Brevet FR2544954A1 — publié le 19841026

L'invention concerne un procédé de fabrication d' une tête d'enregistrement par jets de liquide, et notamment d'une tête d'enregistrement destinée à projeter un liquide d'enregistrement et utilisée dans un procédé d'enregistrement dit par liquide, dans lequel des gouttelettes de liquide d'en- registrement sont projetées. Un procédé d'enregistrement par jets d'encre (pro- cédé d'enregistrement parjetsde liquide) permet d'effectuer un enregistrement à grande vitesse, car le bruit émis pendant io l'enregistrement est négligeable, et il permet également d'ef- fectuer un enregistrement sur du papier uni sans nécessiter un fixage ou autre traitement spécial Ce procédé présente donc un intérêt croissant. Un procédé d'enregistrement par jets de liquide, décrit dans la demande de brevet japonais No 54-51837 et dans la demande de brevet de la RFA DOLS No 2843064 présente une caractéristique différente d'un procédé classique d'enregistre- ment par jets de liquide par le fait que de l'énergie thermi- que est appliquée à un liquide pour engendrer une force motrice projetant une gouttelette de liquide. Le procédé décrit dans les demandes précitées est ca- ractérisé par le fait que le liquide, soumis à l'action de l'é- nergie thermique, change de phase,ce qui a pour résultat un ac- croissement rapide de volume et la projection de liquide par un orifice situé à l'extrémité d'une tête d'enregistrement, sous une action due au changement de phase, de sorte qu'une gouttelette de liquide est projetée et déposée sur un support d'enregistre- ment pour y réaliser un enregistrement. En particulier, le procédé d'enregistrement par jets de liquide, décrit dans la demande N O 2843064 précitée, peut être appliqué de façon efficace non seulement à un procédé d'enregistrement dit à gouttelettes produites à la demande, mais il permet également la réalisation d'une tête d'enregis- trement du type à ligne pleine, présentant une haute densité d'orifices multiples Ainsi, on peut obtenir une résolution élevée et une haute qualité d'image, à une grande vitesse. La tête d'enregistrement utilisée dans un appareil mettant en oeuvre le procédé décrit ci-dessus comprend une unité à jet de liquide présentant un orifice destiné à proje- ter un liquide et un circuit de liquide communiquant avec l'o- rifice de façon à former une unité d'application de chaleur qui applique de l'énergie thermique au liquide pour projeter une gouttelette de ce dernier, un transducteur électrothermi- que étant destiné à générer de l'énergie thermique. Le transducteur électrothermique comprend deux é- lectrodes et une couche résistive génératrice de chaleur con- nectée aux électrodes afin de définir une zone génératrice de chaleur (partie génératrice de chaleur) entre les électrodes. Dans une telle tête d'enregistrement par pulvéri- sation de liquide, les électrodes et les parties génératrices de chaleur comprises entre les électrodes sont formées en premier par application d'un élément électrothermique en Hf B 2 en tant que couche résistive génératrice de chaleur, puis des couches métalliques d'aluminium, de titane ou autre, consti- tuant des couches à électrodes, sont appliquées sur un subs- trat de verre, de silicium, de céramique ou autre, par mise en oeuvre d'un procédé de pulvérisation ou autre On forme ensuite un dessin prédéterminé sur ces couches appliquées, par un processus photolithographique utilisant une réserve photo- chimique (résine photosensible) Enfin, chaque couche est gra- vée par un processus de gravure à sec ou humide. Le processus de gravure pose un certain problème né- cessitant son amélioration et une telle amélioration sera dé- crite ci-dessous. La figure 1 des dessins annexés et décrits ci-après est une vue partielle en plan montrant, à échelle agrandie, un ensemble de conversion électrothermique formé conformément au procédé de gravure de l'art antérieur Cet ensemble comprend un substrat 101, plusieurs électrodes 102 et 103 formées sur le substrat 101, et une partie génératrice de chaleur 104 for- mée entre les électrodes 102 et 103 de chaque paire Comme montré sur la figure 1, l'ensemble comporte des ponts 105 for- més entre des électrodes adjacentes et des ponts 106 formés entre des couches résistives génératrices de chaleur adjacen- tes 107 ( lesquelles couches sont formées au-dessous des é- lectrodes 102 et 103, parmi la partie génératrice de chaleur, suivant le même dessin que celui des électrodes) Ces ponts et 106 sont constitués de la matière des électrodes ou de la matière résistive génératrice de chaleur, cette matière restant sur le substrat sans avoir été soumise au décapage, pour des raisons qui semblent être dues à des résidus restant sur le substrat, à un défaut des masques photographiques, à des bulles d'air produites lors de gravure, etc Les ponts diminuent notablement la fiabilité et le rendement des têtes d'enregistrement produites Le-nombre de ponts 105 et 106 formés augmente en outre avec la densité du dessin, cette den- sité étant augmentée pour accroître la densité de l'enregis- trement réalisé par une tête d'enregistrement à orifices mul- tiples à haute densité, c'est à dire lorsque les intervalles entre des électrodes adjacentes et entre des couches résisti- ves génératrices de chaleur adjacentes diminuent. Les ponts 105 et 106 peuvent être éliminés, par exem- ple, par formation des mêmes dessins de réserve photochimique sur le substrat présentant ces ponts et traitement de ce dessin par attaque chimique afin que les ponts soient dis- sous et éliminés Cependant, ceci est désavantageux par le fait aue les bords extrêmes et latéraux des électrodes 102 et 103 sont soumis à une attaque supplémentaire leur donnant des formes irrégulières, comme montré sur la figure 2 A, ou bien les couches résistives génératrices de chaleur 107, situées au-dessous des-électrodes respectives 102 et 103, sont soumi- ses à une gravure excessive, comme montré sur la figure 2 B. Ceci signifie que la précision de la finition, la longévité de la partie de la tête en contact avec le liquide et le ren- dement des têtes produites diminue L'autre procédé pour éli- miner les ponts peut consister à appliquer une haute tension aux électrodes 102 et 103-afin d'éliminer les ponts 106 par brûlage sous l'effet d'un courant excessif En cas d'élimina- tion incomplète parbr lage des ponts 106-, il subsiste des formes ou des dessins irréguliers sur le substrat 101 Si les électrodes et les parties génératrices de chaleur sont ensui- te recouvertes d'une couche de protection, cette dernière peut souvent présenter des défauts Lorsque la partie restante d'un pont occupe une position sur une partie de tête pouvant entrer en contact avec l'encre, cette dernière risque de pénétrer dans l'ensemble de conversion électrothermique et de détério- rer ses électrodes 102 et 103 et ses couches résistives, géné- ratrices de chaleur 107 Si la couche de protection n'est pas affectée ou si aucune couche de protection n'est utilisée, du fait que la couche à électrodes et la couche résistive, géné- ratrice de chaleur sont réalisées en une matière ayant une plus grande résistance à l'encre etune plusgranderésistncemé- canique, le courant utilisé pour éliminer par brûlage les ponts circule dans les couches résistives génératrices de chaleur et les détériorent, Par conséquent, ce procédé ne peut être utilisé pour éliminer les ponts, car il diminue la fia- bilité des têtes d'enregistrement produites. L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une tête d'enregistranent par jets de liquide à orifices multi- pies, et notamment de ses parties génératrices de chaleur, avec un rendement et une fiabilité accrus L'invention a éga- lement pour objet un procédé de fabrication d'une tête d'en- registrement par jets de liquide qui peut être utilisée de fa- con durable, répétée et fréquente, pendant une longue durée, tout en maintenant de façon stable la forme des gouttelettes de liquide. L'invention a également pour objet un procédé de fa- brication d'une t'te denregistrement par jets de liquide compre- nant une section de décharge de liquide qui présente un ori- fice destiné à décharger le liquide en projetant des gouttelet- tes, et un canal à liquide communiquant avec l'orifice et dont un tronçon est constitué d'une partie à action thermique fai- sant agir de l'énergie thermique sur le liquide pour former les gouttelettes; un transducteur électrothermique comprend une couche résistive génératrice de chaleur appliquée sur un substrat, au moins deux électrodes opposées, connectées élec- triquement à la couche résistive génératrice de chaleur, et une partie génératrice de chaleur formée entre les électro- des, le procédé comprenant les étapes qui consistent à former chacune des électrodes et la partie génératrice de chaleur par au moins deux processus de gravure, un dessin de réserve photosensible étant formé dans le premier processus de gra- vure et ayant une largeur inférieure à celle des dessins de réserve photosensible formés dans le second processus de gra- vure et dans les processus de gravure suivants. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: La figure 1 est une vue partielle en plan montrant des électrodes et des parties génératrices de chaleur formées sur un substrat par un procédé de l'art antérieur; Les figures 2 A et 2 B sont une vue partielle en plan et une vue de côté illustrant une surgravure affectant le procédé de l'art antérieur; Les figures 3 A à 3 G sont des coupes suivant la li- gne mixte A -A' de la figure 1, illustrant des étapes de for- mation d'une électrode d'une tête d'enregistrement par jets de liquide selon l'invention; La figure 4 est une vue partielle en plan montrant des électrodesetdes parties génératrices de chaleur formées sur un substrat par le procédé de la présente invention; La figure 5 est une vue partielle schématique en perspective d'un appareil d'enregistrement par jets de liqui- de réalisé conformément à l'invention; et La figure 6 est une vue schématique en perspective d'un appareil d'enregistrement par jets de liquide réalisé conformément au procédé de l'invention. Les figures 3 A à 3 G représentent une couche résis- vive génératrice de chaleur 107, ayant une épaisseur de 0,5 pum constituée de Hf B 2 déposée sur un substrat de verre 101 ayant une épaisseur de 0,7 mm (de la firme Corning Company, 7059), par un procédé de pulvérisation mis en oeuvre dans la première étape montrée sur la figure 3 A pour former la couche résis- tive génératrice de chaleur 107 Par déposition par faisceaux d'électrons, une couche de Ti, ayant une épaisseur de 0,00-5 m, est ensuite formée sur la couche résistive génératrice de cha- leur, et une couche d'Al, ayant une épaisseur de 11 tin, est super- posée à la couche de Ti En conséquence, une couche 108 à élec- trodes est formée sur la couche résistive génératrice de cha- leur. Une première opération de gravure est ensuite réa- lisée pour donner la forme prédéterminée à l'électrode. Dans la première opération de gravure, après nettoyage du subs- trat 101 pour faire sécher la couche 108 à électrodes et la couche résistive génératrice de chaleur 107 appliquées sur le subs- trat, une pellicule de réserve photo-sensible 109 est appli- quée, comme montré sur-la figure 3 B, à l'aide d'un élément rotatif Ensuite, la pellicule 109 de réserve photosensible est exposée à la lumière au moyen d'un dispositif d'alignement de masque et elle est traitée par développement pour former un dessin 109 ' de réserve photosensible-correspondant à la forme prédéterminée des électrodes sur la couche 108, comme montré sur la figure 3 C La largeur du dessin de réserve pho- tosensible est désignée en "l'" sur les figures 3 C, 3 D et 4. La partie inutile de la couche à électrodes, non recouverte de la pellicule de réserve photo-sensible, est ensuite élimi- née du substrat 101 à l'aide de produits d'attaque de l'alu- minium et du titane L'électrode ayant la forme finale prédé- terminée est ainsi forméesurle substrat 101 comme montré sur la figure 3 D. Les opérations citées ci-dessus sont les mêmes que celles effectuées dans l'art antérieur A la fin de toutes ces opérations e le pont 105 tel que montré sur la figure 1 peut subsister et poser un problème comme c'est le cas dans l'art antérieur Ce pont 105 peut être éliminé ef- ficacement, avec une plus grande précision, par une seconde opération de gravure réalisée conformément à l'invention et comme décrit ci-dessous. Le substrat portant l'électrode de la forme pré- déterminée dans la première opération de gravure est de nou- veau recouvert d'une couche 110 de réserve photo-sensible à l'aide de l'élément rotatif, comme montré sur la figure 3 E Ensuite, comme montré sur la figure 3 F, un second des- sin 110 ' de réserve photo-sensible est formé par le même pro- cessus photolithographique que celui utilisé dans la première opération de gravure Le dessin de réserve photo-sensible for- mé lors de la seconde opération de gravure présente une lar- geur s' supérieure à la largeurs du dessin 109 ' de réserve photo-sensible formé dans la première opération de gravure. Après formation du second dessin 110 ' de réserve photo-sensi- ble, la gravure est réalisée à l'aide de substances d'atta- que de l'aluminium et du titane, jusqu'à ce que les ponts 105 compris entre les électrodes adjacentes soient totalement éli- minés Enfin, les dessins 109 ' et 110 ' de réserve photo-sen- sible restants sont éliminés des électrodes 102 et 103 à l'ai- de d'un liquide d'élimination de réserve photo-sensible pour former des électrodes ayant la forme finale souhaitée et une grande précision. La couche résistive génératrice de chaleur 107 est également formée de façon similaire par deux opérations de gravure, la largeur el du dessin de réserve photo-sensible formé dans la seconde opération de gravure étant supérieure à la largeuradu dessin de réserve photo-sensible formé dans la première opération de gravure. Bien qu'il ait été décrit, pour la forme de réali- sation ci-dessus, que le dessin 110 de réserve photo-sensible est appliqué sur le dessin 109 de réserve photo-sensible a- vant la seconde opération de gravure,tel que montré sur la figure 3 E, le dessin 110 de réserve photo-sensible peut être appliqué après que le dessin 109 ' de réserve photo-sen- sible a été éliminé par le liquide d'élimination. Bien qu'il ait été décrit un procédé de gravure par voie humide pour la forme de réalisation précédente, l'in- vention peut s'appliquer de façon similaire à un processus d'oxydation anodique ou à un processus de gravure à sec Ces processus peuvent être utilisés seuls ou en combinaison, par exemple; de manière que la première opération de gravure soit différente de la seconde opération de gravure. La figure 4 est une vue en plan d'électrodes 102 et 103 et d'une partie génératrice de chaleur 104 formées sur le substrat 101 par le procédé de l'invention Comme montré sur la figure 4, la ligne en trait plein représente les parties du dessin de réserve photo-sensible formées lors de la première opération de gravure, ces parties ayant une largeur î inférieure à la largeur oa' du dessin 110 ' de réser- ve photo-sensible formé lors de la seconde opération de gra- vure, comme représenté en trait pointillé En conséquence, le premier dessin de réserve photo-sensible peut être proté- gé par le second dessin de réserve sans être affecté par le produit d'attaque De plus, les ponts sont totalement élimi- nés du substrat 101. Bien que les ponts soient totalement éliminés par attaque chimique dans la forme de réalisation décrite ci- dessus, il n'est pas nécessaire de les retirer totalement. Autrement dit, il suffit que des électrodes adjacentes soient suffisamment isolées électriquement l'une de l'autre Cepen- dant, il est nécessaire d'établir une distance telle que tout signal d'entrée ne soit pas affecté par les électrodes adja- centes présentes dans la partie la plus proche comprise en- tre des électrodes adjacentes. Conformément au procédé de l'invention, la forma- tion des électrodes et des parties génératrices de chaleur s'effectue par deux opérations de gravure telles que le des- sin de réserve photo-sensible formé lors de la première opé- ration de gravure présente une largeur inférieure à celle du dessin de réserve photo-sensible formé lors de la seconde opération de gravure Par conséquent, le dessin complet de réserve photosensible obtenu lors de la première gravure peut être protégé par le second dessin de réserve photo-sensible. De plus, la seconde opération de gravure est destinée à éli- miner uniquement les ponts formés entre les électrodes adja- centes et entre des couches résistives génératrices de cha- leur adjacentes, lesquels ponts peuvent nuire à la précision de la tête d'enregistrement De cette manière, la tête d'en- registrement peut être produite sans que sa longévité, sa fiabilité et sa précision de finition soient atténuées En particulier, les électrodes et les parties génératrices de chaleur de la tête d'enregistrement peuvent être réalisées à un meilleur rendement. Le tableau ci-dessous montre des résultats de comparaisons entre le procédé de l'art antérieur dans le- quel une seule opération de gravure a été effectuée et le procédé de l'invention dans lequel deux opérations de gra- vure sont effectuées pour former les électrodes et les par- ties génératrices de chaleur Ainsi que le montre ce ta- bleau, le procédé selon l'invention est plus efficace et plus utile lorsque l'on souhaite obtenir une tète d'enre- gistrement présentant des orifices multiples à haute densi- té. TABLEAU Densité du dessin Rendement du produit (%) (élément d'image) Art antérieur Présente invention 4 82 98 8 66 90 12 45 82 16 37 75 La figure 5 représente schématiquement une forme de réalisation de l'appareil d'enregistrement par jets de liquide réalisé conformément à l'invention. Comme montré sur la figure 5, l'appareil d'enre- gistrement par jets de liquide réalisé conformément au procé- dé de l'invention comprend un substrat 201, des canaux 202 à liquide, des parois 203 de canaux, des orifices 204, une chambre commune 205 à liquide, des trous 296 de communica- tion et une plaque supérieure 211 traversée d'orifices 204. La figure 6 représente une autre forme de réalisa- tion de l'appareil d'enregistrement par jets de liquide se- ion l'invention, qui comprend un substrat 301, des éléments de conversion d'énergie électrothermique 302, un élément 303 de formation de canaux de liquide, des orifices 304, des ca- naux 305 à liquide, une plaque supérieure 306, un orifice 307 d'alimentation en liquide permettant à ce dernier de pas- ser d'un réservoir d'encre extérieur à l'intérieur de l'ap- pareil, et une chambre commune 308 à liquide. Les deux appareils d'enregistrement à liquide mon- trés sur les figures 5 et 6 réalisent un enregistrement très efficace En d'autres termes, chaque appareil est réalisé avec un rendement accru et il produit des gouttelettes de liquide de dimension constante, projetées par les orifices. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 1 2 R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de fabrication d'un appareil d'enre- gistrement par jets de liquide comprenant une section de décharge du liquide présentant des orifices destinés à décharger le liquide en projetant des gouttelettes de ce liquide, et des canaux à liquide communiquant avec les ori- fices et constitués partiellement d'une partie à action thermique faisant agir de l'énergie thermique sur le liqui- de pour former lesdites gouttelettes de liquide, un élément de conversion électro-thermique comprenant une couche résis- tive génératrice de chaleur appliquée sur un substrat, au-moins deux électrodes opposées ( 102,103),connectées électriquement à la couche résistive génératrice de chaleur, et une partie génératrice de chaleur ( 104) située entre les électrodes, le pro- cédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à former les électrodes et la partie génératrice de-chaleur par au moins des première et seconde opérations de gravure, un dessin de réserve photosensible étant formé lors de la première opéra- tion de gravure, ce dessin ayant une largeur (ac) inférieure àcel- le (oc') des dessins de réserve photosensible formés lors de la seconde opération de gravure et des opérations de gravure suivantes. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les opérations de gravure comprennent une opéra- tion de gravure au mouillé. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les opérations de gravure comprennent une opéra- tion d'oxydation anodique. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les opérations de gravure comprennent une opéra- tion de gravure à sec.