CN1336450A - 型芯和使用型芯电成型的孔板 - Google Patents

型芯和使用型芯电成型的孔板 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种电成型不均匀厚度孔板用的型芯和一种制造该型芯的方法。诸孔板具有包围一较薄的孔区的一较厚的边缘。该型芯在一基片上具有一金属层。该金属层具有与一第二模制表面电绝缘的一第一模制表面。该第一和第二模制表面分别用于基本上电成型该边缘和该孔区。该型芯还有在金属层上构图的诸介电区,用于电成型该孔区里的诸孔。在使用时,第一模制表面被首先用来电成型该边缘而不电成型该孔区。当该边缘形成后,压电连接第一和第二模制表面,以使第二模制表面紧接着电成型孔区。

Description

型芯和使用型芯电成型的孔板
本发明涉及一种型芯、制造该型芯和使用该型芯电成型孔板的方法。形成的孔板具有被一较厚的边缘包围的一较薄的孔区。该较薄孔区使许多孔被包容(pack)在一既定的区域里，而该较厚的边缘使该孔板经受得起制造的严格要求。
一已有技术的电成型孔板用的型芯具有一玻璃、塑料或一精加工硅晶片的基片。在这一基片上沉积了一导电材料薄膜层。该导电材料通常为铬和不锈钢。在该导电层上沉积了一介电层。该介电层是一非导电材料层，如碳化硅层。在该介电层上的图案是使用通常的遮蔽、紫外线曝光和蚀刻技术以平板印刷形成的，在空间形成一模注表面，用于在诸孔板上模注诸孔。美国专利4,773,971揭示了制造这样的一型芯的方法。
诸孔板是用一电成型方法在一型芯上形成的。如此形成的诸孔板全部在一单块的薄片上。也在该薄片上电成型的诸断裂接头限定了每个孔板的边缘。在打印头(printhead)的制造中，该孔板薄片连接于一安装带，如可从日本东京Nitto Denko公司买到的Nitto Denko Elep Holder型V-8T。接着通过沿诸断裂接头将该薄片断裂而使诸孔板分成(singulate)诸单个孔板。该安装带保持住这些被分成单件的孔板以作进一步的加工。接着，一机器检起每一块孔板并将它放在含有许多这些模子的一晶片上的一相应的打印头模子之上。该晶片和诸被连接的孔板经受了一“立桩和烘烤”工艺，以使诸孔板粘接于诸模子。在“立桩和烘烤”工艺之后，每个包括一模子和一孔板的打印头使用小片锯割被分成单件。然后，将完成的每对孔板和打印头模子准备好，以便连接于一笔体，以完成一喷墨笔的制造。这个笔体通常包含一将印墨供给该打印头的印墨槽。在这样的一制造方法中，在成个单件和连接于诸打印头模子的诸步骤期间，诸孔板经受了相当粗糙的处理。
为了经受得起在该制造方法里的这样的严格要求，诸孔板将必须具有某个最小的厚度。由于因电成型方法而使一孔的大小正比于一孔板的厚度，孔板愈厚，孔就愈大。这些较大的孔意味着：在一既定的区域里能包容的孔较少，如此就限制了一孔板的孔数和清晰度。由于诸孔较小，所以，希望保持该孔板较薄，使在一既定的区域里能包容较多的孔。但是，这个希望与出于前面讨论过的原因而要保持诸孔板足够厚的要求相矛盾。
已有技术的型芯只能形成厚度基本上一致的孔板。所以，需要一种新的型芯和一种不均匀厚度孔板的电成型方法。
在本发明的一个方面，按照一实施例的一型芯具有在一基片上的一金属层。该金属层具有一第一模制表面，该表面与一第二模制表面电绝缘。该第二模制表面用于基本上电成型一孔板的一孔区。该第一模制表面用于基本上电成型孔板上的比孔区厚的诸部分。这些较厚的部分最好是形成围绕该孔区的一边缘的诸部分。该型芯还具有用于电成型孔区里的诸孔的装置。在使用中，该第一模制表面主要用来电成型诸较厚部分而不用第二模制表面电成型孔区。当建立起诸较厚部分后，这些部分将第一模制表面与第二模制表面电连接，以使该第二模制表面接着电成型该孔区。如此形成的孔板的厚度是不均匀的。
在本发明的另一方面，一种制造上述型芯的最佳方法包含在一基片上沉积一金属层，紧接着是在该金属层上沉积一第一感光性树脂层。接着，在该第一感光性树脂层上放置并定位具有一第一图案的一第一光掩膜。该第一光掩膜和第一感光性树脂层被暴露于紫外光一预定的时期。在曝光后，显影该感光性树脂层以在该金属层上产生第一图案。然后对金属层的被第一光掩膜的第一图案所曝光的诸部分蚀刻，以限定第一和第二模制表面。该方法还包括在孔区里电成型诸孔用的引入装置(introducing means)。从被蚀刻的金属层剥离保留的感光性树脂层。最好是，在孔区里成电型诸孔用的引入装置包括剥离保留的第一感光性树脂层和在被蚀刻的金属层上沉积一介电层，紧接着在该介电层上沉积一第二感光性树脂层。在该第二感光性树脂层上定位一具有一第二图案的第二光掩膜。类似地，该第二光掩膜和该第二感光性树脂层曝光于紫外光。又，在曝光后，显影该第二感光性树脂层以在介电层上产生第二图案。该介电层的被第二图案曝光的诸部分被蚀刻，以限定诸介电区。
在还有一方面，使用上述型芯电成型的一孔板具有一孔区和比该孔区厚的诸部分。该孔区具有在其上电成型的诸孔。诸较厚部分最好是孔板的形成围绕该孔区的一边缘的诸部分。
本发明将结合诸附图能得以较好的理解，诸附图中：
图1A是沿图1B里的“X-X”线截取的剖视图；
图1B是图1A里的该型芯的一平面图。
图2A-2H是图1A里的该型芯在制造该型芯的不同的工序时的诸等轴立体图。
图3A-3D是与图1A类似的诸剖视图，表示了使用该型芯电成型一孔板的诸工序。
图4是使用按照另一实施例的一型芯电成型的一孔板的一部分的等轴立体图。
图5是按照本发明的又一实施例的一型芯的一剖视图。
图6是按照一实施例的一型芯的一剖视图，其中的该实施例不需要一介电层。
图7A-7E是图6里的该型芯在制造该型芯的不同的工序时的诸等轴立体图。
图1A和1B表示了一用于电成型一孔板的一可再使用的型芯2。图示的这个型芯2只能形成一块孔板。熟悉该技术领域的技术人员熟知的是：在给定了一孔板的大小和该型芯2的基片的表面积后，可使用一单个型芯同时形成许多孔板。图1A是该型芯的一放大的剖视图。该型芯2由一沉积在一基片6上的导电薄膜4。基片的实例为一玻璃基片、一塑料基片或一精加工的硅晶片。这个导电薄膜4的厚度最好在100埃-200微米内变化。其他变化范围也可以。这个导电薄膜4的厚度最好由在一不锈钢层4-2之下的一铬层4-1组成。该铬层4-1牢固地结合于基片6并提供一表面以供不锈钢层4-2粘接在该表面上。在该导电薄膜4的顶部上沉积了一介电层8。所图示的这个介电层8具有一图案并被蚀刻以形成一模制表面，用于在一孔板上电成型诸孔。
图2A-2H表示了制造型芯2的方法的不同的工序。这个方法类似于美国专利4,773,971所揭示的方法。但是，在制造该型芯用的一光掩膜上的像或图案改变了整个型芯的结构，使充分地显示出它明显优越于在那个美国专利里所揭示的已有技术的型芯。
该方法一开始是使用一真空沉积工艺如平面磁控管工艺，以在任何光滑和非导电表面的一基片6上沉积一金属层或导电薄膜4。这个导电薄膜4最好由铬和不锈钢组成。图2A表示了在该基片6上的该导电薄膜4。
接着，使用一旋压工艺以在该导电薄膜4的顶部上沉积一感光性树脂层10(如图2B所示)。这个感光性树脂层10是正的或负的，这取决于在一光掩膜12上的像或图案11(见图2C)。接着。将该光掩膜12放在该感光性树脂层10上。然后，将结合的光掩膜12与感光性树脂层10暴露于紫外(UV)光(如图2C所示)。在给紫外光照射之后移去光掩膜12，并显影感光性树脂层10，使它显现出图案11。该图案11限定了导电薄膜4的诸掩蔽区14和的诸非掩蔽区16(如图2D所示)。接着，使用一蚀刻工艺如溅射蚀刻工艺或化学蚀刻工艺，以完全蚀刻非掩蔽的薄膜区16。图2E表示在蚀刻后的最终的导电薄膜4。蚀刻限定了一第一模制表面18、一第二模制表面19和在该两表面之间的一间隙20。该第一和第二模制表面18、19用于分别形成较厚的部分和一孔板的一孔区。例如，诸较厚部分可是在孔板上用于形成一围绕孔区的边缘的诸部分。对于这样的构形，第一模制表面18最好完全包围第二模制表面19。该两模制表面18、19是电绝缘的。导电薄膜4的诸带子(未图示)系接于诸第一模制表面18，使它们全是电连接的。
此后，使用一等离子体增强的化学蒸气沉积工艺，以在蚀刻的导电薄膜4和基片6上沉积一氮化硅的介电层8(见图2F)。由于该介电层8覆盖了诸模制表面18、19，所以在图2F中就看不到它们了。其他非导电材料能被用作这一介电层8。接着，在该介电层8上敷上一第二感光性树脂层22。又，取决于光掩膜像，使用正的或负的感光性树脂。在贴敷了感光性树脂层22后，将一具有按钮图案26的一第二光掩膜24放在该感光性树脂层22上。结合的第二光掩膜24和感光性树脂层22曝光于紫外光(如图2G所示)。在曝光一合适的时期后，取掉该光掩膜，并显影该感光性树脂层，以留下在它之下的该介电层8上的诸被遮蔽区和未遮蔽区(未图示)。使用一蚀刻工艺如等离子蚀刻以去掉该介电层8的诸未遮蔽区。在蚀刻工艺之后，去掉其余的感光性树脂层，以留下在该导电薄膜4上的诸介电按钮8(如图2H所示)。这些介电按钮8形成电成型在一孔板的孔区上的诸孔用的诸模制表面。这些介电按钮可以任何适合的方式排列，但通常被排成两排。当以这样的方式排列时，第一模制表面可包括在该两排介电按钮之间延伸的一表面(未图示)。然后，将该型芯准备好用于电成型一孔板。
当用于电成型一孔板时，该型芯2被插入一电成型槽里，以用作一阴极。一供给电成型材料的金属原材料28被制成一阳极。该原材料板最好由一种无印墨腐蚀性金属如镍合金构成。在该电成型加工期间，电流开始允许流过限定该型芯的诸第一模制表面18的诸导电薄膜区。由于限定诸第二模制表面19的诸导电薄膜区是与诸第一模制表面区18电绝缘的，很小或无电流流过该导电薄膜4的诸第二模制表面区19。金属28从阳极金属板转移到诸第一模制表面18上，如图3A所示。由于电成型槽也是一导电体，将有漏电电流流过该导电薄膜4的诸第二模制表面区19。这样的漏电电流还将使金属被沉积在该第二模制表面19上。但是，金属在这个表面19上的形成(在图3A里未表示出)比在第一模制表面18上的明显地慢。
经过一定时间后，围着第一模制表面18所形成的金属28将两模制表面18、19之间的间隙20桥接起来(如图3B所示)。该两模制表面18、19电连接。从这时候起，金属28除了集聚在第一模制表面18上之外，将开始基本集聚在第二模制表面19上。这样的金属沉积表示在图3C中。由于在第二模制表面19上较迟发生金属的沉积，所以沉积在这个表面19上的金属较少。随着该电成型方法的继续，金属将沉积在诸介电按钮8的四周以形成诸孔30。该电成型方法持续到沉积在诸模制表面18、19和诸介电按钮8上的金属的厚度达到了一所需的厚度为止。那么，该孔板的电成型就完成了(如图3D所示)。
该孔板在准备用于连接于一打印头模子之前从型芯2上取下并最好镀金。该孔板有以较厚的边缘32和一较薄的孔区34。利用控制在电成型孔区34中的延迟的能力，该孔区34的厚度能相对于边缘32的厚度被控制。经适当选择间隙20的宽度，就能获得具有边缘32和孔区34的孔板，边缘32足够强以致能经受得起制造的严格要求，孔区34允许多孔被包容在一既定的区域里。刚才讨论的在该电成型加工中的诸一般步骤对于熟悉该领域的技术人员来说是熟知的。对在型芯2上积聚的金属的外形也是熟知的。
在间隙20的宽度和边缘32与孔区34的相对厚度之间有一定关系。间隙20愈宽，边缘32与孔区34间的厚度差将愈大。下表表示了由不同的诸间隙20的宽度获得的一些结果。
间隙宽度(微米)     边缘和孔区的厚度(微米)
电镀时间，T1 电镀时间，T2(＜T1)
0 51.07 29.35
20 46.84 21.45
30 41.25 16.66
40 38.10 11.90
间隙宽度为0的那行(表格中的第一行)表明在模制表面18、19之间无间隙20。使用这样的型芯电成型一孔板，在电成型时间分别为T1和T2的情况下将均会获得厚度分别为51.07微米和29.35微米的基本上厚度均匀的孔板。在如此形成的一孔板的边缘与孔区之间没有差别。
对于在一电成型加工里时间为T1情况下使用间隙宽度为30微米(表格的第3行)的一型芯来说，一电成型孔板的边缘32的厚度为51.07微米，孔区34的厚度为41.25微米。从获得的结果可看出：随着间隙的加宽，边缘32与孔区34的厚度差也加大了。30微米-50微米范围的边缘厚度适于经受得起制造的严格要求。孔区34的厚度最好在10-20微米范围内。其他厚度范围也能用于边缘32和孔区34。
本发明不应当限制于用上面讨论过的实施例来解释。熟悉本技术领域的技术人员将容易知道：其他构形的孔板使用一带有诸电绝缘的模制表面的型芯也能进行电成型。例如，金属层4可被适当地平板构图，以便对限定一孔板上的诸印墨槽36和诸印墨腔38的诸壁进行电成型(如图4所示)。
这样的技术人员也知道：使用其他的方法也能制成不同构形的型芯。图5表示了按照本发明的另一实施例用于制造厚度不均匀的孔板的型芯。不采用蚀刻一间隙20，而是在一基片6上设一台阶40以电绝缘诸型芯区，用于形成边缘32和孔区34。这个台阶40能在一精加工的硅晶片基片上蚀刻或通过增加一厚的感光性树脂层在一玻璃基片上形成。图5也表示了在这样的型芯上电成型的一不均匀厚孔板42。所形成的该孔板42具有一基本上平的表面44，使较容易地连接于一打印头模子的一阻挡层(未图示)。
图6是按照本发明又一实施例的一型芯的放大的剖视图。这个型芯具有一金属层，该金属层最好只用铬制成。这个铬层4具有一第一模制表面18，该表面与象上面讨论过的那些的一第二模制表面19电绝缘。在这个型芯上，不包括该介电层。诸孔是在通过该第二模制表面19蚀刻的诸孔里电成型的。
图7A-7E表示了制造图6中的型芯的许多工序。这些工序类似于图2A-2E里表示的那些工序。仅有的差别是在光掩膜12上的图案11。这里使用的该图案11还限定了在金属层4上的未遮蔽的诸圆50。在这些未遮蔽的圆之下的金属层4被蚀刻去掉，以限定在该第二模制表面19上的诸孔。
利用能电成型不均匀厚度的孔板的能力，也能电成型用于一含有多色印墨的笔的孔板。通过调节在一合适的型芯的诸模制表面之间的间隙，能电成型不同部分的孔板以给出不同的大小和诸孔的清楚度。

Claims (21)

1.一电成型诸孔板用的型芯，每个孔板具有一包含诸孔的孔区和该孔板的基本上比孔区厚的诸部分，该型芯包括：
一基片；
一在基片上的金属层，该金属层具有一第一模制表面和一第二模制表面，该第一模制表面用于基本上电成型诸较厚部分，该第二模制表面用于基本上电成型该孔区，其中，该第一与第二模制表面电绝缘；以及
在金属层上用于电成型孔区里的诸孔的装置；
从而，电成型在该型芯上的一孔板包括：首先在第一模制表面上电成型该孔板的诸较厚部分，和使诸电成型的较厚部分电连接于第一和第二模制表面，以接着电成型该孔区。
2.按照权利要求1的型芯，其特征在于，在孔区里电成型诸孔用的装置是在金属层上构图的诸介电区。
3.按照权利要求1的型芯，其特征在于，在孔区里电成型的诸孔用的装置是在金属层中的诸孔。
4.按照权利要求1的型芯，其特征在于，诸较厚部分是孔板上的形成一围绕孔区的边缘的诸部分。
5.按照权利要求4的型芯，其特征在于，第一模制表面被构图，以进一步在一孔板上电成型诸区域，用于限定诸印墨腔和印墨槽。
6.按照权利要求1的型芯，其特征在于，在基片上形成一台阶，以分离金属层的第一和第二模制表面。
7.按照权利要求6的型芯，其特征在于，基片是一精加工的硅晶片，该台阶是通过合适地蚀刻该精加工的硅晶片而形成。
8.按照权利要求6的型芯，其特征在于，该台阶是通过在基片上增加一较厚的感光性树脂层形成的。
9.一种制造电成型诸孔板用的型芯的方法，每个孔板具有一包含诸孔的孔区和该孔板的基本上比孔区厚的诸部分，该方法包括：
在一基片上沉积一金属层；
在该金属层上沉积一第一感光性树脂层；
在该第一感光性树脂层上放置并定位具有一第一图案的一第一光掩膜；
将第一光掩膜和第一感光性树脂层暴露于紫外光；
显影该第一感光性树脂层以在该金属层上产生第一图案；
对金属层的被第一光掩膜的第一图案所曝光的诸部分蚀刻，以限定一第一模制表面和一第二模制表面，该第一模制表面用于基本上电成型诸较厚部分，该第二模制表面用于基本上电成型该孔区，其中，第一与第二模制表面是电绝缘的；
在孔区里电成型诸孔用的引入装置；以及
剥离基本上任何保留的感光性树脂层，以完成该型芯的制造。
10.按照权利要求9的方法，其特征在于，在孔区里电成型诸孔用的引入装置包括：蚀刻该金属层，以限定在第二模制表面上的诸孔，用于基本上电成型该孔区里的诸孔。
11.按照权利要求9的方法，其特征在于，在孔区里电成型诸孔用的引入装置包括：
剥离基本上任何保留的感光性树脂层；
在被蚀刻的金属层上沉积一介电层；
在该介电层上沉积一第二感光性树脂层；
在该第二感光性树脂层上定位一具有一第二图案的第二光掩膜；
将该第二光掩膜和该第二感光性树脂层曝光于紫外光；
显影该第二感光性树脂层以在介电层上产生第二图案；以及
蚀刻该介电层的被第二光掩膜的第二图案曝光的诸部分，以限定诸介电区，用于电成型在孔区里的诸孔。
12.按照权利要求9的方法，其特征在于，诸较厚部分是孔板上的、形成围绕该孔区的一边缘的诸部分。
13.按照权利要求9的方法，其特征在于，还包括引入在基片上的一台阶，用于电绝缘金属层的第一与第二模制表面。
14.按照权利要求13的方法，其特征在于，基片是一精加工的硅晶片，其中，在基片上引入一台阶包括：在该精加工的硅晶片上光刻法制出一图案，和蚀刻该精加工的硅晶片以制成该台阶。
15.按照权利要求13的方法，其特征在于，在基片上引入一台阶包括：
在基片上沉积一厚的感光性树脂层；
在该厚的感光性树脂层上光刻制成一图案；
蚀刻该厚感光性树脂层以在基片上制成该台阶。
16.按照权利要求9的方法，其特征在于，还包括：
基本上在第一模制表面上仅电成型一孔板的诸较厚的部分；
使电成型的诸较厚部分增大，以电连接第二模制表面，使该第二模制表面基本上开始电成型孔板的孔区；
继续电成型诸较厚部分和孔区，到达预定诸厚度，以制成一完成的孔板；以及
从该型芯除去该完成的孔板。
17.一孔板，它包括：
一孔区，具有诸通孔；
在孔板上的诸部分，这些部分基本上比孔区厚，使该孔板足够强，以经受得起制造严格要求。
18.按照权利要求17的孔板，其特征在于，孔板上的诸较厚部分是形成围绕该孔区的一边缘的诸部分。
19.按照权利要求18的孔板，其特征在于，该边缘完全包围了该孔区。
20.按照权利要求18的孔板，其特征在于，诸孔在孔区里排列为两排，孔板还包括在孔区里位于两排孔之间的一较厚部分。
21.按照权利要求17的孔板，其特征在于，该较厚部分的厚度为30-50微米，孔区的厚度为10-20微米。
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