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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein geschlitztes Substrat
und insbesondere auf ein geschlitztes Substrat zur Verwendung bei
einem Tintenstrahldrucker.
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Tintenstrahldrucker
und andere elektronische Druckvorrichtungen sind mittlerweile in
der Gesellschaft allgegenwärtig.
Diese Druckvorrichtungen können
ein geschlitztes Substrat verwenden, um bei dem Druckprozess Tinte
zu liefern. Derartige Druckvorrichtungen können viele erwünschte Charakteristika
zu einem erschwinglichen Preis liefern. Der Wunsch nach immer mehr
Merkmalen zu immer niedrigeren Preisen zwingt Hersteller jedoch
weiterhin, Effizienzen zu verbessern.
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Eine
Art, Verbraucherforderungen zu erfüllen, besteht darin, die geschlitzten
Substrate zu verbessern, die in Druckkopfchips, Fluidausstoßvorrichtungen,
Druckern und anderen Druckvorrichtungen enthalten sind. Derzeit
können
die geschlitzten Substrate eine Neigung aufweisen, Risse zu bilden
und schließlich
zu brechen. Rissbildung bei dem Substrat und schließlich dem
Druckkopfchip erhöht
die Produktionskosten in Folge von geringerer Ausbeute und senkt
die Produktzuverlässigkeit.
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Die
EP 1 386 741 ist für Deutschland,
Frankreich und Großbritannien
gemäß Artikel
54(3) der Stand der Technik. Die
EP
1 386 741 beschreibt ein geschlitztes Substrat zur Verwendung
bei einer Fluidausstoßvorrichtung.
Ein Schlitz erstreckt sich durch das Substrat und weist eine Mittelregion
auf, die mit einer oder mehr Endregionen verbunden ist. Bei bestimmten
Ausführungsbeispielen
weist die Endregion eine Breite auf, die größer ist als die Breite der
Mittelregion.
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Dementsprechend
entstand die vorliegende Erfindung aus dem Wunsch heraus, geschlitzte
Substrate zu schaffen, die erwünschte
Charakteristika aufweisen.
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Eine
Anzahl von bevorzugten Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben, bei denen: Die gleichen Komponenten in den
gesamten Zeichnungen verwendet werden, um auf gleiche Merkmale und
Komponenten zu verweisen.
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1 zeigt
einen Vorderaufriss eines exemplarischen Druckers.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Druckkassette gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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3 zeigt
eine Querschnittsansicht eines oberen Abschnitts einer Druckkassette
gemäß einem exemplarischen
Ausführungsbeispiel.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Substrats gemäß dem Stand der Technik.
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4a zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts des Substrats gemäß dem Stand der Technik, das
in 4 gezeigt ist.
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5 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Substrats gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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5a zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts des exemplarischen Substrats, das in 5 gezeigt
ist.
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5b–5f zeigen
Querschnittsansichten des exemplarischen Substrats, das in 5 gezeigt
ist.
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6 zeigt
eine Draufsicht eines exemplarischen Substrats gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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6a zeigt
eine Querschnittsansicht des exemplarischen Substrats, das in 6 gezeigt
ist.
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7 zeigt
eine Draufsicht eines exemplarischen Substrats gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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7a zeigt
eine Querschnittsansicht des exemplarischen Substrats, das in 7 gezeigt
ist.
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8–10 zeigen
Querschnittsansichten eines exemplarischen Substrats gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
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11 zeigt
eine Draufsicht eines exemplarischen Druckkopfs gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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Die
Ausführungsbeispiele,
die im Folgenden beschrieben sind, beziehen sich auf Verfahren und Systeme
zum Bilden von Schlitzen in einem Substrat. Mehrere Ausführungsbeispiele
dieses Prozesses sind im Zusammenhang mit einem Bilden von Fluidzufuhrschlitzen
in einem Substrat beschrieben, das in einen Druckkopfchip oder eine
andere Fluidausstoßvorrichtung
eingegliedert werden kann.
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Wie
es gewöhnlich
bei Druckkopfchips verwendet wird, kann das Substrat ein Halbleitersubstrat aufweisen,
das Mikroelektronik aufweisen kann, die durch das Substrat auf einer
Dünnfilmoberfläche getragen
wird, die einer rückseitigen
Oberfläche
oder einer Rückseite
gegenüberliegen
kann, darin enthalten ist und/oder darüber aufgebracht ist. Die ein
o der mehr Fluidzufuhrschlitze können
ermöglichen,
dass ein Fluid, gewöhnlich
Tinte, von einem Tintenvorrat oder einem Reservoir zu Fluidausstoßelementen
geliefert wird, die in Ausstoßkammern
in dem Druckkopfchip enthalten sind.
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Bei
einigen Ausführungsbeispielen
kann dies durch ein Verbinden des Fluidzufuhrschlitzes mit ein oder
mehr Tintenzufuhrdurchgängen
erreicht werden, von denen jeder eine einzelne Ausstoßkammer versorgen
kann. Die Fluidausstoßelemente
bei thermischen Tintenstrahl-(TIJ)Vorrichtungen weisen gewöhnlich Heizelemente
oder Abfeuerwiderstände auf,
die ein Fluid erhitzen, was in der Ausstoßkammer durch ein rasches explosives
Kochen einen erhöhten
Druck verursacht. Ein Teil dieses Fluids kann durch eine Abfeuerdüse ausgestoßen werden;
das ausgestoßene
Fluid wird nachfolgend durch Fluid ersetzt, das von dem Reservoir
geliefert wird, das durch den Fluidzufuhrschlitz fließt.
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Die
Fluidzufuhrschlitze können
konfiguriert sein, um Belastungskonzentrationen an dem Substratmaterial
in und um die Schlitze des geschlitzten Substrats zu verringern.
Bei einigen Ausführungsbeispielen
können
die Schlitze eine Mittelregion und zumindest eine Endregion, die
mit der Mittelregion verbunden ist, aufweisen. Bei anderen Ausführungsbeispielen
kann die Endregion zumindest teilweise durch einen schalenförmigen Abschnitt
definiert sein. Bei einigen dieser Ausführungsbeispiele kann der schalenförmige Abschnitt
an einer ersten Oberfläche des
Substrats einen Durchmesser aufweisen, der größer als eine Breite der Mittelregion
an der ersten Oberfläche
ist. Die erhöhte
Breite der Endregion kann Bereiche einer Belastungskonzentration
durch ein Verteilen von Belastungen über eine größere Menge von Substratmaterial
verringern. Andere exemplarische Ausführungsbeispiele können Endregionen
verwenden, die verschiedene andere Formen aufweisen, die Belastungskonzentrationen
besonders an oder in der Nähe
von der ersten und/oder zweiten Oberfläche des Substrats verringern
können. Die
verschiedenen Schlitzkonfigurationen können unter anderen Attributen
gewünschte
Fluidflusscharakteristika liefern und eine Belastungskonzentration minimieren,
während
dieselben ein stärkeres,
robusteres geschlitztes Substrat ergeben, das weniger zu Rissbildung
neigt.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Druckers 100, der ein exemplarisches geschlitztes Substrat
verwenden kann. Der Drucker, der hier gezeigt ist, ist in der Form
eines Tintenstrahldruckers ausgeführt. Der Drucker kann, muss
aber nicht, stellvertretend für
eine Tintenstrahldruckerreihe sein, die von Hewlett-Packard Company
unter dem Warenzeichen „DeskJet" hergestellt wird.
Der Drucker 100 kann in der Lage sein, schwarz-weiß und/oder schwarz-weiß und in
Farbe zu drucken. Der Begriff „Drucker" bezieht sich auf
einen beliebigen Typ von Drucker oder Druckvorrichtung, der bzw.
die Fluid, wie z.B. Tinte oder andere pigmentierte Materialien, auf
ein Druckmedium ausstößt. Obwohl
zu Beispielszwecken ein Tintenstrahldrucker gezeigt ist, sei darauf
hingewiesen, dass Aspekte der beschriebenen Ausführungsbeispiele in anderen
Formen von Bilderzeugungsvorrichtungen implementiert werden können, die
geschlitzte Substrate verwenden, wie z.B. Faxgeräte, Fotokopiergeräte und andere
Fluidausstoßvorrichtungen.
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2 zeigt
eine exemplarische Druckkassette 242. Die Druckkassette
ist aus dem Druckkopf 244 und dem Kassettenkörper 246 gebildet.
Andere exemplarische Konfigurationen werden von Fachleuten erkannt.
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3 zeigt
eine Querschnittsdarstellung eines Abschnitts der exemplarischen
Druckkassette 242, die in 2 gezeigt
ist. Sie zeigt den Kassettenkörper 246,
der Fluid 302 zur Lieferung an den Druckkopf 244 enthält. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist die Druckkassette konfiguriert, um eine Farbe von Fluid oder
Tinte an den Druckkopf zu liefern. Bei anderen Ausführungsbeispielen
können,
wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, andere exemplarische Druckkassetten
mehrere Farben und/oder schwarze Tinte an einen einzigen Druckkopf
liefern. Andere Drucker können
mehrere Druckkassetten verwenden, von denen jede eine einzige Farbe
oder schwarze Tinte liefern kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist eine Anzahl von unterschiedlichen Fluidzufuhrschlitzen („Schlitze") bereitgestellt,
wobei drei exemplarische Schlitze bei 303, 304 und 305 gezeigt sind.
Andere exemplarische Ausführungsbeispiele können die
Fluidlieferung teilen, so dass jeder der drei Schlitze (303–305)
eine separate Fluidlieferung empfängt. Andere exemplarische Druckköpfe können weniger
oder mehr Schlitze als die drei hier gezeigten verwenden.
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Die
verschiedenen Schlitze 303–305 gehen durch Abschnitte
eines Substrats 308 hindurch. Bei diesem exemplarischen
Ausführungsbeispiel
kann Silizium ein geeignetes Substrat sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen
weist das Substrat 308 ein kristallines Substrat auf, wie
z.B. monokristallines Silizium oder polykristallines Silizium. Beispiele
für andere
geeignete Substrate umfassen u.a. Galliumarsenid, Glas, Silika,
Keramik oder ein anderes Halbleitermaterial. Geeignete Substrate
sind in der Regel spröde
Materialien, für
die eine Belastungskonzentration und Profile von Schlitzen zumindest
teilweise die Festigkeit eines Teils und seine Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Rissbildung bestimmen können. Das
Substrat 308 kann verschiedene Konfigurationen aufweisen,
wie es für
einen Fachmann zu erkennen ist.
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Die
exemplarischen Ausführungsbeispiele können Substratdicken
verwenden, die von weniger als 100 Mikrometern bis zu mehr als 2000
Mikrometern reichen. Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel kann ein Substrat
verwenden, das etwa 675 Mikrometer dick ist.
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Die
Funktionen des Substrats 308 können u.a. mechanische (Träger), hydraulische
(Fluidlieferung) und aktive elektronische umfassen. Das Substrat
weist eine erste Oberfläche 310 und
eine zweite Oberfläche 312 auf. Über dem
Substrat positioniert sind die unabhängig steuerbaren Fluidausstoßelemente
oder Fluidtropfengeneratoren, die bei diesem Ausführungsbeispiel
Abfeuerwiderstände 314 aufweisen,
die verwendet werden, um Tinte zu erhitzen. Bei diesem exemplarischen
Ausführungsbeispiel sind
die Abfeuerwiderstände 314 ein
Teil eines Stapels von Dünnfilmschichten
auf dem Substrat 308. Die Dünnfilmschichten können ferner
eine Sperrschicht 316 aufweisen.
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Die
Sperrschicht kann u.a. ein Photoresistpolymersubstrat aufweisen. Über der
Sperrschicht befindet sich eine Öffnungsplatte 318,
die eine dünne Nickelstruktur
aufweisen kann, jedoch nicht darauf beschränkt ist. Die Öffnungsplatte
kann eine Mehrzahl von Düsen 319 aufweisen,
durch die Fluid, das durch die verschiedenen Abfeuerwiderstände 314 erhitzt
wird, zum Drucken auf ein Druckmedium (nicht gezeigt) ausgestoßen werden
kann. Die verschiedenen Schichten können auf die vorhergehenden Schichten
gebildet, aufgebracht oder angebracht sein. Die hier gegebene Konfiguration
ist nur eine mögliche
Konfiguration. Zum Beispiel sind die Öffnungen oder Düsen und
die Sperrschicht bei einem alternativen Ausführungsbeispiel integriert.
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Die
exemplarische Druckkassette, die in den 2 und 3 gezeigt
ist, ist bezüglich
der gewöhnlichen
Ausrichtung während
der Verwendung verkehrt herum. Wenn dieselbe zur Verwendung positioniert
ist, kann das Fluid 302 von dem Kassettenkörper 246 in
einen oder mehr der Schlitze 303–305 fließen. Von
den Schlitzen kann sich das Fluid durch einen Fluidzufuhrdurchgang 320 bewegen,
der zu einer Ausstoßkammer 322 führt.
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4 zeigt
ein Substrat 308a gemäß dem Stand
der Technik, in dem drei Schlitze 403, 404 und 405 gebildet
sind. Einzelne Schlitze können
eine allgemein rechteckige Konfiguration aufweisen, wenn dieselben
von über
einer ersten Oberfläche 310a des Substrats
betrachtet werden. Jeder Schlitz kann zwei Seitenwände, die
mit „k" und „l" bezeichnet sind, und zwei
Endwände,
die mit „m" und „n" bezeichnet sind, aufweisen.
Die allgemein rechteckige Schlitzkonfiguration verteilt Belastungen
nicht optimal; unter Belastungskonfigurationen. Stattdessen können Belastungen
in dem Substratmaterial an den Enden der Schlitze (403–405)
konzentriert sein. Besonders akut kann die Belastungskonzentration
in dem Substratmaterial an einer Region oder Ecke sein, wo eine
Seitenwand auf eine Endwand trifft. Eine dieser Ecken ist mit 412 bezeichnet.
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4a zeigt
eine vergrößerte Ansicht
der Ecke 412. Die Endwand 403n ist allgemein senkrecht zu
der Seitenwand 403k, und die Schnittstelle der zwei Wände kann
eine Ecke von etwa 90 Grad bilden. Einige Schlitze können an
den Ecken leicht abgerundet sein (wie es in gestrichelten Linien
gezeigt ist), behalten aber trotzdem die allgemeine Konfiguration
bei. Eine mäßige Last,
die an diese Konfiguration angelegt wird, kann zu einem relativ
hohen Belastungszustand in dem Substratmaterial in der Nähe einer
Eckregion des Schlitzes führen.
Z.B. zeigt 4a ein derartiges Substratmaterial,
das allgemein bei 414 angezeigt ist. Die Belastungspegel
an derartigen Regionen können
lokal die Bruchgrenze des Substratmaterials übersteigen und können eine Rissbildung
verursachen. Die Belastungskonzentration und somit die Wahrscheinlichkeit
einer Rissausbreitung kann am größten für das Substratmaterial 414 sein,
das sich in der Nähe
der ersten Oberfläche 310a oder
der zweiten Oberfläche 312 (in 3 gezeigt)
befindet.
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Der
Abschnitt des Substratmaterials 414 an oder in der Nähe von der
ersten oder der zweiten Oberfläche
kann aufgrund der Schlitzgeometrie und der Kombination von u.a.
Druck-, Dehn- und/oder Torsionskräften einer hohen Belastung
unterworfen sein. Angelegte Lasten in Verbindung mit der Geometrie
der Eckregionen, wie z.B. 414, können zu einer Rissinitiierung
an diesen Stellen führen.
Derartige Risse können
sich, wenn sie einmal initiiert sind, ausbreiten und schließlich ein
Versagen des Substrats 308a bewirken. Da das geschlitzte
Substrat gewöhnlich
in eine Druckkassette oder eine andere Fluidausstoßvorrichtung
eingegliedert ist, kann ein Versagen des Substrats bewirken, dass
die gesamte Komponente ausfällt.
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5 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen geschlitzten Substrats 308b, das
eine verringerte Neigung zur Rissbildung aufweisen kann. Das Substrat
weist drei exemplarische Tintenzufuhrschlitze (503, 504 und 505)
auf, die in einer ersten Oberfläche 310b des
Substrats aufgenommen sind. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen
kann die erste Oberfläche
u.a. eine Dünnfilmoberfläche oder
eine Rückseitenoberfläche aufweisen.
Bei einigen dieser Ausführungsbeispiele
können
einzelne Schlitze Merkmale aufweisen, die die Neigung des Substrats,
Risse zu bilden, verringern können,
wie es im Folgenden genauer erörtert
ist.
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Einzelne
Schlitze 503–505 können eine
Mittelregion, die mit „a" bezeichnet ist,
und zumindest eine Endregion aufweisen. Wie es bei diesem Ausführungsbeispiel
gezeigt ist, weist jeder Schlitz zwei Endregionen auf, die mit „b" und „c" bezeichnet sind. Andere
exemplarische Ausführungsbeispiele
können mehr
oder weniger Endregionen aufweisen, wobei einige Beispiele derselben
im Folgenden genauer erörtert
sind.
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5a zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht eines
Abschnitts des Substrats 308b, das in 5 gezeigt
ist. Unter spezieller Betrachtung des Schlitzes 505 zeigt
die Schnittansicht einen Abschnitt der Mittelregion 505a,
der mit der Endregion 505b verbunden ist. Die Endregion,
die in diesem Ausführungsbeispiel
gezeigt ist, weist eine Schalenform auf, bei der es sich um nur
eine mögliche
Konfiguration handelt. Andere Ausführungsbeispiele können Endregionen
verwenden, die u.a. allgemein konisch, pyramidenförmig und
pyramidenstumpfartig sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche der Endregionen
bezüglich
der ersten Oberfläche übergehend
oder abgerundet. („Übergehen" bedeutet, wie es
hier verwendet wird, dass eine scharfe Kante abgerundet wurde.)
Andere exemplarische Ausführungsbeispiele
können
Endregionen mit einem abgefasten Profil an der Oberfläche-zu-Schlitz-Wandverbindung
aufweisen und können
dadurch eine deutliche Grenze mit einer Oberfläche des Substrats bilden.
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Eine
oder mehr schalenförmige
Endregionen können
u.a. eine Halbkugel oder eine Kegelstumpfform aufweisen. Diese exemplarische
Schlitzkonfiguration kann Belastungskonzentrationen bei Regionen des
Substrats, die sich in der Nähe
eines Schlitzes befinden, verringern. Besonders wirksam können die exemplarischen
Ausführungsbeispiele
beim Verringern von Belastungskonzentrationen bei Regionen des Substrats
sein, die sich in der Nähe
einer ersten oder zweiten Oberfläche
des Substrats und eines Schlitzes befinden. Dies kann zumindest
teilweise durch ein Vergrößern einer
Breite oder eines Durchmessers der Endregion relativ zu der Mittelregion
erreicht werden, wodurch kleine Krümmungsradien bei dem geschlitzten
Substrat vermieden werden. Eine derartige vergrößerte Endregion kann beliebige
Belastungskräfte über einen
größeren Bereich
des Substratmaterials verteilen und somit Regionen einer Belastungskonzentration
verringern.
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5b zeigt
eine Querschnittsansicht des Substrats 308b. Die Ansicht
ist entlang der Längsachse
des Schlitzes 504 genommen, wie es in 5 gezeigt
ist. Die Ansicht ist allgemein orthogonal zu der ersten Oberfläche 310b.
Eine Mittelregion 504a des Schlitzes 504 ist durch
eine Dicke t des Substrats gebildet, die sich zwischen der ersten
Oberfläche 310b und
einer zweiten Oberfläche 312b erstreckt. Wie
es hier gezeigt ist, erstreckt sich der Großteil der Mittelregion 504a durch
die Dicke t des Substrats. Bei anderen exemplarischen Ausführungsbeispielen kann
sich weniger oder mehr der Mittelregion durch die Dicke des Substrats
erstrecken.
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Zwei
Endregionen (504b und 504c) sind an gegenüberliegenden
Enden des Schlitzes 504 zu sehen. Wie es hier gezeigt ist, erstrecken
sich einzelne Endregionen nicht durch die gesamte Dicke t des Schlitzes.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
gehen die Endregionen durch etwa 25 Prozent des Schlitzes. Andere
exemplarische Ausführungsbeispiele
können durch
weniger oder mehr der Dicke des Schlitzes hindurchgehen. Einige
exemplarische Endregionen können
durch einen Bereich von etwa 1 Prozent bis etwa 100 Prozent der
Dicke des Schlitzes hindurchgehen. Zum Beispiel können einige
exemplarische Ausführungsbeispiele
einzelne Endregionen aufweisen, die durch etwa 10 Prozent bis etwa
40 Prozent der Dicke eines Substrats hindurchgehen. Wie es in 5b gezeigt
ist, geht jede der zwei Endregionen (504b und 504c)
durch einen im Wesentlichen äquivalenten
Anteil des Substrats 308b hindurch, dies muss jedoch nicht
der Fall sein.
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5c zeigt
einen weiteren Querschnitt, der durch das Substrat 308b hindurch
vorgenommen ist, wie es in 5 gezeigt
ist. In dieser Figur ist der Querschnitt allgemein quer zu einer
Längsachse
eines einzelnen Schlitzes (503, 504 und 505)
und orthogonal zu der ersten Oberfläche 310b. Dieser Querschnitt
zeigt drei Endregionen 503c, 504c und 505c dieses
exemplarischen geschlitzten Substrats 308b.
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Einzelne
Endregionen können
viele geeignete Konfigurationen oder Formen aufweisen, wie es im Vorhergehenden
erörtert
ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
weisen die Endregionen jede eine allgemein schalenförmige Konfiguration
auf. Die Schalenform weist eine Mittelachse c auf, die sich bei
diesem Ausführungsbeispiel
allgemein orthogonal zu der ersten Oberfläche 310b des Substrats
erstrecken kann, obwohl dies nicht der Fall sein muss. Der Umfang
der Schale kann zumindest teilweise durch mehrere Radien definiert
sein, von denen jeder einen Fokus auf der Mittelachse c hat. Bei
dieser Ausrichtung kann der Umfang der Schale an der ersten Oberfläche des
Substrats am größten sein,
wie es bei r1 gezeigt ist. Der Umfang der
Schale kann zunehmend kleiner werden, wie es bei r2 bzw.
r3 gezeigt ist, wenn sich die Schale in
das Substrat 308b erstreckt.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
geht die Mittelachse der Endregion 503c durch die Längsachse
des Schlitzes 503 hindurch, dies muss jedoch nicht der
Fall sein, und andere exemplarische Ausführungsbeispiele können versetzt
sein oder andere Konfigurationen aufweisen.
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Die 5d und 5e zeigen
weitere Querschnitte des Substrats 308b, die bei unterschiedlichen
Höhenebenen
durch das Substrat vorgenommen sind und allgemein parallel zu der
ersten Oberfläche 310b (in 5 gezeigt)
sind. Wie es bei diesen Ausführungsbeispielen
gezeigt ist, kann die Querschnittsform von einzelnen Schlitzen (503–505) variieren,
während
der Schlitz durch das Substrat hindurchgeht. 5d zeigt
einen ersten Querschnitt 520, bei dem die einzelnen Schlitze
eine erste Form 522 aufweisen. Bei diesem Ausführungsbeispiel
nähert
sich die erste Form 522 einem Rechteck an. Andere exemplarische
Ausführungsbeispiele
können sich
einen Rechteck annähern,
das abgerundete Ecken aufweist, während andere u.a. ellipsoid
sein können.
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5e zeigt
einen zweiten Querschnitt 524 des Substrats 308b.
Der zweite Querschnitt 524 ist höhenmäßig von dem ersten Querschnitt 520 von 5d beabstandet.
Bei diesem Beispiel weist der zweite Querschnitt 524 eine
zweite Form 526 auf. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel
kann die zweite Form 526 eine Mittelregion „a" und zumindest eine
Endregion aufweisen, die mit der Mittelregion verbunden ist. Hier
liegen zwei Endregionen „b" und „c" vor. Einzelne Endregionen
können
sich vielen geeigneten geometrischen Formen annähern, einschließlich u.a.
elliptischen Formen, kreisförmigen Formen,
rechteckigen Formen und quadratischen Formen. Einige davon sind
im Vorhergehenden und im Folgenden genauer beschrieben. Wie es hier
gezeigt ist, sind die Endregionen allgemein elliptisch und nähern sich
Kreisen an.
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5f zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts des Querschnitts des Schlitzes 503, wie es
in 5e gezeigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
kann die Endregion 503b einen Durchmesser d quer zu einer
Längsachse
x des Schlitzes 503 aufweisen, wobei der Durchmesser größer als
die Breite w der Mittelregion 503a sein kann.
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Die
verschiedenen exemplarischen Ausführungsbeispiele können mit
einer großen
Vielzahl von Schlitzabmessungen verwendet werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen
kann die Breite w eines Schlitzes, wie dieselbe an der Mittelregion
gemessen wird, geringer als etwa 50 Mikrometer sein. Andere Ausführungsbeispiele
können
eine Breite von mehr als etwa 1000 Mikrometern aufweisen. Verschiedene andere
Ausführungsbeispiele
können
eine Breite aufweisen, die zwischen diesen Werten liegt. Bei einigen Ausführungsbeispielen
kann die Breite etwa 80–130 Mikrometer
betragen, wobei ein Ausführungsbeispiel eine
Breite von etwa 100 Mikrometern aufweist. Die Gesamtlänge eines
Schlitzes einschließlich
der Mittel- und der Endregionen kann von weniger als etwa 300 Mikrometern
bis zu etwa 25.000 Mikrometern oder mehr betragen.
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6 zeigt
ein weiteres exemplarisches geschlitztes Substrat 308c gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel. 6 zeigt
eine Draufsicht einer ersten Oberfläche 310c des Substrats 308c.
In dem Substrat sind vier Schlitze (603, 604, 605 und 606) gebildet.
Die Schlitze sind allgemein gemäß der Nomenklatur
etikettiert, die bezüglich 5 zugeteilt
ist.
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6a zeigt
einen Querschnitt des Substrats 308c, das in 6 gezeigt
ist, und zeigt die Mittelregion 604a des Schlitzes 604,
die mit zwei Endregionen „b" und „c" an der ersten Oberfläche 310c und zwei
Endregionen „d" und „e" an der zweiten Oberfläche 312c verbunden
ist. Diese Konfiguration kann eine Rissinitiierung an sowohl der
ersten als auch der zweiten Oberfläche des Substrats verringern.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
kontaktieren die Endregionen an einem Ende eines Schlitzes einander nicht.
Zum Beispiel sind eine Endregion 604b und eine Endregion 604d durch
ein Substratmaterial 630 getrennt, das die Mittelregion 604a definiert.
Bei anderen exemplarischen Ausführungsbeispielen
können
die Endregionen einander kontaktieren oder überlappen.
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7 zeigt
eine erste Oberfläche 310d eines weiteren
exemplarischen geschlitzten Substrats 308d. Dieses exemplarische
Ausführungsbeispiel zeigt
drei Schlitze (703, 704 und 705), die
in dem Substrat gebildet sind. Die Schlitze sind gemäß der Nomenklatur
etikettiert, die bezüglich 5 zugeteilt ist.
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7a zeigt
eine Querschnittsansicht des geschlitzten Substrats, das in 7 gezeigt
ist. Der Querschnitt ist durch die Mittelregion („a") der Schlitze (703, 704 und 705)
vorgenommen. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel können einzelne Schlitze
einen ersten Abschnitt aufweisen, der in dem Substrat gebildet ist.
Ein Beispiel für
einen derartigen ersten Abschnitt ist allgemein bei 710 zu
sehen. Bei einigen Ausführungsbeispielen
kann der erste Abschnitt 710 Seitenwände aufweisen, die zumindest teilweise
orthogonal zu der ersten Oberfläche 310d sind.
Die einzelnen Schlitze können
auch einen zweiten Abschnitt aufweisen, der allgemein bei 712 gezeigt
ist.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel,
das in 7a gezeigt ist, ist der zweite
Abschnitt 712 relativ zu dem ersten Abschnitt 710 und
der ersten 310d oder zweiten 312d Oberfläche abgefast.
Bei einigen Ausführungsbeispielen
kann das Abfasen eine Oberfläche bilden,
die relativ zu der ersten Oberfläche
schräg
ist. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die abgefaste Oberfläche
auch gegenüber
den Seitenwänden
des ersten Abschnitts 710 schräg. Die abgefasten Bereiche
können
bei einigen Ausführungsbeispielen
um den gesamten Umfang eines einzelnen Schlitzes gebildet sein,
obwohl dies nicht der Fall sein muss.
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Bei
einigen Ausführungsbeispielen
können die
abgefasten Bereiche der Mittelregion mit dem Winkel oder der Kontur
von ein oder mehr der Endregionen an der ersten Oberfläche zusammenpassen. Bei
anderen Ausführungsbeispielen
kann die abgefaste Konfiguration bei dem gesamten Schlitz an einer
ersten und/oder zweiten Oberfläche
des Substrats angewandt werden. Eine derartige Konfiguration kann
den Gesamtbereich, der einer hohen Belastungskonzentration unterworfen
ist, der zu Bruch neigen kann, weiter verringern. Andere exemplarische Ausführungsbeispiele
können ähnliche
erwünschte Ergebnisse
durch ein Abrunden oder Übergehen
anstelle von oder zusätzlich
zu einem Abfasen erreichen.
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Die 8–10 zeigen
Querschnittsansichten eines exemplarischen Substrats gemäß einem
Ausführungsbeispiel. 8 zeigt
einen Querschnitt eines weiteren exemplarischen geschlitzten Substrats 308e,
der quer zu einer Längsachse
von einzelnen Schlitzen (803–804) vorgenommen
ist, die darin gebildet sind. Der Querschnitt geht durch eine Mittelregion
der Schlitze hindurch. Die Schlitze (803 und 804)
können
zumindest teilweise durch eine oder mehr Seitenwände definiert sein. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
liegt ein Paar von Seitenwänden
vor, die mit „r" und „s" bezeichnet sind.
Wie es hier gezeigt ist, sind die Seitenwände (803r–s und 804r–s) allgemein
planar, obwohl dies nicht der Fall sein muss. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind die Seitenwände nicht
parallel. Bei anderen Ausführungsbeispielen, von
denen einige im Vorhergehenden und im Folgenden beschrieben sind,
können
die Seitenwände
allgemein parallel sein und können
allgemein orthogonal zu einer ersten Oberfläche 310e des Substrats gebildet
sein.
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Exemplarische
Schlitze können
unter Verwendung einer Vielzahl von Schlitzbildungstechniken gebildet
werden. Derartige Techniken können
eines oder mehr von maschineller Laser fertigung, Sandbohren, mechanischem
Entfernen und Ätzen
umfassen. Ein mechanisches Entfernen kann verschiedene Techniken
umfassen, wie z.B. u.a. Bohren und Schneiden oder Sägen. Ätzen kann
u.a. Trockenätzen
und Nassätzen
umfassen. Eine einzige Technik kann verwendet werden, um die Schlitze
zu bilden, oder eine Kombination von Techniken kann verwendet werden.
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9 zeigt
das Substrat 308e von 8, wobei
zusätzliches
Substratmaterial entfernt worden ist (allgemein u.a. bei 901 gezeigt).
Bei einigen Ausführungsbeispielen
kann zusätzliches
Substratmaterial an den Enden eines Schlitzes entfernt werden. Wenn
dieselben an einem Schlitzende verwendet werden, können derartige
Techniken zumindest teilweise eine Endregion des Schlitzes bilden.
Verschiedene geeignete Techniken können verwendet werden, um das
zusätzliche
Substratmaterial zu entfernen. Derartige Techniken können eine
maschinelle Laserfertigung, Ätzen
und mechanisches Entfernen umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
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Bei
dem hier gezeigten Beispiel weist ein mechanisches Entfernen ein
Entfernen von Substratmaterial mit Bohrspitzen 902 und 904 auf.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
wurden die Schlitze (803 und 804) gebildet, und
dann wird zusätzliches
Substratmaterial entfernt, um die gewünschte Schlitzform zu bilden.
Bei anderen Ausführungsbeispielen
kann die Reihenfolge der Entfernung umgedreht sein.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel kann
eine Bohrspitze, wie z.B. 902, um den Umfang des Schlitzes
geführt
werden, um die gewünschte Form
oder Konfiguration zu bilden. Alternativ dazu kann eine Bohrspitze,
wie z.B. 904, in das Substrat aufgenommen oder vorbewegt
werden und horizontal entlang einer Längsachse des Schlitzes bewegt werden.
Diese Technik kann verwendet werden, um eine Oberfläche zu bilden,
die zu der ersten oder zweiten Oberfläche schräg ist. Bei einem weiteren Beispiel
kann eine Bohrspitze, wie z.B. 904, Substratmaterial entlang
einer Substratoberfläche
von beiden Seiten eines Schlitzes gleichzeitig entfernen. Zum Beispiel
kann die Bohrspitze 904 in 9 Substratmaterial
von beiden Seiten des Schlitzes 804 an der Oberfläche 312e entfernen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen
kann, wenn eine einzige Bohrspitze verwendet wird, um das zusätzliche
Substratmaterial zu entfernen, eine Oberfläche, wie z.B. 312e,
fertiggestellt werden. Eines oder beide des Substrats und/oder der
Bohrspitze können
dann neu positioniert werden, um die zweite Oberfläche fertigzustellen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
kann eine Bohrspitze, wie z.B. 904, an einem Ende eines
Schlitzes vertikal in das Substrat aufgenommen werden. Die Bohrspitze
kann Substratmaterial entfernen, um eine erste Endregion des Schlitzes
zu bilden. Die Bohrspitze kann nachfolgend horizontal entlang einer Schlitzlänge zu einem
zweiten gegenüberliegenden Ende
bewegt werden, wo dieselbe eine zweite Endregion bilden kann, bevor
dieselbe von dem Substrat entfernt wird. Eine geeignete Bohrspitze
kann verwendet werden, die nach Wunsch ein abgefastes und/oder abgerundetes
Profil bildet. Geeignete Bohrspitzen können nach Wunsch verschiedene
Abmessungen und/oder Konfigurationen aufweisen. Geeignete Bohrspitzen
sind von verschiedenen Quellen verfügbar, einschließlich OSG
Tap & Die, Inc.
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10 zeigt
das Substrat 308e, das abgerundete oder übergehende
Abschnitte 901, 1001, 1002 und 1003 an
sowohl der ersten 310e als auch der zweiten 312e Oberfläche von
Schlitz 804 aufweist. Dieses exemplarische Ausführungsbeispiel kann
die Neigung des geschlitzten Substrats, Risse zu bilden, u.a. durch
ein Verteilen von Belastungskräften,
die von bestimmten Regionen des Substratmaterials erfahren werden,
verringern. Verschiedene andere geeignete Konfigurationen können ebenfalls gebildet
werden, von denen einige im Vorhergehenden oder im Folgenden beschrieben
sind.
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11 zeigt
eine Ansicht von über
einer Öffnungsplatte 318a,
die mehrere Düsen 319a enthält. Die Öffnungsplatte 318a ist über und
im Wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche eines Substrats (nicht
gezeigt, siehe 3) positioniert. Mehrere darunter
liegende Strukturen sind in gestrichelten Linien zu sehen. Die darunter
liegenden Merkmale können
drei Schlitze (1103, 1104 und 1105),
mehrere Tintenzufuhrdurchgänge
(Zufuhrkanäle) 320a und mehrere
Abfeuerkammern 322a umfassen. Der Umriss der Schlitze 1103–1105,
die hier gezeigt sind, stellt eine exemplarische Schlitzkonfiguration
an einer ersten Oberfläche
des Substrats dar. Diese darunter liegenden Strukturen können letztendlich
Tinte liefern (nicht gezeigt), die durch die Düsen 319a in der Öffnungsplatte 318a ausgestoßen werden
kann. Obwohl dieses Ausführungsbeispiel
die Abfeuerkammern 322a und die entsprechenden Düsen 319a so zeigt,
dass dieselben etwa gleiche Abstände
von dem Schlitz aufweisen, können
andere exemplarische Konfigurationen u.a. eine versetzte Konfiguration
verwenden, die ein dichteres Packen von Abfeuerkammern ermöglicht,
die entlang einer gegebenen Schlitzlänge positioniert werden sollen.
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Wie
es bei diesem Ausführungsbeispiel
gezeigt ist, können
die Schlitze eine Mittelregion „a" und zwei Endregionen „b" und „c" übereinstimmend mit der im Vorhergehenden
beschriebenen Nomenklatur aufweisen. Zum Beispiel kann der Schlitz 1103 eine Mittelregion 1103a und
zwei Endregionen 1103b und 1103c aufweisen.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
können
einzelne Endregionen eine allgemein pyramidenförmige Form aufweisen, die hier
durch eine quadratische Form an der ersten Oberfläche des
Substrats dargestellt ist. Die rechteckige Mittelregion kann eine
Breite w1 aufweisen, die geringer ist als
eine Breite w2 der Endregion, wobei die
Breite der Endregion entlang einer Richtung genommen ist, die im
Wesentlich parallel zu einer Richtung ist, entlang derer die Breite
der Mittelregion genommen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurden die Endregionen
durch eine maschinelle Laserferti gung gebildet, obwohl andere geeignete
Prozesse verwendet werden können.
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Wie
es bei diesem Ausführungsbeispiel
gezeigt ist, sind die Abfeuerkammern nur in der Nähe der Mittelregion
der Schlitze positioniert, obwohl andere exemplarische Ausführungsbeispiele
Abfeuerkammern um mehr oder weniger den gesamten Umfang eines einzelnen
Schlitzes positionieren können.
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Obwohl
die Ausführungsbeispiele,
die bislang beschrieben wurden, Endregionen aufwiesen, die geometrisch ähnlich sind,
können
andere exemplarische Ausführungsbeispiele
andere Konfigurationen aufweisen. Zum Beispiel kann ein exemplarischer
Schlitz eine Endregion, die allgemein schalenförmig ist, und ein gegenüberliegendes
Ende aufweisen, das allgemein pyramidenförmig ist. Alternativ oder zusätzlich dazu
können
die Endregionen viele exemplarische geometrische Formen oder Konfiguration über die
hier gezeigten hinaus aufweisen. Ferner muss, obwohl die veranschaulichten
Ausführungsbeispiele
die Endregionen so zeigen, dass dieselben entlang einer Längsachse
des Schlitzes allgemein zentriert sind, dies nicht der Fall sein.
Zum Beispiel können
andere exemplarische Ausführungsbeispiele
eine oder mehr Endregionen aufweisen, die von der Längsachse
des Schlitzes versetzt sind.
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Die
beschriebenen Ausführungsbeispiele können ein
geschlitztes Substrat liefern, das eine verringerte Neigung zur
Rissbildung aufweisen kann. Das geschlitzte Substrat kann in einen
Druckkopfchip und/oder andere Fluidausstoßvorrichtungen eingegliedert
sein. Die exemplarischen Schlitze können Tinte an Abfeuerkammern
liefern, die in der Nähe
des Schlitzes positioniert sind. Die zugeschnittene Topologie dieser
exemplarischen Schlitze kann Belastungskonzentrationen verringern,
die eine Substratrissbildung verursachen und schließlich zu
einem Versagen des Chips führen
können.
Durch ein Verringern der Neigung, dass sich in dem Substrat Risse bilden,
können
die beschriebenen Aus führungsbeispiele
zu einem festeren, robusteren und kostengünstigeren Produkt höherer Qualität beitragen.
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Obwohl
die Erfindung in einer Sprache beschrieben wurde, die für Strukturmerkmale
und Verfahrensschritte spezifisch ist, sei darauf hingewiesen, dass
die Erfindung, die in den angehängten
Ansprüchen
definiert ist, nicht unbedingt auf die spezifischen beschriebenen
Merkmale oder Schritte beschränkt ist.
Vielmehr sind die spezifischen Merkmale und Schritte als bevorzugte
Formen der Implementierung der beanspruchten Erfindung offenbart.