CN107000436A - 打印头芯片组件 - Google Patents

Abstract

一种打印头芯片组件包括第一和第二打印头芯片。第一和第二芯片的每个具有相应的第一表面和与该第一表面相对的相应的第二表面，该第一表面包括构造于其上的墨分配装置。该第一和第二芯片的每个包括用于墨分配装置的喷嘴。该第一和第二芯片被定位成使得第一芯片的第二表面面向第二芯片的第二表面，并且第一芯片的喷嘴与第二芯片的喷嘴对准。

Description

打印头芯片组件

背景技术

当今被制造用于商用打印机中的压电打印头可利用双侧硅芯片，以便提供多墨滴重量和高喷嘴密度。通过使用光刻和刻蚀方法来制造双侧芯片，从而在硅片的两侧上构建用于墨分配装置的流体通道和压电致动器电路。该片随后被分开为单独的双侧芯片。在硅片的一侧上制造的装置必须当在硅片的另一侧上制造装置时得到保护，这导致制造方法的复杂性增加和来自每个硅片的产量降低。

附图说明

图1A是说明了示例性打印头芯片组件的透视图。

图1B是说明了图1A的打印头芯片组件的分解图。

图1C是说明了图1A的打印头芯片组件的顶部平面图。

图2A是示例性打印头的透视图，其包括类似于图1A中示出的打印头芯片组件的示例性打印头芯片组件。

图2B是图2A的打印头的底部视图，其说明了打印头芯片组件与芯片载体的配准销的示例性对准。

图3是类似于图2A的打印头的示例性打印头的透视图，其说明了用以固定打印头芯片组件的位置的粘合剂的示例。

图4是说明了一种组装打印头的示例性方法的流程图。

图5是说明了一种用于校准打印头的示例性系统的框图。

图6是一种可由图5的系统执行的示例性方法的流程图。

图7是使用图5的系统生成的一种示例性打印头校准图案的示意图。

具体实施方式

图1A、1B和1C说明了一种示例性打印头芯片组件100。图1A是打印头芯片组件100的透视图。图1B是打印头芯片组件100的分解图。图1C是打印头芯片组件100的顶部平面图。打印头芯片组件100可例如是用于压电喷墨打印头中的芯片组件，该压电喷墨打印头类似于用在例如由本申请的受让方Hewlett Packard公司所制造的SCITEX FB10000的商用喷墨打印机中的打印头。打印头芯片组件100还可用在其它类型的打印头和/或打印机中。

如在图1A、1B和1C中所示，打印头芯片组件100可包括芯片102和芯片104。芯片102和芯片104被示出为呈矩形形状，但其它形状也是可预期的，这取决于具体的应用。矩形芯片102和104的示例性尺寸是长度1.5英寸乘宽度0.25英寸，但其它尺寸和大小也是可预期的，这取决于具体的应用。

芯片102和芯片104可例如由硅片或另一种合适的材料制成，这取决于具体的应用。例如，芯片102和芯片104可以是从直径8英寸的圆形硅片分开（例如通过锯割或切削）的单独的芯片段，该硅片具有大约757微米的工业标准厚度。如果对每个芯片使用长度1.5英寸乘宽度0.25英寸的示例性尺寸，那么从直径8英寸的单个硅片可切削出大约96个芯片。其它的片大小和厚度也是可预期的，这取决于具体的应用。

芯片102可具有表面106和相对的表面108。类似地，芯片104可具有表面110和相对的表面112。如在图1A和1B中说明，芯片102的表面106和芯片104的表面110可具有构造在其上的墨分配装置114。墨分配装置114可例如包括用于分配墨经过喷嘴116的压电致动器和流体室。

墨分配装置114可使用例如光刻方法（photolithographic process）构造在表面106和110上，该光刻方法使用掩蔽、沉积和蚀刻步骤的组合，从而形成电路、流体通道和其它结构，以在硅片的前表面上组成每个芯片的墨分配装置114。例如芯片102和芯片104的单个芯片可随后与硅片上的另一芯片分开。举例来说，如果针对每个芯片使用长度1.5英寸乘宽度0.25英寸的尺寸，那么可以从直径8英寸、757微米的单个硅片切削出大约96个芯片，其中每个芯片包括各自具有对应喷嘴116的96个墨分配装置116。也可以使用其它制造方法来产生墨分配装置114，这取决于具体的应用。类似地，也可以预期芯片具有类型、数量和大小不同的墨分配装置114和喷嘴116，这取决于具体的应用。

如在图1A和1B中说明，芯片102和芯片104可定位于彼此相邻。具体来说，芯片102和芯片104可定位使得芯片102的表面108面向芯片104的表面112。在一些示例中，芯片102和芯片104可定位使得包含喷嘴116的开口的芯片102的表面120可与也包含喷嘴116的开口的芯片104的表面122大约齐平。在一些示例中，可以在芯片102和芯片104之间施加一层粘合剂。例如，紫外（UV）固化粘合剂可以被施加到表面108和112中的一者或两者，从而当表面108和112配对时将芯片102和芯片104保持在彼此相邻的位置。一旦芯片102和104根据期望被定位并对准，粘合剂层可被暴露于UV光照下，从而固化粘合剂并将芯片102和芯片104固定就位。

图1C是打印头芯片组件100的顶部平面图，其说明了芯片102相对于芯片104的示例性定位。如图1C中说明，芯片102和芯片104可定位成使得芯片102的喷嘴116与芯片104的喷嘴116对准。具体而言，芯片102的喷嘴116a被示出为相对于芯片104的喷嘴116b和116c位于中心。尽管在图1C中说明的示例示出了位于中心的对准，还可以预期其它对准或偏移，这取决于具体的应用。在一些示例中，喷嘴116a、116b和116c可以相对于彼此对准，精度为大约5微米。

如在图1A和1B中说明，芯片102和芯片104可以是单侧芯片，这与双侧芯片相反。芯片102和芯片104是单侧芯片，在这个意义上，其包括在相对于芯片102的表面106和108的仅一个表面上及相对于芯片104在表面110和112的仅一个表面上组成墨分配装置114的电路、流体通道和其它结构。也就是说，如在图1B中最佳地示出，芯片102可包括构造在表面106上而不是在相对的表面110上的墨分配装置114，并且芯片104可包括构造在表面110上而不是在相对的表面112上的墨分配装置114。在芯片组件102中使用两个单侧芯片使得多滴重量、高喷嘴密度、低串扰和更高可靠性成为可能。

与一个双侧芯片相反，在芯片组件100中使用两个单侧芯片还使得不需要在建立于双侧打印头芯片上的芯片的两侧上都构造墨分配装置114。在芯片的两侧上都构造墨分配装置要求：在硅片的例如一侧上制造的装置在硅片的另一侧上制造墨分配装置时被加以保护。例如，在使用光刻方法的情况下，当在相对侧上构造装置时，通常使用牺牲层来保护形成于硅片的一侧上的装置，这使得光刻装置构造方法的复杂性增加。该方法还可导致大量的装置缺陷、来自于每个硅片的芯片产量变低、制造差异增加及图像质量不佳。与一个双侧芯片相反，在芯片组件100中使用两个单侧芯片可使得不需要这种牺牲层，由此降低了光刻方法的复杂性。与一个双侧芯片相反，在芯片组件100中使用两个单侧芯片还减少了与使用牺牲层（该牺牲层用于在相对侧上构造装置时保护形成于硅片的一侧上的装置）相关的缺陷的数量，这带来了更高的芯片产量、更少的制造差异和更高的图像质量。与在双侧芯片中使用的更厚的非标准片（如，1061微米）相反，在芯片组件102中使用两个单侧芯片还使得使用更薄的工业标准厚度的片（如，725微米）成为可能，这可带来材料成本的降低和制造的高效率。

图2A和2B说明了包括示例性打印头芯片组件202的示例性打印头组件200。图2A是示例性打印头200的透视图。图2B是示例性打印头200的底部视图。打印头200可例如是这样的压电喷墨打印头，其类似于用在例如由本申请的受让方Hewlett Packard公司所制造的SCITEX FB10000的商用喷墨打印机中的打印头。打印头200还可被设计用于其它类型的打印机中。

打印头芯片组件202类似于图1A中示出的打印头芯片组件100。例如，如在图2A中所示，打印头芯片组件202可包括芯片204和芯片206。芯片204和芯片206被示出为呈矩形形状，但其它形状、尺寸和大小也是可预期的，这取决于具体的应用。芯片204和芯片206可例如由硅片或另一种合适的材料制成，这取决于具体的应用。例如，芯片102和芯片104可以是从直径8英寸的圆形硅片分开（例如通过锯割或切削）的单独的芯片段，其具有大约725微米的工业标准厚度。芯片204的表面208和芯片206的表面212可各自具有构造在其上的墨分配装置216。墨分配装置216可例如包括用于分配墨经过喷嘴218的压电致动器和流体室。

如在图2A和2B中说明，芯片204和芯片206可定位于彼此相邻。具体来说，芯片204和芯片206可定位使得芯片204的与表面208相对的表面面向芯片206的与表面212相对的表面。在一些示例中，可以在芯片204和芯片206之间施加一层粘合剂。在一些示例中，芯片204和芯片206可被定位成使得芯片204的喷嘴218相对于芯片206的喷嘴218对准（例如，位于中心的对准，其它的对准或偏移），这取决于具体的应用。与双侧芯片相反，芯片204和芯片206可以是单侧芯片。

打印头200还可包括芯片载体230。芯片载体230可在打印头芯片组件202和例如商用喷墨打印机之间提供电性和流体连接。芯片载体230还可为打印头芯片组件202提供结构支撑。例如，如图2A中所示，打印头芯片组件202可以被部分地插入芯片载体230的腔中并安装于其内，以使得芯片204和芯片206被大体上保持就位，而打印头芯片组件的部分从芯片载体230向外延伸使得喷嘴218被暴露。

芯片载体230可包括配准销232。配准销232可被用于提供参考点（可从该参考点限定打印头芯片组件的位置），例如用于校准打印头230用于其中的打印机。具体来说，配准销230可被用于在芯片载体230内对准芯片204和芯片206。例如，如在图2B中所示，基于通过配准销232的中心的线234，芯片204的喷嘴218a和芯片206的喷嘴218b可各自与配准销232对准。芯片204和芯片206的单独位置可被调节，以使得例如喷嘴218a和218b的中心与线234相距特定的距离。在一些示例中，喷嘴218a和218b可以与配准销232对准，精度大约为8微米。

图3是示例性打印头300的透视图，其说明了在芯片载体内如何使用粘合剂来固定打印头芯片组件的位置的示例。打印头300可类似于例如图2A中示出的打印头200。具体来说，打印头302可包括打印头芯片组件302，打印头芯片组件302包括芯片304和芯片306。打印头302还可包括芯片载体330和配准销332。如在图3中所示，可以施加粘合剂334以使得其与芯片304、芯片306和芯片载体330接触，从而在芯片载体330内固定芯片304和芯片306的位置。粘合剂334可例如是UV粘合剂或另一种适合的粘合剂。在一些示例中，可以如图3所示在芯片304和芯片306与配准销332对准期间或之后施加UV粘合剂，并且随后可将UV粘合剂暴露于UV光照下，从而固化粘合剂334并在芯片载体330内固定芯片304和芯片306的位置。

图4是说明了一种组装打印头的示例性方法的流程图。打印头可例如是图2A和2B中示出的打印头200或图3中示出的打印头300。例如，打印头可包括具有两个打印头芯片的打印头芯片组件，并且可包括关于打印头200或打印头300和图2A、2B和3描述的芯片载体和配准销。如步骤402所表示，打印头芯片中的每个可被插入芯片载体中。

如步骤404所表示，打印头芯片中的每个可相对于芯片载体的配准销对准。在一些示例中，每个打印头芯片的喷嘴可与配准销对准。在一些示例中，每个打印头芯片的喷嘴可以大约8微米的精度各自与配准销对准。在一些示例中，打印头芯片的每个的喷嘴也可以相对彼此而对准。在一些示例中，打印头芯片的每个的喷嘴也可以以大约5微米的精度相对彼此而对准。在一些示例中，可以使用具有联接至微型夹具的两个电动级的芯片对准工具来实现期望的精度水平。芯片对准工具可以使用实时图像处理和光学工具来获取每个打印头芯片的位置，并以小于1微米的可重复度和不小于1.5微米的精度来控制电动级的运动。

如步骤406所表示，打印头芯片的每个的位置可被固定在芯片载体内。例如，可以施加粘合剂以使得其与打印头芯片的每个和芯片载体接触，从而在芯片载体内固定每个打印头芯片的位置。粘合剂可例如是UV粘合剂或另一种合适的粘合剂。在一些示例中，在每个打印头芯片与配准销对准期间或之后，可以施加UV粘合剂，并且随后可将UV粘合剂暴露于UV光照下，从而固化粘合剂并在芯片载体内固定每个打印头芯片的位置。在一些示例中，可以在两个打印头芯片之间施加一层粘合剂。在一些示例中，UV粘合剂还可在步骤402之前被施加在打印头芯片的每个之间，从而将打印头芯片的每个在其被配对在一起时保持彼此相邻的位置。一旦打印头芯片的每个根据期望被定位并对准，粘合剂层可被暴露于UV光照下，从而固化粘合剂并将打印头芯片的每个固定就位。

图5是说明了一种用于校准打印头的示例性系统500的框图。系统500可例如在例如由本申请的受让方Hewlett Packard公司所制造的SCITEX FB10000的商用喷墨打印机中实施，或者可以是单独的系统、或者是其组合。打印头可例如是图2A和2B中示出的打印头200或图3中示出的打印头300。例如，打印头可包括具有两个打印头芯片的打印头芯片组件，并且还可包括关于打印头200或打印头300和图2A、2B和3描述的芯片载体和配准销。系统500可允许用户校准具有带两个打印头芯片的打印头芯片组件的打印头。具体来说，系统500可允许用户能够最小化墨滴射出状况的差异性，从而提供期望的图像质量。墨滴大小和速度的差异和/或不同打印头的标称喷嘴定位可导致不均匀的输出、颗粒状或有噪声的填充区域和/或不佳的图像质量。系统500可使得用户能够单独地对打印头以及整排打印头中的打印头芯片的每个的工作电压进行校准。

系统500可包括处理器502和存储器504。处理器502可包括被构造成执行包含在存储器504中的指令的单个处理单元或分布式的处理单元。一般来说，通过遵循包含在存储器504中的指令，处理器502可使得用户能够单独地对每个打印头芯片以及整排打印头的工作电压进行校准。为了本申请的目的，术语“处理单元”应该意为当前先进的处理单元或者未来先进的处理单元，其执行包含在存储器中的指令序列。指令序列的执行导致处理单元执行例如生成控制信号的步骤。指令可以被加载在随机存取存储器（RAM）中，用于由来自只读存储器（ROM）、大容量存储设备或某些其它永久存储器的处理单元来执行。在其它实施例中，可以使用硬连线电路（hardwired circuitry）来替代软件指令或者与软件指令结合，以实施所述的功能。例如，系统500的功能性可完全地或者部分地由一个或多个专用集成电路（ASIC）来实施。除非另有具体说明，系统500不限于硬件电路和软件的任何具体的组合，也不限于由处理单元执行的指令的任何具体的源。

存储器504可包括非瞬态计算机可读介质或者其它永久存储装置、如DRAM的易失性存储器、或者其某些组合；例如与RAM结合的硬盘。存储器504可包含指令，用于通过存储器502引导执行功能和分析。在一些实施方式中，存储器504还可存储数据，用于由处理器502使用。存储器504可存储各种软件或代码模块，这些软件或代码模块引导存储器502执行各种互相关联的动作。在所说明的示例中，存储器504包括校准图案模块510、获取模块520、分析模块530和调节模块540。在一些示例中，模块510、520、530和540可以组合或分配成更多或者更少的模块。模块510、520、530和540可配合以引导处理器502执行由图6的流程图所述的方法600。

如步骤602所表示，可以由模块510为打印头中的两个打印头芯片的每个生成校准图案。校准图案可例如由打印头安装于其中的打印机所打印。图7是说明了使用模块510生成的示例性打印头校准图案700的示意图。如图7所示，通过改变每个打印头芯片的工作电压，可以为每个打印头芯片生成多个校准补丁（patch）。双向线可打印各种打印条件，基准可表示打印头侧的位置并且可用以确定和校准误差。

再次参考图6，如步骤604所表示，在步骤602中为每个打印头芯片生成的校准图案可以由获取模块520所获取。例如，获取模块520可引导处理器502将打印的校准图案扫描成可由系统500分析的电子格式。如步骤606所表示，在步骤602中为每个打印头芯片生成的校准图案可以由分析模块530所分析。例如，分析模块可分析例如两个芯片或喷嘴列间距之间的物理距离、芯片倾斜度、芯片高度、打印轴线速度、目标滴速度、与目标滴速度的偏差、标称打印高度、墨滴从喷出经过到达基材所经历的距离等特性。

如步骤608所表示，可以基于步骤606中的分析由调节模块540为每个打印头芯片调节工作电压。这些调节可以导致性能图像质量的改进，诸如例如，改进的均匀性、更多均匀的滴重量、改进的滴定位和喷嘴间距误差、倾斜度和芯片高度差异的校正。

虽然已经说明并描述了本发明的实施例，将会意识到的是，可以在不偏离本发明的精神和范围的前提下在其中进行各种改变。例如，尽管已经将不同的示例性实施例描述为包括提供一种或多种益处的一个或多个特征，然而可以预期的是，在所描述的示例性实施例或其它可替代实施例中，所描述的特征可以彼此互换或者可替代地彼此组合。本领域技术人员将理解的是，本发明还可以在不具有许多上述细节的前提下实施。相应地，其将意在包括所附权利要求的精神和范围内阐述的所有这些替代、修改和变化。而且，一些熟知的结构或功能可能未被详细示出或描述，因为这些结构或功能将是本领域技术人员所知晓的。除非词语在本说明书中被具体且有意地限定，否则本说明书中所用的术语意在以其最宽泛的合理的方式加以解释，即使可以结合本发明的某些具体实施例的描述来使用所述术语。

Claims (15)

1.一种打印头芯片组件，其包括：

第一和第二打印头芯片，所述第一和第二芯片中的每个具有相应的第一表面和与所述第一表面相对的相应的第二表面，所述第一表面包括构造于其上的墨分配装置，并且所述第一和第二芯片中的每个包括用于所述墨分配装置的喷嘴；

其中，所述第一和第二芯片被定位成使得所述第一芯片的所述第二表面面向所述第二芯片的所述第二表面，并且其中所述第一芯片的所述喷嘴相对于所述第二芯片的所述喷嘴对准。

2.如权利要求1所述的打印头芯片组件，其中，所述第一和第二芯片包括硅片段，所述硅片段具有构造在其上的所述墨分配装置。

3.如权利要求1所述的打印头芯片组件，其中，所述第一芯片的第一喷嘴相对于所述第二芯片的第一和第二喷嘴是位于中心的。

4.如权利要求1所述的打印头芯片组件，其中，所述第一和第二芯片的所述喷嘴相对于芯片载体的配准销对准。

5.如权利要求1所述的打印头芯片组件，还包括与所述第一和第二芯片接触的粘合剂，以固定所述第一和第二芯片的位置。

6.如权利要求1所述的打印头芯片组件，还包括在所述第一芯片的所述第二表面和所述第二芯片的所述第二表面之间的一层粘合剂。

7.一种方法，包括：

将第一和第二打印头芯片定位在芯片载体内；

相对于所述芯片载体的配准销来对准所述第一和第二打印头芯片；和

在所述芯片载体内固定所述第一和第二打印头芯片的位置。

8.如权利要求7所述的方法，还包括由硅片制造所述第一和第二芯片。

9.如权利要求7所述的方法，其中，在所述芯片载体中固定所述第一和第二芯片的位置包括将粘合剂施加至所述第一和第二芯片和所述芯片载体。

10.如权利要求7所述的方法，还包括在所述第一和第二芯片之间施加一层粘合剂。

11.如权利要求7所述的方法，还包括为所述第一和第二芯片的每个校准单独的工作电压。

12.如权利要求11所述的方法，还包括分析第一校准图案和第二校准图案，所述第一校准图案使用所述第一芯片生成，所述第二校准图案使用所述第二芯片生成，其中，改变用于所述第一和第二芯片中的每个的所述工作电压，从而生成所述第一和第二校准图案。

13. 一种打印头，包括：

具有配准销的芯片载体；和

定位于所述芯片载体内的单独的第一和第二打印头芯片，所述第一和第二芯片中的每个包括用于墨分配装置的喷嘴；

其中，所述第一和第二芯片定位在所述芯片载体内，以使得所述第一和第二芯片的所述喷嘴相对于所述芯片载体的所述配准销对准。

14.如权利要求13所述的打印头，其中，所述第一芯片的所述喷嘴相对于所述第二芯片的所述喷嘴对准。

15.如权利要求13所述的打印头，还包括与所述第一和第二芯片接触的粘合剂，以在所述芯片载体内固定所述第一和第二芯片的位置。