JP5539895B2 - 電気的に絶縁されるプリントヘッドダイ接地ネットワークをフレキシブル回路で電気的に接続する方法 - Google Patents

Description

インクジェット印刷装置は、プリントヘッドダイを介してインクを紙等の媒体上に噴射して媒体上に画像を形成する。プリントヘッドダイは比較的小さい半導体部品であり、プリントヘッドダイが通常有する多数の複雑な構成部材はダイを適切に動作させるために精密に製造する必要がある。プリントヘッドダイの多くはシリコン基板および基板上に形成される素子層を含む。素子層は、トランジスタ、発熱抵抗体、およびダイを適切に動作させるためのその他の部材を含んでいてもよい。

プリントヘッドダイの多くの種類において、シリコン基板と素子層はプリントヘッドダイの最適動作のために接地されている。しかしながら、プリントヘッドダイの製造過程において、シリコン基板と素子層の接地は問題を発生させる場合がある。詳細には、シリコン基板と素子層とが接地されている場合、シリコン基板のエッチングを含む製造工程が最適に実行されない場合がある。

図１は、本開示の実施の形態によるインクジェット印刷装置用プリントヘッドアセンブリの典型例を示す。 図２は、本開示の実施の形態による、プリントヘッドダイ内で相互に電気的に絶縁され、フレキシブル回路において相互に電気的に接続される第１の接地ネットワークおよび第２の接地ネットワークを示す、インクジェット印刷装置用プリントヘッドアセンブリの概略図である。 図３は、本開示の実施の形態によるインクジェット印刷装置用プリントヘッドダイの層を詳細に示す断面図である。 図４は、本開示の実施の形態による、インクジェット印刷装置用プリントヘッドアセンブリの少なくとも一部を製造するための方法のフローチャートである。 図５は、本開示の実施の形態による基本的なインクジェット印刷装置のブロック図である。

図１は、本開示の実施の形態によるインクジェット印刷装置用プリントヘッドアセンブリ１００の典型例を示す。プリントヘッドアセンブリ１００は封入カートリッジ１０２を含む。封入カートリッジ１０２、すなわちプリントヘッドアセンブリ１００はインクジェット印刷装置の対応するスロットに挿入可能であり、これにより装置は紙等の媒体上にインクを噴射して媒体上に画像を形成できる。

プリントヘッドアセンブリ１００は、アセンブリ１００のフレキシブル回路１０６に電気的に接続されるプリントヘッドダイ１０４を含む。プリントヘッドダイ１０４は通常小さい半導体ダイであり、図１においては、明確に図示するためにフレキシブル回路１０６および封入カートリッジ１０２に対する実際の大きさよりも大きい縮尺で図示する。フレキシブル回路１０６は、インクジェット印刷装置に着脱可能に挿入又は取付けられる封入カートリッジ１０２上で、インクジェット印刷装置の対応する電気コネクタと電気的に結合する。詳細には、フレキシブル回路１０６はプリントヘッドダイ１０４からの導線を含むことにより、ダイ１０４をインクジェット印刷装置に電気的に結合してもよい。回路１０６は柔軟性を有するため、図１に示すように、封入カートリッジ１０２の少なくとも１個の縁周りで屈曲可能である。

図１の実施の形態において、プリントヘッドアセンブリ１００はまた封入カートリッジ１０２内部に含まれるインク１０８の供給を含む。しかしながら、他の実施の形態においては、インク１０８の供給はプリントヘッドアセンブリ１００とは異なるアセンブリ内に含まれていてもよい。通常、プリントヘッドアセンブリ１００が取付けられたインクジェット印刷装置は、プリントヘッドダイ１０４にインク１０８のドロップをダイを介して噴射させて紙等の媒体上に画像を形成する。

図２は、本開示の実施の形態によるインクジェット印刷装置用プリントヘッドアセンブリ１００の部分概略図である。詳細には、プリントヘッドアセンブリ１００のプリントヘッドダイ１０４およびフレキシブル回路１０６が図２に示される。図示のプリントヘッドダイ１０４は、例えばシリコン基板等の基板２０２を含む。基板２０２はプリントヘッドダイ１０４の基板であり、基板２０２上には例えばトランジスタおよび発熱抵抗体等、ダイ１０４の様々な装置が製造される。基板２０２は第１の接地ネットワーク２０６に電気的に接続される。すなわち、第１の接地ネットワーク２０６は基板２０２の複数部分に電気的に接続される。

図示のプリントヘッドダイ１０４はまた、装置接地部２０８および表面金属層２１０を含む。装置接地部２０８はプリントヘッドダイ１０４上に製造される装置の接地接続部であり、例えばプリントヘッドダイ１０４上に製造される様々なトランジスタの接地部である。表面金属層２１０は詳細には金からなる層であってもよい。一実施の形態における表面金属層２１０は、プリントヘッドダイ１０４内の電力信号および接地信号に低抵抗の導体を提供する。装置接地部２０８および表面金属層２１０は第２の接地ネットワーク２１２に電気的に接続される。

プリントヘッドダイ１０４の動作中において、第１の接地ネットワーク２０６に比べてより大量の電流が第２の接地ネットワーク２１２を流れるため、第２の接地ネットワーク２１２を主の接地ネットワーク、そして第１の接地ネットワーク２０６を副の、又は「裏の」接地ネットワークと考えてもよい。なお、プリントヘッドダイ１０４内部において、第１の接地ネットワーク２０６および第２の接地ネットワーク２１２は相互に電気的に絶縁される。このことは、プリントヘッドダイ１０４の製造中に用いられる例えばエッチング等の処理において、第２の接地ネットワーク２１２を第１の接地ネットワーク２０６とは異なる電位にすることができるため有益である。したがって、プリントヘッドダイ１０４内に相互に電気的に絶縁される接地ネットワーク２０６および２１２を有することは、ダイ１０４の製造中に有益である。

しかしながら、プリントヘッドダイ１０４の動作中において、第１の接地ネットワーク２０６および第２の接地ネットワーク２１２は同一の電位、詳細には、例えばアース等の共有電位又は接地電位に保持することが可能である。図２の実施の形態は、フレキシブル回路１０６において接地ネットワーク２０６および２１２を相互に電気的に接続する。詳細には、接地ネットワーク２０６および２１２はフレキシブル回路１０６内の少なくとも１個の点２１４において接する。点２１４は例えば、プリントヘッドダイ１０４をプリントヘッドアセンブリ１００が挿入又は取付けられたインクジェット印刷装置に電気的に接続するインクジェット印刷装置用コネクタピンとして実装してもよい。

したがって、図２の実施の形態はプリントヘッドダイ１０４の製造中および動作中に、接地ネットワーク２０６および２１２に少なくとも略最適な電位を提供する。プリントヘッドダイ１０４の製造中は、接地ネットワーク２０６および２１２は電気的に絶縁されるため、異なる電位を有することが可能である。プリントヘッドダイ１０４の動作中は、接地ネットワーク２０６および２１２はフレキシブル回路１０６において相互に電気的に接続されるため、同一の接地電位又は共有電位に保持される。

図３は、本発明の実施の形態によるプリントヘッドダイ１０４の部分断面図である。プリントヘッドダイ１０４上には素子層３０２が配置される。素子層３０２は複数の薄膜トランジスタを含む。例えば、あるトランジスタはソース３０４Ａ、多結晶シリコンゲート３０４Ｂ、およびドレイン３０４Ｃを含み、ゲート３０４Ｂ、ソース３０４Ａ、およびドレイン３０４Ｃ間にはゲート酸化物からなる小さい層（図３においては特に符号を付さない）が形成される。他のトランジスタはソース３０６Ａ、多結晶シリコンゲート３０６Ｂ、およびドレイン３０６Ｃを含み、ゲート３０６Ｂ、ソース３０６Ａ、およびドレイン３０６Ｃ間にはゲート酸化物からなる小さい層が形成される。ドレイン３０４Ｃはドレイン３０６Ｃと同一である。

素子層３０２はまた、図３においては発熱抵抗体３１６は図示の簡便性を考慮して分割して図示した素子層３０２上に配置されているが、発熱抵抗体３１６を含むとしてもよい。当業者であれば理解できる通り、電流が発熱抵抗体３１６に供給されると、抵抗体３１６は「燃焼させられる」と考えられる。したがって、抵抗体３１６は、プリントヘッドダイ１０４の最上部側に位置するインク内に気泡を形成させる。この気泡はダイ１０４からインクドロップを噴射する。その後、気泡は潰れる。更に、素子層３０２は絶縁層３０７を含むとすることもでき、一実施の形態において素子層３０２はリン珪酸ガラス（ＰＳＧ）であってもよい。

素子層３０２上には薄い抵抗層３０８が配置され、その上には第１の金属層３１０が配置される。第１の金属層３１０は例えばアルミニウムおよび／又はタンタルアルミニウム合金からなっていてもよく、これにより層３１０は１個のアルミニウム層および１個のタンタルアルミニウム合金層からなる２個の副層を有する。第１の金属層３１０上には受動層および／又は絶縁層３１２が配置され、プリントヘッドダイ１０４をインクから保護する。層３１２は例えば炭化珪素又は窒化珪素からなっていてもよい。発熱抵抗体３１６は絶縁層３０７の一部、抵抗層３０８の一部、第１の金属層３１０の一部、層３１２の一部、および／又は受動層３１２上に配置される更なる保護層３１４の一部を含むとしてもよい。

素子層３０２上、詳細には第１の金属層３１０上には表面金属層２１０が配置され、表面金属層２１０はタンタル層も含む第２の金属層の副層であってもよい。表面金属層２１０は、層３１２の一部により第１の金属層３１０から分離および電気的に絶縁される。図３の断面図には電気的接続については記載していないが、表面金属層２１０は素子層３０２内のトランジスタの接地部に電気接続し、また例えば主電源接地部およびその他の接地部に電気的に接続していてもよい。しかしながら、図１および図２のフレキシブル回路１０６は表面金属層２１０を介して図２の第２の接地ネットワーク２１２に電気的に接続される。また、第２の接地ネットワーク２１２は表面金属層２１０を含む第２の金属層に実装されているとしてもよい。更に、第２の接地ネットワーク２１２は主としては第１の金属層３１０に実装されていないとしてもよい。

図３の分割線３１７は、プリントヘッドダイ１０４上において、線３１７の左側の部分が線３１７の右側の部分から図３に示す状態より遠くに配置されていることを示す。線３１７の左側の部分は、基板接点３１８を含む。接点３１８においては第１の金属層３１０の一部が露出し、受動層３１２、保護層３１４、および絶縁層３０７のいずれも配置されない。したがって、基板２０２上方の２個の層、すなわち薄い抵抗層３０８および第１の金属層３１０は両方とも導電性を有するため、接点３１８においては第１の金属層３１０は基板２０２を電気的に露出する。図１および図２のフレキシブル回路は、第１の金属層３１０を介して図２の第１の接地ネットワーク２０６に電気的に接続される。また、第１の接地ネットワーク２０６は主として第１の金属層３１０に実装されるとしてもよい。

したがって、図３は、プリントヘッドダイ１０４において図２の接地ネットワーク２０６および２１２が相互に電気的に絶縁される様子を示す。例えば表面金属層２１０は、第１の金属層３１０における接点３１８が配置される部分から電気的に絶縁される。したがって、第２の接地ネットワーク２１２が表面金属層２１０を含む第２の金属層に実装され、第１の接地ネットワーク２０６が主として第１の金属層３１０に実装された場合、接地ネットワーク２０６および２１２はプリントヘッドダイ１０４内で相互に電気的に絶縁される。

図４は、本開示の実施の形態による、インクジェット印刷装置用プリントヘッドアセンブリ１００の少なくとも一部を製造する方法４００を示す。なお、図４では製造工程の一部のみを詳細に示し、ここで説明する。したがって、当業者であれば、プリントヘッドアセンブリ１００の製造を完了するために、その他の工程を実行してもよいと理解するものとする。詳細には、図４では本開示の実施の形態に関連する部分のみ示し、ここで説明する。

プリントヘッドアセンブリ１００のプリントヘッドダイ１０４に基板２０２を設ける（４０２）。その後、薄膜トランジスタおよび／又は発熱抵抗体３１６を含む素子層３０２を基板上に形成してもよい（４０４）。その後、任意の時点で第１の金属層３１０を素子層３０２上に形成（４０６）し、上述のように第１の接地ネットワーク２０６が主として第１の金属層３１０に実装される。最後に、表面金属層２１０を第１の金属層３１０上に形成（４０８）し、上述のように第２の接地ネットワーク２１２が表面金属層２１０を含む第２の金属層に実装される。

第１の接地ネットワーク２０６と第２の接地ネットワーク２１２とが異なる電位となるようにして、基板２０２をエッチングしてもよい（４１０）。例えば、基板２０２は水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いてウェットエッチングしてもよい。ＴＭＡＨによる基板２０２のエッチングは、表面金属層２１０（すなわち、第２の接地ネットワーク２１２）が基板２０２（すなわち、第１の接地ネットワーク２０６）に対して任意の電位を有する場合に最適に実行されることが分かっている。そうでない場合、基板２０２は不適切にエッチングされる可能性がある。当業者であれば理解できる通り、基板２０２をエッチングしてプリントヘッドダイ１０４を介してインクを供給するための孔を形成してもよく、および／又は、発熱抵抗体３１６近傍に凹凸がなく平滑な縁を形成してもよい。本発明の実施の形態によれば、フレキシブル回路１０６がダイ１０４に接続される前に、基板２０２および表面金属層２１０（すなわち、第１の接地ネットワーク２０６および第２の接地ネットワーク２１２）がプリントヘッドダイ１０４内で相互に電気的に絶縁されている場合、表面金属層２１０は基板２０２に対して任意の電位を有することができる。

エッチングが完了すると、フレキシブル回路１０６をプリントヘッドダイ１０４に接続してもよく（４１２）、これにより第１の接地ネットワーク２０６および第２の接地ネットワーク２１２が相互に電気的に接続される。したがって、プリントヘッドアセンブリ１００の使用中に、接地ネットワーク２０６および２１２（すなわち、表面金属層２１０および基板２０２又は第１の金属層３１０）は同一の接地電位又はその他の共有電位に保持され、その結果、アセンブリ１００が最適に動作することが分かった。したがって、プリントヘッドアセンブリ１００の使用中において、接地ネットワーク２０６および２１２はフレキシブル回路１０６において相互に電気的に接続されるため、相互に電気接続された状態に保持される。

最後に、図５は本開示の実施の形態による基本的なインクジェット印刷装置５００を示す。インクジェット印刷装置５００はインクジェットプリンタ、多機能機器（ＭＦＤ）又はインクジェット印刷機能以外の機能性も備えることができるオールインワン（ＡＩＯ）機器であってもよい。図５に示すインクジェット印刷装置５００は、上述のプリントヘッドアセンブリ１００およびインクジェット印刷機構５０２を含む。当業者であれば、インクジェット印刷装置５００は図５に示す構成部材に加えてその他の部材を含んでいてもよく、通常はそのようなその他の部材を含むと理解するであろう。

インクジェット印刷機構５０２は、インクジェット印刷装置５００が例えばインクを媒体上に熱的に噴射することにより紙等の媒体上に画像を形成するための構成部材を含む。したがって、プリントヘッドアセンブリ１００はインクジェット印刷機構５０２と構成部材を共有していてもよい。すなわち、プリントヘッドアセンブリ１００は、実際にインクを噴射させるプリントヘッドダイ１０４を含む。この点において、インクジェット印刷機構５０２はプリントヘッドダイ１０４をプリントヘッドアセンブリ１００と共有すると考えてもよい。当業者であれば理解できる通り、インクジェット印刷機構５０２はファームウェアおよび媒体送りモータ等、その他の構成部材を含んでいてもよい。

Claims (5)

1. インクジェット印刷装置のためのプリントヘッドアセンブリの作製方法であって、
   該プリントヘッドアセンブリのプリントヘッドダイのためのシリコン基板を設け、
   少なくとも１個のトランジスタ、および前記プリントヘッドアセンブリからインクを噴射させる発熱抵抗体を含む素子層を前記シリコン基板上に形成し、
   前記シリコン基板に電気的に接続される第１の接地ネットワークを提供する第１の金属層を前記素子層上に形成し、
   該第１の金属層上に絶縁層を形成し、
   前記素子層に電気的に接続される第２の接地ネットワークを提供する第２の金属層を前記絶縁層上に形成して、前記プリントヘッドダイ内で前記第２の接地ネットワークを前記第１の接地ネットワークから電気的に絶縁し、
   エッチングの最中に前記第１の接地ネットワークが前記第２の接地ネットワークとは異なる電位に保持されるように前記シリコン基板を水酸化テトラメチルアンモニウムエッチャントを用いてエッチングすることを含むことを特徴とする、インクジェット印刷装置のためのプリントヘッドアセンブリの作製方法。
2. 更に、フレキシブル回路を前記プリントヘッドダイに接続して、前記第１の接地ネットワークおよび前記第２の接地ネットワークを前記フレキシブル回路において相互に電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記フレキシブル回路は前記プリントヘッドダイを前記インクジェット印刷装置に電気的に接続する請求項２に記載の方法。
4. 前記第２の金属層が金層からなる、請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記第１の金属層がタンタルアルミニウム合金層およびアルミニウム層金層の一方又は両方からなる、請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の方法。

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