KR100773257B1 - 잉크 젯 프린트 헤드, 그 제조 방법, 및 압전 세라믹 패턴 - Google Patents

잉크 젯 프린트 헤드, 그 제조 방법, 및 압전 세라믹 패턴 Download PDF

Info

Publication number
KR100773257B1
KR100773257B1 KR1020017012335A KR20017012335A KR100773257B1 KR 100773257 B1 KR100773257 B1 KR 100773257B1 KR 1020017012335 A KR1020017012335 A KR 1020017012335A KR 20017012335 A KR20017012335 A KR 20017012335A KR 100773257 B1 KR100773257 B1 KR 100773257B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
piezoelectric ceramic
bonding material
bonding
ink
ultrasonic
Prior art date
Application number
KR1020017012335A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20010113864A (ko
Inventor
르휴피.
르호이피.
르탄피.
트란린비.
Original Assignee
피코제트, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 피코제트, 인코포레이티드 filed Critical 피코제트, 인코포레이티드
Publication of KR20010113864A publication Critical patent/KR20010113864A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100773257B1 publication Critical patent/KR100773257B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1626—Manufacturing processes etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/06—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering making use of vibrations, e.g. supersonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B23K35/262—Sn as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1607—Production of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/161—Production of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1623—Manufacturing processes bonding and adhesion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1626—Manufacturing processes etching
    • B41J2/1629—Manufacturing processes etching wet etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1631—Manufacturing processes photolithography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1632—Manufacturing processes machining
    • B41J2/1634—Manufacturing processes machining laser machining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
    • B41J2/1642—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by CVD [chemical vapor deposition]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
    • B41J2/1643—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by plating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
    • B41J2/1646—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by sputtering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/001—Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2002/14306—Flow passage between manifold and chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14419—Manifold
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/4913—Assembling to base an electrical component, e.g., capacitor, etc.
    • Y10T29/49144—Assembling to base an electrical component, e.g., capacitor, etc. by metal fusion
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/49147—Assembling terminal to base
    • Y10T29/49149—Assembling terminal to base by metal fusion bonding
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/494—Fluidic or fluid actuated device making
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49401—Fluid pattern dispersing device making, e.g., ink jet

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

본 발명의 압전 세라믹 잉크 젯 프린트 헤드는 초음파 접합 프로세스에 의해 제조된다. 잉크 젯 프린트 헤드의 다수의 개선된 특징적 형상들은 초음파 접합 기술을 사용하는 보다 비용 효율적인 접합 프로세스와, 개선된 압전 세라믹 구조 소자 패턴과, 개선된 프린트 헤드와 압전자간의 전기 접점을 포함한다. 또한, 금속성 대상물들을 결합하기 위한 초음파 접합 프로세스도 포함되어 있다.
초음파 접합, 금속판, 압전 세라믹, 레이저, 프린트 헤드

Description

잉크 젯 프린트 헤드, 그 제조 방법, 및 압전 세라믹 패턴{A process of ultrasonic bonding of metallic surface, an ink jet print head composed of ultrasonic bonded metallic surface, and a method of cutting piezoelectric ceramic crystal}
본 발명은 초음파 접합 프로세스에 의해 제조된 압전 세라믹 잉크 젯 프린트 헤드를 제공한다. 특히, 본 발명은, 초음파 접합 기술을 사용한 보다 비용 효율적인 접합 프로세스와, 개선된 압전 세라믹 결정 패턴과, 개선된 프린트 헤드-압전 전기 접점을 포함하는, 다수의 개선된 특성들을 갖는 잉크 젯 프린트 헤드를 제공한다. 부가적으로, 본 발명은 초음파 에너지로 금속성 대상물들을 결합하는 초음파 접합 프로세스를 제공한다.
금속판들을 결합하는 작업은 일반적으로 용접이나 납땜 프로세스를 통해 수행되어 왔다. 그러나, 이런 프로세스들은 대상물의 표면 특성을 변경하거나, 과다한 접합 재료들을 제공하게 되고, 이 잉여 접합 재료들은 성형된 대상물에 영향을 미치거나, 성형된 대상물 외측으로 누출될 수 있다. 따라서, 본 기술 분야에서는 접합 재료를 누출시키거나 표면 특성을 변경시키지 않고, 높은 정밀도를 가진 방식으로, 금속, 특히, 금속판들을 결합하는 보다 양호한 프로세스를 제공할 필요가 있다. 또한, 본 기술 분야에서는 특히, 잉크 젯 프린트 헤드의 조립체에서, 이런 접합 프로세스를 개선할 필요가 있다. 하기의 본 발명은 이 요구사항들을 주안점으로 하여 이루어진 것이다.
잉크 젯 인쇄는 잉크 방울(droplet)이 미소 개구로부터 매체상의 특정 위치에 직접적으로 분사되어 이미지를 생성하는 비충격식 도트 매트릭스 인쇄 기술(non-impact dot matrix printing technology)이다. 액체류(liquid stream)를 방울들로 파쇄하는 메카니즘은 아날로그 전압 신호를 위한 최초의 상업적 잉크 젯 챠트 기록기(ink jet chart recorder)들 중 하나인 밍고그래프(Mingograph)의 도입(introduction)을 가능하게 하였다. 1960년대 초에, 스위트 오프 스탠포드(Sweet of Dtanford))는 오리피스에 압력파를 적용함으로써, 잉크류(ink stream)를 균일한 치수와 간격의 방울들로 파쇄할 수 있다는 것을 예증하였다. 방울 파쇄 메카니즘이 제어될 시에, 연속적인 잉크류로부터 방울들이 형성되어 나올 때, 선택적으로 신뢰성있게 상기 방울들에 전하를 인가할 수 있다. 하전된 방울들은 전계를 통과할 때에 재순환을 위한 거터(gutter)내로 편향되게 되고, 하전되지 않은 방울들은 직접적으로 상기 매체상에 날아가서 이미지를 형성한다. 이 프로세스는 연속 잉크 젯(continuous ink jet)이라 공지되어 있다. 1970년대까지, IBM 4640 잉크 젯 프린터가 워드 프로세싱 프린터로서 보급되었다.
잉크 젯 시스템들, 특히, 드롭-온-디멘드(drop-on-demand) 잉크 젯 시스템들이 본 기술 분야에 널리 공지되어 있다. 충격식(impulse) 잉크 젯의 기본 원리는 잉크 챔버내에서 잉크가 변위(displacement)되고, 순차적으로, 잉크 챔버로부터 노즐을 통해 잉크 방울들이 방출되는 것이다. 잉크 챔버내에서 잉크를 변위시키기 위해 구동 메카니즘이 사용된다. 상기 구동 메카니즘은 얇은 다이아프램에 접합된 압전 재료와 같은, 트랜스듀서라고도 지칭되는 액츄에이터로 구성되는 것이 일반적이다. 전압이 액츄에이터에 적용될 때, 액츄에이터는 그 평면 치수를 변화시키려하지만, 다이아프램에 견고하게 강성적으로 부착되어 있기 때문에 벤딩(bending; 굽힘)이 발생된다. 이 벤딩은 잉크 챔버내의 잉크를 변위시켜서, 잉크가 잉크 공급원으로부터 입구를 통해 잉크 챔버로 유동하고, 출구 및 통로를 통해 노즐로 유동하는 것을 유발한다. 일반적으로, 다수의 노즐들이 밀집 패킹된 어레이(densely packed array)로 위치될 수 있게 하는 기하학적 형상을 채용하는 것이 적합하다. 그러나, 특히, 콤팩트 잉크 젯 어레이 프린트 헤드들을 고려할 때, 잉크 챔버들 및 연계된 노즐들에 대한 잉크 챔버 연결부의 배열은 간단한 사항이 아니다. 잉크 방울들을 효과적으로 방출(expel)하기 위해 요구되는 액츄에이터의 비교적 큰 크기는 잉크 젯 어레이 프린트 헤드의 패킹 밀도를 제한하는 주된 문제점이다.
잉크 젯 어레이의 패킹 밀도를 증가시키기 위한 다른 장치 및 방법은 액츄에이터와 같은 전왜(electrostrictive) 재료를 사용하는 것이다. 특히, 미국 특허 5,087,930호는 긴밀하게 이격 배치된 노즐들의 어레이를 가진 콤팩트 잉크 젯 프린트 헤드를 개시하고 있고, 이들 노즐은 오프셋 채널에 의해 밀집 패킹된 잉크 압력 챔버들로부터 잉크를 공급받는다. 상기 오프셋 채널과 압력 챔버들에 연결된 잉크 공급구들은 어레이의 잉크 젯 노즐들에 균일한 작동 특성을 제공하도록 설계되어 있다. 압력 챔버들의 패킹 밀도를 향상시키기 위해서, 오프셋 채널 및 압력 챔버에 연결된 잉크 공급 채널은 압력 챔버들과 노즐들 사이의 평면에 배치된다. 잉크 젯 프린트 헤드는 기계 가공이나 다른 금속 가공을 필요로하지 않고 포토 패터닝(photo-patterning) 및 에칭 프로세스에 의해 형성되는 노즐 형성판을 제외한 모든 형상들을 가진 복수개의 판들로부터 조립된다.
압력 챔버는 리드 지르코네이트 티타네이트("PZT")와 같은 압전 세라믹을 사용하는 잉크 젯 액츄에이터들에 의해 구동된다. 압력 챔버로부터 노즐 외측으로 잉크를 변위시키기 위해서는 PZT 액츄에이터로부터의 소정량의 기계적 변위가 필요하다. 상기 변위는 PZT 액츄에이터의 크기, 형상 및 기계적 활성도(activity) 수준과; 다이아프램 크기, 재료 및 두께와; 액츄에이터와 다이아프램 사이의 접합부의 경계 상태(boundary condition)를 포함하는 몇가지 인자(factor)들의 함수이다.
PZT는 기계적 활성도를 가능하게 하기 위해 영구적으로 분극(polarize)되고, 상기 기계적 활성도는 분극 수준과 재료 특성에 의존한다. PZT를 분극하기 위해서, PZT내의 도메인들이 전계와 정렬하도록 배향되게 전계가 적용된다. 전계 강도의 함수로서의 분극량은 비선형적이고, 포화 레벨을 갖는다. 분극 전계가 제거되었을 때, PZT 도메인들은 정렬된 상태로 잔류하여, 잔류 분극(remnant polarization)이라 지칭되는 순분극(net polarization)이 형성된다. PZT 도메인들의 정렬은 재료의 치수 변화를 유발한다. 전계의 후속하는 적용은 적용된 전계의 강도에 관하여 선형적인 치수 변화를 유발한다.
불행하게도, PZT는 시간에 걸쳐 그 기계적 활성도를 감소시킬 수 있는 다수의 특성들을 가진다. 예로서, 초기 잔류 분극에 대향한 방향으로 전계를 적용하는 것은 분극량의 감소를 유발할 수 있다. 유사하게, 분극에 대향하는 방향으로의 적용된 전계의 주기적 변화들은 누적적으로, 그리고 연속적으로 분극을 열화시킬 수 있다.
PZT는 퀴리점(Curie point)이라 지칭되는 특성을 가지며, 상기 퀴리점은 재료내의 잔류 분극이 0이 되는 온도이다. PZT 재료가 전체적으로 균일하지 않기 때문에, 전체가 아닌 일부의 분극을 잃게 되는 온도 범위가 있다. 분극 손실은 일순간에 발생되는 것이 아니며, 따라서, 초과되어서는 안되는 시간-온도 수준이 정의된다.
PZT 액츄에이터는 디스크 및 직사각형 블록을 포함하는 다양한 형상들을 갖는다. 분극은, PZT 재료가 이방성이고, 그래서, 다수의 "d" 상수들이 각 형상에 대해서 정의될 수 있으며, 각 "d" 상수가 분극과, 적용된 전계의 특정 방향에 대한 특정 치수 변화에 관련한 것을 보증한다. 대표적으로, 디스크형 액츄에이터에서, 통상적으로 사용되는 "d" 상수는 "d.sub.-" 상수이며, 이는 전계가 분극 방향으로 적용될 때, 분극 방향에 수직인 변형(strain)의 척도이다. 변형은 d.sub.31(d31)이 음이기 때문에, 액츄에이터에서 반경방향 수축으로 나타난다. 높은 d.sub.31 값은 높은 기계적 활성도의 지표이며, 높은 패킹 밀도를 가진 효율적인 잉크 젯 어레이를 제조하기에 적합하다. d.sub.31 값의 안정성은 연장된 시간 주기에 걸쳐서 일정한 잉크 젯 성능을 유지하는데 필요하다.
프린트 헤드 제조 동안 PZT 액츄에이터 분극을 유지하는 것은 하기 이유로 인하여 어렵다. 디스크가 분극되기 이전에 디스크가 다이아프램에 접합되는 경우에, 디스크가 분극될 때 현저한 영구 변형이 발생된다. 영구 변형은 디스크를 균열시키고, 액츄에이터 구조를 파괴하기에 충분한 크기일 수 있다. 따라서, 디스크는 접합 이전에 분극화되어야만 하고, 이는 상술한 퀴리점 문제로 인하여, 접합 중에 허용 시간 및 온도가 엄격하게 제한되고, 그에 의해, 유기 접착제와 같은 재료에 접합이 제한된다. 이런 접착제는 상승된 온도에서 시간에 따라 열화된다. 상 변화(phase-change) 잉크 젯 프린팅은 프린트 헤드로부터의 잉크를 분출하기 위해 고체 잉크를 용해시키기 위해 상승된 온도를 필요로 한다. 따라서, 상 변화 잉크 젯 성능은 접착제의 열화 때문에 시간에 따라 변화될 수 있다. 또한, 연장된 시간 주기에 걸쳐 PZT 재료 "d" 상수를 유지하기 위해서는 전계 강도가 제한되어야만 한다. 불행하게도, 전계 강도를 제한하게 되면 액츄에이터로부터 이용가능한 기계적 활성도의 양이 제한된다. 따라서, 본 기술 분야에서는 잉크 젯 프린터 헤드 조립체의 비용을 저하시킬 필요와, 접착제로 조립되었을 때, 보다 양호한 내구성을 제공할 필요가 있다.
압전 세라믹 잉크 젯 방법에서, 압전 세라믹 재료의 변형은 압력 챔버내의 잉크 용량 변화를 유발하여 노즐을 항해 전달되는 압력파를 발생시킨다. 이 음향 압력파는 작은 노즐내의 점성 압력 손실과, 잉크 매니스커스(meniscus)로부터의 표면 장력을 극복하여, 노즐에 잉크 방울이 형성되기 시작할 수 있다. 방울이 형성되었을 때, 압력은 기록매체를 향해 방울을 추진하기에 충분하여야만 한다. 일반적으로, 압전 드라이버의 변형은 미크론 단위 이하의 크기이다. 방울 형성을 위해 충분히 큰 잉크 체적 변위를 갖도록 하기 위하여, 압전 드라이버의 물리적 크기가 잉크 오리피스의 크기 보다 더 커지는 경우가 빈번하다. 따라서, 본 기술 분야에서는 압전 세라믹 잉크 젯 프린트 헤드의 소형화에 대한 지속적인 요구사항이 존재한다.
테크트로닉스 352 노즐(Tektronix 352 nozzle) 및 샤프 48 노즐(Sharp 48 nozzle) 프린트 헤드들은 모두 스테인레스 스틸 제트 적층체들로 제조된다. 이들 제트 적층체들은 다수의 광화학적으로 가공된 스테인레스 강판들로 구성되며, 이들은 매우 높은 온도에서 함께 접합 및 브레이징(brazed)된다. 특히, 테크트로닉스 적층체는 고온에서 금으로 접합되며, 샤프 적층체는 고온에서 니켈 금속간 접합체(nickel inter-metallic bond)로 접합된다. 금속간 접합은 두 개의 인접한 잉크 채널들 사이에서 또는 외부로의 잉크 누출을 방지하기 위해, 설계 성능 일관성과 기밀 밀봉성(hermetic sealing)을 위한 균일한 두께를 필요로 한다. 땜납(열 및 플럭스의 문제)과, 에폭시도 프린트 헤드를 제조하는 데 사용될 수 있다. 노즐의 수가 증가하고, 그 물리적 크기가 감소하며, 다수의 상이한 유체들을 분사하는 경향의 관점에서, 본 기술 분야에서는 다수의 잉크 조성물의 관점에서, 안정성을 개선하기 위해 프린트 헤드의 금속성 적층체들 사이에서 접합 완전성을 개선할 필요가 있다. 본 발명은 부분적으로 이 요구사항을 충족시키기 위해 이루어진 것이다.
본 발명은 금속성 표면 영역들을 초음파 접합하는 프로세스를 제공하고,
상기 프로세스(방법)는
(a) 접합될 금속성 표면 영역들의 접합될 표면들을 화학적으로 에칭하는 단계와,
(b) 접합될 금속성 표면에, 주석(Sn) 또는 주석 합금과, 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 인듐(In), 아연(Zn), 비스무스(Bi) 및 그 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된 임의의 다른 금속을 포함하는 금속성 조성물을 가지는 접합 재료의 균일한 코팅을 적용하는 단계와,
(c) 상기 금속성 표면들을 적합하게 조립하는 단계와,
(d) 상기 접합 재료의 용해 온도 보다 약 2℃ 내지 약 40℃ 낮은 온도로 상기 조립된 금속성 적층체를 가열하는 단계와,
(e) 일초 이상의 지속 기간동안 약 15 kHz 내지 약 40 kHz의 초음파 진동 주파수로 약 1.379 내지 4.137 MPa(200 내지 600 psi)의 접합 압력 범위로 초음파력을 적용하여, 초음파력이 접합 재료의 경계면에 형성된 산화물들을 파괴하고, 접합 재료를 액화하는 온도를 증가시키는 단계를 포함한다.
상기 접합 재료는 주석 단독이거나, 70중량% 이상의 농도의 주석과, 다른 구성요소로서 Ni를 가지는 조성물인 것이 적합하다. 초음파력의 주파수는 20 kHz이며, 상기 표면 영역에 적용되는 접합 압력(평방 인치 당)은 약 2.758 내지 3.103 MPa(400psi 내지 약 450 psi)인 것이 적합하다. 상기 표면 영역상에 적용되는 접합 압력은 약 2.910 Mpa(422 psi)인 것이 가장 적합하다.
본 발명은 개구들을 갖는 복수개의 내부 금속판들과, 함께 결합된 두 개의 외부판들을 구비하는 잉크 젯 프린트 헤드를 제공하고, 상기 잉크 젯 프린트 헤드에는 제 1 외부판이 압전 세라믹 재료에 부착되고, 제 2 외부판이 개구판이며, 잉크 채널들과 캐비티들이 상기 복수개의 내부판들 내에 형성되어 있고, 상기 판들은 초음파 접합 프로세스에 의해 함께 접합된다. 상기 잉크 젯 프린트 헤드를 초음파 접합하는 프로세스는
(a) 상기 판을 코팅하기 위해 에칭된 판에 접합 재료를 전기도금하는 단계로서, 상기 접합 재료의 두께는 약 0.76 미크론 내지 약 7.6 미크론이고, 상기 접합 재료는 주석(Sn) 또는 주석 합금과, 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 인듐(In), 아연(Zn), 비스무스(Bi) 및 그 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된 임의의 다른 금속를 갖는 금속성 조성물을 포함하는 전기도금 단계와,
(b) 잉크 젯 프린트 헤드 고정부를 형성하기 위하여 상기 판들을 조립하는 단계와,
(c) 상기 접합 재료의 용해 온도 보다 약 2℃ 내지 약 40℃ 낮은 온도로 상기 조립된 금속 적층체를 가열하는 단계와,
(d) 일초 이상의 지속 기간동안 약 15 kHz 내지 약 40 kHz의 초음파 진동 주파수로 약 1.379 내지 4.137 MPa(200 내지 600 psi)의 접합 압력 범위로 모든 직접적인 판대판(plate-to-plate) 접촉부들을 밀봉하기 위해 초음파력을 적용하여, 초음파력이 상기 접합 재료의 경계면에 형성된 산화물들을 파괴하고, 접합 재료를 액화하는 온도를 증가시키는 단계를 포함한다.
상기 판은 약 1.9 미크론 내지 약 3.2 미크론의 접합 재료 코팅을 가지는 것이 적합하다. 상기 접합 재료는 주석 단독이거나, 70중량% 이상의 농도의 주석과, 다른 구성요소로서 Ni를 가지는 조성물인 것이 적합하다. 초음파력의 주파수는 20 kHz이며, 상기 표면 영역상에 적용되는 접합 압력(평방 인치 당)은 약 2.758 내지 3.103 MPa(400 psi 내지 약 450 psi)인 것이 적합하다. 상기 표면 영역상에 적용되는 접합 압력은 약 2.910 Mpa(422 psi)인 것이 가장 적합하다.
본 발명은 팽창가능한 압전 세라믹 패턴과 함께 배치되는 복수개의 컷아웃 압전 세라믹 결정을 갖는 압전 세라믹 패턴을 부가로 제공하고, 상기 컷아웃 압전 세라믹 패턴 결정은 각진 코너들이 없는 형상이며, 상기 압전 세라믹 패턴은
(a) 복수의 회전 주기를 필요로 하는 절단 공정을 사용하고, 시작점과, 이 시작점을 초과하여 연장하는 정지점을 갖는 회전 주기(revolution)로 각진 코너들이 없는 형상을 추종(trace)하도록 프로그레밍된 레이저로 평탄한 압전 세라믹판을 절단하는 단계와,
(b) 각진 코너들이 없는 컷아웃 형상을 형성하기 위해 상기 복수의 회전 주기들 중 각 회전 주기의 시작점을 랜덤화하는 단계와,
(c) 압전 세라믹 패턴내에 각진 코너들이 없는 각 형상에 대하여 상기 절단 및 랜덤화 단계를 반복하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 제조된다.
상기 압전 세라믹 재료는 리드 지르코네이트 티타네이트인 것이 적합하다. 상기 압전 세라믹 재료는 약 50 미크론 내지 약 200 미크론의 두께를 갖는 판인 것이 적합하며, 약 75 미크론 내지 약 125 미크론의 두께를 갖는 판인 것이 가장 적합하다. 상기 레이저는 약 266 nm의 방사선 파장을 갖는 Nd:YAG 레이저인 것이 적합하다. 상기 압전 세라믹은 상기 압전 세라믹의 절단 패턴 바로 위에 정렬된 단자 범프(bump)들을 가지는 가요성 케이블을 부가로 포함하는 것이 적합하다. 상기 가요성 케이블은 폴리이미드에 매립된 구리 선을 포함하는 것이 가장 적합하다.
도 1은 본 발명의 압전 세라믹 프린트 헤드 제조 프로세스의 흐름도로서, 이 프로세스는 포토레지스트 마스크들이 생성되는 복수개의 금속판들로부터 시작되고, 제 1 단계는 판들을 화학적으로 에칭하여, 판들의 프린트 헤드 적층체의 최종 제품을 제조하며, 부가적으로, 인쇄 프로세스를 제어하기 위해 케이블이 최종적으로 연결되는 압전 세라믹 재료를 상기 적층된 판들에 부착하는 것을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 압전 프린트 헤드 디바이스의 개략도로서, 도면의 상부에는 각 제어 및 잉크 출구에 절단된 다수의 압전 세라믹 재료들을 갖는 다중 채널 프린트 헤드의 상면도를 도시하며, 도면의 하부에는 일 측면에서 잉크 입구 및 부가적인 잉크 매니폴드와 연통하고 다른 측면에서 잉크 출구와 연통하며 이 잉크 출구가 노즐을 형성하는 구멍과 최종적으로 연통하는 압력실이 압전 세라믹의 절단된 부분에 배치되어 있고, 잉크 매니폴드, 잉크 입구 및 잉크 출구 각각이 상기 판들의 컷아웃의 정렬에 의해 형성되는 프린트 헤드 적층체의 단면도를 도시하는 도면.
도 3은 초음파 접합 디바이스의 개략도로서, 상업적 초음파 디바이스가 초음파 혼(horn)에 연결된 부스터에 연결되어 있는 컨버터로 구성되고, 이런 디바이스가 상기 초음파 혼을 덮는 캡톤막(kapton film)과 구리 스페이서의 부가로 부가적으로 변형되며(도 3에 도시된 바와 같이), 상기 프린트 헤드 적층체가 가열 고정부의 상부에서 베릴륨(beryllium) 구리 스페이서와 열전쌍을 포함하는 베이스상에 배치되고, 진동을 감쇠시키기 위한 스프링 배열로 현수되며, 초음파 디바이스 및 베이스 소자 양자 모두가 독립적으로 제어되는 것을 도시하는 도면.
도 4는 접합 재료로서 주석을 사용하는 본 발명의 방법에 따라 접합된 스테인레스 강판의 SEM(scanning electron microscope) 사진으로서, 우측의 어두운 부분이 프린트 헤드 적층체내의 채널이고, 두 개의 얇은 접합선들은 두께가 비교적 균일하고 캐비티내로의 접합 재료의 누출이 없는(잉크 유동을 방해할 수 있음) 것을 도시한 도면.
도 5는 도면의 상부에 타원 형상을 가진 레이저 절단용 압전 세라믹 패턴의 개략도로서, 도면 하단에는 프린트 헤드 적층체의 상부에 압전 세라믹의 단면도를 도시하고 있으며, 본 발명의 레이저 절단 방법에 의한 압전 세라믹내의 절단부의 균일성을 도시하는 도면.
도 6은 각 압전 세라믹 접촉 지점들에 가요성 케이블의 접촉부를 접합하는 도면으로서, 도면의 상부에는 프린트 헤드 적층체와, 압전 세라믹 접점과, 도전성 입자들이 함유되어 있는 Z-축 접착제와, 구리 접점 "범프"를 가진 가요성 케이블을 도시하는(저부에서 상부까지) 성형된 프린트 헤드의 상단부의 측면도를 도시하고, 도면의 하부에는 가요성 케이블의 상부에 열과 압력이 적용되어 구리 "범프"를 Z-축내에서 도전성 입자들을 가진 압전 세라믹 접촉 지점과 직접 접촉시켜서 전기적 접점을 형성하는 것을 도시하는 도면.
도 7은 프린트 적층체내의 상부판의 상부에 압전 세라믹 접촉 지점과 접촉하는 가요성 케이블내의 구리 범프의 직접 접점을 도시하는(하부 압력실을 도시) 주사 전자 현미경(SEM) 이미지인 것을 제외하고는 도 6과 유사한 도면.
금속성 표면을 초음파 접합하는 프로세스는
(a) 후에 접합될 금속성 표면을 화학적으로 에칭하는 단계와,
(b) 접합될 금속성 표면에, 주석(Sn) 또는 주석 합금과, 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 인듐(In), 아연(Zn), 비스무스(Bi) 및 그 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된 임의의 다른 금속을 포함하는 금속성 조성물을 가지는 접합 재료의 균일한 코팅을 적용하는 단계와,
(c) 상기 금속성 표면들을 적합하게 조립하는 단계와,
(d) 상기 접합 재료의 용해 온도 보다 약 2℃ 내지 약 40℃ 낮은 온도로 상기 조립된 금속성 적층체를 가열하는 단계와,
(e) 일초 이상의 지속 기간동안 약 15 kHz 내지 약 40 kHz의 초음파 진동 주파수로 약 1.379 내지 4.137 MPa(200 내지 600 psi)의 접합 압력 범위로 모든 직접적인 판대판(plate-to-plate) 접촉부들을 밀봉하기 위해 초음파력을 적용하여, 초음파력이 접합 재료의 경계면에 형성된 산화물들을 파괴하고, 접합 재료를 액화하는 온도를 증가시키는 단계를 포함한다.
상기 접합 재료는 주석 단독이거나, 70중량% 이상의 농도의 주석과, 다른 구성요소로서 Ni를 가지는 조성물인 것이 적합하다. 초음파력의 주파수는 20 kHz이며, 상기 표면 영역에 적용되는 접합 압력(평방 인치 당)은 약 2.758 내지 3.103 MPa(400psi 내지 약 450 psi)인 것이 적합하다. 상기 표면 영역상에 적용되는 접합 압력은 약 2.910 Mpa(422 psi)인 것이 가장 적합하다.
상기 프로세스는 금속판들을 얻음으로써 시작된다. 상기 금속판들 또는 금속성 표면을 가진 소자들은 비부식성 금속 또는 그 합금으로 제조되는 것이 적합하다. 비부식성 금속(합금)의 예는 스테인레스강, 알루미늄, 베릴륨 구리, 티타늄 또는 그 합금(예로서, 황동)들이다. 도 1의 상부에 설명된 프로세스와 관련하여, 첫 번째 단계는 표면을 화학적으로 에칭(10)하는 것이다. 일반적으로 캐미컬 밀링, 포토 에칭, 또는 화학 에칭이라 지칭되는 포토 화학 에칭 프로세스는 스탬핑 다이와 같은 "하드 툴링(hard tooling)"을 사용하는 대신 화학 약품을 사용하여 시트 또는 스트립 금속으로부터 부품들을 블랭킹하는 방법이다. 에칭 프로세스에서, 그리스가 완전히 제거된 금속 시트는 포토레지스트로 양 측면이 덮혀진다. 소정 패턴이 상기 시트의 양 측면에 포토리소그래피적으로 적용된다. 그후, 상기 시트는 에칭 기기를 통과하게 되며, 그곳에서 보호되지 않은 불필요한 부품들이 에칭제{염화 제 2 철(ferric chloride) 등}에 의해 제거되며, 완성된 부품들을 남기게 된다. 스테인레스강, 다수의 다른 강들, 구리, 알루미늄, 니켈 및 그 합금을 포함하는 광범위한 재료들이 화학 에칭될 수 있다.
두 번째 단계는 에칭된 표면에 접합 재료를 코팅하는 것을 수반한다. 상기 접합 재료는 연성 접합 재료 또는 경성 접합 재료 중 어느 한나로부터 제조된다. 연성 접합 재료는 70중량% 이상의 주석과, 30중량% 미만의, Bi, Pb, Cu, In, Zn, Ag, Sb 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속을 가지는 금속성 조성물이다. 경성 접합 재료는 Ni, Pd, Au, Ag, Pt 및 그 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 금속을 가지는 금속성 조성물이다. 연성 접합 재료를 가진 금속성 표면은 연성 접합 재료 또는 경성 접합 재료 중 어느 한쪽을 가진 금속성 표면에 "접합"될 수 있다. 그러나, 경성 접합 재료를 가진 금속성 표면은 마찬가지로 경성 접합 재료를 가진 금속성 표면에 접합될 수 없다. 예로서, 프린트 헤드 적층체의 경우에, 하나의 판은 경성 접합 재료를 가지고, 적층체에서 상기 판에 대해 교대로 배치된 판들은 연성 접합 재료를 가지는 것이 적합하다. 더욱이, 코팅될 특정 판 또는 대상물은 일 측면상에 연성 접합 재료를 가지고, 나머지 측면상에 경성 접합 재료를 가질 수 있다. 상기 접합 재료를 금속성 표면 또는 판에 코팅하는 것은 전기도금, 스퍼터링, 이온 주입, 물리적 기상 증착, 침지(dipping; 액상 접합 재료) 또는 클래딩(cladding) 같은 표준 기술들에 의해 달성된다. 금속판들을 위해 사용되는 프로세스는 전기도금이나 스퍼터링 또는 양자 모두이다.
세 번째 단계는 상기 판들 또는 대상물들(12)을 조립하여, 도 3에 도시된 것과 같은 초음파 접합 고정부(fixture)상에 배치하는 것이다. 잉크 젯 프린트 헤드의 경우에, 내부 잉크 채널 및 캐비티를 형성하기 위해 정렬이 중요하다.
초음파력이 적용되어 모든 판 대 판(plate-to-plate) 또는 금속성 표면 접점들을 기밀식으로 밀봉하여, 잉크 채널들 및 접점들을 밀봉하여 형성한다. 본 프로세스의 장점은 접합 재료가 채널 및 캐비티내로 스며나오지 않는다는 것이다. 초음파력은 액츄에이터와, 컨버터와, 부스터 및 초음파 혼(horn)을 구비한 초음파 용접 장치(도 3)에 의해 적용된다. 상기 용접 장치는 코넥티컷 댄버리의 브라손 울트라소닉 코포레이션(Branson Ultrasonic Corp.)에서 제조한 9001W 시리즈인 것이 적합하다. 이런 디바이스들은 일반적으로 열가소성 부품들을 용접하는데 사용된다. 상기 액츄에이터는 베이스와, 컬럼 및 강성 프레임으로 구성되어 있으며, 상기 강성 프레임은 컨버터와, 부스터 및 혼 조립체를 수납한다. 일반적으로, 액츄에이터는 상기 컨버터/부스터/혼 조립체를 상승 및 하강시켜 작업편(적층체)에 압력을 적용하도록 공압 작동식 운반대 기구를 포함한다. 일반적으로, 전원으로부터의 20kHz의 전기 신호가 컨버터 또는 트랜스듀서 소자에 적용된다. 이는 고주파 전기 진동을 전기적 진동과 동일한 주파수의 기계적 진동으로 변환한다. 컨버터의 중추는 리드 지르코네이트 티타네이트(lead zirconate titanate) 전기 제한 소자(electro-restrictive element)이다. 교류 전압을 받을 때, 상기 소자는 팽창하고 수축하며 90% 이상의 에너지를 변환한다. 상기 부스터는 알루미늄 또는 티타늄으로 제조된 공진 반파장 섹션(resonate half wave section)이다. 이는 컨버터와 혼 사이에 장착되며, 보다 견고한 적층체 장착을 위한 클램핑 지점을 제공한다. 부스터는 함께 사용되는 컨버터와 동일한 주파수에서 공진하도록 설계된다. 부스터는 일반적으로 축방향 운동의 노들(최소 진동) 포인트(nodal point)에 장착된다. 이 장착은 에너지 손실을 최소화하고, 지지 컬럼내로의 음향 전달을 방지한다.
진폭은 혼 형상의 함수이며, 이는 조립될 부품들의 형상과 크기에 크게 의존하여 결정된다. 부스터는 상기 혼을 통해 상기 부품들에 적용되는 진동의 진폭을 변경하도록 사용될 수 있다. 상기 혼은 일반적으로 특정 응용 분야에 따라 선택된다. 각 혼은 조립될 부품들에 필요한 압력을 적용하는 반파장 섹션이다. 또한, 이는 상기 컨버터로부터 작업편으로 초음파 진동을 전달한다. 혼은 그 프로파일에 의존하여, 단차형, 원뿔형, 지수함수형 또는 카테노이드형(catenoidal)이다. 상기 혼의 형상은 이득 팩터를 변경시킨다. 혼은 티타늄 합금, 알루미늄 또는 강철로 제조될 수 있고, 티타늄이 적합하다. 알루미늄 혼은 일반적으로 크롬 또는 니켈 도금되거나 경질 피복된다.
부가적으로, 도 3은 상기 프로세스를 위한 소정의 용접기를 도시하고 있다. 특히, 상기 혼을 보호하도록 캡톤 막이 추가되었다. 상부 베릴륨 구리 스페이서도 진동으로부터 혼을 보호하기 위해 추가되었으며, 하부 베릴륨 스페이서도 하부 플랫폼 고정부를 보호하도록 추가되었다. 가열 고정부는 온도를 제어하며, 상기 접합될 적층체를 상기 접합 재료의 용해 온도 바로 아래까지 가열한다. 잉크 젯 프린트 헤드와 같은 복잡한 대상물을 접합할 때, 진동을 감쇠시키고, 매우 긴밀한 공차를 제공하기 위한 스프링이 있다.
초음파력은 접합될 면적에 의존한다. 0.000645m2(1 평방 인치)의 표면적에 대하여 약 889 내지 2669 N(200 lbs 내지 약 600 lbs), 적합하게는, 약 1779 내지 2002 N(400 lbs 내지 약 450 lbs)의 힘을 사용하여야 한다. 면적과 힘 사이에는 선형 관계가 있다. 상기 초음파 진동 진폭은 약 10 미크론 내지 약 200 미크론, 적합하게는 약 20 미크론 내지 약 50 미크론이다. 진동 진폭은 운동(상방 및 하방)의 거리이며, 약 20 kHz의 주파수에서 진동하는 것이 적합하다. 접합 재료상에의 초음파력의 효과는 산화물층을 파괴하고, 접합 재료를 "습윤"하여 힘이 적용되지 않게 되었을 때 접합을 촉진하게 한다. 상기 접합 재료는 응고 프로세스(solidification process)를 통해 경화될 수 있다.
부가적으로, 접합될 금속 표면들의 적층체의 온도가 제어된다. 주석은 약 232℃에서 용융되며, 주석 합금 조성물은 일반적으로 더 낮은 용해 온도를 갖는다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 접합 재료의 연화를 돕기 위해 가열 고정부가 제공되는 것이 적합하다. 상기 가열 소자는 접합될 금속성 소자들의 적층체를 상기 접합 재료의 용해 온도 보다 약 2℃ 내지 약 40℃ 낮은 온도로 가열한다. 상기 접합 온도는 접합 재료의 용해 온도 보다 약 5℃ 내지 약 30℃ 낮은 것이 적합하다. 초음파력은 약 1초 내지 약 10초 동안 적용된다. 초음파력은 약 4초 내지 약 7초 동안 적용되는 것이 적합하다.
도 4는 스테인레스 강판들 사이에서, 그리고 본 명세서의 제 1 실시예에 설명된 바와 같이 Ni와 같은 경성 접합 재료와 주석 성분만을 갖는 연성 접합 재료 사이의 일반적인 접합을 도시한다. 이는 스테인레스 강판들과 같은 금속성 표면들 사이에 접합을 형성하기 위한 상기 프로세스의 장점을 도시하고 있다.
본 발명은 적층되었을 때 압력챔버와, 잉크 입구와, 잉크 매니폴드와, 잉크 출구 및 저면판내의 잉크 출구를 형성하는 개구 컷아웃을 가지는 복수개의 판들을 가지는 잉크 젯 프린트 헤드를 제공한다(예로서, 도 2 참조). 상기 적층체는 판들의 적층체에 접합된 두 개의 외부판들을 포함하고, 여기서 상부 외부판은 압전성 결정에 접합되고(본 명세서에 설명된 바와 같이), 저면 외부판은 잉크 노즐(매우 작은 직경 구멍)을 가진 개구판이다. 상기 판들의 적층체는 복수개의 내부판들내에 잉크 채널 및 캐비티들을 형성한다. 판들은 스테인레스 강 또는 그 합금들로 제조되는 것이 적합하며, 약 25㎛ 내지 약 250㎛, 적합하게는 약 50㎛ 내지 약 200㎛의 두께로 제조된다. 상기 판들은 초음파 접합 프로세스에 의해 함께 접합되는 것이 적합하다.
본 발명은 특히, 골판지, 금속, 세라믹, 플라스틱 및 글래스와 같은 산업 응용 분야에 특히 적합한 개선된 잉크 젯 프린트 헤드를 제공한다. 초음파 접합 기술의 사용은 제조 비용의 현저히 저하시키는 장점을 제공한다. 스테인레스 강판의 고온 납땜 또는 에폭시 접합을 사용하여 제조된 프린트 헤드의 노즐당 추정 제조 비용은 약 USD 1.50 내지 약 USD 3.00이다. 대조적으로, 초음파 접합 프로세스가 사용될 때, 프린트 헤드의 노즐당 대략적 제조 비용은 약 USD 0.50 내지 USD 1.00이다.
그 높은 크롬 함량 때문에, 스테인레스강을 접합하는 것은 가장 어려운 일로 알려져 있다. 그러나, 스테인레스 강(그 적은 부식 특성으로 인하여)은 산업적 프린트 헤드에 적합한 재료이다. 플럭스가 강산성이고 산화물들과 반응할 뿐만 아니라 세정하기 곤란한 부식성 잔류물을 남기기 때문에, 납땜 플럭스는 사용할 수 없다. 따라서, 스테인레스 강판들을 접합하기 위해 다양한 에폭시 기술들이 개발되어 왔다. 그러나, 이런 에폭시법들은 성가시고, 균일하지 못하며(잉크 젯 프린트 헤드의 정밀도를 위해 필요함), 조립을 위한 노동 비용의 관점에서 비싸다. 예로서, 도 4는 인접 채널 영역과 금속판들 사이의 접합선의 주사 전자 현미경 사진을 도시하고 있다. 접합 재료로부터의 누출 또는 혼란함이 없다는 것을 인지하여야 한다.
프린트 헤드를 제조하는 한가지 방법은 주석이나 주석 합금 등의 연성 금속과 같은 접합 재료로 판들을 코팅하는 것을 수반한다. 예로서, 상기 판들을 코팅하는 한가지 프로세스는 전기도금이다. 다른 코팅 방법은 예로서, 스퍼터링, 물리적 기상 기화, 이온 주입, 침지, 클래딩 또는 접합 재료의 얇은 코팅을 제공하도록 활용될 수 있는 다른 기술들을 포함한다. 코팅된 판은 잉크 방울을 쏘아내기 위한 개구들과, 압전 세라믹 패턴의 부착을 위한 적절한 외부판들과 함께 프린트헤드로 조립된다. 상기 판들을 밀봉하기 위해서, 상기 판들의 적층체를 가로질러 초음파력이 적용된다(상단부에서 저단부로). 초음파력은 접합 재료 경계면(인접한 판들이 만나는 영역으로 정의됨)에 있는 산화물들을 파괴하고, 상기 판들내의 온도를 상승시켜 접합 재료를 액화한다. 초음파력이 제거되고, 온도가 감소되고 나면, 접합 재료는 판들 사이의 균일한 층으로서 경화되고, 판들에 접합되어 상기 판들을 함께 결속한다. 따라서, 프린트 헤드가 형성된다.
본 발명의 미세유체 디바이스(잉크 젯 프린트 헤드)는 정밀한 방울 체적 및/또는 변위가 필요한 유체를 분배할 수 있다. 핵심적 응용 분야는 잉크 젯 인쇄와, 화학 약품(약제, 시약 등) 분배 및 분석 시스템이다. 본 발명의 초음파 접합 프로세스는 플립 칩 패키징 및 다른 전자 조립 프로세스와 같은 다른 응용 분야에도 적용될 수 있다.
본 발명은 복수개의 컷아웃 압전 세라믹들을 가진 압전 세라믹 패턴을 부가로 제공하고, 각 압전 세라믹은 팽창가능한 압전 세라믹 패턴으로 배치되고, 상기 컷아웃 압전 세라믹은 각진 코너가 없는 형상이며, 상기 압전 세라믹 패턴은 시작점과, 이 시작점을 초과하여 연장하는 정지점을 갖는 회전 주기(revolution)에서 각진 코너들이 없는 형상을 추종(trace)하도록 프로그램된 레이저로 평탄한 압전 세라믹판을 절단하며, 복수의 회전 주기를 필요로 하는 절단 단계와, 각진 코너들이 없는 컷아웃 형상을 형성하기 위해 상기 복수의 회전 주기들 중 각 회전 주기의 시작점을 랜덤화하는 단계와, 압전 세라믹 패턴에서 각진 코너들이 없는 각각의 형상을 위해 상기 절단 및 랜덤화 단계를 반복하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된다.
상기 압전 세라믹 재료는 리드 지르코네이트 티타네이트인 것이 적합하다. 상기 압전 세라믹 재료는 약 50 미크론 내지 약 200 미크론의 두께를 가진 판인 것이 적합하며, 약 75 미크론 내지 약 125 미크론의 두께를 가진 판인 것이 가장 적합하다. 상기 레이저는 약 266 nm의 방사선 파장을 가지는 Nd:YAG 레이저인 것이 적합하다.
본 발명은 표면적 당 압전 세라믹 결정들의 수를 최대화하는 수단을 포함하고, 각 결정은 하나의 잉크 젯 채널에 대응한다. 즉, 압전 세라믹 결정들의 패킹 밀도는 프린트 헤드의 크기를 감소시키는 효과를 가진다. 이는 현재 상업적 제조에 사용되고 있는 직선 절단 패턴에 대조적이다. 압전 세라믹 결정은 전기 자극 동안 팽창 및 수축하며, 이웃하는 압전 세라믹 결정들과 간섭할 수 없고, 여기서, 이웃하는 압전 세라믹 결정들과 간섭하는 경우에는 부정확한 잉크 스프레이가 초래된다. 더욱이, 각 압전 세라믹 결정은 각 압력 챔버(스테인레스 강판들의 중공부내에서 프린트 헤드의 캐비티내에 형성된)의 상단부상에 직접적으로 배치되어 분사 잉크 방울을 형성하는 효과적인 변형을 달성한다. 이 위치설정 문제는 압전 세라믹 패턴을 형성하기 위한 압전 세라믹판의 레이저 절단의 특성에 의해 부가적으로 복잡해진다. 레이저는 그 빔을 절단 패턴을 가로질러 균일한 속도로 이동시켜 세라믹내에 균일한 절단을 실행한다. 세라믹 그리드의 두께에 따라서, 레이저는 이동하는 동안 보다 시작점과 정지점에서 보다 깊은 구멍을 절삭하게 된다. 100 미크론 두께의 PZT 압전 세라믹판을 별개의 패턴으로 절단하는데는 약 28 패스(라운드 트립)이 필요하다(레이저는 2 kHz로 설정되고, 펄스 파워는 200 mWatts이며, 주사 속도는 10mm/sec임). 상기 레이저는 ESI 모델 4420(레이저 마이크로머싱 시스템즈, 일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈 인코포레이티드, 포틀랜드, 오레곤)인 것이 적합하다. 보다 신규한 레이저 모델들은 보다 강력하며(예로서, ESI 5150), 500mm/sec에 달하는 주사가 가능하여 보다 신속한 프로세싱 시간을 초래한다. 따라서, 상기 프로세스는 이런 트랙을 따른 시작 구멍 지점을 랜덤화하도록 타원형 트랙을 따른 레이저의 시작 및 정지 지점들을 랜덤화하는 것을 수반한다. "각진 코너들이 없다"는 것에서, 이는 어떠한 각도도 갖고 있지 않은 곡률을 가지지만 직선 영역은 가질 수 있다는 것을 의미한다. 직선 절단 패턴을 가진 압전 세라믹 결정은 각진 코너(변형 동안 응력이 축적됨)와 제한된 압전 세라믹 패턴 패킹 밀도를 가진다.
일반적인 PZT(lead zirconate titanate) 재료는 하기의 표 1에 비교된 바와 같이 압전 잉크 젯 프린트 헤드 분야에 유용하다.
특성 모토롤라(1)3203 시노세라믹스(2)5B23D 스미토모(3)SPEM-5C
압전상수(4) d31(X10-12C/N) -260 -210 -210
커플링 계수(5) KD .69 .62 .60
퀴리온도(6)TC(℃) 260 300 315
밀도(7),d(g/cm3) 7.7 7.6 7.85
주 : (1) 모토롤라 세라믹 프로덕트 디비즌(미국, 뉴멕시코, 알부쿼퀴)
(2) 시노세라믹스 인코포레이티드(중국, 상하이)
(3) 스미토모 메탈 인더스트리즈 리미티드(일본, 도쿄)
(4) 압전 d 상수는 적용된 힘에 대한 단위 면적당 발생된 전기 전하의 비율이며, 쿨롱/뉴톤으로 표현된다.
(5) 커플링 계수는 전기 입력에 응답하여 축적된 기계적 에너지의 정량(ration) 또는 그 반대로서 정의된다.
(6) 재료의 결정 구조는 퀴리점에서 압전성(비대칭적)으로부터 비압전성(대칭적) 형태로 변화된다. 상기 퀴리점은 섭씨 온도로 표시된다.
(7) 재료의 밀도는 그 체적에 대한 물체 질량의 비로서 표현된다.
따라서, 압전 세라믹 그리드 구조는 그리드 패턴으로 인한 보다 높은 밀도와 타원형 형상의 보다 낮은 응력으로 인한 시간에 걸친 의존성의 개선을 초래한다. 상기 보다 높은 밀도는 또한 보다 높은 밀도 프린트 헤드와 보다 낮은 제조 비용을 초래한다.
상기 압전 세라믹 패턴은 압전 세라믹 결정 위에 배치된 전기 도전막을 부가로 포함하며, 상기 전기 도전막은 각 압전 세라믹 결정의 고정 영역에 걸친 열과 압력에 의해 경화되고, 도전성 입자들이 내부에 포함된 접착제를 포함한다. 상기 압전 세라믹 결정은 도전성 입자들을 통해 전기적 접속을 형성하는 압전 세라믹 결정들의 절단 패턴에 걸쳐 직접적으로 정렬된 단자 범프를 구비한 가요성 케이블을 부가로 포함하는 것이 가장 적합하다. 상기 가요성 케이블은 폴리이미드내에 매립된 구리 와이어를 포함하는 것이 가장 적합하다.
현재 프린트 헤드는 리플럭스 땜납이나 도전성 에폭시에 의해 전기를 상기 압전 세라믹 결정의 표면에 접속한다. 이런 기술은 노동 집약적이며(수동으로 에폭시를 도포하거나 납땜하기 위해서), 인력은 단지 눈과 손의 조화를 통한 유한의 치수로만 작업할 수 있기 때문에 밀도가 제한된다. 본 발명은 본 명세서에 기술된 바와 같이 정의된 압전 세라믹 결정 패턴을 형성한다. 이 패턴 위에(그리고, 납땜 또는 도전성 에폭시가 배치될 위치에) 도 6에 도시된 바와 같이, Z-축 도전막(3M, 히다치 등에서 제조된)이 배치된다. 상기 도전막은 고정 영역 위의 열 및 압력에 의해 경화된다. 가요성 케이블(각 압전성 결정으로 전류를 전달하고, 프린트 헤드를 제어하도록)은 단자 범프를 가지며, 상기 단자 범프는 각 기능 압전 세라믹 결정에 정렬된다. 상기 Z-축 막은 단락(납땜 또는 도전성 에폭시가 부적합하게 도포된 경우에 발생됨) 없는 단일 접속부를 허용하고, 가요성 케이블의 접속부를 압전성 결정에 꽂아넣는다(도 6). 주사 전자 현미경 사진(도 7)은 도전막에 의해 접속된 압전 세라믹 결정 위에 정렬되고, 부가적으로, 프린트 헤드 적층체내의 압력 챔버 위에 정렬되어 있는 단자 범프를 도시한다.
(실시예)
본 실시예는 본 발명의 프로세스를 사용한, 양호한 잉크 젯 프린트 헤드의 조립체 및 치수를 예시한다. 화학적으로 에칭된 판들은 주석 전기도금으로 제조된 "연성" 접합 재료와 니켈 전기도금으로 제조된 "경성" 접합 재료 사이에서 교번 배치된 접합 재료로 코팅된다. 각 부분은 하기의 표 2에 나열되어 있다.
부품 명칭 두께(미크론) 형상 치수(미크론) 접합 재료
다이아프램 50.8 폭(W)101.6×길이(L)1270 경성
압력 챔버 152.4 W254×L1016 연성
입구 101.6 W2540×L17780 경성
매니폴드 1 203.2 W2540×L17780 연성
매니폴드 2 203.2 W2540×L17780 경성
매니폴드 3 203.2 W2540×L17780 연성
매니폴드 4 203.2 W2540×L17780 경성
출구 203.2 직경508 연성
노즐 76.2 직경50 경성
노즐 직경은 20㎛ 내지 75㎛이고, 30㎛ 내지 50㎛인 것이 적합하다. 상기 노즐 판은 EDM(전기 방전 가공)에 의해 스테인레스 강으로 제조되는 것이 적합하다. 상기 접합 프로세스 파라미터는 215℃로 가열되는 적층체와, 5초의 초음파 접합 시간, 및 20 kHz의 초음파 주파수에서 28㎛의 진동 진폭을 갖는 1877 N(0.000645m2){422lbs(평방인치당)}의 접합력이다.

Claims (26)

  1. 정렬된 개구들을 갖는 다수의 금속성 표면들이 내부 잉크 캐비티를 형성하기 위해 초음파적으로 접합되는 잉크 젯 프린트 헤드 제조 방법으로서,
    조립된 금속성 적층체를 형성하기 위해 개구들을 갖는 인접한 금속성 표면들의 다른 쌍들 사이에서 접합 재료 경계면을 실행하는 단계와,
    각 접합 재료 경계면에서 상기 접합 재료의 용해 온도 보다 낮지만 상기 접합 재료를 연화하는 온도까지 상기 조립된 금속성 적층체를 가열하는 단계와,
    각 접합 재료 경계면에서 상기 접합 재료가 습윤되기에 충분한 시간 동안, 초음파 진동 주파수와 접합 압력으로 초음파력을 적용하고, 그에 의해 상기 금속성 표면들의 접합의 완료를 촉진하고 상기 정렬된 개구들의 접합 재료에 의한 차단을 방지하는 단계를 포함하고,
    상기 접합 재료 경계면을 실행하는 단계는 상기 인접한 금속성 표면들의 각 쌍들 사이로 접합 재료 층을 도입하는 단계와 상기 금속성 적층체에 잉크 캐비티를 형성하기 위해 정렬된 개구들이 대향하는 관계로 각 쌍의 상기 인접한 금속성 표면들을 위치시키는 단계를 포함하며, 각 접합 재료 경계면에서 상기 접합 재료는 주석 또는 주석 합금을 갖는 금속성 조성물을 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 각 접합 재료 경계면에서 상기 접합 재료는 주석을 갖는 금속성 조성물 또는 70 중량% 이상의 농도의 주석과 다른 접합 재료로서 Ni 또는 Au를 갖는 주석 합금 조성물을 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 적용되는 초음파력의 상기 접합 압력은 1.379 MPa 내지 4.137 MPa(200 내지 600 psi) 범위내인 잉크 젯 프린트 헤드 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 적용되는 초음파력의 상기 접합 압력은 2.758 MPa 내지 3.103 MPa(400 내지 450 psi) 범위내인 잉크 젯 프린트 헤드 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 인접한 금속성 표면들 중 하나를 화학적으로 에칭하는 단계를 부가로 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 각 접합 재료 경계면에서 상기 접합 재료는 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd)(palladium), 백금(Pt), 인듐(In), 아연(Zn), 비스무스(Bi), 납(Pb), 구리(Cu), 안티몬(Sb), 및 그 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 금속을 부가로 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 초음파 진동 주파수는 15 kHz 내지 40 kHz 범위내인 잉크 젯 프린트 헤드 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 각 접합 재료 경계면에서 상기 접합 재료는 연성 접합 조성물과 경성 접합 조성물의 조합, 또는 연성 접합 조성들의 조합인 잉크 젯 프린트 헤드 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 온도는 2℃ 내지 40℃ 범위내인 잉크 젯 프린트 헤드 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 초음파력의 상기 적용에 의해 발생되는 부적합한 진동을 감쇠시키기 위해, 탄성 지지체상에 상기 조립된 금속성 적층체를 부유시키는 단계를 부가로 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 탄성 지지체는 스프링 부하식 고정물을 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드 제조 방법.
  12. 내부 잉크 채널과 연통하는 내부 잉크 캐비티를 형성하기 위해 정렬된 개구들을 가지고, 연속적인 층들의 적층체로 조립되어 제 1 및 제 2 외부판들 사이에 배치되는 다수의 내부판들과,
    상기 제 1 외부판에 부착되어 상기 내부 잉크 채널내로 잉크를 유동시키기 위해 배치된 압전 세라믹 재료와,
    각 쌍들 사이에서 초음파 접합에 의해 형성된 내부 경계면과 결합된 대향하는 표면들을 가지는 다수의 내부판들의 서로 다른 쌍들을 포함하고,
    상기 제 2 외부판은 상기 내부 잉크 캐비티로부터 전달되어 상기 내부 잉크 채널내로 유동하는 잉크를 분출하는 잉크 노즐을 형성하기 위해 상기 내부 잉크 채널과 정렬된 구멍을 가지면,
    상기 제 1 외부판은 상기 내부판들 중 하나와 상기 제 1 외부판의 대향하는 표면들을 결합하는 초음파 접합에 의해 형성된 제 1 경계면을 가지고, 상기 제 2 외부판은 상기 내부판들 중 다른 하나와 상기 제 2 외부판의 대향하는 표면들을 결합하는 초음파 접합에 의해 형성된 제 2 경계면을 가지며,
    상기 내부, 제 1 및 제 2 경계면들 각각은 주석 또는 주석 합금을 갖는 금속성 조성물을 구비하는 접합 재료를 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 다수의 내부판들의 상기 대향하는 표면들은 금속성인 잉크 젯 프린트 헤드.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 다수의 내부판들은 금속으로 제조되는 잉크 젯 프린트 헤드.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 외부판에 부착된 상기 압전 세라믹 재료와, 상기 압전 세라믹 재료에 부착되어 상기 압전 세라믹 재료로 전기 구동 신호를 제공하는 단자 범프를 갖는 가요성 케이블과의 사이에 배치되어서, 상기 압전 세라믹 재료와 가요성 케이블에 접착되는 도전막을 부가로 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 가요성 케이블은 폴리이미드내에 매립된 구리 도전체를 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 내부, 제 1 및 제 2 경계면들 각각에서 상기 접합 재료는 0.76 미크론 내지 7.6 미크론의 두께를 가지며,
    니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 인듐(In), 아연(Zn), 비스무스(Bi), 납(Pb), 구리(Cu), 안티몬(Sb), 및 그 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 금속을 부가로 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 내부, 제 1 및 제 2 경계면들 각각에서 상기 접합 재료는 1.9 미크론 내지 3.2 미크론의 두께를 가지는 잉크 젯 프린트 헤드.
  19. 제 12 항에 있어서, 상기 내부, 제 1 및 제 2 경계면들 각각에서 상기 접합 재료는 주석을 갖는 금속성 조성물, 또는 70 중량% 이상의 농도의 주석과 Ni를 가지는 주석 합금 조성물을 포함하는 잉크 젯 프린트 헤드.
  20. 복수개의 컷아웃 압전 세라믹 결정을 갖고, 각 컷아웃 압전 세라믹 결정이 팽창가능한 압전 세라믹 패턴으로 배치되며, 상기 컷아웃 압전 세라믹 결정이 각진 코너들이 없는 형상인 압전 세라믹 패턴으로서,
    상기 압전 세라믹 패턴은,
    시작점과, 상기 시작점을 초과하여 연장하는 정지점을 갖는 회전 주기에서 각진 코너들이 없는 형상을 추종(trace)하도록 프로그램된 레이저로 평탄한 압전 세라믹 재료를 절단하며, 복수의 회전 주기를 필요로 하는 절단 단계와,
    각진 코너들이 없는 컷아웃 형상을 형성하기 위해 상기 복수의 회전 주기들 중 각 회전 주기의 상기 시작점을 랜덤화하는 단계, 및
    압전 세라믹 패턴에서 각진 코너들이 없는 각각의 형상을 위해 상기 절단 및 램덤화 단계를 반복하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되는 압전 세라믹 패턴.
  21. 제 20 항에 있어서, 압전 세라믹 재료는 리드 지르코네이트 티타네이드(lead zirconate titanate)인 압전 세라믹 패턴.
  22. 제 20 항에 있어서, 압전 세라믹 재료는 50 미크론 내지 200 미크론의 두께를 가지는 판인 압전 세라믹 패턴.
  23. 제 20 항에 있어서, 압전 세라믹 재료는 75 미크론 내지 125 미크론의 두께를 가지는 판인 압전 세라믹 패턴.
  24. 제 20 항에 있어서, 상기 레이저는 266 nm의 방사선 파장을 가진 Nd:YAG 레이저인 압전 세라믹 패턴.
  25. 제 20 항에 있어서, 상기 압전 세라믹 결정은 압전 결정의 절단 패턴 바로 위에 정렬되는 단자 범프들을 가지는 가요성 케이블을 부가로 포함하는 압전 세라믹 패턴.
  26. 제 20 항에 있어서, 상기 가요성 케이블은 폴리이미드내에 매립된 구리 선을 포함하는 압전 세라믹 패턴.
KR1020017012335A 2000-01-31 2001-01-31 잉크 젯 프린트 헤드, 그 제조 방법, 및 압전 세라믹 패턴 KR100773257B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/495,071 US6464324B1 (en) 2000-01-31 2000-01-31 Microfluid device and ultrasonic bonding process
US09/495,071 2000-01-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010113864A KR20010113864A (ko) 2001-12-28
KR100773257B1 true KR100773257B1 (ko) 2007-11-05

Family

ID=23967150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020017012335A KR100773257B1 (ko) 2000-01-31 2001-01-31 잉크 젯 프린트 헤드, 그 제조 방법, 및 압전 세라믹 패턴

Country Status (8)

Country Link
US (4) US6464324B1 (ko)
EP (1) EP1212164B1 (ko)
JP (1) JP4795601B2 (ko)
KR (1) KR100773257B1 (ko)
CN (3) CN100563974C (ko)
AT (1) ATE522310T1 (ko)
AU (1) AU2001233172A1 (ko)
WO (1) WO2001054851A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109317813A (zh) * 2018-12-07 2019-02-12 上海骄成机电设备有限公司 一种超声波焊头

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6926382B2 (en) * 2002-04-25 2005-08-09 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Ink-jet head and ink-jet printer
GB2388741B (en) * 2002-05-17 2004-06-30 Morgan Crucible Co Transducer assembly
US7052117B2 (en) * 2002-07-03 2006-05-30 Dimatix, Inc. Printhead having a thin pre-fired piezoelectric layer
JP2004114558A (ja) * 2002-09-27 2004-04-15 Brother Ind Ltd インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法
US7562428B2 (en) * 2002-09-24 2009-07-21 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Manufacturing an ink jet head
US20040115830A1 (en) * 2002-09-25 2004-06-17 Igor Touzov Components for nano-scale Reactor
US7281778B2 (en) 2004-03-15 2007-10-16 Fujifilm Dimatix, Inc. High frequency droplet ejection device and method
US8491076B2 (en) 2004-03-15 2013-07-23 Fujifilm Dimatix, Inc. Fluid droplet ejection devices and methods
US7387370B2 (en) * 2004-04-29 2008-06-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microfluidic architecture
US7293359B2 (en) * 2004-04-29 2007-11-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method for manufacturing a fluid ejection device
US7388319B2 (en) * 2004-10-15 2008-06-17 Fujifilm Dimatix, Inc. Forming piezoelectric actuators
US7420317B2 (en) * 2004-10-15 2008-09-02 Fujifilm Dimatix, Inc. Forming piezoelectric actuators
US8708441B2 (en) 2004-12-30 2014-04-29 Fujifilm Dimatix, Inc. Ink jet printing
US7694376B2 (en) * 2005-09-09 2010-04-13 Chunghwa Picture Tubes, Ltd. Cleansing module for fluid-supply apparatus
US7988247B2 (en) 2007-01-11 2011-08-02 Fujifilm Dimatix, Inc. Ejection of drops having variable drop size from an ink jet printer
GB0702092D0 (en) * 2007-02-02 2007-03-14 Fracture Code Corp Aps Graphic Code Application Apparatus and Method
US7681991B2 (en) * 2007-06-04 2010-03-23 Lexmark International, Inc. Composite ceramic substrate for micro-fluid ejection head
JP2008307710A (ja) * 2007-06-12 2008-12-25 Canon Inc インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録ヘッドの製造方法およびインクジェット記録ヘッドの実装ツール
JP4424520B2 (ja) * 2007-08-27 2010-03-03 セイコーエプソン株式会社 圧電素子およびその製造方法、アクチュエータ、並びに、液体噴射ヘッド
US8563352B2 (en) * 2008-02-05 2013-10-22 Gtat Corporation Creation and translation of low-relief texture for a photovoltaic cell
US8481845B2 (en) * 2008-02-05 2013-07-09 Gtat Corporation Method to form a photovoltaic cell comprising a thin lamina
US8129613B2 (en) * 2008-02-05 2012-03-06 Twin Creeks Technologies, Inc. Photovoltaic cell comprising a thin lamina having low base resistivity and method of making
DE102008044370A1 (de) * 2008-12-05 2010-06-10 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mittels Ultraschall
US20100187667A1 (en) * 2009-01-28 2010-07-29 Fujifilm Dimatix, Inc. Bonded Microelectromechanical Assemblies
WO2010096614A1 (en) 2009-02-19 2010-08-26 Black Dot Technology, Inc. Imaging module for hot melt wax ink jet printer
US8129220B2 (en) 2009-08-24 2012-03-06 Hong Kong Polytechnic University Method and system for bonding electrical devices using an electrically conductive adhesive
US8349626B2 (en) * 2010-03-23 2013-01-08 Gtat Corporation Creation of low-relief texture for a photovoltaic cell
CN102407668A (zh) * 2010-09-20 2012-04-11 研能科技股份有限公司 喷墨单元的制造方法
US8465659B2 (en) * 2011-01-21 2013-06-18 Xerox Corporation Polymer layer removal on pzt arrays using a plasma etch
CN102180034B (zh) * 2011-03-14 2012-09-19 易程(苏州)新技术股份有限公司 一种磁读写制票机的热敏打印头在线清洁方法
US8585183B2 (en) * 2011-03-22 2013-11-19 Xerox Corporation High density multilayer interconnect for print head
US8584331B2 (en) * 2011-09-14 2013-11-19 Xerox Corporation In situ flexible circuit embossing to form an electrical interconnect
US8585185B2 (en) * 2011-09-22 2013-11-19 Xerox Corporation High density electrical interconnect using limited density flex circuits
US8919915B2 (en) * 2012-02-21 2014-12-30 Xerox Corporation Ultrasonic laminating of materials for ink jet printheads
US8857021B2 (en) * 2012-06-15 2014-10-14 Xerox Corporation Laser welded bonding pads for piezoelectric print heads
US9238374B2 (en) 2012-07-03 2016-01-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Print head module
US10022968B2 (en) 2013-10-28 2018-07-17 Illinois Tool Works Inc. Printing plate assembly and method for an ink jet print head assembly
US9525119B2 (en) * 2013-12-11 2016-12-20 Fujifilm Dimatix, Inc. Flexible micromachined transducer device and method for fabricating same
CN105314591B (zh) * 2014-05-26 2017-05-24 上海量子绘景电子股份有限公司 一种微纳结构封闭管道及其制备方法
US10052713B2 (en) * 2015-08-20 2018-08-21 Ultex Corporation Bonding method and bonded structure
JP6696665B2 (ja) * 2015-10-25 2020-05-20 農工大ティー・エル・オー株式会社 超音波半田付け方法および超音波半田付け装置
US20170334016A1 (en) * 2016-05-20 2017-11-23 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus to form a workpiece employing vibration welding
MA56292B1 (fr) * 2019-11-05 2022-10-31 Schunk Sonosystems Gmbh Dispositif de soudage par ultrasons avec détection de position de partenaires de jonction
CN114178639B (zh) * 2022-02-17 2022-05-17 太原理工大学 一种用于铍窗和不锈钢基座的脉冲激光钎焊封接方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5818274A (ja) * 1981-07-24 1983-02-02 Sharp Corp インクジエツトヘツド装置
JPH06204299A (ja) * 1991-09-30 1994-07-22 Texas Instr Inc <Ti> 超小型電子ボンド形成方法および組立体
JPH08168889A (ja) * 1994-12-16 1996-07-02 Hitachi Koki Co Ltd 金属部材の接合方法、Ａｕ−Ｓｎろう付け用インサート材、インクジェットプリンタ

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55128396A (en) 1979-03-26 1980-10-04 Packer Eng Ass Zn alloy wax and its use
JPS6167584A (ja) * 1984-09-10 1986-04-07 Konishiroku Photo Ind Co Ltd 超音波溶接方法及びその装置
DE3804165A1 (de) 1988-02-11 1989-08-24 Olympia Aeg Verfahren zum bestuecken eines tintenstrahldruckkopfes mit piezokristallen
US4883219A (en) 1988-09-01 1989-11-28 Anderson Jeffrey J Manufacture of ink jet print heads by diffusion bonding and brazing
JPH0817189B2 (ja) * 1989-01-13 1996-02-21 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法
US5087930A (en) * 1989-11-01 1992-02-11 Tektronix, Inc. Drop-on-demand ink jet print head
US5455615A (en) 1992-06-04 1995-10-03 Tektronix, Inc. Multiple-orifice drop-on-demand ink jet print head having improved purging and jetting performance
US5650810A (en) * 1992-12-03 1997-07-22 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Ink jet print head having a manifold wall portion and method of producing the same by injection molding
JP3106026B2 (ja) 1993-02-23 2000-11-06 日本碍子株式会社 圧電／電歪アクチュエータ
EP0613765B1 (de) 1993-03-02 1999-12-15 CeramTec AG Innovative Ceramic Engineering Verfahren zum Herstellen von unterteilbaren Platten aus sprödem Material mit hoher Genauigkeit
US5541469A (en) * 1993-04-14 1996-07-30 Murata Manufacturing Co., Ltd. Resonator utilizing width expansion mode
JPH06320738A (ja) 1993-05-14 1994-11-22 Hitachi Koki Co Ltd インクジェットプリンタ用プリントヘッドの接合方法
US6111338A (en) * 1993-05-28 2000-08-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Acceleration sensor and method for producing the same
US5689291A (en) * 1993-07-30 1997-11-18 Tektronix, Inc. Method and apparatus for producing dot size modulated ink jet printing
DE69534271T2 (de) * 1994-07-11 2006-05-11 Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki Tintenstrahlaufzeichnungsgerät
JPH0825625A (ja) * 1994-07-12 1996-01-30 Nec Corp インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法
US5576590A (en) * 1994-07-26 1996-11-19 Nec Corporation Piezoelectric ceramic transformer
US5748214A (en) * 1994-08-04 1998-05-05 Seiko Epson Corporation Ink jet recording head
JP3366146B2 (ja) * 1995-03-06 2003-01-14 セイコーエプソン株式会社 インク噴射ヘッド
JPH08267744A (ja) * 1995-03-31 1996-10-15 Minolta Co Ltd インクジェット記録装置
JP3613302B2 (ja) 1995-07-26 2005-01-26 セイコーエプソン株式会社 インクジェット式記録ヘッド
JP3465427B2 (ja) 1995-07-28 2003-11-10 ソニー株式会社 圧電アクチュエーター及びその製造方法
JP3123435B2 (ja) * 1996-07-29 2001-01-09 株式会社村田製作所 圧電型電気音響変換器
WO1998041354A1 (en) * 1997-03-17 1998-09-24 Hitachi, Ltd. Method of solid-phase welding members
JPH10291082A (ja) * 1997-04-16 1998-11-04 Showa Alum Corp 積層複合材の接合方法
JP4026885B2 (ja) * 1997-05-16 2007-12-26 キヤノン株式会社 圧電素子および振動型駆動装置
US5921460A (en) * 1997-06-05 1999-07-13 Ford Motor Company Method of soldering materials supported on low-melting substrates
JP3697861B2 (ja) * 1997-10-23 2005-09-21 セイコーエプソン株式会社 インクジェットヘッド及びその製造方法
US6362844B1 (en) * 1997-10-23 2002-03-26 Acer Peripherals, Inc. Structure of a piezoelectric ink-jet printer head

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5818274A (ja) * 1981-07-24 1983-02-02 Sharp Corp インクジエツトヘツド装置
JPH06204299A (ja) * 1991-09-30 1994-07-22 Texas Instr Inc <Ti> 超小型電子ボンド形成方法および組立体
JPH08168889A (ja) * 1994-12-16 1996-07-02 Hitachi Koki Co Ltd 金属部材の接合方法、Ａｕ−Ｓｎろう付け用インサート材、インクジェットプリンタ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109317813A (zh) * 2018-12-07 2019-02-12 上海骄成机电设备有限公司 一种超声波焊头

Also Published As

Publication number Publication date
US20020060724A1 (en) 2002-05-23
EP1212164A2 (en) 2002-06-12
US6928731B2 (en) 2005-08-16
CN100556697C (zh) 2009-11-04
WO2001054851A3 (en) 2002-03-14
WO2001054851A2 (en) 2001-08-02
CN100563974C (zh) 2009-12-02
JP2003520685A (ja) 2003-07-08
CN1234494C (zh) 2006-01-04
US6464324B1 (en) 2002-10-15
CN1927565A (zh) 2007-03-14
US6530653B2 (en) 2003-03-11
US20030088981A1 (en) 2003-05-15
ATE522310T1 (de) 2011-09-15
US20040237304A1 (en) 2004-12-02
CN1364106A (zh) 2002-08-14
KR20010113864A (ko) 2001-12-28
US6783213B2 (en) 2004-08-31
JP4795601B2 (ja) 2011-10-19
EP1212164B1 (en) 2011-08-31
AU2001233172A1 (en) 2001-08-07
CN1923518A (zh) 2007-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100773257B1 (ko) 잉크 젯 프린트 헤드, 그 제조 방법, 및 압전 세라믹 패턴
KR960015881B1 (ko) 고밀도 잉크 분사 프린트 헤드 어레이 제조방법
JP2002512139A (ja) 液体噴射装置
JPS5818274A (ja) インクジエツトヘツド装置
US20060050109A1 (en) Low bonding temperature and pressure ultrasonic bonding process for making a microfluid device
US5505364A (en) Method of manufacturing ink jet printheads
US5479684A (en) Method of manufacturing ink jet printheads by induction heating of low melting point metal alloys
JP4917426B2 (ja) 液体吐出装置
JP5023525B2 (ja) 圧電アクチュエータ、液体移送装置、圧電アクチュエータの製造方法、及び、液体移送装置の製造方法。
JP4609746B2 (ja) インクジェットヘッドの製造方法
JPH09300609A (ja) インクジェットヘッド
JP3622484B2 (ja) 圧電アクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッド
JP3298755B2 (ja) インクジェットヘッドの製造方法
JP2001080082A (ja) インクジェットヘッドの製造方法
JPH06336009A (ja) インクジェットヘッド等のコントロールノズル及びその製造方法
JPH09239976A (ja) インクジェットヘッドの接着剤塗布装置
JPH1067103A (ja) インクジェットヘッド及びその製造方法並びにフィルム状接着剤及びその製造方法
JPH0584904A (ja) インクジエツトヘツド
JPH06182996A (ja) インクジェットプリンタヘッド
JPH04107150A (ja) インクジェットヘッドの製造方法
JPH03190742A (ja) インクジェットヘッド
JPH03240548A (ja) インクジェットプリンタヘッドの製造方法
JPH11254679A (ja) 圧電アクチュエータ及びこれを用いたインクジェット ヘッド
JPH10193604A (ja) インクジェットヘッド

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110929

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee