DE69826428T2

DE69826428T2 - Druckkopfspannungsentlastung

Info

Publication number: DE69826428T2
Application number: DE69826428T
Authority: DE
Inventors: Steven Robert Lexington Komplin; Ashok Murthy; Michael Lexington Raulinaitis; Gary Raymond Lexington Williams
Original assignee: Lexmark International Inc
Current assignee: Lexmark International Inc
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2018-12-16
Also published as: US6106096A; CN1101755C; EP0925932B1; TW418160B; JPH11263015A; KR19990063070A; CN1229727A; EP0925932A2; DE69826428D1; EP0925932A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine verbesserte Druckkopfkonstruktion für einen Tintenstrahldrucker und ein Verfahren zum Verringern von thermischer und/oder mechanischer Spannung in einer Verbunddruckkopfstruktur.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Tintenstrahldruckköpfe sind Verbundstrukturen, die herkömmlicherweise hergestellt werden, indem eine Metall- oder Kunststoffdüsenplatte entweder direkt unter Verwendung eines Klebstoffs an ein Halbleitersubstrat bondiert wird oder indem die Düsenplatte an eine Polymerschicht bondiert wird, die auf dem Substrat abgelagert oder daran bondiert ist. Die Polymerschicht kann vor oder nach Bondieren am Substrat bemustert werden, um Tintenstrommerkmale bereitzustellen, die Tinte zu den Gebieten des Druckkopfs liefern, die veranlassen, dass die Tinte durch die Düsenplatte zu einem Druckmedium ausgestoßen wird.
Um eine Düsenplatte an der Polymerschicht zu bondieren, werden auf die Düsenplatte und das Substrat Wärme und Druck aufgebracht. Weil jedes von der Düsenplatte, Polymerschicht und Substratmaterial häufig einen unterschiedlichen Elastizitätsmodul und Wärmeausdehnungskoeffizient aufweisen, neigen die Materialien des Druckkopfverbundteils dazu, sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und um unterschiedliche Beträge zu expandieren und zu kontrahieren, wenn sie erwärmt und/oder gekühlt werden. Die ungleichförmige Expansion und/oder Kontraktion der Bauteile während des Bondierungsprozesses induzieren Spannungen, die die Bauteile verwerfen, wodurch eine Fehlausrichtung und Spannungen hervorgerufen werden, was die Neigung für die Bauteile erhöht, um während Zusammenbau und Verwendung des Druckkopfs zu zerbrechen. Eine Bauteilfehlausrichtung und/oder -verwerfung kann zum Fehlfeu ern des Druckkopfs führen oder dazu, dass Tinte von dem Druckkopf fehlgelenkt wird.
Wenn die Anzahl von Düsenlöchern zunimmt und die Größe der Löcher abnimmt, wird die kritische Bedeutung einer Bauteilausrichtung für das richtige Funktionieren des Druckers wesentlich wichtiger. Druckkopfstrukturen, welche verworfen sind oder welche Bauteile enthalten, die nicht richtig ausgerichtet sind, führen zu einer signifikant verringerten Druckerleistungsfähigkeit und Qualität.
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Bauteilausrichtung in einer Druckkopfstruktur zu verbessern.
Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, thermische Spannungen in Druckkopfbauteilen während ihres Zusammenbaus zu verringern.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen weniger kostspieligen Herstellungsprozess für Druckkopfbauteile bereitzustellen, der verhältnismäßig weniger thermische Spannungen in den Bauteilteilen desselben induziert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf die obigen und andere Vorteile stellt die Erfindung eine Druckkopfverbundstruktur bereit, umfassend ein Halbleitersubstrat, das Energiebeaufschlagungsbauelemente für Tinte und eine elektrische Bahnführung, die damit verbunden ist, auf einer Oberfläche des Substrats enthält, eine Dickfilmpolymerschicht benachbart zur Energiebeaufschlagungsoberfläche des Substrats und eine Düsenplatte, die an der Polymerschicht angebracht ist. Die Polymerschicht weist eine ausreichende Dicke und Größe auf, die geeignet sind, um eine Mehrzahl von Tintenkammern und Tintenstromkanälen und eine Mehrzahl von Tälern in einem Bereich der Polymerschicht benachbart zu den Tintenkammern zu enthalten, welche Täler ausreichen, um thermisch induzierte Spannungen in der Poly merschicht während eines Prozesses zum Bondieren der Düsenplatte an der Polymerschicht zu hemmen.
In einer anderen Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfs bereit, das umfasst: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats, das eine elektrische Bahnführung enthält, die mit Energiebeaufschlagungsbauelementen für Tinte auf einer Oberfläche des Substrats verbunden ist, Aufbringen einer Polymerschicht auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats, wobei die Polymerschicht eine Dicke aufweist, die zwischen etwa 2 und etwa 50 Mikrometern, vorzugsweise zwischen etwa 10 und etwa 30 Mikrometern, liegt, Behandeln der Polymerschicht in einem oder mehreren Schritten, um Tintenkammern und Tintenstromkanäle darin zum Strom von Tinte zu den Energiebeaufschlagungsbauelementen bereitzustellen und um Täler benachbart zu den Tintenkammern zu erzeugen, und Bondieren einer metallbeschichteten Düsenplatte benachbart zur Polymerschicht unter Verwendung von Wärme, wodurch ein Tintenstrahldruckkopf gebildet wird, wobei die Täler von einer Größe und in einem Bereich der Polymerschicht lokalisiert sind, dass es ausreicht, um thermische Spannungen in der Polymerschicht während des Bondierungsprozesses zu minimieren.
In noch einer anderen Ausführungsform stellt die Erfindung eine thermische Tintenstrahldruckerpatrone bereit, die umfasst: einen Tintenreservoirkörper, elektrische Kontakte zum Verbinden der Patrone mit einem Drucker und einer Druckkopfstruktur, die an einer elektrischen Automatikfolienbondierungs-Schaltung angebracht ist, die die Kontakte enthält, wobei die Druckkopfstruktur umfasst: ein Halbleitersubstrat mit Wärmewiderstandselementen und elektrischen Leiterbahnen auf seiner tintenbenetzbaren Oberfläche und einem Tintenweg durch es hindurch, eine Fotoresistdickfilm-Polymerschicht, die benachbart zur tintenbenetzbaren Oberfläche des Substrats angebracht ist, und eine Metall-, metallbeschichtete oder Kunststoff-Düsenplatte, die an der Polymerschicht angebracht ist, wobei die Polymerschicht eine Vielzahl von Tintenstromkanälen enthält, die von einem Einlasstintengebiet zu Tintenkammern benachbart zum Einlasstintengebiet führen. Die Polymerschicht enthält auch eine Mehrzahl von Hohlräumen in einem Bereich der Polymerschicht benachbart zu den Tintenkammern, wobei die Hohlräume eine Größe aufweisen, die ausreicht, um thermische Spannungen in der Druckkopfstruktur während eines Herstellungsprozesses dafür zu hemmen.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Täler oder Hohlräume, die für verringerte thermische Spannungen während des Prozesses eines Bondierens der Düsenplatte an der Polymerschicht sorgen, in der Polymerschicht gebildet werden, statt in der Düsenplatte, wodurch der Herstellungsprozess vereinfacht wird. Weiter können die Täler oder Hohlräume zur selben Zeit oder im Wesentlichen selben Zeit erzeugt werden wie die Erzeugung von anderen Strommerkmalen in der Dickfilm- oder Polymerschicht, wodurch die Anzahl von Prozessschritten verringert wird, verglichen mit einem Erzeugen einer Metalloder metallbeschichteten Düsenplatte und Bilden der Täler oder Hohlräume in der Düsenplatte unter Verwendung eines separaten Maschinenbearbeitungsschritts.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch Bezug auf die ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen bei Betrachtung in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen ersichtlich, die nicht maßstabsgerecht sind, um die Einzelheit besser darzustellen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente überall in den mehreren Ansichten bezeichnen.
1 ist eine Querschnittsansicht von einem Ende einer Druckkopfstruktur gemäß der Erfindung durch Tintenstromgebiete der Struktur;
die 2 und 2A sind nicht maßstabsgerechte Draufsichten auf Druckkopfstrukturen gemäß der Erfindung;
3 ist eine nicht maßstabsgerechte teilweise Seiten ansicht einer Druckkopfverbundstruktur gemäß der Erfindung;
die 4 und 5 sind nicht maßstabsgerechte vergrößerte Ansichten von Teilen von Druckkopfverbundstrukturen gemäß der Erfindung; und
6 ist eine nicht maßstabsgerechte vergrößerte Ansicht eines Teils von Dickfilmpolymermaterial, die die Wirkung eines Seitenverhältnisses auf die Tiefe des Tals veranschaulicht, das in der Polymerschicht gebildet ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit Bezug nun auf die Figuren ist 1 eine Querschnittsansicht von einem Ende einer Druckkopfverbundstruktur 10 gemäß der Erfindung. Die Druckkopfstruktur 10 umfasst ein Halbleitersubstrat 12, vorzugsweise ein Einkristallsiliziumsubstrat, das einen Tintenstromdurchlass oder Weg 14 zum Strom von Tinte von einem Tintenreservoir zu dem Energiebeaufschlagungsgebiet des Druckkopfs, das allgemein mit 16 bezeichnet ist, enthalten kann. Die Erfindung ist nicht auf einen Strom von Tinte von einem mittigen Weg im Substrat beschränkt, da die Tinte auch dazu veranlasst werden kann, um um die Ränder des Substrats in das Energiebeaufschlagungsgebiet des Druckkopfs zu fließen. Das Energiebeaufschlagungsgebiet 16 enthält vorzugsweise Widerstandsheizer 18A und 18B oder andere Energiebeaufschlagungsbauelemente, um zu veranlassen, dass Tinte, die sich in Tintenkammern 20A und 20B angesammelt hat, durch Düsenlöcher 24A und 24B in einer Düsenplatte 26 ausgestoßen wird.
Das Halbleitersubstrat 12 ist vorzugsweise ein Einkristallsiliziumsubstrat, das als eines von einer Mehrzahl von einzelnen Substraten auf einem Siliziumwafer definiert ist. Wie beschrieben, kann der Siliziumwafer gemustert sein, um Tintenwege 14 in jedem von den Substraten zum Strom von Tinte von einem Reservoir zu einer tintenbenetzbaren Oberfläche des Substrats bereitzustellen. Eine elektrische Bahnführung und Kontakte werden auch auf den einzelnen Substraten abgelagert, um eine elektrische Verbindung zwischen den Energiebeauf schlagungsbauelementen, wie z. B. den Widerstandsheizern 18A und 18B, und einem Druckerkontroller bereitzustellen. Um geeignete Tintenstrommerkmale bereitzustellen, wird vorzugsweise eine Polymerschicht 22 auf dem Wafer abgelagert oder daran angebracht, so dass Strommerkmale für die einzelnen Druckkopfstrukturen darin bemustert werden können.
Die Strommerkmale, die in der Polymerschicht 22 bereitgestellt werden, umfassen die Tintenkammern 20A und 20B, und zugeordnete Stromkanäle, die gebildet werden, können in einem mittigen Gebiet der Polymerschicht 22 gebildet werden, so dass Tintenstromkanäle in Stromverbindung mit den Tintenkammern 20A und 20B und einem mittigen Tinteneinlassgebiet 28 stehen, das sich in Stromverbindung von dem mittigen Tintenweg 14 im Substrat befindet. Im Fall von Tintenstrom um die Ränder des Substrats sind die Tintenstromkanäle in der Nähe der Ränder der Polymerschicht 22 positioniert, und das mittige Tinteneinlassgebiet 28 ist nicht erforderlich. Der Einfachheit halber werden die Druckkopfstrukturen mit Bezug auf eine einzige Druckkopfstruktur auf dem Wafer beschrieben. Jedoch versteht es sich, dass vorzugsweise mehrere Druckkopfstrukturen auf einmal auf dem Siliziumwafer gebildet werden, und sobald die Strukturen vollständig sind, werden sie von dem Wafer entfernt und zusammen mit der Polymerschicht an ein Druckkopfgebiet einer Druckerpatrone angebracht.
Die Polymerschicht 22 kann eine Einfach- oder Mehrfachpolymerschicht sein, wobei jede Schicht fotoabbildbare Polymermaterialien sind, die aus positiven und negativen Fotoresistmaterialien ausgewählt sind, wie z. B. Fotoresists auf Polydimethylglutarimid (PMGI)-Basis, Fotoresists auf Polymethylmethacrylat (PMMA)-Basis, PMGI-PMMA-Copolymer-Fotoresists, Fotoresists vom Phenolformaldehydtyp, und fotozersetzbare Polymerverbindungen, die von Vinylketon abgeleitet sind, oder ein durch Laserablation abtragbares Material, wie z. B. Polyimid. Die Polymerschicht 22 kann als ein Trockenfilm am Substrat 12 klebend gebunden sein oder kann auf dem Substrat 12 von einer Lösung unter Verwendung von Schleuderbeschichtungstechniken beschichtet sein. Ein in den B-Zustand bringbarer Klebstoff kann als die Polymerschicht oder als eine von den Polymerschichten verwendet werden, um die Polymerschicht und die Düsenplatte klebend aneinander zu bondieren.
Es wird bevorzugt, die Polymerschicht 22 mit den Strommerkmalen zu bemustern, nachdem die Schicht auf dem Substrat 12 aufgebracht ist, jedoch ist die Erfindung nicht auf ein Bemustern der Schicht 22, nachdem sie auf dem Substrat aufgebracht ist, beschränkt, noch ist die Erfindung auf eine einzige Polymerschicht beschränkt. Mehrere Polymerschichten 22, die aus demselben oder unterschiedlichen Materialien bestehen, können verwendet werden, um die Strommerkmale und andere Aspekte der Erfindung bereitzustellen.
Um eine aus einem Fotoresistmaterial hergestellte Polymerschicht 22 zu bemustern, wird die Schicht vorzugsweise einer Licht- oder Elektronenstrahl-Strahlungsquelle, vorzugsweise einer Ultraviolettlichtquelle, durch eine Maske in einem Muster ausgesetzt, das die Tintenkammern 20A und 2B, das Tinteneinlassgebiet 28 und die Tintenstromkanäle definiert. Nach Belichten der Polymerschicht 22 mit Licht, das zum Härten von definierten Bereichen der Schicht 22 ausreicht, werden die ungehärteten Teile der Schicht durch Lösen der ungehärteten Teile in einem geeigneten Lösungsmittel, wie z. B. einem Butylcellosolveacetat/Xylen-Gemisch, entfernt. Wenn ein Polyimidmaterial als die Polymerschicht 22 verwendet wird, wird das Polyimid vorzugsweise durch eine Maske unter Verwendung einer Laserstrahlquelle durch Ablation abgetragen, die ausreicht, um Teile des Polyimidmaterials zu entfernen, wodurch die Strommerkmale der Schicht 22 definiert werden. Die Strommerkmale können auch auf einer Trockenfilmpolymerschicht 22 bemustert werden, bevor die Schicht mit dem Substrat 12 ausgerichtet und fest daran angebracht ist.
Sobald die Polymerschicht 22 bemustert ist, wird eine Düsen platte 26 an der Polymerschicht 22 bondiert. Die Düsenplatte 26 wird vorzugsweise durch ein Gold- oder ein goldplattiertes Nickelmaterial bereitgestellt, das eine Mehrzahl von Düsenlöchern darin enthält. Die Düsenlöcher richten sich mit den Strommerkmalen aus, die in der Polymerschicht 22 gemustert sind, um Kanalführungen bereitzustellen, um Tinte von den Tintenkammern 20A und 20B zu einem Druckmedium zu lenken. Die Düsenlöcher weisen typischerweise einen Eintrittsdurchmesser von etwa 43 Mikrometern auf der Polymerschichtseite der Düsenplatte bis zu einem Austrittsdurchmesser von etwa 29 auf der Druckmediumseite der Düsenplatte auf. Eine typische Düsenplatte kann von etwa 50 bis etwa 100 Düsenlöcher oder mehr enthalten. Wenn man bedenkt, dass die Düsenplatte 26 eine Länge von etwa 6 bis etwa 25 Millimetern und eine Breite von etwa 2 bis etwa 40 Millimetern, vorzugsweise von etwa 3 bis etwa 20 Millimetern, aufweist, ist es ersichtlich, dass selbst eine geringfügige Fehlausrichtung oder Verwerfung der Düsenplatte einen signifikanten Einfluss auf eine Druckqualität haben kann.
Während des Herstellungsprozesses wird auf die Düsenplatte 26 und auf die Polymerschicht 22 auf dem Substrat 12 Wärme und Druck aufgebracht, um die Düsenplatte 26 an der Polymerschicht 22 zu bondieren. Weil das Substrat 12, die Polymerschicht 22 und die Düsenplatte 26 aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, weisen sie jeweils einen eindeutig definierten Satz von thermischen und mechanischen Eigenschaften auf. Am wichtigsten, die Unterschiede im Elastizitätsmodul und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von jedem der Materialien verursachen aufgrund einer ungleichmäßigen Expansion und Kontraktion der einzelnen Bauteile Spannungen in den Materialien, wenn die Bauteile erwärmt oder gekühlt werden. Weil die Polymerschicht 22 am Substrat 12 angebracht ist und die Düsenplatte 26 an der Polymerschicht fest bondiert oder geklebt ist, können die Spannungen, die in den Bauteilen durch Wärme und Druck induziert werden, die zum Bondieren der Düsenplatte 26 an der Schicht 22 verwendet werden, eine unerwünschte Verwerfung oder Fehlausrichtung der Bauteile hervorrufen, es sei denn, es wird für eine Kompensation gesorgt. Die 2–6 liefern Veranschaulichungen der bevorzugten Verfahren gemäß der Erfindung, um thermische Spannungen in den Bauteilen während eines Herstellungsprozesses dafür zu entspannen.
2 ist eine nicht maßstabsgerechte Draufsicht auf eine Druckkopfstruktur 10 vor Anbringen einer Düsenplatte 26 daran, die ein Halbleitersubstrat 12 und einen Polymerfilm oder eine an einer Oberfläche des Substrats 12 angebrachte Polymerschicht 22 enthält und die die Verbesserungen gemäß der Erfindung veranschaulicht. Die Polymerschicht 22 ist selektiv dick, insofern als sie vorzugsweise eine Dicke aufweist, die von etwa 2 bis etwa 50 Mikrometern reicht, vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 30 Mikrometern.
Wie in 2 dargestellt, enthält die Polymerschicht oder der Film 22 ein im Wesentlichen mittiges Gebiet 30, in dem Strommerkmale für Tinte, wie mit Bezug auf 1 beschrieben, enthalten sind, und ein äußeres Gebiet 32, das das mittige Gebiet umgibt, das ausreichend Täler, Hohlräume oder andere Unstetigkeiten enthält, die als Expansionsbereiche zum Verringern von thermischen Spannungen dienen, die während des Herstellungsprozesses erzeugt werden.
Es wird angemerkt, dass in der Ausführungsform von 2 das äußere Gebiet 32 das mittige Gebiet 30 der Polymerschicht 22 vollständig umgibt. Jedoch enthalten für die Zwecke dieser Erfindung mindestens Seitengebiete 32A und 32B benachbart zum mittigen Gebiet 30 Täler zum Verringern von thermischen Spannungen, während Endgebiete 32C und 32D solche Täler nicht zu enthalten brauchen. Die Seitengebiete 32A und 32B liegen zwischen den Tintenkammern 20A und 20B (1) und den Rändern 34A und 34B der Schicht 22.
2A veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der die Tinte von den, um die Ränder des Halbleitersubstrats 12' zu den Strommerkmalen der Polymerschicht 22' strömt. In dieser Ausführungsform sind die Strommerkmale in der Polymerschicht 22' im Allgemeinen im äußeren Gebiet 30' gemustert, das sich von den Rändern 34A' und 34B' der Polymerschicht 22' zu einem mittigen Gebiet 32' erstreckt, das die Täler zum Verringern von thermischen Spannungen während des Prozesses eines Bondierens einer Düsenplatte an die Polymerschicht 22' enthält.
Eine teilweise Querschnittsansicht eines Seitenteils einer Druckkopfverbundstruktur 10 gemäß der Erfindung entlang einer Ansicht A-A von 2 ist in 3 veranschaulicht. Die Druckkopfverbundstruktur 10 umfasst vorzugsweise ein Halbleitersubstrat 12, eine am Substrat 12 angebrachte Polymerschicht 22 und eine an der Polymerschicht 22 angebrachte Düsenplatte 26. Die Polymerschicht 22 enthält vorzugsweise eine Mehrzahl von Tälern oder Hohlräumen 36, die thermische Spannungen in der Struktur 10 hemmen, wenn die Düsenplatte 26 an der Polymerschicht 22 der Struktur fest angebracht wird.
Die Täler oder Hohlräume 36 können mit den verschiedensten Formen versehen sein, wie z. B. geraden, gekrümmten oder geneigten Wänden, und können eine Tiefe aufweisen, die mindestens so dick wie die Polymerschicht 22 ist, wie in 5 (36A) dargestellt, oder eine Tiefe, die mindestens 33% der Dicke der Polymerschicht 22 ist, wie in 4 dargestellt. Die Täler 36 sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie im Wesentlichen senkrecht zur längsten Abmessung der Seitengebiete 32A und 32B und im Wesentlichen senkrecht zur längsten Abmessung der Endgebiete 32C und 32D liegen (2).
Wie bei den Strommerkmalen können die Täler 36 in der Polymerschicht 22, entweder bevor oder nachdem die Polymerschicht auf dem Substrat 12 aufgebracht ist, bemustert werden. Dieselben Bemusterungstechniken unter Verwendung einer Maske können verwendet werden, um die Täler 36 zu bilden, wie verwendet wird, um die Strommerkmale in der Schicht 22 zu definieren. In der Alternativen können die Täler unter Verwendung einer Schleifscheibe oder eines anderen Schleifkörpers in der Polymerschicht 22 mechanisch abgetragen werden. Weil die Täler in der Polymerschicht 22 enthalten sind, gibt es keine Notwendigkeit, für Spalte oder Oberflächenrauhigkeit auf der Metall- oder metallbeschichteten Düsenplatte zu sorgen. Demgemäß werden die Herstellungsschritte für die Druckkopfstruktur stark vereinfacht, insbesondere da die Täler gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig wie die anderen Strommerkmale in der Polymerschicht 22 gebildet werden können.
Wie oben beschrieben, brauchen sich die Täler 36 nicht vollständig durch die Polymerschicht 22 zu erstrecken, um wirkungsvoll zu sein. Demgemäß kann die Tiefe der Täler 36 durch Auswählen von verschiedenen Seitenverhältnissen für die Täler gesteuert werden. Das Seitenverhältnis eines Tals ist als die größte Breite des Tals dividiert durch die Dicke des Polymermaterials, das für die Polymerschicht verwendet wird, definiert. Z. B. liefert für ein Fotoresistacrylatmaterial, wie z. B. LEARONAL, mit einer Dicke von etwa 30 Mikrometern ein Seitenverhältnis von größer als etwa 18/30 ein Tal mit einer Tiefe, die gleich der Dicke des Polymermaterials ist. Demgemäß erzeugen Masken mit Breiten von größer als 18 bis zu etwa 30 Mikrometern Täler, die sich vollständig durch das Polymermaterial erstrecken.
Die Beziehung von Seitenverhältnis zu Polymerschichtdicke ist durch Bezug auf 6 veranschaulicht. Wie dargestellt, weist die Polymerschicht 50 eine Dicke T von 30 Mikrometern auf. Für eine Breite W von Tal 52 von größer als etwa 18 Mikrometern ist die Tiefe D des Tals 52 gleich der Dicke T der Polymerschicht 50. Jedoch ist für Tal 54 mit einer Breite W' von weniger als 18 Mikrometern die Tiefe D' des Tals 54 weniger als die Dicke T der Polymerschicht.
Während das Seitenverhältnis für das vorhergehende Material ein Seitenverhältnis von weniger als etwa 18/30 erfordert, um ein Tal zu erzeugen, das sich nicht den gesamten Weg durch die Polymerschicht erstreckt, können die spezielle Lichtquelle, Hardwarevermögen, Polymermaterialien und andere Faktoren das Seitenverhältnis für ein spezielles Polymermaterial beeinflussen. Demgemäß kann ein Fachmann das Seitenverhältnis für jegliches spezielle Polymermaterial leicht bestimmen, um Täler der gewünschten Tiefe zu erzeugen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfs, umfassend: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (12), das eine elektrische Bahnführung enthält, die mit Energiebeaufschlagungsbauelementen (18A, 18B) für Tinte auf einer Oberfläche des Substrats verbunden ist; Aufbringen einer Polymerschicht (22) auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats, wobei die Polymerschicht eine Dicke aufweist, die zwischen etwa 2 und etwa 50 Mikrometern liegt; Behandeln der Polymerschicht in einem oder mehreren Schritten, um Tintenkammern (20A, 20B) und Tintenstromkanäle darin zum Strom von Tinte zu den Energiebeaufschlagungsbauelementen bereitzustellen und um Täler (36) benachbart zu den Tintenkammern zu erzeugen; und Bondieren einer metallbeschichteten Düsenplatte (26) benachbart zur Polymerschicht unter Verwendung von Wärme, um einen Tintenstrahldruckkopf zu erzeugen, wobei die Täler von einer Größe und in einem Bereich der Polymerschicht lokalisiert sind, dass es ausreicht, um thermische Spannungen in der Polymerschicht während des Bondierungsprozesses zu minimieren.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Polymerschicht durch Schleuderbeschichten des Substrats mit einem Polymermaterial auf das Halbleitersubstrat aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Polymerschicht behandelt wird, um die Tintenkammern und Tintenstromkanäle durch Fotoabbilden, chemisches Ätzen oder Laserablation der Polymerschicht bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Polymerschicht behandelt wird, um die Täler durch Fotoabbilden, chemisches Ätzen oder Laserablation der Polymerschicht bereitzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Düsenplatte unter Verwendung von Wärme und Druck an die behandelte Polymerschicht bondiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Polymerschicht ein Polyimid ist und die Täler durch Laserablation des Polyimids bis auf eine Tiefe von mindestens etwa 33% der Dicke der Polymerschicht erzeugt werden.
Druckkopfverbundstruktur, umfassend ein Halbleitersubstrat (12), das Energiebeaufschlagungsbauelemente (18A, 18B) für Tinte und eine elektrische Bahnführung, die damit verbunden ist, auf einer Oberfläche des Substrats enthält, eine Dickfilmpolymerschicht (22) benachbart zur Energiebeaufschlagungsoberfläche des Substrats und eine Düsenplatte (26), die an der Polymerschicht angebracht ist, wobei die Polymerschicht eine ausreichende Dicke und Größe aufweist, die geeignet sind, um eine Mehrzahl von Tintenkammern (20A, 20B) und Tintenstromkanälen und eine Mehrzahl von Tälern (36) in einem Bereich der Polymerschicht benachbart zu den Tintenkammern zu enthalten, welche Täler von einer Größe und in einem Bereich der Polymerschicht lokalisiert sind, dass es ausreicht, um thermisch induzierte Spannungen in der Polymerschicht während eines Prozesses zum Bondieren der Düsenplatte an der Polymerschicht zu hemmen.
Thermische Tintenstrahldruckerpatrone mit einem Tintenreservoirkörper, elektrischen Kontakten zum Verbinden der Patrone mit einem Drucker und einer Druckkopfstruktur benachbart zu einer elektrischen Automatikfolienbondierungs-Schaltung, die die Kontakte enthält, wobei die Druckkopfstruktur umfasst: ein Halbleitersubstrat (12) mit Wärmewiderstandselementen (18A, 18B) und elektrischen Leiterbahnen auf seiner tintenbenetzbaren Oberfläche und einem Tintenweg (14) durch es hindurch, eine Fotoresist-Polymerschicht (22) benachbart zur tintenbenetzbaren Oberfläche des Substrats und eine Metall- oder metallbeschichtete Düsenplatte (26) benachbart zur Polymerschicht, wobei die Polymerschicht eine Vielzahl von Tintenstromkanälen enthält, die von einem Einlasstintengebiet zu Tintenkammern (20A, 20B) benachbart zum Einlasstintengebiet führen, und wobei die Polymerschicht auch eine Mehrzahl von Hohlräumen (36) in einem Bereich der Polymerschicht benachbart zu den Tintenkammern enthält, wobei die Hohlräume eine Größe aufweisen, die ausreicht, um thermische Spannungen in der Druckkopfstruktur während eines Herstellungsprozesses dafür zu hemmen.
Druckkopf für einen thermischen Tintenstrahldrucker, umfassend ein Halbleitersubstrat (12), das einen Tintenstromdurchlass (14) enthält, um Tinte von einem Tintenreservoir zu einem Energiebeaufschlagungsgebiet auf dem Substrat fließen zu lassen, eine Schicht von Polymermaterial (22) benachbart zum Energiebeaufschlagungsgebiet des Substrats mit Tintenkammern (20A, 20B), Tintenstromkanälen und einem Tintenversorgungsgebiet darin, die mit dem Tintenstromdurchlass zusammenwirken, um Tinte zu benachbart dem Energiebeaufschlagungsgebiet des Substrates zu liefern, und eine Metall- oder metallbeschichtete Düsenplatte (26), die Düsenlöcher (24A, 24B) enthält, um Tinte aus der Tintenkammer zu einem Druckmedium auszustoßen, wobei die Düsenplatte unter Verwendung von Wärme und Druck an Teilen der Polymerschicht bondiert ist, wobei die Polymerschicht auch eine Mehrzahl von Hohlräumen (36) darin enthält, um Unstetigkeiten in der Polymerschicht bereitzustellen, die die Bildung von thermischen Spannungen in der Druckkopfstruktur während eines Bondierungsprozesses hemmen.
Druckkopf nach Anspruch 9, bei dem sich die Hohlräume in der Polymerschicht zwischen den Tintenkammern und mindestens zwei entgegengesetzten Rändern der Polymerschicht befinden, wobei die Hohlräume eine Tiefe aufweisen, die im Wesentlichen gleich der Dicke der Polymerschicht ist.
Druckkopf nach Anspruch 9, bei dem sich die Hohlräume in der Polymerschicht zwischen den Tintenkammern und mindestens zwei entgegengesetzten Rändern der Polymerschicht befinden, wobei die Hohlräume eine Tiefe aufweisen, die mindestens etwa 80% der Dicke der Polymerschicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, Druckkopfstruktur nach Anspruch 7 oder Patrone nach Anspruch 8, wobei die Täler/Hohlräume eine Tiefe aufweisen, die im Wesentlichen gleich der Dicke der Polymerschicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, Druckkopfstruktur nach Anspruch 7 oder Patrone nach Anspruch 8, wobei die Täler/Hohlräume eine Tiefe aufweisen, die mindestens etwa 33% der Dicke der Polymerschicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, Druckkopfstruktur nach Anspruch 7, Patrone nach Anspruch 8, wobei die Polymerschicht umfasst: eine Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fotoresists auf Polydimethylglutarimid (PMGI)-Basis, Fotoresists auf Polymethylmethacrylat (PMMA)-Basis, PMGI-PMMA-Copolymer-Fotoresists, fotozersetzbaren Polymerverbindungen, die von Divinylketon abgeleitet sind, Fotoresists vom Phenolformaldehydtyp und Polyimid besteht.
Druckkopfstruktur nach Anspruch 7, Patrone nach Anspruch 8 oder Druckkopf nach Anspruch 9, wobei die Polymerschicht mindestens zwei aufgeschleuderte Polymerschichten mit einer Gesamtdicke, die zwischen etwa 10 und etwa 30 Mikrometern liegt, aufweist.
Druckkopf nach Anspruch 9, bei dem die Polymerschicht aufweist: eine Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fotoresists auf Polydimethylglutarimid (PMGI)-Basis, Fotoresists auf Polymethylmethacrylat (PMMA)-Basis, PMGI-PMMA-Copolymer-Fotoresists, fotozersetzbaren Polymerverbindungen, die von Divinylketon abgeleitet sind, Fotoresists vom Phenolformaldehydtyp und Polyimid besteht, und in den B-Zustand bringbaren Klebstoff mit einer Gesamtdicke, die zwischen etwa 2 und etwa 50 Mikrometern liegt.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfs, umfassend: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (12), das eine elektrische Bahnführung enthält, die mit Energiebeaufschlagungsbauelementen (18A, 18B) für Tinte auf einer Oberfläche des Substrats verbunden ist; Aufbringen einer Polymerschicht (22) auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats, wobei die Polymerschicht eine Dicke aufweist; Behandeln der Polymerschicht in einer oder mehreren Schritten, um Tintenkammern (20A, 20B) und Tintenstromkanäle darin zum Strom von Tinte zu den Energiebeaufschlagungsbauelementen bereitzustellen und um Täler (36) benachbart zu den Tintenkammern zu erzeugen, wobei die Täler Seitenverhältnisse aufweisen, so dass Taltiefen kleiner sind als die Dicke der Polymerschicht; und Bondieren einer Düsenplatte (26) benachbart zur Polymerschicht unter Verwendung von Wärme, um einen Tintenstrahldruckkopf zu erzeugen, wobei die Täler von einer Größe und in einem Bereich der Polymerschicht lokalisiert sind, dass es ausreicht, um thermische Spannungen in der Polymerschicht während des Bondierungsprozesses zu minimieren.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Tintenkammern und Tintenstromkanäle Seitenverhältnisse aufweisen, so dass ihre Tiefen gleich der Dicke der Polymerschicht sind.