KR101819882B1 - 프린트 헤드용 고밀도 다중층 상호접속부 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 잉크 제트 프린트 헤드를 형성하기 위한 방법을 포함할 수 있으며, 이 방법은 다이아프램에 복수의 압전 소자들을 부착하는 단계와, 인접한 압전 소자들 사이에 간극 층을 형성하는 단계로서 각 압전 소자의 표면이 간극 층을 통해 노출되는 간극 층을 형성하는 단계와, 복수의 압전 소자들을 전기적으로 접촉시키기 위해 간극 층 상에 복수의 패턴화된 트레이스들을 형성하는 단계로서 각 압전 전극에 하나의 트레이스가 전기적으로 결합되는 복수의 패턴화된 트레이스들을 형성하는 단계와, 복수의 트레이스들 위에 유전성 패시베이션 층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

프린트 헤드용 고밀도 다중층 상호접속부 {HIGH DENSITY MULTILAYER INTERCONNECT FOR PRINT HEAD}
본 발명은 프린트 헤드용 고밀도 다중층 상호접속부에 관한 것이다.
드롭 온 디멘드(drop on demand) 잉크 제트 기술은 인쇄 산업에서 널리 사용되고 있다. 드롭 온 디멘드 잉크 제트 기술을 사용하는 프린터들은 열 잉크 제트 기술 또는 압전 기술 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 압전 잉크 제트가 열 잉크 제트보다 제조 비용이 더욱 고가이지만, 이들이 더 다양한 잉크들을 사용할 수 있고 코게이션(kogation)의 문제를 제거하기 때문에 압전 잉크 제트가 대체로 선호된다.
압전 잉크 제트 프린트 헤드들은 통상적으로 가요성 다이아프램과 다이아프램에 부착된 압전 소자(트랜스듀서)를 포함한다. 통상적으로 전압원에 전기적으로 연결된 전극과의 전기 접속을 통해 압전 소자에 전압이 인가될 때, 압전 소자는 굴곡 또는 편향되어 다이아프램이 굴곡되게 하고, 이는 소정량의 잉크를 챔버로부터 노즐을 통해 축출한다. 굴곡은 또한 축출된 잉크를 대체하기 위해 개구를 통해 주 잉크 저장부로부터 챔버 내로 잉크를 흡인한다.
압전 잉크 제트 기술을 사용하는 잉크 제트 프린터의 인쇄 해상도의 증가는 설계 공학자들의 목표이다. 압전 잉크 제트 프린트 헤드의 제트 밀도의 증가는 인쇄 해상도를 증가시킬 수 있다. 제트 밀도를 증가시키는 한 가지 방법은 제트 스택 내부의 매니폴드들을 제거하는 것이다. 이러한 디자인에서, 각 제트에 대하여 제트 스택의 후방을 통한 단일의 포트를 갖는 것이 바람직하다. 포트는 저장부로부터 각 제트 챔버로의 잉크의 전달을 위한 경로로서 기능한다. 고 밀도 프린트 헤드의 많은 수의 제트들에 기인하여, 각 제트 당 하나의 많은 수의 포트들이 압전 소자들 사이에, 그리고, 다이아프램을 통해 수직으로 통과하여야 한다.
제트 스택을 형성하기 위한 공정들은 각 압전 소자 사이에, 그리고, 일부 실시예에서는 각 압전 소자의 상단부 위에 간극 층을 형성하는 것을 포함한다. 간극 층이 각 압전 소자의 상단부 위에 분배되는 경우, 이는 전도성 압전 소자를 노출시키기 위해 제거된다. 다음에, 내부에 개구들을 갖는 패턴화된 스탠드오프 층이 간극 층에 적용될 수 있으며, 여기서, 개구들은 각 압전 소자의 상단부를 노출시킨다. 소정량(즉, 마이크로드롭)의 전도성 에폭시, 전도성 페이스트 또는 다른 전도성 재료가 각 압전 소자의 상단부에 개별적으로 분배된다. 가요성 인쇄 회로(즉, 굴곡 회로) 또는 인쇄 회로 기판(PCB)의 전극들은 각 마이크로드롭과 접촉하여 배치됨으로써 굴곡 회로 또는 PCB의 전극들과 각 압전 소자 사이의 전기적 소통을 촉진한다. 스탠드오프 층은 압전 소자들의 상단부 상의 소정 위치로 전도성 마이크로드롭의 유동을 구속하도록 기능하며, 또한, 굴곡 회로 또는 PCB와 간극 층 사이의 접착제로서 기능한다.
외부 매니폴드를 갖는 고밀도 잉크 제트 프린트 헤드 조립체의 제조는 새로운 처리 방법들을 요구하고 있다. 인쇄 해상도 및 프린트 헤드들의 압전 소자 밀도가 증가함에 따라, 전기적 상호접속부들을 제공하는 데 사용할 수 있는 영역이 감소한다. 잉크 공급 구조들 같은 헤드 내의 다른 기능부들의 경로설정은 이러한 감소된 공간과 경합하고 있으며, 사용되는 재료들의 유형들에 대한 제약들을 부여하고 있다. 종래의 구조들보다 제조가 더 용이한 전기 접촉부들을 갖는 프린트 헤드를 제조하는 방법들 및 결과적인 프린트 헤드가 바람직하다.
본 발명의 교지들의 일 실시예는 잉크 제트 프린트 헤드를 형성하기 위한 방법을 포함할 수 있으며, 이 방법은 다이아프램에 복수의 압전 소자들을 부착하는 단계와, 인접한 압전 소자들 사이에 간극 층을 형성하는 단계로서 각 압전 소자의 표면이 간극 층을 통해 노출되는 간극 층을 형성하는 단계와, 복수의 압전 소자들을 전기적으로 접촉시키기 위해 간극 층 상에 복수의 패턴화된 트레이스들을 형성하는 단계로서 각 압전 전극에 하나의 트레이스가 전기적으로 결합되는 복수의 패턴화된 트레이스들을 형성하는 단계와, 복수의 트레이스들 위에 유전성 패시베이션 층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 교지들의 다른 실시예는 제트 스택을 형성하는 단계를 포함하는 프린터 형성 방법을 포함할 수 있다. 제트 스택을 형성하기 위한 방법은 다이아프램에 복수의 압전 소자들을 부착하는 단계와, 인접한 압전 소자들 사이에 간극 층을 형성하는 단계로서 각 압전 소자의 표면이 간극 층을 통해 노출되는 간극 층을 형성하는 단계와, 간극 층 상에 복수의 패턴화된 트레이스들을 형성하는 단계로서 복수의 트레이스들의 각 트레이스는 복수의 압전 소자들의 각각의 압전 소자에 전기적으로 결합되는 복수의 패턴화된 트레이스들을 형성하는 단계와, 복수의 트레이스들 위에 유전성 패시베이션 층을 형성하는 단계를 포함한다. 제트 스택은 프린트 헤드 매니폴드에 부착될 수 있으며, 매니폴드의 표면과 제트 스택의 표면은 잉크 저장부를 형성한다. 프린트 헤드는 인쇄 매체 상에 이미지를 생성하기 위해 디지털 명령들에 따라 동작하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 잉크 제트 프린터를 위한 프린트 헤드는 복수의 개구들을 내부에 구비하는 다이아프램과, 다이아프램에 부착된 복수의 압전 소자들과, 다이아프램과 물리적으로 접촉하며 각 인접한 압전 소자 사이에 위치되어 있는 간극 층과, 간극 층과 표면 접촉하는 복수의 전도성 트레이스들을 포함하고, 복수의 트레이스들의 각 전도성 트레이스는 복수의 압전 소자들의 각 압전 소자에 전기적으로 결합되고, 복수의 트레이스들의 각 트레이스와 복수의 압전 소자들의 각 압전 소자 사이의 전기 접촉은 각 트레이스와 각각의 압전 소자 사이의 표면 접촉을 통해 달성된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 교지들의 일 실시예에 따른 처리중인 장치의 중간 압전 소자들의 사시도들이다.
도 3 내지 도 13은 잉크 제트 프린트 헤드를 위한 제트 스택의 형성을 도시하는 단면도들이다.
도 14는 도 13의 제트 스택을 포함하는 프린트 헤드의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 교지들의 일 실시예에 따른 프린트 헤드를 포함하는 인쇄 장치이다.
도면의 일부 세부사항들은 단순화되고 엄밀한 구조적 정확도, 세부사항 및 규모를 유지하는 것이 아니라 본 발명의 실시예들에 대한 이해를 촉진하도록 그려져 있다는 것을 인지하여야 한다.
본 명세서에서 사용될 때, 단어 "프린터"는 디지털 복사기, 도서제조기, 팩시밀 기계, 복합기 등 같은 임의의 목적을 위한 인쇄 출력 기능을 수행하는 임의의 장치를 포함한다. 단어 "폴리머"는 열경화성 폴리이미드들, 열가소물들, 수지들, 폴리카보네이트들, 에폭시들 및 본 기술 분야에 공지된 관련 화합물들을 포함하는 장쇄 분자들(long-chain molecules)로부터 형성된 광범위한 탄소계 화합물들 중 임의의 것을 포함한다.
상술한 것들 같은 제트 스택들을 형성하기 위한 종래의 공정에서, 전도체의 재료 비용이 높으며, 그 이유는 압전 소자들과 굴곡 회로 전극들 사이의 양호한 접촉을 보증하기 위해 높은 은 함량을 갖는 재료가 통상적으로 사용되기 때문이다. 추가적으로, 전도체의 양은 신중하게 제어되어야만 하며, 그 이유는 너무 작은 전도체는 전기적 개방 및 비작동 압전 소자(트랜스듀서)를 초래할 수 있으며, 과도한 전도체는 과충전 및 인접 트랜스듀서들 사이의 전기적 단락들을 초래할 수 있기 때문이다. 이는 재가공을 필요로 하는 데, 이러한 재가공은 트랜스듀서 어레이의 고밀도 레이아웃 및 상위 굴곡 회로에 기인한 압전 소자들에 대한 접근 불능성에 기인하여 곤란한 것이다. 또한, 각 압전 소자의 상단부가 노출되도록 스탠드오프 층의 정확한 정렬 및 배치가 필요하다. 이들 문제점들은 트랜스듀서 어레이의 밀도가 증가함에 따라 심화되게 된다.
본 발명의 교지들의 실시예들은 프린터의 일부로서 사용될 수 있는 프린트 헤드를 위한 제트 스택의 제조를 단순화할 수 있다. 또한, 본 발명의 교지들은 압전 소자들에 대한 전기적 접속을 향상시킬 수 있으며, 특히 트랜스듀서 어레이들이 지속적으로 더 고밀도화될 때, 트랜스듀서 어레이의 단순한 형성을 도출할 수 있다. 본 발명의 교지들은 스탠드오프 층과 굴곡 회로가 불필요하게 트랜스듀서 어레이에 전기적으로 접촉하도록 광학적 리소그래피를 사용하여 패턴화될 수 있는 전도성 층을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 스탠드오프 층 및 굴곡 회로 전극들을 압전 소자들에 연결하는 것과 관련된 상술한 문제점들을 피할 수 있다. 추가적으로, 본 명세서에 설명된 바와 같은 제트 스택 형성 공정은 광학적 리소그래피 공정의 사용이 매우 작은 특징부들의 정확한 형성을 초래하기 때문에 트랜스듀서 어레이들의 지속적 미소화에 맞춰 스케일링될 수 있다.
본 발명의 교지들의 일 실시예는 제트 스택, 프린트 헤드 및 이 프린트 헤드를 포함하는 프린터의 형성을 포함할 수 있다. 도 1의 사시도에서, 압전 소자 층(10)은 접착제(14)로 전달 캐리어(12)에 분리가능하게 접합된다. 압전 소자 층(10)은 내부 유전체로서 기능하도록 예로서 약 25㎛ 내지 약 150㎛ 사이의 두께의 납-지르코산염-티탄산염 층을 예로서 포함할 수 있다. 압전 소자 층(10)은 유전성 PZT의 각 측부 상에 전도성 소자들을 제공하도록 예로서 무전해 도금 공정을 사용하여 니켈로 양 측부들이 도금될 수 있다. 니켈 도금된 PZT는 실질적으로 평행 판 커패시터로서 기능하며, 이는 내부 PZT 재료를 가로지른 전압의 편차를 발생시킨다. 캐리어(12)는 금속 시트, 플라스틱 시트 또는 다른 전달 캐리어를 포함할 수 있다. 압전 소자 층(10)을 전달 캐리어(12)에 부착시키는 접착제 층(14)은 다이싱 테이프, 열가소물 또는 다른 접착제를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 전달 캐리어(12)는 별도의 접착제 층(14)이 불필요하도록 자체 접착성 열가소물 층 같은 재료일 수 있다.
도 1의 구조를 형성한 이후, 압전 소자 층(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 개별 압전 소자들(20)을 형성하도록 다이싱된다. 도 2가 압전 소자들의 4 x 3 어레이를 도시하지만, 더 큰 어레이가 형성될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예로서, 현용의 프린트 헤드들은 압전 소자들(20)의 344 x 20 어레이를 가질 수 있다. 다이싱은 기계적 기술들을 사용하여 수행될 수 있으며, 웨이퍼 다이싱 톱 같은 톱을 사용하는 것 같이 기계적 기술들을 사용하여, 다이 에칭 공정을 사용하여, 레이저 융제 공정을 사용하여, 등등의 방식으로 수행될 수 있다. 각 인접한 압전 소자(20)의 완전한 분리를 보증하기 위해, 다이싱 공정은 접착제(14)의 일부를 제거한 이후 전달 캐리어(12) 상에서 정지하여 종결되거나 접착제(14)를 통해 캐리어(12) 내부까지 다이싱한 이후 종결하는 것이 목표가 될 수 있다.
개별 압전 요소들(20)을 형성한 이후, 도 2의 조립체는 도 3의 단면도에 도시된 바와 같이 제트 스택 서브조립체(30)에 부착될 수 있다. 도 3의 단면도는 세부 묘사의 개선을 위해 도 2의 구조로부터 확대되어 있으며, 하나의 부분적 압전 소자와 두 개의 완전한 압전 소자들(20)의 단면들을 도시하고 있다. 제트 스택 서브조립체(30)는 공지된 기술들을 사용하여 제조될 수 있다. 제트 스택 서브조립체(30)는 예로서, 입구/출구 판(32), 본체 판(34) 및 다이아프램(36)을 포함할 수 있고, 다이아프램은 접착성 다이아프램 부착 재료(38)를 사용하여 본체 판(34)에 부착되어 있다. 다이아프램(36)은 후술될 바와 같이 완성된 장치의 잉크의 통로를 위해 복수의 개구들(40)을 포함할 수 있다. 도 3의 구조는 추가로 복수의 공극들(42)을 포함하며, 이 공극들은 공정의 이 지점에서 주변 공기로 채워져 있을 수 있다. 다이아프램 부착 재료(38)는 다이아프램(36)을 통한 개구들(40)이 덮여지도록 단일 시트 폴리머 같은 재료의 고체 시트일 수 있다.
일 실시예에서, 도 2의 구조는 다이아프램(36)과 압전 소자들(20) 사이에서 접착제를 사용하여 제트 스택 서브조립체(30)에 부착될 수 있다. 예로서, 계량된 양의 접착제(개별적으로 도시되어 있지 않음)가 압전 소자들(20)의 상부 표면 상에, 다이아프램(36) 상에 또는 양자 모두 상에 분배되거나, 스크린 인쇄되거나 롤링되는 등등이 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 접착제의 단일 액적이 각 개별 압전 소자(20)를 위해 다이아프램 상에 배치될 수 있다. 접착제의 인가 이후, 제트 스택 서브조립체(30)와 압전 소자들(20)이 서로 정렬되고, 그후, 압전 소자들(20)이 접착제로 다이아프램(36)에 기계적으로 연결된다. 접착제는 도 3의 구조를 초래하도록 접착제에 적합한 기술들로 경화된다.
후속하여, 전달 캐리어(12) 및 접착제(14)가 도 3의 구조로부터 제거되어 결과적으로 도 4의 구조가 얻어진다.
다음에, 간극 층이 도 4의 구조 위에 분배되고, 그후, 경화되어 간극 층(50)을 제공한다. 간극 층은 폴리머, 예로서, 코넥티컷주 댄버리 소재의 Miller-Stephenson Chemical Co.로부터 입수할 수 있는 EpsonTM 828 에폭시 수지(100 중량부)와 오하이오주 콜룸부스의 Hexion Specialty Chemicals로부터 입수할 수 있는 EpikureTM 3277 경화제(49 중량부)의 조합일 수 있다. 미경화 간극 층은 다이아프램(36)의 상부 표면(52)의 노출 부분들을 덮고 도 5에 도시된 바와 같이 경화에 후속하여 압전 소자들(20)을 봉입하기에 충분한 양으로 분배될 수 있다. 간극 층은 또한 도시된 바와 같이 다이아프램(36) 내의 개구들(40)을 충전할 수 있다. 다이아프램(36) 내의 개구들(40)을 덮는 다이아프램 부착 재료(38)는 미경화 간극 층이 개구들(40)을 통과하는 것을 방지한다. 간극 층(50)은 경화 이전에 또는 이후에 평탄화될 수 있다. 평탄화는 예로서, 재료 자체 평준화 또는 압력 하에서의 기계적 와이핑 및 몰딩을 포함하는 기술들에 의해 수행될 수 있다.
다음에, 간극 층(50)이 압전 소자(20)의 상부 표면으로부터 제거된다. 일 실시예에서, 패턴화된 포토레지스트 마스크 같은 패턴화된 마스크(60)가 도 6에 도시된 바와 같이 공지된 포토리소그래피 기술을 사용하여 개구들(62)을 갖도록 형성될 수 있다. 개구들(62)은 각 압전 소자(20)를 덮는 간극 층(50)의 부분을 노출시키고, 또한, 도시된 바와 같이 각 압전 소자(20)의 일부를 노출시킨다. 이러한 실시예에서, 노출된 간극 층(50)은 습식 또는 건식 에칭을 사용하여 각 압전 소자(20)의 상단부로부터 제거된다. 다른 실시예에서, 간극 층(50)은 패턴화된 마스크(60)에 대한 필요성을 제거하고, 레이저 융제를 사용하여 각 압전 소자(20)를 노출시키도록 제거될 수 있다.
각 압전 소자(20)의 상단 표면을 노출시키도록 간극 층(50)을 제거한 이후, 패턴화된 마스크가 사용되는 경우에 패턴화된 마스크(60)가 제거되고 도 7의 구조를 초래하게 된다. 다음에, 블랭킷 전도성 트레이스 층(80)이 도 8에 도시된 바와 같이 도 7의 구조 위에 형성될 수 있다. 트레이스 층(80)은 원하는 최종 설계 구조에 따라서 도시된 바와 같이 등각층일 수 있거나, 평면형 층일 수 있다. 트레이스 층(80)은 임의의 충분한 공정, 예로서, 화학 기상 증착, 물리 기상 증착, 금속 도금 및 스퍼터링을 사용하여 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 트레이스 층(80)은 구리, 알루미늄, 금, 합금 및 이들의 조합으로부터 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 트레이스 층(80)은 약 0.5 마이크로미터(㎛)와 약 10㎛ 사이 또는 약 0.8㎛과 약 1.1㎛ 사이의 평균 두께로 형성될 수 있다. 제조되는 장치의 디자인에 따라서, 다른 두께들로 충분할 수 있다. 블랭킷 트레이스 층(80)은 유전성 간극 층(50)과 표면 접촉하고, 각 전도성 압전 소자(20)와 표면 접촉한다.
블랭킷 전도성 트레이스 층(80)이 형성된 이후, 트레이스 층(80)을 노출시키는 개구들을 내부에 가지는 패턴화된 마스크(82)가 트레이스 층(80)의 표면 위에 형성된다. 패턴화된 마스크(82)는 종래의 포토리소그래피 기술들을 사용하여 형성된 패턴화된 감광 층, 예로서, 포토레지스트일 수 있다. 패턴화된 마스크(82)의 디자인은 에칭에 후속하여 트레이스 층(80)에 의해 제공되는 트레이스 경로들의 원하는 패턴에 의존한다.
후속하여, 습식 또는 건식 에칭이 수행되어 전도성 층(80)의 노출된 부분들을 제거한다. 간극 층(50)은 에칭 정지 층으로서 사용될 수 있다. 에칭 이후, 패턴화된 마스크(82)가 제거됨으로써 도 9에 도시된 바와 유사한 구조가 도출된다. 에칭 이후, 각 압전 소자(20)는 트레이스 층으로부터 형성된 개별 전도성 트레이스(80)에 전기적으로 결합된다. 각 트레이스(80)는 압전 소자(20) 상에 형성된다. 복수의 트레이스들(80)과 복수의 압전 소자들(20) 사이의 전기적 접촉은 압전 소자들(20) 중 하나와 각 트레이스(80) 사이의 물리적 접촉(표면 접촉)을 통해 달성된다. 각 트레이스(80)는 프린트 헤드의 사용 동안 각 압전 소자(20)에 개별 전압 연결을 공급할 것이며, 그래서, 각 압전 소자는 개별적으로 어드레스될 수 있다.
본 실시예가 포토리소그래피를 사용하여 전도성 트레이스 층을 패턴화하는 것을 설명하지만, 리프트 오프 공정 또는 레이저 융제 공정 같은 다른 패턴화 공정들이 또한 패턴화된 트레이스 층을 형성하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
다음에, 유전성 패시베이션 층(100)이 도 10에 도시된 바와 같이 도 9의 구조의 표면 위에 형성될 수 있다. 패시베이션 층(100)은 전도성 트레이스들(80)을 보호하고, 추가적 처리를 위한 기초부로서 평면 층을 형성한다. 패시베이션 층(100)은 간극 층(50)을 형성하는 폴리머와 유사한 재료 또는 다른 유전성 층을 포함할 수 있다. 추가적 처리는 선택적이며, 패턴화되거나 패턴화되지 않은 다양한 전도성 및/또는 유전성 층들을 포함할 수 있으며, 이는 추가 층(102)으로 표시되어 있고, 제조되는 장치의 디자인에 의존한다. 추가적 처리는 잉크의 라우팅(route) 및/또는 가열기와 매니폴드 기능들을 위한 적층체의 제공을 포함할 수 있다.
다음에, 다이아프램(36)을 통한 개구들(40)이 다이아프램(36)을 통한 잉크의 통과를 가능하게 하도록 관통(clear)될 수 있다. 개구(40)들의 관통은 접착성 다이아프램 부착 재료(38), 간극 층(50), 패시베이션 층(100) 및 추가 층들(102)(존재시)의 일부의 제거를 포함한다. 추가적으로, 전기적 개방 같은 바람직하지 못한 전기적 특징들을 초래하지 않는다면 하나 이상의 트레이스들(80)의 일부가 제거될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 화학적 또는 기계적 제거 기술들이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 자체 정렬 제거 공정은 특히 입구/출구 판(32), 본체 판(34) 및 다이아프램(36)이 금속으로 형성된 경우 도 11에 도시된 바와 같이 레이저 비임(112)을 출력하는 레이저(110)의 사용을 포함할 수 있다. 입구/출구 판(32), 본체 판(34) 및 선택적으로 디자인에 따라서 다이아프램(36)은 자체 정렬 레이저 융제 공정을 위한 레이저 비임(112)을 차폐할 수 있다. 이러한 실시예에서, CO2 레이저, 엑시머 레이저, 고상 레이저, 구리 기상 레이저 및 파이버 레이저 같은 레이저가 사용될 수 있다. CO2 레이저 및 엑시머 레이저는 통상적으로 에폭시들을 포함하는 폴리머들을 융제할 수 있다. CO2 레이저는 낮은 동작 비용과 높은 제조 수율을 가질 수 있다. 두 개의 레이저들(110)이 도 11에 도시되어 있지만, 하나 이상의 레이저 펄스들을 사용하여 순차적으로 단일 레이저 비임이 각 구멍을 개구시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 둘 이상의 개구들이 단일 작업에서 형성될 수 있다. 또한, 마스크가 표면에 적용되고, 그후, 단일 광폭 단일 레이저 비임이, 단일 광폭 레이저 비임으로부터의 하나 이상의 펄스들을 사용하여 둘 이상의 개구들 또는 모든 개구들을 개방시킬 수 있다. 입구/출구 판(32), 본체 판(34) 및 가능하게는 다이아프램(36)에 의해 제공되는 마스크를 과충전(over-fill)할 수 있는 CO2 레이저 비임이 후속하여 각 개구(40)에 조사되어 도 12의 구조를 도출하도록 도 11에 도시된 바와 같은 접착성 다이아프램 부착 재료(38), 간극 층(50), 패시베이션 층(100) 및 추가 층들(102)을 통해 연장된 개구들을 형성할 수 있다.
후속하여, 개구 판(130)이 도 13에 도시된 바와 같이 접착제(개별적으로 도시되어 있지 않음)로 입구/출구 판(32)에 부착될 수 있다. 개구 판(130)은 인쇄 동안 잉크가 그를 통해 축출되게 되는 노즐들(132)을 포함한다. 개구 판(132)이 부착되고 나면, 제트 스택(134)이 완성된다.
후속하여, 매니폴드(140)가 예로서 접착제 같은 유체 밀봉식 연결부(142)를 사용하여 제트 스택(134)의 상부 표면에 접합됨으로써 도 14에 도시된 바와 같은 잉크 제트 프린트 헤드(144)를 초래한다. 잉크 제트 프린트 헤드(144)는 소정 체적의 잉크를 저장하기 위해 제트 스택(134)의 상부 표면과 매니폴드(140)의 표면에 의해 형성된 잉크 저장부(146)를 포함할 수 있다. 저장부(146)로부터의 잉크는 제트 스택(134) 내의 포트들(148)을 통해 전달된다. 도 14는 단순화된 도면이라는 것을 이해하여야 한다. 실제 프린트 헤드는 도 14에 도시되어 있지 않는 다양한 구조들 및 차이점들, 예로서, 설명의 단순성을 위해 도시되어 있지 않은 좌측 및 우측의 추가적 구조들을 포함할 수 있다. 도 14는 두 개의 포트들(148)을 도시하지만, 통상적 제트 스택은 예로서 포트들의 344 x 20 어레이를 가질 수 있다.
사용시, 프린트 헤드(144)의 매니폴드(140) 내의 저장부(146)는 소정 체적의 잉크를 포함할 수 있다. 저장부(146)로부터 제트 스택(134) 내의 포트들(148)을 통해 제트 스택(134) 내의 챔버들(150) 내로의 잉크 유동을 유발하기 위해 프린트 헤드의 개시 마중(initial priming)이 사용될 수 있다. 각 트레이스(80) 상에 부여된 전압(152)에 응답하여, 각 PZT 압전 소자(20)는 디지털 신호에 응답하는 적절한 시기에 편향된다. 압전 소자(20)의 편향은 다이아프램(36)이 굴곡되게 하며, 이는 챔버(150) 내에 압력 펄스를 생성함으로써 노즐(132)로부터 잉크 액적이 축출되게 한다.
이에 의해, 상술한 방법들 및 구조는 잉크 제트 프린터를 위한 제트 스택(134)을 형성한다. 일 실시예에서, 제트 스택(134)은 도 14에 도시된 바와 같은 잉크 제트 프린트 헤드(144)의 일부로서 사용될 수 있다.
도 15는 하나 이상의 프린트 헤드들(144)을 포함하고, 본 교지들의 일 실시예에 따라 하나 이상의 노즐들(132)로부터 잉크(164)가 배출되는 프린터(162)를 도시한다. 각 프린트 헤드(144)는 종이 용지, 플라스틱 등 같은 인쇄 매체(166) 상에 소정 이미지를 생성하기 위해 디지털 명령들에 따라 작동하도록 구성된다. 각 프린트 헤드(144)는 1회인쇄분(swath) 단위로 인쇄된 이미지를 생성하도록 스캐닝 운동으로 인쇄 매체(166)에 대하여 전후로 이동할 수 있다. 대안적으로, 프린트 헤드(144)는 고정되어 유지되고, 인쇄 매체(166)가 이에 대해 이동됨으로써 단일 통과시 프린트 헤드(144) 만큼 넓은 이미지를 생성할 수 있다. 추가적으로, 인쇄는 드럼 같은 중간 가열된 구조(단순성을 위해 개별적으로 도시되지 않음) 상에 잉크 패턴(164)을 형성하도록 프린트 헤드(144)를 사용하며, 드럼을 사용하여 인쇄 매체(166) 상으로 이미지를 전사(정착)하는 것을 포함할 수 있다. 프린트 헤드(144)는 인쇄 매체(166)보다 좁거나 인쇄 매체만큼 넓을 수 있다.
따라서, 상술된 실시예는 프린터에 사용될 수 있는 잉크 제트 프린트 헤드를 위한 제트 스택을 제공할 수 있다. 제트 스택을 형성하기 위한 방법 및 완성된 제트 스택은 압전 소자에 전극 또는 다른 전도성 요소를 전기적으로 결합시키는 전도체의 흐름을 구속하기 위한 스탠드오프 층의 사용을 필요로 하지 않는다. 추가적으로, 이 방법은 각 압전 소자의 상단부로부터 간극 층을 제거하는 것을 필요로 하지 않는다. 본 실시예에서, 디지털 신호에 응답하여 각 압전 소자(20)에 전압(152)을 공급하기 위해 사용되는 패턴화된 블랭킷 트레이스 층(80)은 광학 포토리소그래피를 사용하여 패턴화될 수 있다. 이는 굴곡 회로 전극을 각 압전 소자에 전기적으로 결합하는 액체 또는 페이스트 접착제를 수용하기 위한 어떠한 스탠드오프 층도 필요로하지 않는 제트 스택 및 프린트 헤드를 도출한다. 유사하게, 제트 스택 및 프린트 헤드는 또한 각 압전 소자로 전압을 라우팅하기 위해 어떠한 굴곡 회로도 필요로 하지 않는다. 압전 소자들에 대해 연결되는 어떠한 굴곡 회로도 필요하지 않기 때문에, 압전 소자들(20)과 트레이스들(80)에 대한 억세스가 단순화되므로 임의의 필요한 재가공이 간단해지게 된다.
다양한 라우팅들 및 상호접속부들이 트레이스들(80) 및 제어 프린트 헤드 전자장치들에 전기적으로 결합됨으로써 압전 소자들에 전압을 제공할 수 있다. 이들 라우팅들 및 상호접속부들은 필요에 따라 복잡한 라우팅을 피하기 위해 추가적 유전체 및 금속 층들에 의해 제공될 수 있으며, PCB 또는 굴곡 회로에 의해 공급될 수 있다. 또한, 입력/출력 재분배가 더욱 효율적인 경우 간격 제약들이 완화될 수 있다. 트레이스들은 드라이버 칩들 또는 용도 특정 집적 회로들이 예로서, 트레이스들(80)을 통한 압전 소자들에 전기적으로 결합하도록 예로서 플립 칩 본딩을 사용하여 제트 스택(134)의 상부 표면에 장착될 수 있게 한다. 임의의 잔여 굴곡 회로 연결은 다양한 전압 공급부들 및 클록, 데이터, 그리고, 제어 신호들에 한정될 수 있으며, 압전 소자들에 대한 직접적 연결이 생략되게 된다. 본 발명의 교지들은 소정의 종래의 공정들에 비해 구성요소들, 재료들 및 조립 단계들의 수를 감소시킬 수 있다. 추가적으로, 본 발명의 교지들은 전도성 경로들 또는 트레이스들의 해상도를 증가시킬 수 있으며, 그에 의해, 더 높은 트랜스듀서 밀도를 가능하게 하고, 레이저 절단 부분들을 제거함으로써 개선된 청결성을 가능하게 한다. 단락 회로들, 예로서, 채널간 단락들 및 채널-접지간 단락들 같은 다수의 현재의 고장 모드들의 제거를 통해 수율이 개선될 수 있다. 재료 세트를 단순화함으로써 프린트 헤드들에 전형적인 잉크 및 다른 환경적 재료들과의 호환성이 개선될 수 있다. 이러한 유형의 상호접속 기술은 또한 이미지 입력 스캐너들 및 다른 센서들이나 트랜스듀서들 같은 다른 고밀도 어레이 구조들에 적용될 수 있다.
예시적 방법이 일련의 단계들 및 이벤트들로서 예시되고 설명되었지만, 본 발명은 이런 단계들 또는 이벤트들의 예시된 순서에 의해 제한되지 않는다는 것을 알 수 있다는 것을 주의하여야 한다. 예로서, 일부 단계들은 본 발명의 교지들에 따라서 여기에 설명 및/또는 예시된 것들과는 다른 순서들로 및/또는 다른 단계들과 동시에 이루어질 수 있다. 추가적으로, 모든 예시된 단계들이 본 발명의 교지들에 따른 방법을 이행하기 위해 필수적인 것은 아닐 수 있다. 본 기술 분야의 통상적인 지식을 가진 자들은 본 명세서에서 도면들 및 상세한 설명을 참조로 다른 실시예들을 명백히 알 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 잉크 제트 프린트 헤드를 형성하기 위한 방법에 있어서,
    다이아프램에 복수의 압전 소자들을 부착하는 단계;
    다이아프램 부착 재료로 상기 다이아프램 내의 복수의 개구들을 덮는 단계;
    상기 다이아프램 부착 재료로 상기 다이아프램에 본체 판을 부착하는 단계;
    인접한 압전 소자들 사이에 간극 층을 직접 형성하는 단계로서, 각 압전 소자의 표면은 상기 간극 층을 통해 노출되는, 상기 간극 층을 직접 형성하는 단계;
    상기 간극 층 상에 복수의 패턴화된 트레이스들을 형성하는 단계로서, 상기 복수의 트레이스들을 형성하는 동안 상기 복수의 트레이스들은 상기 간극 층에 물리적으로 접촉하고 상기 복수의 압전 소자들에 물리적으로 그리고 전기적으로 접촉하고, 각각의 트레이스는 상기 압전 소자들 중 하나와의 물리적 접촉을 통해 상기 복수의 압전 소자들 중 하나와 전기적으로 결합되는, 상기 간극 층 상에 복수의 패턴화된 트레이스들을 형성하는 단계;
    상기 복수의 트레이스들 위에 유전성 패시베이션(passivation) 층을 형성하는 단계; 및
    상기 간극 층의 형성 동안, 상기 다이아프램을 상기 간극 층과 접촉시키는 단계;를 포함하고,
    상기 다이아프램 부착 재료는 상기 간극 층이 상기 다이아프램 내의 상기 복수의 개구들을 통과하는 것을 방지하는, 잉크 제트 프린트 헤드 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 압전 소자들과 전기적으로 접촉하도록 상기 간극 층 상에 블랭킷(blanket) 트레이스 층을 형성하는 단계;
    상기 블랭킷 트레이스 층 위에 감광 층을 패턴화하는 단계;
    상기 복수의 트레이스들을 형성하기 위한 패턴으로서 상기 패턴화된 감광 층을 사용하여 상기 블랭킷 트레이스 층을 에칭(etching)하는 단계;를 더 포함하는, 잉크 제트 프린트 헤드 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 블랭킷 트레이스 층을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 트레이스들을 형성하도록 상기 블랭킷 트레이스 층의 일부를 융제하기 위해 레이저 패턴화 공정을 수행하는 단계;를 더 포함하는, 잉크 제트 프린트 헤드 형성 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 다이아프램 내의 상기 복수의 개구들을 상기 다이아프램 부착 재료, 상기 간극 층 및 상기 패시베이션 층을 통해 관통시켜 상기 복수의 개구들을 통한 잉크의 통과를 가능하게 하도록, 레이저 빔을 사용하여 상기 다이아프램 부착 재료, 상기 간극 층 및 상기 패시베이션 층의 일부를 융제하는 단계;를 더 포함하는, 잉크 제트 프린트 헤드 형성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 다이아프램 내의 상기 복수의 개구들을 상기 다이아프램 부착 재료, 상기 간극 층 및 상기 패시베이션 층을 통해 관통시키는 상기 융제 단계 동안 상기 레이저 빔을 차폐하기 위해 상기 다이아프램, 상기 본체 판 또는 상기 본체 판에 부착된 입구/출구 판 중 적어도 하나를 사용하는 단계;를 더 포함하는, 잉크 제트 프린트 헤드 형성 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 트레이스들과 상기 복수의 압전 소자들 사이의 표면 접촉을 통해 상기 복수의 트레이스들과 상기 복수의 압전 소자들 사이의 전기적 접촉을 달성하는 단계;를 더 포함하는, 잉크 제트 프린트 헤드 형성 방법.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 트레이스들을 형성하기 위해 상기 블랭킷 트레이스 층의 에칭 동안 에칭 정지부로서 상기 간극 층을 사용하는 단계;를 더 포함하는, 잉크 제트 프린트 헤드 형성 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
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