Método de fabricación de un cabezal de impresión de chorro de tinta.

Método de fabricación de un cabezal de impresión de chorro de tinta que comprende:

- proporcionar un sustrato de silicio (10) que incluye elementos de eyección activos (11);

- proporcionar una capa de estructura hidráulica (20) para definir circuitos hidráulicos a través de los cuales fluye la tinta;

- proporcionar una placa perforada de silicio (30) que tiene una pluralidad de boquillas (31) para la eyección de dicha tinta;

- ensamblar dicho sustrato de silicio (10) con dicha capa de estructura hidráulica (20) y dicha placa perforada de silicio (30)

caracterizado por que la provisión de dicha placa perforada de silicio (30) comprende:

- proporcionar una oblea de silicio (40) que tiene una extensión sustancialmente plana delimitada por unas superficies primera y segunda (41, 42) opuestas una a la otra;

- realizar una etapa de adelgazamiento en dicha segunda superficie (42) a fin de retirar de dicha segunda superficie (42) una parte central (43) que tiene una altura preestablecida (H), estando formada dicha oblea de silicio (40), después de dicha etapa de adelgazamiento, por una parte de base (44) que tiene una extensión plana y una parte periférica (45) que se extiende, desde dicha parte de base (44), transversalmente con respecto a la extensión plana de dicha parte de base (44);

- formar en dicha oblea de silicio (40) una pluralidad de orificios pasantes, definiendo cada uno una boquilla correspondiente (31) para la eyección de dicha tinta.

Método de fabricación de un cabezal de impresión de chorro de tinta La presente invención se refiere a un método de fabricación de un cabezal de impresión de chorro de tinta.

El método de acuerdo con la invención se puede aplicar a la producción de cabezales de impresión de chorro de tinta térmicos y de cabezales de impresión de chorro de tinta piezoeléctricos.

Los cabezales de impresión de chorro de tinta conocidos comprenden un sustrato de silicio, que incluye los elementos de eyección activos, es decir, los eyectores térmicos o los eyectores piezoeléctricos.

Los cabezales de impresión conocidos también incluyen una capa de estructura hidráulica que define circuitos hidráulicos a través de los cuales fluye la tinta y una placa perforada que tiene una pluralidad de boquillas para la eyección de dicha tinta sobre el medio a imprimir.

La placa perforada se puede hacer, por ejemplo, mediante electrodeposición de una capa de níquel, que puede cubrirse con otra capa de oro o de paladio.

Cabe señalar que los procesos conocidos para la fabricación de cabezales de impresión incluyen una etapa de termocompresión, a través del cual se fijan entre sí las diferentes capas.

En este sentido, las placas perforadas hechas de níquel presentan graves inconvenientes ya que el níquel y el silicio tienen significativamente diferentes comportamientos cuando se calienta a una temperatura de entre 150° C y 200° C (es decir, a temperaturas típicas de los procesos de termocompresión) .

Por tanto, no se puede obtener una colocación entre sí precisa de chips de silicio y boquillas correspondientes. En particular, este problema llega a ser muy serio a medida que aumenta la longitud del chip y de la placa de boquilla.

Además, las fuerzas residuales debidas a la conexión rígida entre elementos que tienen diferentes comportamientos térmicos pueden incluso causar la rotura de los chips de silicio y/o el desprendimiento de las diferentes partes del cabezal de impresión.

Este efecto es particularmente crucial en aplicaciones industriales, en las que el volumen de las gotitas de tinta es mayor que en aplicaciones estándar. Esto implica que la placa perforada puede ser muy gruesa y producir un mayor esfuerzo debido a la dilatación térmica.

Otro inconveniente de las placas perforadas de níquel consiste en que tales placas perforadas no pueden ser utilizadas en determinadas aplicaciones industriales en las que las tintas abrasivas industriales dañan de manera paulatina la capa protectora de níquel y/o posiblemente de oro/paladio.

Cabe señalar que también pueden surgir problemas de corrosión química cuando se usan determinadas tintas industriales.

Otro inconveniente relacionado con placas perforadas de níquel consiste en la baja precisión inherente del proceso de electroformación, que produce de manera inevitable desalineaciones entre las boquillas y los chips correspondientes y las estructuras hidráulicas.

Así pues, el solicitante ha comprobado que los problemas mencionados anteriormente pueden resolverse haciendo la placa de boquillas de silicio, es decir, del mismo material que el sustrato que incluye los elementos de eyección activos.

Sin embargo, el solicitante ha observado también que el uso de silicio para la fabricación de la placa perforada presenta algunos problemas adicionales.

De hecho, las obleas de silicio más delgadas que están generalmente disponibles comercialmente tienen un espesor de aproximadamente 200 m para diámetros iguales a 6 pulgadas (15, 24 cm) o mayores.

Estas obleas son demasiado gruesas para ser utilizadas para obtener, a través de las tecnologías tradicionales, placas perforadas.

El espesor que sería idealmente deseable está comprendido entre 10 y 100 µm (por ejemplo aproximadamente 50 m) . Sin embargo, tales obleas de silicio más delgadas son muy difíciles de realizar y, por tanto, resultan extremadamente caras.

Además, tales obleas de silicio delgadas son muy difíciles de manipular, tanto manualmente como mediante sistemas automáticos debido a su fragilidad.

El documento US 2009/0176322 A1 describe un método para formar un dispositivo de chorro de tinta que comprende proporcionar un chip de silicio que incluye una pluralidad de elementos calentadores eléctricos y una capa de cámara de eyección de tinta de óxido de silicio configurada para definir una pluralidad de cámaras de eyección de tinta y una placa de boquillas de silicio que tiene una capa de boquillas de silicio. Las capas están alineadas y unidas entre sí por fusión y una pluralidad de orificios de boquilla están formados a través de la placa de boquillas de silicio colocados respectivamente sobre la pluralidad de elementos calentadores eléctricos.

El documento EP1065059 describe un método para la producción de placas perforadas de silicio que comprende una etapa de formación de un patrón de división de placa que corresponde a una forma externa de cada placa de silicio sobre una primera superficie de la oblea de silicio; el patrón de división de placa no está formado en la parte periférica externa de la oblea.

A fin de mantener la resistencia de la oblea de silicio durante una etapa posterior de reducción del espesor de la oblea de silicio, desde la superficie inversa, mediante un proceso de rectificado o pulido, el método comprende además una etapa de adhesión de una cinta sobre la primera superficie de la oblea de silicio.

El solicitante ha descubierto que los problemas anteriores pueden resolverse comenzando a partir de una oblea de silicio disponible comercialmente (por ejemplo, con un espesor de entre 200 y 250 m) y retirando una parte central de la misma, de modo que la estructura restante comprenda una parte de base que tenga una extensión plana y una parte periférica que se extienda, a partir de dicha parte de base, transversalmente con respecto a la extensión plana de dicha parte de base. Las boquillas se forman en la parte de base antes y/o después de retirar la parte central mencionada; la parte periférica permite que la oblea de silicio sea fácilmente manipulada por robots automáticos en líneas de fabricación automatizadas.

Finalmente, la oblea de silicio se corta para obtener una pluralidad de placas perforadas, cada una de las cuales se puede ensamblar con el sustrato de silicio y la capa de estructura hidráulica correspondientes con el fin de obtener un cabezal de impresión de chorro de tinta.

Por otra parte, la oblea de silicio con las placas de boquillas se puede unir directamente a la oblea de cabezal de impresión mediante un proceso de unión de oblea. Esta unión de oblea puede ser una unión directa o una unión indirecta mediante una capa adhesiva.

En particular, la invención se refiere a un método de fabricación de un cabezal de impresión de chorro de tinta que comprende:

- proporcionar un sustrato de silicio que incluye elementos de eyección activos;

- proporcionar una capa de estructura hidráulica para definir circuitos hidráulicos a través de los cuales fluye la tinta;

- proporcionar una placa perforada de silicio que tiene una pluralidad de boquillas para la eyección de dicha tinta;

- ensamblar dicho sustrato de silicio con dicha capa de estructura hidráulica y dicha placa perforada de silicio en el que la provisión de dicha placa perforada de silicio comprende:

- proporcionar una oblea de silicio que tiene una extensión sustancialmente plana delimitada por unas superficies primera y segunda opuestas una a la otra;

- realizar una etapa de adelgazamiento en dicha segunda superficie a fin de retirar de dicha segunda superficie una parte central que tiene una altura preestablecida, estando formada dicha oblea de silicio, después de dicha etapa de adelgazamiento, por una parte de base que tiene una extensión plana y una parte periférica que se extiende, a partir de dicha parte de base, transversalmente con respecto a la extensión plana de dicha parte de base;

- formar en dicha oblea de silicio una pluralidad de orificios pasantes, definiendo cada uno una boquilla correspondiente para la eyección de dicha tinta.

Preferiblemente, la oblea de silicio se somete a una etapa de corte en la que es cortada y se obtiene una pluralidad de placas de boquillas, incluida la mencionada placa de boquillas.

Alternativamente, la oblea de silicio con las placas de boquillas se puede unir directamente a la oblea de cabezal de impresión mediante de un proceso de unión de oblea. Esta unión de oblea puede ser una unión directa o una unión indirecta mediante una capa adhesiva.

Otras características y ventajas quedarán más claras... [Seguir leyendo]

1. Método de fabricación de un cabezal de impresión de chorro de tinta que comprende:

- proporcionar un sustrato de silicio (10) que incluye elementos de eyección activos (11) ;

- proporcionar una capa de estructura hidráulica (20) para definir circuitos hidráulicos a través de los cuales fluye la tinta;

- proporcionar una placa perforada de silicio (30) que tiene una pluralidad de boquillas (31) para la eyección de dicha tinta;

- ensamblar dicho sustrato de silicio (10) con dicha capa de estructura hidráulica (20) y dicha placa perforada de silicio (30)

caracterizado por que la provisión de dicha placa perforada de silicio (30) comprende:

- proporcionar una oblea de silicio (40) que tiene una extensión sustancialmente plana delimitada por unas superficies primera y segunda (41, 42) opuestas una a la otra;

- realizar una etapa de adelgazamiento en dicha segunda superficie (42) a fin de retirar de dicha segunda superficie (42) una parte central (43) que tiene una altura preestablecida (H) , estando formada dicha oblea de silicio (40) , después de dicha etapa de adelgazamiento, por una parte de base (44) que tiene una extensión plana y una parte periférica (45) que se extiende, desde dicha parte de base (44) , transversalmente con respecto a la extensión plana de dicha parte de base (44) ;

- formar en dicha oblea de silicio (40) una pluralidad de orificios pasantes, definiendo cada uno una boquilla correspondiente (31) para la eyección de dicha tinta.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichas superficies primera y segunda (41, 42) están separadas por una distancia, estando definida la longitud longitudinal (L) de dichas boquillas (31) por una diferencia entre dicha distancia (D) y la altura (H) de dicha parte central (43) .

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que cada una de dichas boquillas (31) comprende una parte superior (32) y una parte inferior (33) axialmente alineada con dicha parte superior (32) .

4. Método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la parte superior (32) de cada una de dichas boquillas (31) tiene una forma sustancialmente cilíndrica.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, en el que la parte inferior (33) de cada una de dichas boquillas (31) tiene forma sustancialmente de tronco de pirámide.

6. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en el que la etapa de formación, en dicha oblea de silicio (40) , de una pluralidad de orificios pasantes comprende:

- una etapa de grabado de parte superior en la que se forma una pluralidad de cavidades sustancialmente cilíndricas

(50) en dicha oblea de silicio (40) en dicha primera superficie (41) , definiendo al menos una parte de cada una de dichas cavidades sustancialmente cilíndricas (50) la parte superior (32) de una boquilla correspondiente (31) , teniendo cada cavidad sustancialmente cilíndrica (50) un primer extremo longitudinal (51) en dicha primera superficie

(41) y un segundo extremo longitudinal (52) opuesto a dicho primer extremo longitudinal (51) ;

- una etapa de grabado de parte inferior en la que se forma una parte inferior (33) en el segundo extremo (52) de al menos una parte de dichas cavidades sustancialmente cilíndricas (50) , obteniéndose así dichas boquillas (31) .

7. Método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicha etapa de adelgazamiento se lleva a cabo después de dicha etapa de grabado de parte superior y antes de dicha etapa de grabado de parte inferior.

8. Método de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la longitud longitudinal de dichas cavidades sustancialmente cilíndricas (50) es sustancialmente igual al espesor de dicha parte de base (44) .

9. Método de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la longitud longitudinal de dichas cavidades sustancialmente cilíndricas (50) es mayor que el espesor de dicha parte de base (44) .

10. Método de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, que comprende además: una etapa de formación en la que se forma una o más cavidades de referencia (60) , que tienen una longitud mayor que el espesor de dicha parte de base

(44) , en dicha primera superficie (41) , realizándose dicha etapa de formación antes de dicha etapa de adelgazamiento.

11. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en el que la etapa de formación en dicha oblea de silicio (40) de una pluralidad de orificios pasantes comprende:

- una etapa de grabado de parte superior en la que se forma una pluralidad de cavidades sustancialmente cilíndricas

(50) en dicha oblea de silicio (40) en dicha primera superficie (41) , definiendo al menos una parte de cada una de dichas cavidades sustancialmente cilíndricas (50) la parte superior (32) de una boquilla correspondiente (31) , teniendo cada cavidad sustancialmente cilíndrica (50) un primer extremo longitudinal (51) en dicha primera superficie

(41) y un segundo extremo longitudinal (52) opuesto a dicho primer extremo longitudinal (51) ;

- una etapa de grabado de parte inferior en la que se forma una parte inferior (33) en el primer extremo (51) de al menos una parte de dichas cavidades sustancialmente cilíndricas (50) , obteniéndose así dichas boquillas (31) .

12. Método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que dicha etapa de adelgazamiento se lleva a cabo después de dicha etapa de grabado de parte superior y dicha etapa de grabado de parte inferior.

13. Método de acuerdo con las reivindicaciones 6 a 10, en el que dicha etapa de enmascaramiento de dicha etapa de grabado de parte superior se realiza con una primera máscara sobre dicha primera superficie (41) y una etapa de enmascaramiento de dicha etapa de grabado de parte inferior se realiza con una segunda máscara sobre dicha segunda superficie (42) .

14. Método de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la alineación de dicha etapa de grabado de parte inferior con dicha etapa de grabado de parte superior se realiza utilizando como referencia dicho segundo extremo (52) de dicha cavidad sustancialmente cilíndrica (50) .

15. Método de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la alineación de dicha etapa de grabado de parte inferior con dicha etapa de grabado de parte superior se realiza utilizando como referencia dichas cavidades de referencia (60) .

16. Método de acuerdo con las reivindicaciones 11 a 12, en el que una etapa de enmascaramiento de dicha etapa de grabado de parte superior se realiza con una primera máscara y una etapa de enmascaramiento de dicha etapa de grabado de parte inferior se realiza con una segunda máscara, realizándose dichas etapas de enmascaramiento sobre dicha primera superficie (41) .

17. Método de acuerdo con la reivindicación 16, en el que la alineación de dicha etapa de grabado de parte inferior con dicha etapa de grabado de parte superior se realiza utilizando como referencia dicho segundo extremo (52) de dicha cavidad sustancialmente cilíndrica (50) .

18. Método de acuerdo con las reivindicaciones 11 a 12, en el que la alineación de dicha etapa de grabado de parte superior y dicha etapa de grabado de parte inferior se realiza con una sola máscara sobre dicha primera superficie (41) .

19. Método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que cada una de dichas boquillas (31) tiene una forma sustancialmente en tronco de pirámide.

20. Método de acuerdo con la reivindicación 19, en el que la etapa de formación en dicha oblea de silicio (40) de una pluralidad de orificios pasantes comprende:

- una etapa de grabado de boquillas en la que se forma una pluralidad de cavidades sustancialmente en tronco de pirámide (33) en dicha oblea de silicio (40) en dicha primera superficie (41) , obteniéndose así dichas boquillas (31) .

21. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una etapa de corte, en la que se corta dicha oblea de silicio (40) y se obtiene una pluralidad de placas perforadas, incluida dicha placa perforada (30) .