ITTO20000494A1

ITTO20000494A1 - Metodo per la fabbricazione di una testina di eiezione di gocce di liquido particolarmente adatta per operare con liquidi chimicamente aggre

Info

Publication number: ITTO20000494A1
Application number: IT2000TO000494A
Authority: IT
Inventors: Renato Conta
Original assignee: Olivetti Lexikon Spa
Priority date: 2000-05-29
Filing date: 2000-05-29
Publication date: 2001-11-29
Also published as: EP1290336A1; DE60101336D1; US6988791B2; US6780340B2; ATE255204T1; EP1290336B1; IT1320381B1; AU2001266311A1; DE60101336T2; ES2211813T3; ITTO20000494A0; US20040207697A1; WO2001092715A1; US20030131475A1

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo:

“METODO PER LA FABBRICAZIONE DI UNA TESTINA DI EIEZIONE DI GOCCE DI LIQUIDO PARTICOLARMENTE ADATTA PER OPERARE CON LIQUIDI CHIMICAMENTE AGGRESSIVI, E RELATIVA TESTINA DI EIEZIONE"

TESTO DELLA DESCRIZION

Area dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce in generale al settore delle testine di eiezione per eiettare liquidi in forma di gocce, e in particolare ad una testina di eiezione provvista di una struttura tale da rendere questa testina di eiezione molto adatta ad operare con liquidi aventi una elevata aggressività dal punto di vista chimico.

La presente invenzione si riferisce anche ad un metodo per fabbricare una testina di eiezione dotata di una speciale resistenza a liquidi chimicamente molto aggressivi, così da potere essere vantaggiosamente impiegata in combinazione con tale categorìa di liquidi.

Sfondo tecnico dell'invenzione

La testina di eiezione, nel seguito anche chiamata semplicemente eiettore o iniettore, secondo l’invenzione presenta caratteristiche tali che ne rendono vantaggioso l’utilizzo in molteplici settori industriali, anche con specificità, caratteristiche e problematiche completamente diverse da un settore all'altro.

In particolare, fra questi possibili settori di applicazione, si citano, a puro scopo esemplificativo, quello della stampa a getto d’inchiostro, oppure quello dell’iniezione del combustibile in un motore endotermico.

Come apparirà chiaro nel seguito della descrizione, la testina di eiezione dell’invenzione presenta notevoli analogie, sia strutturali che di funzionamento, con una testina di stampa termica a getto d'inchiostro, del tipo operante in base alla cosiddetta tecnologia di stampa a getto d’inchiostro a bolle. Questo tipo di testine di stampa sono ampiamente note nei settore delie tecnologie di stampa a getto d’inchiostro, dove esse sono state applicate in molteplici soluzioni, e continuano ad essere oggetto di rilevanti sviluppi.

Pertanto, per completezza e al fine di agevolare la comprensione della presente descrizione, ed anche in considerazione del fatto che il settore della stampa a getto d'inchiostro costituisce, come già detto, uno dei possibili e principali campi di applicazione della presente invenzione, le caratteristiche generali di queste testine termiche di stampa a getto d'inchiostro del tipo a bolle ed alcuni dei loro più recenti sviluppi verranno sinteticamente esposti nel seguito. Come è noto, nelle testine di stampa operanti con la tecnologia a getto d'inchiostro del tipo a bolle, l'inchiostro contenuto nella testina di stampa viene portato ad ebollizione da attuatori termici costituiti da resistenze elettriche che vengono alimentate con opportuni impulsi di corrente per attivare, all'interno dell'inchiostro stesso, il sorgere di una bolla di vapore, che, espandendosi, causa l'eiezione delle gocce attraverso una pluralità di ugelli della testina di stampa.

Le testine di stampa operanti con la tecnologia a bolle si possono suddividere in due grandi categorie, in funzione della loro struttura, che vengono indicate rispettivamente con le espressioni inglesi "top shooter", e "edge shooter". Nella prima tipologia l'ugello è costituito da un'apertura disposta immediatamente sopra l'attuatore termico e separata da quest'ultimo da una cameretta riempita con inchiostro, per cui l'espansione della bolla di vapore viene utilizzata in senso perpendicolare all'attuatore termico per emettere la goccia attraverso tale apertura. Nella seconda tipologia, l’attuatore termico è disposto lungo la parete di un condotto a breve distanza dalla sezione di uscita verso l’esterno dello stesso condotto, per cui l’espansione della bolla di vapore viene utilizzata in senso trasversale rispetto all'attuatore per emettere la goccia lateralmente attraverso la sezione di uscita del condotto.

Questa tecnologia a bolle si è imposta ormai da molti anni nei settore della stampa, ed è applicata con successo su molteplici modelli di testine di stampa a getto d'inchiostro, sia per la stampa in bianco e nero, sia per la stampa a colori. In particolare le testine di stampa a getto d'inchiostro che operano secondo questa tecnologia si stanno evolvendo verso una sempre maggiore integrazione e complessità, nell'obiettivo di comprendere un numero crescente di circuiti, di ugelli e di funzioni, così da raggiungere velocità e definizioni di stampa sempre più elevate. Uno degli esempi più recenti di questo sviluppo tecnico è costituito dalle cosiddette testine di stampa monolitiche, ovvero da testine termiche a getto d’inchiostro in cui la piastra ugelli viene realizzata, non come una parte a sé stante, ma congiuntamente con le altre parti della testina di stampa, in particolare con quelle parti che costituiscono i circuiti di pilotaggio degli attuatoli e la rete idraulica per convogliare l'inchiostro all'interno della testina di stampa.

Pertanto in queste testine monolitiche la piastra ugelli non costituisce un pezzo che viene realizzato separatamente e montato alia fine del processo di fabbricazione delle testine di stampa, ma piuttosto una parte che viene progressivamente formata nel’ambito di tale processo di fabbricazione, per cui ogni testina di stampa acquisisce una struttura tipicamente monolitica integrante le varie parti.

Parallelamente alla continua evoluzione delle testine di stampa termiche a getto d'inchiostro a bolle, anche gli inchiostri utilizzabili su queste testine hanno avuto una notevole evoluzione, che li ha portati a migliorare costantemente la loro qualità ed affidabilità.

In linea generale, l’evoluzione delle testine di stampa si è accompagnata con una corrispondente evoluzione degli inchiostri allo scopo di ricercare combinazioni sempre migliori fra i supporti di stampa destinati a ricevere le gocce di inchiostro, le caratteristiche strutturali della testina, e le caratteristiche chimiche degli inchiostri.

Tipicamente questa ricerca sugli inchiostri si è evoluta con l'obiettivo di formulare inchiostri che fossero in grado sia di migliorare la qualità di stampa su una gamma sempre più vasta di supporti di stampa, che di accoppiarsi in modo ottimale con le nuove strutture di testine di stampa che venivano nel tempo introdotte.

In questo modo sono stati formulati inchiostri, sia neri che colorati, in grado di minimizzare il problema dell'otturazione degli ugelli, a causa della sedimentazione dei pigmenti contenuti negli inchiostri, nonostante la miniaturizzazione sempre più spinta delle testine di stampa e la riduzione del diametro degli ugelli per ottenere gocce sempre più piccole.

Inoltre la ricerca ha consentito di definire combinazioni ottimali fra inchiostri e materiali utilizzati nella fabbricazione delle testine, con inchiostri e materiali compatibili fra loro, ovvero capaci di non attivare reazioni indesiderate, e di mantenere nel tempo le loro caratteristiche nominali, così da non avere effetti negativi sul funzionamento e suH'affidabilità delle testine di stampa. In particolare questa ricerca diretta, come detto, a migliorare costantemente la combinazione fra inchiostri, supporti di stampa, e testine di stampa, si è ovviamente indirizzata verso la formulazione di inchiostri aventi un basso o pressoché nullo grado di aggressività chimica, ovvero verso inchiostri privi di sostanze capaci di aggredire, corrodere e reagire, anche solo minimamente, con i vari materiali impiegati nella fabbricazione della testine e lambiti dagli stessi inchiostri.

Ad esempio si è cercato di evitare quegli inchiostri contenenti sostanze che potessero interagire con i composti organici usualmente impiegati per realizzare le giunzioni fra le parti della testina. Però, in questo modo, la ricerca recente sugli inchiostri ha di fatto determinato un certo consolidamento, per l’impiego sulle testine di stampa, di inchiostri caratterizzati da un livello nullo o pressoché nullo di aggressività chimica.

Parallelamente, si è trascurata la possibilità di impiegare queste testine di stampa in combinazione con particolari tipi di inchiostro e/o in generale liquidi che, pur essendo ampiamente applicati ed in grado di dare ottimi risultati in certi campi, anche diversi dalla stampa vera e propria, presentavano però caratteristiche di aggressività chimica incompatibili con la struttura della testine di stampa che venivano sviluppate, ed in particolare contenevano sostanze aggressive certamente in grado di corroderle e di compromettere nel tempo il loro funzionamento.

D'altra parte, come è facile immaginare, potrebbe essere molto utile e vantaggioso poter disporre di una nuova testina di stampa a getto d’inchiostro, sia del tipo basato sulla tecnologia a bolle che anche su altre tecnologie, avente la capacità di operare con inchiostri, magari già impiegati con successo in varie applicazioni, anche dissimili dalla stampa su carta, ma purtroppo contenenti sostanze corrosive e/o aggressive tali da danneggiare nel tempo la struttura ed i materiali delle testine termiche a getto d’inchiostro del tipo a bolle, attualmente note. Infatti, in questo modo si potrebbero ampliare notevolmente le possibilità di applicazione per queste testine di stampa, considerando le nuove proprietà, le caratteristiche salienti ed i vantaggi prestazionali che queste sostanze corrosive potrebbero conferire agli inchiostri impiegati con esse. Però purtroppo, come detto, nella realtà le testine di stampa a getto d'inchiostro note non hanno una struttura capace di resistere ad agenti corrosivi che fossero eventualmente presenti negli inchiostri impiegati con le stesse testine di stampa, per cui in tale ipotetico caso esse andrebbero incontro ad un rapido decadimento.

Ad esempio, come è noto, inchiostri noti come tipicamente aggressivi, ad esempio contenenti urea, e/o aventi determinati PH acidi, non possono certamente essere utilizzati sulle attuali testine termiche, perché danneggerebbero sicuramente le giunzioni e le zone di incollamento fra i vari stati che compongono la struttura della testina.

Ancora nella tecnica vi sono settori, anche completamente diversi da quello della stampa a getto d’inchiostro e delle relative testine di stampa, in cui è necessario eiettare liquidi in forma di gocce, preferibilmente anche molto piccole, ed in cui questi liquidi da eiettare sono particolarmente aggressivi dal punto di vista chimico, ed hanno comunque una composizione incompatibile con la struttura delle testine di stampa attualmente conosciute.

Uno importante di questi settori, a cui si è già fatto cenno in precedenza, è quello dell'iniezione di un combustibile, quale gasolio o benzina, nella camera di scoppio di un motore endotermico. In questo settore le soluzioni normalmente adottate per l’iniezione del combustibile prevedono iniettori di tipo meccanico, che però presentano l'inconveniente di non raggiungere un sufficiente grado di miniaturizzazione delle gocce, o meglio quel grado di miniaturizzazione che consentirebbe un miglior e più preciso dosaggio del combustibile, e pertanto di ottenere migliori prestazioni del motore, come ad esempio un più elevato rendimento termico.

Pertanto, almeno potenzialmente, questo settore potrebbe giovarsi della tecnologia a getto d’inchiostro che, rispetto agli eiettori tradizionali per combustibile, si presenta capace di ottenere gocce di liquido molto più piccole in volume, come anche di ottenere in generale un miglior e più efficiente controllo della quantità di volume di liquido eiettato in forma di gocce.

Ancora un ulteriore settore, in cui può sorgere l'esigenza di dosare in modo preciso e controllato dei liquidi particolarmente aggressivi dal punto di vista chimico, è quello biomedicale.

Sommario dell’invenzione

Pertanto lo scopo generale della presente invenzione è quello di realizzare una nuova testina di eiezione che, pur presentando alcune somiglianze con le testine di stampa note a getto d’inchiostro, innovi sostanzialmente rispetto ad esse, ed in particolare possieda caratteristiche tali da renderne possibile e vantaggioso l’impiego in combinazione con liquidi particolarmente aggressivi dal punto di vista chimico, anche in settori industriali molto diversi dalla stampa a getto d'inchiostro, e ad esempio nel settore dell’iniezione di un combustibile in un motore endotermico.

Questo scopo viene raggiunto dalla testina di eiezione e dal corrispondente metodo di fabbricazione aventi le caratteristiche definite nelle rivendicazioni principali indipendenti.

Uno scopo più specifico della presente invenzione è quello di realizzare una testina di stampa a getto d'inchiostro, del tipo operante sia con la tecnologia a bolle sia con altre tecnologie, che possa essere impiegata senza inconvenienti con inchiostri aggressivi notoriamente capaci di reagire chimicamente con e/o di corrodere i materiali, tipicamente quelli a base organica, attualmente impiegati nella fabbricazione delle testine di stampa, così da consentire, almeno potenzialmente, un allargamento delle possibilità di applicazione industriale delle tecnologie e dei concetti sviluppati in connessione con queste testine di stampa note a settori finora esclusi da tali tecnologie e concetti.

Questi ed altri scopi, caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti sulla base della seguente descrizione di una sua forma preferita di realizzazione, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento agli annessi disegni, di cui:

Fig. 1 è una vista schematica in sezione di una testina per l'eiezione di gocce di liquido conforme alla presente invenzione;

Fig. 2 è un diagramma di flusso sintetico di un metodo secondo la presente invenzione per fabbricare la testina di eiezione di Fig. 1;

Fig. 3 (sez. a-g), composta dalla Fig. 3a e dalla Fig. 3b, è una vista in sezione che mostra in sequenza le varie fasi per fabbricare una piastra con ugello della testina di eiezione di Fig. 1;

Fig. 4 (sez. a-c) è una vista in sezione che mostra le fasi finali per realizzare la struttura di un substrato portante un attuatore della testina di eiezione di Fig. 1;

Fig. 5 è uno schema operativo che si riferisce ad un’operazione di fissaggio, realizzata mediante la tecnologia del tipo “anodic bonding", per saldare la piastra ugello di Fig. 3 con il substrato di Fig. 4;

Fig. 6 mostra un primo esempio di applicazione dell'invenzione concernente una testina di stampa provvista di una molteplicità di ugelli ed idonea ad eiettare gocce di inchiostro;

Fig. 7 mostra un wafer di silicio utilizzato per fabbricare una pluralità di piastre ugelli della testina di stampa di Fig. 6;

Fig. 8 mostra un altro wafer di silicio utilizzato per fabbricare una pluralità di substrati della testina di stampa di Fig. 6; e

Fig. 9 mostra una secondo esempio di applicazione della testina di eiezione fabbricata con il metodo dell'invenzione, in cui la testina di eiezione è prevista per eiettare gocce di combustibile in un motore termico a combustione interna.

Descrizione di una forma preferita di realizzazione dell’invenzione

Con riferimento alle Figg. 1 e 2, una testina per l'eiezione di gocce di liquido, anche in seguito chiamata testina di eiezione, o dispositivo di eiezione, oppure più semplicemente eiettore, fabbricata secondo il metodo della presente invenzione, viene genericamente indicata con 10, e comprende un substrato 11, anche chiamato supporto di attuazione, che porta almeno un attuatore 15, anche chiamato nel seguito attuatore di eiezione; una piastra ugello 12, anche chiamata con terminologia inglese "orifice piate", che è provvista di almeno un ugello 13 ed è rigidamente collegata con il substrato 11 lungo una zona di giunzione 25; e un circuito idraulico 21, disposto all'interno della testina 10, che ha la funzione di contenere e convogliare un liquido 14 nella zona 10 fra l’attuatore 15 e l’ugello 13, in modo che siano entrambi lambiti dal liquido 14.

La testina di eiezione 10 è rigidamente fissata lungo il substrato 11 su un supporto 30. L'attuatore 15 è posizionato, lungo il substrato 11, in una zona adiacente al’ugello 13, ed è atto ad attivare periodicamente, nel volume di liquido 14 che lo separa dall'ugello 13, un'onda di pressione, o in generale un effetto di pompaggio, tale da causare l'emissione di una pluralità di gocce 16 formate dal liquido 14, attraverso l’ugello 13.

A questo scopo, l'attuatore 15 è previsto per essere pilotato direttamente mediante opportuni impulsi o segnali elettrici, ciascuno corrispondente ad una goccia eiettata, i quali sono governati da un'unità elettronica di controllo 19 della testina di eiezione 10.

L'attuatore 15 può anche essere anche associato con dei circuiti di attuazione, disposti fra l’attuatore e l'unità di controllo 19, i quali, sotto il governo dell’unità di controllo 19, hanno la specifica funzione di generare gli impulsi che comandano direttamente l’attuatore 15 per generare le gocce 16.

In Fig. 1, la linea 18 rappresenta schematicamente il collegamento elettrico, fra l'unità di controllo 19 e l'attuatore 15, che ha la funzione di trasmettere i segnali diretti a comandare l’attuatore 15 per causare l'eiezione delle gocce 16.

In particolare, il circuito idraulico 21 comprende un primo condotto di adduzione 24, per convogliare il liquido 14, che si sviluppa attraverso il substrato 11; un secondo condotto di adduzione 22 che è formato lungo la piastra ugello 12 e che è in comunicazione con un'estremità del primo condotto 22; ed almeno una camera 20, anch'essa formata sulla piastra ugello 12, la quale è adiacente sia all'attuatore 15 e sia all’ugello 13.

La camera 20 è atta ad essere alimentata con il liquido 14 attraverso il condotto di adduzione 22, e definisce uno spazio interno nel quale il liquido 14 è sottoposto all’onda di pressione generata dall’attuatore 15 per essere eiettato attraverso l'ugello 13.

Inoltre la testina di eiezione 10 è associata con un serbatoio 17, contenente una certa quantità del liquido 14, che costituisce una riserva per il liquido 14 da alimentare alla camera 20 della testina di eiezione 10, e che a questo scopo è in comunicazione con il circuito idraulico 21, attraverso un condotto di alimentazione 23.

In questo modo la testina di eiezione 10 può ricevere in continuazione il liquido 14 dal serbatoio 17, affinché venga eiettato in forma di gocce 16 verso l'esterno della testina di eiezione 10 attraverso l’ugello 13.

La tecnologie utilizzata par generare, nel liquido 14, il citato effetto di pompaggio che determina l'eiezione delle gocce 16 di liquido possono essere di vari tipi e basarsi su differenti principi. Per semplicità, nella presente descrizione, si farà preferìbilmente riferimento alla tecnologia di eiezione del tipo a bolle, ampiamente nota ed utilizzata nel settore delle stampanti, la quale è basata sulla generazione da parte dell'attuatore 15, nella zona dell'ugello 13. di una microbolla di vapore di liquido, che espandendosi causa l'eiezione di una goccia di liquido attraverso l'ugello 13. È comunque chiaro che la descrizione che verrà fatta non deve essere intesa come tendente a limitare l’ambito della presente invenzione a questa particolare tecnologia di eiezione delle gocce di liquido.

Ad esempio, in alternativa alla tecnologia a bolle, l'effetto di pompaggio per l'eiezione delle gocce potrebbe essere ottenuto tramite la deformazione di un attuatore di tipo piezoelettrico.

Ora, nell'ambito della citata tecnologia a bolle, l’attuatore 15 è costituito da un resistore che, nell'uso, viene pilotato dall'unità di controllo 19 con un breve impulso di corrente tale da determinare, per effetto joule, un rapido riscaldamento dello stesso resistere 15.

In questo modo il liquido 14 disposto nelle immediate vicinanze del resistere 15 viene portato ad evaporazione, e causa pertanto il sorgere di una bolla di vapore, derivato dallo stesso liquido 14, che espandendosi esercita un effetto di pompaggio in direzione dell'ugello 13 per determinare, attraverso quest'ultimo, l'eiezione di una goccia 16.

Poi, al termine dell'impulso, a causa del concomitante raffreddamento del resistere 15, la bolla di vapore collassa, per modo che il liquido 14 adiacente al resistere 15 ritorna nelle condizioni iniziali, ed il resistere 15 può essere nuovamente attivato con un nuovo impulso per causare l'eiezione di una nuova goccia 16. In sintesi, questo ciclo si ripete periodicamente, pilotando il resistere 15 con una successione predeterminata di impulsi che determinano la generazione di altrettante bolle di vapore adiacentemente al resistere 15, e l’eiezione di corrispondenti gocce 16 attraverso l'ugello 13.

Come mostrato in Fig. 1, l’ugello 13 è disposto frontalmente rispetto al resistere 15, per modo che l'espansione della bolla di vapore viene utilizzata in senso normale al resistere 15 per eiettare la goccia 16. Questa disposizione, come già detto, è spesso chiamata con terminologia inglese "top shooter", ed è tipica di una importante categoria delle testine di eiezione che sono basate sulla tecnologia a bolle. Comunque la disposizione relativa fra l’attuatore di eiezione, e l’ugello possono essere anche diverse da quella rappresentata in Fig. 1, senza per questo uscire dalla presente invenzione.

Come più avanti dettagliatamente descritto, anche il lìquido 14 utilizzato sulla testina di eiezione 10 per essere eiettato in forma di gocce può essere di differenti tipi, ed avere composizioni completamente diverse da un tipo di liquido ad un altro, in dipendenza dello specifico settore in cui la testina di eiezione 10 è applicata, e pertanto delle specifiche caratteristiche che il liquido deve possedere in relazione a quel determinato settore. La piastra ugelli 12 ed il substrato 11 costituiscono le parti fondamentali della presente testina di eiezione 1 1 , e vengono realizzati attraverso due procedimenti distinti, indicati in Fig. 2 rispettivamente con 31 e 32, per essere successivamente assemblate e collegate rigidamente fra loro, durante una fase 33, in modo da formare la testina di eiezione 10.

Per chiarezza i due procedimenti di fabbricazione 31 e 32, rispettivamente della piastra ugelli 12 e del substrato 11, verranno descritti separatamente, iniziando da quello relativo alla piastra ugelli 12.

Con riferimento alla Fig. 3, tale procedimento comprende una fase iniziale, rappresentata nella sez. (a) di Fig. 3a, in cui una piastrina di silicio 51, anche chiamata in inglese "wafer' ed avente due facce opposte indicate rispettivamente con 51 a e 51, viene incollata mediante una sostanza adesiva su un supporto 52, ad esempio lungo il lato 51 b.

Il wafer 51 è facilmente reperìbile in commercio ed ha una forma normalizzata, ad esempio rotonda a disco con un diametro di 3" ed uno spessore indicativo di 75 pm.

Anche il supporto 52 può essere costituito da un wafer di tipo noto, anche se sensibilmente più spesso del wafer 51 usato per fabbricare la piastra ugello 12.

Ad esempio il supporto 52 può essere realizzato con un wafer rotondo da 4" di diametro, con uno spessore di 0,5 mm, sia di tipo standard di silicio, oppure di vetro o di ceramica.

Il wafer 51 è esternamente ossidato, in modo da presentare lungo le sue due facce opposte, 51 a e 51b, un sottile strato 55 di ossido di silicio SiO2. ad esempio

spesso 0,3 0,4 pm.

Dopo il fissaggio sul supporto 52, il wafer 51 viene ricoperto in modo noto, lungo la faccia libera 51 a opposta a quella 51 b incollata sul supporto 52, con un sottile strato 53 di una sostanza sensibile alla luce, anche chiamata in inglese “fotoresist”, spesso 1-3 pm.

In particolare il fotoresist che costituisce lo strato 53 è di tipo positivo, ovvero è tale da essere in condizioni normali resistente a e non intaccabile da determinate sostanze, e da diventare invece facilmente scioglibile e rimovibile da parte di queste sostanze, se esposto ad una radiazione luminosa.

Secondo tecniche note e come mostrato in Fig. 3a - sez. (b), dopo la stesura sul wafer 51 questo strato 53 di fotoresist positivo viene successivamente illuminato con una luce 49 attraverso una apposita maschera 50 avente una determinata configurazione che corrisponde all'immagine positiva di quelle parti del circuito idraulico 21, ovvero il condotto di adduzione 22 e la camera 20, che verranno formate sulla piastra ugelli 12.

In questo modo lo strato 53 viene impressionato in modo da diventare rimovibile durante la successiva operazione solo nelle zone illuminate dalla luce 49.

Convenientemente, al fine di realizzare economie di scala e migliorare l'efficienza del processo produttivo, il wafer 51 può essere utilizzato per la fabbricazione di una pluralità di piastre ugello 12, ognuna corrispondente ad un'area elementare del wafer 51.

A questo scopo, la maschera 50 è predisposta con una configurazione che è costituita da una pluralità di profili uguali, ognuno riproducente un circuito idraulico 21 da realizzare su una corrispondente area elementare del wafer 51. Pertanto il fotoresist positivo 53 viene illuminato attraverso la maschera 50, e quindi diventa rimovibile, lungo una pluralità di zone uguali fra loro, una per ogni area elementare del wafer 51, che corrispondono ai profili della maschera 50.

Per semplicità, la Fig. 3a - sez. (b), come anche le seguenti, si riferiscono a e rappresentano le modifiche strutturali che si verificano solo in un'area elementare del wafer 51, essendo comunque chiaro che quanto mostrato in ciascuna di queste figure è da considerarsi ripetuto esattamente in ciascuna delle altre aree elementari del wafer 51.

Quindi, utilizzando tecniche note, lo strato 53 di fotoresist viene sviluppato, rimuovendo da esso le zone impressionate dalla luce e quindi non resistenti, in modo da scoprire, in corrispondenza di tali zone, lo strato sottostante 55 di SiO2, come mostrato in Fig. 3a - sez. (c).

In seguito, il wafer 51 viene sottoposto ad una operazione di incisione, che ha lo scopo di rimuovere, in corrispondenza delle aree non protette dallo strato superiore 53 di fotoresist, lo spessore superficiale 55 di SiO2, in modo da scoprire la sottostante parte di silicio.

Tipicamente questa operazione di incisione per rimuovere il SiO2 viene effettuata in un bagno liquido, o comunque in un ambiente umido, e per questo viene spesso anche identificata con l'espressione inglese "wet etching" o semplicemente "wet". Poi lo strato esterno 53 di fotoresist viene rimosso. In questo modo lo strato 55 di SiO2 forma la maschera protettiva per la successiva operazione di incisione del silicio costituente il wafer 51.

Secondo una variante del procedimento fin qui descritto, il wafer iniziale può essere privo, lungo le sue facce, dello strato superficiale di SiO2, ed essere pertanto costituito solo da silicio puro. In quest'ultimo caso, lo strato di fotoresist viene depositato direttamente sul silicio del wafer e sottoposto alle stesse operazioni di illuminamento, sviluppo, e rimozione già descritte in relazione al caso precedente del wafer ossidato in superficie, in modo da formare una maschera di protezione, per la successiva fase di incisione del silicio del wafer, che è esattamente equivalente a quella, realizzata tramite lo strato di S1O2, relativa al caso precedente. Per semplicità, solamente il caso del wafer 51 provvisto dei due strati superficiali di SiO2 viene rappresentato in Fig. 3.

In entrambi i casi sopra descritti, dopo la formazione della maschera di protezione per il silicio del wafer 51, come detto, o mediante lo strato di S1O2, oppure mediante uno strato di fotoresist, il wafer 51 viene sottoposto ad una o più ulteriori operazioni di incisione, che hanno lo scopo di asportare selettivamente il silicio del wafer 51 fino ad una determinata profondità, in modo da formare le camera 20 ed il condotto di adduzione 22, del circuito idraulico 21, che sono presenti sulla piastra ugello 12.

Questa fase di incisione, mostrata in Fig. 3a - sez. (d), viene realizzata mediante apposite apparecchiature in un ambiente sotto vuoto, dove il wafer 51 è soggetto all’azione di agenti allo stato gassoso o di plasma che si combinano con il silicio non protetto del wafer 51 per corroderlo ed asportarlo fino alla profondità voluta.

Pertanto, per contrasto con la fase di incisione prima citata e realizzata in ambiente umido, o "wet etching", questa fase di incisione è spesso identificata con la parola inglese “dry etching”.

Ad esempio in questo fase il wafer 51 viene scavato per una profondità di circa 10÷25 μm, in modo da formare una rientranza 54 costituita da due porzioni 54a e 54b, corrispondenti rispettivamente alla camera 20 ed al condotto di adduzione 22, in cui la porzione 54a ha una forma in pianta circa quadrata.

In seguito, uno strato spesso 56 di fotoresist negativo, costituito ad esempio da fotoresist negativo tipo SU8, dal nome della casa costruttrice, viene depositato, con un procedimento noto, lunga l'intera estensione del lato 51 a non incollato del wafer 51, in modo da ricoprire completamente anche la rientranza 54. Indicativamente questo strato 56 ha uno spessore di circa 15 ÷30 μm , per consentire di coprire il gradino definito dalla rientranza 54.

Si precisa che questo fotoresist negativo costituente lo strato 56 ha un comportamento opposto a quello del fotoresist positivo costituente il precedente strato 53, e quindi in condizioni normali è scioglibile a contatto di determinate sostanze, mentre, se illuminato, acquisisce una certa resistenza a queste sostanze.

Poi, come mostrato in Fig. 3b - sez. (e), questo strato spesso 56 viene illuminato, attraverso una determinata maschera 59, in modo tale da non ricevere la luce 49 in corrispondenza di quella porzione, dello stesso strato 56, indicata con 58 ed avente in pianta una forma quadrata, che riempie la porzione 54a, della rientranza 54, corrispondente all'incirca alla camera 20.

Successivamente, secondo quanto illustrato in Fig. 3b - sez. (f), lo strato 56 di fotoresist negativo viene sviluppato e scavato, con tecniche note, in modo da rimuovere la porzione non illuminata 58 e delimitare cosi, lungo il fondo della rientranza 54, adiacentemente alla camera 20, una ristretta area 61 , a forma quadrata e non protetta dallo strato 56, corrispondente alla zona dell’ugello 13 che verrà formato.

A questo punto, come mostrato in Fig. 3b - sez. (g), il wafer 51, viene sottoposto ad un ulteriore processo di incisione, che ha lo scopo di scavare il silicio del wafer 51 solo in corrispondenza dell'area ristretta 61 , quadrata, definita lungo il fondo della rientranza 54.

Questa incisione è di tipo wet, essendo eseguita in ambiente umido ad esempio utilizzando un composto quale KOH, ed è chiamata anche anisotropa, poiché essa si sviluppa lungo gli assi cristallografici del silicio che costituisce il wafer 51.

In particolare questa incisione causa la formazione di un foro cieco 62, avente una forma piramidale, come mostrato nella vista in pianta della stessa Fig. 3b - sez. (g).

Più in dettaglio, tenendo conto del lato dell’area quadrata scoperta 61, dello spessore, pari a arca 50 μm , della parete di silicio da incidere, e dell'inclinazione, pari a circa 54°, degli assi cristallografici dei silicio, l'incisione si sviluppa in modo tale da formare su tale parete un fora cieco piramidale 62, lasciando un sottile strato residuo di silicio, indicato con 60, al fondo del foro cieco 62.

A questo punto, dopo aver rimosso lo strato spesso 56 di fotoresist, il wafer 51 viene scollato, lungo il lato 51 b, dal supporto 52, e quindi pulito e successivamente rincollato lungo il lato opposto 51 a sullo stesso supporto 51 o su un altro sopporto simile.

Successivamente, come mostrato in Fig. 3b - sez. (h), il wafer 51 viene ricoperto lungo il lato 51 b, ora libero, con uno strato 57 di fotoresist positivo, rappresentato con linea a tratto e punto, che viene successivamente illuminato con una apposita maschera, impressionato e sviluppato, con le stesse tecniche già viste in precedenza, in modo da proteggere l'intera estensione dello strato 55 di ossido di silicio SiO2 disposto lungo il lato 51 b, ad eccezione di una ristretta area circolare adiacente alla parete 60 e corrispondente all'ugello 13.

Poi il wafer 51 è sottoposto ad un ulteriore processo di incisione tipo "wet", cioè tramite un bagno chimico, per rimuovere l'area circolare, non protetta, dello strato 55 di ossido di silicio SiO2, e scoprire una sottostante e corrispondente zona circolare del silicio del wafer 51.

In questo modo lo strato 55 forma una maschera protettiva per il silicio del wafer 51 durante la successiva operazione di incisione di tipo dry.

Naturalmente se il wafer 51 originalmente non era provvisto dello strato di SiO2 , questa maschera di protezione viene realizzata con uno strato di fotoresist, in modo analogo a quanto già visto in precedenza.

In particolare, in questo caso, lo spessore di fotoresist viene scelto con uno spessore adeguato, in rapporto allo spessore di silicio da incidere nella fase successiva, per consentire una corretta realizzazione di tale fase di incisione.

Poi, durante un processo di incisione tipo "dry", l'area circolare scoperta del silicio del wafer 51 , ovvero non protetta dallo strato 55, viene incisa, in modo da scavare la parete 60 e formare attraverso essa un foro passante 63 corrispondente all'ugello 13.

Infine il wafer 51, che, si ricorda, ha subito le operazioni prima descrìtte per ciascuna delle sue aree elementari, viene tagliato in singole unità corrispondenti a queste aree, e costituenti ognuna una piastra ugello 12.

In seguito le singole piastre ugello 12 sono lavate e controllate per verificare che non contengano difetti, e siano state formate correttamente. In questo modo si ottiene, a partire dal wafer 51, la struttura, costituente la piastra ugello 12, che è mostrata in Fig. 3b - sez. (i), sia lateralmente in sezione che in pianta.

Il procedimento 32 per fabbricare il substrato 11 segue in massima parte una sequenza nota ed adotta tecnologie anch'esse note, e pertanto non verrà descrìtto in modo dettagliato.

Si ricorda unicamente che questo procedimento 32 parte dalla disponibilità di un supporto o wafer di silicio 70, analogo a quello utilizzato per fabbricare la piastra ugelli 12, ma di spessore sensibilmente maggiore, ad esempio 0,5 mm, ed ha lo scopo di realizzare su tale supporto 70, oltre all'attuatore 15, determinati strati di protezione aventi la funzione di proteggere lo stesso attuatore 15 in modo da prolungarne la vita operativa.

Durante il procedimento 32 vengono anche realizzate la opportuna pista, o piste, per il collegamento elettrico dell’attuatore 15 con i circuiti adibiti a pilotarlo.

In particolare, come già anticipato, il procedimento 32 può anche comprendere la realizzazione, sul wafer di silicio 70, di specifici circuiti ausiliari, spesso chiamati con il termine inglese "drìver", atti ad essere condizionati dall'unità di controllo 19 per generare gli impulsi da inviare direttamente all’attuatore 15 per attivare l'eiezione delle gocce 16.

In modo analogo alla piastra ugello 12, e al fine di realizzare economie di scale e migliorare l'efficienza del ciclo produttivo del substrato 11, un unico wafer di silicio 70 può essere utilizzato per realizzare contemporaneamente una pluralità di substrati 11, eguali fra loro, ed ognuno corrispondente ad un'area o porzione elementare del wafer di silicio originale 70.

Per chiarezza, la struttura del substrato 11 che viene realizzata mediante le operazioni note prima citate e che corrisponde ad una porzione elementare del wafer 70 è rappresentata in Fig. 4 - sez. (a).

In particolare questa struttura comprende uno strato di base 71 di silicio corrispondente sostanzialmente allo spessore del wafer 70 iniziale di partenza; una zona 72, realizzata con la tecnologia MOS, che comprende una serie di circuiti o driver per controllare il funzionamento della testina di eiezione 10; un sottile strato 73 di ossido di silicio S1O2 accresciuto selettivamente sopra lo strato di silicio 71, ed in particolare mancante lungo la zona 72 con i circuiti MOS; un sottile film resistivo di limitata estensione o resistore 74, costituente l'attuatore 15; una o più piste, non rappresentate nel disegni ed estendentesi in senso normale al piano di Fig. 4, per collegare elettricamente il resistore 74 con i arcuiti della zona 72; uno strato di protezione 76 composto da nitruro di silicio e carburo di silicio e depositato sopra il resistore 74; ed uno strato 77, costituito da tantalio Ta, disposto sopra lo strato di nitruro/carburo 76 nell'area del resistore 15.

Lo strato 77 di Ta ha essenzialmente la funzione di proteggere il resistore 74 contro l'usura provocata dalle sollecitazioni meccaniche, a cui il resistore 74 è sottoposto, durante il funzionamento della testina di eiezione 10.

Tipicamente queste sollecitazioni sono causate dal fenomeno di cavitazione che si verifica per effetto del pompaggio del liquido 14, determinato dal resistore 74, per eiettare le gocce 16,

Come si vedrà meglio in seguito, questo strato 77 di tantalio è previsto per essere vantaggiosamente utilizzato anche durante la successiva operazione di giunzione del substrato 11 con la piastra ugello 12, per formare la testina di eiezione 10, ed ha questo scopo lo strato 77 di tantalio viene depositato sopra il wafer di silicio 70 in modo da coprire non solo l’area del resistore 74, ma da estendersi lateralmente lungo la zona dove la giunzione sarà realizzata.

Inoltre, sempre a questo scopo, lo strato 77 è formato in modo da avere, lungo il suo bordo, una porzione 77a, che è disposta esternamente rispetto a tale zona di giunzione.

Differentemente dalla tecnica nota e al fine di predisporne il substrato 11 per la successiva operazione, più avanti descritta, di giunzione con la piastra ugello 12, la struttura del substrato 11 comprende anche, lungo determinate zone di giunzione, uno strato superficiale esterno 78 di vetro borosilicato, depositato sopra lo strato 77 di tantalio.

Come mostrato in Fig. 4 - sez. (b), questo strato 78 di vetro borosilicato viene inizialmente depositato in modo continuo su tutto le aree del wafer originale 70, in modo da coprire completamente lo strato 77 di tantalio realizzato su tali aree.

In particolare lo strato 78 ha uno spessore di 1 ÷ 5 μm, ed è costituito da vetro borisilicato del tipo Pyrex 7740, o del tipo Schott 8329, contenente ioni di sodio e litio, con un coefficiente di dilatazione termica pari a e pertanto molto vicino a quello del silicio che è di

In questo modo lo strato 78 di vetro borosilicato ed il silicio del wafer 70 si accoppiano in modo ottimale senza determinare il sorgere di sollecitazioni meccaniche nellarea di giunzione.

La deposizione delle strato esterno 78 di vetro borosilicato sul substrato 11 viene realizzata in modo noto, ad esempio tramite il procedimento conosciuto con il termine inglese di “sputtering RF”, in cui il vetro borosilicato viene atomizzato e spruzzato sul substrato 11.

La deposizione dello strato 78 può anche essere effettuata tramite il procedimento noto con il termine inglese di “electron-beam evaporation”, in cui un raggio elettronico viene irradiato su un elettrodo costituito da vetro borosilicato, affinché il vetro borosilicato evapori e si depositi sul substrato 11.

Rispetto allo sputterìng, il procedimento di electron-beam evaporation presenta il vantaggio di essere più rapido, ovvero di essere in grado di depositate una maggiore quantità di materiale nel'unità' di tempo, ed inoltre di assicurare un migliore controllo stechiometrico dello strato 78 depositato di vetro borosilicato.

Poi questo strato continuo 78 di vetro borosilicato viene inciso con tecniche note in modo da scoprire l'area del resistere 74, e da restringere lo strato 78 all’area del substrato 11 destinata ad essere accoppiata con la piastra ugello 12.

In questo modo, lo strato di vetro borosilicato 78 forma una specie di cornice attorno al resistere 74. A questo scopo, lo strato continuo 78 viene prima ricoperto con uno strato di fotoresist positivo, che poi viene illuminato in modo selettivo, ed infine rimosso in corrispondenza delle zone illuminate, in modo da definire una maschera di protezione per il sottostante strato 78.

Successivamente, ancora con tecniche note e ad esempio mediante una fase di incisione tipo dry, lo strato 78 di vetro borosilicato viene rimosso lungo le aree non protette superiormente dal fotoresist.

In questo modo si ottiene la struttura, rappresentata in Fig. 4 - sez. (c), che costituisce il substrato 11.

Naturalmente, nel caso si utilizzi un unico wafer originale 70 per realizzare più substrati 11, questa struttura è duplicata nelle varie aree elementari del wafer di silicio 70.

In sintesi tale struttura comprende esemplificativamente uno strato residuo 78a di vetro borosilicato, il quale è ottenuto per incisione selettiva delio strato originale contìnuo 78 ed è disposto lateralmente rispetto al resistere 74, in modo da scoprire la porzione dello strato 77 di tantalio che protegge il resistere 74, e da definire inoltre una superficie di giunzione o saldatura 79 per l’accoppiamento del substrato 11 con la piastra ugello 12.

Allo scopo di assicurare i migliori risultati durante la successiva fase di giunzione del substrato 11 con la piastra ugello 12, fase che viene realizzata mediante la cosiddetta tecnologia di saldatura anodica come più avanti dettagliatamente descritto, preferìbilmente lo strato 78 di vetro borosilicato è sottoposto ad un'operazione di planarìzzazione lungo la superficie libera destinata ad accoppiarsi con la piastra ugello 12.

Questa operazione ha lo scopo di ridurre al minimo la rugosità della superficie dello strato 78 ed è ad esempio effettuata impiegando un procedimento di planarìzzazione chiamato CMP, dall'espressione inglese "Chemical-Mechanical Polishing".

Infatti, come è noto, il procedimento di saldatura anodica richiede un eccezionale grado di planarità delle superfici che devono essere accoppiate con questo procedimento.

Purtroppo il wafer 70, durante le operazioni, per la formazione del substrato 11 , che precedono il deposito dello strato di vetro borosilicato 78, acquisisce inevitabilmente un certo grado di rugosità, che lo stesso strato 78 di vetro borosilicato necessariamente riproduce ed amplifica.

Pertanto il procedimento di planarizzazione CMP ha lo scopo di porre rimedio a questo progressivo aumento di rugosità sul wafer 70, assicurando un elevatissimo grado di planarità della superficie dello strato 78 di vetro borosilicato destinata ad accoppiarsi a contatto con la piastra ugello 12.

In particolare questo procedimento di planarìzzazione tipo CMP può essere effettuato dopo la stesura dello strato continuo 78 di vetro borosilicato, e prima della sua incisione per definire lo strato residuo 78a e la corrispondente superficie di giunzione 79.

Come già anticipato, e secondo una caratteristica della presente invenzione, la piastra 12 con l'ugello 13 ed il substrato 11, dopo essere stati fabbricati separatamente l'uno dall'altro come prima descrìtto, vengono uniti rigidamente mediante un procedimento di giunzione basato sulla cosiddetta tecnologia di saldatura anodica, frequentemente chiamata anche con il corrispondente termine inglese "anodic bonding".

Per informazione, si precisa che la saldatura anodica costituisce una tecnologia di giunzione che si è sviluppata e perfezionata negli ultimi anni, e che attualmente viene applicata in misura sempre più vasta in molteplici settori della tecnica, in particolare nel campo delle microstrutture, anche indicato con la sigla MEMS dall'espressione inglese "Micro ElectroMechanical System”, allo scopo di realizzare una stabile ed efficace giunzione fra due parti che compongono una microstruttura.

Ad esempio questa tecnologia di giunzione a saldatura anodica viene vantaggiosamente utilizzata per unire strutturalmente fra loro due wafer di silicio, nel qual caso essa viene anche indicata con l'espressione inglese "silicon-to-silicon anodic bonding".

Come è noto, la tecnologia di saldatura anodica viene impiegata per unire due superfici aventi un elevato grado di pianarità, e si basa essenzialmente sul principio di porre in reciproco contatto ad una opportuna pressione e temperatura le due superfici da unire, e di applicare quindi un certo potenziale esse.

In questo modo infatti la zona di giunzione diventa sede di opportune cariche elettrostatiche tendenti ad attrarre reciprocamente e compenetrare le molecole delle due superfici, in modo da realizzare una coesione strutturale fra esse.

Sovente questa tecnologia richiede che le superfici destinate ad accoppiarsi a contatto siano adeguatamente predisposte, ad esempio tramite il deposito su almeno una di esse di un opportuno strato di materiale.

Inoltre, come già detto, tale tecnologia richiede anche che le due superfici da accoppiare siano estremamente piane e prive di rugosità, ovvero perfettamente combacianti lungo la zona di contatto, affinché il fenomeno della compenetrazione e coesione strutturale fra le rispettive molecole possa avere luogo.

Ulteriori dettagli e informazioni sulla tecnologia di anodic bonding sono reperibili nelle seguenti pubblicazioni qui sotto citate a scopo di riferimento :

“Field Assisted Glass-Metal Sealing”, pubblicato a pag. 3946, del volume 40, No. 10, Settembre 1969, della rivista “Journal of applied phisics”;

“Fabrication of a silicon-Pyrex-silicon stack by a.c. anodic bonding pubblicato a pag.

219 e seguenti, del No. A 55, 1996, della rivista "sensore and Actuatore";

"Anodic bonding technique under low temperature and low voltage using evaporateti glass”, pubblicato al Voi. 15, No. 2, Marzo/Aprile 1997, della rivista "Journal Vacuum Science Technology'’;

“Silicon-to-silicon wafer bonding using evaporateti glass", pubblicato a pag. 179 e seguenti, del No. A 70, 1998, della rivista "Sensore and Actuatore”.

Per completezza, la Fig. 5 rappresenta schematicamente la fase di giunzione della piastra ugello 12 con il substrato 11 mediante la tecnica di anodic bonding, e l'apparecchiatura o macchina di saldatura anodica, indicata generalmente con 85, che viene utilizzata per eseguire tale giunzione.

In particolare la macchina di saldatura anodica 85 comprende due contro-elettrodi, indicati con 81 e 82, previsti per operare rispettivamente da anodo e da catodo durante la fase della saldatura anodica. Nel dettaglio, inizialmente la piastra ugello 12 ed il substrato 11 vengono disposti in reciproco contatto lungo la superficie liscia 79 definita dallo strato di vetro borosilicato 78a, ed inoltre allineate con precisione l'uno rispetto all'altro. Quindi, durante un'operazione di puntatura, la piastra ugello 12 ed il substrato 11 sono collegati in modo provvisorio l'uno con l'altro, ad esempio mediante un raggio laser, oppure mediante un opportuno adesivo, affinché siano tenuti insieme, almeno fino alla realizzazione della giunzione definitiva. Poi il gruppo formato dalla piastra ugello 12 e dal substrato 11 viene caricato sulla macchina di saldatura anodica 85, appoggiando il substrato 11 su un elemento riscaldatore 83 che ha la funzione di riscaldare e mantenere il substrato 11 ad una temperatura compresa fra 200 e 400°C, durante la saldatura anodica.

inoltre il gruppo formato dalla piastra ugello 12 e dal substrato 11 viene predisposto sulla macchina di saldatura 85 appoggiando l'anodo 81 di quesfultima sopra la piastra ugello 12, con una certa pressione, ed inoltre collegando elettricamente il catodo 82 della stessa macchina di saldatura anodica 85 con la porzione 77a, dello strato di tantalio 77, che si estende esternamente alla zona di contatto fra il substrato 11 e la piastra ugello 12. In particolare l'anodo 81 ha una forma a piastra tale da coprire praticamente la piastra ugello 12 per l'intera sua estensione.

Il catodo 82 della macchina di saldatura 85 viene anche collegato allo strato principale di silicio del substrato 11, ed al riscaldatore 83, per mantenerli allo stesso potenziale durante l’operazione di saldatura. A questo punto, la macchina di saldatura anodica 85 applica, ad esempio durante un periodo di 15 minuti, un potenziale definito da una tensione V, compresa indicativamente fra 50 e 500 volt, fra l’anodo 81 ed il catodo 82, attivando così quel fenomeno chiamato, come detto, saldatura anodica che determina la coesione strutturale fra il vetro borosilicato dello strato 78a e l’ossido di silicio SiO2 presente lungo la superficie della piastra ugello 12.

Essendo il tantalio conduttivo, lo strato 77 opera durante questa fase di saldatura anodica come una vera e propria piastra di catodo che distribuisce la differenza di potenziale generata dalla macchina di saldatura anodica 85 attraverso la zona di giunzione, affinché la saldatura assuma caratteristiche uniformi lungo la sua estensione.

Pertanto il substrato 11 e la piastra ugello 12 sono uniti rigidamente e strutturalmente mediante una giunzione, indicata con 25, che si estende lungo una corrispondente zona di giunzione definita dallo strato 78a di vetro borosilicato depositato sul substrato 11, .

In questo modo si forma la testina di eiezione 10, con il relativo circuito idraulico interno 21 destinato a convogliare all'interno della stessa testina di eiezione 10 il liquido 14.

La testina di eiezione 10 fabbricata nel modo suddetto con la giunzione 25 presenta numerosi e rilevanti aspetti di innovazione rispetto alla tecnica nota.

Per prima cosa, a differenza di quanto avviene nella tecnica nota, il substrato 11 e la piastra ugello 12 della testina di eiezione 10 sono intimamente uniti fra loro con un processo di giunzione che non comporta l'impiego di sostanze aggiuntive, quali collanti od altri composti, in genere di tipo organico, tali da creare una certa discontinuità strutturale nella zona di giunzione.

Infatti la tecnologia di anodic bonding, mediante la quale la giunzione 25 ò realizzata, si caratterizza proprio per la sua capacità di realizzare una completa continuità e compenetrazione strutturale fra i materiali delle parti che vengono unite, nel caso specifico fra il silicio costituente la piastra ugello 12 ed il vetro borosilicato depositato sul substrato 11.

In particolare la struttura della testina di eiezione 10 ottenuta attraverso il presente metodo non presenta, né nelle parti che la compongono, né lungo la giunzione 25, sostanze di tipo organico, o altri materiali simili, per cui la testina di eiezione 10 può essere vantaggiosamente impiegata, senza subire danni, quali ad esempio corrosioni, e/o scollamenti, che ne comprometterebbero il funzionamento, anche con liquidi particolarmente aggressivi nei confronti dei composti organici.

Come concetto generale, si può affermare che la testina di eiezione 10 dell'invenzione è caratterizzata dal fatto di comprendere, fra la piastra ugello 12 ed il substrato 11 portante l’attuatore di eiezione 15, una giunzione 25 che ha la proprietà di essere sostanzialmente inerte sotto l'aspetto chimico.

In altre parole questa giunzione 25, in rapporto con il liquido 14 che è contenuto nel circuito idraulico 21 della testina di eiezione 10 e che pertanto lambisce la zona della giunzione 25 per essere eiettato in forma di gocce dalla stessa testina di eiezione 10, presenta speciali proprietà di resistenza alia corrosione chimica da parte di tale liquido 14, come anche di non combinabilità chimica con quest'ultimo, che sono almeno pari ed equivalenti, e comunque non inferiori, a quelle dei materiali, in particolare il silicio, e/o delle parti che compongono la struttura della piastra ugello 12 e del substrato 11, e che sono anch’essi lambiti dal liquido 14.

Descrizione di un primo esempio di applicazione dell’invenzione per realizzare una testina di stampa a getto d'inchiostro

La Fig. 6 mostra in sezione una testina di stampa a getto d’inchiostro, indicata genericamente con 110 ed atta ad essere alimentata con inchiostro 140, la quale è realizzata in conformità con il metodo dell'invenzione. Laddove possibile, le parti della testina di stampa 110 corrispondenti a quelle della testina di eiezione 10 sono indicate con riferimenti numerici incrementati di 100 rispetto alla testina di eiezione 10.

In particolare la testina di stampa 110 comprende una piastra ugelli 112 ed un substrato 111, anche chiamato in inglese “die", che sono fabbricati, distintamente l’uno dall’altro, e poi uniti rigidamente insieme mediante una giunzione 125, in modo analogo al procedimento di fabbricazione descritto in connessione con la testina di eiezione 10. In particolare la giunzione 125 è realizzata mediante la tecnologia di saldatura anodica, dopo avere opportunamente predisposto il substrato 111 depositando su esso uno strato 178 di vetro borosilicato.

Il substrato 111 e la piastra ugelli 112 definiscono una pluralità di unità di eiezione, indicate con 110a, 110b, 111c, ecc. , che sono disposte lungo un lato di eiezione 150 della testina di stampa 110 ed hanno, ognuna di esse, una struttura corrispondente a quella della testina di eiezione 10,.

Ogni unità di eiezione 110a, 110b, 110c, ecc., comprende un rispettivo ugello, in ordine indicato con 113a, 113b, 113c, ecc. ; un rispettivo attuatore 115a, 115b, 115c, ecc. ; e una rispettiva camera di eiezione 120a, 120b, 120c, ecc..

La testina di stampa 110 è inoltre provvista al suo interno di un circuito idraulico 121 che ha la funzione di alimentare l’inchiostro 140 da un unico serbatoio 117 alle varie unità di eiezione 110a, 110b, 110c, ecc. , e che comprende, oltre alle camere 120a, 120b, 120c, ecc. , una pluralità di canaletti di adduzione 122, ognuno comunicante con una rispettiva camera di eiezione 120a, 120b, 120c, ecc. , ed un'asola centrate 123 formata attraverso il substrato 111.

In particolare l'asola centrale 123 comunica ad una estremità con il serbatoio 117, ed all'estremità opposta con la pluralità di canaletti di adduzione 122, che a loro volta sono disposti sia da una parte che dall’altra dell’asola 123 per mettere in comunicazione l’asola 123 con le camere di eiezione 120a, 120b, 120c, ecc. , delle varie unità di eiezione 110a, 110b, 110c, ecc..

In questo modo l'inchiostro 140 può fluire dal serbatoio 117 ad ogni singola unità di eiezione 110a, 110b, 110c, ecc. , attraverso il circuito idraulico 121. Come già accennato, il metodo per fabbricare la testina di stampa 110 è sostanzialmente simile a quello per fabbricare l’eiettore 10.

Anche in questo caso, al fine di migliorare l'efficienza della produzione industriale di massa di queste testine di stampa 110, un unico wafer di silicio può essere utilizzato sia per fabbricare una molteplicità di substrati 111 , e sia per fabbricare una molteplicità di piastre ugelli 112, con ovvi vantaggi in termini di minori costi nella produzione industriale.

Nel dettaglio, come rappresentato schematicamente in Fig. 7, una molteplicità di piastre ugelli 112, corrispondenti a porzioni elementari 112a, 112b, 112c, ecc. ,di un wafer originale di silicio 151, vengono realizzate insieme su tale wafer originale di silicio, attraverso le fasi descritte con riferimento alla piastra ugello 12, in modo da formare per ciascuna piastra ugelli 112 le rispettive camere di eiezione 120a, 120b, 120c, ecc. , ed i rispettivi ugelli 113a, 113b, 113c, ecc. ..

Infine, in conformità a quanto indicato dalla freccia 160, questo wafer 151 viene tagliato o singolarizzato in unità ognuna delle quali costituisce una piastra ugelli 112.

Analogamente e come mostrato in Fig. 8, una molteplicità di substrati 111, ognuno corrispondente ad una porzione elementare 111a, 111 b, 111c, ecc. , di un singolo wafer originale di silicio 170, vengono formati contemporaneamente su quest’ultimo tramite le fasi già descritte con riferimento al substrato 11.

In particolare queste porzioni o aree elementari 111 a, 111 b, 111 c, ecc. del wafer di silicio 170 sono sottoposte ad una serie di operazioni in modo da realizzare, in corrispondenza di ognuna di esse, una struttura del tipo di quella raffigurata in Fig. 4 - sez. (c), con uno strato di vetro borosilicato 178 che definisce una zona di giunzione per la successiva operazione di saldatura anodica.

Convenientemente, al fine di predisporre il wafer di silicio 170 per la successiva operazione di giunzione con la saldatura anodica, gli strati conduttivi di tantalio delle varie aree 111 a, 111 b, 111 c, ecc. sono interconnessi l’uno con l'altro e con un anello conduttivo 177a realizzato lungo il bordo del wafer 170, così da formare, lungo la superficie dello stesso wafer 170, una maglia 177, che viene anche chiamata maglia o rete equipotenziale per la sua capacità di mantenere ad uno stesso potenziale le varie aree elementari 111 a, 111 b, 111 c, ecc. durante la giunzione con le piastre ugelli 112.

Una rete equipotenziale del tipo della maglia 177 è descritta nella domanda di brevetto italiano No. T099A000987, depositata il 15 novembre 1999 a nome della Richiedente, la quale domanda viene qui citata a scopo di riferimento per ogni dettaglio, non esposto nella presente descrizione, sulla configurazione e le caratteristiche della maglia 77.

In questo modo il wafer di silicio 170 acquisisce una struttura che integra una pluralità di aree elementari 111a, 111b, 111c, ecc. , ognuna corrispondente ad un substrato 111, le quali sono già predisposte per la giunzione con le rispettive piastre ugelli 112.

Poi le singole piastre ugelli 112, che, come detto, sono state fabbricate a parte, vengono montate, allineate, e provvisoriamente fissate, ad una ad una, sulle varie aree elementari 111 a, 111b, 111c, ecc. , definite sul wafer di silicio 170 e pertanto ancora rìgidamente collegate fra loro. A questo punto è possibile procedere con la fase vera e propria di saldatura anodica, in cui ciascuna piastra ugelli 112 viene unita con la corrispondente area elementare 111a, 111 b.

111c, ecc. del wafer di silicio 170, applicando un determinato potenziale fra essi tramite un'apposita macchina di saldatura anodica.

Allo scopo di consentire un corretto appoggio dell'anodo sulle varie piastre ugelli 112 e pertanto una loro saldatura ottimale con le rispettive aree 111a, 111b, 111c, ecc. del wafer di silicio 170, questa macchina di saldatura anodica presenta un anodo opportunamente modificato, ed in particolare suddiviso in una pluralità di elementi, ognuno corrispondente ad una piastra ugelli 112, i quali sono montati su una struttura molleggiata tale da consentire limitati movimenti fra un elemento di anodo ed un altro.

Infatti, in questo modo, ciascuno di questi elementi di anodo è in grado di adattarsi, indipendentemente dagli altri, alla corrispondente piastra ugelli 112, così da appoggiarsi perfettamente su quest'ultima con la corretta pressione, quando l’anodo della macchina di saldatura anodica viene globalmente portato a contatto contro le varie piastre ugelli 112.

A sua volta, il catodo della macchina di saldatura viene messo a contatto, eventualmente in più punti, con l’anello esterno conduttivo 177a, con il quale i vari strati di tantalio, formanti la maglia 177 e disposti sulle areole elementari del wafer di silicio 170, sono collegati.

In questo modo tutti questi strati di tantalio sono portati e mantenuti allo stesso potenziale, durante la fase di saldatura anodica.

In particolare tale fase di saldatura anodica consiste, come già detto, nel porre in reciproco contatto ad una determinata pressione e temperatura ciascuna piastra ugelli 112 con la rispettiva area 11 a, 111b, 111c, ecc. , e nell’applicare un opportuno potenziale fra essi, mediante l’anodo che preme con i suoi elementi su ciascuna piastra ugelli 112, ed il catodo che è collegato, attraverso la maglia 177, con gli strati di tantalio disposti su ciascuna area 111a, 111b, 111 c, ecc. .

In questo modo si realizza quell’intima coesione strutturale, tipica della tecnologia di saldatura anodica, fra ciascuna piastra ugelli 112 e la corrispondente area elementare 111a, 111 b, 111 c, ecc. del wafer di silicio 170.

Infine, dopo la realizzazione della giunzione, il wafer di silicio 170 viene tagliato o singolarizzato in singoli blocchetti, ognuno dei quali è formato da una piastra ugelli 112 e da un substrato 111 rigidamente e strutturalmente collegati fra loro, e costituisce un gruppo di eiezione atto ad essere successivamente assemblato con un serbatoio per formare una testina di stampa 110 come quella mostrata in Fig. 6.

Il metodo dell'invenzione consente di realizzare una testina di stampa in grado di operare con inchiostri decisamente più aggressivi rispetto a quelli neutri, in genere a base acqua o alcool, utilizzati sulle testina tradizionali a getto d'inchiostro. Infatti i cosiddetti inchiostri aggressivi, mentre sono del tutto innocui in rapporto con la testina dell’invenzione, hanno la capacità, se usati con le testine di stampa tradizionali, di danneggiarne irreparabilmente la struttura in un tempo molto breve, in particolare nella zona o nelle zone di giunzione fra le parti che compongono le testine di stampa tradizionali, essendo, come noto, tali giunzioni realizzate con sostanze facilmente attaccabili da e/o combinabili con questi inchiostri aggressivi. Inoltre questo metodo che adotta la tecnologia di saldatura anodica ha l'ulteriore vantaggio, rispetto ai metodi tradizionali, di comportare l'insorgere di minori dilazioni termiche e in generale minori deformazioni durante la fase di giunzione fra la piastra ugello ed il substrato, entrambi di silicio, per formare la testina di stampa a getto d’inchiostro.

Al contrario, nel metodo tradizionale, la piastra ugello ed il substrato, come pure il circuito idraulico sono normalmente costituiti di materiali diversi, quali ad esempio: metallo, silicio, e plastica, per cui queste parti, quando vengono collegate insieme per formare la testina di stampa, possono dare luogo a reciproche deformazioni tali da influire negativamente sulla precisione di fabbricazione della testina di stampa.

Pertanto, in sintesi, il metodo dell'Invenzione consente di rispettare tolleranze di fabbricazione e montaggio estremamente basse, e pertanto di raggiungere precisioni costruttive nella produzione di testine di stampa decisamente più elevate rispetto al metodo tradizionale.

Descrizione di un secondo esempio di applicazione dell'invenzione concernente un iniettore per motori endotermici

La Fig. 8 illustra schematicamente un’applicazione in cui la testina di eiezione dell'invenzione costituisce un iniettore di combustibile per un motore endotermico, indicato genericamente con 200, e comprendente almeno un cilindro 201 con un pistone 202 ed una camera di scoppio 203; un condotto di adduzione 204 dell’aria fresca alla camera di scoppio 203, ed un condotto di scarico 206 dei fumi dalia camera di scoppio 203.

Per semplicità un solo cilindro 201 è rappresentato in Fig. 9. anche se è chiaro che il motore 200 può comprendere una molteplicità di cilindri, secondo tipologie ampiamente note nella tecnica.

Una valvola 207 è disposta in corrispondenza della zona di sbocco di ciascuno dei condotti 204 e 206 nella camera di scoppio 203, al fine di escludere o meno il flusso d'aria verso ed il flusso dei fumi da quest’ultima. Il condotto di adduzione 204 è atto a ricevere l'aria da zona di filtraggio 208, dove l’aria fresca viene opportunamente filtrata, ed alloggia al suo interno una valvola a farfalla 209 che ha la funzione di controllare il flusso di aria filtrata diretto secondo il senso della freccia 205 verso la camera di scoppio 203.

L’iniettore, indicato con 210, ha la funzione di eiettare gocce di combustibile, quale benzina o gasolio, nel condotto di adduzione 204, in quantità esattamente controllate da una unità di controllo 211, associata con l’eiettore 210, in modo da formare con l'aria filtrata proveniente dalla zona di filtraggio 206 una miscela aria-carburante che alimenta la camera di scoppio 203.

In particolare le quantità ottimali di combustibile da eiettare in forma di gocce sono determinate dall'unità di controllo 211 sulla base di dati inviati a questultima, tramite linee 212, da opportuni sensori del motore.

L'iniettore può essere montato nella posizione indicata con A, dopo la valvola a farfalla 209, nel caso di iniezione Multipoint (anche indicata con MPI dall'espressione inglese “Multi Point Injection"), cioè con un iniettore per ciascun cilindro ; oppure anche, in alternativa, nella posizione indicata con B, prima della farfalla 209, nel caso di iniezione single point ( SPI ), cioè con un unico iniettore che genera la miscela aria-carburante che viene poi ripartita tra i vari cilindri. In quest’ultimo caso il condotto di adduzione dell’ana si divide in più condotti corrispondenti ai cilindri del motore, subito dopo la farfalla 209.

In questo modo l'iniettore 210 dell'invenzione consente di dosare con grande precisione la quantità di combustibile erogata al cilindro, od ai cilindri, del motore, così da ottenere migliori prestazioni dello stesso motore, come ad esempio un più elevato rendimento termico, rispetto ai motori tradizionali.

Inoltre l'iniettore presenta una struttura particolarmente robusta ed idonea a resistere efficacemente al sistema di sollecitazioni termiche, meccaniche, nonché alle azioni corrosive di natura chimica dipendenti dai combustibili utilizzati, che sono tipicamente presenti nei motori endotermici.

Altre possibili applicazioni della testina di iniezione conforme all'invenzione

Le forme di applicazione della testina di eiezione fabbricata in conformità al presente metodo non sono limitate a quelle precedentemente descritte.

Infatti questa testina di eiezione, in virtù della sua struttura chimicamente inerte nella zona di giunzione fra il supporto di attuazione e la piastra ugello, si presta per essere usata in una molteplictà di settori che richiedono un'iniezione precisa di liquidi speciali, a volte specificatamente sviluppati per questi settori, e decisamente più aggressivi dal punto di vista chimico rispetto agli inchiostri, a base acqua od anche a base alcool, che vengono usualmente impiegati per la stampa su supporti cartacei mediante le convenzionali testine di stampa a getto d'inchiostro.

In particolare si cita il campo della marcatura industriale in genere, in cui questa testina di eiezione potrebbe essere vantaggiosamente utilizzatata per eiettare liquidi, quali vernici od inchiostri speciali, in grado di aderire stabilmente anche a supporti non cartacei, quali laminati plastici o metallici, al fine di realizzare particolari grafie su tali supporti.

Ad esempio la testina di eiezione potrebbe essere impiegata per realizzare immagini personalizzate su supporti plastici, come quelli che vengono genericamente chiamati con la parola "badge", oppure su numerosi prodotti di largo consumo, quali sci, caschi, piastrelle, oggetti regalo, ed altri ancora. Infatti i liquidi già attualmente impiegati per queste applicazioni di marcatura, e probabilmente anche quelli che verranno sviluppati in futuro, sono incompatibili con l'uso sulle testine di stampa tradizionali, in quanto sono preparati con sostanze o solventi che danneggerebbero irrimediabilmente la struttura di tali testine tradizionali, mentre al contrario essi potrebbero essere impiegati senza alcun inconveniente con la presente testina di eiezione .

A puro titolo esemplificativo si citano nel seguito alcuni tipi di solventi che già oggi trovano ampia applicazione in prodotti quali combustibili, vernici e inchiostri da stampa, e che potrebbero essere utilizzati per preparare liquidi da utilizzare, senza inconvenienti, in combinazione con la testina di eiezione dell'invenzione, grazie alla struttura chimicamente inerte di questiultima : idrocarburi alitatici e aromatici quali: paraffine liquide, toluene, xilene;

alcooli alitatici e aromatici quali: metanolo, alcool isopropilico, alcool n-propilico, alcool secbutilico, alcool isobutilico, alcool n-butilico, alcool benzilico, cicloesanolo;

esteri quali: metti acetato, etti acetato, isopropil acetato, n-propil acetato, sec-butil acetato, isobutil acetato, n-butil acetato, amil acetato, 2-etossietilacetato;

glicoeteri quali: 2-metossietanolo, 2-etossietanolo, 2-butossietanolo;

chetoni quali: acetone, metil etil chetane, metti isobutil chetane, metil isoamil chetane,

cicloesanone;

lattoni quali: 6-caprolattone monomero.

Un altra possibile applicazione della presente testina di eiezione è quello della microdosatura, in particolare ma non esclusivamente nel settore biomedicale. Infatti questa testina di eiezione, grazie alla sua struttura chimicamente inerte e priva di sostanze organiche, può essere impiegata senza inconvenienti per eiettare e dosare una vasta gamma di liquidi impiegati nel campo medico, ad esempio in generale liquidi organici e più in particolare liquidi contenenti urea, oppure liquidi del tipo dell'insulina, od ancora altri liquidi medicali che necessitano di essere dosati con particolare precisione in determinate funzioni mediche. Anche l'impiego della presente testina di eiezione per eiettare in modo controllato liquidi edibili, ovvero di tipo alimentare, può rientrare fra le possibili forme di applicazione dell'invenzione. In generale si può affermare che questa testina di eiezione ha una struttura, inerte chimicamente, che, oltre al vantaggio di non essere corrodibile da una vasta gamma di liquidi impiegati nel campo medico, ha anche l'ulteriore vantaggio di non combinarsi con tali liquidi, e quindi di non alterarne ed offenderne anche minimamente le caratteristiche mentre sono conservati in tale testina di eiezione.

Resta inteso che al metodo per fabbricare una testina di eiezione di un liquido in forma di gocce, come pure alla testina di eiezione fabbricata in conformità a tale metodo, fin qui descrìtti, possono apportarsi modifiche e/o perfezionamenti, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la fabbricazione di una testina di eiezione (10; 110), o eiettore, atta ad eiettare un liquido (14; 140} in forma di gocce (16), ed avente al suo interno un circuito idraulico (21; 121) per contenere e convogliare detto liquido (14; 140), comprendente le seguenti fasi : fabbricare una piastra ugello (12; 112) avente almeno un ugello di eiezione (13; 113a, 113b, 113c); fabbricare un substrato (11; 111) o supporto di attuazione avente almeno un attuatore (15; 115a, 115b, 115c) per attivare l'eiezione di dette gocce (16) di liquido attraverso detto almeno un ugello (13; 113a, 113b, 113c); e unire solidalmente detta piastra ugello (12; 112) e detto substrato (11; 111) fra loro per formare detta testina di eiezione (10; 110) insieme con il relativo circuito idraulico (21; 121), in cui detta fase di unire comprende la realizzazione di una giunzione (25; 125), fra detta piastra ugello (12) e detto substrato (11), prevista per essere lambita da detto liquido (14; 140) contenuto nel circuito idraulico (25; 125), caratterizzato da ciò che detta giunzione (25; 125) è inerte chimicamente in rapporto a detto liquido (14; 140) in misura almeno pari, e comunque non inferiore, ai materiali e/o alle parti, di detta piastra ugello (12; 112) e di detto substrato (11; 111), che sono previste per essere lambite da detto liquido (14; 140).
2. Metodo per la fabbricazione di una testina di eiezione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da ciò che sia detta piastra ugello (12; 112) e sia detto substrato (11; 111) sono costituiti essenzialmente di silicio, ciascuno di essi essendo realizzato a partire da un rispettivo wafer di silicio (51, 70; 151, 170).
3. Metodo per la fabbricazione di una testina di eiezione secondo la rivendicazione 1,, caratterizzato da ciò che detta giunzione (25; 125) è realizzata mediante la cosiddetta tecnologia di saldatura anodica o "anodic bonding".
4. Metodo per la fabbricazione di una testina di eiezione secondo la rivendicazione 3, caratterizzato da ciò che comprende, allo scopo di predisporre detto substrato (11; 111) e detta piastra ugello (12; 112) per essere uniti mediante detta tecnologia di saldatura anodica, una fase preliminare di depositare uno strato di vetro borosilicato (78; 178) sulla superficie esterna o di detto substrato o di detta piastra ugello.
5. Metodo per la fabbricazione di una testina di eiezione secondo la rivendicazione 4, caratterizzato da ciò detto strato di vetro borosilicato (78) ò costituito da Pyrex contenente sodio.
6. Metodo per la fabbricazione di una testina di eiezione secondo la rivendicazione 4, caratterizzato da ciò che comprende una fase di planarizzazione (CMP) per planarizzare detto strato di vetro borosilicato (78) lungo la superficie libera destinata ad accoppiarsi con detta piastra ugello (12).
7. Metodo per la fabbricazione di una testina di eiezione secondo la rivendicazione 4, caratterizzato da ciò che comprende, successivamente a detta fase preliminare, una fase di incidere detto strato di vetro borosilicato (78; 178) per scoprire la zona di detto attuatore (15; 115a, 115b, 115c) e definire le aree di giunzione (78a) fra detto substrato (11; 111) e detta piastra ugello (12; 112).
8. Metodo per la fabbricazione di una testina di eiezione secondo la rivendicazione 7, in cui detto substrato (11; 111) è provvisto di uno strato condutivo (77; 177) di protezione, che si estende sopra la zona di detto attuatore (15; 115a, 115b, 115c), e sul quale detto strato di vetro borosilicato (78; 178) è depositato, caratterizzato da ciò la saldatura anodica fra detta piastra ugello (12; 112) e detto substrato (11; 111) è realizzata collegando deta piastra ugello (12) e detto strato condutivo (77) rispettivamente ad un primo (81) e ad un secondo controelettrodo (82) di una apposita macchina (85) di saldatura anodica, e poi applicando mediante detta macchina (85) una determinata tensione fra detti controelettrodi (81, 82).
9. Metodo per la fabbricazione di una testina di eiezione secondo la rivendicazione 8, caratterizzato da ciò che detto primo controelettrodo (81) è formato da una piastra appoggiata su detta piastra ugelli (12) lungo il lato recante detto ugello di eiezione (13) e da ciò che, durante la fase di saldatura anodica, detto primo controelettrodo (81) opera da anodo, mentre detto secondo controelettrodo (82) opera da catodo.
10. Metodo per la fabbricazione di una testina di eiezione secondo la rivendicazione 8, caratterizzato da ciò che, durante detta saldatura anodica, detto substrato (11) ò mantenuto ad una prefissata temperatura mediante un elemento riscaldatore (83).
11. Metodo per la fabbricazione di una testina di eiezione secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui detto attuatore (15; 115a, 115b, 115c) è del tipo termico ed in particolare è costituito da una resistenza (74) che è atta a riscaldarsi rapidamente per generare, all'interno di detto liquido, una bolla di vapore tale da causare l'eiezione di dette gocce, caratterizzato da ciò che detto strato conduttivo di protezione (77; 177) è realizzato con tantalio (Ta).
12. Metodo per la fabbricazione di una testina di eiezione secondo la rivendicazione 8, caratterizzato da ciò che detto strato conduttivo (77) è realizzato con una porzione (77a) che si estende, lungo detto substrato (11), all’esterno della zona di giunzione fra quest’ultimo e detta piastra ugello (12), e che ha lo scopo di consentire il collegamento fra detto strato conduttivo (77) e detto secondo contro-elettrodo (82) di detta apposita macchina (85) di saldatura anodica.
13. Testina di eiezione (10; 110), o eiettore, atta ad eiettare un liquido (14; 140) in forma di gocce (16), comprendente ; una piastra ugello (12; 112) avente almeno un ugello di eiezione (13; 113a, 113b, 113c); un substrato (11; 111) o supporto di attuazione avente almeno un attuatore (15; 115a, 115b, 115c) per attivare l'eiezione di dette gocce (16) di liquido attraverso detto almeno un ugello (13; 113a, 113b, 113c); un circuito idraulico (21; 121) per contenere e convogliare detto liquido all’interno di detta testina di eiezione (10; 110); e una giunzione (25; 125) che unisce detta piastra ugello (12; 112) e detto substrato (11; 111) solidalmente fra loro e che è prevista per essere lambita dai liquido (14) contenuto in detto circuito idraulico (25; 125), caratterizzata da ciò che detta giunzione (25; 125) è inerte chimicamente in rapporto a detto liquido in misura almeno pari, e comunque non inferiore, ai materiali e/o alle parti che compongono la struttura di detta piastra ugello (12; 112) e di detto substrato (11; 111) e che sono previste per essere lambite da detto liquido (14; 140).
14. Testina di eiezione secondo la rivendicazione 13, caratterizzata da ciò che sia detta piastra ugello (12) e sia detto substrato (11) sono costituiti essenzialmente di silicio, ciascuno di essi essendo realizzato a partire da un rispettivo wafer di silicio (51, 70).
15. Testina di eiezione secondo la rivendicazione 13 o 14, caratterizzata da ciò che detta giunzione (25; 125) è realizzata mediante la cosiddetta tecnologia di saldatura anodica o “anodic bonding".
16. Testina di eiezione secondo la rivendicazione 15, caratterizzata da ciò che comprende, nella zona di giunzione fra detto substrato (11) e detta piastra ugello (12), una strato di vetro borosilicato (78, 78a) che è stato preliminarmente depositato sulla superficie esterna o di detto substrato (11) o di detta piastra ugello (12) per predisporli alla giunzione mediante detta saldatura anodica.
17. Testina di eiezione secondo la rivendicazione 15, in cui detto substrato (11) è provvisto di uno strato conduttivo (77) di protezione per proteggere detto attuatore (15), caratterizzata da ciò detto strato conduttivo (77) si estende, oltre che lungo la zona di attuatore (15), anche lungo la giunzione (25) fra detto substrato (11) e detta piastra ugello (12), e comprende inoltre una porzione (77a) disposta esternamente rispetto alla zona di tale giunzione (25), in cui tale porzione (77a) ha la funzione di consentire, durante la fabbricazione di detta testina di eiezione (10), il collegamento elettrico fra détto strato conduttivo (77) ed un contro-elettrodo (82) di una apposita macchina (85) adibita a realizzare detta giunzione (25) tramite detta tecnologia di saldatura anodica, applicando un opportuno potenziale (V) fra detto substrato e detta piastra ugello.
18. Testina di eiezione secondo la rivendicazione 13, caratterizzato da ciò che presenta una struttura inerte chimicamente in rapporto ad un liquido preparato con un solvente selezionabile da un gruppo costitituito : idrocarburi alitatici e aromatici quali : paraffine liquide, o toluene, o xilene; alcooli alifatico e aromatico quale: metanolo, o alcool isopropilico, o alcool n-propilico, o alcool sec-butilico, o alcool isobutilico, o alcool n-butilico, o alcool benzilico, o cicoesanolo; esteri quale: metil acetato, o etil acetato, o isopropil acetato, o n-propil acetato, o sec-butil acetato, o isobutil acetato, o n-butil acetato, o amil acetato, o 2-etossietilacetato; glicoeteri quali: 2-metossietanolo, o 2 -etossietanolo, o 2-butossietanolo; chetoni quale: acetone, o metil etil chetone, o metil isobutil chetone, o metil isoamil chetane, o dcloesanone; e lattoni quale β-caprolattone monomero.
19. Testina di stampa per l'eiezione di gocce di inchiostro caratterizzata da ciò che è costituita da una testina di eiezione (110) secondo la rivendicazione 13, per cui detta testina di stampa (110), in virtù di detta giunzione (125) chimicamente inerte, si presenta come particolarmente adatta per essere impiegata con inchiostri (140) aventi una elevata aggressività chimica.
20. Iniettore (210) per gocce di combustibile, quale ad esempio benzina o gasolio, in un motore endotermico, caratterizzato da ciò che è costituito da una testina di eiezione secondo la rivendicazione 13.
21. Iniettore (210) per gocce di combustibile secondo la rivendicazione 20, in cui detto motore comprende almeno un cilindro, un condotto di adduzione dell'aria per detto cilindro, ed una valvola di regolazione del flusso dell’arìa attraverso detto condotto di adduzione, caratterizzato da ciò che detto iniettore di combustibile è disposto lungo detto condotto di adduzione a valle di detto valvola di regolazione, qualora uno specifico iniettore sia associato con ogni cilindro di detto motore per generare la miscela aria-combustibile alimentata ad ogni singolo cilindro; oppure è disposto a monte di detta valvola di regolazione, qualora un unico iniettore sia previsto per generare centralmente la miscela aria-combustibile da distribuire successivamente ai vari cilindri di detto motore.
22. Metodo per la fabbricazione di una testina di stampa (110) a getto di inchiostro avente internamente un circuito idraulico (121) per contenere e convogliare detto inchiostro (140), comprendente le seguenti fasi : fabbricare una piastra ugelli (112) avente almeno un ugello di eiezione (113a, 113b, 113c); fabbricare un substrato (111) avente almeno un attuatore (115a, 115b, 115c) per attivare l'eiezione di detto inchiostro (140), in forma di gocce, attraverso detto almeno un ugello (113a, 113b, 113c) ; e unire solidalmente detta piastra ugelli (112) e detto substrato (111) fra loro per formare detta testina di stampa (110), insieme con detto circuito idraulico (121), in cui detta fase di unire comprende la realizzazione di una giunzione (125), fra detta piastra ugelli (112) e detto substrato (111), prevista per essere lambita dall’Inchiostro (140) contenuto nel circuito idraulico (121), caratterizzata da ciò che detta giunzione (125) è inerte chimicamente in rapporto a detto liquido In misura almeno pari, e comunque non inferiore, ai materiali e/o alle parti, componenti la struttura di detta piastra ugelli (112) e di detto substrato (11; 111), che sono previste per essere (ambite da detto inchiostro (140).
23. Metodo per la fabbricazione di una testina di stampa (110) a getto d’inchiostro secondo la rivendicazione 22, caratterizzato da ciò che detta giunzione (125) è realizzata mediante la cosiddetta tecnologia di saldatura anodica o “anodic bonding”.
24. Metodo per la fabbricazione di una testina di stampa (110) a getto d’inchiostro secondo la rivendicazione 23, caratterizzato da ciò che comprende, allo scopo di predisporre detto substrato (111) e detta piastra ugelli (112) per essere uniti mediante detta tecnologia di saldatura anodica, una fase preliminare di depositare uno strato di vetro borosilicato (178) sulla superficie esterna o di detto substrato o di detta piastra ugelli, in corrispondenza della zona di giunzione (125).
25. Metodo per la fabbricazione di una testina di stampa (110) a getto d'inchiostro secondo la rivendicazione 23, caratterizzato da ciò che comprende una fase (CMP) per planarizzare le superfici di detto substrato e/o di detto piastra ugelli in modo da predisporle alla fase di giunzione mediante detta tecnologia di saldatura anodica.
26. Metodo per la fabbricazione di una testina di stampa (110) a getto d’inchiostro secondo la rivendicazione 23, caratterizzato da ciò che detta fase di fabbricare una piastra ugelli (112) comprende le seguenti fasi : provvedere un wafer di silicio (151) comprendente una pluralità di aree elementari (112a, 112b, 112b) ognuna corrispondente ad una piastra ugelli; formare per incisione, su ognuna di dette aree, almeno una camera (120a; 120b; 120c) e un condotto di adduzione (122) del circuito idraulico (121) della corrispondente piastra ugelli (112), detto condotto di adduzione (122) essendo previsto per alimentare l'inchiostro (140) a detta camera (120a; 120b; 120c); e suddividere detto wafer di silicio in unità elementari ognuna costituente una piastra ugelli (112).
27. Metodo per la fabbricazione di una testina di stampa (110) a getto d'inchiostro secondo la rivendicazione 26, caratterizzato da ciò che detto wafer di silicio è di tipo sottile ed ha uno spessore indicativo di 75 μm .
28. Metodo per la fabbricazione di una testina di stampa (110) a getto d’inchiostro secondo la rivendicazione 23, caratterizzato da ciò che comprende le seguenti fasi : provvedere un wafer di silicio (170) comprendente una pluralità di aree elementari (111a, 11 b, 111 c) ognuna corrispondente ad un substrato (111); predisporre, su detto wafer di silicio (170), uno strato di protezione di materiale conduttivo costituito da una pluralità di porzioni reciprocamente interconnesse in modo da formare una maglia o rete equipotenziale (177), in cui ciascuna porzione di detto strato conduttivo è depositata sopra una rispettiva area elementare (111 a, 11b, 111c) di detto wafer di silicio (170), e si estende sia lungo l'area di detto attuatore (115a, 115b, 115c) alio scopo di proteggerlo, sia lungo la zona della giunzione (125) che verrà successivamente realizzata fra il substrato (111) e la piastra ugelli (112), ed inoltre anche esternamente a tale zona di giunzione (125); disporre una pluralità di piastre ugelli (112), fabbricate separatamente rispetto a detto substrato (111), lungo detto wafer di silicio (170), con ciascuna piastra ugelli (112) a contatto di una corrispondente area elementare di detto wafer di silicio (170); collegare detta rete equipotenziale con un contro-elettrodo di una apposita macchina di saldatura anodica; applicare, mediante detto contro-elettrodo, un opportuno potenziale fra detta rete equipotenziale e ciascuna piastra ugelli (112) per realizzare detta giunzione (125), basata sulla tecnologia di saldatura anodica, fra ciascuna area elementare (111 a, 11b, 111c) di detto wafer di silicio (170), e la corrispondente piastra ugelli (112), e suddividere detto wafer di silicio (170) in una pluralità di unità, ciascuna formata da un singolo substrato ed una singola piastra ugelli, e costituente una testina di stampa a getto d’inchiostro.
29. Metodo per la fabbricazione di una testina di stampa (110) a getto d'inchiostro secondo la rivendicazione 28, caratterizzato da ciò che detto strato di protezione è realizzato con tantalio (Ta).
30. Metodo per la fabbricazione di una testina di stampa (110) a getto d’inchiostro secondo la rivendicazione 28, caratterizzato da ciò che comprende, dopo detta fase di disporre una pluralità di piastre ugelli (112) su detto wafer di silicio (170), una fase di coilegare in modo provvisorio con un adesivo ciascuna di dette piastre ugelli (112) con la corrispondente area elementare (111 a, 11b, 111c) di detto wafer di silicio (170).
31. Metodo per la fabbricazione di una testina di eiezione e di una testina di stampa a getto d’inchiostro, e corrispondente testina di eiezione (10) e testina di stampa (110) sostanzialmente come descritti con riferimento agli annessi disegni.