DE60127073T2 - Verfahren zur Herstellung eines Druckkopfes - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft Drucker, Druckköpfe sowie Druckkopf-Herstellverfahren. Die Erfindung kann bei einem Drucker angewandt werden, bei dem in Tintenzellen enthaltene Tinte durch Heizelemente erwärmt wird, damit von den Tintenzellen Tintentröpfchen ausgestoßen werden.
  • 2. Beschreibung der einschlägigen Technik
  • Bei Tintenstrahldruckern werden Bilder, Zeichnungen usw. dadurch gedruckt, dass aus kleinen Düsen Tintentröpfchen ausgestoßen werden, die dann an einem Druckmedium anhaften. Bei derartigen Tintenstrahldruckern werden Tintentröpfchen dadurch aus kleinen Düsen ausgestoßen, dass Tinte durch Heizelemente erwärmt wird oder piezoelektrische Elemente angesteuert werden.
  • In Bezug auf Tintenstrahldrucker, bei denen die Tintentröpfchen durch Erwärmen von Tinte ausgestoßen werden, ist in der Veröffentlichung Nr. 9-76516 zu einer ungeprüften japanischen Patentanmeldung und EP-A-0730964 ein Verfahren zum Ausbilden von Tintenzellen und Düsen auf einem Träger vorgeschlagen. Gemäß diesem Verfahren werden vorstehende Objekte mit vorbestimmter Form an Positionen über den Heizern auf dem Träger ausgebildet. Dann wird ein härtendes Harz auf den Träger aufgetragen und ausgehärtet, und dann werden die vorstehenden Objekte entfernt, so dass hohle Teile gebildet werden.
  • Genauer gesagt, werden bei diesem Verfahren als Erstes Heizer unter Verwendung von Halbleiterherstelltechniken auf einem Halbleiterträger hergestellt. Dann werden über den Heizern unter Verwendung von Fotolithografietechniken vorstehende Objekte mit vorbestimmter Form ausgebildet. Die Form der vorstehenden Objekte ist durch die benötigte Form der hohlen Teile bestimmt, zu de nen die Tintenzellen und die Düsen gehören. Dann wird ein härtendes Harz wie ein Epoxyharz usw. auf den Halbleiterträger aufgetragen und ausgehärtet. Dann wird das härtende Harz teilweise entfernt, um die Spitzenabschnitte der vorstehenden Objekte freizulegen, und dann werden diese durch Auflösen entfernt. So werden hohle Teile gebildet, die durch das härtende Harz umgeben sind, und auf dem Halbleiterträger werden Tintenkanäle, Tintenzellen sowie Düsen ausgebildet. Gemäß diesem Verfahren können die Tintenzellen usw. durch einfache Prozesse hergestellt werden.
  • Jedoch besteht bei diesem Verfahren ein Problem dahingehend, dass die Düsen nicht mit zufriedenstellender Genauigkeit hergestellt werden können.
  • Bei diesem Verfahren muss das härtende Harz teilweise entfernt werden, um die Spitzenabschnitte der vorstehenden Objekte freizulegen. Jedoch benötigt es bei einem Ätzprozess, der ein Prozess zum Entfernen des härtenden Harzes ist, ungefähr 1 Stunden, um 10 μm zu ätzen. Demgemäß besteht ein Problem dahingehend, dass eine relative lange Bearbeitungszeit erforderlich ist. Außerdem besteht ein anderes Problem dahingehend, dass Seitenwände von Tintenauslässen und die Spitzen der Düsen leicht brechen, so dass Tintentröpfchen in verschiedenen Richtungen ausgestoßen werden können. Demgegenüber kann bei einer Trommelendbearbeitung das härtende Harz teilweise entfernt werden, und die Spitzenabschnitte der vorstehenden Objekte können in relativ kurzer Zeit freigelegt werden. Jedoch besteht in diesem Fall, da ein großer Umfang an Seitenätzen auftritt, ein Problem dahingehend, dass die Genauigkeit der Tintenauslässe an den Spitzen der Düsen beeinträchtigt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Demgemäß ist es, angesichts der oben beschriebenen Situation, eine Aufgabe der Erfindung, ein Druckkopf-Herstellverfahren zu schaffen, bei dem durch einfache Prozesse zufriedenstellende Genauigkeit erzielt werden kann.
  • Um die oben beschriebene Probleme zu lösen, wird ein Druckkopf durch ein Herstellverfahren gemäß dem Anspruch 1 hergestellt.
  • Gemäß der Erfindung kann ein Prozess zum Entfernen überschüssigen Harzes weggelassen werden, da die Dicke des härtenden Harzes so bestimmt wird, dass die Spitzenabschnitte der vorstehenden Objekte, die den Düsen entsprechen, aus dem härtenden Harz vorstehen, und Teile der vorstehenden Objekte, die den Tintenzellen entsprechen, durch das härtende Harz bedeckt sind. So kann eine Beeinträchtigung der Genauigkeit der Düsen aufgrund des Prozesses zum Entfernen überschüssigen Harzes verhindert werden, und die Verarbeitungszeit kann verkürzt werden. Demgemäß kann durch einfache Prozesse zufriedenstellende Genauigkeit erzielt werden.
  • Wie oben beschrieben, kann durch ein Druckkopf-Herstellverfahren gemäß der Erfindung durch einfache Prozesse zufriedenstellende Genauigkeit erzielt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A und 1B sind Schnittansichten eines Druckkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2A bis 2F sind Schnittansichten zum Veranschaulichen von Prozessen zum Herstellen des in den 1A und 1B dargestellten Druckkopfs;
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht vorstehender Objekte, wie sie durch die durch die 2A bis 2D veranschaulichten Prozesse gebildet wurden;
  • 4A bis 4C sind Schnittansichten zum Veranschaulichen von Prozessen zum Herstellen eines Druckkopfs gemäß einem Beispiel, das keinen Teil der Erfindung bildet; und
  • 5A bis 5G sind Schnittansichten zum Veranschaulichen von Prozessen zum Herstellen eines Druckkopfs gemäß einem zweiten Beispiel, das keinen Teil der Erfindung bildet.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
  • Erste Ausführungsform
  • Die 1A und 1B zeigen einen Druckkopf 1 in einem Drucker gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die 1A ist eine Schnittansicht des Druckkopfs 1 geschnitten entlang einer Richtung, in der Düsen 2 ausgebildet sind, und die 1B ist eine Schnittansicht des Druckkopfs 1 geschnitten entlang einer Ebene orthogonal zu dieser Richtung. Der Druckkopf 1 verfügt über Heizer 3, die als Heizelemente dienen, Transistoren, die die Heizer 3 ansteuern, und einen Halbleiterträger 4, auf dem Ansteuerschaltungen zum Ansteuern der Transistoren usw. integriert sind. Der Druckkopf 1 wird dadurch hergestellt, dass Tintenzellen 5, Tintenkanäle 6 und die Düsen 2 auf dem Halbleiterträger 4 ausgebildet werden. Tinte wird an die über den Heizern 3 angeordneten Tintenzellen 5 über die Tintenkanäle 6 geliefert, und Tintentröpfchen werden über die Düsen 2 aus den Tintenzellen 5 ausgestoßen.
  • Bei der ersten Ausführungsform wird, wie es durch die 2A veranschaulicht ist, die eine Schnittansicht eines nicht fertiggestellten Druckkopfs, gesehen aus derselben Richtung wie in der 1A, ist, das Halbleiterträger 4 unter Verwendung von Techniken zum Herstellen integrierter Halbleiterschaltkreise ausgebildet. Der Druckkopf 1 wird auf einem Wafer hergestellt, und auf dem Halbleiterträger 4 wird eine Schicht aus lichtempfindlichen Material 10 ausgebildet (2A).
  • Das Halbleiterträger 4 wird zunächst dadurch gereinigt, dass es für 90 Sekunden Hexamethyldisilazandampf ausgesetzt wird, während es auf 120 °C erwärmt wird, und dann wird durch Schleuderbeschichten eine 30 μm dicke Schicht eines Positivresists auf das Halbleiterträger 4 aufgebracht. Dann wird der Positivresist bei 110 °C vorgebrannt. Demgemäß wird die Schicht aus lichtempfindlichem Material 10 gebildet. Der Positivresist ist dergestalt, dass ein Licht ausgesetzter Teil in einer bestimmten Lösung löslich wird. Die Schicht des lichtempfindlichen Materials 10 kann auch durch ein anderes Verfahren als Schleuderbeschichten, entsprechend den Erfordernissen, hergestellt werden. Die Schichtdicke (30 μm) ist als Summe aus der Dicke, die dem Abstand der Fläche des Halbleiterträgers 4, die den Tintenzellen 5 zugewandt ist, zu den Auslässen der Düsen 2 entspricht, und einem vorbestimmten Dickewert bestimmt. Der vorbestimmte Dickewert ist ausreichend groß dafür, dass Spitzenabschnitte vorstehender Objekte 14, die unten beschrieben werden, gegenüber einem härtenden Harz vorstehen.
  • Dann wird bei der ersten Ausführungsform, wie es durch die 2B veranschaulicht ist, ein Belichtungsprozess hinsichtlich Bereichen, die den Tintenzellen 5 und den Tintenkanälen 6 entsprechen, unter Verwendung einer vorbestimmten Maske 11 ausgeführt. Da die Schicht des lichtempfindlichen Materials 10 aus einem Positivresist besteht, ist, wenn die Maske 11 von der Düsenseite her gesehen wird, das Muster derselben so ausgebildet, dass verhindert ist, dass den Tintenzellen 5 und den Tintenkanälen 6 entsprechende Bereiche belichtet werden. Demgemäß werden bei diesem Belichtungsprozess Bereiche 10B, d.h. Vorsprünge der Tintenzellen 5 und der Tintenkanäle 6 in der Richtung zu den Düsen 2 hin, nicht belichtet, während die restlichen Bereiche 10A ausreichend belichtet werden.
  • Dann wird bei der ersten Ausführungsform, wie es durch die 2C veranschaulicht ist, ein weiterer Belichtungsprozess unter Verwendung einer weiteren Maske 12 ausgeführt. Wenn die Maske 12 von der Düsenseite her gesehen wird, ist das Muster derselben dergestalt ausgebildet, dass für den Düsen 12 entsprechende Bereiche ein Belichten verhindert ist. Demgemäß werden bei diesem Belichtungsprozess Bereiche 10B, d.h. den Tintenzellen 5, den Tintenkanälen 6 und den Düsen 2 entsprechende Bereiche, nicht belichtet, während die restlichen Bereiche 10A ausreichend belichtet werden.
  • Bei der ersten Ausführungsform werden die Lichtintensität und die Belichtungszeit derart kontrolliert, dass die Dicke der Abschnitte der unbelichteten Bereiche 10B, die den Tintenzellen 5 und den Tintenkanälen 6 entsprechen, 12 μm beträgt. Demgemäß ist die Dicke der Abschnitte der unbelichteten Bereiche 10B, die den Düsen 2 entsprechen, auf 18 μm eingestellt, was länger als die vorbestimmte Länge der Düsen 2 im fertiggestellten Druckkopf 1 (12 μm) ist.
  • Dann werden, wie es durch die 2D und 3 veranschaulicht ist, die belichteten Bereiche 10A der der Schicht aus lichtempfindlichem Material 10 unter Verwendung einer vorbestimmten Lösung entfernt. So wird als Erstes die Schicht aus dem lichtempfindlichen Material 10 auf dem Halbleiterträger 4 hergestellt, und dann werden die Belichtungsprozesse und ein Entwicklungsprozess für das lichtempfindliche Material ausgeführt. Demgemäß werden vorstehende Objekte 14 mit derselben Form wie die von hohlen Teilen, zu denen die Tintenzellen 5, die Tintenkanäle 6 und die Düsen 2 gehören, an Positionen ü ber den Heizern 3 ausgebildet. In der 3 sind Abschnitte der vorstehenden Objekte 14 mit denselben Bezugszahlen wie entsprechende Elemente gekennzeichnet (beispielsweise sind den Düsen entsprechende Abschnitte mit 2 gekennzeichnet). Bei der ersten Ausführungsform wird als Lösung eine Alkalilösung verwendet, die 2,38 % Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) enthält. Jedoch können auch andere Alkalilösungen und anorganische Alkalilösungen verwendet werden.
  • Dann wird, gemäß der ersten Ausführungsform, wie es durch die 2E veranschaulicht ist, ein vorbestimmtes härtendes Harz 15 aufgetragen und ausgehärtet. Bei der ersten Ausführungsform wird als härtendes Harz 15 ein durch Ultraviolettstrahlung härtbares Epoxyharz verwendet. Die Dicke des härtenden Harzes 15 wird so bestimmt, dass die Spitzenabschnitte der vorstehenden Objekte 15 gegenüber demselben vorstehen und Abschnitte der vorstehenden Objekte 14, die den Tintenzellen 5 und den Tintenkanälen 6 entsprechen, bedeckt sind. Bei der ersten Ausführungsform ist die Dicke des härtenden Harzes 15 auf 25 μm eingestellt, so dass die Spitzenabschnitte der vorstehenden Objekte 19 gegenüber der Oberfläche des härtenden Harzes 15 um 5 μm überstehen. Die Dicke des härtenden Harzes 15 wird durch Kontrollieren der Temperaturen des Halbleiterträgers 4 und des härtenden Harzes 15, der Drehzahl bei einem Schleuderbeschichtungsprozess usw. eingestellt. Der Resist kann vor diesem Prozess nachgebrannt werden, und der härtende Resist 15 kann auch aus einem wärmehärtenden Epoxyharz usw. bestehen.
  • Bei der ersten Ausführungsform können, da die Schicht aus dem lichtempfindlichen Material 10 aus einem Positivresist hergestellt wird, die vorstehenden Objekte 14 beim Härtungsprozess des härtenden Harzes 15 freigelegt werden, so dass sie im folgenden Prozess leicht entfernt werden können.
  • Dann werden bei der ersten Ausführungsform, wie es durch die 2F veranschaulicht ist, die vorstehenden Objekte 14 durch eine vorbestimmte Lösung entfernt. Demgemäß wird der Druckkopf 1 auf dem Wafer hergestellt. Es werden mehrere Druckköpfe durch Zerbrechen des Wafers erhalten und an eine Zusammenbaulinie übergeben. Dann werden Drucker hergestellt, die diese Druckköpfe enthalten.
  • Demgemäß kann bei der ersten Ausführungsform ein Prozess zum Entfernen von überschüssigem Epoxyharz durch Trommelendbearbeiten, Ätzen usw. weggelassen werden. Demgemäß kann im Vergleich zum Fall, bei dem überschüssiges Harz durch Ätzen entfernt wird, die Verarbeitungszeit verkürzt werden, und es kann eine Beeinträchtigung der Seitenwände von Tintenauslässen verhindert werden. Außerdem kann im Vergleich zum Fall, bei dem überschüssiges Harz durch Trommelendbearbeiten entfernt wird, eine Beeinträchtigung der Genauigkeit der Tintenauslässe verhindert werden. Demgemäß kann durch einfache Prozesse eine zufriedenstellende Genauigkeit erzielt werden.
  • Bei der ersten Ausführungsform wird eine Alkalilösung, die 0,38 % Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) enthält, wie es auch beim Prozess zum Ausbilden der vorstehenden Objekte 14 verwendet wird, als Lösung zum Entfernen dieser vorstehenden Objekte 14 verwendet. So kann dasselbe Material bei mehreren Prozessen verwendet werden, wodurch die Prozesskontrolle vereinfacht werden kann.
  • Außerdem können, wie oben beschrieben, da ein durch Ultraviolettstrahlung aushärtbares Harz verwendet wird, die vorstehenden Objekte 14 beim Härtungsprozess für das Harz freigelegt werden, so dass die Prozesse zum Herstellen des Druckkopfs vereinfacht werden können.
  • Bei der ersten Ausführungsform werden vorstehende Objekte mit vorbestimmter Form zunächst auf einem Träger hergestellt, und dann wird auf diesen ein härtendes Harz aufgetragen und ausgehärtet. Dann werden die vorstehenden Objekte entfernt, damit die Tintenzellen und die Düsen gebildet werden. Da die Dicke des härtenden Harzes so bestimmt wird, dass die Spitzenabschnitte der vorstehenden Objekte gegenüber ihm vorstehen und Tintenzellen ausgebildet werden können, kann durch einfache Prozesse eine zufriedenstellende Genauigkeit erzielt werden.
  • Außerdem werden die vorstehenden Objekte dadurch ausgebildet, dass eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material auf einem Träger ausgebildet wird und die Belichtungsprozesse und der Entwicklungsprozess für das lichtempfindliche Material ausgeführt werden. So können durch geeignetes Wählen des härtenden Harzes und des lichtempfindlichen Materials die vorstehenden Objekte beim Härtungsprozess des Harzes entfernt werden. Demgemäß können die Herstellprozesse für den Druckkopf vereinfacht werden.
  • Erstes Beispiel, das keinen Teil der Erfindung bildet
  • Bei einem ersten Beispiel werden, wie es durch die 4A bis 4C veranschaulicht ist, die bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Belichtungsprozesse in der entgegengesetzten Reihenfolge ausgeführt. Mit Ausnahme des Punkts, dass die Reihenfolge der Belichtungsprozesse entgegengesetzt ist, sind die Prozesse zum Herstellen des Druckkopfs gemäß dem ersten Beispiel dieselben wie die bei der ersten Ausführungsform. Demgemäß werden redundante Erläuterungen weggelassen.
  • Beim ersten Beispiel wird als Erstes die Schicht aus lichtempfindlichem Material 10 unter Verwendung der Maske 12 mit dem den Düsen 2 entsprechenden Muster belichtet, und dann wird sie unter Verwendung der Maske 11 mit dem den Tintenzellen 5 und den Tintenkanälen 6 entsprechenden Muster belichtet.
  • Auch in diesem Fall, bei dem die Belichtungsprozesse in der entgegengesetzten Reihenfolge ausgeführt werden, können die bei der ersten Ausführungsform erzielten Effekte erzielt werden.
  • Zweites Beispiel, das keinen Teil der Erfindung bildet
  • Beim zweiten Beispiel wird, wie es durch die 5A bis 5G veranschaulicht ist, nachdem der bei der ersten Ausführungsform beschriebene erste Belichtungsprozess ausgeführt wurde (5B), das lichtempfindliche Material einmal entwickelt. So werden vorstehende Objekte 14A mit einer Form auf Grundlage der benötigten Form der Tintenzellen 5 und der Tintenkanäle 6 gebildet (5C). Dann wird der zweite Belichtungsprozess so ausgeführt, dass unbelichtete Bereiche mit einer Form, die der benötigten Form der Düsen 2 entsprechen, gebildet werden (5D) und dann wird der Entwicklungsprozess erneut ausgeführt, so dass die vorstehenden Objekte 14A fertiggestellt werden. Mit Ausnahme der Belichtungsprozesse und des Entwicklungsprozesses sind die Prozesse zum Herstellen des Druckkopfs gemäß dem zweiten Beispiel dieselben wie die bei der ersten Ausführungsform. So werden redundante Erläuterungen weggelassen.
  • Auch in diesem Fall, bei dem jedesmal dann ein Entwicklungsprozess ausgeführt wird, wenn ein Belichtungsprozess ausgeführt wurde, können die bei der ersten Ausführungsform erzielten Effekte erzielt werden.
  • Modifizierungen, die keinen Teil der Erfindung bilden
  • Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsformen zum Ausbilden der Schicht aus lichtempfindlichem Material ein Positivresist verwendet ist, kann auch ein Negativresist verwendet werden, solange die Maskenmuster umgekehrt werden. In diesem Fall ist es jedoch schwierig, die Reihenfolge der Belichtungsprozesse entsprechend den Erfordernissen umzukehren.

Claims (2)

  1. Herstellverfahren für einen Druckkopf (1), der dadurch Tintentröpfchen aus Düsen (2) ausstößt, dass er in Tintenzellen (5) enthaltene Tinte durch Heizelemente (3) erhitzt, mit den folgenden Schritten: Herstellen einer Schicht aus lichtempfindlichem Material (10) auf einem Träger (4), auf dem die Heizelemente (3) angeordnet sind, wobei diese Schicht über eine Dicke verfügt, die dem Abstand zwischen dem Träger (4) und Auslässen der Düsen (2) zuzüglich einem vorgegebenen Wert an Zusatzdicke entspricht; Belichten der Schicht aus lichtempfindlichem Material (10) außer in denjenigen Bereichen (10B) derselben, die denjenigen Bereichen entsprechen, in denen die Tintenzellen (5) zu positionieren sind; Belichten der Schicht aus lichtempfindlichem Material (10) außer in denjenigen Bereichen (10B) derselben, die denjenigen Bereichen entsprechen, in denen die Düsen (2) zu positionieren sind; Herstellen vorstehender Objekte (14) mit derselben Form wie derjenigen hohler Teile, die zumindest den Tintenzellen (5) und den Düsen (2) entsprechen, auf dem Träger (4) an Positionen über den Heizelementen (3); Auftragen eines härtenden Harzes (15) auf dem Träger (4), auf dem die vorstehenden Objekte (14) ausgebildet sind, wobei die Dicke des härtenden Harzes (15) so bestimmt wird, dass Spitzenabschnitte der vorstehenden Objekte (14), die den Düsen (2) entsprechen, vom härtenden Harz (15) vorstehen, und dass Abschnitte der vorstehenden Objekte (14), die den Tintenzellen (5) entsprechen, durch das härtende Harz (15) bedeckt sind; Aushärten des härtenden Harzes (15); und Entfernen der vorstehenden Objekte (14).
  2. Herstellverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Herstellens der vorstehenden Objekte (14) den Schritt des Entwickelns der Schicht aus lichtempfindlichem Material (10) in solcher Weise, dass die vorstehenden Objekte (14) verbleiben, beinhaltet.
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