KR100761893B1 - 미세방울 침전 장치 - Google Patents

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폴 레이몬드 드루리
앙구스 콘디에
살하딘 오메르
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Abstract

잉크젯 프린트헤드는 베이스판(13")에 접착되고 PZT로 된 몸체(13')를 가진다. 채널들은 챔버들을 형성하는 PZT에서 커팅되고, 챔버들은 챔버들의 표면에 있는 전극들로 전압을 가하는 것에 의해 작동된다. 또한, 베이스판은 잉크 챔버들을 작동시키기 위한 구동 회로를 수용하는 IC들을 탑재한다. 챔버 전극들과 IC들 사이의 신뢰성있는 전기적 상호접속을 보증하도록, 전극들(190', 190") 및 베이스 판의 도전성 트랙들(192', 192")은 도전층을 PZT 몸체와 베이스판 모두의 위에 침착하는 것에 의해 단일 단계에서 형성된다. 전극들 및 트랙들의 필요한 패턴은 마스킹에 의해 또는 도전성 물질의 선택성 물질에 의해 달성된다.
잉크, 인쇄, 프린터, 헤드, 방울, 잉크젯, 분사

Description

미세방울 침전 장치{Droplet deposition apparatus}
본 발명은 미세방울 침전 장치에 관한 것으로, 특히 잉크젯 프린트헤드들, 잉크젯 프린트헤드들의 구성 요소들 및 이러한 구성 요소들을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
특히 유용한 형태의 잉크젯 프린터는 예를 들어 디스크 커팅(disc cutting)에 의해 형성되는 잉크 채널들을 가지는 압전 물질로 된 몸체를 포함한다. 전극들은 채널을 마주보는 압전 물질의 표면들 위에 도금되어, 인접 채널들 사이에서 한정되는 압전 "벽"에 전기장이 가해질 수 있게 한다. 적절한 극성화로, 이 벽은 잉크 채널로 또는 잉크 채널로부터 멀어지도록 이동되어, 적절한 채널 노즐을 통해 미세한 잉크 방울을 분사시키는 압력 펄스를 야기시킨다. 이러한 구성은 예를 들어 EP-A-0364136에 개시되어 있다.
비교적 넓은 프린트헤드, 가능하면 전체 페이지 폭을 가로질러 정확하게 정합된 고밀도의 이러한 잉크 채널들을 제공하는 것이 종종 필요하였다. 이 목적에 유용한 구성이 WO98/52763에 개시되어 있다. 이는 압전 물질 및 필요한 처리와 제어 기능들을 수행하는 집적 회로들을 지지하는 평평한 베이스판의 사용을 포함한다.
이러한 구성은 특히 제조에 관련하여 몇 가지 장점들을 가진다. 기판은 프린트헤드를 위한 "등뼈"와 같이 작용하여, 제조 도중 압전 물질과 집적 회로들을 지지한다. 이러한 지지 기능은 페이지폭 어레이의 연속적인 잉크 채널들을 형성하도록 여러 시트의 압전 물질들을 서로 맞대는 공정 도중에 특히 중요하다. 비교적 큰 크기의 베이스판은 또한 취급을 단순화한다.
잉크 채널 전극들과 이 전극들에 대응하는 집적 회로들의 핀들 사이의 전기적인 접속을 신뢰적이고 유효하게 성립시키는 문제가 남아있다. 베이스판이 적당한 물질로 되어 있고 적당하게 다듬질되면 도전성 트랙들이 베이스판에 침착될 수 있으며, 이 트랙들은 공지된 방법으로 IC 핀들과 접속한다. 채널 전극들로의 접속들을 성립시키는 어려움이 남아있다.
본 발명은 이 문제를 처리하는 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것을 추구한다.
따라서, 본 발명은, 일 양태에 있어서, 각각 채널 표면을 갖는 다수의 채널들을 가지며 압전 물질로 된 몸체와 베이스를 포함하며, 몸체는 실질적인 불연속성이 없는 베이스의 표면에 부착되는 미세방울 침전 장치의 구성 요소를 제조하는 방법으로서; 상기 베이스의 표면에 몸체를 부착하는 단계; 및 상기 채널 표면들 및 베이스의 상기 표면 중 적어도 한 표면 위로 연속적으로 연장하여 각 채널 표면에는 전극을 제공하고 베이스의 상기 표면에는 전극과 일체로 접속되는 도전성 트랙을 제공하도록 도전성 물질층을 침착하는 단계를 포함하는 방법으로 구성된다.
몸체가 베이스 표면에 부착되고 이어서 연속적인 도전성 물질층이 채널 표면들 중 적어도 한 표면 위 및 상기 베이스의 표면 위에 침착되면, 채널 벽의 전극들과 기판의 도전성 트랙들 사이에 유효하고 신뢰적인 전기적 접속이 이루어진다. 트랙들은 베이스에 탑재되는 하나 이상의 집적 회로들과의, 직접 또는 다른 트랙들 및 상호접속들을 통한, 접속을 제공하도록 사용될 수 있다.
본 발명은 각각 채널 표면을 가지는 다수의 채널들이 형성되고 압전 물질로 된 몸체; 및 실질적인 불연속성이 없는 베이스 표면을 가지는 별도의 베이스를 포함하며; 몸체는 상기 베이스 표면에 부착되고 도전성 물질층은 상기 채널 표면들 및 상기 베이스 표면들 위로 연속적으로 연장하는 것에 의해, 각 채널 표면에는 전극을 한정하고 베이스 표면에는 전극에 접속되는 도전성 트랙을 한정하는 미세방울 침전 장치용 구성 요소로 또한 구성된다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 여기서:
도 1은 공지된 잉크젯 프린트헤드를 관통하는 측단면도;
도 2는 도 1의 AA선을 따라 취한 횡단면도;
도 3은 종래 기술에 따른 페이지 폭 프린트헤드 어레이의 분해도;
도 4는 도 3에 도시된 프린트헤드를 관통하는 조립된 측단면도;
도 5는, 도 4와 유사한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린트헤드의 조립된 측단면도;
도 6a 및 도 6b는 도 5의 장치의 채널 축선과 직각인 그리고 평행한 선을 따 라 각각 취한 상세 단면도;
도 7은 도 5의 장치의 상세 사시도;
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린트헤드의 채널을 관통하는 횡단면도;
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제 3, 제 4 및 제 5 실시예들에 따른 단면도들;
도 12 및 도 13은 각각 도 11의 실시예의 사시도 및 상세 사시도;
도 14는 도 6b의 참조부호 194로 표시된 영역을 상세하게 도시한 도면;
도 15는 도 11에 도시된 종류의 프린트 헤드를 제조하는 일 단계를 도시한 사시도; 그리고
도 16은 추가적인 변형예를 도시한 단면도이다.
우선 위에서 간단하게 언급된 종래 구성의 예들을 조금 상세하게 설명하는 것이 본 발명의 이해에 도움이 될 것이다.
따라서, 도 1은 WO91/17051에 개시된 종류의 것이며, 압전 물질, 예를 들어 납 지르코늄 티탄산염(lead zirconium titanate; PZT)으로 되고, 상부가 개방된 잉크 채널들(7)의 어레이가 그 상면에 형성된 시트(3)를 포함하는 종래의 잉크젯 프린트헤드(1)를 도시한다. 도 1의 AA선을 따라 취한 단면도인 도 2로부터 명백한 바와 같이, 어레이 내의 연속적인 채널들은 시트(3)의 두께 방향(화살표 P로 지시됨)으로 극성화된 압전 물질을 포함하는 측벽들(13)에 의해 격리된다. 접속부들(34)을 통해 전압이 인가될 수 있는 전극들(15)이 채널을 마주보는 대향 표면들(17)에 정렬되어 있다. 예를 들어 EP-A-0364136으로부터 공지된 바와 같이, 벽의 양측에 있는 전극들 사이에 전기장이 적용되면, 벽은 측면에 접하는 채널들 중 하나로 시어 모드로 휘어져 - 이는 도 2에서 점선으로 과장하여 도시되어 있다 -, 그 채널에 압력 펄스를 발생시킨다.
채널들은 커버(25)에 의해 폐쇄되고, 커버에는 커버의 중앙에서 각 채널들과 각각 소통하는 노즐들(27)이 형성된다. 본 기술 분야에서 잘 공지된 바와 같이, 노즐로부터의 미세방울 분사는 상술한 압력 펄스에 응답하여 일어난다. 도 2에서 화살표 S로 지시된, 미세방울 유체의 채널로의 공급은 채널들(7)의 대향하는 단부들 각각과 소통하는 깊이까지 시트(3)의 바닥면(35)으로 커팅된 두 개의 덕트들(33)을 경유한다. 이러한 채널 구성은 결과적으로 이중-단 사이드-슈터 장치(double-ended side shooter arrangement)로 기술될 수 있다. 커버판(37)은 덕트들을 폐쇄하도록 바닥면(35)에 접착된다.
도 3 및 도 4는 각각 "페이지폭" 구성에 있어서 도 1 및 도 2의 이중-단 사이드-슈터 개념을 채용한 프린트헤드의 분해사시도 및 단면도이다. 이러한 프린트헤드는, 참조에 의해 본 명세서 내에 통합된 WO98/52763에 기술되어 있다. 미디어 공급 방향으로 서로 상대 이격된 2열의 채널들이 사용되며, 각 열은 미디어 공급 방향(P)을 횡단하는 방향('W')으로 페이지의 폭만큼 연장한다. 도 1 및 도 2의 실시예와 공통적인 구성들은 도 1 및 도 2에서 사용된 동일한 참조 부호들로 지시된다.
방향(W)과 직교하도록 취해진 단면도인 도 4에 도시된 바와 같이, (각각 이전 예에서와 같이 그 상부보다는 바닥면에 형성된) 채널들을 가지는 2개의 압전 시트들(82a, 82b) 및 상술된 바와 같은 전극들은 미세방울 분사용 구멍들(96a, 96b)이 형성된 평평하고 긴 베이스(86)에 의해 (역시 그 상부보다 바닥면에서) 폐쇄된다. 또한, 예를 들어WO92/22429에 기술된 바와 같은 납땜 접착제들에 의해 각 채널 전극들에 전기적으로 접속되고 각 열의 채널을 위한 각 구동 회로(집적 회로 84a, 84b)가 위치되는 베이스의 가장자리로 연장하는 도전성 트랙들(미도시)이 베이스(86)에 형성된다.
이러한 구성은 특히 제조에 관련하여 몇 가지 장점들을 가진다. 첫 번째로, 긴 베이스(86)는 프린트헤드를 위한 "등뼈"로서 작용하여, 제조 도중 압전 시트들(82a, 82b) 및 집적 회로들(84a, 84b)를 지지한다. 이 지지 기능은, 도 3의 사시도에서 82a와 82b로 지시된 단일의 연속적인 페이지폭 어레이의 채널들을 형성하도록 다수의 시트들(3)을 함께 맞대는 공정 도중 특히 중요하다. 맞대기 위한 하나의 접근법은 WO91/17051에 기술되어 있으며, 결과적으로 여기서 더 이상 상세하게 설명하지 않는다. 긴 커버의 크기는 또한 취급을 단순화시킨다.
다른 장점은 도전성 트랙들이 형성이 형성될 필요가 있는 필요한 베이스의 표면이 평평하다는 점, 즉 실질적인 불연속성이 없다는 점으로부터 비롯된다. 이에 따라, 많은 제조 단계들이 예를 들어 도전성 트랙들 및 집적 회로들용 "플립칩"을 위한 포토리소그래픽 패터닝과 같은, 전자 산업 이외의 분야에서 검증된 기술들을 사용하여 수행될 수 있다. 포토리소그래픽 필름들을 적용하는데 전형적으로 사용되 는 스피닝 방법과 결합된 문제들 때문에, 표면의 각도 변화가 빠른 분야에서 특히 포토리소그래픽 패터닝은 부적절하다. 평평한 기판들은 공정의 용이함, 측정, 정확성, 및 유용성의 관점에서 또한 장점을 가진다.
그러므로, 베이스용 물질을 선택할 때 주요 고려 사항은 실질적으로 불연속성이 없는 형태로 용이하게 제조될 수 있는가 하는 점이다. 베이스용 물질을 위한 두 번째 요구는 프린트헤드 이외의 경우에서 사용되는 압전 물질에 대한 열 팽창 특성을 가지는 것이다. 마지막 요구는 그 물질이 다양한 제조 공정에 견디도록 충분히 강해야 한다는 점이다. 알루미늄 질화물, 알루미나, 인바(INVAR), 또는 특수 유리 AF45는 모두 적절한 후보 물질들이다.
미세방울 분사 구멍들(96a, 96b)은, 도 1의 실시예대로, 구멍 자체에 테이퍼가 형성될 수도 있고, 또는 페이퍼진 형상이 구멍 위에 장착된 노즐판(98)에 형성될 수도 있다. 이러한 노즐판은 이러한 목적을 위하여 통상적으로 사용되는 폴리이미드, 폴리카보네이트, 및 폴리에스테르와 같은 임의의 쉽게 제거될 수 있는 물질들을 포함할 수도 있다. 더욱이, 노즐 제조는 프린트헤드의 나머지의 완성 상태와 관계없이 일어난다: 즉, 압전 시트들(82a, 82b)을 포함하는 작동 바디가 베이스 또는 기판(86)에 조립되기 전에 후방으로부터 제거되는 것에 의해 또는 작동 바디가 제자리에 위치된 다음 전방으로부터 제거되는 것에 의해 형성될 수도 있다. 두 기법은 모두 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 전자의 방법은 노즐판이 교체되거나 조립의 앞 단계에서 불합격된 전체 조립체가 불합격된 구성 요소들의 가치를 최소화하는 장점이 있다. 후자의 방법은 기판 위에 조립될 때 노즐들이 몸체의 채널과 용이하게 정합되도록 한다.
압전 시트들(82a, 82b)과 구동칩들(84a, 84b)이 기판(86)에 장착되고 예를 들어 EP-A-0376606에 기술된 바와 같은 적절한 테스팅이 실시되고 나서, 몸체(80)는 부착될 수 있다. 이는 역시 몇 가지 기능을 가지며, 이중 가장 중요한 것은 베이스 또는 기판(86)과 협동하여 압전 시트들(82a, 82b)로 된 두 채널 열들의 양측 사이 및 양측에 각각 매니폴드 챔버들(90, 88, 92)을 한정하는 것이다. 몸체(80)에는 90', 88', 및 92'로 지시된 각각의 도랑들이 더 형성되며, 이 도랑들을 통해 잉크는 프린트헤드의 외측으로부터 각 챔버로 공급된다. 이에 따라 공통의 매니폴드(90)으로부터 (예를 들어 갇힌 먼지나 기포들을 제거하도록) 각 몸체의 채널들을 통하고, 그리고 챔버들(88, 92)을 통해 외부로 잉크가 순활될 수 있는 특히 소형의 구성이 이루어진다는 것은 명백할 것이다. 또한, 몸체(80)는 완성된 프린트헤드를 프린터에 위치시키기 위한 수단의 부착을 위한 표면들을 제공하며, 잉크 수용 챔버들(88, 90, 92)로부터 밀폐되고 집적 회로들(84a, 84b)이 위치될 수 있는 챔버들(94a, 94b)을 더 한정한다.
이제 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다. 도 5는 도 4와 유사한 것으로, 본 발명에 따른 프린트헤드를 도시한 단면도이다. 여기서, 도 1 내지 도 4의 예들과 공통인 구성들은 도 1 내지 도 4에서 사용된 것과 동일한 참조 부호로 지시된다.
이전의 실시예들에서와 같이, 도 5의 프린트헤드는 2열의 집적 회로들(84)이 장착되는 "페이지폭" 베이스판 또는 기판(86)을 포함한다. 기판(84)에 형성된 일 열의 채널들(82)이 중간에 놓여있으며, 각 채널들은 미세방울 분사를 위한 2개의 이격된 노즐들(96a, 96b) 및 노즐들(96a, 96b)의 양측 및 사이에 설치된 각각 잉크의 공급 및 순환을 위한 매니폴드들(88, 92, 90)과 소통된다.
채널벽들을 위한 압전 물질은 도 4에 도시된 실시예에서 2개의 스트립들로 설명된 2개의 압전 물질 몸체들(110a, 110b)로 만들어진 층(100)에 통합된다. 도 4의 실시예에서와 같이, 이 스트립들은 페이지폭 방향(W)으로 함께 맞대어지며, 각 스트립은 대략 5-10cm(이는 이러한 물질이 대체로 공급되는 형태의 웨이퍼의 전형적인 치수이다)로 연장한다. 채널 형성 전에, 각 스트립은 기판(86)의 연속적인 판형 표면(120)에 접착되고, 이어서 채널들은 쏘잉(sawing)되거나 그렇지 않으면 스트립과 기판을 통해 연장하도록 형성된다. 도 6은 채널을 관통하는 단면도로서, 결합된 액츄에이터 벽들과 노즐이 도시되어 있다. 이러한 액츄에이터 벽 구성은 예를 들어 EP-A-0505065로부터 공지되어 있으므로, 여기서는 더 이상 상세하게 설명하지 않는다. 유사하게, 압전 물질의 인접한 버팅된 스트립들 사이의 접착 본드 및 각 압전 스트립과 기판 사이의 본드에 사용되는 접착 경감 채널들을 제거하기 위한 적절한 기술들은 US5,193,256 및 WO95/04658로부터 각각 공지되어 있다.
본 발명에 따라, 그리고 나서 연속층의 도전성 물질이 채널 벽들과 기판 위에 적용된다. 이는 도 6a에 도시된 바와 같은 압전 벽들(13)에 전기장을 가하기 위한 전극들(190) 및 도 6b에 도시된 바와 같은 이 전극들로 전압을 공급하기 위한 기판(86)상의 도전성 트랙들(192)을 형성할 뿐만 아니라, 194로 지시된 바와 같이 이러한 2 요소들 사이의 전기적 접속을 형성한다.
적절한 전극 물질들 및 침착 방법들은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 단독으로 또는 합금으로 사용되며 팔라듐 촉매를 이용한 비전기적 공정에 의해 편리하게 침착되는 구리, 니켈, 및 금은 필요한 통합성, 압전 물질에 대한 점착성, 부식에 대한 저항, 및 예를 들어 본 기술 분야에서 공지된 실리콘 질화물을 이용하는 수반되는 패시베이션을 위한 기반을 제공할 것이다.
예를 들어 상술된 EP-A-0364136으로부터 대체로 공지된 바와 같이, 전기장이 두 전극들 사이 및 그에 따라 액츄에이터 벽의 압전 물질을 가로질러 형성될 수 있도록, 각 액츄에이터 벽(13)의 대향측 전극들은 반드시 전기적으로 서로 절연되어야 한다. 이는 도 2의 종래 기술의 장치 및 도 6a의 본 발명의 실시예에 도시되어 있다. 각 전극을 각각의 전압원과 접속시키는 일치하는 도전성 트랙들은 유사하게 반드시 절연되어야 한다.
본 발명에 있어서, 이러한 절연은, 예를 들어 - 채널벽들의 상단부들과 같은 - 도전성 물질이 필요하지 않은 영역들을 마스킹하는 것에 의해 침착시 달성될 수 있다. 패턴 스크린들과 포토리소그래픽 패턴 마스킹 물질들을 포함하는 적당한 마스킹 기술들은 예를 들어 WO98/17477 및 EP-A-0397441로부터 잘 공지되어 있으며, 더 이상 상세하게 설명하지 않는다.
대안적으로, 절연은 도전성 물질들이 필요없는 영역으로부터 도전성 물질들을 제거하는 것에 의해 침착 후 달성될 수도 있다. 비록 다른 제거 방법들 - 인터 알리아 샌드 블라스팅, 에칭, 전기연마, 및 와이어 침식도 적당할 수 있지만, 예를 들어 JP-A-09 010983으로부터 공지된 바와 같은 레이저 빔에 의한 물질의 국부화된 증발은 필요한 고정확도를 달성하기 위하여 가장 적당한 것으로 판명되었다. 비록 커버 부재(130)과 접착하기 위해 사용될 수 있는 벽의 상단부 영역을 최대화하도록 수 개의 패스들(passes)의 레이저 빔(또는 단일 패스의 광폭 레이저 빔)이 벽의 상면 전체로부터 물질을 제거하는데 사용될 수 있지만, 도 7은, 벽의 상단부를 따라 이어지는 좁은 밴드 위로 물질을 제거하는 것을 예시한다.
각 벽의 양측의 전극들(190', 190")을 분리하도록 각 압전 액츄에이터 벽(13)의 상면(13')으로부터 도전성 물질을 제거하는 것에 더하여, 각 전극(190', 190")을 위한 각 도전성 트랙들(192', 192")을 한정하도록 도전성 물질은 기판(86)의 표면으로부터 또한 반드시 제거되어야 한다. 압전 물질(100)과 기판(86) 사이의 천이부에서, 압전 물질(100)의 끝 표면은 참조 부호 195로 지시된 바와 같이 각이 지거나 모따기된다. 공지된 바와 같이, 이는, (점선 197로 지시된 종류의) 직각 커팅에 비하여, 빔을 기울일 필요 없이 - 화살표 196으로 묘사된 - 증발용 레이저 빔이 도전성 물질에 부딪쳐 도전성 물질을 제거할 수 있게 하는 장점을 가진다. 바람직하게는, 챔퍼(195)는, 압전층(100)이 기판(86)에 부착되고 나서 전형적으로 300㎛의 두께를 가지고 세라믹과 유리로 형성되며 손상에 취약한 채널 벽들이 형성되기 전에, 밀링에 의해 형성된다. 45°의 모따기각이 가장 적당한 것으로 알려졌다.
노즐열들이 독립적으로 작동될 수도 있도록 작동부들(140a)과 결합된 전극들 및 도전성 트랙들은 140b와 결합된 것들로부터 절연될 필요가 있다는 것이 인식되어야 한다. 비록 이 역시 2개의 압전 스트립을 사이에서 연장하는 기판(86)의 표면을 따른 레이저 "커팅"에 의해 달성될 수도 있지만, 전극 침착 공정 도중의 물리적 인 마스크의 사용 또는 방전 가공의 사용에 의해 훨씬 간단하게 달성된다.
또한, 본 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 각 채널의 베이스에 잉크 분사 구멍들(96a, 96b)을 형성하도록 레이저 가공이 이어지는 단계에서 사용될 수 있다. 이러한 구멍들은 잉크 분사 노즐로서 직접 작용할 수도 있다. 대안적으로, 구멍들(96a, 96b)과 소통하는 노즐들을 가지며, 그렇지 않으면 노즐들이 채널의 세라믹 또는 유리 베이스에 직접 형성될 수도 있는 우수한 품질의 별도판(미도시)이 기판(86)의 저면에 접착될 수도 있다. 적절한 기술들은, 특히 노즐판의 부착 후 원래 장소에 노즐들을 형성함으로써 각 노즐의 각 채널과의 정합을 단순화시키는 기술을 개시하는 WO93/15911로부터 잘 알려져 있다.
레이저에 의해 한정된 도전성 트랙들(192', 192")은 천이 영역(195)으로부터 기판의 양측에 위치된 집적 회로들(84)까지 줄곧 연장할 수도 있다. 대안적으로, 레이저 트랙 한정 공정은 압전 물질의 바로 인접 영역까지로 제한되고, 다른 - 예를 들어 포토리소그래픽 - 공정이 레이저로 한정된 트랙들을 집적 회로들(84)과 접속시키는 도전성 트랙들을 더 한정하는데 사용될 수도 있다.
성립된 타일 전기적 접속들을 가지는 것은, 커버 부재(130)를 기판(86)의 표면에 (예를 들면, 오프셋 방법을 이용하여) 끈끈하게 접착하도록만 유지된다 . 이 커버는 몇 가지 기능들을 수행한다: 첫 번째로 압전 물질의 작용 및 그 결과에 의한 벽의 휨이 채널 부분들에 압력 펄스를 발생시켜 각 구멍을 통한 미세방울의 분사를 일으키도록 커버는 압전 물질을 통합하는 부분들(140a, 140b)을 따라 각 채널을 폐쇄한다. 두 번째로, 커버와 기판은 작동 채널부들(140a, 140b)의 각 열의 양 측을 따라 연장하고 그것을 통해 잉크가 공급되는 덕트들(150a, 150b, 150c)을 그 사이에 한정한다. 또한, 덕트들(150a, 150b, 150c)과 잉크 시스템의 각 부분들을 연결하는 포트들(88, 90, 92)이 커버에 형성된다. 분사된 잉크를 보충하는 것에 더하여, 본 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 이러한 시스템은 또한 열, 먼지, 및 기포를 제거하기 위한 목적으로 (화살표 112로 지시된 바와 같이) 채널들을 통해 잉크를 순환시킬 수도 있다. 커버의 마지막 기능은 프린트헤드의 잉크 수용부를 외부 세계 및 특히 전자 부품들(84)로부터 밀폐하는 것이다. 비록 접착 필릿들과 같은 부가적인 방법이 채용될 수 있지만, 이는 기판(86)과 커버 리브(132) 사이의 접착 본드에 의해 충분히 달성될 수 있는 것으로 알려졌다. 대안적으로, 커버 리브가 적절한 형상의 개스킷 부재로 대체될 수도 있다.
넓게 표현하면, 도 5의 프린트헤드는 연속적이고 평평한 표면을 가지는 제 1 층; 상기 연속적이고 평평한 표면에 접착되는 압전 물질로 된 제 2 층; 접착된 제 1 및 제 2 층들을 통해 연장하는 적어도 하나의 채널; 채널의 길이 방향을 따라 이격된 제 1 및 제 2 부분들을 가지는 상기 제 2 층; 및 상기 제 2 층의 상기 제 1 및 제 2 부분들로 한정되는 채널의 채널부의 축선과 평행하게 놓인 모든 측면들을 폐쇄하도록 기능하는 제 3 층을 포함한다.
채널벽들을 변위시킬 필요가 있는 채널의 "구동"부들에 압전 물질을 사용하는 것을 제한하는 것은 비교적 비싼 물질을 이용하는 효과적인 방법이라는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 압전 물질과 관련된 커패시턴스는 최소화되어, 구동 회로의 부하 - 및 그에 따른 비용 -이 감소된다.
도 5 및 도 6의 프린트헤드가 구동 전기장의 적용에 응답하여 벽의 일부분만 비틀리는 "캔틸레버"형 액츄에이터 벽들을 채용하는 것에 반하여, 도 8 및 도 9에 도시된 프린트헤드의 액츄에이터 벽들은 그 전체 높이가 갈매기 형상으로 능동적으로 비틀린다. 잘 공지되고 도 8에 도시된 바와 같이, "갈매기형" 액츄에이터는 (화살표로 지시된 바와 같이) 반대 방향으로 극성화된 상측 및 하측 벽부분들 250, 260 및 벽의 전체 높이에 걸쳐 단방향 전기장을 가하기 위한 대향 표면들 상의 전극들 190', 190"를 가진다. 전기장을 받을 때 벽이 비틀리는 대략적인 형상은 도 8의 오른쪽에 점선(270)으로 과장되어 도시되어 있다.
이러한 "갈매기형" 액츄에이터 벽을 제조하는 다양한 방법들은, 예를 들어 EP-A-0277703, EP-A-0326973, 및 WO92/09436으로부터, 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 도 9 및 도 10의 프린트헤드에 대하여, 압전 물질로 된 두 시트들은 그 극성화 방향들이 서로 마주보도록 우선 정렬된다. 그리고 나서, 도 5에 관해 이미 설명된 바와 같이, 시트들은 함께 적층되어 스트립들로 커팅되며, 최종적으로 비구동 기판(86)에 접착된다.
액츄에이터 벽의 전체 높이가 압전 물질로 한정되는 것의 한 결과는 벽-한정 그루브들을 불활성 기판(86)에 쏘잉할 필요가 없다는 것이다. 물론, 그렇지 않으면 미세방울의 분사 속도를 감소시킬 손실들을 최소화하도록 노즐들(96a, 96b)의 길이가 최소로 유지될 필요성은 남아 있다. 이 때문에, 기판은 도 9에 도시되고 쏘잉, 그라인딩, 및 몰딩에 의해 유리하게 형성되는 바와 같은 호(300)에 의해 국부적으로, 또는 도 10에 따라 전체적으로 두께가 감소될 수 있다. 두 장치들은 모두 압전 스트립들을 형성하는데 사용되는 (점선(320)으로 개략적으로 도시된) 디스크 커터를 위한 자유 통로를 제공할 필요가 있다.
그리고 나서, 채널 형성에 이어서 그리고 본 발명에 따라, 도전성 물질이 침착되고 전극들/도전성 트랙들이 한정된다. 도시된 예들에 있어서, 압전 스트립들(110a, 110b)은, 상술된 바와 같이, 레이저 패터닝이 용이하도록 모따기된다. 또한, 노즐 구멍들(96a, 96b)은 각 채널을 따라 두 지점에 형성된다.
최종적으로, 잉크 분사를 위한 폐쇄된 "구동" 채널 길이부들을 형성하도록 커버 부재(130)는 채널 벽들의 상단부에 접착된다. 도 9의 프린트헤드에 있어서, 채널열을 따라 잉크를 분배하기 위해 필요한 공극들(150a, 150b, 150c)이 커버 부재(130)의 저면(340)과 호(300)의 표면(345) 사이에 한정되기 때문에, 커버 부재는 잉크 공급 포트들(88, 90,92)이 형성된 단순하고 평평한 부재를 포함하기만 할 필요가 있다. 채널의 밀폐는 커버(130)의 저면(340)과 기판의 상측면 사이의 점착 본드(미도시)에 의해 참조부호 330에서 달성된다. 넓게 표현하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 프린트헤드는 비구동 물질로 된 제 1 층; 채널들이 형성된 제 1 및 제 2 부분들을 포함하고 이격된 관계로 제 1 층에 접착되는 압전 물질로 된 제 2 층; 채널들의 축선과 평행하게 놓인 모든 측면들에서 채널들을 폐쇄하도록 기능하는 제 3 층; 및 제 2 층의 상기 부분들에 있는 상기 채널들로부터 잉크를 분사하기 위하여 제 1 층에 형성된 출구들을 포함한다.
도 10의 실시예에 있어서, 호(300)없이 형성된 기판(86)의 단순함은 잉크 공급 덕트들(150a, 150b, 150c)을 한정하도록 커버(130)에 (예를 들어, 돌출 리브(360)에 의해 한정된) 호와 같은 구조(350)를 형성할 필요성에 의해 상쇄된다.
도 11의 실시예를 살펴보면, 이는 또한 단순한 기판(86)과 훨씬 복잡한 커버(130)의 조합을 채용한다. 이 경우에 있어서, 복합 구조는 이격 부재(410)과 평평한 커버 부재(420)으로 만들어진다. 그러나, 이전의 실시예들과 달리, 잉크 공급 포트들(88, 90, 92)가 형성된 것은 커버가 아니라 기판(86)이며, 미세방울 분사용 구멍들(96)이 형성된 것은 기판이 아니라 커버(130)이다. 도시된 예에 있어서, 이 구멍들은 평평한 커버 부재(420)에 부착된 노즐판(430)에 형성된 노즐들과 소통한다.
도 12는 커버측으로부터 본 도 11의 프린트헤드의 일부 절개 사시도이다. "갈매기형"의 극성화된 압전 적층물로 된 스트립들(110a, 110b)은 기판(86)에 접착되었고, 이어서 채널들을 형성하도록 커팅되었다. 그리고 나서, 연속층의 도전성 물질이 스트립들 및 기판의 부분들에 침착되었으며, 전극들과 도전성 트랙들이 본 발명에 따라 그 위에 한정되었다. 도 5 및 도 6에 관해 설명된 바와 같이, 스트립들은 이 천이 영역에 레이저 패터닝하는 것을 돕도록 양측부(195)에서 모따기 가공된다.
도 13은 도전성 트랙들(192)이 훨씬 상세하게 도시되도록 이격 부재(410)가 제거된 확대도이다. 명료성을 이유로 도시되지는 않았으나, 도전성 트랙들은, 채널(7)처럼, 프린트헤드의 전체 폭을 가로질러 연장하는 것을 알 수 있을 것이다. 각 스트립에 인접한 기판의 영역(스트립 110b에 관해 화살표 500으로 지시됨)에서, 트랙들은, 각 채널의 마주보는 벽들 상에 있으며 동일한 제조 단계에서 침착된 전 극들(미도시)과 이어진다. 이는 본 발명에 따른 효과적인 전기적 접촉을 제공한다.
그러나, 참조부호 510으로 도시된 바와 같은 기판의 다른 부분에서, 예를 들면 포토리소그래픽과 같은 통상의 기술들이 채널 전극들로부터 집적 회로들(84)까지 이르는 트랙들(192)과 전력, 데이터, 및 다른 신호들을 집적 회로들로 전달하는 다른 트랙들(520)을 한정하는데 사용될 수 있다. 이러한 기술들은 도전성 트랙들이 잉크 공급 포트들(92) 주위를 우회하며 이러한 기술들이 사용되지 않는다면 복잡한 레이저 위치 제어가 필요한 영역에서 특히, 훨씬 비용 효과적일 수도 있다. 바람직하게는, 잉크 공급 포트들(88, 90,92)이 (예를 들면, 레이저에 의해) 드릴링되고 압전 스트립들(110a, 110b)이 부착되고 모따기 가공되며 쏘잉되기 전에 트랙들은 알루미나 기판에 형성된다. 스트립들에 인접한 영역에 도전성 물질이 침착되는 것에 이어서, 각 트랙이 각 트랙과 대응하는 채널 전극에만 접속되고 다른 전극에는 접속되지 않는 것을 보증하도록 레이저가 사용될 수 있다.
그리고 나서, 전극들 및 트랙들 모두, 예를 들어 WO95/07820에 따라 침착된 실리콘 질화물을 이용한, 패시베이션이 필요할 것이다. 이는 전기장들과 잉크의 결합 효과들에 의한 부식(이격 부재(410)의 내부 형상(430)에 의해 한정된 영역 내에 수용된 모든 도전성 물질은 잉크에 노출된다는 것을 알 수 있을 것이다)을 방지할 뿐만 아니라, 각 벽의 반대측면들의 전극들이 평평한 커버 부재(430)에 의해 단락되는 것을 방지한다. 커버와 이격기는 모두, 프린트헤드의 다른 부분에 사용되는 알루미나와 유사한 열팽창 특성을 가지는 것에 더하여, 예를 들면 에칭, 레이저 커팅, 또는 펀칭에 의해 고정확도로 용이하게 가공될 수 있는, 몰리브덴으로 만들어 지는 것이 바람직하다. 이는 미세방울 분사용 구멍을 위하여, 그리고, 더 적은 정도로는 물결 형상을 가지는 기포 트랩 회피성의 이격 부재(410)의 내부 형상(430)을 위하여 특히 중요하다. 각 잉크 포트(92)의 가장자리와 정렬되거나 가장자리 위에 놓이도록 물결 형상의 골(440)을 위치시키는 것에 의해 기포 트랩들은 더 회피된다. 물결 형상의 마루(450)는 유사하게
채널들로의 잉크 흐름에 영향을 주지않고 기포 트랩들의 회피를 보증하도록 인접한 스트립(110a, 110b)으로부터 일정 거리 - 전형적으로는 3mm이며, 각 스트립(110a, 110b)의 폭의 대략 1.5배 -에 놓이는 치수를 가진다.
이어서, 이격 부재(410)는 점착제 층에 의해 기판(86)의 상측면에 고착된다. 기본적인 고착 기능에 더하여, 이 층은 또한 기판의 도전성 트랙들 사이의 보완적인 전기적 절연을 제공한다. 노치(440)와 같은 정합 형태들은 올바른 정렬을 보증하는데 사용된다.
별도로 또는 서로 조립되고 나서 점착적으로 부착되는 마지막 두 부재들은 평펑한 커버 부재(420)과 노즐판(430)이다. 노즐판에 형성된 노즐들과 채널들 자체 사이의 올바른 정합을 보증하도록 광학 수단이 채용될 수도 있다. 대안적으로, 예를 들어 WO93/15911으로부터 공지된 바와 같이, 노즐판이 원 위치에 있고 나서 노즐들이 형성될 수도 있다.
또다른 특징이 도 6b의 참조 부호 194에 의해 지시된 영역을 상세하게 도시한 도 14에 도시되어 있다.
압전층(100)과 기판(86) 사이의 결합이 생성되는 도중 점착제가 짜내어 질 때 생성되는 필릿(550)은 상술된 바와 같이 층의 끝 표면에 모따기부(195)가 형성될 때 유지되는 것이 바람직하다. 이어서 이 점착성 필릿은 조립체에 도금전 세정 단계(예를 들어 플라즈마 에칭)가 실시될 때 노출되고, 전극 물질(190)을 위한 훌륭한 키를 그렇지 않으면 도금이 실패하기 쉬운 영역에 제공한다.
도 15를 참조하여 다른 변형예를 설명한다. 이미 상술한 바와 같이, 채널 벽들을 위한 압전 물질은 각각 넓은 어레이의 채널들을 위하여 필요한 방향(W)으로 다른 스트립들과 맞대어지는 2개의 스트립들(110a, 110b)로 만들어지는 층(100)에 통합된다. 액츄에이터가 "캔틸레버"형인지 "갈매기"형인지에 따라 압전층은 일 방향 또는 (반대인) 두 방향으로 극성화되며, 후자의 경우 압전층은, 도 15에서 600 및 610으로 도시된 바와 같이, 함께 적층되고 반대 방향으로 극성화된 2 개의 시트로부터 형성될 수도 있다. 상대적인 정위가 용이하도록, 스트립들(110a, 110b)은 가교편(620)에 의해 함께 연결되고, 가교편은 스트립(100)과 기판(86)이 점착제를 이용하여 함게 접착되고 나면 일어나는 모따기 단계에서 제거된다.
또 다른 변형예가 도 16에 도시되어 있다. 여기서, 집적 회로(84)는 기판(86)에 장착되지 않고, 단일층 또는 다수층일 수도 있는 보조 기판(700)에 장착된다. 기판(86)은 보조 기판(700) 및 기판 (86)의 도전성 트랙들과 집적 회로의 핀들을 접속하는 와이어 본드들(702)에 적절하게 접착된다. 또한, 그리고 나서, 와이어 본드(704)는 집적 회로를 보조 기판(700) 상의 패드(708)와 상호접속시킨다.
본 발명은 여기에 포함된 도면들과 관련하여 설명되었지만, 이러한 실시예들 에 한정되지 않는다. 특히, 본 기술은 다양한 폭과 해상도의 프린트헤드들에 적용될 수 있으며, 페이지폭의 이중열은 많은 적당한 구성들 중 하나일 뿐이다. 예를 들어 둘 이상의 열들을 가지는 프린트헤드들은 전자 산업의 다른 분야에서 널리 공지된 바와 같은 다중 층들에 사용되는 트랙들을 이용하여 용이하게 구현될 수 있다.
언급된 모든 문서들, 특히 특허 출원들은 참조에 의해 본 출원에 통합된다.

Claims (22)

  1. 각각 채널 표면을 갖는 다수의 채널들을 가지며 압전 물질로 된 몸체와, 베이스를 포함하며, 몸체는 불연속성이 없는 베이스의 표면에 부착되는 미세방울 침전 장치의 구성 요소를 제조하는 방법으로서;
    상기 베이스의 표면에 몸체를 부착하는 단계;
    각 채널 표면에는 전극을 제공하고 베이스의 상기 표면에는 전극과 일체로 접속되는 도전성 트랙을 제공하도록 상기 채널 표면들 중 적어도 한 표면 위 및 상기 베이스의 표면 위로 연속적으로 연장하도록 도전성 물질층을 침작하는 단계; 및
    하나 이상의 집적회로들과의 접속을 제공하도록 상기 트랙을 사용하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상이한 채널들을 위한 것으로 전기적으로 서로 절연되는 전극들을 한정하도록 도전성 물질층의 영역들을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 전기적으로 서로 절연되는 도전성 트랙들을 한정하도록 도전성 물질층의 영역들을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 도전성 물질층의 상기 영역들은 도전성 물질의 국부적인 증발을 통해 제거되는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 도전성 물질들은 레이저 빔의 사용을 통해 증발되는 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 스트립 형태의 도전성 물질이 이웃하는 채널들 사이에서 한정되는 몸체의 영역으로부터 제거되는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 층은 상이한 채널들을 위한 전극들을 한정하도록 임의의 패턴으로 침착되며, 전극들은 전기적으로 서로 절연되는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 층은 전기적으로 서로 절연되는 다수의 상기 도전성 트랙들을 한정하는 패턴으로 침착되는 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 침착된 도전층의 패터닝은 마스킹의 사용을 통해 달성되는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 몸체는 몸체의 채널들이 형성되기 전에 베이스에 부착되는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 채널들은 몸체의 영역들을 제거하는 것을 통해 형성되는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 몸체의 영역들을 제거하는 단계는 서로 분리되고 압전 물질로 된 분리벽들을 한정하도록 실시되는 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 몸체의 영역들을 제거하는 단계는 또한 베이스의 영역들을 제거하도록 실시되는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 몸체와 베이스 위에 각각 덮어씌워지고 둔각으로 만나는 침착된 도전성 물질층의 영역들을 제공하도록 베이스 부근이 모따기되는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 몸체는 점착제를 통해 베이스에 부착되며, 침착된 도전성 물질층의 키로서 기능하는 필릿 형태의 상기 점착제가 몸체와 베이스 사이에 한정되는 방법.
  16. 각각 채널 표면을 가지는 다수의 채널들이 형성되고 압전 물질로 된 몸체; 및 불연속성이 없는 베이스 표면을 가지는 별도의 베이스를 포함하는 미세방울 침전 장치용 구성 요소로서; 몸체가 상기 베이스 표면에 부착되고, 도전성 물질층이 상기 채널 표면들 및 상기 베이스 표면 위로 연속적으로 연장함으로써, 각 채널 표면상의 전극 및 상기 베이스 표면상에서 전극에 접속된 각각의 도전성 트랙을 한정하며, 상기 트랙은 하나 이상의 집적회로들과의 접속을 제공하는 구성 요소.
  17. 제 16 항에 있어서, 집적 회로가 베이스에 놓이고, 상기 도전성 트랙들은 전극들과 집적 회로 사이의 전기적 상호접속을 제공하도록 기능하는 구성 요소.
  18. 제 16 항에 있어서, 베이스 표면은 평평한 구성 요소.
  19. 제 16 항에 있어서, 몸체는 둔각으로 베이스에 인접하는 구성 요소.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 베이스는 알루미늄 질화물, 알루미나, 인바, 또는 유리로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 물질로 형성되는 구성 요소.
  21. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 도전성 물질은 구리, 니켈, 금 및 이들의 합금들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 구성 요소.
  22. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 도전성 물질은 비전기적 도금을 통해 침착되는 구성 요소.
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