DE69837466T2

DE69837466T2 - Filter zum Beseitigen von Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE69837466T2
Application number: DE69837466T
Authority: DE
Inventors: Carl E. Versailles Sullivan
Original assignee: Lexmark International Inc
Current assignee: Lexmark International Inc
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2018-12-19
Also published as: US6267251B1; DE69837466D1; JPH11240173A; EP0924078A2; EP0924078A3; EP0924078B1; KR19990063216A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Filter zur Entfernung von Verunreinigungen aus einem Fluid und ein Verfahren zum Bilden desselben und spezieller ein Filter, das zum Gebrauch in einer Tintenstrahldruckpatrone angepasst ist, um Verunreinigungen aus Tinte zu filtern, bevor die Tinte zu einem Heizerchip fließt.
US 5,124,717 offenbart einen Druckkopf, der zwei Siliciumwafer umfasst, wobei einer eine Kanalplatte mit einem Kanalrillensatz, der mit einem ausgesparten Manifold in der Kanalplatte in Verbindung steht, der auf der Oberfläche ausgebildet ist, und der andere eine Heizerplatte mit einem Satz von Heizelementen und Adressierelektroden ist, die auf der Oberfläche ausgebildet sind. Eine als Einheit ausgebildete Filtermembran ist auf der Kanalplatte gebildet.
Tropfen-auf-Anforderung-Tintenstrahldrucker verwenden Wärmeenergie, um eine Dampfblase in einer mit Tinte gefüllten Kammer zu erzeugen, um ein Tintentröpfchen auszustoßen. Ein Wärmeenergiegenerator oder Heizelement, normalerweise ein Widerstand, befindet sich in der Kammer auf einem Heizerchip in der Nähe einer Austragdurchtrittsöffnung oder Düse. Eine Mehrzahl von Kammern, wobei jede mit einem einzigen Heizelement versehen ist, ist im Druckkopf des Druckers vorgesehen. Der Druckkopf umfasst typischerweise den Heizerchip und eine Platte mit einer Mehrzahl der darin ausgebildeten Austragdurchtrittsöffnungen. Der Druckkopf bildet einen Teil einer Tintenstrahldruckpatrone, die auch einen tintengefüllten Behälter umfasst.
Der Druckpatronenbehälter umfasst eine oder mehrere Tintenkammern. Für eine monochrome oder Einfarbendruckpatrone ist eine Kammer vorgesehen. Für eine Dreifarbendruckpatrone sind drei Kammern enthalten. Der Druckpatronenbehälter kann auch eine Filter/Steigrohr-Anordnung für jede Kammer enthalten. Das Steigrohr begrenzt einen Durchgangsweg, durch den Tinte fließt, während sie sich von der Kammer zum Druckkopf fortbewegt. Das Filter ist am Steigrohr angebracht und dient dazu, um Luftblasen und Verunreinigungen aus der Tinte zu entfernen, bevor die Tinte den Druckkopf erreicht. Verunreinigungen, wenn sie nicht aus der Tinte entfernt sind, können Durchtrittsöffnungen in der Druckkopfdurchtrittsöffnungsplatte blockieren, wodurch verhindert wird, dass Tinte aus diesen Durchtrittsöffnungen ausgeschleudert wird.
EP 0657291 offenbart eine Tintenstrahldruckerpatrone mit einem Steigrohr mit einer Filterkappe, die oben auf dem Steigrohr gesichert ist.
Die Qualität von durch einen Tintenstrahldrucker erzeugten Druckbildern hängt in hohem Maße von der Auflösung des Druckers ab. Eine höhere oder feinere Auflösung, bei der die Punkte in geringerem Abstand angeordnet sind, sorgt für Bilder höherer Qualität.
Eine Überlegung bei einer Erhöhung der Auflösung von Tintenstrahldruckern besteht darin, dass eine erhöhte Auflösung zu mehr gedruckten Punkten pro Flächeneinheit führt. Z.B. führt eine Verdopplung einer Druckauflösung von 600 × 600 dpi zu 1200 × 1200 dpi zu viermal so vielen Punkten pro Flächeneinheit. Da die Anzahl von Punkten pro Flächeneinheit mit zunehmender Auflösung ansteigt, muss die Größe von jedem gedruckten Punkt abnehmen, um ein Sättigen der Druckmedien zu vermeiden. Folglich muss die Größe der Durchtrittsöffnungen in der Durchtrittsöffnungsplatte abnehmen. Um zu verhindern, dass die kleineren Durchtrittsöffnungen durch Verunreinigungen blockiert oder versperrt werden, die in Tinte enthalten sind, sind feinere Filter erforderlich.
Herkömmliche Filter sind typischerweise aus einem Metallnetzwerk hergestellt. Man ist der Meinung, dass sehr feine Metallnetzwerkfilter kostspielig herzustellen sein würden. Weiter ist man der Meinung, dass ein Tintendruckabfall über das Metallnetzwerkfilter aufgrund des sich windenden Strompfads, den die Tinte nehmen muss, während sie durch das Metallnetzwerk fließt, groß sein würde.
Demgemäß gibt es einen Bedarf an einem verbesserten Filter, das Teilchen von variierenden Größen einschließlich sehr kleiner Teilchen aus Tinte entfernen kann, ohne dass auch ein großer Abfall im Fluiddruck über das Filter bewirkt wird.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Druckpatronenbehäl ter/Filteranordnung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Bilden einer Druckpatronenbehälter/Filteranordnung zur Verwendung in einer solchen Druckpatronenbehälter/Filteranordnung nach Anspruch 15.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein verbessertes Filter bereitgestellt, das Teilchen von variierenden Größen einschließlich sehr kleiner Teilchen aus einem Fluid entfernen kann, ohne dass ein großer Abfall im Fluiddruck über das Filter bewirkt wird. Das Filter ist zur Verwendung in einer Tintenstrahldruckpatrone angepasst, um Verunreinigungen aus Tinte zu filtern, bevor die Tinte zu einem Druckkopf fließt. Es wird auch erwogen, dass das Filter in anderen Anwendungen verwendet werden kann, wo Filter, die Teilchen von variierenden Größen einschließlich sehr kleiner Teilchen entfernen können, erwünscht sind.
Das Filter der vorliegenden Erfindung ist aus einem Siliciumsubstrat gebildet. Das Substrat weist eine erste und zweite ätzbeständige Materialschicht auf seinen entgegengesetzten Seiten auf. Eine von den Schichten umfasst eine Mehrzahl von Poren, wobei jede vorzugsweise eine Fläche oder Größe von zwischen 0,5 μm² und 25 μm² aufweist. Die zweite Schicht legt eine Filterschicht fest, die Luftblasen und Verunreinigungen aus durch das Filter hindurchfließender Tinte filtert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Metallnetzwerkfiltern weist das Siliciumfilter der vorliegenden Erfindung einen direkten Strompfad auf. Folglich ist der Widerstand gegen einen Tintenstrom durch das Siliciumfilter verringert. Da ein Widerstand gegen einen Tintenstrom abnimmt, nimmt ein Druckabfall über das Filter auch ab.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die zweite Schicht zwei oder mehr Filterabschnitte, von denen jeder eine Mehrzahl von Poren umfasst. Die zweite Schicht umfasst weiter mindestens eine Verstärkungsrippe, die zwischen den zwei Filterabschnitten positioniert ist.
1 ist eine Perspektivansicht, teilweise weggebrochen, einer Tintenstrahldruckvorrichtung mit einer Druckpatrone, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
2 ist eine Ansicht eines Teils eines Heizerchip, der mit einer Durchtrittsöffnungsplatte gekoppelt ist, wobei Abschnitte der Durchtrittsöffnungsplatte an zwei unterschiedlichen Niveaus entfernt sind;
3 ist eine Ansicht, aufgenommen entlang einer Schnittlinie 3-3 in 2;
4 ist eine schematische Ansicht im Querschnitt eines Teils einer Druckpatrone, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Filters, das gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
6 ist eine Draufsicht, teilweise weggebrochen, auf das in 5 veranschaulichte Filter;
6A ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in 6 veranschaulichten Filters;
die 7–9 sind schematische Querschnittsansichten, die das Verfahren zum Bilden des in 5 veranschaulichten Filters veranschaulicht;
10 ist eine Draufsicht auf ein Filter, das gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist; und
11 ist eine Querschnittsansicht eines Filters, das gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
Die folgende Beschreibung wird in Bezug zu bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgenommen.
Mit Bezug nun auf 1 ist dort eine Tintenstrahldruckvorrichtung 10 mit einer Druckpatrone 20 dargestellt, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Die Patrone 20 wird in einem Träger 40 getragen, der wiederum auf einer Führungsschiene 42 verschiebbar getragen wird. Ein Antriebsmechanismus 44 ist vorgesehen, um eine Hin- und Herbewegung des Trägers 40 und der Druckpatrone 20 hin und her entlang der Führungsschiene 42 zu bewerkstelligen. Während sich die Druckpatrone 20 hin und her bewegt, schleudert sie Tintentröpfchen auf ein Papiersubstrat 12 aus, das unter ihr bereitgestellt wird.
Die Druckpatrone 20 umfasst einen Behälter 22, siehe die
1 und 4, und einen Druckkopf 24, siehe die 2–4, der am Behälter 22 klebend gebunden oder sonst gesichert ist. Der Behälter 22 umfasst eine innere Kammer 22a, die mit Tinte 122 gefüllt ist, siehe 4. Er enthält ferner einen Auslass 22b. Ein Steigrohr 23, das Teil des Behälters 22 bildet, erstreckt sich in die Kammer 22a und begrenzt einen Durchgangsweg 23a, entlang dem die Tinte 122 strömt, während sie sich von der Kammer 22a zum Behälterauslass 22b fortbewegt. Vom Auslass 22b fließt die Tinte 122 zum Druckkopf 24. Ein Block von Schaumstoffmaterial (nicht dargestellt) kann in der Kammer 22a vorgesehen sein. Der Behälter 22 in der veranschaulichten Ausführungsform umfasst nur eine Kammer 22a. Jedoch wird es erwogen, dass der Behälter 22 mehr als eine Kammer, z.B. drei Kammern, enthalten kann. Ein solcher Behälter ist in dem US-Patent No. 5,576,750 offenbart.
Der Behälter 22 kann aus einem Polymerwerkstoff gebildet sein. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Behälter 22 aus Polyphenylenoxid gebildet, das von der General Electric Company unter der Schutzmarke "NORYL SE-1" im Handel erhältlich ist. Andere Materialien, die hierin nicht explizit dargelegt sind, können auch verwendet werden.
Der Druckkopf 24 umfasst einen Heizerchip 50 mit einer Mehrzahl von Widerstandsheizelementen 52, siehe die 2–4. Der Druckkopf 24 umfasst ferner eine Platte 54 mit einer Mehrzahl von Öffnungen 56, die sich durch sie erstrecken, die eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen 56a begrenzen, durch die Tröpfchen ausgeschleudert werden. Die Durchtrittsöffnungen 56a weisen typischerweise eine Größe (d.h. einen Durchmesser) von zwischen etwa 5 μm und etwa 50 μm auf. Die Platte 54 kann mittels einer beliebigen im Fachgebiet bekannten Technik am Chip 50 gebunden sein, einschließlich eines Thermokompressionsbondierungsprozesses. Wenn die Platte 54 und der Heizerchip 50 miteinander verbunden sind, begrenzen Abschnitte 54a der Platte 54 und Teile 50a des Heizerchip 50 eine Mehrzahl von Blasenkammern 55. Durch den Behälter 22 zugeführte Tinte fließt durch Tintenversorgungskanäle 58 in die Blasenkammern 55. Die Widerstandsheizelemente 52 sind auf dem Heizerchip 50 so positio niert, dass jede Blasenkammer 55 nur ein Heizelement 52 aufweist. Jede Blasenkammer 55 steht mit einer Durchtrittsöffnung 56a in Verbindung, siehe 3.
Die Widerstandsheizelemente 52 werden durch Spannungsimpulse, die durch eine Druckerenergieversorgungsschaltung (nicht dargestellt) bereitgestellt werden, einzeln adressiert. Jeder Spannungsimpuls wird an eines der Heizelemente 52 angelegt, um die Tinte, die in Kontakt mit diesem Heizelement 52 steht, augenblicklich zu verdampfen, um eine Blase in der Blasenkammer 55 zu bilden, in der sich das Heizelement 52 befindet. Die Funktion der Blase besteht darin, Tinte in der Blasenkammer 55 zu verlagern, so dass ein Tröpfchen von Tinte aus einer Durchtrittsöffnung 56a, die mit der Blasenkammer 55 verbunden ist, ausgestoßen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Siliciumfilter 60 mit dem Steigrohr 23 des Behälters 22 verbunden. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Steigrohr 23 so gebildet, dass es an seinem Eingangsteil 23c einen vorspringenden Teil 23b aufweist, siehe 4. Der vorspringende Teil 23b zusammen mit einer Innenwand 23d des Steigrohrs 23 begrenzen eine Filteraufnahmeaussparung 23e. Ein im Handel erhältliches Klebemittel, wie z.B. ein Epoxidharz, kann verwendet werden, um das Filter 60 an den vorspringenden Teil 23b und die Innenwand 23d zu binden. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Innenwand 23d des Steigrohrs 23 und der äußere periphere Rand 61 des Filters 60 im Allgemeinen rechteckförmig, siehe 6. Sie können auch quadratisch, kreisförmig, dreieckig sein oder eine beliebige andere geometrische Form aufweisen.
Das Filter 60 umfasst ein Siliciumsubstrat 62 mit einer entgegengesetzten ersten und zweiten äußeren Oberfläche 62a bzw. 62b und einem Durchlass 62c, der sich vollständig durch es erstreckt, siehe 5. Das Substrat 62 weist eine Länge L_S von zwischen etwa 40 μm und etwa 50800 μm, und vorzugsweise etwa 6 mm; eine Breite W_S von zwischen etwa 40 μm und etwa 50800 μm, und vorzugsweise etwa 6 mm; und eine Dicke T_S von zwischen etwa 25 μm und etwa 2 mm und vorzugsweise etwa 400 μm auf, siehe die 5 und 6. Der Durchlass 62c ist recht eckförmig, wo er die zweite äußere Oberfläche 62b trifft, siehe 6. Er kann auch quadratisch, oval, elliptisch sein oder eine beliebige andere geometrische Form aufweisen. An der zweiten äußeren Oberfläche 62b weist der Durchlass 62c eine Länge L_P von zwischen etwa 5 μm und etwa 49000 μm, und vorzugsweise etwa 5,5 mm, und eine Breite W_P von zwischen etwa 5 μm und etwa 49000 μm und vorzugsweise etwa 5,5 mm auf.
Eine erste ätzbeständige Materialschicht 64 ist auf der ersten Substratoberfläche 62a ausgebildet. Die erste Schicht 64 umfasst eine Öffnung 64a, die sich vollständig durch sie erstreckt, die mit dem Substratdurchlass 62c kommuniziert. Die Öffnung 64a weist im Allgemeinen dieselbe Form und Größe wie der Durchlass 62c auf, wo der Durchlass 62c die erste Substratoberfläche 62a trifft. Die erste Schicht 64 weist eine Dicke in der Z-Richtung, siehe 5, von zwischen etwa 1 μm und etwa 20 μm, einschließlich aller Bereiche, die darin zusammengefasst sind, und vorzugsweise zwischen etwa 1 μm und etwa 2,5 μm auf.
Eine zweite ätzbeständige Materialschicht 66 ist auf der zweiten Substratoberfläche 62b ausgebildet. Die zweite Schicht 66 umfasst eine Mehrzahl von Poren 68, die sich vollständig durch sie erstrecken. Mindestens ein Teil der Poren 68 kommuniziert mit dem Substratdurchlass 62c. Die Poren 68 weisen eine Fläche oder Größe in einer X-Y-Ebene, siehe 6, von zwischen etwa 0,5 μm² und etwa 25 μm², einschließlich aller Bereiche, die darin zusammengefasst sind; und vorzugsweise zwischen etwa 0,5 μm² und etwa 17 μm²; bevorzugter zwischen etwa 1,0 μm² und etwa 8 μm²; und am bevorzugtesten zwischen etwa 1,0 μm² und etwa 5 μm² auf. Der Zwischenraum S zwischen benachbarten Poren liegt zwischen etwa 1 μm und etwa 50 μm, und vorzugsweise etwa 6 μm, siehe 6A. Die zweite Schicht 66 weist eine Dicke in der Z-Richtung, siehe 5, von zwischen etwa 1 μm und etwa 20 μm, einschließlich aller Bereiche, die darin zusammengefasst sind, vorzugsweise zwischen etwa 1,0 μm und etwa 5,0 μm, und am bevorzugtesten zwischen etwa 1,0 μm und etwa 2,5 μm auf. Die zweite Schicht 66 legt eine Filterschicht fest, die Luftblasen und Verunreinigungen aus der Tinte 122 herausfiltert, während die Tinte 122 von der Kammer 22a zum Druckkopf 24 hindurch tritt.
Die erste und zweite Schicht 64 und 66 können aus einem beliebigen einen von einer Anzahl von bekannten ätzbeständigen Materialien gebildet sein, einschließlich z.B. Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Aluminium, Tantal und Siliciumdioxid. Man ist der Meinung, dass sich eine stärkere Bindung ergibt, wenn das Filter 60 am Steigrohr 23 klebend gebunden ist, wenn die eine ätzbeständige Materialschicht 64 oder 66, die am Steigrohr 23 gebunden ist, aus einem Metall gebildet ist. Andere Materialien, die hierin nicht explizit dargelegt sind, können auch verwendet werden, wenn man die Schichten 64 und 66 bildet.
Das Verfahren zum Bilden des Filters 60 wird nun mit Bezug auf die 7–9 beschrieben. Ein Siliciumwafer 162 mit einer dicke T_S von zwischen etwa 400 μm und etwa 650 μm wird zur Verfügung gestellt. Die Dicke des Wafer 162 ist nicht kritisch und kann außerhalb dieses Bereichs fallen. Eine Mehrzahl von Filtern 60 werden auf einem einzigen Wafer 162 gebildet. Jedoch ist zur einfachen Veranschaulichung nur ein Teil des Wafer in den 7–9 veranschaulicht.
Eine erste und zweite ätzbeständige Materialschicht 164 und 166 werden auf entgegengesetzten Seiten des Wafer 162 gebildet, siehe 7. Die Schichten 164 und 166 können aus einem beliebigen einen von einer Anzahl von bekannten ätzbeständigen Materialien gebildet sein, einschließlich z.B. Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Aluminium, Tantal, Siliciumdioxid und dergleichen. In der veranschaulichten Ausführungsform wird Siliciumnitrid gleichzeitig auf den äußeren Oberflächen des Wafer 162 abgelagert, wobei ein herkömmlicher Niederdruck-Gasphasenabscheidungsprozess oder ein plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidungsprozess verwendet wird. Alternativ können Siliciumdioxidschichten auf dem Wafer 162 thermisch aufgewachsen werden, oder Aluminium- oder Tantalschichten können auf den entgegengesetzten Waferoberflächen mittels eines herkömmlichen Sputter- oder Verdampfungsprozesses gebildet werden.
Die erste Schicht 164 weist eine Dicke in der Z-Richtung, siehe 7, von zwischen etwa 1 μm und etwa 20 μm und vor zugsweise zwischen etwa 1,0 μm und etwa 2,5 μm auf. Die zweite Schicht 166 weist eine Dicke in der Z-Richtung, siehe 7, von zwischen etwa 1 μm und etwa 20 μm und vorzugsweise von etwa 1,0 μm und etwa 2,5 μm auf.
Nachdem die erste und zweite Schicht 164 und 166 auf dem Wafer 162 abgelagert sind, wird eine erste Fotoresistschicht 170 über der ersten ätzbeständigen Materialschicht 164 mittels eines herkömmlichen Schleuderverfahrens gebildet. Die Schicht 170 weist eine dicke T_P1 von zwischen etwa 100 μm und etwa 50 μm und vorzugsweise zwischen etwa 1,0 μm und etwa 5,0 μm auf. Das Fotoresistmaterial kann ein negatives oder ein positives Fotoresistmaterial sein. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Schicht 170 aus einem negativen Fotoresistmaterial gebildet, das von Olin Microelectronic Materials unter der Produktbezeichnung "SC-100 Resist" im Handel erhältlich ist. Nachdem die erste Schicht 170 auf dem Wafer 162 aufgeschleudert ist, wird sie bei einer geeigneten Temperatur einem Softbake unterzogen, um Fotoresistlösungsmittel teilweise zu verdampfen, um eine Klebung der Schicht 170 am Wafer 162 zu fördern. Ein weiterer Grund, um die erste Schicht 170 einem Softbake zu unterziehen, besteht darin, zu verhindern, dass eine erste Maske, die unten zu erörtern ist, an der ersten Schicht 170 klebt.
Eine erste Maske (nicht dargestellt) mit einer Mehrzahl von blockierten oder bedeckten Flächen, die den ersten Schichtöffnungen 64a in den Filtern 60 entsprechen, wird über der ersten Fotoresistschicht 170 positioniert. Die erste Maske wird auf eine herkömmliche Weise, wie z.B. auf die flache Waferseite (nicht dargestellt), ausgerichtet. Danach werden unblockierte Teile der ersten Fotoresistschicht 170 mit Ultraviolettlicht bestrahlt, um ein Härten oder eine Polymerisation der belichteten Teile zu bewerkstelligen. Die erste Maske wird dann entfernt. Danach werden die unbelichteten oder ungehärteten Teile der ersten Fotoresistschicht 170 entfernt, wobei eine herkömmliche Entwicklerchemikalie verwendet wird. In der veranschaulichten Ausführungsform werden die nichtpolymerisierten Teile entfernt, indem ein Entwickler, wie z.B. einer, der von Olin Microelectronic Materials unter der Produktbezeichnung "PF Developer" im Handel erhältlich ist, auf die erste Waferseite gespritzt wird, während sich der Wafer 162 schnell dreht. Nachdem der Entwicklungsprozess initiiert worden ist, wird eine Mischung von etwa 90 Vol.-% Entwicklerchemikalie und 10 Vol.-% Isopropylalkohol auf die erste Seite des sich schnell drehenden Wafer 162 gespritzt. Schließlich wird der Entwicklungsprozess gestoppt, indem nur Isopropylalkohol auf den sich schnell drehenden Wafer 162 gespritzt wird. Nachdem die nichtpolymerisierten Teile der ersten Fotoresistschicht 170 von dem Wafer 162 entfernt sind, werden Teile 164a (nur ein Teil ist in 8 veranschaulicht) der ersten ätzbeständigen Materialschicht 164 freigelegt.
Statt dass man die drei unterschiedlichen Entwicklungszusammensatzungen auf den Wafer 162 spritzt, kann der Wafer 162 sequenziell in drei Bädern platziert werden, die respektive 100% Entwickler, eine Mischung von etwa 90% Entwickler und 10% Isopropylalkohol und 100% Isopropylalkohol enthalten. Der Wafer 162 bleibt im ersten Bad bis der Entwicklungsprozess initiiert worden ist. Er wird aus dem zweiten Bad entfernt und in das dritte Bad platziert, nachdem die nichtpolymerisierten Teile der ersten Schicht 170 entfernt worden sind. Der Wafer 162 wird vorzugsweise hin- und herbewegt, wenn er sich in jedem von den Bädern befindet.
Eine zweite Fotoresistschicht 172 wird über der zweiten ätzbeständigen Materialschicht 166 mittels eines herkömmlichen Schleuderverfahrens gebildet. Die Schicht 172 weist eine Dicke T_P2 von zwischen etwa 100 A und etwa 50 μm und vorzugsweise zwischen etwa 1,0 μm und etwa 5,0 μm auf. Das Fotoresistmaterial aus dem die Schicht 172 gebildet ist, kann ein negatives oder ein positives Fotoresistmaterial sein. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Schicht 172 aus demselben Material wie die erste Schicht 170 gebildet. Nachdem die zweite Schicht 172 auf den Wafer 162 aufgeschleudert ist, wird sie bei einer geeigneten Temperatur einem Softbake unterzogen, um Fotoresistlösungsmittel teilweise zu verdampfen, um eine Klebung der Schicht 172 am Wafer 162 zu fördern.
Eine zweite Maske (nicht dargestellt) mit einer Mehrzahl von blockierten oder bedeckten Flächen, die den Poren 68 der zweiten Schicht in den Filtern 60 entsprechen, wird über der zweiten Fotoresistschicht 172 positioniert. Die ganze zweite Maske kann mit blockierten Flächen versehen sein, so dass jedes Filter 60 eine zweite Schicht 66 aufweist, die mit Poren 68 versehen ist, die sich über im Wesentlichen die ganze Ausdehnung der Schicht 66 erstrecken. Alternativ können blockierte Flächen in der zweiten Maske nur in Teilen der Maske gebildet sein, die im Allgemeinen von gleicher Ausdehnung oder geringfügig größer als Teile mit den blockierten Flächen in der ersten Maske sind. An sich wird jedes Filter 60 mit Poren 68 nur in dem Teil der zweiten Schicht 66 gebildet, der sich über dem Substratdurchlass 62c erstreckt.
Die zweite Maske wird auf eine herkömmliche Weise, wie z.B. auf die flache Waferseite (nicht dargestellt), ausgerichtet. Es wird auch erwogen, dass die Maske einen oder mehrere Ausrichtmarkierungen umfassen kann, die mit einer oder mehreren Ausrichtmarkierungen ausgerichtet sind, die auf dem Wafer 162 vorgesehen sind. Nach Ausrichtung werden unblockierte Teile der zweiten Fotoresistschicht 172 mit Ultraviolettlicht bestrahlt, um ein Härten oder eine Polymerisation der belichteten Teile zu bewerkstelligen. Die zweiten Maske wird dann entfernt. Die nichtpolymerisierten Teile der zweiten Fotoresistschicht 172 werden auf dieselbe Weise wie die nichtpolymerisierten Teile der ersten Fotoresistschicht 170 entfernt. Wie aus 8 ersichtlich ist, werden, nachdem die nichtpolymerisierten Teile der zweiten Fotoresistschicht 172 vom Wafer 162 entfernt sind, Teile 166a der zweiten ätzbeständigen Materialschicht 166 freigelegt.
Im Anschluss an die Entwicklung der zweiten Fotoresistschicht 172 werden die erste und zweite Schicht 170 und 172 auf eine herkömmliche Weise einem Hardbake unterzogen, um eine endgültige Verdampfung von Lösungsmitteln in diesen Schichten 170 und 172 zu bewerkstelligen.
Die in der ersten und zweiten Fotoresistschicht 170 und 172 gebildeten Muster werden zur ersten und zweiten ätzbe ständigen Materialschicht 164 und 166 übertragen, siehe 9, wobei ein herkömmlicher Ätzprozess verwendet wird. Z.B. kann ein herkömmlicher reaktiver Ionenätzprozess verwendet werden. Wenn die erste und zweite ätzbeständige Materialschicht 164 und 166 aus Siliciumnitrid gebildet sind, ist das zum reaktiven Ionenätzer zugeführte reaktive Gas CF₄. Zum Ätzen von Aluminium kann ein Chlorgas zugeführt werden. Wenn die Schichten 164 und 166 aus Tantal gebildet sind, kann vorzugsweise ein CF₄-Gas zugeführt werden.
Nachdem die Muster zur ersten und zweiten ätzbeständigen Materialschicht 164 und 166 übertragen worden sind, wird das auf dem Wafer 162 zurückbleibende polymerisierte Fotoresistmaterial auf eine herkömmliche Weise entfernt. Z.B. kann ein herkömmlicher reaktiver Ionenätzer, der ein O₂-Plasma aufnimmt, verwendet werden. Alternativ kann ein im Handel erhältlicher Resiststripper, wie z.B. einer, der von Olin Microelectronic Materials unter der Produktbezeichnung "Microstrip" erhältlich ist, verwendet werden.
Schließlich wird ein Mikrobearbeitungsschritt ausgeführt, um die Substratdurchlässe 62c im Siliciumwafer 162 zu bilden. Dieser Schritt beinhaltet ein Platzieren des Wafer 162 in einem Ätzbad, so dass freigelegte Teile des Siliciums weggeätzt werden. Ein Bad auf Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH)-Basis kann verwendet werden. Das Bad auf TMAH-Basis umfasst zwischen etwa 5 Gew.-% und etwa 40 Gew.-% und vorzugsweise etwa 10 Gew.-% Tetramethylammoniumhydroxid und zwischen etwa 60 Gew.-% und etwa 95 Gew.-% und vorzugsweise etwa 90 Gew.-% Wasser. Die TMAH/Wasser-Lösung wird passiviert, indem Silicium und/oder Kieselsäure in der TMAH/Wasser-Lösung gelöst wird, bis die Lösung ein pH von zwischen etwa 11 und etwa 13 aufweist. Eine detailliertere Erörterung eines Passivierens von TMAH-Lösungen kann in der Veröffentlichung: U.Schnakenberg, W.Benecke und P.Lange "THAHW Etchants for Silicon Micromachining" In Proc. Int. Conf. on Solid State Sensors and Actuators (Transducers 1991), Seiten 815–818, San Francisco, Juni 1991, gefunden werden. Die passivierte TMAH/Wasser-Lösung ist vorteilhaft, da sie die metallenen ätzbeständigen Schichten 164 und 166 nicht angreift. Wenn die erste und zweite ätzbeständige Materialschicht 164 und 166 aus einem Nichtmetall gebildet sind, wie z.B. Siliciumnitrid, kann ein Bad auf Kaliumhydroxid (KOH)-Basis verwendet werden. Das KOH-Bad umfasst zwischen etwa 5 Gew.-% und etwa 75 Gew.-%, und vorzugsweise etwa 45 Gew.-% Kaliumhydroxid und zwischen etwa 25 Gew.-% und etwa 95 Gew.-%, und vorzugsweise etwa 55 Gew.-% Wasser. Folglich sollte, wenn die erste und zweite ätzbeständige Materialschicht 164 und 166 aus einem Metall, wie z.B. Aluminium oder Tantal, gebildet sind, ein Bad auf Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH)-Basis verwendet werden, da ein KOH-Bad die Metallschichten 164 und 166 angreift. Wenn ein ausreichendes Ätzen aufgetreten ist, so dass der Siliciumsubstratdurchlass 62c für jedes Filter 60 gebildet ist, siehe 5, wird der Wafer 162 aus dem Bad entfernt.
Danach wird der Wafer 162 in einzelne Filter 60 zerteilt. Die Reihenfolge der obigen Schritte kann variieren. Z.B. kann das erste Muster, wie durch die entwickelte erste Fotoresistschicht 170 festgelegt, zur ersten ätzbeständigen Materialschicht 164 übertragen werden, wobei ein herkömmlicher Ätzprozess verwendet wird, und die erste Fotoresistschicht 170 entfernt werden, bevor die zweite Fotoresistschicht 172 auf der zweiten ätzbeständigen Materialschicht 166 gebildet wird. Es wird auch erwogen, dass die zweite Fotoresistschicht 172 über der zweiten ätzbeständigen Materialschicht 166 gebildet, einem Softbake unterzogen, mit Ultraviolettlicht belichtet und entwickelt werden kann, bevor die erste Fotoresistschicht 170 über der ersten Ätzmaterialschicht 164 gebildet wird.
Ein Filter 260, das in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist, ist in 10 dargestellt. In dieser bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite ätzbeständige Materialschicht 266 eine Mehrzahl von Filterabschnitten 262, die durch Verstärkungsrippen 270 getrennt sind. Jeder Filterabschnitt 262 umfasst eine Mehrzahl von Poren 268. In der veranschaulichten Ausführungsform weisen die Teile der zweiten Schicht 266 jenseits der Filterabschnitte 262 keine Poren 268 auf. Indem eine oder mehrere Verstärkungsrippen 270 in der zweiten Schicht 266 bereitgestellt werden, kann die Dicke der zweiten Schicht 266 verringert werden, wodurch ein Fluiddruckabfall über der zweiten Schicht 266 verringert wird. Vorzugsweise beträgt die Dicke der zweiten Schicht 266 etwa 1,0 μm. Man ist der Meinung, dass bei dieser Dicke der Druckabfall über das Filter 260 vernachlässigbar ist.
Ein Filter 360, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gebildet ist, ist in 11 dargestellt, wobei gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen. Das Filter 360 umfasst eine äußere Umfangsaussparung 361, die angepasst ist, um über den Eingangsteil 23c eines Behältersteigrohrs 23 angebracht und klebend daran gesichert zu werden. Die Aussparung 361 kann auf die folgende Weise gebildet werden. Bevor die erste und zweite ätzbeständige Materialschicht 164 und 166 auf dem Wafer 162 abgelagert werden, wird eine herkömmliche Fotoresistschicht, z.B. das oben beschriebene SC-100-Resistmaterial, auf der zweiten Seite des Wafer gebildet, so dass ein äußerer peripherer Teil jedes Filtersiliciumsubstrats 362 frei liegt. Ein herkömmlicher Ätzprozess wird dann ausgeführt, wie z.B. ein reaktiver Ionenätzprozess, um einen Teil von Silicium entlang der äußeren Peripherie jedes Siliciumsubstrats 362 bis auf eine vordefinierte Tiefe zu entfernen. Danach werden die erste und zweite Ätzmaterialschicht 164 und 166 auf dem Wafer 162 gebildet, und der Prozess zum Bilden der übrigen Teile der Filter wird wie oben mit Bezug auf die 7–9 erörtert ausgeführt.
Es wird auch erwogen, dass der Heizerchip 50 einen randgespeisten Heizerchip statt eines mittengespeisten Heizerchips umfassen kann.

Claims

Druckpatronenbehälter/Filteranordnung, umfassend: einen Behälter (22), der mindestens eine Kammer (22a) zur Aufnahme von Tinte umfasst, wobei der Behälter ein Steigrohr (23) umfasst, das sich in der Kammer (22a) erstreckt und einen Durchgangsweg (23a) für Tinte zum Herausfließen aus der Kammer begrenzt; und ein Filter (60), wobei das Filter (60) mit dem Steigrohr (23) verbunden ist, um Verunreinigungen aus der Tinte zu filtern, bevor die Tinte aus dem Steigrohr (23) herausfließt; wobei die Druckpatronenbehälter/Filteranordnung dadurch gekennzeichnet ist, dass das Filter (60) umfasst: ein Siliciumsubstrat (62), das eine entgegengesetzte erste (62a) und zweite Oberfläche (62b) und einen Durchlass (62c) aufweist, der sich dadurch erstreckt, eine erste ätzbeständige Materialschicht (64), die auf der ersten Substratoberfläche (62a) ausgebildet ist und mindestens eine Öffnung (64a) umfasst, die sich durch die erste Schicht (64) erstreckt und mit dem Substratdurchlass (62c) in Verbindung steht, und eine zweite ätzbeständige Materialschicht (66), die auf der zweiten Substratoberfläche (62b) ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Poren (68) umfasst, die sich durch die zweite Schicht (66) erstrecken und mit dem Substratdurchlass in Verbindung stehen, wobei die zweite Schicht eine Filterschicht festlegt, die Verunreinigungen aus Tinte filtert, die durch die zweite Schicht hindurchfließt; wobei das Filter (60) eine äußere Umfangsaussparung (361) umfasst, die angepasst ist, um mit einem Endteil des Steigrohrs (23c) in Eingriff zu treten.
Druckpatronenbehälter/Filteranordnung nach Anspruch 1, bei der das Steigrohr (23) eine hohle Säule umfasst, die einen inneren vorspringenden Teil (23b) aufweist, der angepasst ist, um das Filter (60) aufzunehmen.
Druckpatronenbehälter/Filteranordnung nach Anspruch 2, bei der die Säule im Allgemeinen rechteckigförmig ist.
Druckpatronenbehälter/Filteranordnung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der die Mehrzahl von Poren (268), die sich durch die zweite Schicht (66) erstrecken, in zwei oder mehr Abschnitte (262) eingeteilt sind, wobei die zweite Schicht (66) weiter mindestens eine Verstärkungsrippe (270) umfasst, die zwischen den zwei Filterabschnitten (262) positioniert ist.
Druckpatronenbehälter/Filteranordnung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der mindestens eine von der ersten (64) und zweiten (66) Schicht aus einem Metall gebildet ist.
Druckpatronenbehälter/Filteranordnung nach Anspruch 5, bei der das Metall Aluminium oder Tantal umfasst.
Druckpatronenbehälter/Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der mindestens eine von der ersten (64) und zweiten (66) Schicht aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Aluminium, Tantal und Siliciumdioxid zusammengesetzt ist.
Druckpatronenbehälter/Filteranordnung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der nur ein Teil der zweiten ätzbeständigen Materialschicht (66) Poren umfasst.
Druckpatronenbehälter/Filteranordnung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der die Poren eine Größe von zwischen 0,5 μm² und 25 μm² aufweisen.
Druckpatronenbehälter/Filteranordnung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der die Poren eine Größe von zwischen 1 μm² und 17 μm² aufweisen.
Druckpatronenbehälter/Filteranordnung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der die Poren (68) eine Größe von 1 μm² bis 8 μm² aufweisen.
Druckpatronenbehälter/Filteranordnung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der die Poren (68) eine Größe von 1 μm² bis 5 μm² aufweisen.
Druckpatronenbehälter/Filteranordnung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der die zweite Schicht eine Dicke von 1 μm bis 20 μm aufweist.
Druckpatronenbehälter/Filteranordnung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der die zweite Schicht (66) eine Dicke von 1 μm bis 2,5 μm aufweist.
Verfahren zum Bilden einer Druckpatronenbehälter/Filteranordnung zum Filtern von Verunreinigungen aus Tinte, bevor die Tinte zu einem Heizerchip (50) fließt, wobei die Druckpatronenbehälter/Filteranordnung umfasst: einen Behälter (22), der mindestens eine Kammer (22a) zur Aufnahme von Tinte umfasst, wobei der Behälter (22) ein Steigrohr (23) umfasst, das sich in der Kammer (22a) erstreckt und einen Durchgangsweg (23a) für Tinte zum Herausfließen aus der Kammer (22a) begrenzt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Schritte zum Bilden eines Filters umfasst: Bereitstellen eines Siliciumsubstrats (62), das eine entgegengesetzte erste (62a) und zweite Oberfläche (62b) aufweist; Bilden einer ersten ätzbeständigen Materialschicht (64) auf der ersten Substratoberfläche (62b), wobei die erste Schicht (64) mindestens eine Öffnung (64a) umfasst, die sich durch die erste Schicht (64) erstreckt; Bilden einer zweiten ätzbeständigen Materialschicht (66) auf der zweiten Substratoberfläche (62b), wobei die zweite Schicht (66) eine Mehrzahl von Poren (68) umfasst, die sich durch die zweite Schicht (66) erstrecken, wobei die Mehrzahl von Poren (68) eine Größe von zwischen 0,5 μm² und 25 μm² aufweist; und Bilden von mindestens einem Durchlass (62c) durch das Siliciumsubstrat, der mit der Öffnung in der ersten Schicht (64a) und den Poren (68) in der zweiten Schicht (66) in Verbindung steht; Bilden einer äußeren Umfangsaussparung (361) in dem Filter; und umfassend die Schritte zum Bilden der Druckpatronenbehälter/Filteranordnung: In-Eingriff-bringen der äußeren Umfangsaussparung mit einem Endteil (23c) des Steigrohrs.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Schritt eines Bildens von mindestens einem Durchlass (62c) in dem Siliciumsubstrat (62) den Schritt umfasst: Wegätzen eines Teils des Siliciumsubstrats unter Verwendung einer Tetramethylammoniumhydroxid-Ätzlösung.