CN110877486B - 液体喷射头和制造液体喷射头的方法 - Google Patents

液体喷射头和制造液体喷射头的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及液体喷射头和制造液体喷射头的方法。液体喷射头包括底板和至少两个器件芯片，在器件芯片中形成有用于喷射液体的喷射口，并且器件芯片布置在底板上；至少一个第一基准标记设置在底板上；第二基准标记设置在每个器件芯片上；在相邻器件芯片之间形成至少一个空间；第二基准标记和存在于该空间中的第一基准标记布置在排列器件芯片所沿的排列轴线上。

Description

液体喷射头和制造液体喷射头的方法
技术领域
本公开涉及液体喷射头和用于制造液体喷射头的方法。
背景技术
液体喷射设备(例如喷墨打印设备)使用液体喷射头。在液体喷射头中设置有具有多个喷射口的器件芯片。近年来，已经使用这样的液体喷射头，在液体喷射头中多个器件芯片布置成行以实现更宽的打印宽度。
美国专利公开No.2011/0020965(以下称为文献1)的说明书公开了将打印头的IC芯片布置成行的IC芯片形状以及每个IC芯片和流路单元相对于彼此的布局。具体地，文献1公开了多个IC芯片100(给出的是文献1中的附图标记。这同样适用于描述文献1的以下内容)排列成行，其间没有间隙，如文献1的图2所示。另外，如文献1的图11所示，在文献1中，采用IC芯片100上的基准标记103A和具有液体流路结构的流道成型件124上的基准标记103B来定位IC芯片100。
在文献1中，由于IC芯片100排列成行而其间没有间隙，因此具有液体流路结构的流道成型件124上的基准标记103B不能布置在沿着多个IC芯片100排列方向延伸的排列轴线上。因此，可能会降低相邻芯片的定位精度。
发明内容
根据本公开的一方面，提供了一种液体喷射头，包括底板和至少两个器件芯片，在器件芯片中形成有用于喷射液体的喷射口，器件芯片布置在底板上，其中，至少一个第一基准标记设置在底板上；第二基准标记设置在每个器件芯片上；在相邻器件芯片之间形成至少一个空间；第二基准标记和存在于所述空间中的第一基准标记布置在排列器件芯片所沿的排列轴线上。
根据以下参考附图对示例性实施例的描述，本公开的其他特征将变得明显。
附图说明
图1是示出液体喷射头示例的立体图；
图2A和图2B是示出器件芯片示例的视图；
图3A至图3C是示出器件芯片的形状示例的视图；
图4A至图4D是说明制造液体喷射头的方法的视图；
图5是示出器件芯片示例的视图；和
图6是示出沿线VI﹣VI截取的剖视示意图。
具体实施方式
下文将参考附图来描述实施例。应注意的是，下文将描述的实施例是适当的具体示例，因此涉及各种技术上优选的限制。然而，本公开并不限于本说明书中的实施例或其他具体方法。
<<实施例1>>
图1是示出本实施例中液体喷射头13示例的立体图。底板1具有液体流路结构，用于从罐(未示出)向器件芯片2供应液体(例如墨)。优选地，底板1应具有高的耐化学药品性和耐热性，具有绝缘性能，而且应具有高的机械强度。例如，底板1由精细陶瓷(例如Al2O3)和塑料(例如酚醛树脂、聚碳酸酯树脂或聚苯醚树脂)制成。
用粘合剂(图1中未示出)把器件芯片2呈直线接合到底板1的上表面。图1示出了的示例中，排列了四个器件芯片2，但是器件芯片的数量不限于四个，器件芯片2的数量可以是大于1的任何数量。而且，第一基准标记7设置在底板1的上表面上。
每个器件芯片2均包括基板3和位于基板3上表面上的喷射口形成构件4。器件芯片2还包括位于基板3上表面的没有设置喷射口形成构件4的区域中的电连接部5和第二基准标记8。多个喷射口6形成在喷射口形成构件4中。
图2A和图2B是说明本实施例中器件芯片2的视图。图2A是图1中IIA部的俯视图。图2B是沿图2A中的线IIB﹣IIB截取的示意性剖视图。在每个器件芯片2中，在包括有用于喷射液体的能量产生元件12的基板3上，形成有用于喷射液体的喷射口形成构件4和用于驱动能量产生元件12的电连接部5。基板3由半导体材料制成，例如Si、Ge、SiC、GaAs、InAs、GaP、金刚石、作为氧化物半导体的ZnO、作为氮化物半导体的InN或GaN、它们的混合物等、或者例如有机半导体。公知元件可用作每个能量产生元件12。公知元件的示例包括使用热能的加热器元件(加热电阻元件)、使用机械能的压电元件等。在基板3中形成有液体供应口9，以供液体(例如墨)从底板1供应到喷射口形成构件4。形成液体供应口9的方法示例包括使用蚀刻法(例如干法蚀刻或湿法蚀刻)或激光烧蚀等来加工出贯穿基板3的孔。喷射口形成构件4具有三维结构，包括有使液体流过的流路和喷射口6。喷射口形成构件4的材料示例包括无机材料(例如Si、SiC或SiO)以及有机材料(例如环氧树脂)。
每个器件芯片2的形状均使得在器件芯片2排列的状态下在相邻器件芯片2之间形成空间。例如，假设第一器件芯片和第二器件芯片沿着器件芯片所排列的排列方向排列成行的情况。本实施例中的器件芯片2成形为使得在第一器件芯片和第二器件芯片之间的至少一个区域处形成间隙。在从上表面观察器件芯片2的情况下，形成这样的间隙使得透过间隙可看见底板1的表面的一部分。第一基准标记7设置在底板1的表面的该部分上。这样就允许使用布置在底板1上的基准标记(第一基准标记7)进行定位。
图3A至图3C是示出器件芯片2的形状示例的视图。图3A至图3C示出了从上表面观察时器件芯片2的形状示例。例如，如图3A所示，每个器件芯片2均可以为平行四边形锐角部分被切掉的形状。尽管在图3A中每个器件芯片2均为平行四边形两个锐角部分被切掉的形状，但是形状可以成形为使得仅切掉第二基准标记8设置侧的锐角部分。如图3B所示，每个器件芯片2均可以为梯形锐角部分被切掉的形状。虽然图3B示出了在图中水平方向(X方向)每个端部处形成第二基准标记8的示例，但是可以仅在一端处形成第二基准标记8。在这种情况下，形状可以成形为使得仅切掉形成有第二基准标记8的一侧上的锐角部分。因此，每个器件芯片2的形状均可以是具有五个以上角的多边形形状。
同时，本实施例中的器件芯片2的形状仅需要使得在相邻器件芯片之间形成空间。因此，器件芯片2可以是不对称的不规则形状的器件芯片，例如如图3C所示。此外，各器件芯片可以具有不同的形状。也假设第一器件芯片、第二器件芯片、第三器件芯片和第四器件芯片按此顺序排列的情况。在这种情况下，作为沿着排列方向的端部部分的第一和第四器件芯片可以具有不同的形状，而作为非端部部分的第二和第三器件芯片可以具有相同的形状。可以采用任何形状，只要在器件芯片2排列的状态下在相邻器件芯片2之间形成空间即可。
此外，喷射口优选地形成为使得在器件芯片2布置在底板1上的状态下彼此相邻放置的器件芯片2的喷射口沿着排列方向相互交叠。以这种方式，在沿排列方向布置了器件芯片2的液体喷射头13中，在相邻器件芯片之间的喷射口6沿排列方向彼此交叠。因此，在相邻器件芯片彼此邻近的每个区域处，可以从任一器件芯片的喷射口6喷射液体。这允许沿着排列方向没有中断地实施连续喷射。
在本实施例中，在底板1上布置第一基准标记7，用于在布置器件芯片2的过程中定位器件芯片2。第一基准标记7沿排列轴线形成，器件芯片2沿着该排列轴线布置。形成第一基准标记7的方法包括在底板1由树脂材料制成的情况下使用模具成形、激光描绘等加工方法以及在底板1由陶瓷制成的情况下使用超声波加工、金属转印等加工方法。方法仅需要是能够精确地在底板1上形成第一基准标记7的加工方法即可。
在本实施例的液体喷射头13中，器件芯片上的第二基准标记8和存在于在相邻布置器件芯片2之间形成的空间中的第一基准标记7布置在排列轴线上，器件芯片沿着该排列轴线排列。例如，在本实施例中，第一基准标记7布置在底板1上，位于形成在相邻布置器件芯片2之间的空间中。换句话说，器件芯片2所形成的形状不覆盖设置在底板1上的第一基准标记7。总之，第一基准标记7在底板1上的设置位置和器件芯片2的形状彼此相关。
在本实施例中，第二基准标记8布置在器件芯片2上。第二基准标记8是用于相对于第一基准标记7定位的标记。第二基准标记8和喷射口6精确地布置在器件芯片2上，这是因为它们是由用于制造半导体器件的设备来图案化。在本实施例的液体喷射头13中，第二基准标记8和第一基准标记7布置在器件芯片2的排列轴线上。具体地，相邻器件芯片2上的第二基准标记8和底板上的第一基准标记7布置在器件芯片2的排列轴线上。另外，在本实施例中，电连接部5沿着器件芯片的排列方向排列在器件芯片2上，第二基准标记8布置在这些电连接部5的排列轴线上。
注意的是，本实施例中的附图示出了第一基准标记7和第二基准标记8的形状是圆形的示例，但是形状不限于圆形。形状可以是十字形状或图案，不易于被错误地识别为它们周围的图案。而且，第一基准标记7的形状和第二基准标记8的形状可以是相同的形状或不同的形状。此外，多个第一基准标记7可以具有相同的形状或不同的形状。此外，多个第二基准标记8可以具有相同的形状或不同的形状。
图4A至图4D是说明用于制造本实施例中液体喷射头13的方法的视图。该方法从图4A至图4D进行。底板1包括流路10，以供液体从罐供应到喷射口6。
如图4A所示，执行将粘合剂11涂布到底板1上同时避开流路10和布置在底板1上的基准标记701、702、703和704的步骤。具体地，调整粘合剂11的涂布量和涂布区域，使得粘合剂11不会形成任何流路10之间的连通或不会封闭任何流路。涂布粘合剂11的方法的示例包括用喷嘴分配器、辊、压模等涂布粘合剂11的方法。粘合剂11包括热固性粘合剂、UV固化粘合剂等。
然后，如图4B所示，执行在芯片安装器中将器件芯片201接合到底板1上的步骤。这样做时，使用底板1上的基准标记701和器件芯片201上的基准标记801进行定位。在本实施例中，通过使用相机进行图像识别来执行基准标记701和基准标记801的定位。因此，器件芯片201精确地接合到粘合剂11上。在本实施例中，为了精确接合，利用单个相机进行图像识别来在单个画面内执行定位处理。需要进行定位使得基板3中的液体供应口9定位在底板1中的对应流路10上，如图2A和2B所示。考虑到精度，优选的是，将基准标记701布置在底板1上且将基准标记801布置在器件芯片201上使得基准标记701和801可以在接近范围内定位。结果，完成了在排列方向的端部部分处接合器件芯片201的步骤，如图4B所示。
然后，如图4C所示，执行邻近器件芯片201接合器件芯片202的步骤。首先，拾取器件芯片202。之后，在芯片安装器中，通过在检测底板1上的基准标记702的同时检测器件芯片202上的基准标记802执行图像识别来进行定位，从而精确地接合器件芯片202。鉴于定位精度，优选地是在本步骤中还检测器件芯片201上的基准标记801。在本制造方法中，在芯片安装器中一个接一个地接合器件芯片，但是可以用多个安装夹指同时地安装并接合多个器件芯片，以增加产量。在这样做时，可以使用这样的方法，其中，检测底板1上的各第一基准标记7并且同时地定位各器件芯片2，以缩短制造时间。
然后，如图4D所示，与之前的步骤类似，执行在芯片安装器中将器件芯片203和204接合到底板1上的步骤。
最后，把用于驱动能量产生元件的电布线构件电连接(未示出)到形成在器件芯片201、202、203和204上的电连接部5。结果，完成了液体喷射头13。
如上所述，本实施例中的器件芯片2构造成这样的形状，使得在相邻器件芯片之间形成空间。此外，第一基准标记7布置在底板1上与这些空间对应的位置处。第一基准标记7布置在排列轴线上。第二基准标记8布置在器件芯片2上。此外，在将器件芯片2接合到底板1上时，通过使用第一基准标记7和第二基准标记8来使各器件芯片2在排列轴线上相对于彼此定位。
在本实施例中，由于如上所述通过使用第一基准标记7和第二基准标记8来在排列轴线上执行定位，因此实现了精确定位。与使各第二基准标记8相对于彼此定位的相对定位相比，通过如在本实施例中那样将器件芯片上的第二基准标记8相对于底板上的第一基准标记7定位，实现了精确定位。而且，与例如沿着正交于排列方向的方向(液体喷射头13的宽度方向)布置基准标记的情况相比，通过使第二基准标记8相对于布置在排列轴线上的第一基准标记7定位，实现了不偏离排列轴线的精确定位。而且，由于本实施例中的器件芯片2具有的形状使得在相邻器件芯片之间形成空间，因此除了位于排列方向上端部部分处的器件芯片之外的其它器件芯片也相对于布置在排列轴线上的对应第一基准标记7定位。因此，实现了精确定位。
<<实施例2>>
在实施例1中描述了一种液体喷射头，其中，器件芯片在打印宽度方向(Y轴)上排列成行。在实施例2中将描述这样一种液体喷射头，其中，器件芯片在打印宽度方向(Y轴)和与打印宽度方向正交的方向(X轴)上排列成矩阵。制造方法与实施例1的制造方法大致相同，因此下文将主要描述不同之处。
图5是说明本实施例中器件芯片的视图。通过粘合剂(图5中未示出)把器件芯片201至209以矩阵形式接合到底板1的上表面上。图5示出了九个器件芯片布置在底板1上的示例，但是器件芯片的数量不限于九个而可以是任何数量。本实施例中的每个器件芯片均具有这样的形状，使得在每个器件芯片与上下左右的每个相邻芯片之间形成空间。将器件芯片布置到基板上的方法与实施例1中的方法类似。本实施例中的器件芯片201至209均可以相对于布置在打印宽度方向(Y轴，第一方向)的排列轴线上的第一基准标记定位，然后进一步相对于布置在X轴(第二方向)上的第一基准标记定位。例如，多个第二基准标记布置在每个器件芯片上。一个第二基准标记可以相对于布置在底板1上Y轴上的第一基准标记定位，而另一个第二基准标记可以相对于布置在X轴上的第一基准标记定位。具体地，图5中的器件芯片205可以使用基准标记805和基准标记705来定位以及使用基准标记806和基准标记706来定位。
由于本实施例中的器件芯片201至209以矩阵形式布置，因此它们的电连接部5配置作为布置在器件芯片背面侧上的背面电极。
图6是示意性地示出沿图5中的线VI﹣VI截取的剖视图。将电连接部5布置在基板3的背面侧上的方法包括这样的方法，方法包括：在基板3中设置通孔17；在通孔17的侧表面上形成绝缘层；和在通孔17中形成作为电布线的插头14。形成通孔17的方法包括蚀刻(例如干法蚀刻或湿法蚀刻)、激光烧蚀等。绝缘层例如由氧化物(例如SiO2或TiO)膜制成。形成绝缘层的方法是作为化学气相沉积方法的LP﹣CVD(低压化学气相沉积)、作为原子沉积方法的ALD等。插头14由金属制成，例如Cu、Al或Au。形成插头14的方法包括这样的方法，方法包括：通过镀覆、溅射等将插头材料掩埋在通孔中；然后，通过CMP等对基板背面侧抛光。在形成插头14之前，可以在绝缘膜上形成防止Cu扩散的阻挡层。取决于电连接而定，可以执行通过干法蚀刻、湿法蚀刻等在背面上实施减薄处理以暴露出插头电极的步骤。
在电接合器件芯片时，把电气布线构件布置在底板1上。为了防止电短路等并且避免在器件芯片电接合之后与液体(例如墨)接触，从相邻器件芯片之间的空间16将密封剂15注入到电连接部5周围。在这样做时，调整密封剂的注入量和注入持续时间，使得密封剂不会密封图2A和图2B中的喷射口6，并且密封剂通过毛细管作用掩埋相邻器件芯片的侧表面。因此，电连接部5被密封剂15覆盖。结果，完成了液体喷射头。
如上所述，即使在制造器件芯片排列成矩阵形式的液体喷射头的情况下，器件芯片也被精确地定位并布置在基板上。
虽然已经参考示例性实施例描述了本公开，但是应该理解的是本公开不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最广义的解释，以涵盖所有变型以及等同的结构和功能。

Claims (9)

1.一种液体喷射头，包括底板和至少两个器件芯片，在器件芯片中形成有用于喷射液体的喷射口，器件芯片布置在底板上，其中，
至少一个第一基准标记设置在底板上，
第二基准标记设置在每个器件芯片上，
在相邻器件芯片之间形成至少一个空间，
第二基准标记和存在于所述空间中的第一基准标记都布置在排列器件芯片所沿的排列轴线上；
器件芯片在底板上排列成行；
每个器件芯片包括电连接部；
器件芯片上的各第二基准标记布置在排列电连接部所沿的排列轴线上。
2.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，
每个器件芯片均为具有至少五个角的多边形形状，并且
通过器件芯片的多边形形状而在相邻器件芯片之间形成空间。
3.根据权利要求1或2所述的液体喷射头，其中，每个器件芯片均包括这样的区域，在该区域处相邻器件芯片的喷射口在排列器件芯片所沿的排列方向上相互交叠。
4.根据权利要求1或2所述的液体喷射头，其中，器件芯片沿着第一方向和与第一方向交叉的第二方向以矩阵形式布置在底板上。
5.根据权利要求4所述的液体喷射头，其中，
每个器件芯片均包括多个第二基准标记，并且
所述多个第二基准标记包括：
相对于沿着第一方向存在于所述空间中的第一基准标记而布置在第一方向的轴线上的基准标记，以及
相对于沿着第二方向存在于所述空间中的第一基准标记而布置在第二方向的轴线上的基准标记。
6.根据权利要求4所述的液体喷射头，其中，
每个器件芯片均包括在器件芯片的基板的背面上的电连接部，并且
所述空间填充有用于覆盖电连接部的密封剂。
7.一种用于制造液体喷射头的方法，液体喷射头包括底板和至少两个器件芯片，在器件芯片中形成有用于喷射液体的喷射口，器件芯片布置在底板上，方法包括：
将粘合剂涂布到具有至少一个第一基准标记的底板上；和
将每个具有第二基准标记的器件芯片接合到涂布了粘合剂的底板上，
其中，在所接合的相邻器件芯片之间形成至少一个空间，并且
把第二基准标记和存在于所述空间中的第一基准标记都布置在排列器件芯片所沿的排列轴线上；
每个器件芯片包括电连接部；
器件芯片上的各第二基准标记布置在排列电连接部所沿的排列轴线上。
8.根据权利要求7所述的用于制造液体喷射头的方法，其中，器件芯片的接合步骤包括同时将至少两个器件芯片接合到底板上。
9.根据权利要求7或8所述的用于制造液体喷射头的方法，其中，
把电连接部设置在每个器件芯片的基板的背面上，并且
方法还包括将用于覆盖电连接部的密封剂注入到所述空间中。
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