热喷式喷墨打印机专利技术综述

李燕

摘要：本文介绍了热喷式喷墨打印机喷墨技术的基本知识及其专利技术，分析喷墨技术的发展现状与发展趋势。

关键词：热喷;打印机;喷墨;专利

1.概述

热喷式喷墨技术是让墨水通过细喷嘴，在加热电阻的作用下，将喷头管道中的一部分墨汁气化，形成一个气泡，并将喷嘴处的墨水顶出喷到输出介质表面，形成图案或字符，所以这种喷墨打印机有时又被称为气泡打印机。

2.热喷式喷墨技术

图1所示是典型的热喷式墨水喷射记录头（参见JP特开平4-211954A），该记录头包括-具有一些喷口41（墨水喷射出口）的喷口板40，-具有一些与各自喷口连通的墨水通道槽401的顶板400，以及-具有一些能量产生元件101的加热板100，该加热板100用于液体喷射并构成所述墨水通道的一部分。

在JP特开平4-211954A专利申请中，申请人提到了热喷式墨水喷射记录装置的以下几个优点：

（1）用于喷射所述记录液滴以形成漂浮液滴的上述那些液体喷射出口（喷口），可以高密集度地配置，因此，可能获得高分辨率记录。

（2）配有所述那些喷射出口的一记录头，相对来说容易地做得小巧。

（3）可以采用IC技术及微加工技术，这两种技术在半导体制造领域中获得显著进展，可靠性不断提高。

（4）所述记录头可相对容易地配置于一细长的或二维的结构中。

（5）可相对容易地获得一高密集度的多喷口结构，这种结构在大批量的生产中有很好的生产率且制造成本较低。

从热效率的角度出发，保护层具有高热导率或小的厚度是 有利的。然而，从保护与发热电阻器相连的配线免受墨侵袭的 角度出发，保护层具有大的厚度是有利的。因此，从能量效率和可靠性的角度出发，必须将保护层的厚度设置为最佳厚度。 特别是与墨接触的层受由于墨的发泡造成的气穴破坏即机械破坏和由于在高温下与墨组分的化学反应造成的破坏即化学破坏两者的影响，因此机械破坏和化学破坏的影响需要充分考虑。

图1 典型热喷式墨水喷射记录头

因此，喷墨基板的保护层通常包括对机械破坏和化学破坏具有高稳定性的上层（即，与墨接触的层），以及用于保护配线 的下绝缘层。具体而言，通常形成机械上和化学上都极其稳定的Ta层作为上层，形成可通过现有的半导体制造设备容易形成 并稳定的SiN层、SiO层或SiC层作为下层。在这种构造的情况下，同时满足对喷墨基板发热电阻器的寿命和可靠性的要求。

在JP特开2008-173965A专利申请中，申请人使用主要由氮化硅、氧化 硅或碳化硅如SiN、SiO或SiC组成的下绝缘层而不使用上述包括上层和下层的保护层中的上层来构成保护层。这种构造提供 了热效率方面的优点，并且其也是有利的，这是由于简化了层构造，所以可以最小化或避免成本的增加以及最小化或避免由 于层缺陷造成的产量降低。

图2A和2B是示意性地示出设置在施加根据JP特开2008-173965A的墨的喷墨头上的喷嘴部分的图。图2A是示出从喷嘴的喷射口侧观察 时喷嘴H2112形状的图。图2B是示出沿图2A的虚线IVB-IVB剖切的横截面图。在图2B中，附图标记H2101表示硅基板，附图 标记H2102表示由热氧化物层构成的蓄热层。另外，附图标记 H2103表示也起蓄热作用并由氧化硅层或氮化硅层构成的层间层，附图标记H2104表示抗发热层，附图标记H2105表示由金属 材料如Al、Al-Si或Al-Cu构成配线的金属配线层。另外，附图标记H2106表示由氧化硅层、氮化硅层或碳化硅层构成并还用 作绝缘层的保护层。特别是由于保护层H2106与墨直接接触， 因此要求该保护层对碱化学稳定并具有对物理冲击的充分的耐受性，而且存在为该层提供电绝缘性的很大的必要性。因此，氮化硅层或碳化硅层能够尤其适合用作形成该层的材料。

3.喷墨打印机喷墨技术的发展趋势

（1）打印速度更快。分辨率的高低与打印速度的快慢似乎是一对天生的“冤家”，要是将喷墨打印机的输出分辨率设置得过高的话，那么打印相同幅面要喷墨的点数将大大增多，打印速度自然就会受到影响，如何才能“鱼和熊掌兼得”呢？为此，新型的喷墨打印机将会利用双向打印技术以及给喷墨打印机增加喷嘴数量的方法，来使喷墨打印机在保持较高输出分辨率的基础上，提高打印机的输出速度。

（2）分辨率更高。使用热喷墨技术打印技术的打印机一般以600的倍数作为分辨率，比如1200x600dpi这样的格式，随着人们对打印色彩要求的逐步提高，新型的喷墨打印机将会使喷打的分辨率提高的一个更高的水平，喷墨打印机将能处理色彩要求更高、图象细节更全的图象或者照片打印要求。

（3）墨滴控制更精确。墨滴的大小以及墨滴的形状对喷墨打印机的输出质量是有很大影响的，如果不能精确地控制这些墨滴在打印纸上的形状和大小，将会降低打印输出效果。为此新型的高档打印机都对如何精确控制墨滴形状和大小进行了努力研究和探索，并推出了新兴星形喷嘴技术，来达到精确控制墨滴形状和大小的目的，从而使图象打印或者照片打印效果更为逼真、清晰。

（4）实现零颗粒打印。为了消除喷墨打印机输出幅面上的墨点颗粒形状，并能够实现多重色控打印，那么就需要降低喷墨墨水的浓度以及减小喷墨墨滴中所包含的墨水的容量，同时能够对同一像素点进行多次的喷墨，只有这样打印机的输出效果才能更为逼真。