DE3546063C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einem derartigen Verfahren, wie es in der US-PS 44 12 224 gezeigt ist, wird auf einer Trägerschicht oder einem Substrat durch Aufbringen und Belichten eines Photoresists ein Muster ausgebildet, das dem Verlauf von Flüssigkeitskanälen entspricht. Auf diejenigen Bereiche des Substrats, die den Wänden der Flüssigkeitskanäle entsprechen, wird anschließend auf galvanischem Wege ein Material aufgebracht, daß die Flüssigkeitskanalwände bildet. Daraufhin wird das Muster vom Substrat entfernt und anschließend wird eine obere Wand ausgebildet, indem eine Abdeckplatte aufgeklebt wird. Auf diese Weise ist ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf mit gewünschten Flüssigkeitskanälen geschaffen. Allerdings hat sich gezeigt, daß sich bei diesem Verfahren das Muster aus dem Photoresist nur unzureichend vom Substrat lösen läßt, so daß das Photoresist teilweise am Substrat und den Flüssigkeitskanalwänden haften bleibt. Darüberhinaus kann es passieren, daß überschüssiger Klebstoff zur Befestigung der Abdeckplatte in die Flüssigkeitskanäle läuft und dort aushärtet, so daß deren Querschnitt verringert wird. Auf diese Weise ist die Genauigkeit hinsichtlich der Abmessungen der Flüssigkeitskanäle reduziert und es treten Druckunterschiede in den Flüssigkeitskanälen auf, die auf unterschiedlichen Flüssigkeitskanalwiderständen beruhen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes mit hoher Reproduzierbarkeit des Flüssigkeitskanalwiderstandes ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird die obere Wand zugleich mit den Seitenwänden der Flüssigkeitskanäle und einstückig mit diesen ausgebildet, wodurch es möglich ist, die Flüssigkeitskanalwände bzw. die Flüssigkeitskanalquerschnitte in ihren Abmessungen sehr präzise auszubilden, da das Eintreten von Klebstoff oder von Staub- bzw. Schmutzpartikeln verhindert ist. Darüberhinaus kann der Schritt des Anbringens einer separaten Abdeckplatte entfallen, wodurch die Herstellung schneller und somit kostengünstiger wird.
Durch die Verwendung eines positiven lichtempfindlichen Materials als Photoresist kann das Muster in verbesserter Weise, d. h. im wesentlichen vollständig, vom dem Substrat gelöst werden, wodurch die Genauigkeit in der Ausbildung der Flüssigkeitskanäle erhöht wird.
Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen
Die Fig. 1-5 in schematischer Weise Schritte von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und dabei im einzelnen
Fig. 1 eine schematische Schrägansicht eines mit Energiezuführelementen versehenen Substrates vor der Ausbildung einer Photoresistschicht;
Fig. 2A eine schematische Draufsicht nach der Ausbildung eines Musters,
Fig. 2B einen schematischen Schnitt entlang Linie A-A′ in Fig. 2A;
Fig. 3 einen schematischen Schnitt entsprechend Fig. 2B nach Aufbringen eines Materials zur Bildung der Wände eines Flüssigkeitskanals,
Fig. 4 einen schematischen Schnitt entsprechend Fig. 2B nach dem Entfernen der Photoresistschicht und
Fig. 5 eine schematische Schrägansicht eines vollständigen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes.
Bei dem Ausführungsbeispiel, gemäß den Fig. 1 bis 5 besitzt der Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf zwei Ausstoßöffnungen. Das Verfahren schließt jedoch ebenfalls die Herstellung von Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsköpfen mit einer Vielzahl von Ausstoßöffnungen hoher Dichte sowie die Herstellung von Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsköpfen mit nur einer Ausstoßöffnung ein. Darüberhinaus betrifft dieses Ausführungsbeispiel die Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes, durch dessen Ausstoßöffnung eine Flüssigkeit in derjenigen Richtung abgegeben wird, in der die Flüssigkeit strömt. Das Verfahren ist jedoch ebenfalls nicht auf einen solchen Fall beschränkt, sondern umfaßt beispielsweise auch ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes, durch dessen Ausstoßöffnung die Flüssigkeit in eine Richtung abgegeben wird, die senkrecht zu der Flüssigkeitsströmung verläuft.
Bei diesem Ausführungsbeispiel findet ein Substrat 1 Verwendung, das beispielsweise aus Glas, Keramik oder Metall etc. besteht, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Fig. 1 zeigt eine schematische Schrägansicht eines solchen Substrates 1, auf dem Energiezuführelemente 2 zur Erzeugung von Flüssigkeitsabgabeenergie angeordnet sind, vor Ausbildung einer Photoresistschicht.
Es kann ein Substrat 1 ohne Beschränkungen hinsichtlich seiner Form, der Qualität des Materials u. a. verwendet werden, so lange das Substrat 1 als Teil des Flüssigkeitskanals oder als Träger einer Photoresistschicht dient. Auf dem Substrat 1 wird eine gewünschte Anzahl (in Fig. 1 zwei) von Energiezuführelementen 2 zur Erzeugung der entsprechenden Flüssigkeitsabgabeenergie, bei denen es sich um elektrothermische Wandler oder piezoelektrische Elemente etc. handelt, angeordnet.
Wenn beispielsweise ein elektrothermischer Wandler Verwendung findet, wird die Aufzeichnungsflüssigkeit über und in der Nachbarschaft des elektrothermischen Wandlers erwärmt, um Abgabeenergie zu erzeugen. Wenn ein piezoelektrisches Element verwendet wird, wird die Abgabeenergie durch mechanische Schwingungen dieses Elementes erzeugt.
Eine, in der Figur nicht gezeigte, Elektrode zur Eingabe eines Steuerungssignals ist an das Energiezuführelement 2, d. h. den elektrothermischen Wandler bzw. das piezoelektrische Element, angeschlossen, um diese zu betreiben. Normalerweise ist zusätzlich eine Funktionsschicht, beispielsweise eine Schutzschicht u. ä., vorgesehen, um die Haltbarkeit der Energiezuführelemente 2 zu verbessern. Bei der gezeigten Ausführungsform werden die Energiezuführelemente 2 auf dem Substrat 1 vorgesehen, bevor die Flüssigkeitskanäle 5 ausgebildet werden, jedoch können sie auch zu einem anderen, beliebigen Zeitpunkt auf dem Substrat 1 angeordnet werden.
Als nächstes wird ein Muster 3 einer beispielsweise festen Photoresistschicht auf dem zur Ausbildung des Flüssigkeitskanals 5 bestimmten Abschnitt, auf dem vorher die Energiezuführelemente 2 angeordnet wurden, des Substrates 1 hergestellt, wie in den Fig. 2A und 2B gezeigt ist. Fig. 2A zeigt eine schematische Draufsicht nach der Ausbildung des Musters 3.
Das Muster 3 wird vom Substrat 1 entfernt, nachdem ein Material zur Bildung der Wände des Flüssigkeitskanals 5 in der nachfolgend beschriebenen Weise aufgebracht wurde. Das für die Ausbildung der Flüssigkeitskanäle 5 vorgesehene Muster 3 kann in Abhängigkeit von der gewünschten Form der Flüssigkeitskanäle 5 ausgestaltet werden. Bei dieser Ausführungsform, bei der mit Hilfe von zwei Energiezuführelementen 2 Aufzeichnungströpfchen über zwei Ausstoßöffnungen abgegeben werden, umfaßt der durch Entfernung des Musters 3 gebildete Abschnitt zwei feine Flüssigkeitskanäle 5 und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer zur Zuführung einer Aufzeichnungsflüssigkeik.
Es handelt sich bei dem das Muster bildenden Material um ein positives lichtempfindliches Material. Ein solches Material hat diverse Vorteile:
(i) die Auflösung ist besser als bei einem negativen lichtempfindlichen Material,
(ii) das Reliefmuster besitzt eine vertikale und glatte Seitenwandfläche und
(iii) das Reliefmuster kann durch Verwendung einer Entwicklungsflüssigkeit oder eines organischen Lösungsmittels u. ä. gelöst und entfernt werden. Daher stellt ein positives lichtempfindliches Material ein vorteilhaftes Material zur Ausbildung des Musters 3 dar. Dieses Material kann entweder die Form einer Flüssigkeit oder die eines Trockenfilms besitzen. Ein positives lichtempfindliches Material in der Form eines Trockenfilms stellt dabei das bevorzugte Material dar, da ein Film von beispielsweise 10-100 µm Dicke erzeugt und die Filmdicke in einfacher Weise gesteuert werden kann. Ferner sind die Gleichmäßigkeit und die Handhabung ausgezeichnet.
Als positives lichtempfindliches Material können beispielsweise die folgenden Materialien Anwendung finden: Materialien, die o-Naphthochinondiazide und alkalilösliche Phenolharze enthalten, und Materialien, die alkalilösliche Harze und Substanzen enthalten, die in der Lage sind, durch Photolyse letztendlich Phenol zu erzeugen, wie Diazoniumsalze, beispielsweise Benzoldiazoniumsalze. Von diesen Materialien kann beispielsweise ein Film Verwendung finden, der aus einer Polyesterlage und dem vorstehend erwähnten positiv lichtempfindlichen Material besteht, das die Polyesterlage überlagert.
Das Muster 3 der Flüssigkeitskanäle 5 auf dem Substrat 1 kann nach dem sogenannten Bilderzeugungsverfahren unter Verwendung eines positiven lichtempfindlichen Materiales hergestellt werden, indem eine in einem Lösungsmittel lösliche Polymerschicht und eine positive Photoresistschicht einer gewünschten Dicke nacheinander auf einem Substrat 1 laminiert werden und das Muster 3 in der positiven Photoresistschicht ausgebildet wird, wonach die in einem Lösungsmittel lösliche Polymerschicht wahlweise entfernt wird.
Als in einem Lösungsmittel lösliches Polymer können beliebige hochpolymere Verbindungen Verwendung finden, die in der Lage sind, durch Beschichtung einen Film zu erzeugen, wenn ein entsprechendes Lösungsmittel vorhanden ist, das das Polymer lösen kann.
Als positive Photoresistschicht kann ein Material Verwendung finden, das ein Phenolharz vom Novolactyp und ein Naphthochinondiazid enthält u. ä.
Vom Standpunkt der Verfahrensgenauigkeit, der leichten Entfernung und der Durchführbarkeit des Verfahrens her ist es wünschenswert, einen positiven lichtempfindlichen Trockenfilm zu verwenden.
Das Substrat 1, das mit dem Muster 3 der Flüssigkeitskanäle 5 versehen ist, wird beispielsweise mit einem Material 4 zur Bildung der Seitenwände und der oberen Wand, (im folgender mit dem Sammelbegriff "Wände" bezeichnet), der Flüssigkeitskanäle 5 bedeckt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
Als Material 4 zur Bildung der Wände kann vorzugsweise ein Material Verwendung finden, das das vorstehend erwähnte lichtempfindliche Material abdecken kann.
Dabei wird ein Material 4 bevorzugt, das ausgezeichnete Abhäsionseigenschaften an dem Substrat 1, eine gute mechanische Festigkeit, gute Dimensionsbeständigkeit und einen guten Korrosionwiderstand aufweist.
Als solche Materialien 4 finden vorzugsweise Flüssigkeiten Verwendung, die durch Wärmeeinwirkung, UV-Strahlung oder Elektronenstrahlen gehärtet werden können. Insbesondere werden vorzugsweise Epoxidharze, Acrylharze, Diglycoldialkylcarbonatharze, ungesättigte Polyesterharze, Polyurethanharze, Polyimidharze, Melaminharze, Phenolharze, Harnstoffharze u. ä. verwendet. Ferner können Metalle Verwendung finden, die durch galvanische Abscheidung, Bedampfen, Besprühen o. ä. laminiert werden können, wie beispielsweise Cu, Ag, Au, Ni, Cr, Sn, Pb, Zn, Al, Ti u. ä. Beim Bedampfen oder Besprühen können Verbindungen, wie Metalloxide, Sulfide u. ä., Verwendung finden.
Vom Standpunkt des Wirkungsgrades her wird ein flüssiges aushärtendes Material 4 bevorzugt.
Das flüssige aushärtende Material 4 wird in einer gewünschten Dicke mit Hilfe einer bekannten Technik, beispielsweise durch Streichbeschichten, Walzbeschichten, Sprühbeschichten u. ä., auf das Substrat 1 aufgebracht. Eine Beschichtung nach einer Entlüftung des Materials 4 wird bevorzugt, um das Mitführen von Luftblasen zu verhindern.
Wenn beispielsweise das Material 4 zur Bildung der Wände das Substrat 1 in der in Fig. 3 gezeigten Weise überlagert und aus dem vorstehend erwähnten flüssigen aushärtenden Material besteht, wird es in einem solchen Stadium ausgehärtet, daß ein Fließen und ein Ausströmen der Flüssigkeit verhindert wird. Falls gewünscht, kann eine Preßplatte auf den oberen Abschnitt gebracht werden.
Wenn Bei Raumtemperatur oder durch Erwärmen ausgehärtet wird, läßt man das Material 4 etwa 30 min bis 2 h stehen. Wenn mit UV-Strahlung o. ä. ausgehärtet wird, kann eine Strahlung (das Material 4) in 10 min oder weniger aushärten.
Zum Laminieren des Materiales 4 zur Bildung der Wände wird ein Aushärtungsverfahren bevorzugt, bei dem Epoxidharze mit einer Verbindung Verwendung finden, die in der Lage ist, durch aktive Strahlung eine Lewis-Säure, wie beispielsweise aromatische Diazoniumsalze, aromatische Oniumsalze u. ä., freizusetzen.
Nach dem Aushärten wird das Muster 3 von dem mit dem Muster 3 und dem Material 4 zur Bildung der Wände versehenen Substrat 1 entfernt, um die Flüssigkeitskanäle 5 auszubilden.
Obwohl die Mittel zur Entfernung des Musters 3 nicht kritisch sind, wird es beispielsweise bevorzugt, das Substrat 1 in einer Flüssigkeit einzuweichen, die in der Lage ist, das Muster 3 zu lösen und zu entfernen. Bei dem Entfernen des Musters 3 können, falls gewünscht, diverse Mittel zur Beschleunigung der Entfernung Verwendung finden, beispielsweise eine Ultraschallbehandlung, Sprühen, Erhitzen, Rühren u. ä.
Als Flüssigkeit zum Entfernen können beispielsweise Verwendung finden: halogenenthaltende Kohlenwasserstoffe, Ketone, Ester, aromatische Kohlenwasserstoffe, Äther, Alkohole, N- Methylpyrrolidon. Dimethylformamid, Phenole, Wasser, wäßrige Lösungen von starkem Alkali u. ä. Falls erforderlich, können zu der Flüssigkeit grenzflächenaktive Stoffe zugesetzt werden. Es wird bevorzugt, das Muster 3 desweiteren mit Licht zu bestrahlen, beispielsweise UV-Licht u. ä. Es wird ferner bevorzugt, die Flüssigkeit auf 40-60°C zu erwärmen.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Muster 3 durch Auflösung entfernt wird. Flüssigkeitszuführöffnungen 6 werden ausgebildet, bevor das Muster 3 durch Auflösung entfernt wird. Fig. 5 zeigt eine schematische Schrägansicht des Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes nach der Entfernung des Musters 3, wie auch im Schnitt in Fig. 4 gezeigt ist.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird das Muster 3 in eine Flüssigkeit eingeweicht, die in der Lage ist, den Feststoff zu lösen, und wird über die Flüssigkeitszuführöffnungen 6 gelöst und entfernt. Wenn die Spitzen der Ausstoßöffnungen nicht freiliegen, wird die aus dem Substrat 1, dem Muster 3 und dem Material 4 zur Bildung der Wände bestehende Einheit entlang der strichpunktierten Linie C-C′ in Fig. 5 zertrennt, bevor die Entfernung mittels Auflösung durchgeführt wird, um auf diese Weise die Spitzen der Ausstoßöffnungen freizulegen.
Ein derartiges Abtrennen ist jedoch nicht immer erforderlich. Wenn beispielsweise ein flüssiges aushärtendes Material als Material 4 zur Bildung der Wände und eine Form zum Laminieren der Materialien verwendet wird, die Spitzenabschnitte der Ausstoßöffnungen abgedeckt und flach ausgebildet ist, ist ein derartiges Abtrennen nicht erforderlich.
Jedoch kann durch eine Abtrennung entlang der Linie C-C′ in Fig. 5 der Abstand zwischen dem Energiezuführelement 2 und der Ausstoßöffnung optimiert werden, wobei der abzutrennende Bereich wahlweise festgelegt werden kann. Falls gewünscht, können die Spitzen der Ausstoßöffnungen poliert und geglättet werden, um den Flüssigkeitsausstoß zu optimieren.
Es wird bevorzugt, die Seitenwände und die obere Wand einstückig auszubilden, da auf diese Weise die Herstellschritte einfach sind. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, einen Kleber zu verwenden, so daß auf diese Weise nicht der Nachteil auftritt, daß der Kleber in die Flüssigkeitskanäle 5 fließt und diese verstopft sowie an den Energiezuführelementen 2 haftet, so daß deren Funktion beeinträchtigt wird. Darüberhinaus kann eine hohe Dimensionsgenauigkeit erzielt werden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele näher beschrieben:
Beispiel 1
Nach dem in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Verfahren wurden Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsköpfe hergestellt, die den in Fig. 5 dargestellten Aufbau aufwiesen.
Zuerst wurde auf ein Glassubstrat, das mit elektrothermischen Wandlern (Material HfB₂) als Elementen zur Erzeugung der Flüssigkeitsausstoßenergie versehen war, eine lichtempfindliche Schicht einer Dicke von 50 µm durch Laminieren aufgebracht, die aus einem Positiv-Trockenfilm "OZATEC R 225" (Produkt der Firma Hoechst Japan K. K.) bestand. Eine Fotomaske mit einem Fig. 5 entsprechenden Muster wurde auf die lichtempfindliche Schicht gebracht, und der übrige Abschnitt, in dem keine Flüssigkeitskanäle ausgebildet werden sollten, wurde mit einer UV-Strahlung von 70 mJ/cm² bestrahlt. Die Längen der Flüssigkeitskanäle betrugen 3 mm. Danach wurde eine Sprühentwicklung mit 1%iger caustischer Sodalösung durchgeführt, um eine feste Reliefschicht einer Dicke von etwa 50 µm auf dem die elektrothermischen Wandler umfassenden Abschnitt des Glassubstrates, auf dem die Flüssigkeitskanäle ausgebildet werden sollten, zu erzeugen.
Nach dem gleichen Verfahren wie vorstehend beschrieben, wurden insgesamt drei Substrate mit einer darauf angeordneten Festschicht hergestellt. Danach wurde der bestrahlte Abschnitt eines jeden Substrates, in dem sich die feste Schicht nicht ausgebildet hatte, mit einem flüssigen Material gefüllt, das das in Tabelle 1 aufgeführte Aushärtungsvermögen besaß. Diese Behandlung wurde in der folgenden Weise durchgeführt.
Die entsprechenden Materialien zum Aushärten a, b und c, die mit einem Katalysator vermischt waren (1 Gew.-% Methyläthylketonperoxid wurde bei b oder c zugesetzt) oder denen (falls erforderlich) ein Härter zugesetzt war, wurden mit Hilfe einer Vakuumpumpe entgast. Die entgasten drei Materialien wurden dann in einer Dicke von 100 µm mit Hilfe einer geeigneten Aufbringungseinrichtung auf die vorstehend erwähnten Substrate, auf denen die Muster ausgebildet worden waren, aufgebracht. Die drei verschiedenen Substrate ließ man dann 12 h lang bei 30°C stehen, um die auf den Substraten vorhandenen entsprechenden flüssigen Materialien vollständig auszuhärten.
Nach dem Aushärten wurden die drei Substrate mit UV-Strahlung von 3000 mJ/cm² bestraht, um das Muster bzw. die feste Schicht des Positiv- Trockenfilmes zu lösen. Nach der Lösungsbehandlung wurden die entsprechenden drei Substrate an der Stelle, wo die Ausstoßöffnungen ausgebildet werden sollten, zertrennt, so daß eine freiliegende Endfläche ausgebildet wurde.
Die Substrate, deren Endfläche freilag, wurden dann in eine wäßrige 5%ige NaOH-Lösung eingetaucht, und es wurde in einem Ultraschallreinigungskessel eine Lösungsentfernungsbehandlung etwa 10 min lang durchgeführt. Nach dieser Behandlung wurden die entsprechenden Substrate 5 min lang mit reinem Wasser gespült und getrocknet.
Tabelle 1
In keinem Flüssigkeitskanal der drei auf diese Weise hergestellten Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsköpfe konnte ein restlicher Teil des Musters bzw. der festen Schicht aufgefunden werden. Die entsprechenden Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsköpfe wurden in einer Aufzeichnungsvorrichtung montiert, und es wurden entsprechende Aufzeichnungen durchgeführt, wobei eine Tinte verwendet wurde, die aus reinem Wasser/ Glyzerin/Direct Black 154 (wasserlöslicher schwarzer Farbstoff) = 65/30/5 bestand. Es wurde ein beständiger Druck erhalten.
Beispiel 2
Ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf mit dem Aufbau der Fig. 5 wurde hergestellt, indem Ni und Cr als Materialien zur Bildung der Wände verwendet wurden.
Als erstes wurde eine lichtempfindliche Schicht einer Dicke von 25 µm aus einem Positiv-Trockenfilm "OZATEC R 225" (von der Firma Hoechst Japan K. K.) auf einem Glassubstrat ausgebildet, das mit elektrothermischen Wandlern (Material HfB₂) als Energiezuführelement versehen war. Dann wurde eine Glasfotomaske entsprechend Fig. 5 aufgebracht, und der übrige Abschnitt, auf dem keine Flüssigkeitskanäle ausgebildet werden sollten, wurde mit einer UV-Strahlung von 40 mJ/cm² bestraht. Danach wurde eine Sprühentwicklung durchgeführt, indem eine 1%ige wäßrige caustische Sodalösung verwendet wurde, um eine feste Schicht einer Dicke von etwa 25 µm auf dem Abschnitt des Glassubstrates über dem elektrothermischen Wandler auszubilden, auf dem die Flüssigkeitskanäle erzeugt werden sollten. Die auf diese Weise ausgebildeten Kanalabschnitte besaßen eine Länge von 2 mm, eine Breite von 20 µm und waren in Abständen von 30 µm angeordnet.
Das Substrat, auf dem die festen Schichten ausgebildet worden waren, wurde in eine Zerstäubungsvorrichtung vom Magnetron-Typ eingebracht, und eine dünne Schicht aus metallischem Cr mit einer Dicke von 0,1 µm wurde auf der Oberfläche des Substrates, wo die festen Schichten ausgebildet worden waren, hergestellt. Danach wurde das Substrat in ein Elektrolytbad mit einem pH von 4,5 getaucht, das in erster Linie Nickelchlorid und Nickelsulfat enthielt. Eine galvanische Abscheidung wurde bei 50°C über 60 min lang durchgeführt, wobei eine Nickelschicht mit einer Dicke von etwa 80 µm ausgebildet wurde.
Nachdem das Auflaminieren von Ni und Cr als Materialien zur Bildung der Wände beendet worden war, wurden Einlässe zur Zuführung von Flüssigkeit perforiert, und das Ende der Ausstoßöffnungen wurde durch Zertrennen des Substrates freigelegt. Danach wurde das Substrat in ein Flüssigkeitsgemisch eingetaucht, das aus Äthanol/Dodecylbenzolsulfonsäure (Gewichtsteilverhältnis 95 : 5) bestand, und es wurde in einem Ultraschallreinigungskessel eine Entfernungsbehandlung durch Auflösung über etwa 10 min durchgeführt. Nach dieser Behandlung wurde das Substrat über 5 min mit reinem Wasser gespült und getrocknet.
Der auf diese Weise hergestellte Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf wurde in einer Aufzeichnungsvorrichtung montiert, und es wurde ein Aufzeichnungstest über drei Monate durchgeführt. Hierbei traten keine Ausfällungen in den Tinten bzw. Ausstoßschwankungen durch Verstopfungen auf, und es wurde ein guter Druck erhalten. Ferner war kein Abblättern bzw. eine Verformung der Ausstoßöffnungen o. ä. zu beobachten.
Beispiel 3
Es wurde ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach dem Verfahren der Fig. 1 bis 5 hergestellt, der den in Fig. 5 gezeigten Aufbau aufwies.
Zuerst wurde auf einem Glassubstrat, das mit elektrothermischen Wandlern (Material HfB₂) als Energiezuführelemente versehen war, eine lichtempfindliche Schicht aus einem Trockenfilm hergestellt, indem ein Lumirror Q-80-Film (Handelsname der Firma Toray) mit 30 Teilen eines Phenolharzes vom Cresol-Novolac- Typ, 25 Teilen eines veresterten Produktes von Naphthochinon- (1,2)-Diazid-(2)-5-Sulfonsäure und 2,3, 4-Trihydroxybenzophenon, 15 Teilen von Polyäthylacrylat (durchschnittliches Molekulargewicht 8000) und 30 Teilen einer Polyvinylmethylätherlösung (Lutonal A-25, Handelsname der Firma BASF) in Äthylenglycolmonoethyläther in einer Filmdicke nach dem Trocknen von 50 µm beschicht wurde. Eine Fotomaske, die ein Muster entsprechend Fig. 5 aufwies, wurde auf die lichtempfindliche Schicht gebracht, und der übrige Abschnitt, auf dem keine Flüssigkeitskanäle ausgebildet werden sollten, wurde mit einer UV-Strahlung von 70 mJ/cm² bestrahlt. Die Längen der Flüssigkeitskanäle betrugen 3 mm. Danach wurde eine Sprühentwicklung mit 1%iger caustischer Sodalösung durchgeführt, um eine feste Reliefschicht einer Dicke von etwa 5 µm auf dem Abschnitt des Glassubstrates über den elektrothermischen Wandlern, auf dem die Flüssigkeitskanäle ausgebildet werden sollten, zu erzeugen. Auf dem Substrat, auf dem die feste Schicht ausgebildet worden war, wurde ein flüssiges Material mit Aushärtungsvermögen laminiert. Die entsprechende Behandlung wurde wie folgt durchgeführt:
Ein aushärtbares Material, das aus fünf Teilen Triphenylsulfoniumhexafluoroborat mit der folgenden Struktur
50 Teilen Epoxidharz UVR-6100 (Hersteller: Union Carbide) und 45 Teilen Epoxidharz UVR-6351 (Hersteller: Union Carbide) bestand, wurde in einer Dicke von 100 µm auf das Substrat aufgebracht, auf dem die vorstehend erwähnte feste Schicht ausgebildet worden war. Das Substrat wurde mit einer UV-Strahlung einer Intensität von 40 mW/cm² und einer Wellenlänge von 365 nm über 60 sec bestrahlt, um eine vollständige Aushärtung des flüssigen aushärtbaren Materials auf dem Substrat zu bewirken.
Nach dem Aushärten wurde das Substrat mit einer UV-Strahlung von 3000 mJ/cm² bestrahlt, um die feste Schicht des Positiv- Trockenfilmes zu lösen. Nach der Lösungsbehandlung wurde das Substrat an der Stelle, wo die Ausstoßöffnungen ausgebildet werden sollten, durchtrennt, und es wurde eine freiliegende Endfläche geformt.
Das mit der freiliegenden Endfläche versehene Substrat wurde in eine 5%ige NaOH-Lösung eingetaucht, und die Entfernungsbehandlung durch Auflösung wurde in einem Ultraschallreinigungskessel etwa 10 min lang durchgeführt. Nach dieser Behandlung wurde das Substrat 5 min lang mit reinem Wasser gespült und getrocknet.
In keinem Flüssigkeitskanal des auf diese Weise hergestellten Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes wurden irgendwelche Reste der festen Schicht festgestellt. Der Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf wurde desweiteren in einer Aufzeichnungsvorrichtung montiert, und es wurde eine Aufzeichnung durchgeführt, indem eine Tinte verwendet wurde, die aus reinem Wasser/Glycerin, Direct Black 154 (wasserlöslicher schwarzer Farbstoff) = 65/30/5 bestand, wobei ein beständiger Druck erhalten wurde.
Somit werden die folgenden Vorteile erreicht:
  • (1) Da die Hauptverfahrensschritte zur Herstellung des Kopfes auf einer sog. Drucktechnik, d. h. einer Mikrotechnik unter Verwendung von Photoresists, lichtempfindlichen Trockenfilmen u. ä., beruhen, können Teile des Kopfes, an die sehr hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt werden, sehr einfach mit einem gewünschten Muster ausgebildet werden und viele Köpfe mit dem gleichen Aufbau können gleichzeitig hergestellt werden.
  • (2) Da zur Ausbildung des Kopfes Materialien verwendet werden, die durch eine Aufzeichnungsflüssigkeit, die aus einer nicht neutralen wäßrigen Lösung besteht oder organische Lösungsmittel als Medium erhält, nicht negativ beeinflußt werden und darüberhinaus ausgezeichnete Adhäsionseigenschaften sowie eine gute mechanische Festigkeit besitzen, kann die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Aufzeichnungsvorrichtung verbessert werden.
  • (3) Die relativ wenigen Herstellschritte führen zu einer hohen Produktivität.
  • (4) Da Verfahrensschritte oder Behandlungen der Kopfspitze wie Durchtrennen, Schleifen u. ä. nicht unbedingt erforderlich sind, können eine erhöhte Ausbeute oder niedrigere Kosten erreicht werden.
  • (5) Da die Ausrichtung der Hauptteile schnell und genau durchgeführt werden kann, kann ein Kopf mit einer hohen Dimensionsgenauigkeit und einer hohen Ausbeute hergestellt werden.
  • (6) Durch ein einfaches Verfahren können Köpfe einer Mehrfachanordnung mit hoher Dichte hergestellt werden.
  • (7) Die Dichte der Wände, die die Flüssigkeitskanäle begrenzen, kann ohne Schwierigkeiten gesteuert werden, so daß Flüssigkeitskanäle mit gewünschten Abmessungen (beispielsweise der Tiefe) in Abhängigkeit von der Dicke der festen Schicht erhalten werden können.
  • (8) Eine kontinuierliche Massenproduktion ist möglich.
  • (9) Da Ätzlösungen (starke Säuren, wie Fluorwasserstoffsäure u. ä.) nicht unbedingt erforderlich sind, ist das Verfahren sicher und sauber.

Claims (31)

1. Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes, der zumindest einen mit einer Ausstoßöffnung und einem Energiezuführelement in Verbindung stehenden Flüssigkeitskanal aufweist, der von einer durch ein Substrat gebildeten unteren Wand, Seitenwänden und einer oberen Wand begrenzt ist,
wobei zunächst auf dem Substrat eine Photoresistschicht ausgebildet wird,
danach die Photoresistschicht zur Bildung eines Musters des Flüssigkeitskanals belichtet wird,
danach die den Seitenwänden entsprechenden Bereiche der belichteten Photoresistschicht entsprechend dem Muster zur Bildung von Ausnehmungen entfernt werden,
danach die Ausnehmungen mit Material zur Bildung der Seitenwände aufgefüllt werden und
schließlich die restliche Photoresistschicht entfernt wird und
wobei der Flüssigkeitskanal durch die oberen Wand geschlossen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die obere Wand zugleich mit den Seitenwänden und einstückig mit diesen ausgebildet wird, bevor die restliche Photoresistschicht entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Photoresist ein positives Photoresist ist, wobei die Belichtung derart durchgeführt wird, daß die den Seitenwänden entsprechenden Bereiche bestrahlt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Photoresist ein lichtempfindlicher Trockenfilm ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Material zur einstückigen Ausbildung der Seitenwände und der oberen Wand um ein flüssiges aushärtbares Material handelt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Material zur einstückigen Ausbildung der Seitenwände und der oberen Wand um ein Metall oder eine Metallverbindung handelt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die restliche Photoresistschicht vor ihrem Entfernen mit Licht bestraht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht ein ultraviolettes Licht ist.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige aushärtbare Material ein unter Wärme aushärtbares Material ist.
9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige aushärtbare Material ein unter UV-Licht aushärtbares Material ist.
10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige aushärtbare Material ein unter Elektronenstrahlen aushärtbares Material ist.
11. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige aushärtbare Material zumindest ein Material aus der Gruppe von Epoxidharz, Acrylharz, Diglycoldialkylcarbonatharz, ungesättigtes Polyesterharz, Polyurethanharz, Polyimidharz, Melaminharz, Phenolharz und Harzstoffharz ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiezuführelement (2) vor dem Ausbilden der Photoresistschicht auf dem Substrat (1) angeordnet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Photoresist eine Flüssigkeit ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Photoresist ein Material ist, das zumindest o-Naphthochinodiazide und ein alkalilösliches Phenolharz enthält.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Photoresist ein Material ist, das ein alkalilösliches Harz und eine Substanz enthält, die in der Lage ist, durch Photolyse eines Diazoniumsalzes letztendlich Phenol zu erzeugen.
16. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall zumindest ein Metall aus der Gruppe Cu, Ag, Au, Ni, Cr, Sn, Pb, Zn, Al und Ti ist.
17. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellten Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf, der zumindest einen mit einer Ausstoßöffnung und einem Energiezuführelement in Verbindung stehenden Flüssigkeitskanal aufweist, der von einer durch ein Substrat gebildeten unteren Wand, Seitenwänden und einer oberen Wand begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Wand einstückig mit den Seitenwänden ausgebildet ist.
18. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände und die obere Wand aus einem flüssigen aushärtbaren Material bestehen.
19. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände und die obere Wand aus einem Metall oder einer Metallverbindung bestehen.
20. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige aushärtbare Material ein unter Wärme aushärtbares Material ist.
21. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige aushärtbare Material ein unter UV-Licht aushärtbares Material ist.
22. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige aushärtbare Material ein unter Elektronenstrahlen aushärtbares Material ist.
23. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige aushärtbare Material zumindest ein Material aus der Gruppe von Epoxidharz, Acrylharz, Diglycoldialkylcarbonatharz, ungesättigtes Polyesterharz, Polyurethanharz, Polyimidharz, Melaminharz, Phenolharz und Harnstoffharz ist.
24. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus Glas besteht.
25. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus Keramik besteht.
26. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus Kunststoff besteht.
27. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus einem Metall besteht.
28. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiezuführelement (2) auf dem Substrat (1) angeordnet ist.
29. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiezuführelement ein elektro-thermischer Wandler ist, mittels dessen Wärmeenergie erzeugbar ist, die dem Ausstoß der Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung dient.
30. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiezuführelement ein piezo-elektrisches Element ist.
31. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall zumindest ein Metall aus der Gruppe Cu, Ag, Au, Ni, Cr, Sn, Pb, Zn, Al und Ti ist.
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