DE19917595B4 - Verfahren zum Herstellen eines Tintendruckkopf-Chips sowie dessen Tintendurchlaßkanal-Struktur - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Tintendruckkopf-Chips sowie dessen Tintendurchlaßkanal-Struktur Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Tintendruckkopf-Chips aufweisend die Schritte:
Bereitstellen eines Siliziumsubstrats (100) mit einer ersten Oberfläche (10) und einer zweiten Oberfläche (12);
Ätzen der ersten Oberfläche (10), so daß eine Mehrzahl von Höhlungen (102) ausgebildet wird;
Ausbilden einer Mehrzahl von Tintendurchlaßkanälen (104) in jeder der Höhlungen (102);
Ausbilden einer Mehrzahl von Überlaufhöhlungen (108) an der ersten Oberfläche (10), die derart angeordnet sind, dass beim Ankoppeln bzw. Befestigen der ersten Oberfläche (10) an eine Tintenpatrone (120) überschüssige Tintenpaste (118) in die Überlaufhöhlungen (108) fließt; und
Ausbilden einer Mehrzahl von Tintenausstoßkammern (106) an der zweiten Oberfläche (12), wobei jede der Tintenausstoßkammern (106) jeweils an einen der Tintendurchlaßkanäle (104) angeschlossen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Tintendruckkopf-Chips sowie dessen Tintendurchlaßkanal-Struktur.
  • Bei einem herkömmlichen Tintendruckkopf-Chip sind in einem Siliziumsubstrat Tintendurchlaßkanäle ausgebildet. Bei dem herkömmlichen Druckkopf-Chip werden die Tintendurchlaßkanäle direkt auf dem Siliziumsubstrat ausgebildet. Da das Siliziumsubstrat dick ist, ist eine große Oberfläche von Siliziumsubstrat zum Ausbilden der Tintendurchlaßkanäle erforderlich und sind die Tintendurchlaßkanäle lang. Infolgedessen wird ein meßbarer Strömungswiderstand erzeugt, wenn Tinte durch die Tintendurchlaßkanäle strömt. Die Frequenzantwort des Tintendruckkopf-Chips ist durch den Widerstand beschränkt. Ferner können die Tintendurchlaßkanäle von übergelaufener Tintenpaste verstopft werden, wenn der Tintendruckkopf-Chip an eine Tintenpatrone angekoppelt bzw. befestigt wird.
  • Weiterhin wird in der EP 0 401 996 A2 ein Verfahren zur Herstellung eines Tintendruckkopfes beschrieben. Dabei wird ein Siliziumsubstrat geätzt, sodass eine Höhlung gebildet wird, an deren Grund ein Tintendurchlaßkanal ausgebildet wird. Der Tintendurchlasskanal ist weiterhin mit einer Mehrzahl von Tintenausstoßkammern verbunden, die auf einer zweiten Oberfläche des Substrats gebildet sind. Auch hier kann der Tintendurchlaßkanal von übergelaufener Tintenpaste verstopft werden, wenn der Tintendruckkopf-Chip an einer Tintenpatrone befestigt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verstopfen von Tintendurchlaßkanälen eines Tintendruckkopf-Chips beim Ankoppeln bzw. Befestigen einer Tintenpatrone an den. Tintendruckkopf-Chip zu vermeiden.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Tintendruckkopf-Chips und durch eine Tintendurchlaßkanal Struktur mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung eines Tintendruckkopf-Chips. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf. Ein Siliziumsubstrat mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche wird bereitgestellt. Eine Mehrzahl von Höhlungen wird in der ersten Oberfläche mittels eines Ätzprozesses ausgebildet. Eine Mehrzahl von Tintendurchlaßkanälen wird in jeder der Höhlungen ausgebildet. Überlaufhöhlungen werden in der ersten Oberfläche neben den Höhlungen ausgebildet. Die Überlaufhöhlungen sind derart angeordnet, dass beim Ankoppeln bzw. Befestigen der ersten Oberfläche an eine Tintenpatrone überschüssige Tintenpaste in die Überlaufhöhlungen fließt. Eine Mehrzahl von Tropfenausstoßkammern ist an der zweiten Oberfläche ausgebildet. Jede der Tropfenausstoßkammern ist jeweils an einen der Tintendurchlaßkanäle angeschlossen.
  • Ferner ist erfindungsgemäß eine Tintendurchlaßkanal-Struktur für einen Tintendruckkopf-Chip geschaffen. Diese weist mindestens eine Höhlung an einer ersten Oberfläche eines Substrats auf, wobei eine Überlaufhöhlung an der ersten Oberfläche ausgebildet ist, die derart angeordnet ist, dass beim Ankoppeln bzw. Befestigen der ersten Oberfläche an eine Tintenpatrone überschüssige Tintenpaste in die Überlaufhöhlung fließt. Ferner weist die Tintendurchlaßkanal-Struktur mindestens einen Tintendurchlaßkanal in jede der Höhlungen des Tintendruckkopf-Chips auf, wobei die Höhlung und der Tintendurchlaßkanal in Fluid-Verbindung mit einer Tintenausstoßkammer sind, die an einer zweiten Oberfläche des Tintendruckkopf-Chips ausgebildet ist, und wobei die Breite der Höhlung wesentlich größer ist als die Breite des Tintendurchlaßkanals.
  • Erfindungsgemäß sind die Tintendurchlaßkanäle in der Höhlung ausgebildet, so daß die Länge des Tintendurchlaßkanals kurz ist. Der beim Strömen von Tinte durch den Tintendurchlaßkanal hervorgerufene Strömungswiderstand wird reduziert. Während des Vorgangs des Ankoppelns bzw. Befestigen einer Tintenpatrone wird überschüssige Tintenpaste in der Überlaufhöhlung gelagert, so daß die Tintenkanäle nicht verstopft werden.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
  • 1A bis 1C schematische Schnittdarstellungen, aus denen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Tintendruckkopf-Chips ersichtlich sind; und
  • 2 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Tintendruckkopf-Chips.
  • Es wird auf 1A Bezug genommen. Es wird ein Siliziumsubstrat 100 mit einer ersten Oberfläche 10 und einer zweiten Oberfläche 12 bereitgestellt. Ein Ätzprozeß wird auf der ersten Oberfläche 10 ausgeführt, so daß eine Höhlung 102 gebildet wird. Ein Stegbereich 101 zum Ausbilden eines Tintendurchlaßkanals ist am Boden der Höhlung 102 ausgebildet. Die Dicke des Stegbereichs 101 beträgt von 50 bis 200 μm. Die bevorzugte Dicke des Stegbereichs beträgt etwa 70 μm. Da die Dicke des Stegbereichs 101 geringer ist als die ursprüngliche Dicke des Siliziumsubstrats 100, ist die Länge eines nachfolgend in dem Stegbereich 101 ausgebildeten Tintendurchlaßkanals gering.
  • Wie aus 1B ersichtlich ist, wird in dem Stegbereich 101 ein Tintendurchlaßkanal 104 ausgebildet. Der Schritt des Ausbildens des Tintendurchlaßkanals 104 weist anisotropes Ätzen, isotropes Ätzen, Laserschneiden oder Sandstrahlen auf. Wie aus 1C ersichtlich ist, wird an der zweiten Oberfläche 12 eine Tintenausstoßkammer 106 ausgebildet. Die Tintenausstoßkammer 106 ist an den Tintendurchlaßkanal 104 angeschlossen. Während eines Druckvorgangs wird die Tintenausstoßkammer 106 über den Tintendurchlaßkanal 104 mit Tinte gefüllt.
  • 2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Tintendruckkopf-Chips. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist an der ersten Oberfläche 10 eine Überlaufhöhlung 108 ausgebildet. Die erste Oberfläche 10 ist geeignet, an eine Tintenpatrone angekoppelt bzw. befestigt zu werden.
  • Während des Ankopplungs- bzw. Befestigungsvorgangs fließt überschüssige Tintenpaste in die Überlaufhöhlung 108. Daher fließt keine Tintenpaste in die Höhlung 102, so daß der Tintendurchlaßkanal 104 nicht verstopft wird.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, ist die Tintenausstoßkammer 106 von Wänden 110 eingeschlossen und weist ein Heizelement 112 auf. Eine Düsenplatte 114 ist oberhalb der Tintenausstoßkammer 106 angeordnet. Die oben beschriebene Tintenausstoßkammer 106 dient lediglich als Beispiel zur Beschreibung der Erfindung.
  • Bei einem Druckvorgang fließt aus der Tintenpatrone Tinte in die Höhlung 102 und dann wird die Tintenausstoßkammer 106 über den Tintendurchlaßkanal 104 mit der Tinte gefüllt. Die Tinte wird von dem Heizelement 112 verdampft, so daß Tintentropfen geformt werden. Die Tintentropfen werden durch die Düsenplatte 114 ausgestoßen, um den Druckvorgang auszuführen. Es kann dieselbe Anzahl von Tintendurchlaßkanälen auf einer kleineren Oberfläche von Siliziumsubstrat gebildet werden, wenn der Stegbereich zum Ausbilden der Tintendurchlaßkanäle dünner ist.
  • Infolgedessen kann die Anzahl von Tintenausstoßkammern pro Flächeneinheit erhöht werden und die Auflösung des Tintendruckkopf-Chips wird ebenfalls erhöht.
  • Die Tintendurchlaßkanäle werden in dem dünnen Stegbereich des Siliziumsubstrats ausgebildet. Die Länge der Tintendurchlaßkanäle ist gering, so daß der beim Strömen von Tinte durch die Tintendurchlaßkanäle erzeugte Strömungswiderstand vermindert ist.
  • An der Oberfläche 10 zum Ankoppeln bzw. Befestigen an die Tintenpatrone 120 wird erfindungsgemäß eine Überlaufhöhlung 108 ausgebildet.
  • Wenn, wie in 2 gezeigt, der Tintendruckkopf-Chip an die Tintenpatrone 120 angekoppelt bzw. an ihr befestigt wird, fließt überschüssige Tintenpaste 118 in die Überlaufhöhlung 108, so daß die Tintendurchlaßkanäle 104 nicht verstopft werden. Die Lebensdauer des Druckkopfes wird erhöht.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Tintendruckkopf-Chips aufweisend die Schritte: Bereitstellen eines Siliziumsubstrats (100) mit einer ersten Oberfläche (10) und einer zweiten Oberfläche (12); Ätzen der ersten Oberfläche (10), so daß eine Mehrzahl von Höhlungen (102) ausgebildet wird; Ausbilden einer Mehrzahl von Tintendurchlaßkanälen (104) in jeder der Höhlungen (102); Ausbilden einer Mehrzahl von Überlaufhöhlungen (108) an der ersten Oberfläche (10), die derart angeordnet sind, dass beim Ankoppeln bzw. Befestigen der ersten Oberfläche (10) an eine Tintenpatrone (120) überschüssige Tintenpaste (118) in die Überlaufhöhlungen (108) fließt; und Ausbilden einer Mehrzahl von Tintenausstoßkammern (106) an der zweiten Oberfläche (12), wobei jede der Tintenausstoßkammern (106) jeweils an einen der Tintendurchlaßkanäle (104) angeschlossen ist.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Tintendurchlaßkanäle (104) jeweils mit einer Länge von 50 bis 200 μm ausgebildet werden.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei Tintendurchlaßkanäle (104) jeweils mit einer Länge von 70 μm ausgebildet werden.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Überlaufhöhlungen (108) entlang dem Umfang des Siliziumsubstrats (100) ausgebildet werden.
  5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Tintendurchlaßkanäle (104) entweder durch anisotropes oder isotropes Ätzen gefertigt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Tintendurchlaßkanäle (104) mittels eines Lasers gefertigt werden.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Tintendurchlaßkanäle (104) mittels Sandstrahlen gefertigt werden.
  8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Tintendurchlaßkanäle (104) aneinander angeschlossen gefertigt werden.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Tintendurchlaßkanäle (104) derart gefertigt werden, daß sie jeweils von den übrigen getrennt sind.
  10. Tintendurchlaßkanal-Struktur für einen Tintendruckkopfchip, aufweisend: mindestens eine Höhlung (102) an einer ersten Oberfläche (10) eines Substrats (100), wobei eine Überlaufhöhlung (108) an der ersten Oberfläche (10) ausgebildet ist, die derart angeordnet ist, dass beim Ankoppeln bzw. Befestigen der ersten Oberfläche (10) an eine Tintenpatrone (120) überschüssige Tintenpaste (118) in die Überlaufhöhlung (108) fließt; und mindestens einen Tintendurchlaßkanal (104) in jeder der Höhlungen (102), wobei die Höhlung (102) und der Tintendurchlaßkanal (104) in Fluiderbindung mit einer Tintenausstoßkammer (106) sind, die an einer zweiten Oberfläche (12) des Tintendruckkopf-Chips ausgebildet ist, und wobei die Breite der Höhlung (102) wesentlich größer ist als die Breite des Tintendurchlaßkanals (104).
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