形成打印头的方法与流程

1.本发明涉及喷墨打印头的领域。更具体来说，本发明涉及一种适用于几种不同的储液器(reservoir)配置的可配置的喷墨打印头(configurable inkjet printhead)，尤其涉及一种形成打印头的方法。


背景技术：

2.热喷墨技术，除了别的以外，还使用一种喷墨墨盒(inkjet cartridge)，所述喷墨墨盒的基本形式由储液器及打印头构成。储液器容置将由墨盒排出的流体，所述流体可为墨水，但也可为其他流体。给定的墨盒可能仅具有单个储液器(具有单一的待喷射流体)。然而，另一墨盒可能具有六个储液器，所述六个储液器容纳六种不同的待喷射流体。
3.打印头与储液器为流体连通，且在一些实施例中，包括三个主要层。第一层是电子层，有时由硅形成，且常常被称为互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，cmos)加热器芯片。所述芯片从芯片的一侧上的储液器接收流体，且通过形成在芯片中的通孔将流体传递到形成在芯片的另一侧上的加热器。
4.通过打印头的第二层(即流动沟道层)，将流体从通孔传导到加热器。沟道层形成从芯片中的通孔到气泡腔室的流体沟道或路径，所述气泡腔室围绕芯片上的加热器而形成在流动层中。打印头的第三个主要层是喷嘴层，所述喷嘴层包括：形成在气泡腔室上方的喷嘴孔洞，且当芯片中的加热器通电时，流体通过喷嘴孔洞被排出到某种衬底(如纸张)上。
5.喷墨技术用于多种应用中，因此，打印机墨盒往往要求多种配置及选项。举例来说，有一些是需要排出一种流体，且另一些是需要排出多种流体。此外，对于不同的应用，储液器中的将流体传导到加热器芯片的端口的配置可不同。
6.这些不同配置的储液器，往往需要不同配置的打印头。尽管对于给定的加热器芯片，改变沟道及喷嘴层的厚度及几何形状是常见的，但要求不同芯片的改变，实施起来可能相对昂贵。另外，有一些应用要求排出流体的不同几何形状，这在传统上也要求不同的芯片设计。
7.因此，所需要的是一种打印头设计，所述打印头设计倾向于能够至少部分地减少例如上述问题。


技术实现要素：

8.本发明提供一种通过形成加热器芯片而形成打印头的方法，来满足上述及其他需要。在衬底上界定具有外围的通孔区段，其中，沿着所述通孔区段的整个所述外围形成加热器。形成电连接到所述加热器中的每一个的迹线。在一些实施例中，然后，将加热器芯片存储达一时间段(period of time)。在存储所述加热器芯片之后，仅在所述通孔区段的作为所述通孔区段的子集(subset)的选定部分中形成通孔。通过在所述加热器芯片上形成第一层，而在所述加热器芯片上形成沟道层。在所述第一层中形成从所述通孔到所述加热器中的仅在所述加热器芯片上沿着所述通孔区段的所述选定部分设置的那些加热器的流动沟
道。在所述第一层中仅围绕所述加热器中的在所述加热器芯片上沿着所述通孔区段的所述选定部分设置的那些加热器形成气泡腔室。通过在所述第一层上形成第二层，及在所述第二层中仅在所述加热器中的在所述加热器芯片上沿着所述通孔区段的所述选定部分设置的那些加热器上方形成喷嘴，而在所述沟道层上形成喷嘴板。
9.通过此种方式，并非加热器芯片上的加热器及迹线中的全部均将用于最终的打印头，换句话说，那些加热器及迹线中的一些加热器及迹线将是多余的，且会被浪费。然而，由于使用的光刻及沉积工艺，因此，形成加热器及迹线中的全部，并不会比仅形成加热器及迹线的一部分浪费更多的材料，且与到目前为止仅使用单个掩模组及处理流程制作打印头相关联的便利性及成本节约是显著的。在稍后的处理中，此基本加热器芯片被配置成用于期望的特定应用的打印头。
10.在各种实施例中，衬底是硅衬底。在一些实施例中，加热器及迹线是沉积的金属。一些实施例包括：形成在所述加热器芯片中的存储器电路，所述存储器电路包含关于所述选定部分的配置的信息。在一些实施例中，存在三个通孔区段。在一些实施例中，存在三个通孔区段，且仅两个通孔区段是所述选定部分。在一些实施例中，存在三个通孔区段，且仅所述通孔区段的端部部分是所述选定部分。在一些实施例中，存在三个通孔区段，且仅两个通孔区段的端部部分是所述选定部分。在一些实施例中，存在三个通孔区段，且仅所述通孔区段的交替的端部部分是所述选定部分。
附图说明
11.当结合图考虑时，通过参照详细说明，本发明的进一步优点是显而易见的，所述图不是按比例绘制的，以便更清楚地显示细节，其中在全部几个视图中，相同的参考编号指示相同的元件，且在所述视图中。
12.图1是根据本发明实施例的喷墨储液器的透视图。
13.图2是根据本发明实施例的喷墨打印头的平面图及透视图。
14.图3是根据本发明实施例的打印头的剖视图。
15.图4是根据本发明实施例的加热器芯片的平面图。
16.图5是根据本发明实施例的沟道层的平面图。
17.图6是根据本发明实施例的喷嘴层的平面图。
18.图7是根据本发明第一实施例的修改后的芯片、沟道层及喷嘴层的平面图。
19.图8是根据本发明第二实施例的修改后的芯片、沟道层及喷嘴层的平面图。
20.图9是根据本发明第三实施例的修改后的芯片、沟道层及喷嘴层的平面图。
21.图10是根据本发明第四实施例的修改后的芯片、沟道层及喷嘴层的平面图。
具体实施方式
22.现在参照图，在图1中示出根据本发明实施例的喷墨墨盒100的透视图。在此实施例中，墨盒100具有：带有六个墨水储液器102a-102f的储液器本体104，但应理解，在其他实施例中，储液器本体104具有其他数目的储液器102，且储液器102可被不同地配置。打印头200(图1中未明确示出)附接在位置106中是此实施例，但在其他实施例中，打印头200附接在其他位置中，或者甚至与储液器本体104分离但流体连通。
23.现在参照图3，示出根据本发明实施例的打印头200的剖视图。在此实施例中，打印头200包括三个层，即加热器芯片302、流动沟道层304及喷嘴板层306。如图3中所示出，芯片302包括通孔202，所述通孔202与储液器本体104的储液器102(图3中未示出)流体连通。因此，通孔202向打印头200的其他部分提供流体。沟道层304包括流动沟道310，所述流动沟道310将流体从通孔202传送到气泡腔室312，所述气泡腔室312环绕加热芯片302中的加热器402。喷嘴层306包括：设置在沟道层304中的气泡腔室312及芯片302上的加热器402上方的喷嘴308，当加热器402通电时，流体通过喷嘴308被挤出。
24.应理解，打印头200的此种说明是非常基本的，但用于制作打印头200的构造方法及材料的更详细的说明将在别处容易地得到。
25.现在参照图4，示出根据本发明实施例的加热器芯片302的平面图，包括：加热器402、迹线404、及通孔区段202。导电迹线404将电荷传导到加热器402。然而，在图4中仅示出这些电迹线404中的一些电迹线404，以使得不会不必要地妨碍所述图，且出于类似的原因，在其他图中根本未进行示出。应理解，通孔区段202、加热器402及迹线404的数目及位置在图中仅是代表性的，且在其他实施例中，存在通孔区段202、加热器402及迹线404的不同的数目、位置及布置。
26.如下文所更详细阐释，在加热器芯片302的每一实施例中，全部的加热器402及全部的迹线404，围绕全部的通孔区段202的外围形成在芯片302上，而不管期望的加热器芯片302的端部配置，或者，换句话说，不管打印头200将与之配合的储液器本体104的配置，或者加热器芯片302将从中接收流体的储液器102的数目。以这种方式，与通过用于形成加热器402及迹线404的工艺来设计及制作加热器芯片302相关联的成本得到降低，因为不需要创建、制作及盘点多个不同的设计。
27.然而，一旦已形成加热器芯片302的加热器402及迹线404，便根据储液器本体104的配置以及储液器102的端口的数目及配置来定制芯片302的处理的平衡，即通孔区段202内的通孔的形成。然而，在实行此步骤及随后的步骤之前，可生产加热器芯片302且将加热器芯片302库存达一时间段，使得加热器芯片302的足够存储，可能够用于稍后的需求。根据加热器芯片302的生产需要，时间段是可变的。益处是，在这些单元的存储可被释放用于进一步的特定处理之前，到目前为止，只需要生产加热器芯片302的单个变型并进行盘点。
28.在如图4示出的一个实施例中，整个通孔区段202被完全切割成它们的整个长度。在其他实施例中，如以下更完整阐述的，仅切割通孔区段202的选定部分，或者换句话说，仅切割通孔区段202的子集。芯片302的设计的此种适应性，使得芯片302以及随后在芯片302上形成的定制层304及306能够被专门配置用于储液器本体104的期望配置，此往往会降低成本，如本文别处所述。
29.图5示出与图4所示芯片302一起使用的沟道层304，示出流动沟道310及气泡腔室312的完整补充。图6示出与图4所示芯片302一起使用的喷嘴板层306，示出喷嘴308的全部补充。图4、图5及图6示出根据本发明的打印头200的所谓的完全利用。
30.图2示出从芯片302的底部的根据本发明各种实施例的喷墨打印头200的平面图及透视图。打印头200c是如图4、图5及图6所示出的实施例，其中，通孔区段202中的全部已被完全切割，且沟道层304及喷嘴层306也已完全形成。打印头200d对应于图7中更详细阐述的实施例，打印头200b对应于图8中更详细阐述的实施例，打印头200a对应于图9中更详细阐
述的实施例，打印头200e对应于图10中更详细阐述的实施例。
31.现在参照图7，示出根据本发明另一实施例的加热器芯片302、沟道层304及喷嘴板306的平面图，其中，仅已切割通孔区段202的子集—所述两个外部的通孔区段202，但加热器402中的全部(及迹线404，未示出)均已通过之前的处理形成。类似地，仅已形成沟道层304中的与加热器芯片302中的所形成的通孔202对应的流动沟道310及气泡腔室312，且仅已形成喷嘴板306中的与加热器芯片302中的所形成的通孔202对应的喷嘴308。此实施例对应于图2中的200d，且可在储液器102具有两个出口(可能匹配两个储液器102)时使用。
32.现在参照图8，示出根据本发明另一实施例的加热器芯片302、沟道层304及喷嘴板306的平面图，其中仅已切割通孔区段202的子集—仅已切割所述两个外部通孔区段202的端部部分，但加热器402中的全部(及迹线404，未示出)均已通过之前的处理形成。类似地，仅已形成沟道层304中的与加热器芯片302中的所形成的通孔202对应的流动沟道310及气泡腔室312，且仅已形成喷嘴板306中的与加热器芯片302中的所形成的通孔202对应的喷嘴308。此实施例对应于图2中的200b，且可在储液器102具有四个出口(可能匹配四个储液器102)时使用。
33.现在参照图9，示出根据本发明另一实施例的加热器芯片302、沟道层304及喷嘴板306的平面图，其中，仅已切割通孔区段202的子集—仅已切割所有三个通孔区段202的端部部分，但加热器402中的全部(及迹线404，未示出)均已通过先前的处理形成。类似地，仅已形成沟道层304中的与加热器芯片302中的所形成的通孔202对应的沟道310及气泡腔室312，且仅已形成喷嘴板306中的与加热器芯片302中的所形成的通孔202对应的喷嘴308。此实施例对应于图2中的200a，且可在储液器102具有六个出口(可能匹配六个储液器102，如图1中所示出)时使用
34.现在参照图10，示出根据本发明另一实施例的加热器芯片302、沟道层304及喷嘴板306的平面图，其中仅已切割通孔区段202的子集—所述三个通孔区段202中的每一个的交替的相对的端部，但加热器402中的全部(及迹线404，未示出)已通过先前的处理形成。类似地，仅已形成仅沟道层304中的与加热器芯片302中的所形成的通孔202对应的沟道310及气泡腔室312，且仅已形成喷嘴板306中的与加热器芯片302中的所形成的通孔202对应的喷嘴308。此实施例对应于图2中的200e，且可在储液器102具有三个出口(可能匹配三个储液器102)时使用。
35.应理解，本文中可预期所形成的通孔202、流动沟道310、气泡腔室312及喷嘴308的许多其他配置。然而，在一些实施例中，仅形成与所形成的通孔202匹配的那些流动沟道310、气泡腔室312及喷嘴308，同时形成加热器402及迹线404中的全部，即使加热器402及迹线404中的一些加热器402及迹线404可能并不用于所有实施例。
36.以此种方式，可制作及贮存通过加热器402及迹线404的产生而完全形成的加热器芯片302，且然后可提取此批可适应的基本加热器芯片302，以形成定制的打印头200，因此，会节省与制作用于每个各别应用的完全定制的加热器芯片302相关联的库存及其他成本。
37.在一些实施例中，在加热器芯片302中形成识别元件(例如存储在cmos存储器406中的代码，如图4中所示出)，以指示特定配置。一个实施例利用例如以下简单的预定列表：00表示所有三个通孔202的完全利用(full utilization)；01表示双通孔设计；10表示200b的四通孔象限设计，且以此类推。
38.在另一实施例中，比特阵列(array of bits)界定喷嘴308的已形成且可使用的区。在其中三个通孔202被分成三段的实施例中，总共将存在九个区可用。举例来说，在此实施例中，可使用以下，来将完全利用编码在存储器中：
39.111
40.111
41.111
42.指示所有通孔202的所有区具有可用的喷嘴308，如200c所示出。将使用以下，来对200d的双通孔202实施例进行编程：
43.101
44.101
45.101
46.使用以下，对200b的四通孔202段进行编程：
47.101
48.000
49.101
50.出于例示及说明的目的，已呈现出本发明的实施例的前述说明。并不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。根据上述教示，明显的修改或变化是可能的。选择及阐述这些实施例是为了提供本发明的原理及其实际应用的例示，且使所属领域中的普通技术人员能够在各种实施例中利用本发明，并进行各种修改以适合预期的具体用途。当根据公平、合法及公正授权的范围进行解释时，所有这些修改及变化均处于由所附权利要求确定的本发明的范围内。