使用機電式變換器，例如壓電元件，它使油墨腔發(fā)生機械變形，以使油墨壓力改變。壓力變化使墨滴通過微小的噴嘴輸出。
熱敏式噴墨打印機使用啟動腔內的微小的加熱元件，當電流被施加到加熱元件上時，在一個非常短的時間內，加熱元件在油墨中形成汽泡，汽泡的膨脹迫使墨滴流出噴嘴。熱敏式打印頭被分為兩類，側射型和頂射型。在側射型的打印頭中，由加熱元件所產生的汽泡膨脹并沿平行于加熱元件表面的方向推動油墨，通過遠離加熱元件的噴嘴輸出墨滴。相反，頂射型打印頭具有這樣的特性，噴嘴位于加熱元件的上方，由加熱元件所產生的氣泡沿垂直方向推動油墨并通過噴嘴輸出油墨。眾所周知，頂射型打印頭所耗用的能量小于側射型打印頭所耗用的能量。
頂射型打印頭包括多個(例如64、128或256)加熱元件、多個分別驅動加熱元件的驅動電路、多個油墨通道和噴嘴。在制造過程中，頂射型打印頭被形成在硅片上，所述硅片的直徑等于或大于6英寸(大約15.24cm)。硅片具有90或更多的塊(每塊大約為10×15mm)，頭被這樣形成，即每個頭被形成在一個塊上。此時硅LSI形成技巧或薄膜形成技巧被用于形成具有單片結構的打印頭。


圖1A是一個平面視圖，顯示了噴墨打印機的頂射型打印頭1的油墨輸出表面(下文中將被簡單地稱做印刷頭1)。圖1B是一個放大的視圖，顯示了圖1A中用破折線矩形a表示的區(qū)域。圖1C是一個沿圖1B中C-C線所做的橫截面視圖，顯示了噴孔板14下面的元件。
使用LSI形成技巧，在芯片2上形成驅動電路(圖中未示)。通過蝕刻或類似的方法，在芯片2上形成公用的油墨供給槽(圖中未示)。絕緣層3(氧化膜)被形成在已具有驅動電路和公用的油墨供給槽的芯片2上。
使用薄膜成形技巧例如光刻蝕法，在驅動電路和公用的油墨供給槽之間形成加熱電阻器4的多條線(64、128或256)，此外，用于驅動加熱電阻器4上的加熱區(qū)域5的公用電極6和個體電極被形成，所以加熱電阻器4上的加熱區(qū)域5被暴露。一加熱區(qū)域5、一公用電極6和一個體電極7是一個加熱元件單元。
單個電極7被連接到驅動電路電極端子上，一個用于將公用電極6與外圍設備相連的連接端8和另一組用于將驅動電路與外圍設備相連的連接端9被形成在芯片2上。
除了形成連接端8和9的部位之外，一種壁材料層被涂附在芯片2上。然后，使用光刻蝕法對壁材料層進行加工，從而形成壁11，壁11確定了油墨流動通道13。
壁11包括梳狀延伸部分11-1，壁11和它的延伸部分11-1圍繞著每個加熱區(qū)域5的三個側面并將加熱區(qū)域5彼此分隔開。加熱區(qū)域5上方被分開的空間是啟動腔12，每個啟動腔12的敞開一側與油墨流動通道13相連，所述油墨流動通道13與公用油墨供給槽相通。
在壁11上安置一個噴孔板14。噴孔板14上具有多個噴嘴15，所以，一組噴嘴15形成一條沿著加熱區(qū)域5的噴嘴線16。從而，多個打印頭1被形成在硅片上。硅片被最終分割，所以，具有打印頭的芯片2被彼此分開。
在打印機中，通過公用油墨供給槽和油墨流動通道13，油墨被提供到啟動腔12內。在印刷時，根據(jù)打印數(shù)據(jù)，電流被有選擇地施加到加熱區(qū)域5上。一旦接收到電流，在很短的時間內，加熱區(qū)域5加熱油墨，從而，在油墨層的底部形成汽泡，汽泡膨脹并推動墨滴通過加熱區(qū)域5上方的噴嘴15。當輸出時，墨滴的尺寸幾乎與噴嘴直徑相同。當墨滴到達記錄紙上時，它幾乎是初始尺寸的兩倍。
鋁(Al)是制造電極的主要材料，例如公用電極6和個體電極7，因為鋁具有好的導電性和低的成本。由于鋁是兩性金屬，在普通酸性或堿性油墨的作用下，它將逐漸地被腐蝕。
金(Au)是一種抗腐蝕性材料，因而，它適合于做公用電極6和個體電極7。然而，金易于導致遷移，所述遷移使油墨滲入電極6/7和加熱電阻器4之間的邊界。這種油墨遷移最終將金電極和加熱電阻器4分開。
由于電極6和7的腐蝕或電極與加熱電阻器4的分開將損害打印頭的性能，打印頭1最終將破裂。即使電極6和7沒有被油墨腐蝕，空氣中的濕氣也將導致遷移，從而，打印頭的異常雖然可能被延長，但是打印頭最終也會破裂。
發(fā)明的公開物本發(fā)明的一個目的是提供一種抗油墨腐蝕和遷移的噴墨打印機的打印頭，它的可靠性被改善。本發(fā)明的另一個目的是提供一種簡單的制造一種抗油墨腐蝕和遷移的噴墨打印機的打印頭的方法，從而可靠性被改善。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的一種噴墨打印機頭是這樣一種噴墨打印機的打印頭，通過加熱油墨所形成的汽泡將油墨沿預定方向壓出打印頭，所述打印機頭包括一種絕緣基片(18,19)，至少一個表面是絕緣體；多個被形成在上述絕緣基片上的加熱電阻器(24)，每個加熱電阻器具有一個加熱區(qū)域(25)，當施加預定電壓時，所述加熱區(qū)域發(fā)出熱量；一對電極(21,23)，它們各自與每個加熱區(qū)域(25)電相連；被形成在所述絕緣基片(18,19)上的壁(31)，所述壁用于確定油墨流動通道(32)；和一個屏蔽層(41)，它能夠抵抗油墨所導致的腐蝕，所述屏蔽層覆蓋所述電極(21,23)，所以，所述電極(21,23)沒有暴露于油墨流動通道(32)內的油墨。
根據(jù)本發(fā)明，由油墨導致的電極腐蝕和遷移被阻止，因此，噴墨打印頭具有改善的能夠抵抗由油墨導致的腐蝕和遷移的能力，因而，噴墨打印機頭的可靠性被改善。
所述屏蔽層(41)由非晶體的金屬合金制成。
通過化學鍍方法形成所述屏蔽層(41)?；瘜W鍍可以實現(xiàn)均勻和恒定的屏蔽層，所述屏蔽層牢固地粘附在電極上。
電極(21,23)可以被疊加在除加熱區(qū)域(25)以外的所述加熱電阻器(24)上。在此情況下，一個將電極(21,23)與加熱電阻器(24)相連的接觸層(39)被形成在電極(21,23)和所述加熱電阻器(24)之間。所述屏蔽層(41)覆蓋電極(21,23)的側邊和上表面，所以，電極(21,23)沒有暴露于油墨流動通道(32)內的油墨。
加熱區(qū)域(25)可以不被屏蔽層(41)覆蓋，因而暴露。
然而，所述屏蔽層(41)被形成在電極(21,23)中的每一個上和所述加熱區(qū)域(25)上的預定區(qū)域上。這種結構成功地阻止了在電極和加熱電阻器之間的接觸表面上的遷移。
一層保護絕緣薄膜(42)可以被形成在所述加熱區(qū)域(25)和所述屏蔽層(41)上。在此情況下，所述加熱電阻器(24)由Ta-Si-O-N制成，所述屏蔽層(41)可以由Ti-W組成，所述保護薄膜(42)由Ta-Si-O組成。在使用單色噴墨打印機的打印頭時，這種結構阻止了短路電流通過油墨。因而，實現(xiàn)了平穩(wěn)的油墨流動，噴墨打印機的打印頭的可靠性被改善。
符合本發(fā)明第二方面的噴墨打印機的打印頭是這樣一種打印頭，即通過向油墨提供壓力，使油墨沿預定方向通過噴嘴(35)而被壓出打印頭，所述噴墨打印機的打印頭包括被安置在與所述噴嘴(35)相通的油墨流動通道(32)內的壓力生成器(25)，當施加預定電壓時，所述壓力生成器向油墨提供壓力；電極(21,23)，它們是用于向所述壓力生成器(25)提供預定電壓的兩極；屏蔽層(41)，它能夠抵抗由油墨所導致的腐蝕，所述屏蔽層(41)覆蓋所述電極(21,23)，所以，所述電極(21,23)沒有暴露于油墨流動通道(32)內的油墨。
這種結構也實現(xiàn)了一種可靠的噴墨打印機的打印頭，它能夠抵抗由油墨導致的腐蝕和遷移。
本發(fā)明第三方面介紹了一種制造噴墨打印機的打印頭的方法，通過對在油墨流動通道(32)內流動的油墨進行加熱，產生汽泡，在汽泡的作用下，油墨沿預定的方向被壓出打印頭，所述方法包括在一個絕緣基片(18,19)上，通過形成加熱電阻器(24)而形成多個加熱元件，每個加熱元件具有一個加熱區(qū)域(25)，當施加一個預定電壓時，所述加熱區(qū)域(25)發(fā)出熱量，并在所述加熱電阻器(24)除加熱區(qū)域(25)以外的區(qū)域上形成電極(21,23)；形成一個屏蔽層(41)，它能夠抵抗由油墨而導致的腐蝕，所述屏蔽層(41)覆蓋電極(21,23)，所以，所述電極(21,23)沒有暴露于油墨流動通道(32)內的油墨。
根據(jù)上述發(fā)明，通過簡單的工序，可以制造一種可靠的能夠抵抗由油墨導致的腐蝕的噴墨打印機的打印頭。
所述形成屏蔽層(41)包括形成一個非晶體金屬合金的屏蔽層(41)。
所述形成屏蔽層(41)包括通過涂鍍形成所述屏蔽層(41)。在此情況下，最好通過化學鍍方法形成所述屏蔽層(41)。這種方法實現(xiàn)了均勻的和恒定的屏蔽層，所述屏蔽層能夠成功地保護電極不受油墨的腐蝕。
所述形成屏蔽層(41)包括通過光刻蝕法形成所述屏蔽層(41)。根據(jù)這種方法，在電極和加熱電阻器之間的接觸表面上的腐蝕，也就是遷移被有效地阻止。
附圖的簡單說明通過詳細地閱讀下文中的敘述和附圖，本發(fā)明這些目的和其他目的以及本發(fā)明的優(yōu)點將變得很清楚。
圖1A是一個平面視圖，顯示了噴墨打印機的常規(guī)打印頭的油墨輸出表面，圖1B是一個放大的平面視圖，顯示了圖1A中用破折線矩形a表示的區(qū)域。圖1C是一個沿圖1B中C-C線所做的橫截面視圖；圖2A是一個平面視圖，示意性顯示了在制造期間，當加熱元件被形成時，符合本發(fā)明第一實施例的噴墨打印機的打印頭，圖2B是一個沿圖2A中B-B′線所作的橫截面視圖；圖3A是一個平面視圖，示意性顯示了在制造期間，當壁被形成時，符合本發(fā)明第一實施例的噴墨打印機的打印頭，圖3B是一個沿圖3A中B-B′線所作的橫截面視圖；圖4A是一個平面視圖，示意性顯示了在制造期間，當噴孔被形成時，符合本發(fā)明第一實施例的噴墨打印機的打印頭，圖4B是一個沿圖4A中B-B′線所作的橫截面視圖；圖5A是圖2A的一個放大的平面視圖，圖5B是一個沿圖5A中B-B′線所作的橫截面視圖；圖5C是一個沿圖5A中C-C′線所作的橫截面視圖；圖6A是圖3A的一個放大的平面視圖，圖6B是一個沿圖6A中B-B′線所作的橫截面視圖；圖6C是一個沿圖6A中C-C′線所作的橫截面視圖；圖7A是圖4A的一個放大的平面視圖，圖7B是一個沿圖7A中B-B′線所作的橫截面視圖；圖7C是一個沿圖7A中C-C′線所作的橫截面視圖；圖8A是一個平面視圖，顯示了一種符合本發(fā)明第一實施例的具有四個噴墨打印機的打印頭模塊的彩色打印機的打印頭，圖8B是另一個平面視圖，顯示的和圖8A相同，但是噴孔板沒有被顯示，以揭示噴孔板下面的結構；圖9是一個橫截面視圖，顯示了符合本發(fā)明第一實施例的噴墨打印機的打印頭內的加熱元件的結構；圖10是一個橫截面視圖，顯示了符合本發(fā)明第一實施例的噴墨打印機的打印頭內的加熱元件的另一種結構；圖11是一個橫截面視圖，顯示了符合本發(fā)明第二實施例的噴墨打印機的打印頭內的加熱元件的結構。
本發(fā)明的最佳實施例第一實施例下文將結合附圖介紹一種符合本發(fā)明第一實施例的噴墨打印機的打印頭。
圖2A、2B、3A、3B、4A和4B示意性顯示了制造符合第一實施例的打印頭的制造工序。更準確地說，圖2A、3A和4A是平面視圖，顯示了打印頭的制造工序，圖2B是沿圖2A中的B-B′線所做的橫截面視圖，圖3B是沿圖3A中的B-B′線所做的橫截面視圖，圖4B是沿圖4A中的B-B′線所做的橫截面視圖。在這些視圖中所顯示的打印頭是彩色打印機中的一個模塊。無論是彩色打印機還是單色打印機，每個打印頭模塊的結構是相同的。在彩色打印機中，多個(通常4個)打印頭模塊被形成在一個基片上。圖4A和圖4B顯示了噴嘴(噴孔)35，噴嘴的數(shù)量是36，根據(jù)不同的產品設計，噴嘴35的數(shù)量發(fā)生變化。它可以是例如64、128或256個。
圖5A～5C、圖6A～6C和圖7A～7C是放大的平面視圖和橫截面視圖，用于一步一步地介紹打印頭的制造過程。圖5A是圖2A的放大的平面視圖，圖5B是一個沿圖5A中B-B′線所作的橫截面視圖；圖5C是一個沿圖5A中C-C′線所作的橫截面視圖。圖6A是圖3A的一個放大的平面視圖，圖6B是一個沿圖6A中B-B′線所作的橫截面視圖；圖6C是一個沿圖6A中C-C′線所作的橫截面視圖。圖7A是圖4A的一個放大的平面視圖，圖7B是一個沿圖7A中B-B′線所作的橫截面視圖；圖7C是一個沿圖7A中C-C′線所作的橫截面視圖。圖5A、6A和7A是簡化的視圖，為了方便起見，每個視圖中，僅顯示有5個噴嘴35。
下文將首先介紹基本的制造過程。
工序1準備直徑等于或大于4英寸(大約10.16cm)的具有多個塊的硅片，打印頭被分別形成在每個塊上。通過LSI形成方法，驅動電路26和它們的端子被分別形成在塊上。在硅片上，形成厚度為1～2微米的一層絕緣氧化薄膜(SiO2)，因而，形成了一個表面被絕緣的芯片。
工序2一個加熱電阻層、一個接觸層和一個電極層被按順序形成在上述的芯片上，加熱電阻層由三種元素(鉭-硅-氧)或四種元素(鉭-硅-氧-氮)組成。接觸層由鈦-鎢或類似材料制成。電極層由金或類似材料組成。使用薄膜成形技術，涂附這些層。使用光刻蝕法對電極層、接觸層和加熱電阻層進行加工。因而，條紋形的加熱元件被形成。也就是說，條紋狀的加熱電阻器薄膜片蝕刻成形片、包含電極層和接觸層的電極片的蝕刻成形片被形成，所以，一對電極片覆蓋每個加熱電阻器片的尖部(端部)，從而，每個加熱電阻器片的中心部位被暴露。加熱電阻器片被暴露的部位是加熱區(qū)域，根據(jù)電極片所形成的位置而確定所述加熱區(qū)域的位置。
圖2A、2B和圖5A～5C顯示的是上述工序1和2被完成后的打印頭。
一個絕緣層19(圖9中顯示，并將在下文中介紹)被形成在已經(jīng)具有驅動電路26的芯片18上。條紋狀的加熱電阻器24(圖9中顯示，并將在下文中介紹)被形成在已經(jīng)具有絕緣層19的芯片18上，公用電極21和個體電極23被形成在每個加熱電阻器片24上，所以，加熱區(qū)域25被暴露。從而，多個加熱元件被形成，每個加熱元件包括公用電極21、個體電極23和加熱電阻器片24。加熱元件按直線(電阻線25′)被安置，并具有規(guī)則的間距。事實上，每個公用電極21和個體電極23并不直接接觸電阻器片24，也就是說，接觸層(圖中未示)插入它們之間。如圖2A所示，一個電源接頭22被形成，它與公用電極21的一端相連。多個個體電極片23形成一個個體電極線23′。個體電極線23′平行于驅動電路26。在靠近驅動電路26的一端，形成多個驅動電極端子27。端子27將驅動電路26和外圍設備相連。
工序3使用由有機材料例如感光的聚酰亞胺所形成的壁層材料涂附芯片，涂附層的厚度約為20微米，使用光刻蝕法或類似方法對所述壁層進行加工，在攝氏300～400度下處理30～60分鐘。從而，高度約為10微米的壁被形成和固定。所述壁形成了與每個啟動腔相通的油墨流動通道，所述每個啟動腔內設置有加熱區(qū)域25。
工序4使用濕刻蝕或噴沙方法，在芯片表面上加工出凹槽，從而，形成一個公用的油墨供給槽，一個與公用的油墨供給槽相通的油墨入口被形成，所述公用的油墨供給槽與所述芯片的背面相通。
圖3A、3B和圖6A～6C顯示了經(jīng)過工序3和工序4的打印頭。
一個公用的油墨供給槽28和一個與公用的油墨供給槽28相通的油墨入口29被形成在芯片18上。壁31確定了油墨流動通道，壁31包括一個密封壁31-1和一個隔墻31-2。象梳子那樣，所述隔墻31-2從密封壁31-1延伸，所以，加熱區(qū)域25被隔墻31-2彼此分開。個體油墨流動通道32-1分別與加熱區(qū)域25上方的啟動腔相通。每個加熱區(qū)域25被密封壁31-1、一對隔墻31-2和一個個體油墨流動通道32-1所包圍。
工序5準備一個由聚酰亞胺所形成的噴孔板(10～30微米厚)。噴孔板的一個表面被涂附一層熱塑聚酰亞胺，直到它的厚度例如為2～5微米為止。被涂附的熱塑聚酰亞胺在噴孔板和壁之間起粘接作用。在攝氏290～300度下，將噴孔板壓在壁上，直到它們彼此緊固在一起。一個厚度約為0.5～1微米的金屬膜(Ni、Cu或Al)被形成在噴孔板上。
工序6對噴孔板上的金屬膜進行加工，從而形成一個有選擇地對噴孔板進行干刻蝕的金屬掩模。然后，使用helicon干刻蝕或類似的方法，在噴孔板上形成多個噴孔，每個噴孔的直徑約為14～26微米。也就是說，立刻形成了多個用于輸出墨滴的噴嘴。
圖4A、4B和圖7A～7C顯示了工序5和6被完成后的打印頭。
如圖4A所示，一個噴孔板33幾乎覆蓋芯片18上所有的區(qū)域，除了電源接頭22和驅動電極端子27之外，多個被壁31和噴孔板33所包圍的微小空間被形成，每個空間的高度為10微米。在多個個體油墨流動通道32-1和公用油墨供給槽28之間，形成一個高度為10微米的公用油墨流動通道32-2，從而它們彼此相通。噴嘴35被形成在噴孔板33上。噴嘴35被形成在各自的加熱區(qū)域25的上方。使用金屬掩模33-1，通過干刻蝕，形成噴嘴35。因而，一個用于單色打印的打印頭模塊36被完成，所述模塊具有按直線排布的噴嘴35，噴嘴的數(shù)量為64、128或256。
因此，當噴孔板33被粘接在芯片18上的壁31上之后，噴嘴35被形成在噴孔板33上，從而使噴嘴被分別形成在加熱區(qū)域25的上方。這種方法在實踐中是可行的，因為與將事先具有噴嘴35的噴孔板33粘接在壁31相比，該種方法改善了生產率。
當所述通過干刻蝕而用于形成噴嘴35的金屬掩模33-1是由Ni、Cu或Al制成時，樹脂與金屬的比率約為100。在此情況下，用于刻蝕聚酰亞胺薄膜(29～31微米厚)的金屬掩模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下進行的工序1～6仍然是在硅片上。下一個工序7是切塊，也就是說，使用一個切塊鋸或類似工具沿所劃的線切塊。因此，硅片被分成多個芯片18。每個晶片被結合在一個底板上，因而，一個完整的并能實際使用的打印頭被制成。
一個單色噴墨打印機使用一個具有直線排布的噴嘴35的單個打印頭模塊36。對于彩色打印，需要在圖象中使用減色法三基色黃色、洋紅色和青色油墨以及用于字母和黑色部分的黑色油墨。因此，至少需要四排噴嘴。根據(jù)上述方法，能夠形成一個具有四種打印頭模塊的單片電路的打印頭36。使用公知的半導體制造技術，打印頭模塊36被準確地定位。
圖8A是一個平面視圖，顯示了一個具有四個打印頭模塊36并用于彩色打印的打印頭38。圖8B是另一個顯示打印頭38的平面視圖，此時，噴孔板33被移走，顯露了四個直線排布打印頭模塊36的結構。
如圖8A和8B所示，彩色打印頭38包含四個打印頭模塊36a、36b、36c、36d。在打印頭38中，例如，黃色油墨通過一個公用油墨供給槽28a而被供給打印頭模塊36a內的加熱區(qū)域25，洋紅色油墨通過一個公用油墨供給槽28b而被供給打印頭模塊36b內的加熱區(qū)域25，青色油墨通過一個公用油墨供給槽28c而被供給打印頭模塊36c內的加熱區(qū)域25，黑色油墨通過一個公用油墨供給槽28d而被供給打印頭模塊36d內的加熱區(qū)域25。
除了上述基本工序，本發(fā)明的特點在于還有一個用于制造抗腐蝕電極(公用電極21和個體電極23)的機動工序，在第二工序之后，執(zhí)行上述機動工序。也就是在電極層上形成一個屏蔽層。屏蔽層的形成過程以下將被詳細描述。
圖9是一個橫截面視圖，示意性顯示了一個加熱元件的結構，圖10是一個橫截面視圖，示意性顯示了加熱元件的另一種結構。圖9顯示了工序2后的多個加熱元件中的一個，這就是加熱元件包括一個加熱電阻器片24，所述電阻器片的一端被接觸層39覆蓋，在接觸層39上，具有公用電極片21，同時，所述電阻器片的另一端被接觸層39覆蓋，在接觸層39上，具有個體電極片23，所以加熱區(qū)域25被暴露，因而，具有絕緣層19的芯片18上形成多個加熱元件。
由于如圖9所示，加熱區(qū)域25被暴露，所以加熱區(qū)域直接與油墨接觸。這種結構有效地使能量用于使油墨沸騰。然而，如果公用電極片21和個體電極片23也以同樣方式暴露于油墨，腐蝕或遷移將發(fā)生，電極的性能變劣。
為了避免這個問題，在加熱元件通過工序2被形成之后，一個屏蔽層41(厚度為10～1000nm)被形成在加熱元件的電極(公用電極片21和個體電極片23)上。屏蔽層41是一個保護層，具有抵抗由油墨、水和別的活性物質導致的侵蝕，例如腐蝕和滲入的能力。所提議的適用于屏蔽層41的材料包括單原子金屬，例如鉭和鈦，鉭或鈦的氧化物；非晶體的抗腐蝕合金，例如鉭-鋁(Ti-Al)、鈦氮和鈦鎢(Ti-W)。
如圖9所示，屏蔽層41被形成在公用電極21和個體電極23上，所以，電極21和23沒有暴露于油墨流動通道32內的油墨。更準確地說，不僅上表面21-1、23-1以及堆疊的公用電極21和接觸層39的邊緣21-2和兩個側面(圖中未示)被屏蔽層41所覆蓋，而且堆疊的個體電極23和接觸層39的一邊23-2和兩個側邊(未示出)也被屏蔽層41所覆蓋，換句話說，屏蔽層41覆蓋電極21、23和接觸層39，阻止它們暴露于油墨。因而，由于具有高的抗腐蝕性，被形成的屏蔽層41將防止鋁(兩性金屬)電極被溶解在油墨中，或阻止在加熱電阻器層和金電極之間的接觸表面上發(fā)生遷移。因此，可阻止電極從加熱電阻器上脫離。
化學鍍是一種形成屏蔽層41的適合的方法。根據(jù)通用的工藝，進行化學鍍，但要使用復雜的單原子金屬例如鉭、鈦的混合物溶液。根據(jù)上述條件下進行化學鍍涂敷，由單原子金屬組成的厚度為10～1000nm的屏蔽層被形成。在應被覆蓋的電極21和23表面的上方，所形成的屏蔽層的厚度均勻，不僅可以使用化學鍍，通用的電解鍍也可以被用于形成屏蔽層41。
可以使用光刻蝕法形成屏蔽層，在此情況下，抗腐蝕屏蔽層被形成在已有多個加熱元件的芯片18上。濺射涂敷方法或旋轉涂敷方法被用來在芯片18上形成抗腐蝕屏蔽層。然后，使用通用的光刻蝕法對屏蔽層進行加工。從而，僅在需要的部位形成屏蔽層41。
在此情況下，即使用于刻蝕的掩模發(fā)生偏移，被形成的屏蔽層41具有用于完全覆蓋的邊緣。更具體地說，屏蔽層41具有邊緣41-1，如圖10所示，所述邊緣41-1用于密封加熱區(qū)域25的邊緣。根據(jù)這種結構，即使在刻蝕期間掩模偏移，屏蔽層41也能覆蓋堆垛的電極21(23)和接觸層39的邊緣，并完全密封接觸層39和加熱電阻器24/電極21(23)之間的邊界線Q。這種結構提高了加工工藝的靈活性。由于所有的邊界線Q被屏蔽層41完全密封，與圖9所示情況相比，遷移被更有效地阻止。
眾所周知，兩個彼此接觸的導體的外電位(電壓差)之間的接觸電位差導致隧道效應。在這樣一種情況下，例如，兩個沒有電荷的金屬(α,β)彼此接觸，通過隧道效應，電子從一個具有小的電子逸出功的金屬上遷移到一個具有大的電子逸出功的金屬上，在兩個金屬上的電化學勢能通過電子遷移而相等之后，兩個金屬平衡。如果電極21和23(金屬)和加熱電阻器24被暴露于電解油墨，在所述平衡出現(xiàn)之前，重復產生陽極溶解反應。這種陽極溶解反應促進了腐蝕，因而，打印頭最終損壞。
上述圖9和圖10所示的結構僅允許加熱區(qū)域25與油墨接觸，電極21和23不與油墨接觸。在這種結構中，不可能出現(xiàn)由隧道效應引起的電子遷移。從而，不會出現(xiàn)陽極溶解反應。因而，加熱元件具有好的抗腐蝕性能可以被實現(xiàn)，同時，抗腐蝕性能能夠保持一個很長的時間。第二實施例下文將結合圖11介紹一種符合本發(fā)明第二實施例的噴墨打印機的打印頭。與圖9中相同或相似的附圖標記被使用在圖11中，用于表示相應或相同的元件。
符合本發(fā)明第二實施例的噴墨打印機的打印頭包括一層形成在屏蔽層41上的保護絕緣薄膜。保護薄膜有效地阻止通過電解在油墨中生成額外的氣泡。
如圖11所示，保護絕緣薄膜42被形成，以便覆蓋屏蔽層41和加熱區(qū)域25。組成保護絕緣薄膜的材料是Ta-Si-O。保護絕緣薄膜42的組成材料與組成加熱電阻器薄膜24的材料(Ta-Si-O-N)相似，但是各種組分之間的比率不同。這就是在保護絕緣薄膜42中O與其它成分的比率高于加熱電阻器薄膜24中O與其它成分的比率。因而，保護絕緣薄膜42顯示了作為絕緣體的良好性能。
因為保護絕緣薄膜42由Ta-Si-O制成，所以它與由Ti-W或類似材料制成的屏蔽層41的粘連狀態(tài)良好。此外，因為保護絕緣薄膜42(Ta-Si-O)的組成成分與加熱電阻器24的相似，它們彼此之間的粘連也很好。因此，保護絕緣薄膜42緊密地連接在加熱元件的表面上，即覆蓋了屏蔽層41和加熱區(qū)域25。
除了屏蔽層41的屏蔽效果之外，所述屏蔽效果就是能夠有效地阻止溶解腐蝕和遷移，保護絕緣薄膜還能將加熱元件與油墨隔離。
保護絕緣薄膜能夠有效地阻止短路電流的發(fā)生。短路電流可能出現(xiàn)在驅動電路26和加熱元件位于同一芯片18上的單片電路結構中。在此情況下，短路電流在加熱元件的電極(公用電極21和個體電極23)和半導體基片上的接地電路之間通過油墨而流動。短路電流在油墨中導致電解，從而，生成額外的氣泡，這些額外的氣泡阻止油墨流動，因而，油墨輸出性能變壞。由于保護絕緣薄膜42出現(xiàn)在加熱元件的電極21和23與油墨之間，通過油墨而出現(xiàn)短路電流當然被阻止，因而，在油墨中不會出現(xiàn)電解。
在公用電極21和個體電極23被形成在接觸層39上的情況下，電極21和23可能是外伸的。在該實施例中，屏蔽層41被形成在電極21和23上以覆蓋電極21、23和接觸層39的邊緣，保護絕緣薄膜42被形成在屏蔽層41上。根據(jù)這種結構，先前形成的屏蔽層41緩解了電極21和23的外伸，因而，由于不受電極21和23的外伸的影響，形成在屏蔽層41上的保護絕緣薄膜42將具有光滑的表面。換句話說，上述結構實現(xiàn)了優(yōu)異的覆蓋工序，從而完成了必要的絕緣。
根據(jù)上述說法，保護絕緣薄膜42被平坦地形成在加熱區(qū)域25上，以便改善加熱區(qū)域25的抗氣穴性能，然而，加熱區(qū)域25上的保護絕緣薄膜42損壞了加熱區(qū)域25的散熱效果。當優(yōu)先考慮散熱效率而不是抗氣穴性能時，保護絕緣薄膜可以被形成在除了加熱區(qū)域25之外的部位。
在不脫離本發(fā)明的實質精神的范圍內，可以做不同的實施例和變換。
上述實施例只是為了說明本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的范圍。通過權利要求書而不是實施例來顯示本發(fā)明的范圍。在本發(fā)明的權利要求的相同含義內，所進行的各種變換都在本發(fā)明的范圍內。
本發(fā)明不僅適用于熱敏式噴墨打印機，還適用于別的通過生成壓力能而輸出油墨的噴墨打印機。
絕緣基片并不局限于硅基片，在所述硅基片上形成氧化絕緣薄膜。本發(fā)明可以使用玻璃基片、陶瓷基片或類似的基片，也就是說，基片自身可以由絕緣材料制成。本發(fā)明適用于非單片電路的噴墨打印機，在該種打印機中，驅動電路與打印頭基片是分離的。
這個專利申請以申請日為1999年5月31日申請?zhí)枮镹o.H11-151322的日本專利申請為基礎，并包括說明書、權利要求書、附圖和摘要。對上述日本專利申請的介紹被用做參考。
權利要求
1一種噴墨打印機的打印頭，其通過由加熱油墨所形成的汽泡將油墨沿預定方向壓出打印頭，所述噴墨打印機的打印頭包括一種絕緣基片(18,19)，至少一個表面是絕緣體；多個被形成在上述絕緣基片上的加熱電阻器(24)，每個加熱電阻器具有一個加熱區(qū)域(25)，當施加預定電壓時，所述加熱區(qū)域發(fā)出熱量；一對電極(21,23)，它們各自與每個加熱區(qū)域(25)電相連；被形成在所述絕緣基片(18,19)上的壁(31)，所述壁用于確定油墨流動通道(32)；和一個屏蔽層(41)，它能夠抵抗油墨所導致的腐蝕，所述屏蔽層覆蓋所述電極(21,23)，所以，所述電極(21,23)沒有暴露于油墨流動通道(32)內的油墨。
2根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印機的打印頭，其特征在于所述屏蔽層(41)由非晶體的金屬合金制成。
3根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印機的打印頭，其特征在于通過化學鍍方法形成所述屏蔽層(41)。
4根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印機的打印頭，其特征在于所述電極(21,23)被疊加在所述加熱電阻器(24)上，除了所述加熱區(qū)域(25)之外。
5根據(jù)權利要求4所述的噴墨打印機的打印頭，其特征在于所述打印頭還包括一個形成在所述電極(21,23)和所述加熱電阻器(24)之間的接觸層(39)，所述接觸層用于將所述加熱電阻器(24)和電極(21,23)相連。
6根據(jù)權利要求4所述的噴墨打印機的打印頭，其特征在于所述屏蔽層(41)覆蓋電極的側邊和上表面。
7根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印機的打印頭，其特征在于所述屏蔽層(41)被形成在電極(21,23)中的每一個上和所述加熱區(qū)域(25)上的預定區(qū)域上。
8根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印機頭，其特征在于所述加熱區(qū)域沒有被屏蔽層(41)所覆蓋，是暴露的。
9根據(jù)權利要求1所述的噴墨打印機的打印頭，其特征在于所述噴墨打印機頭還包括一個保護絕緣薄膜(42)，所述薄膜(42)被形成在所述加熱區(qū)域(25)和所述屏蔽層(41)上。
10根據(jù)權利要求9所述的噴墨打印機的打印頭，其特征在于所述加熱電阻器(24)由Ta-Si-O-N組成，所述屏蔽層(41)由Ti-W組成，所述保護薄膜(42)由Ta-Si-O組成。
11一種噴墨打印機的打印頭，通過向油墨提供壓力，使油墨沿預定方向通過噴嘴(35)被壓出打印頭，所述噴墨打印機頭包括被安置在與所述噴嘴(35)相通的油墨流動通道(32)內的壓力生成器(25)，當施加預定電壓時，所述壓力生成器向油墨提供壓力；電極(21,23)，它們是用于向所述壓力生成器(25)提供預定電壓的端子；屏蔽層(41)，它能夠抵抗由油墨所導致的腐蝕，所述屏蔽層(41)覆蓋所述電極(21,23)，所以，所述電極(21,23)沒有暴露于油墨流動通道(32)內的油墨。
12一種制造噴墨打印機的打印頭的方法，通過對在油墨流動通道(32)內流動的油墨進行加熱，產生汽泡，在汽泡的作用下，油墨沿預定的方向被壓出噴墨打印機頭，所述方法包括在一個絕緣基片(18,19)上通過形成加熱電阻器(24)而形成多個加熱元件，每個加熱電阻器具有一個加熱區(qū)域(25)，當施加一個預定電壓時，所述加熱區(qū)域(25)發(fā)出熱量，并在所述加熱電阻器(24)上除加熱區(qū)域(25)以外的區(qū)域上形成電極(21,23)形成一個屏蔽層(41)，它能夠抵抗由油墨而導致的腐蝕，所述屏蔽層(41)覆蓋電極(21,23)，所以，所述電極(21,23)沒有暴露于油墨流動通道(32)內的油墨。
13根據(jù)權利要求12所述的制造方法，其特征在于所述形成屏蔽層(41)包括形成一個非晶體金屬合金的屏蔽層(41)。
14根據(jù)權利要求12所述的制造方法，其特征在于通過電鍍形成所述屏蔽層(41)。
15根據(jù)權利要求14所述的制造方法，其特征在于通過化學鍍方法形成所述屏蔽層(41)。
16根據(jù)權利要求12所述的制造方法，其特征在于通過光刻蝕法形成所述屏蔽層(41)。
全文摘要
每個加熱元件包括一個加熱電阻器(24)和一個公用電極(21)和一個個體電極(23),所述電極(21,23)被形成在所述加熱電阻器(24)的端部,所以加熱電阻器(24)的加熱區(qū)域(25)被暴露。一個屏蔽層(41)覆蓋電極(21,23),所以,電極沒有暴露于在油墨流動通道內流動的油墨,也就是說,不僅電極(21,23)的上表面,而且側邊也被屏蔽層(41)所覆蓋。屏蔽層(41)由單原子金屬、氧化物、抗腐蝕的非晶體合金組成,所述單原子金屬例如是鉭和鈦,所述非晶體合金例如是鈦－氮、鈦－鉭或類似的合金。屏蔽層(41)的厚度為10～1000nm,可以通過化學鍍方法或類似方法制成屏蔽層(41)。屏蔽層(41)是有效的,不僅阻止腐蝕,也阻止作為表面侵蝕的遷移。
文檔編號B41J2/16GK1310668SQ00800971
公開日2001年8月29日 申請日期2000年5月23日 優(yōu)先權日1999年5月31日
發(fā)明者鐮田英樹 申請人:卡西歐計算機株式會社