本发明专利技术公开一种打印头，其包括至少一个墨滴产生器区域，所述墨滴产生器区域包括：墨液腔；孔口，墨滴通过所述孔口喷出；以及加热元件，位于墨液腔下面。所述加热元件包括限定在其中的电阻器和暴露于供应到墨液腔的墨液流体的纳米结构表面。所述纳米结构表面呈纳米柱阵列形式。通过下述方法制造所述打印头：形成加热元件，所述加热元件具有作为最上层的可氧化金属层；在可氧化金属层上形成含铝层；阳极化含铝层，以形成多孔氧化铝；阳极化可氧化金属层，从而用金属氧化物材料部分地填充多孔氧化铝中的孔隙；以及通过选择性蚀刻除去多孔氧化铝，以产生纳米结构表面。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般性地涉及喷墨打印机的打印头部分。
技术介绍
热喷墨打印机通常具有用于产生墨滴并将它们喷射到打印介质上的打印头。典型的喷墨打印头包括具有面对着纸的孔口阵列的喷嘴板；用于从诸如贮液器的墨源将墨液供应到孔口的墨液通道；以及载有多个加热电阻器的衬底，每个电阻器位于相应孔口的下方。电流脉冲施加到加热电阻器，以将墨液通道中的墨液瞬间汽化 为气泡。墨滴通过气泡的成长和随后的破裂从每个孔口中喷出。由于墨液通道中的墨液作为液滴通过喷嘴喷出， 因此更多的墨液从贮液器填充墨液通道。当结合附图考虑时，将更好地理解本专利技术的目的和特征。应该注意，附图是示意性的、未必按比例绘制的图示，并且在所有附图中相同的附图标记表示相同的部件。附图说明图1示出了体现本专利技术的示例性喷墨打印头结构的示意性透视图。图2示出了图1所示打印头结构的墨滴产生器区域的剖视图。图3示出了在根据本专利技术实施例的墨滴产生器区域中的加热元件的放大剖视图。图4示出了根据本专利技术的具有纳米结构表面的加热元件的制造方法的高级流程图。图5A-图5E示意性地描述了根据本专利技术实施例的具有纳米结构表面的加热元件的制造方法的各个步骤。图6示出了通过本专利技术方法制出的纳米柱阵列的示意性剖视图。图7示出了与图5E所示纳米柱阵列相比具有改进的尺寸的纳米柱阵列的示意性剖视图。具体实施例方式在液滴产生时常遇到的一个问题是，墨液残留物(诸如颜料墨液粒子)沉积到电阻器裸露的加热表面上，由此产生对打印头的性能有不利影响并且因而导致图像质量下降的堆积的粘性残留物。这种问题在本领域中通常被称作结垢(Kogation)，S卩，由于发生在电阻器表面的重复加热和化学反应而导致的在加热器表面上形成残留物膜的过程。这种加热导致附着在加热器表面上的材料被烘烤，并且被烘烤的材料充当减少传递给墨液的热量的绝热体，由此导致降低热传导性，并且因此改变喷射的墨滴的特性，例如，降低液滴速率或减小液滴的尺寸。本专利技术提供一种喷墨打印头，其具有用于产生将墨液汽化为气泡的热量的至少一个加热元件，其中，加热元件的裸露的表面具有用于防止残留物，尤其是颜料墨液粒子(或称颗粒)，积累在加热元件的加热表面的纳米结构表面。加热表面是在气泡产生期间暴露于墨液的表面。纳米结构表面呈一体形成在加热元件最上层上的纳米级尺寸的纳米柱阵列形式。这种加热元件设计解决了上述的结垢问题。本专利技术的另一方面是一种简单、低成本并且有效的上述加热元件的制造方法。图1示出了体现本专利技术的特征的示例性喷墨打印头10的示意性透视图。打印头 10包括衬底20、设置在衬底20上的墨液阻挡层30以及附着在墨液阻挡层30顶部的喷嘴板40。衬底20支撑用于产 生汽化墨液的热量的多个加热元件。在这些加热元件中限定有电阻器50 (由虚线示出)。多个墨液腔31和墨液通道32形成在阻挡层30中，使得每个墨液腔31都放置在相关联的电阻器50上。在一个实施例这，利用传统的集成电路制造技术形成加热元件。阻挡层30是在衬底20上形成加热元件之后，通过热或压力在衬底20上层叠的干膜。随后，通过光成像技术在阻挡层30中形成墨液腔31和墨液通道32。举例来说， 阻挡材料是可光成像聚合物，诸如可从杜邦公司(Ε. I. DuPont de Nemours and Co.)获得的商标为Parad的可光成像聚合物。喷嘴板40包括设置在各个墨液腔31之上的多个孔口 41，从而对齐墨液腔31、相关联的孔口 41和相关联的电阻器50。举例来说，喷嘴板40由聚合材料制成并且通过激光烧蚀形成其中的孔口 41。再如，喷嘴板40由诸如镍的电镀金属制成。可与外部电接线连接的焊盘60形成在衬底20的末端并且不被墨液阻挡层30覆盖。 焊盘60通过传统的沉积和图案化技术形成衬底20上。举例来说，焊盘可与由金形成。当电流脉冲施加到电阻器50时，在墨液腔31中形成墨液气泡，并且通过气泡的成长从孔口 41 喷出墨滴。通过齐墨液腔31、相关联的孔口 41和相关联的电阻器50限定出墨滴产生器区域。图2示出了图1所描述的打印头的典型墨滴产生器区域的放大剖视图。在图2中， 喷嘴板40已被移除，以简化图解。在墨液腔31下是相关联的加热元件，该加热元件由一叠薄膜70构成。电阻器被限定在该叠薄膜70中。最上层的薄膜70用作电阻器50的保护膜并且具有纳米结构表面71，纳米结构表面71暴露于供应到墨液腔31的墨液流体。图3示出了墨滴产生器区域和该叠薄膜70的具体实施例。参照图3，加热元件由一叠薄膜70构成，该叠薄膜70包括图案化的内衬层72、图案化的导体层73、电阻层74、绝热保护层75和作为最上层金属保护层76。最上层76设置有呈纳米柱阵列形式的纳米结构表面71。内衬层72和导体层73被图案化，从而限定电阻器区域50。电阻层74设置在图案化的导体层73和电阻器区域50之上。举例来说，内衬层72由氮化钛(TiN)制成，图案化的导体层73由含有约5%Cu的Al合金制成，电阻层74由氮化钨硅(WSiN)制成。再次举例来说，绝热保护层75是沉积在电阻层74上的氮化硅/碳化硅(SiN/SiC)合成物。加热元件70的纳米结构表面71呈一体形成在如图3所示的最上层上的纳米柱阵列形式。优选地，纳米柱覆盖暴露于向墨液腔31供应的墨液流体的最上层76的整个表面，纳米柱的表面是加热元件的加热表面。此外，最上面的保护层76由可氧化的金属形成，诸如钽(Ta)、铌 (Nb)、钛(Ti)、钨(W)或其合金，并且通过阳极氧化这样的金属获得一体形成在保护层76上的纳米柱。将参照图4和图5A至图5E更详细地描述纳米柱的形成方法。参照图3描述的加热元件是体现本专利技术的目的的一种可能配置。显然，对本领域技术人员来说还可以考虑加热元件的其它配置。本专利技术的目的包括覆盖加热元件的具有纳米柱的最上层或裸露表面，以防止在暴露于墨液腔中的墨液的加热元件的加热表面上形成堆积。此纳米结构表面被设计为防止或减少来自颜料墨液的颜料粒子堆积，但是这种表面还可以防止或减少来自其它种类墨液的残留物的堆积。图4示出了具有上述纳米结构表面的加热元件的制造方法的高级流程图。在步骤 401，上述方法从衬底开始。在步骤402，接着在衬底上形成加热元件。加热元件包括限定在其中的电阻器并且加热元件可以是单层电阻器结构或其中限定有电阻器的多层结构。加热元件包括作为裸露层的由可氧化金属制成的层，优选地由诸如钽(Ta)、铌(Nb)、钛(Ti)、钨 (W)或其合金的难熔金属制成。在步骤403，含铝层设置在加热元件之上。含铝层可以是纯铝或铝合金。接着，在步骤404，执行阳极化处理过程，以将铝阳极化，从而制出多孔铝氧化物(氧化铝)。多孔氧化铝中的孔隙暴露出下面的可氧化金属层部分。在步骤405，执行第二阳极化处理过程，以将下面的金属层阳极化，从而氧化铝的孔隙可以从下到上填充有金属氧化物材料。随后，通过在步骤406进行选择性蚀刻去除多孔的氧化铝，以留下纳米结构的表面，所述纳米结构的表面呈阳极金属氧化物材料纳米柱阵列形式。图5A至图5E更详细地描述了具有上述纳米结构表面的加热元件的形成方法的图解。为了简化图解，在图5A至图5E中省略了支撑加热结构的衬底。参照图5A，所述方法从具有由可氧化的难熔金属制成的最上层保护层76的多层加热结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
１． 一种打印头，包括至少一个墨滴产生器区域，所述墨滴产生器区域包括：墨液腔，用于容纳包含粒子的墨液流体；孔口，墨滴通过所述孔口喷出；以及加热元件，其形成在衬底上并且位于墨液腔之下，所述加热元件包括限定在其中的电阻器和暴露于供应到墨液腔的墨液流体的纳米结构表面，并且所述纳米结构表面呈金属氧化物纳米柱阵列形式，并且所述纳米柱被配置为使得它们之间的距离小于墨液流体中最小粒子的直径。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：P马迪罗维奇，
申请(专利权)人：惠普开发有限公司，
类型：发明
国别省市：US
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