DE69412493T2

DE69412493T2 - Passivierung von piezoelektrischen keramischen tintenstrahldruckköpfen

Info

Publication number: DE69412493T2
Application number: DE69412493T
Authority: DE
Inventors: James Basildon Essex Ss15 5Eq Ashe; Christopher David Cambridge Cb8 7Hr Phillips; Stuart Chelmsford Essex Cm3 3Lw Speakman
Original assignee: Xaar Technology Ltd
Current assignee: Xaar Technology Ltd
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1994-09-12
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2014-09-13
Also published as: US6412924B1; KR100334997B1; KR960704716A; DE69429932D1; US5731048A; EP0844089B1; DE69429932T2; JP3023701B2; EP0844089A3; GB9318985D0; WO1995007820A1; JPH09506047A; EP0719213B1; EP0844089A2; HK1005938A1; DE69412493D1; EP0719213A1

Description

Diese Erfindung betrifft Verbesserungen hinsichtlich oder betreffend keramische, piezoelektrische Tintenstrahldruckköpfe von der Art, die einen Tintenkanal zur Verbindung mit einer Tintenausstoßdüse und mit einem Reservoir flir die Tinte sowie einen piezoelektrischen Wandakator aufweist, der einen Teil des Kanals ausbildet und in Antwort auf einen Spannungspuls verschiebbar ist, wodurch in dem Kanal aufgrund der Druckänderung in diesem ein Puls von flüssiger Tinte erzeugt wird, was den Ausstoß eines Flüssigkeitströpfchens aus dem Kanal bewirkt. Solche Druckköpfe werden nachfolgend als piezoelektrische, keramische Tintenstrahldruckköpfe bezeichnet.
Beispiele für solche Druckköpfe, wie sie beispielsweise in EP-A-277703, EP-A-278590 und EP-A-364136 beschrieben werden, sind in den Fig. 1-3 gezeigt, wobei die Fig. 1 und 2 verschiedene Querschnittsansichten von einer Form eines Druckkopfes sind und Fig. 3 eine andere Form darstellt.
In den Fig. 1 und 2 ist zunächst gezeigt, daß die eine Form eines Tintenstrahldruckkopfes 10 mehrere parallele Tintenkanäle 12 umfaßt, die ein Feld bzw. Array ausbilden, in dem die Kanäle in einer Feldrichtung senkrecht zu der Länge der Kanäle zueinander beabstandet sind. Die Kanäle sind mit einer Dichte von zwei oder mehr Kanälen pro mm in einer Platte 14 aus piezoelektrischem Material, vorzugsweise PZT, ausgebildet, die in der Richtung der Pfeile 15 gepolt sind und jeweils durch Seitenwände 16 und eine Bodenfläche 18 festgelegt werden, wobei die Stärke des PZT größer ist als die Kanaltiefe. Die Seitenwände 16 befinden sich generell unter einem Winkel von nicht mehr als 10 Grad zu der Senkrechten auf die Bodenwand. Die Kanäle 12 sind offen und weisen eine Oberseite auf und werden von einer Decklage 20 aus isolierendem Material abgeschlossen, das thermisch an die Platte 14 angepaßt ist und parallel zu den Flächen ausgerichtet und über eine Verbindungsschicht 21 mit den oberen Enden 22 der Wände 16 verbunden sind. Die Kanäle 12 sind auf ihren Seitenwandflächen mit einer metallisierten Elektrodenschicht 34 ausgekleidet. Es wird deshalb ersichtlich sein, daß, wenn eine Potentialdifferenz von ähnlicher Grsße aber entgegengesetztem Vorzeichen an die Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten von jeweils zwei benachbarten Wänden 16 angelegt wird, die Wände elektrischen Feldern mit entgegengesetzten Richtungen senkrecht zur Ausrichtungs- bzw. Polungsrichtung 15 ausgesetzt werden. Die Wände werden infolgedessen in einem Schermodus gebogen.
In der Fig. 2 sind die Kanäle 12 auf ihren sich gegenüberliegenden Wänden 16 mit metallisierten Elektroden 34 versehen, die sich von den Rändern der oberen Enden 16 der Wände hinab zu den Wänden bis zu einer Stelle erstrecken, die nur wenig entfernt zur Bodenfläche 18 der Kanäle ist. Es gibt eine optimale Metallisierungstiefe, die eine maximale Wandverschiebung um etwa die halbe Höhe der Wände ergibt, was von der Verteilung der Wandsteifigkeit abhängt. In dieser Form sind die Wände von dem sog. Kragbalken- bzw. Cantilevertyp.
In Fig. 2 wird man erkennen, daß die Kanäle 12 einen vorne befindlichen Teil 36 von gleichmäßiger Tiefe umfassen, der an seinem vorderen Ende von einer Düsenplatte 38 abgeschlossen wird, in der eine Düse 40 ausgebildet ist, aus der durch Aktivierung der sich gegenüberliegenden Aktuatorwände 16 des Kanals Tintentröpfchen in dem Kanal ausgestoßen werden. Der Kanal 12 weist hinter dem vorderen Teil 36 auch einen Teil 42 auf, der sich von den oberen Enden 22 der Wände 16 erstreckt und der eine geringere Tiefe aufweist als der vordere Teil 36. Der metallisierte Uberzug 34, der sich auf gegenüberliegenden Oberflächen der Wände 16 befindet, nimmt eine Tiefe von etwa der Hälfte der Kanalseitenwände aber von mehr als der Tiefe des Kanalteils 42 ein, so daß, wenn ein Überzug bzw. eine Beschichtung erfolgt, die Seitenwände 16 und die Bodenfläche 18 des Kanalteils 42 vollständig überdeckt werden, während die Seitenwände in dem vorderen Teil 36 des Kanals bis auf etwa die Hälfte der Kanaltiefe in diesem Teil überzogen werden. Ein geeignetes Elektrodenmaterial, das verwendet wird, stellt eine Legierung aus Nickel und Chrom dar, d.h. Nichrom. Alternativ sorgt Aluminium für eine Elektrode mit höherer Leitfähigkeit und die Metallbahn in dem Teil 42 ist zum Anbringen einer Drahtbondverbindung geeignet. Insbesondere Aluminium erfordert den Überzug mit einer Passivierungsschicht, die eine Elektrolyse und eine Bläschenbildung bzw. Korrosion verhindert, die auftreten würde, falls sich die Elektrode in unmittelbarem Kontakt mit der Tinte befinden würde.
Man wird erkennen, daß eine Flüssigkeitströpfchenmannigfaltigkeit 46 in der Decklage 20 transversal zu den parallelen Kanälen 12 ausgebildet wird, welche mit jedem der Kanäle 12 und mit einer Führung bzw. Röhre 48 kommuniziert, die zu einem Flüssigkeitströpfchenvorrat (nicht gezeigt) führt.
In der in Fig. 3 gezeigten Anordnung wird eine Lage 14 verwendet, in der sich obere und untere Bereiche befinden, die in entgegengesetzten Richtungen gepolt sind, wie durch die Pfeile 15 angedeutet. Die Elektroden 34 werden abgeschieden, so daß diese die sich gegenüberliegenden Kanalseitenwände von deren oberen Enden bis hinab zu einer kurzen Distanz zu den Böden der Kanäle überdecken, so daß ein Bereich von jeder Seitenwand, der sich von dem oberen Ende des Kanals erstreckt und in einer Richtung gepolt ist, und ein erheblicher Teil eines unteren Bereichs der Seitenwand, der in der entgegengesetzten Richtung gepolt ist, von der in Betracht kommenden Elektrode überdeckt wird. Man wird erkennen, daß die beschriebene Anordnung dazu dient, die Kanalseitenwände in Chevron-Form bzw. Dreieckform zu verbiegen. Andere im Stand der Technik beschriebenen Formen von Tintenstrahldruckköpfen, die ein Feld von Tintenkanälen aufweisen, die durch piezoelektrische Wandaktuatoren getrennt sind, sind ebenfalls zur Verwendung des Verfahrens dieser Erfindung geeignet.
Diese Erfindung betrifft die Passivierung der Wände der Kanäle, d.h. die Abscheidung einer Schutzschicht auf den Wänden durch Beschichtung. Der Zweck der Passivierung besteht darin, eine Beschichtung bereitzustellen, die als Elektronen- oder Ionen- oder Tintenbarriere dient und deshalb die Kanalwände vor einem Angriff bzw. eine Einwirkung durch die Tinte schützt und/oder um die Tinte vor den Seitenwänden zu schützen. Ein Schutz der Kanalwände vor der Tinte ist insbesondere dann gewünscht, wenn die Tinte wäßrig oder auf andere Weise elektrisch leitfähig ist.
Dort, wo der Kanal - wie in dem zuvor gegebenen Beispiel - sich gegenüberliegende Wände aufweist, die ein piezoelektrisches Keramikmaterial umfassen, und mit Elektroden zur Verbindung mit einem Spannungspulserzeugungsmittel versehen ist, ist eine Passivierung besonders erwünscht, um die Elektroden vor der Tinte zu schützen und auch, um die Tinte von den Elektroden zu isolieren und insbesondere die von den Elektroden erzeugten Felder, insbesondere dort, wo die Tinte eine Dispersion ist. Bei einem Ausführungsbeispiel von dieser Form von Tintenstrahldruckkopf sind die Kanäle mit sich gegenüberliegenden Seitenwänden und einer Bodenwand ausgebildet, die alle aus einem piezoelektrischen, keramischen Material bestehen, z.B. durch Schneiden oder maschinelle Bearbeitung eines offenen Kanals aus einem Block des Materials, sowie mit einer oberen Wand, die den Kanal abschließt. In dieser Ausfürungsform sind generell die Seitenwände und die Bodenwand passiviert.
IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 23, Nr. 6, November 1980, Seite 2520, offenbart ein Verfahren zur Passivierung einer Tintenstrahlsiliziumdüsenplatte, bei dem ein erster Überzug aus thermischem SiO&sub2; auf einem Siliziumsubstrat aufgebracht wird, gefolgt von einem zweiten Überzug aus Glühenfladungssiliziumkohlenstoff. Die Bildung des ersten Überzugs bringt generell Substrattemperaturen von der Größenordnung von 900ºC mit sich.
EP-A-0 221 724 offenbart eine Tintenstrahldruckerdüse, die ein Substrat aus Silizium oder Glas und eine Beschichtung aufweist, die einer Korrosion durch wäßrige und nichtwäßrige Tinten widersteht. Die Beschichtung umfaßt jeweils Schichten aus Siliziumnitrid, Siliziumnitrid mit Alurniniumnitrid und Aluminiumnitrid. Sputtem bzw. Zerstäuben, chemische Abscheidung aus der Dampfphase (CVD) und Aufdampfen werden als geeignete Verfahren zur Ausbildung der Beschichtung angeführt. Typische Substrattemperaturen werden mit 700-800ºC angegeben und bei der ionenunterstützten Abscheidung, wie sie beschrieben wird, handelt es sich um ein Nullinien-Beschichtungsverfahren.
US-A-4 678 680 offenbart die Verwendung einer Ionenstrahlimplantierungsvorrichtung, um Ionen in die Öffnungsscheibe eines Tintenstrahldruckers von dem kontinuierlichen Strömungstyp einzupflanzen bzw. einzubringen, um dadurch die Korrosionsbeständigkeit der Öffnungsscheibe zu verbessern.
IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 22, Nr.8, Januar 1979, Seite 3117, offenbart ein Verfahren zur Abscheidung eines Beschichtungsmaterials, wie beispielsweise Titan, auf der Bohrung einer Düse unter Verwendung einer Ionenauflage. Dieses Verfahren beruht auf dem erneuten Sputtern des Beschichtungsmaterials, das anfänglich nahe der Mündung der Bohrung der Düse abgeschieden wurde, um eine Beschichtung weiter innerhalb der Bohrung zu erreichen.
Das Erreichen der im wesentlichen durchgehenden Beschichtung der Kanalwände eines keramischen, piezoelektrischen Druckkopfs, die für eine wirksame Passivierung erforderlich ist, ruft jedoch bestimmte Probleme hervor. Ein Problem besteht darin, daß gewisse Bereiche, insbesondere der unteren Teile der Seitenwände eines Kanals, nicht ohne weiteres mit Hilfe von Verfahren beschichtet werden können, die eine Nullinie zwischen der Beschichtungsquelle und der zu beschichtenden Oberfläche erfordern, weil sich diese unteren Teile im Schatten des oberen Teils der gegenüberliegenden Wand befinden werden, wenn die Quelle zur Abscheidung einer Schicht auf einer Seitenwand geeignet relativ zu dem Kanal angeordnet ist. Darüber hinaus vergrößert dieses Problem die Tiefe des Kanals relativ zu seiner Breite (nachfolgend als "Seitenverhältnis" des Kanals bezeichnet).
Ein anderes spezielles Problem für diese Art von Tintenstrahldruckkopf wird durch die granulare bzw. körnige Struktur des piezoelektrischen Materials hervorgerufen, aus dem der Druckkopf hergestellt wird: Korn-Cluster-Vorsprünge treten in größerem oder kleinerem Umfang während der Ausbildung des Kanals auf, was Wände zurückläßt, die mikroskopische Risse, Unterschneidungen und Überhänge bzw. Vorsprünge aufweisen.
Diese Probleme wird man deutlicher anhand der Fig. 4 verstehen, die eine sehr stark vergrößerte Ansicht eines Kanals 112 zeigt, der durch Wände 116 und 1 16a festgelegt wird. Die Beschichtung der Oberfläche 150 der Wand 116 mit Hilfe von herkömmlichen Nullinien-Abscheidungsverfahren, wie beispielsweise Ionenimplantation oder Ionenbeschichtung, ist nicht möglich, welche eine Nullinie 152 zwischen der Beschichtungsquelle und der zu beschichtenden Oberfläche erfordern. Es ist gleichfalls nicht möglich, unterschnittene Bereiche zu beschichten, wie beispielsweise 154, 156 und 158, selbst wenn diese nicht im Schatten der gegenüberliegenden Wand 116a des Kanals liegen. Eine Betrachtung der Geometrie wird auch ergeben, daß dieses zweite Problem mit der Vergrößerung des Seitenverhältnisses des Kanals noch schwerwiegender wird; d.h. das Verhältnis der Tiefe des Kanals zu seiner Breite: je größer das Seitenverhältnis, desto spitzer ist der maximal mögliche Winkel zwischen (a) der Nullinle zwischen der Quelle und dem Kanalboden und (b) der Ebene der Kanalwand, und desto größer ist somit die Fläche des Unterschnittes, der in den Schatten des zuvor genannten Überhangs bzw. Vorsprungs gebracht wird. Solche spitzen Winkel bereiten auch Probleme beim Erreichen einer gleichmäßigen und durchgehenden Beschichtung über den Wänden und dem Kanalboden, weil die Einfangeffizienz für Beschichtungsmaterialien vom Einfallswinkel abhängt.
Ein noch weiteres Problem wird durch die Art und Weise des Aufbaus von kernmischen, piezoelektrischen Tintenstrahldruckköpfen der zuvor zu Beginn der Beschreibung genannten Art hervorgerufen: die Anordnung der Elektroden, die so angeordnet sind, um ein elektrisches Feld senkrecht zu der Richtung der Polarisation des piezoelektrischen Materials zu erzeugen, um dadurch die piezoelektrischen Wandaktuatoren im Schermode zu verschieben, macht es sehr schwierig, wenn nicht gar unmöglich, anschließend ein erneutes Polen bzw. Polarisieren des piezoelektrischen Materials vorzunehmen, wenn eine Passivierung bereits erfolgt ist. Darüber hinaus werden Tintensträhldrückköpfe des fraglichen Typs bevorzugt aus einer hochaktiven piezoelektrischen Keramik hergestellt, die eine Curie-Temperatur (d.h. die Temperatur Tc, bei der das Material nicht länger eine Polarisation beibehalten kann) von der Größenordnung von 150ºC bis 250ºC aufweist. Das Beschichtungsverfahren sollte bei einer tieferen Temperatur ausgeführt werden, zweckmäßig bei 50ºC bis 100ºC unterhalb der Curie-Temperatur, um ein beschleunigtes Altern oder eine Depolarisation des piezoelektrischen Materials zu vermeiden. Die Verwendung eines üblichen chemischen Dampfabscheidungsverfahrens oder eines plasmaunterstützten chemischen Dampfabscheidungsverfahrens zur Beschichtung, die generell Temperaturen deutlich oberhalb von 200ºC verwenden, z.B. 300ºC oder 500ºC oder sogar noch darüber, erfordert deshalb eine Rückpolarisation gefolgt von einer Passivierung, falls die Wirkung (und folglich die Effizienz) des Druckkopfs nicht verlorengehen soll. Um eine Rückpolarisation im Anschluß an eine Passivierung zu vermeiden, wird eine Beschichtungsverfahrenstemperatur von weniger als 200ºC und vorzugsweise von nicht mehr als looºC benötigt, wobei die tieferen Temperaturen die Verwendung von aktiveren Materialien zulassen.
Bei tieferen Temperaturen kann mit diesem Verfahren entweder überhaupt keine Beschichtung erreicht werden oder kann diese nur mit einer inakzeptabel langsamen Rate erreicht werden und in jedem Fall besteht ein weiteres Problem, nämlich dahingehend, daß die Beschichtungsstärken dazu neigen, vom oberen Ende zum unteren Ende des Kanals abzunehmen und somit ist unter den Bedingungen, die erforderlich sind, um die gewünschte Stärke einer Beschichtung in Richtung des unteren Endes der Kanäle zu erreichen, die Abscheidung von Beschichtungen von übermäßiger Stärke am oberen Ende nicht vermeidbar und das Risiko, daß man eine fehlerbehaftete Beschichtung erhält, nimmt zu, weil die Wahrscheinlichkeit, daß die Beschichtungen Fehler aufweisen, wie beispielsweise nicht abgebaute innere Spannungen, mit der Stärke zunimmt. Dieses Problem wird besonders schwerwiegend, wenn der Kanal ein Seitenverhältnis von mehr als 2:1 aufweist, beispielsweise 3:1 oder mehr. Beispielsweise kann man bei einlgen Kanälen, bei denen das Seitenverhältnis 4:1 oder mehr beträgt, Beschichtungsstärken von mehr als einem halben oder einem Mikrometer in den unteren Teilen des Kanals unter den Bedingungen erhalten, die erforderlich sind, um eine gewünschte Beschichtungsstärke von 50-100 nm weiter unten zu erreichen. Kanäle, die ein Seitenverhältnis von 3:1 oder mehr aufweisen, werden nachfolgend als "tiefe Kanäle" hezeichnet.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die zuvor genannten Probleme zu lösen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Passivierung der Kanalwände eines Tiefkanal- Tintenstrahldruckkopfkanals aus piezoelel:trischem Keramikmaterial durch die Abscheidung einer Beschichtung geschaffen, die anorganisches Material umfaßt, das Verfahren umfassend:
(a) ein Tintenstrahldruckkopf-Bauteil, das diesen Kanal umfaßt, wird bereitgestellt und
(b) die Oberfläche der zu passivierenden Kanalwände wird einem homogenisierten Dampf aus dem Beschichtungsmaterial ausgesetzt, während die Temperatur eines Großteils des Betätigungsbauteils, das diesen Kanal umfaßt, auf einer Temperatur unterhalb von 200ºC gehalten wird, bei der während der Passivierung keine Depolarisierung des piezoelektrischen Keramikmaterials von mehr als 30% erfolgt, und während ein Betriebsdruck von mindestens 0,133 Pa (ein Millitorr) aufrechterhalten wird, wobei dieser Dampf während seines Transports von der Quelle des Dampfs zu der Oberfläche eine Mehrfachstreuung erfahren hat und auf die Oberfläche auftrifft.
Unter einem homogenisierten Dampf verstehen wird, daß die chemischen Bestandteile des Dampfes, die vom Verfahren verwendet werden, eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung aufweisen, so daß die abgeschiedene Beschichtung sich einer chemischen Homogenität in der Oberflächenschicht annähert und vorzugsweise diese erreicht.
Unter Mehrfachstreuung verstehen wir mindestens zwei und vorzugsweise mindestens drei Streuvorgänge. Die Dampfatome werden in dem Sinne im wesentlichen homogenisiert, daß die Energie und der Einfallswinkel der Dampfatome auf die Oberfläche im wesentlichen zufallsverteilt wird. Falls weniger als eine Kollision (Streuvorgang) auftritt, handelt es sich bei dem Verfahren im wesentlichen um ein Nullinien-Verfahren, während nur ein kleiner Bruchteil von Atomen unmittelbar von der Quelle ankommt, falls mehr als drei Kollisionen auftreten. Auf der anderen Seite ist der Dampf tatsächlich thermalisiert, falls die Anzahl von Streuvorgängen zu groß ist, und somit wird es bevorzugt, daß die Anzahl von Kollisionen 8 oder 9 und noch vorzugsweiser 6 nicht überschreitet.
Während eine kinetische Modellierung im allgemeinen zu kompliziert ist, um die Wechselwirkungen zu simulieren, die zu der erforderlichen Beschichtungsverteilung und Qualität in tiefen Kanälen beitragen, glaubt man, daß ein gewisser Grad von Oberflächenstreuung von einfallenden Spezies von einer Seite des Kanals zu der anderen Seite des Kanals auftritt und daß diese dabei behilflich ist, die Beschichtungsstärke vom oberen Ende zum unteren Ende der Kanäle zu vergleichmäßigen. Während sich die Beschichtungsstärke aufbaut, trägt eine Oberflächenmobilität und eine durch den einfallenden Fluß unterstützte Vorwärtszerstäubung bzw. Vorwärtssputterung, beispielsweise von ionisierten Spezies unter dem Vorspannungsfeld, ebenfalls dazu bei, die Beschichtungsstärke zu vergleichmäßigen und verborgene Strulcuren in der Oberfläche zu überdecken. Man glaubt, daß die Spezies wegen der Oberflächenmobilität mit einem Bereich von typischerweise mehr als 1 Mikrometer zu einer Migration auf der Oberfläche fähig ist und daß der Bereich größer wird, wenn sich die Schicht aus verdichteter Beschichtung ausbildet. Der Bereich kann variiert werden, indem man sowohl den Anteil von ionisierten Spezies im Dampf als auch deren einfallende Energie variiert. Sowohl der Transport von Beschichtungsmaterial die Oberfläche der Wand in dem Kanal hinab als auch die Ausbreitung von Material über die Oberflächenrauhigkeitsstrururen treten deshalb während des Verfahrens auf.
Während das Verfahren auf einen beliebigen Tiefkanal-Tintenstrahldrückkopf anwendbar ist, findet es insbesondere Anwendung auf Vielkanal-Druckkopfkanäle, insbesondere auf solche, die Elektroden enthalten, und insbesondere auf solche, bei denen das Aktuatorbauteil, das den Kanal enthält, in einer Richtung im wesentlichen parallel zu den Ebenen der Kanalwände polarisiert ist, wie beispielsweise in Druckköpfen, die Aktuatoren von dem sog. Chevron- oder Kragbalkentyp aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die dabei behilflich ist, die Gefahr eines Einschlusses von Defekten, wie beispielsweise von nicht abgebauten inneren Spannungen, zu verringern, wird die Beschichtung durch die Abscheidung einer Anzahl von Schichten ausgebildet. Diese Schichten können aus Dämpfen abgeschieden werden, die dieselbe Zusammensetzung aufweisen, was dabei behilflich ist, die chemische Homogenität der Beschichtung über ihre gesamte Stärke aufrechtzuerhalten, oder diese können, wie nachfolgend ausführlicher diskutiert werden wird, aus Dämpfen und verschiedenen chemischen Zusammensetzungen oder aus einem Dampf abgeleitet werden, dessen chemische Zusammensetzung während des Zeitraums der Abscheidung der Beschichtung variiert wird.
Eine akzeptable Beschichtungsrate unter Vermeidung von induzierten Spannungen erreicht man durch einen Betrieb bei einem hohen Druck, beispielsweise bei einem Druck von mehr als 26,6 Pa (200 mtorr (Millitorr)). Falls ein Druck von mehr als 26,6 Pa (200 mtorr) verwendet wird, treffen die Atome auf der Oberfläche auf und haben dabei zu viel Energie verloren und deshalb ist die Materialqualität schlecht. Auf der anderen Seite kann, wenn der Druck weniger als 0,133 Pa (1 mtorr) beträgt, die Anahl von Streuvorgängen in dem Dampf während des Transports von der Quelle zur Oberfläche ungeeignet werden und kann das Verfahren zu einem "Nullinien"-Verfahren werden. Ein bevorzugter Bereich ist 0,133 bis 6,65 Pa (1 bis 50 mtorr) und die Wahl des Drucks werden u.a. von dem Abstand zwischen der Quelle und dem Substrat, von der Art der Prozeßgase und von der Temperatur des Dampfs abhängen.
Beispiele für geeignete Abscheidungsverfahren sind chemisch reaktive Abscheidungsverfahren, bei denen die Oberflächenmobilität der schichtausbildenden Spezies über das Niveau angehoben wird, die durch die Oberflächentemperatur vorgegeben wird, d.h. Verfahren, die die Oberflächenbeweglichkeit der schichtausbildenden Spezies durch nichtthermische Maßnahmen erhöhen. Spezielle Beispiele für solche Verfahren schließen elektron-zyklotron-resonaruunterstützte (ECR)-CVD, wie in J. Applied Physics 66, Nr. 6, Seiten 2475-2480 beschrieben, und reaktive, nicht im Gleichgewicht befindliche Magnetronsputterung (UMS) ein, wie in J. Vacuum Sciences Technology 4, Nr. 3, Seite 452 beschrieben. Bei diesem Verfahren ist keine Anwendung von Wärme erforderlich und somit wird das Risiko eine Depolarisierung und/oder eines Alterus des piezoelektrischen Keramikmaterials minimiert. Mit diesen Verfahren kann man auch eine kontinuierliche Beschichtung erreichen, selbst in denjenigen Bereichen, die von den Quellen der schichtausbildenden Spezies beschattet werden, beispielsweise aufgrund eines Überhangs bzw. Vorsprungs oder wegen der Oberflächenrauhigkeit Ein anderes geeignetes Verfahren ist UV-photonunterstützte CVD. Ein weiteres schließt die Verwendung von organometallischen Vorgängen in einem CVD-Verfahren ein.
Obwohl es für dieses Verfahren nicht wesentlich ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine Vorspannung anzulegen. Man hat beispielsweise beobachtet, daß diese die Abscheidungsrate und/oder die Abscheidungsrate auf den unteren Teilen der Seitenwände der Kanäle im Vergleich zu den oberen Teilen und/oder die Qualität der abgeschiedenen Schicht, d.h. ihre physikalischen und/oder elektrischen Eigenschaften, verbessern kann. Gute Ergebnisse hat man bei Vorspannungen von bis zu -300 V (Ziel gegen Masse) gefunden und sogar noch größere Spannungen können sich in einigen Fällen als geeignet erweisen. Andere Bedingungen, wie beispielsweise die Stromgröße, sollten jedoch so gewählt werden, daß Probleme vermieden werden, wie beispielsweise ein Sputtern bzw. Zerstäuben der Schicht, die gerade abgeschieden wird, und/oder eine Beschädigung des PZT durch induzierte Wärme. Man wird auch verstehen, daß es eine Beziehung zwischen der Betriebs- bzw. Verfahrenstemperatur und der Vorspannung geben wird, und zwar dahingehend, daß die Verwendung von höheren Vorspannungen eine Reduzierung der Kemtemperatur des Aktuators erfordern kann, um eine unbeabsichtigte Depolarisierung zu vermeiden und umgekehrt.
Man hat herausgefunden, daß die optimale Vorspannung mit der Art der Schicht, die abgeschieden wird, variieren kann und daß somit die Passivierung der Wand eines piezoelektrischen, keramischen Tintenstrahldruckkopfkanals durch Aufbauen der gewünschten Beschichtungsstärke, indem eine Anzahl von Schichten durch chemisch reaktive Abscheidung oder ein anderes Verfahren, das geladene Spezies beinhaltet, abgeschieden wird, durch das Anlegen einer Vorspannung und durch Variation des Wertes der Vorspannung entsprechend der Art der Schicht verbessert werden kann, beispielsweise, um die Größe der Spannung in jeder der abgeschiedenen Schichten zu minimieren.
Um eine starke Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Substrat zu erreichen, wird es bevorzugt, daß der Dampf, dem die zu beschichtenden Oberflächen ausgesetzt werden, auf der Oberfläche eine Energie von mindestens 1 eV aufweist, falls ein oberflächenkatalytischer Effekt vorliegt, oder von mindestens 5 eV, falls kein katalytischer Effekt vorliegt. Bei diesen Energiewerten wird eine chemische Verbindung unterstützt, während bei kleineren Werten die Verbindung überwiegend physikalisch sein wird. Bei höheren Energiewerten können jedoch das Substrat und/oder die Beschichtung beschädigt werden und es ist deshalb nicht ratsam, daß die Energiewerte 500 eV überschreiten und vorzugsweise überschreiten diese nicht 300 eV. Noch vorzugsweiser überschreiten diese nicht 100 eV. Während man erwartet, daß ein Bereich von 5 bis 25 eV und genauer von 12 bis 20 eV für die meisten Bedingungen geeignet ist, um eine dichte Beschichtungsschicht zu entwickeln, sind größere Energien hilfreich, um den Transport und eine Ausbreitung der schichtausbildenden Spezies zu fördern, was von dem Dampf abhängt.
Zwei oder mehr als zwei Schichten können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren abgeschieden werden und die Schichten. können von der gleichen Zusammensetzung sein; jedoch besteht ein besonderer Vorteil des Verfahrens darin, daß Schichten von verschiedener Zusammensetzung abgeschieden werden können, weshalb beispielsweise die Passivierung die Abscheidung von zimindest einer Ionensperrschicht, einer Elektronsperrschicht, einer leitfähigen Schicht und einer wasserundurchlässigen Schicht umfassen kann. Die Stärke der verschiedenen Schichten kann auch variiert werden, wodurch dem Benutzer ein sehr nützliches Werkzeug zur Hand gegeben wird, um bestimmte Eigenschaften und Kombinationen von Eigenschaften in der Beschichtung zu erreichen, beispielsweise hinsichtlich des Widerstands, der Ionensperreigenschaften und der Wasserpermeabilität. Ein besonderer Vorteil rührt von der Beobachtung her, daß die Rate, mit der eine Schicht abgeschieden wird, von ihrer Zusammensetzung abhängt.
Somit kann man die Rate, bei der eine Beschichtung mit einer bestimmten Gesamtstärke und mit bestimmten Eigenschaften erreicht wird, durch die Abscheidung von zunächst einer Schicht vergrößert werden, die eine größere Abscheidungsrate aufweist, gefolgt von einer weiteren Schicht, die die Zusammensetzung mit den gewünschten Eigenschaften aufweist.
Jegliches Material, das durch das erfindungsgemäße Verfahren abgeschieden werden kann, kann bei der Ausbildung der Schichten verwendet werden, die die Passivierungs- Mehrschichtbeschichtung ausmachen. Das Material kann ein Element umfassen, beispielsweise Kohlenstoff oder ein Metall, oder es kann eine Kombination von zwei oder mehr Elementen beinhalten, wie beispielsweise in einer Metallegierung oder in einer Verbindung. (Unter einer "Verbindung" verstehen wir hier eine Verbindung von zwei oder mehr Elementen, sei es in den Verhältnissen, die durch deren Valenzen auferlegt werden oder nicht.) Dies ist deshalb so, weil man herausgefunden hat, daß, wenn man eine Verbindung abscheidet, die Verhältnisse der Elemente in der abgeschiedenen Schicht von denjenigen Verhältnissen variiert werden können, die man anhand ihrer jeweiligen Valenzen erwartet, und daß diese Verhältnisse durch Steuerung der Verfahrensbedingungen in bekannter Weise kontrolliert werden können. Somit kann man beispielsweise eine Schicht aus Silizium und Kohlenstoff abscheiden, in der das Verhältnis von Silizium zu Kohlenstoff ein anderes als 1:1 ist; darüber hinaus kann man das Verhältnis variieren, falls dies gewünscht wird, während die Schicht abgeschieden wird.
Beispiele für Schichten, die abgeschieden werden können, umfassen Kohlenstoff (sowohl amorpher als auch diamantartiger), Silizium-Sauerstoff (SiO), Silizium-Stickstoff (SiN), Silizium-Sauerstoff-Stickstoff (SiON), Silizium-Kohlenstoff (SiC), Aluminium-Stickstoff (AlN), Silizium-Aluminium-Stickstoff (SiAlN), Aluininium-Sauerstoff (Ab), Aluminium-Silizium-Sauerstoff (AlSiO) und Silizium-Aluininium (SiAl).
Es sei darauf hingewiesen, daß die symbolischen Darstellungen von Elementkombinationen, die in Klammern in der vorigen Folge angegeben wurden, nicht dazu gedacht sind, daß sie auf jegliche speziellen stöchiometrischen Verhältnisse schließen lassen, und daß die abgeschiedenen Schichten stöchiometrische, nicht-stöchiometrische und/oder dotierte Kombinationen der angegebenen Elemente umfassen können. Beispielsweise kann eine Schicht, die als SiO-Schicht bezeichnet wird, Si- und O-Atome in einem Verhältnis von 1:2 enthalten oder in einem anderen Verhältnis und kann eine Schicht, die als SiN- Schicht bezeichnet wird, Si- und N-Atome in einem Verhältnis von 3:4 oder in einem anderen Verhältnis enthalten.
Die als Quellen für die Elemente verwendbaren Materialien, die zur Ausbildung solcher Schichten mittels CVD verwendet werden, sind bekannt; beispielsweise können Silane als Quelle für Silizium, Kohlenwasserstoffe als Quelle für Kohlenstoff und Ammoniak und Oxide von Stickstoff sowie Stickstoff selbst als Quelle für Stickstoff verwendet werden. H- und/oder O-Atome von einer nicht vermeidbaren Wasserdampfverunreinigung können auch in den Schichten enthalten sein. Beispielsweise können SiN-Schichten ebenfalls Wasserstoff- und/oder Sauerstoffatome enthalten. Bei SiO-Schichten kann man ebenfalls feststellen, daß diese Stickstoffatome enthalten.
Wo der Tintenstrahldruckkopf zur Verwendung für eine ionisierbare Tinte gedacht ist, ist es für die Passivierungsschicht wünschenswert, daß diese sowohl eine Elektronenbarriere als auch eine Ionenbarriere umfaßt, aber es kann schwierig sein, ein Einzelmaterial zu ersinnen, das diese beiden Eigenschaften wirksam bereithält. Somit umfaßt eine bevorzugte Mehrschichtanordnung mindestens eine Elektronsperrschicht und mindestens eine Ionensperrschicht. Somit wird bei einer bevorzugten Ausführungsform mit Hilfe des Verfahrens der Erfindung ein passivierter Tintenstrahldruckkopfkanal aus piezoelektrischem Keramikmaterial bereitgestellt, bei dem die Passivierung mindestens eine Schicht aus einem Material umfaßt, das für eine Ionensperre sorgt, vorzugsweise aus SiN, sowie mindestens eine Schicht aus einem Material, das für eine Elektronsperre sorgt, vorzugsweise SiO. Vorzugsweise befindet sich eine Schicht aus Elektronsperrmaterial zwischen der Kanalwand und einer Schicht aus Ionensperrmaterial.
Im allgemeinen wird es wünschenswert sein, daß die Elektronsperrschicht einen spezifischen Widerstand von mindestens 10¹³ Ohm.cm aufweist und daß die Ionensperrschicht einen Ionenstrom von nicht mehr als 1 nA/cm² bei einem angelegten Feld von 10 V/Mikrometer hindurchtreten läßt. Es wird auch bevorzugt, daß die Ionensperrschicht nicht unter Feldern von weniger als 10 V/Mikrometer durchbricht und noch vorzugsweiser von weniger als 30 V/Mikrometer.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Passivierungs-Vielfachschicht die Schichtstruktur SiO / SiN / SiO (SiN / SiO)x, wobei x null oder eine positive ganze Zahl darstellt und wobei die erste SiO-Schicht sich am nächsten zur Kanalwand befindet.
Bei einer bevorzugten Ausfürungsform kann die Passivierungs-Mehrfachschicht eine leitende Schicht beinhalten, die elektrisch von der Kanalwand (oder genauer gesagt von den dem Kanal zugeordneten Elektroden) mittels einer weiteren Schicht der Mehrfachschicht isoliert ist. Eine solche leitende Schicht kann für den Effekt eines Faraday- Käfigs sorgen, dessen Vorliegen vorteilhaft ist, weil dieser es ermöglicht, daß Tinte in dem Kanal vor elektrischen Feldern geschützt wird, die aus den Kanalelektroden austreten. Dies ist besonders dort wichtig, wo die Tinte eine Dispersion ist.
Dies trägt auch dazu bei, die elektrischen Streufelder der Kanalseitenwände, die von den Elektroden austreten, zu begrenzen, wodurch die Gefahr eines piezoelektrischen Übersprechens zwischen den Kanälen in einem Mehrkanalfeld verringert wird.
Somit schafft das Verfahren gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung einen Tintenstrahldruckkopfkanal aus piezoelektrischem Keramikmaterial, dessen Wände passiviert sind und dessen Passivierung eine leitende Schicht beinhaltet, die mittels einer anderen Schicht von den Kanalwänden elektrisch isoliert ist und für einen Faraday- Käfig-Effekt sorgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung ist die leitende Schicht in einer Mehrschichtanordnung zwischen der Kanalwand (und insbesondere den dem Kanal zugeordneten Elektroden) und einer Schicht aus einem Ionensperrmaterial vorgesehen. Mit Hilfe dieser Ausführungsform wird diese Schicht aus dem Ionensperrmaterial vor den elektromagnetischen Feldern geschützt, die aus den Kanalelektroden austreten.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung umfaßt eine Passivierungs-Mehrfachschicht, die mindestens eine Ionensperrschicht, mindestens eine Elektronsperrschicht und eine leitende Schicht umfaßt, wobei eine Elektronsperrschicht (d.h. Isolation) zwischen der Kanalwand (Elektrode) und der leitenden Schicht und eine Ionensperrschicht auf der anderen Seite der leitenden Schicht vorgesehen ist, d.h. zwischen der leitenden Schicht und der Tinte.
Falls sich die leitende Schicht, die von den Kanalelektroden isoliert ist, in Berührung mit der Tinte befindet, kann diese alternativ dazu verwendet werden, um während der Betätigung das Potential der Tinte unabhängig vom Elektrodenpotential zu steuern. Dies kann dazu beitragen, die von den von dem Tintenkopf ausgestoßenen Tintentropfen mitgeführte Ladung zu steuern, wie dies in WO 95/11807 beschrieben wird.
Für die leitende Schicht kann jegliches geeignete Material verwendet werden und während es vom Gesichtspunkt einer Vereinfachung der Ausrüstung, die zur Herstellung der Passivierungs-Mehrfachschicht verwendet wird, vorteilhaft ist, daß das Material so beschaffen ist, daß die Schicht mit Hilfe eines CVD-Verfahrens erhalten werden kann, ist dies nicht wesentlich. Beispiele für geeignete Materialien sind Metalle einschließlich Legierungen; Silizium-Kohlenstoff (SiC) und Kohlenstoff werden jedoch besonders bevorzugt, weil eine Vortichtung, die ausgelegt ist, um die bevorzugten Ionen- und Elektronsperrrnaterialien aus SiN und SiO herzustellen, ohne weiteres angepaßt werden können, um Schichten aus SiC und/oder Kohlenstoff zu erzeugen, beispielsweise unter Verwendung von Kohienwasserstoff, wie beispielsweise Methan als die Quelle für Kohlenstoff.
Kohlenstoff ist ein besonders erwähnenswertes Material für eine oder mehrere Schichten der Mehrfachschicht-Passivierung, weil dieser entsprechend den Abscheidungsbedingnngen, die verwendet werden, entweder als isolierende Schicht, d.h. als Elektronsperrschicht (1,eispielsweise diamantartiger Kohlenstoff), oder als leitende Schicht (beispielsweise amorpher Kohlenstoff) abgeschieden werden kann.
Somit umfaßt gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß dieses Gesichtspunkts der Erfindung eine leitende Schicht der Passivierungs-Mehrfachschicht, die mit Hilfe des Verfahrens bereitgestellt wird, elektrisch leitfähigen Kohlenstoff, beispielsweise amorphen Kohlenstoff, und vorzugsweise umfaßt eine solche Passivierungs-Mehrfachschicht eine elektrisch isolierende Kohlenstoffschicht, beispielsweise diamantartigen Kohlenstoff.
Eine andere bevorzugte Ausführngsform umfaßt eine Passivierungs-Mehrfachschicht, die eine elektrisch leitende Kohlenstoffschicht umfaßt, beispielsweise diamantartigen Kohlenstoff, und vorzugsweise ebenfalls einen elektrisch leitenden Kohlenstoff, beispielsweise amorphen Kohlenstoff.
In gewissen Fällen, beispielsweise bei Vorhandensein einer Tinte auf Wasserbasis, wird es wünschenswert sein, eine Wassersperrschicht einzuschließen. Geeignete durchlaßfreie Wassersperrschichten umfassen vorzugsweise die Materialien Aluminiumoxid, diamantartigen Kohlenstoff und Aluminiumnitrid, jedoch können jegliche der zuvor angefhhrten Materialien in Abwesenheit eines angelegten Feldes geeignet sein. Der Feuchtigkeits- Durchlaßkoeffizient der Schicht sollte nicht mehr als 10&supmin;¹³ gm.cm/cm² sec. cm H&sub2; betragen, wenn dieser mit dem bewährten Verfahren, basierend auf ASTM E96-53T, gemessen wird.
Man wird verstehen, daß die Passivierungs-Mehrfachschicht auch andere als die speziell zuvor angeführten Schichten enthalten kann. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, zunächst auf der Kanalwand eine Grundschicht abzuscheiden, um die Adhäsion der verbleibenden Schichten der Mehrfachschicht auf der Kanalwand und/oder dem darauf befindlichen Elektrodenmaterial zu unterstützen. Wenn der Druckkopf zur Verwendung mit bestimmten Tinten gedacht ist, kann es in gleicher Weise wünschenswert sein, als abschließende Schicht ein Material abzuscheiden, das eine spezielle chemische Resistenz aufweist, um einen Schaden an den anderen Schichten durch Bestandteile der Tinte zu verhindern.
Wie vorstehend dargelegt wurde, kann die Zusammensetzung einer Schicht geändert werden, während diese abgeschieden wird. Somit kann beispielsweise bei der Abscheidung einer SiN-Schicht das Verhältnis von Si:N während des Verlaufs der Abscheidung geändert werden. In gleicher Weise kann das Verfahren gesteuert werden, beispielsweise dann, wenn einer SiN-Schicht eine AlN-Schicht folgen soll, so daß das Verhältnis von Si:Al von 100:0 zu 0:100 geändert wird, was eine Zwischenzone ergibt, die Si-Al-N zwischen Si-N und Al-N enthält. Die Variation der Zusammensetzung kann kontinuierlich oder stufenweise sem.
Die Kanalwände des Tiefkanals, auf den das Verfahren der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann, kann aus einem beliebigen piezoelektrischen Keramiaanaterial bestehen. Beispiele beinhalten sowohl kristalline Kernmikmaterialien, wie beispielsweise Gadoliniummolybdat (GMO) und Rochelle-Salz bzw. Kaliurnnatriumtartrat, und polykristalline Keramikmaterialien, wie beispielsweise Bleizirkontitanat (PZT) und verwandte piezoelektrische Perovskit-Keramiken. Spezielle Beispiele urnfassen Motorola HD 3203 (Tc = 260ºC), Sumitomo HDS (Tc = 205ºC) oder Tokin N-10 (Tc = 165ºC).
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele erläutert, die die Beschichtung eines PZT-Tintenstrahldruckkopfkanals zum Gegenstand haben, der parallele Seitenwände und eine Bodenwand sowie eine Breite von 90 um und eine Tiefe von 500 um aufweist.
Um die Vorteile von LTCRD zu zeigen, wurde in einem ersten Experiment eine Passivierung ohne Anlegen von Wärme unter Verwendung einer Astex ZX4400 ECR- CVD-Quelle abgeschieden. Ein Kammerdruck von 0,133 bis 0,665 Pa (1-5 mtorr), rückgefüllt mit 5% Silan in Argon und Stickstoff ohne Anlegen einer Vorspannung, wurde verwendet, um eine einzelne Nitridschicht abzuscheiden. Der Abstand zwischen der Quelle und dem Substrat betrug etwa sechsmal die mittlere freie Weglänge des Dampfgemisches. Die Stärke der Schicht am Boden der Seitenwände wurde zu 19% der Stärke auf der oberen horizontalen Oberfläche bestimmt, verglichen mit nur 14% bei Verwendung eines plasmaunterstützten CVD. In einem zweiten Experiment mit einer Vorspannung von mehr als -50 V wurde die Stärke der Bodenschicht auf 28% erhöht. Die Stärke am oberen Ende der Wände betrug in jedem Fall etwa 50%. Somit kann man am Boden der Seitenwand eine gewünschte minimale Stärke mit einer geringeren Materialstärke am oberen Ende der Seitenwand erreichen. Dies verringert nicht nur die Wahrscheinlichkeit einer Spannung in der Schicht, sondern verkürzt auch die Abscheidungszeit. Darüber hinaus erforderte das plasmaunterstützte CVD-Veffahren eine Temperatur von 300ºC, was deudich oberhalb der maxirnal tolerierbaren Temperatur zur Verarbeitung der meisten PZT-Materialien ohne die Gefahr einer Depolarisierung liegt. Eine Untersuchung des Materials ergab einen Wasserstoffgehalt von weniger als 12 at% und eine gepufferte HF-Ätzrate (7:1 Verdünnung) von weniger als 25 Angström.min&supmin;¹. Die Beschichtung zeigte eine exzellente Adhäsion zum PZT, kein Abblättern und keine beobachteten Rißstellen. Die Beschichtung hatte einen spezifischen Widerstand von mehr als 10¹³ Ohm.cm bei 10 kHz und einen Serienwiderstand von etwa 10&sup9; Ohm und eine Dielelrrizitätskonstante von 7 (bei 1 MHz und 50 mV).
In einem dritten Experiment wurde eine 1,1 um starke Passivierungsbeschichtung (gemessen mit Hilfe von ERDA auf der horizontalen oberen Oberfläche) unter Verwendung einer ECR-CVD-Vorrichtung mit einer angelegten Vorspannung von bis zu -150 V ausgebildet. Die Beschichtung umfaßt eine Anzahl von Schichten wie folgt: (PZT) / SiO / SiN / SiO / SiN / (Luft). Bei den Gasen, die verwendet wurden, um die SiO-Schichten auszubilden, handelte es sich um 5% Silan in Argon und Stickoxid. Die Schichten bestanden im wesendichen aus SiO&sub2;, mit weniger als 10% atomarem Wasserstoff. Bei den Gasen, die verwendet wurden, um die SiN-Schichten auszubilden, handelte es sich um 5% Silan in Argon und Stickstoff. Die Schichten bestanden im wesendichen aus Si&sub3;N&sub4;:H mit weniger als 20% atomarem Wasserstoff. Die Beschichtung hatte eine exzellente Adhäsion zu dem PZT ohne Spannungsrisse und wurde in einem Sellotape- Test nicht abgehoben.
In ähnlicher Weise konnte man Mehrschicht-Passivierungsbeschichtungen der folgenden Struktur erhalten.
(PZT) / SiO / SiC / SiN / (Luft)
(PZT) / SiO / amorpher Kohlenstoff / (Luft)
(PZT) / diamantartiger Kohlenstoff / amorph-artiger Kohlenstoff / (Luft)
Die SiO-Schichten, bei denen es sich im wesentlichen um SiO&sub2; mit weniger als 10% atomarem Wasserstoff handelte, wurden abgeleitet, wie es vorstehend beschrieben wurde. Die SiC-Schicht wurde aus 5% Silan in Argon und Methan abgeleitet. Die SiN- Schicht, bei der es sich im wesentlichen um a-Si&sub3;N&sub4;:H mit weniger als 20% atomarem Wasserstoff handelte, wurde, wie vorstehend beschrieben, abgeleitet. Die Schichten aus amorphem und diamantartigem Kohlenstoff wurden unter Verwendung von Methan und Argon erhalten.

Claims

1. Verfahren zur Passivierung der Kanalwände (16, 116, 1 16a) eines Tiefkanal- Tintenstralhldruckkopfkanals (12, 112) aus piezoelektrischem Keramikmaterial durch die Abscheidung einer Beschichtung, die anorganisches Material umfaßt, das Verfahren umfassend:

(a) ein Tintenstrahldruckkopf-Bauteil, das diesen Kanal umfaßt, wird bereitgestellt und

(b) die Oberfläche (150) der zu passivierenden Kanalwände wird einem homogenisierten Dampf aus dem Beschichtungsmaterial ausgesetzt, während die Temperatur eines Großteils des Betätigungsbauteils, das diesen Kanal umfaßt, auf einer Temperatur unterhalb von 200º Celsius gehalten wird, bei der während der Passivierung keine Depolarisierung des piezoelektrischen Keramikmaterials von mehr als 30 % erfolgt, und während ein Betriebsdruck von mindestens 0,133 Pa (ein Millitorr) aufrechterhalten wird, wobei dieser Dampf während seines Transports von der Quelle des Dampfs zu der Oberfläche eine Mehrfachstreuung erfahren hat und auf die Oberfläche auftrifft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Druckkopfkanal Elektroden (34) umfaßt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Betätigungsbauteil eine piezoelektrische Keramik umfaßt, die in einem Schermode arbeitet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das den Kanal umfassende Betätigungsbauteil in einer Richtung polarisiert ist, die im wesentlichen parallel zu den Ebenen der Kanalwände ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Betätigungsbauteil von der Art eines Chevron-Betätigungselements oder eines Kragbalken-Betätigungselements ist.

6. Verfahren nach irgendeinem vorherigen Anspruch, bei dem die Beschichtung aus einer Anzahl von Schichten gebildet wird.

7. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Dampf an der Oberfläche eine Energie von mindestens 5eV aufweist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Energie des Dampfs an der Oberfläche nicht größer als 500eV ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Energie des Dampfs an der Oberfläche nicht größer als 300eV ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Energie des Dampfs an der Oberfläche nicht größer als 100eV ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Energie des Dampfs an der Oberfläche im Bereich 5eV bis 25eV liegt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Energie des Dampfs an der Oberfläche im Bereich 12eV bis 20eV liegt.

13. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, das bei einem Druck von nicht mehr als 26,6 Pa (200 Millitorr) ausgeführt wird.

14. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, das bei einem Druck im Bereich von 0,133 bis 6,65 Pa (1 bis 50 Millitorr) durchgeführt wird.

15. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Beschichtung mittels eines chemisch reaktiven Abscheidungsverfahrens bewirkt wird, bei dem die Oberflächenmobilität der schichtbildenden Spezies über den Wert hinaus erhöht wird, der durch die Temperatur der zu beschichtenden Oberfläche begründet ist.

16. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Beschichtung durch eine elektronzyklotron-unterstützte chemische Dampfabscheidung durch reaktive unausgeglichene bzw. nicht im Gleichgewicht befindliche Magnetron- Sputterung oder durch UV-photonunterstützte chemische Dampfabscheidung bewirkt wird.

17. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem eine Vorspannung angelegt wird.

18. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Passivierung die Abscheidung von zumindest einer der folgenden Schichten umfaßt: einer Ionensperrschicht, einer Elektronensperrschicht, einer leitfähigen Schicht und einer wasserundurchlässigen Schicht.

19. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Beschichtung eine oder mehrere Schichten umfaßt, die jeweils ausgewählt werden aus Kohlenstoff, aus Silizium-Kohlenstoff, Silizium-Stickstoff, Silizium-Sauerstoff, Silizium-Sauerstoff-Stickstoff, Silizium-Aluminium, Silizium-Stickstoff-Aluminium, Aluminium-Sauerstoff und Aluminium-Silizium-Sauerstoff.

20. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem eine Anzahl von Schichten mit verschiedenen Zusammensetzungen abgeschieden wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, das die Abscheidung einer Elektronensperrschicht und einer Ionensperrschicht umfaßt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem sich die Elektronensperrschicht zwischen der Kanalwand und der Ionensperrschicht befindet.

23. Verfahren nach Anspruch 20, das die Abscheidung einer Elektronensperrschicht und anschließend einer elektrisch leitenden Schicht umfaßt.

24. Verfahren nach Anspruch 23, das außerdem die Abscheidung einer Ionensperrschicht über der elektrisch leitenden Schicht umfaßt.

25. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Anzahl von Schichten eine leitende Schicht umfaßt, die von der Kanalwand durch eine andere Schicht isoliert wird, um einen Faradaykäfig-Effekt zu bewerkstelligen.

26. Verfahren nach Anspruch 23, 24 oder 25, bei dem das Material der elektrisch leitenden Schicht aus amorphern Kohlenstoff und Silizium-Kohlenstoff ausgewählt wird.

27. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 21 bis 26, bei dem das Material der Elektronensperrschicht aus Silizium-Sauerstoff und diamantaatigem Kohlenstoff ausgewählt wird.

28. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 21 bis 27, bei dem die Ionensperrschicht Silizium-Stickstoff umfaßt.