DE60310650T2

DE60310650T2 - Geschlitztes Substrat und dazugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60310650T2
Application number: DE60310650T
Authority: DE
Inventors: Thomas H. Philomath Ottenheimer; Martha A. Corvallis Truninger; Jeffrey S. Corvallis Obert
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2023-07-18
Also published as: EP1386741B1; EP1386741A1; DE60310650D1; US20040032465A1; US6938985B2; JP2004058678A; US20040021741A1; US20040021743A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein geschlitztes Substrat und ein Verfahren zum Herstellen desselben.
Tintenstrahldrucker und andere Druckvorrichtungen sind mittlerweile in der Gesellschaft allgegenwärtig geworden. 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. Verbraucher wollen eine immer höhere Druckbildauflösung, realistische Farben und eine erhöhte Druckgeschwindigkeit.
Eine Art, Verbraucherforderungen zu erfüllen, besteht darin, die geschlitzten Substrate zu verbessern, die in Fluidausstoßvorrichtungen, Druckern und anderen Druckvorrichtungen enthalten sind. Derzeit können die geschlitzten Substrate eine Neigung aufweisen, Risse zu bilden und schließlich zu brechen. Dies kann Produktionskosten erhöhen und die Produktzuverlässigkeit senken.
Die EP 1 336 486 ist unter Art. 54(3) EPÜ für Deutschland, Frankreich und Großbritannien relevant. Die EP 1 336 486 offenbart einen Tintenstrahlkopf, der eine Mehrzahl von Düsen zum Ausstoßen von Tinte, eine erste Flachplattenschicht, die durch ein Ausrichten einer Mehrzahl von Druckkammern, die jeweils mit den Düsen kommunizieren, gebildet wird und zumindest eine Lage oder mehr von flachen Platten aufweist, eine zweite Flachplattenschicht, die mit einer gemeinsamen Tintenkammer gebildet ist, die eine Form aufweist, die in einer Richtung eines Ausrichtens der Druckkammern länglich ist, und die zumindest eine Lage oder mehr von flachen Platten aufweist, einen Tintenzuführdurchgang, der die gemeinsame Tintenkammer und eine Tintenzuführquelle verbindet, eine flache Platte, die aus Metall gebildet ist, die zwischen der ersten Flachplattenschicht und der zweiten Flachplattenschicht angeordnet ist, einen Begrenzungsflussdurchgang, der in der flachen Metallplatte gebildet ist, zum Verbinden eines Endes desselben mit der Druckkammer, zum Verbinden des anderen Endes desselben mit der gemeinsamen Tintenkammer und zum Steuern eines Tintenflusses zwischen der Druckkammer und der gemeinsamen Tintenkammer, und eine Dämpfkammer umfasst, die in einer anderen flachen Platte gebildet ist, die zwischen der Metallplatte und der zweiten Flachplattenschicht angeordnet ist. Der Begrenzungsflussdurchgang weist eine Mittelregion, die durch gegenüberliegende Seitenwände definiert ist, und zwei gegenüberliegende Endregionen auf, die jede eine kreisförmige Form mit einem Durchmesser aufweisen, der größer als die Breite zwischen den Seitenwänden der Mittelregion ist. Die Mittel- und Endregionen gehen ganz durch die Metallplatte hindurch.
Dementsprechend ergab sich die vorliegende Erfindung aus einem Wunsch, geschlitzte Substrate zu liefern, die erwünschte Charakteristika aufweisen.
Eine Anzahl von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
Die gleichen Komponenten in allen Zeichnungen verwendet werden, um auf gleiche Merkmale und Komponenten zu verweisen.
1 zeigt eine Vorderaufrissansicht eines exemplarischen Druckers.
2 zeigt ein Blockdiagramm, das verschiedene Komponenten eines exemplarischen Druckers veranschaulicht.
3 und 4 zeigen jede eine perspektivische Ansicht eines Druckwagens gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Druckkassette gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel.
6 zeigt eine Querschnittsansicht eines oberen Abschnitts einer Druckkassette gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Substrats gemäß dem Stand der Technik.
7a zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Substrats gemäß dem Stand der Technik, das in 7 gezeigt ist.
8 zeigt eine Draufsicht eines exemplarischen Substrats gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel.
8a ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des exemplarischen Substrats, das in 8 gezeigt ist.
9 zeigt eine Draufsicht eines alternativen Substrats als ein Vergleichsbeispiel.
9a zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Substrats, das in 9 gezeigt ist.
10 zeigt eine Draufsicht eines alternativen Druckkopfs als ein Vergleichsbeispiel.
11 zeigt ein Flussdiagramm von exemplarischen Aktionen gemäß einem exemplarischen Verfahren.
Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Verfahren und Systeme zum Bilden von Schlitzen in einem Substrat. Mehrere Ausführungsbeispiele dieses Prozesses sind im Zusammenhang mit einem Bilden von Fluidzuführschlitzen in einem Substrat beschrieben, das in einen Druckkopfchip oder eine andere Fluidausstoßvorrichtung eingegliedert sein kann.
Wie es gewöhnlich bei Druckkopfchips verwendet wird, kann das Substrat ein Halbleitersubstrat aufweisen, das Mikroelektronik aufweisen kann, die in dem Substrat an einer Dünnfilmoberfläche, die einer rückseitigen Oberfläche oder Rückseite gegenüberliegen kann, enthalten ist, über demselben aufgebracht ist und/oder durch dasselbe getragen wird. Die ein oder mehr Fluidzuführschlitze können ermöglichen, dass ein Fluid, gewöhnlich Tinte, von einem Tintenvorrat oder Reservoir zu Fluidausstoßelementen geliefert wird, die in Ausstoßkammern in dem Druckkopf enthalten sind.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann dies durch ein Verbinden des Fluidzuführschlitzes mit ein oder mehr Tintenzuführdurchgängen erreicht werden, von denen jeder eine einzelne Ausstoßkammer versorgen kann. Die Fluidausstoßelemente weisen gewöhnlich Heizelemente oder Abfeuerwiderstände auf, die ein Fluid erhitzen, was in der Ausstoßkammer einen erhöhten Druck hervorruft. Ein Teil dieses Fluids kann durch eine Abfeuerdüse ausgestoßen werden, wobei das ausgestoßene Fluid durch Fluid von dem Fluidzuführschlitz ersetzt wird.
Die Fluidzuführschlitze sind vorzugsweise konfiguriert, um Belastungskonzentrationen und eine resultierende Rissbildung des Substrats zu verringern. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die Schlitze eine Mittelregion und zumin dest eine Endregion, die mit der Mittelregion verbunden ist, aufweisen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Mittelregion zumindest teilweise durch zwei im Allgemeinen parallele Seitenwände definiert sein. Einige exemplarische Ausführungsbeispiele können Endteilregionen oder Abschnitte aufweisen, die außerhalb eines Raumes liegen, der durch im Allgemeinen parallele Ebenen definiert ist, die sich entlang der Seitenwände der Mittelregion erstrecken. Andere exemplarische Ausführungsbeispiele können eine Endregion verwenden, die Abschnitte aufweist, die sich weg von den Seitenwänden der Mittelregion erstrecken. Die verschiedenen Konfigurationen können unter anderem die Konzentration einer Belastung in dem Substratmaterial verringern, was zu einem stärkeren geschlitzten Substrat führt.
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 100 kann, muss aber nicht, stellvertretend für eine Tintenstrahldruckerreihe stehen, 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 sowie 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, die geschlitzte Substrate verwenden, implementiert werden können, wie z. B. Faxgeräte, Fotokopiergeräte und andere Fluidausstoßvorrichtungen.
2 veranschaulicht verschiedene Komponenten bei einem Ausführungsbeispiel des Druckers 100, die verwendet werden können, um die erfindungsgemäßen Techniken zu implementieren, die hier beschrieben sind. Der Drucker 100 kann einen oder mehr Prozessoren 102 umfassen. Der Prozessor 102 kann verschiedene Druckeroperationen steuern, wie z. B. Medienhandhabung und Wagenbewegung zur linearen Positionierung des Druckkopfs über einem Druckmedium (z. B. Papier, Transparentfolie usw.).
Der Drucker 100 kann einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM) 104, einen ROM 106 (nicht löschbar) und/oder einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 108 aufweisen. Obwohl der Drucker 100 so dargestellt ist, dass derselbe einen EEPROM 104 und einen ROM 106 aufweist, kann es sein, dass ein bestimmter Drucker nur eine der Speicherkomponenten umfasst. Außerdem verbindet, obwohl dies nicht gezeigt ist, ein Systembus normalerweise die verschiedenen Komponenten innerhalb der Druckvorrichtung 100.
Der Drucker 100 kann bei einem Ausführungsbeispiel auch eine Firmwarekomponente 110 aufweisen, die als ein Permanentspeichermodul implementiert ist, das in dem ROM 106 gespeichert ist. Die Firmware 110 wird wie Software programmiert und getestet und wird mit dem Drucker 100 verteilt. Die Firmware 110 kann implementiert sein, um Operationen der Hardware innerhalb des Druckers 100 zu koordinieren, und enthält Programmierkonstrukte, die verwendet werden, um derartige Operationen durchzuführen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel verarbeiten ein oder mehr Prozessoren 102 verschiedene Anweisungen, um die Operation des Druckers 100 zu steuern und um mit anderen elektronischen und Rechenvorrichtungen zu kommunizieren. Die Speicherkomponenten, EEPROM 104, ROM 106 und RAM 108, speichern verschiedene Informationen und/oder Daten, wie z. B. Konfigurationsinformationen, Schriftarten, Schablonen, Daten, die gedruckt werden, und Menüstrukturinformationen. Obwohl dies bei diesem Ausführungsbeispiel nicht gezeigt ist, kann ein bestimmter Drucker auch eine Flash-Speichervorrichtung anstelle von oder zusätzlich zu dem EEPROM 104 und dem ROM 106 umfassen.
Der Drucker 100 kann auch ein Plattenlaufwerk 112, eine Netzschnittstelle 114 und eine Seriell/Parallel-Schnittstelle 116 umfassen, wie es bei dem Ausführungsbeispiel von 2 gezeigt ist. Das Plattenlaufwerk 112 liefert eine zusätzliche Speicherung für Daten, die gedruckt werden, oder andere Informationen, die durch den Drucker 100 gehalten werden. Obwohl der Drucker 100 so dargestellt ist, dass derselbe sowohl einen RAM 108 als auch ein Plattenlaufwerk 112 aufweist, kann ein bestimmter Drucker entweder den RAM 108 oder das Plattenlaufwerk 112 umfassen, abhängig von dem Speicherbedarf des Druckers. Zum Beispiel kann ein kostengünstiger Drucker eine kleine Menge RAM 108 und kein Plattenlaufwerk 112 umfassen, wodurch die Herstellungskosten des Druckers verringert werden.
Die Netzschnittstelle 114 liefert eine Verbindung zwischen dem Drucker 100 und einem Datenkommunikationsnetz bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel. Die Netzschnittstelle 114 ermöglicht, dass Vorrichtungen, die mit einem gemeinsamen Datenkommunikationsnetz gekoppelt sind, Druckaufträge, Menüdaten und andere Informationen über das Netz an den Drucker 100 senden. Auf ähnliche Weise liefert die Seriell/Parallel-Schnittstelle 116 einen Datenkommunikationsweg direkt zwischen dem Drucker 100 und einer anderen elektronischen oder Rechenvorrichtung. Obwohl der Drucker 100 so dargestellt ist, dass derselbe eine Netzschnittstelle 114 und eine Seriell/Parallel-Schnittstelle 116 aufweist, kann es sein, dass ein bestimmter Drucker nur eine Schnittstellenkomponente umfasst.
Der Drucker 100 kann auch einen Benutzerschnittstellen-(UI) und Menübrowser 118 und eine Anzeigetafel 120 umfassen, wie es bei dem Ausführungsbeispiel von 2 gezeigt ist. Der Benutzerschnittstellen- und Menübrowser 118 ermöglicht, dass ein Benutzer des Druckers 100 durch die Menü struktur des Druckers navigiert. Bei der Benutzerschnittstelle 118 kann es sich um Indikatoren oder eine Reihe von Knöpfen, Schaltern oder anderen auswählbaren Steuerungen handeln, die durch einen Benutzer des Druckers gehandhabt werden. Die Anzeigetafel 120 ist eine graphische Anzeige, die Informationen bezüglich des Status des Druckers 100 und die aktuellen Optionen liefert, die für einen Benutzer durch die Menüstruktur verfügbar sind.
Dieses Ausführungsbeispiel des Druckers 100 umfasst auch eine Druckmaschine 124, die Mechanismen umfasst, die angeordnet sind, um selektiv Fluid (z. B. flüssige Tinte) auf ein Druckmedium, wie z. B. Papier, Kunststoff, Gewebe und dergleichen, gemäß Druckdaten, die einem Druckauftrag entsprechen, aufzubringen.
Die Druckmaschine 124 kann einen Druckwagen 140 aufweisen. Der Druckwagen kann eine oder mehr Druckkassetten 142 enthalten, die einen Druckkopf 144 und einen Druckkassettenkörper 146 aufweisen. Außerdem kann die Druckmaschine eine oder mehr Fluidquellen 148 zum Liefern von Fluid an die Druckkassetten und schließlich über die Druckköpfe an ein Druckmedium aufweisen.
Die 3 und 4 zeigen exemplarische Druckkassetten (142a und 142b) bei einem Druckwagen 140, wie derselbe bei einigen Ausführungsbeispielen des Druckers 100 verwendet werden kann. Die gezeigten Druckwägen sind konfiguriert, um vier Druckkassetten zu halten, obwohl nur eine Druckkassette gezeigt ist. Viele andere exemplarische Konfigurationen sind möglich. 3 zeigt die Druckkassette 142a, die für eine Aufwärtsverbindung mit einer Fluidquelle 148a konfiguriert ist, während 4 eine Druckkassette 142b zeigt, die zur Abwärtsverbindung mit einer Fluidquelle 148b konfiguriert ist. Andere exemplarische Konfigurationen sind möglich, einschließlich, aber nicht ausschließlich der Druckkassette, die ihren eigenen, in sich abgeschlossenen Fluidvorrat aufweist.
5 zeigt eine exemplarische Druckkassette 142. Die Druckkassette ist aus einem Druckkopf 144 und einem Kassettenkörper 146, der den Druckkopf trägt, gebildet. Andere exemplarische Konfigurationen sind für Fachleute ersichtlich.
6 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Abschnitts der exemplarischen Druckkassette 142, vorgenommen entlang der Linie a-a in 5. Dieselbe zeigt den Kassettenkörper 146, der Fluid 602 zur Lieferung an den Druckkopf 144 enthält. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Druckkassette konfiguriert, um eine Farbe eines Fluids oder einer 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 Fluidzuführschlitzen bereitgestellt, wobei drei exemplarische Schlitze bei 603, 604 und 605 gezeigt sind. Andere exemplarische Ausführungsbeispiele können den Fluidvorrat so teilen, dass jeder der drei Fluidzuführschlitze einen getrennten Fluidvorrat empfängt. Andere exemplarische Druckköpfe können weniger oder mehr Schlitze als die drei hier gezeigten verwenden.
Die verschiedenen Fluidzuführschlitze 603–605 gehen durch Abschnitte eines Substrats 606 hindurch. Das Substrat ist nicht aus einem Metall hergestellt. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann Silizium ein geeignetes Substrat sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen weist das Substrat 606 ein kristallines Substrat auf, wie z. B. monokristallines Silizium oder polykristallines Silizium. Beispiele anderer geeigneter Substrate umfassen unter anderem Galliumarsenid, Glas, Silika, Keramiken oder ein Halbleitermaterial. Das Substrat kann verschiedene Konfigu rationen aufweisen, wie es für einen Fachmann ersichtlich ist.
Die exemplarischen Ausführungsbeispiele können Substratdicken verwenden, die von weniger als 100 μm bis zu mehr als 10.000 μm reichen. Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel kann ein Substrat 606 verwenden, das etwa 675 μm dick ist.
Das Substrat 606 weist eine erste Oberfläche 610 und eine zweite Oberfläche 612 auf. Über dem Substrat positioniert sind die unabhängig steuerbaren Fluidausstoßelemente oder Fluidtropfengeneratoren, die bei diesem Ausführungsbeispiel Abfeuerwiderstände 614 aufweisen. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel sind die Widerstände ein Teil eines Stapels von Dünnfilmschichten auf dem Substrat 606. Die Dünnfilmschichten können ferner eine Barrierenschicht 616 aufweisen.
Die Barrierenschicht 616 kann unter anderem ein Photoresistpolymersubstrat aufweisen. Über der Barrierenschicht befindet sich eine Öffnungsplatte 618, die ein Nickelsubstrat aufweisen kann, jedoch nicht darauf beschränkt ist. Die Öffnungsplatte kann eine Mehrzahl von Düsen 619 aufweisen, durch die Fluid, das durch die verschiedenen Widerstände erhitzt wird, zum Drucken auf einem Druckmedium (nicht gezeigt) ausgestoßen werden kann. Die verschiedenen Schichten können auf den vorhergehenden Schichten gebildet, aufgebracht oder angebracht werden. Die hier angegebene Konfiguration ist nur eine mögliche Konfiguration. Zum Beispiel sind bei einem alternativen Ausführungsbeispiel die Öffnungsplatte und die Barrierenschicht einstückig.
Die exemplarische Druckkassette, die in den 5 und 6 gezeigt ist, ist bezüglich der gewöhnlichen Ausrichtung während der Verwendung verkehrt herum. Wenn dieselbe zur Verwendung positioniert ist, kann Fluid aus dem Kassettenkörper 146 in einen oder mehr der Schlitze 603–605 fließen. Von den Schlitzen kann sich das Fluid durch einen Fluidzuführdurchgang 620 bewegen, der zu einer Ausstoßkammer 622 führt.
Eine Ausstoßkammer kann aus einem Abfeuerwiderstand, einer Düse und einem gegebenen Raumvolumen darin gebildet sein. Andere Konfigurationen sind ebenfalls möglich. Wenn ein elektrischer Strom durch den Widerstand in einer gegebenen Ausstoßkammer geleitet wird, kann das Fluid auf seinen Siedepunkt erhitzt werden, so dass sich dasselbe ausdehnt, um einen Teil des Fluids aus der Düse 619 auszustoßen. Das ausgestoßene Fluid kann dann durch zusätzliches Fluid aus dem Fluidzuführdurchgang 620 ersetzt werden. Verschiedene Ausführungsbeispiele können auch andere Ausstoßmechanismen verwenden.
7 zeigt ein Substrat 702 gemäß dem Stand der Technik, in dem drei Schlitze 704, 706 und 708 gebildet sind. Einzelne Schlitze können normalerweise eine im Allgemeinen rechteckige Konfiguration aufweisen, wenn dieselben von über einer ersten Oberfläche 610a 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 im Allgemeinen rechteckige Schlitzkonfiguration kann Belastungen an dem Substratmaterial an den Enden der Schlitze konzentrieren. Die Belastungen können insbesondere an dem Substratmaterial an einer Region oder einer Ecke konzentriert werden, wo eine Seitenwand auf eine Endwand trifft. Eine dieser Ecken ist mit 712 bezeichnet.
7a zeigt eine vergrößerte Ansicht der Ecke 712. Die Endwand 704n ist im Allgemeinen senkrecht zu der Seitenwand 704k, und die Schnittstelle der beiden Wände kann eine Ecke von in etwa 90 Grad bilden. Einige Schlitze können an den Ecken leicht abgerundet sein (wie es in gestrichelten Linien gezeigt ist), jedoch trotzdem die allgemeine Konfiguration beibehalten. Derartige Schlitze weisen einen relativ kleinen Krümmungsradius zwischen der Endwand und der Seitenwand auf. Diese Konfiguration kann bewirken, dass bestimmte Regionen des Substratmaterials einer hohen Belastungskonzentration unterworfen sind. Eine derartige Region des Substratmaterials ist allgemein bei 714 gezeigt. Belastungskonzentrationen in diesen Regionen können bewirken, dass sich Risse bilden.
Zum Beispiel kann dieses Problem besonders vorherrschen, wenn die Seiten- und Endwände entlang kristallinen <110>-Ebenen des Substrats gebildet sind. Wenn die Schlitzwände entlang <110>-Ebenen gebildet sind, kann das Substrat dazu neigen, Risse zu bilden, wo die beiden <110>-Ebenen in der Ecke aufeinander treffen. Gewöhnlich können die Risse auf einer beliebigen anderen <110>-Ebene beginnen, die die Eckenregion schneidet. Gewöhnlich können sich derartige Risse fortpflanzen und schließlich ein Versagen des Substrats verursachen. Da das geschlitzte Substrat gewöhnlich in eine Druckkassette oder eine andere Fluidausstoßvorrichtung eingegliedert ist, kann ein Versagen des Substrats bewirken, dass die gesamte Vorrichtung ausfällt.
8 zeigt ein exemplarisches geschlitztes Substrat 606b gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier gezeigte geschlitzte Substrat kann verglichen mit bestehenden Schlitzen eine verringerte Neigung aufweisen, Risse zu bilden. Das Substrat weist vier exemplarische Tintenzuführschlitzabschnitte (802, 804, 806 und 808) auf, die darin gebildet sind. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel gehen die Schlitzabschnitte ganz durch das Substrat hindurch und werden deshalb als „Schlitze" bezeichnet.
Wie es hier gezeigt ist, werden die Schlitze in der ersten Oberfläche 610b des Substrats gebildet oder aufgenommen. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die erste Oberfläche unter anderem eine Dünnfilmoberfläche oder eine Rückseitenoberfläche aufweisen. Jeder Schlitz kann eine Mittelregion, die mit 802a–808a bezeichnet ist, und eine oder mehr End- oder Abschlussregionen aufweisen. Bei diesem Ausführungsbeispiel gibt es zwei Endregionen an jedem Schlitz. Die Endregionen sind mit 802b–808b bzw. 802c–808c bezeichnet.
Die Mittelregion jedes Schlitzes kann zumindest teilweise zwei Seitenwände aufweisen. Einzelne Seitenwände sind mit 802d–808d und 802e–808e bezeichnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist jeder Schlitz ein Paar Seitenwände auf.
8a ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von Schlitz 808, der in 8 gezeigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegen die beiden Seitenwände (808d und 808e) entlang individueller Ebenen (die durch die gestrichelten Linien r bzw. s dargestellt sind, die sich in die Seite hinein und aus der Seite heraus erstrecken, auf der 8a erscheint), obwohl dies nicht der Fall sein muss. Wie es hier gezeigt ist, können die beiden Ebenen im Allgemeinen parallel sein und sind im Allgemeinen orthogonal zu der ersten Oberfläche des Substrats, obwohl dies nicht der Fall sein muss. Wie es gezeigt ist, definieren die beiden individuellen Ebenen einen Raum dazwischen, und die Endregion 808b weist eine oder mehr Teilregionen auf, die außerhalb dieses Raumes liegen. Wie es in 8a gezeigt ist, weist die Endregion 808b eine erste Teilregion 808f und eine zweite Teilregion 808g auf, die außerhalb des Raumes liegen, der durch die Ebenen definiert ist. Andere Ausführungsbeispiele können mehr oder weniger Teilregionen aufweisen, die außerhalb des Raumes liegen, der durch die Ebenen definiert ist.
Wie es in 8a gezeigt ist, weist die Endregion 808b eine im Allgemeinen elliptische Konfiguration oder Form auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die elliptische Form eine Kreisform auf. Die Endregion kann einen Durchmesser d aufweisen, der größer als eine Breite w ist, die sich zwischen den Seitenwänden der Mittelregion erstreckt, wo die Richtung des Durchmessers im Allgemeinen parallel zu der Richtung der Breite ist. Auf eine andere Weise betrach tet kann der Durchmesser d, der äquivalent zu zweimal einem Radius ist, einen Krümmungsradius der Endregion definieren. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann der Krümmungsradius größer als die Hälfte der Breite w der Mittelregion sein. Dieser relativ große Krümmungsradius kann Lasten über eine größere Menge des Substratmaterials verteilen, was zu geringeren Belastungskonzentrationen als bei vorhergegangenen Entwürfen führt. Unter anderem kann diese Belastungsverteilung die Neigung des geschlitzten Substrats, Risse zu bilden, verringern.
Wie es in 8a gezeigt ist, kann die Endregion auch eine Seitenwand 808i umfassen oder durch eine solche definiert sein, die eine Mittelregionseitenwand 808d mit einem Winkel x größer als 180 Grad schneidet. Dies kann die Belastungskonzentrationen an einer bestimmten Region des Substratmaterials, z. B. an den Enden des Schlitzes, verringern. Diese Belastungsverteilung kann besonders wirksam sein, wenn der Schlitz entlang <110>-Ebenen des Substrats gebildet ist.
Die verschiedenen exemplarischen Ausführungsbeispiele können mit einer großen Vielzahl von Schlitzabmessungen verwendet werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Breite w des Schlitzes, wie dieselbe an der Mittelregion gemessen wird, weniger als etwa 50 μm betragen. Andere Ausführungsbeispiele können eine Breite von mehr als etwa 1.000 μm aufweisen. Verschiedene andere Ausführungsbeispiele können eine Breite aufweisen, die zwischen diese Werte fällt. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Breite etwa 80–130 μm betragen, wobei ein Ausführungsbeispiel eine Breite von etwa 100 μm aufweist. Die Gesamtlänge der Schlitze einschließlich der Mittel- und Endregionen kann von weniger als etwa 300 μm bis etwa 50.000 μm oder mehr reichen.
9 zeigt eine erste Oberfläche 610c eines geschlitzten Vergleichssubstrats 606c. Dieses Vergleichsbeispiel zeigt drei Schlitze (902, 904 und 906), die in dem Substrat gebildet sind. Im Allgemeinen sind die Schlitze gemäß der Nomenklatur etikettiert, die mit Bezug auf 8 zugewiesen wurde. Zum Beispiel weist der Schlitz 906 eine Mittelregion 906a und zwei Endregionen 906b bzw. 906c auf.
Die Endregionen sind im Allgemeinen sichelförmig. Die Mittelregion kann zumindest teilweise durch zwei Seitenwände (bezeichnet als 902d–906d bzw. 902e–906e) gebildet sein. Einige der exemplarischen sichelförmigen Schlitze können eine im Allgemeinen einheitliche Schlitzbreite für die gesamte Länge des Schlitzes aufrechterhalten. Eine derartige Konfiguration kann für einige Schlitzbildungstechniken vorteilhaft sein, wie es im Folgenden genauer erörtert wird. Die sichelförmige Endregion erstreckt sich im Allgemeinen bezüglich einer Längsachse des Schlitzes gegenüber verglichen mit der gegenüberliegenden sichelförmigen Endregion; dies muss jedoch nicht der Fall sein.
9a zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Schlitzes 906, die die repräsentativen Merkmale von 9 zeigen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Seitenwände 906d und 906e im Allgemeinen parallel zueinander. Die Endregion 906b kann einen Abschnitt 906h aufweisen, der sich weg von den beiden Seitenwänden 906d und 906e erstreckt. Auf eine andere Weise betrachtet liegt dieser Abschnitt der Endregion in einem Winkel x, der größer als 180 Grad ist, relativ zu zumindest einer Seitenwand der Mittelregion 906a. Weitere Abschnitte der Endregion können sich ebenfalls weg von den Seitenwänden (906d und 906e) erstrecken, zusätzlich zu oder alternativ zu dem Abschnitt, der hier gezeigt ist.
10 zeigt eine Ansicht von über einer Öffnungsplatte 618a, die mehrere Düsen 619a enthält. Mehrere darunter liegende Strukturen sind in gestrichelten Linien zu sehen. Die darunter liegenden Strukturen können drei Tintenzuführschlitze 1002, 1004 und 1006, mehrere Tintenzuführdurchgän ge (Zuführkanäle) 620a und mehrere Abfeuerkammern 622a umfassen. Diese darunter liegenden Strukturen können letztendlich Tinte liefern, die aus den Düsen in der Öffnungsplatte ausgestoßen werden kann. Obwohl dieses Vergleichsbeispiel die Abfeuerkammern und entsprechenden Düsen so zeigt, dass dieselben sich in etwa gleichen Entfernungen von dem Schlitz befinden, können andere exemplarische Konfigurationen unter anderem eine versetzte Konfiguration verwenden, die ermöglichen kann, dass mehr Abfeuerkammern entlang einer gegebenen Schlitzlänge positioniert werden. Außerdem kann das Substrat eine größere oder geringere Anzahl von Abfeuerkammern und zugehörigen Strukturen aufweisen als die Anzahl, die hier gezeigt ist.
Wie es bei diesem Vergleichsbeispiel 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 1002 eine Mittelregion 1002a und zwei Endregionen 1002b und 1002c aufweisen. Wie es in dieser Oberseitenansicht gezeigt ist, kann die Mittelregion einer im Allgemeinen rechteckigen Form oder Konfiguration nahekommen, obwohl andere Formen ebenfalls verwendet werden können. Die Endregionen können auch eine im Allgemeinen rechteckige Form aufweisen. Die Mittelregion kann eine Breite w₁ aufweisen, die geringer ist als eine Breite w₂ der Endregion, wobei die Breite der Endregion und der Mittelregion entlang Richtungen genommen wird, die im Wesentlichen parallel sind.
Die Abfeuerkammern sind nur in der Nähe der Mittelregion der Schlitze positioniert, obwohl dieselben auch um mehr oder weniger von einem einzelnen Schlitz positioniert sein können.
Obwohl die veranschaulichten Ausführungsbeispiele die Endregionen so zeigen, dass dieselben im Allgemeinen entlang einer Längsachse des Schlitzes zentriert sind, muss dies nicht der Fall sein. Zum Beispiel können andere exem plarische Ausführungsbeispiele eine oder mehr der Endregionen aufweisen, die von der Längsachse des Schlitzes versetzt sind.
11 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bilden von exemplarischen geschlitzten Substraten beschreibt. Dieses exemplarische Verfahren bildet zumindest einen Abschnitt einer Mittelregion eines Schlitzes in ein Substrat, wie es bei 1102 angezeigt ist. Verschiedene exemplarische Substrate sind im Vorhergehenden beschrieben. Die Mittelregion kann zumindest teilweise durch zwei Seitenwände definiert sein. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel können die beiden Seitenwände ein Paar von Seitenwänden aufweisen, die entlang individueller Ebenen liegen, die einen Raum dazwischen definieren.
Zusätzlich zu der Mittelregion kann das Verfahren zumindest einen Abschnitt einer Endregion bilden, wie es bei 1104 angezeigt ist. Die Endregion kann auf die Mittelregion treffen oder mit derselben zusammenhängend sein. Bei einem Ausführungsbeispiel kann zumindest eine Endregion des Schlitzabschnitts durch eine Teilregion definiert sein, die außerhalb des Raumes zwischen den Ebenen liegt.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Endregion eine Endseitenwand aufweisen, wobei sich zumindest ein Abschnitt derselben weg von beiden Seitenwänden der Mittelregion erstreckt.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Abschnitt der Mittelregion und/oder der ein oder mehr Endregionen so gebildet werden, dass an einer Oberfläche des Substrats begonnen wird und fortschreitend zusätzliches Substratmaterial entfernt wird, bis die Abschnitte durch das Substrat hindurchgehen, um einen Schlitz zu bilden. Einige exemplarische Ausführungsbeispiele können die ein oder mehr Endregionen gleichzeitig mit der Mittelregion bilden, während andere Ausführungsbeispiele die ein oder mehr Endregionen vor oder nach der Mittelregion bilden können.
Die Schlitze können unter Verwendung von beliebigen geeigneten Techniken zum Entfernen von Substratmaterial gebildet werden, wie z. B., jedoch nicht ausschließlich, Sandbohren, Laserbearbeiten und Ätzen. Bei einigen Ausführungsbeispielen, bei denen Laserbearbeiten einen Schlitz durch das Substrat bildet, kann der Schlitzbildungsprozess an dem Substrat durchgeführt werden, bevor einige oder alle der Dünnfilmschichten hinzugefügt werden, und dann können nachfolgend die Dünnfilmschichten zu dem Substrat hinzugefügt werden. Andere Ausführungsbeispiele können einige oder alle der Dünnfilmschichten vor einem Bilden der Schlitze bilden.
Weitere exemplarische Ausführungsbeispiele können Schlitze durch einen Ätzprozess bilden. Einige dieser Ausführungsbeispiele können eine Maskierschicht an einer ersten Oberfläche des Substrats bilden. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die erste Oberfläche eine Rückseitenoberfläche aufweisen. Die Maskierschicht kann strukturiert sein, um ein beschriebenes Schlitzmuster zu definieren. Das Substrat kann dann durch die strukturierte Maskierschicht geätzt werden. Einige Ausführungsbeispiele können ein anisotropes Schlitzprofil durch ein wiederholtes Ätzen und Passivieren, um Substratmaterial in einer gewünschten Form zu entfernen, erreichen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Ätzrate unter anderem in Beziehung stehen zu der Geschwindigkeit, mit der Reaktanten zu einem Reaktionsbereich geliefert werden können, und der Geschwindigkeit, mit der die Nebenprodukte sich zerstreuen und/oder von dem reaktiven Bereich entfernt werden können. Die beschriebenen Schlitzkonfigurationen können unter anderem einheitlichere Ätzraten ermöglichen, als mit früheren Schlitzkonfigurationen erreicht werden können, und können das Auftreten davon, dass Substratmate rial in Endabschnitten des Schlitzes bleibt, verringern. Restsubstratmaterial kann die Neigung einer Rissbildung bei bestehenden Konfigurationen erhöhen. Bei einigen der beschriebenen Ausführungsbeispiele, bei denen die Endregionen eine Breite oder einen Durchmesser aufweisen, die bzw. der größer als eine Breite der Mittelregion ist, kann ein Ätzen durch die Dicke des Substrats an den Endregionen gleichzeitig mit oder vor der Mittelregion hindurchgehen.
Die Aktion des Ätzens kann mit Standardätzmitteln erreicht werden, wie z. B., jedoch nicht ausschließlich, SF6 (Schwefelhexafluorid) und TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid). Das Passivieren oder Maskieren kann erreicht werden mit Standardverbindungen, wie z. B., jedoch nicht ausschließlich, C4F8 (Octafluorcyclobutan). Weitere Einzelheiten bezüglich des Ätzens sind nachzulesen in der U.S.-Patentanmeldung Seriennummer 09/888975, „Slotted Substrate and Slotting Process", eingereicht am 22. Juni 2001, und in den U.S.-Patenten Nr. 5,387,314 und 5,441,593 u. a.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Ätzprozess von der Rückseite begonnen werden und endet auf der Dünnfilmseite. Dies kann ermöglichen, dass die Schlitze mit den Dünnfilmschichten in Position gebildet werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Ätzmittel eine gegebene Zeitmenge lang auf das Substrat aufgebracht werden. Diesem kann ein Aufbringen einer Passivierungsverbindung auf die Seitenwände folgen. Diese Aktionen können nach Wunsch wiederholt werden, um ein anisotropes Schlitzprofil zu bilden.
Andere exemplarische Ausführungsbeispiele können Schlitzbildungstechniken kombinieren. Zum Beispiel kann eine Laserbearbeitung verwendet werden, um die gewünschte Schlitzform in die Rückseite eines Substrats zu bilden. Der Laser kann verwendet werden, um die Schlitzform oder einen Abschnitt bei weniger als der Gesamtheit der Dicke des Substrats zu entfernen. Ätzschritte können nachfolgend angewendet werden, um den Schlitzbildungsprozess abzuschließen. Dies kann ermöglichen, dass eine Laserbearbeitung verwendet wird, ohne die Sorge, dass die Dünnfilmschichten durch den Laser beschädigt werden. Andere exemplarische Konfigurationen können andere Kombinationen oder „Hybrid"-Prozesse verwenden, um die exemplarischen Schlitze zu bilden.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können ein geschlitztes Substrat bilden, das eine verringerte Neigung zur Rissbildung aufweisen kann. Das geschlitzte Substrat kann in einen Druckkopfchip und/oder andere Fluidausstoßvorrichtungen eingegliedert werden. Die exemplarischen Schlitze, die in dem Substrat gebildet sind, können Tinte an Abfeuerkammern liefern, die in der Nähe des Schlitzes positioniert sind. Die exemplarischen Schlitzherstellungs- und -bildungstechniken können Belastungskonzentrationen verringern, die eine Rissbildung bei dem Substrat verursachen können und schließlich zu einem Versagen des Chips führen. Durch ein Verringern der Neigung, dass das Substrat Risse bildet, können die beschriebenen Ausführungsbeispiele zu einem kostengünstigeren Produkt höherer Qualität beitragen.
Obwohl die Erfindung in einer Sprache beschrieben worden ist, 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 Merkmale oder Schritte, die beschrieben wurden, beschränkt ist. Stattdessen sind die spezifischen Merkmale und Schritte als bevorzugte Formen des Implementierens der beanspruchten Erfindung offenbart.

Claims

Ein Fluidsubstrat (606) zur Verwendung bei einer Druckvorrichtung, wobei das Substrat eine Dicke aufweist, die durch eine erste und eine zweite Oberfläche (610, 612), die sich allgemein gegenüberliegen, definiert ist, das folgende Merkmale aufweist: einen oder mehr Fluidzuführschlitze (808), die in das Substrat aufgenommen sind, wobei einzelne Fluidzuführschlitze folgende Merkmale aufweisen: eine Mittelregion (808a), die durch sich allgemein gegenüberliegende Seitenwände (808d, 808e) definiert ist, die allgemein orthogonal zu der ersten und der zweiten Oberfläche sind, und zwei sich allgemein gegenüberliegende Endregionen (808b), wobei jede der Endregionen eine allgemein kreisförmige Form aufweist, wenn dieselbe von über der ersten Oberfläche betrachtet wird, und wobei jede Endregion einen Durchmesser aufweist, der größer als eine Breite zwischen den sich allgemein gegenüberliegenden Seitenwänden der Mittelregion ist, wobei die Mittel- und Endregionen des Schlitzes ganz durch das Substrat hindurch gehen, und wobei das Substrat nicht aus einem Metall hergestellt ist.
Das Fluidsubstrat gemäß Anspruch 1, bei dem einzelne Seitenwände des Paars von Seitenwänden allgemein parallel zueinander sind.
Ein Verfahren zum Bilden eines Fluidsubstrats gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Aktion eines Bildens (1102) zumindest eines Abschnitts einer Mittelregion (808a) und eines Bildens (1104) zumindest eines Abschnitts einer Endregion (808b) zumindest eine Aktion eines Ätzens, Sandbohrens oder Laserbearbeitens aufweist.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem eine Aktion eines Bildens (1102) zumindest eines Abschnitts einer Mittelregion (808a) und eines Bildens (1104) zumindest eines Abschnitts einer Endregion (808b) gleichzeitig und/oder mit im Wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit erfolgen.
Eine Druckvorrichtung (100), die ein Fluidsubstrat gemäß Anspruch 1 oder 2 umfasst.