專利名稱：用于制造噴墨孔板的可重復(fù)使用的芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來講，本發(fā)明涉及噴墨打印頭的制造，更具體地說，涉及用于電成型具有確定的錐形輪廓的孔板的可重復(fù)使用的芯的制造。
背景技術(shù)：
噴墨領(lǐng)域的技術(shù)相對來說已經(jīng)非常發(fā)達了。商用產(chǎn)品如電腦打印機、繪圖儀、復(fù)印機和傳真機都用噴墨技術(shù)來制作硬拷貝。該技術(shù)的原理在很多文章中有描述，例如Hewlett-Packard雜志36卷5期(1985年5月)，39卷4期(1988年8月)，39卷5期(1988年10月)，43卷4期(1992年8月)，43卷6期(1992年10月)和45卷1期(1994年2月)。噴墨裝置由W.J.Lloyd和H.T.Taub在《OutputHardcopy[sic]Devices》(Ed.R.C.Durbeck和S.Sherr，學(xué)術(shù)出版社，圣迭哥，1988)的第13章中進行描述。并且，許多公開出版物詳盡描述了用于制造薄膜裝置和集成電路的通用技術(shù)，這些技術(shù)一般可應(yīng)用在制造復(fù)合三維硅片基片結(jié)構(gòu)，參見《Silicon Process》，1-3卷，1995年版，來特思出版社(Lattice Press)，來特思半導(dǎo)體公司(這里是受讓人)，柏勒山，俄勒岡州(Hillsboro，Oregon)。并且該方法的每一個步驟都可以利用商業(yè)上可利用的制造機器來實施。這些機器的使用和普通步驟的技術(shù)在下文都將被簡稱為“用公知的方式?！睂斫獗景l(fā)明尤其有幫助的是，大部分數(shù)據(jù)在闡述本發(fā)明時都做了公開；這個領(lǐng)域未來的發(fā)展需要本領(lǐng)域技術(shù)人員的正確判斷。
本領(lǐng)域的技術(shù)仍在持續(xù)發(fā)展，這些發(fā)展主要集中在提高噴墨打印技術(shù)固有的、以點陣為基礎(chǔ)的模式的質(zhì)量。現(xiàn)在的產(chǎn)品打印密度已經(jīng)能夠達到每英寸1200個點(“DPI”)，打印質(zhì)量已經(jīng)能和相對更昂貴的激光打印機相媲美。為此，薄膜技術(shù)已經(jīng)被用于制造精密部件，如孔板，細墨水濾網(wǎng)過濾器和類似的物品，如噴墨打印頭。
例如，噴墨頭可以使用形成于薄膜芯上的孔板。芯由外面涂覆有導(dǎo)電薄膜的玻璃板組成。不導(dǎo)電的圓片被固定在導(dǎo)電薄膜的表面，用于確定孔的位置和尺寸。一般情況下，圓片直徑是目標(biāo)孔直徑的3倍。圖1(現(xiàn)有技術(shù))是電成型噴墨噴口的外觀圖，它顯示了電成型板的出口孔徑，D孔，芯襯墊(不導(dǎo)電區(qū))的直徑，D墊，和厚度T之間的關(guān)系D孔＝D墊-2T 等式1在制造芯上的孔板時，孔的直徑由精細控制的電成型參數(shù)(電流、電成型時間或類似的參數(shù))決定。因而，這些參數(shù)的變化會影響孔的直徑。并且，如果需要較厚的孔板，就需要增加圓片的尺寸。生產(chǎn)孔板機器的公差限制了圓片的尺寸；如果孔板厚度的增加超過了襯墊尺寸的容許量，將會使孔的直徑變小。
申請人為Trueba，
公開日為1996年10月1日，專利號為US5560837的美國專利對制造噴墨部件的方法做了改進(該申請和本申請是同一個受讓人，在這里引用僅做參考)。該專利公開了一種用透明底基制造薄膜結(jié)構(gòu)的方法。一個第一結(jié)構(gòu)，如一個帶有中心柱的圓環(huán)，形成于底基表面的導(dǎo)電材料上。一個光致抗蝕材料柱經(jīng)透明材料的暴光形成在導(dǎo)電材料上面中心柱的頂端。
通常，現(xiàn)有技術(shù)的孔板芯是二維的，這就意味著，隨著電成型材料的發(fā)展，孔的外觀就采用了曲面。這一點是不利的，因為電成型厚度是墨滴出口直徑的狀態(tài)函數(shù)。因此，孔徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差對孔板來說是較嚴重的。
隨著本領(lǐng)域技術(shù)的進一步發(fā)展，噴墨孔的直徑趨向于縮小?？椎闹睆皆谠试S范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)偏差也需要縮小。并且，孔的直徑需要更精確的設(shè)計，以使噴頭的表現(xiàn)達到最優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的主要方面，提供了一種制造芯的方法，該方法包括形成第一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有大致呈平面的導(dǎo)電表面，其具有分布地接附在該表面上的多個不導(dǎo)電的、與第一部件相關(guān)的芯；使用該第一結(jié)構(gòu)，以形成互補的第二結(jié)構(gòu)，以使該互補的第二結(jié)構(gòu)具有與該第一部件互補的多個第二部件；和，使用該第二結(jié)構(gòu)，以形成具有第三部件的芯，其中該第三部件確定了使用該芯進行電成型而形成的各部件的形狀、位置和幾何特征。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種制造噴墨打印頭芯的方法，具體包括形成具有大致為平面的金屬化表面的第一結(jié)構(gòu)，其具有分布在該表面上許多電介質(zhì)第一部件；使用該第一結(jié)構(gòu)，以形成互補的第二結(jié)構(gòu)，以使該互補的第二結(jié)構(gòu)具有與該第一部件互補的多個第二部件；和，使用該第二結(jié)構(gòu)，以形成具有第三部件的芯，其中該第三部件確定了使用該芯進行電成型而形成的噴墨打印頭各部件的形狀、位置和幾何特征。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，本發(fā)明提供了一種噴墨打印頭的芯，包括用于在其上電成型噴墨打印頭結(jié)構(gòu)的玻璃底基，其具有多個玻璃形成的芯部件；覆蓋在玻璃底基上的金屬層，其與該部件相符；和僅覆蓋在該金屬層上的電介質(zhì)層，其與所述部件相符。
前面的簡介并沒有包含本發(fā)明的全部方面、目的、優(yōu)點和特征，本發(fā)明也不局限于此。根據(jù)37 C.F.R和M.P.E.P.608.01(d)的法令本發(fā)明內(nèi)容僅僅是為了使公眾知曉，尤其對于那些對本發(fā)明相關(guān)的具體技術(shù)領(lǐng)域和本發(fā)明的本質(zhì)感興趣的技術(shù)人員，以便在將來的研究中幫助理解本發(fā)明專利。本發(fā)明涉及的目的、特征和優(yōu)點在結(jié)合說明書和附圖后就一清二楚了，所有附圖中，相同的標(biāo)記表示相同的部件。


圖1(現(xiàn)有技術(shù))是已知電成型方式的示意圖。
圖2A-2F是本發(fā)明方法的按順序的示意截面圖，其示出本發(fā)明的方法。
圖3A-3B是圖2A-2B所示步驟的替代實施例的步驟。
圖4是如圖2A-2F所示的本發(fā)明的芯的示意圖(圖中D孔等于在圍繞該部件形成厚度一定的電成型層處該部件的直徑)。
圖5描述的是對使用圖4所示芯的金屬噴嘴板薄板500的電成型。
本說明書中引用的附圖除非特別說明，否則不能理解為僅限于圖中所示。
具體實施例方式
現(xiàn)在對本發(fā)明的實施例做詳細說明，它表述了發(fā)明人為實施本發(fā)明所采用的最佳方法?？商鎿Q的實施例也做了簡單描述。需要指出的是，本發(fā)明中的附圖是一個具有更多的突出部件的一個較大結(jié)構(gòu)中的一小部分的截面圖。噴墨打印頭噴嘴板在電成型板上制造出來，在電成型板上，每一個噴嘴板都被劃分并分開。一個典型的電成型板一般是6英寸×6英寸。例如，每一個噴嘴板由成百的噴嘴按行列排成陣列，其中，噴嘴的預(yù)期孔徑為0.0006英寸，間距為1/300英寸。
圖2A-2F描述了一種制造具有突出部件的芯及噴墨打印頭噴墨孔板的制作方法。通過制造兩個“父母”芯(parent mandrel)，即一個“父”芯(father mandrel)，一個“母”芯(mother mandrel)，就可在玻璃底基上制造一個最終具有突出部件的噴墨打印孔板。最終用在電成型孔板上的芯被稱為“子”芯(childmandrel)。
先從父芯的制造方法開始，首先使用一個平面玻璃底基201(可以使用美國加利福尼亞州圣何塞的Hoya公司生產(chǎn)的產(chǎn)品)，再以公知的沉積方式形成一層覆蓋于其上的金屬涂層203(舉例來說，最好是不銹鋼，如SS316L或具有相似性質(zhì)的金屬)。需要指出的是，這個步驟可以和一個中間涂層配合使用，比如鉻，這樣不銹鋼就會有更好的附著性。金屬層203的厚度為“T”，其范圍大致在0.5-1.0μm。用公知的方式將一個可感光(photo-imagable)的聚合物205離心成形在金屬層203上面?？梢詰?yīng)用商用的負性光致抗蝕劑(photoresist)，例如MicroChem Corp.of Newton，MA公司生產(chǎn)的SU8tm。通常把“負性光致抗蝕劑(negative resist)”區(qū)域稱為不曝光的區(qū)域，該區(qū)域在后續(xù)的步驟中會被剝離下來的。負性光致抗蝕劑(negative resist)205的厚度是在離心成形過程中進行控制的，該厚度至少應(yīng)達到孔板薄板需要的厚度。
如圖2B所示，將涂層207依據(jù)部件形狀覆蓋在光致抗蝕劑層205上，并暴露在光線中(一般是紫外線，用向下的箭頭表示)。曝光的區(qū)域用帶點的陰影表示。在影印領(lǐng)域知道，曝光的效果受厚度、光的強度以及掩模與光致抗蝕劑脂之間的距離控制。因此，曝光的步驟就能簡潔和最優(yōu)化的實現(xiàn)。負性光致抗蝕劑的固化以公知的方式進行處理。
如圖2C所示，抗蝕劑205不曝光的部分從金屬層203和表面203’上剝離，只剩下父芯211一個具有金屬涂層的玻璃底基上帶有柱209形成的陣列，該陣列由固化的聚合物形成，柱具有確定的位置和形狀，也就是和將制造的孔板上的噴嘴逆向的形狀，具體的空間和位置由將要制造的特定孔板的規(guī)格來決定。(需要指出的是，正性光致抗蝕劑也可以反過來用，即，將已曝光的光致抗蝕劑剝離出來，剩下同一結(jié)構(gòu)——圖2C示的父芯211)以圖2C所示的父芯211開始，下一部分的過程是電成型母芯。如圖2D所示，母芯是通過將父芯上電成型上一個高度為H的金屬薄層(如鎳)得到的，該高度H大于在父芯表面203’上突起的柱209(pillar)的高度，即，H＞T。電成型金屬板213從父芯211上移開。這里要指出的是，光致抗蝕劑的柱209已經(jīng)制成與如圖2E所示的凹陷相配合的形狀。這樣金屬板213就可以被安裝在基板215上，用以增加強度和剛度。
本方法的以下步驟是制造子芯，該子芯最終被用于制造目標(biāo)噴墨孔板。如圖2F所示，以母芯221為基礎(chǔ)，將玻璃熔融在母芯上以覆蓋一玻璃層223，這樣，熔融的玻璃就會流進母芯221的凹陷217中。注意，采用真空爐來加熱玻璃-母芯夾層到熔融狀態(tài)是有利的，因為它去除了凹槽中的氣體，使流態(tài)玻璃中的氣蝕(氣泡)減到最少。另一方面，流進凹陷217中的熔融玻璃泡也會受到上述好處的影響。接下來，母芯和子芯被分離，凹陷217的錐度和鎳與玻璃之間的較小的附著力便于將涂有金屬213的母芯221從玻璃子芯部件223上分離出來。
如圖4所示，現(xiàn)在能夠指出的是，固態(tài)玻璃子芯401的部件已經(jīng)形成了。表面的最高處401’是鍍有金屬層的，最好是用公知的方式鍍上不銹鋼，如圖2A等所述的金屬203。金屬層的厚度大約為0.5-1.0μm，以形成符合固態(tài)玻璃子芯401部件的頂面401’的形狀和尺寸的覆蓋于其上的金屬層403。再次使用光致抗蝕劑掩蔽工藝，用沉積電介質(zhì)在子芯上的柱405上施加一層不導(dǎo)電材料，最好是碳化硅，“SiC”，厚度大約在3500-4000之間。這樣，子芯411就制成了，準(zhǔn)備應(yīng)用在噴墨打印頭的電成型孔板上。因而，圖4表示了本發(fā)明的子芯，該子芯具有用于控制噴墨孔口形狀的有形部件405。每一個有形部件都和需要的孔的幾何形狀相反。例如，部件405具有圓形的底座和削去頂端的圓錐形形狀，錐度角為θ。電成型層的厚度(T)、底座的直徑(D底)和噴孔的出口直徑(D孔)之間的關(guān)系如等式2所示D孔＝D底-2Ttanθ 等式2圖5所示的是用子芯411電鑄金屬噴嘴板500。因為采用了本發(fā)明所述的方法制造子芯411，所以該芯可以重復(fù)使用，噴嘴的形狀、尺寸以及它們之間的相對間隔更容易控制。
另一個用于制造父芯的替換方法的實施例用圖3A-3B表示。實際上，它是圖2A-2C的相反過程。如圖3A所示，光致抗蝕劑207暴露在最外層，如圖3B所示，除去曝光的光致抗蝕劑，留下母芯311，該母芯的光致抗蝕劑205上分布著透光孔309的陣列，這些透光孔和噴嘴的形狀和尺寸相應(yīng)。這些光孔的直徑仍用D孔表示。(注意，這里非光致抗蝕劑的應(yīng)用是相反的，即相反的面層，去除不露在外面的防護層，則剩下的結(jié)構(gòu)相同)然而，這個實施例在制造母芯時困難一些，主要是把光致抗蝕劑從一個呈銳角的較小尺寸的結(jié)構(gòu)中取出時比較困難。
前文已經(jīng)對實施例做了描述，其目的是為了對本發(fā)明進行圖解說明。但是不能認為前文對本發(fā)明的闡述是完全詳盡的，也不能把本發(fā)明局限于實施例中披露的特定形狀或其所述的實施例。顯而易見的是，在本發(fā)明基礎(chǔ)上的許多改進和變化對本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說都是容易想到的。同樣，本發(fā)明中所述方法的任一步驟都可能被其它步驟替換而達到相同的效果。挑選并進行描述的實施例是為了最好的解釋本發(fā)明的原理及其實施的最佳方式。從而本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實施例，并作出各種改進以適應(yīng)特定的用途或進行工具的設(shè)計。本發(fā)明的保護范圍由已經(jīng)提交的權(quán)利要求和它們的等同物確定，單數(shù)形式的一個部件除非明確指出，除非特別說明，否則并不意味著“一個或僅一個”，而是指“一個或多個”。并且，無論元件、部件或者方法步驟是否在后面權(quán)利要求中明確提到過與否，本公開文件中的任何元件、部件和方法步驟都不專門用于公眾。在35U.S.C.Sec.112(112節(jié))，第六段的規(guī)定下權(quán)利要求書中所有的元件都不予解釋，除非該元件采用了“用于...的裝置”的語段明確提及，并且，在這些規(guī)定下權(quán)利要求書中所有的方法步驟都不予解釋，除非該方法步驟采用了“其包括...步驟”的語段明確提及。
權(quán)利要求
1.一種制造噴墨打印頭芯的方法，其特征在于形成第一結(jié)構(gòu)(211)，該結(jié)構(gòu)具有大致呈平面的經(jīng)金屬化處理的第一表面(203’)，其具有分布在所述第一表面上的多個電介質(zhì)第一部件(209)；使用所述第一結(jié)構(gòu)，以形成互補的第二結(jié)構(gòu)(213(215))，以使所述互補的第二結(jié)構(gòu)具有多個第二部件(217)，其與所述第一部件互補；和，使用所述第二結(jié)構(gòu)，以形成具有第三部件(405)的芯(411)，其中所述第三部件確定了噴墨打印頭的部件的形狀、位置和幾何結(jié)構(gòu)，該噴墨打印頭使用所述芯進行電成型。
2.如權(quán)利要求1所述的制造噴墨打印頭芯的方法，其中形成第一結(jié)構(gòu)(211)的特征在于提供大致為平面的玻璃底基(201)；在所述底基上形成大致為平面的第一金屬層(203)；和在所述第一金屬層上形成多個電介質(zhì)第一部件(209)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中形成所述第一部件(209)的特征在于在所述第一結(jié)構(gòu)(209)上形成覆蓋于其上的光致抗蝕劑材料(205)層；掩蔽所述光致抗蝕劑材料，以用于形成所述第一部件(209)；使所述光致抗蝕劑材料曝光；和剝離與所述第一部件不相符的光致抗蝕劑材料。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中形成互補的第二結(jié)構(gòu)(213(215))的特征在于在所述第一結(jié)構(gòu)上電成型第二金屬層(213)，由此形成所述的互補第二部件(217)，以使所述第二金屬層的厚度大于與第一部件(209)相關(guān)的所述不導(dǎo)電部件芯的厚度，該芯預(yù)定地與所述的第三部件(405)相關(guān)；和將所述第二金屬層從所述第一部件上剝離。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于向所述第二金屬層(213)提供底基(215)，用以增加所述互補的第二結(jié)構(gòu)的強度和剛度。
6.如權(quán)利要求4或5的方法，其中形成所述芯(411)的特征在于使用互補的第二結(jié)構(gòu)，使玻璃層(223)在所述第二金屬層(213)上熔化，以使所述第三部件(405)形成在玻璃層的表面上，該玻璃層鄰接所述第二金屬層第二部件(217)并與其相符合。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在玻璃層(223)的所述表面上形成第三金屬層403；和在覆蓋所述第三金屬層的第三部件(405)上，形成電介質(zhì)薄膜(407)。
8.一種噴墨打印頭芯，其特征在于用于在其上電成型噴墨打印頭結(jié)構(gòu)的玻璃底基(401)，其具有多個玻璃形成的芯部件(405)；覆蓋在玻璃底基上的金屬層(403)，其與所述部件相符；和僅覆蓋在上述金屬層上的電介質(zhì)層(407)，其與所述部件相符。
9.如權(quán)利要求8所述的芯，其特征在于所述部件按下述等式與打印頭的尺寸和形狀相關(guān)，D孔＝D底-2Ttanθ。
全文摘要
一種制造帶有錐形孔的芯(411)的方法,該芯用于電成型孔板薄板。該方法用感光聚合物或光致抗蝕劑形成所需要的外形。接下來的步驟是在由芯材質(zhì)熔制的玻璃薄板(223)上電成型父母芯。具有確定的位置和形狀的柱(209)陣列形成所需的外形輪廓,以用于將要使用在電成型過程中的芯。接著,玻璃被金屬化處理。在金屬化處理的玻璃以及電介質(zhì)上形成的光致抗蝕劑掩模沉積在該柱上。
文檔編號C25D1/00GK1383988SQ0212453
公開日2002年12月11日 申請日期2002年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月9日
發(fā)明者C·M·加特斯, N·蒂魯科瓦盧爾 申請人:惠普公司