-
Diese Erfindung bezieht sich auf
Tintenstrahldrucker und spezieller auf Drucksysteme, die einen Tintenstrahldruckkopf
umfassen. Thermische Tintenstrahldrucker haben seit ihrer Einführung in den
frühen
80-er Jahren in hohem Maße
einen kommerziellen Erfolg erfahren. Diese Drucksysteme haben sich
vom Drucken von schwarzen Texten und schwarzen Graphiken zu Vollfarb-Photoqualitätsbildern
weiter entwickelt. Tintenstrahldrucker sind typischerweise an einem
Ausgabegerät,
wie z. B. einem Computer angebracht. Das Ausgabegerät liefert Druckanweisungen
an den Drucker. Diese Anweisungen sind typischerweise Beschreibungen
eines Texts und Bildern, die auf ein Druckmedium gedruckt werden
sollen. Ein typischer Tintenstrahldrucker weist einen Wagen auf,
der einen oder mehrere Druckköpfe
enthält.
Der Druckkopf und das Druckmedium werden relativ zueinander bewegt,
um ein Drucken zu erreichen.
-
Der Druckkopf besteht typischerweise
aus einem Fluidausstoßsubstrat,
das elektrisch und fluidisch mit dem Drucksystem gekoppelt ist.
Das fluidausstoßende
Substrat weist eine Mehrzahl von Heizwiderständen auf, die in demselben
angeordnet sind, die Erregungssignale von dem Druckkopf empfangen.
Die Heizwiderstände
sind benachbart zu einer Mehrzahl von Öffnungen, die in einer Öffnungsschicht
gebildet sind, angeordnet. Die Tinte wird an die Heizwiderstände von
einer Tintenquelle, die an dem Druckkopf befestigt ist, oder von
einer Tintenquelle, die separat von dem Druckkopf austauschbar ist,
geliefert. Die Tinte, die an die Heizwiderstände geliefert wird, wird in
der Form von Tintentröpfchen durch
die Öffnungen
und auf das Druckmedium selektiv ausgestoßen. Die Tinte auf dem Druckmedium trocknet,
wobei "Punkte" von Tinte gebildet
werden, die, wenn sie zusammen betrachtet werden, ein gedrucktes
Bild erzeugen, das für
die Bildbeschreibung repräsentativ
ist. Das gedruckte Bild ist manchmal durch eine Druckqualitätsmetrik
charakterisiert, die eine Punktplazierung, Druckauflösung, Farbvermischung
und ein Gesamterscheinungsbild, wie z. B. Freiheit von Artefakten,
umfassen kann. Tintenstrahldruckerhersteller sehen sich häufig durch
die zunehmende Notwendigkeit, die Druckqualität zu verbessern, sowie ein
Ansteigen der Zuverlässigkeit
des Druckkopfs herausgefordert.
-
Die Öffnungsschicht und das Druckmedium sind
idealerweise in einer Parallelausrichtung zueinander angeordnet.
Ein Tintentröpfchen,
das von einer Öffnung
in der Öffnungsschicht
ausgestoßen
wird, kann als ein Vektor dargestellt werden, der idealerweise orthogonal
zur Ebene des Druckmediums gelenkt wird. Wenn die Tinte aus der Öffnungsschicht eines
idealen Druckkopfs ausgestoßen
wird, ist somit der Unterschied zwischen der Stelle, wo ein Tintentröpfchen auf
das Druckmedium plaziert wird und wo es plaziert werden hätte sollen,
0, wodurch der Bahnfehler 0 ist. In Wirklichkeit führen jedoch
Abweichungen im Öffnungsschicht-Fertigungsprozeß dazu,
daß Tintentröpfchen von
einer Öffnung
in einem Winkel ausgestoßen
werden, der sich typischerweise zwischen 0 und 12 Grad bewegt. Diese
Abweichungen in der Öffnungsschicht
sind in Abweichungstoleranzen in der Öffnungsbildung sowie in einer
Abweichung in der Planarität
der Öffnungsschicht
begründet,
um nur einige zu nennen.
-
Der Effekt des Bahnfehlers wird durch
eine Trennungsdistanz zwischen dem Druckkopf und dem Druckmedium
verschlimmert. Ein herkömmlicher Druckkopf
ist vom Druckmedium beispielsweise um 1,5 mm getrennt. Wenn Tinte
von der Öffnungsschicht
bei einem Fehlerwinkel von 2 Grad von der idealen oder orthogonalen
Richtung ausgestoßen wird,
ist das Tintentröpfchen
um 0,052 mm von der Stelle, wo es beim Drucken hätte plaziert werden sollen,
versetzt. Wenn der Druckkopf und das Druckmedium jedoch um 0,7 mm
voneinander entfernt sind und die Tinte mit dem gleichen 2-Grad-Fehlerwinkel ausgestoßen wird,
wird das Tintentröpfchen
um nur 0,024 mm versetzt. Dieser Bahnfehler tendiert dazu, die Qualität des gedruckten
Bildes zu verschlechtern oder zu verringern, weil dieser Fehler
die Positionierung der Tinte auf dem Druckmedium beeinträchtigt.
-
Die Verschlechterung der Druckqualität, die aus
dem Bahnfehler bei herkömmlichen
Druckköpfen resultiert,
ist dort am weitesten verbreitet, wo Farben von Tinte gemischt werden,
um gedruckte Bilder einer photographischen Qualität zu erzeugen.
Hier tendieren die versetzten Tintentröpfchen dazu, zu bewirken, daß das gedruckte
Bild körnig
und streifig aussieht. Ferner neigen parasitäre Effekte, wie z. B. ein Luftstrom,
dazu, den Bahnfehler des Drucksystems weiter zu beeinflussen. Diese
parasitären
Effekte werden tendenziell durch Verringern der Druckkopf-Druckmediumbeabstandung
reduziert.
-
Der Druckkopf in einem typischen
Drucksystem ist vom Druckmedium um eine Entfernung getrennt, die
von 1 mm bis 5 mm reichen kann. Diese Entfernung zwischen dem Druckkopf
und dem Druckmedium ist tendenziell durch die elektrische Kopplung
zwischen dem Fluidausstoßsubstrat
und dem Druckkopfkörper,
der das fluidausstoßende Substrat
stützt,
begrenzt. In der
EP-A-0646466 oder der
EP-A-0593175 umfaßt eine
Wegwerf-Druckkassette ein Fluidausstoßsubstrat, das in einem Stiftkörper befestigt
ist. Ein Einkapselungsmaterial ist häufig auf der Oberseite der
elektrischen Kopplung oder Verbindung verteilt, um die Verbindung
vor Tinte zu schützen
oder abzuschirmen. Tinten, die bei thermischen Tintenstrahldruckköpfen verwendet
werden, weisen tendenziell Salzbestandteile auf, die tendenziell
korrosiv und stromleitend sind. Sobald diese Tinten in die elektrische
Schnittstelle lecken, erzeugen sie tendenziell elektrische Kurzschlüsse oder
eine Korrosion, die die Druckkopflebensdauer tendenziell verringert.
Das Einkapselungsmaterial, das über
der Zwischenverbindung angeordnet ist, wird allgemein als Einkapselungswulst
bezeichnet. Die Einkapselungswulst steht über die Öffnungsschicht des Fluidausstoßsubstrats
vor und grenzt tendenziell die Beabstandung zwischen dem Druckkopf
und dem Druckmedium ein. Demzufolge be steht tendenziell eine Grenze
bezüglich
der Verringerung des Bahnfehlers.
-
Neben der Druckqualität sollten
die Drucksysteme eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen. Zwei übliche Ausfallmodi,
die die Zuverlässigkeit
des Druckkopfs mindern können,
sind: (1) Freilegung der Verbindung für eine Tinte und (2) Tintenleckage
während
der Shelf-Lebensdauer des Druckkopfs. Die Einkapselungswulst kann
erodiert sein, wodurch die Verbindung zur Tinte freigelegt wird,
wenn der Druckkopf so nahe an dem Druckmedium positioniert ist, daß die Einkapselungswulst
während
des Druckens gegen das Druckmedium reibt. Tendenziell korrodiert die
Tinte die Verbindung, was letztendlich zu einem elektrischen Ausfall
des Druckkopfs führt,
wodurch der Druckkopf weniger zuverlässig wird.
-
Herkömmliche Tintenstrahldrucker
verwenden einen Reinigungsmechanismus, der einen Wischer umfaßt, der
einen Tintenrückstand
von der Druckkopföffnungsplatte
routinemäßig abwischt.
Dieser Rückstand,
wenn er ausreicht, kann entweder die Öffnungen verstopfen, wodurch
ein Tropfenausstoß verhindert
wird, oder fehlgerichtete Tropfen bewirken. Der Reinigungsmechanismus
weist eine vorbestimmte Toleranz auf, so daß der Wischer den Druckkopf
während
des Reinigungsprozesses nicht beschädigt. Der Wischer tendiert
jedoch dazu, weniger effektiv zu sein, wenn er durch eine vorstehende
Einkapselungswulst behindert wird, und könnte möglicherweise zur Erosion der
Wulst beitragen.
-
Ein zweiter Zuverlässigkeitsfaktor,
der dazu neigt, die Druckkopflebensdauer zu mindern, bezieht sich
auf Umweltbedingungen, denen der Druckkopf ausgesetzt ist. Druckköpfe sind
häufig
extremen Umweltbedingungen ausgesetzt, bevor sie in einem Drucksystem
verwendet werden. Zum Beispiel werden Druckköpfe häufig in einem Versandlagerhaus gelagert,
wo die Temperaturen von 0 bis 60°C
reichen können.
Oder die Druckköpfe
können
während des
Versands variierenden atmosphärischen
Drücken
ausgesetzt sein, wenn die Druckköpfe über ein Flugzeug
versandt werden. Allgemein sind herkömmliche Druckköpfe konzipiert,
um diese extremen Bedingungen ohne ein Lecken auszuhalten. Unter
extremen Umweltbedingungen, wie vorstehen beschrieben, können die
Druckköpfe
jedoch lecken, bevor sie in dem Drucksystem verwendet werden. In
einem Versuch, dieses Problem zu beheben wird ein bandähnliches
Material über
der Öffnungsschicht plaziert,
um einen weiteren Schutz gegen eine Tintenleckage und ein Austrocknen
der Tinte in den Öffnungen
zu liefern. Idealerweise haftet das bandähnliche Material gleichmäßig auf
der Öffnungsoberfläche. Bei
herkömmlichen
Druckköpfen
kann die Einkapselungswulst, die vorstehend beschrieben wurde, jedoch
verhindern, daß das
bandähnliche
Material gleichmäßig an der Öffnungsschicht
haftet. Wenn das bandähnliche
Material nicht einheitlich an der Öffnungsschicht haftet, kann
Tinte durch die Öffnungsschicht
lecken und umgebende Objekte beschädigen. Zusätzlich kann eine Tinte, die
aus dem Druckkopf ausläuft,
im Laufe der Zeit verhärten
und die Öffnungen
verstopfen sowie andere Farben von Tinte, die in dem Druckkopf enthalten
sind, kontaminieren. Ferner werden leckende Druckköpfe durch den
Verbraucher als defekt und minderwertig wahrgenommen.
-
Dementsprechend besteht ein seit
langem bestehender Bedarf an anhaltenden Verbesserungen an Drucksystemen,
die zuverlässiger
sind und Bilder einer noch höheren
Qualität
erzeugen können.
Diese Drucksysteme sollten für
eine Massenproduktion geeignet sein sowie geringe Materialkosten
aufweisen, wodurch die Druckkosten pro Seite noch weiter verringert
werden.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung ist ein
Drucksystem, das einen Tintenstrahldruckkopf aufweist, der auf ein
Aktivierungssignal zum Ausstoßen
von Tinte auf ein Druckmedium anspricht. Der Druckkopf weist einen
Träger
mit einer oberen Oberfläche
auf, die eine Ausnehmung und ein Fluidausstoß- Substrat definiert, das in derselben
angeordnet ist, das konfiguriert ist, um eine elektrische und fluidische
Kopplung mit dem Träger
einzurichten. Das fluidausstoßende Substrat
weist eine allgemein planare Öffnungsschicht
auf, die gegenüber
der oberen Oberfläche des
Trägers
angeordnet ist. Die Öffnungsschicht
definiert eine Mehrzahl von Öffnungen,
die in derselben angeordnet sind. Der Druckkopf weist eine allgemeine
planare Kontaktoberfläche
auf, die unter der Öffnungsschicht
positioniert ist, und ein Einkapselungsmaterial, die das fluidausstoßende Substrat
und den Träger
zumindest teilweise einkapselt, um eine im wesentlichen koplanare
Oberfläche
mit der Öffnungsschicht
zu bilden.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels
eines Drucksystems, bei dem ein Druckkopf über ein Druckmedium bewegt
wird, um ein Drucken zu erreichen.
-
2 ist
eine schematische Darstellung eines Drucksystems, das den Druckkopf
und ein Fluidreservoir zum Wiederbefüllen des Druckkopfs aufweist.
-
3 ist
eine perspektivische Bodenansicht des bevorzugten Druckkopfs der
vorliegenden Erfindung, der einen Träger und ein Fluidausstoßsubstrat umfaßt, das
in dem Träger
befestigt ist.
-
4a ist
eine perspektivische Bodenansicht des Fluidausstoßsubstrats,
das in 3 unabhängig vom
Träger
gezeigt ist.
-
4b ist
ein Querschnitt des Fluidausstoßsubstrats,
das in 3 gezeigt ist,
wobei die Materialien, die zum Bilden des Fluidausstoßsubstrats
verwendet werden, gezeigt sind.
-
5 ist
eine perspektivische Bodenansicht in Isolation vom Träger, der
in 3 gezeigt ist, der konfiguriert
ist, um ein Fluidausstoßsubstrat
aufzunehmen, wobei der Träger
Tinte von dem Fluidreservoir aufnimmt und Tinte an das fluidausstoßende Substrat
kanalisiert.
-
6a ist
eine perspektivische Ansicht eines Trägers, in den das fluidausstoßende Substrat eingebracht
ist; das fluidausstoßende
Substrat ist elektrisch und fluidisch mit dem Träger gekoppelt.
-
6b ist
ein Querschnitt des Trägers,
der in 6a gezeigt ist,
wobei eine Verbindung, die zwischen dem Fluidausstoßsubstrat
und dem Träger
gebildet ist, gebogen ist.
-
7a zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Form, die konfiguriert ist, um
ein Einkapselungsmaterial in selektive Bereiche einer versenkten
Ausnehmung, die in einer oberen Oberfläche des Trägers gebildet ist, zu injizieren,
sobald das fluidausstoßende
Substrat in die versenkte Ausnehmung eingebracht worden ist.
-
7b zeigt
eine perspektivische Ansicht von 7a,
bei der ein Abschnitt der Form entfernt worden ist, wodurch die
planare Oberfläche
offengelegt wird, die zwischen der oberen Oberfläche des Fluidausstoßsubstrats
und der oberen Oberfläche des
Trägers
gebildet ist.
-
8a ist
eine Querschnittansicht von 7,
die die Form, das fluidausstoßende
Substrat und den Träger
zeigt, während
das Einkapselungsmaterial in den Träger injiziert wird.
-
8b ist
ein Querschnitt der vorliegenden Erfindung, wobei das fluidausstoßende Substrat
innerhalb des Trägers
eingekapselt ist, wodurch eine obere im wesentlichen planare Oberfläche gebildet wird.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
-
1 zeigt
ein exemplarisches Ausführungsbeispiel
eines Drucksystems 100, das einen Druckkopf 102 der
vorliegenden Erfindung umfaßt. Das
Drucksystem 100 umfaßt
einen Wagen 101, der einen oder mehrere Druckköpfe 102 unterstützt. Der Wagen 101 ist
an einem Wagenstützbauglied 104 befestigt,
der den Druckkopf 102 unterstützt, während der Druckkopf 102 durch
eine Druckzone bewegt wird. Da der Druckkopf 102 durch
die Druckzone bewegt wird, wird das Druckmedium 106 gleichzeitig schrittweise
durch die Druckzone bewegt. Der Druckkopf 102 empfängt Aktivierungssignale
von dem Drucksystem 100 über eine Verbindung 107 zum
selektiven Ausstoßen
von Tintentröpfchen
auf das Druckmedium 106, während der Druckkopf 102 durch
die Druckzone bewegt wird. Alternativ kann der Druckkopf 102 stationär sein und
das Druckmedium 106 relativ zu dem Druckkopf 102 zum
Erreichen eines Druckens bewegt werden. Wohingegen das Drucksystem 100,
das in 1 gezeigt ist,
formatiert ist, um auf einem 8-1½-Zoll-x-11-Zoll-Druckmedium zu drucken,
werden Fachleute darauf hingewiesen, daß das Drucksystem 100 und
der Druckkopf 102 für viele
verschiedene andere Druckumgebungen gleichermaßen geeignet sind, wie z. B.
ein Großformatdrucken
und Textilbedrucken, um nur einige zu nennen.
-
2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Drucksystems, das ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
des Druckkopfs 102 der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
Das Drucksystem umfaßt
ein Fluidreservoir 202, das mit einem Druckkopf 204 fluidisch
gekoppelt ist, wobei Tinte von der Bodenseite (nicht gezeigt) des
Druckkopfs 204 ausgestoßen wird. Der Druckkopf 204 ist
mit dem Fluidreservoir 202 über eine Fluidleitung 206 verbunden.
Die Fluidleitung 206 ist aus einem flexiblen Material gebildet, das
ermöglicht,
daß Tinte
kontinuierlich zum Druckkopf 204 fließen kann, während der Druckkopf 204 über das
Druckmedium bewegt wird. Das Drucksystem, das in 2 gezeigt ist, bietet den Vorteil, daß es ein
separat austauschbares Fluidreservoir 202 aufweist. Wenn
somit Tinte, die in dem Fluidreservoir 202 enthalten ist,
erschöpft
ist, kann das Fluidreservoir 202 ohne Austauschen des Druckkopfs 204 ausgetauscht
werden. Alternativ kann der Druckkopf 204 unabhängig von
dem Fluidreservoir 202 ausgetauscht werden.
-
3 zeigt
eine perspektivische Bodenansicht des Druckkopfs 204, der
vorher in 2 gezeigt wurde.
Der Druckkopf 204 ist so ausgerichtet worden, daß der Bodenabschnitt
des Druckkopfs 204, aus dem Tinte ausgestoßen wird,
sichtbar ist. Der Druckkopf 204 umfaßt einen Träger 300 und ein Fluidausstoßsubstrat 304.
Das fluidausstoßende
Substrat 304 ist aus einem Halbleitermaterial gebildet
und weist eine Mehrzahl von Öffnungen 306 auf,
die in einer Öffnungsschicht
definiert sind. Die Tinte wird durch die Öffnungen 306 und auf
ein Druckmedium zum Erreichen eines Druckens ausgestoßen. Zusätzlich ist
das fluidausstoßende
Substrat 304 mit dem Träger 300 elektrisch über eine
elektrische Verbindung 308 elektrisch gekoppelt, die Erregungssignale an
das fluidausstoßende
Substrat 304 liefert. Die elektrische Verbindung 308 stellt
eine elektrische Verbindung von den elektrischen Verbindern 307,
die in dem Träger 300 gebildet
sind, mit den elektrischen Kontakten 309 her, die auf dem
Fluidausstoßsubstrat 304 gebildet
sind. Bei der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Verbindung 308 aus
einem Golddraht gebildet, jedoch können auch andere elektrische
Leiter verwendet werden, wie z. B. Kupfer, Aluminium oder Silber,
um nur einige zu nennen.
-
Wenn der Druckkopf 204 in
den Wagen 201 des Drucksystems 100 eingebracht
wird, kontaktieren die elektrischen Kontaktanschlußflächen 310 die benachbarten
elektrischen Kon taktanschlußflächen, die
innerhalb des Wagens 101 gebildet sind, wodurch eine elektrische
Verbindung zwischen dem Drucksystem 100 und dem Druckkopf 204 gebildet
wird. Die elektrischen Verbindungen 308 und ein Abschnitt des
Fluidausstoßsubstrats 308 sind
mit einem Einkapselungsmaterial 312 eingekapselt. Das Einkapselungsmaterial 312,
wie in Kürze
ausführlicher
erörtert wird,
ist konfiguriert, um zu verhindern, daß die Tinte die elektrische
Verbindung 308 kontaminiert.
-
4a ist
eine perspektivische Ansicht eines Fluidausstoßsubstrats 304, das
in 3 gezeigt ist, unabhängig vom
Träger 300.
Das fluidausstoßende
Substrat 304 weist eine erste planare Oberfläche 400,
eine zweite planare Oberfläche 402 und
eine Bodenoberfläche 403 auf.
Die erste planare Oberfläche 400 weist
eine Mehrzahl von Öffnungen 306 auf, die
in einer Öffnungsschicht 401 definiert
sind. Die zweite planare Oberfläche 402,
die allgemein als eine Kontaktoberfläche bezeichnet wird, weist
acht elektrische Kontakte 309 auf, obwohl mehr oder weniger elektrische
Kontakte 309 auf einer zweiten planaren Oberfläche 402 abhängig von
den Einzelheiten des Druckkopfs gebildet sein können. Die Anzahl von elektrischen
Kontakten 309 tendiert beispielsweise dazu, mit der Anzahl
von Öffnungen 306,
der Anzahl von Signalleitungen und dem Multiplexschema des Drucksystems
zu variieren. Die elektrischen Kontakte 309 sind aus einem
elektrisch leitfähigen
Material, wie z. B. Aluminium oder Gold gebildet. Die Bodenoberfläche 403 des
Fluidausstoßsubstrats 304 enthält einen
Fluidkanal 405. Das Fluid von dem Fluidkanal 405 wird
zu den Heizwiderständen
(nicht gezeigt) kanalisiert und durch die Öffnungen 306, die
in der Öffnungsschicht 401 gebildet
sind, selektiv ausgestoßen.
-
4b zeigt
einen stark vergrößerten Querschnitt
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
des Fluidausstoßsubstrats 304,
das in 4a gezeigt ist. Das
fluidausstoßende
Substrat 304 weist ferner eine Tintenkammer 410 und
Heizwider stände 412 auf. Tinte,
die vom Träger 300 aufgenommen
wird, fließt in
den Fluidkanal 405 des Fluidausstoßsubstrats 304. Die
Tinte wird dann in eine Tintenkammer 410 kanalisiert, wo
sich die Tinte auf einer Oberseite der Heizwiderstände 412 befindet,
die an der Basis 413 der Tintenkammer 410 positioniert
sind. Die Heizwiderstände 412 empfangen
Erregungssignale durch die elektrischen Verbindungen 308 (nicht
gezeigt) und stoßen
anschließend
Tinte durch die Öffnungen 306 aus.
-
Das fluidausstoßende Substrat 304 von 4b ist aus mehreren Materialien
gefertigt, die sequentiell geschichtet sind, um einen zuverlässigen Hochqualitätsdruckkopf
zu bilden. Jede Schicht weist eine vorbestimmte Dicke und eine eindeutige
Funktion auf. Zuerst wird ein Halbleitersubstrat 415 geschaffen,
das näherungsweise
0,6 mm dick ist. Anschließend
wird eine 1,2 μm
dicke Oxidschicht 414 auf der Oberseite des Halbleitersubstrats 416 gebildet,
um das Halbleitersubstrat 416 von den noch folgenden Metallschichten
zu isolieren. Die Metallschichten, die auf der Oberseite der Oxidschicht 416 gebildet
sind, bestehen aus Aluminium 418 und Tantalum-Aluminium 420.
Die Metallschichten werden verwendet, um die Heizwiderstände 412,
die aus einem widerstandsbehafteten Material, wie z. B. Tantalum-Aluminium 420 gebildet
sind, und Signalleitungen, die aus Aluminium 418 gebildet
sind, zu bilden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die kombinierte
Dicke der Metallschichten 1,2 μm. Anschließend wird
eine 0,4 μm
dicke Passivierungsschicht 422 auf der Oberseite der Metallschichten
gebildet. Die Passivierungsschicht 422 verhindert, daß Tinte,
die zu den Heizwiderständen 412 kanalisierst wird,
die Metallschichten angreift. Eine zusätzliche Schutzschicht, die
allgemein als eine Kavitationsschicht 424 bezeichnet wird,
wird auf der Oberseite der Passivierungsschicht 422 gebildet.
Die Kavitationsschicht 424 ist aus Ta gefertigt und reicht
in ihrer Dicke von 0,1 μm
bis 0,8 μm.
Eine Öffnungsschicht 401 wird
dann auf der Oberseite der Ta-Schicht 424 gebildet. Die Öffnungsschicht 401 ist typischerweise 40 μm dick, obwohl
eine geringere oder dickere Öffnungsschicht
verwendet werden kann.
-
5 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Trägers 300 mit einer
oberen Oberfläche 500 und
einer versenkten Ausnehmung 502 in derselben. Die versenkte
Ausnehmung 502 ist dimensioniert, um das fluidausstoßende Substrat 304 unterzubringen. Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist die versenkte Ausnehmung 502 eine Ausnehmungskegeltiefe
auf, die durch das Bezugszeichen d1 bezeichnet ist. Die Ausnehmungskegeltiefe
d1 erstreckt sich von der oberen Oberfläche 500 zur inneren
unteren Oberfläche 512 des
Trägers 300.
Die versenkte Ausnehmung 502 enthält elektrische Verbinder 307, die
vom Drucksystem Erregungssignale (nicht gezeigt) empfangen. Der
elektrische Verbinder 307 befindet sich über der
inneren unteren Oberfläche 512 um
eine elektrische Verbinderhöhe,
die durch das Bezugszeichen h4 bezeichnet ist. Die Anzahl von elektrischen
Verbindern 307 entspricht typischerweise der Anzahl von
elektrischen Kontakten 309 auf dem Fluidausstoßsubstrat 304.
Der Träger 300 enthält auch
eine Apertur 506, die mit dem Fluidreservoir 202,
das in 2 gezeigt ist,
gekoppelt ist. Tinte, die in der Apertur 506 fließt, tritt
in einen Kanal 510 ein, auf dessen Oberseite sich der Fluidkanal 405 des Fluidausstoßsubstrats 304 befindet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist der Träger 300 aus einem
geformten Kunststoff gebildet, jedoch könnten andere Materialien verwendet
werden, um den Träger 300 zu
bilden, wobei die Materialien Keramik, Metall und Kohlenstoffverbindungen
umfassen.
-
6a zeigt
den Träger 300 mit
einem Fluidausstoßsubstrat 304,
das in die versenkte Ausnehmung 502 eingebracht ist. Die
zweite planare Oberflächenhöhe, die
durch das Bezugszeichen h3 bezeichnet ist, das in 4b gezeigt ist, ist so gewählt, daß, wenn
das fluidausstoßende
Substrat 304 in den Träger 300 eingebracht
wird, eine zweite Planare-Oberflächenhöhe h2 und
eine Elektrische-Verbinderhöhe,
die durch das Bezugszeichen h4 bezeichnet ist, miteinander ausgerichtet
sind. Zusätzlich
ist die Abschrägungshöhe h2 so
gewählt,
daß die
erste planare Oberfläche 400 des
Fluidausstoßsubstrats 304 und
die obere Oberfläche 500 des
Trägers 300 gut
miteinander ausgerichtet sind. Alternativ kann sich die erste planare
Oberfläche 400 des
Fluidausstoßsubstrats 304 über eine
obere Oberfläche 500 des
Trägers 300 erstrecken.
Anschließend
wird das fluidausstoßende
Substrat 304 mit dem Träger 300 über eine
elektrische Verbindung 308 gekoppelt. Die elektrische Verbindung 308 ist
unter der ersten planaren Oberfläche 400 des
Fluidausstoßsubstrats 304 und
der oberen Oberfläche 500 des
Trägers 300 gebildet.
-
6b zeigt
einen vergrößerten Querschnitt einer
elektrischen Verbindung 308, die zwischen dem Fluidausstoßsubstrat 304 und
dem Träger 300 gebildet
ist. Die elektrische Verbindung 308 ist mit dem elektrischen
Verbinder 307 verdrahtet und dem elektrischen Kontakt 309 verdrahtet,
so daß die
elektrische Verbindung 308 bei einem Radius, der durch das
Bezugszeichen R angezeigt ist, der in 6b gezeigt
ist, gebogen ist. Das Positionieren der elektrischen Verbindung 308 als
solches ist in der Halbleiterindustrie Teil der üblichen Praxis. Das Bilden
eines Bogens mit der elektrischen Verbindung mindert tendenziell
die Belastung, die ansonsten zu einem elektrischen Ausfall führen kann.
Der Radius 602 ist typischerweise 100 μm und kleiner als die Folienstapelhöhe, die
durch das Bezugszeichen h1 angezeigt ist, das in 4b gezeigt ist, was typischerweise gleich 41 μm ist.
-
Um sicherzustellen, daß die gebogene
elektrische Verbindung 308 sich nicht über die erste planare Oberfläche 400 des
Fluidausstoßsubstrats 304 hinaus
erstreckt, wird eine Abschrägungshöhe, die durch
das Bezugszeichen h2 bezeichnet ist, das in 6b gezeigt ist, erhöht. Ein Erhöhen der Abschrägungshöhe h2 senkt
effektiv die elektrische Verbindung 308 relativ zur ersten
planaren Oberfläche 400. Was
möglicherweise
am bedeutsamsten ist, ist, daß der
Wert der Abschrägungshöhe h2, der
typischerweise 150 μm
ist, so gewählt
werden kann, daß die erste
planare Oberfläche 400 sich über die
obere Oberfläche 500 des
Trägers 300 erstreckt,
während der
Bogen der elektrischen Verbindung 308 sich unter der oberen
Oberfläche 500 des
Trägers
befindet. Alternativ kann der Wert der Abschrägungshöhe h2 so gewählt sein,
daß die
erste planare Oberfläche 400 und
die obere Oberfläche 500 sich
in der gleichen Ebene befinden, während der Bogen der elektrischen
Verbindung 308 sich unter der oberen Oberfläche 500 befindet.
Obwohl bei einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung eine Verdrahtung verwendet wurde, kann
eine TAB-Schaltung, die typischerweise eine Dicke aufweist, die
größer als
die Höhe
h1 ist, ebenso verwendet werden.
-
7a zeigt
eine Form 700, die verwendet wird, um das Einkapselungsmaterial 312 in
ausgewählten
Bereichen des Trägers 300 zu
verteilen. Das Einkapselungsmaterial 312 wird in flüssiger Form durch
einen Einlaß 704 an
die Form 700 geliefert. Zusätzlich ist eine Rille 702 in
der Form 700 gebildet, wodurch verhindert wird, daß die Öffnungsschicht 401 unter
der Form 700 beschädigt
wird, wenn die Form 700 in Kontakt mit dem Träger 300 gebracht wird. 7b zeigt eine perspektivische
Ansicht der 7a, wo ein
Abschnitt der Form 700 entfernt worden ist, wodurch die
planare Oberfläche
offengelegt ist, die zwischen der ersten planaren Oberfläche 400 des
Fluidausstoßsubstrats 304 und
der oberen Oberfläche 500 des
Trägers 300 gebildet
ist. Das Einkapselungsmaterial 312 wird in zwei Bereichen
des Trägers 300 selektiv
angeordnet. Zunächst
wird das Einkapselungsmaterial 312 im Anschluß an das
Einbringen des Fluidausstoßsubstrats 304 in
Nähten 706 verteilt,
die benachbart zu dem Fluidausstoßsubstrat 304 und
der versenkten Ausnehmung 502 erzeugt worden sind. Anschließend wird
das Einkapselungsmaterial 312 in einem Verbindungsbereich 708 des Fluidausstoßsubstrats 304 angeordnet.
-
8a zeigt
einen Querschnitt von 7a, wo
die Form 700 mit dem Träger 300 in
Kontakt gebracht wird. Das Einkapselungsmaterial 312 wird
in den Träger 300 durch
die Kanäle 800 injiziert,
oder alternativ wird das Einkapselungsmaterial 312 in den Träger 300 durch
die Kanäle 800 über eine
Kapillarwirkung gezogen. Obgleich das Einkapselungsmaterial 312 auf
den Träger 300 durch
die Form 700 verteilt wird, ist das Einkapselungsmaterial 312 von
der Öffnungsschicht 401 isoliert.
Das Abschirmen des Einkapselungsmaterials 312 von der Öffnungsschicht 401 ist
wichtig, weil das Einkapselungsmaterial 312, wenn es zur Öffnungsschicht 401 freigelegt ist,
die Öffnungen 306,
die in derselben gebildet sind, permanent verstopfen wird. Sobald
das Einkapselungsmaterial 312 verteilt worden ist, trocknet
das Einkapselungsmaterial 312 bei Umgebungstemperatur oder
wird von außen
erwärmt,
um den Trocknungs/Aushärtungsprozeß zu beschleunigen.
Zusätzlich
kann ein UV Licht verwendet werden, um das Einkapselungsmaterial
auszuhärten.
Bei einem bevorzugten. Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird das Aushärten des Einkapselungsmaterial 312 durch
Heizspulen 802 beschleunigt, die in der Form 700 gebildet
sind.
-
8b zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, bei dem das Einkapselungsmaterial 312 in
den Träger 300 injiziert worden
ist und die Form 700 entfernt worden ist. Das Einkapselungsmaterial 312 planarisiert
ferner die obere Oberfläche 500 des
Trägers 300 und
verhindert, daß Tinte
auf der Öffnungsschicht
des Fluidausstoßsubstrats
die elektrische Verbindung 308 erreicht. Folglich werden
Schäden
an der elektrischen Verbindung 308 durch die Tinte eliminiert.
Ferner, da die elektrische Verbindung 308 unter der ersten
planaren Oberfläche
des Fluidausstoßsubstrats 304 vor der
Bildung des Einkapselungsmaterials 312 gebildet wird, wird
die Einkapselungswulst, die bei herkömmlichen Druckköpfen vorherrscht,
aufgehoben. Durch Aufhebung der Einkapselungswulst wird der Druckkopf 204 der
vorliegenden Erfindung in unmittelbarer Nähe zum Druckmedium betrieben.
Dementsprechend werden Bahnfehler und parasitäre Effekte, die bei der Druckumgebung
inhärent
sind, minimiert, wodurch die Druckqualität verbessert wird.
-
Bisher sind Versuche unternommen
worden, um die Zuverlässigkeit
von Druckköpfen
zu verbessern. Das US-Patent Nr.
4,873,622 an
Komuro et al. mit dem Titel "Liquid
Jet Recording Head" beschreibt beispielsweise
eine Druckübertragungs-Formtechnik,
die zum Bilden eines Aufzeichnungskopfs verwendet wird. Der Aufzeichnungskopf
enthält
ein Entladungselement mit einer Membran, die auf demselben angeordnet
ist, von dem Tinte auf das Druckmedium ausgestoßen wird. Das Entladungselement
ist mit einem Metallrahmen elektrisch gekoppelt. Die elektrische
Verbindung wird auf der Oberseite des Entladungselements vorgenommen,
und ein Epoxid wird um die elektrische Verbindung und den Aufzeichnungskopf
geformt. Die Membran wird innerhalb des geformten Epoxids mit einer
Ausnehmung versehen.
-
Bei der vorliegenden Erfindung wird
von einem stufenartigen Chip Verwendung gemacht, so daß die elektrische
Verbindung ausreichend unter der Öffnungsschicht gebildet ist,
so daß das
Einkapselungsmaterial in der gleichen Ebene wie die Öffnungsschicht
gebildet sein kann. Das Einkapselungsmaterial der vorliegenden Erfindung
liegt, im Gegensatz zur Komuro-Druckschrift, in einer Ebene mit
der Öffnungsschicht,
wobei die Membran innerhalb des geformten Epoxids mit einer Ausnehmung versehen
ist, und daher ermöglicht
der Druckkopf der vorliegenden Erfindung, daß die Öffnungsschicht näher am Druckmedium
als die Membran von Komuro positioniert werden kann. Ein Positionieren
der Öffnungsschicht
näher an
dem Druckmedium ermöglicht,
daß Bahnfehler
verringert werden. Zusätzlich schafft
der Druckkopf der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu Komuro,
wo eine Aufzeichnungskopfstruktur mit einer Ausnehmung vorliegt,
die dazu neigt, Tintenrückstände und
Schmutz einzufangen, und unter Verwendung herkömmlicher Wischtechnologien
schwieriger zu reinigen ist, eine planare Druckkopfoberfläche, die
ohne weiteres gereinigt werden kann.