KR100496095B1 - 와이드-어레이잉크젯펜,다수의프린트헤드다이의장착방법및전기접속부의형성방법 - Google Patents

와이드-어레이잉크젯펜,다수의프린트헤드다이의장착방법및전기접속부의형성방법 Download PDF

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Abstract

비례 축소가능한 와이드-어레이 프린트헤드(12)는 다수의 열 잉크젯 프린트헤드(18)를 지지 기판(20)에 장착함으로써 형성된다. 프린트헤드는 일면(28)에 장착되어 있으며 논리 IC(29)와 구동 IC(30)는 반대쪽 면(72)에 장착되어 있다. 상호접속부(90)는 지지 기판을 통해서 형성되어 프린트헤드를 논리 IC와 구동 IC에 전기적으로 결합한다. 지지 기판은 실리콘으로 형성되며 잉크 보충 슬롯(32)을 형성하도록 에칭된다. 땜납 범프(78) 장착 공정은 지지 기판에 프린트헤드를 장착하는데 사용된다. 이러한 공정은 각각의 프린트헤드를 정렬하는 역할을 한다. 땜납은 프린트헤드 잉크 슬롯(42) 주위에 유체 경계를 형성한다.

Description

와이드-어레이 잉크젯 펜, 다수의 프린트헤드 다이의 장착 방법 및 전기 접속부의 형성 방법{SCALABLE WIDE-ARRAY INKJET PRINTHEAD AND METHOD FOR FABRICATING SAME}
본 발명은 일반적으로 잉크젯 프린트헤드 구조에 관한 것으로 특히 와이드-어레이 잉크젯 프린트헤드의 구조에 관한 것이다.
잉크젯 펜과 같은, 잉크젯 기술을 이용하는 컴퓨터 프린터, 그래픽 플롯터 및 팩스밀리 장치와 같은 인쇄 장치가 상업적으로 널리 사용되고 있다. 잉크젯 펜은 잉크 저수통과 노즐이라 칭하는 잉크젯 인쇄 요소의 어레이를 구비하는 것이 일반적이다. 인쇄 요소의 어레이는 프린트헤드상에 형성되어 있다. 각각의 인쇄 요소는 노즐 챔버, 사출용 저항기(firing resistor) 및 노즐 개구를 구비한다. 잉크는 잉크 저장통 내에 저장되며 잉크 보충 채널과 잉크 공급 채널을 거쳐 프린트헤드의 각각의 사출용 챔버에 수동적으로 장전된다. 모세관 현상에 의해, 잉크가 저장통으로부터 보충 채널과 잉크 공급 채널을 통해서 각각의 사출용 챔버로 이동한다. 통상, 인쇄 요소는 공통의 기판상에 형성되어 있다.
잉크를 분사하는 소정의 인쇄 요소를 위해서, 구동 신호가 이러한 요소의 사출용 저항기에 출력된다. 프린터 제어 회로는 각각의 사출용 저항기에 대한 구동 신호를 발생시키는 제어 신호를 발생시킨다. 작동된 사출용 저항기는 노즐 챔버내의 주변 잉크를 가열하여 팽창하는 증기 거품을 형성한다. 거품은 잉크가 노즐 챔버로부터 노즐 개구 밖으로 나가도록 잉크를 가압한다. 배리어층에 인접한 노즐판은 노즐 개구를 한정한다. 노즐 챔버의 기하학적 형상, 잉크 공급 채널 및 노즐 개구는 대응하는 노즐 챔버가 사출용 후 얼마나 빨리 보충되는가를 결정한다. 양질의 인쇄를 달성하기 위해서 잉크 방울 또는 잉크 도트(dots)가 소망 위치에 지정된 해상도(resolutions)로 정확히 배치된다. 1 인치당 300 도트와 1 인치당 600 도트의 해상도로 인쇄하는 것이 공지되어 있다. 또한 보다 높은 해상도를 얻고자 노력하고 있다. 주사형 잉크젯 펜과 비주사형 잉크젯 펜이 있다. 비주사형 잉크젯 펜은 대략 100 내지 200개의 인쇄 요소를 갖는 프린트헤드를 구비하고 있다. 또한 비주사형 잉크젯 펜은 와이드-어레이 또는 페이지-와이드-어레이 프린트헤드(page-wide-array printhead)를 구비하고 있다. 페이지-와이드-어레이 프린트헤드는 페이지의 폭을 가로질러 연장되는 5,000개 이상의 노즐을 구비한다. 이러한 노즐은 한 번에 하나 또는 그 이상의 선을 인쇄하도록 제어된다.
와이드-어레이 프린트헤드를 제조할 때 프린트헤드의 크기와 노즐의 수는 더 많은 에러의 소지를 나타낸다. 구체적으로는, 기판상의 노즐의 수가 증가함에 따라 제조 중의 소망 처리 수율을 얻기가 더 어렵게 된다. 또한, 기판의 소망 크기가 증가할 때 소망의 재료 특성을 갖는 적당한 크기의 기판을 얻기가 더 어렵게 된다.
본 발명에 따르면, 비례축소가능한(scalable) 와이드-어레이 프린트헤드 구조체가 다수의 열 잉크젯 프린트헤드를 지지 기판에 장착함으로써 형성된다. 각각의 프린트헤드는 인쇄요소를 구비한다. 각각의 인쇄 요소는 노즐 챔버, 사출용 저항기 및 노즐 개구를 구비한다. 또한 각각의 사출용 라인은 각각의 사출용 저항기를 프린트헤드상의 접촉부에 결합한다. 다양한 실시예에 대해서 다양한 수의 프린트헤드를 지지 기판에 나타냄으로써 다양한 크기의 와이드-어레이 프린트헤드 구조체 실시예가 얻어진다. 따라서, 장착 방법론의 한가지 이점은 비례축소가능한 프린트헤드 구조체를 실현할 수 있다.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 땜납 범프 장착 공정(solder bump mounting process)을 사용하여 프린트헤드를 지지 기판에 장착한다. 이러한 땜납 범프의 이점은 지지 기판을 따라 각각의 프린트헤드를 정렬하는 역할을 한다는 것이다. 땜납을 수용하는 습윤 패드가 지지 기판과 프린트헤드상에 포토리소그래픽 방법 또는 다른 정확한 처리 방법을 사용하여 정밀하게 놓여진다. 땜납이 놓여지고 가열되어 액체로 되면 땜납 리플로우가 발생한다. 땜납의 리플로우 동안 이러한 패드가 서로 정렬되는 경향이 있으므로 프린트헤드를 지지 기판에 대하여 정렬한다.
일 실시예에 있어서 프린트헤드는 지지 기판과 대면하는 프린트헤드의 표면을 따라 그 아래에 놓이는 잉크 슬롯을 구비한다. 본 발명의 다른 면에 따르면, 프린트 헤드를 장착하는 땜납은 이러한 잉크 슬롯 주위에 링을 형성한다. 이 땜납 링은 잉크 슬롯에 대한 유체 경계로서 작용한다. 결과적으로 프린트헤드 잉크 슬롯의 유체 분리를 위한 밀봉제(encapsulant)는 필요치 않다.
프린트헤드용 접점은 노즐 개구와 같은 표면을 따라 형성되는 것이 일반적이다. 본 발명의 다른 일면에 따르면, 전면과 후면의 상호결합은 프린트헤드를 통해서 프린트헤드를 지지 기판에 상호결합하도록 형성된다. 본 발명의 다른 일면에 따르면 와이어 결합 상호 접속은 프린트헤드 접점으로부터 지지 접점까지 형성된다. 이 와이어 결합 상호접속부는 프린트헤드를 관통하기 보다는 프린트헤드 외부에 연장되었다.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 지지 기판은 능동 전자 회로의 일체형 장치를 포함하지 않는다. 전기적 특성에 관하여, 지지 기판은 각각의 프린트헤드의 접점을 논리 회로와 구동 회로에 전기적으로 접속하는 상호접점만을 구비한다. 지지 기판이 활성 전자 회로용으로 사용되지 않기 때문에 저급의 값싼 실리콘이 사용될 수 있다. 이러한 실리콘은 소망의 잉크 보충 슬롯 프로파일을 얻는데 유용한 결정 배향을 갖도록 선택된다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 논리 회로와 구동 회로 집적 회로 칩이 지지 기판에 장착되어 프린트헤드에 인터페이스되어 다수의 프린트헤드의 인쇄 요소를 제어한다. 논리 IC, 구동 IC 및 프린트헤드를 갖는 지지 기판은 본 명세서에서 와이드-어레이 프린트헤드라 칭한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 프린트헤드는 지지 기판의 일면에 장착되어 있으며 논리 IC와 구동 IC가 지지 기판의 다른 면에 장착되어 있다. 상호접속부가 지지 기판을 통해서 형성되어 논리 IC와 구동 IC의 접점에 프린트헤드의 접점을 전기적으로 접속시킨다. 지지 기판을 통해서 상호접속부를 형성하기 위해 전면대 후면의 피복 처리가 사용된다.
바람직한 실시예에 따르면, 지지 기판이 프린트헤드 기판(예컨대, 실리콘)과 같은 재료로 형성된다. 지지 기판과 프린트헤드에 같은 재료를 사용하면 열팽창계수의 불일치를 피할 수 있어서 바람직하다. 다른 실시예에서 지지 기판은 실리콘에 일치하는 열팽창계수를 갖는 다층의 세라믹 재료로 형성된다. 기판용 재료가 에칭되어 잉크 보충 슬롯을 형성함으로써 잉크가 저장통으로부터 지지 기판을 통해서 프린트헤드로 흐르게 한다.
본 발명의 이들 및 기타 면과 장점이 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 와이드-어레이 잉크젯 펜(10)을 도시한다. 펜(10)은 와이드-어레이 프린트헤드(12)와 펜 본체(14)를 구비한다. 펜 본체(14)는 프린트헤드(12)가 부착되는 하우징으로서 역할을 한다. 펜 본체(14)는 국부적 잉크 저장통으로서 역할을 하는 내부 챔버(16)를 형성한다. 다양한 실시예에 있어서, 저장통은 교환 가능하거나 보충 가능한 저장통이다. 일 실시예에 있어서, 저장통은 국부적인 저장통을 제공하는 외부 저장통에 결합된다. 또 다른 실시예에서 저장통은 보충불가능하다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 프린트헤드(12)는 지지 기판(20)에 장착된 복수개의 열 잉크젯 프린트헤드 다이 또는 프린트헤드(18)를 구비한다. 프린트헤드 다이(18)는 지지 기판(20)의 제 1 표면(28)상에 하나 또는 그 이상의 열(26)로 정렬된다. 프린트헤드(18)의 각각은 복수 열(22)의 잉크젯 인쇄 요소(24)를 구비하는데, 잉크젯 인쇄 요소(24)는 또한 노즐로 지칭된다(도 4 참조). 도 1, 2 및 도 4의 실시예에 있어서, 프린트헤드(18)는 단부 대 단부가 정렬되며 각각의 프린트헤드의 각각의 열도 정렬된다.
지지 기판(20)은 혼성 멀티칩 모듈(hybrid multichip modules)을 형성하는 경우에 사용되는 것과 같은, 실리콘 또는 다층 세라믹 재료로 제조된다. 기판(20)은 실리콘과 같은 열팽창계수를 가지는 것이 바람직하며, 잉크 슬롯을 형성하도록 기계가공가능하며, 땜납 및 상호접속층을 수용할 수 있고, 집적 회로의 장착을 가능하게 한다.
각각의 프린트헤드(18)는 인쇄 요소(24)의 어레이를 구비한다. 도 5를 참조하면, 각각의 인쇄 요소(24)는 노즐 개구(38)를 갖는 노즐 챔버(36)를 구비한다. 사출용 저항기(40)는 노즐 챔버(36) 안에 배치된다. 도 6을 참조하면, 배선(46)은 사출용 저항기(38)를 구동 신호와 접지에 전기적으로 접속시킨다. 도 5를 다시 참조하면, 각각의 프린트헤드(18)도 보충 슬롯(42)을 구비한다. 잉크가 챔버(16)의 내부 저장통으로부터 하나 또는 그 이상의 지지 기판 보충 채널(32)을 통해서 프린트헤드(18)의 보충 슬롯(42)으로 흐른다. 잉크가 각각의 프린트헤드 보충 슬롯(42)을 통해서 프린트헤드 노즐 챔버(36)로 잉크 공급 채널(44)를 경유하여 흐른다.
일 실시예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 프린트헤드(18)는 실리콘 다이(52), 박막 구조체(54) 및 오리피스층(56)으로 이루어진 완전한 일체형 열 잉크젯 프린트헤드이다. 예시적인 실시예에 있어서, 실리콘 다이(52)의 두께는 대략 675 미크론 이다. 변형예에서, 유리 또는 안정된 중합체가 실리콘 대신에 사용된다. 박막 구조체(54)는 실리콘 디옥사이드, 실리콘 카바이드, 실리콘 니트라이드, 탄탈륨, 폴리 실리콘 글래스 및 다른 적절한 재료로 이루어진 하나 또는 그 이상의 표면 안정화층 또는 절연층으로 형성된다. 박막 구조체는 또한 사출용 저항기(40)와 배선(46)을 형성하는 전도층도 가진다. 전도층은 알루미늄, 금, 탄탈륨, 탄탈륨-알루미늄 및 다른 금속 또는 금속 합금으로 형성된다. 예시적인 실시예에 있어서, 박막 구조체(54)는 두께가 대략 3미크론이다. 오리피스층(56)은 이 박막 구조체(54)의 상부 위에 도시되어 있다. 노즐 개구(38)는 약 10 내지 50 미크론의 직경을 가진다. 예시적인 실시예에 있어서, 사출용 저항기(40)가 약 10 내지 30 미크론의 각측부길이를 갖는 대략 정사각형이다. 사출용 저항기(40)를 지지하는 노즐 챔버(36)의 기저면은 레지스터(40) 길이의 대략 두배의 직경을 가진다. 일 실시예에 있어서 54.7°에치는 개구(38)와 보충 슬롯(42)용 벽 각도를 한정한다. 예시적인 크기와 각도가 주어져 있지만 이러한 크기와 각도는 변형예에서는 변경될 수 있다.
변형예에 있어서 하나 또는 그 이상의 프린트헤드(18)는 사출용 저항기와 배선이 그 내부에 형성된 기판에 의해서 형성된다. 배리어층은 사출용 저항기 영역의 기판 위에 놓인다. 배리어층은 노즐 챔버를 한정하는 개구를 가진다. 오리피스판 또는 플렉스 회로가 배리어층 위에 놓이며 노즐 개구를 가진다. 잉크 보충 슬롯이 드릴링 공정에 의해서 기판에 형성된다.
소정의 사출용 저항기(40)가 활성화될 때, 주변의 노즐 챔버(36)의 잉크가 노즐 개구(38)를 통해서 매체 시트상에 분사된다. 도 2 내지 도 4를 참조하면 사출용 저항기(40)가 소정의 시기에 작동되도록 논리 회로(29)가 선택된다. 구동 회로(30)는 소정의 구동 신호를 소정의 사출용 저항기(38)에 공급하여 소정의 사출용 저항기(38)가 가열되게 한다. 일 실시예에 있어서, 논리 회로(29)와 구동 회로(30)는 지지 기판(20)에 대하여 장착된다. 변형예에서 논리 회로와 구동 회로는 와이드-어레이 프린트헤드 구조체(12)로부터 떨어져 배치되어 있다. 도 2와 도 3을 참조하면, 논리 회로(29)와 구동 회로(30)가 기판(20)의 예시적인 실시예의 제 1 면(28)의 반대면인 제 2 면(33)에 장착되어 있다. 또 다른 예시적인 실시예(도 4 참조)에서 논리 회로(29)와 구동 회로(30)는 프린트헤드(18)와 동일면(28)에 장착되어 있다. 도 3을 참조하면, 지지 기판(20)은 기판(20)에 제조되거나 부가된 상호접속부(50)를 가진다. 프린트헤드 다이(18)가 지지 기판에 장착되어 각각의 상호접속부(50)와 전기적으로 접속된다. 바람직한 실시예에서 각각의 프린트헤드(18)의 각각의 전기적 접점에 대해 상호접속부(50)가 있다. 프린트헤드(18)는 인쇄 요소 배선(46)을 각각의 구동 신호에 결합하는 복수개의 접점을 구비한다. 상호접속부(50)는 구동 신호원이 되는 구동 회로(30)로 연장된다. 일 실시예에서 도터 기판[daughter substrate(52)]은 지지 기판에 장착된다. 논리 회로(29)와 구동 회로(30)는 이러한 도터 기판에 장착된다. 도터 기판은 논리 회로(29)와 구동 회로(30)를 서로 상호결합하며, 구동 회로(30)를 지지 기판의 상호접속부(50)에 상호접속한다. 변형예에 있어서 논리 회로(29)와 구동 회로(30)는 지지 기판(20)에 직접 장착된다.
작동중, 와이드-어레이 프린트헤드(12)는 기판(20)으로부터 제어 신호를 수신한다. 이러한 신호는 컨넥터(34)를 거쳐서 기판(20)상에 수신된다. 논리 회로(29)와 구동 회로(30)는 이러한 컨넥터(34)에 직접적으로 또는 간접적으로 결합된다. 프린트헤드(18)는 구동 회로(30)에 접속된다.
프린트헤드 장착 방법
각각의 프린트헤드는 제 1 표면(58)과, 제 1 표면(58)의 반대쪽의 제 2 표면(60)을 가진다. 노즐 개구(38)가 제 1 표면(58)에 있다. 잉크 보충 슬롯(42)은 제 2 표면(60)에 있다. 실리콘 다이(52)는 하나 또는 그 이상의 유전층(62)(예컨데 질화물층 또는 탄화물층)을 제 2 표면(60)에 가진다. 프린트헤드(18)의 제조중 상호접속 금속(66)과 습윤 금속(68)이 전술한 위치에서 제 2 표면(60)상에 용착된다. 상호접속 금속은 유전층(62)상에 용착되며, 습윤 금속은 상호접속 금속상에 도포된다. 일 실시예에서 포토리소그래픽 공정이 사용되어, 습윤 금속(68)의 정밀한 위치, 크기 및 형상을 규정한다. 이러한 공정은 습윤 금속의 정확한 배치를 1미크론내에서 가능하게 한다.
지지 기판(20)도 제 1 표면(70)과, 상기 제 1 표면(70)의 반대쪽의 제 2 표면(70)을 구비한다. 프린트헤드(18)가 지지 기판(20)에 장착되며 프린트헤드의 제 2 표면(60)이 도 5에 도시된 바와 같이 지지 기판(20)과 대면한다. 프린트헤드(18)와 지지 기판(20) 사이의 공간은 도시를 목적으로 확대되었다. 프린트헤드(18)와 같이, 유전층(75)(예컨대, 질화물층)이 표면(70, 72)에 형성되며, 상호 접속 금속(74)과 습윤 금속(76)(이하, 본 명세서에서는 금속 패드 또는 습윤 패드라고도 함)이 전술한 위치에서 질화물층(72)상에 용착된다. 일 실시예에서 포토리소그래픽 공정이 습윤 금속(68)의 정밀한 위치, 크기 및 형상을 한정하는데 사용된다. 이러한 공정은 습윤 금속을 1미크론 범위내에 정확하게 배치되게 한다. 바람직한 실시예에서 습윤 금속(76)은 기판상에 있으며, 기판(20)은 프린트헤드의 습윤 금속(66)에 일치하는 위치에 형성된다. 구체적으로는, 지지 기판(20)과 프린트헤드(18)의 습윤 금속 위치 사이에는 일 대 일의 대응이 있다.
땜납 범프가 프린트헤드(18) 또는 지지 기판(20)중 하나의 습윤 금속상에 용착된다. 프린트헤드(18)를 장착하기 위해서, 프린트헤드(18)가 지지 기판에 가압되어 각각의 습윤 금속이 일렬이 되게 한다. 습윤 금속(68, 76)은 땜납 범프(78)에 의해서 격리된다. 다음에 땜납이 가열되어 용융된다. 땜납은 습윤 패드(68, 76)를 따라 흘러서 프린트헤드(18)를 지지 기판(20)과 정밀하게 정렬시킨다. 더 상세하게는 땜납(78)이 프린트헤드 습윤 패드(68)를 대응하는 지지 기판의 금속 패드(76)에 정밀하게 정렬시킨다. 땜납의 리플로우는 각각의 습윤 금속(68, 76)을 1 미크론 범위내에 정렬되는 것을 나타내었다. 그러므로, 포토리소그래픽 공정 및 다른 용착 공정을 사용하여 습윤 금속(68, 76)을 정밀하게 배치함으로써 프린트헤드(18)가 소망 공차내로 지지 기판(20)상에 정밀하게 정렬되어 놓여질 수 있다.
본 발명에 따르면, 땜납은 또한 유체 배리어를 형성한다. 전술한 바와 같이 프린트헤드는 하나 또는 그 이상의 보충 슬롯(42)을 가지며 지지 기판은 하나 또는 그 이상의 보충 채널(32)을 구비한다. 각각의 보충 슬롯(42)은 보충 채널(32)과 유체 연통될 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이 보충 슬롯(42)이 보충 채널(32)에 정렬된다. 잉크가 프린트헤드(18)와 지지 기판(20) 사이의 인터페이스에서 누출되는 것을 방지하기 위해서, 밀봉이 형성되어야 한다. 상세하게는 습윤 금속(68, 76)이 보충 슬롯(42)과 보충 채널(32)의 각각의 개구 주위에 배치되어 있다. 그러므로, 땜납이 프린트헤드(18)를 기판(20)에 장착하도록 제공되며, 땜납은 잉크가 인터페이스에서 누출되는 것을 방지하는 밀봉 배리어 또는 유체 배리어를 형성한다. 변형예에 있어서 접착제 또는 밀봉제를 사용하여 유체 배리어를 형성하는 언더필 공정(underfill process)이 수행된다.
프린트헤드와 지지 기판을 결합하는 상호접속 방법
전술한 바와 같이, 배선(46)을 갖는 인쇄 요소(24)는 프린트헤드의 제 1 표면(58)을 향하여 형성되어 있다. 지지 기판이 프린트헤드(18)의 제 2 표면(60)에 인접하기 때문에, 전기적 상호접속부는 제 1 표면(58)으로부터 프린트 헤드(18)의 제 2 표면(60)으로 연장될 것이다. 도 5는 상호접속부(80)가 제 1 표면(58)에 인접한 박막 구조체(54)로부터 제 2 표면(60)을 향해서 실리콘 다이(52)를 통해서 연장되는 실시예를 도시한다. 전기적 접속부가 배선(46)으로부터 비아(101)를 통해서 비아(99)와 상호접속부(80)까지의 전도성 트레이스(107)로 연장된다(도 8에 도시된 바와 같음). 상호접속부(80)는 상호접속 금속층(82)에 접속되며 습윤 금속층(84)은 제 2 표면(60)에서 상호접속 금속층(82)에 접속된다. 땜납(78)이 지지 기판에서 상호접속부(90)에서 상호접속을 완료한다. 습윤 금속층(86)과 상호접속 금속(88)이 땜납(78)과 상호접속부(90) 사이의 지지 기판상에 배치된다. 도시된 실시예에서 상호접속부(90)는 지지 기판을 통해서 구동 회로(30)를 갖는 인터페이스까지 연장된다. 또 다른 실시예에서 상호접속부(90)는 지지 기판의 제 1 표면(70)을 따라 연장되어 구동회로(30)를 갖는 인터페이스까지 연장된다. 기판(20)의 제 2 표면(72)에 장착된 구동 회로(30)에 대해서, 땜납 접속부가 형성되어 있지만, 다른 전기적 결합 구조가 사용될 수 있다.
프린트헤드(18)를 통해서 연장되는 상호접속부(80)를 형성하기 위해서 트렌치(92)가 하나 또는 그 이상의 상호접속부(80)용 다이(52)의 하측부[예컨대, 제 2 표면(60)]에 에칭 형성된다. 일 실시예에서 테트라메틸 수은화 암모늄 에치가 수행된다. 하드 마스크가 다이(52)의 아래표면의 부분을 덮어서 에칭되지 않게 한다. 하드 마스크는 습윤 에칭에 의해서 제거된다. 플라즈마 탄화물층 또는 질화물층(62)과 Au/Ni/Au층(96)이 도 7에 도시된 바와 같이 하부표면상에 용착된다. 감광 폴리아미드층 또는 전기 도금 포토레지스트(98)가 Au/Ni/Au층(96)의 일부위에 형성되어 금속이 상호접속부(80)용으로 어디에 남겨지는지를 정한다. Au/Ni/Au층(96)이 그 다음에 습식 에칭되어 폴리아미드 또는 포토레지스트(98)가 제거되어 상호접속부(80)를 형성한다. 보충 슬롯(42)의 에칭 동안 Au/Ni/Au층을 보호하기 위해서, 플라즈마 산화물(도시안함)이 용착된다. 플라즈마 산화물과 탄화물 또는 질화물층(62)이 그 다음에 패턴화되어 창을 형성하고 보충 슬롯(42)을 에칭한다. 보충 슬롯(42)과 공급 채널(44)이 그 다음에 에칭된다. 다음 단계에서 도 8을 참조하면 하나 또는 그 이상의 비아(99)가 표면안정화층(100, 102, 104)과 박막 구조체(54)의 탄화물층(106)과 탄화물 또는 질화물층(62)을 통해서 절단된다. 비아(99)가 상호접속부(80)를 통해서 프로세스중의 상부 표면까지 연장된다. 비아(101)는 또한 배선(46)의 일부가 노출되도록 절단된다. 그 다음에 금속이 비아(99, 101)안에 용착된다. 다음에, 전도성 트레이스(107)(도 8 참조)가 통상적으로 용착되고, 포토리소그래픽 패턴화되고 박막 구조체(54)의 층으로 에칭되어 배선(46)과 상호접속부(80)를 전기적으로 결합한다. 제 2 유전층(64)(예컨대 질화물층)이 용착된다(도 5 참조). 그 다음에 폴리아미드 또는 전기도금 포토레지스트 공정이 수행되어 층(64)을 마스크하고 층(64)에 개구를 형성하여 상호접속부(80)(도 5 참조)의 일부를 노출하게 한다. 상호접속 금속(82)과 습윤 금속(84)은 그 다음에 상호접속부(80)의 노출 부분상에 용착되고 패턴화되고 제 2 표면의 다른 막에 사용된 바와 마찬가지 방식으로 에칭된다. 상호접속부(80)는 제조된 바와 같이 배선(46)으로부터 지지 기판(20)을 통해서 트렌치(92)를 따라 상호접속 금속(82)과 습윤 금속(84)까지 프린트헤드(18)의 제 2 표면(60)까지 연장된다. 그 후 박막 구조체가 완성되어 오리피스층(56)이 형성된다.
지지 기판 내에 관통-상호접속부 및 보충 슬롯을 제조하는 방법
도 5를 다시 참조하면, 지지 기판(20)은 기판의 일표면으로부터 기판의 반대쪽 표면까지 연장되는 상호접속부(90)을 구비한다. 일 실시예에 있어서 상호접속부(90)는 트렌치를 에칭하고 상호접속 금속을 용착함으로써 프린트헤드에 대해서 전술한 바와 같이 형성된다. 변형예에 있어서 직선 에치(straight etch)가 기판(20)에 관통 개구(110)를 규정하도록 형성된다. 전기 도금 방법은 에칭된 관통-개구(110)를 금속으로 충전하도록 수행된다. 금속은 상호접속부(90)를 형성한다. 도 9를 참조하면, 관통-개구(110)를 도금하기 위해서, 기판(20)이 도금 용액(112)으로 침지된다. 바이어스 신호(114)가 기판(20)이 부착되는 전기도금(116)에 인가된다. 전기도금(116)은 바이어스 전류가 기판의 잉크 보충 채널(32)의 영역으로 흐르지 않게 한다. 보다 상세하게는 금속층(115)이 소망 위치에서 기판(20)과 전기 도금(116) 사이에 접점을 형성한다. 그러므로, 보충 채널(32)은 전기도금되지 않는다. 또한, 단지 소형 간극(118)만이 기판(20)과 전기도금 사이에 생긴다. 이것은 기판(20)이 도금 용액(112)안에 침지되는 동안 기판(20)의 상부표면(72)을 전기도금하는 것을 방지한다.
프린트헤드와 지지기판을 결합하는 다른 상호접속 방법
변형예에 있어서, 프린트헤드(18)의 다이(52)를 통해서 연장하는 상호접속부를 형성하지 않고, 와이어 결합이 프린트헤드의 외부에 형성된다. 도 10을 참조하면, 프린트헤드(18')가 동일 부분에 동일한 번호를 부여하여 도시되어 있다. 각각의 인쇄 요소(24)에 대한 각각의 배선(46)은 각각의 접점(120)에 연장된다. 접점(120)은 노즐 개구(38)로서 프린트헤드(18')의 동일 측부상에 배치된다. 와이어(122)는 프린트헤드(18')상의 접점(120)과 기판(20)상의 접점(130)에 결합된다. 접점(130)이 기판(20)의 표면(70)상에 배치된다. 와이어(122)가 프린트헤드(18')와 기판(20) 사이의 프린트헤드(18')의 외측부로 연장된다. 와이어(122)는 접점(120, 130)에 부착되며 밀봉제가 와이어(122) 둘레에 제공되어 와이어를 밀봉하며 프린트헤드(18') 또는 기판(20)으로부터 와이어가 단락되는 것을 방지한다. 기판(20)은 잉크가 프린트헤드 다이(18)를 향해서 흐르는 보충 채널(32)을 구비한다. 이러한 채널이 직선 에칭된 채널로서 도시되어 있지만, 이 채널의 벽은 또한 변형예로 소정 각도(예컨대, 54.7°)로 에칭된다.
장점적 효과
본 발명의 한가지 이점은 비례축소가능한 프린트헤드 구조체가 다른 수의 프린트헤드 다이가 지지 기판에 부착되어 프린트헤드의 크기를 규정함으로써 달성되는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 설명하였지만, 다양한 변형예, 수정예 및 균등물이 사용될 수 있다. 그러므로, 전술한 상세한 설명은 첨부된 청구범위에 의해서 정해진 본 발명의 보호범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명에 따르면, 각각의 인쇄 요소는 노즐 챔버, 사출용 저항기 및 노즐 개구를 구비하는 비례축소가능한(scalable) 와이드-어레이 프린트헤드 구조체를 다수의 열 잉크젯 프린트헤드를 지지 기판에 장착함으로써 달성되어 비례축소가능한 프린트헤드 구조체를 이루는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 와이드-어레이 프린트헤드를 갖는 와이드-어레이 잉크젯 펜의 사시도,
도 2는 도 1의 와이드-어레이 잉크젯 프린트헤드의 제 1 측부의 평면도,
도 3은 제 1 측부에 대향하는 도 1의 프린트헤드의 와이드-어레이 잉크젯 프린트헤드의 제 2 측부의 사시도,
도 4는 도 1의 와이드-어레이 잉크젯 프린트헤드의 변형예의 사시도,
도 5는 도 1의 와이드-어레이 잉크젯 프리트헤드와 지지 기판의 일부의 단면도,
도 6은 인쇄 요소용 배선과 사출용 저항기의 다이아그램,
도 7은 제조 공정중의 도 5의 프린트헤드의 단면도,
도 8은 제조의 이후 단계의 도 7의 프린트헤드의 단면도,
도 9는 상호접속부로서 작용하는 관통 개구를 금속화하는 공정의 기판의 다이아그램,
도 10은 다른 상호접속 도표에 따른 와이드-어레이 잉크젯 프린트헤드와 지지 기판의 일부의 단면도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 지지 기판 24 : 잉크젯 인쇄 요소
28 : 제 1 표면 36 : 노즐 챔버
38 : 노즐 개구 40 : 사출용 저항기
42 : 잉크 보충 채널 44 : 공급 채널
60 : 제 2 표면 92 : 에트렌치

Claims (7)

  1. 와이드-어레이 잉크젯 펜(10)에 있어서,
    복수개의 잉크 보충 슬롯(32)이 관통 형성되고, 그리고 그의 제 1 측면에 배치된 다수의 기판 습윤 패드(86)를 포함하는 지지 기판(20)과,
    지지 기판의 제 1 측면(28)에 각각 장착되고, 인쇄 요소(24)의 어레이와 잉크 보충 채널(42)을 포함하는 복수개의 프린트헤드 다이(18)로, 상기 인쇄 요소의 각각은, 노즐 챔버(36), 상기 노즐 챔버 내의 사출용 저항기(40), 상기 노즐 챔버에 결합된 공급 채널(44), 및 상기 사출용 저항기에 결합된 배선(46)을 포함하며, 각각의 프린트헤드 다이에서, 잉크 보충 슬롯(32)중 하나로부터 상기 잉크 보충 채널(42)을 통해서 그리고 공급 채널(44)을 통해서 인쇄 요소의 어레이의 각 인쇄 요소의 노즐 챔버 내로 잉크 유동 경로가 형성되고, 상기 프린트헤드 다이는 솔더 리플로우 작업 중에 프린트헤드 다이를 지지 기판에 부착하도록 기판 습윤 패드와 정렬되는 다이 습윤 패드를 포함하며, 각 프린트 헤드 다이에서, 솔더(78)가 프린트헤드 다이와 지지 기판 사이에 잉크 유로에 대한 유체 경계를 형성하는, 복수개의 프린트헤드 다이(18)와,
    제 1 측면의 반대측에서 지지 기판의 제 2 측면(72)에 장착되고 그리고 인쇄 요소의 배선에 전기적으로 접속되는 복수개의 구동 회로(30)와,
    지지 기판의 제 2 측면에 장착되고, 구동 회로에 전기적으로 접속되는 복수개의 논리 회로(29)로서, 상기 논리 회로는 제어 신호를 수신하고 이에 응답하여 사출될 인쇄 요소를 선택하기 위해 다수의 구동 회로에 대하여 출력 신호를 발생하는, 복수개의 논리 회로(29)를 포함하는
    와이드-어레이 잉크젯 펜.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수개의 상호접속부(90)는 제 1 측면과 제 2 측면 사이의 지지 기판을 통해서 형성되며, 각각의 프린트헤드 다이의 각각의 인쇄 요소의 배선을 구동 회로에 결합하는
    와이드-어레이 잉크젯 펜.
  3. 제 2 항에 있어서,
    복수개의 프린트헤드 다이 각각의 인쇄 요소에 대한 노즐 개구(38)는 복수개의 프린트헤드 다이 각각에 있는 지지 기판으로부터 떨어져 공통 배향면(58)을 따라 형성되며, 복수개의 프린트헤드 다이 각각은 상기 공통 배향면에 복수개의 접점(46)을 더 포함하며, 복수개의 프린트헤드 다이의 각각은 복수개의 상호접속부(80)를 더 포함하며, 상기 상호 접속부(80)는 복수의 접점의 각각으로부터 상기 하나의 프린트헤드 다이를 통하여 연장하여 지지 기판을 관통하여 형성된 복수개의 상호접속부중 상호접속부(90)와 전기적으로 접속되는
    와이드-어레이 잉크젯 펜.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 기판은 실리콘을 포함하며, 복수개의 프린트헤드 다이 각각은 실리콘을 포함하는
    와이드-어레이 잉크젯 펜.
  5. 제 1 항에 있어서,
    지지 기판은 다층 세라믹을 포함하며, 복수개의 프린트헤드 다이 각각은 실리콘을 포함하는
    와이드-어레이 잉크젯 펜.
  6. 다수의 프린트헤드 다이(18)를 지지 기판(20)상에 장착하는 방법에 있어서,
    지지 기판의 제 1 표면(70)상에 다수의 솔더 습윤 패드(86)를 조립하는 단계와,
    다수의 프린트헤드 다이의 각각에 대하여, 상기 하나의 프린트헤드 다이의 제 1 표면(60)상에 다수의 솔더 습윤 패드(84)를 조립하는 단계로서, 상기 다수의 프린트헤드 다이 솔더 습윤 패드의 각각이 지지 기판상에 대응 습윤 패드를 갖는, 조립 단계와,
    다수의 프린트헤드 다이의 각각에 대하여, 상기 하나의 프린트헤드 다이를 상기 지지 기판에 유지하고 그리고 상기 하나의 프린트헤드 다이를 지지 기판에 솔더링하는 단계로서, 솔더링 중에, 리플로우의 힘에 의해 상기 하나의 프린트헤드 다이의 습윤 패드가 이동하여 상기 지지 기판의 대응 습윤 패드와 정렬되는, 유지 및 솔더링 단계를 포함하며,
    상기 지지 기판은 기판에 관통 개구로서 형성된 복수개의 잉크 보충 슬롯(32)을 구비하며, 각각의 프린트헤드 다이는 인쇄 요소(24)의 어레이와 잉크 보충 채널(42)을 포함하며, 각각의 프린트헤드 다이에서, 잉크 유로가 복수개의 잉크 보충 슬롯 중 하나로부터 상기 하나의 프린트헤드 다이의 잉크 보충 채널까지 형성되며, 복수개의 프린트헤드 다이의 각각에 대해서, 솔더가 상기 하나의 프린트헤드 다이와 지지 기판 사이의 잉크 유로 주위에 유체 경계를 형성하는
    장착 방법.
  7. 프린트헤드 다이는 인쇄 요소(24)의 어레이 및 잉크 보충 채널(42)을 포함하며, 인쇄 요소의 각각은, 노즐 챔버(36), 사출용 저항기(40), 공급 채널(44), 노즐 개구(38) 및 배선(46)을 포함하며, 각각의 인쇄 요소용 노즐 개구는 프린트헤드 다이의 제 1 표면(58)을 따라 형성되는, 잉크젯 프린트 헤드 다이(18)용의 전기 접속부(80)를 형성하는 방법에 있어서,
    제 1 표면의 반대쪽에 있는 프린트헤드 다이의 제 2 표면(60)에 트렌치(92)를 형성하는 단계와,
    전도성 재료(80)를 트렌치의 일부분을 따라 용착하는 단계와,
    프린트헤드 다이의 제 1 표면으로부터 전도성 재료까지 연장되는 개구를 형성하는 단계와,
    전도성 재료(80)를 개구내에 용착하는 단계와,
    전도성 트레이스(46)를 프린트헤드 다이의 제 1 표면을 따라 용착하여 개구의 전도성 재료와 트레치를 인쇄 요소의 배선(46)에 전기적으로 결합하는 단계를 포함하는
    전기 접속부의 형성 방법.
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