DE69934469T2

DE69934469T2 - Druckköpfe

Info

Publication number: DE69934469T2
Application number: DE69934469T
Authority: DE
Inventors: Kenneth J. San Diego Courian; M. Thomas San Diego Sabo; Joe R. San Diego Pietrzyk; Stephen W. San Diego Bauer
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1998-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: DE69934469D1; EP0997284A3; EP0997284A2; JP2000141701A; US6286941B1; EP0997284B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahl-und andere Arten von Druckern und insbesondere auf den Druckkopfabschnitt einer in einem Tintenstrahldrucker verwendeten Tintenkassette, der ein Blockieren von Partikeln in der Tinte verringert.
Thermotintenstrahldruckkassetten arbeiten, indem sie ein geringes Tintenvolumen rasch erhitzen, um zu bewirken, dass die Tinte verdampft und durch eine einer Mehrzahl von Öffnungen ausgestoßen wird, um einen Tintenpunkt auf ein Aufzeichnungsmedium, z.B. ein Blatt Papier, zu drucken. Üblicherweise sind die Öffnungen in einem oder mehreren linearen Arrays in einem Düsenbauglied angeordnet. Der ordnungsgemäß sequenzierte Ausstoß von Tinte aus jeder Öffnung bewirkt, dass Schriftzeichen und andere Bilder auf das Papier gedruckt werden, während der Druckkopf relativ zu dem Papier bewegt wird. Das Papier wird üblicherweise jedes Mal dann, wenn sich der Druckkopf über das Papier bewegt hat, verschoben. Der Thermotintenstrahldrucker ist schnell und leise, da nur die Tinte das Papier berührt. Diese Drucker erzeugen Drucke von hoher Qualität und können sowohl kompakt als auch erschwinglich hergestellt werden.
Bei einem bekannten Entwurf umfasst der Tintenstrahldruckkopf allgemein: (1) Tintenkanäle, um Tinte von einem Tintenreservoir zu jeder in der Nähe einer Öffnung befindlichen Verdampfungskammer zu liefern; (2) eine Öffnungsplatte oder ein Düsenbauglied, in der bzw. dem die Öffnungen in dem erforderlichen Muster gebildet sind; und (3) ein Siliziumsubstrat, das eine Serie von Dünnfilmwiderständen, einen Widerstand pro Verdampfungskammer, enthält.
Um einen einzigen Tintenpunkt zu drucken, wird ein elektrischer Strom von einer externen Leistungsversorgung durch einen ausgewählten Dünnfilmwiderstand geleitet. Der Widerstand wird dann erwärmt, wobei er wiederum eine dünne Schicht der benachbarten Tinte in einer Verdampfungskammer supererhitzt, wodurch eine explosionsartige Verdampfung bewirkt wird und wobei folglich bewirkt wird, dass ein Tintentröpfchen durch eine zugeordnete Öffnung in dem Düsenbauglied auf das Papier ausgestoßen wird.
Zwei Patentschriften, die Beispiele von Druckkopfabschnitten eines Tintenstrahldruckkopfes beschreiben, die durch die vorliegende Erfindung verbessert werden können, sind die US-Patentschrift Nr. 5,638,101 mit dem Titel High Density Nozzle Array for Inkjet Printhead von Brian Keefe et al. und die US-Patentschrift Nr. 5,278,584 mit dem Titel „Ink Delivery System for an Inkjet Printhead" von Brian Keefe et al., die an die Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen sind. Bei der US-Patentschrift Nr. 5,278,584 wird Tinte von einem Tintenreservoir durch einen Tintenkanal, der in einer Barriereschicht zwischen dem Substrat und dem Düsenbauglied gebildet ist, an jede Verdampfungskammer geleitet. Die Tintenkanäle in der Barriereschicht weisen allgemein Tinteneintrittsstellen auf, die entlang zweier gegenüberliegender Ränder des Substrats verlaufen, so dass Tinte, die um die Ränder des Substrats herum fließt, Zugang zu den Tintenkanälen und den Verdampfungskammern erlangt. Ein Nachteil dieser Art eines bekannten Tintenstrahldruckkopfentwurfs besteht darin, dass interne Verunreinigungen den Tintenflusspfad in dem Druckkopf verstopfen können. Folglich kann der Tintenfluss behindert werden oder ganz zum Erliegen kommen, wodurch verhindert wird, dass das Tintentröpfchen auf das Papier ausgestoßen wird. Ferner kann die Versorgung eines Heizelements in einer Verdampfungskammer mit Energie den Fluss von Tinte in eine nahe gelegene Verdampfungskammer beeinflussen, wodurch ein Übersprechen erzeugt wird, Übersprechen beeinflusst die Tintenmenge, die auf eine Versorgung eines zugeordneten Elements mit Energie hin durch eine Öffnung abgegeben wird.
Die US 5,793,393 offenbart einen Tintenstrahldruckkopf mit Druckelementen, die jeweils eine Abfeuerungskammer umfassen, die über einen Tintenzufuhrkanal in Kommunikation mit einem Wiederauffüllkanal stehen. Um die Fluiddynamik auszugleichen, sind entlang der Zufuhrkanäle der Druckelemente Verengungen vorgesehen.
Ein Verfahren zum Verhindern, dass Partikel den Tintenflusspfad verstopfen, besteht darin, eine sehr saubere Tintenstrahldruckkassette zu bauen, d.h. eine Tintenstrahldruckkassette ohne Fremdpartikel. Jedoch ist ein Eliminieren von kleinen Partikeln, die bei der Herstellung einer Tintenstrahldruckkassette erzeugt werden, schwierig und kostspielig. Eine andere partikeltolerante Konfiguration verwendet mehrere Einlasskanäle in jede Verdampfungskammer. Wenn also ein Einlasskanal durch ein Fremdpartikel verstopft wird, kann immer noch Tinte durch die anderen Einlasskanäle in den Verdampfungskanal fließen. Jedoch verändert sich die Leistungsfähigkeit der Mehrkanalkonfiguration, wenn ein Kanal verstopft ist, wodurch sich die Druckqualität des Tintenstrahldruckkopfes verschlechtert.
Eine weitere partikeltolerante Konfiguration ist in der US-Patentschrift Nr. 5,638,101 beschrieben, die vergrößerte Bereiche oder „Barriereriffe", die in der Nähe der Eintrittsstelle jedes Tintenkanals gebildet sind, verwendet, um die Eintrittsstelle der Tintenkanäle zu verengen, um zum Filtern großer Fremdpartikel beizutragen. Außerdem sind in den Tintenkanälen relativ schmale Verengungspunkte, die als Einschnürungspunkte bekannt sind, enthalten, um während des Wiederauffüllens der Verdampfungskammern nach dem Abfeuern eine Dämpfung zu liefern, um zu einer Verringerung eines Übersprechens beizutragen. Jedoch können Barriereriffe während einer Verarbeitung weggeschlagen werden, wodurch sie nutzlos werden oder, noch schlimmer, selbst zu einer Verun reinigung werden. Ferner führt eine Verwendung von Einschnürungspunkten und Barriereriffen in den Tintenkanälen zu einer Verlängerung des Tintenkanals, was eine Erhöhung der Substratfläche erfordert.
Folglich besteht ein Erfordernis einer partikeltoleranten Druckkopfarchitektur für eine Tintenstrahldruckkassette.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Drucksystem vorgesehen, das folgende Merkmale aufweist: ein Substrat, das eine obere Oberfläche und eine gegenüberliegende untere Oberfläche aufweist und das einen ersten Rand aufweist: ein Tintenreservoir; ein Düsenbauglied, in dem eine Mehrzahl von Tintenöffnungen gebildet sind, wobei das Düsenbauglied dahin gehend positioniert ist, über der oberen Oberfläche des Substrats zu liegen; zumindest eine oder mehrere Rillen, die jeder der Mehrzahl von Tintenöffnungen zugeordnet sind, wobei die oder jede Rille ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende der oder jeder Rille mit dem Tintenreservoir kommuniziert; eine Mehrzahl von Tintenausstoßelementen, die auf der oberen Oberfläche des Substrats gebildet sind, wobei jedes der Tintenausstoßelemente in der Nähe einer zugeordneten der Öffnungen angeordnet ist, um einen Teil von Tinte aus der zugeordneten Öffnung auszuwerfen; eine Mehrzahl von Tintenausstoßkammern, wobei jede Tinteninjektionskammer einer der Öffnungen und einem der Tinteninjektionselemente zugeordnet ist; zumindest ein Plenum, und die Tinte fließt von dem zumindest einen Plenum durch Flussbegrenzungseinrichtungen in die Tintenausstoßkammern, um den Öffnungen und den Tintenausstoßelementen nahe zu sein, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsabmessung der oder jeder Rille geringer ist als die Querschnittsabmessung der Flussbegrenzungseinrichtungen, wodurch jegliches Partikel, das klein genug ist, um durch eine Rille zu gelangen, nicht anschließend eine Behinderung in dem Drucksystem bewirkt.
Eine Tintenstrahldruckkassette gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet zumindest eine Rille, um Tinte von einem Tintenreservoir an den Fluidkanal zu liefern, der die Verdampfungskammer umfasst, so dass Fremdpartikel in dem Tintenvorrat durch zumindest eine Rille herausgefiltert werden, um den Fluidkanal nicht zu blockieren. Eine Barriereschicht zwischen einem Substrat und einem Düsenbauglied enthält den Fluidkanal, der eine Verdampfungskammer umfasst, die sich über eine Flussbegrenzungseinrichtung, z.B. Einschnürungspunkte, in Kommunikation mit einem ausgefüllten Raum bzw. Plenum befindet. Mehrere Verdampfungskammern können mit einem einzigen Plenum verbunden sein, oder jeder Verdampfungskammer kann ein separates Plenum zugeordnet sein. Das Düsenbauglied umfasst ein Array von Öffnungen und zumindest eine Rille. Falls gewünscht können jedem Plenum mehrere Rillen, z.B. vier, zugeordnet sein. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die Rillen in der Barriereschicht angeordnet. Das Substrat umfasst zwei lineare Arrays von Heizelementen, und jede Öffnung in dem Düsenbauglied ist einer Verdampfungskammer und einem Heizelement zugeordnet. Die Mehrzahl von Rillen ist die einzige Tintenversorgung in jedes Plenum. Somit fließt die Tinte durch eine Mehrzahl von Rillen in ein Plenum, das wiederum über die Flussbegrenzungseinrichtung Tinte an die Verdampfungskammer liefert.
Da die Tinte nicht direkt von dem Tintenreservoir zu dem Plenum oder der Verdampfungskammer fließen darf, sondern zuerst durch die Mehrzahl von Rillen fließen muss, wird jedes Fremdpartikel, das größer ist als die Breite einer Rille, herausgefiltert, so dass es nicht in den Fluidkanal eintreten kann. Da außerdem die Breite der Rillen geringer ist als die Breite des Fluidkanals, insbesondere der Fluidbegrenzungseinrichtung und der Öffnung, wird jegliches Partikel, das tatsächlich durch eine Rille fließt, ausgeworfen, ohne den Fluidkanalpfad zu blockieren.
Außerdem befindet sich jeder Fluidkanal, d.h. jede Verdampfungskammer und jedes Plenum, lediglich durch die zugeordnete Mehrzahl von Rillen in Fluidkommunikation mit dem Tintenreservoir. Folglich ist jeder Fluidkanal von anderen Fluidkanälen isoliert, wodurch ein Übersprechen im Wesentlichen eliminiert wird. Überdies liegt dadurch, dass das Plenum durch ein Segment der Barriereschicht von dem Tintenreservoir getrennt ist, zusätzliches Material vor, an dem das Düsenbauglied befestigt sein kann. Somit können Probleme bezüglich einer Aufspaltung oder einer Bildung einer Vertiefung des Düsenbauglieds verringert werden.
Andere Vorteile ergeben sich aus der Lektüre der Offenbarung.
Durch Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen werden die vorliegende Erfindung besser verständlich und ihre zahlreichen Ziele, Merkmale und Vorteile für Fachleute offensichtlich.
1 ist ein vereinfachtes Beispiel eines Tintenstrahldruckers, bei dem eine obere Abdeckung beseitigt ist;
2 veranschaulicht eine Tintenstrahldruckkassette, die einen Druckkopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
3 zeigt eine Vorderansicht des von der Druckkassette entfernten Druckkopfes der 2;
4 zeigt eine hintere Oberfläche des Druckkopfes der 3 und veranschaulicht das an der Rückseite des Bandes angebrachte Siliziumsubstrat und ferner einen Rand einer auf dem Substrat gebildeten Barriereschicht;
5 zeigt eine Querschnitts-Seitenansicht, die entlang der Linie A-A in 4 genommen ist und die Verbindung der Enden der Leiterbahnen mit den auf dem Substrat gebildeten Elektroden veranschaulicht;
6 ist eine perspektivische Vorderansicht des Siliziumsubstrats, das an der Rückseite des Bandes in 4 befestigt ist, um den Druckkopf zu bilden;
7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Substrats und der Barriereschicht, die entlang der Linie B--B in 6 genommen ist;
8 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf das Band, das über der Barriereschicht und dem Siliziumsubstrat liegt;
9 ist eine von oben nach unten erfolgende Draufsicht, die einen Dünnfilmwiderstand zeigt, der von einer Verdampfungskammer umgeben ist, die sich über Einschnürungspunkte in Kommunikation mit einem zugeordneten Plenum befindet, sowie eine Öffnung und eine zugeordnete Mehrzahl von Rillen zeigt;
10 ist ein Querschnitts-Seitenaufriss, der entlang der Linie C-C in 9 genommen ist und das Band, die Barriereschicht und einen Teil des Substrats zeigt;
11 und 12 sind Seitenaufrisse, die alternative Ausführungsbeispiele der zwischen dem Band und der Barriereschicht angeordneten Rillen zeigen;
13 mit 16 sind von oben nach unten erfolgende Draufsichten verschiedener exemplarischer Ausführungsbeispiele;
17 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Druckkopfarchitektur, die eine Mittenzufuhrkonfiguration verwendet;
18 und 19 zeigen Draufsichten von oben auf eine versetzte Beziehung bzw. eine gerade Beziehung zwischen einer Gruppe von Verdampfungskammern mit Plenen und dem Rand der Barriereschicht;
20 zeigt die Druckkassette der 2, bei der die Druckkopfanordnung entfernt ist, um das Vorsprungsmuster zu enthüllen, das beim Bereitstellen einer Dichtung zwischen der Druckkopfanordnung und dem Druckkopfkörper verwendet wird;
21 zeigt einen Abschnitt der fertiggestellten Druckkassette, wobei anhand der Schraffierung die Stelle des darunter liegenden Haftmittels veranschaulicht ist, das die Dichtung zwischen der Druckkopfanordnung und dem Körper der Druckkassette bildet;
22 zeigt einen Querschnitts-Seitenaufriss, der entlang der Linie C-C in 21 genommen ist; und
23 veranschaulicht ein Verfahren zum Bilden der in 4 gezeigten Druckkopfanordnung.
Die Verwendung derselben Referenzsymbole bei unterschiedlichen Zeichnungen weist auf ähnliche oder identische Posten hin.
1 ist ein vereinfachtes Beispiel eines Tintenstrahldruckers 10, bei dem eine obere Abdeckung entfernt ist. Der Tintenstrahldrucker 10 umfasst ein Eingangsfach 12 zum Halten von Papierblättern. Wenn Druckvorgänge eingeleitet werden, wird Papier von dem Eingangsfach 12 zugeführt und durch eine Druckzone 14 geleitet, um bedruckt zu werden. Das Papier hält an, wenn es durch die Druckzone 14 gelangt, und ein beweglicher Wagen 16, der eine oder mehrere Tintenstrahldruckkassetten 18 enthält, wird anschließend über das Blatt Papier bewegt, um ein Tintenband auf dasselbe zu drucken. Der Wagen 16 wird anhand eines herkömmlichen Riemen-und Riemenscheibe-Systems an einer Bewegungsachse entlang bewegt und gleitet entlang einer Gleitstange 20. Die Druckkassette 18 enthält herkömmlicherweise gelbe, magentafarbene, cyanfarbene oder schwarze Tinte. Wenn in dem Wagen 18 mehrere Druckkassetten verwendet werden, können unterschiedliche Tintenfarben verwendet werden.
Nach einem einzigen Bewegungsdurchlauf oder mehreren Bewegungsdurchläufen des Wagens 16 wird das Blatt Papier unter Verwendung eines herkömmlichen Schrittmotors und Zufuhrrollen 22 inkremental zu einer nächsten Position in der Druckzone 14 verschoben, und der Wagen 16 beginnt Bewegungsdurchläufe über das Blatt Papier, um ein weiteres Tintenband auf dasselbe zu drucken.
Drucksignale von einem externen Computer werden durch den Drucker 10 verarbeitet, um eine Bitabbildung (Bitmap) der zu druckenden Punkte zu erzeugen. Die Bitabbildung wird anschließend in Abfeuerungssignale für den Druckkopf umgewandelt. Die Position des Wagens 16, während er sich entlang der Bewegungsachse hin- und herbewegt, wird anhand eines optischen Codierstreifens 24, der durch ein photoelektrisches Element an dem Wagen 16 erfasst wird, ermittelt, um zu bewirken, dass die verschiedenen Tintenausstoßelemente an jeder Druckkassette während eines Wagenbewegungsdurchlaufs zum entsprechenden Zeitpunkt selektiv abgefeuert werden.
Der Drucker 10 kann eine von dem Wagen getrennte Tintenvorratsstation 26 umfassen, die austauschbare Tintenvorratskassetten 28, 30, 32 und 34 enthält, die über flexible Tintenschläuche 36 mit den Druckkassetten des Wagens 16 ver bunden sind. Der Drucker 10 kann alternativ dazu eine auf dem Wagen befindliche Tintenvorratsstation für austauschbare Tintenvorratskassetten umfassen, die mit den Druckkassetten 18 verbunden sind. Selbstverständlich kann der Tintenvorrat auch ein nicht austauschbarer Tintenvorrat sein, der einstückig mit den Druckkassetten 18 gebildet ist.
2 veranschaulicht eine Tintenstrahldruckkassette 18, die einen Druckkopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Die Druckkassette kann bei dem Drucker 10 in 1 oder bei einem Tintenstrahldrucker eines ähnlichen Typs, einschließlich eines großformatigen Druckers, oder bei einem zweckgebundenen Drucker, z.B. einer Postdruckvorrichtung, verwendet werden. Die Druckkassette 18 umfasst ein Tintenreservoir 38 und einen Druckkopf 42, der unter Verwendung einer automatischen Folienbondtechnologie (TAB – Tape Automated Bonding) gebildet wird. Der Druckkopf 42 umfasst ein Düsenbauglied 44, das zwei parallele Spalten oder versetzte Löcher oder Öffnungen 46 umfasst, die beispielsweise durch Laserablation in einem flexiblen Polymerband 48 gebildet sind. Das Düsenbauglied 44 umfasst ferner eine Mehrzahl von Rillen, die jeder Öffnung 46 zugeordnet sind. Die Mehrzahl der Rillen wird nachstehend unter Bezugnahme auf 7, 8 und 9 näher erörtert. Das Band 48 kann im Handel als Kapton TM-Band erworben werden und ist von 3M Corporation erhältlich. Ein anderes geeignetes Band kann aus Upilex TM oder seinem Äquivalent gebildet sein.
Obwohl die Druckkassette 18 gemäß der Darstellung in 2 ein Tintenreservoir 38 umfasst, das Bestandteil der Druckkassette 18 ist, sollte man verstehen, dass der Tintenvorrat auch in Form eines externen austauschbaren Tintenvorrats vorliegen kann, der auf abnehmbare Weise mit dem Druckkopf 42 der Druckkassette 18 verbunden ist. Der Tintenvorrat kann somit von der Druckkassette 18 getrennt sein und kann sich auf dem in 1 gezeigten Wagen 16 befinden oder kann von dem Wagen 16 getrennt sein und über einen flexiblen Schlauch 36 mit der Druckkassette 18 verbunden sein. Der austauschbare Tintenvorrat kann direkt mit dem Druckkopf 42 verbunden sein, alternativ dazu kann der austauschbare Tintenvorrat über Zwischenelemente, z.B. das Tintenreservoir 18 in der Druckkassette 38, mit dem Druckkopf 42 verbunden sein.
Eine hintere Oberfläche des Bandes 48 umfasst Leiterbahnen 66 (in 4 gezeigt), die unter Verwendung eines herkömmlichen lithographischen Ätz- und/oder Plattierungsprozesses auf demselben gebildet sind. Diese Leiterbahnen werden durch große Kontaktanschlussflächen 50 beendet, die dahin gehend entworfen sind, Elektroden in der Kassette 16 des Druckers 10 elektrisch zu kontaktieren, um Leistungs- und Massesignale sowie die Abfeuerungssignale für den Druckkopf 42 zu empfangen.
Fenster 52 und 54 erstrecken sich durch das Band 48 und werden dazu verwendet, ein Bonden der anderen Enden der Leiterbahnen mit Elektroden auf einem Siliziumsubstrat, das Heizwiderstände enthält, zu ermöglichen. Die Fenster 52 und 54 sind mit einem Kapselungsmaterial gefüllt, um jeglichen darunter liegenden Abschnitt der Bahnen und des Substrats zu schützen.
Wie in 2 gezeigt ist, ist das Band 48 über den hinteren Rand des „Schnabels" der Druckkassette gebogen und erstreckt sich etwa über die Hälfte der Länge der Rückwand 56 des Schnabels. Dieser Klappenabschnitt des Bandes 48 wird zum Lenken von Leiterbahnen verwendet, die durch das entfernte Fenster 52 mit den Substratelektroden verbunden sind.
3 zeigt eine Vorderansicht des Druckkopfes 42 der 2, der von der Druckkassette 18 entfernt ist, und bevor die Fenster 52 und 54 in dem Druckkopf 42 mit einem Kapselungsmaterial gefüllt sind.
Ein Siliziumsubstrat 60 (in 4 gezeigt), das eine Mehrzahl von einzeln mit Energie versorgbaren Dünnfilmwiderständen enthält, ist an der Rückseite des Druckkopfes 42 befestigt. Jeder Widerstand ist allgemein hinter einer einzigen Öffnung 46 angeordnet und fungiert als Ohmsche Heizvorrichtung, wenn er durch einen oder mehrere Pulse, die nacheinander oder gleichzeitig an eine oder mehrere der Kontaktanschlussflächen 50 angelegt werden, selektiv mit Energie versorgt wird. Alternativ dazu können statt eines Widerstands piezoelektrische Elemente hinter jeder Öffnung verwendet werden.
Die Öffnungen 46 und die Leiterbahnen können beliebige Größen, Anzahlen und Muster aufweisen, und die verschiedenen Figuren sind dahin gehend entworfen, die Merkmale der vorliegenden Erfindung deutlich zu zeigen. Man sollte verstehen, dass die relativen Abmessungen der verschiedenen Merkmale der Übersichtlichkeit halber stark angepasst wurden.
4 zeigt eine hintere Oberfläche des Druckkopfes 42 der 3 und veranschaulicht das an der Rückseite des Bandes 48 angebrachte Siliziumsubstrat 60 und ferner einen Rand einer auf dem Substrat 60 gebildeten Barriereschicht 62. Wie in 4 gezeigt ist, ist der Rand der Barriereschicht 62 fest. Obwohl in der Barriereschicht 62 Fluidkanäle vorliegen, sind die Fluidkanäle in der in 4 gezeigten Ansicht nicht zu sehen. 6 zeigt die Barriereschicht 62, einschließlich der Fluidkanäle, in mehr Einzelheiten und wird nachfolgend erörtert. Entlang des Bandes 48 neben der Barriereschicht 62 ist eine Mehrzahl von Rillen 64 gezeigt, die dazu verwendet werden, Tinte von dem Tintenreservoir 38 (in 2 gezeigt) zu den Fluidkanälen in der Barriere 62 zu liefern.
Die Leiterbahnen 66, die auf der Rückseite des Bandes 48 gebildet sind, sind in 4 ferner dort gezeigt, wo die Bahnen 66 in Kontaktanschlussflächen 50 (3) auf der gegenüberliegenden Seite des Bandes 48 enden.
Die Fenster 52 und 54 ermöglichen einen Zugang zu den Enden der Bahnen 66 und zu den Substratelektroden von der anderen Seite des Bandes 48, um ein Bonden zu ermöglichen.
5 zeigt eine Querschnitts-Seitenansicht, die entlang der Linie A-A in 4 genommen ist und die Verbindung der Enden der Leiterbahnen 66 mit den auf dem Substrat 60 gebildeten Elektroden 68 veranschaulicht. Wie in 5 zu sehen ist, wird ein Abschnitt 69 der Barriereschicht 62 dazu verwendet, die Enden der Leiterbahnen 66 von dem Substrat 60 zu isolieren.
Ferner ist in 5 eine Seitenansicht des Bandes 48, der Rillen 64 in dem Band 48, der Barriereschicht 62 und der Fenster 52 und 54 gezeigt. Es wird gezeigt, wie Tintentröpfchen 70 aus Öffnungslöchern ausgestoßen werden, die den in 6 gezeigten Heizwiderständen zugeordnet sind.
6 ist eine perspektivische Vorderansicht des Siliziumsubstrats 60, das an der Rückseite des Bandes 48 in 4 befestigt ist, um den Druckkopf 42 zu bilden. Unter Verwendung herkömmlicher lithographischer Techniken sind auf dem Siliziumsubstrat 60 zwei Reihen von Tintenausstoßelementen, z.B. Dünnfilmwiderstände 72 oder piezoelektrische Elemente, in 6 gezeigt, gebildet, die durch die in der Barriereschicht 62 gebildeten Tintenausstoßkammern 74 freiliegend sind. Dort, wo die verwendeten Tintenausstoßelemente Heizwiderstände sind, wird die Tinte in der Tintenausstoßkammer 74 verdampft, und somit ist die Tintenausstoßkammer 74 eine Verdampfungskammer 74. Die Kammer 74 wird der Einfachheit halber als Verdampfungskammer 74 bezeichnet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 60 etwa einen halben Zoll (etwa 1,27 cm) lang und enthält 300 Heizwiderstände 72, wodurch eine Auflösung von 600 Punkten pro Zoll ermöglicht wird.
Ferner sind auf dem Substrat 60 Elektroden 68 zur Verbindung mit den Leiterbahnen 66 (durch gestrichelte Linien gezeigt), die auf der Rückseite des Bandes 48 in 4 gebildet sind, gebildet.
Ein Demultiplexer 76, der in 6 als gestrichelter Umriss gezeigt ist, ist ebenfalls auf dem Substrat 60 gebildet, um die an die Elektroden 68 angelegten ankommenden multiplexierten Signale zu demultiplexieren und die Signale an die verschiedenen Dünnfilmwiderstände 72 zu verteilen. Der Demultiplexer 76 ermöglicht die Verwendung von weniger Elektroden 68 als Dünnfilmwiderstände 72. Weniger Elektroden aufzuweisen ermöglicht, dass alle Verbindungen mit dem Substrat von den Kurzes-Ende-Abschnitten des Substrat aus hergestellt werden, wie in 5 gezeigt ist, so dass diese Verbindungen den Tintenfluss um die Längsseiten des Substrats herum nicht beeinträchtigen. Der Demultiplexer 76 kann ein beliebiger Decodierer zum Decodieren codierter Signale, die an die Elektroden 68 angelegt werden, sein. Der Demultiplexer weist Eingangsanschlussleitungen (der Einfachheit halber nicht gezeigt), die mit den Elektroden 68 verbunden sind, und Ausgangsanschlussleitungen (nicht gezeigt) auf, die mit den verschiedenen Widerständen 72 verbunden sind. Man sollte verstehen, dass andere Verfahren zum Verteilen von Abfeuerungssignalen an die diversen Dünnfilmwiderstände 72 möglich sind, einschließlich einer direkten Treiber- und Digitalsignalcodierung, was das Erfordernis des Demultiplexers 76 überflüssig macht.
Unter Verwendung herkömmlicher lithographischer Techniken ist auf der Oberfläche des Substrats 60 ferner die Barriereschicht 62 gebildet, die eine Schicht aus Photoresist oder einem anderen Polymer sein kann, in der ein Fluidkanal gebildet ist, der die Verdampfungskammern 74 und Plenen 78 umfasst. Die Plenen 78 umfassen einen Raum, in den über die Rillen 64, die in das Band 48 abladiert werden, in 4 gezeigt, Tinte geliefert wird. Wie in 6 veranschaulicht ist, liegt zwischen den Plenen 78 und dem Rand der Barriereschicht 62 eine Barriere vor. Eine Flussbegrenzungseinrichtung in Form von Einschnürungspunkten 80 trennt die Plenen 78 von den Verdampfungskammern 74.
Ein Abschnitt 69 der Barriereschicht 62 isoliert die Leiterbahnen 66 von dem darunter liegenden Substrat 60, wie zuvor unter Bezugnahme auf 5 erörtert wurde.
Um die obere Oberfläche der Barriereschicht 62 an der hinteren Oberfläche des in 4 gezeigten Bandes 48 auf klebende Weise zu befestigen, wird eine dünne Haftmittelschicht 82, z.B. eine ungehärtete Schicht aus Polyisopren-Photoresist, auf die obere Oberfläche der Barriereschicht 62 aufgebracht. Selbstverständlich ist die separate Haftmittelschicht 30 nicht notwendig, wenn die obere Oberfläche der Barriereschicht 62 und die hintere Oberfläche des Bandes 48 auf andere Weise dazu gebracht werden können, aneinander zu haften. Der Einfachheit halber geht die vorliegende Beschreibung davon aus, dass die Haftmittelschicht 82 dazu verwendet wird, die Barriereschicht 62 an das Band 48 anzuhaften, wenn nichts anderes angegeben ist. Die resultierende Substratstruktur wird anschließend bezüglich der hinteren Oberfläche des Bandes 48 dahin gehend positioniert, die Widerstände 72 mit den in dem Band 48 gebildeten Öffnungen auszurichten. Dieser Ausrichtschritt richtet inhärent auch die Elektroden 68 mit den Enden der Leiterbahnen 66 aus. Die Bahnen 66 werden anschließend an die Elektroden 68 gebondet. Dieser Ausricht- und Bondungsvorgang wird unter Bezugnahme auf 23 ausführlicher beschrieben. Die ausgerichtete und gebondete Substrat-/Bandstruktur wird anschließend erhitzt, während Druck ausgeübt wird, um die Haftmittelschicht 82 zu härten und die Substratstruktur fest an der hinteren Oberfläche des Bandes 48 zu befestigen.
7 ist eine vergrößerte Ansicht einer einzigen Verdampfungskammer 74, eines Dünnfilmwiderstands 72, einer einzigen Rille 64 und stumpfförmigen Öffnung 84, nachdem die Substratstruktur der 6 mittels der dünnen Haftmittelschicht 82 an der Rückseite des Bandes 48 befestigt wurde. 7 zeigt einen Querschnitt des Substrats 60 und der Barriereschicht 62, der entlang der Linie B--B in 6 genommen ist. Ebenfalls in 7 gezeigt ist ein Plenum 78 und die Hälfte eines Einschnürungspunktes 80. Im Betrieb fließt Tinte von dem Tintenreservoir 38 in 2 um den Rand des Substrats 60 und um die Barriereschicht 62 durch die Rille 64 in den aus dem Plenum 78 bestehenden Fluidkanal, an dem Einschnürungspunkt 80 und der Verdampfungskammer 74 vorbei, wie durch Pfeile 86 gezeigt ist. Auf eine Versorgung des Dünnfilmwiderstands 72 mit Energie hin wird eine dünne Schicht benachbarter Tinte supererhitzt, was eine explosionsartige Verdampfung bewirkt und was folglich bewirkt, dass ein Tintentröpfchen durch die Öffnung 84 ausgestoßen wird. Die Verdampfungskammer 74 wird anschließend mittels Kapillarwirkung wieder aufgefüllt.
Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Barriereschicht 62, falls sie verwendet wird, eine Dicke von etwa 0,75 bis 1 Millizoll, das Substrat 60 beträgt eine Dicke von etwa 20 Millizoll und das Band 48 beträgt eine Dicke von etwa 2 Millizoll.
8 zeigt eine perspektivische Draufsicht des Bandes 48, das über der Barriereschicht 62 und dem Siliziumsubstrat 60 liegt. In der Barriereschicht 62 sind mehrere Plenen 78 und zugeordnete Verdampfungskammern 74 gezeigt, durch die Dünnfilmwiderstände 72 zu sehen sind. Das Band 48 umfasst stumpfförmige Öffnungen 84 und eine Mehrzahl von Rillen 64, die mit gepunkteten Linien angegeben sind, da sie in dieser Ansicht auf der Unterseite des Bandes 48 liegen. Teile des Bandes 48 sind in 8 weggeschnitten, um die Strukturen in der Barriereschicht 62 und Teile der Struktur der Rillen 64 deutlich zu zeigen.
Wie in 8 gezeigt ist, liegt eine Mehrzahl von Rillen 64 in dem Band 98 über der Struktur des Plenums 78 in der Barriereschicht 62. Da die Tinte durch Rillen 64 an die Plenen 78 geliefert wird, werden mehrere Rillen 64 verwendet, um zu gewährleisten, dass ein ausreichender Vorrat an uneingeschränktem Tintenfluss verfügbar ist. Die Rillen 64 sind jedoch eng, um als Sieb zu fungieren, um vorteilhafterweise zu verhindern, dass Fremdpartikel in das Plenum 78 oder die Verdampfungskammer 74 eindringen. Der Flusswiderstandswert in das Plenum 78 ist viel geringer als der durch den Einschnürungspunkt 80, der als Flusswiderstandsmerkmal fungiert, gelieferte Widerstandswert.
9 ist eine ist eine von oben nach unten erfolgende Draufsicht, die den Rand des Bandes 48 und den Rand der Barriereschicht 62 zeigt, wo das Band 48 über der Barriereschicht 62 liegt. 9 zeigt ferner die Verdampfungskammer 74 und das zugeordnete Plenum 78, die Einschnürungspunkte 80 und den Dünnfilmwiderstand 72, die der Übersichtlichkeit halber in durchgezogenen Linien veranschaulicht sind, obwohl sie unter dem Band 48 liegen. In dem Band 48 befinden sich die Öffnung 84 und eine Mehrzahl von Rillen 64, die der Übersichtlichkeit halber ebenso in durchgezogenen Linien gezeigt sind, obwohl sie auf der Unterseite des Bandes 48 liegen.
Obwohl 9 vier Rillen 64 zeigt, die sich über das Plenum 78 erstrecken, versteht es sich, dass diese Anzahl veranschaulichend ist und dass eine andere Anzahl, z.B. drei bis fünf, verwendet werden kann. Die jeweilige Anzahl von Rillen 64, die bei jedem einzelnen Plenum 78 verwendet werden, hängt von dem Tintenvolumen ab, das zu liefern die Rillen in der Lage sind. Die Rillen 64 sollten an das Plenum 78 ein Tintenvolumen liefern, das ausreichend ist, um eine Wiederauffüllrate von etwa 10 kHz bis 15 kHz, nominell 12 kHz, zu erzeugen. Man sollte verstehen, dass, da die Technologie einen Anstieg der Abfeuerungsrate ermöglicht, das Tintenvolumen, das durch die Rillen 64 geliefert werden muss, entsprechend ansteigen sollte. Das Tintenvolumen, das durch die Rillen 64 geliefert werden kann, hängt selbstver ständlich von der Geometrie der Rillen 64 ab. Die Rillen 64 sind in das Band 48 laserabladiert und weisen einen dreieckigen Querschnitt mit einer maximalen Breite W₆₄ von etwa 10 μm bis 20 μm, nominell 15 μm, und einer Höhe von 25 μm bis 45 μm, nominell 45 μm, auf, wie in 10 gezeigt ist und nachfolgend erörtert wird. Falls gewünscht, können die Rillen 64 einen anderen Querschnitt, z.B. einen rechteckigen Querschnitt, aufweisen, der von dem jeweiligen verwendeten Ablationsprozess abhängig ist, wie nachstehend ausführlicher erörtert wird. Die Rillen 64 sind durch eine Breite W_SEP (SEP = engl. separation; Trennung), die etwa 1,5 μm beträgt, voneinander getrennt. Die Länge L₆₄ der Rillen 64 beträgt etwa 100 μm, kann jedoch variieren. Die Rillen 64 sollten sich um einen Betrag EXT₆₄ in das in 2 gezeigte Tintenreservoir 38 erstrecken, der ausreichend ist, um einen uneingeschränkten Fluss der Tinte in die Rillen 64 zu ermöglichen, etwa 40 μm, dies kann sich jedoch selbstverständlich drastisch ändern, solange Tinte auf uneingeschränkte Weise in die Rillen 64 fließen kann. Die Rillen 64 sollten sich um einen Betrag, der einen uneingeschränkten Fluss der Tinte aus den Rillen 64 heraus ermöglicht, über das Plenum 78 erstrecken. Somit sollten sich die Rillen 64 im Idealfall so weit wie möglich über das Plenum 78 erstrecken. Jedoch sollten die Rillen 64 nicht die Einschnürungspunkte 80 umgehen und sich in die Verdampfungskammer 74 erstrecken, oder die Flusssteuerung der Einschnürungspunkte 80 geht verloren.
Falls gewünscht, kann selbstverständlich eine größere Anzahl von kleiner bemessenen (Breite und Höhe) Rillen 64 dazu verwendet werden, die Partikelausschlussleistungsfähigkeit der Rillen 64 zu verbessern. Jedoch müssen die Rillen 64 in der Lage sein, ein Tintenvolumen zu liefern, das ausreichend ist, um das Plenum 78 mit der gewünschten Rate wieder aufzufüllen. Da jedoch die Abmessungen der nachgelagerten Merkmale, d.h. der Einschnürungspunkte 80, der Verdampfungskammer 74 und der Öffnung 84, größer sind als die Abmessungen des breitesten Teils der Rillen 64, bewirkt je des Partikel, das klein genug ist, um durch eine Rille zu gelangen, keine Behinderung in der nachgelagerten Druckkopfarchitektur.
Der Rand des Plenums 78 ist durch einen Abstand D_SEP von etwa 20 μm von dem Rand der Barriereschicht 62 getrennt. Das Plenum 78 weist eine Breite W₇₈ von etwa 20 bis 40 μm, nominell 27,5 μm, und eine Länge L₇₈ von etwa 65 μm auf. Selbstverständlich können die exakten Abmessungen variieren, solange das Plenum 78 ein Tintenvolumen enthält, das ausreichend ist, um einen uneingeschränkten Tintenfluss durch die Einschnürungspunkte 80 zu der Verdampfungskammer 74 zu liefern. Die Einschnürungspunkte 80 trennen das Plenum 78 μm einen Abstand W₈₀ von etwa 17,5 μm von der Verdampfungskammer 74. Die Spitzen der Einschnürungspunkte 80 bilden eine Apertur mit einer Breite W_open (W_offen) von etwa 20 μm. Die Verdampfungskammer 74 beträgt etwa 45 μm mal 45 μm.
Die Mitte der Öffnung 84 weist einen Abstand D₈₄ von etwa 87,5 μm von dem Rand der Barriereschicht 62 auf. Ferner ist jede Öffnung 84 μm einen Abstand von etwa 85 μm von der nächsten Öffnung 84 getrennt.
10 ist ein Querschnitts-Seitenaufriss, der entlang der Linie C-C in 9 genommen ist und das Band 48, die Barriereschicht 62 und einen Teil des Substrats 60 zeigt. Wie in 10 gezeigt ist, weisen die Rillen 64 in dem Band 48 einen dreieckigen Querschnitt mit einer Höhe H₆₄ auf, die etwa 25 μm bis 45 μm, nominell 45 μm, beträgt.
Da die Druckkopfarchitektur, wie sie in 9 und 10 gezeigt ist, relativ einfach ist, ist die Schelflänge, d.h. der Abstand von dem Widerstand 72 zu dem Rand der Barriereschicht 62, geringer als dies bei herkömmlichen Tintenstrahldruckern anzutreffen ist. Eine geringe Schelflänge, die etwa dieselbe ist wie D₈₄, in 9 gezeigt, ermöglicht die Verwendung eines kleineren Substrats 60. Dadurch, dass das Substrat 60 kleiner gemacht wird, können pro Wafer mehr Substrate gebildet werden, wodurch die Materialkosten pro Substrat gesenkt werden.
Überdies bewirkt die vorliegende Erfindung, dass der ordnungsgemäße Betrieb des Druckkopfes weniger empfindlich in Bezug auf den Vorgang des Abschneidens der Substrate von dem Wafer ist als bei einem herkömmlichen Druckkopf. Bei einem herkömmlichen Druckkopf hat der Abstand zwischen dem Rand der Barriere und dem Rand des Substrats dort, wo sich Kanäle von den Verdampfungskammern zu dem Ende der Barriere erstrecken, eine große Auswirkung auf die Wiederauffüllrate, da die Tinte diese Entfernung zurücklegen muss, bevor sie in die Kanäle in der Barriere eintritt. Somit muss bei einem herkömmlichen Druckkopf der Prozess des Abschneidens des Substrats von dem Wafer extrem präzise sein, um den genauen Abstand zwischen dem Rand der Barriere und dem Rand des Substrats zu gewährleisten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Plenum 78 von dem Rand der Barriereschicht 62 jedoch um einen Abstand D_SEP getrennt und befindet sich über Rillen 64 in Kommunikation mit dem Tintenreservoir, wobei sich die Rillen 64 um einen Abstand EXT₆₄ über den Rand der Barriereschicht 62 hinaus erstrecken. Somit ist die Entfernung, die Tinte durch die Rillen 64 fließen muss, um Zugang zu dem Plenum 78 zu erlangen, immer D_EP, unabhängig von der Position des Randes des Substrats. Folglich ist die Genauigkeit des Substratschneideprozesses für einen ordnungsgemäßen Betrieb, d.h. die Wiederauffüllrate, eines Druckkopfes, der eine Konfiguration gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist, nicht so wichtig.
Da jede Verdampfungskammer 74 Tinte über unabhängig zugeordnete Rillen 64 aufnimmt, sind die Verdampfungskammern 74 ferner voneinander getrennt. Folglich ist ein Übersprechen zwischen Verdampfungskammern 74 praktisch eliminiert.
Durch Vermeiden der Verwendung von Kanälen in der Barriereschicht 62 zwischen dem Tintenreservoir 38 (in 2 gezeigt) und dem Plenum 78 liegt bei der vorliegenden Erfindung überdies zusätzliches Material vor, an dem das Band 48 haften kann. Das zusätzliche Material der Barriereschicht 62, an dem das Band 48 haften kann, verringert vorzugsweise eine unerwünschte Aufspaltung sowie eine unbeabsichtigte Bildung einer Vertiefung des Bandes 48, wenn das Band 48 an der Barriereschicht 62 befestigt wird.
11 ist ein Seitenaufriss, der dem in 10 gezeigten ähnelt, wobei gleich benannte Elemente identisch sind. Jedoch zeigt 11 ein alternatives Ausführungsbeispiel von Rillen, die zwischen dem Band 48 und der Barriereschicht 62 angeordnet sind, so dass Tinte zwischen dem Band 48 und der Barriereschicht 62 fließen darf. Wie in 11 gezeigt ist, sind Rillen 202 in der Barriereschicht 62 angeordnet, wodurch sie die Rillen 64 (in 10 gezeigt) in dem Band 48 ersetzen. Rillen 202 werden unter Verwendung herkömmlicher lithographischer Techniken gebildet und können einen rechteckigen Querschnitt oder einen beliebigen anderen, seitens des lithographischen Prozesses erlaubten geometrischen Querschnitt aufweisen. Die Rillen 202 erstrecken sich von dem Rand der Barriereschicht 62 bis zu dem Plenum 78 und sollten eine Abmessung aufweisen, die ausreichend ist, um eine uneingeschränkte Versorgung des Plenums 78 mit Tinte zu ermöglichen.
12 ist ein Seitenaufriss, der dem in 10 und 11 gezeigten ähnelt, wobei gleich benannte Elemente identisch sind. Wie in 12 gezeigt ist, können Rillen 64 in dem Band 48 in Kombination mit den Rillen 202 in der Barriereschicht 62 verwendet werden. Diese Konfiguration erhöht vorteilhafterweise den Tintenfluss in das Plenum 78 und erhält gleichzeitig dieselben Partikelausschlusseigenschaften aufrecht.
Ferner sollte man verstehen, dass, obwohl die Plenen 78 und die Verdampfungskammern 74 in der vorliegenden Offenbarung als in der Barriereschicht 62 gebildet beschrieben sind, entweder die Plenen 78 oder die Verdampfungskammern 74 oder beide teilweise oder vollständig in dem Band 48 gebildet sein können.
13 mit 16 sind von oben nach unten erfolgende Draufsichten verschiedener exemplarischer Ausführungsbeispiele, die den Rand des Bandes 48 und den Rand der Barriereschicht 62 zeigen, wobei das Band 48 über der Barriereschicht 62 liegt. Wie in 13 gezeigt ist, kann statt einer Mehrzahl von Rillen 64 eine einzelne breite Rille 204 verwendet werden, um Tinte an ein entsprechendes Plenum 78 zu liefern. Die einzelne Rille 204 weist eine Querschnittsabmessung auf, die ausreichend ist, um eine uneingeschränkte Versorgung des Plenums 78 mit Tinte zu ermöglichen. Die Höhe der einzelnen Rille 204 ist ausreichend niedrig, z.B. 5 μm bis 20 μm, um die gewünschten Partikelausschlusseigenschaften aufrechtzuerhalten.
14 veranschaulicht die Verwendung einer einzelnen Rille 206, um Tinte an eine Mehrzahl von Plenen 78 zu liefern. Die Rille 206 kann dazu verwendet werden, Tinte an eine diskrete Anzahl von Plenen 78, z.B. drei, zu liefern, wie in 14 gezeigt ist, oder alternativ dazu kann eine Rille 206 dazu verwendet werden, Tinte an alle Plenen 78, die sich auf einer Seite des Substrats befinden, zu liefern.
15 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel, das die Rille 206 verwendet, um Tinte an ein einzelnes Plenum 208 zu liefern, das einer Anzahl von Verdampfungskammern 74 zugeordnet ist. Das Plenum 208 kann dazu verwendet werden, Tinte an eine diskrete Anzahl von Verdampfungskammern 74, z.B. drei, zu liefern, wie in 15 gezeigt ist, oder das alternative Plenum 208 kann dazu verwendet werden, Tinte an alle auf einer Seite des Substrats angeordneten Verdampfungskammern 74 zu liefern.
16 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Rillen 64 in dem Band 48 in Verbindung mit Querrillen 210 verwendet werden. Die Querrillen 210 werden auf dieselbe Weise wie die Rillen 64 erzeugt. Es kann eine beliebige Anzahl von Querrillen 210 verwendet werden.
17 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Druckkopfarchitektur, wobei ein Abschnitt des Substrats 60, der eine Mittenzufuhrkonfiguration verwendet, gezeigt ist. Wie in 17 gezeigt ist, weist das Substrat 60 ein Mittenzufuhrloch 61 auf, durch das Tinte von dem (in 2 gezeigten) Tintenreservoir 38 zu den Rillen 64 fließt. Die Rillen 64 sind in der Barriereschicht 62 angeordnet, was der Übersichtlichkeit halber in 17 nicht gezeigt ist. Plenen 74 und Verdampfungskammern 78 sind in der Nähe des Mittenzufuhrlochs 61 angeordnet, so dass Tinte, die durch das Mittenzufuhrloch 61 fließt, durch die Rillen 64 in die Plenen 74 fließt. Somit kann die Druckkopfarchitektur eine Mittenzufuhrkonfiguration aufweisen. Das Mittenzufuhrloch 61 kann unter Verwendung herkömmlicher Ätzverfahren auf mechanische oder chemische Weise gebildet werden.
Wie in 11 und 12 beschrieben ist, können die in 13–17 gezeigten Ausführungsbeispiele selbstverständlich auch mit den Rillen in der Barriereschicht 62 erzeugt werden. Falls gewünscht, können die in 13–17 gezeigten Ausführungsbeispiele außerdem alleine oder in Kombination verwendet werden.
18 und 19 zeigen Draufsichten von oben auf die Beziehung zwischen einer Gruppe der Druckkopfarchitektur, wie gezeigt, als Verdampfungskammern 74, mit Plenen 78 und dem Rand der Barriereschicht 62. 18 zeigt die Druckkopfarchitektur in einer versetzten Konfiguration. Die Tinte wird über Rillen 64 an die Plenen 78 und die Verdampfungskammern 74 geliefert (in 9 gezeigt), die in konstantem Kontakt mit dem Tintenreservoir 38 steht (in 2 gezeigt). Wie in 18 gezeigt ist, ist der Rand der Barriereschicht 62 bezüglich der Plenen 78 entsprechend versetzt. Somit beeinflusst der Abstand zwischen den Plenen 78 und dem Rand der Barriereschicht 62 nicht die Häufigkeit, mit der die Verdampfungskammer 74 wieder aufgefüllt werden kann. Bei einer versetzten Konfiguration werden die Widerstände in jeder Verdampfungskammer 74 auf versetzte Weise adressiert. Während sich der Druckkopf also über das Papier bewegt, wird ein entsprechend verzögertes Adresssignal an die Widerstände dazu verwendet, zu bewirken, dass sich die von jeder Verdampfungskammer 74 erzeugten Punkte vertikal miteinander ausrichten, um eine vertikale Linie zu erzeugen. Somit muss lediglich ein Teil der Widerstände gleichzeitig abgefeuert werden, um eine gerade vertikale Linie zu erzeugen, was die Leistungsanforderungen auf vorteilhafte Weise begrenzt.
19 zeigt eine Druckkopfarchitektur in einer geraden Konfiguration, bei der die Plenen 78 einen gleichen Abstand von dem Rand der Barriereschicht 62 aufweisen. Eine Kassette, die einen Druckkopf enthält, der die in 19 gezeigte Architektur aufweist, ist in einer geneigten Orientierung in einem Drucker installiert. Somit befinden sich die Verdampfungskammern 74 in einem Winkel von der Vertikalen, wenn sie in einem Drucker installiert werden, so dass jede Verdampfungskammer 74 relativ zu einer anderen Kammer leicht versetzt ist. Die Widerstände in jeder Verdampfungskammer 74 werden nacheinander adressiert. Somit kann, während sich der Druckkopf über das Papier bewegt, dann ein verzögertes Adresssignal an jeden versetzten Widerstand dazu verwendet werden, zu bewirken, dass sich die von jeder Verdampfungskammer 74 erzeugten Punkte vertikal miteinander ausrichten, um eine vertikale Linie zu erzeugen, was die Leistungsanforderungen auf vorteilhafte Weise begrenzt.
20 zeigt die Druckkassette 18 der 2, wobei die Druckkopfanordnung 42 beseitigt ist, um das Vorsprungsmuster 90 zu enthüllen, das beim Bereitstellen einer Dichtung zwischen der Druckkopfanordnung 42 und dem Druckkopfkörper verwendet wird. Die Vorsprungscharakteristika sind in 20 der Deutlichkeit halber übertrieben. Ferner ist in 20 ein mittiger Schlitz 92 in der Druckkassette 18 zum Ermöglichen, dass Tinte von dem Reservoir 38 zu der hinteren Oberfläche der Druckkopfanordnung 42 fließt, gezeigt.
Das an der Druckkassette 18 gebildete Vorsprungsmuster 90 ist so konfiguriert, dass ein Wulst aus Epoxidhaftmittel, das auf den inneren erhöhten Wänden 94 und über die Wandaperturen 95 und 96 abgegeben ist (um das Substrat zu definieren, wenn sich die Druckkopfanordnung 42 in ihrer Position befindet), eine Tintendichtung zwischen dem Körper der Druckkassette 18 und der Rückseite der Druckkopfanordnung 42 bildet, wenn die Druckkopfanordnung 42 gegen das Vorsprungsmuster 90 in ihre Position gedrückt wird. Andere Haftmittel, die verwendet werden können, umfassen Schmelz-, Silizium-, UV-härtbares Haftmittel und Gemische derselben. Ferner kann auf dem Vorsprung 90 ein strukturierter Haftmittelfilm positioniert werden, im Gegensatz zu einem Abgeben eines Haftmittelwulstes.
Wenn die Druckkopfanordnung 42 der 4 auf dem Vorsprungsmuster 90 in 20 ordnungsgemäß positioniert und nach unten gedrückt wird, nachdem das Haftmittel abgegeben wurde, werden die zwei kurzen Enden des Substrats 60 durch die Oberflächenabschnitte 97 und 98 innerhalb der Wandaperturen 95 und 96 getragen. Die Konfiguration des Vorsprungsmusters 90 ist derart, dass, wenn das Substrat 60 durch die Oberflächenabschnitte 97 und 98 getragen wird, die hintere Oberfläche des Bandes 48 etwas über dem oberen Ende der erhöhten Wände 94 und etwa bündig mit der flachen oberen Oberfläche 99 der Druckkassette 18 ist. Während die Druckkopfanordnung 42 nach unten auf den Vorsprung 90 gedrückt wird, wird das Haftmittel nach unten auseinander gepresst. Von dem oberen Ende der inneren erhöhten Wände 94 aus quillt das Haftmittel in die Rinne zwischen den inneren erhöhten Wänden 94 und der äußeren erhöhten Wand 100 und quillt etwas zu dem Schlitz 92 hin über. Von den Wandaper turen 95 und 96 aus wird das Haftmittel nach innen in die Richtung des Schlitzes 92 gepresst und nach außen zu der äußeren erhöhten Wand 100, was eine weitere Verdrängung des Haftmittels nach außen blockiert. Die Vedrängung des Haftmittels nach außen dient nicht nur als Tintendichtung, sondern kapselt die Leiterbahn in der Nähe des Vorsprungs 90 von unten ein, um die Bahnen vor Tinte zu schützen.
Diese Dichtung, die dadurch gebildet wird, das das Haftmittel das Substrat 60 definiert, ermöglicht, dass Tinte über Rillen 64 von dem Schlitz 92 um die Seiten des Substrats 60 herum und in die Verdampfungskammern 74 fließt, verhindert jedoch, dass Tinte von unterhalb der Druckkopfanordnung 42 heraus tröpfelt. Somit liefert diese Haftmitteldichtung eine starke mechanische Kopplung der Druckkopfanordnung 42 mit der Druckkassette 18, liefert eine Fluiddichtung und liefert eine Bahneinkapselung. Die Haftmitteldichtung ist außerdem leicht zu härten und ermöglicht eine Erfassung von Lecks zwischen dem Druckkassettenkörper und dem Druckkopf, da die Dichtmittellinie ohne weiteres wahrnehmbar ist.
21 zeigt einen Abschnitt der fertiggestellten Druckkassette 18, wobei die Position des darunter liegenden Haftmittels, das die Dichtung zwischen der Druckkopfanordnung 42 und dem Körper der Druckkassette 18 bildet, schraffiert dargestellt ist. Bei 21 befindet sich das Haftmittel allgemein zwischen den gestrichelten Linien, die das Array von Öffnungen 46 umgeben, wobei die äußere gestrichelte Linie 102 etwas innerhalb der Grenzen der äußeren erhöhten Wand 100 in 20 liegt und die innere gestrichelte Linie 104 etwas innerhalb der Grenzen der inneren erhöhten Wände 94 in 20 liegt. Ferner ist gezeigt, wie das Haftmittel durch die Wandaperturen 95 und 96 (20) gepresst wird, um die Bahnen, die zu Elektroden auf dem Substrat führen, einzukapseln.
In 22 ist ein Querschnitts-Seitenaufriss gezeigt, der entlang der Linie D-D in 21 genommen ist, der einen Abschnitt der das Substrat 60 umgebenden Haftmitteldichtung 110 zeigt und das Substrat 60 zeigt, das durch die dünne Haftmittelschicht 82 auf der oberen Oberfläche der Barriereschicht 62, die die Plenen 78 und die Verdampfungskammern 74 enthält (die Einschnürungspunkte 80 sind in dieser Querschnittsansicht nicht gezeigt), auf haftende Weise an einem mittigen Abschnitt des Bandes 48 befestigt ist. Ein Abschnitt des Kunststoffkörpers der Druckkopfkassette 18, einschließlich der in 20 gezeigten erhöhten Wände 94, ist ebenfalls gezeigt. Die Dünnfilmwiderstände 72 sind in den Verdampfungskammern 74 gezeigt.
22 veranschaulicht ferner, wie Tinte 112 von dem Tintenreservoir 38 (in 2 gezeigt) durch den in der Druckkassette 18 gebildeten mittigen Schlitz 92 fließt und um die Ränder des Substrats 60, durch Rillen 64 in dem Band 48 und in die Plenen 78 und Verdampfungskammern 74 fließt. Wenn die Widerstände 72 mit Energie versorgt werden, wird die Tinte in den Verdampfungskammern 74 durch Öffnungen 84 ausgestoßen, wie durch die abgegebenen Tintentropfen 114 veranschaulicht ist.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel enthält das Tintenreservoir zwei separate Tintenquellen, die jeweils eine unterschiedliche Tintenfarbe enthalten. Bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel ist der mittige Schlitz 92 in 22 in zwei Teile geteilt, wie durch die gestrichelte Linie 103 gezeigt ist, so dass jede Seite des mittigen Schlitzes 92 mit einer separaten Tintenquelle kommuniziert. Somit kann das linke lineare Array von Verdampfungskammern dazu gebracht werden, eine Tintenfarbe auszustoßen, während das rechte lineare Array von Verdampfungskammern dazu gebracht werden kann, eine andere Tintenfarbe auszustoßen. Dieses Konzept kann sogar dazu verwendet werden, einen Vier-Farben-Druckkopf zu erzeugen, bei dem ein anderes Tintenreservoir Tinte zu Rillen entlang jeder der vier Seiten des Substrats führt. Somit würde statt des oben erörterten Zwei-Ränder-Zufuhrentwurfs ein Vier-Ränder-Entwurf verwen det, aus Symmetriegründen vorzugsweise unter Verwendung eines quadratischen Substrats.
23 veranschaulicht ein Verfahren zum Bilden der Druckkopfanordnung 42 in 4.
Das Ausgangsmaterial ist ein Polymerband 120 vom Typ Kapton TM oder Upilex TM, obwohl das Band 120 ein beliebiger geeigneter Polymerfilm sein kann, der zur Verwendung bei der nachstehend beschriebenen Vorgehensweise akzeptabel ist. Einige derartige Filme können Teflon, Polyimid, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polyester, Polyamidpolyethylenterephthaiat oder Gemische derselben umfassen.
Das Band 120 ist üblicherweise in langen Streifen auf einer Spule 122 vorgesehen. Perforationslöcher 128 entlang der Seiten des Bandes 120 werden dazu verwendet, das Band 120 auf präzise und sichere Weise zu transportieren. Alternativ dazu können die Perforationslöcher 128 weggelassen werden, und das Band kann mit anderen Arten von Befestigungsvorrichtungen transportiert werden.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Band 120 bereits mit Kupferleiterbahnen 66, z.B. in 4 gezeigt, versehen, die unter Verwendung herkömmlicher Metallaufbringungs- und lithographischer Prozesse auf demselben gebildet sind. Das jeweilige Muster der Leiterbahnen hängt davon ab, wie die Verteilung elektrischer Signale an die auf Siliziumhalbleiterstücken gebildeten Elektroden, die anschließend an dem Band 120 angebracht werden, gewünscht ist.
Bei dem bevorzugten Prozess wird das Band 120 zu einer Laserverarbeitungskammer transportiert und in einem Muster, das durch eine oder mehrere Masken 130 definiert ist, unter Verwendung einer Laserstrahlung 132, beispielsweise derjenigen, die durch einen Excimer-Laser 134 vom Typ F₂, ArF, KrCJ, KrF oder XeCl erzeugt wird, laserabladiert. Die maskierte Laserstrahlung ist durch Pfeile 136 bezeichnet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel definieren derartige Masken 130 alle abladierten Merkmale für einen erweiterten Bereich des Bandes 120, der beispielsweise mehrere Öffnungen 84 und mehrere Rillen 64 einschließt (in 7 gezeigt). Alternativ dazu können Muster, z.B. das Öffnungsmuster und die Rillenmuster oder andere Muster, Seite an Seite auf einem üblichen Maskensubstrat platziert werden, das wesentlich größer ist als der Laserstrahl. Dann können derartige Muster nacheinander in den Strahl bewegt werden. Das bei derartigen Masken verwendete Maskierungsmaterial ist bei der Laserwellenlänge vorzugsweise hochreflektierend und besteht beispielsweise aus einem Mehrschicht-Dielektrikum oder einem Metall wie z.B. Aluminium oder Chrom.
Da die Rillen 64 durch das Band 120 lediglich teilweise abladiert sind, ist der Rillenentwurf in der Maske 130 ein Halbtonentwurf. Somit weist die maskierte Laserstrahlung 136, die die Rillen 64 erzeugt, einen Bruchteil der Intensität der maskierten Laserstrahlung 126 auf, die die Öffnungen 84 erzeugt. Folglich werden die Öffnungen 84 durch das Band 120 vollständig abladiert, und die Rillen 64 werden durch das Band 120 lediglich teilweise abladiert. Das Erzeugen einer Halbtonmaske, um ein Muster in einer gewünschten Tiefe in ein Substrat zu laserabladieren, ist in der Technik hinreichend bekannt.
Alternativ dazu können die Öffnungen 84 und die Rillen 64 durch eine einzige oder mehrere Masken 130 bei unterschiedlichen Laserenergiepegeln in das Band 120 abladiert werden. Somit wäre nach einem Abladieren eines der Merkmale in das Band 120 der Energiepegel des Lasers 134 entsprechend eingestellt, um das gewünschte Muster in der erforderlichen Tiefe in dem Band 120 zu erzeugen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Rillen 64 unter Verwendung von dünnen Schlitzen in der Maske 130 teilweise in das Band 48 abladiert. Die Energiepegel des Lasers 134 werden konstant gehalten, und die Breite der Schlitze in der Maske 130 wird dazu verwendet, die Tiefe der Ablation zu steuern, was eine Rille mit einem dreieckigen Querschnitt erzeugt. Bei einem wieder anderen Ausführungsbeispiel kann die Anzahl von Laserpulsen pro Flächeneinheit verringert werden, um Rillen 64 mit der gewünschten Tiefe in das Band 48 zu abladieren. Falls gewünscht, kann selbstverständlich jegliche Kombination dieser Prozesse oder alternativer Prozesse verwendet werden, um die Rillen zwischen dem Band 48 und der Barriereschicht 62 zu erzeugen.
Bei einem Ausführungsbeispiel definiert eine separate Maske 130 das Muster von Fenstern 52 und 54, die in 2 und 3 gezeigt sind; jedoch werden die Fenster 52 und 54 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel unter Verwendung herkömmlicher lithographischer Verfahren gebildet, bevor das Band 120 den in 23 gezeigten Prozessen unterworfen wird.
Das Lasersystem für diesen Prozess umfasst allgemein eine Strahlenbereitstellungsoptik, eine Ausrichtungsoptik, ein Maskenshuttlesystem einer hohen Präzision und einer hohen Geschwindigkeit sowie eine Verarbeitungskammer, die einen Mechanismus zum Handhaben und Positionieren des Bandes 120 umfasst. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet das Lasersystem eine Projektionsmaskenkonfiguration, bei der eine zwischen der Maske 130 und dem Band 120 angeordnete Präzisionslinse 138 das Licht des Excimer-Lasers in dem Bild des auf der Maske 130 definierten Musters auf das Band 120 projiziert. Die maskierte Laserstrahlung, die aus der Linse 138 austritt, ist durch Pfeile 140 dargestellt.
Eine derartige Projektionsmaskenkonfiguration ist für Öffnungsabmessungen mit hoher Präzision vorteilhaft, da die Maske physisch von dem Düsenbauglied entfernt ist. Bei dem Ablationsprozess entsteht selbstverständlich Ruß, der ausgestoßen wird, wobei er Entfernungen von etwa einem Zentimeter von dem abladierten Düsenbauglied zurücklegt. Befände sich die Maske in Kontakt mit dem Düsenbauglied oder in dessen Nähe, würde eine Anlagerung von Ruß auf der Maske dazu tendieren, abladierte Merkmale zu verzerren und ihre Abmessungsgenauigkeit zu verringern. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich die Projektionslinse mehr als zwei Zentimeter von dem abladierten Düsenbauglied entfernt, wodurch jegliches Ansammeln von Ruß auf demselben oder auf der Maske vermieden wird.
Es ist hinreichend bekannt, dass Ablation Merkmale mitbei verjüngten Wänden erzeugt, die so verjüngt sind, dass der Durchmesser einer Öffnung an der Oberfläche, auf die der Laser einfällt, größer ist, und an der Austrittsoberfläche kleiner ist. Der Verjüngungswinkel kann dazu verwendet werden, die Rillen bis zu der gewünschten Tiefe präzise zu abladieren. Bei Energiedichten, die weniger als etwa zwei Joules pro Quadratzentimer betragen, variiert der Verjüngungswinkel beträchtlich mit Schwankungen der Dichte der optischen Energie, die auf das Düsenbauglied auftrifft. Wenn die Energiedichte ungesteuert wäre, würde der Verjüngungswinkel der erzeugten Öffnungen und Rillen beträchtlich variieren, was zu beträchtlichen Variationen des Durchmessers der Austrittsöffnung und der Tiefe der Rillen führen würde. Derartige Schwankungen würden nachteilige Schwankungen bezüglich der ausgestoßenen Tintentropfenvolumen und der Geschwindigkeit und des Tintenflusses bewirken, wodurch die Druckqualität verringert würde. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die optische Energie des abladierenden Laserstrahls präzise überwacht und gesteuert, um einen einheitlichen Verjüngungswinkel und dadurch einen reproduzierbaren Austrittsdurchmesser zu erzielen. Zusätzlich zu den Vorzügen bezüglich der Druckqualität, die sich aus dem konstanten Öffnungsaustrittsdurchmesser ergeben, ist eine Verjüngung nützlich für den Betrieb der Öffnungen, da die Verjüngung dahin gehend fungiert, die Abgabegeschwindigkeit zu erhöhen und einen fokussierteren Ausstoß von Tinte sowie andere Vorteile zu liefern. Die Verjüngung kann in der Bandbreite von 5 bis 15 Grad relativ zu der Achse der Öffnung liegen. Der hierin beschriebene Prozess des be vorzugten Ausführungsbeispiels ermöglicht eine schnelle und präzise Herstellung ohne ein Erfordernis, den Laserstrahl relativ zu dem Düsenbauglied hin- und herzubewegen. Er erzeugt präzise Austrittsdurchmesser, obwohl der Laserstrahl statt auf die Austrittsoberfläche des Düsenbauglieds auf die Eintrittsoberfläche auftrifft.
Nach dem Schritt der Laserablation wird das Polymerband 120 schrittmäßig bewegt, und der Prozess wird wiederholt. Dies wird als Schritt- und Wiederholung-Prozess bezeichnet. Die Gesamtverarbeitungszeit, die zum Bilden eines einzelnen Musters auf dem Band 120 erforderlich ist, kann in der Größenordnung einiger weniger Sekunden liegen. Wie oben erwähnt wurde, kann ein einziges Maskenmuster eine erweiterte Gruppe von abladierten Merkmalen umfassen, um die Verarbeitungszeit pro Düsenbauglied zu verringern.
Im Vergleich zu anderen Formen des Laserbohrens haben Laserablationsprozesse konkrete Vorteile bezüglich der Bildung von Präzisionsöffnungen und -rillen. Bei der Laserablation werden kurze Pulse von intensivem ultraviolettem Licht in einer aus einer dünnen Oberfläche bestehenden Schicht eines Materials innerhalb etwa 1 Mikrometer oder weniger der Oberfläche absorbiert. Bevorzugte Pulsenergien betragen mehr als etwa 100 Millijoules pro Quadratzentimeter, und Pulsdauern kürzer als etwa 1 Mikrosekunde. Unter diesen Bedingungen unterzieht das intensive ultraviolette Licht die chemischen Bindungen in dem Material einer Photodissoziation. Ferner ist die absorbierte ultraviolette Energie auf ein derartig geringes Materialvolumen konzentriert, dass sie die dissoziierten Fragmente rasch erhitzt und sie aus der Oberfläche des Materials ausstößt. Da diese Vorgänge so rasch ablaufen, ist keine Zeit dafür da, dass sich die Hitze auf das umgebende Material ausbreitet. Folglich wird die umgebende Region nicht geschmolzen oder auf andere Weise beschädigt, und der Umfang von abladierten Merkmalen kann die Form des einfallenden optischen Strahls mit der Präzi sion im Größenbereich von etwa einem Mikrometer reproduzieren.
Laserablationsprozesse weisen ferner im Vergleich zu herkömmlichen lithographischen Galvanoplastikprozessen bezüglich der Bildung von Düsenbaugliedern für Tintenstrahldruckköpfe zahlreiche Vorteile auf. Beispielsweise sind Laserablationsprozesse allgemein kostengünstiger und einfacher als herkömmliche lithographische Galvanoplastikprozessen. Außerdem können Polymerdüsenbauglieder durch Verwendung von Laserablationsprozessen in wesentlich größeren Größen (d.h. mit größeren Oberflächen) und mit Düsengeometrien hergestellt werden, die bei herkömmlichen Galvanoplastikprozessen nicht praktisch sind. Insbesondere können einzigartige Düsenformen dadurch hergestellt werden, dass die Belichtungsintensität gesteuert wird oder dass mehrere Belichtungen mit einem Laserstrahl, der zwischen jeder Belichtung neu orientiert wird, durchgeführt werden. Beispiele einer Vielzahl von Düsenformen sind in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung Seriennummer 07/658,726 mit dem Titel „A Process of Photo-Ablating at Least One Stepped Opening Extending Through a Polymer Material, and a Nozzle Plate Having Stepped Openings", die an die Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen und durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen ist, beschrieben. Ferner können präzise Düsengeometrien ohne Prozesssteuerungen, die so streng sind wie die für Galvanoplastikprozesse erforderlichen, gebildet werden.
Ein weiterer Vorteil des Bildens von Düsenbaugliedern durch ein Laserabladieren eines Polymermaterials besteht darin, dass die Öffnungen oder Düsen ohne weiteres mit verschiedenen Verhältnissen von Düsenlänge (L) zu Düsendurchmesser (D) hergestellt werden können. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das L/D-Verhältnis größer als Eins.
Im Gebrauch weisen laserabladierte Polymerdüsenbauglieder für Tintenstrahldrucker Charakteristika auf, die herkömmli chen, anhand von Galvanoplastik hergestellten Öffnungsplatten überlegen sind. Beispielsweise sind laserabladierte Polymerdüsenbauglieder gegenüber einer Korrosion durch wasserbasierte Drucktinten äußerst resistent, und sie sind allgemein hydrophob. Ferner weisen laserabladierte Polymerdüsenbauglieder einen relativ geringen Elastizitätsmodul auf, so dass eingebaute Spannungen zwischen dem Düsenbauglied und einem zu Grunde liegenden Substrat oder einer zu Grunde liegenden Barriereschicht eine geringere Neigung aufweisen, eine Aufspaltung zwischen Düsenbauglied und Barriereschicht zu bewirken. Außerdem können laserabladierte Polymerdüsenbauglieder ohne weiteres an einem Polymersubstrat befestigt oder mit einem solchen gebildet werden.
Obwohl bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen ein Excimer-Laser verwendet wird, können zum Bewerkstelligen des Ablationsprozesses andere Quellen ultravioletten Lichts mit im Wesentlichen derselben optischen Wellenlänge und Energiedichte verwendet werden. Vorzugsweise liegt die Wellenlänge einer derartigen Quelle ultravioletten Lichts in der Bandbreite von 150 nm bis 400 nm, um bei dem zu abladierenden Band eine hohe Absorption zu ermöglichen. Ferner sollte die Energiedichte bei einer Pulslänge von weniger als etwa 1 Mikrosekunde mehr als etwa 100 Millijoules pro Quadratzentimeter betragen, um eine rasche Abstoßung von abladiertem Material zu erzielen, bei der im Wesentlichen keine Erhitzung des umgebenden Restmaterials erfolgt.
Wie Fachleuten einleuchten wird, können auch zahlreiche andere Prozesse zum Bilden eines Musters auf dem Band 120 verwendet werden. Andere derartige Prozesse umfassen chemisches Ätzen, Stanzen, reaktives Ionenätzen, Ionenstrahlfräsen sowie Formen oder Gießen auf einem photodefinierten Muster.
Ein nächster Schritt in dem Prozess ist ein Reinigungsschritt, bei dem der laserabladierte Abschnitt des Bandes 120 unter einer Reinigungsstation 142 positioniert wird. An der Reinigungsstation 142 wird Schmutz aus der Laserablation gemäß der standardmäßigen industriellen Praxis beseitigt.
Das Band 120 wird anschließend schrittweise zur nächsten Station geführt, die eine Optische-Ausrichtung-Station 144 ist, die in einen herkömmlichen automatischen TAB-Bonder, z.B. einen Innenbonder, der im Handel von Shinkawa Corporation, Modellnummer 1L-20, erhältlich ist, integriert ist. Der Bonder ist mit einem Ausrichtungs-(Ziel-)Muster auf dem Düsenbauglied, das auf dieselbe Weise und/oder in demselben Schritt, die bzw. der zum Erzeugen der Öffnungen verwendet wird, erzeugt wird, und einem Zielmuster auf dem Substrat, das auf dieselbe Weise und/oder in demselben Schritt, die bzw. der zum Erzeugen der Widerstände verwendet wird, erzeugt wird, vorprogrammiert. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Düsenbaugliedmaterial semitransparent, so dass das Zielmuster auf dem Substrat durch das Düsenbauglied hindurch betrachtet werden kann. Anschließend positioniert der Bonder die Siliziumhalbleiterstücke 146 automatisch bezüglich der Düsenbauglieder, um die zwei Zielmuster auszurichten. Ein derartiges Ausrichtungsmerkmal liegt bei dem Shinkawa-TAB-Bonder vor. Diese automatische Ausrichtung des Düsenbaugliedzielmusters mit dem Substratzielmuster richtet nicht nur die Öffnungen präzise mit dem Widerstand aus, sondern richtet inhärent auch die Elektroden auf den Halbleiterstücken 144 mit den Enden der in dem Band 120 gebildeten Leiterbahnen aus, da die Bahnen und die Öffnungen in dem Band 120 ausgerichtet sind und die Substratelektroden und die Heizwiderstände auf dem Substrat ausgerichtet sind. Somit werden alle Muster auf dem Band 120 und auf den Siliziumhalbleiterstücken 146 in Bezug aufeinander ausgerichtet, sobald die zwei Zielmuster ausgerichtet werden. Da die Rillen 64 mit entsprechenden Öffnungen 84 übereinstimmen, werden die Rillen automatisch mit den Plenen 78 ausgerichtet.
Somit wird die Ausrichtung der Siliziumhalbleiterstücke 146 bezüglich des Bandes 120 lediglich unter Verwendung von im Handel erhältlicher Ausrüstung automatisch durchgeführt. Dadurch, dass die Leiterbahnen mit dem Düsenbauglied integriert werden, ist ein derartiges Ausrichtungsmerkmal möglich. Eine derartige Integration verringert nicht nur die Montagekosten des Druckkopfes, sondern verringert auch die Materialkosten des Druckkopfes.
Der automatische TAB-Bonder verwendet anschließend ein Gruppenbondenverfahren, um die Enden der Leiterbahnen durch die in dem Band 120 gebildeten Fenster nach unten auf die zugeordneten Substratelektroden zu drücken. Der Bonder wendet anschließend Hitze an, z.B. durch Verwendung von Thermokompressionsbonden, um die Enden der Bahnen an die zugeordneten Elektroden zu schweißen. Eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der resultierenden Struktur ist in 5 gezeigt. Andere Arten des Bondens können ebenfalls verwendet werden, z.B. Ultraschallbonden von leitfähigem Epoxid, von Lötpaste sowie andere hinreichend bekannte Mittel.
Anschließend wird das Band 120 schrittweise zu einer Hitze-und Druckstation 148 bewegt. Wie zuvor in Bezug auf 6 erörtert wurde, liegt auf der oberen Oberfläche der Barriereschicht 62, die auf dem Siliziumsubstrat gebildet ist, eine Haftmittelschicht 82 vor, falls eine solche verwendet wird. Nach dem oben beschriebenen Bondungsschritt werden anschließend die Siliziumhalbleiterstücke 146 nach unten an das Band 120 gepresst, und Hitze wird angewendet, um die Haftmittelschicht 82 zu härten und die Halbleiterstücke 146 physisch an das Band 120 zu bonden.
Danach wird das Band 120 schrittweise bewegt und wird optional auf die Aufnahmespule 150 aufgenommen. Das Band 120 kann später geschnitten werden, um die einzelnen Druckkopfanordnungen voneinander zu trennen.
Die resultierende Druckkopfanordnung wird anschließend auf der Druckkassette 18 positioniert, und die zuvor beschriebene Haftmitteldichtung 110 in 22 wird gebildet, um das Düsenbauglied fest an der Druckkassette zu befestigen, eine tintendichte Dichtung um das Substrat zwischen dem Düsenbauglied und dem Tintenreservoir zu liefern und um die Bahnen in der Nähe des Vorsprungs einzukapseln, um die Bahnen von der Tinte zu trennen.
Umfangspunkte auf der flexiblen Druckkopfanordnung werden anschließend mittels eines Bondungsprozesses vom herkömmlichen Durchschmelztyp an der Kunststoffdruckkassette 18 befestigt, um zu bewirken, dass das Polymerband 48 weiterhin relativ bündig mit der Oberfläche der Druckkassette 18 abschließt, wie in 2 gezeigt ist.
Im Vorstehenden wurden die Prinzipien, bevorzugten Ausführungsbeispiele und Betriebsmodi der vorliegenden Erfindung beschrieben. Jedoch sollte die Erfindung nicht so ausgelegt werden, als sei sie auf die bestimmten erörterten Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können die oben beschriebenen Erfindungen in Verbindung mit Tintenstrahldruckern verwendet werden, die nicht vom Thermotyp sind, sowie in Verbindung mit Tintenstrahldruckern, die vom Thermotyp sind. Somit sollten die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht als einschränkend, sondern vielmehr als veranschaulichend angesehen werden, und man sollte erkennen, dass durch Fachleute an diesen Ausführungsbeispielen Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die folgenden Patentansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

Ein Drucksystem, das folgende Merkmale aufweist: ein Substrat (60), das eine obere Oberfläche und eine gegenüberliegende untere Oberfläche aufweist und das einen ersten Rand aufweist: ein Tintenreservoir (38); ein Düsenbauglied (48), in dem eine Mehrzahl von Tintenöffnungen (84) gebildet sind, wobei das Düsenbauglied (48) dahin gehend positioniert ist, über der oberen Oberfläche des Substrats (60) zu liegen; eine oder mehrere Rillen (64), die jeder der Mehrzahl von Tintenöffnungen (84) zugeordnet sind, wobei die oder jede Rille (64) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende der oder jeder Rille (64) mit dem Tintenreservoir (38) kommuniziert; eine Mehrzahl von Tintenausstoßelementen (72), die auf der oberen Oberfläche des Substrats (60) gebildet sind, wobei jedes der Tintenausstoßelemente (72) in der Nähe einer zugeordneten der Öffnungen (84) angeordnet ist, um einen Teil von Tinte (114) aus der zugeordneten Öffnung (84) auszuwerfen; eine Mehrzahl von Tintenausstoßkammern (74), wobei jede Tintenausstoßkammer (74) einer der Öffnungen (84) und einem der Tintenausstoßelemente (72) zugeordnet ist; zumindest ein Plenum (78), das den Tintenausstoßkammern (74) und dem zweiten Ende der oder jeder Rille (64) zugeordnet ist und in Kommunikation mit denselben steht, wobei das zumindest eine Plenum (78) lediglich durch die Rille(n) (64) in Kommunikation mit dem Tintenreservoir (38) steht, wobei die Rille(n) (64) ermöglicht beziehungsweise ermöglichen, dass Tinte (112) von dem Tintenreservoir (38) zu dem zumindest einen Plenum (78) fließt; und Flussbegrenzungseinrichtungen (80), die derart positioniert sind, dass die Tinte von dem zumindest einen Plenum (78) durch die Flussbegrenzungseinrichtungen (80) in die Tintenausstoßkammern (74) fließt, um den Öffnungen (84) und den Tintenausstoßelementen (72) nahe zu sein; dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsabmessung der oder jeder Rille (64) geringer ist als die Querschnittsabmessung der Flussbegrenzungseinrichtungen (80), wodurch jegliches Partikel, das klein genug ist, um durch eine Rille zu gelangen, nicht anschließend eine Behinderung in dem Drucksystem bewirkt.
Das Drucksystem gemäß Anspruch 1, bei dem das zumindest eine Plenum (78) und die Mehrzahl von Tintenausstoßkammern (74) in einer Barriereschicht (62) zwischen dem Substrat (60) und dem Düsenbauglied (48) gebildet sind.
Das Drucksystem gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem jeder Tintenausstoßkammer (74) ein Plenum (78) zugeordnet ist und jedem Plenum (78) zumindest eine Rille (64) zugeordnet ist.
Das Drucksystem gemäß Anspruch 3, bei dem jedem Plenum (78) vier Rillen (64) zugeordnet sind.
Das Drucksystem gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die zumindest eine Rille (64) in dem Düsenbauglied (48) gebildet ist.
Das Drucksystem gemäß Anspruch 5, bei dem das Substrat (60) auch einen zweiten Rand aufweist, sich die zumindest eine Rille (64) in Kommunikation mit dem Tintenreservoir (38) befindet, indem sie sich über den ersten Rand des Substrats (60) hinaus erstreckt, wobei das Düsenbauglied (48) zumindest eine zweite in demselben gebildete Rille (64) aufweist, die mit dem Tintenreservoir (38) kommuniziert, indem sie sich über den zweiten Rand des Substrats (60) hinaus erstreckt, um Tinte (112) von dem Tintenreservoir (38) an zumindest ein zweites Plenum (78) zu liefern.
Das Drucksystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen beweglichen Wagen (16) eines Druckers (10) und eine an dem Wagen angebrachte Druckkassette (18) umfasst, wobei das Substrat (60) und das Düsenbauglied (48) an der Druckkassette (18) angebracht sind.