DE69700976T2

DE69700976T2 - Bauweise einer Tintenstrahldruckkassette zur Verminderung der Deformation des Druckkopfes beim abdichtend Aufkleben des Druckkopfes auf die Druckkasette

Info

Publication number: DE69700976T2
Application number: DE69700976T
Authority: DE
Inventors: Max S. Gunther; Sara E. Schaeffer
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: US5852460A; DE69700976D1; JPH1058711A; EP0810095A1; EP0810095B1; JP4167735B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Tintenstrahldrucker und andere Typen von Druckern und insbesondere auf den Druckkopfabschnitt eines Tintenstrahldruckers.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Tintenstrahldrucker haben eine breite Akzeptanz gewonnen. Diese Drucker sind durch das Kapitel 13 von Output Hardcopy Devices in "Ink Jet Devices" von W. J. Lloyd und H. T. Taub (Ed. R. C. Durbeck und S. Sherr, San Diego: Academic Press, 1988) und durch die U. S.-Patente 4,490,728 und 4,313,684 beschrieben. Tintenstrahldrucker erzeugen einen Hochqualitätsdruck, sind kompakt und tragbar und drucken schnell und leise, da lediglich Tinte auf das Papier stößt.
Ein Tintenstrahldrucker erzeugt ein gedrucktes Bild durch Drucken eines Musters von einzelnen Punkten an speziellen Positionen eines Arrays, das für das Druckmedium definiert ist. Die Positionen werden herkömmlicherweise als kleine Punkte in einem rechteckigen Array visualisiert. Die Positionen sind manchmal "Punktorte", "Punktpositionen" oder "Pixel". Folglich kann der Druckbetrieb als das Auffüllen eines Musters von Punktpositionen mit Punkten von Tinte betrachtet werden.
Tintenstrahldrucker drucken Punkte durch Ausstoßen von sehr kleinen Tropfen von Tinte auf das Druckmedium und weisen typischerweise einen bewegbaren Wagen auf, der einen oder mehrere Druckköpfe trägt, von denen jeder Tinte ausstoßende Düsen aufweist. Der Wagen überquert die Oberfläche des Druckmediums, wobei die Düsen gesteuert werden, um auf den Befehl eines Mikrocomputers oder einer anderen Steuerungs einrichtung hin zu geeigneten Zeitpunkten Tintentropfen auszustoßen, wobei beabsichtigt ist, daß die Zeiteinteilung des Aufbringens der Tintentropfen dem Pixelmuster des Bilds, das gerade gedruckt wird, entspricht.
Der typische Tintenstrahldruckkopf (d. h. das Siliziumsubstrat, die Strukturen, die auf dem Substrat gebaut sind, und die Verbindungen mit dem Substrat) verwendet eine flüssige Tinte (d. h. gelöste Farben oder Pigmente, die in einem Lösungsmittel aufgelöst sind). Derselbe weist ein Array von präzise gebildeten Düsen auf, die an einem Druckkopfsubstrat befestigt sind, das ein Array von Abfeuerungskammern aufweist, die flüssige Tinte von dem Tintenreservoir empfangen. Jede Kammer weist einen Dünnfilmwiderstand auf, der als ein Tintenstrahlabfeuerungskammerwiderstand bekannt ist und gegenüber der Düse positioniert ist, so daß sich Tinte zwischen demselben und der Düse ansammeln kann. Das Abfeuern der Tintentröpfchen findet typischerweise unter der Steuerung eines Mikroprozessors statt, dessen Signale durch elektrische Leiterbahnen zu den Widerstandselementen geführt werden. Wenn elektrische Druckpulse den Tintenstrahlabfeuerungskammerwiderstand erhitzen, verdampft ein kleiner Abschnitt der Tinte, die sich nahe an demselben befindet, und stößt einen Tintentropfen von dem Druckkopf aus. Korrekt angeordnete Düsen bilden ein Druckmatrixmuster. Ein korrektes Einteilen des Betriebs jeder Düse bewirkt, daß das Zeichen oder Bilder auf das Papier gedruckt werden, während sich der Druckkopf an dem Papier vorbei bewegt.
Die Tintenkassette, die die Düsen enthält, wird wiederholt über die Breite des Mediums bewegt, auf das gedruckt werden soll. Es wird bewirkt, daß an jedem einer designierten Anzahl von Inkrementen dieser Bewegung über das Medium jede der Düsen entweder Tinte ausstößt oder es unterläßt, Tinte auszustoßen, gemäß dem Programmausgangssignal des Steuerungsmikroprozessors. Jede abgeschlossene Bewegung über das Medium kann ein Band drucken, das etwa so breit wie die Anzahl von Düsen, die in einer Spalte der Tintenkassette ange ordnet sind, multipliziert mal den Abstand zwischen den Düsenmitten ist. Nach jeder solchen abgeschlossenen Bewegung oder jedem solchen abgeschlossenen Band wird das Medium um die Breite des Bands vorwärts bewegt, wobei die Tintenkassette mit dem nächsten Band beginnt. Durch eine korrekte Auswahl und eine korrekte Zeiteinteilung der Signale wird der gewünschte Druck auf dem Medium erhalten.
Farbtintenstrahldrucker verwenden üblicherweise eine Mehrzahl von Druckkassetten, üblicherweise entweder zwei oder vier, die in dem Druckerwagen angebracht sind, um ein volles Spektrum von Farben zu erzeugen. Bei einem Drucker mit vier Kassetten enthält jede Druckkassette eine unterschiedliche Farbtinte, wobei die üblicherweise verwendeten Basisfarben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz sind. Bei einem Drucker mit zwei Kassetten enthält eine Kassette üblicherweise schwarze Tinte, wobei die andere Kassette eine Drei-Abteil-Kassette ist, die die Basisfarbtinten Cyan, Magenta und Gelb enthält. Die Basisfarben werden auf den Medien erzeugt, indem ein Tropfen der erforderten Farbe auf eine Punktposition aufgebracht wird, während Sekundär- oder schattierte Farben durch Aufbringen von mehreren Tropfen von unterschiedlichen Basisfarbtinten auf dieselbe Punkposition gebildet werden, wobei das Übereinanderdrucken der zwei oder mehreren Basisfarben die Sekundärfarben gemäß gut eingerichteter optischer Prinzipien erzeugt.
Thermische Tintenstrahldruckkassetten arbeiten durch ein schnelles Erwärmen eines kleinen Volumens von Tinte, um zu bewirken, daß Tinte verdampft und durch eine einer Mehrzahl von Düsenöffnungen ausgestoßen wird, um einen Punkt von Tinte auf einem Aufzeichnungsmedium, z. B. einem Blatt Papier, zu drucken. Typischerweise sind die Düsenöffnungen in einem oder mehreren linearen Arrays in einem Düsenbauglied angeordnet. Das korrekt eingeteilte Ausstoßen von Tinte von jeder Düsenöffnung bewirkt, daß Zeichen oder andere Bilder auf das Papier gedruckt werden, während sich der Druckkopf relativ zu dem Papier bewegt. Das Papier wird typischerweise jedesmal verschoben, wenn sich der Druckkopf über das Papier bewegt hat. Der thermische Tintenstrahldrucker ist schnell und leise, da lediglich die Tinte auf das Papier stößt. Diese Drucker erzeugen ein Hochqualitätsdrucken und können sowohl kompakt als auch erschwinglich hergestellt werden.
Ein Tintenstrahldruckkopf weist im allgemeinen folgende Merkmale auf: (1) Tintenkanäle, um Tinte von einem Tintenreservoir zu jeder Verdampfungskammer zuzuführen, die sich in der Nähe einer Düsenöffnung befindet; (2) eine Metalldüsenöffnungsplatte oder ein Düsenbauglied, in dem die Düsenöffnungen in dem erforderten Muster gebildet sind; und (3) ein Siliziumsubstrat, das eine Reihe von Dünnfilmwiderständen enthält, und zwar einen Widerstand pro Verdampfungskammer.
Um einen einzelnen Punkt von Tinte zu drucken, wird ein elektrischer Strom von einer externen Leistungszufuhr durch einen ausgewählten Dünnfilmwiderstand geleitet. Der Widerstand wird daraufhin erhitzt, wodurch wiederum eine dünne Schicht der benachbarten Tinte innerhalb einer Verdampfungskammer überhitzt wird, wodurch eine explosive Verdampfung bewirkt wird, und folglich bewirkt wird, daß ein Tröpfchen von Tinte durch eine zugeordnete Düsenöffnung auf das Papier ausgestoßen wird.
Bei einem Tintenstrahldruckkopf, der in dem U. S.-Patent Nr. 4,683,481, erteilt an Johnson, mit dem Titel "Thermal Ink Jet Common-Slotted Ink Feed Printhead", beschrieben ist, wird Tinte von einem Tintenreservoir durch ein längliches Loch, das in dem Substrat gebildet ist, zu den verschiedenen Verdampfungskammern zugeführt. Die Tinte fließt daraufhin zu einem Verteilerbereich, der in einer Barrierenschicht zwischen dem Substrat und einem Düsenbauglied gebildet ist, dann in eine Mehrzahl von Tintenkanälen und schließlich in die verschiedenen Verdampfungskammern. Dieser Entwurf kann als ein "Mitte"-Zufuhrentwurf klassifiziert werden, bei dem Tinte zu den Verdampfungskammern zugeführt wird, und zwar von einer mittleren Position, und daraufhin nach außen in die Verdampfungskammern verteilt wird. Um die Rückseite des Substrats bezüglich eines Tintenreservoirs abzudichten, so daß bei einem "Mitte-Zufuhr"-Entwurf Tinte in den mittleren Schlitz fließt, aber daran gehindert wird, um die Seiten des Substrats zu fließen, ist eine Dichtung gebildet, die das Loch in dem Substrat zwischen dem Substrat selbst und dem Tintenreservoirkörper umgibt. Diese Tintendichtung wird typischerweise durch Verteilen eines Haftmittelwulstbandes um einen Fluidkanal in dem Tintenreservoirkörper und durch Positionieren des Substrats auf dem Haftmittelwulstband durchgeführt, so daß das Haftmittelwulstband das Loch, das in dem Substrat gebildet ist, umgibt. Das Haftmittel wird daraufhin mit einem gesteuerten Luftzug von heißer Luft ausgehärtet, wobei die heiße Luft das Substrat und das Haftmittel erwärmt, wodurch das Haftmittel aushärtet. Dieses Verfahren erfordert ziemlich viel Zeit und thermische Energie, da die Wärme durch ein relativ dickes Substrat laufen muß, bevor sie das Haftmittel erwärmt. Da sich die Dichtungslinie ferner unter dem Substrat befindet, tendiert dieselbe dazu, Schwierigkeiten zu bereiten, um die Ursache eines Tintenauslaufens zu diagnostizieren.
Bei einem Tintenstrahldruckkopf, der in dem U. S.-Patent Nr. 5,278,584, erteilt an Keefe u. a., mit dem Titel "Ink Delivery System for an Inkjet Printhead", beschrieben ist, fließt Tinte um die Kanten des Substrats und direkt in die Tintenkanäle und daraufhin durch die Tintenkanäle in die Verdampfungskammern. Dieser "Kanten-Zufuhr"-Entwurf weist mehrere Vorteile gegenüber früheren "Mitte"-Zufuhr-Druckkopfentwürfe auf. Ein Vorteil besteht darin, daß die Substrat- oder Chip-Breite aufgrund der Abwesenheit des länglichen mittleren Lochs oder Schlitzes in dem Substrat schmaler gemacht werden kann. Es kann nicht nur das Substrat schmaler gemacht werden, sondern die Länge des Kantenzufuhrsubstrats kann aufgrund der Substratstruktur, die nun ohne das mittlere Tintenzufuhrloch weniger anfällig ist, zu reißen oder zu brechen, für dieselbe Anzahl von Düsen kürzer als das Mitte-Zufuhr-Substrat sein. Dieses Verkürzen des Substrats ermöglicht ein kürzeres Kopffeld und folglich eine kürzere Druckkassettenschnauze. Dies ist wichtig, wenn die Druckkassette in einen Drucker eingebaut wird, da bei einer kürzeren Druckkassettenschnauze die Sternräder enger an den Quetschrollen positioniert werden können, um einen besseren Papier/Rollen-Kontakt entlang des Transportwegs der Druckerkassettenschnauze sicherzustellen. Es gibt ferner eine Anzahl von Leistungsfähigkeitsvorteilen für den Kanten-Zufuhr-Entwurf.
Bei der EP-A-0 564 087 sind ein neuartiges Düsenbauglied für eine Tintenstrahldruckkassette und ein Verfahren zum Bilden des Düsenbauglieds offenbart. Ein flexibler Film mit leitfähigen Leiterbahnen, die auf demselben gebildet sind, weist in sich durch Excimer-Laserablation gebildete Düsen oder Düsenöffnungen auf. Das resultierende Düsenbauglied mit Düsenöffnungen und leitfähigen Leiterbahnen kann dann ein auf sich angebrachtes Substrat aufweisen, das Wärmeerzeugungselemente enthält, die jedem der Düsenöffnungen zugeordnet sind. Die leitfähigen Leiterbahnen, die auf der rückseitigen Oberfläche des Düsenbauglieds gebildet sind, werden daraufhin mit den Elektroden auf dem Substrat verbunden und liefern Erregungssignale für die Wärmeerzeugungselemente. Eine Barrierenschicht, die eine getrennte Schicht sein kann oder in dem Düsenbauglied selbst gebildet sein kann, weist Verdampfungskammern, die jede Düsenöffnung umgeben, und Tintenflußkanäle auf, die eine Fluidkommunikation zwischen einem Tintenreservoir und den Verdampfungskammern liefern. Durch Bereitstellen der Düsenöffnungen in der flexiblen Schaltung selbst werden die Nachteile der herkömmlichen elektrogebildeten Düsenöffnungsplatten überwunden. Zusätzlich können die Düsenöffnungen ausgerichtet zu den leitfähigen Leiterbahnen auf dem Düsenbauglied gebildet sein, so daß die Ausrichtung der Elektroden auf einem Substrat bezüglich der Enden der leitfähigen Leiterbahnen ferner die Wärmeerzeugungselemente bezüglich der Düsenöffnungen ausrichtet. Diese integrierte Düse und dieser Tabellenschaltungsentwurf sind den Düsenöffnungsplatten für Tintenstrahldruckköpfe, die aus Nickel ge bildet sind und durch lithographische elektrobildende Prozesse gebildet sind, wie sie in dem U. S.-Patent 4,773,971 mit dem Titel "Thin Film Mendrel" beschrieben sind, überlegen. Solche Düsenöffnungsplatten für Tintenstrahldruckköpfe weisen mehrere Nachteile auf, wie z. B. das Erforderlichsein eines heiklen Ausgleichens von Parametern, wie z. B. Beanspruchung und Metallisierungsdicken, Scheibendurchmesser und Übermetallisierungsverhältnisse; inhärentes Begrenzen der Entwurfsauswahlmöglichkeiten bezüglich Düsenformen und -Größen; Abblättern der Düsenplatte von dem Substrat und Korrosion durch Tinte.
Bei der EP-A-0 564 103, die den nächstliegenden Stand der Technik darstellt, ist ein Verfahren zum Abdichten einer eingebauten Düse und eine Tabellenschaltung gegen eine Druckkassette offenbart. Ein Düsenbauglied, das ein Array von Düsenöffnungen enthält, weist ein Substrat auf, das Heizelemente, die auf demselben gebildet sind, aufweist und an einer rückseitigen Oberfläche des Düsenbauglieds befestigt ist. Jede Düsenöffnung in dem Düsenbauglied ist einem einzigen Heizelement zugeordnet, das auf dem Substrat gebildet ist. Die rückseitige Oberfläche des Düsenbauglieds erstreckt sich über die äußeren Kanten des Substrats hinaus. Die Tinte wird von einem Tintenreservoir durch einen Fluidkanal innerhalb einer Barrierenschicht zwischen dem Düsenbauglied und dem Substrat den Düsenöffnungen zugeführt. Der Fluidkanal in der Barrierenschicht kann Tinte empfangen, die um zwei oder mehr äußere Kanten des Substrats ("Kantenzufuhr") fließt, oder bei einem anderen Ausführungsbeispiel Tinte empfangen, die durch ein Loch in der Mitte des Substrats ("Mitte-Zufuhr") fließt. Bei beiden Ausführungsbeispielen ist das Düsenbauglied haftmittelmäßig bezüglich des Tintenreservoirkörpers durch Bilden einer Tintendichtung, die das Substrat umgibt, zwischen der rückseitigen Oberfläche des Düsenbauglieds und des Körpers abgedichtet.
Dieses Verfahren und diese Struktur zum Bereitstellen einer Dichtung direkt zwischen einem Düsenbauglied und einem Tin tenreservoirkörper weist viele Vorteile gegenüber früheren Verfahren zum Bereitstellen einer Dichtung zwischen der rückseitigen Oberfläche des Substrats und dem Tintenreservoirkörper auf. Ein Vorteil besteht darin, daß eine solche Dichtung einen Kantentintenzufuhrentwurf möglich macht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem das Düsenbauglied leitfähige Leiterbahnen aufweist, die auf dessen unterer Oberfläche für einen Kontakt mit den Elektroden auf dem Substrat gebildet sind, die Haftmitteldichtung wirkt, um die Leiterbahnen in der Nähe des Substrats zu verkapseln und zu schützen, die in Kontakt mit Tinte kommen können. Da das Dichtmittel zusätzlich ferner ein Haftmittel ist, ist das Düsenbauglied zusätzlich direkt an dem Tintenreservoirkörper befestigt, wodurch folglich eine stärkere Verbindung zwischen dem Druckkopf und der Tintenstrahldruckkassette gebildet wird. Ferner ist es viel einfacher, undichte Stellen in dem Dichtmittel zu erfassen, da die Dichtmittel-Linie leichter einsehbar ist. Weitere Vorteile bestehen darin, daß es weniger Zeit braucht, die Haftmitteldichtung auszuhärten, da sich lediglich ein dünnes Düsenbauglied zwischen dem Dichtmittel und der Wärmequelle befindet, die zum Aushärten des Dichtmittels verwendet wird.
Der Kopffeldentwurf der im vorhergehenden erwähnten Druckkassetten wies jedoch während der Herstellung mehrere Nachteile auf, die die Schwierigkeit beim Steuern der Kantendichtung bezüglich des Chips oder des Substrats umfassen, ohne daß das Haftmittel in die Düse gerät und dieselbe verstopft, oder andererseits ohne Haftmittellücken in dem Tabellenverbindungsfenster. Es war ferner sehr schwierig, den Haftmittelwulst durch das Fenster zu steuern, der durch ein überschüssiges Haftmittel oder durch Verändern der Chipplazierung bewirkt wird. Alle diese Probleme ergeben extrem hohe Ausbeuteverluste beim Herstellen von thermischen Tintenstrahldruckkassetten.
Die im vorhergehenden erwähnten Entwürfe waren jedoch nicht auf das Problem gerichtet, daß "Vertiefungen" in dem Düsenbauglied gebildet werden, die durch das Biegen des Düsenbauglieds aufgrund der Beanspruchungen hervorgerufen werden, die durch den Haftmittelprozeß des Abdichtens des Düsenbauglieds gegen die Druckkassette erzeugt werden. Dieses Eindrücken des Düsenbauglieds erzeugt Düsen, die abgeschrägt sind, wodurch Flugbahnfehler für die ausgestoßenen Tintentröpfchen von den Düsen bewirkt werden. Wenn die TAB-Kopfanordnung über ein Aufzeichnungsmedium bewegt wird, werden die Tintenflugbahnfehler die Position der gedruckten Punkte und folglich die Qualität des Druckens beeinträchtigen.
Dementsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Kopffeldentwurf zum haftmittelmäßigen Befestigen einer TAB-Kopfanordnung (TAB = Tape Automated Bonding = automatisches Filmbondverfahren) an eine Druckkassette zu verbessern, was die Vertiefung in dem Düsenbauglied und die damit verbundenen Düsenflugbahnfehler reduziert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung schafft ein verbessertes Verfahren und einen verbesserten Entwurf für ein Drucksystem und eine Druckkassette, die die Vertiefung in dem Düsenbauglied und die damit verbundenen Düsenflugbahnfehler reduzieren. Bei einem bevorzugten Aspekt weist ein Düsenbauglied mit einer Mehrzahl von Tintendüsenöffnungen, die in demselben gebildet sind, ein Substrat auf, das eine Mehrzahl von Wärmeerzeugungselementen und zugeordnete Tintenausstoßkammern aufweist, die auf einer rückseitigen Oberfläche des Düsenbauglieds angebracht sind, wobei jedes Wärmeerzeugungselement in der Nähe der zugeordneten Tintenausstoßkammer und der Tintendüsenöffnung positioniert ist, wobei sich die rückseitige Oberfläche des Düsenbauglieds über zwei oder mehr äußere Kanten des Substrats erstreckt. Ein Kopffeld ist ein Abschnitt, der in der Nähe der rückseitigen Oberfläche des Düsenbauglieds positioniert ist und eine innere erhöhte Wand aufweist, die einen Einlaß schlitz umgibt, wobei die innere erhöhte Wand eine Haftmitteltrageoberfläche und ein Haftmittelsperrwand, die auf derselben gebildet ist, und Wandöffnungen in sich aufweist, aufweist, wobei die Wandöffnungen eine Trageoberfläche aufweisen. Die Haftmittelschicht ist zwischen der rückseitigen Oberfläche des Düsenbauglieds und der inneren erhöhten Wand positioniert, um das Düsenbauglied an dem Kopffeld zu befestigen. Die vorliegende Erfindung weist ferner ein Tintenstrahldrucksystem auf, das einen Druckerrahmen mit einem Wagen zum Überqueren über eine Druckzone, die an dem Druckerrahmen angebracht ist, und die im vorhergehenden beschriebene Druckkassette aufweist, die in dem Wagen entfernbar angebracht ist.
Die Erfindung weist ferner ein Verfahren zum Befestigen eines Düsenbauglieds an einem Tintenstrahldruckkassettenkörper auf, das folgende Schritte aufweist: Befestigen eines Substrats, das eine Mehrzahl von Wärmeerzeugungselementen und zugeordnete Tintenausstoßkammern enthält, an eine rückseitige Oberfläche eines Düsenbauglieds, das eine Mehrzahl von Düsenöffnungen enthält, wobei sich die rückseitige Oberfläche des Düsenbauglieds über zwei oder mehr äußere Kanten des Substrats erstreckt. Bereitstellen eines Kopffeldabschnitts, der eine innere erhöhte Wand aufweist, die ein Einlaßschlitz umgibt, wobei die innere erhöhte Wand eine Haftmitteltrageoberfläche und eine Haftmittelsperrwand, die auf derselben gebildet ist, und Wandöffnungen in sich aufweist, aufweist, wobei die Wandöffnungen eine Trageoberfläche aufweisen. Verteilen eines Haftmittels auf der Haftmitteltrageoberfläche und über die Trageoberfläche der Wandöffnungen, um den Einlaßschlitz zu umgeben. Daraufhin Positionieren der rückseitigen Oberfläche des Düsenbauglieds bezüglich des Kopffelds, derart, daß das Haftmittel das Substrat umgibt und die rückseitige Oberfläche des Düsenbauglieds an dem Kopffeld befestigt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung kann ferner unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen verstanden werden, die das bevorzugte Ausführungsbeispiel darstellen.
Andere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels hervorgehen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gegeben wird, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung darstellen.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Tintenstrahldruckkassette gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der vorderen Oberfläche der TAB-Druckkopfanordnung (TAB = Tape Automated Bonding = automatisches Filmbondverfahren) (hierin nachfolgend "TAB-Kopfanordnung"), die von der Druckkassette von Fig. 1 entfernt ist.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines vereinfachten Schemas der Tintenstrahldruckkassette von Fig. 1 zu veranschaulichenden Zwecken.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der vorderen Oberfläche der TAB-Druckkopfanordnung (hierin nachfolgend "TAB-Kopfanordnung"), die von der Druckkassette von Fig. 3 entfernt ist.
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht der rückseitigen Oberfläche der TAB-Kopfanordnung von Fig. 4, wobei ein Siliziumsubstrat auf derselben angebracht ist, und wobei die leitfähigen Anschlußleitungen an dem Substrat befestigt sind.
Fig. 6 ist eine Seitenhöhenansicht im Querschnitt, die entlang der Linie A-A in Fig. 5 entnommen ist und die Befestigung der leitfähigen Anschlußleitungen an die Elektroden auf dem Siliziumsubstrat darstellt.
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht der Tintenstrahldruckkassette von Fig. 1, wobei die TAB-Kopfanordnung entfernt ist.
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht des Kopffeldbereichs der Tintenstrahldruckkassette von Fig. 7.
Fig. 9 ist eine Draufsicht des Kopffeldbereichs der Tintenstrahldruckkassette von Fig. 7 von oben.
Fig. 9A ist eine Seitenhöhenansicht im Querschnitt, die entlang der Linie C-C in Fig. 9 entnommen ist und die Konfiguration der inneren Wand und der Rille des Kopffeldentwurfs darstellt.
Fig. 10 ist eine Draufsicht des Kopffeldbereichs von oben, die allgemein die Position des Haftmittelwulstbandes zeigt, bevor die TAB-Kopfanordnung auf dem Kopffeldbereich plaziert wird.
Fig. 10A ist eine Seitenhöhenansicht im Querschnitt, die entlang der Linie D-D in Fig. 10 entnommen ist und allgemein die Position des Haftmittelwulstbandes darstellt.
Fig. 11 ist eine schematische Querschnittansicht, die entlang der Linie B-B von Fig. 3 entnommen ist und die Haftmitteldichtung zwischen der TAB-Kopfanordnung und der Druckkassette zeigt.
Fig. 11A ist ein vergrößertes schematisches Diagramm eines Abschnitts von Fig. 11, der die Haftmittelverbin dungsliniendicke, die Haftmittelquetschung und die Makrovertiefung der flexiblen Schaltung darstellt.
Fig. 12 ist eine perspektivische Draufsicht einer Substratstruktur, die Heizwiderstände, Tintenkanäle und Verdampfungskammern enthält und an der Rückseite der TAB-Kopfanordnung von Fig. 4 angebracht ist.
Fig. 13 ist eine perspektivische Draufsicht mit teilweisen Wegschneidungen eines Abschnitts der TAB-Kopfanordnung, die die Beziehung einer Düsenöffnung bezüglich einer Verdampfungskammer, einem Heizwiderstand und einer Kante des Substrats zeigt.
Fig. 14 ist eine schematische Querschnittansicht, die entlang der Linie B-B von Fig. 3 entnommen ist und die Haftmitteldichtung zwischen der TAB-Kopfanordnung und der Druckkassette sowie den Tintenflußweg um die Kanten des Substrats zeigt.
Fig. 15 stellt einen Prozeß dar, der verwendet werden kann, um die bevorzugte TAB-Kopfanordnung zu bilden.
Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Tintenstrahldrucker zeigt, der die vorliegende Erfindung aufweist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Bezugnehmend auf Fig. 1 zeigt das Bezugszeichen 10 allgemein eine Tintenstrahldruckkassette an, die einen Druckkopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist, der zu veranschaulichenden Zwecken vereinfacht dargestellt ist. Die Tintenstrahldruckkassette 10 weist ein Tin tenreservoir 12 und einen Druckkopf 14 auf, wobei der Druckkopf 14 unter Verwendung des automatischen Filmbondverfahrens (TAB) gebildet ist. Der Druckkopf 14 (hierin nachher "TAB-Kopfanordnung 14") weist ein Düsenbauglied 16 mit zwei parallelen Spalten von versetzten Löchern oder Düsenöffnungen 17 auf, die in einer flexiblen polymeren flexiblen Schaltung 18 durch beispielsweise Laserablation gebildet sind.
Eine rückseitige Oberfläche der flexiblen Schaltung 18 weist leitfähige Leiterbahnen 36 auf, die auf derselben unter Verwendung eines herkömmlichen photolithographischen Ätz- und/oder Metallisierungsverfahren gebildet sind. Diese leitfähigen Leiterbahnen 36 enden an großen Kontaktanschlußflächen 20, die entworfen sind, um mit einem Drucker verbunden zu sein. Die Druckkassette 10 ist entworfen, um in einem Drucker eingebaut zu sein, so daß die Kontaktanschlußflächen 20 auf der vorderen Oberfläche der flexiblen Schaltung 18 Druckerelektroden berühren, die extern erzeugte Erregungssignale zu dem Druckkopf liefern.
Fenster 22 und 24 erstrecken sich durch die flexible Schaltung 18 und werden verwendet, um das Verbinden der anderen Enden der leitfähigen Leiterbahnen 36 mit Elektroden auf einem Siliziumsubstrat zu vereinfachen, das Heizwiderstände enthält. Die Fenster 22 und 24 sind mit einem Verkapselungsmittel gefüllt, um jeglichen darunterliegenden Abschnitt der Leiterbahnen und des Substrats zu schützen.
Bei der Druckkassette 10 von Fig. 1 ist die flexible Schaltung 18 über die rückseitige Kante der Druckkassetten- "Schnauze" gebogen und erstreckt sich über etwa die halbe Länge der rückseitigen Wand 25 der Schnauze. Dieser Klappabschnitt der flexiblen Schaltung 18 ist für das Führen der leitfähigen Leiterbahnen 36 notwendig, die mit den Substratelektroden durch das am entfernten Ende befindliche Fenster 22 verbunden sind. Die Kontaktanschlußflächen 20 sind auf der flexiblen Schaltung 18 positioniert, die an dieser Wand befestigt ist, wobei die leitfähigen Leiterbahnen 36 über die Biegung geführt sind und durch die Fenster 22, 24 in der flexiblen Schaltung 18 mit den Substratelektroden verbunden sind.
Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht der TAB-Kopfanordnung 14 von Fig. 1, die von der Druckkassette 10 entfernt ist, und zwar bevor die Fenster 22 und 24 in der TAB-Kopfanordnung 14 mit einem Verkapselungsmittel gefüllt werden. Die TAB-Kopfanordnung 14 weist ein Siliziumsubstrat 28 (nicht gezeigt) auf, das an der Rückseite der flexiblen Schaltung 18 angebracht ist und eine Mehrzahl von einzelnen erregbaren Dünnfilmwiderständen enthält. Jeder Widerstand ist allgemein hinter einer einzelnen Düsenöffnung 17 positioniert und wirkt als ein ohmscher Heizer, wenn derselbe durch einen oder mehrere Pulse selektiv erregt wird, die an einem oder mehreren der Kontaktanschlußflächen 20 nacheinander oder gleichzeitig anliegen.
Die Düsenöffnungen 17 und die leitfähigen Leiterbahnen 36 können jegliche Größe, Anzahl und jegliches Muster aufweisen, wobei die verschiedenen Figuren entworfen sind, um die Merkmale der Erfindung zu vereinfachen und klar zu zeigen. Die relativen Abmessungen der verschiedenen Merkmale wurden zum Zweck der Klarheit stark eingestellt.
Das Muster von Düsenöffnungen 17 auf der flexiblen Schaltung 18, das in Fig. 2 gezeigt ist, kann durch ein Maskierungsverfahren in Kombination mit einem Laser oder einer anderen Ätzeinrichtung in einem Schritt-und-Wiederhol-Verfahren gebildet sein, das von einem Fachmann auf diesem Gebiet nach dem Lesen dieser Offenbarung ohne weiteres verstanden werden würde. Fig. 14, die im folgenden detailliert beschrieben werden soll, liefert zusätzliche Details dieses Verfahrens. Weitere Details, die die TAB-Kopfanordnung 14 und die flexible Schaltung 18 betreffen, werden im folgenden geliefert.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines vereinfachten Schemas der Tintenstrahldruckkassette von Fig. 1 zu veranschaulichenden Zwecken. Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der vorderen Oberfläche der TAB-Druckkopfanordnung (hierin nachher als "TAB-Kopfanordnung" bezeichnet), die von der Druckkassette des vereinfachten Schemas von Fig. 3 entfernt ist.
Fig. 5 zeigt die rückseitige Oberfläche der TAB-Kopfanordnung 14 von Fig. 4, wobei der Siliziumchip oder das Siliziumsubstrat 28, das auf der Rückseite der flexiblen Schaltung 18 angebracht ist, gezeigt ist und ferner eine Kante der Barrierenschicht 30 gezeigt ist, die auf dem Substrat 28 gebildet ist, das Tintenkanäle und Verdampfungskammern enthält. Fig. 6 zeigt ein größeres Detail dieser Barrierenschicht 30, die ein Teil des Substrats 28 ist und im folgenden erörtert werden wird. Entlang der Kante der Barrierenschicht 30 sind die Eingänge zu den Tintenkanälen 32 gezeigt, die Tinte von dem Tintenreservoir 12 empfangen. Die leitfähigen Leiterbahnen 36, die auf der Rückseite der flexiblen Schaltung 18 gebildet sind, enden in den Kontaktanschlußflächen 20 (die in Fig. 4 gezeigt sind) auf der gegenüberliegenden Seite der flexiblen Schaltung 18. Die Fenster 22 und 24 ermöglichen einen Zugang zu den Enden der leitfähigen Leiterbahnen 36 und den Substratelektroden 40 (die in Fig. 6 gezeigt sind) von der anderen Seite der flexiblen Schaltung 18, um eine Verbindung zu vereinfachen.
Fig. 6 zeigt einen Seitenansichtquerschnitt, der entlang der Linie A-A in Fig. 5 entnommen ist und die Verbindung der Enden der leitfähigen Leiterbahnen 36 mit den Elektroden 40 darstellt, die auf dem Substrat 28 gebildet sind. Wie es in Fig. 6 ersichtlich ist, wird ein Abschnitt 42 der Barrierenschicht 30 verwendet, um die Enden der leitfähigen Leiterbahnen 36 von dem Substrat 28 zu isolieren. In Fig. 6 ist ferner eine Seitenansicht der flexiblen Schaltung 18, der Barrierenschicht 30, der Fenster 22 und 24 und der Eingänge der verschiedenen Tintenkanäle 32 gezeigt. Es sind Tintentröpfchen 46 gezeigt, die von den Düsenöffnungslöchern aus gestoßen werden, die jedem der Tintenkanäle 32 zugeordnet sind.
Fig. 7 zeigt die Druckkassette 10 von Fig. 1, wobei die TAB-Kopfanordnung 14 entfernt ist, um den Kopffeldentwurf 50, der beim Bereitstellen einer Dichtung zwischen der TAB- Kopfanordnung 14 und dem Druckkopfkörper verwendet wird, zu zeigen. In Fig. 8 und 9 ist ein mittlerer Schlitz 52 in der Druckkassette 10 zum Ermöglichen, daß Tinte von dem Tintenreservoir 12 zu der rückseitigen Oberfläche der TAB-Kopfanordnung 14 fließt, gezeigt.
Fig. 8 zeigt den Kopffeldbereich 50 in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht. Fig. 9 zeigt den Kopffeldbereich 50 in einer vergrößerten Draufsicht von oben. Fig. 9A zeigt die innere erhöhte Wand 54 und die Rille 61 in einer Querschnittansicht entlang der Schnittlinie C-C in Fig. 9. Fig. 10 ist eine vergrößerte Draufsicht von oben, die allgemein die Position des verteilten Haftmittels 90 zeigt. Fig. 10A zeigt allgemein die Position des verteilten Haftmittels 90 in einer Querschnittansicht entlang der Schnittlinie D-D in Fig. 10.
Frühere Kopffeldentwürfe beschäftigten sich nicht mit dem Problem der "Makrovertiefungen", die in dem Düsenbauglied 16 und der flexiblen Schaltung 18 der TAB-Kopfanordnung 14 durch das Biegen oder die Verformung des Düsenbauglieds 16 und der flexiblen Schaltung 18 aufgrund der Beanspruchungen gebildet werden, die durch den Haftmittelprozeß des Abdichtens des Düsenbauglieds 16 gegen das Kopffeld 50 der Druckkassette 10 erzeugt werden. Dieses Eindrücken des Düsenbauglieds 16 erzeugt Düsen 17, die abgeschrägt sind, wodurch Flugbahnfehler für die ausgestoßenen Tintentröpfchen von den Düsen bewirkt werden. Wenn die TAB-Kopfanordnung 14 über das Aufzeichnungsmedium bewegt wird, werden die Tintenflugbahnfehler die Position der gedruckten Punkte und folglich die Qualität des Druckens beeinträchtigen.
Es wurden Experimente durchgeführt, um sich auf das Steuern der Dicke des strukturellen Haftmittels und des Maßes von Quetschung des Haftmittels über die Seiten der inneren Wand 54 zu konzentrieren. Antwortvariablen waren die Beanspruchung auf der flexiblen Schaltung nächstgelegen zu der Haftmittel/Tinte-Grenzfläche und die Durchbiegung ("Makrovertiefung") der flexiblen Schaltung zwischen der Haftmittelverbindung und dem Düsenbauglied. Anfangs wurde die Haftmitteldicke t lediglich durch die Menge von Haftmittel gesteuert, die auf die Haftmitteltrageoberfläche 53 der inneren Wand 54 niedergelegt wurde. Experimente zeigten, daß sich die Durchbiegung von 24 Mikrometer zu 17 Mikrometer (durchschnittlich) herunter reduzierte, wenn die Haftmitteldicke von 7,7 Millizoll zu 31,7 Millizoll (durchschnittlich) herunter reduziert wurde. Folglich wiesen die Stifte mit einer dünnen Haftmittelverbindungslinie etwa 30% weniger Verformung auf, und zwar sogar bei einer ungesteuerten Quetschung. Die Experimente zeigten, daß, wenn die Haftmittelverbindungsliniendicke reduziert wird, der Betrag an Durchbiegung oder Makrovertiefung bei dem Düsenbauglied 16 und der flexiblen Schaltung 18 abnimmt. Ein Experiment zeigte eine etwa 30%-ige Abnahme der Makrovertiefung, wenn die Haftmitteldicke um 80% reduziert wird.
Noch wichtiger ist, daß die Experimente zeigten, daß das Volumen der Quetschung des Haftmittels den größten Einfluß auf die Durchbiegung des Düsenbauglieds 16 und die flexible Schaltung 18 über den Tintenkanal (Makrovertiefung) hatte. Die Durchbiegung wurde minimiert, wenn die Haftmitteldicke bei einem Minimum lag und der Radius der Quetschung auf Null ging. Folglich könnte der größte Vorteil durch Steuern (bis zu dem Punkt der Beseitigung) der Haftmittelquetschung erzielt werden. Es zeigte sich ferner, daß es wichtiger war, die Dicke der Quetschung zu steuern, als das, wie die Quetschung die Gesamtbreite der Haftmittelverbindung beeinträchtigt.
Die Haftmitteltrageoberfläche ist etwa 0,15 bis 0,20 mm breit. Die Oberseite der Haftmittelsperrwand befindet sich etwa 0,10 bis 0,15 mm oberhalb der Haftmitteltrageoberfläche, wobei die Haftmittelsperrwand etwa 0,10 bis 1,15 mm breit ist. Die Haftmittelschicht ist etwa 0,025 bis 0,17 mm dick und befindet sich zwischen dem oberen Ende der Haftmittelsperrwand und der Unterseite der Düsenplatte.
Fig. 11 zeigt das Detail der Haftmitteldichtung zwischen der TAB-Kopfanordnung und der inneren erhöhten Wand 54 der Druckkassette 10. Fig. 11A stellt in einem weiteren Detail die Haftmittelverbindungsliniendicke t, die Haftmittelquetschung 90A, 90B und die Durchbiegung d (Makrovertiefung) der flexiblen Schaltung 18 und des Düsenbauglieds 16 dar. Der Kopffeldentwurf wurde modifiziert, indem die innere Wand 54 erhöht wurde, um die Haftmittelverbindungsdicke t (die in Fig. 11A gezeigt ist) zu erhöhen, und indem eine Haftmittelsperrwand 53' erzeugt wurde, um den Haftmittelfluß von der Haftmitteltrageoberfläche 53 über die innere Wand 54 auf die Tintenkanalseite zu blockieren. Die Haftmittelverbindungsdicke bezieht sich auf die Abmessung zwischen dem oberen Ende der Haftmittelsperrwand 53' und der Unterseite des Düsenbauglieds 16.
Der Entwurf ermöglicht eine optimale Plazierung des Haftmittelwulstbandes 90 entlang der Haftmitteltrageoberfläche 53 der inneren Wand 54, um die Quetschung 90A auf der Seite des Düsenbauglieds 16 der inneren Wand 54 zu steuern. Bezugnehmend auf Fig. 10A wird ein Haftmittelwulstband, das sich näher an der Rille 61 befindet, eine geringere Quetschung 90A auf der Seite des Düsenbauglieds 16 der inneren erhöhten Wand 54 bewirken. Die Position des Haftmittelwulstbandes kann für eine minimale Quetschung 90A plaziert werden, während das erforderte Maß von Haftung zwischen dem Düsenbauglied 16 und der inneren erhöhten Wand 54 beibehalten wird.
Bezugnehmend auf Fig. 10 und 10A ist der Kopffeldentwurf 50, der auf der Schnauze der Druckkassette 10 gebildet ist, so konfiguriert, daß ein Wulstband aus Epoxydhaftmittel 90, das entlang dem Haftmitteltrageabschnitt 53 der inneren erhöhten Wand 54 und über die Wandöffnungen 55 in der inneren erhöhten Wand, benachbart zu Haftmittelrippen und von denselben getrennt verteilt ist (um das Substrat zu umgeben, wenn sich die TAB-Kopfanordnung 14 an ihrem Ort befindet), eine Tintedichtung zwischen dem Kopffeldbereich 50 des Körpers der Druckkasette 10 und der Rückseite der TAB-Kopfanordnung 14 bilden wird, wenn die TAB-Kopfanordnung 14 gegen das Kopffeld 50 an ihren Ort gedrückt wird. Die Position des darunterliegenden Haftmittels 90 bildet eine Haftmitteldichtung zwischen der TAB-Kopfanordnung 14 und dem Kopffeldbereich 50 der Druckkassette 10. Andere Haftmittel, die verwendet werden können, weisen ein hochschmelzendes, Silikon-, UV-aushärtendes Haftmittel und Mischungen derselben auf. Es kann ferner ein strukturierter Haftmittelfilm auf dem Kopffeld 50 positioniert werden, im Gegensatz zum Verteilen eines Wulstbandes aus Haftmittel.
Wenn die TAB-Kopfanordnung 14 von Fig. 5 korrekt positioniert ist und auf den Kopffeldentwurf 50 herabgedrückt ist, der in Fig. 8 und 9 gezeigt ist, nachdem das Hafmittel verteilt ist (wie es in Fig. 10 und 10A gezeigt ist), werden die zwei kurzen Enden des Substrates 28 durch die Substrattrageoberfläche 58 getragen. Zusätzliche Details, die die Position des Haftmittels 90 zeigen, sind in Fig. 10 und 13 gezeigt. Die Konfiguration des Kopffeldentwurfes 50 ist derart gestaltet, daß sich, wenn das Substrat 28 durch die Substrattrageoberfläche 58 getragen wird, die rückseitige Oberfläche der flexiblen Schaltung 18 knapp über dem oberen Ende der inneren erhöhten Wände 54 und etwa bündig mit der flachen oberen Oberfläche 59 der Druckkassette befinden wird. Wenn die TAB-Kopfanordnung 14 auf das Kopffeld 50 heruntergedrückt wird, wird das Haftmittel heruntergequetscht. Das Haftmittel wird durch die Wandöffnungen 55 in der inneren Wand (Fig. 8 und 9) gequetscht, um die Leiterbahnen zu verkapseln, die zu den Elektroden auf dem Substrat führen. Das Haftmittel wird ferner durch etwa die Hälfte der Fenster 22, 24 und bündig mit der oberen Oberfläche der Fenster he raufgequetscht. Ein Querschnitt dieser Dichtung, die entlang der Linie B-B in Fig. 3 entnommen ist, ist ferner in Fig. 14 gezeigt, die später erörtert werden soll. Von dem oberen Ende der inneren erhöhten Wände 54 läuft das Haftmittel in die Rille 61 zwischen den inneren erhöhten Wänden 54 und der äußeren erhöhten Wand 60 über. Von den Wandöffnungen 55 in der inneren erhöhten Wand wird das Haftmittel nach oben durch die Fenster 22, 24 gequetscht, nach innen in die Richtung der Überlaufwanne 51 gequetscht und nach außen hin zu der äußeren erhöhten Wand 60 gequetscht, die eine weitere Verlagerung des Haftmittels nach außen blockiert. Die Verlagerung des Haftmittels nach außen dient nicht nur als eine Tintendichtung, sondern verkapselt ferner die leitfähigen Leiterbahnen in der Nähe der Fenster 22, 24, von unten her, um die leitfähigen Leiterbahnen vor Tinte zu schützen.
Eine nach unten abgeschrägte Kante oder eine angewinkelte Überlaufwanne 51 ist vorgesehen. Der Zweck dieser Überlaufwanne 51 besteht darin, es zu ermöglichen, daß das überschüssige Haftmittel nach unten auf die Überlaufwanne 51 überläuft, falls zu viel Haftmittel aufgebracht wird. Die Überlaufwanne 51 kanalisiert das überschüssige Haftmittel von den Düsen 17 weg und verhindert dadurch, daß sich Düsenverstopfungen bilden. Dies ermöglicht das Verteilen von Haftmittel mit einer größeren Volumenschwankung, ohne die Funktionalität der Druckkassette 10 zu beeinträchtigen. Dies ergibt viel geringere Ausbeuteverluste, wobei die Gesamtherstellungskosten der Druckkassette 10 sehr reduziert werden.
Um einen Wulst von Haftmittel durch die Fenster 22, 24 in der TAB-Kopfanordnung 14, der durch ein überschüssiges Haftmittel oder durch Verändern der Substratplazierung bewirkt wird, zu steuern, wird das strukturelle Haftmittel durch die vorstehenden Kanten der Haftmittelrippen 57 gehalten. Wenn die TAB-Kopfanordnung 14 auf das Kopffeld 50 plaziert wird, wird das Haftmittel hervorgequetscht und füllt die Rückseite der Fenster 22, 24 der TAB-Kopfanordnung 14 teilweise aus und beginnt daraufhin, den verfügbaren Bereich 56 zwischen den Haftmittelrippen 57 auszufüllen. Es wird im wesentlichen kein Haftmittel durch die Fenster 22, 24 gequetscht, bis der verfügbare Raum 56 zwischen den Haftmittelrippen 57 mit Haftmittel gefüllt ist. Wenn folglich ein größeres Volumen von Haftmittel aufgebracht wird, beginnen sich die offenen Bereiche 56 zwischen den Haftmittelrippen 57 zu füllen, ohne eine größere Zunahme des Haftmittelwulstes durch die Fenster 22, 24.
Diese Dichtung, die durch das Haftmittel 90 gebildet wird, das das Substrat 28 umgibt, ermöglicht, daß Tinte von dem Schlitz 52 und um die Seiten des Substrats zu den Verdampfungskammern, die in der Barrierenschicht 30 gebildet sind, fließt, wird aber verhindern, daß Tinte von unterhalb der TAB-Kopfanordnung 14 heraussickert. Folglich liefert die Haftmitteldichtung 90 eine starke mechanische Kopplung zwischen der TAB-Kopfanordnung 14 und der Druckkassette 10, liefert eine Fluiddichtung und liefert eine Leiterbahnverkapselung. Die Haftmitteldichtung ist ferner einfach auszuhärten, und es ist viel einfacher, undichte Stellen zwischen dem Druckkassettenkörper und dem Druckkopf zu erfassen, da die Dichtmittel-Linie ohne weiteres einsehbar ist. Weitere Details über die Haftmitteldichtung 90 sind in Fig. 14 gezeigt.
Fig. 12 ist eine perspektivische Vorderansicht des Siliziumsubstrats 28, das an der Rückseite der flexiblen Schaltung 18 in Fig. 5 angebracht ist, um die TAB-Kopfanordnung 14 zu bilden. Das Siliziumsubstrat 28 weist zwei Zeilen oder Spalten von Dünnfilmwiderständen 70 auf, die auf demselben unter Verwendung von herkömmlichen photolithographischen Techniken gebildet sind, in Fig. 12 gezeigt sind, und durch die Verdampfungskammern 72 freiliegen, die in der Barrierenschicht 30 des Substrats 28 gebildet sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 28 etwa 12,7 mm (ein halbes Zoll) lang und enthält 300 Heizwider stände 70, wodurch folglich eine Auflösung von 600 Punkten pro Zoll ermöglicht wird. Die Heizwiderstände 70 können statt dessen ein beliebiger anderer Typ von Tintenausstoßelement sein, wie z. B. ein piezoelektrisches Pump-Typ-Element oder ein beliebiges anderes herkömmliches Element. Folglich kann bei allen verschiedenen Figuren das Element 70 bei einem alternativen Ausführungsbeispiel als piezoelektrisches Element betrachtet werden, ohne die Funktionsweise des Druckkopfs zu beeinträchtigen. Ferner sind Elektroden 74 auf dem Substrat 28 gebildet, um eine Verbindung mit den leitfähigen Leiterbahnen 36 (die durch gestrichtelte Linien gezeigt sind) herzustellen, die auf der Rückseite der flexiblen Schaltung 18 gebildet sind.
Ein Demultiplexer 78, der durch eine gestrichelte Umrandung in Fig. 12 gezeigt ist, ist ebenfalls auf dem Substrat 28 gebildet, um die eingehenden gemultiplexten Signale, die an den Elektroden 74 anliegen, zu demultiplexen und die Signale zu den verschiedenen Dünnfilmwiderständen 70 zu verteilen. Der Demultiplexer 78 ermöglicht die Verwendung von viel weniger Elektroden 74 als Dünnfilmwiderstände 70. Das Aufweisen von weniger Elektroden ermöglicht es, daß alle Verbindungen mit dem Substrat von den Kurzendabschnitten des Substrats, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, hergestellt werden, so daß diese Verbindungen den Tintenfluß um die langen Seiten des Substrats nicht stören werden. Der Demultiplexer 78 kann ein beliebiger Decodierer zum Decodieren von codierten Signalen, die an den Elektroden 74 anliegen, sein. Der Demultiplexer weist Eingangsanschlußleitungen (zur Vereinfachung nicht gezeigt) auf, die mit den Elektroden 74 verbunden sind, und weist Ausgangsanschlußleitungen (nicht gezeigt) auf, die mit den verschiedenen Widerständen 70 verbunden sind. Die Schaltungsanordnung des Demultiplexers 78 wird im folgenden detaillierter erörtert.
Auf der Oberfläche des Substrats 28 ist unter Verwendung von herkömmlichen photolithographischen Techniken ferner die Barrierenschicht 30 gebildet, die eine Schicht aus einem photoresistenten oder irgendeinem anderen Polymer sein kann und in der die Verdampfungskammern 72 und die Tintenkanäle 80 gebildet sind. Ein Abschnitt 42 der Barrierenschicht 30 isoliert die leitfähigen Leiterbahnen 36 von dem darunterliegenden Substrat 28, wie es im vorhergehenden bezüglich Fig. 4 erörtert wurde.
Die obere Oberfläche 84 der Barrierenschicht 30 ist durch Wärmebonden mit der rückseitigen Oberfläche des Films 18 verbunden, der in Fig. 5 gezeigt ist. Die resultierende Substratstruktur wird daraufhin bezüglich der rückseitigen Oberfläche der flexiblen Schaltung 18 positioniert, um die Widerstände 70 bezüglich der Düsenöffnungen auszurichten, die in der flexiblen Schaltung 18 gebildet sind. Der Ausrichtungsschritt richtet ferner inhärent die Elektroden 74 mit den Enden der leitfähigen Leiterbahnen 36 aus. Die Leiterbahnen 36 werden daraufhin mit den Elektroden 74 verbunden. Dieser Ausrichtungs- und Verbindungsprozeß wird detaillierter bezüglich Fig. 15 beschrieben. Die ausgerichtete und verbundene Substrat/Flexible-Schaltung-Struktur wird daraufhin erwärmt, während Druck auf die rückseitige Oberfläche der flexiblen Schaltung 18 ausgeübt wird und die Substratstruktur an der rückseitigen Oberfläche der flexiblen Schaltung 18 fest angebracht wird.
Fig. 13 ist eine vergrößerte Ansicht einer einzigen Verdampfungskammer 72, des Dünnfilmwiderstands 70 und der stumpfförmigen Düsenöffnung 70, nachdem die Substratstruktur von Fig. 12 an der Rückseite der flexiblen Schaltung 18 über die dünne Haftmittelschicht 84 befestigt ist. Eine seitliche Kante des Substrats 28 ist als die Kante 86 gezeigt. Während des Betriebs fließt Tinte von dem Tintenreservoir 12 um die seitliche Kante 86 des Substrats 28 in den Tintenkanal 80 und die zugeordnete Verdampfungskammer 72, wie es durch den Pfeil 88 gezeigt ist. Auf das Erregen des Dünnfilmwiderstands 70 hin wird eine dünne Schicht der benachbarten Tinte überhitzt, wodurch eine explosive Verdampfung bewirkt wird und folglich bewirkt wird, daß ein Tröpfchen von Tinte durch die Düsenöffnung 17 herausgestoßen wird. Die Verdampfungskammer 72 wird daraufhin durch eine Kapillarwirkung neu aufgefüllt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Barrierenschicht 30 etwa 0,0254 mm (1 Millizoll) dick, das Substrat 28 etwa 1,27 mm (20 Millizoll) dick und die flexible Schaltung 18 etwa 0,0508 mm (2 Millizoll) dick.
In Fig. 14 ist ein Seitenhöhenansichtquerschnitt gezeigt, der entlang der Linie B-B in Fig. 10 entnommen ist und einen Abschnitt der Haftmitteldichtung 90 zeigt, die auf die innere erhöhte Wand 54 und die Wandöffnungen 56 aufgebracht ist und das Substrat 28 umgibt, und zeigt das Substrat 28, das durch Wärmebonden mit einem mittleren Abschnitt des Films 18 auf der oberen Oberfläche 84 der Barrierenschicht 30 verbunden ist, das die Tintenkanäle und die Tintenausstoßkammern 92 und 94 enthält.
Fig. 14 stellt ferner dar, wie die Tinte 88 von dem Tintenreservoir 12 durch den mittleren Schlitz 52, der in der Druckkassette 10 gebildet ist, fließt und um die Kanten 86 des Substrats 28 durch die Tintenkanäle 80 in die Verdampfungskammern 92 und 94 fließt. Die Dünnfilmwiderstände 96 und 98 sind in den Verdampfungskammern 92 bzw. 94 gezeigt. Wenn die Widerstände 96 und 98 erregt werden, wird die Tinte innerhalb der Verdampfungskammern 92 und 94 herausgestoßen, wie es durch die emittierten Tintentropfen 101 und 102 dargestellt ist.
Das Kantenzufuhrmerkmal, bei dem Tinte um die Kanten 86 des Substrats 28 und direkt in die Kanäle 80 fließt, weist eine Anzahl von Vorteilen gegenüber früheren Mitte-Zufuhr-Druckkopfentwürfen auf, bei denen ein längliches mittleres Loch oder ein länglicher Schlitz gebildet ist, der in dem Substrat der Länge nach verläuft, um es zu ermöglichen, daß Tinte in einen mittleren Verteiler und schließlich zu den Eingängen der Tintenkanäle fließt. Ein Vorteil besteht da rin, daß die Breite des Substrats oder des Chips 28 aufgrund der Abwesenheit des länglichen mittleren Lochs oder des mittleren Schlitzes in dem Substrat schmaler gemacht werden kann. Das Substrat kann nicht nur schmaler gemacht werden, sondern die Länge des Kantenzufuhrsubstrats kann aufgrund der Substratstruktur, die nun ohne das mittlere Tintenzufuhrloch weniger anfällig darauf ist, zu reißen oder zu brechen, für dieselbe Anzahl von Düsen kürzer als das Mitte-Zufuhr-Substrat sein. Dieses Verkürzen des Substrats 28 ermöglicht ein kürzeres Kopffeld 50 in Fig. 8 und folglich eine kürzere Druckkassettenschnauze. Dies ist wichtig, wenn die Druckkassette 10 in einem Drucker eingebaut ist, der einen oder mehrere Quetschrollen unterhalb des Transportwegs der Schnauze über das Papier verwendet, um das Papier gegen die drehbare Unterlage zu drücken, und der ferner eine oder mehrere Rollen (ferner als Sternräder bezeichnet) oberhalb des Transportwegs verwendet, um den Papierkontakt um die Unterlage beizubehalten. Mit einer kürzeren Druckkassettenschnauze können die Sternräder näher an den Quetschrollen positioniert werden, um einen besseren Papier/Rollenkontakt entlang des Transportwegs der Druckkassettenschnauze sicherzustellen. Durch Kleinermachen des Substrats können zusätzlich mehr Substrate pro Wafer gebildet werden, wodurch folglich die Materialkosten pro Substrat verringert werden.
Andere Vorteile des Kantenzufuhrmerkmals bestehen darin, daß Herstellungszeit gespart wird, indem kein Schlitz in das Substrat geätzt werden muß, und das Substrat weniger auf ein Brechen während der Behandlung anfällig ist. Das Substrat ist ferner dazu in der Lage, mehr Wärme zu dissipieren, da die Tinte, die über die Rückseite des Substrats und um die Kanten des Substrats fließt, bewirkt, daß Wärme von der Rückseite des Substrats abgezogen wird.
Es bestehen ferner mehrere Leistungsfähigkeitsvorteile für den Kantenzufuhrentwurf. Durch Beseitigen des Verteilers sowie des Schlitzes in dem Substrat wird es ermöglicht, daß die Tinte schneller in die Verdampfungskammern fließt, da weniger Reibung beim Tintenfluß auftritt. Dieser schnellere Tintenfluß verbessert die Frequenzantwort des Druckkopfs, wodurch höhere Druckraten von einer gegebenen Anzahl von Düsenöffnungen ermöglicht werden. Ferner reduziert der schnellere Tintenfluß das Übersprechen zwischen nahe gelegenen Verdampfungskammern, das durch Schwankungen des Tintenflusses bewirkt wird, während die Heizelemente in den Verdampfungskammern abgefeuert werden.
Fig. 15 stellt ein Verfahren zum Bilden des bevorzugten Ausführungsbeispiels der TAB-Kopfanordnung 14 dar. Das Ausgangsmaterial ist ein KaptonTM- oder UpilexTM-Typ-Polymerfilm 104, obwohl der Film 104 jeglicher geeigneter Polymerfilm sein kann, der für eine Verwendung bei der im folgenden beschriebenen Prozedur annehmbar ist. Einige solcher Filme können Teflon, Polyamid, Polymethylmethacrylat, Polykarbonat, Polyester, Polyamidpolyethylen-Terephthalat oder Mischungen derselben aufweisen.
Der Film 104 ist typischerweise in langen Streifen auf einer Rolle 105 vorgesehen. Es werden Zahnradlöcher 106 entlang der Seiten des Films 104 verwendet, um den Film 104 korrekt und sicher zu transportieren. Alternativ können die Zahnradlöcher 106 weggelassen werden, wobei der Film mit anderen Typen von Befestigungen transportiert wird.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Film 104 bereits mit leitfähigen Kupferleiterbahnen 36 versehen, wie es in Fig. 2, 4 und 5 gezeigt ist, die auf demselben unter Verwendung von herkömmlichen Metallaufdampfungs- und photolithographischen Verfahren gebildet sind. Die spezielle Struktur der leitfähigen Leiterbahnen hängt von der Art und Weise ab, auf die die elektrischen Signale zu den Elektroden verteilt werden sollen, die auf den Siliziumchips gebildet sind und hintereinander an dem Film 104 angebracht sind.
Bei dem bevorzugten Verfahren wird der Film 104 zu einer Laserverfahrenskammer transportiert und in einer Struktur, die durch eine oder mehrere Masken 108 definiert ist, einer Laserablation unterzogen, indem Laserstrahlung 110 verwendet wird, wie z. B. diejenige, die durch einen Excimer-Laser 112 des Typs F&sub2;, ArF, KrCl, KrF oder XeCl erzeugt wird. Die maskenstrukturierte Laserstrahlung ist durch Pfeile 114 angezeigt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel definieren solche Masken 108 alle ablatierten Merkmale für einen erweiterten Bereich des Films 104, der in dem Fall einer Düsenöffnungsstrukturmaske 108 beispielsweise mehrere Düsenöffnungen und in dem Fall einer Verdampfungskammerstrukturmaske 108 mehrere Verdampfungskammern umfaßt. Alternativ können die Strukturen, wie z. B. die Düsenöffnungsstruktur, die Verdampfungskammerstruktur oder andere Strukturen, Seite an Seite auf einem gemeinsamen Maskensubstrat plaziert sein, das im wesentlichen größer als der Laserstrahl ist. Solche Strukturen können dann nacheinander in den Strahl bewegt werden. Das Maskenmaterial, das bei solchen Masken verwendet wird, wird bei der Laserwellenlänge vorzugsweise eine hohe Reflektivität aufweisen und beispielsweise aus einem Mehrschichtdielektrikum oder einem Metall, wie z. B. Aluminium, bestehen.
Die Düsenöffnungsstruktur, die durch eine oder mehrere Masken 108 definiert ist, kann diejenige sein, die allgemein in Fig. 21 gezeigt ist. Mehrere Masken 108 können verwendet werden, um eine gestufte Düsenöffnungsverjüngung zu bilden, wie sie in Fig. 13 gezeigt ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel definiert eine getrennte Maske 108 die Struktur der Fenster 22 und 24, die in Fig. 1 und 2 gezeigt sind; bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Fenster 22 und 24 jedoch unter Verwendung von herkömmlichen photolithographischen Verfahren gebildet, bevor der Film 104 den Verfahren unterzogen wird, die in Fig. 15 gezeigt sind.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel eines Düsenbauglieds, bei dem das Düsenbauglied ferner Verdampfungskammern aufweist, würden eine oder mehrere Masken 108 verwendet werden, um die Düsenöffnungen zu bilden, und eine weitere Maske 108 und der Laserenergiepegel (und/oder eine Anzahl von Laserschlitzen) würden verwendet werden, um die Verdampfungskammern, die Tintenkanäle und die Verteiler zu definieren, die durch einen Abschnitt der Dicke des Films 104 gebildet sind.
Das Lasersystem für diesen Prozeß weist allgemein Strahlführungsoptiken, Ausrichtungsoptiken, ein Masken-Hin-und- Her-Fahrsystem mit hoher Präzision und einer hohen Geschwindigkeit und eine Prozeßkammer auf, die eine Vorrichtung zum Handhaben und Positionieren des Films 104 aufweist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet das Lasersystem eine Projektionsmaskenkonfiguration, bei der eine Präzisionslinse 115, die zwischen der Maske 108 und dem Film 104 angeordnet ist, das Excimer-Laserlicht in dem Bild der Struktur, die auf der Maske 108 definiert ist, auf den Film 104 projiziert.
Die maskenstrukturierte Laserstrahlung, die die Linse 115 verläßt, ist durch Pfeile 116 dargestellt. Eine solche Projektionsmaskenkonfiguration ist für die Hochpräzisionsdüsenöffnungsabmessungen vorteilhaft, da die Maske von dem Düsenbauglied physisch entfernt angeordnet ist. Bei dem Ablationsprozeß wird natürlicherweise Ruß gebildet und ausgestoßen, der Abstände von etwa 1 cm von dem Düsenbauglied, das gerade einer Ablation unterzogen wird, zurücklegt. Falls die Maske in Kontakt mit dem Düsenbauglied wäre oder sich in der Nähe desselben befände, würde eine Rußanlagerung auf der Maske dazu tendieren, die ablatierten Merkmale zu verformen und deren Abmessungsgenauigkeit zu reduzieren. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich die Projektionslinse mehr als 2 cm von dem Düsenbauglied, das gerade ablatiert wird, entfernt, wodurch die Anlagerung jeglichen Rußes auf derselben oder auf der Maske vermieden wird.
Das Ablationsverfahren ist dafür bekannt, Merkmale mit sich verjüngenden Wänden zu erzeugen, so verjüngend, daß der Durchmesser einer Düsenöffnung an der Oberfläche, auf die das Laserlicht fällt, größer und an der Ausgangsoberfläche kleiner ist. Für Energiedichten, die geringer als 2 Joule pro Quadratzentimeter sind, variiert der Verjüngungswinkel bei Variationen der optischen Energiedichte, die auf das Düsenbauglied fällt, erheblich. Falls die Energiedichte ungesteuert wäre, würden die erzeugten Düsenöffnungen bezüglich des Verjüngungswinkels erheblich variieren, woraus sich wesentliche Schwankungen des Ausgangsdüsenöffnungsdurchmessers ergeben. Solche Schwankungen würden schädliche Schwankungen des ausgestoßenen Tintentropfenvolumens und der Geschwindigkeit erzeugen, wobei die Druckqualität reduziert wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die optische Energie des Ablationslaserstrahls präzise überwacht und gesteuert, um einen übereinstimmenden Verjüngungswinkel zu erzielen und dadurch einen reproduzierbaren Ausgangsdurchmesser. Zusätzlich zu den Druckqualitätsvorteilen, die sich aus dem konstanten Düsenöffnungsausgangsdurchmesser ergeben, ist eine Verjüngung vorteilhaft für die Funktionsweise der Düsenöffnungen, da die Verjüngung bewirkt, daß sich die Entladegeschwindigkeit erhöht und ein fokussierterer Ausstoß von Tinte geliefert wird, sowie andere Vorteile geliefert werden. Die Verjüngung kann sich in dem Bereich von 5 bis 15 Grad relativ zu der Düsenöffnungsachse befinden. Der Prozeß des bevorzugten Ausführungsbeispiels, der hierin beschrieben ist, ermöglicht eine schnelle und präzise Herstellung ohne eine Notwendigkeit dafür, den Laserstrahl relativ zu dem Düsenbauglied hin und her zu bewegen. Derselbe erzeugt korrekte Ausgangsdurchmesser, obwohl der Laserstrahl auf die Eintrittsoberfläche und nicht die Ausgangsoberfläche des Düsenbauglieds fällt.
Nach dem Schritt der Laserablation wird der Polymerfilm 104 schrittweise vorgefahren, wobei der Prozeß wiederholt wird. Dies wird als ein Schritt-und-Wiederhol-Prozeß bezeichnet.
Die gesamte Verarbeitungszeitdauer, die zum Bilden einer einzelnen Struktur auf dem Band 104 erforderlich ist, kann etwa einige Sekunden betragen. Wie es im vorhergehenden erwähnt wurde, kann eine einzelne Maskenstruktur eine erweiterte Gruppe von ablatierten Merkmalen umfassen, um die Verarbeitungszeitdauer pro Düsenbauglied zu reduzieren.
Die Laserablationsprozesse weisen unterschiedliche Vorteile gegenüber andere Formen des Laserbohrens für die Bildung der Präzisionsdüsenöffnungen, Verdampfungskammern und Tintenkanäle auf. Bei der Laserablation werden kurze Pulse von intensivem UV-Licht in einer dünnen Oberflächenschicht des Materials innerhalb von etwa 1 Mikrometer oder weniger der Oberfläche absorbiert. Bevorzugte Pulsenergien sind größer als etwa 100 Millijoule pro Quadratzentimeter, wobei die Pulsdauern kürzer als etwa 1 Mikrosekunde sind. Unter diesen Umständen löst das intensive UV-Licht die chemischen Bindungen in dem Material durch Photodissoziation. Darüber hinaus ist die absorbierte UV-Energie in einem solchen kleinen Volumen des Materials konzentriert, daß dasselbe schnell die dissoziierten Fragmente aufheizt und dieselben von der Oberfläche des Materials weg herausstößt. Da diese Prozesse so schnell stattfinden, ist keine Zeit dafür vorhanden, daß sich Wärme zu dem umgebenden Material ausbreitet. Folglich wird die umgebende Region nicht geschmolzen oder auf andere Weise beschädigt, und die Begrenzungslinie der ablatierten Merkmale können die Form des einfallenden optischen Strahls mit einer Präzision nachbilden, die sich in der Größenordnung von etwa 1 Mikrometer befindet. Zusätzlich kann Laserablation ferner Kammern bilden, die im wesentlichen flache Bodenoberflächen aufweisen, die eine Ebene bilden, die in der Schicht ausgenommen ist, vorausgesetzt, daß die optische Energiedichte über der Region, die ablatiert wird, konstant bleibt. Die Tiefe solcher Kammern wird durch die Anzahl der Laserschüsse und die Energiedichte eines jeden Schusses bestimmt.
Laserablationsverfahren weisen ferner zahlreiche Vorteile verglichen zu herkömmlichen lithographischen elektrobildenden Verfahren zum Bilden von Düsenbaugliedern für Tintenstrahldruckköpfe auf. Laserablationsverfahren sind im allgemeinen weniger aufwendig und einfacher als herkömmliche lithographische elektrobildende Verfahren. Zusätzlich können durch Verwenden der Laserablationsverfahren Polymerdüsenbauglieder hergestellt werden, die wesentlich größere Größen (d. h. mit größeren Oberflächenbereichen) und Düsengeometrien aufweisen, die mit herkömmlichen elektrobildenden Verfahren nicht ausführbar sind. Insbesondere können einzigartige Düsenformen erzeugt werden, indem die Belichtungsintensität gesteuert wird oder mehrere Belichtungen mit einem Laserstrahl vorgenommen werden, der zwischen jeder Belichtung neu orientiert wird. Präzise Düsengeometrien können ohne so strikte Prozeßsteuerungen gebildet werden, wie diejenigen, die für die elektrobildenden Verfahren erforderlich sind.
Ein weiterer Vorteil des Bildens der Düsenbauglieder durch Laserablation eines Polymermaterials besteht darin, daß die Düsenöffnungen oder Düsen mit verschiedenen Verhältnissen der Düsenlänge (L) zu dem Düsendurchmesser (D) einfach hergestellt werden können. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel übersteigt das L/D-Verhältnis die Gleichheit. Ein Vorteil des Erweiterns einer Länge einer Düse relativ ihrem Durchmesser besteht darin, daß die Düsenöffnung-Widerstand- Positionierung in einer Verdampfungskammer weniger kritisch wird.
Bei der Verwendung weisen laserablatierte Polymerdüsenbauglieder für Tintenstrahldrucker Charakteristika auf, die denjenigen von herkömmlichen elektrogebildeten Düsenöffnungsplatten überlegen sind. Laserablatierte Polymerdüsenbauglieder sind beispielsweise hochresistent gegen Korrosion durch wasserbasierte Drucktinten und sind allgemein hydrophobisch. Laserablatierte Polymerdüsenbauglieder weisen ferner relativ geringe Elastizitätsmodule auf, so daß eine Einbaubelastung zwischen dem Düsenbauglied und einem darunter liegenden Substrat oder einer darunterliegenden Barrierenschicht weniger dazu tendiert, eine Düsenbauglied-zu-Barrierenschicht-Abblätterung zu bewirken. Darüber hinaus können laserablatierte Polymerdüsenbauglieder ohne weiteres an einem Polymersubstrat befestigt werden oder mit einem selbigen gebildet werden.
Obwohl ein Excimer-Laser bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen verwendet wird, können andere UV-Lichtquellen mit im wesentlichen derselben optischen Wellenlänge und Energiedichte verwendet werden, um das Ablationsverfahren durchzuführen. Vorzugsweise liegt die Wellenlänge einer solchen UV-Lichtquelle in dem Bereich von 150 nm bis 400 nm, um eine hohe Absorption in dem Film zu ermöglichen, der ablatiert werden soll. Darüber hinaus sollte die Energiedichte größer als etwa 100 Millijoule pro Quadratzentimeter bei einer Pulslänge, die kürzer als etwa 1 Mikrosekunde ist, betragen, um ein schnelles Herausstoßen des ablatierten Materials bei im wesentlichen keinem Erwärmen des umgebenden verbleibenden Materials zu erreichen.
Wie es von Fachleuten auf diesem Gebiet verstanden werden wird, können zahlreiche andere Verfahren zum Bilden einer Struktur auf dem Film 104 verwendet werden. Solche anderen Verfahren weisen ein chemisches Ätzen, Stanzen, reaktives Ionenätzen, Ionenstrahlfräsen und Bilden oder Gießen einer photodefinierten Struktur auf.
Ein nächster Schritt bei dem Verfahren ist ein Säuberungsschritt, bei dem der laserablatierte Abschnitt des Films 104 unter einer Säuberungsstation 117 positioniert wird. Bei der Säuberungsstation 117 wird Staub von der Laserablation gemäß einer Standardindustriepraktik entfernt.
Der Film 104 wird daraufhin schrittmäßig zu der nächsten Station vorgeschoben, die eine optische Ausrichtungsstation 118 ist, die in einer herkömmlichen automatischen TAB-Verbindungseinrichtung (TAB bonder), wie z. B. einer Innenanschlußleitungsbondeinrichtung, die von Shinkawa Corporation verfügbar ist, Modell Nr. IL-20, untergebracht ist. Die Verbindungseinrichtung ist mit einer Ausrichtungs- (Ziel-) Struktur auf dem Düsenbauglied, die auf dieselbe Art und Weise und/oder in demselben Schritt erzeugt wird, der verwendet wurde, um die Düsenöffnungen zu erzeugen, und einer Zielstruktur auf dem Substrat vorprogrammiert, die auf dieselbe Art und Weise und/oder in demselben Schritt erzeugt wurde, die verwendet wurde, um die Widerstände zu erzeugen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Düsenbaugliedmaterial halblichtdurchlässig, so daß die Zielstruktur auf dem Substrat durch das Düsenbauglied gesehen werden kann. Die Verbindungseinrichtung positioniert daraufhin automatisch die Siliziumchips 120 bezüglich der Düsenbauglieder, um die zwei Zielstrukturen auszurichten. Ein solches Ausrichtungsmerkmal existiert bei der Shinkawa-TAB-Verbindungseinrichtung. Diese automatische Ausrichtung der Düsenbaugliedzielstruktur mit der Substratzielstruktur richtet nicht nur präzise die Düsenöffnungen mit den Widerständen aus, sondern richtet ferner inhärent die Elektroden auf den Chips 120 mit den Enden der leitfähigen Leiterbahnen aus, die in dem Film 104 gebildet sind, da die Leiterbahnen und die Düsenöffnungen in dem Film 104 ausgerichtet sind, wobei die Substratelektroden und die Heizwiderstände auf dem Substrat ausgerichtet sind. Folglich werden alle Strukturen auf dem Film 104 und auf den Siliziumchips 120 zueinander ausgerichtet sein, sobald die zwei Zielstrukturen ausgerichtet sind.
Folglich wird die Ausrichtung der Siliziumchips 120 bezüglich des Films 104 automatisch durchgeführt, indem lediglich eine herkömmliche verfügbare Ausrichtung verwendet wird. Durch Integrieren der leitfähigen Leiterbahnen in das Düsenbauglied ist ein solches Ausrichtungsmerkmal möglich. Eine solche Integration reduziert nicht nur die Zusammenbaukosten des Druckkopfs, sondern reduziert ferner ebenso die Druckkopfmaterialkosten.
Die automatische TAB-Verbindungseinrichtung verwendet daraufhin ein Schnellverbindungsverfahren, um die Enden der leitfähigen Leiterbahnen durch die Fenster, die in dem Film 104 gebildet sind, herab auf die zugeordneten Substratelektroden zu drücken. Die Verbindungseinrichtung legt daraufhin Wärme an, wie z. B. durch Verwenden eines Thermokompressionsverbindungsverfahrens, um die Enden der Leiterbahnen an die zugeordneten Elektroden zu schweißen. Eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der resultierenden Struktur ist in Fig. 6 gezeigt. Andere Typen des Verbindens können ebenfalls verwendet werden, wie z. B. das Ultraschallverbinden, ein leitfähiges Epoxyd, eine Lötmittelpaste oder andere bekannte Einrichtungen.
Der Film 104 wird daraufhin schrittweise zu einer Wärme- und-Druckstation 122 vorgeschoben, wobei die Siliziumchips 120 daraufhin gegen den Film 104 heruntergedrückt werden, wobei Wärme angelegt wird, um die Chips 120 mit dem Film 104 physisch zu verbinden.
Danach wird der Film 104 schrittweise vorgeschoben, und wird wahlweise auf einer Aufnahmerolle 124 aufgenommen. Der Film 104 kann daraufhin geschnitten werden, um die einzelnen TAB-Kopfanordnungen voneinander zu trennen.
Die resultierende TAB-Kopfanordnung wird daraufhin auf der Druckkassette 10 positioniert, wobei die im vorhergehende beschriebene Haftmitteldichtung 90 gebildet wird, um das Düsenbauglied an der Druckkassette fest zu befestigen, eine tintendichte Dichtung um das Substrat zwischen dem Düsenbauglied und dem Tintenreservoir zu liefern und die Leiterbahnen in der Nähe des Kopffelds zu verkapseln, um die Leiterbahnen von der Tinte zu trennen.
Randpunkte auf der flexiblen TAB-Kopfanordnung werden daraufhin an der Plastikdruckkassette 10 mittels eines herkömmlichen Durchschmelz-Typ-Verbindungsverfahrens befestigt, um zu bewirken, daß die flexible Polymerschaltung 18 relativ bündig zu der Oberfläche der Druckkassette 10 verbleibt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 16 zeigt einen Farbtintenstrahldrucker 130, der die vorliegende Erfindung aufweist. Insbesondere weist der Tintenstrahldrucker 130 eine bewegbare Wagenanordnung 132 auf, die an der Rückseite auf einer Gleitstückstange 134 und an der Vorderseite auf einer Gleitstückstange (nicht gezeigt) getragen wird. Die Gleitstückstange 134 an der Rückseite und die Gleitstückstange (nicht gezeigt) an der Vorderseite sind an dem Rahmen (nicht gezeigt) des Druckers 130 angebracht. Der Tintenstrahldrucker 130 ist ferner mit einem Eingangsbehälter 136, der eine Anzahl von Blättern von Papieren oder ein anderes geeignetes Tintenaufnahmemedium 138 enthält, und einem oberen Ausgangsbehälter 140 zum Aufnehmen der gedruckten Medien versehen. Der bewegbare Wagen 132 weist eine einzige oder eine Mehrzahl von einzelnen Kassettenaufnahmevorrichtungen 142 zum Aufnehmen einer jeweiligen Anzahl von entfernbaren Druckkassetten 10 auf.
Die im vorhergehenden beschriebenen Erfindungen können in Verbindung mit Tintenstrahldruckern verwendet werden, die nicht von dem thermischen Typ sind, sowie bei Tintenstrahldruckern, die von dem thermischen Typ sind.

Claims

1. Eine Druckkassette für einen Tintenstrahldrucker, die folgende Merkmale aufweist:

ein Düsenbauglied (16) mit einer Mehrzahl von Tintendüsenöffnungen (17), die in demselben gebildet sind;

ein Substrat (28), das eine Mehrzahl von Wärmeerzeugungselementen (96, 98) und zugeordnete Tintenausstoßkammern (92, 94) enthält, wobei das Substrat auf einer rückseitigen Oberfläche des Düsenbauglieds angebracht ist, wobei jedes Heizelement benachbart zu einer zugeordneten Tintendüsenöffnung positioniert ist, wobei sich die rückseitige Oberfläche des Düsenbauglieds über zwei oder mehr äußere Kanten des Substrats erstreckt;

einen Kopffeldabschnitt (50), der benachbart zu der rückseitigen Oberfläche des Düsenbauglieds positioniert ist und eine innere erhöhte Wand (54) aufweist, die einen Einlaßschlitz (52) umgibt, wobei die innere erhöhte Wand eine Haftmitteltrageoberfläche (53) und eine Haftmittelsperrwand (53'), die auf derselben gebildet ist, und in sich Wandöffnungen (55) aufweist, aufweist, wobei die Wandöffnungen eine Trageoberfläche (58) aufweisen; und

eine Haftmittelschicht (90), die zwischen der rückseitigen Oberfläche des Düsenbauglieds (16) und der inneren erhöhten Wand (54) positioniert ist, um das Düsenbauglied (16) an dem Kopffeld (50) zu befestigen.

2. Eine Druckkassette gemäß Anspruch 1, bei der die Haftmittelschicht (90) auf der Haftmitteltrageoberfläche und der Haftmittelsperrwand und entlang der Trageoberfläche in den Wandöffnungen in derselben gebildet ist.

3. Eine Druckkassette gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der sich der Einlaßschlitz (52) in einer Fluidkommunikation mit einem Tintenreservoirkörper (12) befindet.

4. Eine Druckkassette gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Haftmittelschicht (90) ferner eine Fluiddichtung zwischen dem Kopffeld und der rückseitigen Oberfläche des Düsenbauglieds bildet.

5. Eine Druckkassette gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Haftmitteltrageoberfläche (53) ermöglicht, daß das Haftmittel an mehreren Positionen auf derselben verteilt wird, um eine Haftmittelquetschung zu steuern, um eine Haftmitteldicke zu steuern und/oder um eine Durchbiegung der Düsenplatte zu steuern.

6. Eine Druckkassette gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kopffeldabschnitt (50) Haftmittelrippen, die in einer äußeren Wand gebildet sind, die den Öffnungen der inneren Wand gegenüberliegt, und/oder nach unten abgeschrägte Wannen aufweist, die zu der Trageoberfläche benachbart sind.

7. Eine Druckkassette gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn dieselbe in einem Tintenstrahldrucker angebracht ist.

8. Ein Verfahren zum Befestigen einer Düse an einen Tintenstrahldruckkassettenkörper, das folgende Schritte aufweist:

Befestigen eines Substrats (28), das eine Mehrzahl von Wärmeerzeugungselementen (96, 98) und zugeordnete Tintenausstoßkammern (92, 94) enthält, an einer rückseitige Oberfläche eines Düsenbauglieds, das eine Mehrzahl von Düsenöffnungen enthält, wobei sich die rückseitige Oberfläche des Düsenbauglieds über zwei oder mehr äußere Kanten des Substrats erstreckt;

Bereitstellen eines Kopffeldabschnitts (50), der eine innere erhöhte Wand (54) aufweist, die einen Einlaßschlitz (52) umgibt, wobei die innere erhöhte Wand (54) eine Haftmitteltrageoberfläche (53) und eine Haftmittelsperrwand (53'), die auf derselben gebildet ist, und in sich Wandöffnungen (55) aufweist, aufweist, wobei die Wandöffnungen (55) eine Trageoberfläche (58) aufweisen;

Verteilen eines Haftmittels (90) auf der Haftmitteltrageoberfläche und über die Trageoberfläche der Wandöffnungen, um den Einlaßschlitz (52) zu umgeben; und

Positionieren der rückseitigen Oberfläche des Düsenbauglieds (16) bezüglich des Kopffelds (50), derart, daß das Haftmittel (90) das Substrat umgibt und die rückseitige Oberfläche des Düsenbauglieds (16) an dem Kopffeld (50) befestigt.

9. Ein Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem der Schritt des Verteilens ferner das Bestimmen der optimalen Position aufweist, an der das Haftmittel (90) verteilt werden soll, um eine Haftmittelquetschung zu steuern, eine Haftmitteldicke zu steuern und/oder eine Durchbiegung der Düsenplatte zu steuern.

10. Ein Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem bei dem Schritt des Positionierens die Haftmittelschicht (90) ferner eine Fluiddichtung zwischen dem Kopffeld (50) und der rückseitigen Oberfläche des Düsenbauglieds (16) bildet.