(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さＬのＮ個の平行なインク流路をそれぞれ有するインクジェットプリントヘッド部品を製造する方法において、ベースウエハを設ける段階、ベースウエハを処理してｍ×Ｌより大きい長さのｎ×Ｎ個（ｎは整数でありそしてｍは１より大きい整数である）の平行で深さが長さ方向に変化する溝の集合体の複数の区分を、溝の深さの変化が長さ方向に隣接する溝の集合体の区分どおしが鏡像関係になるように形成する段階、
ベースウエハ上にカバーを付与してカバーと流路壁によってインク流路を形成する段階、
溝の方向に垂直で溝の集合体の区分について奇数番目と偶数番目が交互する平行な第一の断面線に沿ってベースウエハを区分分けしてｍ個のストリップを形成する段階、
ストリップのそれぞれに、第一の奇数番目の断面線の位置で、ノズルプレートを取りつける段階、及びｎが１より大きいとき、各ストリップを溝の方向に平行な第二の断面線に沿って区分分けしてｎ個のプリントヘッド部品を形成する段階を含むプリントヘッド部品の製造方法。
【請求項２】
偶数番目の第一の断面線に隣接して壁の高さの低い領域を有する請求項１の方法。
【請求項３】
溝の集合体に平行な方向のカバーが、溝の集合体の区分と位置合わせした関係で交互の鏡像関係にあるカバー長さの区分を有する請求項１又２の方法。
【請求項４】
ベースウエハが圧電材料からなる請求項１〜３のいずれか１項の方法。
【請求項５】
ｍ個のストリップの少なくとも１個が、ｎが１より大きい場合、第二の断面線に沿って各ストリップを区分分けする前に、プリントヘッドの製造に必要な処理を受ける請求項１〜４のいずれか１項の方法。
【請求項６】
処理がインク流路を形成するため各ストリップにノズルプレートを結合する処理である請求項５の方法。
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、インクジェット印刷に関し、特にインクジェットプリントヘッド部品の製造に関する。
特に本発明は、溝が、分極圧電セラミック中に形成され、そのセラミックにカバープレートがかぶされて圧電壁アクチュエーター間にインクチャンネルを生じさせるタイプのプリントヘッドの製造に関する。
〔従来の技術〕
上記したタイプのプリントヘッドの製造について、適切に機能するプリンターに必要な細かいスケール且つ厳密な許容度についてまで技術が開発されてきている。以下のさらに詳しく記述されている多数の関連文献が参考文献としてあげられる。しかし、存在する技術は、たとえあるとしても、大量生産を容易に行わせるものではない。
シリアルプリントヘッド部品（即ち、印刷されたページをスキャニングすべきプリントヘッドの部品）は、小さく、典型的には５〜10mmのオーダーのものであり、場合によっては50〜100μｍのものもある。従って、極めて正確に正しい位置に設置することが、種々のプロセスの段階中要求される。熟練したエンジニアが個々の細かい調節を行いそして品質管理を維持するのに要求される少量生産に概して満足される個々のアセンブリジグを使用しても、１日あたり数千個以上の速度でしかも高い収率で製造することは簡単ではない。
或るインクジェット技術では、シリコンのホトレジストエッチング及び同様な技術を使用し、次にさいの目に切られて個々のプリントヘッド部品を製造するというシリコンウエハ上での処理も知られている（EP−Ａ−0214733号,US−Ａ−4789425号参照）。
これらの提案は、それ自体非常に特殊なものであり、本発明が対象とするプリントヘッドの製造にはあまり助けとはならないと共に、プリントヘッドにさいの目に切った後、なお正確に正しい位置におくことを要求される多数の重要な処理段階があり、ジグ操作に未だ大きく依存しているものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、インクジェットプリントヘッドを製造する改良された方法を提供することにある。本発明は、特に、末端シュータープリントヘッド構造、並びに圧電剪断モードの壁アクチュエーターにより作動するプリントヘッドの改良された製造方法に関する。
従って、本発明は、ウエハスケールで表面領域を処理して結合されたヘッド部品の四角形の配列集合体を形成する段階、前記の四角形の配列集合体を区分分けして、それぞれが液体流路を有する２個以上の結合されたヘッド部品を長さ方向にもつストリップを形成する段階、並びに前記のストリップの状態でそれぞれの流路用のノズルを形成することを含む処理を行う段階を含むプリントヘッドを製造する方法を対象としている。
好ましくは、表面処理の段階は、ベースウエハを位置決めする段階、ベースウエハに溝を形成する段階、そしてそれぞれの溝の少なくとも一部を閉じるようにベースウエハにカバーウエハを結合し、それにより流路を形成する段階を含む。
好適には、ベースウエハを位置決めする段階は、エッジを位置合わせすることを利用する。
有利には、表面領域処理段階は、溝を形成するのに使用されるのと同じベースウエハの位置で、基準線を形成する段階を含み、前記の四角形の集合体を区分分けする段階は、それぞれのストリップを基準線に垂直に形成することを含み、そしてこのストリップを処理する段階は、前記の流路との位置の対応を確実にするための前記の基準線による位置合わせの段階を含む。
前記の基準線の形成には溝に平行なカットエッジの形成を含む。
本発明は、長さＬのＮ個の平行なインク流路をそれぞれ有する、インクジェットプリントヘッド部品を製造する方法からなり、それは、ベースウエハを用意する段階、ベースウエハを処理してｍ×Ｌより大きい長さのｎ×Ｎ個の平行溝集合体を画成する段階（ｍ及びｎは、１より大きい整数である）、集積ウエハアセンブリのベースウエハ上にカバーを設け、カバーにより流路を形成するために溝集合体を部分的に閉じる段階、概溝集合体に垂直でしかも平行な第一の断面線に沿ってウエハアセンブリを区分分けして溝集合体に平行な第二の断面線に沿って部分にそれぞれ切断可能なｍ個のストリップを形成してｎ個のプリントヘッド部品を形成する段階、並びにストリップのそれぞれに第一の断面線の位置でノズルプレートを適用してノズルを画成する段階を含む。
有利には、ベースウエハを処理して溝集合体を画成する段階は、溝集合体に平行で、しかも前記の第一の断面線に沿ってウエハアセンブリを区分分けすることから生ずるストリップのそれぞれがそのストリップの流路との位置合わせをもたらすように位置する基準線の区分を含む。
一の態様は、液体流路を有するプリントヘッドを製造する方法からなり、その方法は、
（Ａ）（ｉ）厚さ方向に分極した圧電材料の四角形のベースウエハの表面領域を平面化する段階、
（ii）寸法が決定された水平及び垂直なウエハ割り出し（dividing）線により分離されたベース部品の四角形のｍ×ｎ個の区分を設け、そして前記の垂直な割り出し線により分離されるｎ個のストリップで垂直方向に整列したｍ個の位置でウエハの表面領域で流路の数及び間隔に相当する多数の間隔が密な平行な溝を各部品に形成し、各ストリップの位置の前記の水平な割り出し線からの溝の長さは、流路の長さに相当し、それにより流路間に圧電材料の壁を設ける段階、
（iii）該ウエハの表面領域にわたって電極金属を付着することにより壁に電極を設け、そして溝間で壁の頂部から金属を除いて、選択された流路に隣接する壁を横断して剪断モードの変位を行うように電場が適用できるようにする段階、
（iv）該金属に熱的に一致する材料の四角形のカバーウエハの表面領域を平面化し、そして水平及び垂直のカバー割り出し線により分離されるカバー部品の四角形のｍ×ｎ個の区分を形成し、各カバー部品は、その中にウインドウカットを有し、カバーウエハの表面領域で垂直方向にｍ個の対応するウインドウとｎ個のストリップのウインドウ及び該水平カバー割り出し線間の各カバー部品の領域で流路及び対応する位置に供給マニフォールドを設ける段階、
（ｖ）接着剤及び圧力を適用することにより該ベースウエハ及び該カバーウエハの一致する表面領域を結合して前記のそれぞれの表面の表面末端を実質的に直接接触させ、それぞれのウエハのそれぞれの位置を整列させそれによりｍ×ｎ個の結合したプリントヘッド部品の四角形の集合体を形成する段階
を含むウエハスケールでの表面領域処理、
（Ｂ）水平割り出し線に沿って結合した部品の四角形の集合体をそれぞれの区分に切断して該溝にそれぞれ直角でしかも開いた流路末端を有する断面を形成しそれによりｎ個の結合したプリントヘッド部品の直線状に配列した集合体をそれぞれ含むｍ個のストリップを形成する段階、
（Ｃ）（ｉ）ノズルプレートを結合して該溝の開いた末端をシールする段階、
（ii）該流路の間隔に相当する間隔で液体滴射出のための該溝と接続しているノズルを形成する段階
を含む段階で順次末端から末端で密着した結合したプリントヘッド部品の１個又はそれ以上の直線状の配列集合体を直線状に処理する段階、並びに
（Ｄ）前記の垂直な割り出し線に沿って結合された部品の各直線状配列集合体を区分に切断してｎ個の別々の結合したプリントヘッド部品を形成する段階
を含む方法に関する。
他の態様は、ＬのＮ個の平行なインク流路（ノズルまでの流路の長さ）をそれぞれ有するインクジェットプリントヘッド部品を製造する方法からなり、それは、ベースウエハを設ける段階、ベースウエハを処理してｍ×ｎより大きい長さのｎ×Ｎ個の平行な溝の集合体を画成し（ｎは整数でありそしてｍは１より大きい整数である）、各溝の集合体の断面は、交互の鏡像関係にある溝の集合体の区分によりその長さ方向に変化する段階、該ベースウエハ上にカバーを設ける（カバーは流路壁により分離される流路を形成するために該溝集合体を閉じるのに働く）段階、該溝集合体に垂直でしかも平行な第一の断面線に沿って該ウエハを区分に切断してｍ個のストリップを形成する（第一の断面線は該区分により奇数番目及び偶数番目で交互になっている）段階、該ストリップのそれぞれに第一の奇数番目の断面線の位置でノズルプレートを適用して該ノズルを画成する段階、並びにｎが１より大きいとき、各ストリップを該溝集合体に平行な第二の断面線に沿って部分に切断してｎ個のプリントヘッド部品を形成する段階を含む。
好ましくは、それぞれの区分は、偶数番目の第一の断面線に隣接して低い壁の高さの領域を有し、それぞれの流路関して電気端末を収容する及び／又はインクの共通の源からそれぞれの流路へインクを供給するように働く。
好適には、低い壁の高さの領域は、溝の深さを局所的に減少させることにより形成される。
別に、低い壁の高さの領域は、溝に垂直に延びる深くて細長い溝により形成される。
他の態様は、圧電材料を含みしかも作動壁により分離されたインク流路を画成するその中に形成された平行な溝を有するベース、作動壁の選択された一つへ電場を適用するための電極手段、作業流路長さにわたってインク流路を閉じるやり方でベースに確保されたカバー、流路の対応するそれぞれの末端で各流路についてノズルを画成するノズルプレート、並びに流路へインクを供給するためのインク供給手段からなり、深くて細長い溝が、流路に垂直に延びしかもそれらと連絡してベースに形成され、前記の深くて細長い溝は該インク供給手段内でインク導管を画成することを特徴とするインクジェットプリントヘッドにある。
図１は、剪断モードで操作する圧電壁アクチュエーターを組み込んだインクジェットプリントヘッド８の透視分解図を示す。それは、厚さ方向に分極した圧電材料のベース部品10、カバー部品12及びノズルプレート14を含む。プリントヘッドからの滴射出のための電気信号の適用に関する接続トラック18を有する回路ボード16も描かれている。
ベース部品10は、US−Ａ−5016028（EP−Ｂ−0364136）号に記載されているように、圧電材料のシートで形成される多数の平行な溝20で形成される。ベース部品は、溝20が比較的深くて、相対するアクチュエーター壁24により分離されているインク流路22を設ける前方部分を有する。前方部分の後方の溝は、比較的浅くて、接続28のための位置（location）26を設ける。溝20を形成後、金属化は、壁の頂部から流路の高さの約1.5倍に延在するように選ばれた角度で、前方部分で真空蒸着により金属を付着する。かくして、インク流路22の相対する面上に電極30が設けられる。同時に、電極金属は、位置26の後方部分に付着されて、各流路で電極30に接続される接続トラック28を設ける。溝を隔てている頂部は、ラッピングによるか、又はUS−Ａ−5185055（EP−Ｂ−0397441）号におけるように、ベース10へ重合体フィルムを最初に適用しそしてフィルムの除去を生じさせることにより金属化メッキを除くことによるかのいずれかにより、メッキをしないようにされる。金属電極30の適用後、ベース部品10は、インクからの電極の電気的絶縁のための不活性化層により被覆される。
図１に描かれたカバー部品12は、ベース部品10に熱的に一致する物質から形成される。この解決法は、カバーがベースに結合されるとき、界面の結合層に含まれるひずみが最小になるように、ベースについて使用されるものに類似の圧電セラミックを使用することである。カバーはベース部品と同じかそれより短い幅で切断され、結合後、接続トラック18への結合されたワイヤ接続についてカバーされていない後方の部分においてトラック28の長さが残る。ウインドウ32は、流路22中への液体インクの供給のための供給マニフォールドを設けるカバーに形成される。ウインドウから前部エッジ34へのカバーの前方部分は、ダイアグラムで指示されているように、長さＬのものである。この領域は、壁24の頂部へ結合されるとき、射出インク滴の容積を支配する作動チャンネルの長さを決定する。
ベース部品及びカバー部品は、図２では結合後のものが描かれている。結合方法は、同時出願の国際特許出願PCT/GB94/01747号に開示されている。カバー部品12の前方エッジ34の機械的許容度及びベース部品10の対応するエッジとのその整列について注意することにより、そして結合されたプリントヘッド部品36の前面がノズルプレート14の付着について同一平面を維持することを確実にするためのアセンブリジグのデザインにより、特別な注意がとられる。
ノズルプレート14は、重合体、例えばUS−Ａ−5010356（EP−Ｂ−0367438）号に示されているように非湿潤性被覆により被覆されたUbe  IndustriesポリイミドUPILEX  Ｒ又はＳのようなポリイミドのストリップからなる。ノズルプレートは、接着剤の薄い層の適用により結合され、接着剤を結合された部品36の前面と接触させて接着剤結合を形成し、それによりノズルプレート14と各流路22を囲む壁との間に結合されたシールを形成し、次に接着剤を硬化させる。ノズルプレートの適用後、ノズルは、US−Ａ−5189437（EP−Ｂ−0309146）号に開示されているように、プリントヘッドに適切なノズル間隔で各流路22中に接続するノズルプレート中で形成される。シリアルプリントヘッドのノズル及びインク流路の数は、典型的には50−64個である。ノズル38は、図２に指示される。
結合されたプリントヘッド部品36の組立後、回路ボード16は、それに結合して、接続トラック18を提供し、そして結合されたワイヤ接続が作られてトラック18をベース部品10に対する後方部分の対応する接続トラック28に結合させる。
プリントヘッド部品36は、インクを供給しそしてトラック18を経て好適な電圧信号により操作される場合、ペーパー印刷表面の運動方向に対して直角又は好適な角度で横断されるとき、同時に１インチの約６分の１から10分の１の高さのキャラクターの単一線を印刷するため使用されるようにデザインされていることが望ましい。
従って、上記の部品は、一般に非常に小さく、概して指の爪のサイズであり、さらに記述された詳細は、余りにも小さくてそれらは顕微鏡の下でしか検査できない。同時に、部品は、１日あたり数千個から数万個の量でクリーンな条件下で大量生産されるようにデザインされ、それ故、高い製造収率でクリーンな条件下でこのような大きな量で唯一つの小さい精密部品を取り扱うことが難しいことを理解されるだろう。
プリントヘッドの製造に使用される圧電セラミック物質は、10cmのオーダーのサイズのウエハで入手できる。そのため、プリントヘッドの適切なサブ部品がウエハのスケールで製造且つ結合組立できる、ウエハスケール製造の方法を開発することが、望ましいプロセスの目的である。本発明により、ウエハは、次に末端同士で密着しているプリントヘッドの直線状の集合体に分けられ、そして使用のために分離される前に、ノズルプレートの結合付着、ノズル形成、ワイヤ結合、電気性能テスト、流体のフラッシュイングによるクリーニング、インクの充填のようなプロセスにおいて直線状に処理する段階にかけられる。
このようなスケールで、例えば１日の10000個のシリアルプリントヘッドの生産は、0.5m2までの全ウエハ面積を要し、典型的にはウエハ処理段階中100個のウエハそして１日の直線状に処理する段階中数十ｍの直線長さのプリントヘッド集合体を含む。
ウエハスケールの結合されたアセンブリから分割されたプリントヘッドの直線状集合体を処理することは、個々のプリントヘッド部品の取り扱い及び処理をして絶対的に最低に保たせることが本発明において理解されるだろう。
図に戻って、14×14個のベース部品10を有する厚さ方向に分極した圧電セラミックの四角形のベースウエハ110が、図３で描かれる。ベースウエハ110は、３個のダウエルピン111と接触して各処理段階でウエハを位置決めするための直線エッジ102及び104を有する。一つのエッジ102は、処理ジグで２個のピンと接触して置かれ、そして第二のエッジ104は、残りのピンに対して押される。この手段により、ウエハは、ウエハスケールのプロセス、例えばインク流路を設置する溝120を形成させること、整列してベースウエハ110及びカバーウエハ112（図４で図示）を結合させること、並びに結合後ウエハを部分に切断して結合したプリントヘッド部品136の直線状集合体を形成することに使用されるジグ中に位置決めされる。
ベースウエハは、水平及び垂直の鎖状の点線106及び108の重なりによりベース部品10の14×14個の四角形の配列を画成する領域に分割されて、図３に描かれる。水平の鎖状の点線は、割り出し線を表し、それに沿って四角形の結合されたウエハ配列が部分に切断されて結合された部品136の直線状集合体を形成する。垂直の鎖状の点線は、割り出し線を表し、それに沿って結合された部品の直線状集合体が、直線状に処理する段階、例えばノズル構造、電気的接続及び結合された部品のテストの完了後、部分に切断される。ウエハ110中の鎖状の点線の位置は、３個のダウエルピンを含むジグ（図示せず）中の位置により寸法的に決定される。
ベースウエハ部品は、ウエハスケールで行われる一連の処理にかけられて、ベース部品10の四角形の集合体を形成する。典型的には分極後、ベースウエハは、最初にラップされて平面化され、そしてウエハの面を平行にされ、そしてUS−Ａ−5185055（EP−Ｂ−0397441）号に開示されているように重合体フィルムをウエハに適用する。次に、多数の平行な溝120が、例えばダイアモンド／金属切断刃による鋸ひき又はさいの目切りによりウエハに形成されて、相対する圧電アクチュエーター壁24により分離されているインク流路22をもたらす、図１に関して記述されたものに相当する各ベース部品10の領域に溝を設ける。
図６の断面に良く示されているように、ベース部品は、水平の割り出し線106のそれぞれの側面で、対称的にペアで配置されて、インクチャンネル22をもたらす比較的深い前方部分の溝は、１及び２、３及び４、５及び６・・・13及び14と数えられる水平の直線状集合体における部品のペア間で連続している。接続トラック28に関する位置26をもたらす比較的浅い後方部分の溝は、２及び３、４及び５・・・12及び13と数えられる水平の直線状集合体の部品のペア間で連続している。溝の垂直な断面のプロフィルは、図６のウエハ断面で示されている。従って、間隔の密な平行な溝は、垂直な割り出し線108により分割される14個のストリップで垂直方向に連続しており、ウエハの全垂直面に実質的に延在している。各溝は、１回の通過で形成され、溝に沿うその通過中刃の深さを変える。ウエハの周辺では、ウエハの取り扱い中内部の作業領域が欠けるのを防ぐウエハの切り溝が示されている。ウエハ110は、エッジ102及び104に対して鋸切りジグ中のダウエルピンにより位置づけられる。
明らかなように、ウエハスケール処理でカットされる溝と確実な位置づけをもたらすことが、次の処理段階の或るもの、特に直線状集合体上で行われるもので望ましい。これは、垂直な基準エッジ、即ち溝に平行に延在するエッジを溝と同時に形成することにより達成することができる。このやり方では、ウエハが次に直線状の集合体に分割されるとき、各ストリップが基準エッジの一部を保持することが行われる。それ故、ストリップの任意の１片に関しては、基準エッジとの位置合わせは、そのストリップのあらゆる流路との位置合わせを確実にする。この特徴の重要さは、直線状に処理する段階が説明されるとき明らかになるだろう。
基準エッジは、全ウエハを通るカットとして形成され、例えば位置合わせのピンから離れたエッジで切り溝を除く。別に、エッジは、次の切り開く操作のための弱い線として又は単に基準構造として働くくぼみとして形成できる。さらに別に、基準エッジは、溝と同時ではないが、溝を切るために使用されたベースウエハの同じ位置を維持する次の操作で形成される。明らかなように、これは、現在記述されている態様で使用されているのとは別の態様である。
上記のように溝を形成しそしてクリーニングした後、電極金属が、ウエハスケールで図１を参照して上記のように沈着され、その後、壁の頂部の重合体物質が除かれ、そして電気的不活性層が、壁の頂部及び溝の側面及びベースをカバーするウエハ上に付着され、電極からインク流路中のインクを絶縁するために絶縁被覆をもたらす。
しかし、金属付着段階では、マスクが部品のペアの溝のついた末端を分割する水平の割り出し線106（即ち、直線状集合体１及び２、３及び４、・・・13及び14間の水平線）に沿って置かれて、金属は、水平の集合体に分割された後、チャンネルの末端から離れて付着する。不活性化及び水平の割り出し線に沿う切断後、メッキが次に流路壁の切断末端で曝されないように隠される。
不活性化段階では、マスクは、部品ペアのトラックされた末端を分ける交互の水平の割り出し線106（即ち、直線状集合体１、２及び３、４及び５・・・12及び13、14間の水平線）に沿って同様に位置して、接続トラックはそれらの末端で不活性化により被覆されず、水平の直線状集合体に切断後結合されたワイヤ接続を作らせる。
対応する四角形のカバーウエハ112は、図４に示される。これは、寸法的に厳密を要するウエハプロセス段階における対応するダウエルピンに対するカバーウエハの位置合わせに使用される直線エッジ142及び144によりその周辺の回りに同様に結合される。例えば、ウエハエッジがジグに設けられたダウエルピンに対して押されるとき、ジグに寸法的に決定される想像上の水平及び垂直割り出し線は、カバー部品12をそれぞれ含む14×14個の領域の四角形の配列にウエハを分割する重なりを形成する。水平及び垂直の割り出し線は、水平及び垂直の鎖状の点線146及び148により図４に描かれる。
典型的には、カバーウエハ112は、ベースウエハ110と同様であるがそれより薄いPZTウエハであるか、又はホウ珪酸塩ガラス、又は熱膨張の少ないガラス・セラミック例えば菫青石又はアルミナ、又はその熱膨張係数がベース部品のそれと密接に一致する任意の他の材質のウエハである。最初に、カバーウエハは、ラップされるか又はさもなければ平面化される。カバーウエハは、次にレーザービームが特定の寸法と一致するように操作されるレーザーカッターのようなプロセス装置を使用して切断される。このプロセスは、ダウエルピンに対してそのウエハエッジ142及び144でウエハを置くことによりジグ中で実施される。超音波機械処理にように、ミリングによる機械処理も採用される。この技術は、例えば炭化硼素の研磨スラリー中での硬化された工具のストリップの超音波振動を含む。ジグによりもたらされる座標において、ウエハは、垂直及び水平の配列及び水平スロット128と整列されたウインドウ132を形成するように切断される。ウインドウ132及びスロットの間隔及び機能は、以下に説明されるだろう。カバーの垂直断面は、図５に描かれる。
カバーにおいてウインドウを形成後、ベース部品の壁の頂部は、結合（即ち接着）剤により被覆され、そしてカバー部品は、ベース部品と整列されそしてそれとの結合のために接触させられる。同時出願の国際出願PCT/GB94/01747号に開示された結合プロセスも、ウエハスケールで適用するのに好適である。
接着剤は、オフセットローラを使用して塗布され、塗布の速度は、ローラ上にもうけられたくぼみの深さにより支配される。ウエハ構造にわたって異なる位置で異なる深さの接着剤、又は単なる処方の接着剤を塗布することが有利である。例えば、エポキシの比較的薄い層が、アクチュエーター壁20の頂部に適用され、そして概してシリカ含有エポキシの比較的厚い層は、その上にトラック28が形成される浅い溝26上に適用される。特別な接着剤処方又は接着剤の深さにそれぞれ相当する異なるローラを使用するのが好都合である。それぞれのローラは、ローラが有効でありそして他の領域でくぼんでいる、ウエハ上の領域に相当するくぼんだ領域を有する。接着剤は、ベースウエハのみ、カバーウエハのみ又はベース及びカバーウエハの両者に塗布できる。
トラック28に対する位置26を形成する浅い溝に置かれる接着剤の厚い層は、シールをするのに働く。シリカ含有物は、接着剤の粘度を増大させ、それ故次のワイヤ結合を妨げると思われるやり方で、接着剤が外側に流れる傾向を低下させる。もしそれにもかかわらず困難に遭遇するならば、トラックに沿う接着剤の移動は、カバーウエハの限界を超えると、低い表面エネルギーを有するブロック剤をトラックの外側の領域に塗布することにより防ぐことができる。ブロック剤の塗布は、ローラを使用して同様に行われ、そして好適な水に基づくブロック剤の除去は、脱イオン水中の浸漬により行われる。
結合中、エッジ102及び104によるベースウエハ110並びにエッジ142及び144によるカバーウエハ112の両者は、ダウエルピンに対して結合ジグで整列される。この手段により、ベースウエハ中で別々のベース部品を分割する想像上の割り出し線106及び108は、カバーウエハ中で別々のカバー部品を分割する割り出し線146及び148と整列させられる。結合プロセスは、圧力概して5MPaによりともに部品を押してウエハの平面化面間の結合物質を流れさせそして面で実質的に接触させることを含む。プレスは、次に加熱されて、結合剤を再び流れさせ、そして硬化させて14×14個の結合されたプリントヘッド部品136の四角形の配列を形成させる。変形では、プレスプレートは、ウエハと接触させる前に、加熱される。これは、プレスプレートの熱的膨張のすべての危険を避け、一方ウエハを接触して、割れ目又は他の損傷を生じさせる。別の解決は、熱膨張の低いプレスプレート、例えばホウ珪酸塩ガラスシートから製造されるものを使用することである。
均一な結合の厚さがウエハ全体にわたって達成できることを確実にするために、堅い一枚のプレスプレート及び或る弾性を有する他のプレスプレートを設けるのが望ましい。これは、例えばエラストマーパッドの使用により達成できる。均一な結合の厚さを確実にするのに必要な弾性の変形の程度は、典型的には20ミクロンの範囲である。くぼんだ構造を有するエラストマーパッドが、5MPaで20ミクロンの変形をもたらす、平らなパッドより良いことが分かった。
プリントヘッド部品に結合剤を塗布し、ウエハスケールで部品をプレスし加熱することにより結合される上記のプロセスは、多数のパーツが一時に処理されるとき、一時に一つの部品を結合するときに得られるのより長い期間が、結合サイクルを完成するのに与えられるという利点を有する。より長いサイクル時間は、低い結合硬化温度を使用することを実際的にする。これは、硬化サイクルを開始し実行するために選択されるピーク温度を制限し、そして接着剤の完全な重合が生ずることを確実にすることの両者を助ける。より低い結合硬化温度も、熱膨張係数の不一致の問題を減らし、それ故カバーとして使用できる物質の範囲を拡大する。
ダウエルピンと接触したままのウエハアセンブリにより、ベース及びカバーウエハの両者からの切り溝は、ダウエルピンから離れた垂直のエッジに沿って除かれる。これは、ベースウエハにおける溝カットに平行なしかも精密な位置合わせで延在する既に述べた基準エッジ又は構造を作る。所望ならば、切り溝は、この段階で、ダウエルピンから離れた水平のエッジから除くことができ、補助の水平の基準を形成する。
図７に示されるように、ウインドウ132は、各プリントヘッド部品のチャンネル22にインクを供給するためのインク供給マニフォールドに関する開口を設ける。もし必要ならば、１個のプリントヘッド部品あたり１個より多いウインドウが存在できる。また、カバーのスロット128により画成される半分の深さのウインドウは、接続トラック28のための位置26に橋渡し、各プリントヘッド部品のチャンネル22の電極30は、ワイヤ結合により接続される。これらの半分の深さのウインドウは、ワイヤ結合前に接続トラックを曝すために、図８におけるように、後の段階で区分に接続される。ウインドウ132と隣接する水平の割り出し線との間で、ウエハ部品で流路の作動長さをコントロールする壁に結合されたカバー部品の長さＬが存在する。水平の割り出し線の他の側上のカバーは、対称的に位置して、垂直方向のウインドウのペア１及び２、３及び４・・・13及び14を分離する距離が2Lである。ウインドウの大きさは、図２に関して説明されるマニフォールドウインドウと同じである。
結合されたプリントヘッド部品136の配列は、また図８及び９−12に描かれる。これらは、図８に描かれた断面ZZ、TT、YY及びSS上の部品136の水平な直線状配列の断面を示す。断面ZZ上の図９は、ウインドウ132を通る断面である。断面TT上の図10は、チャンネル断面を描く。断面YY上の図11は、インク流路のカット末端に結合したノズルプレート上で見られるようなプリントヘッド部品の図を示す。断面SS上の図12は、接続トラック28上の断面であり、カバーの半分の深さのウインドウ128及びベースウエハ110を示す。
結合後、結合されたプリントヘッド部品の四角形の集合体は、水平の割り出し線に沿って区分に切断される。典型的にはダイアモンド含浸された切断により、垂直の割り出し線で側面で結合した14個の結合したプリントヘッド部品をそれぞれ含む14個の直線状集合体を形成する。交互の断面線の一つのセットは、スロット128を通って切断され、電気的接続について接続トラック28へその何れかの側に接近する。交互の断面線の他のセットは、その何れの側上のプリントヘッド部品の流路の開いた末端を通る断面34を形成し、流路の長さは断面からウインドウ32への距離Ｌである。有利には、この末端の断面の品質は、好適には、同時出願の国際特許出願PCT/GB94/01747号に指示されているように結合によりノズルの適用に平面化される。ダイアモンド含浸した切断鋸におけるエッジ摩損のこの断面の平面に対する作用を低下させるために、鋸が結合されたウエハを通って実質的な距離を突き出しているように好ましくはされる。結合されるウエハは、それに沿って結合されたウエハが区分に切断される水平の割り出し線を位置させるために、ウエハのエッジに対して同様に位置する３個のダウエルによりウエハを部分に切断するプロセス中、切断ジグに位置する。このやり方で、位置合わせは、流路と水平の割り出し線との間で確実にされる。別に、もし好むならば、位置合わせは、水平及び垂直の基準エッジを使用して達成できる。
カットが、カバーウエハの結合後のみ流路壁を通して横断してなされるという事実は、壁の表面を削ること又は他の損傷の可能性が遙かに少なくなることを意味する。
図３−12に特に関して上記に提供された記述は、ウエハの四角形の集合体、カバー及び14×14個のパーツの集合体に関するが、これらの数はただ説明するだけのためであり、より小さい又はより大きなウエハが使用できることは理解されるだろう。しかし、垂直のウエハの大きさが、部品の偶数番目の直線状の配列が採用されるように選ばれ、さらに部品の相対するペアが垂直の方向に作られることが、通常好ましいだろう。また、製品デザインに従って垂直の方向で部品の大きさを自由に変化できる。大きさは、もし操作がより高い共鳴周波数で生ずるとき、滴がより小さいならば、より大きな滴又はより小さい滴を発生させるために、垂直の方向にさらに大きくなる。これらの変化が実施されるとき、ウエハで垂直の方向に整列してさらに大きな又はさらに小さい数の部品が存在する。
また、部品は、典型的には６分の１インチから10分の１インチ（４−2.5mm）の幅のプリントヘッドとして記載されているが、もしそれらがより広い幅にわたって印刷するために、又は印刷密度を増大させるために、或る角度で設けられるならば、プリントヘッドはより広くてもよい。限界では、部品の幅は、ウエハの幅により、直線状の配列の一つのプリントヘッド部品に制限される。しかし、二三の部品は、共通のカバー部品に互いに隣接しそして結合して、同時出願の特許出願WO/91/17051号に開示されているように、１個のウエハより広い隣接する部品の集合体を形成する。
結合された部品の四角形の集合体を区分に切断する段階は、結合された部品の四角形の集合体上に行われる最後のプロセス段階である。ｎ個のプリントヘッド部品の直線状配列を形成した後、一連の直線状処理段階が行われる。各直線状配列がおそらくこれらの直線状処理段階について好適なジグに設けられることを必要とするであろうが、もちろんジグに載せそして下ろす操作の数をｎ倍減少させる。重要なことは、ウエハスケール溝切断操作から由来する各配列上の基準エッジの保持は、位置合わせをかなり簡単にする。従って、溝そのためインク流路の位置との位置合わせを要するそれぞれの直線状に処理する段階は、直線状配列の末端で基準エッジにより単に配向できる。
印刷品質のメインテナンスのための最も厳密を要するプロセス段階の一つは、ノズル形成である。ノズル形成は、好ましくは、ノズルプレートをプリントヘッドに結合後、例えばUS−Ａ−5189437（EP−Ｂ−0309146）号に記載されているように、レーザーアブレーションにより行われる。
本発明の好ましい特徴に従って、延在するノズルプレートは、直線状配列の全長に沿って結合される。ノズルプレートが結合されたベース／カバーウエハアセンブリの切断表面と隣接する事実は、必要な平面の表面が最小の追加の処理により達成されることを意味する。好ましくは同時出願の国際特許出願PCT/GB94/02341号に開示されている技術を使用してノズルプレートを正しい位置に結合することにより、ノズルはレーザーアブレーションにより形成される。この点に関して、EP−Ａ−0309146及びPCT/GB93/00250号を参照すること。新しく形成されたノズル及び流路間の正確な位置合わせ（この段階では容易に見ることができない）は、ストリップの一端で基準エッジを参照することにより、レーザーアブレーション装置に部品のストリップを置くことにより確実にされる。
代表的なノズルの開口のサイズは、インク流路から粒状の物質を排除することに大きな注意が必要であるようなものである。作業しているプリントヘッドでは、この条件は、インクマニフォールドにわたって位置するフィルターにより維持される。しかし、また、ノズルプレート及びフィルターが加えられた後、製造プロセスからの粒状の残留物がインクチャンネルに残っていないことを確実にする必要がある。本発明による配置では、ウインドウ132により設けられるインクマニフォールドにわたってフィルターを加えることが、直線状処理の本質的に初めの段階として可能になる。次に、フィルターを通して前方に全てのチャンネルをフラッシュし、そしてどんな粒状の残留物もフィルター及びノズルプレート間に捕まえられないということが保証されることにより、正しい位置にノズルプレートを確保することができる。
ノズル形成後、電気的接続は、各部品の溝の後方の断面上でトラック28によりなされる。直線状処理は、再びワイヤ結合又はハンダ付けとして、又はハンダバンププロセスの形でトラック18にチップを適用することによるの何れかにより適用される。ワイヤ結合のような操作では、多くの最後のプリントヘッド部品にわたって延在している、直線状集合体の全ての流路の保証された正確な位置合わせからかなりの能率向上がもたらされる。一度基準エッジによる位置合わせが達成されると、配列全体に及ぶワイヤ結合は、急速に処理できる。
電気的接続後、電圧信号は、プリントヘッドに適用されて、プリントヘッドの完全性をテストできる。
プリントヘッドにインク（又は別のテスト液体）により又はそれなしにプリントヘッドの完全性をテストするのに、適用できるかなりの数のテストが存在する。インク流体なしの電気的テストに含まれるのは、壁アクチュエーターのキャパシタンス、並びに各壁アクチュエーターの機械的共鳴周波数でのインピーダンス又はフェーズである。インクを伴う電気的テストに関して、テストは、インク電極のコンダクタンス及びインク流路中のインクの不活性及び音響共鳴を含む。実験によれば、各テストは、生産により生ずる欠陥の１種又はそれ以上の特定の形の存在を明らかにできることを示す。電気的テストは、それ故、プロセスパラメーターの価値のあるコントロールをもたらす。電気的テストは、同様にリニアプロセス段階である。
直線状集合体におけるテストは、なお他の形をとることができる。従って、電気的端末がドライブ回路への接続を含むとき、テストは、「リアル」又はシュミレートされた印刷でノズルからのインク又はテスト液体の実際の射出を含むことができる。
直線状に処理する段階の完了後、直線状の集合体は、各集合体について区分に接続され、従ってｎ個のプリントヘッド部品をもたらす。区分に切断する段階は、好ましくは、流路と最後の部品の関連するエッジとの間の平行性が確実になるように、基準エッジと位置合わせされる。もし適切に形成されたジグが直線状配列に使用されるならば、最初の段階のように集合体を区分に切断することができ、ジグは、次の直線状に処理する段階に要求される正確な位置合わせを維持する。基準構造と位置合わせして従って流路と位置合わせして、位置で部分に切断される直線状集合体により、各部品がノズルと位置合わせして外部の基準を有することを有利に確実にする。これは、プリントヘッド部品の位置を互いに関して、又はプリンターのキャリヤー又は他の部品に関して簡単にする。
この記述が特定の構造に集中し、それ故特定の処理段階に集中しているが、本発明は、種々の異なるウエハ処理段階及び異なる直線状集合体処理段階によりインクジェットプリントヘッド部品を製造する方法に広く適用できる。実質的に同じ領域の単一のベースウエハに結合される単一のカバーウエハについて例示されたが、多数のベースウエハを単一のカバーウエハへ結合することが或る適用において好都合である。また、しかしより有用ではないが、多数のカバーウエハが、単一のベースウエハに結合できる。
本発明の教示もまた適用可能である別のプリントヘッドの構造を以下に記載する。
図14は、図６に相当するダイアグラムで垂直の割り出し線108に沿って、断面で、別の形のベースウエハ部品210を示す。この形では、分極及びラッピング後、ベースウエハ部品210は、多数のプロセス段階を行い、初めに、ベース部品10の後方のパーツに相当する領域でウエハの幅にわたって水平に深くて細長い溝211を切断する。部品が水平の割り出し線106の何れかの面上に配置されるので、溝は、２個のインク流路中に液体インクを供給するための供給マニフォールド及び裏面を合わせた部品の接続トラックを収容するための幅を有するカットである。深くて細長い溝211の間に、十分なウエハ材料が残っており、前方のパーツの溝220が形成されて、交互の部品のパーツ間の水平の割り出し線106の何れかの面で前面を合わせて置かれた部品のペア間に連続的にインクチャンネルを設ける。
ベースウエハ部品210に深くて細長い溝211を形成後、重合体フィルム（US−Ａ−5185055又はEP−Ｂ−0397441号におけるように）は、ベース部品に適用され、そして前方パーツ並びに後方パーツの深くて細長い溝211の両者に付着させられる。溝220は、次にウエハに形成されて、相対する圧電アクチュエーター壁24により分離される各ベース部品10の前方部分にインク流路を設ける。溝は、また後方部分で深くて細長い溝211にフィルムを浸透させて、後方部分に比較的浅い溝を形成し、インク流路22と整列した接続トラック28を設ける。
前の態様におけるように、溝は、垂直の断面でウエハ210の長さに沿って連続しており、そしてカッターの１回の通過でそれぞれ形成される。この部品のデザインが、カッター半径の結果形成される逃げがないことから、図６に描かれたデザインに比較して長さが短くなっていることに注意すべきである。
上記のように溝が形成されそしてクリーニングした後、電極金属は、前記のように付着されて、アクチュエーター壁24の側及び接続トラック28上に電極を形成する。重合体フィルムは、次に除去され、それにより壁の頂部から電極金属を取り除く。不活性層は、次にウエハの上に沈着されて壁の頂部及び溝の側及びベースをカバーし、それにより電極を被覆して作動電極部品からインク流路を絶縁する。これらの段階で、局所的なマスクが、前記のように水平の割り出し線の領域に位置する。
対応するカバーウエハ212が、垂直の割り出し線146に沿って断面で図13に示される。カバーウエハは、カバー112を参照して既に示された材料から選択され、そしてミリングにより機械処理されて、それぞれの深くて細長い溝に相当する領域で壁のペアの形で、インクマニフォールドの後方壁233を設ける。これらの壁は、ベースウエハのアクチュエーター壁の高さと同じ距離によりカバーの内面から延在し、そして水平方向にカバーの全長に延在する。
ベースウエハ210及びカバーウエハ212の形成後、部品は、アクチュエーター壁24の頂部及びマニフォールドの後部壁233の頂部上で接着剤結合層によりカバーされ、次に前記のように結合ジグ内で整列され、接触されそしてともに押されて、硬化後結合されたプリントヘッド部品236の配列を形成する。結合された部品は、図15に描かれる。
結合後、配列236は、水平の割り出し線206、246に沿って区分に切断されて、プリントヘッド部品の直線状集合体を形成する。区分に切断する間、カバーは、また接続トラックへのアクセスのためにマニフォールドの後方壁233間でスロット228の領域で切断される。このデザインでは、インクへのアクセスは、カバーで形成されるウインドウ132を通る直線状部品136の配列においてではなく、アクチュエーター壁及びマニフォールドの後方壁の間で各マニフォールドの末端からインクを供給することにより行われる。しかし、ウインドウもカバー部分で切断されて、必要な場合、インクへのアクセスを増大させることは明らかであろう。
図13−16に関して記述された構造が、有利に前述の方法を使用して製造できるが、それはまた他のやり方で製造できる。事実、この構造が、主として圧電材料の長さの大きさを短くするのにもたらす利点は、プロセス段階が配置されるやり方に依存しない。圧電材料を節約することは、流路の作動長さが短くなるにつれ、相対的な条件でさらに重要になることが予想できる。従って、インク導管を提供する、流路に垂直な深くて細長い溝の使用は、短い流路で高い周波数で操作するプリントヘッドのデザインにかなり有利であろう。
本発明が、例のみによって記載されたが、しかし、広範囲に変更することが、本発明の範囲から離れることなく可能であることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
図１は、その中に平行な溝が形成されるプリントヘッド、接続トラックを有する回路ボード、カバー部品並びにノズルプレートを含む、単一のシリアルインクジェットプリントヘッドからなる部品の透視分解図。
図２は、カバー、ノズルプレート及び回路ボード部品のアセンブリをプリントヘッドベースに結合し、それにより結合したプリントヘッド部品を形成した後の図１のプリントヘッドを示す。
図３は、その中に平行な溝が形成されて各部品にインク流路を設ける、プリントヘッドベース部品の四角形の集合体を含む四角形のベースウエハを示す。
図４は、インクを供給するウインドウ並びに接続トラックへのワイヤ結合に対するアクセスをもたらすスロットが形成されるプリントヘッドカバー部品の四角形の集合体を含む四角形のカバーウエハを示す。
図５は、カバーウエハの垂直断面図。
図６は、ベースウエハの垂直断面図。
図７は、異なる処理段階での結合されたウエハアセンブリを通る垂直断面図。
図８は、異なる処理段階での結合されたウエハアセンブリを通る垂直断面図。
図９は、プリントヘッド部品の直線状の区分の集合体の縦断面図。
図10は、プリントヘッド部品の直線状の区分の集合体の縦断面図。
図11は、プリントヘッド部品の直線状の区分の集合体の縦断面図。
図12は、プリントヘッド部品の直線状の区分の集合体の縦断面図。
図13は、別のカバーウエハの図５に類似した垂直断面図。
図14は、図13のカバーウエハにより使用される別のベースウエハの図６に類似した垂直断面図。
図15は、それぞれ異なる処理段階でともに結合された図13のカバー及びベースウエハを示す。
図16は、それぞれ異なる処理段階でともに結合された図14のカバー及びベースウエハを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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