专利名称：具有加热电阻边缘保护层的喷墨打印装置打印头芯片的制作方法
具有加热电阻边缘保护层的喷墨打印装置打印头芯片
背景技术：
喷墨打印装置工作时经由打印头芯片将墨液喷射到诸如纸的介质上，以在介质上 形成图像。打印头芯片是相对较小的半导体件，其通常具有许多精细复杂的部件，而这些精 细复杂的部件必须被精确地制造以便使芯片适当地工作。许多打印头芯片包括硅衬底以及 该衬底上的装置层。该装置层可包括晶体管、加热电阻以及允许芯片适当工作的其他部件。尤其在热喷墨打印装置中，使足够大的电流流过加热电阻以喷射墨滴。特别地，流 过加热电阻的足够大的电流对加热电阻进行加热，这导致加热电阻处的墨液内气泡成核以 喷射墨滴。而后，气泡溃灭。气泡的溃灭相对较为剧烈，可能损坏加热电阻，使得所讨论的 喷墨打印装置无法继续工作。
图IA和图IB是示意图，它们根据现有技术示出了气泡的成核和溃灭使得液滴喷 射但却导致加热电阻遭到损坏。图2A和图2B是示意图，它们根据本公开的一个实施例示出了气泡的成核和溃灭 使得液滴喷射，其中加热电阻由边缘保护层保护已至少基本上防止加热电阻被损坏。图3是剖面图，根据本公开的一个实施例示出了喷墨打印装置打印头芯片的至少
一些层。图4是根据本公开一个实施例的方法的流程图，该方法至少部分地制造出喷墨打 印装置打印头芯片。图5是根据本公开一个实施例的代表性喷墨打印装置打印头组件的示意图。图6是根据本公开一个实施例的基本型喷墨打印装置。
具体实施例方式图IA和图IB根据现有技术示例性地示出了从喷墨打印装置打印头芯片100经由 气泡成核和溃灭而进行的墨滴喷射，而该气泡成核和溃灭可导致加热电阻102遭受损坏。 喷墨打印装置打印头芯片100包括位于触发室104底部的加热电阻102，在触发室104的顶 部有喷口 106。触发室104包含少量的墨液108。请注意，打印头芯片100在图IA和图IB 所示部件之外还可包括并且通常也确实包括其他的部件。此外，请注意，打印头芯片100的 部件并没有以这些部件在实际打印头芯片中呈现的那样被示出，而是以一种风格化的方式 示出，使得能够更容易地理解根据现有技术的打印头芯片100的工作。在图IA中，使足够大的电流流过加热电阻102以对电阻102进行加热。这导致气 泡Iio在触发室104内加热电阻102处成核。在图IA的特定示例中，气泡110形成在加热 电阻102的边缘处。气泡110在触发室104内的成核(或成形)迫使墨滴112从包含在室 104内的墨液108通过喷口 106喷射，如箭头114所示。在图IB中，墨滴112已经完全从包含在触发室104内的墨液108通过喷口 106喷 射出来，如箭头114所示。此外，气泡110已经在触发室104内加热电阻102处溃灭。气泡110的溃灭相对较为剧烈，而在图IB的示例中这导致加热电阻102在其边缘处遭受损坏，气 泡110就是在该边缘处成核而后溃灭的。这样，加热电阻102可能无法继续正常工作，从而 可能无法继续从打印头芯片100喷射墨滴。作为对比，图2A和图2B根据本公开的一个实施例示意性地示出了经由气泡成核 和溃灭从喷墨打印装置打印头芯片200喷射墨滴，其中加热电阻202被保护起来免于被损 坏。喷墨打印装置打印头芯片200包括位于触发室204底部的加热电阻202，在触发室204 的顶部有喷口 206。触发室204包含少量的墨液208。此外，喷墨打印装置打印头芯片200包括边缘保护层209，对加热电阻202的边缘 提供保护。请注意，如本领域普通技术人员所意识到的，打印头芯片200在图2A和图2B 所示部件之外还可包括并且通常也确实包括其他的部件。还请注意，打印头芯片200的部 件并没有以这些部件在实际打印头芯片中呈现的那样被示出，而是以一种风格化的方式示 出，使得能够更容易地理解根据本公开一个实施例的打印头芯片200的工作。在图2A中，使足够大的电流流过加热电阻202以对电阻202进行加热。这导致气 泡210在触发室204内加热电阻202处成核。在一个实施例中，加热电阻202边缘处边缘 保护层209的存在至少基本上抑制了气泡210在这些边缘处成核。例如 ，边缘保护层209 可具有足够的厚度和/或足够的热学性质以对气泡210在加热电阻202边缘处的成核或成 形产生抵抗的作用。相反，如图2A所示，气泡在加热电阻202的主体部分处成核，该主体部 分可限定为加热电阻202从电阻202边缘向内的长度。气泡210在触发室204内的成核迫 使墨滴212从包含在室204内的墨液208通过喷口 206喷射，如箭头214所示。在图2B中，墨滴212已经完全从包含在触发室204内的墨液208通过喷口 206喷 射出来，如箭头214所示。此外，气泡210已经在触发室内加热电阻202处溃灭。然而，在 一个实施例中，边缘保护层209抑制气泡210在加热电阻202边缘处成核使得气泡210反 而在电阻202的主体部分处成核，就此而言，基本上防止了加热电阻202由于气泡210溃灭 的缘故而遭受损坏。在另一个实施例中，即使在边缘保护层存在的情况下，气泡210仍可在加热电阻 202边缘处成核并随后溃灭。然而，无论如何，边缘保护层209具有足够的厚度和/或足够 的热学性质，以保护加热电阻202免于受到气泡210在加热电阻202边缘处溃灭导致的损 坏。例如，边缘保护层209可气泡210溃灭引起的吸收物理冲击，使得加热电阻202的边缘 不太可能由于气泡210的溃灭而遭受损坏。图3示出了根据本公开一个实施例的喷墨打印装置打印头芯片200的一部分的 剖面图。打印头芯片200包括衬底302、金属层304、加热电阻202、钝化层306、空化层 (cavitation layer) 308和边缘保护层209。本领域普通技术人员能够意识到在图3所示的 之外或者代替图3所示的，打印头芯片200可包括其他部件或层。例如，为了清楚和方便， 图2A和图2B的触发室204和喷口 206并未特意表示在图3中。衬底302可以是硅衬底，或者另一种类型的衬底。金属层304布置在衬底302上。 金属层304的金属可以是铝、铝合金或另一种类型的导电材料。图3所示的加热电阻202 布置在金属层304上方并位于金属层304中部内。加热电阻202可由部分导电且部分非导 电材料制造，该材料当使得给定量的电流经由金属层304流过加热电阻202时，足以导致电 阻202被加热。
钝化层306可由诸如氮化硅和碳化硅的组合材料制造，并且可布置在加热电阻 202上。在喷墨打印装置(打印头芯片200是其一部分)中使用的墨液例如可至少是部分 导电的。这样，钝化层306将金属层304和加热电阻202从该墨液电绝缘。钝化层306也 可充当为加热电阻202提供初始保护层的钝化层。空化层308可由钽制造并且可布置在钝 化层306上。空化层308被设计为保护下面的层不受气泡溃灭的损坏，然而，空化层308常 常并未在打印头芯片200整个寿命内充分地保护下面的层，尤其是在其边缘处。边缘保护层209具体而言布置在钝化层306和空化层308上，并且总体而言布置 在衬底302、加热电阻202和金属层304上。边缘保护层209特别地布置在加热电阻202 上，即，其如图3所示在加热电阻202的边缘上延伸。这样，边缘保护层209并未在加热电 阻202的位于加热电阻202边缘之间的主体部分上延伸。通过这种方式，可以认为边缘保 护层209仅正好覆盖加热电阻202的边缘。如同所指出的，边缘保护层209可具有足够的热学性质和/或足够的厚度以至少 基本上防止加热电阻202边缘处(即边缘上)的气泡成核并因而产生的气泡溃灭。另外地 或替代性地，即使气泡在加热电阻202边缘处成核并然后溃灭，边缘保护层209也可具有足 够的热学性质和/或足够的厚度以降低加热电阻202的边缘被后继的气泡溃灭而损坏的可 能性。通过上述方式之一或二者，可以认为边缘保护层209至少基本上使加热电阻202免 于受到加热电阻202处气泡溃灭导致的损坏。 在一个实施例中，边缘保护层209是光刻胶层的一部分，即边缘保护层209由光 刻胶制造，并且图3所示的层209也示例性的代表这种光刻胶层。在层209为光刻胶的地 方，边缘保护层209可具有4微米的高度或厚度，在考虑了光刻胶的热学性质的情况下，这 一高度或厚度被发现是足以至少基本上使加热电阻202免于受到气泡溃灭所致损坏的厚 度。此外，在该实施例中，可作为打印头芯片200制造工艺的一部分而普通地且常规地形成 光刻胶层。这样，该实施例可为有利的，因为其没有向打印头芯片200的制造工艺增加任何 额外的工艺步骤。相反，只需对用于沉积和/或图案化光刻胶层的掩模进行修改，从而光刻 胶层形成也包含和/或包括了作为光刻胶层一部分的边缘保护层209的形成。在一个实施 例中，光刻胶可以是光可成像环氧树脂(photo-imageable印oxy)，例如可从Newton，Mass 的MicroChem公司获得的称为SU8的光可成像环氧树脂。在该实施例中，光刻胶层因而也 可被认为是环氧树脂层。在另一个实施例中，边缘保护层209可以是碳化硅层。在该实施例中，边缘保护层 209可具有比图3所示小的宽度，使得边缘保护层209没有从图3中的加热电阻202向左侧 和右侧充分延伸而覆盖加热电阻202的边缘。在边缘保护层209是碳化硅层的情况下，在 各种实施例中，其可具有0.01微米和10微米之间的高度或厚度，在考虑了碳化硅的热学性 质的情况下，这种高度或厚度被发现是足以至少基本上使加热电阻202免于受到气泡溃灭 所致损坏的厚度。边缘保护层209也可由不同于光刻胶、环氧树脂或碳化硅的材料制造，而 本公开的特定实施例是针对上述这几种材料描述的。请注意，在加热电阻202上的边缘上存在或包括边缘保护层209可降低从喷墨打 印装置(打印头芯片200是其一部分)喷射的墨滴的平均墨滴重量，除非另行设置。这可 能是因为加热电阻202上能将热量传导给墨液的表面积较小的缘故，从而使得墨液中可成 核较小的气泡，导致较小因而较轻的墨滴。因此，在一个实施例中，加热电阻的尺寸被增大(例如在图3中从左至右的尺寸和/或进出图3纸面方向的尺寸)，从而对边缘保护层209 的存在进行补偿。因而，在这种实施例中，最终的结果是从喷墨打印装置(打印头芯片200 是其一部分)喷射的墨滴的平均墨滴重量并未由于边缘保护层209的存在而实质上有所降 低。最后请注意，金属层304可更一般地被认为是装置层的一部分，该装置层在图3中 可被认为由层304示例性地代表。这种装置层包括加热电阻202以及打印头芯片200的其 他薄膜和其他装置。例如，如本领域普通技术人员所意识到的，装置层可包括在衬底302上 制造和/或至少部分位于衬底302内的一个或多个薄膜晶体管。这种晶体管可如通常那样 包括栅极、源极和漏极，而为了清楚和方便，并未在图3中示出。图4根据本公开的一个实施例示出了一种方法400，用于至少部分地制造喷墨打 印装置打印头芯片200。请注意，特别地，图4中仅示出并且本文中仅描述该制造上艺的一 些部分。本领域普通技术人员因而能够意识到可能要执行其他部分来完成打印头芯片200 的制造。特别地，图4中仅示出并且本文中仅描述与本公开实施例有关的部分。在一个实施例中，加热电阻202的尺寸可被设置为对加热电阻202边缘上的边缘 保护 层209的后继存在进行补偿(步骤402)。然后，在这样的实施例中，边缘保护层209的 存在并未降低从打印头芯片200喷射的墨滴的平均墨滴重量。就此而言，正确设置加热电 阻202的尺寸可包括经验性地确定加热电阻202的与墨液有关的表面积应当增加多少以使 得平均墨滴重量基本不降低。提供诸如硅衬底的衬底302 (步骤404)。在衬底302上形成装置层(步骤406)。 装置层至少包括加热电阻202，该加热电阻202的尺寸在部分402中已被确定。装置层可进 一步包括或者可以是金属层304，并且可包括其他类型的装置，例如薄膜晶体管，如已描述 的那样。而后，在一个实施例中，可在装置层上沉积钝化层306和空化层308(步骤408)。然后，形成边缘保护层209 (步骤410)。如已描述的那样，边缘保护层209正好覆 盖加热电阻202的边缘，并不覆盖加热电阻202的主体部分。在一个实施例中，形成边缘 保护层309的步骤可作为形成光刻胶层的步骤的一部分执行，而即使在未形成边缘保护层 209的情况下，也仍必须以其他方式形成光刻胶层。在这样的实施例中，如已描述的那样，这 意味着边缘保护层209的形成没有给制造打印头芯片200导致额外的工艺步骤。图5示出了根据本公开一个实施例的代表性喷墨打印装置打印头组件500。打印 头组件500包括封盒502。封盒502因而打印头组件500被插入喷墨打印装置的相应缝槽， 使得该装置可在诸如纸的介质上喷射墨液以在介质上形成图像。打印头组件500包括已经描述过的打印头芯片200和柔性电路506，打印头芯片 200电连接到柔性电路506。打印头芯片200通常是小型半导体芯片，如图5中所示，为了 例示上的清楚起见，其相对于柔性电路506和封盒502比实际情况成比例的放大。一旦封 盒502被可去除地插入或安装到喷墨打印装置内，则柔性电路506电匹配到喷墨打印装置 的相应电连接器。特别地，柔性电路506可包括来自打印头芯片200的导体迹线，使得芯片 200可电耦接到喷墨打印装置。电路506是柔性的使得其可在封盒502的一个或多个边缘 附近弯曲，如图5所示。在图5的实施例中，打印头组件500还包括包含在封盒502内部内的墨液508的 供应部。不过，在另一个实施例中，墨液508的供应部可包含在与打印头组件500分开的组件内。一般而言，其内安装有打印头组件500的喷墨打印装置使得打印头芯片200通过芯 片喷射墨液508的液滴，以在诸如纸的介质上形成图像。最后，图6示出了根据本公开一个实施例的基本型喷墨打印装置600。喷墨打印 装置600可以是喷墨打印机或多功能装置(MFD)或除了喷墨打印功能之外还可包括其他功 能的一体机(AIO)。图6所示喷墨打印装置600包括已经描述过的打印头组件500和喷墨 打印机构602。本领域普通技术人员能够意识到除了图6中所示的以外，喷墨打印装置600 可包括并且通常将包括其他部件。喷墨打印机构602包括喷墨打印装置600依赖于以例如通过将墨液热喷射到介质上在诸如纸的介质上形成图像的那些部件。打印头组件500因而可与喷墨打印机构602共 享部件。也就是说，打印头组件500包括实际导致墨液被喷射的打印头芯片200。这样，喷 墨打印机构602可被认为与打印头组件500共享了打印头芯片100。如本领域普通技术人 员能够意识到的，喷墨打印机构602可包括的其他部件有固件、介质推进电机等。
权利要求
一种用于喷墨打印装置的打印头芯片(200)，包括衬底(302)；形成在所述衬底上的加热电阻(202)，所述加热电阻具有一个或多个边缘，在足够大的电流流过所述加热电阻时，所述加热电阻工作从而导致气泡在墨液内所述加热电阻处成核并且随后在所述加热电阻处溃灭，使得墨滴从所述喷墨打印装置喷射出；和边缘保护层(209)，所述边缘保护层正好覆盖所述加热电阻的所述边缘，以便至少基本上使所述加热电阻免于受到所述加热电阻处气泡溃灭导致的损坏。
2.如权利要求1所述的打印头芯片，其特征在于，所述边缘保护层至少基本上防止气 泡在所述加热电阻的所述边缘处成核。
3.如权利要求1所述的打印头芯片，其特征在于，即使气泡在所述加热电阻的所述边 缘处成核，所述边缘保护层也降低了所述加热电阻被损坏的可能性。
4.如权利要求1所述的打印头芯片，其特征在于，所述边缘保护层正好覆盖所述加热 电阻的所述边缘，使得所述加热电阻的主体部分至少基本上不被覆盖并且穿过所述边缘保 护层暴露。
5.如权利要求1所述的打印头芯片，其特征在于，进一步包括光刻胶层，所述光刻胶层 包括所述边缘保护层。
6.如权利要求5所述的打印头芯片，其特征在于，作为所述打印头芯片的制造工艺的 一部分而普通地且常规地常规地形成所述光刻胶层，使得形成所述边缘保护层没有给所述 打印头芯片的制造工艺增加任何额外的工艺步骤。
7.如权利要求6所述的打印头芯片，其特征在于，所述光刻胶层被延伸成包括所述边 缘保护层。
8.如权利要求1所述的打印头芯片，其特征在于，所述边缘保护层的存在导致降低了 从所述喷墨打印装置喷射的墨滴的重量，除非另行设置。
9.如权利要求1所述的打印头芯片，其特征在于，所述加热电阻的尺寸被增大以对所 述边缘保护层的存在进行补偿，从而使得从所述喷墨打印装置喷射的墨滴的重量并未由于 所述边缘保护层的存在而实质上有所降低。
10.一种用于喷墨打印装置的打印头组件(500)，包括打印头芯片(200)，包括衬底(302)；形成在所述衬底上的加热电阻(202)，所述加热电阻具有一个或多个边缘，在足够大的 电流流过所述加热电阻时，所述加热电阻工作以导致气泡在墨液内所述加热电阻处成核并 且随后在所述加热电阻处溃灭，使得墨滴从所述喷墨打印装置喷射；和边缘保护层(209)，所述边缘保护层正好覆盖所述加热电阻的所述边缘，以便至少基本 上使所述加热电阻免于所述加热电阻处所述气泡溃灭而致的损坏；和柔性电路，所述柔性电路将所述打印头芯片电连接到所述喷墨打印装置。
全文摘要
一种用于喷墨打印装置的打印头芯片(200)，包括衬底(302)、加热电阻和边缘保护层(209)。所述加热电阻形成在所述衬底上，并且具有一个或多个边缘。在足够大的电流流过所述加热电阻时，所述加热电阻工作以导致气泡在墨液内所述加热电阻处成核并且随后在所述加热电阻处溃灭，使得墨滴从所述喷墨打印装置喷射。所述边缘保护层正好覆盖所述加热电阻的边缘，以便至少基本上使所述加热电阻免于受到所述加热电阻处气泡溃灭导致的损坏。
文档编号B41J2/35GK101873935SQ200780101676
公开日2010年10月27日 申请日期2007年11月24日 优先权日2007年11月24日
发明者A·K·阿加瓦尔, B·D·钟, C·A·莱昂纳, G·P·库克, S·本加利 申请人:惠普开发有限公司