具有管芯和集成电路元件的可致动装置的制作方法

专利名称：具有管芯和集成电路元件的可致动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用可致动装置将集成电路电连接至管芯。
技术背景
微型机电系统或MEMS-基装置可以用在多种应用中，如加速器、陀螺仪、压力传感 器或换能器、显示器、光开关和流体喷射。典型地，一个或多个单独的装置形成在单个管芯 上，如形成在由绝缘材料或半导体材料形成的管芯上，所述管芯可以采用诸如光刻、沉积或 刻蚀之类的半导体处理技术处理。
一种常规类型的流体喷射模块包括具有用于喷射流体的多个流体喷射装置的管 芯和用于将信号传递至管芯的柔性印制电路(“柔性电路”)。管芯包括喷嘴、油墨喷射元 件和电触点。柔性电路包括用于将管芯的电触点与诸如产生用于控制油墨从喷嘴喷射的驱 动信号的集成电路之类的驱动电路连接在一起的引线。在一些常规喷墨模块中，集成电路 可以安装在柔性电路上。
流体喷射模块中的喷嘴的密度随着制造方法的改进而增加。例如，频繁制造在硅 晶片上的MEMS-基装置以较小的覆盖区和以比之前形成的密度高的喷嘴形成在管芯上。然 而，这种装置的较小的覆盖区可能使管芯上的电触点的可用面积减小。发明内容
描述了一种流体喷射模块，其包括管芯和用于提供控制管芯中或上的流体喷射元 件的操作的信号的集成电路元件。
在一个方面中，一种流体喷射装置包括流体喷射模块和集成电路元件。流体喷射 模块包括具有多条流体流径、多个致动器和多条导电迹线的基板，每个致动器构造为使流 体从相关的流体流径的喷嘴喷出。集成电路元件安装在流体喷射模块上，并与流体喷射模 块的导电迹线电连接，以便所述模块的电连接使得发送至流体喷射模块的信号能够被传输 至集成电路元件，在集成电路元件上被处理，并输出至流体喷射模块，以驱动致动器。
各实施方案可以包括下述特征中的一个或多个。流体喷射模块可以由硅形成。致 动器可以包括压电元件或加热元件。流体喷射模块和集成电路元件可以采用非导电粘胶或 各向异性粘胶粘接在一起。柔性元件可以与流体喷射模块电连接，以便发送至流体喷射模 块的所述信号从柔性元件传输。柔性元件可以形成在塑性基板上。流体喷射模块可以包括 输入迹线和第一输入焊盘，其中输入迹线电连接至柔性元件，并且其中第一输入焊盘电连 接至致动器，并且集成电路元件可以包括集成开关元件、连接至流体喷射模块的输入迹线 的第二输入焊盘和连接至流体喷射模块的第一输入焊盘的输出焊盘，其中集成开关元件连 接至第二输入焊盘和输出焊盘。第二输入焊盘和输出焊盘可以位于集成电路元件的靠近流 体喷射模块的表面上。可以具有多个输出焊盘和多个致动器，并且输出焊盘的数量和流体 喷射元件的数量相同。可以具有多个输出焊盘和多个致动器，输出焊盘的数量小于致动器 的数量，并且单个流体喷射模块可以具有多个集成电路元件。可以具有多个输出焊盘和多条输入迹线，并且输出焊盘的数量大于输入迹线的数量。可以具有多个第一输入焊盘和多 个致动器，并且第一输入焊和数量和输出焊盘的数量相同。可以具有多个第一输入焊盘和 多个输出焊盘，并且第一输入焊盘和输出焊盘相互靠近。可以具有多条输入迹线和多条第 二输入焊盘，并且输入迹线的数量等于第二输入焊盘的数量。输入迹线和第二输入焊盘可 以相互靠近。可以具有多条输入迹线和多个输出焊盘，并且输入迹线的数量小于输出焊盘 的数量。可以具有多条输入迹线和多个流体喷射元件，并且输入迹线的数量小于流体喷射 元件的数量。柔性元件和输入迹线可以采用非导电粘胶或各向异性粘胶粘接在一起。
在另一方面中，一种流体喷射装置，包括流体喷射模块，流体喷射模块包括流体 喷射元件和用于在致动器启动时喷射流体的喷嘴；集成电路元件，与流体喷射模块电连通； 和第一插入件，构造为保护流体喷射元件和集成电路元件免受发送到流体喷射模块中的流 体的影响。
各实施方案可以包括下述特征中的一个或多个。流体喷射模块的第一侧和第一插 入件的第一侧可以采用粘合剂结合。第一插入件可以具有结合区域，其中结合表面区域围 绕流体进口且小于第一插入件的第一侧的面积。第二插入件可以靠近第一插入件。第一插 入件可以位于流体喷射模块和第二插入件之间，并且第二插入件的第一边长于第一插入件 的第一边。第一插入件可以具有与第二插入件的流体进口和流体出口流体连通的流体进口 和流体出口。第二插入件的流体进口和流体出口可以比第一插入件的至第一插入件的中心 的流体进口和流体出口靠近第二插入件的中心。第一插入件和第二插入件可以采用粘合剂 结合在一起。
在另一方面中，一种流体喷射装置，包括印刷头模块，印刷头模块包括多个独立可 控的压电式致动器和用于在所述多个压电式致动器启动时喷射流体的多个喷嘴，其中所述 多个压电式致动器和所述多个喷嘴设置成矩阵，以便在单次通过中将流体的微滴分配至介 质上，以在所述介质上形成具有大于600dpi的密度的像素线。
这两个方面中的任一个的各实施方案可以包括下述特征中的一个或多个。所述多 个压电式致动器和多个喷嘴可以设置在矩阵中，以便在单次通过中将流体的微滴分配至介 质上，以在所述介质上形成具有大于1200dpi的密度的像素线。矩阵可以包括32行和64 列。在小于1平方英寸的区域内可以具有多于2000个的喷嘴，其中所述区域的一边大于1 英寸。多个喷嘴在小于1平方英寸的区域内可以包括550个和60000个之间的喷嘴。多个 喷嘴可以构造为喷射具有微滴尺寸在0. IpL和IOOpL之间的流体。多个喷嘴的第一侧可以 连接至印刷头模块的第一侧，并且其中印刷头模块的第一侧的面积大于多个喷嘴的第一侧 的面积。集成电路元件可以直接接触印刷头模块并与印刷头模块电连接，以便模块的电连 接使得发送至印刷头模块的信号能够被传输至集成电路元件、在集成电路元件上被处理并 输出至印刷头模块以驱动多个致动器。
在另一方面中，一种流体喷射系统，包括印刷头模块和印刷杆，该印刷头模块包括 多个独立可控的压电式致动器和用于在多个压电式致动器启动时喷射流体的多个喷嘴，其 中多个压电式致动器和多个喷嘴设置在矩阵中，印刷杆构造为使得当介质移动经过印刷杆 时，能够在单次通过中从多个喷嘴将流体的微滴分配至介质上，以在介质上形成具有大于 600dpi的密度的像素线。
一些实施方案可以包括下述优点中的一个或多个。当在管芯上具有比集成电路元件上的输出焊盘或喷射元件少的输入迹线时，可以形成高密度喷嘴矩阵，而不存在会由高 密度电触点引起的电连接问题。通过使集成电路元件和管芯采用具有小的热膨胀差异的材 料，可以进一步改善电连接。而且，插入件可以将流体喷射元件与外部环境(如流体)分开， 以避免损坏流体喷射元件。将上插入件的流体进口和流体出口移至上插入件的中心可以允 许其它元件粘附至该插入件，同时防止多余的粘合剂流入流体进口。
在此描述的多种技术可以适用于除流体喷射装置之外的MEMS-基装置。
根据权利要求和接下来的描述，本发明的其它特征和优点将变得明显。


图IA为封装好的流体喷射装置的示意性透视截面图。
图IB为图示封装好的流体喷射装置中的柔性电路的布置的示意性透视图。
图2为管芯和插入件的示意性剖视图。
图3为其中安装集成电路元件的管芯的示意性透视图。
图4为具有上插入件和下插入件的流体喷射模块的示意性剖视图。
图5为具有电路的管芯的平面图。
图6为具有集成电路元件的管芯的简化透视图。
图7为柔性电路、管芯和集成电路元件之间的电连接的示意图。
图8为柔性电路、管芯和集成电路元件的电路图。
图9为具有配置成矩阵的致动器的管芯的横截面平面图。
图10为具有上、下插入件的管芯的示意性半透明透视图。
图11为具有用于将下插入件结合至管芯的区域的油墨出口的示意性平面图。具体实施方式

在此描述流体喷射装置。示例性的流体喷射装置在图IA中示出。流体喷射装置 100包括流体喷射模块，例如，四边形板状印刷头模块，其可以为采用半导体处理技术制造 的管芯103。在美国专利No. 7，052，117中也描述了流体喷射模块，将其结合于此。从流体 喷射装置100喷射的流体可以为油墨，但流体喷射装置100可以适合其它液体，如生物液 体，用于形成电子元件的液体。
每个流体喷射装置还可以包括用于支撑并将流体提供至管芯103的壳体110，以 及其它元件，如，用于将壳体110连接至印刷杆的安装框架142，以及用于从外部处理器接 收数据并向管芯提供驱动信号的柔性电路201 (参见图1B)。壳体110可以由分隔壁130分 开，以提供进口腔132和出口腔136。每个腔132和136可以包括过滤器133和137。载送 流体的管道162和166可以通过孔152和156分别连接至腔132和136。分隔壁130可以 由位于管芯103上方的插入件组件146上的支撑件144保持。
包括流体喷射模块103和可选的插入件组件146的流体喷射组件包括用于允许流 体从进口腔132循环通过流体喷射模块103并进入出口腔136的流体进口 101和流体出口 102。通过流体喷射模块103的流体的一部分从喷嘴喷出。
参照图1B，流体喷射装置的壳体110的一部分去掉了，以示出流体喷射装置100包 括柔性印制电路或柔性电路201。柔性电路201构造为将流体喷射装置100连接至印刷机系统(未示出)。柔性电路201用来将来自印刷机系统的外部处理器的数据，如图像数据和 定时信号，传输至管芯103，用于驱动流体喷射模块上的流体喷射元件。柔性电路201还可 以用来连接用于流体温度控制的电热调节器。
参照图2，流体喷射模块103可以包括基板122，其中形成有在喷嘴126中终止的 流体流径124(在图2中仅示出一条流径)。单个流体流径1 包括油墨送料器170(图2 中表示为170的两个区域可以由延伸到纸面之外的通道连接)、升高部172、泵送室174和 在喷嘴126中终止的下沉部176。流体流径还可以包括再循环路径178，以便即使在不喷射 流体时油墨也可以流过油墨流径124。
基板122还可以包括其中所述流径由诸如刻蚀之类的半导体处理技术形成的流 径本体182、诸如硅层之类的用于密封泵送室174的一侧的隔膜180和喷嘴1 穿过其形成 的喷嘴层184。隔膜180、流径本体182和喷嘴层184每一个都可以由半导体材料(如，单 晶硅)构成。隔膜可以相对薄，如小于25 μ m,例如约12 μ m。
流体喷射模块103还包括支撑在基板122上的独立可控的致动器401，其用于引起 流体选择性地从对应流体流径124(在图2中仅示出一个致动器)的喷嘴1 喷射。每个 流径1 与其致动器401 —起提供独立可控MEMS流体喷射装置单元。
在一些实施方式中，致动器401的启动使隔膜180偏转到泵送室174中，将流体挤 出喷嘴126。例如，致动器401可以为压电式致动器，并且可以包括下导电层190、压电层 192和图案化的上导电层194。压电层192厚度例如可以在约1和25微米之间，例如，厚度 约为8至18微米。可替换地，流体喷射元件可以为加热元件。
参照图2和3，流体喷射装置100还包括一个或多个集成电路元件104，其构造为 提供用于控制流体从管芯103通过位于管芯103下侧的喷嘴的喷射的电信号。集成电路元 件104可以为除管芯103之外的微芯片，其中集成电路如由半导体制造和封装技术形成。因 此，集成电路元件104的集成电路形成在与管芯103的基板分开的半导体基板中。然而，集 成电路元件104可以直接安装在管芯103上。
参照图2和4，在一些实施方式中，流体喷射装置100的流体喷射组件包括下插入 件105，其用于将来自管芯103和/或集成电路元件104上的电子元件的流体分开。流体喷 射装置100可以包括上插入件106，其用于进一步将来自电子元件或集成电路元件104的流 体分开。通过上插入件106和下插入件105的结合处的通道212和216可以允许从/至流 体喷射装置100的壳体中的腔132和136的某个中心位置的流体到/从靠近管芯103边缘 的流体进口 412和流体出口 414的行进。而且，包含上插入件106和下插入件105的结合 处的流体喷射装置可以较容易地制造，因为下插入件105的长度可以短于上插入件106，以 允许集成电路元件104搁置在两个插入件之间。
参照图1和4，流体喷射装置100还可以包括管芯盖107，其构造为密封流体喷射 装置100中的空腔，并为流体喷射装置的与管芯103联合使用的元件提供粘合区域。管芯 盖107还可以为管芯103上方的油墨再循环提供旁路。
在图5和6中分别示出了具有电路的示例性管芯的平面图和局部透视图。管芯 103上的多个致动器401设置成列(为了简单起见，图5省略了多个致动器)。图5和6中 示出的致动器401为低压电元件，例如，每个致动器包括两个电极之间的压电层。对于每个 致动器401，电极，如上电极194，经由也位于管芯103上的导电迹线407(为了简单起见，图5仅图示了单条迹线407)连接至对应的输入焊盘402。迹线407可以在致动器401的列之 间延伸。
在一些实施方式中，流体进口 412形成在致动器401列的末端。在所述列的相对 末端，流体出口 414 (图5和6未示出，但在图3和4中示出)可以形成在管芯103的顶部。 单个流体进口和流体出口对可以为一列，两列或多列流体喷射元件401工作。穿过上插入 件106和下插入件105的通道212和216将进口 101流体连接至管芯103的进口 412，并将 管芯的流体出口 414流体连接至出口 102。管芯103还包括沿着管芯103的一个或多个边 缘设置的导电输入迹线403。迹线403可以具有约40微米或更小的间距，例如，36微米的 间距或10微米的间距。柔性电路201(参见图2)可以结合到管芯103的输入迹线403中。 例如，柔性电路201可以在管芯103的边缘处连接至迹线403的远端420 (参见图5)。所述 结合例如可以采用粘胶，如非导电粘胶(NCP)或各向异性导电粘胶(ACP)进行。
如图2、3和6所示，集成电路元件104可以以沿输入迹线403和进口 412或出口 414之间的细长区域延伸的行安装至管芯103。例如，第一行集成电路元件104可以以沿着 管芯的一个边缘上的输入迹线403和进口 412之间的细长区域延伸的第一行安装至管芯 103，第二个第一行集成电路元件104可以以沿着管芯的相对边缘上的输入迹线403和出口 414之间的细长区域延伸的行安装至管芯103。
图3中示出了具有安装至其上的集成电路元件104的示例性管芯103的透视图。 如上所述，集成电路元件104可以为安装在管芯103上分开制造的管芯。在一些实施方案 中，集成电路元件104为专用集成电路(ASIC)元件。集成电路元件104可以为例如可以包 括管芯、封装和引线的芯片。将集成电路元件104的焊盘连接至管芯103上的导电迹线的 引线可以为焊料块(参见图2)或丝焊。例如，引线可以为直接电镀在集成电路元件104的 铝焊盘上的金凸起。它们也可以为具有直接电镀在集成电路元件104的导电焊盘上的焊料 帽的铜柱形凸起。
集成电路元件104构造为提供用于控制致动器401的操作的信号，如图7所示。例 如，集成电路元件104中的集成开关元件302，例如，晶体管，可以采用电触点和引线连接至 管芯上的致动器401。因此，当信号从柔性电路201发送至管芯103上的输入迹线403时， 它可以被传输至集成电路元件104上的输入焊盘301，在集成电路元件104上被处理，如在 晶体管302处，并在输出焊盘303处输出至管芯103上的输入焊盘402，输入焊盘402由输 入迹线407连接，以驱动致动器401。
图6中示出的集成电路元件104包括连接至管芯上的输入迹线403的输入焊盘 301 (参见图7)。例如，集成电路元件104上的输入焊盘301可以连接至输入迹线403的比 输入迹线403的远端420靠近管芯103的中心的近端422。输入焊盘301和输入迹线403 可以采用集成电路元件104上的非导电粘胶(NCP)、各向异性导电粘胶(ACP)或焊料块连 接。集成电路元件104的输入焊盘301 (图3B)可以在集成电路元件104的下表面，以提供 更好的与管芯103的输入迹线403电连接。
如图7所示，集成电路元件104还包括输出焊盘303 (其通过一个或多个集成开关 元件302，如专用集成电路(ASIC)连接至集成电路元件104的输入焊盘301)。此外，集成 电路元件104上的输出焊盘303电连接至管芯103的输入焊盘402。输出焊盘303可以采 用集成电路元件104上的NCP、ACP或焊料块连接至输入焊盘402。集成电路元件104上的输出焊盘303可以在集成电路元件104的下表面，以提供更好的与管芯103上的输入焊盘 402电连接。
如所注意到的那样，集成电路元件104包括集成开关元件302。每个开关元件用 作用于将一个MEMS流体喷射装置单元的驱动电极选择性地连接至公共驱动信号源的接通 /断开开关。公共驱动信号电压在一个或多个集成电路输入焊盘301、迹线403和柔性电路 201上的对应的迹线上传送。集成开关元件302连接至集成电路元件104的输入焊盘301 和集成电路元件104的输出焊盘303。因此，集成电路元件104包括内部形成的连接，如在 输入焊盘301、集成开关元件302和输出焊盘303之间。
图8中示出了柔性电路201、集成电路104和管芯103的电路图。集成电路104的 输入焊盘301可以包括时钟线、数据线、锁存线、全通线和四条电源线。来自柔性电路201 的信号通过输入焊盘301发送至集成开关元件302，其可以包括数据触发器、锁存触发器、 或门和开关。通过数据线向数据触发器发送数据来处理所述数据。时钟线随后在数据进入 时对数据进行计时。数据串联进入，使得进入第一触发器中的第一位数据在下一位数据进 入时向下移动。在所有的数据触发器(如，64个元件)都包含数据之后，随后通过锁存线发 送脉冲，以将来自数据触发器的数据移向锁存触发器并移至流体喷射元件401。如果来自锁 存触发器的信号高，则开关打开并通过输出焊盘303将信号发送至输入焊盘402，以驱动流 体喷射元件401。如果信号低，则开口保持断开并且流体喷射元件401不被激活。
一个集成电路元件104可以包括多个集成开关元件302，如256个集成开关元件。 集成开关元件302的数量可以与管芯103上的致动器的数量或其一部分相同。而且，在一 些实施方式中，集成开关元件302的数量等于集成电路104上的输入焊盘301的数量。在 一些实施方式中，每个集成开关元件302与多于一个的输出焊盘303电连通。
所有集成电路元件104上的输出焊盘303的总数对应于管芯103上的输入焊盘 402和相关联的流体喷射元件401的数量。还可以具有例如用作加热器、温度传感器和接 地的其它焊盘。如果在单个管芯103上存在多于一个的集成电路元件104，则集成电路元 件104上的输出焊盘303的数量为流体喷射元件401数量的分数。例如，如果管芯103上 存在四个集成电路元件104，则在管芯103上存在IOM个流体喷射元件401，则每个集成电 路元件104可以具有256个输出焊盘303。
管芯103上的每个输入焊盘402电连接至集成电路元件104上的对应的输出焊盘 303。然而，还存在未连接至或连接至诸如接地之类的其它元件的附加输出焊盘303。输入 焊盘402和输出焊盘303的每个对应对彼此靠近设置，以便它们可以相互配对和电连接。 同样地，管芯103上的每条输入迹线403电连接至集成电路元件104上的对应的输入焊盘 301。输入迹线403和输入焊盘301的每个对应对彼此靠近设置，以便它们可以相互配对和 电连接。
在一些实施方式中，管芯103上的输入迹线403的数量小于管芯103上的输入焊 盘402和相关的致动器401的数量。而且，可以具有较少的输入迹线403，其通过使用至少 一条串行数据线、一条时钟线和一条锁存线从柔性电路201接收信号，以控制多个集成开 关元件302，如64个元件。
有利地，当在管芯103上存在比集成电路元件104上的输出焊盘303或喷射元件 401少的输入迹线403时，可以在流体喷射模块上形成高密度喷嘴矩阵。如图9所示，高密度矩阵可以具有设置成行和列的喷嘴和/或压电式致动器。例如，喷嘴可以设置成32行X64 列的矩阵。当介质在印刷杆下面通过时，喷嘴可以单次通过中将流体喷射在介质上，以大于 600dpi，如1200dpi或更大的密度或印刷分辨率在介质上形成像素线。
为了实现大于600dpi的印刷机分辨率，如1200dpi或更大，在小于1平方英寸的 范围内可以具有550个和60000个之间的喷嘴和/或压电式致动器401，例如2000个喷嘴 和/或致动器。包含喷嘴和/或致动器的区域，如，流体进口和出口之间的区域可以具有大 于1英寸的长度(如长度约44mm)和小于1英寸的宽度(如宽度约9mm)。
尺寸在0. OlpL和IOOpL之间，如2pL的流体微滴可以从喷嘴喷出。例如，当2pL 的流体从约12. 5微米X 12. 5微米的面积的喷嘴喷出时，在小于1平方英寸的区域内可以 具有2048个喷嘴和/或致动器。采用0. OlpL的尺寸的流体微滴，在小于1平方英寸的区 域内可以具有约60000个喷嘴和/或致动器。同样地，采用IOOpL的尺寸的流体微滴，在小 于1平方英寸的区域内可以具有约550个喷嘴和/或致动器。部分地，可以实现这种高密 度的喷嘴以及因此单次通过分辨率，因此可以存在比独立可激活的致动器少的输入迹线。
管芯103的表面的包含喷嘴的面积例如为约43. 71mmX 15. 32mm，且可以大于靠近 管芯103的喷嘴矩阵的面积，以包括用于集成电路元件104、迹线403以及油墨进口和出口 101和102的空间。高密度矩阵可以通过其中可以刻蚀的小流径的硅基板的使用并通过压 电式致动器的刻蚀增强。在于2008年5月22日递交的美国申请No. 61/055，431中进一步 描述了压电式致动器的刻蚀，通过引用将其结合于此。
这种高密度喷嘴矩阵例如可以电连接至柔性电路，而不存在由柔性电路和管芯二 者上的高密度电触点产生的电连接问题。如果对于每个单独的喷射元件，要求在柔性电路 和管芯之间电接触，则管芯上的电触点的间距不像可能要求的那样精细。
不仅更少的触点或在两个元件之间具有更大的间距的更少的触点比更密集封装 的触点容易相互对准，而且可以降低由元件材料的不同热系数引起的任何间距变化的影 响。在一些实施方式中，管芯103由硅形成，柔性电路201形成在塑性基板上，如聚酰亚胺。 当柔性电路201被加热时，塑料具有收缩的趋势。另一方面，硅很少由于温度变化而改变尺 寸或将尺寸改变至不同于塑料的程度。如果柔性电路201和管芯103被加热，由于两种材 料的热膨胀差异，迹线的间距在不同的元件上会变化很大。当在结合在一起的两个元件上 要求较少的迹线时，并且当迹线形成为较宽时，则形成管芯的材料和柔性电路的材料之间 的任何热膨胀差异，例如所述元件中的一个的膨胀或收缩很少能够引起两个元件上的迹线 的未对准。
在一些实施方式中，所述元件中的一个，如管芯103上的迹线形成为比另一个元 件上的迹线宽，但在迹线之间仍然具有足够的非导电空间，以防止迹线之间的短路或串扰。 NCP或ACP可以要求加热，以固定粘结。因此，管芯上或柔性电路上较少的迹线意味着NCP 或ACP可以用来将柔性电路结合至管芯，而不关注由于加热材料以固定所述结合引起的膨 胀或收缩。具有约25微米或更大的间距的柔性电路可以与NCP或ACP —起使用，而不关注 膨胀或收缩。
集成电路元件104可以由具有类似于管芯的热膨胀系数的材料，如硅或具有陶瓷 基板的混合电路制成。因此，当集成电路元件和管芯被加热时，这两个元件的尺寸相对于彼 此都变化很小、尺寸不变化或彼此变化相同的量。11
而且，由于在管芯103上存在比输入迹线403多的输入焊盘402，输入焊盘402通 常将具有比输入迹线403精细的间距。类似地，集成电路元件104将具有相似精细间距的 输出焊盘303组。因此，管芯103和集成电路元件104例如可以采用诸如NCP或ACP之类 的粘胶结合在一起。有利地，管芯103和集成电路元件104可以由具有小的热膨胀差异的 材料形成，以便最小化由于材料的热膨胀差异而可能出现的任何间隙或未对准。在一些实 施方式中，集成电路元件104和管芯103由相同的材料形成。因此，可以减小或消除由结合 引起的管芯上的输入焊盘和集成电路元件上的输出焊盘之间的诱导间隙。
参照图6，流体喷射装置包括用于将流体喷射元件401与外部环境分开的插入件 105。插入件105可以由具有与管芯103相同或相似的热膨胀系数的材料制成，如由硅制成， 以防止这两个元件之间的应力。虽然不是要求的，流体喷射装置还可以包括上插入件106。
如图2和6所示，下插入件105可以包括主体430和凸缘432，凸缘432从主体430 向下突出，以接触集成电路元件104和致动器401之间，如进口 412和出口 414上方的区域 中的管芯103。特别地，每个进口 412和出口 412都可以具有凸缘432，通道212和216延 伸穿过凸缘432。凸缘432将主体430保持在管芯103的上方，以形成空腔434。这防止主 体430收缩和干扰致动器401的运动。在一些实施方案中(图2中示出)，孔穿过隔膜层 180以及致动器401的层(如果存在)形成，以便凸缘432直接接触流径本体182。可替换 地，凸缘432可以接触隔膜180或覆盖基板122的其它层。此外，在一些实施方案中，一些 凸缘延伸以接触致动器401行之间的迹线407上方的管芯。
插入件105可以在电学和热学上将流体喷射元件(如，粘合剂，如BCB，导电电极， 压电材料等)与来自流体进口 101或流体出口 102的任何周围流体隔离。
下插入件105例如可以采用诸如SU-8、BCB之类的粘合剂或诸如Emerson & Cuming EccobondE 3032之类的环氧树脂结合至管芯103。上插入件106例如可以采用 诸如SU-8、BCB之类的粘合剂或诸如Emerson & Cuming Eccobond E 3032之类的环氧树 脂结合至下插入件105。此外，附着力促进剂(如，硅烷，如丙烯酸脂，甲基丙烯酞氧基三甲 氧基娃烧(mercaptopropyltrimethyloxysilane (MPTMS))，氨丙基三乙氧基娃烧(aminopr opyltriethoxysilane (APTES))和六甲基二硅胺烧(hexamethyldisilazane (HDMS)))可以 与粘合剂一起使用，以改善管芯103和下插入件105以及下插入件105和上插入件106之 间的结合。而且，插入件105和106以及管芯103的表面可以采用氩处理，以增强附着力促 进剂和插入件105和106以及管芯103的表面之间的结合。粘合剂和附着力促进剂可以通 过旋涂、汽相沉积、将部件浸入槽中、喷涂或任何其它已知的方法涂敷至下插入件105、上插 入件106或管芯103。当将元件结合在一起时，粘合剂和附着力促进剂可以涂敷至下插入件 105、上插入件106和管芯103中的一个或多个。
当将下插入件105结合至管芯103时，下插入件105可以结合至具有低的总厚度 变化(TTV)的表面，如隔膜或管芯103的基板。隔膜或基板例如可以采用刻蚀或研磨进行 处理，以实现具有低的TTV(例如，15微米或更少，10微米或更少，或5微米或更少)的目标 厚度。将下插入件105结合至具有低的TTV的表面提供了均勻的结合层，并防止流体通过 油墨进口 101或油墨出口 102泄漏，所述泄漏会引起对流体喷射元件401或集成电路元件 104的损坏。
当下插入件105和管芯103结合在一起时，通过优化用于结合的表面积可以增强12所述结合。结合表面区域越大，捕获会使所述结合变弱的气泡的机会越大。另一方面，如果 结合表面区域太小，则所述结合也会是不牢固的。在一种实施方案中，下插入件105可以采 用具有约120mm2或更小的表面积的整个表面结合在油墨进口 101和油墨出口 102附近。
在一些实施方案中，如图11所示，下插入件105可以包括围绕每个单独的进口 101 或出口 102(如，64个进口和出口)的较小的结合表面区域801。例如，下插入件105上的 结合表面区域形状形成为匹配进口 101或出口 102的形状，如方形或环形。这些较小的结 合表面区域801可以约为油墨进口 101区域的25%或更大，80%或更大，150%或更大，或 200%或更大。例如，如果油墨进口 101的面积约为0. 188mm2，则油墨进口附近的结合表面 区域801约为1. 5mm2或更小，0. 325mm2或更小，或0. 05mm2或更小。在一种实施方案中，穿 过管芯103的隔膜形成空腔，以包括管芯103的基板。空腔的尺寸占据在每个进口 101和 出口 102附近结合的下插入件105的包括用于对准802的附加区域的表面区域801。例如， 对于每个进口 101或出口 102，下插入件105上的表面积可以为约0. 15mm2，具有约.050mm 的对准容差802。
流体喷射模块103包括用于使油墨再循环通过所述模块的油墨进口 101和油墨出 口 102。流体可以通过流体进口 101进入所述模块并通过流体出口 102流出而循环。虽然 流体进口 101和流体出口 102在图3中都示出为直线对准并平行，而它们的结构不限于此。 循环通过管芯103的油墨中的一些通过喷嘴1 喷射。在一些实施方式中，喷嘴1 位于 对应的流体喷射元件401的正下面。
如已经提及的那样，在一些实施方式中，如图4和10所示，流体喷射装置可以包括 上插入件106。上插入件106的短边701或宽度可以大于下插入件105的短边，虽然它们 不需要是这样。也就是说，上插入件106可以比下插入件105宽。上插入件106和下插入 件105可以具有相同的长度。上插入件106可以搁在下插入件105的顶部和集成电路元件 104的顶部上。这种结构便于制造过程，例如，通过允许集成电路元件104放置在下插入件 105的任一侧，同时仍由上插入件106保护，而不要求为了解决集成电路元件104而刻蚀或 切掉单个下插入件105。
如图4和10所示，流体进口 101和流体出口 102允许流体流过插入件并流过管芯 103。流体进口 101和流体出口 102穿过下插入件105的段与管芯103的流体进口 101和 流体出口 102对齐。与流体进口和出口 602的位于下插入件105和管芯103中的段相比， 流体进口 101和流体出口 102的位于上插入件106中的段可以移向上插入件106的中心。 有利地，这种结构允许上插入件106免除插入件周围处的进口和出口。这允许其它元件，如 管芯盖107，粘附至插入件的周围而不阻塞任何流体开孔。而且，这种结构将流体进口 101 和流体出口 102移动得更靠近上插入件106的中心，以防止从将管芯盖结合至插入件的可 能存在的多余的粘合剂流入流体进口 101和流体出口 102。
参照图4，在一些实施方式中，上插入件106具有形成在插入件的上表面中并向下 延伸穿过该插入件的流体进口 102。从流体进口 101延伸的流体流径610可以垂直于上插 入件106的上表面延伸。在上插入件106的下表面处，也就是说，在接触下插入件105的表 面处，流体流径610的水平部分612向着上插入件106的周围远离上插入件106的中心延 伸。在一些实施方式中，水平部分612位于上插入件106的下表面中。在一些实施方式中， 水平部分612嵌入上插入件106中。水平部分612的一部分，如水平部分612的末端流体地接合至流体流径610的下插入件部分614。流体流径610的延伸至下插入件105的底部 的部分与管芯103的上表面中的进口流体连接。在一些实施方式中，管芯103的与管芯103 的上表面相对的下表面包括用于喷射流体的喷嘴606。虽然未示出，多个喷嘴可以沿着管芯 的再循环路径形成，位于管芯中的流体进口和管芯中的流体出口之间。
在可替换实施方式中，流体流径610的水平部分不是形成在上插入件106中，而是 形成在下插入件105的上表面中。在一些实施方式中，上插入件106和下插入件105都包 括一部分水平部分。在一些实施方式中，流体流径以与插入件105和106的上、下表面成一 定的角度形成。
在一些实施方式中，下插入件105直接与管芯103接触(期间具有或不具有结合 层)，上插入件106直接与下插入件105接触(期间具有或不具有结合层)。因此，下插入件 105夹在管芯103和上插入件106之间。柔性电路201结合至管芯103的位于管芯103的 上表面上周围。管芯盖107可以结合至柔性电路201的结合至管芯103的部分。柔性电路 201可以在管芯盖107的底部附近弯曲并沿着管芯盖107的外部延伸。集成电路元件104 结合至管芯103的上表面，比柔性电路201更靠近管芯103的中心轴线，如沿着管芯103的 长度走向的中心轴线，但比下插入件105更靠近管芯103的外围。在一些实施方式中，下插 入件105的侧面靠近集成电路元件104并垂直于管芯103的上表面延伸。
虽然已经描述了本发明的优选实施方式，但应当理解，这些是本发明的示例，并且 在不偏离本发明的精神或范围的条件下可以进行多种修改。例如，上述致动器为位于管芯 的与喷嘴相对的上表面上的压电式致动器，致动器可以为加热元件，和/或嵌入管芯103， 或靠近喷嘴。
权利要求
1.一种流体喷射装置，包括流体喷射模块，包括具有多条流体流径、多个致动器和多条导电迹线的基板，每个致动 器构造为使流体从相关的流体流径的喷嘴喷出；和集成电路元件，其中集成电路元件安装在流体喷射模块上，并与流体喷射模块的导电 迹线电连接，以便所述模块的电连接使得发送至流体喷射模块的信号能够被传输至集成电 路元件、在集成电路元件上被处理并输出至流体喷射模块以驱动致动器。
2.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中流体喷射模块由硅形成。
3.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中致动器包括压电元件。
4.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中致动器包括加热元件。
5.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中流体喷射模块和集成电路元件采用非导 电粘胶粘接在一起。
6.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中流体喷射模块和集成电路元件采用各向 异性粘胶粘接在一起。
7.根据权利要求1所述的流体喷射装置，还包括柔性元件，该柔性元件与流体喷射模 块电连接，以便发送至流体喷射模块的所述信号从柔性元件传输。
8.根据权利要求7所述的流体喷射装置，其中柔性元件形成在塑性基板上。
9.根据权利要求7所述的流体喷射装置，其中流体喷射模块包括输入迹线和第一输入焊盘，其中输入迹线电连接至柔性元件，并且 其中第一输入焊盘电连接至致动器；并且集成电路元件包括集成开关元件、连接至流体喷射模块的输入迹线的第二输入焊盘和 连接至流体喷射模块的第一输入焊盘的输出焊盘，其中集成开关元件连接至第二输入焊盘 和输出焊盘。
10.根据权利要求9所述的流体喷射装置，其中第二输入焊盘和输出焊盘位于集成电 路元件的靠近流体喷射模块的表面上。
11.根据权利要求9所述的流体喷射装置，其中具有多个输出焊盘和多个致动器，并且 输出焊盘的数量和流体喷射元件的数量相同。
12.根据权利要求9所述的流体喷射装置，其中具有多个输出焊盘和多个致动器；输出焊盘的数量小于致动器的数量；并且具有多个集成电路元件用于单个流体喷射模块。
13.根据权利要求9所述的流体喷射装置，其中具有多个输出焊盘和多条输入迹线，并 且输出焊盘的数量大于输入迹线的数量。
14.根据权利要求9所述的流体喷射装置，其中具有多个第一输入焊盘和多个致动器， 并且第一输入焊和数量和输出焊盘的数量相同。
15.根据权利要求14所述的流体喷射装置，其中具有多个第一输入焊盘和多个输出焊 盘，并且第一输入焊盘和输出焊盘相互靠近。
16.根据权利要求9所述的流体喷射装置，其中具有多条输入迹线和多条第二输入焊 盘，并且输入迹线的数量等于第二输入焊盘的数量。
17.根据权利要求16所述的流体喷射装置，其中输入迹线和第二输入焊盘相互靠近。
18.根据权利要求9所述的流体喷射装置，其中具有多条输入迹线和多个输出焊盘，并 且输入迹线的数量小于输出焊盘的数量。
19.根据权利要求9所述的流体喷射装置，其中具有多条输入迹线和多个流体喷射元 件，并且输入迹线的数量小于流体喷射元件的数量。
20.根据权利要求9所述的流体喷射装置，其中柔性元件和输入迹线采用非导电粘胶 粘接在一起。
21.根据权利要求9所述的流体喷射装置，其中柔性元件和输入迹线采用各向异性粘 胶粘接在一起。
22.一种流体喷射装置，包括流体喷射模块，包括流体喷射元件和用于在致动器启动时喷射流体的喷嘴；集成电路元件，与流体喷射模块电连通；和第一插入件，构造为保护流体喷射元件和集成电路元件免受发送到流体喷射模块中的 流体的影响。
23.根据权利要求22所述的流体喷射装置，其中流体喷射模块的第一侧和第一插入件 的第一侧采用粘合剂结合。
24.根据权利要求23所述的流体喷射装置，其中第一插入件具有结合区域，其中结合 表面区域围绕流体进口且小于第一插入件的第一侧的面积。
25.根据权利要求22所述的流体喷射装置，还包括靠近第一插入件的第二插入件。
26.根据权利要求25所述的流体喷射装置，其中第一插入件位于流体喷射模块和第二 插入件之间，并且第二插入件的第一边长于第一插入件的第一边。
27.根据权利要求25所述的流体喷射装置，其中第一插入件具有与第二插入件的流体 进口和流体出口流体连通的流体进口和流体出口。
28.根据权利要求27所述的流体喷射装置，其中相比第一插入件的流体进口和流体出 口至第一插入件的中心，第二插入件的流体进口和流体出口更靠近第二插入件的中心。
29.根据权利要求25所述的流体喷射装置，其中第一插入件和第二插入件采用粘合剂 结合在一起。
30.一种流体喷射装置，包括印刷头模块，包括多个独立可控的压电式致动器和用于在所述多个压电式致动器启动 时喷射流体的多个喷嘴，其中所述多个压电式致动器和所述多个喷嘴设置成矩阵，以便在 单次通过中将流体的微滴分配至介质上，以在所述介质上形成具有大于600dpi的密度的像素线。
31.根据权利要求30所述的流体喷射装置，其中所述多个压电式致动器和多个喷嘴设 置成矩阵，以便在单次通过中将流体的微滴分配至介质上，以在所述介质上形成具有大于 1200dpi的密度的像素线。
32.根据权利要求31所述的流体喷射装置，其中所述矩阵包括32行和64列。
33.根据权利要求31所述的流体喷射装置，其中在小于1平方英寸的区域内具有多于 2000个的喷嘴，其中所述区域的一边大于1英寸。
34.根据权利要求31所述的流体喷射装置，其中所述多个喷嘴在小于1平方英寸的区 域内包括550个和60000个之间的喷嘴。
35.根据权利要求31所述的流体喷射装置，其中所述多个喷嘴构造为喷射具有微滴尺 寸在0. IpL和IOOpL之间的流体。
36.根据权利要求30所述的流体喷射装置，其中所述多个喷嘴的第一侧连接至印刷头 模块的第一侧，并且其中印刷头模块的所述第一侧的面积大于所述多个喷嘴的所述第一侧 的面积。
37.根据权利要求30所述的流体喷射装置，还包括集成电路元件，其中集成电路元件 直接接触印刷头模块并与印刷头模块电连接，以便所述模块的电连接使得发送至印刷头模 块的信号能够被传输至集成电路元件，在集成电路元件上被处理，并输出至印刷头模块，以 驱动所述多个致动器。
38.一种流体喷射系统，包括印刷头模块，包括多个独立可控的压电式致动器和用于在所述多个压电式致动器启动 时喷射流体的多个喷嘴，其中所述多个压电式致动器和所述多个喷嘴设置在矩阵中；和印刷杆，构造为使得当介质移动经过印刷杆时，能够在单次通过中从所述多个喷嘴将 流体的微滴分配至介质上，以在所述介质上形成具有大于600dpi的密度的像素线。
39.根据权利要求38所述的流体喷射系统，其中印刷头构造为使得当介质移动经过印 刷杆时，能够在单次通过中从所述多个喷嘴将流体的微滴分配至介质上，以在所述介质上 形成具有大于1200dpi的密度的像素线。
40.根据权利要求39所述的流体喷射系统，其中所述矩阵包括32行和64列。
41.根据权利要求39所述的流体喷射系统，其中在小于1平方英寸的区域内具有多于 2000个的喷嘴，其中所述区域的一边大于1英寸。
42.根据权利要求39所述的流体喷射系统，其中所述多个喷嘴在小于1平方英寸的区 域内包括550个和60000个之间的喷嘴。
43.根据权利要求38所述的流体喷射系统，其中所述多个喷嘴构造为喷射具有微滴尺 寸在0. IpL和IOOpL之间的流体。
44.根据权利要求38所述的流体喷射系统，其中所述多个喷嘴的第一侧连接至印刷头 模块的第一侧，并且其中印刷头模块的所述第一侧的面积大于所述多个喷嘴的所述第一侧 的面积。
45.根据权利要求38所述的流体喷射系统，还包括集成电路元件，其中集成电路元件 直接接触印刷头模块并与印刷头模块电连接，以便所述模块的电连接使得发送至印刷头模 块的信号能够被传输至集成电路元件、在集成电路元件上被处理并输出至印刷头模块以驱 动所述多个致动器。
全文摘要
一种流体喷射装置，包括流体喷射模块和集成电路元件。流体喷射模块包括具有多条流体流径、多个致动器和多条导电迹线的基板，每个致动器构造为使流体从相关的流体流径的喷嘴喷出。集成电路元件安装在流体喷射模块上，并与流体喷射模块的导电迹线电连接，以便所述模块的电连接使得发送至流体喷射模块的信号能够被传输至集成电路元件，在集成电路元件上被处理，并输出至流体喷射模块，以驱动致动器。
文档编号B41J2/14GK102036825SQ200980118527
公开日2011年4月27日 申请日期2009年5月15日 优先权日2008年5月22日
发明者凯文·冯埃森, 安德烈斯·比伯, 约翰·A·希金森, 迪恩·A·加德纳 申请人:富士胶片株式会社