DE60108318T2

DE60108318T2 - Zeilenbreite Tintenstrahldruckkopfanordnung mit einer ebenen Befestigungsschicht für Druckkopfklischees

Info

Publication number: DE60108318T2
Application number: DE60108318T
Authority: DE
Inventors: Joseph E. Scheffelin; Mohammad Akhavain; Janis Horvath; Robert-Scott Melendrino Lopez; Brian J. Keefe; David K. Mcelfresh
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2021-08-15
Also published as: JP2002086742A; DE60108318D1; EP1182038B1; EP1182038A3; US6543880B1; EP1182038A2; JP3437962B2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Tintenstrahldruckköpfe und insbesondere auf eine Breitarray-Tintenstrahldruckkopfanordnung.
Hintergrund der Erfindung
Ein herkömmliches Tintenstrahldrucksystem umfasst einen Druckkopf und einen Tintenvorrat, der flüssige Tinte zu dem Druckkopf liefert. Der Druckkopf stößt Tintentropfen durch eine Mehrzahl von Öffnungen oder Düsen und zu einem Druckmedium hin, wie beispielsweise einem Blatt Papier, aus, um auf das Druckmedium zu drucken. Typischerweise sind die Öffnungen in einem oder mehreren Arrays angeordnet, derart, dass ein ordnungsgemäß sequenzierter Ausstoß von Tinte aus den Öffnungen bewirkt, dass Schriftzeichen oder andere Bilder auf dem Druckmedium gedruckt werden, wenn der Druckkopf und das Druckmedium relativ zueinander bewegt werden.
Bei einer Anordnung, die allgemein als ein Breitarray-Tintenstrahldrucksystem bezeichnet wird, ist eine Mehrzahl von einzelnen Druckköpfen, die auch als Druckkopfchips bezeichnet werden, auf einem einzigen Substrat befestigt. Als solches ist eine Anzahl von Düsen und deshalb eine Gesamtanzahl von Tintentropfen, die pro Sekunde ausgestoßen werden können, erhöht. Da die Gesamtanzahl von Tropfen, die pro Sekunde ausgestoßen werden können, erhöht ist, kann eine Druckgeschwindigkeit bei dem Breitarray-Tintenstrahldrucksystem erhöht werden. Siehe z. B. die US-A-5 016 023.
Ein Befestigen einer Mehrzahl von Druckkopfchips an einem einzigen Substrat erfordert jedoch eine genaue Ausrichtung zwischen den Druckkopfchips. Eine Fehlausrichtung zwischen den Druckkopfchips kann eine Leistungsfähigkeit des Tintenstrahldrucksystems nachteilig beeinflussen. Eine Variation bei einer Planarität des Substrats z. B. resultiert in einer Variation einer Planarität unter den Druckkopfchips und deshalb einer Fehlausrichtung zwischen den Druckkopfchips. Leider kann eine Variation einer Planarität unter den Druckkopfchips in Tintentropfenbahnfehlern sowie Stift-zu-Papier-Beabstandungsproblemen resultieren, die eine Druckqualität verschlechtern. Zusätzlich erfordert ein Befestigen einer Mehrzahl von Druckkopfchips an einem einzigen Substrat eine Mehrzahl von elektrischen Verbindungen zwischen elektrischen Kontakten des Substrats und elektrischen Kontakten der Druckkopfchips.
Folglich besteht ein Bedarf nach einem genauen Befestigen und Ausrichten einer Mehrzahl von Druckkopfchips an einem einzigen Substrat einer Breitarray-Tintenstrahldruckkopfanordnung, derart, dass eine Fehlausrichtung zwischen den Druckkopfchips vermieden wird, während eine Integrität von elektrischen Kontakten des Substrats beibehalten wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren zum Bilden einer Tintenstrahldruckkopfanordnung vor. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Substrats, ein Anordnen einer ersten Planarisierungsschicht auf einer ersten Fläche des Substrats, derart, dass eine erste Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht die erste Fläche des Substrats kontaktiert, ein mechanisches Planarisieren einer zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht, die der ersten Oberfläche derselben gegenüberliegt, und ein Befestigen einer Mehrzahl von Druckkopfchips auf der zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Schritt des mechanischen Planarisierens der zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht ein Bilden einer im Wesentlichen planaren Oberfläche über einem gesamten Bereich derselben.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Schritt des mechanischen Planarisierens der zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht ein Einrichten einer Mehrzahl von Bezugspunkten für die Druckkopfchips, wobei jeder der Bezugspunkte in im Wesentlichen einer Ebene liegt. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Schritt des Befestigens der Druckkopfchips auf der zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht ein Kontaktieren einer Anzahl der Bezugspunkte. Als solches liegt jeder der Druckkopfchips in im Wesentlichen einer Ebene.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Schritt des mechanischen Planarisierens der zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht ein Schleifen und/oder Läppen der zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht, um eine im Wesentlichen planare Oberfläche zu bilden. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Schritt des mechanischen Planarisierens der zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht ein Reduzieren einer Dicke von zumindest einem Abschnitt der ersten Planarisierungsschicht.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist jeder der Druckkopfchips eine vordere Fläche auf. Als solches umfasst der Schritt des Befestigens der Druckkopfchips auf der zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht ein Ausrichten der vorderen Fläche jedes der Druckkopfchips in im Wesentlichen einer Ebene. Bei einem Ausführungsbeispiel weist jeder der Druckkopfchips eine Mehrzahl von Düsenöffnungen auf, die in der vorderen Fläche desselben definiert sind. Als solches umfasst der Schritt des Befestigens der Druckkopfchips auf der zweiten Oberfläche der ersten Planarisie rungsschicht ein Richten der Düsenöffnungen im Wesentlichen senkrecht zu der zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Substrat eine Mehrzahl von Schichten. Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eine der Mehrzahl von Schichten des Substrats aus einem keramischen Material gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Mehrzahl von Schichten des Substrats leitfähige Schichten und nichtleitfähige Schichten. Als solches ist zumindest eine der nichtleitfähigen Schichten des Substrats und der ersten Planarisierungsschicht aus dem gleichen Material gebildet.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erste Planarisierungsschicht aus einem keramischen Material gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erste Planarisierungsschicht aus einem nichtmetallischen Material gebildet.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von Öffnungen in der ersten Planarisierungsschicht gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Substrat eine Mehrzahl von Tintendurchlässen auf, die sich durch dasselbe erstrecken, wobei zumindest einer der Tintendurchlässe mit der ersten Fläche des Substrats kommuniziert. Als solches kommuniziert zumindest eine der Öffnungen in der ersten Planarisierungsschicht mit den Durchlässen.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Substrat eine Mehrzahl von leitfähigen Wegen, die sich durch dasselbe erstrecken, wobei zumindest einer der leitfähigen Wege ein Ende aufweist, das mit der ersten Fläche des Substrats kommuniziert. Als solches enthüllt zumindest eine der Öffnungen in der ersten Planarisierungsschicht das Ende der leitfähigen Wege.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren zum Bilden der Tintenstrahldruckkopfanordnung ein Anordnen einer zweiten Planarisierungsschicht auf einer zweiten Fläche des Substrats, die der ersten Fläche derselben gegenüberliegt, derart, dass eine erste Oberfläche der zweiten Planarisierungsschicht die zweite Fläche des Substrats kontaktiert, und umfasst ein mechanisches Planarisieren einer zweiten Oberfläche der zweiten Planarisierungsschicht, die der ersten Oberfläche derselben gegenüberliegt.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von Öffnungen in der zweiten Planarisierungsschicht gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Substrat eine Mehrzahl von Tintendurchlässen auf, die sich durch dasselbe erstrecken, wobei zumindest einer der Tintendurchlässe mit der zweiten Fläche des Substrats kommuniziert. Als solches kommuniziert zumindest eine der Öffnungen in der zweiten Planarisierungsschicht mit den Tintendurchlässen.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Substrat eine Mehrzahl von leitfähigen Wegen, die sich durch dasselbe erstrecken, wobei zumindest einer der leitfähigen Wege ein Ende aufweist, das mit der zweiten Fläche des Substrats kommuniziert. Als solches enthüllt zumindest eine der Öffnungen in der zweiten Planarisierungsschicht das Ende der leitfähigen Wege.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Tintenstrahldruckkopfanordnung vor, die ein Substrat und eine erste planarisierte Schicht umfasst, die auf einer ersten Fläche des Substrats angeordnet ist. Die erste planarisierte Schicht weist eine erste Oberfläche, die die erste Fläche des Substrats kontaktiert, und eine mechanisch planarisierte Oberfläche auf, die der ersten Oberfläche derselben gegenüberliegt. Als solches ist eine Mehrzahl von Druckkopfchips auf der mechanisch planarisierten Oberfläche der ersten planarisierten Schicht befestigt. Somit liegt jeder der Druckkopfchips in im Wesentlichen einer Ebene.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht einen Träger vor, der angepasst ist, um eine Mehrzahl von Druckkopfchips zu empfangen bzw. aufzunehmen. Der Träger umfasst eine planarisierte Schicht, die eine planarisierte Oberfläche aufweist, die angepasst ist, um eine mechanische Unterstützung für die Druckkopfchips bereitzustellen, und eine metallisierte Schicht, die eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten definiert, die von der planarisierten Oberfläche der planarisierten Schicht zugreifbar sind und zum elektrischen Koppeln mit entsprechenden elektrischen Kontakten der Druckkopfchips konfiguriert sind.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Breitarray-Tintenstrahldruckkopfanordnung vor, die eine mechanisch planarisierte Oberfläche umfasst, auf der eine Mehrzahl von Druckkopfchips befestigt ist. Als solches liegt eine Fläche jedes der Druckkopfchips in im Wesentlichen einer Ebene. Folglich ist eine Druckkopf-zu-Druckkopf-Ausrichtung sichergestellt. Somit werden Tintentropfenbahnfehler und Stift-zu-Papier-Beabstandungsprobleme, die durch eine Fehlausrichtung unter den Druckkopfchips bewirkt werden, vermieden. Zusätzlich behält die vorliegende Erfindung eine Integrität von elektrischen Kontakten für die Druckkopfchips durch ein Ausnehmen der elektrischen Kontakte relativ zu der mechanisch planarisierten Oberfläche bei.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahldrucksystems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine obere perspektivische Ansicht einer Tintenstrahldruckkopfanordnung, die eine Mehrzahl von Druckkopfchips umfasst, gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine untere perspektivische Ansicht der Tintenstrahldruckkopfanordnung von 2;
4 ist eine Querschnittsansicht, die Abschnitte eines Druckkopfchips gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ist eine obere perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Tintenstrahldruckkopfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine auseinandergezogene obere perspektivische Ansicht der Tintenstrahldruckkopfanordnung von 5;
7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Tintenstrahldruckkopfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
8A–8F stellen ein Verfahren zum Bilden eines Abschnitts einer Tintenstrahldruckkopfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
8A ist eine Querschnittsansicht eines Substrats, das bei einem Bilden einer Tintenstrahldruckkopfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
8B ist eine Querschnittsansicht, die eine Planarisierungsschicht darstellt, die auf dem Substrat von 8A angeordnet ist;
8C ist eine Querschnittsansicht, die die Planarisierungsschicht von 8B nach einem Planarisieren derselben darstellt;
8D ist eine Querschnittsansicht, die eine Mehrzahl von Druckkopfchips darstellt, die auf der plan arisierten Planarisierungsschicht von 8C befestigt sind;
8E ist eine Querschnittsansicht, die Drahtbondanschlussleitungen darstellt, die mit den Druckkopfchips von 8D und einem ersten Ende von leitfähigen Wegen, die sich durch das Substrat erstrecken, und I/O-Stiften gekoppelt sind, die mit einem zweiten Ende der leitfähigen Wege gekoppelt sind, die sich durch das Substrat erstrecken;
8F ist eine Querschnittsansicht, die eine Verkapselung der Drahtbondanschlussleitungen von 8E darstellt;
9A ist ein vergrößerter Abschnitt einer Tintenstrahldruckkopfanordnung, die eine Planarisierungsschicht umfasst, vor einem Planarisieren derselben; und
9B ist ein vergrößerter Abschnitt der Tintenstrahldruckkopfanordnung von 9A, die die Planarisierungsschicht umfasst, nach einem Planarisieren derselben.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
In der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele wird Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen durch eine Darstellung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht wird eine direktionale Terminologie, wie beispielsweise „oben", „unten", „vorne", „hinten", „vorder", „hinter", etc. mit Bezug auf die Ausrichtung der Figur(en) verwendet, die beschrieben wird (werden). Die Tintenstrahldruckkopfanordnung und verwandte Komponenten der vorliegenden Erfindung können in einer Anzahl von unterschiedlichen Ausrichtungen positioniert sein. Als solches wird die direktionale Terminologie für Darstellungszwecke verwendet und ist in keiner Weise begrenzend. Es ist klar, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet werden können und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung soll deshalb nicht in einem begrenzenden Sinn aufgefasst werden und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
1 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahldrucksystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Das Tintenstrahldrucksystem 10 umfasst eine Tintenstrahldruckkopfanordnung 12, eine Tintenvorratsanordnung 14, eine Befestigungsanordnung 16, eine Medientransportanordnung 18 und eine elektronische Steuerung 20. Die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet und umfasst einen oder mehrere Druckköpfe, die Tintentropfen durch eine Mehrzahl von Öffnungen oder Düsen 13 und zu einem Druckmedium 19 hin ausstoßen, um auf ein Druckmedium 19 zu drucken. Das Druckmedium 19 ist irgendein Typ eines geeigneten Blattmaterials, wie beispielsweise Papier, Kartenstoff, Transparentfolien, Mylar und dergleichen. Typischerweise sind die Düsen 13 in einer oder mehreren Spalten oder Arrays angeordnet, derart, dass ein ordnungsgemäß sequentiell geordneter Ausstoß von Tinte von den Düsen 13 bewirkt, dass Schriftzeichen, Symbole und/oder andere Grafiken oder Bilder auf das Druckmedium gedruckt werden, wenn die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 und das Druckmedium 19 relativ zueinander bewegt werden.
Die Tintenvorratsanordnung liefert Tinte zu der Druckkopfanordnung 12 und umfasst ein Reservoir 15 zum Speichern von Tinte. Als solches fließt Tinte von dem Reservoir 15 zu der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12. Die Tintenvorratsanordnung 14 und die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 können entweder ein Ein-Weg-Tintenliefersystem oder ein rückführendes Tintenliefersystem bilden. Bei einem Ein-Weg-Tintenliefersystem wird im Wesentlichen alles der zu der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 gelieferten Tinte während eines Druckens verbraucht. Bei einem rückführenden Tintenliefersystem wird jedoch ein Teil der zu der Druckkopfanordnung 12 gelieferten Tinte während eines Druckens verbraucht. Als solches wird Tinte, die während eines Druckens nicht verbraucht wird, zu der Tintenvorratsanordnung 14 zurückgegeben.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 und die Tintenvorratsanordnung 14 zusammen in einer Tintenstrahlkassette oder einen Stift gehäust. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Tintenvorratsanordnung 14 getrennt von der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 und liefert Tinte zu der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 durch eine Schnittstellenverbindung, wie beispielsweise eine Lieferröhre. Bei jedem Ausführungsbeispiel kann das Reservoir 15 der Tintenvorratsanordnung 12 entfernt, ausgewechselt und/oder nachgefüllt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 und die Tintenvorratsanordnung 14 zusammen in einer Tintenstrahlkassette gehäust sind, umfasst das Reservoir 15 ein lokales Reservoir, das innerhalb der Kassette positioniert ist, sowie ein größeres Reservoir, das getrennt von der Kassette positioniert ist. Als solches dient das getrennte größere Reservoir dazu, das lokale Reservoir nachzufüllen. Folglich können das getrennte, größere Reservoir und/oder das lokale Reservoir entfernt, ausgewechselt und/oder nachgefüllt werden.
Die Befestigungsanordnung 16 positioniert die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 relativ zu der Medientransportanordnung 18 und die Medientransportanordnung 18 positioniert das Druckmedium 19 relativ zu der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12. Somit ist eine Druckzone 17 benachbart zu den Düsen 13 in einem Bereich zwischen der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 und dem Druckmedium 19 definiert. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 eine Druckkopfanordnung vom Hin-und-Her-Bewegungstyp. Als solches umfasst die Befestigungsanordnung 16 einen Wagen zum Bewegen der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 relativ zu der Medientransportanordnung 18, um das Druckmedium 19 abzutasten. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 eine Druckkopfanordnung vom Nicht-Hin-und-Her-Bewegungstyp. Als solches befestigt die Befestigungsanordnung 16 die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 bei einer vorgeschriebenen Position relativ zu der Medientransportanordnung 18. Somit positioniert die Medientransportanordnung 18 das Druckmedium 19 relativ zu der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12.
Die elektronische Steuerung 20 kommuniziert mit der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12, der Befestigungsanordnung 16 und der Medientransportanordnung 18. Die elektronische Steuerung 20 empfängt Daten 21 von einem Host-System, wie beispielsweise einem Computer, und umfasst einen Speicher zum temporären Speichern von Daten 21. Typischerweise werden Daten 21 zu dem Tintenstrahldrucksystem 10 entlang einem elektronischen, infraroten, optischen oder einem anderen Informationsübertragungsweg gesendet. Die Daten 21 stellen z. B. ein Dokument und/oder eine Datei dar, das und/oder die gedruckt werden soll. Als solches bilden die Daten 21 einen Druckauftrag für das Tintenstrahldrucksystem 10 und umfassen einen oder mehrere Druckauftragsbefehle und/oder -befehlsparameter.
Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die elektronische Steuerung eine Steuerung der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12, einschließlich einer Zeitsteuerung zu einem Ausstoß von Tintentropfen von den Düsen 13. Als solches definiert die elektronische Steuerung 20 ein Muster von ausgestoßenen Tintentropfen, die Schriftzeichen, Symbole und/oder andere Grafiken oder Bilder auf dem Druckmedium 19 bilden. Eine Zeitsteuerung, und daher das Muster von ausgestoßenen Tintentropfen, ist durch die Druckauftragsbefehle und/oder -befehlsparameter bestimmt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Logik- und Treiberschaltungsanordnung, die einen Abschnitt der elektronischen Steuerung 20 bildet, an der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 positioniert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Logik- und Treiberschaltungsanordnung von der Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 weg positioniert.
2 und 3 stellen ein Ausführungsbeispiel eines Abschnitts einer Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 dar. Die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 ist eine Breitarray- oder Mehrkopf-Druckkopfanordnung und umfasst einen Träger 30, eine Mehrzahl von Druckkopfchips 40, ein Tintenliefersystem 50 und ein elektronisches Schnittstellensystem 60. Der Träger 30 weist eine freiliegende Oberfläche oder erste Fläche 301 und eine freiliegende Oberfläche oder zweite Fläche 302 auf, die der ersten Fläche gegenüberliegt und im Wesentlichen parallel zu derselben ausgerichtet ist. Der Träger 30 dient dazu, die Druckkopfchips 40 zu tragen und eine elektrische und eine fluidische Kommunikation zwischen den Druckkopfchips 40, der Tintenvorratsanordnung 14 und der elektronischen Steuerung zu liefern.
Die Druckkopfchips 40 sind auf der ersten Fläche 301 des Trägers 30 befestigt und in einer oder mehreren Zeilen ausgerichtet. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Druckkopfchips 40 beabstandet und gestaffelt, derart, dass die Druckkopfchips 40 in einer Zeile zumindest einen Druckkopfchip 40 in einer anderen Zeile überlappen. Somit kann die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 eine Nominalseitenbreite oder eine Breite überspannen, die kürzer oder länger als eine Nominalseitenbreite ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von Tintenstrahldruckkopfanordnungen 12 auf eine Ende-zu-Ende-Weise befestigt. Der Träger 30 weist deshalb ein gestaffeltes oder treppenförmiges Profil auf. Somit überlappt zumindest ein Druckkopfchip 40 einer Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 zumindest einen Druckkopfchip 40 einer benachbarten Tintenstrahldruckkopfanordnung 12. Während sechs Druckkopfchips 40 als an dem Träger 30 befestigt dargestellt sind, kann die Anzahl von Druckkopfchips 40, die an dem Träger 30 befestigt sind, variieren.
Das Tintenliefersystem 50 koppelt die Tintenvorratsanordnung 12 fluidisch mit den Druckkopfchips 40. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Tintenliefersystem 50 ein Verteilerstück 52 und ein Tor 54. Das Verteilerstück 52 ist an der zweiten Fläche 302 des Trägers 30 befestigt und verteilt Tinte durch den Träger 30 zu jedem Druckkopfchip 40. Das Tor 54 kommuniziert mit dem Verteilerstück 52 und stellt einen Einlass für Tinte bereit, die durch die Tintenvorratsanordnung zugeführt wird.
Das elektronische Schnittstellensystem 60 koppelt die elektronische Steuerung 20 elektrisch mit den Druckkopfchips 40. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das elektronische Schnittstellensystem 60 eine Mehrzahl von elektrischen oder Eingang/Ausgang- (I/O-) Stiften 62. Die I/O-Stifte 62 sind auf der zweiten Fläche 302 des Trägers 30 vorgesehen und kommunizieren elektrische Signale zwischen der elektronischen Steuerung 20 und den Druckkopfchips 40 durch den Träger 30. Bei einem Ausführungsbeispiel können einer oder mehrere I/O-Stifte 62 durch I/O-Kontaktanschlussflächen ersetzt sein, die elektrische Knoten (nicht gezeigt) kontaktieren, die elektrisch mit der elektronischen Steuerung 20 gekoppelt sind.
Wie es in 2 und 4 dargestellt ist, umfasst jeder Druckkopfchip 40 ein Array von Druck- oder Tropfenausstoßelementen 42. Die Druckelemente 42 sind auf einem Substrat 44 gebildet, das einen Tintenzufuhrschlitz 441 aufweist, der in demselben gebildet ist. Als solches liefert der Tintenzufuhrschlitz 441 einen Vorrat von flüssiger Tinte zu den Druckelementen 42. Jedes Druckelement 42 umfasst eine Dünnfilmstruktur 46, eine Öffnungsschicht 47 und einen Abfeuerungswiderstand 48. Die Dünnfilmstruktur 46 weist einen Tintenzufuhrkanal 461 auf, der in derselben gebildet ist und mit dem Tintenzufuhrschlitz 441 des Substrats 44 kommuniziert. Die Öffnungsschicht weist eine vordere Fläche 471 und eine Düsenöffnung 472 auf, die in der vorderen Fläche 471 gebildet ist. Die Öffnungsschicht 47 weist ferner eine Düsenkammer 473 auf, die in derselben gebildet ist und mit der Düsenöffnung 472 und dem Tintenzufuhrkanal 461 der Dünnfilmstruktur 46 kommuniziert. Der Abfeuerungswiderstand 48 ist innerhalb der Düsenkammer 473 positioniert und umfasst Anschlussleitungen 481, die den Abfeuerungswiderstand 48 elektrisch mit einem Treibersignal und Masse koppeln.
Während eines Druckens fließt Tinte von dem Tintenzufuhrschlitz 441 zu der Düsenkammer 473 über den Tintenzufuhrkanal 461. Die Düsenöffnung 472 ist dem Abfeuerungswiderstand 48 wirksam zugeordnet, derart, dass Tintentröpfchen innerhalb der Düsenkammer 473 durch die Düsenöffnung 472 (z. B. normal zu der Ebene des Abfeuerungswiderstands 48) und zu einem Druckmedium hin auf eine Energieversorgung des Abfeuerungswiderstandes 48 hin ausgestoßen werden.
Beispielhafte Ausführungsbeispiele der Druckkopfchips 40 umfassen einen thermischen Druckkopf, einen piezoelektrischen Druckkopf, einen Biege-Spannung-Druckkopf oder einen jeglichen anderen Typ eines auf dem Gebiet bekannten Tintenstrahlausstoßgeräts. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Druckkopfchips 40 voll integrierte thermische Tintenstrahldruckköpfe. Als solches ist das Substrat 44z. B. aus Silizium, Glas oder einem stabilen Polymer gebildet und die Dünnfilmstruktur 46 ist durch eine oder mehrere Passivierungs- oder Isolationsschichten aus Siliziumdioxid, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Tantal, Polysilizium, Glas oder einem anderen geeigneten Material gebildet. Die Dünnfilmstruktur 46 umfasst ferner eine leitfähige Schicht, die den Abfeuerungswiderstand 48 und die Anschlussleitungen 481 definiert. Die leitfähige Schicht ist z. B. durch Aluminium, Gold, Tantal, Tantalaluminium oder ein anderes Metall oder eine Metalllegierung gebildet.
Unter Bezugnahme auf 5–7 umfasst der Träger 30 ein Substrat 32, eine Befestigungsschicht 34 und eine Unterstützungsschicht 36. Das Substrat 32 ist allgemein rechteckig im Querschnitt und umfasst eine obere Fläche 321 und eine untere Fläche 322, die der oberen Fläche 321 gegenüberliegt und im Wesentlichen parallel zu derselben ausgerichtet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel stellt das Substrat 32 eine elektrische Verbindung unter den Druckkopfchips 40, eine elektrische Verbindung zwischen den Druckkopfchips 40 und der elektronischen Steuerung 20 über das elektronische Schnittstellensystem 60 und eine fluidische Kommunikation zwischen der Tintenvorratsanordnung 14 und den Druckkopfchips 40 über das Tintenliefersystem 50 bereit.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 32 aus einer Mehrzahl von Schichten 33 gebildet, einschließlich einer oberen Schicht 331, einer unteren Schicht 332 und zumindest einer Zwischenschicht 333. Somit bildet eine Oberfläche der oberen Schicht 331 die obere Fläche 321 des Substrats 32 und eine Oberfläche der unteren Schicht 332 bildet die untere Fläche 322 des Substrats 32. Es liegt jedoch innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, dass das Substrat 32 aus einer unitären Struktur oder genauer gesagt einer Materialschicht gebildet ist.
Die Befestigungsschicht 34 weist eine obere Oberfläche 341 und eine untere Oberfläche 342 auf, die der oberen Oberfläche 341 gegenüberliegt. Die Befestigungsschicht 34 weist ferner eine Mehrzahl von Öffnungen 343 auf, die in derselben definiert sind. Jede Öffnung 343 kommuniziert mit der oberen Oberfläche 341 und der unteren Oberfläche 342. Die Befestigungsschicht 34 ist auf der oberen Fläche 321 des Substrats 32 angeordnet, derart, dass die untere Oberfläche 342 der Befestigungsschicht 34 die obere Oberfläche 321 des Substrats 320 kontaktiert. Als solches sind die Druckkopfchips 40 auf der oberen Oberfläche 341 der Befestigungsschicht 34 befestigt.
Die Unterstützungsschicht 36 weist eine obere Oberfläche 361 und eine untere Oberfläche 362 auf, die der oberen Oberfläche 361 gegenüberliegt. Die Unterstützungsschicht 36 weist ferner eine Mehrzahl von Öffnungen 363 auf, die in derselben definiert sind. Jede Öffnung 363 kommuniziert mit der oberen Oberfläche 361 und der unteren Oberfläche 362. Die Unterstützungsschicht 36 ist auf der unteren Fläche 322 des Substrats 32 angeordnet, derart, dass die obere Oberfläche 361 der Unterstützungsschicht 36 die untere Fläche 322 des Substrats 32 kontaktiert. Als solches ist der Träger 30 durch die Unterstützungsschicht 36 getragen, wenn die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 z. B. innerhalb der Befestigungsanordnung 16 befestigt ist.
Zum Übertragen von Tinte zwischen der Tintenvorratsanordnung 14 und den Druckkopfchips 40 weist das Substrat 32 eine Mehrzahl von Tintendurchlässen 323 auf, die in demselben gebildet sind. Die Tintendurchlässe 323 erstrecken sich durch das Substrat 32 und stellen Durchgangskanäle oder Durchgangsöffnungen für eine Lieferung von Tinte zu den Druckkopfchips 40 von dem Verteilerstück 52 bereit. Somit kommunizieren die Tintendurchlässe 323 an einem ersten Ende 324 mit dem Verteilerstück 52 des Tintenliefersystems 50 und an einem zweiten Ende 325 mit den Druckkopfchips 40. Genauer gesagt kommuniziert das zweite Ende 325 der Tintendurchlässe 323 mit dem Tintenzufuhrschlitz 441 des Substrats 44. Als solches bilden die Tintendurchlässe 323 einen Abschnitt des Tintenliefersystems 50. Obwohl lediglich ein Tintendurchlass 323 für einen gegebenen Druckkopfchip 40 gezeigt ist, kann es zusätzliche Tintendurchlässe zu dem gleichen Druckkopfchip geben, um Tinte jeweiliger unterschiedlicher Farben zu liefern.
Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die Schichten 33 des Substrats 32 jeweils eine Mehrzahl von Öffnungen 334 auf, die in denselben definiert sind. Die Öffnungen 334 in den Schichten 33 kommunizieren mit zugeordneten Öffnungen 334 in benachbarten Schichten 33, um Tintendurchlässe 323 in dem Substrat 32 zu bilden. Zusätzlich kommuniziert eine Anzahl von Öffnungen 343 in der Befestigungsschicht 34 mit den Öffnungen 334 in den Schichten 33 und eine Anzahl von Öffnungen 363 in der Unterstützungsschicht 36 kommuniziert mit den Öffnungen 334 in den Schichten 33 zum Übertragen von Tinte zwischen der Tintenvorratsanordnung 14 und den Druckkopfchips 40.
Zum Übertragen von elektrischen Signalen zwischen der elektronischen Steuerung 20 und den Druckkopfchips 40 weist das Substrat 32 eine Mehrzahl von leitfähigen Wegen 64 auf, die sich durch dasselbe erstrecken, und die Druckkopfchips 40 umfassen elektrische Kontakte 41, die Bondanschlussflächen bzw. Verbindungsanschlussflächen bilden. Wie es in 7 dargestellt ist, durchlaufen die leitfähigen Wege 64 zumindest eine Schicht 33 des Substrats 32 und enden bei freiliegenden Oberflächen des Substrats 32. Als solches umfassen die leitfähigen Wege 64 Eingangs-/Ausgangs- (I/O-) Anschlussflächen 66 bei Anschlussenden desselben, die elektrische Kontakte oder Verbindungsanschlussflächen auf dem Substrat 32 bilden. Somit stellen die I/O-Anschlussflächen 66 einen Punkt für eine elektrische Verbindung mit dem Substrat 32 z. B. über die I/O-Stifte 62, die Drahtbondanschlussleitungen 68, elektrische Knoten (nicht gezeigt) und/oder andere geeignete elektrische Verbinder bereit.
Es ist klar, dass 7 eine vereinfachte schematische Darstellung des Trägers 30 ist. Die darstellende Führung von leitfähigen Wegen 64 und Tintendurchlässen 323 durch das Substrat 32 z. B. wurde für eine Klarheit der Erfindung vereinfacht. Die leitfähigen Wege 64 z. B. können durch leitfähige Schichten gebildet sein, die zwischen den Schichten 33 angeordnet sind. Somit bilden die Schichten 33 isolierende Schichten. Als solches sind die elektrischen Kopplungswege zwischen den leitfähigen Schichten vorgesehen, um eine elektrische Kopplung zwischen den I/O-Anschlussflächen 66 und den I/O-Stiften 62 zu liefern. Somit sind die I/O-Anschlussflächen 66 z. B. durch eine metallisierte Schicht gebildet, die auf einer isolierenden Schicht angeordnet ist, wie beispielsweise der oberen Schicht 331.
Obwohl verschiedene Merkmale des Trägers 30 wie beispielsweise die leitfähigen Wege 64 und die Tintendurchlässe 323 schematisch als gerade dargestellt sind, ist klar, dass Entwurfsbegrenzungen die tatsächliche Geometrie für ein kommerzielles Ausführungsbeispiel der Druckkopfanordnung 12 komplizierter machen könnten. Die Tintendurchlässe 323 z. B. können kompliziertere Geometrien aufweisen, um zu ermöglichen, dass mehrere Farbmittel von Tinte durch den Träger 30 gelenkt werden. Zusätzlich können die leitfähigen Wege 64 kompliziertere Leitgeometrien durch das Substrat 32 aufweisen, um einen Kontakt mit den Tintendurchlässen 323 zu vermeiden und um Elektrischer-Verbinder-Geometrien zu ermöglichen, die unterschiedlich zu den dargestellten I/O-Stiften 62 sind. Es ist klar, dass derartige Alternativen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegen.
Bei einem Ausführungsbeispiel enden die leitfähigen Wege 64 bei der oberen Fläche 321 und der unteren Fläche 322 des Substrats 32. Somit sind die I/O-Anschlussflächen 66 auf der oberen Fläche 321 und der unteren Fläche 322 des Substrats 32 vorgesehen. Als solches enthüllt eine Anzahl von Öffnungen 343 in der Befestigungsschicht 34 die I/O-Anschlussflächen 66 oder stellt einen Zugriff auf dieselben bereit, die auf der oberen Fläche 321 des Substrats 32 vorgesehen sind, und eine Anzahl von Öffnungen 363 in der Unterstützungsschicht 36 enthüllt die I/O-Anschlussflächen 66 oder stellt einen Zugriff auf dieselben bereit, die auf der unteren Fläche 322 des Substrats 32 vorgesehen sind. Zusätzlich ist eine Anzahl von I/O-Stiften 62 elektrisch bei einem Ende mit den I/O-Anschlussflächen 66 gekoppelt, die auf der unteren Fläche 322 vorgesehen sind, und die Drahtbondanschlussleitungen 68 sind elektrisch an einem Ende mit den I/O-Anschlussflächen 66 auf der oberen Fläche 321 und bei einem anderen Ende mit elektrischen Kontakten 41 der Druckkopfchips 40 gekoppelt.
Während die leitfähigen Wege 64 bei der oberen Fläche 321 und der unteren Fläche 322 des Substrats 32 enden, ist es jedoch innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, dass die leitfähigen Wege 64 bei Seitenflächen des Substrats 32 enden. Zusätzlich kann sich einer oder mehrere leitfähige Wege 64 von einer Anschlussleitung zu einem oder mehreren anderen leitfähigen Wegen 64 verzweigen. Ferner kann einer oder mehrere leitfähige Wege 64 innerhalb einer Schicht 33 des Substrats 32 beginnen und enden.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 32 aus einem Keramik-, Silizium- oder einem geeigneten nichtmetallischen Material gebildet. Vorzugsweise weist das Substrat 32 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der demselben von Silizium nahe kommt, ist in der Lage, Löt- und Verbindungsschichten aufzunehmen, und ist in der Lage, eine Befestigung von integrierten Schaltungen aufzunehmen. Zusätzlich umfasst das Substrat 32 Schaltungsstrukturen, die die Schichten 33 durchbohren, um die leitfähigen Wege 64 zu bilden. Bei einer Fertigungsmethodologie werden Schaltungsstrukturen in Schichten aus einem ungefeuerten Band (die als Grünschicht-Schichten bezeichnet werden) unter Verwendung eines Siebdruckprozesses gebildet. Die Grünschicht-Schichten sind aus keramischen Partikeln in einem Polymerbindemittel hergestellt. Für die Partikel können Alumina verwendet werden, obwohl andere Oxide oder verschiedene Glas/Keramik-Mischungen verwendet werden können. Jede Grünschicht-Schicht empfängt Leiterleitungen und andere Metallisierungsstrukturen, die benötigt werden, um die leitfähigen Wege 64 zu bilden. Derartige Leitungen und Strukturen werden mit einem hochschmelzenden Metall, wie beispielsweise Wolfram durch ein Siebdrucken auf der entsprechenden Grünschicht-Schicht gebildet. Somit sind leitfähige und nichtleitfähige oder isolierende Schichten in dem Substrat 32 gebildet.
Die leitfähigen Wege 64 erstrecken sich von einer Schicht zu der nächsten durch Durchgangslöcher, die aus der Grünschicht herausgestanzt und z. B. mit einer Wolframpaste aufgefüllt sind. Somit sind Schaltungsstrukturen, einschließlich metallisierter oder leitfähiger Schichten in dem Substrat 32 gebildet. Öffnungen in dem Substrat 32, wie beispielsweise die Tintendurchlässe 323 werden durch ein Stanzen von Löchern und Hohlräumen einer erwünschten Größe und Form durch die Grünschicht gebildet. Wenn eine Schicht 33 einmal die erwünschte Metallisierung, Durchkontaktierungen und Öffnungen empfangen hat, werden die Schichten 33 in der erwünschten Konfiguration gestapelt.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Befestigungsschicht 34 eine planarisierte Schicht 35 und die obere Oberfläche 341 ist eine geebnete Oberfläche 351. Genauer gesagt ist die obere Oberfläche 341 eine mechanisch planarisierte Oberfläche. Somit ist die obere Oberfläche 341 im Wesentlichen planar über einem gesamten Bereich derselben. Als solches richtet die obere Oberfläche 341 eine Mehrzahl von Bezugspunkten 344 ein, die jeweils in im Wesentlichen einer Ebene liegen.
Die Bezugspunkte 344 ermöglichen eine präzise Befestigung der Druckkopfchips 40 und eine Ausrichtung zwischen denselben, wenn die Druckkopfchips 40 an dem Träger 30 befestigt sind. Als solches kontaktiert jeder Druckkopfchip 40 eine Anzahl von Bezugspunkten 344, wenn derselbe an dem Träger 30 befestigt ist. Somit sind die Druckkopfchips 40 relativ zueinander genau ausgerichtet. Genauer gesagt liegt die vordere Fläche 471 der Öffnungsschicht 47 jedes Druckele ments 42 in im Wesentlichen einer Ebene. Die planarisierte Schicht 35 und die geebnete Oberfläche 351 sind z. B. durch ein Schleifen und/oder Läppen gebildet, wie es unten beschrieben ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Unterstützungsschicht 36 eine planarisierte Schicht 37 und die untere Oberfläche 362 ist eine geebnete Oberfläche 371. Genauer gesagt ist die untere Oberfläche 362 eine mechanisch planarisierte Oberfläche. Somit ist die untere Oberfläche 362 im Wesentlichen planar über einem gesamten Bereich derselben. Die planarisierte Schicht 37 und die geplante Oberfläche 371 sind ebenfalls durch Schleifen und/oder Läppen gebildet, wie es unten beschrieben ist.
8A–8F stellen ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bilden einer Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 dar. Um die Tintenstrahldruckkopfanordnung 12 zu bilden, wird das Substrat 32 bereitgestellt, wie es in 8A dargestellt ist. Das Substrat 32 umfasst die Schichten 33 und weist die Tintendurchlässe 323 und die leitfähigen Wege 64 auf, die sich durch dasselbe erstrecken. Das Substrat 32 ist durch ein Stapeln der unteren Schicht 332, der Zwischenschichten 333 und der oberen Schicht 331 gebildet. Die untere Schicht 332, die Zwischenschichten 333 und die obere Schicht 331 umfassen Schaltungsstrukturen und Öffnungen, wie es oben beschrieben ist. Als solches sind die Tintendurchlässe 323 und die leitfähigen Wege 64 in dem Substrat 32 gebildet, wenn die Schichten 33 in der erwünschten Konfiguration gestapelt sind. Zusätzlich sind die I/O-Anschlussflächen 66 bei freiliegenden Anschlussenden der leitfähigen Wege 64 vorgesehen.
Wie es in 8B dargestellt ist, werden als nächstes die Befestigungsschicht 34 und die Unterstützungsschicht 36 auf der oberen Fläche 321 bzw. der unteren Fläche 322 des Substrats 32 angeordnet, um den Träger 30 zu bilden. Folglich kommuniziert eine Anzahl von Öffnungen 343 in der Befestigungsschicht 34 mit den Tintendurchlässen 323 in dem Substrat 32 und eine Anzahl von Öffnungen 343 in der Befestigungsschicht 34 enthüllt die leitfähigen Wege 64, die bei den I/O-Anschlussflächen 66 enden, die auf der oberen Fläche 321 des Substrats 32 vorgesehen sind. Zusätzlich kommuniziert eine Anzahl von Öffnungen 363 in der Unterstützungsschicht 36 mit den Tintendurchlässen 323 in dem Substrat 32 und eine Anzahl von Öffnungen 363 in der Unterstützungsschicht 36 enthüllt die leitfähigen Wege 64, die bei den I/O-Anschlussflächen 66 enden, die auf der unteren Fläche 322 des Substrats 32 vorgesehen sind. Somit sind die I/O-Anschlussflächen 66 und die Enden 324 und 325 der Tintendurchlässe 323 relativ zu der ersten Fläche 301 und der zweiten Fläche 302 des Trägers 30 ausgenommen. Als solches wird der Träger 30, einschließlich des Substrats 32, der Befestigungsschicht 34 und der Unterstützungsschicht 36 unter Druck laminiert und dann gefeuert oder kogesintert, um eine monolithische Struktur zu erzeugen, die ein dreidimensionales elektrisches und fluidisches Leitsystem in derselben aufweist.
Ein Problem bei einer derartigen Struktur, die aus mehreren Schichten variierender Materialien gebildet ist, besteht darin, dass während der Fertigung des Trägers ein Verziehen und/oder Verbiegen des Substrats 32, der Befestigungsschicht 34 und/oder der Unterstützungsschicht 36 auftreten kann. Die variierenden Materialien, die z. B. das Substrat 32, die Befestigungsschicht 34 und die Unterstützungsschicht 36 bilden, können variierende Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, die eine relative Ausdehnung und/oder Zusammenziehung mit unterschiedlichen Raten bewirken, während der Träger 30 gebildet wird. Zusätzlich kann es ferner eine Welligkeit und/oder andere inhärente Variationen bei dem Substrat 32, der Befestigungsschicht 34 und/oder der Unterstützungsschicht 36 geben, die eine Planarität der Befestigungsschicht 34 und/oder der Unterstützungsschicht 36 beeinflussen.
Um eine planare Schicht zum Befestigen der Druckkopfchips 40 bereitzustellen, werden die Befestigungsschicht 34 und die Unterstützungsschicht 36 geebnet, wie es in 8C dargestellt ist. Genauer gesagt werden die obere Oberfläche 341 der Befestigungsschicht 34 und die untere Oberfläche 362 der Unterstützungsschicht 36 mechanisch planarisiert, um eine im Wesentlichen planare Oberfläche über einem gesamten Bereich der oberen Oberfläche 341 bzw. der unteren Oberfläche 342 zu bilden. Ein mechanisches Planarisieren der oberen Oberfläche 341 der Befestigungsschicht 34 richtet Bezugspunkte 344 ein, die in im Wesentlichen einer Ebene liegen.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das mechanische Planarisieren der Befestigungsschicht 34 und der Unterstützungsschicht 36 ein Schleifen und/oder Läppen der oberen Oberfläche 341 und der unteren Oberfläche 362. Durch Schleifen und/oder Läppen der oberen Oberfläche 341 und der unteren Oberfläche 362 wird eine Dicke zumindest eines Abschnitts der Befestigungsschicht 34 und der Unterstützungsschicht 36 reduziert. Die obere Oberfläche 341 und die untere Oberfläche 362 werden geschliffen und/oder geläppt, bis eine erwünschte Flachheit über einem gesamten Bereich der oberen Oberfläche 341 und der unteren Oberfläche 362 erreicht ist.
Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel wird die Befestigungsschicht 34 von einer ursprünglichen Dicke t₁ zu einer endgültigen Dicke t₁' reduziert und die Unterstützungsschicht 34 wird von einer ursprünglichen Dicke t₂ zu einer endgültigen Dicke t₂' als ein Ergebnis eines mechanischen Planarisiertwerdens reduziert. Falls es irgendein anfängliches Verziehen und/oder Verbiegen des Trägers 30 gibt, ist es bevorzugt, dass eine Differenz zwischen z. B. der anfänglichen Dicke t₁ und der endgültigen Dicke t₁' (oder t₁–t₁') der Befestigungsschicht 34 zumindest gleich einem maximalen Nicht-Planaritätsbereich der oberen Oberfläche 341 vor einem Schleifen und/oder Läppen ist. Somit ist es bevorzugt, dass die anfängliche Dicke t₁ der Befestigungsschicht 34 (oder die anfängliche Dicke t₂ der Unterstützungsschicht 36) einen jeglichen derartigen Nicht-Planaritätsbereich überschreitet.
Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel ist eine geeignete Dicke des Trägers 30, einschließlich des Substrats 32, der Befestigungsschicht 34 und der Unterstützungsschicht 36 vor einem mechanischen Planarisieren der Befestigungsschicht 34 und der Unterstützungsschicht 36 näherungsweise 0,096 +/– 0,010 Zoll. Bei diesem darstellenden Ausführungsbeispiel ist eine geeignete Dicke für den Träger 30, einschließlich des Substrats 32, der Befestigungsschicht 34 und der Unterstützungsschicht 36 nach einem mechanischen Planarisieren der Befestigungsschicht 34 und der Unterstützungsschicht 36 näherungsweise 0,096 +/– 0,002 Zoll. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel ist eine geeignete endgültige Dicke t₁' für die Befestigungsschicht 34 näherungsweise 0,008 Zoll und eine geeignete endgültige Dicke t₂' für die Unterstützungsschicht 36 ist näherungsweise 0,008 Zoll. Während die endgültige Dicke t₁' und die endgültige Dicke t₂' als im Wesentlichen gleich dargestellt sind, ist es innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, dass die endgültige Dicke t₁' und die endgültige Dicke t₂' ungleich sind.
Da die I/O-Anschlussflächen 66 auf der oberen Fläche 321 und der unteren Fläche 322 des Substrats 32 vorgesehen sind, ist eine Integrität der I/O-Anschlussflächen 66 beibehalten, wenn die obere Oberfläche 341 der Befestigungsschicht 34 und die untere Oberfläche 362 der Unterstützungsschicht 36 mechanisch planarisiert werden. Da zusätzlich die Enden 324 und 325 der Tintendurchlässe 323 mit der oberen Fläche 321 und der unteren Fläche 322 des Substrats 32 kommunizieren, ist ferner eine Integrität der Tintendurchlässe 323 beibehalten, wenn die obere Oberfläche 341 der Befestigungsschicht 34 und die untere Oberfläche 362 der Unterstützungsschicht 36 mechanisch planarisiert werden.
Wie es in 8D dargestellt ist, werden als nächstes die Druckkopfchips 40 auf der oberen Oberfläche 341 der Befestigungsschicht 34 befestigt. Wenn die Druckkopfchips 40 auf der oberen Oberfläche 341 befestigt sind, kontaktiert jeder Druckkopfchip 40 eine Anzahl von Bezugspunkten 344. Somit ist eine genaue Ausrichtung zwischen den Druckkopfchips 40 erreicht. Als solches liegt die vordere Fläche 471 der Öffnungsschicht 47 in jedem Druckkopfchip 40 in im Wesentlichen einer Ebene.
Wie es in 8E dargestellt ist, werden dann elektrische Verbinder, wie beispielsweise die Drahtbondanschlussleitungen 68 und/oder die I/O-Stifte 62 mit den I/O-Anschlussflächen 66 verbunden. Die Drahtbondanschlussleitungen 68 werden z. B. an einem Ende mit den I/O-Anschlussflächen 66, die auf der oberen Fläche 321 des Substrats 32 vorgesehen sind, und an einem entgegengesetzten Ende mit den elektrischen Kontakten 41 der Druckkopfchips 40 verbunden. Zusätzlich werden z. B. die I/O-Stifte 62 an einem Ende mit den I/O-Anschlussflächen 66 verbunden, die auf der unteren Fläche 321 des Substrats 32 vorgesehen sind. Eine Anzahl von I/O-Anschlussflächen 66 kann Kontaktpunkte für elektrische Knoten (nicht gezeigt) bereitstellen und umfasst eventuell als solches keine elektrischen Verbinder. Metallteile, beispielsweise die I/O-Stifte 62 werden z. B. mit einem Schmelz-Hartlötprozess, einem eutektischen Silber-Kupfer-Hartlöten oder einem reinen Silber-Hartlöten angebracht. Es ist klar, dass andere Techniken zum elektrischen Koppeln der I/O-Anschlussflächen 66 und der elektrischen Kontakte 41 verwendet werden können, einschließlich z. B. einer automatischen Folienbondtechnologie (TAB = Tape Automated Bonding), die eine Schaltung. aus mehreren Drähten verwendet, die durch ein flexibles Band getragen ist.
Wie es in 8F dargestellt ist, werden danach die Drahtbondanschlussleitungen verkapselt. Somit ist eine Integrität von elektrischen Verbindungen zwischen den Drahtbondanschlussleitungen 68, den I/O-Anschlussflächen 66 und den elektrischen Kontakten 41 der Druckköpfe 40 beibehalten.
9A und 9B stellen ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines vergrößerten Abschnitts des Trägers 30 vor und nach einer Planarisierung der Befestigungsschicht 34 dar. 9A stellt einen vergrößerten Abschnitt der Befestigungsschicht 34 und einen vergrößerten Abschnitt des Substrats 32, einschließlich der oberen Schicht 331 und der Zwischenschicht 333 vor einer Planarisierung der Befestigungsschicht 34 dar. Wie es in 9A dargestellt ist, zeigen die Befestigungsschicht 34 und das Substrat 32 ein Verziehen und/oder Verbiegen, was z. B. aus einer Herstellung des Trägers 30 und/oder anderen inhärenten Charakteristika resultiert, wie es oben beschrieben ist. Es ist klar, dass das Ausmaß eines Verziehens und/oder Verbiegens der Befestigungsschicht 34 und des Substrats 32, die in 9A dargestellt sind, für eine Klarheit der Erfindung übertrieben wurde.
Als ein Ergebnis eines derartigen Verziehens und/oder Verbiegens ist die obere Oberfläche 341 der Befestigungsschicht 34 im Wesentlichen nicht planar über einem gesamten Bereich derselben. Die obere Oberfläche 341 zeigt deshalb keine erwünschte Befestigungsoberfläche für die Druckkopfchips 40. Ein Befestigen der Druckkopfchips 40 auf einer derartigen Oberfläche würde in einer Variation einer Planarität unter den Druckkopfchip 40 und genauer gesagt einer Fehlausrichtung zwischen den Druckkopfchips 40 resultieren. Leider kann eine Variation einer Planarität unter den Druckkopfchips 40 in Tintentropfenbahnfehlern sowie Stift-zu-Papier-Beabstandungsproblemen resultieren, die eine Druckqualität verschlechtern.
9B stellt einen vergrößerten Abschnitt der Befestigungsschicht 34 und einen vergrößerten Abschnitt des Substrats 32 dar, einschließlich der oberen Schicht 331 und der Zwischenschicht 333 nach einer Planarisierung der Befestigungsschicht 34. Wie es in 9B dargestellt ist, ist die Befestigungsschicht 34 planarisiert, derart, dass die obere Oberfläche 341 im Wesentlichen planar über einer gesamten Fläche derselben ist. Somit sind die planarisierte Schicht 35 und die geebnete Oberfläche 351 gebildet. Als solches können die Druckkopfchips 40 auf der oberen Oberfläche 341 befestigt sein, derart, dass eine genaue Ausrichtung zwischen den Druckkopfchips 40 erreicht ist.
Durch ein Anordnen der Befestigungsschicht 34 auf der oberen Fläche 321 des Substrats 32 und ein mechanisches Planarisieren der oberen Oberfläche 341 der Befestigungsschicht 34 ist eine im Wesentlichen planare Oberfläche zum Befestigen der Druckkopfchips 40 gebildet. Somit ist eine Druckkopf-zu-Druckkopf-Ausrichtung sichergestellt. Durch ein Endenlassen der Tintendurchlässe 323 und der leitfähigen Wege 64 bei der oberen Fläche 321 des Substrats 32 ist zusätzlich eine Integrität der Tintendurchlässe 323 und der leitfähigen Wege 64 beibehalten, wenn die obere Oberfläche 341 der Befestigungsschicht 34 mechanisch planarisiert ist. Durch ein Vorsehen der Öffnungen 343 in der Befestigungsschicht 34, die mit den Tintendurchlässen 323 und den leitfähigen Wegen 64 kommunizieren und dieselben enthüllen, bleiben die leitfähigen Wege 64 ferner von der oberen Oberfläche 341 der Befestigungsschicht 34 aus zugreifbar.

Claims

Ein Verfahren zum Bilden einer Tintenstrahldruckkopfanordnung (12), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Substrats (32), das eine erste Fläche (321) aufweist; Anordnen einer ersten Planarisierungsschicht (34) auf der ersten Fläche des Substrats, wobei die erste Planarisierungsschicht eine erste Oberfläche (342), die die erste Fläche des Substrats kontaktiert, und eine zweite Oberfläche (341) aufweist, die der ersten Oberfläche derselben gegenüberliegt; mechanisches Planarisieren der zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht; und Befestigen einer Mehrzahl von Druckkopfchips (40) auf der zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Schritt des mechanischen Planarisierens der zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht ein Bilden einer im Wesentlichen planaren Oberfläche über einem gesamten Bereich derselben umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Schritt des mechanischen Planarisierens der zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht zumindest Schleifen oder Läppen der zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem jeder der Druckkopfchips eine vordere Fläche (471) aufweist und bei dem der Schritt des Befestigens der Druckkopfchips auf der zweiten Oberfläche der ersten Planarisierungsschicht ein Ausrichten der vorderen Fläche jedes der Druckkopfchips in im Wesentlichen einer Ebene umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Substrat eine Mehrzahl von Schichten (33) umfasst, die leitfähige Schichten und nicht leitfähige Schichten umfassen, und bei dem zumindest eine der nicht leitfähigen Schichten des Substrats und der ersten Planarisierungsschicht aus dem gleichen Material gebildet sind.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 5, bei dem die erste Planarisierungsschicht aus einem keramischen Material gebildet ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner folgenden Schritt aufweist: Bilden einer Mehrzahl von Öffnungen (343) in der ersten Planarisierungsschicht, wobei das Substrat eine Mehrzahl von Tintendurchlässen (323) aufweist, die sich durch dasselbe erstrecken, wobei zumindest einer der Tintendurchlässe mit der ersten Fläche des Substrats kommuniziert, und wobei zumindest eine der Öffnungen in der ersten Planarisierungsschicht mit dem zumindest einen der Tintendurchlässe kommuniziert.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner folgenden Schritt aufweist: Bilden einer Mehrzahl von Öffnungen (343) in der ersten Planarisierungsschicht, wobei das Substrat eine Mehrzahl von leitfähigen Wegen (64) umfasst, die sich durch dasselbe erstrecken, wobei zumindest einer der leitfähigen Wege ein Ende aufweist, das mit der ersten Fläche des Substrats kommuniziert, und wobei zumindest eine der Öffnungen in der ersten Planarisierungsschicht das Ende des zumindest einen der leitfähigen Wege enthüllt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Substrat eine zweite Fläche (322) aufweist, die der ersten Fläche desselben gegenüberliegt, und das ferner folgende Schritte aufweist: Anordnen einer zweiten Planarisierungsschicht (36) auf der zweiten Fläche des Substrats, wobei die zweite Planarisierungsschicht eine erste Oberfläche (361), die die zweite Fläche des Substrats kontaktiert, und eine zweite Oberfläche (362) aufweist, die der ersten Oberfläche derselben gegenüberliegt; und mechanisches Planarisieren der zweiten Oberfläche der zweiten Planarisierungsschicht.
Eine Tintenstrahldruckkopfanordnung (12), die folgende Merkmale aufweist: ein Substrat (32), das eine erste Fläche (321) aufweist; eine erste planarisierte Schicht (34), die auf der ersten Fläche des Substrats angeordnet ist, wobei die erste planarisierte Schicht eine erste Oberfläche (342), die die erste Fläche des Substrats kontaktiert, und eine mechanisch planarisierte Oberfläche (341) aufweist, die der ersten Oberfläche derselben gegenüberliegt; und eine Mehrzahl von Druckkopfchips (40), die jeweils auf der mechanisch planarisierten Oberfläche der ersten planarisierten Schicht befestigt sind.
Die Tintenstrahldruckkopfanordnung gemäß Anspruch 10, bei der die mechanisch planarisierte Oberfläche der ersten planarisierten Schicht im Wesentlichen planar über einem gesamten Bereich derselben ist.
Die Tintenstrahldruckkopfanordnung gemäß Anspruch 10, bei der die mechanisch planarisierte Oberfläche der ersten planarisierten Schicht zumindest eine geschliffene Oberfläche oder eine geläppte Oberfläche ist.
Die Tintenstrahldruckkopfanordnung gemäß Anspruch 10, bei der jeder der Druckkopfchips eine vordere Fläche (471) aufweist und bei der die vordere Fläche jedes der Druckkopfchips im Wesentlichen in einer Ebene liegt.
Die Tintenstrahldruckkopfanordnung gemäß Anspruch 10, bei der das Substrat eine Mehrzahl von Schichten (33) umfasst, die leitfähige Schichten und nicht leitfähige Schichten umfassen, und bei der zumindest eine der nicht leitfähigen Schichten des Substrats und die erste planarisierte Schicht aus dem gleichen Material gebildet sind.
Die Tintenstrahldruckkopfanordnung gemäß Anspruch 10 oder 14, bei der die erste planarisierte Schicht aus einem keramischen Material gebildet ist.
Die Tintenstrahldruckkopfanordnung gemäß Anspruch 10, bei der die erste planarisierte Schicht eine Mehrzahl von Öffnungen (343) aufweist, die in derselben definiert sind, wobei das Substrat eine Mehrzahl von Tintendurchlässen (323) aufweist, die sich durch dasselbe erstrecken, wobei zumindest einer der Tintendurchlässe mit der ersten Fläche des Substrats kommuniziert, und wobei zumindest eine der Öffnungen in der ersten planarisierten Schicht mit dem zumindest einen der Tintendurchlässe kommuniziert.
Die Tintenstrahldruckkopfanordnung gemäß Anspruch 10, bei der die erste planarisierte Schicht eine Mehrzahl von Öffnungen (343) aufweist, die in derselben definiert sind, und die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Mehrzahl von leitfähigen Wegen (64), die sich durch das Substrat erstrecken, wobei zumindest einer der leitfähigen Wege ein Ende aufweist, das mit der ersten Fläche des Substrats kommuniziert, und wobei zumindest eine der Öffnungen in der ersten planarisierten Schicht den zumindest einen der leitfähigen Wege enthüllt.
Die Tintenstrahldruckkopfanordnung gemäß Anspruch 10, bei der das Substrat eine zweite Fläche (322) aufweist, die der ersten Fläche desselben gegenüberliegt, und die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine zweite planarisierte Schicht (36), die auf der zweiten Fläche des Substrats angeordnet ist, wobei die zweite planarisierte Schicht eine erste Oberfläche (361), die die zweite Fläche des Substrats kontaktiert, und eine mechanisch planarisierte Oberfläche (362) aufweist, die der ersten Oberfläche derselben gegenüberliegt.
Ein Träger (30), der angepasst ist, um eine Mehrzahl von Druckkopfchips (40) zu empfangen, die jeweils eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten (41) aufweisen, wobei der Träger folgende Merkmale aufweist: eine planarisierte Schicht (34), die eine planarisierte Oberfläche (341) umfasst, die angepasst ist, um eine mechanische Unterstützung für die Druckkopfchips bereitzustellen; und eine metallisierte Schicht, die eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten (66) definiert, die von der planarisierten Oberfläche der planarisierten Schicht zugreifbar sind und zum elektrischen Koppeln mit entsprechenden der elektrischen Kontakte der Druckkopfchips konfiguriert sind.
Der Träger gemäß Anspruch 19, bei dem die planarisierte Schicht eine Mehrzahl von Tintenöffnungen (343) aufweist, die in derselben definiert sind, wobei jede der Tintenöffnungen angepasst ist, um einen Durchlass für Tinte zu einem entsprechenden der Druckkopfchips bereitzustellen.