[发明专利]在凹陷衬底腔穴中具有加热元件的热喷墨打印头

说明书

背景技术

在典型的热发泡喷墨打印系统中，喷墨打印头通过多个喷嘴向打印介质(如纸张)喷射墨滴，从而将图像打印到打印介质上。喷嘴典型地排列成一个或多个阵列，使得当打印头和打印介质彼此相对运动时，墨液从喷嘴中以适当顺序喷射，使得字符或其它图像打印在打印介质上。

热喷墨打印头从喷嘴中喷射液滴时是通过让电流流过加热元件以产生热，从而使液体的一小部分在喷发室中蒸发。以持续2微秒量级的脉冲提供电流。当提供电流脉冲时，由加热元件产生的热产生快速气泡的气泡，迫使液滴从喷发室喷嘴中出来。当加热元件冷却时，气泡快速破裂（collapse）。破裂的气泡将更多液体从储藏室吸入到喷发室中，以准备好从喷嘴喷射下一滴。遗憾的是，因为在打印过程中每秒重复几千次喷射过程，所以破裂的气泡还可能有损坏加热元件的不利影响。气泡的破裂造成对加热器表面材料的气穴现象损坏。数百万次的破裂事件中的每一次破裂都会侵蚀涂敷材料。一旦墨液渗透加热元件的层或表面材料，并接触到热的高压电阻器表面，很快会造成对电阻器的快速腐蚀和物理破坏。

附图说明

为举例说明，现参照附图描述本发明的实施例，附图中：

图1示出了根据现有技术的示例性热喷墨打印头的局部横截面视图，其使用了形成于加热元件上的外涂层（overcoat layer）；

图2A和图2B示出了根据实施例的示例性热喷墨打印头的局部横截面视图；

图3A和图3B示出了根据实施例的、具有矩形形状的凹陷腔穴的示例性热喷墨打印头的局部自顶向下的视图；

图4A和图4B示出了根据实施例的、具有圆形或圆筒形形状的凹陷腔穴的示例性热喷墨打印头的局部自顶向下的视图；

图5示出了根据实施例的、带有覆盖着腔穴连续侧壁的加热元件的示例性热喷墨打印头的局部横截面视图；

图6示出了根据实施例的、从热喷墨打印头喷射墨滴的一个示例，墨滴尾部的中心基本在喷嘴的轴线上；

图7示出了根据实施例的、制造热喷墨打印头的示例性方法的流程图；

图8示出了根据实施例的、从喷墨打印头喷射墨滴的示例性方法的流程图。

附图中，相同的附图标记表示相似但不一定完全相同的元件。

详细描述

问题与方案概述

如上所述，由于打印过程中每秒都会重复气泡膨胀、破裂的墨滴喷射过程几千次，气穴现象对热喷墨打印头中加热元件的损坏会而随着时间而积累。一旦气穴现象侵蚀外涂层，加热器被破坏，不再喷射墨液。

用来降低气穴现象破坏问题的一种常用技术是尽量使加热元件更鲁棒（robust）一些，这样它可以更好地抵抗来自破裂的气泡的冲击波。图1示出了示例性的传统热喷墨打印头100的局部横截面视图，它采用形成于加热元件上的外涂层，提供另外的结构稳定性，以及与喷发室中的流体的电绝缘。

在图1的传统热喷墨打印头100中，衬底102通常由Si制成，其具有诸如SiO₂的介质层。在衬底102上面的薄附着层104增加了覆盖在衬底102上的附加层的机械结合强度。附着层104通常是氮化钛（TiN）层。铝电极（106，108）沉积于附着层104上，可以通过干式离子蚀刻来成形，形成斜边缘。加热元件110是例如沉积于衬底102的表面上（包括在铝电极（106，108）上）的氮化硅钨（WSiN）的电阻层。加热元件110可通过传统的集成电路制造技术，诸如在电极（106，108）上溅射电阻材料来沉积。有几种类型的材料可用来制造加热元件110，例如象钽铝合金。一个或多个附加外涂层112可形成于加热元件110上，以提供附加结构稳定性，以及与喷发室中流体的电绝缘。加热元件110通过介质材料与墨液隔离，此后加入另一象氮化硅/碳化硅和/或钽的另一材料以增加强度，延迟由于气穴现象造成的故障。在图1的示例性热喷墨打印头100中，外涂层112旨在说明将这些覆盖材料加入到加热元件110。

阻挡层/腔室层114以由例如热和压力层压的干膜或作为通过旋涂施加的湿膜形成于衬底102上。腔室层114的材料是光可成像聚合物，诸如SU8。（一个或若干）腔室116通过常用光成像技术形成于腔室层114中。喷嘴板118包括形成于相应（一个或若干）腔室116上的（一个或若干）喷嘴孔120，使每个腔室116、相关喷嘴120和相关加热元件110对齐。因此，腔室116包括侧面形成于衬底102的表面上方的腔室壁，底部形成于衬底102表面上的加热元件110和形成于腔室层114上的喷嘴板118和喷嘴120。