DE3705014C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf ein Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, welches nach diesem Verfahren hergestellt ist.

Im allgemeinen hat gemäß Fig. 4 ein Aufzeichnungskopf für ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät jeweils eine Düsenöffnung 105 für den Tintenausstoß, eine Tintenaus­ stoßeinheit mit einem Strömungskanal 104, der eine Wärme­ einwirkungseinheit für das Zuführen von Wärmeenergie zu der Tinte für deren Ausstoß enthält, und einen elektro­ thermischen Wandler 103 für das Erzeugen der Wärmeenergie.

Ein Substrat der eingangs genannten Art für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf und ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Herstellung desselben sind aus der DE 30 08 487 A1 bekannt. In dieser Druckschrift ist ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf beschrieben, bei dem auf einem Trägermaterial für eine Vielzahl reihenförmig angeordneter elektrothermischer Wandlerelemente durch Ätzen eine Heizwiderstandsschicht gebildet wird. Die jeweiligen Heizwiderstandsschichten werden auf einer Fläche gebildet, welche zumindest die beiden Seiten der Reihe von elektrothermischen Wandlerelementen enthält. Jede der Heizwiderstandsschichten wird mit zwei Elektroden verbunden, von denen jeweils eine entweder zwischen den einzelnen Wandlerelementen oder auch seitlich neben der Reihe der Wandlerelemente zu einer Ansteuerschaltung geführt wird.

Die von dem elektrothermischen Wandler erzeugte Wär­ meenergie wirkt auf die Flüssigkeit bzw. Tinte derart ein, daß Bläschen erzeugt werden, die durch Volumenexpansion und Zusammenziehung schnelle Zustandsänderungen hervorru­ fen.

Das Volumen der Bläschen steht mit dem Tröpfchendurchmes­ ser in Zusammenhang. Zum Erzielen einer gleichförmigen Aufzeichnung hoher Qualität ist es erforderlich, daß die den jeweiligen Düsenöffnungen des Aufzeichnungskopfs zugeordneten Heizwiderstandsschichten gleiche Eigenschaften aufweisen.

Die Heizwiderstandsschicht wird in einem Ätzprozeß in eine vorgeschriebene Form gebracht. Bei dem Ätzprozeß wird die Ätzlösung an den einander gegenüberliegenden Endbereichen der Heizwiderstände wirkungsvoller umgewälzt als an dem mittleren Bereich, so daß bei dem Ätzen ein Randeffekt auftritt und das Ätzen an den Endbereichen bzw. Randberei­ chen schneller fortschreitet. Infolgedessen wird die Breite der Heizwiderstandsschicht verringert.

Fig. 1 zeigt eine Verteilung der Breiten der Heizwider­ standsschicht bei einem Aufzeichnungskopf nach dem Stand der Technik. Es ist ersichtlich, daß die Breite der Heiz­ widerstandsschicht an den Endbereichen kleiner als im mittleren Bereich ist. Infolgedessen ist bei dem Auf­ zeichnungskopf nach dem Stand der Technik die Aufzeich­ nungsdichte in der Richtung der Anordnung bzw. Aufreihung der Heizwiderstandsschichten nicht gleichförmig, so daß die Druckdichte von der Mitte weg zu den einander gegen­ überliegenden Enden hin geringer wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf bzw. ein Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf derart weiterzubilden, daß die Flächen der Heizwiderstandsschichten der elektrothermischen Wandler einander gleich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Schritte bzw. durch die in Patentanspruch 2 angegebenen Merkmale gelöst.

Demnach wird also eine bestimmte Anzahl von zusätzlichen Ätzbereichen derselben geometrischen Form wie die zur Herstellung der Heizwiderstandsschichtbereiche der Wandlerelemente verwendeten Ätzbereiche an den Seiten der Wandlerelemente ausgebildet, wobei die Anzahl der zusätzlichen Ätzbereiche von der verwendeten Ätzflüssigkeit und dem verwendeten Heizwiderstandsschichtmaterial abhängt. Damit wird erreicht, daß beim Ätzen der Heizwiderstandsschichten für alle Heizwiderstandsschichten vollkommen gleiche Ätzbedingungen herrschen, d. h. es treten keine durch eine Randlage der Heizwiderstandsschichten innerhalb des Ätzbads hervorgerufene Unregelmäßigkeiten auf. Die Flächen der durch Ätzen erzeugten Heizwiderstandsschichten sind daher einander vollkommen gleich.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu­ tert.

Fig. 1 zeigt die Verteilung der Breiten von Heizwider­ standsschichten eines Kopfs nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Tintenstrahl-Auf­ zeichnungskopf gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 3 zeigt die Verteilung der Breiten von Heizwider­ standsschichten des erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopfs.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für einen üblichen Tintenstrahl- Aufzeichnungskopf.

Die Fig. 2 zeigt einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Mit 200 ist ein Satz von elektrothermischen Wandlern bzw. Heizelementen für den Ausstoß von Flüssigkeit bzw. Tinte bezeichnet. Jedes Heiz­ element hat eine Heizwiderstandsschicht 201 und eine Elek­ trodenschicht 203. Mit 202 ist ein Satz von elektrothermi­ schen Wandlern bzw. Blindheizelementen bezeichnet, die beiderseits der Heizelemente 200 angeordnet sind und die dazu dienen, die Flächen der Heizwiderstandsschichten 201 der Heizelemente einander gleich zu machen, wobei die Blindheizelemente nicht zum Tintenausstoß dienen. Im glei­ chen Prozeß wie die Heizelemente können die Blindheizele­ mente in einer Anzahl (von beispielsweise 10 oder mehr) gebildet werden, die zum Verhindern der Ausbreitung der Einwirkung des Randeffekts bei dem Ätzen zu den Heiz­ elementen 200 hin ausreichend ist.

D. h., bei diesem Ausführungsbeispiel werden mehr Heizele­ mente als die für die Bildaufzeichnung erforderlichen hergestellt und als tatsächliche Heizelemente die Heizele­ mente außer einer bestimmten Anzahl von Heizelementen an den einander gegenüberliegenden Enden verwendet. Daher wird der Kopf in dem Prozeß nicht nachteilig verändert, so daß gleichförmige und fehlerfreie Köpfe erzielt werden.

Das Blindheizelement kann den gleichen Aufbau wie das Heizelement haben, muß aber zwischen den beiden Elektroden (bzw. elektrisch leitenden Schichten) keine Wärme erzeu­ gen, da es nicht zum Bilden von Tröpfchen herangezogen wird. Daher ist kein Anschluß an eine Steuersignalquelle erforderlich und das Ausbilden des Blindheizelements auf dem Substrat ausreichend.

Der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß dem Ausführungs­ beispiel wird in folgenden Schritten hergestellt:

Auf einer Fläche einer Si-Scheibe wird durch thermische Oxidation ein SiO₂-Film in einer Dicke von 5 µm gebildet. Dann wird eine Heizwiderstandsschicht aus HfB₂ in einer Dicke von 150 nm aufgesprüht, wonach eine Al-Schicht in einer Dicke von 500 nm nach einem Elektronenstrahl-Ablage­ rungsverfahren aufgebracht wird.

Dann werden die Schichten in einem fotolithografischen Prozeß zu den erwünschten Heizflächen und Elektroden ge­ formt. Danach wird nach einem Hochgeschwindigkeits-Auf­ sprühverfahren eine SiO₂-Schicht in einer Dicke von 2,5 µm aufgebracht.

Dann wird in einem Polyimidfilm (mit 3 µm Dicke) wie einem Film aus PIQ von Hitachi Chemical als Fotolack für das Abheben von Ta ein Muster ausgebildet, wonach nach einem Gleichstrom-Aufsprühverfahren ein Ta-Film (von 1,0 µm Dicke) aufgebracht wird. Nach dem Bilden des Ta-Films wird der Polyimidfilm entfernt und der Ta-Film mit dem Muster versehen. Auf diese Weise wird das Substrat hergestellt.

Abschließend wird zum Bilden eines Tintenzuführkanals, einer Wärmeeinwirkungsfläche und einer Düsenöffnung eine mit Nuten versehene Glasplatte derart aufgelegt, daß die Nut in eine geeignete Lage in bezug auf die an dem Substrat gebildete Heizfläche gebracht wird, und an das Substrat angeklebt.

Wenn für die Blindheizelemente eine andere Form als für die Heizelemente 200 gewählt wird, können die Blindheiz­ elemente und die Heizelemente leicht voneinander unter­ schieden werden, so daß der Zuleitungsanschluß der Heiz­ elemente erleichtert ist.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbei­ spiel sind zwar auch an den Blindheizelementen Elektro­ den ausgebildet, jedoch ist das Ausbilden von Elektroden an den Blindheizelementen nicht erforderlich, da diese nicht für den Ausstoß der Tinte bzw. Flüssigkeit benutzt werden.

Da bei dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel an den einander gegenüberliegenden Enden der Heizelemente für den Tintenausstoß die nicht für den Tintenausstoß benutzten Heizwiderstandsschichten angeordnet werden, sind gemäß der Darstellung in Fig. 3 die Breiten der Heizwiderstands­ schichten für den Tintenausstoß im wesentlichen gleich. Infolgedessen wird ein gleichförmiges Bild hoher Qualität aufgezeichnet.

Da die nicht für den Tintenausstoß benutzten Heizwider­ standsschichten im gleichen Prozeß wie die Tintenausstoß- Heizelemente allein durch Hinzufügen des betreffenden Musters gebildet werden, ist der Prozeß für die Herstel­ lung des Aufzeichnungskopfs unkompliziert.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel bestehen die als Blindheizelemente an den einander gegen­ überliegenden Seiten der Heizelemente 200 angeordneten Heizwiderstandsschichten aus dem gleichen Material wie die Heizwiderstandsschichten der Heizelemente 200.

Alternativ können die Blindheizelemente aus einem Material hergestellt werden, das die gleiche Ätzrate bzw. Ätzge­ schwindigkeit wie die Heizwiderstandsschichten der Heiz­ elemente 200 hat.

In einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß dem Ausfüh­ rungsbeispiel ist die Breite der Heizwiderstands­ schichten der für den Tintenausstoß benutzten Heizelemente gleich, so daß daher mit dem Tintenstrahl-Aufzeichnungs­ kopf das Aufzeichnen von Bildern in gleichförmiger Dichte und hoher Qualität ermöglicht ist.

Darüber hinaus kann das Substrat, auf dem die Heizwider­ standsschicht ausgebildet wird, eine Wärmesammelschicht enthalten.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, bei dem auf einem Trägermaterial für eine Vielzahl elektrothermischer Wandlerelemente eine Heizwiderstandsschicht auf einer Fläche gebildet wird, welche zumindest die beiden Seiten der Reihe der elektrothermischen Wandlerelemente enthält, und die Heizwiderstandsschicht geätzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der verwendeten Ätzflüssigkeit und dem Heizwiderstandsschichtmaterial eine bestimmte Anzahl von zusätzlichen Ätzbereichen derselben geometrischen Form wie die zur Herstellung der Heizwiderstandsschichtbereiche der Wandlerelemente verwendeten Ätzbereiche an den Seiten der Wandlerelementenreihe ausgebildet wird.

2. Substrat für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, dadurch gekennzeichnet, daß es nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt ist.