專利名稱：使用柔性平板的填隙聚合物平坦化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本教導(dǎo)涉及噴墨打印裝置領(lǐng)域，更特別地，涉及制作高密度壓電噴墨打印頭和包括高密度壓電噴墨打印頭的打印機的方法。
背景技術(shù)：
按需滴定(drop on demand)噴墨技術(shù)被廣泛地用在打印エ業(yè)中。使用按需滴定噴墨技術(shù)的打印機可以使用或熱噴墨技術(shù)或壓電技術(shù)。既使比熱噴墨制造起來更加昂貴，壓電噴墨一般更受歡迎，因為它們可以使用更廣泛類型的墨且減小或消除與結(jié)垢相關(guān)的問題。壓電噴墨打印頭典型地包括柔性隔板和附連到隔板的壓電元件(即換能器或PZT)的陣列。當(dāng)?shù)湫偷赝ㄟ^與電學(xué)耦合到電壓源的電極電學(xué)連接向壓電元件應(yīng)用電壓時，壓電 元件彎曲或偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致隔板折曲，這促使一定數(shù)量的墨通過噴嘴從腔室排出。折曲還通過開ロ將墨從主墨儲藏器汲取到腔室中以替換被排出的墨。增加采用壓電噴墨技術(shù)的噴墨打印機的打印分辨率是設(shè)計工程師的目標(biāo)。增加壓電噴墨打印頭的噴ロ密度可以增加打印分辨率。增加噴ロ密度的ー種方式是消除噴射堆疊內(nèi)的歧管(manifold)。使用這種設(shè)計，優(yōu)選地具有通過用于每個噴射的噴射堆疊的背面的單個端ロ。端ロ用作用于墨從儲藏器轉(zhuǎn)移到每個噴射腔室的路徑。因為高密度打印頭中的大量噴ロ，大量端ロ(每個噴ロ ー個)必須垂直經(jīng)過隔板且位于壓電元件之間。用于形成噴射堆疊的エ藝可以包括在每個壓電元件之間且在一些エ藝中在每個壓電元件的頂部上方形成來自聚合物材料的填隙層。如果填隙層分配在每個壓電元件的頂部上方，它被去除以露出導(dǎo)電壓電元件。接下來，其中具有開ロ的圖案化的支撐層(standoff layer)可以應(yīng)用于填隙層，其中開ロ露出每個壓電元件的頂部。諸如導(dǎo)電環(huán)氧物、導(dǎo)電膏或另外的導(dǎo)電材料之類的一定數(shù)量(例如微滴)的導(dǎo)體獨立被分配在每個壓電元件的頂部上。柔性印刷電路(即柔性電路)或印刷電路板(PCB)的電極與每個導(dǎo)體微滴接觸放置以促進每個壓電元件和柔性電路或PCB的電極之間的電學(xué)連通。支撐層用于包含導(dǎo)電微滴到壓電元件頂部上期望位置的流動，且還用作填隙層和柔性電路或PCB之間的粘合齊 。在噴射堆疊的形成期間，保持噴射堆疊的表面上諸如填隙層的噴射堆疊層具有均勻厚度是重要的。厚度一致是有利的，因為這可以幫助減輕噴射堆疊厚度變化、PZT厚度變化或附連厚度變化導(dǎo)致的問題。將填隙層形成為均勻厚度減小了完成的打印頭內(nèi)諸如不良墨連通之類的問題且可以減小打印頭內(nèi)墨泄露的發(fā)生率。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，用于形成噴墨打印頭的方法可以包括在壓電元件的陣列上方分配未固化電介質(zhì)填隙層；在未固化電介質(zhì)填隙層和上壓板之間插入柔性頂板和脫模件；使得未固化電介質(zhì)填隙層與脫模件接觸；以及在維持未固化電介質(zhì)填隙層和脫模件之間的接觸的同時使用上壓板向未固化電介質(zhì)填隙層應(yīng)用壓力，其中柔性頂板在向未固化電介質(zhì)填隙層應(yīng)用壓カ期間折曲。而且，在維持未固化電介質(zhì)填隙層和脫模件之間的接觸且使用上壓板向未固化電介質(zhì)填隙層應(yīng)用壓カ的同時固化電介質(zhì)填隙層。根據(jù)用于形成噴墨打印頭的方法，該柔性頂板在頂板的折曲期間具有約25Mffl至約12，700Mm的厚度。用于形成噴墨打印頭的方法還包含使用脫模件涂覆柔性頂板。用于形成噴墨打印頭的方法還包含提供具有約IMPa至約300MPa的彎曲模量的柔性頂板。在另ー實施例中，用于形成噴墨打印頭的設(shè)備可以包括具有下壓盒和上 壓板的壓機(press)、脫模件以及包含玻璃、硅、石英、藍寶石和金屬中的至少ー個的柔性頂板，其中玻璃、硅、石英、藍寶石和金屬之一具有約25Mm至約12，700Mm的厚度，其中脫模件和柔性頂板配置成夾置在未固化填隙層和上壓板之間。根據(jù)該設(shè)備，該下壓盒配置成被加熱。根據(jù)該設(shè)備，該柔性頂板具有約IMPa至約300MPa的彎曲模量。優(yōu)選地，該柔性頂板具有約IOMPa至約50MPa的彎曲模量。在另ー實施例中，用于形成噴墨打印機的方法可以包括使用以下方法形成至少ー個噴墨打印頭，該方法包括在壓電元件的陣列上方分配未固化電介質(zhì)填隙層，在未固化電介質(zhì)填隙層和上壓板之間插入柔性頂板和脫模件；使得未固化電介質(zhì)填隙層與脫模件接觸；以及在維持未固化電介質(zhì)填隙層和脫模件之間的接觸的同時使用上壓板向未固化電介質(zhì)填隙層應(yīng)用壓力，其中柔性頂板在向未固化電介質(zhì)填隙層應(yīng)用壓カ期間折曲。而且，在維持未固化電介質(zhì)填隙層和脫模件之間的接觸且使用上壓板向未固化電介質(zhì)填隙層應(yīng)用壓力的同時固化電介質(zhì)填隙層。該方法還可以包括將至少一個打印頭安裝到打印機外殼中。用于形成噴墨打印機的方法還包含在柔性頂板和上壓板之間插入具有約Imm至約25的厚度的ー層硅橡膠；以及在固化填隙層期間使得該層硅橡膠與柔性頂板和上壓板接觸。用于形成噴墨打印機的方法還包含使用脫模件涂覆柔性頂板。用于形成噴墨打印機的方法還包含去除固化的電介質(zhì)填隙層的第一部分以露出壓電元件的陣列且留下相鄰壓電元件之間的固化的電介質(zhì)填隙層的第二部分。用于形成噴墨打印機的方法還包含提供具有約IMPa至約300MPa的彎曲模量的柔性頂板。


圖I和2是根據(jù)本教導(dǎo)的實施例的エ藝中裝置的中間壓電元件的透視 圖3-8和11-19是示意包括エ藝中裝置的噴射堆疊的噴墨打印頭的形成的剖面 圖9和10是示意分別使用剛性頂板和柔性頂板形成的填隙層的厚度的圖示；
圖20是包括噴射堆疊的打印頭的剖面圖；以及 圖21是包括根據(jù)本教導(dǎo)的實施例的打印頭的打印裝置。應(yīng)當(dāng)注意圖的ー些細(xì)節(jié)可能已被簡化且繪制以促進本發(fā)明實施例的理解而不是用于保持嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)精度、細(xì)節(jié)和尺度。
具體實施例方式當(dāng)在此使用時，用詞“打印機”涵蓋執(zhí)行用于任意目的的打印輸出功能的任意設(shè)備，諸如數(shù)字復(fù)印機、造書機、傳真機、多功能機器、靜電照相裝置等。用詞“聚合物”涵蓋從長鏈分子形成的廣義的碳基化合物其中任意ー個，包括熱固性聚酰亞胺、熱塑性塑料、樹月旨、聚碳酸酷、環(huán)氧物以及本領(lǐng)域已知的相關(guān)化合物。在圖I的透視圖中，壓電元件層10使用粘合劑14可拆卸地接合到轉(zhuǎn)移載體12。壓電元件層10例如可以包括約25Mm至約150Mm厚的鋯鈦酸鉛層以用作內(nèi)部電介質(zhì)。電介質(zhì)層例如可以使用無電鍍エ藝在兩面上均鍍覆以鎳以在電介質(zhì)層的每一面上提供導(dǎo)電元件。鍍鎳的電介質(zhì)結(jié)構(gòu)10基本用作平行板電容器，其形成跨越內(nèi)部電介質(zhì)材料的電壓電勢中的差異。載體12可以包括金屬片 材、塑料片材或其他轉(zhuǎn)移載體。附連壓電元件層10到轉(zhuǎn)移載體12的粘合層14可以包括切割帶、熱塑性塑料或其他粘合剤。在另ー實施例中，轉(zhuǎn)移載體12可以是諸如自粘合熱塑性層的材料，使得不需要単獨的粘合層14。在形成圖I的結(jié)構(gòu)之后，壓電元件層10被切割以形成如圖2示意的多個獨立壓電元件20。應(yīng)當(dāng)意識到，盡管圖2示意了壓電元件的4X3陣列，可以形成更大的陣列。例如，當(dāng)前打印頭可以具有壓電元件的344X20陣列?？梢允褂脵C械技術(shù)(諸如使用鋸(如晶片切割鋸))、使用干法蝕刻エ藝、使用激光消融エ藝等執(zhí)行切割。為了確保每個相鄰壓電元件20的完全分離，切割エ藝可以在去除粘合劑14的一部分且在轉(zhuǎn)移載體12上停止之后或在切割通過粘合劑14且部分地進入載體12中之后終止。如圖3的剖面圖所示意，在形成各個壓電元件20之后，圖2的組件可以附連到噴射堆疊子組件30。圖3的剖面圖是圖2的結(jié)構(gòu)的放大以示出改善的細(xì)節(jié)，且示意ー個部分和兩個完整的壓電元件20的剖面圖?？梢允褂靡阎募夹g(shù)制造噴射堆疊子組件30。噴射堆疊子組件30例如可以包括入ロ/出口板32、體板34和使用粘合劑隔板附連材料38附連到體板34的隔板36。如下面描述的，隔板36可以包括多個開ロ 40，用于完成的裝置中墨的通過。圖3的結(jié)構(gòu)還包括多個空位42，在エ藝的該處，空位42可以填充以環(huán)境空氣。隔板附連材料38可以是諸如單片聚合物的材料的固體片材，使得通過隔板36的開ロ 40被覆
至JHL ο在一個實施例中，圖2的結(jié)構(gòu)可以使用隔板36和壓電元件20之間的粘合劑附連到噴射堆疊子組件30。例如，一定測量數(shù)量的粘合劑(并不獨立示意)可以被分配、絲網(wǎng)印刷、滾動(等等)到壓電元件20的上表面上或隔板36上或二者上。在一個實施例中，單滴粘合劑可以放置到隔板上以用于每個獨立的壓電元件20。在應(yīng)用粘合劑之后，噴射堆疊子組件30和壓電元件20彼此對準(zhǔn)，然后壓電元件20使用粘合劑機械連接到隔板36。粘合劑通過適合于粘合劑的技術(shù)固化以得出圖3的結(jié)構(gòu)。隨后，轉(zhuǎn)移載體12和粘合劑14從圖3的結(jié)構(gòu)去除以得出圖4的結(jié)構(gòu)。接下來，如圖5所示意，未固化電介質(zhì)填隙層50被分配到圖4的結(jié)構(gòu)上方。填隙層可以是聚合物，例如，從Danbury, CT的Miller-Stephenson Chemical Co.可購得的Epon 828環(huán)氧樹脂(100的重量份數(shù))和從Columbus, OH的Hexion SpecialtyChemicals可購得的Epikure 3277固化劑(49的重量份數(shù))的組合。填隙層50可以以足以覆蓋隔板36的上表面52的露出部分且在固化之后封裝壓電元件20的數(shù)量分配。如圖所示，填隙層50可以進一歩填充隔板36內(nèi)的開ロ 40。覆蓋隔板36中的開ロ 40的隔板附連材料38防止電介質(zhì)填充材料經(jīng)過開ロ 40。在固化填隙層50之前，執(zhí)行整平エ藝以提供具有均勻厚度的填隙層50。整平エ藝執(zhí)行為分配填隙層50，使得它使用相同的材料厚度覆蓋每個壓電元件20。如果填隙層50不被整平或被不良整平，它可能在一些壓電元件20上比在其他壓電元件上更厚。因為填隙層50在其去除以露出壓電元件20期間具有相對低的蝕刻速度，既使源于不良整平的厚度的小的増加可能導(dǎo)致用于確保每個壓電元件20露出的處理時間的明顯增加，這減小了生產(chǎn)產(chǎn)出且增加了成本。用于露出壓電元件20的填隙層50的蝕刻時間可以超過30分鐘以去除4Mm厚的聚合物填隙層。而且，非均勻填隙層厚度可以導(dǎo)致完成的裝置中的墨連通問題。在本教導(dǎo)的整平エ藝的一個實施例中，如圖6示意，圖5的裝置可以放置在支撐表面上。在另ー實施例中，在分配填隙層50之前，圖4的裝置可以放置在支撐表面上，且然后沉積填隙層50。支撐表面可以包括堆疊壓加熱器60、諸如常規(guī)下壓盒的基板62、可再用或 一次性襯墊64以及脫模涂層66。襯墊64可以包括諸如一片聚合物、聚酰亞胺或塑料之類的材料。脫模涂層66可以包括涂覆到襯墊64上的ー層含氟聚合物，其厚度足以防止部分噴射堆疊30粘合到襯墊64。脫模涂層66可以通過諸如噴涂或使用橡皮滾子之類的各種技術(shù)應(yīng)用。整平エ藝還可以包括上壓板68、柔性中間基板70、柔性平板(頂板)72和脫模件74。脫模件74可以是應(yīng)用于柔性頂板72的表面的涂層，或脫模件74可以是涂覆有諸如含氟聚合物的脫?；衔锴見A置在柔性頂板72和填隙層50之間的襯墊(例如，聚合物、聚酰亞胺、塑料、金屬)。柔性中間基板70例如可以是約Imm至約25mm厚的娃橡膠層。柔性頂板72例如可以是足夠薄以是柔性的玻璃或硅晶片。在一個實施例中，柔性頂板72可以是可從 Louisville, KY 的 Schott North America, Inc.購得的 Borofloat 的玻璃晶片。在其他實施例中，柔性頂板可以從諸如石英、藍寶石、金屬等材料制造且可以是電學(xué)導(dǎo)電體或電學(xué)絕緣體。柔性頂板72可以介于約25微米(Mm)至約12，700Mm之間、或約500Mm至約900Mm之間，或約650Mm至約750Mm之間，例如約為700Mm。在一個實施例中，“柔性”頂板可以是從剛性材料制造但是足夠薄以允許稍微的彎曲或偏轉(zhuǎn)而不破碎或永久變形的頂板。“柔性”頂板可以由這樣的材料形成，該材料具有約I兆帕(Mpa)和約300MPa之間或約5MPa和約IOOMPa之間或約IOMPa至約50MPa之間、例如約25MPa的彎曲強度(例如柔性強度或撓折模量)。在另ー實施例中，柔性頂板具有不小于IOMpa且不大于50Mpa的彎曲強度。太剛性或太柔性的材料將不足以整平填隙層。柔性頂板可以具有約I. O納米(nm)至約5. OMm的平整度(峰到谷)。為了執(zhí)行整平，柔性中間基板70、柔性頂板72和脫模件74夾置在上壓板68和填隙層50之間。這可以通過將脫模件74、柔性頂板72和柔性中間基板70與噴射堆疊對準(zhǔn)且然后將它們放置在填隙層50上執(zhí)行。在另ー實施例中，柔性中間基板70可選地可以附連到上壓板68，柔性頂板72可選地可以附連到柔性中間基板70，且脫模件74可選地可以被涂覆或附連到柔性頂板72上。隨后，上壓板68朝向覆蓋壓電元件20的填隙層50移動。如圖7所示意，在脫模件74和填隙層50之間建立物理接觸下壓壓カ之后，該壓機可以保持柔性頂板72以約IOpsi至約500psi或約IOOpsi至約300psi或約225psi至約275psi的壓カ接觸填隙層50。堆疊壓加熱器60可以被加熱到約50°C至約250°C的溫度以通過噴射堆疊子組件30向填隙層50的熱的轉(zhuǎn)移而快速固化填隙層50。填隙層50在壓カ下被加熱約10分鐘至約120分鐘或足以適當(dāng)固化填隙層50的持續(xù)時間。在填隙層50的分配和固化期間，襯墊64防止填隙材料在其被擠壓平坦之后流到下盒上。在完成整平エ藝之后，襯墊64可以被丟棄和替換，或它可以被清潔和再利用。襯墊64是可選的，且在另一實施例中，下壓盒62可以在固化填隙層之后被清潔而不使用沉襯墊64。在從壓機去除之后，可以保留類似于圖8所示的噴射堆疊子組件。在測試期間比較在壓和固化工藝中剛性頂板和柔性頂板的使用，發(fā)現(xiàn)，與使用剛性頂板的エ藝相比，使用如前所述的柔性頂板形成具有更均勻上表面的填隙層50。發(fā)現(xiàn)在壓和固化工藝期間使用剛性頂板在壓電電極的陣列上方形成的填隙層具有冠或凸起形狀。圖9示意使用剛性頂板的結(jié)果且取決于壓電陣列的行和列，得出從約OMffl (即，露出的壓電·電極)至約4Mm的厚度變化。對照地，圖10示意使用柔性頂板的結(jié)果，其中所得的填隙層的厚度的變化約為使用剛性頂板形成的填隙層的變化的一半。并不意圖受理論約束，當(dāng)柔性頂板適應(yīng)PZT陣列和基板時，頂板的柔性創(chuàng)建了堆積中的依從性。在使用壓機應(yīng)用壓カ期間，柔性頂板可以折曲，使得基板62的任何不均勻輪廓是經(jīng)過抵消的。因為板有些剛性，不發(fā)生到填隙區(qū)域中或PZT陣列周圍的變形。盡管當(dāng)使用剛性頂板時填隙冠的原因未知，它可能是在聚合物被固化時支撐表面的基板62跨PZT陣列不提供適當(dāng)和/或均勻的支撐，使得在壓和固化エ藝期間整個PZT陣列(例如陣列的中心)抵著剛性頂板不均勻地擠壓。提供用于基板62的光學(xué)平層可以改善填隙層的均勻性，但是在固化工藝期間通過用作熱阻擋將減小應(yīng)用到填隙層的熱，由此增加了填隙固化時間。盡管熱傳導(dǎo)基板將改善固化期間從下壓盒到填隙層的熱轉(zhuǎn)移，足以用于該目的的光學(xué)平層(例如，拋光的鋁或鑰光學(xué)平層)是難以制造的且是昂貴的。隨著增加的打印頭尺寸(其可以包括高達12英寸或更長的PZT陣列)，成本變成更多要考慮的因素(more of a factor)。在形成圖8的結(jié)構(gòu)之后，例如，通過從壓電元件20的上表面去除填隙層50的第一部分，且留下相鄰壓電元件20之間的填隙層的第二部分，打印頭處理可以繼續(xù)。在ー個實施例中，如圖11所示，諸如圖案化光刻膠掩模之類的圖案化掩模110可以使用已知的光刻技術(shù)形成有開ロ 112。如所示，開ロ 112露出填隙層50覆蓋每個壓電元件20的部分且還露出每個壓電元件20的一部分。在另ー示例中，圖案化的掩模110可以是ー層熱塑性聚酰亞胺。例如，圖案化的掩模110可以是使用激光消融、沖壓エ藝、蝕刻等圖案化的DuPont 100ELJ層。DuPont100ELJ典型地以25Mm (O. 001英寸)的厚度制造和提供，不過如果可行，例如約20Mm至約40Mffl的其他厚度也是適合的。在一個實施例中，熱塑性聚酰亞胺掩模可以使用熱層壓機附連到聚合物填隙層50的表面。在一個實施例中，可以在約180°C和約200°C之間、例如約190°C的溫度發(fā)生附連。在一個實施例中，可以在約90psi至約IIOpsi、例如約IOOpsi的壓力下發(fā)生附連。附連エ藝可以執(zhí)行約5分鐘至約15分鐘、例如約10分鐘的持續(xù)時間。在一個實施例中，掩?？梢允窃谌コ冻龅奶钕秾?0之后可足夠容易地從填隙層50釋放以不提升或以其它方式損壞填隙層50、壓電元件20或其他結(jié)構(gòu)的材料。諸如等離子體蝕刻之類的蝕刻期間的溫度可以達到150°C，其在不意在受理論約束的情況下可以固化、硬化、致密化掩模材料和/或?qū)ρ谀２牧线M行除氣，使得它從填隙層50更加難以去除。掩模的開ロ 112可以定位為僅露出聚合物和姆個壓電兀件20的上表面，隨后將要例如使用與印刷電路板(PCB)電極接觸的銀環(huán)氧物制備到其的電連接。開ロ 112應(yīng)當(dāng)具有足夠的尺寸，使得壓電元件20和后續(xù)形成的電極之間的電阻處于可允許的限制內(nèi)，這為功能裝置提供可接受的可靠性。開ロ本身可以是圓形、橢圓形、方形、矩形等。隨后，對圖11的結(jié)構(gòu)執(zhí)行諸如等離子體蝕刻的蝕刻以去除露出的填隙層50。在一個實施例中，可以在充分減小處理時間的條件下執(zhí)行等離子體蝕刻。例如，激活離子誘捕等離子體模式可以與氧エ藝氣體組合使用。例如，氧氣可以以足以提供約lOOmTorr至約200mTorr之間、例如約150mTorr的均衡腔室壓カ的遞送速度被引入到等離子體蝕刻腔室。等離子體可以在約800W和1000W之間、例如約900W的射頻(RF)功率啟動。在激活離子蝕刻等離子體模式中，圖11的組件可以放置在兩個相鄰有源電極之間。兩個相鄰有源電極可 以放置在兩個接地電極之間。取決于填隙材料，蝕刻時間可以從約I秒到約I小時，例如，介于約5分鐘至15分鐘之間，且更具體而言，介于約5分鐘和10分鐘之間。使用DuPont100ELJ的25Mm厚層，處理時間可以介于約I秒至約15分鐘，例如介于約I秒至約10分鐘之間。取決于填隙材料，可以使用不同于激活離子誘捕模式的等離子體模式，包括諸如反應(yīng)離子蝕刻、無電子蝕刻、有源蝕刻、無電子離子誘捕之類的模式，其中模式取決于等離子體腔室中的架子的配置(例如，有源、接地和浮置)。等離子體蝕刻可以有效地從鍍鎳PZT壓電元件20的表面去除填隙層50。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，鍍鎳PZT壓電元件20的表面具有高的表面粗糙度，這使得從相對深且窄(即，高縱橫比)的溝槽去除填隙層50變得困難。在鎳鍍覆中保留在溝槽中的電介質(zhì)材料可以增加壓電元件20和PCB電極之間的電阻，該PCB電極隨后與壓電元件20電學(xué)耦合。填隙材料50從壓電元件20的蝕刻表面的有效去除將減小電阻且改善裝置的電學(xué)特性。此處所述的有掩模的等離子體蝕刻的使用比常規(guī)去除方法更有效地從這些溝槽去除電介質(zhì)材料。填隙材料50從壓電元件20內(nèi)的相對窄的溝槽的蝕刻速度小于相鄰相對寬間隔的壓電元件20之間的填隙材料50的蝕刻速度。無掩模等離子體蝕刻可以導(dǎo)致相鄰壓電元件20之間的填隙材料50的過度損失，因而在覆蓋壓電元件20的位置露出填隙材料50且在壓電元件20之間的位置保護填隙材料50的有掩模等離子體蝕刻可以用于防止這種損失。在蝕刻填隙層50之后，去除圖案化的掩模110以得出圖12的結(jié)構(gòu)。如果圖案化的掩模110是圖案化的光刻膠掩模，則可以使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)去除圖案化的掩模110。如果圖案化的掩模110是諸如DuPont 100ELJ這樣的熱塑性聚合物，則例如可以通過剝離去除圖案化的掩模。在另ー實施例中，可以執(zhí)行圖8結(jié)構(gòu)的無掩模蝕刻以得出類似于圖12示意且一般功能上等價于圖12的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。上述等離子體蝕刻可以被計時，使得恰好當(dāng)所有壓電元件充分露出時，蝕刻停止，使得可以制備與每個壓電元件的電接觸。該無掩模蝕刻將去除一部分壓電元件20之間的填隙層厚度，但是蝕刻在去除過量的填隙層50之前停止，使得裝置性能不受不利影響。在另ー實施例中，可以對圖8的結(jié)構(gòu)執(zhí)行有掩?；驘o掩模激光消融エ藝以去除覆蓋壓電元件20的填隙層50以得出圖12的結(jié)構(gòu)。如圖13示意，在使用有掩模或無掩模去除エ藝露出壓電元件20之后，包括圖案化的粘合層130和圖案化的可去除襯墊132的組件被對準(zhǔn)且附連到圖12的結(jié)構(gòu)。粘合劑130例如是熱固或熱塑性片材?？扇コr墊132可以是聚酸亞胺材料,或可以從粘合劑130去除的另外的材料。包括粘合層130和可去除襯墊132的組件在其中包括預(yù)制開ロ 134的圖案，其露出壓電元件20。粘合劑130和襯墊132內(nèi)的開ロ 134可以在附連之前例如使用激光消融、沖壓エ藝、蝕刻等形成。開ロ 134的大小可以定目標(biāo)為匹配如所示填隙層50中的開ロ 112的尺寸，不過它們可以稍大或稍小，只要尺寸失配并不不利影響后繼處理即可。粘合劑130和可去除襯墊132的組合厚度將部分地確定在后續(xù)處理之后保留在壓電元件20上的導(dǎo)體的數(shù)量。粘合劑130和可去除襯墊132的組合厚度可以介于約15Mm至約IOOMm之間，或可以是另外合適的厚度。接下來，如圖14所示意，例如，使用絲網(wǎng)印刷工藝，使用可去除襯墊132作為模版， 諸如導(dǎo)電膏的導(dǎo)體140應(yīng)用于圖13的組件。備選地，粘合劑可以分配到組件上。隨后，例如通過剝離從圖14的結(jié)構(gòu)去除可去除襯墊132，使得類似于圖15示意的結(jié)構(gòu)保留。接下來，具有多個通孔162和多個PCB電極164的PCB 160使用粘合劑130附連到圖10的組件，以得出圖16的結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體140電學(xué)耦合壓電元件20到PCB電極164，使得導(dǎo)電路徑通過導(dǎo)體140從PCB電極164延伸到壓電元件20。接下來，通過隔板36的開ロ 40可以被清除以允許墨經(jīng)過隔板。清除開ロ包括去除粘合劑130、填隙層50以及覆蓋開ロ 40的隔板附連材料38的一部分。在各個實施例中，可以使用化學(xué)或機械去除技木。在一個實施例中，自對準(zhǔn)去除エ藝可以包括使用如圖17所示的激光束170，尤其是其中入口/出口板32、體板34和隔板36由金屬形成的情況下。入ロ/出口板32、體板34以及可選地依賴于設(shè)計的隔板36可以屏蔽用于自對準(zhǔn)激光消融エ藝的激光束。在該實施例中，可以使用諸如CO2激光器、準(zhǔn)分子激光器、固態(tài)激光器、銅蒸汽激光器以及光纖激光器之類的激光器。CO2激光器和準(zhǔn)分子激光器可以典型地消融包括環(huán)氧物的聚合物。CO2激光器可以具有低操作成本和高制造產(chǎn)出。盡管在圖17中示意了兩個激光束170，使用一個或更多激光脈沖，單個激光束可以依次打開每個孔。在另ー實施例中，可以在單個操作中形成兩個或更多開ロ。例如，掩?？梢詰?yīng)用于表面，然后使用源于單個寬激光束的一個或更多脈沖，單個寬激光束可以打開兩個或更多開ロ或所有開ロ?？梢赃^填充由入口/出口板32、體板34和可能的隔板36提供的掩模的CO2激光束可隨后連續(xù)照射每個開ロ 40以形成通過隔板附連材料38、填隙層50和粘合劑130延伸的開ロ以得出圖18的結(jié)構(gòu)。隨后，如圖19所示意，孔ロ板190可以使用粘合劑(未単獨示意)附連到入口 /出ロ板32?？抓戆?90可以包括多個噴嘴192，在打印期間墨通過該多個噴嘴排出。一旦孔ロ板190被附連，便完成了噴射堆疊194。隨后，例如使用諸如粘合劑的流體密閉的連接201，歧管200被接合到PCB 160，以得出如圖20示意的噴墨打印頭202。噴墨打印頭202可以包括歧管內(nèi)的儲藏器204以用于存儲一定容量的墨。來自儲藏器204的墨通過PCB 160中的通孔162遞送到噴射堆疊194內(nèi)的端ロ 206。應(yīng)當(dāng)理解，圖20是簡化圖，且可以在圖的左邊和右邊具有附加結(jié)構(gòu)。例如，盡管圖20示意了兩個端ロ 206，典型的噴射堆疊例如可以具有344X20的端ロ陣列。在使用中，打印頭202的歧管200中的儲藏器204包括一定容量的墨。打印頭的初始灌注(priming)可以用于促使墨從儲藏器204通過PCB160中的通孔162、通過噴射堆疊194中的端ロ 206流動且流入到噴射堆疊194中的腔室208。響應(yīng)于放置在每個電極164上的電壓210，每個PZT壓電元件20響應(yīng)于數(shù)字信號在適當(dāng)?shù)臅r間偏轉(zhuǎn)或變形。壓電元件20的偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致隔板36折曲，這形成了腔室208內(nèi)的壓カ脈沖，促使墨滴從噴嘴192排出。上述方法和結(jié)構(gòu)由此形成用于噴墨打印機的噴射堆疊194。在一個實施例中，如圖20所示，噴射堆疊194可以用作噴墨打印頭202的部件。圖21示意包括打印機外殼212的打印機，至少ー個打印頭202安裝到該打印機外殼中。根據(jù)本教導(dǎo)的實施例，在操作期間，墨214從ー個或更多噴嘴192噴射。打印頭202根據(jù)數(shù)字指令操作以在諸如紙張片材、塑料等打印介質(zhì)216上形成期望的圖像。打印頭202 可以在掃描運動中相對于打印介質(zhì)216來回移動以逐行地產(chǎn)生打印的圖像。備選地，打印頭202可以保持固定且打印介質(zhì)216相對于其移動，在單次經(jīng)過中形成與打印頭202 —祥寬的圖像。打印頭202可以比打印介質(zhì)216窄或與之一樣寬。應(yīng)當(dāng)意識到，除了上面討論的特定實施例，在形成其他結(jié)構(gòu)期間，可以執(zhí)行如上所述從壓電元件去除環(huán)氧材料的等離子體蝕刻。例如，PZT壓電結(jié)構(gòu)可以被封裝為防止氣體或液體接觸壓電結(jié)構(gòu)，以防止損害與固體結(jié)構(gòu)的物理接觸，以向壓電結(jié)構(gòu)供應(yīng)衰減等。使用如上所述的等離子體蝕刻可以露出平板化或未平板化的PZT壓電結(jié)構(gòu)以提供物理或電學(xué)接觸點。
權(quán)利要求
1.一種用于形成噴墨打印頭的方法，包含 在壓電元件的陣列上方分配未固化電介質(zhì)填隙層； 在未固化電介質(zhì)填隙層和上壓板之間插入柔性頂板和脫模件； 使得未固化電介質(zhì)填隙層與脫模件接觸； 在維持未固化電介質(zhì)填隙層和脫模件之間的接觸的同時使用上壓板向未固化電介質(zhì)填隙層應(yīng)用壓力，其中柔性頂板在向未固化電介質(zhì)填隙層應(yīng)用壓力期間折曲；以及 在維持未固化電介質(zhì)填隙層和脫模件之間的接觸且使用上壓板向未固化電介質(zhì)填隙層應(yīng)用壓力的同時固化電介質(zhì)填隙層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包含 在柔性頂板和上壓板之間插入具有約Imm至約25的厚度的一層硅橡膠；以及 在固化填隙層期間使得該層硅橡膠與柔性頂板和上壓板接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在頂板的折曲期間，該柔性頂板具有約25ΜΠ1至約12，700Mm的厚度，且成分包含玻璃、硅、石英、藍寶石和金屬中的至少一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包含 去除固化的電介質(zhì)填隙層的第一部分以露出壓電元件的陣列且留下相鄰壓電元件之間的固化的電介質(zhì)填隙層的第二部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包含提供具有約IOMPa至約50MPa的彎曲模量的柔性頂板。
6.一種用于形成噴墨打印頭的設(shè)備，包含 壓機，包含下壓盒和上壓板； 脫模件；以及 柔性頂板，包含玻璃、硅、石英、藍寶石和金屬中的至少一個，其中玻璃、硅、石英、藍寶石和金屬之一具有約25Mm至約12，700Mm的厚度， 其中該脫模件和柔性頂板配置成夾置在未固化填隙層和上壓板之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中玻璃、硅、石英、藍寶石和金屬之一具有約500Mffl至約900Mm的厚度。
8.一種用于形成噴墨打印機的方法，包含 使用一種方法形成至少一個噴墨打印頭，該方法包含 在壓電元件的陣列上方分配未固化電介質(zhì)填隙層； 在未固化電介質(zhì)填隙層和上壓板之間插入柔性頂板和脫模件； 使得未固化電介質(zhì)填隙層與脫模件接觸； 在維持未固化電介質(zhì)填隙層和脫模件之間的接觸的同時使用上壓板向未固化電介質(zhì)填隙層應(yīng)用壓力，其中柔性頂板在向未固化電介質(zhì)填隙層應(yīng)用壓力期間折曲；以及 在維持未固化電介質(zhì)填隙層和脫模件之間的接觸且使用上壓板向未固化電介質(zhì)填隙層應(yīng)用壓力的同時固化電介質(zhì)填隙層；以及將該至少一個打印頭安裝到打印機外殼中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中在頂板的折曲期間，該柔性頂板具有約25ΜΠ1至約12，700Mm的厚度，且成分包含玻璃、硅、石英、藍寶石和金屬中的至少一個。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包含提供具有約IOMPa至約50MPa的彎曲模量的柔性頂 板。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用柔性平板的填隙聚合物平坦化的方法。用于形成具有電介質(zhì)填隙層的噴墨打印頭的方法和結(jié)構(gòu)。附連到壓機的柔性頂板可以用于向未固化電介質(zhì)填隙層應(yīng)用壓力。在使得未固化電介質(zhì)填隙層與柔性頂板接觸且使用壓機應(yīng)用壓力的同時，未固化電介質(zhì)填隙層被固化。發(fā)現(xiàn)使用柔性頂板而不是剛性頂板在壓電元件陣列上方形成具有更均勻或更平坦的上表面的固化填隙層。如此形成的填隙層可以導(dǎo)致減小的處理時間，在使用中與噴墨打印頭的墨連通相關(guān)的減小的問題以及減小的制造成本。
文檔編號B41J2/16GK102837501SQ201210204469
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者B.R.多蘭, P.J.奈斯特倫, G.D.雷丁, M.A.塞盧拉, J.R.安德魯斯 申請人:施樂公司