KR20070116023A - Method of bonding substrates - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기판(substrate)들을 함께 접착하는 방법, 그리고 그렇게 적용된 기판에 관한 것이다. 기존의 표면 마찰 기술을 회피하면서, 주로 마이크로 규모(microscale)의 기판을 다른 기판들에 접착함에 있어서 최적하기 위해 개발되었다.The present invention relates to a method of adhering substrates together, and to a substrate so applied. While circumventing existing surface friction techniques, it has been developed primarily for optimizing microscale substrates to other substrates.
본 출원인 또는 본 발명의 양수인에 의해 출원된 다음의 특허 또는 특허출원들은 상호참조로 여기에 통합된다.The following patents or patent applications filed by the applicant or the assignee of the present invention are incorporated herein by reference.
일부 출원은 정리번호로 등재되었다. 이러한 정리번호는 출원번호가 알려지면 출원번호로 대체된다.Some applications are listed under filing number. This clearance number is replaced by the application number once the application number is known.
일단 표면이 거칠어지면 표면본드로서 액체접착제를 사용하는 것이 더 좋다는 것이 잘 알려져 있다. 표면의 거칠어짐은 액체접착제을 사용한 접착에 유효한 표면적(surface area)을 증가시키는데, 이것이 접착에 의한 결합력이 현저하게 증가시킨다.It is well known that once the surface is roughened, it is better to use a liquid adhesive as the surface bond. Surface roughness increases the surface area effective for adhesion with a liquid adhesive, which significantly increases the adhesion by adhesion.
일반적으로, 표면의 거칠어짐은 접착될 면 중 한 면 또는 양면을 마찰시킴(abrading)으로서 얻어진다. 예를 들면, 단순히 상기 표면들 중 하나를 사포(emery cloth)로 마찰시킴으로 마찰하지 않은 표면들에 비해 접착강도에 있어 상당한 개선이 이루어질 수 있다.Generally, the roughness of the surface is obtained by abrading one or both of the surfaces to be bonded. For example, by simply rubbing one of the surfaces with an emery cloth, a significant improvement in adhesive strength can be achieved over non-rubbing surfaces.
그렇지만, 반도체 집적회로(semiconductor integrated circuits)(“칩(chips)”)와 같은 마이크로 규모의 기판을 접착할 때 일반적으로 기판표면을 마찰하게 하는 것은 바람직하지 못하다. 실제로 반도체칩은 매우 매끄한 표면을 가지는 것이 상당히 바람직하다. 집적회로 표면의 어떠한 결함들도 크랙 전파(crack propagation)를 초래하고 심각하게 기구를 열화하게 한다. 구동장치부(drive)가 집적회로들(예를 들면 200미크론 ICs)을 더 얇게 하면서 기구들에 있어서의 수용가능한 기계적 강도를 유지하기 위해 이에 상응하는 표면조도 저감의 필요성이 대두된다.However, it is generally not desirable to rub the substrate surface when adhering microscale substrates such as semiconductor integrated circuits (“chips”). In fact, it is highly desirable that semiconductor chips have a very smooth surface. Any defects on the integrated circuit surface cause crack propagation and severely degrade the instrument. There is a need for corresponding surface roughness reduction in order for the drive to make integrated circuits (eg 200 micron ICs) thinner while maintaining acceptable mechanical strength in the instruments.
실리콘 웨이퍼들은, 표면조도가 1차적인 중요성을 가짐으로 해서, 통상적으 로 2단계 공정으로써 얇게 가공된다. 웨이퍼의 전위 공정(front-end processing) 후에, 웨이퍼는 일반적으로 기계적인 그라인딩(grinding) 도구를 사용한 백그라인딩(backgrinding)에 의해 1차로 얇게 가공된다. 웨이퍼그라인딩 도구들의 예로서 스트라스바우(Strasbaugh)7AF 및 디스코(Disco)DFG-841가 있다. 기계적인 그라인딩은 실리콘을 그라인딩함에 있어 신속하고 저려한 방법이다. 그렇지만, 이러한 방법은 또한 가공후 이면이 비교적 높은 표면조도를 가지게 된다. 더욱이, 기계적인 그라인딩은 웨이퍼의 이면에 약20마이크로미터(㎛)에 이루는 결함(예를 들면, 크랙이나 단층(dislocation))을 초래한다.Silicon wafers are usually processed thinly in a two-step process, since surface roughness is of primary importance. After the front-end processing of the wafer, the wafer is generally thinly processed first by backgrinding using a mechanical grinding tool. Examples of wafer grinding tools are Strasbaugh 7 AF and Disco DFG-841. Mechanical grinding is a quick and inexpensive way to grind silicon. However, this method also has a relatively high surface roughness on the back side after processing. Moreover, mechanical grinding results in defects (eg, cracks or dislocations) of about 20 micrometers (μm) on the backside of the wafer.
기계적인 강도의 측면에서, 표면조도 및 표면결함은 집적회로에 있어서 수용할 수 없다. 따라서, 후위 씨닝(back-end thinning)은 통상적으로 기술적으로 완료되어 이러한 결함을 제거하고 낮은 표면조도를 제공한다. 플라스마 씨닝은 웨이퍼씨닝을 완성하기 위해 사용되어 온 하나의 방법이다. 통상적으로, 플라스마씨닝은 소정의 웨이퍼 두께를 얻기 위해 실리콘의 마지막 20마이크로미터를 제거하는 데에 사용되어 왔다. 플라스마 씨닝은 비교적 느린 대신에, 실질적으로 표면결합이 없는 극히 매끈한 이면을 얻을 수 있다. 통상적으로, 플라스마 씨닝은 1나노미터(nm)이하의 최대 표면조도(Rmax)를 제공한다. 그러므로, 플라즈마 씨닝은 집적회로 구성에 있어 후위공정을 위한 방법 중 선택사항이다.In terms of mechanical strength, surface roughness and surface defects are unacceptable in integrated circuits. Thus, back-end thinning is typically technically completed to eliminate these defects and provide low surface finish. Plasma thinning is one method that has been used to complete wafer thinning. Typically, plasma thinning has been used to remove the last 20 micrometers of silicon to achieve the desired wafer thickness. While plasma thinning is relatively slow, it is possible to obtain extremely smooth backsides that are substantially free of surface bonds. Typically, plasma thinning provides a maximum surface roughness (R max ) of less than 1 nanometer (nm). Therefore, plasma thinning is an optional method for post-processing in integrated circuit construction.
MEMS 디바이스들과 같은 집적회로들은, 종종 다른 기판들에 접착될 필요가 있다. 본 출원인의 MEMS 프린트헤드의 구성에 있어서, 예를 들면, 몰딩된 잉크위로 면대면으로 접착된 프린트헤드 집적회로들이 프린트헤드 조립체를 형성하도록 복사된다(본 출원인의 프린트헤드 구성프로세스의 더 구체적인 기재는 아래의 상세한 설명과 상호참조로 여기에 통합되는 미국특허출원 no. 10/728,970의 내용으로 서술된다).Integrated circuits, such as MEMS devices, often need to be bonded to other substrates. In the configuration of the Applicant's MEMS printhead, for example, printhead integrated circuits bonded face-to-face onto the molded ink are copied to form a printhead assembly (more specific description of Applicant's printhead construction process And the contents of US patent application no. 10 / 728,970, which is incorporated herein by reference and cross-references below).
그렇지만, 집적회로가 그 이면의 모순되는 필요사항들을 가짐을 평가될 것이다. 한편, 집적회로의 이면들은 낮은 표면조도를 가져야 하고 어떠한 크랙도 배제되어야 하는데, 이는 이면의 기계적 강도를 증대하게 하기 위함이다. 이는 얇게(예를 들면, 250㎛이하의 집적회로들)함에 있어 특히 중요하다. 다른 한편으로, 집적회로의 이면은 종종 접착제 또는 접착테이프를 사용하여 다른 기판에 접착하기에 적합할 필요가 있다. 상술한 바와 같이, 접착강도는 일반적으로 접착될 표면의 표면조도가 증가됨에 따라 증대되며 이로써 개재하는 접착제와의 접촉이 확대된다.However, it will be appreciated that integrated circuits have contradictory requirements behind them. On the other hand, the backside of the integrated circuit should have a low surface roughness and any cracks should be excluded in order to increase the mechanical strength of the backside. This is particularly important for thinning (eg integrated circuits of 250 μm or less). On the other hand, the back side of an integrated circuit often needs to be suitable for bonding to another substrate using adhesive or adhesive tape. As mentioned above, the adhesive strength is generally increased as the surface roughness of the surface to be bonded is increased, thereby expanding the contact with the intervening adhesive.
기판의 표면조도를 증가하게 하지 않고 접착제를 사용한 개선된 기판접착 방법의 제공이 요구되고 있다. 또한 접착제를 사용한 접착에 적합한 표면을 가지면서 허용 기계강도를 유지하는 얇은 기판(예를 들면 1000미크론 미만의 두께를 가진 기판)의 제공이 요구되고 있다.There is a need to provide an improved substrate bonding method using an adhesive without increasing the surface roughness of the substrate. There is also a need to provide a thin substrate (eg, a substrate having a thickness of less than 1000 microns) having a surface suitable for adhesion with an adhesive and maintaining acceptable mechanical strength.
제1 형태에서, In the first form,
(a)제1 결합면(bonding surface)에 규정된 다수의 에칭된 트렌치들(etched trenches)을 가지는 제1 기판을 구비하고,(a) a first substrate having a plurality of etched trenches defined in a first bonding surface,
(b)제2 결합면을 가지는 제2 기판을 구비하며,(b) a second substrate having a second bonding surface,
(c)상기 제1 결합면과 제2 결합면을 접착제를 사용하여 함께 결합하는 단계로 이루어지고,(c) joining the first bonding surface and the second bonding surface together using an adhesive;
상기 접착제가 결합작업 중에 다수의 에칭된 트렌치에, 적어도 부분적으로, 수용되는 제1 기판의 제2 기판으로의 결합방법이 제공된다.A method of joining a first substrate to a second substrate, at least partially contained, is provided in the plurality of etched trenches during which the adhesive is joined.
제2 형태에서, 상기 제1 기판이 제1 결합면에 규정된 다수의 에칭된 트렌치를 가지고, 상기 에칭된 트렌치가 결합 중에 접착제를 수용하도록 형성되어, 접착제를 사용하여 제1 기판이 제2 기판으로 결합되기에 적합하도록 제공된다.In a second form, the first substrate has a plurality of etched trenches defined in the first joining surface, the etched trenches being formed to receive an adhesive during bonding, so that the first substrate is formed using the adhesive. It is provided to be suitable to be combined.
제3 형태에서,In a third form,
(a)제1 결합면에 규정된 다수의 에칭된 트렌치들을 가지는 제1 기판;(a) a first substrate having a plurality of etched trenches defined in a first bonding surface;
(b)제2 결합면을 가지는 제2 기판; 및(b) a second substrate having a second bonding surface; And
(c)상기 제1 결합면과 제2 결합면을 함께 결합하는 접착제를 구비하고,(c) an adhesive for joining the first coupling surface and the second coupling surface together,
상기 접착제가 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 끼워지며(sandwiched), 또한 상기 다수의 에칭된 트렌치들에 수용되는 결합형 조립체가 제공된다.A bonded assembly is provided wherein the adhesive is sandwiched between the first and second substrates and is also received in the plurality of etched trenches.
제4 형태에서,In the fourth form,
(a)프린트헤드의 집적회로의 앞면에 형성된 다수의 노즐들;(a) a plurality of nozzles formed on the front side of the integrated circuit of the printhead;
상기 프린트헤드의 배면(backside)으로부터 상기 노즐들로 잉크를 공급하기 위한 다수의 잉크공급채널들(ink supply channels); 및A plurality of ink supply channels for supplying ink to the nozzles from the backside of the print head; And
상기 배면에 규정된 다수의 에칭된 트렌치들을 각각 포함하는 다수의 프린트헤드 집적회로; 및A plurality of printhead integrated circuits each including a plurality of etched trenches defined on the backside; And
(b)각 프린트헤드 집적회로의 배면이 접착제로 결합되는 설치면(mounting surface)을 가지는 잉크 매니폴드(manifold)를 구비하고(b) an ink manifold having a mounting surface to which the backside of each printhead integrated circuit is bonded by an adhesive;
상기 접착제가 상기 다수의 에칭된 트렌치들에 적어도 부분적으로 수용되는 프린트헤드 조립체가 제공된다.A printhead assembly is provided in which the adhesive is at least partially received in the plurality of etched trenches.
제5 형태에서, 프린트헤드 집적회로의 앞면에 형성된 복수의 노즐들;In a fifth aspect, a plurality of nozzles formed on the front surface of the printhead integrated circuit;
상기 프린트헤드 집적회로의 배면으로부터 상기 노즐들로 잉크를 공급하기 위한 다수의 잉크공급채널들; 및A plurality of ink supply channels for supplying ink to the nozzles from the back of the printhead integrated circuit; And
상기 배면에 규정되되, 결합 중에 접착제를 수용하도록 형성되는 다수의 에칭된 트렌치들을 포함하고, 접착제를 사용하여 잉크 매니폴드의 설치면에 결합하기에 적합한 프린트헤드 집적회로가 제공된다.Provided is a printhead integrated circuit defined on the back, comprising a plurality of etched trenches formed to receive an adhesive during bonding, and suitable for bonding to the mounting surface of the ink manifold using the adhesive.
이제까지는, 결합될 기판의 표면특성을 향상하게 하기 위해 사용된 유일한 방법이 표면의 조면가공(surface roughening)이었다. 그렇지만, 상술한 바와 같이, 표면 조면가공은, 1000㎛이하, 선택적으로 500㎛이하 또는 250㎛이하의 두께를 가지는 실리콘 칩들과 같은, 매우 얇은 기판에는 바람직하지 않다. 그러므로, 본 발명은 조절된 방식으로 접착제 결합을 향상하게 하는 방법을 제공하며, 특히 실리콘 칩들(예를 들면, MEMS 칩들)을 다른 기판에 결합하여 사용하기에 적합한 방법이다. 그렇지만, 본 발명은 반도체 칩들로의 적용에 한정되지 않으며 표면의 조면가공이 바람직하지 않은 어떠한 에칭가능한 기판(예를 들면, 금속기판, 산화규소(silicon oxide) 기판, 질화규소(silicon nitride) 기판 등)의 결합에도 적용된다.Until now, the only method used to improve the surface properties of the substrates to be bonded has been surface roughening. However, as mentioned above, surface roughening is not desirable for very thin substrates, such as silicon chips having a thickness of less than 1000 μm, optionally less than 500 μm or less than 250 μm. Therefore, the present invention provides a method for improving adhesive bonding in a controlled manner, and is particularly suitable for bonding silicon chips (eg MEMS chips) to other substrates for use. However, the present invention is not limited to application to semiconductor chips, and any etchable substrate (e.g., metal substrate, silicon oxide substrate, silicon nitride substrate, etc.) where surface roughening is undesirable. The same applies to the combination of.
본 발명은 특히 프린트헤드 칩들의 가공에 적용되는 것이 바람직한데, 이는 통상적으로 프린트헤드 칩들이 표면을 결합하는 배면으로 에칭된 잉크공급채널들을 가지기 때문이다.The present invention is particularly preferably applied to the processing of printhead chips, since typically printhead chips have ink supply channels etched into the back joining the surface.
상기 제2 기판의 특성은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 플라스틱, 금속, 실리콘, 글래스 등으로이루어진다. 상기 제2 기판은, 선택적으로, 상기 제1 기판과의 연결에 있어 상술한 트렌치들을 구비한다.The property of the second substrate is not particularly limited, and is made of, for example, plastic, metal, silicon, glass, or the like. The second substrate is optionally provided with the trenches described above in connection with the first substrate.
상기 트렌치들은 접착제가 모세관 작용에 의해 흡인되도록 치수한정되어 있다. 요구되는 정확한 치수들은 접착제의 표면장력에 따른다. 요구되는 트렌치의 치수들은 공지의 모세관 방정식을 사용하여 이 분야의 숙련자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 대안적으로, 상기 트렌치들은, 상기 제2 기판 그리고 접착제가 상기 제1 결합면에 대해 압착될 때에는, 단순히 접착제 수용을 위해 치수가 한정된다. 통상적으로, 상기 트렌치들은 약 10㎛이하, 선택적으로 약5㎛이하 또는 약3㎛이하의 직경(원통형 트렌치들의 경우) 또는 폭(비원통형 트렌치들의 경우)을 가진다.The trenches are dimensioned such that the adhesive is attracted by capillary action. The exact dimensions required depend on the surface tension of the adhesive. The required trench dimensions can be readily determined by one skilled in the art using known capillary equations. Alternatively, the trenches are simply dimensioned for accepting the adhesive when the second substrate and the adhesive are pressed against the first engagement surface. Typically, the trenches have a diameter (for cylindrical trenches) or a width (for non-cylindrical trenches) of about 10 μm or less, optionally about 5 μm or less or about 3 μm or less.
상기 트렌치들은, 제1 기판의 전반적인 견고성에 대한 절충 없이도 접착력 향상에 적합한 깊이를 가진다. 선택적으로, 상기 트렌치들은 적어도 10㎛, 선택적으로 적어도 20㎛, 선택적으로 적어도 30㎛ 또는, 선택적으로 적어도 50㎛의 깊이로 에칭된다. 통상적으로, 상기 트렌치들은 적어도 3:1, 적어도 5:1 또는 적어도 10:1의 종횡비(aspect ratio)를 가진다. 높은 종횡비의 트렌치들은 공지된 비등방성 에칭기술(예를 들면 미국특허 US5,501,893에 기재된 보쉬공정(Bosch process))로서 용이하게 에칭된다. 전반적인 기계강도의 절충없이, 접착제를 위한 유효 표면적을 최대로 하기 위해서는 높은 종횡비가 바람직하다.The trenches have a depth suitable for improving adhesion without compromising the overall firmness of the first substrate. Optionally, the trenches are etched to a depth of at least 10 μm, optionally at least 20 μm, optionally at least 30 μm, or optionally at least 50 μm. Typically, the trenches have an aspect ratio of at least 3: 1, at least 5: 1 or at least 10: 1. High aspect ratio trenches are easily etched with known anisotropic etching techniques (eg, the Bosch process described in US Pat. No. 5,501,893). High aspect ratios are desirable to maximize the effective surface area for the adhesive without compromising the overall mechanical strength.
통상적으로, 상기 제1 결합면은, 20nm이하, 선택적으로 5nm이하 또는, 선택적으로 1nm이하의 최대 표면조도(Rmax)를 가진다. 본 발명은, 표면의 각별히 우수한 평활도(smoothness)로 인해 일반적으로는 접착제를 사용한 결합이 불량해지는 그러한 표면들이 사용될 때, 특히 바람직하다. 대안적으로, 제1 결합면은, 20nm이하, 선택적으로 5nm이하 또는, 선택적으로 1nm이하의 평균 표면조도(Ra)를 가진다.Typically, the first bonding surface has a maximum
상기 접착제는 통상적으로, 액상의 접착제, 또는 결합시 가열될 때 액체로 되는 접착제이다. 선택적으로, 상기 접착제는 한 면 또는 양면에 접착체가 도포된 접착테이프일 수 있다. 양면 접착필름(double-sided adhesive) 또는 테이프는 반도체분야에서는 공지되어 있다.The adhesive is typically a liquid adhesive, or an adhesive that becomes liquid when heated upon bonding. Optionally, the adhesive may be an adhesive tape having an adhesive applied to one side or both sides. Double-sided adhesives or tapes are known in the semiconductor art.
선택적으로, 상기 제1 기판은 상기 결합공정 중에 냉각된다. 이는 일반적으로, 상기 제1 기판을 가열하여 (상기 접착제를 또한 녹이고) 그런 다음 상기 제2 기판으로 결합하는 동안 냉각되도록 함으로써 달성된다. 이러한 선택의 이점은, 상기 접착제 위로 트렌치들 내에 부분적인 진공이 형성되어, 결합 중 기판들을 함께 파지하는데 도움이 된다. 다른 형태에서, 상기 제1 기판이 접착제를 사용하여 제2 기판에 결합하기에 적합한 방법으로서, 상기 제1 기판이 제1 결합면에 규정된 다수의 에칭된 트렌치들을 가지는데, 상기 에칭된 트렌치들이 결합 중에 접착제를 수용하도록 형성되는 방법이 제공된다.Optionally, the first substrate is cooled during the bonding process. This is generally accomplished by heating the first substrate (which also dissolves the adhesive) and then allowing it to cool while bonding to the second substrate. The advantage of this choice is that a partial vacuum is formed in the trenches over the adhesive, which helps to hold the substrates together during bonding. In another aspect, a method suitable for joining a first substrate to a second substrate using an adhesive, wherein the first substrate has a plurality of etched trenches defined in a first joining surface, the etched trenches being A method is provided that is configured to receive an adhesive during bonding.
또 다른 형태에서, In another form,
(a)제1 결합면에 규정된 다수의 에칭된 트렌치들을 가지는 제1 기판; 및(a) a first substrate having a plurality of etched trenches defined in a first bonding surface; And
(b) 접착제로 상기 제1 결합면으로 결합되는 제2 결합면을 가지는 제2 기판을 구비하고,(b) a second substrate having a second bonding surface joined to the first bonding surface with an adhesive;
상기 접착제가, 적어도 부분적으로, 다수의 에칭된 트렌치들에 수용되는 결합형 조립체가 제공된다.A bonded assembly is provided wherein the adhesive is at least partially received in a plurality of etched trenches.
또다른 형태에서,In another form,
(a)프린트헤드 집적회로의 앞면에 형성된 다수의 노즐들;(a) a plurality of nozzles formed on the front side of the printhead integrated circuit;
상기 프린트헤드의 배면으로부터 상기 노즐들로 잉크를 공급하기 위한 다수의 잉크공급채널들; 및A plurality of ink supply channels for supplying ink to the nozzles from the back of the print head; And
상기 배면에 규정된 다수의 에칭된 트렌치들을 각각 포함하는 다수의 프린트헤드 집적회로; 및A plurality of printhead integrated circuits each including a plurality of etched trenches defined on the backside; And
(b)각 프린트헤드 집적회로의 배면이 접착제로 결합되는 설치면(mounting surface)을 가지는 잉크 매니폴드(manifold)를 구비하고(b) an ink manifold having a mounting surface to which the backside of each printhead integrated circuit is bonded by an adhesive;
상기 접착제가 상기 다수의 에칭된 트렌치들에 적어도 부분적으로 수용되는 프린트헤드 조립체가 제공된다.A printhead assembly is provided in which the adhesive is at least partially received in the plurality of etched trenches.
다른 형태에서,In other ways,
프린트헤드 집적회로의 앞면에 형성된 복수의 노즐들;A plurality of nozzles formed on the front side of the printhead integrated circuit;
상기 프린트헤드 집적회로의 배면으로부터 상기 노즐들로 잉크를 공급하기 위한 다수의 잉크공급채널들; 및A plurality of ink supply channels for supplying ink to the nozzles from the back of the printhead integrated circuit; And
상기 배면에 규정되되, 결합 중에 접착제를 수용하도록 형성되는 다수의 에칭된 트렌치들을 포함하고, 접착제를 사용하여 잉크 매니폴드의 설치면으로 결합하기에 적합한 프린트헤드 집적회로가 제공된다.Provided is a printhead integrated circuit defined on the back, comprising a plurality of etched trenches formed to receive an adhesive during bonding, and suitable for joining to the mounting surface of the ink manifold using the adhesive.
또 다른 형태에서, In another form,
(a)제1 결합면에 규정된 다수의 에칭된 트렌치들을 가지는 제1 기판을 구비하고;(a) having a first substrate having a plurality of etched trenches defined in the first bonding surface;
(b)제2 결합면을 가지는 제2 기판을 구비하며; 그리고(b) a second substrate having a second bonding surface; And
(c)상기 제1 결합면과 제2 결합면을 접착제를 사용하여 함께 결합하는 단계로 이루어지고,(c) joining the first bonding surface and the second bonding surface together using an adhesive;
상기 접착제가 결합작업 중에 다수의 에칭된 트렌치에, 적어도 부분적으로, 수용되는 제1 기판의 제2 기판으로의 결합방법이 제공된다.A method of joining a first substrate to a second substrate, at least partially contained, is provided in the plurality of etched trenches during which the adhesive is joined.
또 다른 형태에서,In another form,
(a)제1 결합면에 규정된 다수의 에칭된 트렌치들을 가지는 제1 기판; 및(a) a first substrate having a plurality of etched trenches defined in a first bonding surface; And
(b) 접착제로서 상기 제1 결합면으로 결합되는 제2 결합면을 가지는 제2 기판을 구비하고,(b) a second substrate having a second bonding surface bonded to the first bonding surface as an adhesive;
상기 접착제가, 적어도 부분적으로, 다수의 에칭된 트렌치들에 수용되는 결합형 조립체가 제공된다.A bonded assembly is provided wherein the adhesive is at least partially received in a plurality of etched trenches.
다른 형태에서,In other ways,
(a)제1 결합면에 규정된 다수의 에칭된 트렌치들을 가지는 제1 기판을 구비하고;(a) having a first substrate having a plurality of etched trenches defined in the first bonding surface;
(b)제2 결합면을 가지는 제2 기판을 구비하며; 그리고(b) a second substrate having a second bonding surface; And
(c)상기 제1 결합면과 제2 결합면을 접착제를 사용하여 함께 결합하는 단계로 이루어지고,(c) joining the first bonding surface and the second bonding surface together using an adhesive;
상기 접착제가 결합작업 중에 다수의 에칭된 트렌치에, 적어도 부분적으로, 수용되는 제1 기판의 제2 기판으로의 결합방법이 제공된다.A method of joining a first substrate to a second substrate, at least partially contained, is provided in the plurality of etched trenches during which the adhesive is joined.
또 다른 형태에서, 상기 제1 기판이 제1 결합면에 규정된 다수의 에칭된 트렌치를 가지고, 상기 에칭된 트렌치가 결합 중에 접착제를 수용하도록 형성되어, 접착제를 사용하여 제1 기판이 제2 기판으로 결합되기에 적합하도록 제공된다.In another form, the first substrate has a plurality of etched trenches defined on the first mating surface, and the etched trench is formed to receive an adhesive during bonding, so that the first substrate is formed using the adhesive to form the second substrate. It is provided to be suitable to be combined.
다른 형태에서,In other ways,
(a)제1 결합면에 규정된 다수의 에칭된 트렌치들을 가지는 제1 기판을 구비하고;(a) having a first substrate having a plurality of etched trenches defined in the first bonding surface;
(b)제2 결합면을 가지는 제2 기판을 구비하며; 그리고(b) a second substrate having a second bonding surface; And
(c)상기 제1 결합면과 제2 결합면을 접착제를 사용하여 함께 결합하는 단계로 이루어지고,(c) joining the first bonding surface and the second bonding surface together using an adhesive;
상기 접착제가 결합작업 중에 다수의 에칭된 트렌치에, 적어도 부분적으로, 수용되는 제1 기판의 제2 기판으로의 결합방법이 제공된다.A method of joining a first substrate to a second substrate, at least partially contained, is provided in the plurality of etched trenches during which the adhesive is joined.
또 다른 형태에서, 상기 제1 기판이 제1 결합면에 규정된 다수의 에칭된 트렌치를 가지고, 상기 에칭된 트렌치가 결합 중에 접착제를 수용하도록 형성되어, 접착제를 사용하여 제1 기판이 제2 기판으로 결합되기에 적합하도록 제공된다.In another form, the first substrate has a plurality of etched trenches defined on the first mating surface, and the etched trench is formed to receive an adhesive during bonding, so that the first substrate is formed using the adhesive to form the second substrate. It is provided to be suitable to be combined.
또 다른 형태에서,In another form,
(a)제1 결합면에 규정된 다수의 에칭된 트렌치들을 가지는 제1 기판; 및(a) a first substrate having a plurality of etched trenches defined in a first bonding surface; And
(b)접착제로서 상기 제1 결합면으로 결합되는 제2 결합면을 가지는 제2 기판을 구비하고,(b) a second substrate having a second bonding surface bonded to the first bonding surface as an adhesive;
상기 접착제가, 적어도 부분적으로, 다수의 에칭된 트렌치들에 수용되는 결합형 조립체가 제공된다.A bonded assembly is provided wherein the adhesive is at least partially received in a plurality of etched trenches.
다른 형태에서,In other ways,
프린트헤드 집적회로의 앞면에 형성된 복수의 노즐들;A plurality of nozzles formed on the front side of the printhead integrated circuit;
상기 프린트헤드 집적회로의 배면으로부터 상기 노즐들로 잉크를 공급하기 위한 다수의 잉크공급채널들; 및A plurality of ink supply channels for supplying ink to the nozzles from the back of the printhead integrated circuit; And
상기 배면에 규정되되, 결합 중에 접착제를 수용하도록 형성되는 다수의 에칭된 트렌치들을 포함하고, 접착제를 사용하여 잉크 매니폴드의 설치면으로 결합하기에 적합한 프린트헤드 집적회로가 제공된다.Provided is a printhead integrated circuit defined on the back, comprising a plurality of etched trenches formed to receive an adhesive during bonding, and suitable for joining to the mounting surface of the ink manifold using the adhesive.
다른 형태에서,In other ways,
(a)청구범위 제1항에 따라 프린트헤드 집적회로를 구비하고;(a) having a printhead integrated circuit according to claim 1;
(b)제2 결합면을 가지는 제2 기판을 구비하며; 그리고(b) a second substrate having a second bonding surface; And
(c)상기 제1 결합면과 제2 결합면을 접착제를 사용하여 함께 결합하는 단계로 이루어지고,(c) joining the first bonding surface and the second bonding surface together using an adhesive;
상기 접착제가 결합작업 중에 다수의 에칭된 트렌치에, 적어도 부분적으로, 수용되는 제1 기판의 제2 기판으로의 결합방법이 제공된다.A method of joining a first substrate to a second substrate, at least partially contained, is provided in the plurality of etched trenches during which the adhesive is joined.
또 다른 형태에서,In another form,
상기 제1 기판이 제1 결합면에 규정된 다수의 에칭된 트렌치를 가지고, 상기 에칭된 트렌치가 결합 중에 접착제를 수용하도록 형성되어, 접착제를 사용하여 제1 기판이 제2 기판으로 결합되기에 적합하도록 제공되며, 그리고 여기에서, 청구범위 제1항에 따라 상기 제1 기판은 프린트헤드 집적회로이다.The first substrate has a plurality of etched trenches defined on the first joining surface, the etched trenches being formed to receive an adhesive during bonding, suitable for bonding the first substrate to the second substrate using adhesive And wherein according to claim 1, the first substrate is a printhead integrated circuit.
다른 형태에서,In other ways,
(a)청구범위 제1항에 따른 프린트헤드 집적회로; 및(a) a printhead integrated circuit according to claim 1; And
(b)접착제로서 상기 제1 결합면으로 결합되는 제2 결합면을 가지는 제2 기판을 구비하고,(b) a second substrate having a second bonding surface bonded to the first bonding surface as an adhesive;
상기 접착제가 다수의 에칭된 트렌치들에, 적어도 부분적으로, 수용되는 결합형 조립체가 제공된다.A bonded assembly is provided in which the adhesive is received, at least in part, in a plurality of etched trenches.
또 다른 형태에서,In another form,
(a)프린트헤드 집적회로의 앞면에 형성된 다수의 노즐들;(a) a plurality of nozzles formed on the front side of the printhead integrated circuit;
상기 프린트헤드의 배면으로부터 상기 노즐들로 잉크를 공급하기 위한 다수의 잉크공급채널들; 및A plurality of ink supply channels for supplying ink to the nozzles from the back of the print head; And
상기 배면에 규정된 다수의 에칭된 트렌치들 및 청구범위 제1항에 따른 각각의 프린트헤드 집적회로를 포함하는 다수의 프린트헤드 집적회로; 및A plurality of printhead integrated circuits comprising a plurality of etched trenches defined on the back and each printhead integrated circuit according to claim 1; And
(b)각 프린트헤드 집적회로의 배면이 접착제로 결합되는 설치면을 가지는 잉크 매니폴드를 구비하고(b) an ink manifold having an installation surface on which the back side of each printhead integrated circuit is bonded by an adhesive;
상기 접착제가 상기 다수의 에칭된 트렌치들에 적어도 부분적으로 수용되는 프린트헤드 조립체가 제공된다.A printhead assembly is provided in which the adhesive is at least partially received in the plurality of etched trenches.
도 1은 용지가 그 투입트레이(input tray)에 장착되고 회수트레 이(collection tray)가 뻗어있는 프린터를 나타낸 정면 사시도이다.1 is a front perspective view of a printer in which paper is mounted in an input tray and a collection tray extends.
도 2는 케이싱을 열어 그 내부를 노출시킨 상태의 (투입트레이에 종이가 없고 회수트레이가 접철수납된) 도 1의 프린터유닛을 나타낸다.FIG. 2 shows the printer unit of FIG. 1 with the casing open and the interior exposed (without paper in the input tray and the recovery tray folded back).
도 3은 크래들 유닛(cradle unit)의 커버조립체가 열리고 그 속으로부터 카트리지유닛(cartridge unit)이 분리되어 나온 크래들 유닛을 나타낸 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a cradle unit in which a cover assembly of a cradle unit is opened and a cartridge unit is separated from the cradle unit.
도 4는 커버 조립체가 닫힌 상태에서 도 3의 크래들 유닛을 나타낸다.4 shows the cradle unit of FIG. 3 with the cover assembly closed.
도 5는 도 3의 카트리지 유닛을 나타낸 정면 사시도이다.5 is a front perspective view of the cartridge unit of FIG. 3.
도 6은 도 5의 카트리지 유닛을 나타낸 전개 사시도이다.6 is an exploded perspective view illustrating the cartridge unit of FIG. 5.
도 7은 도 6에 도시된 프린트헤드 조립체의 윗면을 나타낸 사시도이다.FIG. 7 is a perspective view illustrating the top of the printhead assembly shown in FIG. 6.
도 8은 도 7에 도시된 프린트헤드 조립체의 전개도이다.FIG. 8 is an exploded view of the printhead assembly shown in FIG. 7.
도 9는 도 7에 도시된 프린트헤드 조립체을 반전시킨 전개도이다.FIG. 9 is an exploded view inverting the printhead assembly shown in FIG. 7.
도 10은 도 7의 프린트헤드 조립체의 단부를 나타낸 횡단면도이다.FIG. 10 is a cross-sectional view of the end of the printhead assembly of FIG. 7. FIG.
도 11은 도 8 내지 도 10에 도시된 프린트헤드 집적회로 모듈의 를 나타낸 부분확대 사시도이다.FIG. 11 is a partially enlarged perspective view illustrating the printhead integrated circuit module illustrated in FIGS. 8 to 10.
도 12는 도 8 내지 도 10에 도시된 2개의 프린트헤드 집적회로 모듈들의 결합양상을 나타낸 부분확대 사시도이다.12 is a partially enlarged perspective view illustrating a coupling pattern of two printhead integrated circuit modules illustrated in FIGS. 8 to 10.
도 13은 도 11에 도시된 프린트헤드 집적회로를 나타낸 저면도이다.FIG. 13 is a bottom view illustrating the printhead integrated circuit of FIG. 11.
도 14는 도 13에 도시된 잉크공급채널의 횡단면을 나타낸 사시도이다.14 is a perspective view showing a cross section of the ink supply channel shown in FIG.
도 15A는 도 7의 프린트헤드 조립체 중 특히 프린트헤드 집적회로로 잉크를 공급하기 위한 잉크 트렌치들(conduits)을 나타낸 평면 투시도이다.FIG. 15A is a top perspective view of ink trenches for supplying ink, particularly of the printhead assembly of FIG. 7, to the printhead integrated circuit. FIG.
도 15B는 도 15A의 부분확대도이다.15B is an enlarged partial view of FIG. 15A.
도 16은 본 발명의 사용 중 잉크 분사를 위한 단일 노즐이 정지상태인 것을 나타낸 종단면도이다.Figure 16 is a longitudinal sectional view showing that a single nozzle for ink ejection during use of the present invention is stationary.
도 17은 도 16의 노즐이 초기 작동단계인 것을 나타낸 종단면도이다.17 is a longitudinal sectional view showing that the nozzle of FIG. 16 is in an initial operation stage.
도 18은 도 17의 노즐이 후반 작동단계인 것을 나타낸 종단면도이다.FIG. 18 is a longitudinal sectional view showing that the nozzle of FIG. 17 is in the late operation stage. FIG.
도 19는 도 18에 도시된 작동상태에서의 도 16의 노즐을 나타낸 부분 종단면 사시도이다.19 is a partial longitudinal cross-sectional perspective view of the nozzle of FIG. 16 in the operating condition shown in FIG. 18;
도 20은 잉크가 제거된 상태의 도 16의 노즐을 나타낸 종단면 사시도이다.20 is a longitudinal sectional perspective view of the nozzle of FIG. 16 with ink removed;
도 21은 도 20의 노즐을 나타낸 종단면도이다.21 is a longitudinal cross-sectional view of the nozzle of FIG. 20.
도 22는 도 17에 도시된 작동상태에서의 도 16의 노즐을 나타낸 부분 종단면 사시도이다.22 is a partial longitudinal cross-sectional perspective view of the nozzle of FIG. 16 in the operating condition shown in FIG. 17.
도 23은 도 16의 노즐을 나타낸 평면도이다.FIG. 23 is a plan view illustrating the nozzle of FIG. 16.
도 24는 명료한 표시를 위해 레버아암과 가동식 노즐이 제거된 도 16의 노즐을 나타낸 평면도이다.24 is a plan view of the nozzle of FIG. 16 with the lever arm and movable nozzle removed for clarity.
도 25는 도 16에 나타낸 형태의 노즐 배열이 다수 통합된 프린트헤드 칩의 일부를 나타낸 종단면 사시도이다.25 is a longitudinal sectional perspective view of a portion of a printhead chip incorporating a plurality of nozzle arrangements of the type shown in FIG.
도 26은 히터 엘리먼트 액츄에이터 형식을 형성하는 버블의 잉크를 분사하기 위해 단일 노즐의 잉크실을 통한 개념적 횡단면도이다.FIG. 26 is a conceptual cross sectional view through an ink chamber of a single nozzle to eject ink in bubbles forming a heater element actuator type.
도 27A 내지 도 27C는 열 굽힘(thermal bend) 액츄에이터의 기본 작동개념을 나타낸 개념도이다.27A to 27C are conceptual diagrams showing the basic operating concept of a thermal bend actuator.
도 28은 도 27에 따라 구성된 단일 잉크젯 노즐의 배열을 나타낸 3차원도이다.FIG. 28 is a three dimensional view showing the arrangement of a single ink jet nozzle constructed in accordance with FIG. 27. FIG.
도 29는 도 28에 나타낸 노즐 배열을 나타낸 배치도이다.FIG. 29 is a layout view illustrating the nozzle arrangement illustrated in FIG. 28.
본 발명의 특정형태는 이하 잉크젯프린터를 위한 프린트헤드 조립체의 구성과 관련하여 기재된다. 그렇지만, 본 발명은 어떠한 종류의 기판이라도 2장를 함께 결합하는 것과 관련하여 사용될 수 있고 또한 적어도 프린트헤드 구성이 특정 실시예로 한정되지 않음이 이해될 것이다.Certain aspects of the present invention are described below in connection with the construction of a printhead assembly for an inkjet printer. However, it will be appreciated that the present invention may be used in connection with joining two sheets of any kind of substrate and that at least the printhead configuration is not limited to a particular embodiment.
잉크젯 프린터 유닛Inkjet printer unit
도 1은 프린트엔진(프린터 케이싱 안에 가려져 있음)에 의해 인쇄되는 매체(8)를 지지하고 공급하는 매체공급 트레이(media supply tray)(3)를 구비하는 프린터유닛(2)을 나타낸다. 인쇄된 매체(8) 낱장들은 회수를 위해 프린트엔진으로부터 매체출력 트레이(4)로 이송된다. 유저 인터페이스(5)는 LCD터치 스크린이며, 사용자가 상기 프린터유닛(2)의 작동을 제어할 수 있게 한다.1 shows a
도 2는 프린터유닛(2)의 커버(7)를 열어 내부공동(6)에 위치된 프린트엔진(1)을 노출한 것을 나타낸다. 피커기구(picker mechanism)(9)는 투입트레이(3)()에 매체를 걸어 상기 프린트엔진(1)으로 개별용지를 공급한다. 상기 프린트엔진(1)은 개별용지를 파지하여, 인쇄 및 매체출력 트레이(4)(접혀 들어간 것으로 나타남)로의 순차적인 반송을 위해, 프린트헤드 조립체(아래에 상술)를 지나 공급하는 매 체 운반수단을 포함한다.2 shows that the print engine 1 located in the
프린트엔진Print engine
프린트엔진(1)은 도 3 및 도 4에 상세하게 나타나 있고 두 개의 주된 부품으로 이루어지며: 카트리지 유닛(10) 및 크래들 유닛(12)이다.The print engine 1 is shown in detail in FIGS. 3 and 4 and consists of two main parts: a
상기 카트리지 유닛(10)은 상기 크래들(12) 안에 수납이 되고 크래들 유닛에 부착된 커버 조립체(11)에 의해 위치가 고정되도록 형성되고 그러한 치수크기로 만들어진다. 상기 크래들 유닛(12)은 상술한 바와 같이 인쇄작업을 촉진하게 위해 상기 프린터유닛(2) 내에서 번갈아 설치되도록 형성된다.The
도 4는 상기 크래들 유닛(12) 내에 고정된 카트리지유닛(10)과 프린트엔진(1)이 결합된 형태와 커버 조립체(11)가 닫힌 것을 나타낸다. 상기 프린트엔진(1)은 상기 프린트유닛(2)의 유저인터페이스(5)로부터의 사용자의 입력사항에 대응한 인쇄작업과 관련된 다양한 사항들을 제어한다. 이러한 사항들에는 매체를 제어된 방식으로 상기 프린트헤드를 지나 이송하는 것과 통과하는 매체표면 상으로의 제어된 잉크의 분사를 포함한다.4 shows that the
카트리지 유닛Cartridge unit
상기 카트리지 유닛(10)은 도 5 및 도 6에 상세하게 나타나 있다. 도 6의 전개도를 참고로, 상기 카트리지 유닛(10)은 일반적으로 본체(20)와, 잉크저장모듈 조립체(ink storage module assembly)(21)와, 프린트헤드 조립체(22) 그리고, 메인 트넌스 조립체(maintenance assembly)(23)로 이루어진다.The
이러한 부분들 각각은 잉크저장수단을 잉크분사수단과 함께 결합한 일체화한 유닛을 형성하도록 함께 결합된다. 이러한 장치는 잉크가 인쇄작업을 위해 필요에 따라 직접 상기 프린트헤드 조립체(22)로 공급되도록 하고, 또한 잉크저장조립체 또는 프린트헤드 조립체 중 어느 하나 또는 양쪽을 교체되어야 할 경우, 상기 카트리지 유닛(10) 전체를 교체함으로써 용이하게 완료되도록 한다.Each of these parts is joined together to form an integrated unit in which the ink storage means is joined with the ink spraying means. Such a device allows ink to be supplied directly to the
그렇지만, 상기 프린트헤드의 작동 수명은 잉크공급에 의해 제한되지 않는다. 상기 카트리지 유닛(10)의 상면(top surface)(42)은 필요시 상기 잉크저장모듈(45)들을 충전하기 위해 잉크의 충전공급부와의 도킹을 위한 인터페이스(61)를 가진다. 상기 프린트헤드의 수명을 더 연장하게 하기 위해, 상기 카트리지 유닛은, 상기 프린트헤드를 덮어씌우고 닦아서 습하게 하는 일체형의 프린트헤드 메인트넌스 조립체(23)를 운반한다.However, the operating life of the print head is not limited by ink supply. The
프린트헤드 조립체Printhead assembly
상기 프린트헤드 조립체(22)는 도 7 내지 도 10에 더 상세하게 나타나 있으며 배출구 몰딩(outlets molding)(27)으로부터의 잉크를 수용하기 위해 본체(20)의 저면에 부착되도록 적용된다.The
상기 프린트헤드 조립체(22)는 일반적으로 기둥(post)(26)들 사이에서 상기 본체(20) 아래로 뻗도록 형성된 연장 상부부재(elongate upper member)(62)를 구비한다. 다수의 U자형 클립(63)들이 상기 상부부재(62)로부터 돌출된다. 이들 부재들 은, 상기 프린트헤드 조립체(22)를 고정하기 위해, 강성플레이트(rigid plate)(34)에 형성된 오목부(37)들을 통과하여 본체(20)에 형성된 돌기(lug)(도시하지 않음)들에 의해 파지된다.The
상기 상부요소(upper element)(62)는, 상기 프린트헤드 조립체(22)가 본체(20)에 고정될 때 상기 배출구 몰딩(27)안의 배출구들 내로 수납되는 다수의 공급튜브(feed tube)(64)들을 가진다. 상기 공급튜브(64)들은 잉크누설에 대비하여 보호하기 위해 외부로 코팅된다.The
상부부재(62)는 많은 이점이 있는 액정폴리머(liquid crystal polymer, LCP)로 만들어진다. 액정폴리머의 열팽창계수(coefficient of thermal expansion, CTE)는 실리콘의 열팽창계수와 유사하므로 몰딩(molded)될 수 있다. 상기 프린트헤드 집적회로(74)(후술됨) 및 기초적인 몰딩 간의 어떠한 중대한 차이도 전체 구조의 만곡을 초래할 수 있음이 이해될 것이다. 그렇지만 몰딩 방향에서의 LCP의 CTE는 비몰딩방향의 CTE보다 휠씬 적기 때문에(~20ppm/℃이하에 비해 ~5ppm/℃이하), LCP몰딩의 몰딩방향이 상기 프린트헤드 집적회로(IC)(74)의 길이방향 연장과 같은 방향성임이 확보되어 함에 주의가 기울여져야 한다. LCP는 또한, 통상적으로 폴리카보네이트(polycarbonates), 스티렌(styrene), 나일론(nylon), PET 그리고 폴리프로필렌(polypropylene)과 같은 보통의 플라스틱이 갖는 탄성율의 5배의 탄성율을 가지면서 상대적으로 높은 강성도를 가진다.The
도 8에 잘 도시된 바와 같이, 상부부재(62)는 접착필름(66)으로 결합되는 하부부재(65)를 수용하기 위한 개방형 채널배열을 가진다. 상기 하부부재(65)는 또한 LCP로 만들어지고 그 길이를 따라 형성된 다수의 잉크채널(67)들을 가진다. 상기 각 잉크채널(67)들은 상기 공급튜브(64)들 중 하나로부터 잉크를 수용하고 또한, 상기 프린트헤드 조립체(22)의 길이를 따라 잉크를 분배한다. 상기 채널들은 폭이 1mm이고 0.75mm두께의 벽들로 분리된다.As shown in FIG. 8, the
도시된 실시예에서, 상기 하부부재(65)는 그 길이를 따라 뻗는 5개의 채널(67)들을 가진다. 각 채널(67)은 상기 5개의 공급튜브(64)들 중 단지 하나의 공급튜브로부터 잉크를 수용하고, 다른 색상의 이크들과 섞일 위험을 줄이기 위해 상기 잉크저장모듈(45)들 중 하나(도 9를 참조)로부터 번갈아가며 잉크를 수용한다. 이에 대해, 접착필름(66)은 또한, 상기 하부부재(65)가 상기 상부부재(62)에 결합되었을 때 교차 채널의 잉크혼합을 방지하기 위해 개별 잉크채널(67)들을 씰링하는 작용을 한다.In the illustrated embodiment, the
각 채널(67)의 바닥에는, 상기 하부부재(65)의 바닥면에 5개 열의 구멍(69)들이 부여되도록, 동일간격의 구멍(69)의 열들(series)이 있다. 중간 열의 구멍(69)들은, 상기 프린트헤드IC(74)의 바로 위로, 상기 하부부재(65)의 중앙선을 따라 뻗어있다. 도 15에 잘 나타난 바와 같이, 상기 중앙열의 어느 면이든 다른 열의 구멍(69)들은 각 구멍(69)으로부터 중앙쪽으로 관로(conduit)(70)들이 필요한데 이로써 잉크가 상기 프린트헤드IC(74)로 공급될 수 있다.At the bottom of each
도 10을 참조하면, 상기 프린트헤드IC(74)는 폴리머 씰링 필름(71)으로서 상기 하부부재(65)의 하면에 설치된다. 이러한 필름에는 PET 또는 폴리설폰(polysulphone) 필름과 같은 열가소성(thermoplastic) 필름, 또는 AL 테크놀로 지(AL technologies)와 로저스 코퍼레이션(Rogers Corporation)에서 제조된 열경화성(thermoset) 필름의 형태가 있다. 상기 폴리머 씰링 필름(71)은 중앙필름의 양면에 접착제층이 구비된 박판(laminate)이며 또한 상기 하부부재(65)의 하면 위로 얇은 층으로(laminated) 된다. 도 9, 도 14 그리고 도 15에 나타낸 바와 같이,다수의 구멍(72)들이, 상기 프린트헤드IC(74)와 상기 채널(67)들 간의 유체연통을 위해, 중앙으로 배치된 잉크분배지점(구멍(69)들의 중간열 및 관로(70)들의 단부)들과 일치하게 하기 위해 레이저로 상기 접착필름(71)을 관통하여 천공된다.Referring to FIG. 10, the
상기 폴리머 씰링 필름(71)의 두께는 잉크의 씰링효과를 위해 중요하다. 도 13 및 도 15에 가장 잘 나타냈듯이, 폴리머 씰링필름은, 상기 프린트헤드IC(74)의 반대면에서의 에칭 채널(77) 그리고, 상기 필름의 다른 면에서의 관로(70)들을 씰링한다.The thickness of the
그렇지만, 상기 필름(71)이 상기 관로(70)들의 개방단부를 가로질러 씰링되면서, 필름이 또한 관로 쪽으로 부풀거나 또는 처질 수 있다. 관로(70) 쪽으로 처진 필름부분은 프린트헤드IC(74)에서 몇몇의 에칭된 채널(77)들을 가로질러 연장된다. 이러한 처짐은 상기 각 에칭된 채널(77)들을 분리하는 벽들 사이에 틈이 생기게 한다. 이는, 명백하게, 씰을 파괴하고 또한, 잉크를 프린트헤드IC(74)로부터 및/또는 에칭된 채널(77)들 사이로 새게 한다.However, as the
이를 배제하기 위해, 폴리머 씰링필름(71)은, 에칭 채널(77)들 위로 씰링이 유지되는 동안, 관로(70)로의 모든 처짐을 없앨 수 있도록 충분하게 두꺼워야 한다. 폴리머 씰링필름(71)의 최소두께는:To exclude this, the
1.처짐이 발생하게 되는 관로의 폭;1. the width of the pipeline where deflection occurs;
2.필름의 박막구조에서의 접착층들의 두께;2. thickness of the adhesive layers in the thin film structure of the film;
3.프린트헤드IC(74)가 밀어넣어질 때의 접착층의 강성도; 및,3. the rigidity of the adhesive layer when the
4.중앙 필름 박막물질의 모듈러스4. Modulus of central film thin film material
프린트헤드 조립체(22)를 위한 폴리머 씰링필름(71)의 두께는 25마이크론으로 충분한 것으로 나타난다. 그렇지만, 50, 100 또는 200마이크론에까지 두께를 늘리면 이에 상응하여 장착된 씰의 신뢰성이 증가할 것이다.The thickness of the
잉크 전달입구(ink delivery inlet)(73)들이 프린트헤드IC(74)의 앞면에 형성된다. 상기 입구(73)들은 입구들 위에 위치된 각각의 노즐 (801) (도 16 내지 도 31을 참조로 후술됨)들로 잉크를 공급한다. 모든 각각의 개별 입구(73)로 잉크를 공급하기 위해 잉크가 IC의 입구로 보내져야 한다. 따라서, 개별적인 프린트헤드IC(74) 내의 입구(73)들은 잉크 공급부의 복잡성 및 배선의 복잡성을 줄이기 위해 실제적으로 그룹화된다. 입구들은 또한 전력소모를 최소화하고 다양한 인쇄속도를 가능하게 하기 위해 논리적으로 그룹화된다.
각 프린트헤드IC(74)는 다섯개의 상이한 색상의 잉크(C, M, Y, K 및 IR)를 수용하고 인쇄하도록 구성되며 또한, 색상마다 1280개의 잉크 입구들을 포함하는데 이들 노즐들은 짝수 및 홀수 노즐들(각각 640개)로 나뉜다. 각 색상용의 짝수 및 홀수 노즐들은 프린트헤드IC(74) 상에서 상이한 열들에 설치되며 정확한1600dpi의 인쇄를 실행하도록 수직적으로 배열되는데, 이는 도 11에 명백하게 나타낸 바와 같이, 노즐들(801)이 10개의 열들로 배열되는 것을 의미한다. 노즐 열들 간의 수직거 리가 노즐들의 분사순서를 바탕으로 정해지는 한편, 단일 열에서 두개의 인접노즐(801)들 간의 수평거리가 31.75마이크론(microns)으로 되는데, 그러나 열들은 통상적으로 정확한 도트라인들의 수에 의해 분리되며, 여기에 용지가 열 분사시간 동안에 이송되는 거리에 상응하는 소량의 도트라인이 더해진다. 또한, 후술되는 바와 같이, 주어진 색상을 위한 노즐들의 짝수열들 및 홀수열들 간의 간격으로해서 잉크채널을 분배할 수 있어야 한다.Each
상기 프린트헤드IC(74)들은 프린트헤드 조립체(22)의 폭을 가로질러 수평적으로 뻗도록 배열된다. 이를 달성하기 위해, 개별적인 프린트헤드IC(74)들은, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 접착제층(71)의 표면을 가로질러 인접하는 배열에서 함께 연결된다. 프린트헤드IC(74)의 것은, 접착제층의 융해점을 초과하여 IC의 것을 가열한 다음 이것을 씰링필름(71)으로 압착하거나 이것을 필름으로 압착하기 전에 IC아래의 접착제층을 레이저로 융해함으로써, 폴리머 씰링필름(71)에 부착된다. 또 다른 옵션은, IC의 것을 상기 필름(71)으로 압착하기 전에 IC(접착제의 융해점을 초과하지 않음)와 접착제층 모두를 가열하는 것이다.The
도 13 및 도 14를 참조하면, 복수의 트렌치(85)들이 각 프린트헤드IC(74)의 이면으로 에칭된다. 이러한 트렌치들은 접착제의 프린트헤드IC(74)와의 결합을 위한 추가적인 표면적을 제공한다. 일단 필름(71)이 접착제 융해점을 초과하여 가열되면, 프린트헤드IC(74)가 필름에 압착될 때 접착제가 트렌치(85)들로 흘러든다. 접착제는, 접착제의 표면장력 및 트렌치들의 치수에 따라, 모세관작용(capillary action)에 의해 트렌치들로 이끌려가거나, 결합이 이루어지는 동안 간단히 트렌치 로 압착된다. 트렌치(85)들은, 상기 채널(77)들이 에칭됨과 동시에 웨이퍼 스테이지(wafer stage)에서 프린트헤드IC(74)의 이면으로 에칭된다.13 and 14, a plurality of
만약, 프린트헤드IC(74)가 결합에 앞서 가열되면, 프린트헤드IC가 냉각되었을 때, 트렌치들에 수용된 접착제 위로, 부분 진공이 트렌치(85)들에 형성된다. 이 부분 진공은 필름(71)에 대향하는 위치에서 프린트헤드IC(74)를 파지하는 것을 보조하며, 결합하는 동안 이러한 상태를 적절하게 정렬되어 유지한다.If the
개별적인 프린트헤드IC(74)의 길이는 대략 20~22mm이다. A4/US 문자 크기의 용지를 인쇄하기 위해 11~12개의 개별적인 프린트헤드IC(74)들이 연속적으로 함께 연결된다. 개별적인 IC(74)들의 개수는 다른 폭의 종이를 수용하도록 변경된다.The
상기 프린트헤드IC(74)들은 다양한 방법으로 함께 연결된다. 하나의 특정한 IC(74)들의 연결방법은 도 12에 나타나 있다. 이러한 배열에서, IC(74)들은, 이웃하는 IC들 사이에 수직의 오프셋 없이 그 단부에서 IC들의 수평 라인을 형성하도록 함께 연결되어 형성된다. 상기 IC들 사이에 실질적으로 45°의 각을 갖는 슬롯핑결합(sloping join)이 이루어진다. 결합단부는 직선으로 되어 있지 않고 위치정함을 돕기 위해 톱니모양의 측면을 가지며 또한, IC(74)들은 대략 11마이크론으로 간격을 두도록 되어 있고 결합단부쪽으로 정확하게 수직을 이루고 있다. 이러한 배열에서, 나머지 대부분의 잉크 분배노즐(73)들은 각 열에서 피치당 10개 라인씩 잉크방울이 떨어지며 삼각형상 배치로 배열된다. 이배열은 결합지점에서 어느 정도 노즐들 간의 오버랩을 규정하여 노즐들 간의 피치를 유지함으로써 잉크방울들이 인쇄영역을 따라 일관성 있게 보내지는 것을 확실하게 한다. 이러한 배열은 또한, 충분한 연결을 공고히 하기 위해 IC(74)의 단부에 더 많은 실리콘이 가해지는 것을 보장한다. 노즐들의 작동제어가 SoPEC기구(후반에 기재됨)에 의해 실행되는 동안에, 필요저장량에 따라, 프린트헤드에서 노즐들을 위한 보정이 실행되거나 또는 SoPEC기구에 의해 또한 실행된다. 이와 관련해서, IC(74)의 일단에 배치된 노즐들의 이격된 삼각배열은 프린트헤드 상의 최소한의 필요 저장량을 제공한다. 그렇지만, 필요저장량이 그다지 중요하지 않으며 삼각형상이외의 형태도 사용될 수 있는데, 예를 들면, 낙하된 열은 사다리꼴의 형상을 가질 수 있다.The
프린트헤드IC들의 상부표면은, 데이터 수신을 위한 수단 및/또는 SoPEC기구로부터 노즐(73)들의 작동을 제어하는 전원을 제공하도록 상부표면의 단부를 따라 설치되는 다수의 결합패드(75)들을 가진다. 접착제층(71)의 표면으로의 IC(74)의 정확한 위치고정 및 IC(74)들을 일직선상으로 나열함으로써 접착제층(71)에 형성된 구멍(72)들과 정확하게 정렬하는 것을 돕기 위해, 기준점(76)들이 또한 IC(74)들의 표면에 설치된다. 상기 기준점(76)들은 마커(marker)의 형태로 되어 있어 이웃하는 IC 및 접착제층(71)의 표면에 대해 IC(74)들의 정확한 위치를 가리키도록 하기 위해 적절한 위치잡기 기구에 의해 용이하게 확인가능하게 되며 또한, IC(74)들의 단부에, 접착제층(71)의 길이에 따라 계획적으로 위치된다.The upper surface of the printhead ICs has a plurality of
폴리머 씰링필름(71)에 형성된 구멍(72)들로부터 잉크를 수용하여 잉크입구(73)로 잉크를 분배하기 위해, 각 프린트헤드IC(74)의 저면은 도 13에 나타낸 바와 같이 구성된다. 다수의 에칭 채널(77)들이 구비되는데, 각 채널(77)은, 하나의 특정색상 또는 타입의 잉크를 공급하도록 한 쌍의 열의 입구(73)들과 유체연통된 다. 채널(77)들의 폭은 대략 80마이크론으로서, 폴리머씰링 필름(71)에 있는 구멍(72)들의 폭과 동일하며, IC(74)의 길이방향으로 뻗는다. 채널(77)들은 실리콘 벽(78)들로서 부분들로 나뉜다. 각 부분들에 잉크가 바로 공급되어 입구(73)로의 흐름경로가 단축되고, 개별 노즐(801)에서의 잉크 고갈과 같은 경우를 줄이기 위한 것이다. 이와 관련하여, 각 부분은 그 각각의 입구(73)들을 거쳐 대략 128개의 노즐(801)들을 공급한다.In order to receive ink from the
도 15B는 잉크를 노즐(73)들로 공급하기 위해 IC(74)들의 저면에 형성된 에칭 채널(77)들로 잉크가 어떻게 공급되는지가 더 명확하게 나타낸다. 도시된 바와 같이, 폴리머 씰링필름(71)을 통해 형성된 구멍(72)들은 실리콘 벽(78)이 채널(77)을 부분들로 나눈 지점에서 채널(77)들 중 하나의 채널과 일직선상에 배열된다. 구멍(72)들은 폭이 대략 80마이크론으로서 채널(77)들과 실질적으로 동일한 폭을 가지고 있어 하나의 구멍(72)은 잉크를 두 부분의 채널(77)로 공급한다. 이로써 폴리머 씰링필름(71)에 필요한 구멍(72)들의 밀도가 반감됨이 이해될 것이다.15B more clearly shows how ink is supplied to the
각 프린트헤드IC(74)들의 폴리머 씰링필름(71)으로의 결합 및 배열에 이어서, 플렉스(flex)PCB(79)(도 18에 도시됨)가 IC(74)들의 단부를 따라 결합됨으로써 제어신호 및 전원이 결합패드(75)들에 전달되어 노즐(801)들을 제어하고 작동하게 된다. 도 15에 더 상세히 나타낸 바와 같이, 상기 플렉스PCB(79)는 프린트헤드 조립체(22)로부터 뻗어나와 프린트헤드 조립체(22) 주위를 감싼다.Following coupling and arrangement of the
상기 플렉스PCB(79)는 또한, 수신된 전원과 데이터신호들을 제어하기 위해, 그 길이를 따라 배열된 복수의 디커플링 축전기(decoupling capacitor)(81)들을 가 진다. 도 8에 잘 나타낸 바와 같이 상기 플렉스PCB(79)은, 상기 크래들 유닛(12) 제어회로로부터 전원 및/또는 데이터신호들을 수신을 하기 위해, 그 길이를 따라 형성된 복수의 전기접촉부(electrical contact)(180)들을 가진다. 또한 다수의 구멍(80)들이 플렉스PCB(79)의 말단 단부를 따라 형성되어 플렉스PCB를 상기 본체(20)의 강성플레이트(34)의 플랜지부(40)로 부착하는 수단을 제공한다. 플렉스PCB(79)의 전기접촉부가 크래들유닛(12)의 전원 및 데이터 접촉부와 접촉하는 방법은 후술된다.The
도 10에 나타낸 바와 같이, 매체실드(media shield)(82)는 통과중의 매체와의 접촉으로 인해 발생하는 손상으로부터 프린트헤드IC(74)들을 보호한다. 매체실드(82)는 적절한 클립잠금기구를 통해 또는 접착제를 통해 프린트헤드IC(74)들을 거슬러 상부부재(62)에 부착된다. 이러한 방법을 부착될 때, 상기 프린트헤드IC(74)들은, 통과중인 매체의 경로를 벗어나 매체실드(82) 면 아래에 얹히게 된다.As shown in FIG. 10, a
상기 매체실드(82)와 상부부재(62) 및 하부부재(65) 사이에 형성된 스페이스(83)로 공기압축기 등으로 압축된 공기가 수용될 수 있다. 이러한 스페이스(83)가 상기 프린트헤드 조립체(22)의 길이를 따라 뻗으므로 해서, 프린트헤드 조립체(22)의 어느 단부로부터든 압축공기가 스페이스로 공급될 수 있고, 상기 조립체를 따라 균등하게 배분될 수 있다. 매체실드(82)의 내부면에 핀(84)이 연속적으로 설치되어 매체실드(82)의 길이를 따라 균등하게 배분된 다수의 공기출구들을 규정하는데 이 공기출구들을 통해 압축공기가 이동하여 프린트헤드IC(74)들을 가로질러 매체 운반방향으로 향하게 된다. 이러한 배열은, 프린트헤드IC들의 표면에 착상되 어 매체와 같이 운반되어 노즐을 막히게 하고 손상을 일으킬 수 있는 분진 및 다른 미립자 물질을 막는 작용을 한다.Air compressed by an air compressor or the like may be accommodated in the
잉크분사 노즐들Inkjet nozzles
프린트헤드IC(74)들에 적합한 타입의 잉크분사노즐기구의 예가 도 16 내지 도 25를 참조로 이하 기술된다. 도 25는 실리콘 기판(8015)에 형성된 잉크분사노즐기구(801)의 배열을 나타낸다. 각 노즐기구(801)들은 동일하지만 노즐기구(801)들의 그룹들은 상이한 색상의 잉크 또는 정착제가 공급되도록 배열된다. 이와 관련하여, 상기 노즐기구들은 열을 이루어 배열되고 각각에 대해 서로 엇갈리게 배열됨으로써, 단일 열의 노즐들인 경우에 비해 인쇄 중에 잉크도트들 간의 간격이 더 가까워지도록 하고 있다. 이러한 기구는 고밀도 노즐들, 예를 들면, 각 열에서 노즐들 간에 약 32마이크론 그리고 인접 열들간에 80마이크론의 공간여유를 각각 갖는 복수의 엇갈림 열로 배열된 5000개의 노즐 이상의 고밀도 노즐의 제공을 가능하게 한다. 다중 열들로 배열함으로써 노즐 당의 고장율을 고려하여 (필요하다면) 여분을 고려에 넣는다.An example of the ink jetting nozzle mechanism of the type suitable for the
각 노즐기구(801)는 집적회로 제조기술의 산물이다. 특히, 노즐기구(801)는 마이크로-엘렉트로 메카니컬 시스템(MEMS, micro-electromechanical system)을 규정한다.Each
명백하고 쉬운 기재를 위해, 단일 노즐기구(801)의 구조 및 작동은 도 16 내지 도 24를 참조로 기술된다.For clear and easy description, the structure and operation of the
잉크젯 프린트헤드 집적회로(74)는, 0.35마이크론이고 1 P4M 12볼트인 CMOS 마이크로 프로세싱 전장부(CMOS microprocessing electronics)를 가지는 실리콘 웨이퍼기판(8015)을 포함하여 그 위에 위치된다.The inkjet printhead integrated
이산화실리콘(silicon dioxide)(또는 대안적으로 글래스)층(8017)이 기판(8015)위에 위치된다. 상기 이산화실리콘층(8017)은 CMOS 유전체층(dielectric layer)들을 규정한다. CMOS 상위금속은 이산화실리콘층(8017)에 위치된 한 쌍의 일직선상의 알루미늄 전극 접촉층(8030)들을 규정한다. 양 실리콘 웨이퍼기판(8015) 및 이산화실리콘층(8017)은 일반적으로 (평면상에서) 원형의 횡단부를 가지는 잉크입구채널(8014)을 규정하도록 에칭된다. CMOS금속1, CMOS금속2/3 그리고 CMOS상위금속의 알루미늄 확산 방벽(diffusion barrier)(8028)이 상기 잉크입구채널(8014) 주위의 이산화실리콘층(8017)에 위치된다. 상기 확산 방벽(8028)은, 수산화이온들이 구동전장부층(8017)의 CMOS산화층들을 통해 확산되는 것을 억제하는 작용을 한다.A layer of silicon dioxide (or alternatively glass) 8017 is placed over the
질화실리콘(silicon nitride)(8031)의 층의 형태인 부동화(passivation) 층이 알루미늄접촉층(8030)들 및 이산화실리콘층(8017) 위에 위치된다. 상기 접촉층(8030)들 위에 위치된 부동화층(8031)의 각 부분은 접촉부(8030)로의 접근을 가능하게 하도록 부동화층의 각 부분 내에 규정된 개구부(8032)를 구비한다.A passivation layer in the form of a layer of
상기 노즐기구(801)는 환상의 노즐벽(8033)에 의해 규정된 노즐챔버(8029)를 포함하는데, 노즐루프(nozzle roof)(8034)의 상단부에서 그리고 평면상으로 원형인 내부노즐림(inner nozzle rim)(804)이 방사상으로 한정된다. 잉크입구채널(8014)은 노즐챔버(8029)와 유체연통된다. 가동형 림(moving rim)(8010)이 배치되는 노즐벽의 하단부에, 가동형 씰립(8040)을 포함한다. 포위형 벽(encircling wall)(8038)이 가동형 노즐을 둘러싸고 또한, 노즐이 도 19에 나타낸 바와 같이 정지상태일 때, 가동형 림(8010)에 근접하게 되는 정지형 씰립(8039)을 포함한다. 유체적인 씰(8011)이 정지형 씰립(8039)과 가동형 씰립(8040)의 사이에 갇힌 잉크의 표면장착으로 인해 유체적인 씰(fluidic seal)(8011)이 형성된다. 이러한 유체적인 씰은, 포위형 벽(8038)과 노즐벽(8033)사이에 낮은 저항의 결합을 가능케 하므로 챔버로부터 잉크의 누설을 방지한다.The
도 23에 잘 도시된 바와 같이, 다수의 방사상으로 뻗은 오목부(recess)(8035)들은 상기 노즐림(804) 주위로 루프(8034)에 규정된다. 이러한 오목부(8035)들은 잉크가 노즐림(804)을 지나 빠져나간 결과 방사상의 잉크흐름을 포함하도록 하는 역할을 한다.As best seen in FIG. 23, a number of radially extending
노즐벽(8033)은, 통상적으로 실리콘 나이트라이드(silicon nitride)의 층(8031)에 부착되는 베이스(8037)와 함께 U자형의 프로파일을 가지는 캐리어(8036)에 설치되는 레버기구의 일부를 형성한다.The
또한, 레버기구는, 노즐벽들로부터 뻗어 수평의 강성형 빔(8022)과 통합되는 레버아암(8018)을 포함한다. 레버아암(8018)은, 도 19 및 도 24에 잘 나타난 바와 같이, 티타늄 나이트라이드(TIN)로 형성되어 노즐기구의 양면에 위치된 한 쌍의 수동형 빔(passive beam)(806)들에 부착된다. 상기 수동형 빔(806)들의 타단부들이 상기 캐리어(8036)에 부착된다.The lever mechanism also includes a
또한, 레버아암(8018)은 TIN으로 형성된 액츄에이터 빔(807)에 부착된다. 상기 액츄에이터 빔으로의 부착은 상기 수동형 빔(806)으로의 부착일 때보다 더 높으면서, 적지만 그러나 중요한 거리의 지점에서 이루어진다.In addition, the
도 16 및 도 22에 잘 나타낸 바와 같이, 상기 액츄에이터 빔(807)은 실질적으로 평면상으로 U자형상이며, 전극(electrode)(809)과 상반전극(8041)사이에서의 전류경로를 규정한다. 각 전극(809)(8041)들은 접촉층(8030)에서 각각의 지점에 전기적으로 연결된다. 상기 엑츄에이터 빔은 접촉부(809)들을 통해 전기적으로 연결될 뿐만 아니라, 또한 앵커(808)로 기계적으로 고정된다. 상기 앵커(808)는, 노즐기구가 작동 중일 때, 도 19 내지 도 21 상의 왼쪽으로 액츄에이터 빔(807)의 동작을 억제하도록 구성된다.16 and 22, the
상기 액츄에이터 빔(807)의 TiN은 전도성을 가지는데, 그러나 전류가 전극(809)(8041)들 사이로 지나갈 때 자체 발열(self-heating)을 견딜 수 있는 충분히 높은 전기적 저항을 가진다. 수동형 빔(806)들을 한 전류흐름이 없으면 팽창하지 않는다.The TiN of the
사용시 정지중의 기구에는 표면장력의 영향하에서 메니스커스(meniscus)(803)를 규정하는 잉크(8013)로 채워진다. 잉크는 상기 챔버(8029) 안에서 메니스커스에 의해 보존되는데, 보통 다른 어떤 물질적 작용의 결여로 해서 누설되지 않는다.In use, the instrument at rest is filled with ink 8013 defining a
도 17에 나타낸 바와 같이, 노즐로부터 잉크를 분사하기 위해, 전류는 상기 액츄에이터 빔(807)을 통과하면서 접촉부(809)(8041)들 사이로 통과된다. 자체 저 항으로 인한 상기 빔(807)의 자체발열은 빔의 팽창을 초래한다. 액츄에이터 빔(807)의 치수 및 디자인은, 도 16 내지 도 18에 관련하여, 대부분의 평창이 수평방향으로 이루어짐을 의미한다. 앵커(808)에 의해 왼쪽방향으로는 이러한 팽창이 억제되므로 레버아암(8018)에 인접한 엑츄에이터 빔(807)의 단부는 오른쪽으로 밀려나간다.As shown in Fig. 17, in order to eject ink from the nozzle, a current is passed between the
수동형 빔(806)들을 상대적으로 수평인 고정을 행하는 것은 레버아암(8018)의 더 많은 수평이동의 허용을 방지한다. 그렇지만, 수동형 빔들과 엑츄에이터 빔의 연결지점들을 각각 레버아암으로 상대적인 교체를 행하는 것은 레버아암(8018)을 일반적으로 하방으로 움직이게 하는 트위스팅 이동을 초래한다. 이러한 이동은 피봇팅 또는 힌지 작동(hinging motion)에 효과적이다. 그렇지만, 정확한 피봇지점이 결여되었다는 것은 수동형 빔(806)들의 굽힘에 의해 규정된 피봇영역 주위로 선회한다는 것을 의미한다.Performing a relatively horizontal fixation of the
레버아암(8018)의 하향작동( 및 근소한 회전)은, 수동형 빔(806)들로부터의 노즐벽의 거리에 의해 크게 된다. 노즐 벽들 및 루프의 하방이동은 챔버(8029)내에서의 압력증가를 유발하여, 도 17에 나타낸 바와 같이, 메니스커스를 돌출하게 한다. 잉크의 표면장력이, 잉크의 누출없이, 이러한 작동에 의해 신축되는 유체씰(8011)을 의미한다는 것이 이해될 것이다.The downward actuation (and slight rotation) of the
도 18에 나타낸 바와 같이, 적절한 시간에, 구동전류가 차단되어 엑츄에이터 빔(807)은 신속하게 냉각되어 수축한다. 이러한 수축은 레버아암의 정지위치로의 복귀개시를 유발하여, 상기 챔버(8029)에서의 압력감소를 교대로 일으킨다. 잉크 돌출의 탄력(momentum)과 원래 가진 표면장력의 상호작용 그리고, 노즐챔버(8029)의 상향이동으로 유발된 부압이, 잉크방울(802)을 인쇄매체에 인접하여 접촉할 때까지 상향으로 연속되게 규정하도록 돌출 중인 메니스커스의 시닝(thinning) 그리고, 궁극적으로 스냅핑을 유발한다.As shown in Fig. 18, at an appropriate time, the drive current is cut off, and the
상기 방울(802)이 분리된 직후, 메니스커스(803)는 도 18에 나타낸 오목형상을 형성한다. 표면장력은 챔버(8029)에서의 압력을 유발하여, 잉크가 상기 입구(8014)을 통해 상방으로 흡수될 때까지, 상대적으로 낮게 남기는데, 이로써 노즐기구 및 잉크를 도 16에 도시된 정지상황으로 복귀하게 한다.Immediately after the
이하, 상기 프린트헤드IC(74)들에 적합한 프린트헤드 노즐기구의 또다른 타입이 도 26을 참조로 기술된다. 다시한번, 명료하고 편이적인 기술을 위해, 단일 노즐기구(1001)의 구조 및 작동에 대해 기술된다.Hereinafter, another type of printhead nozzle mechanism suitable for the
상기 노즐기구(1001)는, 그 안에 노즐을 가진 노즐플레이트와, 노즐림(1004)을 가지는 노즐 그리고, 상기 노즐플레이트를 통해 뻗는 간극(aperture)(1005)으로 이루어지며 버블을 형성하는 히터 엘리먼트 엑츄에이터 타입이다. 노즐플레이트(1002)는, 화학적 증기증착(CVD, chemical vapour deposition)을 거쳐, 그 후에 에칭되어 제거될 물질 위에 증착된 실리콘 나이트라이드 구조로부터 에칭된 플라즈마이다.The
상기 노즐기구는, 각 노즐(1003)에 대하여, 노즐플레이트가 지지되는 측벽(1006)들과, 상기 벽들과 노즐플레이트(1002)로 규정되는 챔버(1007)와, 다층기판과, 상기 다층기판을 통해 기판의 먼쪽의 면으로 뻗는 입구통로(inlet passage)(1009)를 포함한다. 루프형의 연장히터 엘리먼트(1010)는 챔버(1007)내에 매달리게 됨으로써 상기 엘리먼트는 부유형 빔(suspended beam)의 형태를 가지게 된다. 도시된 노즐기구는 리소그래픽 공정에 의해 형성된 마이크로 엘렉트로 메카니컬 시스템(MEMS) 구조이다The nozzle mechanism includes, for each
상기 노즐기구가 사용 중일 때 저장조(도시하지 않음)로부터의 잉크(1011)가 입구통로(1009)를 거쳐 챔버(1007)로 들어가고 이로써 챔버가 채워진다. 그런 다음, 상기 히터엘리먼트(1010)는 대략 1마이크로초(백만분의 일초)보다 짧은 시간 동안 가열됨으로써 가열은 열적 펄스(thermal pulse)형태로 된다. 상기 히터엘리먼트(1010)는 챔버(1007)에서 잉크(1011)와 열적으로 접촉함으로써 엘리먼트가 가열될 때 이것이 잉크 내에 증기버블의 발생을 유발하는 것이 이해될 것이다. 따라서, 상기 잉크(1011)는 버블을 형성하는 액체로 이루어진다.When the nozzle mechanism is in use,
상기 버블(1012)은 일단 생성되면 챔버(1007)내에 압력상승을 유발하여 이것이 교대로 노즐(1003)을 통해 잉크액적(1016)의 분사를 유발한다. 상기 림(1004)은 분사되는 액적(1016)의 방향성을 보조하는 액적이 잘못된 방향으로 분사되는 것을 최소화하기 위한 것이다.Once generated, the
입구통로(1009)마다 노즐(1003) 및 챔버(1007)가 단 하나만 있는 이유는, 상기 엘리먼트(1010)의 가열과 버블(1012)의 형성에 있어, 챔버 내에서 생성된 압력파가 인접 챔버들과 챔버들에 대응하는 노즐들에 영향을 끼지지 않도록 하기 위함이다.The reason that there is only one
챔버(1007) 내에서의 압력상승은 잉크(1011)를 노즐(1003)을 통해 밖으로 밀 어낼 뿐만 아니라, 일부의 잉크를 상기 입구통로(1009)를 통해 후방으로 밀어나기도 한다. 그렇지만, 상기 입구통로(1009)는 길이가 대략 200 내지 300 마이크론이고 또한 직경이 대략 16마이크론일 뿐이다. 그러므로 실질적인 점성저항(viscous drag)이 있다. 결과적으로, 챔버에서의 압력상승의 주된 효과는, 잉크가 입구통로(1003)를 통해 후방으로 밀리기보다 오히려 노즐(1003)을 통해 분무 액적(1016)으로서 밖으로 방출되는 것이다.The pressure rise in the
도 26에 도시된 바와 같이, 분사되는 중인 잉크액적(1016)은 액적이 분리되기 전인 분사 중에 네킹형상(necking phase)이 나타난다. 버블(1012)은 이 단계에서 이미 최대크기에 도달하고 그리고나서 붕괴지점(point of collapse)(1017)을 향해 붕괴가 개시된다.As shown in Fig. 26, the
붕괴지점(1017)을 향한 버블(1012)의 붕괴는 일부 잉크(1011)의 (그 액적의 측면(1018)으로부터) 노즐(1003) 내에서의 인출을 유발하고, 또한 일부가 입구통로(1009)로부터 붕괴지점 쪽으로 인출되는 것을 유발한다. 이런 방식으로 인출된 대부분의 잉크(1011)는 노즐(1003)로부터 인출되어 분리되기 앞서 액적(1016)의 베이스에서 원환의 목부분(annular neck)(1019)을 형성한다.The collapse of the
상기 액적(1016)은 분리되기 위해서는 표면장력을 극복할 수 있는 일정량의 탄력이 필요하다. 잉크(1011)가 버블(1012)의 붕괴에 의해 노즐(1003)로부터 인출되면서 액적을 유지하는 총 표면장력의 양을 줄이는 것으로써 상기 네킹(1019)의 직경은 줄어들고 그로써, 액적은, 액적이 노즐 밖으로 분사되면서 분리되기에 충분하게 탄력을 가진다.The
액적(1016)이 분리될 때 버블(1012)이 붕괴지점(1017)으로 붕괴되면서, 화살표(1020)들의 방향으로 반향되어 캐비테이션 작용력(cavitation force)들이 유발된다. 캐비테이션이 효력을 가지는 붕괴지점(1017) 부근에는 견고한 면이 없음을 알게 된다.
이제, 프린트헤드IC들에 적합한 프린트헤드 노즐기구의 또다른 타입이 도 27 내지 도 29를 참조하여 기재될 것이다. 이 타입은 통상적으로 잉크를 포함하는 노즐챔버와, 상기 챔버 내에 위치된 패들(paddle)에 연결된 열적 굽힘 엑츄에이터(thermal bend actuator)를 가지는 잉크분사 노즐기구를 제공한다. 열적 엑츄에이터 기기는 잉크를 노즐챔버로부터 분사하기 위해 활성화된다. 이 바람직한 실시예에서는, 전도 선도에 전도 가열을 제공하기 위해 일련의 테어퍼부(tapered portion)들을 포함하는 특색적인 열적 굽힘 엑츄에이터를 포함한다. 상기 엑츄에이터는, 노즐챔버의 슬롯형성 벽(slotted wall)을 통해 수용된 아암을 거쳐 패들에 연결된다. 엑츄에이터 아암은, 상기 노즐챔버 벽의 슬롯 면에 실질적으로 맞추기 위한 맞춤형태를 가진다.Now, another type of printhead nozzle mechanism suitable for printhead ICs will be described with reference to FIGS. 27 to 29. This type typically provides an ink jet nozzle mechanism having a nozzle chamber containing ink and a thermal bend actuator connected to a paddle located within the chamber. The thermal actuator device is activated to eject ink from the nozzle chamber. This preferred embodiment includes a characteristic thermal bending actuator that includes a series of tapered portions to provide conductive heating to the conductive diagram. The actuator is connected to the paddle via an arm received through a slotted wall of the nozzle chamber. The actuator arm has a fitting to substantially fit the slot face of the nozzle chamber wall.
서두에서 도 27(a) 내지 도 27(c)로 돌아가면, 본 실시예의 노즐기구의 기본동작에 대한 도해적인 설명이 제공된다. 노즐챔버(501)는 잉크입구채널(503)을 통하여 잉크로 채워지는데, 잉크입구채널은 노즐챔버(501)가 놓이는 웨이퍼기판을 관통하여 에칭될 수 있다. 더욱이, 상기 노즐챔버(501)는 잉크 메니스커스가 그 둘레에 형성되는 잉크분사포트를 포함한다.Returning to Figures 27 (a) to 27 (c) at the outset, a schematic description of the basic operation of the nozzle mechanism of this embodiment is provided. The
상기 노즐챔버(501)의 안쪽에는, 상기 노즐챔버(501) 벽 상의 슬롯을 통해 엑츄에이터로 서로 연결되는 패들타입기구(507)가 있다. 상기 엑츄에이터(508)는, 기둥(post)(510)의 단부에 인접하여 위치된 예를 들면 도면부호 509번과 같은 히터수단을 포함한다. 상기 기둥(510)은 기판에 고정된다.Inside the
상기 노즐챔버(501)로부터 액적이 분사되어야 할 때, 도 27(b)에 도시된 바와 같이, 열적팽창을 견디기 위해 히터수단(509)이 가열된다. 바람직하게는, 상기 히터수단(509) 자체 또는 엑츄에이터의 다른 부분은 다음 식으로 정의된 굽힘효율이 높은 물질로 만들어진다.When droplets are to be ejected from the
굽힘효율 = {영율 X (열팽창계수)} / {밀도 X 특정 열용량}Bending efficiency = {Young's modulus X (Coefficient of thermal expansion)} / {density X specific heat capacity}
히터 엘리먼트로서 적합한 물질은 글래스재질을 굽히기 위해 형성되는 동과 니켈의 합금이다.Suitable materials as heater elements are alloys of copper and nickel which are formed to bend the glass material.
히터수단(509)은, 완벽하게는, 상기 기둥(510)의 단부 부근에 위치되어 패들 단부(507)에서의 활성화작용을 극대화함으로써 기둥(510) 근처에서의 적은 열팽창으로도 패들 단부가 많이 이동되도록 한다.The heater means 509 is perfectly located near the end of the
히터수단(509)과 필연적으로 따른 패들운동이, 도 27(b)에 도시된 바와 같이, 급속히 팽창하는 잉크 메니스커스(505)의 주위로 일반적인 압력증가를 유발한다. 히터 전류는 펄스로 되어 잉크가 잉크채널(503)로부터의 흐름에 부가하여 포트(504) 밖으로 분사된다.The paddle movement inevitably following the heater means 509 causes a general pressure increase around the rapidly expanding
이어서, 상기 패들(507)은 비활성화되어 다시 정지상태로 돌아간다. 이러한 비활성화는 일반적으로 잉크의 노즐챔버로의 역류를 유발한다. 노즐림 밖으로의 잉크의 전방 탄력(forward momentum) 그리고, 이에 대응하는 역류는, 일반적으로 인 쇄매체로 이어지는 액적(512)의 네킹과 분리를 일으킨다. 붕괴된 메니스커스(505)는 잉크유동채널(503)을 거쳐 노즐챔버(502)로의 일반적인 잉크의 흡수작용을 일으킨다. 때 맞추어 노즐챔버는 재충전되어 도 27(a)에서의 위치에 도달되고 이어서 상기 노즐챔버는 다른 잉크액적의 분사에 대비한다.The
도 28은 노즐기구의 측면 사시도를 도시한다. 도 29는 도 28의 노즐기구의 배열을 부분 투시도로 도시한 것이다. 이러한 형태에서, 앞서 소개된 요소들의 넘버링은 유지된다.28 shows a side perspective view of the nozzle mechanism. FIG. 29 shows a partial perspective view of the arrangement of the nozzle mechanism of FIG. 28. In this form, the numbering of the elements introduced above is maintained.
우선, 상기 엑츄에이터(508)은, 티타늄 나이트라이드층(517)의 상부에 형성된 상부 글래스부(비결정질의 이산화실리콘(amorphous silicon dioxide))(516)으로 이루어진, 예를 들면, 도면부호 515번과 같은 일련의 테이퍼형 엑츄에이터 유닛을 포함한다. 대안적으로 더 높은 굽힘효율을 가진 동과 니켈의 합금층(이하 백동이라 함)이 사용될 수 있다.First, the
티타늄 나이트라이드층(517)은 테이퍼 형상인데, 이로써 상기 기둥(510)의 단부 부근에서 저항성의 가열이 일어나게 된다. 인접 티타늄 나이트라이드/글래스부(515)는 블록부(519)로 서로 연결되는데, 블록부는 또한 상기 엑츄에이터(508)를 위해 기계적인 구조적 지지를 제공한다. The
상기 히터수단(509)은, 원칙적으로, 다수의 테이퍼형 엑츄에이터 유닛(515)를 포함하는데, 엑츄에이터 유닛은 연장되고 이격되어, 가열시에 엑츄에이터(508)의 축을 따라 나타나는 굽힘력이 최대로 된다. 슬롯들은 인접한 테이퍼형 유닛(515)들 사이로 규정되어, 인접한 엑츄에이터(508)들에 대한 각 엑츄에이터(508) 의 약간의 차동적인 작동을 허용한다.The heater means 509, in principle, comprises a plurality of tapered
상기 블록부(519)는 아암(520)에 서로 연결된다. 상기 아암(520)은, 노즐챔버(501)의 측부에 형성된 예를 들면 도면부호 522번과 같은 슬롯에 의해 노즐챔버(501) 안쪽의 패들(507)에 교대로 서로 연결된다. 상기 슬롯(522)은 일반적으로, 아암(520)의 주위로 잉크가 유출될 여지를 최소화하기 위해 아암(520)의 표면과 일치하도록 설계된다. 잉크는 일반적으로, 슬롯(522) 주위의 표면장력효과에 의하여 노즐챔버(501) 내에 수용된다.The
상기 아암(520)을 활성화하고자 할 때에는, 전도성 전류가 티타늄 나이트라이드층(517)을 통해, 노즐기구에 필요한 전원과 제어회로를 제공하는 하부 CMOS층(506)으로 연결하는 블록부(519) 내로 통과된다. 전도성 전류는 상기 기둥(510)에 인접한 나이트라이드층(517)을 가열하여 상기 아암(20)을 보통 상향으로 굽게 하고 그에 따라 잉크가 노즐 밖으로 분사되도록 한다. 분사된 액적은, 전술한 바와 같이, 통상적인 잉크젯프린터의 인쇄방식으로 용지 위에 인쇄된다.When the
노즐기구의 배열은, 단일 프린트헤드를 안출하기 위해 형성된다. 예를 들면, 도 29에, 프린트헤드의 배열을 형성하기 위해 삽입된 라인에 배정된 다중의 잉크분사 노즐기구로 이루어진 다양한 배열들이 부분단면도에 도시되어 있다. 물론, 다른 타입의 배열들은 총천연색의 배열 등을 포함하면서 체계화될 수 있다.An array of nozzle mechanisms is formed to draw out a single printhead. For example, in FIG. 29, various arrangements of multiple ink jet nozzle mechanisms assigned to inserted lines to form an array of printheads are shown in a partial cross-sectional view. Of course, other types of arrays can be organized, including full natural arrays and the like.
상술된 프린트헤드 시스템의 구성은, 그 내용이 상호참조로 전부 통합되고 본 출원인이 “이미지 생성 방법 및 장치(IJ41)”라고 명칭을 붙힌 미국특허 US6,243,113에 제시된 바와 같은 단계의 적절한 모델화를 통해 표준 MEMS기술의 실 용화로 진행할 수 있다.The configuration of the above-described printhead system is achieved through appropriate modeling of the steps as set forth in US Pat. No. 6,243,113, the contents of which are incorporated by reference in their entirety and the applicant has named "Image Generation Method and Apparatus (IJ41)". Proceed to the implementation of standard MEMS technology.
집적회로(74)들은, 집적회로들의 길이 그리고 요구되는 인쇄속성에 의거하여, 집적회로의 표면을 따라 배열되는 상술한 잉크분사노즐이 5000 내지 100,000개로 구비되어 배열된다. 예를 들면, 폭이 좁은 매체용으로 소정의 인쇄성과를 달성하기 위해, 단 5000개의 노즐만 프린트헤드 조립체의 표면을 따라 배열하는 것이 가능하고, 이에 반해 더 넓은 폭의 매체용으로 소정의 인쇄성과를 달성하기 위해서는, 최소 10,000개, 20,000개 또는 50,000개의 노즐들이 프린트헤드 조립체의 길이를 따라 설치될 필요가 있다. A4 또는 US용지 사이즈의 매체에 1600dpi 또는 1600dpi에 가까운 총천연색 사진품질의 이미지들을 위해서는, 상기 집적회로(74)들은 색상마다 13824개의 노즐을 가진다. 그러므로, 프린트헤드 조립체(22)가 4개 색상들(C, M, Y, K)로 인쇄가 가능한 경우에는 상기 집적회로(74)들은 그 표면을 따라 대략 53396개의 노즐들이 배치된다. 더욱이, 프린트헤드 조립체(22)가 6개의 인쇄유체들(C, M, Y, K, IR 및 정착제)의 인쇄가 가능한 경우에는 상기 집적회로(74)들의 표면에 82944개의 노즐들이 설치되게 된다. 이러한 모든 기구들에서, 각 노즐을 지지하는 전기장치들은 동일하다.The
이와 같이 본 발명은 예시가능한 실시예에 관하여 도시되고 기재되었지만, 본 발명의 범위 및 기술사상을 일탈하지 않고 이 분야의 숙련자에 의해 다양하고 용이한 변경이 가능함은 명백하다. 따라서, 여기에 부가된 청구항의 기술범위는 여기에 설명된 기재로 한정되는 것을 이해되어서는 안되고 오히려 넓게 해석되어야 한다.As such, while the invention has been shown and described with respect to illustrative embodiments, it is evident that various and easy modifications are possible by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention. Accordingly, the technical scope of the claims appended hereto should not be understood as being limited to the description set forth herein, but rather should be construed broadly.
Claims (90)
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---|---|---|---|
KR1020077022070A KR20070116023A (en) | 2007-09-27 | 2005-02-28 | Method of bonding substrates |
Applications Claiming Priority (1)
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2005
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