KR20120031499A

KR20120031499A - 배면의 전기접속부를 갖는 잉크젯 프린트헤드 조립체

Info

Publication number: KR20120031499A
Application number: KR1020127000846A
Authority: KR
Inventors: 그레고리 존 매카보이; 로난 패드레익 신 오'라일리; 데이비드 맥러드 존스톤; 키아 실버브룩
Original assignee: 실버브룩 리서치 피티와이 리미티드
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2012-04-03
Also published as: EP2496419B1; JP5475116B2; EP2496419A4; SG176568A1; KR101444560B1; CN102470671A; CN102470671B; EP2496419A1; JP2012529384A; WO2011011807A1

Abstract

잉크 공급 다기관과 프린트헤드 집적회로 및 이 프린트헤드 집적회로의 구동 회로에 전력을 공급하기 위한 커넥터 필름을 구비하는 잉크젯 프린트헤드 조립체가 개시된다. 각 프린트헤드 집적회로는 구동 회로와 잉크젯 노즐 조립체들을 구비하는 정면과, 잉크 공급 다기관에 부착된 배면과, 배면 및 잉크젯 노즐 조립체들 사이의 유체 연통을 제공하는 잉크 공급 채널을 갖는다. 커넥터 필름의 연결단부는 잉크 공급 다기관의 일부와 프린트헤드 집적회로 사이에 협지된다.

Description

배면의 전기접속부를 갖는 잉크젯 프린트헤드 조립체 {INKJET PRINTHEAD ASSEMBLY HAVING BACKSIDE ELECTRICAL CONNECTION}

본 발명은 프린터, 특히 잉크젯 프린터에 관한 것이다. 본 발명은 프린트헤드의 유지보수가 용이하도록 프린트헤드 집적회로의 개선된 장착을 제공하기 위하여 주로 개발된 것이다.

본 출원인은 페이지폭 잉크젯 프린트헤드들이 페이지의 폭을 따라서 끝끼리 당접해 있는 복수의 프린트헤드 집적회로("칩")들을 사용하여 구성될 수 있음을 밝힌 바 있다. 이렇게 프린트헤드 집적회로를 배치하면 많은 장점(예를 들어 종이 공급 방향으로 프린트 영역의 폭을 최소화시킴)을 가지고 있음에도, 각 프린트헤드 집적회로는 이 각각의 집적회로에 전력과 데이터를 공급하는 다른 프린터 전자부품들에 여전히 연결되어야만 한다.

지금까지, 본 출원인은 각 프린트헤드 집적회로 상의 본드 패드들을 플렉스(flex) PCB에 와이어 본딩함으로써 프린트헤드 집적회로가 외부의 전력/데이터 공급부에 어떻게 연결될 수 있는지를 설명한 바 있다(예를 들어 US7,441, 865를 참조할 것). 그러나, 와이어본드들은 프린트헤드의 잉크 사출면으로터 돌출하고, 이에 따라 프린트 유지보수와 프린트 품질 양자에 유해한 영향을 미친다.

프린트헤드 집적회로들이 이처럼 프린트 유지부수 및/또는 프린트 품질에 영향을 미치는 접속없이 외부의 전력/데이터 공급장치에 연결되는 프린트헤드 조립체를 제공하는 것이 요구된다.

따라서, 제1 태양에서, 잉크 공급 다기관;과, 각기, 구동 회로와 복수의 잉크젯 노즐 조립체를 구비하는 정면과, 상기 잉크 공급 다기관에 부착된 배면과, 상기 배면 및 상기 잉크젯 노즐 조립체들 사이의 유체 연통을 제공하기 위한 적어도 하나의 잉크 공급 채널을 갖는 하나 이상의 프린트헤드 집적회로; 및 상기 구동 회로에 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 커넥터 필름;을 구비하고, 상기 커넥터 필름의 연결단부는 상기 잉크 공급 다기관의 적어도 일부와 상기 하나 이상의 프린트헤드 집적회로 사이에 협지되는, 잉크젯 프린트헤드 조립체가 제공된다.

본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드 조립체들은 프린트헤드에 전기 접속을 수용하면서 프린트헤드 집적회로를 잉크공급 다기관에 부착하는 편리한 수단을 제공한다. 또한, 프린트헤드의정면은 그 전체를 따라서 완전히 평탄하다.

옵션으로, 커넥터 필름은 복수의 도전성 트랙을 갖는 유연한 폴리머 필름을 구비한다.

옵션으로, 커넥터 필름은 테이프 자동 접합(TAB) 필름이다.

옵션으로, 배면은 커넥터 필름을 수용하기 하기 위한 오목부를 갖는다.

옵션으로, 오목부는 각 프린트헤드 집적회로의 길이방향 에지 영역을 따라서 형성된다.

옵션으로, 복수의 쓰루-실리콘 커넥터는 구동회로와 커넥터 필름의 연결단부 사이의 전기적 접속을 제공한다.

옵션으로, 각 쓰루-실리콘 커넥터는 정면으로부터 배면쪽으로 직선으로 뻗어있다.

옵션으로, 각 쓰루-실리콘 커넥터는 배면쪽으로 테이퍼져 있다.

옵션으로, 각 쓰루-실리콘 커넥터는 구리로 이루어진다.

옵션으로, 각 프린트헤드 집적회로는, 실리콘 기판;과, 구동회로를 구비하는 적어도 하나의 CMOS층; 및 잉크젯 노즐 조립체들을 구비하는 MEMS층;을 구비하고, CMOS층은 실리콘 기판과 MEMS층 사이에 위치된다.

옵션으로, 각 쓰루-실리콘 커넥터는 CMOS층을 통해 그리고 상기 배면쪽으로 상기 MEMS층의 콘택트 패드로부터 직선으로 뻗어있고, 상기 콘택트 패드는 상기 CMOS층에 전기적으로 접속된다.

옵션으로, 프린트헤드 조립체는 콘택트 패드와 상기 CMOS층 사이에서 직선으로 뻗어있는 하나 이상의 도체 기둥부를 구비한다.

옵션으로, 각 쓰루-실리콘 커넥터는 상기 CMOS층으로부터 전기적으로 절연된다.

옵션으로, 각 쓰루-실리콘 커넥터는 절연막을 구비하는 바깥쪽 측벽들을 갖는다.

옵션으로, 상기 바깥쪽 측벽들은 상기 절연막과 그리고 상기 쓰루-실리콘 커넥터의 도전성 코어(core) 사이에 확산저지층을 구비한다.

옵션으로, 각 쓰루-실리콘 커넥터는 상기 필름의 연결단부에 솔더로 연된다.

옵션으로, 상기 필름은 상기 복수의 프린트헤드 집적회로와 함께 상기 잉크 공급 다기관에 접합된다.

옵션으로, 상기 복수의 프린트헤드 집적회로는 페이지폭 프린트헤드 조립체를 제공하기 위하여 끝끼리 당접한(end-on-end butting) 배치로 위치된다.

옵션으로, 상기 프린트헤드의 정면은 평탄하고 어떠한 와이어본딩 연결부로부터 자유롭다.

옵션으로, 상기 정면은 소수성 폴리머층으로 코팅된다.

제2 태양에서, 구동 회로와 복수의 잉크젯 노즐 조립체를 구비하는 정면;과, 잉크 공급 다기관에 부착된 배면; 및 상기 배면 및 상기 잉크젯 노즐 조립체들 사이의 유체 연통을 제공하기 위한 적어도 하나의 잉크 공급 채널을 가지며, 상기 배면은 구동회로에 전력을 공급하는 커넥터 필름 중 적어도 일부를 수용하는 오목부를 갖는 프린트 헤드 집적회로가 제공된다.

옵션으로, 커넥터 필름의 연결단부는 배면이 상기 잉크공급 다기관에 부착될 때 상기 잉크 공급 다기관의 적어도 일부와 프린트헤드 집적회로 사이에 협지된다.

옵션으로, 오목부는 프린트헤드 집적회로의 길이방향 에지 영역을 따라서 형성된다.

옵션으로, 오목부는 복수의 집적회로 접촉부를 구비하고, 각 집적회로는 구동회로에 연결된다.

옵션으로, 커넥터 필름은 테이프 자동 접합(TAB) 필름이며, 여기에서 상기 집적회로 접촉부는 TAB 필름의 대응하는 접촉부에 연결하도록 위치된다.

옵션으로, 복수의 쓰루-실리콘 커넥터는 정면으로부터 배면쪽으로 직선으로 뻗어있고, 각 쓰루-실리콘 커넥터는 구동회로와 그리고 대응하는 집적회로 접촉부 사이에 전기적 접속을 제공한다.

옵션으로, 각 집적회로 접촉부는 각각의 쓰루-실리콘 커넥터의 단부에 의해 규정된다.

옵션으로, 배면은 프린트헤드 집적회로를 따라서 길이방향으로 뻗어있는 복수의 잉크 공급 채널을 가지며, 각 잉크 공급 채널은 잉크공급 다기관으로부터 잉크를 받아들이기 위한 하나 이상의 잉크 입구를 규정한다. 옵션으로, 각 잉크공급 채널은 잉크를 복수의 정면 입구로 공급한다. 옵션으로, 각 정면 입구는 잉크를 하나 이상의 잉크젯 노즐 조립체로 공급한다.

옵션으로, 각 잉크공급 체널은 오목부의 깊이에 대응하는 깊이를 갖는다.

제3 태양에서, 정면과 배면을 규정하는 실리콘 기판;과, 상기 정면에 위치된 복수의 잉크젯 노즐 조립체;와, 잉크젯 노즐 조립체에 전력을 공급하기 위한 구동회로; 및 정면으로부터 배면쪽으로 뻗어있고, 구동회로와 하나 이상의 대응하는 집적회로 접촉부 사이에 전기적 접속을 제공하는 하나 이상의 쓰루-실리콘 커넥터;를 구비하고, 집적회로 접촉부는 구동회로에 전력을 공급하는 배면장착된 커넥터 필름에 연결되도록 위치되는, 프린트헤드 집적회로가 제공된다.

제4 태양에서, 하나 이상의 프린트헤드 집적회로를 제공하는 단계로서, 각ㅍ프린트헤드 집적회로는 구동회로와 복수의 잉크젯 노즐 조립체들을 구비하는 정면과 하나 이상의 잉크 입구와 그리고 오목 에지부를 갖는 배면과 집적회로를 관통하여 뻗어있는 하나 이상의 커넥터를 가지면, 각 커넥터는 오목 에지부에서 기저부와 구동회로에 연결된 헤드를 갖는, 하나 이상의 프린트헤드 집적회로를 제공하는 단계;와, 상기 적어도 하나의 프린트헤드 집적회로의 오목에지부에서 케넥터 필름의 연결단부를 위치시키는 단계로서, 상기 커넥터 필름은 복수의 도전성 트랙을 구비하고, 각 도전성 트랙은 연결단부에서 각각의 필름 접촉부를 갖는, 케넥터 필름의 연결단부를 위치시키는 단계;와, 대응하는 커넥터의 기저부에 각 필름 접촉부를 연결시키는 단계; 및 배면의 전기접속부를 갖는 잉크젯 프린트헤드 조립체를 제공하도록 하기 위하여 잉크공급 다기관에 커넥터 필름과 함께 각 프린트헤드 집적회로의 배면을 부착시키는 단계;를 구비하는, 배면 전기 접속부들을 갖는 잉크젯 프린트헤드 조립체를 제조하는 방법이 제공된다.

옵션으로, 상기 부착시키는 단계는 잉크 공급 다기관의 일부와 하나 이상의 프린트헤드 집적회로 사이에서 커넥터 필름의 연결단부를 협지시킨다.

옵션으로, 상기 필름은 테이프 자동 접합(TAB) 필름이다.

옵션으로, 상기 연결시키는 단계는 그 대응하는 커넥터의 기저부에 각 필름 접촉부를 솔더링하는 것을 구비한다.

옵션으로, 상기 부착시키는 단계는 접착성 필름을 사용하여 수행된다.

옵션으로, 상기 접착성 필름은 그 안에 규정된 복수의 잉크공급 개구들을 갖는다,

옵션으로, 상기 부착시키는 단계는 각 잉크공급 개구가 잉크 입구와 정렬되도록 접착성 필름으로 각 프린트헤드 집적회로를 정렬시키는 단계와, 프린트헤드 집적회로를 접착성 필름의 일측에 접합하는 단계와, 필름의 반대쪽을 잉크공급 다기관에 접합하는 단계를 구비한다.

옵션으로, 상기 연결시키는 단계에서, 각 프린트헤드 집적회로는 각각의 커넥터 필름에 연결된다.

옵션으로, 상기 연결시키는 단계에서, 복수의 프린트헤드 집적회로는 동일한 커넥터 필름에 연결된다.

옵션으로, 복수의 프린트헤드 집적회로는 페이지폭 프린트헤드 조립체를 제공하기 위하여 끝끼리 당접하는 배치로 잉크공급 다기관에 부착된다.

제5 태양에서, 웨이퍼의 정면에 복수의 부분 제조된 노즐 조립체와 웨이퍼의 배면을 향하여 정면으로부터 뻗어있는 하나 이상의 쓰루-실리콘 커넥터를 구비하는 웨이퍼를 제공하는 단계;와, 각 쓰루-실리콘 커넥터의 헤드 위에 정면 콘택트 패드와 각 노즐 조립체를 위한 액츄에이터를 수반하여 형성하도록 하기 위하여 웨이퍼의 정면에 도전층을 적층하고 에칭하는 단계로서, 상기 정면 콘택트 패드는 쓰루-실리콘 커넥터를 웨이퍼의 구동회로에 연결시키는, 적층하고 에칭하는 단계;와, 노즐 조립체들과 이 노즐 조립체들을 위한 잉크공급 채널들 및 쓰루-실리콘 커넥터들의 형성을 완료시키기 위하여 MEMS 공정단계들을 더 수행하는 단계; 및 웨이퍼를 복수의 개별적인 프린트헤드 집적회로로 분할하는 단계로서, 각 프린트헤드 집적회로는 상기 쓰루-실리콘 커넥터 및 상기 콘택트 패드를 통해 구동회로에 배면접속되도록 구성되는 분할하는 단계;를 구비하는 배면 전기접속을 위한 프린트헤드 직접회로를 제조하는 방법이 제공된다.

옵션으로, 도전성 재료는 티타늄 질화물, 티타늄 알루미늄 질화물, 티타늄, 알루미늄, 및 바나듐-알루미늄 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

옵션으로, 상기 액츄에이터는 감열식 버블형성(thermal bubble-forming) 액츄에이터와 감열식 굽힘 액츄에이터로 이루어진 군으로부터 선택된다.

옵션으로, 상기 추가 MEMS 제조공정 단계들은 각 프린트헤드 집적회로를 위한 배면의 오목부와 잉크공급 채널들을 형성하도록 하기 위하여 웨이퍼의 배면을 에칭하는 단계를 구비한다.

옵션으로, 상기 잉크공급 채널들과 배면의 오목부는 동일한 깊이를 갖는다.

옵션으로, 상기 배면 에칭은 배면의 오목부에서 각 쓰루-실리콘 커넥터의 최저부를 노출시키는데, 각 최저부는 집적회로 접촉부를 구비한다.

옵션으로, 쓰루-실리콘 커넥터들은 각 프린트헤드 집적회로의 길이방향 에지영역을 따라서 위치되고, 배면 오목부는 길이방향 에지영역을 따라서 연장된다.

옵션으로, 상기 집적회로 접촉부들은 TAB 필름의 대응하는 접촉부들에 연결되도록 위치된다.

옵션으로, CMOS 층은 구동회로를 구비하고, 상기 노즐 조립체들은 CMOS층에 형성된 MEMS층에 배치된다.

옵션으로, 하나 이상의 도체 기둥부는 콘택트 패드와 CMOS층 사이에서 및/또는 액츄에이터와 CMOS층 사이에서 직선으로 뻗어있다.

옵션으로, 도체 기둥부들은 도전성 층의 적층 이전에 형성된다.

옵션으로, 도체 기둥부들은 쓰루-실리콘 커넥터들과 수반하여 형성된다.

옵션으로, 도체 기둥부들과 쓰루-실리콘 커넥터들은 미리 규정된 비아들에 도전성 재료를 적층하여 형성된다.

옵션으로, 도전성 재료는 무전해 도금 공정에 의해 적층된다.

옵션으로, 미리 규정된 비아들의 각각은 모든 비아들이 적층에 의해 고르게 채워지도록 하는 깊이에 맞는 직경을 갖는다.

옵션으로, 도전성 재료는 구리이다.

옵션으로, 추가 MEMS 제조공정 단계들은 정면을 소수성 폴리머층으로 코팅하는 단계를 구비한다.

옵션으로, 소수성 폴리머층은 PDM로 이루어진다.

옵션으로, 추가 MEMS 제조공정 단계들은 산화제거되는 희생물질을 구비한다.

다음의 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예가 상세히 설명된다.
도 1은 프린트헤드 집적회로의 정면 사시도이다.
도 2는 한쌍의 당접한 프린트헤드 집적회로의 정면 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 프린트헤드 집적히로의 후방 사시도이다.
도 4는 플로어(floor) 노즐 입구를 갖는 잉크젯 노즐 조립체의 절단 사시도이다.
도 5는 측벽 노즐 입구를 갖는 잉크젯 노즐 조립체의 절단 사시도이다.
도 6은 프린트헤드 조립체의 측면 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 프린트헤드 조립체의 하부 사시도이다.
도 8은 도 6에 도시된 프린트헤드 조립체의 상부 분해 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 프린트헤드 조립체의 하부 분해 사시도이다.
도 10은 잉크 공급 다기관에 부착된 프린트헤드 집적회로의 오버레이드(overlaid) 평면도이다.
도 11은 도 10의 확대도이다.
도 12는 잉크젯 프린터의 사시도이다.
도 13은 도 6에 도시된 프린트헤드 조립체의 개략 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 프린트헤드 조립체의 개략 단면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 다른 프린트헤드 조립체의 개략 단면도이다.
도 16 내지 도 24는 본 발명에 따른 프린트헤드 집적회로를 제조하는 여러 단계들을 거친 후의 웨이퍼의 개략 단면도이다.
도 25는 본 발명에 따른 프린트헤드 집적회로의 개략 단면도이다.

지금까지, 본 출원인은 페이지폭 프린트헤드를 규정하기 위하여 끝끼리 당접 배치되어 서로 링크될 수 있는 프린트헤드 집적회로(또는 "칩"; 100)들을 설명하였다. 도 1은 프린트헤드 IC(100)의 정면사시도이고, 도 2는 서로 당접된 한 쌍의 프린트헤드 IC를 나타낸다.

각 프린트헤드 IC(100)는 여러 줄로 배치된 수천개의 노즐(102)을 구비한다. 도 1과 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 프린트헤드 IC(100)는 5개의 다른 잉크색(예를 들어 CMYK 및 IR(적외선); CCMMY; 또는 CMYKK)을 제공받아서 프린트하도록 되어 있다. 프린트헤드 IC(100)의 각 색 채널(channel; 104)은 한쌍의 노즐 열을 구비하며, 이 한쌍의 노즐열 중 하나의 열은 짝수 도트들을 프린트하고 한쌍의 노즐열 중 다른 하나의 열은 홀수 도트들을 프린트한다. 각 색 채널(104)로부터의 노즐들은 종이 공급방향으로 수직으로 정렬되어 고해상도(예컨대 1600dpi)로 도트온도트(dot-on-dot) 프린팅을 수행한다. 하나의 열에서 2개의 인접 노즐(102) 사이의 수평거리("피치")는 약 32 미크론이고, 노즐의 열들 사이의 수직 거리는 노즐들의 분출 순서(firing order)에 근거한다. 그러나 열들은 정확한 도트 라인수(예컨대 10 도트라인) 만큼 전형적으로 떨어져 있다. 노즐의 열배치와 노즐의 분출에 대한 더 자세한 설명은 미국특허 USP 7,438,371호에 기술되어 있는데, 그 내용은 참고문헌으로서 본 명세서에 합체된다.

개별적인 프린트헤드 IC(100)의 길이는 전형적으로는 약 20 내지 22 mm이다. 따라서, A4/US 레터지 크기의 페이지를 프린트하기 위하여, 11개 또는 12개의 개별적인 프린트헤드 IC(100)가 서로 인접하여 링크되어 있다. 개별적인 프린트헤드 IC(100)의 개수는 다른 폭의 종이들을 수용하기 위하여 달라질 수 있다. 예컨대, 4인치의 포토 프린터는 전형적으로 서로 링크된 5개의 프린트헤드 IC를 채택한다.

프린트헤드 IC(100)는 다양한 방법으로 서로 링크될 수 있다. IC(100)들을 링크시키는 하나의 특별한 방법이 도 2에 도시되어 있다. 이 배치에서는, IC(100)들은 이웃하는 IC들 사이에 수직방향의 오프셋이 없는 상태로 서로 링크되어 IC들의 수평선을 형성하도록 그 단부들의 형상이 형성되어 있다. 대체로 45°각을 갖는 경사 접합부(106)가 프린트헤드 IC들 사이에 제공된다. 접합부의 에지는 당접하는 프린트헤드 IC들의 위치맞춤을 용이하게 하기 위하여 톱니형상의 프로파일을 갖는다.

도 1과 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 열의 가장 왼쪽의 잉크 공급노즐(102)은 10 라인 피치만큼 밑으로 떨어져 삼각형 형상(107)으로 배치되어 있다. 이러한 배치에 의해 접합부(106)를 가로지르는 노즐들의 피치를 유지하여 잉크 방울들이 프린트 영역을 따라 일관되게 공급되는 것을 보장한다. 이 배치는 또한 당접하는 IC들 사이의 충분한 링크를 보장하기 위하여 더 많은 실리콘이 각 프린트헤드 IC(100)의 에지에서 제공되는 것을 보장한다. 밑으로 떨어진 각 열에 포함된 노즐들은 대응하는 열에 있는 노즐들이 페이지의 같은 라인에 분출하는 것을 보장하기 위하여 다른 시간에 분출되어야 한다. 노즐들의 동작제어는 프린트헤드 제어기("SoPEC") 장치에 의해 수행되지만, 노즐들의 밑으로 떨어진 열들에 대한 보상은 프린트헤드의 CMOS 회로에 의해 수행되거나, 프린트헤드와 SoPEC 장치 사이에 공유될 수 있다. 밑으로 떨어진 노즐 배치 및 그 제어방법에 대한 전체 설명은 미국특허 USP 7,275,805에 포함되어 있으며, 이 문헌은 참고자료로서 본 명세서에 병합된다.

도 3을 참조하면, 프린트헤드 집적회로(100)의 반대쪽 배면이 도시되어 있다. 잉크 공급 채널들(110)이 프린트헤드 IC(100)의 배면에 형성되어 있는데, 프린트헤드 IC의 길이방향을 따라 길게 뻗어있다. 이 길이방향의 잉크공급 채널(100)은 노즐 입구(112)와 만나며, 노즐입구는 정면의 노즐들(102)과 유체소통한다. 도 4는 노즐 입구(112)가 노즐 챔버로 직접 잉크를 공급하는 프린트헤드 IC의 부분을 나타낸다. 도 5는 노즐 입구(112)가 노즐 챔버들의 각 열을 따라서 길이방향으로 뻗어있는 잉크 공급관(114)으로 잉크를 공급하는 다른 프린트헤드 IC의 부분을 나타낸다. 이 다른 배치에서는, 노즐 챔버들이 본발명의 인접하는 잉크공급관 영역으로부터 측벽의 입구를 통해 잉크를 제공받는다.

도 3을 다시 참조하면, 길이방향으로 뻗어있는 잉크공급채널(110)은 실리콘 브리지 또는 벽(116)들에 의해 여러 부분으로 분할되어 있다. 이 벽(116)들은 길이방향의 채널(110)에 대하여 횡방향으로 추가적인 기계적인 강도를 갖는 프린트헤드 IC(100)를 제공한다.

잉크는 2부분으로 된 LCP 몰딩의 형태로 잉크 공급 다기관을 통해 각 프린트헤드 IC(100)의 배면에 공급된다. 도 6 내지 도 9를 참조하면, 프린트헤드 IC(100)를 구비하는 프린트헤드 조립체(130)가 도시되어 있는데, 프린트헤드 IC는 접착성 필름(120)을 통해 잉크 공급 다기관에 부착되어 있다.

잉크 공급 다기관은 주 LCP 몰딩(122)와 그 아래쪽으로 밀봉된 LCP 채널몰딩(124)을 구비한다. 프린트헤드 IC(100)은 접착성 IC 부착필름(120)을 사용하여 채널 몰딩(124)의 아래쪽에 접합된다. LCP 채널몰딩(124)의 위쪽은 LCP 주채널(126)을 구비하는데, 이 주채널은 주 LCP 몰딩(122)의 잉크 입구(127)와 잉크 출구(128)와 연결되어 있다. 잉크 입구(127)와 잉크 출구(128)는 잉크 저장부 및 잉크 공급 시스템(미도시)과 유체연통하는데, 잉크 공급 시스템은 소정의 유체압력으로 프린트헤드에 잉크를 공급한다.

주 LCP 몰딩(122)은 복수의 공기 중공(129)을 가지는데, 이는 LCP 채널몰딩(124)에 형성된 LCP 주채널(126)과 소통한다. 공기 중공(129)들은 잉크 공급 시스템에서 잉크 압력 펄스들을 감쇠시키는 역활을 한다.

각 LCP 주채널(126)의 베이스에는 프린트헤드 IC(100)로 향하는 일련의 잉크 공급통로(132)가 있다. 접착성 필름(120)은 일련의 레이저로 드릴링된 공급구(134)들을 가져서 각 프린트헤드 IC(100)의 배면은 잉크공급통로(132)와 유체연통한다.

도 10을 참조하면, 잉크 공급통로(132)는 일련의 5개의 열들로 배치된다. 잉크 공급통로(132)의 중간 열은 레이저로 드릴링된 구멍(134)들을 통해 프린트헤드 IC(100)의 배면으로 잉크를 직접 공급하며, 잉크 공급통로(132)의 바깥쪽 열들은 마이크로 몰딩된 채널(135)을 통해 프린트헤드 IC로 잉크를 공급하는데, 각 마이크로 몰딩된 채널은 레이저 드릴링된 구멍(134)들중 하나에서 끝난다.

도 11은 잉크가 어떻게 프린트헤드 IC(100)의 배면의 잉크공급채널(110)로 공급되는지를 더 상세하게 나타낸다. 각 레이저 드릴링된 구멍(134)은 접착성 필름(120)에 형성되며, 대응하는 잉크 공급채널(110)과 정렬된다. 일반적으로, 레이저 드릴링된 구멍(134)은 채널(110)의 횡방향 벽(116)중 하나와 정렬되어 잉크가 벽(116)의 양쪽의 채널부에 공급된다. 이 배치에 의해 잉크 공급 다기관과 프린트헤드 IC(100)들 사이에 요구되는 유체 접속의 수가 감소된다.

IC(100)들의 위치맞춤을 올바르게 하는데 도움을 주기 위하여, 기준부(103A)들이 IC(100)들의 표면에 제공된다(도 1과 도 11 참조). 기준부(103A)들은 이웃하는 IC에 대하여 IC(100)의 올바른 위치를 표시하기 위하여 적절한 위치맞춤장비에 의해 용이하게 식별될 수 있는 마커의 형태이다. 접착성 필름(120)은 상보성 기준부(103B)를 가지며, 이 상보성 기준부는 프린트헤드 IC(100)들을 잉크 공급 다기관에 접착하는 동안 접착성 필름에 대하여 각 프린트헤드 IC(100)를 정렬시키는데 도움을 준다. 기준부(103A와 103B)는 접착성 IC 부착필름(120)의 길이를 따라서 IC(100)의 에지들에 전략적으로 위치된다.

프린트헤드 집적회로에 데이터 및 전력 공급

도 1을 참조하면, 프린트헤드 IC(100)는 그 길이방향 에지들중 하나를 따라서 뻗어있는 복수의 본드 패드(105)를 가진다. 본드 패드(105)는 잉크젯 노즐(102)의 작동을 제어하는 프린트헤드 제어기("SoPEC") 장치로부터 데이터 및/또는 전력을 받아들이는 수단을 제공한다.

본드 패드(105)들은 프린트헤드 IC(100)의 상부 CMOS층에 연결된다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 각 MEMS 노즐 조립체는 CMOS층(113)에 형성되는데, 각 노즐을 발사시키기 위한 필수 로직 및 구동 회로를 포함한다.

도 6 내지 도 9를 참조하면, 플렉스 PCB(140)는 프린트헤드 IC(100)의 본드 패드(105)들에 와이어본딩된다. 와이어본딩은 와이어본드 밀봉재(142)로 밀봉되고 보호되는데(도 7 참조), 밀봉재는 전형적으로 폴리머수지이다. LCP 몰딩(122)은 그 둘레로 플렉스 PCB(140)가 구부러져 체결되어 있는 굽은 지지날개부(123)를 구비한다. 지지날개부(123)는 플렉스 PCB의 여러 전기부품(144)을 수용하기 위한 다수의 개구(125)를 가진다. 이런 방식으로, 플렉스 PCB(140)는 프린트헤드 조립체(130)의 바깥면 주위로 구부러질 수 있다. 종이 안내부(148)가 플렉스 PCB(140)에 대하여 LCP 몰딩(122)의 반대쪽에 장착되어 프린트헤드 조립체(130)를 완성한다.

프린트헤드 조립체(130)는 사용자가 교체할 수 있는 프린트헤드 카트리지의 부분으로서 설계되며, 카트리지는 잉크젯 프린터(160)로부터 제거되어 교체될 수 있다(도 12 참조). 따라서 플렉스 PCB(140)는 프린터 본체의 전자 장비들(SoPEC 장치 포함)에 전력과 데이터 접속이 가능하게끔 하는 복수의 접촉부(146)를 가진다.

플렉스 PCB(140)는 각 프린트헤드 IC(100)의 본드 패드(105)들에 와이어본딩되므로, 프린트헤드는 본드 패드들 부근에 비평면 길이방향 에지 영역을 필연적으로 갖는다. 이는 도 13에 가장 명확히 도시되어 있는데, 복수의 잉크젯 노즐 조립체(101)를 구비하는 프린트헤드 IC(100)의 본드 패드(105)로부터 와이어본드(150)가 뻗어있는 것을 보여준다. 도 13에 도시된 구성에 있어서, 본드 패드(105)는 MEMS층에 형성되고 커넥터 기둥부(152)를 통해 하지층의 CMOS(113)에 연결된다. 이와 달리 본드 패드(105)는 MEMS층으로의 어떠한 접속없이 CMOS(113)의 노출된 상부층일 수 있다. 양 구성에 있어서, 와이어본드들은 프린트헤드의 잉크젯 사출면(154)으로부터 연장되어 플렉스 PCB(140)와 연결된다.

프린트헤드 IC(100)의 본드 패드105)들에 와이어본딩하는 것은 몇가지 단점을 가지는데, 주로 프린트헤드 IC의 상당한 길이방향 영역이 잉크 사출면(154)으로부터 돌출하는 와이어본드(150)들 (및 와이어본드 밀봉재(142))을 갖는다는 사실에 기인한다. 잉크 사출면(154)의 비평면성에 의해 프린트헤드의 유지보수가 덜 효율적이라는 결과를 초래한다. 예를 들어, 와이퍼 블레이드는 잉크젯 사출면(154)의 전체 폭을 가로질러 스위핑(sweep)할 수 없는데 이는 닦는(wiping) 방향에 대하여 노즐(102)들의 상류 또는 하류에서 와이어본드 밀봉재(142)가 와이퍼 블레이드의 경로를 차단하기 때문이다.

와이어본드 돌출의 다른 단점은 전체 프린트헤드가 PDMS와 같은 소수성 코팅으로 코팅될 수 없다는 점이다. 본 출원인은 PDMS 코팅들은 프린트 품질과 프린트헤드 유지보수 모두를 상당히 개선시킨다는 점과(예컨대 그 내용이 본 명세서에 참고문헌으로서 병합되는 미국특허출원공개 US2008/0225076 참조), 완전히 평면인 잉크 사출면이 그러한 코팅의 효능을 보다 더 개선시킬 것이라는 점을 발견하였다.

배면의 전기 접속부들을 위해 구성된 프린트헤드 집적회로

프린트헤드 IC(100)에 와이어본딩 접속을 하는 것의 고유한 단점들 중 일부를 고려하여, 본 출원인은 프린트헤드 IC(2)를 개발하였는데, 이 IC는 배면의 전기 접속부를 사용하며 따라서 완전히 평탄한 잉크 사출면을 갖는다.

도 14를 참조하면, 프린트헤드 IC(2)는 접착성 필름(120)을 사용하여 잉크 공급 다기관의 LCP 채널몰딩(124)에 장착된다. 프린트헤드 IC(2)는 적어도 하나의 길이방향 잉크공급채널(110)을 갖는데, 이 채널은 노즐 입구(112)와 잉크 공급관(114)을 통해 잉크공급 다기관과 노즐 조립체(101)들 사이에 유체 연통을 제공한다. 따라서 프린트헤드 조립체(160)(프린트헤드 IC(2) 포함)는 도 1 내지 도 11과 연계하여 설명한 프린트헤드 조립체(130)(프린트헤드 IC(100) 포함)와 같은 유체공학적 배치를 갖는다.

그러나, 프린트헤드 IC(2)는 그 CMOS 회로층(113)에 형성된 전기 접속부가 프린트헤드 IC(100)와 다르다. 유의할 점은, 프린트헤드 IC(2)는 그 길이방향 에지 영역(4)을 따라서 정면 와이어 본딩이 존재하지 않는다는 점이다. 오히려, 프린트헤드 IC(2)는 그 길이방향 에지에서 배면의 오목부(6)를 가지고 있으며 이 오목부는 TAB(tape-automated bonding) 필름(8)을 수용한다. TAB 필름(8)은 전형적으로 TAB 필름의 접속부 단부의 대응하는 필름 접촉부(10)에서 종료하는 복수의 도전성 트랙을 구비하는 유연한 폴리머 필름(예를 들어 Mylar^？ 필름)이다. TAB 필름(8)은 프린트헤드 IC(2)의 배면(12)과 높이가 같도록 위치되어 TAB 필름과 프린트헤드 IC(2)가 LCP 채널몰딩(124)에 서로 접착될 수 있다. TAB 필름(8)은 플렉스 PCB(140)에 연결될 수 있다. 실제로, TAB 필름은 플렉스 PCB(140)와 통합될 수 있다. 이와 달리, TAB 필름(8)은 당업자에게 알려진 다른 접속 배치를 사용하여 프린터의 전자기기에 연결될 수 있다.

프린트헤드 IC(2)는 그 정면으로부터 그리고 TAB 필름(8)을 수용하는 길이방향의 오목 에지부(6)로 뻗어있는 복수의 쓰루-실리콘 비아(through-silicon vias)를 갖는다. 각 쓰루-실리콘 비아는 쓰루-실리콘 커넥터(14)를 형성하기 위하여 도체(예컨대 구리)로 채워져 있는데, 쓰루-실리콘 커넥터는 TAB 필름(8)에 전기적 접속을 제공한다. 각 필름 접촉부(10)는 예컨대 솔더볼(16) 등의 적절한 접속을 사용하여 쓰루-실리콘 커넥터(14)의 최저부 또는 베이스(15)에 연결된다.

쓰루-실리콘 커넥터(14)는 프린트헤드 IC(2)의 실리콘 기판(20)을 통과하여 그리고 CMOS회로층(113)을 통과하여 뻗어있다. 쓰루-실리콘 커넥터(14)는 절연 측벽(21)들에 의해 실리콘 기판(20)으로부터 절연되어 있다. 절연 측벽(21)들은 비정질 실리콘, 폴리실리콘 또는 이산화실리콘 등 MEMS 제조에 적합한 임의의 적절한 절연재로 형성될 수 있다. 절연 측벽(21)들은 단층 또는 다층일수 있다. 예를 들어, 절연측벽(21)들은 바깥쪽의 Si 또는 SiO₂ 층과 안쪽의 탄탈륨 층을 구비할 수 있다. 안쪽의 Ta 층은 벌크 실리콘 기판으로 구리가 확산되는 것을 최소화하도록 확산방지층으로 작용한다. Ta 층은 쓰루-실리콘 커넥터(14)를 제조하는 동안 구리의 전자증착(electrodeposition)을 위한 씨앗층(seed layer)으로 작용할 수도 있다.

도14에 도시된 바와 같이, 쓰루-실리콘 커넥터(14)의 헤드(22)는 프린트헤드 IC(12)의 MEMS 층(26)에 형성된 콘택트 패드(24)와 만난다. MEMS 층(26)은 프린트헤드 IC(2)의 CMOS 회로층(113)에 적층되며 MEMS 제조공정 단계들에 의해 형성된 모든 잉크젯 노즐 조립체(101)를 구비한다.

US 2008/0129793(그 내용이 본 명세서에 참고자료로서 병합됨)에 기술된 것과 같은 본 출원인의 감열식 굽힘작동(bend-actuated) 프린트헤드의 경우, 도전성 열탄성 액츄에이터(25)가 각 노즐 챔버(101)의 천장부(roof)를 형성할 수 있다. 따라서, 콘택트 패드(24)는 MEMS 제조공정동안 열탄성 액츄에이터(25)와 동시에 형성될 수 있으며, 또한 같은 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 콘텍트 패드(24)는 바나듐-알루미늄 합금, 티타늄 질화물, 티타늄 알루미늄 질화물 등과 같은 열탄성 재질로 형성될 수 있다.

그러나, 콘택트 패드(24)의 형성은 MEMS 제조공정 중 임의의 단계에 합쳐질 수 있고 또한 구리, 티타늄, 알루미늄, 티타늄 질화물, 티타늄 알루미늄 질화물 등 임의의 적절한 도전성 재료로 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.

콘택트 패드(24)는 CMOS 회로를 향해 콘택트 패드로부터 뻗어있는 구리 도체 기둥부(30)를 통해 CMOS 회로(113)의 상부층에 연결된다. 따라서, 전기적 접속을 제공하는 도체 기둥부(30)는 TAB 필름(8)과 CMOS 회로(113) 사이에 제공된다.

도 14의 콘택트 패드(24)와 커넥터 기둥부(30)의 배치는 감열식 굽힘-작동 잉크젯 노즐들(그 내용이 본 명세서에 참고문헌으로서 합체되는 미국특허출원 US 12/323,471에 기술되어 있음)을 형성하기 위한 본 출원인의 MEMS 제조공정과 편리하게 양립가능하지만, 본 발명은 배면의 TAB 필름(8)으로부터 CMOS 회로(113)로 유사한 배면 전기접속을 제공하는 다른 배치들을 물론 포함한다.

도 15를 참조하면서, 예를 들면, 쓰루-실리콘 커넥터(14)는 CMOS회로(113) 상의 보호층(27)에서 종료할 수 있다. 매립된 콘택트 패드(23)는 쓰루-실리콘 커넥터의 헤드(22)와 그리고 보호층(27)을 통해 노출된 상부 CMOS 층 위로 적절한 도전성 재료를 적층하여 쓰루-실리콘 커넥터(14)를 상부 CMOS 층과 연결시킨다. MEMS 노즐 제조 공정동안 포토레지스트(31)와 천장 층(37)(예를 들어 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 등)의 이어지는 증착에 의해 프린트헤드를 위한 완전히 평탄한 노즐 플레이트 및 잉크 사출면이 제공된다. 또한, 매립 콘택트 패드(23)는 천장층(37) 아래에서 포토레지스트(31)로 완전히 밀봉되고 캡슐화된다. 이 다른 콘택트 패드 배치는 예컨대 미국특허 USP 6,755,509와 USP 7,303,930(그 내용은 참고문헌으로서 본 명세서에 병합됨)에 기술되어 있는 것과 같은 감열식 버블형성 잉크젯 노즐 조립체를 형성하기 위한 본 출원인의 MEMS 제조공정과 양립가능할 것이다. 도 15에 도시된 노즐 조립체는 USP 6,755,509에 기술되어 있는 바와 같은 현수식 가열부재(28)와 노즐 개구(102)를 구비하는 감열식 버블형성 잉크젯 노즐 조립체이다. 가열부재의 재료를 적층하고 이어서 에칭하여 매립 콘택트 패드(23)와 현수식 가열부재(28)가 MEMS 제조공정 동안 함께 형성될 수 있다는 점이 당업자에게 용이하게 이해될 것이다. 따라서, 매립 콘택트 패드(23)는 예컨대 티타늄 질화물, 티타늄 알루미늄 질화물 등 가열부재(36)와 같은 재료로 구성될 수 있다.

다시 도 14를 참조하면, 프린트헤드 IC(2)의 잉크 사출면은 완전히 평면이고 소수성 PDMS(48)의 층으로 코팅되어 있다는 점에 주목하여야 한다. PDMS 코팅과 그 장점들은 미국 특허출원공개 US 2008/0225082호에 상세히 설명되어 있으며, 그 내용은 참고자료로서 본 명세서에 합체된다. 앞서 기술한 것처럼, 프린트헤드 집적회로(2)의 길이방향 에지 영역(4)에서의 면의 부분들을 포함하는 잉크 사출면의 평면성은 프린트헤드 유지보수 및 면 플러딩(face flooding) 제어에 있어서 상당한 장점을 제공한다.

도 14와 도 15에서 콘택트 패드가 노즐(102)에 인접하여 개략적으로 도시되어 있지만, 프린트헤드 IC(2)의 콘택트 패드(24)는 실리콘 기판(20)으로 뻗어있는 대응하는 개수의 쓰루-실리콘 커넥터(14)와 함께 프린트헤드 IC(100, 도 1)의 본드 패드(105)에 유사한 위치를 전형적으로 차지한다는 것이 이해될 것이다. 그럼에도 불구하고 본발명의 장점은 콘택트 패드(24)가 본드 패드(105)에 대하여 요구되는 것과 같은 방식으로 잉크젯 노즐(102)로부터 공간적으로 떨어져 있을 필요가 없다는 점인데, 본드패드의 경우 와이어본딩과 와이어본드 캡슐화를 위하여 충분한 주변공간을 요구한다. 따라서, 배면 TAB 필름 접속은 실리콘의 더 효과적인 사용을 가능하게 하고 각 IC의 전체 폭을 잠재적으로 줄이거나 또는 수많은 노즐(102)들이 IC의 동일한 폭을 가로질러 형성되게끔 한다. 예를 들어,프린트헤드 IC(100)의 경우 IC 폭의 약 60-70%가 잉크 노즐(102)에 할당되는 반면, 본 발명은 IC 폭의 80% 이상이 잉크 노즐에 할당되도록 할 수 있다. 실리콘이 페이지폭 잉크젯 프린터에서 가장 비싼 부품들중 하나라는 점을 고려한다면 이는 중요한 장점이다.

배면 전기접속을 위해 구성된 프린트헤드 IC 의 MEMS 제조공정

도 14에 도시된 프린트헤드 IC(2)를 위한 MEMS 제조공정을 상세히 설명한다. 이 MEMS 제조공정은 TAM 필름(8)으로의 배면 접속에 요구되는 특징들을 병합하기 위하여 미국특허출원 US 12/323,471호에 기술되어 있는 공정의 몇가지 변형예를 포함한다. MEMS 공정이 설명을 위하여 본 명세서에서 상세히 기술되지만, 임의의 잉크젯 노즐 제조공정의 유사한 변형예들이 배면 전기접속을 위해 구성된 프린트헤드 집적회로를 제공할 것이라는 점이 당업자에게 명백할 것이다. 실제로 본 출원인은 도 15에 도시된 감열 작동식 프린트헤드 IC를 제조하기 위한 적절한 MEMS 제조공정을 언급한 바 있다. 따라서, 본 발명은 아래 기술된 특정 노즐 조립체(101)에 한정하고자 하는 것은 아니다.

도 16 내지 도 25는 도 14와 연계하여 기술된 프린트헤드 IC(2)를 형성하기 위한 MEMS 제조단계를 나타낸다. 완료된 프린트헤드 IC(2)는 복수의 노즐 조립체(101)는 물론 CMOS 회로(113)에 배면 접속이 가능하게 하는 특징들을 구비한다.

MEMS 제조공정의 출발점은 실리콘 기판(20)과 웨이퍼의 정면에 형성된 CMOS 회로(113)를 구비하는 표준 CMOS 웨이퍼이다. MEMS 제조공정의 끝에서는, 에칭된 다이싱 스트릿(street)을 통해 웨이퍼가 별개의 프린트헤드 집적회로(IC)로 다이싱되는데, 스트릿은 웨이퍼로부터 제조된 각 프린트헤드 IC의 크기를 규정한다.

본 설명은 CMOS 층(113)상에서 수행되는 MEMS 제조공정에 대해 언급하고 있지만, CMOS 층(113)은 다수의 CMOS 층, (예를 들어 3개 또는 4개의 CMOS층)을 구비할 수 있고 통상 보호막처리된다는 점이 물론 이해될 것이다. CMOS 층(113)은 예컨대 실리콘 산화물 또는 더욱 통상적으로는 2개의 실리콘 산화물 층 사이에 협지된 실리콘 질화물 층을 구비하는 표준 ONO 스택으로 보호막 처리될 수 있다. 따라서 본 명세서에서 CMOS 층(113)이라 함은 보호막 처리된 CMOS 층을 함축적으로 내포하는데, 이 층은 다수의 CMOS층을 전형적으로 구비한다.

아래의 설명은 하나의 노즐 조립체(101)와 하나의 쓰루-실리콘 커넥터(14)를 위한 제조공정 단계에 초점을 둔다. 그러나, 대응하는 단계들이 모든 노즐 조립체 및 모든 쓰루-실리콘 커넥터에 대하여 동시에 수행될 것이라는 점이 물론 이해될 것이다.

도 16에 도시된 단계들중 첫번째 단계에서, 정면 입구 구멍(32)이 CMOS 층(113)을 통해 그리고 CMOS 웨이퍼의 실리콘 기판(20)으로 에칭된다. 동시에, 정면 다이싱 스트릿 구멍(33)이 CMOS 층(113)을 통해 그리고 실리콘 기판으로 에칭된다. 정면 입구 구멍(32)과 정면 다이싱 스트릿 구멍(33)을 플러깅하도록 하기 위하여 포토레지스트(31)가 웨이퍼의 정면에 도포된다. 이어서 웨이퍼가 화학적 기계적 연마(CMP)에 의해 연마되어 도 16에 도시된 웨이퍼가 제공되는데, 이 웨이퍼는 이어지는 MEMS 단계들을 진행할 준비가 된 평탄한 정면을 갖는다.

도 17을 참조하면, 다음 단계에서, 낮은 응력의 실리콘 산화물의 8미크론 층이 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 CMOS층(113) 상에 적층된다. 이 실리콘 산화물층(35)의 깊이는 잉크젯 노즐 조립체의 각 노즐 챔버의 깊이를 규정한다. SiO₂층(35)을 적층한 후, 이어지는 SiO₂층의 에칭에 의해 노즐 챔버들을 위한 벽(36)과 정면 다이싱 스트릿 구멍(32)의 일부가 형성된다. 실리콘 에칭 화학반응이 채택되어 정면 다이싱 스트릿 구멍(32)을 확장시키고 실리콘 기판(20)으로의 잉크 입구 구멍(32)을 에칭한다. 결과적인 구멍들(32와 33)은 이어서 포토레지스트를 스핀 코팅하고 CMP 연마를 이용하여 웨이퍼를 평탄화함으로써 포토레지스트(31)로 플러깅된다. 포토레지스트(31)는 이어지는 천장 재료의 적층을 위한 발판으로서 작용하는 희생 물질이다. 다른 적절한 희생물질(예컨대 폴리마이드)가 이런 목적을 위하여 사용될 수 있음이 용이하게 이해될 것이다.

천장 재료(예컨대 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 이들의 조합)이 평탄화된 SiO₂층(35) 위에 적층되어 정면 천장층(37)을 형성한다. 천장층(37)은 완료된 프린트헤드 IC(2)에서 강성의 평탄한 노즐 플레이트를 형성할 것이다. 도 17은 MEMS 제조공정 단계들중 이 과정의 끝에 있는 웨이퍼를 나타낸다.

다음 단계에서는, 도 18을 참조하면, 복수의 도체 기둥 비아(38)가 CMOS 층(113)까지 천장층(37)과 SiO₂층(35)을 관통하여 에칭된다. 벽(36)들을 관통하여 에칭된 도체 기둥 비아(38A)는 하지층의 CMOS(3)에 노즐 액츄에이터가 연결되게끔 할 것이다. 반면에, 도체 기둥 비아(38B)는 콘택트 패드(24)와 하지층의 CMOS(113) 사이의 전기적인 연결이 가능하게끔 할 것이다.

도전성 재료로 비아(38)를 채우기 전에 그리고 미국특허출원 US 12/323,471호에 기술된 공정의 변형예에서, 쓰루-실리콘 비아(39)가 천장층(37), SiO₂층(35), CMOS 층(113)을 관통하여 실리콘 기판(20)으로 에칭함으로써 다음 단계에서 형성된다 (도 19 참조). 쓰루-실리콘 비아(39)는 각 완료된 프린트헤드 IC(2)의 길이방향 에지 영역을 따라서 공간적으로 떨어져 있도록 위치된다. (정면 다이싱 스트릿 구멍(33)은 각 프린트헤드 IC(2)의 길이방향 에지를 효과적으로 형성한다.) 각 비아(39)는 일반적으로 실리콘 기판(20)의 배면을 향해 테이퍼 처리된다. 비아(39)의 정확한 위치결정은 TAB 필름(8)의 필름 접촉부(10)의 위치결정에 의해 결정되는데, 필름 접촉부는 프린트헤드 IC가 조립되어 TAB 필름에 연결될 때 각 비아의 기저부와 만난다.

쓰루-실리콘 비아 에칭은 포토레지스트(40)의 마스크층을 패터닝하고 여러층을 에칭함으로써 수행된다. 물론, 같은 포토레지스트 마스크가 각 에칭에 대하여 채택될 수 있지만, 다른 에칭 화학반응들이 다양한 층들 각각을 에칭하는데 요구될 수 있다.

각 쓰루-실리콘 비아(39)는 플러깅된 정면 잉크 입구(32)의 깊이(전형적으로는 20 미크론)에 대응하는 실리콘 기판(200)으로의 깊이를 전형적으로 갖는다. 그러나, 각 비아(39)는 TAB 필름(8)의 두께에 따라서 정면 잉크 입구(32)보다 더 깊게 형성될 수 있다.

다음 단계에서, 도 20과 도 21을 참조하면, 쓰루-실리콘 비아(39)는 절연벽(21)들을 구비하는데, 이 벽들은 비아를 실리콘 기판(20)으로부터 절연시킨다. 절연벽(21)은 절연막(42)과 확산저지층(43)을 구비한다. 확산 저지층(43)은 각 비아(39)가 구리로 채워질 때 벌크 실리콘 기판(20)으로 구리가 확산되는 것을 최소화시킨다. 절연막(42)과 확산저지층(43)은 연속 적층 단계에 의해 형성되는데, 비아(39)로의 각 층의 선택적 적층을 위한 마스크층(40)을 옵션으로 사용한다.

절연막(42)은 비정질 실리콘, 폴리실리콘, 실리콘 산화물 등의 임의의 적절한 절연재료로 이루어질 수 있다. 확산 저지층(43)은 전형적으로는 탄탈륨막이다.

다음 도 22를 참조하면, 도체 기둥 비아(38)와 쓰루-실리콘 비아(39)는 무전해도금을 사용하여 구리 등과 같은 고전도성 재료로 동시에 채워진다. 구리적층단계는 노즐 도체 기둥부(44)와 콘택트 패드 도체 기둥부(30) 및 쓰루-실리콘 커넥터(14)를 동시에 형성한다. 비아(38과 39) 직경의 적절한 크기 설정이 이 단계동안에 동시 구리도금을 보장하기 위하여 요구될 수 있다. 구리 도금 단계 이후, 적층된 구리는 CMP 공정을 받게 되는데, CMP 공정은 평탄한 구조를 제공하기 위하여 천장층(37)에서 멈추다. 도체 기둥부(30과 44)는 무전해 구리도금 단계 동안 형성되며 CMOS층(113)과 만나서 천장층(37)까지 CMOS층으로부터 직선 도체경로를 제공한다.

다음 단계에서, 도 23을 참조하면, 열탄성 재료가 천장층(37)에 적층되고 에칭되어 쓰루-실리콘 커넥터(14)의 헤드 위의 콘택트 패드(24)는 물론 각 노즐 조립체(101)를 위한 열탄성 빔 부재(25)를 형성한다.

열탄성 빔 부재(25)들에 융합된 덕분에, SiO₂ 천장층(37)의 부분들은 기계적인 감열식 굽힘 액츄에이터(thermal bend actuator)의 하부 불활성(passive) 빔 부재(46)로서 기능한다. 따라서, 각 노즐 조립체(101)는 CMOS(113)에 연결된 상부 열탄성 빔(25)과 하부 불활성 빔(46)을 구비하는 감열식 굽힘 액츄에이터를 구비한다. 감열식 굽힘 액츄에이터의 이러한 타입들은 예를 들어 미국특허출원공개 US 2008/309729(그 내용이 참고문헌으로서 본 명세서에 병합됨)에 더 상세히 설명되어 있다.

열탄성 활성 빔부재(25)는 티타늄 질화물, 티타늄 알루미늄 질화물 및 알루미늄 합금과 같은 임의의 적절한 열탄성 재료로 이루어질 수 있다. 본 출원인의 미국특허출원공개 US 2008/129793(그 내용이 본 명세서에 참고문헌으로서 병합됨)에 설명되어 있는 바와 같이, 바나듐-알루미늄 합금들이 바람직한 재료인데, 이들이 높은 열팽창, 낮은 밀도 및 높은 영률(Young's modulus)의 장점을 포함하고 있기 때문이다.

상술한 바와 같이, 열탄성 재료가 콘택트 패드(24)를 형성하는데 사용되기도 한다. 콘택트 패드(24)는 커넥터 기둥부(30)의 헤드와 쓰루-실리콘 커넥터(14)의 헤드(22) 사이에서 뻗어있다. 따라서, 콘택트 패드(24)는 쓰루-실리콘 커넥터(14)를 각 도체 기둥부(30)와 하지층의 CMOS층(113)과 전기적으로 연결시킨다.

도 23을 다시 참조하면, 열탄성 재료를 적층하고 에칭하여 감열식 굽힘 액츄에이터와 콘택트 패드(24)를 형성한 후에, 최종 정면 MEMS 제조공정 단계는 노즐 개구(102)의 에칭과 정면 스트릿 개구(47)의 동시 에칭 단계, 및 정면을 소수성화하고 각 감열식 굽힘 액츄에이터의 탄성 기계적 밀봉을 제공하도록 하기 위하여 전체 천장층(37) 위로의 PDMS 코팅(48)의 적층단계를 구비한다. PDMS 코팅의 사용은 본 출원인의 미국특허출원 US 11/685,084 및US 11/740,925 (그 내용이 참고문헌으로서 본 명세서에 병합됨)에 광범위하게 기술되어 있다.

도 24를 참조하면, 웨이퍼의 전체 정면은 포토레지스트(49)의 상대적으로 두꺼운 층으로 코팅되는데, 이 포토레지스트층은 정면의 MEMS 구조를 보호하고 웨이퍼가 배면의 MEMS 공정을 위한 핸들 웨이퍼(50)에 부착되게끔 한다. 배면 에칭은 잉크공급 채널(110)과 그리고 쓰루-실리콘 커넥터(14)의 최저부(15)가 뻗어있는 오목부(6)를 형성한다. 절연막(42)의 부분은 쓰루-실리콘 커넥터(14)의 최저부(15)가 배면 에칭에 의해 노출되면 제거된다. 배면 에칭은 플러깅된 정면 다이싱 스트릿 구멍(33)까지 에칭함으로써 개별적인 프린트헤드 IC의 싱귤레이션(sigulation)을 또한 가능케 한다.

보호층 포토레지스트(49)의 최종 산화성 제거('애싱(ashing)')에 의해 개별적인 프린트헤드 IC(2)의 싱귤레이션과 그리고 배면 및 노즐 조립체(101) 사이의 유체 연결이 형성된다. 도 25에 도시되어 있는 결과적인 프린트헤드 IC(2)는 쓰루-실리콘 커넥터(14)가 솔더(solder) 접합부(16)를 통해 TAB 필름(8)에 연결될 수 있게 준비된 상태이다. 이어서 결과적인 프린트헤드 IC/TAB 필름 조립체를 잉크 공급 다기관에 접합하는 단계는 도 14에 도시된 프린트헤드 조립체(60)를 제공한다.

바람직한 실시예 및 몇개의 다른 특정 실시예를 들어 본 발명을 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기술된 특정 실시예들과 다른 실시예들이 본 발명의 범위 및 정신에 속하는 것임을 당업자라면 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 참조문헌으로서 적절히 병합된 문서들과 본 명세서에 기술된 특정 실시예들로 제한되는 것은 아니라는 점이 이해될 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 제한된다.

2, 100: 프린트헤드 IC 8: TAB피름
14: 쓰루-실리콘 커넥터 24: 콘택트 패드
26: MEMS 층 102: 노즐
104, 110: 채널 105: 본드 패드
106: 접합부 112: 노즐 입구
114: 잉크공급관 120: 필름
130: 프린트헤드 조립체 150: 와이어 본드

Claims

잉크 공급 다기관;
각기, 구동 회로와 복수의 잉크젯 노즐 조립체를 구비하는 정면과, 상기 잉크 공급 다기관에 부착된 배면과, 상기 배면 및 상기 잉크젯 노즐 조립체들 사이의 유체 연통을 제공하기 위한 적어도 하나의 잉크 공급 채널을 갖는 하나 이상의 프린트헤드 집적회로; 및
상기 구동 회로에 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 커넥터 필름;을 구비하고,
상기 커넥터 필름의 연결단부는 상기 잉크 공급 다기관의 적어도 일부와 상기 하나 이상의 프린트헤드 집적회로 사이에 협지되는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제1항에 있어서,
상기 커넥터 필름은 복수의 도전성 트랙을 갖는 유연한 폴리머 필름을 구비하는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제1항에 있어서,
상기 커넥터 필름은 테이프 자동 접합(TAB) 필름인, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제1항에 있어서,
상기 배면은 상기 커넥터 필름을 수용하기 하기 위한 오목부를 갖는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제1항에 있어서,
상기 오목부는 각 프린트헤드 집적회로의 길이방향 에지 영역을 따라서 형성되는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제1항에 있어서,
상기 복수의 쓰루-실리콘 커넥터는 상기 구동회로와 상기 커넥터 필름의 연결단부 사이의 전기적 접속을 제공하는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제6항에 있어서,
상기 각 쓰루-실리콘 커넥터는 상기 정면으로부터 상기 배면쪽으로 직선으로 뻗어있는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제7항에 있어서,
상기 각 쓰루-실리콘 커넥터는 상기 배면쪽으로 테이퍼진, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제7항에 있어서,
상기 각 쓰루-실리콘 커넥터는 구리로 이루어진, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제6항에 있어서,
각 프린트헤드 집적회로는,
실리콘 기판;
상기 구동회로를 구비하는 적어도 하나의 CMOS층; 및
상기 잉크젯 노즐 조립체들을 구비하는 MEMS층;을 구비하고,
상기 CMOS층은 상기 실리콘 기판과 상기 MEMS층 사이에 위치하는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제10항에 있어서,
상기 각 쓰루-실리콘 커넥터는 상기 CMOS층을 통해 그리고 상기 배면쪽으로 상기 MEMS층의 콘택트 패드로부터 직선으로 뻗어있고, 상기 콘택트 패드는 상기 CMOS층에 전기적으로 접속되는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제11항에 있어서,
상기 콘택트 패드와 상기 CMOS층 사이에서 직선으로 뻗어있는 하나 이상의 도체 기둥부를 구비하는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제11항에 있어서,
각 쓰루-실리콘 커넥터는 상기 CMOS층으로부터 전기적으로 절연되는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제11항에 있어서,
각 쓰루-실리콘 커넥터는 절연막을 구비하는 바깥쪽 측벽들을 갖는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제11항에 있어서,
상기 바깥쪽 측벽들은 상기 절연막과 그리고 상기 쓰루-실리콘 커넥터의 도전성 코어(core) 사이에 확산저지층을 구비하는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제6항에 있어서,
각 쓰루-실리콘 커넥터는 상기 필름의 연결단부에 솔더로 연결되는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제1항에 있어서,
상기 필름은 상기 복수의 프린트헤드 집적회로와 함께 상기 잉크 공급 다기관에 접합되는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제17항에 있어서,
상기 복수의 프린트헤드 집적회로는 페이지폭 프린트헤드 조립체를 제공하기 위하여 끝끼리 당접한(end-on-end butting) 배치로 위치되는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제1항에 있어서,
상기 프린트헤드의 정면은 평탄하고 어떠한 와이어본딩 연결부로부터 자유로운, 잉크젯 프린트헤드 조립체.
제19항에 있어서,
상기 정면은 소수성 폴리머층으로 코팅되는, 잉크젯 프린트헤드 조립체.