CN102398423B - 液体喷射头的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液体喷射头的制造方法，该方法包括以下的步骤：制备具有流路壁部件的基板；使流路壁部件与由光固化树脂构成并且用作喷射口部件的树脂层接合使得在内侧提供用作流路的空间；在树脂层中设置通孔，使得空间与外部空气连通；将树脂层的一部分曝光；加热树脂层的曝光部分；和从加热的树脂层去除未曝光部分以形成喷射口，由此在树脂层中形成喷射口部件。
Description
技术领域
本发明涉及用于喷射液体的液体喷射头的制造方法。
背景技术
在通过将墨喷射到记录介质上执行记录的喷墨记录方法中使用的喷墨记录头是典型的液体喷射头。喷墨记录头通常包含墨流路、设置在流路的一部分中的喷射能量产生元件、以及微细喷墨口，利用喷射能量产生部分产生的能量通过该微细喷墨口喷射墨。
日本专利公开No.2-24220公开了可应用于喷墨记录头的制造的液体喷射头的制造方法。在其中公开的方法中，液体流路的侧壁在具有多个喷射能量产生部分的基板上形成，以便能够在基板外周附近的位置处与外面连通并使得液体能够从该处被供给到流路内。然后，形成流路的顶部的光致抗蚀剂层被层叠于其上，并且，在用作流路的空间上的光致抗蚀剂被曝光、加热和固化。最后，光致抗蚀剂的未曝光部分被去除以在光致抗蚀剂中提供喷射口。
美国专利申请公开No.US2007/0070122公开了如下这样的方法，在具有从基板的表面贯穿到背面的液体供给口的基板的表面上加工液体供给口以形成流路的侧壁。然后，在其上层叠光致抗蚀剂层，并且，在最终用作流路的空间之上的位置处在光致抗蚀剂层中提供喷射口。
在日本专利公开No.2-24220中公开的方法中，当在光致抗蚀剂层中提供喷射口时，最终用作流路的空间中的气体被曝光之后的热加热并且膨胀。但是，由于流路在基板的外周与外部空气连通，因此，气体可被排出。并且，在美国专利申请公开No.US2007/0070122中公开的方法中，膨胀的气体可通过供给口被排出到硅基板的背面。通过有效地排出气体，可以防止光致抗蚀剂由于膨胀的气体而变形。
但是，由于在日本专利公开No.2-24220中公开的液体喷射头的结构中供给口被设置在基板的侧端，因此，对于长的液体喷射头，液体再填充特性可能依赖于供给口和喷射口之间的距离而改变。
另一方面，对于在美国专利申请公开No.US2007/0070122中公开的方法，由于具有开口的基板不牢固，因此，当在基板上形成光致抗蚀剂时，基板会由于被施加的应力而变形。另外，在具有开口的基板表面上形成平坦层是困难的。因此，可能需要特殊的平坦化处理。
如上所述，通过常规的技术，可从供给口排出因光刻而膨胀的气体。但是，头的喷射性能和制造过程受到限制。
发明内容
本发明可提供一种对于头结构和制造过程的限制很少的、具有通过高效地排出因光刻而膨胀的气体被精确地形成的喷射口部件的液体喷射头的高产量制造方法。
本发明是一种液体喷射头的制造方法，所述液体喷射头包含具有喷射口的喷射口部件和具有流路的内壁的流路壁部件，液体通过所述喷射口被喷射，液体通过所述流路被提供给所述喷射口，该方法依次包括以下的步骤：制备具有所述流路壁部件的基板；将流路壁部件接合到由光固化树脂构成并且用作所述喷射口部件的树脂层，使得在内侧提供用作流路的空间；在所述树脂层中提供通孔，使得所述空间与外部空气连通；将所述树脂层的一部分曝光；加热所述树脂层的曝光部分；和从被加热的所述树脂层去除未曝光部分以形成喷射口，由此形成所述喷射口部件。
从下文参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1A～1C是根据本发明的实施例的记录头的制造方法的制造过程中的记录头的示意性截面图。
图2A～2E1是根据本发明的实施例的记录头的制造方法的制造过程中的记录头的示意性截面图。
图3是根据本发明的例子的记录头的制造方法的制造过程中的记录头的示意图。
图4是根据本发明的实施例的喷墨记录头的示意性透视图。
图5A～5F是根据本发明的实施例的记录头的制造方法的制造过程中的记录头的示意性截面图。
具体实施方式
以下将参照附图描述本发明。
液体喷射头可被安装在诸如打印机、复印机、具有通信***的传真机或具有打印机的文字处理器的装置中作为喷射记录墨的喷墨记录头。液体喷射头也可被安装在与各种处理装置组合的工业记录***中。另外，液体喷射头可被用于制造生物芯片、用于印刷电子电路和用于喷涂药物。
第一实施例
以下将描述使用墨作为要被喷射以在记录介质上形成记录图像的液体的喷墨记录头(记录头)的制造方法，该方法是本发明的液体喷射头的制造方法的例子。在以下的描述中，相同的附图标记在各附图中指的是相同的结构(即，具有相同的功能的结构)，并且，省略其描述。
图4是根据第一实施例的示例性记录头的部分透明示意性透视图，该图以部分切除的方式示出记录头。如图4所示，记录头包含硅基板1，在硅基板1上以预定节距成行地布置产生用于喷射墨的能量的能量产生元件2。在基板1上形成用作接触层的聚醚酰胺(polyetheramide)层(未示出)。并且，在基板1上、与具有墨流路8的壁的流路壁部件一体化地形成位于能量产生元件2之上的具有喷射口11的喷射口部件6。此外，基板1具有在能量产生元件2的行之间、贯穿基板1的墨供给口13。墨供给口13通过流路8与各喷射口11连通。当能量产生元件2向从墨供给口13供给到墨流路8的墨施加压力时，从喷射口11喷射墨滴。因此，利用沉积于记录介质上的墨滴执行记录。在设置在喷射口部件6中的喷射口行的端部处设置对图像的记录不起作用的喷射口7。这些喷射口7被用于记录头的恢复。
参照图1A～1C，将描述根据第一实施例的记录头的制造方法。图1A～1C和图2A～2E是沿图4中的线B-B′切取的示意性截面图，示出各步骤中的基板1的垂直截面图。图2A1～2E1是分别与图2A～2E对应的沿图4中的线A-A′切取的示意性截面图，示出各步骤中的基板1的垂直截面图。
如图1A所示，在基板1的能量产生元件2被设置于其上的表面上形成由例如硅化合物构成的绝缘保护膜4。在基板1的背面上形成当形成墨供给口13时被使用的掩模10。通过镀敷或膜沉积形成用于电连接的电气焊盘。电气焊盘、布线线路、驱动元件没有被示出。
如图1B所示，通过旋涂等在图1A所示的基板1上沉积由光固化树脂构成的用作流路壁部件的层。通过光刻法将该层构图以形成具有流路8的内壁的流路壁部件5。可以在流路壁部件5下面形成用于改善接触的聚醚树脂层。
然后，如图1C所示，在参照图1B描述的流路壁部件5上设置由基膜支撑并且形成喷射口部件6的膜状负型光敏树脂层6a。然后，去除基膜(未示出)。从固化速度和固化后的强度的观点看，希望的光固化树脂是其的基体树脂是环氧树脂并且包含光正离子引发剂的负型光敏树脂。树脂层6a和流路壁部件5被接合在一起，使得在其中形成和密封用作流路的空间8a。膜状负型光敏树脂例如可从TOKYOOHKA KOGYO CO.，LTD得到、商品名为“TMMF”或者可从MicroChem Corp.，得到、商品名为“XP SU-8 3000”。为了提高接合强度，希望树脂层6a的材料和流路壁部件5的材料具有相同的组成。
然后，如图2A1所示，通过使用激光等在树脂层6a中提供通孔7，使得被流路壁部件5和树脂层6a围绕的内部空间8a与外部空气连通。由于通孔7在随后的加热步骤中用作气体选出孔，因此，希望以分散的方式在树脂层6a中提供通孔7。在提供通孔时可使用的激光的例子包含使用氪和氟气体的准分子激光以及YAG激光等。合适的激光的选择依赖于树脂层6a的材料。在绝缘保护膜4上形成吸收用于加工树脂的激光的由诸如铜、金和钽或它们的合金的金属构成的激光阻止层3。由于激光阻止层3吸收透过树脂层6a的激光，因此，激光阻止层3显著减少对基板1的损伤。当使用CO2激光(波长：10600nm)时，由于该CO2激光对于基板1导致较少的损伤，因此激光阻止层3不是必需的。也可通过诸如干蚀刻或钻孔的机械加工提供通孔7。可以使用任何其它的提供孔的方法，只要可以在使得空间8a中的气体不膨胀直到树脂层6a实质变形的程度的低温下提供孔即可。通孔7对于记录图像的形成不起作用，并且可在面对能量产生元件的部分处形成。在一个例子中，通孔可在面向能量产生元件且对于记录图像的形成不起作用的部分处形成。如图2A所示，在该阶段中还没有形成有助于图像形成的喷射口。
然后，如图2B和图2B1所示，为了形成喷射口部件6，在使用掩模20阻挡入射到变为喷射口11的部分上的光的同时，使树脂层6a的一部分曝光。此时，为了去除延伸到流路壁部件5之外的树脂层6a的部分，入射到该部分上的光可被阻挡。虽然可以在面向能量产生元件2的位置处形成喷射口11，但是，喷射口11不必须在这些位置处形成。
然后，如图2C和图2C1所示，树脂层6a被加热以使曝光的部分固化。可通过从基板的表面使用烤炉等或者从基板的背面使用热板等，在腔室中加热树脂层6a。可根据光固化树脂的性质适当地选择加热温度。虽然最终用作流路的空间8a中的气体(空气或置换气体等)在此时膨胀，但是，由于气体被从通孔7排出，因此，树脂层6a基本上不变形。因此，树脂层6a的曝光部分可在不从原本意图的水平降低加热水平的情况下被充分地固化，由此可以以高分辨率形成喷射口11，并且可以增加喷射口部件6的机械强度。
然后，如图2D和图2D1所示，树脂层6a的未曝光并由此未固化的部分被去除，以在树脂层6a中形成与流路8连通的喷射口11。因此，形成喷射口部件6。喷射口11被用于形成图像。另一方面，通孔7可被用作对图像形成不起作用的喷射口。但是，通孔7可与能量产生元件2相关联，从而它们可被用作用于图像形成的喷射口。
然后，如图2E和图2E1所示，通过光刻法在最终用作墨供给口13的部分处将基板1上的掩模10构图。然后，通过诸如湿蚀刻或干蚀刻的蚀刻去除硅基板1的一部分和覆盖最终用作墨供给口13的部分的绝缘保护膜4。因此，形成贯穿基板并且与流路8连通的墨供给口13。
然后，通过使用划片机等将基板1分成芯片。用于驱动能量产生元件2的电气布线线路被接合到各芯片，然后，用于供给墨的芯片容器部件被接合。因此，完成可安装到记录装置的记录头。
以下将基于例子更详细地描述本发明。
例子
图5A～5F是沿图4中的线A-A′切取的示意性截面图，示出各步骤中的基板1的垂直截面图。图3是沿从树脂层6a上方朝向基板的方向观察的树脂层6a的示意图，示出过程期间的树脂层6a的状态。
将描述根据例子1的喷墨记录头的制造方法。
首先，制备基板1，在该基板1的表面上，形成由发热材料构成的能量产生元件2以及包含由SiO和SiN构成的两个层并且通过等离子CVD被沉积的绝缘保护膜4。SiO和SiN保护电气布线以使其免受墨的影响。在基板1的背面上形成的用于形成墨供给口13的掩模10是氧化膜。用于电连接的电气焊盘以及激光阻止层3由Au构成并且通过溅射形成。激光阻止层也可由Cu或Ag构成。电气焊盘、布线线路和驱动元件未被示出。通过旋涂在基板1上形成具有18μm的厚度的负型光敏树脂膜，以形成流路的侧壁。由上述的材料构成的组成物1的组成如下。
组成物1
可从DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES，LTD.，得到、商品名为“EHPE3150”的环氧树脂：按重量100％
可从ADEKA CORPORATION得到、商品名为“SP-172”的光正离子引发剂：按重量6％
二甲苯(溶剂)：按重量100％
负型光敏树脂被曝光和显影以形成流路壁部件5(参见图1B和图5A)。
然后，由负型光敏树脂构成的膜状树脂层6a与基膜12一起被放置在流路壁部件5上(参见图5B)。通过干燥向由聚对苯二甲酸乙二醇酯构成的基膜涂布的以下的组成物2获得该膜状树脂层6a。
组成物2
可从DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES，LTD.，得到、商品名为“EHPE3150”的环氧树脂：按重量100％
可从ADEKA CORPORATION得到、商品名为“SP-172”的光正离子引发剂：按重量6％
在35℃的辊温度、35℃的台架温度、10mm/s的辊速度和0.2MPa的辊压力下，通过使用可从MCK CO.，LTD得到、商品名为“MDF-200C”的层压机来层叠膜状树脂层6a。树脂层6a与基膜12一起被放置在流路壁部件5上。
然后，向树脂层6a和基膜12两者发射激光，以在树脂层6a中形成具有10μm的直径的通孔7(参见图5C)，使得由流路壁部件5和树脂层6a围绕的封闭空间8a与空气连通。使用YAG激光的基波(波长：1064nm)，并且，适当地选择激光的输出和频率。因此，通过该激光提供贯穿基膜12和树脂层6a的孔。由于树脂层6a在被支撑的同时被加工，因此，防止由于利用激光加工树脂层6a而产生的副产品沉积于用作喷射口表面的树脂层6a的顶面上。
然后，通过使用可从CANON KABUSHIKI KAISHA得到的i线曝光FPA-3000i5(波长：365nm)，在要被提供喷射口的部分被掩模20覆盖的情况下(参见图2B)树脂层6a被曝光，以形成喷射口部件。此时，在A-A′截面的位置处，光被掩模20阻挡，使得树脂层6a中的围绕通孔7的部分不被曝光。因此，在树脂层6a中形成曝光部分6c，未曝光部分6b由于入射到其上的光被阻挡而余留在通孔7周围(参见图5D和图3)。
然后，树脂层6a在90℃被加热四分钟以使曝光部分固化(参见图2C和图5E)。因加热而膨胀的空间8a中的气体从通孔7被排出。通孔7周围的未曝光部分6b不被固化。
然后，执行显影以提供喷射口11。在A-A′截面的位置处，通过显影去除通孔7周围的未曝光部分6b，并且，形成用于形成图像的喷射口11，该喷射口11具有比通孔的直径大的15μm的直径(参见图2D和图5F)。因此，由于激光加工而为粗糙表面的喷射口11的内壁被平滑化，从而产生喷射口11的平滑内壁。这样，通孔7可被转变成用于形成图像的喷射口11。这使得通孔7能够被用作喷射口，从而不需要专用于通孔7的区域。因此，可以减少记录头的结构限制。
然后，最终用作墨供给口13的部分上的掩模10被构图以形成墨供给口13的开口图案。然后，通过从该开口使用氢氧化四甲基铵溶液，形成供给口13(参见图2E和图2E1)。
然后，通过使用划片机等将基板分成芯片。用于驱动能量产生元件2的电气布线线路被与各芯片接合，然后，用于供给墨的芯片罐部件被接合。因此，获得记录头。作为记录头的侧面观察结果，没有在喷射口表面发现翘曲。此外，通过该记录头获得没有模糊的良好的打印结果。
本发明使得能够实现结构和制造过程灵活的、具有通过在喷射口形成步骤中从设置在喷射口部件中的通孔高效地排出内部气体而被精确地形成并且被防止变形的喷射口部件的液体喷射头的高产量制造。
虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变更方式和等同的结构和功能。
Claims (8)
1.一种液体喷射头的制造方法，所述液体喷射头包含具有喷射口的喷射口部件和具有流路的内壁的流路壁部件，液体通过所述喷射口被喷射，液体通过所述流路被提供给所述喷射口，该方法依次包括以下的步骤：
制备具有所述流路壁部件的基板；
将所述流路壁部件接合到由光固化树脂构成并且用作所述喷射口部件的树脂层，使得在所述流路壁部件和所述树脂层的内侧提供用作所述流路的空间；
在所述树脂层中提供通孔，使得所述空间与外部空气连通；
将所述树脂层的一部分曝光；
加热所述树脂层的曝光部分；和
从被加热的所述树脂层去除未曝光部分以形成喷射口，由此形成所述喷射口部件。
2.根据权利要求1的方法，其中，
在所述通孔被形成之后，与所述流路连通的液体供给口被设置在所述基板中以便贯穿所述基板并且与所述空间连通。
3.根据权利要求1的方法，其中，
利用激光照射所述树脂层以提供所述通孔。
4.根据权利要求1的方法，其中，
被配置用于产生用于喷射的能量的能量产生元件被设置在所述基板的表面上，并且，
在所述树脂层中在面向所述能量产生元件的部分处提供所述喷射口和所述通孔。
5.根据权利要求3的方法，其中，
所述树脂层由基膜支撑，被接合到所述流路壁部件，与所述基膜一起被激光照射使得在所述树脂层中提供所述通孔，然后所述基膜被去除。
6.根据权利要求1的方法，其中，
具有所述通孔的树脂层被曝光以使得围绕所述通孔的部分保持不被曝光。
7.根据权利要求1的方法，其中，
制备基板的步骤包括以下的子步骤：
向所述基板涂布所述流路壁部件的材料；和
由所述材料形成所述流路壁部件。
8.根据权利要求4的方法，其中，
所述液体喷射头是被配置用于通过使用墨作为喷射液体在记录介质上形成记录图像的喷墨记录头，并且，
在所述树脂层中在对记录图像的形成不起作用的且面向所述能量产生元件的部分处，提供所述通孔。
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