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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
eines Tintenstrahl-Druckkopfes, das sehr gut angewendet werden kann,
um wirtschaftlich und schnell gute Düsen in einer Düsenplatte
auszubilden (in diese zu bohren).
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Hintergrund der Erfindung
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Seit
kurzem finden Tintenstrahldrucker weit verbreitet Verwendung. Die
Tintenstrahldrucker beinhalten einen Thermostrahltyp, der Tintentröpfchen unter
dem Druck von Blasen ausstößt, die
durch Erwärmen
der Tinte mit Hilfe eines Wärme
erzeugenden Widerstandselementes erzeugt werden, und einen piezoelektrischen
Typ, der Tintentröpfchen
durch Druck ausstößt, der
auf die Tinte durch die Verformung eines piezoelektrischen Widerstandselementes
(piezoelektrischen Elementes) erzeugt wird.
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Da
diese Drucker keinen Entwicklungsschritt und Transferschritt erfordern
und Tintentröpfchen
direkt auf ein Aufzeichnungsmedium ausstoßen, um Informationen aufzuzeichnen,
bieten sie gegenüber dem
elektrofotografischen Typ, der pulverähnliche Toner verwendet, hinsichtlich
der einfachen Miniaturisierung und der geringeren Druckenergie Vorteile. Die
Tintenstrahldrucker sind somit insbesondere als Drucker für den persönlichen
Gebrauch populär.
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Die
Druckköpfe
eines Thermostrahldruckers werden in zwei Konstruktionen in Abhängigkeit
der Ausstoßrichtung
der Tintentröpfchen
klassifiziert: ein Side- Shooter-Thermotintenstrahl-Druckkopf,
der Tintentröpfchen
in einer Richtung parallel zur Wärmeerzeugungsoberfläche des
Wärmeerzeugungs-Widerstandselementes
ausstößt und ein
Roof-Shooter- oder Top-Shooter-Thermotintenstrahl-Druckkopf,
der Tintentröpfchen
in einer Richtung senkrecht zum Wärmeerzeugungs-Widerstandselement
ausstößt. Insbesondere
ist der Roof-Shooter-Thermotintenstrahl-Druckkopf für seinen äußerst geringen
Stromverbrauch bekannt.
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1A bis 1C zeigen
beispielhaft und schematisch das Druckprinzip des Roof-Shooter-Thermotintenstrahl-Druckkopfes.
Wie es in 1A gezeigt ist, ist ein Wärmeerzeugungs-Widerstandselement 2 auf
einem Siliziumsubstrat 1 angeordnet, wobei eine Düsenplatte 3 an
einem nicht dargestellten Abschnitt haftet und derart angeordnet
ist, das sie dem Siliziumsubstrat 1 zugewandt ist. Eine Vielzahl
von Düsen 4 als
Tintenausstoßdüsen sind
in der Düsenplatte 3 an
einer Stelle ausgebildet, die dem Wärmeerzeugungs-Widerstrandselement 2 zugewandt
ist. Nicht dargestellte Elektroden sind mit beiden Enden des Wärmeerzeugungs-Widerstandselementes 2 verbunden,
wobei Tinte 5 fortwährend einem
Tintenströmungsweg
zugeführt
wird, in dem sich das Wärmeerzeugungs-Widerstandselement 2 befindet.
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Um
Tintentröpfchen
aus den Düsen 4 auszustoßen, erwärmt zunächst, wie
in 1B gezeigt, (1) eine Aktivierung gemäß der Bildinformationen
das Wärmeerzeugungs-Widerstandselement 2,
wodurch eine Blasenkeimbildung auf dem Wärmeerzeugungs-Widerstandselement 2 bewirkt
wird. (2) Die erzeugten Blasen werden kombiniert, um eine Filmblase 6 zu
erzeugen. (3) Die Filmblase 6 dehnt sich adiabatisch aus
und wächst
an und drückt
auf die nahegelegene Tinte. Dadurch wird die Tinte 5' aus den Düsen 4 gedrückt, so
dass die Tinte 5' zu
Tintentröpfchen 7 wird,
wie es in 1C gezeigt ist, die auf die Oberfläche eines
nicht dargestellten Platt Papiers ausgestoßen werden. (4) Wenn die Wärme der
angewachsenen Filmblase 6 von der nahegelegenen Tinte aufgenommen
wird, zieht sich die Filmblase 6 zusammen. (5) Die Filmblase 6 verschwindet,
um für die
nächste
Erwärmung
des Wärmeerzeugungs-Widerstandselementes 2 bereit
zu sein. Diese Abfolge der Schritte (1) bis (5) wird unverzüglich ausgeführt.
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Eine
Art der Herstellung eines derartigen Thermotintenstrahl-Druckkopfes
besteht darin, gleichzeitig eine Vielzahl von Wärmeerzeugungs-Widerstandselementen,
Ansteuereinrichtungen für
diese Elemente und eine Vielzahl von Düsen in einer monolithischen
Form unter Verwendung der Silizium-LSI-Technologie und der Dünnfilmtechnologie auszubilden.
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2 zeigt
eine Tabelle, die die Schritte zum Herstellen eines derartigen Thermotintenstrahl-Druckkopfes
zeigt. Wie es in 2 gezeigt ist, werden ein Widerstandsfilm
und ein Elektrodenfilm auf einem Substrat in Schritt (1) ausgebildet.
In Schritt (2) werden das Muster von Wärmeerzeugungsabschnitten und
das Muster von Elektroden jeweils auf dem Widerstandsfilm und dem
Elektrodenfilm durch Photolithographie oder dergleichen ausgebildet.
In Schritt (3) wird eine Membran ausgebildet, die den Bereich auf
dem Substrat in ein vorbestimmtes Muster unterteilt, das Tintenströmungswege
festlegt. In Schritt (4) werden ein Tintenzuführleitungsweg und ein Tintenzuführloch im
Substrat ausgebildet. In Schritt (5) wird eine Düsenplatte auf die Membran geklebt.
In Schritt (6) wird ein Metallfilm auf der Oberfläche der
Düsenplatte
ausgebildet und das Muster der Düsen
auf der Metallfolie ausgebildet. In Schritt (7) werden Düsen mit
Hilfe eines herkömmlichen
Trockenätzsystems,
eines Excimer-Lasers oder dergleichen ausgebildet. In Schritt (8)
werden einzelne Substrate, die zusammen auf einem Wafer ausgebildet
sind, durch Dicen in einzelne Einheiten getrennt. In Schritt (9)
wird jedes einzelne Kopfsubstrat an ein Anbringungssubstrat gebondet,
wobei dessen Anschlüsse
mit den zugehörigen
Anschlüssen
desselben verbunden werden. Dadurch ist eine brauchbare Einheit
eines Thermotintenstrahl-Druckkopfes vervollständigt.
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Bei
der Herstellung eines Roof-Shooter-Thermotintenstrahl-Druckkopfes
sollte die Düsenplatte
derart angeklebt werden, dass nicht die Tintenrille oder der Tintenleitungsweg
begraben werden, die durch die Zwischenlage in einer Höhe von etwa 10 μm ausgebildet
werden. Wenngleich die Bemessung dieser Zwischenlage mit einer Höhe von über 15 μm das Erfordernis
beseitigt, auf diesen Umstand zu achten, kann diese Zwischenlage
nicht in einer Höhe
von mehr als 15 μm
durch einmaliges Auftragen eines lichtempfindlichen Harzes ausgebildet werden,
das das Material für
die Zwischenlage ist. Zweimaliges Auftragen des lichtemp findlichen
Harzes verdoppelt jedoch die Zeit für den Schritt des Ausbildens
der Zwischenlage, wodurch die Arbeitseffizienz verringert wird.
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Darüber hinaus
macht es eine hohe Zwischenlage mit einer Höhe von 10 μm schwierig, die feinen Tintenströmungsleitungswege
auszubilden, die für
einen Kopf erforderlich sind, der eine Auflösung von wenigstens 400 dpi
hat. Auch in dieser Hinsicht sollte die Höhe der Zwischenlage maximal
auf etwa 10 μm
eingestellt werden. Normalerweise wird eine Düsenplatte, die dadurch vorbereitet
wird, dass ein Klebemittel auf Epoxybasis oder dergleichen auf einem
Harz aus Polyimid oder dergleichen aufgetragen wird, auf die Zwischenlage
durch Wärmekompressions-Bonding
aufgeklebt. Dieses Schema erfordert es, dass ein Klebemittel in
einer Dicke von beispielsweise höchstens
5 μm unmittelbar
vor der Verwendung aufgetragen werden und unmittelbar danach am
Substrat haften sollte. Es bereitet Schwierigkeiten, das Klebemittel
gleichmäßig und
dünn aufzutragen.
Selbst wenn das Aufbringen des Klebemittels in einer Dicke von 5 μm möglich ist,
verringern sich die Tintenrille oder der Tintenströmungsleitungsweg
nach der Verklebung auf die Höhe
von 5 μm durch
das Klebemittel, das von oben durch das Wärmekompressions-Bonding aufgepresst
wurde, so dass ein Teil der Tintenrille und der Tintenströmungsleitungswege
in Abhängigkeit
einer Dickenschwankung des Klebemittels blockiert werden können.
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Beim
herkömmlichen
Schema besteht eine Schwierigkeit des gleichmäßigen und dünnen Aufbringens des Klebemittels
und ein technisches Problem der Lagerung nach der Aufbringung des
Klebemittels. Es ist somit erforderlich, eine Arbeit des Anheftens
der Düsenplatte
unmittelbar nach dem Aufbringen des Klebemittels auszuführen. Da
das Klebemittel klebrig ist, sollte weiterhin mit Vorsicht vorgegangen
werden, wenn die Zwischenlage, auf die das Klebemittel aufgetragen
ist, zum Zeitpunkt des Anheftens der Düsenplatte gehandhabt wird,
d.h. die Bearbeitbarkeit ist nicht zufrieden stellend. Selbst wenn
Polyimid, das eine zuverlässig
hohe Wärmebeständigkeit
hat, für
die Zwischenlage und die Düsenplatte
verwendet wird, wie es oben beschrieben wurde, würde, wenn ein Klebemittel mit
einer geringen Wärmebeständigkeit
verwendet wird, eine Beschädigung
des Klebemittels während
der Verwendung die Wärmebeständigkeits-Zuverlässigkeit
der Zwischenlage und der Düsenplatte
verringern.
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Daher
wird die zuvor erwähnte
Düsenplatte 3 hergestellt,
indem eine Klebeschicht, die aus einem thermoplastischen Haftmaterial
besteht, das einen derart hohen Glasübergangspunkt, um bei Raumtemperatur
nicht zu fließen,
und eine exzellente Wärmebeständigkeit
hat, auf der Haftfläche
eines sehr dünnen
Polyimidfilms von etwa 30 bis 40 μm
Dicke ausgebildet wird, der das grundlegende Material ist. Dadurch
wird eine Lagerung der Düsenplatte 3 mit dem
aufgebrachten Haftmaterial sichergestellt und ermöglicht,
dass die Düsenplatte
auf einfache Weise am Substrat 1 durch Thermokompression
angeheftet wird.
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Es
wird jedoch darauf hingewiesen, dass diese thermoplastische Klebeschicht
auf beiden Seiten der Düsenplatte 3 angebracht
werden sollte, d.h. nicht nur auf der Unterseite der Düsenplatte,
auf der das Substrat 1 angeordnet werden soll, sondern
auch auf der Oberseite, die eine derartige Anbringung an sich nicht
erfordert. Der Grund hierfür
ist, dass eine Anbringung einer derartigen Klebeschicht auf lediglich
einer Seite ein Verziehen oder Wölben
infolge eines Unterschiedes des Koeffizienten der thermischen Ausdehnung
zwischen dem Düsenkörper und der
Klebeschicht bewirken würde,
wodurch eine Handhabung der Düsenplatte 3 umständlich würde, was
zu einer äußerst geringen
Arbeitseffizienz führen würde.
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Die
Düsenplatte
mit einer Dicke von 30 bis 40 μm
ist, obwohl sie während
der Handhabung ein sehr dünnes
Filmelement ist, dennoch ausreichend dick, um darin Löcher auszubilden,
indem ein herkömmliches
Trockenätzsystem
oder ein Excimer-Laser verwendet wird. Es bereitete daher Schwierigkeiten,
gleichzeitig und in geeigneter Weise mehrere Düsen in dieser Düsenplatte
auszubilden. Normalerweise werden Düsen in der Düsenplatte
zu einem Zeitpunkt in geeigneter Zahl ausgebildet, so dass die Ausbildung
der gesamten Düsen
Zeit in Anspruch nimmt.
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Um
mehrere Düsen
gleichzeitig auszubilden, kann das Trockenätzen mit einer Helikonwellen-Plasmaquelle
(im folgenden als "Helikonwellen-Trockenätzen") angewendet werden.
Die Helikonwelle, die ein Typ elektromagnetischer Wellen ist, die
sich im Plasma ausbreiten, wird als Whistlerwelle bezeichnet und
ist in der Lage, ein hochdichtes Plasma zu erzeugen. Die Verwendung
eines derart hoch dichten Plasmas kann es gestatten, dass mehrere
Düsen gleichzeitig,
präzise
und schnell in einer vorbestimmten Richtung ausgebildet werden.
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Mit
der Verwendung des Helikonwellen-Trockenätzsystems erhöht sich
jedoch die Temperatur eines Target-Werkstückes durch das hochdichte Plasma,
wobei die Düsenplatte
verwendet werden sollte, die thermoplastische Klebeschichten auf
beiden Seiten hat, was in beiden Fällen zu unterschiedlichen Problemen
führt.
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3A ist
eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht
eines Druckkopfes, bevor Düsen
ausgebildet wurden, 3B ist ein Diagramm, das den Zustand
zeigt, in dem die Ausbildung eines Maskenmusters auf einem Metallfilm
abgeschlossen ist, und 3C ist ein Diagramm, das eine
Unzulänglichkeit darstellt,
die im Anfangsstadium der Herstellung von Düsen durch das Helikonwellen-Trockenätzen entsteht.
Wie es in 3A gezeigt ist, verfügt die Düsenplatte 3 über thermoplastische
Klebeschichten 8a und 8c, die auf beiden Seiten
eines Polyimidfilms 8b haften.
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Um
eine Tintenrille 9 und nicht dargestellte Tintenströmungsleitungswege
und dergleichen auszubilden, wird die Düsenplatte 3 auf einer
Zwischenlage 11 plaziert, wobei diese Seite der Klebeschicht 8c dem
Substrat 1 zugewandt ist und gepresst wird, während sie
auf 200 bis 300°C
erwärmt
wird, um so auf dem Siliziumsubstrat 1 fixiert zu werden,
wie es in 3A gezeigt ist. Anschließend wird
die Düsenplatte
im Helikonwellen-Trockenätzsystem
platziert und werden Düsen
gemäß einem
Muster 15 ausgebildet.
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Die
Düsenplatte 3 mit
den thermoplastischen Klebeschichten, die auf beiden Seiten derselben
haften, ist ein wirksam ausgebildetes Element, bis es auf das Substrat 1 laminiert
ist. Wenn das Muster 15 mit einem Metallmaskenfilm 14 ausgebildet
wird, der auf der Düsenplatte 3 ausgebildet
ist, und das Helikonwellen-Trockenätzen initiiert
wird, um Wärme
anzuwenden, tritt eine Wellung oder ein Abheben eines thermoplastischen
Klebemittels 8a' im
Zentrumsabschnitt, wie es in 3C gezeigt
ist, infolge eines Unterschiedes zwischen dem Koeffizienten der
thermischen Ausdehnung der thermoplastischen Klebeschicht 8a am
freiliegenden Musterabschnitt, an dem der Metallmaskenfilm 14 vor
der Ausbildung (dem Bohren) der Düsen entfernt wurde, und jenem
des Metallmaskenfilms 14, des Polyimidfilms 8b und
dergleichen auf. Je größer die
freiliegende Fläche
des Musterabschnittes in diesem Fall ist, desto höher erhebt
sich die thermoplastische Klebeschicht 8a' am Zentrumsabschnitt.
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Wenn
das Ätzen
in einer derartigen Situation fortschreitet, fließt der Rest
der thermoplastischen Klebeschicht 8a in die Tintenausstoßanschlüsse (Düsen), so
dass die Tintenausstoßanschlüsse nicht
vollständig
rund sind, sondern am Ende der Ausbildung der Düsen deformiert sind. Zum Zeitpunkt
des Ausdruckens kann somit Tinte in einer anderen Richtung als der
Richtung, in der sie ausgestoßen
werden sollte, ausgestoßen
werden, d.h. in der Richtung senkrecht zur Oberfläche des
Druckmediums.
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Da
die Öffnungsabschnitte
der Löcher
für die Verbindung
von Anschlussdrähten,
die den Elektrodenanschlüssen
einer Ansteuerschaltung entsprechen, relativ große freiliegende Bereiche haben,
wird das oben beschriebene Phänomen
noch deutlicher, wodurch der Rückstand
der thermoplastischen Klebeschicht 8a in größerem Maße zurückbleibt.
Dieser Rückstand
der thermoplastischen Klebeschicht 8a bewirkt Verbindungsdefekte
zum dem Zeitpunkt, zu dem der Tintenstrahl-Druckkopf am Anbringungssubstrat
mit Drähten
angebracht wird.
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Bei
einem beliebigen der oben beschriebenen Fälle verringern Defekte den
Gewinn, was zu einem Kostenanstieg wie auch zu einer geringeren
Arbeitseffizienz führt.
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Beschreibung der Erfindung
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Demzufolge
besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren
zur Herstellung eines Tintenstrahl-Druckkopfes anzugeben, das einen hohen
Gewinn und eine exzellente Verarbeitbarkeit aufweist und wirkungsvoll
mehrere Ausstoßdüsen einer
guten Qualität
in einer kurzen Zeitperiode ausbilden kann, ohne dass Verbindungsdefekte
oder fehlerhafte Ausstoßdüsen erzeugt
werden, die aus den Rückständen einer
thermoplastischen Klebeschicht entstehen, selbst wenn eine Dünnfilmfolie,
die eine exzellente Verarbeitbarkeit aufweist und an der eine thermoplastische
Klebeschicht auf beiden Seiten haftet, als Basismaterial für eine Düsenplatte
verwendet wird.
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Um
das oben genannte Ziel zu erreichen, enthält gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahldruckkopfes,
der ein Substrat, das mit einer Vielzahl von Energieerzeugungselementen
versehen ist, die Druckenergie zum Ausstoßen von Tinten erzeugen, und
eine Düsenplatte
aufweist, die sich an dem Substrat befindet und eine Vielzahl darin
ausgebildeter Ausstoßdüsen zum
Ausstoßen
von Tinten in einer vorgegebenen Richtung durch Druck aufweist, der
von den Energieerzeugungselementen erzeugt wird, folgende Schritte:
Herstellen eines Dünnfilm-Schichtmaterials,
das Klebeschichten aufweist, die an einer Ober- bzw. einer Unterseite
ausgebildet sind, als ein Material der Düsenplatte; Entfernen einer
der Klebeschichten, die sich an einer Fläche an der Tintenausstoßseite des
Dünnfilm-Schichtmaterials
befindet; Ausbilden eines Ätzmaskenfilms
auf der Fläche
der Tintenausstoßseite
des Dünnfilm-Schichtmaterials,
von der die eine der Klebeschichten entfernt worden ist; Ausbilden
eines Musters, das der Vielzahl von Ausstoßdüsen entspricht, auf dem Maskenfilm;
und Ausbilden der Vielzahl von Ausstoßdüsen durch Trockenätzen entsprechend
dem Muster.
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Gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Druckkopfes werden
die Klebeschichten zum Zeitpunkt des Ätzens nicht thermisch ausgedehnt
und wird der Ätzvorgang nicht
nachteilig beeinflusst. Zudem bleiben die Klebeschichten nach dem Ätzen nicht
als Rückstand
zurück.
Dadurch Können
Verbindungsdefekte oder fehlerhafte Düsen, die infolge eines derartigen
Rückstands
entstehen, verhindert werden. Weiterhin kann dieses Verfahren die
Verwendung eines Helikonwellen-Trockenätzsystems zulassen, das ein
schnelles Ätzen
mit dem hochenergetischen Ionenstrom anwenden kann, wodurch es möglich wird,
schnell eine Vielzahl einheitlicher Düsen auszubilden.
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Bei
diesem Herstellungsverfahren kann das Entfernen einer der Klebeschichten
ausgeführt
werden, nachdem das Dünnfilm-Schichtmaterial
auf dem Substrat plaziert worden ist, oder bevor das Dünnfilm-Schichtmaterial
auf dem Substrat pla ziert wird. Im letzteren Fall ist es vorzuziehen,
dass der Maskenfilm auf dem Dünnfilm-Schichtmaterial
ausgebildet wird, während
das Dünnfilm-Schichtmaterial
zwischen zwei Aufwickelwalzen zugeführt wird. Dadurch wird die
Arbeitseffizienz weiter verbessert.
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Bei
diesem Herstellungsverfahren sind die Klebeschichten vorzugsweise
von einem thermoplastischen Typ und sind vorzugsweise thermoplastische
Klebeschichten, die einen Glasübergangspunkt von
150°C oder
höher haben.
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Weiterhin
ist es bei dem Herstellungsverfahren zu bevorzugen, dass der Maskenfilm
ein Mehrschichtmaskenfilm ist, der einen wasserabstoßenden Verbundfilm,
der aus einem wasserabstoßenden
Material und Metall besteht, sowie einen Metallfilm aufweist, und
dass Düsen
ausgebildet werden, nachdem der Maskenfilm auf der Düsenplatte
ausgebildet wurde. Diese Abänderung
verhindert, dass eine Plattierabscheidung, die erzeugt wird, wenn
der Verbundfilm nach dem Ausbilden der Düsen elektroplattiert wird,
am Inneren des Kopfes haften bleibt, und verbessert weiter den Gewinn.
Da der wasserabstoßende
Film zusammen mit dem Maskenfilm ausgebildet werden kann, wird die
Arbeitseffizienz deutlich verbessert.
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Weiterhin
ist es bei dem Herstellungsverfahren zu bevorzugen, dass das Trockenätzen Helikonwellen-Trockenätzen im
Hinblick auf die gleichzeitige und effiziente Ausbildung mehrerer
Düsen der
gewünschten
Form, wie sie oben erwähnt
wurde, ist, oder dass das Entfernen einer der Klebeschichten durch
Trockenätzen,
wie etwa einem Widerstands-Verascher, ausgeführt wird.
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Darüber hinaus
kann das obige Herstellungsverfahren wirkungsvoll insbesondere für einen Thermotintenstrahldrucker
angepasst werden, bei dem die Energieerzeugungselemente Wärmeerzeugungselemente
sind, die Tinten erwärmen,
um Blasen zu erzeugen, wodurch bewirkt wird, dass die Tinten ausgestoßen werden.
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Um
das oben genannte Ziel zu erreichen, enthält gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahldruckkopfes,
der ein Substrat, das mit einer Vielzahl von Energieerzeugungselementen
versehen ist, die Druckenergie zum Ausstoßen von Tinten erzeugen, und
eine Dü senplatte
aufweist, die sich an dem Substrat befindet und eine Vielzahl darin
ausgebildeter Ausstoßdüsen zum
Ausstoßen
von Tinten in einer vorgegebenen Richtung durch Druck aufweist,
der von den Energieerzeugungselementen erzeugt wird, folgende Schritte:
Herstellen eines Dünnfilm-Schichtmaterials,
das Klebeschichten aufweist, die an einer Ober- bzw. einer Unterseite
ausgebildet sind, als ein Material der Düsenplatte; Plazieren des Dünnfilm-Schichtmaterials
auf dem Substrat; Entfernen einer der Klebeschichten, die sich an
einer Fläche
an der Tintenausstoßseite
des Dünnfilm-Schichtmaterials
befindet, das auf dem Substrat platziert ist; und Ausbilden der
Vielzahl von Ausstoßdüsen durch Ätzen auf
der Fläche
an der Tintenausstoßseite
des Dünnfilm-Schichtmaterials,
von der die eine der Klebeschichten entfernt wurde.
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Bei
diesem Herstellungsverfahren ist es in ähnlicher Weise vorzuziehen,
dass die Klebeschichten von einem thermoplastischen Typ sind. Dieses Herstellungsverfahren
ist insbesondere wirkungsvoll, wenn es auf einen Fall angepasst
ist, bei dem eine Vielzahl von Ausstoßdüsen durch Helikonwellen-Trockenätzen ausgebildet
werden.
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Um
darüber
hinaus das zuvor erwähnte
Ziel zu erreichen, enthält
gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen
eines Tintenstrahldruckkopfes, der ein Substrat, das mit einer Vielzahl
von Energieerzeugungselementen versehen ist, die Druckenergie zum
Ausstoßen
von Tinten erzeugen, und eine Düsenplatte aufweist,
die sich an dem Substrat befindet und eine Vielzahl darin ausgebildeter
Ausstoßdüsen zum
Ausstoßen
von Tinten in einer vorgegebenen Richtung durch Druck aufweist,
der von den Energieerzeugungselementen erzeugt wird, folgende Schritte: Herstellen
eines Dünnfilm-Schichtmaterials,
das Klebeschichten aufweist, die an einer Ober- bzw. einer Unterseite
ausgebildet sind, als ein Material der Düsenplatte; Entfernen einer
der Klebeschichten, die sich an einer Fläche an der Tintenausstoßseite des Dünnfilm-Schichtmaterials
befindet; und Ausbilden der Vielzahl von Ausstoßdüsen auf der Fläche an der Tintenausstoßseite des
Dünnfilm-Schichtmaterials, von
der die eine der Klebeschichten entfernt wurde.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Diese
Ziele und andere Ziele sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch das Studium der folgenden detaillierten Beschreibung
und der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
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1A bis 1C sind
erläuternde
Diagramme, die beispielhaft und schematisch das Druckprinzip eines
Roof-Shooter-Thermotintenstrahl-Druckkopfes Schritt für Schritt
darstellen;
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2 ist
eine Tabelle, die die Schritte zum Herstellen eines herkömmlichen
Thermotintenstrahl-Druckkopfes zeigt;
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3A, 3B und
C sind erläuternde Querschnittsansichten,
die den herkömmlichen Schritt
zum Ausbilden von Düsen
Schritt für
Schritt darstellen;
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4A ist
eine Aufsicht, die den gesamten Thermotintenstrahl-Druckkopf gemäß einer
ersten Ausführungsform
dieser Erfindung zeigt;
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4B ist
eine Aufsicht, die mehrere Köpfe desselben
Typs darstellt, die auf einem Siliziumwafer ausgebildet sind;
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5A bis 5D sind
Aufsichten, die ein Verfahren zum Herstellen des Thermotintenstrahl-Druckkopfes
in 4A Schritt für
Schritt zeigen;
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6A bis 6C sind
eine Aufsicht, die beispielhaft den Thermotintenstrahl-Druckkopf in Vergrößerung zeigt,
wenn der Schritt von 5B abgeschlossen ist, eine Querschnittsansicht
aus der Richtung B-B' in 6A bzw.
eine Querschnittsansicht aus der Richtung C-C' in 6A;
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7A bis 7C sind
eine Aufsicht, die beispielhaft den Thermotintenstrahl-Druckkopf in Vergrößerung zeigt,
wenn der Zwischenlagen-Ausbildungsschritt abgeschlossen ist, eine
Querschnittsansicht aus der Richtung B-B' in 7A bzw.
eine Querschnittsansicht aus der Richtung C-C' in 7A;
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8A bis 8C sind
eine Aufsicht, die beispielhaft den Thermotintenstrahl-Druckkopf in Vergrößerung zeigt,
wenn der Schritt von 5D abgeschlossen ist, eine Querschnittsansicht
aus der Richtung B-B' in 8A bzw.
eine Querschnittsansicht aus der Richtung C-C' in 8A;
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9 ist
eine Tabelle, die Schritte zum Herstellen des Tintenstrahldruckkopfes
gemäß der ersten
Ausführungsform
dieser Erfindung' zeigt;
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10A bis 10C sind
Querschnittsansichten, die den Thermotintenstrahl-Druckkopf jeweils
zeigen, wenn Schritt 5, Schritt 6 und Schritt 7 bei den Herstellungsschritten
in 9 abgeschlossen sind;
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11A bis 11C sind
erläuternde
Diagramme, die beispielhaft darstellen, wie eine Düsenplatte
bei einem Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahldruckkopfes
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
dieser Erfindung bearbeitet werden soll; und
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12A bis 12C sind
vergrößerte Querschnittsansichten,
die Schritte der Bearbeitung einer Düsenplatte bei einem Verfahren
zum Herstellen eines Tintenstrahl-Druckkopfes gemäß einer
dritten Ausführungsform
dieser Erfindung zeigen.
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Beste Art zur Ausführung der
Erfindung
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben.
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4A ist
eine Aufsicht, die einen Vollfarb-Thermotintenstrahl-Druckkopf (im
folgenden einfach "Farbkopf" genannt) gemäß einer
ersten Ausführungsform
darstellt, und 4B ist eine Aufsicht, die mehrere
Köpfe desselben
Typs darstellt, der auf einem Siliziumwafer ausgebildet ist. Der
Farbkopf 20, der in 4A gezeigt
ist, hat vier Einheitsköpfe 22a, 22b, 22c und 22d,
die parallel auf einem relativ großen Substrat 21 angeordnet
sind.
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Jeder
der Einheitsköpfe 22a-22d hat
eine Reihe mehrerer Düsen
(im folgenden "Düsenreihe" genannt) 23,
die in seiner eigenen Düsenplatte 24 ausgebildet
ist, insgesamt also vier Düsenreihen 23 im
gesamten Farbkopf 20. Diese Düsenreihen 23 stoßen jeweils
Tinten der drei Farben Gelb (Y), Magenta (M) und Zyan (C), die die
drei subtraktiven Primärfarben
sind, und eine schwarze (B) Tinte, die ausschließlich für Buchstaben und schwarze Abschnitte eines
Bildes verwendet wird, beispielsweise in der Reihenfolge von rechts
nach links aus.
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Bei
einer Auflösung
von 360 dpi hat der Farbkopf 20 128 × 4 = 524 Düsen, die auf einem Chip mit einer
Größe von etwa
8,5 mm × 19,0
mm ausgebildet sind. Bei einer Auflösung von 720 dpi hat der Farbkopf 20 256 × 4 = 1024
Düsen auf
einem Chip mit einer Größe von etwa
8,5 mm × 10,0
mm.
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Wie
es in 4B gezeigt ist, sind die Substrate
mehrerer (z.B. mehr als 90) Farbköpfe 20 auf einem einzigen
Siliziumwafer 25 durch Ritzlinien begrenzt und werden,
wie es in 4A gezeigt ist, durch Herstellungsschritte
vervollständigt,
die später beschrieben
werden, worauf die Farbköpfe 20 würfelartig
zerteilt werden (Dicen).
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5A bis 5D sind
Aufsichten zur Erläuterung
eines Verfahrens zur Herstellung des Farbkopfes 20 Schritt
für Schritt
und zeigen beispielhaft und schematisch einen Einheitskopf, der
auf dem Substrat eines Siliziumchips in einer Abfolge von Schritten
ausgebildet wird. Wenngleich 5D 21 Düsen 47 beispielhaft
darstellt, sind tatsächlich
128 oder 256 Düsen
in einer Reihe angeordnet, wie es oben erwähnt wurde.
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6A, 7A und 8A sind
Aufsichten, die beispielhaft die wesentlichen Abschnitte der einzelnen
Stufen in der Abfolge von Herstellungsschritten teilweise vergrößert darstellen, 6B, 7B und 8B sind
Querschnittsansichten, wie sie aus der Richtung B-B' in den ersten drei
Diagrammen betrachtet werden, und 6C, 7C und 8C sind
Querschnittsansichten, wie sie in ähnlicher Wiese in Richtung
C-C' der ersten
drei Diagramme betrachtet werden. 6A-8C zeigen
fünf einzelne
Tintenfluss-Leitungswege als eine stellvertretende Darstellung jener,
die 128 oder 256 Düsen zugeordnet
sind, um die Darstellung zu vereinfachen.
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9 zeigt
eine Tabelle, die den Inhalt der Schritte zur Herstellung des Farbkopfes 20 zeigt.
Wie es aus 9 deutlich wird, beinhaltet
diese Ausführungsform
einen zusätzlichen
Schritt zu den herkömmlichen
Schritten, die in 2 gezeigt sind.
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Zunächst werden
als Vorbereitungsschritt eine Ansteuerschaltung 26, die über Elektrodenverdrahtungen
verfügt,
sowie deren Anschlüsse 27 auf dem
Substrat 21 durch LSI-Technologie ausgebildet, wie es in 5A gezeigt
ist.
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Als
nächstes
wird, wie in 9 gezeigt, ein Oxidfilm 28 beinahe
auf der gesamten Oberfläche des
Substrates 21 mit Ausnahme der darauf befindlichen Anschlüsse 27 ausgebildet,
wie es in 5A gezeigt ist, und es wird
ein Widerstandsfilm (nicht gezeigt) aus Ta-Si-O oder dergleichen
zum Ausbilden von Wärmeerzeugungselementen
in 40 nm Dicke auf dem resultierenden Aufbau mit Hilfe der Dünnfilm-Abscheidungstechnologie,
wie etwa Sputtern, ausgebildet. Wie es in 5B gezeigt
ist, werden anschließend
ein Elektrodenfilm 29 zum Ausbilden einer gemeinsamen Elektrode
und einzelne Verdrahtungselektroden auf dem Substrat 21 ausgebildet.
Es ist vorzuziehen, dass dieser Elektrodenfilm 29 einen Mehrschichtaufbau
mit einem Elektrodenfilm aus Au aufweist, der auf einer Barriere-Metallschicht
aus W-Al (oder W-Ti, W-Si) oder dergleichen ausgebildet ist.
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Beim
anschließenden
Schritt 2 werden der Elektrodenfilm 29 und der Widerstandsfilm
der Reihe nach durch die Fotolithografietechnik zu vorbestimmten
Formen gemustert. Infolgedessen werden Wärmeerzeugungselemente in einer
Streifenform mit freiliegenden Abschnitten des Widerstandsfilms,
wie etwa einer im wesentlichen quadratischen Form als Wärmeerzeugungsabschnitte
parallel durch die Zahl von Punkten ausgebildet, die für diesen
Kopf bestimmt ist. Bei diesem Schritt sind die Positionen der Wärmeerzeugungsabschnitte
ausgerichtet.
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6A bis 6C zeigen
den Zustand unmittelbar nachdem der Schritt 2 abgeschlossen ist. Das
heißt,
eine gemeinsame Elektrode 31 (31a, 31b) sowie
Stromversorgungsanschlüsse 32 für die gemeinsame
Elektrode (siehe 5B), einzelne Verdrahtungselektroden 33 und
mehrere Wärmeerzeugungsabschnitte 34 werden
auf dem Substrat 21 ausgebildet.
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In
Schritt 3 wird ein Zwischenlagenmaterial eines organischen Materials,
wie etwa lichtempfindliches Polyimide bis zu einer Dicke von etwa
20 μm durch
Beschichtung aufgebracht, um eine Zwischenlage auszubilden, die
einzelne Tintenflussleitungswege, die den einzelnen Wärmeerzeugungsabschnitten 34 zugeordnet
sind, und einen gemeinsamen Tintenflussleitungsweg definiert. Nach
dem Mustern des Zwischenlagenmaterials wird ein Härten (Anlassen) ausgeführt, um
Wärme von
300°C bis
400°C dem Substrat 21 für 30 bis
60 Minuten oder in einigen Fällen
2 Stunden zuzuführen.
Nach dem Härten
wird die Zwischenlage des lichtempfindlichen Polyimids mit einer
Höhe von
10 μm auf
dem Substrat 21 ausgebildet.
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Beim
nächsten
Schritt 4 wird eine Tintenzuführrille
in der Oberfläche
des Substrates durch Nassätzen,
Sandstrahlen oder dergleichen, gefolgt von der Ausbildung eines
Tintenzuführloches
ausgebildet, das mit dieser Tintenzuführrille in Verbindung steht
und zum Boden des Substrates 21 geöffnet ist.
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7A bis 7C zeigen
den Zustand unmittelbar, nachdem die Schritte 3 und 4 vervollständigt wurden.
Insbesondere werden eine Tintenzuführrille 35 und ein
Tintenzuführloch 36 in
der Dickenrichtung des Substrates derart ausgebildet, dass sie miteinander
in Verbindung stehen, und eine Zwischenlage 37 wird auf
dem Substrat 21 an einer vorbestimmten Position ausgebildet,
wodurch die Tintenflussleitungswege begrenzt werden. Die Zwischenlage 37 hat
einen Dichtungsabschnitt 37-1, der als Rücken eines
Kammes angesehen werden kann, über
den einzelnen Verdrahtungselektroden 33 und einen Zwischenlagenabschnitt 37-2, der sich
zwischen den einzelnen Wärmeerzeugungsabschnitten 34 in
Gestalt der Zähne
des Kamms erstreckt. Durch die Zähne
des Kamms als Trennwände
sind ultra feine Tintenflussleitungswege, wobei sich die Wärmeerzeugungsabschnitte 34 am
Grund zwischen den Zähnen
befinden, in derselben Quantität
wie die Zahl der Wärmeerzeugungsabschnitte 34 ausgebildet. Die
Länge der
Zähne des
Kamms beeinflusst nicht nur das Leitungsvermögen, wenn Tinten durch die Tintenflussleitungswege
fließen,
sondern auch den Grad der Beeinflussung zwischen den Tinten, die
in aneinander grenzenden Tintenflussleitungswegen fließen.
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Bei
einem anschließenden
Schritt 5 wird eine filmähnliche
Düsenplatte
aus Polyimid von 10 bis 40 μm
Dicke, die einen ultra dünnen
Film aus thermoplastischem Polyimid als Klebeschicht hat, die bis
zu einer Dicke von 2 bis 5 μm
auf jede Seite beschichtet ist, an die oberste Schicht des Laminataufbaus
geklebt, wodurch die Tintenflussleitungswege abgedeckt werden, die
durch den Dichtungsabschnitt 37-1 und den Zwischenlagenabschnitt 37-2 der
Zwischenlage ausgebildet sind. Es wird Druck auf den resultierenden
Aufbau ausgeübt,
während
dieser auf 200 bis 300°C
erwärmt
wird, wodurch die Düsenplatte
fixiert wird.
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Als
Ergebnis sind abgedeckte tunnelähnliche Tintenflussleitungswege
ausgebil det.
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10A zeigt den Zustand unmittelbar nachdem der
Schritt 5 abgeschlossen ist, und 10B und 10C zeigen Schritte, die Schritt 5 folgen. Wenn,
wie in 10A gezeigt, eine Düsenplatte 39 laminiert
wird, werden tunnelähnliche
Tintenflussleitungswege 39 ausgebildet, die den Wärmeerzeugungsabschnitten 34 entsprechen.
Die Düsenplatte 38 wird
durch eine Beschichtung aus Polyimid in einer Dicke von 10 bis 40 μm ausgebildet,
das einen ultra dünnen
Film aus thermoplastischen Polyimid-Klebeschichten 42a und 42b hat,
die bis zu einer Dicke von 2 bis 5 μm auf die jeweiligen Seiten
eines Polyimidfilms 41 mit einer Dicke von etwa 25 μm beschichtet
sind.
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Für die thermoplastischen
Polyimid-Klebeschichten 42a und 42b wird ein thermoplastisches Polyimid
mit einem Glasübergangspunkt
von wenigstens 150°C
verwendet und in einem sehr dünnen Film
beschichtet. Die Haftung der Klebeschichten an beiden Seiten der
Düsenplatte 38 erschwert
ein Wölben
oder Wellen der Düsenplatte 38,
wodurch es einfacher wird, die Düsenplatte 38 zu
handhaben. Der Polyimidfilm mit einem thermoplastischen Material, das
einen hohen Glasübergangspunkt
hat und auf beide Seiten beschichtet ist, wird auf der Zwischenlage
plaziert und unter einem Druck von mehreren zehn kg/cm2 für mehrere
zehn Minuten gepresst, während
es auf eine Temperatur gleich dem oder größer als der Glasübergangspunkt
des thermoplastischen Materials erwärmt wird, so dass der Polyimidfilm
gehärtet
wird. Die bevorzugten Bedingungen für die Thermokompression sind
beispielsweise 150°C
bis 240°C
bei 19 kg/cm2 für die Presszeit von 30 Minuten.
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Bei
wenigstens 150°C,
die der Glasübergangspunkt
sind, nimmt der Elastizitäts
modul der thermoplastischen Polyimid-Klebeschicht 42b ab, während gleichzeitig
die Klebeeigenschaft in Erscheinung tritt. Bei Raumtemperatur weist
die thermoplastische Polyimid-Klebeschicht 42b keine Klebekraft
und eine gute Lagereigenschaft auf und ist haltbar sowie einfach
zu handhaben, wenngleich das Haften von Feuchtigkeit vermieden werden
sollte. Es besteht somit die Möglichkeit,
Düsenplatten
mit einem thermoplastischen Polyimid-Klebemittel, das auf beide
Seiten beschichtet ist, aufzubewahren und den notwendigen Abschnitt
zum Zeitpunkt der Verwendung auszuschneiden.
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Bei
Schritt 6, der in 9 gezeigt ist, wird die thermoplastische
Polyimid-Klebeschicht 42a,
die sich auf der Düsenplatte,
die in 10A gezeigt ist, auf der gegenüberliegenden
Seite (Tintenausstoßseite) des
Substrates 21 befindet, entfernt. Diese thermoplastische
Polyimid-Klebeschicht 42a wird durch isotropisches Ätzen mit
Hilfe eines herkömmlichen
organischen Filmätzsystems,
wie etwa eines einfachen Widerstands-Veraschers, in der Umgebung
eines Sauerstoffplasmas entfernt. Insbesondere nachdem die Düsenplatte 38 am
Substrat 21 angeklebt wurde, kann die thermoplastische
Polyimid-Klebeschicht 42a auf der Oberseite auf einfache
Art und Weise durch Ätzen
mit einem Sauerstoff-Verascher von etwa 1 kW für 5 bis 10 Minuten allein entfernt
werden.
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Beim
nächsten
Schritt 7 wird ein Metallfilm aus Ni, Cu, Al oder dergleichen bis
zu einer Dicke von etwa 0,5 bis 1 μm auf dem Polyimidfilm 41 ausgebildet,
dessen Oberfläche
freiliegt, nachdem das thermoplastische Polyimid 42a der
Düsenplatte 38 entfernt
worden ist, wobei dieser Metallfilm anschließend gemustert wird, wodurch
eine Maske zum selektiven Ätzen
der Düsenplatte 38 ausgebildet
wird, um Düsen
auszubilden.
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5C zeigt
den Zustand unmittelbar, nachdem der Metallfilm in Schritt 7 ausgebildet
wurde, bei dem die Düsenplatte 38 auf
die oberste Schicht des Substrates 21 laminiert ist und
die gesamte Oberfläche
bedeckt, wobei ein Metallmaskenfilm 44 auf der Oberseite
der Düsenplatte 38 ausgebildet
ist. Ein Muster 45 wird auf dem Metallmaskenfilm 44 an
Positionen ausgebildet, die den Wärmeerzeugungsabschnitten 34 entsprechen,
wie es in 10C gezeigt ist. Weiterhin wird
ein Muster in ähnlicher
Weise an Positionen entsprechend den Anschlüssen auf der Druckkopfseite
ausgebildet, wie etwa den Anschlüssen 27 der
Ansteuerschaltung 26 und dem Stromversorgungsanschluss 32 der
gemeinsamen Elektrode, die in 5B gezeigt
ist.
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Anschließend wird
in Schritt 8 die Düsenplatte 38 einem
Trockenätzen
gemäß dem Metallmaskenfilm 44 mit
Hilfe des Helikonwellen-Trockenätzsystems
unter zogen, wobei gleichzeitig mehrere Düsen von 40 μm ⌀ bis 20 μm ⌀ wie auch Kontaktlöcher 48 entsprechend
den Anschlüssen
auf der Druckkopfseite, wie etwa den Anschlüssen 27 der Ansteuerschaltung 26 und
dem Stromversorgungsanschluss 32 der gemeinsamen Elektrode,
ausgebildet werden.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
wird nach dem Entfernen des thermoplastischen Polyimids 42a auf
der Oberflächenseite
der Düsenplatte 38,
wo die Tintenausstoßanschlüsse ausgebildet
werden sollen, das Ausbilden der Düsen 47 und der Kontaktlöcher 48 von
dieser Oberflächenseite
durch Trockenätzen begonnen,
so dass das Ätzen
des Polyimidfilms 41 des Hauptkörpers der Düsenplatte von Anfang an beginnt.
Selbst wenn die Gesamttemperatur der Düsenplatte 38 zum Zeitpunkt
des Ätzens
ansteigt, dehnt sich im Gegensatz zum Stand der Technik (siehe 3C)
die thermoplastische Polyimid-Klebeschicht 42a auf der
Oberseite nicht thermisch aus, um so ein Rückstand zu sein, bevor das
Trockenätzen
auf dem Polyimidfilm 41 des Hauptkörpers der Düsenplatte ausgeführt wird,
und beeinflusst somit im Anschluss nicht negativ das Ätzen des
Polyimidfilms 41 des Hauptkörpers der Düsenplatte. Demzufolge wird
ein einheitliches Trockenätzen
auf dem Polyimidfilm 41 des Hauptkörpers der Düsenplatte ausgeführt, wodurch
mehrere Düsen
der gewünschten
Form gleichzeitig ausgebildet werden können.
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5D und 8A-8C zeigen
den Zustand unmittelbar nachdem Schritt 8 abgeschlossen ist. Die
einzelnen stangenartigen Tintenflussleitungswege 39, die
dieselbe Höhe
wie die Dicke der Zwischenlage 37 von 10 μm haben,
und der gemeinsame Tintenzuführleitungsweg 46,
der die einzelnen Tintenflussleitungswege 39 mit der Tintenzuführrille 35 verbindet,
sind durch die Düsenplatte 38 ausgebildet 38,
die die gesamte Fläche
des Substrates 21 bedeckt hat. Die Düsen 47 für den Tintenausstoß haben den
geeigneten perfekten kreisförmigen
Querschnitt an der Stelle, an der dieser dem Wärmeerzeugungsabschnitt 34 zugewandt
ist, dem die Tinten vom gemeinsamen Tintenflussleitungsweg 46 zugeführt wird.
Die Kontaktlöcher 48 (siehe 5D),
die die gewünschte,
normale Form haben, sind in ähnlicher Weise
an Positionen entsprechend den Anschlüssen, wie etwa den Anschlüssen 27 der
Ansteuerschaltung und dem Stromversorgungsanschluss 32 der
gemeinsamen Elektrode, auf der Druckkopfseite ausgebildet, wie es
in 5B gezeigt ist.
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In
der oben beschriebenen Weise ist ein Einheitskopf 22, der
eine Reihe von Düsenlöchern (Öffnungen) 47 hat,
vervollständigt.
Der Thermotintenstrahl-Druckkopf 20, der in 4A gezeigt
ist, hat vier derartige Einheitsköpfe 22, die parallel
zueinander, aufeinander folgend angeordnet sind.
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Die
Bearbeitung bis zu diesem Schritt wurde im Bezug auf den Siliziumwafer 25 in
dem Zustand ausgeführt,
der in 4B gezeigt ist. Im nächsten Schritt
9 werden die Einheitsköpfe
für jeden
Thermotintenstrahl-Druckkopf 20 mit einer Dicing-Säge getrennt. Anschließend werden
die Verbindungsanschlüsse
mit den Verbindungsanschlüssen
auf einem Mastersubstrat oder dergleichen verdrahtet, wodurch der
Druckkopf in Schritt 10 vervollständigt ist.
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Nachdem
die Düsenplatte
auf dem Substrat plaziert worden ist, auf dem Wärmeerzeugungselemente vorgesehen
sind, wird gemäß dem oben
beschriebenen Herstellungsverfahren die Maskenausrichtung für die Ausbildung
von Düsen
ausgeführt, wobei
die Ausrichtungsgenauigkeit im Vergleich zu dem Verfahren beträchtlich
verbessert wird, bei dem eine Düsenplatte,
die zuvor einer Düsenbearbeitung unterzogen
wurde, später
an das Substrat geklebt wird.
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Es
wird nun eine zweite Ausführungsform dieser
Erfindung erläutert.
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Wenngleich
das Entfernen der oberen Klebeschicht (thermoplastisches Polyimid 42a),
das sich auf der Düsenplatte 38 auf
der gegenüberliegenden Seite
des Substrates 21 befindet, ausgeführt wird, nachdem die Düsenplatte 38 auf
dem Substrat 21 plaziert worden ist, ist das Entfernen
der oberen Klebeschicht nicht auf diese spezielle Vorgehensweise beschränkt, sondern
kann ausgeführt
werden, bevor die Öffnungsplatte 38 auf
das Substrat 21 laminiert wird. Diese Vorgehensweise wird
als zweite Ausführungsform
beschrieben.
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11A bis 11C sind
Diagramme, die beispielhaft darstellen, wie eine Düsenplatte
gemäß der zweiten
Ausführungsform
zu bearbeiten ist. In diesem Fall wird eine Bahn 38' für Düsenplatten
in ähnlicher
Weise durch Laminieren thermoplastischer Polyimid-Klebeschichten 42a und 42b,
die einen hohen Glasübergangs punkt
haben, auf beiden Seiten des Polyimidfilms 41 aufgebaut,
wie es in 11A gezeigt ist.
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Die
Bahn 38' für Düsenplatten
ist in Walzenform aufbewahrt, wie es auf der linken Seite in 11B gezeigt ist, und wird auf einer Walze aufgenommen,
wie es auf der rechten Seite in 111B dargestellt
ist. Während
dieser Bearbeitung wird die thermoplastische Polyimid-Klebeschicht 42a auf
der Oberseite in einem herkömmlichen
organischen Filmätzsystem 49,
wie etwa dem zuvor erwähnten
einfachen Widerstands-Verascher, entfernt, wobei der Metallmaskenfilm 44 an
die Oberfläche
der Bahn 38' geklebt
wird, von der die Klebeschicht 42a durch ein Masken-Abscheidungssystem 51 entfernt
wird, das sich an der nachfolgenden Station befindet.
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Auf
diese Weise wird eine Bahn 38'' für Düsenplatten,
an der der Metallmaskenfilm 44 haftet, wie es in 111C gezeigt ist, vorbereitet und auf
einer Walze auf der rechten Seite in 11B aufgenommen.
Da diese Düsenplatten-Bahn 38'' gerollt ist, kann sie einfach
gelagert und gehandhabt werden.
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Weiterhin
ist ein Gestell für
das Substrat 21 unter dem Zwischenraum zwischen dem Masken-Abscheidungssystem 50 und
der Aufnahmewalze angeordnet und eine Stanzmaschine darüber angebracht, um
die Düsenbahn 38'' auszustanzen, auf der der Metallmaskenfilm 44 haftet,
wodurch Düsenplatten auf
dem Substrat 21 plaziert werden. Das Ausführen der
Verarbeitung nach der zweiten Hälfte
von Schritt 7, wie er bei der ersten Ausführungsform erwähnt wurde,
führt zu
einer verbesserten Herstellungseffizienz.
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Es
wird nun eine dritte Ausführungsform
dieser Erfindung beschrieben.
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Bei
den oben beschriebenen Schritten wird im allgemeinen, nachdem Löcher in
der Düsenplatte ausgebildet
worden sind, der Metallfilm (z.B. Ni), der als Maske beim Ausbilden
der Löcher
verwendet wurde, einer sogenannten Komposit-Plattierung unterzogen, die den Metallfilm
mit winzigen Partikeln eines Fluorkohlenwasserstoff-Harzes, Graphitfluorid oder
dergleichen plattiert, die in einer Ni-Plattierflüssigkeit dispergiert sind.
Diese Behandlung fügt
eine Wasserabweisei genschaft hinzu und verbessert die Hydrophobie
im Bezug auf die Tinten auf der ausstoßseitigen Oberfläche der
Düsenplatte
(insbesondere die Oberfläche
um die Düsen),
wodurch ein flüssigeres
Abtropfen von auszustoßenden
Tintentröpfchen
sichergestellt ist.
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Da
eine derartige Komposit-Plattierung mit winzigen Partikeln von Fluorkohlenwasserstoff-Harz oder
dergleichen im wesentlichen stromloses Plattieren ist, bereitet
es Schwierigkeiten, Ablagerungen, die an den Tintenausstoßanschlüssen der
Düsen, den
feinen Tintenflussleitungswegen oder anderen Abschnitten haften,
aus der Plattierflüssigkeit
zu entfernen, wenn das gesamte Substrat 21 in die Plattierflüssigkeit
getaucht wird, nachdem die winzigen Düsen ausgebildet wurden.
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Da
es die Walzenverarbeitung gestattet, dass der Metallmaskenfilm 44 an
der Düsenplatte haftet,
wie es bei der Düsenbahn 38'' der Fall ist, bevor er auf dem
Substrat plaziert wird, können
jedoch ein Ankleben des Metallfilms und eine Verarbeitung des Hinzufügens einer
Wasserabweiseigenschaft zu selben Zeit ausgeführt werden. Dadurch kann vorteilhafterweise
auf das Erfordernis der Ausführung
einer Komposit-Plattierung nach dem Ausbilden der Düsen verzichtet
werden.
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Diese
Vorgehensweise wird als dritte Ausführungsform erläutert.
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12A und 12B zeigen
einen Schritt unmittelbar vor der Ausbildung von Löchern in
der Düsenplatte
gemäß der dritten
Ausführungsform, und 12C zeigt den Zustand, nachdem die Düsen ausgebildet
wurden. Wie es in 12A gezeigt ist, wird der Metallmaskenfilm 44 aus
Cu oder Ni 200 nm dick auf der Düsenbahn 38'' in einer Länge von mehreren zehn Metern
durch Vakuumabscheidung in der zuvor beschriebenen Art und Weise
ausgebildet.
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Dieser
Aufbau wird weiterhin einer Plattierung mit einem Gemisch aus einer
Ni-Plattierflüssigkeit
oder dergleichen, winzigen Partikeln aus Fluorkohlenwasserstoff-Harz
und Graphitfluorid oder dergleichen, das darin dispergiert ist,
unterzogen, die eine Wasserabweiseigenschaft hinzufügen können, wodurch
ein kompo sit-plattierter Film 51 ausgebildet wird. Wenngleich
dieser komposit-plattierte Film 51 eine Wasserabweiseigenschaft
aufweist, ist dessen Ätzanteil
zum Ausbilden von Düsen
relativ gering, so dass für
den komposit-plattierten Film 51, der auf der Oberfläche mit
der erforderlichen Dicke von etwa 0,1 bis 0,2 μm nach dem Ätzen zurückbleiben soll, der komposit-plattierte
Film 51 bis zu einer Dicke von etwa 0,5 bis 0,6 μm ausgebildet
werden sollte, was deutlich dicker als 0,1 bis 0,2 μm ist.
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Mit
dieser dritten Ausführungsform
kann die Verwendung einer großen
Menge einer teuren, wasserabweisenden Komposit-Plattierflüssigkeit
vermieden werden und wird der komposit-plattierte Film 51 so
dünn wie
die erforderliche Dicke von etwa 0,1 bis 0,2 μm ausgebildet, um die Zeit für das Komposit-Plattieren
zu beschleunigen, das mehr Zeit in Anspruch nimmt, als das Plattieren
lediglich mit Metall. Um darüber
hinaus den Ätzanteil
zu verbessern, wird ein Oberflächen-Maskenfilm 52 mit
herkömmlichem, preisgünstigem
Ni oder Cu bis zu einer Dicke von 0,3 μm plattiert, was zu einem Maskenfilm
führt,
der einen dreilagigen Aufbau hat, wie es in 12B gezeigt
ist.
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Ein
Düsenmuster 53 wird
auf dem resultierenden Aufbau ausgebildet und wird anschließend mit
Hilfe dieses Maskenfilms, der einen dreilagigen Aufbau hat, und
des Helikonwellen-Trockenätzens mit
Sauerstoffplasma schnell geätzt.
Somit ist der Oberflächen-Maskenfilm 52 zum
Zeitpunkt des Ausbildens der Düsen 54 vollständig ausgeätzt, wie
es in 12C gezeigt ist. Wenngleich
der komposit-plattierte
Film 51 ein wenig geätzt
wird, kann ein Film, der dick genug ist, um eine wasserabweisende
Schicht der Düsenplatte
zu bilden, auf der Oberfläche
zurückbleiben.
Demzufolge kann der Tintenausstoßseite, nachdem die Ausbildung
der Öffnungen 54 abgeschlossen
ist, eine Wasserabweiseigenschaft verliehen werden, ohne dass sie
einer speziellen Behandlung unterzogen wird.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Klebeschicht, die auf jeder Seite
einer Dünnfilmschicht
haften soll, nicht auf einen thermoplastischen Typ beschränkt ist,
sondern auch vom duroplastischen Typ sein kann. Die oben beschriebenen
Herstellungsverfahren sind nicht auf Thermotintenstrahl-Druckköpfe beschränkt, die
Wärmeerzeugungselemente
als Druckenergie-Erzeugungselemente verwenden, sondern können in
geeigneter Weise auf piezoelektrische Tintenstrahl-Druckköpfe angepasst
werden, bei denen piezoelektrische Elemente Verwendung finden.
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Es
können
unterschiedliche Ausführungsformen
und Änderungen
angewendet werden, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, wie
er beansprucht ist. Die oben beschriebenen Ausführungsformen sollen der Darstellung
der Erfindung und nicht der Einschränkung des Geltungsbereiches der
vorliegenden Erfindung dienen. Der Geltungsbereich der vorliegenden
Erfindung ist mit den beigefügten
Ansprüchen
und nicht mit den Ausführungsformen
dargestellt.