DE69305401T2

DE69305401T2 - Tintenzuführsystem für Tintenstrahldruckkopf

Info

Publication number: DE69305401T2
Application number: DE69305401T
Authority: DE
Inventors: Winthrop D Childers; Brian J Keefe; Paul H Mcclelland; Steven W Steinfield; Kenneth E Trueba
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1992-04-02
Filing date: 1993-01-21
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2013-01-22
Also published as: JP3386177B2; EP0564069A2; JPH068434A; US5278584A; US5625396A; DE69305401D1; CA2083341A1; CA2083341C; KR930021394A; KR100224952B1; EP0564069B1; US5953029A; EP0564069A3; ES2093359T3; HK92997A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Tintenstrahl- und andere Drucker-Typen und insbesondere auf den Druckkopfabschnitt einer Tintenkassette, die bei derartigen Druckern verwendet wird.
Thermische Tintenstrahldruckkassetten arbeiten durch das schnelle Erwärmen eines kleinen Tintenvolumens, um zu bewirken, daß die Tinte verdampft und durch eine einer Mehrzahl von öffnungen ausgestoßen wird, um einen Tintenpunkt auf einein Aufzeichnungsmedium, beispielsweise einem Blatt Papier, zu drucken. Typischerweise sind die Öffnungen in einem oder inehreren linearen Arrays in einem Düsenbauglied angeordnet. Der ordnungsgemäß zeitlich gesteuerte Ausstoß von Tinte aus jeder Öffnung bewirkt, daß Zeichen oder andere Bilder auf dem Papier gedruckt werden, während der Druckkopf relativ zu dem Papier bewegt wird. Das Papier wird typischerweise jedesmal verschoben, wenn sich der Druckkopf über das Papier bewegt hat. Der thermische Tintenstrahldrucker ist schnell und ruhig, da nur die Tinte auf das Papier trifft. Diese Drucker erzeugen ein Drucken hoher Qualität und können sowohl kompakt als auch erschwinglich hergestellt werden.
Bei einem bekannten Entwurf weist der Tintenstrahldruckkopf allgemein folgende Merkmale auf: (1) Tintenkanäle, um Tinte von einem Tintenbehälter zu jeder Verdampfungskammer in der Nähe einer Öffnung zu liefern; (2) eine Metallöffnungsplatte oder ein Düsenbauglied, in dem die Öffnungen in dem erforderlichen Muster gebildet sind; und (3) ein Siliziumsubstrat, das eine Reihe von Dünnfilmwiderständen, einen Widerstand pro verdarnpfungskarnmer, enthält.
Um einen einzelnen Tintenpunkt zu drucken, wird ein elektrischer Strom von einer externen Leistungsversorgung durch einen ausgewählten Dünnfilmwiderstand geleitet. Der Widerstand wird dann erwärmt, wobei der Reihe nach eine dünne Schicht der benachbarten Tinte in einer Verdampfungskammer überhitzt wird, eine explosive Verdampfung bewirkt wird und nachfolgend bewirkt wird, daß ein Tintentröpfchen durch eine zugeordnete Öffnung auf das Papier ausgestoßen wird.
Eine bekannte Druckkassette ist in dem U.S.-Patent Nr. 4,500,895, erteilt am 19. Februar 1985 an Buck u.a., mit dem Titel "Disposable Inkjet Head", der Anmelderin der vorliegenden Erfindung offenbart.
Bei einem anderen Typ eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß dem Stand der Technik, der in dem U.S.-Patent Nr. 4,683,481 an Johnson mit dem Titel "Thermal Ink Jet Common-Slotted Ink Feed Printhead" beschrieben ist, wird Tinte durch ein längliches Loch, das in dein Substrat gebildet ist, von einem Tintenbehälter zu den verschiedenen Verdampfungskammern zugeführt. Die Tinte fließt dann zu einem Verteilerbereich, der in einer Barrierenschicht zwischen dem Substrat und einem Düsenbauglied gebildet ist, und dann in eine Mehrzahl von Tintenkanälen und schließlich in die verschiedenen Verdampfungskammern. Dieser Entwurf gemäß dem Stand der Technik kann als ein Zentralzuführungsentwurf klassifiziert werden, bei dem Tinte an einer zentralen Position den Verdampfungskammern zugeführt wird und dann nach außen in die Verdampfungskammern verteilt wird. Einige Nachteile dieses Typs eines Tintenzuführungsentwurfs gemäß dem Stand der Technik bestehen darin, daß eine Herstellungszeit benötigt wird, um das Loch in dem Substrat herzustellen, wobei die benötigte Substratfläche um mindestens die Fläche des Loches erhöht wird. Ferner ist das Substrat, sobald das Loch gebildet ist, relativ brüchig, was die Handhabung desselben schwieriger macht. Ferner schafft der Verteiler inhärent eine bestimmte Begrenzung des Tintenflusses in die Verdampfungskammern, derart, daß die Erregung von Heizelementen innerhalb der Verdampfungskammer den Tintenflub in nahegelegene Verdampfungskammern beeinträchtigen kann, wodurch ein übersprechen erzeugt wird. Ein derartiges übersprechen beeinträchtigt den Tintenbetrag, der durch eine Öffnung bei einer Erregung eines zugeordneten Heizelements emittiert wird.
Diese Erfindung schafft einen verbesserten Tintenflußweg zwischen einem Tintenbehälter und Verdampfungshohlräumen in einem Tintenstrahldruckkopf. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Barrierenschicht, die Tintenkanäle und Verdampfungskammern enthält, zwischen einem rechteckigen Substrat und einem Düsenbauglied, das ein Array von Öffnungen enthält, positioniert. Das Substrat enthält zwei lineare Arrays von Heizerelementen, wobei jeder Öffnung in dem Düsenbauglied eine Verdampfungskammer und ein Heizerelement zugeordnet ist. Die Tintenkanäle in der Barrierenschicht weisen Tinteneingänge auf, die im allgemeinen entlang zweier gegenüberliegender Kanten des Substrates verlaufen, derart, daß Tinte, die um die Kanten des Substrates fließt, Zugang zu den Tintenkanälen und den Verdampfungskammern erhält.
Unter Verwendung des oben beschriebenen Tintenflußwegs (d.h. der Kantenzuführung) existiert keine Notwendigkeit nach einein Loch oder Schlitz in dem Substrat, um Tinte einem zentral angeordneten Tintenverteiler in der Barrierenschicht zuzuführen. Daher wird die Herstellungszeit, um das Substrat zu bilden, reduziert. Ferner kann die Substratfläche für eine gegebene Anzahl von Heizerelementen kleiner gemacht werden. Das Substrat ist ebenfalls weniger brüchig als ein ähnliches Substrat mit einem Schlitz, wodurch die Handhabung des Substrates vereinfacht wird. Ferner kann bei diesem Kantenzuführungsentwurf die gesamte Rückseite des Siliziumsubstrats durch den Tintenfluß über dasselbe gekühlt werden. Somit wird eine stationäre Leistungsdissipation verbessert.
Da der zentrale Verteiler, der einen gemeinsamen Tintenflußkanal zu einer Anzahl von Tintenkanälen schafft, nicht benötigt wird, ist die Tinte zusätzlich in der Lage, schneller in die Tintenkanäle und Verdampfungskammern zu fließen. Dies ermöglicht höhere Druckraten. Darüberhinaus kann durch das Eliminieren der Verteiler ein gleichmäßiger Tintenfluß in jede Verdampfungskammer beibehalten werden, während die Tintenausstoßsequenzen auftreten. Somit wird ein Übersprechen zwischen nahe gelegenen Verdampfungskammern minimiert.
Weitere Vorteile werden nach dem Lesen der Offenbarung offensichtlich sein.
Die vorliegende Erfindung wird durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen, die das bevorzugte Ausführungsbeispiel darstellen, offensichtlicher.
Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, welche mittels eines Beispiels die Grundsätze der Erfindung darstellen, durchgeführt wird, offensichtlich.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Tintenstrahldruckkassette gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der vorderen Oberfläche der TAB-Druckkopfanordnung (hierin nachfolgend "TAB-Druckkopfanordnung"; TAB Tape Automated Bonding = Automatisches Folienverbindungsverfahren), die von der Druckkassette von Fig. 1 entfernt ist.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der hinteren Oberfläche der TAB-Kopfanordnung von Fig. 2, wobei ein Siliziumsubstrat auf derselben befestigt ist, und wobei die leitfähigen Anschlußleitungen an dem Substrat befestigt sind.
Fig. 4 ist ein Seiten-Querschnitt-Aufriß entlang der Linie A-A in Fig. 3, welcher die Befestigung der leitfähigen Anschlußleitungen an Elektroden auf dem Siliziumsubstrat zeigt.
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Tintenstrahldruckkassette von Fig. 1, wobei die TAB-Kopfanordnung entfernt ist.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Tintenstrahldruckkassette von Fig. 1, welche die Konfiguration einer Abdichtung, die zwischen dem Tintenkassettenkörper und der TAB-Kopfanordnung gebildet ist, darstellt.
Fig. 7 ist eine perspektivische Draufsicht einer Substratstruktur, die Heizerwiderstände, Tintenkanäle und Verdampfungskammern enthält und auf der Rückseite der TAB-Kopfanordnung von Fig. 2 befestigt ist.
Fig. 8 ist eine perspektivische Draufsicht als Teilschnittansicht eines Abschnitts der TAB-Kopfanordnung, die die Beziehung einer Öffnung relativ zu einer Verdampfungskammer, eines Heizerwiderstands und einer Kante des Substrats zeigt.
Fig. 9 ist eine schematische Querschnittansicht entlang der Linie B-B von Fig. 6, die die Abdichtung zwischen der TAB-Kopfanordnung und der Druckkassette, ebenso wie den Tintenflußweg um die Kanten des Sub strats zeigt.
Fig. 10 zeigt ein Verfahren, das verwendet werden kann, um die bevorzugte TAB-Kopfanordnung zu bilden.
Bezugnehmend auf Fig. 1 zeigt das Bezugszeichen 10 allgemein eine Tintenstrahldruckkassette, die einen Druckkopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist. Die Tintenstrahldruckkassette 10 weist einen Tintenbehälter 12 und einen Druckkopf 14 auf, wobei der Druckkopf 14 unter Verwendung eines automatischen Folienverbindungsverfahrens (TAB) gebildet ist. Der Druckkopf 14 (hierin nachfolgend "TAB-Kopfanordnung 14") weist ein Düsenbauglied 16 auf, welches zwei parallele Spalten von versetzten Löchern oder Öffnungen 17, die beispielsweise mittels einer Laser-Ablation in einem flexiblen Polymer-Band 18 gebildet sind, auf. Das Band 18 kann als Kapton -Band kommerziell erworben werden, das von der 3M Corporation erhältlich ist. Ein weiteres geeignetes Band kann aus Upilex oder seinem Äquivalent gebildet sein.
Eine hintere Oberfläche des Bands 18 weist leitfähige Spuren 36 auf (die in Fig. 3 gezeigt sind), die unter Verwendung eines herkömmlichen photolithographischen Ätz- und/oder eines Plattierungs-Verfahrens auf demselben gebildet sind. Diese leitfähigen Spuren sind durch große Kontaktflächen 20 abgeschlossen, die entworfen sind, um eine Verbindung zu einem Drucker herzustellen. Die Druckkassette 10 ist entworfen, um in einen Drucker eingebaut zu werden, derart, daß die Kontaktflächen 20 auf der vorderen Oberfläche des Bands 18 Druckerelektroden, die extern erzeugte Anregungssignale zu dem Druckkopfliefern, kontaktieren.
In den verschiedenen gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Spuren auf der hinteren Oberfläche des Bands 18 gebildet (gegenüber der Oberfläche, die dem Aufzeichnungsmedium zugewandt ist). Um von der vorderen Oberfläche des Bands 18 auf diese Spuren zuzugreifen, müssen Löcher (Durchgangslöcher) durch die vordere Oberfläche des Bands 18 gebildet sein, um die Enden der Spuren freizulegen. Die freigelegten Enden der Spuren werden dann beispielsweise mit Gold plattiert, um die Kontaktflächen 20, die auf der vorderen Oberfläche des Bands 18 gezeigt sind, zu bilden.
Fenster 22 und 24 erstrecken sich durch das Band 18 und sind verwendet, um das Verbinden der anderen Enden der leitfähigen Spuren mit Elektroden auf einem Siliziumsubstrat, das Heizerwiderstände enthält, zu erleichtern. Die Fenster 22 und 24 werden mit einem Kapselungsmittel gefüllt, um jeden darunterliegenden Abschnitt der Spuren und des Substrats zu schützen.
Bei der Druckkassette 10 von Fig. 1 ist das Band 18 über die hintere Kante des "Vorsprungs" (snout) der Druckkassette gebogen und erstreckt sich näherungsweise entlang der Hälfte der Länge der hinteren Wand 25 des Vorsprungs. Dieser Klappenabschnitt des Bands 18 ist notwendig, um die leitfähigen Spuren, die mit den Substratelektroden verbunden sind, durch das entfernte Endfenster 22 zu führen.
Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht der TAB-Kopfanordnung 14 von Fig. 1, die von der Druckkassette 10 entfernt ist, und bevor die Fenster 22, 24 in der TAB-Kopfanordnung 14 mit einem Kapselungsmittel gefüllt sind.
An der Rückseite der TAB-Kopfanordnung 14 ist ein Siliziumsubstrat 28 (in Fig. 3 gezeigt) befestigt, das eine Mehrzahl einzeln anregbarer Dünnf ilmwiderstände aufweist. Jeder Widerstand ist allgemein hinter einer einzelnen Öffnung angeordnet und wirkt als ein Ohmscher Heizer, wenn er selektiv durch einen oder mehrere Pulse, die sequentiell oder gleichzeitig an eine oder mehrere der Kontaktflächen 20 angelegt werden, angeregt wird.
Die Öffnungen 17 und die leitfähigen Spuren können eine beliebige Größe, Anzahl und Muster aufweisen, wobei die verschiedenen Figuren entworfen sind, um einfach und deutlich die Merkmale der Erfindung zu zeigen. Die relativen Abmessungen der verschiedenen Merkmale wurden aus Gründen der Klarheit stark angepaßt.
Das Öffnungsmuster auf dem Band 18, das in Fig. 2 gezeigt ist, kann mittels eines Maskierungsverfahren in Kombination mit einem Laser oder einer anderen Ätzeinrichtung in einem Schritt-und-Wiederholungs-Verfahren hergestellt sein, was für Fachleute nach dem Lesen dieser Offenbarung ohne weiteres offensichtlich ist.
Fig. 10, die nachfolgend detailliert beschrieben wird, liefert zusätzliche Einzelheiten dieses Verfahrens.
Fig. 3 zeigt eine hintere Oberfläche der TAB-Kopfanordnung 14 von Fig. 2, wobei der Silizium-Chip oder das -Substrat 28, das auf der Rückseite des Bandes 18 befestigt ist, gezeigt ist, und ferner eine Kante einer Barrierenschicht 30, die auf dem Substrat 28 gebildet ist, welche Tintenkanäle und Verdampfungskammern enthält, gezeigt ist. Fig. 7 zeigt größere Einzelheiten dieser Barrierenschicht und wird später erläutert. Entlang der Kanten der Barrierenschicht sind Eingänge der Tintenkanäle 32 gezeigt, die Tinte von dem Tintenbehälter 12 (Fig. 1) empfangen.
Die leitfähigen Spuren 36, die auf der Rückseite des Bands 18 gebildet sind, sind ebenfalls in Fig. 3 gezeigt, wobei die Spuren 36 in Kontaktflächen 20 (Fig. 2) auf der entgegengesetzten Seite des Bands 18 enden.
Die Fenster 22 und 24 ermöglichen einen Zugriff auf die Enden der Spuren 36 und die Substratelektroden von der anderen Seite des Bands 18, um ein Verbinden zu erleichtern.
Fig. 4 zeigt eine Seitenquerschnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 3, welche die Verbindung der Enden der leitfähigen Spuren 36 mit den Elektroden 40, die auf dem Substrat 28 gebildet sind, darstellt. Wie in Fig. 4 zu sehen ist, ist ein Abschnitt 42 der Barrierenschicht 30 verwendet, um die Enden der leitfähigen Spuren 36 von dem Substrat 28 zu isolieren.
Ferner ist in Fig. 4 eine Seitenansicht des Bands 18, der Barrierenschicht 30, der Fenster 22 und 24 sowie der Eingänge der verschiedenen Tintenkanäle 32 gezeigt. Tintentröpfchen 46 sind gezeigt, die aus Öffnungslöchern, die jedem der Tintenkanäle 32 zugeordnet sind ausgestoßen werden.
Fig. 5 zeigt die Druckkassette 10 von Fig. 1, wobei die TAB-Kopfanordnung 14 entfernt ist, um die Oberseitenstruktur 50 zu offenbaren, die beim Liefern einer Dichtung zwischen der TAB-Kopfanordnung 14 und dem Druckkopfkörper verwendet ist. Die Oberseitencharakteristika sind zur Klarheit übertrieben dargestellt. Ferner ist in Fig. 5 ein mittlerer Schlitz 52 in der Druckkassette 10 gezeigt, um zu ermöglichen, daß Tinten von dem Tintenbehälter 12 zu der hinteren Oberfläche der TAB-Kopfanordnung 14 fließt.
Die Oberseitenstruktur 50, die auf der Druckkassette 10 gebildet ist, ist derart konf iguriert, daß ein Wulst aus Epoxidkleber, der auf den inneren erhöhten Wänden 54 und über die Wandöf fnungen 55 und 56 verteilt ist (um das Substrat zu umgeben, wenn die TAB-Kopfanordnung 14 an ihrem Platz ist), eine Tintenabdichtung zwischen dem Körper der Druckkassette 10 und der Rückseite der TAB-Kopfanordnung 14 bilden wird, wenn die TAB-Kopfanordnung 14 an ihrem Platz gegen die Oberseitenstruktur 50 gepreßt wird. Andere Kleber, die verwendet werden können, schließen Hot-Melt-Kleber, Silikon, UV-aushärtbaren Kleber und Gemische derselben ein. Ferner kann ein strukturierter Kleberfilin auf der Oberseite positioniert sein, im Gegensatz zum Verteilen eines Kleberwulsts.
Wenn die TAB-Kopfanordnung 14 von Fig. 3 ordnungsgemäß positioniert und auf die Oberseitenstruktur 50 in Fig. 5 herabgedrückt ist, werden die zwei kurzen Enden des Substrats 28, nachdem der Kleber verteilt ist, durch die Oberflächenabschnitte 57 und 58 in den Wandöf fnungen 55 und 56 gehalten. Die Konfiguration der Oberseitenstruktur so ist derart, daß, wenn das Substrat durch die Oberflächenabschnitte 57 und 58 getragen wird, die hintere Oberfläche des Bands 18 leicht oberhalb des oberen Endes der erhöhten Wände 54 ist und näherungsweise bündig mit der flachen oberen Oberfläche 59 der Druckkassette 10. Während die TAB-Kopfanordnung 14 auf die Oberseite 50 herabgedrückt wird, wird der Kleber nach unten zerdrückt. Von dem oberen Ende der inneren erhöhten Wände 54 läuft der Kleber in die Rinne zwischen den inneren erhöhten Wänden 54 und der äußeren erhöhten Wand 60 über und läuft etwas zu dem Schlitz 52 über. Von den Wandöf fnungen 55 und 56 wird der Kleber nach innen in die Richtung des Schlitzes 52 zerdrückt und wird nach außen zu der äußeren erhöhten Wand 60 zerdrückt, die eine weitere Verschiebung des Klebers nach außen blockiert. Die Verschiebung des Klebers nach außen dient nicht nur als eine Tintenabdichtung, sondern kapselt die leitfähigen Spuren in der Nähe der Oberseite 50 von unten ein, um die Spuren vor Tinte zu schützen.
Diese Abdichtung, die durch den Kleber gebildet ist, der das Substrat 28 umgibt, ermöglicht es, daß Tinte von dem Schlitz 52 und um die Seiten des Substrats herum zu den Verdampfungskammern, die in der Barrierenschicht 30 gebildet sind, fließt, verhindert jedoch, daß Tinte von unterhalb der TAB- Kopfanordnung 14 aussickert. Folglich liefert diese Kleberabdichtung eine starke mechanische Kopplung der TAB-Kopfanordnung 14 an die Druckkassette 10, liefert eine Fluidabdichtung und liefert eine Spureinkapselung. Die Kleberabdichtung ist ferner leichter auszuhärten als bekannte Abdichtungen, wobei es viel einfacher ist, Lecks zwischen dem Druckkassettenkörper und dem Druckkopf zu erfassen, da die Dichtungsmassenlinie ohne weiteres beobachtbar ist.
Das Kantenzufuhrinerkinal, bei dem Tinte um die Seiten des Substrats und direkt in die Tintenkanäle fließt, weist gegenüber bekannten Druckkopfentwürfen, die ein längliches Loch oder einen Schlitz, der längs in dem Substrat verläuft, um zu ermöglichen, daß Tinte in einen mittleren Verteiler und schließlich zu den Eingängen der Tintenkanäle fließt, bilden, eine Anzahl von Vorteilen auf. Ein Vorteil besteht darin, daß das Substrat schmaler gemacht werden kann, da kein Schlitz in dem Substrat erforderlich ist. Das Substrat kann aufgrund des Fehlens jedes länglichen mittleren Loches in dem Substrat nicht nur schmaler gemacht werden, sondern ferner kann die Länge des Substrats aufgrund dessen, daß das Substrat nun ohne ein mittleres Loch weniger anfällig für ein Reißen oder Brechen ist, verkürzt werden. Diese Verkürzung des Substrats ermöglicht eine kürzere Oberseite 50 in Fig. 5 und daher einen kürzeren Druckkassettenvorsprung.
Dies ist wichtig, wenn die Druckkassette in einen Drucker eingebaut wird, der einen oder mehrere Klerninrollen unter dem Transportweg des Vorsprungs über das Papier verwendet, um das Papier gegen die drehbare Papierwalze zu drücken, und der ferner eine oder mehrere Rollen (die auch Stemräder genannt werden) über dem Transportweg verwendet, um den Papierkontakt um die Papierwalze beizubehalten. Bei einem kürzeren Druckkassettenvorsprung können die Stemräder näher an den Kleminrollen angeordnet sein, um einen besseren Papier/Rollen-Kontakt entlang des Transportwegs des Druckkassettenvorsprungs sicherzustellen.
Außerdem kann dadurch, daß das Substrat schmäler gemacht ist, eine größere Anzahl von Substraten pro Wafer gebildet werden, wodurch die Materialkosten pro Substrat gesenkt werden.
Weitere Vorteile des Kantenzufuhrmerkmals sind, daß Herstellungszeit gespart wird, indem kein Schlitz in das Substrat geätzt werden muß, und da das Substrat während der Handhabung weniger anfällig für ein Zerbrechen ist. Ferner ist das Substrat in der Lage, mehr Wärme abzuleiten, da der Tintenfluß über die Rückseite des Substrats und um die Kanten des Substrats herum wirksam ist, um Hitze von der Rückseite des Substrats wegzuziehen.
Es existieren ferner eine Anzahl von Verhaltensvorteilen für den Kantenzufuhrentwurf. Durch das Beseitigen des Verteilers ebenso wie des Schlitzes in dem Substrat ist Tinte in der Lage, schneller in die Verdampfungskammern zu fließen, da eine geringere Beschränkung für den Tintenfluß existiert. Dieser schnellere Tintenfluß verbessert die Freguenzantwort des Druckkopfs, wobei höhere Druckraten aus einer gegebenen Anzahl von Öffnungen möglich sind. Ferner reduziert der schnellere Tintenfluß ein übersprechen zwischen nebeneinanderliegenden Verdampfungskammern, das durch Schwankungen des Tintenflusses bewirkt wird, -wenn die Heizerelemente in der Verdampfungskammer aktiviert werden.
Fig. 6 zeigt einen Abschnitt der fertigen Druckkassette 10, welcher durch Kreuzschraffur den Ort des darunterliegenden Klebers zeigt, der die Abdichtung zwischen der TAB-Kopfanordnung 14 und dem Körper der Druckkassette 10 bildet. In Fig. 6 ist der Kleber im allgemeinen zwischen den gestrichelten Linien, die das Array von Öffnungen 17 umgeben, angeordnet, wobei die äußere gestrichelte Linie 62 leicht innerhalb der Grenzen der äußeren erhöhten Wand 60 in Fig. 5 ist, und wobei die innere gestrichelte Linie 64 leicht innerhalb der Grenzen der inneren erh:hten Wände 54 in Fig. 5 ist. Es ist ferner gezeigt, daß der Kleber durch die Wandöffnungen 55 und 56 (Fig. 5) zerdrückt ist, um die Spuren, die zu den Elektroden auf dem Substrat führen, einzukapseln.
Ein Querschnitt dieser Abdichtung entlang der Linie B-B in Fig. 6 ist ferner in Fig. 9 dargestellt, die später erläutert werden soll.
Fig. 7 ist eine perspektivische Vorderansicht des Siliziumsubstrats 28, das an der Rückseite des Bands 18 in Fig. 2 befestigt ist, um die TAB-Kopfanordnung 14 zu bilden.
Auf dem Siliziumsubstrat 28 sind unter Verwendung herkömmlicher photolithographischer Techniken zwei Reihen von versetzten Dünnfilmwiderständen 70 gebildet, die in Fig. 7 gezeigt sind, welche durch die Verdampfungskammern 72, die in der Barrierenschicht 30 gebildet sind, freigelegt sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 28 näherungsweise 0,5 Inch (1,27 cm) lang und enthält 300 Heizerwiderstände 70, wodurch eine Auflösung von 600 Punkten pro Inch (2,54 cm) möglich ist.
Ferner sind Elektroden 74 für eine Verbindung mit den leitfähigen Spuren 36 (die durch gestrichelte Linien gezeigt sind), welche auf der Rückseite des Bands 18 in Fig. 2 gebildet sind, auf dem Substrat 28 gebildet.
Ein Demultiplexer 78, der durch eine gestrichelte Umrißlinie in Fig. 7 gezeigt ist, ist ferner auf dem Substrat 28 gebildet, um die ankommenden multiplexten Signale, die den Elektroden 74 zugeführt werden, zu demultiplexen und die Signale zu den verschiedenen Dünnfilmwiderständen 70 zu verteilen. Der Demultiplexer 78 ermöglicht die Verwendung einer viel geringeren Anzahl von Elektroden 74 als Dünnfilmwiderständen 70. Dadurch, daß weniger Elektroden vorliegen, ist es möglich, daß alle Verbindungen zu dem Substrat von den kurzen Endabschnitten des Substrats hergestellt werden, wie in Fig. 4 gezeigt ist, so daß diese Verbindungen den Tintenfluß um die langen Seiten des Substrats nicht stören. Der Demultiplexer 78 kann ein beliebiger Decodierer zum Decodieren von codierten Signalen, die den Elektroden 74 zugeführt werden, sein. Der Demultiplexer weist Eingangsanschlußleitungen auf (die aus Gründen der Einfachheit nicht gezeigt sind), die mit den Elektroden 74 verbunden sind, und weist Ausgangsanschlußleitugen (nicht gezeigt) auf, die mit den verschiedenen Widerständen 70 verbunden.
Ferner ist unter Verwendung herkömmlicher photolithographischer Techniken die Barrierenschicht 30 auf dem Substrat 28 gebildet, welche eine Schicht aus Photoresist oder einem anderen Polymer sein kann, in der die Verdampfungskammern 72 und Tintenkanäle 80 gebildet sind.
Ein Abschnitt 42 der Barrierenschicht 30 isoliert die leitfähigen Spuren 36 von dem darunterliegenden Substrat 28, wie vorher bezugnehmend auf Fig. 4 erläutert wurde.
Um die obere Oberfläche der Barrierenschicht 30 haftend an der hinteren Oberfläche des Bands 18, das in Fig. 3 gezeigt ist, zu befestigen, ist eine dünne Kleberschicht 84, beispielsweise eine nicht ausgehärtete Schicht eines Poly-Isopren-Photoresists, auf die obere Oberfläche der Barrierenschicht 30 aufgebracht. Eine getrennte Kleberschicht muß nicht notwendig sein, wenn die Oberseite der Barrierenschicht 30 anderweitig haftend gemacht werden kann. Die resultierende Substratstruktur wird dann bezüglich der hinteren Oberfläche des Bands 18 positioniert, um die Widerstände 70 mit den Öffnungen, die in dem Band 18 gebildet sind, auszurichten. Dieser Ausrichtungsschritt richtet ferner inhärent die Elektroden 74 mit den Enden der leitfähigen Spuren 36 aus. Die Spuren 36 werden dann mit den Elektroden 74 verbunden. Dieses Ausrichtungs- und Verbindungs-Verfahren wird detaillierter nachfolgend bezugnehmend auf Fig. 10 beschrieben. Die ausgerichtete und verbundene Substrat/Band-Struktur wird dann erwärmt, während ein Druck ausgeübt wird, um die Kleberschicht 84 auszuhärten und die Substratstruktur fest an der hinteren Oberfläche des Bands 18 zu befestigen.
Fig. 8 ist eine vergrößerte Ansicht einer einzelnen Verdampfungskammer 72, eines Dünnfilmwiderstands 70 und einer stumpf förmigen Öffnung 17, nachdem die Substratstruktur von Fig. 7 über die dünne Kleberschicht 84 an der Rückseite des Bands 18 befestigt ist. Eine Seitenkante des Substrats 28 ist als Kante 86 gezeigt. Im Betrieb fließt Tinte von dem Tintenbehälter 12 in Fig. 1 um die Seitenkante 86 des Substrats 28 und in den Tintenkanal 80 und die zugeordnete Verdampfungskammer 72, wie durch den Pfeil 88 gezeigt ist. Auf die Anregung des Dünnfilmwiderstands 70 hin wird eine dünne Schicht der benachbarten Tinte überhitzt, wobei eine explosive Verdampfung bewirkt wird, und nachfolgend bewirkt wird, daß ein Tintentröpfchen durch die Öffnung 17 ausgestoßen wird. Die Verdampfungskammer 72 wird danach durch eine Kapillarwirkung erneut gefüllt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Barrierenschicht 30 näherungsweise 0,0254 mm (1 Milli-Inch) dick, das Substrat 28 ist näherungsweise 0,508 mm (20 Milli-Inch) dick und das Band 18 ist näherungsweise 0,0508 mm (2 Milli- Inch) dick.
In Fig. 9 ist ein Seiten-Querschnitt-Aufriß entlang der Linie B-B in Fig. 6 gezeigt, der einen Abschnitt der Kleberabdichtung 90, die das Substrat 28 umgibt, darstellt, und die das Substrat 28 zeigt, das durch die dünne Kleberschicht 84 auf der oberen Oberfläche der Barrierenschicht 30, welche die Tintenkanäle und die Verdampfungskammer 92 und 94 enthält, haftend an einem mittleren Abschnitt des Bands 18 befestigt ist. Ein Abschnitt des Kunststoffkörpers der Druckkopfkassette 10, der die erh-hten Wände 54, die in Fig. 5 gezeigt sind, einschließt, ist ebenfalls gezeigt. Dünnfilmwiderstände 96 und 98 sind in den Verdampfungskammern 92 bzw. 94 gezeigt.
Fig. 9 zeigt ferner, wie Tinte 99 von dem Tintenbehälter 12 durch den mittleren Schlitz 52, der in der Druckkassette 10 gebildet ist, fließt und um die Kanten des Substrats 28 in die Verdampfungskammern 92 und 94 fließt. Wenn die Widerstände 96 und 98 angeregt sind, wird die Tinte in den Verdampfungskammern 92 und 94 ausgestoßen, wie durch die ausgestoßenen Tintentröpfchen 101 und 102 dargestellt ist.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel enthält der Tintenbehälter zwei separate Tintenquellen, von denen jede Tinte einer unterschiedlichen Farbe enthält. Bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel ist der mittlere Schlitz 52 in Fig. 9 zweigeteilt, wie durch die gestrichelte Linie 103 gezeigt ist, derart, daß jede Seite des mittleren Schlitzes 52 mit einer getrennten Tintenquelle in Verbindung steht. Danach kann bewirkt werden, daß das linke lineare Array von Verdampfungskammern Tinte einer Farbe ausstößt, während bewirkt werden kann, daß das rechte lineare Array von Verdampfungskammern Tinte einer unterschiedlichen Farbe ausstößt. Dieses Konzept kann auch verwendet werden, um einen Vierfarb-Druckkopf zu erzeugen, bei dem ein unterschiedlicher Tintenbehälter Tinte zu Tintenkanälen entlang jeder der vier Seiten des Substrats zuführt. Folglich würde statt des Zwei-Kanten-Zufuhrentwurfs, der oben erläutert wurde, ein Vier-Kanten-Entwurf verwendet werden, vorzugsweise aus Symmetriegründen unter Verwendung eines quadratischen Substrats.
Fig. 10 zeigt ein Verfahren zum Bilden des bevorzugten Aus führungsbeispiels der TAB-Kopfanordnung 14 in Fig. 3.
Das Ausgangsmaterial ist ein Kapton oder ein Upilex -Typ-Polymerband 104, obwohl das Band 104 aus einem beliebigen geeigneten Polymerfilm bestehen kann, der zur Verwendung bei dem unten beschriebenen Verfahren annehmbar ist. Einige derartige Filme können Teflon, Polyimid, Polymethylmethacrylat, Polykarbonat, Polyester, Polyamid-Polyethylen-Terephtalat oder Gemische derselben aufweisen.
Das Band 104 wird typischerweise in langen Streifen auf einer Rolle 105 bereitgestellt. Führungslöcher 106 entlang der Seiten des Bands 104 werden verwendet, um das Band 104 genau und sicher zu transportieren. Alternativ können die Führungslöcher 106 entfallen und das Band kann mit anderen Befest igungsarten transportiert werden.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Band 104 bereits mit leitfähigen Kupferspuren 36 versehen, wie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist, die unter Verwendung einer herkömmlichen Metallabscheidung und photolithographischer Verfahren auf demselben gebildet sind. Das spezielle Muster der leitfähigen Spuren hängt von der Art und Weise ab, auf die es erwünscht ist, elektrische Signale zu den Elektroden, die auf Silizium-Chips gebildet sind, welche nachfolgend auf dem Band 104 befestigt werden, zu verteilen.
Bei dem bevorzugten Verfahren wird das Band 104 zu einer Laser-Bearbeitungskammer transportiert und unter Verwendung von Laserstrahlung 110, beispielsweise der, die durch einen Excimer-Laser 112 eines F&sub2;-, ArF-, KrCl-, KrF- oder XeCl- Typs erzeugt wird, in einem Muster, das durch eine oder mehrere Masken 108 definiert ist, Laser-ablatiert. Die maskierte Laserstrahlung ist durch Pfeile 114 bezeichnet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel definieren derartige Masken 108 alle ablatierten Merkmale für einen erweiterten Bereich des Bands 104, welche z.B. eine Mehrzahl von Öffnungen in dem Fall einer Öffnungsmustermaske 108 und mehrere Verdampfungskammern in dem Fall einer Verdampfungskammer-Mustermaske 108 aufweisen. Alternativ können die Muster, beispielsweise das Öffnungsmuster, das Verdampfungskammermuster oder andere Muster, nebeneinander auf einem gemeinsamen Maskensubstrat plaziert sein, das wesentlich größer ist als der Laserstrahl. Dann können solche Muster sequentiell in den Strahl bewegt werden. Das Maskierungsmaterial, das bei solchen Masken verwendet ist, wird vorzugsweise bei der Laserwellenlänge stark reflektierend sein, und beispielsweise aus einem Mehrschichtdielektrikum oder einem Metall, wie z.B. Aluminium, bestehen.
Das Öffnungsmuster, das durch die eine oder die Mehrzahl von Masken 108 definiert ist, kann das sein, das allgemein in Fig. 2 gezeigt ist. Mehrere Masken 108 können verwendet werden, um eine gestufte Öffnungsverjüngung zu bilden, wie in Fig. 8 gezeigt ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel definiert eine getrennte Maske 108 das Muster der Fenster 22 und 24, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind; jedoch werden bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Fenster 22 und 24 unter Verwendung herkömmlicher photolithographischer Verfahren gebildet, bevor das Band 104 den Verfahren unterworfen wird, die in Fig. 10 gezeigt sind.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel eines Düsenbauglieds, bei dem das Düsenbauglied auch Verdampfungskammern aufweist, würden eine oder mehrere Masken 108 verwendet werden, um die Öffnungen zu bilden, während eine weitere Maske 108 und ein weiterer Laserenergiepegel (und/oder eine Anzahl von Laser-Schüssen) verwendet werden würden, um die Verdampfungskammern, die Tintenkanäle und die Verteiler zu definieren, die durch einen Abschnitt der Dicke des Bands 104 gebildet sind.
Das Lasersystem für dieses Verfahren weist im allgemeinen Strahllieferungsoptiken, Ausrichtungsoptiken, ein Hochpräzisions- und Hochgeschwindigkeits-Masken-Hin- und -Her-Bewegungssystem und eine Verarbeitungskammer einschließlich einer Vorrichtung zum Handhaben und Positionieren des Bands 104 auf. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet das Lasersystem eine Projektions-Maskenkonfiguration, bei der eine Präzisionslinse 115, die zwischen der Maske 108 und dem Band 104 angeordnet ist, das Excimer-Laser-Licht in dem Bild des Musters, das auf der Maske 108 definiert ist, auf das Band 104 projiziert.
Die maskierte Laserstrahlung, die die Linse 115 verläßt, ist durch Pfeile 116 dargestellt.
Eine derartige Projektions-Maskenkonfiguration ist für Hochpräzisions-Öffnungsabmessungen vorteilhaft, da die Maske physikalisch von dem Düsenbauglied entfernt ist. Bei dem Ablationsverfahren wird von Natur aus Ruß gebildet und ausgeworfen und wandert um Entfernungen von etwa 1 cm von dem Düsenbauglied, das ablatiert wird. Wenn die Maske in Kontakt mit dem Düsenbauglied wäre, oder in der Nähe desselben, würden Rußablagerungen auf der Maske dazu tendieren, die ablatierten Merkmale zu deformieren und deren Abmessungsgenauigkeit zu reduzieren. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Projektionslinse mehr als 2 cm von dem Düsenbauglied, das ablatiert wird, entfernt, wodurch das Ablagern von irgendeinem Ruß auf demselben oder auf der Maske verhindert ist.
Die Ablation ist gut bekannt, um Merkmale mit verjüngten Wänden zu erzeugen, die derart verjüngt sind, daß der Durchmesser einer Öffnung an der Oberfläche, auf die der Laser einfällt, größer ist, und an der Austrittsoberf läche kleiner ist. Der Verjüngungswinkel ändert sich für Energiedichten, die geringer als etwa 2 Joule pro Quadratzentimeter sind, signifikant mit Änderungen der optischen Energiedichte, die auf das Düsenbauglied einfällt. Wenn die Energiedichte nicht gesteuert wäre, würde der Verjüngungswinkel der erzeugten Öffnungen signifikant variieren, was wesentliche Schwankungen des Austritts-Öffnungsdurchmessers zur Folge hätte. Derartige Schwankungen würden nachteilige Schwankungen des ausgestoßenen Tintentropfen-Volumens und der -Geschwindigkeit erzeugen, wobei die Druckqualität reduziert wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die optische Energie des Ablations-Laserstrahl exakt überwacht und gesteuert, um einen konsistenten Verjüngungswinkel zu erreichen, und dadurch einen reproduzierbaren Austrittsdurchmesser. Zusätzlich zu den Druckqualitäts-Vorteilen, die eine Folge des konstanten Öffnungsaustrittsdurchmessers sind, ist eine Verjüngung für den Betrieb der Öffnungen vorteilhaft, da die Verjüngung wirksam ist, um die Entladungsgeschwindigkeit zu erhöhen und einen fokussierteren Ausstoß von Tinte zu liefern, sowie um weitere Vorteile zu liefern. Die Verjüngung kann in dem Bereich von 5 bis 15 Grad relativ zu der Achse der Öffnung sein. Das Verfahren des bevorzugten Ausführungsbeispiels, das hierin beschrieben ist, ermöglicht eine schnelle und exakte Herstellung ohne den Bedarf danach, den Laserstrahl relativ zu dem Düsenbauglied zu schwenken. Dasselbe erzeugt genaue Austrittsdurchmesser, selbst wenn der Laserstrahl auf die Eintrittsoberfläche fällt, und nicht auf die Austrittsoberf läche des Düsenbauglieds.
Nach dem Schritt der Laser-Ablation wird das Polymerband 104 schrittweise bewegt, und das Verfahren wird wiederholt. Dies wird als ein Schritt-und-Wiederhol-Verfahren bezeichnet. Die Gesamtverarbeitungszeit, die zum Bilden eines einzelnen Musters auf dem Band 104 erforderlich ist, kann in der Größenordnung weniger Sekunden liegen. Wie oben erwähnt wurde, kann ein einzelnes Maskenmuster eine erweiterte Gruppe von ablatierten Merkmalen aufweisen, um die Verarbeitungszeit pro Düsenbauglied zu reduzieren.
Laser-Ablations-Verfahren haben gegenüber anderen Formen eines Laserbohrens für die Bildung der Präzisionsöffnungen, der Verdampfungskammern und der Tintenkanäle unterschiedli che Vorteile. Bei der der Laser-Ablation werden kurze Pulse intensiven ultravioletten Lichts in einer dünnen Oberflächenschicht des Materials innerhalb etwa einem Mikrometer oder weniger der Oberfläche absorbiert.
Bevorzugte Pulsenergien sind größer als etwa 100 Millijoule pro Quadratzentimeter und Pulsdauern sind kürzer als etwa eine Mikrosekunde. Unter diesen Umständen dissoziiert das intensive Ultraviolettlicht die chemischen Bindungen in dem Material optisch. Außerdem ist die absorbierte Ultraviolettenergie in einem derart kleinen Volumen des Materials konzentriert, daß dieselbe die dissozuerten Fragmente schnell erwärmt und dieselben von der Oberfläche des Materials weg auswirft. Da diese Verfahren so schnell stattfinden, existiert keine Zeit, damit sich Wärme zu dem umgebenden Material ausbreiten kann. Folglich wird die umgebende Region nicht geschmolzen oder anderweitig beschädigt, wobei der Durchmesser der ablatierten Merkmale die Form des einfallenden optischen Strahls mit einer Präzision im Maßstab von etwa 1 µm wiedergeben kann. Außerdem kann die Laser-Ablation ferner Kammern mit im wesentlichen flachen Bodenoberflächen bilden, welche eine Ebene bilden, die in der Schicht ausgenommen ist, vorausgesetzt, daß die optische Energiedichte über der Region, die ablatiert wird, konstant ist. Die Tiefe solcher Kammern ist durch die Anzahl der Laser-Schüsse sowie die Leistungsdichte jedes derselben bestimmt.
Laser-Ablations-Verfahren haben ferner zahlreiche Vorteile verglichen mit herkömmlichen, lithographischen Elektrobildungsverfahren zum Bilden von Düsenbaugliedern für Tintenstrahldruckköpfe. Beispielsweise sind Laser-Ablations-Verfahren im allgemeinen weniger aufwendig und einfacher als herkömmliche lithographische Elektrobildungsverfahren. Außerdem können durch die Verwendung von Laser-Ablations- Prozessen Polymer-Düsenbauglieder mit wesentlich größeren Größen (d.h. mit größeren Oberflächenbereichen) und mit Düsengeometrien, die mit herkömmlichen Elektrobildungsverfahren nicht durchführbar sind, hergestellt werden. Insbesondere können einzigartige Düsenformen durch das Steuern der Belichtungsintensität oder durch das Durchführen mehrerer Belichtungen mit einem Laserstrahl, der zwischen jeder Belichtung neu ausgerichtet wird, erzeugt werden. Ferner können exakte Düsengeometrien ohne so strenge Prozeßsteuerungen, wie sie für Elektrobildungsverfahren notwendig sind, gebildet werden.
Ein weiterer Vorteil des Bildens von Düsenbaugliedern durch eine Laser-Ablation eines Polymer-Materials besteht darin, daß die Öffnungen oder Düsen ohne weiteres mit verschiedenen Verhältnissen von Düsenlänge (L) zu Düsendurchmesser (D) hergestellt werden können. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel überschreitet das L/D-Verhältnis Eins. Ein Vorteil des Verlängerns der Düsenlänge bezüglich zu ihrem Durchmesser ist, daß die Positionierung des Öffnungswiderstands in einer Verdampfungskamrner weniger kritisch wird.
Im Gebrauch weisen Laser-ablatierte Polymer-Düsenbauglieder für Tintenstrahldrucker Charakteristika auf, die denen mittels einer herkömmlichen Elektrobildung gebildeter Öffnungsplatten überlegen sind. Beispielsweise sind Laser-ablatierte Polymer-Düsenbauglieder gegenüber einer Korrosion durch Drucktinten, die auf Wasser basieren, stark widerstandsfähig und sind im allgemeinen wasserabweisend. Ferner weisen Laser-ablatierte Polymer-Düsenbauglieder ein relativ geringes Elastizitätsmodul auf, so daß eine eingebaute Belastung zwischen dem Düsenbauglied und einem darunterliegenden Substrat oder der Barrierenschicht weniger eine Tendenz aufweist, eine Aufblätterung zwischen dem Düsenbauglied und der Barnerenschicht zu bewirken. Außerdem können Laser-ablatierte Polymer-Düsenbauglieder ohne weiteres an einem Polymer-Substrat befestigt oder mit demselben gebildet werden.
Obwohl bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen ein Excimer-Laser verwendet ist, können andere Ultraviolettlichtquellen mit im wesentlichen der gleichen optischen Wellenlänge und Energiedichte verwendet werden, um das Ablations Verfahren durchzuführen. Vorzugsweise wird die Wellenlänge einer solchen Ultraviolettlichtquelle im Bereich von 150 nm bis 400 nm liegen, um eine hohe Absorption in dem Band, das ablatiert werden soll, zu ermöglichen. Ferner sollte die Energiedichte größer als etwa 100 Millijoule pro Quadratzentimeter mit einer Pulslänge von weniger als etwa 1 Mikrosekunde sein, um einen schnellen Auswurf das ablatierten Materials im wesentlichen ohne Erwärmung des umgebenden zurückbleibenden Materials zu erreichen.
Für Fachleute wird offensichtlich sein, daß zahlreiche andere Verfahren zum Bilden eines Musters auf dem Band 104 ebenfalls verwendet werden können. Andere solche Verfahren schließen chemisches Ätzen, Stanzen, reaktives Ionenätzen, Ionenstrahlfräsen, und Formen oder Gießen auf einem photodefinierten Muster ein.
Ein nächster Schritt bei dem Verfahren ist ein Reinigungsschritt, bei dem der Laser-ablatierte Abschnitt des Bands 104 unter einer Reinigungsstation 117 positioniert wird. An der Reinigungsstation 117 wird Schmutz von der Laser-Ablation gemäß einer üblichen Industriepraxis entfernt.
Dann wird das Band 104 zu der nächsten Station weitergeschaltet, welche eine optische Ausrichtungsstation 118 ist, die in eine herkömmliche automatische TAB-Verbindungsvorrichtung eingebaut ist, beispielsweise eine Verbindungsvorrichtung für innere Anschlußleitungen, die kommerziell von der Shinkawa Corporation, Modell-Nr. IL-20, erhältlich ist. Die Verbindungsvorrichtung ist mit einem Ausrichtungs(Ziel-)Muster auf dem Düsenbauglied vorprogrammiert, welches auf die gleiche Art und Weise und/oder die gleichen Schritte hergestellt ist, die verwendet sind, um die Öffnungen zu erzeugen, und einem Zielmuster auf dem Substrat, das auf die gleiche Art und Weise und/oder die gleichen Schritte erzeugt ist, die verwendet sind, um die Widerstände zu erzeugen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Material des Düsenbauglieds semi-transparent, derart, daß das Zielmuster auf dem Substrat durch das Düsenbauglied zu sehen ist. Die Verbindungsvorrichtung positioniert dann automatisch die Silizium-Chips 120 bezüglich der Düsenbauglieder, um die zwei Zielmuster auszurichten. Ein derartiges Ausrichtungsinerkmal existiert in der TAB-Verbindungsvorrichtung von Shinkawa. Diese automatische Ausrichtung des Düsenbauglied-Zielmusters mit dem Substrat-Zielmuster richtet nicht nur die Öffnungen exakt mit den Widerständen aus, sondern richtet ferner inhärent die Elektroden auf den Chips 120 mit den Enden der leitfähigen Spuren, die in dem Band 104 gebildet sind, aus, da die Spuren und die Öffnungen in dem Band 104 ausgerichtet sind, und die Substratelektroden und die Heizwiderstände auf dem Substrat ausgerichtet sind. Daher werden alle Strukturen auf dem Band 104 und auf den Silizium-Chips 120 bezüglich zueinander ausgerichtet sein, sobald die zwei Zielmuster ausgerichtet sind.
Folglich wird die Ausrichtung der Silizium-Chips 120 bezüglich des Bands 104 automatisch ausschließlich unter der Verwendung einer kommerziell erhältlichen Ausrüstung durchgeführt. Durch das Integrieren der leitfähigen Spuren mit dem Düsenbauglied ist ein solches Ausrichtungsinerkinal möglich. Eine derartige Integration reduziert nicht nur die Zusammenbaukosten des Druckkopfs, sondern reduziert ebenso die Materialkosten des Druckkopfs.
Die automatisch TAB-Verbindungsvorrichtung verwendet dann ein Mehrfachverbindungsverfahren, um die Enden der leitfähigen Spuren durch die Fenster, die in dem Band 104 gebildet sind, auf die zugeordneten Substratelektroden hinabzudrücken. Die Verbindungsvorrichtung liefert dann Wärme, um durch die Verwendung eines Thermokompressions-Verbindens die Enden der Spuren der zugeordneten Elektroden zu schweißen. Andere Verbindungsarten können ebenfalls verwendet werden, beispielsweise Ultraschall-Verbinden, leitfähiges Epoxid, Lötpaste oder andere gut bekannte Mittel.
Das Band 104 wird dann zu einer Wärme- und Druck-Station 122 weitergeschaltet. Wie vorher bezüglich Fig. 7 erläutert wur de, existiert auf der oberen Oberfläche der Barrierenschicht 30, die auf dem Siliziumsubstrat gebildet ist, eine Kleberschicht 84. Nach dem oben beschriebenen Verbindungsschritt werden die Silizium-Chips 120 dann gegen das Band 104 heruntergedrückt, und Wärme wird zugeführt, um die Kleberschicht 84 auszuhärten und die Chips 120 physikalisch mit dem Band 104 zu verbinden.
Danach wird das Band 104 weitergeschaltet und wird optional auf der Aufnahmerolle 124 aufgenommen. Das Band 104 kann dann später geschnitten werden, um die einzelnen TAB-Kopfanordnungen voneinander zu trennen.
Die resultierende TAB-Kopfanordnung wird dann auf der Druckkassette 10 positioniert, und die vorher beschriebene haftende Dichtung 90, Fig. 9, wird gebildet, um das Düsenbauglied sicher an der Druckkassette zu befestigen, um eine tintenfeste Abdichtung um das Substrat zwischen dem Düsenbauglied und dem Tintenbehälter zu liefern, und die Spuren in der Nähe der Oberfläche einzukapseln, um die Spuren von der Tinte zu isolieren.
Peripherische Punkte auf der flexiblen TAB-Kopfanordnung werden dann mittels eines herkömmlichen Durchschmelz-Typ- Verbindungsverfahren an der Kunststoff-Druckkassette 10 befestigt, um zu bewirken, daß das Polymerband 18 mit der Oberfläche der Druckkassette 10 relativ bündig bleibt, wie in Fig. 1 gezeigt ist.

Claims

1. Ein Druckkopf (14) für einen Tintendrucker mit folgenden Merkmalen:

einem Düsenbauglied (16) mit einer Mehrzahl von Tintenöffnungen (17), die in demselben gebildet sind;

einer Mehrzahl von Heizeinrichtungen (70), die auf einem Substrat (28) gebildet sind, das eine erste äußere Kante (86) aufweist, wobei jedes der Heizelemente in der Nähe einer zugeordneten Öffnung zum Verdampfen eines Tintenanteils und zum Ausstoßen der Tinte aus der zugeordneten Öffnung angeordnet ist; und

einem Fluidkanal, der zu jeder Öffnung zum Kommunizieren mit einem Tintenbehälter (12) führt, wobei es der Fluidkanal ermöglicht, daß Tinte um die erste äußere Kante (86) des Substrats und in die Nähe der Öffnungen fließt.

2. Der Druckkopf (14) gemäß Anspruch 1, bei dem der Fluidkanal eine Mehrzahl von Tintenkanälen (80) und eine Mehrzahl von Verdampfungskammern (72) aufweist, wobei die Tintenkanäle eine Kommunikation zwischen dem Tintenbehälter (12) und den Verdampfungskammern bewirken, wobei jeder Verdampfungskammer eine Tintenöffnung (17) und eine Heizeinrichtung (70) zugeordnet ist.

3. Der Druckkopf (14) gemäß Anspruch 2, bei dem das Substrat (28) ebenfalls eine zweite äußere Kante (86) aufweist, und der Fluidkanal es ermöglicht, daß Tinte um die erste und zweite äußere Kante des Substrats und in die Tintenkanäle (80) fließt, um Tinte von dem Behälter (12) der Tinte (88) zu den Verdampfungskammern (72) zu liefern.

4. Der Druckkopf (14) gemäß Anspruch 1, bei dem der Fluidkanal in einer Barrierenschicht zwischen dem Substrat (28) und dem Düsenbauglied (16) gebildet ist.

5. Der Druckkopf (14) gemäß Anspruch 4, bei dem die Barrierenschicht (30) eine gemusterte Schicht aus isolierendem Material ist, die auf dem Substrat (28) gebildet ist.

6. Der Druckkopf (14) gemäß Anspruch 4, bei dem die Barrierenschicht (30) von dem Düsenbauglied (16) getrennt ist und klebstoffmäßig an einer Rückseite des Düsenbauglieds befestigt ist.

7. Der Druckkopf (14) gemäß Anspruch 1, bei dem das Substrat (28) im wesentlichen rechteckig ist.

8. Der Druckkopf (14) gemäß Anspruch 1, welcher ferner einen Druckkassettenkörper (10) zum Häusen des Tintenbehälters (12) zum Liefern der Tinte zu dem Fluidkanal aufweist.

9. Der Druckkopf (14) gemäß Anspruch 8, bei dem der Tintenbehälter (12) zwei oder mehr Farben von Tinte enthält und ferner folgende Merkmale aufweist:

einen ersten Fluidkanal, der zu ausgewählten Öffnungen der Öffnungen (17) zum Kommunizieren mit einem Abschnitt des Tintenbehälters (12), der eine erste Farbtinte enthält, führt, wobei es der erste Fluidkanal ermöglicht, daß die erste Farbtinte um die erste äußere Kante (86) des Substrats und in die Nähe der ausgewählten Öffnungen der Öffnungen fließt; und

einen zweiten Fluidkanal, der zu anderen ausgewählten Öffnungen der Öffnungen (17) zum Kommunizieren mit einem Abschnitt des Tintenbehälters (12), der eine zweite Farbtinte enthält, führt, wobei es der zweite Fluidkanal ermöglicht, daß die zweite Farbtinte um eine zweite äußere Kante (86) des Substrats und in die Nähe der anderen ausgewählten Öffnungen der Öffnungen fließt.

10. Eine Druckkassette (10) für einen Tintenstrahldrucker mit folgenden Merkmalen:

einem Tintenbehälter (12) zum Aufnehmen einer Tintenversorgung;

einem Düsenbauglied (16) mit einer Mehrzahl von Tintenöffnungen, die in demselben gebildet sind;

einer Mehrzahl von Heizeinrichtungen (70), die auf einem Substrat (28) gebildet sind, das eine erste äußere Kante (86) aufweist, wobei jede der Heizeinrichtungen in der Nähe einer zugeordneten Öffnung (17) zum Verdampfen eines Tintenanteils und zum Ausstoßen der Tinte aus der zugeordneten Öffnung angeordnet ist; und

einem Fluidkanal, der zu jeder der Öffnungen zum Kommunizieren mit dem Tintenbehälter (12) führt, wobei es der Fluidkanal ermöglicht, daß Tinte von dem Tintenbehälter um die erste äußere Kante (86) des Substrats und in die Nähe der Öffnungen fließt, wobei der Fluidkanal eine Mehrzahl von Tintenkanälen (80) und eine Mehrzahl von Verdampfungskammern (72) aufweist, und die Tintenkanäle eine Kommunikation zwischen dem Tintenbehälter (12) und den Verdampfungskammern bilden, wobei jede Verdampfungskammer einer Tintenöf fnung und einer Heizeinrichtung (70) zugeordnet ist.

11. Die Druckkassette (10) gemäß Anspruch 10, bei der das Substrat (28) ferner eine zweite äußere Kante (86) aufweist, wobei es der Fluidkanal ebenfalls ermöglicht, daß Tinte um die erste und um die zweite äußere Kante des Substrates und in die Tintenkanäle fließt, um Tinte von dem Tintenbehälter (12) zu den Verdampfungskainmern (72) zu liefern.

12. Ein Verfahren zum Drucken mit folgenden Schritten:

Zuführen von Tinte aus einem Tintenbehylter (12) um eine oder mehrere äußere Kanten (86) eines Substrats (28) herum, um es zu ermöglichen, daß Tinte, die um die eine oder die mehreren äußeren Kanten fließt, in Verdampfungskammern (72) eintritt, die eine zugeordnete Heizeinrichtung (70), die auf dem Substrat gebildet ist, im wesentlichen umgeben; und

Erregen der Heizeinrichtung, um einen Tintenanteil in einer zugeordneten Verdampfungskammer zu verdampfen und die Tinte aus einer Öffnung (17) auszustoßen