专利名称：喷出热流质媒体的印刷头及制造包含金属焊料的连接点的方法
技术领域：
本发明系关于一种依照权利要求1的前序所述的用以喷出热流质媒体的印刷头，以及一种依照权利要求33的前序所述的用以制造包含金属焊料的连接点的方法。本发明进一步包含一种印刷头的使用方法，其系依照喷墨印刷原理来进行。
本发明的目的系可以藉由一种具有权利要求1的特征的印刷头来达成。依照本发明的印刷头系用以喷出一热流质媒体。其具有一媒体室，其中该媒体室的其中一壁体系由一隔板所构成。该隔板系与一致动器形成机械式接触，使得该隔板可以被挠曲或驱动。本发明系使该致动器与该隔板形成热隔离。换言之，该致动器系可以技术性地与隔板针对热及/或冷来加以隔离。这使得热流质媒体可以在媒体室中加热至一温度，该温度系用以加热一金属或合金，尤其系金属焊料，而使得其在媒体室中系呈现液态。在一特别有利的方式中，此一热流质金属合金则可以藉由本发明的印刷头来加以喷出，以供应所谓的焊料积块至基板及/或元件。由于该致动器系与隔板形成热隔离，因此其可以保持在一工作温度，在该温度下，其物理特性基本上系不会改变。换言之，虽然在媒体室中可能存在有极高热的液态金属，然而该隔板仍可以藉由致动器而相当精确地挠曲，藉此使得各种极高热的流质媒体，尤其系高热的液态金属，能以一定的液滴尺寸或体积而精确地喷出。
本发明依照喷墨印刷原理的印刷头系可使得焊料积块(亦称之为隆起)能够施加在微电子及/或微机械或微系统技术中的元件或基板上。在此之前，为了形成该焊料积块，其通常系需要耗费相当多的人力及成本。举例来所，在所谓的胶带自动黏合(TAB)、晶片尺寸封装(CSP)以及所谓快闪晶片连接(FC)中皆需要焊料积块来做为在结构零件及基板之间的连接元件。在大部分的例子中，该焊料积块系以隆起、易熔的锡-铅或锡-金合金的形式存在，尤其系用以做为焊料。依照本发明的印刷头系可以快速地、精确地及具有成本效益地施加这些焊料积块至元件或基板，以制造出上述连接技术中所需要的焊料积块。
在本发明的一特征中，该热隔离系由一安置在隔板与致动器之间的热屏障元件来达成。此一热屏障元件系具有较差的热传性，因此存在于隔板上的热量基本上系不会被传送至致动器。热屏障元件因此便可以做为一元件，其可以中断或至少大大地降低热量由隔板传送至致动器。
一较佳实施例的特征系在于该致动器系一压电元件。此一压电元件系可使隔板被相当精确地驱动，亦被挠曲，使得一定的墨滴量可以由媒体室中被喷出。该致动器，亦即压电元件，系与隔板形成热隔，这防止压电元件的温度高于所谓的压电居里临界温度。在此一温度之上，压电化合物的晶格结构系变成立方体。在此温度以下，该结构系会扭曲，因此在正及负电荷之间的距离便会产生变化，因而形成电偶极矩。换言之，压电化合物系仅有当其晶格结构扭曲时才会具有压电效应，使得自发极化状态产生。在压电居里温度以上，当晶格结构系正方形时，压电特性系不会在这些压电元件中产生，因为其并未存在有电偶极矩。由于本发明的印刷头系具有一热隔离压电元件，因此热流质媒体便能以一高于压电元件的居里温度以上的温度在媒体室中存在，但该压电元件的功能并不会因此而有损失。该热隔离最好系设计成该压电元件系被加热至最高达到其压电元件的居里温度的30％至50％，因为在更高的温度下，潜变去极化便会发生。
在一较佳实施例中，提供一种热屏障元件，该热屏障元件可以系压电元件的一整体性结构的一部分。因此，热屏障元件不必采用一分离式结构部分。隔板的致动器因此便可以更具有成本效益地制成。
在一特征中，该压电元件系具有一主动部分以及一构成该热屏障元件的被动部分，该主动部分系具有用以驱动压电元件的电极，而该被动部分则系未具有电极的设计，或者该电极系存在于被动部分中，但并未电连接至该主动部分的电极。由于压电元件的被动部分并未具有驱动或挠曲该隔板的功效，因此在被动部分中的温度增加系不会影响到该主动部分的功能。在此例中，该被动部分的长度尺寸系设计成——由致动器与隔板相接触的端部开始算起——在朝向主动部分的方向上具有一温度梯度，而在被动部分与主动部分之间的连接部上的温度则系远小于所用压电材料的居里温度。
在本发明的一特征中，热屏障元件部分的横截面系小于致动器的其余部分。因此，隔板与热屏障元件之间接触面积小，这减小热的传递。或者，可使热屏障元件在朝向隔板侧端的方向逐渐变细。
在一较佳实施例中，该媒体室的其余壁体系由一基板所构成，其中该基板系由硅所构成。该基板系可以设计成井状，在此例中，微机械结构系在媒体室中形成一媒体导引件，其系可以位在基板的内表面。再者，该微机械结构可以构成一用以喷出热流质媒体的喷出孔。在井状基板中的开口系由隔板所覆盖。最好系采用一由硼硅玻璃所制成的隔板或由硅制成的隔板。该隔板最好系固定于包围该井部中的开口的基板边缘。若该隔板系由硼硅玻璃所制成，则其最好系藉由阳极结合方法而固定至基板。若该隔板系一种硅隔板，则其最好系藉由所谓的硅熔合结合方法固定至基板。一般而言，最好该隔板的材料系具有防热性，使得存在于媒体室中的热流质媒体不会损害到该隔板。
在一实施例中，该致动器系由一外壳所包围。该致动器因此便可以防止受到外界因素的影响。
在一实施例中，该致动器系可以设计成一薄板状。其因此可以呈现出一长条带状的形状，其截面系远小于其长度。该致动器或薄板系延伸在隔板与一外壳壁体之间，而构成该致动器的一桥接部。该致动器因此便可以由其一端部支撑在隔板上，而由另一端部将其支撑在外壳壁体上，使得力量可以由致动器传送至隔板。当该致动器被电动驱动时，其便可以扩展及收缩，因此其长度便会改变。此一长度的改变便会造成隔板的挠曲，由于其远距该隔板的一端部系固定至外壳壁体。最好，该外壳壁体系具有一切口，其中该致动器能以其远距该隔板的端部来衔接该切口。最好，该致动器系贯穿该切口，使得电极的一接触形成元件系可以配置在其自由端而位在外壳外侧。因此，该致动器系可以连接至一配置在外壳外侧的电动驱动器，其中，为了达到该接触形成或导电性连接的目的，因此提供一可挠曲或刚性的印刷电路板，其可以插入致动器的接触形成元件，且具有一对应的相配接的接触形成元件。
在一方面，致动器的外壳系构成该致动器的保护屏幕，而在另一方面，其系用以做为致动器的支撑主体，其系藉由一端部而固定至外壳，亦即，固定至支撑主体。
在本实施例的一特征中，该外壳，亦即，该支撑主体系设计成可以电性绝缘及/或具有较差的传热性。为此，该支撑主体可以由陶材所制成，最好系由二氧化锆所制成。
在一较佳实施例中，该媒体室的隔板系构成致动器的外壳的其中一壁体。换言之，该支撑主体或外壳系安装在媒体室中，其可以精确地使该外壳上的开口由隔板所覆盖。该外壳系设计成可以通向一表面，并且仅当其系安装在媒体室中时才会由隔板所封闭。为了在媒体室与外壳之间形成连接，在两结构部分之间系形成有热隔离，使得在隔板中的热量系无法经由外壳而被传送至致动器。在媒体室或隔板与外壳之间的热隔离最好系藉由降低在外壳边缘与隔板之间的接触面积来达成。举例来说，其可以在外壳壁体上形成至少一凹槽，该凹槽最好系设计成在边缘处呈开口状。若在外壳上具有复数凹槽，则便可以形成一梳子状的结构。在外壳与隔板之间的接触面积系藉由凹槽所减少，因此仅有极少的热量系由隔板或媒体室传送至外壳。在一种具有优点的方式中，位在外壳中的凹槽亦构成热膨胀补偿。换言之，当外壳被加热时，其并不会扭曲，因此该致动器的位置便可以相对于隔板而稳定且精确地定位。
为了在隔板与外壳之间形成连接，最好在隔板其面向外壳的一表面或至少一部位上藉由蒸气镀覆或溅镀的方式加以镀金。该支撑主体接着便可以藉由含金厚膜燃烧膏而在隔板的连接点上加以镀金，使得在隔板与支撑主体之间的连接系能以金熔接或软焊连接的相当简单的方式来达成。
在印刷头的一较佳实施例中，其系具有媒体的加热装置。在另一种变化中，该媒体系以热且液态的型式供应至印刷头。该加热装置最好系设计成一光源，该光源最好系一卤素灯泡。或者，该加热装置系可以由加热电阻器所构成。这些加热电阻器最好系利用薄膜技术而供应至基板，该加热电阻器最好系包含二硼化铪。该加热电阻器亦可以藉由喷洒及蚀刻图案的方式来供应。
在除加热装置外的另一种方式中，其亦可以提供一冷却装置，尤其系用以冷却基板，亦即，用以冷却该媒体室的一部分。该冷却装置最好系由所谓的散热器所构成，其最好系设计成一种Peltier元件。
在一较佳实施例中，该加热装置及/或冷却装置系用于媒体室，使得加热装置及/或冷却装置系用于媒体室，使得藉由该加热装置，存在于媒体室中的媒体系可以被加热，并因而保持液态的状态。在此例中，若有需要，该冷却装置系可以冷却基板，亦即，冷却该媒体室的部分。
依照一较佳实施例，该加热及/或冷却装置系由一外罩所包围，其中该外罩最好系固定至该媒体室的壁体，其中该壁体系相对于隔板。在一较佳实施例中，该媒体室的此一壁体系构成该加热及/或冷却装置的外罩的一壁体。该外罩最好系设计成可以在内部反射，且在一较佳实施例中，其系由金属及/或一陶材所构成。
在本发明之一特征中，该外罩系与基板形成热隔离，亦即与该媒体室形成热隔离。在另一特征中，该外罩亦可以设计成具有较差的热传性。为了达到热隔离，在外罩与基板之间系可以插置一导热性较差的层体。
在一实施例中，该媒体室系具有至少一热流质媒体的喷出口(最好是复数个喷出口)。最好，一致动器系具有一喷出口。最好，该媒体室系以彼此分开的个别部分媒体室的形式存在，每一个别部分媒体室系具有至少一喷出口。因此，该喷出口或分配有一喷出口的部分媒体室系可以藉由对应的致动器而彼此独立地操作。
在一较佳实施例的特征中，其系提供有一保护性媒体排放口，其方向最好系可使保护性媒体由喷出口的方向或由喷出口喷出。当该热流质媒体由喷出口喷出时，该保护性媒体系可以防止热流质媒体氧化，使得其无法被大气中的氧气所氧化一直到焊料滴撞击在欲熔合的连接点。最好是采用惰性气体，尤其是氮气，来做为该保护性媒体。
在本发明之一特征中，其系提供该保护性媒体排放口设计在致动器的外壳。
在一较佳实施例中，该致动器的外壳系具有一注入口，用以使保护性媒体注入。该保护性媒体因此便可以注入至外壳中，并且流经该外壳，然后由保护性媒体排放口流出，以包围该热流质媒体滴而做为保护性气体。
在一示例性实施例中，该保护性媒体的注入口及排放口系配置在外壳中，使得致动器系可以安置在该保护性媒体的流动路径上。详言之，当其进入至外壳中时，该保护性媒体系处在一温度，而使其可以做为致动器的冷却媒体。该保护性媒体因此便可以具有双重功能，在一方面，其可以冷却该致动器，而在另一方面，其系可以防止热流质媒体的氧化防止媒体。
在一实施例中，用以在致动器外壳与媒体室之间做为热隔离之用的凹槽，系可以做为该保护性媒体排放口。在此一特征中，该冷却致动器的保护性媒体亦可以同时地冷却该外壳位于靠近隔板的部位，以及该媒体室。热量因此便可以由此一部位中散逸，因此该外壳基本上便不会产生高热。
在本发明之一特征中，其系提供一用于外壳中的致动器的固定板，该固定板系大致与媒体室的隔板平行。该固定板最好是距离该隔板相当短，且大致在其中央部位上具有一穿孔，经由该穿孔，可使致动器与其热屏障元件相衔接。因此，该致动器系被固定在外壳中，如上所述系位在该外壳壁体之一表面上，而其面向隔板的另一端部则系藉由固定板而牢固地定位。
该固定板最好系藉由导引斜面所固定且导引，其中该斜面系设计在该外壳内部。因此，该固定板并不需要固定式地连接至致动器的外壳。相反地，在外壳内部的斜面系可以设计成该固定板系固定在一定的位置上。详言之，该固定板系可以由相同于致动器的外壳的材料所制成。
在本发明之一特征中，该媒体室系具有一温度侦测装置，用以侦测该媒体的温度。该温度侦测装置最好系藉由温度感应器所构成，其系可以侦测流质媒体的温度，或者系侦测该媒体室的至少一壁体的温度。该温度感应器最好系一温度计或者系一薄膜感应器所构成，且最好系安装在位于媒体室外侧的隔板。
其他的特征是如申请专利范围附属项所述。
本发明的目的亦可以藉由一种用以制造一包含金属焊料的连接点的方法来达成，其具有如申请专利范围第33项所述的特征。本发明系提供可使焊料依照一种根据喷墨印刷原理的装置，而以热流质焊料的方式喷出至连接点的接触形成点，依照本发明的方法，其便能以相当简单的方式来施加金属焊料至一连接点的接触形成点，其可以在微电子及微系统技术或微机械结构中提供连接技术或系提供连接点。
详言之，上述的印刷头系可用以实现本发明的方法。
在本方法之一特征中，该焊料系以至少一热流质焊料滴的方式由该装置喷出。
当该焊料喷出时，其系由一防止氧化媒体所包围，且最好系由惰性气体所包围。这可以防止热流质焊料在到达接触形成点之前被氧化。
在一较佳实施例中，该位于装置中的热流质焊料的温度系加以侦测及检视。因此，该媒体的喷出温度便可以最佳化，使得其可以制造出高品质的连接点。
在一较佳实施例中，该装置系受到脉冲驱动，以喷出复数焊料滴。若该焊料沿着系由一喷出口喷出，则便可以使复数焊料滴被连续地喷出。当然，亦可使该热流质媒体由复数个喷出口喷出，在此例中，其亦可使该个别喷出口的部分媒体室以时间错开的方式来加以驱动。
详言之，在电子制程中的所有软焊料(当其喷出时可能具有大约400至600℃之间的温度)是可以做为该热流质媒体。当然，亦可以采用无铅焊料。依照本发明的方法，其能以大约4pl至2n1的方式喷出个别液滴。因此，依照本方法所制成的连接点便具有相当精确的焊料用量。
其他的特征系揭露在申请专利范围附属项中。
图4是显示印刷头的固定及调整板。
图1所示的印刷头1是模组化地建构而成，其包含有复数个模组。在图示的实施例中，该印刷头系包含三个模组，亦即一所谓的印刷晶片3，一致动器模组4以及一加热及/或冷却模组5(其在下文中简称为加热模组)。这三个模组是分开的结构元件，其是藉由彼此组合且连接在一起而构成该印刷头1。在特定的前提下，该加热模组5系可以省略。然而，这将在后面才会提到。
印刷晶片3的基部主体6最好是由半导体材料所制成，例如硅。该基部主体6(亦称之为基板)是与一隔板7一起构成至少一媒体室8。该由基部主体6及隔板7所构成的媒体室8的壁体基本上是设计成类似一井部(在此例中，是以该基部主体或基板6的截面形状而言)，且该隔板7是覆盖该井状基部主体6中的开口。在基板6的内表面9上是可以提供微机械结构，该结构是用以导引在媒体室8中的媒体，以及用以构成复数个部分媒体室。另一微机械结构是构成该媒体室8的喷嘴2。
隔板7最好是由硅玻璃所制成，且最好是藉由阳极粘附方法而连接至基部主体6的井部边缘。或者，该隔板7亦可以由硅所制成，且可以藉由所谓硅熔合方法而连接至基部主体6的井部边缘。该隔板7因此便可以固定式地连接至基部主体6。
该致动器模组4(亦称之为致动装置)是具有一外壳10，其系包括一致动器11。该外壳10最好是由非导电性且具有较差的热传导性的材料所制成。该外壳10的材料是可选用与该致动器11的材料具有相同热膨胀系数的材料。为此，举例来说，其可使用一陶材(诸如氧化锆)。外壳10在其面对隔板7的侧边并未具有一外壳壁体。在外壳10的开口因此便由隔板7所覆盖。为了将印刷晶片3与致动器模组4连接在一起，因此至少在隔板7其与外壳10的接触部位上系加以镀金。该镀金是可以藉由蒸气镀覆或溅镀方法来进行。若可行，在该镀金层与隔板之间系可提供至少一所谓的促粘层。围绕在外壳10的开口12的边缘13(亦请参阅图2)最好是同样地加以镀金。这可以利用一种含金厚膜燃烧膏来加以实现。为了形成实际的连接点14，在印刷晶片3与致动器模组4之间是可以形成一金熔接或软焊连接点。
如上所述，该外壳10包围该致动器11。该致动器11是设计成薄板状，亦可称之为薄长条带，且最好是具有长方形的截面形状。在示例性实施例中，该致动器11是一压电元件15，其是由外壳10的背面16延伸至该隔板7，并且与该隔板7相碰触。该外壳10的后缘壁16是具有一穿孔17，而致动器11的一端部18便可经由该穿孔17而衔接。藉由其端部18，该致动器11最好是藉由粘合剂而固定在穿孔17中。该外壳10因此便构成该致动器11的支撑元件或支撑主体19。最好在致动器11的端部18是额外地提供一延伸部20，且该延伸部是由外壳10突伸而出，亦即，突伸超过该外壳的后缘壁16。在面向观看者的表面上，该延伸部20是具有一电接触形成装置21。再者，在该延伸部20其远离观察者的表面(亦即，平行图面而无法被看到的表面)上是可进一步地提供接触形成装置。每一接触形成装置是可导电性地连接至致动器的启动电极，其中仅有面向观看者的启动电极22可以被看到。另一启动电极是平行于位在薄板致动器表面上的启动电极22，并且平行于图面。
在致动器11另一端部23，该致动器11是机械式且活动式地连接至隔板7。由图1可以看出，该致动器11或压电元件15是仅在部分部位上提供有启动电极。因此，该致动器11是构成一主动部分24以及一被动部分25。在被动部分25上，其是未提供有启动电极或者是该启动电极是在主动部分及被动部分之间的过渡部位上被阻断，亦即其是未彼此形成电性连接。在示例性实施例中，该致动器11的主动部分24是设计成比被动部分25还要长得多。就后缘壁16而言，该致动器11是与其主动部分24一起朝向隔板7的方向延伸，且藉由其被动部分25而邻接在一起，该致动器11的端部23是承靠在该隔板7上。该被动部分25是构成一热屏障元件26，使得存在于隔板7上的热量对在致动器11之主动部分24不会造成影响。因此，致动器11或其主动部分24是与隔板7形成热隔离。热屏障元件26亦可视为一种传热性较差的元件，或者是一种可使隔板7上的热量能以消失或减少的状态传送至主动部分24的元件。为了进一步强化在隔板7与致动器11之间具有较差的热传性，最好该致动器11的被动部分25在朝向隔板7的方向上系呈渐细状，因此，在隔板7与致动器或热屏障元件26之间便具有较小的接触面积，这表示其具有较小的热传区域。
在本实施例中，该致动器是具有整体性的设计，换言之，该主动部分24及被动部分25是由相同材料一体式地制成。
该外壳10最好是与隔板7形成热隔离。因此，仅有相当少的热量会由隔板7流至外壳10，使得存在于隔板7上的热量基本上是无法传送达到该外壳的后缘壁16，而该后缘壁16则可以做为该致动器11的桥接部W。因此，致动器的端部18便可以与隔板形成热隔离，使得主动部分24的任何热影响是微乎其微。为了达到在隔板7与外壳10之间的热隔离，在隔板7的边缘13与隔板7的接触区域是相当小。为此，便提供了复数个凹槽27，其在边缘上系设计成开口状。凹槽与插置齿部28便构成了一种梳子结构29(参阅图2)，使得在隔板7与外壳10之间具有极小的热传递面积。凹槽27最好是延伸在外壳10的下方外壳壁体31以及上方外壳壁体32。理所当然，此类凹槽或梳子结构亦可以形成在横向外壳壁体33的边缘上。就边缘13而言，该凹槽27系大约以直角的角度延伸至隔板。该凹槽27是仅延伸至位在外壳壁体中的部位，亦即，其不会延伸到外壳后缘壁16。因此，该支撑主体19最好是设计成使得该凹槽27或梳子结构、该穿孔17以及保护性媒体入口43可以由前方或后方导入，亦即其不需要形成横向开口。因此，该支撑主体19系能以相当简单的方式在一铸模中形成。
藉由提供有该凹槽27，外壳10便可以具有热膨胀补偿。虽然在隔板7与外壳10之间是由于小的接触面积30而形成热隔离，然而外壳10在其靠近隔板的部位是被加热的。为了降低或避免外壳10或支撑主体19“扭曲”，该凹槽27系可做为热膨胀补偿。由图1可以看出，该外壳壁体31、32或33是朝向边缘13而呈渐细状。
加热模组5是位在基部主体6其远距该隔板7的表面上，该加热模组5因此便面向基部主体6的井部底部34。加热模组5是包含一加热源35，其是可以由一光源36来提供。一卤素灯泡最好是可做为该光源36。存在于媒体室8中的金属媒体是可以藉由热源35来加热之，使得该媒体系呈现液态，而可以经由喷嘴2而喷射至印刷晶片3。为了增加热源35的效率，最好该热源35是由一外罩37所包围，而该外罩37是由井部底部34所封闭。在外罩37的内表面系施加有一反射覆层38，用以反射在井部底部34方向上的热辐射，其中该热辐射系由热源35所射出。因此，由热源35所产生的热量基本上系无法由外罩37散逸出来。该外罩37亦可以由一种传热性较差的材料所制成。就三个模组3、4、5的配置方式而言，其可以选择串列配置，使得热源35不会直接地作用在致动器11上。
该印刷头1的操作方法如下依照本发明，该印刷头1系用以喷出热流质媒体，其中该媒体系以至少在媒体室8中为高热且液态的状态存在。该致动器11的启动系会造成隔板7在井部底部34的方向上偏移或挠曲，使得该媒体室8的体积可以降低。因此，该热流质媒体正比于该媒体室8容积缩减的部分是被压出该喷嘴2。接着，停止该致动器11的动作会造成该隔板再次由井部底部34被抽离，因此，该热流质媒体便能以墨滴的形式由喷嘴2被喷出。该隔板7的挠曲可以藉由压电元件15的电动启动来达成。将电压施加至启动电极系会造成薄板状压电元件15改变其空间型态。视该被驱动的启动电极的极性而定，该压电元件的主动部分24是可以加长或缩短。因此，隔板便可以朝向井部底部34的方向而挠曲或弯曲或者鼓起。因此很清楚地，在媒体室8中的容积便可以由于致动器11或者系压电元件15的驱动而改变。藉由脉冲式地驱动该致动器11，其便可以使复数热流质媒体的墨滴由喷嘴2被连续地喷出。视驱动频率而定，这些墨滴是可以由喷嘴2中很迅速地一个接着一个被喷出，该隔板7的挠曲程度是可以视启动电极的能量输入来加以影响之。
为了使个别喷出的墨滴体积可以保持大致固定，使该致动器11免于外部影响是相当重要的，例如热或结构变形，所以当该隔板7每次被驱动或挠曲时，该隔板7便覆盖住相同的路径。为了保持内部流动至致动器11的热量系尽可以地小，因此便提供上述的热屏障元件26。为了降低在压电元件15上的结构影响，因此如上述的例子，该外壳10或致动器11的支撑主体19是与隔板7形成热隔离，且如上述具有额外的热膨胀补偿。
为了增加该致动器11的结构稳定性及对齐性，在外壳10中系提供一种所谓的调整及固定板39，其系设计成具有C形的截面形状。该调整及固定板39，在以下简称为固定板39，系由位在外壳内表面上的斜面40所引导，且藉此可以精确地对准。由于C形的自由端，该固定板39便可以支承在该隔板7其面向外壳10的表面上。该固定板系具有一穿孔41，其大体系位在该C形基部的中央部位，经由该穿孔，该致动器11便可以与该热屏障元件26相衔接。
该穿孔41的尺寸系设计成虽然该致动器11系被加以引导，然而当其长度由于该启动电极被驱动而变化时，其系不会有不利的影响。该固定板39最好系由与外壳10相同的材料所制成。
在一较佳实施例中，该印刷头1系具有一保护性媒体排放口42，其系定位成使得由该保护性媒体排放口42所流出的保护性媒体系会沿着喷嘴2的孔口的方向来流动。所使用的保护性媒体最好系一种可以防止由该喷嘴2流出的热流质媒体氧化的保护性媒体，尤其最好系一种惰性气体。举例来说，氮气便可以做为该惰性气体。由于由喷嘴2所流出的墨滴系由一种包含有保护性媒体的保护性气体所保护，因此，该墨滴在其“飞喷”期间便可以避免被氧化。这系相当重要的，尤其当一金属焊料作为热流质媒体由媒体室8流出欲施加至一具有连接点的基板时。该外壳10最好系具有一保护性媒体注入口43，其可以位在该外壳的后缘壁16上。该保护性媒体系可以经由该保护性媒体注入口43而导入至外壳10中，且接着在流出该保护形媒体排放口42之前系通过该外壳10。尤其在外壳上所提供的保护性媒体排放口42及保护性媒体注入口43的位置配置，系使得该致动器11，尤其系其主动部分24，可以安置在该保护性媒体的流动路径上。因此，该保护性媒体亦可以做为致动器的冷却媒体。该梳子结构29的凹槽27系可以适当地选择用以做为该保护性媒体排放口。在外壳10中的保护性媒体的流动路径系可以适当地加以选择，使得该保护性媒体系由外壳的后缘壁16上的保护性媒体注入口43进入，流经该致动器11，通过位在固定板39上的穿孔41，流经位在固定板39的C形部分上的凹槽44，然后到达该保护性媒体排放口42。在此例子中，该凹槽44最好系与位在外壳10上的凹槽27完全相同。当然，可以想像的是，亦可以有一种流动路径设计，其中该固定板39的分支系设计成使得一通向该保护性媒体排放口42的流动导管系位在该介于固定板39与外壳10之间的导引斜面40之间。
在示例性实施例中，该存在于媒体室8中的媒体，尤其系金属焊料，系已经由热源35所加热。可以预料的是，由媒体室8中被喷出的热流质媒体系被供应至媒体室8中，使得其已经呈现液态。若可行，该加热模组5亦可以省略之。
为了使该印刷头1亦可以喷出极冷的流质媒体，在井部底部34中亦可以提供一冷却装置。为此，亦可提供一散热器，尤其Peltier元件。当然，其亦可同时提供加热源或加热装置以及一冷却装置或散热器。
加热电阻器(图上未示)亦可取代该光源36来做为热源35，且该加热电阻器系位于井部底部34上的媒体室8外部。这些加热电阻器最好系利用薄膜技术而供应至基板或基部主体6。该加热电阻器最好系由二硼化铪所构成。
为了侦测及检视在媒体室8中的媒体温度，在隔板7上系可以提供至少一温度侦测元件45，该元件系位在隔板7与固定板39之间，亦即位在媒体室8外侧。
该至少一温度侦测元件45系可以做为一温度感应器，其系由热温度元件或由薄膜感应器所构成。
用以制造一包含金属焊料的连接点的方法将说明如下。该连接点系具有一接触形成点，其亦可以称之为接触垫，其系用以与金属焊料熔合在一起。为此，最好系采用上述的印刷头1来将金属焊料喷出，其中该金属焊料可以系锡-铅或锡-金合金。当然，亦可以采用电子制造业所习知的任何软焊材料。存在于媒体室8中的热流质焊料系藉由该隔板7的挠曲而经由喷嘴2以滴状的型式来供应至连接点的接触形成点。为此，该存在于媒体室8中的热流质焊料最好系经由喷嘴2而由印刷头以至少一热液滴的方式喷出。为了防止该热流质焊料液滴氧化，该液滴系由一氧化保护媒体加以保护，其中该保护媒体系由保护性媒体排放口42喷出。为了确保该连接点的接触形成点具有最佳化的熔合，在媒体室8中的焊料温度系藉由温度侦测元件45来加以检视。因此，视所侦测到的温度而定，便可以驱动该热源35，例如关闭或开启，以使焊料在媒体室8中可保持所需的温度。详言之，在媒体室中的温度系可保持在400至600℃以将热流质焊料喷出。
因此，便能以相当简单及节省成本的方式来简化有关于微电子、微机械或微系统技术的连接技术。详言之，胶带自动粘合(TAB)、晶片尺寸封装(CSP)以及所谓快闪晶片连接(FC)皆能够简化。在这些连接技术中，其系需要所谓的隆块(焊料积块)来做为在元件与基板之间的连接元件。这些焊料积块主要系呈现隆起的形状，其可以利用本发明的印刷头而简单地形成。
为了制造出这些焊料积块，其亦可以使复数焊料滴一个接着一个地由喷嘴2喷出。该致动器11的脉冲式驱动(如上所述)系可以达到上此一目的，使得隔板7可以迅速地来回移动，因此，使得个别的焊料滴可以由喷嘴2中喷出。
当然，亦可以使用具有复数个喷嘴2的印刷头1，在此例中，其系使该喷嘴排列成一阵列。举例来说，复数喷嘴2系一个接着一个地配置成列，亦即在平行于图面的平面上。若采用复数喷嘴的印刷头1，则最好具有复数个部分媒体室，每一媒体室系针对至少一喷嘴而设。每一部分媒体室最好系具有一分开的隔板7，每一隔板系由一个别的致动器11来加以驱动。换言之，所有喷嘴或所有隔板系可以彼此独立地由至少一致动器11来加以驱动。若采用复数喷嘴的印刷头1，则最好是如图2所示的致动器配置方式。该致动器11系彼此配置成列，使得其延伸部20系彼此由外壳10的后缘壁16突伸而出。在此例中，该电接触形成装置21系位在该延伸部20的每一侧边，使得接触系可以由外壳外侧的启动电极来形成。如图3所示，两相邻致动器11的延伸部20系彼此错开，藉此产生足够的空间来容置相配接的接触形成装置，使得电接触形成装置21可以电性地连接至该相配接的接触形成装置。图3亦显示在外壳的后缘壁16上系具有复数保护性媒体注入口43。详言之，其可以针对两个致动器11来提供一个保护性媒体注入口43。可以预料的是，在外壳10的下方外壳壁体31与上方外壳壁体32之间系可具有隔件，该隔件系用以将个别的致动器11在空间上彼此相隔开。
图4系显示固定板39的平面视图。可以看出，复数凹槽44系位在C形固定板的两分支上，该凹槽44系可导入至该固定板39的分支，使得其可以与位在外壳10上的凹槽27完全相合，如图1所示。然而，并不一定要在该外壳的下方外壳壁体31与上方外壳壁体32上同时形成有凹槽27。详言之，若在下方外壳壁体31上形成有凹槽27便已足够来形成保护性媒体排放口42。
用以制造一依照喷墨印刷原理来作动且包含至少印刷晶片3及致动器模组4的印刷头1的方法，将说明如下。亦可额外增加该加热模组5。在制造期间，该致动器11以及致动器模组4系彼此以隔热方式连接在一起。该印刷晶片3系以一种硅基质的方式来形成，其中在该硅基质上系具有微机械结构，该微机械结构系用以导引该媒体以及用以构成一喷出口或喷嘴2。该硅基质最好系设计成一井部的型式，而该用以导引媒体的微机械结构系以一井部的方式而安置在硅基质的内部。因此，喷嘴便可以设计成一种由硅基质内部至外表面的开口的型式。该井状硅基质的开口系由隔板7所覆盖，以构成媒体室8。在此例中，若该隔板7系由硼硅玻璃所制成，则该隔板7最好系藉由阳极粘附方法而连接至硅基质。若隔板系由硅所制成，则在隔板7与基板或基部主体6之间的连接点系可以藉由所谓的硅熔合的方式来进行。在致动器模组4与印刷晶片3的组合或连接期间，最好该致动器11系先插入至支撑主体19或外壳10中而将其固定，该支撑主体接着便连接至隔板，而精确地位在相对于基部主体6中的井部开口的表面上。为了将隔板7与支撑主体19连接在一起，最好该隔板7系以蒸气镀覆及溅镀的方式加以镀金，详言之，在隔板7与外壳10的连接点部位上加以镀金。支撑主体的边缘13最好亦同样地在连接至隔板之前先加以镀金，一种具有金的厚膜燃烧膏系可以达成此一目的。在支撑主体19及隔板7之间的连接最好系由金熔接或焊接的方式来达成。
该支撑主体19或外壳10系以一种所谓热铸造方法而由二氧化锆所制成，其中该穿孔17、凹槽27以及导引斜面40系可以在铸造期间连带地形成。或者，在陶材烧结之后亦可以进行处理或加工，以构成该凹槽27、导引斜面40以及保护性媒体注入口43。
为了将致动器11安装在支撑主体中的正确位置，因此采用上述的调整及固定板39，其系在该穿孔17中的致动器11粘合在热屏障元件26上之后来加以安置，使得热屏障元件26系可以穿透位在固定板39上的穿孔41。当固定板39在插入时，其系保持位置上的精确度以及藉由导引斜面40而牢固在支撑主体19或外壳10中。在此例中，致动器系被固定在其外壳的后缘壁64上的桥接部w以及固定板39之间，使得其自由端23系可以作用在隔板上，造成该隔板挠曲。
进一步的制造步骤系在隔板上设计一温度感应器，该感应器系设计成一热温度元件或薄膜感应器。该温度感应器最好系在安置致动器模组4之前加以安装于隔板。该温度感应器系能以一种分离式元件的方式来加以制造，或者系藉由不得蒸气镀覆或溅镀以及蚀刻图案的方式的薄膜技术来加以制造。
加热电阻器系可以利用薄膜技术而施加在硅基质上，尤其系在井部底部34外侧。就电阻器材料而言，最好系以溅镀的方式施加二硼化铪且接着藉由蚀刻图案的技术来制成。
藉由上述依照喷墨印刷原理来作动的印刷头1，便可以相当具有优点地扩展该喷墨印刷头的应用范围，使得在微电子或微机械与微系统科技中的连接点，能以一种简单的方式来形成。举例来说，或许亦可使用该习知喷墨印刷头，倘若其中该喷墨印刷头系具有一致动器元件，其对于热系不灵敏的。然而，最好系采用上述具有一致动器元件的印刷头，其系与媒体室形成隔离。
权利要求
1.一种喷出热流质媒体的印刷头，其具有一隔板系构成一媒体室的一壁体，且具有一与该隔板形成机械式接触的致动器，其特征在于该致动器(11)系与隔板(7)形成热隔离。
2.根据权利要求1所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该热隔离系由一安置在隔板(7)与致动器(11)之间的热屏障元件(26)所达成。
3.根据权利要求1所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该致动器(11)系一压电元件(15)。
4.根据权利要求3所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该热屏障元件(26)是该压电元件(15)的一整体结构的一部分。
5.根据权利要求3所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该压电元件(15)系具有构成该后缘壁(16)的一主动部分(24)及一形成该热屏障元件(26)的被动部分(25)，其中该压电元件(15)的主动部分(24)系具有电极(22)，且其中该被动部分(25)系设计成未具有电极。
6.根据权利要求2所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于在热屏障元件(26)的部位上的截面积系小于该致动器(11)其余部位的截面积。
7.根据权利要求1所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该媒体室(8)的其余壁体系由一基板(6)所构成，其中该基板则系由硅所构成。
8.根据权利要求1所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该致动器(11)系由一外壳(10)所包围。
9.根据权利要求1所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该致动器(11)系设计成一薄板状，且延伸在隔板(7)与外壳后缘壁(16)之间，而构成一用于致动器(11)的桥接部(W)。
10.根据权利要求8所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该外壳(10)系设计成具有电性绝缘性及/或具有较差的传热性。
11.根据权利要求8所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该外壳(10)是由一种热膨胀系数相近(最好是相同)于致动器(11)的压陶材料的材料所制成。
12.根据权利要求8所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该媒体室(8)的隔板(7)系构成一外壳壁体。
13.根据权利要求8所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该外壳(10)系与媒体室(8)形成热隔离。
14.根据权利要求8所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该外壳(10)系具有热膨胀补偿。
15.根据权利要求1所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于具有一用于媒体的加热装置(35)。
16.根据权利要求1所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于具有一冷却装置。
17.根据权利要求15或16所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该加热装置(35)及/或冷却装置是设计用于媒体室(8)。
18.根据权利要求15或16所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该加热及/或冷却装置系由一外罩(37)所包围。
19.根据权利要求18所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该外罩(37)的一壁体(34)系由基板(6)所构成。
20.根据权利要求18所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该外罩(37)系与基板(6)形成热隔离。
21.根据权利要求1所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该媒体室(8)系具有至少一个或最好复数个喷出口(2)，以喷出热流质媒体。
22.根据权利要求1所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于一保护性媒体排放口(42)系用于一种保护性媒体，该保护性媒体系用以防止热流质媒体氧化，并且可构成一保护性气体。
23.根据权利要求22所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该保护性媒体排放口(42)系位于致动器(11)的外壳(10)中。
24.根据权利要求22所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该外壳(10)系具有一用于保护性媒体的注入口(43)。
25.根据权利要求22或24所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该注入口(43)以及排放口(42)系配置在外壳(10)中，使得致动器(11)系至少安装在该保护性媒体的流动路径的部位上。
26.根据权利要求13所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该外壳(10)与媒体室之间的热隔离及/或该外壳的热膨胀补偿，系由位于外壳中的一个或复数个凹槽(27)所达成。
27.根据权利要求26所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于至少一凹槽(27)系用以做为保护性媒体排放口(42)。
28.根据权利要求26所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该凹槽(27)系在外壳的边缘(13)上形成一梳子结构。
29.根据权利要求1所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于一用于致动器(11)的固定板(39)系位于外壳(10)中，该固定板系大致平行于媒体室(8)，且其中该致动器(11)系贯穿该固定板(39)，且其热屏障元件(26)系面向该隔板(7)。
30.根据权利要求29的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该固定板(39)系由导引斜面(40)所固定及导引，其中该导引斜面(40)系设在外壳内部。
31.据权利要求1所述的一种喷出热流质媒体的印刷头，其特征在于该媒体室(8)系设有一温度侦测装置(45)，用以侦测该媒体的温度。
32.一种印刷头的使用方法，其中该印刷头系依照喷墨印刷原理来作动，且该印刷头系具有一隔热致动器，尤其系根据权利要求1项至31其中一项或以上的印刷头，该使用方法系用以供应金属焊料至一软焊连接点，尤其系一微机械及/或微电子元件的连接点。
33.一种用以制造一包含金属焊料的连接点的方法，其特征在于该焊料系依照一种根据喷墨印刷原理的装置，而以热流质焊料的方式喷出至连接点的接触形成点。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于该焊料系以至少一热流质焊料滴的方式由该装置(印刷头1)喷出。
35.根据权利要求33所述的方法，其特征在于当该焊料喷出时，其系由一防止氧化媒体所包围，且最好系由惰性气体所包围。
36.根据权利要求33所述的方法，其特征在于该位在装置(印刷头1)中的热流质焊料的温度系加以侦侧及检视。
37.根据权利要求33所述的方法，其特征在于该装置(印刷头1)系受到脉冲驱动，以喷出复数焊料滴。
全文摘要
本发明系关于一种喷出热流质媒体的印刷头,其具有一隔板系构成一媒体室外的一壁体,且具有一与该隔板形成机械式接触的致动器,其特征在于该致动器系与隔板形成热隔离。
文档编号B41J2/055GK1360531SQ00809944
公开日2002年7月24日 申请日期2000年7月6日 优先权日1999年7月6日
发明者沃夫根·威尔, 乔格·威尔德 申请人:艾科拉伊杜克弗股份有限公司