CN101903179B - 基板上的熔丝腔 - Google Patents

Abstract

公开了一种系统的实施例，该系统具有：第一装置，用于邻近基板上形成的部件形成腔，以及形成在所述腔与所述第一装置的第一表面之间的单个孔口，所述第一装置的第一表面与邻近于所述基板的第一装置的第二表面相对；以及第二装置，用于在所述第一表面的包围所述单个孔口的至少一部分上封住所述腔。

Description

基板上的熔丝腔

背景技术

作为流体喷射系统的一个实施例的喷墨打印系统可以包括：打印头；向打印头供应液体墨的墨供应部；以及控制打印头的电子控制器。作为流体喷射装置的一个实施例的打印头通过多个孔口或喷嘴喷射墨滴。

在喷墨打印系统中的流体喷射装置可以包括熔丝作为可编程只读存储器(PROM)的一部分。这些熔丝用于在制造或使用该装置期间通过熔断选择的熔丝来存储信息。但是，熔断熔丝可能会损坏流体喷射装置的部分。如果不希望的流体或非流体材料与熔断熔丝附近的受损部分发生接触，熔丝可能实际上变成未熔断的并由此改变由熔丝存储的信息的比特。同时，靠近熔丝布置的材料可能影响熔断熔丝的热或电环境。

附图说明

图1是示出喷墨打印系统的一个实施例的框图。

图2是示出打印头管芯(die)的一个实施例的一部分的图示。

图3是示出在打印头管芯的一个实施例中沿着墨馈给槽布置的液滴(drop)生成器的布局的图示。

图4A-4B是示出打印头管芯的一部分的一个实施例的侧剖视图和顶剖视图的图示。

图5是示出具有熔丝孔口和墨喷嘴的打印头管芯的一个实施例的顶视图的图示。

图6是示出用于在打印头管芯中形成熔丝腔的方法的实施例的流程图。

图7A-7C是示出打印头管芯中的熔丝腔的制造实施例的图示。

具体实施方式

在以下的详细描述中，对附图进行参考，附图形成本公开的一部分，并且其中通过例证的方式示出了其中可以实现所公开主题的特定实施例中。要理解，可以使用其他实施例，也可以进行结构或逻辑的改变，而不偏离本公开的范围。因此，以下的详细描述不应在限制意义上进行理解，而是本公开的范围由所附权利要求书来限定。

根据一个实施例，材料层形成邻近基板上的部件的腔。该材料层包括在腔与该层的顶表面之间的单个孔口，所述顶表面与邻近基板的该层的底表面相对。孔口提供接入点，用于从该层除去材料以限定所述腔。封装层通过利用封装材料覆盖孔口来封住该腔。该腔为所述部件提供期望的热和电环境，以及封装层防止流体和非流体材料进入该腔。

图1是示出喷墨打印系统20的一个实施例的框图。喷墨打印系统20构成流体喷射系统的一个实施例，所述流体喷射系统包括流体喷射装置，诸如喷墨打印头组件22；以及流体供应组件，诸如墨供应组件24。喷墨打印系统20还包括安装组件26、介质传输组件28以及电子控制器30。至少一个电源32向喷墨打印系统20的各个电部件提供功率。

在一个实施例中，喷墨打印头组件22包括至少一个打印头或打印头管芯40，所述打印头或打印头管芯40通过多个孔口或喷嘴34向打印介质36喷射墨滴，以便打印到打印介质36上。打印头40是流体喷射装置的一个实施例。打印介质36可以是任何类型的适当的片状材料，诸如纸、卡片材料、透明片(transparencies)、聚脂薄膜(Mylar)、织物等等。典型地，喷嘴34以一个或多个列或阵列布置，以便随着喷墨打印头组件22和打印介质36相对彼此移动，来自喷嘴34的墨的适当按序喷射导致在打印介质36上打印字符、符号和/或其他图形或图像。虽然以下的描述涉及墨从打印头组件22的喷射，但是要理解，可以从打印头组件22喷射其他液体、流体或可流动的材料，包括清澈流体(clear fluid)。

作为流体供应组件的一个实施例的墨供应组件24向打印头组件22提供墨，并包括储存器38用于存储墨。由此，墨从储存器38流向喷墨打印头组件22。墨供应组件24和喷墨打印头组件22能够形成单向墨输送系统或再循环墨输送系统。在单向墨输送系统中，在打印期间消耗基本上所有提供给喷墨打印头组件22的墨。在再循环墨输送系统中，在打印期间仅仅消耗提供给打印头组件22的墨的一部分。如此，在打印期间没有消耗掉的墨被返回到墨供应组件24。

在一个实施例中，喷墨打印头组件22和墨供应组件24被一起容纳在喷墨盒或笔中。该喷墨盒或笔是流体喷射装置的一个实施例。在另一实施例中，墨供应组件24与喷墨打印头组件22分离，并通过诸如供应管(未示出)的接口连接向喷墨打印头组件22提供墨。在任一实施例中，墨供应组件24的储存器38可以被除去、更换和/或再填充。在其中喷墨打印头组件22和墨供应组件24被一起容纳在喷墨盒中的一个实施例中，储存器38包括位于盒中的本地储存器，以及还可以包括与盒分开放置的更大的储存器。如此，该分开的更大的储存器用于对本地储存器进行再填充。因此，所述分开的更大的储存器和/或本地储存器可以被除去、更换和/或再填充。

安装组件26将喷墨打印头组件22相对于介质传输组件28定位，以及介质传输组件28将打印介质36相对于喷墨打印头组件22定位。因此，在喷墨打印头组件22与打印介质36之间的区域中邻近喷嘴34限定打印区37。在一个实施例中，喷墨打印头组件22是扫描类型的打印头组件。如此，安装组件26包括用于相对于介质传输组件28移动喷墨打印头组件22来扫描打印介质36的支架(未示出)。在另一实施例中，喷墨打印头组件22是非扫描类型的打印头组件。如此，安装组件26将喷墨打印头组件22固定在相对于介质传输组件28的规定位置处。因此，介质传输组件28将打印介质36相对于喷墨打印头组件22定位。

电子控制器或打印机控制器30典型地包括处理器、固件和其他电子器件，或它们的任何组合，用于与喷墨打印头组件22、安装组件26和介质传输组件28进行通信以及对它们进行控制。电子控制器30接收来自诸如计算机的主机系统的数据39，以及通常包括存储器以用于临时地存储数据39。典型地，沿着电子、红外、光学或其他信息传输路径将数据39发送到喷墨打印系统20。数据39表示例如待打印的文档和/或文件。如此，数据39形成用于喷墨打印系统20的打印作业，并包括一个或多个打印作业命令和/或命令参数。

在一个实施例中，电子控制器30控制喷墨打印头组件22从喷嘴34喷射墨滴。如此，电子控制器30限定喷射的墨滴的图案，该墨滴在打印介质36上形成字符、符号和/或其他图形或图像。通过打印作业命令和/或命令参数来确定喷射的墨滴的图案。

在一个实施例中，喷墨打印头组件22包括一个打印头40。在另一实施例中，喷墨打印头组件22是宽阵列或多头打印头组件。在一个宽阵列实施例中，喷墨打印头组件22包括载体，该载体承载打印头管芯40，提供在打印头管芯40与电子控制器30之间的电通信，以及提供在打印头管芯40与墨供应组件24之间的流体连通。

图2是示出打印头管芯40的一个实施例的一部分的图示。打印头管芯40包括打印或流体喷射元件42的阵列。打印元件42形成在基板44上，在基板44中形成有墨馈给槽46。如此，墨馈给槽46给打印元件42提供液体墨的供应。墨馈给槽46是流体馈给源的一个实施例。流体馈给源的其他实施例包括但不限于：馈给对应的蒸发腔的对应单独墨馈给孔，以及多个较短的墨馈给沟(trench)，该墨馈给沟均馈给流体喷射元件的对应组。薄膜结构48中形成有墨馈给通道54，该墨馈给通道54与基板44中形成的墨馈给槽46连通。层50具有顶面50a以及在该顶面50a中形成的喷嘴开口34。层50中还形成有喷嘴腔或蒸发腔56，该喷嘴腔或蒸发腔56与喷嘴开口34和薄膜结构48的墨馈给通道54连通。激发电阻器(firing resistor)52被定位在蒸发腔56中，以及引线58将激发电阻器52电耦合到控制流过所选择的激发电阻器的电流的施加的电路。这里所涉及的液滴生成器60包括激发电阻器52、喷嘴腔或蒸发腔56、以及喷嘴开口34。

在打印期间，墨从墨馈给槽46经由墨馈给通道54流到蒸发腔56。喷嘴开口34在操作时与激发电阻器52相关联，以便在对激发电阻器52激励后，蒸发腔56中的墨微滴通过喷嘴开口34(例如基本上垂直于激发电阻器52的平面)被喷射向打印介质36。

打印头管芯40的示例实施例包括热打印头、压电打印头、静电打印头或本领域中已知的能够集成为多层结构的任何其他类型的流体喷射装置。基板44例如由硅、玻璃、陶瓷或稳定聚合物形成，以及薄膜结构48被形成为包括二氧化硅、碳化硅、氮化硅、钽、多晶硅玻璃或其他适合材料的一个或多个钝化或绝缘层。薄膜结构48还包括至少一个导电层，该导电层限定激发电阻器52和引线58。该导电层被制作成例如包括铝、金、钽、钽-铝或其他金属或金属合金。

在一个实施例中，层50包括光可成像的环氧树脂，例如，由马萨诸塞州Newton的Micro-Chem销售的称为SU8的环氧树脂。利用SU8或其他聚合物制造层50的示例性技术在美国专利No.7226149中进行了详细描述，该专利通过引用结合于此。但是能够采用其他适合材料来形成层50。

图3是示出在打印头管芯40的一个实施例中沿着墨馈给槽46放置的液滴生成器60的图示。墨馈给槽46包括相对的墨馈给槽侧46a和46b。液滴生成器60沿着相对的墨馈给槽侧46a和46b的每一个布置。总共n个液滴生成器60沿着墨馈给槽46放置，其中m个液滴生成器60沿着墨馈给槽侧46a放置，n-m个液滴生成器60沿着墨馈给槽侧46b放置。在一个实施例中，沿着墨馈给槽46放置n＝200个液滴生成器60，以及沿着相对的墨馈给槽侧46a和46b中的每一个放置m＝100个液滴生成器60。在其他实施例中，能够沿着墨馈给槽46布置任何适合数目的液滴生成器60。

墨馈给槽46向沿着墨馈给槽46布置的n个液滴生成器60中的每一个提供墨。该n个液滴生成器60中的每一个包括激发电阻器52、蒸发腔56和喷嘴34。n个蒸发腔56的每一个通过至少一个墨馈给通道54流动地耦合到墨馈给槽46。液滴生成器60的激发电阻器52以受控顺序来激励，以从蒸发腔56并通过喷嘴34喷射流体，从而在打印介质36上打印图像。

图4A-4B是分别示出打印头管芯40的一部分的一个实施例的侧剖视图和顶剖视图的图示。打印头管芯40包括任何适合数目的可编程熔丝70，该可编程熔丝70形成在基板40上的薄膜层48中的导电层中。引线(未示出)将熔丝70连接到打印头管芯40的结合垫(未示出)，以提供从打印头组件22到熔丝的导电路径。熔丝70用作可编程只读存储器(PROM)的ID比特。可以在打印头管芯40的制造过程期间或在打印头管芯40的正常操作期间，通过熔断或烧断所选择的熔丝70以便每个熔丝70存储单比特信息，来对PROM进行编程。可以通过在熔丝70两端施加足够的电压达足够的时间段以导致熔丝70从具有低电阻变成具有高电阻，来熔断每个熔丝70。熔丝70的低电阻和高电阻表示不同的逻辑电平。例如，熔断或烧断的熔丝70可以表示1的逻辑电平，而未熔断或未烧断的熔丝70可以表示0的逻辑电平，或者相反。可以由PROM存储的信息的示例包括与打印头管芯40相关联的序号、型号、校准数据和流体数据。

层50可以由并非流体不可渗透的和/或具有可能潜在地干扰熔丝70的期望操作的热或电特性的材料(例如诸如SU8的光可成像的聚合物)来形成。墨或其他流体或非流体材料，如果被允许与熔断的熔丝70发生接触，则可能将熔断的熔丝70短路。此外，如果熔丝被具有不期望的热或电特性的材料覆盖，则可能不能正确地熔断。为了避免这些潜在的问题，层50形成在每个熔丝70之上且邻近该每个熔丝70的腔84，以及腔84被封装层78气密密封。腔84提供对熔断熔丝70有益的热和电特性，以及封装层78在层50之上提供流体不可渗透层，以防止墨或其他流体或非流体材料与熔丝70发生接触。

在图4A和4B的实施例中，层50包括底层(primer layer)72、腔层74和孔口层76。腔层74形成腔84。在图4B中示出沿视线AA的腔84的剖视图。底层72形成在层50的底表面50b与腔84之间的空穴82。底表面50b邻近基板40上的薄膜层48，以及与层50的顶表面50a相对。孔口层76形成顶表面50a与腔84之间的单个孔口86。孔口86提供用于在制造过程期间从层50除去材料来限定腔84的接入点，这在下面会进行更详细描述。

对层50的表面50a(也就是孔口层76的顶表面)施加封装层78，以通过将包括孔口86的表面50a的部分包围住来封住腔84。在腔84中的气压提供抵抗所施加的封装层78的封装材料的阻力，来防止封装材料通过毛细作用过远地传送(wick too far into)到孔口86中。另外，孔口层76形成的孔口86的尺寸足够小，以防止封装材料通过毛细作用过远地传送到孔口86中。结果，封装材料在被施加时部分地延伸到孔口86中，并形成在孔口86中的边缘90，这在下面会进行更详细描述。

在其他实施例中，底层72和空穴82可以省略，以便完全邻近薄膜层48地形成腔84。另外，在其他实施例中，层50可以包括其他数目的子层，用于形成腔84和/或孔口86。

在图4A和4B的实施例中，层50限定孔口86，以便孔口86在平行于包括表面50a或50b的平面的方向上偏离熔丝70。层50还限定空穴82，以便空穴82定位为邻近熔丝70，并在平行于包括表面50a或50b的平面的方向上偏离孔口86。偏离孔口86和空穴82，以便如果在相同平面内形成，则孔口86和空穴82的截面不会重叠，如由图4B中的视图AA中利用虚线指示的孔口86和空穴82的相对位置所示的。

在其他实施例中，假如腔84包括足够的尺寸以提供足够气压来防止所施加的封装材料过远地侵入到孔口86和/或腔84中，层50可以将孔口86限定为仅仅部分地偏离熔丝70和/或空穴82或在熔丝70和/或空穴82之上。

在图4A和4B的实施例中，层50将腔84限定为包括子腔84A、84B和84C。子腔84A和84B具有基本上为方形且尺寸相等的截面，而子腔84C具有小于子腔84A和84B的截面的基本上为方形的截面，如图4B中所示。在一个实施例中，子腔84A和84B的截面的各边均可以是16μm，子腔84C的截面的各边均可以是8μm，孔口86的截面的直径可以是12μm，以及空穴82的截面的各边均可以是8μm。在其他实施例中，子腔84A、84B和84C、孔口86以及空穴82的截面可以具有其他的形状和/或尺寸。

层50将子腔84A限定为邻近空穴82和熔丝70、将子腔84B限定为邻近孔口86、以及将子腔84C限定为在子腔84A和84B之间。子腔84C比子腔84A和84B更窄。在图4B中示出的子腔84C的更窄的区域88A和88B形成在子腔84C的相对侧上的夹点(pinch point)。在图4A中的虚线89A和89B示出了腔84中的夹点的截面。如果任何封装材料到达子腔84C，则夹点使得封装材料的表面张力形成弯月面，该弯月面用于最小化封装材料到子腔84C中的毛细作用传送。

封装层78邻近表面50a形成，并包围包括孔口86的表面50a的部分。当被施加时，封装材料可能通过毛细作用传送到至少孔口86中，如边缘90所示。封装材料将打印头管芯40结合到打印头组件22，并封住结合垫(未示出)以防止墨接触所述结合垫。封装材料可以是任何适合的粘性粘合材料，所述粘性粘合材料被固化以形成固态封装层78。图5是示出具有熔丝孔口86和墨喷嘴34的打印头管芯40的一个实施例的顶视图的图示。具有相应熔丝孔口86的熔丝腔84以任何适合的布置被布置在打印头管芯40的周边附近。液滴生成器60以任何适合的布置被布置为远离打印头管芯40的周边。封装层78覆盖表面50a的部分50a-1以包围如由虚线圆圈所示的所有熔丝孔口86，所述虚线圆圈表示熔丝孔口86。封装层78没有延伸到表面50a的部分50a-2中，以便封装层78不阻塞或覆盖墨喷嘴34。可以在部分50a-2上施加一个或多个附加材料层，以增加打印头管芯40的顶表面的流体不可渗透性。

在以上的实施例中，可以在基板40上形成其他部件来代替熔丝70。

图6是示出用于在打印头管芯40中形成熔丝腔84的方法的实施例的流程图。将参考图4A-4B以及图7A-7C描述图6的实施例。图7A-7C是示出在打印头管芯40中制造熔丝腔84的实施例的图示。

在图6的实施例中，使用在第一材料层50的第一表面50a中的单个孔口86，邻近在基板40上形成的部件(例如熔丝70)在层50中形成腔84，如框102中所示，其中所述第一表面50a与邻近基板的层50的第二表面50b相对。

在一个实施例中，腔84可以使用在美国专利No.7226149中描述的脱蜡法形成，该专利通过引用结合于此。在此实施例中，底层72(例如诸如SU8的负型光致抗蚀剂)当存在时可以被施加在薄膜层48上(例如通过旋涂)以及被图案化以除去空穴82，如图7A中所示。在一个实施例中，通过对底层72进行曝光、曝光后烘焙、显影以及热固化，来对底层72进行图案化。

腔层74(例如诸如SU8的负型光致抗蚀剂)被施加到底层72和/或薄膜层48上(例如通过旋涂)，并被图案化以除去腔84和空穴82，如图7B中所示。在一个实施例中，通过对腔层74进行曝光、曝光后烘焙、显影以及热固化，来对腔层74进行图案化。腔层74还包括变窄区，以形成上述的子腔84C中的夹点。

在腔层74、底层72(如果存在的话)以及薄膜层48上施加一层填充材料110(例如酚醛清漆树脂或包括酚醛清漆树脂的光致抗蚀剂，诸如SPR220)，如图7B中所示。填充材料110被填充到由腔84和空穴82创建的空腔(cavity)中，并且然后使用抗蚀剂回蚀(etch back)、CMP或其他适合的平坦化技术来进行平坦化以与腔84的顶部齐平。

孔口层76(例如诸如SU8的负型光致抗蚀剂)被施加到腔层74和填充材料110上(例如通过层叠SU8的干膜)，并被图案化以除去孔口86、腔84和空穴82，如图7C中所示。在一个实施例中，通过对孔口层76进行曝光、曝光后烘焙、显影以及热固化，来对孔口层76进行图案化。在对孔口层76进行图案化的过程中，除去在填充结构110上的一部分孔口层76以形成孔口86，如图7C中所示。孔口86可以如图7C中所示且如上描述地形成为偏离熔丝70(也就是不在熔丝70正上方)，以提供在孔口86与熔丝70之间的额外距离。在对孔口层76进行图案化时还利用显影剂除去填充材料110，以形成图4A中所示的腔84和空穴82。

返回参考图6，在形成腔84之后，在层50的第一表面50a的包围孔口86的部分50a-1(图5中所示)上形成第二材料层78。将粘性封装材料分布到表面50a上，以覆盖孔口86并将层50结合到基板40。腔84中的气压提供抵抗施加的封装材料的阻力，以防止封装材料通过毛细作用过远地传送到孔口86中。如果任何封装材料到达子腔84C，则腔84中的夹点防止封装材料通过毛细作用传送到子腔84A中。封装层78气密密封腔84，以防止流体和非流体材料通过孔口86进入腔84。

对于上述的实施例，可以使用单个孔口来除去腔层中的材料，从而在基板上的每个熔丝之上形成腔。可以利用封装材料覆盖孔口，并使用腔中存在的空气不让封装材料接触熔丝。可以在腔中形成夹点，以进一步确保封装材料不接触熔丝。另外，可以通过在每个腔中包括单个熔丝，来最小化为了形成腔而除去的材料的量。该腔可以提供适合的热和电环境以让熔丝熔断同时防止将不期望的材料暴露于熔断的熔丝区域。

虽然这里为了对实施例进行说明的目的示出并描述了特定实施例，但本领域普通技术人员将知道，对于所示和所描述的特定实施例可以以广泛多种的替代和/或等效实现方式进行替换，而不偏离本公开的范围。本领域技术人员将容易地知道，本公开可以在非常广泛多种的实施例中实现。此申请意图覆盖这里讨论的所公开实施例的任何适配或变化。因此，显然意图由权利要求书及其等效物来限定本公开的范围。

Claims (12)

1.一种打印头，包括：

基板(44)；

所述基板(44)上的第一层(50)；

所述基板(44)上的液滴生成器(60)，其包括所述第一层(50)的第一表面(50a)中的喷嘴(34)、激发电阻器(52)和喷嘴腔(56)；

所述基板(44)上的可编程熔丝(70)；

所述可编程熔丝(70)之上的所述第一层(50)中的腔(84)，所述腔(84)包括在所述腔(84)与所述第一层(50)的所述第一表面(50a)之间的孔口(86)，所述第一层的所述第一表面与邻近于所述基板(44)的所述第一层(50)的第二表面(50b)相对；以及

封装层(78)，用于封住所述腔(84)，其中所述封装层(78)布置在所述第一层(50)的所述第一表面(50a)上以便覆盖所述腔(84)的所述孔口(86)但不覆盖所述喷嘴(34)。

2.根据权利要求1所述的打印头，其中，所述封装层(78)至少部分地延伸到所述孔口(86)中。

3.根据权利要求1所述的打印头，其中，所述孔口(86)在平行于所述第一平面(50a)的方向上偏离所述可编程熔丝(70)。

4.根据权利要求1所述的打印头，其中，所述腔(84)包括第一子腔(84B)和第二子腔(84A)，所述第一子腔(84B)邻近所述孔口(86)，所述第二子腔邻近所述可编程熔丝(70)并在平行于所述第一表面(50a)的方向上偏离所述第一子腔(84B)。

5.根据权利要求4所述的打印头，其中，所述腔(84)包括在所述第一子腔(84B)与所述第二子腔(84A)之间的第三子腔(84C)，以及其中，所述第三子腔(84C)比至少所述第一子腔(84B)更窄。

6.根据权利要求1所述的打印头，包括所述第二表面(50b)与所述腔(84)之间的空穴(82)，所述空穴(82)邻近所述可编程熔丝(70)。

7.根据权利要求1所述的打印头，其中所述第一层(50)包括光可成像的聚合物。

8.一种用于制造打印头的方法，所述打印头包括基板(44)，所述基板(44)上的第一层(50)，所述基板(44)上的包括所述第一层(50)的第一表面(50a)中的喷嘴(34)、激发电阻器(52)和喷嘴腔(56)的液滴生成器(60)以及所述基板(44)上的可编程熔丝(70)，所述方法包括：

使用在所述第一层(50)的所述第一表面(50a)中的孔口(86)，在所述可编程熔丝(70)之上的所述第一层(50)中形成腔(84)，其中所述第一表面(50a)与邻近于所述基板(44)的所述第一层(50)的第二表面(50b)相对；以及

形成用于封住所述腔(84)的封装层(78)，其中所述封装层(78)被形成在所述第一层(50)的所述第一表面(50a)上以便覆盖所述腔(84)的所述孔口(86)但不覆盖所述喷嘴(34)。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

在所述基板(44)上施加腔层(74)；

对所述腔层(74)进行平坦化；

在所述腔层(74)上施加孔口层(76)；以及

通过所述孔口(86)除去所述腔层(74)的一部分，以形成所述腔(84)。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

除去在所述腔层(74)之上的所述孔口层(76)的一部分，以形成所述孔口(86)。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括：

对所述基板(44)施加底层(72)；

从所述底层(72)中除去空穴(82)；以及

在所述空穴(82)中施加所述腔层(74)。

12.根据权利要求8所述的方法，还包括：

在所述孔口(86)与所述可编程熔丝(70)之间的所述腔(84)中形成夹点(84C)。

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