DE3225578C2 - Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeich­ nungskopfes, insbesondere eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeich­ nungskopfes zur Erzeugung von kleinen Flüssigkeitströpfchen zum Aufzeichnen (Tinte), der in einem Flüssigkeitsstrahl Aufzeichnungssystem Verwendung finden kann, von dem die Flüssigkeit in Form eines Tröpfchenstrahles zum Aufzeichnen abge­ geben wird.

Ein derartiger Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf, der für ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungssystem geeignet ist, ist üblicherweise mit kleinen Flüssigkeitsabgabe­ öffnungen, Flüssigkeitskanälen und an einem Teil der Flüssigkeitskanäle mit Abschnitten versehen, auf die man Energie einwirken läßt. Ferner weist der Aufzeichnungs­ kopf Abschnitte zur Erzeugung der Ausstoßenergie für die Flüssigkeit, d. h. zur Tröpfchenbildung, auf, wobei man diese Energie auf die Flüssigkeit innerhalb der Abschnitte zur Energieaufbringung einwirken läßt.

Aus der Druckschrift FR 24 48 979 A1 ist beispielsweise ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf bekannt, dessen Flüssigkeitskammer mit einer Deckplatte abgedeckt ist, die eine Vielzahl von Düsenöffnungen aufweist. Die der Deck­ platte gegenüberliegende Seite der Flüssigkeitskammer wird durch eine weitere Platte begrenzt, auf der Energie­ wandlerelemente angeordnet sind. Bei diesem Kopf wird die Tinte durch die Energiewandlerelemente örtlich derart erwärmt, daß sich in Ausrichtung mit der Längsachse der jeweiligen Düsenöffnung eine Dampfblase bildet, die den Ausstoß eines Tröpfchens bewirkt. Das Fluchten der Dampf­ blase mit der Längsachse der zugeordneten Düsenöffnung bewirkt eine sehr effiziente Energieumsetzung, so daß eine sehr starke Ausstoßwirkung erzielt wird.

Ein weiterer vielschichtig aufgebauter Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf ist aus der Druckschrift DE 29 37 742 A1 bekannt, bei dem elektromagnetische Energiewandlerelemente zum Ausstoßen von Flüssigkeitströpfchen aus Düsenöffnungen vorgesehen sind, deren Magnetspulen düsenseitig und deren Anker den Düsenöffnungen gegenüberliegend in bezug auf eine Flüssigkeitskammer an einer elastischen Membran angebracht sind. Bei Erregung der Magnetspulen werden die Anker von den Spulen angezogen und bewirken durch Verformung der elastischen Membran eine Kompression der Flüssigkeits­ kammer, wodurch die Flüssigkeitströpfchen ausgestoßen werden.

Es wurde vorgeschlagen, derartige Flüssigkeitsstrahl-Auf­ zeichnungsköpfe beispielsweise so herzustellen, daß kleine Rillen auf einer Glas- oder Metallplatte durch Einschneiden oder Ätzen hergestellt und danach die mit den Rillen ver­ sehene Platte mit einer anderen Platte verbunden wird, die eingeformte Auslaßöffnungen aufweist, so daß auf diese Weise Flüssigkeitskanäle gebildet werden.

Bei einem durch ein derartiges Verfahren hergestellten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf kann jedoch die Rauhigkeit der Innenwandfläche der durch Einschneiden gebildeten Flüssigkeitskanäle zu groß sein, oder die Flüssigkeitskanäle können infolge eines unterschiedlichen Ätzgrades Verformungen aufweisen, so daß es schwierig ist, Flüssigkeitskanäle mit einem konstanten Widerstand zu erhalten. Dies führt dazu, daß es nach der Herstellung des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes dazu kommen kann, daß die ausgestoßenen Tröpfchen streuen und die Richtungs­ stabilität der Tröpfchen von Düsenöffnung zu Düsenöffnung variiert.

Auch kann beim Schneiden die Platte abspanen oder sogar zerbrechen, was zu einer geringen Produktivität führt. Beim Ätzen ist eine große Anzahl von Vorbereitungsschritten erforderlich, wodurch die Produktionskosten ansteigen. Die Herstellungsverfahren des Standes der Technik weisen schließlich den gemeinsamen Nachteil auf, daß bei der Laminierung zwischen der mit den Rillen, die als Flüssigkeitskanäle dienen, versehenen Platte und der mit den Energie erzeugenden Elementen versehenen Deckplatte Schwierigkeiten in bezug auf die Ausrichtung beider Platten auftreten, wodurch eine Massen­ produktion unmöglich gemacht wird. Es besteht daher ein großes Bedürfnis nach einem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeich­ nungskopf, mit dem diese Nachteile überwunden werden können.

Diese Schwierigkeiten treten dann noch verstärkt auf, wenn die Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe keine geraden, sondern gekrümmte Flüssigkeitskanäle auf­ weisen.

Der Erfindung liegt gegenüber diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Her­ stellung eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungs­ kopfes mit sehr wirksamer richtungsstabiler Tintentröpfchen­ ausstoßung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß dem in dem Hauptanspruch be­ schriebenen Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeits­ strahl-Aufzeichnungskopfes wird, ähnlich einem in der Druck­ schrift DE-OS 19 17 294 beschriebenen Verfahren zur Her­ stellung dickschichtiger Abbildungen für beispielsweise dekorative Strukturen, lediglich das noch unbelichtete fotoempfindliche Kunstharzmaterial auf ein Substrat aufge­ bracht und dann entsprechend der gewünschten Geometrie belichtet, wonach die unbelichteten Bereiche dann in ein­ facher Weise ausgewaschen werden. Nach diesen Schritten sind die Wände der flüssigkeitsführenden Bereiche ohne die Notwendigkeit von mechanischen Nachbearbeitungsschritten vollständig ausgebildet, so daß die Deckschicht oder -platte unmittelbar nachfolgend aufgebracht werden kann. Im Ergebnis lassen sich erfindungsgemäß auf denkbar einfache Weise Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe mit der für den richtungsstabilen Ausstoß von Tröpfchen erforderlichen Präzision herstellen.

Es bleibt anzumerken, daß ein ähnliches Verfahren zur Her­ stellung von Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfen, deren Ausstoßöffnungen stirnseitig in der Ebene der flüssigkeits­ führenden Bereiche angeordnet sind, und gemäß dem Flüssig­ keitszuführkammer, Flüssigkeitsströmungsbahnen und Ausstoß­ öffnungen in einem Arbeitsschritt gemeinsam ausgebildet werden, in den nachveröffentlichten Druckschriften DE 32 24 081 A1 und DE 32 00 388 A1 beschrieben wird.

Gemäß der Lehre des Patentanspruchs 1 sind die flüssigkeitsführenden Bereiche in einer aushärtbaren fotoempfindlichen Kunstharzplatte ausgebildet, die mit einer Deckschicht oder -platte abgedeckt ist, in der die Düsenöffnungen ausgebildet sind. Die somit aus Kunstharz bestehenden Wände der flüssigkeitsführenden Bereiche weisen eine für die richtungsstabile Ausstoßung von Tröpfchen optimale Benetzbarkeit auf, werden durch die Flüssigkeit weder angegriffen noch chemisch oder physikalisch verändert und bewirken umgekehrt auch keine derartige Beeinflussung der Flüssigkeit.

Zudem findet ein ungehinderter Druckaufbau in der Flüssig­ keit zum Ausstoß der Tröpfchen statt, da durch das voll­ ständige Abdecken der flüssigkeitsführenden Bereiche mit der Deckschicht bzw. -platte zwischen dieser und der Kunstharzplatte kein Spalt ausgebildet wird, der die sich in der Flüssigkeit ausbreitende Druckwelle dämpfen könnte, was das Erzielen der für die richtungsstabile Ausstoßung erforderlichen Ausstoßgeschwindigkeit der Tröpfchen ver­ hindern würde.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 besteht die Deckschicht oder -platte ebenfalls aus einem fotoempfindlichen Kunstharzmaterial, d. h., daß die Materialien der Düsenöffnungswände und der Wände der flüssigkeitsführenden Bereiche homogen sind, wodurch keine Unterschiede bezüglich deren Benetzbarkeit bestehen, so daß das richtungsstabile Ansteuern bzw. Ausstoßen der Tröpfchen noch weiter verbessert ist. Auch entstehen durch die Erwärmung der Düsenöffnungen und der Wände der flüssig­ keitsführenden Bereiche bei gleichen Materialien keine Relativverschiebungen zwischen der Kunstharzplatte und der Deckschicht, die in die Flüssigkeitsströmung hereinragende Kanten erzeugen würden, welche einen richtungsstabilen Ausstoß der Tröpfchen verhindern könnten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungs­ beispielen in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Die Fig. 1 bis 7B schematische Darstellungen des Aufbaus und der Herstellungsschritte eines erfindungsgemäß ausgebildeten Flüssig­ keitsstrahl-Aufzeichnungskopfes, wobei die Figuren im einzelnen darstellen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung des ersten Herstellungs­ schrittes;

Fig. 2A eine schematische perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung des zweiten Herstel­ lungsschrittes;

Fig. 2B einen Teilschnitt entlang der Linie X-X′ in Fig. 2A;

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung des dritten Herstel­ lungsschrittes;

Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung des vierten Herstellungs­ schrittes;

Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung des fünften Herstellungs­ schrittes;

Fig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung des sechsten Herstel­ lungsschrittes;

Fig. 7A eine schematische perspektivische Ansicht zur Darstellung des Aufbaues eines fertigen Aufzeichnungskopfes; und

Fig. 7B einen Teilschnitt entlang Linie Y-Y′ in Fig. 7A;

die Fig. 8 bis 12B zeigen den Aufbau und die Herstellungs­ schritte eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgebildeten Flüssig­ keitsstrahl-Aufzeichnungskopfes. Im einzelnen zeigen:

die Fig. 8 und 9A schematische perspektivische Ansichten zur Verdeutlichung des ersten und zweiten Her­ stellungsschrittes;

Fig. 9B einen Teilschnitt entlang Linie X-X′ in Fig. 9A;

die Fig. 10 und 11A schematische perspektivische Ansichten zur Verdeutlichung des dritten und vierten Her­ stellungsschrittes;

Fig. 11B einen Schnitt entlang Linie Y-Y′ in Fig. 11A;

Fig. 12A eine schematische perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung des fünften Herstellungs­ schrittes und des Aufbaues eines fertigen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes; und

Fig. 12B einen Schnitt entlang Linie Z-Z′ in Fig. 12A.

die Fig. 13 bis 15B sind Darstellungen zur Verdeutlichung des fünften und folgender Herstellungsschritte nach einem anderen Herstellungsverfahren. Es zeigen im einzelnen:

die Fig. 13, 14 und 15A schematische perspektivische Ansichten zur Verdeutlichung des fünften, sechsten und siebenten Herstellungsschrittes sowie des fertigen Aufzeichnungskopfes; und

Fig. 15B einen Schnitt entlang Linie Z-Z′ in Fig. 15A.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine gewünschte Anzahl (zwei in der Zeichnung) von Energie erzeugenden Elementen 2, wie beispielsweise Piezoelementen etc., für die Ausbildung von "fliegenden" Tröpfchen auf einem geeigneten Substrat 1, beispielsweise aus Glas, Keramik, Kunststoff oder Metall, angeordnet. Durch Unter-Druck-Setzung der Flüssigkeit in der Nachbar­ schaft der Energie erzeugenden Elemente 2 wird ein entsprechender Ausstoßdruck für die Flüssigkeit erzeugt. An die Elemente 2 sind Elektroden zur Eingabe von Signalen angeschlossen, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Die mit den Energie erzeugenden Elementen 2 versehene Oberfläche des Substrates 1 wird zunächst gesäubert und getrocknet, wonach eine Laminierung mit einer Trocken-Fotolackschicht bzw. einem Trocken­ film-Fotoresist 3 (Filmdicke: etwa 25 µm-100 µm) folgt, bei dem es sich um einen fotosensitiven (lichtempfindlichen) Harzfilm handelt, der auf etwa 80-150°C erhitzt ist und einen in Fig. 2B gezeigten Querschnitt aufweist. Der Fotoresist wird auf die Substratoberfläche 1A, die mit den Energie erzeugenden Elementen 2 versehen ist, mit einer Geschwindigkeit von 0,15 bis 1,2 m/min unter einem Druck von 1 bis 3 kg/cm² aufgebracht. Fig. 2B zeigt einen Schnitt entlang Linie X-X′ in Fig. 2A. Der Trockenfilm- Fotoresist 3 wird somit unter Druckaufbringung mit der Substratoberfläche 1A verklebt und kann von dieser auch bei Aufbringung einer größeren äußeren Kraft nicht mehr abgezogen werden.

Wie man Fig. 3 entnehmen kann, wird danach auf den auf der Substratoberfläche 1A vorgesehenen Trockenfilm-Foto­ resist 3 eine Fotomaske 4 aufgebracht, die ein gewünschtes Muster 4P aufweist. Über eine über der Fotomaske 4 angeordnete Lichtquelle 7 findet in Richtung der gezeigten Pfeile eine Belichtung statt. Das Muster 4P kann in ausreichender Weise den Bereich des Energie erzeugenden Elementes 2 auf dem Substrat 1 abdecken und läßt kein Licht durch.

Der Trockenfilm-Fotoresist 3 innerhalb des von dem Muster 4P abgedeckten Bereiches wird daher nicht belichtet. Während dieses Vorganges ist es erforderlich, in üblicher Weise die Lage des Energie erzeugenden Elementes 2 und des Musters 4P entsprechend aufeinander abzustimmen. Das Muster 4P entspricht dem Flüssigkeitskanal und die Anordnung ist dabei so getroffen, daß das Element 2 im Flüssigkeitskanal angeordnet werden soll.

Nachdem in der vorstehend beschriebenen Weise belichtet worden ist, polymerisiert der außerhalb des Bereiches des Musters 4P angeordnete Teil des Fotoresistes 3, wobei er aushärtet und unlöslich gegenüber Lösungs­ mitteln wird. Der nicht belichtete Teil des Fotoresistes härtet nicht aus und bleibt löslich gegenüber Lösungs­ mitteln.

Nach dem Belichtungsvorgang kann der Trockenfilm-Foto­ resist 3 in ein flüchtiges organisches Lösungsmittel, wie beispielsweise Trichloräthan eingetaucht werden, um den nicht polymerisierten (ungehärteten) Fotoresist zu lösen, so daß der ausgehärtete Fotoresist-Film 3H nur in den Bereichen außer dem Flüssigkeitskanal und dem Energie erzeugenden Element verbleibt (Fig. 4). Danach wird zur Verbesserung der Lösungsmittelwider­ standsfähigkeit des ausgehärteten Fotoresist-Filmes 3H, der auf dem Substrat 1 verbleibt, ein weiterer Här­ tungsvorgang durchgeführt, vorzugsweise durch eine thermische Polymerisation (durch Erhitzen auf 130 bis 160°C über 10 bis 60 min), durch UV-Strahlung oder Kombinationen dieser Verfahren.

Das auf diese Weise hergestellte Zwischenprodukt ist in Fig. 4 dargestellt. Als nächster Schritt wird die Oberfläche des ausgehärteten Fotoresist-Filmes 3H gesäubert und getrocknet, wonach ähnlich wie bei dem vorangehenden Schritt eine Laminierung mit einem Trockenfilm-Fotoresist 5 (Filmdicke: etwa 25 µm- 100 µm), der auf etwa 80-150°C erhitzt wurde, auf der Filmoberfläche 3H mit einer Geschwindigkeit von 0,15 bis 1,2 m/min unter einem Druck von 0,1 kg/cm² oder weniger erfolgt (Fig. 5). Bei dieser weiteren Laminierung des Trockenfilm-Fotoresistes auf dem ausgehärteten Film 3H soll spezielle Sorge dafür getragen werden, daß der Fotoresist 5 nicht in den Flüssigkeitskanal durchsacken kann. Da ein derartiges Durchsacken bei höherem Laminationsdruck auftreten kann, wird dieser Druck auf 0,1 kg/cm² oder weniger eingestellt.

Gemäß einem anderen Verfahren kann das Verkleben unter Druck auch dadurch durchgeführt werden, daß die Druck­ klebeeinrichtung, beispielsweise ein Walzenpaar, vorher auf einen Abstand eingestellt wird, der etwa der Dicke des Fotoresist-Filmes 3H entspricht. Der Trockenfilm-Foto­ resist kann dadurch durch Druckeinwirkung mit dem ausge­ härteten Film 3H verklebt werden. Auch durch Einwirkung von äußeren Kräften ist es danach unmöglich, den Film wieder abzuziehen.

Wie man Fig. 6 entnehmen kann, wird nunmehr auf den neu aufgebrachten Trockenfilm-Fotoresist 5 eine Foto­ maske 6 mit einem gewünschten Muster 6P aufgelegt, wonach eine Belichtung von oberhalb der Fotomaske 6 durchgeführt wird. Das Muster 6P entspricht dem Be­ reich, der später die Ausstoßöffnung bildet und ist lichtundurchlässig. Der Trockenfilm-Fotoresist 5 wird daher in dem vom Muster 6P abgedeckten Bereich nicht belichtet. Während dieses Vorganges ist es erforderlich, in üblicher Weise für eine Ausrichtung zwischen der Lage des Energie erzeugenden Elementes 2 (das in den Fig. 5 und 6 weggelassen worden ist) und der Lage des Musters 6P zu sorgen.

Wenn der Fotolack bzw. -resist 5 in der vorstehend erläuterten Weise belichtet wird, polymerisiert der außerhalb des Musters 6P befindliche Teil desselben aus, wobei er aushärtet und gegen Lösungsmittel unlöslich wird. Der nicht belichtete Teil des Fotoresistes 5 härtet nicht aus und bleibt gegenüber Lösungsmitteln löslich.

Nach dem Belichtungsvorgang kann der Trockenfilm- Fotoresist 5 in ein flüchtiges organisches Lösungs­ mittel, wie beispielsweise Trichloräthan, eingetaucht werden, um den nicht polymerisierten (nicht ausge­ härteten) Teil des Fotoresistes zu lösen. Auf diese Weise wird in dem ausgehärteten Fotoresist-Film 5H ein konischer Durchbruch ausgebildet, der, wie in den Fig. 7A und 7B gezeigt, dem Muster 6P entspricht (in Fig. 7A ist das Energie erzeugende Element 2 wegge­ lassen worden). Danach wird zur Verbesserung des Lösungs­ mittelwiderstandes des ausgehärteten Fotoresist-Filmes 5H, der auf dem darunter befindlichen Fotoresist-Film 3H verbleibt, ein weiterer Härtungsprozeß durchge­ führt, vorzugsweise durch thermische Polymerisation (durch Erhitzen auf 130 bis 160°C über 10 bis 60 min), durch UV-Strahlung oder durch Kombinationen dieser Ver­ fahren.

Die am ausgehärteten Fotoresist-Film 5H ausgebildete Öffnung stellt somit einen Flüssigkeitsausstoß-Auslaß 11 dar. Die Herstellungsschritte für den Aufzeichnungs­ kopf werden vervollständigt, indem an den Flüssigkeits­ zuführeinlaß 8 ein Flüssigkeitszuführrohr angeschlossen wird.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform findet als Energie erzeugendes Element für die Tröpfchenbildung beispielsweise ein piezoelektrisches Element Verwendung. Dies stellt jedoch keine Begrenzung der Erfindung dar. Beispielsweise kann auch ein Element verwendet werden, das thermische Energie als Tröpfchenbildungsenergie er­ zeugt, wie es beispielsweise bei einem Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf Verwendung findet, der in den US-PS 4 243 994 und 4 251 824 beschrieben ist. Insbesondere in diesem Fall ist die schnelle Ausbildung von mehreren Öffnungen mit hoher Dichte möglich, bei der die erfindungs­ gemäße Lösung besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann.

In den Fig. 8 bis 12B ist der Aufbau eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Flüssigkeits­ strahl-Aufzeichnungskopfes in Verbindung mit den ent­ sprechenden Herstellungsschritten dargestellt.

Wie man Fig. 8 entnehmen kann, wird als erstes eine geeignete Anzahl (in der Zeichnung 9) von Energie er­ zeugenden Elementen 302, wie beispielsweise Heizele­ menten oder piezoelektrischen Elementen etc., die die für den Flüssigkeitsausstoß erforderliche Energie erzeugen, auf einem geeigneten Substrat 301, beispiels­ weise aus Glas, Keramik, Kunststoff oder Metall, ange­ ordnet. Wenn beispielsweise Heizelemente als Energie erzeugende Elemente 302 eingesetzt werden, erhitzen diese die Tinte in ihrer Umgebung und erzeugen auf diese Weise die erforderliche Ausstoßenergie in der Form eines Aus­ stoßdruckes. Wenn auf der anderen Seite piezoelektrische Elemente verwendet werden, wird der Ausstoßdruck durch Formänderung der Elemente erzeugt. Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, sind an die Heizelemente 302 Elektroden zur Eingabe von Signalen angeschlossen. Als Anschlußverfahren kann man in diesem Fall das in neuerer Zeit in der Halbleiterindustrie einge­ setzte Mehrschicht-Verdrahtungsverfahren verwenden, bei dem elektrisch-isolierende Filme, beispielsweise aus SiO₂, Si₃N₄, Polyimid etc. und elektrisch-leitende Filme, beispielsweise aus Al, Au etc., abwechselnd ange­ ordnet werden, wobei die elektrisch leitenden Filme durch fotolithografische Techniken so bearbeitet werden, daß ein gewünschtes Leitermuster entsteht. Als nächstes wird die mit den Energie erzeugenden Elementen 302 versehene Oberfläche des Substrates 301 gesäubert und getrocknet, wonach auf die Oberfläche ein Trockenfilm-Fotoresist 303 (Filmdicke: etwa 25 µm-100 µm) auflaminiert wird, bei dem es sich um einen lichtempfindlichen Harzfilm handelt, der auf etwa 80-150°C erhitzt worden ist und einen in Fig. 9 dargestellten Querschnitt aufweist. Der Film wird auf die mit den Energie erzeugenden Elementen 302 versehene Substratoberfläche 301A mit einer Geschwin­ digkeit von 0,15 bis 1,2 m/min unter einem Druck von 1-3 kg/cm² aufgebracht (Fig. 9A und 9B). Fig. 9B zeigt einen Schnitt durch Fig. 9A entlang der Linie X-X′.

Der Trocken-Fotolackschicht bzw. der Trockenfilm-Fotoresist 303 wird somit unter Druckaufbringung mit der Substratoberfläche 301A verklebt und kann von dieser Substratoberfläche auch bei Einwirkung von größeren Kräften nicht mehr abgezogen werden.

Wie in Fig. 10 dargestellt ist, wird danach auf den auf der Substratoberfläche 301 vorgesehenen Trocken­ film-Fotoresist 303 eine Fotomaske 304 aufgebracht, die ein geeignetes Muster 304P aufweist. Danach wird mittels einer über der Fotomaske 304 ange­ ordneten Lichtquelle 305L belichtet. Das Muster 304P entspricht dem Bereich zur Ausbildung des Tinten­ einlasses, der Tintenkammer und der Energieauf­ bringungsabschnitte, die nachher durch Aufteilung der Flüssigkeitskammer für die entsprechenden Energie erzeugenden Elemente 302 vorgesehen werden. Das Muster 304P ist lichtundurchlässig. Der Teil des Trockenfilm-Fotoresistes 303, der durch das Muster 304P abgedeckt wird, wird daher nicht belichtet. Während dieses Vorganges ist es erforderlich, die Positionen der Energie erzeugenden Elemente 302 und die des Musters 304P in üblicher Weise in Über­ einstimmung zu bringen. Dabei muß mindestens dafür Sorge getragen werden, daß die Heizelemente 302 inner­ halb der Energieaufbringungsabschnitte der Flüssigkeits­ kammern, die nachher ausgebildet werden, angeordnet werden.

Nachdem mit Hilfe der Lichtquelle 305L eine Belichtung durchgeführt worden ist, polymerisiert der außerhalb des Musters 304P befindliche Teil des Fotoresistes 303, härtet aus und wird unlöslich gegenüber Lösungsmitteln. Der nicht belichtete Teil des Foto­ resistes 303 härtet nicht aus und bleibt löslich für Lösungsmittel.

Nach dem Belichtungsvorgang kann der Trockenfilm- Fotoresist 3 in ein flüchtiges organisches Lösungs­ mittel, wie beispielsweise Trichloräthan, eingetaucht werden, um den nicht polymerisierten (nicht gehärteten) Teil des Fotoresistes zu lösen, so daß nach dem Muster 304P konkave Abschnitte (Energieaufbringungsabschnitte) mit Ausnahme des ausgehärteten Fotoresist-Filmes 303H gebildet werden, wie in Fig. 11A gezeigt ist. Danach wird zur Verbesserung des Lösungsmittelwiderstandes des ausgehärteten Fotoresist-Filmes 303H, der auf dem Substrat 301 verbleibt, dieser weiter ausgehärtet, vorzugweise durch thermische Polymerisation (durch Erhitzen auf 130 bis 160°C über 10 bis 60 min), durch UV-Strahlung oder durch Kombinationen dieser Verfahren.

Von den auf diese Weise auf dem ausgehärteten Fotoresist- Film 303H ausgebildeten konkaven Abschnitten entspricht der Abschnitt 306-1 dem Tinteneinlaß im fertigen Auf­ zeichnungskopf, während der Abschnitt 306-2 dem Energie­ aufbringungsabschnitt entspricht. Fig. 11B zeigt einen Querschnitt durch Fig. 11A entlang Linie Y-Y′.

Nach den vorstehend beschriebenen Schritten wird eine Platte 307, die mit Öffnungen 309 versehen ist, auf die Oberfläche des mit den Vertiefungen zur Ausbildung des Tinteneinlasses 306-1 und der Energieaufbringungsab­ schnitte 306-2 versehenen Substrates 301 auflaminiert, wie in den Fig. 12A und 12B gezeigt. Fig. 12B ist ein Teilquerschnitt durch Fig. 12A entlang Linie Z-Z′. Hierzu können beispielsweise folgende Verfahren Anwendung finden:

• (1) Eine flache Platte aus Glas, Keramik, Metall oder Kunststoff wird mit einem Epoxidharz-Kleber bis zu einer Dicke von 3-4 µm schleuderbeschichtet, wonach ein Vorhärtungsvorgang erfolgt, um den Kleber zu dem sogenannten B-Stadium auszuhärten. Danach werden durch mechanische Perforation nach dem gleichen Muster wie die Energie erzeugenden Elemente Öffnungen (Ausstoß­ öffnungen) 309 ausgebildet. Die Platte wird auf dem Fotoresist-Film 303H angeordnet. Dabei werden diese Öffnungen so ausgerichtet, daß sie den Energie erzeugenden Elementen entsprechen, wonach der Kleber vollständig ausgehärtet wird.
• (2) Wenn eine Öffnungsplatte verwendet wird, die durch Fotoätzung auf Metall, Silicium oder Glas hergestellte Öffnungen aufweist, oder wenn eine insbesondere durch Elektroformen ausgebildete Öffnungsplatte Verwendung findet, kann die Verbindung in ähnlicher Weise wie vorstehend beschrieben durch Aushärten des Klebers in das B-Stadium erfolgen.
• (3) Eine flache Platte aus einem thermoplastischen Harz, wie beispielsweise Acrylharz, ABS oder Polyäthylen, kann mit mechanisch ausgebildeten Öffnungen versehen und danach unmittelbar durch Verschweißen unter Wärme­ einwirkung auf den Fotoresist-Film 303H aufgebracht werden.
• (4) Das am meisten empfehlenswerte Verfahren zur Ausbildung und Aufbringung der Öffnungsplatte besteht darin, daß der Trockenfilm-Fotoresist in ähnlicher Weise verwendet wird, wie bei der Herstellung der Flüssigkeits­ kammer und der Energieaufbringungsabschnitte, die durch Aufteilung der Flüssigkeitskammer hergestellt werden, wie vorstehend beschrieben. Bei diesem Verfahren wird die Oberfläche 303H des ausgehärteten Fotoresist-Filmes (siehe Fig. 11A) gesäubert und getrocknet, wonach ähnlich wie bei dem vorstehenden Schritt ein Trockenfilm-Foto­ resist 305 (Filmdicke: etwa 25-100 µm), der auf etwa 80-150°C erhitzt ist, auf die Filmoberfläche 303H mit einer Geschwindigkeit von 0,15 bis 1,2 m/min unter einem Druck von 0,1 kg/cm² oder weniger aufgebracht wird (siehe Fig. 13). Beim Auflaminieren des Trockenfilm-Foto­ resistes 305 auf die Oberfläche 303H des ausgehärteten Fotoresist-Filmes muß spezielle Sorge dafür getragen werden, daß der Fotolack bzw. Fotoresist 305 nicht in Richtung auf das Energie erzeugende Element 302 durchsackt. Da ein derartiges Durchsacken bei einem höheren Laminations­ druck auftreten kann, wird der Laminationsdruck auf 0,1 kg/cm² oder weniger eingestellt.

Nach einem anderen Verfahren kann das Verkleben unter Druckeinwirkung durchgeführt werden, in dem die Druckklebe­ einrichtungen, beispielsweise ein Walzenpaar, vorher etwa auf einen Abstand eingestellt wird, der der Dicke des Foto­ resist-Filmes 303H entspricht. Der Trockenfilm-Foto­ resist 305 kann somit unter Druckeinwirkung mit der ausgehärteten Filmoberfläche 303H verklebt werden, wobei ein nachträgliches Abziehen durch Aufbringung von äußeren Kräften unmöglich gemacht wird.

Wie in Fig. 14 gezeigt ist, wird als nächstes auf den aufgebrachten Trockenfilm-Fotoresist 305 eine Fotomaske 306 mit einem geeigneten Muster 306P aufgebracht, wonach von oberhalb der Fotomaske 306 belichtet wird. Das Muster 306P entspricht demjenigen Bereich, der später die Aus­ stoßöffnung bildet und ist lichtundurchlässig. Derjenige Teil des Trockenfilm-Fotoresistes 305, der von dem Muster 306P abgedeckt wird, wird daher nicht belichtet. Während dieses Vorganges ist es erforderlich, die Lage des Energie erzeugenden Elementes 302 und die des Musters 306P zuein­ ander auszurichten, was in üblicher Weise geschehen kann. Wenn der Fotoresist 305 belichtet wird, polymerisiert der außerhalb des Musters 306P befindliche Teil, härtet dabei aus und wird gegen Lösungsmittel unlöslich. Der nicht belichtete Teil des Fotoresistes 305 härtet nicht aus und bleibt in einem löslichen Zustand.

Nach der Belichtung kann der Trockenfilm-Fotoresist 305 in ein flüchtiges organisches Lösungsmittel, wie bei­ spielsweise Trichloräthan eingetaucht werden, um den nicht polymerisierten (nicht ausgehärteten) Teil des Fotoresistes zu lösen, so daß auf diese Weise auf dem ausgehärteten Fotoresist-Film 305H eine Tintenausstoß­ öffnung 309 ausgebildet wird, die dem Muster 306P entspricht, wie in den Fig. 15A und 15B gezeigt ist. Um den Lösungsmittelwiderstand des ausgehärteten Foto­ resist-Filmes 305H, der auf dem Fotoresist-Film 303H verbleibt, zu verbessern, wird dieser einem weiteren Aushärtungsvorgang unterzogen, vorzugsweise durch ther­ mische Polymerisation (durch Erhitzen auf 130 bis 160°C über 10 bis 60 min), durch UV-Strahlung oder durch Kombi­ nationen dieser Verfahren.

Durch Ausbildung der Öffnung (Tintenausstoßöffnung) mit dem ausgehärteten Fotoresist-Film 305H ist somit der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf vervollständigt.

Zusammengefaßt lassen sich mit dem erfindungsgemäß ausge­ bildeten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf die nachfol­ genden Vorteile erreichen:

• 1.) Da der Hauptschritt der Herstellung des Kopfes auf fotolithografischen Techniken basiert, kann die Ausbildung von kleinen Teilen des Kopfes in äußerst einfacher Weise mit einem gewünschten Muster erfolgen. Darüber hinaus ist es möglich, eine Anzahl von Aufzeichnungsköpfen der gleichen Form zur gleichen Zeit herzustellen.
• 2.) Durch eine relativ geringe Anzahl von Herstellungs­ schritten kann eine gute Produktivität erzielt werden.
• 3.) Die Ausrichtung der Hauptteile zueinander kann in einfacher und sicherer Weise erfolgen, so daß sich Aufzeichnungsköpfe mit einer hohen Dimen­ sionsgenauigkeit mit guter Ausbeute herstellen lassen.
• 4.) Ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit mehreren Öffnungen und einer hohen Dichte kann durch ein einfaches Verfahren hergestellt werden.
• 5.) Es ist eine kontinuierliche Produktion und Massen­ produktion möglich.
• 6.) Da kein Ätzmittel (beispielsweise starke Säuren, wie Fluorwasserstoffsäure) verwendet werden muß, ist das Verfahren äußerst sicher und hygienisch.
• 7.) Es wird im wesentlichen kein Kleber benötigt, so daß keine Gefahr eines Verstopfens der Rillen durch Ausfließen des Klebers oder Anhaften des Klebers am Energie erzeugenden Element gegeben ist, was die Funktionsweise des Aufzeichnungskopfes beein­ trächtigen könnte.
• 8.) Da die kleinen Hauptteile des Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopfes durch fotolithografische Techniken hergestellt werden, die in einem sauberen Raum durchgeführt werden, wie er normalerweise in der Halbleiterindustrie Verwendung findet, kann das Eindringen von Staub in die inneren Abschnitte der Tintenkanäle während des Zusammenbaues des Aufzeichnungskopfes minimal gehalten werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopfes, bei dem
zunächst auf ein mit Energiewandlerelementen (2, 302) versehenes Substrat (1, 301) ein fotoempfindliches Kunst­ harz (3, 303) aufgetragen wird,
auf das dann eine Fotomaske (4, 304) aufgelegt wird, die ein einer gewünschten Formgebung von flüssigkeits­ führenden Bereichen (8, 306-1, 306-2) entsprechendes Muster (4P, 304P) abdeckt,
woraufhin das fotoempfindliche Kunstharz (3, 303) belichtet wird (Lichtquelle 7, 305L), wobei der belichtete Teil des Kunstharzes aushärtet,
dann der nichtbelichtete und unausgehärtete Teil des Kunstharzes durch ein organisches Lösungsmittel ausge­ waschen wird, wodurch sich die flüssigkeitsführenden Be­ reiche (8, 306-1, 306-2) ausbilden, und
endlich die flüssigkeitsführenden Bereiche (8, 306-1, 306-2) mit einer Deckschicht oder -platte (5, 305, 307) abgedeckt werden, in die, den Energiewandlerelementen (2, 302) gegen­ überliegend, Düsenöffnungen (11, 309) einge­ bracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoempfindliche Kunstharz (3, 303) mit einer Tempera­ tur von etwa 80 bis 150°C in einer Filmdicke von etwa 25 bis 100 µm mit einer Geschwindigkeit von 0,15 bis 1,2 m/min unter einem Druck von 1 bis 3 kg/cm² aufgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich nach Ausbilden der flüssigkeitsführenden Bereiche (8, 306-1, 306-2) ein weiterer Härtungsvorgang des fotoempfindlichen Kunstharzes anschließt, vorzugsweise durch eine thermische Polymerisation durch Erhitzen auf 130 bis 160°C über einen Zeitraum von 10 bis 60 min, durch UV- Strahlung oder eine Kombination dieser Verfahren.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch als Deckschicht (5, 305) ein fotoempfindliches Kunstharz auflaminiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoempfindliche Kunstharz mit einer Temperatur von etwa 80 bis 150°C in einer Filmdicke von etwa 25 bis 100 µm mit einer Geschwindigkeit von 0,15 bis 1,2 m/min unter einem Druck von 1 kg/cm² oder weniger aufgetragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
auf die Deckschicht (5, 305) eine Fotomaske (6, 306) aufgelegt wird, die ein einer gewünschten Formgebung der Düsenöffnungen (11, 309) entsprechendes Muster (6P, 306P) abdeckt,
woraufhin die Deckschicht (5, 305) belichtet wird, wobei der belichtete Teil des fotoempfindlichen Kunstharzes aushärtet,
dann der nichtbelichtete und unausgehärtete Teil des fotoempfindlichen Kunstharzes durch ein organisches Lösungsmittel ausgewaschen wird, wodurch sich die Düsen­ öffnungen (11, 309) ausbilden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich nach Ausbilden der Düsenöffnungen (11, 309) ein wei­ terer Härtungsvorgang des fotoempfindlichen Kunstharzes anschließt, vorzugsweise durch eine thermische Polymeri­ sation durch Erhitzen auf 130 bis 160°C über einen Zeitraum von 10 bis 60 min, durch UV-Strahlung oder eine Kombination dieser Verfahren.