DE60113322T2

DE60113322T2 - Verfahren zur Herstellung von Ausstosskammern für unterschiedliche Tropfengewichte auf einem einzigen Druckkopf

Info

Publication number: DE60113322T2
Application number: DE60113322T
Authority: DE
Inventors: Naoto Kawamura
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2021-03-03
Also published as: EP1566274B1; US6513896B1; EP1566274A3; EP1132214A1; EP1132214B1; DE60113322D1; EP1566274A2; US6966112B2; KR20010089185A; DE60142990D1; US20030103105A1; KR100765666B1; HK1036035A1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahldrucker. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf neuartige Entwürfe und Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfs, der in der Lage ist, Tintenmengen mit variierendem Tropfengewicht zu drucken.
Hintergrund der Erfindung
Tintenstrahldruckmechanismen verwenden Stifte mit Druckköpfen, die sich über ein Medienblatt hin- und herbewegen und Tröpfchen auf das Blatt ausstoßen, um ein gedrucktes Bild oder Muster zu erzeugen. Derartige Mechanismen könnten in einer breiten Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, einschließlich Computerdruckern, Plottern, Kopiergeräten und Faxgeräten. Aus Bequemlichkeit sind die Konzepte der Erfindung in dem Kontext eines Druckers erläutert.
Ein typischer Druckkopf umfasst ein Siliziumchipsubstrat mit einer Mitteltintenapertur, die mit einer mit Tinte gefüllten Kammer des Stiftes kommuniziert, wenn die Rückseite des Substrats gegen die Kassette befestigt ist. Ein Array von Abfeuerungswiderständen ist an der Vorderseite des Substrats positioniert, innerhalb einer Kammer, die peripher durch eine Dünnfilmschicht eingeschlossen ist, die die Widerstände und die Tintenapertur umgibt. Eine Öffnungsschicht, die mit dem Dünnfilm gerade oberhalb der Frontoberfläche des Substrats verbunden ist, umschließt die Kammer und definiert eine Abfeuerungskammer gerade oberhalb jedes Widerstands. Eine zusätzliche Beschreibung einer grundlegenden Druckkopfstruktur ist in „The Second-Generation thermal Inkjet Structure" von Ronald Askeland u. a. in dem Hewlett-Packard Journal, August 1988, Seiten 28– 31; „Development of a High-Resolution Thermal Inkjet Printhead" von William A. Buskirk u. a. in dem Hewlett-Packard Journal, Oktober 1988, Seiten 55–61 und „The Third-Generation HP Thermal Inkjet Printhead" von J. Stephen Aden u. a. in dem Hewlett-Packard Journal, Februar 1994, Seiten 41–45, zu finden.
Das U.S.-Patent 4,746,935 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Acht-Pegel-Halbton-Tintenstrahldrucken durch ein Drucken mit Tintentröpfchen mit Volumina, die in einer Binärsequenz gewichtet sind. Drei binärgewichtete Tropfenerzeuger, die der Reihe nach abgefeuert werden, werden in einem Acht-Pegel-Vier-Farb-Druckvorgang verwendet und könnten zusätzlich mit einem Klartintenträgertropfenerzeuger verwendet werden.
Die europäische Patentanmeldung EP 0 895 866 offenbart einen Nachfüllkanal für mehrere Reihen von Düsen in einem Siliziumchip, der durch Dünnen des Chips in der Umgebung der Reihen und ein darauffolgendes Ätzen jeweiliger Gräben innerhalb des gedünnten Abschnitts des Chips gebildet ist. Monolithische Architekturen, die derartige Gräben umfassen, werden für Tintenstrahldüsengeometrien mit engem Reihenabstand verwendet.
Um die Anzahl erforderlicher Druckköpfe für ein vollständiges Drucksystem zu minimieren und den Bedarf einer Ausrichtung separater Druckköpfe in einem Drucksystem überflüssig zu machen, ist es wünschenswert, die Fähigkeit zu besitzen, Abfeuerungskammern mit unterschiedlichen Tropfengewichten, z. B. eine Farbspalte und eine Schwarzspalte, auf einem einzelnen Druckkopf zu umfassen. In der Vergangenheit waren Hersteller nicht in der Lage, Druckköpfe mit Abfeuerungskammern mit unterschiedlichen Tropfengewichten herzustellen, da Abfeuerungskammern mit unterschiedlichen Tropfengewichten üblicherweise unterschiedliche Öffnungsschichtdicken erforderlich gemacht haben, um die beste Tintenbahn und Tropfenform mit optimaler Energieeffizienz zu erzeugen.
Folglich besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, Entwürfe für und Verfahren zum Herstellen von Tintenstrahldruckköpfen mit Abfeuerungskammern bereitzustellen, die in der Lage sind, Tintenmengen mit variierendem Tropfengewicht mit optimaler Energieeffizienz und Punktform zu drucken.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt einen Tintenstrahldruckkopf bereit, der in der Lage ist, Tintenmengen mit kleinerem und größerem Tropfengewicht zu drucken, der folgende Merkmale aufweist:
ein Substrat, das einen ersten Abschnitt aufweist, der dicker ist als ein zweiter Abschnitt;
eine Dünnfilmschicht, die mit dem Substrat verbunden ist, wobei die Dünnfilmschicht eine Mehrzahl von Tintenenergieversorgungselementen aufweist und eine Mehrzahl von Tintenzufuhrkanälen definiert;
eine Öffnungsschicht, die mit der Dünnfilmschicht verbunden ist und unterschiedliche Dicken aufweist, die dem ersten und dem zweiten Abschnitt entsprechen, wobei die Öffnungsschicht eine Mehrzahl von Abfeuerungskammern definiert, wobei sich jede Kammer durch eine jeweilige Apertur öffnet, um zumindest eines der Elemente freizulegen, wobei jede Kammer in Fluidkommunikation mit ihren jeweiligen Kanälen steht,
wobei jede Kammer, die sich in dem ersten Abschnitt befindet, eine Tintenmenge mit einem Tropfengewicht mit unterschiedlicher Größe erzeugt, wenn ihr jeweiliges Element mit Energie versorgt wird, als jede Kammer, die sich in dem zweiten Abschnitt befindet.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Druckkopfs bereit, der in der Lage ist, Tintenmengen mit kleinerem und größerem Tropfengewicht zu drucken, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Substrats;
Ätzen des Substrats, um zumindest zwei Substratbereiche mit unterschiedlichen Substratdicken zu definieren;
Aufbringen einer Dünnfilmschicht, die zumindest ein Tintenenergieversorgungselement in jedem der Substratbereiche enthält;
Ätzen einer Mehrzahl von Tintenzuführungskanälen in der Dünnfilmschicht;
Ätzen zumindest eines Tintenzuführungsgrabens in dem Substrat, wobei der Tintenzuführungsgraben in Fluidkommunikation mit zumindest einigen der Tintenzuführungskanäle steht;
Aufbringen einer Öffnungsschicht auf das Substrat, wobei die Öffnungsschicht eine äußere Öffnungsschichtoberfläche aufweist, die im Wesentlichen planar ist, derart, dass es zumindest zwei Öffnungsbereiche mit unterschiedlichen Öffnungsdicken gibt, die den zumindest zwei Substratbereichen mit unterschiedlichen Substratdicken entsprechen; und
Bilden zumindest einer Abfeuerungskammer in jedem der zumindest zwei Öffnungsbereiche.
Natürlich könnten die Druckköpfe, Druckkassetten und Verfahren dieser Ausführungsbeispiele auch andere zusätzliche Komponenten und/oder Schritte umfassen.
Weitere Ausführungsbeispiele sind hierin ebenso offenbart.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung kann in bestimmten Teilen und Schritten eine physische Form annehmen, wobei Ausführungsbeispiele hierfür in dieser Beschreibung detailliert beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen, die einen Teil derselben bilden, dargestellt sind:
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Tintenstrahldruckkassette, die einen Druckkopf gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
2 ist eine vergrößerte Schnittseitenansicht eines Ausführungsbeispiels des Druckkopfs der vorliegenden Erfindung, wobei die Öffnungsschicht unterschiedliche Dicken aufweist.
3 ist eine vergrößerte Schnittseitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Druckkopfs, nicht Teil der vorliegenden Erfindung, wobei die Öffnungsschicht eine einheitliche Dicke aufweist, jedoch zumindest einige Abfeuerungskammern unterschiedliche Volumina aufweisen.
4A bis 4G stellen ein Verfahren zum Herstellen eines Druck kopfs gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
5 ist eine isometrische Zeichnung eines typischen Druckers, der eine Tintenstrahldruckkassette, die die vorliegende Erfindung verwendet, einsetzen könnte.
6 ist eine schematische Darstellung eines Druckers, der die vorliegende Erfindung einsetzen könnte.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liefert neuartige Entwürfe und Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfs, der in der Lage ist, Tintenmengen mit variierendem Tropfengewicht zu drucken. Insbesondere überwindet diese Erfindung die Probleme des Stands der Technik, indem vorzugsweise ein Substrat geätzt wird, um Abfeuerungskammern mit unterschiedlichen Öffnungsschichtdicken bereitzustellen. Dies schafft variable Entfernungen zwischen Tintenenergieversorgungselementen in Abfeuerungskammern und ihren entsprechenden Öffnungen. Alternativ kann die Erfindung Abfeuerungskammern mit unterschiedlichen Volumina, unterschiedlich dimensionierte Tintenenergieversorgungselemente und/oder seitlich versetzte Tintenenergieversorgungselemente verwenden. So kann ein Hersteller durch Variieren der Entfernung zwischen Öffnungen und ihren Tintenenergieversorgungselementen, Bereitstellen von Abfeuerungskammern mit unterschiedlichen Volumina, Bereitstellen von unterschiedlich dimensionierten Tintenenergieversorgungselementen und/oder laterales Versetzen von Tintenenergieversorgungselementen von ihren entsprechenden Öffnungen Tintenstrahldruckköpfe bereitstellen, die in der Lage sind, Tintenmengen mit variierendem Tropfengewicht zu drucken.
1 zeigt einen thermischen Tintenstrahlstift 100, der einen Druckkopf 102 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist. Der Stift umfasst einen unteren Abschnitt 104, der ein Tintenreservoir beinhaltet, das in der gezeigten Ausrichtung mit der Rück- oder Unterseite des Druckkopfs kommuniziert. Der Druckkopf definiert vorzugsweise eine oder mehrere Öffnungen oder Düsen 106, 108, durch die Tinte selektiv ausgestoßen werden kann.
2 zeigt einen Querschnitt des Druckkopfs 102 durch zwei Öffnungen 106, 108, um zwei Abfeuerungseinheiten 200, 202 darzustellen. Der Druckkopf umfasst ein Substrat 204, vorzugsweise Silizium, das ein starres Chassis für den Druckkopf 102 liefert und für den Großteil der Dicke des Druckkopfs 102 sorgt. Das Substrat 204 weist eine obere Oberfläche 206 auf, die vorzugsweise mit einer Passivierungs- oder Dünnfilmschicht 300 beschichtet ist. Tintenenergieversorgungselemente 208, 210, wie z. B. Widerstände, liegen auf der Dünnfilmschicht 300, falls vorhanden, auf. Eine Öffnungsschicht 212 weist eine untere Oberfläche 214 auf, die konform auf der Dünnfilmschicht 300 aufliegt. Die Öffnungsschicht 212 weist außerdem eine äußere Oberfläche 216 auf, die die oberste Oberfläche des Druckkopfs bildet und dem Material zugewandt ist, auf das Tinte gedruckt werden soll. Die Mittelpunkte der Widerstände 208, 210 definieren vorzugsweise eine Normalachse, an der die Komponenten ihrer jeweiligen Abfeuerungseinheiten 200, 202 bei diesem Ausführungsbeispiel ausgerichtet sind.
Die Öffnungsschicht 212 dieses Ausführungsbeispiels weist eine im Wesentlichen planare äußere Oberfläche 216 auf. Eine oder mehrere Abfeuerungskammern 218, 220 jedoch weisen eine Öffnungsschicht 212 mit unterschiedlichen Dicken auf. Es gibt im Wesentlichen keine Grenze für die Anzahl unterschiedlicher Öffnungsschichtdicken, die verwendet werden können, um Abfeuerungskammern zu bilden und so Druckfähigkeiten mit variierendem Tropfengewicht bereitzustellen.
Ein Beispiel von Abfeuerungskammern 218, 220 mit unterschiedlichen Öffnungsschichtdicken ist in 2 gezeigt. Insbesondere weist die Abfeuerungskammer 218 eine Öffnungsschicht 212 auf, die dicker ist als die Öffnungsschicht der Abfeuerungskammer 220. Folglich befindet sich der Widerstand 210 in engerer Nähe zu der Öffnung 108, als der Widerstand 108 zu seiner Öffnung 106 angeordnet ist.
Vorzugsweise ist der Widerstand 208 leistungsstärker als der Widerstand 210. Ferner sollte der Widerstand 208 ausreichend leistungsstärker sein als der Widerstand 210, so dass der Widerstand 208, wenn mit Energie versorgt, eine Tintenmenge mit höherem Tropfengewicht erzeugt.
Die Abfeuerungskammern 218, 220, die durch die Öffnungsschicht 212 definiert sind, besitzen vorzugsweise eine kegelstumpfförmige Form und sind an der Widerstandsachse ausgerichtet. Jede Form oder Konfiguration jedoch könnte zur Definition der Abfeuerungskammern 218, 220 verwendet werden. Wenn eine Abfeuerungskammer kegelstumpfförmig ist, weist die Abfeuerungskammer eine große kreisförmige Basisperipherie 222 an der unteren Oberfläche 214 und eine kleine kreisförmige Düsenapertur 106, 108 an der äußeren Oberfläche 216 auf. Die Dünnfilmschicht 300 definiert vorzugsweise einen oder mehrere Tintenzuführungskanäle 224–230, die vorzugsweise einer einzelnen dargestellten Abfeuerungskammer 218, 220 zugeordnet sind. Die Kanäle 224–230 sind vorzugsweise vollständig durch die untere Peripherie der Kammer umgeben, so dass die durch jeden Kanal übertragene Tinte ausschließlich durch ihre jeweilige Abfeuerungskammer verwendet wird, und so dass ein Druck, der innerhalb der Abfeuerungskammer 218, 220 erzeugt wird, keinen Tintenfluss zu einer anderen Kammer erzeugt – mit Ausnahme der beschränkten Menge, die durch die Kanäle, unter der oberen Oberfläche des Substrats, zurückfließen könnte. Dies verhindert, dass ein Druck-„Vorbeiblasen" oder -„Übersprechen" benachbarte Abfeuerungseinheiten wesentlich beeinflusst, und verhindert ein Drucklecken, das andernfalls die Ausstoßkraft, die durch eine bestimmte Menge an Energie erzeugt wird, die durch einen Widerstand 208, 210 bereitgestellt wird, wesentlich reduzieren könnte. Die Verwendung von mehr als einem einzelnen Kanal 224–230 pro Abfeuerungseinheit 218, 220 ist nicht notwendig; es ist jedoch vorzuziehen, da dies redundante Tintenflusswege liefert, um ein Tintenversiegen der Abfeuerungskammer 218, 220 durch ein einziges Verunreinigungsteilchen, das einen Tintenfluss in einem Kanal 224–230 versperren könnte, zu verhindern.
Vorzugsweise definiert das Substrat 204 einen spitz zulaufenden Graben 232, 234 für eine Mehrzahl von Abfeuerungseinheiten 200, 202, der an der unteren Oberfläche des Substrats 204 am breitesten ist, um Tinte aus dem Reservoir 104 aufzunehmen, und der sich in Richtung der Öffnungsschicht 212 zu einer Breite verschmälert, die größer ist als der Bereich der Tintenkanäle 224–230. Alle Formen oder Konfigurationen jedoch könnten verwendet werden, um eine Fluidkommunikation zwischen dem Tintenreservoir 104 und den Abfeuerungskammern 218, 220 bereitzustellen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsfläche des Grabens 232, 234 viele Male größer als die Querschnittsfläche der Tintenzufuhrkanäle 224–230, die einer Abfeuerungskammer zugeordnet sind, so dass eine Menge derartiger Einheiten ohne wesentlichen Flusswiderstand in dem Graben beliefert werden könnte. Der Graben 232, 234 erzeugt einen Leerraum hinter dem Widerstand 208, 210, was nur eine dünne Trennwand oder Lage aus Dünnfilmmaterial 302, 304 (in 3) hinterlässt, die die Widerstände 208, 210 von der Tinte innerhalb der Gräben 232, 324 trennt.
Wie in 3 gezeigt ist, liefert ein weiteres Ausführungsbeispiel, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, ebenso die Fähigkeit eines Druckens von Tintenmengen mit variierendem Tropfengewicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Abfeuerungskammern 400, 402 in einer Öffnungsschicht 212 definiert, die eine im Wesentlichen einheitliche Dicke aufweisen könnte oder auch nicht. Die Abfeuerungskammer 402, die Tintenmengen mit größerem Tropfengewicht erzeugen sollen, besitzen vorzugsweise ein größeres Volumen als diejenigen Kammern 400, die Tintenmengen mit kleinerem Tropfengewicht erzeugen sollen. Zusätzlich wird es auch bevorzugt, wenn die Kammern 402 mit größerem Volumen derart geformt oder konfiguriert sind, dass ein Tintenenergieversorgungselement seitlich von seiner entsprechenden Öffnung 108 versetzt sein kann.
Abfeuerungskammern 402, die Tintenmengen mit größerem Tropfengewicht erzeugen sollen, sind vorzugsweise mit Tintenenergieversorgungselementen versehen, wie z. B. dem Widerstand 406, die mehr Energie erzeugen, wenn sie mit Energie versorgt werden, die jedoch weiter von dessen Öffnung 108 entfernt sind. Ähnlich sind Abfeuerungskammern 400, die Tintenmengen mit kleinerem Tropfengewicht erzeugen sollen, vorzugsweise mit Tintenenergieversorgungselementen, wie z. B. dem Widerstand 404, versehen, die weniger Energie erzeugen, wenn sie mit Energie versorgt werden.
Bei einer Variation der vorstehenden Ausführungsbeispiele kann der Graben 234 seitlich von einer Ausrichtung mit einer oder mehreren Abfeuerungskammern 220 (nicht gezeigt) versetzt sein. Ein Beispiel hierfür ist in einer Druckkassette Nr. C6578D zu finden, die kommerziell bei Hewlett-Packard erhältlich ist.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Dünnfilmschicht eine perforierte Region definieren, die der breitesten unteren Öffnung des Grabens 234 entspricht. Dies erlaubt einen Tintenfluss in den Graben 234 und kann auch als ein Maschenfilter fungieren, um zu verhindern, dass Teilchen in das Tintenkanalsystem von Kanälen gelangen.
Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen ist das Substrat 204 vorzugsweise ein Siliziumwafer mit einer Dicke von etwa 675 μm, obwohl statt dessen auch Glas oder ein stabiles Polymer eingesetzt werden könnte. Die Dünnfilmschicht 300, falls vorhanden, ist aus Siliziumdioxid, Phosphosilikat-Glas, Tantal-Aluminium (d. h. Widerstand), Silizium-Nitrid, Silizium-Karbid, Tantal oder einem anderen funktionsmäßig äquivalentem Material gebildet, das eine unterschiedliche Ätzmittelempfindlichkeit als das Substrat aufweist, mit einer Gesamtdicke von etwa 3 μm. Die Kanäle 224–230 weisen einen Durchmesser auf, der in etwa gleich wie oder etwas größer ist als die Dicke der Dünnfilmschicht 300. Die Öffnungsschicht 212 weist eine Dicke von etwa 10–30 μm auf, die Düsenapertur 106 besitzt einen ähnlichen Durchmesser und die untere Peripherie der Abfeuerungskammer weist einen Durchmesser von etwa dem Doppelten der Breite des Widerstands 208 auf, was ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 10–30 μm ist. Die Abmessungen und/oder die Form der unteren Peripherie jedoch könnten abhängig von den Herstellungsverfahren, die zur Erzeugung von Öffnungsschichten mit unterschiedlichen Dicken verwendet werden, variieren. Das anisotrope Ätzen des Siliziumsubstrats liefert einen Wandwinkel von etwa 54° von der Ebene des Substrats.
Die 4A–4G stellen eine Folge verschiedener Herstellungsaspekte der vorstehenden Ausführungsbeispiele dar. Ein Siliziumwafersubstrat 204 ist in 4A vorgesehen. Jeder Abschnitt des Druckkopfs, der Tintenmengen mit größerem Tropfengewicht drucken soll, wird dann vorzugsweise in 4B geätzt. Wieder ist die Ätzmenge auf die Tropfengewicht-Tintenmenge, die von einer jeweiligen Abfeuerungskammer gedruckt wird, bezogen. Wie in 4C gezeigt ist, wird vorzugsweise eine Dünnfilmschicht 300, die die Widerstände 208, 210 und Leiterbahnen (nicht gezeigt) beinhaltet, aufgebracht.
In 4D ätzt ein anisotroper Vorgang die Kanäle 224–230. Alternativ könnten die Kanäle laser-gebohrt oder durch andere geeignete Mittel gebildet werden.
Eine Öffnungsschicht 212 wird in 4E aufgebracht. Die Schicht 212 könnte laminiert, siebgedruckt oder durch Gießen eines flüssigen Materials auf einen sich drehenden Wafer „aufgeschleudert" werden, um ein Material mit einer im Wesentlichen planaren äußeren Oberfläche bereitzustellen. Die Dicke der Öffnungsschicht 212 variiert abhängig davon, ob das darunter liegende Substrat 204 geätzt wurde. Trotzdem ist die Öffnungsschicht im Wesentlichen konform mit der gesamten Region nahe den Abfeuerungskammern, um Leerräume zwischen Kammern zu verhindern, durch die Tinte auslaufen könnte. Die Öffnungsschicht 212 könnte auf Abschnitte jedes Druckkopfs auf dem Wafer selektiv aufgebracht werden oder könnte vorzugsweise über der gesamten Waferoberfläche aufgebracht werden, um die Verarbeitung zu vereinfachen.
Vorzugsweise wird der photo-definierte Vorgang verwendet, um die Abfeuerungskammern 218, 220 zu bilden, wie in 4F gezeigt ist. Der beste Modus zum Durchführen dieses photo-definierten Vorgangs ist durch die Verwendung eines negativ-wirkenden, photo-abbildbaren Epoxids. Mit einem negativ-wirkenden, photo-abbildbaren Epoxid wird mit Licht belichtetes Material während eines Entwicklungsvorgangs nicht entfernt. So wird eine erste Photomaske aufgebracht, um die Form der erwünschten unteren Abfeuerungskammer zu definieren. Das Material wird dann mit einer vollen Dosis der Lichtmenge, die zum Belichten des Materials benötigt wird, belichtet. Die erste Photomaske wird von dem Werkzeug entfernt. Eine zweite Photomaske wird dann in dem Werkzeug platziert, um das Öffnungsloch zu definieren. Das Material wird ein zweites Mal mit weniger Energie belichtet, so dass nur die erwünschte Dicke an Material (z. B. eine Hälfte) belichtet wird. Der Wafer wird dann in einer standardmäßigen chemischen Entwicklungssubstanz platziert. Die chemische Entwicklungssubstanz entfernt die unbelichteten Abschnitte des Wafers; die belichteten Abschnitte jedoch bleiben intakt. Alternativ könnten andere Öffnungsschichtbildungsvorgänge verwendet werden.
In 4G werden die Tintengräben 232, 234 durch anisotropes Ätzen geätzt, um ein Winkelprofil zu bilden. Vorher könnte die untere Oberfläche des Wafers mit einer Dünnfilmschicht beschichtet werden, die selektiv mit offenen Regionen aufgebracht wird. Das Ätzen des Grabens würde dann fortfahren, bis die Rückseite der Dünnfilmschicht 300 frei liegt, und die Kanäle 224–230 in Kommunikation mit ihren jeweiligen Gräben 232, 234 stehen. Schließlich wird der Wafer in einzelne Druckköpfe getrennt, die an jeweiligen Tintenstrahlstiften 100, wie in 1 gezeigt ist, in Kommunikation mit der Tintenzufuhr befestigt werden.
5 zeigt eine isometrische Ansicht eines typischen Tintenstrahldruckers 800, der die vorliegende Erfindung ver wenden könnte. Eine Eingangsablage 802 lagert Papier oder andere Druckmedien 804.
Bezug nehmend auf die schematische Darstellung eines Druckermechanismus, der in 6 dargestellt ist, bewegt eine Medieneingabe 900 ein einzelnes Medienblatt 804 durch die Verwendung einer Rolle 902, eines Auflagemotors 904 und von Traktionsvorrichtungen (nicht gezeigt) in einen Druckbereich weiter. In einem typischen Drucker 800 werden einer oder mehrere Tintenstrahlstifte 100 inkremental auf der Auflage durch einen Wagenmotor 906 in eine Richtung, die senkrecht zu der Richtung des Eintritts des Mediums ist, über das Medium 804 gezogen. Der Auflagemotor 904 und der Wagenmotor 906 stehen typischerweise unter der Steuerung einer Medien- und Kassettenpositionssteuerung 908. Ein Beispiel einer derartigen Positionierungs- und Steuervorrichtung könnte in dem U.S.-Patent Nr. 5,070,410 mit dem Titel „Apparatus and Method Using a Combined Read/Write Head for Processing and Storing Read Signals and for Providing Firing Signals to Thermally Actuated Ink Ejection Elements" beschrieben gefunden werden. So wird das Medium 804 an einem Ort positioniert, so dass die Stifte 100 Tintentröpfchen ausstoßen könnten, um Punkte auf dem Medium zu platzieren, wie durch die Daten, die in die Tropfenabfeuerungssteuerung 910 des Druckers eingegeben werden, erforderlich ist.
Diese Tintentropfen werden aus den ausgewählten Öffnungen 106, 108 in einem Druckkopfelement ausgewählter Stifte in einem Band parallel zu der Bewegungsrichtung ausgestoßen, wenn die Stifte 100 durch den Wagenmotor 906 über das Medium verschoben werden. Wenn die Stifte 100 das Ende ihrer Bewegung an einem Ende eines Druckbandes erreichen, schieben die Positionssteuerung 908 und der Auflagemotor 904 üblicherweise das Medium 804 vor. Sobald die Stifte 100 das Ende ihrer Querung in der X-Richtung an einem Balken oder einem anderen Druckkassettenträgermechanismus erreicht haben, werden diese entweder entlang des Trägermechanismus zurückgebracht, während weiter gedruckt wird, oder werden ohne Drucken zurückgebracht. Das Medium 804 könnte um eine Inkrementmenge vorgeschoben werden, die gleich der Breite des Tintenausstoßabschnitts des Druckkopfs 102 ist, oder ein bestimmter Bruchteil desselben in Bezug auf die Beabstandung zwischen den Düsen 106, 108. Die Positionssteuerung 908 bestimmt eine Steuerung des Mediums 804, eine Positionierung des oder der Stifte 100 und eine Auswahl der korrekten Tintenausstoßer des Druckkopfs zur Erzeugung eines Tintenbilds oder -zeichens. Die Steuerung 908 könnte in einer herkömmlichen Elektronikhardwarekonfiguration implementiert sein und ihr könnten Betriebsinstruktionen von einem herkömmlichen Speicher 912 geliefert werden. Sobald das Drucken abgeschlossen ist, stößt der Drucker 800 das Medium 804 in eine Ausgabeablage zur Entfernung durch den Benutzer aus. Natürlich verbessern die Tintenstrahlstifte 100, die die oben erläuterten Strukturen des Druckkopfs 102 verwenden, die Funktionsweise des Druckers wesentlich.
Zusammenfassend überwindet die vorliegende Erfindung die Einschränkungen und Probleme des Stands der Technik durch ein Bereitstellen unterschiedlich dimensionierter Abfeuerungskammern. Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung durch entweder ein Ätzen des Substrats oder ein seitliches Versetzen von Tintenenergieversorgungselementen von ihren entsprechenden Öffnungen Abfeuerungskammern mit größerem und kleinerem Volumen. Dies ermöglicht es einem Hersteller, Tintenstrahldruckköpfe zu schaffen, die in der Lage sind, Tintenmengen mit variierendem Tropfengewicht mit optimaler Energieeffizienz und Punktform zu drucken, wodurch ein Drucken mit höherer Geschwindigkeit und ein billigeres Herstellen ermöglicht werden.
Die vorliegende Erfindung wurde hierin Bezug nehmend auf spezifische exemplarische Ausführungsbeispiele derselben beschrieben. Es ist für Fachleute auf diesem Gebiet zu erkennen, dass eine Person, die diese Erfindung versteht, Veränderungen oder andere Ausführungsbeispiele oder Varia tionen, die die Prinzipien dieser Erfindung verwenden, entwickeln könnte, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, abzuweichen. Statt einer Implementierung in einem FIT (d. h. vollständig integrierten thermischen Tintenstrahldrucker) z. B. könnte die vorliegende Erfindung in einem TIJ (d. h. thermischen Standardtintenstrahldrucker) implementiert sein.

Claims

Ein Tintenstrahldruckkopf, der Tintenmengen mit kleinerem und größerem Tropfengewicht drucken kann, mit folgenden Merkmalen: einem Substrat (204), das einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt dicker ist als der zweite Abschnitt; einer Dünnfilmschicht (300), die mit dem Substrat verbunden ist, wobei die Dünnfilmschicht eine Mehrzahl von Tintenenergieversorgungselementen (208, 210) aufweist und eine Mehrzahl von Tintenzufuhrkanälen (224, 226, 228, 230) definiert; einer Öffnungsschicht (212), die mit der Dünnfilmschicht verbunden ist und unterschiedliche Dicken aufweist, die dem ersten und dem zweiten Abschnitt entsprechen, wobei die Öffnungsschicht eine Mehrzahl von Abfeuerungskammern (218, 220) definiert, wobei sich jede Kammer durch eine jeweilige Apertur (106, 108) öffnet, um zumindest eines der Elemente freizulegen, wobei jede Kammer in Fluidkommunikation mit ihren jeweiligen Kanälen steht, wobei jede Kammer, die sich in dem ersten Abschnitt befindet, eine Tintenmenge mit einem Tropfengewicht mit unterschiedlicher Größe erzeugt, wenn ihr jeweiliges Element mit Energie versorgt wird, als jede Kammer, die sich in dem zweiten Abschnitt befindet.
Der Tintenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 1, bei dem: der erste Abschnitt ein Erstsubstratabschnitt mit einer Erstsubstratdicke ist und der zweite Abschnitt ein Zweitsubstratabschnitt mit einer Zweitsubstratdicke ist; die Tintenenergieversorgungselemente (208, 210) unabhängig adressierbar sind und zumindest eines der Mehrzahl von Tintenenergieversorgungselementen mit dem Erstsubstratabschnitt ausgerichtet ist und zumindest eines der Mehrzahl von Tintenenergieversorgungselementen mit dem Zweitsubstratabschnitt ausgerichtet ist; und die Öffnungsschicht (212) eine untere Öffnungsschichtoberfläche, die konform mit der Dünnfilmschicht verbunden ist, und eine äußere Öffnungsschichtoberfläche mit einheitlicher Höhe aufweist, derart, dass die Öffnungsschicht einen Erstöffnungsabschnitt mit einer Erstöffnungsdicke aufweist, die dünner ist als eine Zweitöffnungsdicke, die einem Zweitöffnungsabschnitt entspricht, wobei die Apertur (106, 108) eine Düsenapertur (106, 108) in der äußeren Öffnungsschichtoberfläche ist und sich jede Abfeuerungskammer durch die Öffnungsschicht erstreckt, um ein jeweiliges Tintenenergieversorgungselement freizulegen, wobei jede zumindest einiger der Abfeuerungskammern seitlich von anderen Abfeuerungskammern durch einen Abschnitt der Öffnungsschicht getrennt ist.
Eine Tintenstrahldruckkassette mit folgenden Merkmalen: einem Druckkassettenkörper (100); einem Reservoir für Tinte innerhalb des Körpers; und einem Druckkopf (102) gemäß Anspruch 2, der auf dem Körper getragen wird, in Fluidkommunikation mit dem Reservoir; wobei die Dünnfilmschicht (300) konform an dem Substrat angebracht ist und die Mehrzahl von Tintenzufuhrkanälen (224, 226, 228, 230) in Fluidkommunikation mit dem Reservoir steht; die Mehrzahl unabhängig adressierbarer Tintenenergieversorgungselemente (208, 210) in der Dünnfilmschicht eingebettet ist; und jede zumindest einiger der Abfeuerungskammern seitlich von allen anderen Abfeuerungskammern durch einen Abschnitt der Öffnungsschicht getrennt ist, derart, dass die Abfeuerungskammern nicht seitlich untereinander verbunden sind, wobei jede Abfeuerungskammer, die sich in dem Erstöffnungsabschnitt der Öffnungsschicht befindet, der eine Erstöffnungsdicke aufweist, eine Tintenmenge mit kleinerem Tropfengewicht erzeugt, wenn ihr jeweiliges Tintenenergieversorgungselement mit Energie versorgt wird, und jede Abfeuerungskammer, die sich in dem Zweitöffnungsabschnitt der Öffnungsschicht befindet, der eine Zweitöffnungsdicke aufweist, eine Tintenmenge mit größerem Tropfengewicht erzeugt, wenn ihr jeweiliges Tintenenergieversorgungselement mit Energie versorgt wird.
Der Tintenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 1, bei dem die Abfeuerungskammern (218), die sich in dem zweiten Abschnitt befinden, leistungsstärkere Tintenenergieversorgungselemente (208) aufweisen als die Abfeuerungskammern (220) in dem ersten Abschnitt, wobei jede Abfeuerungskammer (218), die sich in dem zweiten Abschnitt befindet, eine Tintenmenge mit größerem Trop fengewicht erzeugt als die Abfeuerungskammern (220), die sich in dem ersten Abschnitt befinden.
Der Tintenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 1, bei dem das Substrat (204) zumindest einen Tintenzufuhrgraben (232, 234) definiert, der in Fluidkommunikation mit Tintenzufuhrkanälen (224, 226, 228, 230) in der Dünnfilmschicht steht, die jeweils mit zumindest einer der Mehrzahl von Abfeuerungskammern (218, 220) kommunizieren.
Der Tintenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 1, bei dem die Tintenenergieversorgungselemente (208, 210) Widerstände sind.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Druckkopfs, der Tintenmengen mit kleinerem und größerem Tropfengewicht drucken kann, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Substrats (204); Ätzen des Substrats, um zumindest zwei Substratabschnitte mit unterschiedlichen Substratdicken zu definieren; Aufbringen einer Dünnfilmschicht (300), die zumindest ein Tintenenergieversorgungselement (208, 210) in jedem der Substratabschnitte enthält; Ätzen einer Mehrzahl von Tintenzuführungskanälen (224, 226, 228, 230) in der Dünnfilmschicht; Ätzen zumindest eines Tintenzuführungsgrabens (232, 234) in dem Substrat, wobei der Tintenzuführungsgraben in Fluidkommunikation mit zumindest einigen der Tintenzuführungskanäle steht; Aufbringen einer Öffnungsschicht (212) auf das Substrat, wobei die Öffnungsschicht eine äußere Öffnungsschichtoberfläche aufweist, die im Wesentlichen Planar ist, derart, dass es zumindest zwei Öffnungsabschnitte mit unterschiedlichen Öffnungsdicken gibt, die den zumindest zwei Substratabschnitten mit unterschiedlichen Substratdicken entsprechen; und Bilden zumindest einer Abfeuerungskammer (218, 220) in jedem der zumindest zwei Öffnungsabschnitte.