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HINTERGRUND
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Das Drahtbonden ist eine Verbindungstechnologie, welche bei der Herstellung von verschiedenen Halbleitern, in der Mikroelektronik und in MEMS Geräten (mikroelektromechanischen Systemen) wie zum Beispiel in Tintenstrahldruckköpfen verwendet wird. Typischerweise wird das Drahtbonden zum Verbinden einer integrierten Schaltung (IC) oder einer anderen Halbleitervorrichtung mit der entsprechenden Verpackung verwendet, aber es kann auch für andere Arten von Verbindungen, wie beispielsweise zum Verbinden zwischen Leiterplatten (PCB), das Verbinden eines IC-Chips mit einer Leiterplatte, das Verbinden einer IC mit anderen elektronischen Komponenten, usw., verwendet werden. Beim Drahtbonden wird ein schmaler Draht aus Metall, wie Gold, Kupfer oder Aluminium, an beiden Enden durch eine Schweißung unter Verwendung von Wärme, Druck, Ultraschallenergie oder einer Kombination davon hergestellt. In einigen Fällen ein oder beide Enden eines Drahtes können an Bondpads auf einer Leiterplatte oder IC-Chip befestigt werden. Im Allgemeinen stellen Bondpads metallische Oberflächenbereiche auf der Leiterplatte oder Chip zur Verfügung, welche verschiedene Verbindungsarten ermöglichen, einschließlich das Drahtbonden, das Löten, die Flip-Chip-Montage und die Verwendung von Sondennadeln. Wenn aber der Zugang zu einem Bondpad blockiert oder durch Schmutz oder andere körperliche Behinderung behindert ist, kann eine Drahtverbindung oder eine andere Verbindung zu dem Bondpad nicht möglich sein.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegenden Ausführungsformen werden nun beispielhaft beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
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1 zeigt eine Seitenschnittansicht eines Teils eines beispielhaften Formdruckkopfs, der zur Verwendung in einer Druckpatrone und/oder Druckstab eines Tintenstrahldruckers geeignet ist;
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2 zeigt den beispielhaften geformten Druckkopf von 1, mit Drahtbonds, welche die Bondpads auf dem Chip mit Bondpads auf der Leiterplatte (PCB) einer benachbarten PCB verbinden;
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3 zeigt einen beispielhaften Vorgang zum Herstellen eines Druckkopfs, welcher Abtrennungen aufweist, welche Bondpad-Bereiche umgeben, um zu verhindern, dass überschüssiges Butzenmaterial in die Bondpad-Bereiche während eines Formungsvorganges eindringt;
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4 zeigt ein Flussdiagramm des beispielhaften Vorgangs in 3;
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5 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Tintenstrahldruckers mit einer Druckpatrone zeigt, die ein Beispiel eines geformten Druckkopfs enthält;
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Druckpatrone, die ein Beispiel eines geformten Druckkopf enthält;
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels einer Druckpatrone, die ein Beispiel eines geformten Druckkopfs enthält;
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8 zeigt ein Blockdiagramm, das einen Tintenstrahldrucker mit einem der Mediumbreite entsprechenden Druckstab aufweist, welcher ein Beispiel eines geformten Druckkopfs implementiert;
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9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines geformten Druckstabs mit mehreren Druckköpfen.
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In den Zeichnungen bezeichnen identische Bezugszeichen ähnliche, aber nicht notwendigerweise identische Elemente.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Überblick
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Die aktuellen Tintenstrahldruckköpfe umfassen integrierte Schaltungen (zum Beispiel eine thermische Erwärmungs- und Treiberschaltung) mit fluidischen Strukturen einschließlich Fluidausstoßkammern und Düsen auf demselben Siliziumchip-Substrat. Ein Fluidverteiler (beispielsweise ein Kunststoffzwischenstück oder chiclet) und in dem Düsensubstrat ausgebildete Schlitze, erlauben, zusammen, eine fluidische Verzweigung von den mikroskopischen Ausstoßkammern zu größeren Tintenzufuhrkanälen. Allerdings besetzen die Düsenschlitze wertvolle Siliziumfläche und fügen erhebliche Kosten zur Schlitzverarbeitung hinzu. Ein kleinerer, kostengünstiger Siliziumchip kann mit einer engeren Schlitzteilung erreicht werden, aber die mit der Integration der kleineren Düse in einem Verzweigungsverteiler und in einem Tintenstrahlstift verbundenen Kosten überwiegen die Vorteile der kostengünstigeren Form.
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Die derzeitigen Bemühungen die Tintenstrahldruckkopfkosten zu senken haben zu neuen geformten Tintenstrahldruckköpfen geführt, welche die Verbindung zwischen der für die Ausstoßkammern benötigten Größe des Chips, und den für die fluidische Auffächerung benötigten Abstand eliminieren. Die Formtintenstrahldruckköpfe ermöglichen die Verwendung winziger Druckkopfchip-”Bändern”, wie sie in den internationalen Patentanmeldungen mit den Nummern PCT/US2013/046065, eingereicht am 17. Juni 2013, mit dem Titel „Printhead Die” und PCT/US2013/028216, eingereicht am 28. Februar 2013, mit dem Titel „Molded Print Bar”, beschrieben sind, von denen jede hierin in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Verfahren zum Formen der Tintenstrahldruckköpfe umfassen beispielsweise, das Druckformen und Transferformverfahren, wie diejenigen, die jeweils in den internationalen Patentanmeldungen mit den Nummern PCT/US2013/052.512 vom 29. Juli 2013 mit dem Titel: „Fluid Structure with Compression Molded Fluid Channel”, und PCT/US2013/052.505, eingereicht am 29. Juli 2013 mit dem Titel „Transfer Molded Fluid Flow Structure”, beschrieben sind, von denen jede hierin in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
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Wie bei herkömmlichen Tintenstrahldruckköpfen, können die Formtintenstrahldruckköpfe das Drahtbonden verwenden, um elektrische Signale zu und von einem Druckkopfchip-Substrat zu übertragen. Wie oben allgemein erwähnt, ist das Drahtbonden ein gewöhnliches bei der Herstellung vieler Halbleiter und mikroelektronischer Vorrichtungen verwendetes Verbindungsverfahren, welches das Schweißen der Enden von kleinen Drähten zu Bondflächen auf Chips des integrierten Schaltkreis (IC) oder Leiterplatten (PCB) umfasst. Nachdem die Drahtbond-Verbindungen hergestellt worden sind, werden sie in der Regel zum Schutz eingekapselt. Bevor jedoch eine Drahtbondverbindung erstellt werden kann, ist es wichtig, dass das Bondpad zugänglich und frei von jeglichen Hindernissen bleibt, die ein Kontakt und eine Verbindung zwischen dem Draht und das Bondpad verhindern könnten. Die oben genannten zum Formen der geformten Tintenstrahldruckköpfen verwendeten Formverfahren können zur Bildung von überschüssiger Formmasse oder anderer Formmassen führen, die sogenannten ”Flash”, die die Bondpad-Bereiche auf dem Druckkopfchip und anliegenden PCB verstopfen oder absiegeln. Diese Hindernisse können die Bildung von Drahtbond-Verbindungen zwischen Bondpads auf den Chips und PCB verhindern. Eine Lösung dieses Problems kann die Verwendung eines Lasers oder anderer teurer Mittel vorsehen, um Durchkontaktierungen in der Formmasse zu öffnen, um einen Zugang zu den Bondflächen und Drahtverbindungen oder anderen elektrischen Verbindungen zu ermöglichen.
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Beispiele von Implementierungen von Formtintenstrahldruckköpfe mit hier beschriebenen eingebetteten PCBs und Band-Chips bilden vertiefte Bondpads, die kostengünstige Drahtbondverbindungen ermöglichen. Ein Bondpad auf einem Band-Chip oder PCB ist im vorderen Oberflächenmaterial der Matrize oder PCB eingelassen, so dass ein Damm den Bondpad-Bereich umgibt und verhindert, dass Epoxid-Formmasse oder andere Formmasse in den Bondpad-Bereich während des Formungsvorganges eindringt. Zum Beispiel, ein Band-Chip mit Aussparungen in der SU8 Brennkammer-Lage, welche die Bondpad Bereiche umgibt, und ein FR4 PCB mit Aussparungen in dem FR4-Glasepoxid, welches die Leiterplatte-Bondpad Bereiche umgibt, werden auf einen Träger angeordnet, wobei ihre Stirnflächen dem thermischen Trennband des Trägers zugerichtet sind. Die Dämme auf dem Chip und auf der FR4 Leiterplatte halten den EMC (Epoxy-Gießharz) Grat außerhalb der Bondpad-Bereiche und der Bondpads während des Formungsvorganges. Wenn der Chip und das PCB vom Träger gelößt werden, sind die Bondpads offen (d. h. nicht durch den EMC behindert), was das Drahtbonden des Chips mit der Leiterplatte zur Herstellung der elektrischen Verbindungen ermöglicht.
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In einem Beispiel enthält ein Druckkopf einen Druckkopfchip, welcher in einer Form geformt wird. Der Chip weist eine außerhalb des Form geöffnete Vorderfläche, um Flüssigkeit, wie beispielsweise Tinte durch Düsen auf der vorderen Oberfläche des Chips auszugeben. Der Chip weist eine gegenüberliegende Rückfläche, die durch die Form bedeckt ist, mit der Ausnahme wo der Kanal in der Form geformt worden ist, wodurch das Fluid unmittelbar zur Rückfläche fließt. Ein Bondpad auf der Vorderfläche des Chips ist von einer Abtrennung umgeben, welche einen Kontakt zwischen der Form und dem Bondpad verhindert.
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In einem anderen Beispiel umfasst eine Druckpatrone ein Gehäuse enthaltend ein Druckfluid, und einen Druckkopf. Der Druckkopf enthält ein Chipband, welches in einer Form eingebettet ist, wobei eine Rückfläche von der Form gedeckt ist, während eine Vorderfläche freiliegt, und die Form auf dem Gehäuse montiert ist. Die Form weist einen inneren Kanal, durch welchen das Fluid zur Rückfläche des Chipbands fließen kann. Das Chipband weist ein Bondpad, welches von einer Abtrennung umgeben ist, um die Form frei vom Bondpad zu halten.
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In einem anderen Beispiel umfasst ein Druckstab mehrere Druckkopfchips und eine Leiterplatte, welche in einer Form eingebettet ist. Chip-Bondpads sind unterhalb Vorderflächen der Chips ausgenommenen und PCB Bondpads sind unterhalb einer vorderen Vorderfläche der Leiterplatte eingelassen. Bonddrähte verbinden die Chip-Bondpads mit den PCB-Bondpads.
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Die in diesem Dokument verwendete Begriffe, wie ”Druckkopf” und ”Druckkopfchips” beziehen sich auch auf ein Teil eines Tintenstrahldruckers oder Tintenstrahl-Spenders anderer Art, welche Flüssigkeit aus einer oder mehreren Öffnungen abgeben können. Ein Druckkopf umfaßt einen oder mehrere Druckkopfchips. Ein Chip-„Band” bezieht sich auf ein Druckkopfchip mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von 50 oder mehr. Ein Druckkopf und ein Druckkopfchip sind nicht auf das Abgeben der Tinte und anderen Druckflüssigkeiten beschränkt, sondern können auch andere Flüssigkeiten zu anderen Zwecken ausgeben.
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Beispiele von Ausführungsformen
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Die 1 zeigt eine Seitenschnittansicht eines Teils eines beispielhaften Formdruckkopfs 100, der zur Verwendung in einer Druckpatrone und/oder Druckstab eines Tintenstrahldruckers geeignet ist. Der Druckkopf 100 umfasst Abtrennungen, welche Bondpad-Bereiche umranden, die ein Eindringen von überschüssigem Gratmaterial in die Bondpad-Bereiche während eines Formvorganges verhindern. Bondpads welche unter den Abtrennungen eingelassen sind, bleiben frei von Formmasse, um nachfolgende Vorgänge des Drahtbonden und Einkapseln zu ermöglichen.
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Der Druckkopf 100 weist einen länglichen „Band”-Druckkopf-Chip 102 und ein PCB 104 (Leiterplatte), welche zu einem monolithischen Körper 106, oder Form 106 geformt sind, welche aus Kunststoff oder andere formbare Materialen gebildet ist. Der Druckkopfchip 102 ist in die Form 106 geformt, sodass eine Vorderfläche 108 des Chips 102 außerhalb der Form 106 freiliegt, sodass der Chip Fluid abgeben kann. Der Chip 102 weist eine gegenüberstehende Rückfläche 110, welche von der Form 106 abgedeckt ist, mit Ausnahme eines Kanals 138, welcher in der Form gebildet ist, damit Fluid unmittelbar zum Chip 102 fließen kann (zum Beispiel sehe 2). In weiteren Ausführungsformen, wie die weiter unten beschriebenen, mit Bezug auf 5–9, kann z. B. ein Druckkopf 100 einen oder mehrere Druckkopfchips 102 innerhalb des monolithischen Formkörpers 106 in unterschiedlichen Konfigurationen eingebettet haben, wobei jede Form 102 einen entsprechenden Fluidkanal 138 (2) aufweist, welcher in dem Formteil 106 gebildet ist, um Druckfluid direkt an die Rückfläche 110 des Chips 102 zu fördern.
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Jeder Druckkopf-Chip 102 umfasst ein Siliziumchip-Substrat 112, welches ein dünnes Siliziumband umfasst, mit einer Dicke in der Größenordnung von 100 Mikron. Das Siliziumsubstrat 112 umfasst Fluidspeisebohrungen 114, welche trocken geätzt oder auf andere Weise darin geformt sind, um eine Strömung von Fluid durch das Substrat 112 von einer ersten Substratfläche 116 bis zu einer zweiten Substratfläche 118 zu ermöglichen. Das Siliziumsubstrat 112 umfasst ferner eine dünne Siliziumkappe 120 (bzw. eine Kappe über dem Siliziumsubstrat 112), welche an die erste Substratfläche 116 anliegt und diese dabei bedeckt. Die Siliziumkappe 120 weist eine Dicke in der Größenordnung von 30 Mikron und kann aus Silizium oder einem anderen geeigneten Material gebildet sein.
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Auf der zweiten Substratfläche 118 sind eine oder mehrere Lagen 122 gebildet, die eine fluidische Architektur definieren, die das Ausstoßen von Flüssigkeitstropfen aus der Druckkopfstruktur 100 ermöglichen. Die durch die Lage(n) 122 definierte fluidische Architektur 122 umfasst im Allgemeinen Ausstoßkammern 124, welche entsprechende Öffnungen 126, einen Verteiler (nicht gezeigt) und weitere fluidische Kanäle und Strukturen aufweisen. Die Lage(n) 122 können zum Beispiel eine Kammerlage auf dem Substrat 112 und eine separat geformte Öffnungslage über der Kammerlage umfassen, oder sie können eine einzelne monolythische Lage umfassen, welche die Kammer- und Öffnungslagen kombiniert. Die Lage 122 mit der fluidischen Architektur ist typischerweise aus einem SU8 Epoxid oder anderes Polymmidmaterial gebildet und kann mittels verschiedener Vorgänge, einschließlich eines Spinn-Beschichtungsverfahren und eines Laminierungsverfahren, gebildet werden.
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Zusätzlich zu der fluidischen von Lage(n) 122 definierte Architektur auf dem Siliziumsubstrat 112, umfasst der Druckkopfchip 102 integrierte Schaltungen, welche auf dem Substrat 112 mittels Dünnlagelagen und Elementen geformt sind (nicht gezeigt in 1). Zum Beispiel, zu jeder Ausstoßkammer 124 gehört ein thermisches Ausstoßelement oder ein piezoelektrisches Ausstoßelement, welches auf dem Substrat 112 gebildet ist. Die Ausstoßelemente sind betätigt, um Tintentropfen oder Tintenströme oder andere Druckfluide aus den Kammern 124 durch die Öffnungen 126 auszustoßen. Die Ausstoßelemente auf dem Druckkopfchip 102 sind mit Bondpads 128 oder andere geeignete elektrische Anschlüsse auf dem Druckkopfchip 102 direkt oder durch ein Substrat 112 verbunden.
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Wie in 2 gezeigt, Drahtverbindungen 130 verbinden die Chipbondpads 128 mit Leiterplatten-(PCB)-Bondpads 132 auf einer benachbarten PCB 104. Die Leiterplatte-Bondpads 132 sind mit Leiterbahnen in einer flex-Schaltung 522 (6, 7) verbunden, und am Ende an mit einem Controller (5, 514; 8, 812) auf einer Tintenstrahldruckvorrichtung (5, 500; 8, 800), wie in der internationalen Patentanmeldung Nummer PCT/US2013/068.529, beschrieben, welche am 5. November 2013 eingereicht wurde mit dem Titel „Molded Printhead”, die hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist. Bondrähte 130 sind durch ein Epoxymaterial oder anderes geeignetes Schutzmaterial 134 bedeckt. Eine flache Kappe 136 kann über das Schutzmaterial 134 hinzugefügt werden, um eine flachere Schutzabdeckung niedrigen Profils auf die Bonddrähte 130 zu bilden.
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In 2 ist auch ein Fluidkanal 138 gezeigt. Der Fluidkanal 138 ist durch Formkörper 106 und der dünnen Siliziumkappe 120 ausgebildet, und ist mit dem Druckkopfchip-Substrat 112 an der ersten Substratfläche 116 verbunden. Der Fluidkanal 138 bildet einen Fluidweg durch den Formkörper 106 und die dünne Siliziumkappe 120, welcher eine Fluidströmung direkt auf das Siliziumsubstrat 112 auf der ersten Substratfläche 116, und in das Siliziumsubstrat 112 durch die Fluidspeisebohrungen 114 erlaubt. Der Fluidkanal 138 kann im Formkörper 106 auf verschiedene Weise gebildet werden. Zum Beispiel, eine Drehsäge oder eine andere Schneidesäge kann verwendet werden, um den Kanal 138 durch den Formkörper 106 und die dünne Siliziumkappe 120 zu schneiden und zu definieren. Mittels Sägeblätter mit unterschiedlich geformten Umfangsschneidkanten und in verschiedenen Kombinationen, können Kanäle 138 gebildet werden, welche unterschiedliche Gestalten aufweisen, um eine Fluidströmung zur ersten Substratfläche 116 zu erleichtern. In anderen Beispielen, der größte Teil des Kanals 138 kann gebildet werden, während der Druckkopfchip 102 im Formkörper 106 des Druckkopfs 100 im Zuge eines Verdichtungs- oder Transfer-Formungsvorgang geformt wird. Ein Materialabtragungsvorgang (z. B. Sandstrahlen, Ätzen, Lasern, Fräsen, Bohren, Bearbeitung mit elektrischer Entladung) kann dann verwendet werden, um das restliche Formmaterial und das Material aus der Siliziumkappe 120 zu entfernen. Das Abtragungsverfahren verlängert den Kanal 138 und vervollständigt den Fluidweg durch den Formkörper 106 und die dünne Siliziumkappe 120. Wenn ein Kanal 138 mit einem Formverfahren gebildet wird, die Form des Kanals 138 in allgemeinen entspricht der umgekehrten Form der Formtopographie, welche im Verfahren verwendet wird. Dementsprechend, durch Verändern der Formtopographien kann man eine Vielzahl von unterschiedlich geformten Kanälen erhalten, welche die Strömung des Fluids zur ersten Fläche 116 des s112 erleichtern.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1, die fluidische Architekturlage 122 umfasst ein Kantensegment 140 auf dem Siliziumchipsubstrat 12. Das Randsegment 140 ist Teil der fluidischen Architekturlage 122, welche auf der zweiten Substratoberfläche 118 gebildet ist. Somit wird das Kantensegment 140 gleichzeitig geformt, mit dem selben Verfahren, und mit dem selben Material (z. B. SU8), des Rests der fluidischen Architekturlage 122. Das Kantensegment 140 erstreckt sich entlang dem Umfang des Substrats 112, wodurch eine SU8 Abtrennung 142 oder Barriere um den Chipbondpadbereichen 144 gebildet wird. Insbesondere, das Kantensegment 140 der fluidischen Architekturlage 122 erstreckt sich bis zur äußeren Kante oder Umfang des Substrats 112 und um die Chipbonds 128, welche eine SU8 Abtrennung 142 um die Chipbondpadbereichen 144 bilden. Die Chipbondpads 128 sind daher in oder nahe an der Vorderfläche 108 des Chips 102 eingelassen.
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Während des Formungsvorganges, wenn der Druckkopfchip 102 in die monolithische Form 106 eingebettet ist, verhindert die SU8 Abtrennung 142 dass überschüssiges Epoxidharz Gießharz oder anderes Formmaterial (d. h. ”flash”) in die Chipbondpadsbereiche 128 eindringen, und so einen Zugang zu den Chipbondpads 128 verhindern. Dies ermöglicht das Herstellen von darauffolgenden Drahtbondverbindungen, ohne zusätzliche Verfahrensschritte (zum Beispiel ein Lasern), um den Formgrat zu entfernen und Zugang zu den Chipbondpads 128 zu ermöglichen.
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Die Leiterplatten-Bondpads 132 und die Bondpad-Bereiche 146 auf dem benachbarten PCB 104 sind auch während des Formungsvorganges gegen Formgraten durch eine Abtrennung 148 oder Barriere geschützt. Die Leiterplatte 104 kann zum Beispiel eine starre PCB sein, umfassend ein FR4 Glas-Epoxy-Panel mit einer dünnen Lage aus Kupferfolie, welche auf eine oder beiden Seiten laminiert ist. In anderen Beispielen kann die Leiterplatte 104 eine flexible Leiterplatte sein, welche ein flexibles Material umfasst, wie beispielsweise Kapton oder einen anderen Polyimidfilm. Eine FR4 PCB kann in die Kupferlagen geätzte Schaltkreise und einzelne oder mehrere Lagen umfassen. Mit einem FR4 PCB, gibt es verschiedene Möglichkeiten, um die Leiterplatte Abtrennung 148 um den PCB Bondpads 132 zu formen, einschließlich, zum Beispiel, eine Materiallage aus vorimprägniertes (pre-preg) Epoxid, ein Kohlenstofflagematerial wie Kapton, eine Lötmaske, usw. Ein PCB Abtrennung 148 kann mit diesen Materialen geformt sein, zum Beispiel durch Weglenken oder Ausstanzen eines Lochs, oder mittels Photolithographie, zum Strukturieren eines Lochs. Ähnlich wie bei den ChipBondpads 128 auf dem Chip 102 sind die Leiterplatten-Bondpads 132 auf PCB 104 ausgespart, in oder unter der Vorderfläche 150 der Leiterplatte 104. Während des Formungsvorganges, wenn die Leiterplatte 104 in das monolithische Form 106 eingebettet ist, verhindert die Leiterplatte Abtrennung 148 dass überschüssiges Formgrat in die Leiterplatten-Bondpad-Bereichen 146 eindringt und den Zugang zu den PCB-Bondpads 132 behindert. Drahtbondverbindungen können dann auf die Leiterplatten-Bondpads 132 erstellt werden ohne zusätzliche Verfahrensschritte zu verwenden (z. B. ein Lasern) um Formgrat zu entfernen.
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3 zeigt einen beispielhaften Vorgang zum Herstellen eines Druckkopfs 100 mit Absperrungen (142, 148), welche die Bondpad-Bereiche (144, 146) umgeben, und das Eindringen des überschüssigen Formgrats in die Bondpad-Bereiche während eines Formvorganges verhindern. 4 zeigt ein Flussdiagramm 400 des Verfahrens in 3. Wie in 3 am Teil ”A” gezeigt, umfaßt ein Siliziumchip-Substrat 112 Fluidzufuhrlöcher 114. Die Fluid-Zufuhrlöcher 114 sind im Vorfeld ausgebildet worden, beispielsweise durch ein Trockenätzverfahren (Schritt 402 in 4). Das Siliziumsubstrat 112 wird anschließend auf ein dünnes Siliziumband in der Größenordnung von 100 Mikrometer Dicke ausgedünnt.
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Wie es bei den Teilen ”B” und ”C” in 3 gezeigt wurde, ist auf dem Substrat 12 eine fluidische Architekturlage 122 gebildet, (Schritt 404 in 4). Die Lage 122 ist um zuvor bearbeiteten Chipbondpads 128 gebildet und bildet eine Abtrennung 142 um die Bondpad-Bereiche. Im Teil ”B”, umfasst ein erster Abschnitt der Lage 122 eine Kammerlage 123, welche beispielsweise aus einem SU8 Epoxid in einem Spin-Beschichtungsverfahren geformt ist. Die Kammerlage 123 umfasst Ausstoßkammern 124. In Teil ”C”, weist ein zweiter Abschnitt der Lage 122 eine Öffnungslage 125 auf der Kammerlage 123. Die Öffnungslage 125 ist typischerweise aus einem SU8 Epoxid durch Schleuderbeschichtung oder durch Laminieren gebildet. Die Öffnungslage 125 weist Öffnungen 126 entsprechend den Ausstoßkammern 124. Wie oben erwähnt, in einigen Ausführungen kann die Lage 122 eine einzelne monolithische Lage umfassen, welche die Kammer- und die Öffnungslagen kombiniert.
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Wie im Teil ”D” in 3 gezeigt, ist das Siliziumsubstrat 112 ausgedünnt, um ein dünnes Siliziumbandsubstrat 112 mit einer Dicke (Schritt 406 in 4) in der Größenordnung von 100 Mikrometer zu bilden. Das Substrat 112 kann beispielsweise mittels eines Säge- oder Schleifvorganges ausgedünnt werden. Wenn das Substrat 112 dünner gemacht wird, kann eine dünne Siliziumkappe 120 (in der Größenordnung von 30 Mikrometer Dicke) als Abdeckung über die Tintenzufuhrlöcher 114 im Bandsubstrat 112 gelassen werden. Das Bandsubstrat 112 zusammen mit der Lage 122 umfassen einen Banddruckkopfchip 102. Im Teil ”D” ist auch gezeigt, wie der Druckkopfchip 102 in Vorbereitung für nachfolgende Bearbeitungsschritte umgedreht wird. Im Teil ”E” wird ein PCB 104 in einem vorverarbeiteten Zustand gezeigt, in dem es Leiterplatten-Bondpads 132 umfasst, die in oder unterhalb der vorderen Fläche 150 der PCB 104 eingelassen sind und mit PCB Abtrennungen 148 rund um die Leiterplatte-Bondpad-Bereichen 146 gebildet sind. Ein oder mehrere Fenster 152 sind auch aus dem PCB 104 herausgeschnitten worden, als Stellen, wo ein oder mehrere Druckkopfchips 102 angeordnet werden, vor einem Formvorgang, in dem die Leiterplatte 104 und der oder die Druckkopfchips 102 in einer monolithischen Form 106 eingebettet werden, um einen Druckkopf 100 herzustellen.
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Wie im Teil ”F” in 3 gezeigt, ist der Druckkopfchip 102 und die Leiterplatte 104 an einen Träger 154 unter Verwendung eines thermischen Trennbands 156 angebracht (Schritt 408 in 4). Der Druckkopfchip 102 und die Leiterplatte 104 sind auf dem Band 156 angeordnet, wobei die Vorderseiten 108 und 150 jeweils nach unten in Richtung des Trägers 154 angeordnet sind, und gegen das Band gepresst sind. Der Kontakt zwischen den Vorderflächen 108 und 150 und dem Band 156 dichtet die Abtrennungen 142 und 148 ab, und verhindert, dass Epoxidformmaterial in die Bondpadbereiche 144 und 146 des Druckkopfchips 102 und des PCB 104 während des folgenden Formvorgangs eindringt (Schritt 410 in 4). Das Formverfahren kann zum Beispiel ein Verdichtungsformverfahren oder ein Transferformverfahren sein, mit denen ein geformter Druckkopf 100, wie im Teil „G” gezeigt, erzeugt wird, welcher einen Druckkopfchip 102 und ein PCB 104 umfasst, welches in einem monolithischen Formkörper 106 eingebettet ist. Im Teil „G” ist auch gezeigt wie die Bondpadbereiche 144 und 146 (und die Bondpads 128 und 132) des Druckkopfchips 102 und des PCB 104, frei von Formmaterial gehalten worden sind, welches zum Formen des Formkörpers 106 während des Formverfahrens verwendet wurde.
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Wie im Teil ”H” in 3 gezeigt, wird der Träger 154 von dem Thermoband 156 freigegeben und das Band wird aus dem geformten Druckkopf 100 (Schritt 412 in 4) entfernt. Im Teil ”I” der 3, Bonddrähte 130 sind an Bondpads 128 und 132 angebracht um elektrische Signale zu und von dem Druckkopfchip 102 durch das PCB 104 zu übertragen (Schritt 414 in 4). Die Bonddrähte 130 umfassen kleine Metalldrähte aus einem Metall wie Gold, Kupfer oder Aluminium, und sie können durch eine Schweißung an Bondpads befestigt werden unter Verwendung von Wärme, Druck, Ultraschallenergie oder einer Kombination davon. Die Bonddrähte 130 werden von einem Epoxid oder einem anderen geeigneten Schutzmaterial 134 bedeckt und eine flache Kappe 136 wird über das Schutzmaterial 134 platziert um auf den Bonddrähten 130 (Schritt 416 in 4) eine flachere Schutzabdeckung niedrigeren Profils zu bilden.
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Wie im Teil ”J” von 3 gezeigt, ist ein Fluidkanal 138 durch den Formkörper 106 und der dünnen Siliziumkappe 120 (Schritt 418 in 4) gebildet. Wie oben erwähnt, kann der Fluidkanal 138 mittels einer Drehsäge oder einer anderen Art von Schneidsäge gebildet werden. Der Kanal 138 kann auch zum Teil während des Formungsvorganges gebildet werden, in dem der Druckkopf 102 und PCB 104 innerhalb des Formwerkzeugs 106 eingebettet werden. Ein Materialabtragverfahren (z. B. Sandstrahlen, Ätzen, Lasern, Fräsen, Bohren, Bearbeitung mit elektrischer Entladung) kann dann verwendet werden, um das restliche Formmaterial und das Material von der Siliziumkappe 120 zu entfernen, um den Kanal 138 zu vervollständigen.
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Wie oben erwähnt, ist der geformte Druckkopf 100 zur Verwendung in zum Beispiel einer Druckpatrone und/oder Druckstab eines Tintenstrahldruckers geeignet. 5 zeigt ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Tintenstrahldruckers 500 mit einer Druckpatrone 502, die ein Beispiel eines geformten Druckkopf 100 enthält. Im Drucker 500 scannt ein Schlitten 504 die Druckpatrone 502 hin und her über ein Druckmedium 506 um Tinte auf Medien 506 in einem gewünschten Muster aufzubringen. Die Druckpatrone 502 umfasst einen oder mehrere Fluidabteilungen 508, welche zusammen mit dem Druckkopf 100 aufgenommen sind, welche Tinte von einer externen Versorgung 510 erhalten und dem Druckkopf 100 liefern. In anderen Beispielen kann die Tintenversorgung 510 in einer oder mehreren Abteilungen 508 integriert sein, als Teil einer integrierten Druckpatrone 502. Während des Druckens bewegt eine Mediumtransportanordnung 512 das Druckmedium 506 im Verhältnis zu der Druckpatrone 502, um die Aufgabe der Tinte auf dem Medium 506 gemäß eines gewünschten Musters zu ermöglichen. Ein Controller 514 umfasst, im Allgemeinen, die Programmierung, die Prozessoren, der oder die Speicher, elektronische Schaltkreise und andere Komponenten, welche zum Steuern der Betätigungselemente des Druckers 500 benötigt sind.
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Die 6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Druckpatrone 502. In den 5 und 6 umfasst die Druckpatrone 502 einen geformten Druckkopf 100, welcher von einem Patronengehäuse 516 getragen ist. Der Druckkopf 100 umfasst vier längliche Druckkopfchips 102 und ein PCB 104, welche in einer Form 106 eingebettet sind. Im gezeigten Beispiel sind die Druckkopfchips 102 parallel zueinander entlang der Breite des Druckkopfs 100 angeordnet. Die vier Druckkopfchips 102 sind innerhalb eines Fensters 152 angeordnet, welches aus dem PCB 104 herausgeschnitten worden ist. Obwohl ein einzelner Druckkopf 100 mit vier Chips 102 für die Druckpatrone 502 gezeigt ist, sind auch andere Konfigurationen möglich, zum Beispiel mit mehr Druckköpfen 100, jeder mit mehr oder weniger Chips 102. Auf einem oder anderen Ende der Druckkopfchips 102 befinden sich Bonddrähte 130 (nicht gezeigt), welche mit schmalen Schutzabdeckungen 517 versehen sind, welche ein geeignetes Schutzmaterial wie ein Epoxid, umfassen, wie auch eine flache Kappe über dem Schutzmaterial.
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Die Druckerpatrone 502 ist fluidisch mit der Tintenversorgung 510 durch einen Tintendurchlass 518 verbunden, und ist elektrisch über elektrische Kontakte 514 an die Steuerung 520 verbunden. Die Kontakte 520 sind in einer flexiblen Schaltung 522 gebildet, welche an das Gehäuse 516 befestigt ist. Signalleiterbahnen (nicht gezeigt), welche in der flexiblen Schaltung 522 eingebettet sind, verbinden Kontakte 520 mit entsprechenden Kontakten (nicht gezeigt) auf dem Druckkopf 100. Tintenausgabeöffnungen 126 (nicht gezeigt in 5 und 6) auf jedem Druckkopfchip 102 sind durch eine Öffnung in der flexiblen Schaltung 522 entlang der unteren Seite des Patronengehäuse 516 freigelegt.
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Die 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels einer Druckpatrone 502, welche zur Verwendung in einem Drucker 500 geeignet ist. In diesem Beispiel wird gezeigt, wie die Druckpatrone 502 eine Druckkopfanordnung 524 mit vier Druckköpfen 100 und einem PCB 104 umfasst, welche in einer Form 106 eingebettet sind, und von einem Patronengehäuse 516 gehalten sind. Jeder Druckkopf 100 umfasst vier Druckkopfchips 102 und ist innerhalb eines Fensters 152 angeordnet, welches aus dem PCB 104 ausgeschnitten wurde. Obwohl ein einzelne Druckkopfanordnung 524 mit vier Druckköpfen 100 gezeigt ist, für dies beispielhafte Druckpatrone 502, auch andere Konfigurationen sind möglich, zum Beispiel mit mehr oder weniger Druckköpfe 100, jeweils mit mehr oder weniger Chips 102. An den Enden der Druckkopfchips 102 in jedem Druckkopf 100 sind Bonddrähte 130 (nicht gezeigt) welche mit schmalen Schutzabdeckungen 517 bedeckt sind, umfassend ein geeignetes Schutzmaterial, wie Epoxid, und eine flache Kappe, welche auf dem Schutzmaterial aufgesetzt ist. Wie in Fall der beispielhaften Patrone 502 in 6, eine Tintenöffnung 518 verbindet die Patrone 502 fluidisch mit einer Tintenversorgung 510 und elektrische Kontakte 520 verbinden die Druckkopfanordnung 524 der Patrone 502 mit dem Controller 514 durch Signalleiterbahnen, welche in der flexiblen Schaltung 522 eingebettet sind. Tintenausgabeöffnungen 126 (nicht gezeigt in 7) auf jedem Druckkopfchip 102 sind durch eine Öffnung in der flexiblen Schaltung 522 entlang der unteren Seite des Patronengehäuse 516 freigelegt.
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Die 8 zeigt ein Blockdiagramm, das einen Tintenstrahldrucker 800 mit einem Medium-breiten Druckstab 802 umfasst, welches eine weitere Ausführungsform eines geformten Druckkopfes 100 implementiert. Der Drucker 800 umfasst einen Druckstab 802, welcher die Breite des Druckmediums 304 überspannt, Strömungssteuerungen 806, welche dem Druckstab 802 zugeordnet sind, ein Mediumtransportmechanismus 808, Tinte oder andere Druckfluidvorräte 810, und einen Druckercontroller 812. Der Controller 812 stellt die Programmierung, den oder die Prozessoren, und zugeordnete Speicher dar, und die elektronischen Schaltungen und Komponenten, die benötigt sind, um die Betätigungselemente eines Druckers 800 zu steuern. Der Druckstab 802 umfasst eine Anordnung von Druckkopfchips 102, zum Verteilen von Druckfluid auf ein Blatt oder ein endloses Papierband oder andere Druckmedien 804. Jeder Druckkopfchip 102 empfängt Druckfluid durch einen Strömungsweg aus Vorräten 810 in und durch Strömungssteuerungen 806 und Fluidkanäle 139 im Druckstab 802.
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Die 9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines geformten Druckstabs 900 mit mehreren Druckköpfen 100, der zur Verwendung in dem Drucker 800 in 8 geeignet ist. Der Formdruckstab 900 weist mehrere Druckköpfe 100 und ein PCB 104, welche in einer Form 106 eingebettet. Die Druckköpfe 100 sind innerhalb von Fenster 152 angeordnet, welche aus dem PCB 104 ausgeschnitten sind, die in einer Reihe entlang der Längsrichtung über das Druckstab 900 in einer versetzten Konfiguration angeordnet sind, in der jeder Druckkopf einen benachbarten Druckkopf überlappt. Obwohl zehn Druckköpfe 100 in einer versetzten Konfiguration dargestellt sind, können mehr oder weniger Druckköpfe 100 in der gleichen oder in einer anderen Konfiguration verwendet werden. An jedem Ende des Druckkopfchips 102 in jedem Druckkopf sind 100 Bonddrähte 130 (nicht dargestellt) angeordnet, die von schmalen Schutzabdeckungen 517 abgedeckt sind, welche ein geeignetes Schutzmaterial wie ein Epoxid umfassen, und wobei eine flache Kappe über dem Schutzmaterial gelegt ist.
