JP2007536741A - フレキシブルプリントヘッド回路 - Google Patents

Abstract

プリントヘッドアセンブリ内で使用するための、プリントヘッド本体を外部回路に接続するためのフレキブル回路は、導電材料の１個以上の層を有し、プリントヘッド本体のトップ表面に実質的に平行なトップ表面を有する実質的な平面部を含む。１個以上の集積回路は、平面部に実装され得る。複数のリード線は、各集積回路から延び、リード線は、プリントヘッド本体に電気的に接続される。１個以上のアームは、平面部に付着され、また平面部に実質的に垂直であり、各アームは、外部回路に接続するように構成された１個以上の外部コネクタを含む。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、係属中の米国仮特許出願第６０／５６７，９２５号、（発明の名称「Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｈｅａｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ」、２００４年５月３日出願）に対する優先権を主張するものである。

以下の説明は、プリントヘッドアセンブリ内のフレキシブル回路に関する。

インクジェットプリンタは、通常インク供給部から、インク滴が放出されるノズル開口部を含むインクノズルアセンブリまでのインク通路を含む。インク滴放出は、たとえば、圧電ディフレクタ、熱バブルジェット（登録商標）発生器または静電気的に偏向される素子であり得るアクチュエータでインク通路内のインクを加圧することによって制御され得る。通常プリントヘッドは、一連のノズル開口部を有し、そのノズル開口部はインク通路の対応するアレイおよび関連のアクチュエータを有し、各ノズル開口部からの滴放出は、独立して制御され得る。いわゆる、「ドロップオンデマンド（ｄｒｏｐ−ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）」プリントヘッドにおいては、プリントヘッドおよびプリンティング媒体が互いに相対的に動く間、各アクチュエータは、イメージの特定のピクセル位置で選択的に滴を放出するように発射される。高性能プリントヘッドにおいては、ノズル口は通常５０マイクロメートル以下（たとえば、２５マイクロメートル）の直径を有し、１インチ当たり１００〜３００個のノズルの間隔を空けて置かれ、約１〜７０ピコリットル（ｐｌ）以下の滴サイズを提供する。滴放出周波数は、通常１０ｋＨｚ以上である。

プリントヘッドは、たとえば、Ｈｏｉｓｉｎｇｔｏｎらによる特許文献１に記載されたプリントヘッドの半導体プリントヘッド本体および圧電アクチュエータを含み得る。プリントヘッド本体は、シリコン製であり得、インクチャンバを規定するためにエッチングされる。ノズル開口部は、シリコン本体に取り付けられた個別のノズルプレートによって規定され得る。圧電アクチュエータは、印加電圧に応答して、形状を変化するまたは曲がる圧電材の層を有し得る。圧電層が曲がると、インク通路に沿って位置するポンピングチャンバ内のインクに圧力がかかる。

印字精度は、プリントヘッド内のノズルおよびプリンタ内の多数のプリントヘッドにあるノズルによって放出されるインク滴のサイズおよび速度の均一性を含む多くの要因によって、影響され得る。一方、滴サイズおよび滴速度の均一性は、インク通路の寸法の均一性、音響干渉影響、インク流れ通路における汚染、およびアクチュエータによって発生される圧力パルスの均一性などの要因によって影響される。インク流れにおける汚染またはごみ（ｄｅｂｒｉｓ）は、インク流れ通路内の１個以上のフィルタの使用によって減少させ得る。
米国特許第５，２６５，３１５号明細書

（要約）
プリントヘッドアセンブリ内で使用されるフレキシブル回路が記載される。一般的に言って、一つの局面において、本発明は、プリントヘッド本体を外部回路に接続する回路を特徴づける。回路は、実質的な平面部、１個以上の集積回路、複数のリード線および１個以上のアームを含む。実質的な平面部は、導電材料の１個以上の層を含み、プリントヘッドのトップ表面に実質的に平行なトップ表面を有する。１個以上の集積回路は、平面部の上に実装される。複数のリード線は、各集積回路から延び、プリントヘッド本体へ電気的に接続される。１個以上のアームは、平面部に付着され、平面部に実質的に垂直であり、１個以上の外部コネクタを含む各アームは、外部回路に接続するように構成される。

実施は、以下の１個以上の特徴を含み得る。回路は、複数のアパーチャをさらに含み得、各アパーチャは導電材料で被覆され、プリントヘッド本体への電気的接続を提供する。複数のリード線の各々は、集積回路から延び、複数のアパーチャの一つに接続する。

平面部は、少なくとも１個の銅層および少なくとも１個のポリイミド層を含み得る。平面部は、両側が銅層で被覆された第１のポリイミド層、両側が銅層で被覆された第２の層、第１の層を第２のポリイミド層に結合する接着剤の層、および中央部の両側の２個の遠位部で、各遠位部は銅層で被覆されたポリイミド層を有する遠位部、を有する中央部をさらに含む。２個の遠位部は、プリントヘッドのトップ表面に付着され得、中央部は、２個の遠位部に関してプリントヘッド本体のトップ表面から持ち上げられ得る。リード線は、回路のトップ表面に付着された銅のトレースを含み得、トップ表面はポリイミドから形成される。各アームは、平面部のトップ表面に実質的に平行な遠位端を含み得、遠位端は、外部回路に接続される１個以上のコンタクトを含む。

回路の実質的な平面部は、中央部および中央部の両側の２個の遠位部をさらに含み、そこでは、２個の遠位部はプリントヘッドのトップ表面に付着され、中央部は、２個の遠位部に関してプリントヘッド本体のトップ表面から持ち上げられる。中央部は、少なくとも１個の導電層を含む複数の層を含み得、遠位部は、少なくとも１個の導電層を含む複数の層を含み得、ここで、中央部および遠位部に含まれる層の数は等しくない。

一般的にいって、別の局面において、本発明は、プリントヘッド本体を外部回路に接続するシステムを特徴とする。システムは、回路とインポーザを含む。回路は、インポーザに接続するように構成される。回路は、実質的な平面部、１個以上の集積回路、複数のリード線および１個以上のアームを含む。実質的な平面部は、導電材料の１個以上の層を含み、プリントヘッド本体のトップ表面に実質的に平行なトップ表面を有する。１個以上の集積回路は、平面部に実装される。複数のリード線は、各集積回路から延び、プリントヘッド本体へ電気的に接続される。１個以上のアームは、平面部に付着され、平面部に実質的に垂直であり、１個以上の外部コネクタを含む各アームは、外部回路に接続するように構成される。

インポーザは、回路に接続するように構成される上部表面、プリントヘッドに接続するように構成される下部表面、および複数のインポーザアパーチャであって、各インポーザアパーチャは導電材料で被覆され、プリントヘッド本体に電気的な接続を提供する複数のインポーザアパーチャを含む。複数のインタポーザアパーチャの各々は、複数のリード線の対応する一つと電気的に通信する。

本発明の実施は、以下の１個以上の特徴を含み得る。インタポーザは、ヒーティングエレメントを含み得る。回路は、複数の回路アパーチャをさらに含み得、各回路アパーチャは導電材料で被覆され、対応するインタポーザアパーチャへの電気的な接続を提供する。複数のリード線の各々は、集積回路から複数の回路アパーチャの一つに接続するように延びていて、そこでは、複数のリード線の各々は複数のインタポーザアパーチャの対応する一つに電気的な通信を行う。インタポーザは、上部表面に形成された１個以上の凹み（ｒｅｃｅｓｓ）を含み、１個以上の凹みは、回路の平面部に実装された１個以上の集積回路を受けるように構成されている。複数のリード線の各々は、集積回路から複数のインポーザアパーチャの一つに接続するように延びていて、そこでは、複数のリード線の各々は、複数のインタポーザアパーチャの対応する一つに電気的な通信を行うようにする。

回路の平面部は、少なくとも１個の銅層および少なくとも１個のポリイミド層を含み得る。各アームは、平面部のトップ表面に実質的に平行な遠位端を含み得、遠位端は外部回路へ接続する１個以上のコンタクトを含む。平面部は、両側が銅層で被覆された第１のポリイミド層、両側が銅の層で被覆された第２のポリイミド層、第１の層を第２の層に結合する接着剤の層をさらに含む。

一般的にいって、別の局面において、本発明は、プリントヘッド本体を外部回路へ接続するシステムを特徴とする。システムは、インタポーザと、インタポーザに接続するように構成された回路を含む。回路は、導電材料の１個以上の層を含み、プリントヘッド本体のトップ表面に実質的に平行なトップ表面および平面部のボトム表面に実装される１個以上の集積回路を有する実質的な平面を含む。回路は、複数のリード線であって各集積回路から延び、複数のインタポーザを介してプリントヘッド本体へ電気的に接続される複数のリード線をさらに含む。１個以上のアームは、平面部に付着され、平面部に実質的に垂直であり、各アームは、外部回路に接続するように構成される１個以上の外部コネクタを含む。

インタポーザは、回路に接続するように構成された上部表面、回路の実質的な平面部のボトム表面に実装された１個以上の集積回路を受けるように構成される１個以上の凹みを含む下部表面、及びプリントヘッド本体に接続するように構成された下部表面を含む。複数のインタポーザアパーチャは、上部表面から下部表面に延びる。各インタポーザアパーチャは、導電材料で被覆され、回路とプリントヘッド本体との間の電気的接続を提供するように構成される。複数のインタポーザアパーチャの各々は、回路の複数のリード線の対応する一つと電気的な通信を行う。

一実施形態において、インタポーザは、ヒーティングエレメントをさらに含み得る。

本発明は、以下のメリットの１個以上を実現するために実施され得る。フレキシブル回路に実装された集積回路から、たとえば圧電アクチュエータなどのアクチュエータへのリード線は、短く、プリントヘッド本体の近辺の非常な高速で高密度の信号線を可能にする。また、短いリード線は、低抵抗と低インダクタンスを有し、従って、アクチュエータに到達する信号におけるひずみがより少ないより高い周波数動作を可能にする。また、短いリード線は、より少ないノイズを放出する。

フレキシブル回路とプリントヘッド本体との間のインタポーザを含むことは、以下のメリットの１個以上を実現し得る。インタポーザをプリントヘッド本体に付着する前に、フレキシブル回路は、インタポーザに接続し得る。このことは、フレキシブル回路／インタポーザアセンブリをプリントヘッド本体へ付着する前に、フレキシブル回路の接続およびフレキシブル回路とインタポーザとの間の接続をテストすることを可能にする。接続に問題があれば、フレキシブル回路は、プリントヘッドの交換なしに、またはプリントヘッド本体を損傷し得るプリントヘッド本体からフレキシブル回路を取り外す必要なしに、交換し得る。組み立て工程時のプリントヘッド本体を損傷する可能性は、フレキシブル回路をプリントヘッド本体へ直接に付着するよりはむしろインタポーザに付着することによって、減少される。お互い接触しているインタポーザとプリントヘッド本体の表面は、正確な適合を提供するために研磨し得る。回路をプリントヘッド本体にはんだによって直接付着させるときに、プリントヘッドの長さに沿って生じる圧力変動を減少または除去し得る。オプションで、インタポーザは、ヒーティングエレメントを含み得る。フレキシブル回路は実質的に平らに形成され得、それによって、たとえば、曲がりを形成するなどの回路を形作る必要がなくなる。

インタポーザとの接触面と同じ表面に実装された集積回路を有するフレキシブル回路の実施形態のメリットは、リード線をインタポーザに接続するアパーチャが不要になることである。

１個以上の実施形態の詳細は、添付の図面および下記の説明に述べられている。その他の特徴とメリットは、説明と図面からおよび特許請求の範囲から明らかとなり得る。

以下の図面に関して、これらのまたそのほかの局面は、ここで詳細に記載される。

各種の図面における類似の参照記号は、類似のエレメントを示す。

（詳細な説明）
図１を参照すると、プリントヘッド内のインク滴の放出を制御する信号を供給するフレキシブル回路１００の一実施形態が示される。フレキシブル回路１００は、フレキシブル回路１００を、プリンタ内にあるプロセッサなどの信号源に接続するための第２の回路（図１には示されず）に接続するための外部コネクタ１０２を含む。集積回路、ダイスまたはチップ１０４は、外部コネクタからの入力信号を受信し、出力駆動信号を生成するため、フレキシブル回路１００に取り付けられる。出力駆動信号は、たとえば、インク通路内のインクを加圧するための圧電ディフレクタを含むプリントヘッド内の対応するアクチュエータを選択的に発射することによって、特定のノズルからのインク滴を選択的に放出するためにプリントヘッド本体へ送信される。集積回路１０４は、フレキシブル回路の多数のリード線に接続され得る。これらのリード線のいくつかは、入力信号を伝送するために外部コネクタ１０２へ延長し得る。その他のリード線は、出力駆動信号をデバイスに伝送するために、フレキシブル回路１００内に形成される対応する導体アパーチャへ延長し得る。このデバイスは、たとえば、プリントヘッド本体であり、この上にフレキシブル回路１００が実装されている。

フレキシブル回路１００をさらに詳細に説明する前に、フレキシブル回路１００の説明についての状況を提供するために、フレキシブル回路１００が使用され得るプリントヘッドアセンブリの例が記載されるべきである。記載されたプリントヘッドアセンブリは例示的であり、例示的な目的のためだけである。フレキシブル回路１００は、本明細書に記載されていない他のプリントヘッド内で使用するよう改造され得る。

図２Ａおよび２Ｂを参照すると、プリントヘッド本体１０６およびフェースプレート１０８が示される。プリントヘッド本体１０６は、たとえば、Ｈｏｉｓｉｎｇｔｏｎらによる特許文献１に記載されたプリントヘッド、または、米国仮特許出願第６０／５１０，４５９号、発明の名称「Ｐｒｉｎｔ Ｈｅａｄ ｗｉｔｈ Ｔｈｉｎ Ｍｅｍｂｒａｎｅ（２００３年１０月１０日出願）」に記載された半導体プリントヘッドユニットなどのＭＥＭＳシリコンダイであり得る。プリントヘッド本体１０６は、インクチャンバおよびインク滴を放出するためのインクノズルのアレイを規定するためにエッチングされ得、インクノズルの各々に対応した圧電アクチュエータを含み得る。各圧電アクチュエータは、印加電圧に応答して形状を変化するまたは曲がる圧電材の層を有し得る。圧電層が曲がると、インク通路に沿って位置するポンピングチャンバ内のインクに圧力がかかる。インクノズルを有するプリントヘッド本体１０６の表面は、フェースプレート１０８上に置かれ、たとえば、エポキシを使用して付着される。しかし、フェースプレート１０８は、インクノズルを露出するように置かれた開口部１１０を含み得る。

図３Ａおよび３Ｂを参照すると、一実施形態において、フレキシブル回路１００は、プリントヘッド本体１０６の上部に適合するように構成される。フレキシブル回路１００は、たとえば、電気的コネクタをはんだ付けすることによってプリントヘッド本体１０６に付着される。

図４Ａを参照すると、プリントヘッドハウジング１１２はフェースプレート１０８の上に置かれ、プリントヘッド本体１０６およびフレキシブル回路１００の全体を覆い得る。プリントヘッドハウジング１１２は、たとえば、エポキシを使用してフェースプレート１０８に付着される。図４Ｂを参照すると、示された例示的プリントヘッドにおいて、プリントヘッドハウジング１１２は、プリントヘッド本体１０６を受け入れ、収納するための中央開口部１１４を含み、かつ、下部表面１１７に形成されたチャネル１１６を含む成形プラスティックハウジングである。図４Ｃは、プリントヘッド本体１０６に実装されたプリントヘッドハウジング１１２の横断面図で、図４Ｂの線４Ｃ−４Ｃに沿って切り取られたものである。プリントヘッドハウジング１１２の下部表面１１７がフェースプレート１０８に付着されるとき、チャネル１１６の内壁１１９は、プリントヘッド本体１０６のトップ表面１０７に接触する。それによって、チャネル１１６は、プリントヘッド本体１０６に含まれるインクノズルに向けてインク通路を形成する。プリントヘッドハウジング１１２は、Ｋｅｖｉｎ Ｖｏｎ Ｅｓｓｅｎによる米国特許出願第１０／８３６，４５６号、（発明の名称「Ｅｌｏｎｇａｔｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ Ａｓｓｅｍｂｌｙ」、２００４年４月３０日出願）にさらに記載されている。その全部の内容は、参考のため本明細書に入れてある。図４Ｄおよび４Ｅは、フェースプレート１０８に付着され、フレキシブル回路１００が中央開口１１４内に収納された状態のプリントヘッドハウジング１１２を示す。

図５Ａ〜５Ｃを参照すると、ヒーターユニット１１８および外部回路１２０を含むヒーターアセンブリ１１６が示される。外部回路１２０は、インクノズルからのインク滴放出を制御するためのプリンタ内にあるプロセッサに接続し得る。ヒーターアセンブリ１１６は、プリントヘッドハウジング１１２に形成される中央開口部１１４内に適合し、以下にさらに述べられるが、フレキシブル回路１００の外部コネクタ１０２は、フレキシブル回路１００と外部回路１２０との間の接触と電気的な接続を提供するためにヒーターアセンブリ１１６の上部に折りたためる。

図６Ａおよび６Ｂを参照すると、ヒーターユニット１１８は、ヒーティングエレメント１２４および水平スペーサ１２６を含む２個の垂直パネル１２２を含み得る。垂直パネル１２２および水平スペーサ１２６は、シリコンなどの材料から形成され得る。外部回路１２０は、接続プレート１２８およびフレキシブルケーブル１３０を含む。接続プレート１２８は、フレキシブル回路１００の外部コネクタ１０２へ電気的に接続するコンタクト１３２を含む。また接続プレート１２８は、ヒーターユニット１１８の垂直パネル１２２から上方に延びるヒーターコネクタへ電気的な接続を提供し得る開口部１３４をも含む。ヒーターユニット１１８を接続プレート１２８、従ってフレキシブルケーブル１３０へ電気的に接続することによって、ヒーターユニット１１８の温度が外部回路１２０に接続されたプロセッサによって制御可能となる。

図７Ａおよび７Ｂを参照すると、上記の米国特許出願公開第１０／８３６，４５６号に記載されたフィルタアセンブリなどのフィルタアセンブリ１３８は、プリントヘッドハウジングの上部に置かれ得る。フィルタアセンブリ１３８は、１個以上のフィルタを含み、インクは、プリントヘッドハウジングとその後インクノズルに入る前にそのフィルタを通過しなければならない。ガイド１４０は、フレキシブルケーブル１３０の位置をガイドするためにフィルタアセンブリ１３８に含まれ得る。

フレキシブル回路１００の実施形態が実行され得るプリントヘッドの一例を記載したが、ここで、フレキシブル回路１００は、さらに詳細に記載されるべきである。図８Ａは、プリントヘッド本体１０６に実装されたフレキシブル回路１００で、それがフェースプレート１０８に実装された一実施形態の拡大された部分図を示す。この実施形態において、フレキシブル回路１００は「カモメの翼」構造を有するように形成されている。すなわち、フレキシブル回路１００は、プリントヘッド本体１０６の上面１０７に実質的に平行に置かれた実質的に平面の中央部１４２を含む。さらにフレキシブル回路１００は、フレキシブル回路１００の長さに延び、プリントヘッド本体１０６のトップ表面１０７に実質的に平行な遠位部１４４を含む。中央部１４２および遠位部１４４は、中央部１４２と遠位部１４４との間の角度で延びている曲がり部１４３によって結合される。

中央部１４２は持ち上げられ、フレキシブル回路１００と接続されるプリントヘッド本体１０６の上面１０７の形状を収容する。特に、プリントヘッド本体１０６が圧電アクチュエータを含む実施形態において、圧電材料の場所が動かせるように、プリントヘッド本体１０６の上面のフレキシブル回路１００および圧電材料間にスペースが備えられる。

集積回路１０４が、フレキシブル回路１００の中央部１４２の上面に付着される。各集積回路１０４からフレキシブル回路１００の遠位部１４４において形成される対応するアパーチャ１４８へ延びるフレキシブル回路リード線１４６が示される。フレキシブル回路リード線１４６は、プリントヘッド本体１０６内に含まれる各インクノズル用に備えられる。フレキシブル回路リード線１４６は、集積回路１０４からの信号をインクノズルを起動するアクチベータへ送信する。たとえば、この実施形態において、フレキシブル回路リード線１４６は、圧電アクチュエータを起動し、インクノズルを発射するために電気信号を送信する。

フレキシブル回路１００の一方の端に、アーム１５０が、プリントヘッド本体１０６が実装されているフェースプレート１０８の表面に実質的に垂直の方向に上方に延び、アーム１５０の遠位端がフェースプレート１０８の表面に実質的に平行になるように折り曲がっている。外部コネクタ１０２（破線で示される）は、アーム１５０の遠位端の下側に含まれる。以前の図５Ｃおよび６Ｂに示されるように、外部コネクタ１０２は、外部回路１２０の接続プレート１２８上のコネクタ１３２と結合するように構成される。一実施形態において、外部コネクタ１０２は、接続プレート１２０の表面の導線に電気的に接続されるボールパッドである。別の実施形態において、外部コネクタは、オスまたはメスの電気的コネクタである。

図８Ｂは、集積回路１０４が取り外された状態で、フレキシブル回路１００の平衡と同じ平面となるようにアーム１５０が平らに広げられ状態でのフレキシブル回路１００の上面図の概略表示である。集積回路１０４が通常実装される領域１０５において、コンタクトのアレイが示される。本実施形態において、各領域１０５はコンタクト１０１の１６ｘ６アレイを含む。各アレイの一方の側のコンタクトの二つの最外側の列は、フレキシブル回路リード線１４６に接続される。一実施形態において、リード線は、酸化を防ぐために、薄く金メッキした銅線であり得る。各フレキシブル回路リード線１４６は、フレキシブル回路１００の遠位部１４４において形成される対応するアパーチャ１４８に接続される。

集積回路１０４は、表面に形成されフレキシブル回路１００に接触する集積回路（ＩＣ）リード線を有する。ＩＣリード線は、たとえば、１６ｘ６ボールフリッドアレイで、それは、フレキシブル回路１００上で形成された１６ｘ６コンタクトアレイに対応するように構成される。集積回路１０４がフレキシブル回路１００上に置かれたとき、ボールグリッドアレイはコンタクトアレイと整列する。ＩＣリード線は、コンタクトアレイにおいてコンタクト１０１にはんだされ得、それによって、集積回路１０４はフレキシブル回路１００に接続し、ＩＣリード線とコンタクト１０１との間で電気的接続を形成する。

フレキシブル回路リード線１４６は、コンタクト１０１に接続され、コンタクト１０１はＩＣリード線に接続される。フレキシブル回路リード線１４６はまた、導体アパーチャ１４８によって、プリントヘッド本体１０６にも接続される。プリントヘッド本体１０６の上面１０７は、プリントヘッド本体１０６のエッジに沿って置かれた接地コンタクトおよび駆動コンタクトに関連した接地コンタクトの内側に横に置かれた駆動コンタクトを含む。プリントヘッド本体１０６の接地は、フレキシブル回路１００の遠位部の長さに沿って形成された共通接地コンタクトに接続（およびそれによって接地）される。プリントヘッド本体１０６の各駆動コンタクトは、フレキシブル回路１００の導体アパーチャ１４８に接続される。そのように、集積回路１０４によって生成される出力駆動信号は、集積回路１０４からプリントヘッド本体１０６の圧電アクチュエータの駆動コンタクトに送信され、アクチュエータに電圧を印加し、それによって、対応するインクノズルを選択的に駆動する。

二つの内部列にあるコンタクト１０１は、集積回路１００をフレキシブル回路１００内にある導体層に接続するために使用され得る。たとえば、アパーチャは、銅層などの接続層および導体材で満たされるか被膜されたアパーチャに向って延びたフレキシブル回路１００において形成され得る。集積回路１００上のＩＣリード線は、コンタクトに接触し、接続層に電気的な接続を形成する。接続層は、アーム１５０を含め、フレキシブル回路１００の長さを延長し、アーム１５０の遠位端上に形成される電気コネクタ１０２のうちの少なくとも一つに電気的に接続される。そのように、外部回路１２０からの入力信号は、外部回路１２０から集積回路１０４へ送信される。再び図８Ｂを参照すると、アーム１５０は、平らに延ばされ、アームの各遠位端の下側が露出される。アームの各遠位端の下側にある外部コネクタ１０２が示される。

図８Ｃを参照すると、フレキシブル回路１００の一領域１０５の拡大図が示される。本実施形態において、集積回路１０４の各々に接続された少なくとも６４個のフレキシブル回路リード線１４６があり、その集積回路１０４は、プリントヘッド本体１０６に含まれる６４個のインクノズルを駆動する。

図９は、フレキシブル回路１００の横断面図で、図８Ａに示される線９−９に沿って切り取られたものである。集積回路１０４は、フレキシブル回路１００の中央部１４２の上部に実装される。フレキシブル回路リード線１４６は、集積回路１０４の下からフレキシブル回路１００の遠位部１４４に向けて延びることが示される。フレキシブル回路リード線１４６は、フレキシブル回路１００において形成される対応するアパーチャ１４８へ延びる。アパーチャ１４８は、回路の厚さを通して延び、プリントヘッド本体１０６上の駆動コンタクト１５２に整列される。たとえば、駆動コンタクト１５２は、プリントヘッド本体１０６の上面１０７上の導線であり得る。フレキシブル回路リード線１４６は、アパーチャ１４８を通して延びる。たとえば、アパーチャ１４８は、金または銅などの導体材料で被覆され得る。集積回路１０４からフレキシブル回路リード線１４６を通して流れる電気信号は、導体材料を通して駆動コンタクト１５２に伝わり、それによって、集積回路１０４とプリントヘッド本体１０６との間の接続を達成し、たとえば、電圧を圧電アクチュエータに印加する。

図１０Ａは、フレキシブル回路１００の一部の拡大した横断面図を示す。示された実施形態において、フレキシブル回路１００の中央部１４２が、遠位部１４４と比較して異なる数の層から形成される。遠位部１４４は、層１６０および１６１から形成され、層１６０は銅層などの導電層であり得、層１６１は、たとえば、オハイオ州のＤｕＰｏｎｔ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能なＫａｐｔｏｎ（登録商標）などのポリイミド層などの絶縁層であり得る。中央部１４２は、銅、接着剤、銅、Ｋａｐｔｏｎ、及び銅のそれぞれの追加の層１６２〜１６６を含む。すなわち、中央部１４２は、４個の銅層を含み、各銅層は、Ｋａｐｔｏｎまたは接着剤の層によって分離される。中央部１４２は、２個のＫａｐｔｏｎ層１６１、１６５として形成され得る。そのＫａｐｔｏｎの両側は、銅で被覆され、接着剤１６３によって接合される。集積回路１０４がフレキシブル回路１００に付着される中央部１４２において、追加の層は、たとえば、集積回路１０４を外部コネクタ１０２に接続し、堅牢さを支えるなどのために相互接続（銅層）を提供する。

図１０Ｂを参照すると、一実施形態において、図１０Ａに示されるフレキシブル回路１００などのフレキシブル回路１００を形成する層は、示されるような厚さを有し得る。２層からなる層遠位部は４２マイクロメートルの厚さを有し、７層からなる中央部は１４３マイクロメートルを有し得る。はんだマスクは、銅層１６２および銅層１６６の上部に付けられ（たとえば、プリントヘッド本体１０６に接続するために）、それは、はんだマスク１個当たり２５マイクロメートルの追加となり得る。従って、厚さは１９３マイクロメートルとなり得る。

フレキシブル回路１００の遠位部１４４における２個の層のみを含むことは、フレキシブル回路１００を所望の形状に曲げるために、カモメ翼領域（たとえば、曲がり部１４３）における柔軟性を提供する。アパーチャ１４８を含む、側１００において層の数がより少ないため、アパーチャ１４８内の層の整列が容易となる。

たとえば、一実施形態において、リード線１４６およびその他の任意の電気的接続を形成する導電材料（たとえば、銅）は次のように形成され得る。リード線１４６を含む電気回路用のアートワークの陰画は、たとえば、レーザーフォトプロッティング（ｌａｓｅｒ ｐｈｏｔｏ ｐｌｏｔｔｉｎｇ）技術（「アートワークネガフィルム」）によって、フィルム上に形成される。感光性フィルムは、銅シートの上に重ねられ、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）層にボンディングされる。アートワークネガフィルムは、銅の上部に置かれ、次に露光される。次に溶液が感光性に被覆された銅に適用され、溶液は、露光されなかった銅をエッチング除去する。次に感光性フィルムは取り除かれ得、残りの銅（すなわち、エッチング除去されなかった銅）は、所望の回路を示す。銅の第２のシートは、Ｋａｐｔｏｎの反対側にボンディングされ得、同じ工程が行われ、反対側にリード線１４６を形成する。Ｋａｐｔｏｎの１個を超える層が使用された場合、各Ｋａｐｔｏｎ層についてその工程が繰り返され、その銅／Ｋａｐｔｏｎ層は、そこに銅で形成された回路の整列を保持したまま、その後まとめてボンディングされなければならない。層間の接続を達成するため、正確な整列が要求され得る。そのように、整列すべき層が少ない（または整列が全くない）場合、製作が容易となる。

フレキシブル回路１００を形成するため、その他の材料が使用し得る。たとえば、金属の層は金であり得、Ｋａｐｔｏｎ層は液晶ポリマー（ＬＣＰ）であり得る。追加の層は、遠位部１４４または中央部１４２に含まれ得る。

図１１Ａを参照すると、別の実施形態において、インタポーザ１７０が、プリントヘッド本体１０６とフレキシブル回路１００との間に置かれ得る。インタポーザ１７０は、プリントヘッド本体１０６の上面に付着される。インタポーザ１７０は、たとえば、シリコンで形成される。示された実施形態において、インタポーザ１７０は、オプションの集積ヒーティングエレメント１７２を含む。ヒーティングエレメント１７２は、トラフ（ｔｒｏｕｇｈ）をシリコンインタポーザ１７０にエッチングし、トラフをニッケルクロムなどの導電材料で満たすことによって形成し得る。代わりに、ヒーティングエレメント１７２は、インタポーザ１７０の反対面に形成され得る。

図１１Ｂを参照すると、プリントヘッド本体１０６に実装されたインタポーザ１７０の一部の拡大図が示される。インタポーザ１７０は、インタポーザ１７０の両側に沿って実装されたアパーチャ１７４を含む。例示的目的のため、ほんのいくつかのアパーチャ１７４が各側に示されているが、同様のアパーチャ１７４は、インタポーザ１７０の実質的に全長に沿って置かれている。アパーチャ１７４は、導電材料、たとえば、金で被覆される。一つのアパーチャ１７４は、プリントヘッド本体１０６のインクノズルアセンブリに含まれる各インクノズルに対応する。各金属導電アパーチャ１７４は、インクノズルを発射するように構成された圧電アクチュエータなどのインクノズル用の対応するアクチュエータのための駆動コンタクトへの電気的接続を提供する。インタポーザ１７０は、薄いエポキシを使用してプリントヘッド本体１０６に付着され得、圧力と熱が印加されると、金はエポキシを通してプリントヘッド本体１０６のコネクタに接続される。エポキシは、導電粒子で満たされたエポキシなどのように、空とされまたは満たされ得る。エポキシは、吹付けエポキシであり得る。

インタポーザ１７０は、示されるようにヒーティングエレメント１７２を含む場合、サーミスタ１７６は、ヒーティングエレメントの温度を制御するためにインタポーザ１７０に含み得、リード線１７８は、サーミスタ１７６を制御する信号を受信するために、インタポーザ１７０からフレキシブル回路１００への接続を提供する。

図１１Ｃを参照すると、インタポーザ１７０に実装されたフレキシブル回路１００で、それがフェースプレート１０８に付着したプリントヘッド本体１０６に実装されたものの一部の拡大図が示される。フレキキシブル回路１００に形成された各アパーチャ１４８は、インタポーザ１７０内で形成される対応するアパーチャ１７４に整列される。それによって、信号は、集積回路１０４から、フレキシブル回路リード線１４６を通して、フレキシブル回路１００内の導電アパーチャ１４８へ、またインタポーザ１７０内の導電アパーチャ１７４へ、そして最終的にプリントヘッド本体１０６内のインクノズルアクチベータへ伝えられる。

図１１Ｄを参照すると、１１Ｄ−１１Ｄの線に沿った図１１Ｃのアセンブリの横断面図が示される。フレキシブル回路１００は、たとえば、エポキシ接続、はんだ接続またはＡＣＦ（異方導電フィルム）を使用してインタポーザ１７０に実装される。フレキシブル回路１００の表面にあるフレキシブル回路リード線１４６は、フレキシブル回路１００の遠位部１４４において形成される導電アパーチャ１４８へ接続される。アパーチャ１４８は、インタポーザ１７０内の導電アパーチャ１７４に整列される。インタポーザ内の導電アパーチャ１７４は、インクノズルを起動させるためのプリントヘッド本体１０６内のアクチベータに整列される。示された実施形態において、アクチュエータは、印加された電圧に応答して曲がり、それによって、対応するインクチャンバ内のインクに圧力がかかり、インクノズルからインク滴の放出がなされる圧電材料を含む圧電アクチベータである。インタポーザ１７０の下側、すなわち、プリントヘッド本体１０６に接続する表面は、プリントヘッド本体１０６のトップ表面に含まれる圧電材料に対するクリアランスを提供するために凹み１７３を含む。

別の実施形態において、フレキシブル回路１００は、実質的に平らで、すなわち、中央部１４２および遠位部１４４は、すべてインタポーザ１７０のトップ表面と同じ高さであり得る。このことは、フレキシブル回路１００における曲がりを形成する製作工程を省略され得るため、有利であり得る。

フレキシブル回路１００とプリントヘッド本体１０６との間にインタポーザ１７０を含めることは多くのメリットがある。フレキシブル回路１００は、インタポーザ１７０をプリントヘッド本体１０６に付着する前に、インタポーザ１７０に接続され得る。このことは、フレキシブル回路１００／インタポーザ１７０アセンブリをプリントヘッド本体に付着する前に、フレキシブル回路１００の接続、および、フレキシブル回路１００とインタポーザ１７０との間の接続がテストされることを可能にする。接続に問題がある場合は、プリントヘッド本体１０６を交換する必要なしに、またはプリントヘッド本体１０６を損傷しないようにプリントヘッド本体からフレキシブル回路１００を取り外しを試みる必要なしに、フレキシブル回路１００を交換され得る。組み立て工程中にプリントヘッド１０６を損傷する可能性は、フレキシブル回路１００をプリントヘッド本体１０６に直接付着するよりはむしろ、フレキシブル回路１００をインタポーザ１７０に付着することによって、減少する。お互い接触するインポーザ１７０およびプリントヘッド本体１０６の表面は、正確な適合のため研磨され得る。このことは、はんだによってフレキシブル回路をプリントヘッド本体１０６に直接に付着したときプリントヘッド本体１０６の長さに沿って発生し得る圧力の変動を減少または除去し得る。上記のとおり、オプションで、インタポーザ１７０は、ヒーティングエレメント１７２を含み得る。

図１２を参照すると、フレキシブル回路１８０の別の実施形態の横断面図が示される。本実施形態において、集積回路１８４は、インタポーザ１９０に付着したフレキシブル回路１８０の同一表面に実装される。インタポーザ１９０は、フレキシブル回路１８０からつるされた集積回路を収納するように構成された凹み１９２を含む。インタポーザ１９０は、インタポーザ１９０の長さに延びた１個の凹み１９２、または、フレキシブル回路に実装された多数の集積回路の位置に対応して置かれた多数の凹み１９２を含み得る。反対側においては、インタポーザ１９０は、プリントヘッド本体１０６に含まれる圧電材料のためのクリアランスを提供する凹み１９３を含む。本実施形態において、集積回路１８４からのリード線１８２は、インタポーザ１９０に付着した同じ表面にあり、従って、上記のフレキシブル回路１００内のアパーチャ１４８などのアパーチャは、必要とされない。むしろ、リード線１８２は、図１１Ａ〜１１Ｄに示されたインタポーザ１７０に関する上記の導電アパーチャ１７４と類似して、インタポーザ１９０内に形成される対応する導電アパーチャ１９４に直接に接触するように延び得る。導電アパーチャ１９４は、圧電アクチュエータなどのプリントヘッド１０６内にある対応するインクノズル用アクチュエータのための駆動コンタクト１９６に接触している。

図１２に示すフレキシブル回路１８０の実施形態のメリットは、リード線１８２をインタポーザ１９０に接続するアパーチャが除去されることである。フレキシブル回路１８０は、示されるように実質的に平らに形成し得、それによって、たとえば、図１に示された実施形態における場合のように曲がりを形成するためにフレキシブル回路１８０を形作る必要も除去する。フレキシブル回路１８０は、図１０に関連して上記のとおり、銅で被覆されたポリイミド層から形成され得る。しかし、フレキシブル回路１８０は、実質的に平らでアパーチャを必要としないので、一実施形態において、フレキシブル回路１８０は、図１０に示された実施形態の場合のように、より薄い側を有するよりはむしろ、全体で２個のポリイミド層と４個の銅層を含み得る。フレキシブル回路１００に関連して上記のとおり、その他の材料及び数の層が使用し得る。

本明細書および請求項全体における「上部（ｕｐｐｅｒ）」および「下部（ｌｏｗｅｒ）」、および「トップ（ｔｏｐ）」および「ボトム（ｂｏｔｔｏｍ）」の用語の使用は、フレキシブルプリントヘッド回路の各種の構成要素と本明細書に記載されたその他のエレメントを識別するための例示的目的のみである。「上部」および「下部」、および「トップ」および「ボトム」は、フレキシブルプリントヘッド回路の特定な方向付けを意味しない。たとえば、本明細書に記載されたインタポーザの上部表面は、インタポーザが水平の表面上向き、水平の表面下向きまたは垂直に置かれるどうかによって、下部表面の上、下、または横、あるいはその逆の方向に向けられ得る。

ほんのいくつかの実施形態が詳細に上に記載されているが、その他の修正は可能である。その他の実施形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内であり得る。

図１は、フレキシブル回路を示す。 図２Ａおよび図２Ｂは、プリントヘッド本体およびフェースプレートを示す。 図３Ａは、図２Ｂで示されたフレキシブル回路およびアセンブリの分解図を示す。 図３Ｂは、図２Ｂで示されたアセンブリに実装されたフレキシブル回路を示す。 図４Ａは、図３Ｂで示されたプリントヘッドハウジングとアセンブリの分解図を示す。 図４Ｂは、図４Ａのプリントヘッドハウジングのボトム図を示す。 図４Ｃは、図４Ｂのプリントヘッドの４Ｃ−４Ｃの線に沿った横断面図を示す。 図４Ｄは、フェースプレートに実装され、図３Ｂのプリントヘッド本体およびフレキシブル回路を収納するプリントヘッドハウジングを示す。 図４Ｅは、フェースプレートに実装され、図３Ｂのプリントヘッド本体およびフレキシブル回路を収納するプリントヘッドハウジングを示す。 図５Ａは、ヒータアセンブリを示す。 図５Ｂは、図５Ａのヒータアセンブリ、ならびに、図４Ｄおよび図４Ｅのプリントヘッドアセンブリの分解図を示す。 図５Ｃは、図４Ｄおよび図４Ｅのプリントヘッドアセンブリ内にある図５Ａのヒータアセンブリを示す。 図６Ａは、ヒータユニットを示す。 図６Ｂは、外部回路およびヒータユニットの分解図を示す。 図７Ａは、図５Ｃのフィルタアセンブリおよびプリントヘッドアセンブリの分解図を示す。 図７Ｂは、図５Ｃのプリントヘッドアセンブリに実装されたフィルタアセンブリを示す。 図８Ａは、図３Ｂのプリントヘッドアセンブリの一部の透視図を示す。 図８Ｂは、図１のフレキシブル回路の概略図を示すが、そこに実装されるべき集積回路は示していない。 図８Ｃは、図１のフレキシブル回路の概略図を示すが、そこに実装されるべき集積回路は示していない。 図９は、９−９の線に沿った図８Ａのプリントヘッドアセンブリの横断面図を示す。 図１０Ａは、フレキシブル回路の一部を拡大したプリントヘッドアセンブリの横断面図を示す。 図１０Ｂは、フレキシブル回路を形成する層の厚さの表を示す。 図１１Ａは、フェースプレートに実装されたプリントヘッド本体に実装されたインタポーザを示す。 図１１Ｂは、フェースプレートに実装されたプリントヘッド本体に実装されたインタポーザを示す。 図１１Ｃは、図１１Ａおよび図１１Ｂのプリントヘッドアセンブリに実装されたフレキシブル回路の一部の透視図を示す。 図１１Ｄは、図１１Ｃのプリントヘッドの１１Ｄ−１１Ｄの線に沿った横断面図を示す。 図１２は、フェースプレートに実装されたプリントヘッドに実装されたインタポーザに実装されたフレキシブル回路の横断面図および透視図を示す。

Claims (20)

1. プリントヘッド本体を外部回路に接続する回路であって、
   導電材料の１個以上の層を含み、該プリントヘッド本体のトップ表面に実質的に平行なトップ表面を有する実質的な平面部と、
   該平面部の上に実装された１個以上の集積回路と、
   各集積回路から延びる複数のリード線で、該プリントヘッド本体へ電気的に接続するように構成された複数のリード線と、
   該平面部に付着し、該平面部に実質的に垂直な１個以上のアームであって、各アームは、該外部回路に接続するように構成された１個以上の外部コネクタを含む、１個以上のアームと
   を備える、回路。
2. 複数のアパーチャであって、各アパーチャは導電材料で被覆され、前記プリントヘッド本体へ電気的接続を提供するように構成される、複数のアパーチャをさらに備え、
   前記複数のリード線の各々は、集積回路から該複数のアパーチャの一つに接続するように延びる、請求項１に記載の回路。
3. 前記平面部は、少なくとも１個の銅層および少なくとも１個のポリイミド層を含む、請求項１に記載の回路。
4. 前記平面部は、
   中央部と、
   該中央部の両側に２個の遠位部をさらに備え、
   該２個の遠位部は、前記プリントヘッド本体の前記トップ表面に付着され、該中央部は、該２個の遠位部に対して該プリントヘッド本体の該トップ表面から持ち上げられる、請求項１に記載の回路。
5. 前記中央部は、少なくとも１個の導電層を含む複数の層から構成され、前記遠位部は、少なくとも１個の導電層を含む複数の層から構成され、該中央部および該遠位部を備える層の数は等しくない、請求項４に記載の回路。
6. 両側が銅層によって被覆された第１のポリイミド層、両側が銅層によって被覆された第２のポリイミド層、および、該第１の層を該第２の層に結合する接着剤の層から構成される中央部と、
   該中央部の両側にある２個の遠位部であって、各遠位部は、銅層によって被覆されたポリイミド層から構成される２個の遠位部と
   をさらに備える、請求項１に記載の平面部。
7. 前記２個の遠位部は、前記プリントヘッド本体の前記トップ表面に付着され、前記中央部は、該２個の遠位部に対して該プリントヘッド本体の該トップ表面から持ち上げられる、請求項６に記載の回路。
8. 前記リード線が、前記回路のトップ表面に付着された銅のトレースを備え、該トップ表面はポリイミドから形成される、請求項１に記載の回路。
9. 各アームは、前記平面部の前記トップ表面に実質的に平行である遠位端を含み、該遠位端は、前記外部回路に接続するように構成される１個以上のコンタクトを含む、請求項１に記載の回路。
10. プリントヘッド本体を外部回路に接続するシステムであって、
    インタポーザに接続するように構成された回路であって、該回路は、
    導電材料の１個以上の層を含み、前記プリントヘッド本体のトップ表面に実質的に平行なトップ表面を有する実質的な平面部と
    該平面部に実装される１個以上の集積回路と、
    各集積回路から延びる複数のリード線であって、該プリントヘッド本体に電気的に接続するように構成される複数のリード線と、
    該平面に付着され、実質的に垂直な１個以上のアームであって、各アームは該外部回路に接続するように構成される１個以上の外部コネクタを含む、１個以上のアームと
    を備える、回路と、
    インタポーザであって、該インタポーザは、
    該回路に接続するように構成される上部表面と、
    該プリントヘッド本体に接続するように構成される下部表面と、
    複数のインタポーザアパーチャであって、各インタポーザアパーチャは、導電材料で被覆され、該回路と該プリントヘッド本体との間の電気的接続提供するように構成される、複数のインタポーザパーチャと
    を備え、該複数インタポーザアパーチャは、該複数のリード線の対応する一つと電気的に通信する、インタポーザと
    を備える、システム。
11. 前記回路は、
    複数の回路アパーチャであって、各回路アパーチャは導電材料で被覆され、対応するインタポーザアパーチャへの電気的な接続を提供し、
    前記複数のリード線の各々は、集積回路から該複数の回路アパーチャの一つに接続するように延び、そこでは、該複数のリード線の各々は該複数のインタポーザアパーチャの対応する一つに電気的な通信を行うようにする、複数の回路アパーチャをさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記１個以上の集積回路が、該回路の実質的な平面部のボトム表面に実装され、前記インタポーザは、
    前記上部表面に形成された１個以上の凹みであって、該１個以上の凹みは、該回路の実質的な平面部の該ボトム表面に実装された該１個以上の集積回路を受けるように構成される、１個以上の凹みをさらに備え、
    前記複数のリード線の各々は、集積回路から該複数のインターポーザアパーチャの一つに接続するように延び、そこでは、該複数のリード線の各々が、該複数のインタポーザアパーチャの対応する一つと電気的に通信を行う、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記回路の実質的な平面部は、少なくとも１個の銅層および少なくとも１個のポリイミド層を含む、請求項１０に記載のシステム。
14. 各アームは前記平面部の前記トップ表面に実質的に平行である前記遠位端を含み、該遠位端は、前記外部回路へ接続する１個以上のコンタクトを有する、請求項１０に記載のシステム。
15. 前記回路の実質的な平面部は、
    両側が銅層で被覆された第１のポリイミド層と、
    両側が銅層で被覆された第２のポリイミド層と、
    該第１の層を該第２の層に結合する接着剤の層と
    をさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
16. 前記インタポーザはさらにヒーティングエレメントを含む、請求項１０に記載のシステム。
17. 前記平面部は、
    中央部と、
    該中央部の両側に２個の遠位部と
    をさらに備え、
    該２個の遠位部は、前記インタポーザの前記上部表面に付着され、該中央部は、該２個の遠位部に対して該インタポーザの該上部表面から持ち上げられる、請求項１０に記載の回路。
18. 前記中央部は、両側が銅層によって被覆された第１のポリイミド層、両側が銅の層によって被覆された第２のポリイミド層、および、該第１の層を該第２の層に結合する接着剤の層から構成され、
    各遠位部は、銅層によって被覆されたポリイミド層から構成される、請求項１７に記載のシステム。
19. プリントヘッド本体を外部回路に接続するシステムであって、該システムは、
    インタポーザに接続するように構成された回路であって、該回路は、
    導電材料の１個以上の層を含み、前記プリントヘッド本体のトップ表面に実質的に平行なトップ表面を有する実質的な平面部と
    該平面部のボトム表面に実装された１個以上の集積回路と、
    各集積回路から延びた複数のリード線であって、該プリントヘッド本体に複数のインタポーザアパーチャによって電気的に接続された複数のリード線と、
    該平面部に付着され、該平面部に実質的に垂直な１個以上のアームであって、各アームは該外部回路に接続するように構成された１個以上の外部コネクタを含む、１個以上のアームと
    を備える、回路と、
    インタポーザであって、該インタポーザは、
    該回路に接続するように構成された上部表面であって、該回路の実質的な平面部のボトム表面に実装された１個以上の集積回路を受けるように構成される１個以上の凹みを含む、上部表面と、
    該プリントヘッド本体に接続するように構成されたボトム表面と、
    複数のインタポーザアパーチャであって、該インタポーザアパーチャは、該上部表面から該下部表面に延び、各インタポーザアパーチャは、導電材料で被覆され、該回路と該プリントヘッドとの間を電気的接続を提供するように構成され、該回路と該プリントヘッド本体との間を電気的な接続を提供するように構成される、複数のインターポーザアパーチャと
    を備え、該複数のインタポーザアパーチャの各々は、該回路の複数のリード線の対応する一つと電気的に通信する、インタポーザと
    を備える、システム。
20. 前記インタポーザは、ヒーティングエレメントをさらに含む、請求項１９に記載のシステム。

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