DE102004053875A1 - Fluid injector and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungTerritory of invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluid-Injektorvorrichtung bzw. eine Fluid-Einspritzvorrichtung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung; im Besonderen betrifft die Erfindung einen Fluid-Injektor mit einem höheren Wirkungsgrad und einer größeren Lebensdauer.The The present invention relates to a fluid injector device or a fluid injection device and a process for their preparation; in particular the invention a fluid injector with a higher efficiency and a longer life.
Beschreibung des Standes der Technikdescription of the prior art
Normalerweise werden Fluid-Injektoren bzw. -einspritzvorrichtungen in Tintenstrahldruckern, Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen und anderen Vorrichtungen eingesetzt. Bei den gegenwärtig bekannten und eingesetzten Tintenstrahldruckern ist die Injektion bzw. Einspritzung aufgrund einer durch Wärmeeinwirkung getriebenen Blase aufgrund ihrer Einfachheit und der vergleichsweise geringen Kosten am erfolgreichsten gewesen.Usually become fluid injectors in inkjet printers, fuel injectors and other devices. In the currently known and inkjet printers used is the injection due to heat driven bubble due to its simplicity and the comparatively low cost has been the most successful.
Die
Der
monolithische Fluid-Injektor
Bei
dem herkömmlichen
monolithischen Fluid-Injektor
Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des vorgenannten Fluid-Injektors zumindest teilweise zu beheben, um einen Fluid-Injektor mit einem besseren Wirkungsgrad und einer längeren Lebensdauer bereitzustellen. Diese und weitere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen Fluid-Injektor bzw. eine Fluid-Einspritzvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zu dessen bzw. deren Herstellung nach Anspruch 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.task It is the object of the present invention to overcome the disadvantages of the aforementioned At least partially fix fluid injector to a fluid injector to provide better efficiency and longer life. These and other objects are achieved according to the present invention by a fluid injector or a fluid injection device with the features of claim 1 and by a method of its or their preparation according to claim 9 solved. Further advantageous embodiments are the subject of the referenced Dependent claims.
Der Fluid-Injektor gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Basis, eine erste Durchgangsbohrung, einen Fluid-Aktuator, eine Passivierungsschicht und eine galvanisch gebildete Schicht. Die Basis umfasst eine Kammer und eine Oberfläche. Die erste Durchgangsbohrung kommuniziert mit der Kammer und ist in der Basis vorgesehen. Der Fluid-Aktuator ist auf der Oberfläche in der Nähe der ersten Durchgangsbohrung vorgesehen und befindet sich außerhalb der Kammer der Basis. Die Passivierungsschicht ist auf der Oberfläche vorgesehen. Die galvanisch gebildete Schicht legt eine zweite Durchgangsbohrung fest und ist auf der Passivierungsschicht außerhalb der Kammer vorgesehen. Die zweite Durchgangsbohrung kommuniziert mit der ersten Durchgangsbohrung.Of the Fluid injector according to the present invention includes a base, a first through-hole, a fluid actuator, a passivation layer and an electrodeposited layer. The Base includes a chamber and a surface. The first through hole communicates with the chamber and is provided in the base. The fluid actuator is on the surface near the first through hole provided and is located outside the chamber of the base. The passivation layer is provided on the surface. The galvanically formed layer defines a second through-bore fixed and is provided on the passivation layer outside the chamber. The second through-hole communicates with the first through-hole.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser von einem Ende der zweiten Bohrung, das mit der ersten Durchgangsbohrung kommuniziert, wesentlich größer als diejenige des anderen Endes der zweiten Durchgangsbohrung.at a preferred embodiment is the diameter of one end of the second hole that is with the first through hole communicates, much larger than that of the other end of the second through-hole.
Der Fluid-Aktuator umfasst eine thermische Blasen-Erzeugungseinrichtung oder einen piezoelektrischen Dünnschicht-Aktuator. Der Fluid-Aktuator ist vorzugsweise eine thermische Blasen-Erzeugungseinrichtung, die aus einer Widerstandsschicht besteht.Of the Fluid actuator includes a thermal bubble generator or a piezoelectric thin film actuator. The fluid actuator is preferably a thermal bubble generator, which consists of a resistance layer.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine gemusterte leitfähige Schicht ausgebildet, welche die Strukturschicht überdeckt und mit dem Fluid-Aktuator verbindet, um als Signal-Übermittlungsschaltung zu wirken.at a preferred embodiment is a patterned conductive Layer formed, which covers the structural layer and with the fluid actuator connects to as a signal transmission circuit to act.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Kontakt- bzw. Benetzungswinkel zwischen der galvanisch gebildeten Schicht und Wasser etwa 90° beträgt oder größer ist und dass die galvanisch gebildete Schicht vorzugsweise ein Epoxidharz, Glycidil-Methacrylat, Acrylharz, Acrylat oder Methacrylat eines Novolak-Epoxidharzes, Polysulfon, Polyphenylene, Polyethersulfon, Polyamid, Polyamid-Imid, Polyarylen-Ether, Polyphenylensulfid, Pholyarilen-Etherketon, Phenoxyharz, Polycarbonat, Polyetherimid, Polyquinoxalin, Polyquinolin, Polybenzimidazol, Polybenzoxazol, Polybenzothazol oder Polyoxadiazol ist.It It should be noted that the contact or wetting angle between the electrodeposited layer and water is about 90 ° or greater and that the electrodeposited layer is preferably an epoxy resin, Glycidyl methacrylate, acrylic resin, acrylate or methacrylate of a Novolac epoxy resin, polysulfone, polyphenylenes, polyethersulfone, Polyamide, polyamide-imide, polyarylene-ether, polyphenylene-sulfide, pholyarene-ether-ketone, Phenoxy resin, polycarbonate, polyetherimide, polyquinoxaline, polyquinoline, Polybenzimidazole, polybenzoxazole, polybenzothazole or polyoxadiazole is.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Fluid-Injektors bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die nachfolgenden Schritte. Ein Substrat mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche wird bereitgestellt. Eine gemusterte Opferschicht bzw. temporäre Schicht wird auf der ersten Oberfläche des Substrats ausgebildet. Eine gemusterte Strukturschicht wird auf der ersten Oberfläche des Substrats ausgebildet und bedeckt die gemusterte Opferschicht. Ein Fluid-Aktuator wird auf der Strukturschicht vorgesehen, wobei sich der Fluid-Aktuator außerhalb der Kammer befindet. Eine gemusterte leitfähige Schicht wird so ausgebildet, dass diese die Strukturschicht bedeckt und als Signal-Übermittlungsschaltung wirkt. Eine Passivierungsschicht wird auf der Passivierungsschicht ausgebildet und bedeckt den Fluid-Aktuator. Eine galvanisch gebildete Schicht wird auf der Passivierungsschicht ausgebildet. Ein Fluidkanal wird in der zweiten Oberfläche des Substrats gegenüberliegend der ersten Oberfläche ausgebildet und die Opferschicht wird freigelegt. Die Opferschicht wird entfernt, um eine Kammer auszubilden.According to the present The invention also provides a method of manufacturing a fluid injector. The method comprises the following steps. A substrate with a first surface and a second surface will be provided. A patterned sacrificial layer or temporary layer will be on the first surface formed of the substrate. A patterned structure layer becomes on the first surface formed of the substrate and covers the patterned sacrificial layer. A fluid actuator is provided on the structural layer, wherein the fluid actuator is outside the chamber is located. A patterned conductive layer is formed that covers the structure layer and as a signal transmission circuit acts. A passivation layer becomes on the passivation layer formed and covers the fluid actuator. An electroplated Layer is formed on the passivation layer. A fluid channel is in the second surface opposite to the substrate the first surface trained and the sacrificial layer is exposed. The sacrificial shift becomes removed to form a chamber.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Fluid-Aktuator von der galvanisch gebildeten Schicht abgedeckt ist und dass die galvanisch gebildete Schicht durch Schleuderbeschichten bzw. Spin-Coating oder durch Aufrollen auf die Passivierungsschicht aufgeschichtet wird und dass die Strukturschicht eine Silizium-Oxynitrid- oder Siliziumnitrid-Schicht ist.It It should be noted that the fluid actuator of the galvanic is formed layer formed and that the galvanically formed Layer by spin coating or spin coating or by Rolling up the passivation layer is piled up and that the structural layer is a silicon oxynitride or silicon nitride layer is.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem den Schritt, dass eine zweite Durchgangsbohrung in der galvanisch gebildeten Schicht ausgebildet wird. Die zweite Durchgangsbohrung kommuniziert mit der ersten Durchgangsbohrung.According to one preferred embodiment the procedure as well the step that a second through hole in the galvanically formed Layer is formed. The second through-hole communicates with the first through hole.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem die nachfolgenden Schritte. Eine zweite Durchgangsbohrung wird mittels Grauskala-Lithographie so in der galvanisch gebildeten Schicht ausgebildet, dass der Durchmesser des oberen Endes der zweiten Bohrung wesentlich größer ist als derjenige des unteren Endes der zweiten Durchgangsbohrung. Dann werden die Passivierungsschicht und die Strukturschicht sequenziell geätzt, um eine erste Durchgangsbohrung auszubilden. Die erste Durchgangsbohrung kommuniziert mit der Kammer und der zweiten Durchgangsbohrung.According to one another preferred embodiment includes the method as well the following steps. A second through hole is made by Gray scale lithography so formed in the electrodeposited layer that the diameter the upper end of the second bore is substantially larger as that of the lower end of the second through-hole. Then be the passivation layer and the structural layer are sequentially etched to to form a first through-hole. The first through hole communicates with the chamber and the second through-bore.
Die vorliegende Erfindung stellt gegenüber dem Stand der Technik dahingehend eine Verbesserung dar, dass auf der Oberfläche der Strukturschicht der Fluid-Injektorvorrichtung eine galvanisch gebildete Schicht ausgebildet wird. Die galvanisch gebildete Schicht kann die Strukturschicht der Fluid-Injektorvorrichtung verstärken und die Grenzflächencharakterisik der Oberfläche der Fluid-Injektorvorrichtung verbessern. Weil die Länge der Injektionsbahn des Fluids im Wesentlichen um die zusätzliche Dicke der galvanisch gebildeten Schicht vergrößert werden kann, kann außerdem die Richtung des injizierten Fluids gleich bleibender sein.The The present invention overcomes the prior art an improvement that on the surface of the structural layer of the Fluid injector device formed a galvanically formed layer becomes. The electrodeposited layer may be the structural layer increase the fluid injector device and the Grenzflächencharakterisik the surface improve the fluid injector device. Because the length of the Injection path of the fluid substantially to the additional Thickness of the electrodeposited layer can be increased, can also Direction of the injected fluid be more consistent.
FigurenübersichtLIST OF FIGURES
Die vorliegende Erfindung kann durch Lesen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung gemeinsam mit den Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden, worin:The The present invention can be understood by reading the following detailed Description in common with the embodiments and with reference on the attached Drawings are better understood, wherein:
Ausführliche Beschreibung der ErfindungFull Description of the invention
Erstes AusführungsbeispielFirst embodiment
Die
Die
Basis
Der
Fluid-Aktuator
Die
Passivierungsschicht
Es
sei darauf hingewiesen, dass es sich bei der galvanisch gebildeten
Schicht
Das Silizium-Oxynitrid (SiON) von geringer Spannung stellt ein brüchiges Material dar und ist als Aufhängungsstruktur ausgebildet. Die Aufhängungsstruktur muss jedoch in der Lage sein, tausende von thermischen Spannungszyklen zu überleben. Eine einzelne Schicht des Silizium-Oxynitrids (SiON) von geringer Spannung ist nicht stark genug, um dem Einfluss der thermischen Spannungen zu widerstehen. Folglich wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine galvanisch gebildete Schicht mit einer vorbestimmten Stärke bereitgestellt, welche die Aufhängungsschicht aus Silizium-Oxynitrid (SiON) überdeckt. Die galvanisch ausgebildete Schicht wird freigelegt, um eine Querverbindungsstruktur auszubilden. Die galvanisch ausgebildete Schicht kann die Aufhängungsstruktur wirkungsvoll verstärken, den Wirkungsgrad im Betrieb verbessern und die Lebensdauer erhöhen.The Silicon oxynitride (SiON) of low voltage provides a brittle material and is as a suspension structure educated. The suspension structure However, it must be capable of thousands of thermal voltage cycles to survive. A single layer of silicon oxynitride (SiON) of less Stress is not strong enough to withstand the influence of thermal Withstand tensions. Consequently, according to the present invention, a galvanically formed layer provided with a predetermined strength, which the suspension layer covered by silicon oxynitride (SiON). The electrodeposited layer is exposed to form a cross-connection structure train. The electrodeposited layer may be the suspension structure strengthen effectively, improve operating efficiency and increase service life.
Die
Eine
gemusterte Opferschicht bzw. temporäre Schicht (nicht gezeigt)
ist auf einem Substrat
Gemäß der
Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
eine gemusterte leitfähige
Schicht (nicht gezeigt), die Al, Cu oder deren Legierungen umfasst, ausgebildet,
um die Strukturschicht
Es
sei darauf hingewiesen, dass der Fluid-Aktuator
Es sei auch darauf hingewiesen, dass der Kontakt- bzw. Benetzungswinkel zwischen der galvanisch ausgebildeten Schicht und Wasser etwa 90° beträgt oder größer ist und dass die galvanisch ausgebildete Schicht vorzugsweise Epoxidharz, Glycidyl-Methacrylat, Acrylharz, Acrylat oder Methacrylat eines Novolak-Epoxidharzes, Polysulfon, Polyphenylen, Polyethersulfon, Polyimid, Polyamid-Imid, Polyarylen-Ether, Polyphenylensulfid, Pholyarilen-Etherketon, Phenoxyharz, Polycarbonat, Polyetherimid, Polyquinoxalin, Polyquinolin, Polybenzimidazol, Polybenzoxazol, Polybenzothazol oder Polyoxadiazol ist.It It should also be noted that the contact or wetting angle between the electrodeposited layer and water is about 90 ° or is larger and that the electrodeposited layer is preferably epoxy resin, Glycidyl methacrylate, acrylic resin, acrylate or methacrylate of one Novolac epoxy resin, polysulfone, polyphenylene, polyethersulfone, Polyimide, polyamide-imide, polyarylene-ether, polyphenylene sulfide, pholyarene ether ketone, Phenoxy resin, polycarbonate, polyetherimide, polyquinoxaline, polyquinoline, Polybenzimidazole, polybenzoxazole, polybenzothazole or polyoxadiazole is.
Wie vorstehend ausgeführt, wird bei dem Fluid-Injektor gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Unversehrtheit des Aufbaus des gesamten Fluid-Injektors verbessert, weil die galvanisch ausgebildete Schicht mit einer gewissen Dicke außerhalb der Passivierungsschicht vorgesehen ist. Weil die galvanisch ausgebildete Schicht mit hydrophoben Oberflächeneigenschaften bereitgestellt wird, kann das Fluid innerhalb der verlängerten Düse zurückgehalten werden.As stated above, is in the fluid injector according to this Embodiment the Improved integrity of the structure of the entire fluid injector, because the electrodeposited layer with a certain thickness outside the passivation layer is provided. Because the galvanic Layer with hydrophobic surface properties is provided, the fluid within the extended Nozzle retained become.
Weil die Länge der Injektionsbahn des Fluids um die zusätzliche Dicke der galvanisch ausgebildeten Schicht verlängert werden kann, kann außerdem die Richtung des injizierten bzw. eingespritzten Fluids gleich bleibender sein.Because the length the injection path of the fluid to the additional thickness of the galvanic extended layer trained can also be the Direction of the injected or injected fluid more consistent be.
Nachdem ein Mikro-Fluidtröpfchen die Öffnung verlassen hat, strömt das Fluid in die Fluidkammer zurück und breitet sich dieses über die Oberfläche der Fluid-Injektoreinrichtung aus, was einen Überlauf hervorruft und für den nächsten Injektionsvorgang von Nachteil ist.After this a micro-fluid droplet the opening has left, is streaming the fluid back into the fluid chamber and spreads over this the surface the fluid injector device out, what an overflow causes and for the next Injection process is disadvantageous.
Zweites AusführungsbeispielSecond embodiment
Die
Das Silizium-Oxynitrid (SiON) von geringer Spannung ist ein brüchiges Material und ist auf einer Aufhängungsstruktur ausgebildet. Die Aufhängungsstruktur muss jedoch in der Lage sein, tausenden von thermischen Spannungszyklen zu widerstehen. Eine einzelne Schicht aus Silizium-Oxynitrid (SiON) von geringer Spannung ist nicht stark genug, um dem Einfluss der thermischen Spannung zu widerstehen. Folglich wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine galvanisch ausgebildete Schicht mit einer vorbestimmten Dicke bereitgestellt, welche das zur Aufhängung dienende Silizium-Oxynitrid (SiON) überdeckt. Die galvanisch ausgebildete Schicht wird freigelegt, um eine Struktur mit Querverbindungen auszubilden. Die galvanisch ausgebildete Schicht kann die Aufhängungsstruktur tatsächlich verstärken, den Wirkungsgrad des Betriebs verbessern und die Lebensdauer erhöhen.The Low-stress silicon oxynitride (SiON) is a brittle material and is on a suspension structure educated. The suspension structure however, it must be capable of thousands of thermal voltage cycles to resist. A single layer of silicon oxynitride (SiON) low tension is not strong enough to withstand the influence of withstand thermal stress. Consequently, according to the present Invention, a galvanically formed layer with a predetermined Thickness provided the suspending silicon oxynitride (SiON) covered. The electroplated layer is exposed to a structure to train with cross connections. The galvanically formed layer can the suspension structure indeed strengthen improve the efficiency of the operation and increase the service life.
Weil der Fluid-Injektor gemäß diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls mit der galvanisch ausgebildeten Schicht versehen ist, kann mit diesem derselbe Effekt wie mit dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden. Das heißt, die strukturelle Unversehrtheit des gesamten Fluid-Injektors kann verbessert werden und die galvanisch ausgebildete Schicht wird mit hydrophoben Oberflächeneigenschaften bereitgestellt, sodass das Fluid innerhalb der verlängerten Düse zurückgehalten werden kann und die Richtung des injizierten Fluids gleich bleibender sein kann.Because the fluid injector according to this embodiment also provided with the electroplated layer, can be achieved with this same effect as with the first embodiment become. This means, the structural integrity of the entire fluid injector can be improved and the electroplated layer is with hydrophobic surface properties provided so that the fluid retained within the extended nozzle can be and the direction of the injected fluid more consistent can be.
Drittes AusführungsbeispielThird embodiment
Gemäß der
Gemäß der
Weil der Fluid-Injektor gemäß diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls mit der galvanisch ausgebildeten Schicht versehen ist, kann man denselben Effekt erzielen wie bei der ersten Ausführungsform. Das heißt, die strukturelle Unversehrtheit des gesamten Fluid-Injektors kann verbessert werden und die galvanisch ausgebildete Schicht ist mit hydrophoben Oberflächeneigenschaften versehen, sodass das Fluid innerhalb der verlängerten Düse zurückgehalten werden kann und die Richtung des injizierten Fluids gleich bleibender sein kann.Because the fluid injector according to this embodiment also provided with the electroplated layer, can achieve the same effect as in the first embodiment. The is called, the structural integrity of the entire fluid injector can be improved and the electrodeposited layer is with hydrophobic surface properties provided so that the fluid can be retained within the extended nozzle and the direction of the injected fluid can be more consistent.
Wenngleich die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in spezieller Weise dargestellt und beschrieben worden ist, wird der Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres erkennen, dass zahlreiche Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem allgemeinen Lösungsgedanken und dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Deshalb sollen die beigefügten Patentansprüche so ausgelegt werden, dass diese das offenbarte Ausführungsbeispiel, die vorstehend diskutierten Alternativen sowie sämtliche Äquivalente mit umfassen sollen.Although the invention based on preferred embodiments in more specific The method has been illustrated and described, the expert in this field readily recognize that many changes and modifications can be made without departing from the general solution thoughts and to depart from the scope of the present invention. Therefore should the attached claims be designed so that this the disclosed embodiment, to include the alternatives discussed above as well as all equivalents.
Die vorliegende Anmeldung ist eine continuation-in-part-Anmeldung der US-Anmeldung Serial No. 10/618,928, eingereicht am 11. Juli 2003, deren Offenbarung hiermit ausdrücklich im Wege der Bezugnahme mit in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen sei.The present application is a continuation-in-part application of US application Ser. 10 / 618,928, filed July 11, 2003, their disclosure hereby expressly incorporated by reference into the present application be.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Fluid-Injektor und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Fluid-Injektor umfasst eine Basis, eine erste Durchgangsbohrung, einen Fluid-Aktuator, eine Passivierungsschicht und eine dicke hydrophobe Schicht. Die Basis umfasst eine Kammer und eine Oberfläche. Die erste Durchgangsbohrung kommuniziert mit der Kammer und ist in der Basis vorgesehen. Der Fluid-Aktuator ist auf der Oberfläche in der Nähe der ersten Durchgangsbohrung vorgesehen und befindet sich außerhalb der Kammer. Die Passivierungsschicht ist auf der Oberfläche vorgesehen. Die dicke hydrophobe Schicht legt eine zweite Durchgangsbohrung fest und ist auf der Passivierungsschicht außerhalb der Kammer vorgesehen. Die zweite Durchgangsbohrung kommuniziert mit der ersten Durchgangsbohrung.In summary The invention relates to a fluid injector and a method for its production. The fluid injector includes a base, a first one Through-hole, a fluid actuator, a passivation layer and a thick hydrophobic layer. The base includes a chamber and a surface. The first through hole communicates with the chamber and is provided in the base. The fluid actuator is on the surface in the Near the provided first through hole and is located outside the chamber. The passivation layer is provided on the surface. The thick hydrophobic layer defines a second through-hole fixed and is provided on the passivation layer outside the chamber. The second through-hole communicates with the first through-hole.
Claims (14)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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TW92130899A TWI220414B (en) | 2003-11-05 | 2003-11-05 | Fluid injector and method of manufacturing the same |
TW92130899 | 2003-11-05 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102004053875A1 true DE102004053875A1 (en) | 2005-06-16 |
Family
ID=34076706
Family Applications (1)
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DE200410053875 Withdrawn DE102004053875A1 (en) | 2003-11-05 | 2004-11-04 | Fluid injector and method of manufacturing the same |
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Country | Link |
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-
2003
- 2003-11-05 TW TW92130899A patent/TWI220414B/en active
-
2004
- 2004-11-04 DE DE200410053875 patent/DE102004053875A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TWI220414B (en) | 2004-08-21 |
TW200516005A (en) | 2005-05-16 |
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