專利名稱：液滴沉積裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液滴沉積裝置，尤其是涉及噴墨打印頭、其組件和制造該組件的方法。
背景技術(shù)：
一種尤其有效的噴墨打印機(jī)包括一個(gè)壓電材料的殼體、該殼體帶有例如通過(guò)盤式切割形成的墨水通道。電極可電鍍到壓電材料的面向通道的表面上，使電場(chǎng)能施加到相鄰?fù)ǖ乐g限定的壓電“壁”上。通過(guò)適當(dāng)?shù)闹?，可使這個(gè)壁移進(jìn)或移出所選的墨水通道，從而引起一股使墨滴通過(guò)相關(guān)的通道噴嘴噴射的壓力脈沖。例如，EP-A-0364136中示出了這樣一種結(jié)構(gòu)。
近來(lái)，常要求這樣的墨水通道應(yīng)具有高密度，與打印頭較寬的范圍上也許是整幅頁(yè)寬的打印頭實(shí)現(xiàn)精確的對(duì)準(zhǔn)。在WO98/52763中披露了一種為此而使用的結(jié)構(gòu)。它采用了一種支承壓電材料和集成電路的平直底板，集成電路執(zhí)行必要的處理和控制功能。
這樣的結(jié)構(gòu)具體涉及到制造方面具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。該底板作為打印頭的“主干”在制造過(guò)程中支承壓電材料和集成電路。在將多層壓電材料對(duì)接到一起來(lái)形成墨水通道的一個(gè)連續(xù)的頁(yè)寬陣列的過(guò)程中，這種支承功能顯得尤其重要。該底板較大的尺寸也簡(jiǎn)化了加工。
在可靠而有效地建立墨水通道電極和相應(yīng)的集成電路的引線之間的電連接中，仍存在問(wèn)題。如果底板是由適合的材料并經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)募庸ぶ瞥?，那么可在其上沉積導(dǎo)電軌道，這些軌道以已知的方式與IC引線連接。但仍難于建立與通道電極的連接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供克服這個(gè)問(wèn)題的改進(jìn)的裝置及方法。
因此，在一方面，本發(fā)明包括一種制造液滴沉積裝置組件的方法，該組件包括一個(gè)壓電材料的殼體和一個(gè)底部，該殼體具有許多均帶有通道表面的通道，該殼體連接到一基本上是連續(xù)的底部的表面上；該方法包括的步驟有將該殼體連接到該底部的所述表面上；沉積一層導(dǎo)電材料，以使其在所述通道表面的至少一個(gè)表面和該底部的所述表面上連續(xù)地延伸，從而在每個(gè)通道表面上提供一電極并在該底部的所述表面上提供一導(dǎo)電軌道，該導(dǎo)電軌道與該電極一體連接。
通過(guò)將該殼體連接到該底部的表面，隨后在所述至少一個(gè)通道表面和該底部表面上沉積一導(dǎo)電材料的連續(xù)層，會(huì)在通道壁電極和襯底導(dǎo)電軌道之間實(shí)現(xiàn)有效而可靠的電連接。這些軌道可用于連接一個(gè)或多個(gè)裝在該底部上的集成電路，或者直接連接或者通過(guò)其它軌道和相互連接件。
本發(fā)明還提供一種液滴沉積裝置的組件，該組件包括一個(gè)形成有許多通道的壓電材料的殼體，每一通道具有一通道表面；和一個(gè)分離底部，該分離底部具有一個(gè)基本上連續(xù)的底面；其中，該殼體連接到所述底面上，而一導(dǎo)電材料層在所述通道表面和所述底面上連續(xù)地延伸，從而在每一通道表面上限定一個(gè)電極，而在該底面上限定一個(gè)與該電極相連的導(dǎo)電軌道。


現(xiàn)在將參照附圖通過(guò)示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，其中圖1是已知噴墨打印頭的縱向剖視圖；圖2是沿圖1的線AA的橫向剖視圖；圖3是按照現(xiàn)有技術(shù)的頁(yè)寬打印頭陣列的分解圖；圖4是圖3所示打印頭的組合縱向剖視圖；圖5與圖4相似，它是本發(fā)明第一實(shí)施例中所述打印頭的組合剖視圖；圖6(a)和6(b)是與圖5裝置的通道軸垂直和平行的詳細(xì)剖視圖；圖7是圖5裝置的詳細(xì)立體圖；圖8是本發(fā)明第二實(shí)施例中所述的打印頭通道的剖面圖；圖9-11分別是沿本發(fā)明第三、第四和第五實(shí)施例中的通道的剖視圖；圖12和13分別是圖11實(shí)施例的立體圖和詳細(xì)立體圖；圖14是圖6(b)中附圖標(biāo)記194代表區(qū)域的詳細(xì)視圖；圖15是示出了圖11所示類型的打印頭的制造步驟的立體圖；圖16是示出了另一改進(jìn)的剖視圖。
首先較詳細(xì)地對(duì)以上簡(jiǎn)介的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中的示例作出描述是有幫助的。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了一種現(xiàn)有技術(shù)中的噴墨打印頭1，WO91/17051公開(kāi)了這類打印頭，它包括一塊壓電材料如鈦酸鋯鉛(PZT)的板3，其頂面形成有一頂部打開(kāi)的墨水通道7的陣列。圖2是一沿圖1的線AA的剖視圖，從該圖中可明顯地看出，陣列中連續(xù)的通道由側(cè)壁13隔開(kāi)，其中側(cè)壁13包括連接在板3厚度方向上(如箭頭P所示)的壓電材料。在相對(duì)的面向通道的表面17上布置有電極15，電壓可通過(guò)連接件34施加到該電極15上。例如從EP-A-0364136中可知，壁兩側(cè)上電極之間的電場(chǎng)會(huì)使該壁向著一個(gè)側(cè)面通道發(fā)生剪切模式的彎曲，這由圖2中的虛線放大示出，從而在該通道中產(chǎn)生一壓力脈沖。
這些通道由一蓋25封閉，在該蓋25中形成有噴嘴27，每個(gè)噴嘴在其中點(diǎn)位置上與相應(yīng)的通道相通。眾所周知，液滴受上述的壓力脈沖作用而從噴嘴中噴射出。如圖2中的箭頭S所示，液滴流通過(guò)兩導(dǎo)管33輸送到通道中，這兩個(gè)導(dǎo)管在板3的底面35中切割到一定深度，這樣它們便分別與通道7的兩個(gè)相對(duì)端相通。因此，這樣的一種通道結(jié)構(gòu)可描述成一種雙端側(cè)噴射(double-ended side-shooter)的布置方式。一塊蓋板37連接到該底面35上，從而封閉這些導(dǎo)管。
圖3和4分別是一“頁(yè)寬”構(gòu)造的打印頭的分解立體圖和剖視圖，其中該打印頭應(yīng)用了圖1和圖2中的雙端側(cè)噴射的原理。在此引入作為參考的WO98/52763中描述了這種打印頭。采用的是沿介質(zhì)輸送方向互相間隔的兩行通道，其中每一行通道在橫切于介質(zhì)輸送方向P的方向W上延伸一頁(yè)的寬度。圖1和2實(shí)施例中的相同部件在圖1和2中使用相同附圖標(biāo)記表示。
圖4是一垂直于方向W的剖視圖，如圖4所示，兩個(gè)壓電板82a、82b都具有上述的通道(形成在它們的底面中，而不是前面示例中的頂面)和電極，該壓電板82a、82b由一平直延伸的底板86封閉(還是在它們的底面上而不是頂面)，在該底板86中形成有用來(lái)噴射液滴的開(kāi)口96a、96b。該底板86還形成有導(dǎo)電軌道(未示出)，它們與相應(yīng)的通道電極電連接，例如，如WO92/22429所述，通過(guò)焊接連接在一起，并且導(dǎo)電軌道延伸到該底板的邊緣，而每行通道相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路(集成電路84a、84b)位于該底板的邊緣處。
具體涉及到制造方面這樣的結(jié)構(gòu)有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，該延伸的底板86成為打印頭的“主干”，在制造過(guò)程中支承該壓電板82a、82b和集成電路84a、84b。這一支承功能在將多塊板3對(duì)接在一起以形成如圖3立體圖中的82a和82b處所示的單一、鄰接的頁(yè)寬通道陣列過(guò)程中尤其顯得重要。一種對(duì)接的方法描述在WO91/17051中，因此在這里不再贅述。延伸蓋子的尺寸也簡(jiǎn)化了加工。
另一優(yōu)點(diǎn)源于這樣一個(gè)事實(shí)，即其上需形成導(dǎo)電軌道的底板表面是平直的，也即大體上沒(méi)有什么間斷。這樣一來(lái)，許多制造步驟便可利用電子工業(yè)中別處所用的可行技術(shù)來(lái)進(jìn)行，例如用于導(dǎo)電軌道的照相平印組成圖案技術(shù)和用于集成電路的“倒裝片”技術(shù)。照相平印組成圖案技術(shù)尤其不適用于這樣的情況，即表面承受迅速的角度變化，這是由于一般用于涂敷照相平印薄膜的旋壓方法有關(guān)的問(wèn)題引起的。從易于加工、測(cè)量，精度和可靠性的觀點(diǎn)看，平直的襯底也具有優(yōu)點(diǎn)。
因此，選擇底板材料時(shí)所考慮的首要條件便是它是否容易制造成大體上沒(méi)有間斷的表面形式。第二個(gè)要求是該材料具有對(duì)于打印頭別處使用的壓電材料的熱延性。最后一個(gè)要求是該材料應(yīng)相當(dāng)堅(jiān)固，能耐得住各種制造過(guò)程。氮化鋁、氧化鋁、INVAR(鎳鐵合金)或特定玻璃AF45都是可選的材料。
液滴噴射開(kāi)口96a、96b自身可形成一個(gè)錐度，如圖1的實(shí)施例所示，或者可在安裝在該開(kāi)口上方的噴嘴板98中形成錐形形狀。這樣的一塊噴嘴板可包括任何易燒蝕的材料，例如為此目的常用的聚酰亞胺、聚碳酸酯和聚酯。此外，噴嘴的制造可單獨(dú)進(jìn)行，不用考慮打印頭其它部分是否完成噴嘴可在將活動(dòng)體82a裝到該底板或襯底86上之前從后面燒蝕而形成，或者該活動(dòng)體已定位時(shí)從前面燒蝕。這兩種技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)中都是已知的。前者方法的優(yōu)點(diǎn)在于可在組裝的初期替換噴嘴板或去除整個(gè)裝置，使去除部件的代價(jià)降到最小。后者方法的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)安裝到襯底上時(shí)噴嘴相對(duì)于該活動(dòng)體通道的對(duì)準(zhǔn)變得容易。
在將壓電板82a、82b和驅(qū)動(dòng)芯片84a、84b安裝到襯底86上并進(jìn)行例如EP-A-0376606中描述的適當(dāng)?shù)臏y(cè)試后，可安裝殼體80。這樣做也有幾個(gè)作用，其中最重要的一點(diǎn)是，殼體80與底板或襯底86一起將多管室90、88和92分別限定到兩通道行82a、82b之間和兩側(cè)。殼體80還形成有如90’、88’和92’所示的相應(yīng)的管道，墨水通過(guò)這些管道從打印頭的外部輸送到每個(gè)室中。顯然，這種結(jié)構(gòu)特別緊湊，在其中墨水可從公共總管道90流通到每個(gè)殼體中的通道(例如用來(lái)去除夾帶的雜質(zhì)或氣泡)，并通過(guò)室88和92流出來(lái)。殼體80還設(shè)置有連接這樣裝置的表面，即該裝置用來(lái)在打印機(jī)中定位完成的打印頭，并且殼體80限定有附加的室94a、94b，它們與墨水容納室88、90、92密封隔離，且集成電路84a、84b可位于其中。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5對(duì)本發(fā)明的一個(gè)示例作出描述。圖5是一與圖4相似的剖視圖，示出了一個(gè)如本發(fā)明所述的打印頭。對(duì)于與圖1-4實(shí)施例中相同的部件，均采用圖1-4中所用的相同的附圖標(biāo)記。
同上述實(shí)施例一樣，圖5的打印頭包括一個(gè)“頁(yè)寬”底板或襯底86，在襯底上安裝有兩行集成電路84。一行通道82在該襯底86的中間位置上形成，其中每個(gè)通道都與兩個(gè)間隔的用來(lái)噴射液滴的噴嘴96a、96b相通，并與分別用來(lái)進(jìn)行墨水輸送和流通的、分別布置在噴嘴96a、96b兩側(cè)和其間的總管道88、92和90相通。
與上述打印頭的實(shí)施例不同，在由兩條帶110a、110b構(gòu)成的一層100中加入用作通道壁的壓電材料。如圖4實(shí)施例所示，這些條帶將在頁(yè)寬方向W上對(duì)接到一起，每個(gè)條帶延伸大致5-10cm(這是薄片的典型尺寸，該材料一般以這樣的形式輸送)。在通道形成之前，每個(gè)條帶連接到襯底86的連續(xù)的平面120上，緊接著鋸開(kāi)通道或以其它方式形成通道使其延伸通過(guò)條帶和襯底。圖6示出了一通道及與其相關(guān)的致動(dòng)壁和噴嘴的剖面。例如可從EP-A-0505065中了解到這種致動(dòng)壁的結(jié)構(gòu)，且因此不再對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的討論。類似地，可分別從US5,193,256和WO95/04658中了解到這樣的相關(guān)技術(shù)，即去除粘接在相鄰的壓電材料的對(duì)接條帶之間的膠合劑和用在每個(gè)壓電條帶和襯底之間的粘合劑中的除膠合劑通道。
如本發(fā)明所述，接著將一導(dǎo)電材料的連續(xù)層涂敷到該通道壁和襯底上。這樣做不僅形成了如圖6(a)所示的用來(lái)將電場(chǎng)施加到壓電壁13上的電極190和如圖6(b)所示的用來(lái)將電壓輸送到這些電極上的、襯底86上的導(dǎo)電軌道192，而且還形成了如194處所示的這兩元件之間的電連接。
適用的電極材料和沉積方法在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的。將銅、鎳和金單獨(dú)使用或混合使用并有利地通過(guò)采用鈀催化劑進(jìn)行無(wú)電沉積將提供必要的完整性、對(duì)壓電材料的粘合力、耐腐蝕性，并為隨后的例如采用現(xiàn)有技術(shù)中已知的氮化硅的鈍化打好基礎(chǔ)。
眾所周知，例如從上述的EP-A-0364136中可知，每個(gè)致動(dòng)壁13的對(duì)側(cè)上的電極必須相互電絕緣，以便在它們之間建立電場(chǎng)，并且，因此電場(chǎng)穿過(guò)該致動(dòng)壁的壓電材料。這一點(diǎn)在圖2的現(xiàn)有技術(shù)布置方式和圖6(a)所示的本發(fā)明實(shí)施例中示出。將每個(gè)電極與各自的電壓源相連的相應(yīng)的導(dǎo)電軌道必須同樣相互絕緣。
在本發(fā)明中，這樣的絕緣可在沉積時(shí)完成，例如通過(guò)掩蔽那些在該處不需要導(dǎo)電材料的區(qū)域，如通道壁的頂部。包括組成圖案的網(wǎng)屏和照相平印組成圖案的掩蔽材料的適用的掩蔽技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)中是熟知的，例如從WO98/17477和EP-A-0397441中可了解得到，對(duì)此將不再作任何詳細(xì)的描述。
或者，可在沉積后通過(guò)將導(dǎo)電材料從那些不需要導(dǎo)電材料的區(qū)域中去除來(lái)完成絕緣。例如從JP-A-09010983中可知，通過(guò)激光束將導(dǎo)電材料進(jìn)行局部蒸發(fā)，這樣做已被證實(shí)最適合于獲得所需的高精度，而其它傳統(tǒng)的去除方法-內(nèi)部噴砂、蝕刻、電拋光和線材侵蝕也是適用的。圖7示出了材料的去除，在這種情況下，導(dǎo)電材料是在沿著壁的頂部延伸的窄區(qū)段上去除的，盡管可采用幾道激光束(或單獨(dú)的一道較寬的激光束)從該壁的整個(gè)頂面去除材料以使與蓋元件130連接的可用壁頂部面積最大。
除了將導(dǎo)電材料從每個(gè)壓電致動(dòng)壁13的頂面13’去除以便使電極190’、190”在每個(gè)壁的兩邊隔開(kāi)，還必須從襯底86的表面去除導(dǎo)電材料，使每個(gè)電極190’、190”限定各自的導(dǎo)電軌道192’、192”。在壓電材料100和襯底86之間的過(guò)渡處，如195處所示，壓電材料的端面成一角度或斜面。眾所周知，這一點(diǎn)優(yōu)于垂直切割(如197處虛線所示的類型)的好處在于，允許如圖中箭頭196所示的氣化激光束照射到此處，從而去除導(dǎo)電材料，而無(wú)需傾斜光束。斜面195最好是在壓電層100已連接到襯底86上之后但在通道壁成形之前通過(guò)銑削成形的，通道壁一般為300um厚，并由陶瓷和玻璃形成，易受損壞。已發(fā)現(xiàn)45度的斜面角是適宜的。
還應(yīng)理解，與活動(dòng)部分140a相關(guān)的電極和導(dǎo)電軌道需要與那些與140b相關(guān)的部分相絕緣，以便使噴嘴行可獨(dú)立操作。盡管這一點(diǎn)也可通過(guò)一個(gè)沿著襯底86的表面在該兩壓電條帶之間延伸的激光“切口”來(lái)實(shí)現(xiàn)，但在電極沉積過(guò)程中通過(guò)采用一物理掩膜或通過(guò)采用放電加工來(lái)實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)單。
在隨后的步驟中還可采用激光加工在每個(gè)通道的底板中形成噴墨孔96a、96b，這在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。這樣的孔可直接用作墨水噴嘴?；蛘?，可在襯底86的下表面連接一塊具有噴嘴的分離板(未示出)，其中這些噴嘴與孔96a、96b相通，并且噴嘴若直接形成在通道的陶瓷或玻璃底板中，該分離板在其它方面也可能具有較高的特性。相關(guān)技術(shù)是眾所周知的，尤其是WO93/15911公開(kāi)了這樣一種技術(shù)，即在連接了噴嘴板之后，在原住形成噴嘴，從而簡(jiǎn)化了每個(gè)噴嘴與其相應(yīng)通道的對(duì)準(zhǔn)。
由激光限定的導(dǎo)電軌道192’、192”可從過(guò)渡區(qū)域195一直延伸到位于襯底兩側(cè)的集成電路84?；蛘?，可將激光軌道限定過(guò)程限制到一個(gè)與壓電材料直接相鄰的區(qū)域，并且一個(gè)不同的例如為照相平印的過(guò)程用于限定另一導(dǎo)電軌道，該導(dǎo)電軌道將激光限定軌道與集成電路84相連。
在實(shí)現(xiàn)了平鋪的電連接后，只須將一蓋元件130粘接(例如采用偏裝法)到襯底86的表面上。這個(gè)蓋子完成下面幾個(gè)功能首先，它沿著壁包括壓電材料的那些部分140a、140b封閉每個(gè)通道，以便使該材料的活動(dòng)和壁的最終彎曲會(huì)在該通道部分中產(chǎn)生壓力脈沖，并且導(dǎo)致液滴從一相應(yīng)的開(kāi)口噴射出來(lái)。第二，該蓋子和襯底在它們之間限定了導(dǎo)管150a、150b和150c，這些導(dǎo)管沿著每行活動(dòng)通道部分140a、140b的兩側(cè)延伸并且輸送墨水。該蓋子還形成有將該導(dǎo)管150a、150b和150c與一墨水系統(tǒng)的相應(yīng)部件連接的口88、90、92。除了補(bǔ)充已噴射的墨水之外，該系統(tǒng)出于現(xiàn)有技術(shù)中已知的去除熱量、雜質(zhì)和氣泡的目的，還使墨水在各通道中循環(huán)流通(如箭頭112所示)。該蓋子的最后一個(gè)功能是將打印頭的墨水容納部與外界密封隔離，尤其是與電子器件84密封隔離。已發(fā)現(xiàn)通過(guò)該襯底86和蓋肋132之間的粘合劑來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)是令人滿意的，盡管可采用別的措施如膠體填角(glue fillet)?；蛘撸w肋可由一適宜形狀的密封墊元件替代。
廣義上來(lái)說(shuō)，圖5的打印頭包括一具有連續(xù)平面的第一層；一連接到所述連續(xù)平面上的壓電材料的第二層；至少一個(gè)延伸通過(guò)連接著的第一和第二層的通道；該第二層具有沿該通道長(zhǎng)度間隔的第一和第二部分；和一第三層，該第三層在所有與由所述第二層的第一和第二部分限定的通道部分的軸平行的側(cè)面上起封閉作用。
應(yīng)該理解，將壓電材料限制使用到那些需要移動(dòng)通道壁處的通道的“活動(dòng)”部分是有效的，壓電材料是相對(duì)昂貴的材料。與壓電材料相關(guān)的電容量也得以最小化，降低了驅(qū)動(dòng)電路上的負(fù)載，因此也就降低了成本。
雖然圖5和6的打印頭采用的是“懸臂”型的致動(dòng)壁，其中僅部分壁響應(yīng)激發(fā)的電場(chǎng)而變形，但圖8和9的打印頭的致動(dòng)壁在其整個(gè)高度上主動(dòng)地變形成人字形。眾所周知，并且如圖8所示，這樣的“人字形”致動(dòng)機(jī)構(gòu)具有沿相反的方向?qū)?如箭頭所示)的上下壁部分250、260和在相對(duì)表面上的電極190’、190”，該電極190’、190”用來(lái)在該壁的整個(gè)高度上施加一單向電場(chǎng)。當(dāng)壁受到電場(chǎng)作用時(shí)發(fā)生的大致的變形形狀在圖8右側(cè)的虛線270中放大地示出。
各種制造這樣的“人字形”致動(dòng)壁的方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，例如可從EP-A-0277703、EP-A-0326973和WO92/09436中了解得到。就圖9和10的打印頭來(lái)說(shuō)，首先這樣布置兩層壓電材料，使它們的極化方向是相向的。接著將這兩層層壓在一起，切割成條帶，并最終連接到一不活動(dòng)的襯底86上，正如參照?qǐng)D5所述的那樣。
整個(gè)致動(dòng)壁的高度由壓電材料限定的一個(gè)結(jié)果是，無(wú)須將壁限定的凹槽鋸成不活動(dòng)的襯底86。當(dāng)然，仍需要將噴嘴96a、96b的高度保持最小，從而使損失最小，要不然會(huì)減小液滴噴射的速度。為此，襯底可或者通過(guò)圖9所示的一溝槽300局部地減小厚度并通過(guò)鋸割、磨削或模壓有利地成形，或者整體如圖10所示的那樣。這兩種布置方式都需要給用于在壓電條帶中形成通道的盤式切刀(如320處虛線圖示)提供自由通道。
在通道形成后，如本發(fā)明所述，接著沉積導(dǎo)電材料并限定出電極/導(dǎo)電軌道。在所示的示例中，如上所述，給壓電條帶110a和110b切出斜角，從而易于激光制作圖案。噴嘴孔96a、96b也沿著每個(gè)通道形成在兩點(diǎn)處。
最后，將一個(gè)蓋元件130連接到通道壁的頂部，從而建立起液滴噴射所必要的封閉的、“活動(dòng)”的通道長(zhǎng)度。在圖9的打印頭中，該蓋元件僅需包括一個(gè)簡(jiǎn)單的形成有供墨口88、90、92的平面元件，這是由于沿著通道行分布墨水所必要的間隔150a、150b、150c限定在蓋元件130的下表面340和溝槽300的表面345之間。通道的密封是通過(guò)粘合劑(未示出)在330處實(shí)現(xiàn)的，該粘合劑位于蓋130的下表面340和襯底的上表面之間。廣義上說(shuō)，本發(fā)明第三實(shí)施例中的打印頭包括一非活性材料的第一層；一壓電材料的第二層，該第二層包括第一和第二部分，它們形成有通道并間隔地連接到該第一層上；一第三層，該第三層用來(lái)在所有平行于通道軸的側(cè)面上封閉通道；和形成在該第一層中的出口，該出口用來(lái)從該第二層的所述部分中的所述通道噴射墨水。
在圖10的實(shí)施例中，未形成溝槽300的襯底86的簡(jiǎn)單性可被在蓋130中形成溝槽狀結(jié)構(gòu)350(例如由一凸出的肋360來(lái)限定)以限定出供墨導(dǎo)管150a、150b、150c的需要而抵銷。
參照?qǐng)D11的實(shí)施例，還可將一簡(jiǎn)單的襯底86和一更復(fù)雜的蓋130聯(lián)合起來(lái)使用，在這種情況下，具有一個(gè)由一間隔元件410和一平面蓋元件420構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。不過(guò)，與前述實(shí)施例不同，形成有供墨口88、90、92的是襯底86而不是蓋，而形成有用來(lái)噴射液滴的孔96的是蓋130而不是襯底。在示出的示例中，這些孔與形成在一噴嘴板430中的噴嘴相通，其中該噴嘴板連接到該平面蓋元件420上。
圖12是從蓋側(cè)面觀察到的圖11打印頭的局剖透視圖?！叭俗中巍睂?duì)接的壓電層壓層的條帶110a、110b已經(jīng)連接到襯底86上，隨后被切割而形成通道。接著，如本發(fā)明所述，在這些條帶、襯底部件以及在其上限定的電極和導(dǎo)電軌道上沉積一導(dǎo)電材料的連續(xù)層。正如參照?qǐng)D5和6所說(shuō)的一樣，這些條帶在其兩邊有斜角(195處)，從而有助于激光在這一過(guò)渡區(qū)域中形成圖案。
圖13是一放大的視圖，其中將間隔元件410去除，以便詳細(xì)地示出導(dǎo)電軌道192。盡管因?yàn)榍逦鹊脑蛭词境?，但?yīng)該理解，這些元件和通道7一樣都是在打印頭的整個(gè)寬度方向上延伸的。在襯底與每個(gè)條帶相鄰的區(qū)域中(以條帶110b作參照，如箭頭500所示)，這些軌道與電極(未示出)相連，其中電極在相同的制造步驟中已沉積在每個(gè)通道的相面對(duì)的壁上。這便提供了按照本發(fā)明的有效的電連接。
不過(guò)，在襯底上的別處，如510處所示，采用更多的傳統(tǒng)技術(shù)如照相平印技術(shù)不僅限定出從通道電極引向集成電路84的軌道192，還限定出用來(lái)將電力、數(shù)據(jù)和其它信號(hào)輸送到該集成電路的別的軌道520。這樣的技術(shù)不會(huì)使成本很高，尤其是在將導(dǎo)電軌道轉(zhuǎn)移到供墨口92周圍的情況下，要不然的話，還需復(fù)雜的激光的位置控制。所述軌道優(yōu)選在鉆出供墨口88、90、92(例如采用激光)之前，并且在連上、切出和鋸出壓電條帶110a、110b之前形成在氧化鋁襯底上。在條帶的中間區(qū)域中沉積上導(dǎo)電材料后，可采用一種激光來(lái)保證每個(gè)軌道僅與其相應(yīng)的通道電極相連，而不與別的元件相連。
此后，電極和軌道都需要進(jìn)行鈍化，例如如WO95/07820所述，沉積上氮化硅。這樣做，不僅免受因電場(chǎng)和墨水的混合效應(yīng)引起的腐蝕(應(yīng)該理解，所有包含在由間隔元件410的內(nèi)面430限定的區(qū)域420中的導(dǎo)電材料是暴露在墨水中的)，而且防止每個(gè)壁對(duì)側(cè)上的電極被平面蓋元件430短路。蓋和間隔物都最好由鉬制成，鉬除了具有與在打印頭別處采用的氧化鋁相似的熱延性外，還易于被加工例如通過(guò)腐蝕、激光切割或沖孔成具有高精度。這對(duì)于用來(lái)噴射液滴的孔96來(lái)說(shuō)尤其重要，并且在稍小的程度上對(duì)于該間隔元件410的波形的、避免氣泡阱(bubble-trap-avoiding)的內(nèi)面430來(lái)說(shuō)也是重要的。還可通過(guò)這樣定位該波形面的槽440來(lái)避免氣泡阱，即它與相應(yīng)的供墨口92的邊緣對(duì)齊或甚至覆蓋在其上面。該波形面的頂部450距離相鄰條帶110a、110b邊緣的大小(間距)相似，一般為3mm，大致是每個(gè)條帶110a、110b寬度的1.5倍，從而保證避免出現(xiàn)氣泡阱，而不影響墨水流到通道中。
接著，通過(guò)一粘合劑層將間隔元件410固定到襯底86的頂面。這一層除了其主要的固定功能外，還提供襯底上導(dǎo)電軌道之間的保護(hù)隔離電絕緣。定位構(gòu)件如槽口440是用來(lái)保證正確的對(duì)準(zhǔn)的。
最后粘接上兩個(gè)元件即平面蓋元件420和噴嘴板430，或者分開(kāi)進(jìn)行或者組合起來(lái)進(jìn)行。最佳方式是保證在噴嘴板中形成的噴嘴和通道本身之間實(shí)現(xiàn)正確的對(duì)準(zhǔn)?；蛘撸绗F(xiàn)有技術(shù)例如WO93/15911所述，一旦噴嘴板位于原位后便可形成噴嘴。
圖14是圖6(b)中附圖標(biāo)記194代表區(qū)域的詳細(xì)視圖，在該圖14中示出了另一個(gè)特征。當(dāng)斜面195在上述的層的端面上形成時(shí)，還要有利地保持著在壓電層100和襯底86之間接合過(guò)程中擠壓出粘合劑時(shí)形成的倒角550。隨后，當(dāng)對(duì)組件進(jìn)行電鍍前的清潔(例如等離子腐蝕)步驟時(shí)，這一粘合劑倒角便暴露出來(lái)并在一區(qū)域中與該電極材料190實(shí)現(xiàn)良好的嚙合，否則的話電鍍時(shí)容易出現(xiàn)缺陷。
參照?qǐng)D15對(duì)進(jìn)一步的改進(jìn)作出說(shuō)明。正如上面已說(shuō)的一樣，在一層100中加入用于通道壁的壓電材料，該層100由兩條帶110a、110b構(gòu)成，該兩條帶在W方向上與別的條帶相互對(duì)接在一起，以便形成通道的寬陣列。根據(jù)致動(dòng)機(jī)構(gòu)是“懸臂”或是“人字形”類型的情況，該壓電層的極化方向?yàn)閱蜗蚧螂p向(相對(duì)的)，并且在后一種情況下，壓電層可由圖15的600和610處所示的層壓在一起的兩層極化方向相反的片層形成。為使相對(duì)的定位變得容易，條帶110a、110b是由一橋接件620連接在一起的，該橋接件在斜角加工步驟中被去除，而倒角加工步驟是在一旦已采用粘合劑將條帶100和襯底86連接到一起時(shí)進(jìn)行的。
圖16示出了又一改進(jìn)。在本文中，集成電路84并不安裝在襯底86上，而是安裝在一輔助襯底700上，該輔助襯底700可是單層或多層。襯底86可適當(dāng)?shù)剡B接到輔助襯底700上，而線結(jié)合劑702將該襯底86上的導(dǎo)電軌道與該集成電路的銷連接在一起。接著，另外的線結(jié)合劑704將該集成電路與該輔助襯底700上的襯墊708連接。
已參照本文中含有的附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明決不限制于這些實(shí)施例。本發(fā)明的技術(shù)具體適用于具有不同寬度和分辨率的打印頭，頁(yè)寬兩行的打印頭僅是許多適用結(jié)構(gòu)中的一種。例如，正如在電子工業(yè)中別處所熟知的一樣，通過(guò)采用用在多層中的軌道也容易實(shí)現(xiàn)多于兩行的打印頭。
在本申請(qǐng)中，所提到的所有文獻(xiàn)尤其是專利申請(qǐng)只是用來(lái)引入作為參考的。
權(quán)利要求
1.一種制造液滴沉積裝置組件的方法，該組件包括一個(gè)具有許多通道的壓電材料的殼體和一個(gè)底部，其中每個(gè)通道具有一通道表面，該殼體連接到該底部的一基本上連續(xù)的表面上；該方法包括的步驟有將該殼體連接到該底部的所述表面上；沉積一導(dǎo)電材料層，以便在至少一個(gè)所述通道表面和該底部的所述表面上連續(xù)地延伸，從而在每個(gè)通道表面上提供一電極，而在該底部的所述表面上提供一與該電極一體連接的導(dǎo)電軌道。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括步驟去除該導(dǎo)電材料層的部分區(qū)域，從而為電極相互電絕緣的不同通道限定電極。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，還包括步驟去除該導(dǎo)電材料層的部分區(qū)域，從而限定相互電絕緣的導(dǎo)電軌道。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料層的部分區(qū)域是通過(guò)導(dǎo)電材料的局部蒸發(fā)而去除的。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，導(dǎo)電材料是通過(guò)采用激光束而蒸發(fā)的。
6.如權(quán)利要求2-5中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，一導(dǎo)電材料的條帶是從限定在相鄰?fù)ǖ乐g的殼體上的區(qū)域去除的。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述層按一圖案沉積，從而為不同通道限定相互電絕緣的電極。
8.如權(quán)利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述層按一圖案沉積，該圖案限定許多所述相互電絕緣的導(dǎo)電軌道。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，沉積的導(dǎo)電層的圖案形成是通過(guò)采用掩蔽而完成的。
10.如前面權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該殼體是在殼體中的通道形成之前連接到該底部的。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該通道是通過(guò)去除該殼體的部分區(qū)域而形成的。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將該殼體的部分區(qū)域去除掉的步驟用來(lái)限定相互分離的壓電材料的分立的壁。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，將該殼體的部分區(qū)域去除掉的步驟還用來(lái)去除該底部的區(qū)域。
14.如前面權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該殼體鄰近該底部有斜角，以提供導(dǎo)電材料沉積層的區(qū)域，該區(qū)域分別覆蓋住該殼體并和該底部成一鈍角。
15.如前面權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該殼體通過(guò)粘合劑連接到該底部上，在該殼體和該底部之間限定有一所述粘合劑的倒角，其用作為導(dǎo)電材料沉積層的接合區(qū)。
16.一種液滴沉積裝置的組件，它包括一個(gè)壓電材料的殼體和一個(gè)分離的底部，該殼體形成有許多通道，每一通道具有一通道表面；該底部具有一基本上連續(xù)的底面；其中，該殼體連接到所述底面，而一導(dǎo)電材料層在所述通道表面和所述底面上連續(xù)地延伸，從而在每個(gè)通道表面上限定一電極，而在該底面上限定與該電極相連的一導(dǎo)電軌道。
17.如權(quán)利要求16所述的組件，其特征在于，一集成電路裝在該底部上，所述導(dǎo)電軌道用來(lái)在該電極和該集成電路之間提供電連接。
18.如權(quán)利要求16或17所述的組件，其特征在于，該底面基本上是平的。
19.如權(quán)利要求16-18中任何一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，該殼體與該底部成一鈍角。
20.如權(quán)利要求16-19中任何一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，該底部是由一種從氮化鋁、氧化鋁、鎳鐵合金或玻璃中選擇的材料形成的。
21.如權(quán)利要求16-20中任何一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，該導(dǎo)電材料是從由銅、鎳、金和其合金中選擇的。
22.如權(quán)利要求16-21中任何一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，該導(dǎo)電材料是通過(guò)無(wú)電鍍覆而沉積的。
全文摘要
一種噴墨打印頭具有一結(jié)合到一底板(13”)上的PZT殼體(13’)。在PZT中切割的通道形成墨水室,該墨水室是通過(guò)將電壓施加到該室表面上的電極而受致動(dòng)的。該底板還帶有IC,IC包含致動(dòng)該墨水室的驅(qū)動(dòng)電路。為了保證在墨水室電極和IC之間實(shí)現(xiàn)可靠的電連接,該底板上的電極(190’、190”)和導(dǎo)電軌道(192’、192”)是通過(guò)在該P(yáng)ZT殼體和該底板上沉積一導(dǎo)電層的單獨(dú)步驟中形成的。通過(guò)掩蔽或通過(guò)選擇導(dǎo)電材料可實(shí)現(xiàn)電極和軌道所必要的圖案。
文檔編號(hào)B41J2/055GK1333719SQ99815498
公開(kāi)日2002年1月30日 申請(qǐng)日期1999年11月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月14日
發(fā)明者S·特姆普勒, R·A·哈維, M·R·舍菲爾德, P·R·德魯里, A·康迪, S·奧默 申請(qǐng)人:薩爾技術(shù)有限公司