KR101256855B1 - 다이와 집적 회로 소자를 갖는 액추에이팅 가능한 장치 - Google Patents

다이와 집적 회로 소자를 갖는 액추에이팅 가능한 장치 Download PDF

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Abstract

유체 이젝터는 유체 배출 모듈과 집적 회로 소자를 포함한다. 유체 배출 모듈은 복수의 유로, 복수의 액추에이터, 및 복수의 도전성 트레이스를 갖는 기판을 포함하고 각 액추에이터는 관련 유로의 유체가 노즐로부터 배출되게 구성된다. 집적 회로 소자는 유체 배출 모듈에 실장되고, 유체 배출 모듈의 도전성 트레이스와 전기적으로 접속되어 모듈의 전기적인 접속은 유체 배출 모듈에 송신된 신호를 집적 회로 소자에 송신시키고, 집적 회로 소자에서 처리하고, 유체 배출 모듈에 출력시켜서 액추에이터를 구동시킨다.

Description

다이와 집적 회로 소자를 갖는 액추에이팅 가능한 장치{ACTUATABLE DEVICE WITH DIE AND INTEGRATED CIRCUIT ELEMENT}
본 명세서는 액추에이팅 가능한 장치로 다이에 집적 회로를 전기적으로 접속하는 것에 관한 것이다.
마이크로 전자기계 시스템 또는 MEMS-기반 장치는 가속도계, 자이로스코프, 압력 센서나 트랜스듀서, 디스플레이, 광학 스위칭, 및 유체 배출 등의 다양한 어플리케이션에 사용될 수 있다. 통상적으로, 하나 이상의 개별 장치는 절연 재료나 반도체 재료로 형성되는 다이 등의 단일 다이에 형성되고, 포토 리소그래피, 증착, 또는 에칭 등의 반도체의 처리 기술을 사용해서 처리될 수 있다.
유체 배출 모듈의 한 통상적인 형태는 유체를 배출하기 위한 복수의 유체 이젝터와 신호를 다이에 통신하기 위한 플렉시블 프린트 회로("플렉스 회로")를 갖는 다이를 포함한다. 다이는 노즐, 잉크 배출 요소, 및 전기적인 접촉을 포함한다. 플렉스 회로는 구동 회로, 예를 들면 노즐로부터 잉크 배출을 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 집적 회로를 갖는 다이의 전기적인 접촉을 접속하는 리드를 포함한다. 일부 통상적인 잉크젯 모듈에 집적 회로가 플렉스 회로에 장착될 수 있다.
유체 배출 모듈에서 노즐의 밀도는 제작 방법이 향상됨으로써 증가되었다. 예를 들면, 실리콘 웨이퍼에 빈번하게 제작되는 MEMS-기반 장치는 더 작은 풋프린트와 전에 형성된 것보다 높은 노즐 밀도로 다이에 형성되었다. 그러나, 그러한 장치의 작은 풋프린트는 다이에 전기적인 접촉에 대해 이용 가능한 영역을 줄일 수 있다.
다이 내외에서 유체 배출 소자의 동작을 제어하는 신호를 제공하기 위해 다이와 집적 회로 소자를 포함하는 유체 배출 모듈이 기재된다.
일실시형태에서, 유체 이젝터는 유체 배출 모듈과 집적 회로 소자를 포함한다. 유체 이젝터 모듈은 복수의 유로, 복수의 액추에이터, 및 복수의 도전성 트레이스를 갖는 기판을 포함하고, 각 액추에이터가 유체를 관련 유로의 노즐로부터 배출시키도록 구성되었다. 집적 회로 소자는 유체 배출 모듈에 실장되고, 유체 배출 모듈의 도전성 트레이스를 갖고 전기적으로 접속되고, 모듈의 전기적인 접속은 유체 배출 모듈에 송신된 신호를 집적 회로 소자에 송신시키고, 집적 회로 소자에서 처리하고, 유체 배출 모듈에 출력시켜서 액추에이터를 구동한다.
실시형태는 이하의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 유체 배출 모듈은 실리콘으로 형성될 수 있다. 액추에이터는 압전 소자나 히터 소자를 포함할 수 있다. 유체 배출 모듈과 집적 회로 소자는 비도전성 페이스트나 이방성 페이스트에 의해 부착될 수 있다. 플렉시블 소자는 유체 배출 모듈과 전기적으로 접속되어 유체 배출 모듈에 송신된 신호가 플렉시블 소자로부터 전송될 수 있다. 플렉시블 소자는 플라스틱 기판 상에 형성될 수 있다. 유체 배출 모듈은 입력 트레이스와 제 1 입력 패드를 포함할 수 있어서 입력 트레이스는 플렉시블 소자에 전기적으로 접속되며, 제 1 입력 패드는 액추에이터에 전기적으로 접속되고, 집적 회로 소자는 통합 스위칭 소자를 포함할 수 있고, 제 2 입력 패드는 유체 배출 모듈의 입력 트레이스에 접속되고, 출력 패드는 유체 배출 모듈의 제 1 입력 패드에 접속되고, 통합 스위칭 소자는 제 2 입력 패드와 출력 패드에 접속된다. 제 2 입력 패드와 출력 패드는 유체 배출 모듈에 인접하는 집적 회로 소자의 표면 상에 위치될 수 있다. 다수의 출력 패드와 다수의 액추에이터가 존재할 수 있고, 출력 패드의 수와 유체 배출 소자의 수는 동등할 수 있다. 다수의 출력 패드와 다수의 액추에이터가 존재할 수 있고, 출력 패드의 수는 액추에이터의 수보다 적을 수 있고, 단일 유체 배출 모듈을 위한 복수의 집적 회로 소자가 존재할 수 있다. 다수의 출력 패드와 다수의 입력 트레이스가 존재할 수 있고, 출력 패드의 수는 입력 트레이스의 수보다 많을 수 있다. 다수의 제 1 입력 패드와 다수의 액추에이터가 존재할 수 있고, 제 1 입력 패드의 수와 출력 패드의 수는 동등하다. 다수의 제 1 입력 패드와 다수의 출력 패드가 존재할 수 있고, 제 1 입력 패드와 출력 패드는 서로 인접할 수 있다. 다수의 입력 트레이스와 다수의 제 2 입력 패드가 존재할 수 있고, 입력 트레이스의 수는 제 2 입력 패드의 수와 동등할 수 있다. 입력 트레이스와 제 2 입력 패드는 서로 인접할 수 있다. 다수의 제 1 입력 트레이스와 다수의 출력 패드가 존재할 수 있고, 입력 트레이스의 수는 출력 패드의 수보다 적을 수 있다. 다수의 입력 트레이스와 다수의 유체 배출 소자가 존재할 수 있고, 입력 트레이스의 수는 유체 배출 소자의 수보다 적을 수 있다. 플렉시블 소자와 입력 트레이스는 비도전성 페이스트나 이방성 페이스트에 의해 함께 부착될 수 있다.
다른 실시형태에서, 유체 이젝터는 유체 배출 소자, 액추에이터가 액추에이팅될 때 유체를 배출하기 위한 노즐, 유체 배출 모듈을 갖는 전기 통신하는 집적 회로 소자, 및 유체 배출 모듈로 라우팅되는 유체로부터 유체 배출 소자와 집적 회로 소자를 보호하도록 구성된 제 1 인터포저를 포함하는 유체 배출 모듈을 포함한다.
실시형태는 이하의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 유체 배출 모듈의 제 1 측면과 제 1 인터포저의 제 1 측면은 접착제에 의해 본딩될 수 있다. 제 1 인터포저는 본딩된 영역을 가질 수 있고, 본딩된 표면 영역은 유체 입구를 둘러싸고 제 1 인터포저의 제 1 측면 영역보다 작다. 제 2 인터포저는 제 1 인터포저에 인접할 수 있다. 제 1 인터포저는 유체 배출 모듈과 제 2 인터포저 사이에 위치할 수 있고, 제 2 인터포저의 제 1 에지는 제 1 인터포저의 제 1 에지보다 길다. 제 1 인터포저는 제 2 인터포저의 유체 입구 및 유체 출구에 유체 접속되는 유체 입구와 유체 출구를 가질 수 있다. 제 2 인터포저의 유체 입구와 유체 출구는 제 1 인터포저의 유체 입구와 유체 출구가 제 1 인터포저의 중심에 가까운 것보다 제 2 인터포저의 중심에 더 가까울 수 있다. 제 1 인터포저와 제 2 인터포저는 접착제에 의해 본딩될 수 있다.
다른 실시형태에서, 유체 이젝터는 개별적으로 제어 가능한 복수의 압전 액추에이터와 복수의 압전 액추에이터가 액추에이팅될 때 유체를 배출하기 위한 복수의 노즐을 포함하는 프린트헤드 모듈을 포함하며, 복수의 압전 액추에이터와 복수의 노즐은 유체 액적이 단일 패스(single pass)의 매체 상에 디스펜싱되어 600dpi보다 큰 밀도를 갖는 매체 상에 픽셀 라인을 형성할 수 있도록 매트릭스(matrix)로 배치된다.
이러한 2개의 실시형태 중 하나의 실시형태는 이하의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 복수의 압전 액추에이터와 복수의 노즐은 유체 액적이 단일 패스의 매체 상에 디스펜싱되어 1200dpi보다 큰 밀도를 갖는 매체 상에 픽셀 라인을 형성할 수 있도록 매트릭스에 배치된다. 매트릭스는 32행 64열을 포함할 수 있다. 1제곱 인치보다 작은 영역에서 2,000개보다 많은 노즐이 존재하고, 영역의 일측면은 1인치보다 클 수 있다. 복수의 노즐은 1제곱 인치보다 작은 영역에 걸쳐 550 ~ 60,000 노즐을 포함할 수 있다. 복수의 노즐은 0.1pL ~ 100pL 액적 사이즈를 갖는 유체를 배출하도록 구성될 수 있다. 복수의 노즐의 제 1 측면은 프린트헤드 모듈의 제 1 측면에 부착될 수 있고, 프린트헤드 모듈의 제 1 측면 영역은 복수의 노즐의 제 1 측면 영역보다 클 수 있다. 집적 회로 소자는 프린트헤드 모듈과 직접 접촉할 수 있고, 프린트헤드 모듈과 전기적으로 접속하여 모듈의 전기적인 접속은 프린트헤드 모듈에 송신된 신호를 집적 회로 소자에 송신시키고, 집적 회로 소자에서 처리하고, 프린트헤드 모듈에 출력시켜서 복수의 액추에이터를 구동시킬 수 있다.
다른 실시형태에서, 유체 배출 시스템은 복수의 개별적으로 제어 가능한 압전 액추에이터와 복수의 압전 액추에이터가 액추에이팅될 때 유체를 배출하기 위한 복수의 노즐을 포함하는 프린트헤드 모듈을 포함하고, 복수의 압전 액추에이터와 복수의 노즐이 매트릭스로 배치되고, 프린트 바가 구성되어 매체가 프린트 바를 지나 이동할 때 유체 액적이 복수의 노즐로부터 단일 패스의 매체 상에 디스펜싱되어 600dpi보다 큰 밀도를 갖는 매체 상에 픽셀 라인을 형성할 수 있다.
일부 실시형태는 이하의 장점 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 집적 회로 소자나 배출 소자에 출력 패드보다 다이에 더 적은 입력 트레이스가 존재할 때, 고밀도 노즐 매트릭스가 고밀도의 전기적인 접촉으로부터 생길 수 있는 전기적인 접속 문제없이 형성될 수 있다. 전기적인 접속은 열팽창의 작은 차이를 갖는 집적 회로 소자와 다이를 위한 물질을 사용함으로써 더 향상될 수 있다. 또한, 인터포저는 유체 등의 유체 배출 소자를 외부 환경으로부터 분리하여 유체 배출 소자의 손상을 피할 수 있다. 상부 인터포저의 중앙에 상부 인터포저의 유체 입구와 유체 출구의 시프팅은 다른 요소를 유체 입구로의 플로잉으로부터 과도한 접착성을 방지하는 반면에 인터포저에 부착하게 할 수 있다.
여기에 기재된 다수의 기술은 유체 이젝터 외의 MEMS-기반 장치에 적용될 수 있다.
본 발명의 다른 특징과 장점이 청구 범위와 다음 명세서로부터 명확하게 될 것이다.
도 1A는 하우징된 유체 이젝터의 개략적인 단면 사시도이다.
도 1B는 하우징된 유체 이젝터에서 플렉스 회로의 배치를 예시하는 개략적인 사시도이다.
도 2는 다이와 인터포저의 개략적인 횡단면도이다.
도 3은 집적 회로 소자가 장착되는 다이의 개략적인 사시도이다.
도 4는 상부 인터포저와 하부 인터포저를 갖는 유체 배출 모듈의 개략적인 횡단면도이다.
도 5는 회로를 갖는 다이의 평면도이다.
도 6은 집적 회로 소자를 갖는 다이의 통합된 간단한 사시도이다.
도 7은 플렉스 회로, 다이, 및 집적 회로 소자 사이의 전기적인 접속의 개략도이다.
도 8은 플렉스 회로, 다이, 및 집적 회로 소자의 회로도이다.
도 9는 매트릭스에 배치되는 액추에이터를 갖는 다이의 횡단면 평면도이다.
도 10은 하부와 상부 인터포저를 갖는 개략적인 반투명 사시도이다.
도 11은 하부 인터포저를 다이에 본딩을 위한 영역을 갖는 잉크 출구의 개략적인 평면도이다.
유체 이젝터가 여기에 기재된다. 예시적인 유체 이젝터가 도 1A에 도시되어 있다. 유체 이젝터(100)는 예를 들어, 사각형 플레이트 형상의 프린트헤드 모듈인 유체 배출 모듈을 포함하고, 유체 배출 모듈은 반도체 처리 기술을 이용하여 제작된 다이(103)일 수 있다. 유체 배출 모듈은 또한 미국 특허 제 7,052,117호에 기재되어 있으며, 이는 여기에 통합된다. 유체 이젝터(100)로부터 배출되는 유체는 잉크일 수 있지만, 유체 이젝터(100)는, 예를 들어, 생체액, 전자 요소를 형성하기 위한 액체 등 다른 액체에 대해 사용될 수도 있다. 이하, 유체 배출 모듈을 그 예시적인 실시예인 다이(103)로서 설명한다.
각 유체 이젝터는 하우징(110)을 프린트 바에 접속하는 장착 프레임(142), 데이터를 외부 프로세서로부터 수신하고 구동 신호를 다이(103)로 제공하는 플렉스 회로(201)(도 1B 참조) 등의 다른 요소와 함께 유체를 다이(103)에 지지하고 제공하는 하우징(110)을 포함할 수도 있다. 하우징(110)은 분리벽(130)에 의해 분할되어 입구 챔버(132)와 출구 챔버(136)를 제공할 수 있다. 각 챔버(132, 136)는 필터(133, 137)를 포함할 수 있다. 유체를 보내는 튜빙(162, 166)은 각각 어퍼처(152, 156)를 통해서 챔버(132, 136)에 접속될 수 있다. 분리벽(130)은 다이(103)의 인터포저 어셈블리(146)에 시팅되는 지지체(144)에 의해 고정될 수 있다.
다이(103)와 선택적 인터포저 어셈블리(146)를 포함하는 유체 배출 어셈블리는 유체가 입구 챔버(132)로부터, 다이(103)를 통해서, 그리고 출구 챔버(136)로 순환하게 하기 위한 유체 입구(101)와 유체 출구(102)를 포함한다. 다이(103)를 통과하는 유체의 일부가 노즐로부터 배출된다.
도 1B를 참조하면, 유체 이젝터의 하우징(110)의 일부가 제거되어, 유체 이젝터(100)가 플렉시블 프린트 회로나 플렉스 회로(201)를 포함하는 것이 나타난다. 플렉스 회로(201)는 유체 이젝터(100)를 프린터 시스템(도시 생략)에 전기적으로 접속하도록 구성된다. 플렉스 회로(201)는 유체 배출 모듈의 유체 배출 소자를 구동하기 위해 프린터 시스템의 외부 프로세서로부터 다이(103)에 화상 데이터와 타이밍 신호 등의 데이터를 전송하는 데에 사용된다. 플렉스 회로(201)는 유체 온도 제어를 위한 서미스터를 접속하기 위해 사용될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 다이(103)는 노즐(126)(1개의 유로만 도 2에 도시)에서 끝나는 유체의 유로(124)가 형성되는 기판(122)을 포함할 수 있다. 하나의 유로(124)는 잉크 피드(170)(도 2에서 도면부호 170으로 표시된 2개의 영역이 도면의 외부로 연장되는 통로에 의해 접속될 수 있음), 상승기(172), 펌핑 챔버(174), 및 노즐(126)에서 끝나는 하강기(176)를 더 포함할 수 있다. 유로는 재순환 패스(178)를 더 포함해서 잉크는 유체가 배출되지 않을 때에도 유로(124)를 통해서 흐를 수 있다.
기판(122)은 유로가 에칭 등의 반도체 처리 기술로 형성된 유로 바디(182), 펌핑 챔버(174)의 1면을 밀봉하는 실리콘층 등의 멤브레인(180), 노즐(126)이 형성되는 노즐층(184)을 더 포함할 수 있다. 멤브레인(180), 유로 바디(182), 및 노즐층(184)은 각각 반도체 물질(예컨대, 단결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 멤브레인은 25㎛이하, 예를 들면 약 12㎛ 등으로 비교적 얇을 수 있다.
유체 배출 모듈은, 또한, 개별적으로 제어 가능한 유체 배출 소자를 포함하고, 유체 배출 소자는 하나의 실시예로서 액추에이터일 수 있다. 이하, 유체 배출 소자를 그 예시적인 실시예인 액추에이터(401)로서 설명한다. 액추에이터(401)는 유체를 대응하는 유로(124)(1개의 액추에이터만 도 2에 나타내었음)의 노즐(126)로부터 선택적으로 배출시킬 수 있다. 각 유로(124)와 그와 관련된 액추에이터(401)는 개별적으로 제어 가능한 MEMS 유체 이젝터 유닛을 제공한다.
일부 실시형태에서, 액추에이터(401)의 활성화는 멤브레인(180)이 펌핑 챔버(174) 내로 편향되게 하여, 유체를 노즐(126)의 외부로 포싱(forcing)한다. 예를 들면, 액추에이터(401)는 압전 액추에이터일 수 있고, 하부 절연층(190), 압전층(192), 및 패턴된 상부 절연층(194)을 포함할 수 있다. 압전층(192)은, 예를 들면 대략 1과 25미크론 두께, 예를 들면 대략 8 ~ 18미크론 두께 사이일 수 있다. 대안으로, 액추에이터는 발열체일 수 있다.
도 2 및 3을 참조하면, 유체 이젝터(100)는 다이(103)의 하면에 위치되는 노즐을 통해서 다이(103)로부터 유체 배출의 제어를 위한 전기 신호를 제공하도록 구성된 하나 이상의 집적 회로 소자(104)를 더 포함한다. 집적 회로 소자(104)는, 다이(103)와는 별개의 마이크로칩일 수 있으며, 그 안에 반도체 제작 및 패키징 기술에 의해 집적 회로가 형성될 수 있다. 따라서, 집적 회로 소자(104)의 집적 회로는 다이(103)의 기판으로부터 분리된 반도체 기판 상에 형성된다. 그러나, 집적 회로 소자(104)는 다이(103)에 직접 실장될 수 있다.
도 2 및 4를 참조하면, 일부 실시형태에서 유체 이젝터(100)의 유체 배출 어셈블리는 다이(103) 상의 전기적인 소자 및/또는 집적 회로 소자로부터 유체를 분리하는 하부 인터포저(105)를 포함한다. 유체 이젝터(100)는 유체를 전기 요소나 집적 회로 소자(104)로부터 더 분리하는 상부 인터포저(106)를 포함할 수 있다. 상부 인터포저(106) 및 하부 인터포저(105)의 조합을 통한 통로(212, 216)는 유체 이젝터(100)의 하우징에서 챔버(132, 136)의 약간 가운데 위치로부터/로 다이(103)의 에지에 가까운 유체 입구(412)와 유체 출구(414)로/로부터 유체의 라우팅을 감안할 수 있다. 또한, 상부 인터포저(106)와 하부 인터포저(105)의 조합을 포함하는 유체 이젝터는 상부 인터포저(106)의 길이보다 짧아 집적 회로 소자(104)를 2개의 인터포저 사이에 레스팅(resting)할 수 있기 때문에 더 용이하게 제조될 수 있다.
도 1 및 4를 참조하면, 유체 이젝터(100)는 유체 이젝터(100)에 캐비티를 실링하고 다이(103)와의 결합에 사용되는 유체 이젝터의 요소에 대해 본딩 영역을 제공하도록 구성되는 다이 캡(107)을 포함할 수도 있다. 다이 캡(107)은 다이(103) 위의 잉크 재순환을 위한 바이패스를 제공할 수도 있다.
회로를 갖는 예시적인 다이(103)의 각각의 부분 평면도와 사시도가 도 5 및 6에 도시되어 있다. 다이(103)의 다수의 액추에이터(401)는 칼럼으로 배치될 수 있다(도 6은 간단함을 위해 다수의 액추에이터를 생략함). 도 5 및 6에 나타낸 액추에이터(401)는 압전 소자이고, 예를 들어 각 액추에이터는 2개의 전극 사이의 압전층을 포함한다. 각 액추에이터(401)에 대해서, 상부 전극 등의 전극은 다이(103)에 위치한 도전성 트레이스(407)를 거쳐 대응하는 입력 패드(402)에 접속된다(도 6은 간단함을 위해 하나의 도전성 트레이스(407)만 예시함). 도전성 트레이스(407)는 액추에이터(401)의 칼럼 사이에서 연장될 수 있다.
일부 실시형태에서, 유체 입구(412)는 액추에이터(401)의 칼럼의 끝에 형성된다. 칼럼의 반대 끝에 유체 출구(414)(도 5 및 6에 도시 생략되었지만 도 3 및 4에 도시되어 있음)는 다이(103)의 상부에 형성될 수 있다. 하나의 유체 입구(412)와 유체 출구(414)의 쌍은 액추에이터(401)의 1개, 2개, 또는 그 이상의 칼럼에 사용될 수 있다. 상부 인터포저(106)와 하부 인터포저(105)를 통한 통로(212, 216)는 유체 입구(101)를 다이(103)의 유체 입구(412)에, 그리고 다이(103)의 유체 출구(414)를 유체 출구(102)에 유체 접속한다. 다이(103)는 다이(103)의 하나 이상의 에지를 따라 배치되는 전도성 입력 트레이스(403)를 더 포함한다. 입력 트레이스(403)는 대략 40미크론 이하의 피치, 예를 들면 36미크론 피치 또는 10미크론 피치를 가질 수 있다. 플렉스 회로(201)(도 2 참조)는 다이(103)의 입력 트레이스(403)에 본딩될 수 있다. 예를 들면, 플렉스 회로(201)는 다이(103)의 에지에서 입력 트레이스(403)의 말단부(420)에 접속될 수 있다(도 5 참조). 본딩은, 예를 들면 비도전성 페이스트(NCP) 또는 이방성 전도성 페이스트(ACP) 등의 페이스트에 의해 수행될 수 있다.
도 2, 3, 및 6에 나타낸 바와 같이, 집적 회로 소자(104)는 입력 트레이스(403)와 유체 입구(412) 또는 유체 출구(414) 사이의 연장된 영역에서 연장되는 로우로 다이(103)에 장착될 수 있다. 예를 들면, 집적 회로 소자(104)의 제 1 로우는 다이(103)의 하나의 에지에 입력 트레이스(403)와 유체 입구(412) 사이의 연장된 영역으로 연장되는 제 1 로우에서의 다이(103)에 장착될 수 있고, 집적 회로 소자(104)의 두 번째 제 1 로우는 다이(103)의 반대 에지에 입력 트레이스(403)와 유체 출구(414) 사이의 연장된 영역에서 연장되는 로우로 다이(103)에 장착될 수 있다.
장착되는 집적 회로 소자(104)와 예시적인 다이(103)의 사시도가 도 3에 도시되어 있다. 상술된 바와 같이, 집적 회로 소자(104)는 다이(103)에 장착되고 분리 제작된, 다이(103)와는 별개의 다이일 수 있다. 일부 실시에서, 집적 회로 소자(104)는 주문형 반도체(ASIC) 소자이다. 집적 회로(ASIC) 소자는, 예를 들면 다이, 패키징, 및 리드를 포함할 수 있는 칩일 수 있다. 다이(103)의 전기적인 트레이스에 집적 회로 소자(104)의 본딩 패드를 접속하는 리드는 솔더 범프(도 2 참조)나 와이어 본드일 수 있다. 예를 들면, 리드는 집적 회로 소자(104)의 알루미늄 본딩 패드에 직접 전기 도금된 골드 범프일 수 있다. 그들은 집적 회로 소자(104)의 전기적인 패드에 직접 전기 도금된 솔더 캡을 갖는 구리 필러(pillar)일 수 있다.
집적 회로 소자(104)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 액추에이터(401)의 동작을 제어하는 신호를 제공하도록 구성된다. 예를 들면, 집적 회로 소자(104)의 예컨대 트랜지스터 등의 통합 스위칭 소자(302)는 전기적인 접촉과 리드에 의해 다이(103)의 액추에이터(401)에 접속될 수 있다. 따라서, 신호가 플렉스 회로(201)로부터 다이(103)의 입력 트레이스(403)에 송신되면, 신호는 집적 회로 소자(104)의 입력 패드(301)에 전송되고, 집적 회로 소자(104)의 트랜지스터(302) 등의 통합 스위칭 소자(104)에서 처리되고, 출력 패드(303)에서, 도전성 트레이스(407)에 의해 액추에이터(401)를 구동하도록 접속되는 다이(103)의 입력 패드(402)로 출력된다.
도 6에 나타낸 집적 회로 소자(104)는 다이(103)의 입력 트레이스(403)에 접속되는 입력 패드(301)(도 7 참조)를 포함한다. 예를 들면, 집적 회로 소자(104)의 입력 패드(301)는 입력 트레이스(403)의 말단부(420)보다 다이(103)의 중심에 가까운 입력 트레이스(403)의 근접 단부(422)에 접속될 수 있다. 입력 패드(301)와 입력 트레이스(403)는 비도전성 페이스트(NCP), 이방성 전도성 페이스트(ACP), 또는 집적 회로 소자(104)의 솔더 범프를 사용하여 접속될 수 있다. 집적 회로 소자(104)의 입력 패드(301)(도 7 참조)는 집적 회로 소자(104)의 저면에 놓여 다이(103)의 입력 트레이스(403)로 더 우수한 전기적인 접속을 제공할 수 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 집적 회로 소자(104)는 하나 이상의 통합 스위칭 소자(302), 예를 들면 주문형 반도체(ASIC)를 통해 집적 회로 소자(104)의 입력 패드(301)에 접속되는 출력 패드(303)도 포함한다. 추가적으로, 집적 회로 소자(104)의 출력 패드(303)는 다이(103)의 입력 패드(402)에 전기적으로 접속된다. 출력 패드(303)는 NCP, ACP, 또는 집적 회로 소자(104)에 솔더 범프를 사용하는 입력 패드(402)에 접속될 수 있다. 집적 회로 소자(104)의 출력 패드(303)는 집적 회로 소자(104)의 저면에 놓여 다이(103)의 입력 패드(402)와 더 우수한 전기적인 접속을 제공할 수 있다.
기재된 바와 같이, 집적 회로 소자(104)는 통합 스위칭 소자(302)를 포함한다. 각 스위칭 소자는 온/오프 스위치로서 작동하여 MEMS 유체 이젝터 유닛의 구동 전극을 공통 구동 신호 소스에 선택적으로 접속한다. 공통 구동 신호 전압은 하나 이상의 집적 회로의 입력 패드(301), 입력 트레이스(403), 및 플렉스 회로(201)의 대응되는 트레이스에서 전달된다. 통합 스위칭 소자(302)는 집적 회로 소자(104)의 입력 패드(301)와 집적 회로 소자(104)의 출력 패드(303)에 접속된다. 따라서, 집적 회로 소자(104)는 입력 패드(301), 통합 스위칭 소자(302), 및 출력 패드(303) 사이 등에서 내부로 연결되는 접속을 포함한다.
플렉스 회로(201), 집적 회로(104), 및 다이(103)의 회로도는 도 8에 도시되어 있다. 집적 회로(104)의 입력 패드(301)는 클록 라인, 데이터 라인, 래치 라인, 모든 온라인, 및 4개 파워 라인을 포함할 수 있다. 플렉스 회로(201)로부터의 신호는 입력 패드(301)를 통해 데이터 플립플롭, 래치 플립플롭, OR-게이트, 및 스위치를 포함할 수 있는 통합 스위칭 소자(302)에 송신된다. 신호는 데이터 라인을 통해서 데이터 플립플롭에 데이터를 송신함으로써 처리된다. 클록 라인은 엔터링되는 대로 데이터를 클록한다. 데이터는 연속적으로 엔터링되어 제 1 플립플롭에서 엔터링된 데이터의 제 1 비트는 데이터의 다음 비트가 엔터링될 때 시트프 다운된다. 모든 데이터 플립플롭(예를 들면, 64개 소자)이 데이터를 수용한 후에 펄스가 래치 라인을 통해 보내져 데이터를 데이터 플립플롭으로부터 래치 플립플롭과 액추에이터(401)로 시프트 다운한다. 래치 플립플롭으로부터 신호가 높으면 스위치가 온되고 신호를 출력 패드(303)를 통해 입력 패드(402)로 송신하여 액추에이터(401)를 구동한다. 신호가 낮으면 스위치가 오프 상태로 남아있고 액추에이터(401)가 활성화되지 않는다.
1개의 집적 회로 소자(104)는 256개의 통합 스위칭 소자 등의 다수의 통합 스위칭 소자(302)를 포함할 수 있다. 통합 스위칭 소자(302)의 수는 다이(103)의 액추에이터의 수 또는 그 프랙션(fraction)과 같을 수 있다. 또한, 일부 실시형태에서 통합 스위칭 소자(302)의 수는 집적 회로(104)의 입력 패드(301)의 수와 동일하다. 일부 실시형태에서, 각 통합 스위칭 소자(302)는 1개 이상의 출력 패드(303)와 전기적 통신 관계에 있다.
모든 집적 회로 소자(104)의 출력 패드(303)의 전체 수는 다이(103) 상의 입력 패드(402) 및 관련된 액추에이터(401)의 수에 대응한다. 예를 들면, 히터, 온도 센서, 및 그라운드로서 사용되는 추가적인 패드가 있을 수도 있다. 하나의 다이(103)에 1개 이상의 집적 회로 소자(104)가 있으면 집적 회로 소자(104)의 출력 패드(303)의 수는 액추에이터(401)의 수의 프랙션이다. 예를 들면, 다이(103)의 4개의 집적 회로 소자(104)가 있고, 다이(103)에 1024개의 액추에이터(401)가 있으면 각 집적 회로 소자(104)는 256개의 출력 패드(303)를 가질 수 있다.
다이(103)의 각 입력 패드(402)는 집적 회로 소자(104)의 대응하는 출력 패드에 전기적으로 접속된다. 그러나, 접속되지 되지 않거나, 그라운드 등의 다른 요소에 접속되는 추가적인 출력 패드(303)가 존재할 수 있다. 입력 패드(402)와 출력 패드(303)의 각 대응되는 한 쌍은 서로 인접해 있어서 서로 일치되거나 전기적으로 접속될 수 있다. 마찬가지로 다이(103)의 각 입력 트레이스(403)는 집적 회로 소자(104)의 대응되는 입력 패드(301)에 전기적으로 접속된다. 입력 트레이스(403)와 입력 패드(301)의 각 대응하는 쌍은 서로 인접해 있어서 서로 일치되거나 전기적으로 접속될 수 있다.
일부 실시예에서, 다이(103)의 입력 트레이스(403)의 수는 다이(103)의 입력 패드(402) 및 관련된 액추에이터(401)의 수보다 적다. 또한, 하나 이상의 시리얼 데이터 라인, 1개의 클록 라인, 및 1개의 래치 라인을 사용함으로써 플렉스 회로(201)로부터 신호를 수신하는 적은 입력 트레이스(403)가 존재할 수 있어서 64 소자 등의 복수의 통합된 스위치 소자(302)를 제어한다.
유리하게, 집적 회로 소자(104)의 출력 패드(303)나 액추에이터(401)보다 다이(103)에 적은 입력 트레이스(403)가 존재할 때 유체 배출 모듈의 고밀도 노즐 매트릭스가 형성될 수 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 고밀도 매트릭스는 로우와 칼럼에 배치된 노즐 및/또는 압전 액추에이터를 가질 수 있다. 예를 들면, 노즐은 32 로우×64 칼럼의 매트릭스에 배치될 수 있다. 매체가 프린트 바 아래로 통과될 때 노즐은 600dpi 보다 큰, 1200dpi 이상 등의 밀도나 프린트 해상도로 매체 상에 픽셀 라인을 형성하기 위해 유체를 단일 패스의 매체 상에 배출할 수 있다.
600dpi보다 큰, 1200dpi 이상 등의 프린터 해상도를 이루기 위해 1제곱 인치보다 작은 곳에 550 ~ 60,000 노즐 및/또는 압전 액추에이터(401), 예를 들면 2,000 노즐 및/또는 액추에이터가 존재할 수 있다. 노즐 및/또는 액추에이터를 포함하는 영역, 예를 들면 유체 입구(412)와 유체 출구(414) 사이 영역은 1인치보다 긴 길이, 예를 들면 대략 44㎜ 길이, 그리고 1인치보다 적은 폭, 예를 들면 대략 9㎜ 폭을 가질 수 있다.
2pL 등의 0.01pL과 100pL 사이즈 사이의 유체 액적은 노즐로부터 배출될 수 있다. 예를 들면, 2pL의 유체가 대략 12.5미크론 x 12.5미크론 영역을 갖는 노즐로부터 배출될 때 1제곱 인치보다 작은 영역에 2,048 노즐 및/또는 액추에이터가 존재할 수 있다. 0.01pL의 유체 액적 사이즈를 갖는 1제곱 인치보다 적은 대략 60,000 노즐 및/또는 액추에이터가 존재할 수 있다. 마찬가지로, 100pL의 유체 액적 사이즈를 갖는 1제곱 인치보다 적은 대략 550 노즐 및/또는 액추에이터가 존재할 수 있다. 부분적으로, 그러한 노즐의 고밀도와 단일 패스 해상도는 독립적으로 액추에이팅 가능한 액추에이터보다 적은 입력 트레이스가 존재할 수 있기 때문에 이루어질 수 있다.
노즐을 포함하는 다이(103)의 표면의 면적은, 예를 들면 대략 43.71㎜×15.32㎜일 수 있고, 집적 회로 소자(104), 입력 트레이스(403), 및 유체 입구와 유체 출구(412, 414)에 대한 공간을 포함하기 위해 다이(103)에 인접한 노즐 매트릭스의 영역보다 클 수 있다. 고밀도 매트릭스는 작은 유로가 에칭되고 압전 액추에이터를 통해서 실리콘 기판의 사용을 통해 증가될 수 있다. 압전 액추에이터의 에칭은 참조 문헌으로 여기에 통합되는 2008년 5월 22일자로 출원된 미국 특허 출원 제 61/055,431호에도 기재되어 있다.
이 고밀도 노즐 매트릭스는, 예를 들면 플렉스 회로와 다이(103) 양쪽에 고밀도의 전기적인 접촉으로부터 생길 수 있는 전기적인 접속 문제없이 플렉스 회로에 전기적으로 접속될 수 있다. 다이(103)의 전기적인 접촉의 피치는, 각 개개의 배출 소자에 대하여 플렉스 회로와 유체 배출 모듈 사이의 전기 접촉이 요구될 때 필요한 만큼 세밀하지 않다.
2개의 소자의 더 적은 접촉 또는 더 큰 피치의 접촉은 보다 밀집하여 패킹된 접촉보다 서로 정렬되기 쉬울 뿐만 아니라, 소자의 물질의 다른 열계수 때문에 발생하는 피치의 어떠한 변화의 영향도 감소될 수 있다. 일부 실시형태에서, 유체 배출 모듈(103)은 실리콘으로 형성되고 플렉스 회로(201)는 폴리이미드 등의 플라스틱 기판 상에 형성된다. 플렉스 회로(201)가 가열될 때 플라스틱은 수축하는 경향이 있다. 반면에, 실리콘은 플라스틱보다 온도 변화에 따라 사이즈가 변화하는 경향이 작거나, 다른 정도로 사이즈가 변화한다. 플렉스 회로(201)와 다이(103)가 가열되면, 2개 물질 사이의 열팽창의 차이 때문에 어느 하나의 소자에서 트레이스의 피치가 다른 것에서보다 더 변화할 수 있다. 적은 트레이스가 함께 본딩되는 2개의 소자에 요구될 때, 그리고 트레이스가 더 넓게 이루어질 때, 다이(103)가 형성되는 물질과 플렉스 회로의 물질 사이의 열팽창의 어떤 차이, 예를 들어 한 소자의 팽창이나 수축 등은 2개 소자의 트레이스의 어긋남을 덜하게 할 것이다.
일부 실시형태에서, 다이(103) 등의 어느 하나의 소자의 트레이스는 다른 소자 위에 보다 넓게 형성되지만, 트레이스 사이에 여전히 충분한 비도전성 공간을 가지므로 트레이스 사이의 쇼트이나 혼선을 방지한다. NCP나 ACP는 본딩을 확보하기 위해 열을 요구할 수 있다. 따라서, 다이(103)이나 플렉스 회로의 적은 트레이스는, 본딩을 확보하기 위한 물질의 가열에 따른 팽창이나 수축에 대한 고려 없이 NCP나 ACP가 다이(103)에 플렉스 회로를 본딩하기 위해 사용할 수 있다는 것을 의미한다. 25미크론 이상에 대한 피치를 갖는 플렉스 회로는 NCP나 ACP 팽창이나 수축에 대한 고려 없이 사용될 수 있다.
집적 회로 소자(104)는 세라믹 기판을 갖는 실리콘이나 하이브리드 회로 등의 다이(103)와 유사한 열팽창 계수를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 집적 회로 소자와 다이(103)가 가열될 때, 양쪽 소자는 서로에 대하여 거의 사이즈가 변화하지 않거나, 서로 같은 양을 변화시킨다.
또한, 다이(103)에 입력 트레이스(403)보다 많은 입력 패드(402)가 있기 때문에 입력 패드(402)는 일반적으로 입력 트레이스(403)보다 세밀한 피치를 가질 것이다. 유사하게, 집적 회로 소자(104)는 비슷하게 세밀한 피치의 출력 패드(303)의 세트를 가질 것이다. 따라서, 다이(103)와 집적 회로 소자(104)는, 예를 들면 NCP나 ACP 등의 페이스트와 함께 본딩될 수 있다. 유리하게, 다이(103)와 집적 회로 소자(104)는 작은 차이의 열팽창을 갖는 물질로 형성될 수 있어서 물질의 열팽창의 차이 때문에 발생될 수 있는 어떤 갭이나 어긋남이 최소로 된다. 일부 실시형태에서, 집적 회로 소자(104)와 다이(103)는 동일 물질로 형성된다. 따라서, 본딩 때문에 다이(103)의 입력 패드와 집적 회로 소자의 출력 패드 사이의 야기된 갭이 감소되거나 제거될 수 있다.
도 4를 참조하면, 유체 이젝터는 외부 환경으로부터 액추에이터(401)를 분리하는 하부 인터포저(105)를 포함한다. 하부 인터포저(105)는 2개의 요소 사이의 스트레스를 방지하기 위해 실리콘 등의 다이(103)와 동일 또는 유사한 열팽창 계수를 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 요구되지 않지만 유체 이젝터는 상부 인터포저(106)를 더 포함할 수 있다.
도 2 및 4에 나타낸 바와 같이, 하부 인터포저(105)는 메인 바디(430)와 메인 바디(430)로부터 프로젝팅되어 다이(103)에, 예를 들면 유체 입구(412)와 유체 출구(414)에 걸쳐 집적 회로 소자(104)와 액추에이터(401) 사이의 영역에 접촉하는 플랜지(432)를 포함한다. 특히, 플랜지(432)를 통해 연장되는 통로(212 및 216)를 갖는 각 유체 입구(412)와 유체 출구(412)에 대해 플랜지(432)가 있을 수 있다. 플랜지(432)는 다이(103)의 상부로 메인 바디(430)를 유지해서 캐비티(434)를 형성한다. 이것은 메인 바디(430)가 액추에이터(401)의 동작과 접촉하여 간섭하는 것을 방지한다. 일부 실시에서(도 2에 도시됨), 플랜지(432)가 유로 바디(182)에 직접 접촉하도록 어퍼처가 존재하면 멤브레인층(180)뿐만 아니라 액추에이터(401)의 층을 통해 형성된다. 대안으로, 플랜지(432)는 기판(122)을 커버하는 멤브레인(180)이나 다른 층과 접촉할 수 있다. 또한, 일부 실시에서 일부 플랜지는 액추에이터(401)의 로우 사이의 도전성 트레이스(407)를 통해 다이(103)와 접촉하도록 연장된다.
하부 인터포저(105)는 전기적으로 그리고 열적으로 뿐만 아니라 유체 입구(101)나 유체 출구(102)로부터 오는 어떤 유체를 둘러싸는 것으로부터 액추에이터(예를 들면, 접착제, BCB, 전도성 전극, 압전기 물질 등)를 절연할 수 있다.
하부 인터포저(105)는, 예를 들면 SU-8, BCB 등, 또는 Emerson & Cuming Eccobond? E 3032 등의 에폭시 접착제에 의해 다이(103)에 본딩될 수 있다. 상부 인터포저(106)는, 예를 들면 SU-8, BCB 등, 또는 Emerson & Cuming Eccobond? E 3032 등의 에폭시 접착제에 의해 하부 인터포저(105)에 본딩될 수 있다. 추가적으로, 접착 촉진제[예를 들면, 메타크릴산염, 메르캅토프로피트리메톡시실란(MPTMS), 아미노프로필트리에톡시실란(APTES), 및 헥사메틸디실라잔(HDMS) 등의 실레인]는 접착제가 사용되어 다이(103)와 하부 인터포저(105) 사이와 하부 인터포저(105)와 상부 인터포저(106) 사이에 본딩을 향상시킬 수 있다. 또한, 인터포저(105 및 106)와 다이(103)의 표면은 아르곤으로 처리되어 인터포저(105 및 106)의 표면과 다이(103)의 접착 촉진제와 표면 사이의 본딩을 향상시킬 수 있다. 접착제와 접착 촉진제는 스핀 코팅, 증기 증착, 일부를 바스(bath)에 딥핑, 스프레이 코팅, 또는 어떤 다른 공지된 방법에 의해 하부 인터포저(105), 상부 인터포저(106), 또는 다이(103)에 가해질 수 있다. 요소가 함께 본딩될 때 접착제와 접착 촉진제는 하부 인터포저(105), 상부 인터포저(106), 및 다이(103) 중 하나 이상에 가해질 수 있다.
하부 인터포저(105)를 다이(103)에 본딩할 때 하부 인터포저(105)는 멤브레인이나 다이(103)의 베이스 기판 등의 낮은 전체 두께 변화(TTV)를 갖는 표면에 본딩될 수 있다. 멤브레인이나 베이스 기판은, 예를 들면 에칭이나 그라인딩에 의해 처리되어, 예를 들면 15미크론 이하, 10미크론 이하, 또는 5미크론 이하의 낮은 TTV를 갖는 소망하는 두께를 이룰 수 있다. 하부 인터포저(105)를 낮은 TTV를 갖는 표면에 본딩하는 것은 균일한 본딩층을 제공하고, 유체를 액추에이터(401)나 집적 회로 소자(104)에 손상의 원인이 될 수 있는 유체 입구(101)나 유체 출구(102)를 통한 리킹(leaking)으로부터 방지한다.
하부 인터포저(105)와 다이(103)가 함께 본딩될 때 본딩은 본딩을 위한 표면 영역을 최적화함으로써 강화될 수 있다. 본딩 표면 영역이 커질수록 본딩이 약화될 수 있는 기포의 트래핑 가능성이 커진다. 반면에, 본딩 표면 영역이 너무 작으면 본딩이 약화될 수 있다. 일실시예에서, 하부 인터포저(105)는 대략 120㎟이하의 표면 영역을 갖는 모놀리식 표면을 사용하는 유체 입구(101)와 유체 출구(102) 주위에 본딩할 수 있다.
도 11에 나타낸 일부 실시에서, 하부 인터포저(105)는 각 개개의 유체 입구(101)나 유체 출구(102)(예를 들면, 64개의 입구 및 출구)를 둘러싸는 작은 본딩 표면 영역(801)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 하부 인터포저(105)에 본딩 표면 영역이 유체 입구(101)나 유체 출구(102)의 형상을 사각형이나 링 형상 등으로 매칭하여 형성될 수 있다. 이들 작은 본딩 표면 영역(801)은 유체 입구(101) 영역 이상, 80%이상, 150%이상, 또는 200%이상의 대략 25%일 수 있다. 예를 들면, 유체 입구(101)의 영역이 대략 0.188㎟이면 유체 입구 주위의 본딩 표면 영역(801)은 대략 1.5㎟이하, 0.325㎟이하, 또는 0.05㎟이하일 수 있다. 일실시예에서, 캐비티는 다이(103)의 멤브레인을 통해 이루어져 다이(103)의 베이스 기판의 표면을 노출한다. 캐비티의 사이즈는 정렬(802)을 위한 추가적인 영역을 포함하는 각 유체 입구(101)와 유체 출구(102) 주위를 본딩하는 하부 인터포저(105)의 표면 영역(801)을 차지한다. 예를 들면, 각 유체 입구(101)나 유체 출구(102)에 대한 하부 인터포저(105)의 표면 영역은 대략 0.050㎜의 정렬 공차로 대략 0.15㎟일 수 있다.
유체 배출 모듈은 모듈을 통해서 잉크를 재순환시키기 위한 유체 입구(101)와 유체 출구(102)를 포함한다. 유체는 유체 입구(101)를 통해 모듈로 들어가고 유체 출구(102)를 통해 나감으로써 순환될 수 있다. 유체 입구(101)와 유체 출구(102)는 선형과 평행으로 정렬되어 도 3의 양쪽에 나타내었지만 구성에 한정되지 않는다. 유체 배출 모듈을 통해 순환하는 일부 잉크가 노즐(126)을 통해 배출된다. 일부 실시형태에서, 노즐(126)은 대응하는 액추에이터(401) 아래 직접 위치된다.
도 4 및 10에 나타낸 바와 같이, 일부 실시형태에서 언급한 바와 같이, 유체 이젝터는 상부 인터포저(106)를 포함할 수 있다. 상부 인터포저(106)의 짧은 측면(701)이나 폭은 필요하지 않지만 하부 인터포저(105)의 것들보다 클 수 있다. 즉, 상부 인터포저(106)는 하부 인터포저(105)보다 넓을 수 있다. 상부 인터포저(106)와 하부 인터포저(105)는 같은 길이를 가질 수 있다. 상부 인터포저(106)는 하부 인터포저(105)의 상부나 집적 회로 소자(104)의 상부에 레스팅될 수 있다. 이 구성은, 예를 들면 에칭이나 비에칭되는 하나의 하부 인터포저(105)를 요구하기 보다는 상부 인터포저(106)에 의해 더욱 보호되어 집적 회로 소자(104)를 차지하는 반면에, 집적 회로 소자(104)를 하부 인터포저(105)의 위나 측면에 위치되게 함으로써 제조 공정을 쉽게한다.
도 4 및 10에 나타낸 바와 같이, 유체 입구(101)와 유체 출구(102)는 인터포저와 다이(103)를 통하여 유체가 흐르도록 한다. 유체 입구(101)와 유체 출구(102) 부분은 하부 인터포저(105)를 통해서 다이(103)의 유체 입구(412)와 유체 출구(414)에 정렬된다. 상부 인터포저(106)에 있는 유체 입구(101)와 유체 출구(102) 부분은 하부 인터포저(105)와 다이(103)에 있는 유체 입구(412)와 유체 출구(414) 부분의 위치와 비교해서 상부 인터포저(106)의 중앙으로 이동될 수 있다. 유리하게, 이 구성은 상부 인터포저(106)가 인터포저의 주변의 유체 입구와 유체 출구로부터 자유롭게 된다. 이것은 다이 캡(107) 등의 다른 요소가 어떤 유체 어퍼처를 블록킹함 없이 인터포저의 주변에 부착되게 한다. 또한, 이 구성은 상부 인터포저(106)의 중앙에 가깝게 유체 입구(101)와 유체 출구(102)를 이동시켜 유체 입구(101)와 유체 출구(102)에 플로잉으로부터 인터포저에 다이 캡을 본딩하는 것으로부터 나타날 수 있는 과도한 접착성을 방지한다.
도 4를 참조하면, 일부 실시형태에서 상부 인터포저(106)는 인터포저의 상면에 형성되고 인터포저를 통해 연장되는 유체 입구(101)를 갖는다. 유체 입구(101)로부터 연장되는 유로(610)는 상부 인터포저(106)의 상면에 수직으로 연장될 수 있다. 상부 인터포저(106)의 저면에 하부 인터포저(105)와 접촉하는 표면에 유로(610)의 수평부(612)가 있고, 상부 인터포저(106)의 외주를 향해 상부 인터포저(106)의 중앙으로부터 떨어져 연장된다. 일부 실시형태에서, 수평부(612)는 상부 인터포저(106)의 저면에 있다. 일부 실시형태에서, 수평부(612)는 상부 인터포저(106)에 임베디드된다. 수평부(612)의 말단 등의 수평부(612)의 일부가 유로(610)의 하부 인터포저부(614)에 유체 접속된다. 하부 인터포저(105)의 하면에 연장되는 유로(610) 부분은 다이(103)의 상면에서 유체 입구(412)와 유체 접속된다. 일부 실시형태에서, 다이(103)의 상면에 반대되는 다이(103)의 저면은 배출되는 유체에 대해 노즐(126)을 포함한다. 나타내지 않았지만 다수의 노즐이 다이(103)의 유체 입구(412)와 다이의 유체 출구(414) 사이에서 다이(103)의 재순환 패스를 따라 형성될 수 있다.
대안의 실시형태에서, 유로(610)의 수평부는 상부 인터포저(106)에 형성되지 않지만 하부 인터포저(105)의 상면에 형성된다. 일부 실시형태에서, 각각의 상부 인터포저(106)와 하부 인터포저(105)는 수평부의 부분을 포함한다. 일부 실시형태에서, 유로는 인터포저(105 및 106)의 상면과 저면에 비스듬히 형성된다.
일부 실시형태에서, 하부 인터포저(105)는 본딩층과 또는 본딩층 없이 직접 접촉하고, 상부 인터포저(106)는 하부 인터포저(105) 사이의 본딩층과 또는 본딩층 없이 직접 접촉한다. 따라서, 하부 인터포저(105)는 다이(103)와 상부 인터포저(106) 사이에 샌드위칭된다. 플렉스 회로(201)는 다이(103)의 상면에 다이(103)의 외주에 본딩된다. 다이 캡(107)은 다이(103)에 본딩되는 플렉스 회로(201)의 일부에 본딩될 수 있다. 플렉스 회로(201)는 다이 캡(107)의 하면 주위에 벤딩되고 다이 캡(107)의 외부를 따라 연장될 수 있다. 집적 회로 소자(104)는 플렉스 회로(201)보다 다이(103)의 길이를 이동하는 중심축 등의 다이(103)의 중심축에 가깝지만, 하부 인터포저(105)보다 다이(103)의 주변에 가깝게 다이(103)의 상면에 본딩된다. 일부 실시형태에서, 하부 인터포저(105)의 측면은 집적 회로 소자(104)에 인접하고 다이(103)의 상면에 수직으로 연장된다.
본 발명의 바람직한 실시형태가 기재되었지만 이들은 본 발명의 예시적인 것이고, 다양한 변경이 본 발명의 사상과 범위를 벗어남이 없이 이루어질 수 있는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 상술된 액추에이터는 노즐에 반대되는 다이(103)의 상면의 압전 액추에이터이나, 액추에이터는 발열체 및/또는 다이(103)에 임베디드되거나 또는 노즐에 근접되게 될 수 있다.

Claims (45)

  1. 복수의 유로를 가지는 기판, 복수의 액추에이터, 및 복수의 도전성 트레이스를 포함하는 유체 배출 모듈로서, 각 액추에이터는 관련된 유로의 노즐로부터 유체를 배출시키도록 구성된 유체 배출 모듈,
    상기 기판에 실장되는 집적 회로 소자, 및
    상기 유체 배출 모듈에 신호를 전달하는 플렉시블 소자를 포함하는 유체 이젝터로서,
    상기 유체 배출 모듈은 상기 플렉시블 소자에 전기적으로 접속되는 복수의 입력 트레이스 및 상기 복수의 액추에이터에 전기적으로 접속되는 복수의 제 1 입력 패드를 포함하고,
    상기 집적 회로 소자는 상기 입력 트레이스로부터 수신된 신호를 처리하여 상기 제 1 입력 패드로 구동 신호를 출력하고, 상기 입력 트레이스의 수는 상기 제 1 입력 패드의 수보다 적은 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 배출 모듈은 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 압전 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터 히터 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 배출 모듈과 상기 집적 회로 소자는 비도전성 페이스트에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 배출 모듈과 상기 집적 회로 소자는 이방성 페이스트에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉시블 소자는 플라스틱 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 집적 회로 소자는 통합 스위칭 소자, 상기 유체 배출 모듈의 입력 트레이스에 접속되는 제 2 입력 패드, 및 상기 유체 배출 모듈의 제 1 입력 패드에 접속되는 출력 패드를 포함하고, 상기 통합 스위칭 소자는 상기 제 2 입력 패드와 상기 출력 패드에 접속되는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 입력 패드와 상기 출력 패드는 상기 유체 배출 모듈에 인접하는 집적 회로 소자의 표면 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  11. 제 9 항에 있어서,
    다수의 출력 패드와 다수의 액추에이터가 존재하고, 상기 출력 패드의 수와 상기 액추에이터의 수는 동등한 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  12. 제 9 항에 있어서,
    다수의 출력 패드와 다수의 액추에이터가 존재하고;
    상기 출력 패드의 수는 상기 액추에이터의 수보다 적고;
    단일 유체 배출 모듈을 위한 복수의 집적 회로 소자가 존재하는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  13. 삭제
  14. 제 9 항에 있어서,
    다수의 제 1 입력 패드와 다수의 액추에이터가 존재하고, 상기 제 1 입력 패드의 수와 상기 출력 패드의 수는 동등한 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  15. 제 14 항에 있어서,
    다수의 제 1 입력 패드와 다수의 출력 패드가 존재하고, 상기 제 1 입력 패드와 상기 출력 패드는 서로 인접하는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  16. 제 9 항에 있어서,
    다수의 입력 트레이스와 다수의 제 2 입력 패드가 존재하고, 상기 입력 트레이스의 수는 상기 제 2 입력 패드의 수와 동등한 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 입력 트레이스와 상기 제 2 입력 패드는 서로 인접하는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  18. 삭제
  19. 제 9 항에 있어서,
    다수의 입력 트레이스와 다수의 액추에이터가 존재하고, 상기 입력 트레이스의 수는 상기 액추에이터의 수보다 적은 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  20. 제 9 항에 있어서,
    상기 플렉시블 소자와 상기 입력 트레이스는 비도전성 페이스트에 의해 함께 부착되는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  21. 제 9 항에 있어서,
    상기 플렉시블 소자와 상기 입력 트레이스는 이방성 페이스트에 의해 함께 부착되는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  22. 유체 배출 소자와, 액추에이터가 액추에이팅될 때 유체를 배출하기 위한 노즐을 각각 갖는 복수의 제 1 유로를 포함하는 유체 배출 모듈,
    상기 유체 배출 모듈과 전기 통신하는 집적 회로 소자, 및
    상기 복수의 제 1 유로에 접속되는 복수의 제 2 유로를 갖고, 상기 유체 배출 모듈 상에 상기 집적 회로 소자가 실장되는 공간을 구획하고, 상기 유체 배출 모듈로 라우팅되는 유체로부터 상기 유체 배출 소자와 집적 회로 소자를 보호하도록 구성된 제 1 인터포저를 포함하고,
    상기 집적 회로 소자는 상기 제 1 인터포저를 개재시키지 않고 상기 유체 배출 모듈 상에 실장되는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 유체 배출 모듈의 제 1 측면과 상기 제 1 인터포저의 제 1 측면은 접착제에 의해 본딩되는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 인터포저는 본딩된 영역을 갖고, 본딩된 표면 영역은 유체 입구를 둘러싸고 상기 제 1 인터포저의 제 1 측면 영역보다 작은 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 인터포저에 인접한 제 2 인터포저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 인터포저는 상기 유체 배출 모듈과 상기 제 2 인터포저 사이에 위치하고, 상기 제 2 인터포저의 제 1 에지는 상기 제 1 인터포저의 제 1 에지보다 긴 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 인터포저는 상기 제 2 인터포저의 유체 입구 및 유체 출구에 유체 접속되는 유체 입구와 유체 출구를 갖는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 2 인터포저의 유체 입구와 유체 출구는 상기 제 1 인터포저의 유체 입구와 유체 출구가 상기 제 1 인터포저의 중심에 가까운 것보다 상기 제 2 인터포저의 중심에 더 가까운 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 인터포저와 제 2 인터포저는 접착제에 의해 본딩되는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  30. 개별적으로 제어 가능한 복수의 압전 액추에이터와 상기 복수의 압전 액추에이터가 액추에이팅될 때 유체를 배출하는 복수의 노즐을 포함하는 프린트헤드 모듈, 및
    상기 프린트헤드 모듈 상에 실장되는 집적 회로 소자를 포함하는 유체 이젝터로서,
    상기 집적 회로 소자는 복수의 입력 단자로 입력된 신호를 처리하여, 상기 입력 단자의 수보다 많은 수의 출력 단자로 출력하고, 상기 출력 단자의 신호는 상기 복수의 압전 액추에이터를 구동하고,
    상기 복수의 압전 액추에이터와 상기 복수의 노즐은, 유체 액적이 단일 패스로 매체 상에 디스펜싱되어 600dpi보다 큰 밀도로 상기 매체 상에 픽셀 라인을 형성할 수 있도록 매트릭스로 배치되는 특징으로 하는 유체 이젝터.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 복수의 압전 액추에이터와 상기 복수의 노즐은 유체 액적이 단일 패스로 매체 상에 디스펜싱되어 1200dpi보다 큰 밀도로 상기 매체 상에 픽셀 라인을 형성할 수 있도록 매트릭스로 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 매트릭스는 32행 64열을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  33. 제 31 항에 있어서,
    1제곱 인치보다 작은 영역에는 2,000개보다 많은 노즐이 존재하고, 상기 영역의 일측면은 1인치보다 큰 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  34. 제 31 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐은 1제곱 인치보다 작은 영역에 걸쳐 550 ~ 60,000 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  35. 제 31 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐은 0.1pL ~ 100pL 액적 사이즈를 갖는 유체를 배출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  36. 제 30 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐의 제 1 측면은 상기 프린트헤드 모듈의 제 1 측면에 부착되고, 상기 프린트헤드 모듈의 제 1 측면 영역은 상기 복수의 노즐의 제 1 측면 영역보다 큰 것을 특징으로 하는 유체 이젝터.
  37. 삭제
  38. 개별적으로 제어 가능한 복수의 압전 액추에이터와 상기 복수의 압전 액추에이터가 액추에이팅될 때 유체를 배출하기 위한 복수의 노즐을 포함하고, 상기 복수의 압전 액추에이터와 상기 복수의 노즐이 매트릭스로 배치되는 프린트헤드 모듈,
    상기 프린트헤드 모듈 상에 실장되는 집적 회로 소자, 및
    매체가 프린트 바를 지나 이동할 때, 유체 액적이 상기 복수의 노즐로부터 단일 패스로 상기 매체 상에 디스펜싱되어 600dpi보다 큰 밀도로 상기 매체 상에 픽셀 라인을 형성할 수 있도록 구성된 프린트 바를 포함하고,
    상기 집적 회로 소자는 복수의 입력 단자로 입력된 신호를 처리하여, 상기 입력 단자의 수보다 많은 수의 출력 단자로 출력하고, 상기 출력 단자의 신호는 상기 복수의 압전 액추에이터를 구동하는 것을 특징으로 하는 유체 배출 시스템.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 프린트 헤드는 매체가 프린트 바를 지나 이동할 때 유체 액적이 복수의 노즐로부터 단일 패스로 상기 매체 상에 디스펜싱되어 1200dpi보다 큰 밀도로 상기 매체 상에 픽셀 라인을 형성할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 유체 배출 시스템.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 매트릭스는 32행 64열을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 배출 시스템.
  41. 제 39 항에 있어서,
    1제곱 인치보다 작은 영역에는 2,000개보다 많은 노즐이 존재하고, 상기 영역의 일측면은 1인치보다 큰 것을 특징으로 하는 유체 배출 시스템.
  42. 제 39 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐은 1제곱 인치보다 작은 영역에 걸쳐 550 ~ 60,000 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 배출 시스템.
  43. 제 38 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐은 0.1pL ~ 100pL 액적 사이즈를 갖는 유체를 배출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유체 배출 시스템.
  44. 제 38 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐의 제 1 측면은 상기 프린트헤드 모듈의 제 1 측면에 부착되고, 상기 프린트헤드 모듈의 제 1 측면 영역은 상기 복수의 노즐의 제 1 측면 영역보다 큰 것을 특징으로 하는 유체 배출 시스템.
  45. 삭제
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