NL1030681C2

NL1030681C2 - Device for joining plate parts.

Info

Publication number: NL1030681C2
Application number: NL1030681A
Authority: NL
Inventors: Maarten Johannes De Bruijn; Jan Willem Schoenmakers; Leon Martijn Vergunst
Original assignee: Silvestris B V
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-06-19
Also published as: WO2007069885A1

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het vervaardigen en eenzijdig bekleden van een metalen voorwerpBrief description: Method for manufacturing and coating a metal object on one side

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen en eenzijdig bekleden van een metalen voorwerp, in het bijzonder een plaat met ten minste een spuitmond voor toepassing in drukinrichtingen zoals inkjet printers. De onderhavige 5 werkwijze kan echter ook worden toegepast voor het fabriceren en eenzijdig bekleden van producten voor andere toepassingen.The present invention relates to a method for manufacturing and coating a metal object on one side, in particular a plate with at least one nozzle for use in printing devices such as inkjet printers. However, the present method can also be used for the fabrication and unilateral coating of products for other applications.

Een werkwijze voor het elektroformeren van producten, waaronder wordt verstaan het langs galvanische weg neerslaan van metalen teneinde producten te vormen, zoals filters en zeven voor de 10 (rotatie) zeefdruktechnologie, en precisieproducten met hoge nauwkeurigheid van dimensies zoals platen voorzien van spuitmonden voor inkjetprinters, zijn in het vak algemeen bekend. Bij het elektroformeren van dergelijke producten wordt een elektroformerings-matrijs, die een elektrisch geleidend oppervlak heeft en aangesloten 15 kan worden op een geschikte stroombron, voorzien van een of meer elektrisch isolerende gebieden, bijvoorbeeld uit fotolak langs fotolithografische weg. Deze fotolithografische weg omvat het aanbrengen van een laag fotolak op de elektroformeringsmatrijs, het belichten daarvan door een masker heen en het ontwikkelen van de 20 belichte laag zodat isolerende gebieden al dan niet aaneengesloten, resulteren. Voor de productie van zeven en platen voorzien van spuitmonden en dergelijke, die allen een al dan niet regelmatig patroon van doorgaande openingen bezitten, zijn de resulterende isolerende gebieden gepositioneerd op die posities waar deze 25 doorgaande openingen moeten worden gevormd. Vervolgens wordt de elektroformeringsmatrijs in een galvanisch bad geplaatst en op een stroombron aangesloten. Bij doorleiden van stroom wordt metaal uit het galvanische bad op de elektroformeringsmatrijs althans de elektrisch geleidende gebieden daarvan afgezet. Daarbij kan overgroei 30 van metaal ook over de elektrisch isolerende gebieden optreden. Wanneer een metaallaag de gewenste dikte heeft bereikt, wordt het aldus verkregen product van de elektroformeringsmatrijs afgescheiden. Desgewenst kan dit product nog verder worden opgedikt in een ander galvanisch bad, waarbij het product direct op een stroombron wordt 35 aangesloten. Stroomloze afzetting van metaal is ook mogelijk. Het f030861- - 2 - eindproduct omvat een netwerk van met elkaar verbonden dammen van metaal, die doorgaande openingen begrenzen. De doorgaande openingen in het eindproduct hebben als gevolg van de toegepaste neerslagtechniek waarbij overgroei optreedt, een zogeheten 5 "bellmouth" vorm. Deze vorm maakt dergelijke producten bijzonder geschikt voor toepassing in de inkjetdruktechnologie.A method for electroforming products, which is understood to mean the galvanic precipitation of metals to form products, such as filters and screens for (rotary) screen printing technology, and precision products with high accuracy of dimensions such as plates equipped with nozzles for inkjet printers, are well known in the art. In the electroforming of such products, an electroforming die, which has an electrically conductive surface and can be connected to a suitable current source, is provided with one or more electrically insulating regions, for example from photoresist by photolithographic means. This photolithographic route comprises applying a layer of photoresist to the electroforming die, exposing it through a mask, and developing the exposed layer so that insulating areas result contiguous or non-contiguous. For the production of sieves and plates provided with nozzles and the like, all of which have a regular or non-regular pattern of through openings, the resulting insulating regions are positioned at those positions where these through openings are to be formed. The electroforming die is then placed in a galvanic bath and connected to a power source. When conducting current, metal is deposited from the galvanic bath on the electroforming die or at least the electrically conductive regions thereof. Thereby overgrowth of metal can also occur over the electrically insulating areas. When a metal layer has reached the desired thickness, the product thus obtained is separated from the electroforming die. If desired, this product can be further thickened in another galvanic bath, wherein the product is connected directly to a power source. Electroless deposition of metal is also possible. The final product comprises a network of interconnected metal barriers that border through openings. The through openings in the end product have a so-called "bellmouth" shape as a result of the applied precipitation technique in which overgrowth occurs. This shape makes such products particularly suitable for use in inkjet printing technology.

Ook is het in het vak bekend om diverse soorten bekledingen op het oppervlak van het gevormde product aan te brengen teneinde de oppervlakte-energie daarvan te beïnvloeden. Specifieker kan men het 10 oppervlak hydrofiel dan wel hydrofoob maken. In het specifieke geval van zogeheten nozzleplaten, metalen platen voorzien van doorgaande openingen waaruit de inkt wordt gespoten, dient de uitstroomzijde van de plaat te zijn voorzien van een slecht bevochtigende bekleding. De aard van de bekleding is derhalve aangepast aan het type inkt dat 15 wordt verwerkt, en wordt gekozen uit het gebied van hydrofoob tot hydrofiel. Deze uitstroomzijde bevindt zich bij het elektroformeren van dergelijke nozzeplaten aan de matrijszijde van het product. De aanstroomzijde van de nozzleplaat dient niet bekleed te zijn, omdat dit het spuitgedrag van de nozzle nadelig kan beïnvloeden.It is also known in the art to apply various types of coatings to the surface of the molded product in order to influence its surface energy. More specifically, the surface can be made hydrophilic or hydrophobic. In the specific case of so-called nozzle plates, metal plates with through openings from which the ink is ejected, the outflow side of the plate must be provided with a poorly wetting coating. The nature of the coating is therefore adapted to the type of ink being processed, and is selected from the range of hydrophobic to hydrophilic. This outflow side is located on the mold side of the product when electroforming such nozzle plates. The inflow side of the nozzle plate should not be coated, because this can adversely affect the spraying behavior of the nozzle.

20 Bijvoorbeeld is uit EP-Al-1506869 een werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke nozzleplaat bekend, waarbij men op een plaat die bijvoorbeeld door middel van stansen is voorzien van doorgaande openingen, aan de uitstroomzijde een laag van fotolak aanbrengt, die gedeeltelijk in de doorgaande openingen doordringt.EP-A1-1506869, for example, discloses a method for manufacturing such a nozzle plate, wherein a layer of photoresist is applied to the outflow side on a plate which is provided, for example, by means of punching with through openings, which layer is partially deposited in the penetrating through openings.

25 Vervolgens wordt deze fotolak vanaf de aanstroomzijde belicht zodanig dat alleen het deel van de fotolaklaag in de doorgaande openingen wordt uitgehard tot aan het vrije oppervlak daarvan aan de aanstroomzijde. Na verwijdering van de niet uitgeharde lak, kan men een laag van bekledingsmateriaal met antibevochtigingseigenschappen 30 op het nu opnieuw blootliggende oppervlak van de plaat aan de uitstroomzijde aanbrengen, waarbij tevens de resterende lak in de doorgaande openingen aan de uitstroomzijde wordt bedekt met deze laag van bekledingsmateriaal. Vervolgens wordt de lak met daarop een deel van de bekledingslaag verwijderd, zodat een nozzleplaat resulteert 35 die aan de uitstroomzijde is voorzien van een antibevochtigingsbekleding, doch niet in de doorgaande openingen zelf, noch aan de aanstroomzijde.Subsequently, this photoresist is exposed from the inflow side such that only the part of the photoresist layer in the through openings is cured up to its free surface on the inflow side. After removal of the uncured lacquer, a layer of coating material with anti-wetting properties can be applied to the now exposed surface of the plate on the outflow side, while the remaining lacquer in the through-going openings on the outflow side is also covered with this layer of coating material. . Subsequently, the lacquer with a part of the coating layer thereon is removed, so that a nozzle plate results which is provided with an anti-moistening coating on the outflow side, but not in the through openings themselves, nor on the inflow side.

Een nadeel van deze techniek is dat deze hoge eisen stelt aan de belichting. Immers door reflectie en verstrooiing aan de 40 oppervlakken in de doorgaande openingen is het mogelijk dat de 1030861 - 3 - fotolak uithardt aan het oppervlak aan de uitstroomzijde over een groter gebied dan alleen dat gebied dat correspondeert met de dwarsdimensies van de doorgaande opening. Dit brengt het risico met zich mee dat niet het.gehele oppervlak aan de uitstroomzijde is 5 voorzien van een antibevochtigingsbekleding, maar rondom de opening bekleding geheel of gedeeltelijk ontbreekt. Daarnaast is de toegepaste werkwijze tamelijk complex en arbeidsintensief.A disadvantage of this technique is that it places high demands on the exposure. After all, due to reflection and scattering on the 40 surfaces in the through openings, it is possible that the 1030861 - 3 photoresist hardens on the surface on the outflow side over a larger area than just that area corresponding to the transverse dimensions of the through opening. This entails the risk that not the entire surface on the outflow side is provided with an anti-moistening coating, but is completely or partially missing around the opening coating. In addition, the applied method is rather complex and labor-intensive.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel een werkwijze voor het vervaardigen en eenzijdig bekleden van een metalen voorwerp, in 10 het bijzonder een nozzleplaat voor toepassing in drukinrichtingen, meer in het bijzonder een inkjetdrukinrichting, te verschaffen, dan wel een bruikbaar alternatief te verschaffen. De werkwijze volgens de uitvinding laat echter toe een breed scala aan voortbrengselen voorzien van ten minste een doorgaande opening, en met een eenzijdig 15 aangebrachte bekleding te fabriceren, die voor andere toepassingen geschikt zijn.The present invention has for its object to provide a method for manufacturing and unilaterally coating a metal object, in particular a nozzle plate for use in printing devices, more particularly an inkjet printing device, or to provide a usable alternative. The method according to the invention, however, makes it possible to manufacture a wide range of products provided with at least one through opening and with a coating applied on one side, which are suitable for other applications.

De werkwijze volgens de uitvinding omvat daartoe de stappen van het verschaffen van een elektroformeringsmatrijs met ten minste een elektrisch isolerend gebied dat door een eerste elektrisch 20 geleidend gebied is omgeven, het elektroformeren van een eerste laag van metaal op het elektrisch geleidend gebied zodanig dat het isolerende gebied gedeeltelijk door overgroei wordt bedekt, het passiveren van het blootliggende oppervlak van de eerste laag van metaal, het elektroformeren van een tweede laag van metaal op het 25 gepassiveerde oppervlak van de eerste laag van metaal tot een samenstel van eerste laag en tweede laag van metaal zodanig dat het elektrisch isolerende gebied volledig wordt bedekt, het verwijderen van het samenstel van de elektroformeringsmatrijs, het aanbrengen van ten minste een laag van een bekledingsmateriaal op de zijde van het 30 samenstel, waar zowel oppervlakken van de eerste laag als de tweede laag blootliggen, en het verwijderen van de tweede laag van metaal met de daarbijbehorende delen van de laag van bekledingsmateriaal.To this end, the method according to the invention comprises the steps of providing an electroforming mold with at least one electrically insulating region surrounded by a first electrically conductive region, electroforming a first layer of metal on the electrically conductive region such that the insulating area is partially covered by overgrowth, passivating the exposed surface of the first layer of metal, electroforming a second layer of metal on the passivated surface of the first layer of metal into an assembly of first layer and second layer of metal such that the electrically insulating area is completely covered, removing the assembly from the electroforming die, applying at least one layer of a coating material to the side of the assembly where both the surfaces of the first layer and the second layer are exposed, and removing the second layer of metal with t the corresponding parts of the layer of covering material.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt allereerst een elektroformeringsmatrijs verschaft. Deze elektroformeringsmatrijs is 35 voorzien van ten minste een elektrisch isolerend gebied, dat door een eerste elektrisch geleidend gebied is omgeven. Dit elektrisch isolerend gebied is gepositioneerd op de positie van de te vormen opening. Gebruikelijk zal het elektrisch geleidend gebied worden gevormd door het metalen oppervlak van de elektroformeringsmatrijs, 40 waarop een elektrisch isolerend gebied langs fotolithografische weg 103 08 61 ^ - 4 - is aangebracht. De elektrisch geleidende gebieden van de matrijs begrenzen aldus de contouren van de te vormen openingen. Bij een alternatieve uitvoeringsvorm van een elektroformeringsmatrijs wordt het elektrisch isolerende gebied in het oppervlak zelf daarvan 5 aangebracht, zodat het resulterende afzettingsoppervlak van de matrijs plat is. De elektroformeringsmatrijs is in het bijzonder een vlakke plaat.In the method according to the invention, an electroforming die is first provided. This electroforming die is provided with at least one electrically insulating area, which is surrounded by a first electrically conductive area. This electrically insulating area is positioned at the position of the opening to be formed. Typically, the electrically conductive region will be formed by the metal surface of the electroforming die 40 on which an electrically insulating region is provided by photolithographic means 103 08 61 ^ 4. The electrically conductive regions of the mold thus limit the contours of the openings to be formed. In an alternative embodiment of an electroforming die, the electrically insulating area is provided in the surface itself thereof, so that the resulting deposit surface of the die is flat. The electroforming die is in particular a flat plate.

De aldus voorbereide elektroformeringsmatrijs wordt bij de werkwijze volgens de uitvinding in een galvanisch bad geplaatst en 10 met een geschikte stroombron verbonden. Bij doorleiding van stroom wordt een eerste laag van metaal op de elektrisch geleidende gebieden van de matrijs afgezet. De elektroformeringsomstandigheden worden daarbij zo gekozen dat het isolerende gebied gedeeltelijk, maar niet volledig door overgroei wordt bedekt. Het resultaat van deze eerste 15 elektroformeringsstap is een elektroformeringsmatrijs, waarvan het elektrisch geleidende gebied volledig is bedekt met een laag van een eerste metaal, en het ten minste ene elektrisch isolerende gebied slechts gedeeltelijk met deze laag van metaal is bedekt. In de context van deze aanvrage wordt deze elektroformeringsstap ook wel 20 aangeduid met de term "overgroei", omdat de elektroformerings- omstandigheden, in het bijzonder de tijdsduur, zo worden gekozen dat het metaal vanuit de elektrisch geleidende gebieden van de matrijs aangroeit tot over een gedeelte (de rand) van een elektrisch isolerend gebied.In the method according to the invention, the electroforming mold thus prepared is placed in a galvanic bath and connected to a suitable current source. Upon passage of current, a first layer of metal is deposited on the electrically conductive areas of the mold. The electroforming conditions are chosen so that the insulating area is partially, but not completely, covered by overgrowth. The result of this first electroforming step is an electroforming die, the electrically conductive region of which is completely covered with a layer of a first metal, and the at least one electrically insulating region is only partially covered with this layer of metal. In the context of this application, this electroforming step is also referred to as the "overgrowth" because the electroforming conditions, in particular the duration, are selected such that the metal grows from the electrically conductive regions of the mold to over a part (the edge) of an electrically insulating area.

25 In een volgende stap van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het blootliggende oppervlak van de eerste laag van metaal op de elektroformeringsmatrijs gepassiveerd, bijvoorbeeld met behulp van kaliumdichromaat (K2Cr207) of kaliumpermanganaat (KMn04) . Het passiveren van het blootliggende oppervlak van de eerste metaallaag 30 leidt tot een scheidingsvlak, waaraan de vervolgens af te zetten tweede laag van metaal zich niet permanent hecht, maar uiteindelijk losneembaar of verwijderbaar is.In a further step of the method according to the invention, the exposed surface of the first layer of metal is passivated on the electroforming die, for example with the aid of potassium dichromate (K2 Cr2 O7) or potassium permanganate (KMn04). Passivation of the exposed surface of the first metal layer 30 leads to a interface to which the second metal layer to be deposited does not adhere permanently, but is ultimately detachable or removable.

In een tweede elektroformeringsstap wordt vervolgens een tweede laag van metaal op het aldus gepassiveerde vrije oppervlak van 35 de eerste laag van metaal afgezet onder zodanige omstandigheden dat nu ook het elektrisch isolerende gebied volledig wordt bedekt met deze tweede metaallaag. In de context van deze aanvrage wordt deze tweede elektroformeringsstap ook wel aangeduid met de term "dichtgroei", omdat deze tweede laag een aaneengesloten laag is die 40 de onderliggende eerste metaallaag en de isolerende gebieden volledig 1030861- - 5 - bedekt. De eerste en tweede metaallaag worden samen als samenstel aangeduid. De minimale dikte van de tweede metaallaag wordt bepaald door de helft van de minimale afstand die de overgroei over het ten minste een elektrisch isolerende gebied moet bereiken.In a second electroforming step, a second layer of metal is then deposited on the thus-passivated free surface of the first layer of metal under such conditions that the electrically insulating region is now also completely covered with this second metal layer. In the context of this application, this second electroforming step is also referred to as the "close growth" because this second layer is a contiguous layer that completely covers the underlying first metal layer and the insulating regions. The first and second metal layers are referred to together as an assembly. The minimum thickness of the second metal layer is determined by half the minimum distance that the overgrowth must reach over the at least one electrically insulating area.

5 In een volgende stap wordt het aldus verkregen samenstel van een eerste laag en een tweede laag van metaal van de elektroformeringsmatrijs verwijderd. Gebruikelijk zal hierbij eventueel restmateriaal van het isolerende gebied ook van het samenstel worden verwijderd. Het aldus verkregen samenstel is goed 10 hanteerbaar en minder kwetsbaar dankzij de aanwezigheid van de tweede metaallaag. De wanden en de dichtgroeizijde van de in een latere stap vrij te maken openingen zijn nu bezet met de tweede metaallaag, terwijl de matrijszijde (uitstroomzijde in het geval van een nozzleplaat) nu vrij is.In a next step, the assembly of a first layer and a second metal layer thus obtained is removed from the electroforming die. Usually, any residual material from the insulating area will also be removed from the assembly. The assembly thus obtained is easy to handle and less vulnerable thanks to the presence of the second metal layer. The walls and the dense growth side of the openings to be made free in a later step are now occupied with the second metal layer, while the mold side (outflow side in the case of a nozzle plate) is now free.

15 Aan de matrijszijde van dit samenstel kan men vervolgens op elke geschikte wijze een bekleding of een aantal bekledingslagen aanbrengen. Voorbeelden van bekledingstechnieken omvatten onder meer dompelen, sproeien, sputteren, cvd, pvd, etc. Na het aanbrengen van de gewenste bekleding of bekledingslagen kunnen volgstappen nodig 20 zijn zoals drogen, sinteren enz. Tot slot wordt bij de werkwijze volgens de uitvinding de tweede metaallaag van de eerste metaallaag, welke aan de matrijszijde nu is voorzien van een bekleding, gescheiden, bijvoorbeeld door middel van afpellen. Deze eenvoudige scheidingsbewerking is mogelijk door de geringe hechting van de 25 tweede metaallaag aan het gepassiveerde oppervlak van de eerste metaallaag. Het eindproduct bestaat daardoor uit een eerste laag van metaal, die voorzien is van ten minste een doorgaande opening, welk product aan de matrijszijde van de eerste laag van metaal is voorzien van een of meerdere bekledingslagen. De bekleding strekt zich niet 30 uit in de openingen, noch aan de dichtgroeizijde van de eerste metaallaag. Aldus wordt een metalen voorwerp zoals een nozzleplaat verkregen, waarvan de doorgaande openingen een gewenste bellmouthvorm bezitten, die aan de matrijszijde (uitstroomzijde in het geval van een nozzleplaat) is bekleed met een bijvoorbeeld een 35 antibevochtigingsbekleding, terwijl de tegenoverliggende zijde (aanstroomzijde in het geval van een nozzleplaat) vrij is van een dergelijke bekleding evenals de wanden die de doorgaande openingen begrenzen.A coating or a number of coating layers can then be applied to the mold side of this assembly in any suitable manner. Examples of coating techniques include dipping, spraying, sputtering, cvd, pvd, etc. Following the application of the desired coating or coating layers, follow-up steps may be required such as drying, sintering, etc. Finally, in the method according to the invention, the second metal layer becomes from the first metal layer, which is now provided with a coating on the mold side, separated, for example by peeling. This simple separation operation is possible due to the low adhesion of the second metal layer to the passivated surface of the first metal layer. The end product therefore consists of a first layer of metal, which is provided with at least one through opening, which product is provided on the mold side of the first layer of metal with one or more coating layers. The coating does not extend into the openings, nor on the dense growth side of the first metal layer. A metal object such as a nozzle plate is thus obtained, the through openings of which have a desired bell-shaped form, which is coated on the mold side (outflow side in the case of a nozzle plate) with, for example, an anti-moistening coating, while the opposite side (inflow side in the case) of a nozzle plate) is free from such a lining as well as the walls that border the through openings.

Voor de metalen van de eerste en tweede metaallaag komen alle 40 elektroformeerbare metalen in aanmerking zoals chroom, nikkel en ί030861- - 6 - nikkellegeringen. In het bijzonder wordt nikkel of een legering daarvan zoals palladiumnikkel gebruikt.All 40 electroformable metals, such as chromium, nickel and nickel alloys, are eligible for the metals of the first and second metal layers. In particular, nickel or an alloy thereof such as palladium nickel is used.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt doorgaans gebruik gemaakt van een roestvaststalen matrijs, waarop langs 5 fotolithografische weg fotolak wordt afgezet. Andere typen matrijzen, bijvoorbeeld silicium met een isolator zoals siliciumnitride (S13N4) kunnen eveneens worden toegepast.In the method according to the invention use is generally made of a stainless steel mold, on which photoresist is deposited by photolithographic means. Other types of molds, for example silicon with an insulator such as silicon nitride (S13 N4) can also be used.

Aan de aard van de bekledingen zijn in beginsel geen beperkingen opgelegd. Deze zijn met het oog op de betreffende 10 toepassing geselecteerd. Voorbeelden van bekledingen die kunnen worden aangebracht zijn bijvoorbeeld silanen, siloxanen, polytetrafluoretheen enz. Indien nodig kan nog een tussenliggende hechtlaag voor het verbeteren van de hechting van de uiteindelijke oppervlaktelaag van de bekleding worden toegepast.In principle, no restrictions are imposed on the nature of the coverings. These have been selected for the application in question. Examples of coatings that can be applied are, for example, silanes, siloxanes, polytetrafluoroethylene, etc. If necessary, an intermediate adhesive layer can be used to improve the adhesion of the final surface layer of the coating.

15 Voor toepassing van het product dat met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding is verkregen, als nozzleplaat zal de dikte van de bekleding in het algemeen in het submicrongebied liggen, waarbij zelfs dikten van moleculaire lagen kunnen worden bereikt. De uitvinding is echter eveneens toepasbaar voor het vervaardigen en 20 eenzijdig bekleden van een metalen voorwerp met een dikkere bekleding.For use of the product obtained by means of the method according to the invention, as a nozzle plate, the thickness of the coating will generally be in the sub-micron region, whereby even thicknesses of molecular layers can be achieved. However, the invention is also applicable to the manufacture and unilateral coating of a metal object with a thicker coating.

De uitvinding wordt hierna toegelicht aan de hand van de bijgevoegde tekening, waarin fig. 1 een aanzicht in perspectief is van een uitvoeringsvorm 25 van een elektroformeringsmatrijs waarop een aantal elektrisch isolerende eilanden zijn voorzien; fig. 2 een dwarsdoorsnede van de elektroformeringsmatrijs volgens figuur 1 toont; fig. 3 t/m 8 de verschillende stappen van de werkwijze volgens 30 de uitvinding schematisch weergeven onder toepassing van de in figuren 1 en 2 getoonde elektroformeringsmatrijs; en fig. 9-11 details van een nozzleplaat verkregen volgens de werkwijze volgens de uitvinding tonen.The invention is explained below with reference to the appended drawing, in which fig. 1 is a perspective view of an embodiment of an electroforming mold on which a number of electrically insulating islands are provided; Fig. 2 shows a cross-section of the electroforming mold of Fig. 1; 3 to 8 schematically represent the various steps of the method according to the invention using the electroforming mold shown in figures 1 and 2; and Figs. 9-11 show details of a nozzle plate obtained according to the method according to the invention.

In figuur 1 is een uitvoeringsvorm van een elektroformerings-35 matrijs in zijn geheel met verwijzingscijfer 10 aangeduid. Deze elektroformeringsmatrijs 10 omvat een elektrisch geleidende plaat 12, die op niet weergegeven wijze is voorzien van aansluitpunten voor aansluiting op een geschikte stroombron. Op deze vlakke plaat 12 is een laag elektrisch isolerend materiaal, bijvoorbeeld fotolak, 40 aangebracht die daarna door een masker met daarin de vorm van de '1030861- - 7 - doorgaande openingen die in het product moeten worden gevormd, is belicht en vervolgens ontwikkeld, zodat bij de weergegeven uitvoeringsvorm een zestal elektrisch isolerende eilanden 14 overblijven. De vorm van deze elektrisch isolerende eilanden is niet 5 beperkt, en geschikte voorbeelden omvatten rond, ovaal, vierkant, rechthoekig, polygonaal zoals hexagonaal etc. Voor een nozzleplaat als te vervaardigen product zijn de eilanden met voordeel rond.In Figure 1, an embodiment of an electroforming die is indicated in its entirety by reference numeral 10. This electroforming die 10 comprises an electrically conductive plate 12, which is provided with connection points for connection to a suitable current source in a manner not shown. A layer of electrically insulating material, for example photoresist, 40 is provided on this flat plate 12, which is then exposed and subsequently developed through a mask with the shape of the through openings to be formed in the product, so that six electrically insulating islands 14 remain in the embodiment shown. The shape of these electrically insulating islands is not limited, and suitable examples include round, oval, square, rectangular, polygonal such as hexagonal, etc. For a nozzle plate as a product to be manufactured, the islands are advantageously round.

Terzijde wordt hierbij opgemerkt dat de weergegeven dimensies niet de realiteit weergeven. De dikte van het elektrisch isolerende 10 gebied ligt gebruikelijk namelijk in de orde van enkele micrometers.As an aside, it is noted that the dimensions shown do not represent reality. Namely, the thickness of the electrically insulating region is usually in the order of a few micrometers.

In figuur 2 is een doorsnede van de elektroformeringsmatrijs 10 uit figuur 1 getekend.Figure 2 shows a cross-section of the electroforming die 10 of Figure 1.

Figuren 3 tot en met 8 geven de verschillende vervolgstappen van de elektroformeringswerkwijze volgens de uitvinding weer.Figures 3 to 8 show the various subsequent steps of the electroforming method according to the invention.

15 De uitvoeringsvorm van een elektroformeringsmatrijs 10 zoals getoond in figuren 1 en 2 wordt bij het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding in een galvanisch bad geplaatst, bijvoorbeeld een op zich bekend nikkel Watts bad. Vervolgens vindt afzetting van het eerste metaal plaats op de elektrisch geleidende gebieden 16 (zie 20 fig. 1 en 2) van de elektroformeringsmatrijs 10 rondom de elektrisch isolerende eilanden 14. Bij voortzetting van het elektroformeren wordt ook het bovenoppervlak 22 van de elektrisch isolerende eilanden 14 gedeeltelijk met metaal bedekt (overgroei). Deze eerste elektroformeringsstap wordt gestopt voordat het bovenoppervlak 22 van 25 de elektrisch isolerende eilanden 14 volledig met metaal is bedekt.The embodiment of an electroforming mold 10 as shown in Figs. 1 and 2 is carried out in a galvanic bath when carrying out the method according to the invention, for example a nickel Watt bath known per se. Subsequently, deposition of the first metal takes place on the electrically conductive areas 16 (see Figs. 1 and 2) of the electroforming die 10 around the electrically insulating islands 14. Upon continuation of the electroforming, the upper surface 22 of the electrically insulating islands 14 also becomes partially covered with metal (overgrowth). This first electroforming step is stopped before the top surface 22 of the electrically insulating islands 14 is completely covered with metal.

De eerste metaallaag heeft de gewenste dikte van het eindproduct, althans in hoofdzaak. Aldus wordt een eerste metaallaag verkregen, die met verwijzingscijfer 24 is aangeduid, waarin zich nog een aantal verdiepingen 25 bevinden die zich uitstrekken tot aan de isolerende 30 eilanden 14. Zie ook de doorsnede in figuur 4. In een vervolgstap wordt het blootliggende oppervlak 26 van de eerste metaallaag 24 gepassiveerd, bijvoorbeeld met behulp van kaliumpermanganaat of kaliumdichromaat.The first metal layer has the desired thickness of the end product, at least substantially. A first metal layer is thus obtained, which is designated by reference numeral 24, in which there are still a number of recesses 25 which extend to the insulating islands 14. See also the section in figure 4. In a subsequent step, the exposed surface 26 of the first metal layer 24 is passivated, for example with the aid of potassium permanganate or potassium dichromate.

Vervolgens wordt een tweede metaallaag 28 op het gepassiveerde 35 oppervlak 26 van de eerste metaallaag 24 geëlektroformeerd, waarbij door (laterale) overgroei ook het restant van het gebied 14 van elektrisch isolerend materiaal volledig wordt bedekt. Het aldus verkregen tussenproduct is in figuur 5 weergegeven, en omvat de elektrische plaat 12 van de elektroformeringsmatrijs 10 met daarop 40 een aantal eilanden 14 van elektrisch isolerend materiaal en een 1030861- - 8 - toplaag 28 van het tweede metaal, waarbij tussen die drie delen de eerste metaallaag 24 is ingesloten.Subsequently, a second metal layer 28 is electroformed on the passivated surface 26 of the first metal layer 24, whereby the remainder of the area 14 of electrically insulating material is also completely covered by (lateral) overgrowth. The intermediate product thus obtained is shown in Figure 5, and comprises the electrical plate 12 of the electroforming die 10 with 40 a number of islands 14 of electrically insulating material and a top layer 28 of the second metal 1030861-8, with between these three parts the first metal layer 24 is enclosed.

Vervolgens wordt het samenstel (hier aangeduid met verwijzingscijfer 30) dat de eerste en tweede metaallaag 5 respectievelijk 24 en 28 omvat, van de elektroformeringsmatrijs 10 verwijderd. Gebruikelijk zal daarbij ook het isolerende gebied 14 worden verwijderd. Alternatief vindt dat in een aparte stap plaats. Zie figuur 6. Op de matrijszijde (in fig. 7 aangeduid met "M") van het samenstel 30, dat wil zeggen de zijde waar zowel oppervlakken van 10 de gebieden van het eerste metaal als het tweede metaal blootliggen, wordt vervolgens een bekledingslaag 32 afgezet, bijvoorbeeld door middel van opdampen. Zoals blijkt uit figuur 7 bedekt deze bekledingslaag 32 het gehele oppervlak aan de matrijszijde M van het samenstel 30. Vervolgens wordt de tweede metaallaag 28 verwijderd, 15 waarbij ook de aan deze tweede metaallaag 28 gehechte delen van de bekledingslaag 32 mee zullen worden verwijderd. Het eindproduct is in figuur 8 schematisch getoond, waaruit de bellmouthvorm van de doorgaande openingen 34 duidelijk blijkt.Subsequently, the assembly (here designated by reference numeral 30) comprising the first and second metal layers 5, 24 and 28, respectively, is removed from the electroforming die 10. Usually, the insulating area 14 will also be removed. Alternatively, this takes place in a separate step. See figure 6. On the mold side (designated "M" in Fig. 7) of the assembly 30, i.e. the side where both surfaces of the areas of the first metal and the second metal are exposed, a coating layer 32 is then applied. deposited, for example by evaporation. As can be seen from Figure 7, this coating layer 32 covers the entire surface on the mold side M of the assembly 30. Subsequently, the second metal layer 28 is removed, whereby also the parts of the coating layer 32 adhered to this second metal layer 28 will also be removed. The end product is shown schematically in Figure 8, which clearly shows the bellmouth shape of the through openings 34.

Bij toepassing van het product als nozzleplaat voor inkjet 20 printen is de uitstroomzijde ü (fig. 8) van de nozzleplaatrondom de spuitmonden gevormd door openingen 34 bedekt met een bekleding met antibevochtigingseigenschappen, terwijl de aanstroomzijde A vrij is van een dergelijke bekleding.When the product is used as a nozzle plate for inkjet printing, the outflow side ü (Fig. 8) of the nozzle plate around the nozzles formed by openings 34 is covered with a coating with anti-wetting properties, while the inflow side A is free of such a coating.

Fig. 9-11 tonen details van een nozzleplaat vervaardigd 25 volgens de hierboven beschreven werkwijze. Nozzleplaten worden als vellen 36 met twee rijen 38, 40 van producten 42 vervaardigd op een wijze zoals hierboven is uiteengezet (fig. 9). Voor het aanbrengen van de coating 32 kunnen verschillende werkwijzen toegepast. Het vel 36 (of een deel daarvan) wordt op een trommel (niet weergegeven) 30 geplakt zodanig dat de uitstroomzijdes van de nozzleplaten zichtbaar zijn. Met andere woorden naar buiten toegekeerd. Deze uitstroomzijde wordt achtereenvolgens via opdamping in een atmosfeer met gereduceerde druk (tot aan vacuüm) met een dunne laag chroom (dikte bijv. ca. 50 run) en een dikkere (bijvoorbeeld dikte is 300 nm) laag 35 van SiOx (x is ongeveer 1,4) bekleed. Het samenstel van trommel en aldus beklede vel wordt uit de toegepast vacuümopdampoven gehaald, en vervolgens wordt het vel van de trommel losgesneden en direct in een bad met een silaanoplossing gedompeld gedurende enige seconden. Gebruikelijk duren deze stappen van verwijdering uit de 40 vacuümopdampoven tot aan onderdompeling in het silaanbad hooguit 5 10308 61~ - 9 - minuten. Een bij voorkeur toegepast silaanbad omvat een oplossing van tridecafluor 1,1,2,2 tetrahydro^octyltrichloorsilaan (FACS) in hexaan, meer bij voorkeur een sterk verdunde oplossing zoals in een volumeverhouding FACS:hexaan van 1:1000. Aldus wordt een 5 monomoleculaire, zogeheten "self-assembled" laag van de silaanverbinding afgezet. Zie fig. 10 en 11. Vervolgens wordt de tweede metaallaag 28 van de eerste metaallaag 24 afgetrokken, zodat een vel met eenzijdig beklede nozzleplaten wordt verkregen, waaruit de nozzleplaten individueel kunnen worden verwijderd. In fig. 10 en 10 11 is de gepassiveerde oppervlaktelaag 44 van de eerste metaallaag 24 als een afzonderlijke laag aangeduid. De nozzleplaat omvat derhalve ten minste een doorgaande opening 34 die als spuitmond dient. Deze opening 34 wordt begrensd door de eerste metaallaag 24, waarvan de aanstroomzijde een gepassiveerde oppervlaktelaag 44 bezit en de 15 uitstroomzijde is voorzien van een antibevochtigingsbekledingslaag 32.FIG. 9-11 show details of a nozzle plate made according to the method described above. Nozzle plates are made as sheets 36 with two rows 38, 40 of products 42 in a manner as explained above (Fig. 9). Various methods can be applied for applying the coating 32. The sheet 36 (or a part thereof) is glued onto a drum (not shown) 30 such that the outflow sides of the nozzle plates are visible. In other words, turned outside. This outflow side becomes successively via vapor deposition in a reduced pressure atmosphere (up to vacuum) with a thin layer of chromium (thickness, e.g., about 50 run) and a thicker (e.g., thickness, 300 nm) layer of SiOx (x is about 1 4) coated. The assembly of drum and thus coated sheet is removed from the applied vacuum evaporation oven, and then the sheet is cut away from the drum and immediately immersed in a bath with a silane solution for a few seconds. Typically, these steps from removal from the vacuum evaporation oven to immersion in the silane bath take no more than 5 10308 61 ~ 9 minutes. A preferred silane bath comprises a solution of tridecafluor 1,1,2,2 tetrahydro-octyltrichlorosilane (FACS) in hexane, more preferably a highly diluted solution such as in a volume ratio FACS: hexane of 1: 1000. Thus, a monomolecular, so-called "self-assembled" layer is deposited from the silane compound. See Figs. 10 and 11. Subsequently, the second metal layer 28 is subtracted from the first metal layer 24, so that a sheet with one-sided coated nozzle plates is obtained, from which the nozzle plates can be removed individually. In Figs. 10 and 11, the passivated surface layer 44 of the first metal layer 24 is designated as a separate layer. The nozzle plate therefore comprises at least one through-opening 34 which serves as a nozzle. This opening 34 is bounded by the first metal layer 24, the inflow side of which has a passivated surface layer 44 and the outflow side is provided with an anti-wetting coating layer 32.

1030861«1030861 «

Claims

Method for manufacturing and unilaterally coating a metal object with at least one through opening (34), in particular a nozzle plate with at least one nozzle for use in printing devices, which method comprises the steps of providing an electroforming mold (10) with at least one electrically insulating region (14) surrounded by a first electrically conductive region (16), electroforming a first layer (24) of metal on the electrically conductive region (16) such that the insulating region 10 (14) is partially covered by overgrowth, passivating the exposed surface (26) of the first metal layer (24), electroforming a second metal layer (28) on the passivated surface (26) of the first layer (24) of metal to an assembly (30) of first layer (24) and second layer (28) of metal such that the electrically insulating area (14) is completely covered, removing of the assembly (30) of the electroforming die (10), applying at least one layer (32) of a coating material to the side (M) of the assembly (30), where both surfaces of the first layer (24) when the second layer (28) are exposed, and removing the second layer (28) of metal with the associated parts of the layer of coating material.

2. Method according to claim 1, wherein the step of providing an electroforming mold (10) with at least one electrically insulating area (14) surrounded by a first electrically conductive area (16), applying photolithographic means of photoresist includes.

3. Method according to claim 1 or 2, wherein the step of passivating the exposed surface of the first layer (24) of metal takes place with the aid of potassium dichromate or potassium permanganate. 1030861- 11

The method of any one of the preceding claims, wherein the metal of the first and second layer (24, 28) comprises nickel or a nickel alloy. 5

The method of any one of the preceding claims, wherein the coating material has anti-wetting properties. 103086IS