CN113939406A - 用于保护加热部件和检测状态的空化板 - Google Patents
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Abstract
根据示例，一种装置可包括流体腔室，流体将被暂时容纳在其中。该装置还可包括加热部件，其产生热，以在流体腔室中容纳的流体中形成驱动气泡，并且空化板可被设置在流体腔室和加热部件之间。该空化板可与流体腔室连通，并且可使流体腔室与加热部件物理分离，以保护加热部件。另外，控制器可基于从空化板接收的电信号来确定流体腔室中的状态。
Description
背景技术
喷墨打印机使用从打印头中的喷嘴释放到纸或其他打印介质上的打印流体微滴以在该纸或其他打印介质上记录图像。一些喷墨打印机的打印头中的喷嘴可与流体腔室流体连通，使得该流体腔室中包含的打印流体或其他流体可通过喷嘴从流体腔室喷射。在一些示例（例如，热喷墨（TIJ）设计）中，驱动气泡可形成在打印流体或包含在流体腔室中的流体中。
附图说明
本公开的特征通过示例的方式来图示，并且不限于以下附图，附图中相同的附图标记表示相同的元件，附图中：
图1A和图1B分别描绘了可包括分段空化板的示例性装置的示图；
图2描绘了可包括分段空化板和介电层的示例性装置的示图；
图3描绘了示例性设备的示图，其示出了多个图2中描绘的装置；以及
图4示出了用于形成单一空化板的示例性方法的流程图。
具体实施方式
为了简单和说明的目的，本公开通过主要参考示例来描述。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，将显而易见的是，可在不限于这些具体细节的情况下实践本公开。在其他情况下，一些方法和结构没有被详细地描述，以免不必要地模糊本公开。
贯穿本公开，术语“一”、“一个”和“一种”意在表示特定元素中的至少一个。如本文所用的，术语“包括”意指包括但不限于，术语“包含”意指包含但不限于。术语“基于”意指至少部分地基于。
本文公开的是装置，例如，流体管芯、打印头或其他类型的装置，该装置可包括用于该装置中的流体腔室的分段空化板。分段的、例如分立的空化板中的每一个可用作用于相应流体腔室（例如，喷嘴腔室）的流体传感器。例如，分立的空化板可用作传感器，该传感器可被实施为感测用于推进容纳在流体腔室中的流体的微滴的驱动气泡的存在，所述流体例如打印介质、墨等。作为示例，分立的空化板可用作流体腔室中的阻抗传感器，以在驱动气泡形成期间检测流体的特性。除了用作传感器之外，分立的空化板还可保护在制造过程期间易于过蚀刻的下面的薄膜层（例如，导电迹线、金属层、绝缘层、氧化物层和/或类似物）。本文还公开了：流体管芯，其可以是打印头；以及用于制造可包括分立的空化板的装置的方法。
通过实施本文公开的装置、流体管芯和方法，可提供分立的空化板以保护下面的薄膜层以及检测状态，例如气泡形成期间的阻抗水平。本文公开的分立的空化板可提供保护和状态检测两者，并且因此，本文公开的装置可用较少数量的部件制造，这可降低与流体管芯的制造相关联的复杂性和成本。
参考图1A-3。图1A和图1B分别描绘了可包括分段空化板130的示例性装置100的示图。图2描绘了可包括加热部件120和介电层240的示例性装置200的示图。图3描绘了可包括多个图2中描绘的装置200的示例性设备300的示图。应当理解的是，图1A和图1B中描绘的装置100、图2中描绘的装置200和/或图3中描绘的设备300可包括附加特征，并且在不脱离本公开的范围的情况下，可移除和/或修改本文描述的一些特征。
在图1A-3中所示的示例中，装置100关于单个流体腔室110和其他部件来描述（如图1A和图1B中所示），并且装置200、300关于多个流体腔室110-1至110-n和其他部件来描述（如图2和图3中所示）。本公开的装置100-300和方法的描述参考了特定类型的打印机，例如喷墨打印机。然而，应当领会的是，在本公开中设想了其他示例，例如：多个控制器102的实施方式，其用于控制不同的流体管芯阵列，所述流体管芯例如为打印头或其他类型的设备；在二维（2D）或三维（3D）打印应用、微流体芯片应用、生物应用、芯片实验室（LOC）和/或其他类型的应用上的实施方式。
根据示例，以及图1A-2中所示，装置100可包括流体腔室110、加热部件120和空化板130。可为墨、化学品或其他类型的流体的流体111可被暂时容纳在流体腔室110中。例如，流体111可如箭头104所示从储存器（未示出）输送到流体腔室110中，并且可如箭头108所示通过喷嘴106从流体腔室110排出。因此，在流体111通过喷嘴106排出之前，流体111可暂时被容纳在流体腔室110中。
在操作中，加热部件120可产生热以在容纳在流体腔室110中的流体111中形成驱动气泡112。还如本文论述的，加热部件120可以是由耦接到导电层202、204的电阻元件206形成的薄膜层。可从导电层202、204通过电阻元件206施加电流，这可使得电阻元件206变热。所产生的热可流过空化板130并流入到流体腔室110中，如箭头114所示。在流体111被容纳在流体腔室110中的情况下，该热可使一些流体111汽化，这可能使得形成驱动气泡112。该驱动气泡112可快速形成，从而使得流体腔室110内的压力快速增加。压力的快速增加可使一些流体111从流体腔室110中移出，例如，作为流体111的微滴通过喷嘴106排出。
根据示例，电流可被施加于加热部件120中的电阻元件206持续相对短的持续时间，例如持续几分之一秒。在电流施加停止之后，驱动气泡112可消散。随着驱动气泡112消散，流体腔室110内的压力水平可变得较低，这可使流体111从储存器被吸入到流体腔室110中，如箭头104所示。
如图1A中所示，空化板130可被设置在流体腔室110和加热部件120之间，以保护加热部件120免受例如由驱动气泡112的形成和破裂引起的力的影响。空化板130还可在装置100的制造过程期间保护加热部件120。空化板130可与流体腔室110连通，并且可使加热部件120与流体腔室110物理地分离，使得没有加热部件120的任何部段暴露于流体腔室110。在一些示例中，空化板130的一部分可位于流体腔室110中，与流体111物理接触，并且可用作流体腔室110的“地板”。
另外，空化板130可与加热部件120电隔离。例如，空化板130可与加热部件120物理分离，和/或可在空化板130和加热部件120之间设置电绝缘材料，使得电流不可从导电层202、204和/或电阻元件206传导到空化板130，并且反之亦然。空化板130也可被实施为传感器，例如阻抗传感器，以在驱动气泡112的生成期间或之后检测流体腔室110中的状态。
根据示例，控制器102可被电连接到空化板130，并且控制器102可检测来自空化板的电信号。也就是说，例如，控制器102可使电流跨越空化板130施加并通过流体111，其可具有电阻部件220，如图2中所示。控制器102可通过空化板130检测电信号水平，并且可根据检测到的电信号的值，例如强度、电阻等，来确定流体腔室110中的状态，例如阻抗。根据示例，可提供多个流体腔室110，并且空化板130可被分段成多个电隔离的板，这些板用作用于相应流体腔室110的传感器。
根据示例，装置100可以是流体管芯，例如打印头。在这些示例中，加热部件120可使流体111作为微滴通过喷嘴106喷射。装置100可以是可将流体111的微滴沉积到诸如纸的打印介质上的二维打印机的一部分。可替代地，装置100可以是可在3D打印操作期间将流体111的微滴沉积到构建材料颗粒上的三维（3D）打印机的一部分。
在其他示例中，并且如图1B中所示，装置100可用作流体泵，其可使流体111从一个位置移动到另一个位置，而例如不会使流体111通过喷嘴106从装置100喷射。例如，装置100可具有u-流体泵（u-fluidic pump）架构。在装置100将用作如图1B中所示的流体泵的示例中，装置100可不包括喷嘴106。替代的是，驱动气泡112的膨胀可能不会使一些流体111从流体腔室110喷射，但是可使流体腔室110内的流体111在流体腔室110和/或与流体腔室110流体连通的通道内移位。
参考图2，装置200可与图1A中描绘的装置100包括类似的部件。然而，装置200被描绘为包括附加部件。没有详细描述图2中描绘的共同部件，而是替代地依靠关于图1A的对这些部件的描述来描述图2的共同部件。可替代地，应当理解，装置200可替代地包括图1B中所示的特征。
如图2中所示，加热部件120可以是薄膜层，并且可包括导电层202、204和电阻元件206。电阻元件206可包括一个或多个电阻器，并且可接收可流过导电层202、204的电流。在这方面，电阻元件206可被电耦接到导电层202和/或204。在一些示例中，导电层202、204可由诸如铜、银、金和/或类似物的金属制成，并且可形成为导电迹线。电流可被施加于一个导电层202中，并且可随着电流从另一导电层204中流出而流过电阻元件206。如上所述，当电流经由导电层202、204施加通过电阻元件206时，电阻元件206可变热，这可使流体腔室110中的一些流体111汽化，这又可引起驱动气泡112的形成。尽管未示出，但绝缘层可将导电层202和204电隔离，并且导电层202和204可通过连接208（例如，过孔）来电连接，以形成电流的返回路径。
介电层240（例如，由原硅酸四乙酯（TEOS）等形成的薄膜层）可被设置在空化板130和加热部件120的一部分上方，或者如图2中所示的其他下面的薄膜层上方。介电层240可保护空化板130和加热部件的其上方设置介电层240的部分。为了加热部件120和空化板130的适当操作，介电层240可不设置在对应于流体腔室110的区域中。例如，如图2中所描绘的，受保护区域252和未受保护区域251之间的边界由虚线250表示，并且介电层240可被设置在受保护区域252中，而不延伸到未受保护区域251中。
加热部件120可包括位于未受保护区域251中的第一部分和位于受保护区域252中的第二部分。如此，介电层240可不覆盖位于未受保护区域251中的下面的薄膜层（例如，导电层202和/或电阻元件206）。在如本文所述的一些示例中，设置在加热部件120的可能不受介电层240保护的部分上方的空化板130可覆盖未受保护区域251中的下面的导电层202、204（例如，导电层202和/或电阻元件206）。
图3描绘了示例性设备300的示图，该设备300可包括多个图2中描绘的装置200-1至200-n，其中变量“n”可代表大于1的值。图3示出了装置200-1至200-n的顶视图。如所示，装置200-1至200-n中的每一个可彼此物理分离，并且可包括相应的空化板130-1至130-n。在这方面，空化板130-1至130-n可相对于彼此分段。另外，装置200-1至200-n中的每一个可具有相同的部件。例如，装置中的一个200-1的空化板130-1和装置中的另一个200-n的空化板130-n可具有相同的结构，并且可彼此共面，例如由相同的钽层形成。此外，如所示，该多个空化板130-1至130-n中的每一个可与该多个加热部件120-1至120-n中对应的一个重叠。可能对与加热部件120-1至120-n重叠的空化板130-1至130-n的结构布置感兴趣。实际上，例如由于潜在的寄生电容，延伸跨越并覆盖多个下面的加热部件的单一空化板可能是不期望的。
再次参考图3，该多个空化板130-1至130-n可被设置成保护下面的加热部件120-1至120-n。特别地，空化板130-1至130-n可形成为与未受保护区域251中的加热部件120-1至120-n重叠。例如，在未设置介电层240的未受保护区域251中，空化板130-1至130-n可被图案化为与下面的加热部件120-1至120-n的一部分完全重叠。空化板130-1至130-n的形状可形成为具有与下面的导电层202、204的形状相似的形状。
在一些示例中，加热部件120-1至120-n的设置在未受保护区域251中的第一部分可具有规定的宽度，并且设置在未受保护区域251中的空化板130-1至130-n可具有比加热部件120-1至120-n的第一部分的宽度大的宽度。在一些示例中，空化板130-1至130-n还可覆盖加热部件120-1至120-n的侧面。例如，为了确保空化板130-1至130-n作为传感器的可接受的性能，可最小化传感器节点的寄生电容（例如，通过最小化面积）。如此，通过空化板130-1至130-n对加热部件120-1至120-n的重叠可被设计为最小量，以充分保护加热部件120-1至120-n免受过蚀刻的影响，同时保持空化板130-1至130-n的传感器性能。加热部件120-1至120-n和空化板130-1至130-n的形状和宽度可使得能够实现加热部件120-1至120-n的最小重叠和/或围封，同时保持空化板130-1至130-n的传感器性能的期望水平。
可关于图4中描绘的方法400来更详细地论述可形成装置100、200、300的各种方式。特别地，图4示出了用于形成具有单一空化板130的装置100、200、300的示例性方法400的流程图。应当理解的是，图4中描绘的方法400可包括附加的操作，并且在不脱离方法400的范围的情况下，可移除和/或修改其中所述的某些操作。出于说明的目的，参考图1A-3中描绘的特征来进行方法400的描述。
在框402处，可形成用于诸如打印头的流体管芯的流体腔室110的加热部件120。加热部件120可具有与流体腔室110相邻的第一部分和与流体腔室110偏置的第二部分。该第一部分可被设置在未受保护区域251中，并且该第二部分可被设置在受保护区域252中。
在框404处，可形成空化板130。空化板130可位于流体腔室110和加热部件120的处于未受保护区域251中的第一部分之间。
在框406处，可形成介电层240。介电层240可与受保护区域252中的加热部件120和/或空化板130接触，而不会使介电层240与加热部件120和/或空化板130的处于未受保护区域251中的部分接触。
在框408处，空化板130可被连接到电连接。空化板130可被耦接到控制器102，其中，如本文所论述的，控制器102可基于从空化板130接收的电信号来确定流体腔室110中的状态。所确定的状态可以是流体腔室110中的流体111的电气性质，并且更具体而言，可以是在驱动气泡112在流体腔室110中形成期间的流体111的电气性质，例如阻抗。
在一些示例中，形成加热部件120可包括形成用于流体管芯的多个流体腔室110-1至110-n的多个加热部件120-1至120-n。另外，形成空化板可包括形成待定位在相应的流体腔室110-1至110-n与加热部件120-1至120-n之间的多个空化板130-1至130-n。此外，该多个空化板130-1至130-n中的每一个可形成为与该多个加热部件120-1至120-n中的相应加热部件120-1至120-n重叠，以便为下面的薄膜层提供保护，同时还用作流体腔室110-1至110-n中的传感器。
尽管在整个本公开中具体地描述，但本公开的代表性示例对于范围广泛的应用具有实用性，并且上述论述不意在且不应被解释为是限制性的，而是作为对本公开的各方面的说明性论述而提供。
本文描述和说明的是本公开的一个示例及其一些变型。本文所使用的术语、描述和附图通过说明的方式阐述，并不意在作为限制。在本公开的精神和范围内可有许多变型，这些变型意在由所附权利要求及其等同物来限定，其中除非另有说明，否则所有术语均意指其最广泛的合理意义。
Claims (15)
1.一种装置，包括：
流体腔室，其中，流体被暂时容纳在所述流体腔室中；
加热部件，其产生热，以在所述流体腔室中容纳的所述流体中形成驱动气泡；以及
空化板，其设置在所述流体腔室和所述加热部件之间，所述空化板与所述流体腔室连通，并使所述流体腔室与所述加热部件物理分离，以保护所述加热部件，其中，控制器基于从所述空化板接收的电信号来确定所述流体腔室中的状态。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述流体腔室中的所述状态是在所述流体中产生所述驱动气泡期间或之后所述流体腔室内部的性质。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述加热部件包括金属层和耦接到所述金属层的电阻元件，并且其中，所述电阻元件通过接收来自所述金属层的电流来产生热。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述金属层包括设置在所述流体腔室所在的第一区域中的第一部分以及设置在与所述第一区域相邻的第二区域中的第二部分，并且其中，所述空化板与所述第一区域中的所述金属层重叠。
5.根据权利要求4所述的装置，还包括介电层，所述空化板被设置在所述介电层和所述金属层之间，其中，所述介电层与所述第二区域中的所述金属层重叠，并且不与所述第一区域中的所述金属层重叠。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述金属层的所述第一部分具有规定形状，并且所述空化板具有与所述金属层的所述规定形状相对应的规定形状。
7.根据权利要求4所述的装置，其中，所述金属层的所述第一部分具有规定宽度，并且所述第一区域中的所述空化板具有比所述金属层的所述第一部分的所述规定宽度大的规定宽度。
8.根据权利要求1所述的装置，还包括：
第二流体腔室，其中，所述流体被暂时容纳在所述第二流体腔室中；
第二加热部件，其产生热，以在所述第二流体腔室中容纳的所述流体中形成驱动气泡；以及
与所述第二流体腔室连通的第二空化板，所述第二空化板与所述空化板物理分离。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述空化板与所述第二空化板共面。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述空化板由钽形成。
11.一种打印头，包括：
暂时容纳流体的多个流体腔室；
由多个加热部件形成的金属层，其中，所述多个加热部件中的每一个产生热，以在所述多个流体腔室中的相应流体腔室中容纳的所述流体中形成驱动气泡；以及
设置在所述多个流体腔室和所述金属层之间的空化板层，所述空化板层包括多个空化板，其中，所述多个空化板中的每个空化板与所述多个流体腔室中的相应流体腔室连通，并且被实施为检测所述相应流体腔室中的状态。
12.根据权利要求11所述的打印头，其中，所述多个空化板中的每一个彼此物理分离，其中，所述多个加热部件中的每一个彼此物理分离，并且其中，所述多个空化板中的每一个与所述金属层的所述多个加热部件中相对应的一个重叠。
13.根据权利要求11所述的打印头，其中，通过每个空化板检测的所述相应流体腔室中的所述状态是在所述流体中产生所述驱动气泡期间所述相应流体腔室内部的性质。
14.一种方法，包括：
形成用于流体管芯的流体腔室的加热部件，所述加热部件具有与所述流体腔室相邻的第一部分和与所述流体腔室偏置的第二部分；
将空化板形成为定位在所述流体腔室和所述第一部分之间；
将介电层形成为与所述第二部分接触，而不使所述介电层与所述第一部分接触；以及
将所述空化板连接到电连接，其中，所述空化板被耦接到控制器，其中，所述控制器基于通过所述电连接从所述空化板接收的电信号来确定所述流体腔室中的状态。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
形成用于所述流体管芯的多个流体腔室的多个加热部件；
将多个空化板形成为定位在相应的流体腔室和加热部件对之间，其中，所述多个空化板中的每一个与所述多个加热部件中的相应加热部件重叠；以及
将所述多个空化板中的每一个连接到相应的电连接。
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