JP2018517593A - プリントヘッド - Google Patents

Abstract

プリントヘッドは、成形可能な基板内に成形された複数のインクジェットスライバを備える。オーバーモールドされたインクジェットスライバは少なくとも１つのダイを形成する。該プリントヘッドはまた、それらのインクジェットスライバをサイドコネクタに電気的に結合する複数のワイヤーボンドを備える。該サイドコネクタは、それらのインクジェットスライバを印刷装置のコントローラに電気的に結合する。
【選択図】図１

Description

印刷装置は、インクもしくは別の噴射可能な流体を印刷媒体に供給するために使用される複数のプリントヘッドを含んでいる。それらのプリントヘッドは、印刷媒体に画像を形成するために噴射可能な流体を正確に供給する精密供給装置である複数のダイを備えている。噴射可能な流体を、プリントヘッド内に画定された流体スロットを介してノズルの下の噴射チャンバ（吐出室）に供給することができる。たとえば抵抗素子を加熱することによって、流体を噴射チャンバから噴射することができる。噴射チャンバ及び抵抗素子は、サーマルインクジェット（ＴＩＪ）プリントヘッドのサーマル流体噴射デバイスを形成する。しかしながら、印刷装置は、たとえば、いくつかあるタイプの印刷装置の中でも特に、２次元印刷システム、３次元印刷システム、デジタル滴定システム、及び圧電（ピエゾ式）印刷システムなどの任意のタイプのデジタル高精度液体供給システムを使用することができる。

添付の図面は、本明細書に開示されている原理の種々の例を示しており、本明細書の一部を構成する。図示されている例は、説明のためだけに提供されており、本発明の範囲を制限するものではない。
本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、サーマルインクジェット（ＴＩＪ）プリントヘッドダイの図である。 本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、図１に示されている線Ａに沿った、図１のＴＩＪプリントヘッドダイの断面図である。 本明細書に開示されている原理の別の例にしたがう、ＴＩＪプリントヘッドダイの図である。 本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、図３に示されている線Ｂに沿った、図３のＴＩＪプリントヘッドダイの断面図である。 本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、第１の製造段階における複数のＴＩＪプリントヘッドの図である。 本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、第２の製造段階における複数のＴＩＪプリントヘッドの第１の側面を示す図である。 本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、第２の製造段階における複数のＴＩＪプリントヘッドの第２の側面を示す図である。 本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、第２の製造段階における複数のＴＩＪプリントヘッドのうち、図６の正方形Ｃ内に示されている１つのＴＩＪプリントヘッドの第１の側面を示す図である。 本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、第３の製造段階における複数のＴＩＪプリントヘッドのうち、図６の正方形Ｃ内に示されている１つのＴＩＪプリントヘッドの第１の側面を示す図である。 本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、第４の製造段階における複数のＴＩＪプリントヘッドのうち、図６の正方形Ｃ内に示されている１つのＴＩＪプリントヘッドの第１の側面を示す図である。 本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、製造されたＴＩＪプリントヘッドの図である。 本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、ＴＩＪプリントヘッドダイを使用する印刷装置のブロック図である。 本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、ＴＩＪプリントヘッドダイを製造する方法を示すフローチャートである。 図面全体を通じて、同じ参照番号は、類似する要素であるが、必ずしも同じ要素とは限らない要素を示している。

上記したように、サーマルインクジェット（ＴＩＪ）プリントヘッドは、複数のＴＩＪダイを備えている。それぞれのＴＩＪダイは複数のスライバを備えている。ダイスライバは、約６５０■もしくはそれより小さい厚さを有する薄膜シリコン（薄いシリコン）、薄板ガラス（薄いガラス）、または他の薄い基板を含む。それぞれのＴＩＪスライバは、それらの該スライバの表面上に上記の抵抗発熱素子などの複数の流体噴射デバイスを備えることができる。噴射可能な流体は、基板内の対向する基板表面間に形成された複数の流体スロットを通じてそれらのスライバの噴射デバイスへと流れることができる。

本明細書の例全体を通じてサーマルインクジェット（ＴＩＪ）装置が説明されているが、任意のタイプのデジタル高精度液体供給システムがそれらの例を利用することができる。たとえば、プリントヘッドは、任意の２次元（２Ｄ）印刷要素もしくはデバイス、任意の３次元（３Ｄ）印刷要素もしくはデバイス、デジタル滴定要素もしくはデバイス、熱抵抗式または圧電式の印刷要素もしくはデバイス、その他のタイプのデジタル高精度液体供給システム、または、それらの組み合わせを備えることができる。それらの種々のタイプの液体供給システムは、いくつかある供給可能な液体の中でも特に、たとえば、インク、３Ｄ印刷剤、薬剤、研究用の剤、及び生体液を含む無数のタイプの液体を供給することができる。３Ｄ印刷剤は、数ある中でも特に、たとえば、ポリマー、金属、接着剤、３Ｄインクを含むことができる。

プリントヘッドダイ内の流体スロットは、流体噴射要素に流体を効果的に供給するが、それらの流体スロットは、貴重なシリコンの面積を占有し、それらの流体スロットの製造時の加工費を大幅に増大させる。プリントヘッドダイのコストを下げることは、部分的には、該ダイのサイズを小さくすることによって達成することができる。しかしながら、ダイのサイズが小さくなると、シリコン基板内のスロットのピッチがより狭くなり及び／又はスロット幅がより狭くなるが、これによって、より小さなダイをＴＩＪプリントヘッドに組み込むことに関連する過大な組立コストが追加されることになる。さらに、インク供給スロットを形成するために基板から材料を除去することは、プリントヘッドダイを構造的に弱くする。したがって、単色プリントヘッドダイの印刷品質及び印刷速度を改善するために、または、多色プリントヘッドダイで異なる色を提供するために、単一のプリントヘッドダイが複数のスロットを有するときは、該プリントヘッドダイは、それぞれのスロットの追加によってますますもろくなる。したがって、ＴＩＪプリントヘッドの１つの制約は、ＴＩＪダイの分離比（分離率）をより高くするかまたはダイのコストをより低くすることは、スロットピッチまたは流体スロットの幅をより狭くすることに比例するということである。コストの観点からは、流体スロットは、有用なダイ空間を占有する場合があり、かつ加工費が高くなりうる。

換言すれば、インクジェットプリントヘッドダイのコストを下げることは、ダイのサイズを小さくすること、及びウェーハのコストを下げることを含みうる。ダイのサイズは、該ダイの一方の側にあるリザーバ（容器）から該ダイのもう一方の側にあるスライバの流体噴射要素に噴射可能な流体を供給する、シリコン基板中に形成される流体供給スロットのピッチに依存しうる。したがって、ダイのサイズを小さくするためのいくつかの方法は、たとえば、レーザー加工、異方性ウェットエッチング、ドライエッチング、その他の材料除去法、またはそれらの組み合わせを含むことができるシリコンスロッティング（スロット付け）加工によって、スロットのピッチ及びサイズを小さくすることを含むことができる。しかしながら、シリコンスロッティング加工は、プリントヘッドダイの製造コストをかなり高くする。さらに、ダイのサイズが小さくなるにつれて、それらのより小さなダイをインクジェットプリントヘッドに組み込むことに関連するコスト及び複雑さが、それらのより小さなダイから得られる節約分を上回り始める。さらに、ダイのサイズが小さくなるにつれて、インク供給スロットを形成するためにダイの材料を除去することは、ダイの強度にますます大きな悪影響を与えることになるが、これは、ダイの故障率を高くしうる。

１例では、エポキシモールドコンパウンド（ＥＭＣ。エポキシモールド化合物ともいう）のオーバーモールドを、プリントヘッドダイの複数のＴＩＪスライバを適切な位置で保持するために使用することができる。ＥＭＣによって形成された安価な成形基板はまた、種々の例において、相互接続トレース（相互接続配線）用の物理的な支持体を提供し、ワイヤーボンディングを支持し、及び、ＴＡＢボンディングを可能にする。オーバーモールドされたプリントヘッドダイは、３倍のコスト削減を有する。さらに、オーバーモールドされたプリントヘッドダイはプリントヘッドの組立工程を簡単にする。なぜなら、チクレットまたはその他の流体分配マニホールドまたは流体インターポーザは、もはやプリントヘッド内には必要ではないからである。コストをさらに低くするために、電気的相互接続部が、スライバからプリント基板（ＰＣＢ。プリント配線板やプリント回路基板など）またはリードフレームまで延ばされる。高価なＴＡＢ（テープ自動化ボンディング）回路または表面実装技術（ＳＭＴ）コネクタを使用する代わりに、プリントヘッドを印刷装置の電気接点に直接接続できるように、ＰＣＢまたはリードフレームは、スライバをダイのエッジに接続する。したがって、オーバーモールドされたスライバ及びそれらのそれぞれの電気的相互接続部は、プリントヘッドの設計及び組立工程を大幅に簡単にする。

したがって、本明細書で説明されている例は、サーマルインクジェット（ＴＩＪ）プリントヘッドを提供する。ＴＩＪプリントヘッドは、成形可能な基板内に成形された複数のインクジェットスライバを備えている。オーバーモールドされたインクジェットスライバは、少なくとも１つのＴＩＪ（プリントヘッド）ダイを形成する。ＴＩＪプリントヘッドはまた、それらのインクジェットスライバをサイドコネクタ（側部コネクタ）に電気的に結合する複数のワイヤーボンドを備えている。サイドコネクタは、それらのインクジェットスライバを印刷装置のコントローラに電気的に結合する。

１例では、サイドコネクタは、プリント基板（ＰＣＢ）サイドコネクタ（ＰＣＢのサイドコネクタ。たとえば、ＰＣＢの一方の側部または端部に形成ないし配置されたコネクタ）を含む。この例では、該ＰＣＢサイドコネクタを、該成形可能な基板内に成形することができる。

別の例では、該サイドコネクタは、該成形可能な基板内に埋め込まれたリードフレームを備えている。この例では、該リードフレームは、ワイヤーボンドからの複数の電気トレース（電気配線）、及び、それらの電気トレースに結合された複数の接続パッドを備えている。それらの接続パッドは、インクジェットスライバを印刷装置のコントローラに電気的に結合する。ＴＩＪプリントヘッドはさらに、それらのワイヤーボンド上に配置された封入カバー（または外装カバー）を備えることができる。

１例では、該サイドコネクタは、インクジェットスライバのそれぞれのエッジにおいて該インクジェットスライバに電気的に結合される。さらに、１例では、成形可能な基板は、エポキシモールディングコンパウンド（ＥＭＣ：エポキシモールドコンパウンド）である。エポキシモールディングコンパウンド（ＥＭＣ）は、少なくとも１つのエポキシド官能基を含む任意の材料として、本明細書では広義に定義される。１例では、ＥＭＣは、自己架橋エポキシである。この例では、該ＥＭＣを、触媒による（または触媒を用いた）単独重合（catalytic homopolymerization）によって硬化させることができる。別の例では、ＥＭＣをポリエポキシドとすることができ、該ポリエポキシドは、該ポリエポキシドを硬化させるために共反応体（co-reactant）を使用する。これらの例におけるＥＭＣの硬化は、高い機械的特性、高温耐性及び耐薬品性を有する熱硬化性ポリマーを形成する。

本明細書に記載されている例はまた、サーマルインクジェット（ＴＩＪ）プリントヘッドダイを提供する。ＴＩＪプリントヘッドダイは、成形可能な基板、該成形可能な基板中に成形された複数のインクジェットスライバ、及び、該成形可能な基板に結合されたエッジコネクタにそれらのスライバを接続する複数の電気リード線を備えている。１例では、該エッジコネクタは、該成形可能な基板に埋め込まれたプリント基板（ＰＣＢ）、該ＰＣＢを該リード線を介してインクジェットスライバに結合するために該ＰＣＢに結合された第１の組のコネクタ、及び、該ＰＣＢをプリンタコントローラに結合するために該ＰＣＢに結合された第２の組のコネクタを備えている。

ＴＩＪプリントヘッドはさらに、ワイヤーボンド上に配置された封入材料を備えることができる。さらに、ＴＩＪプリントヘッドダイは、該封入材料のロープロファイル（すなわち、低い高さまたは小さい外形寸法）を維持するために、該封入材料上に配置された保護膜を備えることができる。

本明細書に記載されている例はまた、サーマルインクジェット（ＴＩＪ）ダイを製造する方法を提供する。該方法は、複数のインクジェットスライバを成形可能な基板内にオーバーモールドするステップであって、オーバーモールドされたインクジェットスライバは少なくとも１つのＴＩＪダイを形成することからなる、ステップと、複数のワイヤーボンドの第１の端部をインクジェットスライバに電気的に結合するステップと、それらのワイヤーボンドの第２の端部を、該少なくとも１つのＴＩＪダイのエッジに結合されたサイドコネクタに電気的に結合するステップを含むことができる。１例では、複数のインクジェットスライバを成形可能な基板内にオーバーモールドするステップは、該複数のインクジェットスライバと共に（または、複数のインクジェットスライバを有する）プリント基板（ＰＣＢ）を該成形可能な基板内にオーバーモールドすることを含む。

１例では、該方法はさらに、ワイヤーボンドが環境にさらされるのを防ぐために、該ワイヤーボンドを封入材料で封入することを含むことができる。さらに、１例では、該方法は、封入材料のロープロファイルを維持するために、該封入材料上に保護膜を配置することを含むことができる。

本明細書及び特許請求の範囲で使用されている「プリントヘッド」または「プリントヘッドダイ」という用語は、インクジェットプリンタ、または複数のノズル開口から噴射可能な流体を供給することができる他のインクジェットタイプのディスペンサー（供給機）の一部として広く理解されるべきことが意図されている。プリントヘッドは複数のプリントヘッドダイを備えており、プリントヘッドダイは、複数のダイスライバを備えている。プリントヘッド及びプリントヘッドダイは、インクやその他の印刷流体を供給することには限定されず、印刷以外で使用するための他の流体を供給することもできる。

さらに、本明細書及び特許請求の範囲で使用されている「スライバ」または「ダイスライバ」という用語は、噴射可能な流体を噴射するプリントヘッドダイの任意の部分要素を意味する。１例では、スライバは、厚さが約２００μｍで、幅に対する長さの比（Ｌ／Ｗ）が少なくとも３である薄膜シリコン基板（薄いシリコン基板）または薄板ガラス基板（薄いガラス基板）を含むことができる。スライバはまた、それらのスライバのノズルを形成する該シリコン基板またはガラス基板上に層状に重ねられたＳＵ−８などのエポキシ系のネガティブフォトレジスト材料を含むことができる。

さらに、本明細書及び特許請求の範囲で使用されている「複数の」またはこれに類似の用語は、１〜無限大の数を含む任意の正の数として広く理解されるべきことが意図されている（ゼロは数ではなく数が存在しないことを表す）。

以下の説明において、説明の目的で、本システム及び方法の完全な理解を提供するために、多くの特定の細部が示されている。しかしながら、当業者には明らかなように、本装置、システム及び方法を、それらの特定の細部を用いることなく実施することができる。本明細書における「例」またはそれに類似の用語に対する言及は、その例に関連して説明された特定の特徴、構造または特性が説明されているように含まれるが、他の例では含まれない場合があることを意味する。

ここで、図面を参照すると、図１は、本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、サーマルインクジェット（ＴＩＪ）プリントヘッドダイ（１００）の図である。図１の例では、ＴＩＪプリントヘッドダイ（１００）は、成形可能な基板（１０１）内にオーバーモールドされた複数のダイスライバ（１０２）を備えている。１例では、該成形可能な基板は、エポキシモールドコンパウンド（ＥＭＣ）で作られている。この例では、スライバ（１０２）は、所望のスライバ（１０２）配列にしたがって互いに対して配置されており、硬化していないＥＭＣは、スライバ（１０２）の周囲に配置されている。ＥＭＣは、エポキシ基を含む任意の反応性プレポリマー及びポリマーを含む任意のポリエポキシドを含むことができる。ＥＭＣを、触媒による（または触媒を用いた）単独重合（catalytic homopolymerisation）を介してそれ自体と、または、多官能価アミン、多官能性酸、多官能酸無水物、フェノール、アルコール、チオール、他の共反応体、またはそれらの組み合わせを含む広範囲の共反応体と反応（すなわち架橋）させることができる。それらの共反応体を、固化剤または硬化剤と呼ぶことができ、架橋反応を硬化と呼ぶことができる。ポリエポキシドとそれ自体または多官能硬化剤との反応は、高い機械的特性、温度耐性及び耐薬品性をしばしば有する熱硬化性ポリマーを形成する。

上記したように、ダイスライバは、約６５０μｍ以下の厚さを有し、さらに、幅に対する長さの比（Ｌ／Ｗ）を少なくとも３とすることができる薄膜シリコン（薄いシリコン）、薄板グラス（薄いガラス）、もしくはその他の基板を備えている。１例では、ＴＩＪプリントヘッドダイ（１００）に含まれているスライバ（１０２）の数は、ＴＩＪプリントヘッドダイ（１００）が噴射する色の数と等しい。図１の例では、４つのスライバ（１０２）が、ＴＩＪプリントヘッドダイ（１００）に含まれており、それらのスライバは、たとえば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、及びブラック（Ｋ）用のスライバ（１０２）を含むことができる。しかしながら、任意の色モデルまたは色をスライバ（１０２）によって表すことができる。

図１に示されているように、それぞれのスライバ（１０２）は、エポキシ系のネガティブフォトレジスト（１１５）内に画定された複数のノズル（１１３）を備えており、この場合、紫外線（ＵＶ）放射にさらされたネガティブフォトレジストの部分は架橋し、該薄膜の残りの部分は、可溶性のままであって、現像中に洗い流されることができる。１例では、ネガティブフォトレジストはＳＵ−８である。ノズル（１１３）は、シリコン基板内に画定された複数のインク供給スロットを備える該シリコン基板に結合される。エポキシ系のネガティブフォトレジスト（１１４）の追加の部分を、スライバ（１０２）内に含めて、ＥＭＣ（１０１）のモールディングコンパウンドが接続パッド（１０３）または他の電気的接続部に接触するのを防止するためのダム（障壁）として機能させることができる。接続パッド（１０３）の領域を囲んでいるエポキシ系のネガティブフォトレジスト（１１４）のこの追加の部分は、余分なバリ成形材料が、成形プロセス中に接続パッド（１０３）の領域に入るのを阻止する。

さらに、それぞれのスライバ（１０２）は、それぞれのノズルの下に少なくとも１つの噴射チャンバを備えている。噴射チャンバは、スライバの下の成形可能な基板（１０１）内に画定された複数のスロットに流体結合しており（すなわち、それらの間で流体が行き来できるようになっており）、噴射可能な流体は、それらのスロットを通って噴射チャンバへと流れて、該噴射可能な流体の噴射イベント中にノズルから出る。したがって、成形されたインクジェットプリントヘッド（１００）などの成形された流体流れ構造は、ダイスライバ基板を通って形成された流体スロットを含んでいない。その代わり、それぞれのダイスライバ（１０２）は、スライバ（１０２）の背面において成形可能な基板（１０１）内に形成された流体チャンネルを通じて流体ファンアウトを提供するモノリシックな成形可能な基板（１０１）内に成形される。したがって、成形されたプリントヘッド構造は、そのような構造でなければ、ダイスロッティング加工、及びプリントヘッド（１００）のマニホールド構造（たとえばチクレット）へのスロットが付けられたダイの関連する組立（アセンブリ）に関連して生じるであろう大きなコストを回避する。

成形可能な基板（１０１）内に形成された流体スロットは、噴射可能な流体が、それぞれのダイスライバ（１０２）の背面へと流れることができるようにする。ダイスライバ（１０２）の背面から該スライバの前面へと該スライバを通って形成された流体／インク供給穴（ＩＦＨ）は、該流体が、スライバ（１０２）を通って、該前面上にある、上記の抵抗発熱素子を含む噴射チャンバなどの噴射チャンバへと流れることができるようにする。該噴射可能な流体は、該流体噴射チャンバに流体結合したノズルを通って、成形されたプリントヘッド（１００）のスライバ（１０２）から噴射される。

１例では、本明細書に記載されている側面を、ページワイドアレイで使用されるプリントヘッドバーなどのプリントヘッドバーにおいて実施することができる。この例では、プリントバーは、成形可能な基板（１０１）に埋め込まれた複数の成形されたプリントヘッドダイ（１０２）を備えることができる。それぞれの成形されたプリントヘッドダイは、該成形体の外部に露出した前面及び背面を有する複数のダイスライバ（１０２）を備えている。該背面は、流体を受けることができ、該前面は、該背面から該ダイスライバの流体供給穴を通って該前面に流れる流体を供給することができる。

１例では、成形されたプリントヘッドダイ（１００）を、プリントバーまたはページワイドアレイに沿って配置ないし配列することができる。この例では、成形されたプリントヘッドダイ（１００）を、複数の異なる構成で、プリントヘッドの長さ方向に沿って端から端まで配置ないし配列することができる。１例では、成形されたプリントヘッドダイ（１００）を、インライン構成で（すなわち直線状にないし直列に）配置ないし配列することができる。別の例では、成形されたプリントヘッドダイ（１００）を、互い違いに配置された構成で（たとえば千鳥状に）配置ないし配列することができ、この場合、スライバ（１０２）は互いに対して整列するが、ダイ（１００）は、プリントバーの縦軸（または長手方向軸）に沿って互い違いに配置される。さらに別の例では、成形されたプリントヘッドダイ（１００）を、回転した構成で配置ないし配列することができ、この場合、スライバ（１０２）は、互いに対して整列するが、ダイ（１００）は、プリントバーの縦軸に対して回転させられる。さらに別の例では、成形されたプリントヘッドダイ（１００）を、傾斜した構成で配置ないし配列することができ、この場合、スライバ（１０２）は、互いに対して傾斜した構成で配置ないし配列されるが、ダイ（１００）は、プリントバーの縦軸に対して整列する。さらに別の例では、成形されたプリントヘッドダイ（１００）を、スティッチング構成で配置ないし配列することができ、この場合、複数のダイ（１００）は、隣接する複数のダイとオーバーラップする（少なくとも部分的に重なり合う）。この例では、ダイ（１００）のオーバーラップは、ダイ（１００）のスライバ（１０２）のそれらのノズルのノズルスティッチング（nozzle stitching）を可能にする。１例では、オーバーラップしたノズルからの噴出流体の噴射の組み合わせが、他のオーバーラップしていないノズルよりも（多かれ少なかれ）噴射可能な流体を噴射しないように、オーバーラップしているノズルの噴射の時間（タイミング）を調節することによって、ノズルのスティッチングを達成することができる。

別の例では、成形されたプリントヘッドダイ（１００）を、プリントカートリッジ内に含めることができる。この例では、単一のプリントヘッドダイ（１００）をプリントカートリッジに含めることができる。本明細書で説明されている例では、プリント基板（ＰＣＢ）を、成形可能な基板（１０１）のエッジにはめ込む（もしくは埋め込む）かまたは結合することができる。１例では、該ＰＣＢはＦＲ−４（fire retardant-4（難燃性４））グレードＰＣＢである。ＦＲ−４グレードＰＣＢは、ガラス繊維強化エポキシ樹脂積層板（glass-reinforced epoxy laminate sheet）を意味する。ＦＲ−４グレードＰＣＢは、難燃性または自己消火性のエポキシ樹脂バインダーを有するガラス繊維織布から成る複合材料である。上記のように、「ＦＲ−４」という表記は、可燃性のＦＲ−４の安全性が規格UL94V-0に適合していることを示している。１例では、ＦＲ−４を、エポキシ樹脂、ガラス織布強化材、臭素化難燃剤、またはそれらの組み合わせを含む複数の材料から作成することができ、該ＦＲ−４は、良好な強度重量比を有する汎用性の高い高圧熱硬化性プラスチック積層グレードである。ほとんど水を吸収しないＦＲ−４グレードＰＣＢを、かなりの機械的強度を有する電気絶縁体として使用することができ、該ＰＣＢは、乾燥状態と湿潤状態の両方において、高い機械的特性（mechanical value）及び電気絶縁性を保持する。さらに、ＦＲ−４グレードＰＣＢ基板は、良好な加工性を有している。はめ込まれた（もしくは埋め込まれた）または結合されたＰＣＢに関する詳細については後述する。

１例では、プリントヘッドダイ（１００）に含められているスライバ（１０２）の各々は、複数の接続パッドを備えている。しかしながら、成形可能な基板（１０１）内に成形されたスライバ（１０２）は、プリントヘッドダイ（１００）が組み込まれている印刷装置（図１２の１２００）に電気的に結合することはできない。このため、スライバ（１０２）は、印刷装置（図１２の１２００）のコントローラ（図１２の１２３０）から電気信号を受信することはできない。したがって、図１は、スライバ（１０２）を印刷装置（図１２の１２００）に電気的に結合する際に使用されるエッジコネクタ（１１６）の１例を示している。図１の例では、プリント基板（ＰＣＢ）は、成形可能な基板（１０１）に結合されるかまたは該基板内に成形される。図１の例では、ＰＣＢ（１０８）は、エッジコネクタ（１１６）用の基板として機能する。

図１のプリントヘッドダイ（１００）はさらに、接続パッド（１０３）の複数の第１の電気的接続部（１０４）を複数の第２の電気的接続部（１０６）に結合する複数のボンドワイヤー（１０５）を備えている。１例では、それらの第２の電気的接続部（１０６）は、はめ込まれた（もしくは埋め込まれた）ＰＣＢ（１０８）内に画定されたバイア（１１７）を有するスライバ（１０２）の表面によって画定される平面から下に引っ込んだところに配置されている。この例では、第２の電気的接続部（１０６）を、ＰＣＢ（１０８）のエッジ部分に配置された複数の第３の電気的接続部（１０９）に結合するために、複数のトレース（１０７）を、はめ込まれた（もしくは埋め込まれた）ＰＣＢ（１０８）に埋め込むことができる。複数のＰＣＢトレース（１１８）はＰＣＢ（１０８）に含められている。ＰＣＢトレース（１１８）は、第３の電気的接続部（１０９）を、複数の第４の電気的接続部（１１０）に結合する。１例では、第３の電気的接続部（１０９）、ＰＣＢトレース（１１８）、及び第４の電気的接続部（１１０）は単一の接続部に統合される。この例では、はめ込まれた（もしくは埋め込まれた）ＰＣＢ（１０８）は比較的短い。なぜなら、ＰＣＢ（１０８）の長さが、たとえば、ＰＣＢトレース（１１８）及び第４の電気的接続部（１１０）によって取られないからである。図１及び図２の例では、印刷装置（図１２の１２００）のコントローラ（図１２の１２３０）とプリントヘッドダイ（１００）の間の電気的通信を提供するために、第４の電気的接続部（１１０）は、印刷装置（図１２の１２００）のコネクタに結合される。

図１の例では、ワイヤーボンド（１０５）は、接続パッド（１０３）の第１の電気的接続部（１０４）を第４の電気的接続部（１１０）に直接結合することができる。このため、第２の電気的接続部（１０６）、バイア（１１７）、トレース（１０７）、第３の電気的接続部（１０９）、及びＰＣＢトレース（１１８）は使用されず、より小さいＰＣＢ（１０８）が成形可能な基板（１０１）に結合され、プリントヘッドダイ（１００）の長さは短くなる。

図１の例では、ワイヤーボンド（１０５）が周囲の環境にさらされないようにするために、封入剤（１１１）をワイヤーボンド（１０５）の上に該ワイヤーボンドをおおうように配置することができる。図１に示されているように、ワイヤーボンド（１０５）は、プリントヘッドダイ（１００）の側部（側面）に配置される（プリントヘッドダイ（１００）のノズル（１１３）から噴射可能な流体が噴射される）。これは、ワイヤーボンド（１０５）が、印刷装置（図１２の１２００）を通過する印刷媒体からの起こりうる摩擦、ちり、印刷媒体や他のソースからのその他の汚染物質、及び、周囲の空気からの湿気にさらされることを意味する。ワイヤーボンド（１０５）の可能性のある汚染または劣化を回避するために、封入剤（１１１）をワイヤーボンド（１０５）上に配置することができる。

さらに、保護膜（１１２）を封入剤（１１１）上に配置することができる。保護膜（１１２）は、封入剤（１１１）が、プリントヘッドダイ（１００）の複数の表面と保護膜（１１２）との間に挟まれるようにする。これによって、封入剤（１１１）が印刷動作を妨害する程度まで、封入剤（１１１）がプリントヘッド（１００）の表面から突き出すことがないように、封入剤（１１１）及び保護膜（１１２）はロープロファイルを維持する。

図２は、本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、図１に示されている線Ａに沿った、図１のＴＩＪプリントヘッドダイ（１００）の断面図である。図２の断面図は、プリントヘッドダイ（１００）の種々の部分への洞察を提供する。図２に示されているように、薄膜シリコン基板（薄いシリコン基板）または薄板ガラス基板（薄いガラス基板）（２１５）が、ノズル（１１３）が画定されているネガティブフォトレジスト材料（２１３）（たとえばＳＵ−８）の下に配置されている。噴射可能な流体がスロット（２１７）からノズル（１１３）の下の噴射チャンバ（２１８）へと移動することができるようにするために、複数のチャンネル（２１６）が基板（２１５）内に画定されている。ネガティブフォトレジスト材料（２１３）及び基板（２１５）は、スライバ（図１の１０２）を形成し、及び、成形可能な基板（１０１）内にオーバーモールドまたは成形される。

ここでも、スライバ（１０２）と印刷装置（図１２の１２００）のコントローラ（図１２の１２３０）との間の電気的接続性を提供する（すなわち両者を電気的に接続する）ために、複数のワイヤーボンド（１０５）が、スライバ（１０２）の接続パッド（図１の１０３）の第１の電気的接続部（１０４）を、はめ込まれた（もしくは埋め込まれた）ＰＣＢ（１０８）内の複数の第２の電気的接続部（１０６）に電気的に結合する。この場合、トレース（１０７）は、第２の電気的接続部（１０６）を、エッジコネクタ（１１６）用の基板として機能するはめ込まれた（もしくは埋め込まれた）ＰＣＢ（１０８）に配置された第３の電気的接続部（１０９）に電気的に結合する。ＰＣＢトレース（１１８）は、第３の電気的接続部（１０９）を複数の第４の電気的接続部（１１０）に結合する。

ワイヤーボンド（１０５）が、接続パッド（１０３）の第１の電気的接続部（１０４）を第４の電気的接続部（１１０）に直接結合する例では、ワイヤーボンド（１０５）は、第４の電気的接続部（１１０）まで延び、封入剤（１１１）は、ワイヤーボンド（１０５）の長さ全体にわたってワイヤーボンド（１０５）の上に（該ワイヤーボンドをおおうように）配置される。さらに、図２に示されているように、保護膜（１１２）は、封入剤（１１１）のプロファイル（高さまたは外形寸法）を小さくさせ、プリントヘッドダイ（１００）に沿ったロープロファイルが確実に維持されるようにする。

図３は、本明細書に開示されている原理の別の例にしたがう、ＴＩＪプリントヘッドダイ（３００）の図である。図４は、本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、図３に示されている線Ｂに沿った、図３のＴＩＪプリントヘッドダイ（３００）の断面図である。図１及び図２と同様に番号付けされている図３及び図４内の要素については上述されている。図３及び図４のプリントヘッドダイ（３００）の例は、エッジコネクタ（１１６）が、成形可能な基板（１０１）内に埋め込まれたリードフレームを含んでいる点で、図１及び図２の例とは異なる。該リードフレームは、接続パッド（１０３）の第１の電気的接続部（１０４）から遠い側のボンドワイヤー（１０５）の端部に結合された複数の第１の部分（３０１）を備えている。リードフレームの中間部分（３０２）は、第１の部分（３０１）をエッジ部分（３０３）に接続する。印刷装置（図１２の１２００）のコントローラ（図１２の１２３０）とプリントヘッドダイ（１００）との間の電気通信を提供するために、エッジ部分（３０３）は、印刷装置（図１２の１２００）のコネクタに結合される。

図５〜図１０は、ＴＩＪプリントヘッドの製造プロセスを示している。具体的には、図５は、本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、第１の製造段階（５００）における複数のＴＩＪプリントヘッド（５０１）の図である。図５に示されているように、複数のＰＣＢ基板（５０２）は、後の製造プロセス用の準備領域（staging area。または足場領域）としてのパネル基板（５２０）上に配置される。ダイ（１００、３００）内で複数のスライバ（１０２）を互いに対して配置するやり方にしたがって、該複数のスライバ（１０２）が、複数のダイ空隙（ダイの空所）（５０３）内に配置ないし配列される。図５の例では、ダイ（１００、３００）は互い違いの構成で（たとえば千鳥状に）配置ないし配列されており、この場合、上記のように、スライバ（１０２）は、互いに対して整列するが、ダイ（１００）は、プリントヘッド（５０１）の縦軸（長手方向軸）に沿って互い違いに配置される。しかしながら、ダイ（１００、３００）内のスライバ（１０２）、プリントヘッド（５０１）内のダイ（１００、３００）、またはそれらの組み合わせを任意の構成で配置ないし配列することができる。

図５は、ノズル（図１〜図４の１１３）を含む側（または側面）とは反対側のプリントヘッド（５０１）の各々の側（または側面）を示している。したがって、図５に示されているプリントヘッド（５０１）の側（または側面）を、プリントヘッド（５０１）の第２の側（または側面）と呼ぶことができ、これに対して、図１〜図４に示されているプリントヘッド（５０１）の側（または側面）は第１の側（または側面）である。プリントヘッド（５０１）の各々は、たとえば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）（５０５）、及び、プリントヘッド（５０１）を印刷装置（図１２の１２００）または他の表面実装技術（ＳＭＴ）デバイス（５０４）に結合するために使用される電気的相互接続部（５０６）を含む複数のＳＭＴデバイス（５０４）を備えることができる。

図６は、本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、複数のＴＩＪプリントヘッド（５０１）の第１の側（または側面）を示している、第２の製造段階（６００）における複数のＴＩＪプリントヘッド（５０１）の図である。図７は、本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、複数のＴＩＪプリントヘッド（５０１）の第２の側（または側面）を示している、第２の製造段階（６００）における複数のＴＩＪプリントヘッド（５０１）の図である。図８は、本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、第２の製造段階（６００）における複数のＴＩＪプリントヘッド（５０１）のうち、図６の正方形Ｃ内に示されているＴＩＪプリントヘッドの第１の側（または側面）を示す図である。図６〜図８では、ＥＭＣ（１０１）は、プリントヘッド（５０１）間、ダイ空隙（図５の５０３）内、及び、ダイ空隙（図５の５０３）内のスライバ（１０２）間を含むプリントヘッド（５０１）に成形されている。パネル基板（５２０）は、オーバーモールドされたプリントヘッド（５０１）から除去される。

図７には、ＴＩＪプリントヘッド（５０１）の第２の側（または側面）が、ＳＭＴデバイス（図５の５０４）及びダイ（１００、３００）内のスライバ（１０２）の反対の側（または側面）と共に示されている。１例では、ＥＭＣ（１０１）は、ＴＩＪプリントヘッド（５０１）の第２の側（または側面）の大部分をおおう。

図８は、本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、第２の製造段階（６００）における複数のＴＩＪプリントヘッド（５０１）のうち、図６の正方形Ｃ内に示されている１つのＴＩＪプリントヘッドの第１の側（または側面）を示す図である。図１及び図２の例は図５〜図１０に示されているが、図３及び図４の例も、リードフレーム（３０１、３０２、３０３）が成形可能な基板（１０１）内に埋め込まれることを除いて同様のやり方で製造することができる。はめ込まれた（もしくは埋め込まれた）ＰＣＢ（１０８）内に画定されたバイア（１１７）は、ダイ（１００）の（一方の）端部に示されている。ボンドワイヤー（１０５）は、接続パッド（図１の１０３）の第１の電気的接続部（１０４）を第２の電気的接続部（１０６）に電気的に結合する。このため、それらのボンドワイヤーは、上記のように環境にさらされる。

図９は、本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、第３の製造段階（９００）における複数のＴＩＪプリントヘッド（５０１）のうち、図６の正方形Ｃ内に示されている１つのＴＩＪプリントヘッドの第１の側（または側面）を示す図である。ワイヤーボンド（１０５）が周囲の環境にさらされないようにするために、図９に示されているように、封入剤（１１１）をワイヤーボンド（１０５）の上に該ワイヤーボンドをおおうように配置することができる。図９の例では、封入剤（１１１）は、ボンドワイヤー（１０５）をおおっており、バイア（１１７）の少なくとも一部分をふさいでいる。

図１０は、本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、第４の製造段階（１０００）における複数のＴＩＪプリントヘッド（５０１）のうち、図６の正方形Ｃ内に示されている１つのＴＩＪプリントヘッドの第１の側（または側面）を示す図である。図１０に示されているように、プリントヘッドダイ（１００）の複数の表面と保護膜（１１２）との間に封入剤（１１１）が挟まれるようにするために、保護膜（１１２）を封入剤（１１１）上に配置することができる。これによって、封入剤（１１１）が印刷動作を妨害する程度まで、封入剤（１１１）がプリントヘッド（１００）の表面から突き出すことがないように、封入剤（１１１）及び保護膜（１１２）はロープロファイルを維持する。

図１１は、本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、製造されたＴＩＪプリントヘッド（５０１）の図である。図１１は、図５〜図１０に示されている同じグループ内に含まれている残りのプリントヘッド（５０１）から分離された１つのプリントヘッド（５０１）を示している。１例では、図５〜図１０に示されているＴＩＪプリントヘッド（５０１）を、図６に示されている線Ｄに沿ってプリントヘッド（５０１）間を切断することによって互いから分離することができる。たとえば、カッティングソーを使って、プリントヘッド（５０１）を切り取って互いから分離することができる。このようにして、図１０に示されている完成したプリントヘッド（５０１）を得ることができる。上記のように、それぞれのダイ（１００）は、少なくとも１つのスライバ（１０２）を備えており、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、及びブラック（Ｋ）の色モデルなどの色モデルに基づいて複数のスライバ（１０２）を備えることができる。

図１２は、本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、ＴＩＪプリントヘッドダイを使用する印刷装置のブロック図である。印刷装置（プリンター）（１２００）は、１例では、印刷媒体（１２１０）の幅全体にわたるプリントバー（１２０５）を備えることができる。プリンター（１２００）はさらに、プリントバー（１２０５）に関連付けられた流れ調節器（または流量調節器）（１２１５）、媒体搬送機構（１２２０）、インクまたはその他の噴出流体の供給源（１２２５）、及びプリンターコントローラ（１２３０）を備えることができる。コントローラ（１２３０）は、ＴＩＪプリントヘッドダイ（１００、３００）の噴射及び動作を含むプリンター（１２００）の作動要素を制御するために必要なプログラミング、（１以上の）プロセッサ、（１以上の）関連するデータ記憶装置、電子回路及び構成要素を表すことができる。プリントバー（１２０５）は、一枚の紙や連続紙やその他の印刷媒体（１２１０）に印刷流体を供給（または吐出）するための成形されたスライバ（１０２）及びダイ（１００、２００）の配列を備えることができる。図１２のプリントバー（１２０５）は、印刷媒体（１２１０）の幅全体にわたる複数の成形されたスライバ（１０２）及びダイ（１００、２００）を備えている。しかしながら、本明細書では、それらより多いかまたは少ない数の成形されたスライバ（１０２）及びダイ（１００、２００）を備えることができ、及び図１２に示されているページワイド（ページ幅）アレイバーまたは可動のプリントカートリッジに固定することができる異なるプリントバー（１２０５）も考慮されている。

図１３は、本明細書に開示されている原理の１例にしたがう、ＴＩＪプリントヘッド（５０１）を製造する方法を示すフローチャート（１３００）である。該方法は、複数のインクジェットスライバ（１０２）を成形可能な基板（１０１）内にオーバーモールドする（ブロック１３０１）ことから開始することができる。オーバーモールドされたインクジェットスライバ（１０２）は、少なくとも１つのＴＩＪダイ（１００、３００）を形成する。複数のワイヤーボンド（１０５）の第１の端部をインクジェットスライバ（１０２）に電気的に結合することができる（ブロック１３０２）。該方法は、ワイヤーボンド（１０５）の第２の端部を、該少なくとも１つのＴＩＪプリントヘッド（５０１）のエッジに結合されたサイドコネクタ（１１６）に電気的に結合すること（ブロック１３０３）に進むことができる。

１例では、複数のインクジェットスライバ（１０２）を成形可能な基板（１０１）内にオーバーモールドすること（ブロック１３０１）は、該複数のインクジェットスライバ（１０２）と共に（または、該複数のインクジェットスライバを有する）プリント基板（ＰＣＢ）（１０８）を成形可能な基板（１０１）内にオーバーモールドすることを含む。該方法はさらに、ワイヤーボンド（１０２）が環境にさらされないようにするために、封入剤（１１１）などの封入材料でワイヤーボンド（１０２）を封入することを含むことができる。封入材料（１１１）のロープロファイルを維持するために、保護膜（１１２）を封入材料（１１１）上に配置することができる。

本明細書及び図面ではサーマルインクジェット（ＴＩＪ）プリントヘッドを記載している。ＴＩＪプリントヘッドは、成形可能な基板内に成形された複数のインクジェットスライバを備えている。オーバーモールドされたインクジェットスライバは少なくとも１つのＴＩＪダイを形成する。ＴＩＪプリントヘッドはまた、それらのインクジェットスライバをサイドコネクタに電気的に結合する複数のワイヤーボンドを備えている。該サイドコネクタは、それらのインクジェットスライバを印刷装置のコントローラに電気的に結合する。このＴＩＪプリントヘッドは、いくつかある利点の中でも特に、（１）プリントヘッド内にチクレットまたは他の流体分配マニホールドまたは流体インターポーザを含める必要をなくすことができ、（２）製造するのが高価で難しいシリコン基板の代わりにエポキシモールドコンパウンド（ＥＭＣ）を使用することによって、製造コストを下げ、かつ費用効果を高めることができ、（３）ダイコストが３倍以上低減されるように、プリントヘッド内のシリコン面積を低減することができ、（４）印刷装置との電気的相互接続を簡単もしくは単純にすることができ、及び（５）プリントヘッドの設計及びプリントヘッドの組立工程を大幅に簡単もしくは単純にすることができる。

上記の記述は、開示されている原理の例を例示して説明するために提示されたものである。この記述は、それらの原理を網羅することも、開示した形態そのものに限定することも意図していない。上記の教示に照らして、多くの修正及び変形が可能である。

上記したように、サーマルインクジェット（ＴＩＪ）プリントヘッドは、複数のＴＩＪダイを備えている。それぞれのＴＩＪダイは複数のスライバを備えている。ダイスライバは、約６５０μｍもしくはそれより小さい厚さを有する薄膜シリコン（薄いシリコン）、薄板ガラス（薄いガラス）、または他の薄い基板を含む。それぞれのＴＩＪスライバは、それらの該スライバの表面上に上記の抵抗発熱素子などの複数の流体噴射デバイスを備えることができる。噴射可能な流体は、基板内の対向する基板表面間に形成された複数の流体スロットを通じてそれらのスライバの噴射デバイスへと流れることができる。

Claims (15)

1. 成形可能な基板内に成形された複数のインクジェットスライバと、
   前記インクジェットスライバをサイドコネクタに電気的に結合する複数のワイヤーボンド
   を備えるプリントヘッドであって、
   前記オーバーモールドされたインクジェットスライバは、少なくとも１つのプリントヘッドダイを形成し、
   前記サイドコネクタは、前記インクジェットスライバを印刷装置のコントローラに電気的に結合することからなる、プリントヘッド。
2. 前記サイドコネクタは、プリント基板（ＰＣＢ）サイドコネクタである、請求項１のプリントヘッド。
3. 前記ＰＣＢサイドコネクタは、前記成形可能な基板内に成形される、請求項２のプリントヘッド。
4. 前記サイドコネクタは、前記成形可能な基板に埋め込まれたリードフレームを有し、
   前記リードフレームは、
   前記ワイヤーボンドからの複数の電気トレースと、
   前記電気トレースに結合された複数の接続パッド
   を備え、
   前記接続パッドは、前記インクジェットスライバを前記印刷装置の前記コントローラに電気的に結合することからなる、請求項１のプリントヘッド。
5. 前記ワイヤーボンド上に配置された封入カバーをさらに備える、請求項１のプリントヘッド。
6. 前記成形可能な基板は、エポキシモールドコンパウンド（ＥＭＣ）である。請求項１のプリントヘッド。
7. 前記サイドコネクタは、前記インクジェットスライバの各々のエッジにおいて、該インクジェットスライバに電気的に結合される、請求項１のプリントヘッド。
8. 成形可能な基板と、
   前記成形可能な基板内に成形された複数のインクジェットスライバと、
   前記スライバを、前記成形可能な基板に結合されたエッジコネクタに接続する複数の電気リード線
   を備えるプリントヘッドダイ。
9. 前記エッジコネクタが、
   前記成形可能な基板に埋め込まれたプリント基板（ＰＣＢ）と、
   前記ＰＣＢを前記インクジェットスライバに前記リード線を介して結合するために前記ＰＣＢに結合された第１の組のコネクタと、
   前記ＰＣＢをプリンタコントローラに結合するために前記ＰＣＢに結合された第２の組のコネクタ
   を備えることからなる、請求項８のプリントヘッドダイ。
10. 前記ワイヤーボンド上に配置された封入材料をさらに備える、請求項８のプリントヘッドダイ。
11. 前記封入材料のロープロファイルを維持するために、前記封入材料上に配置された保護膜をさらに備える、請求項１０のプリントヘッドダイ。
12. プリントヘッドを製造する方法であって、
    複数のインクジェットスライバを成形可能な基板内にオーバーモールドするステップであって、該オーバーモールドされたインクジェットスライバは少なくとも１つのプリントヘッドダイを形成することからなる、ステップと、
    複数のワイヤーボンドの第１の端部を前記インクジェットスライバに電気的に結合するステップと、
    前記ワイヤーボンドの第２の端部を、前記プリントヘッドのエッジに結合されたサイドコネクタに電気的に結合するステップ
    を含む方法。
13. オーバーモールドする前記ステップが、前記複数のインクジェットスライバと共にプリント基板（ＰＣＢ）を前記成形可能な基板内にオーバーモールドすることを含む、請求項１２の方法。
14. 前記ワイヤーボンドを環境にさらさないようにするために、前記ワイヤーボンドを封入材料で封入するステップをさらに含む、請求項１２の方法。
15. 前記封入材料のロープロファイルを維持するために、前記封入材料上に保護膜を配置するステップをさらに含む、請求項１４の方法。
    

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