JPH0664170A - Ink jet printer and its printing head - Google Patents

Ink jet printer and its printing head

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JPH0664170A
JPH0664170A JP5095247A JP9524793A JPH0664170A JP H0664170 A JPH0664170 A JP H0664170A JP 5095247 A JP5095247 A JP 5095247A JP 9524793 A JP9524793 A JP 9524793A JP H0664170 A JPH0664170 A JP H0664170A
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nozzle member
tape
laser
orifice
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クリストファー・エイ・スキャンツ
Eric G Hanson
エリック・ジー・ハンソン
Si-Ty Lam
サイタイ・ラム
Paul H Mcclelland
ポール・エイチ・マックルランド
William J Lloyd
ウイリアム・ジェイ・ロイド
Winthrop D Childers
ウィンスロープ・ディー・チルダーズ
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Abstract

PURPOSE: To prevent the corrosion of an orifice plate by ink and the peel and strain thereof during use by forming a plurality of the orifices of a nozzle member to a flexible insulating tape containing a conductor and arranging heating elements in close vicinity of the respective orifices. CONSTITUTION: A polymer tape 104 is sent to a laser treatment chamber and cut off by laser in the pattern prescribed by a single or a plurality of masks 108 by using laser radiation 110 generated by an F2, ArF, KrCl or XeCl type excimer laser 112. Next, after the laser cut-off stage, the polymer tape 104 is advanced by one stage and this process is repeated. A time necessary for forming a single pattern on the tape is several sec as a whole. As a result, a nozzle member made of as polymer cut off by laser has light resistance to the corrosion by aq. ink and is fundamentally water-repellent and relatively low in elastic modulus and, therefore, a tendency such that the peel of the nozzle member and a barrier wall layer is generated by the stress incorporated between the nozzle member and a lower substrate or the barrier wall layer is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は一般にインクジェット・
プリンタに関し、特にインクジェット・プリンタで使用
される印書カートリッジ用のノズルもしくはオリフィス
部材及びその他の部品に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention generally relates to inkjet
More particularly, it relates to nozzles or orifice members and other components for print cartridges used in ink jet printers.

【0002】[0002]

【従来技術と発明が解決しようとする課題】感熱式イン
クジェット印書カートリッジは少量のインクを急激に加
熱してインクを蒸発させ、オリフィスを通して放出させ
て用紙のような記録媒体に当てるように動作する。多数
のオリフィスがパターン形成されて配列されている場合
は、各オリフィスからインクが適宜の順序で放出される
ことによって、印書ヘッドが用紙に対して移動されると
用紙に字号又はその他の画像が印書される。一般に用紙
は印書ヘッドが用紙に対して移動する毎にシフトされ
る。インクだけが用紙に当たるので、感熱式インクジェ
ット・プリンタの動作は迅速且つ静かである。これらの
プリンタの印書性能は高く、小型で携帯式にすることが
できる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Thermal ink jet print cartridges operate by rapidly heating a small amount of ink to evaporate the ink and expel it through an orifice to impinge on a recording medium such as paper. . When a large number of orifices are arranged in a pattern, the ejection of ink from each orifice in the proper order causes a mark or other image on the paper when the printhead is moved relative to the paper. It is printed. Generally, the paper is shifted each time the print head moves with respect to the paper. The thermal ink jet printer operates quickly and quietly because only the ink hits the paper. The printing performance of these printers is high, and they can be made small and portable.

【0003】設計の一例では印書ヘッドは次の部品を備
えている。すなわち、1)インク溜と、インクをオリフ
ィスの近傍の蒸発ポイントに供給するためのインク管
路、2)個々のオリフィスが必要なパターンで形成され
たオリフィス板、及び3)インク管路の壁の一つを形成
する基体上に形成され、各々のオリフィスの下に一つづ
つ備えられた一連の薄膜ヒータ、である。各ヒータは薄
膜抵抗と、適当な電線を備えている。単一ドットのイン
クを印書するため、外部の電源からの電流が選択された
ヒータに導通される。ヒータは抵抗加熱され、ひいては
隣接するインクの薄層を過熱して、爆発的に蒸発せし
め、その結果インク滴が関連するオリフィスを通して用
紙上に放出される。
In one example design, a printhead comprises the following parts: That is, 1) an ink reservoir and an ink conduit for supplying ink to an evaporation point in the vicinity of the orifice, 2) an orifice plate in which individual orifices are formed in a required pattern, and 3) a wall of the ink conduit. A series of thin film heaters, one on each substrate, one under each orifice. Each heater is equipped with a thin film resistor and a suitable wire. To print a single dot of ink, current from an external power supply is conducted to the selected heater. The heater is resistively heated, which in turn heats an adjacent thin layer of ink, causing it to explode and vaporize, resulting in a drop of ink being ejected onto the paper through its associated orifice.

【0004】従来の印書カートリッジの一例が1985
年2月19日に付与され、本件出願人に譲渡されたバッ
ク他の米国特許明細書第4,500,895号「使い捨
てインクジェット・ヘッド」に記載されている。
An example of a conventional print cartridge is 1985.
No. 4,500,895, entitled "Disposable Inkjet Head," issued on February 19, and assigned to the present applicant.

【0005】このようなプリンタでは、印書性能は印書
カートリッジに実装された印書ヘッド内のオリフィスの
物理的な特性に左右される。例えば、印書ヘッド内のオ
リフィスの形状がインク滴の放出のサイズ、軌道及び速
度に影響を及ぼす。更に、印書ヘッド内のオリフィスの
形状は蒸発室に供給されるインクの流れに影響を及ぼ
し、場合によってはインクが隣接するオリフィスから放
出される態様にも影響を及ぼす。インクジェット・プリ
ンタ用のオリフィス板はニッケル製であり、リソグラフ
による電鋳工程によって製造される場合が多い。適当な
リソグラフ電鋳工程の一例は1988年9月27日にラ
ム他に付与された米国特許明細書第4,773,971
号「薄膜マンドレル」に記載されている。このような工
程では、オリフィス板内のオリフィスは誘電体のディス
クの周囲にニッケルをメッキすることによって形成され
る。
In such a printer, the printing performance depends on the physical characteristics of the orifice in the printing head mounted on the printing cartridge. For example, the shape of the orifice in the printhead affects the size, trajectory and velocity of ink drop ejection. In addition, the shape of the orifices in the printhead affects the flow of ink supplied to the vaporization chamber and, in some cases, the manner in which ink is ejected from adjacent orifices. Orifice plates for inkjet printers are made of nickel and are often manufactured by an electroforming process using a lithograph. An example of a suitable lithographic electroforming process is U.S. Pat. No. 4,773,971 issued September 27, 1988 to Lam et al.
No. "Thin film mandrel". In such a process, the orifices in the orifice plate are formed by plating nickel around the dielectric disk.

【0006】インクジェット印書ヘッド用のオリフィス
板を形成するこのような電鋳工程には幾つかの欠点があ
る。その一つはこの工程では応力及び板の厚さ、ディス
クの直径及びメッキ率のようなパラメタを精密に平衡さ
せることが必要であることである。別の欠点はこのよう
な電鋳工程では生来、ノズルの形状とサイズに関して設
計上の選択肢が限定されることである。
There are several drawbacks to such an electroforming process for forming an orifice plate for an inkjet printhead. One is that this process requires precise equilibration of parameters such as stress and plate thickness, disk diameter and plating rate. Another drawback is that such electroforming processes inherently have limited design options with respect to nozzle shape and size.

【0007】電鋳により形成されたオリフィス板、及び
インクジェット・プリンタ用の印書ヘッドのその他の部
品を使用する際には、インクによる腐食が問題になるこ
とがある。一般に、このようなオリフィス板の防食性は
2つのパラメタにより左右される。すなわち、インクの
化学成分と、オリフィス板の電気メッキされたニッケル
面上の水酸化層の形成である。水酸化層がないと、ニッ
ケルはインクによって腐食することがある。特に、イン
クジェット・プリンタに広く利用されているような水性
インクの場合にこの傾向が強い。オリフィス板の腐食は
金メッキを施すことによって最小限に抑えることができ
るが、このようなメッキはコストが高い。
Ink corrosion can be a problem when using electroformed orifice plates and other components of printheads for ink jet printers. In general, the corrosion resistance of such orifice plates depends on two parameters. That is, the chemical composition of the ink and the formation of a hydroxide layer on the electroplated nickel surface of the orifice plate. Without the hydroxide layer, nickel can be corroded by the ink. This tendency is particularly strong in the case of water-based inks that are widely used in inkjet printers. Corrosion of the orifice plate can be minimized by applying gold plating, but such plating is expensive.

【0008】電鋳によるインクジェット・プリンタ用の
オリフィス板の更に別の欠点は、完成した印書ヘッドが
使用中に剥離を生ずる傾向があることである。通常は、
剥離はオリフィス板とその基体との間に小さい間隙が形
成されることに端を発し、その原因はオリフィス板とそ
の基体との熱膨張率の差である場合が多い。剥離は印書
ヘッドの材料とインクとの相互作用によって一層強ま
る。例えば、インクジェット印書ヘッド内の材料は水性
インクに長く晒されると膨張し、そのために印書ヘッド
の内部構造の形状が変化することがある。
Yet another drawback of electroformed orifice plates for ink jet printers is that the finished printhead tends to peel during use. Normally,
Delamination originates from the formation of a small gap between the orifice plate and its substrate, often due to the difference in coefficient of thermal expansion between the orifice plate and its substrate. Delamination is further enhanced by the interaction of the printhead material and the ink. For example, the material in an inkjet printhead may swell upon prolonged exposure to aqueous ink, which may change the shape of the internal structure of the printhead.

【0009】オリフィス板の剥離は部分的なものでも、
印書結果に歪みを生じることがある。例えば、オリフィ
ス板の部分的な剥離によって通常はインク滴放出速度が
低下するか、極めて不規則になる。更に、部分的な剥離
によって気泡の累積部位が生じ、これがインク滴の放出
を妨げる場合がある。
Even if the peeling of the orifice plate is partial,
The print result may be distorted. For example, partial detachment of the orifice plate usually results in a slow or extremely irregular drop ejection rate. In addition, partial delamination can result in the accumulation of bubbles, which can impede ink drop ejection.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】以下にインクジェット印
書カートリッジ用の新規のノズル部材と、ノズル部材を
形成する方法を開示する。好ましい実施例では、導体ト
レースを形成した可撓性テープに、ノズルあるいはオリ
フィスが形成される。好ましい方法では、ノズルもしく
はオリフィスはエクサイマ・レーザ切除方式によって形
成される。また、エクサイマ・レーザの代わりに、周波
数逓倍YAGレーザを用いてもよい。
A novel nozzle member for an ink jet print cartridge and a method of forming the nozzle member are disclosed below. In the preferred embodiment, nozzles or orifices are formed in a flexible tape having conductor traces formed therein. In the preferred method, the nozzle or orifice is formed by an excimer laser ablation scheme. A frequency doubled YAG laser may be used instead of the excimer laser.

【0011】この結果形成されたオリフィスおよび導体
トレースを有するノズル部材は、その後、各オリフィス
に対応する発熱素子を含む基板上に、実装される。ノズ
ル部材の裏面に形成された導体トレースは、基板上の電
極に接続され、発熱素子に励起信号を供給する。分離し
た層あるいはノズル部材に形成された障壁層は、蒸発
室、各オリフィスの囲い、及びインク供給源と蒸発室と
の間を液体的に連通するインク通路を備えている。基板
上の発熱素子の励起は、対応する蒸発室内でインクを気
化し、気化されたインクは、ノズル部材のオリフィスを
通して吐出される。
The nozzle member having the resulting orifices and conductor traces is then mounted on a substrate containing heating elements corresponding to each orifice. The conductor trace formed on the back surface of the nozzle member is connected to the electrode on the substrate and supplies an excitation signal to the heating element. The separate layer or barrier layer formed on the nozzle member comprises an evaporation chamber, an enclosure for each orifice, and an ink passage in liquid communication between the ink supply and the evaporation chamber. Excitation of the heating element on the substrate vaporizes the ink in the corresponding evaporation chamber, and the vaporized ink is ejected through the orifice of the nozzle member.

【0012】可撓性回路上にオリフィスを形成すること
によって、従来の電鋳により形成されたオリフィスプレ
ートの欠点が解消される。さらにオリフィスは、基板上
の電極の配列が導体トレースの端部に対応するよう、ノ
ズル部材の導体トレースおよび発熱素子に対して整列し
て形成される。
By forming the orifices on the flexible circuit, the disadvantages of conventional electroformed orifice plates are eliminated. Further, the orifices are formed in alignment with the conductor traces of the nozzle member and the heating elements such that the array of electrodes on the substrate corresponds to the ends of the conductor traces.

【0013】[0013]

【実施例】図1を参照すると、参照番号10は本発明の
一実施例に従った印書ヘッドを組み入れたインクジェッ
ト印書カートリッジを概略的に示している。インクジェ
ット印書カートリッジ10はインク溜12と、印書ヘッ
ド14とを備え、印書ヘッド14はテープ自動接合方式
(TAB)を利用して形成される。印書ヘッド14(以
後“TABヘッド・アセンブリ14”と呼ぶ)は例えば
レーザ切除によって可撓ポリマー・テープ18内に形成
された2列の縦のオフセット穴、すなわちオリフィス1
7から成るノズル部材16を備えている。テープ18は
3Mコーポレーションから市販されているカプトンTMか
ら購入できる。別の適当なテープはユピレックスTM又は
これと同様のテープでよい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Referring to FIG. 1, reference numeral 10 generally indicates an inkjet print cartridge incorporating a printhead according to one embodiment of the present invention. The inkjet print cartridge 10 includes an ink reservoir 12 and a print head 14, and the print head 14 is formed using an automatic tape joining method (TAB). The printhead 14 (hereinafter referred to as the "TAB head assembly 14") has two rows of vertical offset holes or orifices 1 formed in the flexible polymer tape 18 by, for example, laser ablation.
7 is provided with a nozzle member 16. Tape 18 can be purchased from Kapton ™, commercially available from 3M Corporation. Another suitable tape may be Upilex ™ or similar tape.

【0014】テープ18の裏面には従来のフォトリソグ
ラフ・エッチング及びメッキ工程の双方又は一方によっ
て導電トレース36が形成されている。これらの導電ト
レースはプリンタと接続されるように設計された大型の
接点パッド20で終端している。印書カートリッジ10
は、テープ18の表面の接点パッド20がプリンタの電
極と接触して、外部で発生された励起信号を印書ヘッド
に送るようにプリンタ内に装着されるように設計されて
いる。
Conductive traces 36 are formed on the backside of tape 18 by conventional photolithographic etching and / or plating processes. These conductive traces terminate in large contact pads 20 designed to interface with the printer. Print cartridge 10
Is designed to be mounted within the printer such that contact pads 20 on the surface of the tape 18 contact the electrodes of the printer and send an externally generated excitation signal to the printhead.

【0015】図示した種々の実施例では、トレースはテ
ープ18の裏面に形成されている(記録媒体と対面する
面の反対側)。これらのトレースにテープ18の表面か
らアクセスするため、テープ18の正面を通して穴(管
路)を形成して、トレースの端部を露出させなければな
らない。露出されたトレースの端部はその後、例えば金
によってメッキされ、テープ18の表面上に示した接点
パッド20が形成される。
In the various embodiments shown, the traces are formed on the backside of tape 18 (opposite the side facing the recording medium). In order to access these traces from the surface of the tape 18, holes (lines) must be formed through the front of the tape 18 to expose the ends of the traces. The exposed trace ends are then plated, for example with gold, to form the contact pads 20 shown on the surface of the tape 18.

【0016】ウインドゥ22と24がテープ18を貫い
て延在し、シリコン基体を含むヒータ抵抗体上の電極と
導電トレースの他端との結合を容易にするために利用さ
れる。ウインドゥ22及び24にはトレースと基体の下
にある部分を保護するために詰物が詰められる。
Windows 22 and 24 extend through the tape 18 and are utilized to facilitate bonding of the electrodes on the heater resistor, including the silicon substrate, to the other ends of the conductive traces. The windows 22 and 24 are padded to protect the traces and the underlying portion of the substrate.

【0017】図1の印書カートリッジ10内で、テープ
18は印書カートリッジの“筒口”の背後エッジで曲折
され、筒口の背壁の長さの約半分に亘って延びている。
テープ18のこのフラップ部分が必要であるのは、基体
の電極に接続される導電トレースの経路を遠隔端部のウ
インドゥ22を通して指定するためである。図2は印書
カートリッジから取り外し、TABヘッド・アセンブリ
14内のウインドゥ22及び24に詰物を詰める前の図
1のTABヘッド・アセンブリ14の正面図である。T
ABヘッド・アセンブリ14の背面には個々に励起可能
な複数個の薄膜抵抗を含むシリコン基体28(図3に示
す)が固定されている。各抵抗体は単一のオリフィス1
7のほぼ後に配置され、単数又は複数の接点パッド20
に順次、又は同時に印加される単一又は複数のパルスに
よって選択的に励起されると、抵抗性ヒータとして機能
する。オリフィス17と導電トレースのサイズ、個数及
びパターンは任意でよく、本発明の機構を簡略且つ明瞭
に示すために幾つかの形状で示してある。それぞれの形
状の相対寸法は明解にするために大幅に修正してある。
In the print cartridge 10 of FIG. 1, the tape 18 is bent at the back edge of the "cartridge" of the print cartridge and extends for about half the length of the back wall of the cartridge mouth.
This flap portion of tape 18 is necessary to route the conductive traces connected to the substrate electrodes through the window 22 at the remote end. FIG. 2 is a front view of the TAB head assembly 14 of FIG. 1 before removal from the print cartridge and filling windows 22 and 24 within the TAB head assembly 14. T
A silicon substrate 28 (shown in FIG. 3) containing a plurality of individually excitable thin film resistors is fixed to the back surface of the AB head assembly 14. Each resistor has a single orifice 1
7. The contact pad (s) 20 located approximately after 7 and
When selectively excited by a single pulse or a plurality of pulses applied sequentially or simultaneously to the two, it functions as a resistive heater. The orifices 17 and conductive traces may be of any size, number and pattern and are shown in several shapes to simplify and clarify the features of the present invention. The relative dimensions of each shape have been significantly modified for clarity.

【0018】図2に示したテープ18のオリフィス・パ
ターンはステップアンドリピート方式のレーザ又はその
他のエッチング手段と共にマスキング工程を利用して形
成される。このことは本明細書を読んだ専門家には容易
に理解できよう。後に詳細に説明する図12は上記の工
程を補足的に詳細に示している。
The orifice pattern of tape 18 shown in FIG. 2 is formed using a masking process in conjunction with a step and repeat laser or other etching means. This will be easily understood by the expert reading this specification. FIG. 12, which will be described in detail later, shows the above steps in supplementary detail.

【0019】図3は図2のTABヘッド・アセンブリの
裏面を図示しており、テープ18の裏面に取付けられた
シリコン・ダイスすなわち基体28を示し、更にインク
管路と蒸発室とを含む基体28に形成された障壁層30
を示している。図6は障壁層30をより詳細に図示して
おり、これについては後述する。障壁層30のエッジに
沿ってインク溜12(図1)からインクを受容するイン
ク管路32の入口が示されている。テープ18の背面に
形成された導電トレース36は図3にも示され、トレー
ス36はテープ18の反対側の接点パッド20(図2)
で終端している。ウインドゥ22及び24によって、接
合を容易にするためにテープ18の反対側からトレース
36と基体の電極の端部にアクセスすることができる。
FIG. 3 illustrates the backside of the TAB head assembly of FIG. 2 showing a silicon die or substrate 28 attached to the backside of tape 18 and further includes a substrate 28 including ink lines and evaporation chambers. Formed on the barrier layer 30
Is shown. FIG. 6 illustrates the barrier layer 30 in more detail, which will be described below. Shown along the edge of the barrier layer 30 is the inlet of an ink conduit 32 which receives ink from the ink reservoir 12 (FIG. 1). Conductive traces 36 formed on the backside of tape 18 are also shown in FIG. 3, where trace 36 is on contact pad 20 (FIG. 2) on the opposite side of tape 18.
Ends with. The windows 22 and 24 allow access to the ends of the trace 36 and substrate electrodes from the opposite side of the tape 18 to facilitate bonding.

【0020】図4は図3のA−A線に沿って断面図を示
しており、導電トレース36の端部と基体30に形成さ
れた電極40との接続状態を図示している。図4に示す
ように、障壁層30の部分42は導電トレース36の端
部を基体28から絶縁するために利用される。図4には
更にテープ18と、障壁層30と、ウインドゥ22及び
24と、種々のインク管路32の入口の側面図も示され
ている。インク滴46が各々のインク管路32と関連す
るオリフィス穴から放出される態様が図示されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 3, showing the connection between the ends of the conductive traces 36 and the electrodes 40 formed on the substrate 30. As shown in FIG. 4, the portion 42 of the barrier layer 30 is utilized to insulate the ends of the conductive traces 36 from the substrate 28. Also shown in FIG. 4 is a side view of tape 18, barrier layer 30, windows 22 and 24, and the inlets of various ink conduits 32. The manner in which ink drops 46 are ejected from the orifice holes associated with each ink conduit 32 is shown.

【0021】図3のTABアセンブリ14の裏面は、図
5に示すように基体28の周囲を囲み、テープ18の裏
面とインク溜12との間にインク漏れ止めを形成する接
着シールによってインク溜12のインク開口部に対して
密封されている。
The back side of the TAB assembly 14 of FIG. 3 surrounds the substrate 28 as shown in FIG. 5 and is adhered to the ink reservoir 12 by an adhesive seal that forms an ink leak stop between the back surface of the tape 18 and the ink reservoir 12. Is sealed against the ink opening.

【0022】図5は図1のB−B線に沿った断面の側面
図であり、基体28を囲む接着シール50の一部と、イ
ンク管路と蒸発室54,56とを含む障壁層30の上面
の薄い接着層52によってテープ18の中央部に接着に
より固定された基体28を示している。印書ヘッドカー
トリッジ10のプラスチック体の一部も図示されてい
る。薄膜抵抗体58と60はそれぞれ蒸発室54内に図
示されている。図5は更にインクがインク溜12から印
書カートリッジ10に形成された中央スロット64を通
って流れ、又、基体28のエッジの周囲を蒸発室54及
び56へと流れる態様をも示している。抵抗体58と6
0とが励起されると、蒸発室54,56内のインクの一
部が放出され、これは放出されたインク滴66及び68
で示されている。
FIG. 5 is a side view of a cross section taken along line BB of FIG. 1, which shows a part of an adhesive seal 50 surrounding the substrate 28, a barrier layer 30 including an ink conduit and evaporation chambers 54 and 56. The substrate 28 is adhesively secured to the central portion of the tape 18 by a thin adhesive layer 52 on the top surface of the substrate. A part of the plastic body of the print head cartridge 10 is also shown. Thin film resistors 58 and 60 are shown within evaporation chamber 54, respectively. FIG. 5 also illustrates how ink flows from the ink reservoir 12 through the central slot 64 formed in the print cartridge 10 and around the edges of the substrate 28 to evaporation chambers 54 and 56. Resistors 58 and 6
When 0 and 0 are excited, some of the ink in the evaporation chambers 54, 56 is ejected, which is ejected ink drops 66 and 68.
Indicated by.

【0023】図6は図2のテープ18の裏面に固定され
てTABヘッド・アセンブリ14を形成するシリコン基
体28の正面の平面図である。シリコン基体28には従
来のフォトリソグラフ技術を用いて図6に示す縦2列の
薄膜抵抗70が形成され、これは障壁層30に形成され
た蒸発室72を通して露出されている。一実施例では、
基体28の長さは約1/2 インチであり、300個のヒー
タ抵抗体70を備えていることにより、インチ当たり6
00ドットの解像度が可能になる。基体28には図2の
テープ18の裏面に形成された(点線で示した)導電ト
レース36に接続するための電極74も形成されてい
る。
FIG. 6 is a front plan view of a silicon substrate 28 secured to the backside of tape 18 of FIG. 2 to form TAB head assembly 14. On the silicon substrate 28, the thin film resistors 70 in two columns shown in FIG. 6 are formed by using the conventional photolithography technique, and the thin film resistors 70 are exposed through the evaporation chamber 72 formed in the barrier layer 30. In one embodiment,
The length of the substrate 28 is about 1/2 inch, and with 300 heater resistors 70, 6 per inch.
A resolution of 00 dots is possible. Also formed on the substrate 28 are electrodes 74 for connecting to the conductive traces 36 (shown in dotted lines) formed on the back surface of the tape 18 in FIG.

【0024】電極74に印加された多重化入り信号をデ
マルチプレクスし、且つ信号を種々の薄膜抵抗70へと
配分するために、図6に点線で示したデマルチプレクサ
78も基体28上に形成されている。デマクチプレクサ
78によって薄膜抵抗70よりも大幅に少ない数の電極
74しか使わなくともよくなる。デマクチプレクサ78
は電極74に印加される符号化された信号を復号するた
めの任意のデコーダでよい。
Demultiplexer 78, shown in phantom in FIG. 6, is also formed on substrate 28 for demultiplexing the multiplexed incoming signal applied to electrode 74 and distributing the signal to various thin film resistors 70. Has been done. The demultiplexer 78 allows the use of a much smaller number of electrodes 74 than the thin film resistors 70. Demachixplexer 78
May be any decoder for decoding the encoded signal applied to electrode 74.

【0025】基体28の表面には従来のフォトリソグラ
フ技術を用いて障壁層30も形成され、これは蒸発室7
2とインク管路80とが内部に形成されたフォトレジス
ト層又はその他のポリマー体でよい。障壁層30の部分
42は図4に関連して前述したように、導電トレース3
6を下にある基体28から絶縁する。
A barrier layer 30 is also formed on the surface of the substrate 28 using conventional photolithographic techniques, which is the evaporation chamber 7
2 and the ink conduit 80 may be a photoresist layer or other polymer body formed therein. Portion 42 of barrier layer 30 has conductive traces 3 as described above in connection with FIG.
Insulate 6 from the underlying substrate 28.

【0026】障壁層30の上面を図3に示したテープ1
8の裏面に接着により固定するために、未硬化のフォト
レジスト層のような薄い接着層84が障壁層30の上面
に加えられる。障壁層30の上面をその方の方法で接着
面にすることが可能ならば、別個の接着層は必要ない。
その結果生じた基体構造は次に、抵抗体70が導電トレ
ース36の端部と位置合わせされるようにテープ18の
裏面に対して位置決めされる。この位置合わせ段階によ
って必然的に電極74と導電トレース36の端部とも位
置合わせされる。次にトレース36が電極74と接合さ
れる。位置合わせされ、接合された基体/テープ構造は
次に加熱され、同時に接着層84を硬化させ、且つ基体
構造をテープ18の裏面にしっかりと固定するために圧
力が加えられる。
The tape 1 whose upper surface of the barrier layer 30 is shown in FIG.
A thin adhesive layer 84, such as an uncured photoresist layer, is added to the top surface of the barrier layer 30 for adhesive fixing to the back surface of 8. A separate adhesive layer is not required if the upper surface of the barrier layer 30 could be the adhesive surface in that way.
The resulting substrate structure is then positioned against the backside of tape 18 such that resistor 70 is aligned with the ends of conductive traces 36. This alignment step also necessarily aligns the electrodes 74 and the ends of the conductive traces 36. The trace 36 is then joined to the electrode 74. The aligned and bonded substrate / tape structure is then heated and at the same time pressure is applied to cure the adhesive layer 84 and secure the substrate structure to the backside of the tape 18.

【0027】図7は図6の基体構造が薄い接着層84を
介してテープ18の裏面に固定された後の、単一の蒸発
室72と、薄膜抵抗70とオリフィス17との拡大図で
ある。基体28の側部エッジはエッジ86で示されてい
る。動作時には、インクは図1のインク溜12から基体
28の側部エッジ86の周囲を経て、関連する蒸発室7
2へと流れる。薄膜抵抗70が励起されると、隣接する
インクの薄層が過熱して爆発性の蒸発を誘発し、その結
果、インク滴がオリフィス17を通って放出される。そ
の後、蒸発室72は毛管現象によって再充填される。好
ましい実施例では、障壁層30の厚さは約1ミルであ
り、基体20の厚さは約20ミルであり、テープ18の
厚さは約2ミルである。
FIG. 7 is an enlarged view of a single evaporation chamber 72, thin film resistor 70 and orifice 17 after the substrate structure of FIG. 6 is fixed to the back surface of the tape 18 via the thin adhesive layer 84. . The side edges of the substrate 28 are shown as edges 86. In operation, ink passes from the ink reservoir 12 of FIG. 1 around the side edges 86 of the substrate 28 and into the associated evaporation chamber 7.
It flows to 2. When the thin film resistor 70 is energized, the adjacent thin layer of ink overheats causing explosive evaporation, which results in ink drops being ejected through the orifice 17. The evaporation chamber 72 is then refilled by capillarity. In the preferred embodiment, the barrier layer 30 has a thickness of about 1 mil, the substrate 20 has a thickness of about 20 mils, and the tape 18 has a thickness of about 2 mils.

【0028】図8は本発明の一実施例に従ったTABヘ
ッド・アセンブリ14のひとつのインク放出室の、図1
のC−C線に沿った断面の側面図である。この断面図は
障壁層30に積層されたレーザ切除されたポリマー・ノ
ズル部材90を示しており、これは図6に示したものと
同一のノズルでよい。基体28上の薄膜抵抗70が励起
されると、蒸発室72内のインク滴の一部が蒸発し、イ
ンク滴91がオリフィス17を通って放出される。
FIG. 8 illustrates one ink ejection chamber of the TAB head assembly 14 in accordance with one embodiment of the present invention.
It is a side view of the cross section along the CC line of FIG. This cross-sectional view shows a laser ablated polymer nozzle member 90 laminated to the barrier layer 30, which may be the same nozzle as shown in FIG. When the thin film resistor 70 on the substrate 28 is excited, a part of the ink droplet in the evaporation chamber 72 is evaporated and the ink droplet 91 is ejected through the orifice 17.

【0029】図9はポリマーから成るレーザ切除された
ノズル部材92を使用したインク放出室の別の実施例の
断面の側面図である。前述の実施例と同様に、蒸発室7
2はノズル部材92と、基体28と障壁層30とによっ
て囲まれている。しかし、前述の実施例とは異なり、ヒ
ータ抵抗体94は基体28上にではなく、ノズル部材9
2の下表面に取付けられている。それによって印書ヘッ
ドの構造が一層簡略になる。ノズル部材92の底面に形
成された(図3に示したような)導電トレースによって
電気信号が抵抗体に送られる。
FIG. 9 is a cross-sectional side view of another embodiment of an ink ejection chamber using a laser ablated nozzle member 92 of polymer. As in the previous embodiment, the evaporation chamber 7
2 is surrounded by the nozzle member 92, the base 28, and the barrier layer 30. However, unlike the previous embodiment, the heater resistor 94 is not on the substrate 28, but rather on the nozzle member 9
2 is attached to the lower surface. This further simplifies the structure of the print head. Electrical signals are sent to the resistors by conductive traces (as shown in FIG. 3) formed on the bottom surface of the nozzle member 92.

【0030】ここで説明する種々の蒸発室もノズル部材
の形成と同様にレーザ切除によって形成される。より詳
細に述べると、選択された構造の蒸発室はポリマー・テ
ープのようなポリマー層の上にリソグラフ・マスクを置
き、次にポリマー層のリソグラフ・マスクによってカバ
ーされていない領域をレーザ光線によって切除すること
により形成することができる。実際には、蒸発室を含む
ポリマー層を結合してノズル部材の単一部品の近傍に形
成し、又は一体に形成することができる。
The various evaporation chambers described here are also formed by laser ablation similarly to the formation of the nozzle member. More specifically, the evaporation chamber of the selected structure places a lithographic mask on top of a polymer layer, such as a polymer tape, and then laser beam ablate areas of the polymer layer not covered by the lithographic mask. Can be formed. In practice, the polymer layers, including the evaporation chamber, can be combined and formed near a single piece of the nozzle member, or integrally formed.

【0031】図10は一つのポリマー層内に形成され
た、レーザにより除去されたオリフィスと、インク管路
とを有するノズル部材96と、蒸発室98を示す断面の
側面図である。図10に示すようにレーザ切除によるノ
ズル部材の一体部品としての蒸発室の形成は、入射レー
ザ光線の光エネルギ密度が切除される領域全体に亘って
一定であるならば、ほぼ平坦な底部を有する凹部を有す
る室を形成するレーザ切除の特性によって著しく促進さ
れる。このような室の深さはレーザの照射回数とそれぞ
れの照射のエネルギ密度とによって決まる。図10の抵
抗体70のような抵抗体がノズル部材自体の上に形成さ
れる場合は、基体28も一緒に除去してもよい。
FIG. 10 is a cross-sectional side view showing a nozzle member 96 having a laser-removed orifice formed in one polymer layer and having an ink conduit, and an evaporation chamber 98. As shown in FIG. 10, the formation of the evaporation chamber as an integral part of the nozzle member by laser ablation has a substantially flat bottom if the optical energy density of the incident laser beam is constant over the entire ablated region. It is significantly facilitated by the properties of laser ablation which form a recessed chamber. The depth of such a chamber is determined by the number of laser irradiations and the energy density of each irradiation. If a resistor, such as resistor 70 of FIG. 10, is formed on the nozzle member itself, the substrate 28 may also be removed.

【0032】図11は基体を上に取付ける前の図10の
ノズル部材96の裏面を示している。蒸発室98と、イ
ンク管路99と、インク・マニホルド100とはノズル
部材96の厚みの一部に亘って形成され、一方、図2の
オリフィス17のようなオリフィスはノズル部材の厚み
全体に亘って形成されている。インク溜からのインクは
ノズル部材96の裏面に取付けられた基体(図示せず)
の側部の周囲を流れ、その後、インク・マニホルド10
0内を流れて、インク管路99と蒸発室98へと流入す
る。前述したように接合用に利用されるウインドゥ22
と24も図示されている。単一のノズル部材96内にオ
リフィスとインク通路のパターンを形成するために複数
のリソグラフ・マスクを利用することができる。
FIG. 11 shows the back surface of the nozzle member 96 of FIG. 10 before the base is mounted thereon. Evaporation chamber 98, ink conduit 99, and ink manifold 100 are formed over a portion of the thickness of nozzle member 96, while an orifice, such as orifice 17 in FIG. 2, extends over the entire thickness of the nozzle member. Is formed. Ink from the ink reservoir is a substrate (not shown) attached to the back surface of the nozzle member 96.
Flow around the sides of the ink and then the ink manifold 10
0, and then flows into the ink conduit 99 and the evaporation chamber 98. The window 22 used for joining as described above
And 24 are also shown. Multiple lithographic masks may be utilized to form the pattern of orifices and ink passages within a single nozzle member 96.

【0033】図12は図3のTABヘッド・アセンブリ
14の実施例か、又は図11のノズル部材96を使用し
て形成されたTABヘッド・アセンブリのいずれかを形
成する方法を示している。最初の材料はカプトンTM又は
ユピレックスTM形のポリマー・テープ104であるが、
テープ104は下記の手順に使用できる任意の適当なポ
リマー薄膜でもよい。このような薄膜はテフロン、ポリ
イミド、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネー
ト、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン・テレフ
タレート、又はこれらの混合から成るものでよい。
FIG. 12 illustrates a method of forming either the TAB head assembly 14 embodiment of FIG. 3 or the TAB head assembly formed using the nozzle member 96 of FIG. The first material is Kapton ™ or Upilex ™ type polymer tape 104,
Tape 104 may be any suitable polymer film that can be used in the procedure described below. Such a thin film may be made of Teflon, polyimide, polymethylmethacrylate, polycarbonate, polyester, polyamide, polyethylene terephthalate, or a mixture thereof.

【0034】テープ104は代表的にはリール105上
の長い条片として形成される。テープ104の側部にそ
ったスプロケット穴106はテープ104を正確且つ安
全に移送するために利用される。或いは、スプロケット
穴106を省き、別の種類の固定手段を設けて移送して
もよい。
Tape 104 is typically formed as a long strip on reel 105. Sprocket holes 106 along the sides of tape 104 are utilized to transport tape 104 accurately and safely. Alternatively, the sprocket hole 106 may be omitted, and another type of fixing means may be provided for transfer.

【0035】好ましい実施例では、テープ104には図
3に示すように従来のフォトリソグラフ及び金属溶着工
程を用いて形成された導電性の銅トレース36を予め備
えてある。導電トレースの特定のパターンは、後にテー
プ104に取付けられるシリコン・ダイス上に形成され
た電極に電気信号を送るための所望の方法に左右され
る。
In the preferred embodiment, tape 104 is preloaded with conductive copper traces 36 formed using conventional photolithographic and metal deposition processes, as shown in FIG. The particular pattern of conductive traces will depend on the desired method for delivering electrical signals to the electrodes formed on the silicon die that are subsequently attached to tape 104.

【0036】好ましい工程では、テープ104はレーザ
処理室に送られ、F2 、ArF、KrCL又はXeCL
形のエクサイマ・レーザ112によって発生されるレー
ザ放射110を用いて単数、又は複数のマスク108に
よって規定されるパターンでレーザにより切除される。
マスキングを利用したレーザ放射線は矢印114で示し
てある。
In the preferred process, the tape 104 is sent to a laser processing chamber where it is F2, ArF, KrCL or XeCL.
Laser ablation 110 using laser radiation 110 generated by an excimer laser 112 in the form of a pattern in a pattern defined by one or more masks 108.
Laser radiation utilizing masking is indicated by arrow 114.

【0037】好ましい実施例では、このようなマスク1
08は、例えばオリフィス・パターン形成マスク108
の場合には複数のオリフィスを囲み、蒸発室形成マスク
108の場合は複数の蒸発室を囲んで、テープ104が
延在する領域に関して切除される全ての形状を確定す
る。あるいは、オリフィス・パターン、蒸発室パターン
又はその他のパターンのようなパターンをレーザ光線よ
りも大幅に大きい共通のマスク基板上に並置してもよ
い。次にこのようなパターンに連続的にレーザ光線を照
射する。このようなマスクに使用されるマスキング材料
は例えば多層誘電体又はアルミニウムのような金属から
成る、レーザ波長で反射性が高い材料であることが好ま
しい。
In the preferred embodiment, such a mask 1
Reference numeral 08 denotes, for example, the orifice pattern forming mask 108.
In the case of, the plurality of orifices are surrounded, and in the case of the evaporation chamber forming mask 108, the plurality of evaporation chambers are surrounded, and all the shapes to be cut off with respect to the region where the tape 104 extends are determined. Alternatively, patterns such as orifice patterns, evaporation chamber patterns or other patterns may be juxtaposed on a common mask substrate that is significantly larger than the laser beam. Next, such a pattern is continuously irradiated with a laser beam. The masking material used in such masks is preferably a material that is highly reflective at the laser wavelength, consisting of, for example, a multilayer dielectric or a metal such as aluminum.

【0038】単数又は複数のマスク108によって確定
されるオリフィス・パターンは図2に概略的に示されて
いる。図8ないし図10に示すように段階付きのオリフ
ィス・テーパを形成するために複数のマスク108を使
用してもよい。
The orifice pattern defined by the mask or masks 108 is shown schematically in FIG. Multiple masks 108 may be used to form the stepped orifice taper as shown in FIGS.

【0039】一実施例では、別個のマスク108が図2
及び図3に示したウインドゥ22,24のパターンを確
定するが、好ましい実施例では、テープ104を図12
に示した工程に送る前に従来のフォトリソグラフ方式を
用いてウインドゥ22,24が形成される。ノズル部材
が蒸発室をも含む図10と図11の実施例では、オリフ
ィスを形成するために単一又は複数のマスク108が使
用され、テープ104の厚みの一部に亘って形成される
蒸発室、インク管路及びマニホルドを形成するためには
別のマスク108とレーザ・エネルギ密度が使用されよ
う。この目的のためのレーザ・システムは更にビーム伝
達用の光学系と、位置合わせ用の光学系と、高精度且つ
高速度のマスク往復システムと、テープ104を処理
し、位置決めする機構を含む処理室とを備えている。好
ましい実施例では、レーザ・システムは投射式マスク構
造を使用しており、これはマスク108とテープ104
との間に挟装された精密レンズ115がエクサイマ・レ
ーザ光線をマスク108に確定されたパターンの画像で
テープ104に投射するものである。レンズ115から
出るマスキングされたレーザ放射線は矢印116で示し
てある。このような投射式マスク構造は、マスクがノズ
ル部材から物理的に離れているので、オリフィス寸法の
精度が高くなるという利点を備えている。切除工程では
当然すすが発生し、放出され、切除されるノズル部材か
ら約1cmの距離を移動する。マスクがノズル部材と接
触しているならば、又はその近傍にあるならば、マスク
上にすすが形成されることにより切除された形状が歪
み、寸法上の精度が低下する傾向がある。好ましい実施
例では、投射レンズは切除されるノズル部材から2cm
以上離れているので、ノズル部材又はマスク上にすすが
形成されることが回避される。
In one embodiment, the separate mask 108 is shown in FIG.
And the patterns of windows 22, 24 shown in FIG. 3 are established, but in the preferred embodiment, tape 104 is shown in FIG.
The windows 22 and 24 are formed by using the conventional photolithographic method before the process shown in FIG. In the embodiment of FIGS. 10 and 11 in which the nozzle member also includes an evaporation chamber, a single or multiple masks 108 are used to form the orifice and are formed over a portion of the thickness of tape 104. , Another mask 108 and laser energy density would be used to form the ink lines and manifolds. The laser system for this purpose further includes a beam transmission optical system, an alignment optical system, a highly accurate and high speed mask reciprocating system, and a processing chamber including a mechanism for processing and positioning the tape 104. It has and. In the preferred embodiment, the laser system uses a projection mask structure, which includes mask 108 and tape 104.
A precision lens 115 sandwiched between and projects the excimer laser beam on the tape 104 with an image of the pattern determined on the mask 108. The masked laser radiation exiting lens 115 is indicated by arrow 116. Such a projection type mask structure has an advantage that the accuracy of the orifice size is high because the mask is physically separated from the nozzle member. In the cutting process, soot is naturally generated, discharged, and moved about 1 cm from the nozzle member to be cut. If the mask is in contact with or in the vicinity of the nozzle member, soot formation on the mask tends to distort the excised shape and reduce dimensional accuracy. In the preferred embodiment, the projection lens is 2 cm from the nozzle member to be ablated.
Since they are separated by the distance described above, the formation of soot on the nozzle member or the mask is avoided.

【0040】切除方式はテーパ壁を備えた構造を作製す
るための方法として公知である。すなわち、テーパはレ
ーザが入射する表面ではオリフィスの直径が大きく、レ
ーザの出口表面では小さいような先細構造である。テー
パ角度は平方センチ当たり2ジュール未満のエネルギ密
度の場合はノズル部材に入射される光学エネルギの密度
によって大幅に変動する。エネルギ密度が制御されなけ
れば、形成されたオリフィスのテーパ角度は大幅に変化
し、その結果、出口オリフィスの直径が大幅に変化す
る。このような変化によって、放出されるインク滴の容
量と速度が不都合に変化し、ひいては印書性能が低下す
る。好ましい実施例では、テーパ角度を一定にし、再現
性が高い出口の直径を達成するために、切除用レーザ光
線の光エネルギは正確にモニタされ、制御される。オリ
フィスの出口直径が一定であることによる印書性能に関
する利点に加えて、テーパを設けることによりオリフィ
スの動作にも利点が得られる。何故ならば、テーパは放
出速度を高め、焦点がより正確に定められたインク放出
が成されると共に、その他の利点が得られる機能を備え
ているからである。テーパ角度はオリフィスの軸に対し
て5ないし15度の範囲でよい。ここに説明する好まし
い実施例の工程によって、ノズル部材に対してレーザ光
線を揺動する必要なく急速且つ精確な製造が可能であ
る。この工程ではレーザ光線がノズル部材の出口表面で
はなく入口表面に入射する場合でも精確な出口の直径が
得られる。
The cutting method is known as a method for producing a structure having a tapered wall. That is, the taper is a tapered structure in which the diameter of the orifice is large on the surface on which the laser enters and is small on the exit surface of the laser. For energy densities less than 2 Joules per square centimeter, the taper angle varies significantly with the density of the optical energy incident on the nozzle member. If the energy density is not controlled, the taper angle of the formed orifice will change significantly, resulting in a large change in exit orifice diameter. Such changes undesirably change the volume and velocity of the ejected ink drops, which in turn reduces print performance. In the preferred embodiment, the light energy of the ablating laser beam is accurately monitored and controlled to achieve a constant taper angle and a highly reproducible exit diameter. In addition to the printing performance benefits of a constant orifice exit diameter, the taper also benefits the operation of the orifice. This is because the taper has the function of increasing the ejection speed, providing a more precisely focused ink ejection, and providing other advantages. The taper angle may range from 5 to 15 degrees with respect to the axis of the orifice. The process of the preferred embodiment described herein allows for rapid and accurate manufacture without the need to rock the laser beam relative to the nozzle member. This step provides an accurate exit diameter even when the laser beam is incident on the entrance surface of the nozzle member rather than the exit surface.

【0041】レーザ切除の段階の後、ポリマー・テープ
104が一段階前進せしめられ、この工程が反復され
る。これはステップアンドリピート工程と呼ばれる。テ
ープ104上に単一のパターンを形成するのに必要な時
間は全体で数秒間にできる。前述したように、ノズル部
材毎の処理時間を短縮するために、単一のマスク・パタ
ーンが延長した群の切除される形状を囲むことができ
る。
After the laser ablation step, the polymer tape 104 is advanced one step and the process is repeated. This is called a step and repeat process. The total time required to form a single pattern on the tape 104 can be several seconds. As mentioned above, a single mask pattern can surround the extended group of ablated shapes to reduce processing time per nozzle member.

【0042】レーザ切除工程は精密オリフィス、蒸発室
及びインク管路を形成する他の形式のレーザ切削方法と
比較して特有の利点を備えている。レーザ切除方式で
は、強烈な紫外線の短いパルスが材料の薄い表面層の約
1マイクロメートル未満の表面内に吸収される。好まし
いパルス・エネルギは平方cm当たり約100ミリジュ
ール以上であり、パルスの継続期間は約1マイクロ秒よ
りも短い。このような条件で、強烈な紫外線が材料の化
学的結合を光学的に分解する。更に、吸収された紫外線
エネルギは、分解した破片を急激に加熱し、これらの破
片を材料の表面から放出するように小さい容積の材料に
集中される。これらの工程は極めて迅速に行われるの
で、熱が周囲の材料に伝導する時間がない。その結果、
周囲の領域は融解又はその他の損傷を受けず、切除され
た構造の輪郭は約1マイクロメートルの精度で入射光線
の形状を精密に再現することができる。その上、レーザ
切除は切除される領域全体に亘って光エネルギが一定で
あるならば、層内に溝形成された平面を形成するほぼ平
坦な底面を有する室を形成することもできる。このよう
な室の深さはレーザ照射の回数と、それぞれの照射のエ
ネルギ密度によって決まる。
The laser ablation process has unique advantages over other types of laser cutting methods that form precision orifices, evaporation chambers and ink lines. In the laser ablation scheme, intense, short pulses of ultraviolet light are absorbed within less than about 1 micrometer of the surface of a thin surface layer of material. Preferred pulse energies are greater than or equal to about 100 millijoules per square cm, and pulse durations are less than about 1 microsecond. In these conditions, intense UV light optically breaks the chemical bonds of the material. Furthermore, the absorbed UV energy is concentrated in a small volume of material so as to rapidly heat the decomposed debris and release these debris from the surface of the material. These steps occur so quickly that there is no time for heat to transfer to the surrounding material. as a result,
The surrounding area is not melted or otherwise damaged and the contours of the ablated structure can accurately reproduce the shape of the incident beam with an accuracy of about 1 micrometer. Moreover, laser ablation can also form a chamber with a substantially flat bottom surface that forms a grooved plane in the layer, provided that the light energy is constant over the entire area to be ablated. The depth of such a chamber is determined by the number of laser irradiations and the energy density of each irradiation.

【0043】レーザ切除工程は更にインクジェット印書
ヘッド用のノズル部材を形成する従来のリソグラフ電鋳
工程と比較して多くの利点を備えている。例えば、レー
ザ切除工程は一般に従来のリソグラフ電鋳工程よりも安
価で、簡単である。更に、レーザ切除工程を採用するこ
とによって、ポリマーのノズル部材は大幅に大きいサイ
ズ(すなわち、より大きい表面積を有するノズル部材)
と、従来の電鋳工程では実現できないノズルの形状の部
材として製造することが可能になる。より詳細に述べる
と、曝射強度を制御し、又はそれぞれの曝射の間にレー
ザ光線の向きを変更するように複数回の曝射を行うこと
によってユニークな形状のノズルを製造することができ
る。多様なノズルの形状の例は本件の出願人に譲渡さ
れ、本明細書に参考文献として引用されている係属出願
連続番号第07/658726号「ポリマー材料を通し
て延びる少なくとも一つの段付の開口部を光切除する方
法と、段付の開口部を有するノズル板」に記載されてい
る。更に、電鋳工程に必要な厳密な工程管理を行わずに
精密な形状のノズルを形成することができる。
The laser ablation process also has many advantages over conventional lithographic electroforming processes for forming nozzle members for inkjet printheads. For example, laser ablation processes are generally cheaper and easier than conventional lithographic electroforming processes. Further, by employing a laser ablation process, the polymeric nozzle member has a significantly larger size (ie, a nozzle member having a larger surface area).
With this, it becomes possible to manufacture a member having a nozzle shape that cannot be realized by the conventional electroforming process. More specifically, uniquely shaped nozzles can be produced by controlling the exposure intensity, or by performing multiple exposures to redirect the laser beam between each exposure. . Examples of various nozzle geometries are assigned to the assignee of the present application and are hereby incorporated by reference in copending application Ser. No. 07 / 658,726 "at least one stepped opening extending through a polymeric material. Method of photoablation and nozzle plate with stepped openings ". Further, it is possible to form a nozzle having a precise shape without performing the strict process control necessary for the electroforming process.

【0044】ポリマー材料をレーザによって切除するこ
とによりノズル部材を形成する別の利点は、オリフィス
もしくはノズルを従来よりも大きいノズル長(L)とノ
ズル直径(D)比で容易に製造できることにある。好ま
しい実施例では、L/D比は1以上である。ノズル長を
その直径と比較して延長する利点の一つは蒸発室内のオ
リフィス−抵抗体の位置決めがそれほど厳密でなくとも
済むことにある。
Another advantage of forming the nozzle member by laser ablation of the polymer material is that the orifice or nozzle can be easily manufactured with a larger nozzle length (L) and nozzle diameter (D) ratio than previously. In the preferred embodiment, the L / D ratio is 1 or greater. One of the advantages of extending the nozzle length compared to its diameter is that the orifice-resistor positioning in the evaporation chamber does not have to be very precise.

【0045】使用の際には、インクジェット・プリンタ
用のレーザ切除されたポリマー製ノズル部材は従来の電
鋳によるオリフィス板よりも優れた特性を発揮する。例
えば、レーザ切除されたポリマー製ノズル部材は水性イ
ンクによる腐食に対する耐性が高く、基本的に嫌水性で
ある。更に、レーザ切除によるポリマー製ノズル部材は
弾性係数が比較的低いので、ノズル部材と下層の基体又
は障壁層との間に組込まれた応力がノズル部材と障壁層
との剥離を生じる傾向が減少する。更に、レーザ切除に
よるポリマー製ノズル部材はポリマー基体に容易に取付
け、又はこれと一体に形成することができる。
In use, laser ablated polymer nozzle members for ink jet printers exhibit superior properties to conventional electroformed orifice plates. For example, laser ablated polymer nozzle members are highly resistant to corrosion by aqueous inks and are essentially anaerobic. Furthermore, the relatively low modulus of elasticity of laser ablated polymer nozzle members reduces the tendency for built-in stress between the nozzle member and the underlying substrate or barrier layer to cause delamination of the nozzle member and barrier layer. . Further, the laser ablated polymer nozzle member can be easily attached to or formed integrally with the polymer substrate.

【0046】好ましい実施例ではエクサイマ・レーザが
使用されているが、切除工程を実施するには光波長とエ
ネルギ密度とがほぼ同じ別の紫外線光源を使用してもよ
い。このような紫外線光源の波長は切除されるテープの
吸収度を高めるため150nmないし400nmである
ことが好ましい。更に、周囲の切除されない材料がほと
んど加熱しないように切除される材料の迅速な放出を達
成するには、エネルギ密度は平方cm当たり約100ミ
リジュール以上であり、パルス長は約1マイクロ秒より
短いことが必要であろう。
Although an excimer laser is used in the preferred embodiment, another ultraviolet light source with approximately the same light wavelength and energy density may be used to perform the ablation process. The wavelength of such an ultraviolet light source is preferably 150 nm to 400 nm in order to enhance the absorption of the tape to be cut off. Furthermore, to achieve a rapid release of the ablated material with little heating of the surrounding ablated material, the energy density is greater than about 100 millijoules per square cm and the pulse length is less than about 1 microsecond. Would be necessary.

【0047】この分野の専門家には理解されるように、
テープ104上にパターンを形成するその他の多くの工
程を使用することもできる。このようなその他の工程に
は化学エッチング、打刻、反応性イオン・エッチング、
イオンビーム・フライス及び光で形成したパターンの鋳
造、又は鍛造などの方法がある。
As will be understood by experts in this field,
Many other processes for forming patterns on tape 104 can also be used. These other steps include chemical etching, stamping, reactive ion etching,
There are methods such as casting or forging of a pattern formed by ion beam milling and light.

【0048】工程の次の段階は清掃段階であり、この段
階ではテープ104のレーザ切除された部分が清掃ステ
ーション117に配置される。清掃ステーション117
ではレーザ切除から出る塵埃が標準的な産業上の手段に
よって除去される。
The next stage in the process is the cleaning stage, where the laser ablated portion of tape 104 is placed at cleaning station 117. Cleaning station 117
Dust from laser ablation is removed by standard industrial means.

【0049】次にテープ104は次のステーションに送
られる。これはシンカワ・コーポレーションからモデル
番号IL−20で市販されている内部リード接合装置の
ような従来の自動TAB接合装置に組み込まれた光学式
位置合わせステーション118である。接合装置にはオ
リフィスを製造するのに用いたと同じ方法及び(又は)
段階で製造されたノズル部材上の位置合わせ(標的)パ
ターンと、抵抗体を製造するのに用いたと同じ方法及び
(又は)段階で製造された基体上の標的パターンとが予
めプログラムされている。好ましい実施例では、ノズル
部材の材料は半透明であるので、ノズル部材を通して基
体上の標的パターンを観察することができる。次に接合
装置は2つの標的パターンを調心するように、シリコン
・ダイス120をノズル部材に対して自動的に位置決め
する。シンカワのTAB接合装置はこのような調心機能
を備えている。ノズル部材の標的パターンと基体の標的
パターンとのこのような自動調心によって、オリフィス
と抵抗体とを精密に位置合わせできるだけではなく、ダ
イス120上の電極をテープ104に形成された導電ト
レースの端部とも自ずと位置合わせできる。何故なら
ば、トレースとオリフィスはテープ104内で位置合わ
せされ、基体電極と加熱用抵抗とは基体内で位置合わせ
されるからである。従って、2つの標的パターンが調心
されると、テープ104とシリコン・ダイス120上の
全てのパターンは互いに調心される。
The tape 104 is then sent to the next station. This is an optical alignment station 118 incorporated into a conventional automatic TAB bonder such as the internal lead bonder commercially available from Shinkawa Corporation under model number IL-20. The splicing device has the same method and / or as used to produce the orifice.
The alignment (target) pattern on the nozzle member manufactured in step and the target pattern on the substrate manufactured in the same method and / or step used to manufacture the resistor are pre-programmed. In the preferred embodiment, the material of the nozzle member is translucent so that the target pattern on the substrate can be viewed through the nozzle member. The bonder then automatically positions the silicon die 120 with respect to the nozzle member so as to align the two target patterns. Shinkawa's TAB joining device has such an aligning function. Such self-alignment of the target pattern of the nozzle member and the target pattern of the substrate not only allows for precise alignment of the orifice and resistor, but also allows the electrodes on the die 120 to end the conductive traces formed on the tape 104. It can be aligned with the department. This is because the traces and orifices are aligned within the tape 104 and the substrate electrodes and heating resistors are aligned within the substrate. Therefore, when the two target patterns are aligned, all the patterns on the tape 104 and silicon die 120 are aligned with each other.

【0050】このように、テープ104に対するシリコ
ン・ダイス120の位置合わせは市販の装置を使用する
だけで自動的に行われる。導通トレースとノズル部材と
を一体に形成することによってこのような調心機能が得
られる。このような一体化によって印書ヘッドの組立て
コストが低減するだけではなく、印書ヘッドの材料のコ
ストも低減する。
As described above, the alignment of the silicon die 120 with respect to the tape 104 is automatically performed only by using a commercially available device. Such a centering function is obtained by integrally forming the conduction trace and the nozzle member. Such integration not only reduces the cost of assembling the printhead, but also reduces the cost of material for the printhead.

【0051】次に自動TAB接合装置は導電トレースの
端部をテープ104に形成されたウインドゥを通して関
連する基体電極へと下方に押圧するために連動接合方式
を利用する。そこで接合装置は例えば熱圧縮接合方式に
よって、加熱してトレースの端部を関連する電極へと溶
接する。その結果形成される構造の一実施例の側面図が
図4に示されている。例えば超音波接合、導電性エポキ
シ、はんだ付けペースト又はその他の公知の手段のよう
な別の種類の接合方法も利用できる。
The automatic TAB bonder then utilizes an interlocking bond scheme to press the ends of the conductive traces down through the window formed in tape 104 and to the associated substrate electrode. The bonding apparatus then heats and welds the ends of the traces to the associated electrodes, for example, by thermal compression bonding. A side view of one embodiment of the resulting structure is shown in FIG. Other types of bonding methods such as ultrasonic bonding, conductive epoxies, solder paste or other known means may be utilized.

【0052】次にテープ104は加熱及び圧縮ステーシ
ョン122に前進せしめられる。図6及び図7に関連し
て前述したように、シリコン基体上に形成された障壁層
30の上面には接着層84がある。上記の接合段階の
後、シリコン・ダイス120はテープ104に対して押
圧され、接着層84を硬化するために加熱され、ダイス
120がテープ104に対して物理的に接合される。
The tape 104 is then advanced to the heating and compression station 122. As described above in connection with FIGS. 6 and 7, there is an adhesion layer 84 on the top surface of the barrier layer 30 formed on the silicon substrate. After the bonding step described above, the silicon die 120 is pressed against the tape 104 and heated to cure the adhesive layer 84 and the die 120 is physically bonded to the tape 104.

【0053】その後、テープ104は前進せしめられ、
必要ならば巻取りリール124に巻取られる。テープ1
04を後にカットして、個々のTAB印書ヘッド・アセ
ンブリを互いに切り離すことができる。
After that, the tape 104 is advanced,
If necessary, it is wound on the take-up reel 124. Tape 1
04 can be later cut to separate the individual TAB printhead assemblies from each other.

【0054】その結果得られたTABヘッド・アセンブ
リは次に印書カートリッジ10上に配置され、ノズル部
材を印書カートリッジにしっかりと固定するために図5
の接着シールが形成されて、ノズル部材とインク溜との
間の基体周囲をインク漏れがないように密封し、トレー
スをインクから隔絶するために基体から延びるトレース
を封入する。
The resulting TAB head assembly is then placed on the print cartridge 10 to secure the nozzle member to the print cartridge.
Adhesive seals are formed to seal the perimeter of the substrate between the nozzle member and the ink reservoir from ink leakage and enclose traces extending from the substrate to isolate the traces from the ink.

【0055】次に可撓TABヘッド・アセンブリの周辺
ポイントが従来の融解形の接合工程によってプラスチッ
クの印書カートリッジ10に固定されて、ポリマー・テ
ープ18が図1に示すように印書カートリッジ10の表
面とほぼ同一面にあるようにされる。
The peripheral points of the flexible TAB head assembly are then secured to the plastic print cartridge 10 by a conventional fusion-type bonding process, and the polymer tape 18 is attached to the print cartridge 10 as shown in FIG. It is made to be almost flush with the surface.

【0056】これまで本発明の原理と、好ましい実施例
と、動作態様とを説明してきた。しかし、本発明は前述
の特定の実施例に限定されるものではない。例えば、前
述の発明は感熱式ではないインクジェット・プリンタと
組み合わせても利用でき、又、感熱式のインクジェット
・プリンタにも利用できる。従って、以下の請求項に記
載する本発明の範囲から離れることなくこれらの実施例
には専門家によって多くの修正が可能であることが理解
されよう。
The foregoing has described the principles, preferred embodiments, and modes of operation of the present invention. However, the invention is not limited to the particular embodiments described above. For example, the invention described above can be used in combination with a non-thermal ink jet printer, and can also be used in a thermal ink jet printer. It will therefore be appreciated that many modifications can be made by the expert in these embodiments without departing from the scope of the invention as set forth in the following claims.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、以下のよう
な利点がある。 (1)オリフィスの製造工程は極めて迅速に行われるの
で、熱が周囲の材料に伝導せず、その結果、周囲の領域
は融解又はその他の損傷を受けず、切除された構造の輪
郭は約1マイクロメートルの精度で入射光線の形状を精
密に再現することができる。その上、レーザ切除は切除
される領域全体に亘って光エネルギが一定であるなら
ば、層内に溝形成された平面を形成するほぼ平坦な底面
を有する室を形成することもできる。 (2)一般に従来のリソグラフ電鋳工程よりも安価で、
簡単である。更に、レーザ切除工程を採用することによ
って、ポリマーのノズル部材は大幅に大きいサイズと、
従来の電鋳工程では実現できないノズルの形状の部材と
して製造することが可能になる。更に、電鋳工程に必要
な厳密な工程管理を行わずに精密な形状のノズルを形成
することができる。 (3)ポリマー材料をレーザによって切除することによ
り、オリフィスもしくはノズルを従来よりも大きいノズ
ル長(L)とノズル直径(D)比で容易に製造でき、そ
の結果蒸発室内のオリフィス−抵抗体の位置決めがそれ
ほど厳密でなくとも。 (4)レーザ切除されたポリマー製ノズル部材は水性イ
ンクによる腐食に対する耐性が高く、基本的に嫌水性で
ある。更に、レーザ切除によるポリマー製ノズル部材は
弾性係数が比較的低いので、ノズル部材と下層の基体又
は障壁層との間に組込まれた応力がノズル部材と障壁層
との剥離を生じる傾向が減少する。更に、レーザ切除に
よるポリマー製ノズル部材はポリマー基体に容易に取付
け、又はこれと一体に形成することができる。
As described above, the present invention has the following advantages. (1) The manufacturing process of the orifice is so rapid that heat does not conduct to the surrounding material, so that the surrounding area is not melted or otherwise damaged and the ablated structure has a contour of about 1 The shape of the incident light beam can be accurately reproduced with the accuracy of micrometers. Moreover, laser ablation can also form a chamber with a substantially flat bottom surface that forms a grooved plane in the layer, provided that the light energy is constant over the entire area to be ablated. (2) Generally cheaper than the conventional lithographic electroforming process,
It's easy. Furthermore, by adopting a laser ablation process, the polymer nozzle member has a significantly larger size,
It becomes possible to manufacture it as a member having a nozzle shape that cannot be realized by the conventional electroforming process. Further, it is possible to form a nozzle having a precise shape without performing the strict process control necessary for the electroforming process. (3) By cutting the polymer material with a laser, an orifice or nozzle can be easily manufactured with a larger nozzle length (L) and nozzle diameter (D) ratio than before, and as a result, positioning of the orifice-resistor in the evaporation chamber. Although not so strict. (4) The laser ablated polymer nozzle member is highly resistant to corrosion by water-based ink and is basically anaerobic. Furthermore, the relatively low modulus of elasticity of laser ablated polymer nozzle members reduces the tendency for built-in stress between the nozzle member and the underlying substrate or barrier layer to cause delamination of the nozzle member and barrier layer. . Further, the laser ablated polymer nozzle member can be easily attached to or formed integrally with the polymer substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係るインクカートリッジの
斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of an ink cartridge according to an embodiment of the present invention.

【図2】ノズル部材の正面図である。FIG. 2 is a front view of a nozzle member.

【図3】発熱素子を実装した基板を取り付けた状態のノ
ズル部材の背面図である。
FIG. 3 is a rear view of the nozzle member with a substrate on which a heating element is mounted attached.

【図4】図3のA−A線における断面図である。4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図5】図1のB−B線断面図である。5 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.

【図6】発熱素子を実装した基板の底面側の斜視図であ
る。
FIG. 6 is a perspective view of a bottom surface side of a substrate on which a heating element is mounted.

【図7】要部を切断して示す印字ヘッドのオリフィス部
分の拡大斜視図である。
FIG. 7 is an enlarged perspective view of an orifice portion of the print head, showing a main portion cut away.

【図8】図7のD−D線断面図である。8 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.

【図9】ノズル部材に発熱素子を配置した実施例を示す
図8の対応断面図である。
9 is a corresponding cross-sectional view of FIG. 8 showing an embodiment in which a heating element is arranged on a nozzle member.

【図10】ノズル部材の更に他の実施例を示す図8の対
応断面図である。
FIG. 10 is a corresponding cross-sectional view of FIG. 8 showing still another embodiment of the nozzle member.

【図11】インク通路、蒸発室を形成したテープの裏面
側を示す斜視図である。
FIG. 11 is a perspective view showing the back surface side of the tape on which an ink passage and an evaporation chamber are formed.

【図12】印字ヘッドの製造工程を示す斜視図である。FIG. 12 is a perspective view showing a manufacturing process of the print head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:インクカートリッジ 12:インク溜め 14:印刷ヘッド 17:オリフィス 18:可撓性ポリマーテープ 20:接触パッド 22、24:ウインドウ 28:基板 30:障壁層 32:インクチャネル 36:導電性トレース 40、74:電極 70:加熱抵抗器 78:デマルチプレクサ 90:接着シール 92、94:蒸発室 10: Ink cartridge 12: Ink reservoir 14: Print head 17: Orifice 18: Flexible polymer tape 20: Contact pad 22, 24: Window 28: Substrate 30: Barrier layer 32: Ink channel 36: Conductive trace 40, 74 : Electrode 70: Heating resistor 78: Demultiplexer 90: Adhesive seal 92, 94: Evaporating chamber

フロントページの続き (72)発明者 サイタイ・ラム アメリカ合衆国カリフォルニア州プリーザ ントン・カンプドライブ3861 (72)発明者 ポール・エイチ・マックルランド アメリカ合衆国オレゴン州モンマウス・カ ーバーロード20225 (72)発明者 ウイリアム・ジェイ・ロイド アメリカ合衆国ミシガン州ピジョン・ピ ー・オー・ボックス843 (72)発明者 ウィンスロープ・ディー・チルダーズ アメリカ合衆国カリフォルニア州サンディ エゴ・オクルトコート17015Front Page Continuation (72) Inventor Sai Tai Lam, Pleasant Kamp Drive, 3861, California, USA 3861 (72) Inventor, Paul H. Mackleland, Monmouth Cover Road, Oregon, USA 20225 (72) Inventor, William J. Lloyd Pigeon Peau Box, Michigan, USA 843 (72) Inventor Winslope Dee Childers San Diego Occult Court, California 17015, California

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】記録媒体に面した上面を備えた絶縁材料か
らなるノズル部材を備え、該ノズル部材は、複数のオリ
フィスと、導線とを備えたことを特徴とするインクジェ
ットプリンタ。
1. An ink jet printer comprising a nozzle member made of an insulating material and having an upper surface facing a recording medium, the nozzle member having a plurality of orifices and conducting wires.
【請求項2】導線を含む可撓性絶縁テープに、ノズル部
材の複数のオリフィスを形成するステップと、 上記各オリフィスに近接して発熱素子を位置させるステ
ップと、 からなることを特徴とするインクジェットプリンタの印
字ヘッド成型方法。
2. An ink jet device comprising: a step of forming a plurality of orifices of a nozzle member on a flexible insulating tape including a conductive wire; and a step of positioning a heating element in the vicinity of each orifice. Method for molding print head of printer.
JP09524793A 1992-04-02 1993-03-30 Inkjet printer and its print head Expired - Lifetime JP3400487B2 (en)

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