裏面電気接続を有するインクジェット印刷ヘッドアセンブリ
【課題】印刷ヘッド集積回路が外部の電力／データ供給に接続され、これらの接続が印刷の保守及び／又は印刷の品質に影響を与えることのない印刷ヘッドアセンブリを提供する。
【解決手段】インク供給マニホルドと、印刷ヘッド集積回路と、印刷ヘッド集積回路内の駆動回路に電力を供給するコネクタ膜とを備えるインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。各印刷ヘッド集積回路は、駆動回路及びインクジェットノズルアセンブリを備える前面と、インク供給マニホルドに取り付けられた裏面と、裏面とインクジェットノズルアセンブリの間に流体連結を提供するインク供給チャネルとを有する。コネクタ膜の接続端部が、インク供給マニホルドの一部と印刷ヘッド集積回路の間に挟まれる。
【解決手段】インク供給マニホルドと、印刷ヘッド集積回路と、印刷ヘッド集積回路内の駆動回路に電力を供給するコネクタ膜とを備えるインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。各印刷ヘッド集積回路は、駆動回路及びインクジェットノズルアセンブリを備える前面と、インク供給マニホルドに取り付けられた裏面と、裏面とインクジェットノズルアセンブリの間に流体連結を提供するインク供給チャネルとを有する。コネクタ膜の接続端部が、インク供給マニホルドの一部と印刷ヘッド集積回路の間に挟まれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印刷機に関し、特にインクジェット印刷機に関する。本発明は主に、印刷ヘッドの保守を容易にするように印刷ヘッド集積回路の改善された取付けを提供するために開発された。
【背景技術】
【０００２】
出願人は以前、ページの幅に沿って端部と端部で当接する複数の印刷ヘッド集積回路（「チップ」）を使用してページ幅インクジェット印刷ヘッドを構築できることを実証した。この印刷ヘッド集積回路の構成には、多くの利点（例えば、給紙方向に印刷区間の幅を最小にする）があるが、各印刷ヘッド集積回路はやはり、各印刷ヘッド集積回路へ電力及びデータを供給する他の印刷機電子回路に接続しなければならない。
【０００３】
これまで出願人は、各印刷ヘッド集積回路上のボンドパッドを可撓性ＰＣＢにワイヤボンディングすることによって、印刷ヘッド集積回路をどのように外部の電力／データ供給に接続できるかについて記載してきた（例えば、米国特許第７，４４１，８６５号参照）。しかし、ワイヤボンドは印刷ヘッドのインク射出面から突出し、したがって、印刷の保守と印刷の品質の両方に悪影響を与える可能性がある。
【０００４】
印刷ヘッド集積回路が外部の電力／データ供給に接続され、これらの接続が印刷の保守及び／又は印刷の品質に影響を与えることのない印刷ヘッドアセンブリを提供することが望ましいであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，４４１，８６５号
【発明の概要】
【０００６】
したがって、第１の態様では、
インク供給マニホルドと、
１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路であって、各印刷ヘッド集積回路が、駆動回路及び複数のインクジェットノズルアセンブリを備える前面と、インク供給マニホルドに取り付けられた裏面と、裏面とインクジェットノズルアセンブリの間に流体連結を提供する少なくとも１つのインク供給チャネルとを有する、１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路と、
駆動回路に電力を供給する少なくとも１つのコネクタ膜と、を備え、
コネクタ膜の接続端部が、インク供給マニホルドの少なくとも一部と１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路の間に挟まれる、インクジェット印刷ヘッドアセンブリが提供される。
【０００７】
本発明によるインクジェット印刷ヘッドアセンブリは、印刷ヘッドへの電気接続を収容しながら印刷ヘッド集積回路をインク供給マニホルドに取り付ける好都合な手段を有利に提供する。さらに、印刷ヘッドの前面は、その範囲全体に沿って完全な平面である。
【０００８】
任意選択で、コネクタ膜は、複数の導電トラックを有する可撓性のポリマー膜を構成する。
【０００９】
任意選択で、コネクタ膜は、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）膜である。
【００１０】
任意選択で、裏面は、コネクタ膜を収容する凹状部分を有する。
【００１１】
任意選択で、凹状部分は、各印刷ヘッド集積回路の長手方向の縁部領域に沿って画定される。
【００１２】
任意選択で、複数のシリコン貫通コネクタが、駆動回路とコネクタ膜の接続端部の間に電気接続を提供する。
【００１３】
任意選択で、各シリコン貫通コネクタは、前面から裏面の方へ直線的に延びる。
【００１４】
任意選択で、各シリコン貫通コネクタは、裏面の方へ先細りする。
【００１５】
任意選択で、各シリコン貫通コネクタは、銅から構成される。
【００１６】
任意選択で、各印刷ヘッド集積回路は、
シリコン基板と、
駆動回路を備える少なくとも１つのＣＭＯＳ層と、
インクジェットノズルアセンブリを備えるＭＥＭＳ層と、を備え、
ＣＭＯＳ層は、シリコン基板とＭＥＭＳ層の間に位置決めされる。
【００１７】
任意選択で、各シリコン貫通コネクタは、ＭＥＭＳ層内の接触パッドからＣＭＯＳ層を通って裏面の方へ直線的に延び、接触パッドは、ＣＭＯＳ層に電気的に接続される。
【００１８】
任意選択で、印刷ヘッドアセンブリは、接触パッドとＣＭＯＳ層の間に直線的に延びる１つ又は複数の導体柱を備える。
【００１９】
任意選択で、各シリコン貫通コネクタは、ＣＭＯＳ層から電気的に絶縁される。
【００２０】
任意選択で、各シリコン貫通コネクタは、絶縁膜を備える外側の側壁を有する。
【００２１】
任意選択で、外側の側壁は、絶縁膜とシリコン貫通コネクタの導電コアの間に拡散障壁層を備える。
【００２２】
任意選択で、各シリコン貫通コネクタは、膜の接続端部にはんだで接続される。
【００２３】
任意選択で、膜は、複数の印刷ヘッド集積回路とともにインク供給マニホルドに接合される。
【００２４】
任意選択で、複数の印刷ヘッド集積回路は、ページ幅印刷ヘッドアセンブリを提供するように、端部と端部が当接する構成で位置決めされる。
【００２５】
任意選択で、印刷ヘッドの前面は平面であり、いかなるワイヤボンド接続もない。
【００２６】
任意選択で、前面は、疎水性のポリマー層（例えば、ＰＤＭＳ）で被覆される。
【００２７】
第２の態様では、
駆動回路及び複数のインクジェットノズルアセンブリを備える前面と、
インク供給マニホルドに取り付けるための裏面と、
裏面とインクジェットノズルアセンブリの間に流体連結を提供する少なくとも１つのインク供給チャネルとを有し、
裏面が、駆動回路に電力を供給するコネクタ膜の少なくとも一部を収容する凹状部分を有する、印刷ヘッド集積回路が提供される。
【００２８】
任意選択で、裏面がインク供給マニホルドに取り付けられているとき、コネクタ膜の接続端部が、インク供給マニホルドの少なくとも一部と印刷ヘッド集積回路の間に挟まれる。
【００２９】
任意選択で、凹状部分は、印刷ヘッド集積回路の長手方向の縁部領域に沿って画定される。
【００３０】
任意選択で、凹状部分は、複数の集積回路コンタクトを備え、各集積回路は、駆動回路に接続される。
【００３１】
任意選択で、コネクタ膜は、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）膜であり、集積回路コンタクトは、ＴＡＢ膜の対応するコンタクトに接続するように位置決めされる。
【００３２】
任意選択で、複数のシリコン貫通コネクタが前面から裏面の方へ直線的に延び、各シリコン貫通コネクタは、駆動回路と対応する集積回路コンタクトの間に電気接続を提供する。
【００３３】
任意選択で、各集積回路コンタクトは、それぞれのシリコン貫通コネクタの端部によって画定される。
【００３４】
任意選択で、裏面は、印刷ヘッド集積回路に沿って長手方向に延びる複数のインク供給チャネルを有し、各インク供給チャネルは、インク供給マニホルドからインクを受け取る１つ又は複数のインク入口を画定する。任意選択で、各インク供給チャネルは、複数の前面入口にインクを供給する。任意選択で、各前面入口は、インクジェットノズルアセンブリの１つ又は複数にインクを供給する。
【００３５】
任意選択で、各インク供給チャネルの深さは、凹状部分の深さに対応する。
【００３６】
第３の態様では、
前面及び裏面を画定するシリコン基板と、
前面に位置決めされた複数のインクジェットノズルアセンブリと、
インクジェットノズルアセンブリに電力を供給する駆動回路と、
前面から裏面の方へ延びる１つ又は複数のシリコン貫通コネクタであって、駆動回路と１つ又は複数の対応する集積回路コンタクトの間に電気接続を提供するシリコン貫通コネクタとを備え、
集積回路コンタクトが、駆動回路に電力を供給する裏面に取り付けられたコネクタ膜に接続するように位置決めされる、印刷ヘッド集積回路が提供される。
【００３７】
任意選択で、各集積回路コンタクトは、それぞれのシリコン貫通コネクタの端部によって画定される。
【００３８】
第４の態様では、裏面電気接続を有するインクジェット印刷ヘッドアセンブリを製作する方法であって、
１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路を提供するステップであり、各印刷ヘッド集積回路が、駆動回路及び複数のインクジェットノズルアセンブリを備える前面と、１つ又は複数のインク入口及び凹状の縁部部分を有する裏面と、集積回路を通って延びる１つ又は複数のコネクタとを有し、各コネクタが、駆動回路に接続されたヘッド及び凹状の縁部部分内の基部を有する、ステップと、
印刷ヘッド集積回路の少なくとも１つの凹状の縁部部分内にコネクタ膜の接続端部を位置決めするステップであり、コネクタ膜が、複数の導電トラックを備え、各導電トラックが、接続端部にそれぞれの膜コンタクトを有する、ステップと、
各膜コンタクトを対応するコネクタの基部に接続させるステップと、
各印刷ヘッド集積回路の裏面をコネクタ膜とともにインク供給マニホルドに取り付けて、裏面電気接続を有するインクジェット印刷ヘッドアセンブリを提供するステップとを含む方法が提供される。
【００３９】
任意選択で、取り付けるステップは、インク供給マニホルドの一部と１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路の間にコネクタ膜の接続端部を挟む。
【００４０】
任意選択で、膜は、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）膜である。
【００４１】
任意選択で、接続させるステップは、各膜コンタクトを対応するコネクタの基部にはんだ付けするステップを含む。
【００４２】
任意選択で、取り付けるステップは、接着剤膜を使用して実行される。
【００４３】
任意選択で、接着剤膜内には、複数のインク供給開口が画定される。
【００４４】
任意選択で、取り付けるステップは、各インク供給開口がインク入口と位置合わせされるように各印刷ヘッド集積回路を接着剤膜と位置合わせするステップと、印刷ヘッド集積回路を接着剤膜の片側に接合するステップと、膜の反対側をインク供給マニホルドに接合するステップとを含む。
【００４５】
任意選択で、接続させるステップでは、各印刷ヘッド集積回路は、それぞれのコネクタ膜に接続される。
【００４６】
任意選択で、接続させるステップでは、複数の印刷ヘッド集積回路が、同じコネクタ膜に接続される。
【００４７】
任意選択で、端部と端部が当接する構成で、複数の印刷ヘッド集積回路をインク供給マニホルドに取り付けて、ページ幅印刷ヘッドアセンブリを提供する。
【００４８】
第５の態様では、裏面電気接続向けに構成された印刷ヘッド集積回路を製作する方法であって、
ウェーハを提供するステップであり、ウェーハが、ウェーハの前面に複数の部分的に製作されたノズルアセンブリと、前面からウェーハの裏面の方へ延びる１つ又は複数のシリコン貫通コネクタとを備える、ステップと、
ウェーハの前面に導電層を堆積させ、導電層をエッチングし、それに付随して、各ノズルアセンブリに対するアクチュエータ及び各シリコン貫通コネクタのヘッドを覆う前面接触パッドを形成するステップであり、前面接触パッドが、シリコン貫通コネクタをウェーハ内の駆動回路に接続させる、ステップと、
さらなるＭＥＭＳ処理ステップを実行して、ノズルアセンブリ、ノズルアセンブリ向けのインク供給チャネル、及びシリコン貫通コネクタの形成を完成させるステップと、
ウェーハを複数の個々の印刷ヘッド集積回路に分割するステップであり、各印刷ヘッド集積回路が、シリコン貫通コネクタ及び接触パッドを介して駆動回路に裏面接続するように構成される、ステップと、を含む方法が提供される。
【００４９】
任意選択で、導電材料は、窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、チタン、アルミニウム、及びバナジウム−アルミニウム合金からなる群から選択される。
【００５０】
任意選択で、アクチュエータは、熱気泡形成アクチュエータ及び熱曲げアクチュエータからなる群から選択される。
【００５１】
任意選択で、さらなるＭＥＭＳ処理ステップは、接触パッド上へ材料を堆積させて接触パッドを封止又はカプセル化するステップを含む。
【００５２】
任意選択で、さらなるＭＥＭＳ処理ステップは、ウェーハの裏面をエッチングして各印刷ヘッド集積回路のためのインク供給チャネル及び裏面凹状部分を画定するステップを含む。
【００５３】
任意選択で、インク供給チャネル及び裏面凹状部分は、同じ深さを有する。
【００５４】
任意選択で、裏面のエッチングは、裏面凹状部分内の各シリコン貫通コネクタの脚部を露出させる。各脚部は、集積回路コンタクトを備える。
【００５５】
任意選択で、シリコン貫通コネクタは、各印刷ヘッド集積回路の長手方向の縁部領域に沿って位置決めされ、裏面凹状部分は、長手方向の縁部領域に沿って延びる。
【００５６】
任意選択で、集積回路コンタクトは、ＴＡＢ膜の対応するコンタクトに接続するように位置決めされる。
【００５７】
任意選択で、ＣＭＯＳ層は駆動回路を備え、ノズルアセンブリは、ＣＭＯＳ層上に形成されたＭＥＭＳ層内に配置される。
【００５８】
任意選択で、接触パッドとＣＭＯＳ層の間及び／又はアクチュエータとＣＭＯＳ層の間に、１つ又は複数の導体柱が直線的に延びる。
【００５９】
任意選択で、導体柱を形成してから、導電層を堆積させる。
【００６０】
任意選択で、導体柱は、シリコン貫通コネクタに付随して形成される。
【００６１】
任意選択で、導体柱及びシリコン貫通コネクタは、事前に画定されたバイア内に導電材料を堆積させることによって形成される。
【００６２】
任意選択で、導電材料は、無電解めっきプロセスによって堆積される。
【００６３】
任意選択で、事前に画定されたバイアはそれぞれ、バイアがすべて堆積によって均一に充填されるように、深さに比例する直径を有する。
【００６４】
任意選択で、導電材料は銅である。
【００６５】
任意選択で、さらなるＭＥＭＳ処理ステップは、疎水性のポリマー層で前面を被覆するステップを含む。
【００６６】
任意選択で、疎水性のポリマー層は、ＰＤＭＳから構成される。
【００６７】
任意選択で、さらなるＭＥＭＳ処理ステップは、犠牲材料を酸化除去するステップを含む。
【００６８】
本発明の実施形態について、以下の図面を参照して次に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】印刷ヘッド集積回路の前面斜視図である。
【図２】１対の当接する印刷ヘッド集積回路の前面斜視図である。
【図３】図１に示す印刷ヘッド集積回路の背面斜視図である。
【図４】床面ノズル入口を有するインクジェットノズルアセンブリの切欠斜視図である。
【図５】側壁ノズル入口を有するインクジェットノズルアセンブリの切欠斜視図である。
【図６】印刷ヘッドアセンブリの側面斜視図である。
【図７】図６に示す印刷ヘッドアセンブリの下部斜視図である。
【図８】図６に示す印刷ヘッドアセンブリの分解上部斜視図である。
【図９】図６に示す印刷ヘッドアセンブリの分解下部斜視図である。
【図１０】インク供給マニホルドに取り付けられた印刷ヘッド集積回路の重ね合わせた平面図である。
【図１１】図１０の拡大図である。
【図１２】インクジェット印刷機の斜視図である。
【図１３】図６に示す印刷ヘッドアセンブリの概略横断面図である。
【図１４】本発明による印刷ヘッドアセンブリの概略横断面図である。
【図１５】本発明による代替印刷ヘッドアセンブリの概略横断面図である。
【図１６】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図１７】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図１８】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図１９】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図２０】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図２１】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図２２】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図２３】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図２４】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図２５】本発明による印刷ヘッド集積回路の概略横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
印刷ヘッド集積回路（ＩＣ）へのインク供給
これまで出願人は、端部と端部が当接する構成でともにリンクさせてページ幅印刷ヘッドを画定できる印刷ヘッド集積回路（又は「チップ」）１００について記載してきた。図１は、印刷ヘッドＩＣ１００の一部の前面を斜視図で示し、図２は、ともに当接する１対の印刷ヘッドＩＣを示す。
【００７１】
各印刷ヘッドＩＣ１００は、何行にも構成された数千個のノズル１０２を備える。図１及び図２に示すように、印刷ヘッドＩＣ１００は、５つの異なる色のインク（例えば、ＣＭＹＫ及びＩＲ（赤外線）、ＣＣＭＭＹ、又はＣＭＹＫＫ）を受け取って印刷するように構成される。印刷ヘッドＩＣ１００の各色チャネル１０４は、１対のノズル行を備え、対の一方の行が偶数のドットを印刷し、対の他方の行が奇数のドットを印刷する。各色チャネル１０４からのノズルは、高い分解能（例えば、１６００ｄｐｉ）でドット−オン−ドット（ｄｏｔ−ｏｎ−ｄｏｔ）印刷を実行するように、給紙方向に対して垂直に位置合わせされる。単一の行の２つの隣接するノズル１０２間の水平距離（「ピッチ」）は、約３２ミクロンであり、ノズル行間の垂直距離は、ノズルの噴射順に基づいているが、行は通常、ドットラインの正確な数（例えば、１０本のドットライン）によって分離される。ノズル行構成及びノズル噴射に関するより詳細な説明は、米国特許第７，４３８，３７１号に見ることができる。同特許の内容を、参照により本明細書に組み込む。
【００７２】
個々の印刷ヘッドＩＣ１００の長さは通常、約２０〜２２ｍｍである。したがって、Ａ４／米国レターサイズのページに印刷するには、１１又は１２個の個々の印刷ヘッドＩＣ１００が隣接してともにリンクされる。個々の印刷ヘッドＩＣ１００の数を変動させて、他の幅のシートに対応することもできる。例えば、４”の写真印刷機は通常、ともにリンクされた５つの印刷ヘッドＩＣを用いる。
【００７３】
印刷ヘッドＩＣ１００は、様々な方法でともにリンクさせることができる。ＩＣ１００をリンクさせる１つの特定の方法を図２に示す。この構成では、ＩＣ１００は端部で、ともにリンクしてＩＣの水平のラインを形成し、隣接するＩＣ間で垂直にずれないように成形される。印刷ヘッドＩＣの間には、実質上４５°の角度を有する傾斜した接合部１０６が提供される。接合する縁部は、当接する印刷ヘッドＩＣの位置決めを容易にするように、のこぎり歯状のプロファイルを有する。
【００７４】
図１及び図２から明らかになるように、各行の最も左側のインク送達ノズル１０２は、１０ラインずつのピッチで減少し、三角形の構成１０７で構成される。この構成では、印刷区間に沿って一貫してインク滴が送達されるように、接合部１０６の端から端までノズルのピッチを維持する。またこの構成では、当接するＩＣ間の十分なリンクが確保されるように、各印刷ヘッドＩＣ１００の縁部により多くのシリコンが提供される。それぞれの減少する行内に含まれるノズルは、対応する行内のノズルがページ上の同じライン上に噴射するように、異なる時点で噴射しなければならない。ノズルの動作の制御は、印刷ヘッド制御装置（「ＳｏＰＥＣ」）デバイスによって実行されるが、減少するノズル行の補償は、印刷ヘッド内のＣＭＯＳ回路によって実行することができ、又は印刷ヘッドとＳｏＰＥＣデバイスの間で共有することができる。減少するノズル構成及びその制御に関する詳細な説明は、米国特許第７，２７５，８０５号に含まれている。同特許の内容を、参照により本明細書に組み込む。
【００７５】
図３を次に参照すると、印刷ヘッド集積回路１００の反対側の裏面が示されている。印刷ヘッドＩＣ１００の裏面にはインク供給チャネル１１０が画定され、印刷ヘッドＩＣの長さに沿って長手方向に延びる。これらの長手方向のインク供給チャネル１１０は、ノズル入口１１２と交わる。ノズル入口１１２は、前面のノズル１０２と流動的に連通する。図４は、ノズル入口１１２がノズルチャンバ内へ直接インクを供給する印刷ヘッドＩＣの一部を示す。図５は、ノズル入口１１２が、各ノズルチャンバ行に沿って長手方向に延びるインク導管１１４内へインクを供給する、代替印刷ヘッドＩＣの一部を示す。この代替構成では、ノズルチャンバは、本発明の範囲内で、隣接するインク導管から側壁入口を介してインクを受け取る。
【００７６】
図３に戻ると、長手方向に延びるインク供給チャネル１１０は、シリコンのブリッジ又は壁１１６によって複数の区分に分割される。これらの壁１１６により、印刷ヘッドＩＣ１００には、長手方向のチャネル１１０に対して横方向に追加の機械的強度が与えられる。
【００７７】
各印刷ヘッドＩＣ１００の裏面には、２部のＬＣＰ成型の形のインク供給マニホルドを介してインクが供給される。図６〜図９を参照すると、接着剤膜１２０を介してインク供給マニホルドに取り付けられた印刷ヘッドＩＣ１００を備える印刷ヘッドアセンブリ１３０が示されている。
【００７８】
インク供給マニホルドは、主ＬＣＰ成型１２２と、主ＬＣＰ成型１２２の下面に封止されたＬＣＰチャネル成型１２４とを備える。印刷ヘッドＩＣ１００は、接着性のＩＣ取付け膜１２０でチャネル成型１２４の下面に接合される。ＬＣＰチャネル成型１２４の上面は、ＬＣＰ主チャネル１２６を備え、ＬＣＰ主チャネル１２６は、主ＬＣＰ成型１２２内でインク入口１２７及びインク出口１２８と接続する。インク入口１２７及びインク出口１２８は、インク貯蔵器及びインク供給システム（図示せず）と流動的に連通する。インク供給システムは、所定の静水圧で印刷ヘッドにインクを供給する。
【００７９】
主ＬＣＰ成型１２２は、ＬＣＰチャネル成型１２４内に画定されたＬＣＰ主チャネル１２６と連通する複数の空気空胴１２９を有する。空気空胴１２９は、インク供給システム内のインク圧力パルスを減衰させる働きをする。
【００８０】
各ＬＣＰ主チャネル１２６の基部には、印刷ヘッドＩＣ１００につながる一連のインク供給通路１３２が位置する。接着剤膜１２０は、各印刷ヘッドＩＣ１００の裏面がインク供給通路１３２と流動的に連通するように、一連のレーザで開けた供給孔１３４を有する。
【００８１】
図１０を次に参照すると、インク供給通路１３２は、一連の５つの行の形で構成される。インク供給通路１３２の中央の行は、レーザで開けた孔１３４を通って印刷ヘッドＩＣ１００の裏面に直接インクを供給し、インク供給通路１３２の外側の行は、微小成型されたチャネル１３５を介して印刷ヘッドＩＣにインクを供給する。それぞれの微小成型されたチャネルは、レーザで開けた孔１３４の１つで終端をなす。
【００８２】
図１１は、印刷ヘッドＩＣ１００の裏面インク供給チャネル１１０にインクがどのように供給されるかについて、より詳細に示す。接着剤膜１２０内に画定されるそれぞれのレーザで開けた孔１３４は、対応するインク供給チャネル１１０と位置合わせされる。通常、レーザで開けた孔１３４は、チャネル１１０内の横の壁１１６の１つと位置合わせされ、したがってインクは、壁１１６の両側でチャネル区分に供給される。この構成により、インク供給マニホルドと印刷ヘッドＩＣ１００の間に必要な流動的接続の数を低減させる。
【００８３】
ＩＣ１００を正確に位置決めするのを助けるために、ＩＣ１００の表面上に基点１０３Ａが提供される（図１及び図１１参照）。基点１０３Ａは、隣接するＩＣに対するＩＣ１００の本当の位置を指示するのに適当な位置決め機器によって容易に特定可能なマーカの形である。接着剤膜１２０は、相補的な基点１０３Ｂを有し、基点１０３Ｂは、印刷ヘッドＩＣをインク供給マニホルドに接合する間に各印刷ヘッドＩＣ１００を接着剤膜に対して位置合わせするのを助ける。基点１０３Ａ及び１０３Ｂは、ＩＣ１００の縁部で接着性のＩＣ取付け膜１２０の長さに沿って戦略的に位置決めされる。
【００８４】
印刷ヘッド集積回路へのデータ及び電力の供給
次に図１に戻ると、印刷ヘッドＩＣ１００は、長手方向の縁部の１つに沿って延びる複数のボンドパッド１０５を有する。ボンドパッド１０５は、インクジェットノズル１０２の動作を制御するための印刷ヘッド制御装置（「ＳｏＰＥＣ」）デバイスからデータ及び／又は電力を受け取る手段を提供する。
【００８５】
ボンドパッド１０５は、印刷ヘッドＩＣ１００の上部ＣＭＯＳ層に接続される。図４及び図５に示すように、各ＭＥＭＳノズルアセンブリが、ＣＭＯＳ層１１３上に形成される。ＣＭＯＳ層１１３は、各ノズルを噴射するのに必要な論理及び駆動回路を含む。
【００８６】
図６〜図９を参照すると、印刷ヘッドＩＣ１００のボンドパッド１０５に、可撓性ＰＣＢ１４０がワイヤボンドされる。ワイヤボンドは、通常ポリマー樹脂であるワイヤボンド封止材１４２で封止及び保護される（図７参照）。ＬＣＰ成型１２２は、湾曲した支持ウィング１２３を備え、支持ウィング１２３の周りには、可撓性ＰＣＢ１４０が曲げて固定される。支持ウィング１２３は、可撓性ＰＣＢの様々な電気構成要素１４４を収容する複数の開口１２５を有する。このようにして、可撓性ＰＣＢ１４０は、印刷ヘッドアセンブリ１３０の外側表面の周りに曲げることができる。可撓性ＰＣＢ１４０に対してＬＣＰ成型１２２の反対側には、用紙ガイド１４８が取り付けられ、印刷ヘッドアセンブリ１３０を完成させる。
【００８７】
印刷ヘッドアセンブリ１３０は、インクジェット印刷機１６０（図１２参照）から取り外して交換できる、ユーザ交換可能な印刷ヘッドカートリッジの一部として設計される。したがって、可撓性ＰＣＢ１４０は、印刷機本体内のＳｏＰＥＣデバイスを含む電子回路への電力及びデータ接続を可能にする複数のコンタクト１４６を有する。
【００８８】
可撓性ＰＣＢ１４０が各印刷ヘッドＩＣ１００上のボンドパッド１０５にワイヤボンドされるため、印刷ヘッドは必然的に、ボンドパッド近傍に平面でない長手方向の縁部領域を有する。これは、図１３に最もはっきりと示されている。図１３は、複数のインクジェットノズルアセンブリ１０１を備える印刷ヘッドＩＣ１００のボンドパッド１０５から延びるワイヤボンド１５０を示す。図１３に示す構成では、ボンドパッド１０５は、ＭＥＭＳ層内に形成され、コネクタ柱１５２を介して下にあるＣＭＯＳ１１３に接続する。別法として、ボンドパッド１０５は、ＭＥＭＳ層へのいかなる他の接続ももたない、ＣＭＯＳ１１３の露出された上部層とすることができる。どちらの構成でも、印刷ヘッドのインク射出面１５４からワイヤボンドが延び、可撓性ＰＣＢ１４０と接続する。
【００８９】
印刷ヘッドＩＣ１００内のボンドパッド１０５へのワイヤボンディングには、主に印刷ヘッドＩＣの相当な長手方向の領域がインク射出面１５４から突出するワイヤボンド１５０（さらに、ワイヤボンド封止材１４２）を有するために、いくつかの欠点がある。インク射出面１５４の非平面性の結果、印刷ヘッドの保守の効果が低くなることがある。例えば、ワイパブレードでは、ワイヤボンド封止材１４２が掃引方向に対してノズル１０２の上流又は下流でワイパブレードの経路を阻止するため、インク射出面１５４の幅全体にわたって掃引することができない。
【００９０】
ワイヤボンドが突出する別の欠点は、ＰＤＭＳなどの疎水性の被覆で印刷ヘッド全体を被覆できないことである。出願人は、ＰＤＭＳ被覆が印刷の品質と印刷ヘッドの保守をどちらも著しく改善すること（例えば、米国特許出願公開第２００８／０２２５０７６号参照、同出願の内容を、参照により本明細書に組み込む）、そして完全な平面であるインク射出面がそのような被覆の効率をより一層改善するはずであることを見出した。
【００９１】
裏面電気接続向けに構成された印刷ヘッド集積回路
印刷ヘッドＩＣ１００へのワイヤボンド接続の固有の欠点のいくつかを考え、出願人は、裏面電気接続を使用し、したがって完全な平面であるインク射出面を有する印刷ヘッドＩＣ２を開発した。
【００９２】
図１４を参照すると、印刷ヘッドＩＣ２は、接着剤膜１２０を使用してインク供給マニホルドのＬＣＰチャネル成型１２４に取り付けられる。印刷ヘッドＩＣ２は、少なくとも１つの長手方向のインク供給チャネル１１０を有し、インク供給チャネル１１０は、ノズル入口１１２及びインク導管１１４を介して、インク供給マニホルドとノズルアセンブリ１０１の間に流体連結（流体が流通する構造）を提供する。したがって、印刷ヘッドアセンブリ６０（印刷ヘッドＩＣ２を含む）は、図１〜図１１に関連して上述した印刷ヘッドアセンブリ１３０（印刷ヘッドＩＣ１００を含む）と同じ流動的構成を有する。
【００９３】
しかし、印刷ヘッドＩＣ２は、ＣＭＯＳ回路層１１３への電気接続が形成されるという点で、印刷ヘッドＩＣ１００とは異なる。印刷ヘッドＩＣ２には、長手方向の縁部領域４に沿って前面ワイヤボンディングがないことが重要である。逆に、印刷ヘッドＩＣ２は、長手方向の縁部に、ＴＡＢ（テープ自動化ボンディング）膜８を収容する裏面凹部６を有する。ＴＡＢ膜８は通常、ＴＡＢ膜のコネクタ端部にある対応する膜コンタクト１０で終端をなす複数の導電トラックを備える可撓性のポリマー膜（例えば、Ｍｙｌａｒ（登録商標）膜）である。ＴＡＢ膜８は、印刷ヘッドＩＣ２の裏面１２と同じ高さに位置決めされ、したがってＴＡＢ膜及び印刷ヘッドＩＣ２をＬＣＰチャネル成型１２４にともに接合することができる。ＴＡＢ膜８は、可撓性ＰＣＢ１４０に接続することができ、実際にはＴＡＢ膜は、可撓性ＰＣＢ１４０に組み込むことができる。別法として、ＴＡＢ膜８は、当業者には知られている代替接続構成を使用して、印刷機電子回路に接続することができる。
【００９４】
印刷ヘッドＩＣ２は、前面からＴＡＢ膜８を収容する長手方向の凹状の縁部部分６内へ延びる複数のシリコン貫通バイアを有する。各シリコン貫通バイアは、導体（例えば、銅）で充填され、ＴＡＢ膜８への電気接続を提供するシリコン貫通コネクタ１４を画定する。シリコン貫通コネクタ１４の脚部又は基部１５には、適切な接続、例えばはんだボール１６を使用して、各膜コンタクト１０が接続される。
【００９５】
シリコン貫通コネクタ１４は、印刷ヘッドＩＣ２のシリコン基板２０及びＣＭＯＳ回路層１１３を通って延びる。シリコン貫通コネクタ１４は、絶縁性の側壁２１によってシリコン基板２０から絶縁される。絶縁性の側壁２１は、非晶質シリコン、ポリシリコン、又は二酸化シリコンなど、ＭＥＭＳ製作に適合している任意の適切な絶縁材料から形成することができる。絶縁性の側壁２１は、単層であっても多層であってもよい。例えば、絶縁性の側壁２１は、外側のＳｉ又はＳｉＯ２層及び内側のタンタル層を備えることができる。内側のＴａ層は、銅がバルクシリコン基板内に拡散するのを最小にする拡散障壁として作用する。Ｔａ層はまた、シリコン貫通コネクタ１４の製作中に銅を電着させるためのシード層として作用することができる。
【００９６】
図１４に示すように、シリコン貫通コネクタ１４のヘッド２２が、印刷ヘッドＩＣ２のＭＥＭＳ層２６内に画定された接触パッド２４と交わる。ＭＥＭＳ層２６は、印刷ヘッドＩＣ２のＣＭＯＳ回路層１１３上に配置され、ＭＥＭＳ処理ステップによって形成されるすべてのインクジェットノズルアセンブリ１０１を備える。
【００９７】
米国特許出願公開第２００８／０１２９７９３号（同出願の内容を、参照により本明細書に組み込む）に記載のような出願人の熱曲げ作動式の印刷ヘッドの場合、導電性の熱弾性アクチュエータ２５が、各ノズルチャンバ１０１の屋根を画定することができる。したがって、接触パッド２４は、ＭＥＭＳの製作中に熱弾性アクチュエータ２５と同時に形成することができ、さらに、同じ材料で形成することができる。例えば、接触パッド２４は、バナジウム−アルミニウム合金、窒化チタン、窒化チタンアルミニウムなどの熱弾性の材料から形成することができる。
【００９８】
しかし、接触パッド２４の形成は、ＭＥＭＳ製作の任意のステップ内に組み込むことができ、さらに、任意の適切な導電性の材料、例えば、銅、チタン、アルミニウム、窒化チタン、窒化チタンアルミニウムなどから構成できることが理解されるであろう。
【００９９】
接触パッド２４は、接触パッドからＣＭＯＳ回路の方へ延びる銅の導体柱３０を介して、ＣＭＯＳ回路１１３の上部層に接続される。したがって、導体柱３０は、ＴＡＢ膜８とＣＭＯＳ回路１１３の間に電気接続を提供する。
【０１００】
図１４の接触パッド２４及びコネクタ柱３０の構成は、熱曲げ作動式のインクジェットノズルを形成する出願人のＭＥＭＳ製作プロセス（米国特許出願第１２／３２３，４７１号に記載、同出願の内容を、参照により本明細書に組み込む）と好都合に適合しているが、もちろん本発明は、裏面ＴＡＢ膜８からＣＭＯＳ回路１１３への類似の裏面電気接続を提供する代替構成を包含する。
【０１０１】
例えば、図１５を次に参照すると、シリコン貫通コネクタ１４は、ＣＭＯＳ回路１１３の上の不活性化層２７で終端をなすことができる。シリコン貫通コネクタのヘッド２２及び不活性化層２７を通って露出された上部ＣＭＯＳ層上へ適切な導電性の材料を堆積させることによって、埋め込まれた接触パッド２３が、シリコン貫通コネクタ１４を上部ＣＭＯＳ層と接続させる。次いで、ＭＥＭＳノズル製作中にフォトレジスト３１及び屋根層３７（例えば、窒化シリコン、酸化シリコンなど）を続いて堆積することで、完全な平面であるノズル板及びインク射出面を印刷ヘッドに提供する。さらに、埋め込まれた接触パッド２３は、屋根層３７の下のフォトレジスト３１で完全に封止及びカプセル化される。この代替接触パッド構成は、例えば米国特許第６，７５５，５０９号及び第７，３０３，９３０号に記載の熱気泡形成インクジェットノズルアセンブリを形成する出願人のＭＥＭＳ製作プロセスと適合しているはずである。同特許の内容を、参照により本明細書に組み込む。図１５に示すノズルアセンブリは、米国特許第６，７５５，５０９号に記載のように、懸架式の加熱器要素２８及びノズル開口１０２を備える熱気泡形成インクジェットノズルアセンブリである。埋め込まれた接触パッド２３及び懸架式の加熱器要素２８は、加熱器要素材料を堆積させ、続いてエッチングすることによって、ＭＥＭＳ製作中にともに形成できることが、当業者には容易に明らかになるであろう。したがって、埋め込まれた接触パッド２３は、加熱器要素３６と同じ材料、例えば窒化チタン、窒化チタンアルミニウムなどから構成することができる。
【０１０２】
次に図１４に戻ると、印刷ヘッドＩＣ２のインク射出面は完全な平面であり、疎水性のＰＤＭＳ層４８で被覆されることに留意されたい。ＰＤＭＳ被覆及びその利点は、米国特許出願公開第２００８／０２２５０８２号に詳細に記載されている。同出願の内容を、参照により本明細書に組み込む。前述のように、インク射出面の平面性は、この面のうち印刷ヘッド集積回路２の長手方向の縁部領域４にある部分を含めて、印刷ヘッドの保守及び面のあふれの制御の点で、著しい利点を提供する。
【０１０３】
図１４及び図１５では、接触パッドがノズル１０２に隣接しているところを概略的に示すが、印刷ヘッドＩＣ２内の接触パッド２４は通常、印刷ヘッドＩＣ１００（図１）のボンドパッド１０５に類似の位置を占め、対応する数のシリコン貫通コネクタ１４がシリコン基板２０内へ延びることが理解されるであろう。それにもかかわらず、ボンドパッド１０５に必要とされるのと同じように接触パッド２４をインクジェットノズル１０２から空間的に離す必要がないことは、本発明の利点である。ボンドパッド１０５では、ワイヤボンディング及びワイヤボンドのカプセル化を可能にするには十分な周囲空間を必要とする。したがって、裏面ＴＡＢ膜接続により、シリコンをより効率的に使用することができ、場合によっては、各ＩＣの全体的な幅を低減させ、又は別法として、同じ幅のＩＣ全体にわたってより多くのノズル１０２を形成することができる。例えば、ＩＣ幅の約６０〜７０％が印刷ヘッドＩＣ１００内のインクジェットノズル１０２に専用であるのに対して、本発明では、ＩＣ幅の８０％を超える部分をインクジェットノズル専用にすることができる。シリコンがページ幅インクジェット印刷機内の最も高価な成分の１つであることを考えると、これは著しい利点である。
【０１０４】
裏面電気接続向けに構成された印刷ヘッドＩＣに対するＭＥＭＳ製作プロセス
図１４に示す印刷ヘッドＩＣ２に対するＭＥＭＳ製作プロセスについて、次に詳細に説明する。このＭＥＭＳ製作プロセスは、ＴＡＢ膜８への裏面接続に必要な特徴を組み込むために、米国特許出願第１２／３２３，４７１号に記載のプロセスのいくつかの修正形態を含む。ＭＥＭＳプロセスについて、本明細書では例示的な目的で詳細に説明するが、任意のインクジェットノズル製作プロセスの類似の修正形態も、裏面電気接続向けに構成された印刷ヘッド集積回路を提供するはずであることが、当業者には理解されるであろう。実際には、出願人は、図１５に示す熱作動式の印刷ヘッドＩＣを製作するのに適したＭＥＭＳ製作プロセスについて、すでに言及してきた。したがって、本発明は、本明細書に後述する特定のノズルアセンブリ１０１に限定されるものではない。
【０１０５】
図１６〜図２５は、図１４に関連して説明した印刷ヘッドＩＣ２を形成するＭＥＭＳ製作ステップのシーケンスを示す。完成された印刷ヘッドＩＣ２は、複数のノズルアセンブリ１０１、並びにＣＭＯＳ回路１１３への裏面接続を可能にする特徴を備える。
【０１０６】
ＭＥＭＳ製作の開始点は標準的なＣＭＯＳウェーハであり、このＣＭＯＳウェーハは、ウェーハの前面に形成されたシリコン基板２０及びＣＭＯＳ回路１１３を備える。ＭＥＭＳ製作プロセスの終わりでは、ウェーハは、エッチングされたダイシングストリートを介して個々の印刷ヘッド集積回路（ＩＣ）にダイシングされる。ダイシングストリートは、ウェーハから製作される各印刷ヘッドＩＣの寸法を画定する。
【０１０７】
本説明では、ＣＭＯＳ層１１３上で実行されるＭＥＭＳ製作プロセスに言及するが、ＣＭＯＳ層１１３は複数のＣＭＯＳ層（例えば、３つ又は４つのＣＭＯＳ層）を備えることができ、通常不活性化されることが、もちろん理解されるであろう。ＣＭＯＳ層１１３は、例えば、酸化シリコン層、又はより一般的には、２つの酸化シリコン層間に挟まれた窒化シリコン層を備える標準的な「ＯＮＯ」スタックで、不活性化することができる。したがって、本明細書におけるＣＭＯＳ層１１３への言及は暗示的に、通常複数のＣＭＯＳ層を備える不活性化されたＣＭＯＳ層を含む。
【０１０８】
以下の説明では、１つのノズルアセンブリ１０１及び１つのシリコン貫通コネクタ１４に対する製作ステップに注目する。しかし、対応するステップは、すべてのノズルアセンブリ及びすべてのシリコン貫通コネクタに対して同時に実行されていることが、もちろん理解されるであろう。
【０１０９】
図１６に示す第１のステップシーケンスでは、ＣＭＯＳ層１１３を通ってＣＭＯＳウェーハのシリコン基板２０内へ、前面入口孔３２がエッチングされる。同時に、ＣＭＯＳ層１１３を通ってシリコン基板内へ、前面ダイシングストリート孔３３がエッチングされる。次いで、フォトレジスト３１をウェーハの前面上へスピンオンして、前面入口孔３２及び前面ダイシングストリート孔３３をふさぐ。次いで、化学的機械平坦化（ＣＭＰ）によってウェーハを研磨し、続くＭＥＭＳステップ用に平面の前面が準備された図１６に示すウェーハを提供する。
【０１１０】
図１７を参照すると、次のステップシーケンスでは、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）によって８ミクロンの低応力酸化シリコン層がＣＭＯＳ層１１３上へ堆積される。この酸化シリコン層３５の深さが、インクジェットノズルアセンブリのそれぞれのノズルチャンバの深さを画定する。ＳｉＯ２層３５の堆積後、続いてＳｉＯ２層を通ってエッチングすることで、ノズルチャンバに対する壁３６及び前面ダイシングストリート孔３２の一部を画定する。次いで、シリコンエッチングの化学的性質を用いて、前面ダイシングストリート孔３３を延ばし、インク入口孔３２をシリコン基板２０内へエッチングする。続いて、フォトレジストをスピンオンし、ＣＭＰ研磨を使用してウェーハを平坦化することによって、その結果得られる孔３２及び３３をフォトレジスト３１でふさぐ。フォトレジスト３１は、続いて屋根材料を堆積させるための足場材として作用する犠牲材料である。他の適切な犠牲材料（例えば、ポリイミド）もこの目的のために使用できることが、容易に明らかになるであろう。
【０１１１】
平坦化されたＳｉＯ２層３５上に屋根材料（例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、又はこれらの組合せ）を堆積させて、前面屋根層３７を画定する。屋根層３７は、完成された印刷ヘッドＩＣ２内に剛性の平面のノズル板を画定する。図１７は、このＭＥＭＳ処理ステップシーケンスの終わりのウェーハを示す。
【０１１２】
次の段階では、図１８を次に参照すると、屋根層３７及びＳｉＯ２層３５を通ってＣＭＯＳ層１１３まで、複数の導体柱バイア３８がエッチングされる。壁３６を通ってエッチングされた導体柱バイア３８Ａは、ノズルアクチュエータと下にあるＣＭＯＳ１１３の接続を可能にする。一方、導体柱バイア３８Ｂは、接触パッド２４と下にあるＣＭＯＳ１１３の間の電気接続を可能にする。
【０１１３】
バイア３８を導電材料で充填する前に、米国特許出願第１２／３２３，４７１号に記載のプロセスの修正形態では、次のステップで屋根層３７、ＳｉＯ２層３５、ＣＭＯＳ層１１３を通ってシリコン基板２０内へエッチングすることによって、シリコン貫通バイア３９が画定される（図１９参照）。シリコン貫通バイア３９は、それぞれの完成された印刷ヘッドＩＣ２の長手方向の縁部領域に沿って隔置されるように位置決めされる（前面ダイシングストリート孔３３は、各印刷ヘッドＩＣ２の長手方向の縁部を効果的に画定する）。各バイア３９は通常、シリコン基板２０の裏面の方へ先細りする。バイア３９の正確な位置決めは、ＴＡＢ膜８内に膜コンタクト１０を位置決めすることによって決定される。膜コンタクト１０は、印刷ヘッドＩＣが組み立てられてＴＡＢ膜に接続されると、各バイアの基部と交わる。
【０１１４】
シリコン貫通バイアのエッチングは、フォトレジストのマスク層４０にパターン形成し、様々な層を通ってエッチングすることによって実行される。もちろん、様々な層のそれぞれを通ってエッチングするには、異なるエッチングの化学的性質が必要とされることがあるが、各エッチングに同じフォトレジストマスクを用いることもできる。
【０１１５】
シリコン基板２０を通る各シリコン貫通バイア３９の深さは通常、ふさがれた前面インク入口３２（通常、約２０ミクロン）の深さに対応する。しかし、各バイア３９は、ＴＡＢ膜８の厚さに応じて、前面インク入口３２より深くすることもできる。
【０１１６】
次のステップシーケンスでは、図２０及び図２１を参照すると、シリコン貫通バイア３９に絶縁壁２１が提供され、絶縁壁２１は、バイアをシリコン基板２０から分離する。絶縁壁２１は、絶縁膜４２及び拡散障壁４３を備える。拡散障壁４３は、各バイア３９が銅で充填されるとき、バルクシリコン基板２０内へ銅が拡散するのを最小にする。絶縁膜４２及び拡散障壁４３は、任意選択で各層をバイア３９内へ選択的に堆積させるマスク層４０を使用して、連続する堆積ステップによって形成される。
【０１１７】
絶縁膜４２は、非晶質シリコン、ポリシリコン、酸化シリコンなどの任意の適切な絶縁材料から構成することができる。拡散障壁４３は通常、タンタル膜である。
【０１１８】
図２２を次に参照すると、導体柱バイア３８及びシリコン貫通バイア３９が、無電解めっきを使用して、銅などの導電性の高い金属で同時に充填される。この銅堆積ステップでは、ノズルの導体柱４４、接触パッドの導体柱３０、及びシリコン貫通コネクタ１４を同時に形成する。このステップ中に同時に銅めっきするには、バイア３８及び３９の直径の適当な寸法設定が必要とされることがある。銅めっきステップ後、堆積させた銅をＣＭＰにかけ、屋根層３７上に停止させて平面の構造を提供する。無電解銅めっき中に形成される導体柱３０及び４４は、ＣＭＯＳ層１１３と交わって、ＣＭＯＳ層から屋根層３７まで直線的な導電経路を提供することがわかる。
【０１１９】
次のステップシーケンスでは、図２３を参照すると、屋根層３７を覆って熱弾性材料を堆積させ、次いでエッチングして、各ノズルアセンブリ１０１に対する熱弾性の梁部材２５、並びにシリコン貫通コネクタ１４のヘッドに重なる接触パッド２４を画定する。
【０１２０】
熱弾性の梁部材２５に溶融させることによって、ＳｉＯ２屋根層３７の一部は、機械的熱曲げアクチュエータの下部の不活性梁部材４６として機能する。したがって、各ノズルアセンブリ１０１は、ＣＭＯＳ１１３に接続された上部の熱弾性梁２５と下部の不活性梁４６とを備える熱曲げアクチュエータを備える。これらのタイプの熱曲げアクチュエータは、例えば米国特許出願公開第２００８／３０９７２９号により詳細に記載されている。同出願の内容を、参照により本明細書に組み込む。
【０１２１】
熱弾性の活性梁部材２５は、窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、及びアルミニウム合金などの任意の適切な熱弾性材料から構成することができる。出願人の以前の米国特許出願公開第２００８／１２９７９３号で説明したように、バナジウム−アルミニウム合金は、高い熱膨張、低い密度、及び高いヤング係数という有利な特質を組み合わせるため、好ましい材料である。同出願の内容を、参照により本明細書に組み込む。
【０１２２】
上記のように、熱弾性材料はまた、接触パッド２４を画定するために使用される。接触パッド２４は、導体柱３０のヘッドとシリコン貫通コネクタ１４のヘッド２２の間に延びる。したがって、接触パッド２４は、シリコン貫通コネクタ１４を各導体柱３０及び下にあるＣＭＯＳ層１１３と電気的に接続させる。
【０１２３】
図２３をさらに参照すると、熱弾性材料を堆積させ、エッチングして熱曲げアクチュエータ及び接触パッド２４を画定した後、最後の前面ＭＥＭＳ製作ステップは、ノズル開口１０２をエッチングすると同時に前面ストリート開口４７をエッチングし、屋根層３７全体を覆ってＰＤＭＳ被覆４８を堆積させて前面を疎水化し、各熱曲げアクチュエータに弾性の機械的封止を提供するステップを含む。ＰＤＭＳ被覆の使用については、発明者らの以前の米国特許出願第１１／６８５，０８４号及び第１１／７４０，９２５号に広範に記載した。同出願を、参照により本明細書に組み込む。
【０１２４】
図２４を次に参照すると、ウェーハの前面全体が比較的厚いフォトレジスト層４９で被覆される。フォトレジスト層４９は、前面ＭＥＭＳ構造を保護し、裏面ＭＥＭＳ処理のためにウェーハをハンドルウェーハ５０に取り付けることを可能にする。裏面エッチングにより、インク供給チャネル１１０及び凹状部分６を画定する。凹状部分６内には、シリコン貫通コネクタ１４の脚部１５が延びる。絶縁膜４２の一部は、シリコン貫通コネクタ１４の脚部１５が裏面エッチングによって露出されるときに除去される。また、裏面エッチングにより、ふさがれた前面ダイシングストリート孔３３までエッチングすることによって、個々の印刷ヘッドＩＣの個片化が可能になる。
【０１２５】
保護フォトレジスト４９を最後に酸化除去（「灰化」）する結果、個々の印刷ヘッドＩＣ２が個片化され、裏面とノズルアセンブリ１０１の間に流体連結が形成される。このとき、その結果得られる図２５に示す印刷ヘッドＩＣ２は、シリコン貫通コネクタ１４へのはんだ接合部１６を介してＴＡＢ膜８に接続する準備ができている。続いて、その結果得られる印刷ヘッドＩＣ／ＴＡＢ膜アセンブリをインク供給マニホルドに接合することで、図１４に示す印刷ヘッドアセンブリ６０を提供する。
【０１２６】
本発明について、好ましい実施形態及び複数の特有の代替実施形態を参照して説明した。しかし、特に記載したものとは異なる複数の他の実施形態も、本発明の精神及び範囲内に入ることが当業者には理解されるであろう。したがって、本発明は、相互参照によって適宜組み込んだ文献を含めて、本明細書に記載の特有の実施形態に限定されるものではないことが理解されるであろう。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印刷機に関し、特にインクジェット印刷機に関する。本発明は主に、印刷ヘッドの保守を容易にするように印刷ヘッド集積回路の改善された取付けを提供するために開発された。
【背景技術】
【０００２】
出願人は以前、ページの幅に沿って端部と端部で当接する複数の印刷ヘッド集積回路（「チップ」）を使用してページ幅インクジェット印刷ヘッドを構築できることを実証した。この印刷ヘッド集積回路の構成には、多くの利点（例えば、給紙方向に印刷区間の幅を最小にする）があるが、各印刷ヘッド集積回路はやはり、各印刷ヘッド集積回路へ電力及びデータを供給する他の印刷機電子回路に接続しなければならない。
【０００３】
これまで出願人は、各印刷ヘッド集積回路上のボンドパッドを可撓性ＰＣＢにワイヤボンディングすることによって、印刷ヘッド集積回路をどのように外部の電力／データ供給に接続できるかについて記載してきた（例えば、米国特許第７，４４１，８６５号参照）。しかし、ワイヤボンドは印刷ヘッドのインク射出面から突出し、したがって、印刷の保守と印刷の品質の両方に悪影響を与える可能性がある。
【０００４】
印刷ヘッド集積回路が外部の電力／データ供給に接続され、これらの接続が印刷の保守及び／又は印刷の品質に影響を与えることのない印刷ヘッドアセンブリを提供することが望ましいであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，４４１，８６５号
【発明の概要】
【０００６】
したがって、第１の態様では、
インク供給マニホルドと、
１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路であって、各印刷ヘッド集積回路が、駆動回路及び複数のインクジェットノズルアセンブリを備える前面と、インク供給マニホルドに取り付けられた裏面と、裏面とインクジェットノズルアセンブリの間に流体連結を提供する少なくとも１つのインク供給チャネルとを有する、１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路と、
駆動回路に電力を供給する少なくとも１つのコネクタ膜と、を備え、
コネクタ膜の接続端部が、インク供給マニホルドの少なくとも一部と１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路の間に挟まれる、インクジェット印刷ヘッドアセンブリが提供される。
【０００７】
本発明によるインクジェット印刷ヘッドアセンブリは、印刷ヘッドへの電気接続を収容しながら印刷ヘッド集積回路をインク供給マニホルドに取り付ける好都合な手段を有利に提供する。さらに、印刷ヘッドの前面は、その範囲全体に沿って完全な平面である。
【０００８】
任意選択で、コネクタ膜は、複数の導電トラックを有する可撓性のポリマー膜を構成する。
【０００９】
任意選択で、コネクタ膜は、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）膜である。
【００１０】
任意選択で、裏面は、コネクタ膜を収容する凹状部分を有する。
【００１１】
任意選択で、凹状部分は、各印刷ヘッド集積回路の長手方向の縁部領域に沿って画定される。
【００１２】
任意選択で、複数のシリコン貫通コネクタが、駆動回路とコネクタ膜の接続端部の間に電気接続を提供する。
【００１３】
任意選択で、各シリコン貫通コネクタは、前面から裏面の方へ直線的に延びる。
【００１４】
任意選択で、各シリコン貫通コネクタは、裏面の方へ先細りする。
【００１５】
任意選択で、各シリコン貫通コネクタは、銅から構成される。
【００１６】
任意選択で、各印刷ヘッド集積回路は、
シリコン基板と、
駆動回路を備える少なくとも１つのＣＭＯＳ層と、
インクジェットノズルアセンブリを備えるＭＥＭＳ層と、を備え、
ＣＭＯＳ層は、シリコン基板とＭＥＭＳ層の間に位置決めされる。
【００１７】
任意選択で、各シリコン貫通コネクタは、ＭＥＭＳ層内の接触パッドからＣＭＯＳ層を通って裏面の方へ直線的に延び、接触パッドは、ＣＭＯＳ層に電気的に接続される。
【００１８】
任意選択で、印刷ヘッドアセンブリは、接触パッドとＣＭＯＳ層の間に直線的に延びる１つ又は複数の導体柱を備える。
【００１９】
任意選択で、各シリコン貫通コネクタは、ＣＭＯＳ層から電気的に絶縁される。
【００２０】
任意選択で、各シリコン貫通コネクタは、絶縁膜を備える外側の側壁を有する。
【００２１】
任意選択で、外側の側壁は、絶縁膜とシリコン貫通コネクタの導電コアの間に拡散障壁層を備える。
【００２２】
任意選択で、各シリコン貫通コネクタは、膜の接続端部にはんだで接続される。
【００２３】
任意選択で、膜は、複数の印刷ヘッド集積回路とともにインク供給マニホルドに接合される。
【００２４】
任意選択で、複数の印刷ヘッド集積回路は、ページ幅印刷ヘッドアセンブリを提供するように、端部と端部が当接する構成で位置決めされる。
【００２５】
任意選択で、印刷ヘッドの前面は平面であり、いかなるワイヤボンド接続もない。
【００２６】
任意選択で、前面は、疎水性のポリマー層（例えば、ＰＤＭＳ）で被覆される。
【００２７】
第２の態様では、
駆動回路及び複数のインクジェットノズルアセンブリを備える前面と、
インク供給マニホルドに取り付けるための裏面と、
裏面とインクジェットノズルアセンブリの間に流体連結を提供する少なくとも１つのインク供給チャネルとを有し、
裏面が、駆動回路に電力を供給するコネクタ膜の少なくとも一部を収容する凹状部分を有する、印刷ヘッド集積回路が提供される。
【００２８】
任意選択で、裏面がインク供給マニホルドに取り付けられているとき、コネクタ膜の接続端部が、インク供給マニホルドの少なくとも一部と印刷ヘッド集積回路の間に挟まれる。
【００２９】
任意選択で、凹状部分は、印刷ヘッド集積回路の長手方向の縁部領域に沿って画定される。
【００３０】
任意選択で、凹状部分は、複数の集積回路コンタクトを備え、各集積回路は、駆動回路に接続される。
【００３１】
任意選択で、コネクタ膜は、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）膜であり、集積回路コンタクトは、ＴＡＢ膜の対応するコンタクトに接続するように位置決めされる。
【００３２】
任意選択で、複数のシリコン貫通コネクタが前面から裏面の方へ直線的に延び、各シリコン貫通コネクタは、駆動回路と対応する集積回路コンタクトの間に電気接続を提供する。
【００３３】
任意選択で、各集積回路コンタクトは、それぞれのシリコン貫通コネクタの端部によって画定される。
【００３４】
任意選択で、裏面は、印刷ヘッド集積回路に沿って長手方向に延びる複数のインク供給チャネルを有し、各インク供給チャネルは、インク供給マニホルドからインクを受け取る１つ又は複数のインク入口を画定する。任意選択で、各インク供給チャネルは、複数の前面入口にインクを供給する。任意選択で、各前面入口は、インクジェットノズルアセンブリの１つ又は複数にインクを供給する。
【００３５】
任意選択で、各インク供給チャネルの深さは、凹状部分の深さに対応する。
【００３６】
第３の態様では、
前面及び裏面を画定するシリコン基板と、
前面に位置決めされた複数のインクジェットノズルアセンブリと、
インクジェットノズルアセンブリに電力を供給する駆動回路と、
前面から裏面の方へ延びる１つ又は複数のシリコン貫通コネクタであって、駆動回路と１つ又は複数の対応する集積回路コンタクトの間に電気接続を提供するシリコン貫通コネクタとを備え、
集積回路コンタクトが、駆動回路に電力を供給する裏面に取り付けられたコネクタ膜に接続するように位置決めされる、印刷ヘッド集積回路が提供される。
【００３７】
任意選択で、各集積回路コンタクトは、それぞれのシリコン貫通コネクタの端部によって画定される。
【００３８】
第４の態様では、裏面電気接続を有するインクジェット印刷ヘッドアセンブリを製作する方法であって、
１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路を提供するステップであり、各印刷ヘッド集積回路が、駆動回路及び複数のインクジェットノズルアセンブリを備える前面と、１つ又は複数のインク入口及び凹状の縁部部分を有する裏面と、集積回路を通って延びる１つ又は複数のコネクタとを有し、各コネクタが、駆動回路に接続されたヘッド及び凹状の縁部部分内の基部を有する、ステップと、
印刷ヘッド集積回路の少なくとも１つの凹状の縁部部分内にコネクタ膜の接続端部を位置決めするステップであり、コネクタ膜が、複数の導電トラックを備え、各導電トラックが、接続端部にそれぞれの膜コンタクトを有する、ステップと、
各膜コンタクトを対応するコネクタの基部に接続させるステップと、
各印刷ヘッド集積回路の裏面をコネクタ膜とともにインク供給マニホルドに取り付けて、裏面電気接続を有するインクジェット印刷ヘッドアセンブリを提供するステップとを含む方法が提供される。
【００３９】
任意選択で、取り付けるステップは、インク供給マニホルドの一部と１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路の間にコネクタ膜の接続端部を挟む。
【００４０】
任意選択で、膜は、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）膜である。
【００４１】
任意選択で、接続させるステップは、各膜コンタクトを対応するコネクタの基部にはんだ付けするステップを含む。
【００４２】
任意選択で、取り付けるステップは、接着剤膜を使用して実行される。
【００４３】
任意選択で、接着剤膜内には、複数のインク供給開口が画定される。
【００４４】
任意選択で、取り付けるステップは、各インク供給開口がインク入口と位置合わせされるように各印刷ヘッド集積回路を接着剤膜と位置合わせするステップと、印刷ヘッド集積回路を接着剤膜の片側に接合するステップと、膜の反対側をインク供給マニホルドに接合するステップとを含む。
【００４５】
任意選択で、接続させるステップでは、各印刷ヘッド集積回路は、それぞれのコネクタ膜に接続される。
【００４６】
任意選択で、接続させるステップでは、複数の印刷ヘッド集積回路が、同じコネクタ膜に接続される。
【００４７】
任意選択で、端部と端部が当接する構成で、複数の印刷ヘッド集積回路をインク供給マニホルドに取り付けて、ページ幅印刷ヘッドアセンブリを提供する。
【００４８】
第５の態様では、裏面電気接続向けに構成された印刷ヘッド集積回路を製作する方法であって、
ウェーハを提供するステップであり、ウェーハが、ウェーハの前面に複数の部分的に製作されたノズルアセンブリと、前面からウェーハの裏面の方へ延びる１つ又は複数のシリコン貫通コネクタとを備える、ステップと、
ウェーハの前面に導電層を堆積させ、導電層をエッチングし、それに付随して、各ノズルアセンブリに対するアクチュエータ及び各シリコン貫通コネクタのヘッドを覆う前面接触パッドを形成するステップであり、前面接触パッドが、シリコン貫通コネクタをウェーハ内の駆動回路に接続させる、ステップと、
さらなるＭＥＭＳ処理ステップを実行して、ノズルアセンブリ、ノズルアセンブリ向けのインク供給チャネル、及びシリコン貫通コネクタの形成を完成させるステップと、
ウェーハを複数の個々の印刷ヘッド集積回路に分割するステップであり、各印刷ヘッド集積回路が、シリコン貫通コネクタ及び接触パッドを介して駆動回路に裏面接続するように構成される、ステップと、を含む方法が提供される。
【００４９】
任意選択で、導電材料は、窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、チタン、アルミニウム、及びバナジウム−アルミニウム合金からなる群から選択される。
【００５０】
任意選択で、アクチュエータは、熱気泡形成アクチュエータ及び熱曲げアクチュエータからなる群から選択される。
【００５１】
任意選択で、さらなるＭＥＭＳ処理ステップは、接触パッド上へ材料を堆積させて接触パッドを封止又はカプセル化するステップを含む。
【００５２】
任意選択で、さらなるＭＥＭＳ処理ステップは、ウェーハの裏面をエッチングして各印刷ヘッド集積回路のためのインク供給チャネル及び裏面凹状部分を画定するステップを含む。
【００５３】
任意選択で、インク供給チャネル及び裏面凹状部分は、同じ深さを有する。
【００５４】
任意選択で、裏面のエッチングは、裏面凹状部分内の各シリコン貫通コネクタの脚部を露出させる。各脚部は、集積回路コンタクトを備える。
【００５５】
任意選択で、シリコン貫通コネクタは、各印刷ヘッド集積回路の長手方向の縁部領域に沿って位置決めされ、裏面凹状部分は、長手方向の縁部領域に沿って延びる。
【００５６】
任意選択で、集積回路コンタクトは、ＴＡＢ膜の対応するコンタクトに接続するように位置決めされる。
【００５７】
任意選択で、ＣＭＯＳ層は駆動回路を備え、ノズルアセンブリは、ＣＭＯＳ層上に形成されたＭＥＭＳ層内に配置される。
【００５８】
任意選択で、接触パッドとＣＭＯＳ層の間及び／又はアクチュエータとＣＭＯＳ層の間に、１つ又は複数の導体柱が直線的に延びる。
【００５９】
任意選択で、導体柱を形成してから、導電層を堆積させる。
【００６０】
任意選択で、導体柱は、シリコン貫通コネクタに付随して形成される。
【００６１】
任意選択で、導体柱及びシリコン貫通コネクタは、事前に画定されたバイア内に導電材料を堆積させることによって形成される。
【００６２】
任意選択で、導電材料は、無電解めっきプロセスによって堆積される。
【００６３】
任意選択で、事前に画定されたバイアはそれぞれ、バイアがすべて堆積によって均一に充填されるように、深さに比例する直径を有する。
【００６４】
任意選択で、導電材料は銅である。
【００６５】
任意選択で、さらなるＭＥＭＳ処理ステップは、疎水性のポリマー層で前面を被覆するステップを含む。
【００６６】
任意選択で、疎水性のポリマー層は、ＰＤＭＳから構成される。
【００６７】
任意選択で、さらなるＭＥＭＳ処理ステップは、犠牲材料を酸化除去するステップを含む。
【００６８】
本発明の実施形態について、以下の図面を参照して次に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】印刷ヘッド集積回路の前面斜視図である。
【図２】１対の当接する印刷ヘッド集積回路の前面斜視図である。
【図３】図１に示す印刷ヘッド集積回路の背面斜視図である。
【図４】床面ノズル入口を有するインクジェットノズルアセンブリの切欠斜視図である。
【図５】側壁ノズル入口を有するインクジェットノズルアセンブリの切欠斜視図である。
【図６】印刷ヘッドアセンブリの側面斜視図である。
【図７】図６に示す印刷ヘッドアセンブリの下部斜視図である。
【図８】図６に示す印刷ヘッドアセンブリの分解上部斜視図である。
【図９】図６に示す印刷ヘッドアセンブリの分解下部斜視図である。
【図１０】インク供給マニホルドに取り付けられた印刷ヘッド集積回路の重ね合わせた平面図である。
【図１１】図１０の拡大図である。
【図１２】インクジェット印刷機の斜視図である。
【図１３】図６に示す印刷ヘッドアセンブリの概略横断面図である。
【図１４】本発明による印刷ヘッドアセンブリの概略横断面図である。
【図１５】本発明による代替印刷ヘッドアセンブリの概略横断面図である。
【図１６】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図１７】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図１８】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図１９】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図２０】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図２１】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図２２】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図２３】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図２４】本発明による印刷ヘッド集積回路を製作する様々な段階後のウェーハの概略横断面図である。
【図２５】本発明による印刷ヘッド集積回路の概略横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
印刷ヘッド集積回路（ＩＣ）へのインク供給
これまで出願人は、端部と端部が当接する構成でともにリンクさせてページ幅印刷ヘッドを画定できる印刷ヘッド集積回路（又は「チップ」）１００について記載してきた。図１は、印刷ヘッドＩＣ１００の一部の前面を斜視図で示し、図２は、ともに当接する１対の印刷ヘッドＩＣを示す。
【００７１】
各印刷ヘッドＩＣ１００は、何行にも構成された数千個のノズル１０２を備える。図１及び図２に示すように、印刷ヘッドＩＣ１００は、５つの異なる色のインク（例えば、ＣＭＹＫ及びＩＲ（赤外線）、ＣＣＭＭＹ、又はＣＭＹＫＫ）を受け取って印刷するように構成される。印刷ヘッドＩＣ１００の各色チャネル１０４は、１対のノズル行を備え、対の一方の行が偶数のドットを印刷し、対の他方の行が奇数のドットを印刷する。各色チャネル１０４からのノズルは、高い分解能（例えば、１６００ｄｐｉ）でドット−オン−ドット（ｄｏｔ−ｏｎ−ｄｏｔ）印刷を実行するように、給紙方向に対して垂直に位置合わせされる。単一の行の２つの隣接するノズル１０２間の水平距離（「ピッチ」）は、約３２ミクロンであり、ノズル行間の垂直距離は、ノズルの噴射順に基づいているが、行は通常、ドットラインの正確な数（例えば、１０本のドットライン）によって分離される。ノズル行構成及びノズル噴射に関するより詳細な説明は、米国特許第７，４３８，３７１号に見ることができる。同特許の内容を、参照により本明細書に組み込む。
【００７２】
個々の印刷ヘッドＩＣ１００の長さは通常、約２０〜２２ｍｍである。したがって、Ａ４／米国レターサイズのページに印刷するには、１１又は１２個の個々の印刷ヘッドＩＣ１００が隣接してともにリンクされる。個々の印刷ヘッドＩＣ１００の数を変動させて、他の幅のシートに対応することもできる。例えば、４”の写真印刷機は通常、ともにリンクされた５つの印刷ヘッドＩＣを用いる。
【００７３】
印刷ヘッドＩＣ１００は、様々な方法でともにリンクさせることができる。ＩＣ１００をリンクさせる１つの特定の方法を図２に示す。この構成では、ＩＣ１００は端部で、ともにリンクしてＩＣの水平のラインを形成し、隣接するＩＣ間で垂直にずれないように成形される。印刷ヘッドＩＣの間には、実質上４５°の角度を有する傾斜した接合部１０６が提供される。接合する縁部は、当接する印刷ヘッドＩＣの位置決めを容易にするように、のこぎり歯状のプロファイルを有する。
【００７４】
図１及び図２から明らかになるように、各行の最も左側のインク送達ノズル１０２は、１０ラインずつのピッチで減少し、三角形の構成１０７で構成される。この構成では、印刷区間に沿って一貫してインク滴が送達されるように、接合部１０６の端から端までノズルのピッチを維持する。またこの構成では、当接するＩＣ間の十分なリンクが確保されるように、各印刷ヘッドＩＣ１００の縁部により多くのシリコンが提供される。それぞれの減少する行内に含まれるノズルは、対応する行内のノズルがページ上の同じライン上に噴射するように、異なる時点で噴射しなければならない。ノズルの動作の制御は、印刷ヘッド制御装置（「ＳｏＰＥＣ」）デバイスによって実行されるが、減少するノズル行の補償は、印刷ヘッド内のＣＭＯＳ回路によって実行することができ、又は印刷ヘッドとＳｏＰＥＣデバイスの間で共有することができる。減少するノズル構成及びその制御に関する詳細な説明は、米国特許第７，２７５，８０５号に含まれている。同特許の内容を、参照により本明細書に組み込む。
【００７５】
図３を次に参照すると、印刷ヘッド集積回路１００の反対側の裏面が示されている。印刷ヘッドＩＣ１００の裏面にはインク供給チャネル１１０が画定され、印刷ヘッドＩＣの長さに沿って長手方向に延びる。これらの長手方向のインク供給チャネル１１０は、ノズル入口１１２と交わる。ノズル入口１１２は、前面のノズル１０２と流動的に連通する。図４は、ノズル入口１１２がノズルチャンバ内へ直接インクを供給する印刷ヘッドＩＣの一部を示す。図５は、ノズル入口１１２が、各ノズルチャンバ行に沿って長手方向に延びるインク導管１１４内へインクを供給する、代替印刷ヘッドＩＣの一部を示す。この代替構成では、ノズルチャンバは、本発明の範囲内で、隣接するインク導管から側壁入口を介してインクを受け取る。
【００７６】
図３に戻ると、長手方向に延びるインク供給チャネル１１０は、シリコンのブリッジ又は壁１１６によって複数の区分に分割される。これらの壁１１６により、印刷ヘッドＩＣ１００には、長手方向のチャネル１１０に対して横方向に追加の機械的強度が与えられる。
【００７７】
各印刷ヘッドＩＣ１００の裏面には、２部のＬＣＰ成型の形のインク供給マニホルドを介してインクが供給される。図６〜図９を参照すると、接着剤膜１２０を介してインク供給マニホルドに取り付けられた印刷ヘッドＩＣ１００を備える印刷ヘッドアセンブリ１３０が示されている。
【００７８】
インク供給マニホルドは、主ＬＣＰ成型１２２と、主ＬＣＰ成型１２２の下面に封止されたＬＣＰチャネル成型１２４とを備える。印刷ヘッドＩＣ１００は、接着性のＩＣ取付け膜１２０でチャネル成型１２４の下面に接合される。ＬＣＰチャネル成型１２４の上面は、ＬＣＰ主チャネル１２６を備え、ＬＣＰ主チャネル１２６は、主ＬＣＰ成型１２２内でインク入口１２７及びインク出口１２８と接続する。インク入口１２７及びインク出口１２８は、インク貯蔵器及びインク供給システム（図示せず）と流動的に連通する。インク供給システムは、所定の静水圧で印刷ヘッドにインクを供給する。
【００７９】
主ＬＣＰ成型１２２は、ＬＣＰチャネル成型１２４内に画定されたＬＣＰ主チャネル１２６と連通する複数の空気空胴１２９を有する。空気空胴１２９は、インク供給システム内のインク圧力パルスを減衰させる働きをする。
【００８０】
各ＬＣＰ主チャネル１２６の基部には、印刷ヘッドＩＣ１００につながる一連のインク供給通路１３２が位置する。接着剤膜１２０は、各印刷ヘッドＩＣ１００の裏面がインク供給通路１３２と流動的に連通するように、一連のレーザで開けた供給孔１３４を有する。
【００８１】
図１０を次に参照すると、インク供給通路１３２は、一連の５つの行の形で構成される。インク供給通路１３２の中央の行は、レーザで開けた孔１３４を通って印刷ヘッドＩＣ１００の裏面に直接インクを供給し、インク供給通路１３２の外側の行は、微小成型されたチャネル１３５を介して印刷ヘッドＩＣにインクを供給する。それぞれの微小成型されたチャネルは、レーザで開けた孔１３４の１つで終端をなす。
【００８２】
図１１は、印刷ヘッドＩＣ１００の裏面インク供給チャネル１１０にインクがどのように供給されるかについて、より詳細に示す。接着剤膜１２０内に画定されるそれぞれのレーザで開けた孔１３４は、対応するインク供給チャネル１１０と位置合わせされる。通常、レーザで開けた孔１３４は、チャネル１１０内の横の壁１１６の１つと位置合わせされ、したがってインクは、壁１１６の両側でチャネル区分に供給される。この構成により、インク供給マニホルドと印刷ヘッドＩＣ１００の間に必要な流動的接続の数を低減させる。
【００８３】
ＩＣ１００を正確に位置決めするのを助けるために、ＩＣ１００の表面上に基点１０３Ａが提供される（図１及び図１１参照）。基点１０３Ａは、隣接するＩＣに対するＩＣ１００の本当の位置を指示するのに適当な位置決め機器によって容易に特定可能なマーカの形である。接着剤膜１２０は、相補的な基点１０３Ｂを有し、基点１０３Ｂは、印刷ヘッドＩＣをインク供給マニホルドに接合する間に各印刷ヘッドＩＣ１００を接着剤膜に対して位置合わせするのを助ける。基点１０３Ａ及び１０３Ｂは、ＩＣ１００の縁部で接着性のＩＣ取付け膜１２０の長さに沿って戦略的に位置決めされる。
【００８４】
印刷ヘッド集積回路へのデータ及び電力の供給
次に図１に戻ると、印刷ヘッドＩＣ１００は、長手方向の縁部の１つに沿って延びる複数のボンドパッド１０５を有する。ボンドパッド１０５は、インクジェットノズル１０２の動作を制御するための印刷ヘッド制御装置（「ＳｏＰＥＣ」）デバイスからデータ及び／又は電力を受け取る手段を提供する。
【００８５】
ボンドパッド１０５は、印刷ヘッドＩＣ１００の上部ＣＭＯＳ層に接続される。図４及び図５に示すように、各ＭＥＭＳノズルアセンブリが、ＣＭＯＳ層１１３上に形成される。ＣＭＯＳ層１１３は、各ノズルを噴射するのに必要な論理及び駆動回路を含む。
【００８６】
図６〜図９を参照すると、印刷ヘッドＩＣ１００のボンドパッド１０５に、可撓性ＰＣＢ１４０がワイヤボンドされる。ワイヤボンドは、通常ポリマー樹脂であるワイヤボンド封止材１４２で封止及び保護される（図７参照）。ＬＣＰ成型１２２は、湾曲した支持ウィング１２３を備え、支持ウィング１２３の周りには、可撓性ＰＣＢ１４０が曲げて固定される。支持ウィング１２３は、可撓性ＰＣＢの様々な電気構成要素１４４を収容する複数の開口１２５を有する。このようにして、可撓性ＰＣＢ１４０は、印刷ヘッドアセンブリ１３０の外側表面の周りに曲げることができる。可撓性ＰＣＢ１４０に対してＬＣＰ成型１２２の反対側には、用紙ガイド１４８が取り付けられ、印刷ヘッドアセンブリ１３０を完成させる。
【００８７】
印刷ヘッドアセンブリ１３０は、インクジェット印刷機１６０（図１２参照）から取り外して交換できる、ユーザ交換可能な印刷ヘッドカートリッジの一部として設計される。したがって、可撓性ＰＣＢ１４０は、印刷機本体内のＳｏＰＥＣデバイスを含む電子回路への電力及びデータ接続を可能にする複数のコンタクト１４６を有する。
【００８８】
可撓性ＰＣＢ１４０が各印刷ヘッドＩＣ１００上のボンドパッド１０５にワイヤボンドされるため、印刷ヘッドは必然的に、ボンドパッド近傍に平面でない長手方向の縁部領域を有する。これは、図１３に最もはっきりと示されている。図１３は、複数のインクジェットノズルアセンブリ１０１を備える印刷ヘッドＩＣ１００のボンドパッド１０５から延びるワイヤボンド１５０を示す。図１３に示す構成では、ボンドパッド１０５は、ＭＥＭＳ層内に形成され、コネクタ柱１５２を介して下にあるＣＭＯＳ１１３に接続する。別法として、ボンドパッド１０５は、ＭＥＭＳ層へのいかなる他の接続ももたない、ＣＭＯＳ１１３の露出された上部層とすることができる。どちらの構成でも、印刷ヘッドのインク射出面１５４からワイヤボンドが延び、可撓性ＰＣＢ１４０と接続する。
【００８９】
印刷ヘッドＩＣ１００内のボンドパッド１０５へのワイヤボンディングには、主に印刷ヘッドＩＣの相当な長手方向の領域がインク射出面１５４から突出するワイヤボンド１５０（さらに、ワイヤボンド封止材１４２）を有するために、いくつかの欠点がある。インク射出面１５４の非平面性の結果、印刷ヘッドの保守の効果が低くなることがある。例えば、ワイパブレードでは、ワイヤボンド封止材１４２が掃引方向に対してノズル１０２の上流又は下流でワイパブレードの経路を阻止するため、インク射出面１５４の幅全体にわたって掃引することができない。
【００９０】
ワイヤボンドが突出する別の欠点は、ＰＤＭＳなどの疎水性の被覆で印刷ヘッド全体を被覆できないことである。出願人は、ＰＤＭＳ被覆が印刷の品質と印刷ヘッドの保守をどちらも著しく改善すること（例えば、米国特許出願公開第２００８／０２２５０７６号参照、同出願の内容を、参照により本明細書に組み込む）、そして完全な平面であるインク射出面がそのような被覆の効率をより一層改善するはずであることを見出した。
【００９１】
裏面電気接続向けに構成された印刷ヘッド集積回路
印刷ヘッドＩＣ１００へのワイヤボンド接続の固有の欠点のいくつかを考え、出願人は、裏面電気接続を使用し、したがって完全な平面であるインク射出面を有する印刷ヘッドＩＣ２を開発した。
【００９２】
図１４を参照すると、印刷ヘッドＩＣ２は、接着剤膜１２０を使用してインク供給マニホルドのＬＣＰチャネル成型１２４に取り付けられる。印刷ヘッドＩＣ２は、少なくとも１つの長手方向のインク供給チャネル１１０を有し、インク供給チャネル１１０は、ノズル入口１１２及びインク導管１１４を介して、インク供給マニホルドとノズルアセンブリ１０１の間に流体連結（流体が流通する構造）を提供する。したがって、印刷ヘッドアセンブリ６０（印刷ヘッドＩＣ２を含む）は、図１〜図１１に関連して上述した印刷ヘッドアセンブリ１３０（印刷ヘッドＩＣ１００を含む）と同じ流動的構成を有する。
【００９３】
しかし、印刷ヘッドＩＣ２は、ＣＭＯＳ回路層１１３への電気接続が形成されるという点で、印刷ヘッドＩＣ１００とは異なる。印刷ヘッドＩＣ２には、長手方向の縁部領域４に沿って前面ワイヤボンディングがないことが重要である。逆に、印刷ヘッドＩＣ２は、長手方向の縁部に、ＴＡＢ（テープ自動化ボンディング）膜８を収容する裏面凹部６を有する。ＴＡＢ膜８は通常、ＴＡＢ膜のコネクタ端部にある対応する膜コンタクト１０で終端をなす複数の導電トラックを備える可撓性のポリマー膜（例えば、Ｍｙｌａｒ（登録商標）膜）である。ＴＡＢ膜８は、印刷ヘッドＩＣ２の裏面１２と同じ高さに位置決めされ、したがってＴＡＢ膜及び印刷ヘッドＩＣ２をＬＣＰチャネル成型１２４にともに接合することができる。ＴＡＢ膜８は、可撓性ＰＣＢ１４０に接続することができ、実際にはＴＡＢ膜は、可撓性ＰＣＢ１４０に組み込むことができる。別法として、ＴＡＢ膜８は、当業者には知られている代替接続構成を使用して、印刷機電子回路に接続することができる。
【００９４】
印刷ヘッドＩＣ２は、前面からＴＡＢ膜８を収容する長手方向の凹状の縁部部分６内へ延びる複数のシリコン貫通バイアを有する。各シリコン貫通バイアは、導体（例えば、銅）で充填され、ＴＡＢ膜８への電気接続を提供するシリコン貫通コネクタ１４を画定する。シリコン貫通コネクタ１４の脚部又は基部１５には、適切な接続、例えばはんだボール１６を使用して、各膜コンタクト１０が接続される。
【００９５】
シリコン貫通コネクタ１４は、印刷ヘッドＩＣ２のシリコン基板２０及びＣＭＯＳ回路層１１３を通って延びる。シリコン貫通コネクタ１４は、絶縁性の側壁２１によってシリコン基板２０から絶縁される。絶縁性の側壁２１は、非晶質シリコン、ポリシリコン、又は二酸化シリコンなど、ＭＥＭＳ製作に適合している任意の適切な絶縁材料から形成することができる。絶縁性の側壁２１は、単層であっても多層であってもよい。例えば、絶縁性の側壁２１は、外側のＳｉ又はＳｉＯ２層及び内側のタンタル層を備えることができる。内側のＴａ層は、銅がバルクシリコン基板内に拡散するのを最小にする拡散障壁として作用する。Ｔａ層はまた、シリコン貫通コネクタ１４の製作中に銅を電着させるためのシード層として作用することができる。
【００９６】
図１４に示すように、シリコン貫通コネクタ１４のヘッド２２が、印刷ヘッドＩＣ２のＭＥＭＳ層２６内に画定された接触パッド２４と交わる。ＭＥＭＳ層２６は、印刷ヘッドＩＣ２のＣＭＯＳ回路層１１３上に配置され、ＭＥＭＳ処理ステップによって形成されるすべてのインクジェットノズルアセンブリ１０１を備える。
【００９７】
米国特許出願公開第２００８／０１２９７９３号（同出願の内容を、参照により本明細書に組み込む）に記載のような出願人の熱曲げ作動式の印刷ヘッドの場合、導電性の熱弾性アクチュエータ２５が、各ノズルチャンバ１０１の屋根を画定することができる。したがって、接触パッド２４は、ＭＥＭＳの製作中に熱弾性アクチュエータ２５と同時に形成することができ、さらに、同じ材料で形成することができる。例えば、接触パッド２４は、バナジウム−アルミニウム合金、窒化チタン、窒化チタンアルミニウムなどの熱弾性の材料から形成することができる。
【００９８】
しかし、接触パッド２４の形成は、ＭＥＭＳ製作の任意のステップ内に組み込むことができ、さらに、任意の適切な導電性の材料、例えば、銅、チタン、アルミニウム、窒化チタン、窒化チタンアルミニウムなどから構成できることが理解されるであろう。
【００９９】
接触パッド２４は、接触パッドからＣＭＯＳ回路の方へ延びる銅の導体柱３０を介して、ＣＭＯＳ回路１１３の上部層に接続される。したがって、導体柱３０は、ＴＡＢ膜８とＣＭＯＳ回路１１３の間に電気接続を提供する。
【０１００】
図１４の接触パッド２４及びコネクタ柱３０の構成は、熱曲げ作動式のインクジェットノズルを形成する出願人のＭＥＭＳ製作プロセス（米国特許出願第１２／３２３，４７１号に記載、同出願の内容を、参照により本明細書に組み込む）と好都合に適合しているが、もちろん本発明は、裏面ＴＡＢ膜８からＣＭＯＳ回路１１３への類似の裏面電気接続を提供する代替構成を包含する。
【０１０１】
例えば、図１５を次に参照すると、シリコン貫通コネクタ１４は、ＣＭＯＳ回路１１３の上の不活性化層２７で終端をなすことができる。シリコン貫通コネクタのヘッド２２及び不活性化層２７を通って露出された上部ＣＭＯＳ層上へ適切な導電性の材料を堆積させることによって、埋め込まれた接触パッド２３が、シリコン貫通コネクタ１４を上部ＣＭＯＳ層と接続させる。次いで、ＭＥＭＳノズル製作中にフォトレジスト３１及び屋根層３７（例えば、窒化シリコン、酸化シリコンなど）を続いて堆積することで、完全な平面であるノズル板及びインク射出面を印刷ヘッドに提供する。さらに、埋め込まれた接触パッド２３は、屋根層３７の下のフォトレジスト３１で完全に封止及びカプセル化される。この代替接触パッド構成は、例えば米国特許第６，７５５，５０９号及び第７，３０３，９３０号に記載の熱気泡形成インクジェットノズルアセンブリを形成する出願人のＭＥＭＳ製作プロセスと適合しているはずである。同特許の内容を、参照により本明細書に組み込む。図１５に示すノズルアセンブリは、米国特許第６，７５５，５０９号に記載のように、懸架式の加熱器要素２８及びノズル開口１０２を備える熱気泡形成インクジェットノズルアセンブリである。埋め込まれた接触パッド２３及び懸架式の加熱器要素２８は、加熱器要素材料を堆積させ、続いてエッチングすることによって、ＭＥＭＳ製作中にともに形成できることが、当業者には容易に明らかになるであろう。したがって、埋め込まれた接触パッド２３は、加熱器要素３６と同じ材料、例えば窒化チタン、窒化チタンアルミニウムなどから構成することができる。
【０１０２】
次に図１４に戻ると、印刷ヘッドＩＣ２のインク射出面は完全な平面であり、疎水性のＰＤＭＳ層４８で被覆されることに留意されたい。ＰＤＭＳ被覆及びその利点は、米国特許出願公開第２００８／０２２５０８２号に詳細に記載されている。同出願の内容を、参照により本明細書に組み込む。前述のように、インク射出面の平面性は、この面のうち印刷ヘッド集積回路２の長手方向の縁部領域４にある部分を含めて、印刷ヘッドの保守及び面のあふれの制御の点で、著しい利点を提供する。
【０１０３】
図１４及び図１５では、接触パッドがノズル１０２に隣接しているところを概略的に示すが、印刷ヘッドＩＣ２内の接触パッド２４は通常、印刷ヘッドＩＣ１００（図１）のボンドパッド１０５に類似の位置を占め、対応する数のシリコン貫通コネクタ１４がシリコン基板２０内へ延びることが理解されるであろう。それにもかかわらず、ボンドパッド１０５に必要とされるのと同じように接触パッド２４をインクジェットノズル１０２から空間的に離す必要がないことは、本発明の利点である。ボンドパッド１０５では、ワイヤボンディング及びワイヤボンドのカプセル化を可能にするには十分な周囲空間を必要とする。したがって、裏面ＴＡＢ膜接続により、シリコンをより効率的に使用することができ、場合によっては、各ＩＣの全体的な幅を低減させ、又は別法として、同じ幅のＩＣ全体にわたってより多くのノズル１０２を形成することができる。例えば、ＩＣ幅の約６０〜７０％が印刷ヘッドＩＣ１００内のインクジェットノズル１０２に専用であるのに対して、本発明では、ＩＣ幅の８０％を超える部分をインクジェットノズル専用にすることができる。シリコンがページ幅インクジェット印刷機内の最も高価な成分の１つであることを考えると、これは著しい利点である。
【０１０４】
裏面電気接続向けに構成された印刷ヘッドＩＣに対するＭＥＭＳ製作プロセス
図１４に示す印刷ヘッドＩＣ２に対するＭＥＭＳ製作プロセスについて、次に詳細に説明する。このＭＥＭＳ製作プロセスは、ＴＡＢ膜８への裏面接続に必要な特徴を組み込むために、米国特許出願第１２／３２３，４７１号に記載のプロセスのいくつかの修正形態を含む。ＭＥＭＳプロセスについて、本明細書では例示的な目的で詳細に説明するが、任意のインクジェットノズル製作プロセスの類似の修正形態も、裏面電気接続向けに構成された印刷ヘッド集積回路を提供するはずであることが、当業者には理解されるであろう。実際には、出願人は、図１５に示す熱作動式の印刷ヘッドＩＣを製作するのに適したＭＥＭＳ製作プロセスについて、すでに言及してきた。したがって、本発明は、本明細書に後述する特定のノズルアセンブリ１０１に限定されるものではない。
【０１０５】
図１６〜図２５は、図１４に関連して説明した印刷ヘッドＩＣ２を形成するＭＥＭＳ製作ステップのシーケンスを示す。完成された印刷ヘッドＩＣ２は、複数のノズルアセンブリ１０１、並びにＣＭＯＳ回路１１３への裏面接続を可能にする特徴を備える。
【０１０６】
ＭＥＭＳ製作の開始点は標準的なＣＭＯＳウェーハであり、このＣＭＯＳウェーハは、ウェーハの前面に形成されたシリコン基板２０及びＣＭＯＳ回路１１３を備える。ＭＥＭＳ製作プロセスの終わりでは、ウェーハは、エッチングされたダイシングストリートを介して個々の印刷ヘッド集積回路（ＩＣ）にダイシングされる。ダイシングストリートは、ウェーハから製作される各印刷ヘッドＩＣの寸法を画定する。
【０１０７】
本説明では、ＣＭＯＳ層１１３上で実行されるＭＥＭＳ製作プロセスに言及するが、ＣＭＯＳ層１１３は複数のＣＭＯＳ層（例えば、３つ又は４つのＣＭＯＳ層）を備えることができ、通常不活性化されることが、もちろん理解されるであろう。ＣＭＯＳ層１１３は、例えば、酸化シリコン層、又はより一般的には、２つの酸化シリコン層間に挟まれた窒化シリコン層を備える標準的な「ＯＮＯ」スタックで、不活性化することができる。したがって、本明細書におけるＣＭＯＳ層１１３への言及は暗示的に、通常複数のＣＭＯＳ層を備える不活性化されたＣＭＯＳ層を含む。
【０１０８】
以下の説明では、１つのノズルアセンブリ１０１及び１つのシリコン貫通コネクタ１４に対する製作ステップに注目する。しかし、対応するステップは、すべてのノズルアセンブリ及びすべてのシリコン貫通コネクタに対して同時に実行されていることが、もちろん理解されるであろう。
【０１０９】
図１６に示す第１のステップシーケンスでは、ＣＭＯＳ層１１３を通ってＣＭＯＳウェーハのシリコン基板２０内へ、前面入口孔３２がエッチングされる。同時に、ＣＭＯＳ層１１３を通ってシリコン基板内へ、前面ダイシングストリート孔３３がエッチングされる。次いで、フォトレジスト３１をウェーハの前面上へスピンオンして、前面入口孔３２及び前面ダイシングストリート孔３３をふさぐ。次いで、化学的機械平坦化（ＣＭＰ）によってウェーハを研磨し、続くＭＥＭＳステップ用に平面の前面が準備された図１６に示すウェーハを提供する。
【０１１０】
図１７を参照すると、次のステップシーケンスでは、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）によって８ミクロンの低応力酸化シリコン層がＣＭＯＳ層１１３上へ堆積される。この酸化シリコン層３５の深さが、インクジェットノズルアセンブリのそれぞれのノズルチャンバの深さを画定する。ＳｉＯ２層３５の堆積後、続いてＳｉＯ２層を通ってエッチングすることで、ノズルチャンバに対する壁３６及び前面ダイシングストリート孔３２の一部を画定する。次いで、シリコンエッチングの化学的性質を用いて、前面ダイシングストリート孔３３を延ばし、インク入口孔３２をシリコン基板２０内へエッチングする。続いて、フォトレジストをスピンオンし、ＣＭＰ研磨を使用してウェーハを平坦化することによって、その結果得られる孔３２及び３３をフォトレジスト３１でふさぐ。フォトレジスト３１は、続いて屋根材料を堆積させるための足場材として作用する犠牲材料である。他の適切な犠牲材料（例えば、ポリイミド）もこの目的のために使用できることが、容易に明らかになるであろう。
【０１１１】
平坦化されたＳｉＯ２層３５上に屋根材料（例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、又はこれらの組合せ）を堆積させて、前面屋根層３７を画定する。屋根層３７は、完成された印刷ヘッドＩＣ２内に剛性の平面のノズル板を画定する。図１７は、このＭＥＭＳ処理ステップシーケンスの終わりのウェーハを示す。
【０１１２】
次の段階では、図１８を次に参照すると、屋根層３７及びＳｉＯ２層３５を通ってＣＭＯＳ層１１３まで、複数の導体柱バイア３８がエッチングされる。壁３６を通ってエッチングされた導体柱バイア３８Ａは、ノズルアクチュエータと下にあるＣＭＯＳ１１３の接続を可能にする。一方、導体柱バイア３８Ｂは、接触パッド２４と下にあるＣＭＯＳ１１３の間の電気接続を可能にする。
【０１１３】
バイア３８を導電材料で充填する前に、米国特許出願第１２／３２３，４７１号に記載のプロセスの修正形態では、次のステップで屋根層３７、ＳｉＯ２層３５、ＣＭＯＳ層１１３を通ってシリコン基板２０内へエッチングすることによって、シリコン貫通バイア３９が画定される（図１９参照）。シリコン貫通バイア３９は、それぞれの完成された印刷ヘッドＩＣ２の長手方向の縁部領域に沿って隔置されるように位置決めされる（前面ダイシングストリート孔３３は、各印刷ヘッドＩＣ２の長手方向の縁部を効果的に画定する）。各バイア３９は通常、シリコン基板２０の裏面の方へ先細りする。バイア３９の正確な位置決めは、ＴＡＢ膜８内に膜コンタクト１０を位置決めすることによって決定される。膜コンタクト１０は、印刷ヘッドＩＣが組み立てられてＴＡＢ膜に接続されると、各バイアの基部と交わる。
【０１１４】
シリコン貫通バイアのエッチングは、フォトレジストのマスク層４０にパターン形成し、様々な層を通ってエッチングすることによって実行される。もちろん、様々な層のそれぞれを通ってエッチングするには、異なるエッチングの化学的性質が必要とされることがあるが、各エッチングに同じフォトレジストマスクを用いることもできる。
【０１１５】
シリコン基板２０を通る各シリコン貫通バイア３９の深さは通常、ふさがれた前面インク入口３２（通常、約２０ミクロン）の深さに対応する。しかし、各バイア３９は、ＴＡＢ膜８の厚さに応じて、前面インク入口３２より深くすることもできる。
【０１１６】
次のステップシーケンスでは、図２０及び図２１を参照すると、シリコン貫通バイア３９に絶縁壁２１が提供され、絶縁壁２１は、バイアをシリコン基板２０から分離する。絶縁壁２１は、絶縁膜４２及び拡散障壁４３を備える。拡散障壁４３は、各バイア３９が銅で充填されるとき、バルクシリコン基板２０内へ銅が拡散するのを最小にする。絶縁膜４２及び拡散障壁４３は、任意選択で各層をバイア３９内へ選択的に堆積させるマスク層４０を使用して、連続する堆積ステップによって形成される。
【０１１７】
絶縁膜４２は、非晶質シリコン、ポリシリコン、酸化シリコンなどの任意の適切な絶縁材料から構成することができる。拡散障壁４３は通常、タンタル膜である。
【０１１８】
図２２を次に参照すると、導体柱バイア３８及びシリコン貫通バイア３９が、無電解めっきを使用して、銅などの導電性の高い金属で同時に充填される。この銅堆積ステップでは、ノズルの導体柱４４、接触パッドの導体柱３０、及びシリコン貫通コネクタ１４を同時に形成する。このステップ中に同時に銅めっきするには、バイア３８及び３９の直径の適当な寸法設定が必要とされることがある。銅めっきステップ後、堆積させた銅をＣＭＰにかけ、屋根層３７上に停止させて平面の構造を提供する。無電解銅めっき中に形成される導体柱３０及び４４は、ＣＭＯＳ層１１３と交わって、ＣＭＯＳ層から屋根層３７まで直線的な導電経路を提供することがわかる。
【０１１９】
次のステップシーケンスでは、図２３を参照すると、屋根層３７を覆って熱弾性材料を堆積させ、次いでエッチングして、各ノズルアセンブリ１０１に対する熱弾性の梁部材２５、並びにシリコン貫通コネクタ１４のヘッドに重なる接触パッド２４を画定する。
【０１２０】
熱弾性の梁部材２５に溶融させることによって、ＳｉＯ２屋根層３７の一部は、機械的熱曲げアクチュエータの下部の不活性梁部材４６として機能する。したがって、各ノズルアセンブリ１０１は、ＣＭＯＳ１１３に接続された上部の熱弾性梁２５と下部の不活性梁４６とを備える熱曲げアクチュエータを備える。これらのタイプの熱曲げアクチュエータは、例えば米国特許出願公開第２００８／３０９７２９号により詳細に記載されている。同出願の内容を、参照により本明細書に組み込む。
【０１２１】
熱弾性の活性梁部材２５は、窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、及びアルミニウム合金などの任意の適切な熱弾性材料から構成することができる。出願人の以前の米国特許出願公開第２００８／１２９７９３号で説明したように、バナジウム−アルミニウム合金は、高い熱膨張、低い密度、及び高いヤング係数という有利な特質を組み合わせるため、好ましい材料である。同出願の内容を、参照により本明細書に組み込む。
【０１２２】
上記のように、熱弾性材料はまた、接触パッド２４を画定するために使用される。接触パッド２４は、導体柱３０のヘッドとシリコン貫通コネクタ１４のヘッド２２の間に延びる。したがって、接触パッド２４は、シリコン貫通コネクタ１４を各導体柱３０及び下にあるＣＭＯＳ層１１３と電気的に接続させる。
【０１２３】
図２３をさらに参照すると、熱弾性材料を堆積させ、エッチングして熱曲げアクチュエータ及び接触パッド２４を画定した後、最後の前面ＭＥＭＳ製作ステップは、ノズル開口１０２をエッチングすると同時に前面ストリート開口４７をエッチングし、屋根層３７全体を覆ってＰＤＭＳ被覆４８を堆積させて前面を疎水化し、各熱曲げアクチュエータに弾性の機械的封止を提供するステップを含む。ＰＤＭＳ被覆の使用については、発明者らの以前の米国特許出願第１１／６８５，０８４号及び第１１／７４０，９２５号に広範に記載した。同出願を、参照により本明細書に組み込む。
【０１２４】
図２４を次に参照すると、ウェーハの前面全体が比較的厚いフォトレジスト層４９で被覆される。フォトレジスト層４９は、前面ＭＥＭＳ構造を保護し、裏面ＭＥＭＳ処理のためにウェーハをハンドルウェーハ５０に取り付けることを可能にする。裏面エッチングにより、インク供給チャネル１１０及び凹状部分６を画定する。凹状部分６内には、シリコン貫通コネクタ１４の脚部１５が延びる。絶縁膜４２の一部は、シリコン貫通コネクタ１４の脚部１５が裏面エッチングによって露出されるときに除去される。また、裏面エッチングにより、ふさがれた前面ダイシングストリート孔３３までエッチングすることによって、個々の印刷ヘッドＩＣの個片化が可能になる。
【０１２５】
保護フォトレジスト４９を最後に酸化除去（「灰化」）する結果、個々の印刷ヘッドＩＣ２が個片化され、裏面とノズルアセンブリ１０１の間に流体連結が形成される。このとき、その結果得られる図２５に示す印刷ヘッドＩＣ２は、シリコン貫通コネクタ１４へのはんだ接合部１６を介してＴＡＢ膜８に接続する準備ができている。続いて、その結果得られる印刷ヘッドＩＣ／ＴＡＢ膜アセンブリをインク供給マニホルドに接合することで、図１４に示す印刷ヘッドアセンブリ６０を提供する。
【０１２６】
本発明について、好ましい実施形態及び複数の特有の代替実施形態を参照して説明した。しかし、特に記載したものとは異なる複数の他の実施形態も、本発明の精神及び範囲内に入ることが当業者には理解されるであろう。したがって、本発明は、相互参照によって適宜組み込んだ文献を含めて、本明細書に記載の特有の実施形態に限定されるものではないことが理解されるであろう。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク供給マニホルドと、
１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路であって、各印刷ヘッド集積回路が、駆動回路及び複数のインクジェットノズルアセンブリを備える前面と、前記インク供給マニホルドに取り付けられた裏面と、前記裏面と前記インクジェットノズルアセンブリの間に流体連結を提供する少なくとも１つのインク供給チャネルとを有する、当該１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路と、
前記駆動回路に電力を供給する少なくとも１つのコネクタ膜と、
を備え、
前記コネクタ膜の接続端部が、前記インク供給マニホルドの少なくとも一部と前記１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路との間に挟まれる、
インクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項２】
前記コネクタ膜が、複数の導電トラックを有する可撓性のポリマー膜を構成する、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項３】
前記コネクタ膜が、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）膜である、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項４】
前記裏面が、前記コネクタ膜を収容する凹状部分を有する、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項５】
前記凹状部分が、各印刷ヘッド集積回路の長手方向の縁部領域に沿って画定される、請求項４に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項６】
複数のシリコン貫通コネクタが、前記駆動回路と前記コネクタ膜の前記接続端部の間に電気接続を提供する、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項７】
各シリコン貫通コネクタが、前記前面から前記裏面の方へ直線的に延びる、請求項６に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項８】
各シリコン貫通コネクタが、前記裏面の方へ先細りする、請求項７に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項９】
各シリコン貫通コネクタが、銅から構成される、請求項７に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１０】
各印刷ヘッド集積回路が、
シリコン基板と、
前記駆動回路を備える少なくとも１つのＣＭＯＳ層と、
前記インクジェットノズルアセンブリを備えるＭＥＭＳ層と、
を備え、
前記ＣＭＯＳ層が、前記シリコン基板と前記ＭＥＭＳ層の間に位置決めされる、請求項６に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１１】
各シリコン貫通コネクタが、前記ＭＥＭＳ層内の接触パッドから前記ＣＭＯＳ層を通って前記裏面の方へ直線的に延び、前記接触パッドが、前記ＣＭＯＳ層に電気的に接続される、請求項１０に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１２】
前記接触パッドと前記ＣＭＯＳ層の間に直線的に延びる１つ又は複数の導体柱を備える、請求項１１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１３】
各シリコン貫通コネクタが、前記ＣＭＯＳ層から電気的に絶縁される、請求項１１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１４】
各シリコン貫通コネクタが、絶縁膜を備える外側の側壁を有する、請求項１１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１５】
前記外側の側壁が、前記絶縁膜と前記シリコン貫通コネクタの導電コアの間に拡散障壁層を備える、請求項１４に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１６】
各シリコン貫通コネクタが、前記膜の前記接続端部にはんだで接続される、請求項６に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１７】
前記膜が、複数の前記印刷ヘッド集積回路とともに前記インク供給マニホルドに接合される、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１８】
前記複数の印刷ヘッド集積回路が、ページ幅印刷ヘッドアセンブリを提供するように、端部と端部が当接する構成で位置決めされる、請求項１７に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１９】
前記印刷ヘッドの前面が平面であり、いかなるワイヤボンド接続もない、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項２０】
前記前面が、疎水性のポリマー層で被覆される、請求項１９に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１】
インク供給マニホルドと、
１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路であって、各印刷ヘッド集積回路が、駆動回路及び複数のインクジェットノズルアセンブリを備える前面と、前記インク供給マニホルドに取り付けられた裏面と、前記裏面と前記インクジェットノズルアセンブリの間に流体連結を提供する少なくとも１つのインク供給チャネルとを有する、当該１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路と、
前記駆動回路に電力を供給する少なくとも１つのコネクタ膜と、
を備え、
前記コネクタ膜の接続端部が、前記インク供給マニホルドの少なくとも一部と前記１つ又は複数の印刷ヘッド集積回路との間に挟まれる、
インクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項２】
前記コネクタ膜が、複数の導電トラックを有する可撓性のポリマー膜を構成する、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項３】
前記コネクタ膜が、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）膜である、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項４】
前記裏面が、前記コネクタ膜を収容する凹状部分を有する、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項５】
前記凹状部分が、各印刷ヘッド集積回路の長手方向の縁部領域に沿って画定される、請求項４に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項６】
複数のシリコン貫通コネクタが、前記駆動回路と前記コネクタ膜の前記接続端部の間に電気接続を提供する、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項７】
各シリコン貫通コネクタが、前記前面から前記裏面の方へ直線的に延びる、請求項６に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項８】
各シリコン貫通コネクタが、前記裏面の方へ先細りする、請求項７に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項９】
各シリコン貫通コネクタが、銅から構成される、請求項７に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１０】
各印刷ヘッド集積回路が、
シリコン基板と、
前記駆動回路を備える少なくとも１つのＣＭＯＳ層と、
前記インクジェットノズルアセンブリを備えるＭＥＭＳ層と、
を備え、
前記ＣＭＯＳ層が、前記シリコン基板と前記ＭＥＭＳ層の間に位置決めされる、請求項６に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１１】
各シリコン貫通コネクタが、前記ＭＥＭＳ層内の接触パッドから前記ＣＭＯＳ層を通って前記裏面の方へ直線的に延び、前記接触パッドが、前記ＣＭＯＳ層に電気的に接続される、請求項１０に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１２】
前記接触パッドと前記ＣＭＯＳ層の間に直線的に延びる１つ又は複数の導体柱を備える、請求項１１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１３】
各シリコン貫通コネクタが、前記ＣＭＯＳ層から電気的に絶縁される、請求項１１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１４】
各シリコン貫通コネクタが、絶縁膜を備える外側の側壁を有する、請求項１１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１５】
前記外側の側壁が、前記絶縁膜と前記シリコン貫通コネクタの導電コアの間に拡散障壁層を備える、請求項１４に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１６】
各シリコン貫通コネクタが、前記膜の前記接続端部にはんだで接続される、請求項６に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１７】
前記膜が、複数の前記印刷ヘッド集積回路とともに前記インク供給マニホルドに接合される、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１８】
前記複数の印刷ヘッド集積回路が、ページ幅印刷ヘッドアセンブリを提供するように、端部と端部が当接する構成で位置決めされる、請求項１７に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項１９】
前記印刷ヘッドの前面が平面であり、いかなるワイヤボンド接続もない、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【請求項２０】
前記前面が、疎水性のポリマー層で被覆される、請求項１９に記載のインクジェット印刷ヘッドアセンブリ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０−２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０−２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公表番号】特表２０１２−５２９３８４（Ｐ２０１２−５２９３８４Ａ）
【公表日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１４２８９（Ｐ２０１２−５１４２８９）
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＵ２００９／０００９５３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０１１８０７
【国際公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（３０３０２４６００）シルバーブルック リサーチ ピーティワイ リミテッド (150)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＵ２００９／０００９５３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０１１８０７
【国際公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（３０３０２４６００）シルバーブルック リサーチ ピーティワイ リミテッド (150)
【Ｆターム（参考）】
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