KR20090019828A - 프린트헤드 모듈 내의 매립형 히터 - Google Patents
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Abstract
프린트헤드 본체 및 프린트헤드 본체를 형성하는 방법이 개시된다. 프린트헤드 본체는 본체 부분 및 노즐 부분을 포함한다. 본체 부분은 잉크 챔버를 포함한다. 노즐 부분은 본체 부분 내의 잉크 챔버와 유체 연통하는 노즐을 포함하고, 제 1 실리콘 층, 제 2 실리콘 층, 그리고 상기 제 1 및 제 2 실리콘 층 사이에 형성된 히터를 더 포함한다. 노즐은 제 1 및 제 2 실리콘 층을 통해서 연장하고 상기 잉크 챔버와 유체 연통한다.
Description
본 발명은 프린트헤드 조립체에 포함되는 히터에 관한 것이다.
잉크젯 프린터는 통상적으로 잉크 공급부로부터 잉크 드롭(drop)이 분사되는 노즐 개구부(opening)를 포함하는 잉크 노즐 조립체까지의 잉크 경로를 포함한다. 잉크 드롭 분사는 액츄에이터를 이용하여 잉크 경로 내의 잉크를 가압함으로써 제어될 수 있으며, 상기 액츄에이터는, 예를 들어, 압전식 편향기(piezoelectric deflector), 열 기포 제트 발생기(thermal bubble jet generator), 또는 정전식으로 편향되는 부재일 수 있다. 통상적인 프린트헤드는 대응하는 노즐 개구부 및 연관된 액츄에이터를 갖는 유체 경로 배열을 가지며, 각각의 노즐 개구부로부터의 드롭 분사는 독립적으로 제어될 수 있다. 소위 드롭-온-디맨드(drop-on-demand) 프린트 헤드에서, 각각의 액츄에이터는, 프린트 헤드와 프린팅 매체가 서로 상대적으로 이동될 때, 이미지의 특정한 픽셀 위치에서 선택적으로 드롭을 분사하도록 발사(fire)된다. 고성능 프린트 헤드에서, 노즐 개구부는 통상적으로 50 미크론 또는 그 미만, 예를 들면 약 25 미크론의 직경을 갖고, 100 내지 300 노즐/인치의 피치(pitch)로 분리되며, 약 1 내지 70 피코리터(pl) 또는 그 미만의 드롭 크기를 제공한다. 통상적으로, 드롭 분사 주파수는 10 kHz 또는 그보다 높다.
프린트헤드는 반도체 프린트헤드 본체 및 압전 액츄에이터를 포함할 수 있으며, 그 예를 들면, Hoisington 등에게 허여된 미국 특허 제 5,265,315 호에 개시된 프린트헤드가 있다. 프린트헤드 본체는 잉크 챔버 형성을 위해 에칭된 실리콘으로 제조될 수 있다. 노즐 개구부들은 실리콘 본체에 부착된 독립적인 노즐 플레이트에 의해 형성될 수 있다. 압전 액츄에이터는 인가 전압에 응답하여 기하학적 형상을 변경시키거나 벤딩되는 압전 물질 층을 구비할 수 있다. 압전 층의 벤딩은 잉크 경로를 따라 위치된 펌핑 챔버내의 잉크를 가압한다.
프린팅 정확성은 다수의 요인에 의해 영향을 받는데, 다수의 요인은 프린터 내의 복수의 헤드 사이에서 그리고 프린트헤드내의 노즐들에 의해 분사된 잉크 드롭의 크기 및 속도의 균일성을 포함한다. 드롭 크기 및 드롭 속도 균일성은 다시 잉크 경로의 치수 균일성, 음향 간섭 효과, 잉크 유동 경로내의 오염물질, 및 액츄에이터에 의해서 발생되는 압력 펄스의 균일성과 같은 인자들에 의해서 영향을 받는다.
프린트헤드 조립체에서 사용되는 히터가 설명된다. 일반적으로, 하나의 측면에서, 본 발명은 프린트헤드 내에서 히터를 형성하는 방법을 특징으로 한다. 제 1 층이 실리콘 층 상에 형성되고, 이때 상기 실리콘 층은 프린트헤드 본체의 노즐 부분을 형성할 것이다. 제 1 층의 일부분이 패턴화되어 제 1 층 내의 히터의 원하는 형태를 구성한다. 금속 레지스터 부재가 제 1 층의 패턴화된 부분 내에 형성된다. 소정 영역 내의 실리콘 산화물 층 및 제 1 층이 제거되어 프린트헤드 본체의 노즐 부분 내의 노즐을 형성한다. 제 2 층이 실리콘 산화물 층에 부착되고, 상기 제 2 층은 프린팅 액체를 위한 유동 경로를 포함하는 프린트헤드 본체의 본체 부분을 제공한다.
본 발명의 실시는 다음과 같은 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다. 금속 레지스터(저항) 부재를 형성하는 단계가 제 1 층의 위쪽에 그리고 히터의 원하는 형태의 패턴 내로 금속 층을 제공하는 단계, 그리고 상기 금속 층의 일부를 제거하여 제 1 층을 노출시키는 단계를 포함한다. 금속 층의 나머지는 히터의 원하는 형태의 패턴 내에 남아 있게되고 전기 공급원에 전기적으로 연결되도록 구성된 하나 이상의 콘택을 포함하며, 상기 금속 층은 금속 레지스터 부재를 제공한다. 히터의 원하는 형태는 사형(serpentine; 꾸불꾸불한) 형태를 형성할 수 있다. 하나의 실시예에서, 사형 형태는 다수의 곡선형 세그먼트(segments)들을 포함하며, 히터의 단부에 가장 가까이 위치되는 곡선형 세그먼트들은 히터의 중간쪽에 위치되는 곡선형 세그먼트들 보다 더 밀접하게 서로에 대해서 이격된다. 실리콘 산화물 층 및 제 1 층을 제거하여 노즐을 형성하기 전에, 실리콘 산화물 층을 평탄화할 수 있다. 제 1 층은 열적(thermal) 산화물 층일 수 있다. 금속 레지스터 부재는 니켈 및 크롬 합금으로부터 형성될 수 있다. 금속 레지스터 부재는 구리 및 니켈 합금으로부터 형성될 수 있다.
일반적으로, 다른 측면에서, 본 발명은 본체 부분 및 노즐 부분을 포함하는 프린트헤드 본체를 특징으로 한다. 본체 부분은 잉크 챔버를 포함한다. 노즐 부분은 본체 부분 내의 잉크 챔버와 유체 연통하는 노즐을 포함하고, 제 1 실리콘 층, 제 2 실리콘 층, 그리고 상기 제 1 및 제 2 실리콘 층 사이에 형성된 히터를 더 포함한다. 노즐은 제 1 및 제 2 실리콘 층을 통해서 연장하고 상기 잉크 챔버와 유체 연통한다.
본 발명의 실시는 다음과 같은 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 노즐 부분은 제 1 실리콘 층에 형성되고 관통 채널을 구비하는 패턴화된 산화물 층, 그리고 상기 산화물 층 내의 채널 내의 금속 층을 더 포함할 수 있고, 상기 채널은 상기 산화물 층 내에서 원하는 히터 형태를 형성하며, 상기 금속 층은 히터를 제공하고 그리고 전기 소오스(source)에 전기적으로 연결되도록 구성된 하나 이상의 콘택을 포함한다. 제 2 실리콘 층은 금속 층 및 산화물 층의 위쪽에 위치된 실리콘 산화물 층일 수 있다.
히터의 희망하는 형태가 사형 형태일 수 있다. 일 실시예에서, 사형 형태는 다수의 곡선형 세그먼트들을 포함하며, 히터의 단부에 가장 가까이 위치되는 곡선형 세그먼트들은 히터의 중간쪽에 위치되는 곡선형 세그먼트들 보다 더 밀접하게 서로에 대해서 이격된다. 금속 층은, 예를 들어, 니켈 및 크롬 합금 또는 구리 및 니켈 합금을 포함하는 여러 가지 금속으로부터 형성될 수 있다. 제어부에 의해서 온도 판독값이 결정될 수 있도록 그리고 전기 소오스로부터 히터로 전달되는 전류가 제어될 수 있도록, 노즐 부분은 제어부에 전기적으로 연결되도록 구성된 서미스터를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 이하의 이점들 중 하나 이상을 구현하도록 실시될 수 있다. 히터는 프린트헤드 모듈 내에 매립되고, 그에 따라 히터의 효율을 개선하게 되는데, 이는 긴 전도성 경로를 따라서 열 손실이 일어나지 않기 때문이다. 추가적으로, 히터를 프린트헤드 모듈 내에 매립함으로써, 프린트헤드 모듈이 보다 조밀하게(compactly) 형성될 수 있다.
하나 이상의 실시예에 대한 보다 구체적인 내용이 첨부 도면 및 이하의 설명으로부터 이해될 수 있을 것이다. 다른 특징 및 이점들도 상세한 설명, 도면, 및 특허청구범위로부터 분명하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에서는, 첨부 도면을 참조하여 상기와 같은 측면들 및 기타 측면들에 대해서 설명한다.
첨부 도면들에서, 유사한 참조 부호는 유사한 요소들을 나타낸다.
도 1은 프린트헤드 모듈의 일부분을 도시한 단면도이다.
도 2는 프린트헤드 모듈의 일부분을 도시한 평면도이다.
도 3은 매립형 히터를 포함하는 프린트헤드 모듈의 단면을 도시한 평면도이다.
도 4a-4i는 프린트헤드 모듈 내에 매립형 히터를 형성하기 위한 프로세스를 도시한 도면이다.
도 5a는 가요성 회로 및 프린트헤드 모듈을 도시한 전개도이다.
도 5b는 프린트헤드 모듈상에 장착된 가요성 회로를 도시한 도면이다.
도 5c는 도 5b에 도시된 프린트헤드 모듈 상에 장착된 가요성 회로의 일부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 6은 프린트헤드 모듈 내에 장착되고 외부 회로에 부착된 도 5b의 프린트헤드 모듈에 장착된 가요성 회로를 도시한 도면이다.
도 7은 프린트헤드 모듈에 장착된 인터포우저(interposer)에 장착된 가요성 회로의 일부분을 확대하여 도시한 도면이다.
프린트헤드 모듈의 실리콘 층 내의 매립형 히터에 대해서 설명한다. 도 1은 잉크젯 프린터에서 사용될 수 있는 예시적인 프린트헤드 모듈(100)의 일부를 도시한 단면도이다. 매립형 히터는 도시된 바와 같은 프린트헤드 모듈에서 구현될 수 있고, 또는 다른 구성의 프린트헤드 모듈에서 구현될 수 있을 것이나; 설명을 위해서, 도시된 예시적인 프린트헤드 모듈(100)을 참조하여 매립형 히터에 대해서 설명한다.
매립형 히터는 노즐 부분(132) 및 베이스 부분(138) 사이의 경계면(110)에서 프린트헤드 모듈(100) 내에 포함된다. 매립형 히터는 프린팅 액체를 수용 및/또는 둘러싸는 프린트헤드 모듈(100)의 부품들을 가열함으로써 프린트헤드 모듈(100)에서 사용되는 프린팅 액체의 온도를 제어하기 위해서 이용될 수 있다. 예를 들어, 최적의 프린팅 조건을 위한 프린팅 액체의 희망 점성을 유지하기 위해서, 프린팅 액체는 프린팅 액체를 수용하는 프린트헤드 모듈(100)의 부품들에 의해서 가열될 수 있을 것이며, 그러한 부품들은 매립형 히터에 의해서 직접적으로 가열된다. 일 실시예에서, 매립형 히터는 보다 정밀한 온도 제어를 위해서 하나 이상의 외부 히터와 조합되어 사용될 수 있을 것이다.
매립형 히터를 설명하기에 앞서서, 프린트헤드 모듈(100)에 대해서 간략하게 설명한다. 도 1은 프린트헤드 모듈(100) 내의 하나의 젯팅 구조의 유동 경로를 통한 단면을 도시한다. 프린팅 액체가 공급 경로(112)를 통해서 프린트헤드 모듈(100) 내로 들어간다. 통상적인 프린팅 액체는 잉크이며, 설명을 위해서, 이하에서는 프린팅 액체로서 잉크를 이용하는 경우의 프린트헤드 모듈(100)에 대해 설명한다. 그러나, 다른 액체도 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이며, 예를 들어, 액정 디스플레이의 제조에 이용되는 전자발광형(elecroluminescent) 물질 또는 회로기판 제조에 이용되는 액체 금속도 이용될 수 있을 것이다.
잉크는 상승부(ascender; 108)에 의해서 임피던스 피쳐(impedance feature; 114) 및 펌핑 챔버(116)로 지향된다. 잉크는 액츄에이터(122)에 의해서 펌핑 챔버내에서 가압되고 하강부(118)를 통해서 노즐 개구부(120)로 지향되며, 그러한 노즐 개구부로부터 잉크 드롭이 분사된다. 유동 경로 피쳐들이 모듈 본체(124) 내에 형성된다. 모듈 본체(124)는 베이스 부분(138), 노즐 부분(132) 및 박막 부분(139)을 포함한다. 베이스 부분(138)은 실리콘, 예를 들어 단결정 실리콘으로 이루어진 베이스 층을 포함한다. 베이스 부분(138)은 공급 경로(112), 상승부(108), 임피던스 피쳐(114), 펌핑 챔버(116) 및 하강부(118)의 형상들을 형성한다. 노즐 부분(132) 역시 실리콘 층으로 형성되고, 베이스 부분(138)의 실리콘 층에 용융 접합될 수 있다. 노즐 부분(132)은 하강부(118)로부터 노즐 개구부(120)까지 잉크를 지향시키는(direct) 테이퍼형(tapered) 벽(134)을 가지는 노즐을 형성한다. 박막 부분(139)은, 노즐 부분(132)의 반대쪽에서, 베이스 부분(138)의 실리콘 층에 용융 접합되는 박막 실리콘 층(142)을 포함한다.
액츄에이터(122)는 두께가 약 15 미크론인 압전 층(140)을 포함한다. 압전 층(140) 상의 금속 층은 접지 전극(152)을 형성한다. 압전 층(140) 상의 상부 금속 층은 드라이브(drive) 전극(156)을 형성한다. 랩-어라운드 연결부(wrap-around connection; 150)은 접지 전극(152)을 압전 층(140)의 노출 표면 상의 접지 콘택(154)에 연결한다. 전극 브레이크(electrode break; 160)는 접지 전극(152)을 드라이브 전극(156)으로부터 전기적으로 격리시킨다. 메탈라이제이션화된(metallized) 압전 층(140)이 접착 층(146), 예를 들어 폴리머화된 벤조시클로부틴(BCB)에 의해서 박막 실리콘 층(142) 상에 접합된다.
메탈라이제이션화된 압전 층(140)이 섹션화되어 펌핑 챔버(116)에 걸쳐진 활성 압전 영역들을 형성한다. 특히, 메탈라이제이션화된 압전 층(140)이 섹션화되어 격리 면적부(isolation area; 148)를 제공한다. 격리 면적부(148) 내에서, 압전 물질이 하강부에 걸친 영역으로부터 제거된다. 이러한 격리 면적부(148)는 노즐 어레이의 한 측부에서 액츄에이터들의 어레이들을 분리한다.
프린트헤드 모듈(100)의 일부를 평면도시한 도 2를 참조하면, 인접 유동 경로들에 상응하는 일련의 드라이브 전극(156)이 도시되어 있다. 각 유동 경로는 좁은 전극 부분(170)을 통해서 드라이브 전극 콘택(162)에 연결된 드라이브 전극(156)을 구비하며, 상기 드라이브 전극 콘택에는 드라이브 펄스를 전달하기 위한 전기적 연결이 이루어진다. 좁은 전극 부분(170)은 임피던스 피쳐(114)의 위쪽에 위치되고 활성화될 필요가 없는 액츄에이터(122)의 부분에 걸친 전류 손실을 감소 시킨다. 다수의 젯팅 구조물들이 단일 프린트헤드 모듈 내에 형성될 수 있으며, 예를 들어 300개-노즐형 프린트헤드 모듈이 제공될 수 있다. 압전 층 상의 접지 전극(154)들이 도시되어 있다.
도 3은 도 1의 선(A-A)을 따라 취한 모듈 본체(124)를 위쪽에서 도시한 단면도이다. 노즐(120)의 열(row)이 도시되어 있으며, 이때 하나의 노즐이 도 1에서 측면 도시된 노즐(120)에 상응한다. 도시하지는 않았지만, 열(row) 내의 인접 노즐들에 대한 유동 경로들이 모듈 본체의 대향 엣지들을 향해서 연장하면서 서로 교호적으로 배치될 수 있을 것이다. 매립형 히터(202)가 사형 형태로 도시되어 있으며, 이때 모듈 본체(124)의 단부들에 가까울수록 밀도가 높아진다. 매립형 히터(202)의 형상은 설명을 위한 것이며; 다른 형성도 가능할 것이다. 일 실시예에서, 매립형 히터(202)가 원하는 형태, 예를 들어 도시된 바와 같은 사형 형태로 부착된 니크롬 층으로 형성된다. 매립형 히터의 밀도는 모듈 본체(124)의 단부에 접근할수록 높아지는데, 이는 모듈 본체(124)의 모서리에서 표면적의 증가로 인해서 열 손실이 증가되기 때문이다. 매립형 히터(202)는 두 개의 실리콘 층 사이에서 둘러싸여 층을 이루며; 이때 바닥 층은 노즐 부분(132)이 되고 상부 층은 모듈 본체(124)의 베이스 부분(138)에 인접한다.
서미스터(232)가 모듈 본체(124)에 포함되어 프린트헤드 모듈(100)의 온도를 나타낼 수 있으며, 그에 따라 잉크 주변의 온도에 대한 표시값을 제공한다. 도시된 실시예에서, 서미스터(232)는 매립형 히터(202)와 동일한 층에서 모듈 본체(124)의 단부에 포함된다. 다른 실시예에서, 서미스터(232)는 모듈 본체(124) 내의 다른 위치에서 포함될 수 있을 것이다.
도 4a-4i는 도 1에 도시된 예시적인 노즐(120)에 근접하여 매립형 히터(202)를 제조하는 동안에 노즐 부분(132)의 피스를 도시한 단면도이다. 이러한 실시예에서, 최종적으로 노즐 부분(132)을 형성하게 되는 실리콘 층(210)이 에칭되어 노즐(120)의 테이퍼형 벽(134)을 형성하고; 실제 노즐 개구부는 아직 형성되지 않았다. 제조 목적을 위해서, 실리콘 층(210)은 "핸들(handle)" 실리콘 층(214) 및 실리콘 층(210)의 하부 표면 상에 형성될 수 있는 산화물 층(212)을 포함하는 실리콘-온-인슐레이터(silicon-on-insulator) 기판의 일부일 수 있다. 열적 산화물 층(216)이 상부의 에칭된 실리콘 층(210)의 표면 상에 형성된다. 열적 실리콘 층(216)의 두께는 후속 단계에서 매립형 히터의 형성을 위해서 부착되는 금속 층의 두께와 매칭되도록 선택되어야 한다.
도 4b를 참조하면, 열적 산화물 층(216)이 원하는 매립형 히터 형태로 패턴화되도록 에칭된다. 열적 산화물 층(216)은 유도 결합 플라즈마 반응 이온 에칭(ICP RIE) 프로세스에 의해서 에칭될 수 있고, 또 다른 기술도 이용될 수 있을 것이다. 다음에, 도 4c를 참조하면, 선택된 금속, 예를 들어 니크롬® 과 같은 니켈 및 크롬 합금을 이용하여 패턴화된 열적 산화물 층(216) 및 노출된 실리콘 층(210)의 상부 표면을 메탈라이제이션화시킨다. 예를 들어, Constantan® , 고리 및 니켈 합금(Cu55/Ni45)과 같은 다른 금속이 이용될 수 있다. 금속 층(218)은, 예를 들어 포토리스그래픽 에칭에 의해서 패턴화되어 열적 산화물 층(216) 상의 금 속을 제거하며, 그에 따라 나머지 금속이 열적 산화물 층(216) 내에 형성된 트렌치들 내에 남아 있게 된다. 도 4d를 참조하면, 금속 층(218)과 열적 산화물 층(216) 사이의 작은 갭(220)들이 패터닝 동안의 공차를 위해서 생성될 수 있다. 도 4e에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화물 층(226)이 패턴화된 금속 및 열적 산화물 층(218, 216)의 상부에 부착(deposit)된다. 일 실시예에서, 실리콘 산화물 층이 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD)에 의해서 증착될 수도 있다.
도 4f를 참조하면, 실리콘 산화물 층(226)의 상부 표면이 예를 들어, 화학기계적 폴리싱에 의해서 평탄화되어 매끄럽고 평탄한 표면을 형성한다. 매끄러운 표면은 금속 층(218)과 열적 산화물 층(216) 사이에 작은 형성된 작은 높이 편차를 제거하고 양호한 접합을 보장할 수 있다. 도 4g를 참조하면, 이전 단계들에서 에칭된 영역의 위쪽에 부착된 산화물 층들을 박리함으로써 노즐(120)이 노출된다. 도 4h를 참조하면, 실리콘 산화물 층(226)의 상부 표면은 모듈 본체(124)의 베이스 부분(138)을 형성하기 위해서 이용되는 실리콘 웨이퍼에 부착될 수 있고, 또는 이미 형성된 베이스 부분(138)에 부착될 수 있다. 도 4i를 참조하면, 핸들 층(214)이 제거될 수 있고 그리고 실리콘 층(210)이 연마(ground)되어 노즐 개구부를 노출시킬 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 매립형 히터(202)가 금속 층(218)으로부터 형성되고 열적 산화물(216)에 의해서 모든 측면이 둘러싸인다. 도 4e-4i를 참조하여 설명한 바와 같이, 도 3에 도시된 전체 표면이 실리콘 산화물 층(226)(도시 하지 않음)으로 코팅된다.
매립형 히터(202)는 콘택(230)에서 전기 신호를 수신한다. 일 실시예에서, 콘택(230)은 니크롬으로부터 형성될 수 있고 선택적으로 제 2 메탈라이제이션 층, 예를 들어 금으로 이루어진 층이 콘택(230)에 부가될 수 있다. 일 실시예에서, 전기 신호가 프린트헤드 모듈(100)에 부착된 가요성 회로 상에 장착된 집적 회로로부터 수신될 수 있다. 집적 회로는 외부 회로, 예를 들어, 프린트헤드 모듈(100)이 작동되는 프린터의 프로세싱 유닛에 의해서 제어되는 회로와 같은 외부 회로로부터 전기 신호를 수신한다. 집적 회로가 장착되는 가요성 회로는 도 1을 참조하여 앞서서 설명한 드라이브 전극(156)에 대한 전기 연결을 제공하는 것과 동일한 가요성 회로일 수 있다. 즉, 외부 회로는 가요성 회로 상의 하나 이상의 집적 회로에 연결되어 드라이브 전극들로 드라이브 신호를 제공할 수 있고, 또 매립형 히터로 입력 신호를 제공할 수 있으며, 그리고 온도 제어를 위해서 서미스터(232)로부터의 피드백을 수신할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 액츄에이터(122) 및 매립형 히터(202)에 대한 전기 연결을 제공하기 위해서 프린트헤드 모듈(100) 상에 장착될 수 있는 가요성 회로(300)의 일 실시예를 도시한다. 이러한 가요성 회로의 실시예가 2005년 4월 28일자로 출원된 "가요성 프린트헤드 회로"라는 명칭의 미국 특허출원 제 11/119,308 호에 보다 구체적으로 개시되어 있으며, 이러한 특허출원은 본 명세서에서 참조된다. 가요성 회로(300)는 메인 중앙 부분(301)과 가요성 회로(300)의 길이로 연장하는 말단 부분(302)들을 포함하는 갈매기-날개형 구조물을 구비한다. 중앙 부분(301) 및 말단 부분(302)이 중앙 부분 및 말단 부분들 사이에서 각도를 이루고 연장하는 벤딩된 부분들에 의해서 결합되며, 중앙 부분(301)의 바닥 표면과 프린트헤드 모듈(100)의 상부 표면 사이에 공차를 제공한다. 공차는 프린트헤드 모듈(100)의 상부 표면 상의 압전 물질이 활성화에 따라 휘어질 수 있게 허용한다. 프린트헤드 모듈(100)은 페이스플레이트(303) 상에 장착된 상태로 도시되어 있다.
도 5c를 참조하면, 집적 회로(310)가 가요성 회로(300)의 중앙 부분의 상부 표면에 고정된다. 가요성 회로 리드(306)가 각 집적 회로(310)로부터 가요성 회로(300)의 말단부(302) 에 형성된 대응 개구(aperture; 308)까지 연장하는 것으로 도시되어 있다. 가요성 회로 리드(306)는 프린트헤드 모듈(100)에 포함된 각각의 잉크 노즐에 대해서 제공된다. 가요성 회로 리드(306)는 집적 회로(310)로부터 잉크 노즐을 활성화시키는 활성화 장치로 신호를 전달한다. 예를 들어, 이러한 실시예에서, 압전 액츄에이터를 활성화시켜 잉크 노즐을 점화하기 위해서, 가요성 회로 리드(306)가 전기 신호를 전달한다.
가요성 회로(300)의 단부에서, 프린트헤드 모듈(100)이 장착되고 접혀지는 페이스플레이트(302)의 표면에 대해서 실질적으로 수직인 방향으로 아암(304')이 상향 연장하며, 그에 따라 아암(304')의 말단부가 페이스플레이트(302)의 표면에 실질적으로 평행하게 된다. 외부 연결부(305)(점선으로 도시됨)가 아암(304')의 말단부의 하부에 포함된다. 도 5c에 도시된 아암(304')은 도 5a, 5b 및 6에 도시된 아암(304)과 상이한 다른 형태이다. 그러나, 도 5a, 5b 및 6에 도시된 형태가 다르게 구성된 아암과 함께 사용될 수도 있을 것이다.
도 6을 참조하면, 프린트헤드 모듈(100) 상에 장착된 가요성 회로(300)가 프 린트헤드 하우징(314) 내에 장착된 것이 도시되어 있다. 외부 회로(312)는 가요성 회로(300)에 전기적으로 연결된다. 가요성 회로(300)의 외부 연결부(305)는 외부 회로(312)의 연결 플레이트(311) 상의 연결부들과 정합하도록 구성된다. 일 실시예에서, 외부 연결부(305)는 연결 플레이트(311)의 표면 상의 트레이스(trace)에 전기적으로 연결되는 볼 패드이다. 다른 실시예에서, 외부 연결부는 메일 또는 피메일(female) 전기 연결부이다. 외부 회로(312)는 가요성 회로(300)를 통해서 프린트헤드 모듈(100)의 내외로 신호를 전송하고 수신하는 제어부에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제어부는 프린트헤드 모듈(100)이 구현되는 프린터 내의 프로세서일 수 있다.
가요성 회로(300)는, 아암(304)을 포함하여, 가요성 회로(300)의 길이를 따라 연장하는 하나 이상의 연결 층을 포함한다. 연결 층들은 아암(304)의 말단부에 형성된 전기 연결부(305)들 중 하나 이상에 전기적으로 연결된다. 외부 회로(312)로부터의 입력 신호가 외부 회로(312)로부터 하나 이상의 연결 층들을 경유하여 집적 회로(310)로 전달된다. 이어서, 리드(306) 및 개구(308)를 통해서, 전기 신호들이 집적 회로(310)로부터 매립형 히터(202)를 포함하는 프린트헤드 모듈로 전송된다.
도 5c를 다시 참조하면, 매립형 히터(202)는 모듈 본체(124)의 베이스 부분(138) 및 노즐 부분(132) 사이의 경계면(110)을 나타내는 점선에 의해서 표시된 대략적인 위치에서 프린트헤드 모듈(100) 내에 포함된다. 가요성 회로(300) 상에 장착된 집적 회로(310)로부터의 하나 이상의 리드(306)가 하나 이상의 개구(308)를 통해서 매립형 히터(202)로 연결될 수 있다. 예를 들어, 매립형 히터(202)에 연결되는 개구(308)가 매립형 히터(202)까지(지나서는 아니다) 연장할 수 있고, 이때 개구의 메탈라이제이션화된 내측 표면이 매립형 히터(202)의 콘택(230)에 전기적으로 연결되어 매립형 히터(202)에 대한 전기적 연결을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 다시 참조하면, 전기적 연결부들이 가요성 회로(300)로부터 매립형 히터(202)의 콘택(230)까지 형성되어 매립형 히터(202)를 통한 전류를 제공할 수 있다.
전기 연결이 가요성 회로(300)로부터 서미스터(232)까지 형성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 리드(306)가 가요성 회로(300)상의 집적 회로(310)로부터 메탈라이제이션화된 개구(308)까지 연장된다. 메탈라이제이션화된 개구(308)는 서미스터(232)에 전기적으로 연결된 콘택(234)에 전기적으로 연결된다. 서미스터(232)는 서미스터(232)에 인접하여 온도를 측정하기 위해서 이용되고 이러한 목적을 위해서 콘택(234)을 통해서 외부 회로에 연결된다. 매립형 히터(202)에 제공되는 전류를 제어하기 위해서 서미스터(232)로부터의 온도 판독값이 제어부로(이러한 실시예에서는, 프린트헤드의 외부로) 전송될 수 있으며, 그에 따라 잉크의 온도를 제어한다.
도 7을 참조하면, 가요성 회로(300)와 프린트헤드 모듈(100) 사이에 위치된 인터포우저(interposer; 320)를 포함하는 대안적인 실시예가 도시되어 있다. 프린트헤드 모듈(100) 상에 장착된 인터포우저(320)의 일부가 확대 도시되어 있다. 인터포우저(320)는 가요성 회로(300) 내에 ㅎ여성된 개구(308)에 정렬된 개구들을 양 측부를 따라 포함한다. 그러한 개구들은 금과 같은 전도성 물질로 코팅된다. 하나의 개구는 프린트헤드 모듈(100)의 잉크 노즐 조립체에 포함된 각 잉크 노즐에 상응한다. 그에 따라, 신호가 집적 회로(310)로부터, 가요성 회로(300) 내의 전도성 개구(308)로의 가요성 회로 리드(306)를 통해서, 인터포우저(320) 내의 전도성 개구로, 그리고 최종적으로는 프린트헤드 모듈(100) 내의 잉크 노즐 활성화 장치로 전달된다. 인터포우저(320)는 얇은 에폭시를 이용하여 프린트헤드 모듈에 부착될 수 있으며, 그에 따라 압력과 열이 인가되었을 때, 금이 에폭시를 통해서 프린트헤드 모듈(100) 상의 연결부들에 연결된다. 에폭시는 전도성 입자 충진형 에폭시와 같은 충진형일 수 있고, 또는 비충진형(unfilled)일 수 있다. 에폭시는 스프레이-온 에폭시일 수 있다.
일 실시예에서, 매립형 히터(202)가 프린트헤드 모듈(100)이 아니라 인터포우저(320) 내에 포함될 수 있다. 즉, 매립형 히터(202)가 상부 부분(321)과 하부 부분(322) 사이의 경계면(323)에 위치된 상태에서, 인터포우저가 상부 부분(321)과 하부 부분(322) 사이에 형성될 수 있다. 온도 제어를 위해서 서미스터(232)가 인터포우저(320)에 포함될 수 있다. 매립형 히터(202) 및 서미스터(232)가 전술한 바와 유사한 방식으로 가요성 회로(300)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 실시예에서, 히터(202)는, 비록 인터포우저 내에 포함되지만, 여전히 프린트헤드 모듈(100) 내에 매립된다. 아암(304')은 도 5c에 도시된 아암과 동일한 형태를 가지나, 그 대신에, 예를 들어, 도 5a, 5b 및 6에 도시된 아암(304)과 같이 상이한 형태를 가질 수도 있을 것이다.
상세한 설명 및 특허청구범위에서 "상부" 및 "하부" 그리고 "상단" 및 "하단" 과 같은 용어를 사용한 것은 단지 설명을 위한 것으로서, 본 명세서에 기재된 매립형 히터 및 기타 부재들의 여러 가지 성분들을 구별할 수 있도록 하기 위한 것이다. "상부" 및 "하부" 그리고 "상단" 및 "하단"은 매립형 히터의 특정 방향을 의미하는 것이 아니다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 실리콘 층(210)의 상부 표면은, 그러한 실리콘 층(210)이 수평방향으로 위쪽을 향하거나, 아래쪽을 향하거나, 또는 수직으로 위치되는지의 여부에 따라서, 하부 표면의 위쪽, 아래쪽 또는 옆쪽에, 또는 그 반대로 위치될 수 있을 것이다.
몇몇 실시예들에 대해서 설명하였지만, 다른 실시예들도 가능할 것이다. 다른 실시예들도 특허청구범위의 범주에 포함될 것이다.
Claims (15)
- 프린트헤드 내에 히터를 형성하는 방법으로서:프린트헤드 본체의 노즐 부분을 형성하기 위한 실리콘 층 상에 제 1 층을 형성하는 단계;상기 제 1 층 내의 히터의 원하는 형태를 형성하기 위해서 제 1 층의 일부분을 패터닝하는 단계;상기 제 1 층의 패턴화된 부분 내에 금속 레지스터 부재를 형성하는 단계;상기 금속 레지스터 부재 및 상기 패턴화된 제 1 층의 위쪽에 실리콘 산화물 층을 제공하는 단계;상기 프린트헤드 본체의 노즐 부분 내에 노즐을 형성하기 위한 영역 내에서 상기 실리콘 산화물 층 및 상기 제 1 층을 제거하는 단계; 그리고프린팅 액체를 위한 유동 경로를 포함하는 프린트헤드 본체의 본체 부분을 제공하기 위한 제 2 실리콘 층을 상기 실리콘 산화물 층에 부착하는 단계를 포함하는프린트헤드 내에 히터를 형성하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 레지스터 부재를 형성하는 단계가:상기 히터의 희망하는 형태의 패턴 내에 그리고 상기 제 1 층의 위쪽에 금속 층을 제공하는 단계; 그리고상기 제 1 층을 노출시키기 위해서 상기 금속 층의 일부를 제거하는 단계를 포함하며,상기 금속 층이 상기 히터의 희망 형태의 패턴 내에 잔류하고 전기 공급원에 전기적으로 연결되도록 구성된 하나 이상의 콘택을 포함하며, 상기 금속 층이 금속 레지스터 부재를 제공하는프린트헤드 내에 히터를 형성하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 히터의 희망하는 형태가 사형 형태를 포함하는프린트헤드 내에 히터를 형성하는 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 사형 형태가 다수의 곡선형 세그먼트들을 포함하며, 히터의 단부에 가장 가까이 위치되는 곡선형 세그먼트들은 히터의 중간쪽에 위치되는 곡선형 세그먼트들 보다 더 밀접하게 서로에 대해서 이격되는프린트헤드 내에 히터를 형성하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 노즐을 형성하기 위해서 상기 실리콘 산화물 층 및 상기 제 1 층을 제거하는 단계의 이전에, 상기 실리콘 산화물 층을 평탄화하는 단계를 더 포함하는프린트헤드 내에 히터를 형성하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 층이 열적 산화물 층인프린트헤드 내에 히터를 형성하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 레지스터 부재가 니켈 및 크롬 합금으로부터 형성되는프린트헤드 내에 히터를 형성하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 레지스터 부재가 구리 및 니켈 합금으로부터 형성되는프린트헤드 내에 히터를 형성하는 방법.
- 프린트헤드 본체로서:잉크 챔버를 포함하는 본체 부분; 및상기 본체 부분내의 잉크 챔버와 유체 연통하는 노즐을 포함하는 노즐 부분을 포함하며;상기 노즐 부분은 제 1 실리콘 층, 제 2 실리콘 층, 그리고 상기 제 1 및 제 2 실리콘 층 사이에 형성되고 상기 히터 아래쪽의 상기 제 1 실리콘 층 및 상기 히터 위쪽의 상기 제 2 실리콘 층 모두와 접촉하는 히터를 포함하고,상기 노즐은 상기 제 1 및 제 2 실리콘 층을 통해서 연장하고 상기 잉크 챔버와 유체 연통하는프린트헤드 본체.
- 제 9 항에 있어서,상기 노즐 부분이:상기 제 1 실리콘 층 상에 형성되고 관통 채널을 구비하는 패턴화된 산화물 층으로서, 상기 채널은 상기 산화물 층 내의 히터의 희망 형태를 형성하는, 패턴화된 산화물 층; 그리고상기 산화물 층 내의 채널들 내의 금속 층으로서, 히터를 제공하고 전기 공 급원에 전기적으로 연결되도록 구성된 하나 이상의 콘택을 포함하는, 금속 층을 더 포함하는프린트헤드 본체.
- 제 10 항에 있어서,상기 히터의 희망 형태가 사형 형태를 포함하는프린트헤드 본체.
- 제 11 항에 있어서,상기 사형 형태가 다수의 곡선형 세그먼트들을 포함하며, 히터의 단부에 가장 가까이 위치되는 곡선형 세그먼트들은 히터의 중간쪽에 위치되는 곡선형 세그먼트들 보다 더 밀접하게 서로에 대해서 이격되는프린트헤드 본체.
- 제 10 항에 있어서,상기 금속 층이 니켈 및 크롬 합금으로 형성되는프린트헤드 본체.
- 제 10 항에 있어서,상기 금속 층이 구리 및 니켈 합금으로 형성되는프린트헤드 본체.
- 제 9 항에 있어서,상기 노즐 부분이 제어부에 전기적으로 연결되는 서미스터를 더 포함하며, 그에 따라 온도 판독값이 상기 제어부에 의해서 결정되고 상기 전기 공급원으로부터 상기 히터로 전달되는 전류가 제어될 수 있는프린트헤드 본체.
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