FR2736303A1 - Tete a jets d'encre et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une tête à jets d'encre. Elle se rapporte à une tête qui comprend une entretoise (1) ayant plusieurs réservoirs (3), des canaux (4) et des cavités (2) d'encre, recevant de l'encre du réservoir (3) par l'intermédiaire des canaux (4), un organe de couvercle (5) fermant un côté de l'entretoise (1), une plaque à buses (6) fermant l'autre côté de l'entretoise (1) et constituée d'un substrat de silicium monocristallin ayant une face (1 1 0) de réseau, plusieurs ouvertures (7) de buse communiquant avec les cavités (2) et comprenant des faces (1-1 1) et (-1 1-1) dans la direction d'alignement des ouvertures (7) de buse, et des faces (1 1 1) et (1 1-1) dans la direction de l'axe de chaque cavité (2), et un dispositif de mise sous pression de la cavité (2) d'encre. Application aux imprimantes à jets d'encre.

Description

La présente invention concerne une tête à jets d'encre possédant des

ouvertures de buse par lesquelles des gouttelettes d'encre sont projetées, ainsi que son procédé

de fabrication.

L'augmentation de la densité d'enregistrement nécessite un regroupement de plus en plus dense des ouvertures de buse. Pour cette raison, on demande des ouvertures de buse disposées avec une grande précision et ayant une grande

précision dimensionnelle. Un dispositif permettant la solu-

tion de ce problème est décrit par exemple dans la demande publiée de brevet japonais Hei 6-55733. Ce document propose la formation de cavités de logement d'encre, d'un réservoir destiné à transmettre de l'encre aux cavités, et d'un canal de transmission d'encre destiné à raccorder les cavités au

réservoir par attaque anisotrope dans un substrat de sili-

cium monocristallin, et la fixation d'une plaque à buses dans laquelle les ouvertures de buse sont formées par attaque anisotrope d'un substrat de silicium monocristallin ayant une face (1 0 0), et le collage du substrat de

silicium. monocristallin sous forme d'une tête d'enregis-

trement à jets d'encre en une seule pièce.

L'article "Continuous Ink-jet Print Head Utilizing Silicon Micromachined Nozzles", paru dans "Sensors and Actuators A", 43 (1994), pages 311 à 316, décrit un procédé de fabrication d'une plaque à buses destinée à être utilisée dans une imprimante à jets d'encre. Dans ce procédé, du bore diffuse dans des régions désignées d'un substrat de silicium monocristallin ayant une face (1 0 0) dans laquelle des ouvertures de buse doivent être formées. Les régions dans lesquelles le bore a diffusé sont attaquées sélectivement si

bien que plusieurs ouvertures de buse sont formées.

Comme décrit précédemment, la technique décrite dans la demande publiée de brevet japonais Hei 6-55733 met en oeuvre un substrat de silicium monocristallin ayant une face (1 0 0). Si le substrat de silicium monocristallin subit une attaque anisotrope, des ouvertures J de buse, formées chacune de quatre plans E, F, G et H faisant un angle de 45 avec la face (1 0 0) sont réalisées dans le substrat de silicium monocristallin qui constitue la plaque D à buses comme indiqué sur la figure 9 (sur laquelle la référence N désigne une entretoise qui forme des cavités K d'encre, des canaux L de transmission d'encre et un réservoir M d'encre, et P désigne une plaque vibrante ayant un dispositif Q

générateur de pression formé à l'intérieur).

Lorsque des trous débouchants sont formés dans la face (1 0 0) du substrat de silicium monocristallin par attaque anisotrope, le rapport de la longueur du plus grand côté du trou débouchant à l'épaisseur du substrat devient égal à 2/1, de manière bien connue. Pour cette raison, il est nécessaire de limiter l'épaisseur du substrat de silicium monocristallin à 70 Mm environ de manière que des ouvertures de buse soient formées avec une densité de 72 points par

centimètre environ.

La formation de points d'encre ayant une dimension

convenant à une opération d'impression nécessite une ouver-

ture minimale de l'orifice de projection de diamètre égal à 30 im. Si l'on tient compte de la précision de la formation des motifs utilisés pour la disposition des ouvertures de buse, il faut aussi assurer un pas d'environ 10 im entre les motifs. A cause de ces conditions, un substrat de silicium monocristallin extrêmement mince, de l'ordre de 30 >m

environ, devient nécessaire.

Même dans le cas d'un substrat de silicium monocris-

tallin ayant un diamètre d'environ 100 mm (tranche d'un barreau), il est très difficile de tailler le substrat avec une épaisseur d'environ 30 Mm. En outre, la rigidité du substrat de silicium monocristallin ainsi tranché devient très faible, et il est donc très difficile de coller le substrat à un autre élément, si bien que les étapes de

fabrication sont alors compliquées.

Dans la technique décrite dans l'article précité de "Sensors and Actuators A", les régions dans lesquelles du bore à diffusé sont attaquées. La profondeur à laquelle le bore peut diffuser est au plus de 2 à 3 um environ, si bien que l'opération de collage du substrat sur un autre élément devient très difficile. En conséquence, il est impossible

d'utiliser cette technique de manière industrielle.

La présente invention a été réalisée compte tenu des inconvénients de la technique antérieure, et elle a pour objet principal la réalisation d'une tête à jets d'encre ayant une plaque à buses formée d'un substrat de silicium monocristallin, dans laquelle des ouvertures de buse peuvent être regroupées avec une densité élevée, tout en assurant la commodité de manutention nécessaire à l'assemblage de la

plaque à buses.

L'invention a aussi pour objet la mise à disposition d'un procédé de fabrication de la tête à jets d'encre précitée. La présente invention concerne une tête 1. Tête à jets d'encre, caractérisée en ce qu'elle comprend une entretoise

ayant plusieurs réservoirs d'encre, des canaux de transmis-

sion d'encre et des cavités d'encre, recevant de l'encre du

réservoir d'encre par l'intermédiaire des canaux de trans-

mission d'encre, un organe de couvercle destiné à fermer de manière étanche un côté de l'entretoise, une plaque à buses fermant de manière étanche l'autre côté de l'entretoise et constituée d'un substrat de silicium monocristallin ayant une face (1 1 0) de réseau, plusieurs ouvertures de buse étant formées afin qu'elles communiquent avec les cavités d'encre et comprenant des faces (1-1 1) et (-1 1-1) dans la direction d'alignement des ouvertures de buse, ainsi que des faces (1 1 1) et (1 1-1) dans la direction de l'axe de chaque cavité d'encre, les ouvertures de buse ayant des parties de diamètre maximal qui débouchent vers les cavités d'encre et des parties de diamètre minimal placées en face des parties de diamètre maximal, et un dispositif de mise

sous pression de la cavité d'encre.

Les ouvertures de buse ont des faces (1-1 1) et (-1 1-1) qui sont perpendiculaires au substrat dans la direction d'alignement des ouvertures des buses. Ainsi, la largeur de l'orifice d'évacuation devient constante quel que soit le temps nécessaire à l'attaque du substrat qui constitue la plaque à buses. En conséquence, les ouvertures de buse sont réalisées avec une largeur déterminée par

formation de motifs.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

seront mieux compris à la lecture de la description qui va

suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: les figures l(a) et l(b) représentent une tête d'enregistrement à jets d'encre comprenant une plaque à buses dans un premier mode de réalisation de l'invention, la figure l(a) étant une vue en plan de la tête d'enregistrement à jets d'encre, et la figure l(b) étant une coupe suivant la ligne A-A de la figure l(a); la figure 2 est une vue agrandie du voisinage des ouvertures de buse formées dans la plaque à buses selon la présente invention; les figures 3(a) à 3(j) illustrent des étapes de fabrication de la plaque à buses de la tête à jets d'encre selon l'invention; la figure 4 est une coupe de la tête d'enregistrement à jets d'encre ayant la plaque à buses réalisée par les étapes illustrées par les figures 3(a) à 3(j), dans un premier mode de réalisation de l'invention; les figures 5(a) à 5(h) et 5(a') à 5(h') illustrant un procédé d'assemblage d'une entretoise, d'un organe formant couvercle et d'un dispositif générateur de pression sous forme d'un ensemble; la figure 6(a) est une vue en plan d'une plaque à buses dans un second mode de réalisation de la présente invention, et la figure 6(b) est une coupe suivant la ligne C-C de la figure 6(a); la figure 7(a) est une vue en plan d'une plaque à buses dans un troisième mode de réalisation de l'invention; la figure 7(b) est une coupe suivant la ligne C-C de la figure 7(a); la figure 8 est une coupe d'une tête d'enregistrement à jets d'encre dans un quatrième mode de réalisation de l'invention; et la figure 9 est une vue en perspective d'un exemple de plaque à buses classique ayant un substrat de silicium monocristallin. On décrit maintenant des détails de la présente

invention en référence à un exemple de réalisation.

Dans la description qui suit du mode de réalisation,

la face du réseau est indiquée comme étant une face (1 1 0), l'orientation du réseau est indiquée par <1 1 0>, et la

maille élémentaire est indiquée par -1.

Les figures l(a) et l(b) représentent une tête d'enregistrement à jets d'encre dans un premier mode de réalisation de l'invention. Sur les dessins, la référence 1

désigne une entretoise. Dans le mode de réalisation consi-

déré, l'entretoise 1 est formée par attaque anisotrope d'un substrat de silicium monocristallin ayant une face de réseau (1 1 0) afin qu'elle constitue des cavités 2 d'encre, un

réservoir 3 d'encre et des canaux 4 d'alimentation en encre.

Un premier côté de l'entretoise 1 coopère de façon étanche avec un organe de couvercle 5 décrit dans la suite, alors que l'autre côté coopère de façon étanche avec une

plaque à buses 6 selon une caractéristique de l'invention.

Des gouttelettes d'encre sont projetées par les ouvertures 7 de buse à la suite de la création d'une pression dans les

cavités 2.

Dans le mode de réalisation considéré, des éléments piézoélectriques 8 peuvent être utilisés comme éléments générateurs de pression. Ils sont placés sur la partie supérieure de l'organe 5 de couvercle et restent au contact de celui-ci afin qu'ils se trouvent en face des cavités respectives 2 d'encre. Dans le cas de l'utilisation d'un matériau qui n'est pas déformable élastiquement pour l'élément générateur de pression, des éléments générateurs de chaleur par effet Joule peuvent être logés dans les

cavités 2.

Sur le dessin, la plaque à buses 6, réalisée selon la présente invention, comporte des ouvertures 7 de buse disposées avec un pas constant et qui sont réalisées par attaque anisotrope du substrat de silicium monocristallin à la face (1 1 0), comme décrit dans la suite. Dans le cas o les ouvertures 7 de buse sont formées par attaque anisotrope du substrat de silicium monocristallin par la face (1 1 0), les ouvertures de buse se forment avec une configuration de cavité comprenant une face 10, une face 11, une face 12 et une face 13. En outre, une partie cylindrique 7a convenant à l'évacuation des gouttelettes d'encre est formée du côté d'évacuation de l'orifice d'évacuation par attaque isotrope

en combinaison avec l'attaque anisotrope.

La figure 2 est une vue agrandie représentant le voisi-

nage des ouvertures de buse. Les faces 10 et 11 paraissent

toutes deux intrinsèquement obtenues par l'attaque aniso-

trope du substrat de silicium monocristallin par la face (1 1 0). La face 10 est une face (1-1 1) perpendiculaire à la face (1 1 0) du substrat de silicium monocristallin, alors que la face 11 est une face (1-1 1) perpendiculaire à une face (-1 1-1) équivalant à la face 10, c'est-à-dire la

face (1 1 0) du substrat de silicium monocristallin.

La face 12 est un plan (1 1 1) qui paraît former un angle d'environ 35 avec la face (1 1 0) du substrat de silicium monocristallin. De même, la face 13 est une face (1 1-1) qui paraît former un angle de 35 avec la face (1 1 0) du substrat de silicium monocristallin. Les faces

(1-1 1), (-1 1-1), (1-1-1) et (-1 1 1) qui sont perpendi-

culaires à la face (1 1 0) sont appelées simplement dans la suite face verticale (1 1 1). En outre, les faces (1 1 1) et (1 1-1) qui forment un angle d'environ 35 avec la face (1 1 0) sont appelées simplement dans la suite face (1 1 1)

faisant un angle de 35 .

Parmi les quatre faces latérales qui forment la cavité,

les deux faces 10 et 11 qui sont opposées sont perpendi-

culaires à la surface du substrat de silicium monocris-

tallin. En conséquence, la cavité risque très peu de

s'étendre en direction horizontale, c'est-à-dire en direc-

tion parallèle à la surface du substrat indépendamment de l'évolution de l'opération d'attaque. Le pas W entre les

faces 10 et 11 devient constant indépendamment de l'épais-

seur du substrat de silicium monocristallin, c'est-à-dire

devient égal à la dimension déterminée par le film protec-

teur utilisé dans l'opération d'attaque anisotrope.

Pour ces raisons, un masque d'ouvertures 7 de buse est formé afin que les ouvertures de buse soient disposées dans la direction dans laquelle les faces 10 et 11 sont opposées l'une à l'autre, et le substrat recouvert du masque est alors attaqué par une réaction anisotrope. En conséquence, les ouvertures 7 des buses peuvent être formées dans le substrat de silicium monocristallin dont l'épaisseur permet une manutention facile, sans réduction du pas des

ouvertures 7.

Les faces 12 et 13 adjacentes aux faces verticales 10 et 11 forment un angle d'environ 35 avec la surface du

substrat de silicium monocristallin. La limite du côté atta-

qué du substrat, c'est-à-dire le côté le plus large de la cavité, s'1éloigne du centre lorsque l'attaque anisotrope

progresse, si bien que la distance L augmente. Cette dis-

tance L représente la longueur dans la direction longitu-

dinale de la cavité 2, et une augmentation de la distance L n'affecte donc pas notablement le pas des ouvertures 7 de buse. Bien entendu, les ouvertures 7 de buse peuvent être

formées de la même manière par utilisation d'autres sub-

strats de silicium monocristallin ayant des faces (-1 1 0), (1-1 0) et (-1-1 0) à leur surface présentant les mêmes caractéristiques d'attaque que le substrat ayant la face

(1 1 0) en surface.

Dans le mode de réalisation considéré, si les cavités 2 d'encre sont mises sous pression par déformation du dispositif générateur de pression, tel que les éléments piézoélectriques 8 placés sur l'organe de couvercle 5 qui fait partie des cavités 2, la pression dans les cavités 2 augmente si bien que l'encre est évacuée par les ouvertures

7 des buses.

A la suite de la réduction de pression dans les cavités 2, l'encre du réservoir 3 est transmise par les cavités 2 par les canaux 4 de transmission d'encre, et les cavités 2 sont remplies d'encre avant l'opération suivante de projection.

On décrit maintenant un exemple de procédé de fabri-

cation de la tête à jet d'encre selon l'invention en

référence aux figures 3(a) à 3(j).

Les couches 21 et 22 de bioxyde de silicium sont formées avec une épaisseur de 20 jm sur les faces respectives d'un substrat 20 de silicium monocristallin dont l'épaisseur facilite la manutention de la plaque à buses 6, par exemple de 140 im, dans une opération d'oxydation *thermique [figure 3(a)]. Ces couches 21 et 22 d'oxyde de silicium placées sur les faces respectives du substrat

forment un masque d'attaque lorsque le substrat 20 de sili-

cium monocristallin est attaqué.

Des motifs convenant le mieux comme buses, par exemple des motifs circulaires 24, sont dessinés sur une surface du substrat 20 sur laquelle les ouvertures 7 de buse doivent être formées, c'est-à-dire la surface 21, à l'aide d'un matériau de réserve photographique positive 23 [figure 3(b)]. Des motifs identiques aux motifs 24 sont aussi dessinés directement à la surface de la couche 21 de bioxyde de silicium sur laquelle sont formés les motifs 25 de buse [figure 3(c)]. Les motifs sont dessinés sur la couche 21 par attaque de celle-ci avec une épaisseur d'environ 1 Mm pendant 10 min environ, à l'aide d'une solution tamponnée d'acide fluorhydrique contenant de l'acide fluorhydrique et

du fluorure d'ammonium dans un rapport égal à 1/6.

La couche 21 de bioxyde de silicium sur laquelle sont formés les motifs 25 est exposée à CF4 gazeux, et le substrat 20 subit une attaque isotrope par attaque à sec. Des cavités en demi-cercle 26 sont formées dans le substrat 20 par

prolongement de la surface attaquée [figure 3(d)].

L'opération d'attaque est suspendue lorsque les cavités ont atteint une dimension prédéterminée du fait de la progression de l'opération d'attaque isotrope. La surface attaquée de manière isotrope est alors soumise à une oxydation thermique ou analogue si bien que la couche 27 de bioxyde de silicium est formée sur les cavités 26

[figure 3(e)].

Un matériau 28 de réserve photographique positive est placé à la surface de la couche 22 de bioxyde de silicium sur laquelle doivent être formées les parties inclinées, afin que les ouvertures de buse soient disposées dans la direction des faces (1-1 1) et (-1 1-1). Ensuite, des fenêtres 29 sont dessinées avec une forme rectangulaire, donnant la configuration convenant le mieux à la création de la partie inclinée après la fin de l'opération d'attaque

anisotrope. En outre, la fenêtre 29 est dessinée latéra-

lement à la largeur W de l'orifice 7 de manière que le pas soit égal à celui des ouvertures de buse, et est dessinée longitudinalement avec une longueur L qui permet à la fenêtre d'atteindre l'ouverture réalisée par l'attaque

isotrope [figure 3(f)].

Dans cet état, la couche 22 de bioxyde de silicium est mise sous forme de motifs avec la solution tamponnée d'acide

fluorhydrique constituée d'acide fluorhydrique et de fluo-

rure d'ammonium avec un rapport égal à 1/6, de la manière décrite précédemment. En conséquence, la fenêtre 30 utilisée

pour l'attaque anisotrope est réalisée [figure 3(g)].

Après la fin de la formation des motifs pour l'attaque anisotrope, le substrat 20 de silicium monocristallin est attaqué de manière anisotrope dans une solution à 10 %

d'hydroxyde de potassium chauffée à une température de 80 OC.

A la suite de l'opération d'attaque anisotrope, les faces (1-1 1) et (-1 1-1) qui sont perpendiculaires à la face (1 1 1) de la surface du substrat 20 apparaissent dans la direction d'alignement des ouvertures de buse. En outre, la face (1 1 1) inclinée d'un angle de 35 par rapport à la surface du substrat 20 apparaît dans la direction longitudinale des cavités 2. L'opération d'attaque est suspendue lorsque le substrat 20 est retiré par attaque dans

la cavité 26 de la couche 27 [figure 3(h)].

Ensuite, toutes les couches 21, 22 et 27 de bioxyde de silicium sont retirées [figure 3(i)], si bien qu'une ouver- ture pratiquement circulaire 31a convenant à la projection

de gouttelettes d'encre est formée dans la partie cylin-

drique 7a. Enfin, la surface exposée de manière globale, comprenant les ouvertures 7 de buse, est soumise à une oxydation thermique si bien qu'une couche 32 de bioxyde de silicium est formée afin qu'elle protège la surface exposée

de l'encre [figure 3(j)].

Le substrat 20 de silicium monocristallin qui a subi toutes les opérations d'attaque est tranché en plaques à buses individuelles 6. Finalement, on peut obtenir des

plaques à buses convenant comme têtes d'enregistrement.

Une entretoise 1 comprenant les cavités 2 d'encre, les canaux 4 de transmission d'encre et le réservoir 3 d'encre sont collés à la plaque à buses 6 ainsi obtenue comme indiqué sur la figure 4. L'organe 5 de couvercle est en outre collé à la partie supérieure de l'entretoise 1 si bien

que la tête d'enregistrement à jets d'encre est terminée.

Comme décrit dans la suite, l'entretoise 1 est formée de manière que les cavités 2 d'encre soient disposées avec l'orientation cristalline d'un axe de zone <1-1-2> défini par les faces de zone (1-1 1) et (1 1 0) ou avec les

orientations cristallines <-1 1 2>, <1-1 2> et <-1 1-2>.

Une couche de verre de borosilicate est formée à la surface de la plaque 6 à buses opposée à l'entretoise 1 par pulvérisation, etc. La plaque à buses 6 et l'entretoise 1 sont collées par le procédé de collage de pôle positif. Il est ainsi possible d'empêcher la circulation de l'adhésif

dans les canaux.

On se réfère maintenant aux figures 5(a) à 5(h) et

5(a') à 5(h') pour la description de la fabrication de

l'entretoise, de l'organe de couvercle et du dispositif générateur de pression indiqués précédemment. Les figures (a) à 5(h) sont des coupes longitudinales des cavités d'encre, alors que les figures 5(a') à 5(h') sont des coupes

latérales de ces cavités.

Un substrat 40 de silicium monocristallin dont la surface est découpée suivant la face (1 1 O) est soumis à une oxydation thermique si bien qu'un matériau de base 42 qui est entièrement couvert de la couche 41 de bioxyde de silicium ayant une épaisseur d'environ 1 um est préparé. La couche 41 joue le rôle d'un film isolant d'une section de pilotage destiné à être formé sur la couche de bioxyde de

silicium, et elle est aussi utilisée comme couche protec-

trice lors de l'attaque du substrat 40.

Un film de zirconium (Zr) est formé sur la surface de la couche 41 de bioxyde de silicium par pulvérisation. Le film est alors soumis à une oxydation thermique si bien qu'un film élastique 43 est formé d'oxyde de zirconium avec une épaisseur de 0,8 Mm. Le film élastique 43 d'oxyde de

zirconium a un module de Young élevé et peut donc trans-

former les déformations d'un film piézoélectrique 45, décrit dans la suite, en déplacement de flexion avec un degré élevé d'efficacité. Un film de platine (Pt) est formé à la surface du film élastique 43 sur une épaisseur de 0,2 im, par pulvérisation, si bien qu'une électrode inférieure 44 est formée.

Un matériau piézoélectrique, par exemple de titanate-

zirconate de plomb, est déposé à la surface de l'électrode inférieure 44 par pulvérisation, si bien que le film piézoélectrique 45 est formé avec une épaisseur d'environ 1 m. De l'aluminium (A1) est ensuite déposé à la surface du film piézoélectrique 45 sur une épaisseur de 0,2 im par pulvérisation, si bien qu'une électrode supérieure 47 est

réalisée [figures 5(a) à 5(h)].

L'électrode supérieure 47, le film piézoélectrique 45 et l'électrode inférieure 44 sont mis sous forme de motifs afin qu'ils correspondent à la disposition des cavités 2 d'encre. Le substrat sous forme de motifs est alors tranché

en éléments piézoélectriques individuels 8.

Au cours de l'opération de formation des motifs,

chacune des électrodes supérieures 47 est reliée indépen-

damment afin qu'elle corresponde à la cavité 2 d'encre si bien que l'électrode constitue un organe d'alimentation destiné à être connecté à un circuit de pilotage. En outre, il n'est pas nécessaire de séparer le film piézoélectrique en subdivisions indépendantes destinées à correspondre aux cavités 2 au cours de l'opération de formation des

motifs. Cependant, si le film 45 était séparé en subdi-

visions individuelles destinées à correspondre aux cavités respectives 2 d'encre, les déplacements de flexion seraient avantageusement plus grands. L'électrode inférieure 44 joue le rôle d'une électrode commune, c'est-à-dire que le signal de pilotage de chaque film piézoélectrique 45 est transmis

à chaque électrode supérieure 47 et la tension de l'élec-

*trode inférieure 44 est maintenue à la valeur prédéterminée.

En conséquence, il n'est pas nécessaire que l'électrode

inférieure 44 soit séparée [figures 5(b) et 5(b')].

Des couches de matière de réserve photographique 48 et

49 sont formées afin que les cavités 2 d'encre soient ali-

gnées avec l'orientation cristalline de l'axe <1-1-2> formé par les faces (1-1 1) et (1 1 0) des zones ou avec les orientations cristallines <-1 1 2>, <1-1 2> et <-1 1-2>, et équivalant à <1-1-2> [figures 5(c) et 5(c')]. La couche 41 de bioxyde de silicium est retirée par la solution tamponnée d'acide fluorhydrique contenant de l'acide fluorhydrique et du fluorure d'ammonium dans un rapport égal à 1/6, et des fenêtres 51 d'attaque anisotrope sont alors délimitées sous

forme de motifs.

La partie corresmondante 49 de la couche 48 de réserve photographique formée sur la couche de bioxyde de silicium aux emplacements auxquels les canaux 4 de transmission

d'encre doivent être formés est alors exposée et développée.

Ainsi, la matière 49 est soumise à plusieurs expositions, et la matière de base est en outre soumise à une demi-opération d'attaque pendant 5 min environ afin que l'épaisseur de la couche de bioxyde de silicium placée sous la couche 49 de la matière de réserve soit réduite à une épaisseur d'environ 0,5 um (référence 41') à l'aide de la solution tamponnée

d'acide fluorhydrique [figures 5(d) et 5(d')].

Après l'enlèvement de la couche 48 de la matière de réserve photographique, la matière 42 de base est attaquée de façon anisotrope dans la solution d'hydroxyde de

potassium à 10 % chauffée à une température d'environ 80 OC.

A la suite de l'attaque anisotrope, les couches 41 et 41' qui ont été utilisées comme film protecteur pendant l'attaque anisotrope sont dissoutes progressivement sur une épaisseur d'environ 0,4 Mm. En conséquence, la couche 41',

dans les régions dans lesquelles les canaux 4 de transmis-

sion d'encre doivent être formés, a une épaisseur réduite d'environ 0,1 um et la couche 41 de bioxyde de silicium, dans les autres régions, est réduite à une épaisseur

d'environ 0,6 im [figures 5(e) et 5(e')].

La matière 42 de base est alors immergée dans la solution tamponnée précitée d'acide fluorhydrique pendant un temps qui permet l'élimination de la couche de bioxyde de silicium-d'épaisseur égale à 0,1 um, par exemple pendant une minute. En conséquence, la couche 41', dans les régions dans lesquelles les canaux 4 doivent être formés, est retirée, et le film 41, dans les autres régions, reste sous forme d'une couche 41" ayant une épaisseur d'environ 0,5 jm [figures

5(f) et 5(f')].

La matière 42 de base subit alors une attaque aniso-

trope dans une solution d'hydroxyde de potassium à 40 % environ. En conséquence, les régions dans lesquelles les canaux 4 doivent être formés sont attaquées sélectivement à

nouveau. L'épaisseur de ces régions est réduite et les cavi-

tés, ayant une résistance suffisante à l'écoulement pour les

canaux 4, sont formées [figures 5(g) et 5(g')].

Lorsque plusieurs têtes d'enregistrement sont formées dans une seule matière de base 42, celle-ci est séparée en têtes individuelles. Ensuite, la plaque à buses précitée 6 est collée et la tête à jets d'encre est construite [figures (h) et 5(h')]. Dans la tête d'enregistrement à jets d'encre ayant la construction, lorsqu'un signal de pilotage est appliqué entre l'électrode supérieure 47 et l'électrode inférieure 44, le film piézoélectrique 45 se dilate et se contracte en provoquant des déplacements qui provoquent à leur tour des contraintes par rapport à l'organe 5 du couvercle. Plus précisément, les déplacements apparaissent vers le haut sur le dessin. A la suite de ces déplacements, le volume des cavités 2 change et provoque alors la mise sous pression de l'encre. L'encre revient vers le réservoir 3 par les canaux

4 puis est évacuée sous forme de gouttelettes.

Dans ce mode de réalisation, les canaux nécessaires peuvent être formés par attaque anisotrope d'un substrat unique de silicium monocristallin. En conséquence, l'entre-

toise 1 et la plaque à buses 6 peuvent être fabriquées sous -forme de parties communes qui éliminent la nécessité de l'application d'un adhésif pour le collage de l'entretoise à la plaque à buses. Des opérations simplifiées de fabrication et une suppression de l'écoulement de l'adhésif dans les canaux de circulation d'encre sont finalement obtenues si bien qu'il est possible d'augmenter le rendement

en produits.

Les figures 6(a) et 6(b) représentent une plaque à

buses dans un second mode de réalisation de l'invention.

Dans ce mode de réalisation, les réservoirs d'encre sont

formés dans la plaque à buses 6 décrite précédemment.

La référence 50 désigne un substrat de silicium monocristallin ayant une face (1 1 0) à sa surface, et des ouvertures 7 de buse sont formées dans le substrat en face des cavités 2 d'encre (figure 1) par la technique décrite dans le mode de réalisation illustré par la figure 3. Les réservoirs d'encre 51 sont formés dans la direction de réalisation des ouvertures 7 de buse afin que les ouvertures

7 soient placées entre les réservoirs 51 d'encre.

Les réservoirs 51 d'encre sont formés au cours des

opérations suivantes. Plus précisément, une couche protec-

trice de bioxyde de silicium, qui a été décrite en référence à la figure 5(c), est formée dans les zones dans lesquelles des réservoirs 51 d'encre doivent être réalisés. La couche de protection de bioxyde de silicium est soumise à une exposition multiple décrite en référence à la figure 5(d), si bien que des couches 41 et 41' de bioxyde de silicium

sont formées avec une faible épaisseur.

Après l'attaque anisotrope du substrat 50 pour la formation des ouvertures 7, c'est-à-dire après une étape analogue à celle qui est illustrée par la figure 5(e) dans laquelle l'attaque est réalisée pour terminer les cavités 2, la couche de bioxyde de silicium amincie par exposition multiple comme dans l'étape illustrée par la figure 5(f) est retirée sélectivement des régions dans lesquelles les

réservoirs 51 doivent être formés.

Comme dans l'étape illustrée par la figure 5(g), le substrat 50 subit une attaque anisotrope dans une solution d'hydroxyde de potassium à 40 %, si bien que les cavités sont formées sur une profondeur d'environ 100 gm dans les régions dans lesquelles les réservoirs 51 doivent être

réalisés.

Par rapport à la plaque à buses ayant le réservoir 3 formé uniquement dans l'entretoise 1, la plaque à buses ayant la construction précitée permet une augmentation de la

profondeur des réservoirs d'encre de la tête d'enregistre-

ment dans son ensemble. Même si la largeur des réservoirs

d'encre est réduite, le volume obtenu permet le fonction-

nement des réservoirs. En conséquence, la largeur de la tête d'enregistrement est réduite et la tête a un plus faible encombrement. Même si le substrat 50 de silicium monocristallin est utilisé avec une épaisseur suffisante pour la formation d'une plaque à buses facile à manipuler, un plus grand nombre de plaques à buses ayant les entretoises précitées est formé dans une tranche de même dimension, si bien qu'il

est possible de réduire le coût de fabrication.

La figure 7 illustre un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans celui-ci, les canaux de transmission d'encre sont formés dans la plaque à buses, en plus des

réservoirs d'encre.

La référence 60 désigne un substrat de silicium monocristallin ayant une face (1 1 0) à sa surface. Les ouvertures 7 de buse sont réalisées dans le substrat en face des cavités d'encre réalisées dans l'entretoise 1 par la technique déjà décrite en référence au mode de réalisation

des figures 3(a) à 3(j). Dans le mode de réalisation consi-

déré, les réservoirs 51 sont formés dans la direction dans

laquelle sont disposées les ouvertures 7 afin que les ouver-

tures de buse soient placées entre des réservoirs d'encre

51. Des canaux 61 sont formés sur les deux côtés longitu-

dinaux de l'ouverture relativement large de chaque orifice

7 afin qu'ils communiquent mutuellement.

Les réservoirs d'encre 51 et les canaux 61 de

transmission d'encre sont formés dans les étapes suivantes.

Plus précisément, une couche protectrice de bioxyde de sili-

cium, décrite en référence à la figure 5(c), est formée sur les régions sur lesquelles les réservoirs 51 doivent être réalisés. La couche protectrice est soumise à une exposition multiple décrite en référence à la figure 5(d), si bien

qu'elle s'amincit.

Après l'attaque anisotrope du substrat 60 pour la formation des ouvertures 7 de buse, c'est-à-dire après une étape analogue à celle qui correspond à la figure 5(e) dans laquelle une attaque est réalisée pour terminer les cavités 2, la couche de bioxyde de silicium qui a été amincie à la

suite de l'exposition multiple décrite dans l'étape illus-

trée par la figure 5(f), est retirée sélectivement des régions dans lesquelles les réservoirs 51 et les canaux 61

doivent être réalisés.

Comme dans l'étape de la figure 5(g), le substrat 60 de silicium monocristallin subit une attaque anisotrope dans une solution d'hydroxyde de potassium à 40 %, si bien que des cavités sont formées avec une profondeur d'environ gm et une profondeur d'environ 150 Mm dans les régions dans lesquelles les canaux 61 et les réservoirs 51 doivent

être réalisés.

La figure 8 illustre un quatrième mode de réalisation de l'invention. Dans celui-ci, des cavités 71 d'encre et des réservoirs 72 d'encre sont formés dans un premier substrat de silicium monocristallin, alors que des ouvertures 81 de buse et des canaux 82 de transmission d'encre sont

réalisés dans un second substrat 80 de silicium monocris-

tallin. La tête d'enregistrement à jets d'encre est réalisée par combinaison de ces deux substrats de silicium monocristallin. Il suffit que le substrat 70 subisse les étapes de fabrication illustrées par les figures 5(a) à 5(g), sans la préparation du motif 49 pour la formation des canaux de transmission d'encre et sans formation du mince film 41'

d'oxyde de silicium.

Il suffit que le second substrat 80 soit mis sous forme de motifs pour la réalisation des ouvertures 81 de buse et

des canaux 61 d'alimentation et subisse une attaque aniso-

trope, sans formation des réservoirs 51 réalisés dans le substrat précité 60 de la plaque à buses représentée sur les figures 7(a) et 7(b). A la suite de la formation des réservoirs 51, qui sont identiques à ceux qui sont représentés sur les figures 7(a) et 7(b), dans le substrat 80, une tête d'enregistrement peut être réalisée de manière que le volume des réservoirs d'encre soit obtenu par

augmentation de la profondeur.

Dans le mode de réalisation décrit précédemment, le dispositif de mise sous pression des cavités d'encre est constitué de l'élément qui déplace l'organe de couvercle. Il est évident que la plaque à buses selon l'invention s'applique à une plaque à buses destinée à un autre type de tête d'enregistrement qui déplace une plaque vibrante par une force électrostatique ou à une tête d'enregistrement qui comprend des éléments générateurs de chaleur logés dans les

cavités d'encre.

Comme décrit précédemment, selon l'invention, la plaque à buses a plusieurs buses d'évacuation d'encre alimentées par un réservoir d'encre qui transmet de l'encre aux cavités par les canaux de transmission d'encre, et elle est mise sous pression par un dispositif de mise sous pression, et la plaque à buses est caractérisée par la formation d'ouverture de buse dans un substrat de silicium monocristallin par attaque anisotrope d'une face (1 1 0) du réseau afin que des trous débouchants possèdent des faces (1-1 1) et (-1 1-1) dans la direction d'alignement des ouvertures de buse et des faces (1 1 1) et (1 1-1) dans la direction de l'axe de la cavité d'encre. les ouvertures de buse peuvent être formées avec des faces (1-1 1) et (-1 1-1) perpendiculaires au

substrat de silicium monocristallin dans la direction d'ali-

gnement des ouvertures des buses. Ainsi, la largeur de l'orifice d'évacuation est constante quel que soit le temps d'attaque du substrat. Les ouvertures de buse peuvent donc être réalisées dans un substrat de silicium monocristallin avec une épaisseur convenant à une plaque à buses, par

attaque anisotrope.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux têtes à jets d'encre et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre

d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Tête à jets d'encre, caractérisée en ce qu'elle comprend: une entretoise (1) ayant plusieurs réservoirs (3, 51, 72) d'encre, des canaux (4, 61, 82) de transmission d'encre et des cavités (2, 71) d'encre, recevant de l'encre du réservoir (3, 51, 72) d'encre par l'intermédiaire des canaux (4, 61, 82) de transmission d'encre, un organe de couvercle (5) destiné à fermer de manière étanche un côté de l'entretoise (1), une plaque à buses (6) fermant de manière étanche l'autre côté de l'entretoise (1) et constituée d'un substrat (20, 40, 60, 70, 80) de silicium monocristallin ayant une face (1 1 0) de réseau, plusieurs ouvertures (7, 81) de buse étant formées afin qu'elles communiquent avec les cavités (2, 71) d'encre et comprenant des faces (1- 1 1) et (-1 1-1) dans la direction d'alignement des ouvertures (7, 81) de buse, ainsi que des faces (1 1 1) et (1 1-1) dans la direction de l'axe de chaque cavité (2, 71) d'encre, les ouvertures (7, 81) de buse ayant des parties de diamètre maximal qui débouchent vers les cavités (2, 71) d'encre et des parties de diamètre minimal placées en face des parties de diamètre maximal, et un dispositif de mise sous pression de la cavité (2,

71) d'encre.

2. Tête selon la revendication 1, caractérisée en ce que des parties cylindriques sont formées dans les parties de diamètre minimal des ouvertures (7, 81) de buse par

attaque isotrope.

3. Tête selon la revendication 1, caractérisée en ce que des cavités (2, 71) sont formées dans la région dans laquelle les réservoirs (3, 51, 72) d'encre sont disposés, du côté du substrat monocristallin (20, 40, 60, 70, 80) dans lequel sont formées les parties de diamètre maximal des

ouvertures (7, 81) de buse.

4. Tête selon la revendication 1, caractérisée en ce que des cavités (2, 71) sont formées dans la région dans laquelle des canaux (4, 61, 82) de transmission d'encre sont disposés, du côté du substrat monocristallin (20, 40, 60, , 80) dans lequel sont formées les parties de diamètre

maximal des ouvertures (7, 81) de buse.

5. Tête selon la revendication 1, caractérisée en ce que des cavités (2, 71) sont formées dans la région dans laquelle les réservoirs (3, 51, 72) d'encre et les canaux (4, 61, 82) de transmission d'encre sont disposés, du côté du substrat monocristallin (20, 40, 60, 70, 80) dans lequel sont formées les parties de diamètre maximal des ouvertures

(7, 81) de buse.

6. Tête selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cavités (2, 71) d'encre sont disposées avec l'orientation cristalline d'un axe de zone <1-1-2> défini par les faces de zone (1-1 1) et (1 1 0), et les axes de

zone <-1 1 2>, <1-1 2> et <-1 1-2>, équivalant à <1-1-2>.

7. Procédé de fabrication d'une tête à jets d'encre, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: la formation d'un film d'une matière de réserve d'attaque sur un substrat (20, 40, 60, 70, 80) de silicium monocristallin ayant une face (1 1 0), l'attaque d'une partie du film de matière de réserve pour l'exposition d'une région du substrat (20, 40, 60, 70, ) de silicium monocristallin, l'attaque anisotrope de la région exposée pour la formation de plusieurs ouvertures (7, 81) de buse destinées à avoir des faces (1-1 1) et (-1 1- 1) dans la direction d'alignement des ouvertures (7, 81) de buse, et le collage d'une entretoise (1) ayant plusieurs réservoirs (3, 51, 72) d'encre, plusieurs canaux (4, 61, 82) de transmission d'encre et plusieurs cavités (2, 71) d'encre

du côté de la région exposée.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la formation d'autres cavités (2, 71) dans la région dans laquelle le réservoir (3, 51, 72)

d'encre est disposé, du côté de la région exposée.

9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la formation d'autres cavités (2, 71) dans les régions dans lesquelles les canaux (4, 61, 82) de transmission d'encre sont disposés, du côté de la région exposée.

10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la formation d'autres cavités (2, 71) dans les régions dans lesquelles les réservoirs (3, 51, 72) d'encre et les canaux (4, 61, 82) de transmission

d'encre sont disposés, du côté de la région exposée.

11. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'extraction de tout le film de matière de réserve d'attaque, et l'oxydation thermique de

toute la surface de l'ensemble résultant.

12. Procédé de fabrication d'une tête à jets d'encre, -caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: la formation d'un film d'une matière de réserve d'attaque sur un substrat (20, 40, 60, 70, 80) de silicium monocristallin ayant une face (1 1 0), l'attaque du film de la matière de réserve d'attaque d'un premier côté du substrat (20, 40, 60, 70, 80) de silicium monocristallin pour l'exposition d'une région du substrat (20, 40, 60, 70, 80) destinée à la formation de parties cylindriques ayant un diamètre suffisant pour l'évacuation de gouttelettes d'encre, l'attaque isotrope de la région exposée d'un côté pour la formation de cavités (2, 71), la formation d'un film de matière de réserve d'attaque sur les cavités (2, 71), l'attaque d'une partie du film de la matière de réserve d'attaque de l'autre côté du substrat (20, 40, 60, 70, 80) de silicium monocristallin afin qu'une région du substrat (20, 40, 60, 70, 80) soit exposée pour la formation d'un motif convenant à l'attaque anisotrope des cavités (2, 71), l'attaque anisotrope de la région exposée de l'autre côté pour la formation de plusieurs ouvertures (7, 81) de buse destinées à posséder des faces (1-1 1) et (-1 1-1) dans la direction d'alignement des ouvertures (7, 81) de buse et afin qu'elles atteignent les cavités (2, 71), et

le collage d'une entretoise (1) ayant plusieurs réser-

voirs (3, 51, 72) d'encre, plusieurs canaux (4, 61, 82) de transmission d'encre et plusieurs cavités (2, 71) d'encre de

l'autre côté.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la formation d'autres cavités (2, 71) dans la région dans laquelle le réservoir (3, 51, 72)

d'encre est disposé, de l'autre côté du substrat monocris-

tallin (20, 40, 60, 70, 80).

14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la formation d'autres cavités (2, 71) dans les régions dans lesquelles les canaux (4, 61, 82) de transmission d'encre sont destinés à être placés, de l'autre côté du substrat monocristallin (20, 40, 60, 70, ).

15. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la formation d'autres cavités (2, 71) dans les régions dans lesquelles les réservoirs (3, 51, 72) d'encre et les canaux (4, 61, 82) de transmission d'encre sont disposés, du côté du substrat monocristallin

(20, 40, 60, 70, 80).

16. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'extraction de la totalité du film de la matière de réserve d'attaque, et l'oxydation

thermique de toute la surface de l'ensemble résultant.