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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Tintenstrahldrucken und speziell
betrifft sie die Herstellung von Komponenten für Tintenstrahldruckköpfe.
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Gemäß einem
wichtigen Beispiel findet die Erfindung ihre spezielle Anwendung
bei Druckköpfen des
Typs, bei dem Rillen in einer gepolten piezoelektrischen Keramik
ausgebildet sind, an welcher eine Abdeckplatte angebracht ist, die
Tintenkanäle
zwischen piezoelektrischen Wand-Betätigungselementen zur Verfügung stellt.
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Es
sind Techniken zur Herstellung solcher Druckköpfe in dem feinen Maßstab und
mit den strengen Toleranzen entwickelt worden, die für einen geeignet
funktionierenden Drucker notwendig sind. Es wird auf eine Anzahl
relevanter Offenbarungen in der folgenden detaillierteren Beschreibung
hingewiesen werden. Existierende Techniken erlauben jedoch nicht
im leichten Maße,
wenn überhaupt,
eine großvolumige
Produktion.
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Serielle
Druckkopfkomponenten (d. h. Komponenten für Druckköpfe die über die gedruckte Seite abgefahren
werden sollen) sind klein, typischerweise in der Größenordnung
von 5 bis 10 mm, und sie umfassen Merkmale mit Abmessungen von 50
bis 100 μm.
Demgemäß ist eine
extrem genaue Positionierung während
der verschiedenen Verfahrensschritte notwendig. Die Verwendung von
individuellen Montagevorrichtungen, welche im Allgemeinen bei der
Herstellung in kleinem Umfang befriedigend ist, bei welcher qualifizierte
Ingenieure individuelle Feineinstellungen machen müssen um
Qualitätskontrolle
einhalten, ist bei der Herstellung in großem Umfang bei Raten von Tausenden
oder mehr pro Tag einfach nicht praktikabel.
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Für bestimmte
Tintenstrahltechnologien, die ein Fotoresist-Ätzen von Silizium oder ähnliche
Techniken verwenden, ist analog zu der Herstellung integrierter
Schaltungen vorgeschlagen worden, die Verarbeitung eines Siliziumwafers durchzuführen, der danach
zerteilt wird, um individuelle Druckkopfkomponenten herzustellen.
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So
beschreibt die
EP-A-0
214 733 einen auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopf,
der aus Komponenten hergestellt wird, die auf Silizium im Wafer-Maßstab (Wafer-Scale)
aufgebracht und geätzt
sind. Während
der Montage wird der Druckkopf aus zwei identischen Teilen aufgebaut,
welche zerteilt werden, bevor sie Fläche-an-Fläche zusammengesetzt werden.
Die Düsen
werden dadurch an den Enden von geätzten Rillen in jedem Teil
ausgebildet. Die
US-A-4
789 425 zeigt einen auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopf,
der im Wafer-Maßstab aufgebaut
wird, was in einer sogenannten "Roof-Shooter"-Konstruktion des
Druckkopfes resultiert. Die Abdeckung ist eine laminierte Fotoresist-Schicht,
in welcher die Düsen
fotolithographisch ausgebildet werden. Der Wafer wird dann zerkleinert, um
einzelne Druckköpfe
herzustellen.
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Die
US 4,601,777 beschreibt
ein ähnliches Verfahren,
in welchem der Wafer verarbeitet wird, um eine kanalisierte Tintenstrahlkomponente
zu erzeugen.
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Diese
Vorschläge
sind hochspeziell und im Allgemeinen keine Hilfe bei Druckköpfen der
Konstruktion, mit der sich die Erfindung in ihrem wichtigsten Beispiel
beschäftigt.
Darüber
hinaus bleibt nach dem Zerkleinern des Wafers in Druckkopfkomponenten
eine Anzahl von Schlüssel-Verfahrensschritten, welche
noch immer eine genaue Positionierung erfordern. Deshalb ist man
noch immer stark auf die Vorrichtungsanordnung angewiesen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren
zur Herstellung von Tintenstrahldruckköpfen bereitzustellen, speziell – jedoch
nicht exklusiv – in
Verbindung mit Konstruktionen mit Rillen in gepolter piezoelektrischer
Keramik, an welcher eine Abdeckplatte angebracht wird. Die Erfindung
eignet sich speziell für
Stirnschuss (Endshooter)-Druckkopfkonstruktionen und für Druckköpfe, die
durch piezoelektrische Schermodus-Wandbetätigungseinrichtungen betätigt werden.
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Demgemäß besteht
die vorliegende Erfindung aus einem Verfahren zur Herstellung von
Tintenstrahldruckkopfkomponenten, die jeweils N parallele, in jeweiligen
Düsen endende
Tintenkanäle
einer Länge
L haben, mit den Schritten zur Bereitstellung eines Basiswafers;
Bearbeitung des Basiswafers, um n × N parallele Rillenbildungen
einer Länge über m × L hinaus
zu definieren, wobei n eine Ganzzahl und m eine Ganzzahl größer als
1 ist, wobei die Sektion von jeder Rillenbildung entlang ihrer Länge mit
wechselnden spiegelverkehrten Rillensegmenten variiert; Bereitstellung
einer Abdeckung über
dem Basiswafer in einer einstückigen
bzw. integralen Waferanordnung, wobei die Abdeckung dazu dient,
Teile der Rillenbildungen zu verschließen, um durch Kanalwände getrennte
Kanäle
zu bilden; Schneiden bzw. Sektionieren der Waferanordnung entlang
paralleler erster Schnitt bzw. Sektionslinien rechtwinklig zu den
Rillenbildungen, um m Streifen zu bilden, wobei die ersten Sektionslinien
mit den Rillensegmenten abwechselnd ungerade und gerade sind; Aufbringen
auf jeden der Streifen an der Lage einer ersten ungeraden Sektionslinie
eine Düsenplatte,
um die Düsen
zu definieren.
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Vorteilhafterweise
umfasst der Schritt des Verarbeitens des Basiswafers zum Definieren
von Rillenformationen die Definition einer Bezugsformation parallel
zu den Rillenformationen, und so positioniert, dass jeder der Streifen,
die aus dem Sektionieren des Waferaufbaus entlang der ersten Sektionslinie
resultieren, ein Segment der Bezugsformation enthält, das
eine Registrierung mit den Kanälen
des Streifens ermöglicht.
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Das
Ende von jedem Streifen wird durch entweder eine ungerade oder eine
gerade Sektionslinie definiert. Vorzugsweise hat jedes Rillensegment
benachbart zu den geraden ersten Sektionslinien eine Region mit
verringerter Wandhöhe,
die elektrische Anschlüsse
für die
jeweiligen Kanäle
aufnimmt und/oder zur Zuführung
von Tinte zu den jeweiligen Kanälen
von einer gemeinsamen Tintenquelle dient.
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Geeigneterweise
wird die Region mit verringerter Wandhöhe durch örtliches Verringern der Tiefe der
Rillenbildung gebildet.
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Alternativ
wird die Region mit verringerter Wandhöhe durch einen Graben gebildet,
der sich rechtwinklig zu den Rillenbildungen erstreckt und welcher
schräge
Ränder
haben kann.
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Vorteilhafterweise
kann die Abdeckung wechselnde spiegelverkehrte Abdeckungslängensegmente
haben, welche benachbart zu den geraden ersten Sektionslinien Regionen
haben können,
die nach der Montage entfernt werden.
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Der
Basiswafer ist vorzugsweise piezoelektrisches Material mit Elektroden
zum Anlegen von Feldern an Wände,
die zwischen benachbarten Rillenbildungen so definiert werden, dass
die Wände
im Schermodus beweglich sind.
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Außerdem wird
ein Verfahren zur Herstellung von Tintenstrahldruckkopfkomponenten
beschrieben, die jeweils N parallele, in jeweiligen Düsen endende
Tintenkanäle
einer Länge
L haben, mit den Schritten zur Bereitstellung eines Basiswafers;
Bearbeitung des Basiswafers, um n × N parallele Rillenbildungen
einer Länge über m × L hinaus
zu definieren, wobei n eine Ganzzahl und m eine Ganzzahl größer als
1 ist, wobei die Sektion von jeder Rillenbildung entlang ihrer Länge mit
wechselnden spiegelverkehrten Rillensegmenten variiert; Zuweisen
einer ungeraden Sektionslinie, die rechtwinklig zu den Rillenbildungen
verläuft,
wobei die Sektionslinien die spiegelverkehrten Rillensegmente teilt,
Platzieren einer Maske entlang der Stelle der ersten ungeraden Sektionslinie
und Auftragen eines Metalls auf den Basiswafer, um Elektroden zu
bilden, Bereitstellung einer Abdeckung über dem Basiswafer in einer
integralen Waferanordnung bzw. einem Waferaufbau, wobei die Abdeckung
dazu dient, Abschnitte der Rillenbildungen zu schließen, um
Kanäle
zu bilden, die durch Kanalwände
getrennt werden, Sektionieren des Waferaufbaus entlang der ungeraden
Sektionslinie, Aufbringen auf jeden der Streifen an der Stelle der
ungeraden Sektionslinie einer Düsenplatte,
um die Düsen zu
definieren, wobei in dem Schritt zum Auftragen von Metall das Metall
kurz vor dem Ende der Kanäle aufgetragen
wird.
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Die
Erfindung wird nunmehr beispielhaft unter Bezugnahme auf die folgenden
Darstellungen erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht der Komponenten, die einen einzelnen
seriellen Tintenstrahldruckkopf umfassen, mit einer Druckkopfbasis,
in welche hinein parallele Rillen ausgeformt sind, einer Schaltungsplatte
mit Verbindungsbahnen, einer Abdeckkomponente und einer Düsenplatte;
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2 den
Druckkopf der 1 nach dem bondierten Ansetzen
des Deckels, der Düsenplatte und
der Schaltungsplattenkomponenten an der Druckkopfbasis, wodurch
eine bondierte Druckkopfkomponente ausgebildet wird;
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3 einen
rechteckigen Basiswafer mit einer rechteckigen Anordnung von Druckkopf-Basiskomponenten,
in welche hinaus parallele Rillen ausgebildet werden, um Tintenkanäle in jeder
Komponente vorzusehen;
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4 einen
rechteckigen Deckwafer mit einer rechteckigen Anordnung von Druckkopf-Deckkomponenten
in welchen Fenster für
die Versorgung mit Tinte und Schlitze ausgebildet sind, die einen
Zugang für
die Drahtbondierung zu den Verbindungsspuren bereiteitstellen;
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5 einen
vertikalen Schnitt durch einen Deckwafer;
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6 einen
vertikalen Schnitt durch einen Basiswafer;
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7 und 8 vertikale
Schnitte durch einen bondierten Waferaufbau bei unterschiedlichen Verfahrensstufen;
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9 bis 12 Längsschnitte
durch eine lineare Anordnung von Druckkopfkomponenten;
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13 einen
vertikalen Schnitt ähnlich
der 5, durch einen alternativen Deckwafer;
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14 einen
vertikalen Schnitt, ähnlich
der 6, durch einen alternativen Basiswafer zur Verwendung
mit dem Deckwafer der 13; und
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15 und 16 den
Deck- und den Basiswafer der 13 und 14,
zusammen bondiert bei jeweiligen, unterschiedlichen Verfahrensschritten.
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Die 1 zeigt
eine Explosionsansicht in der Perspektive für einen Tintenstrahldruckkopf 8,
der piezoelektrische Wandbetätigungselemente
umfasst, die im Schermodus arbeiten. Er umfasst eine Basiskomponente 10 aus
piezoelektrischem Material, das in der Dickenrichtung gepolt ist,
eine Deck- bzw. Abdeckkomponente 12 und eine Düsenplatte 14.
Eine Schaltungsplatte 16 ist ebenfalls dargestellt, welche Verbindungsbahnen 18 zum
Anlegen elektrischer Signale für
den Tröpfchenausstoß aus dem
Druckkopf aufweist.
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Die
Basiskomponente
10 ist mit mehreren parallelen Rillen
20 ausgebildet,
welche in dem Flächengebilde
aus piezoelektrischem Material ausgebildet sind, wie in der
US-A-5
016 028 (
EP-B-0
364 136 ) beschrieben ist. Die Basiskomponente hat einen
vorderen Teil, in welchem die Rillen
20 vergleichsweise
tief sind, um Tintenkanäle
22 bereitzustellen,
die durch gegenüberliegende
Betätigungselementwände
24 getrennt
sind. Die Rillen hinter dem vorderen Teil sind vergleichsweise flach,
um Stellen
26 zum Verbinden der Bahnen
28 bereitzustellen. Nachdem
die Rillen
20 ausgebildet sind, wird eine metallisierte
Plattierung durch Vakuumabscheidung im Vorderteil aufgebracht, bei
Winkeln, die so gewählt
sind, dass sie bewirken, dass die Plattierung sich ungefähr über eine
Hälfte
der Kanalhöhe
von den Spitzen der Wände
erstreckt, um so Elektroden
30 an gegenüberliegenden Flächen der
Tintenkanäle
22 zur
Verfügung
zu stellen. Zur selben Zeit wird das Elektrodenmetall im hinteren
Teil an den Stellen
26 abgeschieden, wodurch Verbindungsbahnen
28 bereitgestellt
werden, welche die Elektroden
30 in jedem Kanal verbinden.
Die Oberteile der Wände,
welche die Rillen trennen, werden frei von der Plattierung gehalten,
entweder durch Lappen oder wie in der
US-A-5 185 055 (
EP-B-0 397 441 ) durch das anfängliche
Aufbringen eines Polymerfilms auf die Basis
10 und das
Entfernen der metallisierten Plattierung durch das Entfernen des
Films. Nach der Aufbringung der Metallelektroden
30 ist
die Basiskomponente
10 mit einer Passivierungsschicht beschichtet,
um die Elektroden elektrisch von der Tinte zu isolieren.
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Die
Abdeckkomponente 12, die in 1 dargestellt
ist, ist aus einem Material ausgebildet, das thermisch an die Basiskomponente
angepasst ist. Eine Lösung
hierfür
ist die Verwendung einer piezoelektrischen Keramik, die derjenigen
gleicht, die für
die Basis verwendet wird, so dass, wenn die Abdeckung an die Basis
bondiert wird, die Belastungen minimiert werden, die in die Bondierungsschicht
zwischen den Oberflächen
eingebracht werden. Die Abdeckung wird auf die gleiche Breite wie
die Basiskomponente geschnitten, aber kürzer, so dass nach dem Sondieren
eine Länge
der Bahnen 28 im hinteren Teil verbleibt, die nicht abgedeckt
ist, und zwar für
bondierte Drahtverbindungen mit den Verbindungsbahnen 18. Ein
Fenster 32 ist in der Abdeckung ausgebildet, welches einen
Versorgungsverteiler für
die Zuführung flüssiger Tinte
in die Kanäle 22 bereitstellt.
Der Vorderteil der Abdeckung von dem Fenster zur Vorderkante 34 hat
die Länge
L, wie in der Darstellung angedeutet. Dieser Bereich, wenn er an
den Oberteilen der Wände 24 bondiert
ist, bestimmt die aktive Kanallänge,
welche das Volumen der ausgestoßenen Tintentropfen
regelt.
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Die
Basiskomponente und die Deckkomponente sind nach dem Sondieren in
2 dargestellt. Das
Bondierungsverfahren ist in der parallel anhängigen internationalen Patentanmeldung
PCT/GB94/01747 offenbart,
die
EP 712 355 A entspricht.
Spezielle Sorgfalt wird durch das Achten auf die Maschinentoleranzen
für die
Vorderkante
34 der Abdeckkomponente
12 und ihrer
Ausrichtung mit der entsprechenden Kante der Basiskomponente
10 angewendet,
sowie durch die Ausgestaltung der Montagevorrichtung, um sicherzustellen,
dass die Vorderflächen
der bondierten Druckkopfkomponente
36 zur Anbringung der
Düsenplatte
14 koplanar
gehalten werden.
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Die
Düsenplatte
14 besteht
aus einem Polymerstreifen, wie zum Beispiel aus Polyimide, zum Beispiel
Ube Industries polyimide UPILEX
® R
oder S, beschichtet mit einer nichtnässenden Beschichtung, wie zum
Beispiel in der
US-A-5
010 356 (
EP-B-0 367 438 )
vorgestellt. Die Düsenplatte
wird durch die Aufbringung einer dünnen Klebemittelschicht bondiert, wobei
es dem Klebemittel gestattet wird, eine haftende Sondierung in Kontakt
mit der Vorderfläche
der bondierten Komponente
36 auszubilden, wodurch eine
bondierte Versiegelung bzw. Abdichtung zwischen der Düsenplatte
14 und
den Wänden
ausgebildet wird, welche jeden Kanal
22 umgeben, und dann dadurch,
dass es dem Klebemittel gestattet wird, auszuhärten. Nach der Aufbringung
der Düsenplatte werden
Düsen in
der Düsenplatte
ausgebildet, die in jeden Kanal
22 hinein verbunden sind,
und zwar mit dem Düsenabstand,
der für
den Druckkopf geeignet ist, wie zum Beispiel in der
US-A-5 189 437 (
EP-B-0 309 146 ) offenbart. Die Anzahl
der Düsen
und Tintenkanäle
in einem seriellen Druckkopf ist typischerweise 50 bis 64. Die Düsen
38 sind
in
2 aufgezeigt.
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Nach
dem Zusammenbau der bondierten Druckkopfkomponente 36 wird
die Schaltungsplatte 16 an diese bondiert, um Verbindungsbahnen 18 bereitzustellen,
und bondierte Drahtverbindungen werden hergestellt, welche die Bahnen 18 mit
entsprechenden Verbindungsbahnen 28 im hinteren Teil der Basiskomponente 10 verbinden.
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Die
Druckkopfkomponente 36 ist, wenn sie mit Tinte versorgt
und mit geeigneten Spannungssignalen über die Bahnen 18 betrieben
wird, typischerweise zur Benutzung so ausgelegt, dass, wenn sie entweder
senkrecht oder bei einem geeigneten Winkel zur Bewegungsrichtung über eine
Papierdruckoberfläche
geführt
wird, eine einzelne Linie aus Zeichen auf einmal bei einer Höhe von ungefähr 4 mm bis
2,5 mm gedruckt wird (ungefähr
1/6 bis 1/10 eines inch).
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Demgemäß wird klar,
dass die obigen Komponenten im Allgemeinen sehr klein sind, typischerweise
von der Größe eines
Fingernagels, und dass die beschriebenen Details so klein sind,
dass sie nur unter einem Mikroskop inspiziert werden können. Gleichzeitig
ist die Komponente zur Massenfertigung unter Reinbedingungen in
Mengen von Tausenden bis zu Zehntausenden pro Tag ausgelegt, wo
ersichtlich wird, dass es schwierig ist, einzelne, kleine Präzisionskomponenten
in solchen großen
Mengen unter Reinbedingungen mit hohem Herstellungsausstoß zu handhaben.
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Das
piezoelektrische Keramikmaterial, das bei der Konstruktion des Druckkopfes
verwendet wird, ist als Wafer in der Größenordnung von 10 cm erhältlich.
Es war deshalb ein wünschenswertes
Verfahrensziel, ein Verfahren zur Wafer-Scale-Herstellung zu entwickeln, wodurch geeignete
Unterkomponenten des Druckkopfes im Wafer-Scale, bzw. in Wafer-Größenordnungen
hergestellt und zur Montage bondiert werden können. Gemäß dieser Erfindung werden die
Wafer dann in lineare Anordnungen von Druckköpfen aufgeteilt, die Ende-an-Ende
aneinander stoßen
und einer linearen Verarbeitung unterzogen werden, in Prozessen
wie der bondierten Anbringung der Düsenplatten, der Düsenausbildung,
der Drahtbondierung, des Testens der elektrischen Leistung, des
Reinigens mit Reinigungsfluiden, des Befüllens mit Tinte, und zwar bevor
sie zur Verwendung separiert werden.
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In
einem solchen Maßstab
ist die Produktion auf handhabbare Proportionen reduziert, so dass beispielsweise
die Produktion von zehntausend seriellen Druckköpfen an einem Tag eine Gesamtwaferfläche von
bis zu 0,5 qm erfordert, was typischerweise 100 Wafer während der
Waferverarbeitungsstufen involviert und einige zehn Meter linearer
Länge an Druckkopfanordnung
während
der Linearverarbeitungsschritte am Tag.
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Die
vorliegende Erfindung erkennt, dass ein Arbeiten mit linearen Anordnungen
von Druckkopfkomponenten, die aus bondierten Wafer-Scale-Zusammensetzungen
zerteilt werden, es möglich macht,
die Handhabung und Verarbeitung einzelner Druckkopfkomponenten auf
einem absoluten Minimum zu halten.
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Wie
wieder aus den Zeichnungen hervorgeht, ist ein rechteckiger Basiswafer 110 aus
dicken-gepolter piezoelektrischer Keramik, der 14 × 14 Basiskomponenten 10 trägt, in 3 dargestellt.
Der Basiswafer 110 hat gerade Kanten 102 und 104,
die während
der Wafer-Scale-Verarbeitung zur Ausrichtung verwendet werden, durch
das Anordnen des Wafers in jedem Verarbeitungsschritt in Kontakt
mit drei Zylinderstiften (Dowel Pins) 111. Eine Kante 102 wird
in Kontakt mit zwei Stiften in der Verarbeitungsvorrichtung gebracht
und die Abschnittskante 104 wird gegen den verbleibenden
Stift gedrückt.
Hierdurch wird der Wafer in den Vorrichtungen angeordnet, die für die Wafer-Scale-Prozesse
verwendet werden, wie zum Beispiel das Ausbilden von Rillen 120 zur
Bereitstellung von Tintenkanälen,
das Sondieren des Basiswafers 110 und des Deckwafers 112 (gezeigt
in 4) in Ausrichtung, und das Sektionieren der Wafer
nach dem Sondieren zur Ausbildung linearere Anordnungen von bondierten
Druckkopfkomponenten 136.
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Der
Basiswafer ist in 3 dargestellt, und zwar unterteilt
in Regionen, die eine 14×14-Rechtecksanordnung
von Basiskomponenten 10 definieren, durch eine Überlagerung
horizontaler und vertikaler strichpunktierter Linien 106 und 108.
Die horizontalen Strichpunktlinien repräsentieren die Teilungslinien,
entlang welcher die rechteckigen, bondierten Waferanordnungen sektioniert
werden, um die linearen Anordnungen bondierter Komponenten 136 auszubilden.
Die vertikalen Strichpunktlinien repräsentieren die Teilungslinien
entlang welcher die linearen Anordnungen bondierter Komponenten
sektioniert werden können,
nach dem Abschluss der linearen Verarbeitungsschritte, wie zum Beispiel
der Düsenausbildung,
der elektrischen Verbindung und dem Testen der bondierten Komponente.
Die Anordnungen der strichpunktierten Linien in den Wafern 110 werden
der Größe nach
durch Anordnungen in den Vorrichtungen (nicht gezeigt) bestimmt,
welche die drei Zylinderstifte enthalten.
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Die
Basiswaferkomponente wird einer Reihe von Prozessen unterzogen,
die im Wafer-Scale durchgeführt
werden, um eine rechtwinklige Anordnung von Basiskomponenten
10 auszubilden.
Typischerweise wird der Basiswafer nach dem Polarisieren anfänglich gelappt,
um die Oberflächen
des Wafers zu planarisieren und parallel zu machen, und ein Polymerfilm
wird auf den Wafer aufgebracht, wie in der
US-A-5 185 055 (
EP-B-0 397 441 ) offenbart
ist. Als nächstes
werden eine Vielzahl paralleler Rillen
120 in dem Wafer
ausgebildet – beispielsweise
durch Sägen
oder Dicen mit einer Diamant/Metall-Dicingklinge –, um Rillen
in dem Bereich jeder Basiskomponente
10 auszubilden, die
denjenigen entsprechen, die unter Bezugnahme auf
1 beschrieben
wurden, wodurch Tintenkanäle
22 bereitgestellt
werden, die durch gegenüberliegende
piezoelektrische Betätigungswände
24 getrennt
sind.
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Wie
am Besten in dem Querschnitt der 6 zu sehen
ist, sind die Basiskomponenten in Paaren symmetrisch an jeder Seite
der horizontalen Teilungslinien 106 angeordnet, so dass
die Rillen im vorderen Teil – welche
vergleichsweise tief sind, um Tintenkanäle 22 bereitzustellen – kontinuierlich
zwischen den Paaren der Komponenten in horizontaler linearer Anordnung
nummeriert mit 1&2,
3&4, 5&6, ... 13&14. Die Rillen
in dem hinteren Teil – welche
vergleichsweise flach sind, um Ort 26 zur Anbindung der Bahnen 28 bereitzustellen – sind kontinuierlich
zwischen den Paaren der Komponenten in horizontaler linearer Anordnung
nummeriert mit 2&3,
4&5, ... 12&13. Das vertikale
Sektionsprofil der Rillen ist in dem Waferquerschnitt in 6 gezeigt.
Somit sind die nah beabstandeten, parallelen Rillen kontinuierlich
in der Vertikalrichtung in 14 Streifen unterteilt durch die vertikalen
Teilungslinien 108, und sie erstrecken sich im Wesentlichen über die
gesamte vertikale Abmessung des Wafers. Jede Rille ist in einem Durchlauf
ausgebildet, wobei die Schneidentiefe während des Durchgangs entlang
der Rille variiert wird. In der Peripherie des Wafers ist ein Kerbschnitt des
Wafermaterials gezeigt, welcher den inneren Arbeitsbereich davor
schützt,
während
der Waferhandhabung zerteilt zu werden und der keinen Teil der Anordnung
der Basiskomponenten 10 bildet. Der Wafer 110 wird
durch Zylinderstifte in der Sägevorrichtung gegen
die Kanten 102 und 104 angeordnet.
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Wie
ersichtlich werden wird, ist es bei bestimmten der folgenden Verarbeitungsschritte – speziell
denjenigen, die auf linearen Anordnungen durchgeführt werden – wünschenswert,
eine sichergestellte Registrierung mit den Rillen bereitzustellen, die
bei der Wafer-Scale-Verarbeitung geschnitten werden. Dies kann durch
die Ausbildung einer vertikalen Bezugskante, gleichzeitig mit den
Rillen, erzielt werden, d. h. einer Kante, die sich parallel zu
den Rillen erstreckt. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass, wenn der Wafer
in der Folge in lineare Anordnungen aufgeteilt wird, jede Anordnung
oder jeder Streifen einen Teil der Bezugskante behält. Für jeden der
Streifen wird deshalb eine Registrierung bzw. Ausrichtung an der
Bezugskante die Registrierung mit jedem Kanal in dem Streifen sicherstellen.
Die Wichtigkeit dieses Merkmals wird klarer, wenn die linearen Verfahrensschritte
erläutert
werden.
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Die
Bezugskante kann als ein Schnitt durch den gesamten Wafer ausgebildet
sein, der beispielsweise den Kerbschnitt an der Kante entfernt von
den Anordnungsstiften entfernt. Alternativ kann die Kante als eine
Ausnehmung ausgebildet sein, die als eine Schwächungslinie für ein nachfolgendes
Brechen dient, oder einfach eine Bezugsformation. Bei einer weiteren
Alternative wird die Bezugskante nicht gleichzeitig mit den Rillen
ausgebildet, sondern in einem abfolgenden Arbeitsschritt, was dieselbe
Stelle des Basiswafers erhält,
die verwendet wurde, um die Rillen zu schneiden. Wie ersichtlich
werden wird, ist dies die Alternative, die bei der hier beschriebenen Ausführungsform
verwendet wird.
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Nach
dem Ausbilden von Rillen, wie es oben beschrieben wurde, und dem
Reinigen, wird Elektrodenmetall, wie oben unter Hinweis auf die 1 beschrieben,
im Wafer-Scale aufgebracht,
worauf das Polymermaterial auf den Oberteilen der Wände entfernt
und eine elektrische Passivierungsschicht über dem Wafer abgelagert wird,
welche die Oberteile der Wände
und die Seiten und den Grund der Rillen abdeckt, wodurch eine isolierende
Beschichtung bereitgestellt wird, um die Tinte in den Tintenkanälen von den
Elektroden zu isolieren.
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Beim
Metallablagerungsschritt wird jedoch eine Maske entlang der horizontalen
Teilungslinien 106 angeordnet, welche die gerillten Enden
der Komponentenpaare unterteilen (d. h. die horizontalen Linien
zwischen dem linearen Anordnungen 1&2, 3&4, ... 13&14), so dass das Metall kurz vor
den Enden der Kanäle
nach dem Teilen in horizontale Anordnungen abgelagert wird. Nach
dem Passivieren und Schneiden entlang der horizontalen Teilungslinien
wird die Plattierung dann verborgen, so dass sie an den Schnittenden
der Kanalwände
nicht frei liegt.
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Beim
Passivierungsschritt wird eine Maske in gleicher Weise entlang der
abwechselnden horizontalen Teilungslinien 106 angeordnet,
welche die mit Bahnen versehenen Enden der Komponenten teilen (d.
h. die horizontalen Linien zwischen den Linearanordnungen 1, 2&3, 4&5, ... 12&13, 14), so dass die
Verbindungsbahnen nicht mit einer Passivierung an ihren Enden beschichtet
werden, damit die Drahtbondierungsverbindung gemacht werden kann, nachdem
in horizontal lineare Anordnungen geschnitten wurde.
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Ein
entsprechend rechteckiger Deckwafer 112 ist in 4 gezeigt.
Dieser ist in gleicher Weise um seinen Umfang herum durch gerade
Linienkanten 142 und 144 begrenzt, die zum Anordnen
des Deckwafers gegen die entsprechenden Zylinderstifte bei den dimensional
kritischen Waferverarbeitungsschritten verwendet werden. Wenn beispielsweise die
Waferkanten gegen die Zylinderstifte gedrückt werden, die in einer Vorrichtung
vorgesehen sind, bilden fiktive horizontale und vertikale Teilungslinien, die
in ihren Abmessungen in den Vorrichtungen bestimmt werden, eine Überlagerung,
welche den Wafer in eine rechteckige Anordnung von 14 × 14 Regionen
teilt, von denen jede eine Deckkomponente 12 enthält. Die
horizontalen und vertikalen Teilungslinien sind in 4 durch
horizontale und vertikale Strichpunktlinien 146 und 148 dargestellt.
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Typischerweise
kann der Deckwafer 112 ein PZT-Wafer aus gleichem, aber
dünnerem
Material als der Basiswafer 110 sein; oder er kann ein
Wafer aus Borosilikat-Glas oder einer Glaskeramik mit niedriger
Wärmedehnung
sein, wie zum Beispiel Kordierite oder Aluminiumoxid, oder jedwedes
andere Material, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient
nahe bei demjenigen der Basiskomponente liegt. Anfänglich wird
der Deckwafer gewappt oder anders planarisiert. Der Deckwafer wird
dann unter Verwendung einer Verarbeitungsausstattung geschnitten,
wie zum Beispiel einem Laserschneider, bei dem ein Laserstrahl so
gesteuert wird, dass er mit den spezifizierten Abmessungen übereinstimmt.
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Dieses
Verfahren wird in einer Vorrichtung durchgeführt durch das Anordnen des
Wafers an seinen Waferkanten 142 und 124 gegen
Zylinderstifte. Das spanabhebende Bearbeiten durch Fräsen kann ebenfalls
eingesetzt werden, ebenso wie eine Ultraschallbearbeitung. Diese
Technik umfasst die Ultraschall-Vibration eines gehärteten Werkzeugstücks in einer
abtragenden Aufschlämmung
aus, zum Beispiel, Borkarbid. Indem durch die Vorrichtung vorgegebenen
Koordinaten werden die Wafer so geschnitten, dass die Fenster 132 ausgerichtet
in vertikaler und horizontaler Anordnung und die horizontalen Schlitze 128 ausgebildet
werden. Die Beabstandung und Funktion der Fenster 132 und
der Schlitze wird unten erläutert.
Der Vertikalschnitt der Abdeckung ist in 5 dargestellt.
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Nach
der Ausbildung von Fenstern in der Abdeckung werden die Oberteile
der Wände
der Basiskomponente mit einem Bondierungsmaterial beschichtet, und
die Deckkomponente wird ausgerichtet und zum Bondieren mit der Basiskomponente
in Kontakt gebracht. Das Bondierungsverfahren, das in der parallel
angemeldeten internationalen Anmeldung
PCT/GB94/01 747 offenbart ist, die
EP 712 355 A entspricht,
ist ebenfalls zur Anwendung im Wafer-Maßstab geeignet.
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Ein
Klebemittel kann unter Verwendung einer Offsetwalze aufgebracht
werden, wobei die Aufbringungsrate durch die Tiefe von Einsenkungen
gesteuert wird, die auf der Walze vorgesehen sind. Es kann von Vorteil
sein, verschiedene Tiefen des Klebemittels oder unterschiedliche
Klebemittelzusammensetzungen an unterschiedlichen Stellen über die Waferstruktur
aufzubringen. Beispielsweise kann eine relativ dünne Schicht aus Epoxydmaterial
auf der Oberseite der Betätigungswände 20 aufgebracht werden,
und eine relativ dicke Schicht – typischerweise
aus Siliziumoxid-beladenem Epoxyd kann an den flachen Rillen 26 aufgebracht
werden, an welchen die Bahnen 28 ausgebildet sind. Es ist
günstig,
unterschiedliche Walzen zu verwenden, jede passend zu einer speziellen
Klebemittelzusammensetzung oder Klebemitteltiefe. Jede Walze hat
Prägewarzenabschnitte,
die denjenigen Bereichen auf den Wafern entsprechen, bei welchem
die Warze wirksam sein soll, und sie ist in anderen Bereichen ausgespart. Klebemittel
kann nur auf den Basiswafer, nur auf den Deckwafer oder sowohl auf
den Basiswafer als auch den Deckwafer aufgebracht werden.
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Die
dickere Schicht des Klebemittels, die in die flachen Rillen eingebracht
wird, welche die Stellen 26 für die Bahnen 28 ausbilden,
dient dazu eine Versiegelung zu bewirken. Die Siliziumoxyd-Beladung
verbessert die Viskosität
des Klebemittels und reduziert somit die Tendenz des Klebemittels,
in einer Weise nach außen
zu fliesen, welche eine darauffolgende Drahtbondierung behindern
würde.
Wenn nichts desto Trotz Schwierigkeiten auftreten, kann die Wanderung
von Klebemittel entlang der Bahn über die Grenzen des Deckwafers
hinaus durch die Aufbringung eines Blockierungsmittels auf die äußeren Bereiche
der Bahnen verhindert werden, welches eine niedrige Oberflächenenergie
aufweist. Die Aufbringung des Blockierungsmittels kann in gleicher Weise
unter Verwendung einer Walze durchgeführt werden, und die Entfernung
eines geeigneten, wasserbasierten Blockierungsmittels kann durch
das Eintauchen in entionisiertes Wasser bewirkt werden.
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Während der
Bondierung sind sowohl der Basiswafer 110 durch die Kanten 102 und 104 als auch
der Deckwafer 112 durch die Kanten 142 und 144 in
der Bondierungsvorrichtung gegen Zylinderstifte ausgerichtet. Hierdurch
werden die fiktiven Teilungslinien 106 und 108,
welche separate Basiskomponten im Basiswafer unterteilen in Ausrichtung
mit den Teilungslinien 146 und 148 gebracht, welche
die separaten Abdeckungskomponenten im Deckwafer unterteilen. Der
Bondierungsprozess umfasst das Zusammenpressen der Komponenten durch
Druck, typischerweise 5 MPa, um zu bewirken, dass das Bondierungsmaterial
zwischen den planarisierten Flächen
der Wafer fließt,
und damit die Flächen
im Wesentlichen in Kontakt gebracht werden können. Die Verpressung wird
dann erwärmt,
was es dem Bondierungsmaterial gestattet, wieder zu fließen und ausgehärtet zu
werden, um eine rechtwinklige Anordnung von 14 × 14 bondierten Druckkopfkomponenten 136 auszubilden.
Bei einer Modifizierung werden die Druckplatten erwärmt, bevor
sie mit den Wafern in Kontakt gebracht werden. Dies vermeidet jedwedes Risiko
der thermischen Ausdehnung der Pressplatten, während sie mit den Wafern in
Kontakt sind, was Risse oder andere Schäden bewirken könnte. Eine alternative
Lösung
liegt darin, Pressplatten mit geringer Wärmedehnung zu verwenden, wie
zum Beispiel aus Borosilikat-Glasscheiben.
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Um
sicherzustellen, dass eine einheitliche Bondierungsdicke über den
gesamten Wafer erzielt wird, ist es wünschenswert, eine Pressplatte
bereitzustellen, die starr ist, und eine andere, die einen Grad
an Flexibilität
aufweist. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung eines elastomeren
Blockes erreicht werden. Der Grad der notwendigen flexiblen Verformung,
um eine einheitliche Bondierungsdicke sicherzustellen, liegt typischerweise
im Bereich von 20 Mikron. Es stellt sich heraus, dass ein Elastomerblock
mit einer geprägten
Struktur besser ist als ein flacher Block, um eine Verformung von
20 Mikron bei 5 Mpa bereitzustellen.
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Das
obige Verfahren, bei welchem die Druckkopfkomponenten durch das
Aufbringen eines Bondierungsmaterials bondiert werden, sowie durch Pressen
und Erwärmen
der Komponenten im Wafer-Scale hat den Vorteil, dass, weil eine
größere Anzahl
von Teilen auf einmal verarbeitet werden, längere Zeiten bereitgestellt
werden kann, um den Bondierungszyklus abzuschließen, als sie zur Verfügung stehen,
wenn nur eine Komponente auf einmal bondiert wird. Die längere Zykluszeit
macht es praktisch umsetzbar, niedrigere Bondierungs-Aushärtungstemperaturen
zu verwenden. Dies hilft dabei, sowohl die Spitzentemperatur zu
begrenzen, die ausgewählt wird,
um einen Aushärtungszyklus
zu beginnen und durchzuführen,
als auch sicherzustellen, dass eine vollständige Polymerisation des Klebemittels
stattgefunden hat. Eine niedrigere Bondierung-Aushärtungstemperatur
reduziert ebenfalls die Probleme nicht zusammen passender Wärmeausdehnungskoeffizienten,
wodurch der Materialbereich vergrößert wird, der für die Abdeckung
verwendet werden kann.
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Während die
Waferanordnung in Kontakt mit den Zylinderstiften bleibt, wird die
Kerbe von sowohl dem Basis- als auch dem Deckwafer entlang der Vertikalkante
entfernt, die von dem Zylinderstift entfernt liegt. Dies erzeugt
die vorher genannte Bezugskante oder -formation, welche sich parallel
zu – und
in präziser
Registrierung mit – den
Rillen erstreckt, die in dem Basiswafer eingeschnitten sind. Wenn
gewünscht,
kann die Kerbe bei dieser Stufe von der horizontalen Kante, entfernt
von den Zylinderstiften, entfernt werden, wobei ein nebengeordneter,
horizontaler Bezug ausgebildet wird.
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Wie
in 7 gezeigt ist, stellen die Fenster 132 nunmehr Öffnungen
für einen
Tintenversorgungsverteiler zur Verfügung, um Tinte für die Kanäle 22 jeder
Druckkopfkomponente bereitzustellen. Es kann, wenn notwendig, mehr
als ein Fenster pro Druckkopfkomponente bereitgestellt werden. Ebenso überbrücken die halbtiefen
Fenster, die durch die Schlitze 128 in der Abdeckung definiert
werden, die Orte 26 für
die Verbindungsbahnen 28, wo die Elektroden 30 der
Kanäle 22 in
jeder Druckkopfkomponente durch Drahtbondierung verbunden sind.
Diese halbtiefen Fenster werden in einer späteren Stufe wie in 8 sektioniert,
um die Verbindungsbahnen vor der Drahtbondierung freizulegen. Zwischen
den Fenstern 132 und dem benachbarten, horizontalen Teilungslinien
liegt eine Länge
L der Abdeckkomponente, die an die Wände bondiert ist, welche die
aktive Länge
der Kanäle
in der Waferkomponente einregelt. Die Abdeckungen an der anderen
Seite der horizontalen Teilungslinie sind symmetrisch angeordnet,
so dass der Abstand, der die Paare 1%2, 3&4, ... 13&14 der Fenster in der vertikalen
Richtung separiert, 2L ist. Die Fenster sind in gleicher Weise dimensioniert
wie die Verteilerfenster, die unter Bezugnahme auf 2 erläutert wurden.
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Die
Anordnung bondierter Druckkopfkomponenten 136 ist ebenfalls
in den 8 und 9 bis 12 dargestellt.
Diese zeigen Schnitte der horizontalen Linearanordnung der Komponenten 136 in den
Schnittebenen ZZ, TT, YY und SS, wie in 8 dargestellt.
Die 9 ist im Schnitt ZZ ein Schnitt durch die Fenster 132.
Die 10 zeigt im Schnitt TT den Kanalschnitt. Die 11 zeigt
im Schnitt YY die Ansicht der Druckkopfkomponenten, wie gesehen auf
der Düsenplatte,
bondiert an die geschnittenen Enden der Tintenkanäle. Die 12 ist
in dem Schnitt SS ein Schnitt an den Verbindungsbahnen 28,
der den Basiswafer 110 und das halbtiefe Fenster 128 in
der Abdeckung zeigt.
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Nach
dem Bondieren wird die rechteckige Anordnung bondierter Druckkopfkomponenten
entlang der horizontalen Teilungslinien geteilt, um 14 Linearanordnungen
auszubilden, von denen jede 14 bondierte Druckkopfkomponenten umfasst,
die seitlich an den vertikalen Teilungslinien verbunden sind, typischerweise
mittels einer diamantenimprägnierten Trennsäge. Ein
Satz der abwechselnden Teilungslinien wird durch die Schlitze
128 geschnitten,
was Zugang zu jeder Seite davon für die Verbindungsbahnen
28 für die elektrischen
Verbindungen ermöglicht. Der
andere Satz der abwechselnden Sektionslinie formt eine Schnitffläche
34 durch
die offenen Enden der Kanäle
in den Druckkopfkomponenten auf jeder Seite, wobei die Länge der
Kanäle
den Abstand L von der Schnittfläche
zu den Fenstern
32 beträgt.
Vorteilhafterweise ist die Qualität der Schnittfläche an diesem
Ende geeignet planarisiert durch Anbringung einer Düse durch
Bondierung, wie in der parallel anhängigen internationalen Patentanmeldung
PCT/GB94/01 747 angedeutet
ist, die
EP 712 355 A entspricht.
Um die Effekte der Planarität
dieser Schnittfläche
bezüglich
der Kantenabnutzung bei der diamantimprägnierten Trennsäge zu reduzieren,
wird vorteilhafterweise dafür
gesorgt, dass die Säge
um einen wesentlichen Abstand durch den bondierten Wafer hervorsteht.
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Der
bondierte Wafer wird durch drei Zylinder in der Sägevorrichtung
während
des Waferschnittprozesses angeordnet, die in gleicher Weise gegen die
Waferkanten positioniert sind, um die horizontalen Teilungslinien
anzuordnen, entlang welcher die bondierten Wafer geschnitten werden.
Auf diese Weise wird eine Registrierung bzw. Ausrichtung zwischen
den Kanälen
und den horizontalen Teilungslinien sichergestellt. Alternativ kann,
wenn dies bevorzugt wird, eine Registrierung unter Verwendung der horizontalen
und vertikalen Bezugskanten erreicht werden.
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Die
Tatsache, dass Schnitte quer durch die Kanalwände erst nach der Bondierung
des Deckwafers gemacht werden bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit
des Zerbröckelns
oder eines anderen Schadens an den Wandoberflächen stark reduziert wird.
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Obwohl
die obige Beschreibung unter spezieller Bezugnahme auf die 3 bis 12 sich
auf eine rechtwinklige Anordnung von Wafer, Abdeckung und bondierten
Druckkopfkomponenten mit einer 14×14-Anordnung von Teilen bezieht,
wird man erkennen, dass diese Zahlen nur der Illustration dienen und
kleinere und größere Wafer
verwendet werden können.
Es wird jedoch gewöhnlich
vorzuziehen sein, die vertikale Waferabmessung so zu wählen, dass
eine gerade Anzahl linearer Komponentenanordnungen gewählt werden,
so dass gegenüberliegende
Komponentenpaar in der vertikalen Richtung hergestellt werden. Es
besteht ebenfalls die Freiheit, die Komponentenabmessungen in der
vertikalen Richtung gemäß dem Produkt-Design
zu variieren. Die Abmessungen werden in vertikaler Richtung größer gemacht,
um größere Tropfen
zu erzeugen, oder kleiner, wenn die Tropfen kleiner sind, wenn der
Betrieb bei höherer
Resonanzfrequenz stattfindet. Wenn solche Änderungen durchgeführt werden,
gibt es eine größere oder
geringere Anzahl von Komponenten, ausgerichtet in der vertikalen
Richtung des Wafers.
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Auch
sind die Komponenten als Druckköpfe mit
einer Breite von typischerweise 4 bis 2,5 mm (1/6 bis 1/10 eines
inch) beschrieben worden, jedoch können die Druckköpfe breiter
sein, wenn sie beispielsweise in einem Winkel angebracht werden,
um die Druckdichte zu erhöhen
oder über
eine größere Breite
zu drucken. In ihrer größten Abmessung
ist die Breite auf eine Druckkopfkomponente in der linearen Anordnung
durch die Waferbreite begrenzt. Jedoch können verschiedene Komponenten
aneinanderstoßend
angeordnet und zu einer gemeinsamen Deckkomponente bondiert werden,
um eine Anordnung aneinanderstoßender
Komponenten auszubilden, die breiter ist als ein Wafer, wie in der
parallel anhängigen
Patentanmeldung
WO/91/17 051 offenbart
ist.
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Der
Schritt des Sektionierens der rechtwinkligen Anordnung bondierter
Druckkopfkomponenten ist der letzte Verfahrensschritt, der an einer
rechtwinkligen Anordnung bondierter Komponenten durchgeführt wird.
Nach dem Ausbilden linearer Anordnungen von n Druckkopfkomponenten
wird eine Folge linearer Verarbeitungsschritte durchgeführt. Während jede
Linearanordnung möglicherweise
die Anbringung in einer geeigneten Vorrichtung für diese linearen Verarbeitungsschritte
erfordern wird, besteht natürlich
eine n-fache Reduktion der Anzahl der Vorrichtungs-Beladungs- und
-Entladungs-Tätigkeiten. Wichtig
ist, dass die Beibehaltung einer Bezugskante an jeder Anordnung,
welche aus der Wafer-Scale-Rillenschnitttätigkeit
herrührt,
die Registrierung bzw. die Ausrichtung wesentlich vereinfacht. Somit
kann jeder lineare Verarbeitungsschritt, welcher die Registrierung
mit den Rillen erfordert und somit mit den Tintenkanalanordnungen,
einfach an der Bezugskante an einem Ende der Linearanordnung ausgerichtet werden.
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Einer
der kritischsten Verfahrensschritte zur Aufrechterhaltung der Druckqualität ist die
Düsenausbildung.
Die Düsenausbildung
wird vorteilhafterweise durch Laser-Ablation durchgeführt, wie beispielsweise in
der
US-A-5 189 437 (
EP-B-0 309 146 ) beschrieben,
und zwar nach dem Bondieren einer Düsenplatte an den Druckkopf.
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Gemäß eines
bevorzugten Merkmals der vorliegenden Erfindung wird eine verlängerte Düsenplatte
entlang der Gesamtlänge
der Linearanordnung bondiert. Die Tatsache, dass die Düsenplatte
an eine Schnittoberfläche
der bondierten Basis/Deckwaferanordnung stößt, bedeutet, dass die notwendige
glatte Oberfläche
mit minimaler zusätzlicher
Verarbeitung erzielt wird. Wenn die Düsenplatte in Position bondiert
ist, vorzugsweise unter Verwendung der Techniken, die in der parallel
anhängigen
internationalen Patentanmeldung
PCT/GB94/02
341 offenbart sind, die
EP 723 499 A entspricht, werden Düsen durch Laserablation
ausgebildet. Es wird in dieser Hinsicht auf die
EP-A-0 309 146 und die
PCT/BG93/00 250 hingewiesen.
Eine korrekte Registrierung zwischen den neu gebildeten Düsen und
den Kanälen
(welche in dieser Stufe nicht leicht sichtbar sind) wird dadurch sichergestellt,
dass die Streifen der Komponenten in der Laser-Ablationsausrüstung angeordnet
werden, durch Referenz zur Bezugskante an einem Ende des Streifens.
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Die
Größe der typischen
Düsenöffnung ist eine
solche, dass große
Vorsicht notwendig ist, um Teilchenmaterial aus den Tintenkanälen herauszuhalten.
In dem arbeitenden Druckkopf wird diese Bedingung durch einen Filter
aufrecht erhalten, der über dem
Tintenverteiler positioniert ist. Es ist jedoch ebenfalls notwendig,
sicherzustellen, dass keine Partikelreste aus dem Herstellungsverfahren
in dem Tintenkanal bleiben, nachdem die Düsenplatte und der Filter hinzugefügt wurden.
Bei einer solchen Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung wird es möglich,
als im Wesentlichen ersten Schritt in der Linearverarbeitung die
Filter über
die Tintenverteiler zu geben, die durch die Fenster 132 bereitgestellt
werden. Dann ist es möglich,
alle Kanäle
nach vorne durch die Filter zu reinigen und die Düsenplatte
in Position zu sichern, mit der Sicherheit, dass kein Partikelmaterialrest
zwischen dem Filter und der Düsenplatte
gefangen bleibt.
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Nach
der Düsenausbildung
werden elektrische Verbindungen mit den Bahnen 28 am hinteren Abschnitt
der Rillen in jeder Komponente hergestellt. Die Linearverarbeitung
wird dann wieder angewandt, entweder als Drahtbondierung oder Lötung, oder durch
das Aufbringen eines Chips auf die Bahnen 18 in der Form
eines Lot-Bump-Verfahrens.
Bei einer Tätigkeit
wie der Drahtbondierung entsteht eine beträchtliche Effektivität aus der
sichergestellten genauen Registrierung aller Kanäle in der linearen Anordnung,
die sich über
viele mögliche
Druckkopfkomponenten erstreckt. Wenn die Registrierung mit der Bezugskante
erzielt worden ist, kann die Drahtbondierung über die gesamte Anordnung schnell
fortschreiten.
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Abfolgend
auf die elektrische Verbindung können
Spannungssignale auf den Druckkopf aufgebracht werden, um die Integrität des Druckkopfes
zu testen.
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Es
gibt eine wesentliche Anzahl von Tests, die angewendet werden können, um
die Integrität des
Druckkopfes entweder mit oder ohne Tinte (oder einer alternativen
Testflüssigkeit)
im Druckkopf zu testen. Von den elektrischen Tests ohne Tintenfluid sind
Tests der Kapazität
der Wandbetätigungselemente
enthalten und der Impedanz oder Phase an der mechanischen Resonanzfrequenz
jedes Wandbetätigungselements.
Was die elektrischen Tests mit Tinte betrifft, umfassen diese Tests
die Leitfähigkeit der
Tintenelektroden und der Passivierung und akustische Resonanzen
der Tinte in den Tintenkanälen. Die
Erfahrung hat gezeigt, dass jeder Test die Fähigkeit hat, das Vorhandensein
einer oder mehrerer spezieller Formen von Fehlern aufzuzeigen, die
in der Produktion auftreten. Elektrische Tests stellen deshalb eine
wertvolle Kontrolle der Prozessparameter zur Verfügung. Das
elektrische Testen ist in gleicher Weise ein linearer Prozessschritt.
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Das
Testen in der linearen Anordnung kann noch andere Formen annehmen.
Wo elektrische Anschlüsse
die Verbindung mit einer Treiberschaltung umfassen, kann dabei das
Testen den tatsächlichen Ausstoß von Tinte
oder einer Testflüssigkeit
aus den Düsen
beim „realen" oder simulierten
Drucken umfassen.
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Nach
der Vervollständigung
der linearen Verfahrensschritte werden die linearen Anordnungen sektioniert,
wobei jede Anordnung dann n Druckkopfkomponenten bereitstellt. Der
Sektionierungsschritt wird vorzugsweise in Registrierung mit der
Bezugskante durchgeführt,
so dass die Parallelität
zwischen den Kanäten
und den relevanten Kanten der Endkomponente sichergestellt wird.
Wenn eine geeignet ausgebildete Vorrichtung für die lineare Anordnung verwendet
wird, kann es möglich
sein, die Anordnung in einem früheren
Schritt zu sektionieren, wobei die Vorrichtung die präzise Registrierung
aufrecht erhält, die
für die
nachfolgenden Linearverarbeitungsschritte benötigt wird. Wenn die lineare
Anordnung an Stellen mit Registrierung mit der Bezugsformation – und somit
in der Registrierung mit den Kanälen – sektioniert
wird, wird geeigneterweise sichergestellt, dass jede Komponente
einen externen Bezug in der Registrierung mit den Düsen hat.
Dies ermöglicht
die einfache Anordnung der Druckkopfkomponenten in Bezug zueinander
oder in Bezug auf einen Träger oder
eine andere Komponente des Druckers.
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Man
wird feststellen, dass, während
diese Beschreibung sich auf eine spezielle Konstruktion und deshalb
auf spezielle Verfahrensschritte konzentriert hat, die Erfindung
in breitem Maße
auf Verfahren zur Herstellung von Tintenstrahldruckkopfkomponenten
anwendbar ist, mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Waferverarbeitungsschritten
und unterschiedlichen Linearanordnungs-Verarbeitungsschritten. Während das
Beispiel eines einzelnen Deckwafers verwendet wurde, der an einen
einzelnen Basiswafer mit im Wesentlichen derselben Fläche bondiert wird,
ist es bei bestimmten Anwendungen günstig, eine Anzahl von Basiswafern
an einen einzelnen Deckwafer zu bondieren. Es können auch mehrere Deckwafer
an einem einzelnen Basiswafer bondiert werden, obwohl dies wahrscheinlich
weniger nützlich ist.
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Nunmehr
wird eine alternative Druckkopfkonstruktion beschrieben, auf welche
die Lehre der vorliegenden Erfindung ebenfalls anwendbar ist.
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Die 14 zeigt
eine alternative Form einer Basiswaferkomponente 210 im
Schnitt entlang einer vertikalen Teilungslinie 108 in der
Darstellung, die der 6 entspricht. Bei dieser Form
wird nach dem Polarisieren und Läppen
die Basiswaferkomponente 210 einer Anzahl von Verfahrensschritten
unterzogen, wobei der erste das Schneiden von Gräben 211 horizontal über die
Breite des Wafers in den Bereichen entsprechend dem rückwärtigen Teil
der Basiskomponenten 10 ist. Da die Komponenten an jeder Seite
der horizontalen Teilungslinien 106 angeordnet sind, werden
die Gräben
mit einer Breite geschnitten, um den Versorgungsverteiler für die Zuführung von flüssiger Tinte
in zwei Tintenkanäle
und die Verbindungsbahnen der Rücken-an-Rücken angeordneten Komponenten
unterzubringen. Zwischen den Gräben 211 bleibt
genügend
Wafermaterial, so dass die Rillen 220 in den vorderen Teil
ausgebildet werden können,
um Tintenkanäle
kontinuierlich zwischen Paaren der Komponenten bereitzustellen,
die Vorderteil-an-Vorderteil
an jeder Seite der horizontalen Teilungslinien 106 zwischen
den abwechselnden Komponentenpaaren angeordnet sind.
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Nach
dem Ausbilden der Gräben
211 in
der Basiswaferkomponente
210 wird ein Polymerfilm (wie
in der
US-A-5 185 055 oder
der
EP-B-0 397 441 ) auf
die Basiskomponente aufgebracht und an sowohl den vorderen Teilen
als auch den Gräben
211 in
den hinteren Teilen angehaftet. Die Rillen
220 werden dann
in dem Wafer ausgebildet, um Tintenkanäle
22 im vorderen
Teil jeder Basiskomponente
10 bereitzustellen, separiert
durch gegenüberliegende
piezoelektrische Betätigungswände
24.
Die Rillen durchdringen ebenfalls den Film in den Gräben
211 im
hinteren Teil und bilden vergleichsweise flache Rillen im hintern
Teil aus, um Verbindungsbahnen
28 in Ausrichtung mit den
Tintenkanälen
22 bereitzustellen.
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Wie
bei der vorhergehenden Ausführungsform
sind die Rillen kontinuierlich entlang der Länge des Wafers 210 in
der Vertikalrichtung ausgebildet, und sie werden in einem Durchgang
des Schneidelements ausgebildet. Es ist zu bemerken, dass diese Komponentengestalt
in der Länge
im Vergleich mit der in 6 dargestellten Gestaltung reduziert
ist, weil kein Auslauf als Konsequenz des Schneideinrichtungs-Radius ausgebildet
wird.
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Nach
der Ausbildung der Rillen, wie oben erörtert, und nach dem Reinigen,
wird Elektrodenmaterial wie vorher beschrieben aufgebracht, um Elektroden
auf den Seiten der Betätigungswände 24 und den
Verbindungsbahnen 28 auszubilden. Der Polymerfilm wird
dann entfernt, wodurch das Elektrodenmaterial von den Oberteilen
der Wände
abgehoben wird. Die Passivierungsschicht wird als nächstes über dem
Wafer aufgebracht, um die Oberteile der Wände und die Seiten und die
Basis der Rillen abzudecken, wodurch die Elektroden beschichtet
werden um die Tinte in den Tintenkanälen von den aktiven Elektrodenkomponenten
zu isolieren. Bei diesen Schritten werden lokale Masken in den Bereichen
der horizontalen Teilungslinien angeordnet, wie vorher schon angedeutet.
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Der
entsprechende Deckwafer 212 ist in 13 im
Schnitt entlang einer vertikalen Teilungslinie 146 gezeigt.
Der Deckwafer wird aus dem vorher in Bezug auf die Abdeckung 112 angesprochenen Materialen
ausgewählt,
und durch Fräsen
bearbeitet, um Rückwände 233 der
Tintenverteiler in der Form eines Paares von Wänden in Bereichen entsprechend
eines jeden Grabens bereitzustellen. Diese Wände erstrecken sich von der
inneren Fläche
der Abdeckung über
denselben Abstand wie die Höhe der
Betätigungswände in dem
Basiswafer, und sie erstrecken sich über die gesamte Länge der
Abdeckung in der Horizontalrichtung. Nach dem Ausbilden des Basiswafers 210 und
des Deckwafers 212 werden die Komponenten mit einer Klebemittel-Bondierungsschicht
an dem Oberteil der Betätigungswände 24 bedeckt,
und an den Oberteilen der hinteren Wände 233 des Verteilers,
dann ausgerichtet, in Kontakt gebracht und in einer Bondierungsvorrichtung
zusammengepresst, wie vorher beschrieben wurde, um nach dem Aushärten eine
Anordnung bondierter Druckkopfkomponenten 236 auszubilden.
Die bondierte Komponente ist in 15 dargestellt.
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Nach
dem Bondieren wird die Anordnung 236 entlang der horizontalen
Teilungslinie 206, 246 sektioniert, um lineare
Anordnungen von Druckkopfkomponenten herzustellen. Während des
Sektionierens bzw. Schneidens wird die Abdeckung ebenfalls im Bereich
der Schlitze 228 zwischen den Rückwänden 233 des Verteiler
geschnitten, um Zugang zu den Verbindungsbahnen bereitzustellen.
Bei dieser Gestaltung kann ein Zugang für Tinte nicht wie bei der Anordnung
linearer Komponenten 136 durch in der Abdeckung ausgebildete
Fenster 132 bereitgestellt werden, sondern durch die Zufuhr
von Tinte von den Enden jedes Verteilers zwischen den Betätigungswänden und
den Rückwänden des
Verteilers. Jedoch sollte klar sein, dass Fenster ebenfalls in diesen
Abdeckungsteil eingeschnitten werden können, um den Tintenzugang zu
vergrößern, wenn
dies notwendig ist.
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Während die
unter Bezugnahme auf die 13 bis 16 beschriebene
Struktur mit Vorteil unter Verwendung eines Verfahrens, wie es vorher beschrieben
wurde, hergestellt werden kann, kann sie ebenfalls auf andere Art
und Weise hergestellt werden. Tatsächlich sind die Vorteile, welche
diese Struktur bietet, prinzipiell bei der Reduzierung der Längenabmessung
des piezoelektrischen Materials nicht von der Art und Weise abhängig, auf
welche diese Prozessschritte angeordnet werden. Die Einsparung an
piezoelektrischem Material kann relativ gesehen als immer wichtiger
eingestuft werden, wenn die aktive Länge der Kanäle abnimmt. Somit wird die
Verwendung eines Grabens senkrecht zu den Kanälen, um eine Tintenleitung
bereitzustellen, einen merklichen Vorteil bei Druckkopfgestaltungen bieten,
die bei hohen Frequenzen mit kurzen Kanälen arbeiten.
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Es
versteht sich, dass diese Erfindung lediglich unter Bezugnahme auf
Beispiele beschrieben worden ist, und eine breite Vielzahl von Modifizierungen
durchgeführt
werden kann, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Die
Vorteile einer Bezugsformation, die bei derselben Tätigkeit
erzeugt wird wie die Rillen (oder bei einer separaten Tätigkeit
unter Beibehaltung derselben Anordnung des Basiswafers) sind schon
erläutert
worden. Eine einzelne Bezugsformation kann nach dem Sektionieren
in Linearanordnungen ein Segment der Bezugsformation in jeder Anordnung bereitstellen.
Dieses Segment wird eine genaue Registrierung während der Linearverarbeitung,
wie zum Beispiel der Düsenausbildung
bereitstellen. Wenn gewünscht,
kann eine Vielzahl von Bezugsformationen bereitgestellt werden;
bei einem Beispiel wird eine ausreichende Anzahl bereitgestellt,
um jeder Druckkopfkomponente einen präzisen Bezug zu geben. Auf diese
Weise kann eine positive Registrierungskette vom Basiswafer zur
individuellen Druckkopfkomponente erzielt werden.