DE69634682T2

DE69634682T2 - Tintenstrahlaufzeichnungskopfherstellungsverfahren, mit diesem Verfahren hergestellter Tintenstrahlaufzeichnungskopf und damit versehenes Tintenstrahlaufzeichnungsgerät

Info

Publication number: DE69634682T2
Application number: DE69634682T
Authority: DE
Inventors: Masahiko Kubota; Masami Kasamoto; Toshihiro Mori; Teruo Ozaki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2016-10-12
Also published as: US6315853B1; EP0768182A2; JPH09109392A; EP0768182A3; DE69634682D1; EP0768182B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes.
In den letzten Jahren kam steigendes Interesse an der Aufzeichnung unter Verwendung von Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren auf, weil die Erzeugung von Rauschen zum Zeitpunkt der Aufzeichnung gering ist, was nahezu vernachlässigbar ist; weil die Aufzeichnung bei hohen Geschwindigkeiten durchgeführt werden kann, und außerdem weil die Aufzeichnung auf einem gewöhnlichen Papierblatt ohne besondere Behandlung wie etwa einer Fixierung möglich ist, sowie wegen weiterer Vorteile.
Von diesen Verfahren weist beispielsweise das in der Druckschrift JP-A-54-51837 sowie das in der Druckschrift DE-A-28 43 064 offenbarte Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren von anderen Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren dahingehend verschiedene Merkmale auf, dass das offenbarte Verfahren veranlasst, dass Wärmeenergie auf die Tinte einwirkt, um eine aktive Kraft für den Ausstoß von Tintentröpfchen zu erhalten.
Das in den im vorstehenden Absatz in Bezug genommenen Druckschriften offenbarte Aufzeichnungsverfahren ist mit anderen Worten, dass das Einwirken von Wärmeenergie auf eine Flüssigkeit (Tinte) ermöglicht wird, so dass diese rasch aufgeheizt wird und Luftblasen zum Ausstoß von Tinte aus Tintenausstoßöffnungen mit Hilfe der Ausbreitung von Druckwellen in Tinte erzeugt wird, welche der Ausdehnung und Zusammenziehung der jeweiligen Luftblasen folgen, wodurch die Tröpfchen herausfliegen können.
Das in der Druckschrift DE-A-28 43 064 offenbarte Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren weist insbesondere die Merkmale auf, dass es nicht nur äußerst effektiv ist, wenn es auf ein Aufzeichnungsverfahren der sogenannten Tropfen-Auf-Anforderung-Bauart angewendet wird, sondern es ist außerdem dazu in der Lage, hochaufgelöste hochqualitative Bilder bei hohen Geschwindigkeiten zu erhalten, weil die für dieses Verfahren verwendete Aufzeichnungskopfeinheit von der Ganzzeilenbauart ist, was die Herstellung eines hochverdichteten Aufzeichnungskopfes mit vielen Öffnungen erleichtert.
Die 12, 13A und 13B zeigen Ansichten eines Beispiels des auf das vorstehend beschriebene Aufzeichnungsverfahren anwendbaren Tintenstrahlaufzeichnungskopfs. 12 zeigt eine Perspektivansicht des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs. 13B zeigt eine Draufsicht einer Heizelementbaugruppe, die mit Tintenpfadwänden versehen ist. 13A zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 13E-13E aus 13B. Dieser Tintenstrahlaufzeichnungskopf umfasst Tintenausstoßöffnungen 18 mit jeweils einer zum Ausstoßen von Tintentröpfchen angeordneten Öffnungsstruktur; mit den Tintenausstoßöffnungen leitend verbundene Tintenpfade 11; für die Tintenpfade jeweils bereitgestellte Wärmeaktivierungseinheiten 8, um jeweils ein Einwirken der Wärmeenergie auf die Tinte zu verursachen; sowie elektrothermische Wandlerelemente. Ein elektrothermisches Wandlerelement umfasst ein Paar von Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b, sowie eine Widerstandsschicht 3, die mit den Leiterbahnelektrodenschichten elektrisch verbunden ist, welche eine Wärmeerzeugungseinheit 3 zwischen den Elektroden bereitstellen.
Wenn sich Tinte in Kontakt mit der Wärmeerzeugungseinheit 7 der Widerstandsschicht 3 befindet, fließt elektrischer Strom durch die Tinte in Abhängigkeit von dem elektrischen Widerstandswert der Tinte oder es kann eine Korrosion oder dergleichen aus einer Reaktion zwischen der Wärmeerzeugungseinheit der Widerstandsschicht und Tinte resultieren, womit eine Änderung des Widerstandswertes der Widerstandsschicht verursacht wird. Zudem kann in einigen Fällen diesbezüglich ein Schaden oder ein Bruch auftreten.
Daher wird im Stand der Technik die Widerstandsschicht durch ein anorganisches Material ausgebildet, deren Wärmeerzeugungseigenschaften ausgezeichnet sind, wie etwa eine Legierung aus Nickel, Chrom, oder dergleichen oder einem Metallborid, wie etwa ZrB₂, HfB₂ oder dergleichen, und dann wird auf einer derartigen Widerstandsschicht eine Schutzschicht angeordnet, die durch ein Material mit einem hohen Widerstand gegenüber Oxidation wie etwa SiO₂ ausgebildet wird.
Ein Verfahren zur Ausbildung eines elektrothermischen Wandlerelementes dieser Art für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf ist im Allgemeinen: nachdem die Widerstandsschicht 3 auf einem gegebenen Substrat 1 ausgebildet wird, werden die Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b bereitgestellt, und sodann werden die Schutzschichten 129a, 129b und 139 nacheinander laminiert. Dabei müssen die Schutzschichten die notwendigen Abschnitte der Widerstandsschicht und der Leiterbahnelektrodenschichten gleichmäßig ohne Defekte wie etwa Nadellöcher bedecken, damit diese ausreichend funktionieren, um Schäden an der Widerstandsschicht, einen Kurzschluss zwischen den Elektroden und dergleichen zu vermeiden.
Da jedoch die Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b auf der Widerstandsschicht 3 ausgebildet sind, werden bei dem Bezugszeichen 10 Stufen zwischen den Leiterbahnelektrodenschichten und der Widerstandsschicht ausgebildet. Falls derartige Stufen durch die Schutzschicht bedeckt sind, neigt die Schichtdicke dazu, unregelmäßig zu werden. Daher sollte die Schutzschicht dick genug ausgebildet werden, um die Stufen vollständig zu bedecken, so dass keine Abschnitte freigelegt bleiben. Dabei treten die freigelegten Abschnitte besonders auf den Stufenabschnitten auf. Somit sollte die Dicke der Schutzschicht stärker als nötig ausgebildet werden (mehr als zweimal die Dicke der Leiterbahnelektrodenschicht). Falls die Stufenbedeckung nicht gut genug ist, gibt es eine Wahrscheinlichkeit, dass sich Tinte in Kontakt mit den freigelegten Abschnitten der Widerstandsschicht befindet. Falls derartiges passiert, wird Tinte elektrolysiert, oder die Widerstandsschicht wird aufgrund einer Reaktion zwischen Tinte und der Wärmeerzeugungseinheit der Widerstandsschicht zerstört. Außerdem wird die Schichtqualität auf den Stufenabschnitten leicht inhomogen. Eine derartige Inhomogenität bei der Schichtqualität kann eine lokale Konzentration der auf die Schutzschicht aufgrund der wiederholten Wärmeerzeugung ausgeübten Wärmeverspannungen anziehen, was daher zur Erzeugung von Brüchen auf der Schutzschicht führt. Das Auftreten derartiger Brüche erlaubt das Eindringen von Tinte, was Schäden an der Widerstandsschicht verursacht. Daneben gibt es Fälle, bei denen Brüche auf der Schutzschicht aufgrund von Nadellöchern oder aus dem Elektrodenmaterial entwickelten Hügelchen auftreten, wenn die Schutzschicht ausgebildet wird. Zur Lösung dieser Probleme wurde im Stand der Technik die Schutzschicht dick ausgebildet, um die Stufenbedeckung zu verbessern, was die Ausbildung von Brüchen und Nadellöchern vermeidet.
Um jedoch die Schutzschicht dick zu machen, wird die Wärmezufuhr an die Tinte behindert, obwohl dies zur Verbesserung der Stufenbedeckung beiträgt. Folglich entstehen neue nachstehend wiedergegebene Probleme.
Wenn mit anderen Worten Wärme auf die Schutzschicht durch die Tinte in der Wärmeerzeugungseinheit der Widerstandsschicht übertragen wird, wird der sogenannte Wärmewiderstand zwischen der Oberfläche der Schutzschicht (wärmeaktiver Abschnitt 8), die als aktive Oberfläche dieser Wärme dient, und der Wärmeerzeugungseinheit 7 der Widerstandsschicht größer, falls die Schutzschicht dick ausgebildet wird. Als Folge ist es nötig, die Widerstandsschicht mit einer höheren elektrischen Last als nötig zu versehen. Dies führt dennoch zu den nachstehend wiedergegebenen Problemen: (i) Energiesparen wird unvorteilhaft, (ii) die Überschusswärme wird auf dem Substrat angesammelt, wobei die Wärmereaktion verschlechtert wird, und (iii) das Material der Widerstandsschicht wird verschlechtert (die Beständigkeit wird verringert), usw.
Falls nur die Schutzschicht dünner ausgebildet wird, können diese Arten von Problemen gelöst werden. Es ist jedoch nicht leicht, die Schutzschicht dünner auszubilden, wenn sie nur mittels des bekannten Schichtausbildungsverfahren wie etwa Zerstäuben oder Abscheiden ausgebildet wird, weil das Problem der Beständigkeit aufgrund der mangelhaften Stufenbedeckung oder dergleichen entsteht.
Bezüglich der Aufzeichnung mittels eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs ist es allgemein bekannt, dass je rascher die Tinte erwärmt wird, um so mehr die Stabilität der Tintenaufschäumung verbessert wird. Mit anderen Worten, je kürzer die Impulsbreite des elektrischen Signals (im Allgemeinen der elektrischen Impulse) ist, das an jedes elektrothermische Wandlerelement angelegt wird, desto besser ist die Aufschäumstabilität der Tinte. Somit wird die Ausstoßstabilität von fliegenden Tröpfchen verbessert, um eine bessere Aufzeichnungsqualität zu erhalten. Für den bekannten Tintenstrahlaufzeichnungskopf sollte jedoch die Schutzschicht aus den vorstehend genannten Gründen dicker ausgebildet werden. Daher wird der Wärmewiderstand der Schutzschicht höher, was unvermeidlicher Weise mehr Wärme erzeugt als nötig. Folglich ergibt sich die Verschlechterung des Materials (die verringerte Beständigkeit), oder es ergibt sich eine verringerte Wärmereaktion aufgrund der Ansammlung der Überschusswärme. Unter diesen Umständen wird es daher schwierig, die Impulsbreite kürzer auszubilden. Somit gibt es eine automatische Grenze für die Erhöhung der Aufzeichnungsqualität.
Zur Reduzierung der Aufnahme von elektrischer Leistung ist es nunmehr vorstellbar, die Verluste von Wärmeenergie auf den Leiterbahnelektrodenschichten durch Reduzierung des Widerstandswertes der Leiterbahnelektrodenschichten zu verringern. Im Einzelnen wird die Breite einer Leiterbahnelektrodenschicht größer ausgebildet, oder die Dicke einer Leiterbahnelektrodenschicht wird erhöht, neben anderen Verfahren. Aus den nachstehend wiedergegebenen Gründen ist es jedoch schwierig, diese zu implementieren.

(a) Die Breite der Leiterbahnelektrodenschicht ist durch die Anordnungsdichte der Düsen (Tintenpfade) beschränkt. Im Falle von 300 dpi („dots per inch" – Punkte pro Zoll) sollte beispielsweise ein elektrothermisches Wandlerelement in einem 84,7 μm breiten Raum angeordnet werden. Falls dabei die Lücke zwischen den Leiterbahnelektrodenschichten schmaler ausgebildet wird, kann die Breite jeder Leiterbahnelektrodenschicht größer gemacht werden. Da jedoch die Lücke zwischen den Leiterbahnelektrodenschichten schmaler wird, wird die Frequenz der Kurzschlusserzeugung zwischen den Leiterbahnelektrodenschichten erhöht, wenn die Schichten strukturiert werden. Dann wird deren Produktionsausbeute unvermeidlich reduziert.
(b) Falls die Leiterbahnelektrodenschicht dicker ausgebildet wird, sollte die Dicke der Schutzschicht im gleichen Maße größer ausgebildet werden. Außerdem wird in den beiden Fällen einer zerstäubten Schicht und einer CVD-Schicht deren Ausbildung um die Stufenabschnitte unzureichend. Folglich wird die Schutzschicht inhomogen ausgebildet. Dann gibt es aufgrund der Hohlraumerzeugung, wenn Luftblasen verschwinden, oder aufgrund der durch wiederholte Impulse erzeugten Wärmeverspannungen eine Neigung dazu, dass in der Nähe von Stufen auf der Schutzschicht Risse auftreten.

Um diese Probleme zu lösen, wurde ein Verfahren (vgl. 14A) zum Vergraben der Leiterbahnelektrodenschichten in einem Graben vorgeschlagen, indem ein derartiger Graben auf einer Wärmeansammlungsschicht ausgebildet wird, wenn die Wärmeansammlungsschicht 2 zwischen dem Substrat 1 und der Widerstandsschicht 3 bereitgestellt wird (vgl. Druckschrift JP-A-61-125858). In der Praxis dürfte jedoch die Strukturierungsgenauigkeit um ungefähr 0,5 bis 1 μm abweichen, wenn die Leiterbahnelektrodenschichten mittels einer Photolithographietechnik oder dergleichen auf einer derartigen Wärmeansammlungsschicht strukturiert werden. Folglich kann die Leiterbahnelektrodenschicht den Graben nicht vollständig vergraben, und es wird eine Lücke ausgebildet. Zudem wird die Leiterbahnelektrodenschicht bis zu der äußeren Oberfläche des Grabens hochgezogen, um einen Gratabschnitt gemäß 14B auszubilden.
Davon abgesehen wird gewürdigt, dass die Druckschrift JP-A-5 177 836 zur Bereitstellung eines Kopfes, der einen ausgezeichneten Migrationswiderstand bereitstellt, und der eine hohe Zuverlässigkeit aufweist, einen Kopf offenbart, bei dem ein elektrothermischer Wandler bei der Emission von Tinte verwendete Wärmeenergie erzeugt, wobei der Leiterbahnteil mit dem elektrothermischen Wandler elektrisch verbunden ist. Der Leiterbahnteil besteht aus einer ersten leitenden Schicht, einer auf der ersten leitenden Schicht bereitgestellten isolierenden Schicht sowie einer auf der isolierenden Schicht bereitgestellten zweiten leitenden Schicht. Ein Öffnungsteil der isolierenden Schicht wird mit einem durch ein selektives Abscheideverfahren ausgebildeten Leiter gefüllt, und die erste leitende Schicht wird mit der zweiten leitenden Schicht elektrisch verbunden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines hochbeständigen Tintenstrahlaufzeichnungskopfes bereitzustellen, dessen Leistungsaufnahme geringer ist, während es in der Lage ist, eine ausgezeichnete Reaktionsbefähigung zur Aufzeichnung mit hoher Qualität bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den beigefügten unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Abwandlungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Für die Widerstandsschicht und die Schutzschichten gemäß der vorliegenden Erfindung werden bekannte Materialien verwendet, und die Schichten werden beispielsweise mittels eines Hochfrequenzzerstäubungs- (HF) oder eines anderen Zerstäubungsverfahrens, eines chemischen Gasphasenabscheideverfahrens (CVD), eines Vakuumabscheideverfahrens oder dergleichen ausgebildet.
Für das Ausbildungsverfahren der Leiterbahnelektrodenschichten, die mit der Widerstandsschicht elektrisch zu verbinden sind, ist es möglich, dieselben für die Ausbildung der Widerstands- und Schutzschichten verwendeten Verfahren anzuwenden. Derartige Verfahren sind die für die Ausbildung von Leiterbahnen für ultragroß skalierte integrierte Schaltungen (ULSI) entwickelten Techniken. In der „Toshiba Review" (Band 48, Nr. 7, 1993) ist ein Verfahren zur Ausbildung einer einkristallinen Aluminiumleiterbahn im Einzelnen in einem darin beschriebenen Artikel offenbart. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass eine einkristalline Aluminiumleiterbahn durch das somit offenbarte Verfahren ohne einen Hohlraum oder einen Hügel ausgebildet werden kann. Außerdem erfordert dieses Verfahren als Ausbildungseinrichtung nicht die Installation einer neuen Schichtausbildungsausrüstung wie etwa in der Druckschrift JP-A-5-16369 sowie in der Druckschrift JP-A-5-177836 offenbart ist. Es ist möglich, die bekannte Schichtausbildungsausrüstung zum Lösen der erfindungsgemäßen Aufgabe zu verwenden, indem die Ausrüstung so abgewandelt wird, dass sie eine Erwärmung bei ungefähr 500°C kontinuierlich nach der Schichtausbildung bereitstellen kann.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ist es möglich, Leiterbahnelektroden nahezu in derselben Dicke wie die der Schutzschicht oder der Wärmeansammlungsschicht auszubilden, ohne irgendwelche Unregelmäßigkeiten auf deren Oberfläche zu erzeugen, die oftmals im Stand der Technik auftreten. Die Oberfläche der Leiterbahnelektrodenschichten und der Schutzschichten oder der Wärmeansammlungsschicht können erfindungsgemäß flach ausgebildet werden. Selbst falls die Schutzschicht bei der Ausbildung auf dieser Oberfläche dünner ausgebildet wird, ist es daher möglich, eine gute Stufenbedeckung zu erhalten, und die inhomogene Schichtqualität zu eliminieren, welche die Erzeugung von Nadellöchern oder Rissen verursachen kann, womit die Beständigkeit bedeutend erhöht wird.
Außerdem ist es mit der dünneren Schichtdicke der Schutzschicht möglich, die Leistungsaufnahme durch die Gegenwart der Schutzschicht bezüglich der durch die Wärmeerzeugungseinheit zwischen den Leiterbahnelektrodenschichten erzeugten Wärmeenergie zu minimieren, und daher zur effektiven Verwendung von Wärmeenergie zur Erzeugung eines Schichtsiedens bei der Tinte beizutragen.
Da zudem die Schutzschicht dünner ausgebildet wird, wird das Aufschäumen von Tinte stabilisiert, um eine bessere Reaktionsbefähigung bereitzustellen, und die Fluktuation der Tintenausstoßmenge, der Ausstoßgeschwindigkeit und dergleichen wird wiederum verringert, weswegen die Aufzeichnungsqualität verbessert wird.
Zudem ist es erfindungsgemäß möglich, die Leiterbahnelektrodenschichten dicker auszubilden. Der Widerstandswert der Leiterbahnelektroden selbst kann demgemäß reduziert werden, womit die Spannungsverluste diesbezüglich unterdrückt werden.
Die 1A bis 1E zeigen Schnittansichten jedes Schrittes des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
Die 2A bis 2D zeigen Perspektivansichten jedes Schrittes des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
3 zeigt eine Perspektivansicht der Deckplatte eines erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs.
5 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung der Heizelementbaugruppe eines erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs.
Die 6A bis 6D zeigen Schnittansichten jedes Schrittes eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
Die 7A bis 7C zeigen Schnittansichten jedes Schrittes eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
Die 8A bis 8D zeigen Ansichten jedes Schrittes des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
9 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung der Heizelementbaugruppe eines erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs.
Die 10A bis 10D zeigen Schnittansichten jedes Schrittes des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
Die 11A und 11B zeigen Schnittansichten jedes Schrittes des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
12 zeigt eine Ansicht zur Darstellung eines bekannten Tintenstrahlaufzeichnungskopfes.
Die 13A und 13B zeigen Ansichten zur Darstellung der Heizelementbaugruppe eines bekannten Tintenstrahlaufzeichnungskopfes.
Die 14A und 14B zeigen Ansichten zur Darstellung der Heizelementbaugruppe eines bekannten Tintenstrahlaufzeichnungskopfes.
Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben.
Die 1A bis 2D zeigen Ansichten eines Beispiels der jeweiligen Schritte bei dem Herstellungsverfahren gemäß dem ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiel. Die 1A bis 1E zeigen Schnittansichten der 2A bis 2D.
Erster Schritt: auf einem aus Silizium ausgebildeten Substrat 1 wird Glas, Keramik, Plastik oder dergleichen, eine aus einer Legierung aus Nickel, Chrom oder dergleichen, einem Metallborid wie etwa ZrB₂, einem Metallnitrid wie etwa TaN, TaAl, oder dergleichen ausgebildete Widerstandsschicht 3 mittels einer Vakuumabscheidung oder eines Zerstäubungsvorgangs bereitgestellt. Dann wird ein Strukturierungsvorgang mittels einer Photolithographietechnik oder einem anderen bekannten Verfahren ausgeführt.
An diesem Übergang wird vorzugsweise eine Funktionsschicht wie etwa eine Wärmeansammlungsschicht 2 zwischen dem Substrat 1 und der Widerstandsschicht 3 bereitgestellt (vgl. 1A und 2A. Dabei zeigt 1A eine Schnittansicht entlang der Linie 1A-1A aus 2A). Diese Wärmeansammlungsschicht 2 wird angeordnet, um eine Verringerung der Tintenerwärmungseffizienz zu vermeiden, welche stattfindet, falls durch die Wärmeerzeugungseinheit 7 der Widerstandsschicht 3 erzeugte Wärme an das Substrat 1 entkommt. Für die Wärmeansammlungsschicht 2 wird ein Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit wie etwa SiO₂ verwendet.
Zweiter Schritt: auf dem Substrat, wo die Widerstandsschicht 3 strukturiert wurde, wird eine Schichtausbildung mittels eines Zerstäubungsvorgangs, eines CVD-Vorgangs oder dergleichen unter Verwendung eines Materials aus SiO₂, Si₃N₄ oder dergleichen ausgeführt, das im Allgemeinen als Material für eine isolierende Schutzschicht verwendet wird, damit dessen Dicke in einer im Wesentlichen gleichen Menge zu der von den Leiterbahnelektrodenschichten erhalten wird, die später ausgebildet werden. Dann wird mittels einer Photolithographietechnik oder dergleichen die Schicht auf dem Abschnitt, wo die Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildet sind, mittels eines Ätzvorgangs (zur Ausbildung eines Grabens) entfernt. Somit wird eine Schutzschicht A (9A) als eine erste Schutzschicht bereitgestellt. Da an diesem Übergang die Widerstandsschicht als eine Ätzstoppschicht für das SiO₂ oder Si₃N₄ dient, gibt es keinen Bedarf für eine strenge Steuerung bezüglich der Ausführung dieses Ätzvorgangs. Außerdem wird auf diese Weise ein Graben auf der Schutzschicht A in derselben Gestalt wie die Struktur der später auszubildenden Elektroden ausgebildet (vgl. 1B und 2B. Dabei zeigt 1B eine Schnittansicht entlang der Linie 1B-1B aus 2B).
Dritter Schritt: Nach dem zweiten Schritt wird auf dem Substrat eine durch ein Material wie etwa Aluminium ausgebildete Schicht zur Verwendung für die Leiterbahnelektrodenschichten mittels Vakuumabscheidung, Zerstäubung oder dergleichen laminiert, so dass diese mit der Widerstandsschicht 3 elektrisch verbunden wird (vgl. 1C).
Vierter Schritt: Zur Unterdrückung der natürlichen Oxidation der Schichtoberfläche aus Aluminium oder dergleichen wird der Oberfläche des Substrats eine Wärmebehandlung vorzugsweise in Vakuum kontinuierlich zugeführt, so dass nicht zugelassen wird, dass sie zu diesem Zeitpunkt der Außenluft ausgesetzt ist. Falls Aluminium als Material für die Leiterbahnelektrodenschichten verwendet wird, wird vorzugsweise Wärme bei einer Temperatur von 400°C bis 600°C zugeführt, noch bevorzugter bei einer Temperatur von ungefähr 500°C. Durch diese Erwärmung befindet sich die aus Aluminium oder einem anderen Material zur Verwendung für die Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildete Schicht in einem geschmolzenen Zustand und ist lediglich in dem Graben vergraben (vgl. 1D und 2C). Folglich wird die Oberfläche flach, und ein Paar Leiterbahnelektroden 5a und 5b werden ausgebildet. An diesem Übergang wird die Widerstandsschicht zwischen den Leiterbahnelektrodenschichten eine Wärmeerzeugungseinheit 7. Diesbezüglich zeigt 1D eine Schnittansicht entlang der Linie 1C-1C aus 2C. Dabei wird Aluminium für das Material der Leiterbahnelektrodenschichten verwendet, aber ein Metall wie etwa Wolfram, Gold, Silber oder Kupfer ist gleichermaßen verwendbar. Falls außerdem das Material der Leiterbahnelektrodenschichten auf der ersten Schutzschicht dabei noch verbleibt, und die Oberfläche nicht vollständig flach ausgebildet wird, kann das verbleibende Material der Leiterbahnelektrodenschichten auf der Oberfläche mittels invertierten Zerstäubens oder dergleichen entfernt werden. Sodann kann die gewünschte Oberflächenbedingung erhalten werden.
Fünfter Schritt: Eine zweite Schutzschicht wird auf dem Substrat nach dem vierten Schritt ausgebildet. Da die Basis dieser zweiten Schutzschicht flach ist, gibt es nahezu keine Möglichkeit, dass irgendwelche Defekte vorkommen, und außerdem kann diese Schicht ausreichend dünner ausgebildet werden. Die zweite Schutzschicht kann eine einzelne Schicht sein, falls lediglich die Isolierung über den Elektroden oder einer Mehrfachschicht mit zwei oder mehr Arten von Schichten aufrecht erhalten werden kann. Beispielsweise wird eine Schutzschicht B aus demselben Material wie die Schutzschicht A (9a) aus einer Schicht zur Bereitstellung eines Schutzes gegen Tinte ausgebildet, und dann wird eine Schutzschicht C (9c) aus einer Schicht zum Schutz gegen Aushöhlung ausgebildet (vgl. 1E und 2D. Dabei zeigt 1E eine Schnittansicht entlang der Linie 1E-1E aus 2D).
Gemäß den 1A bis 1E und den 2A bis 2D umfasst die Heizelementbaugruppe, welche durch das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße erste Herstellungsverfahren hergestellt wird, ein Substrat 1; eine Wärmeansammlungsschicht 2, die nach Bedarf bereitgestellt wird; eine auf dem Substrat oder der Wärmeansammlungsschicht bereitgestellte Widerstandsschicht 3; zumindest ein Paar Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b, die mit der Widerstandsschicht elektrisch verbunden sind; eine auf dem Abschnitt ohne Leiterbahnelektrodenschicht ausgebildete erste Schutzschicht (Schutzschicht A (9a)), die zwischen zumindest einem Paar Leiterbahnelektrodenschichten vorhanden ist; und einer auf der flachen Oberfläche der Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b und der ersten Schutzschicht 9a ausgebildete zweite Schutzschicht (Schutzschicht B (9b)) und eine nach Bedarf bereitgestellte Schutzschicht C (9C). Für eine Heizelementbaugruppe dieser Art bildet die Widerstandsschicht zwischen dem Paar Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b eine Wärmeerzeugungseinheit 7 für die Zufuhr von Wärmeenergie an Tinte zum Ausstoß der Tinte aus. Die Wärmeerzeugungseinheit wird entsprechend jedem der mit den Tintenausstoßöffnungen verbundenen Tintenpfade angeordnet. Diesbezüglich bezeichnet das Bezugszeichen 8 in den 1E und 2D eine thermoaktive Einheit, die Energie an die Wärmeerzeugungseinheit 7 zur Übertragung der erzeugten Wärme an die Tinte zuführt.
Gemäß der ersten und zweiten Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht das Herstellungsverfahren die Ausbildung der Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b mit im Wesentlichen derselben Dicke wie die der vorstehend beschriebenen ersten Schutzschicht (Schutzschicht A (9a)). Daher gibt es anders als bei dem bekannten Verfahren keine Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der Abschnitte, wo die Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildet sind. Da die Oberfläche der ersten Schutzschicht 9a und die der Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b flach ausgebildet werden, ist eine Beseitigung der Fehler möglich, wie sie etwa durch die Inhomogenität von Schichten verursacht werden, was zur Erzeugung von Nadellöchern oder Rissen führen kann, wenn die Schutzschichten ausgebildet werden. Außerdem kann eine gute Stufenbedeckung erhalten werden, selbst falls die zweite Schutzschicht gemäß der vorliegenden Erfindung dünner ausgebildet wird. Dabei ist es daher gut genug, die Dicke der zweiten Schutzschicht auf die Hälfte der Dicke der Leiterbahnelektrodenschichten auszubilden, wie bei den nachstehend beschriebenen einzelnen Ausführungsbeispielen, weil es keine Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des Abschnitts gibt, wo die Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildet werden. Da außerdem die Schichtdicke der Schutzschicht dünner ausgebildet wird, ist es möglich, die Energieableitung durch die Gegenwart der Schutzschicht bezüglich der durch die Wärmeerzeugungseinheit erzeugten Wärmeenergie, die zwischen den Leiterbahnelektrodenschichten vorhanden ist, zu minimieren. Dabei kann die Wärmeenergie zur Erzeugung eines Schichtsiedens in Tinte effektiv verwendet werden. Zudem ist das Aluminium als das Material der Leiterbahnelektroden als Folge der vorstehend beschriebenen Wärmebehandlung einkristallin. Folglich wird es möglich, die Erzeugung von Hügeln oder fadenartigen Strukturen zu vermeiden. Außerdem können Nadellöcher oder dergleichen der Widerstandsschicht mittels dieser Wärmebehandlung reduziert werden, was zu einer verlängerten Lebensdauer der elektrothermischen Wandlerelemente führt.
Die somit durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Heizelementbaugruppe ermöglicht die Ausbildung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß 4, wenn dieser mit der in 2 gezeigten Deckplatte kombiniert wird.
Die Deckplatte kann so strukturiert sein, dass sie mit Tintenpfadwänden (13) versehen ist, die mit der Deckplatte durch Schneiden der Platte unter Verwendung eines Mikroschneideelements oder dergleichen zur Ausbildung von Gräben 12 integriert ausgebildet sind, welche Tintenpfade beispielsweise gemäß 3 bilden. Außerdem wird ein Graben 6 für die Deckplatte zur Ausbildung einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer für die Zufuhr von Tinte bereitgestellt, und dann kann eine Tintenzuführungsleitung 19 mit diesem Graben nach Bedarf verbunden werden, so dass Tinte in den Aufzeichnungskopf von außen durch diese Tintenzufuhrleitung induziert wird, wie es beispielsweise in 4 dargestellt ist. Wenn die Deckplatte 17 und die Heizelementbaugruppe 21 miteinander verbunden werden, ist es auch wünschenswert, die elektrothermischen Wandlerelemente (Wärmeerzeugungseinheiten und andere) so zu positionieren, dass sie jeweils exakt zu den entsprechenden Tintenpfaden 11 passen. Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung werden die Deckplatte 17 und die Heizelementbaugruppe 21 zur Ausbildung eines erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungskopfes verbunden, der mit den mit den Tintenausstoßöffnungen 18 versehenen Tintenpfaden 11 leitend verbunden ist. Diesbezüglich werden die Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b zusätzlich mit (nicht gezeigten) Leitungssubstraten mit Elektrodenleitungen zum Anlegen von gewünschten Impulssignalen von außerhalb des Aufzeichnungskopfes zusätzlich versehen.
Der erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungskopf ist nicht notwendigerweise auf die in 4 gezeigte Bauart beschränkt. Es kann beispielsweise die in 12 gezeigte Bauart zur Anwendung kommen. Außerdem ist die Ausbildung der Tintenausstoßöffnungen 18, der Tintenpfade 11 und dergleichen nicht notwendigerweise auf die Bereitstellung einer gefurchten Deckplatte gemäß 4 beschränkt. Es ist möglich, diese mittels eines Strukturierungsvorgangs mit lichtempfindlichem Harz auszubilden. Zudem ist die Erfindung nicht notwendigerweise lediglich auf einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf in einer Bauart mit Mehrfachanordnungen mit einer Vielzahl von Tintenausstoßöffnungen gemäß vorstehender Beschreibung beschränkt. Sie ist selbstverständlich auf einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf in der Einzelanordnungsbauart mit lediglich einer Tintenausstoßöffnung anwendbar.
5 zeigt ein Beispiel für eine Heizelementbaugruppe, die durch Herstellungsverfahren gemäß der dritten bis sechsten Ausgestaltung der Erfindung erzeugt wurde. Das in 5 gezeigte Beispiel entspricht einem Tintenstrahlaufzeichnungskopf der in 12 sowie den 13A und 13B gezeigten Bauart (mit der Ausnahme der Wärmeansammlungsschicht, der Widerstandsschicht, und der Schutzschichten, die verschieden angeordnet sind). Dabei zeigt 5 eine Schnittansicht entlang der Linie 13E-13E aus 13B.
Diese Heizelementbaugruppe umfasst ein Substrat 1; eine auf dem Substrat nach Bedarf bereitgestellte Wärmeansammlungsschicht 2; Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b und auf dem Substrat oder der Wärmeansammlungsschicht bereitgestellte Dünnschichtelektrodenschichten 6a und 6b; eine zumindest zwischen einem Paar von Leiterbahnelektrodenschichten und auf dem Abschnitt ohne Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildete erste Schutzschicht (Schutzschicht A (9a)); eine auf der flachen Oberfläche der Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b und der ersten Schutzschicht im Zustand elektrischer Verbindung mit dem Paar Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b ausgebildete Widerstandsschicht 3; sowie eine auf der Oberfläche der Widerstandsschicht bereitgestellte zweite Schutzschicht (Schutzschicht B (9b)) sowie eine nach Bedarf bereitgestellte Schutzschicht C (9c)).
Die Dünnschichtelektrodenschichten 6a und 6b werden nach Bedarf bereitgestellt, und zumindest auf dem Substrat ausgebildet, wo die Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildet sind, oder auf dem Bereich, wo die Wärmeansammlungsschicht unter Verwendung des Materials der Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildet ist.
Die als zweite Schutzschicht dienende Schutzschicht B wird durch SiO₂ oder dergleichen ausgebildet, und als eine Schicht zum Schutz gegen Tinte bereitgestellt. Diese Schicht wirkt zur Abschirmung der Wärmeerzeugungseinheit vor Tinte. Die Schutzschicht C, die auf der Schutzschicht B angeordnet ist, wird durch Tantal oder dergleichen ausgebildet, und arbeitet als Aushöhlungswiderstandsschicht, um der Aushöhlung zu widerstehen, die erzeugt wird, wenn Luftblasen verschwinden. Diesbezüglich kann es möglich sein, eine durch Tantal oder ein anderes Material (wie etwa Ta₂O₅) ausgebildete Vermittlungsschicht zwischen der oberen und unteren Schutzschicht 9b und 9c auszubilden, um die Haftung zwischen diesen nach Bedarf zu verstärken.
Bei der vorstehend beschriebenen Heizelementbaugruppe bildet die Widerstandsschicht zwischen dem Paar Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b die Wärmeerzeugungseinheit 7 für die Zufuhr von Wärmeenergie an Tinte zum Ausstoßen der Tinte. Diese Wärmeerzeugungseinheit ist auf jedem der mit den Tintenausstoßöffnungen verbundenen entsprechenden Tintenpfade angeordnet. Diesbezüglich bezeichnet das Bezugszeichen 8 eine wärmeaktive Einheit, die Energie an die Wärmeerzeugungseinheit 7 zuführt und die erzeugte Wärme an die Tinte überträgt.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung in Verbindung mit den 6A bis 6D und den 7A bis 7C der Schritte zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Heizelementbaugruppe.
Erster Schritt (6A bis 6C): Eine Wärmeansammlungsschicht 2 wird auf einem Substrat 1 nach Bedarf ausgebildet. Falls die Wärmeansammlungsschicht bereitgestellt wird, wird eine erste Schutzschicht darauf ausgebildet. Falls nicht, wird die erste Schutzschicht auf dem Substrat 1 bereitgestellt. Die Schutzschicht wird strukturiert, so dass ein Graben durch Entfernen des Bereichs strukturiert wird, wo die Leiterbahnelektrodenschichten später auszubilden sind (die Ausbildung der ersten Schutzschicht (Schutzschicht A in (9a)).
An diesem Übergang kann es möglich sein, die Dünnschichtelektrodenschichten 6a und 6b durch das Material zur Verwendung der Leiterbahnelektrodenschichten zumindest auf dem Substrat auszubilden, wo die Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildet sind, oder auf einem Bereich auf der Wärmeansammlungsschicht. Die Dünnschichtelektrodenschichten wirken als Ätzstoppschicht, wenn die erste Schutzschicht mittels eines Ätzvorgangs unter Verwendung eines reaktiven Ätzverfahrens oder dergleichen strukturiert wird. Unter Verwendung eines Materials wie etwa Aluminium, das nicht geätzt werden kann, wird es ermöglicht, ein übermäßiges Ätzen herunter zu der Wärmeansammlungsschicht oder dem Substrat zu vermeiden. Diesbezüglich ist es auch möglich, eine gewünschte Strukturierung zu verarbeiten, indem eine Ätzrate im Voraus erhalten wird, so dass der Ätzvorgang lediglich für eine zur Vervollständigung des Ätzvorgangs mit einer gewünschten Tiefe erforderlichen Zeitdauer durchgeführt wird, anstatt die Dünnschichtelektrodenschichten bereitzustellen. Außerdem werden gemäß der 6C die Dünnschichtenelektrodenschichten 6a und 6b unter der Umgebung der ersten Schutzschicht 7a positioniert, so dass sie damit überlappen. Der Grund für diese Anordnung ist, dass wenn die erste Schutzschicht zur Ausbildung strukturiert wird, dann kann die unter der Schutzschicht vorliegende Wärmeansammlungsschicht oder ein Teil des Substrats durch eine mögliche Strukturierungsabweichung freigelegt sein, während ein derartiger freigelegter Abschnitt davor geschützt werden sollte, geätzt zu werden.
Zweiter Schritt (6D): Eine durch Aluminium oder ein anderes Material zur Verwendung für die Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildete Schicht 4 wird auf dem Substrat nach dem ersten Schritt durch eine Vakuumabscheidung, Zerstäubung oder ein anderes Verfahren laminiert.
Dritter Schritt (7A): Zum Unterdrücken der natürlichen Oxidation der Schichtoberfläche etwa aus Aluminium wird nach dem zweiten Schritt eine kontinuierliche Wärmebehandlung ausgeführt, ohne zuzulassen, dass diese der Außenluft ausgesetzt wird, woraufhin das Material zur Verwendung für die Leiterbahnelektrodenschichten dazu gebracht wird, lediglich in den Graben der im ersten Schritt ausgebildeten ersten Schutzschicht zu fließen. Die Oberfläche wird flach ausgebildet, und zumindest ein Paar von Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b wird ausgebildet. Falls an diesem Übergang das Material der Leiterbahnelektrodenschichten noch immer auf der ersten Schutzschicht verbleibt, so dass die Oberfläche nicht ausreichend flach ausgebildet werden kann, sollte das Material der Leiterbahnelektrodenschichten mittels eines invertierten Zerstäubungsvorgangs oder dergleichen entfernt werden. Dann ist es möglich, die Oberfläche in einem gewünschten Zustand zu erhalten.
Vierter Schritt (7B): Eine Widerstandsschicht 3, welche die Wärmeerzeugungseinheit 7 für die Zufuhr von Wärmenergie an Tinte zum Ausstoß der Tinte ausbildet, wird auf der flachen Oberfläche nach dem dritten Schritt ausgebildet, so dass diese mit dem Paar Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b elektrisch verbunden wird. Sodann wird die Widerstandsschicht strukturiert, so dass die Widerstandsschicht zwischen dem Paar Leiterbahnelektrodenschichten als die Wärmeerzeugungseinheit 7 gebildet wird, welche als elektrothermisches Wandlerelement dient.
Fünfter Schritt (7C): Eine Schutzschicht B (9b) wird auf dem Substrat nach dem vierten Schritt als zweite Schutzschicht ausgebildet. Falls nötig, wird auch eine Schutzschicht C (9c) ausgebildet.
Gemäß den Herstellungsverfahren nach der dritten bis sechsten Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, die Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b im Wesentlichen mit derselben Dicke wie der ersten Schutzschicht (9a) auszubilden. Daher gibt es anders als bei den bekannten Schichten keine Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche, wo die Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildet werden. Da die Oberflächen der ersten Schutzschicht 9a und der Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b flach ausgebildet werden können, ist es möglich, die Widerstandsschicht auf diesen flach und homogenen zu laminieren. Die flache und homogene Ausbildung der Widerstandsschicht ermöglicht den Erhalt einer guten Stufenbedeckung, selbst falls die laminierte zweite Schutzschicht dünner ausgebildet wird.
Die durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren erzeugte Heizelementbaugruppe wird beispielsweise gemäß der 8A bis 8D zur Ausbildung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes zusammengebaut.
8A zeigt eine schematische Ansicht einer mit wärmeaktiven Einheiten 8 bereitgestellten Heizelementbaugruppe 21. Auf diese Heizelementbaugruppe wird eine durch eine harte Schicht aus lichtempfindlichem Harz ausgebildete Deckplatte 17, die Tintenpfadwände 13, einen äußeren Rahmen 14 sowie einen Tintenzufuhreinlass 20 umfasst, zusammengebaut (vgl. 8B). Ein (nicht gezeigter) Filter kann für den Tintenzufuhreinlass bereitgestellt werden.
Sodann wird zur Optimierung der Lücke zwischen den Tintenausstoßöffnungen 18 und den wärmeaktiven Einheiten 8 die Umgebung der Tintenausstoßöffnungen abgeschnitten, damit unter Verwendung einer Diamantschneideschleifeinrichtung oder dergleichen eine Schneideoberflächenbehandlung bereitgestellt wird, und damit eine Verarbeitung erfolgt, die zu einer Gestalt mit Flächen gemäß den Bezugszeichen 17A und 21A aus 8C führt.
Eine Düsenplatte 22 wird im Voraus mit einer metallischen dünnen Platte 23 haftend verbunden. Dieses durch miteinander Integrieren der Düsenplatte und der dünnen Platte ausgebildete Stück wird mit den Flächen gemäß der Bezugszeichen 17A und 21A nach Positionieren der Düsen der Düsenplatte und der Öffnungen des gemäß vorstehender Beschreibung verarbeiteten Abschnitts verbunden. Auf diese Weise befindet sich die Düsenplatte in engem Kontakt mit der Oberfläche des Aufzeichnungskopfhauptkörpers, wo die Öffnungen in einem Zustand angeordnet sind, bei dem der Platte eine Spannung verliehen wird (vgl. 8D). Erfindungsgemäß wird ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß vorstehender Beschreibung hergestellt, aber es ist möglich, die Strukturierung von Leiterbahnelektrodenschichten oder dergleichen gemäß der 2A bis 2D auszurichten, so dass ein in den 3 und 4 gezeigter Tintenstrahlaufzeichnungskopf hergestellt wird.
9 zeigt ein Beispiel für eine Heizelementbaugruppe, das gemäß dem Herstellungsverfahren gemäß der siebten Ausgestaltung der Erfindung erzeugt wird. Das in 9 gezeigte Beispiel entspricht dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf der in 12 und in den 13A und 13B gezeigten Bauart (mit Ausnahme der Wärmeansammlungsschicht, der Widerstandsschicht, und der Schutzschichten, die verschieden angeordnet sind). 9 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 13E-13E aus 13B.
Diese Heizelementbaugruppe umfasst ein Substrat 1; eine Wärmeansammlungsschicht 2 mit einem durch Entfernen eines Bereichs für Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildeten Graben; für den Graben auf der Wärmeansammlungsschicht bereitgestellte Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b; eine auf der flachen Oberfläche der Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b und der Wärmeansammlungsschicht ausgebildete Widerstandsschicht 3, so dass diese mit einem Paar Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b elektrisch verbunden ist; und Schutzschichten auf der Oberfläche dieser Widerstandsschicht (Schutzschicht B (9b) und nach Bedarf angeordnete Schutzschicht C (9c)).
Die als zweite Schutzschicht dienende Schutzschicht B wird aus SiO₂ oder dergleichen ausgebildet, und als eine Schicht zum Schutz gegen Tinte bereitgestellt. Diese Schicht wirkt zur Abschirmung der Wärmeerzeugungseinheit vor Tinte. Die Schutzschicht C, die auf der Schutzschicht B angeordnet ist, wird aus Tantal oder dergleichen ausgebildet, und wirkt als Aushöhlungswiderstandsschicht, um der zu erzeugenden Aushöhlung zu widerstehen, wenn Luftblasen verschwinden. Diesbezüglich kann es möglich sein, eine aus Tantal oder einem anderen Material (wie etwa Ta₂O₅) ausgebildete Vermittlungsschicht zwischen der oberen und der unteren Schutzschicht 9b und 9c bereitzustellen, damit die Haftung zwischen diesen nach Bedarf verstärkt wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Heizelementbaugruppe bildet die Widerstandsschicht zwischen dem Paar Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b die Wärmeerzeugungseinheit 7 für die Zufuhr von Wärmeenergie an Tinte zum Ausstoß von Tinten. Diese Wärmeerzeugungseinheit ist auf jedem der mit den Tintenausstoßöffnungen verbundenen entsprechenden Tintenpfade angeordnet. Diesbezüglich bezeichnet das Bezugszeichen 8 eine wärmeaktive Einheit, welche Energie an die Wärmeerzeugungseinheit 7 zuführt, und die erzeugte Wärme an die Tinte überträgt.
Nachstehend werden in Verbindung mit den 10A bis 10D und den 11A und 11B die Schritte zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Heizelementbaugruppe beschrieben (Herstellungsverfahren gemäß der siebten Ausgestaltung der Erfindung).
Erster Schritt (10A und 10B): Eine Wärmeansammlungsschicht 2 wird auf einem Substrat 1 ausgebildet, und die Wärmeansammlungsschicht wird sodann zur Bereitstellung eines Grabens durch Entfernen eines Bereichs für später auszubildende Leiterbahnelektrodenschichten strukturiert.
Zweiter Schritt (10C): Eine aus Aluminium oder einem anderen Material zur Verwendung von Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildete Schicht 4 wird nach dem ersten Schritt auf dem Substrat mittels einer Vakuumabscheidung, Zerstäubung oder einem anderen Verfahren laminiert.
Dritter Schritt (10D): Zur Unterdrückung der natürlichen Oxidation der Schichtoberfläche wie etwa aus Aluminium, wird nach dem zweiten Schritt kontinuierlich eine Wärmebehandlung ausgeführt, während sie nicht der Außenluft ausgesetzt wird, und dann wird das Material zur Verwendung für die Leiterbahnelektrodenschichten dazu gebracht, nur in den Graben der bei dem ersten Schritt ausgebildeten ersten Schutzschicht zu fließen. Die Oberfläche wird flach ausgebildet, und zumindest ein Paar Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b werden ausgebildet.
Vierter Schritt (11A): Eine Widerstandsschicht 3, welche die Wärmeerzeugungseinheit 7 für die Zufuhr von Wärmeenergie an Tinte zum Ausstoß der Tinte ausbildet, wird auf der flachen Oberfläche nach dem dritten Schritt ausgebildet, so dass diese mit dem Paar Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 6b elektrisch verbunden wird. Sodann wird die Widerstandsschicht strukturiert, so dass die Widerstandsschicht zwischen dem Paar Leiterbahnelektrodenschichten die Wärmeerzeugungseinheit 7 bildet, welche als elektrothermisches Wandlerelement dient.
Fünfter Schritt (11B): Eine Schutzschicht B (9b) wird auf dem Substrat nach dem vierten Schritt als Schutzschicht ausgebildet. Nach Bedarf wird außerdem eine Schutzschicht C (9c) ausgebildet.
Das Herstellungsverfahren gemäß der siebten Ausgestaltung der Erfindung bringt die Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b dazu, in den Graben einer gegebenen Konfiguration auf der Wärmeansammlungsschicht zu fließen. Somit gibt es anders als bei den bekannten Schichten keine Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche, wo die Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildet sind. Daher können die Oberflächen der Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b und die Wärmeansammlungsschicht flach ausgebildet werden, und außerdem wird es möglich, die Widerstandsschicht auf diesen flach und homogen zu laminieren. Die flache und homogene Ausbildung der Widerstandsschicht ermöglicht den Erhalt einer guten Stufenbedeckung, selbst falls die darauf laminierte Schutzschicht dünner ausgebildet wird.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Heizelementbaugruppe wird beispielsweise gemäß den 8A bis 8D zur Ausbildung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes zusammengebaut. Außerdem kann die Anordnung der Strukturierung von Leiterbahnelektrodenschichten oder dergleichen gemäß den 2A bis 2D zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß den 3 und 4 ermöglicht werden.
Unter den Tintenstrahlaufzeichnungsgeräten demonstriert die vorliegende Erfindung ausgezeichnete Effekte, wenn sie auf einen Aufzeichnungskopf sowie ein Aufzeichnungsgerät unter Verwendung eines Verfahrens angewendet wird, wobei eine Einrichtung zur Erzeugung von Wärmeenergie als für den Ausstoß von Tinte zu verwendende Energie bereitgestellt wird (beispielsweise elektrothermische Wandlerelemente, eine Einrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlen oder dergleichen), damit eine Zustandsänderung bei der Tinte durch die Anwendung einer derartigen Wärmeenergie erzeugt wird. Durch die Anwendung des vorliegenden Verfahrens ist es möglich, einen Aufzeichnungsbetrieb mit hoher Dichte sowie hoher Genauigkeit zu erzielen.
Bezüglich des typischen Aufbaus sowie des Betriebsprinzips eines derartigen Verfahrens werden vorzugsweise jene angewendet, die unter Verwendung des beispielsweise in den Spezifikationen der US-Patentschriften Nr. 4,723,129 und 4,740,796 offenbarten Grundprinzips implementiert werden können. Dieses Verfahren ist auf das Aufzeichnungssystem der sogenannten Auf-Anforderung-Art sowie auf ein Aufzeichnungssystem der kontinuierlichen Art anwendbar. Insbesondere ist jedoch das Verfahren für die Auf-Anforderung-Art geeignet, weil das Prinzip derart ist, dass zumindest ein Ansteuerungssignal, das einen raschen Temperaturanstieg jenseits einer Abweichung von dem Blasenbildungssiedepunkt in Reaktion auf Aufzeichnungsinformationen bereitstellt, einem auf einem Flüssigkeitsaufbewahrungsblatt (Tinte) oder auf einer Flüssigkeitspassage angeordneten elektrothermischen Wandlerelement zugeführt werden kann, wodurch das elektrothermische Wandlerelement dazu gebracht wird, Wärmeenergie für die Erzeugung eines Filmsiedens auf dem wärmeaktiven Abschnitt der Aufzeichnungseinrichtung (Aufzeichnungskopf) zu erzeugen, womit die resultierende Ausbildung einer Blase in der Aufzeichnungsflüssigkeit (Tinte) in einer eins-zu-eins Reaktion auf jedes der Ansteuerungssignale effektiv herbeigeführt wird. Durch die Ausbildung und Kontraktion der Blase wird die Flüssigkeit (Tinte) durch eine Ausstoßöffnung zur Erzeugung zumindest eines Tröpfchens entladen. Das Ansteuerungssignal befindet sich bevorzugter in der Gestalt von Impulsen, weil die Ausbildung und Kontraktion der Blase unmittelbar und zweckmäßig bewirkt werden kann. Daher wird die Flüssigkeit (Tinte) mit schneller Reaktion ausgestoßen. Das Ansteuerungssignal in der Gestalt von Impulsen ist vorzugsweise derart, wie es in den Spezifikationen der US-Patentschriften 4,463,359 und 4,345,262 offenbart ist. Diesbezüglich ist die Temperaturanstiegsrate der wärmeaktiven Oberfläche vorzugsweise derart, wie es in der Spezifikation der US-Patentschrift Nr. 4,313,124 für eine ausgezeichnete Aufzeichnung in einem besseren Zustand offenbart ist.
Der Aufbau des Aufzeichnungskopfes kann gemäß jeder der vorstehend angeführten Spezifikationen sein, wobei der Aufbau zum Kombinieren der Ausstoßöffnungen, der Flüssigkeitspassagen und der elektrothermischen Wandlerelemente angeordnet ist (Flüssigkeitspassagen in linearer Bauart oder Flüssigkeitspassagen in rechtwinkliger Bauart). Daneben ist auch der in den Spezifikationen der US-Patentschriften Nr. 4,558,333 und 4,459,600 offenbarte Aufbau erfindungsgemäß, wobei die Wärmeaktivierungsabschnitte in einem gekrümmten Bereich angeordnet sind.
Zudem ist die vorliegende Erfindung auf den in der Druckschrift JP-A-59 123670 offenbarten Aufbau effektiv anwendbar, wobei ein gemeinsamer Schlitz als Ausstoßöffnungen für viele elektrothermische Wandler verwendet wird, sowie auf den in der Druckschrift JP-A-59 138461 offenbarten Aufbau, wobei eine Öffnung zur Absorbierung einer Druckwelle der Wärmeenergie entsprechend den Ausstoßöffnungen ausgebildet ist. Es ist mit anderen Worten erfindungsgemäß möglich, eine Aufzeichnung zuverlässig und effektiver ungeachtet der Betriebsarten der Aufzeichnungsköpfe durchzuführen.
Die Erfindung ist zudem auf einen Aufzeichnungskopf der Vollzeilenbauart mit einer der maximalen Breite eines durch das Aufzeichnungsgerät beschreibbaren Aufzeichnungsträgers entsprechenden Länge effektiv anwendbar. Für einen derartigen Aufzeichnungskopf kann die Anwendung entweder eine Struktur, durch die die erforderliche Länge durch Kombinieren einer Vielzahl von Aufzeichnungsköpfen erfüllt wird, oder einer durch einen integral ausgebildeten Aufzeichnungskopf angeordneten Struktur ermöglicht werden.
Außerdem ist es erfindungsgemäß bevorzugt, zusätzlich einen Aufzeichnungskopf mit einer Wiederherstellungseinrichtung sowie einer vorgelagerten Hilfseinrichtung als Bestandteile des Aufzeichnungsgerätes bereitzustellen, weil diese zusätzlichen Einrichtungen dazu beitragen, die Effektivität der Erfindung zu stabilisieren. Im Einzelnen sind dies eine Abdeckeinrichtung, eine Reinigungseinrichtung, eine Wischeinrichtung, eine Saug- oder Druckeinrichtung, eine Vorwärmeeinrichtung wie etwa elektrothermische Wandlerelemente oder von derartigen Wandlerelementen verschiedene Heizelemente oder die Kombination dieser Elementarten, sowie eine Vorausstoßeinrichtung zur Durchführung eines von dem regulären Ausstoß bezüglich des Aufzeichnungskopfes verschiedenen Ausstoßes.
Außerdem ist die vorliegende Erfindung bezüglich der Arten und Anzahlen von zu befestigenden Tintenstrahlaufzeichnungsköpfen nicht nur auf eine Aufzeichnungsbetriebsart anwendbar, bei der lediglich ein Aufzeichnungskopf zur Verwendung für eine einfarbige Tinte bereitgestellt wird, sondern außerdem auf ein Gerät mit zur Verwendung von verschiedenen Arten von Tinten in verschiedenen Farben oder Dichten bereitgestellten vielen Aufzeichnungsköpfen. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung ist äußerst effektiv bei ihrer Anwendung auf ein Gerät mit zumindest einer von verschiedenen Betriebsarten unter Verwendung einer Vielfarbe aus verschiedenen Farben oder einer Vollfarbe aus gemischten Farben, ungeachtet dessen, ob die Aufzeichnungsköpfe integriert strukturiert sind, oder ob sie durch eine Kombination von vielen Aufzeichnungsköpfen strukturiert sind.
Bei der vorstehend beschriebenen Erfindung kann, obwohl die Tinte vorstehend als Flüssigkeit beschrieben wurde, auch eine Tinte verwendet werden, die unter Raumtemperatur in den festen Zustand übergeht, aber bei Raumtemperatur flüssig wird. Da Tinte im Allgemeinen innerhalb einer Temperatur nicht unter 30°C und nicht höher als 70°C für das Tintenstrahlverfahren gesteuert wird, um deren Viskosität zum Ausführen eines stabilen Ausstoßvorgangs zu stabilisieren, kann die Tinte derart sein, dass sie verflüssigt wird, wenn die zutreffenden Aufzeichnungssignale gegeben sind. Während zudem ein Temperaturanstieg aufgrund von Wärmeenergie positiv vermieden wird, indem Energie wie die für die Zustandsänderung von Tinte von fest nach flüssig aufzunehmende Energie verwendet wird, oder indem Tinte verwendet wird, die verfestigt wird, wenn sie zum Vermeiden eines Verdampfens der Tinte unverändert belassen wird, kann die Verwendung einer Tinte für die vorliegende Erfindung ermöglicht werden, die nur durch die Anwendung von Wärmeenergie verflüssigt wird, wie etwa zum Ausstoß als Tintenflüssigkeit befähigte Tinte mit der Eigenschaft sowieso verflüssigt zu werden, wenn Wärmeenergie gemäß der Aufzeichnungssignale vorliegt, sowie eine Tintenart, die bereits mit der Verfestigung beginnt, wenn sie ein Aufzeichnungsträger erreicht. In einem derartigen Fall kann die Aufbewahrung von Tinte in flüssiger oder fester Form in den Vertiefungen oder Verbindungslöchern einer porösen Schicht wie etwa die in der Druckschrift JP-A-54 56847 oder JP-A-60 71260 offenbarte möglich sein, damit eine derartige Tinte die elektrothermischen Wandlerelemente aushalten kann. Bei der vorliegenden Erfindung ist das auf die verschiedenen vorstehend angeführten Tintenarten anwendbare effektivste Verfahren das zur Implementierung des vorstehend beschriebenen Filmsiedeverfahrens befähigte.
Darüber hinaus kann als Betriebsart des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsgerätes die Anwendung eines mit einer Leseeinrichtung kombinierten Kopiergerätes zusätzlich zu dem Bildausgabeendgerät für einen Computer oder einem anderen Informationsverarbeitungsgerät ermöglicht werden. Außerdem kann die Verwendung der Betriebsart einer Faksimileausrüstung mit Sende- und Empfangsfunktionen ermöglicht werden.
Nachstehend erfolgt die weitere Beschreibung der einzelnen Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung. Es ist jedoch ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die nachstehend wiedergegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Ausführungsbeispiel 1
Erster Schritt: Auf einem aus Silizium ausgebildeten Substrat 1 wird eine aus SiO₂ in einer Dicke von 2,5 μm ausgebildete Wärmeansammlungsschicht 2 bereitgestellt, und sodann wird auf dieser Wärmeansammlungsschicht eine aus TaN ausgebildete Widerstandsschicht 3 mittels eines Zerstäubungsvorgangs mit einer Dicke von 1000 Å bereitgestellt. Sodann wird die Widerstandsschicht 3 mittels eines Fotolithographievorgangs strukturiert, so dass die Größe der Wärmeerzeugungseinheit 6a 40 μm in der Breite und 100 μm in der Länge beträgt. Gleichzeitig wird eine Struktur als Unterbeschichtungsschicht für die später auszubildenden Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildet (vgl. 1A und 2A).
Zweiter Schritt: Auf der Oberfläche, wo diese Struktur ausgebildet wird, wird eine Schicht aus SiO₂ unter Verwendung einer HF-Zerstäubung mit einer Dicke von 1000 Å ausgebildet, und dann mittels eines Fotolithographievorgangs zur Entfernung des Abschnitts der SiO₂-Schicht strukturiert, wo die Leiterbahnelektrodenschichten auszubilden sind. Somit wird eine Schutzschicht A (9a) als erste Schutzschicht ausgebildet (vgl. 1B und 2B).
Dritter Schritt: Mittels eines Zerstäubungsvorgangs wird eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 3000 Å ausgebildet (vgl. 1C).
Vierter Schritt: Die Oberfläche der Aluminiumschicht wird kontinuierlich erwärmt, während sie nicht der Außenluft ausgesetzt werden darf (bei 500°C für 45 Sekunden). Auf diese Weise wird lediglich der Graben der Struktur der Schutzschicht A (9a) durch Aluminium vergraben. Somit werden die Leiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b ausgebildet (vgl. 1D und 2C).
Fünfter Schritt: Mittels eines HF-Zerstäubungsvorgangs wird eine Schicht aus SiO₂ mit einer Dicke von 1000 Å ausgebildet, um eine Schutzschicht B (9b) als zweite Schutzschicht auszubilden. Dann wird zum Erhöhen der Beständigkeit der Schutzschicht B gegenüber Aushöhlung eine Schicht aus Tantal mittels eines Zerstäubungsvorgangs mit einer Dicke von 2000 Å als eine Schutzschicht C (9c) ausgebildet (vgl. 1E und 2D).
Die gemäß vorstehender Beschreibung hergestellte Heizelementbaugruppe wird mit einer Deckplatte gemäß 3 verbunden, und somit ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß 4 erzeugt.
Ausführungsbeispiel 2
Erster Schritt: Ein Siliziumwafer wird als Substrat 1 vorbereitet. Sodann wird auf dem Siliziumwafer eine Wärmeansammlungsschicht 2 aus SiO₂ mittels einer Wärmeoxidation mit einer Schichtdicke von 1 μm abgeschieden (vgl. 6A).
Dann wird mittels eines Zerstäubungsvorgangs eine Schicht aus Aluminium auf der Wärmeansammlungsschicht 2 mit einer Dicke von 200 Å ausgebildet. Danach wird sie mit der in 6B gezeigten Fotographietechnik zur Ausbildung von dünnen Schichtelektrodenschichten 6a und 6b strukturiert. Daran anschließend wird eine Schicht aus SiO₂ mittels eines Zerstäubungsvorgangs mit einer Dicke von 10000 Å auf die Wärmeansammlungsschicht 2 mit der somit ausgebildeten Aluminiumdünnschicht der Elektrodenschichten 6a und 6b laminiert. Danach wird ein Resistlack durch eine Fotolithographietechnik auf dieser SiO₂-Schicht bereitgestellt. Dieser Resistlack wird in derselben Form wie die Dünnschicht der Elektrodenschichten 6a und 6b ausgebildet, aber seine Abmessungen werden leicht kleiner als die der Dünnschicht der Elektrodenschichten 6a und 6b ausgebildet. Die SiO₂-Schicht wird sodann unter Verwendung eines reaktiven Ionenätzvorgangs unter Verwendung eines derartigen Resistlackmusters zur Ausbildung einer Schutzschicht A (9a) als erste Schutzschicht gemäß 6C geätzt. Dabei kommt als durch den reaktiven Ionenätzvorgang zu verwendendes reaktives Gas ein Mischgas aus CF₄ und C₂F₆ zur Anwendung.
Zweiter Schritt: Gemäß 6D wird eine Schicht aus Aluminium mit 1 μm Dicke (die durch ein Material zur Verwendung für die Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildete Schicht 4) mittels eines Zerstäubungsvorgangs über die ganze Oberfläche bereitgestellt.
Dritter Schritt: Daran anschließend wird die Oberfläche des Substrats kontinuierlich erwärmt (bei 500°C für 60 Sekunden), während sie nicht der Außenluft ausgesetzt werden darf, damit ein Paar Aluminiumleiterbahnelektrodenschichten 5a und 5b gemäß 7A ausgebildet wird.
Vierter Schritt: Eine Schicht aus HfB₂ wird mittels eines Zerstäubungsvorgangs mit einer Dicke von 2000 Å auf der Oberfläche mit jeder dieser Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildet, und daraufhin zur Ausbildung einer Dünnschichtwiderstandsschicht 3 aus HfB₂ gemäß 7B strukturiert.
Fünfter Schritt: Über die gesamte Oberfläche des Substrates wird nach dem vierten Schritt eine Schutzschicht B (9b), dessen SiO₂-Schichtdicke 4000 Å beträgt, mittels eines Zerstäubungsvorgangs als eine zweite Schutzschicht ausgebildet, und eine Schutzschicht C (9c), deren Tantalschichtdicke 2000 Å beträgt, wird ebenfalls mittels eines Zerstäubungsvorgangs auf der Schutzschicht B ausgebildet.
Für die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erhaltene Heizelementbaugruppe wird eine Struktur angeordnet, so dass die Leiterbahnelektrodenschichten auf der unteren Seite der Widerstandsschicht bereitgestellt werden. Daher wird es möglich, eine Schicht zum Schutz gegenüber Tinte (die Schutzschicht B) auf der oberen Seite der Widerstandsschicht mit einer Schichtdicke von weniger als der Hälfte der im Stand der Technik verwendeten anzuordnen.
Unter Verwendung der gemäß vorstehender Beschreibung erhaltenen Heizelementbaugruppe wird ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß den 8A bis 8D hergestellt.
Ausführungsbeispiel 3
Ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf wird auf dieselbe Weise wie bei Ausführungsbeispiel 2 hergestellt, außer dass keine dünnen Schichtelektrodenschichten 6a und 6b bei dem ersten Schritt bereitgestellt werden. Wenn diesbezüglich ein reaktiver Ionenätzvorgang ausgeführt wird, wird die Ätzrate der SiO₂-Schicht im Voraus erhalten, und der Ätzvorgang wird lediglich für die zum Ätzen einer gegebenen Tiefe (1 μm) erforderliche Zeitdauer durchgeführt.
Ausführungsbeispiel 4
Erster Schritt: Gemäß 10A wird eine Wärmeansammlungsschicht 2 aus SiO₂ mittels einer Wärmeoxidation auf einem durch einen Siliziumwafer ausgebildeten Substrat 1 ausgebildet. Dann wird unter derselben Bedingung wie bei Ausführungsbeispiel 3 ein reaktiver Ionenätzvorgang für eine gegebene Zeitdauer gemäß vorstehender Beschreibung zur Ausbildung eines Grabens auf der Wärmeansammlungsschicht durch Entfernen eines Bereichs für die später auszubildenden Leiterbahnelektrodenschichten ausgeführt (vgl. 10B).
Zweiter Schritt: Auf der Wärmeansammlungsschicht 2 und ihrem Graben wird eine Aluminiumschicht (eine durch ein Material zur Verwendung für die Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildete Schicht 4) mittels eines Zerstäubungsvorgangs mit einer Dicke von 6000 Å ausgebildet (vgl. 10C).
Dritter Schritt: Dieses Substrat wird (bei 500°C für 45 Sekunden) kontinuierlich erwärmt, während es nicht der Außenluft ausgesetzt werden darf. Als Folge wird die Aluminiumschicht (die durch ein Material zur Verwendung für die Leiterbahnelektrodenschichten ausgebildete Schicht) dazu gebracht, lediglich in den Graben der bei dem ersten Schritt ausgebildeten Wärmeansammlungsschicht zu fließen. Somit wird die Oberfläche flach. Außerdem wird ein Paar Elektrodenschichten 5a und 5b ausgebildet (vgl. 10D).
Vierter Schritt: Auf den jeweiligen Oberflächen der Aluminiumleiterbahnelektrodenschichten (5a und 5b) und der freigelegten Wärmeansammlungsschicht 2 wird eine Widerstandsschicht 3 wie bei Ausführungsbeispiel 2 laminiert (vgl. 11E).
Fünfter Schritt: Als Schutzschichten wird eine Schutzschicht B (9b) zum Schutz gegen Tinte und eine Schutzschicht C (9c) zum Schutz gegen Aushöhlung nacheinander laminiert (vgl. 11F).
Mit der gemäß vorstehender Beschreibung erhaltenen Heizelementbaugruppe wird ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß den 8A bis 8D hergestellt.
Die Leistungsfähigkeiten der Heizelementbaugruppen und Tintenstrahlaufzeichnungsköpfe gemäß den Ausführungsbeispielen 1 bis 4 werden durch das nachstehend wiedergegebene Verfahren untersucht. Mit anderen Worten werden zunächst die Schutzschichten und Leiterbahnelektrodenabschnitte jeder Heizelementbaugruppe, die durch das Ausführen jedes Ausführungsbeispieles erhalten werden, inspiziert und im Hinblick auf Aluminiumhügel und fadenartige Aluminiumstrukturen untersucht. Dabei wurden nahezu keine Aluminiumhügel und fadenartige Strukturen für alle Heizelementbaugruppen gemäß allen Ausführungsbeispielen beobachtet. Sodann wurde jede durch das Ausführen jedes Ausführungsbeispiels erhaltene Heizelementbaugruppe in einem Schussbehälter mit Tinte der nachstehend wiedergegebenen Zusammensetzung darin bei 60°C für 24 Stunden belassen (die Elektrodenkontaktabschnitte waren jedoch durch Harz maskiert). Danach wurde deren Oberfläche inspiziert und im Hinblick auf Nadellöcher untersucht. Dabei wurde in einer Fläche von 1 mm × 1 mm nahezu keine Nadellöcher für alle Heizelementbaugruppen gemäß allen Ausführungsbeispielen beobachtet. Tintenzusammensetzung:

„Project fast black 2" (ICI) 3,0 Teile

Äthylenglykol 15,0 Teile

Natriumphosphat 0,2 Teile

Ammoniumphosphat 0,3 Teile

Natriumzitrat 0,2 Teile

Wasser 81,3 Teile
Danach wurde jeder durch das Ausführen jedes Ausführungsbeispiels erhaltene Tintenstrahlaufzeichnungskopf kontinuierlich unter der Bedingung angesteuert, dass die Impulsbreite auf 4,0 μs; die Ansteuerungsfrequenz auf 6,0 kHz; und der K-Wert (Ansteuerungsspannung/Aufschäumspannung) auf 1,3 eingestellt wurde. Es wurde bestätigt, dass selbst nach Tintenausstößen von 5 × 10⁸ Schüssen alle Tintenstrahlaufzeichnungsköpfe eine gute Druckbedingung bereitstellten.
Gemäß vorstehender Beschreibung demonstrierten alle Heizelementbaugruppen und Tintenstrahlaufzeichnungsköpfe gemäß den erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs durch Kombinieren von allen nachstehenden Schritten zur Herstellung eines Heizelementträgers, mit: (I) einem ersten Schritt zum Ausbilden einer Widerstandsschicht auf einem Substrat, die aus einem Wärmeerzeugungsabschnitt für die Zufuhr von Wärmeenergie an Tinte zum Ausstoßen der Tinte gebildet wird, sowie zum Strukturieren der Widerstandsschicht; (II) einem zweiten Schritt zum Ausbilden einer ersten Schutzschicht auf dem Substrat nach dem ersten Schritt, und zum Ausbilden eines Grabenabschnitts durch Entfernen von lediglich einem Bereichsabschnitt einer später auszubildenden Leiterbahnelektrodenschicht, bis die Widerstandsschicht freigelegt wird; (III) einem dritten Schritt zum Laminieren einer durch Material zur Verwendung für die Leiterbahnelektrodenschicht auf dem Substrat nach dem zweiten Schritt ausgebildeten Schicht, so dass, sie mit der Widerstandsschicht elektrisch verbunden wird; (IV) einem vierten Schritt zum kontinuierlichen Anwenden einer Wärmebehandlung auf eine Oberfläche des Substrats nach dem dritten Schritt, damit ermöglicht wird, dass die durch das Material zur Verwendung für die Leiterbahnelektrodenschicht ausgebildete Materialschicht lediglich in den Grabenabschnitt der bei dem zweiten Schritt ausgebildeten ersten Schutzschicht fließt, wobei eine flache Oberfläche ausgebildet wird, und als Folge davon zumindest ein Paar Leiterbahnelektrodenschichten in einem einkristallinen Zustand ausgebildet wird, die zwischen dem Paar Leiterbahnelektrodenschichten angeordnete Widerstandsschicht wird dabei als Wärmeerzeugungsabschnitt wie ein elektrothermisches Wandlerelement angeordnet; und (V) einem fünften Schritt nach dem vierten Schritt zum Ausbilden einer zweiten Schutzschicht zum Bedecken des elektrothermischen Wandlerelementes auf dem Substrat.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs nach Anspruch 1, wobei das Substrat mit einer Wärmeansammlungsschicht versehen wird, und die Widerstandsschicht auf der Wärmeansammlungsschicht bei dem ersten Schritt bereitgestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs durch Kombinieren von allen nachstehenden Schritten zur Herstellung eines Heizelementträgers, mit: (I) einem ersten Schritt zum Ausbilden einer ersten Schutzschicht auf eine derartige Weise, dass eine erste Leiterbahnelektrodenschicht bedeckt wird, nachdem eine erste Leiterbahnelektrodenschicht auf einem Substrat ausgebildet wurde, sowie zum Ausbilden eines Grabenabschnitts durch Entfernen lediglich eines Bereichsabschnittes einer zweiten Leiterbahnelektrodenschicht der ersten Schutzschicht, bis die erste Leiterbahnelektrodenschicht freigelegt wird; (II) einem zweiten Schritt zum Laminieren einer durch ein Material zur Verwendung für die zweite Leiterbahnelektrodenschicht ausgebildeten Schicht auf dem Substrat nach dem ersten Schritt; (III) einem dritten Schritt zum kontinuierlichen Anwenden einer Wärmebehandlung auf eine Oberfläche des Substrats nach dem zweiten Schritt, damit ermöglicht wird, dass die durch das Material zur Verwendung für die zweite Leiterbahnelektrodenschicht ausgebildete Schicht lediglich in den Grabenabschnitt der bei dem ersten Schritt ausgebildeten ersten Schutzschicht fließt, wobei die Oberfläche flach ausbildet wird, und als Folge davon zumindest ein Paar Leiterbahnelektrodenschichten in einkristallinem Zustand ausgebildet wird; (IV) einem vierten Schritt zum Laminieren einer Widerstandsschicht auf der flachen Oberfläche nach dem dritten Schritt, die einen Wärmeerzeugungsabschnitt für die Zufuhr von Wärmeenergie an Tinte zum Ausstoßen von Tinte bildet, so dass sie mit dem Paar Leiterbahnelektrodenschichten elektrisch verbunden ist, und dann zum Strukturieren der Widerstandsschicht, wobei als Folge davon die zwischen dem Paar Leiterbahnelektrodenschichten angeordnete Widerstandsschicht als der Wärmeerzeugungsabschnitt wie ein elektrothermisches Wandlerelement angeordnet wird; und (V) einem fünften Schritt zum Ausbilden einer zweiten Schutzschicht zum Bedecken des elektrothermischen Wandlerelementes auf dem Substrat nach dem vierten Schritt.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs nach Anspruch 3, wobei das Substrat bei dem ersten Schritt mit der Wärmeansammlungsschicht versehen wird.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs nach Anspruch 3, wobei vor dem Ausbilden der ersten Schutzschicht eine durch das Material zur Verwendung für die zweite Leiterbahnelektrodenschicht ausgebildete Dünnschicht für einen Bereich des Substrats zum Ausbilden von zumindest der zweiten Leiterbahnelektrodenschicht darauf bei dem ersten Schritt bereitgestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs nach Anspruch 4, wobei eine durch das Material zur Verwendung für die zweite Leiterbahnelektrodenschicht ausgebildete Dünnschicht für einen Bereich des Substrats zum Ausbilden von zumindest der zweiten Leiterbahnelektrodenschicht darauf nach dem Bereitstellen einer Wärmeansammlungsschicht aber vor dem Ausbilden der ersten Schutzschicht bei dem ersten Schritt bereitgestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs durch Kombinieren von allen nachfolgenden Schritten zur Herstellung eines Heizelementträgers, mit: (I) einem ersten Schritt zum Ausbilden einer Wärmeansammlungsschicht auf einem Substrat, sowie zum Ausbilden eines Grabenabschnitts durch Entfernen eines Ausbildungsbereichs für eine Leiterbahnelektrodenschicht der Wärmeansammlungsschicht; (II) einem zweiten Schritt zum Laminieren einer durch ein Material zur Verwendung für die Leiterbahnelektrodenschicht auf dem Substrat nach dem ersten Schritt ausgebildeten Schicht; (III) einem dritten Schritt zum kontinuierlichen Anwenden einer Wärmebehandlung auf eine Oberfläche des Substrats nach dem zweiten Schritt, damit ermöglicht wird, dass die durch das Material zur Verwendung für die Leiterbahnelektrodenschicht ausgebildete Schicht in den Grabenabschnitt der bei dem ersten Schritt ausgebildeten Wärmeansammlungsschicht fließt, wobei die Oberfläche flach ausbildet wird, und als Folge davon zumindest ein Paar Leiterbahnelektrodenschichten in einem einkristallinen Zustand ausgebildet wird; (IV) einem vierten Schritt nach dem dritten Schritt zum Laminieren einer Widerstandsschicht auf der flachen Oberfläche, die einen Wärmeerzeugungsabschnitt für die Zufuhr von Wärmeenergie an Tinte zum Ausstoßen der Tinte bildet, so dass sie mit dem Paar Leiterbahnelektrodenschichten elektrisch verbunden wird, und dann zum Strukturieren der Widerstandsschicht, wobei als Folge davon die zwischen dem Paar Leiterbahnelektroden angeordnete Widerstandsschicht als der Wärmeerzeugungsabschnitt wie ein elektrothermisches Wandlerelement angeordnet wird; und (V) einem fünften Schritt nach dem vierten Schritt zur Ausbildung einer Schutzschicht zum Bedecken des elektrothermischen Wandlerelementes auf dem Substrat.