BRPI0613335A2 - cabeça de impressão, método de formar uma cabeça de impressão, e método de resfriar uma cabeça de impressão - Google Patents
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Abstract
CABEçA DE IMPRESSãO, METODO DE FORMAR UMA CABEçA DE IMPRESSãO, E MéTODO DE RESFRIAR UMA CABEçA DE IMPRESSãO. Uma cabeça de impressão térmica de uma impressora de jato de tinta tem elementos superficiais estendidos, similares a aletas (350) ou projeções (650), que são usados para resfriar a porção do calor dissipada pelos resistores (130), a porção que não é usada para vaporizar a tinta que é conduzida através do substrato (122). Esta cabeça é fabricada usando feixe de luz e erosão anisotrápica.
Description
"CABEÇA DE IMPRESSÃO, MÉTODO DE FORMAR UMA CABEÇADE IMPRESSÃO, E MÉTODO DE RESFRIAR UMA CABEÇA DEIMPRESSÃO".
Histórico da Invenção
Cabeças de impressão de impressoras térmicas usualmenteincluem uma matriz de impressão, por exemplo formada emum substrato de silício ou similar usando um método defabricação de semi-condutor, tal como fotolitografia.Matrizes de impressão normalmente incluem resistores eum canal de alimentação de tinta que alimenta tinta aosresistores de modo que a tinta os cubra. Sinais elétricossão enviados aos resistores para energizá-los.Um resistor energizado rapidamente aquece a tinta queo cobre, fazendo a tinta se vaporizar e ser ejetada porum orifício alinhado com o resistor, imprimindo um pontoem um meio de impressão, por exemplo, uma folha de papel.A porção do calor dissipada pelos resistores, que não foiusada para vaporizar a tinta, é conduzida através dosubstrato, e a seguir dissipada pela tinta que fluiatravés do canal de alimentação de tinta. No entanto,a matriz de impressão ainda pode sobre-aquecer, fazendoa cabeça de impressão interromper a impressão.
Descrição Resumida dos Desenhos
A figura 1 é uma vista em perspectiva em corte de umaporção de uma configuração de uma cabeça de impressão,de acordo com a configuração desta especificação;a figura 2 é uma vista em planta de topo de umaconfiguração de um substrato de cabeça de impressão ede componentes de ejeção de tinta, de acordo com umaconfiguração da especificação;
as figuras 3A a 3D são vistas em corte transversal de umaporção de uma configuração de substrato de matriz deimpressão em vários estágios de uma configuração, paraformar uma configuração de um canal de alimentação detinta, de acordo com uma configuração destaespecificação;
a figura 4 é uma vista em planta de topo de umaconfiguração de um substrato de matriz de impressão,de acordo com uma configuração desta especificação;a figura 5 é uma vista em perspectiva tomada ao longo dalinha 5-5 da figura 4, de acordo com uma configuraçãodesta especificação;
a figura 6 é uma vista em perspectiva de uma configuraçãode uma parede interna de uma ranhura de alimentaçãode tinta, de acordo com uma outra configuração destaespecificação;
a figura 7 ilustra uma vista em planta de topo de umaconfiguração de uma matriz de impressão, de acordo comuma configuração desta especificação; e
a figura 8 é uma vista tomada ao longo da linha 8-8da figura 7, de acordo com uma configuração destaespecificação.
Descrição Detalhada
Na descrição detalhada que se segue das presentesconfigurações, faz-se referência aos desenhos em anexoque fazem parte da especificação, e nos quais sãomostradas, para efeito de ilustração, configuraçõesespecíficas que podem ser praticadas. Estas configuraçõessão descritas em detalhes suficientes para permitiràqueles habilitados na técnica praticarem a invenção, eainda deve ser entendido que outras configurações podemser utilizadas, e que mudanças elétricas ou mecânicaspoderão ser introduzidas à mesma sem sair de seu escopo.Portanto, a especificação dada não deverá ser tomadaem caráter limitante, e por conseguinte o escopo dainvenção será definido somente pelas reivindicaçõesanexas e seus equivalentes.
A figura 1 é uma vista em perspectiva em corte de umaporção de uma cabeça de impressão 120. Os componentes dacabeça de impressão 12 0 são feitos em uma pastilha(wafer) de silício 122, que inclui uma camada di-elétrica124, tal como uma camada de dióxido de silício. Aqui,"Substrato" (ou "Substrato de Cabeça de Impressão") 125será considerado incluindo uma porção de pastilha 122 epelo menos uma porção de camada di-elétrica 124.Um número de substratos cabeça de impressão pode serformado concomitantemente em uma única pastilha, cadasubstrato tendo uma cabeça de impressão individual.
Gotas de tinta são ejetadas de câmaras 126 formadasno substrato 125, e mais especificamente, em uma camadade barreira 12 8 que, em uma certa configuração, pode serprovida a partir de um material foto-sensível laminadono substrato de cabeça de impressão 125, e então exposto,desenvolvido, e curado em uma configuração que definacâmaras 12 6.
O mecanismo primário para ejetar gotas de tinta a partirde uma câmara 126 é um resistor de filme fino 130.
O resistor 130 é formado sobre o substrato de cabeça deimpressão 125. 0 resistor 130 é coberto com umapassivação adequada e outras camadas, como bem conhecidona técnica, e conectado a camadas condutivas quetransmitem pulsos de corrente para aquecer os resistores.Um resistor é localizado em cada uma das câmaras 126.
As gotas de tinta são ejetadas através de orifícios 132(um deles mostrado em corte na figura 1) formados em umaplaca de orifícios 134, que cobre a maior parte da cabeçade impressão. A placa de orifícios 134 pode ser feitaa partir de um material poliimida formado a laser.
A placa de orifícios 134 é colada à camada de barreira128 e alinhada, de modo que cada câmara 126 seja contínuacom os orifícios 132, a partir dos quais as gotas detinta são ejetadas.
As câmaras 12 6 são reabastecidas com tinta após cada gotaejetada. A este respeito, cada câmara é contínua com umcanal 136 formado na camada de barreira 128. Os canais136 se estendem em direção a um canal de alimentação detinta alongado 140 (figura 2) formado através dosubstrato. 0 canal de alimentação de tinta 140 pode serdisposto centralmente entre fileiras de câmaras 126localizadas em lados opostos do canal de alimentação detinta 140 (figura 2) , de acordo com outra configuração.Em uma certa configuração, o canal de alimentação detinta 14 0 é formado depois de os componentes ejetores detinta (exceto a placa de orifício 134) terem sidoformados no substrato 125.
Os componentes acima mencionados (camada de barreira 128,resistores 130, etc.) para ejetar gotas de tinta sãomontados no topo 142 do substrato 125. Em umaconfiguração, a base da cabeça de impressão pode sermontada em uma porção de reservatório de tinta de umcartucho de tinta ou canal de alimentação de tinta 140pode ser acoplada a um reservatório de tinta separado(fora do eixo), por exemplo por um duto na base, de modoque o canal de alimentação de tinta 140 se comuniquefluidicamente com aberturas no reservatório. Portanto,a tinta de reabastecimento flui através do canal dealimentação de tinta 140 da base para o topo 142 dosubstrato 125. A tinta então flui através do topo 142(em direção e através dos canais 13 6, e sob a placa deorifícios 134) para encher as câmaras 126.
As figuras 3A a 3D são vistas em corte transversal de umaporção de substrato de cabeça de impressão 12 5 (figurasl_e 2) em vários estágios da formação de canal dealimentação de tinta 140, de acordo com outraconfiguração. Os componentes de ejeção de tinta acimadescritos, tal como camada de barreira, resistores etc.,são mostrados, para efeito de clareza, como uma únicacamada 310. Na figura 3A, uma camada di-elétrica 320,tal como dióxido de silício na base 144 do substrato 125,foi disposta e erodida expondo a base de porção 144 dosubstrato 125. Uma porção do canal de alimentação detinta 140 é formada no substrato 125 usando um feixelaser (figura 3B), de modo que o canal de alimentação detinta 140 se estenda parcialmente através do substrato125 da base 144. Aqui, o termo "Luz" se refere a qualquercomprimento de onda aplicável de energia eletromagnética.
Na figura 3C, o canal de alimentação de tinta 140é erodido, por exemplo, por erosão anisotrópica, de modoque o canal de alimentação se estenda até o topo 142.Em uma configuração, a erosão alarga o canal dealimentação de tinta 14 0 e produz uma porção de derivação330 que deriva para o topo 142, como na figura 3C.
Em algumas configurações, a erosão é uma erosão úmidaincluindo uma erosão de limpeza, tal como erosão poróxido tamponado, para remover os óxidos que se formaramdurante formação com feixe de luz. A erosão de limpezaentão é seguida de uma erosão úmida anisotrópica queforma uma inclinação 33 0, por exemplo usando Hidróxido deTetrametil Amônio (TMAH).
Deve ser notado que usando o feixe de luz para cortar umaporção do canal de alimentação de tinta ao invés deerodir esta porção sem laser, limita o tamanho do canalde alimentação de tinta, o que pode ser critico parapequenas cabeças de impressão. Erodir a porçãoremanescente para abrir o canal de alimentação de tintapara superfície dianteira 142 impede destruição doscomponentes de ejeção de tinta formados na superfíciedianteira 142, que ocorreria se fosse usado um feixe deluz para abrir o canal de alimentação de tinta paraa superfície dianteira 142.
O feixe de luz então é usado para criar aletas 350no substrato 125, como na figura 4, cortando umapluralidade de ranhuras 360 que se estendem do mesmo eque é fluidicamente acoplada ao canal de alimentação detinta 140. Deve ser notado que a figura 3D é um cortetransversal ao longo da linha 3D-3J da figura 4 mostrandoque o laser alarga a seção transversal em locaisselecionados ao longo do comprimento do canal dealimentação de tinta 14 0 para formar um par de ranhurasopostas 360, para uma configuração. Também deve sernotado que uma aleta 350 de material de substrato éformado adjacente às ranhuras 360. Em uma configuração,a erosão de limpeza descrita acima é feita para limparranhuras 3 60 após sua formação. Deve ser notado queas ranhuras 360 as aletas 350 se estendem continuamenteda base para o topo, sobre a, inclinação 330, ou antesdela, como mostrado na figura 5 em uma vista emperspectiva tomada ao longo da linha 5-5 da figura 4.
Em outra configuração, o feixe de luz pode ser usadodepois de uma erosão úmida anisotrópica para formarelementos de rugosidade 650 na parede interna do canal dealimentação de tinta 140 que servem para aumentar a áreasuperficial da parede interna do canal de alimentação detinta 140, como ilustrado na figura 6 em uma vista emperspectiva da parede interna do canal de alimentação detinta 140. Isto pode ser seguido por erosão de óxidotamponado para remoção de óxido. Os elementos derugosidade 650 podem ter várias formas, tal comoquadrada, redonda, oval, retangular, ou podem ser pinoscilíndricos, que se estendem da superfície, etc..
Em outra configuração, ranhuras 360 ou espaços 600 entreelementos de rugosidade 650 são formados por umrevestimento pulverizado no canal de alimentação 140da configuração da figura 3C após realizada uma erosãoanisotrópica usando um feixe de luz formar o revestimentoe remover um material de substrato exposto, por exemplousando uma erosão úmida isotrópica para formar ranhuras360 ou espaços 660.
Em operação, a tinta flui da base para o topo da cabeçade impressão através do canal de alimentação de tinta140, e ranhuras 360 ou espaços 6560, como mostrado pelassetas nas figuras 5 e 6. As aletas 350 ou elementos derugosidade 650 são substancialmente perpendiculares aofluxo de tinta, como mostrado nas figuras 5 e 6. Quandoa tinta flui, os resistores de camada 310 adicionam calorao substrato 125. O calor é direcionado para o canal dealimentação de tinta 140 e aletas 350 ou elementos derugosidade 660, e daí dissipado pelo fluxo de tinta.
Deve ser notado que as aletas 350 das. figuras 4 e 5 eos elementos de rugosidade 65 0 aumentam a área dedispersão para o fluxo de calor da tinta, portanto ajudaaumentar a transferência de calor para o fluxo de tintae, portanto, reduzir a temperatura do substrato 125.A figura 7 ilustra uma vista em planta de topo 742 deum substrato 725 de uma cabeça de impressão 700,de acordo com uma configuração. A cabeça de impressão 700inclui resistores 710 no substrato 725. Em umaconfiguração, os resistores 710 são formados nos ladosexternos adjacentes opostos 730, 732 do substrato 725.
Os resistores 710 são configurados e funcionamsimilarmente aos resistores das figuras 1 e 2, excetopor se localizarem em lados externos adjacentes opostos73 0, 732 do substrato, ao invés de adjacentes a um canalinterno que passa através do substrato, como na figura 2.Uma pluralidade de elementos superficiais estendidos 750,tal como aletas, elementos de rugosidade discretos,por exemplo pinos que se estendem da superfície etc.,é formada em cada um dos lados 730, 732. Em umaconfiguração, os elementos superficiais estendidos 750são aletas contínuas que se estendem do topo 742 paraa base 744 do substrato 72 5, como mostrado na figura 8,que é uma vista tomada ao longo da linha 8-8 da figura 7.
Em algumas configurações, o feixe de luz é usado paracriar elementos superficiais estendidos 750 no substrato725 cortando uma pluralidade de ranhuras 760 em um doslados 730, 732, como mostrado nas figuras 7 e 8. Em umaconfiguração, a erosão de limpeza descrita é realizadapara limpar ranhuras 760 após sua formação. Em outrasconfigurações, o feixe de luz é usado para formarelementos de rugosidade discreta nos lados 730, 732.
Em uma configuração, a cabeça de impressão 70é configurada de modo que o a tinta flua ao longo doslados 730, 732, da base 744 para o topo 742,substancialmente paralelamente aos elementos superficiaisestendidos 750, como indicado pelas setas da figura 7.A tinta então é direcionada para os resistores 710,por canais similares ao canal 136 da figura 1.
Conclusão
Embora as configurações específicas tenham sidoilustradas e descritas nesta especificação, o escopo damatéria reivindicada será limitado apenas pelasreivindicações que se seguem e seus equivalentes.
Claims (10)
1. - Cabeça de impressão, caracterizada pelo fato decompreender:um substrato (12 5) tendo um canal de alimentação detinta (14 0) que passa através do mesmo; e- uma pluralidade de elementos superficiais estendidos(350, 650) que se estendem a partir de uma ou maisparedes internas do canal de alimentação de tinta (140)para o canal de alimentação de tinta (14 0).
2. - Cabeça de impressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de cada um dos elementossuperficiais estendidos (350, 650) ser uma aleta (350)que se estende a partir de uma primeira superfície (144)da cabeça de impressão (12 0) que é oposta à segundasuperfície (142) da cabeça (120), contendo componentes deejeção de tinta (128, 130, 310), ou um elemento derugosidade discreta (650).
3. - Método de formar uma cabeça de impressão,caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:- formar uma primeira porção de um canal dealimentação de tinta (140), que se estende a partir deuma primeira superfície (144) de um substrato (125) atéo substrato (12 5), usando um feixe de luz;remover a porção remanescente do substrato (125)usando erosão anisotrópica para estender o canal (140),de modo que a uma segunda porção do canal (14 0) seestenda a partir de uma primeira porção e passe atravésde uma segunda superfície (142) do substrato (125),oposta â primeira superfície (144); e- formar elementos superficiais estendidos (350, 650)dentro do canal (14 0).
4. - Método, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de a etapa de remover a porçãoremanescente do substrato (125) por erosão anisotrópica,atuar para derivar o canal (14 0), quando o canal (140)se estende em direção à segunda superfície (142).
5. - Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de a etapade formar elementos superficiais estendidos (350, 650)no canal (14 0) compreender formar ranhuras (360) em umaparede interna do canal (14 0) usando um feixe de luz.
6.- Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de a etapade formar elementos superficiais estendidos (350, 650)no canal (14 0) compreender formar ranhuras (360) naparede interna do canal (140) aplicando um revestimentoà parede interna, configurando o revestimento usandoo feixe de luz e erosão.
7.- Método, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de a etapa de aplicar umrevestimento à parede interna compreender pulverizaro revestimento.
8.- Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 3 a 7, caracterizado pelo fato deadicionalmente compreender a etapa de formar componentesde ejeção de tinta (128, 130, 310) no segundo lado (142)do substrato, antes de formar o canal (14 0) .
9.- Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de a etapade formar superfícies estendidas (350, 650) no canal(140) compreender tornar rugosa a parte interna do canal(140) após erosão anisotrópica com feixe de luz.
10.- Método de resfriar uma cabeça de impressão,caracterizado pelo fato de compreender:conduzir calor a partir de um ou mais resistores(130) formados em uma primeira superfície (142) de umsubstrato (12 5) da cabeça de impressão (120) através dosubstrato (12 5) da cabeça de impressão (120) para um oumais elementos superficiais (350, 650) que se estendema partir de uma parede interna de um canal de alimentaçãode tinta (140) passando a partir de uma segundasuperfície (144) do substrato (125) oposta à primeirasuperfície (142) através da primeira superfície (142); edifundir o calor a partir de um ou mais elementossuperficiais estendidos (350, 650) na tinta, enquantoa tinta flui através do canal (140) , nos um ou maiselementos superficiais estendidos (350, 650).
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