TWI568598B

TWI568598B - 印刷電路板流體噴出裝置及其製造方法

Info

Publication number: TWI568598B
Application number: TW103144770A
Authority: TW
Inventors: 蓋瑞Ｇ路汀史蓋; 西連Ｊ喬伊
Original assignee: 惠普發展公司有限責任合夥企業
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2017-02-01
Also published as: CN105934347B; US20170028723A1; EP3099495B1; EP3099495A4; WO2015116076A1; EP3099495A1; US10500858B2; CN105934347A; TW201536573A; US20180201017A1; US9962936B2

Description

印刷電路板流體噴出裝置及其製造方法

本發明係有關於印刷電路板流體噴出裝置。

發明背景

在一噴墨筆或列印條中的列印頭晶粒可包含溝槽等，其會帶送流體，譬如墨汁，至該等噴射腔室。墨汁可經由一將該等列印頭晶粒支撐在該筆或列印條上的結構中之通道，從該供墨器被配送至該等晶粒溝槽。其可能較好能縮小各列印頭晶粒的尺寸，而來例如減少該晶粒的成本，俾得減少該筆或列印條的成本。但是，使用較小的晶粒，可能必須改變支撐該等晶粒的較大結構，包括配送墨汁至該等晶粒的通道。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種流體噴出裝置，包含：一印刷電路板包含一導體層，一覆蓋層形成該印刷電路板之一表面，和一空穴；及一列印頭晶粒電連接於該導體層，並埋在該空穴內之一成型材料中，而該成型材料係與該覆蓋層等高齊平。

100‧‧‧流體噴出裝置

102‧‧‧列印頭

104‧‧‧列印頭晶粒

106‧‧‧印刷電路板

108‧‧‧噴滴器

110‧‧‧流體噴射腔室

112‧‧‧成型材料

114‧‧‧壁

116‧‧‧溝槽

118‧‧‧歧管

120‧‧‧孔口

122‧‧‧基板

124、126‧‧‧層

128‧‧‧電端子

129‧‧‧通道

130、131‧‧‧導體層

132‧‧‧接墊

133‧‧‧導電線路

134‧‧‧電子裝置

136‧‧‧接線

138‧‧‧包封材料

140‧‧‧覆蓋層

142‧‧‧黏性層

146‧‧‧開孔

150‧‧‧膠帶

1200‧‧‧製造方法

1202-1206‧‧‧各步驟

詳細說明段參照各圖式，其中：圖1~3示出一利用一流體噴出裝置之一例的噴墨列印條；圖4和5示出一用以實施一流體噴出裝置的舉例列印頭晶粒；圖6為圖1的流體噴出裝置之一詳圖；圖7示出另一舉例的流體噴出裝置；圖8示出另一舉例的流體噴出裝置；圖9~11示出一用以製造一流體噴出裝置的舉例方法；圖12為一流程圖示出用以製造一流體噴出裝置的方法之另一例；其中各種不同的實施例皆可被利用。

舉例係被示於該等圖式中並詳述於後。該等圖式並不一定依照比例，且各種細構特徵和該等圖的視展，為了清楚及/或簡明之故，可能被誇大比例或示意地示出。全部圖式中之相同部件編號可指相同或類似的部件。

詳細說明

利用一基材寬列印條總成的噴墨列印機已被開發來協助增加列印速度及減低列印成本。傳統的基材寬列印條總成包含多數個部件，其會由該等印刷流體供應器帶送印刷流體至該等小列印頭晶粒，而該印刷流體會由該等晶粒被噴射至紙張或其它列印基材上。雖減少該等列印頭晶粒的尺寸和間隔對減低成本持續是很重要。但將印刷流體由較大的供應組件導送至更小更緊密相隔的晶粒，需要複雜的流動結構和製造方法等，其事實上會增加成本。

於此所述係為一流體噴出結構的各種實施例，其能夠使用較小的列印頭晶粒和更緊密的晶粒迴路來在基材寬噴墨列印機中協助減低成本。一利用該流體噴出結構之一例的列印頭結構可包含一印刷電路板其含有一導體層，一覆蓋層在該導體層上，及一空穴能容納至少列印頭晶粒。多數個列印頭晶粒可被埋設、膠黏，或以其它方式裝在該印刷電路板中的空穴內，而使該等列印頭晶粒的噴滴器會曝露在該印刷電路板之一表面上。在不同的實施例中，該覆蓋層可保護底下的導體層避免因曝露於印刷流體(比如墨汁)和其它濕氣而腐蝕，並能提供一實質上平坦且耐用的表面而以高抗磨損性和低摩擦來對抗該流體噴出裝置操作時的拭擦；及保護對抗流入該等接墊區域中的成型材料。

在不同實施例中，該印刷電路板實際上會生成各列印頭晶粒用以造成流體和電連接物的尺寸，並可供將該等列印頭晶粒附接於其它結構物，故得能使用較小的晶粒。就所述之不同實施例而言，一印刷電路板流體噴出裝置能夠使用長窄又非常薄的列印頭晶粒。例如，一大約26mm長及50μm寬的100μm厚列印頭晶粒能被埋在一1mm厚的印刷電路板中來取代一傳統的500μm厚矽列印頭晶粒。能與該等印刷電路板一起被製造和處理的容易性，亦可協助簡化頁寬列印條和其它列印頭結構物的製造，因為具有內建式印刷流體溝槽之新的複合結構物，會消除在一基材中形成該印刷流體溝槽的困難。

在不同的實施例中，該流體噴出結構可不限於列印條或其它類型之用於噴墨印刷的列印頭結構，而亦可被利用在其它裝置及用於其它的流體流用途。故，在一例中，該流體噴出結構可包含一微裝置埋在一印刷電路板中，其中具有流體饋送槽隙和溝槽等，流體可穿過它們流至該微裝置。該微裝置，例如，可為一電子裝置，一機械裝置，或一微機電系統(MEMS)裝置。該流體流，例如，可為一流入該微裝置內或其上的冷卻流體流，或流入一列印頭晶粒中的流體流，或配送微裝置的其它流體。

若使用於此，一“印刷電路板”(有時縮寫為“PCB”)意指一非導電基板具有導電線路等，可供機械地支撐及電連接於一電子裝置，並可包含一疊的多數個層，例如預浸漬層和包含金屬的導體層等；一“微裝置”係指一種裝置，譬如一列印頭晶粒等，具有一或多個外部尺寸小於或等於30mm；“薄”意指一厚度小於或等於650μm；一“長條”意指一薄的微裝置，具有一至少3的長寬比(L/W)；一“列印頭”及一“列印頭晶粒”意指一噴墨列印機的一部份，或其它的噴墨式配佈器；其會由一或多個開孔配佈流體。一列印頭包含一或更多個列印頭晶粒。“列印頭”和“列印頭晶粒”並不限於以墨汁和其它印刷流體來列印，而亦包含其它流體的噴墨式配佈及/或可供印刷以外的使用。

圖1~3係為一流體噴出裝置100之一例的不同視圖，其中列印頭晶粒104等係被埋在一印刷電路板中。圖4和5係為圖1~3中所示的晶粒長條104之一者的詳細視圖。圖6係為該等晶粒長條104與該印刷電路板106之間的電連接物之一詳細視圖。在所示之例中，該流體噴出裝置100可被構製成一伸長的列印條，譬如可以被使用於一單次通過的基材寬列印機者。

該流體噴出裝置100可包含多數個列印頭102埋在一伸長的印刷電路板106中，並以一交錯的構形端對端地概呈一排縱向地列設，其中在該排中的列印頭102會重疊該排中的另一列印頭102。每個該等列印頭102可至少包含列印頭晶粒長條104。雖有十個列印頭102被示出呈一交錯的構形，但更多或較少的列印頭102亦可被使用及/或可被排列呈一不同的構形。同樣地，雖該各列印頭102係被示出具有四個列印頭晶粒長條104，但更多或較少的列印頭晶粒長條104亦可被使用，且/或可被排列呈一不同的構形。此外，雖一排交錯的列印頭102係被示出，但更多排亦有可能。例如，在某些構態中，一流體噴出裝置可包含多排的列印頭102，且在至少一些該等構態中，多排的列印頭102可印刷多種不同的顏色。

各列印頭102可包含單一個列印頭晶粒長條104或多個晶粒長條104，每個長條104具有至少一排的噴滴器108曝露在該印刷電路106之一表面上，印刷流體可通過它被由對應的流體噴射腔室110噴出。該等列印頭晶粒104可被使用一晶粒附接黏劑或成型材料112耦接於該印刷電路板106。如所示，例如，該列印頭晶粒104係被埋在該印刷電路板106之一空穴(被壁114等界限)內的一成型材料112中，而將該等列印頭晶粒104耦接於該印刷電路板106內。

該流體噴出裝置100可包含一流體饋送槽隙/溝槽116在該印刷電路板106中之一相反於該曝露的噴滴器108之表面處，來供應印刷流體至每個列印頭晶粒長條104。在不同的實施例中，該流體饋送槽隙/溝槽116可包含一凹切的流體饋槽，延伸穿過該印刷電路板106的表面以曝露該列印頭晶粒104。用於各列印頭102之其它適當的構態亦有可能。例如，更多或較少的列印頭晶粒長條104可被與更多或較少的噴射腔室110和流體饋槽116一起使用，或較大的晶粒(非長條)亦可被使用。

印刷流體可由一沿各晶粒長條104縱向延伸於該二排噴射腔室110之間的歧管118流入各噴射腔室110中。印刷流體可經由多個孔口120饋入該歧管118中，該等孔口係在該晶粒104的底部表面處連接於該印刷流體饋送槽隙/溝槽116。在圖2~5中之一列印頭晶粒104的理想化呈現示出三層122、124、126等，係僅為方便清楚地示出噴射腔室110、噴滴器108、歧管118和孔口120等。一實際的噴墨列印頭晶粒長條104可為一典型的複雜積體電路(IC)結構形成於一矽基板122上，且具有未示於圖1~5中的料層和元件等。例如，一形成於基板122上在各噴射腔室110處的熱噴射元件或壓電噴射元件(未示出)可經由電端子128被作動，而來由噴滴器108噴出墨滴或墨流，或其它的印刷流體。

該印刷電路板106可包含多數層，包括至少一導體層130。在許多實施例中，該印刷電路板106可包含導體層與絕緣層的交替層等，並可包含重分配層或導電線路等將該等導體層的不同部份互相電連接，及/或連接至一在該印刷電路板106外部的組件。因此，雖圖2和3示出該裝置100包含單一導體層130乃為了簡明之故，應可想知該印刷電路板106可能包含添加的導體層。例如，該印刷電路板106可在其二表面上皆包含一導體層，(例如導體層103在第一表面上，且另一導體層在該印刷電路板之相反於該第一表面的第二表面上)。

該導體層130可包含至少一接墊132電連接於至少一個該等列印頭晶粒104之一電端子128。該導體層130可帶送訊號至該等列印頭晶粒104的噴滴器108及/或其它元件，且在某些實施例中，可被電連接至一埋在該印刷電路板106中的ASIC或其它非列印頭晶粒電子裝置134。在至少某些實施例中，該導體層130可包含一接地層，其可容許靜電排放。在某些實施例中，該等列印頭晶粒104可被互相電連接。在所示之例中，該導體層130可經由接線136被電連接至該等列印頭晶粒104。如所示，該等接線136可被包封在一包封材料138中。雖所示之例示出列印頭晶粒104被線接於該印刷電路板106，但在本揭露的範圍內其它的電互接措施亦有可能。例如，在某些實施例中，一列印頭晶粒104可藉焊劑、導電黏劑或類似者等被電互接於一印刷電路板106。應請瞭解該包封材料136在圖6中係被略除，而來示出底下的接線連接物。

在某些實施例中，不同於圖1~3和6中所示地將該列印頭晶粒104之一頂面電連接於該印刷電路板106，一列印頭晶粒104可替代地具有一穿矽通道129，如圖7中所示，來將該列印頭晶粒104之一電端子電連接於一在該印刷電路板106之一底面處的導體層131。在某些此等實施例中，該列印頭晶粒104可經由一導電線路133被電連接至該導體層131。在其它實施例中，該列印頭晶粒104可經由另一導電途徑被電連接至在該印刷電路板106之頂面處的導體層。

如圖1~3、6和7中所示，一流體噴出裝置可包含一覆蓋層140在該印刷電路板的至少一個表面上。例如，在圖1~3和6中所示，該覆蓋層140可被形成於該在印刷電路板106之一頂面處的導體層130上；而在圖7和8中示出，該覆蓋層140可被形成於該印刷電路板106的頂面和底面上。在不同的實施例中，該覆蓋層140可被形成於一導體層130/131上，如圖7中所示，或在該印刷電路板106的另一層上，如圖8中所示。

在不同的實施例中，該覆蓋層140可包含一聚合物材料，例如，聚醯亞胺，聚萘二甲酸乙二酯，或聚對苯二甲酸乙二酯。在至少某些實施例中，該覆蓋層140可被以一黏性層142，譬如環氧基黏劑，耦接於該印刷電路板106。如圖中所示，該覆蓋層140可包含一開孔對應於該印刷電路板106的空穴(由壁114界定)，且在某些情況下，可包含一或更多個其它開孔，譬如一開孔146，其在若該列印頭晶粒104係以一導線136電連接於該印刷電路板106的情況下，會曝露該導體層130之一接墊132。在許多此等實施例中，該包封材料138可在該等接線136被電耦接於該列印頭晶粒104的接墊132和電端子128之後，被形成來覆蓋該開孔146。

在不同的實施例中，該覆蓋層140可形成一阻隔物來保護底下的導體層130/131或該印刷電路板106的另一層，以免因曝露於印刷流體(比如墨汁)和其它水氣而腐蝕。在至少某些實施例中，該覆蓋層140能提供傳統的阻焊劑或其它材料所未提供的保護，其可能是反應性的或者是不能耐抗曝露於印刷流體及/或機械拭擦。該覆蓋層140可提供一實質上平坦且耐用的表面，而在該流體噴出裝置100操作期間以高耐磨性和低摩擦來對抗拭擦。

如所述，該導體層可包含一接地層，靜電排放電流可經由該接地層被導送至地面。在許多情況下，該印刷電路板106的接地層不應被曝露於該印刷流體和拭擦動作。在不同的實施例中，該覆蓋層140可具有一電壓擊穿臨界值，其可藉該覆蓋層140的厚度來控制，且靜電排放電流可被容許經由該接地層來燒穿並導送至地面。例如，一包含一25μm聚醯亞胺膜的覆蓋層當該電壓超過4kV時，將會被擊穿來安全地導送一靜電電流。

在不同的此等實施例中，該覆蓋層140和該成型材料112可以互相齊平等高，而來提供一可供拭擦的連續平坦表面。在許多實施例中，該列印頭晶粒104的頂層126亦可等高齊平於該覆蓋層140和該成型材料112以方便拭擦。在某些實施例中，其中一接線會被一包封材料包封時，該包封材料可為等高或不等高於該覆蓋層140和該成型材料112。在至少一些實例中，若該包封材料係不等高於該覆蓋層140和該成型材料112時，可能較好是將該包封材料形成具有盡可能較低的廓形，以便於拭擦通過該流體噴出裝置的表面。

在不同的實施例中，該覆蓋層140可在將該等列印頭晶粒104埋入該印刷電路板106之前，先被耦接於該印刷電路板106，如圖9~11中所示。在此等實施例中，該覆蓋層140可有效地形成一“堤堰”或阻流物，其當該等列印頭晶粒104埋入該印刷電路板106中時，可抑制該成型材料112流入該印刷電路板106上之接墊132周圍的區域中。圖9~11示出一舉例的方法，可供形成該覆蓋層140和該成型材料112，而使該覆蓋層140與該成型材料112互相等高齊平。如圖9所示，該覆蓋層142可被形成於該印刷電路板106上，嗣一膠帶150或其它水平表面可被形成於該覆蓋層140的至少一部份上，並延伸於該空穴(由壁114等界定)上，該等列印頭晶粒104可被設於該空穴中。該成型材料112嗣可被引流包圍該等列印頭晶粒，以將該等列印頭晶粒104埋在該印刷電路板106的空穴中。

在某些實施例中，使用於圖9中的印刷電路板106可為數印刷電路板層之一第一次組，且在此等實施例中，該等印刷電路板層之一剩餘次組可在設定該成型材料112 之後被耦接於該等印刷電路板層的第一次組，如圖10中所示。於某些此等實施例中，流體饋槽116可在將該等印刷電路板層耦接在一起之後被形成於該印刷電路板106中，如圖11中所示。在其它實施例中，該等印刷電路板層的剩餘次組可在耦接於該印刷電路板106之印刷電路板層的第一次組之前包含該流體鏡槽116。該膠帶150嗣可被移除來形成所述的裝置。

圖12為一流程圖示出另一舉例的方法1200，可供製造一流體噴出裝置，例如，參照圖1-11所述的流體噴出裝置100或列印頭102，或使用其它微裝置的其它流體噴出結構。該方法1200可與所述的各種不同實施例相關聯，且在該方法1200中所示的操作細節可在該等實施例的相關討論中被發現。請瞭解所述及/或示出的各種不同操作等可概被視為多個各別的操作，而會有助於瞭解不同的實施例。描述的順序不應被認為暗示該等操作是倚賴順序的，除非有明白地表示。又，某些實施例可包含比可能被描述者更多或較少的操作。

該方法1200可在方塊1202以提供一印刷電路板來開始或進行，其包含一導體層，一覆蓋層形成該印刷電路板之一表面，及一空穴。如所述，該印刷電路板的導體層可包含接墊等用以與一列印頭晶粒或其它微裝置互接，及一接地層用以提供靜電排放保護。該覆蓋層可包含任何適當的材料，例如，一聚合物材料。在不同的實施例中，例如，該覆蓋層可包含聚醯亞胺。

該方法1200嗣可進行在該空穴內埋設至少一列印頭晶粒於一成型材料中，而使該成型材料與該覆蓋層等高齊平。在準備收納該列印頭晶粒時，該空穴可被切鋸或不同地形成於該印刷電路板中。在不同的實施例中，一膠帶或其它水平表面可被形成在該覆蓋層的至少一部份上並延伸於該空穴上，且該列印頭晶粒可由該列印頭晶粒之一底面被放入該空穴中。於此等實施例中，該成型材料嗣可被流送包圍該列印頭晶粒來將該列印頭晶粒埋在該空穴中，且該成型材料會由於該膠帶和該列印頭晶粒之空穴壁所形成的模，而被形成與該覆蓋層等高齊平。

在不同的實施例中，一流體饋槽/溝槽可在該列印頭晶粒被埋在該印刷電路板中之前或之後，被凹切通過該印刷電路板。在至少某些實施例中，於該列印頭晶粒被埋在該印刷電路板之後才形成該流體饋槽/溝槽，相較於不用一印刷電路板而將該流體饋槽/溝槽形成於該列印頭晶粒中，可提供一機械性較強固的結構，其中該流體饋槽/溝槽可被形成，其當該流體饋槽/溝槽形成時可造成較少的裂縫。此外，該列印頭晶粒的處理可因將該列印頭晶粒耦接於該較大的足印印刷電路板而較方便。在其它實施例中，該印刷電路板可在該列印頭晶粒被埋入該印刷電路板中之前包含該等流體饋槽。

該方法1200嗣可進行將該等列印頭晶粒的至少一個電連接於該印刷電路板的導體層。在不同的實施例中，該覆蓋層可包含一開孔曝露該接墊，而使該列印頭晶粒可經由該開孔被電連接於該接墊。在不同的實施例中，該列印頭晶粒可被至少一導線電連接於該接墊。該等電連接物嗣可被包封在一包封材料中。在某些實施例中，該列印頭晶粒可被電連接於該導體層，其可能為該印刷電路板之一頂面或底面，乃藉由該列印頭晶粒中之一穿矽通道，或該印刷電路板中之一或更多的導電途徑。

所示實施例的各種態樣在此係使用精習於該技術者一般常用的詞語來描述，以將它們的運作內容傳達給其他精習於該技術者。精習於該技術者明顯易知變化實施例可被僅以某些所述的態樣來實施。為了說明的目的，特定的數目、材料和構形係被揭述，俾能提供對所示實施例之一徹底的瞭解。精習於該技術者明顯易知變化實施例可不用該等特定細節來被實施。在其它實例中，泛知的特徵會被略除或簡化，俾免模糊所示實施例。

雖某些實施例已在此被示出及描述，但一般精習於該技術者將會瞭解有甚多各種的變化及/或等效實施例或實行例被估量能達到相同的目的，亦可替代被示出及描述的實施例，而不超出本揭露的範圍。精習於該技術者將可輕易瞭解實施例可被以許多種的方式來實施。本申請案係欲予涵蓋於此所述的實施例之任何調修或變化。因此，顯然地希期該等實施例僅被申請專利範圍及其等同物所限制。