CN116490368A - 射流模具中散置的射流元件和电路元件 - Google Patents
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Abstract
在一些示例中，一种射流模具包括分配流体的射流元件的排列，其中射流元件的每个射流元件包括射流致动器和流体腔室。射流模具包括在多个维度上的流体供给孔阵列，用于使流体与射流元件连通，其中沿着多个维度的第一维度的多个流体供给孔中的每一个不同于沿着多个维度的第二维度的多个流体供给孔。射流模具包括沿着射流模具的不同的轴散置在射流元件之间的区域中的电路元件，其中电路元件的每个电路元件包括有源器件。射流元件和电路元件形成在公共基底上。
Description
背景技术
流体分配系统可向目标分配流体。在一些示例中，流体分配系统可以包括打印系统，诸如二维(2D)打印系统或三维(3D)打印系统。打印系统可以包括打印头设备，该打印头设备包括射流致动器以导致打印流体的分配。
附图说明
参考以下附图描述了本发明的一些实施方式。
图1是根据一些示例的包括射流单元和电路元件的散置排列的射流模具的框图。
图2是根据一些示例的包括电路元件层和射流单元层的射流模具的一部分的示意性截面图。
图3是根据一些实施例的包括射流单元和电路元件的散置排列的射流模具的一部分的框图。
图4是根据一些示例的形成射流模具的过程的流程图。
图5是根据进一步示例的射流模具的框图。
在所有附图中，相同的附图标记表示相似但不一定相同的元件。附图不一定按比例绘制，并且一些部件的尺寸可能被放大以更清楚地说明所示的示例。此外，附图提供了与描述一致的示例和/或实施方式；然而，描述不限于附图中提供的示例和/或实施方式。
具体实施方式
在本公开中，术语“一”、“一个”或“该”的使用也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。此外，术语“包括(include)”、“包括(including)”、“包含(comprise)”、“包含(comprising)”、“具有(have)”或“具有(having)”在本公开中使用时说明了所述元件的存在，但不排除其他元件的存在或添加。
流体分配设备可以包括射流致动器，其在激活时导致流体的分配(例如，喷射或其他流动)。例如，流体的分配可以包括通过激活的射流致动器从流体分配设备的相应喷嘴喷射流体液滴。在其他示例中，激活的射流致动器(诸如泵)可以使流体流过流体导管或流体腔室。因此，激活射流致动器以分配流体可以指激活射流致动器以从喷嘴喷射流体，或者激活射流致动器以使流体流过流动结构，诸如流动导管、流体腔室等。
在一些示例中，射流致动器包括热基射流致动器，包括加热元件，诸如电阻加热器。当加热元件被激活时，加热元件产生热量，该热量可导致流体蒸发，从而导致热基射流致动器附近的汽泡(例如，蒸汽泡)成核，这又导致一定量的流体的分配，诸如从喷嘴的孔口喷射或流过流体导管或流体腔室。在其他示例中，射流致动器可以是偏转型射流致动器，诸如基于压电膜的射流致动器，其在被激活时施加机械力以分配一定量的流体。
在流体分配设备包括喷嘴的示例中，每个喷嘴可包括孔口，响应于射流致动器的激活，流体通过该孔口从流体腔室中分配。每个流体腔室提供由相应喷嘴分配的流体。在其他示例中，流体分配设备可以包括具有流体腔室的微流体泵。
一般而言，射流致动器可以是喷射型射流致动器，以使得流体喷射，诸如通过喷嘴的孔口，或者是非喷射型射流致动器，以使得流体移位。
在一些示例中，流体分配设备可以采用射流模具的形式。“模具”指的是在基底上形成各种层以制造电路、流体腔室和流体导管的组件。多个射流模具可以安装或附接到支撑结构上。
在一些示例中，射流模具可以是打印头模具，其可安装至打印墨盒、滑架组件等。打印头模具包括喷嘴，通过喷嘴可以朝向目标(例如，诸如纸张、透明箔、织物等的打印介质或者包括由3D打印系统形成的3D部件以构建3D物体的打印床)分配打印流体(例如，墨水、3D打印系统中使用的液体试剂等)。
射流模具包括射流元件和控制射流元件流体分配操作的电路。该电路包括响应于地址信号和控制信号以产生输出信号的逻辑，该输出信号控制用于激活射流元件中的相应射流致动器的开关元件。
射流元件包括在射流元件中提供流体流动的流动结构。流动结构的示例包括以下的任何一个或一些组合：存储要由射流元件分配的流体的流体腔室，流体可以通过其从流体腔室流到流体腔室外部区域的孔口，用于在流体流动导管和射流元件中的流体腔室之间连通流体的流体供给孔，输送流体的流体通道，以及射流致动器，其在被激活时导致通过射流元件分配流体(例如，射流致动器可以包括热基射流致动器或偏转型射流致动器)。
在一些示例中，射流模具包括包含在射流架构区域中的射流元件，所述射流架构区域不包括具有有源器件的电路。在这样的示例中，射流模具被分成射流架构区域和射流架构区域之外的电路区域。电路区域包括包括有源器件的电路元件。
如本文所用，“有源器件”可指可在不同状态之间切换的器件，诸如电流流过器件的导通状态和电流不流过器件(或电流量可忽略或低于特定阈值)的关闭状态。有源器件的示例是晶体管，诸如场效应晶体管(FET)。晶体管具有连接到信号(“栅极信号”)以控制晶体管状态的栅极。当栅极信号处于有效电平时(例如，取决于所使用的晶体管类型的低电压或高电压)，晶体管导通以在晶体管的两个其他节点(例如，FET的漏极节点和源极节点)之间传导电流。另一方面，如果栅极信号处于无效电平(例如，取决于所使用的晶体管类型的高电压或低电压)，则没有电流流过晶体管(或者流过晶体管的电流量可忽略或低于指定阈值)。在一些情况下，可以将晶体管的栅极信号设置在有效电平和无效电平之间的中间电平，这使得晶体管传导中间量的电流。
有源器件的另一个示例是二极管。如果跨二极管的两个节点的电压超过阈值电压，则二极管导通以传导电流通过二极管。然而，如果跨二极管的两个节点的电压小于阈值电压，则二极管保持关断。
将射流模具分隔在射流架构区域和电路区域之间可以简化电路元件和射流元件之间的接口，或者可以由于射流模具中流体供给槽的排列而被执行。流体供给槽指的是可以沿着射流模具的整个致动器列延伸的流体导管。流体供给槽用于将流体携带到射流模具的射流元件和从射流模具的射流元件携带流体。
某些类型的射流模具可以采用稀疏排列的射流元件(射流元件的排列模式密度低于其他射流模具中的射流元件)。如果射流模具具有稀疏排列的射流元件，那么该射流架构区域将比具有更密集排列的射流元件的射流模具的射流架构区域占用更大的射流模具面积。给定相同尺寸的射流模具并假设使用相同数量的射流元件(与具有更密集排列的射流元件的另一个射流模具相比)，稀疏排列的更大射流架构区域将导致射流模具中更小的电路区域，这导致电路元件的更大压缩。在一些情况下，在具有稀疏排列的射流元件的射流模具中可能没有足够的空间用于电路元件。
根据本发明的一些实施方式，如图1所示，射流模具102包括呈射流单元104形式的射流元件。“射流单元”指的是流动结构的集合，并且该射流单元可以在射流模具102上重复，诸如以形成阵列。射流单元104沿着跨(射流模具102的)基底110的多个不同的轴散置有电路元件，射流单元104和电路元件共同形成在基底110上。如果沿着给定的轴，射流单元散置有电路元件，连续的射流单元由电路元件分隔，并且连续的电路元件由射流单元分隔。
不同的轴包括第一轴106和第二轴108，第二轴108与第一轴106基本正交。如果第一轴106相对于第二轴108的角度在以下范围中的任何一个内，则第一轴106和第二轴108基本正交：在45°和135°之间，在60°和120°之间，在75°和115°之间，等等。
图1中的每个电路元件表示为一个框，框中带有“C”。每个电路元件C包括一个有源器件或多个有源器件。在一些示例中，电路元件C的有源器件可以互连以提供逻辑操作，诸如逻辑AND、逻辑OR、逻辑求逆等等。电路元件C的有源器件也可以用于执行其他类型的操作，诸如提供锁存器、寄存器或其他存储元件，提供可变电阻等等。作为示例，电路元件C可以是射流模具102的控制电路的一部分，其中控制电路用于响应于输入信号(诸如地址信号、控制信号、数据等)控制射流单元104(更具体地，射流单元104中的射流致动器)的操作。输入信号可以从流体分配系统的控制器接收，诸如打印系统的打印控制器。
在其他示例中，电路元件C的有源器件可用于实现模拟电路。如上所述，有源器件的示例包括晶体管和二极管，或者能够响应于输入信号在不同状态之间切换的任何其他器件。
在图1的示例中，射流单元104沿着第一轴106和第二轴108排列成二维阵列。在其他示例中，射流单元104的阵列可以具有不同的图案；例如，代替通常分别平行于轴106或108的行或列，射流单元104的线可以相对于轴106或108倾斜。此外，代替具有规则图案的射流单元104，射流单元104可以在射流模具102的基底110上具有不规则图案或者甚至随机图案。
在一些示例中，沿着轴106散置在射流单元104之间的区域中的电路元件的第一数量大于指定数量(例如，10、20等)，并且沿着轴108散置在射流单元104之间的区域中的电路元件的第二数量大于指定数量(例如，10、20等)。
在图1的示例中，每个射流单元104包括各自的流体供给孔112和流体腔室114，流体可通过流体供给孔112供给到流体腔室114中。射流单元104还可以包括射流致动器115，该射流致动器115在被激活时使得流体腔室中的流体通过射流单元104的孔口(图1中未示出)被分配。在进一步的示例中，射流单元104可以包括多个流体供给孔和/或多个孔口。
尽管特定的流动结构已被确定为射流单元104的一部分，但应注意，在其他示例中，每个射流单元104中可以包括额外或替代类型的流动结构。
在图1的示例中，流体供给孔112的阵列呈多维排列(例如，沿着轴106和108)。流体供给孔112的阵列包括沿着多个维度中的第一维度延伸的不同流体供给孔，以及沿着多个维度中不同的第二维度延伸的不同流体供给孔。“不同的”流体供给孔指的是彼此独立的流体供给孔，与可以延伸相对长的长度以供给多个射流单元(诸如一列射流单元)的流体供给槽相反。流体供给孔112用于将流体与射流单元104的相应流体腔室连通。
在图1的示例中，射流模具102具有多个外边缘102-1、102-2、102-3和102-4，这些外边缘共同形成一个大致的矩形(从顶部或底部观察)。射流模具的“外边缘”是指射流模具102的最外边界的一部分。在其他示例中，射流模具102可以具有不同的形状。
在一些示例中，流体供给孔阵列112沿着其排列的多个维度中的第一维度或第二维度可以平行于射流模具102的外边缘(102-1、102-2、102-3和102-4中的一个)。在进一步的示例中，第一维度和第二维度两者都平行于射流模具102的相应外边缘。
此外，沿着第一维度(例如，沿着轴106)的多个流体供给孔中的每一个均不同于沿着第二维度(例如，沿着轴108)的多个流体供给孔。例如，在图1所示的射流单元104阵列的第一行150中，第二列158和第三列160中的射流单元104中的每个流体供给孔112不同于阵列的第一列156的第二行152和最后一行154中的射流单元104中的多个流体供给孔112。尽管在第一行150和第一列156的相交处有一个公共的射流单元104，但是第一行150具有多个射流单元(在除第一列156之外的列中)，这些射流单元不同于第一列156中的多个射流单元(在除第一行150之外的行中)。
在一些示例中，射流模具102可以安装在支撑结构(例如，打印墨盒、托架等)上，其可相对于射流模具102的流体将被分配到的目标相对移动。例如，目标可以是在2D印刷系统中将印刷流体分配到其上的印刷基底，或者是在3D印刷系统的3D构建操作期间将液体试剂分配到其上的3D构建部件。如果射流模具102和目标中的一个或两个是可移动的，则射流模具102相对于目标是可移动的。在一些示例中，射流模具102可以相对于目标沿着平行于轴106或108的方向相对移动。
沿着第一轴106和第二轴108两者在连续的射流单元104之间提供无流动结构的区域。射流单元104不将这些区域用于流体流动。电路元件被放置在射流单元104之间的区域中。结果，电路元件沿着轴106和108两者散置有射流单元104。散置有电路元件的射流单元104的元件导致射流元件和电路元件沿着不同的轴106和108交替排列。
在一些示例中，通过在多个不同的轴中交替射流元件和电路元件，在射流模具102的基底110上提供了更多空间以容纳电路元件，同时仍然允许射流单元104的稀疏排列。
射流单元104和电路元件形成在公共基底上，即射流模具102的基底110上。基底110可以是硅基底，或者由另一种半导体材料或不同材料形成的基底。在公共基底上形成射流单元104和电路元件是指形成射流单元104和电路元件的层作为单个集成电路器件的集成电路工艺流程的一部分，该集成电路器件在图1中是射流模具102。在不同基底上形成的电路元件和射流单元104(诸如作为使用不同集成电路工艺流程形成的不同集成电路器件的一部分)将不被认为是在公共基底上形成的。
图2是根据进一步的示例的射流模具200的、附接到中介层240或另一类型的结构的一部分的示意性截面图。射流模具200包括层206、208、218和224。“层”(206、208、218和224中的任何一个)可以包括可能由不同材料形成的单层或多层。层224和218构成射流模具200的基底。层224和218可以包括环氧基光致抗蚀剂(例如，SU-8)、硅、另一半导体材料或不同的材料。
图2示出了射流单元204和电路元件的层(202代表有源电路元件层，诸如有源器件或多个有源器件的层)。电路元件层202可以包括金属层、多晶硅层、掺杂区域等的任何或一些组合。掺杂区域可以形成在层218中。有源器件的金属层和多晶硅层可以形成在掺杂区域上。一个或多个薄膜互连层230(包括金属或另一导电材料)可以形成在层218上，其中薄膜互连层230可以形成电接触或通孔以电连接到有源器件。
射流单元204可以与图1的射流单元104类似的方式排列(即，多个射流单元204可以沿着多个轴排列成阵列，诸如图1所示的轴106和108)。使用电路元件层202形成的电路元件也可以沿着多个不同的轴散置有射流单元204。
射流单元204包括孔口层206，其中形成了孔口207(或多个孔口)。在孔口层206下方提供腔室层208，并且腔室层208限定了流体腔室210。层206和208可以包括任何各种不同类型的材料，诸如环氧树脂、硅等。
射流致动器212形成于流体腔室210中的层218上。如果射流致动器是电阻加热器，则射流致动器212可以使用电阻材料的薄膜(诸如钨-氮化硅、多晶硅或表现出电阻率的任何其他材料)来形成。射流致动器212的激活导致流体腔室210中的流体通过孔口207排出。
在一些示例中，在射流模具200的基底(包括层224和218)上，在射流单元204的各层之前形成电路元件层202。如果该层直接在基底上，或者如果该层通过其他层由基底支撑，则该层在基底上。腔室层208形成在层218上以及薄膜层(用于射流致动器212的薄膜层和薄膜互连层230)上。因此，在图2中，在用于射流单元204的层208和206之前，有源电路元件层202形成在基底上(包括层224和218)。在基底上形成有源电路元件层202之后，形成薄膜层(用于射流致动器212的薄膜层和薄膜互连层230)，随后是有源电路元件层202上的射流单元层208和206。
在图2的示例中，(例如，通过蚀刻供给孔层218以形成流体供给孔)在供给孔层218中形成两个流体供给孔214和216。流体供给孔214是允许流体流入流体腔室210的入口流体供给孔。流体供给孔216是出口流体供给孔，流体腔室210中的流体从该出口流体供给孔流出。入口流体供给孔214与高压腔室220连通，出口流体供给孔216与低压腔室222连通。(例如，通过蚀刻层224以形成腔室220和222)高压腔室220和低压腔室222形成在层224中。通过层224的壁221将高压腔室220与低压腔室222分开。
高压腔室220中的压力和低压腔室222中的压力可以由各自的压力调节器(未示出)控制。高压腔室220的压力高于低压腔室222的压力。
射流单元204的排列允许流体沿着流体路径226再循环。流体可以从高压腔室220流入入口流体供给孔214，然后流入流体腔室210。流体通过出口流体供给孔216从流体腔室210流出到低压腔室222。
可以进行再循环，以将流体腔室210中的任何污染物带出流体腔室210。在其他示例中，可以出于其他目的执行通过流体腔室210的流体再循环。
尽管图2中示出了一种特定排列，以使得射流单元204中的流体能够再循环，但在其他示例中，可使用其他排列来实现再循环。
电路元件层202形成于无射流单元204的流动结构的区域250中。区域250在多个轴的每一个轴(诸如图1所示的轴106和108)中的连续射流单元204之间。
中介层240是附接到射流模具200的结构。中介层240可以包括流体流动通道(未示出)以与腔室220和222流体连通。中介层240可以是与射流模具200分离的模具。
图3是根据进一步示例的射流模具的一部分的框图，其中射流单元304和电路元件(由标有“C”的框表示)沿着不同的轴306和308散置。图3中的射流单元304相对于轴306具有阶梯式排列。因此，与图1中射流单元104排列成大致平行于相应轴106和108的行和列的排列不同，图3中的射流单元304的排列是阶梯式排列，其中射流单元304相对于轴306向下呈阶梯状，使得射流单元304的线(大致沿着320延伸)不平行于轴306。射流单元的线(320)相对于轴306成角度(倾斜)。在阶梯式排列中，沿着线320的每个连续的射流单元304从沿着线320的紧邻的前一个射流单元304向下(沿着轴308)移位，使得射流单元304的线320相对于轴306沿着轴308逐渐向下步进。
沿着正交轴308，射流单元304大致平行于轴308排列。
每个射流单元304包括流体供给孔310和312(例如，类似于图2所示的流体供给孔214和216)。此外，每个射流单元304包括孔口314和316。例如，孔口314大于孔口316。
图4是根据一些示例的形成射流模具(例如，根据图1、2或3的射流模具)的过程400的流程图。
过程400包括在基底上形成(在402处)电路元件的层，其中电路元件的每个电路元件包括有源器件(例如，晶体管或二极管)。
过程400包括在电路元件的层上形成(在404处)射流元件的层，其中射流元件用于分配流体，射流元件跨基底的排列具有连续射流元件之间无流动结构的区域，射流元件的每个射流元件包括射流致动器和流体腔室。
过程400包括沿着射流模具的不同的轴在射流元件之间的区域散置(在406处)电路元件。
过程400包括在多个维度上形成(在408处)流体供给孔阵列，以使流体与射流元件连通，其中沿着多个维度的第一维度的多个流体供给孔中的每一个不同于沿着多个维度的第二维度的多个流体供给孔。
图5是根据进一步示例的射流模具500的框图。射流模具500包括基底502和基底502上的用于分配流体的射流元件504的排列，射流元件504的每个射流元件包括射流致动器520和流体腔室522。射流元件504的排列包括沿着跨基底502的第一轴506的第一射流元件，以及沿着跨基底的不同的第二轴508的第二射流元件。
射流模具500还包括基底502上的电路元件510。电路元件510沿着第一轴506和第二轴508中的每一个散置在射流元件504之间。电路元件510的每个电路元件510包括有源器件。电路元件510包括在连续的第一射流元件504之间的第一区域中沿着第一轴506的多于10个第一电路元件，以及在连续的第二射流元件504之间的第二区域中沿着第二轴508的多于10个第二电路元件。
射流元件504和电路元件510包括共同形成在基底502上的集成电路层。
根据本发明的一些示例，射流元件和电路元件的散置排列可以提供各种益处。例如，在射流模具的基底上提供更大的空间，以容纳稀疏排列的射流元件中的电路元件。此外，更靠近射流元件放置的电路元件可以降低由电路元件传输的信号中的寄生阻抗。用射流元件散置电路元件允许更大密度的电路元件，而不增加射流模具的整体尺寸。
在前述说明中，阐述了许多细节，以帮助理解本文公开的主题。然而，可以在没有这些细节的情况下实现。其他实现可以包括对上述细节的修改和变化。所附权利要求旨在覆盖这些修改和变化。
Claims (15)
1.一种射流模具，包括：
用于分配流体的射流元件的排列，所述射流元件的每个射流元件包括射流致动器和流体腔室；
在多个维度上的流体供给孔阵列，用于使所述流体与所述射流元件连通，其中沿着所述多个维度的第一维度的多个流体供给孔中的每一个不同于沿着所述多个维度的第二维度的多个流体供给孔；以及
沿着所述射流模具的不同的轴散置在所述射流元件之间的区域中的电路元件，其中所述电路元件的每个电路元件包括有源器件，
其中，所述射流元件和所述电路元件形成在公共基底上。
2.根据权利要求1所述的射流模具，其中，所述有源器件包括晶体管。
3.根据权利要求1所述的射流模具，其中，所述有源器件包括二极管。
4.根据权利要求1所述的射流模具，其中，沿着所述不同的轴的第一轴散置在所述射流元件之间的区域中的电路元件的第一数量大于10，沿着所述不同的轴的第二轴散置在所述射流元件之间的区域中的电路元件的第二数量大于10。
5.根据权利要求1所述的射流模具，其中，所述多个维度的第一维度平行于所述射流模具的外边缘。
6.根据权利要求1所述的射流模具，其中，所述射流元件的每个射流元件还包括入口流体供给孔和出口第二流体供给孔，以使流体再循环通过所述射流元件的所述流体腔室。
7.根据权利要求1所述的射流模具，其中，所述射流元件的每个射流元件还包括孔口，来自所述射流元件的所述流体腔室的流体通过所述孔口进行分配。
8.根据权利要求1所述的射流模具，其中，所述射流元件的所述排列包括：
沿着所述不同的轴的第一轴延伸的第一射流元件，其中在所述第一射流元件的连续射流元件之间提供无流动结构的第一区域，以及
沿着所述不同的轴的第二轴延伸的第二射流元件，其中在所述第二射流元件的连续射流元件之间提供无流动结构的第二区域，以及
其中，所述电路元件包括：
所述第一区域中的第一电路元件，以及
所述第二区域中的第二电路元件。
9.根据权利要求1所述的射流模具，其中，所述不同的轴是基本上正交的轴。
10.根据权利要求1所述的射流模具，其中，所述射流元件的层形成在所述公共基底上的电路元件层上。
11.一种形成射流模具的方法，包括：
在基底上形成电路元件的层，其中所述电路元件的每个电路元件包括有源器件；
在所述电路元件的层上形成射流元件的层，其中所述射流元件用于分配流体，所述射流元件跨所述基底的排列具有在连续的射流元件之间无流动结构的区域，并且所述射流元件的每个射流元件包括射流致动器和流体腔室；
沿着所述射流模具的不同的轴在所述射流元件之间的所述区域中散置所述电路元件；以及
在多个维度上形成流体供给孔阵列，用于使所述流体与所述射流元件连通，其中沿着所述多个维度的第一维度的多个流体供给孔中的每一个不同于沿着所述多个维度的第二维度的多个流体供给孔。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，形成所述电路元件的层包括形成晶体管或二极管的层。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述不同的轴包括第一轴和基本上垂直于所述第一轴的第二轴，并且其中在所述区域中散置所述电路元件包括沿着所述第一轴和所述第二轴的每个轴交替所述电路元件和所述射流元件。
14.一种射流模具，包括：
基底；
在所述基底上用于分配流体的射流元件的排列，所述射流元件的每个射流元件包括射流致动器和流体腔室，其中射流元件的所述排列包括沿着跨所述基底的第一轴的第一射流元件，以及沿着跨所述基底的不同的第二轴的第二射流元件；以及
在所述基底上并且沿着所述第一轴和所述第二轴中的每一个散置在所述射流元件之间的电路元件，其中所述电路元件的每个电路元件包括有源器件，并且其中所述电路元件包括在连续的第一射流元件之间的第一区域中沿着所述第一轴的多于10个第一电路元件，以及在连续的第二射流元件之间的第二区域中沿着所述第二轴的多于10个第二电路元件，
其中，所述射流元件和所述电路元件包括共同形成在所述基底上的集成电路层。
15.根据权利要求14所述的射流模具，还包括：
在多个维度上的流体供给孔阵列，用于使所述流体与所述射流元件连通，其中所述多个维度的第一维度平行于所述射流模具的外边缘。
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