專利名稱：微型噴射裝置和用于制作這種微型噴射裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微型噴射裝置和用于制作這種微型噴射裝置的方法。
通常，術(shù)語微型噴射裝置指的是這樣一種裝置，即它用于為打印紙、人體或機(jī)動車提供一定量液體，諸如油墨、注射液或石油產(chǎn)品，在該設(shè)備中所采用的方法是將一定量的電能或熱能施加到上述液體，以使液體發(fā)生體積變化。這種方法能夠?qū)⑸倭恳后w施加到特定的物體上。
近年來，電子技術(shù)的進(jìn)步使微型噴射裝置迅速發(fā)展。因此，微型噴射裝置已廣泛地用于人們的日常生活中。微型噴射裝置用于人們的日常生活中的例子是噴墨打印機(jī)。
不同于傳統(tǒng)的針式打印機(jī)的采用微型噴射裝置的噴墨打印機(jī)能夠利用墨盒以多種顏色完成打印作業(yè)。與傳統(tǒng)的針式打印機(jī)相比，噴墨打印機(jī)的另外優(yōu)點(diǎn)是利用噴墨打印機(jī)在紙上打印的字符清楚細(xì)致。因此，噴墨打印機(jī)已得到廣泛應(yīng)用。
噴墨打印機(jī)通常包括具有多個直徑很小的噴嘴的微型噴射裝置。這種微型噴射裝置利用從外部裝置所施加的電信號使液態(tài)油墨發(fā)生體積變化并膨脹成氣泡而排出油墨，從而在紙張上打印字母和圖案。
下面幾篇美國專利文獻(xiàn)公開了現(xiàn)有技術(shù)的幾種噴墨打印頭的結(jié)構(gòu)和操作。由Vaught等人提出的，標(biāo)題為“熱噴墨打印機(jī)”的美國專利No.4,490,728公開了一種基本的打印頭。由Aden等人提出的，標(biāo)題為“用于噴墨打印頭的薄膜裝置以及用于制作這種薄膜的方法”的美國專利No.4,809,428以及由Komuro提出的，標(biāo)題為“用于噴液記錄頭的基底的制作方法以及由這種方法所制作的基底”的美國專利No.5,140,345公開了噴墨打印頭的制作方法。由Johnson等人提出的，標(biāo)題為“用于噴墨打印頭高溫操作的油墨通道幾何結(jié)構(gòu)”的美國專利No.5,274,400公開了通過改變供墨通道的尺寸以設(shè)置流阻的方法。由Keefe等人提出的，標(biāo)題為“噴墨打印頭”的美國專利No.5,420,627公開了一種特定的打印頭設(shè)計形式。
通常，微型噴射裝置利用由加熱電阻層所產(chǎn)生的高溫而將油墨噴射在紙張上。因此，由電阻層產(chǎn)生的高溫會對容納在液體腔室中的油墨產(chǎn)生常時間的影響。結(jié)果，油墨發(fā)生熱變而這會減低容納油墨的裝置的壽命。
近年來，為了克服這個問題，人們已經(jīng)提出了一種新方法，這種方法通過在加熱電阻層和油墨腔室之間插入板狀隔膜以及利用液體腔室中工作液體(諸如庚烷)的壓力使隔膜發(fā)生的動態(tài)變形，從而使油墨從油墨腔室中平穩(wěn)地噴出。由于隔膜設(shè)置在油墨腔室和加熱電阻層之間，因此能夠避免油墨與加熱層直接接觸，使油墨熱變很小。這種打印頭的例子參見授予Kruger等人的題目為“具有氣泡驅(qū)動的軟性隔膜的噴墨打印機(jī)”的美國專利No.4,480,259。
在傳統(tǒng)的隔膜式微型噴射裝置中，在打印文字和圖像過程中通常使用油墨和工作液體。因此，必須在微型噴射裝置中設(shè)置相互獨(dú)立的腔室以容納油墨和工作液體。
為此，在微型噴射裝置中具有液體腔室阻擋層和加熱腔室阻擋層，它們分別限定了各自的腔室。這些腔室可分別可靠地容納油墨和工作液體。
通常，油墨腔室阻擋層和加熱腔室阻擋層的厚度(深度)都大于10微米以使每腔室都具有足夠的體積。由于化學(xué)相容性的原因，將有機(jī)材料作為油墨腔室和加熱腔室的原材料。
如上，由油墨腔室阻擋層和加熱腔室阻擋層所限定的腔室必須分別容納諸如油墨和工作液體化學(xué)物質(zhì)，這些腔室必須具有良好的耐腐蝕性能。當(dāng)這些化學(xué)物質(zhì)長時間滯留在腔室中時，加熱腔室阻擋層和油墨腔室阻擋層會被這些化學(xué)物質(zhì)腐蝕。這樣，加熱腔室阻擋層和油墨腔室阻擋層可能在這些層之間以及它們與噴嘴板或隔膜之間的界面處形成間隙。
在這種情況下，容納在這些腔室中的化學(xué)物質(zhì)會從這些腔室泄漏到那些對化學(xué)物質(zhì)不具有抗腐蝕性的部件中?；瘜W(xué)物質(zhì)的泄漏會大大地降低微型噴射裝置的使用壽命。
應(yīng)該提及的是，在授予Brown等人的，題目為“具有聚酰亞胺隔膜的固態(tài)離子傳感器”的美國專利No.5,417,835中公開了一種使用聚酰亞胺基體隔膜的傳感器。在這種與微型噴射裝置大不相同的包括隔膜的裝置中，隔膜是由聚酰亞胺制成的，利用了聚酰亞胺的極好的粘合性能。
另外一個應(yīng)該注意的新方法是關(guān)于防止油墨或工作液體泄漏的方法，目的是為了解決上述問題。在授予Childers等人的，題目為“具有兩個固化的光成像阻擋層的噴墨打印頭”的美國專利No.5,198,834中公開了一種防止容納在油墨腔室中的油墨泄漏的方法。根據(jù)該專利，阻擋壁包括兩層，其中一層是負(fù)作用光成像釬料掩模(negatively acting photoimageable soldermask)，第二層是負(fù)作用石版光阻材料層(lithographic photoresist)。第二種材料用于將第一層材料與上方的孔板相連。這樣，第二層可作為在第一層(或基層)與孔板之間的促進(jìn)層(progressive layer)。由于通過使油墨腔室阻擋層的粘附促進(jìn)層與噴嘴板粘附而提高了油墨腔室阻擋層與噴嘴板之間的粘附性能，因此可避免在油墨腔室阻擋層和噴嘴板之間形成間隙。這篇專利公開了第一層是由環(huán)氧丙烯酸酯制成的，第二層由Waycoat SC光阻材料900制成的。
但是在這種情況下，由于油墨腔室阻擋層是由兩層材料制成的(基層和促進(jìn)層)，因此具有缺點(diǎn)，即增加了制作方法的步驟數(shù)。另外，當(dāng)油墨腔室阻擋層與噴嘴板粘附時，促進(jìn)層不利于油墨腔室阻擋層與噴嘴板的對齊。因此，可能存在油墨腔室阻擋層與噴嘴板之間粘附不當(dāng)?shù)膯栴}。
如果油墨腔室阻擋層沒有與噴嘴板對齊，油墨腔室阻擋層可能與噴嘴板之間發(fā)生錯位。這樣，油墨通道可能會因位置錯亂而被部分阻塞。從而導(dǎo)致不能平穩(wěn)地噴墨。結(jié)果，大大地降低了噴墨打印頭的打印效果。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的微型噴射裝置。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種微型噴射裝置，其中的加熱腔室阻擋層和油墨腔室阻擋層不會出現(xiàn)液體泄漏。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種能夠平穩(wěn)地噴射油墨的微型噴射裝置。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種改進(jìn)的制作微型噴射裝置的方法。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種步驟較少的微型噴射裝置的制作方法。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種微型噴射裝置制作方法，其中無需額外的層即可保證油墨腔室阻擋層和液體腔室阻擋層的粘接。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種微型噴射裝置的制作方法，它能夠使油墨腔室阻擋層與噴嘴板之間準(zhǔn)確對齊。
本發(fā)明能夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所出現(xiàn)的問題。為了完成本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種微型噴射裝置，其中，利用在1，4-二(4-氨基苯氧基)苯和酰胺的混合溶劑中以一定的比例加入3，3′，4，4′-四羧基二苯基氧化二酸酐所形成的組合物制成第一種聚酰胺酸溶液，同時形成液體腔室阻擋層。
通過在一定溫度和壓力條件(例如在280℃至300℃溫度范圍內(nèi)以及在0.5kg/cm2至2kg/cm2壓力范圍內(nèi))下，對第一種酰胺酸溶液進(jìn)行熱處理，使之固化和硬化成第一種聚酰亞胺，同時使其具有強(qiáng)的粘附能力。這樣，由第一種聚酰胺酸溶液制成的液體腔室阻擋層可與打印頭的其它部件緊密地粘附在一起。第一種聚酰亞胺由于具有柔性聚合物鏈，因此較軟。
利用第一種聚酰亞胺，即使油墨會影響在液體腔室阻擋層和其它部件之間的界面，也可避免油墨從液體腔室泄漏。另外，第一種“較軟”的聚酰胺酸可用于其它部件上，例如隔膜和加熱腔室阻擋層。當(dāng)將聚酰亞胺作為主要成分制作隔膜時，無需現(xiàn)有技術(shù)中的促進(jìn)層即可使隔膜與加熱腔室阻擋層緊密地結(jié)合在一起。因此，可避免充填在加熱腔室中的工作液體從加熱腔室泄漏。
加熱腔室阻擋層最好由第二種聚酰胺酸溶液制成，第二種聚酰胺酸溶液能夠與第一種“較軟”的聚酰胺酸溶液起反應(yīng)和混合，以使加熱腔室阻擋層與隔膜緊密地結(jié)合在一起。
這樣，在本發(fā)明的微型噴射裝置中，顯著提高了噴射的質(zhì)量。
為了便于人們能夠充分地理解本發(fā)明以及認(rèn)識本發(fā)明所帶來的各種優(yōu)點(diǎn)，下面將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述，在附圖中，相同或相似的部件用相同的附圖標(biāo)記表示，其中

圖1是本發(fā)明的噴墨打印頭的透視圖；圖2是沿圖1的I-I線截得的本發(fā)明的微型噴射裝置的剖面圖，它示出了微型噴射裝置的第一操作狀態(tài)；圖3是本發(fā)明的微型噴射裝置的剖面圖，它示出了微型噴射裝置的第二操作狀態(tài)；圖4A至圖6F示出了根據(jù)本發(fā)明的微型噴射裝置制作方法組裝微型噴射裝置的順序；以及圖7A至圖7F示出了本發(fā)明的微型噴射裝置的制作方法。
下面參照附圖對本發(fā)明的噴墨打印頭和制作這種噴墨打印頭的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1中所示，在本發(fā)明的微型噴射裝置中，設(shè)置由二氧化硅制成的保護(hù)膜2以使其粘附在由硅制成的基體1的上表面。加熱電阻層11設(shè)置在保護(hù)膜2的上表面上，從外部電源(未示出)將電能施加到該加熱電阻層11以對加熱電阻層11進(jìn)行加熱。電極層3設(shè)置在每一加熱電阻層11的邊緣部分上，電極層3能夠從外部電源為加熱電阻層11提供電能。另外，電極層與共用電極12相連。利用加熱電阻層11使從電極層3供給加熱電阻層11的電能轉(zhuǎn)換成高溫?zé)崮堋?br> 另外，形成在電極電阻11上的加熱腔室阻擋層5限定了加熱腔室4，以使加熱腔室4覆蓋加熱電阻層11。由各加熱電阻層11所產(chǎn)生的熱能被傳遞到加熱腔室4中。
加熱腔室4中充填了易于產(chǎn)生蒸汽壓力的工作液體。從加熱電阻層11傳遞的熱能使工作液體迅速地汽化。另外，由工作液體汽化而產(chǎn)生的蒸汽壓力被施加到形成在加熱腔室阻擋層5上的隔膜20上。
形成在隔膜20上的液體腔室阻擋層7限定了液體腔室9，液體腔室9和加熱腔室4同軸。液體腔室9充填有預(yù)定量的油墨。
另一方面，在液體腔室阻擋層7和噴嘴板8中形成有多個孔，這些孔分別與液體腔室9相對應(yīng)，這些孔用作將油墨從液體腔室9排出的噴嘴10。這些噴嘴10穿過噴嘴板8和用于限定液體腔室9的液體腔室阻擋層7，從而與加熱腔室4和液體腔室9同軸。
根據(jù)本發(fā)明，液體腔室阻擋層7是由第一種“較軟”的聚酰亞胺制成的，其結(jié)構(gòu)如下
第一種聚酰亞胺是由在一定溫度和壓力下對相應(yīng)的第一種聚酰胺酸溶液進(jìn)行處理而形成的。如上，由于在酰亞胺鍵之間的醚鍵而使這種聚酰亞胺具有柔性聚合物鏈，因此這種聚酰亞胺較軟。
因此，當(dāng)液體腔室阻擋層7與隔膜20結(jié)合時，液體腔室阻擋層7在一定溫度和壓力下變成一種具有高粘附性能的物質(zhì)，從而使隔膜20與液體腔室阻擋層7之間具有較高的粘附能力，無需現(xiàn)有技術(shù)中提及的促進(jìn)層。
本發(fā)明的隔膜20包括雙層結(jié)構(gòu)，即第一有機(jī)薄膜層21和第二有機(jī)薄膜層22。與液體腔室阻擋層7相接觸的第二有機(jī)薄膜層22是由第二種酰胺酸溶液制成，第二種聚酰胺酸溶液能夠與第一種聚酰胺酸溶液很好地發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
通過固化，第二種聚酰胺酸溶液形成了第二種“較硬”的聚酰亞胺，第二種“較硬”的聚酰亞胺的結(jié)構(gòu)如下
由于在結(jié)構(gòu)中的聚酰亞胺鍵之間的苯環(huán)的柔性很小而使這種聚酰亞胺具有剛性聚合物鏈，因此第二種聚酰亞胺相對于第一種聚酰亞胺較硬。
由于液體腔室阻擋層7是由第一種聚酰胺酸溶液制成的，而隔膜20的第二有機(jī)薄膜層22是由第二種聚酰胺酸溶液制成的，因此液體腔室阻擋層7與隔膜20的第二有機(jī)薄膜層緊密且穩(wěn)定地連接在一起。這種緊密連接能夠避免產(chǎn)生間隙，從而可避免容納在液體腔室9中的油墨泄漏。
另一方面，與液體腔室阻擋層7相同，隔膜20的第一有機(jī)薄膜層21也是由第一種聚酰胺酸溶液制成的。這樣，能夠在形成了隔膜20的第一有機(jī)薄膜層21和第二有機(jī)薄膜層22之間長時間保持較強(qiáng)的結(jié)合力。
另外，利用第一種“較軟”的聚酰胺酸溶液制成第一有機(jī)薄膜層21的原因是，與第一有機(jī)薄膜層21相接觸的加熱腔室阻擋層5可由第二種“較硬”的聚酰胺酸溶液制成，第二種聚酰胺酸溶液能夠與第一種“較軟”的聚酰胺酸溶液很好地發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
由于加熱腔室阻擋層5是由第二種“較硬”的聚酰胺酸溶液制成的，而隔膜20的第一有機(jī)薄膜層21是由第一種“較軟”的聚酰胺酸溶液制成的，因此加熱腔室阻擋層5可與隔膜20的第一有機(jī)薄膜層21緊密且穩(wěn)定地連接在一起。這種緊密結(jié)合能夠防止產(chǎn)生間隙，從而可避免容納在加熱腔室4中的工作液體泄漏。
另外，與液體腔室阻擋層7相同，隔膜20的第一有機(jī)薄膜層21也是由第一種聚酰胺酸溶液制成的。當(dāng)加熱腔室阻擋層5與隔膜20結(jié)合時，加熱腔室阻擋層5在一定溫度和壓力下變成一種具有較高粘附性能的物質(zhì)，從而使隔膜20與液體腔室阻擋層7之間具有較高的粘附能力，無需現(xiàn)有技術(shù)中提及的促進(jìn)層。
用于形成液體腔室阻擋層7和第一有機(jī)薄膜層21的第一種“較軟”的聚酰胺酸溶液最好是由將3，3′，4，4′-四羧基二苯基氧化二酸酐一定的比例加入到1，4-二(4-氨基苯氧基)苯和一種酰胺的混合溶劑中所形成的組合物制成的。
1，4-二(4-氨基苯氧基)苯的結(jié)構(gòu)如下
3，3′，4，4′-四羧基二苯基氧化二酸酐的結(jié)構(gòu)如下
在現(xiàn)有技術(shù)的微型噴射裝置中，利用單獨(dú)的步驟形成粘附促進(jìn)層，以提高液體腔室阻擋層和微型噴射裝置其它部件間的接觸力。因此，這種微型噴射裝置制作方法的步驟數(shù)顯著增加。
在本發(fā)明中，液體腔室阻擋層7由第一種聚酰胺酸溶液制成，其能夠在一定條件下變成一種粘合性物質(zhì)。另外，無需促進(jìn)層，液體腔室阻擋層7也能與其它部件保持較高的結(jié)合力。從而，可減少微型噴射裝置制作方法的步驟數(shù)量。
如上，根據(jù)本發(fā)明，利用第一種聚酰胺酸溶液和第二種聚酰胺酸溶液之間的反應(yīng)特性使隔膜20與加熱腔室阻擋層5結(jié)合在一起，從而可提高微型噴射裝置的耐用性。另外，還可避免工作液體從加熱腔室泄漏。
下面對本發(fā)明的微型噴射裝置的操作過程進(jìn)行詳細(xì)描述。首先，參見圖2，當(dāng)電能從外部電源施加到電極層3上時，與電極層3相連的加熱電阻層11被供給電能。同時，加熱層11迅速加熱到大約500℃的高溫。在這種狀態(tài)下，電能被轉(zhuǎn)換成500℃至550℃的熱能。接著，熱能被傳遞到與加熱電阻層11相連的加熱腔室4中，充填在加熱腔室4中的工作液體在熱能作用下被迅速地汽化，從而產(chǎn)生預(yù)定的蒸汽壓力。
如上，用于限定加熱腔室4的加熱腔室阻擋層5是由第二種“較硬”的聚酰亞胺制成的。與加熱腔室阻擋層5相接觸的第一有機(jī)薄膜層21由第一種聚酰亞胺制成，第一種聚酰亞胺具有與第二種聚酰亞胺發(fā)生所需反應(yīng)的特性。因此，當(dāng)加熱腔室阻擋層5與第一有機(jī)薄膜層21緊密接觸時，可避免工作液體從加熱腔室5泄漏。
蒸汽壓力被傳送到設(shè)置在加熱腔室阻擋層5的表面上的隔膜20上，從而在隔膜20上施加了預(yù)定的沖擊力P。在這種情況下，隔膜20迅速地向外膨脹并如箭頭10所示地彎曲。這樣，沖擊力P施加到充填在液體腔室9中的油墨100上從而使油墨100處于將要噴射的狀態(tài)，所述液體腔室9形成在隔膜20上。
液體腔室阻擋層7也是由第一種聚酰亞胺制成的。當(dāng)將液體腔室阻擋層7與隔膜20組裝在一起時，在一定溫度下隨著壓力施加到液體腔室阻擋層7上，液體腔室阻擋層7轉(zhuǎn)變成一種粘合性物質(zhì)。因此，無需促進(jìn)層，即可使液體腔室阻擋層7與隔膜20緊密地結(jié)合在一起。
如圖3所示，當(dāng)從外部電源提供給加熱電阻層11的電能停止輸送時，加熱電阻層11冷卻，從而使加熱腔室4中的蒸汽壓力迅速下降。這樣，加熱腔室4處于真空狀態(tài)。由于加熱腔室4處于真空狀態(tài)，隔膜20在對應(yīng)于真空壓力的反作用力B的作用下彎曲。從而使隔膜20迅速地回縮至初始狀態(tài)。
在這種情況下，隔膜20沿著箭頭B所示方向迅速回縮以將反作用力傳遞到液體腔室。這樣，由于隔膜20膨脹而準(zhǔn)備排出的油墨100在其自身重力作用下變形成墨滴，隨之噴射到打印紙上。利用由微型噴射裝置噴出的墨滴在打印紙上進(jìn)行打印。
下面詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的噴墨打印頭的制作方法。本發(fā)明的噴墨打印頭制作方法包括三個獨(dú)立進(jìn)行的工序。將通過獨(dú)立工序制作的加熱電阻層11和加熱腔室阻擋層5組件、隔膜20以及噴嘴板8和液體腔室阻擋層7組件相互對齊并組裝在一起，從而完成了微型噴射裝置的制作過程。
如圖4A-4J中所示，根據(jù)本發(fā)明的方法，在第一個步驟中，首先將一種金屬11′(例如多晶硅)以汽相淀積法設(shè)置在基板1上，基板1上涂敷有由二氧化硅制成的保護(hù)膜2。在將光掩模30涂敷在多晶硅11′上后，利用紫外線光源40和透鏡50完成對光掩模30曝光的步驟。同時，與加熱電阻層11的平面形狀相對應(yīng)的圖案格(pattern cell)30′形成在光掩模30上。接著，從紫外線光源40射出的紫外線透過圖案格30′在多晶硅11′上形成加熱電阻層11的圖案。
如圖4B中所示，在利用化學(xué)物質(zhì)將光掩模30從基板1上除去后，將基板1放置在其中充有顯影劑的顯影室60中。在基板1的顯影過程中，基板1上由于存在圖案格30′而沒有被紫外線曝光的那一部分硅盡管與顯影劑接觸，但仍然留在基板1上?；?上由紫外線曝光的其余部分被顯影劑從基板1上除去。這樣，具有與圖案格30′相同形狀的加熱電阻層11最終形成在基板1的保護(hù)膜上。
參見圖4C，利用汽相淀積法(例如濺射涂敷方法)將金屬(諸如鋁)沉積在保護(hù)膜2上以覆蓋加熱電阻層11，從而使金屬層3′形成在基板1上。如圖4D中所示，在將光掩模31涂敷在金屬層3′上后，利用紫外線光源40和透鏡50使金屬層3′暴露在紫外線下。同時，與電極層3的形狀相對應(yīng)的圖案格31′形成在光掩模31上。從紫外線光源40射出的紫外線透過圖案格31′在金屬層3′上形成電極層3的圖案。
如圖4E所示，在利用化學(xué)物質(zhì)將光掩模31從金屬層31′上除去后，將設(shè)有加熱層11和金屬層3′的基板1放置在充有顯影劑的顯影室60中。在金屬層3′的顯影過程中，金屬層3′上沒有被紫外線曝光的那一部分以圖案格31′的形狀留在金屬層3′上，而金屬層3′上其余被紫外線曝光的部分被顯影劑從金屬層3′上除去。如圖7A中所示，電極層3形成在金屬層3′上并且僅與加熱電阻層11的邊緣接觸。
如圖4F中所示，在利用蒸餾水清洗基板1之后，利用涂敷裝置(未示出)將第二種聚酰胺酸溶液400涂敷在加熱電阻層11和電極層3上，同時利用旋轉(zhuǎn)裝置70使基板1轉(zhuǎn)動。其上設(shè)有基板1的旋轉(zhuǎn)裝置70的轉(zhuǎn)動速度利用控制裝置80控制。
因此，第二種聚酰胺酸溶液400在離心力的作用下均勻地分配在電極層3上?！拜^硬”的聚酰胺酸溶液400由于具有粘性而形成波紋。如圖4G中所示，“較硬”的聚酰胺酸溶液在覆蓋加熱電阻層11和電極層3的同時在基板1上形成了厚度均勻的第一有機(jī)溶液層5′。
接著，如圖4H中所示，在將具有第一有機(jī)溶液層5′的基板1從旋轉(zhuǎn)裝置70移至加熱箱90之后，在加熱箱90中對第一有機(jī)溶液層5′進(jìn)行干燥和熱處理。這樣，使第一有機(jī)溶液層5′轉(zhuǎn)變成加熱腔室阻擋層5。
在上述情況下，由于加熱腔室阻擋層5是由第二種聚酰胺酸溶液400制成的，因此，在微型噴射裝置的組裝過程中加熱腔室阻擋層5能夠與由“較軟”的聚酰胺酸溶液制成的隔膜20的第一有機(jī)薄膜層21緊密地結(jié)合在一起。用于形成加熱腔室阻擋層5的第二種“較硬”的聚酰胺酸溶液具有上文所述和所示的化學(xué)結(jié)構(gòu)。
如圖4I中所示，當(dāng)將光掩模32涂敷在加熱腔室阻擋層5上后，利用紫外線光源40和透鏡50使加熱腔室阻擋層5暴露在紫外線下。同時，與加熱腔室4的形狀相對應(yīng)的所需圖案格32′形成在光掩模32上。從紫外線光源40射出的紫外線透過圖案格32′在加熱腔室阻擋層5上形成加熱腔室4的圖案。
接著，如圖4J所示，在利用化學(xué)物質(zhì)將光掩模32從加熱腔室阻擋層5上除去后，將設(shè)有加熱電阻層11、金屬層3′和加熱腔室阻擋層5的基板1放置在充有顯影劑的顯影室60中。在加熱腔室阻擋層5的顯影過程中，加熱腔室阻擋層5上由于圖案格32′的形狀而沒有被紫外線曝光的那一部分留在基板1上，而加熱腔室阻擋層5上其余被紫外線曝光的部分被顯影劑從基板1上除去。這樣，如圖7B中所示，加熱腔室阻擋層5形成在電極層3上且與加熱電阻層11的邊緣接觸。如上，完成了根據(jù)本發(fā)明的微型噴射裝置制作方法的第一個步驟。
用于制作隔膜20的第二個步驟在操作上與上述第一個步驟是獨(dú)立的。如圖5A-5E中所示，首先，利用涂敷裝置將第一種“較軟”的聚酰胺酸溶液500涂敷在硅制基板200上，同時利用旋轉(zhuǎn)裝置70使基板200轉(zhuǎn)動，硅制基板200上具有由二氧化硅制成的保護(hù)膜201。在其上設(shè)有基板200的旋轉(zhuǎn)裝置70的轉(zhuǎn)動速度利用控制裝置80控制。
因此，第一種聚酰胺酸溶液500在離心力的作用下均勻地分配在電極層3上。第一種聚酰胺酸溶液500由于具有粘性而流動。由第一種聚酰胺酸溶液形成的厚度均勻的第二有機(jī)溶液層21′形成在基板200上。
接著，如圖5B中所示，在將具有第二有機(jī)溶液層21′的基板200從旋轉(zhuǎn)裝置70移至加熱箱90之后，在加熱箱90中對第二有機(jī)溶液層21′進(jìn)行干燥和熱處理。這樣，使第二有機(jī)溶液層21′迅速轉(zhuǎn)變成隔膜20的第一有機(jī)薄膜層21。
在將第二有機(jī)溶液層21′轉(zhuǎn)變成第一有機(jī)薄膜層21的步驟中，干燥溫度最好保持在大約80℃至100℃的范圍內(nèi)，干燥時間最好在大約15分鐘至20分鐘的范圍內(nèi)。另外，在這個步驟中，進(jìn)行熱處理的溫度最好在大約170℃至180℃的范圍內(nèi)，熱處理的時間最好在大約20分鐘至30分鐘的范圍內(nèi)。
在上述情況下，由于第一有機(jī)薄膜層21是由第一種聚酰胺酸溶液500制成的，因此，在微型噴射裝置的組裝過程中第一有機(jī)薄膜層21能夠與由第二種聚酰胺酸溶液400制成的加熱腔室阻擋層5緊密地結(jié)合在一起。用于形成第一有機(jī)薄膜層21的第一種聚酰胺酸溶液500具有上文所述的化學(xué)結(jié)構(gòu)。
如圖5C中所示，利用一種涂敷裝置將第二種聚酰胺酸溶液400涂敷在具有第一有機(jī)薄膜層21的基板200上，同時利用旋轉(zhuǎn)裝置70使基板200轉(zhuǎn)動。利用控制裝置80控制在其上設(shè)有基板200的旋轉(zhuǎn)裝置70的轉(zhuǎn)動速度。
因此，第二種聚酰胺酸溶液400在離心力的作用下均勻地分配在第一有機(jī)薄膜層21上。第二種聚酰胺酸溶液400由于具有粘性而流動。這樣，厚度均勻的第三有機(jī)溶液層22′形成在第一有機(jī)薄膜層21上。
接著，如圖5D中所示，在將具有第一有機(jī)薄膜層21和第三有機(jī)溶液層22′的基板200從旋轉(zhuǎn)裝置70移至加熱箱90之后，在加熱箱90中對第三有機(jī)溶液層22′進(jìn)行干燥和熱處理。這樣，使第三有機(jī)溶液層22′迅速轉(zhuǎn)變成隔膜20的第二有機(jī)薄膜層22。
在上述情況下，由于第二有機(jī)薄膜層22是由第二種“較硬”的聚酰胺酸溶液400制成的，因此，第二有機(jī)薄膜層22能夠與由第一種“較軟”的聚酰胺酸溶液500制成的第一有機(jī)薄膜層21緊密地結(jié)合在一起。用于形成第二有機(jī)薄膜層22的第二種聚酰胺酸溶液400具有如上文所述的化學(xué)結(jié)構(gòu)。另外，由于第二有機(jī)薄膜層22是由第二種聚酰胺酸溶液400制成的，因此，第二有機(jī)薄膜層22能夠與由第一種聚酰胺酸溶液500制成的液體腔室阻擋層7緊密地結(jié)合在一起。
如圖5E中所示，利用這些步驟，第一有機(jī)薄膜層21和第二有機(jī)薄膜層22堆疊在其上的隔膜20形成在具有保護(hù)膜201的基板200上。在以上述方式完成隔膜20的結(jié)構(gòu)后，利用一種化學(xué)物質(zhì)，諸如HF(氟化氫)，將隔膜20從基板200上分離下來。從而，完成了用于制作隔膜的第二個步驟。
用于制作噴嘴板8和液體腔室阻擋層7組件的第三個步驟在操作上與上述第二個步驟是獨(dú)立的。如圖6A中所示，將具有由二氧化硅制成的保護(hù)膜301的硅制基板300放置在裝有電解質(zhì)的電鍍池61中。
圖案基層(未示出)形成在基板300上以在噴嘴板8的制作過程中限定噴嘴區(qū)域。在電鍍池中，由金屬(諸如鎳)制成的靶板(target plate)63沿基板300放置?；?00和靶板63與外部電源62相連，其中靶板63與電源62的正極相連，基板300與電源62的負(fù)極相連。
當(dāng)電能施加到靶板63和基板300上時，與電源62正極相連的靶板63被迅速溶解并電離，產(chǎn)生鎳離子。電離出來的鎳離子通過電解質(zhì)移動到與電源負(fù)極相連的基板300上。這樣，基板300被鍍上鎳離子，其中，鎳離子附著在噴嘴板8和圖案基層噴嘴部分的表面上。
如圖6B中所示，利用涂敷裝置將第一種聚酰胺酸溶液500涂敷在具有噴嘴板8的基板300上，同時利用旋轉(zhuǎn)裝置70使基板300轉(zhuǎn)動。設(shè)有基板300的旋轉(zhuǎn)裝置70的轉(zhuǎn)動速度利用控制裝置80控制。
因此，第一種聚酰胺酸溶液500在離心力的作用下均勻地分配在基板300上。第一種聚酰胺酸溶液500由于具有粘性而流動。第四有機(jī)溶液層7′均勻地形成在基板300上。
接著，如圖6D中所示，在將具有第四有機(jī)溶液層7′的基板300從旋轉(zhuǎn)裝置70移至加熱箱90之后，在加熱箱90中對第四有機(jī)溶液層7′進(jìn)行干燥和熱處理。這樣，使第四有機(jī)溶液層7′迅速轉(zhuǎn)變成液體腔室阻擋層7。
在將第四有機(jī)溶液層7′轉(zhuǎn)變成液體腔室阻擋層7的步驟中，干燥溫度最好保持在大約80℃至100℃的范圍內(nèi)，干燥時間最好在大約15分鐘至20分鐘的范圍內(nèi)。而且，在這個步驟中，進(jìn)行熱處理的溫度最好在大約170℃至180℃的范圍內(nèi)，熱處理的時間最好在大約20分鐘至30分鐘的范圍內(nèi)。
在上述情況下，由于液體腔室阻擋層7是由第一種“較軟”的聚酰胺酸溶液500制成的，因此，在噴墨打印頭的組裝過程中液體腔室阻擋層7能夠與由第二種“較硬”的聚酰胺酸溶液400制成的隔膜20的第二有機(jī)薄膜層22緊密地結(jié)合在一起。用于形成液體腔室阻擋層7的第一種聚酰胺酸溶液500具有上文所述的化學(xué)結(jié)構(gòu)。
如圖6E中所示，在將光掩模33涂敷在液體腔室阻擋層7上后，利用紫外線光源40和透鏡50使液體腔室阻擋層7暴露在紫外線下。同時，與液體腔室9的形狀相對應(yīng)的所需圖案格33′形成在光掩模33上。從紫外線光源40射出的紫外線透過圖案格33′在液體腔室阻擋層7上形成液體腔室9的圖案。
如圖6F所示，在利用化學(xué)物質(zhì)將光掩模33從液體腔室阻擋層層7上除去后，將在其上順序堆疊噴嘴板8和液體腔室阻擋層7的基板300放置在其中充有顯影劑的顯影室60中。在液體腔室阻擋層7的顯影過程中，液體腔室阻擋層7上沒有被紫外線曝光的那一部分以圖案格33′的形狀留在噴嘴板8上，而液體腔室阻擋層7上其余被紫外線曝光的部分被顯影劑從噴嘴板8除去。這樣，如圖7E中所示，液體腔室阻擋層7形成在噴嘴板8上并且液體腔室9分別與噴嘴10對齊。當(dāng)完成噴嘴板8和液體腔室阻擋層7組件后，利用一種化學(xué)物質(zhì)，諸如HF(氟化氫)，將噴嘴板8和液體腔室阻擋層7組件從基板300上分離下來，從而完成了第三個步驟。
在完成第一、第二和第三步驟之后，利用在這些步驟中所制成的各個部件組裝成噴墨打印頭。具體說，將在第二個步驟中制成的隔膜20與其上設(shè)有加熱電阻層11和加熱腔室阻擋層5的基板組裝在一起。接著，將噴嘴板8和液體腔室阻擋層7組件設(shè)置在隔膜20上并以下述方式與隔膜20結(jié)合在一起，即加熱腔室4、液體腔室9和噴嘴10相互之間是同軸對齊的。
當(dāng)將在第二個步驟中制成的隔膜20與其上設(shè)有加熱電阻層11和加熱腔室阻擋層5的基板組裝在一起時，較優(yōu)選的是，壓力在大約0.5kg/cm2至2kg/cm2的范圍內(nèi)，溫度最好在大約250℃至350℃的范圍內(nèi)。
在這種情況下，由于隔膜20的第一有機(jī)薄膜層21是由第一種“較軟”的聚酰胺酸溶液500制成的，因此第一有機(jī)薄膜層21能夠在上述壓力和溫度下轉(zhuǎn)變成一種粘合性物質(zhì)。運(yùn)樣，無需促進(jìn)層即可使第一有機(jī)薄膜層21與液體腔室阻擋層5緊密地結(jié)合在一起。從而，減少了制作步驟的數(shù)量。
同樣，將在第三個步驟中制成的噴嘴板8和液體腔室阻擋層7組件與在第二個步驟中制成的隔膜20結(jié)合時，較優(yōu)選的是，壓力在大約0.5kg/cm2至2kg/cm2的范圍內(nèi)，溫度最好在大約250℃至350℃的范圍內(nèi)。
在這種情況下，由于液體腔室阻擋層7是由第一種聚酰胺酸溶液500制成的，因此液體腔室阻擋層7能夠在上述壓力和溫度下轉(zhuǎn)變成粘合性物質(zhì)。這樣，無需促進(jìn)層即可使液體腔室阻擋層7與隔膜20的第二有機(jī)薄膜層22緊密地結(jié)合在一起。從而，減少了制作步驟的數(shù)量。
將在第一個步驟至第三個步驟中所制成的各個部件對齊并組裝在一起并。如圖7F中所示，完成了噴墨打印頭的制作過程。
如上，由于液體腔室阻擋層和隔膜的第一有機(jī)薄膜層是由第一種“較軟”的聚酰胺酸溶液制成的，因此液體腔室阻擋層和第一有機(jī)薄膜層能夠在上述壓力和溫度下轉(zhuǎn)變成一種粘合性物質(zhì)。這樣，無需促進(jìn)層即可使液體腔室阻擋層和第一有機(jī)薄膜層與其它部件緊密地結(jié)合在一起，從而可避免油墨和工作液體的泄漏。
雖然本發(fā)明是通過噴墨打印頭進(jìn)行表示和描述的，但是，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的微型噴射裝置也可用作醫(yī)療器械的微型泵和燃料噴射裝置。
在上述噴墨打印頭以及制作這種噴墨打印頭的方法中，液體腔室阻擋層和第一有機(jī)薄膜層以及類似物是由“較軟”的聚酰胺酸溶液制成的?！拜^軟”的聚酰胺酸溶液能夠在一定的熱處理條件下硬化，但是，當(dāng)壓力在大約0.5kg/cm2至2kg/cm2的范圍內(nèi)以及溫度在大約250℃至350℃的范圍內(nèi)時具有粘附特性。這樣，無需促進(jìn)層即可使由第一種聚酰胺酸溶液制成的液體腔室阻擋層和第一有機(jī)薄膜層與其它部件緊密地結(jié)合在一起，從而可避免油墨和工作液體泄漏。
盡管上面通過特定的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但是，應(yīng)該理解的是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以在不脫離由所附權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍的情況下可對上述實(shí)施例在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種微型噴射裝置，包括基體；設(shè)置在所述基體上的保護(hù)膜；形成在所述保護(hù)膜上的加熱電阻；與所述加熱電阻的邊緣相接觸的電極層，所述電極層用于將電能提供給所述加熱電阻；形成在所述加熱電阻和保護(hù)膜上的加熱腔室阻擋層，所述加熱腔室阻擋層限定了與所述加熱電阻對齊的加熱腔室，所述加熱腔室用于容納工作液體；形成在所述加熱腔室阻擋層上并跨過所述加熱腔室的隔膜，所述隔膜包括由第一種聚酰亞胺成分制成的第一有機(jī)薄膜層，所述第一有機(jī)薄膜層形成在所述加熱腔室阻擋層上并跨過所述加熱腔室；和由第二種聚酰亞胺成分制成的第二有機(jī)薄膜層，所述第二種聚酰亞胺成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)與所述第一種聚酰亞胺成分不同，所述第二有機(jī)薄膜層形成在所述第一有機(jī)薄膜層上；由所述第一種聚合物成分制成的液體腔室阻擋層，所述液體腔室阻擋層形成在所述第二有機(jī)薄膜層上，所述液體腔室阻擋層限定了與所述加熱腔室對齊的液體腔室；和形成在所述液體腔室阻擋層上的噴嘴板，所述噴嘴板具有與所述液體腔室對齊的噴嘴。
2.如權(quán)利要求1所述的微型噴射裝置，其特征在于，所述第一種聚酰亞胺成分包括有包含如下結(jié)構(gòu)的重復(fù)集團(tuán)，用于為所述聚合物提供柔性，所述結(jié)構(gòu)為
3.如權(quán)利要求2所述的微型噴射裝置，其特征在于，所述第一種聚酰亞胺成分具有如下的重復(fù)集團(tuán)
4.如權(quán)利要求1所述的微型噴射裝置，其特征在于，所述第一種聚酰亞胺成分是通過對第一種聚酰胺酸成分進(jìn)行熱處理和壓力處理而形成的。
5.如權(quán)利要求4所述的微型噴射裝置，其特征在于，所述第一種聚酰胺酸成分的特種是，在進(jìn)行所述的熱處理和壓力處理后能夠形成一種可與所述第二種聚酰亞胺成分強(qiáng)力粘結(jié)的聚酰亞胺成分。
6.如權(quán)利要求5所述的微型噴射裝置，其特征在于，所述第一種聚酰胺酸成分是由1，4-二(4-氨基苯氧基)苯；3，3′，4，4′-四羧基二苯基氧化二酸酐；和酰胺溶劑形成的。
7.如權(quán)利要求1所述的微型噴射裝置，其特征在于，所述第二種聚酰亞胺成分具有如下的重復(fù)集團(tuán)
8.如權(quán)利要求1所述的微型噴射裝置，其特征在于，所述加熱腔室阻擋層是由所述第二種聚酰亞胺成分制成的。
9.一種用于制作微型噴射裝置的方法，包括下列步驟形成隔膜，所述形成隔膜的步驟包括將第一種聚酰胺酸溶液以旋轉(zhuǎn)涂敷的方式涂敷在一基板保護(hù)膜上以形成第一有機(jī)薄膜；對所述第一有機(jī)薄膜進(jìn)行干燥處理和熱處理以形成第一有機(jī)層；將第二種聚酰胺酸溶液以旋轉(zhuǎn)涂敷的方式涂敷在所述第一有機(jī)薄膜層上以形成第二有機(jī)薄膜，所述第二種聚酰胺酸溶液的化學(xué)成分與所述第一種聚酰胺酸溶液不同；對所述第二有機(jī)薄膜進(jìn)行干燥處理和熱處理以形成第二有機(jī)層；和將所述第一有機(jī)層和第二有機(jī)層作為隔膜從所述基板上分離下來；形成加熱電阻/加熱腔室阻擋層組件，所述形成加熱電阻/加熱腔室阻擋層組件的步驟包括在第二基板上的保護(hù)膜上形成加熱電阻層；形成與所述加熱電阻層相接觸的電極層；將第二種聚酰胺酸溶液以旋轉(zhuǎn)涂敷的方式涂敷在所述加熱電阻層和保護(hù)層上以形成第三有機(jī)薄膜；對所述第三有機(jī)薄膜進(jìn)行干燥處理和熱處理以形成第三有機(jī)層；和對所述第三有機(jī)層進(jìn)行光刻以形成具有加熱腔室的加熱腔室阻擋層；形成噴嘴板/液體腔室阻擋層組件，所述形成噴嘴板/液體腔室阻擋層組件的步驟包括在第三基板上的保護(hù)膜上形成噴嘴板；將所述第一種聚酰胺酸溶液以旋轉(zhuǎn)涂敷的方式涂敷在所述噴嘴板上以形成第四有機(jī)薄膜；對所述第四有機(jī)薄膜進(jìn)行干燥處理和熱處理以形成第四有機(jī)層；對所述第四有機(jī)層進(jìn)行光刻以形成具有液體腔室的液體腔室阻擋層；和將所述噴嘴板/液體腔室阻擋層組件從所述第三基板上分離下來；將所述隔膜與所述加熱電阻層/加熱腔室阻擋層組件對齊，使所述第一有機(jī)層與所述加熱腔室阻擋層相接觸，并在提高的溫度和壓力下組裝以形成第一組件；和將所述噴嘴板/液體腔室阻擋層組件與所述第一組件對齊，使所述液體腔室阻擋層與第二有機(jī)層相接觸，并在提高的溫度和壓力下組裝以形成所述微型噴射裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述形成加熱電阻層的步驟還包括將金屬沉積在所述保護(hù)膜上和對所述金屬進(jìn)行光刻。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述形成電極層的步驟還包括將金屬沉積在所述保護(hù)膜和加熱電阻層以及對所述金屬進(jìn)行光刻。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述對第一有機(jī)薄膜進(jìn)行干燥處理和熱處理的步驟包括在大約80℃至100℃的溫度范圍內(nèi)、在大約15分鐘至20分鐘的時間范圍內(nèi)對所述薄膜進(jìn)行干燥；和在大約170℃至180℃的溫度范圍內(nèi)、在大約20分鐘至30分鐘的時間范圍內(nèi)對所述薄膜進(jìn)行熱處理。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述對第二有機(jī)薄膜進(jìn)行干燥處理和熱處理的步驟包括在大約80℃至100℃的溫度范圍內(nèi)、在大約15分鐘至20分鐘的時間范圍內(nèi)對所述薄膜進(jìn)行干燥；和在大約170℃至180℃的溫度范圍內(nèi)、在大約20分鐘至30分鐘的時間范圍內(nèi)對所述薄膜進(jìn)行熱處理。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述對第三有機(jī)薄膜進(jìn)行干燥處理和熱處理的步驟包括在大約80℃至100℃的溫度范圍內(nèi)、在大約15分鐘至20分鐘的時間范圍內(nèi)對所述薄膜進(jìn)行干燥；和在大約170℃至180℃的溫度范圍內(nèi)、在大約20分鐘至30分鐘的時間范圍內(nèi)對所述薄膜進(jìn)行熱處理。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述對第四有機(jī)薄膜進(jìn)行干燥處理和熱處理的步驟包括在大約80℃至100℃的溫度范圍內(nèi)、在大約15分鐘至20分鐘的時間范圍內(nèi)對所述薄膜進(jìn)行干燥；和在大約170℃至180℃的溫度范圍內(nèi)、在大約20分鐘至30分鐘的時間范圍內(nèi)對所述薄膜進(jìn)行熱處理。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一種聚酰胺酸溶液在固化后形成一種聚酰亞胺，所述聚酰亞胺含有如下的重復(fù)集團(tuán)
17.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二種聚酰胺酸溶液在固化后形成一種聚酰亞胺，所述聚酰亞胺含有如下的重復(fù)集團(tuán)
18.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一種聚酰胺酸溶液是由1，4-二(4-氨基苯氧基)苯；3，3′，4，4′-四羧基二苯基氧化二酸酐；和酰胺溶劑形成的。
19.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括采用所述第一種聚酰胺酸成分，該成分具有這種特性，即在高的溫度和壓力下能夠形成一種可與所述第二種聚酰亞胺成分強(qiáng)力粘結(jié)的聚酰亞胺成分。
20.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一種聚酰亞胺成分包括有包含如下結(jié)構(gòu)的重復(fù)集團(tuán)，所述結(jié)構(gòu)為
21.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述形成第一組件的步驟包括，在大約250℃至350℃的溫度范圍內(nèi)以及在大約0.5kg/cm2至2kg/cm2的壓力范圍內(nèi)組裝。
22.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述完成微型噴射裝置之制造的步驟包括，在大約250℃至350℃的溫度范圍內(nèi)以及在大約0.5kg/cm2至2kg/cm2的壓力范圍內(nèi)組裝。
23.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述形成噴嘴板的步驟還包括在所述第三基板上形成圖案基層；和在所述圖案基層上電鍍鎳以形成所述噴嘴板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微型噴射裝置以及一種用于制作這種微型噴射裝置的方法。利用一種“較軟”的聚酰胺酸溶液制成液體腔室阻擋層和第一有機(jī)薄膜層。在適當(dāng)條件下對所述聚酰胺酸溶液進(jìn)行干燥處理和熱處理使其固化。在280℃至300℃的溫度范圍內(nèi)以及在0.5kg/cm
文檔編號F02M51/06GK1257006SQ99126099
公開日2000年6月21日 申請日期1999年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月3日
發(fā)明者安秉善, 朱科夫·A·阿萊克桑德羅維奇, 達(dá)尼夫·B·尼科萊維奇 申請人:三星電子株式會社