专利名称：喷墨头供墨流道封装结构及其封装方法
技术领域：
本发明有关一种墨水匣的喷墨头结构，尤指一种具有缩小加热芯片尺寸的喷墨头结构。本发明还有关一种仅使用喷孔片与墨水匣结合，以封装喷墨头的结构与方法。
(2)背景技术随着个人电脑逐渐发展，喷墨打印机(ink jet printer)已成为非常普遍的接口设备，广泛地应用于家庭、个人工作室、甚至是各行各业。喷墨打印机的主要优点为价格低廉、操作时噪音低以及优良的打印品质，并且可打印于各种媒体，例如一般纸张、特殊喷墨打印纸张、相片纸及专用投影片等。
控制喷墨头(printhead)释出墨滴至喷墨媒体的机构为设计墨水匣需考虑的重要因素之一。一般而言，喷墨头喷出墨滴的方式主要有热气泡式(thermal bubbletype)及压电式(micro piezo type)两种。以热气泡式喷墨头为例，其操作原理是利用加热电阻器(heater resistor)加热使之产生气泡进而将墨水排挤出，并使之通过多个喷孔喷至喷墨媒体上。
请看图1，习知的喷墨头结构主要由一加热芯片11、一障壁层(barrierlayer)12及一喷孔片(nozzle plate)13所组成。加热芯片11是为一般熟习该项技术人员所知，其为具有电阻加热器(resistor heater)的芯片，为便于描述，以下简称加热芯片(heater IC)。加热芯片11包含设置于中央的供墨口(inkslot)110、一组围绕供墨口的加热电阻器(未显示)及位于加热芯片两侧的焊垫(contact pad)111。障壁层12中形成多个墨水腔(ink chamber)121，且障壁层12是于加热芯片11上形成供墨流道(ink channel)(未图示)。喷孔片13上则有多个对应于墨水腔121的喷孔131。
请看图2，使上述喷墨头封装于墨水匣(ink cartridge)的方法如下。首先使喷孔片(nozzle plate)13精密对位于加热芯片11，以形成一芯片组件(ICassembly)；接着使芯片组件与供输出入信号的软性电路板完成电连接后；最后，利用黏着剂将芯片组件胶黏于墨水匣本体2底部的喷墨头承载座21上，随即完成喷墨头封装工作。请配合看图1及图2，当使用此一墨水匣时，储存于墨水匣本体2内储墨槽(ink reservoir)(未图示)中的墨水首先自储墨槽流至底孔22，接着仅能流入加热芯片11中央的供墨口110，进入障壁层12于加热芯片11上所形成的供墨流道，因除中央供墨孔110外，其它均被芯片组件及墨水匣本体2底部的承载座21所封装；墨水不至外漏，进而再流至墨水腔121，最后则利用加热电阻器加热使之产生气泡进而将墨水排挤出，并使之通过喷孔片13上的喷孔131喷至喷墨媒体上。
采用上述封装喷墨头的结构与方法面临以下问题(一)具有中央供墨口110的加热芯片11有减弱的结构强度，因而断裂机会提高，造成良率降低；另外，为了预留中央供墨口110的缘故，因此加热芯片11不可避免地需具有相当大的尺寸，此大大提高了制造加热芯片的成本。
(二)请看图3，由于喷墨头承载座21大体上为一平坦的表面，因此，为确保IC组件有效胶黏于喷墨头承载座21以提供良好密封性，喷墨头承载座21上必须涂布相当大范围的黏着剂23，此提高喷墨头的封装成本。
此外，亦有习知技术在墨水匣本体2的喷墨头承载座21上设置一载体(carrier)(未图标)，然后以黏着剂将芯片组件黏附于载体上，以完成喷墨头封装工作。然而，这样的结构与封装方式一样会产生上述的问题，且增加载体不只使制造成本提高且容易衍生制程上的问题。
另一种封装喷墨头的结构与方法是采用卷带自动接合技术(Tape AutomatedBonding，TAB)。首先于一卷带(tape)30上制作电路(conductive traces)以形成软性电路板；再于软性电路板上的预定位置利用激光穿孔方式形成喷孔311；接着以精密对位方式使加热芯片的加热电阻器(未显示)与喷孔311一一对应，使之结合于软性电路板上，以形成一TAB组件(TAB assembly)；最后，利用黏着剂将TAB组件胶黏于墨水匣本体32的喷墨头承载座上，随即完成如图4所示的喷墨头封装工作。
利用卷带自动接合技术封装喷墨头虽可达到高度自动化封装效果，然而实务上面临许多缺点。举例来说，利用TAB组件封装时，TAB的软性电路板将与喷孔片同时于承载座黏合；将会造成黏合面不平整及黏何不易的现象，造成漏墨，是习知技术的缺陷。其次，当喷孔制作不良时，必须连同结合的软性电路板一起报废，故成本相当高；另外，本方法需要较高的对位精准度(需要同时将喷孔与加热芯片电阻器对位以及使加热芯片两端的焊垫111与软性电路板线路对位)，对位误差要求较高，因此制程技术难度高，故整体而言，利用此习知技术有相当多的缺陷。
(3)发明内容本发明的主要目的是提供一种喷墨头结构及其封装方法，特别是指仅利用喷孔片封装墨水的技术，而解决具有大面积芯片的习用墨喷头结构封装墨水所面临的问题。
本发明的另一目的是提供一种喷墨头结构及其封装方法，以解决卷带自动接合技术封装喷墨头所面临的问题。
本发明的又一目的是提供一种喷墨头供墨流道封装结构及其封装方法，以增加组装上的公差容限以及降低产品不良率。
根据本发明一方面的喷墨头供墨流道封装结构，其包含一墨水匣，用以容纳墨水且具有一承载座，该承载座是由第一承载区及第二承载区构成，其中该第二承载区具有一第一内侧壁与一第二内侧壁；一加热芯片，呈矩形且直接架设于该承载座的该第一承载区上，其中该加热芯片沿长度方向具有一第一与第二外侧壁，该第一与该第二外侧壁分别与该第二承载区的该第一及该第二内侧壁形成一第一及第二供墨流道；一障壁层，形成于该加热芯片上，且于该加热芯片的两侧暴露部分该加热芯片以及形成多个墨水腔；一喷孔片，至少覆盖于该障壁层上，且相对于该多个墨水腔处设置多个喷孔，进而延伸至该第二承载区上，该喷孔片藉由涂布黏着剂使该喷孔片仅与该第二承载区直接结合密封，以仅靠喷孔片封装该第一与该第二供墨流道结合密封墨水；以及一软性电路板，覆盖于该墨水匣外表面且具有一开口，该开口外围与该第一与该第二承载区相分离。
根据本发明的构想，其中该喷孔片是位于该软性电路板的该开口内。
根据本发明的构想，其中该喷孔片是藉涂布黏着剂而直接结合密封于该第二承载区上。
根据本发明的构想，其中该加热芯片沿宽度方向的两侧边缘进一步设置焊垫。
根据本发明的构想，其中该加热芯片上的焊垫是与该软性电路板上的预设电路形成电连接。
根据本发明的构想，其中该加热芯片的长度较该喷孔片的长度为长，且当该喷孔片与该加热芯片结合时露出该焊垫。
根据本发明的构想，其中该加热芯片的长度与该喷孔片的长度相等，且该喷孔片具有一第一及一第二缺口，以当该喷孔片与该加热芯片结合时，自该第一及第二缺口处露出该焊垫。
根据本发明的构想，其中该喷孔片是呈″H″形。
根据本发明的构想，其中该第一承载区及该第二承载区是位于不同水平面上。
根据本发明的构想，其中该第一或该第二承载区是为一突出状的平台。
根据本发明的构想，其中该第一或该第二承载区是为一具有沟槽的平台。
根据本发明另一方面的封装喷墨头供墨流道的方法，其包含下列步骤提供一墨水匣，用以容纳墨水且具有一承载座，该承载座是由第一承载区及第二承载区构成，该第二承载区具有一第一内侧壁与一第二内侧壁；提供一芯片组件，该芯片组件是由一障壁层、一加热芯片及一具有预制喷孔的喷孔片组成且共同形成供墨口与多个墨水腔，其中该加热芯片沿长度方向具有一第一外侧壁与第二外侧壁；于该承载座的该第一承载区及该第二承载区上涂布黏着剂；以及将该芯片组件胶黏于该承载座上，使该第二承载区的该第一内侧壁与该第二内侧壁分别与该加热芯片的该第一外侧壁与该第二外侧壁形成一第一供墨流道与一第二供墨流道，并使该加热芯片及该喷孔片分别且直接地结合密封于该第一承载区及该第二承载区上。
本发明可藉由下列附图与实施例的详细说明而可获得更清楚的了解。
(4)
图1是习知技艺的喷墨头结构。
图2是习知技艺中喷墨头组装于墨水匣的情形。
图3是习知技艺封装喷墨头的方法涂布黏着剂的情形。
图4是习知技艺中另一种封装喷墨头的结构与方法。
图5是根据本发明第一较佳实施例的喷墨头结构。
图6是根据本发明的喷墨头封装于墨水匣的情形。
图7是根据图6所示墨水匣结构的局部放大图。
图8是根据本发明封装喷墨头时涂布黏着剂的情形。
图9是根据本发明的喷墨头封装立体分解图。
图10是根据本发明发明的软性电路板与喷墨头相对关系示意图。
图11是根据本发明第二较佳实施例的喷墨头结构示意图。
(5)具体实施方式
请看图5，根据本发明第一较佳实施例的喷墨头结构主要由一加热芯片(heater IC)51、一障壁层(barrier layer)52及一喷孔片(nozzle plate)53所组成。加热芯片51呈矩形，其上下两侧边缘具有焊垫511。障壁层52是形成于加热芯片51上，且于加热芯片51上共同形成供墨流道及多个墨水腔521。加热芯片51相对于每一墨水腔521处设有一加热电阻器(未显示)。喷孔片53呈″H″字形，且其上方设有多个对应于墨水腔521的喷孔531。在本实施例中，加热芯片51的长度与喷孔片53的长度相等，为了避免加热芯片51与喷孔片53产生电连接，喷孔片53具有第一缺口532及第二缺口533，以当喷孔片53与加热芯片51结合时，可露出焊垫511。
显示于图5的喷墨头结构的特点是当障壁层52形成于加热芯片51上时会露出左右两侧部分加热芯片513及514(意即障壁层52呈″I″字形)，并且喷孔片53的宽度较加热芯片53为大，因此当喷孔片53与加热芯片51结合时，喷孔片53与未被障壁层52覆盖的左右两侧部分露出的加热芯片513及514间可供墨水通过。
另外，如图6及图7所示，为配合本发明特殊的喷墨头结构，墨水匣本体6的喷墨头承载座61亦设计为具有分别用以承载加热芯片及喷孔片的第一承载区611及第二承载区612。
以下将进一步说明根据本发明较佳实施例封装喷墨头的方法，其包含以下步骤(a)如图5所示，提供具有预制喷孔531(例如利用电铸或激光方式形成)的喷孔片53，且提供具有与障壁层52共同形成供墨流道及多个墨水腔521的加热芯片51；(b)如图6所示，使喷孔片53精密对位于加热芯片51，以形成一芯片组件(IC assembly)50；(c)提供如图6所示的喷墨头承载座61，并且于第一承载区611及第二承载区612上涂布黏着剂；(d)将芯片组件胶黏于喷墨头承载座61上，使得加热芯片51及喷孔片53分别且直接地定位于第一承载区611及第二承载区612，而使加热芯片51及喷孔片53仅分别与第一承载区611及第二承载区612相结合。当然，本步骤亦可配合适当的工装用具压合芯片组件，以提高密封性，使得墨水不致于外漏。
请看图6至8，由于喷墨头承载座61的第一承载区611及第二承载区612是位于不同水平面上，不仅可有效支撑加热芯片51及喷孔片53，且黏着剂63的涂布范围可适度地减少，藉此降低封装成本。另外，由图8可发现，加热芯片51沿长度方向具有一第一外侧壁515及一第二外侧壁516，且第二承载区612亦具有一第一内侧壁6121及第二内侧壁6122。其中，加热芯片516的第一外侧壁515及第二外侧壁516分别与第二承载区612的第一内侧壁6121及第二内侧壁6122相对，以分别形成第一供墨流道621及第二供墨流道622。
再请看图9，第一承载区611及第二承载区612外围可具有凹槽613，以供黏着剂溢流或分布，当然亦可为具有沟槽的平台，且沟槽可容纳黏着剂63。
请配合看图5、6和8，当使用藉本发明封装的喷墨头时，储存于墨水匣本体6内储墨槽(未图示)中的墨水首先自储墨槽流至底孔62，接着流入加热芯片51的第一外侧壁515及第二外侧壁516与第二承载区612的第一内侧壁6121及第二内侧壁6122间所形成的第一供墨流道621及第二供墨流道622，再进入障壁层52与加热芯片51间所形成的供墨流道，进而流至墨水腔521，最后则利用加热电阻器加热墨水以使墨水急速气化，进而通过喷孔片53上的喷孔531喷至喷墨媒体上。
除上述步骤(a)、(b)、(c)及(d)外，本发明的封装喷墨头的结构与方法还可进一步包含如图10所示，采用卷带自动接合技术于一卷带上制作电路以形成一软性电路板7，其中该软性电路板7具有一预设开口70，且芯片组件50是位于该预设开口70内。于此实施例中，芯片组件50的加热芯片51上的焊垫511与软性电路板7开口边缘相对应的线路71电连接，此外喷孔片53的尺寸与软性电路板7的开口70尺寸相同。当芯片组件50与软性电路板7设置于墨水匣6时，软性电路板7的预设开口70边缘会与第一承载区611与第二承载区612相分离，因此藉由涂布黏着剂可使芯片组件50的喷孔片53仅与第二承载区612接合密封，藉此便可完成喷墨头的封装工作。
图11显示根据本发明第二较佳实施例的喷墨头结构，除了加热芯片51的长度较喷孔片53的长度为长，以避免加热芯片51与喷孔片53产生电连接外，其余与图5结构相同，且封装方法亦与上述步骤相同，在此不赘述。
综上所述，本发明提供的喷墨头及其封装方法相较于习知技艺使用具中央喷墨孔的加热芯片封装喷墨头的优点如下(一)无须利用加热芯片与墨水匣本体承载座密封，则中央区域可用来制作IC线路，故可大幅减少加热芯片尺寸，进而降低加热芯片的成本。
(二)喷墨头承载座上涂布的黏着剂范围减少，亦能确保良好的密封性，因此封装成本相对较低。
(三)墨水匣本体的墨水承载座上无须另外设置载体，因此芯片组件上的加热芯片可直接与第一承载区相黏接，且喷孔片可直接与第二承载区相连接，进而可节省许多成本且减少制程上可能衍生的问题。
相较于利用TAB软性电路板及喷孔片封装技术，本发明封装喷墨头的方法亦具有以下优点(一)喷孔片是单独封装制作，可有完整且平整黏合面，不会有TAB层与喷孔片层重叠接缝，从而避免造成漏墨机率的增加。
(二)本发明是使用TAB软性电路板与喷孔片分离，可实施二阶段对位(即喷孔片与加热芯片对位，以及加热芯片的焊垫511与软性电路板的对位)，因此可以增加组装上的公差容限，且可较传统卷带自动接合技术所需的一次对位的不良率更低，因而可大大提高品质。
因此，本发明提供的喷墨头供墨流道封装结构及其封装方法具有制作简单、产品良率佳、尺寸缩小及成本低的特性，且可免除习知技艺中遇到的缺点。
权利要求
1.一种喷墨头供墨流道封装结构，其包含一墨水匣，用以容纳墨水且具有一承载座，该承载座是由第一承载区及第二承载区构成，其中该第二承载区具有一第一内侧壁与一第二内侧壁；一加热芯片，呈矩形且直接架设于该承载座的该第一承载区上，其中该加热芯片沿长度方向具有一第一与第二外侧壁，该第一与该第二外侧壁分别与该第二承载区的该第一及该第二内侧壁形成一第一及第二供墨流道；一喷孔片，至少覆盖该加热芯片部份外表面，伸至该第二承载区上，该喷孔片与该第二承载区直接结合密封，以封装该第一与该第二供墨流道；以及一软性电路板，覆盖于该墨水匣外表面且具有一开口，该开口外围与该第一与该第二承载区相分隔。
2.如权利要求1所述的喷墨头供墨流道封装结构，其特征在于该喷孔片是位于该软性电路板的该开口内。
3.如权利要求1所述的喷墨头供墨流道封装结构，其特征在于该喷孔片是藉助涂布黏着剂而直接结合密封于该第二承载区上。
4.如权利要求1所述的喷墨头供墨流道封装结构，其特征在于该加热芯片的长度与该喷孔片的长度相等，且该喷孔片具有一第一及一第二缺口，以当该喷孔片与该加热芯片结合时，自该第一及第二缺口处露出该焊垫。
5.如权利要求1所述的喷墨头供墨流道封装结构，其特征在于该喷孔片是呈″H″形。
6.如权利要求1所述的喷墨头供墨流道封装结构，其特征在于该第一承载区及该第二承载区是位于不同水平面上。
7.如权利要求1所述的喷墨头供墨流道封装结构，其特征在于该第一或该第二承载区是为一具有沟槽的平台。
8.一种喷墨头结构，其包含一墨水匣，用以容纳墨水且具有一承载座，该承载座是由第一承载区及第二承载区构成，其中该第二承载区具有一第一内侧壁与一第二内侧壁；一加热芯片，呈矩形且直接承载于该承载座的该第一承载区上，其中该加热芯片沿长度方向具有一第一与第二外侧壁，该第一与该第二外侧壁分别与该第二承载区的该第一及该第二内侧壁形成一第一及第二供墨流道；一障壁层，形成于该加热芯片上，且于该加热芯片的两侧暴露部分该加热芯片以及形成多个墨水腔；以及一喷孔片，是覆盖于该障壁层上，且相对于该多个墨水腔处设置多个喷孔，该喷孔片延伸至该第二承载区上，并藉由涂布黏着剂使该喷孔片仅与该第二承载区结合密封。
9.如权利要求8所述的喷墨头结构，其特征在于，还包括一软性电路板，覆盖于该墨水匣外表面且具有一开口，该开口外围与该第一与该第二承载区相分离。
10.一种封装喷墨头供墨流道的方法，其包含下列步骤提供一墨水匣，用以容纳墨水且具有一承载座，该承载座是由第一承载区及第二承载区构成，该第二承载区具有一第一内侧壁与一第二内侧壁；提供一芯片组件，该芯片组件是由一障壁层、一加热芯片及一具有预制喷孔的喷孔片组成且共同形成供墨口与多个墨水腔，其中该加热芯片沿长度方向具有一第一外侧壁与第二外侧壁；于该承载座的该第一承载区及该第二承载区上涂布黏着剂；以及将该芯片组件胶黏于该承载座上，使该第二承载区的该第一内侧壁与该第二内侧壁分别与该加热芯片的该第一外侧壁与该第二外侧壁形成一第一供墨流道与一第二供墨流道，并使该加热芯片及该喷孔片分别且直接地结合密封于该第一承载区及该第二承载区上。
全文摘要
本发明是为一种喷墨头供墨流道封装结构，其包含一墨水匣，用以容纳墨水且具有一承载座，该承载座是由第一承载区及第二承载区构成，其中第二承载区具有第一内侧壁与第二内侧壁；加热芯片，呈矩形且直接承载于承载座的第一承载区上，其中该加热芯片沿长度方向具有第一与第二外侧壁，第一与第二外侧壁分别与第二承载区的第一及第二内侧壁形成第一及第二供墨流道；喷孔片，至少覆盖加热芯片部分外表面，且延伸至第二承载区上，喷孔片与第二承载区直接结合密封，以封装第一与第二供墨流道；以及软性电路板，覆盖于墨水匣外表面且具有开口，开口外围与第一与第二承载区相分隔。
文档编号B41J2/175GK1593927SQ031593
公开日2005年3月16日 申请日期2003年9月10日 优先权日2003年9月10日
发明者林富山, 张英伦, 余荣候 申请人:研能科技股份有限公司