DE69802478T2

DE69802478T2 - Herstellen eines Tintenkanals für einen Tintenstrahldruckkopf

Info

Publication number: DE69802478T2
Application number: DE69802478T
Authority: DE
Inventors: Naoto Kawamura
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2018-07-18
Also published as: JP2994344B2; JPH1199652A; EP0895866B1; US6019907A; DE69802478D1; TW400283B; EP0895866A2; US6158846A; EP0895866A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Herstellen monolithischer Tintenstrahldüsen für einen Tintenstrahldruckkopf und insbesondere auf das Herstellen eines Nachfüllkanals zum Bedienen mehrerer Reihen von Tintenstrahldüsen.
Ein thermischer Tintenstrahldruckkopf ist Teil eines Tintenstrahlstiftes. Der Tintenstrahlstift umfaßt üblicherweise ein Reservoir zum Lagern der Tinte, ein Gehäuse und den Tintenstrahldruckkopf. Der Druckkopf umfaßt eine Mehrzahl von Düsen zum Ausstoßen von Tinte. Eine Düse wirkt, indem sie ein kleines Volumen von Tinte sehr schnell in einer Düsenkammer erwärmt. Das Erwärmen bewirkt, daß die Tinte verdampft und durch eine Öffnung auf ein Druckmedium, wie z. B. ein Blatt Papier, ausgestoßen wird. Eine ordnungsgemäß aufeinanderfolgende Ausstoßung von Tinte aus einer Zahl von Düsen, die in einer Struktur angeordnet sind, bewirkt, daß Buchstaben oder andere Bilder auf das Papier gedruckt werden, wenn sich der Druckkopf bezüglich des Papiers bewegt.
Der Tintenstrahldruckkopf umfaßt einen oder mehrere Nachfüllkanäle zum Tragen von Tinte von dem Reservoir in die jeweiligen Düsenkammern. Herkömmlicherweise ist eine Düsenkammer durch eine Sperrschicht definiert, die auf ein Substrat aufgebracht ist. Die Nachfüllkanäle sind in dem Substrat gebildet. Zuführkanäle und Düsenkammern sind in der Sperrschicht gebildet. Ein jeweiliger Zuführkanal dient dazu, Tinte von dem Nachfüllkanal zu einer entsprechenden Düsenkammer- zu tragen. Ein Abfeuerungswiderstand befindet sich an der Basis der Düsenkammer. Wenn der Widerstand aktiviert ist, dient er dazu, die Tinte in der Düsenkammer zu erwärmen, was bewirkt, daß sich eine Dampfblase bildet, und die Tinte ausgestoßen wird. Für Dünnfilmwiderstandsdruckköpfe sind Widerstände durch ein Aufbringen verschiedener Passivierungs-, Isolierungs-, Widerstands- und Leitfähigkeitsschichten auf einem Siliziumchip gebildet. Der Chip und die Dünnfilmschichten bilden ein Substrat.
Eine Öffnungsplatte ist an dem Substrat angebracht. Düsenöffnungen sind in der Öffnungsplatte in Ausrichtung mit den Düsenkammern und den Abfeuerungswiderständen gebildet. Die Geometrie der Öffnungen beeinflußt die Größe, Bahn und Geschwindigkeit der Tintentropfenausstoßung. Öffnungsplatten sind oft aus Nickel gebildet und durch lithographische Galvanoformungsverfahren hergestellt. Ein Nachteil dieser Öffnungsplatten ist es, daß sie während ihrer Verwendung eine Neigung zum Abblättern haben. Ein Abblättern beginnt mit der Bildung von kleinen Lücken zwischen der Platte und dem Substrat, was oft durch (i) Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten und durch (ii) chemisch aggressive Tinten verursacht wird. Eine weitere Schwierigkeit liegt beim Erzielen einer Ausrichtung zwischen den Abfeuerungswiderständen und den Öffnungen der Öffnungsplatte.
Die Nachfüllkanäle in dem Substrat sind üblicherweise durch Sandstrahlen gebildet. Ein Nachteil des Sandstrahlens ist die Zeit und die Kosten, um jeweils einen Kanal zu einer Zeit zu bohren. Ein weiterer Mangel liegt darin, daß dieses Verfahren dazu führt, daß Sand und Teilchen in die Einrichtung gelangen, was eine potentielle Quelle von Verunreinigungen ist.
Ein monolithischer Ansatz zum Bilden von Tintenstrahldüsen ist in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/597,746 beschrieben, die am 07. Februar 1996 unter dem Titel "Solid State Ink Jet Print Head and Method of Manufacture" eingereicht wurde. Das Verfahren umfaßt licht-optische Abbildungsverfahren, die denen ähneln, die beim Herstellen von Halbleitereinrichtungen verwendet werden. Ein ähnliches Verfahren wird in der EP-A-0498293 verwendet. Ein Ausführungsbeispiel dieser. Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Bilden eines Nachfüllkanals in dem Siliziumchip eines monolithischen Druckkopfes. Dies ist besonders für ein Herstellen von Stiften gemäß existierenden Geometrieanforderungen bedeutend. Existierende Tintenstrahlstifte weisen spezifische Düsenabstände und Reihenausrichtungen (d. h. Geometrien) auf. Druckermodelle für derartige Stifte umfassen Drucksteuerungseinrichtungen, die programmiert sind, um Tintenstrahldüsenabfeuerungsstrukturen basierend auf derartigen Geometrien zeitlich abzustimmen. Ein ordnungsgemäßes zeitliches Abstimmen wird für eine ordnungsgemäße Plazierung und Bildung von Buchstaben und Markierungen auf einem Medienblatt benötigt. Ersatzstifte für derartige Tintenstrahldrucker werden oft benötigt, um einer derartigen Geometrie zu entsprechen, so daß das zeitliche Abstimmen, das von der Steuerung für den Ersatzstift implementiert ist, auch für eine ordnungsgemäße Plazierung und Bildung von Buchstaben und Markierungen auf einem Medienblatt funktioniert.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der Erfindung wird ein Nachfüllkanal für mehrere Reihen von Düsen in einem Siliziumchip durch ein Dünnen des Chips in der Umgebung der Reihen und durch ein folgendes Ätzen jeweiliger Gräben in dem gedünnten Abschnitt des Chips gebildet.
Ein exemplarischer Druckkopf umfaßt zwei Reihen von Düsen pro Farbe mit einem jeweiligen Tintennachfüllschlitz unten in der Mitte von zwei Reihen pro Farbe. Das Problem, das diese Erfindung angeht, liegt darin, wie ein Tintennachfüllschlitz zwischen den beiden Reihen gebildet werden soll, wenn eine Geometrie vorgegeben ist, die eine vorbestimmte Nähe der Reihen erfordert. Ein Verwenden eines herkömmlichen Ansatzes zum Bilden des Schlitzes in einem Chip mit herkömmlicher Dicke führt zu einer Dünnschichtbrücke über die Länge der Reihen entlang eines Abschnittes des Chips zwischen den Düsenreihen. Es ist aus Experimenten bekannt, daß derartige Dünnschichtbrücken ihre Robustheit verlieren und anfälliger für einen Schaden und ein Brechen sind. Folglich wird ein alternativer Ansatz zum Bilden des Nachfüllschlitzes benötigt.
Es ist auch bekannt, daß beim Bilden eines Grabens in der (100)-Ebene eines Siliziumchips die Wände mit einem Winkel (d. h., daß tatsächlich eine umgekehrte Pyramidengeometrie die Form des Grabens definiert) gebildet sind. Der Ausdruck (100) bezieht sich auf die (100)-Ebene des Kristallgitters des Siliziumchips. Bei einem herkömmlichen Abstand der Düsenreihen (z. B. etwa 700 Mikrometer) auf einem Standard-6- Zoll-Wafer oder einem Wafer, der dicker als 250 Mikrometer ist, würden sich die gewinkelten Wände überlappen, und die Bildung von getrennten Gräben ausschließen. Es ist vorstellbar, daß der Graben in einem < 110> -Wafer gebildet werden könnte, um vertikale Wände und Geometrien zu erreichen. Die Feldeffekttransistoren (FET) auf einem < 110> -Wafer sind unerwünschterweise jedoch langsamer als FET auf einem < 100> -Wafer. Folglich ist die Verwendung des < 100> -Wafers wünschenswert, wobei ein alternatives Verfahren zum Bilden eines Tintennachfüllschlitzes in der (100)-Ebene benötigt wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Maske auf die Chipoberfläche an einer Oberfläche gegenüber der Oberfläche angewendet, an der sich die Düsen befinden sollen. Der Chip wird dann an dem nicht abgedeckten Bereich gedünnt, wobei ein erster Graben mit einer ersten Tiefe in dem Chip auf der Seite des Chips übrig bleibt, die der Seite gegenüberliegt, an der sich die Düsen befinden sollen. Der erste Graben weist für ein Ausführungsbeispiel gewinkelte Seitenwände auf, bei dem derselbe in der (100)-Ebene geätzt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine zweite Maske entlang der Wände des ersten Grabens angewendet. Ein Photoresist wird ebenfalls verwendet. In dem Photoresist werden dann Fenster gebildet, wobei eines mit jeder Reihe von Düsen ausgerichtet ist. Die Maske wird dann in die Fenster geätzt, wobei zwei jeweilige Abschnitte der Wände des ersten Grabens zum Vorschein kommen. Zwei Gräben werden dann durch die Fenster geätzt, um einen zweiten Graben und einen dritten Graben in dem ersten Graben zu bilden. Der zweite Graben bzw. der dritte Graben ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in der (100)-Ebene gebildet und weist so die Geometrie einer umgekehrten Pyramide auf. Jeweilige Öffnungen, die in dem Boden (oder der Decke) des zweiten bzw. dritten Grabens gebildet sind, koppeln die Gräben mit jeweiligen Düsenkammerstellen. Derartige Öffnungen sind die Zuführkanäle für die jeweiligen Düsen. Jeweilige Düsen einer Reihe von Düsen sind entweder mit dem zweiten Graben oder dem dritten Graben durch entsprechende Öffnungen/Zuführkanäle gekoppelt. Jeweilige Düsen der anderen Reihe von Düsen sind mit dem jeweils anderen Graben des zweiten Grabens und des dritten Grabens durch entsprechende Öffnungen/Zuführkanäle gekoppelt.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die existierenden Tintenstrahldruckkopfdüsengeometrien für eine monolithische Tintenstrahlarchitektur erzielt werden, selbst wenn der Reihenabstand klein ist. Ein Vorteil liegt darin, daß Tintenstrahlstifte, die die monolithische Architektur verwenden, als Ersatzstifte für die Drucker dienen können, die programmiert sind, um Düsenabfeuerungen basierend auf derartigen existierenden Geometrien zeitlich abzustimmen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die monolithische Architektur eine erhöhte nutzbare Lebenszeit des Stiftes ermöglicht und vorherige Quellen für Fehler oder Ausfall vermeidet. Diese und weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden bezugnehmend auf die folgende detaillierte Beschreibung gemeinsam mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahlstiftes, der einen Druckkopf aufweist, der gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung gebildet ist.
Fig. 2 ist ein Diagramm eines Düsenstrukturentwurfs für ein Ausführungsbeispiel des Druckkopfes aus Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Schnittseitenansicht eines Abschnittes des Druckkopfes auf Fig. 1, die zwei Düsen aus jeweiligen Düsenreihen zeigt.
Fig. 4 ist eine Schnittdraufsicht des Substratabschnittes aus Fig. 3.
Fig. 5a-5g zeigen die Druckkopfbildung bei verschiedenen Herstellungsschritten gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
Fig. 6a-6d zeigen die Bildung des Tintennachfüllkanals für den Druckkopf der Fig. 5a-5g.

Beschreibung spezifischer Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt einen thermischen Tintenstrahlstift 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Der Stift 10 umfaßt einen Druckkopf 12, ein Gehäuse 14 und ein inneres Reservoir 15. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt der Druckkopf 12 mehrere Reihen von Düsen 16. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Reihen 18,20 versetzt angeordnet, um einen Satz von Reihen 22 zu bilden, während zwei andere Reihen 18,20 versetzt sind, um einen weiteren Satz von Reihen 24 zu bilden. Das Reservoir 50 steht in physikalischer Verbindung mit den Düsen 16 und ermöglicht es, daß Tinte von dem Reservoir 15 in die Düsen 16 fließt. Eine Druckersteuerungsvorrichtung (nicht gezeigt) steuert das Abfeuern der Düsen 16, um Tinte auf ein Druckmedium (nicht gezeigt) auszustoßen.
Fig. 3. zeigt einen Abschnitt des Druckkopfes 12, der eine Düse 16 aus jeder Reihe 18,20 eines Satzes von Reihen 22/24 umfaßt. Der Druckkopf 12 umfaßt einen Siliziumchip 25, eine Dünnfilmstruktur 27 und eine Öffnungsschicht 30. Der Siliziumchip 25 schafft eine Festigkeit und dient tatsächlich als ein Chassis für andere Abschnitte des Druckkopfes 12. Ein Tintennachfüllkanal 29 ist in dem Chip 25 gebildet. Die Dünnfilmstruktur 27 ist auf dem Chip 25 gebildet und umfaßt verschiedene Passivierungs-, Isolierungs- und Leitfähigkeitsschichten. Ein Abfeuerungswiderstand 26 und leitfähige Leiterbahnen 28 (s. Fig. 4) sind in der Dünnfilmstruktur 27 für jede Düse 16 gebildet. Die Öffnungsschicht 30 ist an der Dünnfilmstruktur 27 gegenüber dem Chip 25 gebildet. Die Öffnungsschicht 30 weist eine äußere Oberfläche 34 auf, die während einer Operation in Richtung eines Medienblattes zeigt, auf das Tinte gedruckt werden soll. Düsenkammern 36 und Düsenöffnungen 38 sind in der Öffnungsschicht 30 gebildet.
Jede Düse 16 umfaßt einen Abfeuerungswiderstand 26, eine Düsenkammer 36, eine Düsenöffnung 38 und einen oder mehrere Zuführkanäle 40. Ein Mittelpunkt des Abfeuerungswiderstandes 26 definiert eine Normalachse 42, um die Komponenten der Düse 16 ausgerichtet sind. Es wird insbesondere bevorzugt, daß sich der Abfeuerungswiderstand 26 in der Mitte der Düsenkammer 36 befindet und mit der Düsenöffnung 38 ausgerichtet ist. Die Düsenkammer 36 weist bei einem Ausführungsbeispiel eine Kegelstumpf-Form auf. Einer oder mehrere Zuführkanäle 40 oder Durchgangslöcher sind in der Dünnfilmstruktur 27 und dem Chip 25 gebildet, um die Düsenkammer 36 mit dem Nachfüllkanal 29 zu koppeln. Die Zuführkanäle 40 sind von dem unteren Umfang 42 der Düsenkammer eingeschlossen, so daß die Tinte, die durch einen bestimmten Zuführkanal 40 fließt, ausschließlich für eine entsprechende Düsenkammer 36 bestimmt ist.
Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die Zuführkanäle 40 um den Abfeuerungswiderstand 26 verteilt, was es ermöglicht, daß leitfähige Leiterbahnen 28 einen elektrischen Kontakt zu gegenüberliegenden Kanten des geradlinigen Widerstandes schaffen. Die benachbarten Düsenkammern 38 einer bestimmten Reihe und zwischen Reihen sind durch eine feste Trennwand der Öffnungsschicht 30 voneinander getrennt. Keine Tinte fließt direkt von einer Kammer 36 durch die Öffnungsschicht 30 in eine andere Kammer 36.
Bezug nehmend auf Fig. 3 bedient ein Nachfüllkanal 29 beide Reihen 18,20 eines gegebenen Satzes von Reihen 22/24. Bei einem Ausführungsbeispiel gibt es einen Tintennachfüllkanal 29, der den Satz von Reihen 22 bedient, und einen anderen Nachfüllkanal 29, der den anderen Satz von Reihen 24 bedient. Ein gegebener Tintennachfüllkanal 29 umfaßt eine breite Öffnung 44, die nach innen entlang der Querschnittsdistanz von einer Unteroberfläche 46 des Chips 25 in Richtung der Dünnfilmstruktur 27 spitz zuläuft. Zwei Schlitze sind in dem Kanal 29 gebildet. Ein erster Schlitz 48 ist mit einer Reihe 18 der Reihen 18,20 ausgerichtet, während ein zweiter Schlitz 50 mit der anderen Reihe 20 der Reihen 18,20 ausrichtet ist. Jeder Schlitz 48,50 läuft nach innen entlang einer Querschnittsdistanz in Richtung der Dünnfilmstruktur 27 spitz zu.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Chip 25 ein Siliziumchip, der etwa 675 Mikrometer dick ist. Glas oder ein stabiles Polymer werden anstelle des Siliziums bei anderen Ausführungsbeispielen verwendet. Die Dünnfilmstruktur 27 ist durch eine oder mehrere Passivierungs- oder Isolierungsschichten gebildet, die aus Siliziumdioxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Tantal, Polysiliziumglas oder einem weiteren geeigneten Material gebildet sind. Die Dünnfilmstruktur umfaßt auch eine leitfähige Schicht zum Definieren des Abfeuerungswiderstandes und zum Definieren der leitfähigen Leiterbahnen. Die leitfähige Schicht ist aus Tantal, Tantal-Aluminium oder einem anderen Metall oder einer Metall-Legierung gebildet. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Dünnfilmstruktur etwa 3 Mikrometer dick. Die Öffnungsschicht weist eine Dicke von etwa 10 bis 30 Mikrometer auf. Die Düsenöffnung 38 weist einen Durchmesser von etwa 10 bis 30 Mikrometer auf. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Abfeuerungswiderstand 26 annähernd ein Quadrat mit einer Seitenlänge von etwa 10 bis 30 Mikrometer. Die Basisoberfläche 42 der Düsenkammer 36, die den Abfeuerungswiderstand 26 trägt, weist einen Durchmesser auf, der etwa zweimal so groß wie die Länge des Widerstandes 26 ist. Bei einem Ausführungsbeispiel definiert ein 54-Grad-Ätzen die Wandwinkel für die Öffnung 44, den ersten Schlitz 48 und den zweiten Schlitz 50. Obwohl exemplarische Abmessungen und Winkel gegeben sind, können derartige Abmessungen und Winkel für verschiedene Ausführungsbeispiele variieren.

Herstellungsverfahren

Die Fig. 5a-g und 6a-d zeigen eine Herstellungssequenz für das Ausführungsbeispiel des monolithischen Druckkopfes der Fig. 1 bis 4. Fig. 5a zeigt einen Siliziumchip 25. Eine Dünnfilmstruktur 27 aus einer oder mehreren Passivierungs-, Isolierungs- und Leitfähigkeitsschichten ist in Fig. 5b angebracht. Der Widerstand 26 und leitfähige Leiterbahnen 28 (nicht gezeigt) sind in Fig. 5c angebracht. In Fig. 5d sind die Zuführkanäle 40 geätzt (z. B. ein isotropisches Verfahren). Alternativ werden die Zuführkanäle 40 mit Hilfe eines Lasers gebohrt oder durch ein weiteres geeignetes Herstellungsverfahren gebildet.
Bei einem Ausführungsbeispiel (s. Fig. 5e) ist ein kegelstumpfförmiger Dorn 52 über jedem Widerstand 26 in der Form der gewünschten Abfeuerungskammer gebildet. In Fig. 5f ist die Öffnungsschicht 30 auf die Dünnfilmstruktur 27 bis zu einer Dicke aufgebracht, die mit dem Dorn 52 bündig ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Öffnungsschicht durch ein Elektroplattierungsverfahren-aufgebracht, bei dem das Substrat in einen Elektroplattierungsbehälter getaucht wird. Das Material (z. B. Nickel) bildet sich auf der Dünnfilmstruktur um den Dorn 52. In Fig. 5g ist das Dornmaterial aus der Öffnungsschicht geätzt oder gelöst, wobei die Düsenkammer 36 zurückbleibt.
Die Fig. 6a-6d zeigen die Schritte zum Herstellen des Tintennachfüllkanals 29 für einen bestimmten Satz 22/24 von Reihen 18,20. Nachdem eine Hartmaske und die Photoresistschicht auf dem Chip 25 aufgebracht sind, und ein Fenster in der Hartmaske gebildet ist, wird ein erster Graben 44 in den Chip 25 an einer Oberfläche gegenüber der Dünnfilmstruktur 27 geätzt, wie in Fig. 6a dargestellt ist. Als nächstes werden eine Hartmaske 54 und eine Photoresistschicht 56 auf dem Chip zumindest entlang der Wände des ersten Grabens 44 angebracht, wie in Fig. 6b gezeigt ist. Als nächstes werden jeweilige Abschnitte der Photoresistschicht 56 freigelegt, um ein erstes Fenster 58 und ein zweites Fenster 60 zu definieren. Die Hartmaske wird dann in die Fenster 58,60 geätzt. Wenn die Fenster gebildet sind, wird das Photoresist entfernt. Fig. 6c zeigt den Druckkopf 12, wobei die Fenster 58,60 gebildet sind. Der verbleibende Abschnitt des ersten Grabens 44 ist weiterhin mit der Hartmaske 54 bedeckt. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die Hartmaske aus einem Metall, Nitrid, Oxid, Carbid oder einer anderen Hartmaske gebildet. Alternativ ist die Hartmaske durch ein lichtabbildbares Epoxid gebildet. Für das Ausführungsbeispiel des lichtabbildbären Epoxids wird keine separate Photoresistschicht benötigt. Fenster in dem Epoxid sind definitionsgemäß lichtabbildbar. Die Fenster 58,60 sind in dem Epoxid durch Lichtabbildungsverfahren gebildet. Das Epoxid jedoch widersteht der Ätzchemie und bleibt so während des nachfolgenden Ätzens an seiner Stelle um die Fenster.
Als nächstes werden ein zweiter Graben 48 und ein dritter Graben 50 geätzt, wie in Fig. 6d gezeigt ist. Der zweite Graben 48 wird durch das erste Fenster 58 durch den gesamten Chip 25 oder bis zu einer vorgegebenen Tiefe geätzt. Die vorgegebene Tiefe hinterläßt eine dünne Brücke des Siliziumchips 25 neben der Dünnfilmstruktur 27, die unter der Düsenkammer 36 liegt. Zusätzlich legt ein derartiger zweiter Graben 48 die Zuführungskanäle 40 frei, die vorher gebildet wurden (vgl. Fig. 5d). Der dritte Graben 50 wird auch durch ein zweites Fenster 60 durch den gesamten Chip 25 oder bis zu der vorgegebenen Tiefe geätzt. Ein dritter derartiger Graben 50 legt die Zuführkanäle 40 frei, die vorher gebildet wurden (s. Fig. 5d). Der Rest der Hartmaske 54 wird dann entfernt, wobei der hergestellte Druckkopf, der in den Fig. 2 bis 4 gezeigt ist, zurückbleibt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Siliziumchip bei der < 100> -Richtung des Chips 25 geätzt. Als ein Ergebnis umfassen die Gräben 44,48,50 gewinkelte Seitenwände. Tatsächlich definiert die Geometrie einer umgekehrten Pyramide die Form der Gräben 48,50. Der Ausdruck < 100> bezieht sich auf die < 100> -Richtung des Kristallgitters des Siliziumchips.

Verdienstvolle und vorteilhafte Auswirkungen

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die existierenden Geometrien der Tintenstrahldruckkopfdüsen für eine monolithische Tintenstrahlarchitektur beibehalten werden. Ein Vorteil liegt darin, daß Tintenstrahlstifte, die die monolithische Architektur verwenden, als Ersatzstifte für die Drucker basierend auf Druckoperationen bei derartigen existierenden Geometrien dienen können. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die monolithische Architektur eine erhöhte nutzbare Lebensdauer des Stiftes ermöglicht und vorhergehende Quellen von Fehler und Ausfall vermeidet.
Obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, können verschiedene Alternativen, Modifikationen und Äquivalente verwendet werden. Deshalb soll die obige Beschreibung nicht als eine Einschränkung des Bereichs der Erfindung gesehen werden, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Ein Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahldruckkopfes (12), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Aufbringen einer Passivierungsschicht (27) auf einen Chip (25);

Aufbringen eines Arrays von Abfeuerungswiderätänden (26) und Verdrahtungsleitungen (26) auf die Passivierungsschicht;

für jeden Abfeuerungswiderstand, Aufbringen eines Dorns (52) über dem Abfeuerungswiderstand;

Aufbringen einer Öffnungsschicht (30) um die Dorne;

Entfernen des Dornmaterials, um jeweilige Tintenstrahldüsenkammern (36) und Düsenöffnungen (38) zu bilden;

Ätzen des Chips (25) an einer Seite, die gegenüber der Passivierungsschicht liegt, um einen ersten Graben (44) bis zu einer ersten Tiefe zu bilden, wobei der erste Graben erste Grabenwände aufweist;

Aufbringen einer Maske (54) und einer Photoresistschicht (56) entlang der Wände des ersten Grabens;

Bilden eines ersten Fensters (58) und eines zweiten Fensters (60) durch die Photoresistschicht und Freilegen mittels einer Maske eines ersten Abschnitts der Wände des ersten Grabens und eines zweiten Abschnitts der Wände des ersten Grabens;

Ätzen bis zu einer zweiten Tiefe durch das erste Fenster, um einen zweiten Graben (48) zu bilden;

Ätzen bis zu der zweiten Tiefe durch das zweite Fenster, um einen dritten Graben (50) zu bilden;

Entfernen der verbleibenden Abschnitte der Maske.

2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Passivierungsschicht Teil einer Dünnfilmstruktur ist, die zwischen dem Chip und der Öffnungsschicht angebracht ist.

3. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der hergestellte Druckkopf ein monolithischer Druckkopf ist.

4. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner folgende Schritte aufweist:

Bilden einer Mehrzahl von ersten Durchöffnungen (40), wobei jede der Mehrzahl der ersten Durchöffnungen den zweiten Graben mit einer jeweiligen Düsenkammer einer ersten Mehrzahl von Düsenkammern koppelt, die in der Öffnungsschicht gebildet sind;

Bilden einer Mehrzahl von zweiten Durchöffnungen (40), wobei jede der Mehrzahl der zweiten Durchöffnungen den dritten Graben mit einer jeweiligen Düsenkammer einer zweiten Mehrzahl von Düsenkammern koppelt, die in der Öffnungsschicht gebildet sind.

5. Ein Tintenstrahlstift (10) mit folgenden Merkmalen:

einem Stiftkörper (14), der einen Bereich eines inneren Reservoirs (15) aufweist; und

einem monolithischen Druckkopf (12), der einen Chip (25), eine Dünnfilmstruktur (27) und eine Öffnungsschicht (30) aufweist, wobei die Dünnfilmstruktur an einer Seite des Chips gebildet ist, und wobei die Öffnungsschicht an einer Seite der Dünnfilmstruktur, die gegenüber dem Chip liegt, gebildet ist;

wobei jeweilige Düsen (16) in dem Druckkopf gebildet sind, wobei jede Düse eine Düsenkammer (36) und einen Abfeuerungswiderstand (26) umfaßt, wobei die Öffnungsschicht Öffnungen (38) aufweist, wobei jede Öffnung mit einer entsprechenden Düsenkammer ausgerichtet ist, wobei die jeweiligen Düsen in mehreren Reihen (18, 20) gebildet sind, und wobei ein Nachfüllschlitz (29) in dem Chip für benachbarte Reihen der mehreren Reihen gebildet ist, wobei der Nachfüllschlitz in dem Chip an einer Seite gegenüber der Dünnfilmstruktur durch ein erstes Dünnen des Chips an der gegenüberliegenden Seite und dann durch Bilden eines Grabens (48) in dem gedünnten Abschnitt für eine der benachbarten Reihen und eines anderen Grabens (50) in dem gedünnten Abschnitt für eine weitere der benachbarten Reihen gebildet ist, und wobei jeweilige Zuführkanäle (40) für jede Düse der benachbarten Reihen gebildet sind, wobei jeder Zuführkanal eine entsprechende Düsenkammer mit entweder dem Graben oder dem anderen Graben koppelt.