DE69613761T2 - Verfahren zur Herstellung von Ladungselektroden - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Tintenstrahldrucker und insbesondere ein verbessertes Herstellungsverfahren für die Aufladeplatte solcher Drucker.
• Beim kontinuierlichen Tintenstrahldruck wird elektrisch leitfähige Tinte bzw. Druckfarbe unter Druck einem Verteilerbereich zugeführt, von wo aus sie auf mehrere Öffnungen verteilt wird, die typischerweise in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind. Die Druckfarbe tritt aus den Öffnungen in Fäden aus, die zu Tröpfchenstrahlen zerfallen. Einzelne Tröpfchenstrahlen werden im Bereich des Zerfalls der Fäden selektiv aufgeladen, und aufgeladene Tröpfchen werden aus ihrer normalen Bahn abgelenkt. Die abgelenkten Tröpfchen können aufgefangen und in den Kreislauf zurückgeführt werden, während man die nicht abgelenkten Tröpfchen auf einen Druckbildträger gelangen läßt.
• Die Tröpfchen werden von einer Aufladeplatte aufgeladen, die auf ihrem einen Rand mehrere Aufladeelektroden und auf einer Oberfläche eine entsprechende Anzahl Leitbahnen trägt. Der mit den Aufladeelektroden versehene Rand der Aufladeplatte ist dicht beim Zerfallspunkt der Tintenfäden angeordnet, und die Leitbahnen werden unter Spannung gesetzt, um in den Tropfen eine Ladung zu induzieren, wenn sie sich aus den Fäden lösen.
• In dem W. Shutrum am 24. Dezember 1985 erteilten US-Patent 4,560,991 wird ein Verfahren zum Herstellen einer Aufladeplatte beschrieben. Die von Shutrum vorgestellte Aufladeplatte wird durch galvanisches Abscheiden der Aufladeelektroden und der Leitbahnen auf einem ebenen Bogen aus ätzbarem Material, beispielsweise Kupferfolie, hergestellt, um einen sogenannten "Coupon" zu erzeugen. Der Coupon wird in einer Aufspannvorrichtung im Winkel von etwa 90º umgebogen. Die Leitbahnen werden dann an ein dielektrisches Material, beispielsweise Aluminiumoxid, gebondet, woraufhin das ätzbare Substrat durch chemisches Ätzen entfernt wird. Diese Art Aufladeplatten-Herstellungsverfahren ist ein "Leiterübertragungsverfahren", bei dem die Elektroden auf einem ätzbaren Substrat gebildet werden müssen.
• Ein anderes Aufladeplattenherstellungsverfahren mit "Leiterübertragung" wird in der US-A 5,512,117 beschrieben, wonach ebenfalls Elektroden auf einem ätzbaren Substrat gebildet werden müssen. Dieser galvanisch gebildete Coupon wird dann im Winkel von etwa 90 Grad umgebogen, an ein dielektrisches Material wie Aluminiumoxid gebondet, und anschließend das ätzbare Substrat durch chemisches Ätzen entfernt.
• Leider sind die bekannten Techniken zur Aufladeplattenherstellung mit verschiedenen Problemen behaftet, beispielsweise der Komplexität der Herstellung, die durch die relativ hohe Anzahl von Verfahrensschritten bedingt ist, die zur Herstellung einer gebrauchsfähigen Aufladeplatte erforderlich sind, und den damit verbundenen Kosten. Außerdem wird für galvanisch abgeschiedene Elektroden gemeinhin Nickel verwendet, das im Betrieb des Druckkopfs beim Tintenstrahldruck elektrochemisch abgelöst (weggeätzt) werden kann.
• Die US-A 4,223,321 offenbart eine planare Aufladeplatte mit einzelnen Aufladeelektroden, die auf einer Seite der Platte gleichmäßig voneinander beabstandet sind durch Einschneiden von Rillen auf einer Seite. Die Oberflächen werden metallisiert, und von den Rillen aus werden Leiterbahnen aufgedruckt. Die Rillen werden mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllt.
• Somit wird ein Bedarf an einer verbesserten Aufladeplattenherstellung erkennbar, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
• Dieser Bedarf wird gedeckt durch das erfindungsgemäße Aufladeplattenherstellungsverfahren, bei dem die Herstellung durch herkömmliche Verfahren wie die Dünnschicht- oder die Dickschichttechnik zur Musterbildung möglich ist. Die bisherigen Bemühungen, diese Verfahren anzuwenden, waren erfolglos, weil eine Musterbildung über eine Kante hinweg nicht möglich ist. Die Erfindung geht über die bisherigen Fehlversuche hinaus, indem die Musterbildung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf der Oberseite und am Rand getrennt erfolgt, wodurch mehr Flexibilität bei der Herstellung ermöglicht wird. Außerdem haben die für die Herstellung nach der neuen Technik verfügbaren Materialien eine geringere Ätzrate.
• Dementsprechend stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Aufladeplatte für Tintenstrahldrucker zur Verfügung, welches die folgenden Schritte enthält: Bereitstellen eines nicht leitfähigen Aufladeplattensubstrats, welches einen Rand sowie eine Oberseite aufweist; Aufbringen eines Musters am Rand des nicht leitfähigen Aufladeplattensubstrats, um eine Aufladefläche an dem Rand des nicht leitfähigen Aufladeplattensubstrats zu bilden; Herstellen eines Leitweges von der Aufladefläche zu der Oberseite des nicht leitfähigen Aufladeplattensubstrats, um eine Aufladeplatte zu erzeugen; gekennzeichnet durch Aufbringen eines Musters auf der Oberseite der Aufladeplatte durch Bilden eines Dünnschicht- oder Dickschichtmusters, um eine elektrische Verbindung mit der Aufladeplatte zu ermöglichen; Beschichten der oberen, mit einem Muster versehenen Oberfläche mit einem dielektrischen Material.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung ermöglicht das Verfahren zur Herstellung einer Aufladeplatte für Tintenstrahldrucker die Herstellung nach herkömmlichen Verfahren. Zunächst wird ein nicht leitfähiges Aufladeplattensubstrat bereitgestellt, welches einen Rand und eine Oberseite hat. Am Rand des Substrats wird dann ein Muster gebildet, um eine Aufladefläche zu schaffen. Die Leitbahn von der Aufladefläche zur Oberseite des Aufladeplattensubstrats wird vervollständigt durch Bedrucken der Oberseite, um eine Übereckverbindung zu erhalten. Dies kann nach einem beliebigen geeigneten Verfahren erfolgen, beispielsweise nach einem Dickschichtverfahren. Wenn die Leitbahn von der Aufladefläche zur Oberseite des Aufladeplattensubstrats geschaffen ist, ist eine Aufladeplatte entstanden. Die Aufladeplatte wird dann auf der Oberseite mit einem Muster versehen, beispielsweise mit einer lichtempfindlichen Dickschichtpaste, um die elektrischen Anschlüsse auf der Oberseite mit dem vorderen Rand zum Aufladen und Ablenken zu verbinden.
• Somit ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Aufladeplatte zur Verfügung zu stellen, bei deren Herstellung herkömmliche Verfahren wie die Musterbildung in Dickschicht- oder Dünnschichttechnik angewendet werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Aufladeplatten-Herstellungsverfahren zur Verfügung zu stellen, das über die bisherigen gleichartigen Herstellungsversuche hinausgeht, indem die Musterbildung auf der Oberseite und am Rand bzw. der Vorderseite der Aufladeplatte getrennt erfolgt. Schließlich ist es die Aufgabe der Erfindung, mehr Flexibilität bei der Herstellung zu ermöglichen.
• Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus nachfolgender Beschreibung, den beigefügten Zeichnungen und den anliegenden Ansprüchen hervor.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1: eine perspektivische Ansicht eines Aufladeplattensubstrats;
• Fig. 2: eine perspektivische Ansicht des Substrats von Fig. 1, das am Rand erfindungsgemäß mit einem Muster versehen ist;
• Fig. 3: eine perspektivische Ansicht, die eine über Eck führende Leitbahn auf dem am Rand mit Muster versehenen Substrat nach Fig. 2 zeigt;
• und
• Fig. 4: eine perspektivische Ansicht, die die Musterbildung auf der Oberseite des in Fig. 3 gezeigten Bildes zeigt.
• Fig. 1 zeigt ein Aufladeplattensubstrat 10, mit dem ein Aufladeplattencoupon zur Bildung einer fertigen Aufladeplatte hergestellt werden kann. Das Aufladeplattensubstrat 10 ist aus nicht leitendem Material, beispielsweise einem Dielektrikum oder einem Isoliermaterial. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Aufladeplattensubstrat 10 aus Keramik und besteht zu 96% aus Aluminiumoxid, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 8,2 · 10&supmin;&sup6;/ºC hat. Die Vorderseite bzw. der Rand 11 des Substrats 10 ist vorzugsweise an der Oberseite 14 um 2,5º gegenüber der Vertikalen geneigt, damit die Elektroden der fertigen Aufladeplatte nicht in der Bahn abgelenkter und/oder aufgefangener Tröpfchen liegen. Die Vorderseite 11 ist vorzugsweise eben, um eine optimale Aufladung und Ablenkung zu ermöglichen.
• Wie in Fig. 2 gezeigt, wird das Substrat 10 von Fig. 1 zunächst am vorderen Rand 11 mit einem Muster versehen, um Aufladeflächen bzw. eine Aufladeseite 12 zu bilden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Aufladeflächen 12 gebildet, indem leitfähige Dickschichttinte nach Standardverfahren in Siebdruck- oder Schablonentechnik aufgebracht wird. Entsprechend den Standard- Dickschichtverfahren wird das am Rand mit Muster versehene Substrat zur Herstellung von Leitfähigkeit und Haltbarkeit getrocknet und gebrannt. Das Trocknen erfolgt typischerweise während etwa zwanzig Minuten bei 150ºC. Bei dem typischen empfohlenen Brennvorgang wird die Leiterschicht in einem Bandofen gebrannt. Es wird eine Brenndauer von 60 Minuten mit einer Spitzentemperatur von 850ºC während zehn Minuten empfohlen. Siebdruck hat den Vorteil, daß auch unübliche Muster erzeugt werden können, während der Schablonendruck den Vorteil hat, daß gedruckte Leitbahnen und Abstände ohne das Sieb, das Probleme machen kann, wenn Tinte für hohe Auflösungen hindurchgedrückt wird, in besserer Qualität hergestellt werden können. Eine Golddickschichtpaste wie die im Handel erhältliche Paste 5715 von DuPont ist gegenüber Nickel zu bevorzugen, weil Gold chemisch stärker inert ist als Nickel.
• Gemäß Fig. 3 wird im Anschluß an die Ausbildung der Aufladeflächen 12 eine Leitbahn zur Oberseite 14 weitergeführt, um eine Übereck-Leitbahn 16 zu erhalten. Die Übereck-Leitbahn 16 wird ebenfalls mit Dickschichtpasten- oder Drucktechniken mit den Schritten Drucken, Trocknen, Brennen hergestellt. Somit kommen bei der vorliegenden Erfindung Dickschichttechniken zum Einsatz, um die elektrische Verbindung zwischen der Oberseite 14 und der Aufladeseite 12 herzustellen. Die elektrische Verbindung zwischen der Oberseite 14 und der Vorderseite 11 wird mittels elektrischer Übereckanschlüsse 12 und 16 im Übereckverbindungsvorgang hergestellt, bei dem die elektrischen Anschlüsse 12 der Vorderseite mit den elektrischen Anschlüssen 16 der Oberseite verbunden werden. Das geht einher mit direkter Metall-Metall-Diffusion während des Brennschritts vor dem Schritt der Musterbildung auf der Oberseite und nach den Schritten Bedrucken und Trocknen des Substrats.
• Fig. 4 zeigt die Musterbildung 18 auf der Oberseite des Substrats nach den Schritten Bedrucken, Trocknen, Brennen und Metall-Metall-Diffusion zur Erzeugung einer Aufladeplatte. Die Musterbildung auf der Oberseite des Substrats kann mit beliebigen geeigneten Mitteln erfolgen, beispielsweise unter Verwendung belichtbarer Fodel-Materialien, wie sie im Bericht über das International Symposium on Microelectronics 1993 beschrieben sind. Die Fodel-Technik ist eine Weiterentwicklung der Dickschichttechnik und wurde entwickelt durch Kombination von anorganischen Bestandteilen, Metallpulvern, Glaspulvern, Metalloxiden und feuerfesten Pulvern, die zur Herstellung von Dickschichtdielektrika und Leitern verwendet werden, mit organischen Komponenten, Polymeren, Photoinitiatoren, Monomeren und Stabilisatoren, die zur Herstellung von Photoresistfilmen für die Leiterplattenindustrie verwendet werden. Diese Kombination führt zu belichtbarem Keramikmaterial, in dem die bekannte Zuverlässigkeit von Keramikmaterialien mit der einfachen Bearbeitbarkeit in herkömmlichen Geräten unter Verwendung milder, wäßriger Chemikalien, wie sie derzeit in der Leiterplattenindustrie verwendet werden, kombiniert ist.
• Das Fodel-Verfahren ist wie die verwendeten Materialien eine Kombination der bekannten Dickschichttechnik mit der Leiterplattentechnik. Wie der Fachmann weiß, können die bekannte Dickschicht- oder Dünnschichttechnik und die bekannten Leiterplattentechniken unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination zur Musterbildung auf der erfindungsgemäßen Aufladeplatte eingesetzt werden.
• Das Fodel-Verfahren wird hier nur als Beispiel beschrieben und ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu betrachten.
• Das Fodel-Verfahren beginnt mit dem Auftragen einer lichtempfindlichen Paste, beispielsweise der handelsüblichen Fodelpaste, auf das gewünschte Substrat mittels bildfreiem Siebdruck. Man läßt die Paste bei Zimmertemperatur plan werden und trocknet sie dann bei einer Temperatur von beispielsweise 80ºC. Nach dem Trocknen wird die Paste durch die gewünschte Photomaske mit UV-Licht belichtet (mit einer typischen maximalen Wellenlänge von etwa 360 nm), um ein latentes Bild zu erzeugen. Nach der Belichtung wird das in den Materialien enthaltene latente Bild entwickelt, beispielsweise in einer Sprühentwicklungsmaschine mit Förderband, beispielsweise unter Verwendung von 1-prozentiger wäßriger Na&sub2;CO&sub3;- Lösung. Die entwickelte Paste wird dann nach herkömmlichen Dickschichtmethoden gebrannt.
• Nach der Musterbildung auf der Oberseite, wie in Fig. 4 gezeigt, wird die mit Muster versehene Oberseite mit einem nadelstichporenfreien Material mit hoher Durchschlagspannung beschichtet. Bevorzugt ist ein dielektrisches Material, das auf die mit Muster versehene Oberseite sintert und eine gute dielektrische Beschichtung ergibt. Die dielektrische Beschichtung kann aus einem beliebigen geeigneten Dielektrikum sein, beispielsweise aus dem im Handel erhältlichen Dielektrikum 5704 von DuPont.
• Da die Musterbildung auf der Oberseite 14 und der Vorderseite 11 erfindungsgemäß getrennt erfolgt, ist beim Herstellungsprozeß dadurch mehr Flexibilität möglich, daß unterschiedliche Materialien verwendet werden können. Wie der Fachmann weiß, ändern sich die elektrischen Eigenschaften, wenn das Material der Aufladeflächen geändert wird. Bei der vorliegenden Erfindung können unterschiedliche Materialien ausgewählt werden, um die insgesamt angestrebten elektrischen und elektrochemischen Eigenschaften zu erzielen.
• Mit der Erfindung wird ein Aufladeplatten-Herstellungsverfahren zum Herstellen von Aufladeplatten für Tintenstrahldrucker zur Verfügung gestellt. Zunächst wird das nichtleitende Aufladeplattensubstrat 10 bereitgestellt und am Rand mit einem Muster versehen, um am Rand des Substrats eine Aufladefläche zu bilden. Das mit Muster versehene Substrat wird dann getrocknet und gebrannt, bevor eine Leitbahn von der Aufladefläche zur Oberseite des nicht leitfähigen Aufladeplattensubstrats geschaffen wird, um eine Aufladeplatte zu erzeugen. Dann wird die Aufladeplatte auf der Oberseite mit einem Muster versehen, beispielsweise mit einer belichtbaren Dick- oder Dünnschicht, um einen elektrischen Anschluß für die Aufladeplatte zu ermöglichen. Anschließend wird die mit Muster versehene Oberseite mit einem dielektrischen Material beschichtet. Zusätzlich können auf dem nicht leitfähigen Aufladeplattensubstrat Elektroden gebildet werden. Der Aufladeplatte kann auch Wärme zugeführt werden, um einen vorgegebenen Temperaturunterschied zwischen den Aufladeelektroden und der Tinte aufrechtzuerhalten. Dadurch wird ein Zustand geschaffen, bei dem eine Kondensation und damit ein vorzeitiges elektrochemisches Ätzen vermieden wird. Beispielsweise kann in die Unterseite der Aufladeplatte ein Widerstand integriert werden, um zur Erwärmung Spannung anzulegen und Strom durchzuleiten, womit eine in die Aufladeplatte eingebaute Widerstandsheizung gegeben ist. Eine derartige Anordnung ermöglicht einen besseren Wärmeübergang auf die Aufladeelektroden.
Gewerbliche Anwendbarkeit und Vorteile
• Die Erfindung ist für den Tintenstrahldruck geeignet und hat den Vorteil, die direkte Bildung einer Aufladefläche zu ermöglichen. Das hat den Vorteil, daß die Aufladeplattenherstellung vereinfacht wird. Sobald die Übereckverbindung hergestellt ist, kann die Oberseite der Aufladeplatte nach verschiedenen Techniken, beispielsweise mit einer ätzbaren Dickschicht, nach herkömmlicher Dünnschichttechnik, nach einer Kombination aus Dickschicht- und Dünnschichttechnik oder nach einer Technik mit belichtbarer Dickschicht mit einem Muster versehen werden.
• Nach ausführlicher Beschreibung der Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsform liegt es auf der Hand, daß im Rahmen der in den Ansprüchen definierten Erfindung Abwandlungsmöglichkeiten gegeben sind.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen einer Aufladeplatte für einen Tintenstrahldrucker, welches die folgenden Schritte enthält:

a) Bereitstellen eines nicht leitfähigen Aufladeplattensubstrates (10), welches einen Rand (11) sowie eine Oberseite (14) aufweist,

b) Aufbringen eines Musters am Rand des nicht leitfähigen Aufladeplattensubstrats (10), um eine Aufladefläche (12) an dem Rand (11) des nicht leitfähigen Aufladeplattensubstrats (10) zu bilden,

c) Herstellen eines Leitweges (16) von der Aufladefläche (12) zu der Oberseite (14) des nicht leitfähigen Aufladeplattensubstrats (10), um eine Aufladeplatte zu erzeugen,

gekennzeichnet durch

d) Aufbringen eines Musters (18) auf der Oberseite der Aufladeplatte durch Bilden eines Dünnschicht- oder Dickschichtmusters, um eine elektrische Verbindung mit der Aufladeplatte zu ermöglichen,

e) Beschichten der oberen, mit einem Muster versehenen Oberfläche mit einem dielektrischen Material.

2. Verfahren zum Herstellen einer Aufladeplatte nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Aufbringens eines Musters (18) auf der Oberseite der Aufladeplatte den Schritt des Aufbringens eines Musters auf der Oberseite durch Aufbringen eines belichtbaren Dickschichtmusters enthält.

3. Verfahren zum Herstellen einer Aufladeplatte nach Anspruch 1, bei dem das nicht leitfähige Aufladeplattensubstrat (10) 96% Aluminiumoxid enthält.

4. Verfahren zum Herstellen einer Aufladeplatte nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend den Schritt des Bildens von Elektroden auf dem nicht leitfähigen Aufladeplattensubstrat (10).

5. Verfahren zum Herstellen einer Aufladeplatte nach Anspruch 4, weiterhin enthaltend den Schritt des Bereitstellens einer integralen Widerstandsheizeinrichtung an der Aufladeplatte.