(57)【要約】  サーマルインクジェットヘッドは、抵抗体（１３０）から放散されインクを気化させずに基板（１２２）内を伝わる熱の一部分を冷却するために使用されるフィン（３５０）や突起（６５０）などの拡張面要素を備える。このヘッドは、光ビームと異方性エッチングを使用して製造される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク供給チャネル（１４０）がその中を通る基板（１２５）と、
前記インク供給チャネル（１４０）の１つまたは複数の内側壁から前記インク供給チャネル（１４０）内に延在する複数の拡張面要素（３５０，６５０）とを有することを特徴とする印刷ヘッド（１２０）。
【請求項２】
前記拡張面要素（３５０，６５０）のそれぞれは、インク射出構成要素（１２８，１３０，３１０）を備えた前記印刷ヘッド（１２０）の第２の面（１４２）と対向する前記印刷ヘッド（１２０）の第１の面（１４４）から突出するフィン（３５０）あるいは個別の粗さ要素（６５０）であることを特徴とする請求項１に記載の印刷ヘッド（１２０）。
【請求項３】
光ビームを使用して、基板（１２５）の第１の面（１４４）から延在し且つ前記基板（１２５）内で終端するインク供給チャネル（１４０）の第１の部分を形成することと、
異方性エッチングを使用して、前記基板（１２５）の残りの部分を除去して、前記チャネル（１４０）の第２の部分が、前記第１の部分から延在して前記第１の面（１４４）と反対側の基板（１２５）の第２の面（１４２）を貫通するように、チャネル（１４０）を拡張することと、
前記チャネル（１４０）内に拡張面要素（３５０，６５０）を形成することとを含むことを特徴とする印刷ヘッド（１２０）を形成する方法。
【請求項４】
異方性エッチングを使用して前記基板（１２５）の残りの部分を除去することは、前記チャネル（１４０）が前記第２の面（１４２）の方に延在するときに前記チャネル（１４０）にテーパを付ける働きをすることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記チャネル（１４０）内に前記拡張面要素（３５０，６５０）を形成することは、光ビームを使用して前記チャネル（１４０）の内壁にスロット（３６０）を形成することを含むことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記チャネル（１４０）内に前記拡張面要素（３５０，６５０）を形成することは、前記内壁にレジストを塗布し、光ビームを使用して前記レジストをパターン形成してエッチングすることによって、前記チャネル（１４０）の内壁にスロット（３６０）を形成することを含むことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記内壁にレジストを塗布することは、前記レジストを噴霧することを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記チャネル（１４０）を形成する前に前記基板の前記第２の側面（１４２）にインク射出構成要素（１２８，１３０，３１０）を形成することを更に含むことを特徴とする請求項３から請求項７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記チャネル（１４０）内に前記拡張面（３５０，６５０）を形成することは、前記光ビームを使用して、前記異方性エッチングの後で、前記チャネル（１４０）の内部を粗面化することを含むことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
印刷ヘッド（１２０）を冷却する方法であって、
前記印刷ヘッド（１２０）の基板（１２５）の第１の面（１４２）に形成された１つまたは複数の抵抗体（１３０）から、前記印刷ヘッド（１２０）の前記基板（１２５）を通して、１つまたは複数の拡張面要素（３５０，６５０）に熱を導くことであって、前記１つまたは複数の拡張面要素（３５０，６５０）は、前記第１の面（１４２）を通して前記第１の面（１４２）と反対側の前記基板（１２５）の第２の面（１４４）から通るインク供給チャネル（１４０）の内側壁から突出する、１つまたは複数の拡張面要素（３５０，６５０）に熱を導くことと、
インクが前記チャネル（１４０）内を通り、前記１つまたは複数の拡張面要素（３５０，６５０）を超えるときに、前記１つまたは複数の拡張面要素（３５０，６５０）から前記インクへ前記熱を移動させることとを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
サーマルインクジェット印刷ヘッドは、通常、例えばフォトリソグラフィなどの半導体処理方法を使用してシリコンなどの基板上に形成された印刷ダイを有する。印刷ダイは、通常、抵抗体と、インクが抵抗体を覆うように抵抗体にインクを送るインク送出チャネルとを備える。抵抗体に通電するために抵抗体に電気信号が送られる。通電された抵抗体は、抵抗体を覆っているインクを素早く加熱し、それによりインクが気化され、抵抗体と位置合わせされたオリフィスを介して射出され、用紙などの記録媒体上にインクドットが印刷される。
【０００２】
抵抗体から放散された熱の一部分は、インクを気化させず、基板を伝わり、その後インク送出チャネルを流れるインクの流れによって遠くに運ばれる。しかしながら、印刷ダイがまだ加熱され続け、印刷ヘッドが印刷を停止することがある。
【発明の開示】
【０００３】
本実施形態の以下の詳細な説明では、説明の一部を構成し、また実施できる特定の実施形態を図で示した添付図面を参照する。これらの実施形態は、開示した内容を当業者が実施できるほど十分に詳細に説明され、また、他の実施形態を利用することができ、請求内容の範囲から逸脱することなく、そのプロセス変更、電気的変更または機械的変更を行うことができることを理解されたい。従って、以下の詳細な説明は、限定する意味と解釈されるべきでなく、請求内容の範囲は、添付の特許請求の範囲とその均等物によってのみ定義される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
図１は、一実施形態によるインクを射出するための構成要素を示す、印刷ヘッド１２０の一部分の断面斜視図である。印刷ヘッド１２０の構成要素は、二酸化ケイ素層などの絶縁体層１２４を含む、例えば、シリコンなどのウェーハ１２２上に形成される。今後、基板（または、印刷ヘッド基板）１２５という用語は、ウェーハ１２２の少なくとも一部分と絶縁体層１２４の少なくとも一部分を含むものとする。単一のウェーハダイ上に、個別の印刷ヘッドをそれぞれ有するいくつかの印刷ヘッド基板を同時に形成することができる。
【０００５】
基板１２５に形成され、より具体的には障壁層１２８に形成されたチャンバ１２６からインク滴が射出され、障壁層１２８は、一実施形態では、印刷ヘッド基板１２５上にチャンバ１２６を画定する構造で積層されて、露光され、現像され、硬化された感光材料によるものでよい。
【０００６】
チャンバ１２６からインク滴を射出するための主な機構は、薄膜抵抗体１３０である。抵抗体１３０は、印刷ヘッド基板１２５上に形成される。抵抗体１３０は、当該技術分野で知られているような適切なパッシベ−ション層や他の層で覆われ、抵抗体を加熱する電流パルスを送るための導電性層に接続されている。各チャンバ１２６内に１つの抵抗体が配置される。
【０００７】
インク滴は、印刷ヘッドのほとんどを覆うオリフィス板１３４内に形成されたオリフィス１３２（図１にはその１つを切り取って示した）を通して射出される。オリフィス板１３４は、レーザーで除去したポリイミド材料から作成することができる。オリフィス板１３４は、障壁層１２８に接合され、各チャンバ１２６が、インク滴を射出するオリフィス１３２の１つとつながるように位置合わせされる。
【０００８】
チャンバ１２６は、各液滴が射出された後でインクが補充される。この点に関して、各チャンバは、障壁層１２８内に形成されたチャネル１３６とつながっている。チャネル１３６は、基板を貫通して形成された細長いインク供給チャネル１４０（図２）の方に延在する。別の実施形態によれば、図２に示したように、インク供給チャネル１４０は、インク供給チャネル１４０の長く両側に配置されたチャンバ列１２６の間の中心にあってもよい。一実施形態では、インク供給チャネル１４０は、インク射出構成要素（オリフィス板１３４を除く）が基板１２５上に形成された後で作成される。
【０００９】
インク液滴を射出するための前述の構成要素（障壁層１２８、抵抗体１３０など）は、基板１２５の上面１４２に取り付けられる。一実施形態では、印刷ヘッドの底面は、インクカートリッジのインクリザーバ部分に取り付けられてもよく、インク供給チャネル１４０が、例えば導管により底面で別の（またはオフ軸の）インクリザーバに結合され、インク供給チャネル１４０がリザーバへの開口部と流体連通されてもよい。これにより、補充インクが、インク供給チャネル１４０を通って基板１２５の底面から上面１４２の方に流れる。次に、インクは、上面１４２を横切って（即ち、チャネル１３６を通ってオリフィス板１３４の下に）流れ、チャンバ１２６を満たす。
【００１０】
図３Ａから図３Ｄは、別の実施形態によるインク供給チャネル１４０を形成する様々な段階における印刷ヘッド基板１２５（図１と図２）の一部分の断面図である。障壁層や抵抗体などの前述のインク射出構成要素は、簡略化するために単一層３１０として示されている。図３Ａで、基板１２５の底面１４４に形成された二酸化ケイ素などの絶縁体層３２０が、基板１２５の底面１４４の一部を露出するようにパターン形成されエッチングされる。図３Ｂで、インク供給チャネル１４０の一部分が、レーザビームなどの光ビームを使って基板１２５内に形成され、その結果、インク供給チャネル１４０が、底面１４４から基板１２５内の途中まで延在している。本明細書で使用されるとき、用語「光」は、任意の適切な波長の電磁エネルギーを指す。
【００１１】
図３Ｃでは、インク供給チャネル１４０が、例えば異方性エッチングを使ってエッチングされ、その結果、インク供給チャネル１４０が上面１４２を貫通する。一実施形態では、エッチングは、図３Ｃに示したように、インク供給チャネル１４０を広げる作用をし、上面１４２に向かって細くなるテーパ部分３３０を作成する。いくつかの実施形態では、エッチングは、光ビームで切断している間に形成された任意の酸化物を除去するための緩衝酸化物エッチングなどの洗浄エッチングを含むウェットエッチングである。次に、洗浄エッチングの後で、例えばテトラメチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）を使って、テーパ部分３３０を形成する異方性ウェットエッチングを行う。
【００１２】
光ビームを使ってインク供給チャネルの一部分を切除することは、レーザなしにこの部分をエッチングすることと対照的に、インク供給チャネルのサイズを制限する働きをし、このことは、小さい印刷ヘッドにとってきわめて重要なことがあることに注意されたい。残りの部分をエッチングして上面１４２までインク供給チャネルを開けることにより、光ビームを使って上面１４２までインク供給チャネルを開ける場合に起こり得る、上面１４２に形成されたインク射出構成要素の破壊が防止される。
【００１３】
次に、光ビームを使用して、インク供給チャネル１４０から延在してインク供給チャネル１４０に流体結合された複数のスロット３６０を切削することによって、図４に示したように基板１２５にフィン３５０を作成する。図３Ｄが、図４の線３Ｄ−３Ｄに沿って見られる断面であり、従って一実施形態では、レーザが、インク供給チャネル１４０の長さに沿った特定位置の断面の幅を広げて１対の対向するスロット３６０を形成することを示していることに注意されたい。また、基板材料のフィン３５０がスロット３６０の隣りに形成されていることにも注意されたい。一実施形態では、前述の洗浄エッチングは、スロットの形成後にスロット３６０を掃除するために実行される。図４の線５−５に沿って得た斜視図として図５に示したように、スロット３６０と、従ってフィン３５０は、底からテーパ３３０の付近まで、すなわち直前まで連続的に延在することに注意されたい。
【００１４】
別の実施形態では、異方性ウェットエッチング後に光ビームを使用して、インク供給チャネル１４０の内壁の粗さ要素６５０を形成することができ、この粗さ要素６５０は、図６にインク供給チャネル１４０の内壁の斜視図として示したように、インク供給チャネル１４０の内壁の表面積を大きくする働きをする。この後で、酸化物を除去するために緩衝酸化物エッチングを行ってもよい。粗さ要素６５０は、正方形、丸形、楕円形、長方形などのいくつもの形状を有することができ、あるいは表面から延在する円筒状ピンのフィンでもよい。
【００１５】
別の実施形態では、粗さ要素６５０の間のスロット３６０または空間６６０は、異方性エッチングを実行した後で図３Ｃの構造のインク供給チャネル１４０内にレジストを噴霧し、光ビームを使ってレジストをパターン形成し、例えば等方性ウェットエッチングを使用して露出基板材料を除去してスロット３６０または空間６６０を形成することによって形成される。
【００１６】
動作において、図５と図６に矢印によって示したように、インクは、インク供給チャネル１４０とスロット３６０または空間６６０を通して印刷ヘッドの底面から上面に流れる。図５と図６に示したように、フィン３５０または粗さ要素６５０は、インク供給チャネル１４０の内壁に対して実質的に垂直であり、インクの流れに対して実質的に垂直である。インクが流れるとき、層３１０の抵抗体が、基板１２５に熱を加える。熱は、インク供給チャネル１４０とフィン３５０または粗さ要素６５０の方に伝わり、インクの流れによって順々に遠くに送られる。図４と図５のフィン３５０と図６の粗さ要素６５０が、インクへの熱の流れに利用できる領域を大きくし、それによりインク流れへの伝熱を大きくする働きをし、従って基板１２５の温度を下げる働きをすることに注意されたい。
【００１７】
図７は、実施形態による印刷ヘッド７００の基板７２５の上面７４２の上面図を示す。印刷ヘッド７００は、基板７２５上に形成された抵抗体７１０を有する。一実施形態では、抵抗体７１０は、基板７２５の両側の外側面７３０と７３２の近くに形成される。抵抗体７１０は、図２に示したように基板内を通る内部チャネルの近くではなく、基板の両側の外側面７３０と７３２の近くに配置されること以外、図１と図２の抵抗体１３０と同じように構成され機能する。
【００１８】
フィンや、例えば、表面から突出するピンフィンなどの個別の粗さ要素などの複数の拡張面要素７５０は、側面７３０と７３２のそれぞれに形成される。一実施形態では、拡張面要素７５０は、図８に図７の線８−８に沿って得た図で示したように、基板７２５の上面７４２から底面７４４まで延在する連続的なフィンである。いくつかの実施形態では、光ビームを使用して、図７と図８に示したように各側面７３０と７３２に複数のスロット７６０を切削することによって、基板７２５に拡張面要素７５０を作成する。一実施形態の場合、前述の洗浄エッチングは、スロット７６０の形成後にスロット７６０を掃除するために実行される。他の実施形態の場合、光ビームを使用して、側面７３０と７３２のそれぞれに個別の粗さ要素を形成する。
【００１９】
一実施形態では、印刷ヘッド７００は、図８の矢印で示したように、拡張面要素７５０と実質的に平行に底面７４４から上面７４２に側面７３０と７３２に沿ってインクが流れるように構成される。インクは、次に、例えば図１のチャネル１３６と類似のチャネルによって抵抗体７１０まで導かれる。
［結論］
本明細書に特定の実施形態を示し説明したが、請求内容の範囲は、添付の請求項とその均等物によってのみ限定されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示の一実施形態による印刷ヘッドの実施形態の一部分の断面斜視図である。
【図２】本開示の実施形態による印刷ヘッド基板とインク射出構成要素の実施形態の上面図である。
【図３Ａ】本開示の実施形態によりインク供給チャネルの実施形態を形成する実施形態の様々な段階における印刷ヘッド基板の実施形態の一部分の断面図である。
【図３Ｂ】本開示の実施形態によりインク供給チャネルの実施形態を形成する実施形態の様々な段階における印刷ヘッド基板の実施形態の一部分の断面図である。
【図３Ｃ】本開示の実施形態によりインク供給チャネルの実施形態を形成する実施形態の様々な段階における印刷ヘッド基板の実施形態の一部分の断面図である。
【図３Ｄ】本開示の実施形態によりインク供給チャネルの実施形態を形成する実施形態の様々な段階における印刷ヘッド基板の実施形態の一部分の断面図である。
【図４】本開示の実施形態による印刷ヘッド基板の一実施形態の底面図である。
【図５】本開示の実施形態による図４の線５−５に沿って得られた斜視図である。
【図６】本開示の別の実施形態によるインク供給スロットの内壁の実施形態の斜視図である。
【図７】本開示の実施形態による印刷ヘッドの実施形態の上面図である。
【図８】本開示の実施形態による図７の線８−８に沿って得られた図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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