CN102470671A

CN102470671A - 具有后侧电连接的喷墨打印头组件

Info

Publication number: CN102470671A
Application number: CN2009801602087A
Authority: CN
Inventors: G·J·麦克沃依; R·P·S·欧瑞丽; D·M·约翰斯通; K·西尔弗布鲁克
Original assignee: Silverbrook Research Pty Ltd
Current assignee: Memjet Technology Ltd
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2029-07-27
Also published as: KR20120031499A; CN102470671B; SG176568A1; JP2012529384A; WO2011011807A1; JP5475116B2; KR101444560B1; EP2496419A4; EP2496419A1; EP2496419B1

Abstract

本发明公开一种喷墨打印头组件，所述喷墨打印头组件包括供墨歧管、打印头集成电路以及用于向打印头集成电路中的驱动电路供给电力的连接器膜。每个打印头集成电路具有包括驱动电路和喷墨喷嘴组件的前侧部、附接至供墨歧管的后侧部、以及在后侧部和喷墨喷嘴组件之间提供流体连通的供墨通道。连接器膜的连接端部被夹在供墨歧管的一部分和打印头集成电路之间。

Description

具有后侧电连接的喷墨打印头组件

技术领域

本发明涉及打印机并且尤其是喷墨打印机。本发明主要被开发用于提供改进的打印头集成电路安装从而便于打印头的维护。

背景技术

申请人先前已经证实，页宽喷墨打印头可以利用多个打印头集成电路(“芯片”)构造，所述多个打印头集成电路(“芯片”)沿页面宽度方向端对端相邻接。虽然该打印头集成电路布置具有许多优点(例如最小化沿进纸方向的打印区域的宽度)，但是每个打印头集成电路仍然必须与其他打印机电子设备相连接，所述其他打印机电子设备向每个打印头集成电路供给电力和数据。

迄今，申请人已经描述如何通过将每个打印头集成电路上的结合垫线焊至柔性PCB而将打印头集成电路连接至外部电力/数据供给(参见例如US 7,441,865)。然而，线焊部从打印头喷墨面突起并且因此能够对打印维护和打印质量产生有害的效果。

期望的是提供有一种打印头组件，在所述打印头组件中打印头集成电路与外部电力/数据供给相连接而这些连接不会影响打印维护和/或打印质量。

发明内容

因此，在第一方面提供有一种喷墨打印头组件，所述喷墨打印头组件包括：

供墨歧管；

一个或更多个打印头集成电路，每个打印头集成电路具有包括驱动电路和多个喷墨喷嘴组件的前侧部、附接至供墨歧管的后侧部、以及用于提供后侧部和喷墨喷嘴组件之间流体连通的至少一个供墨通道；以及

用于向驱动电路供给电力的至少一个连接器膜，其中连接器膜的连接端部被夹在供墨歧管的至少一部分和一个或更多个打印头集成电路之间。

根据本发明的喷墨打印头组件有利地提供适宜的装置，所述适宜的装置用于将打印头集成电路附接至供墨歧管、同时将电连接部容纳于打印头。此外，打印头的前侧面沿其整个范围是完全平坦的。

可选地，连接器膜包括具有多个导电轨道的柔性聚合物膜。

可选地，连接器膜是载带自动焊(TAB)膜。

可选地，后侧部具有用于容纳连接器膜的凹陷部分。

可选地，凹陷部分沿每个打印头集成电路的纵向边缘区域被限定。

可选地，多个硅贯通连接器提供驱动电路和连接器膜的连接端部之间的电连接。

可选地，每个硅贯通连接器从前侧部朝向后侧部线性延伸。

可选地，每个硅贯通连接器朝向后侧部变细。

可选地，每个硅贯通连接器包括铜。

可选地，每个打印头集成电路包括：

硅衬底；

包括驱动电路的至少一个CMOS层；以及

包括喷墨喷嘴组件的MEMS层，

其中CMOS层被定位于硅衬底和MEMS层之间。

可选地，每个硅贯通连接器从MEMS层中的接触垫片通过CMOS层朝向后侧部线性延伸，接触垫片与CMOS层电连接。

可选地，打印头组件包括在接触垫片和CMOS层之间线性延伸的一个或更多个导体柱。

可选地，每个硅贯通连接器与CMOS层电绝缘。

可选地，每个硅贯通连接器具有包括绝缘膜的外侧壁。

可选地，外侧壁包括在硅贯通连接器的导电芯部和绝缘膜之间的扩散隔层。

可选地，每个硅贯通连接器通过钎焊与膜的连接端部相连接。

可选地，膜与多个打印头集成电路一起被结合至供墨歧管。

可选地，多个打印头集成电路以端对端邻接的布置被定位以提供页宽打印头组件。

可选地，打印头的前侧面是平坦的并且无任何线焊连接。

可选地，前侧面涂覆有疏水的聚合物层(例如PDMS)。

在第二方面，提供有一种打印头集成电路，所述打印头集成电路具有：

包括驱动电路和多个喷墨喷嘴组件的前侧部；

用于附接至供墨歧管的后侧部；以及

用于提供后侧部和喷墨喷嘴组件之间流体连通的至少一个供墨通道，

其中后侧部具有凹陷部分，所述凹陷部分用于容纳向驱动电路供给电力的连接器膜的至少一部分。

可选地，当后侧部被附接至供墨歧管时，连接器膜的连接端部被夹在打印头集成电路和供墨歧管的至少一部分之间。

可选地，凹陷部分沿打印头集成电路的纵向边缘区域被限定。

可选地，凹陷部分包括多个集成电路触头，每个集成电路与驱动电路相连接。

可选地，连接器膜是载带自动焊(TAB)膜，并且集成电路触头被定位成与TAB膜的相应触头相连接。

可选地，多个硅贯通连接器从前侧部朝向后侧部线性延伸，每个硅贯通连接器提供驱动电路和相对应的集成电路触头之间的电连接。

可选地，每个集成电路触头由各自的硅贯通连接器的端部限定。

可选地，后侧部具有沿打印头集成电路纵向延伸的多个供墨通道，每个供墨通道限定用于从供墨歧管接收墨的一个或更多个进墨口。可选地，每个供墨通道想多个前侧入口供墨。可选地，每个前侧入口向喷墨喷嘴组件中的一个或更多个供墨。

可选地，每个供墨通道具有与凹陷部分的深度相对应的深度。

在第三方面，提供有一种打印头集成电路，所述打印头集成电路包括：

限定前侧部和后侧部的硅衬底；

定位于前侧部处的多个喷墨喷嘴组件；

用于向喷墨喷嘴组件供给电力的驱动电路；以及

从前侧部朝向后侧部延伸的一个或更多个硅贯通连接器，硅贯通连接器提供驱动电路和一个或更多个相对应的集成电路触头之间的电连接，

其中，集成电路触头被定位成连接至向驱动电路供给电力的后侧安装的连接器膜。

可选地，每个集成电路触头由各自硅贯通连接器的端部限定。

在第四方面，提供有一种制造具有后侧电连接的喷墨打印头组件的方法，所述方法包括以下步骤：

提供一个或更多个打印头集成电路，每个打印头集成电路具有包括驱动电路和多个喷墨喷嘴组件的前侧部、具有一个或更多个进墨口和凹陷边缘部分的后侧部、以及延伸穿过集成电路的一个或更多个连接器，每个连接器具有连接至驱动电路的头部和在凹陷边缘部分中的基部；

将连接器膜的连接端部定位于打印头集成电路中的至少一个的凹陷边缘部分中，该连接器膜包括多个导电轨道，每个导电轨道在连接端部处具有各自的膜触头；

将每个膜触头连接至相对应的连接器的基部；并且

将每个打印头集成电路的后侧部与连接器膜一起附接至供墨歧管以便于提供具有后侧电连接的喷墨打印头组件。

可选地，附接步骤将连接器膜的连接端部夹在一个或更多个打印头集成电路和供墨歧管的一部分之间。

可选地，膜是载带自动焊(TAB)膜。

可选地，连接步骤包括将每个膜触头钎焊至其相对应的连接器的基部。

可选地，附接步骤利用粘附膜被执行。

可选地，粘附膜具有限定在其中的多个供墨孔。

可选地，附接步骤包括将每个打印头集成电路与粘附膜对齐以使得每个供墨孔与进墨口对齐，将打印头集成电路结合至粘附膜的一侧，以及将膜的相反一侧结合至供墨歧管。

可选地，在连接步骤，每个打印头集成电路被连接至各自的连接器膜。

可选地，在连接步骤，多个打印头集成电路被连接至相同的连接器膜。

可选地，多个打印头集成电路以端对端相邻接的布置被附接至供墨歧管以提供页宽打印头组件。

在第五方面，提供有一种制造配置成后侧电连接的打印头集成电路的方法，所述方法包括以下步骤：

提供晶片，所述晶片包括在晶片前侧部上的多个部分制造的喷嘴组件以及从晶片的前侧部朝向后侧部延伸的一个或更多个硅贯通连接器；

将导电层沉积在晶片的前侧部上并且蚀刻导电层以便于同时形成用于每个喷嘴组件的致动器以及在每个硅贯通连接器的头部上方的前侧接触垫片，前侧接触垫片将硅贯通连接器连接至晶片中的驱动电路；

进一步执行MEMS工艺步骤以最后形成喷嘴组件、用于喷嘴组件的供墨通道以及硅贯通连接器；以及

将晶片分成多个单独的打印头集成电路，每个打印头集成电路被配置成通过硅贯通连接器和接触垫片与驱动电路进行后侧连接。

可选地，导电材料从包括以下的组中选择：氮化钛、氮化钛铝、钛、铝、以及钒铝合金。

可选地，致动器从包括以下的组中选择：热泡形成致动器以及热弯曲致动器。

可选地，进一步的MEMS工艺步骤包括将材料沉积至接触垫片上以便于密封或包封接触垫片。

可选地，进一步的MEMS工艺步骤包括蚀刻晶片的后侧部以便于限定用于每个打印头集成电路的后侧凹陷部分和供墨通道。

可选地，供墨通道和后侧凹陷部分具有同样的深度。

可选地，后侧蚀刻暴露出在后侧凹陷部分中的每个硅贯通连接器的底座，每个底座包括集成电路触头。

可选地，硅贯通连接器沿每个打印头集成电路的纵向边缘区域被定位，并且后侧凹陷部分沿纵向边缘区域延伸。

可选地，集成电路触头被定位成用于与TAB膜的相应触头相连接。

可选地，CMOS层包括驱动电路，并且喷嘴组件被设置于形成在CMOS层上的MEMS层中。

可选地，一个或更多个导体柱在接触垫片和CMOS层之间和/或在致动器和CMOS层之间线性延伸。

可选地，导体柱在导电层沉积之前形成。

可选地，导体柱与硅贯通连接器同时形成。

可选地，导体柱和硅贯通连接器通过将导电材料沉积至预限定的通孔内而形成。

可选地，导电材料通过化学镀工艺沉积。

可选地，预限定的通孔中的每一个具有与深度成比例的直径以使得全部通孔通过沉积被均匀地填充。

可选地，导电材料是铜。

可选地，进一步的MEMS工艺步骤包括使用疏水的聚合物层涂覆前侧面。

可选地，疏水的聚合物层包括PDMS。

可选地，进一步的MEMS工艺步骤包括氧化地移除牺牲材料。

附图说明

本发明的实施例现在将参考下列附图被详细加以描述，在所述附图中：

图1为打印头集成电路的正视立体图；

图2为一对相邻接的打印头集成电路的正视立体图；

图3为图1中所示的打印头集成电路的后视立体图；

图4为具有底部进墨口的喷墨喷嘴组件的截面立体图；

图5为具有侧壁进墨口的喷墨喷嘴组件的截面立体图；

图6为打印头组件的侧面立体图；

图7为图6中所示的打印头组件的下部立体图；

图8为图6中所示的打印头组件的分解上部立体图；

图9为图6中所示的打印头组件的分解下部立体图；

图10为附接至供墨歧管的打印头集成电路的覆盖平面视图；

图11为图10的放大视图；

图12为喷墨打印机的立体图；

图13为图6中所示的打印头组件的示意性剖视图；

图14为根据本发明的打印头组件的示意性剖视图；

图15为根据本发明的可替代的打印头组件的示意性剖视图；

图16至24为制造根据本发明的打印头集成电路的各种阶段后的晶片的示意性剖视图；

图25为根据本发明的打印头集成电路的示意性剖视图。

具体实施方式

向打印头集成电路(IC)供墨

迄今，申请人已经描述打印头集成电路(或“芯片”)100，所述打印头集成电路(或“芯片”)100可以以端对端邻接的布置联结在一起以确定页宽打印头。图1以立体图示出打印头IC 100的一部分的前侧面，同时图2示出邻接在一起的一对打印头IC。

每个打印头IC 100包括成行布置的数千个喷嘴102。如图1和2中所示，打印头IC 100被配置成接收并打印五种不同颜色的墨(例如CMYK以及IR(红外的)；CCMMY；或CMYKK)。打印头IC 100的每个颜色通道104包括成对的喷嘴行，该对中的一行打印偶数点并且该对中的另一行打印奇数点。来自每个颜色通道104的喷嘴在进纸方向上被竖直地对齐以执行高分辨率(例如1600 dpi)的点对点打印。在单行上的两个相邻的喷嘴102之间的水平距离(“间距”)大约为32微米，同时在喷嘴行之间的竖直距离基于喷嘴的喷射顺序；然而，行通常被精确数目的点线(例如10点线)分开。喷嘴行的布置以及喷嘴的喷射的更详细的描述能够见于美国专利No.7,438,371，所述专利的内容通过参引的方式并入本文。

一个单独的打印头IC 100的长度通常大约为20至22毫米。因此，为打印A4/US信封尺寸的页，11或12个单独的打印头IC 100被连续地联结在一起。单独的打印头IC 100的数目可以改变以适应其他宽度的纸张。例如，4″照片打印机通常采用5个被联结在一起的打印头IC。

打印头IC 100可以通过各种方式被联结在一起。图2中示出用于联结IC 100的一个特殊的方式。在该布置中，IC 100在其端部处被成形为联结在一起并形成水平的IC线，在邻近的IC之间没有竖直的偏移。具有基本上45°角度的倾斜的连结件106被设在打印头IC之间。连结边缘具有锯齿形轮廓以便于定位相邻接的打印头IC。

从图1和2中显而易见的是，每一行的最左边的送墨喷嘴102以10线的间距下降(dropped)并且布置为三角形配置107。该布置横跨连结件106保持喷嘴的间距以确保墨滴沿打印区域持续地输送。该布置还确保更多的硅设在每个打印头IC 100的边缘处以确保邻接的IC之间充分的联结。包含在每个下降行中的喷嘴必须在不同时间被喷射以确保在相对应的行中的喷嘴喷射至页面上的同一线上。在通过打印头控制器(“SoPEC”)设备执行喷嘴的运行控制时，校正下降的喷嘴行可以通过打印头中的CMOS电路来执行，或者可以在打印头和SoPEC设备之间共享。下降的喷嘴布置及其控制的全面描述包含在美国专利No.7,275,805中，所述专利的内容通过参引的方式并入本文。

现在参考图3，其示出打印头集成电路100的相对的后侧面。供墨通道110被限定在打印头IC 100的后侧部，所述供墨通道110沿打印头IC的长度纵向延伸。这些纵向的供墨通道110与喷嘴入口112相遇，所述喷嘴入口112与前侧部中的喷嘴102流体连通。图4示出打印头IC的一部分，其中喷嘴入口112将墨直接进给到喷嘴腔内。图5示出可替代的打印头IC的一部分，其中喷嘴入口112将墨进给到沿着每一个喷嘴腔行纵向延伸的墨导管114内。在该替代的布置中，喷嘴腔经由侧壁进口从与其相邻的本发明的墨导管周围接收墨。

返回图3，纵向延伸的供墨通道110被硅桥或壁116分割成段。这些壁116为打印头IC 100提供沿着相对于纵向通道110的横向方向的额外机械强度。

墨通过呈两部分LCP成型形式的供墨歧管供给至每个打印头IC100的后侧部。参考图6至9，其示出包括打印头IC 100的打印头组件130，所述打印头IC 100通过粘附膜120被附接至供墨歧管。

供墨歧管包括主LCP模制件122以及密封到其下侧部的LCP通道模制件124。打印头IC 100通过粘附IC附接膜120被结合至通道模制件124的下侧部。LCP通道模制件124的上侧部包括LCP主通道126，所述LCP主通道126与主LCP模制件122中的进墨口127和出墨口128相连接。进墨口127和出墨口128与贮墨装置和供墨系统(未示出)流体连通，所述供墨系统以预定的流体静压力向打印头供给墨。

主LCP模制件122具有多个空气腔129，所述空气腔129与限定在LCP通道模制件124中的LCP主通道126连通。空气腔129用来使供墨系统中的墨压脉冲减幅。

一系列通向打印头IC 100的供墨通路132位于每个LCP主通道126的基部处。粘附膜120具有一系列激光钻出的供给孔134以便于每个打印头IC 100的后侧部与供墨通路132流体连通。

现在参考图10，供墨通路132被布置为五行为一系列。供墨通路132的中间行通过激光钻出的孔134将墨直接进给到打印头IC 100的后侧部，同时供墨通路132的外部的行经由微成型通道135将墨进给到打印头IC，每个微成型通道终止于激光钻出的孔134中的其中一个处。

图11更加详细地示出墨如何被进给到打印头IC 100的后侧供墨通道110。限定在粘附膜120中的每个激光钻出的孔134与相对应的供墨通道110对齐。一般来说，激光钻出的孔134与通道110中的横向壁116中的其中一个对齐，以使得墨被供给至壁116的任一侧上的通道段。该布置减少供墨歧管和打印头IC 100之间所需的流体连接的数目。

为帮助正确定位IC 100，基准103A被设在IC 100的表面上(见图1和11)。基准103A采取标记的形式，所述标记可通过适当的定位装备被容易地识别出以指示IC 100相对于相邻IC的真实位置。粘附膜120具有互补的基准103B，所述互补的基准103B在打印头IC结合至供墨歧管期间帮助将每个打印头IC 100相对于粘附膜对齐。基准103A和103B被策略性地定位成在IC 100的边缘处且沿着粘附IC附接膜120的长度方向。

向打印头集成电路供给数据和电力

现在返回图1，打印头IC 100具有沿其纵向边缘中的其中一个延伸的多个结合垫105。结合垫105提供用于从打印头控制器(“SoPEC”)设备接收数据和/或电力的装置以控制喷墨喷嘴102的运行。

结合垫105连接至打印头IC 100的上部CMOS层。如图4和5中所示，每个MEMS喷嘴组件形成在CMOS层113上，所述CMOS层113包括用于喷射每个喷嘴的必需的逻辑和驱动电路。

返回图6至9，柔性PCB 140被线焊至打印头IC 100的结合垫105。线焊部用线焊密封胶142(通常为聚合树脂)进行密封和保护(见图7)。LCP模制件122包括弯曲的支承翼123，柔性PCB 140围绕所述弯曲的支承翼123被弯曲和固定。支承翼123具有用于适应柔性PCB的各种电组件144的数个开口125。通过该途径，柔性PCB 140能够围绕打印头组件130的外表面弯曲。导纸器148被安装至LCP模制件122相对于柔性PCB 140的相对侧上，并且形成完整的打印头组件130。

打印头组件130被设计为使用者可更换的打印头墨盒的一部分，所述使用者可更换的打印头墨盒的一部分能够从喷墨打印机160中被移除并进行更换(见图12)。因此，柔性PCB 140具有能够将电力和数据连接至打印机本体中的电子设备(包括SoPEC设备)的多个触头146。

由于柔性PCB 140被线焊至每个打印头IC 100上的结合垫105，因此，打印头必然具结合垫周围有在不平坦的纵向边缘区域。这在图13中清楚地示出，图13示出从打印头IC 100的结合垫105延伸的线焊部150，所述打印头IC 100包括多个喷墨喷嘴组件101。在图13中所示出的配置中，结合垫105形成于MEMS层中并且经由连接器柱152连接至下方的CMOS 113。替代地，结合垫105可以是与MEMS层没有任何其他连接的CMOS 113的暴露的上部层。在任一配置中，线焊部从打印头的喷墨面154延伸并且与柔性PCB 140相连接。

线焊至打印头IC 100中的结合垫105具有若干缺陷，主要是由于打印头IC的显著的纵向区域具有从打印头IC的喷墨面154突出的线焊部150(以及线焊部密封胶142)。喷墨面154的不平坦性可导致较差的打印头维护效果。例如，因为线焊部密封胶142无论相对于刮擦方向在喷嘴102上游还是下游均阻挡刮水片的路径，所有刮水片不能扫过喷墨面154的整个宽度方向。

线焊部突起的另一缺陷是整个打印头不能够被疏水涂层(诸如PDMS)所涂覆。申请人已经发现PDMS涂层显著地改善打印质量和打印头维护(参见例如美国公开号US 2008/0225076，其内容通过参引的方式并入本文)，并且完全平坦的喷墨面会更进一步改善此类涂层的功效。

为后侧电连接而配置的打印头集成电路

考虑到线焊部与打印头IC 100的连接的一些内在缺陷，申请人开发了打印头IC 2，所述打印头IC 2使用后侧电连接并因此具有完全平坦的喷墨面。

参考图14，打印头IC 2利用粘附膜120被安装至供墨歧管的LCP通道模制件124。打印头IC 2具有至少一个纵向的供墨通道110，所述纵向的供墨通道110通过喷嘴入口112和墨导管114提供供墨歧管和喷嘴组件101之间的流体连通。因此，打印头组件60(包括打印头IC 2)具有与上述与图1至11所述的打印头组件130(包括打印头IC100)相同的流体布置。

然而，打印头IC 2与打印头IC 100的不同之处在于连接至其CMOS电路层113的电连接。值得注意的是，打印头IC 2缺少沿其纵向边缘区域4的任何前侧线焊。相反，打印头IC 2在其纵向边缘处具有后侧凹陷部6，所述后侧凹陷部6容纳TAB(载带自动焊)膜8。TAB膜8通常为包括多个导电轨道的柔性聚合物膜(例如

膜)，所述多个导电轨道终止于TAB膜的连接器端部处的相对应的膜触头10。TAB膜8被定位成与打印头IC 2的后侧表面12平齐以使得TAB膜和打印头IC 2能够一起被结合至LCP通道模制件124。TAB膜8可以与柔性PCB 140相连接；当然，TAB膜可以与柔性PCB 140集成在一起。替代地，TAB膜8可以利用本领域的技术人员所熟知的替代的连接布置而连接至打印机电子设备。

打印头IC 2具有从其前侧部延伸并进入容纳TAB膜8的纵向凹陷区域部分6的多个硅贯通通孔(through-silicon vias)。每个硅贯通通孔填充导体(例如铜)以限定硅贯通连接器(through-siliconconnector)14，所述硅贯通连接器14提供与TAB膜8的电连接。每个膜触头10利用适合的连接(例如焊球)16连接至硅贯通连接器14的底座或基部15。

硅贯通连接器14延伸穿过打印头IC 2的硅衬底20以及穿过CMOS电路层113。硅贯通连接器14通过绝缘侧壁21与硅衬底20绝缘。绝缘侧壁21可以由与MEMS制造相容的任何适合的绝缘材料(比如非晶硅、多晶硅或二氧化硅)所形成。绝缘侧壁21可以为单层的或多层的。例如，绝缘侧壁21可以包括外部的硅或二氧化硅层和内部的钽层。内部的钽层作为扩散隔层以便于最小化铜向大块硅衬底内的扩散。钽层也可以作为用于硅贯通连接器14的制造期间镀铜的晶种层。

如图14中所示，硅贯通连接器14的头部22与限定在打印头IC 2的MEMS层26中的接触垫片24相遇。MEMS层26被设置在打印头IC 2的CMOS电路层113上并且包括由MEMS工艺步骤形成的所有喷墨喷嘴组件101。

在申请人的热弯曲致动打印头的实例中，比如在US 2008/0129793(其内容通过参引的方式并入本文)所描述的，导电的热弹性致动器25可以限定每个喷嘴腔101的顶部。因此，接触垫片24可以在MEMS制造期间与热弹性致动器25同时形成，并且还可以由同样的材料形成。例如，接触垫片24可以由热弹性材料形成，诸如钒铝合金、氮化钛、氮化钛铝等。

然而，将理解的是：接触垫片24的形成可以被结合至MEMS制造的任何步骤中，并且还可以包括任何合适的导电材料，例如铜、钛、铝、氮化钛、氮化钛铝等。

接触垫片24通过铜导体柱30连接至CMOS电路113的上层，所述铜导体柱30从接触垫片朝向CMOS电路延伸。因此，导体柱30提供TAB膜8和CMOS电路113之间的电连接。

虽然图14中的接触垫片24和连接器柱30的布置适宜与申请人的用于形成热弯曲致动喷墨喷嘴的MEMS制造工艺(如在美国公开号12/323,471中所描述的，其内容通过参引的方式并入本文)相兼容，但是，本发明当然包含可替代的布置，所述可替代的布置提供从后侧TAB膜8至CMOS电路113的类似后侧电连接。

例如，现在参考图15，硅贯通连接器14可以终止于CMOS电路113上方的钝化层27处。嵌入的接触垫片23通过将适合的导电材料沉积至硅贯通连接器的头部22和完全暴露于钝化层27的上部CMOS层而将硅贯通连接器14与上部CMOS层相连接。接下来在MEMS喷嘴制造期间沉积光致抗蚀剂31和顶部层37(例如氮化硅、二氧化硅等)随后提供用于打印头的完全平坦的喷嘴板和喷墨面。此外，嵌入的接触垫片23被顶部层37下方的光致抗蚀剂31完全密封和包封。该替代的接触垫片布置与例如申请人的用于形成热泡形成喷墨喷嘴组件的MEMS制造工艺(如美国专利号6,755,509和7,303,930中所描述的，其内容通过参引的方式并入本文)相兼容。图15中所示的喷嘴组件为热泡形成喷墨喷嘴组件，所述热泡形成喷墨喷嘴组件包括悬挂的加热器元件28和喷嘴开口102，如US 6,755,509中所述。对本领域的技术人员来说显而易见的是，嵌入的接触垫片23和悬挂的加热器元件28可以在MEMS制造期间通过加热元件材料的沉积及后续的蚀刻共同形成。因此，嵌入的接触垫片23可以包括与加热器元件36相同的材料，例如氮化钛、氮化钛铝等。

现在返回图14，应被注意的是，打印头IC 2的喷墨面是完全平坦的并且涂覆有疏水的PDMS层48。PDMS涂层及其优点在美国公开号2008/0225082中被详细加以描述，其内容通过参引的方式并入本文。前面已经提到，喷墨面(包括在打印头集成电路2的纵向边缘区域4处的面中的那些部分)的平坦性在打印头维护和面溢流的控制方面提供显著的优点。

虽然在图14和15中，接触垫片被示意性地示出为与喷嘴102相邻，但是将理解的是，打印头IC 2中的接触垫片24通常占据与打印头IC 100的结合垫105(图1)类似的位置，相应数目的硅贯通连接器14延伸至硅衬底20内。然而，本发明的的一个优点是：接触垫片24无需以对结合垫105所要求的相同方式与喷墨喷嘴102存在较大空间距离，所述结合垫105要求足够的四周空间以容许线焊和线焊部包封。因此，后侧TAB膜的连接能够更有效地利用硅，并且潜在地减少每个IC的整体宽度、或者替代地容许更大量的喷嘴102形成在同样的IC宽度上。例如，大约60-70％的IC宽度被用于打印头IC 100中的喷墨喷嘴102，而本发明能够使超过80％的IC宽度用于喷墨喷嘴。鉴于硅是页宽喷墨打印机中最昂贵的部件之一，这是一个显著的优点。

用于配置成后侧电连接的打印头IC的MEMS制造工艺

现在将详细描述用于图14中所示的打印头IC 2的MEMS制造工艺。该MEMS制造工艺包括在美国公开号12/323,471中所描述的工艺的若干修改以便于加入与TAB膜8后侧部连接所需的特征。虽然MEMS工艺在本文中被详细加以描述以用于说明目的，但是本领域的技术人员理解的是，任何喷墨喷嘴制造工艺的类似修改均提供配置成后侧电连接的打印头集成电路。当然，申请人已经提及用于制造图15中所示的热致动打印头IC的适合的MEMS制造工艺。因此，本发明并不意欲局限于下述特殊的喷嘴组件101。

图16至25示出用于形成图14所描述的打印头IC 2的MEMS制造步骤的顺序。完成的的打印头IC 2包括多个喷嘴组件101以及能够与CMOS电路113后侧连接的特征。

用于MEMS制造的起点是标准CMOS晶片，所述标准CMOS晶片包括硅衬底20和形成在晶片的前侧面上的CMOS电路113。在MEMS制造工艺的结尾，晶片通过蚀刻的划片间隔(dicing streets)被切成单独的打印头集成电路(IC)，所述蚀刻的划片间隔限定从晶片制造的每个打印头IC的尺寸。

虽然本说明书参照在CMOS层113上执行的MEMS制造工艺，但是当然能够被理解的是，CMOS层113可以包括多个CMOS层(例如3或4个CMOS层)并且经常被钝化。CMOS层113可以用例如二氧化硅层钝化，或者更经常地用包括夹在两个二氧化硅层之间的氮化硅层的标准“ONO”堆叠钝化。因此，本文所指的CMOS层113绝对包括钝化的CMOS层，所述钝化的CMOS层通常包括多个CMOS层。

以下的描述关注用于制造一个喷嘴组件101和一个硅贯通连接器14的步骤。然而，当然将理解的是，相对应的步骤被同时执行用于所有的喷嘴组件和所有的硅贯通连接器。

在图16中所示的第一个步骤中，前侧入口孔32被蚀刻穿过CMOS层113并进入CMOS晶片的硅衬底20内。同时，前侧划片间隔孔33被蚀刻穿过CMOS层113并进入硅衬底内。光致抗蚀剂31随后被旋涂到晶片的前侧部上以便于堵塞前侧入口孔32和前侧划片间隔孔33。晶片随后通过化学机械平坦化(CMP)被抛光以提供具有适于后续MEMS步骤的平坦前侧面的晶片，如图16中所示。

参考图17，在下一个步骤中，8微米的低应力二氧化硅层通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积在CMOS层113上。该二氧化硅层35的深度限定喷墨喷嘴组件的每个喷嘴腔的深度。在沉积二氧化硅层35后，随后蚀刻穿过二氧化硅层限定出用于前侧划片间隔孔32的一部分和喷嘴腔的壁36。随后采用硅蚀刻化学方法以延伸前侧划片间隔孔33并蚀刻前侧入口孔32至硅衬底20内。产生的孔32和33接下来通过旋涂光致抗蚀剂以及利用CMP抛光使晶片平坦而被光致抗蚀剂31所堵塞。光致抗蚀剂31是作为用于后续顶部材料沉积的支架的牺牲材料。显而易见的是，可以使用其他适合的牺牲材料(例如聚酰亚胺)用于此目的。

顶部材料(例如二氧化硅、氮化硅、或其混合物)沉积到平坦的二氧化硅层35上以限定前侧顶部层37。顶部层37将限定在完成的打印头IC 2中的刚性平坦喷嘴板。图17示出在MEMS工艺步骤结尾时的晶片。

在下一阶段中，现在参考图18，多个导体柱通孔38被向下蚀刻穿过顶部层37和二氧化硅层35至CMOS层113。蚀刻穿过壁36的导体柱通孔38A将能够使喷嘴致动器连接至下方的CMOS 113。同时，导体柱通孔38B将能够使接触垫片24和下方的CMOS 113之间电连接。

在用导电材料填充通孔38之前，并且在美国申请号12/323,471所描述的工艺的修改方案中，硅贯通通孔39在下一个步骤中通过蚀刻穿过顶部层37、二氧化硅层35、CMOS层113并进入硅衬底20内而被限定(参见图19)。硅贯通通孔39被定位成沿着每个完成的打印头IC 2的纵向边缘区域间隔开(前侧划片间隔孔33有效地限定每个打印头IC 2的纵向边缘)。每个通孔39通常朝向硅衬底20的后侧部变细。通过定位TAB膜8中的膜触头10确定出通孔39的精确位置，当打印头IC被组合并连接至TAB膜时所述膜触头10与每个通孔的基部相遇。

通过使光致抗蚀剂的掩模层40图案化并且蚀刻穿过各种层来执行硅贯通通孔蚀刻。当然，虽然同样的光致抗蚀剂掩模可以被用于每个蚀刻，但是蚀刻穿过各种层的每一个可能需要不同的蚀刻化学方法。

每个硅贯通通孔39通常具有与被堵塞的前侧进墨口32的深度(通常大约20微米)相对应的穿过硅衬底20的深度。然而，取决于TAB膜8的厚度，每个通孔39可以做得比前侧进墨口32更深。

在下一个步骤中，并参考图20和21，硅贯通通孔39设有绝缘壁21，所述绝缘壁21将通孔与硅衬底20隔离。绝缘壁21包括绝缘膜42和扩散隔层43。当每个通孔39填充铜时扩散隔层43最小化铜向大块硅衬底20内的扩散。绝缘膜42和扩散隔层43通过连续的沉积步骤形成，可选地利用掩模层40将每个层有选择地沉积至通孔39内。

绝缘膜42可以包括任何适合的绝缘材料，例如非晶硅、多晶硅、二氧化硅等。扩散隔层43通常为钛膜。

下面参考图22，导体柱通孔38和硅贯通通孔39利用化学镀同时填充高导电金属(诸如铜)。铜沉积步骤同时形成喷嘴导体柱44、接触垫片导体柱30和硅贯通连接器14。可能需要通孔38和39直径的适当尺寸以确保在该步骤期间同时镀铜。在镀铜步骤后，沉积的铜用CMP进行处理，从而在顶部层37上停止以提供平坦的结构。能够看到的是，在化学镀铜期间形成的导体柱30和44与CMOS层113相遇以提供从CMOS层直至顶部层37的线性导电路径。

在下一个步骤中，并且参考图23，热弹性材料被沉积在顶部层37上并且随后被蚀刻以限定用于每个喷嘴组件101的热弹性梁构件25以及覆盖硅贯通连接器14的头部的接触垫片24。

借助于熔接到热弹性梁构件25，二氧化硅顶部层37的一部分作为机械热弯曲致动器的下部被动梁构件46。因此，每个喷嘴组件101包括热弯曲致动器，所述热弯曲致动器包括连接至CMOS 113的上部热弹性梁25以及下部被动梁46。热弯曲致动器的这些类型在例如美国公开号2008/309729中被更加详细地加以描述，其内容通过参引的方式并入本文。

热弹性主动梁构件25可以包括任何适合的热弹性材料，例如氮化钛、氮化钛铝和铝合金。如在申请人的先前美国公开号2008/129793(其内容通过参引的方式并入本文)中所解释的，钒铝合金是优选的材料，因为其结合高热膨胀、低密度和高杨氏模量的有利性质。

如上所述，热弹性材料还被用于限定接触垫片24。接触垫片24在导体柱30的头部和硅贯通连接器14的头部22之间延伸。因此，接触垫片24将硅贯通连接器14与每个导体柱30和下方的CMOS层113电连接。

仍然参考图23，在沉积热弹性材料和蚀刻以限定热弯曲致动器和接触垫片24之后，最终的前侧MEMS制造步骤包括：同步蚀刻喷嘴开口102和前侧间隔开口(street openings)47、以及在整个顶部层37上沉积PDMS涂层48，以便于使前侧面疏水化并为每个热弯曲致动器提供弹性机械密封。PDMS涂层的利用在我们先前的美国公开号11/685,084和11/740,925中被详尽地加以描述，其内容通过参引的方式并入本文。

现在参考图24，晶片的整个前侧部用相对较厚的光致抗蚀剂层49涂覆，所述光致抗蚀剂层49保护前侧MEMS结构并且能够使晶片附接至操作晶片(handle wafer)50以用于后侧MEMS工艺。后侧蚀刻限定出供墨通道110和凹陷部分6，硅贯通连接器14的底座15延伸至所述凹陷部分6内。当硅贯通连接器14的底座15由于后侧蚀刻而被暴露时，绝缘膜42的一部分被移除。后侧蚀刻还能够通过向下蚀刻至堵塞的前侧划片间隔孔33而使得单独的打印头IC分离(singulation)。

最终的保护性光致抗蚀剂49的氧化移除(“灰化”)导致单独的打印头IC 2的分离以及在后侧部和喷嘴组件101之间形成流体连接。图25中所示的制成的打印头IC 2现在准备用于通过连接至硅贯通连接器14的钎焊接头16与TAB膜8相连接。将制成的打印头IC/TAB膜组合随后结合至供墨歧管提供了图14中所示的打印头组件60。

本发明已经通过参考一个优选的实施例和若干具体可替代实施例进行了描述。然而，将被本领域的技术人员理解的是，与具体描述过的实施例不同的一些其他实施例将同样落入本发明的精神和范围之内。因此，将被理解的是，本发明并不意欲局限于本说明书(包括通过交叉引用结合的文件)中描述的具体实施例。本发明的范围仅受到附加权利要求的限制。

Claims

1.一种喷墨打印头组件，所述喷墨打印头组件包括：

供墨歧管；

一个或更多个打印头集成电路，每个打印头集成电路具有包括驱动电路和多个喷墨喷嘴组件的前侧部、附接至所述供墨歧管的后侧部、以及用于提供所述后侧部和所述喷墨喷嘴组件之间流体连通的至少一个供墨通道；以及

用于向所述驱动电路供给电力的至少一个连接器膜，其中所述连接器膜的连接端部被夹在所述供墨歧管的至少一部分和所述一个或更多个打印头集成电路之间。

2.根据权利要求1所述的喷墨打印头组件，其特征在于：所述连接器膜包括具有多个导电轨道的柔性聚合物膜。

3.根据权利要求1所述的喷墨打印头组件，其特征在于：所述连接器膜是载带自动焊(TAB)膜。

4.根据权利要求1所述的喷墨打印头组件，其特征在于：所述后侧部具有用于容纳所述连接器膜的凹陷部分。

5.根据权利要求1所述的喷墨打印头组件，其特征在于：所述凹陷部分沿每个打印头集成电路的纵向边缘区域被限定。

6.根据权利要求1所述的喷墨打印头组件，其特征在于：多个硅贯通连接器提供所述驱动电路和所述连接器膜的所述连接端部之间的电连接。

7.根据权利要求6所述的喷墨打印头组件，其特征在于：每个硅贯通连接器从所述前侧部朝向所述后侧部线性延伸。

8.根据权利要求7所述的喷墨打印头组件，其特征在于：每个硅贯通连接器朝向所述后侧部变细。

9.根据权利要求7所述的喷墨打印头组件，其特征在于：每个硅贯通连接器包括铜。

10.根据权利要求6所述的喷墨打印头组件，其特征在于：每个打印头集成电路包括：

硅衬底；

包括所述驱动电路的至少一个CMOS层；以及

包括所述喷墨喷嘴组件的MEMS层，

其中所述CMOS层被定位于所述硅衬底和所述MEMS层之间。

11.根据权利要求10所述的喷墨打印头组件，其特征在于：每个硅贯通连接器从所述MEMS层中的接触垫片通过所述CMOS层朝向所述后侧部线性延伸，所述接触垫片与所述CMOS层电连接。

12.根据权利要求11所述的喷墨打印头组件，其特征在于：所述喷墨打印头组件包括在所述接触垫片和所述CMOS层之间线性延伸的一个或更多个导体柱。

13.根据权利要求11所述的喷墨打印头组件，其特征在于：每个硅贯通连接器与所述CMOS层电绝缘。

14.根据权利要求11所述的喷墨打印头组件，其特征在于：每个硅贯通连接器具有包括绝缘膜的外侧壁。

15.根据权利要求11所述的喷墨打印头组件，其特征在于：所述外侧壁包括在所述硅贯通连接器的导电芯部和所述绝缘膜之间的扩散隔层。

16.根据权利要求6所述的喷墨打印头组件，其特征在于：每个硅贯通连接器通过钎焊与所述膜的所述连接端部相连接。

17.根据权利要求1所述的喷墨打印头组件，其特征在于：所述膜与多个所述打印头集成电路一起被结合至所述供墨歧管。

18.根据权利要求17所述的喷墨打印头组件，其特征在于：所述多个打印头集成电路以端对端邻接的布置被定位以提供页宽打印头组件。

19.根据权利要求1所述的喷墨打印头组件，其特征在于：所述打印头的前侧面是平坦的并且无任何线焊连接。

20.根据权利要求19所述的喷墨打印头组件，其特征在于：所述前侧面涂覆有疏水的聚合物层。