JP2002519215A - インクジェット印刷ヘッド - Google Patents
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Abstract
Description
定すると、所謂”トップシューターズ(top−shooters)”すなわち
インクの液滴が、加熱されると蒸気の気泡を発生して瞬間的に液滴の射出を生じ
るレジスタを収容している射出チャンバに直角の方向に射出される技術を採用し
ている薄膜ヘッドに関する。
ー技術において広く知られており、アクチュエータアセンブリを含んでいる。こ
のアクチュエータアセンブリは、典型的には、 −シリコンチップ又はダイであって、当該シリコンチップの上面には、公知の
技術を使用して種々の層が蒸着されて射出レジスタ及び連結部が形成され、その
上には、例えば、能動的な電子部品、射出レジスタを駆動するMOSトランジス
タが形成される、シリコンチップ又はダイと、 −射出レジスタと対応して配設された射出チャンバとインクダクトとが公知の
写真平板技術を使用して作られているシリコンダイ上に被覆された感光性樹脂の
層と、 −インクの液滴が射出されるノズルが公知の技術を使用して射出チャンバに対
応して作られている、感光性樹脂の層の上に被覆されたノズルプレートと、 を含んでいる。
けられたインクタンクを含み、同タンクから上記したダクト及び射出チャンバへ
のインクの給送は、例えば、サンドブラスト切削によってシリコンダイの中心に
作られた貫通孔を介してなされることは、同様によく知られている。典型的には
、シリコンダイは矩形形状であり、射出レジスタ、射出チャンバ及びノズルは、
矩形の大きい方の辺に平行な2つの列で且つ中心孔の2つの対向する側部に配列
される。この孔は、典型的には、長方形で且つインクを全ての射出チャンバに均
一に給送することができるようにするために、矩形の中の大きい方の辺よりも若
干小さい全長を有している。
孔自体の切断中及びヘッドの製造中における連続する工程中の両方における破壊
の原因であり、ヘッド内のノズルの数が多くなればなるほど、すなわちシリコン
ダイの辺が長くなればなるほど、破壊の原因が益々多くなる。不幸にも、今日の
技術においては、印刷時間が短くなり且つそれに応じてプリンタの処理量が増す
という理由から、益々たくさんのノズルを備えたヘッドを製造する傾向がある。
、米国特許第5,317,346号に示されている。この特許においては、イン
クの給送のための通過孔がある数のより短い通過孔に分割され、これらの孔は、
全てシリコンダイの大きい方の辺に平行な線内にあり且つその中心にあり且つシ
リコンダイ自体の上面内に作られた単一の溝内で終わっている。溝の形状は、感
光性樹脂内に形成された類似しているキャビティ内において対称鏡像とされてお
り、そこからインクを運ぶ溝及び射出チャンバが始まっている。
ストによってなされた切削によって)シリコンダイ内に形成された孔(シリコン
ダイの下面から始まっている)と、同ダイの上面から始まっている化学エッチン
グ方法によって同シリコンダイに形成された溝と、の組み合わせからなるダクト
によってなされる。後者の方法は、例えば、前記した米国特許と同じ譲受人に付
与され且つこの特許に関係する第2の米国特許第5,387,314号に記載さ
れており、この特許においては、この方法は、セクター技術の当業者に知られて
おり且つCF4+O2、SF6又は希ガスの混合物と過フッ化炭化水素との化合物
の使用に基づくドライエッチングとして特定されている。
必要とされる深さすなわち25÷100μmの深さを有するシリコンダイの上面
の溝の工業的な規模での製造(すなわち、短時間及び低コストでの製造)のため
に使用することができない。
けれども引用された特許において解決されない第2の問題も存在する。この問題
は、カラー印刷ヘッドの場合又はとにかく非単色のものの場合に、ダイの上面の
表面積を理想的に使用することに成功するという問題である。
々が通常のシリコンダイ内に形成された別個の貫通孔を介して異なるカラーのイ
ンク(一般的には、シアン、マゼンタ及びイエロー)を含むタンクに接続され且
つ同タンクから給送されることは良く知られている。この3つのノズルの群は、
シリコンダイの矩形の大きい方の辺に平行な方向に相互に整合されており、次い
で、ノズルの各群は2つの列に配列され、これらの列の各々は、単色ヘッドの場
合と同様に、矩形のシリコンダイの大きい方の辺に平行である。
るため及びインクの異なるタンク間の適切な物理的な分離を可能にするために、
ノズルの3つの群は、典型的には1インチの1/600の約30基本ステップ分
に等しい距離(=1.27mm;1インチの1/300及び1/600はこのセ
クター技術を通して広く使用される単位である)だけ分離して設定され、その結
果、シリコンダイの無視できない面積が使用されないまま残り、アクチュエータ
アセンブリのコストが増加する。
という問題は、3つのノズルの群を1インチの1/600のほんの10÷15基
本ステップ(≒0.4÷0.6mm)だけ離して設定することによって解決する
ことができる。しかしながら、タンク間のシール部材の位置の正確さの許容範囲
は、ノズルの隣接する群同士の間の距離が1インチの1/600の約30基本ス
テップという上記した値よりも小さくなってダイの表面の理想的な使用という問
題を未解決のままとすることができないように、異なるインクタンク間に物理的
な分離が維持されなければならないことを意味している。
を含むシリコンダイの上面の表面積の理想的な使用がなされるのを可能にするイ
ンクジェット印刷ヘッドを形成することである。インクの各タンクに対して、本
発明によるヘッドは、シリコンダイの下面から始まってIPC(誘導結合高周波
プラズマ)として知られている化学エッチングタイプの切り込み技術を使用して
作られた上面に形成されたより幅の広い溝で終わっている一つの貫通孔を有し、
それによって、異なるインクタンク間の距離を最大化すると同時にダイの上面の
ノズルの異なる群間の距離を最少化する。付加的な利点は、本発明によるヘッド
は、製造の種々の段階においてシリコン基板の破壊の危険性を著しく低減すると
いうことである。
し、種々の色のタンクを備えたカラー印刷ヘッドの場合を含んで、シリコンダイ
の上面の表面積の利用を理想化し且つICP化学エッチングタイプの切り込み技
術を使用して形成された、ダイの下面から始まり上面に形成されたより幅の広い
溝内へとつながっている貫通孔の製造によるシリコン基板内の破壊による製造不
合格品の数を少なくすることができる、インクジェット印刷ヘッド製造プロセス
を規定することである。
インクジェット印刷ヘッド及びこれに関する製造方法によって得ることができる
。
ンブリ10の上面の部分平面図(実寸ではない)である。この図においては、典
型的には100乃至500の数であり、例えば、1インチの1/300(≒0.
085mm)に等しいステップ16で配列されたインク液滴を射出するための複
数のノズル13と、インク運搬溝及び射出チャンバが設けられた下に横たわって
いる感光性樹脂の層(図においては見えない)とが設けられたノズルプレート1
2が、より長い辺29とより短い辺28とを有する矩形形状のシリコンダイ11
の上面を示すために部分的に切除されている。ノズル13は、距離33だけ分離
された3つの群13’、13”、13’”(図示せず)に配列されている。
おり、これらの孔は、3つの対応する溝14’、14”、14’”内で終わって
いる。これらの3つの孔15’、15”、15’”は、基板11自体の長い方の
辺29に平行な方向に沿って整合されてダイ11の中心に配列されている。
方の辺29の長さ27は典型的には10乃至30mmであり、短い方の辺28の
長さ22は典型的には3乃至5mmである。孔15’、15”、15’”は、下
面21上で測定して相互に第1の相対的な距離18で配列されており、この第1
の相対的な距離18は、1インチの1/600の25÷35ステップ(≒1.0
6÷1.48mm)に等しく且つ例えば1インチの4/300(≒0.34mm
)に等しい第1の幅24を有している。
だけ相互に離れている対応する孔15’、15”、15’”に対して同心状に配
列されており、この第2の相対的な距離は、典型的には、1インチの1/600
の10÷15ステップ(≒0.42÷0.64mm)であり、例えば、1インチ
の5/300に等しい第2の幅25を有している。
は、典型的には0.4乃至0.8mm、好ましくは0.625mmに等しい厚み
を有し、後者の場合には、孔15’”は、典型的には300乃至775μm好ま
しくは約575μmに等しい第1の深さ19を有し、溝14’”は、典型的には
25乃至100μm好ましくは約50μmに等しい第2の深さ26を有している
。
ている溝14’、14”、14’”を製造するための方法を説明する。シリコン
ダイ11の上面20においては、射出レジスタ及び連結部を形成している種々の
層の蒸着並びに能動的な電子部品、射出レジスタを駆動するMOSトランジスタ
の一体化が公知の技術を使用して既になされている。
’、14”、14’”の領域に対応するダイ11の領域を邪魔されないで残す公
知の形式のフォトレジスト層の形態のエッチングマスクを蒸着することからなる
。この方法の第2のステップ31は、当業者に良く知られているICP(誘導結
合高周波プラズマ)技術によってフォトレジストによって保護されていない溝1
4’、14”、14’”の領域に化学エッチングによって異方性の切り込みを作
ることからなり、このステップの正確な詳細は米国特許第5,501803号に
充分に説明されているので、ここでは説明しない。この方法の第3のステップ3
2は、公知の作業であるサンドブラストによってなされる切削によって、ダイ1
1の下面21から始まる孔15’、15”、15’”を作ることからなる。
有している。すなわち、まず第1の利点は、異なるカラーのインクを備えたタン
ク同士の間にダイ11の下面21上にかなり大きい第1の相対的な距離18を残
し、それによって、タンク間にシール部材の位置決めの正確さを欠くという問題
を避け、一方、これと同時に、高い機械的な強度を備えたダイ11を付与すると
いう利点である。第2の利点は、ダイ11の上面20上に小さい第2の相対的な
距離17を残して、ノズル13の隣接する群同士の間に使用しないままとなって
いるスペースの量が極めて小さい限度内に保たれるという点である。
良い。例えば、孔15’、15”、15’”は、第1のステップ30におけるよ
うに適当なフォトレジストタイプの保護マスクを適用して孔15’、15”、1
5’”自体のために予定された領域を露呈されたままとした後に、第2のステッ
プ31においてダイ11の下面21に適用されたのと同じICP技術に基づく化
学エッチングによる異方性の切り込みによってこの方法の第3のステップ32に
おいて作ることができる。
がノズルの機能的な動作に影響を及ぼすのを避けるという当業者がよく知ってい
るであろう機能を有する”小島(isles)”又は”柱(posts)”を、
対応する孔15’、15”、15’”を包囲している溝14’、14”、14’
”の領域の内側に、既に以前に説明した方法の第2のステップにおいて作ること
ができる。
わりに、シリコンダイ11の長い方の辺29に平行な方向に整列され且つ典型的
には1乃至1.5mmのステップで配設された直径が例えば0.3mmの一連の
円形孔を作ることである。
面20上のシリコンの捨てられる層は、化学エッチングによる異方性の切り込み
がなされる領域を多孔質に作って、化学エッチング動作を加速することができる
。
の上面の部分平面図(実寸ではない)である。
の下面の部分平面図(実寸ではない)である。
のシリコンダイの断面図(実寸ではない)である。
のダイ内の孔及び溝の製造方法のフローチャートである。
Claims (16)
- 【請求項1】 インクジェット印刷ヘッドであって、 −上面(20)、下面(21)及び厚み(23)を有するシリコンダイ(11
)と、前記シリコンダイ(11)の上面(20)上に蒸着された感光性樹脂の層
と、前記感光性樹脂の層の前記シリコンダイ(11)側と反対側に接着されたノ
ズルプレート(12)であって、距離(33)だけ隔てられた少なくとも一つの
第1のノズルの群(13’)と第2のノズルの群(13”)とを有するノズルプ
レート(12)と、を含むアクチュエータアセンブリ(10)と、 −前記シリコンダイ(11)の前記下面(21)に取り付けられた少なくとも
2つのインクタンクであって、当該2つのタンクのうちの第1のタンクは、前記
シリコンダイ(11)の厚み内に作られた第1のダクトを介して前記第1のノズ
ルの群(13’)と流体連通している第1のインクを含み、第2のタンクは、前
記シリコンダイ(11)の前記厚み内に作られた第2のダクトを介して前記ノズ
ル(13)の第2の群と流体連通している第2のインクを含む少なくとも2つの
インクタンクと、を含み、 前記第1のダクトは、前記シリコンダイ(11)の前記下面(21)から始ま
って且つ同シリコンダイ(11)の前記上面(20)の上に作られた第1の溝(
14’)で終わっている第1の孔(15’)を含み、前記第2のダクトは、前記
シリコンダイ(11)の前記下面(21)から始まって前記シリコンダイ(11
)の前記上面(20)上に形成された第2の溝(14”)で終わっている第2の
孔(15”)を含み、前記シリコンダイ(11)の前記下面(21)上の前記第
1の孔(15’)と前記第2の孔(15”)との間の第1の距離(18)は、前
記シリコンダイ(11)の上面(20)上の前記第1の溝(14’)と前記第2
の溝(14”)との間の第2の距離(17)よりも長い、ことを特徴とするイン
クジェット印刷ヘッド。 - 【請求項2】 請求項1に記載の印刷ヘッドであって、 前記第1の溝(14’)と前記第2の溝(14”)とが、誘導結合高周波プラ
ズマ形式の化学エッチングによる異方性の切り込みによって、前記シリコンダイ
(11)の前記上面(20)上に形成されていることを特徴とする、印刷ヘッド
。 - 【請求項3】 請求項2に記載の印刷ヘッドであって、 前記第1の孔(15’)と前記第2の孔(15”)とが、サンドブラストによ
ってなされる切削によって、前記シリコンダイ(11)の前記厚み内に作られて
いることを特徴とする、印刷ヘッド。 - 【請求項4】 請求項2に記載の印刷ヘッドであって、 前記第1の孔(15’)と前記第2の孔(15”)とが、誘導結合高周波プラ
ズマ形式の化学エッチングによる異方性の切り込みによって、前記シリコンダイ
(11)の前記厚み(23)内に形成されていることを特徴とする、印刷ヘッド
。 - 【請求項5】 請求項1に記載の印刷ヘッドであって、 前記第1の溝(14’)と前記第2の溝(14”)とが深さ(26)を有し、
同深さは、25乃至100μmであることを特徴とする、印刷ヘッド。 - 【請求項6】 請求項1に記載の印刷ヘッドであって、 前記シリコンダイ(11)の前記下面(21)上の前記第1の孔(15’)と
前記第2の孔(15”)との間の前記第1の距離(18)が、1058μm(1
インチの25/600)乃至1482μm(1インチの35/600)であり、
前記シリコンダイ(11)の前記上面(20)上の前記第1の溝(14’)と前
記第2の溝(14”)との間の前記第2の距離(17)が、423μm(1イン
チの10/600)乃至635μm(1インチの15/600)である、印刷ヘ
ッド。 - 【請求項7】 請求項6に記載の印刷ヘッドであって、 前記ノズルの第1の群(13’)と前記ノズルの第2の群(13”)とを分離
している前記距離(33)が、前記シリコンダイ(11)の前記上面(20)上
の前記第1の溝(14’)と前記第2の溝(14”)との間の前記第2の距離(
17)にほぼ等しいことを特徴とする、印刷ヘッド。 - 【請求項8】 請求項1に記載の印刷ヘッドであって、 前記シリコンダイ(11)が、大きい方の辺(29)と小さい方の辺(28)
とを備えた矩形形状であり、前記大きい方の辺(29)の長さが10乃至30m
mであり、前記小さい方の辺(28)の長さが3乃至5mmである、印刷ヘッド
。 - 【請求項9】 請求項8に記載の印刷ヘッドであって、 前記シリコンダイ(11)の前記厚み(23)が0.4乃至0.8mmである
ことを特徴とする、印刷ヘッド。 - 【請求項10】 請求項8に記載の印刷ヘッドであって、 前記ノズルの第1の群(13’)と前記ノズルの第2の群(13”)とが、前
記大きい方の辺(29)に平行な2つの列に配列されていることを特徴とする、
印刷ヘッド。 - 【請求項11】 請求項1に記載の印刷ヘッドであって、 前記第1のインクの色が前記第2のインクの色と異なっていることを特徴とす
る、印刷ヘッド。 - 【請求項12】 請求項1に記載の印刷ヘッドであって、 前記第1のインクが、異なった乾燥速度を有することによって、前記第2のイ
ンクと異なっていることを特徴とする、印刷ヘッド。 - 【請求項13】 請求項11に記載の印刷ヘッドであって、 第3のインクを含んでいる第3のインクタンクと流体連通しているノズルの第
3の群(13”’)を含み、前記第1のインクがシアン色のインクであり、前記
第2のインクがマゼンタ色のインクであり、第3のインクがイエロー色のインク
であることを特徴とする、印刷ヘッド。 - 【請求項14】 請求項1に記載の印刷ヘッドであって、 前記第1の孔(15’)と前記第2の孔(15”)との形状が、短い方の辺(
24)の長さが340μm(1インチの4/300)の矩形であることを特徴と
する、印刷ヘッド。 - 【請求項15】 請求項14に記載の印刷ヘッドであって、 前記第1の溝(14’)及び前記第2の溝(14”)の形状が、短い方の辺(
25)の長さが423μm(1インチの5/300)に等しい矩形であり且つ前
記第1の孔(15’)と第2の孔(15”)との周囲に各々同心状に配列されて
いることを特徴とする、印刷ヘッド。 - 【請求項16】 請求項2に記載の印刷ヘッドであって、 前記第1の溝(14’)及び前記第2の溝(14”)が、誘導結合高周波プラ
ズマ形式の化学エッチングによる前記異方性の切り込み動作によって作られた少
なくとも一つの孔(15)を内側に含んでいることを特徴とする、印刷ヘッド。
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