KR100256464B1 - Tab 회로의 전기도선을 전기적 접촉 범프에 무납땜 접합하는 방법 및 그를 이용해 제조된 열 잉크젯 프린트헤드 - Google Patents

Tab 회로의 전기도선을 전기적 접촉 범프에 무납땜 접합하는 방법 및 그를 이용해 제조된 열 잉크젯 프린트헤드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 접합될 위치에 광을 조사하는 광섬유 광학 시스템에 부착된 레이저 광 빔을 사용하여 2개의 접촉 소자를 무납땜 접속하는 방법을 제공한다. 섬유 광학 시스템을 이용함으로써 레이저 빔이 열 에너지로 최적으로 변환되므로, 부족가열로 인한 불량 접속이나 과열로 인한 접속 파괴는 발생하지 않는다. 본 발명은 접속 면적을 최소화하면서도 신속하고 재생가능한 접합 방법 및 장치를 제공한다. 예컨대, 본 발명의 방법에 의하면 테이프를 손상시키지 않고 폴리이미드 등의 중합체 가요성 회로 테이프에 포함된 전도선을 무납땜 금대 금 압축 접합시킬 수 있다. 가요성 회로 테이프에 창을 필요로 하지 않고 테이프에 어떠한 손상도 주지 않으면서, 가요성 회로 테이프상의 금도금 구리선과 반도체 칩상의 금도금 패드와의 사이에 강력한 무납땜 금대 금 접합이 이루어질 수 있다. 본 발명을 이용하면, TAB 회로상의 전도선을 TAB 회로에 창이 필요한 잉크젯 프린트헤드의 실리콘 기판에 접합하는 단계가 생략된다. 이와 같이 창을 제거함으로써 캡슐화 재료에 의해 TAB 회로내의 전도선들을 커버할 필요가 없어진다. 따라서, 다이 크기 감소(또는 동일 다이크기당 노즐 수 증가), 조립 용이화, 생산성 향상, 신뢰성 향상, 노즐 점검의 용이화, 전체적인 재료 및 제조 비용 절감 등의 잇점을 얻을 수 있다.

Description

TAB 회로의 전기 도선을 전기적 접촉 범프에 무납땜 접합하는 방법 및 그를 이용해 제조된 열 잉크젯 프린트헤드
본 발명은 2개의 소자를 전기 접속하기 위한 것으로, 특히, 광섬유를 사용하여 접합될 위치에 레이저를 조사함으로써 전기 소자를 접촉 상태로 유지하는, 2개 소자를 무납땜 접합(solderless connection)하는 것에 관한 것이다.
열 잉크젯 프린트 카트리지(thermal inkjet print catridges)는 소량의 잉크를 신속히 가열해 이 잉크를 기화시켜서 복수의 오리피스(orifices)중 하나를 통해 분사함으로써 기록 매체, 예컨대, 종이 위에 잉크의 도트를 인쇄하도록 작동한다. 종이에 대해 프린트헤드가 이동함에 따라 각 오리피스로부터 잉크가 순차적으로 적절히 분사되어 문자들이나 기타 영상들이 종이 위에 인쇄된다.
일반적으로, 잉크젯 프린트헤드는 1) 잉크통으로부터 오리피스 근처의 각 기화실로 잉크를 공급하는 잉크 채널과, 2) 요구된 패턴으로 오리피스들이 형성되어 있는 금속 오리피스 플레이트 또는 노즐 부재(metal orifice plate or nozzle member)와, 3) 매 기화실당 하나씩, 일련의 박막 레지스터(thin film resistor)들을 갖춘 실리콘 기판을 포함한다.
하나의 잉크 도트가 인쇄되려면, 우선, 외부 전원으로부터의 전류가 선택된 박막 레지스터를 통과하게 된다. 이에 의해, 레지스터가 가열되며, 기화실내의 인접하는 잉크의 얇은 층이 과열되어 폭발적인 기화를 야기함으로써, 연관된 오리피스를 통해 잉크 방울이 종이 위에 분사된다.
"Integrated Nozzle Member and TAB Circuit for Inkjet Printhead"라는 명칭으로 1992년 4월2일 출원된 미국 특허 출원 제 07/862,668호에는 잉크젯 프린트 카트리지용 신규의 노즐 부재와 이 노즐 부재를 형성하는 방법이 개시되어 있다. 이 특허에 개시된 노즐 및 TAB 회로 설계는 리소그래피 전자성형 공정(lithography electro forming process)에 의해 제조된 니켈제의 잉크젯 프린트헤드용 오리피스 플레이트보다 우수하다. 장벽층은 각 오리피스를 둘러싸는 기화실들과, 잉크통과 기화실 사이에 유체 통로를 제공하는 잉크 흐름 채널(ink flow channel)을 포함한다. 전도 트레이스 (conductive trace)가 형성된 가요성 테이프(flexible tape)내에 엑시머 레이저 삭마(excimer laser ablation)에 의해 노즐 또는 오리피스가 형성된다. 가요성 회로 테이프내에 오리피스를 제공함으로써, 통상의 전자성형된 오리피스 플레이트의 단점을 극복할 수 있다. 그리고 나서, 이렇게 오리피스와 전도 트레이스를 갖도록 만들어진 노즐 부재는 각각의 오리피스와 연관된 가열 소자들을 포함하는 기판상에 장착될 수 있다. 또한, 오리피스를 노즐 부재상의 전도 트레이스와 정렬시켜 형성하고, 기판상의 전극을 전도 트레이스의 단부들에 대해 정렬시킴으로써 가열 소자를 오리피스를 따라 또한 정렬시킬 수 있다. 다음으로, 노즐 부재의 후면에 형성된 전도 트레이스의 단부에 있는 도선을 기판상의 전극에 접속시켜, 활성화 신호를 가열 소자에 대해 제공한다. 이상의 프로시쥬어는 잉크젯 프린트헤드 조립체의 테이프 자동 접합(Tape Automated Bonding; TAB) 또는 TAB 헤드 조립체(이후 "THA"라 함)로 알려져 있다.
THA에 대해 노즐 부재의 후면에 형성된 전도 트레이스들을 기판상의 전극에 접속시키는 기존의 방법은 캡튼 테이프(Kapton tape)내에 창(window)이 있는 가요성 TAB 회로를 필요로 한다. 이 창은 접합 헤드에 개구부를 제공하여, 서모드(thermode)와 TAB 도선이 한 점 또는 여러 점에서 직접 접촉할 수 있게 한다. 따라서, 부착 공정은 서모드와 캡튼 테이프간에 직접적인 접촉없이 수행될 수 있다. 이 창을 통해 TAB 접합기 서모드(TAB bonder thermode)는 가요성 회로 구리 TAB 도선들과 직접 접촉하게 된다. 서모드는 TAB 전도선을 프린트헤드 기판 전극에 접속시키는데 필요한 열 압축력을 제공한다. 이와 달리, 초음파 방법을 사용하여 TAB 전도선들을 프린트헤드 기판 전극에 접속시킬 수도 있다. 이 때, 창은 전도선들의 손상, 단락 및 전류 누설을 최소화 하기 위해 캡슐화 재료(encapsulation material)로 채워진다. 이 캡슐화 재료는 노즐로 유입되어 방해물로서 작용할 수 있다. 따라서, THA는 캡슐화부의 에지와 이 노즐들 사이에 0.50 내지 0.75mm의 갭을 마련하는 식으로 설계된다. 이로 인해 기판 크기가 1 내지 1.5mm 정도 증가된다. 캡슐화 물질은 또한 점검성(serviceablity) 측면에서 바람직하지 않은 오목부(indentation)를 발생하고, 또한 공면성(co-planarity) 및 신뢰성(reliability)의 문제들을 유발한다.
따라서, TAB 회로에서 창에 대한 필요를 없앤 공정을 얻는 것이 유리하다. 창을 제거하면 TAB 회로에서 전도선을 덮기 위한 캡슐화 물질이 필요없게 된다. 이것은 또한, 다이(die) 크기 축소(또는 동일 다이 크기당 노즐 수 증가), 조립 용이화, 고 양품률, 신뢰성 개선, 외부 점검의 용이화(ease of surface serviceability), 전체적인 재료 및 제조 비용 감소 등의 장점을 유발한다.
본 발명은 광섬유 광학 시스템에 부착된 레이저 광 빔을 사용하여 접합될 지점에 광을 조사함으로써 2개의 접촉 소자를 무납땜 전기 접속하는 방법을 제공한다. 광섬유 광학 시스템을 사용하면, 최적의 방식으로 레이저 빔이 열 에너지로 변환되어, 가열 부족으로 인한 불량 접속이나 과열로 인한 접속의 파괴가 발생하지 않는다. 본 발명에 따른 방법 및 장치는 최소의 접촉 면적에 대해 신속하고 재생가능한 접합을 제공한다. 예컨대, 본 발명의 방법에 의하면 테이프를 손상시키지 않고, 폴리이미드와 같은 중합체 가요성 회로 테이프에 포함된 전도선들에 대한 무납땜 금 대 금 압축 접합(solderless gold to gold compression bonding)을 제공할 수 있다. 강력한 무납땜 금대 금 접합은, 가요성 회로 테이프에 창을 마련할 필요가 없이 테이프에 어떠한 손상도 주지 않고, 가요성 회로 테이프상의 금도금 구리도선과 반도체 칩상의 금 도금 패드 사이에 형성될 수 있다.
TAB 회로상의 전도선들을 잉크젯 프린트헤드의 실리콘 기판에 접합하는데 본 발명을 적용하면, TAB 회로에서의 창의 필요성이 제거된다. 창을 제거하면, 결과적으로 TAB 회로내의 전도선들을 커버하기 위한 캡슐화 재료에 대한 필요가 없어진다. 이로 인하여, 다이 크기 감소(또는 동일 다이 크기당 노즐 수 증가), 조립 용이화, 양품률 향상, 신뢰성 개선, 노즐 점검의 용이화, 전체적인 재료 및 제조 비용 감소 등이 얻어진다.
본 발명은 단지 예시를 목적으로 잉크젯 프린트헤드의 실리콘 기판에 대한 TAB 회로상의 전도선의 접합에 관하여 설명되겠지만, 광섬유 광학 시스템에 부착된 레이저 광 빔을 사용하여 2개의 접촉 소자를 무납땜 전기 접속하는 본 발명의 방법및 장치는 임의의 전기 부재들을 서로 접합하는데도 사용될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예에 대한 이하의 설명 및 첨부 도면들을 참조함으로써 더욱 잘 이해될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부한 도면과 함께 본 발명의 원리를 예시의 방식으로 기술하는 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 잉크젯 프린트 카트리지의 사시도.
제2도는 제1도에 도시된 프린트 카트리지로부터 분리된 테이프 자동 접합(TA B) 프린트헤드 조립체(이후 "TAB 헤드 조립체" 또는 "THA"라 함)의 정면 입면도.
제3도는 예시를 위해, 제1도에 도시된 잉크젯 프린트 카트리지를 단순화한 개략적인 사시도.
제4도는 제3도에 도시된 프린트 카트리지로부터 분리된 THA의 도 2와 유사한 정면 입면도.
제5도는 실리콘 기판이 탑재되고 이 기판에 부착된 전도선을 갖는 제4도에 도시된 THA의 후면 사시도.
제6도는 종래 기술에 따라 전도선들을 실리콘 기판상의 전극들에 부착하는 것을 예시하는 도 5의 선 A-A를 따라 취해진 측면도.
제7도는 제4도에 도시된 THA후면에 탑재된, 히터 레지스터들, 잉크 채널들 및 기화실들을 포함하는 기판 구조의 상부 사시도,
제8도는 바람직한 THA를 형성하는데 사용될 수 있는 한 공정을 매우 개략적으로 예시하는 도면.
제9도는 본 발명에서 사용되는 광섬유 가압 접속 레이저 시스템에 대한 개략도.
제10도는 가요성 회로 테이프, 접촉 접합점, TAB 도선 및 다이패드를 상세히 도시한 도면.
제11도는 FPC 레이저를 사용한 접합 공정 동안의 가요성 회로 테이프, TAB도선, 접합 위치 및 다이 패드의 온도 프로파일을 도시한 도면.
제12도는 여러 가지 금속들에 대한 흠수성 대 파장을 도시한 도면.
제13도는 제각기 2, 5, 10, 15, 25nm 두께의 크롬이 스퍼터링된 캡튼 테이프의 5개 샘플에 대한 광 전도 결과를 도시한 도면.
제14도는 Ti/W 시드층을 갖는 가요성 회로 테이프에서의 온도 상승을 도시한 도면.
제15도는 크롬 시드층을 갖는 가요성 회로 테이프에서의 온도 상승을 도시한 도면.
제16도는 상이한 두께의 크롬 시드층들을 갖는 3층 테이프에서 온도 상승 대 시간을 도시한 도면.
제17도는 가요성 회로 테이프의 레이저 접합력을 평가하기 위한 레이저 접합 실험의 결과를 도시한 도면.
도 1을 참조하면, 예시를 위해 간략화된 본 발명의 일실시예에 따른 프린트 헤드를 갖춘 잉크젯 프린트 카트리지(10)가 도시되어 있다. 잉크젯 프린트 카트리지(10)는 잉크통(12)과 프린트헤드(14)를 포함하며, 프린트헤드(14)는 TAB 기법을 이용하여 형성된다. TAB 프린트헤드 조립체 또는 THA(14)는, 예컨대, 레이저 삭마에 의해 중합체 가요성 회로 테이프(18)에 형성된 평행한 2열의 오프셋 홀(offset hole), 즉, 오리피스들로 이루어진 노즐 부재(16)를 포함한다.
가요성 회로 테이프(18)의 후면에는 통상적인 포토리소그래피 에팅 및/또는 도금 공정을 이용하여 형성된 전도 트레이스(36)들이 포함되어 있다. 이 전도 트레이스 (36)들은 프린터와 상호 접속되도록 설계된 대형 접촉 패드(20)에 의해 종단된다. 프린트 카트리지(10)는, 가요성 회로 테이프(18)의 정면에 있는 접촉 패드(20)가 외부로부터 발생된 활성화 신호를 프린트헤드에 공급하는 프린터 전극과 접촉할 수 있게 프린터내에 설치되도록 설계된다. 가요성 회로 테이프(18)내의 접합 영역들( 22,24)에서, 전도 트레이스(36)가 히터 레지스터를 갖춘 실리콘 기판상의 전극에 접합된다.
도 1의 프린트 카트리지(10)에서, 가요성 회로 테이프(18)는 프린트 카트리지 "돌출부(snout)"의 후방 에지에서 구부려져서 돌출부 후벽(25) 길이의 약 1/2정도까지 연장된다. 가요성 회로 테이프(18)의 이 연장된 부분은 그로부터 먼 쪽의 창(22)을 통해 기판 전극에 접속되는 전도 트레이스(36)의 경로에 소용된다. 접촉 패드(20)들은 이 벽에 고정된 가요성 회로 테이프(18)상에 위치되며, 전도 트레이스(36)들은 굴절부 위로 전송되어 가요성 회로 테이프(18)내에 있는 창들(22, 24)을 통해 기판 전극에 접속된다.
도 2는 프린트 카트리지(10)로부터 분리된 도 1에 도시된 THA(14)의 정면도로서, 창들(22, 24)은 속이 채워지지만 투명하게 도시되어 있다. THA(14)는 독립적으로 구동가능한 복수의 박막 레지스터들을 포함하는 실리콘 기판(28)(도시되지 않음)을 가요성 회로 테이프(18)의 후면에 부착시킨다. 통상, 각 레지스터는 한개의 오리피스( 17) 뒤에 위치하여, 하나 이상의 접촉 패드(20)에 순차적으로 혹은 동시에 인가되는 하나 이상의 펄스에 의해 선택적으로 구동되었을 때, 옴 히터(ohmic heater)로서 동작하다.
오리피스(17)들과 전도 트레이스(36)들은 임의의 크기 및 패턴을 가질 수 있으며, 다수의 도면들은 본 발명의 특징으로 단순하고 명확하게 보여주도록 도시되어 있다. 이 다수의 도면들에서 상대적인 치수는 도시를 더욱 명료히 하기 위해 크게 조정된 것이다.
도 2에 도시된 가요성 회로 테이프(18)상의 오리피스(17)의 패턴은 레이저 혹은 다른 에칭 수단과 조합한 마스킹 공정을 이용하여 이동 및 반복(stepped and repe at process)에 의해 형성될 수 있으며, 이것은 본 기술 분야의 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 도 14는 이러한 공정의 추가적인 세부 사항을 제공하는 것으로서 이에 대해서는 이후 상세히 설명하기로 한다. THA(14)와 가요성 회로 테이프(18)에 관한 보다 상세한 설명이 이하에 기술된다.
도 3은 예시를 목적으로 도 1의 잉크젯 프린트 카트리지의 매우 단순화된 구조를 예시하는 사시도이다. 도 4는 도 3에 도시된 프린트 카트리지에서 분리된 THA의 정면 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 THA(14)의 후면을 도시하는 도면으로서, 실리콘 다이, 즉, 기판(28)이 가요성 회로 테이프(18)의 후면에 탑재되어 있는 것과, 잉크 채널 및 기화실을 포함하는 기판(28)상에 형성된 장벽층(30)의 한쪽 에지가 도시되어 있다. 도 7은 이 장벽층(30)을 더욱 상세히 도시한 것으로 이후 설명하기로 한다. 장벽층(30)의 에지를 따라, 잉크통(12)으로부터 잉크가 주입되는 잉크 채널(32)로의 입구가 도시되어 있다. 가요성 회로 테이프(18)의 후면상에 형성된 전도 트레이스(36)들은, 가요성 회로 테이프(18) 반대쪽 면에서의 접촉 패드(20)(도 4 참조)의 위치에 대응하는, 참조 부호(38)로 표시된 위치에서 종단된다. 접합 영역들(22, 24)은, 본 발명에 따라 접합될 위치에 광을 조사하는 광섬유 광학 시스템에 부착된 레이저 광 빔을 사용함으로써 전도 트레이스(36)들과 기판 전극(40)(도 6 참조)들이 접합되는 위치를 로케이팅한다.
도 6은 도 5의 선 A-A를 따라 취해진 종래의 조립체의 측방향 횡단면도로서, 종래 기술에 따라 기판(28)상에 형성된 전극(40)들에 전도 트레이스(36) 단부들을 접속하는 것을 도시한다. 도 6에 도시된 바에 의하면, 장벽층(30)의 일부(42)가 전도 트레이스(36) 단부들을 기판(28)으로부터 절연시키는데 사용된다. 또한, 도 6에는 가요성 회로 테이프(18), 장벽층(30), 창이 형성된 접합 영역들(22, 24) 및 다수의 잉크 채널(32)들 입구의 측면도가 도시되어 있다. 본 발명의 유사 또는 대응하는 조립체는, 접합 영역들(22, 24)에 창 또는 개구가 형성되지 않고, 투명하지만 속이 채워지고 연속적이며 폐쇄되어 있다는 점에서 도 6의 조립체와 다르다. 각각의 잉크 채널(32)들과 연관된 오리피스 홀들로부터 잉크 방울(46)들이 분사되는 것이 도시되어 있다.
도 7은 도 5의 가요성 회로 테이프(18)의 후면에 부착되어 THA(14)를 형성하는 실리콘 기판(28)의 정면 사시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(28)상에는 통상의 포토리소그래피 기법에 의해 2열의 박막 레지스터(70)가 형성되며, 이것은 장벽층(30)에 형성된 기화실(72)을 통해 노출된다.
일실시예에서, 기판(28)은 대략 1/2인치 길이이고, 300개의 히터 레지스터( 70)들을 포함하며, 따라서 인치당 600도트의 해상도를 제공하게 된다. 히터 레지스터( 70)들은 압전 펌프형 소자(piezoelectric pump-type element)나 임의의 다른 통상적인 소자와 같은 임의의 다른 유형의 잉크 분사 소자로 대체될 수 있다.
따라서, 모든 다양한 도면에서 소자(70)는 대안적으로 압전 소자인 것으로 간주될 수 있으며, 사실상 유사한 프린트헤드 동작을 제공한다. 또한, 기판(28)상에는 가요성 회로 테이프(18)의 후면에 형성된 전도 트레이스(36)에 접속하기 위한 전극(74)들이 형성된다.
도 7에서 점선으로 도시된 디멀티플렉서(78)는 전극(74)에 인가되는 다중화된 입력 신호들을 역다중화해서 이 신호들을 여러 박막 레지스터(70)들에 분배하는 장치로서 기판(28)상에 형성된다. 디멀티플렉서(78)는 박막 레지스터(70)들보다 적은 수의 전극(74)을 사용할 수 있게 한다. 보다 적은 수의 전극을 사용하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판에 대한 모든 접속이 모두 기판의 짧은쪽 단부로부터 행해질 수 있고, 따라서 이들 접속은 기판의 긴측면 주위에서의 잉크 흐름을 방해하지 않는다. 디멀티플렉서(78)는 전극(74)에 인가되는 인코딩된 신호들을 디코딩하는 임의의 디코더이어도 좋다. 디멀티플렉서는 전극(74)에 접속된 입력 도선(도시하지 않음)들과 여러 레지스터(70)들에 접속된 출력 도선(도시되지 않음)들을 포함한다. 디멀티플렉서(78) 회로에 대해서는 이항서 더 자세히 설명하기로 한다.
또한, 기판(28)의 표면상에 통상의 포토리소그래피 기법에 의해 장벽층(30)이 형성되는데, 이 장벽층은 포토레지스트 혹은 소정의 다른 중합체층일 수 있으며, 시화실 (72) 및 잉크 채널(80)을 포함한다. 장벽층(30)의 일부(42)는 도 4와 관련하여 전술한 바와 같이 전도 트레이스(36)를 하부 기판(28)으로부터 절연시킨다. 도 5에 도시된 가요성 회로 테이프(18)의 후면에 장벽층(30)의 상면을 접착제로 부착하기 위해, 경화되지 않은 폴리-이소프렌 포토레지스트층과 같은 얇은 접착제층(84)(도시되지 않음)을 장벽층(30)의 상부면에 도포한다. 만약, 장멱층(30)의 상부가 다른 방법에 의해 접착성을 띨수 있다면, 별개의 접착층은 불필요할 수도 있다. 그리고 나서, 이에 따라 얻어진 기판 구조물은 가요성 회로 테이프(18)에 형성된 오리피스들과 레지스터(70)가 정렬되도록 가요성 회로 테이프(18)의 후면에 대응하여 위치된다. 또한, 이러한 정렬 단계는 본질적으로 전극(74)들과 전도 트레이스(36) 단부들을 정렬시키는 것이다. 그리고 나서, 트레이스(36)들은 전극(74)에 접합된다. 이러한 정렬 및 접합 공정은 이후 도 8에서 더 자세히 설명하기로 한다. 다음으로, 정렬 및 접합된 기판/가요성 회로 구조물에 압력을 가하면서 가열해서 접착제층(84)을 경화시킴으로써 기판 구조물을 가요성 회로 테이프(18)의 후면에 견고하게 부착시킨다.
도 8은 THA(14)를 형성하기 위한 한 방법을 예시한다. 테이프(104) 재료로 캡튼(Kapton) 혹은 유필렉스(Upilex)형 중합체가 사용되었지만, 이 테이프(104)는 후술하는 과정에서의 사용에 적합한 임의의 적절한 중합체 TC 막일 수도 있다. 몇몇 이러한 막들은 테플론(teflon), 폴리아미드(polyamid), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymet hylmethacrylate), 폴리카보나이트(polycarbonate), 폴리에스터(polyeste r), 폴리아미드 폴리에틸렌-테레프탈레이트(polyamid polyethylene-terephthalat e) 또는 그 혼합물 등을 포함할 수 있다.
통상, 테이프(104)는 릴(reel)(105)상에서 긴 스트립 형태로 제공된다. 테이프 (104) 양측면을 따라 있는 스프로킷 홀(sprocket hole)(106)들은 테이프(1 04)를 정확하고 안전하게 수송하기 위해 사용된다. 이와 달리, 스프로킷 홀(106)들을 생략하고 다른 유형의 고정물로 테이프를 수송할 수도 있다.
바람직한 실시예에서, 테이프(104)에는 통상의 금속 침착 및 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성된, 도 2, 4 및 5에 도시한 것과 같은 전도성 구리 트레이스(36)가 제공된다. 전도 트레이스의 특정 패턴은, 테이프(104)상에 계속해서 탑재되는 실리콘 다이상에 형성된 전극들에 전기 신호를 분배하는데 요구되는 방식에 따라 달라진다.
바람직한 공정에서, 테이프(104)를 레이저 처리실로 수송한 다음, 예컨대, 엑시머 레이저(112)에 의해 발생되는 것과 같은 레이저 방사(110)를 사용하여 하나이상의 마스크(108)들에 의해 규정된 패턴으로 레이저 삭마시킨다. 마스킹된 레이저 방사가 화살표(14)로 표시되어 있다.
바람직한 실시예에서, 이러한 마스크(108)들은 테이프(104)의 연장된 영역에 대해 행해지는 삭마 피쳐(the ablated features) 모두를 규정하는데, 예컨대, 오리피스 패턴 마스크(108)의 경우에는 복수개의 오리피스를 포함하고, 기화실 패턴 마스크 (108)의 경우에는 복수개의 기화실들을 포함한다.
통상, 이런 공정용의 레이저 시스템은 빔 전달 광학계, 정렬 광학계, 고정밀·고속 마스크 셔틀 시스템, 테이프(104)를 조작 및 배치하는 메카니즘을 갖는 처리실을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 레이저 시스템은 투사 마스크 구성을 사용하는데, 여기서는 마스크(108)와 테이프(104) 사이에 개재된 정밀 렌즈(115)로부터 마스크(108)상에 규정된 이미지 패턴으로 테이프(104)상에 엑시머 레이저 광이 투사된다. 렌즈( 115)로부터 나오는 마스킹된 레이저 광선이 화살표(116)로 표시되어 있다. 마스크가 노즐 부재로부터 거리상 멀리 떨어져 있으므로, 이러한 투사 마스크 구성은 고정밀 오리피스 규모에 유리하다. 레이저 삭마 단계 후, 중합체 테이프(104)가 이동되어, 공정이 반복된다.
본 공정에 있어서 다음 단계는 세정단계이며, 이 단계에서 테이프(104)의 레이저 삭마된 부분이 세정 스테이션(117)하에 놓인다. 세정 스테이션(117)에서, 레이저 삭마시 나온 파편들이 표준 산업관행에 따라 제거된다. 실제로, 당분야에 숙련된 자에게는 잘 알려진 바와 같이, 삭마, 세정 등을 위한 몇개의 스테이션들이 도 8에 개략적으로 도시되어 있지만, 사실 인접한 스테이션들은 상이한 위치에 있을 수도 있고 그들의 기능도 상이한 시기에 수행될 수 있다.
개략적으로 도시된 도 8에 도시된 바와 같이, 다음으로, 신카와 코포레이션의 모델 번호 ILT-75호로 이용가능한 내부 도선 접합기와 같은 통상적인 자동 TAB 접합기로 구현된 광 정렬 스테이션(118)인 다음 단계로 테이프(104)를 이동시킨다. 접합기는 오리피스를 생성하는데 사용된 것과 동일한 방법 및/또는 단계로 생성된 노즐 부재상의 정렬(타켓) 패턴과, 레지스터를 생성하는데 사용된 것과 동일한 방법 및/또는 단계로 생성된 기판상의 타켓 패턴으로 사전프로그램된다. 바람직한 실시예에서, 노즐 부재 재료는 반투과성이기 때문에, 기판상의 타켓 패턴은 노즐부재를 통해 관찰될 수 있다. 이 후, 접합기는 이들 2개의 타켓 패턴이 정렬되도록 노즐 부재에 대해 실리콘 다이(120)를 자동적으로 배치시킨다. 이러한 정렬 특징은 신카와 TAB 접합기에서 제공된다. 이와 같이 노즐 부재 타겟 패턴이 기판 타겟 패턴과 자동 정렬되며, 오리피스가 레지스터와 정확히 정렬될 뿐 아니라, 본질적으로 다이(120)상의 전극이 테이프(104)에 형성된 전도 트레이스의 단부들과 정렬되는데, 이것은 트레이스와 오리피스가 테이프(104)내에 정렬되기 때문이며, 기판 전극과 가열 레지스터가 기판상에서 정렬된다. 따라서, 일단 2개의 타켓 패턴이 정렬되면, 테이프(104)와 실리콘 다이(120)상의 모든 패턴은 서로에 대해 정렬된다.
따라서, 실리콘 다이(120)를 테이프(104)에 대해 정렬시키는 것은 단지 상용장치를 이용하여 자동적으로 수행된다. 전도 트레이스와 노즐 부재를 일체화시킴으로써 이러한 정렬 특징으로 얻을 수 있다. 이러한 일체화는 프린트헤드의 조립 비용을 감소시킬뿐 아니라 프린트헤드의 재료 비용을 또한 감소시킨다.
이 때, 자동 TAB 접합기는 전도 트레이스를 연관된 기판 전극에 접합하기 위해 집단 접합법을 이용한다. 일반적으로, 접합 온도가 높으면 접합시간을 줄이는데 적합하지만, 가요성 회로 테이프를 연화시켜서 캡튼 테이프의 변형을 일으키기가 더욱 쉽다. 접촉점에서는 고온을 취하고, 캡튼 테이프층에서는 저온을 취하는 것이 가장 바람직하다. 이와 같은 최적의 접촉 온도 프로파일은 공지된 광섬유 가압 접속(Fiber Push Connect; FPC) 단일 점 레이저 접합 프로세스를 이용해서 성취될 수 있으며, 창이 없는 TAB 회로와 함께 FPC를 이용하면 잉크젯 프린터헤더용 THA에 대해 이상적인 해법을 제공할 수 있다. 이해를 돕기 위해 설명하면, 테이프 이에 다이가 놓인 것으로 도시된 도 8의 매우 개략적인 도면에서, 접합 레이저는, 도 8에 도시된 바와 같은 프로세스 흐름내에 사실상 통합된 경우, 위치(122)에서 테이프 아래에 있게 되며, 레이저 빔은 테이프 아래로부터 테이프를 향해 위쪽으로 테이프를 통해 투사된다. 더욱 통상적으로, 당분야에 숙련된 자에게 또한 잘 알려진 바와 같이, 다이와 테이프는 그들의 제각기의 범프와 트레이스를 접합하기 위해 다른 처리 스테이션에서는 역전되는데, 이 경우 레이저는 위로부터 아래로 투사된다.
FPC 레이저 시스템(200)의 구조가 도 9에 예시된다. 이 시스템은 유리 광섬유(204)를 갖는 Nd YAG 또는 다이오드 레이저(202)로 이루어진다. 이 시스템은 레이저 빔을 유리 광섬유(204)를 통해 접촉 또는 부착점으로 인도한다. 최적의 열 결합은 TAB 도선(208)과 다이 패드(210) 사이에 제로 접촉 갭을 생성하는 광섬유(204)에 의해 2개 소자를 함께 압축함으로써 성취되며, 이에 의해 열 효율이 개선된다. 도 10에는 가요성 회로 테이프(18), 접촉점(206), TAB 도선(208) 및 다이패드(210)가 매우 상세히 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 유리 섬유를 통해 적외선 검출기(212)에 의해 피드백 온도루프가 구현된다. 접촉점(216)에서 접촉 소자(208,210)에 의해 반사되는 IR 방사의 온도 또는 흡수율 응답이 감지된다. 레이저 소스(202)로부터 방출되는 레이저 빔(220)은 반투과 거울 또는 빔 스플리터(214)를 통과한 후, 포커싱 렌즈(216)를 통해 유리 광섬유(204)로 진행한다. 광섬유로부터 반사된 광(218)은 반투과 거울(214)에 의해 반사되어 포커싱 렌즈(222)를 통과해서 PC 제어기(224)에 접속된 IR 검출기(212)에 도달한다. PC 제어기(224)의 모니터(226)상에 도시된 그래프는, PC 제어기(224)가 실제의 온도 변화와 비교될 수 있는 접합 공정의 온도 변화에 대한 유한 수의 예상 도표를 기억할 수 있음을 나타내는 것을 의미한다. PC 제어기는 레이저 소스(202)와 접속되므로 레이저 파라미터는 필요하다면 제어될 수 있다.
FPC 레이저 접합의 재생능력은 2개 소자(208,210)간의 높은 열 결합도와, 전도선(74, 36)에 의한 레이저 에너지의 고 흡수율에 의존한다. 접합 공정을 최적화하기 위해, 캡튼 테이프에서는 최소 흡수율이 바람직하고, 가요성 회로 테이프(18)의 금속층에서는 최대 흡수율이 바람직하다. 고 흡수율을 갖는 금속은 레이저 에너지의 많은 양을 열로 변환한다. 이에 의해 접착 공정은 더욱 짧아지고, 이것은 또한 고품질의 접합을 제공하게 된다.
이용된 레이저는 1064nm의 파장을 갖는 YAG 레이저이다. 도 12는 여러가지 금속에 대한 파장 대 흡수율 특성을 예시한다. 도 12로부터 관찰될 수 있는 바와 같이, 크롬과 몰리브데늄은 상기 파장에서 최고의 흡수 특성을 갖는다. 크롬은 대부분의 가요성 회로 테이프 제조자가 소위 "시드층(seed layer)"으로서 크롬을 이용한다(이후 설명됨)는 사실에 기인하여 기본 금속으로 선택되었다. 크롬으로의 레이저 투과 깊이는 약 10nm로서 5nm의 스폿 사이즈를 가지며, 따라서, 최소 15nm의 크롬 두께가 필요하다. 레이저 빔은 국부적인 가열 영역을 생성하여 금속(또는 이용된 땜납 재료)을 용융시킴으로써 캡튼 테이프의 온도를 증가시키지 않고 2개의 접합면간에 접합을 형성한다. 그러나, 2개의 대응하는 금속부간에 갭이 있을 경우 레이저 빔에 노출된 금속 표면의 과열을 초래한다. 이것은 금속 표면간은 접합되지 않은 채 TAB 도선의 변형을 초래하게 된다. 또한, 가요성 회로 테이프내의 온도가 증가하면 가요성 회로 테이프에 손상을 줄 수 있다.
도 11은 FPC 레이저를 이용한 접합 공정중 가요성 회로 테이프(18)의 전형적인 온도 프로파일을 예시한다. 도 11로부터 관찰될 수 있는 바와 같이, 부착 영역(206)의 온도는 캡튼 테이프(18) 온도보다 현저히 높다. 이것은 캡튼 테이프의 높은 투명도로 인해 다양한 파장에서 구현될 수 있다.
캡튼 폴리이미드 테이프는 YAG 레이저 빔에 대해 투명하며, 레이저 빔은 2밀리 두께의 폴리이미드층을 최소 흡수율로 통과한다. 크롬은 2층 가요성 회로 테이프 제조 공정에서 구리 트레이스와 캡튼 폴리이미드 사이에 접착층을 제공하기 위해 폭넓게 사용되는 통상의 시드층이다. 레이저 에너지를 흡수하는 매체를 제공하려면 10nm(또는 공칭 20nm)의 최소 두께를 갖는 크롬 층이 필요하다. 크롬 층의 두께는 가요성 회로 제조자에 따라 다르며, 2~30nm사이의 기록된 두께를 갖는다. 전형적인 가요성 회로 테이프의 제조 공정에서는 구리 트레이스와 캡튼 폴리이미드 사이의 시드(접착)층으로서 스퍼터된 얇은 크롬 층(20nm)이 사용된다.
캡튼 테이프의 5개 샘플에 2, 5, 10, 15, 25nm의 크롬을 스퍼터하여, 이들 샘플에 대한 광 투과율을 측정하였다. 도 13은 이들 샘플에 대한 광 투과 결과를 도시한다. 광 투과율은 초기에는 크롬의 두께가 증가함에 따라 급속히 하강(2nm의 크롬에 대해 65%에서 15nm의 크롬에 대해 12%까지)하였으나, 크롬 두께가 15에서 25nm까지 증가했을 때는 매우 천천히 변화함을 알 수 있다.
레이저 접합 공정은 캡튼 테이프에서의 온도 상승을 최소화하여 캡튼 테이프에 대한 손상을 최소화하기 위해 전도 트레이스에서의 빠른 온도 상승을 요구한다. 도 14 및 도 15는 상이한 구조를 갖는 몇가지 가요성 회로 테이프에서의 온도 상승을 예시한다. 도 14는 두꺼운 시드층을 갖는 가요성 회로 테이프에서의 온도 상승을 예시한다. 10nm 이하의 Ti/W를 갖는 가요성 회로 테이프는 금/금 접합에 필요한 온도에 도달하지 않았으나, 20nm의 Ti/W 는 접합 온도에 도달했음에 주목하자. 또한, 보다 두꺼운 Ti/W를 갖는 가요성 회로 테이프에서의 온도 상승 시간이 빠르기 때무에, 캡튼 테이프내의 국부적인 고온으로 인한 손상 가능성을 최소화 할 수 있음에 주목해야 한다.
20nm의 Ti/W를 갖는 가요성 회로 테이프에서의 온도(IR-신호) 변동은 이러한 가요성 회로 테이프가 금/금 접합에 필요한 최대 사전설정 온도에 도달한 후, 레이저 피드백 루프가 일시적으로 레이저 에너지를 하강시키므로 TAB 접합 온도의 증가에 의해 캡튼 테이프가 손상되지 않는다는 사실을 표시한다. 캡튼 테이프의 온도가 사전설정된 양만큼 하강하자마자, 레이저 에너지는 자동으로 TAB 도선 온도를 증가시키기에 충분한 파워로 증가하여 신뢰성있는 금/금 접합을 생성한다.
도 15는 Ti/W 시드층에 반대되는 것으로서 크롬 시드층을 갖는 다른 가요성 회로 테이프에 대한 유사한 결과를 예시한다. 10nm의 크롬을 갖는 가요성 회로 테이프는 금/금 접합에 필요한 설정 온도에 도달했음을 알 수 있다. 따라서, 크롬시드층은 YAG 레이저에 대해 Ti/W 시드층에 비해 더 높은 흡수성을 갖는다.
도 16은 20nm의 크롬 층을 갖는 3층 테이프, 5nm의 크롬층을 갖는 테이프, 크롬층이 없는 테이프에서의 시간에 따른 온도 증가를 예시한다. 도 16에서 알 수 있는 바와 같이, 20nm의 크롬층을 갖는 가요성 회로 테이프만이 빠른 온도 상승을 나타내었다.
YAG 레이저가 이용된 경우, 크롬 두께가 금/금 레이저 접합의 보전성에 가장 중요한 것임이 입증되었기 때문에, 최적의 크롬 두께가 기본 선으로 선택되었다. 도 13을 참조하면, 15nm 이상의 크롬 두께에서는 투과율이 크게 감소하지 않았다. 도 15에 따르면, 10nm의 크롬 두께가 성공적인 레이저 접합을 제공하는 데 요구되는 절대적인 최소 두께이다. 또한, 도 15에는 15nm 두께의 크롬을 갖는 가요성 회로 테이프가 구리 트레이스에서 훨씬 빠른 온도 상승을 나타내며, 따라서 캡튼 테이프를 전혀 또는 거의 손상시키지 않는다. 따라서, 15nm의 크롬은 신뢰성 및 반복가능성 있는 레이저 접합을 제공하는데 최적이다.
가요성 회로 테이프의 제조시, 시드 층으로서의 크롬의 계속되는 스퍼터링 및 도금 공정동안에 얼마간의 크롬이 구리내로 확산할 것으로 예상된다. 크롬의 구리로의 확산은 시간과 온도에 의존하는 공정으로서, 이들 공정중에 구리로 확산될 크롬의 양을 결정하기는 어렵다. 통상, 확산되는 크롬의 최대량은 5nm이하일 것으로 추정된다. 이러한 사실에 기초하여, 스퍼터링 공정 후 최소 크롬 두께는 20nm로서 확립된다. 이 두께는 가요성 회로 테이프의 완전한 제조 후에 최소 15nm의 크롬 두께를 보장해야 한다.
도 17은 시드 층으로서 약 5nm의 크롬을 갖는 가요성 회로 테이프의 레이저 접합력을 평가하기 위한 레이저 접합 실험의 결과를 도시한다. 이 실험에서, 접합력은 20그램~140그램(20, 40, 60, 80, 100, 140g)으로 변화되었으며, 레이저 펄스 길이는 2 내지 40ms(2, 7, 10, 20, 30, 40ms)로 변화되었다. 또한, 이 실험에서 고정된 인수는 다이의 네스트(nest) 온도, 레이저 전류, 최대 피드백 온도 및 온도 상승 시간이다. 레이저 에너지를 변경함으로써 TAB 도선(208)과 다이 패드(210) 사이에는 어떠한 접합도 이루어지지 않았다. 이것은 크롬 시드층의 불충분한 두께로 인한 가요성 회로 테이프의 낮은 레이저 에너지 흡수율에 기인한다.
표 1은 여러가지 실험에 대한 테스트 조건과 테스트 결과를 표시한다. 이들 테스트는 접합에 대한 가시적 영향이 전혀 없는 경우에서부터 전체적인 캡튼 손상이 발생하는 경우에 이르는 범위의 동작 조건들의 큰 횡단면을 포함하였다. 표 1에 예시된 결과에 따르면, 기존의 YAG 레이저는 낮은 크롬 두께를 갖는 기존의 가요성 회로를 접합할 수 없다는 결론을 얻었다.
[표 1]
캡튼 테이프와 구리 트레이스 사이에 접착층을 갖는 20nm 두께의 크롬을 갖는 3층 가요성 회로 테이프를 테스트하였다. 성공적인 금/금 레이저 접합은 10W로 설정된 레이저 파워, 20ms로 설정된 펄스 길이, 140 그램으로 설정된 접합력, 100℃로 설정된 다이 네스트 온도로 성취되었다. 다이 패드 영역에서는 어떠한 기계적 손상도 발견되지 않았다. 이것은 레이저 에너지나 강도가 다이 패드 영역에 전혀 기계적 손상을 주지 않았음을 나타낸다.
표 2는 7가지 실험에 대한 테스트 조건과 테스트 결과를 나타낸다. 레이저 접합 결과의 등급을 작성하기 위하여, "A"품질 접합은 동일 또는 보다 나은 박리 강도를 갖는 열 압축 접합된 다이와 유사한 횡단면을 갖는 것으로 규정된다. "B" 품질 접합은 여전히 허용가능한 접합 강도를 가지나, 캡튼 접합이 고온으로 인해 저하된 접합을 표시한다("B" 품질 접합은 여전히 허용가능하다). "C"품질 접합에서는, 접합 강도가 열 압축 접합된 소자의 강도보다 낮다. "F" 품질 접합은 구리 트레이스와 다이 패드 사이에 접합이 형성되지 않은 것으로서 규정된다(대부분의 경우, 캡튼이 국부적인 온도 증가로 인해 타버린 경우이다).
표 2의 제2테스트에서 펄스 길이를 5에서 10ms까지 증가시킴으로써 접합품질이 현저히 증가하였으나, 이 경우 캡튼은 하나의 다이 사이트에서 연소된 상태이다. 펄스 길이를 다시 5ms로 감소시키고, 레이저 파워를 증가(레이저 전류를 증가)시킴으로써 접합은 다시 약해지게 되나, 연소된 캡튼은 전혀 관찰되지 않았다. 접합력을 더욱 향상시키기 위해, 레이저 파워는 전류를 증가시킴으로써 두번 증가되었다. 제4테스트에서, 우수하고 깨끗한 접합이 형성되었으며, 캡튼에는 어떠한 손상도 관찰되지 않았다. 이들 파라미터 세트로 행해진 소자의 박리 테스트는 또한 양호한 박리 강도를 나타내었다. 접합 강도는 레이저 파워를 증가시킴으로써 더욱 향상되었다. 제5 테스트에서, 파워는 펄스 길이를 5에서 10ms로 증가시킴으로써 증가되었다. 이 경우, 접합 강도는 현저히 향상되었으나, 일부 연소된 캡튼이 또한 관찰되었다. 제2 테스트 및 제5테스트의 경우에, 연소된 캡튼은 구리도선 측면상에 발생하였고, 구리 도선을 노출시키는 개구부는 없었다. 따라서, 캡튼과 구리 도선 사이의 접착층이 연소되지 않았을까 의심된다. 제6테스트에서 레이저 전류는 19A로 유지되었으나, 펄스 길이는 10에서 15ms로 증가되었다. 이것은 TAB 도선과 다이 패드 사이에 어떠한 접속도 일으키지 않고 캡튼 테이프 전체를 통해 다수의 홀을 연소시키는 에너지를 초과하는 레이저를 초래하였다.
제7테스트는 접합력이 더 작은 것을 제외하면 제5테스트와 유사하다. 제7테스트에서, 접합력은 140그램에서 100그램으로 감소되었다. 이 경우, 제5테스트와 상당히 유사하게, 높은 접합 강도를 갖는 우수한 접합이 관찰되었다. 그러나, 하나의 다이 사이트에서 테이프의 손상이 관찰될 가능성이 있다. 이 경우에는, 또한 노출된 구리 트레이스 또는 TAB 도선이 없었다.
표 2에 나타낸 결과에 따르면, 3층 테이프에 대한 접합력 범위는 다음과 같다.
접합력 : 100-140그램
레이저 전류 : 17-20암페어
펄스 길이 : 5-10밀리세컨드
최대 설정 온도 : 0.6-0.8
[표 2]
또한, 이들 실험은 20nm 두께로 스퍼터링된 크롬을 갖는 2층 테이프를 이용하여 수행되었다. 실험적인 디자인은 접합의 품질에 대한 접합력, 펄스 길이 및 레이저 파워의 효과를 평가하기 위해 설정되었다. 이 실험은 3개 레벨에서 테스트된 가변 접합력, 펄스 길이, 레이저 파워로 조성되어 FPC 레이저를 이용하는 27개의 독립된 테스트 및 27개의 접합된 소자를 가지고 행해졌다. 27개 소자는 모두 육안 검사를 통과하였으며, 캡튼 또는 장벽에 전혀 손상이 없었다. 그리고 나서, 캡튼을 에칭하여 TAB 도선을 노출시켰다. 27개 소자에 대해 전단 및 인장 테스트를 수행하여 접합 강도를 평가하였다. 전단 및 인장 테스트는 고 레이저 파워에 대해 200그램을 족히 넘는 접합 강도를 나타내었다. 표 3은 27개 실험에 대한 테스트 조건 및 접합 강도 결과를 나타낸다.
이들 실험은 창이 없는 금 대 금 TAB 접합이 실시가능함을 입증하였다. 200그램을 족히 넘는 전단 강도가 용이하게 반복적으로 성취될 수 있다. 레이저 접합공정으로 인해 어떠한 캡튼이나 장벽의 손상도 관찰되지 않았다. 표 3에 나타난 결과에 따르면, 2층 테이프에 대한 접합력 범위는 다음과 같다.
낮음 중간 높음
섬유인장 강도 310그램 360그램 420그램
펄스 시간 20밀리세컨드 40밀리세컨드 60밀리세컨드
레이저 파워 5와트 6.2와트 8.5와트
본 발명은 TAB창 및 그와 연관된 종래의 캡슐화에 대한 필요를 없애고, 플래너 TAB 접속 공정을 제공한다. 이에 의하면, 저가, 고신뢰성 및 점검의 용이성이 얻어진다.
접합기(118) 스테이션 후, 테이프(104)는 가열과 압력 스테이션(122)으로 이동되거나 제거된다. 도 9 및 도 10과 관련해 앞서 설명된 바와 같이, 접착층(84)은 실리콘 기판상에 형성된 장벽층(30)의 상부면에 존재한다. 상술한 접합 단계후에, 실리콘 다이(120)는 테이프(104)를 향하여 아래로 가압되고, 열을 가하면서 접착층(84)을 경화시킴으로써 다이(120)를 테이프(104)에 물리적으로 접합시킨다.
그 후, 테이프(104)는 이동되어, 선택사양적으로 테이크업 릴(124)상에 적재된다. 그리고 나서, 테이프(104)는 나중에 절단되어 개별적인 THA로 서로로부터 분리될 수 있다.
이에 따라 얻어진 THA는 프린트 카트리지(10)상에 배치되고, 노즐 부재를 프린트 카트리지에 견고하게 고정시키기 위해 상술한 접착성 밀봉을 형성하여, 노즐 부재와 잉크통 사이의 기판 주변에 잉크 샘 방지 밀봉을 제공하며, 트레이스를 잉크로부터 격리하기 위해 헤드 근방의 트레이스를 캡슐화한다.
그리고 나서, 가요성 THA의 주변 지점들을 통상의 용융형 접합 공정에 의해 플라스틱 프린트 카트리지(10)에 고정시켜서, 중합체 가요성 회로 테이프(18)가 도 1에 도시된 바와 같이 프린트 카트리지(10)의 표면에 비교적 정합되어 유지될 수 있게 한다.
이상 본 발명의 원리, 동작 모드 및 바람직한 실시예가 설명되었다. 그러나, 본 발명은 이상 설명된 특정한 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 예컨대, 본 발명은 TAB 회로상의 전도 트레이스를 잉크젯 프린트헤드의 실리콘 기판에 접속하는 것에 관하여 설명되었으나, 섬유 광학 시스템에 부착된 레이저 광 빔을 이용하여 2개의 접촉 소자를 무납땜 전기 접속하는 본 발명의 방법 및 장치는 다른 유형의 전기 부재를 서로 접속하는데도 적용가능하다. 마찬가지로, 본 발명은 전기 부재 서로간을 무납땜 금대 금 접합하는 것에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 다른 전도성 금속의 무납땜 접속에도 이용될 수 있다. 따라서, 상술한 실시예는 제한적이라기보다는 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 당분야에 숙련된 자라면 후속하는 청구항에 의해 한정되는 본 발명의 범주를 이탈하지 않고 다양한 변형을 행할 수 있음은 명백하다.
본 발명에 의하면, TAB 회로에서 창에 대한 필요를 없앰으로써, 다이(die) 크기 축소(또는 동일 다이 크기당 노즐 수 증가), 조립 용이화, 고 양품률, 신뢰성 개선, 외부 점검의 용이화(ease of surface serviceability), 전체적인 재료 및 제조 비용 감소 등의 장점이 있는, 광섬유 광학 시스템에 부착된 레이저 광 빔을 사용하여 접합될 지점에 광을 조사함으로써 2개의 접촉 소자를 무납땜 전기 접속하는 방법 및 장치가 제공된다.

Claims (30)

  1. 지정된 파장을 갖는 레이저 빔으로 TAB 회로의 전기 도선들을 전기 접촉 범프(electrical contact bump)들에 무납땜 접합(solderless bonding)하는 방법-상기 전기 도선들과 상기 접촉 범프들은 유사 금속으로 이루어짐-에 있어서, 특정 금속으로 된 전기 도선들을 제공하는 단계와, 상기 특정 금속으로 된 전기 접촉 범프들을 제공하는 단계와, 상기 전기 도선들의 특정 측면에 있는 상기 전기 도선들의 표면상에 금속 코팅을 제공하는 단계-상기 금속 코팅은 레이저 빔의 파장에서 흡수성을 가짐-와, 상기 전기 도선들을, 상기 전기 도선들의 상기 표면으로부터 반대 측면에 있는 전기적 접촉 범프를 따라 정렬시키는 단계와, 상기 레이저 빔을 상기 전기 도선의 상기 특정 측면으로부터 상기 전기 도선 및 금속 코팅을 향해 조사해서, 상기 전기 도선과 상기 전기적 접촉 범프의 접합 표면을 접합함으로서 상기 전기 도선의 상기 특정 금속과 상기 전기 접촉 범프들 사이에 공통으로 접합부를 형성하는 단계를 포함하는 TAB 회로의 전기 도선을 전기적 접촉 범프에 무납땜 접합하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 특정 금속은 금이며, 상기 전기 도선 제공 단계와 접촉 범프 제공 단계는 상기 전기 도선들과 상기 접촉 범프들을 모두 금으로 제공하는 것을 포함하는 TAB 회로의 전기 도선을 전기적 접촉 범프에 무납땜 접합하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 접합 단계는 상기 전기 도선의 상기 특정 금속과 상기 범프 사이에 공통으로 접합부를 형성하되, 상기 접합부내에 사실상 상기 금속 코팅을 전혀 포함하지 않는 단계를 포함하는 TAB 회로의 전기 도선을 전기적 접촉 범프에 무납땜 접합하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속 코팅 제공 단계는 상기 TAB 회로의 일부인 중합체 테이프상에 크롬 시드 금속 코팅(chromium seed-metal coating)을 형성하는 것을 포함하는 TAB 회로의 전기 도선을 전기적 접촉 범프에 무납땜 접합하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전기 도선 제공 단계는, 상기 크롬 시드 금속 코팅상에 전도성 금속 트레이스들을 형성하는 단계와, 상기 금속 트레이스들상에 상기 특정 금속으로 된 전기적 접촉부를 형성하는 단계를 포함하는 TAB 회로의 전기 도선을 전기적 접촉 범프에 무납땜 접합하는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 정렬 단계 전에, 열 잉크젯 프린트헤드의 구성요소상에 상기 전기 접촉 범프들을 형성하는 단계와, 상기 중합체 테이프내에 상기 프린트헤드의 노즐들을 형성하는 단계를 더 포함하는 TAB 회로의 전기 도선을 전기적 접촉 범프에 무납 땜 접합하는 방법.
  7. 청구항 6의 방법에 의해 제조되는 열 잉크젯 프린트헤드.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전기 도선들과 상기 범프들을 적어도 300그램의 힘으로 접촉 상태를 유지하는 단계를 더 포함하는 TAB 회로의 전기 도선을 전기적 접촉 범프에 무납땜 접합하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 접합 단계는 광섬유를 통해 상기 전기 도선들로 상기 레이저 빔을 조사하는 것을 포함하고, 상기 유지 단계는 상기 광섬유를 이용해 상기 힘을 인가하는 것을 포함하는 TAB 회로의 전기 도선을 전기적 접촉 범프에 무납땜 접합하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 정렬 단계 전에, 중합체 테이프를 제공하는 단계와, 상기 중합체 테이프상에 상기 금속 코팅과 상기 전기 도선들을 형성하는 단계를 더 포함하는 TAB 회로의 전기 도선을 전기적 접촉 범프에 무납땜 접합하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 접합 단계는 상기 테이프의 벌크 재료를 통해 전파해서 상기 시드 금속에 도달하도록 상기 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하는 TAB 회로의 전기 도선을 전기적 접촉 범프에 무납땜 접합하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 정렬 단계 전에, 상기 전기 접촉 범프들을 열 잉크젯 프린트헤드 구성요소상에 형성하는 단계와, 상기 중합체 테이프내에 상기 프린트헤드의 노즐들을 형성하되, 상기 노즐들은 상기 테이프상에서 상기 전기 도선들로부터 변위된 위치에 형성되는 단계를 더 포함하는 TAB 회로의 전기 도선을 전기적 접촉 범프에 무납땜 접합하는 방법.
  13. 청구항 12의 방법에 의해 제조되는 열 잉크젯 프린트헤드.
  14. 제1항에 있어서, 상기 정렬 단계 전에, 상기 전기적 접촉 범프들을 열 잉크젯 프린트헤드 구성요소상에 형성하는 단계를 더 포함하는 TAB 회로의 전기 도선을 전기적 접촉 범프에 무납땜 접합하는 방법.
  15. 청구항 14의 방법에 의해 제조되는 열 잉크젯 프린트헤드.
  16. 청구항 1의 방법에 의해 제조되는 전기적 TAB 회로.
  17. TAB 회로의 전기 도선들과 전기적 범프들 사이에 전기적 접속을 형성하는 방법에 있어서, 상기 전기 도선들을 상기 TAB 회로의 중합체 베이스(polymer base)상에 형성하는 단계와, 상기 중합체 베이스상에서 상기 전기 도선들을 상기 전기적 접촉 범프들을 따라 정렬시키는 단계와, 상기 전기 도선들과 전기 접촉 범프들을 소정 접합면에서 접촉 상태로 유지하는 단계와, 레이저 빔을 상기 중합체 베이스의 벌크 재료를 통해 전파하도록 조사해서 상기 전기 도선들을 가열함으로써 상기 접합면에서 상기 전기 도선들과 전기 접촉 범프들을 접합시키는 단계를 포함하는 TAB 회로의 전기 도선과 전기적 접촉 범프간에 전기적 접속을 형성하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 유지 단계는 광섬유로 상기 전기 도선들과 범프들을 함께 가압(press)하는 것을 포함하고, 상기 접합 단계는 상기 광섬유를 통해 상기 중합체 베이스를 향해 상기 레이저 빔을 조사하는 것을 포함하는 TAB 회로의 전기 도선과 전기적 접촉 범프간에 전기적 접속을 형성하는 방법.
  19. 청구항 18의 방법에 의해 제조되는 전기적 TAB 회로.
  20. 제17항에 있어서, 상기 정렬 단계 전에, 상기 전기 접촉 범프들을 열 잉크젯 프린트헤드의 구성요소상에 형성하는 단계와, 상기 중합체 베이스를 관통하여 상기 프린트헤드의 노즐들을 형성하는 단계를 더 포함하는 TAB 회로의 전기 도선과 전기적 접촉 범프간에 전기적 접속을 형성하는 방법.
  21. 청구항 20의 방법에 의해 제조되는 열 잉크젯 프린트헤드.
  22. TAB 회로의 전기 도선들과 전기적 접촉 범프들간에 전기 접속을 형성하는 방법에 있어서, 상기 TAB 회로의 중합체 베이스상에 크롬 시드 금속 층을 형성하는 단계와, 상기 전기 도선들을 상기 크롬 시드 금속 층상에 형성하는 단계와, 상기 중합체 베이스상에서 상기 전기 도선들을 상기 전기 접촉 범프들을 따라 정렬시키는 단계와, 상기 크롬 시드 금속 층에 의해 흡수되는 상기 레이저 빔을 조사하여 상기 전기 도선들을 가열시킴으로써 소정의 접합면에서 상기 전기 도선들과 상기 전기적 접촉 범프들을 접합시키는 단계를 포함하는 TAB 회로의 전기 도선과 전기적 접촉 범프들간에 전기적 접속을 형성하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 전기 도선 형성 단계는 상기 시드 금속 층상에 구리 도선들을 형성하는 것을 포함하는 TAB 회로의 전기 도선과 전기적 접촉 범프들간에 전기적 접속을 형성하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 다이(a die)상에 금으로 된 상기 전기 접촉 범프들을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 전기 도선 형성 단계는 상기 구리 도선들상에 금 접촉부들을 형성하는 것을 더 포함하는 TAB 회로의 전기 도선과 전기적 접촉 범프들간에 전기적 접속을 형성하는 방법.
  25. 제22항에 있어서, 상기 접합 단계는 200 그램을 초과하는 전단 강도(shear strength)의 접합부를 생성하는 것을 포함하는 TAB 회로의 전기 도선과 전기적 접촉 범프들간에 전기적 접속을 형성하는 방법.
  26. 제22항에 있어서, 상기 접합 단계는 상기 레이저 빔을 조사하기 전과 조사하는 동안, 상기 전기 도선과 상기 전기적 접촉 범프들을 300 그램을 초과하는 힘으로 함께 유지하는 것을 포함하는 TAB 회로의 전기 도선과 전기적 접촉 범프들간에 전기적 접속을 형성하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 유지 단계는 상기 힘을 제공하기 위해 어떤 가스 흐름(gas stream)도 사용하지 않는 TAB 회로의 전기 도선과 전기적 접촉 범프들간에 전기적 접속을 형성하는 방법.
  28. 제22항에 있어서, 상기 정렬 단계 전에, 상기 전기 접촉 범프들을 열 잉크젯 프린트헤드의 구성요소상에 형성하는 단계와, 상기 중합체 베이스를 관통하여 상기 프린트헤드의 노즐들을 형성하는 단계를 더 포함하는 TAB 회로의 전기 도선과 전기적 접촉 범프들간에 전기적 접속을 형성하는 방법.
  29. 청구항 28의 방법에 의해 제조되는 열 잉크젯 프린트헤드.
  30. 청구항 22의 방법에 의해 제조되는 전기적 TAB 회로.
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