501981 A7 B7 五、發明説明彳) 本發明係關於一種依照申請專利範圍第1項之前序所 述之用以噴出熱流質媒體之印刷頭,以及用以一種依照申 請專利範圍第3 3項之前序所述之用以製造包含金屬焊料 的連接點之方法。本發明進一步包含一種印刷頭之使用方 法’其係依照噴墨印刷原理來進行。 習知技術係揭露一種所謂的壓板印刷頭,其係使用在 噴墨印表機中(Chip 8/94; 104-112 頁;”Nur nicht klechkern” )。該印刷頭係具有一用以貯存液態墨水之媒體室。該媒 體室之一壁體係設計用以做爲一可撓曲之隔板,其係藉由 一致動器所致動。在習知的印刷頭中,該致動器係設計成 一壓電元件,其係形成帶狀型式或者係一薄板之型式。施 加一電壓係可造成該壓電元件改變其空間形狀,因此便造 成該隔板撓曲。隔板之撓曲係會降低媒體室之容積,因此 便可使一滴墨水由一噴嘴或排放口噴出。在習知的印刷頭 中,墨水一開始係以固態蠟筆之型式存在,其在印刷之前 係先加熱,因此該鱲筆便會呈現液態,使得該液態蠘墨水 可以被導入至媒體室中,然後由該處被噴出。爲了使該墨 蠘可以被液化,其通常係加熱至大約1 0 0至1 5 0。(:。 此一習知印刷頭之應用範圍係侷限在噴墨印刷,其中該液 態墨係施加至紙或薄膜。詳細地說,習知的印刷頭係無法 噴出極高熱之熱流質媒體(其溫度係超過15 0°C)。 因此,本發明之目的係要擴充該印刷頭之使用範圍。 本發明之目的係可以藉由一種具有申請專利範圍第1 項之特徵之印刷頭來達成。依照本發明之印刷頭係用以噴 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-4- U3. f W (請先閱讀背面之注意事項本頁) Γ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501981 A7 B7 五、發明説明_ ) 出一熱流質媒體。其具有一媒體室,其中該媒體室之其中 一壁體係由一隔板所構成。該隔板係與一致動器形成機械 式接觸’使得該隔板可以被撓曲或驅動。本發明係使該致 動器與該隔板形成熱隔離。換言之,該致動器係可以技術 性地與隔板針對熱及/或冷來加以隔離。這使得熱流質媒 體可以在媒體室中加熱至一溫度,該溫度係用以加熱—金 屬或合金,尤其係金屬焊料,而使得其在媒體室中係呈現 液態。在一特別有利的方式中,此一熱流質金屬合金則可 以藉由本發明之印刷頭來加以噴出,以供應所謂的焊積塊 至基板及/或元件。由於該致動器係與隔板形成熱隔離, 因此其可以保持在一工作溫度,在該溫度下,其物理特性 基本上係不會改變。換言之,雖然存媒體室中可能存在有 極筒熱之液態金屬,然而該隔板仍可以藉由致動器而相當 精確地撓曲,藉此使得各種極高熱之流質媒體,尤其係高 熱的液態金屬,能以一定的液滴尺寸或體積而精確地噴出 〇 本發明依照噴墨印刷原理之印刷頭係可使焊料積塊( 亦稱之爲隆起)能夠施加在微電子及/或微機械或微系統 技術中之元件或基板上。在此之前,爲了形成該焊料積塊 ,其通常係需要耗費相當多的人力及成本。舉例來說,在 所謂的膠帶自動黏合(TAB)、晶片尺寸封裝(CSP )以及所謂快閃晶片連接(F C )中皆需要焊料積.塊來做 爲在結構零件及基板之間的連接元件。在大部分的例子中 ,該焊料積塊係以隆起、易熔的錫-鉛或錫-金合金之形 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-5 - —---------裝-- 舞 翁 (請先閱讀背面之注意事項舄本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501981 A7 B7 五、發明説明$ ) 式存在,尤其係用以做爲焊料。依照本發明之印刷頭係可 以迅速地、精確地及具有成本效益地施加至元件或基板, 以製造出上述連接技術中所需要之焊料積塊。 在本發明之一特徵中,該熱隔離係由一安置在隔板與 致動器之間的熱屏障元件來達成。此一熱屏障元件係具有 較差的熱傳性,因此存在於隔板上之熱量基本上係不會被 傳送至致動器。熱屏障元件因此便可以做爲一元件,其可 以中斷或至少大大地降低熱量由隔板傳送至致動器。 一較佳實施例之特徵係在於該致動器係一壓電元件。 此一壓電元件係可使隔板被相當精確地驅動,亦即被撓曲 ,使得一定的墨滴量可以由媒體室中被噴出。該致動器, 亦即壓電元件,係與隔板形成熱隔,以防止壓電元件之溫 度高於所謂的壓電居里臨界溫度。在此一溫度之上,壓電 化合物之晶體結構係變成立方體。在此溫度以下,該結構 係會扭曲,因此在正及負電荷之間的距便會產生變化,因 而形成電偶合力矩。換言之,壓電化合物係僅有當其晶體 結構係扭曲時才會具有壓電效應,使得瞬間極化狀態產生 。在壓電居里溫度以上,當晶格結構係正方形時,壓電特 性係不會在這些壓電元件中產生,因爲其並未存在有電偶 合力矩。由於本發明之印刷頭係具有一熱隔離壓電元件, 因此熱流質媒體便能以一高於壓電元件之居里溫度以上之 溫度存在,但該壓電元件之功能並不會因此而有損.失。該 熱隔離最好係設計成該壓電元件係被加熱至最高達到其壓 電元件之居里溫度的3 0至5 0%,因爲在更高的溫度下 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-6 - m· nil— ............ nn I-1i·---- a - - ---- ______-I -1· n ............... m t·* (請先閱讀背面之注意事項本頁) 訂 線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501981 A7 B7 五、發明説明4 ) ,潛變偏極化便會產生。 在一較佳實施例中,該熱屏障元件可以係壓電元件之 一整體性結構的一部分。當然,該熱屏障元件亦可以採用 一分離式結構部分。隔板之致動器因此便可以更具有成本 效益地製成。 在一特徵中,該壓電元件係具有一主動部分以及一被 動部分共同構成該熱屏障元件,該主動部分係具有用以驅 動壓電元件之電極,而該被動部分則係未具有電極的設計 ,或者該電極係存在於被動部分中,但並未電連接至該主 動部分之電極。由於壓電元件之被動部分並未具有驅動或 撓曲該壓電元件之功效,因此在被動部分中之溫度係不會 影響到該主動部分之功能。在此例中,該被動部分之長度 尺寸係設計成-由致動器與隔板相接觸之端部開始算起-在朝向活動部分之方向上具有一溫度梯度,而在被動部分 與主動部分之間的連接部上的溫度則係遠小於壓電元件居 里溫度。 在一較佳實施例中,該媒體室之其餘壁體係由一基板 所構成,其中該基板係由矽所構成。該基板係可以設計成 井狀,在此例中,微機械結構係在媒體室中形成一媒體導 引件,其係可以位在基板之內表面。再者,該微機械結構 可以構成一用以噴出熱流質媒體之噴出孔。在井狀基板中 之開口係由隔板所覆蓋。最好係採用一由硼矽玻璃.所製成 之隔板或由矽製成之隔板。該隔板最好係固定於包圍該井 部中之開口的基板邊緣。若該隔板係由硼矽玻璃所製成’ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) —--------裝-- I I (請先閱讀背面之注意事項本頁} -訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501981 A7 B7 五、發明説明$ ) 則其最好係藉由陽極結合方法而固定至基板。若該隔板係 一種矽隔板,則其最好係藉由所謂的矽熔合結合方法固定 至基板。一般而言,最好該隔板之材料係具有防熱性,使 得存在於媒體室中之熱流質媒體不會損害到該隔板。 _在一實施例中,該致動器係由一外殼所包圍。該致動 器因此便可以防止受到外界因素的影響。 在一實施例中,該致動器係可以設計成一薄板狀。其 因此可以呈現出一長條帶狀之形狀,其截面形狀係遠小於 其長度。該致動器或薄板係延伸在隔板與一外殼壁體之間 ,而構成該致動器之一橋接部。該致動器因此便可以由其 一端部支撐在隔板上,而由另一端部將其支撐在外殼壁體 上,使得力量可以由致動器傳送至隔板。當該致動器被電 動驅動時,其便可以擴展及收縮,因此其長度便會改變。 此一長度之改變便會造成隔板之撓曲,由於其遠距該隔板 之一端部係固定至外殼壁體。最好,該外殼壁體係具有一 切口,其中該致動器能以其遠距該隔板之端部來銜接該切 口。最好,該致動器係貫穿該切口,使得電極之一接觸形 成元件係可以配置在其自由端而位在外殻外側。因此’該 致動器係可以連接至一配置在外殼外側之電動驅動器’其 中,爲了達到該接觸形成或導電性連接之目的,因此提供 一可撓曲或剛性的印刷電路板,其可以插入致動器之接觸 形成元件,且具有一對應的相配接之接觸形成元件° 在一方面,致動器之外殻係構成該致動器之保護屏障 ,而在另一方面,其係用以做爲致動器之支撐主體’其係 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐)-8 - —---------裝-- (請先閱讀背面之注意事項本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501981 A7 ______B7_ 五、發明説明0 ) 藉由一端部而固定至外殻,亦即,固定至支撐主體。 ----------裝-- 為 * (請先閱讀背面之注意事項本頁) 在本實施例之一特徵中,該支撐主體係設計成可以電 性絕緣及/或具有較差的傳熱性。爲此,該支撐主體可以 由陶材所製成,最好係由二氧化鉻所製成。 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在一較佳實施例中,該媒體室之隔板係構成致動器之 外殼的其中一壁體。換言之,該支撐主體或外殼係安裝在 媒體室中,其可以精確地使該外殼上之開口由隔板所覆蓋 。該外殼係設計成可以通向一表面,並且僅有當其係安裝 在媒體室中時才會由隔板所封閉。爲了在媒體室與外殼之 間形成連接,在兩結構部分之間係形成有熱隔離,使得在 隔板中之熱量係無法經由外殼而被傳送至致動.器。.在媒體 室或隔板與外殼之間的熱隔離最好係藉由降低在外殼邊緣 與隔板之間的接觸面積來達成。舉例來說,其可以在外殼 壁體上形成至少一凹槽,該凹槽最好係設計成在邊緣處呈 開口狀。若在外殻上具有複數凹槽,則便可以形成一梳子 狀之結構。在外殼與隔板之間的接觸面積係藉由凹槽所減 少,因此僅有極少的熱量係由隔板或媒體室傳送至外殼。 在一種具有優點的方式中,位在外殻中之凹槽亦構成熱膨 脹補償。換言之,當外殼被加熱時,其並不會扭曲,因此 該致動器之位置便可以相對於隔板而穩定且精確地定位。 爲了在隔板與外殼之間形成連接,最好在隔板其面向 外殼之一表面或至少一部位上藉由蒸氣鍍覆或濺鍍.之方式 加以鍍金。該支撐主體接著便可以藉由含金厚膜燃燒膏而 在隔板之連接點上加以鍍金,使得在隔板與支撐主體之間 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-9 - 501981 A7 B7 五、發明説明ΐ ) 的連接係能以金熔接或軟焊連接之相當簡單的方式來達成 〇 在印刷頭之一較佳實施例中,其係具有媒體之加熱裝 置。在另一種變化中,該媒體係以熱且液態之型式供應至 印刷頭。該加熱裝置最好係設計成一光源,該光源最好係 -鹵素燈泡。或者,該加熱裝置係可以由加熱電阻器所構 成。這些加熱電阻器係可以安裝在構成該媒體室之基板上 。該加熱電阻器最好係利用薄膜技術而供應至基板’該加 熱電組器最好係包含二硼化給。該加熱電阻器亦可以藉由 噴灑及蝕刻圖案之方式來供應。 在加熱裝置之另一種方式中,其亦可以提供一冷卻裝 置,尤其係用以冷卻基板,亦即,用以冷卻該媒體室之一 部分。該冷卻裝置最好係由所謂的散熱器所構成,其最好 係設計成一種Peltier元件。 在一較佳實施例中,該加熱裝置及/或冷卻裝置係用 於媒體室,使得藉由該加熱裝置,存在於媒體室中之媒體 係可以被加熱,並因而保持液態之狀態。在此例中’若有 需要,該冷卻裝置係可以冷卻基板’亦即’冷卻該媒體室 之部分。 依照一較佳實施例,該加熱及/或冷卻裝置係由一外 罩所包圍,其中該外罩最好係固定至該媒體室之壁體,其 中該壁體係相對於隔板。在一較佳實施例中’該媒.體室之 此一壁體係構成該加熱及/或冷卻裝置之外罩之一壁體。 該外罩最好係設計成可以在內部反射’且在一較佳實施例 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐1 ~-10- ---------裝-- t- (請先閱讀背面之注意事項^|||^本頁) 訂 -線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501981 A7 B7 五、發明説明4 ) 中,其係由金屬及/或一陶材所構成。 在本發明之一特徵中,該外罩係與基板形成熱隔離, 亦即與該媒體室形成熱隔離。在另一特徵中,該外罩亦可 以設計成具有較差的熱傳性。爲了達到熱隔離,在外罩與 基板之間係可以插置一導熱性較差的層體。 在一實施例中,該媒體室係具有至少一熱流質媒體之 噴出口(最好係複數個噴出口)。最好,一致動器係具有 一噴出口。最好,該媒體室係以彼此分開之個別部分媒體 室之型式存在,每一個別部分媒體室係具有至少一噴出口 。因此,該噴出口或分配有一噴出口之部分媒體室係可以 藉由對應之致動器而彼此獨立地操作。 在一較佳實施例之特徵中,其係提供有一保護性媒體 排放口,其方向最好係可使該保護性媒體由噴出口之方向 或由噴出口噴出。當該熱流質媒體由噴出口噴出時,該保 護性媒體係可以防止熱流質媒體氧化,使得其無法被大氣 中之氧氣所氧化-直到焊料滴撞擊在欲熔合之連接點。最 好係採用惰性氣體,尤其係氮氣,來做爲該保護性媒體。 在本發明之一特徵中,其係提供該保護性媒體排放口 設計在致動器之外殼。 在一較佳實施例中,該致動器之外殼係具有一注入口 ,用以使保護性媒體注入。該保護性媒體因此便可以注入 至外殼中,並且流經該外殻,然後由保護性媒體排放口流 出,以包圍該熱流質媒體滴而做爲保護性氣體。 在一示例性實施例中,該保護性媒體之注入口及排放 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)_ 11 . —---------裝-- Μ I (請先閱讀背面之注意事項本頁) 、ar 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501981 A7 B7 五、發明説明_ ) 口係配置在外殼中,使得致動器係可以安置在該保護性媒 體之流動路徑上。詳言之’當其進入至外殼中時’該保護 性媒體係處在一溫度,而使其可以做爲致動器之冷卻媒體 。該保護性媒體因此便可以具有雙重功能,在一方面’其 可以冷卻該致動器’而在另一方面,其係可以防止熱流質 媒體之氧化防止媒體。 在一實施例中,用以在致動器外殼與媒體室之間做爲 熱隔離之用的凹槽,係可以做爲該保護性媒體排放口。在 此一特徵中,該冷卻致動器之保護性媒體亦可以同時地冷 卻該外殼位在靠近隔板之部位,以及該媒體室。熱量因此 便可以由此一部位中散逸,因此該外殼基本上便不會產生 高熱。 在本發明之一特徵中,其係提供一用於外殼中之致動 器之固定板,該固定板係大致與媒體室之隔板平行。該固 定板最好係距離該隔板相當短’且大致在其中央部位上具 有一穿孔,經由該穿孔’可使致動器與其熱屏障元件相銜 接。因此,該致動器係被固定在外殻中’如上所述係位在 該外殼壁體之一表面上’而其面向隔板之另一端部則係藉 由固定板而牢固在定位上。 該固定板最好係藉由導引斜面所固定且導引,其中該 斜面係設計在該外殼內部。因此’該固定板並不需要固定 式地連接至致動器之外殼。相反地’在外殼內部之斜面係 可以設計成該固定板係固定在一定的位置上。詳言之,該 固定板係可以由相同於致動器之外殻的材料所製成。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-12 - I--------装-- 綱 I (請先閱讀背面之注意事項本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501981 A7 B7 五、發明説明<〇 ) 在本發明之一特徵中’該媒體室係具有一溫度偵測裝 置,用以偵測該媒體之溫度。該溫度偵測裝置最好係藉由 溫度感應器所構成’其係可以偵測流質媒體之溫度,或者 係偵測該媒體室之至少一壁體之溫度。該溫度感應器最好 係一溫度計或者係一薄膜感應器所構成,且最好係安裝在 位於媒體室外側之隔板。 其他之特徵係如申請專利範圍附屬項所述。 本發明之目的亦可以藉由一種用以製造一包含金屬焊 料之連接點的方法,其具有如申請專利範圍第3 3項所述 之特徵。本發明係提供可使焊料依照一種根據噴墨印刷原 理之裝置,而以熱流質焊料之方式噴出至連接點之接觸形 成點。依照本發明之方法,其便能以相當簡單之方式來施 加金屬焊料至一連接點之接觸形成點,其可以在微電子及 微系統技術或微機械結構中提供連接技術或係提供連接點 〇 詳言之,上述之印刷頭係可用以實現本發明之方法。 在本方法之一特徵中,該焊料係以至少一熱流質焊料 滴之方式由該裝置噴出。 當該焊料噴出時,其係由一防止氧化媒體所包圍,且 最好係由惰性氣體所包圍。這可以防止熱流質焊料在到達 接觸形成點之前被氧化。 在一較佳實施例中,該位在裝置中之熱流質焊.料之溫 度係加以偵測及檢視。藉此,該媒體之噴出溫度便可以最 佳化,使得其可以製造出高品質之連接點。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -- f- (請先閲讀背面之注意事項^^!^本頁) 言 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501981 Α7 Β7 五、發明説明彳1 ) —---------澤-- I · (請先閱讀背面之注意事項本頁) 在一較佳實施例中,該裝置係受到脈衝驅動,以噴出 複數焊料滴。若該焊料滴係由一噴出口噴出,則便可以使 複數焊料滴被連續地噴出。當然,亦可使該熱流質媒體由 複數個噴出口噴出,在此例中,其亦可使該個別噴出口之 部分媒體室以時間錯開之方式來加以驅動。 詳言之,在電子製程中之所有軟焊料(當其噴出時可 能具有大約4 0 0至6 0 0 ° C之間的溫度)係可以做爲該 熱流質媒體。當然,亦可以採用無鉛焊料。依照本發明之 方法,其能以大約4 p 1至2 η 1之方式噴出個別液滴。 因此,依照本方法所製成之連接點便具有相當精確的焊料 用量。 其他之特徵係揭露在申請專利範圍附屬項中。 本發明將由以下示例性實施例之說明並配合所附之圖 式,而獲得更深入之瞭解,其中: 圖1係顯示一印刷頭之截面側視圖; 圖2係顯示圖1之印刷頭的平面視圖; 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖3係顯示印刷頭之後視圖,以及 圖4係顯示印刷頭之固定及調整板。 符號說明 1 印刷頭 2 噴嘴 3 印刷晶片 4 致動器模組 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297公釐)-14 - 501981 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明(2 ) 5 加熱模組 3 6 光源 45 溫度偵測元件 6 基部主體 7 隔板 8 媒體室 9 內表面 10 外殼 11 致動器 12 開口 13 邊緣 15 壓電元件 16 後緣壁 17 致動器 18 端部 19 支撐主體 2 0 延伸部 21 電接觸形成裝置 2 2 啓動電極 2 3 端部 2 4 主動部分 2 5 被動部分 26 熱屏障元件 2 7 凹槽 — .I --------裝,-- 為** (請先閱讀背面之注意事項本頁) 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-15 - 501981 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明彳3 ) 2 8 插置齒部 2 9 梳子結構 3 0 接觸面積 31 下方外殼壁體 32 上方外殼壁體 33 橫向外殼壁體 3 4 井部底部 3 5 加熱源 4 4 凹槽 3 7 外罩 38 反射性外罩 3 9 固定板 4 0 斜面 4 1 穿孔 4 2 保護性媒體排放口 4 3 保護性媒體注入口 圖1係槪要地顯不一印刷頭1之截面側視圖,其中該 印刷頭係依照習知的噴墨印刷原理來作動,換言之,其係 可以由一噴嘴2 (亦可稱之爲噴出口)來施加一流質媒體 ,且最好係以墨滴之型式來噴出至一欲加以印刷之基板, 其中該基板係與噴嘴2隔開一段距離。 圖1所示之印刷頭1係模組化地建構而成,其包含有 複數個模組。在圖示之實施例中,該印刷頭係包含三個模 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐)-16 - (請先閱讀背面之注意事項心 .裝-- 本頁)
、tT 線 501981 A7 B7 ____ 五、發明説明彳4 ) 組,亦即一所謂之印刷晶片3、一致動器模組4以及一加 熱及/或冷卻模組5 (其在下文中簡稱爲加熱模組)。這 三個模組係分開的結構元件,其係藉由彼此組合且連接在 一起而構成該印刷頭1。在特定的前提下,該加熱模組5 係可以省略。然而,這將在後面才會提到。 印刷晶片3之基部主體6最好係由半導體材料所製成 ,例如矽。該基部主體6 (亦稱之爲基板)係與一隔板7 一起構成至少一媒體室8。該由基部主體6及隔板7所構 成之媒體室8之壁體基本上係設計成類似一井部(在此例 中,係以該基部主體或基板6之截面形狀而言),且該隔 板7係覆蓋該井狀基部主體6中之開口。在基板6之內表 面9上係可以提供微機械結構,該結構係用以導引在媒體 室8中之媒體,以及用以構成複數個部分媒體室。另一微 機械結構係構成該媒體室8之噴嘴2。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 隔板7最好係由矽硼玻璃所製成,且最好係藉由陽極 黏附方法而連接至基部主體6之井部邊緣。或者’該隔板 7亦可以由矽所製成,且可以藉由所謂的矽熔合方法而連 接至基部主體6之井部邊緣。該隔板7因此便可以固定式 地連接至基部主體6。 該致動器模組4 (亦稱之爲致動裝置)係具有一外殼 1 〇 ’其係包括一致動器1 1。該外殼1 〇最好係由非導 電性且具有較差之熱傳導性之材料所製成。該外殼.1 〇之 材料係可選用與該致動器1 1之材料具有相同熱膨脹係數 之材料。爲此,舉例來說,其可使用一陶材(諸如氧化锆 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐)-17- 501981 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明<5 ) )。外殼1 0在其面對隔板7之側邊並未具有一外殼壁體 。在外殼1 0之開口因此便由隔板7所覆蓋。爲了將印刷 晶片3與致動器模組4連接在一起,因此至少在隔板7其 與外殼1 0之接觸部位上係加以鍍金。該鍍金係可以藉由 蒸儀鍍覆或濺鍍方法來進行。若可行,在該鍍金層與隔板 之間係可提供至少一所謂的促黏層。圍繞於外殼1 0之開 口 1 2之邊緣1 3 (亦請參照圖2 )最好係同樣地加以鍍 金。這可以利用一種含金厚膜燃燒膏來加以實現。爲了形 成實際的連接點1 4,在印刷晶片3與致動器模組4之間 係可以形成一金熔接或軟焊連接點。 如上所述,該外殼1 0係包圍該威動器1 1。該致動 器1 1係設計成薄板狀,亦可稱之爲薄長條帶,且最好係 具有長方形之截面形狀。在示例性實施例中,該致動器 1 1係一壓電元件1 5,其係由外殼1 0之背面1 6延伸 至該隔板7,並且與該隔板7相碰觸。該外殼1 〇之後緣 壁1 6係具有一穿孔1 7,而致動器1 1之一端部1 8便 可經由該穿孔1 7而銜接。藉由其端部1 8,該致動器 1 1最好係藉由黏合劑而固定在穿孔1 7中。該外殻1 〇 因此便構成該致動器1 1之支撐元件或支撐主體1 9。最 好,在致動器1 1之_部1 8係額外地提供一延伸部2 0 ,且該延伸部係由外殼1 0突伸而出,亦即,突伸超過該 外殼之後緣壁1 6。在面向觀看者之表面上,該延伸部 2 〇係具有一電接觸形成裝置2 1。再者,在該延伸部 2 0其遠離觀察者之表面(亦即,平行圖面而無法被看到 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297公釐)-18 -
(請先閱讀背面之注意事項V 裝-- 9^馬本頁) ,ιτ 線 501981 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7 五、發明説明彳6 ) 之表面)上係可進一步地提供接觸形成裝置。每一接觸形 成裝置係可導電性地連接至致動器之啓動電極,其中僅有 面向觀看者之啓動電極2 2可以被看到。另一啓動電極係 平行於位在薄板致動器表面上之啓動電極2 2 ,並且平行 於個面。 在致動器1 1另一端部2 3,該致動器1 1係機械式 且活動式地連接至隔板7。由圖1可以看出,該致動器 1 1或壓電元件1 5係僅在部分部位上提供有啓動電極。 因此,該致動器1 1係構成一主動部分2 4以及一被動部 分2 5。在被動部分2 5上,其係未提供有啓動電極或者 係該啓動電極係插置在主動部分及被動部分之間的過渡部 位上,亦即其係未彼此形成電性連接。在示例性實施例中 ’該致動器1 1之主動部分2 4係設計成比被動部分2 5 還要長得多。就後緣壁1 6而言,該致動器1 1係與其主 動部分2 4 —起朝向隔板7之方向延伸,且藉由其被動部 分2 5而鄰接在一起,該致動器1 1之端部係承靠在該隔 板7上。該被動部分25係構成一熱屏障元件26 ,使得 存在於隔板7上之熱量對於致動器1 1之主動部分2 4不 會造成影響。因此’致動器1 1或其主動部分2 4係與隔 板7形成熱隔離。熱屏障元件2 6亦可視爲一種傳熱性較 差之元件’或者係一種可使隔板7上之熱量能以消失或減 少的狀態傳送至主動部分2 4之元件。爲了進一步.強化在 隔板7與致動器1 1之間具有較差的熱傳性,最好該致動 器1 1之被動部分2 5在朝向隔板7之方向上係呈漸細狀 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-19 _
(請先閱讀背面之注意事項V 裝— I 1本頁) 訂 線 501981 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ __五、發明説明<7 ) 。因此,在隔板7與致動器或熱屏障元件2 6之間便具有 較小的接觸面積,這表示其具有較小的熱傳區域。 在本實施例中,該致動器係具有整體性的設計,換言 之,該主動部分2 4及被動部分2 5係由相同材料一體式 地製成。 該外殼1 0最好係與隔板7形成熱隔離。因此,僅有 相當少的熱量會由隔板7流至外殼1 〇,使得存在於隔板 7上之熱量基本上係無法傳送達到該外殼之後緣壁1 6, 而該後緣壁1 6則可以做爲該致動器1 1之橋接部W。因 此,致動器之端部1 8便可以與隔板形成熱隔離,使得主 動部分2 4之任何熱影響係微乎其微。爲了達到在隔板7 與外殼10之間的熱隔離,在隔板7之邊緣1 3與隔板7 之接觸區域係相當小。爲此,便提供了複數個凹槽2 7, 其在邊緣上係設計成開口狀。凹槽與插置齒部2 8便構成 了 一種梳子結構2 9 (參照圖2 ),使得在隔板7與外殼 1 0之間具有極小的熱接觸面積。凹槽2 7最好係延伸在 外殼1 0之下方外殼壁體3 1以及上方外殼壁體3 2。理 所當然,此類凹槽或梳子結構亦可以形成在橫向外殼壁體 3 3之邊緣上。就邊緣1 3而言,該凹槽2 7係大約以直 角之角度延伸至隔板。該凹槽2 7係僅延伸至位在外殻壁 體中之部位,亦即,其不會延伸到外殼後緣壁1 6。因此 ,該支撐主體1 9最好係設計成使得該凹槽2 7或梳子結 構、該穿孔1 7以及保護性媒體入口 4 3可以由前方或後 方導入,亦即其不需要形成橫向開口。因此,該支撐主體
(請先閱讀背面之注意事項V r本頁) -装·
、1T 線 501981 A7 B7 五、發明説明<8 ) 1 8係能以相當簡單之方式在一鑄模中形成。 藉由提供有該凹槽2 7 ’外殻1 0便可以具有熱膨脹 補償。雖然在隔板7與外殼1 0之間係由於小的接觸面積 3 〇而形成熱隔離,然而外殼1 0在其靠近隔板之部位係 被加熱的。爲了降低或避免外殼1 〇或支撐主體1 9 ”扭曲 ”’該凹槽2 7係可做爲熱膨脹補償。由圖1可以看出,該 外殼壁體3 1、3 2或3 3係朝向邊緣1 3而呈漸細狀。 加熱模組5係位在基部主體6其遠距該隔板7之表面 上’該加熱模組5因此便面向基部主體6之井部底部3 4 。加熱模組5係包含一加熱源3 5,其係可以由一光源 3 6來提供。一鹵素燈泡最好係可做爲該光源3 6。存在 於媒體室8中之金屬媒體係可以藉由熱源3 5來加熱之, 使得該媒體係呈現液態,而可以經由噴嘴2而噴射至印刷 晶片3。爲了增加熱源3 5之效率,最好該熱源3 5係由 一外罩3 7所包圍,而該外罩3 7係由井部底部3 4所封 閉。在外罩3 7之內表面係施加有一反射覆層3 8,用以 反射在井部底部3 4方向上之熱輻射,其中該熱輻射係由 熱源3 5所射出。因此,由熱源3 5所產生之熱量基本上 係無法由外罩3 7散逸出來。該外罩3 7亦可以由一種傳 熱性較差的材料所製成。就三個模組3、4、5之配置方 式而言,其可以選擇串列配置,使得熱源3 5不會直接地 作用在致動器1 1上。 該印刷頭1之操作方法如下: 依照本發明,該印刷頭1係用以噴出熱流質媒體,其 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297公釐)-21 - ----------1-- 一 » (請先閱讀背面之注意事項本頁) ,τ 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501981 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明彳9 ) 中該媒體係以至少在媒體室8中爲高熱且液態的狀態存在 。該致動器1 1之啓動係會造成隔板7在井部底部3 4之 方向上偏移或撓曲,使得該媒體室8之體積可以降低。因 此’該熱流質媒體正比於該媒體室8容積縮減之部分係被 壓出該噴嘴2。接著,停止該致動器1 1之動作係會造成 該隔板再次由井部底部3 4被抽離,因此,該熱流質媒體 便能以墨滴之型式由噴嘴2被噴出。該隔板7之撓曲係可 以藉由壓電元件1 5之電動啓動來達成。將電壓施加至啓 動電極係會造成薄板狀壓電元件1 5改變其空間型態。視 該被驅動之啓動電極之極性而定,該壓板之主動部分2 4 係可以加長或縮短。因此,隔板便可以朝向井部底部3 4 之方向而撓曲或彎曲或者鼓起。因此很淸楚地,在媒體室 8中之容積便可以由於致動器11或者係壓電元件15之 驅動而改變。藉由增加該致動器1 1之驅動,其便可以使 複數熱流質媒體之墨滴由噴嘴2被連續地噴出。視驅動頻 率而定,這些墨滴係可以由噴嘴2中很迅速地一個接著一 個被噴出。該隔板7之撓曲程度係可以視啓動電極之能量 輸入來加以影響之。 爲了使個別噴出之墨滴體積可以保持大致固定,使該 致動器1 1免於外部影響係相當重要的,例如熱或結構變 形,所以當該隔板7每次被驅動或撓曲時,該隔板7便覆 蓋住相同之路徑。爲了保持內部流動至致動器1 1 .之熱量 係儘可能地小,因此便提供上述之熱屏障元件2 6。爲了 降低在壓電元件1 5上之結構影響,因此如上述的例子, (請先閲讀背面之注意事項本頁) 裝- 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-22 - 501981 A7 _B7 五、發明説明纟0 ) 該外殼1 0或致動器1 1之支撐主體1 9係與隔板7形成 熱隔離,且如上述具有額外的熱膨脹補償。 爲了增加該致動器1 1之結構穩定性及對齊性,在外 殼1 0中係提供一種所謂的調整及固定板3 9,其係設計 成具有C形之截面形狀。該調整及固定板3 9 ,在以下簡 稱爲固定板3 9,係由位在外殼內表面上之斜面4 0所引 導,且藉此可以精確地對準。由於C形之自由端,該固定 板3 9便可以支承在該隔板7其面向外殼1 0的表面上。 該固定板係具有一穿孔4 1,其大體於係位在該C形基部 的中央部位,經由該穿孔,該致動器1 1便可以與該熱屏 障元件2 6相銜接。 該穿孔4 1之尺寸係設計成雖然該致動器1 1係被加 以引導,然而當其長度由於該啓動電極被驅動而變化時, 其係不會有不利的影響。該固定板3 9最好係由與外殼 1 0相同之材料所製成。 在一較佳實施例中,該印刷頭1係具有一保護性媒體 排放口 4 2,其係定位成使得由該保護性媒體排放口 4 2 所流出之保護性媒體係會沿著噴嘴2之孔口的方向來流動 。所使用之保護性媒體最好係一種可以防止由該噴嘴2流 出之熱流質媒體氧化之保護性媒體,尤其最好係一種惰性 氣體。舉例來說,氮氣便可以做爲該惰性氣體。由於由噴 嘴2所流出之墨滴係由一種包含有保護性媒體之保護性氣 體所保護,因此該墨滴在其,,飛噴,,期間便可以避免被氧化 。這係相當重要的,尤其當熱流質媒體由媒體室8流出’ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-23 - (請先閱讀背面之注意事項 本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501981 A7 B7 五、發明説明幻) 且一金屬焊球欲施加至一具有連接點之基板時。該外殼 1 0最好係具有一保護性媒體注入口 4 3,其係可以位在 該外殼之後緣壁1 6上。該保護性媒體係可以經由該保護 性媒體注入口 4 3而導入至外殼1 0中,且接著在流出該 保護性媒體排放口 4 2之前係通過該外殼1 0。尤其,在 外殼上所提供之保護性媒體排放口 4 2及保護性媒體注入 口 4 3之位置配置,係使得該致動器1 1 ,尤其係其主動 部分2 4,可以安置在該保護性媒體之流動路徑上。因此 ,該保護性媒體亦可以做爲致動器之冷卻媒體。該梳子結 構2 9之凹槽2 7係可以適當地選擇用以做爲該保護性媒 體排放口。在外殼1 0中之保護性媒體之流動路徑係可以 適當地加以選擇,使得該保護性媒體係由外殼之後緣壁 1 6上之保護性媒體注入口 4 3進入,流經該致動器1 1 ,通過位在固定板3 9上之穿孔4 1,流經位在固定扳 3 9之C形部分上的凹槽4 4,然後到達該保護性媒體排 放口 4 2。在此例子中,該凹槽4 4最好係與位在外殼 1 0上之凹槽2 7完全相同。當然,可以想像的是,亦可 以有一種流動路徑設計,其中該固定板3 9之分支係設計 成使得一通向該保護性媒體排放口 4 2之流動導管係位在 該介於固定板3 9與外殼10之間之導引斜面40之間。 在示例性實施例中,該存在於媒體室8中之媒體,尤 其係金屬焊件,係已經由熱源3 5所加熱。可以預料的是 ,由媒體室8中被噴出之熱流質媒體係被供應至媒體室8 中,使得其已經呈現液態。若可行,該加熱模組5亦可以 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐)· 24 - (請先閱讀背面之注意事項本頁) 、τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501981 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明纟2 ) 省略之。 爲了使該印刷頭1亦可以噴出極冷的流質媒體,在并 部底部3 4中亦可以提供一冷卻裝置。爲此,亦可提供一 散熱器,尤其係Pe 1 t i e r元件。當然,其亦可同時 提供加熱源或加熱裝置以及一冷卻裝置或散熱器。 加熱電阻器(圖上未顯示)亦可取代該光源3 6來做 爲熱源3 5,且該加熱電阻器係位在井部底部3 4上之媒 體室8外部。這些加熱電阻器最好係利用薄膜技術而.供應 至基板或基部主體6。該加熱電阻器最好係由二硼化給所 構成。 爲了偵測及檢視在媒體室8中之媒體溫度,在隔板7 上係可以提供至少一溫度偵測元件4 5,該元件係位在隔 板7與固定板3 9之間.,亦即位在媒體室8外側。· 該至少一溫度偵測元件4 5係可以做爲一溫度感應器 ,其係由熱溫度元件或由薄膜感應器所構成。 用以製造一包含金屬焊料之連接點之方法將說明如下 。該連接點係具有一接觸形成點,其亦可以稱之爲接觸墊 ,其係用以與金屬焊料熔合在一起。爲此,最好係採用上 述之印刷頭1來將金屬焊料噴出,其中該金屬焊料可以係 錫-鉛或錫一金合金。當然,亦可以採用電子製造業所習 知之任何軟焊材料。存在於媒體室8中之熱流質焊料係藉 由該隔板7之撓曲而經由噴嘴2以滴狀之型式來供應至連 接點之接觸形成點。爲此,該存在於媒體室8中之熱流質 焊料最好係經由噴嘴2而由印刷頭以至少一熱液滴之方式 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-25 - (請先閱讀背面之注意事項 本頁) -裝- 、^1 501981 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7五、發明説明幻) 噴出。爲了防止該熱流質焊料液滴氧化,該液滴係由一氧 化保護媒體加以保護,其中該保護媒體係由保護性媒體排 放口 4 2噴出。爲了確保該連接點之接觸形成點具有最佳 化之熔合,在媒體室8中之焊料溫度係藉由溫度偵測元件 4 5來加以檢視。因此,視所偵測到之溫度而定,便可以 驅動該熱源3 5,例如關閉或開啓,以使焊料在媒體室8 中可以保持所需之溫度。詳言之,在媒體室中之溫度係可 以保持在4 0 0至6 0 0 ° C以將熱流質焊料噴出。 因此,便能以相當簡單及節省成本之方式來簡化有關 於微電子、微機械或微系統科技術之連接技術。詳言之, 膠帶自動黏合(TAB)、晶片尺寸封裝(CSP)以及 所謂快閃晶片連接(F C )皆能夠簡化。在這些連接技術 中,其係需要所謂的隆塊(焊料積塊)來做爲在元件與基 板之間之連接元件。這些焊料積塊主要係呈現隆起之形狀 ,其係可以利用本發明之印刷頭而簡單地形成。 爲了製造出這些焊料積塊,其亦可以使複數焊料滴一 個接著一個地由噴嘴2噴出。該致動器1 1之脈衝式驅動 (如上所述)係可以達到此一目的,使得隔板7可以迅速 地來回移動,因此,使得個別之焊料滴可以由噴嘴2中噴 出。 當然,亦可以使用具有複數個噴嘴2之印刷頭1 ,在 此例中,其係使該噴嘴排列成一陣列。舉例來說,.複數噴 嘴2係一個接著一個地配置成列,亦即在平行於圖面之平 面上。若採用複數噴嘴之印刷頭1,則最好具有複數個部 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-26 - (請先閲讀背面之注意事項 r本頁) .裝· 訂 線 501981 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明私) 分媒體室,每一媒體室係針對至少一噴嘴而設。每一部分 媒體室最好係具有一分開的隔板7,每一隔板係由一個別 之致動器1 1來加以驅動。換言之,所有噴嘴或所有隔板 係、可以彼此獨立地由至少一致動器1 1來加以驅動。若採 用複數噴嘴之印刷頭1 ,則最好係如圖2所示之致動器配 置方式。該致動器1 1係彼此配置成列,使得其延伸部 2 0係彼此由外殼1 〇之後緣壁1 6突伸而出。在此例中 ,該電接觸形成裝置2 1係位在該延伸部2 0之每一側邊 ,使得接觸係可以由外殼外側之啓動電極來形成。如圖3 所示,兩相鄰致動器1 1之延伸部2 0係彼此錯開,藉此 產生足夠之空間來容置相配接之接觸形成裝置,使得電接 觸形成裝置2 1可以電性地連接至該相配接之接觸形成裝 置。圖3亦顯示在外殼之後緣壁1 6上係具有複數保護性 媒體注入口 4 3。詳言之,其可以針對兩個致動器1 1來 提供一個保護性媒體注入口 4 3。可以預料的是,在外殻 1 0之下方外殼壁體3 1與上方外殼壁體3 2之間係可具 有隔件,該隔件係用以將個別之致動器1 1彼此相隔開。 圖4係顯示固定板3 9之平面視圖。可以看出’複數 凹槽4 4係位在C形固定板之兩分支上。該凹槽4 4係可 導入至該固定板3 9之分支’使得其可以與位在外殻1 〇 上之凹槽2 7完全相合,如圖1所示。然而,並不一定要 在該外殼之下方外殼壁體3 1與上方外殼壁體3 2上同時 形成有凹槽2 7。詳言之,若在下方外殼壁體3 1上形成 有凹槽2 7便已足夠來形成保護性媒體排放口 4 2 ° 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公嫠)-27 - (請先閱讀背面之注意事項 π本頁) -裝- 訂 線 501981 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明纟5 ) 用以製造一依照噴墨印刷原理來作動且包含至少印刷 晶片3及致動器模組4之印刷頭1之方法,將說明如下° 亦可額外增加該加熱模組5。在製造期間,該致動器1 1 以及致動器模組4係彼此以隔熱方式連接在一起。該印刷 晶片3係以一種矽基質之方式來形成,其中在該矽基質上 係具有微機械結構,該微機械結構係用以導引該媒體以及 用以構成一噴出口或噴嘴2。該矽基質最好係設計成一井 部之型式,而該用以導引媒體之微機械結構係以一井部之 方式而安置在矽基質的內部。因此,噴嘴便可以設計成一 種由矽基質內部至外表面之開口之型式。該井狀矽基質之 開口係由隔板7所覆蓋,以構成媒體室8。在此例中,若 該隔板7係由硼矽玻璃所製成,則該隔板7最好係藉由陽 極黏附方法而連接至矽基質。若隔板係由矽所製成,則在 隔板7與基板或基部主體6之間的連接點係可以藉由所謂 的矽熔合之方式來進行。在致動器模組4與印刷晶片3之 組合或連接期間,最好該致動器1 1係先插入至支撐主體 1 9或外殼1 0中而將其固定,該支撐主體接著便連接至 隔板,而精確地位在相對於基部主體6中之井部開口之表 面上。爲了將隔板7與支撐主體1 9連接在一起,最好該 隔板7係以蒸氣鍍覆及濺鍍之方式在隔板7與外殼1 0之 連接點部位上加以鍍金。支撐主體之邊緣1 3最好亦同樣 地在連接至隔板之前先加以鍍金,一種具有金之厚膜燃燒 膏係可以達成此一目的。在支撐主體1 9及隔板7之間的 連接最好係由金熔接或焊接之方式來達成。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-28 - (請先閱讀背面之注意事項 本頁) 裝_ 、?! 線· 501981 A7 B7 五、發明説明彳6 ) 該支撐主體1 9或外殼1 〇係以一種所謂熱鑄造方法 而由二氧化鉻所製成,其中該穿孔1 7、凹槽2 7以及導 引斜面4 0係可以在鑄造期間連帶地形成。或者,在陶材 昇華之後亦可以進行處理或加工,以構成該凹槽2 7、導 引斜面4 0以及保護性媒體注入口 4 3。 爲了將致動器1 1安裝在支撐主體中之正確位置,因 此採用上述之調整及固定板3 9 ,其係在該穿孔1 7中之 致動器1 1黏合在熱屏障元件2 6上之後來加以安置,使 得熱屏障元件2 6係可以穿透位在固定板3 9上之穿孔 4 1。當固定板3 9插入之後,其係保持位置上之精確度 以及藉由導引斜面4 0而牢固在支撐主體1 9或外殼1 0 中。在此例中,致動器係被固定在其外殼之後緣壁6 4上 之橋接部w以及固定板3 9之間,使得其自由端2· 3係可 以作用在隔板上,造成該隔板撓曲。 進一步之製造步驟係在隔板上設計一溫度感應器,該 感應器係設計成一熱溫度元件或薄膜感應器。該溫度感應 器最好係在安置致動器模組4之前來加以安裝。該溫度感 應器係能以一種分離式元件之方式來加以製造,或者係藉 由蒸热鑛覆或灑鑛以及齡刻圖案之方式的薄膜技術來加以 製造。 加熱電阻器係可以利用薄膜技術而施加在砍基質上, 尤其係在井部底部3 4外側。就電阻器材料而言,最好係 以濺鍍之方式施加二硼化飴且接著藉由蝕刻圖案之技術來 製成。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐)-29 - (請先閱讀背面之注意事項v 裝-- K1'本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501981 A7 B7 五、發明説明纟7 ) 藉由上述依照噴墨印刷原理來作動之印刷頭1 ,便可 以相當具有優點地擴展該噴墨印刷頭之應用範圍,使得在 微電子或微機械與微系統科技中之連接點,能以一種簡單 之方式來形成。舉例來說,或許亦可使用該習知噴墨印刷 頭,其中該噴墨印刷頭係具有一致動器元件,其對於熱係 不靈敏的。然而,最好係採用上述具有一致動器元件之印 刷頭,其係與媒體室形成熱隔離。 (請先閱讀背面之注意事項v -裝— I本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐)-30 -