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.
(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:
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.
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.
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.
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.
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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