CN108058485A - 模制的流体流动结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及模制的流体流动结构。在一个示例中，一种流体流动结构包括嵌入模制件中的微设备，所述模制件具有在其中的通道，流体可穿过该通道而直接流动到所述设备中和/或流动到所述设备上。

Description

模制的流体流动结构
本申请是2015年10月28日提交的、名称为“模制的流体流动结构”、申请 号为201380076081.7的中国专利申请的分案申请。
背景技术
喷墨笔或打印杆中的每个打印头芯片包括将墨输送到喷射腔的微小的通道。 通过支承着在所述笔或打印杆上的打印头芯片的结构中的通路，将墨从墨供应 装置分配到芯片通道。可能期望缩小每个打印头芯片的尺寸(例如)以减少所 述芯片的成本，以相应地以减少所述笔或打印杆的成本。然而，使用更小的芯 片可能需要对支承着所述芯片的较大结构进行改变，所述较大结构包括将墨分 配到所述芯片的通道。
美国专利申请公开号2011/0037808公开了一种在具有电气轨迹的电气绝缘 支撑件上的喷射器芯片。聚合物材料模制在支撑件和芯片的一部分上。美国专 利号4,873,622公开了一种在金属框架上的释放元件，该金属框架在其上具有布 线，其是模制在树脂中的低压力转移件。
附图说明
图1和图2、图3和图4、图5和图6、以及图7和图8中的每对示出了新 的模制流体流动结构的一个示例，其中，微设备嵌入模制件中，所述模制件带 有直通到所述设备的流体流动路径。
图9是示出了实施新的流体流动结构的流体流动系统的块状图，所述流体流 动结构例如是图1-8所示的示例中的一个。
图10是示出实施新的流体流动结构的一个示例的喷墨打印机的块状图，所 述流体流动结构用于在基底宽幅打印杆中的打印头。
图11-16示出了实施用于打印头芯片的新的流体流动结构的一个示例的喷墨 打印杆，例如可以用于图10的打印机中。
图17-21是示出用于制造新的打印头芯片流体流动结构的过程的一个示例的 截面图。
图22是图17-21示出的所述过程的流程图。
图23-27是立体图，示出了用于制造新的喷墨打印杆(例如在图11-16中所 示的打印杆)的晶圆级过程的一个示例。
图28来自图23的细节。
图29-31示出了用于打印头芯片的新的流体流动结构的其他示例。
在附图中，相同的部件标记贯穿附图表示相同或相似的部件。所示附图不必 按比例。一些部件的相对大小被夸大，以更清楚地图示所示出的示例。
具体实施方式
已经研发了利用基底宽幅打印杆组件的喷墨打印机，以帮助提升打印速度并 减少打印成本。通常的基底宽幅打印杆组件包括将打印流体从打印流体供应装 置输送至小的打印头芯片的多个部件，打印流体从所述打印头芯片喷射到纸或 其他打印基底上。虽然减小打印头芯片的尺寸和间隔持续重要，以减少成本， 但将打印流体从较大的供应装置部件引导到比以往任何都更小、更紧密地间隔 的芯片要求复杂的流动结构和制造过程，这实际上会提升成本。
已研发了一种新的流体流动结构，其允许使用更小的打印头芯片和更紧凑的 芯片电路，以帮助减少在基底宽度喷墨打印机中的成本。实施该新的结构的一 个示例的打印杆包括多个打印头芯片，其被模制到可模制材料的细长且一体式 的主体中。模制到所述主体中的打印流体通道将打印流体直接输送到每个芯片 中的打印流体流动通路。模制件有效地增加了每个用于制作外部流体连接并用 于将芯片附接到其他结构的尺寸，因此允许使用更小的芯片。打印头芯片和打 印流体通道能够以晶圆级而模制以形成新的、复合的打印头晶圆(其内建构有 打印流体通道)，这消除了在硅基底中形成打印流体通道的需求，并允许使用更 薄的芯片。
新的流体流动结构不限于用于喷墨打印的打印杆或其他类型的打印头结构， 而是可以在其他设备中实施并用于其他流体流动应用。因此，在一个示例中， 新的结构包括嵌入在模制件中的微设备，所述模制件具有通道或其他路径，用 于使流体直接流动到所述设备中或所述设备上。所述微设备例如可以是电子设 备、机械设备、或微机电系统(MEMS)设备。所述流体流例如可以是流动到 所述微设备中或流动到所述微设备上的冷却流体，或流动到打印头芯片或其他 流体分配微设备中的流体。
在附图中示出并在下文中描述的这些和其他示例阐释而非限制本发明，本发 明在说明书随后的权利要求书中限定。
如在本文件中使用的，“微设备”是指具有小于或等于30mm的一个或多个 外部尺寸的设备；“薄”是指小于或等于650μm的厚度；“长条”是指具有至少 为3的长宽比(L/W)的薄的微设备；“打印头”和“打印头芯片”是指从一个 或多个开口分配流体的喷墨打印机或其他喷墨型分配器的部件。一个打印头包 括一个或多个打印头芯片。“打印头”和“打印头芯片”不限于使用墨和其他打 印流体打印，而是还包括关于其他流体和/或用于除了打印的其他用途的喷墨型 分配。
图1和2是正视图和平面截面视图，分别示出了新的流体流动结构10的一 个示例。参见图1和图2，结构10包括模制到塑料或其他可塑材料的一体式主 体14中的微设备12。模制主体14在这里也称为模制件14。微设备12例如可 以是电子设备、机械设备、或微机电系统(MEMS)设备。通道或其他适当的 流体流动路径16模制到与微设备12接触的主体14中，使得在通道16中的流 体能够直接流动到设备12中或设备12上(或两者)。在该示例中，通道16连 接到微设备12中的流体流动通路18，并且暴露到微设备12的外表面20。
在另一个示例中，如图3和4所示，模制件14中的流动路径16允许空气或 其他流体沿着微设备12的外表面20流动，(例如)到冷却设备12。同样，在该 示例中，在电气终端24处连接到设备12的信号迹线或其他导体22在模制到模 制件14中。在另一个示例中，如图5和6所示，微设备12模制到主体14中， 所述主体14带有与通道16相对的暴露表面26。在另一个示例中，如图7和8 所示，微设备12A和12B模制到带有流体流动通道16A和16B的主体14中。在该示例中，流动通道16A与外侧设备12A的边缘接触，同时流动通道16B与 内侧设备12B的底部接触。
图9是示出了实施新的流体流动结构10的系统28的块状图，所述系统28 例如是图1-8所示的一个流动结构10。参见图9，系统28包括可操作地连接到 流体移动器32的流体源30，所述流体移动器32配置成将流体移动到结构10 中的流动路径16。流体源30例如可以包括作为空气源以冷却电子微设备12的 大气，或用于打印头微设备12的打印流体供应装置。流体移动器32代表用于 将流体从源30移动到流动结构10的泵、风扇、重力或任何其它适当的机构。
图10是示出喷墨打印机34的块状图，所述喷墨打印机34实施基底宽幅打 印杆36中新的流体流动结构10的一个示例。参见图10，打印机34包括：跨越 打印基底38的宽度的打印杆36；与打印杆36关联的流量调节器40；基底传输 机构42；墨或其他打印流体供应装置44，以及打印机控制器46。控制器46代 表控制打印机10的操作元件所需的程序、(一个或多个)处理器和相关联的存 储器、以及电子电路和部件。打印杆36包括打印头37的布置，所述打印头37 用于将打印流体分配到纸或其他打印基底的片材或连续幅材38。如以下详细地 描述的，每个打印头37包括模制件中的一个或多个打印头芯片，所述模制件带 有用以将打印流体直接供给至(多个)芯片的通道16。每个打印头芯片通过流 动路径从供应装置44接收打印流体，其进入并穿过流量调节器40和打印杆36 中的通道16。
图11-16示出了实施新的流体流动结构10的一个示例的喷墨打印杆36，所 述喷墨打印杆36例如能够用于图10所示的打印机34中。首先参见图11的平 面视图，打印头37嵌入在细长、一体式的模制件14中，并总体上以交错配置 而端对端地布置在行48中，其中，在每个行中的打印头与该行中的另一打印头 重叠。虽然示出了例如用于打印四种不同颜色的交错打印头37的四个行48，也 可以是其他适当的配置。
图12是沿图11中的线12-12所取的截面视图。图13-15是图12的细节图， 并且图16是示出了图12-14中的打印头芯片流动结构10的特征中某些的布局的 平面视图。现在参见图11-15，在示出的示例中，每个打印头37包括一对打印 头芯片12，每个打印头芯片12带有两行喷射腔50和对应的孔52，打印流体通 过所述孔52从腔50喷射。模制件14中的每个通道16将打印流体供给至一个 打印头芯片12。可以是用于打印头37的其他适当配置。例如，可以随更多或更 少的喷射腔50和通道16而使用更多或更少的打印头芯片12。(虽然在图12-15 中打印杆36和打印头37面向上，但如图10的块状图所描述地，当安装在打印 机中时，打印杆36和打印头37通常面朝下。)
打印流体从歧管54流动到每个喷射腔50中，所述歧管54在喷射腔50的两 个行之间沿着每个芯片12纵向地延伸。打印流体通过多个口56供给到歧管54 中，所述口56连接到在芯片表面20处的打印流体供应装置通道16。如示出地， 打印流体供应装置通道16大致比打印流体口56宽，以将打印流体从流量调节 器中更大的、松散地隔开的通路或将打印流体输送到打印杆36中的其他部件输 送到打印头芯片12中更小的、紧密地隔开的打印流体口56。因此，打印流体供 应装置通道16能够帮助或甚至消除离散的“散开(fan-out)”的需求以及在一 些通常的打印头中需要的其他流体布线结构。此外，如示出地，将打印头芯片 表面20的大片区域直接暴露到通道16允许通道16中的打印流体在打印期间帮 助冷却芯片12。
在图11-15中的打印头芯片12的理想化表示描述了三个层58、60、62，为 了方便期间，仅清楚地示出喷射腔50、孔52、歧管54以及口56。实际的喷墨 打印头芯片12通常是形成在硅基底58上(其带有在图11-15中未示出的层和元 件)的复杂集成电路(IC)结构。例如，在每个喷射腔50处形成在基底58上 的热喷射器元件或压电喷射器元件被致动以从孔52喷射墨或其他打印流体的滴 或流。
模制的流动结构10允许使用长的、窄的且非常薄的打印头芯片12。例如， 已示出大约26mm长、且500μm宽的100μm厚的打印头芯片12，其能够模制 到500μm厚的主体14中，以替代通常的500μm厚的硅打印头芯片。与在硅基 底中形成供给通道相比，不仅其更低成本且更容易地将通道16模制到主体14 中，而且其还更低成本且更容易地在薄的芯片12中形成打印流体口56。例如， 在100μm厚度的打印头芯片12中的口56可以通过干蚀刻和对于更厚的基底不 实用的其他适当的微机械加工技术来形成。在薄的硅、玻璃或其他基底58上微机械加工直的或稍微锥形的贯通口56的高密度阵列而非形成通常的槽留下更牢 固的基底，而仍提供恰当的打印流体流量。锥形的口56帮助空气泡从例如形成 在施加到基底58的一体式的或多层的孔板60/62中的歧管54和喷射腔50移动 离开。可以预期的是，当前的芯片处理装置以及微设备模制件工具和技术能够 适合于将芯片12模制成薄50μm、带有长/宽比高达150并且适合于模制如300μm 窄的通道16。并且，模制件14提供了有效却廉价的结构，其中，这样的芯片长 条的多个行能够支承在单个的、一体式主体中。
图17-21示出了用于制造新的打印头流体流动结构10的一个示例性过程。 图22是图17-21所示的过程的流程图。首先参见图17，带有传导性迹线22和 保护层66的柔性电路64层叠在带有热释放带70的载体68上，或者另外地施 加到载体68(图22中的步骤102)。如图18和图19所示，孔板侧朝下地将打 印头芯片12放置在载体68上的开口72中(图22中的步骤104)，并且将导体 22结合到芯片12的电气终端24上(图22中的步骤106)。在图20中，模制工 具74在模制件14中围绕打印头芯片12形成通道16(图22中的步骤108)。在 一些应用中可能需要锥形的通道16，以促进模制工具74的释放或增加散开(或 两者)。在模制之后，打印头流动结构10从载体68分离(图22中的步骤110)， 以形成图21中所示的成品部件，其中，导体22由层66覆盖并由模制件14包 围。在转移模制过程中，例如如图20所示，通道16模制到主体14中。在其他 制造过程中，可能需要在围绕打印头芯片12模制主体14之后形成通道16。
当模制图17-21所示的单个打印头芯片12和通道16时，多个打印头芯片和 打印流体通道能够以晶圆级同时地模制。图23-28示出了用于制造打印杆36的 一个示例性晶圆级过程。参见图23，打印头37以多个打印杆的图案放置在玻璃 或其他适当的载体晶圆68上。(虽然“晶圆”有时用于指示圆的基底，而“面 板”用于指示矩形基底，在本文件中使用的“晶圆”包括任何形状的基底。)如 以上参照图17和图22的步骤102而说明地，打印头37将通常在首先施加或形 成导体22的图案和芯片开口72之后放置中载体68上。
在图23所示的示例中，分别具有四行打印头37的五组芯片78布置在载体 晶圆66上以形成五个打印杆。用于在信件或A4尺寸基底上打印的带有四行打 印头37的基底宽幅打印杆例如大约长230mm且宽16mm。因此，如图23所示， 五个芯片组78可以布置在单个270mm×90mm的载体晶圆66上。还有，在示 出的示例中，在每行打印头37的边缘附近，导体22的阵列延伸到结合垫23。 在图28的细节中，导体22和结合垫23更清楚地可见。(省略了至单个喷射腔 或喷射腔的组的传导性的信号迹线，例如图21中的导体22，以不使其他结构特征变模糊。)
图24是沿着图23中的线24-24所取的四行打印头37的一个组特写截面视 图。为了清楚起见而省略了剖面线。图23和24示出了在图23中的步骤102-112 完成后的制程中晶圆结构。图25示出了图23的模制步骤114之后的图24的部 分，其中，带有通道16的主体14模制在打印头芯片12的周围。在图26中单 个打印杆条78被分开并在图27中从载体68释放，以形成五个单个的打印杆36 (图23中的步骤116)。虽然可以使用任何适当的模制技术，例如图21和27 所示，试验建议：当前用于半导体设备封装的晶圆级模制工具和技术可以被成 本效益地被调适以制造打印头芯片流体流动结构10(如在图21和27中示出的 那些)。
可以使用坚硬的模制件14，在此，期望刚性(或至少较少柔性)的打印杆 36以保持打印头芯片12。在需要柔性打印杆36的地方可以使用较不坚硬的模 制件14，例如，在另一支承结构在一个平面中刚性地保持打印杆处，或在需要 非平面打印杆配置处。此外，虽然期望的是，模制主体14将通常模制为一体式 部件，主体14可以模制为多于一个部件。
图29-31示出了用于打印头芯片12的新的流体流动结构10的其他示例。在 这些示例中，例如使用如以上参照图17-21说明的转移模制过程，沿着打印头芯 片12的每侧将通道16模制在主体14中。打印流体从通道16通过口56，直接 从通道16侧向进入每个喷射腔50。在图30的示例中，在模制主体14之后应用 孔板62以将通道16封闭。在图31的示例中，跨过孔板62形成盖80以将通道 16封闭。虽然示出了局部地限定通道16的离散的盖80，也可以使用模制到主 体14中的整体的盖80。
如在本说明的开头所述的，附图所示的且在上面描述的示例阐释而非限制本 发明。也可能是其他示例。因此，前面的描述不应被认为限制本发明的范围， 本发明的范围在所附权利要求中限定。

Claims (11)

1.一种流体流动结构(10)，包括
流体分配微设备(12)，所述流体分配微设备(12)包括锥形的流体口(56)，和
一体式模制件(14)，所述一体式模制件(14)在其中具有锥形的通道(16)，流体能够穿过所述通道(16)而直接流动到所述微设备(12)中，其中所述流体分配微设备(12)
包括直接连接到所述通道(16)的流体流动通路(18)，并且
被嵌入所述模制件(14)中，并且
其中，所述微设备(12)是具有小于或等于650μm的厚度的打印头芯片；其中所述通道(16)连接到所述流体口(56)，其中流体通过所述流体口(56)供给，并且其中所述通道(16)比所述打印流体口(56)更宽。
2.根据权利要求1所述的结构，其中，所述通道(16)模制到所述模制件(14)中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中，所述通道(16)包括暴露到所述微设备(12)的外表面(20)的开口通道。
4.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中，所述微设备(12)包括电子设备，所述电子设备包括电气终端，并且所述结构(10)还包括连接到所述终端(24)并嵌入在所述模制件(14)中的导体(22)。
5.根据权利要求4所述的结构，其中，所述微设备(12)包括打印头芯片长条，所述打印头芯片长条包括直接连接到所述通道(16)的流体流动通路(18)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的结构(10、36)，其中
设置多个打印头芯片长条，并且
所述一体式主体(14)围绕多个打印头芯片长条模制，所述主体(14)具有模制在其中的锥形通道(16)，流体能够穿过所述锥形通道而直接流动到所述长条。
7.根据权利要求6所述的结构，其中，所述通道包括多个通道(16)，流体能够穿过所述多个通道(16)中的每个而直接流动到所述长条中的一个或多个。
8.根据权利要求6或7所述的结构，其中，每个打印头芯片长条包括直接连接到所述通道(16)的流体流动通路(56)。
9.根据权利要求8所述的结构，其中，每个打印头芯片长条包括硅基底(58)，所述流体流动通道形成在所述硅基底(58)中。
10.一种系统(28)，包括：
流体源(30)；
根据前述权利要求中任一项所述的流体流动结构(10)；以及
流体移动器(32)，用以将流体从所述流体源移动到所述流体流动结构中的通道。
11.根据权利要求10所述的系统(28)，其中：
所述流体源包括打印流体的供应装置(44)；并且
所述流体移动器包括用以调节从所述供应装置(44)到所述打印头芯片的打印流体流量的设备(40)。
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