CN113272147A - 覆盖层中具有缺口的流体喷射装置 - Google Patents
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Abstract
在各种示例中,流体喷射装置可以包括:流体喷射片,流体喷射片由第一材料形成且包括焊盘和多个流体喷射器;以及覆盖层,覆盖层毗邻流体喷射片。该覆盖可以由不同于第一材料的第二材料形成,并且可以包括覆盖焊盘的第一区域和覆盖多个流体喷射器的第二区域。在各种示例中,第一区域和第二区域由覆盖层中的缺口隔开。可以用不同于第一材料和第二材料中的一者或两者的第三材料填充缺口。
Description
背景技术
流体喷射装置(例如,打印流体打印头)在其寿命的不同阶段可能会承受相当大的机械应力。如果不减轻这些机械应力,可能会缩短流体喷射装置的寿命。例如,在制造期间,流体喷射装置可能被暴露于相对较高的温度。流体喷射装置的不同部件可由具有不同热膨胀系数(CTE)的不同材料构成。因此,每个部件对热可能表现出不同的物理反应。这些不同的物理反应可能会导致各种异常和/或缺陷,在某些情况下,这些异常和/或缺陷可能使诸如焊盘之类的敏感部件暴露于诸如环氧树脂和/或印刷液之类的流体中。此外,封装将流体喷射片的焊盘连接到其他逻辑部件的导线的过程可能会对流体喷射装置的多个部分施加相当大的应力。另外,在使用期间,流体的喷射可能会对流体喷射装置的各种部件施加竞争力,这会导致进一步的缺陷和/或进一步缩短流体喷射装置的寿命。
附图说明
本公开的特征将通过示例而非限制的方式在下图中示出,其中,相似的数字表示相似的元素。
图1是使用流体喷射装置在打印介质上形成图像的示例印刷机的示意图。
图2是可用于使用流体喷射装置形成图像的流体喷射系统的示例的框图。
图3是示例打印配置(例如,打印杆)中的喷墨打印头形式的一簇流体喷射装置的示意图。
图4示出了热应力和/或机械应力如何沿流体喷射装置内的各种界面(例如,薄膜界面)引入缺陷。
图5A和图5B描绘了可以如何组装配置有本公开的选定方面的流体喷射装置的示例。
图6A、图6B、图6C和图6D描绘了可以如何组装配置有本公开的选定方面的流体喷射装置的另一示例。
图7描绘了组装配置有本公开的选定方面的流体喷射装置的示例方法。
具体实施方式
为了简单和说明性目的,主要参考本公开的示例来描述本公开。在下面的描述中,给出了许多具体细节,以提供对本公开的全面理解。然而,容易明白的是,本公开可以在不限于这些具体细节的情况下实施。在其他情况下,没有详细描述某些方法和结构,以免不必要地模糊本公开。
此外,应该理解的是,附图中描绘的元件可以包括附加部件,并且可以移除和/或修改这些附图中描绘的某些部件,而不偏离本文公开的元件的范围。还应该理解的是,附图中示出的元件可能不是按比例绘制的,因此这些元件可能具有不同于图中所示的尺寸和/或配置。
本文描述了包括覆盖流体喷射片的覆盖层的多个区域之间的缺口的技术、设备(例如,流体喷射装置和打印杆)、以及系统(例如,打印系统)。覆盖层的各个区域或部分之间的这些缺口可以减轻先前描述的机械应力,从而可以导致流体喷射装置的寿命增加。在一些示例中,覆盖层可以由诸如SU-8的光刻胶材料形成。流体喷射片也可以采取各种形式,例如,用作打印头片的硅基片条(die sliver)。
可以将覆盖层的“焊盘保护”区域或部分设计为覆盖从而防止下方的流体喷射片的焊盘不会受到诸如,油墨的流体的影响。本文将流体喷射装置的这种区域称为“封装区域”,因为它是用各种材料封装将焊盘连接到外部逻辑部件的导线的区域,以保护流体喷射片与外部逻辑部件之间的电气连接。在一些示例中,流体喷射装置可以包括在其长度的相对端的两个封装区域。
可以将覆盖层的“孔口”区域或部分设计为覆盖流体喷射片的多个流体喷射器。例如,覆盖层的孔口区域可以由多个喷嘴构成,这些喷嘴将多个流体喷射器与流体喷射装置的外部流体地耦接,例如,使得喷射的液滴可以到达其预定目标。本文将流体喷射装置的整体区域称为“流体喷射区域”。在一些示例中,流体喷射区域可以位于流体喷射装置的两个侧面的封装区域之间。
如果覆盖层采用没有缺口的连续层的形式,则在流体喷射装置的寿命期间施加到其某些部件上的很多机械应力可能会影响其他部件,从而导致各种缺陷和/或异常。例如,可能会在不同部件之间形成裂缝或间隙,这可能会影响流体喷射装置的整体机械稳定性。此外,诸如油墨之类的流体可以通过毛细芯吸进入这些裂缝或间隙。这种流体可能会接触到诸如焊盘的部件,导致电气故障,还可能导致和/或加速各种部件的腐蚀。
因此,可以在覆盖层中形成缺口,例如,在焊盘保护区域和孔口区域之间形成缺口。然后,可以用聚合物和/或环氧树脂模塑材料(“EMC”)等材料填充这些缺口。通过具有这种EMC填充的缺口,可以减轻或消除在流体喷射装置的某些部件上施加的应力对其他部件的影响。作为非限制性示例,在制造过程中,可以将流体喷射装置的流体喷射区域与流体喷射装置的封装区域中引起的应力隔离。此外,移除沿该装置表面(例如,EMC封装剂下方)的材料接缝,从而消除沿封装剂下方接缝的油墨芯吸的可能。
这些覆盖层缺口可以采用多种形式。在一些示例中,覆盖层可以包括多个子层,例如,基础层(prime layer)、腔室层、和“顶帽(top hat)”层。在某些此类示例中,可以在这些层的全部或子集中形成缺口。例如,最接近流体喷射片的基础层可以保持完整,同时可以在腔室层和顶帽层中形成缺口。此外,在一些示例中,覆盖层的焊盘保护区域可以包括围绕一个或多个焊盘的壁或“篱笆(hedgerow)”,以进一步防止流体接触到焊盘,特别是在封装将一个或多个焊盘连接到外部逻辑部件的导线后。
图1是使用喷墨打印头在打印介质上形成图像的印刷机100的示例的示意图。印刷机100可以从大辊102馈送打印介质的连续薄片。打印介质可以通过诸如打印系统104的多个打印系统来馈送。在打印系统104中,容纳多个打印头的打印杆将墨滴喷射到打印介质上。第二打印系统106可以用于打印附加颜色。例如,第一系统104可以打印黑色,而第二系统106可以打印青色(cyan)、洋红(magenta)、和黄色(yellow)(CMY)。
打印系统104和打印系统106不限于两种或上述颜色的组合,因为可以使用任意数目的系统(取决于例如所需的颜色和印刷机100的速度)。更一般地,本文描述的技术不限于图1所示的印刷机。本文描述的技术可以在各种场景中实现,例如在桌面打印机、通道末端打印机、具有单片的打印头、热注入打印机、压电喷墨打印机等中。而且,本文描述的技术可以应用于具有固定打印头和/或打印杆和移动介质的系统和/或适用于具有扫描打印头和/或杆的系统。此外,本文描述的技术适用于二维(“2D”)和三维(“3D”)打印机。
在第二系统106之后,经过打印的打印介质可以被卷取在卷取辊108上以供稍后处理。在一些示例中,其它单元(例如,板材切割器和装订器等)可以替换卷取辊108。
图2是可用于使用喷墨打印头形成图像的喷墨打印系统200的示例的框图。喷墨打印系统200包括打印杆202(其包括多个打印头204)和供墨组件206。供墨组件206包括储墨器208。油墨210被从储墨器208提供给打印杆202从而被馈送到打印头204。供墨组件206和打印杆202可以使用单向油墨输送系统或再循环油墨输送系统。在单向油墨输送系统中,供应到打印杆202的几乎所有油墨在打印期间被消耗。在再循环油墨输送系统中,供应到打印杆202的油墨210的一部分在打印期间被消耗,并且油墨的其他部分被返回到供墨组件。在一个示例中,供墨组件206与打印杆202隔开,并且通过管状连接(例如,供应管(未示出))将油墨210供应到打印杆202。在其它示例中,打印杆202可以包括打印头204以及供墨组件206和储墨器208(例如,在单用户打印机中)。在任一实例中,供墨组件206的储墨器208可以被移除、替换、或再填充。
从打印头204开始,油墨210作为墨滴212被从喷嘴喷向打印介质214(例如,纸张、聚酯薄膜、卡片纸等)。打印头204的喷嘴排列成列或阵列,使得在打印杆202和打印介质214相对移动时,油墨210的适当顺序的喷射可以形成要打印在打印介质214上的字符、符号、图形、或其他图像。油墨210不限于用于在打印介质上形成可见图像的有色液体,例如,油墨210可以是用于打印电路图案(太阳能电池)的电活性物质。
安装结构或组件216可以用于相对于打印介质214定位打印杆202。在一个示例中,安装组件216可处于固定位置,将多个打印头204保持在打印介质214上方。在另一示例中,安装组件216可以包括马达,例如,如果打印杆202包括一到四个打印头204,则该马达在打印介质214上来回移动打印杆202。介质传输组件218相对于打印杆移动打印介质214,例如,垂直于打印杆202移动打印介质214。在图1的示例中,介质传输组件218可包括辊102和辊108、以及用于将打印介质拉过打印系统104和打印系统106的任意数量的机动夹送辊。如果打印杆202被移动,介质传输组件218可以将打印介质214索引到新位置。在打印杆202未移动的示例中,打印介质214的运动可以是连续的。
控制器220从诸如计算机的主机系统222接收数据。数据可以通过网络连接224发送,网络连接224可以是电连接、光纤连接、或无线连接等。通过网络连接224发送的数据可以包括要打印的文档或文件,或者可以包括更多基本项,例如文档的颜色平面或栅格化文档。控制器220可以将数据临时存储在本地存储器中以供分析。该分析可以包括确定用于从打印头204喷射墨滴的定时控制,以及打印介质214的运动和打印杆202的任何运动。控制器220可通过控制线226操作打印系统的各个部分。因此,控制器220定义在打印介质214上形成字符、符号、图形、或其它图像的所喷射墨滴212的图案。
喷墨打印系统200不限于图2所示的项目。例如,控制器220可以是耦接在网络中的集群计算系统,该控制器对系统的各个部分具有单独的计算控制。例如,单独的控制器可以与安装组件216、打印杆202、供墨组件206、以及介质传输组件218中的每一者相关联。在本示例中,控制线226可以是将不同控制器耦接到单个网络中的网络连接。在另一示例中,如果打印杆202不需要运动,则安装组件216可以不是与打印杆202分离的项目。
图3是在示例打印配置(例如,打印杆202)中的一簇喷墨打印头204的示意图。相对于图2描述类似编号的项目。图3所示的打印杆202可用于不移动打印头的配置中。因此,打印头204可以以重叠配置附接到打印杆202以提供完全覆盖。每个打印头204具有多个喷嘴区域302,这些喷嘴区域302具有用于喷射墨滴的电路和喷嘴。在一些情况下,喷嘴区域302可以采用本文所述的硅基流体喷射片的形式。
图4描绘了流体喷射装置404,其可对应于先前附图的打印头204。在图4中沿其纵向轴线观看流体喷射装置404。流体喷射装置404包括流体喷射片440,流体喷射片440与流体腔432和覆盖层450流体地耦接。流体喷射片440可以采取各种形式,例如,有时被称为打印头片“条”的相对薄和窄的打印头片。流体喷射片440可以用各种材料(比如,硅)构成。尽管在图4中不可见,但在各种示例中,流体喷射片440可包括各种有助于流体(例如,用于打印的油墨)喷射的部件,例如喷射装置、将流体喷射片440电连接到例如电子控制器220和/或主机222的焊盘等。
覆盖层450设置毗邻流体喷射片440,例如,在流体喷射片440的顶部表面上。覆盖层450可由不同于流体喷射片440的材料构成。这会导致覆盖层450具有不同于流体喷射片440的热膨胀系数(“CTE”),如前所述。在一些示例中,覆盖层450可由光刻胶材料(例如,SU-8)构成。
流体喷射片440和覆盖层450可以嵌入或以其他方式布置在模塑件430中/上。模塑件430可由不同于流体喷射片440和/或覆盖层450的材料构成。在一些示例中,模塑件430由EMC构造。在一些示例中,用于构造模塑件430的EMC可包括例如由二氧化硅制成的球形填充材料。
图4的底部是在模塑件430、流体喷射片440、和覆盖层450之间的界面处捕捉的流体喷射装置404的放大部分。由于流体喷射装置404在其寿命期间经历和/或施加在其上的各种机械和/或热应力,在各种部件之间的各种界面处形成了各种间隙434-438。例如,在覆盖层450和模塑件430之间形成了第一间隙434。在覆盖层450和流体喷射片440之间形成了第二间隙436。在模塑件430和流体喷射片440之间形成了第三间隙438。
流体(例如,油墨)可能会渗入这些缝隙中,例如通过毛细芯吸。这可能会导致流体喷射装置的寿命显著缩短、腐蚀和/或在某些情况下可能会导致流体喷射装置404的故障,例如,油墨或其他水分与流体喷射片440的一个或多个焊盘接触。因此,如前所述,可将一个或多个缺口并入各种部件中,例如覆盖层450,以减轻先前描述的机械应力和/或热应力并延长流体喷射装置404的寿命。
图5A至图5B描绘了如何使用本文描述的技术将一个或多个间隙或缺口引入流体喷射装置504的各种部件中的一个示例。在图5A中,描绘了在用例如,EMC模塑之前的单个流体喷射装置504。在图5A中,流体喷射片540和覆盖层550可见。
覆盖层550的“焊盘保护”区域或部分551可设计为覆盖下方的流体喷射片440从而保护流体喷射片免受诸如油墨之类的流体的影响。流体喷射装置504的整个区域570在本文中被称为“封装区域”,因为它是用各种材料封装将一个或多个焊盘542连接到外部逻辑部件(例如,电子控制器220和/或主机222)的导线的区域,以保护流体喷射片和外部逻辑元件之间的电气连接。
在图5A中,焊盘保护区域551包括由与覆盖层550相同的材料形成的壁559或“篱笆”。壁559包围焊盘542并防止流体接触一个或多个焊盘542。例如,当引入诸如EMC的模塑材料时,壁559可防止模塑材料接触一个或多个焊盘542。
覆盖层550的“孔口”区域或部分553可设计为覆盖流体喷射片540的多个流体喷射器(在图5A中不可见)。例如,孔口区域553可由多个喷嘴(图5A中描绘了一个喷嘴557)形成,这些喷嘴将多个流体喷射器与流体喷射装置504的外部流体地耦接。流体喷射装置504的整个区域572在本文中称为“流体喷射区域”。在一些示例中,流体喷射区域572可位于流体喷射装置504的两个侧面的封装区域570之间。
在图5A中,在覆盖层550中可以看到单个缺口555A。缺口555A形成在相应的焊盘保护区域551和孔口区域554之间,从而将流体喷射装置504的流体喷射区域572与相应的封装区域570隔开。
图5B描绘了模塑材料(例如,EMC)凝固后在模塑件530上形成的多个流体喷射装置504。特别地,图5B描绘了如何使用诸如EMC之类的模塑材料填充三个流体喷射装置504中的每一个的缺口555A和555B等。在图5B的示例中,三个流体喷射装置504被描绘为打印杆502的部分。然而,这并不意味着限制,并且可以以与图5B中相同的方式或不同的方式(例如,类似于图3)布置任意数目的流体喷射装置504。
一旦每个缺口555A、555B被填充以EMC,EMC实际上就可以解耦一个或多个封装区域570和流体喷射区域572之间的应力相互作用。通常,EMC的CTE比覆盖层550小,并且可以更好地与硅匹配。因此,可以增加流体喷射装置504的寿命,因为可以减少或者完全避免诸如图4中的434-438的间隙和裂纹的生长和形成。
图6A至图6D在横截面上示意性地描绘了根据各种示例如何组装配置有本公开的选定方面的流体喷射装置的一个示例。在图6A中,流体喷射装置604的一侧被描绘为第一组装阶段。例如,使用粘合剂或其它技术将覆盖层650附接到流体喷射片640。此外,在覆盖层650中形成了流体腔670和喷嘴672。虽然描绘了单个流体腔670/喷嘴672,但在各种示例中,可能存在多个喷嘴和流体腔。流体喷射片640还包括流体喷射器664,该流体喷射器可被驱动以通过喷嘴672喷射来自流体腔670的流体。流体喷射器664可采取各种形式,例如热元件(例如,电阻器)和/或压电元件。
流体喷射片640还包括可用于将流体喷射片640电连接到远程逻辑装置(例如,电子控制器220)的焊盘642。在图6A至图6C中,焊盘642从顶部暴露出来,但部分受壁或“篱笆”659(其可能对应于图5A-B中的壁559)保护。尽管图6A至图6D中描绘了两个焊盘642和一个流体喷射器664,但这不是限制性的。流体喷射片640可包括任意数目的焊盘642和流体喷射器664。
如图6A所示,覆盖层650包括焊盘保护区域651和孔口区域653。这些区域分别覆盖焊盘642和喷嘴672/流体腔670。覆盖层650还包括多个子层652-656。在本示例中,多个子层可包括“顶帽”子层652,“腔室”子层654、和“基础”子层656。其他配置是可能的。
在图6B中,在覆盖层650中形成了缺口655。在图6B至图6D的示例中,通过顶帽子层652和腔室子层654,但不通过基础子层656形成缺口655,但这并不意味着限制。在其他示例中,可以通过所有三层、通过顶帽层652等形成缺口655。
缺口655可通过各种方式形成。在一些示例中,使用诸如蚀刻等技术形成缺口655。在使用光刻胶材料形成覆盖层650的其他示例中,可以使用正性或负性光刻胶工艺形成缺口655。在一些示例中,可以在将连续的SU-8层涂敷到流体喷射片640的表面(例如,通过将掩膜(未描绘)涂敷到连续的SU-8层)后形成缺口655。掩膜的形状可以允许光传送到连续的SU-8层的第一部分,并阻止光到达连续的SU-8层的第二部分。然后,可将光定向到掩膜/片640,以使覆盖层650的部分交叉连接,例如,负性作用于SU8材料。可使用溶剂将这些降解部分清洗干净,使未降解部分保持完好。
在图6C中,已将诸如EMC这样的模塑材料流过缺口655,以形成模塑件630。如前所述,将模塑件630定位在焊盘保护区域651和孔口区域653之间,可以在流体喷射装置604的寿命期间隔离施加在其各个部件上的各种应力,例如,使得这些应力不会施加在其他部件上从而导致图4中的任何明显缺陷。在EMC凝固之前且仍处于液态状态时,壁659保护焊盘642不会暴露给EMC。
在图6D中,导线674已经耦接到焊盘642。如前面所述,导线674可以连接到远程逻辑,例如,图2中的电子控制器220。为了保护电气连接,封装材料676已经沉积在由壁659形成的凹槽中的导线674上。尽管在图6D中以不同的填充图案描绘,但在一些示例中,可使用与模塑件630相同的材料(例如,EMC)形成密封物676。
图7示出了构造配置有本公开的选定方面的流体喷射装置的示例方法700的流程图。其他实现可以包括除图7中所示的那些之外的附加操作,可以以不同的顺序和/或并行地执行图7的操作,和/或可以省略图7的各种操作。
在框702,可将覆盖层涂敷于流体喷射片的表面,使得覆盖层的焊盘保护区域覆盖流体喷射片的焊盘,并且覆盖层的孔口区域覆盖流体喷射片的多个流体喷射器。图6A中描绘了这些操作的示例结果。
在框704处,可在覆盖层中的焊盘保护区域和孔口区域之间形成缺口。图6B中描绘了这些操作的示例结果。如前所述,可以使用各种技术(例如,蚀刻、光刻胶操作等)形成缺口。在框706处,可用塑料或诸如EMC的其他模塑材料填充覆盖层的焊盘保护区域和孔口区域之间的缺口。图6C中描绘了这些操作的示例结果。
在一些例子中,可用光刻胶材料(例如SU-8)构造覆盖层。在一些这样的示例中,框702和/或框704的操作可以包括,例如,将连续的SU-8层涂敷到流体喷射片的表面上,并将掩模涂敷到连续的SU-8层上。在各种示例中,可将掩模的形状形成为允许光传到连续的SU-8层的第一部分。在用负性光刻胶构建覆盖层的示例中,这可能会导致连续的SU-8层的第一部分变得增强(或在正性光刻胶示例的情况下退化)。掩模可阻挡光到达连续的SU-8层的第二部分,例如,使得第二部分变得退化(或在正性光刻胶示例的情况下增强)。
尽管本公开的代表性示例在本公开的整个内容中都有具体描述,但本公开的代表性示例在广泛的应用中具有实用性,并且上述讨论不用于限制也不应被解释为限制性的,而是作为本公开各方面的说明性讨论提供的。
本文描述和说明的是本公开的示例及其一些变化。本文使用的术语、描述、和附图以图解的方式阐述,并不意味着作为限制。在本公开的范围内可能存在许多变化,本公开的范围将由以下权利要求及其等价物来定义,其中除非另有说明,否则所有术语都是以其最广泛的合理意义来表示的。
Claims (15)
1.一种流体喷射装置,包括:
流体喷射片,所述流体喷射片由第一材料形成并且包括焊盘和多个流体喷射器;
覆盖层,所述覆盖层与所述流体喷射片毗邻并且由不同于所述第一材料的第二材料形成,其中,所述覆盖层包括覆盖所述焊盘的第一区域和覆盖所述多个流体喷射器的第二区域,其中,所述第一区域和第二区域由所述覆盖层中的缺口隔开;和
第三材料,所述第三材料与所述第一材料和第二材料中的一者或两者不同,其中,所述第三材料填充所述覆盖层的将所述第一区域与第二区域隔开的所述缺口。
2.根据权利要求1所述的流体喷射装置,其中,所述覆盖层包括由所述第一材料构成的多个子层。
3.根据权利要求2所述的流体喷射装置,其中,所述第一区域与第二区域之间的所述缺口包括所述多个子层的顶帽子层和腔室子层中的缺口。
4.根据权利要求1所述的流体喷射装置,其中,所述覆盖层的所述第一区域包括由所述第二材料形成的壁,所述壁包围所述焊盘并防止流体接触所述焊盘。
5.根据权利要求1所述的流体喷射装置,其中,所述第二材料包括SU-8。
6.根据权利要求5所述的流体喷射装置,其中,所述第三材料包括环氧树脂模塑材料(“EMC”)。
7.根据权利要求6所述的流体喷射装置,其中,所述第一材料包括硅。
8.根据权利要求1所述的流体喷射装置,其中,所述流体喷射片包括片条。
9.一种打印杆,包括:
打印头,安装在所述打印杆上,所述打印头包括:
片条,所述片条包括焊盘和多个流体喷射器;
光刻胶层,所述光刻胶层毗邻所述片条,其中,所述光刻胶层包括毗邻所述焊盘的焊盘保护部分和毗邻所述多个流体喷射器的孔口部分,所述孔口部分通过所述光刻胶层中的缺口与所述焊盘保护部分隔开;和
环氧树脂模塑材料(“EMC”),所述环氧树脂模塑材料填充将所述光刻胶层的所述焊盘保护部分和孔口部分隔开的所述缺口。
10.根据权利要求9所述的打印杆,其中,所述光刻胶层包括负性光刻胶。
11.根据权利要求9所述的打印杆,其中,所述光刻胶层包括多个子层。
12.根据权利要求11所述的打印杆,其中,所述焊盘保护部分与孔口部分之间的所述缺口包括所述多个子层的顶帽子层和腔室子层中的缺口。
13.根据权利要求9所述的打印杆,其中,所述光刻胶层的所述焊盘保护部分包括包围所述焊盘并防止流体接触所述焊盘的壁。
14.一种用于制造流体喷射装置的方法,包括:
将覆盖层涂敷到流体喷射片的表面,使得所述覆盖层的焊盘保护区域覆盖所述流体喷射片的焊盘,并且使得所述覆盖层的孔口区域覆盖所述流体喷射片的多个流体喷射器;
在所述覆盖层的所述焊盘保护区域与孔口区域之间的所述覆盖层中形成缺口;以及
用模塑材料填充所述覆盖层的所述焊盘保护区域与孔口区域之间的所述缺口。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,所述覆盖层包括SU-8,并且所述涂敷包括:
向所述流体喷射片的所述表面涂敷连续的SU-8层;以及
向所述连续的SU-8层涂敷掩模,其中,所述掩模的形状允许光传递到所述连续的SU-8层的第一部分并且阻止光到达所述连续的SU-8层的第二部分。
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