用于密封打印装置中的细流体特征的方法和结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种喷墨打印头，其包括衬底、例如墨水储存器或插入器和打印装置。打印装置可以用第一粘合剂并且用不同于第一粘合剂的第二粘合剂附连到衬底。在用第一粘合剂将打印装置附连到衬底之后可以将第二粘合剂施加到打印装置和衬底。第二粘合剂可以密封从衬底中的墨水通道到打印装置和衬底之间的位置的间隙。
【专利说明】用于密封打印装置中的细流体特征的方法和结构
【背景技术】
[0001]按需滴墨喷墨技术在打印工业中广泛地使用。使用按需滴墨喷墨技术的打印机可以使用热喷墨技术或压电技术。尽管它们在制造上比热喷墨器更昂贵，但是通常青睐压电喷墨器，原因是它们可以使用更多样的墨水。
[0002]压电喷墨打印头典型地包括挠性隔膜和附连到隔膜的压电元件(S卩，换能器或PZT)的阵列。当电压典型地通过与电耦合到电压源的电极的电连接施加到压电元件时，压电元件弯曲或偏转，导致隔膜挠曲，通过喷嘴从室排出一定量的墨水。挠曲还将墨水从主墨水储存器通过开口吸引到室中以代替排出墨水。
[0003]喷墨打印头可以包括半导体模片，例如硅模片、喷道(jet stack)子组件、打印头子组件或作为打印装置的另一结构，其与墨水储存器流体连通。打印装置典型地使用B阶粘合剂附连到墨水储存器，或附连到墨水储存器和打印装置的中间插入器。使用低成本热固性粘合剂产生打印装置和墨水储存器之间的不透流体密封会是挑战。密封故障和缺陷可以包括打印装置和墨水储存器之间的粘合剂的空洞，因此导致墨水可以泄漏到非期望位置的部位。在粘结期间当从打印装置和墨水储存器之间侧向地推动粘合剂时会产生另一故障(挤出)。挤出会导致打印装置和墨水储存器之间的墨水泄漏或由开口、例如配置成用于通过墨水的墨水通道内的粘合剂引起的堵塞(阻塞)。此外，粘合剂的适当放置是个问题，特别随着装置尺寸的减小。而且，粘结线控制(即，当粘合剂分配到表面上时的粘合剂的适当厚度)是个问题，原因是过量粘合剂造成挤出、开口堵塞和粘合剂空洞。这些粘合剂问题会不利地影响流体密封并且导致打印装置通过墨水端口堵塞和外部泄漏出现故障。对于某些设计实现方式与粘合剂相关的缺陷会更成问题。例如，位于其相应装置的物理边缘处的50到100微米的范围内或更小的细微型流体特征会更加难以密封。在该情况下，诸如缺少可用粘结区域和高堵塞风险的障碍需要用于粘结的新方法。
【发明内容】
[0004]在本教导的实施例中，一种用于形成喷墨打印头的方法可以包括用第一粘合剂将包括至少一个流体路径的打印装置附连到衬底，其中所述衬底包括配置成使墨水通过所述衬底的墨水通道，所述第一粘合剂包括第一粘度，并且在将所述打印装置附连到所述衬底之后，气隙保持在所述打印装置和所述衬底之间。所述方法还包括进一步用具有比所述第一粘度高的第二粘度的第二粘合剂将所述打印装置附连到所述衬底，其中所述第二粘合剂物理地接触所述打印装置和所述衬底并且密封所述气隙。
[0005]在本教导的另一实施例中，一种喷墨打印头可以包括衬底，所述衬底包括配置成使墨水通过所述衬底的墨水通道；第一粘合剂，所述第一粘合剂将包括至少一个流体路径的打印装置附连到所述衬底，其中所述第一粘合剂插入所述打印装置和所述衬底之间；以及第二粘合剂，所述第二粘合剂具有的化学成分不同于所述第一粘合剂的化学成分，所述第二粘合剂进一步将所述打印装置附连到所述衬底，其中所述第二粘合剂物理地接触所述衬底和所述打印装置的边缘并且密封从所述墨水通道到所述打印装置和所述衬底之间的位置的间隙。
[0006]在本教导的另一实施例中，一种喷墨打印机可以包括至少一个喷墨打印头。所述喷墨打印头可以包括衬底，所述衬底包括配置成使墨水通过所述衬底的墨水通道；第一粘合剂，所述第一粘合剂将包括至少一个流体路径的打印装置附连到所述衬底，其中所述第一粘合剂插入所述打印装置和所述衬底之间；以及第二粘合剂，所述第二粘合剂具有的化学成分不同于所述第一粘合剂的化学成分，所述第二粘合剂进一步将所述打印装置附连到所述衬底，其中所述第二粘合剂物理地接触所述衬底和所述打印装置的边缘并且密封从所述墨水通道到所述打印装置和所述衬底之间的位置的间隙。所述喷墨打印机还可以包括封闭所述至少一个打印头的打印机外壳。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]包含在该说明书中并且构成该说明书的一部分的附图示出本教导的实施例并且与描述一起用于解释本公开的原理。在附图中:
[0008]图1、2、3A和4A是平面图，并且图3B和4B是横截面，描绘可以根据本教导的实施例形成的过程中打印头子组件；以及
[0009]图5是根据本教导的实施例的包括一个或多个打印头的打印机的透视图。
【具体实施方式】
[0010]当在本文中使用时，除非另外指出，词语“打印机”包含为了任何目执行打印输出功能的任何装置，例如数字复印机、编书机、传真机、多功能机、静电照相装置等。除非另外指出，词语“聚合物”包含由长链分子形成的多种多样的碳基化合物中的任何一种，包括热固性聚酰亚胺、热塑性塑料、树脂、聚碳酸酯、环氧树脂和本领域已知的相关化合物。此外，术语“衬底”可以包含打印头插入器、打印头墨水储存器或打印装置所附连到的任何打印头表面，其中表面具有用于墨水通过衬底的槽、通道或孔。附加地，除非另外指出，术语“打印装置”可以是半导体模片、打印头喷道子组件、打印头子组件或包括至少一个微型流体路径或多个微型流体路径的任何打印头结构，其中多个流体路径配置成用于墨水的流动和/或墨水的喷射、例如墨水通过喷嘴或孔口的喷射。
[0011]本教导的实施例可以导致喷墨打印头中的两个或更多个结构之间的更可靠和更高收益(更低缺陷)流体密封。两个或更多个结构可以包括打印装置，例如半导体模片、喷道子组件或其它打印头子组件，以及打印头衬底，例如墨水储存器或墨水储存器和打印装置之间的聚合物插入器。尽管下面的描述参考作为打印装置的半导体模片大体上描述实施例，但是将理解本教导的实施例可以包括任何打印装置。
[0012]图1-4是在用不透流体密封件将两个或更多个打印头结构物理地连接在一起的本教导的实施例期间可以形成的过程中结构的平面图和横截面。图1是平面图，描绘了衬底10，例如可以是聚酰亚胺的聚合物插入器，墨水储存器和一个或多个打印装置可以在相对两侧附连到所述衬底。将理解所示的结构是本教导的特定使用的举例说明，但是在本教导的其它实施例中不同结构可以连接在一起。此外，本领域的普通技术人员将显而易见附图表示一般化示意图并且可以增加其它部件或者可以去除或修改现有部件。
[0013]图1的插入器10包括配置成传送来自插入器10的相对侧的墨水储存器48 (图4B)的墨水的墨水通道12。插入器10可以帮助对准不具有墨水通道的适当尺寸、位置和几何形状的结构的墨水通道12。墨水通道12可以部分地由沿着插入器10的边缘的材料的窄部段14限定。
[0014]图2描绘在作为第一模片粘结步骤(即，第一打印装置粘结步骤)施加可以是模片粘结环氧树脂的图案化第一粘合剂20之后的图1的插入器10。可以使用任何充分的技术、例如移印、丝网印刷等施加模片粘结环氧树脂20。在实施例中，模片粘结环氧树脂20例如可以是可移印、B阶、导热粘合剂,例如可从马萨诸塞州Ayer的Creative Materials获得的产品型号EXP2620-50，或另一种粘合剂。B阶粘合剂是公知的。由于粘合剂20在打印期间暴露于墨水、例如熔融固体墨水，材料应当化学地耐受墨水并且在高温下稳定。此外，粘合剂20可以具有在大约2帕-秒(Pa.s)到大约IOOPa.s之间、或在大约5Pa.s到大约50Pa.s之间、或在大约8Pa.s到大约20Pa.s之间的粘度。在该粘度下，模片粘结粘合剂具有足够的粘性使得它阻止流动到墨水通道12中，同时保持它对于移印或丝网印刷的适合性。
[0015]在使用移印将模片粘结环氧树脂20施加到插入器10或另一衬底的实施例中，移印机使墨杯在不锈钢板中的化学蚀刻图案上经过。杯的运动用作刮刀以将环氧树脂留在钢板中的凹陷内。环氧树脂可以在刮除之后部分地胶化，并且然后气动操作垫接触环氧树脂图案、提升环氧树脂远离钢板、将自身重定位在插入器10上并且压印插入器10，留下大约5μπι厚的环氧树脂20的层。环氧树脂的多次压印可以用于将厚度积累到例如大约25 μ m至IJ大约50μπι之间，或适合于隔离由墨水通道12限定的路径的另一厚度。
[0016]与一些常规过程相比，所示的实施例不沿着材料的窄部段14放置粘合剂20。由于它的窄尺寸，沿着该部段14放置粘合剂20会是困难的。粘合剂20的错误放置会导致粘合剂部分地或完全地堵塞墨水通道12和/或随后将半导体模片、喷道子组件或其它打印装置30 (图3)附连到插入器10的不充分粘合，这会导致打印装置30和插入器10之间的墨水的泄漏。此外，打印装置30自身的错误放置会导致材料的窄部段14和打印装置30之间的不充分密封。
[0017]接着，至少一个打印装置30、例如半导体(例如，硅)模片、喷道子组件或在打印期间用作打印装置的其它结构与插入器10对准并且使用模片粘结环氧树脂20附连到插入器10，如图3Α的平面图和图3Β的横截面中所示。为了简化起见，在本文中描述半导体模片用作打印装置，但是将理解其它打印装置可以用作半导体模片打印装置的替代或附加。在附连半导体模片30之后，可以使用适合于粘合剂20的技术固化模片粘结环氧树脂20。模片粘结环氧树脂20用于将模片30机械地固定到插入器10，并且还在模片30之下的位置处流体地密封和隔离墨水通道12。
[0018]图3的模片30或其它打印装置包括作为流体路径(例如，墨水路径)的多个墨水入口 32，例如均包括96个或更多个墨水入口的一排或多排入口。每排墨水入口 32必须与插入器10中的墨水通道12对准。将领会尽管图3Α描绘墨水入口 32的相对位置，但是这些特征典型地在模片30中部分地蚀刻，如图3Β中所示，并且典型地在图3Α的平面中从模片30的顶部不可见。此外，打印装置30也典型地包括连接到墨水入口 32并且将墨水跨过模片30引导到其它位置的多个墨水通道，但是为了简化起见未描绘模片内的墨水通道。
[0019]尽管模片粘结环氧树脂20在图3Α和3Β中所示的粘结位置处提供模片30和插入器10之间的不透流体密封，但是在过程中的该点在模片30和插入器10的材料的窄部段14之间存在气隙或空隙，这将导致模片30和插入器10之间的泄漏路径34。为了密封该间隙，作为第二模片粘结步骤，施加物理地接触模片30和插入器10的高粘度密封包胶剂或粘合剂40的小珠，如图4A和4B中所示。密封粘合剂40在模片30和插入器10之间的模片30的边缘和插入器10的上表面处密封间隙。密封粘合剂40可以使用例如加压注射器42和针头分配尖端43作为非图案化模片粘结粘合剂沿着模片30的周边被施加，并且然后使用适合于粘合剂40的过程进行固化。将理解包括图4B中所示的注射器42的附图的各种结构为了示例目的被描绘并且不必按比例绘制。
[0020]为了本公开的目的，密封粘合剂40被认为是非图案化粘合剂，原因是在与插入器10初始接触时它的形状(例如，在注射器淀积实施例中当与插入器10初始接触时粘合剂的一部分44保持在注射器42中)不同于在它的施加完成时它的形状。这与模片粘结粘合剂20形成对比，其当与插入器10初始接触时具有它的最终形状。在实施例中，密封粘合剂40可以是可从康涅狄格州Rocky Hill的Henkel Corporation获得的HysolFP4451,或具有足够用作高粘度密封包胶剂的性质的另一粘合剂。密封粘合剂40作用为密封墨水通道12的位置中的每个模片30的基部处的周边。密封粘合剂40因此应当化学地耐受墨水并且在高温下稳定。在该步骤中，使用更高粘度的材料(即，比模片粘结粘合剂20的粘度高)以最小化在每个模片30之下在每个模片30和插入器10之间的粘合剂40的芯吸。这样的芯吸具有堵塞墨水通道12的可能性。在实施例中，在施加期间，密封粘合剂40可以具有在大约200Pa.s到大约3000Pa.s之间、或在大约500Pa.s到大约1800Pa.s之间、或在大约IOOOPa *s到大约1500Pa *s之间的粘度。高粘度粘合剂用于密封粘合剂40和低粘度粘合剂用于模片粘结环氧树脂20因此包括两步式模片粘结过程，其中每种粘合剂粘结模片30的不同位置。如图4A的左侧和右侧所示，密封粘合剂40可以被施加以在模片30的边缘处与模片粘结环氧树脂20重叠以完成不透墨水密封。在另一实施例中，密封粘合剂40的端部可以邻接并且物理地接触模片粘结粘合剂20的边缘。在又一实施例中，密封粘合剂40可以不物理地接触模片粘结粘合剂20。
[0021 ] 因此本教导的实施例可以包括使用图案化粘合剂和非图案化粘合剂。在模片之下需要厚度控制和图案化的情况下，移印过程、丝网印刷过程或另一图案化粘合剂施加过程可以用于施加图案化粘合剂。在其它位置中，例如使用加压注射器淀积施加非图案化粘合剂足以密封打印装置和衬底之间的间隙。
[0022]材料的窄部段14很靠近并且部分地限定墨水通道12。通过在将模片30初始附连到衬底之后使用注射器淀积将第二粘合剂40施加到材料的窄部段14，几乎不必担心第二粘合剂40的粘合剂粘结线厚度。由于当施加第二粘合剂40时模片30已经部分地附连到衬底10，因此不必担心第二粘合剂40挤出到墨水通道12中。任何过量的第二粘合剂40保留在材料的窄部段14上并且不侵入墨水通道12中。此外，模片30的边缘可以用作用于施加第二粘合剂40的导向件。例如，在第二粘合剂40的淀积期间淀积注射器42的针头43可以与模片30的边缘对准，如图4B中所示。在单粘合层用于将整个模片附连到衬底10的过程中在将粘合剂40放置到衬底10上期间使用模片或其它打印装置的边缘进行对准是不可能的。只要打印装置30适当地定位，打印装置30的边缘可以用于使第二粘合剂40与材料的窄部段14对准。这保证第二粘合剂40相对于打印装置30和材料的窄部段14适当地放置。
[0023]使用两种不同类型的粘合剂，例如具有第一较低粘度和第一化学成分的第一粘合剂和具有第二较高粘度(即，比第一粘合剂的粘度高)和不同于第一化学成分的第二化学成分的第二粘合剂，有助于保证通过衬底到达打印装置的墨水通道被密封，因此保证打印期间的适当打印头操作。而且，打印装置和衬底之间的适当流体流动允许在将组件投入更大阵列之前失效(de-prime)和预测试打印装置的每个压电致动器。模块的该资格预审有助于保证可接受的高阵列产出率。
[0024]另外，用作模片粘结粘合剂20的热固性粘合剂相比于其它组装和封装技术(例如金焊)比较便宜。热固性材料可以在允许包含PZT致动器材料的装置的粘合剂固化的较低温度下固化，原因是固化所需的低温度避免PZT致动器阵列的脱芯。此外，该过程可以给设计赋予自由范围，否则设计例如在墨水端口可用的位置方面受到严格限制。换句话说，围绕墨水通道使用高粘度粘合剂减小由粘合剂导致的挤出和堵塞，并且仍然允许B阶粘合剂将模片物理地附连到衬底、例如墨水储存器或插入器的优点。
[0025]一旦完成图4的打印头子组件46，子组件42可以与其它已知的打印头子组件一起使用以形成打印头，例如喷墨打印头。为了示例目的，图4B示意性地示出通过插入器10中的墨水通道12将墨水56供应到打印装置30中的墨水入口 32的墨水储存器48。
[0026]图5描绘包括打印机外壳52的打印机50，包括本教导的实施例的至少一个打印头54已安装在所述打印机外壳中并且所述打印机外壳封闭打印头54。在操作期间，墨水56从一个或多个打印头54喷射。打印头54根据数字指令操作以在打印介质58、例如纸片材、塑料等上产生期望图像。打印头54可以在扫描运动中相对于打印介质58来回移动以逐行地生成打印图像。替代地，打印头54可以保持固定并且打印介质58相对于它移动，在单次通过中产生与打印头54 —样宽的图像。打印头54可以比打印介质58窄或一样宽。在另一实施例中，打印头54可以打印到中间表面、例如旋转鼓或带(为了简化起见未描绘)以便随后转印到打印介质。
【权利要求】
1.一种用于形成喷墨打印头的方法，其包括: 用第一粘合剂将包括至少一个流体路径的打印装置附连到衬底，其中: 所述衬底包括配置成使墨水通过所述衬底的墨水通道； 所述第一粘合剂包括第一粘度；并且 在将所述打印装置附连到所述衬底之后，在所述打印装置和所述衬底之间留有气隙；以及 进一步用具有比所述第一粘度高的第二粘度的第二粘合剂将所述打印装置附连到所述衬底，其中所述第二粘合剂物理地接触所述打印装置和所述衬底并且密封所述打印装置和所述衬底之间的所述气隙。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括: 使所述衬底与所述第一粘合剂接触，其中在使所述衬底与所述第一粘合剂接触期间，所述第一粘合剂具有在大约2帕-秒(Pa.s)到大约IOOPa.s之间的粘度；以及 使所述衬底与所述第二粘合剂接触，其中在使所述衬底与所述第二粘合剂接触期间，所述第二粘合剂具有在大约200Pa.s到大约3000Pa.s之间的粘度。
3.根据权利要求1所述的方法，其还包括: 使用移印过程或丝网印刷过程将所述第一粘合剂施加到所述衬底；以及 使用加压注射器淀积过程将所述第二粘合剂施加到所述衬底和所述打印装置的边缘。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括: 使用加压注射器将所述第二粘合剂淀积到所述衬底上；以及 在将所述第二粘合剂淀积到所述衬底上期间使所述注射器的尖端与所述打印装置的边缘对准。
5.根据权利要求1所述的方法，其还包括: 将B阶第一粘合剂施加到所述衬底； 在将所述打印装置附连到所述衬底期间使所述B阶粘合剂与所述打印装置接触； 在将所述打印装置附连到所述衬底期间固化所述B阶粘合剂； 在固化所述B阶粘合剂之后，在进一步将所述打印装置附连到所述衬底期间将密封包胶剂第二粘合剂施加到所述衬底和所述打印装置；以及 在进一步将所述打印装置附连到所述衬底期间固化所述密封包胶剂第二粘合剂。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底是聚合物插入器并且所述方法还包括将所述插入器附连到墨水储存器，其中墨水由所述墨水储存器通过所述墨水通道供应到所述打印装置。
7.根据权利要求1所述的方法，其还包括: 将所述第一粘合剂施加到所述衬底，其中在与所述衬底初始接触时，所述第一粘合剂是图案化粘合剂；以及 将所述第二粘合剂施加到所述衬底，其中在与所述衬底初始接触时，所述第二粘合剂是非图案化粘合剂。
8.—种喷墨打印头，其包括: 衬底，所述衬底包括配置成使墨水通过所述衬底的墨水通道； 第一粘合剂，所述第一粘合剂将包括至少一个流体路径的打印装置附连到所述衬底，其中所述第一粘合剂插入所述打印装置和所述衬底之间；以及 第二粘合剂，所述第二粘合剂具有的化学成分不同于所述第一粘合剂的化学成分，所述第二粘合剂进一步将所述打印装置附连到所述衬底，其中所述第二粘合剂物理地接触所述衬底和所述打印装置的边缘并且密封从所述墨水通道到所述打印装置和所述衬底之间的位置的间隙。
9.根据权利要求8所述的喷墨打印头，其中所述第一粘合剂是B阶粘合剂并且所述第二粘合剂是密封包胶剂。
10.根据权利要求8所述的喷墨打印头，其中所述第二粘合剂与所述第一粘合剂重叠使得所述第一粘合剂的一部分插入所述衬底和所述第二粘合剂的一部分之间。
【文档编号】B41J2/14GK103963469SQ201410027446
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2013年2月5日
【发明者】B·R·多兰, M·A·赛卢拉, P·J·奈斯特龙, J·P·迈耶斯, L·G·丁曼 申请人:施乐公司