DE4025193A1

DE4025193A1 - Verfahren zum aetzen von feinkonturen in glasplatten fuer tintenschreibkoepfe

Info

Publication number: DE4025193A1
Application number: DE19904025193
Authority: DE
Inventors: Ehrenfried Dipl Chem Loock
Original assignee: AEG Olympia AG; AEG Olympia Office GmbH
Current assignee: AEG Olympia Office GmbH
Priority date: 1990-08-09
Filing date: 1990-08-09
Publication date: 1992-02-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen von Feinstkonturen in Glasplatten von Tintenschreibköpfen der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art.

Das Herstellen von Tintenschreibköpfen aus Glasplatten, in denen die Tintenkanäle, Tintenkammern und Tintenaustrittsöffnungen durch Ätzen erzeugt werden, ist bereits bekannt. Dabei wird zur Formgebung mittels einer Maske ein auszuätzendes Muster auf die ätzbaren Glasplatten aufgebracht. Das erfolgt beispielsweise durch Abdecken der nicht zu ätzenden Stellen mittels eines Lackes, der gegen Ätzmittel resistent ist oder durch Umwandlung des an sich ätzbaren Materials in eine ätzbare Phase mit abgewan delter Ätzbarkeit, und nachfolgendes Eintauchen in das Ätzmittel.

Dabei hat sich das Hauptproblem der Konturenerzeugung durch Ätzen wieder gezeigt, genügend tiefe Kanäle und Düsen mit scharfen Ätzkanten zu erzeugen, damit eine sichere Trennung der Kanäle gewährleistet ist. Besonders im Bereich der Tintenaustrittsdüsen müssen sehr schmale Stege erzeugt werden, die dennoch eine voll ständige hydraulische Entkopplung sichern müssen.

Es ist durch die DE-PS 27 52 378 ein Verfahren zum Herstellen von Öffnungen in Präzisionsteilen durch Ätzen von fotoempfindlichem Glas, nicht aber von normalem Glas bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ätzen von Feinstkonturen in Glasplatten für Tintenschreibköpfe zu schaffen, mit dem sich tiefe und scharfkantige Ausbildungen der Feinstkonturen herstellen lassen. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Glas platten weisen Feinstkonturen mit hohen Kantenschärfen auf und sind einfach herstellbar, wozu nur preiswerte Ausgangsstoffe erforderlich sind. Die dünn auf den Glasplatten aufgebrachten Glaslackschichten weisen weiterhin eine hohe Stabilität gegen flußsäurehaltige Glasätzmittel und eine hohe Haftfestigkeit auf den Glasplatten auf. Die bei der Beschichtung anfallenden Glas lack-Reste lassen sich durch Filtrieren und Wasserzusatz leicht regenerieren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den weiteren Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung zu entnehmen.

Im folgenden werden die Verfahrensschritte im einzelnen näher erläutert. Zunächst werden die für die Herstellung der Tinten schreibköpfe bestimmten Glasplatten je nach der Verschmutzung mit Reinigungsmittel gereinigt und anschließend mit destilliertem Wasser abgespült, um alle noch vorhandenen Rückstände von den Glasplattenoberflächen zu beseitigen. Der Einsatz von destillier tem Wasser hat den Vorteil, daß die Glasplattenoberflächen beim anschließenden Trocknen bzw. Trockenblasen frei von allen Rück ständen sind. Danach werden die Glasplattenoberflächen mit einer dünnen, gleichmäßigen Glaslackschicht beschichtet, was entweder durch Eintauchen der Glasplatten in ein entsprechendes Bad oder noch vorteilhafter unter Einsatz einer Zentrifuge erfolgen kann. Diese Glaslackschicht besteht beispielsweise aus einem

28,2% saures Aluminium-Phosphat im Molverhältnis 4 : 11
5,6% (NAPO₃)_X,
0,1‰ FC-98,
2,3% H₃PO₄,
0,8% Borsäure,
Wasser Rest zu 100%

enthaltenden wasserlöslichen, anorganischen Lack.

Die beschichteten Glasplatten werden anschließend zwischen 30 und 50° Celsius getempert. Danach erfolgt ein Einbrennen der Glas lackschicht zwischen 100 und 200° Celsius in einer Zeit von 20 bis zu 60 Minuten. Dann werden die Glasplatten zur Aufnahme einer Fotoresistschicht vorbereitet. Zu diesem Zweck wird die Ober fläche der Glaslackschicht durch Eintauchen der Glasplatte in ein aus verdünnten Mineralsäuren bestehendes Haftvermittlerbad akti viert. Vor dem Aufbringen der Fotoresistschicht werden die Glas platten noch mit destilliertem Wasser abgespült und trocken geblasen. Danach wird eine Negativ-Fotoresistschicht auf die Glaslackschicht aufgebracht, die dann bei 100 bis 150° Celsius in einer Zeit bis zu 40 Minuten getrocknet wird. In einem nächsten Verfahrensschritt werden die Glasplatten auf Raumtemperatur abgekühlt und die Fotoresistschicht bis zu 8 Minuten durch eine geeignete Maske mittels einer Halogenlampe beleuchtet. Die Ent wicklung der Fotoresistschicht erfolgt dann in zwei Stufen, wobei die erste Entwicklungsstufe 90 Sekunden lang in einem gebrauchten Bad und nach anschließendem Spülen und Trockblasen noch 5 Sekun den lang in einem reinen Entwickler erfolgt. Auch nach diesem letzten Entwicklungsvorgang werden die Glasplatten wieder abge spült und Trockengeblasen, wonach dann der Fotoresist bei 120° Celsius während einer Zeit bis zu 40 Minuten eingebrannt wird. Hiernach erfolgt eine Vorätzung der Glasplatten in einer 5 bis 20 prozentigen Sodalösung bei 40 bis 60° Celsius während einer Zeit von 1 bis 10 Minuten. Nach diesem Ätzvorgang wird ein Einbrennen der Glaslackschicht bei 450° Celsius in einer Zeit von etwa 30 Minuten durchgeführt. Daraufhin werden die Glasplatten mittels einer Wachsschicht an einem Schwimmkörper z. B. aus Hartschaum befestigt und in ein Ätzbad aus einer HF/H₂SO₄-Verdünnung einge taucht. In diesem Bad werden die Glasplatten bis zu 30 Minuten lang geätzt. Nach der Herausnahme der Glasplatten aus dem Ätzbad werden diese dann von dem Schwimmkörper wieder entfernt. Ein nachfolgendes Strippen der Fotoresistschicht von den Platten wird dann durch Spülen in Lösungsmitteln unter Zuhilfenahme von Ultra schall vorgenommen. Anschließend wird der Glaslack mittels einer 5- bis 20prozentigen Natronlauge während einer Zeit von 5 bis 20 Minuten von den Glasplatten entfernt. Nach einem Abspülen und Trockenblasen sind die Glasplatten dann für einen Montagevorgang zu einem Tintenschreibkopf fertigt vorbereitet.

Die Herstellung der Tintenkanäle, Austrittsdüsen und Tinten kammern läßt sich gegenüber dem oben beschriebenen Verfahren noch dadurch verbessern, daß das Ätzen in zwei Stufen vorgenommen wird. Zu diesem Zweck sind die ersten Verfahrensschritte bis zu dem Ätzvorgang der Glasplatten in einer 5 bis 20 prozentigen Sodalösung bei 40 bis 60° Celsius während einer Zeit von 1 bis 10 Minuten die gleichen Verfahrensschritte wie bei dem oben beschriebenen Ätzverfahren. Die dann folgenden Verfahrensschritte bei dem zweistufigen Ätzen werden nun im einzelnen erläutert. Der nächste Schritt umfaßt das Strippen des Fotolacks von den Glas platten, welche danach noch abgespült und trocken geblasen wer den. In dem nächsten Verfahrensschritt wird die Glaslackschicht bei 400° Celsius während einer Zeit bis zu 30 Minuten einge brannt, woran sich dann eine Abkühlung der Glasplatten auf Raum temperatur in 20 Minuten anschließt. Im folgenden Schritt erfolgt ein erneutes Beschichten der Glasplatten mit einer zweiten Glas lackschicht mit anschließendem Antrocknen. Danach wird die Glas lackschicht wieder einem Einbrennen zwischen 100° und 200° Cel sius während einer Zeit bis zu 60 Minuten unterzogen. Nun wird die Oberfläche der Glaslackschicht durch Eintauchen in einem Bad aus verdünnten Mineralsäuren aktiviert und nach einem Abspülvor gang mit destilliertem Wasser und einem Trockenblasen mit einer zweiten Fotoresistschicht versehen, welche dann bei 100 bis 150° Celsius während einer Zeit bis zu 40 Minuten eingebrannt wird. Nach einem Abkühlvorgang auf Raumtemperatur erfolgt dann eine zweite Fotoresistbelichtung, wobei eine Fotovorlage mit einer Grobkontur verwendet wird. Hiernach schließt sich wieder eine Entwicklung der Fotoresistschicht mit den nachfolgenden Ver fahrensschritten Spülen und Trockenblasen an. Der weitere Ver fahrensschritt umfaßt dann das Einbrennen der Resistschicht bei 150° Celsius während einer Zeit bis zu 40 Minuten. Hiernach wird in einem nächsten Verfahrensschritt ein Grobkonturätzen in einem Bad aus HF/H₂SO₄-Verdünnung durchgeführt, wobei die Glasplatten rotiert werden. Danach werden der Ätzschlamm und der Fotolack von den Glasplatten in 15 Sekunden unter Einsatz von Ultraschall in einem Wasserbad gestrippt. Nach dem Abspülen und Trockenblasen der Glasplatten erfolgt dann ein Gesamtkonturätzvorgang in einem HF/H₂SO₄-Bad während einer Zeit von ca. 10 Minuten. Die Schwimm klötze mit den Glasplatten werden dann in ein Wasserbad gelegt, wobei der Ätzschlamm unter Zuhilfenahme einer Ultraschallbehand lung entfernt wird. Danach werden die Glasplatten von den Schwimmkörpern und der restliche Fotolack und die Wachsschicht von den Glasplatten mittels Eskanol entfernt.

In den letzten Verfahrensschritten werden der Glaslack von den Glasplatten in einer 10 prozentigen Natronlauge bei 60° Celsius in einer Zeit bis zu 30 Minuten gestrippt und die Glasplatten noch abgespült und trocken geblasen. Nun sind die Glasplatten zur weiteren Verarbeitung zur Herstellung von Tintenschreibköpfen fertiggestellt.

Claims

1. Verfahren zum Ätzen scharfkantiger Feinstkonturen in Glas platten für Tintenschreibköpfe in Tintendruckwerken, ge kennzeichnet durch folgende Schritte:

1) Entgraten und Reinigen der Glasplatten mit Reinigungs mitteln,
2) Abspülen der Glasplatten mit destilliertem Wasser und anschließendem Trockenblasen derselben
3) Beschichten der Glasplattenoberflächen mit einer dünnen gleichmäßigen Glaslackschicht, bestehend aus einem 20-30% saures Aluminium-Phospat (vorzugsweises Mol verhältnis 4 : 11) enthaltenden wasserlöslichen, anorganischen Lack
4) Antrocknen der beschichteten Glasplatten zwischen 30° und 50° Celsius
5) Einbrennen der Glaslackschicht zwischen 100° und 200° Celsius während einer Zeit von 20 bis 60 Minuten
6) Oberflächenaktivierung der Glaslackschicht durch Ein tauchen in ein aus verdünnten Mineralsäuren bestehendes Haftvermittlerbad
7) Abspülen der Glasplatten mit destillierten Wasser und anschließendem Trockenblasen
8) Beschichten der Glaslackschicht mit einem Negativ-Foto resist
9) Trocknung der Fotoresistschicht bei 100° bis 150° Celsius während einer Zeit bis zu 40 Minuten, dann Abkühlen auf Raumtemperatur
10) Belichtung der Fotoresistschicht bis zu 8 Minuten durch eine geeignete Maske mit einer Halogenlampe
11) Entwicklung des Fotoresists mit anschließendem Spülen und Trockenblasen
12) Einbrennen des Fotoresists bei 120° Celsius während einer Zeit bis zu 40 Minuten
13) Ätzung der Glasplatten in einer 5- bis 20prozentigen Sodalösung bei 40° bis 60° Celsius während einer Zeit von 1 bis 10 Minuten
14) Einbrennen der Glaslackschicht bei 450° in 30 Minuten
15) Befestigen der Glasplatten an einem Schwimmkörper mittels einer Wachsschicht
16) Ätzen der Glasplatten in einer HF/H₂SO₄-Verdünnung während einer Zeit von 30 Minuten, wobei die Glas platten an dem Schwimmkörper in das Bad eintauchen
17) Entfernen der Glasplatten von den Schwimmkörpern
18) Resist-Strippen durch Spülen der Platten in einem Lösungsmittel mit Ultraschall
19) Glaslack-Strippen in einer 5- bis 20prozentigen Natron lauge während einer Zeit von 5 bis 60 Minuten
20) Abspülen und Trockenblasen der Glasplatten.

2. Verfahren zum Doppelätzen scharfkantiger Feinstkonturen in Glasplatten für einen Tintenschreibkopf in Tintendruckwerken gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

1) Entgraten und Reinigen der Glasplatten mit Reinigungs mitteln
2) Abspülen der Glasplatten mit destilliertem Wasser und Trockenblasen derselben
3) Beschichten der Glasplattenoberflächen mit einer dünnen gleichmäßigen Glaslackschicht
4) Antrocknen der beschichteten Glasplatten zwischen 30° und 50° Celsius
5) Einbrennen der Glaslackschicht zwischen 100° und 200° Celsius während einer Zeit von 20 bis 60 Minuten
6) Oberflächenaktivierung der Glaslackschicht durch Ein tauchen in ein aus verdünnten Mineralsäuren bestehendes Haftvermittlerbad
7) Abspülen der Glasplatten mit destilliertem Wasser und anschließendem Trockblasen
8) Beschichten der Glaslackschicht mit einem Negativ- Fotoresist
9) Trocknung der Fotoresistschicht bei 100° bis 150° Celsius während einer Zeit bis zu 40 Minuten, dann Abkühlen auf Raumtemperatur
10) Belichtung der Fotoresistschicht bis zu 8 Minuten durch eine geeignete Maske mit einer Halogenlampe
11) Entwicklung des Fotoresists mit anschließendem Spülen und Trockenblasen
12) Einbrennen des Fotoresists bei 120° Celsius während einer Zeit bis zu 40 Minuten
13) Ätzen der Glasplatten in einer 5- bis 20prozentigen Sodalösung bei 40° bis 60° Celsius während einer Zeit von 1 bis 10 Minuten
14) Strippen des Fotolacks mit anschließendem Spülen und Trockenblasen der Glasplatten
15) Einbrennen der Glaslackschicht bei 400° Celsius während einer Zeit bis zu 30 Minuten, anschließend 20 Minuten lang Abkühlung auf Raumtemperatur
16) Beschichten der Glasplattenoberflächen mit einer zwei ten Glaslackschicht mit anschließendem Antrocknen
17) Einbrennen der Glaslackschicht zwischen 100° und 200° Celsius während einer Zeit von 20 bis 60 Minuten
18) Oberflächenaktivierung der Glaslackschicht durch Ein tauchen in ein Haftvermittlerbad aus verdünnten Mine ralsäuren
19) Abspülen der Glasplatten mit destilliertem Wasser und anschließendem Trockenblasen
20) Aufbringen einer zweiten Fotoresistschicht, dem ein Einbrennen bei 100° bis 150° Celsius während einer Zeit bis zu 40 Minuten und ein Abkühlen auf Raumtemperatur folgen
21) Belichtung der Fotoresistschicht mittels einer Maske mit Grobkontur während einer Zeit von 8 Minuten
22) Entwickeln der Fotoresistschicht mit anschließendem Spülen und Trockenblasen
23) Einbrennen des Fotoresists bei 150° Celsius während einer Zeit bis zu 40 Minuten
24) Befestigung der Glasplatten an einem Schwimmkörper aus Hartschaum mittels einer Wachsschicht
25) Grobkonturätzen in einer HF/H₂SO₄-Verdünnung während einer Zeit von 20 Minuten
26) Ätzschlamm in einem Wasserbad mit Ultraschall während einer Zeit von 15 Sekunden entfernen
27) Fotolack abspülen
28) Gesamtkonturätzen in einem Ätzbad aus HF/H₂SO₄Verdün nung während einer Zeit von 10 Minuten
29) Entfernen der Glasplatten von dem Schwimmklotz
30) Strippen des restlichen Fotolacks und des Wachses von den Glasplatten in Eskanol
31) Strippen des Glaslacks von den Glasplatten bei 60° Cel sius in einer 10prozentigen Natronlauge während einer Zeit von etwa 30 Minuten
32) Abspülen und Trockblasen der Glasplatten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekenn zeichnet, daß das Entwickeln des Fotoresists in zwei Schritten erfolgt, wobei die Glasplatten im ersten Schritt 90 Sekunden lang in ein gebrauchtes Entwicklerbad mit an schließendem Abspülen und Trockenblasen und danach im zwei ten Schritt 5 Sekunden lang in ein reines Entwicklerbad eingetaucht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der wasserlösliche, anorganische Lack für die Glaslackschicht folgende Zusammensetzung aufweist: 28,2% saures Aluminium-Phosphat, vorzugsweise Molver hältnis 4 : 11,
5,6% (NAPO₃)_x,
0,1‰ FC-98,
2,3% H₃PO₄,
0,8% Borsäure,
Wasser Rest zu 100%.