CN111923600B - 带有内表面电极层的压电喷墨打印器件 - Google Patents

带有内表面电极层的压电喷墨打印器件 Download PDF

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Abstract

一种压电喷墨打印器件包括一个压电板和带有至少一排液滴喷射器的一个基板。每个液滴喷射器包括在基板第一面的一个压力室和在基板第二面的一个喷孔。压电板通过一个键合层连接到基板上。第一电极层位于压电板的第一表面，该表面靠近基板的第一面。第一电极层包括对应于每个压力室的信号线和地线。第二电极层位于基板的第一面，包括信号输入焊盘和返地焊盘。第一电极层的信号线和地线通过焊节分别连接到第二电极层上的信号线输入焊盘和返地焊盘。

Description

带有内表面电极层的压电喷墨打印器件
技术领域
本发明属于压电喷墨打印领域，更具体地，涉及压电喷墨打印器件的构造。
背景技术
喷墨打印通常是用按需喷墨或连续喷墨打印来完成的。在按需喷墨打印中，液滴是使用带增压(例如热或压电)驱动器的液滴喷射器喷射到记录介质上。选择性地启动该驱动器致使形成和喷射一个飞行的墨滴，该飞行墨滴穿过打印头和记录介质之间的空间并撞击记录介质。打印图像的形成是按照打印所需图像的需要，通过控制每个液滴的形成来实现的。所需图像可以包括与图像数据相应的任何点图案。它可以包括图形或文本图像。如果使用适当的墨水，它还可以包括用于打印实用功能器件的点图案或三维结构。墨水可包括有色墨水，例如青色，品红色，黄色或黑色。或者，墨水可以包括用于功能性打印的导电材料，电介质材料，磁性材料或半导体材料。墨水也可以包括生物、化学、或医学材料。
在液滴喷射期间，记录介质相对于打印头的运动可以是：保持打印头静止，而记录介质在液滴喷射时前进经过打印头；或者是保持记录介质静止，而移动打印头。如果打印头上的墨滴喷射器阵列可以覆盖记录介质宽度上的整个打印兴趣区域，则前一种运动结构是合适的。此类打印头有时称为页宽打印头。第二种类型的打印机结构是滑架打印机，其中打印头液滴喷射器阵列要小于在记录介质上的打印兴趣区域的范围，并且打印头安装在滑架上。在滑架打印机中，记录介质沿介质前进方向前进给定距离，然后停止。在记录介质停止的同时，滑架载着喷孔正在喷射液滴的打印头在滑架扫描方向上移动，该滑架扫描方向基本上垂直于介质前进方向。当安装在滑架上的打印头横穿打印介质同时打印了一条带图像后，记录介质被向前推进；然后滑架的运动方向颠倒；打印的图像由此一条带一条带地形成。
按需喷墨式喷墨打印头中的液滴喷射器包括压力室和喷孔，所述压力室有进墨道为该压力室提供墨水，所述喷孔用于让墨滴喷出压力室。在压电喷墨打印器件中，压力室的一面墙包括压电元件，当施加电压脉冲时，压电元件使该墙偏转变形凹入充满墨水的压力室中，从而迫使墨水通过喷孔。压电喷墨具有的显著优势在于和多种类的墨水(包括水性墨水，溶剂型墨水和紫外线固化墨水)有化学兼容性和墨水的可喷射性，并且具有通过修改电脉冲来喷射不同大小的墨滴的功能。
压电喷墨打印器件还有需要解决的技术挑战。因为每伏特电压的压电位移量很小，所以压电室墙面积必须比喷孔面积大得多，以便喷射出有用的液滴量，因此每个液滴喷射器都相对较大。一排液滴喷射器中的每个液滴喷射器宽度受该排喷孔间距的限制。其结果是压力室的长度尺寸通常比宽度尺寸大得多。要求高分辨率和高产量打印的打印应用，需要大量的有喷孔紧密排列的液滴喷射器阵列。通过对每排液滴喷射器喷射的恰当定时，交错的喷孔排可以在记录介质上打出近距离的点。然而对于许多交错的排，压电喷墨打印器件的尺寸变得很大。
另一个挑战是，热喷墨打印器件通常包括集成逻辑和驱动电子从而减少了器件的引线数量，与之不同的压电喷墨打印器件通常每个液滴喷射器有独自的多个引线，需要连接到驱动电路板上。为了能在横跨每个液滴喷射器的压电元件上独立地加电压以便在需要时喷射液滴，每个液滴喷射器需要接两个电极。这两种类型的电极有时被称为正电极和负电极，或者称为单个电极和公共电极。
某些类型的压电喷墨打印器件构造成两种类型的电极分别在压电元件的相反表面上。为了将压电喷墨打印器件电互通连接到驱动电路板上，将两种类型的电极设置在压电喷墨打印器件的同一外表面上是有优势的。
美国专利第5,255,016号公开了一种压电喷墨打印器件，其中在压电板的外表面上形成正和负梳状电极。至少在某些区域中，其梳子的齿延伸横跨液滴喷射器的整个宽度。正电极的一部分沿压电板的一边缘延伸，负电极的一部分沿压电板的相反的另一边缘延伸。每个液滴喷射器有单独的压电板，这样的结构使得制造大阵列的紧密间距液滴喷射器很困难。
美国专利第6,243,114号公开了一种压电喷墨打印器件，其中在压电板的外表面上的公共电极呈梳状，其一个电极齿沿压力室的每个侧墙延伸，而中央公共电极齿沿压力室的长度延伸。两个单个电极分别在中央公共电极齿的两边沿压力腔的长度延伸。
美国专利第5,640,184号公开了一种压电喷墨打印器件，其中一排喷孔的压力室从该排喷孔沿相反的方向交替地延伸。压电板的表面上的公共电极沿着喷孔行延伸，并有电极齿在相反方向上交替地在压力室的侧墙上延伸。在公共电极的电极齿之间交错的是单个电极的间隔阵列，这些单个电极直接位于压力室上方。当向单个电极加电压时，压电板以剪切模式机械变形凹入相应的压力室，从而引起墨滴的喷射。
中国专利申请发布107344453A号公开了一压电喷墨打印器件，如图1和图2所示。图1和2取自'453，为清楚起见在图1中添加了一些附加标签。基板100包括第一面101，有一排压力室110分布在第一面101。每个压力室110由侧墙161和162定界。一渠道130从压力室110通向设置在基板100的第二面102上的喷孔132。压力室110在侧墙161和162之间的宽度是W。一墨槽120流体地连接到每个压力室110的一端，以便向它们提供墨水。包含多个柱子141的阻尼结构140设置在每个压力室110中，介于墨槽120和渠道130之间。驱动盖板200包括压电板210，压电板210可由例如锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)材料制成。压电板210的第一表面211键合到基板100的第一面101。一电极层220设置在压电板210的外部第二表面212上。此电极层220包括正电极221，正电极221在压力室110之上沿长度设置；也包括负电极222，负电极222在压力室110之间的侧墙161和162之上沿长度设置。一进墨口230穿过压电板210，将墨水从外部墨水供源引到基板100中的墨槽120中。喷孔132从硅材料层310中的流道131向外延伸，穿过氧化层320和喷孔层330(图2)。
现已发现，两类电极都在远离压力室的压电板的外表面上的压电喷墨打印器件，其压力室墙位移高度依赖于压电板的厚度。例如，厚度为40微米的板与厚度为100微米的板相比，前者板墙的综合位移高出后者的10倍。与此相比，对于两类电极都在与压力室靠近的压电板内表面上的压电喷墨打印器件，厚度为40微米的板与厚度为100微米的板相比，前者板墙的综合位移仅高出后者的4％。此外，对于40微米厚度的板，电极位于压电板的内表面与电极位于压电板外表面相比，前者的所述位移比后者的位移大两倍。因此，电极在压电板内表面的液滴喷射器构造可以在较低的电压或更小的压力室尺寸下以更高的效率运行。另外，喷射的墨滴速度和体积对压电板厚度的制造变异性不太敏感，从而提高了打印质量。现在所需要的是电极和电线设置构造以促进电互通连接到设置在压电喷墨打印器件内表面的电极上。更进一步，也需要以节省空间的方式改进在压电喷墨打印器件上的液滴喷射器的排列构造，以实现高分辨和高产量的打印。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种压电喷墨打印器件包括一个压电板和一个基板，至少有一排液滴喷射器的阵列设置在基板上，使得每一排沿着排行方向对齐。每个液滴喷射器包括一个压力室设置在基板的第一面上，该压力室由第一侧墙和第二侧墙定界。每个液滴喷射器包括一喷孔形成在与第一面相反的基板第二面的喷孔层中。压电板有第一表面设置紧靠压力室的第一面。一个键合层设置在压电板与基板之间，其键合层有至少一个键合层窗口。第一电极层设置在压电板第一表面上。第一电极层包括与每个液滴喷射器相对应的一条第一信号线，每一条第一信号线通到一个相应的第一信号线互连焊盘。第一电极层也包括地线设置在每个压力室的两边，其地线电连接到至少一个第一地线互连焊盘。第二电极层设置在基板第一面上。第二电极层包括与每条第一信号线相对应的一条第二信号线，每条第二信号线通到一个相应的第二信号线互连焊盘和一个信号输入焊盘，第一信号线互连焊盘通过信号线焊节电连接到第二信号线互连焊盘上。第二电极层也包括与每个第一地线互连焊盘相应的第二地线互连焊盘。每个第一地线互连焊盘通过地线焊节电连接到第二地线互连焊盘上。第二电极层进一步包括至少一个返地焊盘电连接到多个第二地线互连焊盘上。至少一个公共总地线电连接到至少一个返地焊盘。
本发明的优点在于，其电极的结构构造能实现高效率的液滴喷射，同时降低墨滴速度和体积的可变性。此外，压电喷墨打印器的电线和相应的连接焊盘结构构造有利于紧凑和可靠地电互通连接到打印头封装上。另一个优点是，此压电液滴喷射器以节省空间的方式构造，并且能够实现高打印分辨率和高打印产量。
附图说明
图1显示了现有技术的压电液滴喷射器阵列构造的分解示意图；
图2显示了图1所示类型的单个液滴喷射器的横截面；
图3A显示了部分压电板的横截面；
图3B显示了对应于图3A所示的部分压电板的部分基板的横截面；
图4A与图3B相似，展示了基板上的一个电极层带有相关的焊料凸块；
图4B和4C显示了图4A电极层中相关的焊料凸块的放大图；
图5显示了图3A中的部分压电板机械和电键合于图3B所示的部分基板；
图6显示了图5的键合器件，在去掉压电板的一部分后，以露出基板上电极层的互连焊盘区域；
图7A显示了基板中三个液滴喷射器的俯视图；
图7B显示了与图4A所示的液滴喷射器对应的压电板内表面和基板表面线路的俯视图；
图8A显示了图7B中压电板内表面的线路的俯视图；
图8B显示了图7B中基板表面的线路的俯视图；
图9显示了单个液滴喷射器及一些相应的线路的俯视图；
图10根据实施例显示部分压电喷墨打印器件；
图11显示了带窗口的遮蔽层；
图12根据另一实施例显示部分压电打印器件；
图13A至13C显示键合层窗口、绝缘层窗口、和焊节横截面的各种配置。
附图的目的应当理解为是出于说明本发明的概念，并且可能未按比例绘制。在可能的情况下，使用相同的参考数字来指定附图中共有的相同特征。
具体实施方式
本发明包括本文描述的实施例的各种组合。对“特定实施例”及类似的引用是指在本发明的至少一个实施例中存在的特征。对“一个实施例”或“特定实施例”及类似的单独引用不一定指相同的一个或多个实施例；然而，除非明确指出或对于本领域技术人员而言是显而易见的，这些实施例不是互相排斥的。在提及“一种方法”或“多种方法”及类似用词时，单数或复数的使用是非限制性的。特意注明，除非另外明确指出或上下文需要，“或”的使用在本文中无排他性的意义。诸如“在...上方”，“在...下方”，“在...之上”或“在...之下”之类的词语旨在描述位于不同平面中的特征之间的位置关系，但应理解，在一个器件取向上，一个器件的特征位于另一特征的”上方”,如果将器件上下颠倒，则该器件的特征将位于另一特征的“下方”。
根据本发明的实施例，压电喷墨打印器件有信号线和地线，其信号线和地线设置在靠近压力室的压电板内表面的第一电极层中。为了便于压电喷墨打印器件的电互通连接，第二电极层设置在与压电板键合的基板的相邻表面上。第一电极层中的信号线和地线通过焊节连接到第二电极层中的信号输入焊盘和至少一个返地焊盘。信号输入焊盘和至少一个返地焊盘露出在外，用于和组装后的压电喷墨打印器件的连接。
图3A显示了压电板210沿虚线3-3的横截面(图10)。图3B显示了相应基板100部分的横截面。压电板210的厚度为T。基板100包括一对压力室111和112，其压力室从中心区域向外延伸。每个压力室111和112包括一渠道130，通向设置在喷孔层330中的喷孔132。压电板210的内第一表面211包括凹槽215，便于续后去除压电板210的一部分，如下文参考图6所述，以露出组装好的压电喷墨打印器件上的焊盘以用于电连接。在压电板210的内第一表面211上的第一信号线251(第一电极层240的一部分)在组装好的压电喷墨打印器件中的压力室111和112上方延伸。带图案的键合层270设置在第一信号线251和压电板210的第一表面211的其他部分上面。键合层270包括键合层窗口275。例如，键合层270可以是聚合物粘合剂。如图5所示，键合层270位于压电板210和基板100之间，并将压电板210结合到基板100的第一面101。此外，键合层270将压力室111和112中的墨水与电线和压电板210隔离。在一些实施例中，还可以在键合层270和压电板210之间或在压电板210与基板100的第一面101之间添加额外的绝缘层(未显示)，以提高可靠性。例如，额外的绝缘层可以是氧化硅或氮化硅。
如图3B所示，第二电极层440位于基板100的第一表面101上。第二电极层440包括多个第二信号线451以及公共总地线464。第一电极层240和第二电极层440可以各自包括一个铜层，并且各自可以包括至少一个铬层。在图3B示例中，焊料凸块470设置在第二电极层440中的第二信号线451上，用于连接到在压电板210第一面上的第一电极层240中的第一个信号线251上(图3A)。
图4A与图3B类似，并包括一虚线椭圆105用于指示一区域，此区域在图4B中以较高倍数放大，在图4C中放大倍数更高。绝缘层410，比如SiO2，在第二信号线451上形成并图案化，以包括绝缘层窗口412。绝缘层410包括不外表面411，其表面不与第二信号线451接触。第二信号线互连焊盘453对应于绝缘层窗口412内露出的第二信号线451的一部分。一焊料凸块470，比如包括锡合金焊料471，连接到第二信号互连焊盘453上。焊料凸块470的底座473被设置在绝缘层窗口410上，并通过绝缘层窗口412与第二信号互连焊盘453进行接触。虽然焊料凸块470的焊料部分471随后在压电板210键合到基板100的过程中流动，但底座473可以由铜或铜和铬等材料制成，这些材料在键合过程中不会改变形状。在图4B所示的示例中，一个盖472，比如一层黄金，设置在焊料471上。在图4B示例中，绝缘层410设置于基板100的第一面101上的第二电极层440上面。绝缘层410有与每个信号线互连焊盘453相对应的绝缘层窗口412，也有与每个第二地线互连焊盘463相对应的绝缘窗口412(图8B)。如下参照图5、8A、8B和13A-C所述，信号线焊节475在绝缘层窗口412上形成，其绝缘层窗口412位于第二电极层440中的第二信号线451(在第二信号互连焊盘453的位置)和第一电极层240中的第一信号线251(在第一信号互连焊盘253的位置)之间。类似的，地线焊节485(图7B)形成在绝缘层窗口412上，其绝缘层窗口412位于第二电极层中的地线461(在第二地线互连焊盘463的位置)和第一电极层240中的地线261(在第一个地线互连焊盘263的位置)之间。
或者，焊料凸块470可以形成在压电板210的第一表面211上的第一电极层240上面。在这种情况下，绝缘层410设置在第一电极层240上，有绝缘窗412对应于每个第一信号线互连焊盘253和每个第一地线互连焊盘263(图8A)。焊料凸块470设置在绝缘层410中的绝缘层窗口412上，用于生成信号线焊节475和地线焊节485。
图5显示了图3A中的压电板210键合到图3B中的基板100上。在键合层270的热固化过程中，焊料凸块470中的焊料471(图4B)融化流动形成在第二信号线451(在第二信号线互连焊盘453的位置)和第一信号线251(在第一信号线互连焊盘253的位置)之间的信号线焊节475。键合层270可包括聚酰亚胺、SU-8环氧树脂和基于苯并环丁烯的聚合物等材料，在压电板210和基板100之间提供结构的联合。焊节475隔离在键合层270中的键合层窗口275中，因此它们不会与在压力室111和112中的墨水接触。压电板210键合到基板100以后，沿切割线216进行切块或蚀刻直到与凹槽215(图5)相交，从而去除部分压电板210，因此形成一个开口218，如图6所示，对包括第二信号线451和信号输入焊盘455的第二电极层440的一部分提供无障碍进接。
图7A显示了在基板100(图3B)上形成一排的三个液滴喷射器150的俯视图，每个液滴喷射器150包括一压力室110和一喷孔132。喷孔132(以及液滴喷射器150)沿排行方向51对齐，相邻喷孔的中心以间距p相间。压力室110沿排行方向51有宽度W，并且由侧墙161和162定界，每个侧墙都有宽度s，因此W+s＝p。为了提供足够大的压力室110面积，在许多实施例中W大于0.8p是很有利的。换句话说，通常s小于0.2p。喷孔132位于压力室110的第一端115附近。在图7A所示的示例中，墨水从墨槽120(如图1和图2中连接到进墨口230)，经过进墨道121，经过过滤器146和限流器145，进入压力室110。过滤器146和限流器145靠近压力室110第二端116，其第二端116是与第一端115相对的另一端。墨槽120为多个压力室110提供墨水。在下面描述的其他示例中，墨水直接从基板100的边缘进入进墨道121。过滤器146可以包括柱子类似于图1中所示的柱子141。限流器145提供流阻(与过滤器146一样)，当从压力室110喷出一滴墨水时，限流器145帮助限制墨水向进墨道121的流动，从而将压电板变形产生的压力更多地引导去推动墨滴。
图7B显示了与图7A中所示的液滴喷射器150相对应的线路的俯视图。第一信号线251和地线261作为第一电极层240的一部分，设置于压电板210内第一表面211上(图3A)。第一信号线251和地线261的宽度和间距的设置是为了高效驱动压电板210。第一信号线251通过信号线焊节475(图5和6)与基板100第一面101(图3B)上的第二电极层440的第二信号线451电连接。信号输入焊盘455设置在第二信号线451上。地线261通过地线焊节485与基板100第一面101(图3B)上的第二电极层440中的地线461进行电连接，地线焊节485与上述信号线焊节475类似，尽管它们可能有不同的横截面和形状。
与图7B相对应，图8A显示了部分在压电板210内第一表面上的第一电极层240(图3A)。与图7B相对应，图8B显示了部分在基板100第一面上的第二电极层440(图3B)。第一信号线互连焊盘253(图8A)通过信号线焊节475(图7B)电连接到第二信号互连焊盘453(图8B)上。第二信号互连焊盘453连接到相应的第二信号线451和信号输入焊盘455。第一个地线互连焊盘263(图8A)通过地线焊节485(图7B)连接到第二地线互连焊盘463(图8B)上。
图9显示了单个液滴喷射器150(虚线)的俯视图，该设置在基板100中的喷射器位于相应的在压电板210上的第一信号线251和地线261下方。第一信号线251设置在每个相应的压力室110上方，并朝与排行方向51垂直的方向52延伸。在图9所示的示例中，第一信号线251位于相应压力室110的中心上方。每个第一信号线251通过信号线焊节475连接到相应的在基板100上的第二信号输入线451(图6)和信号输入焊盘455。喷孔132位于压力室110的第一端附近，靠近信号线焊节475。第一信号线251的宽度b(图7B)大于压力室110的宽度W(图7A)的0.1倍。第一信号线宽度b也大于压电板210厚度T的0.2倍(图3A)。地线261在第一侧墙161和第二侧墙162上方并与侧墙对齐。地线261通常位于相应的压力室110之间，并朝与排行方向51垂直的方向52延伸。在许多实施例中，地线261的宽度c(图7B)大于侧墙161和162的宽度s(图7A)。第一信号线251与相邻地线261之间的距离d(图7B)通常大于0.1W(图7A)。第一信号线251和相邻地线261之间的距离d通常大于0.5T并且小于2T(图3A)。
俯视图10显示了根据本发明实施例的压电喷墨打印器件10的一部分。一对交错的液滴喷射器150排181和182(类似于以上参考图3A至9描述的液滴喷射器排)设置在基板100上。每排液滴喷射器150沿着排行方向51对齐。第一排181和第二排182沿着垂直于排行方向51的方向52彼此间隔开。第一排181中的每个液滴喷射器150包括一压力室111，第二排182中的每个液滴喷射器包括一压力室112。这些压力室都设置在基板100的第一面101上。在图10显示实例中，墨水直接从沿排行方向51延伸的基板100的边缘输入到每个液滴喷射器150的进墨道121。压力室111和112由第一侧墙161和第二侧墙162定界。每个液滴喷射器还包括一喷孔132与相应的压力室111或112流体相连。喷孔132设置在基板100的第二面102上的喷孔层330中。第一电极层240位于压电板210的内第一表面211上,包括与液滴喷射器150排181和182中的每个液滴喷射器150相对应的一第一信号线251。每条第一信号线251通过一个信号线焊节475和一条第二信号线451连接到相应的在基板100上第二电极层440中的第二信号输入焊盘455。第二电极层440还包括至少一个公共总地线464，该总地线通过第二电极层440上的地线461和地线焊节485连接到第一电极层240中的地线261。地线261在每个压力室的第一和第二侧墙161和162上方并与侧墙对齐。公共总地线464沿排行方向51延伸，并通到地线回流焊465。在图10所示的示例中，公共总地线464位于第一个交错排181中的液滴喷射器150的信号输入焊盘455和第二个交错排182中的液滴喷射器150的信号输入焊盘455之间。此外，第一交错排181的液滴喷射器的信号输入焊盘455和第二交错排182的液滴喷射器的信号输入焊盘455位于第一交错排181的液滴喷射器的喷孔132和第二交错排182滴射射器的喷孔132之间。所有信号输入焊盘455和返地焊盘465均通过压电板210中的开口218(图6)露出在外。这种信号输入焊盘455和返地焊盘465的结构设置很有利于在紧凑区域内提供压电喷墨打印器件11到打印头封装(未示出)的电互通连接。
在排181中的喷孔132以间距p隔开，并且排182中的喷孔132也以间距p隔开。此两排沿着排行方向51偏移距离p/2。其结果是，如果记录介质(未示出)沿着方向52相对于压电喷墨打印器件11移动，将排181相对于排182中液滴喷射器的墨滴喷射适当定时，可以在记录介质上打印以p/2点距的一排复合打印点。最好压电喷墨打印器件11上有较小的打印区域，即排181中的喷孔132和排182中的喷孔132沿方向52之间的距离比较短。为了实现这点，排181和182中的液滴喷射器150取向相反，使得第一交错排181的喷孔132接近第二排182的喷孔132，并且使得第一排181的压力室111和第二排182的压力室112从它们各自的喷孔132在方向52上沿相反的方向延伸。在图12所示的实施例中，压电喷墨打印器件11的打印区域可以进一步减小。
如俯视图11所示，为了提供更可靠、无短路的电互通连接，可以在电极层440上方设置电绝缘的掩蔽层280，掩蔽层280包括在信号输入焊盘455上方的窗口281和在返地焊盘465上方的窗口282，以便露出焊盘用于电互通连接。
如上参照图3A至11所述，压电喷墨打印器件11包括一基板100、至少一排181的液滴喷射器150阵列、一压电板210、一键合层270、第一电极层240、第二电极层440和至少一个公共总地线464。每排181和182的液滴喷射器150沿排行方向51对齐。每个液滴喷射器150包括一个压力室110或111或112，该压力室位于基板100的第一面101上。压力室由第一侧墙161和第二侧墙162为界。每个液滴喷射器150还包括一个喷孔132，此喷孔位于在与第一面101相对的基板100的第二面102上的喷孔层330中。压电板210有第一表面211靠近基板100的第一面101。键合层270位于压电板210和基板100之间，并且有键合层窗口275。第一电极层240位于压电板的第一表面211上。第一电极层240包括对应于每个压力室110或111或112的第一信号线251。每个第一信号线251通到相应的第一信号线互连焊盘253。第一电极层240还包括位于每个压力室110或111或112两侧的地线261。地线261与至少一个第一地线互连焊盘263连接。第二电极层440位于基板100的第一面101上。第二电极层440包括对应于每个第一信号线251的第二信号线451。每第二信号线451通到相应的第二信号线互连焊盘453和信号输入焊盘455。第一信号线互连焊盘253通过信号线焊节475与第二个信号线互连焊盘453连接。第二电极层440还包括第二地线互连焊盘463。每个第一地线互连焊盘263通过地线焊节485与相应的第二地线互连焊盘463连接。第二电极层440还进一步包括至少一个返地焊盘465，该返地焊盘与多个第二地线互连焊盘463相连接。至少一个返地焊盘465与至少一个公共总地线464相连接。
在图10所示的示例中，至少一个公共总地线464设置在基板100的第一面101上的第二电极层440中。此外，在图10示例中，液滴喷射器150阵列包括至少两个交错的液滴喷射器150排181和182，它们位于公共基板100上，排181和182中每排的液滴喷射器沿排行方向51对齐，并沿与排行方向51垂直的方向52与别的排分开。此外，在图10示例中，阵列包括至少一对交错的液滴喷射器150排181和182，其中至少一个总地线464设置在交错排181和182之间。进一步，在图10示例中，第一交错排181的喷孔132与第二交错排182的喷孔132接近，而第一交错排181的压力室111和第二交错排182的压力室112从各自的喷孔132沿相反的方向延伸。
图12显示了根据本发明另一实施例的部分压电喷墨打印器件11的俯视图。除了公共总地线264设置在第一电极层240上并且设置方式不同以外，图12中所示的结构设置与图10所示的相似。在图12显示的实施例中，第一公共总地线264设置靠近相应的第一排181的压力室111的第二端116，第二公共总地线266设置靠近相应的第二排182的压力室112的第二端116。信号线焊节475将第一信号线251与第二信号线451和信号输入焊盘455连接，并像图10实施例中所示，信号线焊节475设置靠近于两排181和182的压力室111和112的第一端115。第一电极层240中的第一公共总地线264通过地线焊节485连接到第二电极层440的返地焊盘465。第一电极层240中的第二公共总地线266通过地线焊节486连接到第二电极层440的返地焊盘467。在图12所示的示例中，与图11所示的类似掩蔽层280可用于露出信号输入焊盘和返地焊盘，便于电互通连接。
上述参照图3-10和12中所描述的液滴喷射器150和电线设置结构非常适合于可局部偏转变形的压电板210，当在与压力室110或111或112相对应的电极上施加电压脉冲时，引起压电板210向一个或多个压力室110或111或112内的局部偏转，由此喷射墨滴。对于这样的应用，压电板210沿垂直于第一表面211的方向极化。为了使厚度为T的压电板210有效地偏转到宽度为W的压力室110或111或112中，T小于0.5W是很有利的，并且在一些实施例中，T小于0.3W。
在模范性实施例中，每排的间距p为0.01英寸，使得每排中的喷孔132设置为每英寸100个喷孔，而且这两排液滴喷射器可以打印每英寸200个点的复合点行。对于间距p＝0.01英寸＝254微米，压力室宽度W可以为224微米，侧壁宽度s可以为30微米，由此如上参照图7A所述，s小于0.2p。压电板210自身厚度大约为50微米，有利于它不太易碎。在这样的示例中，
Figure BDA0002487730840000151
从图7A和7B可以看出，喷孔间距p等于信号线251的宽度b加上地线261的宽度c加上信号线251与地线261之间的距离d的两倍，即p＝b+c+2d。在一个示例中，信号线251的宽度b为90微米，地线261的宽度c为90微米，距离d为37微米。在W＝224微米且d＝37微米的实例中，信号线251与相邻地线261之间的距离d大于0.1W。另外，在该示例中，信号线251的宽度b大于0.1W。此外，对于厚度T为50微米的压电板210，信号线251和相邻地线261之间的距离d＝37微米大于0.5T且小于2T，并且信号线251的宽度b大于0.2T。
上述参照图10和12中所描述的实施例中，仅有单独一对液滴喷射器150的交错排181和182。在其他实施例(未示出)中，可以有更多对的液滴喷射器交错排，以提供更高的打印分辨率或增加墨水覆盖率，或者可以用每对交错排喷射不同类型的墨水(例如不同颜色的墨水)，或者可以用每对交错排喷射不同大小范围的墨滴。
如上参照图4B所述，焊料凸块470和从它产生的焊节475和485设置在绝缘层410上绝缘层窗口412上，它们可以形成在第一电极层240或第二电极层440上。在任何一种情况下，焊节、相应的绝缘层窗口和键合层窗口的相对尺寸、以及焊节的横截面形状都已找到，其能促使第一电极层240和第二电极层440中的线路之间的成功连接，压电板210和基板100之间的机械键合，以及焊节与压力室中的墨水的流体隔离。图13A、13B和13C显示了不同示例的俯视图。在每种情况下，焊盘290可以是第一信号线互连焊盘253、第二个信号线互连焊盘453、第一地线互连焊盘263或第二地线互连焊盘463。在每种情况下，键合层窗口275显示为方形开口，绝缘层窗口412显示为圆形开口，但其他形状也是可以的。在每种情况下，焊节475的横截面都是非圆形的。在图13A所示的示例中，焊节475的横截面为椭圆形。在图13B所示的示例中，焊节475的横截面为三角形。在图13C所示的示例中，焊节475的横截面形状像十字形。对于图13B和图13C的两示例，焊节475横截面显示为多边形。实际上，即使焊料凸块470(图4C)的焊料471部分是多边形，由于焊料471的流动，焊节475也会包括圆角。对于底座47由铜或铜和铬等材料制成的实施例，焊节475的底座47在键合后将保持其原始形状。此处的焊节的横截面被理解为包括底座473的横截面。此处的术语"基本上为多边形"是指形状在可识别地类似于多边形，但有圆状的内角或外角。图13C显示了有局部凹面的焊节横截面的示例。换句话说，焊节横截面的周界局部朝内向中心延伸。焊节475的非圆形、多边形和凹形的形状都能促成同步键合层270的机械键合和因流动焊料471表面张力而促使焊节475的形成。
此外，如图13A到13C所示的示例中，对每个焊节475，相应的绝缘层窗口412的面积小于焊节475(FIGS.4B和4C)在绝缘层410的外表面411的面积。此外，相应的绝缘层窗口412的周界位于的焊节475在绝缘层410的外表面411(也是在底座473设置处)的周界之内。换句话说，焊料凸块470和产生的焊节475的一部分设置在绝缘层410的外表面411之上。另外，相应的键合层窗口275的面积大于焊节475在绝缘层410外表面411的横截面面积。还有，相应的键合层窗275的周界位于绝缘层410外表面411的焊界475的周界之外。换句话说，键合层270不会与焊节475相接触。
本文特别参考本发明的某些优选实施例对本发明进行了详细描述，但是应理解为也囊括在本发明的精神和范围内进行的变异和修改。

Claims (27)

1.一种压电喷墨打印器件，其特征在于，包括：
一个基板；
至少有一排液滴喷射器的阵列，每一排沿排行方向，每个液滴喷射器包括：
一个压力室设置在基板的第一面上，该压力室由第一侧墙和第二侧墙定界；及
一个喷孔设置在与基板第一面相反的基板第二面的喷孔层中；
一个压电板，其第一表面紧靠压力室的第一面；
一个键合层设置在压电板与基板之间，其键合层有至少一个键合层窗口；
一个第一电极层设置在压电板第一表面上，其中第一电极层包括：
与每个液滴喷射器相对应的一条第一信号线，每一条第一信号线通到一个相应的第一信号线互连焊盘；并且
地线设置在每个压力室的两边，其地线电连接到至少一个第一地线互连焊盘；
一个第二电极层设置在基板第一面上，其中第二电极层包括：
与每条第一信号线相对应的一条第二信号线，每一条第二信号线通到一个相应的第二信号线互连焊盘和一个信号输入焊盘，其中第一信号线互连焊盘通过信号线焊节电连接到第二信号线互连焊盘上；
与每个第一地线互连焊盘相应的第二地线互连焊盘，其中每个第一地线互连焊盘通过地线焊节电连接到第二地线互连焊盘上；及
至少一个返地焊盘电连接到多个第二地线互连焊盘上；及
至少一个公共总地线电连接到至少一个返地焊盘。
2.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，至少一个公共总地线设置在基板第一面上的第二电极层中。
3.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，进一步包括：
一绝缘层设置在基板第一面的第二电极层上，绝缘层有与每个第二信号线互连焊盘和每个第二地线互连焊盘相对应的绝缘层窗口；及
在绝缘层中的每个绝缘层窗口上设置一个焊节。
4.根据权利要求3所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，对每个焊节：
相应的绝缘层窗口的面积小于焊节在绝缘层外表面的横截面面积；
相应的绝缘层窗口的周界设置于焊节在绝缘层外表面的周界以内；
相应的键合层窗口的面积大于焊节在绝缘层外表面的横截面面积；及
相应的键合层窗口的周界设置于焊节在绝缘层外表面的周界以外。
5.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，焊节的横截面为非圆形。
6.根据权利要求5所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，焊节的横截面为多边形。
7.根据权利要求5所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，焊节的横截面包括凹入的部分。
8.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，进一步包括：
一绝缘层设置在压电板第一表面上的第一电极层上，绝缘层有与每个第一信号线互连焊盘和每个第一地线互连焊盘相对应的绝缘层窗口；及
在绝缘层中的每个绝缘层窗口上设置一焊节。
9.根据权利要求8所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，对每个焊节：
相应的绝缘层窗口的面积小于焊节在绝缘层外表面的横截面面积；
相应的绝缘层窗口的周界设置于焊节在绝缘层外表面的周界以内；
相应的键合层窗口的面积大于焊节在绝缘层外表面的横截面面积；及
相应的键合层窗口的周界设置于焊节在绝缘层外表面的周界以外。
10.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，第一电极层和第二电极层各含铜层。
11.根据权利要求10所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，第一电极层和第二电极层各包括至少一个铬层。
12.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，焊节中至少包括锡和金中的一种。
13.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，键合层为聚合物粘合剂层。
14.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，液滴喷射器阵列包括至少有一对交错排列的液滴喷射器排，并且每一排液滴喷射器沿排行方向对齐并且沿垂直于排行方向的方向与另一排液滴喷射器间隔开。
15.根据权利要求14所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，液滴喷射器阵列包括至少有一对交错排列的液滴喷射器排，其中每对交错排之间至少设置一个总地线。
16.根据权利要求14所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，第一交错排的喷孔毗邻第二交错排的喷孔，其中第一交错排的压力室和第二交错排的压力室从各自喷孔向相反方向延伸。
17.根据权利要求16所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，第一交错液滴喷射器排的信号输入焊盘和第二个交错液滴喷射器排的信号输入焊盘设置在第一交错液滴喷射器排的喷孔和第二交错液滴喷射器排的喷孔之间；并且其中公共总地线位于第一交错液滴喷射器排的信号输入焊盘和第二个交错液滴喷射器排的信号输入焊盘之间。
18.根据权利要求17所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，所有信号输入焊盘和返地焊盘都通过压电板中的开口露出。
19.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，第一信号线与相邻地线之间的距离大于压力室宽度的十分之一。
20.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，第一信号线的宽度大于压力室宽度的十分之一。
21.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，第一信号线与相邻地线之间的距离大于压电板厚度的一半并且小于压电板厚度的两倍。
22.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，第一信号线的宽度大于压电板厚度的十分之二。
23.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，每一信号线沿垂直于排行方向的方向上延伸，并设置在相应的压力室的中心之上。
24.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，地线设置在相应的压力室之间的中间位置，并沿垂直于排行方向的方向延伸。
25.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，进一步包括一掩蔽层设置在第二电极层上，其中掩蔽层包括在信号输入焊盘和至少一个返地焊盘上的窗口。
26.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，其中地线的宽度大于压力室侧墙的宽度。
27.根据权利要求1所述的压电喷墨打印器件，其特征在于，压电板沿垂直于压电板第一表面的方向极化。
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