DE69009030T2

DE69009030T2 - Integrierter Tintenstrahldruckkopf.

Info

Publication number: DE69009030T2
Application number: DE69009030T
Authority: DE
Inventors: Si-Ty Lam; William J Lloyd
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1990-01-09
Filing date: 1990-12-19
Publication date: 1994-12-01
Anticipated expiration: 2010-12-20
Also published as: DE69009030D1; EP0436889A1; JP3086486B2; HK12195A; US5016024A; JPH04211955A; EP0436889B1

Description

Hintergrund-Technology

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein neues Herstellverfahren und eine Konstruktion zur Anwendung bei thermischen Tintenstrahldruckköpfen (TIJ). Spezieller sieht die Erfindung einen verbesserten einheitlichen bzw. einteiligen Druckkopf vor, der einen Tintenheizmechanismus umfassend eine Reihe von Schichten, nämlich eine Resist- bzw. Widerstandsschicht, eine leitende Schicht, eine Isolierschicht und eine Tintenkanalschicht, die auf einer äußeren Düsenplatte eines Druckkopfes ausgebildet und abgelagert sind.

Existierende Technology: Stand der Technik

Verfahren zum Herstellen herkömmlicher Tintenstrahldruckköpfe sind dem Fachmann auf dem Gebiet des elektronischen Druckens bekannt. Ein mechanischer Drucker, wie eine Schreibmaschine, benutzt bewegbare Strukturen, die körperlich Tinte auf ein Papier durch Aufschlagen auf dem Papier übertragen.
Im Gegensatz dazu wandelt ein elektronischer Druckkopf von einer Datenverarbeitungsvorrichtung (wie einem Computer oder Rechner) erhaltene elektrische Signale in eine Ausgabe, die aus einer lesbaren Kopie, wie einem Blatt Papier oder einem Transparent besteht. Einige elektronische Drucker verwenden speziell behandeltes Papier, das durch lokalisierte Hitzeanwendung verändert wird, um kontrastierende Druckzeichen zu bilden. Diese Bauart thermischer Drucker ist billig, kompakt und erfordert keine komplexen Mechanismen, die dazu in der Lage sind, Tinte sorgfältig auf ein Blatt Papier zu bringen, um Muster zu formen, die als Buchstaben und Zahlen gelesen werden können. Thermische Drucker, welche Teile des Papiers aufheizen, um darin lesbare Buchstaben "einzubrennen", sind allgemein bezüglich ihrer Fähigkeit sehr begrenzt, klare, scharfe oder fein-detaillierte Abbildungen zu schaffen.
Eine andere Bauart eines thermischen Druckers, der als thermischer Tintenstrahldrucker (TIJ) bezeichnet wird, verwendet einen Vorrat an flüssiger Tinte, die in ein kleines eingegrenztes Gebiet unter einer Düsenöffnung geführt und dann schnell aufgeheizt wird, um eine Blase zu bilden, welche durch die Düsenöffnung ausgeworfen wird und dann auf einem Stück Papier auftrifft. Jede Düse ist im wesentlichen von einer Düsenöffnung gebildet, die auf eine Tintenheizvorrichtung ausgerichtet ist. Durch sorgfältiges Auswählen und Betätigen einer entsprechenden Kombination von Düsen, die auf der Stirnseite eines Druckkopfes angeordnet sind, können Buchstaben, Zahlen und Bilder direkt auf dem Papier mit großer Genauigkeit und Präzision abgebildet werden.
Die Figuren 1(a) und 1(b) zeigen schematische Ansichten eines Druckkopfes nach dem Stand der Technik.
Der Druckkopf 10 ist in Fig. 1(a) im Querschnitt und in Fig. 1(b) in Draufsicht dargestellt. Eine herkömmliche Tintenheizstruktur 11 umfaßt ein Substrat 12, eine Isolierschicht 13, eine Resistschicht 14, welche auf dem Substrat 12 aufgebracht ist, und zwei getrennte Abschnitte einer Schicht 16 aus leitendem Material, das auf der Resistschicht 14 aufgebracht ist. Eine Tintenheizzone 18 ist in einen Spalt zwischen den Abschnitten der leitenden Schicht 16 angeordnet.
Durch Kapillarwirkung wird Tinte in die Heizzone 18 eingezogen und aus einem entfernten Reservoir 32 über Barrieren 20 herangeführt. Eine Metallplatte 22, welche mit einem Muster aus Düsenöffnungen 24 versehen ist, ist über der Heizzone 18 angeordnet. Die Platte 22 hat eine Außenseite 23, welche einer Fläche 29 eines Druckmediums, wie eines Blattes Papier 27 gegenübersteht, um Tinte dorthin abzugeben. Wenn eine elektrische Spannung von einer elektrischen Stromquelle (nicht gezeigt) über den Spalt zwischen den beiden getrennten Abschnitten 16a und 16b der leitenden Schicht 16 angelegt wird, fließt ein Strom durch die Resistschicht 14, welche diesen die Heizzone 18 bildenden Spalt überbrückt.
Der Strom heizt die Resistschicht 14 schnell auf, welche ihrerseits schnell die Temperatur der die Resistschicht überlagernden Tinte anhebt. Die intensive Hitzeeinwirkung schafft reproduzierbare Dampfblasen aus der aufgeheizten Tinte; die Dampfblasen treiben Tinte durch die Düsenöffnungen 24 in der Platte 22 aus. Jede Düsenöffnung 24 in der Platte 22 muß sorgfältig auf die entsprechende Heizzone 18 ausgerichtet sein.
Ein typischer Tintenstrahldruckkopf kann etwa 1 bis 50 Düsenöffnungen 24 in der Düsenplatte 22 aufweisen, durch welche Tintentröpfchen auf ein Blatt Papier (nicht gezeigt) ausgetrieben werden, das direkt vor dem Druckkopf 10 gehalten ist. Durch gleichzeitiges Stimulieren vieler Abschnitte der Resistschicht 14 des Druckkopfes 10 wird Tinte in Tropfengruppen ausgetrieben, welche Buchstaben, Zahlen und Bilder formen, sobald sie auf das im Drucker gehaltene Blatt Papier auftreffen.

Existierende Technology: Schwierigkeiten

Schwierigkeiten bei den herkömmlichen Konfigurationen wirken sich dahingehend aus, daß sie die Druckerleistung begrenzen, die Druckkapazität verschlechtern und die Lebensdauer der Druckköpfe abkürzen.

Teuer und komplex herzustellen.

Bestehende Druckköpfe sind teuer herzustellen und schwierig auszurichten und zu montieren. Jede Düsenplatte 22 muß exakt so montiert werden, daß die Düsenöffnungen 24 genau auf die ihnen zugeordneten Heizzonen 18 ausgerichtet sind. Da die Herstellung dieser Druckkopfbauart so komplex und schwierig ist, ist die Anzahl der Düsenöffnungen, welche normalerweise verfügbar sind, um hochauflösend zu drucken, weitestgehend durch die prohibitiven Herstellkosten begrenzt. Selbst wenn das Herstellverfahren hinreichend genau ist, um genaue Ausrichtung zu gewährleisten, können die hohen Betriebstemperaturen des Druckkopfes aufgrund von Wärmeverformung die Wirkung der ursprünglichen Präzisionsmontage zunichte machen und die Gesamtqualität des Druckers wesentlich verschlechtern. Die Anzahl der Düsenöffnungen kann dadurch vermehrt werden, daß auf einem Träger eine Vielzahl kleiner Druckköpfe ausgerichtet werden, was aber teuer ist.

Geringe Zuverlässigkeit und Qualität.

Die Schwierigkeit, einen hochverlässlichen thermischen Tintenstrahldruckkopf zu schaffen, stellt eine Haupt-Herausforderung für die Konstrukteure auf dem Gebiet des elektronischen Druckens dar. Die Entwicklung eines verbesserten Tintenstrahldruckkopfes, welcher die genannten Schwierigkeiten überwindet, würde einen wesentlichen technischen Fortschritt auf dem Gebiet der Computer-Peripheriegeräte mit sich bringen. Ein verbessertes Druckqualitätsniveau und eine verlängerte Lebensdauer, welche mit einer solchen innovativen Vorrichtung erzielt werden könnten, würden einem Bedürfnis der Industrie entgegenkommen und den Druckerherstellern und Computerbenutzern Zeit und Kosten sparen.

Abriß der Erfindung

Der Druckkopf nach der Erfindung bietet eine einheitliche bzw. einteilige Konstruktion, die einfach und billig herzustellen ist, keine beweglichen Teile aufweist und die Möglichkeit schafft, einen Druckkopf mit einer großen Anzahl von Düsenöffnungen herzustellen, um so Druckzeichen und Bilder mit einer hohen Auflösung zu drucken.
Generell sehen das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung einen einteiligen Tintenstrahldruckkopf vor. Der Druckkopf ist dazu gestaltet, Tinte aus einem Tintenreservoir auf ein Druckmedium, wie Papier, zu übertragen. Der Druckkopf heizt die Tinte mittels eines Widerstandes, durch welchen ein elektrischer Strom von einer elektrischen Stromquelle gepulst wird.
Der Druckkopf umfaßt:
a) eine Düsenplatte, durch welche hindurch mindestens eine Düsenöffnung ausgebildet ist;
b) eine Isolierschicht, die auf mindestens einem Abschnitt der Düsenplatte geformt ist;
c) eine Resist- oder Widerstandsschicht, die auf mindestens einem Abschnitt der Isolierschicht geformt ist, und
d) eine elektrische stromleitende Leiterschicht, die auf der Resistschicht so ausgebildet ist, daß sie mindestens einen Widerstand bildet, wenn ein elektrischer Strom zum Erzeugen von Wärme darin geleitet wird, um dadurch mindestens ein Widerstandsheizgebiet benachbart der mindestens einen Düsenöffnung zu bilden.
Die intensive, durch den Widerstand erzeugte Wärme verdampft etwas Tinte benachbart dem Widerstand, um eine expandierende Dampfblase zu formen. Diese Blase verlagert und treibt aus etwas Tinte durch eine Öffnung auf das Druckmedium.
Dieser Druckkopf ist zuverlässig, leicht herzustellen und genau. Zusätzliche Merkmale der Erfindung und ein noch besseres Verstehen der Erfindung werden deutlich an der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1(a) und 1(b) zeigen einen Druckkopf nach dem Stand der Technik.
Die Fig. 2(a) und 2(b) zeigen einen Teilschnitt nach der Linie 2A-2A und eine Teildraufsicht eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.
Die Fig. 3(a) - 3(g), welche verschiedene bezüglich Fig. 1 umgekehrte Teilschnitte darstellen, zeigen einen einteiligen Druckkopf gemäß der Erfindung in einer Reihe von aufeinanderfolgenden Herstellstufen.
Die Fig. 4(a) - 4(e) zeigen wiederum bezüglich den Fig. 1 und 2 in umgekehrter Darstellung ein Beispiel für eine Reihe von Herstellschritten gemäß der Erfindung in einer Folge von isometrischen Ansichten, welche Teilschnitte zeigen.

Detaillierte Beschreibung der besten Ausführungsform der Erfindung.

Die Ansprüche definieren die Erfindung. Die beanspruchte Erfindung hat einen breiten Schutzbereich, der viele spezielle Ausführungsbeispiele für die Verfahren und Vorrichtungen zur Realisierung der Erfindung abdeckt.
Im Gegensatz zu den Ansprüchen bieten die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen wenige besondere Beispiele zur Illustration der Ansprüche. Die breit beanspruchte Erfindung ist also nachfolgend eng unter Verwendung der speziellen Ausführungen beschrieben.
In Erkenntnis ihrer gesetzlichen Verpflichtung präsentieren die Erfinder die speziellen Ausführungsbeispiele in der Weise, daß sie die beste(n) Ausführung(en) zum Realisieren der durch die Ansprüche umrissenen Erfindung darstellen. Diese beste Ausführungsform befähigt den Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung, die Erfindung ohne übermäßiges Experimentieren auszuführen.
Nach alldem kann die Erfindung und ihr Schutzbereich lediglich durch sorgfältige Analyse der beigefügten Ansprüche bestimmt werden.

Systemüberblick

Die Fig. 2 und 4 zeigen generell ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines einheitlichen bzw. einteiligen Tintenstrahldruckkopfes 26. Unter Bezugnahme auf die Bezugszeichen der in den Fig. 2 und 4 dargestellten Konstruktion umfaßt eine erste Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen des Druckkopfes 26 die folgenden Schritte:
a) Formen einer Düsenplatte 40, durch welche hindurch mindestens eine Düsenöffnung 42 gebildet wird;
b) Formen einer Isolierschicht 44 über mindestens einem Abschnitt der Düsenplatte 40;
c) Formen einer Resist- oder Widerstandsschicht 46 über mindestens einem Abschnitt der Düsenplatte 40;
d) Formen einer elektrisch leitenden Leiterschicht 48 über mindestens einem Abschnitt der Resistschicht 46;
e) Formen mindestens eines elektrischen Widerstandsmusters 45 (auch als Resistor 45 bezeichnet), welche mit der Resistschicht gekoppelt ist, und mindestens eines elektrischen Strom leitenden Leitermusters (Zweige 48a und 48b der Leiterschicht 48), das mit der Leiterschicht 48 gekoppelt ist, und
f) Formen mindestens eines Tintenverteilerkanals 37 benachbart dem elektrischen Strom leitenden Widerstandsgebiets 45;
wodurch Tinte (nicht gezeigt) zu dem benachbarten Widerstandsmuster 45 strömt und dann ein elektrischer Strom durch das Leitermuster 48a und 48b geleitet wird und das Widerstandsmuster 45 die Tinte schnell aufheizt und dadurch zum Auswerfen über mindestens die eine Düsenöffnung 42 veranlaßt.
Bei einer zweiten Ausführung ist eine Düsenplatte 40 aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, wie einem Polymer, einem Kunststoff, einem Glas, einem Siliziumwerkstoff oder aus einem anderen dielektrischen Werkstoff hergestellt. Bei dieser Ausführung ist die Isolierschicht 44 nicht erforderlich.

System-Einzelheiten: Konstruktion nach Fia. 2(a) und 2(b)

Die Fig. 2(a) und 2(b) zeigen einen Tintenstrahldruckkopf 26 in zwei einander entsprechenden Ansichten, welche die Erfindung im Teilquerschnitt darstellen.
Die Fig. 2(a) zeigt einen Teilschnitt durch den Druckkopf 26. Darin ist mit 28 eine Wand 28 eines Tintenreservoirs 32 bezeichnet, die einen Tintenstrom 30 aus dem Tintenreservoir 32 leitet. Tintenleitungen 34 ziehen Tinte mittels Kapillarwirkung über Drosseln 36 und an Tintenkanalwänden 37 vorbei in eine Tintenheizzone 38. Die Drosseln 36 gewährleisten eine glatte, ungestörte Strömung in einer Richtung aus dem Reservoir 32 zur Widerstands- oder Resistschicht 46.
Die Heizzone 38 ist eine Kammer, welche unmittelbar unterhalb einer einstückigen Tintenheizstruktur 39 liegt, welche direkt auf die Unterseite oder die Innenfläche 43 einer Düsenplatte 40 aufgewachsen ist. Die Düsenplatte 40 hat ferner eine Außenseite 41, welche gegenüber der Druckfläche 29 eines Druckmediums, wie eines Papierblattes 27, steht, auf welchem Druckzeichen des Druckkopfes 26 aufgebracht werden sollen. Das Papier 27 und der Druckkopf 26 sind voneinander um einen variablen Abstand 25 entfernt. Wie am besten aus Fig. 2(b) zu erkennen ist, ist eine Düsenöffnung 42 von zwei benachbarten Abschnitten der Düsenplatte 40 begrenzt und benachbart der Tintenheizzone 38 angeordnet.
Die Heizstruktur 39 stellt einen wichtigen Teil des Druckkopfes 26 dar. Die Heizstruktur 39 umfaßt eine sandwichartige Kombination aus Dünnschichten (d. h. mehrfach-gestuft), die auf der Düsenplatte neben der Heizkammer 38 geformt werden können. Die Heizstruktur 39 umfaßt bei dieser Ausführung (a) eine Isolierschicht 44, welche z. B. aus Siliziumdioxid besteht, (b) eine Widerstands- oder Resistschicht 46, welche z. B. aus einer Tantal-Aluminium-Legierung 46 besteht, und (c) eine oberste Leiterschicht 48 aus z. B. Gold. Die Leiterschicht 48 ist lokal in zwei Streifen 48a und 48b durch Bilden eines Spaltes 33 in der Leiterschicht 48 unterteilt und getrennt.
Die leitenden Streifen 48a und 48b sind über dem Spalt 33 an der Resistschicht 46 angeordnet. Dieser Aufbau hat die Wirkung, einen Widerstand 45 im Gebiet der Resistschicht 46 zu schaffen, welcher den Spalt 33 zwischen den Leiterstreifen 48a und 48b überspannt. Bei dieser Anordnung fließt ein von einer elektrischen Stromquelle (nicht gezeigt) gelieferter Strom in einen Leiterstreifen 48a, über den Widerstand 45 (weil der Leiter im Gebiet über dem Spalt 33 aufgespalten ist) und aus dem Leiterstreifen 48b. Unter Verwendung des wohlbekannten Ohm'schen Gesetzes der Ohm'schen Heizung erzeugt der Widerstand eine schnelle Spitze intensiver Heizung. Etwas Tinte benachbart dem Widerstand verdampft, um eine Dampfblase als Ergebnis dieser intensiven Wärmeerzeugung zu bilden. Diese expandierende Dampfblase verlagert etwas Tinte in der Kammer so, daß diese über die Düsenöffnung 42 auf die Stirnfläche 29 des Papiers 27 ausgeworfen wird.

Systemeinzelheiten: Herstellung - Fig. 3 und 4

Die Fig. 3(a) - 3(g) zeigen ein Beispiel für ein Herstellverfahren zum Herstellen einer einstückigen Heizstruktur 39. Fig. 3 ist bezüglich der Fig. 1 und 2 umgekehrt, jedoch in gleicher Orientierung wie in Fig. 4 gezeichnet.
Fig. 3(a) beginnt mit einer Düsenplatte 40, die z. B. durch Elektroformen (a) aus Nickel oder (b) aus Nickellegierungen, wie Nickel-Phosphor, Nickel-Kobalt, Nickel-Chrom oder (c) aus Kupfer hergestellt sein kann. Die Düsenplatte 40 kann auch durch Ätzen von Werkstoffen wie Metall, Nichtmetall, Glas oder einem Kunststoff oder eines Siliziumplättchens hergestellt sein.
Die Fig. 3(b) und 3(c), welche bezüglich den Fig. 1 und 2 umgekehrte Darstellungen sind, zeigen, daß die erste auf der Düsenplatte 40 abgelagerte Schicht eine Isolierschicht 44 ist. Die Isolierschicht 44 schafft sowohl elektrische als auch thermische Isolierung. Die Resistschicht 46 und die Leiterschicht 48 werden dann auf der Isolierschicht 44 abgelagert (s. Fig. 3(c)). Hierbei können übliche chemische Aufdampfverfahren, Verfahren der Photo-Lithographie, des Sputterns oder der Elektroablagerung eingesetzt werden, die bei der Halbleiterherstellung eingesetzt werden. Oft wird Siliciumdioxid zur Bildung der Schicht 44 verwendet; jedoch können auch andere Werkstoffe eingesetzt werden, z. B. die in nachfolgenden Tabelle 1 angegebenen Werkstoffe: Tabelle 1: Werkstoffe der Isolierschicht 44 Oxide Nitride Carbide Polymere Aluminiumoxid Tantaloxid Siliziumoxid Siliziumnitrid Aluminiumnitrid Bornitrid Borcarbid Siliziumcarbid Polyimid Photoresist
Die Fig. 3(d) - 3(g) zeigen, daß nach der Formung der genannten Schichten photolithographische Verfahren eingesetzt werden, um die resistiven und leitenden Muster auszubilden. Darauf wird eine Tintenkanalschicht, z. B. eine Trocken-Filmresistschicht, wie Vacrel, über die Düsenplatte 40 laminiert, und mehrere Tintenverteilerkanäle 37 werden geformt. Sobald auf der Düsenplatte 40 sämtliche isolierenden, resistiven, leitenden und tintenverteilenden Strukturen ausgebildet sind, wird ein Tintenreservoir 32 über ein Rohr 31 zum Speisen von Tinte in das Tintengebiet 56 angebracht.
Die leitende Schicht und die resistive Schicht werden beide direkt auf einer Düsenplatte abgelagert, um mit einer gemeinsamen Struktur viele Tintendüsen zu formen. Die erste, auf der Düsenplatte abgelagerte Schicht ist eine Isolierschicht 44, die typischerweise aus Siliziumdioxid besteht. Dann wird eine Resistschicht 46 beispielsweise aus einer Tantal-Aluminium- Legierung über der Isolierschicht geformt. Darauf wird eine Leiterschicht 48, z. B. aus Gold, geformt oder in anderer Weise auf der Resistschicht aufgebracht.
Darauf werden in einem zur Bildung eines Widerstandes 45 wichtigen Schritt in einem lokalen Gebiet des Resistwerkstoffes 46 Teile des Goldleiters 48 zur Bildung des Spaltes 33 entfernt, wobei dieser Spalt 33 somit die Leiterschicht 48, in die Leiterstreifen 48a und 48b aufspaltet. Der Spalt 33 setzt kleine Abschnitte der resistiven Tantal-Alumium-Legierungsschicht unter der Goldschicht frei; dieser resistive Bereich wird zum Widerstand 45. Im Bereich des Spaltes 33 existiert die Goldschicht als ein erstes Goldsegment 48a und ein zweites Goldsegment 48b, welche über den Spalt durch die Resistschicht verbunden sind, die nun als Widerstand 45 wirkt.
Der Widerstand 45 heizt die Tinte auffolgende Weise auf. Der Spalt oder die Unterbrechung in der Goldschicht wirkt als Heizzone zum schnellen Aufheizen der dort befindlichen Tinte, welche vorher aus einem Reservoir gespeist worden war. Wenn eine elektrische Potentialdifferenz schnell über den Spalt in der nun getrennten Goldschicht angelegt wird, strömt ein Strompuls (a) durch das erste Goldsegment, (b) in den aus der Resistschicht gebildeten Widerstand und (c) über das zweite Goldsegment ab. Alternativ kann der Strom zu einem Fließen in Gegenrichtung veranlaßt werden. Dieser Strompuls heizt den Widerstand schnell auf eine hohe Temperatur auf, wodurch die in Kontakt mit dem Widerstand befindlichen Tinte schnell aufgeheizt wird.
Die aufgeheizte Tinte wird dann in gleichförmige reproduzierbare Blasen geformt, welche im Spalt 33 zwischen den getrennten Goldsegmenten 48a und 48b erzeugt werden. Die Blasenbildung geschieht explosiv; Tinte wird aus dem Druckkopf über die Düsenöffnungen 42 ausgetrieben, welche auf einer Seite (außermittig) jeder Düsenöffnung 42 gelegen sind. Die Erfindung erlaubt die Herstellung von Vielfach-Düsenanordnungen (Düsenfeldern) in einer einzigen Düsenplatte, was eine Herstellung von komplexen Tintentröpfchen-Ausgabemustern erlaubt.
Die Fig. 4(a) - 4(e), welche bezüglich den Fig. 1 und 2 eine umgekehrte, gegenüber Fig. 3 jedoch gleich orientierte Darstellung liefern, zeigen isometrisch die Herstellstufen einer Düsenplatte 40 und einer einteiligen Tintenheizstruktur 39.
Die Fig. 4(a) und 4(b) zeigen die Düsenplatte mit Düsenöffnungen 42, welche die Düsen für jeden auszubringenden Tintenstrahl bilden. Auf der Düsenplatte 40 sind vier Schichten übereinander ausgebildet: eine Isolierschicht 44, eine Resistschicht 46, eine Leiterschicht 48 und eine Photoresistschicht 50. Durch öffnen der Löcher 42 ragen eine Gruppe von Schäften 49 hindurch, welche die gesamte Anordnung 55 der genannten Schichten durchdringen. Nun werden photolithographische Verfahrensschritte auf die Anordnung 55 gemäß Fig. 4(b) mit dem in Fig. 4(c) gezeigten Ergebnis ausgeführt.
Die Fig. 4(c) zeigt, daß nach Ausrichtung einer photolithographischen Maske (nicht gezeigt) zum selektiven Abdecken von Abschnitten der Photoresistschicht 50 diese belichtet, entwickelt und auf die Leiterschicht 48 darunter aufgebacken wird. Das Ergebnis ist ein Photoresist-Muster 52, welches wie ein einziger langer Stamm 53 mit davon quer wegragenden Zweigen 54 gestaltet ist, die an ihren vom Stamm 53 wegragenden Enden verbreitert sind. Das Muster 52 schützt die Leiterschicht 48 und die Resistschicht 46 darunter während des nächsten Schrittes mit dem in Fig. 4(d) dargestellten Ergebnis.
Die Fig. 4(d) zeigt, daß bei Anwendung eines photolithographischen, chemischen Ätzens mit einer chemikalischen Ätzlösung (nicht gezeigt) solche Abschnitte der Leiterschicht 48 und der Resistschicht 46 entfernt werden, die nicht von dem Photoresist-Muster 52 abgedeckt sind, so daß ein Hauptleiter oder Leiterstamm 53 und Heizelemente oder -strukturen 39 geschaffen werden.
Die Fig. 4(d) und 2 zeigen, daß bei einer Darstellung des Heizelementes 39 im Querschnitt mit Blickrichtung auf den Stamm 53 in beiden Zeichnungen der gleiche Querschnitt erscheint. Darauf werden zusätzliche photolithographische und ätzende Verfahrensschritte eingesetzt, um einen kleinen Abschnitt des leitenden Werkstoffes 48 aus dem darunter befindlichen Resistwerkstoff 46 zu entfernen. Fig. 4(d) zeigt, daß jede Heizstruktur 39 einen zentralen Bereich 57 zwischen dem Stamm 53 und den aufgeweiteten Zweigen 54 aufweist, in dem der Goldleiter 48 in zwei getrennte Segmente 48a und 48b zur Bildung einer der oben beschriebenen Tintenheizzonen 38 unterteilt ist.
Die Fig. 4(e) zeigt das Ergebnis des nächsten photolithographischen Schrittes. Teile der auf der Goldschicht 48 verbliebenen Photoresistschicht werden entfernt, so daß die verbleibende Leiterschicht 48, welche mit dem Stamm 53 verbunden ist, als die äußere Schicht der Heizstruktur 39 zurückbleibt. Fig. 4(e) zeigt den Druckkopf 26 nach der Fertigstellung von Tintenkanälen und -barrieren 37. Die Düsenplatte hat nun eine mit ihr einstückige Heizstruktur 39 und Tintenkanäle sowie -barrieren 37.
Eine abgewandelte Ausführung der Erfindung kann eine Düsenplatte 40 haben, welche aus einem anderen Metall als Nickel oder aus einem anderen Werkstoff als Kunststoff hergestellt ist.
Die Isolierschicht 44 kann aus dielektrischen Werkstoffen oder Folien aus Siliziumoxid, Nitrid, Carbid oder Photoresist bestehen. Der Werkstoff für die Tintenkanäle 37 kann plattiertes Metall, wie Nickel, eine plattierte Legierung wie Nickel- Phosphor, Nickel-Kobalt oder Nickel-Chrom oder ein allgemein erhältliches Photoresist wie Vacrel oder Riston sein. Wenn ein plattierter Tintenkanal 37 eingesetzt wird, ist eine zusätzliche Isolierschicht (nicht gezeigt) zwischen der Leiterschicht 48 und der Tintenkanalschicht 37 erforderlich.

Die Ansprüche definieren die Erfindung.

Die vorstehende detallierte Beschreibung und die Zeichnungen zeigen spezielle Beispiele der beanspruchten Erfindung. Die speziellen, dargestellten bevorzugten Ausführungen haben definitionsgemäß einen engeren Schutzbereich und sind dazu bestimmt, die beste Ausführungsform zum Realisieren der Erfindung zu zeigen.
Jedoch definieren die beigefügten Ansprüche die Erfindung und umschreiben deren breiten Schutzbereich.

Claims

1. Verfahren zum Formen eines einheitlichen Tintenstrahldruckkopfes, umfassend die Schritte:

a) Formen einer Düsenplatte (40) unter Bilden mindestens einer diese durchsetzenden Düsenöffnung (42);

b) Formen einer Resistschicht (46) über mindestens einem Abschnitt der Düsenplatte (40);

c) Formen einer elektrischen Strom leitenden Leiterschicht (48) auf mindestens einem Abschnitt der Resistschicht (46);

d) Formen mindestens eines elektrischen Widerstandsmusters, das mit der Resistschicht (46) und mindestens einem mit der Leiterschicht (48) verbundenen und elektrischen Strom leitenden Muster verbunden ist, und

e) Formen mindestens eines Tintenverteilerkanals (37) benachbart dem Widerstandsgebiet für elektrischen Strom.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem nach Schritt a) und vor Schritt b) eine Isolierschicht (44) auf mindestens einem Abschnitt der Düsenplatte (40) geformt wird und daß die Resistschicht (46) auf mindestens einem Abschnitt der Isolierschicht (44) geformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Düsenplatte (40) aus einem Metall oder aus einem elektrogeformten Metall geätzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem das Metall Kupfer, Nickel oder eine Nickellegierung ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Düsenplatte geätzt oder aus einem Kunststoff, Glas oder Silizium geformt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welchem die Isolierschicht (44) aus einem Polymer, einem Oxid, einem Nitrit, einem Karbid oder einem Borid geformt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei welchem die Isolierschicht ein Photoresist ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Resistschicht (46) aus Metall, einem Gemisch mehrerer Metalle oder einer Legierung, insbesondere aus Tantal- Aluminium, besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die Leiterschicht (48) aus Gold, Aluminium, Nickel oder Kupfer geformt ist.

10. Einheitlicher Tintenstrahldruckkopf zum Übertragen von Tinte aus einem Tintenreservoir auf ein Druckmedium, wie Papier, durch Heizen der Tinte mit einem Widerstand, durch welchen ein elektrischer Strom aus einer elektrischen Stromquelle gepulst wird, gekennzeichnet durch

a) eine Düsenplatte (40), durch welche hindurch mindestens eine Düsenöffnung (42) gebildet ist;

b) eine Isolierschicht (44), die auf mindestens einem Abschnitt der Düsenplatte (40) geformt ist;

c) eine Resistschicht (46), die auf mindestens einem Abschnitt der Isolierschicht (44) geformt ist;

d) eine elektrischen Strom leitende Leiterschicht (48), die auf der Resistschicht (46) so ausgebildet ist, daß sie mindestens einen Widerstand bildet, wenn ein elektrischer Strom zum Erzeugen von Wärme darin geleitet wird, um dadurch mindestens ein Widerstandsheizgebiet benachbart der mindestens einen Düsenöffnung zu bilden,

wodurch von dem Tintenreservoir zum Heizgebiet geförderte Tinte so aufgeheizt wird, daß ein Teil der Tinte benachbart dem Widerstand verdampft, um mindestens eine Dampf blase zu bilden, welche mindestens einen Teil der Tinte verlagert, was zu einem Ausstoßen mindestens eines Teiles der Tinte durch die Düsenöffnung führt.