JP6085694B2 - モールド成形されたプリントヘッド - Google Patents

Description

背景
従来のインクジェットプリントヘッドは、微視的インク吐出チャンバから巨視的インク供給チャネルまでの流体ファンアウト（出力数）を必要とする。

新たなモールド成形されたプリントヘッドの一例を実現する媒体幅印字バーを有するインクジェットプリンタを示すブロック図である。 図１に示されたプリンタに使用され得るような、複数のプリントヘッドを有するモールド成形された印字バーの一例を示す、裏側の斜視図である。 図１に示されたプリンタに使用され得るような、複数のプリントヘッドを有するモールド成形された印字バーの一例を示す、表側の斜視図である。 図２の線４−４に沿った断面図である。 図２の線５−５に沿った断面図である。 図３からの詳細図である。 図２〜図６に示された印字バーのような印字バーを作成するための一例のプロセスを示す図である。 図２〜図６に示された印字バーのような印字バーを作成するための一例のプロセスを示す図である。 図２〜図６に示された印字バーのような印字バーを作成するための一例のプロセスを示す図である。 図２〜図６に示された印字バーのような印字バーを作成するための一例のプロセスを示す図である。 図２〜図６に示された印字バーのような印字バーを作成するための一例のプロセスを示す図である。 図７〜図１１に示されたプロセスの流れ図である。

図面の全体にわたって、同じ参照符号は、同じ又は類似の部品を示す。図面は、必ずしも一律の縮尺に従って描かれていない。幾つかの部品の相対的サイズは、図示された例をいっそう明確に示すために誇張されている。

説明
従来のインクジェットプリントヘッドは、微視的インク吐出チャンバから巨視的インク供給チャネルまでの流体ファンアウト（出力数）を必要とする。ヒューレット・パッカード社は、吐出チャンバに必要なダイのサイズと流体ファンアウトに必要な間隔との間の接続を切る新たなモールド成形されたインクジェットプリントヘッドを開発し、「Printhead Die」と題する２０１３年７月１７日に出願された国際特許出願第PCT/US2013/046065号、及び「Molded Print Bar」と題する２０１３年２月２８日に出願された国際特許出願第PCT/US2013/028216号に説明されたような、非常に小さいプリントヘッドダイの「薄片（sliver：スライバー）」の使用を可能にし、係る特許のそれぞれは、参照により全体として本明細書に組み込まれる。この新たな手法は多くの利点を有するが、１つの課題は、インク及び機械的応力に耐える一方で、低コストのキャッピング及びサービスを妨げない、プリントヘッドダイと外部配線との間で堅牢な電気接続を行うことである。

この課題に対処することに役立つために、新たなモールド成形されたプリントヘッドが開発され、この場合、一例の構成に関して、電気接続がプリントヘッドダイの裏面に移動されて、モールド成形物に埋め込まれている。この構成により、インクにさらされることから十分に保護される機械的に堅牢な接続が可能となる。その理由は、ダイの前面部分に沿って電気接続が存在せず、プリントヘッドが平坦に作成されることができ、ひいてはプリントヘッドから用紙までの間隔、及び／又はキャッピング及びサービスに妨害を与える可能性がある突出する構造体を最小限に抑えることができるからである。詳細に後述される一例の具現化形態において、モールド成形されたページ幅印字バーは、モールド成形物に埋め込まれたボンディングワイヤを有する複数のプリントヘッドを含む。電気接続は、モールド成形物に埋め込まれたプリント基板を介して各プリントヘッドダイの裏面から配線され、吐出オリフィスが印刷流体を定量吐出するために露出されている印字バーの前面にわたって連続した平面が可能になる。

新たなプリントヘッドの例は、ページ幅印字バーに制限されず、他の構造体またはアセンブリにおいて具現化され得る。本明細書で使用される限り、「プリントヘッド」及び「プリントヘッドダイ」は、１つ又は複数の開口から流体を定量吐出するインクジェットプリンタ又は他のインクジェットタイプのディスペンサの一部を意味し、ダイの「薄片」は、５０又はそれより大きい長さ対幅の比を有するプリントヘッドダイを意味する。プリントヘッドは、１つ又は複数のプリントヘッドダイを含む。「プリントヘッド」及び「プリントヘッドダイ」は、インク及び他の印刷流体で印刷することに制限されず、他の流体の、及び／又は印刷以外に使用するためのインクジェットタイプの定量吐出も含む。図面に示された及び本明細書に説明された例は、例証であって本発明を制限せず、本発明は、本説明の後の特許請求の範囲において定義される。

図１は、モールド成形されたプリントヘッド１４の一例を実現する媒体幅印字バー１２を有するインクジェットプリンタ１０を示すブロック図である。図１を参照すると、プリンタ１０は、印刷媒体１６の幅に広がる印字バー１２、印字バー１２に関連付けられた流量調整器１８、媒体搬送メカニズム２０、インク又は他の印刷流体供給部２２、及びプリンタコントローラ２４を含む。コントローラ２４は、プリンタ１０の関連動作する要素を制御するために必要とされる、プログラミング、プロセッサ（単数または複数）及び関連するメモリ（単数または複数）、並びに電子回路および構成要素を表す。印字バー１２は、用紙または他の印刷媒体１６のシート又は連続したウェブに印刷流体を定量吐出するための１つ又は複数のモールド成形されたプリントヘッド１４の配列を含む。図１の印字バー１２は、印刷媒体１６にわたるモールド成形物２６に埋め込まれた１つ又は複数のプリントヘッド１４を含む。プリントヘッド（単数または複数）１４と外部回路に対するコンタクト３０との間の電気接続２８は、各プリントヘッド１４の裏面から配線され且つモールド成形物２６に埋め込まれて、プリントヘッド（単数または複数）１４の前面３２に沿った単一の連続した平面を可能にする。

図２及び図３はそれぞれ、図１に示されたプリンタ１０に使用され得るような、複数のプリントヘッド１４を有するモールド成形された印字バー１２の一例を示す、裏側および表側の斜視図である。図４及び図５は、図２の線４−４及び線５−５に沿った断面図である。図６は図３からの詳細である。図２〜図６を参照すると、印字バー１２は、モノリシックのモールド成形物２６に埋め込まれ、且つ各プリントヘッドが隣接するプリントヘッドに部分的に重なる互い違いに配置された構成で印字バーにわたって長手方向に行に配列されている複数のプリントヘッド１４を含む。１０個のプリントヘッド１４が互い違いに配置された構成で示されているが、より多くの又はより少ないプリントヘッド１４が使用され得る及び／又は異なる構成で使用され得る。例は、媒体幅印字バーに制限されない。また、例は、走査型インクジェットペン又はより少ないモールド成形されたプリントヘッドを有するプリントヘッドアセンブリ、或いは単一のモールド成形されたプリントヘッドさえにおいて、具現化され得る。

各プリントヘッド１４は、モールド成形物２６に埋め込まれたプリントヘッドダイ３４、及び対応するプリントヘッドダイ３４に直接的に印刷流体を運ぶためにモールド成形物２６に形成されたチャネル３５を含む。例えば４つの異なるインク色を印刷するために、モールド成形物２６にわたって水平方向に互いに平行に配列された４つのダイ３４が示されているが、より多くの又はより少ないプリントヘッドダイ３４及び／又は他の構成が可能である。上述されたように、新たなモールド成形されたインクジェットプリントヘッドの開発は、「Printhead Die」と題する２０１３年７月１７日に出願された国際特許出願第PCT/US2013/046065号に説明されたような、非常に小さいプリントヘッドダイの「薄片」の使用を可能にした。本明細書に説明されたモールド成形されたプリントヘッド構造体および電気相互接続は特に、プリントヘッド１４の係る非常に小さいダイの薄片３４の具現化形態に良好に適する。

図示された例において、各プリントヘッドダイ３４を外部回路に接続する電気導体３６は、プリント基板（ＰＣＢ）３８を介して配線される。また、プリント基板は一般に、プリント回路実装品（ＰＣＡ）とも呼ばれる。インクジェットプリントヘッドダイ３４は一般に、シリコン基板４１上に形成された複雑な集積回路（ＩＣ）構造体３９である。ＰＣＢ３８の導体３６は、吐出装置および／または各プリントヘッドダイ３４の他の要素へ電気信号を伝送する。図５に示されるように、ＰＣＢ導体３６は、ボンディングワイヤ４０を介して、各プリントヘッドダイ３４の回路に接続される。図５の断面図において、単一のボンディングワイヤ４０のみが見ることができるが、複数のボンディングワイヤ４０が、各プリントヘッドダイ３４を複数のＰＣＢ導体３６に接続する。

各ボンディングワイヤ４０はそれぞれ、プリントヘッドダイ３４及びＰＣＢ３８の裏面部分４６、４８にあるボンディングパッド又は他の適切な端子４２、４４に接続されて、モールド成形物２６に埋め込まれる（また、ボンディングワイヤ４０及びボンディングパッド４２、４４は、図８及び図９の製造順序図にも示される）。モールド成形物２６は、ボンディングパッド４２、４４及びボンディングワイヤ４０を完全にカプセル封入する。この文脈の「裏面」部分は、電気接続がモールド成形物２６に完全にカプセル封入され得るように、印字バー１２の前面５０から離れていることを意味する。図４の断面図において最も良く看取されるように、この構成により、ダイ３４、モールド成形物２６及びＰＣＢ３８の前面３２、５２、５４がそれぞれ、各ダイ３４のおもて３２においてインク吐出オリフィス５６に沿って単一の連続した平面／面５０を形成することが可能になる。

他の導体配線の構成が可能であるが、プリント基板は、モールド成形されたプリントヘッドの導体配線に比較的安価で極めて適応可能なプラットフォームを提供する。同様に、ＰＣＢ導体にプリントヘッドダイを接続するために、他の構成を使用することができるが、ボンディングワイヤの組み立て生産設備が容易に利用可能であり、プリントヘッド１４及び印字バー１２の製造に容易に適合される。内部電子回路がダイの裏面から主として離れて形成されるプリントヘッドダイ３４に関して、図５に示されるように、シリコン貫通電極（ＴＳＶ）５８が、ダイ３４の裏面にあるボンディングパッド４２を内部回路に接続するために各ダイ３４に形成される。ＴＳＶは、ダイの裏面に既に内部回路を有するダイ構成には、必要とされない。

さて、印字バー１２を作成するための一例のプロセスが、図７〜図１１に関連して説明される。図１２は、図７〜図１１に示されたプロセスの流れ図である。最初に図７を参照すると、プリントヘッドダイ３４が、サーマルテープ又は他の適切な取り外し可能な接着剤を用いて支持体６０上に配置される（図１２のステップ１０２）。図示された例において、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）チップ６２も、支持体６０上に配置される。次いで、図８及び図９に示されるように、開口６４がプリントヘッドダイ３４を取り囲み且つ開口６６がＡＳＩＣ６２を取り囲む状態で、ＰＣＢ３８が支持体６０上に配置される（図１２のステップ１０４）。次いで、ＰＣＢ３８の導体が、ダイ３４及びＡＳＩＣ６２にワイヤボンディングされ又は別な方法で電気接続される（図１２のステップ１０６）。表面実装型デバイス（ＳＭＤ）６８が、各印字バーに関して必要に応じて又は望み通りに、ＰＣＢ３８と共に含まれ得る。ＰＣＢ導体配線を有するモールド成形された印字バー１２の利点の１つは、ＡＳＩＣ６２及びＳＭＤ６８のような他の構成要素が印字バーへ組み込まれ得る容易性である。

図１０は、支持体パネル６０上の図８からの複数の製造過程の印字バーのレイアウトを示す平面図である。パネル６０上のＰＣＢ３８及びプリントヘッドダイ３４は、図１１に示されるように、エポキシ樹脂モールド化合物または他の適切なモールド成形可能材料２６でもってオーバーモールド（外側被覆）され（図１２のステップ１０８）、次いで個々の印字バーのストリップに分離されて（図１２のステップ１１０）、支持体６０から外されて（図１２のステップ１１２）、図２〜図６に示された個々の印字バー１２が形成される。モールド成形された構造体がストリップへ分離されて、当該ストリップが支持体６０から外され得る、又はモールド成形された構造体が支持体６０から外されて、ストリップへ分離され得る。例えば、トランスファー成形および圧縮成形を含む、任意の適切なモールド成形技術が使用され得る。オーバーモールド中に形成されたモールド成形物２６のチャネル３５が、プリントヘッドダイ３４を露出するために貫通して延びることができる。代案として、オーバーモールド中に形成されたチャネル３５は、モールド成形物２６を部分的にのみ貫いて延び、別個の処理ステップにおいて、プリントヘッドダイ３４を露出するために粉末ブラストされる又は別な方法で開けられ得る。

支持体６０上におもてを下にして配置されたプリントヘッドダイ３４及びＰＣＢ３８をオーバーモールドすることは、吐出オリフィス５６が印刷流体を定量吐出するために露出されている各印字バー１２の前面５０にわたって、連続した平面をもたらす。図６に最も良く看取されるように、印字バーの面５０は、ダイの面３２、ＰＣＢの面５２、及びダイ３４及びＰＣＢ３８を取り囲むモールド成形物２６の面５４からなる。印字バー１２の特定の具現化形態に必要または望ましい場合、モールド成形物２６の後面７０は平坦にモールド成形されて、完全に平坦な印字バーを作成してもよい（当然のことながら、チャネル３５を除いて）。プリントヘッドダイ３４を別々に保持する且つ電気接続をカプセル封入するために単一の接着剤、即ちモールド成形物２６を使用することは、プリントヘッド構造を簡略化するだけでなく、材料コスト並びに製造プロセスコストの低減にも役立つ。更に、電気ＲＤＬ（再配線層）が不要であり、安価なＰＣＢ３８がＲＤＬ機能を果たし、電気相互接続の単一レベルのみを使用して、各ダイ３４をＰＣＢ３８に接続し、更に構造を簡略化して製造コストを低減する。

特許請求の範囲で使用されるような「冠詞（a）及び（an）」は、１つ又は複数を意味する。

本説明の最初に記載されたように、図面に示された及び上述された例は、例証であり、本発明を制限しない。他の例が可能である。従って、上記の説明が、以下の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲を制限すると解釈されるべきではない。

Claims (19)

1. プリントヘッドであって、
   プリントヘッドダイであって、流体が前記ダイから吐出され得る前面を有し、前記ダイは、流体が前記ダイの裏面部分に直接的に流れることができるチャネルを内部に有するモノリシックのモールド成形物へモールド成形され、前記ダイの前面が、前記モールド成形物の外部に露出され、および前記ダイの裏面部分が前記チャネルを除いて前記モールド成形物により覆われている、プリントヘッドダイと、
   前記プリントヘッドの外部の回路に接続するための、前記モールド成形物の外部に露出された電気コンタクトと、
   前記モールド成形物へモールド成形されたプリント基板であって、前記ダイの露出された前面と同一平面であり且つ前記ダイの露出された前面を取り囲む露出された前面、及び前記コンタクトに電気接続される導体を有する、プリント基板と、
   前記ダイと前記プリント基板の導体との間の電気接続とを含む、プリントヘッド。
2. 前記ダイの露出された前面、前記プリント基板の露出された前面、及び前記モールド成形物の前面が共同して、前記プリントヘッドの前面を画定する連続した平面を形成する、請求項１に記載のプリントヘッド。
3. 前記電気接続が、前記ダイの裏面部分と前記プリント基板の導体との間にあり、前記モールド成形物内に完全にカプセル封入されている、請求項１又は２に記載のプリントヘッド。
4. 前記ダイが、前記ダイの裏面部分から前記ダイの内部の回路までのシリコン貫通電極を含み、
   前記電気接続が、前記シリコン貫通電極から前記プリント基板の導体までの、前記モールド成形物内に完全にカプセル封入されたワイヤボンドを含む、請求項１〜３の何れかに記載のプリントヘッド。
5. 前記前面に対向する前記モールド成形物の後面が、前記チャネルを除いて、連続した平面を形成する、請求項１〜４の何れかに記載のプリントヘッド。
6. 前記プリントヘッドダイが、前記モールド成形物にわたって水平方向に互いに平行に配列された複数のプリントヘッドダイの薄片からなり、
   前記チャネルが複数のチャネルからなり、各チャネルを介して、流体が前記ダイの薄片の対応する１つの裏面部分に直接的に流れることができる、請求項１〜５の何れかに記載のプリントヘッド。
7. プリントヘッドであって、完全にカプセル封入された電気導体を有するモールド成形物に埋め込まれた複数のプリントヘッドダイを含み、前記電気導体が、各ダイから、露出された電気コンタクトまで延び、前記ダイ及び前記モールド成形物が共同して、各ダイの前面にある吐出オリフィスを取り囲む露出された平面を画定し、前記モールド成形物は、流体が前記ダイへ流れることができるチャネルを内部に有する、プリントヘッド。
8. 前記モールド成形物に埋め込まれたプリント基板を更に含み、前記導体が、前記コンタクトに接続された前記プリント基板の第１の導体、及び前記第１の導体を前記ダイの裏面部分に接続する第２の導体を含み、前記ダイ、前記モールド成形物、及び前記プリント基板が共同して、各ダイの前面にある前記吐出オリフィスを取り囲む前記露出された平面を形成する、請求項７に記載のプリントヘッド。
9. 前記第２の導体が、ボンディングワイヤからなる、請求項８に記載のプリントヘッド。
10. 各ダイが、前記ダイの裏面部分から前記ダイの内部の回路までのシリコン貫通電極を含み、
    各ボンディングワイヤが、前記シリコン貫通電極を前記第１の導体に接続する、請求項９に記載のプリントヘッド。
11. 前記モールド成形物に埋め込まれた、プリントヘッドダイではない電子デバイスを更に含み、その電子デバイスが、前記モールド成形物に完全にカプセル封入されたボンディングワイヤでもって前記プリント基板の第１の導体に接続されている、請求項８〜１０の何れかに記載のプリントヘッド。
12. プリントヘッドであって、モノリシックのモールド成形物中の細長い立方体状のプリントヘッドダイの薄片を含み、前記モールド成形物が平面に沿って露出された前記ダイの薄片のおもてを残して前記ダイの薄片の裏面と側面を覆い、前記平面が、前記ダイの薄片の前面および前記ダイの薄片の前面を取り囲む前記モールド成形物の前面を含み、前記モールド成形物は、流体が前記ダイの薄片の裏面部分に直接的に流れることができる開口を内部に有する、プリントヘッド。
13. 前記モールド成形物中のプリント基板を更に含み、前記モールド成形物が前記平面に沿って露出された前記プリント基板のおもてを残して前記プリント基板の裏面と側面を覆い、前記平面が、前記ダイの薄片の前面、前記ダイの薄片の前面を取り囲む前記モールド成形物の前面、及び前記プリント基板の前面を含み、前記プリント基板が、前記モールド成形物により覆われた前記ダイの薄片の裏面部分に電気接続される導体を内部に有する、請求項１２に記載のプリントヘッド。
14. 前記細長い立方体状のプリントヘッドダイの薄片が、複数の細長い立方体状のプリントヘッドダイの薄片からなり、前記複数の細長い立方体状のプリントヘッドダイの薄片は、前記ダイの薄片の１つ又は複数が、隣接する前記ダイの薄片の１つ又は複数に部分的に重なる互い違いに配置された構成で、前記モールド成形物に沿って概して端から端まで配列されており、
    前記開口が、複数の開口からなり、各開口が、前記ダイの薄片の対応する１つの裏面部分に配置される、請求項１２又は１３に記載のプリントヘッド。
15. 前記細長い立方体状のプリントヘッドダイの薄片が、前記モールド成形物にわたって水平方向に互いに平行に配列された複数の細長い立方体状のプリントヘッドダイの薄片からなり、
    前記開口が、複数の開口からなり、各開口が、前記ダイの薄片の対応する１つの裏面部分に配置される、請求項１２又は１３に記載のプリントヘッド。
16. 印字バーの製造方法であって、
    おもてを下にして支持体上に複数のプリントヘッドダイを配置し、
    前記支持体上にプリント基板を配置し、
    各プリントヘッドダイを前記プリント基板にワイヤボンディングし、
    前記支持体上の前記プリントヘッドダイ及び前記プリント基板をオーバーモールドすることを含み、そのオーバーモールドすることが、ワイヤボンドを完全にカプセル封入することを含む、方法。
17. 前記支持体上にプリント基板を配置することが、前記プリント基板の複数の開口のそれぞれが、１つ又は複数のプリントヘッドダイを取り囲む状態で、前記支持体上に前記プリント基板を配置することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記支持体上にプリントヘッドダイでない電子デバイスを配置し、そのプリントヘッドダイでない電子デバイスを前記プリント基板にワイヤボンディングすることを更に含み、前記オーバーモールドすることが、前記支持体上の前記プリントヘッドダイでない電子デバイスをオーバーモールドすることを含む、請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 前記モールド成形された構造体を個々の印字バーへ分離し、次いで前記支持体から前記印字バーを外すこと、又は
    前記モールド成形された構造体を前記支持体から外し、次いで前記モールド成形された構造体を個々の印字バーへ分離することを更に含む、請求項１６〜１８の何れかに記載の方法。

Images