JP3945838B2

JP3945838B2 - チャージ板の製造方法

Info

Publication number: JP3945838B2
Application number: JP13212096A
Authority: JP
Inventors: デイヴィッド・ジェイ・スティーブンス; ブライアン・ジー・モーリス; ピーター・エヌ・タンク
Original assignee: イーストマンコダックカンパニー
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1996-05-27
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2016-05-27
Also published as: DE69609248T2; EP0744291B1; JPH0999561A; EP0744291A2; CA2177052A1; DE69609248D1; EP0744291A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二進連続インクジェットプリンタの分野に関し、特に、インクジェットプリンタのためのチャージ板を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続インジェットプリンタにおいては、導電性インクを加圧状態でマニホルド領域に供給し、そこからリニアアレイとして配列した複数個のオリフィスへインクを分配する。インクはオリフィスからフィラメントとなって吐き出され、このフィラメントを分断して液滴ストリームを形成する。ストリーム内の個々の液滴は選択的にチャージされて、フィラメントの分断領域において実質的に２つのレベルが形成され、チャージされた液滴はその正規の軌跡から偏向される。偏向された液滴又は偏向されなかった液滴は捕獲されて再利用できるが、その他の液滴は印字媒体に付着する。
【０００３】
二進連続インクジェットにおいては、液滴はチャージ板によりチャージされ、チャージ板はその薄い端面に沿って位置した複数個のチャージ電極と、上面に沿って位置した対応する数の接続リードとを有する。チャージ電極を備えたチャージ板の端面はインクジェットフィラメントの分断地点の近傍に位置し、リードに電流を印加して、液滴がフィラメントから分断するときに液滴をチャージ（帯電）する。
【０００４】
米国特許第４，５６０，９９１号明細書には、チャージ板を製造する一方法が開示されている。この特許においては、エッチング可能な材料（例えば、銅箔）の薄いシート上にチャージ電極及びリードを電気的に蒸着していわゆる「クーポン」(coupon)を形成することにより、チャージ板を製造する。クーポンはジグにより約９０°の角度で屈曲せしめられる。次いで、リードを誘電材料（例えば、酸化アルミニウム）に接着し、次に、エッチング可能な基体を化学的なエッチングにより除去する。このようなチャージ板の製造方法は「リードトランスファー法」と呼ばれ、エッチング可能な基体上に電極を形成する必要がある。
【０００５】
別の「リードトランスファー」式のチャージ板製造方法は米国特許出願第０８／２２９，１１４号明細書に記載されているが、この方法においても、エッチング可能な基体上に電極を形成する必要がある。次いで、電鋳されたクーポンは約９０°の角度で屈曲せしめられ、誘電材料（例えば、酸化アルミニウム）に接着され、次いで、エッチング可能な基体を化学的なエッチングにより除去する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のチャージ板製造技術はいくつかの欠点を有する。例えば、使用可能なチャージ板を製造するために必要な製造工程数が比較的多いため製造方法が複雑となり、また、多い製造工程数に関連して製造方法がコスト高となる。また、リードトランスファー法は正確性に欠ける。その理由は、基体をエッチングにより除去するときに、リードが僅かに移動してしまうからである。ジェット間の空間距離が減少すると、外部の回路に対する接続に関する問題点が増大する。
例えば、標準の電子接続技術では、コネクタの直線１インチ（約２５．４ｍｍ）当り約２０本の電気的接続を行うことができる。東洋の技術では１インチ（約２５．４ｍｍ）当り約１００本の信頼ある接続を行うことができる。現在のインクジェットプリンタでは１インチ（約２５．４ｍｍ）当り数百本のチャージリードが望まれている。現在、これは、チャージ板の前エッジ即ち端面からチャージ板の（インクジェット領域から離れた）部分における一層大きな接続領域へリードを「散開する」(fanning out) することにより行われている。例えば、１インチ（約２５．４ｍｍ）当り３００ジェットを有する１インチ（約２５．４ｍｍ）幅の印字ヘッドでは、チャージ板の後部に少なくとも３インチ（約７６．２ｍｍ）のコネクタ空間を設ける必要がある。このため、チャージ板及び印字ヘッドは所望の小寸法よりも一層大きいものとなってしまう。現在のチャージ板製造技術における別の問題点は印字ヘッドの作動中にチャージ板上に生じる凝縮である。チャージ板は１００％の相対湿度環境下で作動するので、チャージ板上に水が凝縮する傾向がある。この問題を解決するため、米国特許第４，６２２，５６２号明細書に開示された如きヒータを使用して、チャージ板を周囲環境の温度より僅かに高い温度に維持する。上記米国特許第４，５６０，９９１号明細書に開示された如き現在の技術においては、捕獲器用ヒータは捕獲器内でチャージ板の下方に位置する付加的な素子となる。この付加的な素子を印字ヘッドに組み込むと、コストが更に高くなり、印字ヘッドが更に複雑になる。更に、電鋳電極としてニッケルが使用されるので、インクジェット印刷における印字ヘッドの作動中、電鋳電極が電気化学的に（腐食により）消失しまう恐れが強い。この傾向は、インクジェット印刷中にインクを蓄積させる傾向を有するリードの底部分（特に、９０゜の屈曲部から最も遠い部分）において特に顕著である。
【０００７】
それ故、従来技術における問題点を解決する改善されたチャージ板の製造方法が要求されている。
【０００８】
従って、本発明の目的は、ドライバチップを設けることにより相互接続の寸法を減少させたチャージ板を提供することである。本発明の別の目的は、肉厚フィルム及び肉薄フィルムによるパターン作成の如き普通の方法により製造できるチャージ板を提供することである。本発明の更に別の目的は、チャージ板の上面及び端面へのパターン作成を別個に行うことにより、従来の同様な製造方法における欠点を克服するチャージ板の製造方法を提供することである。本発明の他の目的は、ドライバチップの電気的な絶縁に必要な回路を提供すべくチャージ板の後縁に標準のコネクタのための接続部を形成するために肉厚フィルム回路技術を使用することである。本発明の別の目的は、チャージ板の下面に対して抵抗性チャージ板用ヒータを一体化することである。本発明の更に別の目的は、製造における融通性を一層高めることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段並びに作用効果】
上述の要求は、本発明に係るチャージ板及び電子ドライバの一体製造方法を提供することにより、満たすことができる。この方法においては、チャージ板は普通の方法（例えば、肉薄フィルム及び肉厚フィルムによるパターン作成）により製造でき、また、チャージ板製造技術によりドライバ電子回路をチャージ板と一体化できる。このような普通の方法を用いた従来の試みは、いくつかの理由で失敗に終わっている。第１に、インクジェット印刷に必要な高圧に耐えることのできる電子ドライバチップを入手できなかったためである。第２に、チャージ板に必要な回路を製造する方法を、必要な空間解像度で使用できなかったためである。最後に、端面上でのパターン作成が不可能だったので、９０゜の角度を跨いで延びるチャージリードを形成するに必要な技術を使用できなかったためである。リードトランスファー法を使用すればチップ付きチャージ板を製造できるが、この方法は制限を伴う。
【００１０】
本発明では、製造方法において、上面へのパターン作成及び端面へのパターン作成を別個に行い、製造における一層の融通性を可能にするので、上述の諸欠点を克服することができる。新規な技術の巧みな組み合わせにより、チャージリードを駆動する電子チップをチャージ板に装着できるような板の後面での回路の製造が可能になる。このため、外部の回路に対する少ない電気接続で多数のチャージリードを駆動できるように１つの電子「バス」（母線）を介してチャージ板へ入力を行うことができる。新規な技術はまた、チャージ板の下面に対するチャージ板用ヒータの一体化を可能にする。更に、この新技術での製造に利用できる材料の腐食による消失量は小さい。
【００１１】
本発明の一形態によれば、インクジェットプリンタのためのチャージ板を製造する方法では、普通の方法を用いてチャージ板を製造できる。まず、端面と上面と下面とを有するセラミック製のチャージ板基体を準備する。次いで、基体の端面に（普通のプリンティング技術により）導電性のパターンを作成し、チャージ面を形成する。チャージ板基体の上面にパターンを作成することにより、チャージ面からセラミックチャージ板基体の上面への導電性経路を完成させ、ラップ(wrap around) 回路を形成する。電子ドライバチップが存在する上面上の回路部分にパターンを形成する。この場合、パターンはドライバチップを取り巻く多数の小さな矩形の導電性領域（「パッド」という）により構成される。パッドは既知の適当な技術を使用してチャージ板からドライバチップへの電気接続を行う拠点を提供し、上述の既知の技術は、例えば、金製ワイヤボールボンディング、フリップチップ取り付け（アタッチメント）、マイクロボール格子（グリッド）アレイ取り付けを含むボール格子アレイ取り付け、及び、テープ自動化ボンディング等の普通のワイヤボンディング技術である。パッドからチャージ面及びチップの後面への接続は上面へのパターン作成工程において行われる。このパターン作成は肉厚フィルム法の如き任意の適当な方法により達成できる。液滴のチャージング及び偏向のために上面を端面に電気接続するためにチャージ板の上面にパターンを作成できる。（チャージ面から）セラミックチャージ板基体の上面への導電性経路が完成したとき、次の工程（第２組の工程）を行って、チャージ板の後面において二層回路のための領域を形成する。例えば、パワー信号及び論理信号をドライバチップへ送る電気的なトレース（掃引線）の下方で電気的な接地（アース）を行う必要がある。チャージ板に穴を設けて、チャージ板の下面に抵抗性のチャージ板用ヒータを形成するために肉厚フィルム回路技術を使用できるようにする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図面を参照すると、図１には、チャージ板組立体として組立てることのできるチャージ板基体１０を示す。好ましくは、チャージ板基体１０はセラミックで構成され、８．２×１０^-6／℃の熱膨張係数を有する９６％酸化アルミニウムから作られる。基体の端面１２は上面１４に対して実質上垂直となっている。好ましくは、端面１２は液滴の最適なチャージを提供するように平坦になっている。
【００１３】
図２を参照すると、最初に、図１のセラミック基体１０の端面１２にパターンを作成し、チャージ表面即ちチャージ面１６を形成する。本発明の好ましい実施の形態においては、端面１２の高さは約０．０１５インチ（約０．３８ｍｍ）である。端面１２は下面１８に対しても実質上垂直となっている。面取り部２０が約４５゜の角度の表面を介して端面１２と下面１８とを離間させ、捕獲器の方へ偏向される液滴のための経路を提供する。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、端面へのパターン作成中、少量のインクが上面にわたって拡がり、電気的な接続を改善することができる。チャージ面１６は、肉厚フィルム処理技術における標準の方法を使用して、肉厚フィルム導電性インクをスクリーン（シルクスクリーンプリンティング）及び（又は）薄い金属箔（ステンシルプリンティング）の開口を通過させることにより、形成される。シルクスクリーンプリンティングは珍しいパターンの形成を可能にするという利点を有し、ステンシルプリンティングは、高解像度でインクを押し出すときに問題を生じさせる恐れのあるワイヤメッシュを使用することなく改善された印刷ライン及びラインスペースを提供するという利点を有する。市場で入手できるデュポン(DuPont)６７１５（商品番号）の金製厚フィルムペーストの如き金製厚フィルムペーストはニッケルより好ましい。その理由は、金はニッケルに比べて一層化学的に不活性だからである。
【００１５】
図３を参照すると、チャージ面１６の形成に続き、ラップ(wrap around) 導電性経路２２を形成するために、チャージ面から上面１４へ続く導電性経路を完成させる。本発明の好ましい実施の形態では、ラップ形成中、導電性経路は端面にわたって延びることができる。これにより、端面及びラップに重なりが生じ、端面のまわりに良好な電気接続を保証する。
【００１６】
ラップ２２は、プリンティング、乾燥及び焼成の如き肉厚フィルムペースト又はプリンティング技術により形成される。従って、本発明は上面１４とチャージ面１６との間の電気接続を得るために肉厚フィルム処理を採用する。上面１４から端面１２への電気接続は、端面１２のチャージ面１６を上面のラップ２２に接続する電気接続ラップ方法を用いて行われる。これは、（基体のプリンティング工程及び乾燥工程後で上面へのパターン作成工程前の）焼成工程中に、金属対金属の直接拡散により行われる。
【００１７】
図４には、チャージ板を形成するために、プリンティング工程、乾燥工程、焼成工程及び金属対金属の拡散の後に作成される基体の上面パターン２４を示す。基体の上面パターンは「マイクロエレクトロニクスについての１９９３年の国際シンポジウムの議事録」に記載されたようなフォーデル(Fodel) の光作像可能な材料の如き任意の材料を用いて作成することができる。フォーデルの技術は、肉厚フィルムペースト技術の延長線上の技術であり、肉厚フィルム誘電体及び導体を作るために使用する無機成分、金属粉末、ガラス粉末、金属酸化物及び耐火粉末と、印刷配線板分野のフォトレジストフィルムを作るために使用する有機成分、ポリマー、フォトイニシエータ、モノマー及び安定剤とを組み合わせることにより開発されたものである。この組み合わせにより、印刷配線板分野で現在使用されているマイルド水性化学を使用して、セラミック材料の周知の信頼性と従来の装置における処理の容易性とを併せ有する光作像可能なセラミック材料を得ることができる。
【００１８】
フォーデルの方法は、成分材料と同様、普通の肉厚フィルム方法と印刷配線板方法との組み合わせである。当業者にとって既知のように、本発明のチャージ板へのパターン作成を行うために、普通の肉厚又は肉薄フィルム方法及び普通の印刷配線板方法は、別々に使用することもできるし、適当に組み合わせて使用することもできる。フォーデルの方法は例として述べたものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００１９】
フォーデルの方法においては、最初に、ブランクスクリーンプリンティングにより、市場で入手できるフォーデルペーストの如き光活性ペーストを所望の基体に使用する。ペーストは室温で平らにされ、次いで、例えば８０℃の温度で乾燥される。乾燥後、適当なフォトマスクを介して（約３６０ｎｍの典型的な最大波長を有する）ＵＶ光でペーストを露光し、潜像を形成する。露光に続き、例えば１％Ｎａ₂ＣＯ₃水溶液を使用して、例えば運搬可能なスプレープロセッサ内で、材料上の潜像を現像する。次いで、普通の肉厚フィルム法により、現像したペーストを焼成する。
【００２０】
図４に示す上面パターン作成の後、高破壊電圧を有しピンホールのない材料で、上面を被覆する。好ましい材料は良好な誘電コーティングを形成するためにパターン作成した上面に対して焼結する誘電材料である。誘電コーティングは、市場で入手できるデュポン５７０４（商品番号）の誘電体の如き任意の適当な誘電体とすることができる。
【００２１】
当業者にとって既知のように、肉厚フィルム技術は電子産業で使用されるパターン回路を作る方法である。シルクスクリーン法により基体上にパターンを作成し、次いで、これを乾燥させ、焼成する。この方法は、９６％酸化アルミニウムでできた基体の如き、インクの焼結又は焼成に必要な温度に耐えることのできる適当な基体を用いて開始される。次いで、シルクスクリーン法により基体上に肉厚フィルムインクを施す。もちろん、種々の応用に対して種々のインクを使用できる。例えば、導電性の金製経路を形成するためにある種の導電性インクを使用できる。パラジウムと金とを含む導電性インクははんだ付けポイントとして使用できる。電子回路のための抵抗素子や抵抗性ヒータを形成するために抵抗性インクを使用することができる。先に形成した回路上又は２つの回路層間のバリヤ上に保護コーティングを形成するために、非導電性又は誘電性インクをプリントできる。これらのインクは３つの主成分、即ち、（フリットとして参照される）結合剤成分、プリントビークル及び官能成分を含む。シルクスクリーン法により基体上にインクを施した後、基体を乾燥炉内に入れ、例えば約１５０℃の温度で加熱し、すべての溶剤を蒸発させる。次の工程において、プリントされ乾燥された基体を焼成する。基体は比温度処理を受け、すべての有機物を焼失させる温度（例えば、５００℃）に基体を加熱し、その温度を保持する。次いで、焼成が実際に生じる温度（例えば、８５０℃）に基体を加熱する。８５０℃の温度において、官能成分は官能材料の層となって焼結する。同様に、フリットは焼結し、部分的に基体内へ拡散し、官能成分を基体に接着させる手段を提供する。最後に、温度を低下させる。付加的な層を上面に配置し、同様の処置を施すことができる。
【００２２】
図５を参照すると、セラミック基体層２６のたん面を、金製肉厚フィルムの如き端面プリント層２８を用いて、プリントする。次いで、ラップ層３０を施す。
ラップ層は金製肉厚フィルムの如き任意の適当な材料とすることができる。フォーデル法を使用して、薄いライン回路層３２を形成する。この層はチャージドライバチップ３４と端面プリント層２８上のチャージ電極との間に接続経路を提供する。次いで、接地面回路３６を設けて、コネクタ３８とドライバチップ３４との間に電気接地経路を形成する。次いで、これらの２つの別個の層を誘電層４０で被覆し、層４０をパターン表面の上面に焼結させ、良好な電気絶縁コーティングを作る。制御回路層４２はコネクタ３８とドライバチップ３４との間にパワー信号、制御信号及びデータ信号のための経路を提供する。
【００２３】
図６は、チャージ板上の種々の層とチャージ板から離れた支持電子機器への接続との間の機能的な関係を示すブロック線図である。図６において、パワーライン４４、制御ライン４６及びデータライン４８は、コネクタ３８を介して動力源５０、プリントコントローラ５２及びプリントデータ発生器５４にそれぞれ接続している。
【００２４】
図５を参照すると、第２の誘電コーティング５６を設けて、制御回路を保護すると共に、薄いライン回路３２上に第２のコーティングを提供する。誘電コーティングは薄いライン回路の領域にボイドを有さないことが重要である。ボイドが存在した場合は、インクジェット印刷に使用される導電性インクが２つの隣接するトレース間に導電性経路を形成してしまい、ショート（短絡）が発生し、素子を損傷させてしまう。
【００２５】
図５、６を参照すると、ドライバチップ３４は、直列での論理レベルデータを許容し、次いでこれらの信号をラッチし、そのデータを一層高い電圧電位で並列にて出力するシリコン装置である。論理レベルは典型的には０及び１２ボルト（直流）である。出力電圧は６０ないし１８０ボルト（直流）の範囲とすることができる。ドライバチップ３４の入力チャンネルは金製ワイヤボールボンディングの如き適当な手段により接地面回路３６及び制御回路４２に接続される。ドライバチップ３４の出力チャンネルは金製ワイヤボールボンディングの如き適当な手段により薄いライン回路３２に接続される。エポキシその他の適当な材料を使用してチップ及びワイヤボンドを覆い、チップ及びワイヤボンドを周囲環境から保護する。
【００２６】
図５、６を参照すると、標準の表面装着はんだ付け技術によりコネクタ３８を取り付ける。はんだ付け可能な金属層はコネクタをはんだ付けするパッドを提供し、裏面に形成した小さな穴は上面から下面への導電性バイアス(vias)を形成する。これにより、上面からチャージ板の下面及び抵抗性チャージ板用ヒータへの電気経路が提供される。抵抗層５８及びヒータ回路層６０で構成された抵抗性チャージ板用ヒータは肉厚フィルム技術を使用して下面に一体的に形成される。ヒータ回路層６０ははんだ付け可能なインクを使用して施され、バイアスとヒータ層（抵抗層）５８との間に導電性経路を提供する。次いで、抵抗性インクを使用してヒータ層５８を施す。この層の形状及び厚さが所望の抵抗を決定する。
【００２７】
上面パターンの作成された薄いライン回路層３２はラップパターンとドライバチップの出力との間に導電性経路を提供する。この層はワイヤボンディング作業に使用されるパッドを有する。接地面回路層３６は接地信号のための導電性経路をドライバチップと表面装着コネクタとの間に提供する。パターンの作成された上面は誘電層４０で覆われ、この層はパターンの作成された上面で焼結し、良好な誘電コーティングを形成する。制御回路層４２は、第２の層を施す前に、コネクタとドライバチップとの間に導電性経路を提供する。層３４及び表面装着コネクタ３８として示されたチャージドライバ素子はコントローラとデータ源との間の接続を行う。抵抗層５８及びヒータ回路層６０により構成された抵抗性チャージ板用ヒータは図６に符号６２にて示すチャージ板の下面に一体的に形成される。
【００２８】
本発明に従って、上面及び端面へのパターン作成を別個に行うと、異なる材料を使用できる点で、製造における融通性が増大する。当業者にとって既知のように、チャージ表面の材料を変えることにより、電気的な特性も変わる。本発明では、全体として所望の電気的及び電気化学的特性を得るために異なる材料を使用することができる。
【００２９】
【産業上の利用可能性及び効果】
本発明はインクジェット印刷の分野において有用であり、チャージ面を直接形成できるという利点を与える。これにより、チャージ板の製造が一層容易になる。ラップを形成した後、エッチング可能な肉厚フィルム法、伝統的な肉薄フィルム法、肉厚及び肉薄フィルムの水素化合(hydridization) 法、及び、光作像可能な肉厚フィルム技術の如き種々の技術を用いて、チャージ板の上面パターン作成を行うことができる。ドライバチップを設けたことにより、相互接続における寸法を減少できるという利点が得られる。
【００３０】
以上、好ましい発明の実施の形態につき本発明を説明したが、本発明の要旨を逸脱することなく種々の修正、変形が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】チャージ板基体の斜視図である。
【図２】本発明に従って端面にパターンの作られたセラミック基体の斜視図である。
【図３】図２のパターンの作られた端面に関連するラップ導電性経路を示す斜視図である。
【図４】上面へのパターン作成が行われた状態を示す斜視図である。
【図５】本発明に係るチャージ板の種々の層を示す分解部品斜視図である。
【図６】チャージ板に対するパワー、接地、制御及びデータ信号のインターフェイスを示すブロック線図である。
【符号の説明】
１０チャージ板基体
１２端面
１４上面
１６チャージ面
１８下面
２０面取り部
２２ラップ
２４上面パターン
３４チャージドライバ

Claims

インクジェットプリンタ内のインク液滴をチャージするためのチャージ板の製造方法において、
（ａ）端面と、上面と、下面とを有するセラミックチャージ板基体を準備する工程と、
（ｂ）前記セラミックチャージ板基体の前記端面にチャージ面を形成するように、前記セラミックチャージ板基体の前記端面に所定の導電性パターンを作成する工程と、
（ｃ）前記セラミックチャージ板基体の前記上面上の導電性経路の一部を前記チャージ面の導電性経路の一部とオーバーラップすることにより、前記チャージ面から前記セラミックチャージ板基体の前記上面へのラップ導電性経路を完成させることによって、前記チャージ板を形成する工程と、
（ｄ）前記チャージ板基体の前記上面にチャージドライバを設ける工程と；
（ｅ）前記チャージドライバから前記チャージ板への電気接続を可能にするように、前記チャージ板基板の前記上面に所定の導電性パターンを作成する工程と、
（ｆ）前記導電性パターンの作成された前記上面を誘電材料でコーティングする工程と、
を有することを特徴とするチャージ板の製造方法。
導電性バイアスを介して前記上面から前記下面への導電性経路を完成させる工程を有することを特徴とする、請求項１のチャージ板の製造方法。
抵抗性の捕獲器用ヒータを形成するために、前記下面へのパターン作成を行う工程を有することを特徴とする、請求項１のチャージ板の製造方法。
制御信号のためのコネクタを提供する工程を有することを特徴とする、請求項１のチャージ板の製造方法。
前記チャージドライバから前記コネクタへの導電性経路を提供する工程を有することを特徴とする、請求項４のチャージ板の製造方法。
金製のワイヤボールボンディングにより前記チャージ板から前記チャージドライバへの電気接続を提供する工程を有することを特徴とする、請求項１に記載のチャージ板の製造方法。
前記セラミックチャージ板基体が、９６％の酸化アルミニウムを含むことを特徴とする、請求項１に記載のチャージ板の製造方法。
前記セラミックチャージ板基体に関連するエッチング可能な基体上に電極を形成する工程を有することを特徴とする、請求項１に記載のチャージ板の製造方法。
前記端面と前記下面とを分離するための面取り部を提供する工程を有することを特徴とする、請求項１に記載のチャージ板の製造方法。
前記面取り部が非導電性表面で構成されていることを特徴とする、請求項９に記載のチャージ板の製造方法。