DE3200388A1

DE3200388A1 - "tinten- bzw. farbstrahlkopf"

Info

Publication number: DE3200388A1
Application number: DE19823200388
Authority: DE
Inventors: Masami Chiba Chiba Ikeda; Koichi Kita Tsuru Yamanashi Kimura; Hiroto Yokohama Kanagawa Matsuda; Hiroshi Machida Tokyo Sugitani
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-01-09
Filing date: 1982-01-08
Publication date: 1982-12-09
Also published as: DE3200388C2; GB2092960A; US4394670A; GB2092960B

Description

JEDTKE

Grupe

... ._k.~ HLING

Pellmann '. .; ,*·.."". Patentanwälte und : j . .". .' Vertreter beim EPA

G*-,··..· "..* ,:. ·..*.:.. Dipl.-Ing. H. Tiedtke RAMS ' " Dipl.-Chem. G. Bühling

32003 8 8 Dipl.-Ing. R. Kinne

Dipl.-Ing. R Grupe

Dipl.-Ing. B. Pellmann j. _ Dipl.-Ing. K. Grams

Bavariaring 4, Postfach 20240 8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex :· 5-24 845 tipat

cable: Germaniapatent Münchc

8. Januar 1982 DE 1814

CANON KABUSHIKI KAISHA
Tokyo, Japan

Tinten- bzw. Farbstrahlkopf

Die Erfindung betrifft einen Tinten- bzw. Farbstrahlkopf und einv Verfahren zu dessen Herstellung, und betrifft insbesondere ei· 5nen Farbstrahlkopf, der zum Erzeugen von Farbtröpfchen für ein sogenanntes "Farbstrahl-Aufzeichnungssystem" verwendet wird.

Deutsche Bank (München) KIo. 51/61070

Dresdner Bank (München) Kto. 3939844 Postschock (München) Kto. 670-43-804

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Ein Farbstrahlkopf, welcher in Farbstrahl-Aufzeichnungssystem verwendet wird, weist im allgemeinen eine feine Farbabgabeöffnung, eine Farbströmungsbahn und an der Strömungsbahn angeordnete Elemente zum Erzeugen eines Farbabgabedrucks auf. Es sind verschiedene Verfahren zum Herstellen

.,Q von Farbstrahlköpfen bekannt, beispielsweise ein Verfahren, 'bei welchem feine Rillen auf einer Glas- oder Metallplatte durch Einritzen oder Ätzen ausgebildet werden.und die auf diese Weise behandelte Platte mit einer weiteren entsprechenden Platte verbunden oder gegen diese gepreßt wird, um Farbströmungsbahnen zu schaffen.

Farbstrahlköpfe, die nach den herkömmlichen Verfahren hergestellt worden sind, weisen jedoch die folgenden Nachteile auf. Eine Farbströmungsbahn, die einen gleichbleibenden Widerstand bezüglich der Farbströmung aufweist, kann infolge der Rauhigkeit der inneren Wandungsoberfläche der Farbströmungsbahn, wenn diese durch Einritzen oder Schneiden hergestellt wird, oder infolge von ungleichmäßigen Strömungsbahnen kaum erhalten werden, welche aufgrund einer unterschiedlichen Ätzgeschwindigkeit geschaffen werden. Folglich würden sich di<* Tarbstrahleigenschaften des sich dabei ergebenden Farbstrahlkopfes ändern.

Bei dem Schneidvorgang kann die Platte brechen oder zerspringen, wodurch die Produktionsausbeute geringer wird; bei dem Ätzverfahren sind viele Schritte nachteilig, wodurch sich dann hohe Produktionskosten ergeben. Außerdem weisen die vorerwähnten herkömmlichen Verfahren den Nachteil

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auf, daß ein Positionieren einer mit Rillen versehenen Platte und einer Deckplatte, die mit einem Ansteuerelement, das eine die Farbe betätigende Energie erzeugt, wie ein piezoelektrisches Element, ein exothermes Element u.a., verc sehen ist , sehr schwierig ist, was wiederum eine geringe Ausbeute bei einer Massenherstellung zur Folge hat. Bei einem nach den vorerwähnten bekannten Verfahren hergestellten Färbstrahlkopf ist ferner kritisch, daß ein gradliniges Ansteuern von Farbtropfen behindert wird. Dieser Nachteil ^q resultiert meistens aus einer unterschiedlichen Benetzbarkeit von Materialien, aus welchen die Farbstrahlkopf-Düse gebildet ist.

Um diese Nachteile abzubauen, ist vorgeschlagen worden, eine mit öffnungen versehene Platte aus einem homogenen Material gesondert herzustellen und sie mit einem Kopfteil zusammenzubauen. Bei diesem Verfahren ist jedoch nachteilig, daß Klebstoffe erforderlich sind, welche in die feinen Färb- . düsen oder in die feinen FärbStrömungsbahnen strömen können. Diese würden dann verstopft und dadurch würde eine Hauptfunktion eines Farbstrahlkopfes beeinträchtigt bzw. verschlechtert.

Mit der Erfindung sollen daher die vorstehenden Nachteile überwunden werden und es soll ein Farbstrahlkopf mit besseren Farbausstoßeigenschaften, insbesondere einer gradlinigen Ansteuerung von ausgestoßenen Farbtröpfchen, geschaffen werden. Darüber hinaus soll ein Farbstrahlkopf geschaffen werden, dessen Aufbau genau und dessen Arbeitsweise hochzuverlässig ist. Ferner soll gemäß der Erfindung ein Farbstrahlkopf mit einer FärbStrömungsbahn geschaffen werden, welche genau ausgebildet und entsprechend ihrem Aufbau genau gearbeitet ist. Schließlich soll gemäß der Erfindung ein Farbstrahlkopf geschaffen werden, welcher mit Hilfe eines einfachen Verfahrens mit einer hohenAusbeute hergestellt werden kann und welcher einen Farbstrahlkopf mit zahlreichen öffnungen und mit einer ausgezeichneten

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^Haltbarkeit bzw. Lebensdauer aufweist. Gemäß der Erfindung ist dies durch einen Farbstrahlkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ferner ist gemaß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Farbstrahlkopfes durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 15 geschaffen. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den anschließenden Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Farbstrahlkopf geschaffen, welcher eine Farbströmungsbahn, die durch Laminieren von gehärteten dünnen Schichten aus photoempfindlichen Zusammensetzungen gebildet ist, und

15eine Farbausstoßöffnung aufweist, wobei zumindest der Farbausstoßöffnungsbereich aus gehärteten dünnen Schichten zusammengesetzt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Farbstrahlkopfes geschaffen, bei welchem eine erste dünne

20Schicht aus einem gehärteten photoempfindlichen Harz auf einer Oberfläche eines Substrats ausgebildet wird, auf welchem ein einen Farbausstoßdruck erzeugendes Element angeordnet ist, bei welchem dann eine FärbStrömungsbahn mit Hilfe einer zweiten dünnen Schicht eines ausgehärteten photoemp-

25findlichen Harzes, das au! der ersten dünnen Schicht ausgebildet wird, erzeugt wird, bei welchem ferner eine dritte dünne Schicht aus einem ausgehärteten photoempfindlichen Harz auf der zweiten dünnen Schicht angeordnet wird, und mittels der ersten, zweiten und dritten dünnen Schicht aus

30gehärteten photoempfindlichen Harzen eine mit der Farbströmungsbahn verbundene Farbausstoßöffnung gebildet wird.

Anhand der Fig. 1 bis 18 werden nunmehr Ausführungsformen von Schritten zum Ausbilden des Farbstrahlkopfes gemäß der 35Erfindung beschrieben.

In Fig. 1 bis 10 sind schematisch eine Ausführungsform und Herstellungsschritte des Farbstrahlkopfes gemäß der Erfin-

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ldung dargestellt. In Pig. 1_# die eine scheinatische Schrägansicht ist, sind eine geforderte Anzahl von Elementen 2, mit welchen ein Farbausstoßdruck erzeugt werden kann, wie ein exothermes Element, ein piezoelektrisches Element u.a., auf Seinem entsprechenden Substrat 1 aus Glas, Keramik, Kunstharz, Metall, u.a. angebracht (wobei in Fig. 1 zwei Elemente dargestellt sind). Wenn ein exothermes Element als das den-Farbausstoßdruck erzeugendes Element 2 verwendet wird, wird der Farbausstoßdruck durch Erwärmen der Farbe in der Nähe des

lOElements erzeugt. Wenn ein piezoelektrisches Element verwendet wird, wird der Farbausstoßdruck durch mechanische Schwingungen des Elements erzeugt. Obwohl es in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist die Elektrode für einen Signaleingang selbstverständlich mit dem jeweiligen Element 2 verbunden.

Nach einem Reinigen und Trocknen der Oberfläche des Substrats 1, auf welchem die den Farbausstoßdruck erzeugenden Elemente 2 vorgesehen sind, wird eine trockene, etwa 25 bis 100μ dicke Schicht Photolack 3, der auf eine Temperatur von

2Qstwa 80 bis 105⁰C erwärmt ist, auf die Substratoberfläche 1A mit einer Geschwindigkeit von 15,25 bis 122 cm/min (0,5 bis 4 feed/min) unter einem Druck von 1 bis 3kg/cm² aufgetragen, wie in Fig. 2 dargestellt ist, welche eine Schnittansicht entlang einer.Linie X-X¹ der Fig. 1 ist. Folglich

2&L_St die trockene dünne Photolackschicht 3 unter Druck fest auf die Substratoberfläche 1A aufgebracht und haftet an dieser, und nach dem Fixieren blättert sie nicht von der Oberfläche ab, selbst wenn ein beträchtlicher äußerer Druck ausgeübt wird.

Danach wird, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Photomaske 4 mit einem vorbestimmten Muster 4P auf der trockenen dünnen Photolackschicht 3 angeordnet,,die auf der Oberfläche des Substrats 1 vorgesehen ist;sie wird durch die Photomaske mit Licht belichtet, wie durch Pfeile angedeutet ist. Das Muster 4P deckt einen Bereich vollständig ab, welcher dem den Farbausstoßdruck erzeugenden Element 2 entspricht und

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läßt kein Licht durch. Folglich wird die trockene, dünne Photolackschicht 3 des durch das Muster 4P bedeckten Bereichs nicht mit Licht belichtet. In diesem Fall sind notwendigerweise die Lage des Elementes 2 und die Lage des Musters 4P nach einem herkömmlichen Verfahren ausgerichtet. Mit anderen Worten, es sollte zumindest dafür gesorgt sein, daß das Element in dem anschließend auszubildenden, feinen Faraströmungskanal angeordnet ist.

Beim Belichten der trockenen Photolackschicht 3 wird der Photolack 3 außerhalb des Bereichs des Musters 4P polymerisiert, um auszuhärten und wird in einem Lösungsmittel unlöslich, während der nichtbelichtete Teil des Photolacks, der als ein Bereich 3B zwischen gestrichelten Linien in Fig. 3 dargestellt ist, nicht ausgehärtet wird und in einem Lösungsmittel lösbar bleibt. Nach dem vorbeschriebenen Belichtung sschritt wird die trockene Photolackschicht 3 in ein leichtflüchtiges, organisches Lösungsmittel, z.B. Trichloräthan, eingetaucht, um den nichtpolymerisierten (nicht ausgehärteten) Photolack zu lösen und zu entfernen, wodurch eine ausgehärtete Photolackschicht 3H in exnem Bereich außer dem Bereich des Elementes 2 (Fig. 4) gebildet ist. Danach wird diese ausgehärtete Photolackschicht 3H, die auf dem Substrat 1 verblieben ist, einer Aushärtungsbehandlung unterzogen, um die lösungsmittelresistenten Eigenschaften zu verbessern. Eine ^ciartige Aushärtungsbehandlung kann durch eine· thermische Polymerisation (durch ein Erwärmen auf eine Temperatur von 130 bis 160⁰C für etwa 10 bis 60min) oder durch eine Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen

"0 oder durch eine Kombination dieser beiden Behandlungsmethoden durchgeführt werden.

In Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung eines Zwischenproduktes gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren dargestellt. Nach dem Reinigen und Trocknen der Photolackschicht-Oberfläche 3H des in Fig. 5 dargestellten Zwischenproduktes wird eine trockene, etwa 25 bis 100μ dicke

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Photolackschicht 5 auf eine Temperatur von 80 bis 105⁰C erwärmt und auf die ausgehärtete Photolackschichtfläche 3H mit einer Geschwindigkeit von 15,25 bis 122 cm/min und bei einem Druck von 1 bis 3 kg/cm² nach einem Verfahren aufgetragen, das dem vorerwähnten Verfahren entspricht(Fig. 6). Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung entlang einer Linie Y-Y¹ der Fig. 5. Wenn bei diesem Schritt die trockene Photolackschicht 5 auf die ausgehärtete Lackschichtfläche 3H aufgebracht wird, sollte darauf geachtet werden, daß kein Photolack 5 in eine öffnung des Elements 2 fließt. Folglich muß ein auszuübender Laminierungsdruck so gesteuert werden, daß er unter 0,1kg/cm² liegt, um zu verhindern, daß der Photolack in die öffnung fließt.

Andererseits wird ein Photolack 5 auf eine ausgehärtete Schicht 3H gedrückt, wodurch ein der Dicke desFilms 3H entsprechender Abstand bzw. Zwischenraum erhalten bleibt, um dadurch einen übermäßigen, auf die Schicht3H ausgeübten Druck auszuschließen. Auf diese Weise ist eine trockene Photolackschicht 5 durch Druck fixiert und kann nicht von der Oberfläche abblättern, selbst wenn ein beträchtlicher äußerer Druck darauf ausgeübt wird.

Anschließend wird, wie in Fig. 7 dargestellt ist, nach dem Anordnen einer Photomaske 6 mit einem entsprechenden Muster 6P auf der auf dem Substrat ausgebildeten, trockenen Photolackschicht 5 der Photolack über die Photomaske 6 mit Licht belichtet. Das Muster 6P entspricht einem Bereich, der eine Farbzuführkammer, Farbströmungsbahnen und eine Farbausstoßöffnung bildet, die letztendlich noch auszubilden sind. Das Muster 6P läßt kein Licht durch. Folglich wird die trockene Photolackschicht 5 in dem durch das Muster 6P abgedeckten Bereich nicht mit Licht belichtet. In diesem Fall ist notwendigerweise die Lage des den "Farbausstoßdruck erzeugenden Clements mit der Lage des Musters 3P nach einem bekannten Verfahren ausgerichtet. Mit anderen Worten, es sollte zumindest darauf geachtet werden, daß das Element 2 in der

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feinen Farbströmungsbahn angeordnet ist.

Wenn, wie oben ausgeführt, der Photolack 5 außerhalb des Bereichs des Musters 6P mit Licht belichtet wird, wird der 5Photolack, durch Polymerisation ausgehärtet und wird lösungsmittelunlöslich, während der Photolack 5, welcher nicht belichtet worden ist, nicht ausgehärtet wird und lösungsmittellöslich bleibt. Nach dem Belichtungsschritt wird die troctene Photolackschicht 5 in ein flüchtiges, organisches Lösungs-

10Mittel, z.B. Trichloräthan, getaucht, um den nicht reagiert habenden (nicht ausgehärteten) Photolack zu lösen und zu entfernen, wodurch, wie in Fig. 8 dargestellt, ein konkaver Teil in der ausgehärteten Photolackschicht 5H entsprechend dem Muster 6P ausgebildet ist. Danach wird die auf der

15Lackschicht 3H zurückgebliebene, ausgehärtete Photolackschicht 5H einer Aushärtungsbehandlung unterzogen, um die lösungsmiti-clresistenten Eigenschaften zu erhöhen. Bei einer solchen Aushärtungsbehandlung kann die Photolackschicht einer thermischen Polymerisation bei einer Temerpatur von 130 bis 160⁰C für 10 bis 60 Minuten oder einer Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen oder einer Kombination aus diesen beiden Behandlungsmethoden unterzogen werden. Von den ausgesparten, in der ausgehärteten Photolackschicht 5 ausgebildeten Teilen entspricht der Teil 7a der Farbzuführkammer des fertigen Farbstrahlkopfes, während der Teil 7b der feinen Farbströmungsbahn entspricht.

Zwei zurückgebliebene Teile, sogenannte "Inseln" 5Hi und 5Hj in einer Farbströmungsbahn 7a in Fig. 8 werden als Stützen ³⁰zum Halten einer "Deckenplatte" benützt, damit diese nicht in die Farbzuführkammer nach unten durchhängt. Die Stütze kann bezüglich ihrer Form und Abmessung frei ausgelegt werden, wenn nur nicht die Farbströmung gestört wird.

In Fig. 9 wird zur Ausbildung einer "Deckenplatte" eine trockene, dünne Photolackschicht 8 mit der Oberfläche der ausgehärteten Photolackschicht 5H verbunden, in welcher

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iFarbströmungsbahnen ausgebildet worden sind. Die Bedingungen und Voraussetzungen hierfür sind im wesentlichen die gleichen wie bei der Aufbringung und Laminierung der Photolackschicht 5. Anschließend wird die Photolackschicht 8 entcSprechend einem Belichtungs- und Entwicklungsverfahren ausgehärtet, das den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten entspricht und es wird eine gewünschte Anzahl von Verbindungsöffnungen 9 in den Farbströmungsbahnen ausgebildet. Die Bedingungen und Voraussetzungen hierfür sind im wesentiglichen die gleichen.wie vorstehend ausgeführt ist.

Nach dem Verbinden der ausgehärteten Schicht 5H und der trokkenen Photolackschicht 8, welche ausgehärtet worden ist, wird der vordere Endteil entlang einer Linie C-C¹ in Fig. 9

^abgeschnitten. Durch dieses Abschneiden wird der Abstand zwischen dem den Farbausstoßdruck erzeugenden Element und der Farbausstoßöffnung 10 optimiert, wie in Fig. 10' dargestellt ist. Der abzuschneidende Bereich wird entsprechend der Ausführung des Farbstrahlkopf beliebig festgelegt. Zum

20Schneiden kann ein Schneideverfahren angewendet werden, daß im allgemeinen beim Schneiden von Halbleiterchips angewendet wird.

■In Fig. 10 ist ein Längsschnitt entlang einer Linie Z-Z¹ 25in Fig. 9 dargestellt. Die geschnittene Fläche ist durch Polieren glattgeschliffen, und ein (nicht dargestellter) Farbbehälter ist über eine öffnung 9 unmittelbar mit dem Teil verbunden, oder eine (nicht dargestellte) Farbzuführleitung ist an der öffnung 9 angebracht, um sie mit einem 30Farbbehälter zu verbinden, wodurch ein Farbstrahlkopf fertiggestellt ist.

Die Ausführung und Herstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr'anhand der Fig. 1 und 2 so-35wie 11 bis 18 beschrieben. In Fig. 1 sind eine geforderte Anzahl Elemente (wobei in Fig. 1 zwei Elemente dargestellt sind ), welche den Farbausstoßdruck erzeugen, wie exotherme

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Elemente, piezoelektrische Elemente u.a., auf einem Substrat 1 aus Glas, Keramik, Kunstharz, Metall u.a. angeordnet.

Wenn beispielsweise ein exothermes Element als das den Farbausstoßdruck erzeugende Element 2 verwendet wird, wird der Farbausstoßdruck durch das Element erzeugt, welches die Farbe in seiner Nähe erwärmt. Wenn dagegen ein piezoelektrisches Element verwendet wird, wird der Farbausstoßdruck durch das Element mittels mechanischer Schwingungen erzeugt. In der Praxis sind die Elemente 2 mit Elektroden für eine Signaleingabe verbunden (wobei diese Elektroden zur Vereinfachung der Darstellung nicht wiedergegeben sind).

Nach dem Reinigen und Trocknen der Oberfläche des Substrats 1, auf welchem die Elemente 2 vorgesehen sind, wird eine trockene PLctolackschicht 3, die eine Schichtdicke von etwa 25 bis 100μ hat und auf eine Temperatur von 80 bis 105⁰C erwärmt ist, auf die Oberfläche 1A des Substrats mit einer Geschwindigkeit von 15,25 bis 122 cm/min und unter einem Druck von 1 bis 3 kg/cm² aufgetragen, wie in Fig. 2 dargestellt ist, welche eine Schnittansicht entlang einer Linie X-X¹ in Fig. 1 ist. Die trockene Photolackschicht 1 wird unter Druck fest mit der Oberfläche 1A des Substrats verbunden und blättert nach diesem Fixieren nicht mehr von der Oberfläche ab, selbst tfenn ein beträchtlicher äußerer Druck darauf ausgeübt wird.

Anschließend wird, wie in Fig. 11 dargestellt ist, eine SQ Photomaske 14 mit einem Muster 14P auf die trockene Photolackschicht 3 auf Oberfläche 1A des Substrats gelegt, und es wird über die Photomaske 14 eine Belichtung mittels Licht durchgeführt, wie durch Pfeile angezeigt ist. Das Muster 14P deckt die Bereiche vollständig ab, die einem Element 2 und einer Farbzuführkammer entsprechen, wobei Farbströmungskanäle später ausgebildet werden. Das Muster 14P läßt kein Licht durch. Folglich wird die trockene Photo-

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lackschich - 3 des mit dem Muster 14P bedeckten Bereichs nicht mit Licht belichtet. In diesem Fall sollten dann die Lagen des Elements 2 und des Musters 14P nach einem bekannten Verfahren ausgerichtet sein. Mit anderen Worten, es sollen darauf geachtet werden, daß zumindest das Element 2, das nicht zu belichten (nicht abgedeckt) ist, in dem feinen Parbströmungskanal angeordnet ist«,

Bei dem Belichten der trockenenPhotolackschicht wird, wie ^q oben ausgeführt, der Photolack 3 außerhalb des Bereichs des Musters 14P durch eine durch das Licht hervorgerufene Polymerisation ausgehärtet und wird dadurch in einem Lösungsmittel unlösbar, während der nichtbelichtete Photolack 3 zwischen den gestrichelten Linien in Fig. 11 nicht ausgehärtet ist und dadurch in einem Lösungsmittel lösbar bleibt. Nach dem Belichtungsschritt wird die trockene Photolackschicht 3 in ein flüchtiges, organisches Lösungsmittel, z.B. Trichloräthan getaucht, um den nicht reagiert habenden (nicht ausgehärteten) Photolack zu lösen und zu entfernen. Folglich wird eine ausgehärtete Photolackschicht 13H auf einem Bereich außer dem ausgebildet, der dem Muster 14P entspricht, in Fig. 11 dargestellt ist (siehe Fig. 12). Die ausgehärtete Photolackschicht 13H, die auf dem Substrat 1 verbleibt, wird dann einer Aushärtungsbehandlung unterzogen, um die Lösungsmittelresistenz zu verbessern. Bei einer derartigen Behandlung wird die Photolackschicht 13H einer thermischen Polymerisation bei 130 bis 16O⁰C für etwa 10 bis 60 Minuten, einer Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlung oder einer Kombination aus diesen beiden Behandlungsmethoden unterzogen. Das auf diese Weise geschaffene Zwischenprodukt ist in einer perspektivischen Darstellung in Fig. 13 wiedergegeben.

Nach dem Reinigen und Trocknen" der Oberfläche der aüsgehärteten Photolackschicht 13H des in Fig. 13 dargestellten Zwischenprodukts wird eine etwa 25 bis 100μ dicke, trockene Photolackschicht 15, die auf etwa 80 bis 105⁰C erwärmt wor-

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den ist, auf die Oberfläche der Lackschicht 13H mit einer Geschwindigkeit von 15,25 bis 122 cm/min unter einem Druck von nicht mehr als 0,1kg/cm² aufgebracht, wie vorher bereits ausgeführt ist. Fig. 14 ist eine Schnittdarstellung entlang einer Linie U-U¹ in Fig. 13. Bei diesem Schritt sollte darauf geachtet werden, daß verhindert wird, daß eine ausgehärtete Photolackschicht 15 in einen Hohlraum nach unten durchhängt, der in der Photolackschicht 13H entsprechend den vorbeschriebenen Schritten ausgebildet worden ist, wenn IQ die weitere trockene Photolackschicht auf die ausgehärtete Photolackschicht 13H aufgebracht wird. Folglich wird der Laminierungsdruck so gesteuert, daß er nicht höher als 0,1kg/cm² ist.

Beim Auftragen einer weiteren trockenen Photolackschicht auf die vorher ausgehärtete Photolackoberfläche kann die trockene Fhotolackschicht 15 an die ausgehärtete 13H gedrückt werden, wobei ein Abstand bzw. Zwischenraum erhalten bleibt, welcher der Dicke der ausgehärteten Schicht 13H entspricht. Bei einem solchen Verfahren wird die trokkene Photolackschicht 15 fest gepreßt und an der Oberfläche der ausgehärteten Schicht 1^H fixiert. Nach dem Fixieren der trockenen Photolackschicht 15 blättert diese von der Oberfläche nicht ab, selbst wenn ein beträchtlicher äußerer Druck darauf ausgeübt wird. Anschließend wird, wie in Fig. 15 dargestellt, eine Photomaske 16 mit einem geforderten Muster 16P auf eine zusätzliche trockene Photolackschicht 15 gelegt und über die Photomaske 16 mit Licht belichtet.

Das Muster 16P entspricht einem Bereich, um eine Farbzuführkammer, eine Farbzuführbahn und eine Farbausstoßöffnung zu schaffen, die letztendlich noch auszubilden sind, und es läßt kein Licht durch. F~olglich wird die trockene ^S Photolackschicht 15 des mit dem Muster 16P abgedeckten Bereichs nicht mit Licht belichtet. Auch hier sollte die Lage des Elements 2 auf den (nicht dargestellten) Substrat

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und das vorerwähnte Muster 16P nach einem bekannten Verfahren ausgerichtet sein. Mit anderen Worten, es sollte darauf geachtet werden, daß zumindest das Element 2 in einem Teil der später noch auszubildenden feinen Farbströmungsbahn angeordnet ist.

Nach dem Belichten der trockenen Photolackschicht 15 mit Licht wird der Photolack 15 außerhalb des Bereichs des Musters 16P einer Polymerisation unterzogen, um auszuhärten und wird lösungsmittelunlöslich, während der nicht Licht belichtete Photolack nicht ausgehärtet wird und lösungsmittellöslich bleibt. Nach dem Belichtungsschritt wird die trockene Photolackschicht 15 in ein flüchtiges, organisches Lösungsmittel, z.B. Trichloräthan getaucht, um den nicht reagiert habenden (nicht ausgehärteten) Photolack zu lösen und zu entfernen, um Aussparungen 17a und 17b (in Fig. 16) in der ausgehärteten Photolackschicht 15H entsprechend dem Muster 16P auszubilden. Danach wird die ausgehärtete Photolackschicht 15H, die auf der vorher ausge- bildeten Photolackschicht 13H verblieben ist, weiter einer Aushärtungsbehandlung unterzogen, um die Lösungsmittelresistenz zu verbessern. Die Behandlung kann durchgeführt werden, indem die Photolackschicht 13H einer thermischen Polymerisation bei einer Temperatur von 130 bis 160⁰C für etwa 10 bis 6 0 Minuten, einer Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen oder einer Kombination daraus unterzogen wird.

Die Aussparung 17a, die in der ausgehärteten Photolackschicht 15H ausgebildet worden ist, entspricht einer Farbzuführkammer, während die Aussparung 17b einer feinen Farbströmungsbahn entspricht. Dann wird eine trockene Photolackschicht 18, die eine Art Abdeckplatte ist, mit der Oberfläche der ausgehärteten Photolackschicht 15H verbunden, die mit Farbströmungsbahnen veYsehen ist (Fig. 17). Die Bedingungen für ein Aufbringen und Laminierung sind im wesentlichen die gleichen wie die für die trockene Photolackschicht 15.

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Der Photolack 18 wird dann nach einem entsprechenden Verfahren ausgehärtet, indem der Kunstharz mit Licht belichtet und entwickelt wird, und danach wird eine geforderte Anzahl öffnungen ausgebildet, um die Farbstromungsbahnen des Farb-Strahlkopfes mit einem (nicht dargestellten) Farbzuführbehälter zu verbinden. Die hierfür erforderlichen Schritte sind weggelassen, da sie beinahe die gleichen wie die bereits beschriebenen Schritte sind.

Nach der Verbindung der ausgehärteten trockenen Photolackschicht 18 mit der vorher ausgehärteten Schicht 15H wird der vordere Endteil des Kopfes entlang einer Linie D-D¹ in Fig. 17 abgeschnitten. Durch dieses Abschneiden wird der Abstand zwischen dem Element 2 und der Farbausstoßöffnung 20 optimiert. Der abzuschneidende Bereich wird entsprechend der Ausführung des Farbstrahlkopfs beliebig festgelegt. Beim Schneiden wird ein Schneidverfahren angewendet, das im allgemeinen beim Schneiden von Halbleiterchips benutzt wird. Fig. 18 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie W-W¹ in Fig. 17. Das abgeschnittene Ende wird durch Polieren glatt gemacht und durchgehende Öffnungen 18 werden unmittelbar mit dem (nicht dargestellten) Farbzuführbehälter oder mit der (ebenfalls nicht dargestellten) Farbzuführleitung verbunden, wodurch der Farbstrahlkopf fertiggestellt ist.

In der vorbeschriebenen Ausführungsform ist eine trockene dünne Schicht Photolack, das heißt eine vorgeformte fest dünne Schicht, als die photoempfindliche Zusammensetzung

zum Ausbilden von Rillen verwendet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf ein derartiges Material beschränkt, sondern es kann auch ein flüssiges photoempfindliches Material benutzt werden. Als Herstellungsverfahren für die photoempfindliche, zusammengesetzte Schicht kann eine zusammengesetzte Schicht in flüssigem Zustand auf dem Substrat mittels eines sogenannten Quetschverfahrens ausgebildet werden, das zum Herstellen eines Reliefbildes verwendet wird,

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d.h. mittels eines Verfahrens, bei welchem eine Wandung mit derselben Höhe wie die der gewünschten Filmdicke der photoempfindlichen Zusammensetzung um das Substrat vorgesehen wird, und überschüssiges Material durch das Quetschen entfernt wird. In diesem Fall liegt die Viskosität der flüssigen, photoempfindlichen Zusammensetzung vorzugsweise bei 100 bis 300 cps. Die Höhe der Wandung, welche das Substrat umgibt, wird im Hinblick auf eine infolge einer Lösungsmittelverdampfung geringeren Menge der Zusammensetzung festgelegt. Im Fall einer festen photoempfiridlichen Zusammensetzung kann die dünne Zusammensetzungsschicht auf das Substrat durch Warmpressen aufgebracht werden. Gemäß der Erfindung ist eine feste bzw. stabile, dünnschichtige photoempfindliche Zusammensetzung im Hinblick auf deren Verarbeitung und ein leichtes und genaues Steuern ihrer Dicke noch vorteilhafter. Beispiele für eine solche feste, stabile photoempfindliche Zusammensetzung sind solche, die von Du Pont de Nemour & Co unter dem Warennamen Permanent Photopolymer Coating "RISTON", Solder mask 730S, 74 0S, 730Fr, 740Fr, SM1 u.a. hergestellt und verkauft werden.Außer diesen Beispielen können noch verschiedene andere Arten photoempfindlicher Zusammensetzungen angeführt werden, die auf dem Gebiet der Photolithographie verwendet werden, wie photoempfindliche Kunstharze, Photolacke u.a.. Beispielsweise sind dies ein Diazoharz, photoempfindliche Photopolymere, die aus p-Diazo-chinon, einem Vinylmonomer und einem Polymerisationsinitiator zusammengesetzt sind, Photopolymere des Dimerisationstyps, die aus Polyvinylcinnamaten usw. und einem Sensibilisierungsmittel zusammengesetzt sind,

ein Gemisch aus o-Naphtochinon-diazid und einem Phenolharz des Novolactyps, ein Gemisch Polyvinylalkohol und Diazoharz, Photopolymeren des Polyäthertyps, die durch Kopolymerisation von 4-Glycidyläthylen-oxid mit Benzophenon, Glycidylchalocon u.a. hergestellt sind, einem

Kopolymer aus N,N-Dimethyl-Methacryl-Amid und beispielsweise Acrylamid-Benzophenonen, photoemfpindliche Harze des ungesättigten Polyestertyps, wie APR (ein Produkt von

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Asahi Kasei Kogyo K.K., Japan), TEBISUTA (^in Produkt von Teijin K.K., Japan), SONNE (ein Produkt von ansai Paint K.K., Japan) u.a. photoempfindliche Harze des ungesättigten Urethan-oligomer-Typs, photoempfindliche Zusammensetzungen aus einem bifunktionellen Acrylmonomeren, einem Photopolymerisationsinitiator und einem Kopolymeren, ein Photolack des Dichromattyps, ein wasserlöslicher Photolack des Nichtchrom-Typs, Photolacken des Polyvinylcinnamat-Typs, ein Photolack des cyclischen Kautschuk-azid-Typs u.a.

Die Vorteile der vorstehend beschriebenen Erfindung können folgendermaßen zusammengefaßt werden:

(1) Da die Materialien, welche die Farbausstoßöffnungen bilden, homogen sind und da nur geringe Unterschiede bezüglich der Benetzbarkeit der Materialien bestehen, ist das gradlinige Ansteuern bzw. Ausstoßen von Färbtröpfchen verbessert. Die hier und nachstehend angeführten "homogenen Materialien" sind "ähnliche Materialien", insbesondere "Materialien mit einer entsprechenden Affinität zu der Farbe". Beispielsweise sind Glas und Kunstharz, Metall und Kunstharz oder Glas und Metall in der vorstehend angeführten Bedeutung im allgemeinen unterschiedliche bzw. unähnliche Materialien, während beispielsweise ein photoempfindliches Harz und ein weiteres photoempfindliches Harz im allgemeinen ähnliche Materialien sind.

(2) Da die, Materialien, die den Farbausstoßöffnungsbereich bilden, d.h. die Öffnung umgeben bzw. einschließen, homogen sind, sind ihre Eigenschaften gleichförmig genug, so

dO daß sie zur Ausbildung der Öffnungsfläche ohne weiteres geschnitten werden können, ohne zu platzen oder zu zerspringen . Außerdem sind die physikalischen Eigenschaften an aem Öffnungsbereich so gleichförmig, daß das gradlinige

Ansteuern von Farbtröpfchen verbessert ist. 35

(3) Da die Materialien, welche eine Austragöffnung bilden, physikalisch homogen sind, können die Verarbeitungsbedin-

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lgungen optimal angewendet werden, um den Abstand zwischen der Farbausstoßöffnung und dem den Farbausstoßdruck erzeugenden Element einzustellen, und es kann nach dem Schneiden eine gleichförmig glatte Öffnungsfläche erhalten werden.

5Folglich sind gemäß der Erfindung die Farbausstoßkenndaten ziemlich konstant.

(4) Wie in der ersten Ausführungsform dargestellt, ist das Teil abgesehen von dem den Farbausstoßdruck erzeugenden

lOElement mit photoempfindlichen Kunstharzschichten bedeckt, und dadurch kommt die Farbe nicht mit den übrigen Teilen in Berührung, d.h. die Farbberührungsstellen sind auf ein Minimum herabgesetzt, wodurch verhindert ist, daß Elektroden für eine elektrische Signaleingabe durch die Farbe an-

15gegriffen werden und daß dadurch dann ein Zuleitungsdraht bricht. Folglich kann die Lebensdauer des Kopfes verlängert und dadurch seine Betriebssicherheit verbessert werden.

20(5) Da die Hauptverfahrensschritte bei der Herstellung des Farbstrahlkopfes auf einem sogenannten photographischen Verfahren beruhen, können hochgenaue und empfindliche Teile in dem Kopf sehr einfach entsprechend einem geforderten Muster ausgebildet werden. Außerdem können gleichzeitig

^Mehrfachköpfe _mit identischen Ausführungen bearbeitet werden.

(6) Da es nicht notwendig ist, eine gesondert hergestellte Öffnungsplatte damit zu verbinden, brauchen folglich zum

Verbinden auch keine Klebstoffe aufgebracht werden. FoIg-

■ lieh besteht nicht die Gefahr, daß Klebestoffe in die Farbströmungsbahnen fließen, diese verstopfen und dadurch den Farbfluß beeinträchtigen. Da im wesentlichen keine Klebstoffe bei den Herstellungsschritten erforderlich sind, kommt es weder zu einem Verstopfen der Rillen durch hineingeflossene Klebestoffe noch wird die Arbeitsweise des den Farbausstoßdruck erzeugenden Elements dadurch beein-

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trächtigt, daß die Klebstoffe an dem Element haften.

Ein Farbstrahlkopf weist eine Farbströmungsbahn,'die durch Auftragen von ausgehärteten dünnen Schichten von photoempfindlichen Zusammensetzungen gebildet ist, und eine Farbausstoßöffnung auf, wobei zumindest der Bereich der Farbausstoßöffnung aus ausgehärteten dünnen Schichten gebildet ist. Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Farbstrahlkopfes wird eine erste dünne Schicht aus einem ausgehärteten photoempfindlichen Kunstharz auf einer Oberfläche eines Substrats ausgebildet, auf welchem ein den Farbausstoßdruck erzeugendes Element angeordnet ist, dann wird eine Farbströmungsbahn mittels einer zweiten dünnen Schicht aus .einem ausgehärteten, photoempfindlichen Harz erzeugt, das auf der ersten Schicht ausgebildet ist, anschließend wird eine dritte dünne Schicht aus einem gehärteten, photoempfindlichen Harj auf die zweite dünne Schicht aufgebracht, und schließlich wird mit Hilfe der ersten, zweiten und dritten dünnen Schicht aus ausgehärteten photoempfindlichen Kunst-

harzen eine mit der Farbströmungsbahn verbundene Farbausstoßöffnung gebildet.

Leerseite

Claims

- Bi)HLING ~ f^MMÜ»": . _ O^s KSEÄSJ λ r% A.^::..^:'^:..* .:. \.^:.:!„ Dipl.-lng. H. TiedtKe I

IaRUPE - rtLLMANN - UlRAMS Dipl.-Chem. G. Bühling

Dipl.-lng. R. Kinne

oonnooo Dipl.-lng. R Grupe

oZUUooo Dipl.-lng. B. Pellmann

Dipl.-lng. K. Giams

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

8. Januar 1982 DE 1814

Patenten Sprüche

.1 Farbstrahlkopf, gekennzeichnet durch eine irbStrömungsbahn, die durch Aufbringen von ausgehärteten dünnen Schichten (3,5) aus photoempfindlichen Zusammensetzungen gebildet ist, und durch eine Farbausstoßöffnung, wobei zumindest der Farbausstoßöffnungsbereich aus den ausgehärteten dünnen Schichten gebildet ist.

102. Farbstrahlkopf mit einer Farbströmungsbahn und einer mit der Farbströmungsbahn verbundenen Farbausstoßöffnung, insbesondere nach Anspruch 1, gekennze ichnet durch ein Substrat (1) mit einem den Farbausstoßdruck erzeugenden Element (2), mit einer ersten dünnen Schicht (3)_aus

15eirer ausgehärteten, photoempfindlichen Zusammensetzung,

Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070

Dresdner Bank (München) Kto. 3939844

Postscheck (München) Kto. 670-43-804

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die auf das Substrat (1) so aufgebracht ist, daß zumindest das den Farbausstoßdruck erzeugende Element (2) nicht durch die erste dünne Schicht (3) bedeckt ist, durch eine zweite dünne Schicht (5) einer ausgehärteten, photoempfindliehen Zusammensetzung, welche auf die erste Schicht (3) aufgebracht ist, und durch eine dritte Schicht (8) einer ausgehärteten, photoempfindlichen Zusammensetzung, welche auf die zweite dünne Schicht (5) aufgebracht ist, wobei die erste (3), die zweite (5) und die dritte dünne Schicht 2Q (8) die FärbStrömungsbahn und die Farbausstoßöffnung festlegen.

3. Färbstrahlkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2_f dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzungen photoempfindliche Kunstharze sind.

4. Färbstrahlkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung (3,5) eine trockene, dünne Photolackschicht ist.

5. Färbstrahlkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung die Form einer dünnen Schicht mit einer Dicke von 25

bis 100 Mikron hat.
25

6. Färbstrahlkopf nach einem der Ansprüche 1 oder ², da durch ge'kennze ichnet, daß ein den Farbaustoßdruck erzeugendes Element (2) in der Farbströmungsbahn angeordnet ist.

7. Farbstrahlkopf nach Anspruch 1, dadurch g e k e η n-

1.

zeichnet, daß die Farbströmungsbahn mit einer Farbausstoßöffnung in Verbindung steht.

8. Farbstrahlkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl Farbströmungsbahnen vorgesehen sind.

• 9 iti η

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9. Färbstrahlkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die FärbStrömungsbahn in einer ausgehärteten dünnen Kunstharzschicht festgelegt ist.

10. Verfahren zum Herstellen eines FarbstrahlkopfSy dadurch

gekennze ichnet, daß eine erste Schicht _X3) aus einem ausgehärteten, photoempfindlichen Kunstharz auf einer Oberfläche eines Substrats (1) ausgebildet wird, auf welchem ein den Farbausstoßdruck erzeugendes Element (2) an-10

geordnet ist, daß eine FärbStrömungsbahn mit Hilfe einer zweiten Schicht (5) aus einem ausgehärteten, photoempfindlichen Kunstharz erzeugt wird, die auf der ersten dünnen Schicht (3) ausgebildet ist, daß ferner eine dritte dünne

Schicht (8) aus einem ausgehärteten, photoempfindlichen 15

Kunstharz auf der zweiten dünnen Schicht (5) aufgebracht wird, und ^aß schließlich mit Hilfe der ersten (3), der zweiten (5) und der dritten dünnen Schicht (8) aus ausgehärteten, photoempfindlichen Kunstharzen eine mit der Färb-

Strömungsbahn verbundene Farbausstoßöffnung gebildet wird. AiJ

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz eine trockene, dünne Photolackschicht ist.

12. Verfahren nach Ar-pruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz die Form einer dünnen Schicht mit einer Dicke von 25 bis 100 Mikron hat.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Farbaus stoß druck erzeugendes Element (2) in der Färb Strömungsbahn¹· angeordnet ist.

14. Verfahren nach Anspruch 1-0, dadurch g e k e η nzeichnet, daß eine Anzahl Färbströmungsbahnen vorgesehen sind.