專利名稱：使用密封劑的現場澆注墨水饋送結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的來說涉及噴墨打印頭，尤其是為印刷印模元件形成流體互連。
背景技術：
在噴墨設備的構造中，通道提供用于將墨水源、例如儲存器連接到打印頭中的噴嘴出口。這些通道可以制造在印模(die)的邊緣上，或者 穿過印模的下表面的孔。從設備的底部饋送墨水可能利用設備中相當的 空間，而從邊緣饋送墨水可能需要結構復雜的設備。在圖1A和IB中描述了裝配的順序進程中，典型流體微機電系統(tǒng) (MEMS)打印頭設備100的例子。尤其是，圖1A說明了支撐著換能器112 的硅晶片110和結合焊盤114。通過使用普通的支撐部件150將噴嘴板 130間隔開硅晶片110,在硅晶片110上形成流體腔160。在噴嘴板130 中形成至少一個噴嘴開口 140，以及在硅晶片110中形成至少一個流體入 口 120。在圖1B中，顯示圖1A的設備放置有打印頭基板170、連接引線 116，并且在硅晶片110、打印頭基板170、和噴嘴板130的連接點的端 點使用密封劑190進行密封。在打印頭基板170中形成有孔徑180。在上述類型半導體設備的已知構造中，當圖1A的設備放置在打印頭 基板170上時，墨水入口 120和打印頭基板170的孔徑180的對準是難 于取得的。而且，墨水入口 180的區(qū)域可能為大約100x200|Lim,以便于 深反應離子刻蝕穿過硅晶片110。另外為了在硅晶片上消耗可觀的空間， 反應離子刻蝕是昂貴的過程。例如，每次晶片刻蝕時間可能需要相當于 大約五個小時來形成500到600 m m深的墨水入口 。除了形成墨水入口所 需的時間，整個硅晶片區(qū)域必需足夠大以容納墨水入口的形成，以及允 許對準容差，在硅晶片的邊緣產生大約20%的余量。典型地，這一余量用 于噴嘴板130的支撐部件150。形成流體互連所需的硅總量和表面面積典型地由墨水入口 120和余 量的結合限定。在典型的MEMS噴墨設備中，印?？梢詾榇蠹s2000 ju m寬。 如杲墨水入口的整體開銷是200]um,例如，在印模的可用空間中產生潛 在的10%的縮減。在150 mm的晶片上，2 mm x 12 mra的印才莫尺寸產生563個印模。如果印模寬度縮減，例如10%，每個晶片可以獲得624個印 模的產出。因此，印模產出直接與切割印模尺寸的縮減成比例。這對于 具有大陣列設計的結構來說是尤其重要的，其中印模尺寸和陣列尺寸都 是重要的構造考慮因素。因此，需要克服現有技術的這些以及其它的問題，并提供一種在噴 墨打印頭中形成墨水饋送結構的方法，其減小了方法及其形成的設備中 所用印模的尺寸。發(fā)明內容依照當前教導，提供了 一種在打印頭中形成密封的流體路徑的方法。 示例性方法可以包括提供印模部件以及與所述印模部件上表面間隔 開的截短噴嘴板。所述印模和噴嘴板形成在其內形成有孔徑的打印頭基 板上。犧牲材料位于所迷打印頭基板的孔徑上，并且連接所述截短噴嘴 板的末端。將所述犧牲材料從所述噴嘴板的末端到所述打印頭基板的表 面進行。所述犧牲材料的移除限定了從所述打印頭基板的孔徑到所述噴 嘴板的流體路徑。依照當前教導，提供了一種打印頭。示例性打印頭可以包括支撐至少一個結合焊盤和至少一個換能器的 印模部件，以及與所述印模部件間隔開的截短噴嘴板，所述噴嘴板定位 在所述至少一個換能器上。打印頭基板支撐所述印模部件，所述打印頭 基板具有形成在其中的孔徑。犧牲材料放置在所述打印頭基板的孔徑上， 鄰近于所述噴嘴板的末端以及所述印模部件的邊緣。密封劑形成用于在 所述打印頭基板和所述噴嘴板的末端之間橋接犧牲材料，以密封其中的封的流體路徑。


圖1A和1B描述了在裝配的順序進程中已知MEMS噴射打印頭的側寺見圖；圖2是側視剖面圖，說明了依照當前教導實施例的打印頭； 圖3A到3D是側視圖，描述了依照當前教導實施例的打印頭的構造 階段；圖4是側;觀圖，說明了依照當前教導實施例的示例性打印頭中犧牲 材料的示例性外形；圖5是側視圖，說明了對于依照當前教導實施例的打印頭部分的附 加支撐；以及圖6是側視圖，說明了依照當前教導實施例的噴嘴板的末端。具體實施方式

下面的實施例總的來說涉及MEMS類型的噴墨打印頭，尤其是其流體 饋送結構。雖然這些實施例關于用于"流體"的結構進行描述，應當理 解所述的流體可以是墨水、生物流體、工業(yè)流體、或者化學流體，這些 僅作為非限定性的例子。圖2說明了依照示例性實施例的完整打印頭結構200,包括打印頭基 板270和形成于打印頭基板270上的印模210。所述打印頭基板270包括 形成于其中的孔徑280。印模210的元件可以包括換能器212、通過連接 引線216連接到打印頭基板270的結合焊盤214、以及放置在印模210 上的截短噴嘴板230。所述噴嘴板230包括至少一個形成于其中的噴嘴開 口 240。此外，噴嘴板230可以通過支撐部件250和密封劑290與印模 210間隔開，所述支撐部件250鄰近于印模210的結合焊盤端，所述密封 劑290位于印模210的截短端處。例如，可以從噴嘴板230的末端到打 印頭孔徑280的外部的打印頭基板275的表面提供密封劑290。此外，密 封劑295可以提供在位于結合焊盤214/連接引線216區(qū)域處的裝置上。圖2中描述的結構限定了形成于噴嘴板230和印模210之間的正如 由密封劑290限定的流體腔260。另外，流體路徑262可以由印模210 的邊緣和密封劑290之間的區(qū)域限定。因此，流體可以從打印頭孔徑280 進入打印頭，流動穿過流體路徑260到達流體腔260,并且通過打印頭噴 嘴240離開打印頭。此外應當理解，噴嘴板的截短是和已知的噴嘴板相關，沒有必要意 圖傳達噴嘴板的縮短，除非如下面所描述的。根據圖2所示的結構，可以想到打印頭200的已知功能。更明確地， 打印頭內的換能器工作用于從噴嘴板240中的開口噴射流體。下面轉到圖3A到圖3D,將進一步詳細地描述打印頭300的構成以及 相應的流體饋送結構。應當理解，圖3A到圖3D僅用于解釋的目的，可 以增加其它的步驟和組件或者可以取消或修改現有的步驟和組件。首先參考圖3A,打印頭300可以包括印模310,在印模310上以已 知的方式形成有換能器312和結合焊盤314。作為例子，印模310可以包括硅。此外，截短噴嘴板330可以通過支撐臂350或類似物與印模310 間隔開，從而噴嘴板到印模的距離限定了打印頭300的流體腔360。在噴 嘴板330中形成有至少一個分配噴嘴340,用于響應于換能器312的激勵 對來自腔360的流體進行分配。噴嘴板330最初被描述為截短的部件， 并且將由其它組件在噴嘴板330的末端332處支撐。如所說明的，噴嘴 板330的末端332與印才莫310的邊緣318對準。換能器312可以如所示 的從印模310的邊緣裝入。應當理解，截短噴嘴板330不同于如圖1A和 1B中說明的被支撐的已知噴嘴板。實際上，換能器312在三個側面被支 撐，類似于"梳子"形狀。下面轉到圖3B,印模310以已知方式安裝到打印頭基板370。另夕卜， 在打印頭基板370中形成有孔徑380,孔徑380可以是流體進入打印頭 300的第一地點。如所說明的，印模310的邊緣318可以放置于鄰近打印 頭基板370的孔徑380。印模的邊緣有時可以從孔徑380插入預定的距離， 并且還可以形成為依照不同的容差與孔徑發(fā)生輕微交疊，只要印模沒有 阻擋墨水流動即可。犧牲材料385放置在打印頭基板370的孔徑380上， 鄰近印模的每個邊緣318并且與噴嘴板330的末端332對準。實際上， 犧牲材料位于如上所述沖危形壁的末端的支管區(qū)域(manifold area)內。犧 牲材料385的對準可以通過重疊噴嘴板330的末端332或者通過如圖3A 所示的角對角連接實現。在任何情況下，犧牲材料385可以位于跨越打 印頭基板370的孔徑380的位置上。如圖3C中所說明的，可以使用連接引線316以已知方式將結合焊盤 314和打印頭基板370連接。然后，可以在打印頭300的一部分上形成可 固化的密封劑390、 395。更明確地，密封劑395可以形成來保護結合焊 盤314和連接引線316,如本領域所知的。此外，密封劑390可以形成在 犧牲材料385上，從在打印頭孔徑380的外側的打印頭基板375到噴嘴 板330的末端332。同樣在圖3C中，可以使用任何已知的固化方法固化密封劑390、 395。 例如，可以使用標準的熱固化來固化密封劑。此外，并且僅作為例子， 任何兩段(two-part)室溫固化、紫外線固化、或者使用非常短且高溫時 間的快速固化的方法可以用于固化密封劑。固化的密封劑390在犧牲材 料385上形成密封，并且形成從噴嘴板330的末端332到打印頭基板375 的跨橋。作為進一步的例子，密封劑可以是注入鑄模中的模塑料，當前的設備可以裝入所述鑄模。下面參考圖3D，如所示的可以移除犧牲材料以獲得最終的打印頭 300。所述移除可以通過將犧牲材料385加熱J人而其通過打印頭基纟反370 的孔徑380從打印頭300排出。此外，可以通過使用適當的溶劑以將犧 牲材料溶解來移除犧牲材料385。犧牲材料385的移除產生了從打印頭基 板370的孔徑380經過路徑362到達流體腔360、以及到達噴嘴板330 的噴嘴出口 340的流體路徑。而且，這一流體路徑是在不存在大量印模 310的情況下獲得的，從而降低了打印頭整體的硅消耗量。應當理解，所用的移除犧牲材料385的方法可能依賴于所用犧牲材 料的類型。作為例子，犧牲材料可以是例如封蠟(ApiezonWax) W的蠟， 具有13(TC的融化點、9(TC的軟化點，和可溶的碳氬化合物(即己烷)。作 為另一個例子，犧對生材料可以是例如Aremco Crystalbond 590的蠟，具 有150。C的流動點、以及異丙醇的可溶解性或者可溶于專有的溶劑。犧對生材料385可以以各種方式用于打印頭300。例如，犧對生材庫+可以 在切割前通過熔化流入印模，這可以產生清潔的額外好處。在另一個例 子中，犧牲材料可以預先形成為片，在印模結合之后放入。在再一個例 子中，在布置印模來保護墨水通道之后，可以執(zhí)行犧牲材料的加熱分配。圖4中說明了通過分配形成的犧牲材料485形狀的例子。當分配材 料時，可能獲得犧牲材料的更加隨意的外形。例如，犧牲材料的外形可 以是弓形的。圖4中顯示了噴嘴板430的末端432,具有三角形的末端。由于三角 形的末端，對于密封劑490和犧牲材料485的容差不需要是剛性的。下面參見圖5，描述了具有薄的、截短末端532的噴嘴板530。如果 薄的噴嘴板末端在打印頭內，在應用密封劑590之前，可以通過在犧牲 材料585的表面應用薄的涂層來控制容差。所述薄的涂層可以是UV可固 化的涂層，適合于在移除犧牲材料585時在密封劑590內部形成硬殼592。 應當理解，硬殼592可以比密封劑更加堅固并且更加耐用、或者對密封 劑進行加固，從而為連接噴嘴板530和打印頭基板575的橋狀區(qū)域提供 附加的強度。如圖6中描述的，噴嘴板630的末端632可以成形為構成錐形的流 632。如果4嘴板是由硅刻蝕的，口晶片中的晶^可^;于形成自端接的結構。當印模單個化時，切割線放置成使得捕獲末端斜面的一部分，從而在打印頭中為隨意性的容差產生較大的端壁。雖然以常規(guī)的術語描述了組件的關系，本領域技術人員應當理解， 在不脫離示例性實施例范圍的情況下可以添加、移除、或修改某些組件。本領域技術人員應當理解，通過這里描述的示例性實施例可以獲得 許多優(yōu)點，包括對于印模的降低的硅實際彈性。由于印模尺寸直接與成 本成比例，這可以相應地降低打印頭的成本。此外的優(yōu)點是降低的關于 打印頭基板的對準約束。同樣地，可以使用廣泛的各種方法將印模連接 到打印頭，因為不存在印模意外堵塞打印頭基板的開口的危險。甚至進 一步，構造的均勻性可以降低噴墨之間的串擾。另外，犧牲"插塞"的 使用可以降低墨水通道的微粒污染，因為在打印頭使用之前不需要移除 所述的材料。盡管闡明本發(fā)明廣泛范圍的數值范圍和參數是近似值，但盡可能精 確地報告了特定例子中提出的數字數值。然而，任何數字數值固有地包 含一定的誤差，這些誤差是其相應測試度量中標準偏差必然產生的。此 外，這里公開的所有范圍應當理解為包含其包括的任意和所有子范圍。例如，范圍"小于10"可以包括位于最小值0和最大值IO之間(并且包括邊界值)的任意所有子范圍，就是說，具有等于或大于零的最小值以及等于或小于10的最大值的任意的和所有的子范圍，例如1到5。
權利要求
1.一種在打印頭中形成密封的流體路徑的方法，包括提供印模部件；形成截短噴嘴板，其與所述印模部件的上表面間隔開；提供打印頭基板以及形成在所述打印頭基板內的孔徑；將所述印模部件定位在打印頭基板的表面上，使該所述印模部件的邊緣和截短噴嘴板的末端面對所述打印頭基板的孔徑；將犧牲材料放置在所述打印頭基板的孔徑上并且連接到所述截短噴嘴板的末端；將所述犧牲材料從所述噴嘴板的末端到所述打印頭基板的表面進行密封；以及移除所述犧牲材料以限定從所述打印頭基板的孔徑到所述噴嘴板的流體路徑。
2. 根據權利要求1的方法，其中所述流體路徑包括在所述印模的邊 》彖處的流體入口 。
3. 根據權利要求2的方法，其中所述流體路徑進一步包括所述印模和噴嘴板之間的流體腔。
4. 根據權利要求1的方法，進一步包括在所述犧牲材料和密封劑之間形成涂層。
5. 根據權利要求1的方法，進一步包括在所述噴嘴板的一端處提供 支撐部件，用于將所述噴嘴板與所述印模部件間隔開。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用密封劑的現場澆注墨水饋送結構。一種在打印頭中形成密封的流體路徑的方法，包括提供印模部件以及與所述印模部件的上表面間隔開的截短噴嘴板。所述印模和噴嘴板形成在形成有孔徑的打印頭基板上。犧牲材料位于所述打印頭基板的孔徑上并且連接到所述截短噴嘴板的末端。將所述犧牲材料從所述噴嘴板的末端到所述打印頭基板的表面進行密封。所述犧牲材料的移除限定了從所述打印頭基板的孔徑到所述噴嘴板的流體路徑。
文檔編號B41J2/16GK101274525SQ200810087470
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權日2007年3月30日
發(fā)明者J·P·邁爾斯, P·J·尼斯特倫 申請人:施樂公司