印刷线路板流体喷射装置的制造方法
【专利摘要】在实例中，流体喷射装置包括：包括导体层的印刷线路板、形成印刷线路板的表面的覆盖层、和空腔。可将打印头芯片埋入位于空腔内部的模制材料中。
【专利说明】
印刷线路板流体喷射装置
【背景技术】
[0001]在喷墨打印笔或打印杆中的打印头芯片可包括将流体(如油墨)输送至喷射室的流道。可经过在将打印头芯片支撑在喷墨打印笔或打印杆上的结构中的通道将油墨从供墨装置分配至芯片流道。可取的是缩小各打印头芯片的尺寸，例如以降低芯片的成本并因此降低喷墨打印笔或打印杆的成本。然而，较小芯片的使用会要求变成支撑这些芯片的较大结构，包括将油墨分配至芯片的通道。
【发明内容】
[0002 ]详细说明部分参考了附图，其中:
图1 -图3示出了实现流体喷射装置的一个实例的喷墨打印杆；
图4和图5示出了用于实现流体喷射装置的一个示例性打印头芯片；
图6是图1的流体喷射装置的局部放大视图；
图7示出了另一个示例性流体喷射装置；
图8示出了另一个示例性流体喷射装置；
图9-图11示出了用于制造流体喷射装置的示例性方法；
图12是说明用于制作流体喷射装置的方法的一个实例的流程图；
在这些附图中可实现各种实施例。
[0003]在附图中示出了并且在下面详细描述了各实例。附图未必是按比例绘制，附图中的各种特征物和视图可按比例放大地显示或者为了清楚和/或简洁起见示意性地显示。在所有附图中，相同的附图标记可标示相同或相似的部件。
【具体实施方式】
[0004]已开发出采用基材宽打印杆组件的喷墨打印机，用以帮助提高打印速度和降低打印成本。常规的基材宽打印杆组件包括将打印流体从打印流体供给源输送至小打印头芯片的多个部件，从该打印头芯片中将打印流体喷射到纸张或其它打印基材上。虽然减小打印头芯片的尺寸和间距对于降低成本而言继续是重要的，但将打印流体从较大的供给组件引导至较小的、更紧密间隔的芯片需要复杂的流动结构和制造工艺，这会确实地增加成本。
[0005]本文中所描述的是流体喷射结构的各种实施例，该流体喷射结构使较小打印头芯片和更紧凑芯片电路的使用成为可能，从而有助于降低基材宽喷墨打印机的成本。实现流体喷射结构的一个实例的打印头结构可包括:包括导体层的印刷线路板、在导体层上面的覆盖层、和容纳至少打印头芯片的空腔。可将多个打印头芯片埋入、胶合、或以其他方式装配于在印刷线路板内部的空腔中，使得打印头芯片的液滴喷射器暴露在印刷线路板的表面。在各种实施例中，覆盖层可使下面的导体层免受由于暴露于打印流体(例如，油墨)和其它水分所导致的腐蚀，给大致呈平面状的针对流体喷射装置操作期间的刮擦为耐用的表面提供高耐磨性和低摩擦性，并且防止模制材料流入焊盘的区域。
[0006]在各种实施例中，印刷线路板实际上增大各打印头芯片的尺寸，以便形成流体连接和电性连接以及将打印头芯片附接到其它结构，因此使较小芯片的使用成为可能。就本文中所描述的各种实施例而言，印刷线路板流体喷射装置可使长的、狭窄的和非常薄的打印头芯片的使用成为可能。例如，可以将大约26 mm长、500 μπι宽和100 μπι厚的打印头芯片埋入I mm厚的印刷线路板中，以代替常规的500 μπι厚的娃打印头芯片。可以制造和加工印刷线路板的容易度也可有助于简化页宽打印杆、和作为具有内置打印流体流道的新复合结构的其它打印头结构的制造，从而排除在基材中形成打印流体流道的困难。
[0007]在各种实施例中，流体喷射结构可以不限于打印杆或者用于喷墨打印的其它类型的打印头结构，但可应用于其它装置和其它流体流动用途。因此，在一个实例中，流体喷射结构可包括被埋入印刷线路板中的微装置，印刷电路板具有流体供给槽和在该供给槽中的流道，流体可经过流道流动到微装置。微装置例如可以是电子器件、机械装置、或微机电系统(ffiMS)装置。流体流动例如可以是流动进入或流动到微装置上的冷却流体流动、或者进入打印头芯片或其它流体分配微装置的流体流动。
[0008]本文中使用的“印刷线路板”(有时缩写为“PCB”)表示具有导电通路的非导电性基板，该基板是用于机械支撑且电性连接到电子器件并且可包括多层的堆，例如预浸层和包含金属的导体层；“微装置”表示具有一个或多个小于或等于30 mm的外部尺寸的装置，例如打印头芯片等；“薄”表示小于或等于650 Mi的厚度；“长条”表示具有至少为3的长度/宽度比(L/W)的薄的微装置；“打印头”和“打印头芯片”表示喷墨打印机或其它喷墨类型分配器中的将流体从一个或多个开口中分配出的部分。打印头包括一个或多个打印头芯片。“打印头”和“打印头芯片”并不限于使用油墨和其它打印流体的打印，而且包括其它流体的喷墨类型的分配和/或用于除打印以外的用途。
[0009]图1-图3是流体喷射装置100的一个实例的各种视图，其中将打印头芯片104埋入印刷线路板中。图4和图5是图1-图3中所示的一个芯片长条104的局部放大视图。图6是芯片长条104与印刷线路板106之间的电连接的局部放大视图。在图示的实例中，流体喷射装置100可构造成细长的打印杆，例如可以使用于单通过基材宽打印机。
[0010]流体喷射装置100可包括多个打印头102，这些打印头102被埋入细长的印刷线路板106中并且在纵向的一排中以交错配置(其中在该排中的打印头102中与该排中的另一个打印头102重叠)大体上首尾相连地布置。每个打印头102可包括至少打印头芯片长条104。尽管图中显示采用交错配置的十个打印头102，但可使用更多或更少的打印头102并且/或者可布置在不同的配置中。同样地，尽管图中显示每个打印头102具有四个打印头芯片长条104，但可使用有更多或更少的打印头芯片长条104并且/或者可布置在不同的配置中。另夕卜，尽管图中示出了一排的交错打印头102，但更多的排可以是可行的。例如，在一些配置中，流体喷射装置可包括多排的打印头102，并且在至少部分的这些配置中，多排的打印头102可打印出多种不同颜色。
[0011]各打印头102可包括单打印头芯片长条104或多芯片长条104，各长条104具有暴露在印刷线路板106表面的至少一排的液滴喷射器108，可经过这些喷射器108将打印流体从相对应的流体喷射室110中喷射出。可利用芯片粘接胶或模制材料112将打印头芯片104联接到印刷线路板106。如图所示，例如将打印头芯片104埋入位于印刷线路板106的空腔(由壁114所限定)内部的模制材料112中，以便将打印头芯片104联接在印刷线路板106的内部。
[0012]流体喷射装置100可包括在与印刷线路板106中的暴露的液滴喷射器108相对的表面上的流体供给槽/流道116，用于将打印流体提供给各打印头芯片长条104。在各种实施例中，流体供给槽/流道116可包括延伸经过印刷线路板106的表面从而使打印头芯片104暴露的插切流体供给槽。用于各打印头102的其它合适配置可以是可行的。例如，更多或更少的打印头芯片长条104可使用于更多或更少的喷射室110，并且可使用流体供给槽116或者较大的芯片(不是长条)。
[0013]打印流体可从沿在两排喷射室110之间的各芯片长条104而纵向延伸的分流管118中流入各喷射室110。可将打印流体经过连接到在芯片104下表面的打印流体供给槽/流道116的多个端口 120而注入分流管118。在图2-图5中的打印头芯片104的理想化图示示出了三层122、124、126，只是为了便于清楚地显示喷射室110、液滴喷射器108、分流管118、和端口 120。实际的喷墨打印头芯片长条104通常可以是形成于硅衬底122上的、具有图1-图5中未示出的层和元件的复杂集成电路(IC)结构。例如，可通过电端子128致动形成于(未图示)在各喷射室110处的衬底122上的热喷射元件或压电喷射元件，以便从液滴喷射器108中喷射出油墨或其它打印流体的液滴或液流。
[0014]印刷线路板106可包括多个层，这些层包括至少一层的导体层130。在许多实施例中，印刷线路板106可包括导体层与绝缘层的交替层，并且可包括重分布层或者将导体层的各种部件彼此电性连接并且/或者电性连接到在印刷线路板106外部的一个部件的导电通路。因此，尽管为简单起见在图2和图3中显示装置100包括单个导体层130，但可以想到印刷线路板106可包括其它的导体层。例如，印刷线路板106可包括在印刷线路板106的两个表面的导体层(例如，在第一表面的导体层103、和在与印刷线路板106的第一表面相对的第二表面的另一导体层)。
[0015]导体层130可包括至少一个焊盘132，该焊盘电性连接到至少一个打印头芯片104的电端子128。导体层130可将电信号传送至液滴喷射器108和/或打印头芯片104的其它元件，并且在一些实施例中可电性连接到ASIC或者被埋入印刷线路板106中的其它非打印头芯片电子器件134。至少在一些实施例中，导体层130可包括接地层，该接地层可允许静电放电。在一些实施例中，打印头芯片104可彼此电性连接。在图示的实例中，导体层130可经由连接线136电性连接到打印头芯片104。如图所示，可将连接线136包封于包封材料138中。尽管图示说明的实例示出了导线连接到印刷线路板106的打印头芯片104，但在本公开的范围内其它电互连装置可以是可行的。例如，在一些实施例中，打印头芯片104可通过焊料、导电胶等而电性互连到印刷线路板106。应当指出的是，在图6中将包封材料138省略，以便显示下面的引线接合连接。
[0016]在一些实施例中，并非将打印头芯片104的上表面电性连接到印刷线路板106(如图1-图3和图6中所示)，打印头芯片104可具有硅通孔129(如图7中所示)，该硅通孔129是用于将打印头芯片104的电端子128电性连接到在印刷线路板106下表面的导体层131。在部分的这些实施例中，打印头芯片104可经由导电通路133电性连接到导体层131。在其它实施例中，打印头芯片104可经由另一个导电通路电性连接到在印刷线路板106上表面的导体层130。
[0017]如图1-图3、图6和图7中所示，流体喷射装置可包括在印刷线路板的至少一个表面上的覆盖层140。如图1-图3和图6中所不，例如覆盖层140可形成于在印刷线路板106上表面的导体层130的上面，同时如图7和图8中所示，覆盖层140可形成于印刷线路板106的上表面和下表面的两个表面。在各种实施例中，覆盖层140可形成于导体层130/131(如图7中所示)或者印刷线路板106的另一层(如图8中所示)的上面。
[0018]在各种实施例中，覆盖层140可包含聚合物材料，例如聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、或聚对苯二甲酸乙二醇酯。在至少一些实施例中，覆盖层140可利用胶粘剂层142(例如环氧胶粘剂)而联接到印刷线路板106。如附图中所示，覆盖层140可包括与印刷线路板106的空腔(由壁114所限定)相对应的开口，并且在一些情况下可包括一个或多个其它开口，例如在其中打印头芯片104经由导线136电性连接到印刷线路板106的情况下使导体层130的焊盘132暴露的开口 146。在许多的这些实施例中，在将连接线136电性连接到焊盘132和打印头芯片104的电端子128之后，可形成包封材料138以便将开口 146覆盖。
[0019]在各种实施例中，覆盖层140可形成阻挡层，用以使下面的导体层130/131或者另一层的印刷线路板106免受由于暴露于打印流体(例如，油墨)和其它水分所导致的腐蚀。在至少一些实施例中，覆盖层140能够提供不能由常规阻焊剂或者会是反应性的或不能经受打印流体和/或机械刮擦的接触的其它材料所提供的保护。覆盖层140可为大体上呈平面状的针对在流体喷射装置100操作期间的刮擦为耐用的表面提供高耐磨性和低摩擦性。
[0020]如本文中所描述，导体层可包括接地层，可经由该接地层将静电放电电流传送至地面。在许多情况下，印刷线路板106的接地层不应处于接触打印流体和刮擦操作的状态。在各种实施例中，覆盖层140可具有电压击穿阈值，该电压击穿阈值可由覆盖层140的厚度所控制，并且可允许静电放电电流经由接地层流过并且传送至地面。例如，当电压超过4 kV时，包括25 μπι聚酰亚胺膜的覆盖层140将击穿以便安全地传送静电电流。
[0021]在这些实施例的各种实施例中，覆盖层140和模制材料112可彼此同高以便提供用于刮擦的连续平面状表面。在许多实施例中，打印头芯片104的顶层126也可与覆盖层140和模制材料112同高从而便于刮擦。在其中用包封材料将引线接合包封的实施例中，包封材料可与覆盖层140和模制材料112同高或者不同高。在其中包封材料不与覆盖层140和模制材料112同高的至少一些情况下，可取的是形成具有尽可能低的剖面的包封材料，从而便于在整个流体喷射装置表面上的刮擦。
[0022]在各种实施例中，在将打印头芯片104埋入印刷线路板106中之前，可将覆盖层140联接到印刷线路板106，如图9-图11中所示。在这些实施例中，覆盖层140可有效地形成“坝”或防水板，这可阻止在将打印头芯片104埋入印刷线路板106中时模制材料112流入在位于印刷线路板106上的焊盘132的周围的区域。图9-图11描述了用于形成覆盖层140和模制材料112使得覆盖层140和模制材料12彼此同高的一个示例性方法。如图9中所示，可在印刷线路板106的上方形成覆盖层142，然后可在至少一部分的覆盖层140的上方形成薄带150或其它水平表面，该薄带150或其它水平表面在其中可放置打印头芯片14的空腔(由壁114所限定)上方延伸。然后，可使模制材料112在打印头芯片104周围流动，以将打印头芯片104埋入到位于印刷线路板106的空腔中。
[0023]在一些实施例中，图9中所使用的印刷线路板106可以是第一亚组的印刷线路板层，在这些实施例中，在设置模制材料112之后可得将剩余的亚组的印刷线路板层联接到第一亚组的印刷线路板层，如图10中所示。在部分的这些实施例中，在将印刷线路板层联接到一起之后，可在印刷线路板106中形成流体供给槽116，如图11中所示。在其它实施例中，在联接到印刷线路板106的第一亚组的印刷线路板层之前，剩余的亚组的印刷线路板层可包括流体供给槽116。然后，可将薄带150去除而形成本文中所描述的装置。
[0024]图12是说明用于制作流体喷射装置(例如本文中参考图1-图11所描述的流体喷射装置100或打印头102或者使用其它微装置的其它流体喷射结构)的另一个示例性方法1200的流程图。方法1200可与本文中所描述的各种实施例有关，并且方法1200中所揭示的操作细节可发现于这种实施例的相关描述中。应注意的是，所描述的和/或图示说明的各种操作通常可被认为是多个非连续的操作，这相应地有助于理解各种实施例。描述的顺序不应被理解成表示这些操作是顺序依赖性的，除非另有明确说明。此外，一些实施例可包括比所描述的更多或更少的操作。
[0025]在方框1202，方法1200可开始于或继续提供包括导体层、形成印刷线路板表面的覆盖层、和空腔的印刷线路板。如本文中所描述，印刷线路板的导体层可包括用于与打印头芯片或其它微装置及用于提供静电放电保护的接地层的相互连接的焊盘。覆盖层可包含任何合适材料，例如聚合物材料。在各种实施例中，例如覆盖层可包含聚酰亚胺。
[0026]方法1200可继续将至少一个打印头芯片埋入位于空腔内部的模制材料中，使得模制材料与覆盖层同高。在用于接纳打印头芯片的制备中，可将空腔锯开或者以其他方式使空腔形成于印刷线路板中。在各种实施例中，薄带或其它水平表面可形成于至少一部分的覆盖层的上方并且在空腔上方延伸，并且可将打印头芯片从打印头芯片的下表面放置入空腔中。在这些实施例中，然后可使模制材料在打印头芯片周围流动以将打印头芯片埋入到位于空腔内部，其中借助于由薄带和打印头芯片的空腔壁所构成的模具使模制材料形成为与覆盖层同高。
[0027]在各种实施例中，在将打印头芯片埋入印刷线路板之前或之后，可将流体供给槽/流道插切经过印刷线路板。至少在一些实施例中，在将打印头芯片埋入打印头印刷线路板之后形成流体供给槽/流道可提供与将流体供给槽/流道形成入没有印刷线路板的打印头芯片中相比更加机械坚固的在其中可形成流体供给槽/流道的结构，这可导致在流体供给槽流道的形成期间较小的裂缝。另外，通过将打印头芯片联接到较大占用空间的印刷线路板，可便于对打印头芯片的处理。在其它实施例中，在将打印头芯片埋入印刷线路板中之前，印刷线路板可包括流体供给槽。
[0028]方法1200可继续将至少一个打印头芯片电性连接到印刷线路板的导体层。在各种实施例中，覆盖层可包括开口，该开口使连接线暴露以便打印头芯片可经过该开口电性连接到焊盘。在各种实施例中，打印头芯片可经过至少一根导线电性连接到焊盘。然后，可将电连接线包封在包封材料中。在一些实施例中，打印头芯片可经由打印头芯片中的硅通孔和印刷线路板中的一个或多个导电通路而电性连接到导体层，该导体层可以是印刷线路板的上表面或下表面。
[0029]本文中利用本领域技术人员常用的术语来描述说明性实施方式的各种方面，以便将他们的工作内容传达给本领域的其他技术人员。对于本领域技术人员显而易见的是，替代实施例可仅用部分的所描述的方面而实施。为了说明的目的，陈述了具体的数字、材料和构造，以便提供对说明性实施例的详尽理解。对于本领域技术人员显而易见的是，替代实施例可在没有具体细节的情况下实施。在其它情况下，将众所周知的特征物省略或简化，从而不使说明性实施例变得难以理解。
[0030]尽管在本文中已说明并描述了某些实施例，但本领域的技术人员应理解是，在不背离本公开范围的前提下，适合于实现相同目的的多种替代和/或等同的实施方式或实施例可代替本文中所图示和描述的实施例。本领域技术人员将容易地理解的是，实施例可以多种方式实施。本申请意图是涵盖对本文中所描述实施例的任何调整或变更。因此，本公开的明确意图是实施例是仅由权利要求及其等同物所限制。
【主权项】
1.一种流体喷射装置，包括: 印刷线路板，所述印刷线路板包括导体层、形成所述印刷线路板的表面的覆盖层、和空腔;和 打印头芯片，所述打印头芯片电性连接到所述导体层并且被埋入位于所述空腔中的模制材料中，使得所述模制材料与所述覆盖层同高。2.如权利要求1所述的装置，其中，所述覆盖层包含聚合物。3.如权利要求2所述的装置，其中，所述覆盖层包含聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、或聚对苯二甲酸乙二醇酯。4.如权利要求1所述的装置，其中，利用胶粘剂将所述覆盖层联接到所述导体层。5.如权利要求1所述的装置，其中，所述覆盖层包括聚酰亚胺膜、和在所述聚酰亚胺膜与所述导体层之间的环氧胶粘剂。6.如权利要求1所述的装置，其中，所述覆盖层是形成所述印刷线路板的第一表面的第一覆盖层，并且其中，所述印刷线路板包括形成所述印刷线路板的与所述第一表面相对的第二表面的第二覆盖层。7.如权利要求1所述的装置，其中，所述覆盖层包括使所述导体层的焊盘暴露的开口，并且其中，所述打印头芯片电性连接到所述导体层的所述焊盘。8.如权利要求7所述的装置，其中，利用引线接合将打印头芯片电性连接到所述印刷线路板的所述焊盘，并且其中，所述装置还包含将所述引线接合包封的包封材料。9.如权利要求1所述的装置，其中，所述打印头芯片包括延伸至下表面的硅通孔，用以将所述打印头芯片电性连接到所述导体层。10.如权利要求1所述的装置，其中，所述打印头芯片包括打印头芯片长条的布置，各打印头芯片长条被设置在所述印刷线路板中的相对应的空腔中。11.一种流体喷射装置，包括: 多个打印头芯片； 印刷线路板，所述印刷线路板具有其中埋入有所述多个打印头芯片的空腔、和电性连接到所述多个芯片的导体层;和 覆盖层，所述覆盖层形成所述印刷线路板的表面并且具有使所述空腔暴露的开口。12.如权利要求11所述的装置，其中，所述多个打印头芯片是第一多个打印头芯片，其中所述印刷线路板包括细长的印刷线路板，其中所述第一多个打印头芯片被装配在位于所述空腔中的模制材料中，并且其中所述装置包括被埋入所述印刷线路板的另一个空腔中的模制材料中的第二多个打印头芯片。13.—种用于制作流体喷射装置的方法，包括: 提供印刷线路板，所述印刷线路板包括导体层、形成所述印刷线路板的表面的覆盖层、和空腔； 将打印头芯片埋入位于所述空腔中的模制材料中，使得所述模制材料与所述覆盖层同高;和 将所述打印头芯片电性连接到所述导体层。14.如权利要求13所述的方法，还包括:在所述将打印头芯片埋入之前，将所述覆盖层形成于所述导体层的上面;和在所述将所述覆盖层形成于所述导体层的上面之后，经过所述覆盖层在所述印刷线路板中形成所述空腔。15.如权利要求13所述的方法，还包括:在所述将打印头芯片埋入之前在所述导体层的上面形成所述覆盖层;在所述形成之前所述覆盖层包括与所述空腔相对应的开口。
【文档编号】B41J2/045GK105934347SQ201480074595
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2014年1月30日
【发明人】G.G.卢特内斯基, S.J.乔伊
【申请人】惠普发展公司，有限责任合伙企业