CN1214300A - 用于微注射装置的加热器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于微注射装置的加热器件及其制造方法,其中,一用于改进粘着力的附加粘着层插在一加热器电阻层和一电极层之间的边界表面上,从而,可以预先防止在两层之间形成间隙,明显提高整个装置的性能及使用寿命。

Description

用于微注射装置的加热 器件及其制造方法
本发明涉及一种用于微注射装置的加热器件及其制造方法，更具体地说，涉及一种用于微注射装置的加热器件，其中，一粘着层适当地放在一加热层和一电极层之间，以用于保持两层之间的极佳的粘着力，从而加强了两层之间的粘着力，以及用于制造这种装置的方法。
一般地，微注射装置广泛地用于喷墨打印头，医药应用场合的微泵和燃料注射装置等中。
和点式打印机不同，由于喷墨打印头的许多优点，它可以根据不同的墨盒来实现各种颜色，并且噪音小，改进打印质量，喷墨打印头的使用日益流行。
一般地，喷墨打印头提供有一带有微小直径喷嘴的打印头，这种打印头从一外部装置提供有一预定电压并加热喷嘴。然后，打印头将位于这种喷嘴中处于液体状态的油墨变成气泡，并使之扩展。然后，油墨滴注射出去，从而在打印纸上执行预定打印操作。
图1是一截面简图，示出了执行上述功能的传统喷墨打印头。
如图1所示，一传统的喷墨打印头包括一加热器截面100和一注射截面200。加热器截面100形成于膜6之下，并向膜6传送一定量的热能，从而，导致膜6的容积变化(volumetric transformation)。注射截面200形成于膜6之上，并根据膜6的容积变化来注射油墨滴。
在具有上述结构的传统喷墨打印头中，加热截面100按下面方式操作。
一由TaAl构成的加热器电阻层11形成于一支撑基底1的保护膜2上，它通过一外部装置提供的电能来加热。加热器电阻层11提供有来自由铝和镍构成的电极层3的电能，它形成于加热器电阻层11之上。
这里，电极层3是通过传统蚀刻工序来构图的。
然后，加热器电阻层11将电极层3提供的电能转变成500℃-550℃的热能，并向被电极层3和一加热器室阻拦层5包围的加热器室4传送这样转换的热能。
此时，加热器室4中填充工作液体(未显示)，由此可以很容易地产生蒸气压。工作液体通过加热器电阻层11传递来的热量很快被气化，气化产生的蒸气压被传递到膜6上。结果，膜6的容积扩展，产生相对位移。
这里，膜6是由具有快速容积转换特性的材料形成。例如镍，它可以根据传递来的蒸气压，快速扩展，并弯曲成圆形。膜6的容积转变影响其上形成的注射截面200。
下面将介绍注射截面200的操作。
首先，通过其容积转变，膜6朝其上形成的油墨室9强烈扩展，并被油墨室阻拦层7阻拦。
此时，油墨室9中填充有相应量的油墨，它在膜6的扩展作用下受到冲击并形成气泡，喷射到外面。
接着，油墨经过由喷嘴板8围绕的喷嘴10，快速排到外面的纸张上，从而执行打印。
如上所述，在传统的喷墨打印头中，用于根据预定量的热能扩展膜的加热器截面、用于根据该膜朝打印纸的扩展排出存储油墨的注射截面，分别协调地执行各自的操作，从而完成预定的打印工序。
然而，传统的喷墨打印头存在许多问题。
首先，加热器电阻层和电极层是由不同材料制成的，所以形成了一极弱的粘着结构。因此，如果执行蚀刻工序来构图电极层，任何不希望的化学反应会逐渐破坏两层之间的粘着结构。结果，在两层之间的边界表面上会形成一定大小的间隙。
其次，如果传统的器件使用了一段时间以后，保存在加热器室中的工作液体会漏到加热器电阻层和电极层之间的间隙中。所以，整个装置的使用寿命明显减短。
第三，如果膜振动了一段时间以后，由于振动压力的作用，加热器电阻层和电极层之间的间隙增大。所以，如上所述，使用寿命的减短变得更为严重。
第四，加热器电阻层和电极层之间间隙的增加会导致工作液体蒸气压的不规则产生。因此，膜的振动不规则，排到外部纸张上的油墨泡也不均匀。
第五，由于油墨泡的不均匀性，整个装置的打印质量明显降低。
第六，需要另外价格高的器件来改进加热器电阻层和电极层之间的粘着。
所以，本发明的一个目的是提供一种用于微注射装置的加热器件及其制造方法，其中，一独立的粘着层被插到加热器电阻层和电极层之间的边界表面上，以提高两层之间的粘着力，预先防止在两层之间形成间隙，从而，改进操作性能，延长整个装置的使用寿命。
根据本发明的一个方面，提供一种用于微注射装置的加热器件，包括：一基底，它具有一保护膜；一加热器电阻层，形成于上述保护膜上；一电极层，形成于上述加热器电阻层之上，它包括一电极衬垫，用于传送从外部装置提供来的电能；一粘着层，插在上述加热器电阻层和上述电极层之间；和一加热器室阻拦层，形成于上述电极层之上，以限定一接触上述加热器电阻层的加热器室。
最好是，加热器电阻层是由TiB2制成，粘着层是由钒、铬或镍构成。
根据本发明的另一方面，提供一种用于制造微注射装置用加热器件的方法，包括以下各步：在一基底上形成一保护膜和在上述保护膜上形成一加热器电阻层；在上述加热器电阻层上沉积一粘着层；在上述粘着层上沉积一第一电极层；在上述第一电极层上沉积一第二电极层；在上述第二电极层上形成一电极衬垫，并蚀刻和构图上述粘着层，上述第一和第二电极层；和在上述第二电极层上形成一加热器室阻拦层，和构图上述加热器室阻拦层，从而在上述加热器电阻层上形成一加热器室。
最好是，粘着层是通过溅射法来沉积的，其厚度为0.1μm～0.2μm，更好地为0.15μm，其表面电阻为180Ω/cm2～220Ω/cm2，更好地为200Ω/cm2。
最好是，电极衬垫的厚度为0.4μm～0.8μm，更好地为0.6μm。
最好是，加热室阻拦层的厚度为10μm～15μm，更好地为13μm。这里，最好通过等离子体蚀刻法为加热器室阻拦层构图。
最好是，在加热器阻拦层上还形成一光致抗蚀剂(PR)粘着层，以改进其与光致抗蚀剂之间的粘着。
这里，最好将PR粘着层形成为由铬或铜构成的单层，或铬和铜依次沉积的层。PR粘着层形成的厚度为1.5μm～3μm，最好为2μm。
最好，上述PR粘着层是通过化学蚀刻法来蚀刻的。
根据本发明的又一方面，提供一种用于微注射装置的加热器件，包括：一基底，它包括一保护膜；一加热器电阻层，形成于上述保护膜之上；一电极层，它与上述加热器电阻层接触，以传送电信号；一加热器室阻拦层，形成于上述电极层之上，以形成一与上述加热器电阻层接触的加热器室；一膜，形成于上述加热器阻拦层之上，以根据包含在上述加热器室中的液体容积的变化而振动；一油墨室阻拦层，形成于上述膜之上，以形成与上述膜接触的油墨室；和一喷嘴板，形成于上述油墨室阻拦层之上，以形成与上述油墨室接触的喷嘴；其中，一用于改进粘着力的粘着层插在上述加热器电阻层和上述电极层之间。
因此，在本发明中，可以防止在加热器电阻层和电极层之间形成间隙。
参考附图，通过对优选实施例的详细说明，本发明的上述目的和其它优点就会更加显示，其中：
图1是传统的喷墨打印头的截面简图；
图2是带有本发明的加热器件的微注射装置的截面简图；
图3是本发明加热器件的截面简图；
图4至图9示出了带有本发明的加热器件的微注射装置的操作的截面简图；和
图10A至图10G依次示出了本发明的微注射装置的加热器件的制造方法的截面简图。
下面将参考附图，更全面地介绍本发明，在这些附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以用多种不同形式来实现，并不局限于这里所提出的实施例；所以，这些实施例的提供仅是为了使本发明更加完整，并向那些熟悉该技术的人完整地阐述本发明的发明范畴。
图2是带有本发明的加热器件的微注射装置的截面简图，图3是本发明加热器件的截面简图。
如图2所示，一粘着层30插在一加热器电阻层20和电极层3之间，以加强这两层之间的粘着力。因此，即使是在执行蚀刻工序以为电极层3构图时，电极层3也不从加热器电阻层20上剥去，从而防止可能形成的间隙。
如图3所示，本发明的微注射装置的一加热器截面300包括：基底1，它包括一保护膜2；加热器电阻层20，形成于保护膜2之上；电极层3，形成于加热器电阻层20之上，以传递电能；一电极衬垫(electrode pad)40，形成于电极层3之上，以传递从外部装置提供的电能；粘着层30，它插在加热器电阻层20和电极层3之间；和加热器室阻拦层5，形成于电极层3之上，以形成加热器室4，它与加热器电阻层20接触。
在本发明的微注射装置的加热器截面300中，从外部电源提供的电源被传递至电极衬垫40上，然后通过电极衬垫40下面形成的电极3传递至加热器电阻层20上。
接着，加热器电阻层20将上述电能转化为热能，并将这样转化的电能传递到形成于其上的加热器室4中。因此，加热器室4中保留的工作液体被快速气化，从而产生一定的蒸气压。
这里，根据本发明的特性，加热器电阻层20是由TiB2制成。因此，加热器电阻层20保持与粘着层30(下面将介绍)有极佳的粘着。
传统的电极层是由不同于加热器电阻层的材料(如铝和镍)制成。因此，在执行蚀刻工序或产生膜振动时，在两层的边界表面上会形成一间隙。
然而，在本发明中，可以与加热器电阻层20和电极层3都保持极佳粘着的粘着层30被正确地插到两层的边界表面上，从而防止可能形成上述间隙。
根据本发明，粘着层30是由钒、镍、或铬(它与加热器电阻层20的TiB2和电极层30的铝或镍都有极佳粘着)制成。
同时，美国专利No.5,223,855“打印机用热头”介绍了一种与本发明相似的技术。然而，以前的技术和本发明的相似点仅在以前技术采用了一胶粘元件。以前技术中所用的胶粘元件主要起着通过一热转变、阻止两种不同相邻层之间快速热转变的作用。同时，本发明的胶粘层主要起着增加两层之间的粘着力，以防止层被剥去。
图4至图9是截面简图，示出了带有本发明的加热器件的微注射装置的操作。
如图4所示，从电极层3输出的电信号被传递到加热器电阻层20上，转变成热能，并送至加热器室4中。然后，存在加热器室4中的工作液体被气化，从而产生一定的蒸气压。
形成于加热器室4上的膜6在所产生的蒸气压的作用下慢慢扩展。结果，保持在油墨室9中的油墨50变成气泡。
这里，如图4和5所示，蒸气压根据工作液体的气化，相对于膜6沿垂直方向(H1-H2)运动，膜6沿水平方向(E1-E2,F1-F2)扩展。因此，如图6所示，油墨50达到准备注射的状态。
本发明的特征是粘着层30是插在加热器电阻层20和电极层3之间，并且可以防止由于两层之间的弱结构会产生一间隙。结果，可以防止加热器室4中的工作液体被漏到间隙中，从而延长了器件的使用寿命。
因此，在本发明中，可以通过粘着层30来防止形成间隙，所以，可以允许正常形成的工作液体的蒸气压从加热器室4传递至膜6，所以，膜6可以正常振动。因此，排到外部打印纸上的油墨泡50可以均匀形成。结果，明显改进了打印质量。
如果从电极层3输出的电信号被切断，膜6沿水平方向(G1-G2,J1-J2)收缩，如图7,8和9所示。在油墨室9和加热器室4中，产生收缩(I1-I2)和弯曲力(用K表示)。
此时，加热器电阻层20和电极层3通过本发明的粘着层30保持强的粘着力。因此，即使在上述收缩和弯曲力通过加热器室4影响加热器电阻层20和电极层3之间的边界表面时，也可以防止形成间隙。
然后，如图8和9所示，膜6沿顺时针方向弯曲，在表面张力的作用下，油墨50被变成椭圆形或圆形，并注射到外部打印纸上，从而，执行相应的打印。
图10A至10G依次示出了本发明微注射装置的加热器件的制造方法的截面图。
如图10A-10G所示，本发明的制造方法包括：在基底1上形成保护膜2和在保护膜2上形成加热器电阻层20；在加热器电阻层20上沉积粘着层30；在粘着层30上沉积一第一电极层3a；在第一电极层3a上沉积一第二电极层3b；在第二电极层3b上形成电极衬垫40；蚀刻和构图粘着层30和第一、第二电极层3a和3b；和在第二电极层3b上形成加热器室阻拦层5，和构图加热室阻拦层5，从而在加热器电阻层20上形成加热器室4。
下面将详细介绍本发明方法的各步。
如图10A所示，保护膜2形成于由硅等构成的基底1上，从而防止基底1被氧化。这样形成的保护膜2是由SiO2构成。
如图10B所示，由TiB2构成的加热器电阻层20沉积在保护膜2之上。
接着，由钒构成的粘着层30沉积在加热器电阻层20之上。
这里，根据本发明的特征，粘着层30是通过溅射方法来沉积的。所以，粘着层30被均匀地沉积在加热器电阻层20之上。
最好，粘着层30的沉积厚度为0.1μm～0.2μm，更好地为0.15μm，其表面电阻为180Ω/cm2～220Ω/cm2，更好地为200Ω/cm2。
接着，由铝制成的第一电极层3a和由镍制成的第二电极层3b沉积在粘着层30之上。
如图10C和10D所示，在第二电极层3b上沉积一光致抗蚀剂60，由金构成的电极衬垫40沉积在电极衬垫区上(它是由使用光致抗蚀剂60的构图工序来形成的)。
最好，电极衬垫40的厚度为0.4μm～0.8μm，更好地为0.6μm。
如图10E所示，电极层3和粘着层30通过使用光致抗蚀剂60的蚀刻工序来构图成相应的形式。
在传统的方法中，如果执行蚀刻工序来构图电极层3，由于化学反应的作用，加热器电阻层20和电极层3之间的粘着结构被逐渐破坏。因此，在这两层之间的边界表面上形成一间隙。
然而，在本发明中，与加热器电阻层20和电极层3都保持极佳粘着的粘着层30被插在两层之间的边界表面上。结果，两层之间的粘着结构可以保持稳定，即使在执行上述蚀刻工序时，在两层之间也不会形成间隙。
如图10F所示，由聚酰亚胺形成的加热器室阻拦层5沉积在电极衬垫40和第二电极层3b之间。这样形成的加热器室阻拦层5通过蚀刻工序(下面将介绍)除去，在加热器阻拦层5被除去的区域形成加热器室4。这里，根据本发明的特征，加热器室阻拦层5的沉积厚度为10μm～15μm，最好为13μm。
这里，根据本发明的特征，用于改进与光致抗蚀剂60的粘着的光致抗蚀剂粘着层70沉积在加热器室阻拦层5。此时，光致抗蚀剂粘着层70形成为由铬或铜构成的单层，或形成为一铬和铜依次沉积的层。
一般地，这种金属被认为与光致抗蚀剂具有极佳的粘着力，所以，光致抗蚀剂60沉积在光致抗蚀剂粘着层70上，并通过蚀刻工序(如光刻)除去，从而使光致抗蚀剂粘着层70可以构图成相关形式。
这里，最好，光致抗蚀剂粘着层70的沉积厚度为1.5μm～3μm，更好地为2μm。另外，光致抗蚀剂粘着层70的表面电阻为180Ω/cm2～220Ω/cm2，最好为200Ω/cm2。
如图10G所示，加热器室阻拦层5通过光蚀刻工序(最好是等离子体蚀刻方法)除去，在其上形成加热器室4。此时，由光致抗蚀剂60构图的光致抗蚀剂层70帮助蚀刻加热器室阻拦层5。
接着，加热器室阻拦层5上的剩余光致抗蚀剂层70通过蚀刻工序(最好为化学蚀刻工序)完全除去。结果，可以成功地制造本发明的微注射装置的加热器件。
如上所述，在本发明中，用于在一加热器电阻层和一电极层之间获得极佳粘着力的粘着层插在两层之间，从而可以在两层之间获得强的粘着结构。另外，可以预先防止在两层之间的边界表面上形成间隙，从而，明显改进微注射装置的性能。
本发明可以用于工厂制造的所有微注射装置。
如上所述，在本发明中，一粘着层插在加热器电阻层和电极层之间的边界表面内，从而改进两层之间的粘着。另外，可以预先防止在两层之间形成间隙，从而显示提高整个装置的性能及使用寿命。
至此，已参考上述实施例介绍了本发明。然而，对于本领域的技术人员，很明显根据上面的描述本发明有许多修改和变化。因此，本发明包括在所附权利要求所规定的精神和范畴内的所有修改和变化。

Claims (24)

1．一种用于微注射装置的加热器件，包括：
一基底，它具有一保护膜；
一加热器电阻层，形成于所述保护膜上；
一电极层，形成于所述加热器电阻层之上，它包括一电极衬垫，用于传送从外部装置提供来的电能；
一粘着层，插在所述加热器电阻层和所述电极层之间；和
一加热器室阻拦层，形成于所述电极层之上，以形成接触所述加热器电阻层的加热器室。
2．如权利要求1所述的用于微注射装置的加热器件，其中，所述加热器电阻层是由TiB2制成的。
3．如权利要求1所述的用于微注射装置的加热器件，其中，所述粘着层是由钒构成的。
4．如权利要求1所述的用于微注射装置的加热器件，其中，所述粘着层是由铬制成的。
5．如权利要求1所述的用于微注射装置的加热器件，其中，所述粘着层是由镍构成的。
6．一种用于制造微注射装置用加热器件的方法，所述方法包括以下步骤：
在一基底上形成一保护膜和在所述保护膜上形成一加热器电阻层；
在所述加热器电阻层上沉积一粘着层；
在所述粘着层上沉积一第一电极层；
在所述第一电极层上沉积一第二电极层；
在所述第二电极层上形成一电极衬垫，并蚀刻和构图所述粘着层，所述第一和第二电极层；和
在所述第二电极层上形成一加热器室阻拦层，和构图所述加热器室阻拦层，从而在所述加热器电阻层上形成一加热器室。
7．如权利要求6所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述粘着层是通过溅射法来沉积的。
8．如权利要求7所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述粘着层的厚度为0.1μm～0.2μm。
9．如权利要求8所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述粘着层的厚度为0.15μm。
10．如权利要求6所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述粘着层的表面电阻为180Ω/cm2～220Ω/cm2。
11．如权利要求10所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述粘着层的表面电阻为200Ω/cm2。
12．如权利要求6所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述电阻衬垫的厚度为0.4μm～0.8μm。
13．如权利要求12所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述电极衬垫的厚度为0.6μm。
14．如权利要求6所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述加热器室阻拦层的厚度为10μm～15μm。
15．如权利要求14所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述加热器室阻拦层的厚度为13μm。
16．如权利要求6所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述加热器室阻拦层是通过等离子体蚀刻法来构图的。
17．如权利要求6所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，在所述加热器室阻拦层上还形成一光致抗蚀剂粘着层，用于改进与光致抗蚀剂的粘着力。
18．如权利要求17所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述光致抗蚀剂粘着层是一双层，上面依次沉积有铬和铜。
19．如权利要求17所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述光致抗蚀剂粘着层是由铬构成的单层。
20．如权利要求17所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述光致抗蚀剂粘着层是由铜构成的单层。
21．如权利要求17所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述光致抗蚀剂粘着层的厚度为1.5μm～3μm。
22．如权利要求21所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述光致抗蚀剂粘着层的厚度为2μm。
23．如权利要求17所述的用于制造微注射装置用加热器件的方法，其中，所述光致抗蚀剂粘着层是通过化学蚀刻方法来除去的。
24．一种微注射装置包括：
一基底，其具有一保护膜；
一加热器电阻层，形成于所述保护膜之上；
一电极层，它与所述加热器电阻层接触，以传送电信号；
一加热器室阻拦层，形成于所述电极层之上，以形成一与所述加热器电阻室接触的加热器室；
一膜，形成于所述加热器室阻拦层上，以根据包含在所述加热器室中的液体容积的变化而振动；
一油墨室阻拦层，形成于所述膜之上，以形成与所述膜接触的油墨室；和
一喷嘴板，形成于所述油墨室阻拦层之上，以形成与所述油墨室接触的喷嘴；
其中，一用于改进粘着力的粘着层插在所述加热器电阻层和所述电极层之间。
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