JP3294896B2 - ボンディング方法 - Google Patents
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Description
ット(インク噴射)及び他のタイプのプリンタに関し、
更に詳細には、この種のプリンタに使用されるインクカ
ートリッジのプリントヘッド部分に関する。
は、小さい体積のインクを急速に加熱することによって
動作し、インクを気化させ、複数個のオリフィスのうち
の1つを通って、例えば1枚の用紙のような記録用媒体
の上にインクの点を印刷するように、インクを排出させ
る。一般に、オリフィスは、ノズル部材に1つ又は複数
の線形列として配列される。各オリフィスから適切に順
序だててインクを排出することにより、用紙に対してプ
リントヘッドが移動するにつれて、用紙上に文字その他
の像が印刷される。一般に、プリントヘッドが紙を横断
して移動する度に用紙は平行移動される。熱インクジェ
ットプリンタにおいては、インクだけが用紙に衝突する
ので、高速かつ静粛である。この種のプリンタは、高品
質の印刷を達成可能であり、また、コンパクトかつ手頃
に製作可能である。
トプリントヘッドは次に示す部分を備えている。即ち、
(1)インクタンクからオリフィスに近接した各蒸発チ
ャンバまでインクを供給するインクチャネル、(2)所
要のパターン(模様)のオリフィスが形成される金属製
オリフィスプレート又はノズル部材、(3)蒸発チャン
バ1個につき1個の抵抗器から成る一連の薄膜抵抗器を
備えたシリコン基板。
は、選定された特定の薄膜抵抗器に外部電源から電流を
流す。これによって、抵抗器が加熱され、ひいては蒸発
チャンバ内において抵抗器に近接するインクの薄い層が
過熱され、爆発的な気化を生じ、その結果として、関連
オリフィスを通って用紙の上にインクの小滴を噴射させ
る。先行技術による1つのプリントカートリッジは、1
985年2月19日付けで発行され本譲受人に譲渡され
た、「使い捨てインクジェットヘッド」という表題のB
uckその他の米国特許第4,500,895号に開示
されている。
ジはいくつかの欠点を有する。:(1)金属製オリフィ
スプレートは高価で、成形が難しく、腐食し易い。
(2)金属製オリフィスプレートは基板上の加熱器との
位置合せが難しく、従来の技術を使って基板へ添付する
のが難しい。(3)蒸発チャンバへのインクの供給はと
きどき基板自体に形成された中央スロットを通して配給
されるので、製造の複雑さおよびコストが増し、基板の
大きさが増大する。(4)基板の裏面とプリントカート
リッジ本体との間のインクシールは形成するのに時間が
かかる。
リフィスと基板上の加熱素子との簡単で信頼性のある位
置合せを可能にするプリントヘッドを形成する改善され
たインクジェットプリントヘッド構造および方法を提供
することを目的とする。
リフィスと基板上の加熱素子との簡単で信頼性のある位
置合せを可能にするプリントヘッドを形成する改善され
たインクジェットプリントヘッド構造および方法を提供
する。この場合、この位置合せはまた外部導体と基板上
の電極とを本質的に位置合せする。この単一の位置合せ
段階の後に簡単で信頼性のあるボンディング段階が続
き、ここで基板電極が外部導体にノズル部材に形成され
たウインドウを通して結合される。
ッドにおいては、オリフィスを有し導電性トレースを有
する重合体テープに導電性トレースの端部を露出する1
つ以上のウインドウが備えられる。次に従来の市場で入
手できる自動インナリードボンダをノズル部材における
オリフィスと基板上の加熱素子とを自動的に位置合せす
るのに使うことができる。オリフィスは既にノズル部材
上の導電性トレースと位置合せされ、基板電極が加熱素
子と位置合せされているのでオリフィスおよび加熱素子
の自動位置合せもまた本質的に基板上の電極とトレース
の露出された端部とを位置合せする。インナリードボン
ダは次にギャングボンディングを用いてトレースを関連
する基板電極にテープに形成されたウインドウを通して
結合する。かくして、1つの段階において2つの位置合
せを行う大変効率のよい位置合せプロセスが開示され
る。
本発明の1つの実施例に基づくプリントヘッドを組み込
んだインクジェットプリントカートリッジを示す。イン
クジェットプリントカートリッジ10はインクタンク1
2及びプリントヘッドl4を備え、プリントヘッド14
はテープ自動接着法(TAB)を用いて形成される。プ
リントヘッド14(以後、TABヘッド組立体14と称
する)は、例えばレーザ除去によって柔軟な重合体テー
プ18に2列並置して形成された孔またはオリフィスl
7を備えるノズル部材16を有する。テープ18は、K
aptonTMテープとして市販されており、3M社から
入手可能である。UpilexTM又はこれに等価の他の
適当なテープを使用しても差し支えない。
ッチング及び/又はめっき加工法をもちいてその上に形
成された伝導性トレース36(図3に示す)を有する。
これらの伝導性トレースは、プリンタと相互接続するよ
うに設計された大きい接触パドによって成端される。プ
リントカートリッジ10は、テープ18の正面の表面上
において接触パッド20がプリンタ電極に接触し、外部
発生したエネルギ供給信号をプリントヘッドに供給する
ように、プリンタ内に取付け可能に設計されている。
プ18の背面(記録媒質に対面する表面の反対側の面)
上にトレースが形成される。テープ18の正面表面から
これらのトレースにアクセスするには、トレースの端部
を露出するための孔(通路)をテープ18の正面表面を
貫いて形成しなければならない。次に、露出されたトレ
ースの端部は、テープ18の正面表面上に示される接触
パッド20を形成するために、例えば、金を用いてめっ
きされる。ウィンドウ(窓部分)22及び24は、テー
プ18を貫いて伸延し、伝導性を有するトレースの他の
端部を加熱抵抗器を含むシリコン基板上の電極に接着す
ることを容易にするために用いられる。ウィンドウ22
及び24は、その下に所在するトレース及び基板の部分
を保護するために、カプセル材料によって充填される。
いて、テープ18は、プリントカートリッジの「スノー
ト(鼻部分)」の後端の上において曲げられ、スノート
の後壁25の長さの約半分だけ伸延する。テープ18の
この垂下部分は、遠い方の端のウィンドウ22を通過す
る基板電極に接続される伝導性トレースに所定の経路を
通過させるために必要とされる。プリントカートリッジ
10から取り外した図1のTABヘッド組立体14の正
面図を図2に示す。TABヘッド組立体14のウィンド
ウ22及び24にはカプセル材料が前以て充填されてい
る。
に電源供給可能な複数の薄膜抵抗器を有するシリコン基
板28(図3に示す)が添付される。全体的に、各抵抗
器は1つの単一オリフィス17の背後に配置され、1つ
又は複数個の接触パッド20に順次に、或いは、同時に
印加される1つ以上のパルスにより選択的に付勢された
場合、これらの各抵抗器は抵抗加熱器として作用する。
オリフィス17及び伝導性トレースの寸法、個数、及
び、パターン(模様)は任意であり、本発明の特徴を簡
潔明瞭に表示するために様々な形状が設計されている。
説明し易くするために、種々の特徴の相対寸法は大幅に
調整してある。図2に示すテープ18におけるオリフィ
スのパターンは、ステップ・アンド・リピート加工法に
おいてレーザその他のエッチング手段とマスキング加工
法を組合わせることによって形成しても差し支えない。
これらの加工法については、当該技術分野に熟達した通
常の技術者が本開示を読めば容易に理解できるはずであ
る。
で更に詳細に説明する。図2に示すTABヘッド組立体
14の背面を図3に示す。図3において、シリコンダイ
ス又は基板28はテープ18の背面に取り付けられ、イ
ンクチャネル及び蒸発チャンバを有する基板28に障壁
層30が形成され、その障壁層の1つの縁を図3に示
す。この障壁層30の詳細に関しては図7に示し、後で
詳しく説明する。図に示すように、インクタンク12
(図1)からインクを受け取るインクチャネル32の入
口は障壁層30の縁に沿って配置される。同じく図3に
示すように、テープ18の背面には伝導性のトレース3
6が形成され、このトレース36は、テープ18の反対
側の接触パッド20(図2)において成端する。
り、接着を容易にするために、テープ18のもう一方の
側からトレース36の端部及び基板電極にアクセスする
ことができる。図3の線A−Aに沿った断面側面図を図
4に示す。図4に示すように、伝導性のトレース36端
部は基板28上に形成された電極40に接続される。同
じく図4に示すように、障壁層30の部分42は、基板
28から伝導性のトレース36の端部を絶縁するために
用いられる。更に図4に示すテープ18の側面図に示す
ように、障壁層30、ウィンドウ22及び24、及び、
種々のインクチャネル32の入口が配置される。インク
の小滴46は、インクチャネル32の各々と関連したオ
リフィス孔から噴射される。
本体との間を密封するために用いられるヘッドランドパ
ターン(岬模様部分)50を図示するために図1のプリ
ントカートリッジ10をTABヘッド組立体14と共に
取り外した場合を図5に示す。ヘッドランドの特徴は誇
張して図示されている。更に図5に示すように、インク
タンク12からTABヘッド組立体14の背面にインク
が流れることを可能にするために、プリントカートリッ
ジ10に中央スロット52が配置される。
は、TABヘッド組立体14がヘッドランドパターン5
0に対して所定場所に押圧された場合に、内側の***し
た壁54上に壁の開口部55及び56を横切って(TA
Bヘッド組立体14が位置決めされた場合に基板を封じ
込めるように)分配されたエポキシ樹脂接着剤のビード
(小塊)がプリントカートリッジ10の本体とTABヘ
ッド組立体14背面との間でインクシール(インク密封
部)を形成するように、プリントカートリッジ10に形
成され、構成される。他の接着剤としては、ホットメル
ト、シリコーン、UV硬化接着剤、及び、これらの混合
物を使用しても差し支えない。更に、パターンに従って
形成される接着剤薄膜は、接着剤の小滴を分配する面と
反対側の面に配置しても差し支えない。
く位置決めされ、接着剤が分配された後で、図5に示す
ヘッドランドパターン50に押圧された場合には、基板
28の2つの短い端部は、壁の開口部55及び56内に
おいて表面部分57及び58によって支持される。ヘッ
ドランドパターン50は、基板28が表面部分57及び
58によって支持されら場合に、テープ18の背面が隆
起した壁54の上面の上においてプリントカートリッジ
10の上平面59とほぼ同じ平面に位置するように構成
される。TABヘッド組立体14がヘッドランド50上
に押圧されるにつれて、接着剤は下方に搾られる。接着
剤は、内側の***した壁54の上面から、内側の***し
た壁54と外側の***した壁60の溝中にあふれ込み、
幾分かはスロット52の方に向かってあふれ込む。接着
剤は、壁の開口部55及び56から、内側に向かってス
ロット52方向に搾られ、また、外側の***した壁60
の方向に外側に向かって搾られ、接着剤が必要以上に外
側に押し出されることが阻止される。外側に押し出され
た接着剤は、インクシール(イン密封材)として役立つ
ばかりでなく、トレースにインクが接触しないように伝
導性トレースをヘッドランド50の周辺内に封入する。
ンクシール(密封部)が形成されるので、インクは、ス
ロット52から基板の側面の周辺を通って障壁層30に
形成された蒸発チャンバには流入できるが、TABヘッ
ド組立体14の下から滲み出ることはない。このよう
に、この接着剤によるシールは、TABヘッド組立体1
4をプリントカートリッジ10に強く機械的に結合し、
流体によるシール(密封部)を提供し、トレースをカプ
セルに封じ込める。更に、接着剤によるシールは、先行
技術によるシールよりも硬化が容易であり、シール剤の
境界線を容易に観察できるので、プリントカートリッジ
本体とプリントヘッドとの間における漏洩を容易に検出
することができる。
て最終的にインクチャネルの入口に流入することを可能
にするために基板内に長さ方向に細長い穴またはスロッ
トを設ける先行技術によるプリントヘッド構造よりも、
インクが基板の側面の周りを通ってインクチャネルに直
接流入するエッジフィード(縁から供給する)構造の方
が更に多くの利点を備える。1つの利点は、スロットを
基板内に形成する必要がないので、基板をより小さくで
きることである。基板内に細長い中央穴を設ける必要が
ないので基板の幅を狭くすることができるばかりでな
く、中央穴の無い基板構造であるためにひび割れまたは
破損する傾向が減少するので基板の長さを短縮すること
が可能である。このように基板を短縮することによっ
て、図5に示すヘッドランド50を短縮し、ひいては、
プリントカートリッジのスノート(鼻部分)の短縮を可
能にする。このように短縮可能であることは、回転可能
なプラテンに対して用紙を押圧する目的でスノートの移
送経路の下側に用紙の幅全体に亙って1つ又は複数のピ
ンチローラを備え、更に、プラテンの周りにおける用紙
の接触を維持するために移送経路上に1つ又は複数のロ
ーラ(スターホイールとも称する)を備えたプリンタに
プリントカートリッジを取付ける場合に重要な意味を持
つ。プリントカートリッジのスノート(鼻部分)が短か
ければスターホイールをピンチローラに近接して設置す
ることが可能であり、プリントカートリッジスノートの
移送経路に沿った用紙とローラの接触を一層確実に保持
することができる。
ェーハ1つ当たりに形成できる基板の個数を増加するこ
とが可能となり、ひいては、基板1つ当たりの材料コス
トを引き下げることができる。エッジフィード構造の他
の利点は、エッチングによって基板内にスロットを設け
る必要が無いので製造時間が節減され、取り扱いに際し
て基板が破損する傾向が減少することである。更に、基
板の背面を横断して基板の縁周りを流れるインクが基板
背面から熱を除去するように作用するので、基板はより
多くの熱を発散することができる。
も提供する。基板からマニホルド及びスロットが排除さ
れることによってインクの流れを拘束する要素が減少す
るので、インクは蒸発チャンバ内に更に急速に流入する
ことが可能になる。インクの流速が大きくなるとプリン
トヘッドの周波数レスポンスが改良され、オリフィスの
個数が一定であれば、印刷速度が向上する。更に、イン
クの流れが一層高速になれば、蒸発チャンバ内の加熱要
素への火入れに際して生ずるインク流量の変動に起因す
る近接蒸発チャンバ間でのクロストーク(相互干渉)が
軽減される。
部を示す図6において、TABヘッド組立体14とプリ
ントカートリッジ10の本体との間にシール(密封部)
を形成する下敷き接着剤の位置を平行線影によって示
す。図6において、接着剤は、通常、配列されたオリフ
ィス17を囲む2本の破線の間に配置される。この場
合、外側破線62は図5に示す外側***壁60の境界よ
りも僅かに内側に位置し、内側破線64は図5に示す内
側***壁54の境界よりも僅かに内側に位置する。接着
剤は、壁開口部55及び56(図5)を通って搾り出さ
れ、基板上の電極に接続されるトレースをカプセルに入
れる(封入する)。
面を図9に示し、後で検討することとする。TABヘッ
ド組立体14を形成するために図2に示すテープ18の
背面に添付されたシリコン基板28の正面斜視図を図7
に示す。シリコン基板28は、従来の写真平版技術を用
いてその上に形成された、図7に示すように平行配置さ
れた2つ列の薄膜抵抗器70を有する。これらの薄膜抵
抗器は、障壁層30に形成された蒸発チャンバ72を通
って露出する。一実施例の場合の基板28は、長さが約
2分の1インチであって300個の加熱抵抗器70を備
えているので、1インチ当たり600ドットの解像度を
可能にする。
伝導性トレース36(破線で示す)に接続するために、
基板28上には電極74が形成される。電極74に供給
される多重化された入来信号を非多重化し、その信号を
多数の薄膜抵抗器70に配分するために基板28上に形
成されるデマルチプレックサ78を図7に破線の囲みで
示す。デマルチプレックサ78を用いると、薄膜抵抗器
70の使用個数よりも電極74の使用個数をはるかに少
数にすることが可能である。使用電極個数が少なくなれ
ば、図4に示すように、基板への全ての接続部を基板の
短い末端部分で作成することが可能であり、従って、基
板の長い方の側面の周りを流れるインク流がこれらの接
続部によって妨害されることがない。デマルチプレック
サ78は、電極74に供給されるコード化された信号を
解読するための適当なデコーダであっても差し支えな
い。デマルチプレックサは、電極74に接続された入力
リード線(簡明にするために図示せず)、及び、種々の
抵抗器70に接続された出力リード線(図示せず)を備
える。
板28の表面上に障壁層30が形成される。この障壁層
は、その中に蒸発チャンバ72及びインクチャネル80
が形成される光導電性(フォトレジスト)その他の重合
体であっても差し支えない。既に図4に関して検討した
ように、障壁層30の部分42は、下敷き基板28から
伝導性トレース36を絶縁する。
上面を接着剤によって添付するためには、例えばポリイ
ソプレン光導電性の未乾層のような薄い接着剤層84を
障壁層30の上面に塗布する。障壁層30の上面を接着
剤で作ることができれば、別の接着剤層は必要ない。従
って、結果として得られる基板構造体は、テープ18に
設けられたオリフィスと抵抗器70とが一直線上にくる
ようにテープ18の背面に対して位置決めされる。この
直線配置過程においては、必然的に、電極74と伝導性
トレース36の端部も一直線上に配置される。次に、ト
レース36が電極74に接着される。この直線配列及び
接着過程については、図10を参照して後で更に詳しく
説明する。直線配置されて接着された基板/テープ構造
体は、接着剤層84を硬化させるために圧力をかけた状
態で加熱され、テープ18の背面に基板構造体を堅固に
添付する。
してテープ18の背面に固定された後における、1つの
単一蒸発チャンバ72、薄膜抵抗器70、及び、錐台形
オリフィス17の拡大図を図8に示す。基板28の側面
縁部分は縁部分86として示す。作動中、インクは、矢
印88によって示すように、図1のインクタンク12か
ら基板28の側面縁86の周りを通ってインクチャネル
80及びこれと関連した蒸発チャンバ72に流入する。
薄膜抵抗器70に電力を供給すると、抵抗器に近接して
いるインクの薄い層が過熱され、爆発的な蒸発を引き起
こし、その結果として、インクの小滴がオリフィス17
を通って噴射される。次に、蒸発チャンバ72は、毛管
作用によって補充される。ちなみに、或る好ましい実施
例において、障壁層30の厚さは約1ミルであり、基板
28の厚さは約20ミルであり、テープl8の厚さは約
2ミルである。
であり、基板28を囲む接着剤シール90の一部、及
び、インクチャネル及び蒸発チャンバ92及び94を有
する障壁層30の上面において薄い接着剤層84によっ
て基板28がテープ18の中央部分に接着固定された状
態を示す。図5に示す***した壁54を有するプリント
ヘッドカートリッジ10のプラスチック製本体の一部も
示す。薄膜抵抗器96及び98はそれぞれ蒸発チャンバ
92及び94内に配置される。インク99がインクタン
ク12から流出し、プリントカートリッジ10内に設け
られた中央スロット52を通り、基板28の周りを通っ
て蒸発チャンバ92及び94に流入する状態を図9に示
す。抵抗器96及び98に電力が供給されると、蒸発チ
ャンバ内のインクは、噴出されたインクの小滴101及
び102として放出される。
2つの個別のインクソース(供給源)を備え、各インク
タンクは色の異なるインクを含む。この代替実施例にお
いては、図9に示す中央スロット52は破線103によ
って示すように2分され、中央スロット52のそれぞれ
の側は別々のインクソースに通ずる。従って、左側に直
線配置された蒸発チャンバは一方の色のインクを噴射
し、右側に直線配置された蒸発チャンバは他方の色のイ
ンクを噴射するように作成できる。この手法は、4色プ
リントヘッドの作成にも適用可能であり、別々のインク
タンクが基板の各側面に沿ったインクチャネルにそれぞ
れインクを供給するように作成可能である。従って、既
に検討した2つの縁から供給する構造の代りに、4つの
縁を利用する構造を使用できる。ただし、この場合に
は、対称性を持たせるために正方形の基板を用いること
が好ましい。
しい実施例を作成するための1つの方法を図10に示
す。先ず、材料としてはKaptonTM又はUpile
xTMタイプの重合体テープ104テープを用いる。ただ
し、テープ104としては、これらの銘柄でなくても、
以下に説明する手順における使用に適したな重合体フィ
ルムであれば差し支えない。この種のフィルムとして
は、テフロン、ポリマイド、ポリメチルメタクリレー
ト、ポリカーボネイト、ポリエステル、ポリアミド、ポ
リエチレンテレフタレート、又は、これらの混合物であ
っても差し支えない。一般に、テープ104は、リール
105に巻いた長い帯状で(ストリップ)納入される。
テープ104を正確かつ確実に移送するためには、テー
プ104の側面に沿ったスプロケットホール106が用
いられる。その代わりに、スプロケットホール106無
しで、他のタイプの取り付け用具を用いてテープを移送
しても差し支えない。
の金属析出および写真平版過程を用いて、例えば図3に
示すように、伝導性の銅トレース36をその上に既に備
えた状態のテープ104が用いられる。伝導性トレース
の所定のパターン(模様)は、テープ104上に続いて
配置されるシリコン製ダイス上に形成される電極に電気
信号を配分するために望ましい方法に依存する。好まし
い本過程においては、テープ104は、レーザ加工チャ
ンバに送られ、例えばF2、ArF、KrCl、Kr
F、または、XeClタイプのExcimerレーザ1
12が発生するレーザ放射線110を用いて、1つ又は
複数のマスク108によって形成されるパターン(模
様)にレーザ除去される。マスクされたレーザ放射線は
矢印114によって示す。
スク108は、テープ104の広い部分に亙って、除去
された全ての形状を作図する。即ち、例えばオリフィス
パターンマスク108の場合には複数のオリフィスが1
つのマスクに含まれ、また、蒸発チャンバパターンマス
ク108の場合には複数の蒸発チャンバが1つのマスク
に含まれる。その代りに、例えばオリフィスパターン、
蒸発チャンバパターン、または、他のパターンなどのよ
うなパターン(模様)を、レーザ光線よりもかなり大き
い共通マスク基板上に並列配置しても差し支えない。こ
の場合には、この種パターンを、レーザ光線内に順次移
動する。この種のマスクに使用されるマスク用材料は、
例えば多層誘電体またはアルミニウムのような金属で構
成され、レーザ波長において高度の反射性を有する材料
であることが好ましい。
成されるオリフィスのパターンは、一般に、図2に示す
ようなものである。図8に示すような段付きオリフィス
の勾配を形成するためには、複数個のマスク108を使
用しても差し支えない。一実施例においては、図2及び
3に示すウィンドウ(窓部分)22及び24のパターン
(模様)は、1つの個別マスク108によって形成され
るが、好ましい本実施例においては、テープ104を図
10に示す加工過程にかける前に、従来の写真平版技法
を用いて、ウィンドウ22及び24が形成される。ノズ
ル部材も蒸発チャンバを有するようなノズル部材の代替
実施例においては、オリフィスを形成するためには1つ
又は複数個のマスク108が使用され、テープ104の
厚さ方向に形成される蒸発チャンバ、インクチャネル、
及び、マニホルドを形成するためには、前記とは異なっ
たマスク108及びレーザエネルギーレベル(及び/又
はレーザショット数)が使用される。
に、光線送発射光学装置、直線配列光学装置、高精度お
よび高速のマスク往復移動システム、及び、テープ10
4の取り扱い及び位置決めに用いられる機構部を有する
処理チャンバを備える。好ましい実施例におけるレーザ
システムは投射マスク構造を用いる。即ち、マスク10
8とテープ104の間に配置された高精度レンズ115
は、Excimerレーザ光により、マスク108が決
定するパターン(模様)のイメージ(像)をテープ10
4上に投射する。
放射を矢印116で示す。この種の構造の投射マスクを
使用すると、マスクがノズル部材から物理的に遠く離れ
て配置されるので、オリフィス寸法の精度を高くできる
という利点が得られる。除去加工過程においては当然形
成され放出される煤は、除去加工されているノズル部材
からの約1センチメートルの距離を移動する。マスクが
ノズル部材に接触しているか、或いは、近接している場
合においては、煤がマスク上に溜積し、除去される図形
を変形させて寸法精度を低下させる傾向を生ずる。好ま
しい実施例においては、除去加工されるノズル部材から
2センチメートル以上離れて投射レンズが配置されるの
で、ノズル部材またはマスク上に煤が溜まることを回避
できる。
成する技法として周知であり、レーザが入射する表面に
おけるオリフィスの直径がレーザが出て行く表面におけ
るオリフィスの直径よりも大きくなるような先細の形状
が形成される。エネルギー密度が1平方センチメートル
当たり約2ジュール未満である場合には、先細り傾斜角
度は、ノズル部材に入射する光エネルギー密度の変化に
応じて著しく変化する。エネルギー密度が制御されない
場合には、作成されるオリフィスの先細り傾斜角度は大
幅に変化し、その結果として、出口におけるオリフィス
の直径が大幅に変動するはずである。出口におけるオリ
フィスの直径が一定でなければ、噴射されるインクの小
滴の体積及び速度が有害に変化し、印刷の品質を低下さ
せる。好ましい実施例においては、除去加工に使用され
ているレーザ光線の光エネルギーは精密に監視され、先
細り傾斜角度が一定になり、ひいては、出口直径が再生
可能であるように制御される。出口直径が一定であれ
ば、印刷の品質が向上するという利点のほかに、傾斜が
あることがオリフィスの機能に有利に作用する。
し速度が増大し、インクが一層集束して放出され、その
他の有利な作用が発揮されることによる。先細り傾斜角
度は、オリフィスの軸に対して5ないし15度の範囲で
あれば差し支えない。ここに開示する好ましい実施例と
しての加工過程を用いると、ノズル部材に対してレーザ
光線を揺り動かす必要なしに迅速かつ精密な製造を可能
にする。レーザ光線をノズル部材の光線出口表面でなく
て光線入口表面に入射しても、精密な出口直径が形成さ
れる。
4を段階的に移動させ、除去過程を繰り返す。これをス
テップアンドリピートと称する。テープ104上に1つ
の単一パターンを形成するために必要な全処理時間は2
ないし3秒の程度で充分である。既に述べたように、ノ
ズル部材当たりの処理時間を短縮するために、1つのマ
スクパターンに、除去されるべき形状を多数まとめて含
ませても差し支えない。
チャネルを精密に形成するには、レーザ除去加工過程
は、他の形のレーザによる穴あけ技法よりも明白な利点
を持つ。レーザ除去加工においては、強力な紫外線の短
いパルスが表面から約1マイクロメータ以下の厚さの薄
い層に吸収される。好ましいパルスエネルギーは、1平
方センチメートル当たり約100ミリジュール以上であ
り、パルスの継続時間は約1マイクロ秒未満である。こ
のような条件の下においては、強力な紫外光線は、化学
的接着剤を材料内に光解離する。更に、吸収された紫外
線エネルギーは非常に小さな体積の材料に集中され、解
離された破片を急速に加熱し、加熱されたこれらの破片
が材料の表面から噴射される。これらの過程は極めて迅
速に行われるので、熱が周囲の材料に伝播する時間的余
裕がない。その結果、周囲の領域は熔融または損傷され
ず、そして、除去された形状の周囲は、約1マイクロメ
ータの寸法精度で入射光線の形を複写することができ
る。更に、レーザ除去を用いると、除去される領域全体
に亙って光エネルギー密度が一定であるという条件が満
足されれば、層内で凹部を形成する底平面を有するチャ
ンバを形成することもできる。この種チャンバの深さ
は、レーザショット数、及び、各ショットの出力(パワ
ー)密度によって決定される。
トヘッド用ノズル部材の形成に関して、従来の平版電気
成型加工と比較して多数の利点を有する。例えば、レー
ザ除去加工は、一般に、従来の平版電気成形加工よりも
コスト安であり、より簡単である。更に、レーザ除去加
工過程を用いると、寸法がかなり大きく(即ち、表面積
の大きい)、従来の電気成形加工では実現不可能なノズ
ルの幾何学性を備えた重合体ノズル部材を作成すること
ができる。特に、露光強度を制御するか、或は、各露光
ごとにレーザ光線の方向を変えて複数回露光することに
より独特の形状のノズルを作成することができる。様々
なノズルの形状の実例については、「重合体材料を貫通
して伸延する少なくとも1つの段付き開口部および段付
き開口部を有するノズルプレートを光除去する加工方
法」と題し、本譲受人に譲渡され、本明細書に参照文書
として記載されている本特許の係属出願第07/658
726号に開示されている。更に、電気成形加工過程に
おいて必要とされる程度に厳密なプロセス制御を実施す
ることなしに、ノズルの精密な幾何学性を達成すること
ができる。
ノズル部材を形成する場合の更に別の利点は、様々なノ
ズル直径(D)対ノズル長(L)比率を持つオリフィス
又はノズルが容易に作成できることである。ちなみに、
好ましい本実施例におけるL/D比は1よりも大きい。
ノズルの直径に対してノズルの長さ増加することによっ
て得られる利点は、蒸発チャンバ内におけるオリフィス
と抵抗器の位置決めの厳密性が緩和されることである。
たインクジェットプリンタ用重合体ノズル部材は、従来
の電気成形されたオリフィスプレートよりも優れた特性
を有する。例えば、レーザ除去加工した重合体ノズル部
材は、水をベースとする印刷用インキによる腐食に対し
て高度の抵抗力を有し、一般に、疎水性である。更に、
レーザ除去加工した重合体ノズル部材は弾力係数が比較
的低いので、ノズル部材と下敷き基板または障壁層との
間の組み込み応力によるノズル部材と障壁層との剥離傾
向が小さくなる。更に、レーザ除去加工した重合体ノズ
ル部材は、重合体基板への固定、或いは、重合体基板に
よる作成が容易である。
rレーザが用いられるが、除去加工を達成するために、
光の波長およびエネルギー密度が実質的に同じであるよ
うな他の紫外線光源を用いても差し支えない。除去しよ
うとするテープによく吸収させるためには、この種の紫
外線光源の波長は150nmから400nmまでの範囲
であることが好ましい。更に、周囲の残りの材料を本質
的に加熱することなしに、除去された材料を迅速に排出
するためには、パルス長が約1マイクロ秒未満である場
合、1平方センチメートル当たりのエネルギー密度は約
100ミリジュール以上でなくてはならない。
ば理解できるように、テープ104上にパターン(模
様)を形成するためには、多数の他の加工方法が利用で
きる。この種の加工方法としては、化学的エッチング、
スタンピング、反応イオンエッチング、イオンビームミ
ーリング、及び、光成形したパターンを用いた成型また
は鋳造などが挙げられる。本加工法における次の過程は
清浄過程であり、テープ104のレーザ除去された部分
を清浄ステーション117の下に配置することである。
清浄ステーション117において、レーザ除去によって
生じた破片は、通常の工業的方法によって除去される。
ンに移動される。このステーションは、例えばShin
kawa社によって市販されている内部リード接着装置
モデル番号IL−20のような通常の自動TABボンダ
ー(接着装置)に組み込まれた、光学的直線配列ステー
ション118である。ボンダー(接着装置)は、オリフ
ィスを作成するために用いられる方法及び/又は過程と
同じ方法及び/又は過程によって作成されたノズル部材
上の直線配列(標的)パターン、及び、抵抗器を作成す
るために用いられる方法及び/又は過程と同じ方法及び
/又は過程によって作成された基板上の標的パターンを
用いて事前プログラムされる。好ましい本実施例におい
てはノズル部材は半透明であるので、基板上の標的パタ
ーンはノズル部材を通して見ることができる。次に、ボ
ンダーは、2つの標的パターンが一直線上にくるように
ノズル部材に対してシリコンダイス120を自動的に位
置決めする。Shinkawa TABボンダーは、こ
の種の直線配列機能を有する。基板上の標的パターンと
ノズル部材上の標的パターンを自動的に直線配列する機
能は、抵抗器とオリフィスを正確に一直線上に位置決め
するばかりでなく、必然的に、ダイス120上の電極
と、テープ104に形成された伝導性トレースの端部と
を一直線上に位置決めする。その理由は、トレースとオ
リフィスはテープ104において直線配置され、基板電
極と加熱抵抗器は基板上で直線配置されるからである。
従って、2つの標的パターンが直線配置されると、テー
プ104上及びシリコンダイス120上の全てのパター
ンは相互に直線配置されることになる。
いて、テープ104に対するシリコンダイス120の自
動的な直線配列が達成される。伝導性トレースとノズル
部材を一体化することにより、この種の直線配列機能が
可能になる。このような一体化を実施すると、プリント
ヘッドの組立てコストが節減されるばかりでなく、プリ
ントヘッドの材料コストも節減される。
4に設けられたウィンドウ(窓部分)を通って伝導性ト
レースの端部を関連基板電極上に押し下げるために、連
動接着法(ギャングボンディング)を用いる。次に、ボ
ンダーは、トレースの端部を関連電極に溶接するため
に、例えば熱圧縮接着法を用いて、熱を供給する。結果
として得られる構造の一実施例の側面図を図4に示す。
例えば超音波接着、伝導性エポキシ樹脂、はんだペース
ト、または、他の周知の手段のような前記以外のタイプ
の接着方法を用いても差し支えない。次に、テープ10
4は、加熱および圧力ステーション122に移動され
る。図7に関して既に検討したシリコン基板上に形成さ
れた障壁層30の上面には接着剤の層84が配置されて
いる。前記の接着過程の後で、シリコンダイス120は
テープ104に圧しつけられ、接着剤層84を硬化させ
てダイス120をテープ104に物理的に接着するため
に、熱がくわえられる。
に、巻取りリール124に巻取られる。その後で、個々
のTABヘッド組立体を相互に分離するために、テープ
104を切断しても差し支えない。次に、結果として得
られるTABヘッド組立体は、プリントカートリッジ1
0上に配置され、既に説明した図9の接着剤シール90
が形成され、ノズル部材をプリントカートリッジに堅固
に固定し、ノズル部材とインクタンクの間において基板
の周りに耐インクシール(インク漏れ防止密封部)を設
け、インクからトレースを隔離するためにヘッドランド
に近接した場所でトレースをカプセルに封入する。
によって柔軟なTABヘッド組立体上の周囲の点をプラ
スチック製プリントカートリッジ10に固定し、図1に
示すように重合体テープ18をプリントカートリッジ1
0の表面とほぼ同一平面に保つ。以上、本発明の原理、
好ましい実施例、及び、作動方法について説明した。た
だし、本発明は特定の実施例に制限されるものではな
い。例えば、前記の発明は、熱タイプのインクジェット
プリンタと同様に熱タイプ以外のインクジェットプリン
タと一緒に使用できる。
とにより、ノズル部材におけるインクオリフィスと基板
上の加熱素子との位置合せを、簡単に、信頼性良く行う
ことができる。
トカートリッジの斜視図である。
図である。
る。
る。
部分斜視図である。
部分斜視図である。
部分破断平面図である。
セスの1つを示す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】プリントヘッドの形成における、基板上の
電極に導電性リードをボンディングする方法であって、 インクを噴射するオリフィスを有するノズル部材上に導
電性リードを設けるステップと、 前面に加熱素子および電極を有する基板を、前記加熱素
子と前記オリフィスとが位置合わせされるよう前記ノズ
ル部材に対して位置合わせするステップであって、前記
加熱素子を前記オリフィスに対して位置合わせすること
により、前記電極の、前記導電性リードの端部に対する
位置合わせも行われる、ステップと、 ボンディングツールを用いて前記導電性リードを前記基
板上の前記電極に結合するステップと、 を備えて成る方法。 - 【請求項2】 オリフィスを有する前記ノズル部材に1つ
以上のウインドウを設けて前記ノズル部材上の前記導電
性リードを露出し、前記基板を位置合わせする前記ステ
ップによって、前記電極が前記導電性リードに、前記1
つ以上のウインドウを通して見えるように位置合わせさ
れるステップであって、前記1つ以上のウインドウによ
り、前記ボンディング・ツールの前記導電性リードへの
アクセスが可能となる、ステップをさらに備えて成るこ
とを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記リードを前記電極にボンディングする
前に、前記基板を前記ノズル部材に対して自動的に位置
合わせするパターン認識位置合わせ手段を前記ボンディ
ング・ツールが備えていることを特徴とする、請求項1
に記載の方法。 - 【請求項4】 前記ノズル部材上の前記導電性リードと所
定の関係になるよう、前記オリフィスが前記ノズル部材
に形成され、前記基板上の前記加熱素子が前記オリフィ
スに位置合わせされるとき、前記導電性リードもまた前
記基板上の前記電極に位置合わせされることを特徴とす
る、請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 インクジェット・プリントヘッドの形成に
おける、基板上の電極に導体をボンディングする方法で
あって、 インクを噴射するためのオリフィスを有するノズル部材
に1つ以上のウインドウを設けて、前記ノズル部材に付
着された導電性リードの端部を露出するステップであっ
て、前記オリフィスは前記導電性リードに位置合わせさ
れる、ステップと、 加熱素子と電極とが前面に形成された基板を、前記加熱
素子が前記オリフィスに位置合わせされるよう前記ノズ
ル部材に対して位置合わせをして、前記導電性リードの
端部を前記電極に位置合わせするステップと、 自動ボンディング・ツールを用いて前記導電性リードを
前記基板上の前記電極に結合するステップであって、前
記ボンディング・ツールは前記1つ以上のウインドウを
通して前記導電性リードにアクセスすることができる、
ステップと、 を備えて成る方法。 - 【請求項6】インクジェット・プリントカートリッジに
使用するプリントヘッドにおいて、インクを噴射するた
めのオリフィスと、導電性リードと、1つ以上のウイン
ドウとを有するノズル部材であって、前記1つ以上のウ
インドウは、前記導電性リードの端部を露出し、前記ノ
ズル部材の裏面に対して位置決めされた基板上の電極を
露出して、前記基板上の前記電極への前記導電性リード
のボンディングを可能にする、ノズル部材を備えて成る
プリントヘッド。 - 【請求項7】電極が形成された前記基板をさらに備えて
成り、前記基板はまた加熱素子を有し、前記ノズル部材
の裏面に装着されて、各加熱素子が、前記各オリフィス
に関連づけられ、近接され、前記基板上の前記電極は、
前記加熱素子に電気信号を接続するためのものであるこ
とを特徴とする、請求項6に記載のプリントヘッド。 - 【請求項8】前記導電性リードは、前記ノズル部材の前
記裏面に形成された導電性トレース であり、前記電極
は、前記1つ以上のウインドウを通して前記トレースに
アクセスできる自動ボンディング・ツールを用いて前記
導電性トレースの端部に位置合わせされ、接続され、前
記加熱素子と前記オリフィスとの位置合わせはまた、前
記電極を前記導電性トレースに自動的に位置合わせする
ことを特徴とする、請求項7に記載のプリントヘッド。 - 【請求項9】 前記プリントヘッドは、前記ノズル部材と
前記基板との間の障壁層をさらに備えて成り、前記障壁
層は、前記オリフィスの各々に関連する蒸発チャンバを
形成し、前記障壁層はまた、前記蒸発チャンバとインク
源との間の流体連通を提供するインク・チャネルを形成
することを特徴とする、請求項7に記載のプリントヘッ
ド。 - 【請求項10】前記オリフィスは1つ以上の線形オリフ
ィス群に構成され、前記1つ以上の矩形に形成されたウ
インドウは前記オリフィスの線形群に垂直に配置されて
いることを特徴とする請求項6に記載のプリントヘッ
ド。
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