具有壓縮模塑的流體通道的流體結(jié)構(gòu)

背景技術(shù)：
噴墨筆或打印桿中的打印頭芯片包括在硅襯底表面上的多個流體噴射元件。流體通過形成在襯底中位于相反的襯底表面之間的流體傳送槽流到噴射元件。雖然流體傳送槽足以將流體傳送到流體噴射元件，但這類槽具有一些缺點(diǎn)。例如，在成本方面，流體傳送槽占據(jù)了昂貴的硅實(shí)體并且增加了高昂的槽加工成本。此外，通過減小芯片的尺寸部分地實(shí)現(xiàn)了降低打印頭芯片的成本。較小的芯片尺寸會致使硅襯底中的槽間距和/或槽寬度縮小。但是，減小芯片和槽間距增加了與組裝期間將小芯片集成到筆中相關(guān)的噴墨筆成本。在結(jié)構(gòu)方面，從襯底移除材料以形成墨傳送槽會弱化打印頭芯片。因此，當(dāng)單個打印頭芯片具有多個槽時（例如，用以在多色打印頭芯片中提供不同顏色，或用以在單色打印頭芯片中提高打印質(zhì)量和速度），每增加一個槽都會使得打印頭芯片變得更易損壞。附圖說明現(xiàn)在將以舉例方式參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中：圖1是立視剖視圖，圖示了被實(shí)現(xiàn)為打印頭結(jié)構(gòu)的壓縮模塑的流體流動結(jié)構(gòu)的一個例子；圖2是方塊圖，圖示了實(shí)現(xiàn)諸如圖1的打印頭結(jié)構(gòu)的壓縮模塑的流體流動結(jié)構(gòu)的示例性系統(tǒng)；圖3是方塊圖，圖示了實(shí)現(xiàn)具有襯底寬度的打印桿中的流體流動結(jié)構(gòu)的一個例子的噴墨打印機(jī)；圖4-6圖示了噴墨打印桿，其實(shí)現(xiàn)了壓縮模塑的流體流動結(jié)構(gòu)的一個例子，如適合用于打印機(jī)的打印頭結(jié)構(gòu)；圖7-10圖示了用于制造具有流體通道的壓縮模塑的打印頭流體流動結(jié)構(gòu)的示例性方法，該通道通過包括壓縮模塑和材料消除的過程形成；圖11是用于制造圖7-10所示的壓縮模塑的打印頭流體流動結(jié)構(gòu)的示例性方法的流程圖；圖12-14圖示模具頂部的例子，其具有可用于壓縮模塑過程以產(chǎn)生不同形狀的流體通道的變化的表面形態(tài)的設(shè)計。在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相似但不必相同的元件。具體實(shí)施方式概述過去通過減小芯片尺寸和降低晶片成本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了降低常規(guī)噴墨打印頭芯片的成本。芯片尺寸主要取決于將墨從芯片一側(cè)上的容器傳送到芯片另一側(cè)上的流體噴射元件的流體傳送狹槽的間距。因此，用于減小芯片尺寸的現(xiàn)有方法大多數(shù)涉及通過硅開槽過程減小槽間距和尺寸，硅開槽過程包括例如激光加工、各向異性濕蝕刻、干蝕刻以及它們的組合等。遺憾的是，硅開槽過程本身顯著增加了打印頭芯片的成本。此外，成功地減小槽間距的回報越來越小，因?yàn)榕c將減小的芯片（由更加緊密的槽間距導(dǎo)致的結(jié)果）集成到噴墨筆相關(guān)的成本變得過高。經(jīng)壓縮模塑的流體流動結(jié)構(gòu)使得能夠使用較小的打印頭芯片以及簡化的流體傳送通道/槽形成方法，所述流體傳送通道/槽將墨從打印頭芯片一側(cè)上的容器傳送到芯片另一側(cè)上的流體噴射元件。流體流動結(jié)構(gòu)包括被壓縮模塑到塑料、環(huán)氧樹脂模塑化合物或其他可模塑材料的單塊主體中的一個或多個打印頭芯片。例如，實(shí)現(xiàn)流體流動結(jié)構(gòu)的打印桿包括被模塑到細(xì)長的單個模塑主體中的多個打印頭芯片。模塑加工通過將流體傳送通道（即，墨傳送槽）從芯片轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)的模塑主體從而使得能夠使用更小的芯片。因此，模塑主體有效地增加每個芯片的尺寸，這改善了制造外部流體連接和將芯片附接到其他結(jié)構(gòu)的機(jī)會。在晶片或面板級，在將芯片壓縮模塑到流體流動結(jié)構(gòu)中的壓縮模塑過程期間，流體傳送通道或槽的區(qū)段被形成到每個打印頭芯片背面處的流體流動結(jié)構(gòu)中。隨后利用移除剩余的通道材料并將通道流體耦接到打印頭芯片的材料消除過程，諸如粉末爆破，完成流體傳送通道。與傳統(tǒng)的硅開槽過程相比，在形成流體傳送通道時，壓縮模塑過程提供了總成本的降低。在壓縮模塑過程中形成的流體傳送通道的第一壓縮模塑區(qū)段用作自對齊掩模，該掩模用于隨后的材料消除過程，以完成通道。壓縮模塑過程通過改變頂部包封模具的表面形態(tài)設(shè)計，使得能夠增加模塑通道/槽的形狀、其長度及其側(cè)壁廓形方面的靈活性。所描述的流體流動結(jié)構(gòu)不限于打印桿或其他類型的用于噴墨打印的打印頭結(jié)構(gòu)，而是可以實(shí)現(xiàn)在其他裝置中和用于其他流體流動應(yīng)用。因此，在一個例子中，模塑結(jié)構(gòu)包括嵌入到模塑件中的微型裝置，所述模塑件具有使流體直接流入或流到裝置上的通道或其他路徑。微型裝置可以是例如電子裝置、機(jī)械裝置或微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）裝置。例如，流體流可以是流入或流到微型裝置上的冷卻流體流，或流入打印頭芯片或其他流體分配微型裝置中的流體流。圖中示出和下文描述的這些和其他例子說明了本發(fā)明，但不限制本發(fā)明，本發(fā)明由隨附于該說明書的權(quán)利要求來限定。如在本文件中使用的，“微型裝置”是指具有小于或等于30mm的一個或多個外部尺寸的裝置；“薄”是指厚度小于或等于650μm；“長條”是指長寬比（L/W）至少為3的薄微型裝置；“打印頭結(jié)構(gòu)”和“打印頭芯片”是指噴墨打印機(jī)或其他噴墨式分配器的從一個或多個開口分配流體的那部分。打印頭結(jié)構(gòu)包括一個或多個打印頭芯片?！按蛴☆^結(jié)構(gòu)”和“打印頭芯片”不限于用墨或其他打印流體來打印，而是還包括用于除了打印之外或不同于打印的用途的其他流體的噴墨式分配。說明性實(shí)施例圖1是立視剖視圖，圖示了被實(shí)現(xiàn)成適合用于噴墨打印機(jī)的打印桿中的打印頭結(jié)構(gòu)100的壓縮模塑的流體流動結(jié)構(gòu)100的一個例子。打印頭結(jié)構(gòu)100包括被壓縮模塑到塑料或其他可模塑材料的單塊主體104中的微型裝置102。模塑主體104在此還可被稱作模塑件104。一般地，微型裝置102可以是例如電子裝置、機(jī)械裝置或微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）裝置。在圖1的本打印頭結(jié)構(gòu)100中，微型裝置102被實(shí)現(xiàn)成打印頭芯片102。打印頭芯片102包括硅芯片襯底106，該襯底包括厚度約為100微米的薄硅長條。薄長條硅襯底106包括干蝕刻或以其他方式形成在其中的流體供給孔108，其使得流體能夠通過襯底106從第一外表面110流到第二外表面112。硅襯底106還包括與第一外表面110相鄰并覆蓋第一外表面110的硅帽114（即，硅襯底106上的帽）。硅帽114的厚度約為30微米，并且可由硅或一些其他合適的材料形成，諸如聚合物層、厚金屬層或厚電介質(zhì)層。在一個實(shí)施方式中，例如，聚合物膜可被層壓到薄硅長條上，以覆蓋硅襯底106，由此在壓縮模塑過程中，環(huán)氧樹脂模塑化合物將不會進(jìn)入流體供給孔108。在襯底106的第二外表面112上形成一個或多個層116，所述層限定了促進(jìn)從打印頭結(jié)構(gòu)100噴射流體滴的流體構(gòu)造。由層116限定的流體構(gòu)造通常包括具有相對應(yīng)的孔口120的噴射腔118、歧管（未示出）以及其他流體通道和結(jié)構(gòu)。一個或多個層116可包括例如形成在襯底116上的腔層和在腔層上單獨(dú)形成的孔口層，或者它們可包括將腔層和孔口層兩者結(jié)合在一起的整體層。一個或多個層116典型地由SU8環(huán)氧樹脂或一些其他聚酰亞胺材料形成。除了由硅襯底106上的一個或多個層116限定的流體構(gòu)造之外，打印頭芯片102包括形成在襯底106上的集成電路。集成電路利用薄膜層和圖1中未具體示出的其他元件形成。例如，在襯底106的第二外表面112上形成與每個噴射腔118相對應(yīng)的熱噴射器元件或壓電噴射器元件。啟動噴射元件，以便通過孔口120從腔118噴射墨或其他打印流體的滴或流。打印頭結(jié)構(gòu)100還包括通過形成在襯底106上的電端子124連接到打印頭芯片102的信號跡線或其他導(dǎo)體122。導(dǎo)體122可以各種方式形成在結(jié)構(gòu)100上。例如，可利用層壓或沉積過程在如圖1所示的絕緣層126中形成導(dǎo)體122。絕緣層126典型地是為導(dǎo)體122提供物理支撐和絕緣作用的聚合物材料。在其他實(shí)施方式中，例如，導(dǎo)體122可被模塑到模塑主體104中，如下面在圖6中示出的。流體通道128貫穿模塑主體104形成，并且薄硅帽114在外表面110處與打印頭芯片襯底106流體耦接在一起。在將打印頭芯片102模塑到打印頭結(jié)構(gòu)100中的壓縮模塑過程期間，形成通道128的第一區(qū)段。通過利用第一通道區(qū)段作為自對齊掩模來移除通道材料的材料消除過程，形成通道128的其余部分。流體通道128提供了通過模塑主體和薄硅帽114的路徑，該路徑使得流體能夠在外表面110處直接流到硅襯底106上，并且通過流體供給孔108流入硅襯底106中，然后流入腔118。如下面更詳細(xì)地論述的，部分地利用壓縮模塑過程在模塑主體104中形成流體通道128，壓縮模塑過程能夠形成各種不同的通道形狀，其廓形各自反映了模塑過程期間所使用的包封模具的表面形態(tài)的相反形狀。圖2是方塊圖，圖示了實(shí)現(xiàn)了諸如圖1所示的打印頭結(jié)構(gòu)100的壓縮模塑的流體流動結(jié)構(gòu)100的系統(tǒng)200。系統(tǒng)200包括操作性地連接到流體移動器204的流體源202，流體移動器204被配置為將流體移動到通過壓縮模塑和材料消除過程形成在流體流動結(jié)構(gòu)100中的流體通道128。流體源202可包括例如用以冷卻微型電子裝置102的作為空氣源的大氣，或用于打印頭芯片102的打印流體供應(yīng)。流體移動器204表示泵、風(fēng)扇、重力或用于將流體從源202移動到流動結(jié)構(gòu)100的任何其他合適的機(jī)構(gòu)。圖3是方塊圖，圖示了實(shí)現(xiàn)具有襯底寬度的打印桿302中的流體流動結(jié)構(gòu)100的一個例子的噴墨打印機(jī)300。打印機(jī)300包括跨打印襯底304的寬度的打印桿302、與打印桿302相關(guān)連的流調(diào)節(jié)器306、襯底運(yùn)送機(jī)構(gòu)308、墨或其他打印流體供應(yīng)310以及打印機(jī)控制器312?？刂破?12表示程序、一個或多個處理器和相關(guān)的存儲器，以及控制打印機(jī)300的操作元件的電子電路和部件。打印桿302包括打印頭芯片102的布置，用于將打印流體分配到一張紙或紙的連續(xù)幅面或其他打印襯底304上。每個打印頭芯片102通過一流動路徑來接收打印流體，該流動路徑從供應(yīng)310延伸到流調(diào)節(jié)器306中，并延伸通過流調(diào)節(jié)器，然后延伸通過打印桿302中的壓縮模塑的流體通道128。圖4-6圖示了實(shí)現(xiàn)壓縮模塑的流體流動結(jié)構(gòu)100的一個例子（如適合用于圖3所示的打印機(jī)300的打印頭結(jié)構(gòu)100）的噴墨打印桿302。參照圖4的平面圖，打印頭芯片102被嵌入細(xì)長的單塊模塑件104中，并且大體端對端地布置成多行400。打印頭芯片102被布置為交錯配置，其中，每行中的芯片與同一行中的另一打印頭芯片重疊。在此配置中，打印頭芯片102的每行400從不同的壓縮模塑的流體通道128（由圖4中的虛線圖示）接收打印流體。雖然示出了四個流體通道128對交錯的打印頭芯片102的四行400（例如，用于打印四種不同的顏色）進(jìn)行供給，但可以采用其他合適的配置。圖5圖示了沿圖4中的線5-5截取的噴墨打印桿302的立體剖視圖，圖6圖示了同樣沿圖4中的線5-5截取的噴墨打印桿302的剖視圖。圖6的剖視圖示出了上文參照圖1論述的打印頭結(jié)構(gòu)100的各種細(xì)節(jié)。圖7-10圖示用于制造具有流體通道128的壓縮模塑的打印頭流體流動結(jié)構(gòu)100的示例性方法，該流體通道由包括壓縮模塑和材料消除的過程形成。圖11是圖7-10所示方法的流程圖1100。如圖7所示，在部分“A”處，利用熱釋放膠帶162將打印頭芯片102附接到載體160（圖11中的步驟1102），形成芯片載體組件163。打印頭芯片102被放置成使孔口120側(cè)向下放置到載體160上。打印頭芯片102處于預(yù)加工狀態(tài)，從而使得它已經(jīng)包括限定流體構(gòu)造（例如，噴射腔18、孔口120）的一個或多個層116以及電端子124，以及形成在薄長條襯底106上的噴射元件（未示出）。流體供給孔108也已經(jīng)被干蝕刻或以其他方式形成在長條襯底106中。參照圖7，在部分“B”處，將打印頭芯片102壓縮模塑到模塑主體104中（圖11中的步驟1104）。一般來說，壓縮模塑過程涉及預(yù)加熱模塑材料，諸如塑料或環(huán)氧樹脂模塑化合物，并將材料與芯片102一起放入被加熱的模具腔室中，諸如底部模具164內(nèi)的區(qū)域。使模具頂部166下降，以封閉模具，并且加熱模塑材料并施加壓力將其壓入腔室內(nèi)的所有區(qū)域中，從而使得它形成包裹打印頭芯片102的模塑件104。除了包裹芯片102之外，模塑件104的形狀的輪廓遵循模具頂部166的表面形態(tài)。在本例子中，模塑件104形成部分流體通道168，其構(gòu)成襯底106的第一外（背側(cè)）表面110處的流體通道128的第一壓縮模塑區(qū)段169，如圖7的部分“C”所示。仍參照圖7，部分“B”和“C”，顯然，在壓縮模塑過程期間，硅帽114防止模塑材料進(jìn)入長條襯底106中的流體供給孔108中。此外，壓縮模塑過程在硅帽114之上留下了模塑材料的剩余層170。因此，如部分“C”所示，部分流體通道168（第一壓縮模塑通道區(qū)段169）未一直延伸到墨供給孔108。因此，隨后在下述材料消除過程中完成流體通道128。如圖7的部分“C”所示，從底部和頂部模具（164、166）中移除芯片載體組件163，并且從熱膠帶162釋放載體160，并且從芯片移除膠帶（圖11中的步驟1106）。如圖7的部分“D”所示，將聚合物絕緣層126層壓到打印頭芯片102的孔口120側(cè)上，然后對其進(jìn)行圖案化和固化（圖11的步驟1108）。將SU8發(fā)射室保護(hù)層172沉積在一個或多個流體構(gòu)造層116上，如圖7的部分“E”所示（圖11中的步驟1110）。在部分“F”，如圖7所示，將金屬層（Cu/Au）沉積到聚合物絕緣層126上并將金屬層圖案化成導(dǎo)體跡線122（圖11中的步驟1112）。然后，將頂部聚合物絕緣層126旋涂在導(dǎo)體跡線122上，之后圖案化和固化該絕緣層，如圖7的部分“G”所示（圖11中的步驟1114）。在圖7的部分“H”，剝離發(fā)射室保護(hù)層166，并且執(zhí)行聚合物絕緣層126的最終固化（圖11中的步驟1116）。如圖7的部分“I”所示，移除襯底106中流體供給孔108區(qū)域上方的模塑材料的剩余層170和硅帽114，形成完整的流體通道128（圖11的步驟1118）。在一個例子中，材料消除過程用于移除剩余層170和硅帽114。因此，完整的流體通道128包括第一壓縮模塑通道區(qū)段169和是材料消除通道區(qū)段174的第二區(qū)段。圖8-10進(jìn)一步圖示了圖7的部分“I”中所示的材料移除（消除）過程步驟。存在可用于從硅帽114和保留在硅帽114上的模塑材料的剩余層170移除材料的各種過程。這些材料消除過程可包括例如粉末爆破、蝕刻、激光加工、銑削、鉆削、放電加工等。這類過程常常涉及使用掩模，掩模防止移除材料不應(yīng)當(dāng)被移除的區(qū)域中的材料。在本情形中，在圖7的部分“B”和“C”所示的壓縮模塑步驟期間形成的第一壓縮模塑通道區(qū)段169用作引導(dǎo)蝕刻劑或其他磨蝕物質(zhì)800的自對齊掩模，以從延伸區(qū)域中的硅帽114和剩余層170移除材料，并完成通道。材料消除過程形成第二材料消除通道區(qū)段174，其延長第一通道區(qū)段169，形成完整的流體通道128。完整的流體通道128提供了通過模塑主體并通過薄硅帽114的路徑，使得流體能夠直接流到外表面110處的硅襯底106上，并通過流體供給孔108流入硅襯底106中，然后流入腔118。如圖8所示，蝕刻劑或其他磨蝕物質(zhì)800可通過第一通道區(qū)段169引導(dǎo)，以通過消除來移除通道閉合端處的材料。消除過程從保留在硅帽114上的模塑材料的剩余層170開始（圖11中的步驟1120）。因此，圖7的部分“I”所示的材料消除過程首先移除剩余層170并使硅帽114暴露于蝕刻劑或其他磨蝕材料800，如圖9所示。然后，材料消除過程進(jìn)行到從通道區(qū)域中的硅帽114移除材料（圖11中的步驟1122），其將通道延伸至襯底106的外表面110。移除剩余層170和硅帽材料會形成第二（材料消除）通道區(qū)段174，其完成流體通道128并使流體供給孔108通向通道128（圖11中的步驟1124）。因此，完整的流體通道128包括是壓縮模塑通道區(qū)段169的第一區(qū)段和是材料消除通道區(qū)段174的第二區(qū)段。如在上述圖中可見的，壓縮模塑過程可在流體通道內(nèi)128產(chǎn)生不同的形狀。更具體地，圖1、圖5和圖6都圖示了具有彼此平行的大體平直側(cè)壁的流體通道128，而圖7-10示出了具有相對于彼此呈楔形或發(fā)散的平直側(cè)壁的流體通道128。在壓縮模塑過程期間可利用具有不同表面形態(tài)設(shè)計的模具頂部166產(chǎn)生不同的流體通道形狀。一般來說，流體通道128的最終得到的形狀相反地遵循壓縮模塑過程中使用的模具頂部166的表面形態(tài)的輪廓。圖12-14圖示了具有可在壓縮模塑過程中用于產(chǎn)生不同形狀的流體通道128的不同表面形態(tài)設(shè)計的模具頂部166的若干附加例子。如圖12所示，模具頂部166具有使得流體通道128的模塑側(cè)壁S1和S2彼此成鏡像的輪廓。側(cè)壁S1和S2中的每個都具有兩個大體平直的部段，一個部段中側(cè)壁互相平行，一個部段中側(cè)壁呈楔形。在圖13中，模具頂部166的輪廓使得流體通道128的模塑側(cè)壁S1和S2各自具有大體平直的兩個部段。包括側(cè)壁的兩個部段都是楔形的，并且當(dāng)它們遠(yuǎn)離彼此呈楔形時也成鏡像。如圖14所示，模具頂部166也可具有在流體通道128內(nèi)產(chǎn)生彎曲的側(cè)壁形狀的彎曲（或其他形狀的）輪廓。一般來說，附圖示出和以上論述的模塑流體通道128具有形成為彼此平行和/或呈楔形和/或成鏡像的各種平直和/或彎曲配置的通道側(cè)壁。在大多數(shù)情形中，有益的是，隨著通道側(cè)壁從長條的打印頭襯底106后退或遠(yuǎn)離移動，通道側(cè)壁遠(yuǎn)離彼此發(fā)散或呈楔形。這種發(fā)散提供了幫助空氣泡移動離開孔口120、噴射腔118和流體供給孔108的益處，否則在操作期間它們可能在這些地方阻礙或阻止流體流動。因此，附圖論述和示出的流體通道128包括典型地是發(fā)散的、但至少在它們從長條襯底106后退時是平行的側(cè)壁。但是，所示通道側(cè)壁的形狀和配置并未意圖成為對可利用壓縮模塑過程形成的流體通道128內(nèi)的側(cè)壁的其他形狀和配置的限制。反而，本發(fā)明設(shè)想了，其他壓縮模塑的流體通道有可能使側(cè)壁被形成為未具體說明或論述的各種其他配置。