DE2758142C2 - Verfahren zur Herstellung von Ladeplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenes Herstellungs-Verfahren für Ladeplatten.

Tintenstrahldrucker, die Tintentröpfchen elektrostatisch aufladen und ablenken sind in zwei Hauptkategorien unterteilbar. Als Beispiel der einen Kategorie sei die US-Palentschrift 35 96 275 genannt, gemäß der eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit unter Druck aus einer einzigen Düse in Form eines Flüssigkeitsfadens ausgestoßen wird, der gestört wird, um in einzelne Tröpfchen aufzubrechen. Diese einzelnen Tröpfchen können durch ein Ladefeld einer Ladeelektrode wahlweise mit unterschiedlichen Ladungen aufgeladen werden. Diese Tröpfchen passieren dann ein elektrostatisches Ablenkfeld und werden aus ihrer normalen Flugbahn um eine Entfernung abgelenkt, die abhängig ist von der Größe ihrer Ladung. Die Tröpfchen schlagen dann auf dem zu bedruckenden Papier an einer Stelle auf, die bestimmt ist durch die Ablenkentfernung. Bei der anderen Kate-Eorie (z. B. US-Patentschrift 33 73 437) wird eine elektrisch leitfahige Flüssigkeit unter Druck aus einer Mehrzahl von Düsen ausgestoßen und in eine Mehrzahl von Strömen bestehend aus einzelnen Tröpfchen aufgebrochen, die durch eine Ladeelektrode wahlweise aufgeladen werden. Statt die Tröpfchen mit unterschiedlichen Ladungen zu versehen, arbeitet dieser Tinienstrahldrukker binär, d. h. die Tröpfchen werden entweder mit einer bestimmten Ladung versehen oder verbleiben ungeladen. Die Tröpfchen passieren hierauf ein elektros:atisches Ablenkfeld, wobei die aufgeladenen Tröpfchen in eine Tinienauffangblende abgelenkt werden, während die ungeladenen Tröpfchen unabgelenkt ihrer natürlichen Flugbahn folgen und schließlich auf dem zu bedruckenden Papier auftreffen.

is Die bisher benutzten Ladeelektroden enthalten ein elektrisch leitfähiges Material, das teilweise oder ganz den zugeordneten Tintenstrahl umgibt und sich gleichmäßig entlang dem Strahl über eine Entfernung von einigen Tröpfchen hinweg erstreckt. Der Grund hierfür

rc ist darin zu sehen, daß das Tröpfchen durch das von der Ladeelektrode erzeugte Feld in dem Augenblick aufgeladen wird, in dem es vom Faden sich ablöst, jedoch der genaue Ablösepunkt entlang der Längsachse des Tintenstromes variieren kann in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, wie Flüssigkeitsviskosiiät und Flüssigkeitsdruck. Das Feld muß entlang dieser Entfernung gleichförmig sein, damit die Tröpfchen richtig aufgeladen werden, ohne eine Abhängigkeit von genauen Punkt ihres Ablösens vom Strom. Beispielsweise ist die in der US-Patentschrift 35 96 275 gezeigte Ladeelektrode ein langer Ring oder ein längliches Rohr. In der US-Patentschrift 33 73 437 stellt die Ladeelektrode dagegen ein U-förmiger Kanal dar.
Das Einsetzen der Ring- oder der ICanalelektrode in den Tragaufbau und das Verbinden derselben mit der Ladesignalquelle ist schwierig und aufwendig, insbesondere bei vieldüsigen Tintenstrahldruckern.

Die Ladeplatte in Tin:enstr».:i!druckern ruft eine Kombination von Materialverträglichkeils- und Fabrikationsproblemen hervor. Die erforderlichen Funktionsmerkmale schließen ein großes Düsenfeld von (60 bis 240) kleinen (0,17 bis 0,2 mm Durchmesser) Löchern mit geringen Toleranzen im Durchmesser und im Ort in einem 0.75 bis 1.25 mm dicken dielektrischen Substrat ein. Eine separate elektrische Leitung ist von jedem Loch zu einem Anschlußstift erforderlich. Alle Leiter müssen von der leitenden Tinte isoliert sein, welche die Löcher passiert. Obwohl während eines stabilen Arbeitszustandes die Tinte die Ladeplatte nicht berührt.

kann es doch gelegentlich vorkommen, daß Außenflächen durch Tinte naß werden, so daß diese Isolierung notwendig ist, um chemische Reaktionen und Teilladungen mit Nachbarelektroden zu widerstehen.

Es wurden bei Ladeplatten, die Schlitze oder geätzte Löcher aufweisen, Prozeßanstrengungen gemacht, um Plattier- oder Aufdampfverfahren für das Absetzen von Metall auf den Außenflächen eines Dielektrikums zu verwenden. Dadurch wurde jedoch der Durchmesser des Loches verändert, der kontrolliert werden muß und wurden ungleiche Dicken in Abhängigkeit von den Niederschlagsverfahren festgestellt. Lunkerfreie Dünnfilmpassivierung ist schwierig bei Flächenschaltkreisen, da die gesamte Oberfläche bedeckt sein muß, einschließlich der Metallbelagsoberflächenkonturen im Inneren der Löcher und der Oberflächenrauhheit sowohl des Substrats als auch des Metallbelages.

Es ist die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Ladeplat-

ten anzugeben, das mit relativ geringem Aufwand und bei sicherer Beherrschung einwandfreie Ladeplatten ergibt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Teil einer fertigen Schicht für eine Ladeelektrode in schaubildlicher Darstellung.

F i g. 2 eine Ladeplatte in schaubildlicher, auseinandergezogener Darstellung,

Fig.3 die Ladeplatte nach Fig.2 nach ihrem Laminieren in schaubildlicher Darstellung.

Fig.4 ein anderes Ausführungsbeispie! einer Ladeelektrode in auseinandergezogener, schaubildlicher Darstellung.

Fig.5 die Ladeplatte nach Fig.4 nach ihren Laminieren in schaubiidiieher Darstellung.

Fig.6 ein weiteres Ausführungsbel»pie! für eine Ladeplatte in auseinandergezogener, scha'jbildlicher Darstellung und

F i g. 7 eine Ladeplatte nach F i g. 6 nach ihrem Laminieren in schaubildlicher Darstellung.

Die in den F i g. 2 und 3 gezeigte Ladeplatte 20 ist für eine Verwendung in einem Tintenstrahldrucker vorgesehen, bei dem die Tinte unter Druck dem Düsenkopf zugeführt wird und είπε Aufladung der Tröpfchen mit anschließender Ablenkung im elektrischen Feld erfolgt. Die Ladeplatte ist mit einer Mehrzahl von Ladetunnelöffnungen ausgerüstet, die in einer Reihe wie in F i g. 1 gezeigt, ausgerichtet sind oder in einer Mehrzahl von Reihen entsprechend der Fig.2 angeordnet sind. Die Ladetunnelöffnungen erstrecken sich durch die ganze Ladeplatte, um einer Anzahl von Tintenströmen je einen Durchgang zu bilden. In bekannter Weise wird eine Mehrzahl von Tintenströmen durch einen FlüssigkeitsdrucKkopf erzeugt, die in gleich große Tröpfchen aufgelöst werden. Die Ladeplatte 20 ist von der Düse so beabstandet, daß die Tintenströme in gleich große Tröpfeben innerhalb der zugeordneten Ladetunnelöffnungen 21, 22 aufbrechen. Den Tröpfchen weTden wahlweise elektrostatische Ladungen nach ihrem Abiritt vom Strom gegeben und die so aufgeladenen Tröpfchen werden darauffolgend durch ein elektrostatisches Ablenkfeld in eine Tintenauffangblende abgelenkt, während die ungeladenen Tröpfchen auf ihrer normalen Flugbahn gegen das zu bedruckende Papier schlagen.

Die Ladeplatte 20 (F i g. 2) wird aus einer Mehrzahl /Oil Schichten 30 aus einem geeigneten photoempfindlichen Material gebildet. Jede der Schichten 30 enthält eine Reihe von Öffnungen 32 und 34 und auch Kanäle 40, die sich aus einer Position, die den ersten Öffnungen 32 und 34 benachbart sind zu zweiten Öffnungen 36 und 38 erstrecken. Die Anordnung der Öffnungen 32,34 und 36, 38 und der Kanäle 40 dien·, zur Bestimmung der Ausführung der Ladeplatte und jede dieser Ladeplatten 20 enthält eine Mehrzahl von Schichten 30, die in einem ausgewählten Muster zusammen laminiert sind.

Die Öffnungen und die Kanäle in den Schichten (z. B. F i g. 2) werden nach einem bekannten Photoätzverfahren hergestellt.

Die Leerzüge werden durch Füllen der geätzten Kanäle mit einer Metallpaste und durch anschließendes Erhitzen gebikk.-t. Alternativ können die Leiterzüge durch geeignete eutektische Verbindungen gebildet werden, die erhitzt werden und in die Kanäle hinein durch Kapillare i.'kung gezogen werden.

Der Metallisationsschritt ist vorzugsweise mit dem Endschritt kombiniert. Der Endschritt enthält das Ausrichten aller einzelnen übereinandergestapclten Schichten durch einen geeigneten Halter, beispielsweise durch Ausrichtung aller einander zugeordneten Öffnungen. Die Ladeplatteneinheit wird dann wärmbehandelt bei einer Temperatur und einer Zeitdauer, die für die Erzielung eines Selbstdiffusionsabbindens ausreicht. Die Wärmebehandlung dient auch für die gleichzeitige BiI-dung der Leilerzüge und der Durchgangslochverbindungen, da das Metallisierungsmaterial gewöhnlich so gewählt werden kann, um mit der Abbindtemperatur kompatibel zu sein.

Das Verfahren ist im allgemeinen anwendbar für iris gendein einziges Material, das für ein Umwandeln in mehreren nebeneinander bestehenden Phasen, die chemisch bedeutend unterschiedliche Verhalten aufweisen, geeignet ist. Jedoch als bev viugies Material ist ein photoempfindiiehes Glas anzusehen. Ein solches Glas wird durch wahlweises Belichten durch eine geeignete Maske mit einem Quecksilber/Xenonlicht bearbeitet. Dieses Material wird dann wärmbehandelt durch Aussetzen der Schicht einer Temperatur von ungefähr 592° C für die Dauer von ungefähr 30 Minuten. Die Wärmebehandlung verändert die CharaKteristika des Glases in den belichteten Bereichen, so daß diese Bereich von einem geeignetem Ätzmittel, wie einer !2%igcn Lesung von Flußsäure in Wasser mit einer größeren Ätzgeschwindigkeit angegriffen werden. Das Ätzen wird für die Herstellung der Kanäle und der Durchgangslöcher für die Ladetunnel verwendet Die Doppelbelichtätztechnik hat den Vorteil, daß genaue Enddimensionen sowohl von den Durchgangslöchern als auch von den Kanälen auf eine gewählte Tiefe genau erreicht werden.

Nach der Herstellung der Schichten karvn das Metallbelagaufbringen in einer von zwei möglichen Arten erfolgen. Eine Art ist in dem Auffüllen der Kanäle mit einer geeigneten Paste aus einem Metallpulver und einer Fritte in einem geeigneten Binder zu sehen. Die Schicht wird dann erhitzt, um das Mitall zu verschmelzen zur Bildung eines elektrischen Leiters in dem Kanal. Die Schicht kann hierauf geläppt werden, um sicherzustellen, daß das Metallmuster nur innerhalb der Kanäle gebildet ist.

Alternativ kann die Metallpaste, wie zuvor beschrie- ■ ben, in die Kanäle eingegeben werden, jedoch die Durchführung der Wärmebehandlung zum Verschmelzen des Meiallpulvers wird als Teil der Wärmbehandlung ausgeführt, die für das Zusammenlaminitfren der Schichten vorgesehen ist.

Ein anderer Weg der Metallbelagserzeugurig ist die Verwendung einer eutektischen Verbindung wie eines Gold-Siliziumeutektikums, dessen Schmelzpunkt bei ungefähr 310⁰C liegt. Das Aufbringen des Metallbelages erfolgt bei Erhitzung der Ladeplatte auf einR Temperatur üt .τ dem Schmelzpunkt der Verbindung, so daß das Metall in die Kanäle durch Kapillarwirkung hineingezogen wird. In einigen Fällen kann dies gleichzeitig mit dem Abbinden erfolgen. Diese Metallbelagaufbringverfahren haben den Vorteil, daß keine Passivierung erforderlich ist, um die Ladeplatte gegen Korrosionseinwirkung du.?h die Tinte zu schützen, da die Tinte von den Leiterzügen durch das Substratdielektrikum geb5 trennt ist

Die Wärmebehandlung für das Zusammenbinden der Schichten wird durch ein erstes Ausrichten einer jeden Schicht von geeigneter Ausführung in geeigneter Rei-

henfolge ausgeführt, so daß die Durchgangslöcher koaxial ausgerichtet sind, beispielsweise mit Hilfe einer geeigneten Haltevorrichtung. Die ausgerichteten Schichten werden hierauf einer Temperatur von ungefähr 900"C für eine Zeitdauer von 12 bis 14 Stunden i ausgesetzt, um ein Zusammcnlaminieren der Schichten durch ein Selbstdiffusicnsabbindcn zu erzielen. Während des Warmevorganges wird von der Haltevorrichtung aus ein geringer Druck ausgeübt, um die Teile in der gewünschten Verbindung zu halten. Somit verlieren iu die in der Beschreibung mil Schicht bezeichneten Teile durch das Laminieren ihre Individualität.

Die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsform einer Ladeplatte enthält eine Mehrzahl von Schichten aus einem photoempfindlichen Material, von denen eine jede wie η zuvor beschrieben behandelt wurde. Die ersten Schichten 3O.f und die zweiten Schichten 30i> stellen eine Reihe von kanälen 4ö bereit. Auf den Schichten 30.7 erstrekken sich die Kanäle 40a von benachbarten Öffnungen 32 aus zu den öffnungen 36 hin, wobei die Schichten 306 die sich von den Öffnungen 34 nach den Öffnungen 38 erstreckenden Kanäle 406 tragen. Der Teil 42 des Kanales 40a umgibt mit Abstand die Öffnung 32 und der Teil 44 des Kanales 40a umgibt die Öffnung 34. Es ergibt sich nun ein Aufbau von Kanälen die mit den Öffnungen 32 und 34 nicht in Berührung stehen, welche die Ladetunnel bilden. Ein den Anschlüssen 46, 48 zugeführtes Potential erzeugt ein Feld, das ausreicht, das gerade gebildete Tröpfchen fir ein anschließendes Ablenken aufzuladen, wobei die Elektroden von einer Berührung durch jo Tinte geschützt sind. Die Durchgangslochverbindungen 47, 48 werden während des Metallisationsschrittes gebildet: um eine elektrische Verbindung aller entsprechenden Leiterzüge auf den verschiedenen Schichten herzustellen, so daß ein den Anschlüssen 46. 48 zügeführ'.es elektrisches Signa! ein einsprechendes elektrisches Feld am angeschlossenen Ladetunnel erzeugt.

Für die Herstellung der Ladeplatte 20 wird eine ausgewählte Anzahl von Schichten 30a und 30£> so ausgerichtet, daß alle Öffnungen 32,34 und 36,38 ausgerichtet sind und die Schichten 30c an der Ober- und Unterseite der aufeinandcrgcstapelten Schichten liegen. Die Schichten 30c weisen keine Kanäle auf. besitzen jedoch zugeordnete Öffnungen 21, 22 und und 46, 48. Die Schichten werden dann zusammen in einem Wärmebehandlungssehriu abgebunden, wie zuvor in Verbindung mit F i g. 3 beschrieben wurde. Die Ladeplatte enthält eine Mehrzahl von Reihen von Öffnungen, nämlich eine Reihe von ausgerichteten Öffnungen 32 und eine Reihe von ausgerichteten Öffnungen 34. Die Öffnungen 32,34 sind von gleicher Größe und befinden sich jeweils an der gleichen Stelle in jeder Schicht 30.

Die Schichten 30a und 3Ob können durch irgendein geeignetes Verfahren hergestellt werden. Ein geeignetes Verfahren ist das Doppelbeiichtverfahren, das besonders vorteilhaft ist, da die Öffnungen in einem zweiten Ätzschritt auf genau ausgewählte Größen geätzt werden können, während gieichzeitig die geeignete Kanaltiefe hergestellt wird.

Das in Fig.4 gezeigte Ausführungsbeispiel enthält ω die Schicht 50 mit einem Muster von Öffnungen 52, 54 und 56,58 und mit den Kanälen 60 und 62. Die Kanäle 60 befinden sich auf der oberen Außenfläche der Schicht 50 und die Kanäle 62 an der unteren Außenfläche dieser Schicht. Die Leitermuster werden in zwei Schritten geätzt. Die untere Außenfläche wird mit einem geeigneten Material maskiert, während die Kanäle 60 geätzt werden und die obere Außenfläche wird geätzt für die Kanäle 62. Die Ladeplatte wird aus einer Schicht 50 gebildet, die zwischen zwei Schichten 64 angeordnet ist. die nur die Öffnungen 52, 54 und 56. 58 aufweisen (F i g. 5). Die Schichten werden zusammenlaminiert durch ein Selbsldiffusionsabbinden.

Die in Fig.6 gezeigte Ausführungsform verwendet eine Mehrzahl von Schichten, in denen die Öffnungen 72, 74 und 76, 78 durchgeätzt sind. Die Zwischenschicht 80 weist ein durchgeätztes Muster auf. das die Öffnungen 72, 74 und 76, 78 und die Öffnungen 82 für die Leiterzüge enthält. Die Zwischenschicht 81 besitzt ein durchgeatztes Muster, das die Öffnungen 72, 74 und 76, 78 und die Öffnungen 84 für die Leiterzüge enthält. Die Zwischenschicht 86 besit/i das geätzte Muster aus Öffnungen 27, 74 und 76, 78. Wie in F i g. 7 gezeigt ist. sind die eben genannten Schichten und eine Deck- und Grundschicht 88, welche Öffnungen 72, 74 und 76, 78 enthalt, auicinandergeschichtet, so daß alle Öffnungen 72, 74 und 76, 78 ausgerichtet sind. Die Schichten werden dann zusammen abgebunden und das Metallbelag· aufbringen erfolgt wie weiter oben beschrieben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Palentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer zum Aufladen von in Tintenstrahldruckern erzeugten Tintentröpfchen vorgesehenen Ladeplatte, die aus mehreren Schichten aufgebaut ist die als dielektrische Anschlußstellen oder als Tintenkanäle wirkende Durchgangslöcher und dieselben verbindende Leiterzüge tragen, dadurch gekennzeichnet, daß in Platten (30) aus einem phoioempfindlichen. bei Wärme schmelzenden Material ein Muster von Öffnungen (32, 34, 36, 38) und Kanälen (40) eingeätzt wird, daß mehrere dieser Platten so aufeinandergeschichtet werden, daß ihre Öffnungen gegeneinander ausgerichtet sind, daß dieser Stapel von Platten bei einer Temperatur und während einer Zeitdauer erhitzt wird, die ausreichen für die Erzeugung einer festen Verbindung der einzelnen Platten und daß die Kanäle mipeinem Metaiibeiag versehen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (40) einer jeden Platte (30) mit einer Metallpasie gefüllt werden, und daß das Erhitzen des Plattenstapels so erfolgt, daß auch ein Verschmelzen der Metallpa? te gewährleistet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das photoempfindliche Material ein photoempfindliches Glas darstellt

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 900°C während 12 bis 14 Stunden erfolgt.

5. Verfahren nach Aaspri/ h 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des Metallbelages durch Niederschlag einer eutektischen Verbindung mit einem Schmelzpunkt, der niedriger ist als die Temperatur der Wärmebehandlung, mit anschließender Erhitzung dieser Verbindung über ihren Schmelzpunkt erfolgt, so daß das Metall durch Kapillarwirkung in die Kanäle (40) fließt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eutektische Verbindung eine Gold-Silizium-Verbindung mit einem Schmelzpunkt von ungefähr3tO°Cdarstellt.