DE2758142A1

DE2758142A1 - Verfahren zur herstellung von ladeplatten

Info

Publication number: DE2758142A1
Application number: DE19772758142
Authority: DE
Inventors: Carlton Edward Olsen; Leroy Jasper Serpa
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-12-27
Publication date: 1978-07-06
Also published as: JPS609910B2; US4096626A; DE2758142C2; JPS5382415A; FR2375629A1; IT1113819B; GB1587739A; FR2375629B1; CA1072218A

Description

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Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.A. 10504 ki / sue

Verfahren zur Herstellung von Ladeplatten

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

Tintenstrahldrucker, die Tintentröpfchen elektrostatisch aufladen und ablenken sind in zwei Hauptkategorien unterteilbar . Als Beispiel der einen Kategorie sei die USA-Patentschrift 3 596 275 genannt, gemäß der eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit unter Druck aus einer einzigen Düse in Form eines Flüssigkeitsfadens ausgestoßen wird, der gestört wird, um in einzelne Tröpfchen aufzubrechen. Diese einzelnen Tröpfchen können durch ein Ladefeld einer Ladeelektrode wahlweise mit unterschiedlichen Ladungen aufgeladen werden. Diese Tröpfchen passieren dann ein elektrostatisches Ablenkfeld und werden aus ihrer normalen Flugbahn um eine Entfernung abgelenkt, die abhängig ist von der Größe ihrer Ladung. Die Tröpfchen schlagen dann auf dem zu bedruckenden Papier an einer Stelle auf, die bestimmt ist durch die Ablenkentfernung. Bei der anderen Kategorie (z. B. USA-Patentschrift 3 373 437) wird eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit unter Druck aus einer Mehrzahl von Düsen ausgestoßen und in eine Mehrzahl von Strömen bestehend aus einzelnen Tröpfchen aufgebrochen, die durch eine Ladeelektrode wahlweise aufgeladen werden. Statt die Tröpfchen mit unterschiedlichen Ladungen zu versehen, arbeitet dieser Tintenstrahldrucker binär, d. h. die Tröpfchen werden entweder mit einer bestimmten Ladung versehen oder verbleiben ungeladen. Die Tröpfchen passieren hierauf ein elektrostatisches Ablenkfeld, wobei die aufgeladenen Tröpfchen in eine Tintenauf fangblende abgelenkt werden, während die ungeladenen Tröpfchen unabgelenkt ihrer natürlichen Flugbahn folgen und schließlich auf dem zu bedruckenden Papier auftreffen.

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Die Msher benutzten Ladeelektroden enthalten ein elektrisch leitfähiges Material, das teilweise oder ganz den zugeordneten Tintenstrahl umgibt und sich gleichmäßig entlang dem Strahl über eine Entfernung von einigen Tröpfchen hinv/eg erstreckt. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß das Tröpfchen durch das von der Ladelektrode erzeugte Feld in dem Augenblick aufgeladen wird, in den es vom Faden sich ablöst, jedoch der genaue Ablösepunkt entlang der Längsachse des Tintenstroiues variieren kann in /vbhängigkelt von verschiedenen Faktoren, wie Flüssigkeitsviskosität und Flüssigkeitsdruck. Das Feld muß entlang dieser Entfernung gleichförmig sein, damit die Tröpfchen richtig aufgeladen werden, ohne eine Abhängigkeit voxa genauen Punkt ihres Ablösens vom Strom. Beispielsweise ist die in der USA-Patentschrift 3 596 275 gezeigte Ladeelektrode ein langer Ring oder ein langes Rohr. In der USA-Patentschrift 3 373 437 stellt die Ladeelektrode dagegen ein U-förmiger Kanal dar.

Das Einsetzen der Ring- oder der Kanalelektrode in den Tragaufbau und das Verbinden derselben mit der Ladesignalquelle ist schwierig und aufwendig, insbesondere bei vieldüsigen Tintenstrahldruckern.

Die Ladeplatte in Tintenstrahldruckern ruft eine Kombination von Materialverträglichkeits- und Fabrikationsproblemen hervor. Die erforderlichen Funktionsmerkmale schließen ein großes (60 bis 240) Düsenfeld von kleinen (0,17 bis 0,2 mm Durchmesser) Löchern mit geringen Toleranzen im Durchmesser und im Ort in einem 0,75 bis 1,25 mm dicken dielektrischen Substrat ein. Eine separate elektrische Leitung ist von jedem Loch zu einem Anschlußstift erforderlich. Alle Leiter müssen von der leitenden Tinte isoliert sein, welche die Löcher passiert. Obwohl während eines stabilen Arbeitszustandes die Tinte die Ladeplatte nicht berührt, kann es doch gelegentlich vorkommen, daß Außenflächen durch Tinte naß werden, so

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daß diese Isolierung notwendig ist, um chemischen Reaktionen und Teilladungen mit Nachbarelektroden zu widerstehen.

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

Es ist die Aufgabe der in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Erfindung,ein Verfahren zur Herste.⁷lung von Ladeplatten anzugeben, das mit relativ geringem Aufwand und bei sicherer Beherrschung einwandfreie Ladeplatten ergibt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 den Belichtungsschritt für eine der

Schichten der Ladeplatte in auseinandergezogener, schaubildlicher Darstellung,

Fig. 2 einen Teil einer fertigen Schicht für eine

Ladeelektrode in schaubildlicher Darstellung, SA 976 OO8 809827/0906

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Fig. 3 eine Ladeplatte in schaubildlicher, ausein

andergezogener Darstellung,

Fig. 4 die Ladeplatte nach Fig. 3 nach ihrem

Laminieren in schaubildlicher Darstellung,

Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel einer

Ladeelektrode in auseinandergezogener, schaubildlicher Darstellung,

Fig. 6 die Ladeplatte nach Fig. 5 nach ihrem

Laminieren in schaubildlicher Darstellung,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine

Ladeplatte in auseinandergezogener, schaubildlicher Darstellung und

Fig. 8 eine Ladeplatte nach Fig. 7 nach ihrem

Laminieren in schaubildlicher Darstellung.

Die in den Fign. 3 und 4 gezeigte Ladeplatte 20 ist für eine Verwendung in einem Tintenstrahldrucker vorgesehen, bei dem die Tinte unter Druck dem Düsenkopf zugeführt wird, eine Aufladung der Tröpfchen mit anschließender Ablenkung im elektrischen Feld erfolgt. Die Ladeplatte ist mit einer Mehrzahl von Ladetunnelöffnungen ausgerüstet, die in einer Reihe wie in Fig. 2 gezeigt, ausgerichtet sind oder in einer Mehrzahl von Reihen entsprechend der Fig. 3 angeordnet sind. Die Ladetunnelöffnungen erstrecken sich durch die ganze Ladeplatte, um einer Anzahl von Tintenströmen je einen Durchgang zu bilden. In Übereinstimmung mit der Lehre aus der obengenannten USA-Patentschrift 3 373 437 wird eine Mehrzahl von Tintenströmen durch einen Flüssigkeitsdruckkopf erzeugt, die in gleich große Tröpfchen aufgelöst werden. Die Ladeplatte 20 ist von der Düse so beabstandet, daß die

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Tintenströme in gleich große Tröpfchen innerhalb der zugeordneten Ladetunnelöffnungen 21, 22 aufbrechen. Den Tröpfchen werden wahlweise elektrostatische Ladungen nach ihrem Abriß vom Strom gegeben und die so aufgeladenen Tröpfchen werden darauffolgend durch ein elektrostatisches Ablenkfeld in eine Tintenauffangblende abgelenkt, während die ungeladenen Tröpfchen auf ihrer normalen Flughahn gegen das zu bedruckende Papier schlagen.

ßin besonderer elektrostatischer Druckkopf, den unter Druck stehende Flüssigkeit zugeführt wird, enthält einen Apparat zur Erzeugung zu der Störung der Flüssigkeitsströme, um die Tropfenbildung zu steuern, und Ladeablenk- und Ausblendvorrichtungen, die bereits in der USA-Patentschrift 3 955 beschrieben sind.

Der Aufbau der Ladeplatte 20 ist in Fig. 3 veranschaulicht. Die Ladeplatte ist in einem Tintenstrahldrucker, der in der eben genannten USA-Patentschrift beschrieben ist, verwendbar .

Die Ladeplatte 20 wird aus einer Mehrzahl von Schichten 30 aus einem geeigneten photoempfindlichen Material gebildet. Jede der Schichten 30 enthält eine Reihe von öffnungen 32 und 34 und auch geeignete Leiterzüge 40, die sich aus einer Position, die den ersten Öffnungen 32 und 34 benachbart sind, zu zweiten öffnungen 36 und 33 erstrecken. Die Anordnung der öffnungen 32, 34 und 36, 38 und der Leiterzüge 40 dient zur Bestimmung der Ausführung dor Ladeplatte und jede dieser Ladeplatten 2O enthält eine Mehrzahl von Schichten 30, die in einem ausgewählten Muster zusammen laminiert sind.

Die einzelnen Schichten sind durch Belichtung eines photoempfindlichen Materiales durch eine Maske mit einem Licht

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einer Wellenlänge, auf welche das Material anspricht, behandelt. Dann wird das photoempfindliche Material wärmebehandelt, so daß die Eigenschaften des Materiales verändert werden. Dies ist in Fig. 1 dargestellt, in der eine einzige Öffnung gezeigt ist. Die Schicht 30 wird durch die Maske 29 belichtet mit einer Strahlung aus einer geeigneten Quelle, wie der Lichtquelle 22. Die Schicht wird dann einem Ätzmittel ausgesetzt, das das belichtete Material wegätzt. Dieser Vorgang erzeugt Öffnungen und die Leiterzüge in den Schichten, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Alle anderen Schichten, die für eine bestimmte Ladeplattenausgestaltung erforderlich sind, werden in ähnlicher Weise hergestellt.

ätzverfahren für photoempfindliches Material sind an sich bekannt.

Die Metallisierung der Leiterzüge erfolgt durch Füllen der geätzten Leiterzüge mit einer Metallpaste und durch anschließendes Erhitzen, um die Metallpaste zum Zwecke der LeiterZugbildung zu verschmelzen. Alternativ können die Leiterzüge durch geeignete eutektische Verbindungen gebildet werden, die erhitzt werden und in die Leiterzüge hinein durch Kapillarwirkung gezogen werden.

Der Metallisationsschritt ist vorzugsweise mit dem Endschritt kombiniert. Der Endschritt enthält das Ausrichten aller einzelnen übereinandergestapelten Schichten durch einen geeigneten Halter, beispielsweise durch Ausrichtung aller einander zugeordneten öffnungen. Die Ladeplatteneinheit wird dann wärmbehandelt bei einer Temperatur und einer Zeitdauer, die für die Erzielung eines Selbstdiffusionsabbindens ausreicht. Die Wärembehandlung dient auch für die gleichzeitige Bildung der Leiterzüge und der Durchgangslochverbindungen, da das Metalliaierungsmaterial gewöhnlich

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so gewählt werden kann, um alt der Abbindtemperatur kompatibel zu sein·

Das Verfahren ist im allgemeinen anwendbar für irgendein einziges Material, das für ein Umwandeln in mehreren nebeneinander bestehenden Phasen, die chemisch bedeutend unterschiedliche Verhalten aufweisen, geeignet ist. Jedoch als bevorzugtes Material ist ein photoempfindliches Glas anzusehen. Ein geeignetes derartiges Glas ist das unter dem Handlesnahmen "Foto-Ceram" der Corning Glass Company erhaltbar. Dieses Glas wird durch wahlweises Belichten durch eine geeignete Maske mit einem Quecksilber/Xenonlicht bearbeitet. Dieses Material wird dann wärmbehandelt durch Aussetzen der Schicht einer Temperatur v< Dauer von ungefähr 3O Minuten.

der Schicht einer Temperatur von ungefähr 592° C für die

Die Wärmebehandlung verändert die Charakteristika des Glases in den belichteten Bereichen, so d iß diese Bereiche von einem geeignetem Ätzmittel, wie einer 12 %igen Lösung von Flußsäure in Wasser mit einer größeren Ätzgeschwindigkeit angegriffen werden. Das Ätzen wird für die Herstellung der Leiterzugschlitze und der Durchgangslöcher für die Ladetunnel- und für die Zwischenverbindung der Leiterzüge verwendet. Die Doppelbelichtätztechnik hat den Vorteil, daß genaue Enddimensionen sowohl von den Durchgangslöchern als auch von den Leiterschlitzen auf eine gewählte Tiefe genau erreicht werden.

Nach der Herstellung der Schichten kann das Metallbelagaufbringen in einer von zwei möglichen Arten erfolgen. Eine Art ist in dem Auffüllen der Leiterzugsschlitze mit einer geeingneten Paste aus einem Metallpulver und einer Fritte in einem geeigneten Binder zu sehen. Die Schicht wird dann erhitzt, um das Metall zu verschmelzen, zur Bildung eines elektrischen Leiters in dem Schlitz. Die Schicht kann hierauf geläppt werden, um sicherzustellen, daß das Metall-SA 976 008 809827/0906

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- 10 -muster nur innerhalb der Schlitze gebildet ist.

Alternativ kann die Metallpaste, wie zuvor beschrieben, in die Leiterzugsschlitze eingegeben werden, jedoch die Durchführung der Wärmebehandlung zum Verschmelzen des Metallpulvers wird als Teil der Wärmebehandlung ausgeführt, die für das Zusammenlaminieren der Schichten vorgesehen ist.

Ein anderer Weg der Metallbelagserzeugung ist die Verwendung einer eutektischen Verbindung wie eines Gold-Siliziuraeutektikums, dessen Schmelzpunkt bei ungefähr 310 C liegt. Das Aufbringen des Metallbelages erfolgt bei Erhitzung der Ladeplatte auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt der Verbindung, so daß das Metall in die Leiterschlitze durch Kapillarwirkung hineingezogen wird. In einigen Fällen kann dies gleichzeitig mit dem Abbinden erfolgen. Diese Metallbelag auf bringverfahren haben den Vorteil, daß keine Passivierung erforderlich ist, um die Ladeplatte gegen Korrosionseinwirkung durch die Tinte zu schützen, da die Tinte von den Leiterzügen durch das Substratdielektrikum getrennt ist.

Die Wärmebehandlung für das Zusammenbinden der Schichten wird durch ein erstes Ausrichten einer jeden Schicht von geeigneter Ausführung in geeigneter Reihenfolge ausgeführt, so daß die Durchgangslöcher koaxial ausgerichtet sind, beispielsweise mit Hilfe einer geeingeten Haltevorrichtung. Die ausgerichteten Schichten werden hierauf einer Temperatur von ungefähr 900° C für eine Zeitdauer von 12 bis 14 Stunden ausgesetzt, um ein Zusammenlaminieren der Schichten durch ein Selbstdiffusionsabbinden zu erzielen. Während des Wärmevorganges wird von der Haltevorrichtung aus ein geringer Druck ausgeübt, um die Teile in der gewünschten Verbindung zu halten. Somit verlieren die in der Beschreibung mit Schicht bezeichneten Teile durch das Laminieren ihre Individualität.

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Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform einer Ladeplatte enthält eine Hehrzahl von Schichten aus einem photoempfindlichen Material, von denen eine jede wie zuvor beschrieben behandelt wurde. Die ersten Schichten 3OA und die zweiten Schichten 3OB stellen eine Reihe von Leiterzügen 4O bereit. Auf den Schichten 3OA erstrecken sich die Leiterzüge 4OA von benachbarten öffnungen 32 aus zu den öffnungen 36 hin, wobei die Schichten 3OB die sich von den öffnungen 34 nach den öffnungen 38 erstreckenden Leiterzügen 4OB tragen. Der Teil 42 des Leiterzuges 4OA umgibt mit Abstand die öffnung 32 und der Teil 44 des Leiterzuges 4OA umgibt die öffnung 36. Es ergibt sich nun ein Aufbau von Leiterzügen, die mit den öffnungen 32 und 34 nicht in Berührung stehen, welche die Ladetunnel bilden. Ein den Anschlüssen 46, 48 zugeführtes Potential erzeugt ein Feld, das ausreicht, das gerade gebildete Tröpfchen für ein anschließendes Ablenken aufzuladen, wobei die Elektroden von einer Berührung durch Tinte geschützt sind. Die Durchgangslochverbindungen 47, 48 werden während des Metallisationsschrittes gebildet, um eine elektrische Verbindung aller entsprechenden Leiterzüge auf den verschiedenen Schichten herzustellen, so daß ein den Anschlüssen 46, 48 zugeführtes elektrisches Signal ein einsprechendes elektrisches Feld am angeschlossenen Ladetunnel erzeugt.

Für die Herstellung der Ladeplatte 20 wird eine ausgewählte Anzahl von Schichten 30A und 3OB so ausgerichtet, daß alle öffnungen 32, 34 und 36, 38 ausgerichtet sind und die Schichten 3OC an der Ober- und Unterseite der aufeinandergestapelten Schichten liegen. Die Schichten 3OC weisen kein Leitermuster auf, besitzen jedoch zugeordnete öffnungen 32, 34 und 36, Die Schichten werden dann zusammen in einem Wärmebehandlungsschritt abgebunden, wie zuvor in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben wurde. Die Ladeplatte enthält eine Mehrzahl von Reihen von öffnungen, nämlich eine Reihe von ausgerichteten öffnungen

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32 und eine Reihe von ausgerichteten öffnungen 34. Die Öffnungen 32, 34 sind von gleicher Größe und befinden sich an der gleichen Stelle in jeder Schicht 3O.

Die Schichten 3ΟΛ und 3OB können durch irgendein geeignetes Verfahren hergestellt werden. Ein geeignetes Verfahren ist das Doppelbelichtverfahren, das besonders vorteilhaft ist, da die Öffnungen in einem zweiten ILtzschritt auf genau ausgewählte Größen geätzt werden können, während gleichzeitig die geeignete Leiterzugtiefe hergestellt wird.

Das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel enthält die Schicht 5O mit einem Muster von öffnungen 52, 54 und 56, 58 und mit den Leitermustern 6O und 62. Die Leiterzugmuster 6O befinden sich auf der oberen Außenfläche der Schicht 5O und die Leiterrauster 62 an der unteren Außenfläche dieser Schicht. Die Leitermuster werden in zwei Schritten geätzt. Die untere Außenfläche wird mit einem geeigneten Material maskiert, während die Schlitze für die Leiterzugmuster 60 geätzt werden und die obere Außenfläche wird geätzt für die Schlitze der Leitermuster 62. Die Ladeplatte wird aus den Schichten 5O zusammengesetzt, die zwischen zwei Schichten 64 angeordnet sind, die nur die öffnungen 52, 54 und 56, 58 aufweisen. Die Schichten werden zusammenlaminiert durch ein Selbstdiffusionsabbinden .

Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform verwendet eine Mehrzahl von Schichten, in denen die öffnungen 72, 74 und 76, durchgeätzt sind. Die Zwischenschicht 8O weist ein durchgeätztes Muster auf, das die öffnungen 72, 74 und 76, 78 und die öffnungen 82 für das Leitermuster enthält. Die Zwischenschicht 81 besitzt ein durchgeätztes Muster, das die öffnungen 72, und 76, 78 und die öffnungen 84 für das Leitermuster enthält. Die Zwischenschicht 86 besitzt das geätzte Muster aus öffnungen 72, 74 und 76, 78. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, sind die eben genannten Schichten und eine Deck- und Grundschicht 88, SA 976 OO8 809827/0906

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welche öffnungen 72, 74 und 76, 78 enthält, aufeinandergeschichtet, so daß alle öffnungen 72, 74 und 76, 78 ausgerichtet sind. Die Schichten werden dann zusammen abgebunden und das Metallbelagaufbrlngen erfolgt wie weiter oben beschrieben.

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Claims

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P A T ij H T A Il S P It U C H ί!

Verfahren zur herstellung einer vielschichtigen Ladeplatte zum Aufladen von in Tintenstrahldruckern erzeugten Tintentröffchen, dadurch gekennzeichnet, daß in Platten 430) aus einem photoempf indlichen Material ein iiuster von Öffnungen (32, 34, 36, 38) und Leiterzügen (40) eingeätzt wird, daß mehrere dieser Platten se aufeinandergeschichtet werden, daß ihre üffnungen gegeneinander ausgerichtet aind, dafi dieser Stapel von Platten bei einer Temperatur und v;ährenu einer Zeitdauer erhitzt vird, die ausreichen für die Erzeugung einer festen VfirLinaung der einzelnen Platten und daß die Leiterzüge mit einem Meta11Lelag versehen werden.
2. Verfahren zur Herstellung einer vielschichtigen Ladeplatte zum Aufladen von in Tintenstrahldruckern erzeugten Tintentröpfchen, dadurch gekennzeichnet, daß in Platten (3ü) aus einem photoeinpf indlichen Material ein Muster von öffnungen (32, 34, 36, 38) und Leiterzügen (40) eingeätzt wird, daß auf den Leiterzügen (40) einer jeden Platte (30) eine iletallpaste aufgebracht wird, daß mehrere dieser Platten (30) so aufeinandergestapelt werden, daß ihre üffnungen gegeneinander ausgerichtet sind und daß dieser Stapel von Platten bei einer Temperatur und während einer Zeitdauer erhitzt wird, die ausreichen für die Erzeugung einer festen Verbindung der einzelnen Platten und für ein Verschmelzen der Metallpaste.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das photoeiapfindliche Material ein photoempfindliches Glas darstellt.

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4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die i.'ürnebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 900° C v/ährend 12 bis 14 Stunden erfolgt.
5. Verfahren nach /mspruch 1, dadurch gekennzeichnet, uaß das Aufbringen des Iletallbelages durch Niederschlag einer eutektischen Verbindung mit einem Schmelzpunkt, der niedriger ist als die Temperatur der Wärmebehandlung, mit anschließender Lrhitzung dieser Verbindung über ihren Schmelzpunkt erfolgt, so daß aas Metall durch Kapi 1 larv/ir kung in die Leiterzüge (40) fließt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eutektische Verbindung eine Gold-Silizium-Verbindung mit einem Sclimelzpunkt von ungefähr 31O C darstellt.

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