JP6068684B2 - 流体流れ構造の成形 - Google Patents

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Description

インクジェットペンまたはプリントバー内のプリントヘッドダイの各々は、インクを噴射チャンバ(吐出室)まで運ぶ小さなチャンネル(流路)を備えている。インクは、インク供給源から、ペンまたはプリントバー上の(1以上の)プリントヘッドダイを支持する構造内の流路を通じてダイチャンネルへと供給される。たとえば、ダイのコストを下げ、及び、その結果、ペンまたはプリントバーのコストを下げるために、各プリントヘッドダイのサイズを小さくすることが望ましい場合がある。しかしながら、より小さなダイを使用するためには、ダイを支持すると共に、該ダイにインクを供給する流路を含むより大きな構造への変更が必要になりうる。
(補充可能性あり)
新規のプリントヘッド流れ構造の1例を実装しているインクジェットプリントバーを示している。 新規のプリントヘッド流れ構造の1例を実装しているインクジェットプリントバーを示している。 新規のプリントヘッド流れ構造の1例を実装しているインクジェットプリントバーを示している。 新規のプリントヘッド流れ構造の1例を実装しているインクジェットプリントバーを示している。 新規のプリントヘッド流れ構造の1例を実装しているインクジェットプリントバーを示している。 たとえば図1〜図5に示されているプリントバーで使用できるプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 たとえば図1〜図5に示されているプリントバーで使用できるプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 たとえば図1〜図5に示されているプリントバーで使用できるプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 たとえば図1〜図5に示されているプリントバーで使用できるプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 たとえば図1〜図5に示されているプリントバーで使用できるプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 たとえば図1〜図5に示されているプリントバーで使用できるプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 たとえば図1〜図5に示されているプリントバーで使用できるプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 たとえば図1〜図5に示されているプリントバーで使用できるプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 たとえば図1〜図5に示されているプリントバーで使用できるプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 たとえば図1〜図5に示されているプリントバーで使用できるプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 図1〜図5に示されているプリントバーなどのプリントバーを作製するためのウェーハレベルプロセスの1例を示している。 図1〜図5に示されているプリントバーなどのプリントバーを作製するためのウェーハレベルプロセスの1例を示している。 図1〜図5に示されているプリントバーなどのプリントバーを作製するためのウェーハレベルプロセスの1例を示している。 図1〜図5に示されているプリントバーなどのプリントバーを作製するためのウェーハレベルプロセスの1例を示している。 図1〜図5に示されているプリントバーなどのプリントバーを作製するためのウェーハレベルプロセスの1例を示している。 図1〜図5に示されているプリントバーなどのプリントバーを作製するためのウェーハレベルプロセスの1例を示している。 新規なプリントヘッド流れ構造の他の例を示している。 新規なプリントヘッド流れ構造の他の例を示している。 新規なプリントヘッド流れ構造の他の例を示している。 図22〜図24に示されているプリントヘッド流れ構造などのプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 図22〜図24に示されているプリントヘッド流れ構造などのプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 図22〜図24に示されているプリントヘッド流れ構造などのプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 図22〜図24に示されているプリントヘッド流れ構造などのプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 図22〜図24に示されているプリントヘッド流れ構造などのプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 図22〜図24に示されているプリントヘッド流れ構造などのプリントヘッド流れ構造を作製するための例示的なプロセスを示している。 図面全体を通じて、同じ部品番号(要素番号)は、同じもしくは同様の部品(要素)を示している。図面は必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。いくつかの部品(要素)の相対的な大きさは、図示の例をより明確に示すために誇張されている。
被印刷物幅プリントバー(substrate wide print bar)アセンブリを使用するインクジェットプリンターは、印刷速度を速くしかつ印刷コストを下げるのを支援するために開発された。被印刷物幅プリントバーアセンブリは、印刷流体の供給源から小さなプリントヘッドダイまで印刷流体を運ぶ複数の部品を備えており、それらのプリントヘッドダイから、印刷流体が、用紙またはその他の被印刷物上に噴射される。プリントヘッドダイのサイズ及び間隔を小さくすることは、コストを下げるために引き続き重要なことであるが、より大きな供給要素から、さらに小さくかつより間隔が狭いダイへと印刷流体を運ぶためには、実際にはコストを上げる可能性がある複雑な流れ構造及び製造プロセスが必要である。
被印刷幅インクジェットプリンターにおいてより小さなプリントヘッドダイを使用できるようにすることを支援するプリントヘッド流体流れ構造を作製するために、新規のプロセスが開発された。1例では、該新規のプロセスは、複数のプリントヘッドダイを囲んでいる材料体(ある材料からなる物体)内に流体チャンネルを形成するステップであって、該流体チャンネルの1以上の流体チャンネルがそれらのダイの各々に入る流路と連絡(または接続ないし接触)するようにするステップを含む(または、材料体(ある材料からなる物体)内の1以上の流体チャンネルが複数のプリントヘッドダイの各々に入る流路と連絡(または接続)するように、該複数のプリントヘッドダイを囲んでいる該材料体内に該流体チャンネルを形成することを含む)。この例の1実装例では、それらのチャンネルは、トランスファー成形ツールを用いてそれらのダイの周り(または該ダイの近く)に該材料体を成形するのと同時に該材料体内に成形される。
該新規なプロセスの例は、プリントヘッド構造を作製するのには限定されず、他のデバイスを作製するためや他の流体流れ用途にも用いることができる。したがって、1例では、該新規なプロセスは、ある材料の一体構造体(たとえば単一材料からなる一体構造体)内にマイクロデバイスを成形すること、及び、該構造体内に流路を形成することを含む(流体は、該流路を通って該マイクロデバイスへと直接移動することができる)。該マイクロデバイスを、たとえば、電子デバイス(または電子装置)、または機械デバイス(または機械的装置)、またはマイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)デバイス(微小電気機械システム装置ともいう)とすることができる。流体流れを、たとえば、該マイクロデバイス内もしくは該マイクロデバイス上へと流れる冷却流体の流れとすることができ、または、プリントヘッドダイもしくは他の流体供給マイクロデバイス内へと流れる流体流れとすることができる。
図示され及び後述されているこれらの及びその他の例は、本発明を説明するものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、特許請求の範囲において画定される。
本明細書で使用されている「マイクロデバイス」は、30mm以下の1以上の寸法(外形寸法または外装寸法)を有するデバイス(または装置)を意味し、「薄い」は、厚さが650μm以下であることを意味し、「スライバ」は、幅に対する長さの比(L/W)が少なくとも3である薄いマイクロデバイス(または微小構造)を意味し、「プリントヘッド」及び「プリントヘッドダイ」は、インクジェットプリンターもしくはその他のインクジェットタイプのディスペンサーの、1以上の開口から流体を供給(または吐出)するための部分(ないし部品)を意味する。プリントヘッドは、1以上のプリントヘッドダイを備えている。「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で印刷するものに限定されず、他の流体をインクジェット方式で供給(または吐出)するもの及び/または印刷以外の用途用のものも含む。
図1〜図5は、新規の成形されたインクジェットプリントヘッド構造10の1例を示している。この例では、プリントヘッド構造10は、たとえばシングルパス方式の被印刷物幅プリンターで使用できる細長いプリントバーとして構成されている。図6〜図21は、プリントバー10を作製するための新規のプロセスの例を示している。先ず、図1の平面図を参照すると、プリントヘッド12は、プラスチックまたはその他の成形可能な材料からなる細長い一体構造体(一体構造体:monolithic body。一体構造の物体、または単一材料からなる物体。以下同じ)14内に埋め込まれており、行16の端から端のほぼ全体にわたって互い違いに配置されており、各行内のプリントヘッドは、同じ行内の別のプリントヘッドとオーバーラップしている(部分的に重なっている)。本明細書では、成形された構造体(該構造体を本体ともいう)14を成形物14ともいう。例として4つの異なる色を印刷するために、互い違いに配置されたプリントヘッド12の4つの行16が示されているが、他の適切な構成も可能である。
図2は、図1の線2−2に沿った断面図である。図3及び図4は、図2の詳細図であり、図5は、プリントヘッド12のいくつかの特徴部のレイアウト(配置)を示す平面図である。図1〜図5を参照すると、図示されている例では、各プリントヘッド12は、噴射チャンバ20の2つの行と対応するオリフィス22を有する単一のプリントヘッドダイ18を備えており、印刷流体は該オリフィスを通ってチャンバ20から噴射される。成形物14内のチャンネル24は、各プリントヘッドダイ18に印刷流体を供給する。それぞれのプリントヘッド12の他の適切な構成も可能である。たとえば、より多くのまたはより少ないプリントヘッドダイ18を、より多くのまたはより少ない噴射チャンバ20及びチャンネル24と共に使用することができる。印刷流体は、噴射チャンバ20の2つ行間を各ダイ18に沿って縦(長手方向)に延びるマニホルド(連結管)26から各噴射チャンバ20中へと流れる。印刷流体は、ダイ表面30において印刷流体供給チャンネル24に接続された複数のポート28を通ってマニホルド26に流れ込む。
図1〜図5におけるプリントヘッドダイ12の理想化された表現は、噴射チャンバ20、オリフィス22、マニホルド26、及びポート28を明確に示すために、便宜上3つの層32、34、36だけを示している。実際のインクジェットプリントヘッドダイ18は、典型的には、図1〜図5には示されていない層及び要素を有するシリコン基板32上に形成された複合集積回路(IC)構造である。たとえば、基板32上の各噴射チャンバ20に形成されたサーマルイジェクタ素子または圧電イジェクタ素子(不図示)は、インクまたは他の印刷流体の滴または流れをオリフィス22から噴射するように作動させられる。保護層40によって覆われて基板32上の電気端子42に結合された導体(導電体)38は、イジェクタ及び/またはプリントヘッドダイ18のその他の要素に電気信号を伝える。
図6〜図10は、図1〜図5に示されているプリントバーなどのプリントバー10を作製するためのプロセスの1例を示している。図11は、図6〜図10に示されているプロセスのフローチャートである。図6を先ず参照すると、導電性トレース(導電性配線)38及び保護層40を有するフレックス回路44が、熱剥離テープ(thermal release tape)48でキャリア(台)46上に薄板状に重ねられるか、あるいはその他のやり方でキャリア46に付加される(図11のステップ102)。フレックス回路44を、たとえば、キャリア46とほぼ同じサイズ(大きさ)のシートとして、または、複数のダイ18とボンドパッド(または接着パッド)60(ボンドパッド60は図16及び図21に示されている)を接続する(またはダイ18及びボンドパッド60に接続する)ストリップ内に付加することができる。図7及び図8に示されているように、プリントヘッドダイ18は、キャリア46上の開口50内にオリフィスを下にして配置され(図11のステップ104)、導体38が、はんだ、導電接着剤、金属間圧着(metal-to-metal compression bond)、または他の適切な技術を用いて、ダイ18上の電気端子42に結合される(図11のステップ106)。図9において、トランスファー成形ツール(成形型)52によって、プリントヘッドダイ18の周り(または該ダイの近く)に一体構造体14が形成される(図11のステップ108)。この例では、チャンネル24は構造体14内に成形される。成形後、プリントバー10がキャリア46から取り外されて(図11のステップ110)、図10に示されている完成部品が形成される。該完成部品において導体38は層40で覆われ、かつ、成形物14によって囲まれている。
図12〜図14は、プリントバー10を作製するためのプロセスの別の例を示している。図15は、図12〜図14に示されているプロセスのフローチャートである。図12を先ず参照すると、図6及び図7に関連して述べたように、プリントヘッドダイ18が、キャリア46上においてフレックス回路44の上に配置され(図15のステップ112、114、116)、予備成形用形状物(pre-molding form。ここでは、成形処理の前に予め提供される所定形状を有する物体ないし構造体または型枠。以下、形状物という)54が、チャンネル24の所望の構成パターンをなすようにダイ18の背面に(接着剤などで)接着されまたは他のやり方で取り付けられる(図15のステップ118)。図13において、トランスファー成形ツール52によって、プリントヘッドダイ18の周り(または該ダイの近く)に一体成形物56が形成される(図15のステップ120)。この例では、成形材料55は、ダイ18の周り(または該ダイの近く)にあるギャップ(空隙)に流れ込むが、形状物54によってチャンネル24に入るのは阻止される。したがって、構造体14は、形状物54と成形物56の組み合わせ、及び、形状物54によって画定されるチャンネル24によって形成される。成形後、プリントバー10がキャリア46から取り外されて(図15のステップ122)、図14に示されている完成部品が形成される。
形状物54でチャンネル24を画定することによって、成形ツール(成形型)52をより単純化し、及び、公差(許容差)をより大きくすることができる。形状物54内のチャンネル24をポート28よりも大幅に広くして、ダイ18上の形状物54の位置合わせ許容誤差を大きくすることができる。たとえば、約100μm幅の印刷流体ポート28の場合、300μm幅のチャンネル24は、該ポート28への印刷流体の流れに影響を与えることなく、形状物の位置合わせ不良を最大100μmまで許容する。形状物54を、エポキシ(樹脂)、ポリマー、ステンレス鋼、プリント基板(またはプリント回路基板)の積層体、または他の適切な材料(本体材料)とすることができる。
図16〜図21は、複数のプリントバー10を作製するためのウェーハレベルのプロセスの1例を示している。図16を参照すると、プリントヘッド12は、ガラスまたはその他の適切なキャリアウェーハ(carrier wafer)46上においてあるパターンをなす複数のプリントバー内に(または、プリントヘッド12は、該複数のプリントバーがあるパターンをなすように、ガラスまたはその他の適切なキャリアウェーハ46上に)配置されている。「ウェーハ」は、産業界では円形の基板を表すために使用される場合があり、「パネル」は長方形の基板を表すために使用される。しなしながら、本明細書で使用されている「ウェーハ」には、任意の形状のキャリアが含まれる。また、キャリアウェーハが示されているが、高温テープ(high temperature tape)の付いたダイシングリング、リードフレーム、または他の適切なキャリアを使用することができる。図6及び図11のステップ102に関連して説明したように、最初にあるパターンをなす導体38及びダイ開口50を付加もしくは形成した後に、プリントヘッド12をキャリア46上に配置することができる。
図16に示されている例では、5つのプリントバーを形成するために、各々の組がプリントヘッド12の4つの行を有する5つの組58が、キャリア46上に配置されている。レターサイズまたはA4サイズの被印刷物上に4つの行のプリントヘッド12で印刷するための被印刷物幅プリントバーは、たとえば、長さが約230mmで幅が約16mmである。したがって、図16に示されているように、プリントヘッドの5つの組58を単一の270mm×90mmのキャリアウェーハ46上に配置することができる。図17は、図16の線17−17に沿ったプリントヘッド12の4つの行からなる1つの組のクローズアップ断面図である(図17では、明瞭化のためにクロスハッチングは省かれている)。図17に示されている例では、各プリントヘッド12は、一対のプリントヘッドダイ18を含んでいる。さらに、図16及び図21に示されているように、導体38の配列は、プリントヘッド12の各行の縁の近くにあるボンドパッド60まで延びている。図18は、構造体14をプリントヘッドダイ18の周り(または該ダイの近く)にチャンネル24と共に成形した後の製造過程におけるウェーハ構造を示している。個々のプリントバーストリップ58が、図19において分離(ないし分割)され、図20においてキャリア46から取り外されて、5つの個別のプリントバー10が形成される。
図22〜図24は、新規のプリントヘッド構造10の他の例を示している。これらの例では、チャンネル16は、プリントヘッドダイ12のそれぞれの側に沿って構造体14内に成形される。図22〜図24を参照すると、印刷流体は、図23及び図24の矢印62で示されているように、チャンネル24からポート28を横方向に通って各噴射チャンバ20内に(チャンネル24から)直接流入する。図23の例では、チャンネル24を閉じるために、カバー64がオリフィスプレート36の上に形成されている。図24の例では、チャンネル24を閉じるために、構造体14が成形された後で、オリフィスプレート36が付加されている。
図25〜図27は、図23に示されているプリントヘッド構造10を作製するためのプロセスの1例を示している。図25を参照すると、プリントヘッドダイ18は、オリフィスを下にしてキャリア46上に配置されて、熱剥離テープ48もしくは他の適切な仮止め接着剤で固定されている。図26では、トランスファー成形ツール52によって、プリントヘッドダイ18の周り(または該ダイの近く)に構造体14が形成され、成形後、図27に示されているように、プリントヘッド構造10が、キャリア46から取り外される。この例では、部分的に形成されたチャンネル66が構造体14内に成形されている。チャンネル24を完成するために、図23に示されているように、カバー64が、図27の製造中の(すなわち製造過程にある)構造に付加されるかまたは該構造上に形成される。
図28〜図30は、図24に示されているプリントヘッド構造10を作製するためのプロセスの1例を示している。この例では、図28に示されているように、部分的に完成されたプリントヘッドダイ68が、キャリア46上に配置されて、仮止め接着剤48で固定される。図29では、トランスファー成形ツール52によって、チャンネル66が構造体14内に成形されて部分的に形成される(図30)と共に、部分的なプリントヘッドダイ68の周り(または該ダイの近く)に構造体14が形成される。成形後、図30に示されているように、プリントヘッド構造10がキャリア46から取り外され、その後、図24に示されているように、オリフィスプレート36が、図30の製造中の(すなわち製造過程にある)構造に付加されるかまたは該構造上に形成されて、チャンネル24及びダイ18が完成する。
流れ構造10の成形は、長くて幅が狭くかつ非常に薄いプリントヘッドダイ18の使用を可能にするのに役立つ。たとえば、従来の500μm厚のシリコンプリントヘッドダイに代えて、長さが25mmで幅が500μmである100μm厚のプリントヘッドダイ18を500μm厚の構造体14内に成形できることが分かっている。構造体14内にチャンネル24を成形することが、シリコン基板内に供給チャンネルを形成するのに比べて安上がりで簡単であるだけでなく、より薄いダイ12内に印刷流体ポート28を形成することもより安上がりでより簡単である。たとえば、100μm厚のプリントヘッドダイ12内のポート28を、(比較的厚い基板に対しては実用的ではない)ドライエッチング及びその他の適切な微細加工技術によって形成することができる。従来のスロットを形成するのではなく、貫通ポート28の高密度の配列を薄いシリコン基板またはガラス基板またはその他の基板32内に微細加工することによって、より丈夫な基板を維持しつつ、十分な(または適切な)印刷流体の流れが依然として提供される。現在のダイ操作装置、並びにマイクロデバイス成形ツール及び技術を、薄さが50μm程度で幅に対する長さの比(長さ/幅)が最大で150までのダイ18を成形するように、及び、幅が30μm程度のチャンネル24を成形しもしくは他のやり方で形成するように適合させることができることが見込まれている。そして、成形物14は、効果的かつ安価な構造を提供し、この場合、上記のようなダイスライバの複数の行を単一の一体構造体内で支持することができる。
本説明の始めの方で述べたように、図示し説明した例は、本発明を説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。他の例も可能である。したがって、上記の説明は、特許請求の範囲において規定されている本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (11)

  1. プリントバーを作製するためのプロセスであって、
    プリントバー用の複数のプリントヘッドダイスライバをキャリア上にあるパターンで配置するステップであって、各ダイスライバは、入口とオリフィスを有する前部とを有し、流体は前記入口を通って前記ダイスライバに入ることができ、及び、流体を前記ダイスライバから前記オリフィスを通じて供給することができ、前記ダイスライバは、各ダイスライバの前部が前記キャリアに面した状態で前記キャリア上に配置されることからなる、ステップと、
    前記ダイスライバの前記前部にある前記オリフィスを覆うことなく、ある材料からなる物体を各ダイスライバの周りに成形するステップと、
    前記物体内において前記入口に開口を形成するステップと、
    前記キャリアから前記ダイスライバを取り外すステップと、
    ダイスライバのグループをプリントバーに分割するステップ
    を含むプロセス。
  2. あるパターンをなす導体を前記キャリアに付加するステップと、
    各ダイスライバ上の電気端子を前記導体に接続するステップと、
    各ダイスライバの周りに前記物体を成形するのと同時に前記導体の周りに前記物体を成形するステップ
    をさらに含む、請求項1のプロセス。
  3. 開口を形成する前記ステップが、前記物体を各ダイスライバの周りに成形するのと同時に前記開口を前記物体内に成形するステップを含むことからなる、請求項1または2のプロセス。
  4. 開口を形成する前記ステップが、予備成形用形状物を、前記開口を画定するあるパターンをなすように前記ダイスライバに付加し、その後、前記物体を前記ダイスライバの周りに成形するステップを含むことからなる、請求項1または2のプロセス。
  5. 前記物体を成形する前記ステップが、ある材料からなる一体構造体を全ての前記ダイスライバの周りに同時に成形するステップを含むことからなる、請求項1〜3のいずれかのプロセス。
  6. 前記一体構造体を各ダイスライバの周りに同時に成形する前記ステップが、ある材料からなる一体構造体を全ての前記ダイスライバの周りに同時にトランスファー成形するステップを含むことからなる、請求項5のプロセス。
  7. ダイスライバのグループをプリントバーに分割した後に、ダイスライバを取り外す前記ステップが実行される、請求項1〜6のいずれかのプロセス。
  8. プリントヘッド構造を作製するためのプロセスであって、
    複数のプリントヘッドダイを囲んでいるある材料からなる物体内に流体チャンネルを形成するステップであって、前記流体チャンネルのうちの1以上の流体チャンネルが前記ダイの各々に入る流路と連絡するようにするステッ
    み、
    前記ダイを囲んでいる物体内に前記チャンネルを形成する前記ステップが、前記チャンネルを画定するあるパターンをなすように、前記物体の予備成形用形状物部分を前記ダイに付加し、その後、前記物体の他の部分を前記ダイの周りに成形するステップを含むことからなる、プロセス。
  9. 前記ダイを囲んでいる物体内に前記チャンネルを形成する前記ステップが前記チャンネルを前記物体内に成形するステップを含むことからなる、請求項8のプロセス。
  10. マイクロデバイス構造を作製するためのプロセスであって、
    ある材料からなる一体構造体内に複数のマイクロデバイスを成形するステップと、
    前記複数のマイクロデバイスを囲んでいる前記一体構造体内に流体チャンネルを形成するステップであって、前記流体チャンネルのうちの1以上の流体チャンネルが前記マイクロデバイスの各々に入る流路と連絡するようにするステップ
    を含み、
    前記マイクロデバイスを囲んでいる一体構造体内に前記流体チャンネルを形成する前記ステップが、前記流体チャンネルを画定するあるパターンをなすように、前記一体構造体の予備成形用形状物部分を前記マイクロデバイスに付加し、その後、前記一体構造体の他の部分を前記マイクロデバイスの周りに成形するステップを含むことからなる、プロセス。
  11. 前記マイクロデバイスは、プリントヘッドダイスライバを含む、請求項10のプロセス。
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