[发明专利]正面喷墨单片集成热汽喷墨打印头及其制造方法

说明书

本发明是关于热汽喷墨打印头，特别是关于正面喷墨，单片式结构，集成有墨水过滤器的热汽喷墨打印头。

热汽喷墨打印头可分为侧面喷墨和正面喷墨两大类。侧面喷墨的打印头一般由一块制作有加热电阻矩阵的硅片和一块制作有条形沟槽的塑料片粘结而成。这类打印头的缺点是电路连接线条太多，使得生产成本降低，产率提高，以及喷嘴排列密度增加都成问题，并且两片粘结要求对准精确，制造难度大。

正面喷墨的打印头可以避免上述存在的部分问题。正面喷墨打印头的基本构件通常包括喷嘴头，毛细管，集流腔，以及加热电阻器。商业打印头大都采用粘结技术将这些构件组合起来。每种构件采用不同的工艺进行制造。这些制造工艺都比较繁琐，因而生产费用比较高。

用得比较广的一种喷嘴头是用镍制造的。其制造方法是，在一块不锈钢片上形成光刻图形，以不锈钢片为基片镀镍形成喷嘴列阵，然后把镍片从不锈钢片上揭下来，粘结到复盖有薄膜加热电阻列阵的玻璃片或硅片上。这种制造方法的问题是，仍然是两片组合结构，不是标准的集成电路工艺，不能集成，降低成本很困难。

另一种喷嘴头是用晶向为(110)的硅片制造的。用KOH溶液腐蚀硅片形成垂直穿通硅片，口大底小的矩形槽。通糟形成前底部有复合结构的贴片，由贴片形成喷嘴列阵和加热电阻器。通糟开口贴一金属片，金属片有开口与墨水池连接。这种喷嘴头的制造也存在不少问题，主要是：(110)硅片不是常用的集成电路硅片；腐蚀形成矩形槽对硅片定向要求很严格，定向偏差超过0.3°就很难作出合乎要求的喷嘴列阵；硅片的两面都要进行加工，制造工艺比较复杂，加工精度也难保证。

本发明的目的就是提供一种新的正面喷墨打印头，这种打印头不再为上述打印头存在的问题所困扰，这种打印头具有如下显著特征：

1．打印头的所有构件都集成在同一块硅片上；

2．打印头用的硅片为(100)硅片，适合制造标准的打印头驱动电路，检测和控制电路；

3．加热电阻器布置在通墨毛细管的顶部，相邻加热电阻器由低热导的填料隔开，可以防止相邻加热电阻器的交叉影响；

4．加热电阻器可制作在通墨毛细管顶层的硅条里，使加热电阻器产生的焦耳热能直接通过硅层进入墨水，从而减少热能的散失，降低打印头的功耗；

6．打印头集成有墨水过滤器；

6．过滤器由微机械加工和硅器件加工技术形成。

对本发明进行辅助说明的附图包括：

图1．为本发明提供的正面喷墨打印头的部分切割透视图

图2．示意表示光照N-型硅阳极氧化装置

图3-图16。为本发明提供的正面喷墨打印头在各主要制造步骤部分切割透视图

下面结合附图对本发明提供的正面喷墨打印头及其制造方法进行说明。参考图1，本发明提供的正面喷墨打印头包括喷嘴阵列107，毛细管103，毛细管隔墙104，集流腔105，过滤器106，加热电阻器108，电路连线110，和压焊块112。制作打印头的材料包括硅衬底101，在硅衬底101上生长的硅外延层102，在硅外延层102上铺垫的绝缘介质层109，钝化介质层113，金属粘结层和防湿金属层114。毛细管103和集流腔105埋于外延层102之下，并以外延层102为其顶盖。过滤器106从硅衬底背面嵌入与集流腔105相连。喷嘴105穿越外延层102以及其上的铺垫层113和114，与毛细管103垂直相交。加热电阻器108布置于毛细管103顶部靠近喷嘴107处，加热电阻器之间有隔热槽相间(图中未标出)，连接加热电阻器的电路连线110处于绝缘介质层109和钝化介质层113之间。

打印头工作时，墨水从硅衬底101的底部流入过滤器106，过滤器的孔隙直径为1-3微米，墨水中含有的固体微粒被阻止进入孔隙，对墨水起到过滤的作用。流过过滤器的墨水充满集流腔105，由于墨水的表面张力作用，墨水会吸入与集流腔相连的毛细管103，并将毛细管充满。

电流脉冲通过毛细管103上的电阻器108产生焦耳热，热流的通路可以向上，向两侧，向后，和向下。电阻器108的上部是绝缘介质层109和钝化介质层113，两种介质的热阻都很大，流过的热量很少。电阻器的两侧是聚酰亚胺隔热槽111，热阻也很大，流过的热量也很少。电阻器108制作在硅条上，因硅条薄热阻大，往回流的热量也不多。电阻器108的下部是硅膜，热流经过这层硅膜进入毛细管103中的墨水，硅的热导系数比较大，大部分热流可以进入毛细管103中的墨水，使墨水汽化产生汽泡。