BRPI1011559B1 - Sistema de impressão a jato de tinta e método para preparar um sistema de cabeçote de impressão - Google Patents
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Abstract
sistema de impressão a jato de tinta e método para preparar um sistema de cabeçote de impressão a presente invenção refere-se a um sistema de impressão a jato de tinta que inclui um cabeçote de impressão em comunicação fluida com um reservatório de tinta e que tem uma pluralidade de orifícios e uma pluralidade correspondente de câmaras de ejeção associadas. o cabeçote de impressão inclui um substrato e uma camada de barreira disposta no substrato. a camada de barreira define, em parte, uma pluralidade de canais de fluido e a pluralidade de câmaras de ejeção. a camada de barreira inclui um material selecionado dentre materiais fotorresistentes à base de epóxi e materiais fotorresistentes à base de metacrilato de metila. uma placa de orifício é disposta sobre o substrato. a placa de orifício inclui a pluralidade de orifícios em comunicação fluida com as câmaras de ejeção. a placa de orifício compreende um material selecionado dentre poli-imidas e níquel.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA DE IMPRESSÃO A JATO DE TINTA E MÉTODO PARA PREPARAR UM SISTEMA DE CABEÇOTE DE IMPRESSÃO.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [001] A presente invenção refere-se de forma geral a cabeçotes de impressão a jato de tinta térmica. Mais particularmente, a invenção se liga a um cabeçote de impressão a jato de tinta térmica com resistência a solventes orgânicos.
[002] Uma estrutura conhecida para interconectar um cabeçote de impressão a jato de tinta térmica e seus componentes elétricos a um controlador de sistema de impressão é um circuito de interconexão de ligação automática de fita (TAB). Os circuitos de interconexão TAB usados com cabeçotes de impressão a jato de tinta térmica são descritos nas Patentes no U.S. 4.989.317; 4.944.850 e 5.748.209. Um circuito TAB pode ser fabricado com uso de um substrato de poliamida flexível para dar suporte a um condutor de metal tal como um cobre folheado a ouro. Os métodos de fabricação conhecidos tais como o processo de duas camadas ou o processo de três camadas podem ser usados para criar os componentes que incluem janelas de dispositivo, blocos de contato e cabos internos, para o circuito condutor TAB. Adicionalmente, uma película isolante cortada em matriz é aplicada ao lado do condutor do circuito TAB para isolar os blocos de contato e traços de um alojamento de cartucho em que o circuito TAB é afixado.
[003] O cabeçote de impressão é afixado ao circuito TAB em relação espaçada aos blocos de contato, e os traços fornecem uma conexão elétrica entre os blocos de contato e os componentes elétricos do cabeçote de impressão. Quando o circuito TAB, que inclui o cabeçote de impressão, é afixado a um cartucho de jato de tinta, a porção de cabeçotes de impressão do circuito TAB é afixada a um lado do cartucho em comunicação fluida com um suprimento de tinta. A porção da TAB que tem os blocos de contato é afixada a um lado adjacente do alojamento de cartucho que é tipicamente disposto perpendicular ao lado do alojamento de cartucho ao qual o cabeçote de impressão está preso. Os blocos de contato são posicionados no alojamento de cartucho
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2/18 para alinhamento com cabos elétricos no sistema de impressão assim interconectando eletricamente o cabeçote de impressão com um controlador de sistema de impressão para executar comandos de impressão.
[004] Um cabeçote de impressão a jato de tinta térmica típico é essencialmente um substrato/chip de silício com estruturas de película fina tal como um arranjo de aquecedores resistivos e transistores correspondentes que comutam os pulsos de força para os aquecedores. O cabeçote de impressão pode também incluir outros componentes tais como um circuito de identificação que fornece informações de codificação de características do cabeçote de impressão e um componente de descarga eletrostática ou lógicas eletrônicas para multiplexar o disparo dos aquecedores. Após formar as estruturas de película e circuitos no chip, uma camada de barreira de tinta é formada sobre as estruturas de película fina e decapada ou é de outra forma tratada par criar uma pluralidade de canais de fluxo de tinta e câmaras de tinta. Arquiteturas de canal de fluxo de tinta e câmara de tinta são descritas nas Patentes no U.S. 4.794.410 e 4.882.595. Adicionalmente, uma fenda de tinta é formada cortando-se uma fenda através de uma porção média do cabeçote de impressão com uso de técnicas de corte conhecidas tal como jateamento com areia. Esta fenda completa uma rede de fluxo de tinta e coloca o cabeçote de impressão em comunicação fluida com um suprimento de tinta.
[005] Uma placa de bocal que tem uma pluralidade de orifícios é ligada à camada de barreira de tinta assim cada orifício é alinhado com uma câmara de tinta correspondente; e, para cada câmara de tinta há um aquecedor e transistor associados. Quando pulsos de força são transmitidos em concordância com comandos de impressão para o cabeçote de impressão, os aquecedores resistivos aquecem a tinta na câmara de tinta para criar uma ou mais bolhas de pressão na câmara e forçar a tinta a ser ejetada em forma de gotículas através dos respectivos orifícios em um meio de impressão.
[006] Os aquecedores resistivos e orifícios correspondentes nas placas de bocal têm sido dispostos em ao menos duas colunas ou linhas dependendo da orientação do cabeçote de impressão. Os aquecedores e bocais em uma única linha estão deslocados em relação um ao outro, e cada uma das colunas está verticalmente ou horizontalmente deslocada uma em relação à outra.
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Este tipo de disposição dos aquecedores e bocais é usada para minimizar interferência entre os aquecedores em uma coluna, o que pode causar um disparo de gotas de tinta. Os circuitos de acionamento multiplex têm sido fornecidos para controlar a sincronização de disparo de forma que aquecedores adjacentes em uma coluna não sejam disparados simultaneamente para minimizar a interferência entre aquecedores disparados. A multiplexação pode também reduzir o número de linhas de sinal em um circuito e a área necessária para completar os circuitos, tal área se torna um prêmio devido ao ajuntamento de outros componentes elétricos em um circuito flexível.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [007] As modalidades de um sistema de impressão a jato de tinta compreendem um cabeçote de impressão em comunicação fluida com um reservatório de tinta. O cabeçote de impressão inclui uma pluralidade de bocais e uma pluralidade de câmaras de ejeção de tinta associadas, cada uma das câmaras está associada a um respectivo acionador de uma pluralidade de acionadores de transistor que controlam um aquecedor correspondente. Em resposta a sinais de comando de impressão, o aquecedor é ativado e ejeta gotas de tinta da câmara e através dos bocais em um meio de impressão. Um controlador em comunicação elétrica com o cabeçote de impressão gera os sinais de comando de impressão que identificam os acionadores de transistor e aquecedores a serem ativados e uma sequência para ativar os acionadores de transistor e aquecedores relativos um ao outro para completar uma operação de impressão.
[008] Em uma modalidade, um sistema de impressão a jato de tinta inclui um cabeçote de impressão em comunicação fluida com um reservatório de tinta e que tem uma pluralidade de orifícios e uma pluralidade correspondente de câmaras de ejeção associadas. O cabeçote de impressão inclui um substrato e uma camada de barreira disposta no substrato. A camada de barreira define em parte uma pluralidade de canais de fluido e a pluralidade de câmaras de ejeção. A camada de barreira inclui um material selecionado de materiais fotorresistentes à base de epóxi e materiais fotorresistentes à base de metacrilato de metila. Uma placa de orifício é disposta sobre o substrato. A placa de orifício inclui a pluralidade de orifícios em comunicação fluida com
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4/18 as câmaras de ejeção. A placa de orifício compreende um material selecionado de poli-imidas e níquel.
[009] O cabeçote de impressão pode ser afixado a uma extremidade de um circuito flexível de ligação automática de fita (TAB) que tem uma interconexão elétrica neste distal ao cabeçote de impressão. Em uma modalidade, o circuito flexível de TAB é montado em uma ponta de um cartucho de impressão a jato de tinta e a interconexão elétrica está disposta em um ângulo agudo em relação ao cabeçote de impressão.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0010] Uma descrição mais particular da invenção brevemente descrita acima será proporcionada por referência a modalidades específicas da mesma que são ilustradas nos desenhos anexos. Entendendo-se que esses desenhos representam somente modalidades típicas da invenção e não devem, portanto, ser considerados limitantes de seu escopo, a invenção será descrita e explicada com especificidade e detalhes adicionais através do uso dos desenhos anexos.
[0011] A figura 1 é uma vista em perspectiva esquemática de um circuito flexível de ligação automática de fita (TAB).
[0012] A figura 2 é uma vista em perspectiva de um cartucho de impressão com o circuito flexível de TAB montado neste que mostra uma interconexão elétrica para o circuito flexível de TAB.
[0013] A figura 3 é uma vista em perspectiva de um cartucho de impressão com o circuito flexível de TAB montado neste que mostra um cabeçote de impressão para o circuito flexível de TAB.
[0014] A figura 4 é um desenho de circuito esquemático para o cabeçote de impressão usado com o circuito flexível de TAB.
[0015] A figura 5 é uma vista esquemática parcial elevacional do cabeçote de impressão que tem uma fenda de tinta, canais de fluido de tinta, câmaras de ejeção e uma placa de bocal com bocais.
[0016] A figura 6 é uma vista seccional do cabeçote de impressão tomada ao longo da linha 6-6 na figura 5.
[0017] A figura 7 é uma vista seccional parcial em perspectiva do cabeçote de impressão.
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5/18 [0018] A figura 8 é uma ilustração esquemática seccional elevacional do cabeçote de impressão que mostra os componentes de circuito e camadas para o cabeçote de impressão.
[0019] A figura 9A é uma vista seccional de uma interconexão elétrica para uma modalidade da invenção.
[0020] A figura 9B é uma vista seccional de uma interconexão elétrica para outra modalidade da invenção.
[0021] A figura 10 é uma vista superior de uma modalidade de uma câmara de ejeção.
[0022] A figura 11 é uma vista lateral da câmara de ejeção da figura 10.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0023] Será feita referência em detalhes agora às modalidades consistentes com a invenção, exemplos da qual são ilustrados nos desenhos anexos. Sempre que possível, os mesmos numerais de referência são usados por todos os desenhos e se referem às mesmas partes ou partes similares. Apesar de a invenção ser descrita abaixo com referência a uma impressora a jato de tinta térmica, a invenção não é assim limitada e pode ser incorporada em outros sistemas de impressão a jato de tinta que utilizam outras tecnologias, tais como piezo-transdutores para ejetar tinta. O termo bocal conforme usado na presente invenção significará os orifícios formados em uma placa de cobertura de cabeçote de impressão através dos quais a tinta é ejetada e/ou deverá também incluir tais orifícios e outros componentes do cabeçote de impressão tais como uma câmara de ejeção a partir da qual a tinta é ejetada. Adicionalmente, o sistema e método descritos para um sistema de impressão a jato de tinta não são limitados às aplicações com uma montagem de cabeçote de impressão instalada em um alojamento de cartucho, que pode ou não ser um cartucho descartável. A presente invenção pode ser usada com cabeçotes de impressão permanentemente instalados em sistemas de impressão e um suprimento de tinta é fornecido conforme necessário para impressão. Então, o termo cartucho pode incluir um cabeçote de impressão permanentemente instalado somente e/ou a combinação do cabeçote de impressão com a fonte de tinta.
[0024] A presente descrição se refere a um cabeçote de impressão a jato
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6/18 de tinta térmica composto de materiais que oferecem resistência a tintas à base de solvente. Em particular, os componentes do cabeçote de impressão incluem materiais e tratamentos de superfície que fornecem uma montagem de cabeçote de impressão que não dissolve significativamente, se separa em lâminas, encolhe e incha, ou de outra forma se distorce quando exposta a solventes fortes por meses ou anos. Em particular, o sistema é preferencialmente capaz de armazenar uma tinta à base de solvente orgânico por um período de ao menos seis meses, preferencialmente ao menos 12 meses, enquanto mantém funcionalidade completa do sistema de impressão. O sistema é também preferencialmente capaz de imprimir uma tinta à base de solvente orgânico por um período de ao menos três meses de uso, enquanto mantém a funcionalidade completa. Preferencialmente, o uso de uma tinta à base de solvente orgânico não causa qualquer dissolução, delaminação, encolhimento ou dilatação dos materiais do cabeçote de impressão que materialmente afeta o desempenho de impressão do sistema pelos períodos de tempo especificados. Os solventes orgânicos que são contemplados para uso com o sistema de impressão incluem cetonas, especialmente metil-etil cetona, acetona, e ciclo-hexanona; alcoóis, especialmente etanol; ésteres; éteres; solventes apróticos polares, e combinações dos mesmos.
[0025] O cabeçote de impressão a jato de tinta térmica pode incorporar um circuito flexível de ligação automática de fita (TAB). Com relação à figura 1, é mostrado um circuito flexível de TAB 10 que inclui um cabeçote de impressão 11 em uma extremidade do circuito flexível 10 e uma interconexão elétrica distal 12 para conexão elétrica com um sistema de impressão. O circuito flexível de TAB 10, incluindo o cabeçote de impressão 11 e a interconexão elétrica 12, é preferencialmente instalado em um cartucho de jato de tinta 13 conforme mostrado nas figuras 2 e 3. O cartucho 13 inclui uma porção de ponta 14 em que o cabeçote de impressão 11 e a interconexão elétrica 12 são instalados. Na modalidade mostrada nas figuras 2 e 3, a ponta 14 pode ter uma primeira superfície 15 em que o cabeçote de impressão 11 é afixado e uma segunda superfície 16 em que a interconexão elétrica 12 é afixada em que a interconexão elétrica 12 está disposta em um ângulo agudo em relação
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7/18 ao cabeçote de impressão 11. O circuito flexível de TAB 10, conforme explicado em mais detalhes abaixo, é preferencialmente um sistema de duas camadas que inclui um substrato de película que dá suporte a blocos de contato para conexão elétrica a um controlador de impressão (não mostrado), assim como traços 47 e cabos internos 43 que fornecem conexão elétrica dos blocos de contato 42 para o cabeçote de impressão 11.
[0026] Com relação às figuras 4, 5, 6 e 7 são ilustrados desenhos esquemáticos e vistas seccionais do cabeçote de impressão 11. O cabeçote de impressão 11 compreende um substrato de chip de silício 14 que tem formado nestas estruturas de película fina 46 que fornecem um arranjo de aquecedores resistivos 18 e acionadores NMOS correspondentes 19 que comutam pulsos de força para os aquecedores resistivos 18. Uma fenda de tinta 20 é centralizada no cabeçote de impressão 11 para suprir tinta de uma fonte de tinta a granel no alojamento de cartucho 13A para uma pluralidade de câmaras de disparo 21 por meio de canais fluídicos 22. Conforme explicado abaixo em mais detalhes, uma camada de barreira de tinta 35 é formada nas estruturas de película fina 46 e decapada para formar uma rede fluídica que inclui os canais fluídicos 22 e câmaras de disparo 21. Uma placa de bocal 23 é ligada à camada de barreira de tinta 35 e inclui uma pluralidade de bocais 24 em que cada bocal 24 está associado a uma câmara de disparo 21 para ejetar tinta em forma de gotículas em resposta a comandos de impressão do controlador de sistema de impressão que não é mostrado.
[0027] Com referência à figura 4, os cabos internos identificados acima (figura 1) são conectados a blocos de ligação 48 que são dispostos ao longo de um perímetro do cabeçote de impressão 11. Adicionalmente, um circuito de identificação 49 pode ser fornecido no cabeçote de impressão 11 para marcar informações de codificação relacionadas às características do cabeçote de impressão. Além disso, aquecedores de substrato 50 podem ser fornecidos para preaquecer a tinta antes de iniciar uma operação de impressão. [0028] Uma vista seccional do cabeçote de impressão 11 é mostrada na figura 8, e fornece uma ilustração mais detalhada dos dispositivos semicondutores de película fina do cabeçote de impressão 11 incluindo os acionado
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8/18 res/transistores 19 e aquecedores resistivos 18. Os dispositivos semicondutores e circuitos eletrônicos são fabricados no substrato de chip de silício 14 com uso de técnicas de deposição a vácuo e fotolitografia. O substrato de chip 14 é preferencialmente uma pastilha de silício do tipo n. Uma camada de óxido de campo padronizada 25 que compreende dióxido de silício é aplicada na superfície do chip 14 fora das regiões a serem ocupadas pelos transistores 19 que compreendem um dreno 28, uma fonte 29 e uma região de porta 27. A camada 25 pode ser formada cultivando termicamente o dióxido de silício por óxido úmido ou deposição de vapor químico (CVD). Adicionalmente, uma camada de óxido e condutores de polissilício 51 são formados no topo das regiões de porta 27 dos transistores 19. Um dielétrico de camada interna 26, incluindo múltiplas camadas de filmes de óxido tal como uma camada de óxido de deposição de vapor químico de baixa pressão, uma camada de óxido de deposição de vapor químico, uma camada de vidro de fosfossilicato e uma camada de vidro de borofosfossilicato (BPSG), é depositada sobre todas as regiões do substrato 14 com exceção das áreas de fonte 29 e dreno 28 dos transistores 19.
[0029] A Patente U.S. n° 5.774.148 descreve um dielétrico de camada interna que tem um BPSG no topo de um óxido de CVD; no entanto, BPSG é conhecido por tender a fadiga de choque térmico. Adicionalmente, as ferramentas de processamento e processos de fabricação requerem atenção especial. No cabeçote de impressão 11 da invenção em questão, uma camada de óxido adicional é depositada, com uso de processos de vapor químico de baixa pressão ou acentuado por plasma, no topo do BPSG. Esta camada de óxido adicional é mais resistente a tensões térmicas quando comparada ao BPSG. Uma estrutura similar é descrita em uma Publicação de pedido de patente n° U.S. 20060238576 A1.
[0030] Os aquecedores resistivos 18 são fabricados no topo dos acionadores ou transistores NMOS 19. Os aquecedores resistivos 18 incluem uma camada de barreira térmica 30, uma película resistiva 31, uma camada condutora 32, uma camada de passivação 33, uma camada protetora de cavitação 34 e uma camada 36 de Au no topo firmando os blocos de ligação 48. A camada de barreira 30 compreende uma película de TiN depositada sobre a
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9/18 camada de ILD 26. A película resistiva 31 preferencialmente compreende uma camada de TaA1 depositada sobre a camada de barreira de TiN 30; e, o condutor 32 preferencialmente compreende uma película de AlCu que é depositada sobre a película resistiva de TaA1 31. A camada de barreira de TiN 30, a película resistiva 31 e o condutor 32 são depositados com uso de processos de deposição de pulverização e então decapados por litografia de acordo com um projeto predeterminado de cabeçote de impressão 11. Então os três, a camada de barreira de TiN 30, a película resistiva de TaA1 31 e o condutor 32, são fotolitograficamente padronizados juntos na mesma etapa de mascaramento assim a camada de barreira de TiN é depositada entre a camada de ILD 26 e a película resistiva de TaA1 31 e se estende inteiramente por baixo da película resistiva de TaA1 31. Adicionalmente, a camada de barreira de TiN está em contato direto com as fontes 27 e drenos 28 dos transistores 19. [0031] A disposição da película resistiva de TaA1 31 em relação às fontes 27 e drenos 28 dos transistores 19 é diferente da configuração descrita na Patente n° U.S. 5.122.812, que descreve uma película resistiva em contato direto com os componentes do transistor. Na presente invenção, a película de barreira de TiN 30 se estende sob todas as áreas da película resistiva de TaA1 assim a película resistiva 31 não está em contato com ou não é depositada nos componentes do transistor 19. Além disso, a camada de barreira de TiN 30 serve como uma camada de barreira de choque térmico por baixo da película resistiva 31 que serve como o aquecedor para a câmara de disparo 18. A barreira de TiN 30 tem uma resistência de lâmina elétrica mais alta que a da película resistiva 31 para garantir que a maior parte da força de pulso elétrico seja direcionada através da película resistiva 31. Adicionalmente, a película de barreira de TiN 30 tem uma condutividade térmica mais alta quando comparado à camada de ILD 26; sendo assim, a barreira de TiN 30 serve como uma camada de difusão de calor para o calor gerado por esta e a película resistiva 31 durante o disparo.
[0032] As áreas do aquecedor, por cima das quais as câmaras de disparo estão dispostas, são expostas dissolvendo localmente o condutor de AlCu 32 no topo da película resistiva de TaA1 31 com uso de processos de decapagem úmida que permitem que o condutor 32 seja afunilado na junção da
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10/18 película resistiva de TaA1 30 conforme mostrado na figura 8. A camada de passivação 33 incluindo uma camada de nitreto de silício e carboneto de silício é depositada preferencialmente por PECVD no topo do condutor 32. Então a camada de cavitação 34 que compreende uma camada de tântalo (Ta) é depositada sobre a camada de passivação 33 preferencialmente por deposição de pulverização.
[0033] Conforme descrito acima, uma rede de fluxo de tinta inclui uma fenda de tinta 20 e canais fluídicos 22 para direcionar a tinta da fonte a granel para as câmaras de disparo 21. Uma camada de barreira de tinta 35 é formada sobre os acionadores ou transistores NMOS 19 e aquecedores resistivos 18. Para uso com solventes orgânicos fortes tipicamente usados em tintas industriais de alto desempenho tais como cetonas, especialmente metil-etil cetona, acetona, e ciclo-hexanona; alcoóis, especialmente etanol; ésteres; éteres; solventes apróticos polares, e combinações dos mesmos, um fotorresistente negativo à base de epóxi/novolac ou baseado em metacrilato de metila pode ser usado. Um exemplo de um fotorresistente à base de epóxi/novolac é SU-8 3000 BX, fabricado pela MicroChem Corporation. Outro exemplo de um fotorresistente à base de epóxi/novolac é PerMX 3000, fabricado pela DuPont. Um exemplo de um fotorresistente à base de metacrilato de metila é a película seca acrílica Ordyl PR100, fabricada pela Toyko Ohka Kogyo. Uma camada de barreira de tinta 35 é laminada sobre toda a superfície de matriz, incluindo os transistores 19, aquecedores resistivos 18, canais fluídicos 22, e fenda de tinta 20. Uma máscara com uma rede de fluxo de tinta incluindo os canais fluídicos 22 e câmaras de disparo 21 é fornecida e o fotorresistente é exposto a uma fonte de luz ultravioleta através da máscara. O nível de irradiação pode variar de acordo com o tipo de material usado para a camada de barreira 35. Por exemplo, o nível de irradiação usado para o fotorresistente SU-8 3000 pode estar na faixa de cerca de 150 mJ a cerca de 250 mJ. O nível de irradiação usado para o fotorresistente PerMX 3000 pode estar na faixa de cerca de 300 mJ a cerca de 500 mJ. O nível de irradiação usado para o fotorresistente PR100 pode estar na faixa de cerca de 65 mJ a cerca de 200 mJ. Após a irradiação, a camada de barreira 35 e arquitetura fluídica é desenvolvida em uma etapa de lavagem à alta pressão com uso de um solvente que remove o
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11/18 polímero não exposto, deixando a estrutura desejada.
[0034] A espessura da camada de barreira de tinta 35 e as dimensões das câmaras de disparo 21 e canais fluídicos 22 podem variar de acordo com as demandas de impressão. Com relação às figuras 6 e 7 é ilustrado um canal fluídico representativo 22 e uma câmara de disparo 21 que têm uma configuração de três paredes 21A similar àquela descrita na Patente expirada n° U.S. 4.794.410. Em uma modalidade preferencial, as bordas dos aquecedores resistivos 18 são espaçadas cerca de 25 pm ou menos das paredes 21A das câmaras de disparo 21.
[0035] As figuras 10 e 11 ilustram outro canal fluídico 22 representativo e câmara de disparo 21. A arquitetura da camada de barreira 35 define os recursos que encaminham a tinta da fenda de tinta 20 para a câmara de disparo 21. As dimensões da camada de barreira 35 devem ser selecionadas para habilitar parâmetros de operação ideais tais como frequência de operação e qualidade de impressão na faixa especificada de distância de lançamento. Em uma modalidade preferencial, a placa de orifício 23 tem uma espessura A de cerca de 50 μm; a camada de barreira de tinta 35 tem uma espessura B de cerca de 35 μm; o orifício 24 tem um diâmetro C de cerca de 35 a 45 μm, preferencialmente 38 a 42 μm; o resistor tem um comprimento D de entre 65 μm e 75 μm, preferencialmente entre 68 μm e 73 μm; os canais fluídicos 22 têm comprimento E de cerca de 30 μm e uma largura F de cerca de 50 μm; e as câmaras 21 podem ter cerca de 50 μm x 50 μm a cerca de 80 μm x 80 μm.
[0036] Devido às diferentes propriedades de tintas à base de solvente orgânico comparadas a tintas aquosas, descobriu-se que uma arquitetura fluida diferente poderia ser usada para tintas à base de solvente que a usada para tintas aquosas. Em particular, as tintas a base de solvente produzem bolhas menores que as tintas aquosas. Para aumentar o tamanho e velocidade de bolha, um resistor maior 18 pode ser usado que o usado para tintas aquosas. Em particular, a razão entre o comprimento do resistor e o diâmetro de orifício é maior que aquela usada para tintas aquosas. A razão entre o comprimento do resistor D e o diâmetro de orifício C é preferencialmente entre 1,7 e 2,1.
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12/18 [0037] As etapas de fotolitografia descritas previamente aplicadas ao substrato 14 são usadas para formar uma abertura na camada fotorresistente temporária com dimensões predeterminadas da fenda de tinta 20, e assim expondo o substrato 14. As áreas expostas pretendidas para a fenda de tinta 20 são liberadas de qualquer película antes da etapa de jateamento com areia para formar a fenda de tinta 20. O substrato 14 é então jateado com areia em um lado por vez para formar a fenda de tinta 20 com uso de uma máquina de jateamento com areia de varredura X-Y. Esta etapa é diferente da técnica descrita na Patente n° U.S. 6.648.732, que descreve um procedimento que inclui uma pluralidade de camadas de película fina em um substrato de chip e a fenda de tinta é formada através da pluralidade de camadas de película fina na área de fenda de tinta para prevenir lascamento durante o procedimento de jateamento com brita. De acordo com as modalidades da presente invenção, as películas que formam os aquecedores resistivos 18 e transistores 19 são removidas da área pretendida para a fenda de tinta 20, assim o chip substrato 14 é diretamente exposto ao jateamento com areia.
[0038] A fenda de tinta 20 pode ser formada com uso de um processo de jateamento com areia de dois lados. Após, os aquecedores resistivos 18 e transistores 19 são formados e decapados conforme descrito acima, a fenda de tinta 20 é formada através do substrato de chip 14. Uma única película espessa fotossensível ou fotorresistente é laminada em ambos os lados do substrato de pastilha ou chip 17. Este processo é diferente de uma técnica descrita na Patente n° U.S. 6.757.973 que descreve uma técnica que incorpora uma camada fotorresistente dupla.
[0039] A placa de bocal 23 e a disposição de bocais 24 são discutidas com referência às figuras 5, 6 e 7. Uma placa de bocal de poli-imida 23 que tem um arranjo de bocais 24 (também referidos como orifícios ou orifícios de bocal), e conforme descrito acima, é mecanicamente e quimicamente ligada à camada de barreira de tinta 35 com uso de uma etapa de ligação térmica. A superfície da placa de bocal pode ser tratada para modificar fisicamente e/ou quimicamente tais superfícies lisas, não reativas, assim acentuando o contato físico e ligação química. Os tratamentos químicos (tal como
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13/18 decapagem cáustica ou com amônia) atuam modificando quimicamente a camada de superfície em um grupo funcional que é mais reativo. Os tratamentos de superfície de alta energia bombardeiam a superfície com átomos e moléculas de alta energia. Ambos os tratamentos de superfície de decapagem química e alta energia são conhecidos por alterar a natureza química e física da superfície.
[0040] Para uso com solventes orgânicos fortes conforme descrito acima e a camada de barreira descrita acima, um material de poli-imida decapado por plasma de oxigênio pode ser usado. Os exemplos de poli-imida que pode ser usada são vendidos sob os nomes de Kapton ®, Kaptrex e Upilex ®. Os tratamentos de superfície outros que a decapagem por plasma de oxigênio que podem ser usados para películas de poli-imida incluem bombardeio de átomo de cromo ou a decapagem cáustica. Alternativamente, placas de orifício baseadas em níquel folheado a ouro podem ser usadas.
[0041] Cada um dos bocais 24 é alinhado com um aquecedor resistivo respectivo 18 e câmara de disparo 21. A ligação da placa de bocal 23 à camada de barreira de tinta 35 para formar as câmaras de disparo 21 é diferente daquela dos cabeçotes de impressão descritos na Patente n° U.S. 5.907.333; 6.045.214; e, 6.371.600 que integram os canais fluídicos e as câmaras de disparo como parte da placa de bocal. Adicionalmente, os condutores dos aquecedores resistivos não são integrados com a placa de bocal conforme descrito na Patente n° U.S. 5.291.226.
[0042] A placa de bocal 23 pode ser fabricada a partir de um rolo de película de poli-imida bruta que é processada de uma forma serial por passagem da película por estações de corte de laser guiado por máscara para cortar/furar os orifícios de bocal 24 através da película. O rolo de película é então tratado por passagem através de um banho de promotor de adesão. Outros tratamentos de superfície podem ser também aplicados ao material de placa de bocal. Após a película ser limpa e seca, as placas de bocal individuais são perfuradas a partir do rolo. Em geral, os materiais de placa de bocal podem ser tratados quando o material está na forma de rolo ou após as placas de bocal individuais estarem formadas. No entanto, o período de tempo entre o
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14/18 tratamento e a montagem da placa de bocal ao cabeçote de impressão é preferencialmente minimizado para evitar qualquer degradação de propriedades do material.
[0043] Com relação a uma modalidade da presente invenção, o arranjo de aquecedores resistivos 18 no cabeçote de impressão 11 e bocais 24 na placa de bocal 23 inclui duas linhas/colunas que transpõem uma distância de cerca de 1,27 centímetros (½11) no cabeçote de impressão 11. Dependendo da orientação do cabeçote de impressão 11, os bocais 24 pode ser dispostos ou em colunas ou em linhas. Para fins de descrição de uma modalidade da invenção e em referência à figura 5, os bocais 24 são dispostos em duas colunas 51 e 52. Cada coluna dos bocais 24 inclui sessenta e quatro bocais para fornecer uma resolução de duzentos e quarenta gotas por 2,54 centímetros (1 polegada) (240 dpi). Em cada coluna de bocal 51 e 52, bocais consecutivos 24 são horizontalmente deslocados em relação um ao outro. Adicionalmente, conforme representado pelas linhas tracejadas 36, os bocais 24 na coluna 51 são verticalmente deslocados em relação aos bocais 24 na outra coluna 52. Em uma metade de área de 2,54 centímetros (1 polegada) linear centralizada no cabeçote de impressão 11, cada uma das colunas inclui sessenta e quatro (64) bocais. Os bocais em cada uma das colunas podem ser verticalmente espaçados separados entre si a uma distância d1 de 2,54/304,8 cm (1/120). Os bocais 24 na coluna 51 são verticalmente deslocados a uma distância d2, ou 2,54/609,6 cm (1/240) em relação aos bocais 24 na segunda coluna 52 para alcançar uma densidade de ponto vertical de 240 dpi. O cabeçote de impressão 11 pode gerar gotas de tinta que têm volumes para fornecer alguma sobreposição de pontos impressos adjacentes. Por exemplo, volumes selecionados podem gerar pontos de tinta em um meio de impressão que são de cerca de 106 pm a cerca de 150 pm em diâmetro, com cerca de 125 pm a cerca de 130 pm sendo um diâmetro alvo com uma sobreposição de 12 pm entre gotas adjacentes. Com esses volumes selecionados, em uma modalidade, a frequência máxima na qual qualquer bocal 20 pode disparar é de cerca de 7,2 kHz, embora frequências mais altas sejam possíveis.
[0044] A montagem da placa de bocal 23 na camada de barreira de tinta é similar em alguns aspectos a um processo de ligação térmica descrito na
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Patente n° U.S. 4.953.287. Em uma primeira etapa, a placa de bocal 23 e a camada de barreira 35 são opcionalmente alinhadas e direcionadas juntas com uso de um processo de compressão térmica aplicando-se pressão sob temperaturas elevadas em vários pontos da placa de bocal 23. Isto pode ser realizado individualmente para cada placa de bocal 23. Essas placas de bocais 23 são novamente sujeitas a um processo de compressão térmica em que pressão constante a temperaturas elevadas é aplicada a todas as áreas da placa de bocal 23 por um tempo predeterminado. Este processo pode ser realizado em múltiplas placas de bocal 23 em uma única etapa. Estando a placa de bocal 23 presa à camada de barreira 35, todo o cabeçote de impressão 11 é sujeito a calor em temperaturas na faixa de cerca de 200 °C a 250 °C por cerca de 2 horas para curar a camada de barreira 35.
[0045] Os promotores de adesão podem também ser usados para melhorar a ligação entre a placa de bocal 23 e a camada de barreira 35, e o substrato 14 e a camada de barreira 35. O uso de promotores de adesão (também conhecidos como agentes de acoplamento) é um método para melhorar a adesão interfacial. No entanto, pode ser desafiador encontrar um promotor de adesão que seja efetivo em uma aplicação particular. As químicas de superfície de interfaces chave de camada de barreira/placa de orifício são consideradas na seleção de um promotor de adesão adequado. O promotor de adesão pode ser selecionado dentre silano metacrílico, complexo de metacrilato de cromo, zircoaluminato, aminosilano, mercaptosilano, cianosilano, isocianato silano, titanato de tetra-alquila, titanato de tetra-alcóxi, clorobenzil silano, poliolefina clorada, di-hidroimidazol silano, anidridosilano succínico, vinil silano, ureído silano, e epóxi silano.
[0046] A fabricação da TAB 10 é agora descrita. A TAB 10 pode ser fabricada com uso de processos conhecidos para formar um circuito flexível de duas ou três camadas. O circuito flexível de três camadas inclui uma camada de película de poli-imida 37, conforme mostrado na figura 9B, laminado a uma camada de cobre 38 por uma camada adesiva 39. A camada de poli-imida 37 é perfurada ou furada para formar os furos de tração 40 e furos de bloco de contato 41. Um procedimento de fotolitografia é então aplicado à camada de cobre 38 para formar um circuito condutor de TAB que inclui os blocos de
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16/18 contato 42, que estabelecem uma conexão elétrica a um sistema de impressão, aos traços 47 e cabos internos 43 que estabelecem uma conexão elétrica ao conjunto de circuitos do cabeçote de impressão 11. Uma camada de epóxi/novolac, poli-imida ou metacrilato de metila resistente a solvente 44 pode ser aplicado por impressão em tela nas camadas de cobre 38 para fornecer isolamento elétrico e para proteger contra ataque químico. Alternativamente, uma película termoplástica cortada em matriz tal como uma película EAA pode ser usada para fornecer isolamento elétrico e proteção química assim como para fornecer um meio para prender o circuito TAB à ponta. As áreas de cobre expostas na camada de poli-imida 37 lateral da TAB 10 são sujeitas a chapeamento com ouro com uso de procedimentos conhecidos de chapeamento ou galvanoplastia.
[0047] Para uma TAB de duas camadas 10, mostrada na figura 9A, uma camada de elo de cromo é depositada com uso de técnicas conhecidas tais como deposição de vapor química ou galvanoplastia na camada de poli-imida 37. Uma camada de cobre sofre galvanoplastia no cromo e então decapada em padrão para formar um circuito condutor 38. A camada de poli-imida 37 é então decapada após uma técnica de máscara de fotolitografia ser usada para estabelecer a disposição dos furos de contato 41, e a janela para os cabos internos 43. A camada isolante/protetora 44 e galvanização de ouro é aplicada conforme descrito acima para completar o processo. Uma vantagem da TAB de duas camadas 10 é que esta não usa uma camada adesiva, já que as camadas adesivas são sujeitas a serem dissolvidas por solventes orgânicos. [0048] Em referência à figura 1, o circuito flexível de TAB 10 inclui blocos de contato elétricos 42 e cabos internos 43. Adicionalmente, o circuito condutor também inclui barramentos galvanizados por cobre periféricos 45, e eletrodos (não mostrados) encaminhados dos blocos de contato 42 para os barramentos 45. Em uma área adjacente ao cabeçote de impressão 11, os cabos internos 43 são encaminhados dos barramentos 45 para os blocos de ligação 48 no cabeçote de impressão 11. Em uma modalidade, a TAB 10 tem setenta milímetros de largura de forma que haja espaço suficiente na TAB 10 para encaminhar os eletrodos para os barramentos periféricos 45, como é tipica
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17/18 mente feito na fabricação de circuitos flexíveis de TAB. Este desenho de condutor é diferente daqueles desenhos que incorporam técnicas de ponte como um resultado de desenhos de condutor apinhados conforme descrito nas Patentes no U.S. 4.944.850; 4.989.317; e, 5.748.209.
[0049] Um encapsulante pode ser usado para proteger os cabos de metal que conectam o circuito flexível de TAB 10 ao cabeçote de impressão. Um encapsulante pode ser também usado para proteger outras áreas do circuito flexível de TAB 10. O encapsulante deve suportar exposição a solventes orgânicos sem inchar ou perder a adesão ao carboneto de silício, ouro, cobre, e poli-imida. Em general, o material encapsulante é preferencialmente um sistema adesivo à base de epóxi de cura rápida designado para resistência química robusta e adesão a plásticos projetados e peliculas finas de silício. Emerson & Cuming LA3032-78 é um encapsulante preferencial, já que exibe dilatação insignificante quando exposto a tintas de solvente orgânico e tem boa adesão à poli-imida. Emerson & Cuming A316-48 ou GMT Electronic Chemicals B-1026E podem ser também usados.
[0050] O circuito flexível de TAB 10 pode ser preso à porção de ponta 14 com uma película de ligação de fusão a quente, tal como um fabricado pela 3M Corporation (película de ligação 3M n°406). Em uma modalidade, a película de ligação é usada para aderir a poli-imida e metal no circuito flexível de TAB 10 ao material de PPS da porção de ponta 14. A película de ligação pode ser uma única camada de copolímero de ácido acrílico de etileno (EAA), e pode também servir para fornecer proteção elétrica e química. Uma combinação de implantação de calor direto e adesivo pode ser também usada para prender o circuito flexível de TAB à porção de ponta 14.
[0051] O cabeçote de impressão 11 pode ser preso ao alojamento de cartucho 13A com uso de um adesivo. O adesivo deve ser capaz de suportar exposição a solventes orgânicos, e como o material encapsulante previamente descrito, pode ser sistemas de adesivo à base de epóxi de cura rápida designados para resistência química robusta e adesão a plásticos projetados e películas finas de silício. Emerson & Cuming E-3032 é um adesivo adequado. Outros adesivos adequados incluem Loctite 190794, Loctite 190665, e Master Bond 10HT.
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18/18 [0052] Apesar de as modalidades preferenciais da presente invenção terem sido mostradas e descritas no presente, será óbvio que tais modalidades são fornecidas como forma de exemplo somente e não de limitação. Numerosas variações, alterações e substituições ocorrerão àqueles versados na técnica sem se afastar do ensinamento da presente invenção. Desta forma, pretende-se que a invenção seja interpretada dentro do espírito e escopo das reivindicações anexas.
Claims (13)
- REIVINDICAÇÕES1. Sistema de impressão a jato de tinta, que compreende:um cabeçote de impressão (11) em comunicação fluida com um reservatório de tinta e que compreende uma tinta à base de solvente orgânico que tem uma pluralidade de orifícios (24) e uma pluralidade correspondente de câmaras de ejeção (21) associadas, caracterizado pelo fato de que compreende:um substrato (14);uma camada de barreira (35) disposta no substrato (14), sendo que a camada de barreira (35) define em parte uma pluralidade de canais de fluido (22) e a pluralidade de câmaras de ejeção (21), em que a camada de barreira (35) compreende um material selecionado dentre materiais fotorresistentes à base de epóxi e materiais fotorresistentes à base de metacrilato de metila; e uma placa de orifício (23) disposta sobre o substrato (14), sendo que a placa de orifício (23) inclui a pluralidade de orifícios (24) em comunicação fluida com as câmaras de ejeção (21), sendo que a placa de orifício (23) compreende um material selecionado dentre poli-imidas e níquel, e em que uma superfície da placa de orifício (23) foi tratada para modificar fisicamente e/ou quimicamente a superfície da placa de orifício (23) para aprimorar contato físico e ligação química com a camada de barreira (35);em que o sistema é capaz de armazenar uma tinta à base de solvente orgânico por um período de pelo menos seis meses, em que qualquer dissolução, delaminação, encolhimento, ou dilatação de materiais do cabeçote de impressão durante o período de pelo menos seis meses não afeta materialmente o desempenho de impressão do sistema.
- 2. Sistema de impressão a jato de tinta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o solvente orgânico é selecionado dentre MEK, etanol, acetona, e ciclo-hexanona.
- 3. Sistema de impressão a jato de tinta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície da placa de orifício é tratada com um método selecionado dentre tratamento de plasma de O2, bombardeio de átomo de cromo e decapagem cáustica.Petição 870190046403, de 17/05/2019, pág. 23/302/4
- 4. Sistema de impressão a jato de tinta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de barreira (35) compreende epóxi SU-8; ou epóxi PerMX; ou material fotorresistente de acrílico Ordyl.
- 5. Sistema de impressão a jato de tinta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, um promotor de adesão disposto entre a camada de barreira (35) e a placa de orifício (23), em que opcionalmente o promotor de adesão compreende um material selecionado dentre silano metacrílico, complexo de metacrilato de cromo, zircoaluminato, aminosilano, mercaptosilano, cianosilano, isocianato silano, titanato de tetra-alquila, titanato de tetra-alcóxi, clorobenzil silano, poliolefina clorada, di-hidroimidazol silano, anidrido silano succínico, vinil silano, ureído silano e epóxi silano.
- 6. Sistema de impressão a jato de tinta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, um promotor de adesão disposto entre a camada de barreira (35) e o substrato (14).
- 7. Sistema de impressão a jato de tinta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cabeçote de impressão (11) é montado em uma porção de um cartucho (13) com uso de um adesivo à base de epóxi em que opcionalmente o adesivo à base de epóxi é o E3032 da Emerson & Cuming.
- 8. Sistema de impressão a jato de tinta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cabeçote de impressão (11) é disposto em um cartucho (13), que compreende, ainda, um circuito flexível de ligação automática de fita (10) disposto no cartucho (13).
- 9. Sistema de impressão a jato de tinta, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o circuito flexível de ligação automática de fita (10) compreende um material à base de poli-imida; e/ou o circuito flexível de ligação automática de fita (10) é implantado por calor ao cartucho (13) com uso de um adesivo de fusão a quente termoplástico, o adesivo sendo opcionalmente selecionado dentre os filmes de EAA e de PPS.Petição 870190046403, de 17/05/2019, pág. 24/303/4
- 10. Sistema de impressão a jato de tinta, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção do circuito flexível de ligação automática de fita (10) é encapsulada com um encapsulante de epóxi de grau eletrônico.
- 11. Método para preparar um sistema de cabeçote de impressão que compreende um cabeçote de impressão (11) em comunicação fluida com um reservatório de tinta e que tem uma pluralidade de orifícios (24) e uma pluralidade correspondente de câmaras de ejeção (21) associadas, caracterizado pelo fato de que compreende:fornecer um substrato (14);dispor um material fotorresistente no substrato, em que o material fotorresistente é selecionado dentre materiais fotorresistentes à base de epóxi e materiais fotorresistentes à base de metacrilato de metila;fornecer uma fonte de luz UV;fornecer uma máscara entre a fonte de luz UV e o material fotorresistente;expor o material fotorresistente à fonte de luz UV para polimerizar o material fotorresistente para formar uma camada de barreira (35) no substrato, sendo que a camada de barreira (35) define, em parte, uma pluralidade de canais de fluido (22) e a pluralidade de câmaras de ejeção (21); e tratar uma superfície da placa de orifício (23) de modo a modificar fisicamente e/ou quimicamente a superfície da placa de orifício (23) para aprimorar contato físico e ligação química com a camada de barreira (35);prender uma placa de orifício (23) sobre o substrato (14), sendo que a placa de orifício (23) inclui a pluralidade de orifícios (24) em comunicação fluida com as câmaras de ejeção (21), em que a placa de orifício (23) compreende um material selecionado dentre poli-imidas e níquel; e fornecer uma tinta à base de solvente orgânico dentro do reservatório de tinta.
- 12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, fornecer um promotor de adesão entre a camada de barreira (35) e a placa de orifício (23) antes de prender a placa de orifício (23); e/ou compreende, ainda, instalar o cabeçote de impressãoPetição 870190046403, de 17/05/2019, pág. 25/304/4 (11) em uma porção de um cartucho (13) com uso de um adesivo à base de epóxi.
- 13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, implantar por calor um circuito flexível de ligação automática de fita (10) ao cartucho (13) com uso de um adesivo de fusão a calor termoplástico.
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