JP3437962B2 - インクジェットプリントヘッドアセンブリを形成する方法およびインクジェットプリントヘッドアセンブリ - Google Patents
インクジェットプリントヘッドアセンブリを形成する方法およびインクジェットプリントヘッドアセンブリInfo
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Description
ットプリントヘッドに関し、より詳細には、プリントヘ
ッドのダイ用の平坦化した搭載層を有するワイドアレイ
のインクジェットプリントヘッドアセンブリおよびその
製法に関する。
は、プリントヘッドと、プリントヘッドに液体インクを
供給するインク供給容器とを含む。プリントヘッドは、
インク滴を、複数のオリフィスまたはノズルを通じて紙
のシート等のプリント媒体に向かって噴出し、そのプリ
ント媒体にプリントを行うようになっている。通常、オ
リフィスは1つまたは複数のアレイに配列されており、
プリントヘッドとプリント媒体とが互いに関連して動い
ている間に、オリフィスからの適切な順序に配列された
インクの噴出によって、文字やその他画像がプリント媒
体にプリントされるようになっている。
トシステムと呼ばれる1つの装置において、複数の、プ
リントヘッドのダイとも呼ばれる個々のプリントヘッド
が、単一の基板に搭載される。そのため、従って、ノズ
ルの数が1秒当たりに噴出することができるインク滴の
全数は、増大する。1秒当たりに噴出することができる
滴の全数が増大するので、ワイドアレイのインクジェッ
トプリントシステムでプリント速度を上げることができ
る。
一の基板に搭載するためには、プリントヘッドのダイ同
士を正確に整列することが必要である。プリントヘッド
のダイ同士が整列不良であると、インクジェットプリン
トシステムの性能に悪影響を及ぼす可能性がある。例え
ば、基板の平坦性にばらつきがあれば、その結果、プリ
ントヘッドのダイ同士の間で平坦性がばらつき、従っ
て、プリントヘッドのダイ同士が整列不良になってしま
う。不都合なことに、プリントヘッドのダイ同士の間で
平坦性がばらつくと、その結果、ペンから紙までの間隔
の問題と共にインク滴の飛翔経路のエラーが生じて、プ
リント品質が低下してしまう可能性がある。更に、複数
のプリントヘッドのダイを単一の基板に搭載するために
は、基板の電気接点とプリントヘッドのダイの電気接点
との間に複数の電気接続を行うことが必要である。
のインクジェットプリントヘッドアセンブリの単一の基
板に複数のプリントヘッドのダイを正確に搭載し整列し
て、プリントヘッドのダイ同士の整列不良を回避しつつ
基板の電気接点の完全性を維持することが、必要とされ
ている。
クジェットプリントヘッドアセンブリを形成する方法を
提供する。この方法は、基板を設け、基板の第1の面に
第1の平坦化層を配置し、第1の平坦化層の第1の表面
が基板の第1の面に接触するようにし、第1の平坦化層
の第1の表面の反対側の第2の表面を機械的(mechanica
lly)に平坦化し、第1の平坦化層の第2の表面に複数の
プリントヘッドのダイを搭載することを含む。
2の表面を機械的に平坦化するステップは、その全領域
にわたって略平坦な表面を形成するステップを含む。
2の表面を機械的に平坦化するステップは、プリントヘ
ッドのダイについて、それぞれが略同一平面内にある複
数の基準点(datum point)を確立するステップを含む。
一実施形態において、第1の平坦化層の第2の表面にプ
リントヘッドのダイを搭載するステップは、多数の基準
点を接触させるステップを含む。そのため、各プリント
ヘッドのダイは、略同一平面内にある。
2の表面を機械的に平坦化するステップは、第1の平坦
化層の第2の表面を研削および/またはラッピングし
て、略平坦な表面を形成するステップを含む。一実施形
態において、第1の平坦化層の第2の表面を機械的に平
坦化するステップは、第1の平坦化層の少なくとも一部
分の厚さを薄くするステップを含む。
イのそれぞれは、前面を有する。そのため、第1の平坦
化層の第2の表面にプリントヘッドのダイを搭載するス
テップは、プリントヘッドのダイのそれぞれの前面を、
略同一平面内に整列するステップを含む。一実施形態に
おいて、それぞれのプリントヘッドのダイは、その前面
に画定された、複数のノズル開口部を有する。そのた
め、第1の平坦化層の第2の表面にプリントヘッドのダ
イを搭載するステップは、第1の平坦化層の第2の表面
と略垂直になるようにノズル開口部を向けるステップを
含む。
む。一実施形態において、基板の複数の層のうちの少な
くとも一つは、セラミック材料で形成されている。一実
施形態において、基板の複数の層は、導電層と非導電層
とを含む。そのため、基板の非導電層のうちの少なくと
も一つと、第1の平坦化層とは、同じ材料で形成されて
いる。
ラミック材料で形成されている。一実施形態において、
第1の平坦化層は非金属材料で形成されている。
複数の開口部が形成されている。一実施形態において、
基板は、基板を貫いて延びる複数のインク流路を有し、
インク流路のうちの少なくとも一つは、基板の第1の面
と連通している。そのため、第1の平坦化層の開口部の
うちの少なくとも一つは、流路と連通している。
て延びる複数の導電経路を含み、導電経路のうちの少な
くとも一つは、基板の第1の面と連通する端を有する。
そのため、第1の平坦化層の開口部のうちの少なくとも
一つは、導電経路の端を見せている。
ントヘッドアセンブリを形成する方法は、基板の第1の
面の反対側の第2の面に第2の平坦化層を配置して、第
2の平坦化層の第1の表面が基板の第2の面に接触する
ようにするステップを含み、第2の平坦化層の第1の表
面の反対側の第2の表面を機械的に平坦化するステップ
を含む。
複数の開口部が形成されている。一実施形態において、
基板は、基板を貫いて延びる複数のインク流路を有し、
インク流路のうちの少なくとも一つは、基板の第2の面
と連通している。そのため、第2の平坦化層の開口部の
うちの少なくとも一つは、インク流路と連通している。
て延びる複数の導電経路を含み、導電経路のうちの少な
くとも一つは、基板の第2の面と連通する端を有する。
そのため、第2の平坦化層の開口部のうちの少なくとも
一つは、導電経路の端を見せている。
第1の面に配置された第1の平坦化層とを含むインクジ
ェットプリントヘッドアセンブリを提供する。第1の平
坦化層は、基板の第1の表面に接触する第1の面と、そ
の第1の表面の反対側に機械的な手段で平坦化した表面
とを有する。そのため、第1の平坦化層の機械的に平坦
化した表面に、複数のプリントヘッドのダイが搭載され
る。従って、各プリントヘッドのダイは、ほぼ1つの平
面内にある。
ドのダイを収容するキャリアを提供する。このキャリア
は、プリントヘッドのダイを機械的に支持する平坦化し
た表面を有する、平坦化した層と、この平坦化した層の
平坦化した表面からアクセス可能で、プリントヘッドの
ダイの対応する電気接点と電気的に結合するように構成
された複数の電気コンタクトを画定する、金属化した層
とを含む。
搭載されている機械的に平坦化した表面を含む、ワイド
アレイのインクジェットプリントヘッドアセンブリを提
供する。そのため、プリントヘッドのダイのそれぞれの
面は、ほぼ1つの平面内にある。従って、プリントヘッ
ド同士が確実に整列する。従って、プリントヘッド同士
の整列不良によって引き起こされる、インク滴の飛翔経
路のエラーとペンから紙までの間隔の問題とが回避され
る。更に本発明は、機械的に平坦化した表面に関係して
プリントヘッドのダイの電気接点を奥まらせることによ
って、そういった電気接点の完全性を維持する。
説明において、その一部を形成している添付図面を参照
する。図面において、例示として、本発明を実施するこ
とができる具体的な実施形態を示す。この点において、
「頂」、「底」、「表」、「裏」、「前」、「後」、等
の方向を示す用語は、説明している図面の向きに関して
用いられる。本発明のインクジェットプリントヘッドア
センブリおよび関係する構成要素は、多数の異なる向き
に配置することができる。そのため、こういった方向用
語は、決して限定する目的のためではなく、例示の目的
のために用いるものである。本発明の範囲から逸脱する
ことなく、他の実施形態を利用してもよく、構造的また
は論理的な変更を行ってもよい、ということが理解され
なければならない。従って、以下の詳細な説明は、限定
的な意味で理解してはならず、本発明の範囲は特許請求
の範囲によって規定される。
ントシステム10の一実施形態を示す。インクジェット
プリントシステム10は、インクジェットプリントヘッ
ドアセンブリ12、インク供給アセンブリ14、搭載ア
センブリ16、媒体運搬アセンブリ18および電子制御
装置20を含む。インクジェットプリントヘッドアセン
ブリ12は、本発明の実施形態に従って形成されてお
り、1つまたは複数のプリントヘッドを含む。このプリ
ントヘッドは、複数のオリフィスすなわちノズル13を
通じてプリント媒体19に向けてインク滴を噴出し、プ
リント媒体19にプリントを行うようになっている。プ
リント媒体19は、紙、カード用の厚紙、透明フィル
ム、マイラー等の何らかのタイプの適当なシート材料で
ある。通常、ノズル13は1つまたは複数の列すなわち
アレイに配列されており、インクジェットプリントヘッ
ドアセンブリ12とプリント媒体19とが他方に関して
動いている間に、ノズル13から適切な順序でインクが
噴出することによって、文字、記号および/またはその
他グラフィックや画像がプリント媒体19にプリントさ
れるようになっている。
ッドアセンブリ12にインクを供給し、インクを保管し
ておく槽15を含む。そのため、インクは槽15からイ
ンクジェットプリントヘッドアセンブリ12へと流れ
る。インク供給アセンブリ14とインクジェットプリン
トヘッドアセンブリ12は、一方向インク送出システム
と循環式インク送出システムのいずれかを形成できる。
一方向インク送出システムにおいては、インクジェット
プリントヘッドアセンブリ12に供給されるインクはほ
ぼすべてプリント中に消費される。しかし循環式インク
送出システムにおいては、プリントヘッドアセンブリ1
2に供給されるインクのうちの一部のみがプリント中に
消費される。そのため、プリント中に消費されなかった
インクはインク供給アセンブリ14に戻される。
ントヘッドアセンブリ12とインク供給アセンブリ14
は、インクジェットカートリッジすなわちペン内に一緒
に収容される。他の実施形態において、インク供給アセ
ンブリ14はインクジェットプリントヘッドアセンブリ
12とは別個であり、供給チューブ等のインタフェイス
接続を通じてインクジェットプリントヘッドアセンブリ
12にインクを供給する。どちらの実施形態において
も、インク供給アセンブリ14の槽15を取外し、交換
および/または再充填してもよい。インクジェットプリ
ントヘッドアセンブリ12とインク供給アセンブリ14
が一緒にインクジェットカートリッジ内に収容される一
実施形態において、槽15は、カートリッジ内に配置さ
れたローカル槽と、カートリッジとは別個に配置され
た、より大きい槽とを含む。そのため、別個の大きい方
の槽は、ローカル槽を再充填するのに役立つ。従って、
別個の大きい方の槽および/またはローカル槽は、取外
し、交換および/または再充填してもよい。
リントヘッドアセンブリ12を媒体運搬アセンブリ18
に関して配置し、媒体運搬アセンブリ18は、プリント
媒体19をインクジェットプリントヘッドアセンブリ1
2に関して配置する。従って、インクジェットプリント
ヘッドアセンブリ12とプリント媒体19との間の領域
内に、ノズル13に隣接して、プリントゾーン17が規
定される。一実施形態において、インクジェットプリン
トヘッドアセンブリ12は、走査タイプのプリントヘッ
ドアセンブリである。そのため、搭載アセンブリ16
は、媒体運搬アセンブリ18に関してインクジェットプ
リントヘッドアセンブリ12を動かしてプリント媒体1
9を走査するキャリッジを含む。他の実施形態におい
て、インクジェットプリントヘッドアセンブリ12は、
非走査タイプのプリントヘッドアセンブリである。その
ため、搭載アセンブリ16はインクジェットプリントヘ
ッドアセンブリ12を、媒体運搬アセンブリ18に関し
て規定位置に固定する。従って、媒体運搬アセンブリ1
8はプリント媒体19を、インクジェットプリントヘッ
ドアセンブリ12に関して配置する。
ントヘッドアセンブリ12、搭載アセンブリ16、およ
び媒体運搬アセンブリ18と連通している。電子制御装
置20は、コンピュータ等のホストシステムからデータ
21を受け取り、データ21を一時的に記憶しておくメ
モリを含む。通常データ21は、電子、赤外線、光学、
その他の情報転送経路に沿ってインクジェットプリント
システム10に送られる。データ21は例えば、プリン
トするドキュメントおよび/またはファイルを表す。そ
のため、データ21は、インクジェットプリントシステ
ム10用のプリントジョブを形成し、1つまたは複数の
プリントジョブのコマンドおよび/またはコマンドのパ
ラメータを含む。
は、ノズル13からのインク滴の噴出のためのタイミン
グ制御を含む、インクジェットプリントヘッドアセンブ
リ12の制御を行う。そのため、電子制御装置20は、
プリント媒体19に文字、記号、および/またはその他
グラフィックや画像を形成する、噴出するインク滴のパ
ターンを規定する。タイミング制御、および噴出するイ
ンク滴のパターンは、プリントジョブのコマンドおよび
/またはコマンドのパラメータによって決定される。一
実施形態において、電子制御装置20の一部を形成する
論理および駆動回路は、インクジェットプリントヘッド
アセンブリ12内に組み込まれている。他の実施形態に
おいて、こういった論理および駆動回路は、インクジェ
ットプリントヘッドアセンブリ12から離れて配置され
ている。
トヘッドアセンブリ12の一部の一実施形態を示す。イ
ンクジェットプリントヘッドアセンブリ12は、ワイド
アレイまたはマルチヘッドのプリントヘッドアセンブリ
であり、キャリア30、複数のプリントヘッドのダイ4
0、インク送出システム50および電子インタフェイス
システム60を含む。キャリア30は、露出表面すなわ
ち第1の面301と、露出表面すなわち第2の面302
とを有する。第2の面302は、第1の面301と反対
側に位置し、第1の面301と略平行である。キャリア
30は、プリントヘッドのダイ40を保持するのに役立
ち、プリントヘッドのダイ40とインク供給アセンブリ
14(図1参照)と電子制御装置20(図1参照)との
間の電気的連通や流体的連通を行う。
0の第1の面301に搭載され、1つまたは複数の行に
なるように整列されている。一実施形態において、プリ
ントヘッドのダイ40同士は間隔を置いて互い違いに配
置され、1つの行のプリントヘッドのダイ40が、他の
行の少なくとも一つのプリントヘッドのダイ40と重な
り合うようになっている。従って、インクジェットプリ
ントヘッドアセンブリ12は、公称ページ幅や公称ペー
ジ幅よりも狭い幅または広い幅にわたってもよい。一実
施形態において、複数のインクジェットプリントヘッド
アセンブリ12が、市松模様(end-to-end manner)に搭
載されている。従ってキャリア30は、輪郭が互い違い
すなわち階段状である。従って、1つのインクジェット
プリントヘッドアセンブリ12の少なくとも一つのプリ
ントヘッドのダイ40は、隣接するインクジェットプリ
ントヘッドアセンブリ12の少なくとも一つのプリント
ヘッドのダイ40と重なり合う。キャリア30に6個の
プリントヘッドのダイ40が搭載されているのを示して
いるが、キャリア30に搭載するプリントヘッドのダイ
40の数を変えてもよい。
センブリ14(図1参照)をプリントヘッドのダイ40
と流体的に結合する。一実施形態において、インク送出
システム50は、マニホールド52およびポート54を
含む。マニホールド52は、キャリア30の第2の面3
02に搭載され、インクを、キャリア30を通じてそれ
ぞれのプリントヘッドのダイ40に分配する。ポート5
4は、マニホールド52と連通しており、インク供給ア
センブリ14が供給するインクの入り口をなす。
制御装置20(図1参照)をプリントヘッドのダイ40
と電気的に結合する。一実施形態において、電子インタ
フェイスシステム60は、複数の入出力(I/O)ピン
62を含む。I/Oピン62は、キャリア30の第2の
面302に搭載され、キャリア30を通じて、電子制御
装置20とプリントヘッドのダイ40との間で電気信号
を通信する。一実施形態において、1つまたは複数のI
/Oピン62の代わりに、電子制御装置20に電気的に
結合した電気ノード(図示せず)に接触するI/O接触
パッドを用いてもよい。
プリントヘッドのダイ40は、プリントすなわち滴噴出
要素42のアレイを含む。プリント要素42は基板44
に形成されており、基板44には、インク供給スロット
441が形成されている。そのため、インク供給スロッ
ト441は、供給液体インクをプリント要素42に提供
する。それぞれのプリント要素42は、薄膜構造46、
オリフィス層47および発射抵抗器48を含む。薄膜構
造46には、基板44のインク供給スロット441と連
通するインク供給チャネル461が形成されている。オ
リフィス層47は、前面471と、前面471に形成し
たノズル開口部472とを有する。オリフィス層47に
はまた、ノズルチャンバ473も形成されている。ノズ
ルチャンバ473は、ノズル開口部472および、薄膜
構造46のインク供給チャネル461と連通している。
ノズルチャンバ473内には発射抵抗器48が配置され
ており、発射抵抗器48は、発射抵抗器48を駆動信号
およびアースに電気的に結合するリード線481を含
む。
441からノズルチャンバ473へと、インク供給チャ
ネル461を経由して流れる。ノズル開口部472は発
射抵抗器48と動作可能に関連しており、発射抵抗器4
8に通電すると、ノズルチャンバ473内のインク滴
が、ノズル開口部472(例えば、発射抵抗器48の平
面に垂直)を通じてプリント媒体に向かって噴出される
ようになっている。
態には、熱プリントヘッド、圧電プリントヘッド、フレ
ックステンショナルプリントヘッド、または当業者に既
知のその他いかなるタイプのインクジェット噴出装置も
含まれる。一実施形態において、プリントヘッドのダイ
40は、完全に統合した熱インクジェットプリントヘッ
ドである。そのため、基板44は、例えばシリコン、ガ
ラス、または安定したポリマーで形成されており、薄膜
構造46は、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、
タンタル、多結晶シリコンガラス、その他適当な材料で
できた、1つまたは複数のパッシベーション層または絶
縁層によって形成されている。薄膜構造46はまた、発
射抵抗器48およびリード線481を規定する導電層も
含む。この導電層は例えば、アルミニウム、金、タンタ
ル、タンタルアルミニウム、その他金属または金属合金
によって形成されている。
は、基板32、搭載層34および支持層36を含む。基
板32は断面が略長方形で、頂面321と、頂面321
と反対側でかつ略平行の底面322とを含む。一実施形
態において、基板32は、プリントヘッドのダイ40同
士の電気的相互接続と、電子インタフェイスシステム6
0(図2または図3参照)を経由するプリントヘッドの
ダイ40と電子制御装置20(図1参照)との間の電気
的相互接続と、インク送出システムを経由するインク供
給アセンブリ14(図1参照)とプリントヘッドのダイ
40との間の液通とを行う。
31、底層332および少なくとも一つの中間層333
を含む複数の層33で形成されている。従って、頂層3
31の表面は基板32の頂面321を構成し、底層33
2の表面は基板32の底面322を構成する。しかし、
基板32が1つの分割できない構造、すなわち1層の材
料で形成されていても、本発明の範囲内である。
41の反対側の底表面342とを有する。搭載層34に
はまた、複数の開口部343が規定されている。それぞ
れの開口部343は、頂表面341および底表面342
に連通している。搭載層34は、基板32の頂面321
に配置されて、搭載層34の底表面342が基板32の
頂面321に接触するようになっている。そのため、プ
リントヘッドのダイ40は、搭載層34の頂表面341
に搭載されている。
61の反対側の底表面362とを有する。支持層36に
はまた、複数の開口部363が規定されている。それぞ
れの開口部363は、頂表面361および底表面362
に連通している。支持層36は、基板32の底面322
に配置されて、支持層36の頂表面361が基板32の
底面322に接触するようになっている。そのため、イ
ンクジェットプリントヘッドアセンブリ12が、例えば
搭載アセンブリ16(図1参照)内に搭載されると、キ
ャリア30は支持層36に支持される。
プリントヘッドのダイ40との間でインクを移動するた
めに、基板32には、複数のインク流路323が形成さ
れている。インク流路323は基板32を貫いて延びて
おり、インクをマニホールド52(図2または図3参
照)からプリントヘッドのダイ40に送出するためのス
ルーチャネルすなわちスルー開口部を提供する。従っ
て、インク流路323は、第1の端324においてイン
ク送出システム50のマニホールド52と連通し、第2
の端325においてプリントヘッドのダイ40と連通し
ている。すなわち、インク流路323の第2の端325
は、基板44のインク供給スロット441(図4参照)
と連通している。そのため、インク流路323は、イン
ク送出システム50の一部を形成している。所与のプリ
ントヘッドのダイ40について、インク流路323を1
つのみ示しているが、同じプリントヘッドのダイへの更
なるインク流路があってそれぞれ異なるカラーのインク
を供給してもよい。
にはそれぞれ、複数の開口部334(図6参照)が画定
されている。各層33における開口部334は、隣接す
る層33における関連する開口部334と連通して、基
板32におけるインク流路323を形成する。更に、搭
載層34における多数の開口部343は、各層33にお
ける開口部334と連通し、支持層36における多数の
開口部363は、各層33における開口部334と連通
して、インク供給アセンブリ14(図1参照)とプリン
トヘッドのダイ40との間でインクを移動する。
ヘッドのダイ40との間で電気信号を伝えるために、基
板32は、基板32を貫いて延びる複数の導電経路64
を有し、プリントヘッドのダイ40は、ボンドパッドを
形成する電気接点41を含む。図7に示すように、導電
経路64は、基板32の各層33のうちの少なくとも一
つを通り抜け、基板32の露出表面で終わっている。そ
のため、導電経路64は、両終端において、基板32の
電気接点すなわちボンドパッドを形成する入出力(I/
O)パッド66を含む。従って、I/Oパッド66によ
って、例えばI/Oピン62、ワイヤボンドのリード線
68、電気ノード(図示せず)、および/またはその他
適当な電気コネクタを経由する、基板32への電気接続
のためのポイントが提供される。
ものである。例えば、基板32を貫く導電経路64およ
びインク流路323の例示的なルーティングは、本発明
をわかりやすくするために簡略化している。導電経路6
4は例えば、各層33の間に挟まれた導電層によって形
成してもよい。従って、各層33は、絶縁層を構成して
いる。そのため、導電層同士の間には電気結合経路が設
けられており、I/Oパッド66同士およびI/Oピン
62同士の間の電気的結合を行う。従って、I/Oパッ
ド66は例えば、頂層331等の絶縁層に配置された、
金属化した層によって形成される。
リア30の様々な特徴を、直線で概略的に示している
が、プリントヘッドアセンブリ12の商業的な実施形態
の実際の幾何学的形状は、設計上の制約のために、より
複雑になってしまう可能性がある。例えばインク流路3
23は、幾何学的形状がより複雑で、多数の着色料のイ
ンクがキャリア30を貫いて運ばれるようになっている
かもしれない。更に、導電経路64は、基板32を貫く
ルーティングの幾何学的形状がより複雑で、インク流路
323との接触を回避して、電気コネクタの幾何学的形
状を図示のI/Oピン62とは異なるものにすることが
できるようになっているかもしれない。このような他に
採り得るものも本発明の範囲内である。
板32の頂面321および底面322で終わっている。
従ってI/Oパッド66は、基板32の頂面321およ
び底面322に設けられる。そのため、搭載層34にお
ける多数の開口部343は、基板32の頂面321に設
けられたI/Oパッド66を見せ、またはI/Oパッド
66へのアクセスを提供し、支持層36における多数の
開口部363は、基板32の底面322に設けられたI
/Oパッド66を見せ、またはI/Oパッド66へのア
クセスを提供する。更に、多数のI/Oピン62が、一
端において、底面322に設けられたI/Oパッド66
と電気的に結合し、ワイヤボンドのリード線68が、一
端において、頂面321のI/Oパッド66と電気的に
結合し、他端において、プリントヘッドのダイ40の電
気接点41と電気的に結合している。
よび底面322で終わっているが、導電経路64が基板
32の側面で終わっていても、本発明の範囲内である。
更に、1つまたは複数の導電経路64は、1つまたは複
数の他の導電経路64に分岐しても、または通じていて
もよい。更に、1つまたは複数の導電経路64は、基板
32の1つの層33内で始まり終わってもよい。
ック、シリコン、または適当な非金属材料で形成されて
いる。好ましくは、基板32は、熱膨張係数がシリコン
に近く、はんだおよび相互接続層を収容することがで
き、集積回路の搭載を受けることができる。更に、基板
32は、各層33を貫いて導電経路64を形成する回路
パターンを含む。1つの製造方法では、スクリーン印刷
法を用いて未焼成のテープの各層(グリーンシート層と
呼ばれる)に回路パターンが形成される。グリーンシー
ト層は、ポリマー結合剤内のセラミック粒子からできて
いる。この粒子としてアルミナを用いてもよく、他の酸
化物または様々なガラス/セラミックの混合物を用いて
もよい。それぞれのグリーンシート層は、必要に応じて
導体ラインその他金属化パターンを収容して、導電経路
64を形成する。こういったラインおよびパターンは、
タングステン等の高融点金属で、対応するグリーンシー
ト層にスクリーン印刷によって形成される。従って基板
32内には、導電層と、非導電層すなわち絶縁層とが形
成される。
れ、例えばタングステンペーストを充填したバイアホー
ルを通って、層から層へと延びている。従って、金属化
層すなわち導電層を含む回路パターンが、基板32内に
形成される。インク流路323等、基板32における開
口部は、グリーンシートを貫いて所望の大きさおよび形
状の穴および凹みを開けることによって形成される。い
ったんそれぞれの層33が所望の金属化層、バイア、お
よび開口部を設ければ、各層33が所望の構成で積み重
ねられる。
した層35であり、頂表面341は平らにした表面35
1である。すなわち、頂表面341は、機械的な手段で
平坦化した表面である。従って、頂表面341は、その
全領域にわたって、略平坦である。そのため、頂表面3
41は、それぞれがほぼ1つの平面内にある、複数の基
準点344を確立する。
0をキャリア30に搭載するときに、プリントヘッドの
ダイ40の正確な搭載およびプリントヘッドのダイ40
同士の整列を促進する。そのため、それぞれのプリント
ヘッドのダイ40は、キャリア30に搭載される時に、
多数の基準点344と接触する。従って、プリントヘッ
ドのダイ40は、互いに関して正確に整列する。すなわ
ち、それぞれのプリント要素42のオリフィス層47の
前面471(図4参照)は、ほぼ1つの平面内にある。
平坦化した層35および平らにした表面351は、例え
ば、後述のような研削および/またはラッピングによっ
て形成される。
した層37であり、底表面362は平らにした表面37
1である。すなわち、底表面362は、機械的に平坦化
した表面である。従って、底表面362は、その全領域
にわたって略平坦である。平坦化した層37および平ら
にした表面371もまた、例えば、後述のような研削お
よび/またはラッピングによって形成される。
ントヘッドアセンブリ12を形成する方法の一実施形態
を示す。図8に示すように、インクジェットプリントヘ
ッドアセンブリ12を形成するために、基板32を設け
る。基板32は、各層33を含み、インク流路323お
よび導電経路64がそれらを貫いて延びている。基板3
2は、底層332と中間層333と頂層331とを積み
重ねることによって形成される。底層332、中間層3
33および頂層331は、上述のように、回路パターン
および開口部を含む。そのため、各層33が所望の構成
で積み重ねられると、インク流路323および導電経路
64が基板32内に形成される。更に、導電経路64の
露出した両終端に、I/Oパッド66が設けられてい
る。
321および底面322にそれぞれ、搭載層34および
支持層36が配置されて、キャリア30を形成する。従
って、搭載層34における多数の開口部343は、基板
32におけるインク流路323と連通し、搭載層34に
おける多数の開口部は、基板32の頂面321に設けら
れたI/Oパッド66で終わっている導電経路64を見
せる。更に、支持層36における多数の開口部363
は、基板32におけるインク流路323と連通し、支持
層36における多数の開口部363は、基板32の底面
322に設けられたI/Oパッド66で終わっている導
電経路64を見せる。従って、I/Oパッド66、およ
びインク流路323の端324、325は、キャリア3
0の第1の面301および第2の面302に関して奥ま
っている。そのため、基板32と搭載層34と支持層3
6とを含むキャリア30は、圧力下で積層され、次に同
時焼結されて、内部に三次元の電気的および流体的ルー
ティングシステムを有するモノリシック構造を作り出す
ようになっている。
いるこのような構造の問題の1つは、キャリア30の製
造中に、基板32、搭載層34および/または支持層3
6のひずみおよび/または曲がりが起こるかもしれない
ということである。例えば基板32、搭載層34および
支持層36を構成している様々な材料は、熱膨張係数が
様々であるかもしれず、それによって、キャリア30の
形成中に、互いに異なる割合で相対的に膨張および/ま
たは収縮が生じ得る。更に、搭載層34および/または
支持層36の平坦性に影響を及ぼす波打ちおよび/また
はその他生来のばらつきも、基板32、搭載層34およ
び/または支持層36に生じるかもしれない。
イ40を搭載するための平坦な層を提供するために、搭
載層34および支持層36を平らにする。すなわち、搭
載層34の頂表面341および支持層36の底表面36
2が機械的に平坦化され、各頂表面341および底表面
362の全領域にわたって略平坦な表面が形成されるよ
うにする。搭載層34の頂表面341を機械的に平坦化
することによって、それぞれほぼ1つの平面内にある基
準点344を確立する。
持層36の機械的平坦化は、頂表面341および底表面
362の研削および/またはラッピングを含む。頂表面
341および底表面362を研削および/またはラッピ
ングすることによって、搭載層34および支持層36の
少なくとも一部分の厚さが薄くなる。頂表面341およ
び底表面362は、頂表面341および底表面362の
全領域にわたって所望の平坦さが達成されるまで、研削
および/またはラッピングされる。
坦化する結果として、搭載層34の厚さは初期厚さt1
から最終厚さt1’に低減され、支持層36の厚さは初
期厚さt2から最終厚さt2’に低減される。キャリア3
0に少しでも初期ひずみおよび/または曲がりがある場
合には、例えば搭載層34の初期厚さt1と最終厚さ
t1’との差(すなわちt1−t1’)は、少なくとも研
削および/またはラッピング前の頂表面341の非平坦
性の最大範囲に等しいということが好ましい。従って、
搭載層34の初期厚さt1(または支持層36の初期厚
さt2)が、いかなるこのような非平坦性の範囲よりも
大きいことが望ましい。
および支持層36の機械的平坦化前の、基板32と搭載
層34と支持層36とを含むキャリア30の適当な厚さ
は、約2.439±0.254mm(約0.096±
0.010インチ)である。この例示的実施形態におい
て、搭載層34および支持層36の機械的平坦化後の、
基板32と搭載層34と支持層36とを含むキャリア3
0の適当な厚さは、約2.439±0.051mm(約
0.096±0.002インチ)である。例示的な一実
施形態において、搭載層34の適当な最終厚さt1’は
約0.203mm(約0.008インチ)であり、支持
層36の適当な最終厚さt2’は約0.203mm(約
0.008インチ)である。最終厚さt1’および最終
厚さt2’をほぼ等しく例示しているが、最終厚さt1’
と最終厚さt2’が等しくない場合も、本発明の範囲内
である。
1および底面322に設けられるので、搭載層34の頂
表面341および支持層36の底表面362が機械的に
平坦化される時に、I/Oパッド66の完全性が維持さ
れる。更に、インク流路323の端324、325は基
板32の頂面321および底面322と連通しているの
で、搭載層34の頂表面341および支持層36の底表
面362が機械的に平坦化される時に、インク流路32
3の完全性もまた維持される。
頂表面341にプリントヘッドのダイ40が搭載され
る。頂表面341にプリントヘッドのダイ40が搭載さ
れる時には、それぞれのプリントヘッドのダイ40が多
数の基準点344と接触する。従って、プリントヘッド
のダイ40同士の正確な整列が行われる。そのため、そ
れぞれのプリントヘッドのダイ40のオリフィス層47
の前面471(図4参照)は、ほぼ1つの平面内にあ
る。
のリード線68および/またはI/Oピン62等の電気
コネクタが、I/Oパッド66に接合される。例えばワ
イヤボンドのリード線68が、一端において、基板32
の頂面321に設けられたI/Oパッド66に接合さ
れ、他端において、プリントヘッドのダイ40の電気接
点41に接合される。更に、例えばI/Oピン62が、
一端において、基板32の底面322に設けられたI/
Oパッド66に接合される。多数のI/Oパッド66
は、電気ノード(図示せず)用の接触ポイントを提供し
てもよく、そのため、電気コネクタを含まなくてもよ
い。I/Oピン62等の金属部品は、溶融ろう付け法(m
olten brazing process)、例えば銀−銅共晶ろう付けや
純銀ろう付けで取り付けられる。I/Oパッド66と電
気接点41とを電気的に結合する他の技術も用いてよ
い。こういった技術には例えば、フレキシブルな帯で支
持した多数の導線からなる回路を用いる、テープ・オー
トメーテッド・ボンディング(TAB)が含まれる。
ドのリード線68を封止する(符号69参照)。従っ
て、ワイヤボンドのリード線68、I/Oパッド66お
よび、プリントヘッド40の電気接点41の間の電気接
続の完全性が維持される。
態の、搭載層34を平坦化する前と平坦化した後のキャ
リア30の一部拡大図を示す。図14は、搭載層34を
平坦化する前の、搭載層34の一部を拡大したものと、
頂層331と中間層333とを含む基板32の一部を拡
大したものとを示す。図14に示すように、搭載層34
および基板32は、例えば上述のキャリア30の製造お
よび/またはその他生来の特性の結果生じる、ひずみお
よび/または曲がりを示している。図14に示す搭載層
34および基板32のひずみおよび/または曲がりの程
度は、本発明をわかりやすくするために誇張している。
結果として、搭載層34の頂表面341は、その全領域
にわたって略平坦ではない。従って頂表面341は、プ
リントヘッドのダイ40用の望ましい搭載表面を提供し
ているわけではない。このような表面にプリントヘッド
のダイ40を搭載してしまうと、プリントヘッドのダイ
40同士の間で平坦性がばらついてしまう。すなわち、
プリントヘッドのダイ40同士が整列不良になってしま
う。不都合なことに、プリントヘッドのダイ40同士の
間で平坦性がばらついてしまうと、その結果、ペンから
紙までの間隔の問題と共にインク滴の飛翔経路のエラー
が生じて、プリント品質が低下してしまう可能性があ
る。
搭載層34の一部を拡大したものと、頂層331と中間
層333とを含む基板32の一部を拡大したものとを示
す。図15に示すように、頂表面341がその全領域に
わたって平らになるように、搭載層34が平坦化され
る。従って、平坦化した層35および平らにした表面3
51が形成される。そのため、プリントヘッドのダイ4
0同士の正確な整列が行われるように、プリントヘッド
のダイ40を頂表面341に搭載することができる。
し、搭載層34の頂表面341を機械的に平坦化するこ
とによって、プリントヘッドのダイ40を搭載するため
の略平坦な表面が形成される。従って、プリントヘッド
同士が確実に整列する。更に、インク流路323および
導電経路64が基板32の頂面321で終わるようにす
ることによって、搭載層34の頂表面341を機械的に
平坦化する時に、インク流路323および導電経路64
の完全性が維持される。更に、インク流路323および
導電経路64と連通しそれらを見せる開口部343を、
搭載層34内に設けることによって、導電経路64は、
搭載層34の頂表面341からアクセス可能な状態にな
る。
に、本明細書において具体的な実施形態を例示し説明し
たが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱すること
なく、同じ目的を達成するように計算された、幅広く様
々の他に採り得るおよび/または同等な実施を、上述の
具体的な実施形態の代わりにしてもよいということが理
解されよう。化学、機械、電気機械、電気、およびコン
ピュータの技術の当業者であれば、本発明は非常に幅広
く様々な実施形態において実施してもよい、ということ
を容易に理解しよう。本願は、本明細書において説明し
た好ましい実施形態のいかなる変更または変形も包含す
るように意図される。従って、本発明は、特許請求の範
囲およびその均等物によってのみ限定されるということ
が、明白に意図される。
の一実施形態を示すブロック図である。
むインクジェットプリントヘッドアセンブリの上方から
見た斜視図である。
リを下方から見た斜視図である。
す断面図である。
センブリの一部分を上方から見た斜視図である。
リを上方から見た分解斜視図である。
センブリの一部分の概略断面図である。
センブリの一部を形成する方法を示す、該アセンブリの
形成に用いる基板の断面図である。
である。
る。
のプリントヘッドのダイを示す断面図である。
て延びる導電経路の第1の端とに結合したワイヤボンド
のリード線と、基板を貫いて延びる導電経路の第2の端
に結合したI/Oピンとを示す断面図である。
す断面図である。
ドアセンブリの、平坦化層を平坦化する前の部分的拡大
図である。
ンブリの、平坦化層を平坦化した後の部分的拡大図であ
る。
Claims (20)
- 【請求項1】 インクジェットプリントヘッドアセンブ
リを形成する方法において、第1の面を有する基板を設
けるステップと、前記基板の第1の面に接する第1の表
面と、該第1の表面の反対側の第2の表面とを有する第
1の平坦化層を前記基板の第1の面に配置するステップ
と、前記第1の平坦化層の第2の表面を機械的に平坦化
するステップと、前記第1の平坦化層の第2の表面に複
数のプリントヘッドのダイを搭載するステップとを含む
方法。 - 【請求項2】 前記第1の平坦化層の第2の表面を機械
的に平坦化するステップは、その全領域にわたって略平
坦な表面を形成するステップを含む、請求項1に記載の
方法。 - 【請求項3】 前記第1の平坦化層の第2の表面を機械
的に平坦化するステップは、前記第1の平坦化層の第2
の表面に研削とラッピングのうちの少なくとも一つを行
うステップを含む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記プリントヘッドの各ダイは前面を有
し、前記第1の平坦化層の第2の表面にプリントヘッド
のダイを搭載するステップは、前記プリントヘッドの各
ダイの前面を略同一平面内に整列するステップを含む、
請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 前記基板は、導電層と非導電層とを含む
複数の層を含み、前記基板の非導電層のうちの少なくと
も一つと前記第1の平坦化層とが同じ材料で形成され
る、請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 前記第1の平坦化層はセラミック材料で
形成される、請求項1または5に記載の方法。 - 【請求項7】 前記第1の平坦化層に複数の開口部を形
成するステップであって、前記基板が該基板を貫いて延
びる複数のインク流路を有し、該インク流路のうちの少
なくとも一つは、前記基板の第1の面と連通し、前記第
1の平坦化層の開口部のうちの少なくとも一つは、前記
インク流路のうちの、前記基板の第1の面と連通したも
のと連通するステップを更に含む、請求項1に記載の方
法。 - 【請求項8】 前記第1の平坦化層に複数の開口部を形
成するステップであって、前記基板が該基板を貫いて延
びる複数の導電経路を含み、該導電経路のうちの少なく
とも一つは、前記基板の第1の面と連通する端を有し、
前記第1の平坦化層の開口部のうちの少なくとも一つ
は、前記導電経路のうちの、前記基板の第1の面と連通
したものの端を見せるステップを更に含む、請求項1に
記載の方法。 - 【請求項9】 前記基板が該基板の第1の面の反対側に
第2の面を有し、前記基板の第2の面に、前記基板の第
2の面に接する第1の表面と該第1の表面の反対側の第
2の表面とを有する第2の平坦化層を配置するステップ
と、前記第2の平坦化層の第2の表面を平坦化するステ
ップとを更に含む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項10】 第1の面を有する基板と、前記基板の
第1の面に配置された第1の平坦化層であって、前記基
板の第1の面に接する第1の表面と、該第1の表面の反
対側に機械的な手段で平坦化した表面とを有する第1の
平坦化層と、前記第1の平坦化層の機械的に平坦化した
表面にそれぞれ搭載される複数のプリントヘッドのダイ
とを含む、インクジェットプリントヘッドアセンブリ。 - 【請求項11】 前記第1の平坦化層の機械的に平坦化
した表面がその全領域にわたって略平坦である、請求項
10に記載のインクジェットプリントヘッドアセンブ
リ。 - 【請求項12】 前記第1の平坦化層の前記機械的に平
坦化した表面が、研削した表面とラッピングした表面の
うちの少なくとも一つである、請求項10に記載のイン
クジェットプリントヘッドアセンブリ。 - 【請求項13】 前記プリントヘッドの各ダイは前面を
有し、前記プリントヘッドの各ダイの前面が略同一平面
内にある、請求項10に記載のインクジェットプリント
ヘッドアセンブリ。 - 【請求項14】 前記基板は、導電層と非導電層とを含
む複数の層を含み、前記基板の非導電層のうちの少なく
とも一つと前記第1の平坦化層とが同じ材料で形成され
た、請求項10に記載のインクジェットプリントヘッド
アセンブリ。 - 【請求項15】 前記第1の平坦化層はセラミック材料
で形成された、請求項10または14に記載のインクジ
ェットプリントヘッドアセンブリ。 - 【請求項16】 前記第1の平坦化層には複数の開口部
が画定されており、前記基板は、該基板を貫いて延びる
複数のインク流路を有し、該インク流路のうちの少なく
とも一つは、前記基板の第1の面と連通しており、前記
第1の平坦化層の開口部のうちの少なくとも一つは、前
記インク流路のうちの、前記基板の第1の面と連通した
ものと連通している、請求項10に記載のインクジェッ
トプリントヘッドアセンブリ。 - 【請求項17】 前記第1の平坦化層には複数の開口部
が画定されており、前記基板を貫いて延びる複数の導電
経路であって、該導電経路のうちの少なくとも一つは、
前記基板の第1の面と連通する端を有し、前記第1の平
坦化層の開口部のうちの少なくとも一つは、前記導電経
路のうちの、前記基板の第1の面と連通したものの端を
見せている導電経路を更に含む、請求項10に記載のイ
ンクジェットプリントヘッドアセンブリ。 - 【請求項18】 前記基板は、該基板の第1の面の反対
側に第2の面を有し、前記基板の第2の面に配置された
第2の平坦化層であって、前記基板の第2の面に接する
第1の表面と、該第1の表面の反対側に機械的に平坦化
した表面とを有する第2の平坦化層を更に含む、請求項
10に記載のインクジェットプリントヘッドアセンブ
リ。 - 【請求項19】 それぞれ複数の電気接点を有する複数
のプリントヘッドのダイを収容するようになっているキ
ャリアであって、前記プリントヘッドのダイを機械的に
支持するようになっている平坦化した表面を含む、平坦
化した層と、前記平坦化した層の平坦化した表面からア
クセス可能で、前記プリントヘッドのダイの電気接点の
うちの対応するものと電気的に結合するように構成され
た複数の電気コンタクトを画定する、金属化した層とを
含むキャリア。 - 【請求項20】 前記平坦化した層には、複数のインク
開口部が画定されており、該インク開口部のそれぞれ
は、前記プリントヘッドのダイのうちの対応するものへ
のインク流路を提供するようになっている、請求項19
に記載のキャリア。
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