DE69934547T2

DE69934547T2 - Tintentrahldruckkopf mit grossem Silizium-wafer und zugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69934547T2
Application number: DE69934547T
Authority: DE
Inventors: Renato Conta; Franco Fabbri
Original assignee: Telecom Italia SpA
Current assignee: Telecom Italia SpA
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: EP0970812B1; ITTO980592A1; US20020126184A1; US6497470B2; EP0970812A1; DE69934547D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckkopf, der bei Geräten zur Erzeugung von schwarzen und farbigen Abbildungen durch aufeinander folgende Abtastdurchläufe auf einem Druckmedium, üblicherweise, jedoch nicht ausschließlich, einem Papierblatt, unter Verwendung der Thermo-Tintenstrahltechnologie eingesetzt wird, und insbesondere die Betätigungseinrichtung des Kopfes sowie dessen Herstellungsverfahren.
Stand der Technik
Der Aufbau und die allgemeine Arbeitsweise eines Druckkopfs gemäß der Thermotechnologie und insbesondere des „Top-Shooter"-Typs, d.h. bei dem die Tintentröpfchen in einer Richtung senkrecht zur Betätigungseinrichtung ausgestoßen werden, sind aus dem Stand der Technik bereits allgemein bekannt, weshalb hierin nicht näher darauf eingegangen wird und stattdessen in der vorliegenden Beschreibung nur auf diejenigen Merkmale des Kopfes und dessen Herstellungsverfahren näher eingegangen wird, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung von Bedeutung sind.
1 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Betätigungseinrichtung 80 eines monochromatischen Tintenstrahldruckkopfes, bestehend aus einem Die 51 aus einem Halbleitermaterial (üblicherweise Silizium), an dessen Oberseite Widerstände 52 zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, Steuereinrichtungen 53 zum Steuern der Widerstände 52, Kontaktpads 54 zum Anschließen des Kopfes an eine (nicht in den Figuren gezeigte) elektrische Steuerung, ein ohmscher Temperatursensor 65, und Referenzmarkierungen 69 gebildet sind, und der einen Durchgangsschlitz 55 aufweist, entlang welchem die Tinte aus einem nicht in der Figur gezeigten Behälter strömt. Auf der Oberseite des Die ist eine Schicht 60 aus Pho topolymer mit einer Dicke kleiner/gleich 25 μm angebracht, in der unter Verwendung bekannter photolithografischer Techniken mehrere Kanäle 57 und mehrere Kammern 64, die in Übereinstimmung mit den Widerständen 52 positioniert sind, gebildet sind. Über dem Photopolymer 60 ist eine Düsenplatte 61 aufgeklebt, die üblicherweise aus einem goldplattierten Nickel- oder Kaptonblatt mit einer Dicke von 50 μm oder weniger besteht, und die mehrere Düsen 62 aufweist, wobei jede Düse 62 in Übereinstimmung mit einer Kammer 64 angeordnet ist. Beim Stand der Technik beträgt der Durchmesser der Düsen üblicherweise zwischen 10 und 60 μm, wobei deren Mittelpunkte üblicherweise um eine Schrittweite A von 1/150 oder 1/300 Zoll (169 μm oder 84,5 μm) beabstandet sind. Die Düsen 62 sind üblicherweise, jedoch nicht immer, in zwei parallelen Reihen angeordnet, die um einen Abstand B = A/2 versetzt sind, um die Auflösung der Abbildung in Abtastrichtung des Kopfes zu verdoppeln, die demzufolge 1/300 oder 1/600 Zoll beträgt.
Ferner sind in 1 die Achsen x, y und z angegeben, welche die dreidimensionalen Bezugsachsen des Die 51 darstellen.
Das herkömmliche Herstellungsverfahren für die Betätigungseinrichtung wird im Folgenden anhand des Flussdiagramms in 3 kurz beschrieben, beginnend mit einem ersten Schritt 70, bei dem ein Wafer 66 bereitgestellt wird, aus dem die Dice 51 hergestellt werden (2). In einem darauf folgenden Schritt 71 wird der Wafer 66 getestet. In einem Schritt 72 wird der Wafer 66 mit einer Schicht aus Photopolymer, üblicherweise vom Trockenfilm-Typ, beschichtet.
In einem Schritt 73 wird das Photopolymer belichtet, und in einem darauf folgenden Schritt 74 werden die Kammern 64, die mit den Widerständen 52 in einer Linie angeordnet sind, und die Kanäle 57 durch das Entwickeln mittels bekannter Techniken in der Photopolymerschicht 60 gebildet (1). In einem Schritt 75 wird ein Schutz auf den gesamten Wafer aufgebracht, und in einem darauf folgenden Schritt 76 werden die Schlitze 55, durch welche die Tinte zu den Kanälen 57 gelangt, in einem Sandstrahlvorgang geschnitten. In einem Schritt 77 wird der Schutz abgewaschen und eine Sichtprüfung, ob die Komponente noch ganz ist, durchgeführt.
In einem nachfolgenden Schritt 100 werden die Düsenplatten 61 in einer solchen Weise angeordnet, dass die Düsen 62 mit den Kammern 64 ausgerichtet sind, und auf die Dice 51, die zu dem Wafer 66 gehören, geklebt. Anschließend (Schritt 101) wird der Wafer 66 auf einem Klebeband 113 (4) angeordnet, das an einem Rahmen 114 angebracht ist. Die einzelnen Dice 51 werden in einem Schritt 102 durch Schneiden mit einer Diamantscheibe 115, die 50 bis 100 μm dick ist (5), getrennt, werden jedoch durch das Klebeband 113, an dem sie haften, fest in ihren ursprünglichen Positionen gehalten. Der Wasch- und Trockenvorgang erfolgt anschließend (Schritt 103) z.B. unter Verwendung einer Ultratech-Vorrichtung.
In einem Schritt 105 nimmt eine Umsetzvorrichtung der bekannten Art jeden Die 51 von dem Klebeband 113 auf und ordnet ihn mit Präzision (d.h. mit einer Abweichung von weniger als ± 10 μm auf der x-Achse) an einer Ausrichtfläche an. In einem Schritt 104 wird in Form eines kontinuierlichen Bandes eine Vielzahl von Flachkabeln 117 (1) separat zugeführt, wobei jedes ein Fenster 122 mit Fingern 123 aufweist, die an den Kontaktpads 54 der Dice 51, den Geräte-Kontaktpads 121 und den Anschlussbahnen 120, die die Pads 121 mit den Fingern 123 verbinden, angelötet werden. In einem Schritt 107 wird das Flachkabel 117 mit dem Die 51 mit einer Toleranz von ± 5 μm auf der x- und y-Achse ausgerichtet.
In einem Schritt 110 wird ein Ultraschall-Lötkopf über den Kontaktpads 54 des Die 51 in Position gebracht, an denen sämtliche Finger 123 des Flachkabels 117 einer nach dem anderen (Punkt-zu-Punkt TAB) angelötet werden. Die mit den Schritten 105, 107 und 110 einhergehenden Arbeitsvorgänge werden unter Anwendung des sog. band-automatischen Bondverfahrens (Tape Automatic Bonding – TAB) durchgeführt.
In einem nächsten Schritt 111 werden die einzelnen Flachkabel 117 in verschiedene Betätigungseinrichtungen 80 separiert.
Eine Variante nach dem Stand der Technik besteht in der Erzeugung der Düsen direkt an dem Flachkabel (US-Patent 5,278,584), das folglich auch die Funktion der Düsenplatte hat, wie in 6 gezeigt. Das Flachkabel 180 mit Düsen wird auf einem Die 183 angeordnet, bei dem das Zuführen der Tinte von beiden Seiten erfolgt. Folglich sind die Fenster 181, welche die Finger 123 enthalten, senkrecht zu den Enden der Düsenreihen angeordnet.
Mit der fortschreitenden technologischen Entwicklung steigt die Nachfrage nach Köpfen mit einer noch größeren Anzahl an Düsen, um die Anzahl der Abtastdurchläufe zu verringern, die der Kopf benötigt, um eine Seite fertig zu erstellen, und um die Produktivität des Druckers zu verbessern. Um die Anzahl der Düsen zu erhöhen, ist es erforderlich, Dice herzustellen, die noch länger sind und eine kleinstmögliche Breite haben (4-5 mm, sofern dies die mechanischen Erfordernisse zulassen), um den Wafer 66 besser zu nutzen.
Folglich haben die Schlitze 55 eine große Länge (typischerweise, jedoch nicht ausschließlich, größer als 12,5 mm), wodurch die Wahrscheinlichkeit steigt, dass die Dice 51 brechen. Wenn die Düsenplatten (Schritt 100) in herkömmlicher Weise aufgebaut werden, besteht ein hohes Risiko, dass der gesamte Wafer 66 unter der Druckbelastung beim Lötvorgang bricht, was einen erheblichen wirtschaftlichen Schaden zur Folge hat. Auch wenn der Schritt 100 ohne eine Beschädigung erfolgt ist, besteht noch immer ein hohes Risiko, dass die einzelnen Dice 51 bei den anschließenden Bearbeitungsvorgängen brechen, was aufgrund der beträchtlichen Dimensionen der Dice 51 selbst einen erheblichen wirtschaftlichen Schaden zur Folge hat. Bei einer Schrittweite A (siehe 1) von weniger als 1/300 Zoll müssen die Düsenplatten in der Praxis aus Kapton hergestellt werden. Dadurch steigt das Risiko, dass die Dice 51 brechen.
Das US-Patent Nr. 5,367,324 offenbart ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät, das hergestellt wird, indem die Dice auf ein starres Substrat aufgeklebt werden und entlang ihrer gesamten Länge ein Trennschnitt erfolgt, anstatt den Schlitz in einem Sandstrahlvorgang zu schneiden. Die Düsenplatte und die Substrate werden durch einen Klebstoff zusammengehalten.
Das US-Patent Nr. 5,719,605 offenbart ein weiteres Herstellungsverfahren für ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät mit großen Abmessungen.
Das US-Patent Nr. 5,442,384 beschreibt ein Düsenelement für einen Druckkopf, das aus einem flexiblen Band mit leitenden Bahnen und daran geformten Düsen hergestellt ist. Die Düsen werden durch Laserablösung gebildet und die leitenden Bahnen werden auf der Rückseite des Düsenelements gebildet, um sie an die Elektroden eines Substrats, welches Heizelemente enthält, anzuschließen. Der Druckkopf einschließlich der Düsenplatte wird durch das band-automatische Bonden (Tape Automated Bonding – TAB) hergestellt. Insbesondere wird durch einen TAB-Bonder Hitze aufgebracht, um die Enden der Bahnen mit den zugeordneten Substratelektroden zu verschweißen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme, die durch die Gefahr, dass die Dice während der verschiedenen Bearbeitungsschritte der Düsenanordnung eines Tintenstrahldruckkopfs, ob monochromatisch oder farbig, brechen, die durch das Aufkleben der Wafer auf ein starres Substrat, und die durch das Trennen der Dice entlang der gesamten Länge, anstatt den Schlitz in einem Sandstrahlvorgang zu schneiden, bedingt sind, zu lösen.
Es ist eine weitere Aufgabe, die einzelnen Dice, die aufgrund des Schlitzes zerbrechlich sind, mit Vorsicht zu behandeln und nicht der Gefahr des Brechens auszusetzen, wenn sie an einem Teil des Trägermaterials kleben bleiben.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, Widerstände unter dem Substrat derart zu bilden, dass der Lötvorgang der Düsenplatten an den Dice schneller erfolgen kann, wobei die lokale Erhitzung und die Löttemperatur durch einen Sensor gesteuert werden.
Eine weitere Aufgabe ist die Verbesserung der Wärmeableitung der Betätigungseinrichtung unter Ausnutzung der Wärmeleitfähigkeit des Substrats.
Eine weitere Aufgabe ist die Verkürzung der Wiederauffüllzeit der Kammer nach dem Ausstoßen des Tintentröpfchens, da die Kante des Trennschlitzes, der mit einer Diamantscheibe gebildet wird, präziser als die Kante des Schlitzes ist, der durch Sandstrahlen gebildet wird, so dass dieser in einem geringeren Abstand zu den Widerständen gebildet werden kann.
Die zuvor genannten Aufgaben werden durch einen Tintenstrahldruckkopf mit einem Siliziumwafer mit großen Abmessungen und dem dazugehörigen Herstellungsverfahren, wie in den Ansprüchen festgelegt, gelöst.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform durch ein nicht einschränkendes Beispiel anhand der dazugehörigen Zeichnungen, in denen:
1 eine vergrößerte Ansicht einer Betätigungseinrichtung zeigt, die gemäß dem Stand der Technik hergestellt ist;
2 einen Wafer aus Halbleitermaterial zeigt, der noch nicht separierte Dice enthält;
3a den Ablauf des ersten Teils des herkömmlichen Herstellungsverfahrens für die Betätigungseinrichtung in 1 zeigt;
3b den Ablauf des zweiten Teils des herkömmlichen Herstellungsverfahrens für die Betätigungseinrichtung in 1 zeigt;
4 den Wafer in 2 zeigt, der auf einem Klebeband befestigt ist;
5 den Trennvorgang der Dice in 2 unter Verwendung einer Diamantscheibe schematisch zeigt;
6 ein mit Düsen versehenes Flachkabel des bekannten Typs zeigt;
7 eine Betätigungseinrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
8 einen Widerstand zeigt, der mittels Siebdruck auf einer Fläche eines Substrats aufgedruckt ist, das Teil der Betätigungseinrichtung in 7 ist;
9a den Ablauf des ersten Teils des Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung für die Betätigungseinrichtung in 7 zeigt;
9b den Ablauf des zweiten Teils des Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung für die Betätigungseinrichtung in 7 zeigt;
10 ein mit Voreinschnitten und Schlitzen versehenes Substrat zeigt;
11 mehrere Widerstände zeigt, die mittels Siebdruck auf einer zweiten Fläche des Substrats in 10 aufgedruckt sind;
12 den Vorgang des Verteilens des Klebstoffs auf der ersten Fläche des Substrats in 10 schematisch zeigt;
13 den Wafer gemäß der Erfindung zeigt, bei dem die Dice getrennt wurden;
14 zeigt, dass die Dice teilweise an dem Substrat in 10 befestigt sind;
15 den Vorgang des Aufklebens des Trägers in 10 auf ein Klebeband schematisch zeigt;
16 den Vorgang des Bildens eines Trennschnitts an den Dice mittels einer Diamantscheibe schematisch zeigt;
17a eine Teilbauanordnung zeigt, die aus dem Die, der auf einem Trägerwafer aufgeklebt ist, der durch Fragmentierung des Substrats in 10 erzeugt wurde;
17b eine Draufsicht derselben Teilbauanordnung in 17a ist, die die Bereiche zeigt, die zur Aufnahme des Klebstoffs dienen, der die Enden des Trennschlitzes abdichtet.
18 ein Flachkabel mit Düsen gemäß der Erfindung zeigt;
19 den Ablauf des Herstellungsverfahrens für die Betätigungseinrichtung in 7a gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
20 Düsenplatten gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, die auf die Dice aufgeklebt sind; und
21 eine Betätigungseinrichtung eines Farbdruckkopfs gemäß der Erfindung zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
7 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Betätigungseinrichtung 81 eines monochromatischen Tintenstrahldruckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung. Da sie bereits bekannt sind und die Erfindung nicht unmittelbar betreffen, werden die anderen Teile des Kopfes zum Zwecke der Vereinfachung weggelassen. Die Betätigungseinrichtung 81 umfasst insbesondere:

– eine Trägerplatte 166;
– einen Die 58;
– eine Schicht aus Photopolymer 60';
– ein Flachkabel mit Düsen 130.

Die Trägerplatte 166, die vorzugsweise eine Dicke von zwischen 0,6 und 1 mm aufweist, besteht vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, aus Keramik; sie weist einen Durchgangsschlitz 162 und eine erste Fläche 168 auf.
Der Die 58 ist in zwei spiegelbildlich im Wesentlichen identische Halb-Dice 174' und 174'' unterteilt, zwischen denen ein Trennschnitt 173 verläuft, der den Schlitz 55 ersetzt. Der Die 58 hat, wie der Die 51 in 1, die Widerstände 52, die Steuereinrichtungen 53, die Kontaktpads 54 sowie den ohmschen Temperatursensor 65.
Die Schicht 60' aus Photopolymer ist ebenfalls in zwei Teile unterteilt und über dem Die 58 angeordnet. Wie die Photopolymerschicht 60 in 1 weist sie mehrere Kanäle 57 und mehrere Kammern 64 auf, die in Übereinstimmung mit den Widerständen 52 angeordnet sind.
Das Flachkabel mit Düsen 130 besteht üblicherweise, jedoch nicht ausschließlich, aus einer Kaptonplatte mit einer Dicke von weniger oder gleich 50 μm, trägt die mehreren Düsen 62 und ist auf das Photopolymer 60' aufgeklebt.
Darüber hinaus sind in 7 die x-, y- und z-Achsen angegeben, die die dreidimensionalen Bezugsachsen des Die 58 darstellen.
8 zeigt eine zweite Fläche 169 der Platte 166, auf welcher ein Widerstand 164 aus Rutheniumoxid oder dergleichen vollständig um den Schlitz 162 herum angeordnet ist und zwei Kontaktpads 163 aus AgPd oder dergleichen, die mit den Enden des Widerstands 164 verbunden sind, beispielsweise mittels Siebdruck oder Vakuumverdampfung aufgebracht sind.
9a zeigt den ersten Teil des Flussdiagramms des Herstellungsverfahrens für den Kopf der Erfindung gemäß einer Ausführungsform. Die Schritte 101', 102' und 103' erfolgen in derselben Weise wie die Schritte 101, 102 und 103 des bekannten Verfahrens. In dem Schritt 101' wird ein Wafer 68, der die Dice 58 enthält, auf das Klebeband 113 aufgebracht.
Die einzelnen Dice 58 werden in dem Schritt 102' durch den Schnitt, der mit der Diamantscheibe 115 erfolgt, separiert und durch das Klebeband 113, an dem sie haften, fest in ihren ursprünglichen Positionen gehalten. Das Waschen und Trocknen erfolgt anschließend in dem Schritt 103'.
13 zeigt, wie ein Wafer 68, aus dem die Dice 58 hergestellt werden, an dem Klebeband 113 haftet, das von einem Rahmen 114 getragen wird. Die vergrößerte Ansicht zeigt den einzelnen Die 58, bevor er in zwei Halb-Dice 174' und 174'' geteilt wird, wobei der Bereich 167, der von Komponenten, Bahnen, Widerständen, Kanälen etc. vollständig frei bleiben muss, durch gestrichelte Linien angegeben ist.
Parallel dazu (Schritt 133 in 9a) und unter Verwendung bekannter Technologien wird ein Substrat 160 (10) bereitgestellt, das vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, aus Keramik besteht, zwischen 0,6 und 1 mm dick ist und eine erste Seite Fläche' mit einem orthogonalen Schnittraster aufweist, das im Folgenden als "Voreinschnitt" 161 bezeichnet wird und das Schrittweiten in x- und y-Richtung vorzugsweise von 0,2–0,5 mm größer als die entsprechenden Schrittweiten der Dice 58 an dem Wafer 68 hat.
Der Träger 160 weist ebenfalls mehrere Schlitze 162 auf, die unter Verwendung herkömmlicher Techniken hergestellt sind, wobei sich jeder Schlitz 162 im Wesentlichen in der Mitte eines jeden entsprechenden Rechtecks 166, das durch den Voreinschnitt 161 abgegrenzt ist, befindet. Jeder Schlitz 162 ist im Wesentlichen rechteckförmig mit einer ersten Abmessung L1 von in etwa 0,2 mm länger als die Breite eines Schnitts in dem Siliziumdie, der im Folgenden genauer dargestellt ist, und einer zweiten Abmessung L2, die durch den folgenden Ausdruck: L2 = A × (N – 1) + B + D + Cerhalten wird, wobei – in Bezug auf 1–A die Schrittweite zwischen den Düsen angibt, N die Anzahl der Düsen in einer Reihe angibt, B den Versatz zwischen den Reihen angibt, D den Durchmesser einer Düse angibt, und wobei der Ausdruck C entsprechend einem Wert vorzugsweise von zwischen 0,2 und 0,5 mm hinzuaddiert wird, um einen größeren Tintenstrom zu den Düsen, die sich an den Enden der Reihen befinden, sicherzustellen.
In einem nachfolgenden Schritt 144 werden auf einer zweiten Seite 169' des Substrats 160 (11) mehrere Kontaktpads 163 und die mehreren Widerstände 164 um jeden Schlitz 162 herum durch Siebdruck aufgebracht.
Im Schritt 136 wird eine kontinuierliche Wulst 165 aus Epoxydkleber (12) auf die erste Fläche 168' des Trägers 160 mittels bekannter Technologien, wie z.B. Siebdruck, die Verwendung einer offline betriebenen Nadel, oder die Verwendung einer Vorformspritze mit einem durch eine Schablone extrudierten Kleber, der selbsttätig unterbrochen wird, aufgetragen. Die Wulst 165 muss kontinuierlich sein, um zu verhindern, dass Tinte während des Betriebs ausläuft, und er muss in einer gleich bleibenden Dicke verteilt werden, um eine gleichmäßige mechanische Halterung und Wärmeleitung zwischen dem Die 58 und dem Träger 160 zu bilden.
In dem Schritt 137 wird ein Die 58 unter Verwendung einer bekannten Umsetzvorrichtung von dem Klebeband 113 abgenommen.
In dem Schritt 141 bewegt sich der Umsetzer über den Träger 160, richtet sich selbst aus und legt den Die 58 ab; der Die 58 wird dann gegen die Klebstoffwulst 165 gedrückt. Der erste Die 58, der aufgenommen und auf dem Träger 160 angeordnet wurde, ist mit dem Schlitz 162 mit einer Toleranz von ± 50μm auf der x- und y-Achse 162 ausgerichtet und wird als Referenz verwendet. Die Referenzmarkierungen 69 der Dice 58, die dann aufgebracht werden, werden mit den Markierungen 69 des ersten Die 58 mit einer Toleranz von ± 10μm auf der x-Achse ausgerichtet.
14 zeigt den Träger 160, auf den ein Teil der Dice 58 aufgeklebt wurde. In einem Schritt 142 erfolgt die Befestigung des Die 58 an dem Träger 160 durch das Aushärten der Klebstoffwulst 165 unter Verwendung bekannter Technologien.
In einem darauf folgenden Schritt 145 wird der Träger 160 auf ein Klebeband 170 (15) geklebt, das von einem Rahmen 171 getragen wird. In dem Schritt 143 erfolgen die Trennschnitte 173 (16) an den Dice 58 mittels einer Diamantscheibe 172 mit einer Dicke vorzugsweise von zwischen 100 und 300 μm, durch die ein einziger Schnitt durch die gesamte Säule der Dice 58 in Richtung der y-Achse bei einer geringen Vorschubgeschwindigkeit erfolgt. Durch die präzise Ausrichtung entlang der x-Achse, die bei Schritt 141 erfolgt, wird sichergestellt, dass die Schnitte 173 sämtlicher Dice 58 einer Säule im richtigen Abstand von den Widerständen 52 durchgeführt werden. Die Halb-Dice 174' und 174'' bleiben ausgerichtet, da sie an dem Träger 160 haften. In einem anschließenden Schritt 146 wird der Träger 160 entlang der Schnittlinien der Voreinschnitte 161 gebrochen, so dass die einzelnen Teilbauanordnungen 175 erhalten werden (17a), die aus den einzelnen Trägerplatten 166, an denen die Halb-Dice 174' und 174'', die durch den Trennschnitt 173 voneinander separiert wurden, kleben. In der Draufsicht der Teilbauanordnung 175 (17b) sind die Bereiche 178, die zur Aufnahme des Klebers zur Endabdichtung des Trennschnitts 173 vorgesehen sind, schraffiert.
Im Folgenden werden die nächsten Arbeitsschritte anhand der 9b beschrieben. In dem Schritt 147 wird das Klebeband 170 gedehnt, woraufhin die Teilbauanordnungen noch immer an dem Klebeband haften, jedoch einen Abstand von 0,2–0,5 mm haben.
In einem Schritt 149 wird eine Vielzahl von Flachkabeln mit Düsen 130 in Form eines kontinuierlichen Bands separat zugeführt (18). Das Flachkabel 130 hat Düsen 62 und übernimmt auf diese Weise auch die Funktion der Düsenplatte. Es weist darüber hinaus die Finger 123, die sich in entsprechenden Fenstern 132 befinden, und Schlitze 131, die zur Aufnahme des Klebers dienen, der die Enden des Trennschnitts 173 abdichtet, auf.
Für die Verwendung des Flachkabels 130, das die Funktion der Düsenplatte übernimmt, ist eine Technik zur Befestigung an der Teilbauanordnung 175 erforderlich, die in den folgenden Schritten beschrieben wird.
An der TAB-Maschine wird die Teilbauanordnung 175 von dem Klebeband 113 abgenommen und an einer Ausrichtfläche angeordnet (Schritt 150); das Flachkabel mit den Düsen 130 wird mit der Teilbauanordnung 175 ausgerichtet (Schritt 151) und die Finger 123 werden an den Kontaktpads des Die 154 angelötet (Schritt 110'). In einem nächsten Schritt 152 wird das Flachkabel 130 auf die Teilbauanordnung 175 geklebt. Dies erfolgt durch das Aufbringen eines Drucks auf das Flachkabel unter Verwendung einer Isostatikpresse des bekannten Typs, während gleichzeitig die Teilbauanordnung 175 unter Verwendung des Widerstands 164, der sich auf der Seite 169 der Trägerplatte 166 befindet, erhitzt wird, während die Temperatur des Lötzyklus von einem Sensor 65, der bereits an dem Die 58 zur Durchführung der bekannten Temperatursteuerungsfunktion während des Betriebs des Kopfes vorhanden ist, erfasst wird. Dadurch kann der Klebevorgang viel schneller und unter besser kontrollierten Temperaturbedingungen erfolgen, da das Erhitzen unter Verwendung des Sensors 65 zur Rückführung ohne zusätzliche Kosten dosiert wird.
In dem Schritt 153 werden die Enden des Trennschnitts 173 durch das Verteilen eines Epoxydklebers mit hoher Viskosität oder ähnlichem in den Bereichen 178 (siehe 17b) durch die Schlitzte 131 des Flachkabels 130 dicht verschlossen. In dem Schritt 154 wird der Klebstoff durch UV-Strahlen vorpolymerisiert, und in dem Schritt 155 wird er thermisch polymerisiert.
In einem folgenden Schritt 111' werden die einzelnen Flachkabel 130 in verschiedene Betätigungseinrichtungen 81 unterteilt.
Eine erste Variante der bevorzugten Ausführungsform besteht darin, dass die Kontaktpads 163 und die Widerstände 164 hergestellt werden, bevor die Schlitze 162 gebohrt werden. In dem Schritt 133 wird ein Substrat ohne die Schlitze bereitgestellt. Es folgt der Schritt 144, bei dem die Kontaktpads 163 und die Widerstände 164 gebildet werden. Als nächstes werden die Schlitze 162 mittels eines CO₂-Lasersschneiders gebohrt und die Voreinschnitte 161 hergestellt.
Bei einer zweiten Variante der bevorzugten Ausführungsform erfolgt, nachdem die Dice 58 auf den Träger 160 geklebt wurden, anstelle des Trennschnitts 173, das Bohren der Schlitze 55 durch Sandstrahlen durch die Schlitze 162, die bereits in dem Träger 160 gebildet sind. Bei diesem Verfahren kann jeder Schlitz 55 sehr nahe an den Endkanten des Die 58 ohne irgendeine Bruchgefahr gebildet werden, da der Sandstrahl von dem Schlitz 162 in dem Träger 160 geführt wird. Dadurch ist ein besseres Zuführen der Tinte zu den Enddüsen während des Betriebs möglich.
Eine dritte Variante der bevorzugten Ausführungsform besteht darin, dass der gesamte Wafer 68 auf den Träger 160 als Referenz geklebt wird, während das Separieren der Dice 58 entlang der y-Achse mit dem Schleifrad 115 und der Trennschnitt 173 mit dem Schleifrad 172 hintereinander in einem einzigen Bearbeitungsvorgang erfolgen.
Zweite Ausführungsform
Diese Ausführungsform der Betätigungseinrichtung des Druckkopfes gemäß der Erfindung unterscheidet sich von der bevorzugten Ausführungsform darin, dass das Flachkabel mit Düsen 130 durch die Düsenplatte 125, die die Düsen 62 und zwei Schlitze 126 (in 20 zu sehen) aufweist, und durch das Flachkabel 117 (in 1 zu sehen) ersetzt wird. Darüber hinaus werden der Widerstand 164 und die Kontaktpads 163 nicht auf der Seite 169 des Trägers 166 gebildet. Diese Ausführungsform entspricht, mit Ausnahme des Schritts 144, den Schritten der bevorzugten Ausführungsform bis zum Schritt 143 (9a), bei dem der Trennschnitt 173 in der Mitte der Dice 58 erfolgt. Anschließend werden die Düsenplatten 125 mittels der erhitzten Isostatikpresse bekannter Art (Schritt 176, 19) auf die Dice 58 geklebt. Danach wird das Substrat 160 (Schritt 146) fragmentiert und das Klebeband 170 gedehnt (Schritt 147). In dem Schritt 104 wird das gespulte Flachkabel 117, welches das Fenster 122 aufweist, zugeführt. Die Schritte 150, 151 und 110, die bereits für die bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurden, werden an der TAB-Linie durchgeführt. Das Verfahren wird mit dem Schritt 153 und folgende fortgesetzt, wie in Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform (9b) beschrieben.
Bei einer ersten Variante dieser Ausführungsform wird der gesamte Wafer 68 auf den Träger 160 geklebt, während das Separieren der Dice 58 entlang der y-Achse mit dem Schleifrad 115 und der Trennschnitt 173 mit dem Schleifrad 172 nacheinander in einem einzigen Bearbeitungsvorgang erfolgen.
Selbstverständlich können die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch bei der Herstellung eines Farbkopfs unter Verwendung von drei oder mehreren monochromatischen Tinten verwendet werden, um ein großes Farbspektrum zu erzielen. Für die Beschreibung der Herstellung des Farbkopfes wird, jedoch nicht ausschließlich, auf die bevorzugte Ausführungsform des monochromatischen Kopfes Bezug genommen. Die Betätigungseinrichtung 210 des Farbkopfes umfasst die folgenden Teile (21):

– einen Wafer 211, in dem drei getrennte Schlitze 212 gebildet sind;
– einen Die 213, der in zwei Halb-Dice 218' und 218'' unterteilt ist, wobei in jedem drei Gruppen von Widerständen 214 gebildet sind;
– ein Flachkabel 215, das drei Gruppen von Düsen 217, zwei Endschlitze 216, in die der Kleber eingeführt wird, der die Enden des Trennschnitts 173 dicht verschließt, und zwei Zwischenschlitze 216', in die der Kleber eingeführt wird, der die verschiedenen Farbtinten trennt, aufweist.

Das Herstellungsverfahren für den Farbkopf entspricht dem Verfahren, das bereits für die bevorzugte Ausführungsform beschrieben wird und in dem Flussdiagramm der 9a bis 9b gezeigt ist, wobei die Trägerplatte 166, der Die 58 und das Flachkabel mit Düsen 130, d.h. die Teile des monochromatischen Kopfes, durch die Trägerplatte 211, den Die 213 und das Flachkabel 215 ersetzt werden. In dem Schritt 153 werden die Endschlitze 216 und die Farbtrennschlitze 216' mit Klebstoff abgedichtet.
Im Allgemeinen ist, wenn M die Anzahl der verschiedenen von dem Kopf verwendeten Tinten ist, die Anzahl der Zwischenschlitze 216' gleich M-1.
Wenn zwei Tinten verwendet werden (z.B. Grafikschwarz und Textschwarz), ist ein einziger Zwischenschlitz 216' erforderlich;
wenn vier Tinten verwendet werden (z.B. Gelb, Magenta, Zyan und Textschwarz), sind drei Zwischenschlitze 216' erforderlich;
wenn fünf Tinten verwendet werden (z.B. Gelb, Magenta, Zyan, Grafikschwarz und Textschwarz), sind vier Zwischenschlitze 216' erforderlich;
wenn sechs Tinten verwendet werden (z.B. drei starke Farben und drei schwache Farben), sind fünf Zwischenschlitze 216' erforderlich.
Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Betätigungseinrichtung des Farbkopfes ähnlich wie die zuvor für die Betätigungseinrichtung des monochromatischen Kopfes beschriebenen Varianten und Ausführungsformen aufgebaut sein kann.

Claims

Thermo-Tintenstrahldruckkopf zum Ausstoßen von Tintentröpfchen auf ein Druckmedium durch mehrere Düsen (62), aufweisend: – einen Die (58) aus Halbleitermaterial, der Einrichtungen (52) zum Ausstoßen der Tintentröpfchen umfasst, wobei der Die (58) eine im Wesentlichen rechteckförmige Form mit einer größeren und einer kleineren Seite hat, – einen Behälter, der Tinte enthält, und – ein Substrat (166), das mit einem Schlitz (162) versehen ist und eine erste Fläche (168) und eine zweite Fläche (169) hat, wobei der Die (58) an der ersten Fläche (168) des Substrats (166) angebracht ist und darüber hinaus in zwei im Wesentlichen symmetrische Teile (174', 174'') durch einen Trennschnitt (173) unterteilt ist, der parallel zur größeren Seite verläuft, wobei der Schlitz (162) in Übereinstimmung mit dem Trennschnitt (173) angeordnet ist, und wobei der Behälter an der zweiten Fläche angebracht ist und mit dem Schlitz (162) und mit dem Trennschnitt (173) in Fluidverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin aufweist: – ein Flachkabel (130), das mehrere Düsen (62) hat, durch welche die Tintentröpfchen ausgestoßen werden, wobei das Flachkabel (130) an dem der Die (58) angebracht ist, – einen Widerstand (164), der auf die zweite Fläche (169) des Substrats (166) gegenüberliegend der ersten Fläche (168), an welcher der Die (58) angebracht ist, aufgebracht ist, wobei der Widerstand (164) um den Schlitz (162) herum angeordnet ist und zum Erhitzen des Die (58) und des Flachkabels (130) in dem Bereich, in dem sie miteinander verbunden sind, vorgesehen ist.
Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (166) aus einem Träger aus elektrisch isolierendem Material besteht.
Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (166) aus einem Träger aus elektrisch leitendem Material besteht.
Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (166) aus einem Träger aus Halbleitermaterial besteht.
Druckkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (166) aus einem Träger aus Keramik besteht.
Druckkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (166) aus einem Träger aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht.
Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin einen Temperatursensor (65) aufweist, der auf dem Die angeordnet ist, wobei der Temperatursensor (65) zur Erfassung der Temperatur der Lötverbindung zwischen dem Flachkabel (130) und dem Die vorgesehen ist, um die von dem Widerstand erzeugte Wärme zu steuern.
Druckkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (65) parallel zu den Einrichtungen (52) zum Ausstoßen von Tintentröpfchen angeordnet ist, um die Temperatur der Ausstoßeinrichtungen während des Betriebs des Druckkopfes zu erfassen.
Druckkopf nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend ein Flachkabel (130), welches Einrichtungen (123) zum Verbinden des Die (58) mit einer elektronischen Steuerung umfasst.
Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (164) durch Dickschicht-Technologie hergestellt ist.
Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (164) durch Dünnschicht-Technologie hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes, aufweisend die folgenden Schritte: – Zurverfügungstellen eines Substrats, das mit einem Schlitz (162) versehen ist und eine erste Fläche (168) und eine zweite Fläche (169) gegenüberliegend der ersten Fläche (168) aufweist, – Zurverfügungstellen eines Behälters, der Tinte enthält, – Zurverfügungstellen eines Die (58) aus Halbleitermaterial, der Einrichtungen (52) zum Ausstoßen von Tröpfchen umfasst, – Anbringen des Die (58) an der ersten Fläche (168), – Unterteilen des Die (58) in zwei im Wesentlichen symmetrische Teile durch einen Trennschnitt (173) in Übereinstimmung mit dem Schlitz (162) in dem Substrat (166), – Anbringen des Behälters an der zweiten Fläche (169) des Substrats (166), so dass der Behälter mit dem Schlitz (162) und mit dem Trennschnitt (173) in Fluidverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin die folgenden Schritte aufweist: – Aufbringen eines Widerstandes (164) auf die zweite Fläche (169) des Substrats (166), – Zurverfügungstellen eines Flachkabels (130) mit mehreren Düsen (62), durch welche die Tintentröpfchen ausgestoßen werden, und Verkleben des Flachkabels (130) an dem Die (58) mittels der Wärme, die durch den Widerstand (164) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Flachkabel (130) Mittel (123) zum Verbinden des Die (58) mit einer elektronischen Steuerung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Widerstand durch Siebdruck auf die zweite Fläche (169) des Substrats (166) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Die Kontaktpads (54) umfasst, um den Druckkopf an die elektronischen Steuerung anzuschließen, und der Schritt des Verbindens des Flachkabels (130) mit dem Die (58) das Löten der Mittel (123) umfasst, um das Flachkabel (130) mit dem Die (58) an den Kontaktpads (54) zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Die (58) einen Temperatursensor (65) umfasst, und das Verfahren weiterhin den Schritt des Erfassens, durch den Temperatursensor (65), der Temperatur des Lötzyklus umfasst, um die Erwärmung durch den Widerstand zu erfassen.