DE10007053A1 - Verfahren zum Herstellen von Komponenten eines Tropfenerzeugers für Mikrotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker, und Tropfenerzeuger selbst - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Komponenten eines Tropfenerzeugers für Mikrotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker, und Tropfenerzeuger selbst

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DE10007053A1 DE2000107053 DE10007053A DE10007053A1 DE 10007053 A1 DE10007053 A1 DE 10007053A1 DE 2000107053 DE2000107053 DE 2000107053 DE 10007053 A DE10007053 A DE 10007053A DE 10007053 A1 DE10007053 A1 DE 10007053A1
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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen von Komponenten eines Tropfenerzeugers für Mikrotropfen (29) mit in einem Gehäuse (15) angeordneten piezoelektrisch betätigbaren Biegewandlern (1) wird derart ausgeübt, daß in den ersten Wafer (7) für eine Rahmenplatte (13) eine Vielzahl von Ausnehmungen (9) für die Biegezungen (6) des Biegewandlers (1) geätzt werden und in einen zweiten Wafer (11) Düsen (12) für eine Grundplatte (14), wobei der erste Wafer (7) und der zweite Wafer (11) aufeinandergebondet werden und wobei eine Biegezungenplatte aus einem Biegeträger (1a) und einem aufgeklebten Piezo-Aktor (1b) in Biegezungen (6) getrennt und als Biegekamm (2) in die Baugruppe Grundplatte (14) mit Rahmenplatte (13) eingefügt und in dem Gehäuse (15) verschlossen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Komponenten eines Trop­ fenerzeugers für Mikrotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker, mit in einem Gehäuse angeordneten, piezoelektrisch betätigbaren Biegewandlern, die jeweils einen Biegekamm aufweisen, dessen rückwärtiger Bereich einen passiven Abschnitt der Kammzähne durch einen Verbindungsdamm und dessen vorderer, den Düsen zugeordneter Bereich, den aktiven, aus Biegezungen bestehenden Abschnitt bildet, und den Tropfenerzeuger selbst.
Ein derartiger Biegewandler ist aus der DE 691 20 806 T2 bekannt. Dabei ist der Tropfenerzeuger relativ kompliziert aufgebaut und stellt sehr hohe Anforderungen an die Herstellung und Montage der Einzelteile. Teile-Toleranzen und Montagestreuun­ gen führen zu Unterschieden in der Tropfengröße, dem Ausstoßwinkel und in der Frequenz der einzelnen Paarungen, so dass die damit erzielbaren Ausdrucke (Punktmuster) ungleichmäßig sind, weil die Lage der Tropfenaufschläge undefiniert ist. Dadurch können Informationsverfälschungen auftreten. Die Montage stellt mit Positionsgenauigkeiten im 1 µm - Bereich höchste Anforderungen. Voraussetzung für eine entsprechend hochgenaue Montage ist aber die hochgenaue Herstellung der Einzelteile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch einfachere und deshalb hochwerti­ gere Herstellung, die geringere Fehler und Toleranzwerte erbringt, und durch eine reduzierte Anzahl von Einzelteilen die Montage genauer zu gestalten.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Vielzahl von parallel nebenein­ ander durch Wanddicken beabstandet liegende langgestreckte Ausnehmungen in einen Wafer aus Silizium, Metall, Glas, Keramik oder Mikrokunststoffspritzguss ein­ geschnitten, eingeätzt oder angeformt werden, dass Gruppen von Ausnehmungen gebildet werden und jeweils paarweise außen in einer Gruppe liegende Ausnehmun­ gen kürzer oder länger geätzt werden als innen in einer Gruppe liegende Ausneh­ mungen. Dadurch entstehen nicht nur exakte Einspannlängen der Biegezungen, ein exaktes Stufenmaß und die Lage der Ausnehmungen, sondern auch ein genauer Abstand der Biegewand zur Wanddicke der Nachbarausnehmung. Die Folge davon ist auch ein ausreichender Flüssigkeitsnachfluss zur Ausstoßstelle an der Düse. Au­ ßerdem sind Mittel zum Ausrichten einer Gruppe von Biegezungen innerhalb eines Biegewandlers gegeben. Alle Maße können in engen Toleranzen eingehalten wer­ den. Dadurch wird die Herstellung und demzufolge die Montage einfacher und ge­ nauer. Dieses Verfahren ist insbesondere für Rahmenplatten vorteilhaft.
In dieser Art der Herstellung kann weiter derart vorgegangen werden, dass eine Viel­ zahl von parallel nebeneinander durch Bezugsabstände zu einer Biegezunge und Flüssigkeitslängskanäle liegende Düsen auf der Oberfläche eines Wafers aus Silizi­ um, Metall, Glas, Keramik oder Mikrokunststoffspritzguss eingeätzt oder angeformt werden und dass eine Vielzahl von solchen Grundplatten mit einer festgelegten An­ zahl von Düsen ausgeschnitten wird. Dadurch entstehen Grundplatten, falls die Dü­ sen in die Grundplatte eingebracht werden sollen.
Für den Fall einer Anbringung der Düsen innerhalb der Grundplatte ist weiterhin vor­ gesehen, dass an die Düse anschließend jeweils ein Düsenvorraum ausgeätzt wird. Der Düsenvorraum kann etwa flaschenförmig geformt sein, um die Voraussetzungen einer günstigen Strömung zu erfüllen.
Nach weiteren Schritten ist vorgesehen, dass jeweils ein Wafer mit den Rahmen­ platten und ein Wafer mit den Grundplatten durch Bonden an ihren natürlichen, un­ veränderten Planoberflächen verbunden werden und dass danach Basisplatten, aus Grundplatten und Rahmenplatten bestehend, mit ihrer festgelegten Anzahl von Dü­ sen, Ausnehmungen und vorbereiteten Flüssigkeitslängskanälen ausgeschnitten werden. Dadurch wird eine montagegünstige Baugruppe geschaffen.
Ein weiter, vorteilhafter Schritt besteht darin, dass die auf einem Wafer montierten Biegewandler mit Basisplatte elektrisch kontaktiert aus dem Waververbund ausge­ schnitten und dabei die Düsen freigelegt werden.
Eine homogene, d. h. monolithische Basisplatte, ohne Klebstoff im Bereich der Düsen und ohne Klebstoffüberhänge, entsteht dabei dadurch, dass das Bonden der Wafer anodisch oder nach dem Direct-Silicon-Fusion-Verfahren vorgenommen wird.
Nach einem weiteren Schritt entsteht eine weitere Baugruppe des Biegewandlers dadurch, dass auf eine Biegezungenplatte aus Silizium, Metall, Glas, Keramik oder Mikrokunststoffspritzguss Piezo-Aktoren aufgeklebt werden, durch einen Verbin­ dungsdamm verbunden werden und die Biegezungenplatte längsgeteilt wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird sodann, ausgehend von einem Tropfenerzeuger für Mikrotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker, dessen Kompo­ nenten einen in einem Gehäuse angeordneten, mehrschichtigen, piezoelektrischen Biegewandler aufweist, der einen Biegekamm besitzt, dessen rückwärtiger Bereich einen passiven Abschnitt der Kammzähne durch einen querverlaufenden Verbin­ dungsdamm und dessen vorderer, den Düsen zugeordneter Bereich den aktiven, aus Biegezungen bestehenden Abschnitt bildet, dahingehend gelöst, dass eine Grund­ platte bestehend aus Silizium, Metall, Glas, Keramik oder Mikrokunststoffspritzguss mit einer oder mehreren Düsen vorgesehen ist, dass eine Rahmenplatte mit Aus­ nehmungen unterschiedlicher Länge mit der Grundplatte verbunden ist, dass Biege­ zungen mit Piezo-Aktoren verbunden sind, die in der Rahmenplatte zusammen mit der Grund­ platte jeweils einen Flüssigkeitslängskanal, Lagerstellen, Führungen und einen An­ schlag bilden. Die Biegewandler sind in dem passiven Bereich mit der Grundplatte oder einem Boden der Rahmenplatte verbunden und bilden eine Lagerstelle. Die Montage der Basisplatte erfolgt ohne Hilfsstoffe, wie z. B. Klebstoffe, so dass bei zwei Siliziumwafern ein monolithischer Körper entsteht. Die filigranen Strukturen werden fest verbunden, so dass unerwünschte Spalte für die Flüssigkeit nicht entstehen können.
Eine monolithische Struktur ist insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen (bis ca. 130°C) aufgrund der Längenausdehnung von besonderer Bedeutung. So betra­ gen diese bei Si 2,3 × 10-6, Pyrex 3,25 × 10-6, Al2O3 7,5 × 10-6, ZrO2 10,4 × 10-6 oder PMMA 80 × 10-6 mm. Diese Daten zeigen, dass der Piezo-Aktor bei 100°C Temperaturdifferenz in der Mischbauweise Keramik-Kunststoff sich um (80-7,5) × 10-6, bei 25 mm × 100°C = 0,18 mm streckt. Die Schichten müssten sich um 0,18 mm gegeneinander verschieben, was zur Verbiegung des Piezo-Aktors führt.
Die Rahmenplatte bildet eine geschlossene, von Planfläche zu Planfläche durchge­ hende Rahmenstruktur mit filigran herstellbaren Zwischenwänden. Nach dem Verfah­ ren des isotropen Tiefenätzens (RIE) von Silizium lassen sich Strukturen von bis zu 250 µm Tiefe sicher erzielen mit annähernd senkrechten Seitenwänden (ca. 89,5 Grad). Silizium weist keine Eigenspannungen auf, so dass ohne Verzug Zwischen­ wände im Bereich von 30 µm Breite und 250 µm Höhe erzielbar sind. Diese Werte sind für einen Düsenkopf mit einem Düsenabstand von 150 dpi vorgesehen. Die Maßgenauigkeit der Rahmenplatte ist daher nur abhängig von der Auflösungsge­ nauigkeit der aus der Mikroelektronik bekannten Prozesse mit Maske, Fotolithografie und Ätzprozess. Da das Verfahren einstufig ist, ist die Herstellung einfach und wirt­ schaftlich durchführbar.
In die Rahmenplatte lassen sich bei der Herstellung die Anschläge und Zentriermittel für den Biegekamm einbringen. Die hintere Kante der Ausnehmung dient als An­ schlag für die Biegezungen des Biegekamms.
Nach einer Verbesserung ist vorgesehen, dass in der Grundplatte an der vorderen Ober- und/oder Unterkante Düsen in zumindest einer Reihe angeordnet sind. Bei dem Ausschneiden der Grundplatte aus dem Wafer können die Düsenöffnungen freigelegt werden.
Alternative Anordnungen der Düsen und damit mehrere Anwendungsmöglichkeiten für die Baugruppe ergeben sich dadurch, dass die Düsen in der Grundplatte nach oben und/oder unten offen sind und senkrecht zur Bewegungsrichtung der Biege­ zunge oder parallel zur Reihe der Biegezungen angeordnet sind.
Um eine straffe Führung der Flüssigkeit beim Ausstoßen der Tropfen zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass die Düsen an der jeweiligen Kante querschnittsverengt sind.
Eine alternative Anordnung der Düsen ergibt sich dadurch, dass die Düsen in der Rahmenplatte fluchtend mit den Flüssigkeitslängskanälen, die aus der Rahmenplatte geätzt sind, vor der Ebene der Grundplatte verlaufen.
Die Positionsgenauigkeit eines oder mehrerer Biegekämme wird dadurch erzielt, dass im rückwärtigen Abschnitt der Rahmenplatte hinter dem Flüssigkeitslängskanal mittels weiteren ausgeätzten Abschnitten definierte Lagerstellen gebildet sind.
Zur Positionierungsgenauigkeit trägt außerdem bei, dass in der Rahmenplatte inner­ halb der Ausnehmungen Anschläge und/oder Zentriermittel für den Biegekamm an­ geordnet sind.
Weiter ist für die Positioniergenauigkeit vorgesehen, dass nur die beiden äußeren, rückwärtigen Enden einer Gruppe von Ausnehmungen für die Biegezungen einen Anschlag und/oder das Zentriermittel bilden.
Um eine Überbestimmung für die Lage des Biegekamms zu vermeiden ist ferner vor­ gesehen, dass eine mittlere Biegezunge des Biegekamms spielfrei zur Zentrierung in der zugehörigen Ausnehmung aufgenommen ist. Dadurch ist die Lage des Biege­ kamms exakt definiert und geringe Randspalte und Biegezungen-Längen lassen sich ohne besonderen Justageaufwand bei der Montage sicher einhalten.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass der Biegekamm aus mehreren, durch Verkleben mit passivem Piezowerkstoff verbundenen Schichten hergestellt ist.
Die Flüssigkeitskanäle entstehen ferner im wesentlichen dadurch, dass die Grund­ platte mit der Rahmenplatte abgedeckt ist.
Nach weiteren Maßnahmen ist vorgesehen, dass die Düsenöffnungen mittels eines Sägeschnitts freilegbar sind. Die Düsen entstehen daher beim Ausschneiden der Rahmen- oder Grundplatte aus den durch Bonden verbundenen Wafern.
Die Führung des Biegekamms und die Führung der Flüssigkeit sowie deren Menge werden noch dadurch verbessert, dass die Ausnehmungen zumindest an einer Längsseite mit Längsabschnitte bildenden Taschen versehen sind.
Der Raum für die vor dem Ausstoßen bevorratete Flüssigkeit kann außerdem da­ durch vergrößert werden, dass zwischen der Rahmenplatte und der Grundplatte eine Zwischenplatte mit einer Zuflußöffnung eingefügt ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und werden nachstehend näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung von zwei Wafern, aus denen Rah­ menplatten und Grundplatten hergestellt werden,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Grundplatte mit Düsen
Fig. 3 eine vergrößerte Einzelheit bei "A" aus Fig. 2,
Fig. 4 eine Explosionsdarstellung des Biegewandlers aus Grundplatte, Rah­ menplatte, Biegekamm und Gehäuse von unten betrachtet,
Fig. 5 eine Explosionsdarstellung einer alternativen Ausführung,
Fig. 6 einen senkrechten Schnitt durch den Biegewandler ohne Gehäuse,
Fig. 7 eine Draufsicht zu Fig. 6 im Ausschnitt,
Fig. 8 einen Querschnitt durch den Biegewandler der Fig. 6 und 7,
Fig. 9 eine Einzelheit "B" aus Fig. 8 in vergrößertem Maßstab,
Fig. 10 einen senkrechten Schnitt durch einen Biegewandler in alternativer Ausführung,
Fig. 11 eine Einzelheit "C" aus Fig. 10 in vergrößertem Maßstab und
Fig. 12 eine alternative Ausführungsform als Einzelheit ähnlich Fig. 11 in ver­ größertem Maßstab.
Gemäß Fig. 1 werden Biegewandler 1 mit jeweils einem Biegekamm 2, der einen passiven Abschnitt 3 mit einem Verbindungsdamm 4 und einen aktiven Abschnitt 5 aufweist, hergestellt. Dabei besteht der aktive Abschnitt 5 aus Biegezungen 6. Auf einem ersten Wafer 7 werden zunächst Ausnehmungen 9 in Gruppen 10, wobei zwi­ schen zwei Ausnehmungen 9 jeweils eine Wanddicke 8 von wenigen µm bestehen bleibt, ausgeätzt. Die Ausnehmungen 9 besitzen aus Gründen der Ausrichtung, Füh­ rung und Positionierung der Biegekämme 2 in Längsrichtung kleinere Längen 9a und größere Längen 9b (vgl. auch die Fig. 6 und 7). Solche Gruppen 10 von Ausneh­ mungen befinden sich auf Wafern 7 aus Silizium, Metall, Glas, Keramik, Mikrokunst­ stoffspritzguss für Rahmenplatten 13.
Gemäß Fig. 1 sind auf einem anderen, zweiten Wafer 11, aus Silizium, Metall, Glas, Keramik oder Mikrokunststoffspritzguss, Düsen 12 vorgesehen, die in Grundplatten 14 eingeätzt werden. Die Düsen 12 bilden Düsenreihen 12b. Die Düsen 12 (Fig. 2 und 3) werden in Düsenreihen 12b auf der Grundplatte 14 eingeätzt oder wie später noch beschrieben wird, in der Rahmenplatte 13, wobei die Grundplatte 14 dann als eine ebene Grundplatte aus Silizium, Metall, Glas, Keramik oder Mikrokunst­ stoffspritzguss hergestellt ist.
Die Düsen 12 bilden gemäß den Fig. 2 und 3 einen Vorraum 12a, der etwa fla­ schenförmig mit der eigentlichen Düsenöffnung 12c verbunden ist, wobei der Düsen­ vorraum 12a sich bis unter eine Biegezunge 6 erstreckt (vgl. Fig. 6). Die Düsen 12 bilden einen vorzugsweise stirnseitigen Tropfenaustritt.
Gemäß den Fig. 4 und 5 ist die Grundplatte 14 mit mehreren Düsen 12 geätzt und die Rahmenplatte 13 ist mit ausgeätzten Ausnehmungen 9 unterschiedlicher Länge 9a, 9b flächig mit der Grundplatte 14 verbunden, wobei die Biegewandler 1 mit dem passiven Abschnitt 3 in dem passiven Abschnitt 3 mit der Grundplatte 14 verbunden, und die Biegezungen 6 mit Piezo-Aktoren 1b beschichtet sind. In der Rahmenplatte 13 können alternativ (Fig. 5) Bodenflächen 17b zur Ausbildung der Lagerstelle 17 eingebracht werden. Am Biegewandler 1 befinden sich ebenso Erhöhungen 17a.
Die Biegezungen 6 bilden mit der Grundplatte 14 jeweils einen Flüssigkeitskanal 16, sowie Lagerstellen 17, Führungen 18 und zumindest einen Anschlag 19 (Fig. 6 und 8). Die Grundplatte 14, die Rahmenplatte 13, der Biegewandler 1 werden zusammen in einem Gehäuse 15 vereinigt. Die einzelnen Ausnehmungen 9 sind durch Wand­ dicken 8 voneinander getrennt. Die Lagerstelle 17 wird durch erhöhte Bereiche 17a am Biegewandler 1 mit der ebenen Fläche der Grundplatte 14 gebildet (Fig. 4). In einer anderen Variante werden die Ausnehmungen 9 in der Rahmenplatte 13 nicht vollständig von Planfläche zu Planfläche der Waferdicke durchgeätzt, so dass im hinteren Abschnitt noch eine Bodendicke erhalten bleibt, die (zusammen mit einem planen Biegewandler 1) die Lagerstelle 17 bildet.
Gemäß den Fig. 6 und 8 bilden die Biegezungen 6 mit der Grundplatte 14 jeweils einen Flüssigkeitskanal 16, sowie Lagerstellen 17, Führungen 18 und zumindest ei­ nen Anschlag 19. Dabei sind zunächst in der Grundplatte 14 an der vorderen Ober- und Unterkante 20, 21 (vgl. Fig. 8) Düsen 12 zumindest in einer Reihe 12b angeord­ net. Die Düsen in der Grundplatte 14 sind nach oben und unten offen und senkrecht zur Bewegungsrichtung 6a der Biegezunge 6 oder parallel zur Reihe der Biegezun­ gen 6 angeordnet. Die Düsen 12 sind an der jeweiligen Kante 20, 21 querschnitts­ verengt bis zur eigentlichen Düsenöffnung 12c. Die Düsen 12 verlaufen in der Grundplatte 14 jeweils fluchtend mit dem Flüssigkeitslängskanal 16. Nach einer al­ ternativen Lösung (Fig. 10) können die Düsen 12 aber auch in der Rahmenplatte 13 eingeätzt sein und vor der Ebene der Grundplatte 14 verlaufen. Im rückwärtigen Ab­ schnitt 13a der Rahmenplatte 13 sind hinter dem Ende des Flüssigkeitslängskanals 16 weitere ausgeätzte Abschnitte 24 vorhanden, so dass sich definierte Lagerstellen 17 ausbilden, mit denen der Biegekamm 2 auf der Grundplatte 14 aufliegt. In der Rahmenplatte 13 sind innerhalb der Ausnehmungen 9 durch kleinere Längen 9a und größere Längen 9b an einem äußeren Ende 9c Anschläge 19 gebildet. Es sind von einer Gruppe 10 nur die beiden äußeren rückwärtigen Enden 9c als Anschläge ein­ gesetzt. Eine mittlere Ausnehmung 9 (Fig. 7 und 9) ist als Führung 18 durch entspre­ chende genauere Breitenabmessung der Ausnehmung 9 und des Biegeträgers 1a geschaffen.
Die Ausnehmungen 9 besitzen zumindest an der Längsseite 9d in einem Längsab­ schnitt 9e beidseitig Taschen 25, wobei zwischen benachbarten Taschen 25 selbst­ verständlich die Wanddicke 8 eingehalten ist.
Von der Rahmenplatte 13 verlaufen von jeweils isolierten elektrischen Kontakten 22 (Fig. 7) elektrische Verbindungen 23 zu jedem einzelnen Piezo-Aktor 1b.
Gemäß Fig. 10 ist eine alternative Ausführungsform bezüglich der Düsen 12 gezeigt. Die Düsen 12 sind, wie schon beschrieben, in Höhe der Ebene der Rahmenplatte 13 angeordnet. Durch Spannungsimpulse wird der Piezo-Aktor 1b auf dem Biegeträger 1a in Bewegungsrichtung 6a gekürzt, so daß er nur durch Biegung wie gezeichnet reagieren kann, wodurch eine vorgespannte Position entsteht und in eine Stellung 28 gelangt. Bei Abschalten des Stroms entspannt sich die Biegezunge 6 und es kommt durch die Dynamik der Druckwelle zum Ausstoß eines Flüssigkeitstropfens 29. Diese Situation ist noch einmal in vergrößertem Maßstab in Fig. 11 gezeigt.
Gemäß Fig. 12 ist eine weitere alternative Ausführungsform gezeigt: Zwischen der Rahmenplatte 13 und der Grundplatte 14 ist eine Zwischenplatte 26 mit einer großen Zuflussöffnung 27 eingefügt. Die Zwischenplatte 26 kann Teil der Rahmenplatte 13 oder der Grundplatte 14 sein.
Bezugszeichenliste
1
Biegewandler
1
a Biegeträger
1
b Piezo-Aktor
2
Biegekamm
3
passiver Abschnitt
4
Verbindungsdamm
5
aktiver Abschnitt
6
Biegezunge
6
a Bewegungsrichtung
7
erster Wafer
8
Wanddicke
9
Ausnehmungen
9
a kleinere Länge
9
b größere Länge
9
c äußeres Ende
9
d Längsseite
9
e Längsabschnitt
10
Gruppe
11
zweiter Wafer
12
Düse
12
a Düsenvorraum
12
b Düsenreihe
12
c Düsenöffnung
13
Rahmenplatte
13
a rückwärtiger Abschnitt
14
Grundplatte
15
Gehäuse
16
Flüssigkeitslängskanal
17
Lagerstelle
17
a Erhöhung am Biegewandler
17
b Bodenfläche in Rahmenplatte
18
Führung
19
Anschlag
20
Oberkante
21
Unterkante
22
elektrische Kontakte
23
elektrische Verbindung
24
ausgeätzter weiterer Abschnitt
25
Tasche
26
Zwischenplatte
27
Zuflussöffnung
28
Stellung der Biegezunge während des Spannungsimpulses
29
Flüssigkeitstropfen
30
Basisplatte

Claims (21)

1. Verfahren zum Herstellen von Komponenten eines Tropfenerzeugers für Mi­ krotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker, mit in einem Gehäuse angeordneten, piezoelektrisch betätigbaren Biegewandlern, die je­ weils einen Biegekamm aufweisen, dessen rückwärtiger Bereich einen passi­ ven Abschnitt der Kammzähne durch einen Verbindungsdamm und dessen vorderer, den Düsen zugeordneter Bereich, den aktiven, aus Biegezungen be­ stehenden Abschnitt bildet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von parallel nebeneinander durch Wanddicken beabstandet liegende langgestreckte Ausnehmungen in einen Wafer aus Silizium, Metall, Glas, Keramik oder Mikrokunststoffspritzguss eingeschnitten, eingeätzt oder abgeformt werden, dass Gruppen von Ausnehmungen gebildet werden und jeweils paarweise außen in einer Gruppe liegende Ausnehmungen kürzer oder länger geätzt werden als innen in einer Gruppe liegende Ausnehmungen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von parallel nebeneinander durch Bezugsabstände zu einer Biegezunge und Flüssigkeitslängskanäle liegende Düsen auf der Oberfläche eines Wafers aus Silizium, Metall, Glas, Keramik oder Mikrokunststoffspritz­ guss eingeätzt oder abgeformt werden und dass eine Vielzahl von solchen Grundplatten mit einer festgelegten Anzahl von Düsen ausgeschnitten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an die Düse anschließend jeweils ein Düsenvorraum ausgeätzt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Wafer mit den Rahmenplatten und ein Wafer mit den Grund­ platten durch Bonden an ihren natürlichen, unveränderten Planoberflächen verbunden werden und dass danach Basisplatten, aus Grund- und Rahmen­ platten bestehend, mit ihrer festgelegten Anzahl von Düsen, Ausnehmungen und vorbereiteten Flüssigkeitslängskanälen ausgeschnitten werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf einem Wafer montierten Biegewandler mit Basisplatte elektrisch kontaktiert aus dem Waferverbund ausgeschnitten und dabei die Düsen frei­ gelegt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bonden der Wafer anodisch oder nach dem Direct-Silicon-Fusion- Verfahren vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Biegezungenplatte aus Silizium, Metall, Glas, Keramik oder Mi­ krokunststoffspritzguss Piezo-Aktoren aufgeklebt werden, durch einen Verbin­ dungsdamm verbunden und die Biegezungenplatte längsgeteilt wird.
8. Tropfenerzeuger für Mikrotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tin­ tendrucker, dessen Komponenten einen in einem Gehäuse angeordneten, mehrschichtigen, piezoelektrischen Biegewandler aufweist, der einen Biege­ kamm besitzt, dessen rückwärtiger Bereich einen passiven Abschnitt der Kammzähne durch einen querverlaufenden Verbindungsdamm und dessen vorderer, den Düsen zugeordneter Bereich den aktiven, aus Biegezungen be­ stehenden Abschnitt bildet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grundplatte (14) bestehend aus Silizium, Metall, Glas, Keramik oder Mikrokunststoffspritzguss mit einer oder mehreren Düsen (12) vorgese­ hen ist, dass eine Rahmenplatte (13) mit ausgeätzten Ausnehmungen (9) un­ terschiedlicher Länge (9a; 9b) mit der Grundplatte (14) verbunden ist, dass Biegezungen (6) mit Piezo-Aktoren (1b) verbunden sind, die in der Rahmen­ platte (13) zusammen mit der Grundplatte (14) jeweils einen Flüssigkeits­ längskanal (16), Lagerstellen (17), Führungen (18) und einen Anschlag (19) bilden.
9. Tropfenerzeuger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Grundplatte (14) an der vorderen Ober- und/oder Unterkante (20; 21) Düsen (12) in zumindest einer Reihe (12b) angeordnet sind.
10. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (12) in der Grundplatte (14) nach oben und/oder unten offen sind und senkrecht zur Bewegungsrichtung (6a) der Biegezunge (6) oder par­ allel zur Reihe der Biegezungen (6) angeordnet sind.
11. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (12) an der jeweiligen Kante (20; 21) querschnittsverengt sind.
12. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (12) in der Rahmenplatte (13) fluchtend mit den Flüssigkeits­ längskanälen (16), die aus der Rahmenplatte (13) geätzt sind, vor der Ebene der Grundplatte (14) verlaufen.
13. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im rückwärtigen Abschnitt (13a) der Rahmenplatte (13) hinter dem Flüs­ sigkeitslängskanal (16) mittels weiteren ausgeätzten Abschnitten (24) defi­ nierte Lagerstellen (17) gebildet sind.
14. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rahmenplatte (13) innerhalb der Ausnehmungen (9) Anschläge (19) und/oder Zentriermittel für den Biegekamm (2) angeordnet sind.
15. Tropfenerzeuger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass nur die beiden äußeren, rückwärtigen Enden (9c) einer Gruppe von Aus­ nehmungen (9) für die Biegezungen (6) einen Anschlag (19) und/oder das Zentriermittel bilden.
16. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Biegezunge (6) des Biegekamms (2) spielfrei zur Zentrie­ rung in der zugehörigen Ausnehmung (9) aufgenommen ist.
17. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegekamm (2) aus mehreren, durch Verkleben mit passivem Piezo­ werkstoff verbundenen Schichten hergestellt ist.
18. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (14) mit der Rahmenplatte (13) abgedeckt ist.
19. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnungen (12c) mittels eines Sägeschnitts freilegbar sind.
20. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (9) zumindest an einer Längsseite (9d) mit Längsab­ schnitte (9e) bildenden Taschen (25) versehen sind.
21. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rahmenplatte (13) und der Grundplatte (14) eine Zwi­ schenplatte (26) mit einer Zuflußöffnung (27) eingefügt ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0713773A2 (de) * 1994-11-24 1996-05-29 Pelikan Produktions Ag Tropfenerzeuger für Mikrotropfen, insbesondere für einen Ink-Jet-Printer

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