本发明涉及流体喷射头结构，且具体来说涉及有效地减低安装在流体递送装置上的芯片的应力及变形的流体喷射头。
背景技术：
随着制作喷射头的技术不断进步，例如喷墨打印机(ink printer)、汽化装置(vapor evaporation device)等流体喷射装置的流体喷射头持续得到改善。正在不断开发新的技术来提供低成本、高可靠性的流体喷射头结构，以便可以高的良率以及相对小量的损坏或喷射头损伤来制造所述流体喷射头结构。
为提高喷射头速度及容量输出，正在开发喷射致动器的数目增多的较大的喷射头。然而，随着喷射头大小增大以及喷射致动器的数目增多，制造设备及技术需要满足这种喷射头的增大的容差需求。零件容差的轻微变化可对适合的喷射头产品的运行及良率造成显着影响。
流体喷射头的主要组件是芯片或含有芯片的流体喷射器致动器、以及贴合到芯片的喷嘴板。芯片通常由硅制成且含有沉积在芯片的装置表面上的各种钝化层、导电金属层、电阻层、绝缘层及保护层。对于热流体喷射头来说，在电阻层中界定有单独的加热器且每一个加热器电阻器对应于喷嘴板中的喷嘴孔以加热流体并从喷射头朝目标介质喷射流体。流体喷射头也可包括气泡泵型喷射头(bubble pump type ejection head)。在顶部喷出型喷射头(top-shooter type ejection head)中，喷嘴板贴合到芯片且存在流体腔室及用于将流体引导到芯片上的加热器或气泡泵中的每一个的流体馈送通道，所述芯片形成在喷嘴板材料或单独的厚膜层中。在顶部喷出型喷射头的中心馈送设计中，从狭槽或通孔将流体供应到通道及腔室，所述狭槽或通孔在传统上通过穿透芯片的厚度进行化学蚀刻或喷砂而形成。通常使用热固化粘合剂将含有喷嘴板的芯片结合到热塑性本体(thermoplastic body)以提供流体喷射头结构。
热固化工艺在高温下将各组件固定在一起。加热器芯片具有相对低的热膨胀系数(coefficient ofthermal expansion，CTE)，而塑料本体具有相对高的热膨胀系数。对各个组件进行加热会使每一个组件根据其各自的热膨胀系数膨胀。当各零件冷却且收缩时，热膨胀系数较高的塑料本体的收缩程度比热膨胀系数较低的硅加热器芯片的收缩程度大，从而在芯片上造成热应力。芯片及本体的力-偏移(force-deflection)(弹簧比率(spring rate))特性决定每一个零件的均衡偏移(equilibrium deflection、)。
为解决芯片及塑料本体冷却时与芯片的热收缩相关的问题，已将陶瓷衬底贴合到芯片。然而，陶瓷衬底实质上会增大喷射头的成本。也使用了芯片的通孔区域中的硅桥(silicon bridge)，但是这种硅桥会在芯片通孔区域中引起流体流动问题。
芯片畸变及开裂的主要原因被认为是芯片与热塑性本体之间的热膨胀系数失配。在制造期间，当芯片及本体经历粘合固化循环时，在组件冷却时引入了芯片畸变。因此，仍然需要能够提供改善的喷射头组件及结构而不会因芯片开裂造成产品损失的改善的制造工艺及技术。
技术实现要素：
针对上述，提供一种流体喷射头，所述流体喷射头具有流体供应本体，所述流体供应本体具有其中形成有至少一个流体供应口的鼻口件(nosepiece)。基座紧邻所述至少一个流体供应口从所述鼻口件的外表面向外延伸。所述基座具有周边边缘，在一些情形中，所述周边边缘是狗骨型的。在所述周边边缘内形成有半导体芯片安装表面。
柔性电路结合表面也邻近所述基座的所述周边边缘从所述鼻口件的所述外表面向外延伸。在某些情形中，所述基座具有相对的侧表面及相对的端部表面，且所述柔性电路结合表面邻近所述基座的所述侧表面及所述端部表面中的每一者。在其他情形中，柔性电路结合表面可仅沿基座的各个侧表面定位。
损伤减低结构位于所述基座的所述周边边缘与所述柔性电路结合表面之间以减低对安装在所述基座上的半导体芯片的损伤。在某些情形中，所述损伤减低结构是空隙空间。所述空隙空间将所述基座与周围的柔性电路结合表面隔离以使得作用在流体供应本体上的损伤性冲击(例如由跌落造成的冲击)在到达柔性电路结合表面以及安装在柔性电路结合表面上的芯片之前得到减低或消除。在其他情形中，所述损伤减低结构可为耐腐蚀的能够压缩的构件，例如硅酮橡胶。
在某些实施例中，所述柔性电路结合表面包括多个肋。优选地，肋(或其一部分)具有适用于形成柔性电路结合表面的实质上平坦的顶表面。
肋的长度及厚度可根据需要变化，以改善基座与周围的柔性电路结合表面的隔离，但同时总体上为芯片与流体供应本体提供充分的结构支撑。在某些实施例中，可使用肋的混合，所述肋的混合包括具有第一长度的肋与具有第二长度的肋。举例来说，在某些实施例中，所述基座具有相对的侧表面及相对的端部表面，且邻近每一侧表面定位有至少三个肋且邻近所述基座的每一个端部表面定位有至少两个肋。另外，所述肋可以相对于其他肋而言以不同的角度取向。举例来说，所述流体供应本体可包括第一肋及相对于所述第一肋以角度θ取向的第二肋。所述角度θ可变化，且在某些情形中大于0°且小于180°。在其他情形中，角度θ大于45°且小于135°。
优选地，朝向基座延伸的肋不接触基座，以便维持基座与柔性电路结合表面的隔离。在所述多个肋中的每一对相邻的肋之间定位有损伤减低结构。在某些情形中，所述损伤减低结构是空隙空间。在其他情形中，所述损伤减低结构可为耐腐蚀的能够压缩的构件，例如硅酮橡胶。
附图说明
通过结合以下附图参照优选实施例的详细说明，本发明的其他优点可显而易见，其中在所有几个视图中，相同的参考编号指示相同的元件，其中夸大各个图是为了易于理解而非旨在说明各特征的相对厚度，且其中：
图1及图2是现有技术的流体喷射头的某些部分的透视图。
图3是根据本发明实施例的具有基座芯片安装表面的流体供应本体的透视图。
图4是图3所示流体供应本体的一部分的剖视图，其示出基座芯片安装表面。
图5是图3所示流体供应本体的一部分的剖视图，图3示出位于用于喷射头的盒体内的过滤器及过滤塔(filter tower)。
[符号的说明]
10：本体
12：芯片
14：狭槽
16：芯片槽
18：表面
20：狭槽
100：流体喷射头
102：本体
104：鼻口件
106：流体供应口
108：基座
110：安装表面
112：柔性电路结合表面
114：肋
115：损伤减低结构
L、X：长度
T、Y：厚度
W：宽度
θ：角度
具体实施方式
在图1及图2中示出了用于提供由贴合到本体的流体喷射头喷射的流体的现有技术热塑性本体10的实例。仅出于简化目的，术语“芯片”旨在包括其上包含有流体喷射器的半导体芯片以及贴合到芯片的喷嘴板，所述半导体芯片及所述喷嘴板共同地提供流体喷射头。流体喷射头组件的细节在本领域中是众所周知的，因此此处不再对其予以赘述。在喷射头的组件中，芯片12是最关键的组件。芯片12可由半导体材料或陶瓷材料制成，且与本体10相比是易碎的。因此，必须注意确保在流体喷射头的组装期间或在使用期间芯片12不会受到损伤。然而，目前的设计为芯片12提供的保护不充分，且因此芯片12易于受到损伤。在以下说明及所附权利要求中，用语“损伤”可指代可能会对流体喷射头的芯片性能造成不利影响的应力(包括热应力或跌落应力)、冲击、振动等。
参照图1，包括芯片12的喷射头在本体10的表面18中的芯片槽16或凹陷区域中贴合到本体10。芯片12相对小，且可具有约10毫米至约100毫米的长度L，约3毫米至约10毫米的宽度W，约200微米至约800微米的厚度T。芯片12包括一个或多个流体馈送狭槽14以将流体从本体10供应到芯片12的装置表面上的喷射致动器，所述一个或多个流体馈送狭槽14是通过穿透芯片12的厚度T进行蚀刻来界定。在图1中，示出芯片12中的三个狭槽14，然而，芯片12可具有更多或更少的狭槽14。本体10可由例如以下聚合物材料制成：非晶热塑性聚醚酰亚胺材料、玻璃填充热塑性聚对苯二甲酸乙二酯树脂材料、含有间规聚苯乙烯的玻璃纤维、聚苯醚/聚苯乙烯合金树脂及聚酰胺/聚苯醚合金树脂。
芯片12在被插入到芯片槽16中之后，通常所有的侧均被本体10环绕。举例来说，在图1及图2中，芯片12被示出为放置到标准矩形槽中。芯片槽16包括用于将流体从本体10供应到喷射头芯片12的狭槽20，狭槽20对应于芯片12中的狭槽14。重要的是芯片槽16中的狭槽20仍与芯片中形成的馈送狭槽14对齐，以便使芯片12的性能最大化。出于这一原因，使用热固化粘合剂在芯片槽16中将芯片12贴合到本体10，以提供图2所示组装结构。粘合剂可为环氧粘合剂。芯片槽16中的粘合剂的厚度可介于约25微米至约250微米。通常需要使用热来将粘合剂固化并在芯片槽16中将芯片12贴合到本体10。
本体10与芯片12常常具有不同的热膨胀系数(CTE)。举例来说，本体10可具有每1℃约42微米/米的热膨胀系数。相比之下，芯片12可具有每1℃约2微米/米至约3微米/米的热膨胀系数。另外，所使用的粘合剂可具有与本体10或芯片12不同的热膨胀系数。在将芯片12贴合到本体10的步骤期间，材料的不同的热膨胀系数变得很重要。在这一过程期间，可能存在近似60℃至80℃的固化循环温度变化，这种温度变化可造成芯片12、本体10、及粘合剂的热膨胀。由于本体10具有比芯片12高的数量级的热膨胀系数，因此当芯片12及本体10冷却时，本体10的收缩可实质上大于芯片12的收缩。相似地，粘合剂的收缩率可与本体10或芯片12的收缩率大不相同。本体10的收缩可能会以应力或畸变的形式对芯片12、喷嘴板等造成损伤，这是由于一个组件快速地或以较大的程度收缩而其他组件缓慢地或以较小的程度收缩。
出于以上原因，仅仅是出于制造工艺便会使芯片12承受一定程度的应力。这种固有的应力可增加芯片12的易碎性。由于芯片12已经承受应力，因此增加的应力或冲击可能会对芯片12造成损伤、导致芯片12破裂或导致芯片12性能较差。因此，需要一种通过以下方式来减低对芯片12造成损伤的可能性的方法及设备：减低在制造工艺期间被置于芯片12上的应力量以及也减低因跌落、突然撞击等而传递到芯片12的应力量。
现在参照图3至图5，提供一种根据本发明实施例的为减低芯片12损伤而设计的流体喷射头100。流体喷射头100包括流体供应本体102，流体供应本体102具有其中形成有至少一个流体供应口106的鼻口件104。基座108紧邻所述至少一个流体供应口106从鼻口件104的外表面向外延伸。基座108具有周边边缘，且在周边边缘内形成有半导体芯片安装表面110。可使用上述粘合剂将半导体芯片安装到安装表面110上。在某些实施例中，安装表面110在某种程度上是狗骨型(dog-bone shaped)的。这种形状使芯片12沿着各个侧贴合到的塑料材料的量最小化，同时在端部上维持宽的槽以进行防腐蚀。沿着芯片长度的狭窄的面积会使塑料的强度小于芯片12的强度。这也降低了粘合剂附着在芯片12的各个侧上的可能性，这已被证明会在芯片12中造成应力，继而导致喷嘴偏移。端部较宽也会使较大的槽区域被用于分配粘合剂，所述粘合剂可作为腐蚀抑制剂被迫入到柔性电路的背侧中。
另外，柔性电路结合表面112邻近基座108的周边边缘从鼻口件104的外表面向外延伸。在一些实施例中，柔性电路结合表面112仅定位在基座108的相对的侧表面上。然而，在其他实施例中，柔性电路结合表面112定位在基座108的相对的侧表面以及相对的端部表面上。损伤减低结构115位于基座108的周边边缘与柔性电路结合表面112之间。损伤减低结构115旨在将基座108与柔性电路结合表面112隔离。损伤减低结构115也通过限制经由本体102被传递到芯片安装表面110及安装在芯片安装表面110上的芯片12的冲击力、振动等来减低对安装在基座108上的半导体芯片造成的损伤。
在这种特定情形中，损伤减低结构115是将基座108的周边边缘与柔性电路结合表面112隔开的空隙空间或空气空间。通过使基座108与周围结构解除关联或隔离开，经由本体102传播的由例如跌落或冲击引起的力会在到达安装在基座108上的芯片12之前得到减低或消除。芯片12被这些力损伤的可能性会减小。在图1至图2所示的现有技术结构中，冲击波等可容易地从本体10直接传播到芯片12以及将芯片12连接到芯片安装表面110的粘合结合体(adhesive bond)。然而，如图4所最佳地示出，经由本体102传播的冲击波无法直接传播到芯片安装表面110，且因此无法直接传播到安装在所述表面上的芯片12。由于基座108与周围结构隔离，这些冲击波只有一条路径能够到达芯片12。冲击波在到达安装在基座108上的芯片12之前必须穿过基座108。这种间接路径大大减低了对芯片12的损伤且甚至可完全防止对芯片12造成的损伤。
在其他实施例中，基座108的周边边缘与柔性电路结合表面112之间的空间可能不只是空隙空间。而是，损伤减低结构115可为限制将冲击波从柔性电路结合表面112传递到基座108的可压缩材料。尽管所述空间可被填充，然而重要的仍是减低作用在芯片12上的力以避免对芯片12造成损伤。举例来说，可用作合适的损伤减低结构115的一种材料是耐腐蚀的能够压缩的构件，例如硅酮橡胶。
除了将基座108与周围的柔性电路结合表面112隔离之外，在某些实施例中，可通过由带肋结构替换正常的实心的或连续的柔性电路结合表面112来进一步减低对芯片12造成的损伤。如上所述，芯片12在被插入到芯片槽16中之后，常常在所有侧上均被本体102环绕。过去，芯片12与芯片槽实质上连续地相互接触。这使得冲击力将会非常容易地传递到芯片12。另外，由于热膨胀系数的差异，在粘合结合工艺期间施加的热会造成本体以比芯片12高的速率膨胀及收缩，这会损伤芯片12。
然而，在本发明装置中，形成槽的柔性电路结合表面112是使用多个肋114制成。肋114为安装柔性电路提供方便的位置。肋114的形状(包括肋114的顶表面)可变化。然而，优选地，肋114的顶表面的至少一部分是平坦的以使柔性电路能够容易地安装在肋的顶表面上。
这种带肋结构被认为会减少冲击力从本体102到芯片安装表面110的传递，且因此会减少冲击力从本体102到芯片12本身的传递。损伤减低结构115可位于每一对相邻的肋114之间以为芯片12提供更多的保护。举例来说，位于所述多个肋114中的每一对相邻的肋114之间的损伤减低结构115可为空隙空间。参照图1及图2，过去，由于环绕芯片槽16的表面18的连续性，本体10的膨胀仅限于在单个方向上膨胀(即，向芯片槽16中膨胀)。本体10的膨胀及收缩趋于通过对芯片12施加热膨胀应力而对芯片12造成损伤。然而，如图3至图5所示，由于形成柔性电路结合表面112的材料的量减少，因此认为经过膨胀的材料的强度降低。降低用于固持芯片12的塑料的强度会使芯片强度占优势且降低了在本体102膨胀及收缩时(例如，在结合工艺期间)芯片12被损伤的可能性。
如上所述，减少形成柔性电路结合表面112的材料的量具有优势，但是将材料的量减少过多可能会造成问题。举例来说，从柔性电路结合表面112消除过多材料被认为可能会使柔性电路结合表面112变弱，从而使其在制造期间或在使用期间无法为柔性电路提供足够的支撑。另外，柔性电路结合表面112会为基座108提供一些支撑。假如基座108与鼻口件104完全隔离且从鼻口件104向上延伸而不具有任何周围结构，则认为对芯片12造成损伤的可能性将增大。出于这些原因，建议环绕基座108的材料具有某一最小量。举例来说，在一些实施例中，邻近基座108的每一侧表面定位有至少三个肋114且邻近基座108的每一个端部表面定位有至少两个肋114。然而，也可使用更多或更少的肋114。
除了改变所存在的肋114的数目之外，改变肋114的厚度Y、高度及长度X、以及取向也可在维持足够的强度的同时使材料的量根据需要而变化。如图4所示，肋114的厚度Y可变化且可使用多种厚度来形成柔性电路结合表面112。相似地，肋114的取向可变化。在某些实施例中，第一肋与第二肋之间的角度θ可大于0°且小于180°。在其他情形中，角度θ大于45°且小于135°。在图4所示的实施例中，沿基座108的相对的侧定位的肋114与沿基座108的相对的端部定位的肋114近似成直角，以使得角度θ近似为90°。
根据前述说明书将预期到且对所属领域中的普通技术人员将显而易见的是，可在本发明的实施例中作出各种修改和/或改变。因此，明确打算使前述内容仅作为对优选实施例的例示，而并非对优选实施例进行限制，且本发明的真实精神及范围是参考随附权利要求来确定。