ПЕЧАТАЮЩАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ СТРУЙНОЙ ПЕЧАТИ, СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, СТРУЙНОЕ ПЕЧАТАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ ОДИНОЧНЫХ СЕКЦИЙ ПЕЧАТАЮЩЕЙ ГОЛОВКИ ДЛЯ СТРУЙНОЙ ПЕЧАТИ
PRINT HEAD FOR INKJET PRINTING, METHOD OF ITS MANUFACTURE, INKJET PRINTING DEVICE, AND METHOD OF ELECTRIC SEPARATION OF SINGLE SECTIONS OF PRINT HEAD FOR INKJET PRINTING

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к подложке печатающей головки для струйной печати, предназначенной для осуществления печати на носителе для печати путем выбрасывания чернил в соответствии со способом струйной печати, печатающей головке для струйной печати, имеющей упомянутую подложку, способу изготовления печатающей головки для струйной печати и струйному печатающему устройству.
Характеристика предшествующего уровня техники
Существует широко известная печатающая головка для струйной печати, включающая в себя камеры жидкости и нагревательные резисторы около камер жидкости, при этом в камере жидкости вызывается пленочное кипение за счет тепла, генерируемого посредством подачи питания на нагревательные резисторы, а энергия генерируемого пузырька вызывает выбрасывание чернил, находящихся в камере жидкости.
Во время печати нагревательные резисторы вышеупомянутой печатающей головки для струйной печати иногда подвергаются физическому воздействию, такому как влияние кавитации, обуславливаемой генерированием пузырьков, их сжатие и исчезновение в чернилах, и/или химическому воздействию чернил.
Чтобы защитить нагревательные резисторы от физического воздействия или химического воздействия, на них располагают верхний защитный слой, чтобы покрыть верхние участки нагревательных резисторов.
Этот верхний защитный слой находится в положении, где он может оказаться в контакте с чернилами. Кроме того, поскольку верхний защитный слой сформирован над верхними участками нагревательных резисторов, температура верхнего защитного слоя мгновенно растет. В такой агрессивной окружающей среде обычно вероятна коррозия верхнего защитного слоя. Соответственно, верхний защитный слой сформирован из материала, обладающего превосходной стойкостью к физическому воздействию и химическому воздействию, такой как стойкость к ударному воздействию, стойкость к тепловому воздействию и стойкость к воздействию коррозии. Более конкретно, верхний защитный слой сформирован из пленки металла - Та (тантала), элемента Ir (иридия) или Ru (рутения) из платиновой группы или аналогичного материала, удовлетворяющего вышеупомянутым условиям.
Причем эти материалы электропроводны. В случае если через верхний защитный слой течет ток, между верхним защитным слоем и чернилами время от времени происходит электрохимическая реакция, тем самым нарушая функционирование верхнего защитного слоя. Чтобы предотвратить это, между нагревательными резисторами и верхним защитным слоем размещают изолирующий слой (защитный слой, обладающий свойствами электрической изоляции), так что ток, подаваемый на нагревательные резисторы, не течет через верхний защитный слой.
При такой конфигурации возможен случай, когда по какой-либо причине происходит короткое замыкание и ток течет непосредственно от нагревательных резисторов или проводки, соединенной с ними, к верхнему защитному слою. В случае когда короткое замыкание вызывает протекание тока через верхний защитный слой, в области, через которую течет ток, между верхним защитным слоем и чернилами время от времени происходит электрохимическая реакция, вследствие чего верхний защитный слой становится хуже.
Чтобы предотвратить ухудшение большого участка верхнего защитного слоя из-за короткого замыкания, считают эффективным обеспечение верхнего защитного слоя таким образом, что в случае, когда происходит короткое замыкание, область верхнего защитного слоя, в которой происходит короткое замыкание, можно электрически отделять от другой области.
В выложенной патентной заявке Японии № 2001-080073 описано решение, в соответствии с которым для защиты составляющих элементов печатающей головки для струйной печати от электростатического разряда множество слоев тантала, расположение которых обеспечивает покрытие по отдельности нагревательных резисторов, соединены посредством плавких предохранительных элементов, каждый из которых перегорает в случае, когда происходит повреждение соответствующего нагревательного резистора.
Сущность изобретения
В такой конфигурации верхний защитный слой должен выполнять две функции. Одна из функций состоит в том, чтобы защитить нижележащие составляющие элементы под верхним защитным слоем от физического воздействия и химического воздействия, и эта функция является изначальной функцией верхнего защитного слоя. Чтобы выполнять эту функцию, верхний защитный слой должен иметь толщину на определенном уровне. Другая функция состоит в том, чтобы сформировать часть верхнего защитного слоя, выполняющую функции плавких предохранительных элементов и в случае повреждения одного из нагревательных резисторов обеспечивающую перегорание соответствующего плавкого предохранительного элемента. Поскольку для верхнего защитного слоя используют металл с высокой температурой плавления, такой как Та или элемент группы платины, для перегорания плавких предохранительных элементов необходима большая энергия. Соответственно, чтобы верхний защитный слой мог выполнять эту функцию, желательно сделать его как можно более тонким. Иными словами, существует проблема, заключающаяся в том, что согласно этим двум функциям выдвигаются противоречащие друг другу требования к толщине пленки. Например, существует опасение в связи с тем, что в случае, когда верхний защитный слой выполнен толстым для достижения длительного срока службы печатающей головки, перегорание плавких предохранительных элементов затрудняется, а надежность печатающей головки для струйной печати снижается.
Поэтому задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать печатающую головку для струйной печати, имеющую длительный срок службы и высокую надежность. Кроме того, еще одна задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать способ изготовления печатающей головки для струйной печати, подложку печатающей головки для струйной печати и струйное печатающее устройство.
В соответствии с данным изобретением, которое решает вышеупомянутые задачи, предложена подложка печатающей головки для струйной печати, содержащая: основание; множество нагревательных резисторов для нагревания чернил, причем нагревательные резисторы находятся на основании и вырабатывают тепло в случае подачи питания на нагревательные резисторы; первый защитный слой, находящийся на нагревательных резисторах и обладающий свойствами изоляции; и второй защитный слой, находящийся на первом защитном слое и обладающий электропроводностью, причем второй защитный слой включает в себя одиночные секции, расположение которых обеспечивает покрытие по отдельности множества нагревательных резисторов, общую секцию, соединяющую одиночные секции, и соединительные секции, заключенные между одиночными секциями и общей секцией и соединяющие одиночные секции и общую секцию, а соединительные секции находятся в положениях, где должен происходить контакт с чернилами, и включают в себя материал, который заменяется изолирующей пленкой за счет электрохимической реакции с чернилами.
При конфигурации согласно данному изобретению в случае, когда в верхнем защитном слое происходит короткое замыкание, электрохимическая реакция между верхним защитным слоем и чернилами приводит к формированию изолирующего слоя на соединительных секциях, соединяющих одиночные секции и общую секцию. Это позволяет отделить область верхнего защитного слоя, в которой происходит короткое замыкание, от других областей. Данное изобретение способствует отделению области верхнего защитного слоя, в которой происходит короткое замыкание, от других областей, не требующему большой энергии для перегорания плавких предохранительных элементов. Кроме того, в соответствии с данным изобретением в случае, когда верхний защитный слой разделен, этот верхний защитный слой не достигает высокой температуры, подобной той, которая имеет место в случае, когда плавкие предохранительные элементы перегорают. Соответственно, можно сократить причинение повреждения соплам.
Дополнительные признаки данного изобретения станут ясными из нижеследующего описания иллюстративных вариантов осуществления (приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи).
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлено схематическое перспективное изображение струйного печатающего устройства согласно первому варианту осуществления;
на фиг. 2А представлено схематическое перспективное изображение блока печатающей головки для струйной печати согласно первому варианту осуществления;
на фиг. 2В представлено схематическое перспективное изображение печатающей головки для струйной печати согласно первому варианту осуществления;
на фиг. 3А представлен схематический вид в плане участка вокруг секций термического воздействия подложки печатающей головки для струйной печати согласно первому варианту осуществления;
на фиг. 3В представлено сечение участка вокруг секций термического воздействия подложки печатающей головки для струйной печати согласно первому варианту осуществления;
на фиг. 4А представлен вид в плане области тонкой пленки верхнего защитного слоя согласно первому варианту осуществления;
на фиг. 4В представлено схематическое сечение области тонкой пленки верхнего защитного слоя согласно первому варианту осуществления;
на фиг. 5А-5С представлены принципиальные схемы согласно первому варианту осуществления;
на фиг. 6A-6F представлены схематические сечения для пояснения процесса изготовления печатающей головки для струйной печати согласно первому варианту осуществления;
на фиг. 7A-7F представлены схематические виды в плане для пояснения процесса изготовления печатающей головки для струйной печати согласно первому варианту осуществления;
на фиг. 8А и 8В представлены схематические виды области тонкой пленки верхнего защитного слоя согласно второму варианту осуществления;
фиг. 8C-8G представлены схематические виды для пояснения процесса изготовления печатающей головки для струйной печати согласно второму варианту осуществления;
на фиг. 9А и 9В представлены схематические виды области тонкой пленки верхнего защитного слоя согласно третьему варианту осуществления; и
фиг. 9C-9G представлены схематические виды для пояснения процесса изготовления печатающей головки для струйной печати согласно третьему варианту осуществления.
Описание вариантов осуществления изобретения
Ниже, со ссылками на прилагаемые чертежи, будет приведено пояснение струйного печатающего устройства, печатающей головки для струйной печати и подложки печатающей головки для струйной печати в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения.
Первый вариант осуществления
На фиг. 1 представлено схематическое перспективное изображение струйного печатающего устройства согласно первому варианту осуществления данного изобретения. Струйное печатающее устройство 1000, показанное на фиг. 1, включает в себя каретку 211 для установки блока 410 печатающей головки для струйной печати, показанного на фиг. 2A так, чтобы грань, с которой происходит выбрасывание чернил, печатающей головки 1 для струйной печати была обращена к носителю для печати.
Каретку 211 направляет и поддерживает направляющий вал 206, так что каретка 211 может двигаться в направлении основного сканирования, показанном стрелкой A. Направляющий вал 206 расположен так, что продолжается в направлении ширины носителя для печати. К каретке 211 прикреплен ремень 204. Ремень 204 соединен с электродвигателем 212 каретки посредством шкива. Движущая сила электродвигателя 212 каретки передается на каретку 211 через ремень 204, вследствие чего каретка 211 движется по направляющему валу 206.
К каретке 211 прикреплен гибкий кабель 213. Конфигурация гибкого кабеля 213 обеспечивает соединение с блоком 410 печатающей головки для струйной печати в случае, когда блок 410 печатающей головки для струйной печати установлен на каретку. В соответствии с данными печати на печатающую головку 1 для струйной печати передается электрический сигнал из блока управления, который не показан на чертеже.
Носитель для печати подается из секции 215 подачи листов и транспортируется транспортирующим валиком, который не показан на чертеже, в направлении транспортировки, то есть в направлении вспомогательного сканирования, показанном стрелкой B.
Струйное печатающее устройство 1000 осуществляет последовательную печать изображения на носителе для печати путем повторения операции печати с выбрасыванием чернил по мере движения печатающей головки 1 для струйной печати в направлении основного сканирования и направлении транспортировки, в котором происходит транспортировка носителя для печати, т.е. в направлении вспомогательного сканирования.
Как описано выше, струйное печатающее устройство 1000 согласно данному варианту осуществления представляет собой струйное печатающее устройство так называемого типа с последовательным сканированием, которое печатает изображение за счет движения печатающей головки 1 для струйной печати в направлении основного сканирования и транспортировки носителя для печати в направлении вспомогательного сканирования. Причем данное изобретение этим не ограничивается и применимо также к струйному печатающему устройству так называемого типа с построчной печатью, в котором используется печатающая головка для струйной печати, простирающаяся на всю ширину носителя для печати.
На фиг. 2А представлено схематическое перспективное изображение блока печатающей головки для струйной печати согласно первому варианту осуществления. Блок 410 печатающей головки для струйной печати, показанный на фиг. 2A, выполнен в виде каретки, в которой печатающая головка 1 для струйной печати выполнена как единое целое с картриджем 404 чернил. Внутри картриджа 404 чернил временно хранятся чернила и он подает чернила в печатающую головку 1 для струйной печати.
Блок 410 печатающей головки для струйной печати может быть установлен в каретке 211, показанной на фиг. 1, и демонтирован с нее. К блоку 410 печатающей головки для струйной печати прикреплен ленточный элемент 402 для автоматизированной сборки на ленточном носителе (АСНН), имеющий клемму для подачи питания. Питание избирательно подается с контактов 403 в секции 117 термического воздействия печатающей головки 1 для струйной печати через ленточный элемент 402.
При этом печатающая головка для струйной печати согласно данному изобретению не ограничивается формой вышеупомянутого блока, в котором печатающая головка для струйной печати выполнена как единое целое с картриджем чернил. Например, печатающая головка для струйной печати может быть выполнена в форме, предусматривающей установку картриджа чернил с возможностью снятия, а в случае, когда остающееся количество чернил в картридже чернил достигает нуля, картридж чернил демонтируют и устанавливают новый картридж чернил. Кроме того, печатающая головка для струйной печати может быть выполнена в форме, предусматривающей отдельность печатающей головки для струйной печати от картриджа чернил и подачу чернил по трубке и т.п.
Кроме того, печатающая головка для струйной печати согласно данному изобретению не ограничивается применимой к струйному печатающему устройству последовательного типа. Печатающая головка для струйной печати согласно данному изобретению может быть печатающей головкой для струйной печати, имеющей сопла, расположенные по области, соответствующей всей ширине носителя для печати, подобно той, которую применяют к струйному печатающему устройству построчной печати.
На фиг. 2В представлено схематическое перспективное изображение печатающей головки для струйной печати согласно первому варианту осуществления. Фиг. 2В представляет собой выполненный с частичным вырезом вид печатающей головки 1 для струйной печати.
В печатающей головке 1 для струйной печати согласно данному варианту осуществления на подложке 100 печатающей головки для струйной печати находится элемент 120, образующий проточные каналы. Между подложкой 100 печатающей головки для струйной печати и элементом 120, образующим проточные каналы, ограничено множество камер 132 жидкости, выполненных с возможностью хранить внутри чернила, проточные каналы 116 чернил, сообщающиеся с камерами 132 жидкости, и общую камеру 131 жидкости, сообщающуюся с камерами 132 жидкости через проточные каналы чернил. Подложка 100 печатающей головки для струйной печати имеет канал 130 подачи чернил, пронизывающий подложку 100 печатающей головки для струйной печати. Канал 130 подачи чернил расположен в соответствии с общей камерой 131 жидкости и выполнен в виде прямоугольника, простирающегося в направлении расположения множества камер 132 жидкости. Общая камера 131 жидкости сообщается с каналом 130 подачи чернил.
Камеры 132 жидкости включают в себя находящиеся внутри секции 117 термического воздействия. В положениях, соответствующих секциям 117 термического воздействия, в элементе 120, образующем проточные каналы, выполнены выбрасывающие отверстия 121. Кроме того, нагревательные резисторы 108 находятся в положениях, соответствующих секциям 117 термического воздействия подложки 100 печатающей головки для струйной печати.
В случае когда чернила подаются из картриджа 404 в печатающую головку 1 для струйной печати, эти чернила подаются в общую камеру 131 жидкости через канал 130 подачи чернил подложки 100 печатающей головки для струйной печати. Чернила, поданные в общую камеру 131 жидкости, подаются в камеры 132 жидкости через проточные каналы 116 чернил. В данном случае капиллярное воздействие вызывает подачу чернил, находящихся в общей камере 131 жидкости, в проточные каналы 116 чернил и камеры 132 жидкости, а у выбрасывающих отверстий 121 образуется мениск, вследствие чего можно поддерживать поверхности жидкости - чернил - стабильной.
Чтобы произошло выбрасывание чернил, осуществляют подачу питания на нагревательные резисторы 108, находящиеся в положениях, соответствующих камерам 132 жидкости, через проводку для генерирования тепловой энергии в нагревательных резисторах 108. В результате чернила в камерах 132 жидкости нагреваются и за счет пленочного кипения образуются пузырьки. Энергия образования пузырьков вызывает выбрасывание капель чернил из выбрасывающих отверстий 121.
На фиг. 3А представлен схематический вид в плане участка вокруг секций термического воздействия подложки печатающей головки для струйной печати согласно первому варианту осуществления данного изобретения. На фиг. 3В представлено частичное схематическое сечение подложки, выполненное по линии IIIb-IIIb, показанной на фиг. 3А.
Печатающая головка 1 для струйной печати, часть которой схематически показана на фиг. 3А и 3B, содержит подложку 100 печатающей головки для струйной печати и элемент 120, образующий проточные каналы, приклеенный к подложке печатающей головки для струйной печати. На фиг. 3А, которая является видом в плане, область, показанная как элемент 120, образующий проточные каналы, представляет собой поверхность контакта между элементом 120, образующим проточные каналы, и подложкой 100 печатающей головки для струйной печати.
Подложка 100 печатающей головки для струйной печати содержит кремниевое основание 101. На основании находится теплоаккумулирующий слой 102 для подавления рассеивания тепла, генерируемого нагревательными резисторами 108. Теплоаккумулирующий слой 102 выполнен из термически окисленной пленки - пленки SiO (оксида кремния), пленки SiN (нитрида кремния) или аналогичной пленки.
На теплоаккумулирующем слое 102 находятся слой 104 нагревательных резисторов и электродный слой 105 проводки. Слой 104 нагревательных резисторов выполнен из резисторов, выполняющих функцию элементов прямого преобразования электрической энергии в тепловую, которые генерируют тепло в случае подачи питания на элементы прямого преобразования электрической энергии в тепловую. Электродный слой 105 проводки выполнен из металлического материала, такого как Al (алюминий), Al-Si (алюминий-кремний) или Al-Cu (алюминий-медь), и функционирует как электрическая проводка.
Нагревательные резисторы 108 формируют путем удаления части электродного слоя 105 проводки, чтобы сформировать зазоры, и раскрытия соответствующих участков слоя 104 нагревательных резисторов. Более конкретно, электродный слой 105 проводки примыкает к слою 104 нагревательных резисторов и состоит из двух участков, между которыми находятся зазоры. Кроме того, нагревательные резисторы 108 состоят только из слоя 104 нагревательных резисторов. От одного участка электродного слоя 105 проводки к другому его участку, которые расположены отдельно, течет ток через нагревательные резисторы 108, вследствие чего нагревательные резисторы 108 вырабатывают тепло. Нагревательные резисторы 108 расположены так, что образуют множество, а канал 130 подачи чернил проходит вдоль направления расположения нагревательных резисторов 108.
Электродный слой 105 проводки соединен со схемой возбуждающих элементов или клеммой внешнего источника питания, которые не показаны, и может получать питание извне. В варианте осуществления, показанном на чертежах, электродный слой 105 проводки находится на слое 104 нагревательных резисторов, но возможно и формирование электродного слоя 105 проводки на основании 101 или теплоаккумулирующем слое 102, удаление части электродного слоя 105 проводки для формирования зазоров и расположение слоя 104 нагревательных резисторов поверх электродного слоя 105 проводки и этих зазоров.
На нагревательных резисторах 108 и электродном слое 105 проводки находится защитный слой 106, который защищает нижележащие составляющие элементы под защитным слоем 106 и функционирует как изолирующий слой. Защитный слой 106 выполнен из пленки SiO, пленки SiN или аналогичной пленки.
Верхний защитный слой 107 находится на защитном слое 106. Верхний защитный слой 107 защищает нагревательные резисторы 108 от химического воздействия и физического воздействия, обуславливаемого нагреванием нагревательных резисторов 108. В данном варианте осуществления верхний защитный слой 107 выполнен из Та (тантала) или элемента платиновой группы, такого как Ir (иридий) или Ru (рутений).
Верхний защитный слой 107 включает в себя множество одиночных секций, распложенных покрывая по отдельности верхние участки нагревательных резисторов 108 с изначальной целью защиты, и общую секцию 110, которая соединяет множество одиночных секций и которая расположена так, что обходит верхние участки нагревательных резисторов 108.
Обращаясь к фиг. 3А, в данном варианте осуществления одиночные секции верхнего защитного слоя 107, соответствующие примыкающим нагревательным резисторам 108, расположены с зазорами между ними в направлении расположения нагревательных резисторов 108. Общая секция 110 включает в себя полосовой участок, простирающийся в форме полосы в направлении расположения нагревательных резисторов 108 снаружи камеры 132 жидкости, и ответвляющийся участок, который ответвляется от полосового участка в камеры 132 жидкости и соединен с каждой одиночной секцией. Между одиночными секциями и ответвляющимся участком общей секции 110 предусмотрены области 113 тонкой пленки, в которых толщина пленки верхнего защитного слоя 107 мала. Более конкретно, области 113 тонкой пленки являются соединительными секциями, которые соединяют общую секцию 110 и одиночные секции верхнего защитного слоя 107, соответствующие нагревательным резисторам 108.
На фиг. 4А представлен схематический вид в плане области 113 тонкой пленки верхнего защитного слоя 107. На фиг. 4В представлено частичное схематическое сечение подложки, выполненное по линии IVb-IVb, показанной на фиг. 4A. Область 113 тонкой пленки верхнего защитного слоя расположена в областях, где происходит контакт с чернилами, таких как камеры чернил или проточные каналы чернил, в случае, когда печатающая головка для струйной печати сформирована. Верхний защитный слой 107 над нагревательными резисторами 108 выполнен имеющим большую толщину в диапазоне примерно 200-500 нм для достижения длительного срока службы. Кроме того, область 113 тонкой пленки верхнего защитного слоя выполнена имеющей малую толщину в диапазоне 10-50 нм, так что в случае, когда происходит короткое замыкание, в области тонкой пленки за счет анодирования легко образуется изолирующий слой. Толщина пленки в области 113 тонкой пленки предпочтительно находится в диапазоне 10-30 нм.
Конфигурация схем
На фиг. 5А представлена принципиальная схема согласно первому варианту осуществления данного изобретения. Электрическая схема печатающей головки 1 для струйной печати по существу идентична электрической схеме подложки 100 печатающей головки для струйной печати и ее пояснение будет опущено. Схема 115 выбора осуществляет выбор переключающего транзистора 114, предусмотренного для каждого из множества нагревательных резисторов 108, чтобы с его помощью осуществить возбуждение множества нагревательных резисторов 108. Одиночные секции верхнего защитного слоя 107, предусмотренные для покрытия верхних участков нагревательных резисторов 108, соединены с внешним электродом 111 посредством областей 113 тонкой пленки и общей секции 110. Общая секция 110 выполняет функцию электрической проводки. Внешний электрод 111 заземлен через струйное печатающее устройство 300. Источник 301 питания осуществляет возбуждение нагревательных резисторов 108 и приложение напряжения 20-30 В.
При этом поликристаллический кремний, используемый для обычного плавкого предохранительного элемента, имеет температуру плавления примерно 1400°C. В отличие от этого Та, используемый для верхнего защитного слоя 107, представляет собой металл, имеющий высокую температуру плавления - примерно 4000°C. Чтобы плавкий предохранительный элемент перегорел, необходимо расплавить и удалить по меньшей мере некоторый объем материала, образующего плавкий предохранительный элемент. Соответственно, в случае, когда плавкий предохранительный элемент сформирован из Та, необходима большая энергия, чтобы плавкий предохранительный элемент перегорел или расплавился. Однако в соответствии с данным изобретением верхний защитный слой 107 электрически срезают с помощью электрохимической реакции, чтобы заменить верхний защитный слой 107 изолирующим слоем вместо плавления и удаления верхнего защитного слоя 107. Соответственно, данное изобретение требует относительно малой энергии для электрического срезания верхнего защитного слоя.
Состояние, в котором происходит короткое замыкание, будет пояснено со ссылками на фиг. 5B. В случае когда происходит повреждение одного из нагревательных резисторов 108, защитный слой 106, выполняющий функцию изолирующего слоя, разрывается. Тогда часть верхнего защитного слоя 107 плавится и вступает в непосредственный контакт со слоем 104 нагревательных резисторов, а между слоем 104 нагревательных резисторов и верхним защитным слоем 107 происходит короткое замыкание 200. К нагревательным резисторам 108 постоянно приложено напряжение. Соответственно, в случае, когда между слоем 104 нагревательных резисторов и верхним защитным слоем 107 происходит короткое замыкание 200, к верхнему защитному слою 107 прикладывается напряжение, и верхний защитный слой 107 оказывается под таким же напряжением, как нагревательные резисторы 108. В случае когда возбуждение нагревательных резисторов 108 осуществляют при положительном напряжении, верхний защитный слой 107 мгновенно анодируется за счет электрохимической реакции между металлом, образующим верхний защитный слой 107, и чернилами, потенциал которых ниже, чем потенциал металла, и на поверхности, которая находится в контакте с чернилами, образуется оксидированная пленка.
В соответствии с данным изобретением области 113 тонкой пленки предусмотрены на соединительных секциях верхнего защитного слоя 107 между одиночными секциями, предусмотренными для покрытия верхних участков нагревательных резисторов 108, и общей секцией 110, соединяющей одиночные секции. В областях 113 тонкой пленки согласно данному изобретению толщина пленки верхнего защитного слоя 107 мала, как описано выше. Более конкретно, толщина пленки в областях 113 тонкой пленки верхнего защитного слоя 107 меньше, чем толщина пленки одиночных секций верхнего защитного слоя 107, покрывающих верхние участки нагревательных резисторов 108.
Толщина пленки, присущая оксидированной пленке, сформированной посредством анодирования, в общем случае соответствует величине приложенного напряжения. В случае когда к одному из нагревательных резисторов 108 приложено напряжение 20-30В, оксидированная пленка образуется на всей соответствующей области 113 тонкой пленки верхнего защитного слоя 107 в направлении толщины пленки, а область тонкой пленки заменяется изолирующим слоем. Иными словами, в случае, когда происходит короткое замыкание 200, область 113 тонкой пленки, примыкающая к одиночной секции верхнего защитного слоя 107, на котором происходит короткое замыкание, заменяется изолирующим слоем. Соответственно, поскольку вводится изолирующий слой, одиночная секция верхнего защитного слоя 107, в которой происходит короткое замыкание 200, электрически отделена от одиночных секций верхнего защитного слоя 107, который покрывает верхние участки других нагревательных резисторов 108.
Следовательно, области 113 тонкой пленки согласно данному изобретению, заключенные между одиночными секциями и общей секцией 110 верхнего защитного слоя 107, играют большую роль в достижении длительного срока службы всей подложки для струйной печати.
Верхний защитный слой 107 анодируется также в случае, когда, например, в защитном слое 106, который изолирует электродный слой 105 проводки от элементов на электродном слое 105 проводки или над ним во время изготовления, сформировано микроотверстие и т.п., вследствие этого верхний защитный слой 107 и электродный слой 105 проводки оказываются соединенными. Соответственно, во время изготовления проверяют, гарантируются ли свойства изоляции защитного слоя 106.
Ниже, со ссылками на фиг. 5C, будет пояснен тест для проверки свойств изоляции защитного слоя 106. На фиг. 5C представлена принципиальная схема во время теста проверки свойств изоляции защитного слоя 106. Проверку проводят, устанавливая иглу (штифт зонда) устройства зондового на внешнем электроде 111. Щуп зонда соединен с измерительным прибором 302. Измерительный прибор 302 выполняет функцию цифрового или аналогового измерения, используемую для различных тестов с целью проверки, нормально ли функционируют нагревательные резисторы 108 и переключающие транзисторы 114, и т.п. Проводят измерение протекающего тока путем приложения напряжения между верхним защитным слоем 107 и нагревательными резисторами 108 или между верхним защитным слоем 107 и электродным слоем 105 проводки, которое равно фактически приложенному напряжению в случае, когда используется печатающая головка, или выше этого фактически приложенного напряжения. Оптимальным было бы проведение этого теста, когда формируют верхний защитный слой 107 и формируют внешний электрод 111, к которому прикладывается электрическое напряжение. В данной ситуации, поскольку верхний защитный слой 107 и области 113 тонкой пленки не контактируют с чернилами, электрохимическая реакция, такая как анодирование посредством чернил, не происходит, даже если приложено напряжение. Соответственно, без каких-либо затруднений можно измерить ток утечки между верхним защитным слоем 107 и нагревательными резисторами 108 и/или между верхним защитным слоем 107 и электродным слоем 105 проводки.
Структура слоев печатающей головки для струйной печати и способ ее изготовления
Теперь в нижеследующем тексте будет приведено пояснение примера процесса изготовления печатающей головки для струйной печати согласно первому варианту осуществления. На фиг. 6A-6F представлены схематические сечения для пояснения процесса изготовления печатающей головки для струйной печати, показанной на фиг. 3А и 3B. Кроме того, на фиг. 7A-7F представлены схематические виды в плане для пояснения процесса изготовления печатающей головки для струйной печати, показанной на фиг. 3А и 3B.
Нижеследующий процесс изготовления осуществляют для основания 101, выполненного из Si, или основания, в которое заранее встроена схема возбуждения, имеющая полупроводниковые элементы, такие как переключающие транзисторы 114, для избирательного возбуждения нагревательных резисторов 108. Для упрощения пояснения, на прилагаемых чертежах показано основание 101, выполненное из Si.
2
Сначала (см. фиг. 6A) основание 101 подвергают воздействию методом термического окисления, методом распыления или методом химического осаждения из паровой фазы (ХОПФ) или аналогичным методом для формирования теплоаккумулирующего слоя 102, выполненного из термически окисленной пленки SiO в качестве нижнего слоя под слоем 104 нагревательных резисторов. Кстати, что касается основания, в которое заранее встроена схема возбуждения, то теплоаккумулирующий слой можно формировать во время процесса изготовления схемы возбуждения.
Далее (см. фиг. 6A), слой 104 нагревательных резисторов из TaSiN или аналогичного материала формируют на теплоаккумулирующем слое 102 посредством реактивного распыления так, что слой 104 нагревательных резисторов имеет толщину примерно 50 нм. Помимо этого, на слое 104 нагревательных резисторов формируют слой Al, который должен стать электродным слоем 105 проводки, посредством распыления так, что электродный слой 105 проводки имеет толщину примерно 300 нм. Одновременно с этим на слое 104 нагревательных резисторов и электродном слое 105 проводки осуществляют сухое травление методом фотолитографии для получения планарной формы, показанной на фиг. 7A. Причем в данном варианте осуществления в качестве метода сухого травления используют метод реактивного ионного травления (РИТ).
Далее, чтобы сформировать нагревательные резисторы 108, проводят влажное травление снова с помощью метода фотолитографии, чтобы частично удалить электродный слой 105 проводки, выполненный из Al, и частично раскрыть слой 104 нагревательных резисторов, как показано на фиг. 6A и 7B. При этом, чтобы достичь превосходных свойств охвата защитным слоем 106 на концах проводки, желательно осуществлять общеизвестное влажное травление для получения надлежащей скошенной формы на концах проводки.
После этого формируют пленку SiN в качестве защитного слоя, имеющую толщину примерно 350 нм, методом ХОПФ в плазме, как показано на фиг. 6B и 7C.
Далее, на защитном слое 106 формируют слой Та в качестве верхнего защитного слоя 107 посредством распыления так, что верхний защитный слой имеет толщину примерно 350 нм. Проводят сухое травление методом фотолитографии, чтобы частично удалить верхний защитный слой 107 и получить форму верхнего защитного слоя 107, показанную на фиг. 6C и 7D. На этой стадии верхний защитный слой 107 включает в себя одиночные секции, покрывающие нагревательные резисторы 108, общую секцию 110, соединяющую одиночные секции, и соединительные секции между одиночными секциями и общей секцией 110.
Затем осуществляют сухое травление методом фотолитографии только на соединительных секциях верхнего защитного слоя 107 между одиночными секциями и общей секцией 110 для формирования областей 113 тонкой пленки. Травление осуществляют не по всему верхнему защитному слою 107 в направлении толщины, и травление прекращают в случае, когда толщина верхнего защитного слоя 107 достигает примерно 30 нм. Областям 113 тонкой пленки придают форму, показанную на фиг. 6D и 7E. Области 113 тонкой пленки формируют в положениях, где предусматривается непосредственный контакт с чернилами в случае использования печатающей головки для струйной печати.
Затем, чтобы сформировать внешний электрод 111, осуществляют сухое травление методом фотолитографии для частичного удаления защитного слоя 106 и частичного раскрытия соответствующего участка электродного слоя 105 проводки, как показано на фиг. 6E.
В данном варианте осуществления слой Та, формируемый в качестве одного слоя, подвергают травлению наполовину, чтобы уменьшить толщину пленки в областях 113 тонкой пленки, как показано на фиг. 4B. Одиночные секции верхнего защитного слоя 107, покрывающие верхние участки нагревательных резисторов 108, имеют толщину 350 нм, которая достаточно велика, чтобы достичь длительного срока службы. В отличие от этого области 113 тонкой пленки, предусмотренные на соединительных секциях верхнего защитного слоя 107, имеют толщину 30 нм. В случае когда источник 301 питания имеет напряжение 24 В и происходит короткое замыкание 200, соответствующая область 113 тонкой пленки анодируется за счет электрохимической реакции с чернилами и вся область 113 тонкой пленки становится оксидированной пленкой Та, гарантируя свойства изоляции.
В этой ситуации тонкими могут быть только области 113 тонкой пленки, или можно также формировать всю общую секцию 110 как тонкую пленку. Однако общая секция 110 как электрическая проводка нуждается в эффективном пропускании тока и предпочтительно имеет толщину на определенном уровне. Например, общая секция 110 предпочтительно имеет такую же толщину (350 нм в данном варианте осуществления), как одиночные секции, покрывающие верхние участки нагревательных резисторов 108.
Далее (см. фиг. 6F), на верхней стороне подложки 100, на которой находится верхний защитный слой 107, расположен элемент 120, образующий проточные каналы. Элемент 120, образующий проточные каналы, ограничивает камеры жидкости в положениях, соответствующих нагревательным резисторам 108, между элементом 120, образующим проточные каналы, и подложкой 100. Области 113 тонкой пленки находятся в положениях, где предусматривается контакт с чернилами в случае использования печатающей головки для струйной печати. Кроме того, элемент 120, образующий проточные каналы, снабжен выбрасывающими отверстиями 121, расположенными так, что они обращены к нагревательным резисторам 108.
Посредством вышеупомянутого процесса изготавливают печатающую головку для струйной печати согласно первому варианту осуществления данного изобретения.
В соответствии с признаками данного варианта осуществления области 113 тонкой пленки верхнего защитного слоя 107 выполнены из Та. Электрохимическая реакция между верхним защитным слоем 107 и чернилами приводит к формированию изолирующей пленки в области тонкой пленки, вследствие чего участок, на котором происходит короткое замыкание, можно сделать электрически отделенным. Это может повысить надежность печатающей головки, имеющей относительно малую энергию и не требующей большой энергии, как в случае использования плавких предохранительных элементов, на которых происходит короткое замыкание. Помимо этого, в случае, когда участок, на котором происходит короткое замыкание, отделен, верхний защитный слой 107 не достигает высокой температуры, как в случае использования плавких предохранительных элементов, и поэтому можно уменьшить причинение повреждения соплам.
В соответствии с вышеизложенными признаками после отсоединения одного из нагревательных резисторов 108 (нагревателей) соответствующая область 113 тонкой пленки анодируется, становясь оксидированной пленкой Та, и сохраняется. Соответственно, даже после отсоединения нагревателя защитный слой 106 под областью 113 тонкой пленки можно защитить от элюирования чернилами.
Вышеизложенные признаки предусматривают, что после теста для проверки свойств изоляции вышеупомянутого защитного слоя и перед перевозкой к общей секции 110 в состоянии, в котором печатающая головка для струйной печати наполнена чернилами, можно приложить положительный потенциал для формирования изолирующего слоя с областями 113 тонкой пленки таким образом, что одиночные секции верхнего защитного слоя 107 заранее оказываются электрически разделенными. В этом случае, поскольку одиночные секции 107 уже электрически разделены перед использованием, нет необходимости иметь дело с последовательной заменой большого участка верхнего защитного слоя 107 в случае, когда во время использования происходит короткое замыкание.
Второй вариант осуществления
Ниже, со ссылками на фиг. 8A-8G, будет приведено конкретное пояснение второго варианта осуществления данного изобретения. Пояснение признаков, сходных с признаками первого варианта осуществления, будет опущено.
На фиг. 8А представлен схематический вид в плане области 113 тонкой пленки согласно второму варианту осуществления данного изобретения. На фиг. 8В представлено частичное схематическое сечение подложки, выполненное по линии VIIIb-VIIIb, показанной на фиг. 8A. Верхний защитный слой 107 разделен на верхний защитный слой 107a, имеющий толщину 300 нм, и верхний защитный слой 107b, имеющий толщину 30 нм, и оба эти защитных слоя 107a и 107b выполнены из Та на теплоаккумулирующем слое 102 в указанном порядке.
На фиг. 8C-8G показан пример процесса изготовления печатающей головки для струйной печати согласно второму варианту осуществления. Фиг. 8C идентична фиг. 6B, упоминавшейся при пояснении первого варианта осуществления. Этапы, проводимые для достижения состояния, показанного на фиг. 8C, идентичны этапам согласно первому варианту осуществления.
Слой Та, имеющий толщину примерно 300 нм, формируют в качестве верхнего защитного слоя 107а посредством распыления на защитном слое 106 подложки 100 в состоянии, показанном на фиг. 8C. Осуществляют сухое травление методом фотолитографии для частичного удаления верхнего защитного слоя 107a и получения формы верхнего защитного слоя 107a, показанной на фиг. 8D. На этой стадии верхний защитный слой не существует на участке, соответствующем области 113 тонкой пленки.
Далее слой Та, имеющий толщину примерно 30 нм, формируют в качестве верхнего защитного слоя 107b посредством распыления на верхней поверхности верхнего защитного слоя 107a. Затем осуществляют сухое травление методом фотолитографии для частичного удаления верхнего защитного слоя 107b и получения формы верхнего защитного слоя 107b, показанной на фиг. 8E. Этот верхний защитный слой 107b покрывает сформированный верхний защитный слой 107a. Как показано на фиг. 8A, где представлен вид в плане, верхний защитный слой 107b выступает наружу от верхнего защитного слоя 107a. Верхний защитный слой 107b также предусмотрен на вышеописанном участке, соответствующем области 113 тонкой пленки, с которой удален верхний защитный слой 107a.
Соответственно, в данном варианте осуществления область 113 тонкой пленки верхнего защитного слоя 107 выполнена из Та. Согласно этому признаку электрохимическая реакция между верхним защитным слоем 107 и чернилами приводит к формированию изолирующей пленки в области тонкой пленки, вследствие чего участок, на котором произошло короткое замыкание, может быть электрически отделен.
Последующие этапы, показанные на фиг. 8F и 8G, идентичны этапам согласно первому варианту осуществления, показанным на фиг. 6E и 6F.
В данном варианте осуществления толщина пленки в области 113 тонкой пленки определяется только на основании условий распыления для верхнего защитного слоя 107b и точность толщины пленки в области 113 тонкой пленки легко повысить.
Третий вариант осуществления
Ниже, со ссылками на фиг. 9A-9G, будет приведено конкретное пояснение третьего варианта осуществления данного изобретения. Пояснение признаков, сходных с признаками первого варианта осуществления, будет опущено.
На фиг. 9А представлен схематический вид в плане области 113 тонкой пленки верхнего защитного слоя 107 согласно третьему варианту осуществления данного изобретения. На фиг. 9В представлено частичное схематическое сечение подложки, выполненное по линии IXb-IXb, показанной на фиг. 9A. Верхний защитный слой 107 разделен на верхний защитный слой 107с, имеющий толщину 50 нм, и верхний защитный слой 107d, имеющий толщину 250 нм, и эти защитные слои 107c и 107d выполнены на теплоаккумулирующем слое 102 в указанном порядке. Верхний защитный слой 107c выполнен из Та, а верхний защитный слой 107d выполнен из металла группы платины - Ir.
Верхний защитный слой 107c и верхний защитный слой 107d сформированы в виде по существу идентичных структур. В области 113 тонкой пленки верхний защитный слой 107d удален и существует только верхний защитный слой 107c.
На фиг. 9C-9E показан пример процесса изготовления печатающей головки для струйной печати согласно третьему варианту осуществления. Фиг. 9C идентична фиг. 6B, упоминавшейся при пояснении первого варианта осуществления, а этапы, проводимые для достижения состояния, показанного на фиг. 9C, идентичны этапам согласно первому варианту осуществления.
Слой Та, имеющий толщину примерно 50 нм, формируют в качестве верхнего защитного слоя 107с посредством распыления на защитном слое 106 подложки 100 в состоянии, показанном на фиг. 9C. Потом посредством распыления формируют слой Ir, имеющий толщину примерно 250 нм, в качестве верхнего защитного слоя 107d. Далее осуществляют сухое травление методом фотолитографии для удаления участка, соответствующего области 113 тонкой пленки, и получения формы верхнего защитного слоя 107d, показанной на фиг. 9D.
Осуществляют сухое травление методом фотолитографии для частичного удаления верхнего защитного слоя 107c и получения формы верхнего защитного слоя 107c, показанной на фиг. 9E. Как показано на фиг. 9A, где представлен вид в плане, область, в которой находится верхний защитный слой 107d, лежит в пределах области, где находится верхний защитный слой 107с. Кроме того, в области 113 тонкой пленки нет верхнего защитного слоя 107d.
Последующие этапы, показанные на фиг. 9F и 9G, идентичны этапам согласно первому варианту осуществления, показанным на фиг. 6E и 6F.
В качестве материалов для защиты нагревательных резисторов печатающей головки для струйной печати в общем случае Ir используют для верхнего защитного слоя 107d, а Та используют для верхнего защитного слоя 107c соответственно. Эти материалы обладают электропроводностью.
Когда верхний защитный слой 107 вызывает электрохимическую реакцию с чернилами как раствором электролита, в случае, если составляющим материалом является Ir, сам Ir как поставщик ионов металла элюирует в чернила, а в случае, если составляющим металлом является Та, верхний защитный слой 107 анодируется, образуя оксидированную пленку. В данном варианте осуществления область 113 тонкой пленки верхнего защитного слоя 107 выполнена из Та. В данном варианте осуществления электрохимическая реакция между верхним защитным слоем 107 и чернилами приводит к формированию изолирующей пленки в области 113 тонкой пленки, вследствие чего участок, в котором происходит короткое замыкание, может быть электрически отделен.
Известно, что Ir непрочно сцепляется с SiN, образующим защитный слой 106. Кроме того, Ir является элементом платиновой группы, а травление обычно проводят более естественным методом. В этом случае существует вероятность, что SiN, образующий основу, тоже травится с высокой скоростью и что функционирование защитного слоя 106 нарушается.
С другой стороны, Та для верхнего защитного слоя 107c, заключенного между верхним защитным слоем 107d и защитным слоем 106, выполняет функцию повышения сцепляемости между этими слоями.
Соответственно, в данном варианте осуществления, в котором на защитном слое 106 предусмотрены верхний защитный слой 107c, выполненный из Та, и верхний защитный слой 107d, выполненный из Ir, в указанном порядке, и поэтому легко управлять травлением во время изготовления, а сцепляемость между слоями оказывается высокой.
В вышеописанном варианте осуществления Та используется как материал для области 113 тонкой пленки верхнего защитного слоя. Однако данное изобретение этим не ограничивается и для области 113 тонкой пленки можно использовать материал (такой, как Та, Cr, Ni или их сплав), который заменяется изолирующей пленкой в результате электрохимической реакции с чернилами.
В вышеописанном варианте осуществления Ir используется как материал для верхнего защитного слоя 107d. Однако данное изобретение этим не ограничивается и для верхнего защитного слоя 107d можно использовать другой элемент группы платины вместо Ir.
В вышеописанном варианте осуществления предусматривается формирование двух верхних защитных слоев. Однако данное изобретение этим не ограничивается и можно формировать три верхних защитных слоя или более. Кроме того, в случае, когда формируют множество верхних защитных слоев, количество материалов для верхних защитных слоев может составлять единицу и может составлять два или более при условии, что для области 113 тонкой пленки используется материал, который заменяется (материалы, которые заменяются) изолирующей пленкой в результате электрохимической реакции с чернилами.
Хотя данное изобретение описано со ссылками на возможные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми возможными вариантами осуществления. Объем притязаний нижеследующей формулы изобретения следует интерпретировать в самом широком смысле как охватывающий все такие модификации, а также эквивалентные конструкции и функции.