TW202013072A - 多晶片模組(mcm)組合件和列印條 - Google Patents

Abstract

一種多晶片模組（MCM）組合件，包含：一石墨基板，該石墨基板包含直接附接至該石墨基板的複數個矽晶片，及藉由一耐溶劑黏膠附接至該石墨基板的一印刷佈線板（PWB），且該PWB經提供有圍繞該等矽晶片之外輪廓的開口。本案也揭露一種包含複數個該等MCM組合件的列印條。

Description

多晶片模組(MCM)組合件和列印條

本發明係關於熱感墨水列印技術的技術領域，特別是寬頁面列印技術，且尤其關於多晶片模組組合件以及包含複數個多晶片模組組合件的列印條。

多晶片模組（MCM）的概念為人熟知已久。技術上與經濟上的理由勸阻了製造商去增加矽晶片的長度。因此，僅透過經正確地設置至一剛性基板上、藉而形成MCM的複數個矽晶片，即能合理地獲得更長且更有效的列印行幅（swath）。通過數個MCM的簡單並列，以適當方式成形單一MCM的外輪廓允許建立甚至更長的列印條。

US 5016023揭露了包含列印頭的一種結構，該些列印頭相對於鄰接列印頭位移的量至少等於一列印頭的寬度尺寸。該所揭露結構牽涉使用陶瓷材料作為一基板，此基板適合用於承受一定的高溫。然而，陶瓷基板的製程較為昂貴，因為其需要一特定模具以立刻得到所需的形狀，否則，替代地，需要利用某種硬加工（hard-tooling）設備以加工此一硬質材料。此外，US5016023A中揭露的buss線及IC封裝也較為複雜，因此並非在技術上有效率、可靠且節省成本的。

US 5939206描述一種設備，其包含安裝在一基板上的至少一半導體晶片，所述基板包含一多孔的、導電的部件，該部件具有電泳地沉積於其上的聚合物材料塗佈，其中所述多孔的、導電的部件包含石墨或一燒結金屬。然而，電泳沉積線的建構及維護較為昂貴，使得該設備製程複雜且昂貴。

因此本發明的一個目的是克服先前技術的缺點，並提供技術上有效率、節省成本、安全且簡單的方式來實現電接觸，增加多晶片模組組合件的電可靠度及機械可靠度，並確保利用多晶片模組組合件之列印設備的高列印品質。

本發明的另一目的是提供一種包含複數個多晶片模組組合件的相應列印條，其確保上述有益之效果的達成。

按照一態樣，本發明有關一多晶片模組（MCM）組合件，其包含： 一石墨基板，該石墨基板包含複數個矽晶片，該複數個矽晶片直接附接至該石墨基板， 其中該MCM組合件進一步包含一印刷佈線板（PWB），該PWB藉由一耐溶劑黏膠附接至該石墨基板，且該PWB經提供有開口，該等開口圍繞矽晶片之外周圍。

利用簡單的PWB（其經提供有圍繞MCM之矽晶片的開口）提供了一種簡單的方法實現電接點，甚至若接合墊沿著晶片的相反側分佈的話。利用耐溶劑黏膠使得能夠密封該兩部件，防止在其中間可能的墨水滲透。此外，由於黏膠對溶劑（特別是有機溶劑）有抗性，其使多晶片模組適合用於與基於溶劑之墨水使用。採用耐溶劑黏膠而非一般使用的雙面膠帶來將PWB接合至石墨基板也允許了在組裝期間對PWB表面之位準的準確調整。

按照本發明的進一步態樣，該石墨基板包含一突出緣，該矽晶片安裝至該突出緣上。該突出緣對準矽晶片的位置，藉而達成平坦的列印條表面並促成該元件密實的密封、擦拭和封蓋。

按照本發明的進一步態樣，該PWB包含一凹陷部分，該凹陷部分併有該PWB的接合墊，該等接合墊對應於該等矽晶片的接合墊。以此方式，相較於PWB接合墊被實現在PWB頂表面上的情況，對於MCM組合件之表面而言通過線接合（Wire Bonding）製程所達成的連接線最大升高度減少了。此特徵減少了甚至更多對於列印頭表面與列印介質之間之最小距離的限制，且允許更接近對列印品質而言的理想值。

較佳地，該PWB包含一可撓纜線，該可撓纜線之外部終止於一系列接觸墊。此解決方案使該MCM組合件能仰賴密閉電導體，該些密閉電導體的終端部件（被插入一外部連接器中）能通過適當長度的可撓纜線，被帶至遠離接觸墨水的部分。以此方式，避免了墨水與電導體之間接觸的潛在有害影響。

如本文中所用的，「可撓」一詞意指能夠被彎折或彎曲（柔韌的），並進一步被界定為能夠反覆地彎折而沒有傷害或破壞，參見「美國傳統英語詞典(The American Heritage® Dictionary of the English Language)」（第4版，波士頓，Houghton Mifflin，2000）。

在一實施例中，該PWB的長度延伸超過該石墨基板。替代地，其可正好終止於該石墨基板的一邊緣前。此允許彎折該可撓纜線，以在更緊湊的排列方式中使其靠近該MCM的邊緣。在其他實施方式中，PWB的剛性部分能終止於MCM石墨基板的最邊緣處，或者該最邊緣能經磨圓，以促進可撓纜線的彎折。

按照本發明的進一步態樣，該耐溶劑黏膠包圍該等矽晶片與該PWB之該等開口的邊緣兩者。該等矽晶片與該PWB包含其各自的接合墊，該些接合墊藉由連接線互相接觸，而該耐溶劑黏膠也能包圍所述接合墊及其中間的該等連接線。若該PWB包含一抗焊層，則該耐溶劑黏膠應包圍該抗焊層之至少一部分。在全部該等實施例中併用耐溶劑黏膠提供了電保護及機械保護。

如本文中所用，耐溶劑黏膠能為任何用於接合對溶劑有抗性的部件之適當黏著劑，較佳地用於接合具惰性材質及對有機溶劑（例如環氧基黏著劑，例如但不限於WO 2017/198820 A1中所揭露者）具有抗性的部件。

按照本發明的另一態樣，一列印條包含排列在一支撐部件上的複數個MCM組合件。

在一實施例中，一列印條進一步包含一蓋罩，其經排列在複數個MCM組合件之上。該蓋罩包含與MCM組合件之矽晶片周圍共形的窗口，而該等窗口的邊緣乃藉密封膠所密封。該蓋罩通過一黏著層附接至該複數個MCM組合件的PWB。利用其窗口被密封膠所密封的蓋罩是防止在相連MCM之間蓄積墨水的合理解決方式。

額外地（或替代地）為了防止墨水在MCM組合件之間的空間中滲透，該些MCM組合件被一密封組成物密實地密封，但不包括該些MCM組合件的前表面。

按照本發明的進一步態樣，該列印條包含一密封塊，該密封塊經排列在該支撐部件上且由一數目之金屬框架構成，該數目等於MCM組合件的數目。該等金屬框架圍繞該等MCM組合件並封閉該等MCM組合件附近的密封組成物。該等金屬框架乃藉一金屬臂接合在一起。以上提及的密封塊為該複數個MCM組合件之外周圍處的密封組成物提供一屏障，強化了整體結構並防止該密封組成物散佈到支撐部件的整個表面。更甚者，該臂的材質厚度佔去鄰接MCM組合件之間空隙的部分，減少了甚至更多密封組成物（對填滿MCM組合件之間的空白空間是必需的）的量。

以下將藉由參照隨附圖式更完整地說明本發明，該些圖式中在不同圖中的相同數字代表相同的元件，且其中描繪了本發明的突出態樣和特徵。

為了增加列印頭中的行幅長度，一個可行解決方案是將複數個矽晶片對齊在單一基板上，形成一多晶片模組（MCM）以獲得有效的較大列印行幅。

基板材質應為堅硬的以避免可能的危險彎折（可能破壞矽晶片），且其熱膨脹係數（CTE）應接近矽的CTE，以防止組裝後產生大的應力。其應易於被加工來提供平坦表面，以用於晶片固定及組裝之全部細節：用於從背側饋入墨水的墨水槽，用於對外部支撐件之MCM固定的襯套外殼，用於容納液壓膠的溝槽等等。燒結石墨是針對此用途的適當材質：其能符合以上提及之需求的全部，且更甚者，便宜。可從（例如）TOYO TANSO – 大阪（日本）購得燒結石墨板。燒結石墨的一個可能缺點是其多孔性，允許其材質浸泡墨水，尤其當使用溶劑墨水時。然而，適當的密封劑與化學相容之黏膠（像是但不限於WO 2017198819 A1或WO 2017198820 A1中揭示者）的實施，使得能在藉密封劑處理後，將矽晶片附接至石墨基板。

按照本發明，印刷佈線板（PWB）經固定至MCM的石墨基板上，以提供與該複數個矽晶片的電連接。該等矽晶片經組裝至石墨基板上，其熱機械穩定性允許保持彈出元件的相應位置和對準，同時PWB提供了與外部控制器的電連接。若矽晶片是直接組裝至PWB上，其不良的熱機械穩定性將防止彈出元件的穩定相應定位，對列印品質有不良影響。

如第1圖中所示，PWB 10具有適當的開口11，其讓矽晶片的表面露出，沒有任何阻礙。

在描繪組裝至MCM上的PWB的俯視圖之第2圖中，底下的石墨基板4的外輪廓由虛線12表示。為了清楚起見，MCM的外輪廓完全落在PWB的內部區域中，但可採用不同的幾何排列，而不背離基本的概念。

如第3A圖（俯視圖）及第3B圖（截面圖）中所示，利用線接合技術將矽晶片上的接合墊9接觸PWB上的相應墊13，該些墊置放正好超過開口的邊界處，線接合技術在兩系列的墊之間產生導線14。

在一實施例中，PWB的頂表面可塗佈有適當抗焊劑的薄層（未顯示在圖式中），以同時電保護且機械保護該板。在此例中，墊13保持不被覆蓋，以便允許導線的進一步接合。

PWB 10通過適當的黏膠層附接至石墨基板4，該黏膠層能夠密封該兩部件以防止其中間可能的墨水滲透。能將黏膠分配在各矽晶片之周圍附近，將矽晶片與PWB開口的邊緣兩者都包圍。更甚者，如上提及，能選擇黏膠使其對溶劑有抗性（尤其對有機溶劑），使該模組適合用於與基於溶劑之墨水一起使用。

第3B圖也圖示又一黏膠15之區段，於線接合之後被施加在矽晶片5與PWB 10之間的空腔中。黏膠合併了墊9及13（及連接線14），以同時給予電保護及機械保護。當存在有抗焊劑時，黏膠15應被分配以也延伸到抗焊層之一部分之上，超過接合墊。

第2圖中描繪之物體的側橫截面圖經示意地圖示在第4圖中。於多層PWB 10的底表面處，附接有一剛性連接器16，以將電信號帶往外部控制器。第2圖中的俯視圖中底下的剛性連接器16乃由虛線17代表。由MCM石墨基板4（其容納矽晶片）及PWB 10（藉線接合連接至矽晶片）構成的物件形成該MCM組合件。

一列印系統中特定數目的MCM組合件被排列到一適當支撐部件上，全部的電連接及流體連接匯聚在該支撐部件處。

第5圖圖示容納MCM組合件19的支撐部件18，且支撐部件18繼而經固定至列印設備的架構。MCM組合件經附接至該支撐部件，使得該等MCM組合件的外表面（噴嘴所在處）落在相同平面上。

以上闡述之實施例以特別針對基於水之墨水的用途被開發。事實上，參照第5圖，在加長的列印操作期間，墨水在區域20（相連MCM組合件中間）中可能的累積，能導致液體停滯與隨之而來的墨水滴到底下列印介質上的風險。更甚者，墨水蓄積可能達到MCM組合件的背側（剛性電連接器的所在處）而致使不同信號間的短路。

如第6圖中所示，一個解決方案是施用一蓋罩21，該蓋罩經提供有適當的窗口24，該等窗口與MCM組合件之矽晶片的周圍共形。蓋罩窗口24的邊界應以密封膠密封，該密封膠也接觸PWB表面。虛線23對應於底下的MCM組合件，同時密封膠29經圖示在第7圖中，該圖中顯示沿著第6圖之直線A-A的截面。該蓋罩能與PWB表面隔開一小空間30（第7A圖）或者能被使得與PWB接觸並透過黏著層31附接至整個表面的全部或在選擇的區域（第7B圖）。第7圖也圖示了石墨基板4的墨水饋入槽26及在矽晶片中的相應墨水饋入槽28，兩者乃彼此流體連通。

如第8圖中所示，石墨基板4經成形的方式使得突出緣32（圍繞墨水饋入槽26）被使用作為施加矽晶片至其上的一基部。由於可能讓列印頭表面的高度高於蓋罩的表面，因此列印頭表面的高度能經定位於相對於列印介質的最佳距離處（對蓋罩沒有任何阻礙）。由於石墨是易於藉機械工具加工的，因此能藉快速便宜的製程獲得該突出緣。

如第9圖之截面圖中所示，實現該多層PWB的方式使得能在PWB表面之凹陷部分上實現PWB接合墊（對應於出現在矽晶片表面上的接合墊）。以此方式，通過線接合製程所實現之連接線相對於MCM組合件的表面的最大高度減少了（相較於PWB接合墊經實現於PWB表面頂部的情況）。

第9B圖圖示的PWB 10其接合墊13經置放在凹陷區域33上。線14與密封膠15達到最大高度位準（低於第9A圖），其中未呈現凹陷區域33且接合墊13落在PWB表面的頂部上。此特徵對於列印頭表面與列印介質之間最小距離減少甚至更多的限制，而允許更接近列印品質的最佳值。

採用適當量的黏膠來將PWB 10接合至石墨基板4（如上提及）允許在組裝期間對PWB表面之位準的準確調整。

如第10圖中圖示，由於黏膠39在固化前有特定的柔軟度，能將PWB 10抵著該石墨基板置放而在黏膠39材料中具有控制的滲透（沿箭頭所示），以準確地將其表面的位準設定至所欲位置。

在進一步實施例中，如第11圖之橫截面所說明，PWB 10經製造使得具有可撓纜線34嵌入在剛性PWB結構中，與PWB接合墊電連通，該可撓纜線的外部部分伸出PWB的剛性結構擴展達一特定長度，繼而終止於一連串接觸墊35處，該些接觸墊能經插入連接至列印設備控制器的外部插槽36中。此解決方案去除了第4圖的連接器16，允許MCM組合件依賴內含電導體，該電導體的末端部件（插入外部連接器中）能被帶離（通過適當長度的可撓纜線延長）接觸墨水的部分。以此方式，墨水與電導體之間接觸的潛在不良影響得以便避免。

第11A圖圖示的實施方式中PWB 10延伸超過石墨基板4。第11B圖圖示一替代實施方式，其中PWB 10的剛性部分正好終止於石墨基板4之邊緣前。此允許彎折可撓纜線34以讓其以更緊湊的排列方式靠近石墨基板4的邊緣。在其他實施方式中，PWB 10的剛性部分能終止於能終止於石墨基板4的最邊緣處，或者該最邊緣能經磨圓，以促進可撓纜線34的彎折。

在進一步實施例中，包圍被置放在支撐部件18上的全部MCM組合件的蓋罩21（如第6圖中所示）能被去除。為了防止墨水滲透在MCM組合件之間的空間20，如第5圖中圖示，能在空間20中以及在圍繞該複數個MCM組合件的區域中（如第12圖中所示）倒入適當的密封組成物。MCM組合件被密封組成物37密實地密封，使前表面保持不受阻擋以用於列印。為此目的，石墨基板與PWB兩者的外輪廓應被調整，以在鄰接MCM組合件之間留下較小而可能一致的距離，來使提供整個結構之密封性所必需的密封組成物的量最小化。

第13圖示意地圖示一密封塊38。其構成一金屬結構，被緊固至支撐部件18且經成形以圍繞該等MCM組合件。其由一數目之框架構成，該數目等於被置放到支撐部件18上之MCM組合件的數目。該等框架僅構成外輪廓而在內區域41完全缺少材質，以便能夠在內部容納該複數個MCM組合件。關於鄰接MCM組合件的該些框架藉金屬臂40被接合在一起，使得全部的框架一起形成一體的密封塊40。在插入MCM組合件之間及緊固至支撐部件18之後，密封塊38為該複數個MCM組合件之外周圍處的密封組成物提供一屏障，強化了整體結構並防止該密封組成物散佈到支撐部件18的整個表面。更甚者，臂40的材質厚度佔去鄰接模組之間空隙的部分，減少了甚至更多密封組成物（對填滿全部空白空間是必需的）的量。

第14圖圖示組裝至支撐部件18的密封塊38。密封塊38圍繞該等MCM組合件並滲透至鄰接模組之間的空間中。密封組成物37維持被包圍在密封塊的內部區域中，填充全部可用空間。為了簡化起見，圖示的支撐部件包含僅兩個MCM組合件，但此概念明顯地能延伸到任何數目的模組之組合件，而甚至到單一模組的組合件。

所描述實施例的一些能經替代地使用，按照相對於操作狀況的便利性而定，同時一些其他實施例可能經結合在一起而得到效能極高的列印設備，如本領域之技術人員能輕易理解者。作為一例，在一實際實施例中能一起使用突出緣32、置放在PWB 10之凹陷區域33中的接合墊13、嵌入的可撓纜線34、密封組成物37及密封塊38。PWB 10能通過黏膠39附接至石墨基板4，而PWB 10的頂表面的位準能經調整至等於列印頭之頂表面的位準，藉而形成具有高列印品質及可靠度的長行幅列印系統。

按照本發明的針對多晶片模組組合件與個別列印條的所提解決方案是簡單且節省成本的。

與其他已知多晶片模組組合件相比，本發明提供技術上有效率、成本節省、安全且簡單的方式來實現電接觸，增加多晶片模組組合件的電可靠度及機械可靠度，並確保使用多晶片模組組合件之列印設備的高列印品質。

將理解以上揭露之標的應被認為是例示性，且非限制性，並負責提供對獨立項界定之本發明更佳的理解。

4:石墨基板 5:矽晶片 9:接合墊 10:印刷佈線板（PWB） 11:開口 12:表示石墨基板之輪廓的虛線 13:接合墊 14:連接線/導線 15:黏膠 16:剛性連接器 17:表示剛性連接器的虛線 18:支撐部件 19:多晶片模組（MCM）組合件 20:區域/空間 21:蓋罩 23:對應於MCM組合件的虛線 24:窗口 26、28:墨水饋入槽 29:密封膠 30:小空間 31:黏著層 32:突出緣 33:凹陷區域 34:可撓纜線 35:接觸墊 36:外部插槽 37:密封組成物 38:密封塊 39:黏膠 40:金屬臂 41:內區域

第1圖是印刷佈線板（PWB）的示意性圖示。

第2圖圖示組裝到MCM上之PWB的俯視圖。

第3A-B圖以俯視圖（第3A圖）與橫截面圖（第3B圖）兩者，提供了對矽晶片之接合墊與PWB之相應墊的連接的更詳細圖示。

第4圖提供第2圖中描繪之PWB的側橫截面圖的示意性圖示。

第5圖提供排列在一支撐部件上之MCM組合件的示意性圖示。

第6圖提供排列在一支撐部件上並被一蓋罩包圍之MCM組合件的示意性圖示。

第7圖圖示沿著第6圖之直線A-A的截面，其中蓋罩與PWB表面被一小空間隔開（第7A圖），或是該蓋罩接觸該PWB且通過黏著層附接（第7B圖）。

第8圖圖示所具石墨支撐件具有一突出緣的MCM組合件。

第9A-B圖圖示不具有凹陷區域（第9A圖）及具有凹陷區域（第9B圖）的PWB排列方式。

第10圖圖示PWB對著石墨基板的排列方式。

第11A-B圖圖示具有嵌入可撓纜線的PWB，其中PWB延伸超過石墨基板（第11A圖）及其中PWB的剛性部分正好終止在石墨基板的邊緣之前（第11B圖）。

第12圖圖示一實施例，其利用圍繞複數個MCM組合件的密封組成物。

第13圖示意地圖示一密封塊。

第14圖圖示一實施例，其利用組裝至支撐部件的密封塊。

18:支撐部件

21:蓋罩

23:對應於多晶片模組(MCM)組合件的虛線

24:窗口

Claims (15)

1. 一種多晶片模組（MCM）組合件(19)，包含： 一石墨基板(4)，該石墨基板包含複數個矽晶片(5)，該複數個矽晶片直接附接至該石墨基板(4)，其特徵在於該MCM組合件進一步包含一印刷佈線板（PWB）(10)，該PWB藉由一耐溶劑黏膠(15)附接至該石墨基板(4)，且該PWB經提供有開口(11)，該等開口圍繞該等矽晶片(5)之外周圍，其中該石墨基板(4)包含一突出緣(32)，該矽晶片(5)安裝至該突出緣上。
2. 如請求項1所述之組合件，其中該PWB包含一凹陷部分，該凹陷部分併有該PWB(10)的接合墊(13)，該等接合墊(13)對應於該等矽晶片(5)的接合墊(9)。
3. 如以上任一請求項所述之組合件，其中該PWB (10)包含一可撓纜線(34)，該可撓纜線之外部終止於一系列接觸墊(35)。
4. 如請求項3所述之組合件，其中該PWB(10)的長度延伸超過該石墨基板(4)或是正好終止於該石墨基板(4)的一邊緣前。
5. 如請求項1所述之組合件，其中該耐溶劑黏膠(15)包圍該等矽晶片(5)與該PWB(10)之該等開口(11)的邊緣兩者。
6. 如請求項1所述之組合件，其中該等矽晶片(5)與該PWB(10)包含其各自的接合墊(9、13)，該些接合墊藉由連接線(14)互相接觸，而該耐溶劑黏膠(15)包圍所述接合墊(13)及其中間的該等連接線(14)。
7. 如請求項1所述之組合件，其中該PWB(10)包含一抗焊層，而該耐溶劑黏膠(15)包圍該抗焊層的至少一部分。
8. 如請求項1所述之組合件，其中該耐溶劑黏膠(15)是一環氧基黏著劑。
9. 一種列印條，該列印條包含複數個如請求項1至8中任一項所述MCM組合件(19)，該複數個MCM組合件經安排在一支撐部件(18)上。
10. 如請求項9所述之列印條，進一步包含一蓋罩(21)，該蓋罩經安排在該複數個MCM組合件(19)上方。
11. 如請求項10所述之列印條，其中該蓋罩(21)包含窗口(24)，該等窗口(24)與該等MCM組合件(19)之矽晶片(5)的周圍共形，及該等窗口(24)的邊緣被一密封膠(29)密封。
12. 如請求項10或11中任一項所述之列印條，其中該蓋罩(21)通過一黏著層(31)附接至該複數個MCM組合件(19)的該等PWB(10)。
13. 如請求項9所述之列印條，其中該等MCM組合件(19)被一密封組成物(37)密實地密封，但不包括該等MCM組合件(19)的前表面。
14. 如請求項13所述之列印條，進一步包含一密封塊(38)，該密封塊經排列在該支撐部件(18)上並由一數目之金屬框架組成，該等金屬框架的該數目等於該等MCM組合件(19)的一數目，該等金屬框架圍繞該等MCM組合件(19)且封閉圍繞該等MCM組合件(19)的該密封組成物(37)。
15. 如請求項14所述之列印條，其中圍繞鄰接MCM組合件(19)的該等金屬框架乃藉一金屬臂(40)接合在一起。

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