DE3705014C2 - - Google Patents
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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.
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