CN102248794A - 液体排出头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液体排出头。该液体排出头包括多个喷嘴阵列。在头衬底的背面形成凹陷部分，并且全部供应口被形成在凹陷部分的底部中。头衬底和支撑部件在凹陷部分的底部处被接合，使得供应口和引入口彼此连通。根据这种配置，可以充分地保证接地面积，使得可以实现高度可靠且具有高散热能力的、并且可以以高生产率制造的液体排出头。

Description

液体排出头

技术领域

本发明涉及液体排出头，并且更具体地涉及喷墨记录头。

背景技术

日本专利申请公开No.2005-125516讨论了喷墨记录头。为了与外部墨供应***连接并且保持衬底，通过将上面形成有电热转换元件的喷墨衬底与支撑部件接合来配置喷墨记录头。

在喷墨记录头能够利用一个喷墨衬底以多种颜色进行打印的情况下，变得必须在喷墨衬底和支撑部件之间的接合部分处彼此分开地密封各种墨，以便防止不同墨的混合。此外，变得必须维持接合部分的足够的面积以便增大密封的可靠性。

此外，近年来，存在对于以较高速度输出较高分辨率图像的喷墨记录方法的要求。因此存在对于增加排出墨的喷嘴的数量以及增大排出频率的要求。

另一方面，如果记录速度增大，则在记录期间每单位时间输入到头的能量和该头的温度上升增大。如果该头的温度上升，则针对每一页的墨排出量变得不同，使得在高温墨排出变得不稳定。此外，可能降低连续记录性能。

日本专利申请公开No.2005-125516讨论了喷墨记录头，在该喷墨记录头中，喷墨衬底被固定到支撑部件，使得在喷墨衬底中产生的热被扩散到支撑部件。因此可以通过增大在喷墨衬底和支撑部件之间的接合部分的面积(在下文中称为接地面积)来减少喷墨记录头中的温度上升。

然而，如果为了减少喷墨记录头中的温度上升而增大在喷墨衬底和支撑部件之间的接地面积，则喷墨衬底的尺寸变大，使得生产率降低。

为了解决这种问题，可以使整个喷墨衬底变薄。换句话说，可以通过使整个喷墨衬底变薄而减小墨供应口的开口的尺寸。因此可以在不增大喷墨衬底的尺寸的情况下保证在喷墨衬底和支撑部件之间的接地面积。

然而，如果选择这种方法，则喷墨衬底的强度降低，使得由于流路形成部件的应力而在喷墨衬底中产生翘曲(warpage)。在这种情况下，极大地降低了生产率。

发明内容

本发明涉及液体排出头，在该液体排出头中可以保证在支撑部件和头衬底之间的接地面积，并且可以以高生产率制造该液体排出头。更具体地说，本发明涉及液体排出头，该液体排出头由于接地面积足够而高度可靠并且具有高散热能力，并且可以以高生产率制造该液体排出头。

根据本发明的一个方面，一种液体排出头包括：流路形成部件，所述流路形成部件构成用于排出液体的排出口和与所述排出口连通的液体流路，并且包括多个由彼此空间地连通的所述排出口和所述液体流路形成的喷嘴阵列；头衬底，所述头衬底包括产生用于排出液体的能量的排出能量产生元件，并且在所述头衬底中针对每个喷嘴阵列形成用于向所述液体流路供应液体的供应口；以及支撑部件，所述支撑部件包括用于向所述供应口供应液体的引入口，其中所述头衬底在与上面布置有所述流路形成部件的表面相对的一侧包括凹陷部分，其中所有供应口被贯通所述头衬底地形成在所述凹陷部分的底部中，以及其中所述头衬底和所述支撑部件在所述凹陷部分的底部处被接合，使得所述供应口和所述引入口彼此连通。

根据以下参考附图的示例性实施例的详细描述，本发明更多的特征和方面将变得清晰。

附图说明

被加入且构成说明书一部分的附图示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且与描述一起用来解释本发明的原理。

图1是示出根据本发明示例性实施例的喷墨记录头的示意性截面图。

图2是示出根据本发明示例性实施例的喷墨记录头的示意性截面透视图。

图3A和图3B是示出根据本发明示例性实施例的喷墨头衬底和支撑部件之间的接合的示意图。

图4A、图4B、图4C、图4D、图4E、图4F、图4G和图4H是示出用于形成根据本发明示例性实施例的喷墨衬底的墨供应口和凹陷部分的方法的示意性工艺流程图。

图5是示出传统的喷墨记录头的配置示例的示意性截面图。

图6是示出根据本发明示例性实施例的喷墨记录头的示意性截面图。

图7是示出根据本发明示例性实施例的喷墨记录头中的每一个元件的布局示例的示意性平面图。

图8是示出根据本发明示例性实施例的沿垂直方向切割的喷墨记录头的示意性透视图。

图9是示出根据本发明示例性实施例的由图6中示出的虚线框X包围的部分的放大截面图。

图10是示出根据本发明示例性实施例的喷墨记录头中的每一个元件的布局示例的示意性平面图。

图11A、图11B、图11C、图11D、图11E、图11F和图11G是示出用于制造根据本发明示例性实施例的喷墨记录头的方法的工艺流程截面图。

图12是示出根据本发明示例性实施例的喷墨记录设备的配置示例的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来详细描述本发明的各个示例性实施例、特征以及方面。

下面将描述液体排出头的示例性实施例。可以描述喷墨记录头以作为本发明的应用示例。然而，应用的范围不限于此。

例如，除了执行墨记录之外，本发明还可以被应用于制作生物芯片或者印刷电路。本发明涉及排出液体的液体排出头，并且除了喷墨记录头以外，滤色器制造头也是液体排出头的示例。

图1是示出根据第一示例性实施例的喷墨记录头的截面图。图2是示出根据本示例性实施例的喷墨记录头的示意性截面透视图。图3A是示出根据本示例性实施例的由喷墨衬底和流路形成部件构成的排出元件衬底的示意性透视图。图3B是示出支撑部件的示意性透视图。

参考图1、图2、图3A和图3B，通过将在上表面上形成有流路形成部件3的喷墨衬底1由粘合剂4接合到支撑部件2来构成喷墨记录头。喷墨衬底1在与上面布置有流路形成部件3的表面相对的一侧包括凹陷部分。喷墨衬底1在凹陷部分的底部处被接合到支撑部件2。

流路形成部件3构成墨流路5和墨排出口6，并且被形成在喷墨衬底1上。

喷墨衬底1包括用于排出墨的多个排出能量产生元件7，诸如电热转换元件。此外，喷墨衬底1可以包括用于驱动排出能量产生元件的布线(未示出)。此外，喷墨衬底1包括用于向墨流路5供应墨的墨供应口8。在凹陷部分的底部中贯通喷墨衬底地形成多个墨供应口8。

支撑部件2包括用于向墨供应口8供应墨的墨引入口9。支撑部件2在凹陷部分的底部处被接合到喷墨衬底1，使得墨引入口9和墨供应口8可以彼此连通。喷墨记录头可以包括存储要向支撑部件2中的墨引入口9供应的墨的墨供应部件(未示出)。

多个包括彼此空间地连通的墨排出口、墨流路和墨供应口的喷嘴阵列被形成在流路形成部件3中。换句话说，布置多个墨流路5和多个排出口6以便形成多个喷嘴阵列(参考图3A)。

此外，针对每一个喷嘴阵列形成贯穿喷墨衬底的墨供应口8。如图3A中所示出的，优选的是成行地布置喷嘴阵列。一个喷嘴阵列可以保持和排出相同的墨。

此外，在本示例性实施例中，针对一个喷嘴阵列形成一个墨供应口8。在凹陷部分的底部中沿着喷嘴阵列以矩形形状布置多个墨排出口8的开口。此外，支撑部件2包括装在凹陷部分内的凸起部分，并且在支撑部件2中形成在凸起部分的上表面上有开口的多个墨引入口9。

各个墨引入口9被布置为与各个墨供应口8连通。如图3B中所示出的，成行地形成多个墨引入口9。

根据本发明，可以提供在不降低喷墨衬底的生产率的情况下高度可靠的并且具有高散热能力的液体排出头。因此根据本发明的液体排出头可以适于高速打印。

下面将详细描述本发明的效果。如果为了提高可靠性或散热而扩大喷墨头和支撑部件之间的接地面积，则喷嘴阵列之间的间隔增大。结果，衬底面积增大，使得生产率可能降低。

另一方面，如果可以减小墨供应口的开口面积，则还可以减小喷嘴阵列之间的间隔，使得生产率可以增大。可以通过各向异性刻蚀来形成墨供应口以便减小墨供应口的开口面积。然而，利用各向异性刻蚀来在要被用于喷墨衬底中的一般晶片(wafer)上形成小的贯通孔从时间的观点来说是不实用的。

此外，如果使整个喷墨衬底变薄并且通过各向异性刻蚀来形成墨供应口，则可以将墨供应口的开口形成得较小。然而，如果使喷墨衬底变薄，则喷墨衬底的强度降低。因此，由于流路形成部件中的应力而在喷墨衬底中产生翘曲，使得生产率可能极大地降低。

为了解决这种问题，根据本发明，在喷墨衬底上形成凹陷部分，并且在衬底薄的凹陷部分的底部中形成喷墨供应口。结果，在可以将喷墨供应口的开口形成得较小的同时维持喷墨衬底的强度，并且可以获得在支撑部件和喷墨衬底之间的大的接地面积。因此可以以高生产率实现高度可靠的并且具有高散热能力的喷墨记录头。

此外，根据本发明的另一方面，可以获得具有耐久性并且可以被小型化的喷墨记录头。换句话说，根据本发明，由于在将喷墨供应口的开口形成得较小的同时维持了喷墨衬底的强度，因此喷墨记录头可以在维持耐久性的同时被小型化。

此外，可以减小喷嘴阵列间隔，并且可以以高密度形成排出口，使得可以提高排出性能。

上面作为本发明的示例性实施例而描述了喷墨记录头。然而，本发明不限于此，并且本发明涉及排出诸如墨之类的液体的液体排出头。

如果作为液体排出头来详细说明喷墨记录头，则其基本配置是类似的。用于每个头的术语可以被详细说明如下：墨对应于液体，喷墨衬底对应于头衬底，墨排出口对应于排出口，墨流路对应于液体流路，墨供应口对应于供应口，墨引入口对应于引入口，并且墨供应部件对应于液体供应部件。

如上所述，在头衬底中，在与上面布置有流路形成部件的表面相对的一侧(即，背面)形成凹陷部分。对于用于形成凹陷部分的方法没有限制。例如，可以使用结晶各向异性刻蚀来形成凹陷部分。

可以使用硅衬底来形成头衬底。在这种情况下，优选的是使用硅衬底的结晶各向异性刻蚀来形成凹陷部分，通过该硅衬底的结晶各向异性刻蚀可以以高生产率有效地在头衬底上形成凹陷部分。

此外，通过具有<100>面的晶体取向的硅衬底来形成头衬底。在这种情况下，凹陷部分的底部变为通过硅衬底的结晶各向异性刻蚀形成的<100>面，并且该<100>面变为头衬底与支撑部件之间的接合表面。

更具体地说，通过结晶各向异性刻蚀来去除硅衬底的一部分，并且作为结果而露出的<100>面变为头衬底与支撑部件之间的接合表面。硅衬底的厚度可以是0.3mm到1.0mm。凹陷部分的深度可以是325～675μm。

根据本发明，流路形成部件包括多个喷嘴阵列，该多个喷嘴阵列中的每个喷嘴阵列包括彼此空间地连通的排出口和液体流路。针对每个喷嘴阵列形成至少一个供应口，并且所有供应口被形成在凹陷部分的底部中。

参考图1、图2和图3A，沿着一个喷嘴阵列形成具有矩形开口的一个供应口。然而，本发明不限于此，并且可以针对一个喷嘴阵列形成多个供应口。

如果针对一个喷嘴阵列形成多个供应口，则支撑部件可以例如针对与同一个喷嘴阵列连通的供应口中的每一个形成引入口。此外，可以针对与喷嘴阵列连通的多个供应口形成一个引入口。

可以利用各向异性刻蚀(诸如包括反应离子刻蚀(RIE)的干法刻蚀以及结晶各向异性刻蚀)来形成供应口。优选的是使用利用RIE的博施工艺(Bosch process)来形成供应口。供应口的高度可以被设定为50～400μm。

对于支撑部件的材料没有特别的限制。例如，优选的是使用具有高热导率的氧化铝(Al₂O₃)和硅(Si)、铝氮化物(AlN)、氧化锆(ZrO₂)、硅氮化物(Si₃N₄)、硅碳化物(SiC)、钼(Mo)以及钨(W)。

此外，优选地使用具有高热导率和耐墨性的氧化铝，并且特别是，优选地使用氧化铝陶瓷。此外，可以使用树脂材料，并且可以通过Noryl树脂的树脂成型(molding)来形成支撑部件。此外，作为PPE和聚苯乙烯(PS)的聚合物合金(polymer alloy)的改性聚苯醚(PPE)可以被用作树脂材料。

如果要将在诸如电热转换元件之类的排出能量产生元件中产生的热从头衬底扩散到支撑部件，则期望使用由氧化铝形成的支撑部件。支撑部件10的材料不限于氧化铝。可以通过其线膨胀系数具有与头衬底的线膨胀系数相同水平的并且具有与头衬底的导热率相同水平的导热率的材料来形成支撑部件10。

如上所述，在其中头衬底的一部分变薄的区域(即，凹陷部分的底部)处将支撑部件接合到头衬底。例如，可以使用粘合剂来接合头衬底和支撑部件。由于在头衬底的边缘部分中存在厚的区域，因此可以维持强度。

支撑部件可以被成形为包括例如凸起部分，使得支撑部件可以被接合到头衬底上的凹陷部分的底部。此外，优选的是，支撑部件包括与头衬底的凹陷部分相匹配的凸起形的部分。

可以被用来形成流路形成部件的材料的示例是感光性环氧树脂和感光性丙烯酸树脂。优选的是使用光反应性的阳离子可聚合的化合物。由于通过要使用的液体的类型和特性极大地确定了耐久性，因此可以根据诸如墨之类的液体来选择适当的化合物作为流路形成部件的材料。

头衬底可以包括用于传送电信号的布线层。例如，可以使用成膜技术来形成Al布线。

如上所述，液体排出头可以包括用于将液体供应到支撑部件的引入口的液体供应部件。液体供应部件是用于向支撑部件的引入口供应诸如墨之类的液体的箱(tank)，并且可以由有机材料或无机材料形成。

期望的是，液体供应部件由即使在液体供应部件与要被存储在内部的诸如墨之类的液体接触时也不膨胀或溶解、或者不导致有机材料或无机材料的洗提(elution)的材料形成。

此外，从材料的实际成本和处理的容易方面来说，优选地使用热塑性树脂作为用于形成液体供应部件的材料。例如，主要使用诸如聚丙烯和改性PPE的通用树脂作为墨供应部件。可以使用硅石和氧化铝作为用于增大机械强度的增强剂。

此外，可以通过嵌件成型(insert molding)来一体地形成支撑部件和液体供应部件。

此外，根据本示例性实施例的喷墨记录头可以被安装在诸如打印机、复印机、包括通信***的传真机和包括打印机单元的文字处理器之类的设备中。此外，根据本示例性实施例的喷墨记录头可以被安装在其中多重地结合各种处理设备的工业记录设备中。喷墨记录头可以被用来在诸如纸、线(thread)、纺织品、丝绸、皮革、金属、塑料、玻璃、木材和陶瓷之类的各种记录介质上进行记录。

下面将描述可以更有效地控制温度的液体排出头。

图6是示出根据第二示例性实施例的喷墨记录头的示意性截面图。图7是从根据本示例性实施例的喷墨记录头的正面(即，流路形成部件侧)观看的示出其中布置有每个元件的位置的示意性平面图。

图8是示出其中切割了一部分的喷墨记录头的示意性透视图。图6是与沿着图7中示出的虚线A-A′截取的截面对应的截面图。

参考图6，喷墨记录头包括由流路形成部件3和喷墨衬底(头衬底)1构成的排出元件衬底。此外，喷墨记录头包括支撑部件2，在喷墨衬底1的与布置有流路形成部件3的那侧相对的一侧使用粘合剂4将该支撑部件2与排出元件衬底接合。

流路形成部件3被形成在喷墨衬底1上。此外，流路形成部件3包括墨(即，第一液体)在其中流动的墨流路(即，第一液体流路)、墨排出口(即，排出口)6、以及温度控制液体(即，第二液体)在其中流动的温度控制流路(即，第二液体流路)10。

在温度控制流路10中流动的温度控制介质不受特别地限制，并且可以是水或油。温度控制介质主要被用来冷却喷墨记录头。第一液体流路和第二液体流路彼此独立。此外，第二液体不被用于排出。由于与第一示例性实施例类似地构成记录头，因此可以容易地形成第二液体流路。

喷墨衬底1包括用于排出墨的多个排出能量产生元件7，诸如电热转换元件。喷墨衬底1还可以包括用于驱动排出能量产生元件7的布线(未示出)。此外，喷墨衬底1包括用于向墨流路5供应墨的墨供应口(即，供应口)8。

此外，喷墨衬底1包括作为用于向温度控制流路10供应温度控制液体的贯通口的供应通道(即，第一液体通道)11。此外，喷墨衬底1包括作为用于从温度控制流路10排出温度控制液体的贯通口的排出通道(即，第二液体通道)13。

如图6和图7中所示出的，在流路形成部件3中形成多个由彼此空间地连通的墨流路5和墨排出口6形成的喷嘴阵列。换句话说，布置多个墨排出口6和多个墨流路5以便形成多个喷嘴阵列。

此外，针对每一个喷嘴阵列形成贯穿喷墨衬底1的墨供应口8。一个喷嘴阵列可以包含和排出相同的墨。

参考图7，温度控制流路10由沿着每个喷嘴阵列的两侧布置的一个流路形成。温度控制流路10包括向其供应温度控制液体的液体入口以及从其排出温度控制液体的液体出口。液体入口与供应通道11连接，并且液体出口与排出通道13连接。

此外，温度控制流路10从布置在流路形成部件3的角区域附近的液体入口开始沿着喷嘴阵列延伸。然后温度控制流路10在每个喷嘴阵列之间通过并且到达布置在流路形成部件3的角区域附近的液体出口。因此温度控制液体被从供应通道11供应到温度控制流路10，流过温度控制流路10，并且从排出通道13排出。

喷墨记录头的温度、或者更优选地排出元件衬底的温度可以通过流到温度控制流路10中的温度控制液体来控制。例如，如果使冷却的温度控制液体在温度控制流路10中流动，则温度控制液体吸收由排出能量产生元件产生的热。然后可以有效地冷却喷墨记录头的排出元件衬底。

不是特别必须使用冷却的温度控制液体。可以通过使室温的温度控制液体在温度控制流路10中流动来将由排出能量产生元件产生的热释放到排出元件衬底外。

此外，喷墨记录头与诸如泵之类的液体循环机构连接，使得从排出通道13排出的温度控制液体被重新供应给供应通道11。液体循环机构可以被包括在诸如喷墨打印机之类的液体排出设备中。温度控制液体可以在被液体循环机构循环的同时释放和吸收热。

此外，液体排出设备可以包括调整液体的温度的温度控制机构。更具体地说，温度控制机构有效地调整从排出通道13排出的温度控制液体的温度并且将温度控制液体返回到供应通道11。特别地，根据本发明，优选的是温度控制机构包括冷却液体的冷却功能，以便有效地冷却在排出能量产生元件中产生的热。

可以由液体流过的管和产生用于移动液体的能量的泵来构成液体循环机构。

上面作为本发明的示例性实施例而描述了喷墨记录头。然而，本发明不限于此，并且本发明涉及排出诸如墨之类的液体的液体排出头。

如果喷墨记录头是液体排出头，则基本配置是类似的。如在上述括号中指出的，术语可以被如下理解：墨对应于第一液体，温度控制液体对应于第二液体，喷墨衬底对应于头衬底，墨排出口对应于排出口，墨供应口对应于供应口，供应通道对应于第一液体通道，并且排出通道对应于第二液体通道。

上述液体排出头至少包括流路形成部件和头衬底，并且包括液体循环机构。流路形成部件构成诸如墨之类的第一液体在其中流动的第一流路和用于执行温度控制的第二液体在其中流动的第二液体流路。

头衬底包括用于向第一液体流路供应第一液体的供应口、用于向第二液体流路供应第二液体的第一液体通道、以及用于从第二液体流路排出第二液体的第二液体通道。

根据本发明的上述示例性实施例，可以使第二液体在形成于流路形成部件中的第二液体流路中流动。因此可以控制喷墨记录头的温度、特别是排出元件衬底的温度。

此外，可以通过使用温度控制机构冷却和循环第二液体来有效地冷却其温度由于在排出能量产生元件中产生的热而上升的喷墨记录头。

本发明不限于冷却。例如，温度控制机构可以被用来加热和循环第二液体，以便将喷墨记录头调整到适当的温度。

流路形成部件的构成不受特别的限制。然而，优选的是流路形成部件包括多个由彼此空间地连通的排出口和第一液体流路形成的喷嘴阵列。此外，针对每个喷嘴阵列形成至少一个供应口。图6、图7和图8示出其中沿着一个喷嘴阵列形成具有矩形开口的一个供应口的示例。然而，可以针对一个喷嘴阵列形成多个供应口。

此外，除了第一液体流路之外，流路形成部件还构成用于执行温度控制的第二液体流路。第二液体流路的构成不受特别的限制。然而，优选的是第二液体流路沿着喷嘴阵列(即，沿喷嘴阵列的纵向方向)被布置。此外，优选的是第二液体流路沿着所有喷嘴阵列的两侧被布置。

对于第二液体流路的数量没有限制，并且可以存在一个或者两个以上的第二液体流路。例如，参考图7，形成一个第二液体流路，该第二液体流路包括向其供应第二液体的液体入口和从其排出第二液体的液体出口。

还优选的是，即使在仅仅存在一个第二液体流路时也沿着整个喷嘴阵列的两侧布置第二液体流路。此外，期望的是，在每个排出能量产生元件和第二液体流路之间的水平面中的最短距离(参考图7中的d)大致相同。

可以在每个第二液体流路中形成头衬底中的第一液体通道和第二液体通道。此外，可以在一个第二液体流路中形成多个第一液体通道和多个第二液体通道。并没有特别的限制。此外，从液体循环的效率的观点来说，优选的是针对一个第二流路形成一个第一液体通道和一个第二液体通道。

如上所述，根据本示例性实施例的液体排出头中的头衬底在与上面布置有流路形成部件的表面相对的一侧包括凹陷部分。在凹陷部分的底部中贯通头衬底地形成所有供应口。头衬底和支撑部件在凹陷部分的底部处被接合，使得供应口和引入口彼此连通。

支撑部件包括用于向供应口供应第一液体的引入口。此外，支撑部件包括用于向头衬底中的第一液体通道供应第二液体的第一液体路径以及用于从第二液体通道排出第二液体的第二液体路径。

液体循环机构将第二液体从第二液体路径传送到第一液体路径。支撑部件的引入口可以包括用于供应液体的液体供应部件。液体供应部件可以包括用于装纳第二液体的功能。

对于用于形成在喷墨衬底上形成的供应通道和排出通道的方法没有特别的限制。从设计的观点来说，优选的是使用诸如RIE之类的干法刻蚀垂直地形成供应通道和排出通道。然而，从时间和成本的观点来说，通过利用干法刻蚀在一般晶片上形成小的贯通孔是不实用的。

另一方面，如果使整个喷墨衬底变薄，则可以使用干法刻蚀来有效地形成贯通孔。然而，如果使整个喷墨衬底变薄，则强度降低，使得由于流路形成部件的应力而在喷墨衬底中产生翘曲，并且生产率可能被极大地降低。

为了解决这种问题，如图6中所示出的，在喷墨衬底的与上面布置有流路形成部件的那侧相对的一侧形成凹陷部分。在凹陷部分的底部处将支撑部件和喷墨衬底接合。

结果，在维持喷墨衬底的强度的同时，可以使用干法刻蚀有效地在凹陷部分中形成喷墨供应口、供应通道和排出通道。更具体地说，由于喷墨衬底的边缘具有预定的厚度，因此可以维持强度。此外，由于在衬底薄的凹陷部分的底部中形成墨供应口和供应通道，因此可以将开口的尺寸形成得较小。

此外，根据本示例性实施例，在维持衬底强度的同时可以将墨供应口的开口形成得较小，使得有效地形成高密度喷嘴并且使喷墨记录头小型化。传统地，一般通过硅衬底的结晶各向异性刻蚀来形成墨供应口。然而，由于在结晶各向异性刻蚀中以预定的倾斜度来执行刻蚀，因此墨供应口的开口变大。

此外，如上所述，从时间和成本的观点来说，通过利用干法刻蚀垂直地形成墨供应口是不实用的。此外，如果通过使整个喷墨衬底变薄来减小墨供应口的开口，则如上所述降低了强度，并且变得容易产生喷墨衬底的翘曲。为了解决这种问题，根据本示例性实施例，所有墨供应口被布置在凹陷部分的底部中，使得墨供应口的开口尺寸可以被减小。结果，可以以高密度形成喷嘴并且可以使喷墨记录头小型化。

此外，由于不使整个喷墨衬底变薄，并且衬底的外周具有预定的厚度，因此可以维持强度，并且不产生翘曲。特别是，根据本发明，在流路形成部件上与墨流路分离地形成温度控制流路。因此本示例性实施例实现了其中可以将墨供应口和液体通道的开口形成得较小的更好的技术。

参考图6，如上所述，通过粘合剂4接合喷墨衬底1和支撑部件2。喷墨衬底1在与上面布置有流路形成部件3的表面相对的一侧包括凹陷部分。喷墨衬底1在凹陷部分的底部处被接合到支撑部件2。

在凹陷部分的底部中贯通喷墨衬底地形成全部的墨供应口8、多个供应通道11和多个排出通道13。墨供应口8、多个供应通道11和多个排出通道13由具有相对于喷墨衬底1的表面方向垂直的侧壁的贯通孔形成。

支撑部件2包括用于向墨供应口8供应墨的墨引入口(引入口)9。此外，支撑部件2包括用于向供应通道11供应温度控制液体的供应路径(即，第一液体路径)12以及用于从排出通道13排出温度控制液体的排出路径(即，第二液体路径)14。可以使用液体循环机构将温度控制液体从排出路径14传送到供应路径12。

在凹陷部分的底部处将支撑部件2接合到喷墨衬底1，使得墨供应口8和墨引入口9、供应通道11和供应路径12、以及排出通道13和排出路径14彼此连通。喷墨记录头可以包括用于向支撑部件2的墨引入口9供应墨的存储墨的墨供应部件(未示出)。

此外，如上所述，根据本示例性实施例，针对一个喷嘴阵列形成一个墨供应口8。在凹陷部分的底部中沿着喷嘴阵列以矩形形状形成多个墨供应口8的开口。

此外，支撑部件2包括装到凹陷部分中的凸起形状，并且墨引入口9、供应路径12和排出路径14在凸起部分的上表面上有开口。在接合时每一个墨引入口9被布置为与每一个墨供应口8连通，并且形成多个阵列。

此外，优选的是，支撑部件具有与头衬底的凹陷部分匹配的凸起部分。可以使用成型方法来制作这种支撑部件。

如上所述，根据本示例性实施例，喷墨衬底包括在与上面布置有流路形成部件的表面相对的一侧(背面)形成的凹陷部分。用于形成凹陷部分的方法与根据第一示例性实施例描述的一样。

根据本示例性实施例，流路形成部件包括多个由彼此空间地连通的墨排出口和第一液体流路形成的喷嘴阵列。针对每个喷嘴阵列形成至少一个供应口，并且全部供应口被形成在凹陷部分的底部中。此外，参考图6、图7和图8，沿着一个喷嘴阵列形成具有矩形开口的一个供应口。然而，这不是限制，并且可以针对一个喷嘴阵列形成多个供应口。

如果针对一个喷嘴阵列形成多个供应口，则可以在支撑部件中针对与同一个喷嘴阵列连通的每个供应口布置引入口。此外，可以针对与喷嘴阵列连通的多个供应口形成一个引入口。

此外，优选的是使用干法刻蚀形成墨供应口8、供应通道11和排出通道13。如果使用干法刻蚀，则侧表面可以被形成为相对于喷墨衬底的表面方向是垂直的，并且可以使开口尺寸更小。此外，除了使用干法刻蚀之外，可以使用激光来形成墨供应口8、供应通道11和排出通道13。

根据本发明的第三示例性实施例，将参考图6描述其中根据第二示例性实施例的温度控制流路(即，第二流路)是冷却流路的示例。

参考图6，使用0.3mm到1.0mm厚的硅衬底来形成喷墨衬底1。在喷墨衬底1的正面上形成多个排出能量产生元件7，诸如加热器。此外，在喷墨衬底1上形成的流路形成部件3构成墨流路5和排出口6。

此外，流路形成部件3形成冷却介质在其中流动的冷却流路10。形成喷墨衬底1的硅衬底具有<100>面的晶体取向。在墨排出口6的下面布置排出能量产生元件7。

墨流路5和墨排出口6被成行地布置并且形成多个喷嘴阵列。冷却流路10被布置在喷嘴阵列周围并且在喷嘴阵列之间。使用结晶各向异性刻蚀在喷墨衬底1的背面形成凹陷部分，并且露出的<100>面变为在喷墨衬底1和支撑部件之间的接合表面。

针对每个喷嘴阵列形成从接合表面到喷墨衬底1的正面地贯通喷墨衬底1的墨供应口8。从接合表面到喷墨衬底1的正面地贯通喷墨衬底1地形成用于向冷却流路10供应冷却介质的供应通道11和用于从冷却流路10排出冷却介质的排出通道13，以便与冷却流路的一部分连通。

支撑部件2包括用于向墨供应口8供应墨的墨引入口9。此外，使用粘合剂4接合支撑部件2和喷墨衬底1使得墨引入口9对应于墨供应口8。此外，支撑部件2包括用于向供应通道11供应冷却介质的供应路径12以及用于从排出通道13排出冷却介质的排出路径14。

从热的观点来说可以选择其热容量大并且稳定的液体(诸如水)作为冷却介质。此外，可以使用从墨排出口6排出的并且记录在记录介质上的墨作为冷却介质。

可以通过从液体入口加压以便被从液体出口推出去来传输液体介质。此外，可以通过从液体出口被吸出来传输冷却液体介质。可以使用能够传输液体的各种泵作为驱动源。泵被设置在喷墨打印机的主体上，并且可以与喷墨头1的冷却介质开口13连接。

如上所述，实现了冷却介质可以在其中循环的喷墨头，使得可以极大地改善由于起泡(bubbling)产生的热的排出。结果，即使在每单位时间输入到头的能量增大时，也可以减少在记录期间头的温度上升。因此可以减少诸如针对每一页的墨排出量变化或者在高温排出不稳定之类的问题，并且可以提高连续记录能力和记录可靠性。

此外，如图7中所示出的，优选的是布置冷却流路10，使得在布置为包围喷嘴阵列的冷却流路和产生热的加热器7之间的沿表面方向(水平方向)的最短距离(参考图7中的d)变得对于每个加热器大致恒定。

参考图7，加热器7被布置在排出口6正下方。如果距离d恒定，则均匀地排出热，使得可以使针对每个喷嘴的散热变得一致。

根据本发明，热扩散层可以被布置在头衬底上以便从排出能量产生元件上方的起泡部分扩展到第二液体流路。更具体地说，由金属形成的热扩散层被形成在排出能量产生元件上方并且扩展到第二液体流路。

利用这种配置，可以将排出能量产生元件中产生的热有效地传送到第二液体流路。此外，热扩散层还可以用作耐空化(cavitation-resistant)膜。

下面将详细描述第四示例性实施例。图9是示出由图6中示出的虚线框X包围的部分的放大截面图。

参考图9，在喷墨衬底1的硅衬底的正面上形成绝缘膜41和钝化膜42。加热器7(即，排出能量产生元件)被包括在绝缘膜41和钝化膜42中。绝缘膜41和钝化膜42由满足相应功能的膜(诸如硅氧化物膜或硅氮化物膜)形成。

在使用热起泡的墨排出方法中，在气泡消失时产生空化(cavitation)，这可能破坏加热器7并且导致断开连接。为了减少由于空化引起的破坏，一般在钝化膜42上布置耐空化膜。根据本发明，优选的是在钝化膜42上形成耐空化膜43。

考虑到强度和柔性，金属被用来形成耐空化膜。此外，在金属之中使用钽(Ta)来形成耐空化膜。

由于使用金属形成耐空化膜43，因此与周围的膜(即，绝缘膜41和钝化膜42)相比导热率非常高。因此，如图9中所示出的，通过从加热器7上方扩展到与冷却流路10邻近的区域地布置耐空化膜43，变得可以积极地将由加热器7产生的热扩散到冷却流路10。

结果，进一步提高冷却效率，并且可以减少由于连续排出引起的打印质量的恶化。优选的是，耐空化膜从加热器7上方的起泡部分扩展到冷却流路10并且形成冷却流路10的底表面。

图7是示出本发明的第五示例性实施例的平面图，并且可以确定冷却流路10的布局以及供应通道11和排出通道13的位置以便满足其功能。例如，可以如图10A和图10B中所示出地布置冷却流路10、供应通道11和排出通道13。

参考图10A，沿着喷嘴阵列的两侧布置多个冷却流路10。在每个冷却流路10的末端部分处布置供应通道11和排出通道13。利用该配置，可以减小流阻，并且可以容易地传送冷却介质。

参考图10B，形成一个冷却流路10，并且彼此接近地布置排出通道13和供应通道11。冷却流路10从供应通道11附近的液体入口开始沿着每个喷嘴阵列的两侧延伸，并且到达排出通道13附近的液体出口，并且被布置为大致包围每个喷嘴阵列。如图10B中所示出的，可以在喷嘴阵列之间形成两个或更多个冷却流路。

图11A、图11B、图11C、图11D、图11E、图11F和图11G是示出根据本发明的第六示例性实施例的喷墨记录头的制造方法的工艺截面图。参考图11A，设置了喷墨衬底101。在喷墨衬底101上形成加热器102和与加热器102连接的驱动电路(未示出)。

参考图11B，形成墨流路和冷却流路10的流路成型材料103。由于流路成型材料103必须是可以在后续工艺中去除的，因此可以使用铝或可溶解的树脂来形成流路成型材料103。墨流路的成型材料也被称为第一成型材料，并且冷却流路的成型材料被称为第二成型材料。

参考图11C，有机树脂被旋涂并且烘烤以便覆盖流路成型材料103，并且形成流路形成部件104。然后形成墨排出口105。

如果形成流路形成部件104的有机树脂是感光性的，则可以通过曝光和显影来形成墨排出口105。此外，如果有机树脂不是感光性的，则可以通过激光处理或者光刻和刻蚀来形成墨排出口105。

如果流路形成部件104要被形成在流路成型材料103上，则流路形成部件的厚度可能在喷嘴阵列的末端部分处变薄，并且因此妨碍在喷嘴阵列内均匀的起泡。为了解决这种问题，日本专利申请公开No.10-157150讨论了在喷嘴阵列外部进一步设置作为基底(base)的图案，以便提高流路形成部件的平坦度。根据本示例性实施例，在要形成冷却流路的位置中形成的流路成型材料也可以用作这种基底。

参考图11D，凹陷部分106在喷墨衬底101的背面被形成，并且变为与支撑部件的接合表面。可以使用利用碱溶液的结晶各向异性刻蚀来形成凹陷部分。如果要利用结晶各向异性刻蚀，则可以形成保护膜(未示出)来保护流路形成部件104。

参考图11E，贯通喷墨衬底101地形成墨供应口107、供应通道108和排出通道109。可以利用使用具有预定的开口图案的光致抗蚀剂掩模的干法刻蚀来形成贯通孔。作为深硅刻蚀技术的一个示例的博施工艺作为干法刻蚀方法是优选的。

参考图11F，流路成型材料103被溶解并且从墨供应口107、供应通道108、排出通道109和墨排出口105被去除。然后形成墨流路110和冷却流路111。通过考虑成型材料和流路形成部件的材料来选择流路成型材料103的去除剂。如果成型材料是铝，则可以使用酸或碱溶液作为去除剂，而如果成型材料是有机树脂，则可以使用可以洗提有机树脂的溶剂。

参考图11G，粘合剂116被用来在凹陷部分106的底部处将支撑部件112与喷墨衬底101结合。支撑部件112包括用于向墨供应口107供应墨的引入口113、用于向供应通道108供应冷却介质的供应路径114、以及用于从排出通道109排出冷却介质的排出路径115。

支撑部件112包括凸起部分、以及在凸起部分的上表面上有开口的引入口113、供应路径114和排出路径115。凸起部分的上表面与凹陷部分的底表面接合。

下面将参考图4和图5详细描述喷墨记录头的制造方法。本发明不限于下面要描述的示例性实施例。

图4A示出使用硅形成的喷墨衬底101和流路形成部件105。在喷墨衬底101的正面上形成刻蚀停止层123和加热器102(即，排出能量产生元件)。

此外，在加热器102和刻蚀停止层123上方形成绝缘层(未示出)。通过溅射500nm厚的铝来形成刻蚀停止层123。通过执行等离子体化学真空沉积(CVD)形成700nm厚的氧化物膜以作为该绝缘层。喷墨衬底101的厚度是700μm。此外，在喷墨衬底的背面上形成其厚度为600nm的热氧化膜106。

在喷墨衬底的正面上形成墨流路的成型材料103。利用正性光致抗蚀剂形成成型材料103。在喷墨衬底101和成型材料103上方形成流路形成部件104。还可以形成由聚醚酰胺树脂层形成的粘合层(未示出)来提高流路形成部件和喷墨衬底的粘附性。

使用聚醚酰胺树脂在喷墨衬底101的背面上形成用于形成凹陷部分的背面掩模107。参考图4B，形成保护性的抗蚀剂108来保护流路形成部件105和喷墨衬底的正表面免受碱刻蚀溶液影响。由TokyoOhka Kougyou Co.，Ltd.制造的“OBC”被用作保护性的抗蚀剂。

参考图4C，通过将喷墨衬底的背面浸入四甲基氢氧化铵水溶液(22wt％，83℃)中12小时，使用背面掩模107来执行结晶各向异性刻蚀。因此形成包括接合表面109的凹陷部分。凹陷部分的深度(即，从原始的背面位置到接合表面109的距离)是600μm。

参考图4D，然后去除背面掩模107和热氧化膜106。

参考图4E，形成墨供应口掩模110。感光性材料(由AZ ElectronicMaterials Co.，Ltd制造的AZP4620“产品名”)被用作墨供应口掩模110的材料。此外，该材料通过使用喷涂设备(由EVG Co.，Ltd.制造的EVG 150“产品名”)来被均匀地涂敷，被曝光并且显影，并且形成与墨供应口对应的开口图案。

参考图4F，使用墨供应口掩模110来执行干法刻蚀，并且在喷墨衬底101上形成墨供应口111。RIE被用作干法刻蚀方法。

参考图4G，去除在喷墨衬底101的背面上形成的墨供应口掩模110，并且然后去除刻蚀停止层103和绝缘层。

参考图4H，去除保护性的抗蚀剂108。此外，去除成型材料103，形成墨流路112，并且制造了排出元件衬底。

在凹陷部分的底表面处接合通过上述制造方法获得的支撑部件和排出元件衬底，使得墨供应口111和墨引入口彼此连通。因此获得喷墨记录头(参考图1)。氧化铝被用于形成支撑部件。

在喷墨衬底为晶片形态时执行图4和图5中示出的工艺。然后喷墨衬底在切片(dicing)工艺中被切出，并且变为如图中所示出的单个喷墨衬底。然后在支撑部件中的墨引入口周围涂敷粘合剂，并且将支撑部件与喷墨衬底20接合。

此外，对喷墨衬底和喷墨记录头执行电连接(未示出)。

已经使用利用上述制造方法制造的喷墨记录头执行了打印耐久性试验。获得了如下的结果，即，在各个颜色之间的密封的可靠性高，并且即使在执行高速打印时也实现了高的记录可靠性。

此外，将参考图1和图4详细描述通过上述制造方法形成的喷墨记录头的尺寸，以便具体地示出本发明的效果。

下面将参考图1描述根据本示例性实施例的喷墨记录头的尺寸。墨供应口的开口尺寸是100μm。在相邻的喷嘴阵列的墨供应口之间的距离b是1100μm。从位于边缘处的墨供应口到背面的凹陷部分的边缘区域的沿水平方向的距离c是300μm。

从背面的凹陷部分的边缘部分到喷墨衬底的边缘部分的距离d是500μm。因此整个喷墨衬底的宽度w变为4100μm。然后可以获得800μm的接合部分的宽度W。

图5是示出传统的喷墨记录头的截面图。参考图5，在除了凹陷部分之外的背面(即，图5中的喷墨衬底的最低表面)处将传统的喷墨记录衬底接合到支撑部件。结果，如果要获得相当于图1中示出的接合部分的宽度W的宽度W′，则如图5中所示出的，整个喷墨衬底变得更大。

更具体地说，接合部分的宽度“W′”与上述示例性实施例的尺寸类似地被设置为800μm。在这种情况下，图5中示出的墨供应口的开口尺寸a′是100μm。在相邻的喷嘴阵列的墨供应口之间的距离b′由于硅衬底的晶体取向而变大，即，变为1950μm。此外，c′变为150μm，而d′变为500μm。因此整个喷墨衬底的宽度w′变为5500μm，其较大。

如上所述，根据本发明，可以保证在支撑部件和头衬底之间的足够的接地面积，并且可以使头衬底的尺寸小型化。

根据本发明，可以在不降低头衬底的生产率的情况下提供高度可靠的并且具有高散热能力的液体排出头。结果，根据本发明的液体排出头可以应对打印速度的增大。

此外，根据本发明的其它方面，可以提供具有耐久性并且可以被小型化的液体排出头。换句话说，根据本发明，在维持头衬底的强度的同时可以减小供应口的尺寸，使得在维持耐久性的同时可以执行小型化。此外，由于可以以高密度形成排出口，因此还可以提高排出性能。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有的修改、等价结构与功能。

Claims (9)

1.一种液体排出头，包括：

流路形成部件，所述流路形成部件构成用于排出液体的排出口和与所述排出口连通的液体流路，并且包括多个喷嘴阵列，所述多个喷嘴阵列中的每一个喷嘴阵列由彼此空间地连通的所述排出口和所述液体流路形成；

头衬底，所述头衬底包括产生用于排出液体的能量的排出能量产生元件，并且在所述头衬底中针对每个喷嘴阵列形成用于向所述液体流路供应液体的供应口；以及

支撑部件，所述支撑部件包括用于向所述供应口供应液体的引入口，

其中所述头衬底在与上面布置有所述流路形成部件的表面相对的一侧包括凹陷部分，

其中所有供应口被贯通所述头衬底地形成在所述凹陷部分的底部中，以及

其中所述头衬底和所述支撑部件在所述凹陷部分的底部处被接合，使得所述供应口和所述引入口彼此连通。

2.根据权利要求1所述的液体排出头，其中所述供应口被沿着所述喷嘴阵列形成。

3.根据权利要求1所述的液体排出头，其中所述凹陷部分是通过各向异性刻蚀来形成的。

4.根据权利要求1所述的液体排出头，其中所述凹陷部分是通过结晶各向异性刻蚀来形成的。

5.根据权利要求4所述的液体排出头，其中所述头衬底是通过使用具有<100>面的晶体取向的硅衬底来形成的。

6.根据权利要求5所述的液体排出头，其中所述凹陷部分的底部是通过结晶各向异性刻蚀而形成的<100>面，并且该<100>面成为所述头衬底与所述支撑部件的接合表面。

7.根据权利要求1到6中任何一个所述的液体排出头，其中：

所述流路形成部件还构成第二液体在其中流动的第二液体流路；

其中用于向所述第二液体流路供应第二液体的第一液体通道以及用于从所述第二液体流路排出第二液体的第二液体通道被形成在所述头衬底中，以及

其中所述流路形成部件和所述头衬底被形成为使得所述第二液体流路、所述第一液体通道以及所述第二液体通道被形成为彼此连通，并且所述液体流路和所述供应口被形成为彼此连通。

8.根据权利要求7所述的液体排出头，其中所述第二液体流路包括通过其向所述第二液体流路供应第二液体的液体入口和通过其从所述第二液体流路排出第二液体的液体出口，以及

其中所述液体入口与所述第一液体通道连接，并且所述液体出口与所述第二液体通道连接。

9.根据权利要求7所述的液体排出头，其中由金属形成的热扩散层被形成在所述排出能量产生元件上，以致扩展到所述第二液体流路。

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