Brevet FR2842759A1 — publié le 20040130

TETE D'IMPRIMANTE A HAUTE DENSITE La présente invention se rapporte aux têtes d'imprimante à haute densité d'écriture. Elle concerne, plus particulièrement, une tête d'imprimante fonctionnant sur le principe appelé Elcography qui a été inventé en 1973 par le créateur de la société Technologie Elcorsy Inc. L'invention concerne aussi un module destiné à équiper une telle tête d'imprimante. Elcography repose sur l'électrocoagulation d'encre sur un tambour. La tête d'impression est composée d'une ligne de micro-électrodes métalliques lo adressables individuellement. Cette tête fait face à un tambour dont l'axe lui est parallèle. Lorsqu'un courant passe entre des micro-électrodes (cathodes) sélectionnées et le tambour (anode) au travers d'une encre aqueuse, celle-ci se coagule sur le tambour, y formant un ensemble de points qui définissent une image. Du fait de la rotation du tambour, cette image est transférée par contact sur une feuille de papier. Une image en couleur à haute densité d'impression (400 dpi) peut ainsi être reproduite en mettant successivement la feuille en contact avec plusieurs tambours associés à des encres de couleurs différentes. La tête d'impression décrite ci-dessus présente deux inconvénients principaux. D'une part, le fait qu'elle soit composée des éléments discrets que sont les fils métalliques rend sa fabrication difficile et limite les possibilités de travailler avec des composants plus miniaturisés pour l'obtention d'une plus haute densité d'écriture. D'autre part, la nature des fils, en acier inoxydable, rend cette tête sensible aux usures chimiques et électrochimiques. La présente invention a pour but de fournir une tête d'impression par électrocoagulation dont les micro-électrodes sont exemptes des inconvénients sus-mentionnés et dont la structure modulaire simplifie et rationalise sa fabrication et son interfaçage vers l'électronique de commande. De façon plus précise, l'invention concerne une tête d'imprimante par électrocoagulation d'encre, caractérisée en ce qu'elle comporte un châssis rectiligne et, montées sur celui-ci en alternance selon deux axes parallèles proches, deux séries de modules identiques équipés d'au moins une puce comportant, sur sa face avant, au moins une ligne de microélectrodes en diamant régulièrement espacées les unes des autres. La tête d'imprimante selon l'invention possède encore toutes ou certaines des principales caractéristiques énoncées ci-après: - chaque module comporte une plaque support fixée au châssis et un circuit imprimé collé sur ladite plaque et doté de plages de contact, ladite puce comprenant, sur sa face arrière, des zones de contact respectivement reliées auxdites micro-électrodes et fixées sur lesdites plages; - chaque puce comporte une plaquette-substrat de silicium conducteur dans laquelle ont été pratiquées des tranchées circulaires permettant d'isoler au moins une ligne de plots cylindriques, et un disque en diamant rendu conducteur, formé sur la face avant de chaque plot et formant l'un desdites micro- électrodes, la face arrière du plot constituant ladite zone de contact; - lesdites tranchées sont remplies d'un matériau isolant; - la face avant de la plaquette de silicium est recouverte, à l'exception des micro- électrodes, d'au moins une couche de matériau isolant; - la face arrière des plots est recouverte d'une couche métallique; - les puces comportent n lignes de micro-électrodes, l'espace entre les micro-électrodes d'une ligne étant de n fois le pas élémentaire entre deux points d'impression successifs; l'espace entre deux lignes voisines est un multiple du pas élémentaire; les micro-électrodes de deux lignes voisines sont décalées horizontalement du pas élémentaire; - l'espacement entre la micro- électrode située à l'extrémité d'une puce d'une série et la micro- électrode située à l'extrémité opposée de la puce voisine de l'autre série est égal au pas élémentaire; - chaque module est équipé de deux puces qui sont disposées parallèlement l'une à l'autre et décalées horizontalement de la moitié du pas élémentaire; - le circuit imprimé de chaque module est lié à une électronique d'adressage multiplexé. La présente invention concerne également un module pour tête d'imprimante par électrocoagulation d'encre, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une puce dotée, sur sa face avant, d'une pluralité de micro-électrodes, un circuit imprimé sur lequel ladite puce est fixée par sa face arrière de manière à ce que chaque micro-électrode soit en liaison avec une de ses pistes et un circuit électronique d'adressage multiplexé connecté auxdites pistes. De façon particulièrement avantageuse, chaque puce du module défini cidessus comporte une plaquette-substrat de silicium conducteur dans laquelle ont été pratiquées des tranchées circulaires permettant d'isoler une pluralité de plots cylindriques, et un disque en diamant rendu conducteur formé sur la face avant de chaque plot et constituant une micro-électrode, la face arrière du plot assurant le contact électrique avec le circuit imprimé. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, dans lequel: - les figures 1 et 2 sont des vues respectivement de dessus et de côté d'une tête d'imprimante selon l'invention; - les figures 3 et 4 sont des vues à échelles agrandies respectivement de dessus et en coupe d'une puce; et - la figure 5 illustre une variante de réalisation à deux puces par module. On se référera, tout d'abord, aux figures 1 et 2 qui montrent en 10 un châssis allongé rectiligne à section en forme de U ayant, typiquement, une longueur de 45 cm et une largeur de 8 cm. Les extrémités des branches du U servent respectivement de base pour deux séries de neuf modules identiques 12 montés en porte-à-faux en alternance de part et d'autre de l'axe longitudinal X-X du châssis et s'étendant vers l'intérieur de celui-ci. Chaque module 12 comporte une plaque support 14 fixée, par une extrémité, au châssis 10 à l'aide de vis 16 et portant, à l'autre extrémité, une puce 18 dont la face arrière est dotée, comme il apparaîtra plus bas, de zones de contact. Ces dernières sont liées électriquement et mécaniquement aux plages de contact d'un circuit imprimé flexible 20 collé sur la plaque 14 et possédant, à son extrémité opposée, un connecteur 22 servant à relier la puce à sa carte électronique de commande (non représentée) qui inclut un circuit d'adressage multiplexé. La liaison de la puce 18 au circuit imprimé 20 est assurée à l'aide de colle conductrice déposée sur les plages de contact io par sérigraphie ou d'un film adhésif conducteur anisotrope. Avant de préciser la manière dont les deux séries de modules 12 sont disposées l'une par rapport à l'autre, on se référera aux figures 3 et 4 qui représentent une puce 18 à des échelles très agrandies. Sur ces figures, on a représenté en 24 une plaquette-substrat de silicium i5 conducteur dans laquelle ont été pratiquées, avantageusement par gravage chimique, des tranchées circulaires permettant d'isoler un réseau de plots cylindriques 26 disposés en plusieurs lignes parallèles. Ces lignes sont au nombre de trois sur le dessin mais, selon l'invention, leur nombre n peut être compris entre 1 et 6. Dans cet exemple, les plots 26 d'une même ligne sont espacés de trois pas élémentaires p de 63.5 jum, soit 190.5,um, ce pas de 63.5 ptm correspondant à 1/400ème de pouce. Plus généralement, pour une structure de puce à n lignes, l'espacement entre les plots 26 est de n x 63.5 1Lm. L'espace entre deux lignes voisines est, lui aussi, un multiple du pas élémentaire p de 63.5 mm. Typiquement, ce multiple peut être compris entre 0 et 8, la valeur 0 correspondant à une configuration comportant une seule ligne de plots 26. Dans l'exemple représenté, l'espace entre lignes est de 2p. On remarquera surtout qu'indépendamment du nombre de lignes, les plots 26 de deux lignes voisines sont décalés horizontalement du pas élémentaire p de 63.5 pm. Comme le montre la figure 4, les tranchées entourant les plots 26 sont remplies d'un matériau isolant 28 qui renforce la tenue mécanique de la structure. Ce matériau peut être une résine durcissable sous l'effet de la chaleur ou de la lumière. La face avant de chaque plot 26 reçoit, par tout s procédé connu de l'homme de métier, une micro-électrode 30 sous la forme d'un disque en diamant rendu conducteur par dopage. Le reste de la face avant du plot est recouvert d'une couche de SiO2 32, elle-même recouverte d'une couche de Si3N4 34, qui toutes deux assurent l'isolation électrique du plot et contribuent à sa tenue mécanique. La couche 34 recouvre la périphérie 1o de l'électrode 30 dont elle définit ainsi la surface active. Selon l'exemple décrit, cette surface correspond à un diamètre d'électrode de 20 à 30 jtm. La face arrière des plots 26 est recouverte d'une couche métallique 36, par exemple en aluminium, pour constituer les plages de contact avec le circuit imprimé 20. Dans l'exemple de réalisation décrit, chaque puce 18 a, typiquement, une longueur de 26 mm et une largeur de 4 mm. De retour à la figure 1, on voit que les deux séries de modules 12 sont disposées en alternance de part et d'autre de l'axe longitudinal X-X du châssis et parallèlement à celui-ci, de manière à ce que l'espacement entre l'électrode située à l'extrémité d'une puce d'une série et l'électrode située à l'extrémité opposée de la puce voisine de l'autre série corresponde au pas élémentaire p de 63.5}am. Selon le mode de réalisation décrit, l'écart entre les deux lignes de puces est de 2 à 8 mm environ. Ainsi est réalisée une tête d'imprimante à 400 électrodes par pouce de longueur (400 dpi) qui, grâce à l'utilisation de micro-électrodes en diamant, ne souffre pas de la coagulation parasite de l'encre. De plus, sa structure modulaire permet de simplifier et rationaliser sa fabrication et son interfaçage vers l'électronique de commande. Il convient de préciser que, de manière connue, tout ou partie de cette électronique de commande (par exemple, circuits d'adressage) peut être intégrée sur les puces 18. On se référera, pour terminer, à la figure 5 qui montre schématiquement la manière dont la structure de tête d'imprimante précédemment décrite, offrant une densité d'écriture de 400 dpi, peut être adaptée facilement pour obtenir une densité de 800 dpi. Il suffit, dans ce cas, sans rien toucher au substrat de silicium 24 ni au réseau de plots 26, de réduire la surface active des micro-électrodes 30 en recouvrant davantage leur périphérie par la couche isolante 34. Typiquement, le diamètre d'électrode est alors abaissé de 20 à 10 1im. Comme le montre la figure 5, chaque plaque support reçoit alors deux puces io 38 à micro-électrodes 40 de diamètre réduit, qui sont disposées parallèlement l'une à l'autre et décalées horizontalement de la moitié du pas élémentaire p de 63.5 pm et verticalement d'environ 6350 Ftm. Ainsi est réalisée, à l'aide de puces à 400 dpi, une tête d'imprimante à 800 dpi en mode entrelacé qui ne nécessite ni développement technologique ni i5 fabrication particulière. Par ailleurs, l'électronique de commande n'a pas à être modifiée. Il suffit de doubler le nombre de cartes qui passe donc de 18 pour une tête 400 dpi à 36 pour la tête à 800 dpi. REVENDICATIONS 1. Tête d'imprimante par électrocoagulation d'encre, caractérisée en ce qu'elle comporte un châssis rectiligne (10) et, montées sur celui-ci en alternance selon deux axes parallèles proches, deux séries de modules identiques (12) équipés d'au moins une puce (18) comprenant, sur sa face avant, au moins une ligne de micro-électrodes en diamant (30) régulièrement espacées les unes des autres. 2. Tête d'imprimante selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque module (12) comporte une plaque support (14) fixée au châssis (10) et un circuit imprimé (20) disposé sur ladite plaque et doté de plages de contact, ladite puce comprenant, sur sa face arrière, des zones de contact (36) respectivement reliées auxdites micro-électrodes (30) et fixées sur lesdites plages. 3. Tête d'imprimante selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque puce (18) comporte une plaquette-substrat de silicium conducteur (24) dans laquelle ont été pratiquées des tranchées circulaires permettant d'isoler au moins une ligne de plots cylindriques (26), et un disque en diamant rendu conducteur, formé sur la face avant de chaque plot et formant une micro-électrode (30), la face arrière du plot constituant ladite zone de contact. 4. Tête d'imprimante selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdites tranchées sont remplies d'un matériau isolant (28). 5. Tête d'imprimante selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que la face avant de la plaquette de silicium (24) est recouverte, à l'exception d'au moins une partie des micro-électrodes (30), d'au moins une couche de matériau isolant (32, 34). 6. Tête d'imprimante selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que la face arrière des plots (26) est recouverte d'une couche métallique. 7. Tête d'imprimante selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les puces comportent n lignes de micro-électrodes (30) et en ce que l'espace entre les micro-électrodes d'une ligne est de n fois le pas élémentaire entre deux points d'impression successifs. 8. Tête d'imprimante selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'espace entre deux lignes voisines de micro-électrodes (30) est un multiple du pas élémentaire. 9. Tête d'imprimante selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que les micro-élecrodes (30) de deux lignes voisines sont décalées horizontalement du pas élémentaire. 10. Tête d'imprimante selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce io que l'espacement entre la micro-électrode (30) située à l'extrémité d'une puce (18) d'une série et la micro-électrode située à l'extrémité opposée de la puce voisine de l'autre série est égal au pas élémentaire. 11. Tête d'imprimante selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que chaque module est équipé de deux puces (38) qui sont disposées parallèlement l'une à l'autre et décalées horizontalement de la moitié du pas élémentaire. 12. Tête d'imprimante selon l'une des revendications 2 à 11, caractérisée en ce que ledit circuit imprimé (20) est lié à une électronique d'adressage multiplexé. 13. Module pour tête d'imprimante par électrocoagulation d'encre, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une puce (18) dotée, sur sa face avant, d'une pluralité de micro-électrodes (30), un circuit imprimé (20) sur lequel ladite puce est fixée par sa face arrière de manière à ce que chaque micro-électrode soit en liaison avec une de ses pistes et un circuit électronique d'adressage multiplexé connecté auxdites pistes. 14. Module selon la revendication 13, caractérisé en ce que chaque puce (18) comporte une plaquette-substrat de silicium conducteur (24) dans laquelle ont été pratiquées des tranchées circulaires permettant d'isoler une pluralité de plots cylindriques (26), et un disque en diamant rendu conducteur formé sur la face avant de chaque plot et constituant une micro-électrode (30), la face arrière du plot assurant le contact électrique avec le circuit imprimé (20).