DE60100914T2

DE60100914T2 - Tintenstrahldruckkopf

Info

Publication number: DE60100914T2
Application number: DE60100914T
Authority: DE
Inventors: Shan C. Clark; Thomas W. Smith
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: EP1138494A2; JP2001277517A; EP1138494B1; DE60100914D1; US6409316B1; EP1138494A3

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf Druckköpfe gerichtet, die zu thermischen Tintenstrahldruckverfahren geeignet sind. Genauer ist die vorliegende Erfindung auf thermische Tintenstrahldruckköpfe mit solchen Vorteilen wie etwa eine verbesserte Tintenbeständigkeit und Kanal- und Düseneigenschaften bei einem verbesserten Längenverhältnis gerichtet.
Bei der Herstellung von Druckkopfelementen des „Sideshooter"-Typs ist der Strömungsweg oft durch einen photobemusterbaren negativen Polyimid-Photoresist definiert. Polyimide liefern thermisch stabile Strukturen und besitzen eine gute Haftung. Polyimide sind jedoch wegen ihrer häufigen hydrolytischen Instabilität in wäßrig-alkalischem Milieu und wegen ihrer hohen Schrumpfung (manchmal bis zu etwa 40%), die bei Teilen während der letzten Härtung beobachtet wird und durch den Imidisierungsvorgang verursacht wird, nicht ideal. Demgemäß besteht ein Bedarf nach chemisch stabilen, hydrolytisch stabilen und lösungsmittelbeständigen Negativresists für „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfe. Als die „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfe entstanden sind, trat ferner das Bedürfnis nach Resistmaterialien auf, die bei einem großen Längenverhältnis bemustert werden können und die nicht an einem Auflösungsverlust durch Schrumpfung leiden.
Während bekannte Zusammensetzungen und Verfahren für die beabsichtigten Zwecke geeignet sind, bleibt ein Bedürfnis nach verbesserten thermischen „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfen. Außerdem bleibt ein Bedürfnis nach thermischen „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfen, die chemisch stabile Materialien enthalten. Weiter bleibt ein Bedürfnis nach thermischen „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfen, die in wäßrigem Medium, insbesondere wäßrig-alkalischem Medium hydrolytisch stabil sind. Außerdem bleibt ein Bedürfnis nach thermischen „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfen, die aus photobemusterbaren Materialien gebildet sind, die beim Härten eine niedrige Schrumpfung zeigen. Es besteht ferner ein Bedürfnis nach thermischen „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfen, die lösungsmittelbeständig sind. Außerdem besteht ein Bedürfnis nach thermischen „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfen, die bei einem hohen Längenverhältnis bemustert werden können und die nicht an einem Auflösungsverlust durch Schrumpfung leiden. Weiter besteht ein Bedürfnis nach thermischen „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfen, die aus photobemusterbaren Materialien gebildet sind, die ein niedriges Quellen zeigen, wenn sie auf die Photobelichtung folgend einer Lösungsmittelentwicklung unterzogen werden und ferner ein niedriges Quellen beim Aussetzen ge genüber Lösungsmitteln und wäßrigen Medien zeigen, die gemeinhin in Tintenstrahltinten eingesetzt werden. Außerdem besteht ein Bedürfnis nach thermischen „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfen, die aus photobemusterbaren Materialien mit guter lithographischer Empfindlichkeit gebildet sind. Außerdem bleibt ein Bedürfnis nach thermischen „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfen, die aus photobemusterbaren Polymeren gebildet sind, die beim Aufbringen auf Druckkopfelemente durch Schleuderbeschichtungstechniken und Härten einen verringerten Kantenwulst und keine sichtbaren Erhebungen und Vertiefungen zeigen. Weiter besteht ein Bedürfnis nach thermischen „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfen, die aus photobemusterbaren Polymeren gebildet sind, die ohne die Notwendigkeit einer Maskenvoreinstellung belichtet werden können. Außerdem besteht ein Bedürfnis nach thermischen Tintenstrahldruckköpfen in „Sideshooter"-Anordnung, die eine hohe Düsendichte einschließlich 1200 Punkte je Zoll oder mehr ermöglichen. Es besteht ferner ein Bedürfnis nach thermischen „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfen, die aus photobemusterbaren Materialien gebildet sind, die saubere, scharfe, rechteckige Kanten der bemusterten Teile zeigen. Außerdem besteht ein Bedürfnis nach thermischen „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfen, die aus photobemusterbaren Materialien gebildet sind, die eine verringerte oder keine Notwendigkeit eines Polierens nach dem Bemustern ermöglichen. Es besteht weiter ein Bedürfnis nach thermischen „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfen, die aus photobemusterbaren Materialien gebildet sind, bei denen die Maske, durch die die photobemusterbaren Materialien belichtet werden, reproduziert werden kann, während über den Wafer und die Teile eine gleichförmige Filmdicke erhalten wird. Außerdem besteht ein Bedürfnis nach thermischen „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfen, die aus photobemusterbaren Materialien gebildet sind, die eine breite Vielfalt Tropfenvolumina ermöglichen. Es bleibt ferner ein Bedürfnis nach thermischen „Sideshooter"-Tintenstrahldruckköpfen, die aus photobemusterbaren Materialien gebildet sind, die eine Vielfalt sauber definierter Düsen unterschiedlicher Abmessung ermöglichen und die unterschiedliche Tropfenvolumen in demselben Druckkopf erzeugen.
Ein Flüssgkeitsstrahl-Aufzeichungskopf und ein Aufzeichnungsgerät damit werden im US-Patent 5 578 417 offenbart.
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist das Erfüllen der vorstehend beschriebenen Bedürfnisse.
Das Problem wird durch einen thermischen Tintenstrahldruckkopf (10) gelöst, der (i) ein oberes Substrat (22) und (ii) ein unteres Substrat (28) umfaßt, bei dem eine Oberfläche davon eine Anordnung darauf ausgebildeter Heizelemente (34) und Adressierelektroden (33) aufweist, wobei das untere Substrat (28) eine Isolierschicht (16) aufweist, die auf dessen Oberfläche und über die Heizelemente (34) und Adressierelektroden (33) aufgebracht ist und die mit einem solchen Muster versehen ist, daß dort hindurch Aussparungen gebildet sind, um die Heizelemente (34) und die Anschlußenden der Adressierelektroden (33) freizulegen und wobei das obere und untere Substrat (22, 28) unter Bilden eines thermischen Tintenstrahldruckkopfes (10) mit Tröpfchen ausstoßenden Düsen (27) miteinander verbunden sind, die durch das obere Substrat (22), die Isolierschicht (16) auf dem unteren Substrat (28) und die Heizelemente (34) in dem unteren Substrat (28) definiert werden, wobei wenigstens eines aus dem oberen Substrat (22) und der Isolierschicht (16) ein vernetztes Polymer umfaßt, das durch Vernetzen einer Polymervorstufe gebildet wurde, die ein phenolisches Novolac-Harz mit funktionellen Glycidylethergruppen an dessen monomeren, sich wiederholenden Einheiten ist und wobei die ein Muster bildenden Aussparungen durch die Isolierschicht ein Längenverhältnis von mindestens 1 : 1 aufweisen.
Die Isolierschicht und/oder das obere Substrat können das vernetzte Polymer umfassen.
Das vernetzte Polymer kann durch Belichten der Polymervorstufe mit aktinischer Strahlung vernetzt werden.
Die Polymervorstufe kann aus Rückgratmonomeren gebildet sein, die aus der aus Phenol, o-Kresol, p-Kresol, Bisphenol A und Gemischen daraus gebildeten Gruppe ausgewählt sind.
Die Polymervorstufe kann aus Gruppe ausgewählt sein bestehend aus:

randomisierten Strukturen, verzweigten Strukturen davon und dergleichen, wobei n bei jedem Auftreten die Anzahl der sich wiederholenden Monomereinheiten darstellt.
Der Polymervorläufer kann eine durch die Formel
dargestellte Verbindung sein, worin n eine ganze Zahl ist, die die durchschnittliche Anzahl der sich wiederholenden Monomereinheiten darstellt. n kann eine von etwa 2 bis etwa 20 reichende ganze Zahl sein. n ist vorzugsweise 3.
Die Polymervorstufe kann eine durch die Formel
dargestellte Verbindung sein, worin n eine die durchschnittliche Anzahl der sich wiederholenden Monomereinheiten darstellende ganze Zahl ist. Vorzugsweise ist n 2.
Die Polymervorstufe kann durch Aussetzen einer Zusammensetzung, die die Polymervorstufe und einen kationischen Photoinitiator, der aus Oniumsalzen von Gruppe-VA-Elementen, Oniumsalzen von Gruppe VIA-Elementen, aromatischen Haloniumsalzen oder Gemischen davon ausgewählt ist, enthält gegenüber aktinischer Strahlung vernetzt werden. Der Photoinitiator kann ein Sulfoniumsalz sein.
Der Photoinitiator kann aus Triphenylsulfoniumtetrafluorborat, Methyldiphenylsulfoniumtetrafluorborat, Dimethylphenylsulfoniumhexafluorphosphat, Triphenylsulfoniumhexafluorphosphat, Triphenylsulfoniumhexafluorantimonat, Diphenylnaphthylsulfoniumhexafluorarsenat, Tritolysulfoniumhexafluorphosphat, Anisyldiphenylsulfoniumhexafluorantimonat, 4-Butoxyphenyldiphenylsulfoniumtetrafluorborat, 4-Chlorophenyldiphenylsulfoniumhexafluorantimonat, Tris(4-phenoxyphenyl)sulfoniumhexafluorphosphat, Di(4-ethoxyphenyl)methylsulfoniumhexafluorarsenat, 4-Acetoxy-phenyldiphenylsulfoniumtetrafluorborat, Tris(4-thiomethoxyphenyl)sulfoniumhexafluorphosphat, Di(methoxysulfonylphenyl)methylsulfoniumhexafluorantimonat, Di(methoxynapththyl)methylsulfoniumtetrafluorborat, Di(carbomethoxyphenyl)methylsulfoniumhexafluorphosphat, 4-Acetamidophenyldiphenylsulfoniumtetrafluorborat, Dimethylnaphthylsulfoniumhexafluorphosphat, Trifluormethyldiphenylsulfoniumtetrafluorborat, Methyl(N-methylphenothiazinyl)sulfoniumhexafluorantimonat, Phenylmethylbenzylsulfoniumhexafluorphosphat, oder Gemischen davon ausgewählt sein.
Der Photoinitiator kann ein aromatisches Iodoniumsalz sein, das aus Diphenyliodoniumtetrafluorborat, Di(4-methylphenyl)iodoniumtetrafluorborat, Phenyl-4-methylphenyliodoniumtetrafluorborat, Di(4-heptylphenyl)iodoniumtetrafluorborat, Di(3-nitrophenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(4-chlorphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(naphthyl)iodoniumtetrafluorborat, Di(4-trifluormethylphenyl)iodoniumtetrafluorborat, Diphenyliodoniumhexafluorphosphat, Di(4-methylphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Diphenyliodoniumhexafluorarsenat, Di(4-phenoxyphenyl)iodoniumtetrafluorborat, Phenyl-2-thienyliodoniumhexafluorphosphat, 3,5-Dimethylpyrazolyl-4-phenyliodoniumhexafluorphosphat, Diphenyliodoniumhexafluorantimonat, 2,2'-Diphenyliodoniumtetrafluorborat, Di(2,4-dichlorphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(4-bromphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(4-methoxyphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(3-carboxyphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(3-methoxycarbonylphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(3-methoxysulfonylphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(4-acetamidophenyl)iodoniumhexafluorphosphat oder Di(2-benzothienyl)iodoniumhexafluorphosphat ausgewählt ist.
Vorzugsweise ist der Photoinitiator ein Triphenylsulfoniumhexaflluorantimonat.
Die Polymervorstufe kann durch Aussetzen einer Zusammensetzung, die die Polymervorstufe, einen kationischen Photoinitiator und ein Lösungsmittel enthält, gegenüber aktinischer Strahlung vernetzt werden. Bevorzugte Lösungsmittel schließen γ-Butyrolacton, Propylenglykolmethyletheracetat, Tetrahydrofuran, Methylethylketon, Methylisobutylketon und Gemische daraus ein.
Die Polymervorstufe kann durch Aussetzen einer Zusammensetzung, die im wesentlichen aus der Polymervorstufe, einem kationischen Photoinitiator und einem wahlfreien Lösungsmittel besteht, gegenüber aktinischer Strahlung vernetzt werden.
Die Polymervorstufe kann durch Aussetzen einer Zusammensetzung, die aus der Polymervorstufe, einen kationischen Photoinitiator und einem wahlfreien Lösungsmittel besteht, gegenüber aktinischer Strahlung vernetzt werden.
Die Polymervorstufe kann durch Aussetzen einer Zusammensetzung, die die Polymervorstufe und ein Verdünnungsmittel umfaßt, gegenüber aktinischer Strahlung vernetzt werden. Das Verdünnungsmittel kann ein epoxysubstituierter Polyarylenether, ein Bisphenol-A-Epoxymaterial oder ein Gemisch daraus sein.
Vorzugsweise können die Düsen Tröpfchen mit Volumina von höchstens etwa 5 Picoliter ausstoßen.
Vorzugsweise können die Düsen Tröpfchen mit Volumina von mindestens etwa 20 Picoliter ausstoßen.
Vorzugsweise umfaßt der thermische Tintenstrahldruckkopf einen ersten Satz Düsen, die Tröpfchen mit Volumina von höchstens etwa 5 Picoliter ausstoßen können und einen zweiten Satz Düsen, die Tröpfchen mit Volumina von mindestens etwa 20 Picoliter ausstoßen können.
Vorzugsweise weist die Isolierschicht eine Dicke bis zu etwa 40 Mikron auf.
Die ein Muster bildenden Aussparungen durch die Isolierschicht weisen ein Längenverhältnis von mindestens etwa 1 : 1, vorzugsweise ein Längenverhältnis von mindestens etwa 5 : 1, bevorzugter ein Längenverhältnis von mindestens etwa 6 : 1 und am bevorzugtesten ein Längenverhältnis von mindestens 10 : 1 auf.
Vorzugsweise weisen die Düsen eine Breite von mindestens etwa 5 Mikron, eine Breite von höchstens etwa 25 Mikron, eine Tiefe von mindestens etwa 5 Mikron und eine Tiefe von höchstens 25 Mikron auf.
Der thermische Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung kann durch ein Verfahren zum Bilden eines thermischen Tintenstrahldruckkopfes gebildet werden, umfassend: (a) das Bereitstellen eines unteren Substrats, bei dem eine Oberfläche davon eine Anordnung von Heizelementen und Adressierelektroden mit daran ausgebildeten Anschlußenden aufweist, (b) das Aufbringen auf der Oberfläche des unteren Substrats mit den Heizelementen und Adressierelektroden darauf einer Schicht, die eine Polymervorstufe umfaßt, die ein phenolisches Novolac-Harz mit funktionellen Glycidylethergruppen an dessen monomeren, sich wiederholenden Einheiten ist, (c) Aussetzen der Schicht aktinischer Strahlung in einem bildweisen Muster, so daß die Polymervorstufe in den belichteten Bereichen ein vernetztes Polymer wird und die Polymervorstufe in den unbelichteten Bereichen nicht vernetzt wird, wobei die unbelichteten Bereiche Bereichen des unteren Substrats mit den Heizelementen und Anschlußenden der Adressierelektroden darauf entspricht, (d) das Entfernen der Polymervorstufe aus den unbelichteten Bereichen, wodurch in der Schicht Aussparungen gebildet werden und die Aussparungen die Heizelemente und die Anschlußenden der Adressierelektroden freilegen, (e) das Bereitstellen eines oberen Substrats und (f) das Verbinden des oberen Substrats mit dem unteren Substrat unter Bilden eines thermischen Tintenstrahldruckkopfes mit Tröpfchen ausstoßenden Düsen, die durch das obere Substrat, das vernetzte Polymer auf dem unteren Substrat und die Heizelemente in dem unteren Substrat definiert werden.
Es ist bevorzugt, daß Schritt (b) in dem Verfahren zum Bilden eines thermischen Tintenstrahldruckkopfes dadurch ausgeführt wird, daß die Oberfläche des unteren Substrats mit den Heizelementen und Adressierelektroden darauf mit einer Zusammensetzung beschichtet wird, die die Polymervorstufe und ein aus γ-Butyrolacton, Propylenglykolmethyletheracetat, Tetrahydrofuran, Methylethylketon, Methylisobutylketon und Gemischen daraus ausgewähltes Lösungsmittel umfaßt.
Es ist bevorzugt, daß Schritt (b) zum Bilden eines thermischen Tintenstrahldruckkopfes dadurch ausgeführt wird, daß die Oberfläche des unteren Substrats mit den Heizelementen und Adressierelektroden darauf mit einer Zusammensetzung beschichtet wird, die die Polymervorstufe und einen kationischen Photoinitiator umfaßt, der aus Oniumsalzen von Gruppe-VA-Elementen, Oniumsalzen von Gruppe VIA-Elementen, aromatischen Haloniumsalzen oder Gemischen davon ausgewählt ist.
Es ist bevorzugt, daß Schritt (b) in dem Verfahren zum Bilden eines thermischen Tintenstrahldruckkopfes dadurch ausgeführt wird, daß die Oberfläche des unteren Substrats mit den Heizelementen und Adressierelektroden darauf mit einer Zusammensetzung beschichtet wird, die im wesentlichen aus der Polymervorstufe, einem kationischen Photoinitiator und einem wahlfreien Lösungsmittel besteht.
Es ist bevorzugt, daß Schritt (b) in dem Verfahren zum Bilden eines thermischen Tintenstrahldruckkopfes dadurch ausgeführt wird, daß die Oberfläche des unteren Substrats mit den Heizelementen und Adressierelektroden darauf mit einer Zusammensetzung beschichtet wird, die aus der Polymervorstufe, einem kationischen Photoinitiator und einem wahlfreien Lösungsmittel besteht.
Es ist bevorzugt, daß Schritt (b) in dem Verfahren zum Bilden eines thermischen Tintenstrahldruckkopfes dadurch ausgeführt wird, daß die Oberfläche des unteren Substrats mit den Heizelementen und Adressierelektroden darauf mit einer Zusammensetzung beschichtet wird, die die Polymervorstufe und ein Verdünnungsmittel umfaßt, das ein epoxysubstituierter Polyarylenether, ein Bisphenol-A-Epoxymaterial oder ein Gemisch daraus sein kann.
Vorzugsweise ist die Polymervorstufe aus Rückgratmonomeren gebildet, die aus der aus Phenol, o-Kresol, p-Kresol, Bisphenol A und Gemischen daraus bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
Die Polymervorstufe kann aus der Gruppe ausgewählt sein bestehend aus:

randomisierten Strukturen davon, verzweigten Strukturen davon und dergleichen, wobei n bei jedem Auftreten die Anzahl der sich wiederholenden Monomereinheiten darstellt.
Die Polymervorstufe kann eine Verbindung sein, die durch folgende Formel dargestellt wird:
worin n eine die durchschnittliche Anzahl der sich wiederholenden Monomereinheiten darstellende ganze Zahl ist. n kann eine von etwa 2 bis etwa 20 reichende ganze Zahl sein. Vorzugsweise ist n 3.
Die Polymervorstufe kann eine durch die folgende Formel dargestellte Verbindung sein:
worin n eine die durchschnittliche Anzahl der sich wiederholenden Monomereinheiten darstellende ganze Zahl ist. n kann eine von etwa 1 bis etwa 20 reichende ganze Zahl sein. Vorzugsweise ist n 2.
1 ist eine schematische isometrische Ansicht eines Druckkopfes gemäß der vorliegenden-Erfindung und ist so ausgerichtet, daß die Tröpfchen ausstoßenden Düsen gezeigt werden.
2 ist eine Querschnittsansicht von 1 entlang deren Ansichtslinie 2-2.
3 ist eine 2 ähnliche Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine schematische isometrische Ansicht des Druckkopfes von 1 ohne die Deckplatte.
5 ist eine 2 ähnliche Ansicht, die eine alternative Ausführungsform der Druckkopf-Deckplatte zeigt.
6 ist eine 4 ähnliche Ansicht, die eine alternative Ausführungsform zeigt, bei der die Kanaleinkerbungen sich zu einer gemeinsamen Aussparung öffnen, wobei sich die Wände der Kanaleinkerbungen in das Druckkopfreservoir hinein erstrecken.
7 ist eine zu 4 ähnliche Ansicht, die eine alternative Ausführungsform zeigt, bei der die Kanaleinkerbungen von einer unterschiedlichen Geometrie sind.
Die thermischen Tintenstrahldruckköpfe der vorliegenden Erfindung können von jeder geeigneten Anordnung sein. Ein Beispiel einer geeigneten Anordnung wird schematisch in 1 veranschaulicht. In 1 wird eine schematische isometrische Ansicht eines Tintenstrahldruckkopfes 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, der auf einem Kühlkörper 26 befestigt ist und so ausgerichtet ist, daß er die Vorderseite 29 des Druckkopfes und die Anordnung der Tröpfchen ausstoßenden Düsen 27 darin zeigt. Unter Bezug auf 2, eine entlang der Linie 2-2 durch einen Tintenkanal 20 aufgenommene Querschnittsansicht von 1, weist die Heizplatte 28 aus einem Material wie etwa Silikon oder dergleichen Heizelemente 34, einen Treiberschaltkreis 32, der durch eine gestrichelte Linie dargestellt wird, und Anschlüsse 33 auf, die die Heizelemente und den Antriebsschaltkreis verbinden und Kontakte 31 aufweisen, die durch Drahtverbindungen 25 an eine Platine 30 angeschlossen sind. Die Schaltung ist zum selektiven Anlegen eines Stromimpulses an die Heizelemente zum Ausstoßen von Tintentröpfchen aus den Düsen mit einem Controller oder Mikroprozessor des Druckers (nicht dargestellt) verbunden. Ein geeigneter Treiberschaltkreis wird im US-Patent Nr. 4 947 192 beschrieben. Im allgemeinen ist auf der Heizplattenoberfläche, auf der die Heizelemente, der Treiberschaltkreis und die Anschlüsse gebildet werden sollen, eine Unterschicht 14 ausgebildet, gefolgt von einer Passivierungsschicht 16, die ein solches Muster aufweist ist, daß die Heizelemente und Kontakte freiliegen.
Ein lichtempfindliches Polymermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf den Heizwafer unter Bilden der Photopolymerschicht 24 aufgetragen und zum Herstellen der Tintenkanäle 20 mit einem offenen, als Düse 27 dienenden Ende und einem geschlossenen Ende 21 und zum Freilegen der Kontakte 31 der elektrischen Anschlüsse photographisch bemustert. Eine Deckplatte 22 aus einem Material wie etwa Glas, Quarz, Silizium, verschiedene Polymermaterialien, keramische Materialien oder dergleichen, weist eine Öffnung 23 dahindurch auf und ist mit einem geeigneten Klebstoff (nicht gezeigt) an die Oberfläche der mit einem Muster versehenen Photopolymerschicht 24 gebunden. Die Öffnung 23 der Deckplatte weist eine Größe auf, die geeignet ist, Teile der geschlossenen Enden 21 der Kanäle freizulegen und ein ausreichendes Tintenversorgungsreservoir für den Druckkopf bereitzustellen, wenn sie mit den geschlossenen Endabschnitten 21 der Kanäle kombiniert wird. Der Weg des Tintenflusses vom Reservoir zu den Kanälen 20 wird durch den Pfeil 19 angezeigt. Eine wahlfreie Düsenplatte 12 ist gestrichelt dargestellt, die an die Vorderseite 29 des Druckkopfes geklebt ist, wobei die Düsen 13 darin mit den offenen Enden 27 der Kanäle 20 in der Photopolymerschicht 24 ausgerichtet sind.
Wie im US-Patent Re. 32 572, US-Patent 4 774 530 und US-Patent 4 947 192 offenbart, können die Heizplatten der vorliegenden Erfindung auf einem Siliziumwafer (nicht dargestellt) absatzweise hergestellt und später in einzelne Heizplatten 28 als ein Stück des Druckkopfs 10 getrennt werden Wie in diesen Patenten dargestellt, ist eine Mehrzahl Sätze Heizelemente 34, Treiberschaltkreis 32 und elektrische Anschlüsse 33 auf einer polierten Oberfläche eines (100) Siliziumwafers musterartig angeordnet, der zuerst gegebenenfalls mit einer Unterschicht 14 wie etwa Siliziumdioxid mit einer typischen Dicke von etwa 1 bis etwa 5 Mikron beschichtet wurde, obschon die Dicke außerhalb dieses Bereichs liegen kann. Die Heizelemente können aus jedem wohlbekannten Widerstandsmaterial wie etwa Zirkoniumborid sein, sind aber vorzugsweise dotiertes, polykristallines Silizium, daß zum Beispiel durch chemische Dampfbeschichtung (CVD) abgeschieden wurde und gleichzeitig monolithisch mit dem Treiberschaltkreis wie zum Beispiel im US-Patent 4 947 193 beschrieben hergestellt wurde. Danach kann der Wafer gewünschtenfalls gereinigt und zum Bilden einer Siliziumdioxidschicht (nicht dargestellt) über dem Wafer einschließlich des Treiberschaltkreises reoxidiert werden. Anschließend kann gewünschtenfalls eine Phophor-dotierte Glasschicht oder Bor- und Phosphordotierte Glasschicht (nicht dargestellt) auf der thermisch erzeugten Siliziumoxidschicht abgeschieden werden und zum Einebnen der Oberfläche bei hohen Temperaturen er neut fließen gelassen werden. Das photobemusterbare Polymer gemäß der vorliegenden Erfindung wird aufgebracht und unter Bilden von Kontaktlöchern für die elektrischen Anschlüsse mit den Heizelementen und dem Treiberschaltkreis bemustert und eine Aluminiummetallisierung wird zum Bilden der elektrischen Anschlüsse und Bereitstellen der Kontakte zum Verdrahten der Schaltungsplatine, die wiederum an den Druckercontroller angeschlossen wird, aufgebracht. Jede geeignete, elektrisch isolierende Passivierungsschicht 16, wie etwa zum Beispiel Polyimid, Polyarylenether wie etwa die in zum Beispiel dem US-Patent 5 994 425 offenbarten, Polybenzoxazol, Bisbenzocyclobuten (BCB), phenolische Novolac-Harze mit funktionellen Glycidylethergruppen an deren sich wiederholenden Monomereinheiten oder dergleichen werden über den elektrischen Anschlüssen typischerweise bis zu einer Dicke von etwa 0,5 bis etwa 20 Mikron aufgebracht – obschon die Dicke außerhalb dieses Bereichs liegen kann – und von den Heizelementen und Kontakten entfernt.
Als nächstes kann eine wahlfreie Vertiefungsschicht 36 aus zum Beispiel Polyimid, Polyarylenethern wie etwa die in zum Beispiel dem US-Patent 5 994 425 offenbarten, Polybenzoxazol, BCB, phenolischen Novolac-Harzen mit funktionellen Glycidylethergruppen an deren sich wiederholender Monomereinheiten oder dergleichen aufgebracht und mit einem Muster versehen werden, um wie in 3 dargestellt und im US-Patent 4 774 530 offenbart Vertiefungen 38 für die Heizelemente bereitzustellen. 3 ist eine der von 2 ähnliche Querschnittsansicht, weist aber wie vom US-Patent 4 774 530 gelehrt eine Vertiefungsschicht 36 auf. Die Vertiefungsschicht 36 kann für Druckköpfe mit einer Auflösung von weniger als 400 dpi nützlich sein, kann aber gewünschtenfalls auch für Druckköpfe mit einer höheren Druckauflösung verwendet werden. Außer für die Vertiefungsschicht ist der Druckkopf und das Herstellungsverfahren dasselbe wie bei den Druckköpfen in 1 und 2. Die wahlfreie Vertiefungsschicht 36 wird vor dem Aufbringen der Photopolymerschicht 24 aufgebracht und mit einem Muster versehen. Für Hochauflösungsdruckköpfe mit Düsen, die zum Drucken mit 400 Punkten je Zoll (dpi) oder mehr räumlich auseinanderliegen, müssen jedoch keine Heizelementvertiefungen erforderlich sein, da die zum Ausstoßen von Tintentröpfchen aus Düsen und Kanälen dieser Größe erzeugten Dampfblasen nicht dazu neigen, Luft aufzunehmen.
Falls die Topographie des Heizwafers uneben ist, kann der Wafer durch in der Industrie wohlbekannte Techniken wie etwa die im US-Patent 5 65 249 offenbarte poliert werden. Anschließend wird die Schicht aus dem photobemusterbaren Polymer (phenolische Novolac-Harze mit funktionellen Glycidylethergruppen an deren sich wiederholenden Mo nomereinheiten), die die Kanalstruktur 24 liefern soll, aufgetragen. Nach dem Auftragen der photobemusterbaren Polymerschicht gemäß der vorliegenden Erfindung wird sie mittels einer Maske mit dem Kanalsätzemuster und Kontaktemuster belichtet. Die bemusterte Polymerkanalstrukturschicht wird anschließend entwickelt und gehärtet. In einer Ausführungsform ist die Kanalstrukturdicke typischerweise mindestens etwa 1 Mikron, vorzugsweise mindestens etwa 5 Mikron und bevorzugter mindestens etwa 10 Mikron und ist typischerweise höchstens etwa 40 Mikron, vorzugsweise höchstens etwa 30 Mikron und bevorzugter höchstens etwa 20 Mikron, obschon die Dicke außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Gewünschtenfalls kann eine dickere Schicht aufgetragen und gehärtet werden und anschließend durch dieselbe Technik, die zum Polieren der Oberfläche des vorstehend angeführten Heizwafers verwendet wurde, auf die gewünschte Dicke poliert werden. Nachdem die mit dem Muster versehene Photopolymerschicht 24 gehärtet und poliert ist, wird eine Deckplatte 22 in derselben Größe wie der Wafer und mit einer Mehrzahl Löchern 23 darin mit der Photopolymerschicht verbunden. Die Deckplatte 22 dient als Verschluß für die Kanäle 20 und die Deckplatte 23, die eine Öffnung durch die Deckplatte ist, dient sowohl als Tinteneinlaß zu dem Reservoir als auch dem Großteil des Tintenreservoirs. Der Siliziumwafer und die Abdeckplatte in Wafergröße mit der dazwischen befindlichen Kanalstruktur kann durch einen Schneidevorgang in eine Mehrzahl einzelner Druckköpfe getrennt werden. Der Schneidevorgang trennt nicht nur die Druckköpfe, sondern erzeugt auch die Druckkopfvorderseite 29 und öffnet ein Ende der Kanäle unter Bilden der Düsen 27.
Unter Bezug auf 4 wird eine schematische isometrische Ansicht eines Teils des Heizwafers dargestellt, der eine einzelne Heizplatte 28 mit der bemusterten, gehärteten und polierten Photopolymerkanalstruktur 24 darauf umfaßt. Die Abdeckplatte ist weggelassen. Die Abschnitte mit den geschlossenen Enden der Kanäle und die Abdeckplattenöffnung definieren das Tintenreservoir.
5 ist eine zu 2 ähnliche Ansicht, zeigt aber einer alternative Ausführungsform der Abdeckplatte. Bei dieser Ausführungsform wird ein Siliziumsubstrat für die Abdeckplatte 22' verwendet und weist eine durch orientierungsabhängiges Ätzen (ODE) gebildete Öffnung 23' auf. Das Ätzen wird an der Siliziumabdeckplattenoberfläche ausgeführt, die an die Kanalstruktur 24 gebunden ist, wodurch eine unterschiedliche Querschnittsform des Reservoirs bereitgestellt wird.
Unter Bezug auf 6 wird eine weitere Ausführungsform der Kanalstruktur 24 in einer zu der von 4 ähnlichen Ansicht dargestellt. Bei dieser Ausführungsform verbinden sich die Kanalenden und öffnen sich in einer gemeinsamen Aussparung 41. Die Wände 45 der Kanäle 20 erstrecken sich in das durch die Kombination der Deckplattenöffnung 23 , der gemeinsamen Aussparung 42 und der Endabschnitte der Kanalenden 21' gebildete Reservoir.
Obschon die Kanäle in 1 bis 6 mit einer gleichförmigen quadratischen oder rechteckigen Tintenfluß-Querschnittsfläche dargestellt sind, sind andere Ausführungsformen ebenfalls möglich. Zum Beispiel können die parallelen Wände der Kanale 20 im Abstand dazwischen schwanken und zum Beispiel Kanäle mit einem sich gleichförmig verengenden Tintenkanal, der sich von der Zwischenfläche mit dem Tintenreservoir zu der Düse wie in 4A des US-Patents 5 132 707 dargestellt, verjüngt, wie in 4B des US-Patents 5 132 707 dargestellte, variierende Strömungsquerschnittsflächen, bei denen der Kanal an der Zwischenfläche mit dem Tintenreservoir eng ist, in der Nähe der Abstandsmitte zwischen dem Reservoir und der Düse zum Verbessern der Wiederbefüllung vergrößert ist und an der Düse erneut eng ist, und wie in 7 dargestellte Kanäle einer Dicke oder Tiefe D und anfänglich einer ersten, gleichförmigen Breite W 1 an der Zwischenfläche zu dem Tintenreservoir, anschließend mit einer sich verjüngenden Fläche T und in engeren Kanälen einer zweiten, gleichförmigen Dicke W2 endend, die sich zu den Düsen fortsetzt, bilden. Jeder andere gewünschte „Sideshooter"-Kanal oder Düsenanordnung kann ebenfalls eingesetzt werden.
Außerdem kann jede andere gewünschte „Sideshooter"-Druckkopfanordnung eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein oberes Substrat oder eine Abdeckplatte 31 gewünschtenfalls ebenfalls darin geätzte Kanäle jeder gewünschten Form wie etwa dreieckig, rechteckig, quadratisch oder dergleichen aufweisen, wobei das obere Substrat oder die Abdeckplatte anschließend mit dem unteren Substrat oder der Heizplatte mit den in der Schicht 18 darauf definierten Widerstandsheizelementen und Kanälen ausgerichtet und verbunden wird, so daß die Kanäle in dem oberen Substrat oder der Deckplatte 31 mit den in Schicht 18 definierten Kanälen unter Bilden der Tintenkanäle oder Düsen ausgerichtet sind, wie zum Beispiel im US-Patent 4 774 530, US-Patent 6 020 119 und US-Patent 4 829 324 offenbart.
In einer Ausführungsform wird ein Heizwafer gegebenenfalls zuerst mit einer Phosphosilikatglasschicht mit einer Lösung des Haftungsförderers Z6040 (etwa 0,5 bis etwa 5 Ge wichtsprozent in etwa 95 Teilen Methanol und etwa 5 Teilen Wasser bei einem pH von etwa 3,5 bis etwa 5,5, von Dow Corning erhältlich) bei etwa 3000 bis etwa 5000 Umdrehungen je Minute etwa 10 Sekunden schleuderbeschichtet und etwa 2 bis etwa 10 Minuten bei etwa 100 bis etwa 110°C getrocknet. Man läßt den Wafer anschließend etwa 5 Minuten auf etwa 25°C abkühlen, bevor der das Epoxypolymer enthaltende Photoresist bei zwischen 1000 und 3000 Umdrehungen je Minute zwischen 30 und 60 Sekunden auf den Wafer schleuderbeschichtet wird. Die Photoresistlösung wird durch Zufügen von etwa 63 Gewichtsteilen eines Epoxypolymers der Formel
worin n einen Durchschnittswert von 3 aufweist, zu etwa 20 Gewichtsteilen γ-Butyrolacton, das etwa 13 oder 14 Gewichtsteile Triphenylsulfoniumhexafluorantimonatlösung (im Handel als CYRACURE^® UVI-6976 geliefert (von Union Carbide erhalten), in einer Lösung von 50 Gewichtsprozent gemischtem Triarylsulfoniumhexafluorantimonat in Propylencarbonat) hergestellt. Der Film wird zwischen 15 und 25 Minuten in einem Ofen auf 70°C erhitzt (weichgehärtet). Nach Kühlen auf 25°C während 5 Minuten wird der Film mit einer Maske abgedeckt und dem vollen Bogen einer Superhochdruck-Quecksilberlampe ausgesetzt, was etwa 25 bis etwa 500 Millijoule je Quadratzentimeter, gemessen bei 365 Nanometer, entspricht. Der belichtete Wafer wird anschließend etwa 10 bis etwa 20 Minuten zu einer Härtung nach der Belichtung auf etwa 70 bis etwa 95°C erhitzt, gefolgt vom Abkühlen auf 25°C während 5 Minuten. Der Film wird mit γ-Butyrolacton entwickelt, mit Isopropanol gewaschen und anschließend etwa 2 Minuten bei 70°C getrocknet. Dieses Verfahren ist dazu gedacht, darin eine Anleitung zu sein, daß Verfahren sich in Abhängigkeit von der Filmdicke und dem Molekulargewicht des Photoresists außerhalb der angegebenen Bedingungen befinden können.
Der in 1 bis 7 veranschaulichte Druckkopf stellt eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Jede andere geeignete „Sideshooter"-Druckkopfauslegung, die in Düsen an der Druckkopfoberfläche endende, tintentragende Kanäle umfaßt, kann ebenfalls mit den hierin offenbarten Materialien zum Bilden eines Druckkopfs der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Druckköpfe der vorliegenden Erfindung sind von der „Sideshooter"-Anordnung im Gegensatz zur „Roofshooter"-Anordnung. Druckköpfe in „Roofshooter"-Anordnung werden zum Beispiel im US-Patent 5 859 655 und US-Patent 5 907 333 veranschaulicht. Bei einem typischen thermischen Tintenstrahldruckkopf des „Roofshooter"-Typs ist eine Heizplatte auf einem Kühlkörpersubstrat befestigt. Die Siliziumheizplatte kann ein Reservoir oder einen dort hindurch geätzten Zufuhrschlitz aufweisen. Eine Anordnung von Heizelementen ist auf der Heizplattenobertläche in der Nähe des offenen Bodens des Reservoirs als Muster angeordnet. Die Heizelemente werden über passivierte Adressierelektroden und einen gemeinsamen Rückleiter selektiv angesprochen. Eine Fließrichtungsschicht ist mustermäßig angeordnet, um Strömungswege für die Tinte aus dem Reservoir zu einer Stelle über den Heizelementen zu bilden. Eine Düsen enthaltende Düsenplatte ist an der Fließrichtungsschicht ausgerichtet und damit verbunden, so daß die Düsen sich direkt über den Heizelementen befinden. Ein an das Heizelement angelegtes elektrisches Signal verdampft die Tinte zeitweise und bildet Tröpfchen ausstoßende Blasen, die Tröpfchen in Richtung zur Ebene der Heizelementoberfläche oder dazu senkrecht ausstoßen. Demgemäß sind die Düsen bei einem „Roofshooter"-Druckkopf durch die Düsen in der Düsenplatte und ihre Anordnung bezüglich der Heizelemente definiert. Im Gegensatz dazu sind die Düsen bei einem „Sideshooter"-Druckkopf durch das Binden der Deckplatte und des Heizwafers (obschon eine wahlfreie Düsenplatte gewünschtenfalls an die Vorderseite des Druckkopfs gebunden sein kann) definiert. Außerdem verdampft bei einem „Sideshooter"-Druckkopf ein an das Heizelement angelegtes elektrisches Signal temporär die Tinte und bildet Tröpfchen ausstoßende Blasen, die Tröpfchen in einer Richtung parallel zu der Ebene der Heizelementoberfläche ausstoßen.
Die „Sideshooter"-Druckköpfe der vorliegenden Erfindung zeigen mehrere Vorteile. Zum Beispiel können Kanäle und Düsen mit Längenverhältnissen von mindestens etwa 1 : 1 oder mehr bemustert werden und Längenverhältnisse von etwa 6 : 1 und mehr und sogar etwa 10 : 1 oder mehr sind möglich. 1, 2 oder 3 Picoliter kleine Tropfenvolumina können mit Tintenstrahldruckköpfen gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, ebenso wie die, die Tröpfchen von etwa 5 Pikoliter erzeugen, die die Tröpfchen von etwa 10 Picoliter erzeugen, die die Tröpfchen von etwa 20 Picoliter erzeugen, die die Tröpfchen von etwa 35 Picoliter erzeugen, die die Tröpfchen von etwa 50 Picoliter erzeugen und die, die variierende Tropfenvolumina innerhalb und außerhalb dieser Bereiche erzeugen. Wünschenswerte Tropfenvolumina für schwarze Bilder sind mindestens etwa 10 Picoliter und sind typischerweise höchstens etwa 35 Picoliter, vorzugsweise höchstens etwa 20 Picoliter, obschon das Tropfenvolumen für schwarze Bilder außerhalb dieser Werte liegen kann. Wünschenswerte Tropfenvolumina für Farbbilder sind typischerweise mindestens etwa 1 Picoliter und vorzugsweise mindestens etwa 3 Picoliter und sind typischerweise höchstens 25 Picoliter, vorzugsweise höchstens etwa 10 Picoliter und bevorzugter höchstens etwa 5 Picoliter, obschon das Tröpfchenvolumen für Farbbilder außerhalb dieser Werte liegen kann. Einzeldruckköpfe mit Düsen, die unterschiedliche Tropfengrößen erzeugen und Einzelwafer, die mit verschiedenen Druckköpfen bebildert sind, die jeweils unterschiedliche Tropfengrößen erzeugen können, können gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Ein Einzeldruckkopf oder ein Einzelwafer, der mit mehrfachen Druckköpfen bemustert ist, kann mit Tropfen von etwa 1 Picoliter erzeugenden Düsen, Tropfen von etwa 2 Picoliter erzeugenden Düsen, Tropfen von etwa 3 Picoliter erzeugenden Düsen, Tropfen von etwa 5 Picoliter erzeugenden Düsen, Tropfen von etwa 10 Picoliter erzeugenden Düsen, Tropfen von etwa 20 Picoliter erzeugenden Düsen, Tropfen von etwa 35 Picoliter erzeugenden Düsen, Tropfen von etwa 50 Picoliter erzeugenden Düsen und Tropfen innerhalb des Bereichs von etwa 1 bis etwa 50 Picoliter erzeugenden Düsen mustermäßig aufgetragen werden. Während das Tropfenvolumen auch von Veränderlichen wie etwa der Auslegung der Heizvorrichtung und der Kanalstruktur abhängt, können Düsen wie etwa die etwa 10 Mikron breiten und etwa 10 Mikron tiefen Tröpfchenvolumina von etwa 1 bis etwa 5 Picoliter erzeugen. (Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bezüglich der Tintenkanäle oder Düsen beziehen sich die Ausdrücke „breit" und „Breite" auf Breiten wie etwa W 1 oder W2 in 7 und die Ausdrücke „tief" und „Tiefe" beziehen sich auf Tiefen wie etwa „D" in 7.) Bevorzugte Düsen weisen eine Breite von mindestens etwa 5 Mikron und vorzugsweise mindestens etwa 8 Mikron und von höchstens etwa 25 Mikron und vorzugsweise höchstens etwa 15 Mikron auf, obschon die Breite außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Bevorzugte Düsen weisen eine Tiefe von mindestens etwa 5 Mikron und vorzugsweise mindestens etwa 8 Mikron und höchstens etwa 25 Mikron und vorzugsweise höchstens etwa 15 Mikron auf, obschon die Tiefe außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Druckköpfe, die Auflösungen von etwa 300 dpi, etwa 400 dpi, etwa 600 dpi, etwa 900 dpi, etwa 1200 dpi oder mehr erzeugen können, können gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Düsen können mit sauberen, scharfen quadratischen Kanten und mit geringer oder keiner Notwendigkeit zum Polieren der die Düsen enthaltenden Struktur nach der Bemusterung hergestellt werden. Die Photobilderzeugungsmaske kann reproduziert werden, während eine im wesentlichen gleichförmige Filmdicke über den Wafer und die bemusterten Teile aufrecht erhalten wird und es ist nur eine minimale oder keine Maskenvoreinstellung notwendig. „Sideshooter"-Druckköpfe mit hoher Düsendichte können hergestellt werden. Dieser Vorteil ist bei der „Sideshooter"-Anordnung besonders wichtig. Druckköpfe mit „Roofshooter"-Anordnung, die zum Beispiel durch die Druckkopfuntereinheiten 26 des „Roofshooter"-Typs in 8 des US-Patents 5 160 945 des US-Patents 5 160 945 veranschaulicht werden, ermöglichen eine hohe Düsendichte durch Versetzen der Öffnungen der Düsenplatte. Bei der „Sideshooter"-Anordnung der vorliegenden Erfindung wird im Gegensatz dazu, wie in 1 der vorliegenden Erfindung gezeigt, eine hohe Düsendichte mit Düsen in geradliniger Anordnung erhalten.
Weitere, Verfahren zum Herstellen von Druckköpfen betreffende Einzelheiten werden zum Beispiel im US-Patent 4 678 529, US-Patent 5 057 853, US-Patent 4 774 530, US-Patent 4 835 553, US-Patent 4 638 337, US-Patent 5 336 319 und US-Patent 4 601 777 offenbart. Weitere Beispiele geeigneter „Sideshooter"-Anordnungen werden zum Beispiel im US-Patent 5 132 707 und US-Patent 5 994 425 offenbart.
Wenigstens eine Isolierschicht 18 und Abdeckplatte oder oberes Substrat 31 werden durch Vernetzen einer Polymervorstufe, die ein Novolac-Harz mit funktionellen Glycidylethergruppen an dessen sich wiederholenden Monomereinheiten ist, gebildet. Die funktionellen Glycidylethergruppen befinden sich allgemeinen an den Stellen der ehemaligen Wasserstoffatome an den phenolischen Hydroxygruppen. Beispiele geeigneter Rückgratmonomere für das phenolische Novolac-Harz schließen Phenol der Formel
wobei das sich daraus ergebende Glycidylether-funktionalisierte Novolac-Harz sowohl
Strukturen der Formeln
als auch verzweigte Strukturen davon einschließt, o-Kresol und p-Kresol der Formeln
wobei das sich daraus ergebende Glycidylether-funktionalisierte Novolac-Harz Strukturen der Formeln
als auch verzweigte Strukturen davon einschließt, Bisphenol A der Formel
wobei das sich daraus ergebende Glycidylether-funktionalisierte Novolac-Harz sowohl Strukturen der Formeln
als auch randomisierte und verzweigte Strukturen davon einschließt, und dergleichen ein. Die durchschnittliche Anzahl der sich wiederholenden Monomereinheiten ist typi scherweise von etwa 1 bis 20 und vorzugsweise 2, obschon der Wert von n außerhalb dieses Bereiches liegen kann. Ein besonders bevorzugtes Polymer ist von der Formel
worin n eine ganze Zahl ist, die die durchschnittliche Anzahl der sich wiederholenden Monomereinheiten darstellt und typischerweise etwa 2 bis etwa 20 ist und vorzugsweise etwa 3 ist, obschon der Wert von n außerhalb dieses Bereichs liegen kann. Ein weiteres, besonders bevorzugtes Polymer ist von der Formel
worin n eine ganze Zahl ist, die die durchschnittliche Anzahl der sich wiederholenden Monomereinheiten darstellt und typischerweise etwa 1 bis etwa 20 ist und vorzugsweise etwa 2 ist, obschon der Wert von n außerhalb dieses Bereichs liegen kann. Polymere der Formel
worin n einen durchschnittlichen Wert von etwa 3 aufweist, sind im Handel zum Beispiel von Shell Resins, Shell Oil Co., Houston, TX, als EPON^® SU-8 erhältlich. Handelsübliche, dieses Polymer, ein Lösungsmittel und einen kationischen Initiator enthaltende Photoresists sind auch von der MicroChem Corporation, Newton, MA, und von Sotec Microsystems, Schweiz, erhältlich. Dieser Photoresisttyp wird auch zum Beispiel im US-Patent 4 882 245 offenbart.
Polymere der Formel
worin n einen Durchschnittswert von etwa 3 aufweist, sind im Handel zum Beispiel von Shell Resins, Shell Oil Co., Houston, TX, als EPON^® DPS-164 erhältlich. Geeignete Photoresists der hierin vorstehend angeführten Photoresists sind auch von zum Beispiel Dow Chemical Co., Midland, MI, erhältlich.
Der Teil des Druckkopfs, der das vernetzte Epoxypolymer enthält, wird durch Aufbringen eines Photoresists, der die unvernetzte Epoxypolymervorstufe, ein wahlfreies Lösungs mittel für die Polymervorstufe, einen kationischen Photoinitiator und einen wahlfreien Sensibilisator enthält, auf den Druckkopf hergestellt. Das Lösungsmittel und die Polymervorstufe liegen typischerweise in relativen Mengen von 0 bis etwa 99 Gewichtsprozent Lösungsmittel und von etwa 1 bis 100 Gewichtsprozent Polymervorstufe vor, liegen vorzugsweise in relativen Mengen von etwa 5 bis etwa 60 Gewichtsprozent Lösungsmittel und von etwa 40 bis etwa 95 Gewichtsprozent Polymer und liegen bevorzugter in relativen Mengen von etwa 5 bis etwa 40 Gewichtsprozent Lösungsmittel und von etwa 60 bis etwa 95 Gewichtsprozent Polymer vor, obschon die relativen Mengen außerhalb dieser Bereiche liegen können. Beispiele geeigneter Lösungsmittel schließen γ-Butyrolacton, Propylenglykolmethyletheracetat, Tetrahydrofuran, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Gemische davon und dergleichen ein.
Sensibilisatoren absorbieren Lichtenergie und erleichtern den Energietransfer auf eine andere Verbindung, die dann radikalische oder ionische Initiatoren zum Umsetzen der Polymervorstufe unter Vernetzen bilden kann. Sensibilisatoren erweitern häufig den nutzbaren Wellenlängenbereich für die Photobelichtung und sind typischerweise aromatische lichtabsorbierende Chromophore. Sensibilisatoren können auch zur Bildung von Photoinitiatoren führen, die ein freies Radikal oder ionisch sein können. Falls vorhanden, liegen der wahlfreie Sensibilisator und die Polymervorstufe typischerweise in relativen Mengen von etwa 0,1 bis etwa 20 Gewichtsprozent Sensibilisator und von etwa 80 bis etwa 99,9 Gewichtsprozent Polymervorstufe vor und liegen vorzugsweise in relativen Mengen von etwa 1 bis etwa 20 Gewichtsprozent Sensibilisator und von etwa 80 bis etwa 99 Gewichtsprozent Polymervorstufe vor, obschon die relativen Mengen außerhalb dieser Bereiche liegen können.
Photoinitiatoren erzeugen im allgemeinen Ionen oder freie Radikale, die beim Aussetzen aktivischer Strahlung die Polymerisation starten. Falls vorhanden, liegen der wahlfreie Photoinitiator und die Polymervorstufe typischerweise in relativen Mengen von etwa 0,1 bis etwa 20 Gewichtsprozent Photoinitiator (in reiner Form ohne Berücksichtigen irgendeines Lösungsmittels, in dem er im Handel geliefert werden kann) und von etwa 80 bis etwa 99,9 Gewichtsprozent Polymervorstufe vor und liegen vorzugsweise in relativen Mengen von etwa 1 bis 20 Gewichtsprozent Photoinitiator und von etwa 80 bis etwa 99 Gewichtsprozent Polymervorstufe vor, obschon die relativen Mengen außerhalb dieser Bereiche liegen können.
Ein einziges Material kann auch sowohl als Sensibilisator als auch als Photoinitiator wirksam sein.
Aromatische Ketone einschließlich Benzophenon und seiner Derivate, Thioxanthon, Campherchinon und dergleichen können als Photosensibilisator wirksam sein. Weitere Beispiele geeigneter Photosensibilisatoren schließen Oniumsalze von Elementen der Gruppe VA, Oniumsalze von Elementen der Gruppe VIA wie etwa Sulfoniumsalze und aromatische Haloniumsalze wie etwa lodoniumsalze ein. Spezielle Beispiele von Sulfoniumsalzen schließen Triphenylsulfoniumtetrafluorborat, Methyldiphenylsulfoniumtetrafluorborat, Dimethylphenylsulfoniumhexafluorphosphat, Triphenylsulfoniumhexafluorphosphat, Triphenylsulfoniumhexafluorantimonat, Diphenylnaphthylsulfoniumhexafluorarsenat, Tritolysulfoniumhexafluorphosphat, Anisyldiphenylsulfoniumhexafluorantimonat, 4-Butoxyphenyldiphenylsulfoniumtetrafluorborat, 4-Chlorophenyldiphenylsulfoniumhexafluorantimonat, Tris(4-phenoxyphenyl)sulfoniumhexafluorphosphat, Di(4-ethoxyphenyl)methylsulfoniumhexafluorarsenat, 4-Acetoxy-phenyldiphenylsulfoniumtetrafluorborat, Tris(4-thiomethoxyphenyl)sulfoniumhexafluorphosphat, Di(methoxysulfonylphenyl)methylsulfoniumhexafluorantimonat, Di(methoxynapththyl)methylsulfoniumtetrafluorborat, Di(carbomethoxyphenyl)methylsulfoniumhexafluorphosphat, 4-Acetamidophenyldiphenylsulfoniumtetrafluorborat, Dimethylnaphthylsulfoniumhexafluorphosphat, Trifluormethyldiphenylsulfoniumtetrafluorborat, Methyl(N-methylphenothiazinyl)sulfoniumhexafluorantimonat, Phenylmethylbenzylsulfoniumhexafluorphosphat, oder Gemischen davon ein. Spezielle Beispiele der aromatischen lodoniumsalze schließen Diphenyliodoniumtetrafluorborat, Di(4-methylphenyl)iodoniumtetrafluorborat, Phenyl-4-methylphenyliodoniumtetrafluorborat, Di(4-heptylphenyl)iodoniumtetrafluorborat, Di(3-nitrophenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(4-chlorphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(naphthyl)iodoniumtetrafluorborat, Di(4-trifluormethylphenyl)iodoniumtetrafluorborat, Diphenyliodoniumhexafluorphosphat, Di(4-methylphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Diphenyliodoniumhexafluorarsenat, Di(4-phenoxyphenyl)iodoniumtetrafluorborat, Phenyl-2-thienyliodoniumhexafluorphosphat, 3,5-Dimethylpyrazolyl-4-phenyliodoniumhexafluorphosphat, Diphenyliodoniumhexafluorantimonat, 2,2'-Diphenyliodoniumtetrafluorborat, Di(2,4-dichlorphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(4-bromphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(4-methoxyphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(3-carboxyphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(3-methoxycarbonylphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(3-methoxysulfonylphenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(4-acetamidophenyl)iodoniumhexafluorphosphat, Di(2-benzothienyl)iodoniumhexafluorphosphat und dergleichen ein. Triarylsulfoni um- und Diaryliodoniumsalze sind Beispiele typischer kationischen Photoinitiatoren. Aromatische Oniumsalze von Elementen der Gruppe VIA wie etwa Triarylsulfoniumsalze sind besonders bevorzugte Photoinitiatoren für die vorliegende Erfindung. Initiatoren dieses Typs werden zum Beispiel im US-Patent 4 058 401 und US-Patent 4 245 029 offenbart. Für die vorliegende Erfindung sind Triphenylsulfoniumhexafluorantimonat und dergleichen besonders bevorzugt.
Obschon die Druckköpfe der vorliegenden Erfindung mit Photoresistlösungen hergestellt werden können, die nur die Polymervorstufe, den kationischen Initiator und das wahlfreie Lösungsmittel enthalten, können andere wahlfreie Bestandteile ebenfalls in dem Photoresist enthalten sein. Zum Beispiel können gewünschtenfalls Verdünnungsmittel eingesetzt werden. Beispiele geeigneter Verdünnungsmittel schließen epoxysubstituierte Polyarylenether wie etwa die im US-Patent 5 945 253 offenbarten und Bisphenol-A-Epoxymaterialien wie etwa die als (nicht-bemusterbare) Klebstoffe im US-Patent 5 762 812 offenbarten mit einer typischen Anzahl sich wiederholender Monomereinheiten von etwa 1 bis etwa 20 ein, obschon die Anzahl der sich wiederholenden Monomereinheiten außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Verdünnungsmittel können in dem Photoresist in jeder gewünschten oder wirksamen Menge, typischerweise mindestens etwa 1 Gewichtsteil auf 1 Gewichtsteil Polymervorstufe und typischerweise höchstens etwa 70 Gewichtsteile auf einen Gewichtsteil Polymervorstufe, vorzugsweise höchstens etwa 10 Gewichtsteile auf einen Gewichtsteil Polymervorstufe und bevorzugter höchstens etwa 5 Gewichtsteile auf einen Gewichtsteil Polymervorstufe, vorliegen, obschon die relativen Mengen außerhalb dieser Bereiche liegen können.
Die Druckköpfe der vorliegenden Erfindung können mit hohen Längenverhältnissen und geraden Seitenwänden hergestellt werden. Bis zu 5 Mikron breite kleine Kanäle und/oder Düsen (den Abständen W 1 und W2 in 7 entsprechend) können leicht in 28 Mikron dicken Filmen aufgelöst werden, die zum Beispiel mit 200 bis 500 Millijoule je Quadratzentimeter (typischerweise mehr oder weniger als etwa 50 Millijoule je Quadratzentimeter, vorzugsweise mehr oder weniger als etwa 25 Millijoule je Quadratzentimeter) (Längenverhältnis 5, 6) bestrahlt werden. Bevorzugte Belichtungen können in Abhängigkeit von dem eingesetzten kationischen Initiator, der Gegenwart oder Abwesenheit eines Verdünnungsmittels, der relativen Feuchtigkeit und dergleichen schwanken. Diese Ergebnisse ermöglichen leicht hohe Strahldichten. Die Strahldichten sind typischerweise mindestens etwa 300 Punkte je Zoll, vorzugsweise mindestens etwa 600 Punkte je Zoll und bevorzugter mindestens etwa 1200 Punkte je Zoll, obschon die Strahldichte außer halb dieser Bereiche liegen kann. Scanningelektronenmikroskopie-Mikrophotographien zeigen eine topographisch flache Oberfläche ohne nachteilige Erhebungen oder Vertiefungen.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die in Anspruch 1 offenbarte vorliegende Erfindung. Alle Teile und Prozentwerte sind solange nicht anders angegeben in Gewicht.
BEISPIEL 1
Herstellung der Resistlösung
Eine Resistlösung wurde durch Zufügen von 33 Gramm γ-Butyrolacton (von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI, erhalten) und 23,3 Gramm CYRACURE® UVI-6976 (das 50 Gewichtsprozent von Union Carbide erhaltenes Triphenylsulfoniumhexafluorantimonat in Propylencarbonat enthält) hergestellt. Danach wurden 115 Gramm EPON® SU-8 Epoxypolymer der Formel
worin n einen durchschnittlichen Wert von 3 aufweist (von Shell Resins erhalten) dem Gefäß zugefügt und die Lösung wurde vor der Verwendung etwa eine Woche auf einer STONEWARE^®-Walze gemischt.
Eine handelsübliche Resistlösung von EPON SU-8 wurde ebenfalls von MicroChem Corporation, Newton, MA, erhalten und wurde wie erhalten verwendet. Diese handelsübliche Lösung ist von einer der wie beschrieben hergestellten ähnlichen Zusammensetzung. Genauer enthielt die handelsübliche Lösung gemäß dem MSDS-Blatt für dieses Produkt zwischen 25 und 50 Gewichtsprozent γ-Butyrolacton, zwischen 1 und 5 Gewichtsprozent eines gemischten Triarylsulfoniumhexafluorantimonatsalzes (Sulfonium(thiodi-4,1-phenylen)bis[diphenylbis[(OC-6-11)hexafluorantimonat(1-)], CAS 89452-37-9, und p-Thiophenoxyphenyldiphenylsulfoniumhexafluorantimonat, CAS 71449-78-0) in Propylencarbonat und zwischen 50 und 75 Gewichtsprozent des Epoxyharzes.
Herstellung des Substrats
Runde, leere Siliziumwafer (auch als Monitorwafer bezeichnet) mit 4 und 5 Zoll Durchmesser, deren oberste Schichten Oxid oder nacktes Silizium enthielten, wurden in einem Bad, das 75 Gewichtsprozent Schwefelsäure und 25 Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid enthielt, bei einer Temperatur von 120°C gereinigt. Heizwafer mit fünf Zoll Durchmesser wurden vor Gebrauch mit Sauerstoffplasma behandelt. Die Wafer wurden vor dem Aufbringen eines Resistgemisches 2 Minuten auf einer Heizplatte auf 70°C erhitzt. Etwa 3 bis 4 Gramm Resist wurden auf die Wafer aufgetragen, gefolgt von 20 Sekunden Schleuderbeschichtung bei 2000 bis 4000 Upm auf einem Schleuderbeschichtungsgerät PWM 101 der Headway Research Inc. Die sich daraus ergebenden Filme wurden in einem Umluftofen 20 Minuten bei 70°C weichgehärtet.
Photobelichtung und Verarbeitung
Die die weichgehärteten Resistfilme darauf enthaltenden Wafer wurden durch eine Chrommaske der aktivischen Strahlung einer Belichtungsausrichteinheit ausgesetzt, bis dem Film die erforderliche Dosis zugeführt war. Die Belichtung wurde mit zwei unterschiedlichen Werkzeugen bewirkt: (a) eine CANON^® PLA-501 FA-Einheit mit einer 250 Watt Ushio Superhochdruck-Quecksilberlampe (Modell 250D) als Lichtquelle, (b) eine KARL SUSS^® MA 150-Einheit mit einer 350 Watt Ushio Superhochdruck-Quecksilberlampe (Modell 350DS) als Lichtquelle. Die Lichtintensität war etwa 6 bis 10 Milliwatt je Quadratzentimeter für jede bei 365 Nanometer gemessene Einheit. Beide Belichtungsstationen wurden im Kontaktdruckmodus betrieben und die Lichtintensität wurde bei 365 Nanometer gemessen. Die Lichtintensität für die Belichtung mit der CANON® PLA-501 FA-Einheit wurde mittels eines digitalen Radiometers UVP Modell UVX ausgeführt; die KARL SUSS® MA 150-Einheit wies ein eingebautes, internes Radiometer auf. Alle Wafer wurden 15 bis 20 Minuten einem Härten nach der Belichtung bei 70 bis 95°C in einem Umluftofen direkt nach der Belichtung unterzogen. Auf die Härtung nach der Belichtung folgend wurden die Latentbilder der Entwicklung mit γ-Butyrolacton (von Aldrich Chemical Co. erhalten) ausgesetzt, gefolgt vom Spülen mit Isopropanol.
Charakterisierung des Photoresistfilms
Filmdicken wurden mit einem DEKTAK^® 3030 gemessen. Die mitgeteilten Filmdicken stammten aus den nicht-bemusterten Bereichen zwischen den Druckelementen im Mittelpunkt des Wafers. Die Filmeinzelheiten wurden mit einem Computer unter Verwenden eines SNAPPY^®-Videoaufzeichnungssystem, das an einer NIKON^® TV-Linse c-0,45× angeschlossen war, die an einem Mikroskop OLYMPUS^® STM-UM befestigt war, digital aufgezeichnet.
Ergebnisse
Durchweg saubere, gut aufgelöste Düsen mit Breiten zwischen 5 und 10 Mikron und Filmdicken zwischen 28 und 35 Mikron wurden für unbemusterte Siliziumoberflächen und für elektrisch aktive Metallwafer aufgelöst. Mit der wie vorstehend angegeben gemischten Resistlösung und der von MicroChem Corporation erhaltenen, handelsüblichen Resistlösung wurden nahezu identische Ergebnisse erhalten.
A Bei einem 31,7 Mikron dicken Film, der aus der von MicroChem Corporation erhaltenen, handelsüblichen, auf einen nackten Siliziummonitorwafer mit 4 Zoll Durchmesser aufgetragenen Resistlösung erhalten wurde, wurden die Düsenabmessungen und die Filmdikke bestimmt. Die Düsenbreite wurde als 7,96 Mikron breit gemessen, wobei die Chrommaske 10,46 Mikron maß. Ein thermischer Härtungszyklus von 30 Minuten bei 200°C an der Luft lieferte keine meßbare Änderung bei den Düsenabmessungen oder der Filmdikke. Eine zusätzliche Härtung von 30 Minuten bei 300°C an der Luft lieferte eine Düsenbreite von 10,92 Mikron und eine Filmdicke von 29,6 Mikron. Der Epoxyharz-Photoresist ergab der Chrommaske ähnliche Endabmessungen, was die Notwendigkeit einer Maskenvoreinstellung möglicherweise beseitigte. (Bei vielen bekannten Photoresists werden die Maskenöffnungen in der Größe verstellt, um die erwartete Schrumpfung zu berücksichtigen.) Der Photoresist wurde auf der CANON^® Ausrichteinheit mit einer Dosis von 150 Millijoule je Quadratzentimeter und einer Lichtintensität von 9,20 Milliwatt je Quadratzentimeter belichtet, gefolgt von 15 Minuten Härtung nach der Belichtung bei 95°C. Das Bild wurde durch einen Entwicklungszyklus von 40 Sekunden mit γ-Butyrolacton (von Aldrich Chemical erhalten) und einer Spülung mit Isopropanol entwickelt.
B Wie durch eine optische Mikrophotographie beobachtet wurde, wurden vollständig offene Düsen von 10 Mikron bei einer Filmdicke von 35,0 Mikron mit der wie vorstehend beschrieben hergestellten Resistlösung auf einen nackten Siliziummonitorwafer mit 4 Zoll Durchmesser beschichtet. Der Wafer wurde durch die 10,46 Mikron messende Chrommaske auf der CANON^®-Ausrichteinheit mit einer Dosis von 500 Millijoule je Quadratzentimeter und einer Lichtintensität von 9,20 Milliwatt je Quadratzentimeter belichtet, gefolgt von 20 Minuten Härtung nach der Belichtung bei 70°C. Das Bild wurde durch einen Entwicklungszyklus von 40 Sekunden mit γ-Butyrolacton (von Aldrich Chemical Co. erhalten) und einer Spülung mit Isopropanol entwickelt. Eine Scanningelektronenmikrographie zeigte, daß die Resistschicht topographisch glatt und regelmäßig mit geringen Anzeichen einer Verrundung nach der Entwicklung war. Eine Nahansicht zeigte, daß Erhebungen und Vertiefungen visuell abwesend waren. Das Seitenwandprofil war sehr gerade und zeigte, daß während der Entwicklung wenig oder kein Anschwellen auftrat. Es wurde auch kein Unterätzen beobachtet.
C Die Düsenabmessungen und die Filmdicke wurden bei einem 28 Mikron dicken Film bestimmt, der aus der von MicroChem Corporation erhaltenen, handelsüblichen Resistlösung auf einen nackten Siliziumheizwafer von 5 Zoll Durchmesser beschichtet wurde. Der Wafer wurde auf der KARL SUSS^®-Ausrichteinheit mit einer Dosis von 300 Millijoule je Quadratzentimeter und einer Lichtintensität von 6,00 Milliwatt je Quadratzentimeter belichtet, gefolgt von 15 Minuten Härtung nach der Belichtung bei 95°C. Das Bild wurde durch einen Entwicklungszyklus von 40 Sekunden mit γ-Butyrolacton (von Aldrich Chemical Co. erhalten) und einer Spülung mit Isopropanol entwickelt. Eine optische Mikrophotographie des entwickelten Wafers zeigte Düsen von 6 Mikron und eine Filmdicke von 28 Mikron. Bei dem Wandprofil wurde bei Regionen mit wechselndem Reflexionsvermögen des Heizwafers keine ersichtliche Änderung beobachtet.
D Die Düsenabmessungen und die Filmdicke wurden bei einem 28 Mikron dicken Film bestimmt, der aus dem handelsüblichen Resist hergestellt wurde, der durch einen Entwicklungszyklus von 50 Sekunden mit γ-Butyrolacton (von Aldrich Chemical Co. erhalten) und eine Spülung mit Isopropanol entwickelt worden war. Eine optische Mikrophotographie des entwickelten Wafers zeigte Düsen von 5 Mikron und eine Filmdicke von 28 Mikron, was die erfolgreiche Bemusterung mit Mustern aus 1200 Punkten je Zoll veranschaulichte.

Claims

Thermischer Tintenstrahldruckkopf (10), der (i) ein oberes Substrat (22) und (ii) ein unteres Substrat (28) umfaßt, bei dem eine Oberfläche davon eine Anordnung darauf ausgebildeter Heizelemente (34) und Adressierelektroden (33) aufweist, wobei das untere Substrat (28) eine Isolierschicht (16) aufweist, die auf dessen Oberfläche und über die Heizelemente (34) und Adressierelektroden (33) aufgebracht ist und die mit einem solchen Muster versehen ist, daß dort hindurch Aussparungen gebildet sind, um die Heizelemente (34) und die Anschlußenden der Adressierelektroden (33) freizulegen und wobei das obere und untere Substrat (22, 28) unter Bilden eines thermischen Tintenstrahldruckkopfes (10) mit Tröpfchen ausstoßenden Düsen (27) miteinander verbunden sind, die durch das obere Substrat (22), die Isolierschicht (16) auf dem unteren Substrat (28) und die Heizelemente (34) in dem unteren Substrat (28) definiert werden, wobei wenigstens eines aus dem oberen Substrat (22) und der Isolierschicht (16) ein vernetztes Polymer umfaßt, das durch Vernetzen einer Polymervorstufe gebildet wurde, die ein phenolisches Novolac-Harz mit funktionellen Glycidylethergruppen an dessen monomeren, sich wiederholenden Einheiten ist und wobei die ein Muster bildenden Aussparungen durch die Isolierschicht ein Längenverhältnis von mindestens 1 : 1 aufweisen.
Druckkopf des Anspruchs 1, wobei die Isolierschicht (16) das vernetzte Polymer umfaßt.
Druckkopf des Anspruchs 1 oder 2, wobei sowohl die Isolierschicht (16) als auch das obere Substrat (22) das vernetzte Polymer umfassen.
Druckkopf eines der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Polymervorstufe aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus

randomisierten Strukturen und verzweigten Strukturen davon, wobei n bei jedem Auftreten die mittlere Anzahl der sich wiederholenden Monomereinheiten darstellt.
Druckkopf eines der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Polymervorstufe
ist, worin n etwa 2 bis etwa 20 ist.
Druckkopf eines der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Isolierschicht (16) eine Dicke von bis zu 40 μm aufweist.
Druckkopf eines der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Düsen (27) eine Breite von 5 μm bis 25 μm und eine Tiefe von 5 μm bis 25 μm aufweisen.
Druckkopf eines der Ansprüche 1 bis 7, wobei die ein Muster bildenden Aussparungen durch die Isolierschicht (16) ein Längenverhältnis von mindestens etwa 5 : 1 aufweisen.
Druckkopf eines der Ansprüche 1 bis 7, wobei die ein Muster bildenden Aussparungen durch die Isolierschicht (16) ein Längenverhältnis von mindestens etwa 6 : 1 aufweisen.
Druckkopf eines der Ansprüche 1 bis 7, wobei die ein Muster bildenden Aussparungen durch die Isolierschicht (16) ein Längenverhältnis von mindestens etwa 10 : 1 aufweisen.