KR101019281B1 - Printhead with elongate nozzles - Google Patents

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Abstract

각각이 노즐(25)과, 이 노즐(25)을 통해 잉크를 분사하기 위한 길다란 액츄에이터를 갖는 잉크챔버들의 배열을 갖고, 이 노즐(25)은 길다란 액츄에이터의 치수와 정렬되는 긴 치수의 길다란 형상을 갖는 잉크젯 프린트헤드.Each has an array of ink chambers having a nozzle 25 and a long actuator for ejecting ink through the nozzle 25, the nozzle 25 having a long dimension of elongate shape aligned with the length of the long actuator. Having an inkjet printhead.

프린트헤드, 노즐, MEMS, 잉크액적관, 앵커, 잉크챔버 Printhead, Nozzle, MEMS, Ink Drop Tube, Anchor, Ink Chamber

Description

길다란 노즐을 갖는 프린트헤드{PRINTHEAD WITH ELONGATE NOZZLES}Printhead with long nozzle {PRINTHEAD WITH ELONGATE NOZZLES}

본 발명은 마이크로 전자기계시스템(MEMS)기구의 분야에 관한 것으로, MEMS기술을 사용한 잉크젯 인쇄시스템을 개시한다.The present invention relates to the field of microelectromechanical system (MEMS) mechanisms, and discloses an inkjet printing system using MEMS technology.

본 발명과 관련된 다양한 방법, 시스템 그리고 장치는, 본 발명의 출원인 또는 양수인에 의해 출원된 다음의 미국 특허/특허출원에 개시되어 있다.Various methods, systems and apparatuses associated with the present invention are disclosed in the following US patent / patent applications filed by the applicant or assignee of the present invention.

Figure 112008033330857-pct00001
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Figure 112008033330857-pct00002
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이러한 출원과 특허의 공개기술은 참조로 여기에 통합된다.The disclosures of these applications and patents are incorporated herein by reference.

본 발명은 기포형성액에서 기체나 증기기포의 형성을 통한 잉크액적의 분사 를 포함한다. 이것의 원리는 미국특허 US3,747,120호(스템(Stemme))에 개괄적으로 기재되어 있다. 인쇄된 이미지(image)의 각 화소(pixel)는 하나 또는 그 이상의 잉크노즐로부터 분사된 잉크액적에 유래된 것이다. 최근에는 잉크젯인쇄는 주로 그 저렴하고 다용도적인 특성에 의해 인기가 증가되어 왔다. 잉크젯인쇄를 위한 많은 상이한 측면들과 기술에 대해서는 상술의 상호참조 문서들에 상세하게 기재되어 있다.The present invention includes the injection of ink droplets through the formation of gas or vapor bubbles in the bubble-forming liquid. The principle of this is outlined in US Pat. No. 3,747,120 (Stemme). Each pixel of the printed image is derived from ink droplets ejected from one or more ink nozzles. In recent years, inkjet printing has increased in popularity mainly due to its inexpensive and versatile characteristics. Many different aspects and techniques for inkjet printing are described in detail in the above cross-reference documents.

노즐팩킹밀도, 또는 프린트헤드의 평방mm당 노즐수는, 인쇄 해상도 및 제조비용과 연관된다. 이러한 관점에서, 노즐팩킹밀도를 늘리기 위해 지속적으로 노력중이다. 그 결과, 각 노즐 구조들은 인접노즐들 사이의 공간을 줄이도록 구성된다. 이러한 구성 중 하나는, 인접노즐 사이의 공간을 줄이기 위해, 연장된 잉크실과 이와 유사하게 연장된 잉크분사 액츄에이터를 사용한다. 그렇지만, 연장 잉크실에서 실질적인 비율의 잉크를 노즐 밖으로 분사하는 것은 상당한 액압손실을 포함한다. 이러한 손실을 극복하기 위해, 액츄에이터는 잉크액적을 분출하기에 충분한 잉크내에서의 압력 맥동을 생성하도록 추가의 에너지를 사용한다. 그러므로, 전체 프린트헤드의 효율은 상대적으로 적게 연장된 잉크실에서의 액츄에이터보다 낮다.Nozzle packing density, or number of nozzles per square mm of printhead, is associated with print resolution and manufacturing cost. In this regard, efforts are continuously made to increase the nozzle packing density. As a result, each nozzle structure is configured to reduce the space between adjacent nozzles. One such configuration employs an extended ink chamber and similarly extended ink jet actuators to reduce the space between adjacent nozzles. However, ejecting a substantial proportion of the ink out of the nozzle in the extended ink chamber involves significant hydraulic pressure loss. To overcome this loss, the actuator uses additional energy to generate pressure pulsations in the ink sufficient to eject the ink droplets. Therefore, the efficiency of the entire printhead is lower than the actuators in the ink chamber, which are relatively less extended.

이에 따라, 본 발명은,Accordingly, the present invention,

노즐과, 이 노즐을 통해 잉크를 분사하기 위한 연장 액츄에이터를 각각 갖는 잉크실들의 열;A row of ink chambers each having a nozzle and an extension actuator for ejecting ink through the nozzle;

상기 연장 액츄에이터의 긴 치수와 정열된 치수로서 연장형태를 갖는 노즐을 포함하는 잉크젯 프린트헤드를 제공한다.An inkjet printhead comprising a nozzle having an extended form as an elongated dimension and an aligned dimension of the elongated actuator.

노즐을 연장하고 이를 액츄에이터와 정렬함으로써, 노즐형태는, 액츄에이터가 잉크에서 형성하는 압력 맥동의 형태와 더 근접하게 대응한다. 이는 압력 맥동이 노즐을 통해 더 용이하게 잉크를 분사하게 하는 것을 가능하게 한다. 압력 맥동에 의해 눌려지는 잉크가 노즐을 통해 닯은 형태로 분사될 때 더 적은 유동저항(fluidic drag)이 적용되기 때문에, 액압손실을 더 적다. 이는 또한, 프린트헤드의 작동효율을 개선한다. 바람직하게는 노즐은 타원형(elliptical) 노즐이다. 또다른 바람직한 형태에서, 액츄에이터는, 증기기포을 노즐을 통해 분사하기 위해 증기기포을 생성하는 연장 히터부재(heat element)를 갖는 서멀 액츄에이터이다. 일부 실시 형태에서 열에 속하는 각 잉크실은, 연장 액츄에이터와 정열된 다수의 연장노즐을 갖는다. 선택적으로, 열에 속하는 각 잉크실은 다수의 연장 액츄에이터와 각각 대응하는 다수의 연장 노즐을 갖는다.By extending the nozzle and aligning it with the actuator, the nozzle shape corresponds more closely to the shape of the pressure pulsation that the actuator forms in the ink. This makes it possible for the pressure pulsation to eject ink more easily through the nozzle. Less hydraulic pressure loss is achieved because less fluidic drag is applied when the ink pressed by the pressure pulsation is ejected in a thin form through the nozzle. This also improves the operating efficiency of the printhead. Preferably the nozzle is an elliptical nozzle. In another preferred form, the actuator is a thermal actuator having an extended heater element that produces steam bubbles for injecting steam bubbles through the nozzle. In some embodiments each ink chamber belonging to a row has a plurality of extension nozzles aligned with extension actuators. Optionally, each ink chamber belonging to a row has a plurality of extension actuators and a plurality of corresponding extension nozzles, respectively.

제1 실시 형태에서 본 발명은,In the first embodiment, the present invention,

노즐과, 이 노즐을 통해 잉크를 분사하기 위한 연장 액츄에이터를 각각 갖고 열을 이루는 잉크실들; Ink chambers each having a nozzle and an extension actuator for ejecting ink through the nozzle, the ink chambers forming a row;

상기 노즐은 연장 액츄에이터의 치수와 정열된 긴 치수를 갖는 연장 형태를 갖는다. The nozzle has an elongate form with the long dimension aligned with the dimension of the elongate actuator.

선택적으로, 노즐은 타원형이다.Optionally, the nozzle is elliptical.

선택적으로, 액츄에이터는, 증기기포을 생성하는 연장 히터부재를 갖고 증기기포을 노즐을 통해 분사하는 서멀 액츄에이터이다.Optionally, the actuator is a thermal actuator that has an extended heater member for generating steam bubbles and injects steam bubbles through the nozzle.

선택적으로, 상기 열에서의 각 잉크실은 연장 액츄에이터와 정렬된 다수의 연장 노즐을 갖는다.Optionally, each ink chamber in the row has a plurality of extending nozzles aligned with the extending actuators.

선택적으로, 상기 열에서의 각 잉크실은 다수의 연장 액츄에이터에 각각 대응하는 다수의 연장 노즐을 갖는다.Optionally, each ink chamber in the row has a plurality of extending nozzles each corresponding to a plurality of extending actuators.

또 다른 형태에서, 액츄에이터 구동신호를 한 쌍의 전극(electrode)을 통해 각각의 액츄에티어에 제공하는 구동회로를 더 포함하고, 상기 액츄에이터는, 상기 쌍을 이루는 전극들 상의 두 접촉자 사이로 뻗는 연장 히터부재를 각각 갖는 서멀 액츄에이터이며, 서멀 액츄에이터는 모두 단일의 평면구조인 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.In another form, the apparatus further includes a driving circuit for providing an actuator driving signal to each actuator through a pair of electrodes, the actuator extending between two contacts on the pair of electrodes. Each of the thermal actuators has a member, and the thermal actuators are all provided with an inkjet printhead having a single planar structure.

선택적으로, 구동회로 안으로 에칭된 트렌치(trench)은 전극들 사이로 뻗는다.Optionally, a trench etched into the drive circuitry extends between the electrodes.

선택적으로, 각 잉크실은 다수의 노즐을 갖고, 사용 중에, 액츄에이터는 잉크실의 모든 노즐을 통해 동시에 잉크를 분사한다.Optionally, each ink chamber has a plurality of nozzles, and during use, the actuator ejects ink simultaneously through all the nozzles of the ink chamber.

선택적으로, 각 잉크실은 두 개의 노즐을 갖는다.Optionally, each ink chamber has two nozzles.

선택적으로, 각 잉크실의 노즐들은 히터부재의 길이에 평행한 선 상에 장착되되, 노즐들의 중심축은 히터부재를 따라 규칙적으로 이격된다.Optionally, the nozzles of each ink chamber are mounted on a line parallel to the length of the heater element, with the central axes of the nozzles being regularly spaced along the heater element.

선택적으로, 노즐들은 타원형이다.Optionally, the nozzles are elliptical.

선택적으로, 타원형 노즐들의 장축들은 일적선에 맞춰진다.Optionally, the long axes of the elliptical nozzles are aligned with the alignment line.

선택적으로, 구동회로는 각 서멀 액츄에이터에 대해 구동 전계효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)를 갖되, 구동FET의 구동전압은 5볼트이하이다.Optionally, the drive circuit has a drive field effect transistor (FET) for each thermal actuator, the drive voltage of the drive FET being less than 5 volts.

선택적으로, 구동FET의 구동전압은 2.5볼트이다.Optionally, the drive voltage of the drive FET is 2.5 volts.

또 다른 형태에서, 노즐판(nozzle plate)과 하부 웨이퍼(underlying wafer) 사이에 다수의 잉크실의 개구(開口)와 유체연통하는 잉크도관(ink conduit)를 더 포함하는 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.In another form, an inkjet printhead is further provided that includes an ink conduit in fluid communication with a plurality of ink chamber openings between a nozzle plate and an underlying wafer.

또 다른 형태에서, 웨이퍼 기판에 규정된 다수의 잉크 입구(ink inlet)를 더 포함하되;In another form, the method further includes a plurality of ink inlets defined in the wafer substrate;

각 잉크도관은, 잉크를 잉크실로 공급하기 위해, 잉크를 수용하는 적어도 하나의 잉크입구와 유체연통하는 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.Each ink conduit is provided with an inkjet printhead in fluid communication with at least one ink inlet containing ink for supplying ink to the ink chamber.

선택적으로, 각 잉크도관은 두 개의 잉크입구와 유체연통한다.Optionally, each ink conduit is in fluid communication with two ink inlets.

선택적으로, 각 잉크 입구는 잉크투과성 트랩(ink permeable trap)과, 크기를 맞춘 통기공(vent)을 가짐으로써 잉크 메니커스(meniscus)의 표면장력이 통기공을 가로질러 잉크누출을 방지하고; 상기 잉크투과성 트랩은 기체기포을 통기공으로 직통하게 하여 대기로 방출되게 한다.Optionally, each ink inlet has an ink permeable trap and a sized vent so that the surface tension of the ink meniscus prevents ink leakage across the vent; The ink permeable trap directs gas bubbles through the vents and causes them to be released into the atmosphere.

선택적으로, 잉크실은 연장 형태를 가짐으로써 두개의 사이드월(sidewall)이 다른 사이드월에 비해 상대적으로 길며, 또한 잉크를 잉크실에 재충전하도록 하는 개구가 긴 사이드월들 중 하나의 사이드월에 있다.Optionally, the ink chamber has an elongate shape so that the two sidewalls are relatively long compared to the other sidewalls, and the sidewall is in one of the long sidewalls that allows ink to refill the ink chamber.

선택적으로, 노즐 센터들은 동일선상이 되도록 노즐들이 열을 이루어 장착되고, 각 열을 따라 노즐피치는 1인치당 1000노즐보다 크다.Optionally, the nozzle centers are mounted in rows so that the nozzle centers are in line, and the nozzle pitch along each row is greater than 1000 nozzles per inch.

제2 형태에서 본 발명은,In a second aspect of the invention,

열을 이루는 노즐들;Row nozzles;

잉크액적관이 파열될 때 잉크액적관(droplet stem)에 부착된 잉크액적이 분리되기에 앞서 구(bulb) 형상을 형성하도록, 노즐들을 통해 잉크를 분사하는 다수의 액츄에이터;A plurality of actuators for ejecting ink through the nozzles so as to form a bulb shape before the ink droplets attached to the droplet stem are separated when the ink droplet tube is ruptured;

인접 액츄에이터들 사이에 위치된 다수의 잉크액적관 앵커(anchor);로 이루어져,A plurality of ink drop pipe anchors positioned between adjacent actuators,

사용중에 인접하는 액츄에이터들이 동시에 잉크를 분사하고 잉크액적관 앵커들이, 인접하는 노즐들에 의해 동시에 분사된 응크를 단일 액적으로 결합하는 잉크젯 프린트헤드를 제공한다.In use, adjacent actuators simultaneously eject ink and ink droplet tube anchors provide an inkjet printhead that combines, in a single droplet, the solids simultaneously ejected by adjacent nozzles.

선택적으로, 인접 액츄에이터들은 단일의 타원형상 노즐을 통해 잉크를 분사하는 두개의 서멀 액츄에이터이다.Optionally, the adjacent actuators are two thermal actuators that eject ink through a single elliptical nozzle.

선택적으로, 상기 서멀 액츄에이터들은 양쪽 모두, 동시적인 동작(actuation)과 분사를 위해 연속적으로 연결된 히터부재다.Optionally, the thermal actuators are both heater elements connected in series for simultaneous actuation and injection.

선택적으로, 상기 두 히터부재는 그 단부 및 중간지점에 매달린 히터부재의 단일 빔의 일부이다.Optionally, the two heater elements are part of a single beam of heater elements suspended at their ends and midpoints.

선택적으로, 히터부재는, 증기기포이 최대 전기저항부에서 시작되도록 하는, 전기저항이 최대인 테이퍼부를 갖는다.Optionally, the heater member has a taper portion with maximum electrical resistance such that the vapor bubbles start at the maximum electrical resistance portion.

선택적으로, 히터부재들은, 하나의 히터부재에 의해 분사된 잉크의 궤도가 다른 히터부재에 의해 분사된 잉크의 궤도와 교차하도록, 잉크액적관 앵커의 대향면 상에 있다.Optionally, the heater members are on opposite sides of the ink drop tube anchor such that the trajectory of the ink jetted by one heater member intersects the trajectory of ink jetted by the other heater member.

선택적으로, 히터부재들은, 인접경계에서 잉크액적관 앵커와 인접하는 잉크실에 있다.Optionally, the heater members are in an ink chamber adjacent to the ink drop tube anchor at an adjacent boundary.

선택적으로, 히터부재들은 단일 잉크실에 있다.Optionally, the heater members are in a single ink chamber.

선택적으로, 인접 액츄에이터들에 의해 분사된 잉크는 동작에 앞서 유체연통된다.Optionally, the ink ejected by adjacent actuators is in fluid communication prior to operation.

선택적으로, 히터부재는 TiAIN으로 형성된다.Optionally, the heater member is formed of TiAIN.

선택적으로, 노즐들은 타원형이다.Optionally, the nozzles are elliptical.

선택적으로, 타원형 노즐의 장축(major axe)들은 일직선 상으로 정렬된다.Optionally, the major axes of the elliptical nozzles are aligned in a straight line.

선택적으로, 구동회로는 각 서멀 액츄에이터를 위해 구동 필드효과트랜지스터(FET)를 가지며, 구동FET의 구동전압은 5볼트이하이다.Optionally, the drive circuit has a drive field effect transistor (FET) for each thermal actuator, the drive voltage of the drive FET being less than 5 volts.

선택적으로, 구동FET의 구동전압은 2.5볼트이다.Optionally, the drive voltage of the drive FET is 2.5 volts.

또 다른 형태에서, 노즐판과 하부웨이퍼 사이에, 다수의 잉크실 개구(opening)와 유체연통하는 잉크도관(ink conduit)을 더 포함하는 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.In still another aspect, an inkjet printhead is provided further comprising an ink conduit in fluid communication with a plurality of ink chamber openings between the nozzle plate and the lower wafer.

또 다른 형태에서, 웨이퍼 기판에 규정된 다수의 잉크입구를 더 포함하며;In yet another form, it further comprises a plurality of ink inlets defined in the wafer substrate;

각 잉크도관은, 잉크를 수용하여 잉크실에 공급하기 위한 적어도 하나의 잉크입구와 유체연통하는 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.Each ink conduit is provided with an inkjet printhead in fluid communication with at least one ink inlet for receiving and supplying ink to the ink chamber.

선택적으로, 각 잉크도관은 두개의 잉크입구와 유체연통한다.Optionally, each ink conduit is in fluid communication with two ink inlets.

선택적으로, 각 잉크 입구는 잉크투과성 트랩과, 크기를 맞춘 통기공을 가짐으로써 잉크 메니커스의 표면장력이 통기공을 가로질러 잉크누출을 방지하고; 사용중에,Optionally, each ink inlet has an ink permeable trap and a sized vent so that the surface tension of the ink meniscus prevents ink leakage across the vent; In use,

상기 잉크투과성 트랩은 기체기포을 통기공으로 직통하게 하여 대기로 방출되게 한다.The ink permeable trap directs gas bubbles through the vents and causes them to be released into the atmosphere.

선택적으로, 잉크실은 연장 형태를 가짐으로써 두개의 사이드월이 다른 사이드월에 비해 상대적으로 길며, 또한 잉크를 잉크실에 재충전하도록 하는 개구가 긴 사이드월들 중 하나의 사이드월에 있다.Optionally, the ink chamber has an extended form so that the two sidewalls are relatively long compared to the other sidewalls, and the opening is in one of the long sidewalls that allows ink to refill the ink chamber.

선택적으로, 노즐 센터들이 동일선상으로 되도록 노즐들이 열을 이루어 장착되고, 각 열을 따라 노즐피치는 1인치당 1000노즐보다 크다.Optionally, the nozzles are mounted in rows so that the nozzle centers are in line, and the nozzle pitch is greater than 1000 nozzles per inch along each row.

제3 형태에서, 본 발명은,In a third aspect, the present invention,

각각이 잉크재충전 간극과 노즐, 그리고 노즐을 통해 잉크를 분사하는 액츄에이터를 갖고, 열을 이루는 잉크실들; 및,Each of the ink chambers having a ink refilling gap and a nozzle, and an actuator for injecting ink through the nozzle, the ink chambers forming a row; And,

잉크실로부터 유출되는 잉크보다 잉크실로 유입되는 잉크에 수압저항(hydraulic resistance)이 적게 걸리도록 하는 잉크재충전 간극에서의 유체흐름정류밸브(fluid flow rectifying valve)를 포함하는 잉크젯 프린트헤드를 제공한다.Provided is an inkjet printhead including a fluid flow rectifying valve in an ink refilling gap such that hydraulic resistance is less applied to ink flowing into the ink chamber than ink flowing out of the ink chamber.

선택적으로, 상기 정류밸브는, 주 도관(main conduit)과 부 도관(secondary conduit), 그리고 적어도 하나의 부 도관을 갖는 테슬라(Tesla)밸브로서; 사용 중에, 잉크실 밖으로의 잉크흐름이 주 흐름과 부차적 흐름으로 나뉨으로써, 잉크가 잉크실 밖으로 흐를 때 이차 흐름이 주 흐름과 결합되어 주 흐름을 압박하게 한다.Optionally, the rectifying valve is a Tesla valve having a main conduit, a secondary conduit, and at least one secondary conduit; In use, the ink flow out of the ink chamber is divided into a main flow and a secondary flow, so that when the ink flows out of the ink chamber, the secondary flow is combined with the main flow to pressurize the main flow.

선택적으로, 테슬라밸브는, 주 도관의 반대측에 두 개의 부 도관을 갖는다.Optionally, the Tesla valve has two secondary conduits opposite the main conduits.

선택적으로, 사용 중에, 잉크가 잉크실로 유입될 때 부 도관의 상류(upstream) 개구(opening)들은 흐름방향에 평행한 평면상에 있고, 또한 하류 개구는, 주 도관 하류 개구로부터의 흐름에 평행하면서 인접한 모든 부차적 흐름에 직통한다.Optionally, during use, when the ink enters the ink chamber, the upstream openings of the secondary conduit are on a plane parallel to the flow direction and the downstream opening is parallel to the flow from the main conduit downstream opening. Direct to all adjacent secondary flows.

선택적으로, 잉크가 잉크실 밖으로 유출되는 동안, 부 도관의 하류 개구들은, 주 도관에 걸쳐 흐름 방향으로 가로질러 주 도관면의 대향면들 상에 있다.Optionally, while the ink flows out of the ink chamber, the downstream openings of the secondary conduit are on opposite sides of the main conduit face across the main conduit in a flow direction.

또 다른 형태에서, 각각의 액츄에이터에 액츄에이터 구동신호를 한 쌍의 전극을 통해 제공하는 구동회로를 더 포함하고, 이 액츄에이터들은, 한 쌍의 전극 상의 두 개의 접촉자 사이로 뻗는 연장 히터소자를 각각 갖되, 모두 단일의 평면구조인 서멀 액츄에이터이다.In another form, each actuator further comprises a drive circuit for providing an actuator drive signal through a pair of electrodes, each of which has an extension heater element extending between two contacts on the pair of electrodes, all of The thermal actuator is a single planar structure.

선택적으로, 구동회로 속으로 에칭된 트렌치는 상기 전극들 사이로 뻗는다.Optionally, the trench etched into the drive circuitry extends between the electrodes.

선택적으로, 각 잉크실들은 다수의 노즐을 갖고; 사용 중에,Optionally, each ink chamber has a plurality of nozzles; In use,

액츄에이터는 모든 잉크실의 노즐들을 통해 잉크를 동시에 분사한다.The actuator sprays ink simultaneously through the nozzles of all the ink chambers.

선택적으로, 각 잉크실들은 두 개의 노즐을 갖는다.Optionally, each ink chamber has two nozzles.

선택적으로, 각 잉크실의 노즐들은, 노즐들의 중앙축(central axe)이 히터부재를 따라 규칙적으로 이격됨과 동반하여, 히터부재의 길이에 평행한 선상으로 장착된다.Optionally, the nozzles of each ink chamber are mounted in a line parallel to the length of the heater member, with the central axes of the nozzles being regularly spaced along the heater member.

선택적으로, 노즐들은 타원형이다.Optionally, the nozzles are elliptical.

선택적으로, 타원형 노즐들의 장축은 일직선 상으로 정렬된다.Optionally, the long axes of the elliptical nozzles are aligned in a straight line.

선택적으로, 구동회로는 각 서멀 액츄에이터를 위한 구동 필드효과트랜지스터(FET)를 가지며, 구동FET의 구동전압은 5볼트이하이다.Optionally, the drive circuit has a drive field effect transistor (FET) for each thermal actuator, the drive voltage of the drive FET being less than 5 volts.

선택적으로, 구동FET의 구동전압은 2.5볼트이다.Optionally, the drive voltage of the drive FET is 2.5 volts.

또 다른 형태에서, 노즐판과 하부웨이퍼 사이에, 다수의 잉크실 개구와 유체연통하는 잉크도관을 더 포함하는 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.In another form, an inkjet printhead is further provided between the nozzle plate and the lower wafer, the ink conduit in fluid communication with the plurality of ink chamber openings.

또 다른 형태에서, 웨이퍼 기판에 규정된 다수의 잉크입구를 더 포함하며;In yet another form, it further comprises a plurality of ink inlets defined in the wafer substrate;

각 잉크도관은, 잉크를 수용하여 잉크실에 공급하기 위한 적어도 하나의 잉크입구와 유체연통하는 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.Each ink conduit is provided with an inkjet printhead in fluid communication with at least one ink inlet for receiving and supplying ink to the ink chamber.

선택적으로, 각 잉크도관은 두개의 잉크입구와 유체연통한다.Optionally, each ink conduit is in fluid communication with two ink inlets.

선택적으로, 각 잉크 입구는 잉크투과성 트랩과, 크기를 맞춘 통기공을 가짐으로써 잉크 메니커스의 표면장력이 통기공을 가로질러 잉크누출을 방지하고; 사용중에,Optionally, each ink inlet has an ink permeable trap and a sized vent so that the surface tension of the ink meniscus prevents ink leakage across the vent; In use,

상기 잉크투과성 트랩은 기체기포을 통기공으로 직통하게 하여 대기로 방출되게 한다.The ink permeable trap directs gas bubbles through the vents and causes them to be released into the atmosphere.

선택적으로, 잉크실은 연장 형태를 가짐으로써 두개의 사이드월이 다른 사이드월에 비해 상대적으로 길며, 또한 잉크를 잉크실에 재충전하도록 하는 개구가 긴 사이드월들 중 하나의 사이드월에 있다.Optionally, the ink chamber has an extended form so that the two sidewalls are relatively long compared to the other sidewalls, and the opening is in one of the long sidewalls that allows ink to refill the ink chamber.

선택적으로, 노즐 센터들이 동일선상으로 되도록 노즐들이 열을 이루어 장착되고, 각 열을 따라 노즐피치는 1인치당 1000노즐보다 크다.Optionally, the nozzles are mounted in rows so that the nozzle centers are in line, and the nozzle pitch is greater than 1000 nozzles per inch along each row.

제4 형태에서, 본 발명은,In a fourth aspect, the present invention,

노즐, 잉크액적관 앵커, 그리고 잉크를 노즐을 통해 분사하는 액츄에이터를 각각 갖고, 열을 이루는 잉크실들;을 포함하고, 사용 중에,Ink nozzles each having a nozzle, an ink drop pipe anchor, and an actuator for injecting ink through the nozzle, and forming a row;

노즐로부터 분사된 잉크가, 액적관(stem)이 부서질 때까지 잉크관(ink stem)에 의해 잉크액적관 앵커에 부착됨으로써, 잉크가 분산 액적을 형성하는 잉크젯 프린트헤드를 제공한다. Ink ejected from the nozzle is attached to the ink droplet tube anchor by an ink stem until the stem is broken, thereby providing an inkjet printhead in which the ink forms dispersed droplets.

선택적으로, 잉크액적관 앵커는 노즐과 닮은 꼴을 갖는 원주(columnar) 형태이다.Optionally, the ink drop anchor is in the form of a columnar with a shape resembling a nozzle.

선택적으로, 잉크액적관 앵커의 축과 노즐의 중앙축은 동일 선상에 있다.Optionally, the axis of the ink drop tube anchor and the center axis of the nozzle are collinear.

선택적으로, 각 잉크실은 두 개의 액츄에이터를 갖고, 각 액츄에이터는 증기기포을 생성하여 잉크를 노즐을 통해 분사하도록 하는 히터소를 가지며, 상기 잉크액적관 앵커가 히터부재들 사이에 위치된다.Optionally, each ink chamber has two actuators, each actuator having a heater element for generating vapor bubbles to inject ink through the nozzle, and the ink droplet tube anchor being located between the heater members.

선택적으로, 액츄에이터는, 히터부재들 사이로 뻗는 교차지지구조(cross bracing structure)로서 평행하게 연결된 다수의 히터부재를 갖고, 교차지지구조도 잉크액적관 앵크를 제공한다.Optionally, the actuator has a plurality of heater members connected in parallel as cross bracing structures extending between the heater members, the cross supporting structures also providing ink droplet tube angles.

선택적으로, 액츄에이터는 두 개의 평행한 히터부재를 갖고, 교차지지구조는 잉크액적관 액츄에이터가 불규칙하게 위치된 표면을 갖는 단일 빔(single beam)이다.Optionally, the actuator has two parallel heater elements, and the cross support structure is a single beam having an irregularly positioned surface of the ink drop tube actuator.

다른 형태에서, 액츄에이터 구동신호를 한 쌍의 전극을 통해 각 액츄에이터에 각각 제공하는 구동회로를 더 포함하고, 이 액츄에이터는 각각이, 이 쌍을 이루는 전극 상의 두 개의 접촉자 사이로 뻗는 연장 히터부재를 갖고, 모두 단일의 평면구조인 서멀 액츄에이터이다.In another form, further comprising a drive circuit for providing an actuator drive signal to each actuator through a pair of electrodes, each of the actuators having an extended heater member extending between two contacts on the electrodes of this pair, Both are single plane thermal actuators.

선택적으로, 구동회로 내로 에칭된 트렌치가 상기 전극들 사이로 뻗는다.Optionally, trenches etched into the drive circuitry extend between the electrodes.

선택적으로, 각 잉크실은 다수의 노즐을 갖고; 사용 중에,Optionally, each ink chamber has a plurality of nozzles; In use,

액츄에이터는 잉크실의 모든 노즐을 통해 잉크를 동시에 분사한다.The actuator sprays ink simultaneously through all the nozzles of the ink chamber.

선택적으로, 각 잉크실은 두 개의 노즐을 갖는다.Optionally, each ink chamber has two nozzles.

선택적으로, 각 잉크실의 노즐은, 노즐들의 중앙축이 히터부재를 따라 규칙적으로 이격된 상태에서, 히터부재의 길이방향에 평행한 선상에 설치된다. Optionally, the nozzles of each ink chamber are provided on a line parallel to the longitudinal direction of the heater member, with the central axis of the nozzles regularly spaced along the heater member.

선택적으로, 노즐들은 타원형이다.Optionally, the nozzles are elliptical.

선택적으로, 타원형 노즐들의 장축은 일직선 상으로 정렬된다.Optionally, the long axes of the elliptical nozzles are aligned in a straight line.

선택적으로, 구동회로는 각 서멀 액츄에이터를 위한 구동 필드효과트랜지스터(FET)를 가지며, 구동FET의 구동전압은 5볼트이하이다.Optionally, the drive circuit has a drive field effect transistor (FET) for each thermal actuator, the drive voltage of the drive FET being less than 5 volts.

선택적으로, 구동FET의 구동전압은 2.5볼트이다.Optionally, the drive voltage of the drive FET is 2.5 volts.

또 다른 형태에서, 노즐판과 하부웨이퍼 사이에, 다수의 잉크실 개구와 유체연통하는 잉크도관을 더 포함하는 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.In another form, an inkjet printhead is further provided between the nozzle plate and the lower wafer, the ink conduit in fluid communication with the plurality of ink chamber openings.

또 다른 형태에서, 웨이퍼 기판에 규정된 다수의 잉크입구를 더 포함하며;In yet another form, it further comprises a plurality of ink inlets defined in the wafer substrate;

각 잉크도관은, 잉크를 수용하여 잉크실에 공급하기 위한 적어도 하나의 잉크입구와 유체연통하는 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.Each ink conduit is provided with an inkjet printhead in fluid communication with at least one ink inlet for receiving and supplying ink to the ink chamber.

선택적으로, 각 잉크도관은 두 개의 잉크입구와 유체연통한다.Optionally, each ink conduit is in fluid communication with two ink inlets.

선택적으로, 각 잉크 입구는 잉크투과성 트랩과, 크기를 맞춘 통기공을 가짐으로써 잉크 메니커스의 표면장력이 통기공을 가로질러 잉크누출을 방지하고; 사용중에,Optionally, each ink inlet has an ink permeable trap and a sized vent so that the surface tension of the ink meniscus prevents ink leakage across the vent; In use,

상기 잉크투과성 트랩은 기체기포을 통기공으로 직통하게 하여 대기로 방출되게 한다.The ink permeable trap directs gas bubbles through the vents and causes them to be released into the atmosphere.

선택적으로, 잉크실은 연장 형태를 가짐으로써 두개의 사이드월이 다른 사이드월에 비해 상대적으로 길며, 또한 잉크를 잉크실에 재충전하도록 하는 개구가 긴 사이드월들 중 하나의 사이드월에 있다.Optionally, the ink chamber has an extended form so that the two sidewalls are relatively long compared to the other sidewalls, and the opening is in one of the long sidewalls that allows ink to refill the ink chamber.

제5 형태에서, 본 발명은,In a fifth aspect, the present invention,

각각이 노즐과 이 노즐을 통해 잉크를 분사하는 액츄에이터를 갖고 열을 이루는 잉크실들을 포함하고; Each of the ink chambers having a nozzle and an actuator for ejecting ink through the nozzle, the ink chambers forming a row;

액츄에이터는, 사용 중에, 노즐 면과 평행한 두 개의 직교축에 대해 대칭인 4중극압력맥동(quadrupole pressure pulse)를 개시하고, 직교축들은 노즐 중앙을 통해 뻗는 상호 직교축을 가로지른다.The actuator, in use, initiates a quadrupole pressure pulse that is symmetrical about two orthogonal axes parallel to the nozzle face, with the orthogonal axes traversing mutual orthogonal axes extending through the nozzle center.

선택적으로, 액츄에이터는 증기기포을 생성하여 잉크를 분사하는 히터부재들을 갖는 서멀 액츄에이터이다.Optionally, the actuator is a thermal actuator having heater elements that generate vapor bubbles and eject ink.

선택적으로, 액츄에이터는, 4극자 압력맥동을 일으키는 각 전류경로를 따라, 직렬로(in series) 연결된 두 개의 히터부재들 갖는 두 개의 평행 전류경로(current path)를 구비한다.Optionally, the actuator has two parallel current paths with two heater elements connected in series along each current path causing a four-pole pressure pulsation.

선택적으로, 히터부재들은 전류경로의 다른 부분들보다 더 빨리 가열되는 기포핵형성부(bubble nucleation section)들을 포함한다.Optionally, the heater members comprise bubble nucleation sections that heat up faster than other parts of the current path.

선택적으로, 기포핵형성부들은 더 큰 서멀 관성(thermal inertia)을 갖는 전류경로의 부분들 사이에 있다.Optionally, the bubble nucleators are between portions of the current path that have greater thermal inertia.

선택적으로, 기포핵형성부들은 상대적으로 큰 반경의 곡선들 사이에서의 촘촘한(tight) 반경의 곡선들이므로, 촘촘한 반경의 곡선들 둘레에 군집하는 전류가, 상대적으로 더 큰 반경의 곡선들보다 더 많은 저향열을 생성한다.Optionally, the bubble nucleators are tight radius curves between relatively large radius curves, so that currents clustering around the tight radius curves are more than those of the relatively larger radius curves. Generates heat of resistance.

선택적으로, 히터부재들은 잉크실 내에 달려있다.Optionally, the heater elements are hung in the ink chamber.

선택적으로, 액츄에이터는 평행전류경로들 상의 중간지점들 사이를 뻗는 교차지지구조를 갖는다.Optionally, the actuator has a cross support structure extending between intermediate points on the parallel current paths.

선택적으로, 각 전류경로로 연결하는 교차지지구조는 서멀 관성을 증가하게 한다.Optionally, the cross support structure connecting each current path results in increased thermal inertia.

선택적으로, 교차지지구조는 잉크액적관 앵커를 제공한다.Optionally, the cross support structure provides an ink drop tube anchor.

또 다른 형태에서, 액츄에이터 구동신호를 한 쌍의 전극을 통해 각각의 액츄에티어에 제공하는 구동회로를 더 포함하고, 상기 액츄에이터는, 상기 쌍을 이루는 전극들 상의 두 접촉자 사이로 뻗는 연장 히터부재를 각각 갖는 서멀 액츄에이터이며, 서멀 액츄에이터는 모두 단일의 평면구조인 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.In still another aspect, the apparatus further includes a driving circuit for providing an actuator driving signal to each actuator through a pair of electrodes, each of which includes an extension heater member extending between two contacts on the pair of electrodes. It is a thermal actuator having, the thermal actuator is provided with an inkjet printhead all of a single planar structure.

선택적으로, 구동회로 안으로 에칭된 트렌치는 전극들 사이로 뻗는다.Optionally, the trench etched into the drive circuitry extends between the electrodes.

선택적으로, 각 잉크실은 다수의 노즐을 갖고, 사용 중에, 액츄에이터는 잉크실의 모든 노즐을 통해 동시에 잉크를 분사한다.Optionally, each ink chamber has a plurality of nozzles, and during use, the actuator ejects ink simultaneously through all the nozzles of the ink chamber.

선택적으로, 각 잉크실은 두 개의 노즐을 갖는다.Optionally, each ink chamber has two nozzles.

선택적으로, 각 잉크실의 노즐들은 히터부재의 길이에 평행한 선 상에 장착되되, 노즐들의 중심축은 히터부재를 따라 규칙적으로 이격된다.Optionally, the nozzles of each ink chamber are mounted on a line parallel to the length of the heater element, with the central axes of the nozzles being regularly spaced along the heater element.

선택적으로, 노즐들은 타원형이다.Optionally, the nozzles are elliptical.

선택적으로, 타원형 노즐들의 장축들은 일직선으로 정렬된다.Optionally, the major axes of the elliptical nozzles are aligned in a straight line.

선택적으로, 구동회로는 각 서멀 액츄에이터에 대해 구동 전계효과 트랜지스터(FET)를 갖되, 구동FET의 구동전압은 5볼트이하이다.Optionally, the drive circuit has a drive field effect transistor (FET) for each thermal actuator, the drive voltage of the drive FET being less than 5 volts.

선택적으로, 구동FET의 구동전압은 2.5볼트이다.Optionally, the drive voltage of the drive FET is 2.5 volts.

선택적으로, 노즐 센터들이 동일선상으로 되도록 노즐들이 열을 이루어 장착되고, 각 열을 따라 노즐피치는 1인치당 1000노즐보다 크다.Optionally, the nozzles are mounted in rows so that the nozzle centers are in line, and the nozzle pitch is greater than 1000 nozzles per inch along each row.

제6 형태에서, 본 발명은,In a sixth aspect, the present invention provides a

각각이 노즐과 이 노즐을 통해 잉크를 분사하기 위해 증기기포을 생성하는 서멀 액츄에이터를 갖고 열을 이루는 잉크실들;을 포함하고,Each of the ink chambers having a nozzle and a thermal actuator for generating steam bubbles for ejecting ink through the nozzle and forming heat;

상기 서멀 액츄에이터는, 한 쌍의 접촉자와 이 접촉자들 사이에 적어도 두개의 평행한 전류경로를 갖고, 각 전류경로는 증기기포의 핵을 이루는 다수의 히터부재를 갖는다.The thermal actuator has a pair of contacts and at least two parallel current paths between the contacts, each current path having a plurality of heater elements constituting the core of the vapor bubbles.

선택적으로, 히터부재들은, 모든 액츄에이터의 작동과 더불어 동시에 각각의 기포 핵을 형성한다.Optionally, the heater elements form their respective bubble nuclei simultaneously with the operation of all actuators.

선택적으로, 액츄에이터는 각 전류경로를 따라 직렬로 연결된 두 개의 히터부재들 갖는 두 개의 평행 전류경로를 구비한다.Optionally, the actuator has two parallel current paths with two heater elements connected in series along each current path.

선택적으로, 히터부재들은 전류경로의 다른 부분들보다 더 빨리 가열되는 기포핵형성부들을 포함한다.Optionally, the heater members include bubble nucleation portions that heat up faster than other portions of the current path.

선택적으로, 기포핵형성부들은 상대적으로 큰 서멀 관성을 갖는 전류경로의 부분들 사이에 있다.Optionally, bubble nucleation portions are between portions of the current path having relatively large thermal inertia.

선택적으로, 기포핵형성부들은 상대적으로 큰 반경의 곡선들 사이에서의 촘촘한(tight) 반경의 곡선들이므로, 촘촘한 반경의 곡선들 둘레에 군집하는 전류가, 상대적으로 더 큰 반경의 곡선들보다 더 많은 저향열을 생성한다.Optionally, the bubble nucleators are tight radius curves between relatively large radius curves, so that currents clustering around the tight radius curves are more than those of the relatively larger radius curves. Generates heat of resistance.

선택적으로, 히터부재들은 잉크실 내에 달려있다.Optionally, the heater elements are hung in the ink chamber.

선택적으로, 서멀 액츄에이터는 평행전류경로들 상의 중간지점들 사이를 뻗는 교차지지구조를 갖는다.Optionally, the thermal actuator has a cross support structure extending between intermediate points on the parallel current paths.

선택적으로, 각 전류경로로 연결하는 교차지지구조는 서멀 관성을 증가하게 한다.Optionally, the cross support structure connecting each current path results in increased thermal inertia.

선택적으로, 교차지지구조는 잉크액적관 앵커를 제공한다.Optionally, the cross support structure provides an ink drop tube anchor.

선택적으로, 액츄에이터는 노즐면에 평행한 두 개의 직교축에 대해 대칭인 4중극의 압력맥동을 개시하는데, 이 직교축들은 노즐 중심을 관통하여 뻗는 상호 직교하는 축을 가로지른다(intersect).Optionally, the actuator initiates a quadrupole pressure pulsation that is symmetric about two orthogonal axes parallel to the nozzle plane, which orthogonal axes intersect mutually orthogonal axes extending through the nozzle center.

선택적으로, 서멀 액츄에이터는 TiAlN으로 형성된다.Optionally, the thermal actuator is formed of TiAlN.

또다른 형태에서, 액츄에이터 구동신호들을 한 쌍의 전극을 통해 각 액츄에이터에 각각 제공하기 위한 구동회로를 더 포함하고, 여기서 액츄에이터는 서멀 액츄에이터이며, 각각은 쌍을 이루는 전극 상의 두 개의 접점 사이로 뻗는 길다란 히터부재를 가지고 서멀 액츄에이터는 모두 단일의 평면구조인 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.In another form, further comprising a drive circuit for providing actuator drive signals to each actuator through a pair of electrodes, wherein the actuator is a thermal actuator, each elongated heater extending between two contacts on the paired electrode With the member, the thermal actuators are all provided with an inkjet printhead having a single planar structure.

선택적으로, 구동회로 안으로 식각된 트렌치는 전극들 사이로 뻗는다.Optionally, the trench etched into the drive circuitry extends between the electrodes.

선택적으로, 각 잉크챔버들은 다수의 노즐을 갖고, 액츄에이터는, 사용 중에, 잉크를 챔버의 모든 노즐을 통해 동시에 분사한다.Optionally, each of the ink chambers has a plurality of nozzles, and the actuator sprays ink through all the nozzles of the chamber simultaneously during use.

선택적으로, 각 잉크챔버들은 두 개의 노즐을 갖는다.Optionally, each ink chamber has two nozzles.

선택적으로, 각 챔버에 있는 노즐들은, 노즐들의 중심축이 히터부재를 따라 규칙적으로 이격된 상태에서, 히터부재의 길이에 평행한 선상에 정렬된다.Optionally, the nozzles in each chamber are aligned on a line parallel to the length of the heater element, with the central axis of the nozzles regularly spaced along the heater element.

선택적으로, 노즐은 타원형이다.Optionally, the nozzle is elliptical.

선택적으로, 타원형 노즐들의 장축은 정렬된다.Optionally, the long axes of the elliptical nozzles are aligned.

선택적으로, 구동회로는 각 서멀 액츄에이터들을 위한 구동 전계효과 트랜지스터(FET)를 갖고, 구동FET의 구동전압은 5볼트이하이다.Optionally, the drive circuit has a drive field effect transistor (FET) for each of the thermal actuators, the drive voltage of the drive FET being less than 5 volts.

제7 형태에서, 본 발명은, In a seventh aspect, the present invention provides a

각각 노즐과, 이 노즐을 통해 잉크를 분사하기 위해 증기기포를 생성하기 위한, 잉크 속에 담그기 위해 매달려 있는 다수의 히터부재들을 갖는 잉크챔버들의 배열; 및,An array of ink chambers each having a nozzle and a plurality of heater members suspended to immerse in ink for generating vapor bubbles for ejecting ink through the nozzle; And,

히터부재들 사이의 간격을 유지하기 위한 교차지지구조(cross bracing structure)를 포함하는 잉크젯 프린트헤드를 제공한다.An inkjet printhead comprising a cross bracing structure for maintaining a gap between heater elements is provided.

선택적으로, 히터부재들은 모든 액츄에이터의 작동으로 동시에 그 각각의 기포들에 핵을 생성한다(nucleate).Optionally, the heater elements nucleate their respective bubbles simultaneously with the operation of all actuators.

선택적으로, 잉크챔버는 접점들 사이로 뻗고 각각이 연속해서 연결된 두개의 히터부재를 갖는 두 개의 평행 전류경로를 갖는 한 쌍의 접점을 갖는다.Optionally, the ink chamber has a pair of contacts having two parallel current paths extending between the contacts and each having two heater elements connected in series.

선택적으로, 히터부재들은 전류경로의 다른 부분보다 더 빨리 가열되는 기포핵형성부들을 포함한다.Optionally, the heater members include bubble nucleation portions that heat up faster than other portions of the current path.

선택적으로, 기포핵생성부들은 더 큰 서멀 관성(inertia)을 갖는 전류경로의 부분들 사이에 있다.Optionally, the bubble nucleators are between portions of the current path having greater thermal inertia.

선택적으로, 교차지지구조는 히터부재들과 일체적으로 형성되고 평행 전류경로 상의 중간지점(intermediate point)들 사이로 뻗는다.Optionally, the cross support structure is formed integrally with the heater members and extends between intermediate points on the parallel current path.

선택적으로, 교차지지구조는 전류경로에서 더 큰 서멀 관성의 부분을 제공한다.Optionally, the cross support structure provides a greater portion of the thermal inertia in the current path.

선택적으로, 히터부재는 노즐면에 평행한 두 개의 직교축에 대해 대칭인 4중극의 압력맥동을 개시하는데, 이 직교축들은 노즐 중심을 관통하여 뻗는 상호 직교하는 축을 가로지른다.Optionally, the heater element initiates a quadrupole pressure pulsation that is symmetrical about two orthogonal axes parallel to the nozzle face, the orthogonal axes traversing mutually orthogonal axes extending through the nozzle center.

선택적으로, 서멀 부재들 및 접점들은 TiAlN으로 형성된다.Optionally, the thermal members and contacts are formed of TiAlN.

선택적으로, 교차지지구조는 액적관 앵커를 제공한다.Optionally, the cross support structure provides a droplet tube anchor.

선택적으로, 액츄에이터는 노즐면에 평행한 두 개의 직교축에 대해 대칭인 4중극의 압력맥동을 개시하는데, 이 직교축들은 노즐 중심을 관통하여 뻗는 상호 직교하는 축을 가로지른다.Optionally, the actuator initiates a quadrupole pressure pulsation that is symmetrical about two orthogonal axes parallel to the nozzle face, the orthogonal axes traversing mutually orthogonal axes extending through the nozzle center.

또다른 형태에서, 액츄에이터 구동신호들을 한 쌍의 전극을 통해 각 액츄에이터에 각각 제공하기 위한 구동회로를 더 포함하고, 액츄에이터는 서멀 액츄에이터이며, 각각은 쌍을 이루는 전극 상의 두 개의 접점 사이로 뻗는 길다란 히터부재를 가지고, 서멀 액츄에이터는 모두 단일의 평면구조인 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.In another form, the apparatus further includes a driving circuit for providing actuator driving signals to each actuator via a pair of electrodes, the actuator being a thermal actuator, each of which extends between two contacts on a pair of electrodes. In addition, the thermal actuators are all provided with an inkjet printhead having a single planar structure.

선택적으로, 구동회로 안으로 식각된 트렌치는 전극들 사이로 뻗는다.Optionally, the trench etched into the drive circuitry extends between the electrodes.

선택적으로, 각 잉크챔버들은 다수의 노즐을 갖고, 액츄에이터는, 사용 중에, 잉크를 챔버의 모든 노즐을 통해 동시에 분사한다.Optionally, each of the ink chambers has a plurality of nozzles, and the actuator sprays ink through all the nozzles of the chamber simultaneously during use.

선택적으로, 각 잉크챔버들은 두 개의 노즐을 갖는다.Optionally, each ink chamber has two nozzles.

선택적으로, 각 챔버에 있는 노즐들은, 노즐들의 중심축이 히터부재를 따라 규칙적으로 이격된 상태에서, 히터부재의 길이에 평행한 선상에 정렬된다.Optionally, the nozzles in each chamber are aligned on a line parallel to the length of the heater element, with the central axis of the nozzles regularly spaced along the heater element.

선택적으로, 노즐은 타원형이다.Optionally, the nozzle is elliptical.

선택적으로, 타원형 노즐들의 장축은 정렬된다.Optionally, the long axes of the elliptical nozzles are aligned.

선택적으로, 구동회로는 각 서멀 액츄에이터들을 위한 구동 전계효과 트랜지스터(FET)를 갖고, 구동FET의 구동전압은 5볼트이하이다.Optionally, the drive circuit has a drive field effect transistor (FET) for each of the thermal actuators, the drive voltage of the drive FET being less than 5 volts.

선택적으로, 구동FET의 구동전압은 2.5볼트이다.Optionally, the drive voltage of the drive FET is 2.5 volts.

제8 형태에서, 본 발명은,In an eighth aspect, the present invention provides a

각각 노즐과 이 노즐을 통해 잉크를 분사하기 위한 액츄에이터를 갖는, 잉크챔버들의 배열을 포함하고;An array of ink chambers, each having a nozzle and an actuator for ejecting ink through the nozzle;

노즐은 노즐개구(nozzle aperture)를 형성하는 노즐 림(nozzle rim)과, 노즐개구의 중앙을 향해 뻗는 노즐 림 상의 로컬화된 불규칙부(localized irregularity)를 포함하는 잉크젯 프린트헤드를 제공한다.The nozzle provides an inkjet printhead comprising a nozzle rim forming a nozzle aperture and localized irregularities on the nozzle rim extending toward the center of the nozzle opening.

선택적으로, 로컬화된 불규칙부는 노즐 림 상의 다른 모든 지점에 우선하여 액적관이 부착되도록 위치된 액적관 앵커이다.Optionally, the localized irregularity is a droplet tube anchor positioned to attach the droplet tube in preference to all other points on the nozzle rim.

선택적으로, 로컬화된 불규칙부는 노즐 림으로부터 노즐개구 속으로 뻗는 측부의 돌출부(lateral spur)이다Optionally, the localized irregularity is a lateral spur that extends from the nozzle rim into the nozzle opening.

선택적으로, 액츄에이터는 잉크 속에 담그기 위한 현가형 빔 히터부재를 갖는 서멀 액츄에이터이다.Optionally, the actuator is a thermal actuator having a suspended beam heater member for immersion in ink.

선택적으로, 배열에 있는 모든 돌출부들은 평행하고 히터부재와 관련하여 동일한 위치를 갖는다.Optionally, all the protrusions in the arrangement are parallel and have the same position with respect to the heater element.

또다른 형태에서, 액츄에이터 구동신호들을 한 쌍의 전극을 통해 각 액츄에이터에 각각 제공하기 위한 구동회로를 더 포함하고, 액츄에이터는 서멀 액츄에이터이며, 각각은 쌍을 이루는 전극 상의 두 개의 접점 사이로 뻗는 길다란 히터부재를 가지고, 서멀 액츄에이터는 모두 단일의 평면구조인 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.In another form, the apparatus further includes a driving circuit for providing actuator driving signals to each actuator via a pair of electrodes, the actuator being a thermal actuator, each of which extends between two contacts on a pair of electrodes. In addition, the thermal actuators are all provided with an inkjet printhead having a single planar structure.

선택적으로, 구동회로 안으로 식각된 트렌치는 전극들 사이로 뻗는다.Optionally, the trench etched into the drive circuitry extends between the electrodes.

선택적으로, 각 잉크챔버들은 다수의 노즐을 갖고, 액츄에이터는, 사용 중에, 잉크를 챔버의 모든 노즐을 통해 동시에 분사한다.Optionally, each of the ink chambers has a plurality of nozzles, and the actuator sprays ink through all the nozzles of the chamber simultaneously during use.

선택적으로, 각 잉크챔버들은 두 개의 노즐을 갖는다.Optionally, each ink chamber has two nozzles.

선택적으로, 각 챔버에 있는 노즐들은, 노즐들의 중심축이 히터부재를 따라 규칙적으로 이격된 상태에서, 히터부재의 길이에 평행한 선상에 정렬된다.Optionally, the nozzles in each chamber are aligned on a line parallel to the length of the heater element, with the central axis of the nozzles regularly spaced along the heater element.

선택적으로, 노즐은 타원형이다.Optionally, the nozzle is elliptical.

선택적으로, 타원형 노즐들의 장축은 정렬된다.Optionally, the long axes of the elliptical nozzles are aligned.

선택적으로, 구동회로는 각 서멀 액츄에이터들을 위한 구동 전계효과 트랜지스터(FET)를 갖고, 구동FET의 구동전압은 5볼트이하이다.Optionally, the drive circuit has a drive field effect transistor (FET) for each of the thermal actuators, the drive voltage of the drive FET being less than 5 volts.

선택적으로, 구동FET의 구동전압은 2.5볼트이다.Optionally, the drive voltage of the drive FET is 2.5 volts.

또다른 형태에서, 노즐 플레이트와 하지 웨이퍼(underlying wafer) 사이에 다수의 잉크챔버의 개방부와 유체적으로 연통하는 잉크도관을 더 포함하는 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.In another form, an inkjet printhead is provided that further includes an ink conduit in fluid communication with the openings of the plurality of ink chambers between the nozzle plate and the underlying wafer.

또다른 형태에서, 웨이퍼 기판 안에 형성된 다수의 잉크입구들을 더 포함하고;In another form, the method further comprises a plurality of ink inlets formed in the wafer substrate;

각 잉크도관은 잉크를 수용하여 잉크챔버에 공급하기 위한 적어도 하나의 잉크입구와 유체적으로 연통하는 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.Each ink conduit is provided with an inkjet printhead in fluid communication with at least one ink inlet for receiving and supplying ink to the ink chamber.

선택적으로, 각 잉크도관들은 두 개의 잉크입구와 유체적으로 연통한다.Optionally, each ink conduit is in fluid communication with two ink inlets.

선택적으로, 각각의 잉크입구들은 잉크투과성 트랩(ink permeable trap)과, 배출구(vent)를 가로지르는 잉크메니스커스(ink meniscus)의 표면장력이 잉크의 누설을 방지하도록 한 크기로 된 배출구를 갖고;Optionally, each ink inlet has an ink permeable trap and an outlet sized such that the surface tension of the ink meniscus across the vent prevents ink leakage. ;

잉크투과성 트랩은, 사용 중에, 기체기포(gas bubble)가 대기로 배출되는 배출구로 향한다.The ink permeable trap is directed to an outlet through which gas bubbles are discharged to the atmosphere during use.

선택적으로, 잉크챔버들은, 두개의 측벽이 다른 것과 연관하여 길도록 길다란 형상을 갖고, 잉크로 챔버를 재충전하도록 하는 개방부가 긴 측벽 중 하나의 측벽에 있다.Optionally, the ink chambers are elongated in shape so that the two sidewalls are long in relation to the other, and the openings for refilling the chamber with ink are on one of the long sidewalls.

선택적으로, 노즐들은 노즐 중심이 동일 선상에 있도록 열들로 정렬도고 각 열을 따른 노즐피치(nozzle pitch)는 인치당 노즐 1000개보다 더 크다.Optionally, the nozzles are arranged in rows such that the nozzle center is collinear and the nozzle pitch along each row is greater than 1000 nozzles per inch.

본 발명에 따른 프린트헤드는 다수의 노즐들, 그리고 챔버와, 각 노즐에 대응하는 하나 또는 그 이상의 히터부재들 포함한다. 프린트헤드의 최소 반복유닛들은 잉크를 하나 또는 그이상의 챔버들에 공급하는 잉크공급입구(ink supply inlet)를 갖는다. 전체 노즐배열은 이러한 개별 유닛이 반복되어 형성된다. 이러한 개별 유닛은 이하 "유닛셀(unit cell)"로 참조된다. The printhead according to the invention comprises a plurality of nozzles and a chamber and one or more heater elements corresponding to each nozzle. The minimum repeat units of the printhead have an ink supply inlet for supplying ink to one or more chambers. The entire nozzle array is formed by repeating these individual units. Such individual units are referred to hereinafter as "unit cells".

또한, "잉크"라는 용어는 모든 분사가능한 액체를 의미할 때 사용되고, 채색된 염료를 포함하는 전통적인 잉크들에 한정되지 않는다. 무채색 잉크의 예들에, 고착액(fixative)들, 자외선 흡수잉크(infra-red absorber ink)들, 기능화 화학물질(functionalized chemical)들, 접착제들, 생물학적 유체(biological fluid)들, 약제(medicament)들, 물 그리고, 다른 용제 등등을 포함한다.In addition, the term "ink" is used when referring to all sprayable liquids, and is not limited to traditional inks including colored dyes. Examples of achromatic inks include fixatives, infra-red absorber inks, functionalized chemicals, adhesives, biological fluids, medicines Includes water, water, and other solvents.

또한, 잉크 또는 분사가능한 액체는 엄밀하게 반드시 액체일 필요는 없고, 고형파티클의 부유물(suspension)을 포함한다.In addition, the ink or sprayable liquid does not necessarily necessarily be a liquid, but contains a suspension of solid particles.

도 1은 본 발명에 따른 프린트헤드 상의 MEMS노즐 배열로 부분적으로 가공되고 도 3의 A-A선을 따라 절단된 유닛셀을 나타낸다;1 shows a unit cell partially machined into an MEMS nozzle arrangement on a printhead according to the invention and cut along line A-A of FIG. 3;

도 2는 도 1의 부분적으로 가공된 유닛셀의 사시도를 나타낸다;2 shows a perspective view of the partially processed unit cell of FIG. 1;

도 3은 히터부재 트렌치의 식각과 연관된 표시를 나타낸다;3 shows an indication associated with etching of a heater element trench;

도 4는 트렌치 식각 후의 유닛셀의 단면도이다;4 is a cross sectional view of a unit cell after trench etching;

도 5는 도 4에 나타낸 유닛셀의 사시도이다;5 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 4;

도 6은 도 7에 나타낸 제거될 포토레지스트의 증착과 관련된 마스크이다;FIG. 6 is a mask associated with the deposition of the photoresist to be removed shown in FIG. 7; FIG.

도 7은 제거될 소재의 단부와 트렌치의 측벽 사이의 갭들을 부분 확대도로서, 제거될 포토레지스트 트렌치의 증착 후의 유닛셀을 나타낸다;7 is a partial enlarged view of the gaps between the end of the material to be removed and the sidewalls of the trench, showing the unit cell after deposition of the photoresist trench to be removed;

도 8은 도 7에 나타낸 유닛셀의 사시도이다;8 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 7;

도 9는 제거될 포토레지스트의 역류(reflow)가 트렌치의 측벽들을 따른 갭의 폐쇄로 이어지는 유닛셀을 나타낸다;9 shows the unit cell in which the reflow of the photoresist to be removed leads to the closing of the gap along the sidewalls of the trench;

도 10은 도 9에 나타낸 유닛셀의 사시도이다;10 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 9;

도 11은 히터소재층의 증착을 나타내는 단면도이다;11 is a sectional view showing deposition of a heater material layer;

도 12는 도 11에 나타낸 유닛셀의 사시도이다;12 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 11;

도 13은 도 14에 나타낸 히터소재의 금속식각과 관련된 마스크이다;FIG. 13 is a mask associated with metal etching of the heater material shown in FIG. 14; FIG.

도 14는 히터 액츄에이터들을 형성하는 금속식각을 나타내는 단면도이다;14 is a cross-sectional view illustrating metal etching to form heater actuators;

도 15는 도 14에 나타낸 유닛셀의 사시도이다;15 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 14;

도 16은 도 17에 나타낸 식각과 관련된 마스크이다;FIG. 16 is a mask associated with etching shown in FIG. 17; FIG.

도 17은 포토레지스트층의 증착과 CMOS구동층의 상부에서의 잉크입구의 패시베이션층으로의 후속되는 식각을 나타낸다; 17 shows deposition of the photoresist layer and subsequent etching of the ink inlet on top of the CMOS drive layer into the passivation layer;

도 18은 도 17에 도시된 단위셀의 사시도이다;18 is a perspective view of a unit cell shown in FIG. 17;

도 19는 하지 실리콘웨이퍼로의 패시베이션층 및 CMOS층을 통한 산화식각을 나타낸다;19 shows oxidation etching through a passivation layer and a CMOS layer into underlying silicon wafers;

도 20은 도 19에 나타낸 유닛셀의 사시도이다;20 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 19;

도 21은 잉크입구의 실리콘웨이퍼로의 심이방성 식각이다;21 is deep anisotropic etching of an ink inlet into a silicon wafer;

도 22는 도 21에 나타낸 유닛셀의 사시도이다;22 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 21;

도 23은 도 24에 나타낸 포토레지스트 식각과 관련된 마스크이다;FIG. 23 is a mask associated with the photoresist etching shown in FIG. 24;

도 24는 챔버루프를 위한 개방부 및 측벽들을 형성하기 위한 포토레지스트 식각을 나타낸다;24 shows photoresist etching to form openings and sidewalls for the chamber loop;

도 25는 도 24에 나타낸 유닛셀의 사시도이다;25 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 24;

도 26은 측벽과 위험성 소재의 증착을 나타낸다;26 illustrates deposition of sidewalls and hazardous materials;

도 27은 도 26에 나타낸 유닛셀의 사시도이다;27 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 26;

도 28은 도 29에 나타낸 노즐 림 식각과 관련된 마스크이다;FIG. 28 is a mask associated with nozzle rim etching shown in FIG. 29; FIG.

도 29는 노즐개구 림을 형성하기 위한 루프층의 식각을 나타낸다;29 shows the etching of the roof layer for forming the nozzle opening rim;

도 30은 도 29에 나타낸 유닛셀의 사시도이다;30 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 29;

도 31은 도 32에 나타낸 노즐개구 식각과 관련된 마스크이다;FIG. 31 is a mask associated with nozzle opening etching shown in FIG. 32;

도 32는 타원형 노즐개구들을 형성하기 위한 루프소재의 식각을 나타낸다;32 shows the etching of the loop material to form elliptical nozzle openings;

도 33은 도 32에 나타낸 유닛셀의 사시도이다;33 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 32;

도 34는 제1 제거층과 제2 제거층의 산소플라즈마 해제식각(release etch)을 나타낸다;FIG. 34 shows an oxygen plasma release etch of the first and second removal layers; FIG.

도 35는 도 34에 나타낸 유닛셀의 사시도이다;35 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 34;

도 36은 해제식각 후의 유닛셀, 그리고 웨이퍼의 반대측을 나타낸다;36 shows the unit cell after release etching and the opposite side of the wafer;

도 37은 도 36에 나타낸 유닛셀의 사시도이다;37 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 36;

도 38은 도 39에 나타낸 역식각(reverse etch)과 관련된 마스크이다;FIG. 38 is a mask associated with the reverse etch shown in FIG. 39; FIG.

도 39는 잉크공급채널의 웨이퍼로의 역식각을 나타낸다;39 shows reverse etching of an ink supply channel into a wafer;

도 40은 도 39에 나타낸 유닛셀의 사시도이다;40 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 39;

도 41은 배면식각에 의한 웨이퍼 시닝(thinning)을 나타낸다;41 shows wafer thinning by back etching;

도 42는 도 41에 나타낸 유닛셀의 사시도이다;42 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 41;

도 43은 본 발명에 따른 프린트헤드 상의 노즐 배열의 부분사시도이다;43 is a partial perspective view of a nozzle arrangement on a printhead in accordance with the present invention;

도 44는 유닛셀의 평면도를 나타낸다;44 is a plan view of a unit cell;

도 45는 도 44에 나타낸 유닛셀의 사시도를 나타낸다;45 is a perspective view of the unit cell shown in FIG. 44;

도 46은 특정 루프층부의 개요만 나타낸 것으로, 루프층이 제거된 상태의 두 개의 유닛셀의 개략적인 평면도(plan view)이다;46 is a schematic plan view of two unit cells with only the roof layer removed, with an overview of the particular roof layer;

도 47은 노즐개방부의 개요만 나타낸 것으로, 루프층이 제거된 상태의 두 개의 유닛셀의 개략적인 평면도이다;FIG. 47 is a schematic plan view of the two unit cells with only the overview of the nozzle opening, with the roof layer removed;

도 48은 챔버의 측벽에서 잉크입구개구들을 갖춘 유닛셀들의 개략적인 부분 평면도이다;48 is a schematic partial plan view of unit cells with ink inlets on the sidewall of the chamber;

도 49는 노즐개방부의 개요만 나타낸 것으로, 루프층이 제거된 상태에서 유닛셀들의 개략적인 평면도이다;FIG. 49 shows only an overview of the nozzle opening, which is a schematic plan view of the unit cells with the roof layer removed;

도 50은 스틱션이 줄어드는 형태를 갖는 노즐 플레이트와 페이퍼더스트의 파티클을 나타낸 부분 평면도이다;50 is a partial plan view showing particles of the nozzle plate and the paper dust having a form in which the stiction is reduced;

도 51은 남은 잉크홈통들을 갖춘 노즐 플레이트의 부분 평면도이다;51 is a partial plan view of a nozzle plate with remaining ink gutters;

도 52는 스트링저(stringer)들의 회피를 위해 사용된 종래기술과 관련된 SAC1포토레지스트의 증착을 나타내는 부분단면도이다;FIG. 52 is a partial cross-sectional view illustrating the deposition of a SAC1 photoresist associated with the prior art used for avoiding stringers; FIG.

도 53은 도 52에서 증착된 SAC1포토레지스트 발판(scaffold) 상으로의 히터소재 층의 증착을 나타내는 부분단면도이다;FIG. 53 is a partial cross-sectional view illustrating the deposition of a heater material layer onto the SAC1 photoresist scaffold deposited in FIG. 52;

도 54는 각 챔버에서 다중노즐들과 액츄에이터들을 갖춘 유닛셀의 개략적인 부분평면도이다;54 is a schematic partial top view of a unit cell with multiple nozzles and actuators in each chamber;

도 55 내지 도 59는 액적분사의 순차적인 단계에서 도 44에 나타낸 잉크챔버 의 개략적인 횡단면도이다; 55 to 59 are schematic cross sectional views of the ink chamber shown in FIG. 44 in the sequential step of droplet injection;

도 60은 도 61에 나타낸 바와 같은 액적관 앵커를 갖춘 노즐의 개략적인 사시도이다;FIG. 60 is a schematic perspective view of a nozzle with a droplet tube anchor as shown in FIG. 61;

도 61은 중심에 액적관 앵커들이 배치된 노즐개구의 평면도이다;61 is a plan view of the nozzle opening with the droplet tube anchors arranged in the center;

도 62는 단순한 '세타' 형 히터부재를 나타내고 루프층이 제거된 상태에서의 유닛셀의 개략적인 평면도이다;62 is a schematic plan view of a unit cell with a simple 'theta' type heater element and with the roof layer removed;

도 63은 액적관을 위치시키기 위해 가로대(cross bar)상의 횡단부에 있는 급격한 수축부를 갖춘 세타형 히터부재를 나타낸다;FIG. 63 shows a theta-type heater element with a sharp contraction in the cross section on the cross bar to position the droplet tube; FIG.

도 64는 액적관을 위치시키기 위해 가로대(cross bar)상의 횡단부에 있는 형성부(formation)를 갖춘 세타형 히터부재를 나타낸다;64 shows a theta-type heater element with a formation at a cross section on a cross bar to position the droplet tube;

도 65는 2개의 바, 네 개의 꼬임형 히트부재를 나타낸다;65 shows two bars and four twisted heat members;

도 66은 챔버입구들을 통해 잉크흐름을 교정하는 테슬라밸브를 갖춘 유닛셀의 개략적인 평면도이다;FIG. 66 is a schematic plan view of a unit cell with a Tesla valve to correct ink flow through chamber inlets; FIG.

도 67은 제어된 액적 오분사를 위해 노즐개구로 뻗는 돌출부를 갖춘 노즐의 개략적인 사시도이다. 67 is a schematic perspective view of a nozzle with protrusions extending into the nozzle opening for controlled droplet misspraying.

<도면부호><Drawing symbol>

이어지는 기재에서, 대응하는 도면부호는 대응하는 부품들에 관련시킨다. 편의상, 각 도면부호에 의해 표시된 부재들이 아래에 열거된다.In the description that follows, corresponding reference numerals relate to corresponding parts. For convenience, the members indicated by the respective reference numbers are listed below.

1: 노즐유닛셀1: Nozzle Unit Cell

2: 실리콘웨이퍼2: silicon wafer

3: CMOS금속층들에 있는 최상부 알루미늄금속층3: top aluminum metal layer in CMOS metal layers

4: 패시베이션층4: passivation layer

5: CVD산화층5: CVD oxide layer

6: 최상부 알루미늄금속층(3)에 있는 잉크입구개방부6: Ink inlet opening in top aluminum metal layer (3)

7: 최상부 알루미늄금속층(3)에 있는 구멍개방부(Pit Opening)7: Pit opening in the top aluminum metal layer (3)

8: 구멍8: hole

9: 전극들9: electrodes

10: SAC1포토레지스트층10: SAC1 photoresist layer

11: 히터소재(TiAlN)11: Heater material (TiAlN)

12: 서멀 액츄에이터12: thermal actuator

13: 포토레지스트층13: photoresist layer

14: 포토레지스트층을 통해 식각된 잉크입구개방부14: ink inlet opening portion etched through the photoresist layer

15: 잉크입구통로15: Ink inlet passage

16: SAC2포토레지스트층16: SAC2 photoresist layer

17: 챔버측벽개방부들17: chamber side wall openings

18: 전방채널 프라이밍부18: front channel priming unit

19: 잉크입구에서의 경계형성19: boundary formation at the ink inlet

20: 챔버 루프층20: chamber roof layer

21: 루프21: loop

22: 측벽들22: sidewalls

23: 잉크도관23: ink conduit

24: 노즐챔버들24: nozzle chambers

25: 타원형 노즐 림25: oval nozzle rim

25(a): 내측 립25 (a): inner lip

25(b): 외측 립25 (b): outer lip

26: 노즐개구26: nozzle opening

27: 잉크공급채널27: ink supply channel

28: 접점28: contact

29: 히터부재29: heater member

30: 기포포집부30: bubble collection

32: 기포유지구조32: bubble holding structure

34: 잉크투과성구조34: ink permeable structure

36: 블리드구멍36: bleed hole

38: 잉크챔버38: ink chamber

40: 이중열 필터40: double row filter

42: 페이퍼더스트42: Paper Dust

44: 잉크홈통44: ink gutter

46: SAC1과 트렌치측벽 사이의 갭46: gap between SAC1 and trench sidewalls

48: 트렌치 측벽48: trench sidewalls

50: 트렌치 단부 둘레의 SAC1의 상승된 립50: raised lip of SAC1 around trench end

52: 히터소재의 더 얇은 경사부52: thinner slope of heater material

54: 직렬 연결된 히터부재들 사이의 콜드스팟54: cold spots between heater elements connected in series

56: 노즐 플레이트56: nozzle plate

58: 원주형 돌기들58: columnar protrusions

60: 측벽 잉크개방부60: sidewall ink opening

62: 잉크재충전개방부62: ink refilling opening

64: 잉크64: ink

66: 기포66: bubble

68: 팽창하는 잉크메니스커스68: expanding ink meniscus

70: 잉크 구형상물(bulb)70: ink bulb

72: 액적관72: drop tube

74: 액적관 부착지점74: drop point

76: 노즐 중심선76: nozzle center line

78: 액적오분사78: droplet misspray

80: 액적80: droplet

82: 위성형 액적82: satellite drop

84: 액적관 앵커84: droplet tube anchor

86: 최대 저항부 또는 '핫스팟'86: maximum resistance or 'hot spot'

88: 액적관 앵커의 어느 한쪽을 발사88: Fire one of the drop pipe anchors

90: 반원형상 전류경로90: semicircular current path

92: '콜드스팟(cold spot)'92: 'cold spot'

94: 중앙 바94: center bar

96: 더 큰 반경의 곡선96: curve of larger radius

98: 촘촘한 반경의 곡선98: tight radius curve

100: 촘촘한 반경의 곡선의 외측단부100: outer end of the curved curve

102: 촘촘한 반경의 곡선의 내측단부102: inner end of the curved curve

104: 잉크재충전개구104: ink refilling opening

106: 교정밸브(테슬라밸브(Tesla valve))106: calibration valve (Tesla valve)

108: 주 도관108: main conduit

110: 부 도관110: secondary conduit

112: 노즐 림으로부터의 측면 돌출부112: side projection from the nozzle rim

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들은 첨부된 도면들을 참고만 한 예를 통해 기술된다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention are described by way of example only with reference to the accompanying drawings.

MEMSMEMS 제조공정(Manufacture process( MEMSMEMS ManufacturingManufacturing ProcessProcess ))

이 MEMS제조공정에서는, CMOS공정이 완료된 후 실리콘웨이퍼(silicon wafer) 상에 노즐구조물을 쌓는다. 도 2는 CMOS공정완료 후 및 MEMS공정 전의 노즐 유닛셀(1)에 대해 부분단면 사시도이다.In this MEMS manufacturing process, nozzle structures are stacked on a silicon wafer after the CMOS process is completed. 2 is a partial cross-sectional perspective view of the nozzle unit cell 1 after the completion of the CMOS process and before the MEMS process.

웨이퍼의 CMOS공정 중에, 네 개의 금속층이 실리콘웨이퍼(2)상에 증착되는 데, 이 금속층들은 층간 유전체(interlayer dielectric, ILD)층들 사이로 산재(intersperse)되어 있다. 이 네 개의 금속층은 M1, M2, M3 그리고 M4 층으로 나타내며, CMOS공정 중에 웨이퍼 상에 순차적으로 쌓여있다. 이러한 CMOS층들은 프린트헤드의 작동을 위한 모든 구동회로와 로직(logic)을 제공한다.During the CMOS process of the wafer, four metal layers are deposited on the silicon wafer 2, which are intersperated between interlayer dielectric (ILD) layers. These four metal layers are represented by M1, M2, M3 and M4 layers, which are sequentially stacked on the wafer during the CMOS process. These CMOS layers provide all the driver circuitry and logic for the operation of the printhead.

완성된 프린트헤드에 있어서, 각 히터소재 액츄에이터는, 최외각의 M4층에 형성된 한 쌍의 전극을 통해 CMOS에 연결된다. 따라서, 이 M4 CMOS층은 웨이퍼의 후속의 MEMS공정을 위한 토대(foundation)로 된다. 또한, 이 M4층은 각 프린트헤드 집적회로의 세로방향 에지(edge)를 따라 본딩패드(bonding pad)들을 형성한다. 이러한 본딩패드(도시하지 않음)들은, CMOS를 본딩패드로부터 연장되는 와이어 본드(wire bond)들을 통해 마이크로프로세서(microprocessor)에 연결되는 것을 가능케 한다.In the completed printhead, each heater material actuator is connected to the CMOS through a pair of electrodes formed on the outermost M4 layer. Thus, this M4 CMOS layer is the foundation for subsequent MEMS processing of the wafer. This M4 layer also forms bonding pads along the longitudinal edges of each printhead integrated circuit. Such bonding pads (not shown) make it possible to connect the CMOS to a microprocessor via wire bonds extending from the bonding pad.

도 1 및 도 2는 그 위에 부동화층(passivation layer)(4)이 증착된 알루미늄 M4층(3)을 나타낸다(이들 도면에서는 단지 M4층의 MEMS 특성을 나타나 있는데; M4층의 주된 CMOS특성들은 노즐 유닛셀의 밖에 위치된다). 이 M4층(3)은 두께가 1미크론(micron)이고, 2미크론의 CVD산화(CVD oxide)층(5) 위에 자체 증착된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, M4층(3)은 잉크입구 개방부(ink inlet opening)(6)과 구멍 개방부(pit opening)(7)를 갖는다. 이러한 개방부는 잉크입구의 위치들과, MEMS공정에서 결과로서 형성된 구멍들을 형성한다.1 and 2 show an aluminum M4 layer 3 with a passivation layer 4 deposited thereon (these figures show only the MEMS characteristics of the M4 layer; the main CMOS characteristics of the M4 layer are nozzles). Located outside the unit cell). This M4 layer 3 is 1 micron thick and is self-deposited over a 2 micron CVD oxide layer 5. As shown in FIGS. 1 and 2, the M4 layer 3 has an ink inlet opening 6 and a pit opening 7. These openings form the locations of the ink inlets and the holes formed as a result of the MEMS process.

유닛셀(1)의 MEMS공정을 시작하기 전에, 각 프린트헤드 집적회로의 세로방향 에지를 따라 본딩패드들이 부동화층(4)을 통한 식각(etching)에 의해 형성된다. 이 식각은 본딩패드 위치에서 M4층(3)을 드러낸다. 이 노즐 유닛셀(1)은 이 단계를 위해 포토레지스트(photoresist)로서 완전히 마스킹되고, 따라서, 식각에 영향받지 않는다. Before starting the MEMS process of the unit cell 1, bonding pads are formed by etching through the passivation layer 4 along the longitudinal edge of each printhead integrated circuit. This etching reveals the M4 layer 3 at the bonding pad position. This nozzle unit cell 1 is completely masked as a photoresist for this step and therefore is not affected by etching.

도 3 내지 도5를 보면, MEMS공정의 제1 단계에서는 부동화층(4)과 CVD산화층(5)을 통해 구멍(8)을 식각한다. 이 식각은, 도 3에 나타낸 어두운 색조(tone)의 구멍 마스크에 의해 노출된 포토레지스트층(도시하지 않음)을 사용하여 형성된다. 이 구멍(8)은 깊이가 2미크론으로서, M4층(3)의 상부로부터 측정된다. 구멍(8)을 식각함과 동시에, 전극(electrode)(9)들이 구멍의 또다른 면에, 부동화층(4)을 통해 M4층(3)이 부분적으로 드러남으로써 형성된다. 완성된 노즐에서, 히터소재는 전극(9)들 사이에서 구멍(8)을 가로질러 매달려있다.3 to 5, the hole 8 is etched through the passivation layer 4 and the CVD oxide layer 5 in the first step of the MEMS process. This etching is formed using a photoresist layer (not shown) exposed by the dark tone hole mask shown in FIG. This hole 8 is 2 microns deep and is measured from the top of the M4 layer 3. At the same time as the hole 8 is etched, the electrodes 9 are formed by partially revealing the M4 layer 3 through the passivation layer 4 on the other side of the hole. In the finished nozzle, the heater material is suspended across the hole 8 between the electrodes 9.

다음 단계에서(도 6 내지 도8), 구멍(8)은 포토레지스트(10)의 제1 손실층(sacrificial layer, "SAC1")으로 채워진다. 높은 점도(viscosity)의 포토레지스트의 2미크론의 층은 우선 웨이퍼 상으로 회전시켜 만들어진 다음, 도 6에 도시된 어두운 색조 마스크를 사용하여 노출된다. 이 SAC1포토레지스트(10)는 구멍(8)의 또다른 면에 후속의 전극(9)을 가로지른 히터소재의 증착을 위해 발판(scaffold)을 형성한다. 따라서, SAC1포토레지스트(10)가 전극(9)들의 상부면과 동일한 평면의 상부면을 갖는다는 것은 중요하다. 동시에, SAC1포토레지스트는, 구멍을 가로질러 뻗으면서 전극을 단락시키는 전도성의 히터소재의 '스트링저(stringer)들'을 회피하기 위해 구멍(8)을 완전히 채워야 한다.In the next step (FIGS. 6-8), the holes 8 are filled with a first sacrificial layer ("SAC1") of the photoresist 10. A 2 micron layer of high viscosity photoresist is first made by spinning onto the wafer and then exposed using the dark tint mask shown in FIG. 6. This SAC1 photoresist 10 forms a scaffold on the other side of the hole 8 for the deposition of a heater material across the subsequent electrode 9. Therefore, it is important that the SAC1 photoresist 10 has a top surface in the same plane as the top surface of the electrodes 9. At the same time, the SAC1 photoresist must completely fill the hole 8 to avoid 'stringers' of the conductive heater material that short across the electrode while extending across the hole.

통상적으로, 트렌치(trench)들을 포토레지스트로 채울 때, 포토레지스트가 트렌치의 벽들에 대해 반드시 꽉 차도록 하기 위해 트렌치의 주벽 외곽에 포토레지스트가 노출될 필요가 있고, 그럼으로써, 후속의 증착단계에서 '스트링저'가 회피된다. 그렇지만, 이 기술은 트렌치 주변을 둘러싸는 상승된(또는 돌출된(spiked)) 림(rim)의 포토레지스트를 초래한다. 이는 뒤이은 증착단계에서, 소재가 상승된 림-림 상에 수직 또는 각진 면들 위로 불균일하게 증착됨으로써, 트렌치를 채우는 포토레지스트가 수평의 평면인 경우일 때보다 적은 증착물질이 수용될 수 있어 바람직하지 않다. 그 결과, 물질이 얇게 증착된 영역은 '저항 핫스팟(resistance hotspot)들'로 된다. Typically, when filling trenches with photoresist, the photoresist needs to be exposed outside the circumferential wall of the trench in order to ensure that the photoresist is full with respect to the walls of the trench, whereby the ' Stringer 'is avoided. However, this technique results in a raised (or spiked) rim of photoresist surrounding the trench. This is undesirable in subsequent deposition steps in which the material is deposited unevenly on the vertical or angled surfaces on the raised rim-rim, so that less deposition material can be received than when the photoresist filling the trench is a horizontal plane. not. As a result, the thinly deposited region becomes 'resistance hotspots'.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 공정은 SAC1포토레지스트(10)를 구멍(8)(예를 들어, 0.5미크론이내)의 주변 벽들 안으로 도 6에 도시된 마스크를 사용하여 일부러 노출시킨다. 이것은 SAC1포토레지스트(10)의 상부면을 평면으로 하여, 구멍(8)의 주변 림 둘레에 어떠한 포토레지스트의 돌출 영역 형성을 회피하도록 하는 것이다.As shown in FIG. 7, the process of the present invention deliberately exposes the SAC1 photoresist 10 into the peripheral walls of the aperture 8 (eg, within 0.5 micron) using the mask shown in FIG. 6. This allows the top surface of the SAC1 photoresist 10 to be planar so as to avoid the formation of any protruding regions of the photoresist around the peripheral rim of the hole 8.

SAC1포토레지스트(10)의 노출 후에, 포토레지스트는 가열에 의해 역류(reflow)된다. 포토레지스트의 역류는 구멍(8) 벽들로 유동하게 하여, 빈틈없이 채울 수 있도록 한다. 도 9 및 도 10은 역류 후의 SAC1포토레지스트를 나타낸다. 이 포토레지스트는 평면의 상부면을 갖고, M4층(3)의 상부면과 동일 면으로 만나며, 전극(9)들을 형성한다. 역류에 이어, SAC1포토레지스트(10)는 후속의 히터소재의 증착단계 중에 어떠한 역류도 일어나지 않도록 U.V.경화되고 및/또는 딱딱하게 구워진다(hardbake). After exposure of the SAC1 photoresist 10, the photoresist is reflowed by heating. The backflow of the photoresist causes flow to the holes 8 walls, allowing for full filling. 9 and 10 show the SAC1 photoresist after backflow. This photoresist has a planar top surface, meets the same surface as the top surface of the M4 layer 3, and forms the electrodes 9. Following backflow, the SAC1 photoresist 10 is U.V. hardened and / or hardbaked such that no backflow occurs during the subsequent deposition of the heater material.

도 11 및 도 12는 SAC1포토레지스트(10) 위로 0.5미크론의 히터소재(11)를 증착한 뒤의 유닛 셀을 나타낸다. 상술한 역류공정에 의해, 히터소재(11)는 전극(9)들 및 SAC1포토레지스트(10) 위로 평면층에 평탄하게 증착된다. 히터소재는 TiAl, TiN, TiAlN, TiAlSiN 등과 같은 모든 적합한 전도성 소재로 이루어질 수 있다. 통상적인 히터소재 증착공정은 100옹스트롱의 TiAl 기초층, 2500옹스트롱의 TiAlN층, 100옹스트롱의 TiAl 추가기초층 그리고, 마지막으로 2500옹스트롱의 TiAlN 추가층의 순차적인 증착을 포함한다.11 and 12 show the unit cell after depositing a 0.5 micron heater material 11 over the SAC1 photoresist 10. By the countercurrent process described above, the heater material 11 is deposited flat on the planar layer over the electrodes 9 and the SAC1 photoresist 10. The heater material may be made of any suitable conductive material such as TiAl, TiN, TiAlN, TiAlSiN and the like. A typical heater material deposition process includes sequential deposition of a 100 Angstrom TiAl base layer, a 2500 Angstrom TiAlN layer, a 100 Angstroms TiAl base layer, and finally a 2500 Angstroms TiAlN addition layer.

도 13 내지 도 15를 참조하면, 다음 단계에서, 히터소재(11)층은 서멀 액츄에이터(thermal actuator)(12)를 형성하기 위해 식각된다. 각 액츄에이터(12)는 SAC1포토레지스트(10)의 또다른 면에서 각각의 전극(9)들에 전기적 연결을 성립하게 하는 접점(28)들을 갖는다. 히터부재(heater element)(29)는 그와 대응하는 접점(28)들 사이에 걸쳐진다(span).13 to 15, in the next step, the heater material 11 layer is etched to form a thermal actuator 12. Each actuator 12 has contacts 28 that make electrical connections to the respective electrodes 9 on another side of the SAC1 photoresist 10. A heater element 29 spans between its corresponding contacts 28.

이 식각은 도 13에 나타난 어두운 색조의 마스크를 사용하여 노출된 포토레지스트층(도시하지 않음)에 의해 형성된다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 히터부재(12)는 한 쌍의 전극(9)들 사이의 선형 빔 스패닝(linear beam spanning)이다. 그렇지만, 이 히터부재(12)는 대안적으로, 그 내용이 여기에 참조로 통합된 본 출원인의 미국특허 US6,755,509호 기재된 바와 같이, 다른 구성에 적용된다. 예를 들어, 중심이 비어 있는(void) 히터부재(29)의 구성은, 기포가 잉크 분사 중에 붕괴될 때 히터소재에 미치게 되는 유해한 캐비테이션 작용력(cavitation force)의 효과를 최소화하는 이점이 있다. 캐비테이션 보호의 다른 형태는 자기 부동화 소 재(self passivating material)의 사용과 함께 '기포 배출(bubble venting)'과 같은 것에 적용된다. 이러한 캐비테이션 관리기술은 미국 특허출원건(문서정리번호(docket) MTC001US)에서 상세하게 기재된다.This etching is formed by a photoresist layer (not shown) exposed using the dark tint mask shown in FIG. As shown in FIG. 15, the heater member 12 is linear beam spanning between a pair of electrodes 9. However, this heater element 12 alternatively applies to other configurations, as described in the Applicant's US Pat. No. 6,755,509, the contents of which are hereby incorporated by reference. For example, the configuration of the void heater member 29 has the advantage of minimizing the effects of the harmful cavitation force on the heater material when the bubbles collapse during ink jetting. Another form of cavitation protection applies to things like 'bubble venting' with the use of self passivating materials. Such cavitation management techniques are described in detail in US patent application (docket MTC001US).

다음 순서의 단계에서, 노즐을 위한 잉크입구는 부동화층(4), 산화층(5) 그리고 실리콘웨이퍼(2)를 통해 식각된다. CMOS공정 중에, 각 금속층들은, 이 잉크입구의 식각을 위한 준비작업을 통해 식각된 잉크입구 개방부(예를 들어, 도 1에서 M4층(3)에 있는 개방부(6)를 참조)를 가졌다. 이러한 금속층들은 산재도니 ILD층들과 함께, 잉크입구를 위한 씰 링(seal ring)을 형성하여, 잉크가 CMOS층으로 스며드는 것을 방지한다.In the next sequence of steps, the ink inlets for the nozzles are etched through the passivation layer 4, the oxide layer 5 and the silicon wafer 2. During the CMOS process, each of the metal layers had an ink inlet opening (see, for example, the opening 6 in the M4 layer 3 in FIG. 1) etched in preparation for etching the ink inlet. . These metal layers, together with the scattered ILD layers, form a seal ring for the ink inlet to prevent ink from seeping into the CMOS layer.

도 16 내지 도 18을 참조하면, 상대적으로 두꺼운 포토레지스트(13)층은 웨어퍼 상으로 회전시켜 만들어지고, 도 16에 도시된 어두운 색조의 마스크를 사용하여 노출된다. 요구되는 포토레지스트(13)의 두께는 잉크입구를 식각할 때 사용되어 온 깊은 활성 이온식각(deep reactive ion etch, DRIE)의 선택성에 달려있다. 포토레지스트(13)에 형성된 잉크입구 개방부(14)를 갖춤으로써, 웨이퍼는 뒤이은 식각단계가 준비된 것이다.16 to 18, a relatively thick layer of photoresist 13 is made by rotating onto a wafer and exposed using a dark tint mask shown in FIG. The thickness of the photoresist 13 required depends on the selectivity of the deep reactive ion etch (DRIE) used to etch the ink inlets. By having the ink inlet opening 14 formed in the photoresist 13, the wafer is ready for the subsequent etching step.

제1 식각단계(도 19 및 도 20)에서, 유전체층(dielectric layer)(부동화층(4) 및 산화층(5))들은 실리콘웨이퍼 아래에까지 관통식각된다. 모둔 표준 산화식각(예를 들어,

Figure 112008033330857-pct00003
플라즈마)이 사용될 수 있다.In the first etching step (Figs. 19 and 20), the dielectric layers (passivation layer 4 and oxide layer 5) are etched down to below the silicon wafer. All standard oxide etching (e.g.,
Figure 112008033330857-pct00003
Plasma) can be used.

제2 식각단계(도 21 및 도 22)에서, 동일한 포토레지스트 마스크(13)를 사용하여, 잉크입구(15)는 실리콘웨이퍼(2)를 통해 25미크론의 깊이로 식각된다. 보 쉬(Bosch)식각(미국특허 US6,501,893 및 US6,284,148를 참조)과 같은 표준 이방성(standard anisotropic) DRIE이 이러한 식각에 사용될 수 있다. 뒤이은 잉크입구(15)의 식각작업에서, 포토레지스트층(13)은 플라즈마 애슁(ashing)에 의해 제거된다.In the second etching step (FIGS. 21 and 22), using the same photoresist mask 13, the ink inlet 15 is etched through the silicon wafer 2 to a depth of 25 microns. Standard anisotropic DRIEs such as Bosch etching (see US Pat. Nos. 6,501,893 and 6,284,148) can be used for such etching. In the subsequent etching of the ink inlet 15, the photoresist layer 13 is removed by plasma ashing.

다음 단계에서, 잉크입구(15)는 포토레지스트에 플러깅되고, 포토레지스트(16)의 제2손실층("SAC2")이 SAC1포토레지스트(10) 및 부동화층(4)의 상부에 쌓인다. 이 SAC2포토레지스트(16)는 그 후의 루프물질(roof material)의 증착을 위한 발판으로서의 작용을 하는데, 각 노즐 챔버를 위한 루프 및 측벽(sidewall)들을 형성한다. 도 23 내지 도 25를 참조하면, 6미크론 이하의 높은 점도의 포토레지스트층이 웨이퍼 상으로 회전시켜 만들어져서 도 23에 나타낸 바와 같이 어두운 색조의 마스크를 사용하여 노출된다.In the next step, the ink inlet 15 is plugged into the photoresist, and a second lossy layer "SAC2" of the photoresist 16 is deposited on top of the SAC1 photoresist 10 and passivation layer 4. This SAC2 photoresist 16 acts as a scaffold for subsequent deposition of the roof material, forming loops and sidewalls for each nozzle chamber. 23 to 25, a high viscosity photoresist layer of 6 microns or less is made by rotating onto a wafer and exposed using a dark tint mask as shown in FIG.

도 23 및 도 25에 나타낸 바와 같이, 이 마스크는 챔버측벽들의 위치와 잉크도관을 위한 측벽들에 대응하여 SAC2포토레지스트(16)에서 측벽 개방부(17)들을 노출한다. 아울러, 개방부(18)(19)들은 플러깅된 입구(15) 및 노즐챔버입구에 각각 인접하여 노출된다. 이러한 개방부(18)(19)들은 뒤이은 루프 증착단계에서 루프물질로 채워질 것이고 본 발명의 노즐 디자인에 독특한 이점을 제공한다. 특히, 루프물질로 채워진 이 개방부(18)는 프라이밍부(priming feature)로 작용하여, 입구(15)로부터의 잉크를 각 노즐챔버로 유도하는 것을 돕는다. 이는 이하에서 더 상세하게 기술된다. 루프물질로 채워진 개방부(19)는 필터구조물 및 유체적인 혼선 장벽(fluidic cross talk barrier)들로서의 역할을 한다. 이로서 공기기포가 노즐 챔버들에 들어가지 못하게 돕고 또한 서멀 액츄에이터(12)에 의해 생성된 압력맥동을 발산하는 것을 돕는다.As shown in Figures 23 and 25, this mask exposes sidewall openings 17 in the SAC2 photoresist 16 corresponding to the location of the chamber sidewalls and the sidewalls for the ink conduit. In addition, openings 18 and 19 are exposed adjacent to the plugged inlet 15 and the nozzle chamber inlet, respectively. These openings 18 and 19 will be filled with loop material in subsequent loop deposition steps and provide unique advantages to the nozzle design of the present invention. In particular, this opening 18 filled with loop material acts as a priming feature to help guide the ink from the inlet 15 to each nozzle chamber. This is described in more detail below. Openings 19 filled with loop material serve as filter structures and fluidic cross talk barriers. This helps to prevent air bubbles from entering the nozzle chambers and also to dissipate the pressure pulsations generated by the thermal actuator 12.

도 26 및 도 27을 참조하면, 다음 단계는 PECVD에 의해 3미크론의 루프물질(20)을 SAC2포토레지스트(16) 상에 증착한다. 루프물질(20)은 SAC2포토레지스트(16)에 있는 개방부(17), 개방부(18), 그리고 개방부(19)를 채움으로써 루프(21) 및 측벽(22)들을 갖는 노즐챔버(24)들을 형성한다. 또한, 루프물질(20)의 증착 중에 잉크를 각 노즐챔버로 공급하기 위한 잉크도관(23)이 형성된다. 아울러, 모든 프라이밍부들과 필터구조물(도 26과 도 27에 도시되지 않음)이 동시에 형성된다. 개별적인 노즐챔버(24)에 각각 대응하는 루프(21)들은 연속적인 노즐플레이트를 형성하기 위해 일렬로 노즐챔버들의 부근을 가로질러 걸친다(span). 루프물질(20)은 질화규소(silicon nitride), 산화규소(silicon oxide), 옥시나이트라이드 규소(silicon oxynitride), 질화 알루미늄(aluminium nitride)등과 같은 모든 적절한 물질로 이루어질 수 있다.Referring to Figures 26 and 27, the next step is to deposit 3 micron loop material 20 on SAC2 photoresist 16 by PECVD. The loop material 20 fills the opening 17, opening 18, and opening 19 in the SAC 2 photoresist 16 with a nozzle chamber 24 having loops 21 and sidewalls 22. ). In addition, an ink conduit 23 for supplying ink to each nozzle chamber is formed during the deposition of the loop material 20. In addition, all priming parts and filter structures (not shown in FIGS. 26 and 27) are formed simultaneously. Loops 21, each corresponding to a separate nozzle chamber 24, span across the vicinity of the nozzle chambers in a row to form a continuous nozzle plate. The roof material 20 may be made of any suitable material such as silicon nitride, silicon oxide, silicon oxynitride, aluminum nitride, or the like.

도 28 내지 도 30을 참조하면, 다음 단계는, 2미크론의 루프물질(20)을 식각하여 루프(21)에 타원형 노즐림(25)을 형성한다. 이 식각은 도 28에 나타낸 어두운 색조의 림 마스크에 의해 노출된 포토레지스트층(도시하지 않음)을 사용하여 형성된다. 타원형 림(25)은, 각각의 서멀 액츄에이터(12) 위에 위치된 두개의 동축 림 립(coaxial rim lip)(25a)(25b)을 포함한다.Referring to FIGS. 28 to 30, the next step is to etch the 2 micron loop material 20 to form an elliptical nozzle rim 25 in the loop 21. This etching is formed using a photoresist layer (not shown) exposed by the dark rim mask shown in FIG. The elliptical rim 25 includes two coaxial rim lips 25a and 25b located above each thermal actuator 12.

도 31 내지 도 33을 참조하면, 다음 단계는, 잔류하는 루프물질(20)을 전부 식각하여 루프(21)에서 타원형의 노즐개구(nozzle aperture)(26)를 형성하는데, 이 것은 림(25)에 의해 구속된다(bound). 이 식각은 도 31에 도시된 어두운 색조의 루프마스크에 의해 노출된 포토레지스트층(도시하지 않음)을 사용하여 형성된다. 타원형의 노즐개구(26)는, 도 33에 도시된 바와 같이, 서멀 액츄에이터(12)위에 위치된다.31 to 33, the next step is to etch all remaining loop material 20 to form an elliptical nozzle aperture 26 in the loop 21, which is a rim 25. Bound by This etching is formed using a photoresist layer (not shown) exposed by the dark-masked roof mask shown in FIG. The elliptical nozzle opening 26 is located on the thermal actuator 12, as shown in FIG.

여기서 모든 MEMS노즐의 프라이밍부가 완전히 형성됨에 따라, 다음 단계는 O2플라즈마 애슁(도 34 내지 도 35)에 의해 SAC1포토레지스트층(10)과 SAC2포토레지스트층(16)을 제거한다. 애슁 후에, 서멀 액츄에이터(12)는 단일 평면에서 구멍(8) 위에 매달려 있다. 접점(28) 및 히터부재(29)의 동일 평면 상의 증착은 전극(9)과의 전기적 연결을 효율적인 것으로 한다.As the priming portions of all the MEMS nozzles are completely formed here, the next step is to remove the SAC1 photoresist layer 10 and the SAC2 photoresist layer 16 by O2 plasma ashing (FIGS. 34-35). After ashing, the thermal actuator 12 is suspended above the hole 8 in a single plane. Coplanar deposition of the contact 28 and heater element 29 makes the electrical connection with the electrode 9 efficient.

도 36과 도 37는, SAC1포토레지스트층(10)과 SAC2포토레지스트층(16)를 애슁한 후의 실리콘웨이퍼(2)의 전체 두께(150미크론)를 나타낸다.36 and 37 show the total thickness (150 microns) of the silicon wafer 2 after the SAC1 photoresist layer 10 and the SAC2 photoresist layer 16 are ashed.

도 38 내지 도 40을 참조하면, 일단 웨이퍼 앞면의 MEMS공정이 완료되면, 표준 이방성 DRIE를 사용하는 잉크입구(15)와 만나도록 웨이퍼 이면으로부터 잉크공급채널(ink supply channel)(27)들이 식각된다. 이 이면 식각은 도 38에 도시된 바와 같이 어두운 색조의 마스크에 의해 노출된 포토레지스트(도시하지 않음)를 사용하여 형성된다. 이 잉크공급채널(27)은 웨이퍼 이면과 잉크입구(15)들 간을 유체적으로 연결한다.38 to 40, once the MEMS process on the front side of the wafer is completed, ink supply channels 27 are etched from the back side of the wafer to meet the ink inlet 15 using standard anisotropic DRIE. . This backside etching is formed using a photoresist (not shown) exposed by a mask of dark hue as shown in FIG. The ink supply channel 27 fluidly connects the wafer back surface with the ink inlets 15.

최종적으로, 도 41과 도 42를 참조하면, 웨이퍼는 이면 식각에 의해 135미크으로 얇아진다. 도 43은 완성된 프린트헤드 집적회로의 단면 사시도에서 3개의 인접한 노즐들의 배열을 나타낸다. 각 노즐들의 배열은 그 길이를 따라 뻗으면서 각 배열에서 잉크를 복수의 잉크입구(15)에 공급하는 각각의 잉크공급채널(27)을 갖는다. 이 잉크입구들은 교대로 각 열을 위한 잉크도관(23)에 잉크를 공급하면서, 각 노즐챔버가 그 열을 위한 공통의 잉크도관으로부터 잉크를 수용한다.Finally, referring to FIGS. 41 and 42, the wafer is thinned to 135 microns by backside etching. Figure 43 shows an arrangement of three adjacent nozzles in a sectional perspective view of a completed printhead integrated circuit. Each array of nozzles has a respective ink supply channel 27 that extends along its length and supplies ink to the plurality of ink inlets 15 in each array. These ink inlets alternately supply ink to the ink conduit 23 for each row, while each nozzle chamber receives ink from a common ink conduit for that row.

특정 실시 형태의 양상들과 이점들Aspects and Benefits of Certain Embodiments

이하 본 발명의 특정의 특이한 양상들과 이러한 양상들의 이점은 적절한 부제(sub-heading) 하에 이하 기술된다. 이 양상들은, 문맥에서 특별히 특정도면을 배제하지 않는 한 본 발명에 관련되는 모든 도면들과 연관해서 고찰되어야 하고, 또한 특히 참조된 그들 도면에 연관된다.Certain specific aspects of the present invention and the advantages of these aspects are described below with appropriate sub-heading. These aspects are to be considered in connection with all the drawings relevant to the present invention, unless specifically excluded in the context of the drawings, and in particular to those drawings to which reference is made.

저손실 전극들(Low loss electrodes LowLow LossLoss ElectrodesElectrodes ))

도 41과 도 42에 도시된 바와 같이, 히터부재(29)는 챔버내에 매달려진다. 이는 챔버가 준비된(primed) 때 히터부재가 잉크 안에 잠겨지는 것을 보장한다. 히터부재를 잉크안에 완전히 잠기게 하는 것은 프린트헤드의 효율을 극적으로 향상케 한다. 다소의 열이 하지(underlying) 웨이퍼 기판으로 방산시킴(dissipate)으로써, 더 많은 입력에너지가 잉크를 분사하는 증기의 생성에 사용된다.41 and 42, the heater member 29 is suspended in the chamber. This ensures that the heater element is submerged in the ink when the chamber is primed. Fully submerging the heater element in the ink dramatically improves the efficiency of the printhead. By dissipating some heat to the underlying wafer substrate, more input energy is used to generate the vapor that injects the ink.

히터부재를 매달기 위해, 접점이 히터부재를 그 상승된 위치에서 지지하도록 사용된다. 본질적으로, 히터부재의 또다른 단부에서의 접점들은, CMOS구동부 상의 각각의 전극들을 승강된 위치에서 히터부재에 연결하기 위해 수직부분 또는 경사진 부분을 가질 수 있다. 그렇지만, 히터물질은 수평면보다 수직면 또는 경사면에서 더 얇게 증착된다. 상대적으로 얇은 영역에서 바람직하지 않는 저항손실들을 회피 하기 위해, 서멀 액츄에이터의 접점부는 상대적으로 커야 할 필요가 있다. 상대적으로 큰 접점은 웨이퍼의 중요영역을 차지하여 노즐패킹밀도(nozzle packing density)를 제한한다.To suspend the heater element, a contact is used to support the heater element at its raised position. In essence, the contacts at the other end of the heater element may have a vertical portion or an inclined portion to connect respective electrodes on the CMOS driver to the heater element at the elevated position. However, the heater material is deposited thinner in the vertical or inclined plane than in the horizontal plane. In order to avoid undesirable resistive losses in relatively thin areas, the contact portion of the thermal actuator needs to be relatively large. Relatively large contacts occupy a significant area of the wafer and limit nozzle packing density.

히터를 잠기게 하기 위해, 본 발명은 전극(9)들 사이에 구멍 또는 트렌치(8)를 식각하여 챔버 바닥의 수준(level)을 떨어뜨린다. 상술한 바와 같이, 손실포토레지스트층(SAC)(10)(도 9를 참조)이 트렌치에 증착되어, 히터부재를 위한 발판을 제공한다. 그렇지만, 트렌치(8)에 SAC(10)를 증착해서 단순히 히터물질층으로 덮는 것은 (도 7과 관련하여 앞에 기술된 바와 같이) SAC(10)과 트렌치(8)의 측벽(48)들 사이의 갭(46)들에 형성하는 스트링저들을 일으킬 수 있다. 마스크와 트렌치(8)의 측부를 정확하게 맞추기 어렵기 때문에 갭들이 형성된다. 통상적으로, 마스킹된 포토레지스트가 노출될 때, 갭(46)들은 구멍의 측부와 SAC사이에서 형성한다. 히터물질층이 증착될 때, 이러한 갭들은 (알려진 바와 같이) '스트링저'의 형성을 위해 채워진다. 이 스트링저들은 (히터부재를 구체화하는) 금속식각(metal etch)과 (마지막으로 SAC를 제거하기 위한) 해제식각(release etch) 후에 트렌치(8)에 잔존한다. 이 스트링저들이 히터회로를 단락시킴으로써 증기생성은 실패한다. In order to submerge the heater, the present invention etches holes or trenches 8 between the electrodes 9 to lower the level of the chamber bottom. As described above, a lossy photoresist layer (SAC) 10 (see FIG. 9) is deposited in the trench to provide a scaffold for the heater member. However, depositing the SAC 10 in the trench 8 and simply covering it with a layer of heater material may provide the separation between the SAC 10 and the sidewalls 48 of the trench 8 (as described above in connection with FIG. 7). Stringers forming in the gaps 46 may occur. Gaps are formed because it is difficult to accurately fit the sides of the mask and the trench 8. Typically, when the masked photoresist is exposed, gaps 46 form between the sides of the hole and the SAC. When the heater material layer is deposited, these gaps are filled to form a 'stringer' (as known). These stringers remain in the trench 8 after a metal etch (which specifies the heater element) and a release etch (last to remove the SAC). Steam generators fail because these stringers short the heater circuit.

이하 도 52와 도 53으로 넘어가면, 스트링저들의 회피를 위한 '전통적인(traditional)' 기술이 도시된다. 트렌치(8)보다 약간 더 크게 SAC를 노출하는 UV마스크를 만듦으로써, SAC(10)이 측벽(48)들 위에 증착될 것이고 그로써 갭들이 전혀 형성하지 않는다. 안타깝게도, 이는 트렌치 상부를 둘러싸는 승강 립(raised lip)(50)을 양산한다. 히터물질층(11)이 증착될 때(도 53을 참조), 히터물질층은 립(50)의 수직 또는 경사면(52)들 상에서 더 얇다. 금속식각 및 해제식각 후에, 이들 얇은 립 형성물(52)들은 잔류하여, 로컬화된 박화(thinning)는 저항을 증가시키기 때문에 '핫스팟(hotspot)들'이 발생하게 한다. 이러한 핫스팟은 히터의 작동에 영향을 끼치고 통상적으로 히터수명을 짧게 한다.52 and 53, a 'traditional' technique for avoiding stringers is shown. By creating a UV mask that exposes the SAC slightly larger than the trench 8, the SAC 10 will be deposited over the sidewalls 48 so that no gaps are formed at all. Unfortunately, this produces a raised lip 50 surrounding the top of the trench. When the heater material layer 11 is deposited (see FIG. 53), the heater material layer is thinner on the vertical or inclined surfaces 52 of the lip 50. After metal etching and release etching, these thin lip formations 52 remain, causing 'hotspots' to occur because localized thinning increases resistance. These hot spots affect the operation of the heater and typically shorten the heater life.

상술한 바와 같이, 본 출원인은, SAC(10)의 역류가 갭(46)들을 폐쇄함으로써 전극(9)들 사이의 발판이 완전히 편평하다는 것을 발견하였다. 이는 전체 서멀 액츄에이터(12)를 평면화하는 것을 가능하게 한다. 접점들이 CMOS전극(9)들과 매달린 히터부재(29)위로 바로 증착됨과 아울러, 서멀 액츄에이터의 평면구조는 수직면 또는 경사면들에 의해 발생하는 핫스팟들 회피함으로써, 수용가능한 저항손실의 증가없이, 접점들을 휠씬 더 작은 구조로 할 수 있다. 낮은 저항손실은 매달린 히터부재의 효율적인 작동을 유지하게 하고, 작은 접점 크기는 프린트헤드상에서의 촘촘한 노즐패킹을 위해 편리하다.As noted above, the Applicant has discovered that the backflow of the SAC 10 closes the gaps 46 such that the scaffold between the electrodes 9 is completely flat. This makes it possible to planarize the entire thermal actuator 12. While the contacts are deposited directly onto the CMOS electrodes 9 and the hanging heater member 29, the planar structure of the thermal actuator avoids hot spots caused by the vertical or inclined surfaces, thereby avoiding an increase in the acceptable resistance loss. A much smaller structure can be achieved. Low resistive losses allow for efficient operation of suspended heater elements, while small contact sizes are convenient for tight nozzle packing on the printhead.

bracket 챔버를Chamber 위한 다중 노즐들( Multiple nozzles for MultipleMultiple NozzlesNozzles forfor eacheach ChamberChamber ))

도 49를 참조하면, 도시된 유닛 셀은 2개의 분리형 잉크챔버(38)를 갖는데, 각 챔버는 개별 접점(28)들의 쌍들 사이로 뻗는 히터부재(29)를 갖는다. 잉크투과성 구조물(ink permeable structure)(34)들이, 잉크가 챔버들에 들어갈 수 있도록 잉크재충전개방부들에 위치되는데, 작동시에는, 이 구조물(34)들은 어떠한 역류(reverse flow) 또는 수용가능한 수준의 유체적 혼선(fluidic cross talk)을 줄이기에 충분한 유체저항을 제공한다.Referring to FIG. 49, the unit cell shown has two separate ink chambers 38, each chamber having a heater member 29 extending between pairs of individual contacts 28. As shown in FIG. Ink permeable structures 34 are located in the ink refill openings to allow ink to enter the chambers, which, in operation, these structures 34 may be of any reverse flow or acceptable level. Provide sufficient fluid resistance to reduce fluidic cross talk.

잉크는 잉크입구(15)를 통해 웨이퍼 반대면으로부터 공급된다. 프라이밍부(18)들은, 잉크 매니스커스가 개구부의 둘레단부(peripheral edge)에 자체를 고정하지 않고 잉크흐름을 막도록 하기 위해, 입구개방부 속으로 뻗는다. 입구(15)로부터 잉크는 유닛 셀의 양 챔버(38)들에 공급하는 측면의 잉크도관(23)을 채운다.Ink is supplied from the opposite side of the wafer through the ink inlet 15. The primings 18 extend into the inlet openings in order to allow the ink meniscus to block ink flow without securing itself to the peripheral edge of the opening. Ink from the inlet 15 fills the ink conduits 23 on the side that feed into both chambers 38 of the unit cell.

챔버별로 한 단일 노즐 대신에, 각 챔버(38)는 두개의 노즐(25)을 갖는다. 히터부재(29) 활성화(증기를 형성)할 때, 잉크 두 방울이 분사된다; 각 노즐(25)로부터 한 방울이 분사된다. 잉크의 개별 액적은, 챔버가 하나의 노즐만 가질 경우에 분사된 단일 액적보다 더 적은 부피를 갖는다. 단일 챔버로부터 다중 액적(multiple drop)들을 동시에 분사함으로써 인쇄품질(print quality)이 향상한다. Instead of one single nozzle per chamber, each chamber 38 has two nozzles 25. When the heater member 29 is activated (forms steam), two drops of ink are ejected; One drop is ejected from each nozzle 25. Individual droplets of ink have less volume than a single droplet injected when the chamber has only one nozzle. Print quality is improved by simultaneously ejecting multiple drops from a single chamber.

모든 노즐에는 분사된 액적에 어느 정도의 오분사(misdirection)가 있다. 오분사의 정도에 따라 이것이 인쇄품질을 저해할 수 있다. 챔버에 다중노즐들이 주어지고, 각 노즐은 더 적은 분량의 액적을 분사하고, 또한 상이한 오분사를 갖는다. 상이한 방향으로 오분사된 몇몇 소액적(small drop)은, 단일의 상대적으로 큰 오분사된 액적보다 인쇄품질에 덜 해롭다. 본 출원인은 사람의 눈은, 전체 오분사가 현저하게 적은 상태에서, 각각의 작은 액적의 오분사를 평균화하하여 단일 액적으로부터 효과적으로 점(dot)을 '본다(see)'는 것을 알게 되었다. All nozzles have some misdirection to the sprayed droplets. Depending on the degree of misinjection, this can hinder print quality. Multiple nozzles are given to the chamber, each nozzle spraying a smaller amount of droplets, and also having a different misfiring. Some small drops misinjected in different directions are less detrimental to print quality than a single relatively large misinjected drop. Applicants have discovered that the human eye 'averages' the dots from each single droplet by averaging the five sprays of each small droplet, with significantly less total five sprays.

또한 다중 노즐챔버는 단일 노즐챔버보다 더 효과적으로 액적으로 분사할 수 있다. 히터부재(29)는 TiAlN으로된 길다랍게 매달린 빔으로서 이것이 형성하는 증기는 길다란 형상이다. 길다란 증기에 의해 생성된 압력맥동은 중심에 배열된 노즐을 통해 잉크가 분사되도록 한다. 그렇지만, 압력맥동으로부터 일부 에너지는 증기 와 노즐의 기하학적 배열(geometry)에 있어서의 불일치에 연관된 유체손실을 분사하게 한다.In addition, multiple nozzle chambers can eject droplets more effectively than a single nozzle chamber. The heater member 29 is a long hanging beam of TiAlN, and the vapor formed therein is long. Pressure pulsations generated by long vapors cause ink to be ejected through nozzles arranged in the center. However, some energy from the pressure pulsation causes the injection of fluid losses associated with inconsistencies in the geometry of the vapor and the nozzle.

히터부재(29)의 길이를 따라 몇몇 노즐(25)들을 이격시키는 것은, 증기 형상과, 잉크가 분사 통과하는 노즐 구성간의 기하학적 불일치를 줄인다.Spacing some nozzles 25 along the length of the heater member 29 reduces the geometric mismatch between the vapor shape and the nozzle configuration through which ink is jetted.

타원형 노즐(Oval nozzle ( EllipticalElliptical NozzleNozzle ))

마찬가지로, 액적분사에 대한 유압저항은 타원형 노즐을 사용함으로써 저감될 수 있다. 도 44에 나타낸 바와 같이, 히터부재(29)들에 의해 생성된 증기기포(vapour bubble)들은 길다랍게 된다. 히터부재는 그 대부분의 길이를 따라 균등하게 가열하도록 설계됨으로써 기포핵생성(bubble nucleation)과 성장도 마찬가지로 실질적으로 그 길이를 따라 형성한다. 장축(major axis)이 히터부재의 중심라인과 평행하도록 히티부재(29) 위에 타원형 노즐(25)이 집중되게 함으로써, 기포의 기하학적 배열은 대체적으로 노즐의 기하학적 배열과 일치한다. 그러므로, 압력맥동에 의해 그에 따라 밀린 잉크는, 노즐을 통해 분사되기 전에 급격하게 방향을 바꾸지 않고 높은 유체적인 끌어당김(fluidic drag)을 생성하지 않는다. 액적분사를 위해 요구되는 더 작은 힘을 가지고서도, 프린트헤드는 더 효율적이다.Similarly, the hydraulic resistance to droplet injection can be reduced by using elliptical nozzles. As shown in FIG. 44, vapor bubbles generated by the heater members 29 become long. The heater element is designed to heat evenly along most of its length so that bubble nucleation and growth are likewise substantially formed along its length. By concentrating the elliptical nozzle 25 over the hitty member 29 such that the major axis is parallel to the center line of the heater element, the bubble geometry generally coincides with the geometry of the nozzle. Therefore, the ink pushed accordingly by the pressure pulsation does not sharply change direction before being ejected through the nozzle and does not produce a high fluidic drag. Even with the smaller force required for droplet ejection, the printhead is more efficient.

또한, 타원형 노즐은 동등한 개구영역의 원형 노즐(circular nozzle)보다 더 얇다. 그러므로, 인접 노즐간의 이격공간이 줄어든다. 이는 노즐의 피치(pitch)를 증가시키고 그럼으로써 인쇄해상도(print resolution)를 향상하게 하는데 일조한다.In addition, elliptical nozzles are thinner than circular nozzles of equivalent aperture area. Therefore, the space between adjacent nozzles is reduced. This helps to increase the pitch of the nozzle and thereby improve print resolution.

인접 adjacency 잉크챔버를Ink chamber 통해 재충전된 잉크챔버( Ink chamber recharged through InkInk ChamberChamber ReRe -- FilledFilled ViaVia AdjacentAdjacent InkInk ChamberChamber ))

도 46을 참조하면, 두개의 대향하는 유닛셀들이 도시된다. 이 실시 형태에서, 유닛셀은 네 개의 잉크챔버(38)들을 갖는다. 이 챔버들은 측벽(22)들과 잉크투과성 구조물(34)들에 의해 형성된다. 각 챔버는 자체의 히터부재(29)를 갖는다. 이 히터부재(29)들은 연속적으로 연결된 쌍들을 이루며 장착된다. 각 쌍들 사이에는 상대적으로 낮은 저항 및/또는 상대적으로 큰 방열(heat sinking)의 '콜드스팟(cold spot)'(54)이 있다. 이는 기포가 콜드스팟(54)들에서 핵을 생성하지 않고 그럼으로써 콜드스팟들이 각 히터부재 쌍을 위한 외부접점(outer contact)(28)들 사이의 공통 접점(common contact)이 된다.Referring to FIG. 46, two opposing unit cells are shown. In this embodiment, the unit cell has four ink chambers 38. These chambers are formed by side walls 22 and ink-permeable structures 34. Each chamber has its own heater element 29. The heater members 29 are mounted in a series of connected pairs. Between each pair is a 'cold spot' 54 of relatively low resistance and / or relatively large heat sinking. This does not cause bubbles to nucleate in the cold spots 54 so that the cold spots become a common contact between the outer contacts 28 for each pair of heater elements.

잉크투과성 구조물(34)들은 액적분사후에 잉크챔버(38)를 잉크로 재충전하게 하는 한편 인접챔버들 사이에서 유체적인 혼선을 저감하기 위해 각 히터부재(29)로부터 압력맥동을 방해한다(baffle). 이 실시 형태는 상술한 도 49에 나타낸 다수의 유사성이 있다는 것이 이해될 것이다. 그렇지만, 본 실시 형태는 도 49의 상대적으로 긴 챔버들을 효과적으로 두개의 분리형 챔버로 분리한다. 더욱이, 이것은 히터부재(29)에 의해 형성된 증기의 기하학적 배열을 노즐(25)의 형상과 정렬함하여 액적분사중의 유체적인 손실을 저감한다. 이는 제작공정에 다소의 복잡성은 부가되지만 노즐 밀도를 줄임없이 달성된다.The ink-permeable structures 34 baffle the pressure pulsations from each heater member 29 to refill the ink chamber 38 with ink after droplet injection while reducing fluid crosstalk between adjacent chambers. . It will be appreciated that this embodiment has many similarities shown in FIG. 49 described above. However, this embodiment effectively separates the relatively long chambers of FIG. 49 into two separate chambers. Moreover, this aligns the geometry of the vapor formed by the heater element 29 with the shape of the nozzle 25 to reduce the fluid loss during droplet injection. This adds some complexity to the fabrication process but is achieved without reducing the nozzle density.

잉크를 배열에 있는 모든 잉크챔버에 분배하기 위한 도관들(잉크입구(15)들 과 공급도관(supply conduit)(23)들)은 웨이퍼 영역의 중요부분을 차지할 수 있다. 이는 프린트헤드 상의 노즐밀도를 제한하는 요소로 될 수 있다. 잉크흐름경로의 일부 잉크챔버들의 부분을 다른 잉크챔버들로 함으로써, 각 챔버는 유체적인 혼선을 충분히 없애면서, 잉크공급도관으로 손실되는 웨이퍼 영역량을 저감한다.Conduits (ink inlets 15 and supply conduits 23) for dispensing ink to all the ink chambers in the array may occupy an important part of the wafer area. This can be a factor in limiting the nozzle density on the printhead. By making part of some ink chambers of the ink flow path into other ink chambers, each chamber sufficiently eliminates fluid crosstalk while reducing the amount of wafer area lost to the ink supply conduit.

다중 multiple 액츄에이터들과Actuators 개별 노즐들을 갖는 잉크챔버( Ink chamber with individual nozzles ( InkInk ChamberChamber withwith MultipleMultiple Actuators  Actuators andand RespectiveRespective NozzlesNozzles ))

도 54를 참조하면, 도시된 유닛셀은 두개의 챔버(38)를 갖는다; 각 챔버는 두 개의 히터부재(29)와 두 개의 노즐(25)을 갖는다. 챔버별로 다중 노즐을 사용하여 액적 오방향을 효과적으로 저감하는 것은 도 49에 나타낸 실시 형태와 관련되어 상술된다. 단일의 길다란 챔버를 분리형 챔버들로 나누고 각각이 그 자체의 액츄에이터를 갖도록 하는 것의 추가적인 이점은, 도 46에 나타낸 실시 형태를 참고로 상술된다. 본 실시 형태는, 복잡한 디자인을 현저하게 줄인 도 46의 이점을 더 많이 달성하기 위해 각 챔버에 다중 노즐들과 다중 액츄에이터들을 사용한다. 단순화한 디자인으로써, 유닛셀의 전체 치수가 줄어들고 그럼으로써 노즐밀도를 더 높일 수 있다. 도시된 실시 형태에서, 유닛셀의 풋프린트(footprint)는 폭이 16㎛에 길이가 64㎛이다.Referring to Fig. 54, the unit cell shown has two chambers 38; Each chamber has two heater elements 29 and two nozzles 25. The effective reduction of the drop misdirection by using multiple nozzles per chamber is described in detail in connection with the embodiment shown in FIG. 49. Further advantages of dividing a single elongated chamber into separate chambers and allowing each to have its own actuator are detailed with reference to the embodiment shown in FIG. 46. This embodiment uses multiple nozzles and multiple actuators in each chamber to achieve more of the benefits of FIG. 46, which significantly reduces the complexity of the design. In a simplified design, the overall dimensions of the unit cell are reduced, thereby further increasing the nozzle density. In the illustrated embodiment, the footprint of the unit cell is 16 μm wide and 64 μm long.

잉크투과성 구조물(34)은, 도 46의 실시 형태에서와 같은 세 개의 이격 원주(spaced column) 대신에, 잉크재충전시 각 챔버(38)로 개방하는 단일 원주(single column)이다. 이 단일 원주는, 재충전 흐름에 대해서는 상대적으로 적게 저항적인 한편, 작동 압력맥동(actuation pressure pulse)으로부터의 급격한 역류(back flow)에 대해서는 상대적으로 더 저항적인 두드러진(profiled) 교차영역(cross section)을 갖는다. 각 챔버의 양쪽 히터부재 모두는 동시에 증착될 수 있고, 접점(28)들과 콜드스팟부(cold spot feature)(54)와 함께 증착될 수 있다, 양쪽 챔버(38)들은 공통의 잉크입구(15)및 공급도관(23)으로부터 잉크가 공급된다. 또한 이들 부재들은 풋프린트를 줄일 수 있도록 하고 이에 대해 이하 더 상세하게 기재된다. 프라이밍부(18)들은 챔버측벽(22)들 중 하나와 벽면잉크도관(wall ink conduit)(23)과 일체로서 제조되었다. 이러한 부재들의 두 개의 의도된 특성은 제작을 간략화하고 컴팩트한 디지인을 유지하는데 일조하는 것이다.The ink permeable structure 34 is a single column that opens to each chamber 38 upon ink refill, instead of the three spaced columns as in the embodiment of FIG. 46. This single circumference has a profiled cross section that is relatively less resistant to refill flow while relatively more resistant to sudden back flow from actuation pressure pulses. Have Both heater elements of each chamber can be deposited simultaneously and can be deposited with contacts 28 and cold spot feature 54, both chambers 38 having a common ink inlet 15 And ink are supplied from the supply conduit 23. These members also make it possible to reduce the footprint and are described in more detail below. The priming portions 18 were made integral with one of the chamber side walls 22 and with a wall ink conduit 23. Two intended properties of these members are to simplify manufacturing and to help maintain compact design.

각 구동회로를 위한 다중 Multiple for each drive circuit 챔버들과Chambers and 다중 노즐들( Multiple nozzles ( MultipleMultiple ChambersChambers andand MultipleMultiple Nozzles  Nozzles forfor eacheach DriveDrive CircuitCircuit ))

도 54에서, CMOS 구동회로를 간략화하기 위해, 액츄에이터들은 연속적으로 연결되고 그래서 동일한 구동신호에 맞춰 동일하게 발사한다(fire). 도 46에서 노즐들과 인접한 유닛셀, 액츄에이터들은 동일한 구동회로 내에서 연속적으로 연결된다. 물론, 인접 챔버들에 있는 액츄에이터들도 병행하여 연결된다. 대조적으로, 각 챔버에 있는 액츄에이터들은 분리된 회로에 있으면, CMOS구동회로는 더 복잡하고 유닛셀 풋프린트의 치수는 증가한다. 프린트헤드 디자인에서, 액적 오방향이 다중의 더 작은 액적으로 교체하여 처리(address)되는 바, 복수의 액츄에이터들과 그 각각의 노즐드을 공통의 구동회로로 결합하는 것은 프린트헤드IC제작 및 노즐들의 밀도의 관점에서 양쪽모두를 효율적으로 실행하는 것이다.In Fig. 54, to simplify the CMOS driving circuit, the actuators are connected in series and thus fire identically in accordance with the same driving signal. In FIG. 46, unit cells and actuators adjacent to the nozzles are continuously connected in the same driving circuit. Of course, the actuators in adjacent chambers are also connected in parallel. In contrast, if the actuators in each chamber are in separate circuits, the CMOS driver circuit is more complex and the dimensions of the unit cell footprint increase. In printhead designs, the drop misdirection is addressed by replacing multiple smaller droplets, so combining a plurality of actuators and their respective nozzles into a common drive circuitry makes the printhead IC fabrication and nozzle density From the point of view of both, it is an efficient implementation.

고밀도 High density 서멀Thermal 잉크젯Inkjet 프린트헤드( Printhead ( HighHigh DensityDensity ThermalThermal InkjetInkjet PrintheadPrinthead ))

유닛셀의 폭을 줄임으로써, 프린트헤드는 사전에 요구되는 노즐밀도가 줄어든 노즐패턴을 가질 수 있다. 물론, 상대적으로 낮은 노즐밀도는 프린트헤드의 크기 및/또는 인쇄품질에 상응하는 영향을 미친다.By reducing the width of the unit cell, the printhead can have a nozzle pattern with a previously reduced nozzle density. Of course, relatively low nozzle densities have a corresponding effect on printhead size and / or print quality.

전통적으로, 노즐 배열들은 반대방향으로 뻗는 각 배열을 위한 액츄에이터들과 쌍을 이루며 정렬된다. 이들 배열들은 인쇄해상도(인치당 도트)가 각 배열을 따른 노즐피치(인치당 노즐)의 2배가 되도록 서로에 대해 엊갈리게 된다(stagger). 유닛의 전체폭이 줄어들도록 유닛셀의 구성요소들을 구성함으로써, 동일한 수의 노즐들이, 어떠한 인쇄해상도(d.p.i.)의 손실없이 두개의 엊갈리고 대향하는 배열들 대신에 단일 배열로 정렬될 수 있다. 첨부된 도면들에 나타난 실시 형태들은 각각의 선형 배열에서 인치당 1000개의 노즈로다 더 많은 노즐 피치를 달성한다. 이러한 노즐피치에서, 두개의 대향하고 엊갈린 배열들이 고려될 때, 프린트헤드의 인쇄해상도가 사진(1600dpi)보다 더 좋고, 노즐의 덧붙임(redundancy)을 위한 충분한 용량과 비활성 노즐의 보상 등등, 프린트헤드의 작동수명은 만족할 정도로 남게 한다. 상술한 바와 같이, 도 54에 도시된 실시 형태는 폭이 16㎛인 풋프린트를 갖고, 그래서 하나의 열을 따른 노즐피치가 대략 인치당 노즐이 1600개이다. 따라서, 두개의 오프셋(offset)의 엊갈린 열들은 대략 3200d.p.i.의 해상도를 산출한다.Traditionally, nozzle arrangements are aligned in pairs with the actuators for each arrangement extending in the opposite direction. These arrays are staggered against each other such that the print resolution (dots per inch) is twice the nozzle pitch (nozzles per inch) along each array. By configuring the components of the unit cell so that the overall width of the unit is reduced, the same number of nozzles can be aligned in a single arrangement instead of two staggered opposing arrangements without any loss of print resolution (d.p.i.). The embodiments shown in the accompanying figures achieve more nozzle pitches with 1000 noses per inch in each linear arrangement. In this nozzle pitch, when two opposing and staggered arrangements are considered, the printhead's print resolution is better than the picture (1600 dpi), sufficient capacity for redundancy of the nozzle, compensation for inactive nozzles, etc. The operating life of is left to be satisfactory. As described above, the embodiment shown in FIG. 54 has a footprint of 16 μm in width, so that the nozzle pitch along one row is approximately 1600 nozzles per inch. Thus, the offset rows of the two offsets yield a resolution of approximately 3200 d.p.i.

더 좁아진 유닛셀과 관련된 특별한 이점의 구현화로서, 본 출원인은 프린트 헤드에서 구조물들의 상응한 치수를 줄이기 위해 부재들의 개수를 식별하고 결합하는 것에 초점을 맞추었다. 예를 들어, 타원형 노즐들, 챔버로부터 잉크입구를 옮기는 것, 더 세밀한 기하학적 로직(logic), 그리고 상대적으로 짧은 구동FET들(전계효과 트랜지스터들)은, 도시된 실시 형태의 일부를 얻기 위해 본 출원인에 의해 개발된 부재들이다. 제공되는 요구된 각 부재는, 트랜지스터 길이를 줄이기 위해, FET구동전압을 전통적으로 널리 사용된 5V로부터 2.5V로 줄이는 것과 같이 이 분야의 전통적인 지식으로부터 비롯된다.As an implementation of the particular advantage associated with the narrower unit cell, the applicant has focused on identifying and combining the number of members in order to reduce the corresponding dimensions of the structures in the print head. For example, elliptical nozzles, moving the ink inlet from the chamber, finer geometrical logic, and relatively short drive FETs (field effect transistors) can be found by the applicant to obtain some of the illustrated embodiments. Are members developed by. Each required member provided comes from traditional knowledge in this field, such as reducing the FET drive voltage from 5V to 2.5V, which is traditionally widely used to reduce transistor length.

줄어든 low 스틱션의Stiction 프린트헤드Printhead 표면( surface( ReducedReduced StictionStiction PrintheadPrinthead SurfaceSurface ))

알려진 바와 같이, 정지마찰(Static friction), 또는 "스틱션"은 더스트파티클(dust particle)을 노즐 플레이트에 붙게 하고, 그럼으로써 노즐들의 움직임을 방해한다(clog). 도 50은 노즐 플레이트(56) 부분을 나타낸다. 또한, 명확하게 하기 위해, 노즐개구(nozzle aperture)(26)들과 노즐림(nozzle rim)(25)들이 도시된다. 노즐 플레이트의 외부면은 플레이트 표면으로부터 짧은 거리로 뻗는 원주형 돌기(columnar projection)(58)들을 갖춘 패턴이 넣어진다. 또한, 노즐 플레이트는, 밀접하게 이격된 산등성이(ridge)들, 물결(corrugation)들 또는 범프(bump)들과 같은 다른 표면 형상으로 패턴이 이루어질 수 있다. 그렇지만, 도시된 패턴의 원주형 돌기들을 위한 적절한 UV마스크를 안출하는 것은 용이하고, 또한 원주들을 외부면에 식각하는 것은 단순작업이다.As is known, static friction, or "stiction," causes dust particles to adhere to the nozzle plate, thereby cloging the movement of the nozzles. 50 shows a portion of the nozzle plate 56. Also, for clarity, nozzle apertures 26 and nozzle rims 25 are shown. The outer surface of the nozzle plate is encased in a pattern with columnar projections 58 extending a short distance from the plate surface. The nozzle plate may also be patterned into other surface shapes such as closely spaced ridges, corrugations or bumps. However, it is easy to produce a suitable UV mask for the columnar protrusions of the shown pattern, and it is a simple task to etch the cylinders on the outer surface.

정지마찰계수(co-efficient of static friction)를 줄임으로써, 페이퍼더스 트(paper dust)나 다른 오염물(contaminant)들이 노즐 플레이트에서 노즐들의 움직임을 방해할 가능성은 적어진다. 노즐 플레이트의 외부를 상승된 형상으로 패턴닝하는 것은 더스트파티클들이 접촉하는 표면영역을 제한한다. 파티클들이 각 형상의 외단부(outer extremity)들에만 접촉할 수 있으면, 파티클들과 노즐 플레이트 사이의 마찰은 최소화하고, 부착물도 다소 알맞다. 만일 파티클들이 부착하면, 이것은 프린트헤드 유지보수사이클에 의해 제거되는 것이 더 적합하다.By reducing the co-efficient of static friction, paper dust and other contaminants are less likely to interfere with the movement of the nozzles in the nozzle plate. Patterning the outside of the nozzle plate into a raised shape limits the surface area that the dust particles contact. If the particles can only contact the outer extremities of each shape, the friction between the particles and the nozzle plate is minimized, and the attachment is somewhat suitable. If particles are attached, it is more appropriate to remove them by a printhead maintenance cycle.

입구 프라이밍부(Entrance priming part ( InletInlet PrimingPriming FeatureFeature ))

도 47을 참조하면, 각각에 대해 대향하는 방향으로 뻗는 두 개의 유닛셀이 도시된다. 잉크입구통로(ink inlet passage)(15)는 네 개의 챔버(38)에 측면 잉크도관(lateral ink conduit)(23)을 통해 잉크를 공급한다. 잉크를 잉크입구(15)와 같은 미크론 크기의 도관을 통해 잉크젯 프린트헤드에 있는 개별 MEMS노즐들로 분배하는 것은 대규모(macro-scale) 흐름에서는 발생하지 않는 요인들에 의해 복잡하게 된다. 개구의 기하학적 배열에 따라, 메니스커스가 형성될 수 있고, 그 자체가 개구의 립(lip)에 매우 강하게 '고정(pin)'될 수 있다. 갇힌 공기기포들을 배출하는 한편 잉크를 보유하는 블리드구멍(bleed hole)들과 같이 이 또한 프린트헤드에 유용할 수 있지만, 일부 챔버들로의 잉크흐름을 멈추게 한다면 이 또한 문제일 수 있다. 이것은, 프린트헤드에 잉크를 처음 주입할(prime) 때, 가장 잘 발생할 수 있다. 만일 잉크 메니스커스가 잉크입구 개방부에서 고정되면, 그 입구에 의해 공급되는 챔버들은 주입안되는(unprime) 상태가 계속될 것이다. Referring to FIG. 47, two unit cells are shown extending in opposite directions for each. An ink inlet passage 15 supplies ink to the four chambers 38 through a lateral ink conduit 23. Distributing ink to individual MEMS nozzles in an inkjet printhead through a micron sized conduit such as ink inlet 15 is complicated by factors that do not occur in macro-scale flow. Depending on the geometry of the opening, a meniscus can be formed, which itself can be 'pin' very strongly to the lip of the opening. Like bleed holes that hold ink while releasing trapped air bubbles, this may also be useful for a printhead, but this can also be a problem if you stop the flow of ink into some chambers. This may best occur the first time ink is primed into the printhead. If the ink meniscus is fixed at the ink inlet opening, the chambers supplied by the inlet will continue to be unprime.

이렇게 되지 않도록 안내하기 위해, 두 개의 프라이밍부(18)가 입구개구(15)의 평면을 통해 뻗도록 형성된다. 이 프라이밍부(18)들은 노즐 플레이트(도시하지 않음)의 내부로부터 입구(15)의 바깥둘레로 뻗는 원주형 부재들이다. 각 원주형 부재(18)의 일부는, 잉크를 입구바깥으로 인출하기 위해 잉크입구에서 잉크메니스커스의 표면장력이 프라이밍부(18)들에 형성할 수 있도록, 바깥둘레 내에 있다. 이로써 상기 바깥둘레 부분과, 잉크챔버로의 흐름으로부터 메니스커스를 고정해제한다.To guide this, two priming parts 18 are formed which extend through the plane of the inlet opening 15. These primings 18 are columnar members extending from the inside of the nozzle plate (not shown) to the outer periphery of the inlet 15. A portion of each columnar member 18 is in the outer circumference such that the surface tension of the ink meniscus can form in the primings 18 at the ink inlet to draw the ink out of the inlet. This releases the meniscus from the outer circumferential portion and the flow to the ink chamber.

이 프라이밍부(18)들은 개구의 평면을 가로질러 뻗는 표면이 존재하는 한도에서, 다양한 형태를 취할 수 있다. 더욱이, 이 프라이밍부는 도 54에 나타낸 바와 같이 다른 노즐들 형태와 일체를 이루는 부분일 수 있다.These primings 18 may take various forms, as long as there is a surface extending across the plane of the opening. Moreover, this priming part may be part integral with other nozzle shapes as shown in FIG.

측면 입구 Side entrance 잉크챔버Ink chamber (( SideSide EntryEntry InkInk ChamberChamber ) )

도 48을 참조하면, 복수의 인접 유닛셀들이 도시된다. 이 실시 형태에서, 길다란 히터부재(29)들은 잉크분배도관(ink distribution conduit)(23)에 평행하게 뻗는다. 따라서, 길다란 잉크챔버(38)은 잉크도관(23)과 마찬가지로 정렬된다. 측벽개방부(60)들은 챔버(38)들을 잉크도관(23)에 연결한다. 잉크챔버들이 측부 입구를 갖도록 구성함으로써 잉크재충전 시간을 줄인다. 입구들은 더 넓고 그래서 재충전 흐름비율(refill flow rate)이 더 높다. 측벽개방부(60)들은 유체적인 혼선을 수용가능한 수준을 유지하기 위해 잉크투과성 구조물(34)들을 갖는다.Referring to FIG. 48, a plurality of adjacent unit cells are shown. In this embodiment, the elongate heater elements 29 extend parallel to the ink distribution conduit 23. Thus, the elongated ink chamber 38 is aligned like the ink conduit 23. The sidewall openings 60 connect the chambers 38 to the ink conduit 23. By configuring the ink chambers with side inlets, ink refill time is reduced. The inlets are wider and therefore have a higher refill flow rate. The sidewall openings 60 have ink permeable structures 34 to maintain an acceptable level of fluid crosstalk.

잉크챔버를Ink chamber 위한 입구필터( For inlet filter ( InletInlet FilterFilter forfor InkInk ChamberChamber ))

도 47을 다시 참조하면, 각 챔버(38)로의 잉크재충전 개방부는 공기기포나 다른 오염물들을 가두기 위한 필터구조물(40)을 갖는다. 잉크에 있는 공기기포들과 고형오염물들은 MEMS노즐구조물을 저해한다. 공기기포들은, 고압으로 압축가능한데, 만일 이들이 잉크챔버 안에 가두어지면 액츄에이터로부터의 압력맥동을 흡수할 수 있으므로, 고형오염물들은 노즐 개방부의 움직임을 명백하게 방해할 수 있다. 이것은 영향을 받은 노즐로부터의 잉크의 분사를 효과적으로 불가능하게 한다. 필터구조물(40)을 개방부를 통해 흐름방향을 가로질러 뻗는 차폐물(obstruction)들의 배열 행태로 제공함에 의해, 각 열은 이격됨으로써, 이들은 흐름방향에 대해 인접 열에 있는 차폐물들을 조절할 수 없게 되고, 잉크재충전 흐름비율이 지나치게 저해되지 않는 한, 오염물들이 챔버(38)에 거의 들어가지 않는다. 이 열들은 서로에 대해 오프셋되어 유도된 교란이 노즐재충전비율에 최소한의 영향을 미치는 한편, 공기기포들 또는 다른 오염물들은, 차폐물(40)들에 의해 유지되고 있는 경우를 많게 하는 상대적으로 굴곡진 흐름경로를 따른다. 도시된 실시 형태는, 웨이퍼기판과 노즐 플레이트 사이에 뻗는 원주형 부재 형태를 한 두 개의 열의 차폐물(40)들을 사용한다.Referring again to FIG. 47, the ink refill openings to each chamber 38 have a filter structure 40 to trap air bubbles or other contaminants. Air bubbles and solid contaminants in the ink inhibit the MEMS nozzle structure. Air bubbles are compressible at high pressure, and if they are trapped in the ink chamber, they can absorb pressure pulsations from the actuator, so solid contaminants can obviously obstruct the movement of the nozzle opening. This effectively makes it impossible to eject ink from the affected nozzles. By providing the filter structure 40 in an array behavior of obstructions extending across the flow direction through the opening, each row is spaced apart so that they are unable to adjust the shields in adjacent rows with respect to the flow direction and refill the ink. Contaminants rarely enter the chamber 38 unless the flow rate is excessively inhibited. These heats are offset relative to each other so that the induced disturbances have a minimal effect on the nozzle refill rate, while air bubbles or other contaminants tend to be relatively curved to increase the likelihood of being held by the shields 40. Follow the path The illustrated embodiment uses two rows of shields 40 in the form of a columnar member extending between the wafer substrate and the nozzle plate.

다중 색채 Multicolored 잉크젯Inkjet 프린트헤드에On the printhead 있는  there is 색상간Between colors 표면 경계들( Surface boundaries ( IntercolourIntercolour SurfaceSurface Barriers  Barriers inin MultiMulti ColourColor InkjetInkjet PrintheadPrinthead ))

이하, 도 51을 참조하면, 노즐(56)의 외표면이, 전술한 도 46에 도시된 바와 같이 유닛셀을 위해 도시된다. 노즐개구(26)들이 히터부재(도시하지 않음)의 바로 위에 위치되고 일련의 네모(square-edged)의 잉크배출홈통(ink gutter)(44)이 잉크도관(23)위의 노즐 플레이트(56)에 형성된다(도 46 참조).Referring now to FIG. 51, the outer surface of the nozzle 56 is shown for the unit cell, as shown in FIG. 46 described above. The nozzle openings 26 are located directly above the heater element (not shown) and a series of square-edged ink gutters 44 are provided on the nozzle plate 56 over the ink conduit 23. (See FIG. 46).

때때로 잉크젯 프린터들은 사용하지 않을 때 프린트헤드에 덮개를 씌우는 메인트넌스 스테이션(maintenance station)들을 갖는다. 노즐 플레이트로부터 여분의 잉크를 제거하기 위해, 덮개(capper)가, 노즐 플레이트의 외부면을 벗겨내도록 분리될 수 있다. 이는 덮개 표면과 노즐 플레이트의 외부 사이에서 메니스커스의 형성을 촉진한다. 메니스커스에서의 표면장력이 표면과 접촉하는 각도와 연관된 접촉각도 이력(hysteresis)를 사용하면(더 상세하게는, 여기에 참조로 통합된 공동 계류 중인 본 출원인의 USSN(정리번호 FND007US)을 참조), 노즐 플레이트의 외부를 적시는 대부분의 잉크가 모여져서, 덮개와 노즐 플레이트 사이의 메니스커스에 의해 흡인될 수 있다. 잉크는 덮개가 노즐 플레이트로부터 완전히 분리된 지점에서 큰 비드(bead)로서 적합하게 증착된다. 불의로 일부 잉크가 노즐 플레이트 상에 잔류한다. 만일 프린트헤드가 다중 색상(multi-colour) 프린트헤드이면, 메니스커스가 잉크를 노즐 플레이트 전 표면 위에 끌어당기기 때문에, 부여된 노즐개구의 안이나 둘레에 잔류한 잉크는 노즐에 의해 분사된 것에 비해 상이한 색상일 것이다. 하나의 노즐에 있는 잉크가 또다른 노즐로부터의 잉크에 의해 오염되는 것은 인쇄에 눈에 띄는 가공물(artefact)을 조성할 수 있다.Sometimes inkjet printers have maintenance stations that cover the printhead when not in use. To remove excess ink from the nozzle plate, the capper can be separated to peel off the outer surface of the nozzle plate. This promotes the formation of the meniscus between the lid surface and the outside of the nozzle plate. Using the contact angle hysteresis associated with the angle at which the surface tension in the meniscus is in contact with the surface (more specifically, see co-pending USSN (Principal Number FND007US), incorporated herein by reference). ), Most of the ink that wets the outside of the nozzle plate can be collected and sucked by the meniscus between the lid and the nozzle plate. The ink is suitably deposited as large beads at the point where the lid is completely separated from the nozzle plate. Unintentionally some ink remains on the nozzle plate. If the printhead is a multi-color printhead, because the meniscus draws the ink over the entire surface of the nozzle plate, the ink remaining in or around the imparted nozzle opening is compared to that ejected by the nozzle. It will be different colors. Contamination of ink in one nozzle by ink from another nozzle can create a noticeable artifact in printing.

덮개가 노즐 플레이트로부터 벗겨지는 방향을 가로질러 활주하는 배출홈의 형성은 메니스커스에서 잉크의 일부를 제거하고 보유하는 것이 될 것이다. 배출홈 들이 메니스커스의 모든 잉크를 모우지 않는 한, 이는 상이한 색상의 잉크로 인한 노즐 오염도를 현격하게 낮춘다.The formation of an exit groove that slides across the direction in which the lid is peeled off from the nozzle plate will result in the removal and retention of some of the ink in the meniscus. Unless the drain grooves collect all the ink in the meniscus, this significantly reduces the nozzle contamination caused by the different color inks.

기포 트랩(Bubble Trap ( BubbleBubble TrapTrap ))

잉크안에 실린 공기기포들은 프린트헤드 작동을 위해서는 매우 나쁘다. 공기, 또는 일반적으로 더 정확하게는 기체는 고압으로 압축가능하고 액츄에이터로부터의 압력맥동을 흡수할 수 있다. 만일 걸린 액츄에이터에 대응하여 간단히 압축되면, 잉크는 노즐로부터 분사되지 않는다. 걸린 기포들은 가력된 잉크흐름으로서 프린트헤드로부터 추출(purge)되는 한편, 추출된 잉크는 흡인(blotting)될 필요가 있고 또한 가력된 흐름은 새로운(fresh) 기포를 잘 안내한다.Air bubbles in the ink are very bad for printhead operation. Air, or generally more precisely, gas, is compressible at high pressure and can absorb pressure pulsations from the actuator. If it is simply compressed corresponding to the jammed actuator, ink is not ejected from the nozzle. The trapped bubbles are purged from the printhead as a pressurized ink flow, while the extracted ink needs to be bloated and the pressurized flow well guides the fresh bubbles.

도 46에 도시된 실시 형태는 잉크입구(15)에서 기포트랩을 갖는다. 이 트랩은 기포보유구조물(bubble retention structure)(32) 및 루프층에 형성된 배출구(36)에 의해 형성된다. 기포보유구조무은 입구(15)의 둘레를 둘러서 이격된 연속적인 원주부재(32)이다. 상술한 바와 같이, 잉크프라이밍부(18)들은 2개의 목적을 갖고 알맞게 기포유지구조의 일부를 형성한다. 사용 중에, 잉크투과성 트랩은 기체기포들을 대기로 배출하는 배출구로 향한다. 잉크입구들에서 기포를 걸리게 하고 이를 작은 배출구로 향하게 함으로써 , 이들은 어떠한 잉크누설없이 잉크흐름으로부터 효과적으로 제거된다.The embodiment shown in FIG. 46 has a base wrap at the ink inlet 15. This trap is formed by a bubble retention structure 32 and an outlet 36 formed in the roof layer. The bubble retaining structure is a continuous circumferential member 32 spaced around the inlet 15. As described above, the ink priming portions 18 serve two purposes and suitably form part of the bubble holding structure. In use, the ink permeable trap is directed to an outlet that discharges gas bubbles to the atmosphere. By trapping bubbles at the ink inlets and directing them to a small outlet, they are effectively removed from the ink flow without any ink leakage.

다중 잉크입구 흐름경로(Multiple ink inlet flow paths MultipleMultiple InkInk InletInlet FlowFlow PathsPaths ))

잉크를 웨이퍼의 일 측부으로부터 다른 측부로 뻗는 도관을 통해 노즐에 공급하는 것은 (잉크분사측 상의 ) 더 많은 웨이퍼 영역이 복잡한 잉크분배시스템 대신에 노즐들을 가질 수 있도록 한다. 그렇지만, 깊이 식각된, 웨이퍼를 관통하는 미크론 크기의 구멍은 오염물들 또는 공기기포들로부터의 움직임을 방해하는 경향이 있다. 이는 악영향이 미쳐진 입구에 의해 공급되는 노즐(들)을 고갈시킨다.Supplying ink to the nozzle through a conduit extending from one side of the wafer to the other side allows more wafer area (on the ink ejection side) to have nozzles instead of a complex ink distribution system. However, deeply etched, micron sized holes through the wafer tend to impede movement from contaminants or air bubbles. This depletes the nozzle (s) supplied by the adversely affected inlet.

도 48에 가장 잘 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프린트헤드들은, 노즐 플레이트와 하지(underlying) 웨이퍼 사이의 잉크도관(23)을 통해 각 챔버(38)를 채우는(supplying), 적어도 두개의 잉크입구(15)들을 갖는다.As best shown in FIG. 48, the printheads according to the present invention, at least two inks, supplying each chamber 38 through an ink conduit 23 between the nozzle plate and the underlying wafer. With inlets 15.

복수의 챔버(38)들을 공급하고, 또한 복수의 잉크입구(15)들에 의해 자체로 공급되는 잉크도관(23)을 안내하는 것은, 노즐에서 움직임을 방해하는 입구에 의해 잉크가 고갈되는 경우를 줄인다. 만일 하나의 입구(15)가 움직임에 방해를 받으면, 잉크도관은 웨이퍼에서 다른 입구들로부터 더 많은 잉크를 빨아들인다.Feeding the plurality of chambers 38 and also guiding the ink conduit 23 which is supplied by itself by the plurality of ink inlets 15 may prevent the ink from being exhausted by an inlet which obstructs movement in the nozzle. Reduce If one inlet 15 is disturbed in motion, the ink conduit sucks more ink from the other inlets in the wafer.

액적관Droplet tube 앵커들( Anchors ( DropletDroplet StemStem AnchorsAnchors ))

분사된 잉크를 액적분리에 앞서 즉시 챔버에 있는 잉크에 덮붙이는(attach) 액적관은 액적 오분사를 일으킬 수 있다. 도 55 내지 도 59는 노즐로부터의 액적분사 과정의 순차적인 단계를 나타낸다. 도 55에서, 히터부재(29)는 신속하게 가열되고 기포(66)에 핵형성하기 위해 그 표면에 접촉하는 즉시 잉크(64)를 기화시킨다(vaporise). 이는 외측으로 부풀어오르기 시작하도록 노즐개구(26)를 가로질러 잉크 메니스커스(68)를 일으킨다.Droplet tubes that attach the ejected ink to the ink in the chamber immediately prior to droplet separation can cause droplet misfiring. 55 to 59 show sequential steps of the droplet ejection process from the nozzle. In FIG. 55, the heater member 29 rapidly heats and vaporizes the ink 64 as soon as it contacts the surface to nucleate the bubble 66. This causes the ink meniscus 68 across the nozzle opening 26 to start bulging outward.

도 56에서, 히터부재(29)가 챔버(38)에서 더 많은 잉크(64)를 기화시키면서 기포(66)는 성장을 계속한다. 더욱이, 이 성장하는 기포로부터의 압력맥동은 노즐개구(26) 밖으로 잉크 메니스커스를 민다. 도 57에서, 기포(66)는 성장을 계속하고 분사된 잉크는 상대적으로 두꺼운 액적관(72)에 의해 챔버(38)에 있는 잉크(64)에 연결된 구형상물(bulb)(70)로 된다.In FIG. 56, the bubble 66 continues to grow while the heater member 29 vaporizes more ink 64 in the chamber 38. Moreover, pressure pulsations from this growing bubble push the ink meniscus out of the nozzle opening 26. In FIG. 57, bubble 66 continues to grow and the ejected ink is spherical 70 connected to ink 64 in chamber 38 by a relatively thick droplet tube 72. In FIG.

도 58에서, 기포는 노즐개구(26)를 통해 대기로 배출되는 지점까지 성장하였다. 이는 히터부재(29)의 공동 부식(cavitation corrosion)을 회피하기 위한 중요한 메커니즘(mechanism)이다. 공동 부식은 기포가 히터부재 표면상의 단일지점으로 되돌아가 붕괴될 때 일어난다. 기포가 붕괴지점의 단일화(singularity)에 도달하면서 표면장력은 히터소재를 마모할 수 있는 심한 유체력을 생성한다. 기포를 배출함으로써, 히터부재상에서의 붕괴지점은 없다.In FIG. 58, bubbles grew to the point where they were discharged to the atmosphere through the nozzle opening 26. This is an important mechanism for avoiding cavitation corrosion of the heater member 29. Cavity corrosion occurs when bubbles collapse and return to a single point on the heater element surface. As the bubbles reach the singularity of the collapse point, the surface tension creates a high fluid force that can wear the heater material. By discharging bubbles, there is no collapse point on the heater member.

도 58에 나타낸 바와 같이, 기포가 배출될 때, 액적관(72)은 자체를 노즐 림 상의 지점(74)에 붙일 수 있다. 부착지점(74)이 노즐개구(26)의 중앙선(centre-line)(76) 상에 있지 않기 때문에, 잉크의 구형상물(70)은, 표면장력이 표면영역을 줄이는 경향때문에 중심선(centre-line)으로부터 멀리 비껴진다((78).As shown in FIG. 58, when the bubbles are discharged, the droplet tube 72 may attach itself to a point 74 on the nozzle rim. Since the attachment point 74 is not on the centerline 76 of the nozzle opening 26, the spherical 70 of the ink has a centerline due to the tendency of the surface tension to reduce the surface area. Away from (78).

도 59를 참조하면, 관(stem)(52)은 결국 파열되고 잉크액적(80)은 형성하여, 인쇄매체로의 그 궤적(trajectory) 상에서 계속된다. 그렇지만, 잉크액적(80)은 물론 모든 위성형 액적(satellite drop)(82)들에 오분사(78)가 남는다. 배출된 기포는, 잉크가 노즐개구(26)로 수축(contract)되면서 챔버로 후퇴하는 것을 돕는, 확장된 잉크 메니스커스가 된다.Referring to FIG. 59, the stem 52 eventually ruptures and ink droplets 80 form and continue on their trajectory to the print medium. Nevertheless, the misfiring 78 remains in the ink droplets 80 as well as in all satellite droplets 82. The discharged bubble becomes an expanded ink meniscus, which helps to retract into the chamber as the ink contracts to the nozzle opening 26.

도 60 내지 도 67은, 액적관이 붙는 곳에 확실히(positively) 위치되는 액적관 앵커를 갖는 노즐의 디자인을 나타낸다. 관이 붙는 곳을 알면,오분사를 줄이거나, 또는 일부 경우에, 모든 노즐이 대체로 같은 양만큼 동일한 방향으로 오분사되도록 오분사를 조절한다. 그렇지만, 액적관 앵커도 또한 부차적인 기능을 행할 수 있고 이는 이하에 서술될 것이다.60-67 show the design of a nozzle with a droplet tube anchor positioned positively where the droplet tube is attached. Knowing where the tube is stuck, reduce the misfiring or, in some cases, adjust the misfiring so that all nozzles are mistblasted in the same direction by approximately the same amount. However, droplet tube anchors can also perform secondary functions, which will be described below.

인접 adjacency 액츄에이터들로부터From actuators 분사된 잉크를 통합하기( Integrating Sprayed Ink ( CombiningCombining InkInk EjectedEjected fromfrom AdjacentAdjacent ActuatorsActuators ))

도 60 및 도 61을 참조하면, 도시된 노즐 디자인은 단일 타원 형상(single oval shaped)의 노즐(25)을 잉크를 분사하는 두 개의 액츄에이터(29)를 갖는다. 액츄에이터들은 동시 작동 및 분사를 위해 연속적으로 연결된 양쪽 히터부재들이다. 양 액츄에이터(29)들은 그 단부 및 중간지점에 매달린 TiAlN과 같은 단일 빔(single beam)의 히터소재의 일부이다. 양 히터부재(29)들은 전기저항이 최대인 곳에 테이퍼부(tapered section)(86)를 갖는다. 작동 중에, 증기기포는 이들의 최대 저항부분 또는 '핫스팟'(86)에서 일어난다.60 and 61, the nozzle design shown has two actuators 29 for injecting ink through a single oval shaped nozzle 25. Actuators are both heater elements connected in series for simultaneous operation and injection. Both actuators 29 are part of a single beam of heater material, such as TiAlN, suspended at its end and midpoint. Both heater elements 29 have tapered sections 86 where electrical resistance is maximum. During operation, vapor bubbles occur at their maximum resistance portion or 'hot spot' 86.

양 히터부재(29)들을 덮는 잉크는 슬롯(slot)(88)들에 연결된다. 히터부재들이 두 개의 분리형 잉크챔버들에 있는 정도까지, 또는 양 부재(29)들이 동일한 챔버(38) 안에 있다고 간주될 만큼 충분히 크다고 할 정도까지 유체적인 혼선을 감소시키도록 이 슬롯들은 치수가 맞춰질 수 있다.Ink covering both heater elements 29 is connected to slots 88. These slots can be dimensioned to reduce fluidic crosstalk to the extent that the heater elements are in two separate ink chambers, or to such an extent that both members 29 are considered large enough to be considered in the same chamber 38. have.

각 액츄에이터에 의해 분사된 잉크가 관에 의해 부착된 구형상물을 형성하면 서, 잉크표면장력이 최소한의 표면영역을 차지하기 위해 시도하면서(seeking), 관을 노즐 림(25) 상의 모든 다른 지점에 우선하여 앵커에 붙이도록, 히터부재(29)들은 액적관 앵커(84)와 연관되어 위치된다. 핫스팟(86)들은 앵커(84)의 직경상의 대향측 상에 있으므로, 각각의 액적관들에 부착된 잉크의 구형상물들은 서로를 향해 오분사된다. 결국, 이들은 앵커 위에서 직접 만나고 대향된 오분사가 서로 상쇄되거나, 또는 적어도 결과로 생기는 오분사는 매우 적다.While the ink sprayed by each actuator forms a spherical body attached by the tube, the ink surface tension is attempted to occupy a minimum surface area, with the tube at all other points on the nozzle rim 25. The heater elements 29 are positioned in association with the droplet tube anchor 84 to first attach to the anchor. Since the hot spots 86 are on opposite diameter sides of the anchor 84, the spherical objects of ink attached to the respective drop tubes are misinjected toward each other. After all, they meet directly on the anchors and the opposing opposing dusts cancel each other out, or at least the resulting mispolishing is very small.

4중극의Quadrupole 작동( work( QuadrupolarQuadrupolar ActuationActuation ))

도 62 내지 도 65는, 4중극으로 작동하는 노즐들의 복수의 실시 형태를 나타낸다. 4중극의 작동은 대칭하는 두 개의 직교축(orthogonal axe)이 있는 잉크챔버에서의 위치에서 압력맥동이 개시된다. 맥동이 챔버 내에 모이면서, 적어도 이상적인 경우에, 대칭인 두 개 축은 두 축에 법선방향으로 잉크를 민다. 실제, 약간의 비대칭성은 액적방향이 정확하게 법선방향이 아니라는 것을 의미하지만, 만일 챔버 내의 단일지점으로부터 압력맥동이 개시되었다면 통상적으로 휠씬 더 이상적인 경우에 가까워진다.62 to 65 show a plurality of embodiments of nozzles acting as quadrupoles. The operation of the quadrupole initiates a pressure pulsation at a position in the ink chamber with two orthogonal axes that are symmetrical. As the pulsations converge in the chamber, at least in the ideal case, the two symmetric axes push ink in the normal direction to both axes. In practice, some asymmetry means that the droplet direction is not exactly normal, but if pressure pulsations are initiated from a single point in the chamber, they are typically much more ideal.

도 62를 참조하면, 유닛셀은 각 챔버(38)안에 있는 두 개의 노즐(25)을 나타내며, 각각은 4중극 서멀 액츄에이터(12)을 갖는다. 각 액츄에이터(12)의 히터부재부(29)는 그리스 문자 '세타(theta)'와 유사한 형태으로 되어 있다. 각 액츄에이터는 접점(28)들 사이에 두개의 반원형상 전류경로(90)를 갖는다. 중앙 바(central bar)(94)는 각 전류경로의 중간 지점들 사이로 뻗는다. 전체의 세타 형상 구조물은 웨이퍼로의 열소실을 최소화하고 잉크로의 히터전송(heater transfer)최대화하기 위해 챔버(38)안에 매달려진다.Referring to FIG. 62, the unit cell represents two nozzles 25 in each chamber 38, each having a quadrupole thermal actuator 12. The heater member portion 29 of each actuator 12 has a form similar to the Greek letter 'theta'. Each actuator has two semicircular current paths 90 between the contacts 28. A central bar 94 extends between the midpoints of each current path. The entire theta-shaped structure is suspended in chamber 38 to minimize heat dissipation to the wafer and to maximize heater transfer to ink.

중앙 바(94)는 다양한 목적에 이용된다. 먼저, 이것은 구조적인 강성(rigidity) 및 버팀역할을 갖는 히터부재를 제공한다. 중앙 바가 없으면, 반원형상의 전류경로들의 순환적인 가열과 냉각은 도 62의 지면 안쪽으로 또는 바깥으로 다소의 좌굴(buckling)을 일으킨다. 이는, 챔버바닥(chamber floor) 상의 반원형상부(semi-circle)들을 지지하는 것에 의해, 또는 각 중간지점에서의 단일지지에 의해서도 처리된다(address). 그렇지만, 이것은 하지 웨이퍼 기판과의 접을 증가시키고 그럼으로써 가열손실을 증가시킨다. 중앙 바(94)는 히터부재가 챔버내에 매달려 있는 상태가 유지되는 동안 좌굴에 대한 저항력을 제공한다.The center bar 94 is used for various purposes. Firstly, it provides a heater member having structural rigidity and support role. Without the center bar, the cyclical heating and cooling of the semicircular current paths causes some buckling into or out of the ground of FIG. 62. This is addressed by supporting semi-circles on the chamber floor or by a single support at each intermediate point. However, this increases the contact with the underlying wafer substrate and thereby increases the heat loss. The center bar 94 provides resistance to buckling while the heater member is suspended in the chamber.

또는 중앙 바(94)는 각 반원형상의 중간 지점에서 '쿨스폿'(92)을 제공한다. 이 바의 열 덩어리(thermal mass)는 작은 방열기(heat sink)를 제공하여 바와 반원형상 전류경로 사이의 접합점(junction)은 이 접합점의 어느 한 쪽 부분보다 더 천천히 기포핵생성 온도까지 가열한다. 마찬가지로, 접점(28)들이 방열기로 작용하여 기포핵생성은 접점과 중앙 바(94)와 접합점 사이의 원호(arc) 중간으로 향해진다. 증기기포는 세타 형상에서 네 개의 위치에서 핵이 생성되고 이들 위치는 두 개의 직교축에 대해 대칭인 4중극을 갖는다.Or the central bar 94 provides a 'cool spot' 92 at the midpoint of each semicircle. The thermal mass of the bar provides a small heat sink so that the junction between the bar and the semicircular current path heats up to the bubble nucleation temperature more slowly than either part of the junction. Likewise, the contacts 28 act as radiators such that bubble nucleation is directed to the middle of the arc between the contact and the center bar 94 and the junction. Vapor bubbles are nucleated at four locations in theta configuration, and these locations have quadrupoles that are symmetric about two orthogonal axes.

결국, 중앙 바도 오분사에 대한 추가적인 제어를 위해 액적관 앵커를 제공한다. 만일, 액적관이 노즐(25) 상의 지점 대신에 바에 붙여지면 표면장력 영역을 최소화하도록 중앙 바(94)의 위치는 노즐(25)아래에 있게 되는데, 그러면 액적의 궤 적은 노즐개구(26)에 대해 수직으로 뻗는 중심축에 더 가까이 정렬될 것이다.As a result, the central bar also provides a droplet tube anchor for further control over misfiring. If the droplet tube is attached to the bar instead of the point on the nozzle 25, the position of the center bar 94 will be below the nozzle 25 to minimize the surface tension area, so that the trace of the droplet is in the nozzle opening 26. It will be aligned closer to the central axis extending perpendicular to it.

도 63과 도 64에서, 중앙 바(94)는 액적관의 밑둥(base)을 위치시키기 위한 래치점(latch point)(96)을 갖는다. 래치점은 단순히, 잉크의 표면장력이 그 곳에 '고정(pin)'될 수 있는 표면 불규칙부(surface irregularity)이다. 만일 중앙 바(94)가 노즐개구(260의 면에 평행하지 않다면, 또는 기포핵생성 장소의 위치에 다소의 비대칭성이 있다면, 액적관은 중앙 바(94)의 중심을 벗어난 부분에 걸린다. 중앙 바(94)의 표면 불규칙부(96)는 액적관의 표면장력에서 장애로 되고 바의 중간으로 그것을 고정시키는(anchor) 경향이 있다. 표면 불규칙부(96)는 도 63에 도시된 바와 같이 교차부분에서 급격한 수축부(reduction)로 되거나, 도 64에 도시된 바와 같은 돌기(boss)로 될 수 있다. 상기 어느 한 경우에서, 액적관은 중앙 바(94)의 중간으로부터 비롯되고 따라서 액적궤적에서의 어떠한 오분사도 최소화된다.63 and 64, the center bar 94 has a latch point 96 for positioning the base of the droplet tube. The latch point is simply a surface irregularity in which the surface tension of the ink can be 'pin' there. If the center bar 94 is not parallel to the plane of the nozzle opening 260, or if there is some asymmetry in the position of the bubble nucleation site, the droplet tube is caught off the center of the center bar 94. The surface irregularity 96 of the bar 94 tends to impede the surface tension of the droplet tube and anchor it to the middle of the bar, the surface irregularity 96 intersecting as shown in FIG. In part, it may be a sharp reduction or a boss as shown in Fig. 64. In either case, the droplet tube comes from the middle of the center bar 94 and thus in the droplet trajectory. Any misfiring of is minimized.

이중 바, 네 개의 Double bar, four 꼬임부Kink , 히터부재(, Heater element ( DualDual BarBar , , FourFour KinkKink , , HeatHeat ElementElement ))

도 65는 또다른 4중극의 서멀 액츄에이터(12)를 나타낸다. 여기에 다시, 접점(28)들 사이로 뻗는 분리형 빔(separate beam)에 의해 제공되는 이중 전류경로(90)를 갖는다. 명확하게 하기 위해, 유닛셀의 다른 부재들은 생략된다. 65 shows another quadrupole thermal actuator 12. Here again, there is a double current path 90 provided by a separate beam extending between the contacts 28. For clarity, other members of the unit cell are omitted.

빔(90)들은 웨이퍼 기판으로의 열손실을 최소화하도록 챔버(28)에 매달려지고, 또한 각 빔은,상대적으로 큰 반경(96)의 곡선부들 사이에 이중의 촘촘한 반경의 곡선부들 또는 꼬임부(98)를 갖는다. 이 실시 형태에서, 촘촘한 반경의 꼬임 부(98)들은 증기기포가 핵생성하는 핫스팟으로서 작용한다. 이는 꼬임부(98)를 둘러싼 전류흐름이 부재(102)의 반지름 방향으로 내측을 향해 그리고 반경부(radius)(100) 외측으로부터 멀리 집중되기 때문이다. 이것은 이들 지점에서의 저항을 증가시키는 교차부분에서 로컬화된 수축부와 같은 작용을 한다. 큰 반경의 곡선부(96)들에서, 내측단부와 외측단부 사이의 전류밀도의 차이는 휠씬 덜하고 그래서 저항의 증가는 촘촘한 꼬임부(98)들에서의 저항의 증가에 비교해서 적다.The beams 90 are suspended in the chamber 28 to minimize heat loss to the wafer substrate, and each beam also has a double tight radius curve or twist between the relatively large radius 96 curves. 98). In this embodiment, the tight radius twists 98 act as hot spots where the vapor bubbles nucleate. This is because the current flow surrounding the twist 98 is concentrated inward in the radial direction of the member 102 and away from the outside of the radius 100. This acts like a localized constriction at the intersection that increases resistance at these points. In the large radius curves 96, the difference in current density between the inner and outer ends is much less so that the increase in resistance is less compared to the increase in resistance in the tight twists 98.

촘촘한 꼬임부(98)들은 상대적으로 낮은 굽힘저항(bending resistance)을 가지므로 작동 중의 빔(90)의 세로방향 팽창은 좌굴 아이놋(buckling inot) 없이 또는 지면(the plane of the page) 없이 수용된다. 이는 챔버 안의 핫스팟들의 위치를 상대적으로 안정하게 하고 그로써 4중극 대칭성을 유지하고 액적 오분사를 최소화한다.The tight twists 98 have relatively low bending resistance so that longitudinal expansion of the beam 90 during operation is accommodated without buckling inot or without the plane of the page. . This stabilizes the location of the hotspots in the chamber, thereby maintaining quadrupole symmetry and minimizing droplet misfiring.

잉크챔버Ink chamber 입구에서의 교정밸브( Calibration valve at the inlet RectifyingRectifying ValveValve atat InkInk ChamberChamber InletInlet ))

도 66에 도시된 유닛셀은 잉크재충전개구(104)에서 각 챔버(38)쪽으로 교정밸브(106)를 갖는다. 도시된 특이한 교정밸브는 테슬라밸브(Tesla valve)로 알려져 있다. 교정밸브는 잉크가 챔버밖으로 흐르는 것보다 잉크가 챔버 안으로 흐르는 것에 더 적은 유체저항을 제공한다. 이것은 잉크재충전시간을 늦어지지 않는 한 (그리고, 그럼으로써 인쇄속도가 늦어지지 않는 한) 챔버(38)들 간의 유체적인 혼선을 줄이는 데에 사용될 수 있다.The unit cell shown in FIG. 66 has a calibration valve 106 toward each chamber 38 at the ink refilling opening 104. The unusual calibration valve shown is known as a Tesla valve. The calibration valve provides less fluid resistance to ink flowing into the chamber than ink flows out of the chamber. This can be used to reduce fluid crosstalk between the chambers 38 as long as the ink refill time is not slowed down (and thus the printing speed is not slowed down).

이 예시용으로, 히터부재(29)는 접점(28)들 사이에서 챔버(38) 안에 매달린 단순 빔(simple beam)이다. 또한, 명확하게는, 노즐 림은 생략되는데, 그렇지만 숙련된 작업자는 이것이 히터부재(29) 위에 중앙에 배치된 것이 이해될 것이다. 대안적으로, 챔버(38)는 상술한 바와 같이, 각각 복수의 노즐을 가질 수 있다.For this example, the heater element 29 is a simple beam suspended in the chamber 38 between the contacts 28. Also, clearly, the nozzle rim is omitted, but the skilled worker will understand that it is centered on the heater element 29. Alternatively, the chamber 38 may have a plurality of nozzles, respectively, as described above.

챔버(38)들은 측부의 잉크도관(23)을 통해 잉크입구(15)로부터 잉크가 공급된다. 각 재충전개구(104)에서의 테슬라밸브(106)는 상대적으로 더 작은 한 쌍의 부 도관(secondary conduit)(110)들 사이에 주 도관(main conduit)(108)을 갖는다. 잉크가 챔버(38)로 흘러들어갈 때, 도관 자체 벽에 대한 유체적인 끌기(fluidic drag) 이외에 주 도관(108)을 통한 흐름에 대해 거의 저항이 없다. 부 도관(110)들의 상류측 개방부(upstream opening)들은 흐름에 직면하지 않으므로 주 흐름이 그쪽으로 거의 방향전환되지 않는다. 하류측 개방부는 주 도관(108) 하류측 개방부로부터의 흐름에 평행하고 인접한 모든 흐름으로 향한다. 그러므로, 부 도관(110)은 챔버(38)로의 잉크흐름에 무시할 정도로 작은 영향을 준다.The chambers 38 are supplied with ink from the ink inlet 15 through the side ink conduit 23. The tesla valve 106 at each refill opening 104 has a main conduit 108 between a pair of relatively smaller secondary conduits 110. When ink flows into the chamber 38, there is little resistance to flow through the main conduit 108 other than fluidic drag to the conduit itself wall. The upstream openings of the sub-conduits 110 do not face flow so that the main flow is hardly redirected there. The downstream opening is directed to all flows that are parallel and adjacent to the flow from the main conduit 108 downstream opening. Therefore, subconduit 110 has a negligibly small effect on the ink flow into chamber 38.

작동에 즈음하여, 압력맥동은 챔버(38) 밖으로 그리고 측부의 잉크도관(23)으로 역행하는 잉크의 역류(back flow)를 생성할 수 있다. 역류는 압력맥동으로부터 일부 에너지를 사용하기 때문에 액적분사에 유해하다. 또한, 역류는 인접 챔버들의 분사특징에 영향에 주는 유체적인 혼선을 생성할 수 있다.On operation, the pressure pulsation may create a back flow of ink backing out of the chamber 38 and into the side ink conduit 23. Backflow is harmful to droplet injection because it uses some energy from pressure pulsations. In addition, backflow can create fluid crosstalk that affects the spraying characteristics of adjacent chambers.

테슬라밸브(106)는 주 도관(108)을 통한 흐름을 억제하기 위해 부 도관(110)들로부터의 흐름을 사용함으로써 모든 역류를 억제한다. 역류 중에, 부 도관(110)의 상류측 개방부는 흐름방향에 면하고 있다. 그래서 주 도관(108)으로의 상류측 개방부인 것이다. 압력맥동은 잉크를 주 도관과 부 도관을 따라 떠밀어 나아가게 하지만, 부 도관(110)의 하류측 개방부들은 그것의 잉크흐름을 주된 흐름방향을 가로질러 향하게 하고 주된 흐름방향에 거스르게 한다. 이러한 흐름의 충돌은 난류(turbulence)와 주 도관(108)에서 유체적인 수축을 일으킨다. 그러므로, 주 도관(108)과 부 도관(110)을 통한 역류는 억제된다(stifle). 역류에 대한 높은 저항으로서, 압력맥동의 더 큰 부분이 노즐을 통해 잉크액적을 분사하는데 사용되고 유체적인 혼선은 줄여진다.Tesla valve 106 suppresses all backflow by using flow from subconduits 110 to inhibit flow through main conduit 108. During reverse flow, the upstream opening of the secondary conduit 110 faces the flow direction. Thus it is an upstream opening to the main conduit 108. Pressure pulsations push ink along the main and secondary conduits, while the downstream openings of the secondary conduits 110 direct their ink flow across the main flow direction and against the main flow direction. This impingement of flow causes turbulence and fluid contraction in the main conduit 108. Therefore, backflow through the primary conduit 108 and the secondary conduit 110 is stifleed. As a high resistance to backflow, a larger portion of the pressure pulsation is used to eject ink droplets through the nozzle and the fluidic crosstalk is reduced.

제어된 Controlled 액적Droplets 오분사( Five-component ControlledControlled DropDrop MisdirectionMisdirection ))

도 67은 액적 오분사가 제어된 노즐의 개략적인 사시도이다. 이것은, 상술한 바와 같은 액적 오분사를 최소화방안과는 다른 접근책이다. 배열에 있는 모든 노즐에 의해 분사된 액적을 제어된 양만큼 의도적으로 오분사함으로써, 이 인쇄된 이미지가 (비록 노즐 배열로부터 다소 오프셋되지만), 액적 오분사가 최소화된 프린트헤드로부터의 이미지와 동등하다.67 is a schematic perspective view of a nozzle in which droplet misspray is controlled. This is a different approach from the method of minimizing droplet misspray as described above. By intentionally misinjecting the droplets ejected by all the nozzles in the array by a controlled amount, this printed image (although somewhat offset from the nozzle arrangement) is equivalent to the image from the printhead where the droplet misspray is minimized.

액적 오분사를 최소화하면서, 이 접근책은, 액적관이 노즐 림(25) 또는 히터부재(29) 상의 다른 모든 지점에 우선하여 액적관 앵커에 부착되도록 위치되는 액적관 앵커(74)를 사용한다. 그렇지만, 노즐 디자인에서는 액적이 액적관 앵커 둘레에 대칭적으로 형성하지 못하므로, 액적 궤적은 노즐개구면에 수직이 아니며, 이 앵커는 배열에 있는 다른 모든 노즐와 크기 및 방향이 동일한 알려진 오분사를 일으키는 지점에 위치될 수 있다.While minimizing droplet misspraying, this approach uses droplet tube anchors 74 that are positioned such that the droplet tube attaches to the droplet tube anchors in preference to nozzle rim 25 or any other point on heater element 29. . However, in the nozzle design, the droplets do not form symmetrically around the droplet tube anchor, so the droplet trajectory is not perpendicular to the nozzle opening surface, which causes known misfirings of the same size and orientation as all other nozzles in the array. It may be located at a point.

도 67에 도시된 이 실시 형태는 노즐 림(25)의 측부로부터 노즐 개구(26) 속 으로 뻗는 측부의 돌출부(spur)(12)의 끝단에 액적관 앵커를 제공한다. 이 노즐들은 (상술한) 세타형 히터보다 증착 및 식각이 더 용이한 단순 현가형 빔 히터부재(simple suspended beam heater element)(29)를 사용하지만, 여전히 액적 오분사를 액적관 앵커로 제어한다. 상기 돌출부(112)는 통상적인 궤적으로부터 액적을 비끼게 하는 차폐물임이 이해될 것이다. 그렇지만, 만일 노즐 배열에 있는 모든 돌출부들이 평행하고 히터부재에 연관된 동일 위치를 갖는다면, 전체 배열을 가로지른 오분사는 균일할 것이다.This embodiment shown in FIG. 67 provides a droplet tube anchor at the end of a side spur 12 extending from the side of the nozzle rim 25 into the nozzle opening 26. These nozzles use a simple suspended beam heater element 29, which is easier to deposit and etch than theta-type heater (described above), but still controls droplet misfiring with a droplet tube anchor. It will be appreciated that the protrusion 112 is a shield that rubs the droplets from a conventional trajectory. However, if all of the protrusions in the nozzle arrangement are parallel and have the same position associated with the heater element, the five sprays across the entire arrangement will be uniform.

본 발명이 특정 실시 형태를 참조로 상기에 기재되었지만, 이 분야의 숙련자에 의해 본 발명은 많은 다른 형태로 구현화됨이 이해될 것이다.Although the invention has been described above with reference to specific embodiments, it will be understood by those skilled in the art that the invention is embodied in many other forms.

Claims (20)

각각이 노즐과, 이 노즐을 통해 잉크를 분사하기 위한 길다란(elongate) 액츄에이터(actuator)를 갖는 잉크챔버(ink chamber)들의 배열(array);을 포함하고,An array of ink chambers each having a nozzle and an elongate actuator for ejecting ink through the nozzle; 이 노즐은 길다란 액츄에이터와 정렬되는 장축(major axis)을 갖는 타원형 노즐인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.And the nozzle is an elliptical nozzle having a major axis aligned with an elongated actuator. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 액츄에이터는 노즐을 통해 분사하기 위해 증기기포(vapour bubble)를 생성하는 길다란 히터부재(heater element)를 갖는 서멀 액츄에이터(thermal actuator)인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.And the actuator is a thermal actuator having a long heater element that produces a vapor bubble for ejecting through a nozzle. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 배열에 있는 각 잉크챔버는 길다란 액츄에이터와 정렬된 다수의 길다란 노즐들을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.Wherein each ink chamber in the array has a plurality of elongated nozzles aligned with the elongated actuator. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 배열에 있는 각 잉크챔버는 다수의 길다란 액츄에이터들에 각각 대응하는 다수의 길다란 노즐들을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.Wherein each ink chamber in the array has a plurality of elongate nozzles corresponding respectively to the plurality of elongate actuators. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 각 액츄에이터를 위해 한 쌍의 전극(electrode)을 통해 개별적으로 액츄에이터 구동신호(drive signal)를 제공하기 위한 구동회로(drive circuitry)를 더 포함하고, 이 액츄에이터들은, 각각이 한 쌍의 전극들 상의 두개의 접점(contact) 사이로 뻗는 길다란 히터부재를 갖는, 모두 단일평면구조(unitary planar structure)인 서멀 액츄에이터들인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.Further comprising drive circuitry for providing actuator drive signals individually through a pair of electrodes for each actuator, each of which has two on one pair of electrodes An inkjet printhead, characterized in that all of the unitary planar structures have thermal actuators having elongated heater elements extending between the contacts of the same. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 구동회로로 식각된 트렌치(trench)가 상기 전극들 사이로 뻗는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.And a trench etched by the drive circuit between the electrodes. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 각각의 잉크챔버들은 다수의 노즐들을 갖고;Each ink chamber has a plurality of nozzles; 상기 액츄에이터는, 사용 중에, 동시에 잉크를 챔버의 모든 노즐들을 통해 분사하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.And the actuator, during use, simultaneously sprays ink through all the nozzles of the chamber. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 각 잉크챔버들은 두 개의 노즐을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.Inkjet printheads, each ink chamber having two nozzles. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 각 챔버의 노즐들은, 노즐들의 중심축이 히트부재를 따라 규칙적으로 이격된 상태로 히터부재의 길이와 평행한 선으로 장착되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.And the nozzles of each chamber are mounted in a line parallel to the length of the heater member with the central axis of the nozzles regularly spaced along the heat member. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 노즐들은 타원형인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.And the nozzles are elliptical. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 타원형 노즐들의 장축(major axe)은 정렬(align)되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.An inkjet printhead, wherein the major axes of the elliptical nozzles are aligned. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 구동회로는 각각의 서멀 액츄에이터를 위한 구동 전계효과 트랜지스터(drive field effect transistor, FET)를 갖고, 이 구동FET의 구동 전압은 5볼트(volt)이하인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.The drive circuit has a drive field effect transistor (FET) for each thermal actuator, the drive voltage of the drive FET being less than 5 volts. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 구동FET의 구동전압은 2.5볼트인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.An inkjet printhead, characterized in that the drive voltage of the drive FET is 2.5 volts. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 노즐 플레이트(plate)와 하지(underlying) 웨이퍼 사이에서 다수의 잉크챔버의 개방부와 유체적으로 연통하는 잉크도관(ink conduit)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.And an ink conduit in fluid communication with the openings of the plurality of ink chambers between the nozzle plate and the underlying wafer. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 웨이퍼 기판에 형성된 다수의 잉크입구(ink inlet)을 더 포함하고;A plurality of ink inlets formed in the wafer substrate; 각 잉크도관은 잉크를 수용하여 잉크챔버에 공급하기 위해 적어도 하나의 상기 잉크입구와 유체적으로 연통하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.Wherein each ink conduit is in fluid communication with at least one of the ink inlets for receiving and supplying ink to the ink chamber. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 각 잉크도관들은 두 개의 잉크입구와 유체적으로 연통하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.An inkjet printhead, wherein each ink conduit is in fluid communication with two ink inlets. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 각각의 잉크입구들은 잉크투과성 트랩(ink permeable trap)과, 배출구(vent) 를 가로지르는 잉크메니스커스(ink meniscus)의 표면장력이 잉크의 누설을 방지하도록 한 크기로 된 배출구를 갖고;Each ink inlet has an ink permeable trap and an outlet sized such that the surface tension of the ink meniscus across the vent prevents leakage of ink; 잉크투과성 트랩은, 사용 중에, 기체기포(gas bubble)가 대기로 배출되는 배출구로 향하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.An ink-permeable trap is directed to an outlet through which gas bubbles are discharged to the atmosphere during use. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 잉크챔버들은, 두개의 측벽(sidewall)이 다른 측벽에 비해 길도록 길다란 형상을 갖고, 잉크가 챔버를 재충전할 수 있도록 하는 개방부(opening)가 상기 긴 측벽 중 하나에 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.Ink chambers have an elongate shape such that the two sidewalls are longer than the other sidewalls, and an inkjet print having an opening on one of the long sidewalls to allow ink to refill the chamber. head. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 노즐은, 노즐 중심이 동일 선상에 있고 각 열을 따른 노즐피치(pitch)가 인치(inch)당 노즐 1000개를 초과하도록 열들에 배열되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.And the nozzles are arranged in rows such that the nozzle centers are collinear and the nozzle pitch along each row is greater than 1000 nozzles per inch.
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