CN100430226C - 流体喷射装置及制造流体喷射装置的方法 - Google Patents
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Abstract
揭示了一种模子(40)，其配置为连接到流体喷射头芯片(30)，以允许保护材料(38)在芯片(30)上的多个触垫(34)周围模制。模子(40)包括模制表面(43)，其配置为覆盖触垫(34)，其中模制表面(43)配置为在模制期间支撑和成形保护材料(38)，并且至少一侧(45)延伸离开模制表面(43)，其中该侧(45)配置为在模制期间容纳保护材料(38)。
Description
技术领域
本发明涉及流体喷射装置及制造流体喷射装置的方法。
背景技术
流体喷射装置可以应用在多种不同的技术中。例如，一些打印设备，诸如打印机，复印机和传真机，通过从一排流体喷射机构中喷射打印流体的细小液滴到打印介质上进行打印。流体喷射机构典型地形成在流体喷射头上，流体喷射头可移动地连接到打印设备的主体上。仔细控制单个流体喷射机构，越过打印介质的流体喷射头的运动，及通过设备的介质的运动，使希望的图像在介质上形成。
流体喷射机构典型地在半导体芯片上制造，半导体芯片形成流体喷射头的部分，且由来自脱离打印头的电路的控制信号来控制。为使控制信号到达流体喷射机构，流体喷射芯片包括一个或更多的电触点用来把芯片连接到通向控制电路的电连接器。这些触点(或触垫)典型地设置在与流体喷射机构开口相同的芯片表面上。
由于在芯片表面上，触垫邻近流体喷射机构的开口，在装置使用期间流体可能污染流体喷射头芯片的触垫区域。这可能引起邻近导线的电短路，且因此可能降低打印头性能。
发明内容
本发明提供配置为连接到流体喷射头芯片的模子，以使保护材料在芯片上的多个触垫周围模制。模子包括配置为覆盖触垫的模制表面，其中模制表面配置为在模制期间支撑和成形保护材料，且至少一个侧面延伸离开模制表面，其中该侧面配置为在模制期间容纳保护材料。
附图说明
图1是根据本发明的流体喷射装置第一个实施例的等角视图。
图2是图1实施例的流体喷射盒的等角视图。
图3是图1实施例的流体喷射盒的保护屏障的部分脱离的等角视图。
图4是图1实施例的保护屏障的模子的等角视图。
图5是图1实施例芯片的前透视图。
图6是图1实施例的模子和芯片的放大的部分脱离的等角视图，为清楚省略了密封剂。
图7是图1实施例的模子，芯片和密封剂的截面视图。
具体实施方式
根据本发明的流体喷射装置的一个实施例总体上在图1中的10示出为桌面打印机。流体喷射装置10包括主体12，及可操作地连接到主体的流体喷射盒14。盒子14配置为沉积流体到邻近盒子设置的介质16上。流体喷射装置10内的控制电路控制越过介质16的盒子14的运动，盒子下方介质的运动，及流体喷射盒上的单个流体喷射机构的喷射。
尽管此处显示的是打印设备的情况，根据本发明的流体喷射装置也可用在许多不同的应用中。例如，根据本发明的流体喷射装置可用来喷射气雾剂，或大量应用在分析微流体系统中。并且，尽管描述的打印设备采取桌面打印机的形式，根据本发明的流体喷射装置也可以采取任何其它合适的打印设备类型，且可以具有任何其它需要的尺寸，大的或小的形式。
图2更详细地显示了盒子14的底部。盒子14包括设置为容纳一定量流体的盒子主体20，及连接到盒子主体且设置为喷射流体到介质16上的流体喷射头22。延长的电连接器24和流体喷射头22连接，且盒子主体20的一个侧面允许流体喷射头22连接到外部控制电路上。电连接器24可以采取柔性的带状电路形式，且可以包括多个单个的导电线或金属线，以允许电能分别提供给每个流体喷射机构。尽管流体喷射头22在图2中以接附到盒子14的形式描述，也应认识到根据本发明的流体喷射装置也可以具有流体喷射头和相互远离设置的流体供给装置。
如果保持暴露，电接触器24和流体喷射头22之间的连接容易受到诸如流体污染或导线的流体暴露引起的电短路之类的原因造成的损坏，及通常在流体喷射装置中发现的清洁结构引起的机械损坏。因此，流体喷射装置10也包括保护屏障，通常在26指出，其设置在流体喷射头22所选的部分上，以覆盖和/或密封电连接器24和流体喷射头22之间的电连接。
图3更详细地示出了流体喷射头22，电连接器24和保护屏障26的结构。流体喷射头22通过在芯片30上沉积薄膜形成，其包括具有多个流体喷射机构(没有显示)的流体喷射区域32。芯片30典型地采取半导体基底的形式，但是也可以由任何其它合适类型的基底形成。多个电触点34在流体喷射头22上形成且连接到多个电导线36，电导线36连接到连接器24。电触点34连接到相应的流体喷射机构，允许对单个流体喷射机构有选择地提供电能并能控制流体的喷射。
保护屏障26可以包括多个结合到保护触点34和导线36的部件。例如，在一个实施例中，保护屏障26包括模制的密封剂38，其延伸越过电触点34，并且也可以包括以预成形模子40为形式的外部屏障，模子40用来模制密封剂38。密封剂38配置为密封每一个触点34和相关的导线36以使每个触点和相关的导线与另外的触点和导线电绝缘。这有助于防止在流体污染的情况下通过导线的电短路造成的损坏，及诸如流体喷射头清洁装置的机械部件造成的损坏。模子40也有助于保护触点34和导线36避免清洁装置造成的损坏，及如果密封剂材料易受流体腐蚀，可以保护密封剂38避免流体引起的腐蚀。
密封剂38可通过任何合适的模制过程在触点34和导线36周围模制。一个例子如下。首先，模子40设置在盒子14一部分的上面，如图2所示。模子40的底部内侧部分43可以在模制期间作为模制表面以容纳和成形密封剂38。模子40的底部内侧部分43典型地包括设置在流体喷射头22的流体喷射区域32上的开口44，流体喷射头22允许流体喷射机构喷射的流体到达打印介质。模子40的底部内侧部分43也可以包括凹陷42，其形成在模子覆盖触点34和导线36以适当地把模子与触点和导线隔开的区域内。在模子外表面上，凹陷42是触点34和导线36区域上的突出部分。模子40也可以包括翻转的侧面部分45以有助于在模制过程期间容纳密封剂38。在一个实施例中，当模子40安置在盒子上合适的位置时，侧面部分45延伸至盒子主体。
模子40以这种方式安置在盒子14的底部部分上面，即在盒子的底部和模子的底部内侧部分43的至少部分之间保持空间。该空间可通过任何需要的方式得到。例如，模子40的底部部分43当它延伸离开开口44时，可以呈曲线离开芯片。可选地，在描述的实施例中，模子40依托在位于芯片周边多个凸起结构上，如下面更详细的描述。在这种方式中，模子40可以快速及容易地设置在芯片30上，以相对芯片具有合适的空间。
如图2所描述，在把定位模子40安置在盒子14的部分上面之后，加入可凝固的，可模制的密封剂材料到模子里且凝固以形成密封剂38。典型地加入大到足够数量的密封剂材料来充分完全地填充模子40和芯片30之间的空间。在模制过程期间，保持盒子14在一定方向，以使模子40和密封剂38设置在流体喷射头22的下面，从图2所描述的方向旋转180度。为了说明所描述的实施例，该方向可称为“垂直”方向。密封剂38凝固后，预成形模子40可以保留粘附在盒子14上，或被移去使密封剂38单独作为保护屏障26。
密封剂38在触点34和导线36上模制比其它在触点和导线周围形成保护屏障的方法提供了多种优点。例如，保护屏障也可以通过这种方法成形，即首先反转盒子14至图2所示的方向，随后在触点34和导线36上通过注射器从上面使用液态形式施加可凝固的材料。然而，这种形成保护屏障的方法可能造成一些困难。例如，必须仔细控制可凝固材料的流变能力。尽管低粘度可凝固材料比高粘度可凝固材料可以更迅速和彻底地填充每个触点和导线之间的空间，低粘度可凝固材料也倾向于过快流过芯片的表面，且这样可能污染流体喷射机构的开口。同样地，使用具有强烈润湿性能的可凝固材料可能增加导线和触点的覆盖，但也具有污染流体喷射机构更高的风险。另外，施加针的速度，施加过程的温度及其它环境因素通常匹配可凝固材料的流变能力，且在密封过程中仔细控制。这些环境因素倾向于随时间变化，因此控制过程可能动态变化。
相反，在一些实施例中，模子40的使用允许通过低精度过程更容易地使用多种粘度范围的材料，而且限制了密封剂材料污染流体喷射机构的危险。当通过上面描述的技术施加时，密封剂材料在施加和凝固期间设置在盒子14的下面。因此，比材料从上面直接施加到芯片30上，密封剂材料较小可能流过并污染流体喷射头22的不希望的部分，因为重力倾向于把密封剂材料保持在模子40的底部内侧部分43内，从而当从上面施加密封剂材料时，重力倾向于促使密封剂材料润湿芯片的表面。并且，如图7所示，模子40的开口44的内部边缘在分离器48的上面有助于阻碍密封剂流向流体喷射区域32。这些结构下面更详细地描述。
任何合适的材料可以用来形成密封剂38。如上面所讨论，粘度相对低的可凝固的液态材料的使用相对粘度较高的密封剂材料允许更容易充分覆盖所有导线34和触点36。并且，低粘度材料比高粘度材料可能更快流入导线34和触点36之间的空间，且这样有助于减少制造盒子14的时间。用来形成密封剂38的材料也可以基于其它性能来选择。例如，其可以选择为具有足够的弹性以避免由于芯片30热膨胀或收缩造成的破裂，足够的坚固性以抵抗普遍在许多流体喷射装置发现的对流体喷射头清洁点的反复重击，和/或对流体腐蚀足够的化学抵抗力。合适的材料包括，但不限于，环氧材料。合适的环氧材料的例子包括能从Loctite公司得到的LOCTITE 3563，能从Namics公司得到的NAMICS CHIPCOAT，及能从美国ShinEtsu Silicones得到的SIFEL610。
在一个实施例中，用来形成密封剂38的材料可以具有任何合适的预凝固粘度。合适的预凝固粘度包括在大约300至2500厘泊之间范围内的动态粘度，虽然该范围外的粘度也可使用。同样地，密封剂38可以具有任何合适的尺寸。例如，密封剂38可以在凹陷42区域内具有75-100微米的厚度。在邻近凹陷42外面的区域内，密封剂38可具有与流动通路分离器48的高度同样的厚度，其在下面更详细地描述。
如上所述，模子40在密封剂模制过程后可以保留在盒子14上以形成部分保护屏障26。这比在结束密封剂模制过程后移去模子40提供一些优点。例如，因为模子40不作为可凝固的粘滞材料来使用，其可潜在地由比密封剂38宽的选择范围的材料制造，其中的一些比密封剂材料可以具有更合适的化学和机械性能。用于模子40的合适的材料的一个例子是不锈钢。不锈钢能抵抗流体产生的腐蚀，热膨胀产生的破裂，及流体喷射头清洁装置产生的机械破坏，且容易形成模子40的形状。并且，不锈钢的导电性不影响触点34和导线36，因为触点和导线通过密封剂38与模子40电绝缘。其它制造模子40合适的材料包括，但不限于，诸如铝的其它金属，和各种聚合体材料。当模制过程之后模子40保留在盒子40上时，其可采取任何合适的方式粘附在盒子上。在本发明的一些实施例中，模子40在密封剂凝固后通过密封剂粘附在盒子14上。
模子40的壁可以具有任何合适的厚度。当模子40用不锈钢薄片制造时，模子40典型的厚度范围在大约62至87微米之间，尽管该范围外厚度的薄片也可以使用。使用金属薄片形成模子40提供优点，即模子可以通过简单成形过程容易地用单片薄片制造。
当模子40在密封剂模制过程后保留在合适的位置时，模子的边缘和芯片之间很小的区域可能未被密封剂38填充。当该未填充区域存在时，流体可能污染该区域。为了防止该空间成形，或防止流体污染该区域，芯片30或模子40可以包括允许密封剂材料流入模子边缘50和芯片之间的区域以形成密封的结构。
一个允许该密封形成的合适的结构示于图5和6，该结构为一系列形成在芯片30表面内的流动通路46。流动通路46由多个流动通路分离器48分开和/或限定，分离器48采取在流动通路间凸起区域的形式。流动通路46可以作为毛细管通路以通过毛细作用把密封剂吸入模子40边缘下面的芯片30区域。流动通路46以任何合适的方式成形在芯片30上，例如，通过用光可成像材料遮盖芯片30上设置流动通路分离器48的区域(和芯片不被蚀刻的其它区域)，随后蚀刻芯片的表面。可选地，一系列流动通路可以在模子40的底部内表面43的边缘区域50内形成，而代替在芯片30内部。当芯片30表面内形成流动通路时，如实施例描述，流动通路分离器可用形成在芯片上表面的氧化物层(或其它电绝缘层)制造。如果需要，绝缘带39也可以沿着芯片30边缘形成，以进一步帮助导线36与芯片30的大部分绝缘。绝缘带39设置在密封的区域内，在导线36和芯片30之间，及触点34和芯片30边缘之间，沿着芯片30的一侧。绝缘带39可以用与流动通路46同样的蚀刻步骤形成，或通过单独的加工步骤形成。
流动通路46可以具有任何合适的形状。所描述的流动通路46具有延长的形状，且每个流动通路与邻近的流动通路在每个端连接。然而，流动通路也能具有指状的形状并仅有一个开口端，在这种情况下流动通路分离器48在一端与芯片30的流体喷射区域32连接。同样地，流动通路46也可以具有任何合适的尺寸。典型的尺寸范围包括大约20至35微米之间的深度，大约250至500微米之间的长度，及约30至150微米之间的宽度，然而流动通路46也可以具有这些范围外的尺寸。
图6和7更详细地示出了芯片30和模子40之间的连接。为了清楚，密封剂从图6中省略了。参考图6，模子40的边缘区域50配置为依托在流动通路分离器48的上表面上。因为流动通路分离器48在流动通路46上面延伸，边缘区域50不接触流动通路46的底部表面。因此，当密封剂材料加到模子40上时，密封剂材料自由地流过流动通路46。接下来参考图7，密封剂38的薄带52可在边缘区域50的周围用流过流动通路46的密封剂材料制造，因此有助于密封可能存在于边缘区域50和芯片30表面之间的任何小的缝隙。选择具有适当的润湿性能的密封剂材料有助于防止密封剂润湿流体喷射区域32。凝固后，密封剂38覆盖连接器24的外部部分，及连接器和芯片30之间的连接器24的内部部分。在该实施例中，密封剂38把每个电触点与邻近的电触点绝缘。因此，保护屏障26外部表面最大的部分由模子40形成，且仅密封剂38的薄带52在其密封边缘区域50和芯片30之间的缝隙的地方保持暴露。
尽管本发明在其具体实施例中已经批露，但具体实施例不认为有限制意义，因为许多变化是可能的。本发明的主体内容包括其中批露的各种元素，特征，功能和/或性能的所有新颖的和非显而易见的组合及次组合。下列权利要求书详细指出认为新颖的和非显而易见的某些组合及次组合。这些权利要求可能提到“一个”元素或“第一”元素或其等价物。这些权利要求应理解为包括一个或多个这种元素的结合，不要求也不排除两个或更多这种元素。在本申请或相关申请内通过本权利要求的改善或通过新权利要求的提出，可以要求其它特征，功能，元素，和/或特性的组合和次组合。这些权利要求，无论比原始要求的范围更宽，更窄，相等，或不同，也认为包括在批露的本发明的主体内容内。
Claims (9)
1.一种盒子(14)，其包括：主体(20)；和主体(20)连接的芯片(30)，其中芯片(30)具有流体喷射机构和连到流体喷射机构的电触点(34)；沿着芯片(30)的一侧和主体(20)的一侧延伸的电连接器(24)，该电连接器(24)和电触点(34)连接；覆盖电触点(34)和至少一部分电连接器(24)的密封剂(38)；以及模子(40)，其配置为在制造过程中模制该密封剂(38)，其中，该模子包括定位在流体喷射机构的面向打印介质的顶面上的开口，以允许由流体喷射机构喷射的流体达到打印介质。
2.如权利要求1所述的盒子(14)，模子(40)具有边缘区域(44)，其中多个流动通路(46)在芯片(30)内成形，以容纳预凝固状态下的密封剂(38)，其中流动通路(46)由多个分离器(48)分开，且其中模子(40)的边缘区域(44)接触分离器(48)，以使密封剂(38)在制造过程中流过模子(40)的边缘区域(44)下面的流动通路(46)。
3.如权利要求2所述的盒子，其中流动通路(46)具有大约250至500微米之间的长度。
4.如权利要求2所述的盒子，其中流动通路(46)具有大约30至150微米之间的宽度。
5.一种打印盒子(14)，其包括：配置为喷射流体到打印介质(16)上的打印头(22)，其中打印头(22)包括具有电触点(34)的芯片(30)；为电连接芯片(30)到脱离打印头的电路而连接到芯片(30)的连接器(24)，连接器(24)包括结合到芯片(30)上的电触点(34)的导线(36)；及和芯片(30)连接的模子(40)，其中模子(40)配置为保护导线(36)和电触点(34)不受流体污染，其中，该模子包括定位在打印头的面向打印介质的顶面上的开口，以允许由打印头喷射的流体达到打印介质。
6.如权利要求6所述的打印盒子(14)，其中模子(40)包括突起部分(42)，其通常邻近电触点(34)和导线(36)设置。
7.一种模子(40)，其配置为连接到流体喷射头芯片(30)以允许密封剂(38)在芯片(30)上的多个电触点(34)周围模制，模子(40)包括：模制表面(43)，其配置为覆盖电触点(34)，其中模制表面(43)配置为在模制期间支撑和成形密封剂(38)；以及至少一侧(45)延伸离开模制表面(43)，其中该侧(45)配置为在模制期间容纳密封剂(38)，其中，该模子包括定位在流体喷射头的面向打印介质的顶面上的开口，以允许由流体喷射头喷射的流体达到打印介质。
8.一种流体喷射盒子(14)，其包括：主体(20)；流体喷射头(22)，其可操作地和主体(20)连接且配置为喷射流体，其中流体喷射头(22)包括具有电触点(34)的芯片(30)；电连接到芯片(30)上的电触点(34)的连接器(24)；用来保护电触点(34)和至少部分连接器(24)不受流体污染的密封剂(38)，以及模子(40)，其配置为在制造过程中模制该密封剂(38)，其中，该模子包括定位在流体喷射头的面向打印介质的顶面上的开口，以允许由流体喷射头喷射的流体达到打印介质。
9.一种用来保护流体喷射头(22)内芯片(30)上的导线(36)和电触点(34)的电连接的方法，该方法包括：把模子(40)和芯片(30)连接，以使模子(40)邻近电触点(34)设置，且与电触点隔开；及在模子(40)和电触点(34)之间增加可模制的密封剂(38)，其中，该模子制成为包括定位在流体喷射头的面向打印介质的顶面上的开口，以允许由流体喷射头喷射的流体达到打印介质。
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