热电阻器流体喷射组件的制作方法
【专利说明】热电阻器流体喷射组件
[0001]本申请是申请日为2010年7月23日且名称为“热电阻器流体喷射组件”的申请201110304092.9的分案申请。
【背景技术】
[0002]喷墨打印装置是提供流体滴按需滴落(DOD)喷射的流体喷射装置的一个例子。在常规的DOD喷墨打印机中，打印头通过多个喷嘴朝向打印介质(诸如一张纸)喷射流体滴(例如墨液)，以将图像打印到印刷介质上。喷嘴通常被布置为一个或多个阵列，以便当打印头和打印介质相对彼此移动时从喷嘴的适当的顺序喷射使得在打印基质上打印字符或其它图像。
[0003]DOD喷墨打印机的一个例子是热喷墨(TIJ)打印机。在TIJ打印机中，打印头包括在流体填充腔中的电阻加热元件，该流体填充腔蒸发流体，产生迫使流体滴排出打印头喷嘴的快速膨胀气泡。穿过加热元件的电流产生热量，蒸发腔内的小部分液体。随着加热元件冷却，蒸汽气泡崩溃，来自储液器的更多液体被吸引到所述腔中，以备通过喷嘴喷射另一滴。
[0004]不幸的是，TIJ打印头的激发机制(即，过热流体以形成蒸汽气泡)的低的热和电效率使得存在一些缺点(增加成本和降低TIJ打印头的整体打印质量)。例如，一个缺点是由在电阻加热元件激发表面上的残留物(垢)累积导致的降低喷墨笔整个使用期间的激发性能。另一个缺点是，当增加滴喷射率或激发速率(例如，增加图像分辨率同时保持打印页面吞吐量)时，打印头会过热，导致阻止进一步激发并对打印头有潜在损害的气阻状态。另一个缺点是，驱动热效率低下的电阻加热元件的大电子器件和电源总线在TIJ打印头中占据昂贵的硅空间。
【附图说明】
[0005]现通过举例方式参照附图来描述所提出的实施例，附图中:
图1示出了根据实施例的、适于合并流体喷射组件的喷墨笔的例子；
图2A示出了根据实施例的部分液体喷射组件的剖视图；
图2B示出了根据实施例的、转动90度的、图2A的部分流体喷射组件的剖视图；
图2C示出了根据实施例的、操作期间的部分流体喷射组件的剖视图；
图2D示出了根据实施例的、并联地电耦接在部分电路中的电阻加热元件；
图3示出了根据实施例的、部分三维电阻器结构的例子的放大剖视图；
图4A、4B和4C示出了根据实施例的、具有变化数量的电阻元件的电阻器结构的俯视图；
图5示出了根据实施例的、具有电阻元件的电阻器结构的俯视图，该电阻元件的宽度与元件之间的间隔尺寸相同；
图6A、6B、6C和6D示出了根据实施例的电阻器结构的俯视图，所述电阻器结构的电阻元件宽度和元件之间的间隔具有各种不同的布局； 图7A、7B和7C示出了根据实施例的具有变化的梳齿高度大小的电阻器结构的剖视图；
图8示出了根据实施例的电阻器结构的剖视图，该电阻器结构的梳齿具有倒有斜角的拐角；
图9示出了根据实施例的基本流体喷射装置的方框图。
【具体实施方式】
[0006]技术问题和技术方案概述
如上文指出的，热喷墨(TIJ)装置具有通常与TIJ打印头激发机制的热和电效率低下相关的各种缺点。热和电低下更具体地说表现为，TIJ电阻加热元件的成核表面(即发生蒸汽气泡的形成的电阻器/流体分界面)上的温度不一致，这导致了需要向加热元件输送更多的能量。向TIJ电阻加热元件增加激发能量以克服温度不一致问题，然而，这会导致各种其它问题。
[0007]一个这样的问题影响了 TIJ打印头中的滴喷射率(即激发速率)。较高的喷射率是有益的，因为这可以提供提高的图像分辨率、加快的页面吞吐量、或两者。然而，从TIJ电阻加热元件的成核表面到流体(例如墨液)的能量传输的低效导致了残留热，其会增加打印头的温度。增加滴喷射率增加了给定时间段内通过加热元件输送的能量大小。因此，通过增加滴喷射率而产生的额外残留热导致打印头温度相应增加，这最终会导致气阻状态(过热)，其会阻止进一步的激发并对打印头有潜在的损害。因此，能量从电阻加热元件表面到墨液的低效传输导致了需要限制或调整液体喷射率，这对例如高速出版市场很不利。
[0008]能量从TIJ电阻加热元件表面到墨液的低效传输还增加了喷墨打印系统的总成本。需要大型的FETs和电源总线来输送增加的能量，以驱动大量热效率低下的TIJ电阻器。较大的装置和总线不仅占据有价值的硅空间，而且它们相关的电寄生现象最终还会限制打印头核芯缩小的量。因此，需要用较大的硅覆盖面积来支撑低效的TIJ电阻器意味着，硅仍然占许多喷墨打印系统总成本的很大百分比。
[0009]增加到TIJ电阻器的激发能量以克服横跨其成核表面的温度不一致问题还产生与在TIJ电阻器表面处所得的较高温度有关的另一问题。尽管在成核表面处的整体温度增加保持了所喷射的流体滴的一定所需特性(诸如滴重量、滴速度、滴轨迹和滴形状)，但是它还具有增加结垢的不利影响。结垢是电阻器的表面上残留物(垢)的累积。随着时间推移，结垢不利地影响流体滴的特性(诸如滴重量、滴速度、滴轨迹和滴形状)，并且最终降低了 TIJ打印系统的整体打印质量。
[0010]解决TIJ电阻加热元件中的热效率低下和不一致问题的现有方案包括改变TIJ电阻器和喷射流体(墨液)两者。然而，这类方案具有缺点。例如，一个悬挂式电阻器设计允许从浸没在流体中的薄膜电阻器的两侧进行加热，通过增加暴露于流体的电阻器表面区域的大小，提高了热量/能量传输效率。然而，当在滴喷射期间暴露与激烈的成核进程时，脆弱的薄膜梁可能是不可靠的，并且需要专门的制造工艺，这增加了成本。另一个例子是面包圈形状的电阻器，该电阻器的中心区被移除，据称这可以提高电阻器效率并且去除了 TIJ电阻器常见的热点。然而，基于弯曲的“面包圈”几何形状的电气路径长度变化导致了电流拥挤和电流密度一致性问题，这最终引起了导致电阻器上温度不一致的热点。解决结垢问题的现有方案主要涉及调整墨液配方，以确定在打印头使用期间不易起反应的化学化合作用。然而，此方案会显著增加成本，同时缩小了可用于TIJ打印头中的流体/墨液选择面，这最终会限制TIJ打印系统可获得的打印市场。
[0011]本公开的实施例主要通过使用平行延伸的多个电阻元件来帮助克服TIJ装置中与TIJ电阻器成核表面上温度不一致有关的缺点(例如，热和电效率低下)，其中独立地设定所述多个电阻元件的宽度和间隔，以实现成核表面上温度一致。所得的TIJ电阻器结构是具有形成在各个脊或“梳齿”之间的凹槽或沟道的三维结构。电阻元件的三维表面及可变的宽度和间隔有助于提高TIJ电阻器成核表面上的温度一致性，并且增大了每单位面积电阻器材料的成核表面区域。更大的成核表面区域和提高的成核表面上的温度一致性显著提高了 TIJ电阻器结构和流体之间的能量或热量传输效率。提高的热效率和一致性又会降低喷射每个滴所需的能量大小，这产生了许多益处，包括:例如，增加滴喷射率而不导致气阻状态的能力，减小FET和电源总线宽度以能够进行更大程度的核芯缩小并降低硅成本的能力，以及降低结垢，其改善了 TIJ打印头使用期间内的滴喷射性能。
[0012]在一个示例性实施例中，热电阻器流体喷射组件包括绝缘衬底，第一和第二电极形成在所述衬底上。具有变化的宽度的多个独立的电阻元件被平行布置在衬底上，并且所述电阻元件在第一端电耦接到第一电极，在第二端电耦接到第二电极。
[0013]在另一实施例中，流体喷射装置包括具有电阻器结构的流体喷射组件，该电阻器结构具有多个电阻元件。电阻器结构形成为顶层，即一个不平整的成核表面，该不平整的成核表面具有被凹陷的沟道分隔的凸脊，以在被加热元件加热时蒸发流体。每个凸脊的宽度与成核表面下面的相关电阻元件相对应。
[0014]在另一实施例中，热电阻器结构包括并联耦接并且具有不一致宽度的多个电阻元件。在每两个电阻元件之间存在间隔。薄膜空穴层