CN106103102B - 印刷电路板流体喷射装置 - Google Patents

Abstract

在一示例中，一种用于制作流体喷射装置的方法可包括：在打印头芯片的后表面上的流体通路上方形成模制材料；将所述打印头芯片嵌入印刷电路板中的腔中的封装材中，使得所述打印头芯片的至少一个液滴喷射器被暴露在所述印刷电路板的前侧处；将所述印刷电路板的后侧处的所述封装材移除以暴露所述模制材料；以及移除所述模制材料以形成流体进给槽，流体可通过所述流体进给槽流至所述打印头芯片中的流体通路开口。

Description

印刷电路板流体喷射装置

技术领域

背景技术

喷墨笔或打印杆中的打印头芯片(print head die)可包括将诸如墨水的流体运送至喷射室的通道，墨水可通过在笔或打印杆上支撑打印头芯片的结构中的通路从墨水供应部分配至芯片通道。可能希望使每个打印头芯片的尺寸缩小，以例如减小芯片的成本并因此减小笔或打印杆的成本。然而，使用较小的芯片可能需要对支撑芯片的较大的结构进行改变，包括将墨水分配至芯片的通路。

发明内容

附图说明

详细说明部分参照附图，其中：

图1是示例流体喷射系统的方框图；

图2-图5例示实施为流体喷射板的示例流体喷射装置；

图6-图14例示用于制作流体喷射装置的方法的各种操作；和

图15是用于制作流体喷射装置的示例方法的流程图；

其中都可实施各种实施例。

示例在附图中被示出并且在下面被详细描述。附图不一定成比例，并且为了清楚和/或简洁，附图的各特征和视图可能在比例上或示意性夸大示出。全部附图中，相同的部件附图标记可表示相同或相似的部件。

具体实施方式

已开发使用基底宽打印杆组件的喷墨打印机来帮助增加打印速度并降低打印成本。传统的基底宽打印杆组件包括将打印流体从打印流体供应部运送至小型打印头芯片的多个部件，打印流体从小型打印头芯片喷射到纸张或其它打印基底上。而减小打印头芯片的尺寸和间隔对于降低成本而言仍是很重要的，将打印流体从大型供给部件引导至更小、更紧密间隔的芯片需要复杂的流动结构和制造工艺，这实际会增加成本。

在此描述的是流体喷射装置和系统以及制作这样的装置和系统(包括可以使用较小的打印头芯片和更紧凑的芯片电路以帮助降低基底宽喷墨打印机成本的模制的流体喷射板)的各种实施方式。在各种实施方式中，用于制作模制的流体喷射板的方法可包括在打印头芯片的后表面上的流体通路上方形成模制材料、在印刷电路板中的腔中的封装材中嵌入打印头芯片使得打印头芯片的至少一个液滴喷射器(drop ejector)被暴露在印刷电路板的前侧、移除印刷电路板的后侧处的封装材以暴露模制材料，以及移除模制材料以形成流体进给槽，流体可通过流体进给槽流至打印头芯片中的流体通路开口。在各种实施方式中，移除封装材可包括插进式切入封装材而不切入印刷电路板，在其它实施方式中，移除封装材可包括对封装材进行背面研磨、激光消融或爆粉，而不切入印刷电路板。

对于在此描述的实施方式，使用模制材料来至少部分地形成流体进给槽可使切入封装材的深度能够减小，这可有助于在移除封装材以暴露模制材料并形成流体进给槽的操作期间避免切入印刷电路板或必须以避免被切入的方式定制印刷电路板。

在各种实施方式中，包括嵌入式印刷电路板和打印头芯片的模制的流体喷射板实际上扩大了每个打印头芯片的尺寸以建立流体连接和电连接并且将打印头芯片附接到其它结构，因而能够使用较小的芯片。对于在此描述的各种实施方式，模制的流体喷射板能够使用长、窄并且非常薄的打印头芯片。例如，大约26mm长500μm宽的100μm厚的打印头芯片可被嵌入1mm厚的印刷电路板中以替换常规的500μm厚的硅打印头芯片。用其可制作及加工电路板的容易性也可有助于简化页宽打印杆(page wide print bar)及其它打印头结构的制造，因为带有内置式打印流体通道的新的复合结构消除了在基底中形成打印流体通道的困难。

在各种实施方式中，模制的流体喷射板可不限于打印杆或其它类型的用于喷墨打印的打印头结构，而可在其它设备中实施并用于其它流体流动应用。因此，在一个示例中，模制的流体喷射板可包括嵌入在其中具有流体进给槽和通道的印刷电路板中的微型器件，流体可通过流体进给槽和通道流至该微型器件。该微型器件例如可以是电子器件、机械器件或微机电系统(MEMS)器件。流体流例如可以是流入微型器件中或流至微型器件上的冷却流体或流入打印头芯片或其它流体分配微型器件的流体。

如在此使用的，“印刷电路板”(有时简称为“PCB”)表示用于机械地支撑并电连接到电子器件的带有导电路径的非导电基底，并且可包括多个层的堆叠，例如预浸料层和包括金属的导体层；“微型器件”表示诸如打印头芯片等的具有一个或多个小于或等于30mm的外部尺寸的器件；“薄”表示厚度小于或等于650μm；“条(sliver)”表示具有至少为3的长宽比(L/W)的薄的微型器件；“打印头”和“打印头芯片”表示喷墨打印机或其它喷墨型分配器的从一个或多个开口分配流体的部件。打印头包括一个或多个打印头芯片。“打印头”和“打印头芯片”不限于用墨水和其它打印流体打印，而是也包括其它流体的喷墨式分配和/或用于打印以外的用途。

现在转到图1，例示的是示例流体喷射系统100的方框图，流体喷射系统100适于结合包括嵌入式印刷电路板和用模制材料制作以至少部分地形成流体进给槽的打印头芯片的模制的流体喷射板101，流体可通过流体进给槽流至打印头芯片中的流体通路开口。在各种实施方式中，流体喷射系统100可包括热喷墨打印机或打印系统。流体喷射系统100可包括打印头组件102、流体供应组件104、安装组件106、介质传送组件108、电子控制器110和至少一个电源112以向流体喷射系统100的各种电子部件供电。

打印头组件102可包括至少一个打印头114。打印头114可包括一个或多个打印头芯片以供应诸如墨水的流体至例如多个喷嘴116。根据在此描述的实施例，打印头114可包括包含印刷电路板118和嵌入在封装材中的至少一个打印头芯片120的模制的流体喷射板101。

多个喷嘴116可向打印介质124喷射流体的喷射滴122以打印到打印介质124上。打印介质124可以是任何类型的适合的片材或卷料，例如纸张、卡片纸、幻灯片、聚酯、胶合板、泡沫板、织物、帆布等。喷嘴116可被布置在一个或多个列或组中，使得随着打印头组件102和打印介质124相对于彼此移动，流体从喷嘴116的正确依次喷射可使符号、标志和/或其它图形或图像被打印在打印介质124上。

流体供应组件104可将流体供应至打印头组件102，并且可包括储液器126用于储存流体。通常，流体可从储液器126流至打印头组件102，并且流体供应组件104和打印头组件102可形成单向流体输送系统或循环流体输送系统。在单向流体输送系统中，基本供应至打印头组件102的所有的流体可在打印期间被消耗。然而，在循环流体输送系统中，只有一部分供应至打印头组件102的流体可在打印期间被消耗。在打印期间未被消耗的流体可被返回到流体供应组件104。流体供应组件104的储液器126可被移除、替换和/或再填充。

安装组件106可相对于介质传送组件108定位打印头组件102，并且介质传送组件108可相对于打印头组件102定位打印介质124。在该配置中，打印区128可邻近喷嘴116被限定在打印头组件102和打印介质124之间的区域中。在一些实施方式中，打印头组件102为扫描型打印头组件。因而，安装组件106可包括滑动架，用于相对于介质传送组件108移动打印头组件102以扫描打印介质124。在其它实施方式中，打印头组件102为非扫描型打印头组件。因此，安装组件106可将打印头组件102相对于介质传送组件108固定在规定的位置处。因此，介质传送组件108可相对于打印头组件102定位打印介质124。

电子控制器110可包括处理器130、存储器132、硬件、软件及用于控制并与打印头组件102、安装组件106和介质传送组件108通信的其它电子器件。存储器132可包括易失性(例如RAM)和非易失性(例如ROM、硬盘、软盘、CD-ROM等)存储部件两者，其具有提供计算机/处理器可执行编码指令、数据结构、程序模块和用于打印系统100的其它数据的储存的计算机/处理器可读介质。电子控制器110可从诸如计算机的主机系统接收数据134，并且将数据134临时储存在存储器132中。通常，数据134可沿电子、红外、光学或者其它信息传输路径被发送到打印系统100。数据134可表示例如待打印的文档和/或文件。因此，数据134可形成打印系统100的打印作业并且可包括一个或多个打印作业命令和/或命令参数。

在各种实施方式中，电子控制器110可控制打印头组件102以从喷嘴116喷射流体滴122。因此，电子控制器110可限定在打印介质124上形成符号、标志和/或其它图形或图像的喷射的流体滴122的图案。喷射的流体滴122的图案可通过来自数据134的打印作业命令和/或命令参数确定。

在各种实施方式中，打印系统100为具有热喷墨(TIJ)打印头114的按需滴下式热喷墨打印系统。在一些实施方式中，打印头组件102可包括单个TIJ打印头114。在其它实施方式中，打印头组件102可包括大量的TIJ打印头114。在各种实施方式中，打印头组件102、流体供应组件104和储液器126可被一起容纳在可替换的设备中，诸如整体式打印头墨盒。

图2例示示例模制流体喷射板201，其中打印头芯片220被嵌入在印刷电路板218中。图3是图2所示的板201沿线3-3的详细视图。图4和图5是图2中所示的芯片220中的一个的详细视图，在所例示的示例中，流体喷射板201可被配置为诸如可被用在单程基底宽打印机(single pass substrate wide printer)中的细长打印杆。

流体喷射板201可包括多个嵌入在细长打印电路板218中并大致以纵向错列配置端对端布置成排的打印头214，其中一排中的打印头214与该排中的另一打印头214重叠。每个打印头214可至少包括打印头芯片220。在各种实施例中，打印头芯片220可包括打印头芯片条(die sliver)。虽然十个打印头214被示出为错列配置，但是可以使用更多或更少的打印头214，和/或可以不同的配置来布置更多或更少的打印头214。同样，虽然每个打印头214被例示为具有四个打印头芯片条220，但是可以使用更多或更少的打印头芯片条220，和/或可以不同的配置来布置更多或更少的打印头芯片条220。另外，虽然示出了一排错列的打印头214，但是更多排也是可能的。例如，在一些配置中，流体喷射板可包括多排打印头214，并且在至少一些这些配置中，多排打印头214可打印多种不同颜色。

每个打印头214可包括单个打印头芯片条220或多个芯片条220，具有至少一排液滴喷射器216的每个条220暴露在印刷电路板106的表面，打印流体可通过液滴喷射器216从对应的流体喷射室236被喷射。打印头芯片220可用封装材238被嵌入印刷电路板218中。如所例示的，例如，印刷电路板218包括(由壁240限定的)腔，其从印刷电路板218的前侧221延伸至印刷电路板218的后侧219，并且打印头芯片220被嵌入腔240中的封装材238中，以在印刷电路板218内耦合打印头芯片220。

流体喷射板201可包括在印刷电路板218中的与暴露的液滴喷射器216相反的表面处的流体进给槽/通道242，以将打印流体供应至打印头芯片条220的流体通路244。流体通路244可以经由流体喷射室236被流体联接至液滴喷射器218，使得流体可从流体进给槽242流至用于液滴喷射的液滴喷射器216。对于各打印头214而言其它适合的配置是可能的。例如，更多或更少的打印头芯片条220可与更多或更少的喷射室238以及流体进给槽242一起使用，或可以使用或更大的芯片(非条)。

打印流体可从在两排喷射室236之间沿每个芯片条220纵向延伸的歧管246流入每个喷射室236中。打印流体可通过在芯片220的底表面处连接到打印流体进给槽/通道242的多个流体通路244供给到歧管246中。图3和图4中的打印头芯片220的理想表示为方便仅描绘了三层248、250、252。实际的喷墨打印头芯片条220可通常为形成在硅基底248上并具有未在附图中示出的层和元件的复杂的集成电路(IC)结构。例如，在每个喷射室236处形成在基底248上的热喷射器元件或压电喷射器元件(未示出)可经由电端子254致动，以从液滴喷射器216喷射墨水或其它打印流体的液滴或液流。

印刷电路板218可包括多个层，该多个层包括至少一个导体层258。在许多实施方式中，印刷电路板218可包括导体层和绝缘层的交替层，并且可包括将导体层的各部件彼此电连接和/或电连接至印刷电路板218外部的部件的再分布层。因此，虽然为了简洁，附图将板201描绘为包括单个导体层256，可预见印刷电路板218可以包括附加的导体层。例如，印刷电路板218在印刷电路板218的两个表面处均可包括导体层(例如，在印刷电路板256的第一表面处的导体层256和在与第一表面相反的第二表面处的另一导体层)。

导体层256可包括电连接到至少一个打印头芯片218的电端子254的至少一个焊盘258。导体层256可将电信号输送到液滴喷射器216和/或打印头芯片220的其它元件，并且在一些实施方式中，导体层256可被电连接到专用集成电路(ASIC)或其它嵌入在印刷电路板218中的非打印头芯片电子器件260。在至少一些实施方式中，导体层256可包括可允许静电放电的接地层，在一些实施方式中，打印头芯片220可被彼此电连接。在示出的示例中，导体层256可通过焊线262被电连接到打印头芯片220。如图所示，焊线262可由盖264或封装材料覆盖。虽然所例示的示例描绘线焊到印刷电路板218的打印头芯片220，但是其它电互连布置也可以在本公开的范围内。例如，在一些实施方式中，打印头芯片220可通过焊料、导电粘合剂等被电互连至印刷电路板218。在各种实施方式中，印刷电路板218可包括用于保护导体层256和/或印刷电路板281的另一部件的保护层266。

在一些实施方式中，不同于将打印头芯片220的顶/前侧221电连接至印刷电路板218，如图中所例示，打印头芯片220可替代地具有硅通孔(未示出)以将打印头芯片220的电端子254直接或经由再分布层电连接至印刷电路板218的底/后侧219处的导体层或者前侧221和后侧219之间的导体层。在其它实施方式中，打印头芯片220可以在印刷电路板218的前侧221处经由另一导电路径被电连接至导体层256。

如图3中可见，印刷电路板218的后侧219处的封装材238的一部分被移除(总体由268指示)，其将流体进给槽242暴露，使得流体可流至打印头芯片220中的流体通路244。在所例示的示例中，封装材238的该部分已使用插进式切割锯移除，从而在封装材238中形成圆形切口。在各种实施方式中，如下面更充分地描述的，具有朝向印刷电路板218的后侧219延伸的壁220的流体进给槽242可通过使用模制材料限定以允许封装材238将被移除以暴露流体通路244的开口的深度与不使用模制材料的方法相比被最小化。例如，如图3中的点线270所指示，通过切入印刷电路板的后侧219以暴露流体通路244形成流体进给槽242可常常导致较深的切口。在所例示的示例中，至少部分由于插进式切割锯条的半径，较深的切口可与印刷电路板218相互影响。使用模制材料以根据本公开的各种实施方式形成流体进给槽242可避免需要诉诸于增加打印头芯片220的长度、扩大印刷电路板218的腔240或者在印刷电路板218中形成台阶以避开锯条，或者它们的一些组合。相反，在本公开的各种实施方式中，打印头芯片220的长度可减小，无需进一步定制印刷电路板218。

图6-图14例示用于制作包括模制的流体喷射板的流体喷射装置的示例性方法。图15是包括图8-图14中所例示的方法的操作的流程图。应注意，所讨论和/或例示的各种操作通常可被称为多个依次进行的分立操作以帮助理解各种实施方式。除非明确说明，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作是依赖于顺序的。此外，一些实施方式可以比所描述的包括更多或更少的操作。另外注意，虽然图6-图14描绘嵌入印刷电路板的单个腔中的单个打印头芯片，多数实施方式包括将多个打印头芯片嵌入印刷电路板的腔中，并且将其它多个打印头芯片嵌入印刷电路板的其它腔中以形成流体喷射板，例如图2中所例示的。而且，虽然没有例示，在下面描述的形成模制流体喷射板之后，该方法可包括将打印头芯片的流体进给槽流体联接至流体储液器(例如在此参考图1描述的流体储液器)以形成流体喷射装置并向流体通路提供流体。

现在转到图6，该方法可以以在打印头芯片220的后表面674上将模制材料672形成在至少流体通路244的开口上方开始或进行(图15中的操作1501)。在各种实施方式中，在后表面674上形成模制材料672之前，打印头芯片220可被安装在诸如带或其它载体的载体676上。模制材料672可包括适合于形成根据在此描述的各种实施方式的流体进给槽的任何材料。用于模制材料672的示例性材料可包括但不限于蜡、热塑性塑料等。如在此实施的，由于模制材料672如下面描述随后在方法中被移除，所以模制材料672可被称为“脱蜡(lostwax)”或“脱模(lost mold)”。

该方法可进行至图7，在印刷电路板218的前侧221上方形成屏障678以覆盖印刷电路板218中的腔(由壁240限定)，并将打印头芯片220布置在腔240中，使得打印头芯片220的喷嘴板252的至少一个液滴喷射器面向屏障678。在一些实施方式中，屏障678可包括载体、联接在印刷电路板和载体或另一屏障之间的粘合剂。屏障678可以与图6中所示的载体676一样或者为不同的载体。

该方法可进行至图8，围绕打印头芯片220和模制材料672形成封装材238以将打印头芯片220和模制材料672嵌入腔240中的封装材238中(图15中的操作1503)。如图所示，打印头芯片220被嵌入使得喷嘴层252的至少一个液滴喷射器邻接载体666，以使液滴喷射器216未嵌入封装材238中，但是在如图9所示移除载体676之后，暴露在印刷电路板218的前侧221处。

该方法可进行至图10，将打印头芯片220电连接至印刷电路板218。在各种实施方式中，打印头芯片220的焊盘258可以通过焊线262被线焊至印刷电路板218的端子254。在其它实施方式中，打印头芯片220可通过另一类型的电连接件(例如焊料、导电粘合剂等)被电连接至印刷电路板218。在各种实施方式中，如图11中所示，焊线262可由盖264或封装材覆盖。

该方法可进行至图12，将印刷电路板218的后侧219处的至少一部分的封装材238移除，以暴露模制材料672(图15中的操作1505)。在各种实施方式中，封装材238可在不切入印刷电路板218的情况下通过插进式切割、背面研磨、激光消融、爆粉或者其它方法通过切入封装材238中被移除。在一些实施方式中，封装材238可被移除，使得印刷电路板218的后侧219如图13所示被暴露。

如图14所示，该方法可以继续将模制材料672移除以形成流体进给槽242，流体可通过流体进给槽242流至打印头芯片220中的至少一个流体通路244(图15中的操作1507)。在各种实施方式中，模制材料672可通过使用诸如水的适合的溶剂洗去或冲去来移除。在其它实施方式中，模制材料672可通过熔化或其它方法被移除。

在此使用本领域的技术人员通常采用的术语描述例示的实施例的各个方面，以将其工作的内容传达给本领域的其它技术人员。对于本领域的技术人员明显的是，替代的实施例可以只用所描述的方面中的一些来实践。为了说明的目的，阐明特定的编号、材料和配置以提供对所例示的实施例的彻底理解。对于本领域的技术人员明显的是，替代的实施例可以在没有特定细节的情况下被实践。在其它实例中，公知的特征被省略或简化以不使例示的实施例模糊。

虽然已在此例示和描述某些实施例，但是本领域的普通技术人员将理解，多种多样的适于实现相同目的的替代的和/或等同的实施例或实施方式可代替示出的和描述的实施例而不背离本公开的范围。本领域的技术人员将容易理解，实施例可以以多种多样的方式被实施。本申请旨在覆盖在此讨论的实施例的任何适应性改变或变化。因此，明确地旨在使实施例仅由权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种用于制作流体喷射装置的方法，包括：

提供具有包括至少一个液滴喷射器的第一表面和包括至少一个流体通路开口的后表面的打印头芯片；

在所述打印头芯片的所述后表面上将模制材料形成在所述至少一个流体通路开口上方；

将所述打印头芯片和所述模制材料嵌入印刷电路板中的腔中的封装材中；

移除所述印刷电路板的后侧处的至少一部分所述封装材，以暴露所述模制材料；以及

移除所述模制材料以形成流体进给槽，流体能够通过所述流体进给槽流至所述打印头芯片中的所述至少一个流体通路开口。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述腔从所述印刷电路板的前侧延伸至所述印刷电路板的后侧，并且其中所述嵌入包括嵌入所述打印头芯片，使得所述至少一个液滴喷射器被暴露在所述印刷电路板的前侧。

3.根据权利要求1所述的方法，其中至少一部分所述封装材的所述移除包括插进式切入所述印刷电路板的后侧处的所述封装材以暴露所述模制材料。

4.根据权利要求1所述的方法，其中至少一部分所述封装材的所述移除包括对所述印刷电路板的后侧处的所述封装材进行背面研磨、激光消融或爆粉以暴露所述模制材料。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述模制材料包括蜡或热塑性材料。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述打印头芯片电连接至所述印刷电路板。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述将所述打印头芯片电连接至所述印刷电路板包括将所述打印头芯片线焊至所述印刷电路板。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述打印头芯片和所述模制材料在所述封装材中的所述嵌入包括：

在所述印刷电路板的前侧上方施加屏障，以覆盖所述腔；

将所述打印头芯片布置在所述腔中，使得所述至少一个液滴喷射器面向所述屏障；以及

在所述打印头芯片周围形成所述封装材以将所述打印头芯片嵌入所述腔中。

9.一种用于制作流体喷射装置的方法，包括：

在打印头芯片的后表面上将模制材料形成在流体通路上方；

将所述打印头芯片布置在印刷电路板的腔中；

在其中具有所述打印头芯片的所述腔中形成封装材，使得所述打印头芯片的至少一个液滴喷射器被暴露在所述印刷电路板的前侧；

切入所述印刷电路板的后侧处的所述封装材以暴露所述模制材料；以及

移除所述模制材料以形成流体进给槽，流体能够通过所述流体进给槽流至所述打印头芯片中的流体通路开口。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述腔从所述印刷电路板的前侧延伸至所述印刷电路板的后侧。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述切入所述印刷电路板的后侧处的所述封装材以暴露多个打印头芯片中的每个的所述模制材料包括在不切入所述印刷电路板的情况下插进式切入所述封装材。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述打印头芯片为第一打印头芯片并且所述腔为第一腔，并且其中所述方法进一步包括将第二打印头芯片布置在第二腔中、在其中具有所述第二打印头芯片的所述第二腔中形成所述封装材使得所述第二打印头芯片的至少一个液滴喷射器被暴露在所述印刷电路板的前侧处。

13.一种用于制作流体喷射装置的方法，包括：

在多个打印头芯片的每个的后表面处将模制材料形成在多个流体通路开口上方；

将所述多个打印头芯片嵌入印刷电路板中的腔中的封装材中，使得流体联接至所述多个流体通路开口的多个液滴喷射器被暴露在所述印刷电路板的前侧处；

移除所述印刷电路板的后侧处的至少一部分所述封装材以暴露所述模制材料；

移除在一部分所述封装材的所述移除之后暴露的所述模制材料以形成流体进给槽；以及

将所述多个芯片的所述流体进给槽流体连接至流体储液器以向所述多个流体通路开口提供流体。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述移除所述印刷电路板的后侧处的至少一部分所述封装材以暴露所述多个打印头芯片的每个的所述模制材料包括在不切入所述印刷电路板的情况下插进式切入所述封装材。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个打印头芯片为多个第一打印头芯片，并且所述腔为第一腔，并且其中所述方法进一步包括将多个第二打印头芯片嵌入所述印刷电路板中的第二腔中的封装材中，使得流体联接至所述多个第二打印头芯片的多个流体通路的所述多个第二打印头芯片的多个液滴喷射器被暴露在所述印刷电路板的前侧。