TWI579401B

TWI579401B - 列印頭塗層

Info

Publication number: TWI579401B
Application number: TW105102208A
Authority: TW
Inventors: 姿涵陳; 清華陳; 詹姆斯Ｒ普茲比拉
Original assignee: 惠普發展公司有限責任合夥企業
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2017-04-21
Also published as: TW201634731A; WO2016122620A1

Description

列印頭塗層

本發明係有關於列印頭塗層。

列印頭可包含在列印機中的一組件，其係組合及保存字符且將字符的圖像轉印至印刷媒體。列印頭經常施塗墨水於特定媒體，例如紙張。列印頭晶粒可埋藏於印刷電路板(PCB)中。墨水可通過PCB的槽縫流到列印頭晶粒以及進入列印頭晶粒。

本發明之一實施例，係特地提出一種列印頭，其係包含：一印刷電路板(PCB)；耦合至該PCB且埋藏於一環氧樹脂模造複合物(EMC)中的一晶粒；以及覆蓋該PCB及該晶粒的一原子層沉積(ALD)塗層。

100‧‧‧示範列印頭

102‧‧‧CB

104‧‧‧矽晶粒

106‧‧‧環氧樹脂模造複合物(EMC)

202‧‧‧PCB

204‧‧‧晶粒

206‧‧‧EMC材料

220,360‧‧‧方法

222,224,226,228,230,232,234,362,364,366‧‧‧步驟

236‧‧‧載具

242‧‧‧槽縫

244‧‧‧銅線

246‧‧‧薄膜囊封

248‧‧‧塗層

圖1根據本揭示內容圖示一示範列印頭之一部份。

圖2的流程圖根據本揭示內容圖示一方法實施例。

圖3的流程圖根據本揭示內容圖示一方法實施例。

墨水短路可能影響耦合至列印頭的PCB或其他基板。如本文所使用的，當在基板內的金屬跡線暴露於墨水時，可能發生墨水短路。此墨水可能有腐蝕性而導致金屬跡線腐蝕。例如，在與基板關連的介面處或附近可能存在墨水洩漏路徑，以及該基板可能有極小多孔的結構。結果，墨水(例如，熱噴墨(TIJ)墨水)可能擴散通過基板板緣表面以及遷移到可能導致電氣短路的位置。

防止墨水短路的一些方法包括包含遮蔽基板外層的鈍化技術。不過，用於特別基板材料(例如，PCB材料)的低玻璃轉移溫度(例如，小於175℃)可能使處理選項受限於某些溫度(例如，小於200℃)，由於基板在沉積期間變形的風險而排除某些鈍化選項。另外，鈍化方法可集中於列印頭的裝置效能及能量效率，而不是保護免受害於墨水短路。

對比之下，本揭示內容的實施例包括在列印橫條製造應用時保護基板免受害於墨水短路。在此一應用中，列印橫條健壯性可改善列印頭效能。例如，可經由原子層沉積(ALD)沉積塗層(在此也稱為共形塗層或薄膜)，它有化學健壯性，無針孔，有充分的表面/邊緣覆蓋率，與基板有充分的黏著，有熱穩定性，以及機械可撓性。

圖1根據本揭示內容圖示示範列印頭100之一部份。列印頭100可包含埋藏於PCB 102中的晶粒，例如矽晶粒104。PCB 102可包含許多不同材料。例如，PCB 102可包含PEN樹脂材料，塑膠材料，鋁材料，或銅材料，等等。儘管圖1的實施例以PCB圖解說明，然而根據本揭示內容的列印頭不需要包含PCB。替換地或附加地，列印頭100可包含非PCB基板。如本文所使用的，基板可指整個PCB，或更特別的是，可指PCB結構的電子絕緣部份，例如與環氧樹脂黏在一起的玻璃纖維。如本文所使用的基板可也指在列印頭內的非PCB結構。

晶粒104可埋藏於環氧樹脂模造複合物(EMC)106中。埋藏晶粒104於EMC中可取代例如要用黏著劑使晶粒黏著至列印頭之其他部份的需要。

列印頭100可包含塗層(未圖示於圖1)以保護PCB 102免受害於墨水短路。例如，使用ALD製程可施塗該塗層至列印頭100，藉此密封列印頭100。ALD涉及一次一個分子層地沉積選定組合物於結晶或非晶形基板或層上。ALD為基於氣相化學製程之順序使用的薄塗層沉積技術。ALD反應可能涉及按順序一次一種地以自限方式與材料表面反應的數種前驅物。通過重覆暴露於獨立的前驅物，緩慢地沉積薄塗層。

藉由同時具有許多性質，該塗層可保護PCB或其他基板免受害於墨水短路。例如，該塗層可具有化學健壯性。如本文所使用的，化學健壯的塗層對於各種化合物有惰性，例如墨水及水分等等。化學健壯的塗層對於外加墨水可提供優秀的化學抵抗力，以及在製程期間的加工處理化學。塗層的化學健壯性以及能夠黏著至各種基板可以為前驅物化學選擇、ALD沉積條件及基板預沉積處理的組合結果。

例如，水基氧化鉿可使用於該塗層。在一些實施例中，ALD沉積周期時間(例如，脈衝/吹氣時間)可經訂做成能滿足對於高深寬比的階梯覆蓋性要求。預沉積處理可包括超音波清潔，氧電漿，以及真空釋氣(vacuum out-gassing)，這對於基板可提供黏著以及產生無針孔共形塗層。

該塗層可具有機械可撓性(例如，至少有臨界可撓性)。此可撓性考慮到覆蓋性，即使矽，EMC，及PCB有不同的膨脹係數(例如，在加熱或冷卻下)。例如，相較於膨脹或收縮可能小於PCB材料的EMC，矽可能大幅膨脹或收縮。根據本揭示內容的塗層可密封列印頭，同時仍允許膨脹或收縮，例如，在列印頭及其組件的加熱或冷卻期間。在沒有該機械可撓性下，EMC與PCB的介面可能無法密封，以及分離可能允許墨水短路，例如。

另外或替換地，該塗層可具有熱穩定性。該塗層可具有非晶形結構使得它可施塗至各種表面及/或基板，包括金屬(例如，銅、鋁、不鏽鋼、金等等)、聚合物或塑膠、矽等等。例如，在經受熱循環及機械彎曲時，該塗層可維持它的無針孔密封。該塗層從室溫(20℃)到200℃有穩定性，以及在溫度的升降下可維持它的穩定性。例如，可沉積該塗層以及在有低於200℃之溫度的環境中保持穩定。

在一些實施例中，該塗層可共形。如本文所使用的，共形塗層為可有效地覆蓋有不同形狀之表面及紋理的塗層。共形塗層與另一物體可界定形態不均勻介面以及在介面的任何一處可具有實質相同的厚度。如本文所使用的，「實質上」意指被修改特徵不需要絕對的，而是足夠靠近以便實現該特徵的優點。共形塗層沿著介面的邊緣、階梯或其他形態可能出現厚度變化，但是沒有實質的厚度變化。該共形塗層可密封列印頭的三維(3D)結構，保護PCB或其他基板免受害於墨水短路。該共形塗層對於常被漏掉的特徵及形狀(例如，由遮蔽所致)可給出實質均勻的塗層，例如，突出部份，角落，邊緣等等。如本文所使用的，「共形塗層」與「塗層」可互換使用。

圖2根據本揭示內容圖示方法220之實施例的流程圖。方法220可包括使用ALD塗層以保護列印頭組件受受害於墨水短路。例如，如圖1所示，列印頭100可由方法220產生。在步驟222，製備PCB 202。PCB可為FR-4 PCB，它為玻璃強化環氧樹脂PCB。FR-4 PCB可為由編織玻璃纖維布與耐火環氧樹脂黏結劑構成的合成材料。不過，本揭示內容的實施例不限於FR-4 PCB，以及在一些實施例中，列印頭可不含PCB 202，反而在其處可存在某些其他材料/基板。

在一些實施例中，晶粒204(例如，矽晶粒)在耦合至PCB 202之前可製備，例如藉由進行深度餵墨孔蝕刻，墨水腔室形成(例如，經由SU8腔室/灌臘)，噴嘴板形成(例如，經由SU8高帽)，及/或條片減薄(sliver thinning)/鋸切等等。

在步驟224，將載具236耦合至晶粒204及PCB 202。例如，熱離型膠帶可放在載具236上使得膠帶的一面黏上載具236以及另一面黏上PCB 202及晶粒204以固定它們。

在步驟226，載具236、PCB 202及晶粒204可放入壓縮模(compression mold)，以及可分配EMC材料206至模內使得PCB 202及晶粒204埋藏於EMC材料206中，而形成待施塗的基板。如本文所使用的，該基板可包含列印頭，列印頭的數個部份，及/或列印頭的數個組件等等。在步驟228，可使基板脫離載具236以及可使熱離型膠帶脫離基板，以及留下PCB 202、EMC材料206及晶粒204。

替換地或除了前述載具釋放製程之外，該基板可經受許多其他機械製程，例如在步驟230的餵墨孔保護、開槽(例如，鋸切)、及/或副面板調整，及/或在步驟232的線焊及薄膜囊封。在標號244處可看到銅線，以及在標號246處可看到薄膜囊封。該基板可包含在列印過程允許墨水到達晶粒204的槽縫242，它可稱為墨水進入槽縫。在一些實施例中，槽縫242可形成於EMC、PCB及/或不同基板中。

在步驟234，基板可放入ALD腔室用於沉積塗層248於列印頭上。在一些實施例中，該塗層為氧化鉿塗層。該塗層可密封裂縫、針孔、製造缺陷等等，使得若是列印頭暴露於墨水，墨水無法通過這些裂縫、針孔、缺陷等等以及損害金屬跡線。許多材料可使用於ALD製程。例如，氧化鉿(HfO₂)可使用於該塗層。二氧化鋯(ZrO₂)、鉿矽氧化物(Hf_xSi_yO_z)及鋯矽氧化物(Hf_xSi_yO_z)等等可使用於ALD製程。

在一些實施例中，藉由密封矽晶粒、EMC及PCB之間的介面，該塗層可保護PCB免受害於墨水短路。這些介面可提供墨水洩漏路徑，以及PCB板基板材料有多孔結構。該塗層可防止墨水擴散通過介面，多孔結構，及PCB板緣表面以及遷移到導致電氣短路的位置。在一些實施例中，該塗層可包覆成型(overmold)該基板藉此密封整個表面。例如，可包覆成型整條的矽晶粒用以保護。

根據本揭示內容，該塗層可使用於特定的溫度環境。例如，PCB材料可包含小於200℃的(低)玻璃溫度要求(在一些實施例中，小於175℃)。根據本揭示內容的塗層在這些溫度要求下可密封及保護PCB。

如前述，該塗層可具有化學健壯性(對於墨水)，無針孔(以阻擋墨水擴散)，覆蓋多孔表面及邊緣，黏著至各種表面及/或材料，有熱穩定性，以及有機械可撓性。該塗層可密封該基板，以及此密封可防止PCB的金屬跡線暴露於墨水，這可能導致墨水短路及/或由墨水磨蝕性引起的PCB腐蝕。該密封可覆蓋可能允許墨水或其他不合意材料通過到達PCB的孔、裂縫、間隙等等。

除前述塗層方法之外或替換地，ALD塗層在黏晶製程之前可沉積於PCB上(例如，直接於PCB上)。在ALD塗層製程期間，可用高溫膠帶封住每個接觸墊區。

根據本揭示內容，該塗層可沉積於不同列印頭類型上。例如，該塗層可沉積於其上及保護熱噴墨列印頭，壓電噴墨列印頭，或靜電驅動型噴墨列印頭等等。根據本揭示內容的塗層可允許封裝數個矽片(例如，矽晶粒)以及槽縫242，同時提供防止墨水短路的保護密封件。

圖3的流程圖圖示根據本揭示內容的方法360實施例。方法360可包括：沉積一塗層於列印頭的至少一部份上以保護列印頭組件免受害於墨水短路。

在步驟362，方法360可包括：經由壓縮模造且使用一EMC來形成一列印頭基板。例如，藉由分配EMC材料至埋藏於PCB之中的晶粒上，可在一封膠模具(mold chest)內形成該列印頭基板。在步驟364，可在該列印頭基板上進行一機械製程。該機械製程可包括，例如，下列步驟中之至少一者：載具釋放製程，餵墨孔保護，開槽，副面板調整，線焊，及薄膜囊封等等。

在步驟366，方法360可包括：經由ALD沉積一塗層於該列印頭基板上。該塗層可呈無針孔且可共形，使得它實質均勻地覆蓋該列印頭基板的所有表面。在一些實例中，該ALD沉積在可有200℃或以下之溫度的環境中發生。

在一些實施例中，方法360可包括：埋藏一矽晶粒於該EMC中，以及在該EMC內形成一墨水進入槽縫使得該塗層覆蓋該槽縫。可存在該槽縫以允許墨水進入埋藏於該EMC中的矽晶粒。

在本揭示內容的以上詳述中，參考形成本揭示內容之一部份的附圖，以及舉例說明如何實施本揭示內容的實施例。充分詳細地描述該等實施例使得本技藝一般技術人員可實施本揭示內容的實施例，且應瞭解，可使用其他實施例和改變製程及/或結構而不脫離本揭示內容的範疇。

本文中之圖式遵循以下編號約定：首位數(或數個)對應至附圖編號而餘數表示圖中元件或組件。可增加、交換及/或排除圖示於不同實施例的元件以便提供本揭示內容的許多額外實施例。

此外，提供於附圖之元件的比例及相對比例旨在圖解說明本揭示內容的實施例而不應按限制意思來理解。如本文所使用的，「許多元件及/或特徵」可指此類元件及/或特徵中之一或更多。