壓電打印頭軌跡布局的制作方法
【專利摘要】一種壓電打印頭軌跡布局，包括：致動器管芯；接合墊，沿著致動器管芯的兩側(cè)邊緣；多行壓電陶瓷致動器，位于所述兩側(cè)邊緣之間；驅(qū)動軌跡，開始于接合墊并且朝著致動器管芯的中心延伸；接地總線，在致動器管芯的兩個末端邊緣之間沿著致動器管芯的中心延伸；和接地軌跡，開始于接地總線并且朝著所述兩側(cè)邊緣向外延伸。
【專利說明】壓電打印頭軌跡布局
【背景技術(shù)】
[0001]通常根據(jù)噴墨打印頭內(nèi)的墨滴形成的兩種機制之一對按需滴墨噴墨打印機進行分類。熱氣泡噴墨打印機使用具有加熱元件致動器的熱噴墨打印頭，加熱元件致動器使充墨室里面的墨水(或其它流體)蒸發(fā)以產(chǎn)生迫使墨滴離開打印頭噴嘴的氣泡。壓電噴墨打印機使用具有壓電陶瓷致動器的壓電噴墨打印頭，壓電陶瓷致動器在充墨室里面產(chǎn)生壓力脈沖以迫使墨滴(或其它流體)離開打印頭噴嘴。
[0002]當使用其較高粘性和/或化學(xué)成分妨礙熱噴墨打印頭的使用的可噴射流體(諸如，UV固化打印墨水)時，壓電噴墨打印頭優(yōu)于熱噴墨打印頭。熱噴墨打印頭局限于其組成能夠在不經(jīng)受機械或化學(xué)降解的情況下經(jīng)受住沸騰溫度的可噴射流體。因為壓電打印頭使用機電位移(而非蒸氣氣泡)產(chǎn)生迫使墨滴離開噴嘴的壓力，所以壓電打印頭能夠適應(yīng)可噴射材料的更廣泛的選擇。因此，壓電打印頭被用于在更廣泛種類的介質(zhì)上打印。
[0003]壓電噴墨打印頭通常由具有壓力室、壓電致動器、墨水通道等的多層堆棧形成，其被配置用于墨滴通過打印頭噴嘴的受控噴射。正在進行的改進壓電噴墨打印頭的努力涉及:降低壓電堆棧的構(gòu)造和材料成本，而且增加它們的性能和魯棒性。作為這種正在發(fā)生的趨勢的一部分，多個硅管芯被越來越多地用于堆棧中的許多層，因為更細、更密集地封裝的特征能夠被蝕刻到娃中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0004]現(xiàn)在將參照附圖通過示例的方式描述本實施例，其中:
圖1顯示根據(jù)實施例的、實現(xiàn)為適合包括具有在此所公開的壓電管芯堆棧的流體噴射組件的噴墨打印系統(tǒng)的流體噴射裝置；
圖2顯示根據(jù)實施例的PIJ打印頭中的示例性壓電管芯堆棧的部分剖視側(cè)視圖；
圖3顯示根據(jù)實施例的PIJ打印頭中的示例性壓電管芯堆棧的剖視側(cè)視圖；
圖4顯示根據(jù)實施例的示例性壓電管芯堆棧中的管芯層的俯視圖；
圖5顯示根據(jù)實施例的包括位于電路管芯上面的致動器管芯的部分管芯堆棧的俯視
圖；
圖6顯示根據(jù)實施例的包括具有不是分割致動器的致動器的致動器管芯的部分管芯堆棧的俯視圖；
圖7顯示根據(jù)實施例的具有替代用的軌跡布局的示例性壓電管芯堆棧中的管芯層的俯視圖。
【具體實施方式】
[0005]問題和解決方案的概述
如上面所談到的，改進壓電噴墨打印頭的努力已導(dǎo)致為壓電堆棧中的許多層越來越多地使用多個硅管芯。實現(xiàn)的一個益處是能夠把更細、更密集地封裝的特征蝕刻到這種多層硅管芯堆棧的硅中。這種管芯堆棧還提供改進沿著壓電堆棧中的不同管芯層而存在以及存在于壓電堆棧中的不同管芯層之間的有限空間內(nèi)的電氣軌跡布線的機會。更高效的軌跡布線能夠?qū)崿F(xiàn)更小的管芯尺寸，這通過幫助使從每個晶片可用的管芯的數(shù)量最大化來降低成本。
[0006]用于在未覆蓋有壓電陶瓷的膜片的露出表面上布線電氣軌跡的現(xiàn)有方案包括:使全部開始于接合墊的軌跡沿著管芯的外側(cè)邊緣并且在壓電陶瓷致動器之間延伸。在一些解決方案中，在分隔各個室的壁上方和/或在膜片上方布線軌跡。在一些解決方案中，接地層在壁和/或膜片上方延伸。在一些情況下，接地層或接地軌跡在驅(qū)動信號軌跡(即，熱軌跡)下方延伸。這種解決方案通常包括覆蓋更大管芯區(qū)域的電氣軌跡(增加生產(chǎn)成本并且減小產(chǎn)量)，因為用于接地信號和驅(qū)動信號的開始于邊緣的軌跡都擁擠在壓電陶瓷之間的空間中。由于有害的電氣相互作用(即，軌跡之間的電容耦合)和短路的可能性，包括在彼此上方和下方交叉的接地信號軌跡和驅(qū)動信號軌跡的解決方案能夠降低可靠性。由于另外的光蝕刻和沉積處理步驟以及軌跡之間的另外的絕緣層，這種解決方案還增加生產(chǎn)成本。
[0007]本公開的實施例改進貫穿壓電滴式噴射器(打印頭)的電氣軌跡的布線，所述壓電滴式噴射器包括多層MEMS管芯堆棧，多層MEMS管芯堆棧具有高效的電氣軌跡布局以把驅(qū)動信號和接地引導(dǎo)至薄膜壓電致動器。管芯堆棧內(nèi)的致動器管芯包括沿著致動器管芯的兩側(cè)邊緣(即，兩個長邊緣)延伸的位于致動器管芯的周界的引線接合墊。位于接合墊之間的朝著致動器管芯的中心的區(qū)域包括從位于致動器管芯的一側(cè)邊緣的接合墊延伸到位于致動器管芯的另一側(cè)邊緣的接合墊的多行壓電致動器(例如，4行、6行、8行或更多行)。電氣驅(qū)動軌跡開始于位于所述管芯的側(cè)邊緣的接合墊并且在壓電致動器行之間朝著所述管芯的中心向內(nèi)延伸以把致動器驅(qū)動信號傳送到所述多行致動器中的壓電致動器。接地總線平行于致動器管芯的側(cè)邊緣沿著致動器管芯的中心延伸，并且在致動器管芯的兩個末端邊緣之間沿縱向延伸。接地軌跡開始于中心接地總線并且在壓電致動器行之間朝著所述管芯的側(cè)邊緣向外延伸以承載到所述多行致動器中的壓電致動器的接地連接。因此，高效的電氣軌跡布局包括:“從外到里”驅(qū)動信號軌跡，其開始于位于致動器管芯的外側(cè)邊緣上的接合墊并且向內(nèi)行進以連接到壓電致動器；和“從里到外”接地軌跡，其開始于中心接地總線并且從致動器管芯的中心向外行進以連接到壓電致動器。
[0008]公開的壓電打印頭軌跡布局相對于用于布線電氣軌跡的現(xiàn)有解決方案具有若干優(yōu)點。例如，該軌跡布局使在位于致動器管芯的側(cè)邊緣的引線接合墊之間的擁擠空間中延伸的軌跡的數(shù)量最小化。在具有四行或更多行的致動器的打印頭和/或?qū)崿F(xiàn)具有多個驅(qū)動信號連接點的分割致動器的打印頭中，這特別有益。縱向的中心接地總線避免具有沿著所述管芯的兩個外側(cè)邊緣中的每個外側(cè)邊緣的連續(xù)的接地總線。中心總線還允許經(jīng)由位于所述管芯的兩個末端邊緣的墊連接到系統(tǒng)地。這些特征能夠?qū)崿F(xiàn)減小的總線寬度和所述管芯的寬度上的對應(yīng)減小，并且它們還減少在位于致動器管芯的側(cè)邊緣的接合墊之間的擁擠空間中延伸的軌跡的數(shù)量。它們還能夠在所述管芯上實現(xiàn)更大的接合墊和/或更高的接合墊
山/又ο
[0009]另外，堆棧中的每個管芯比下方的管芯窄，以便能夠在組裝期間實現(xiàn)直接對齊和互連。這便于歧管柔度(manifold compliance)、驅(qū)動電子器件、多個墨水進給裝置等的正確垂直調(diào)配。該管芯堆棧設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)堆棧中的較昂貴的管芯層(諸如，壓電致動器管芯和噴嘴板)的減小的寬度，這導(dǎo)致降低的成本。該管芯堆棧設(shè)計允許壓電致動器與噴嘴位于壓力室的同一側(cè)。這又允許室墨水入口和出口直接位于室下方，能夠?qū)崿F(xiàn)更短的室長度。用于控制壓電致動器驅(qū)動晶體管的控制電路(例如，ASIC)位于壓力室的室地板上，并且包括入孔和出孔，墨水通過入孔和出孔進入壓力室以及離開壓力室。
[0010]在一個實施例中，一種壓電打印頭軌跡布局包括:致動器管芯；接合墊，沿著致動器管芯的兩側(cè)邊緣；多行壓電陶瓷致動器，位于所述兩側(cè)邊緣之間；驅(qū)動軌跡，開始于接合墊并且朝著致動器管芯的中心向內(nèi)延伸以把驅(qū)動信號傳送到致動器；接地總線，在致動器管芯的兩個末端邊緣之間沿著致動器管芯的中心延伸；和接地軌跡，開始于接地總線并且朝著所述兩側(cè)邊緣向外延伸以提供到致動器的接地連接。
[0011]在另一實施例中，一種壓電打印頭軌跡布局包括:多層管芯堆棧，其中所述堆棧中的每個管芯比它堆疊在其上面的管芯窄；致動器管芯，位于所述管芯堆棧中；驅(qū)動信號軌跡，開始于致動器管芯的兩側(cè)邊緣并且朝著致動器管芯的中心延伸到壓電致動器；和接地軌跡，開始于致動器管芯的中心并且朝著致動器管芯的兩側(cè)邊緣延伸到壓電致動器。
[0012]說明性實施例
圖1表示根據(jù)本公開的實施例的流體噴射裝置，其被實現(xiàn)為適合包括具有如這里所公開的硅管芯堆棧的流體噴射組件(即，打印頭)的噴墨打印系統(tǒng)100。在這個實施例中，流體噴射組件被公開為流體液滴噴射打印頭114。噴墨打印系統(tǒng)100包括噴墨打印頭組件102、供墨組件104、安裝組件106、介質(zhì)傳送組件108、電子打印機控制器110和向噴墨打印系統(tǒng)100的各種電氣部件供電的至少一個電源112。噴墨打印頭組件102包括通過多個噴口或噴嘴116朝著打印介質(zhì)118噴射墨滴以在打印介質(zhì)118上打印的至少一個流體噴射組件114(打印頭114)。打印介質(zhì)118能夠是任何類型的合適的片狀或卷狀材料，諸如紙、卡片紙、透明片、聚酯、膠合板、泡沫板、織物、帆布等。噴嘴116通常布置為一個或多個列或陣列，從而隨著噴墨打印頭組件102和打印介質(zhì)118相對于彼此移動，來自噴嘴116的墨水的正確定序的噴射使字符、符號和/或其它圖形或圖像被打印在打印介質(zhì)118上。
[0013]供墨組件104把流體墨水提供給打印頭組件102并且包括用于存儲墨水的儲存器(reservoir)120。墨水從儲存器120流動到噴墨打印頭組件102。供墨組件104和噴墨打印頭組件102能夠形成單向墨水傳送系統(tǒng)或再循環(huán)墨水傳送系統(tǒng)。在單向墨水傳送系統(tǒng)中，在打印期間消耗基本上全部的提供給噴墨打印頭組件102的墨水。然而，在再循環(huán)墨水傳送系統(tǒng)中，在打印期間，僅有一部分提供給打印頭組件102的墨水被消耗了。在打印期間未消耗的墨水返回到供墨組件104。
[0014]在一個實施例中，供墨組件104在正壓下通過墨水調(diào)節(jié)組件105經(jīng)由接口連接(諸如，供應(yīng)管)向噴墨打印頭組件102提供墨水。供墨組件104包括例如儲存器、泵和壓力調(diào)節(jié)器。墨水調(diào)節(jié)組件105中的調(diào)節(jié)可包括過濾、預(yù)加熱、壓力波動吸收和脫氣。墨水在負壓下被從打印頭組件102抽取到供墨組件104。選擇打印頭組件102的入口和出口之間的壓力差以在噴嘴116實現(xiàn)正確的反壓，并且該壓力差通常是在H20的負I”和負10”之間的負壓。供墨組件104的儲存器120可被去除、替換和/或再填充。
[0015]安裝組件106相對于介質(zhì)傳送組件108定位噴墨打印頭組件102，并且介質(zhì)傳送組件108相對于噴墨打印頭組件102定位打印介質(zhì)118。因此，在噴墨打印頭組件102和打印介質(zhì)118之間的區(qū)域中定義與噴嘴116相鄰的打印區(qū)122。在一個實施例中，噴墨打印頭組件102是掃描類型打印頭組件。如此，安裝組件106包括用于相對于介質(zhì)傳送組件108移動噴墨打印頭組件102以掃描打印介質(zhì)118的托架。在一另一實施例中，噴墨打印頭組件102是非掃描類型打印頭組件。如此，安裝組件106相對于介質(zhì)傳送組件108把噴墨打印頭組件102固定在規(guī)定位置。因此，介質(zhì)傳送組件108相對于噴墨打印頭組件102定位打印介質(zhì)118。
[0016]電子打印機控制器110通常包括處理器、固件、軟件、一個或多個存儲器部件(包括易失性和非易失性存儲器部件)以及用于與噴墨打印頭組件102、安裝組件106和介質(zhì)傳送組件108通信并且控制噴墨打印頭組件102、安裝組件106和介質(zhì)傳送組件108的其它打印機電子器件。電子控制器110從主機系統(tǒng)(諸如，計算機)接收數(shù)據(jù)124并且臨時把數(shù)據(jù)124存儲在存儲器中。典型地，數(shù)據(jù)124沿著電子、紅外、光學(xué)或其它信息傳送路徑被發(fā)送給噴墨打印系統(tǒng)100。數(shù)據(jù)124代表例如待打印的文檔和/或文件。如此，數(shù)據(jù)124形成用于噴墨打印系統(tǒng)100的打印作業(yè)并且包括一個或多個打印作業(yè)命令和/或命令參數(shù)。
[0017]在一個實施例中，電子打印機控制器110控制噴墨打印頭組件102以從噴嘴116噴射墨滴。因此，電子控制器Iio定義在打印介質(zhì)118上形成字符、符號和/或其它圖形或圖像的噴射的墨滴的圖案。噴射的墨滴的圖案由來自數(shù)據(jù)124的打印作業(yè)命令和/或命令參數(shù)確定。在一個實施例中，電子控制器110包括存儲在控制器110的存儲器中的溫度補償和控制模塊126。溫度補償和控制模塊126在電子控制器110(即，控制器110的處理器)上執(zhí)行并且指定管芯堆棧中的電路(例如，ASIC)為打印而保持的溫度。管芯堆棧中的溫度由在流體噴射組件(即，打印頭)114的壓力室中包括溫度感測電阻器和加熱器元件的管芯上電路本地控制。更具體地講，控制器110執(zhí)行來自模塊126的指令以通過與各個室相鄰的電路管芯上的溫度感測電阻器和加熱器元件的控制來感測并且保持壓力室內(nèi)的墨水溫度。
[0018]在一個實施例中，噴墨打印系統(tǒng)100是具有包括壓電噴墨(PIJ)打印頭114的流體噴射組件114的按需滴墨壓電噴墨打印系統(tǒng)。PIJ打印頭114包括多層MEMS管芯堆棧，其中管芯堆棧中的每個管芯比下方的管芯窄。管芯堆棧包括被構(gòu)造成在壓力室內(nèi)產(chǎn)生迫使墨滴離開噴嘴116的壓力脈沖的薄膜壓電致動器噴射元件和控制和驅(qū)動電路。在一個實現(xiàn)方式中，噴墨打印頭組件102包括單一 PIJ打印頭114。在另一實現(xiàn)方式中，噴墨打印頭組件102包括PIJ打印頭114的寬陣列。
[0019]圖2顯示根據(jù)本公開的實施例的PIJ打印頭114中的示例性壓電管芯堆棧200的部分剖視側(cè)視圖。通常，PU打印頭114包括多個管芯層，每個管芯層具有不同功能。管芯堆棧200的總體形狀是金字塔形，堆棧中的每個管芯比下方的管芯(B卩，作為底部管芯的圖2的參考管芯202)窄。也就是說，隨著管芯在管芯堆棧中朝著噴嘴層(噴嘴板)210向上，從底部基底管芯202開始的每個管芯相繼變窄。在一些實施例中，在需要位于管芯的末端的額外空間以用于對齊標記、軌跡布線、接合墊、流體通路等的情況下，上層中的管芯也可在長度方面短于下方的管芯。管芯從管芯堆棧200的底部到頂部變窄和/或變短在管芯的側(cè)面(有時稱為末端)產(chǎn)生階梯效果，所述階梯效果能夠?qū)崿F(xiàn)使電路經(jīng)由露出的階梯上的墊之間的弓I線接合連接的管芯層。
[0020]管芯堆棧200中的層包括第一(即，底部)基底管芯202、第二電路管芯204 (或ASIC管芯)、第三致動器/室管芯206、第四罩管芯208和第五噴嘴層210 (或噴嘴板)。通常還存在位于噴嘴層210上面的非濕層(未示出)，非濕層包括疏水涂層以幫助防止墨水在噴嘴116周圍填塞。除了非濕層之外，有時除了非濕層和噴嘴層210之外，管芯堆棧200中的每一層通常由硅形成。在一些實施例中，噴嘴層210可由不銹鋼或耐久的化學(xué)惰性聚合物(諸如，聚酰亞胺或SU8)形成。利用諸如環(huán)氧樹脂(未示出)的化學(xué)惰性粘合劑，各層接合在一起。在示出的實施例中，管芯層具有用于把墨水引導(dǎo)到壓力室212以及從壓力室212引導(dǎo)墨水的流體通路，諸如槽、通道或孔。每個壓力室212包括位于壓力室的地板218(即，與壓力室的噴嘴側(cè)相對)中的兩個口(入口 214、出口 216)，這兩個口與墨水分配歧管(進入歧管220、離開歧管222)處于流體連通。壓力室212的地板218由電路管芯204的表面形成。這兩個口(214，216)位于它們穿入電路管芯204的壓力室212的地板218的相對偵牝并且能夠通過供墨系統(tǒng)104中的外部泵而使墨水循環(huán)通過壓力室。壓電致動器224位于柔性膜上，該柔性膜用作所述室的頂板并且布置為與室地板218相對。因此，壓電致動器224與噴嘴116位于壓力室212相同側(cè)(即，位于所述室的頂板或頂側(cè))。
[0021]仍然參照圖2，底部基底管芯202包括硅，并且它包括流體通路226，通過流體通路226，墨水能夠經(jīng)由墨水分配歧管(進入歧管220、離開歧管222)流入壓力室212以及從壓力室212流出?；坠苄?02支撐薄柔性膜228，柔性膜228被構(gòu)造成減輕由于例如啟動瞬態(tài)和相鄰噴嘴中的墨水噴射而導(dǎo)致的來自通過墨水分配歧管的脈動墨水流的壓力波動。柔性膜228對相鄰噴嘴之間的流體串擾具有抑制效果以及在高容量打印期間從墨水源形成墨水流的時候用作確保墨水可用的儲存器。當柔性膜228由聚合物(諸如，聚酯或PPS (聚苯硫醚))制成時，柔性膜228為大約5-10微米厚。柔性膜228跨越在柔性膜的背面形成空腔或氣隙230的基底管芯202中的空隙以允許其響應(yīng)于歧管中的流體壓力波動自由膨脹。氣隙230通常但并不必然地連通到周圍環(huán)境。在任一情況下，氣隙230被構(gòu)造成避免被增壓或抽真空，這能夠使柔性膜228容易地向上移動以及向下移動到氣隙230中并且吸收墨水壓力波動。柔性膜和空腔230的地板之間的典型空隙介于100和300微米之間。類似的間隙存在于柔性膜的墨水通道側(cè)。I mm和2mm之間的寬度提供足夠的柔性。如果沉積柔性膜，則1-2微米的厚度和小于I mm的寬度也是可行的。柔性膜228a比柔性膜228b窄，因為與柔性膜228b (即，兩個入口 214)相比，柔性膜228a為一半數(shù)量的口(即，一個出口216)服務(wù)。
[0022]電路管芯204是管芯堆棧200中的第二管芯并且位于基底管芯202上方。電路管芯204粘合到基底管芯202，并且它比基底管芯202窄。在一些實施例中，電路管芯204也可在長度方面短于基底管芯202。電路管芯204包括墨水分配歧管，墨水分配歧管包括墨水進入歧管220和墨水離開歧管222。進入歧管220提供經(jīng)由入口 214流入室212的墨水流，而出口 216允許墨水離開室212以進入離開歧管222。電路管芯204還包括流體旁路通道232，流體旁路通道232允許進入到進入歧管220中的一些墨水繞過壓力室212并且直接通過旁路232流入到離開歧管222中。如以下相對于圖3更詳細地討論，旁路通道232包括合適尺寸的限流器，限流器使通道縮窄從而在壓力室212內(nèi)獲得所期望的墨水流，并且保持室入口 214和出口 216之間的足夠的壓力差動。
[0023]電路管芯204還包括實現(xiàn)于ASIC 234中并且在其與致動器/室管芯206相鄰的上表面上構(gòu)造的CMOS電路234。ASIC 234包括控制壓電致動器224的壓力脈沖(即，觸發(fā))的噴射控制電路。ASIC 234的至少一部分直接位于壓力室212的地板218上。因為在室地板218上構(gòu)造ASIC 234，所以它能夠直接接觸壓力室212里面的墨水。然而，ASIC 234被埋在薄膜鈍化層(未示出)下方，薄膜鈍化層包括介電材料以提供針對室212中的墨水的隔離和保護。ASIC 234的電路中包括一個或多個溫度感測電阻器(TSR)和加熱器元件，諸如電阻膜。ASIC 234中的TSR和加熱器被構(gòu)造成使室212中的墨水的溫度保持在有利于通過噴嘴116噴射墨滴的所希望并且均勻的水平。在一個實施例中，ASIC 234中的TSR和加熱器的設(shè)置的溫度由在控制器110上執(zhí)行的溫度補償和控制模塊126指定以感測并且調(diào)整壓力室212內(nèi)的墨水溫度。如果墨水將要以升高的溫度進入打印頭組件102，則溫度控制模塊126將會啟動墨水調(diào)節(jié)組件105內(nèi)的預(yù)加熱器。
[0024]電路管芯204還包括在管芯204的在接合引線238 (以下討論)外側(cè)的邊緣上構(gòu)造的壓電致動器驅(qū)動電路/晶體管236 (例如FET)。因此，驅(qū)動晶體管236與ASIC 234控制電路位于同一電路管芯204上并且是ASIC 234的一部分。驅(qū)動晶體管236由ASIC 234中的控制電路控制(即，接通和斷開)。壓力室212和致動器224的性能對溫度的變化敏感，并且使驅(qū)動晶體管236位于電路管芯204的外側(cè)邊緣使由晶體管236產(chǎn)生的熱量遠離室212和致動器224。
[0025]位于電路管芯204上方的管芯堆棧200中的下一層是致動器/室管芯206 (以下，“致動器管芯206”)。致動器管芯206粘合到電路管芯204，并且它比電路管芯204窄。在一些實施例中，致動器管芯206也可在長度方面短于電路管芯204。致動器管芯206包括壓力室212，壓力室212具有室地板218，室地板218構(gòu)成相鄰的電路管芯204。如上所述，室地板218另外包括在形成室地板218的電路管芯204上構(gòu)造的控制電路，諸如ASIC 234。致動器管芯206另外包括薄膜柔性膜240，諸如二氧化硅，薄膜柔性膜240布置為與室地板218相對并且用作所述室的頂板。壓電致動器224位于柔性膜240上方并且粘合到柔性膜240。壓電致動器224包括響應(yīng)于施加的電壓產(chǎn)生機械應(yīng)力的薄膜壓電材料，諸如壓電陶瓷材料。當被激活時，壓電致動器224以物理方式膨脹或收縮，這使壓電陶瓷和膜240的層疊伸縮。這種伸縮使室中的墨水移動,在壓力室212中產(chǎn)生通過噴嘴116噴射墨滴的壓力波。在圖2中示出的實施例中，柔性膜240和壓電致動器224 二者都由在壓力室212和噴嘴116之間延伸的出液通道(deSCender)242分割。因此，壓電致動器224是在室212的每一側(cè)上都有一部分的分割式壓電致動器224。然而，在一些實施例中，出液通道242和噴嘴116位于室212的一側(cè)，從而壓電致動器224和膜240不被分割。
[0026]罩管芯208粘合到致動器管芯206上方。罩管芯208比致動器管芯206窄，并且在一些實施例中，罩管芯208也可在長度方面短于致動器管芯206。罩管芯208在壓電致動器224上方形成密封致動器224的罩腔244。所述腔244是保護致動器224的密封腔。雖然腔244不通風(fēng)，但它提供的密封空間被構(gòu)造成具有足夠的開放容積和間隙以在不影響致動器224的運動的情況下允許壓電致動器224伸縮。罩腔244具有與致動器224相對的肋狀上表面246，肋狀上表面246增加所述腔的容積和表面積(以更多地吸收水和有害于薄膜Pzt長期性能的其它分子)。肋狀表面246被設(shè)計為加固罩腔244的上表面，從而罩腔244能夠更好地抵抗來自打印頭的處理和維護(例如，擦拭)的損害。肋狀結(jié)構(gòu)幫助減小罩管芯208的厚度并且縮短出液通道242的長度。
[0027]罩管芯208還包括出液通道242。出液通道242是在壓力室212和噴嘴116之間延伸的罩管芯208中的通道，能夠在由來自致動器224的壓力波引起噴射事件期間使墨水從室212行進并且離開噴嘴116。如上所述，在圖2實施例中，出液通道242和噴嘴116在室212中位于中心位置，這在室212的兩側(cè)之間分割壓電致動器224和柔性膜240。噴嘴116形成在噴嘴層210或噴嘴板中。噴嘴層210粘合到罩管芯208的頂部并且通常具有與罩管芯208相同的尺寸(即，長度和寬度相同，但厚度未必相同)。
[0028]圖2僅顯示PIJ打印頭114中的管芯堆棧200的部分(即，左側(cè))剖視圖。然而，管芯堆棧200經(jīng)過圖2中示出的虛線258繼續(xù)朝著右側(cè)延伸。另外，管芯堆棧200是對稱的，它因此包括鏡像圖2中在其左側(cè)示出的特征的在其右側(cè)的特征(圖2中未示出)。例如，在管芯堆棧200的左側(cè)的圖2中示出的墨水進入歧管220和墨水離開歧管222被鏡像到管芯堆棧200的右側(cè)，這在圖2中未被示出。墨水分配歧管(諸如，被鏡像的進入歧管和離開歧管)的另外的特征被顯示在圖3中。
[0029]圖3顯示根據(jù)本公開的實施例的PIJ打印頭114中的示例性壓電管芯堆棧200的剖視側(cè)視圖。為了討論起見，以上參照圖2所描述的許多特征未包括在圖3中示出的管芯堆棧200的說明或討論中。圖3顯示管芯堆棧200的全剖側(cè)視圖，但主要意在闡明另外的歧管、室和噴嘴，因為諸如在以上關(guān)于圖2討論的實施例中，它們出現(xiàn)在示例性管芯堆棧200的寬度上。在圖3的管芯堆棧200中，在管芯堆棧200的寬度上，存在四行的壓力室212和對應(yīng)噴嘴116。貫穿基底管芯202的五個流體通路226把墨水(例如，來自供墨系統(tǒng)104)引導(dǎo)至電路管芯204中的五個對應(yīng)歧管以及從電路管芯204中的五個對應(yīng)歧管引導(dǎo)墨水。更具體地，三個離開歧管222 (兩個位于管芯堆棧200的邊緣并且一個位于管芯堆棧200的中心)把墨水引導(dǎo)出管芯堆棧200中的壓力室212。三個離開歧管222提供用于使墨水通過壓力室212中的四個對應(yīng)出口 216離開四個壓力室212(8卩，四行的壓力室)的通道。管芯堆棧內(nèi)的兩個進入歧管220提供用于使墨水通過壓力室212中的四個對應(yīng)入口 214進入四個壓力室212( S卩，四行的壓力室)的通道。
[0030]在圖3的管芯堆棧200中還示出形成在電路管芯204中的流體旁路通道232 (例如，232a、232b)。如以上提及的，旁路通道232允許進入到進入歧管220中的墨水的一部分直接通過旁路232流入到離開歧管222中而不首先經(jīng)過壓力室212。每個旁路通道232包括限流器300，限流器300有效地使通道縮窄以限制從進入歧管220到離開歧管222的墨水流。由旁路通道232中的限流器300引起的限制幫助在壓力室212內(nèi)獲得合適的流量。限流器300還幫助保持室入口 214和出口 216之間的足夠的壓力差動。需要注意的是，圖3中示出的限流器300僅用于討論的目的并且目的并不是必須要示出實際限流器的物理表示。通過控制旁路通道自身(例如，232a和232b)的長度和寬度來確立實際的流量限制。因此，例如，旁路通道232a的長度和寬度可不同于旁路通道232b的長度和寬度以便獲得不同水平的經(jīng)過通道的流量和室212中的壓力。
[0031]圖4顯示根據(jù)本公開的實施例的示例性壓電管芯堆棧200中的管芯層的俯視圖。在圖4的管芯堆棧200中，基底管芯202在堆棧的底部被示出，更小的(即，更窄的并且更短的)電路管芯204位于基底管芯202上面。更小的(即，更窄的并且更短的)致動器管芯206位于電路管芯204上面。對齊基準400在基底管芯202的拐角邊緣被示出。一般地參照圖4和圖2，逐漸變小的管芯產(chǎn)生金字塔形或階梯形管芯堆棧200，金字塔形或階梯形管芯堆棧200在管芯邊緣提供空間以使對齊基準400可見，提供數(shù)量增加的接合墊250和引線238以及接合墊250之間的軌跡布線(未示出所有的接合墊、引線和軌跡)。在管芯邊緣的另外的空間還支撐密封劑252以保護引線238和接合墊250免受損壞，并且總體上能夠在組裝期間實現(xiàn)直接對齊和互連以確保歧管柔度、驅(qū)動電子器件和多個墨水進給裝置的正確垂直調(diào)配。使電路管芯204與致動器管芯206相鄰(S卩，電路管芯204緊挨著位于致動器管芯206下方)能夠?qū)崿F(xiàn)引線238的縮短的長度，這減少在制造期間的損壞并且減少通過密封保護的露出的材料的量。在管芯邊緣的額外的表面積還為保護罩256和管芯堆棧200之間的密封劑254提供空間。密封劑254減少墨水將會滲入到管芯堆棧200中的電子連接中的機會。
[0032]仍然參照圖2和圖4，柔性線纜248被示出為在基底管芯202的表面的側(cè)邊緣連接到管芯堆棧200。然而，在其它實施例中，柔性線纜248可以耦合到管芯堆棧200中的另一管芯層，諸如電路管芯204。柔性線纜248包括傳送來自信號源(諸如，控制器110)的低壓數(shù)字控制信號、來自電源112的功率、和接地的大約30根線。經(jīng)由柔性線纜248中的線接收的串行數(shù)字控制信號由電路管芯204上的ASIC 234中的控制電路轉(zhuǎn)換成(復(fù)用為)接通和斷開驅(qū)動晶體管236的并行、模擬致動信號，激活各壓電致動器224。因此，從基底管芯202到電路管芯204附連相對較少數(shù)量的引線(諸如，引線238a)以從柔性線纜248到電路管芯204上的ASIC控制電路和驅(qū)動晶體管236傳送串行控制和數(shù)據(jù)信號、低壓功率和邏輯地。然而，在電路管芯204的接合墊250a和致動器管芯206的對應(yīng)接合墊250b之間附連數(shù)量大得多的的引線(例如，引線238b)以沿著各引線238b從電路管芯204上的ASIC 234到致動器管芯206上的各壓電致動器224(圖4中未示出)傳送許多并行驅(qū)動信號。需要注意的是，并非所有的接合墊250a和接合墊250b之間的引線238b已在圖4中被示出，并且示出的引線238b僅是代表性示例。在這個實施例中，接合墊密度可高達每行每英寸200個墊，兩個偏移行具有多達每英寸400個墊。
[0033]在如圖4中所示的一個實施例中，接地軌跡402開始于柔性線纜248并且沿著基底管芯202的一側(cè)邊緣延伸到接地墊404。引線238c接合到接地墊404并且向上延伸到位于上方的相鄰電路管芯204上的接地墊406。接地軌跡408沿著電路管芯204的兩個末端邊緣從接地墊406延伸到在電路管芯204的中心位于末端邊緣的接地墊410。引線238d接合到電路管芯204上的接地墊410并且向上延伸到位于致動器管芯206的中心、末端邊緣的接地墊412。接地總線414在管芯206的相對末端邊緣之間沿著致動器管芯206的中心向下延伸。因此，來自柔性線纜248的地最初在基底管芯202上耦合到管芯堆棧200，并且沿著基底管芯202和電路管芯204的側(cè)邊緣和末端邊緣被向上引導(dǎo)至致動器管芯206。從中心接地總線414，接地軌跡朝著致動器管芯206的側(cè)邊緣向外延伸以與壓電致動器224(圖4中未示出)連接，如以下相對于圖5和圖6所討論。
[0034]圖5顯示根據(jù)本公開的實施例的包括位于電路管芯204上面的致動器管芯206的部分管芯堆棧200的俯視圖。在致動器管芯206上示出沿著管芯206的兩個長側(cè)邊緣延伸的引線接合墊250b。接合墊250b之間的管芯206上的空間具有至少四行的壓電致動器224。然而，在其它實施例中，致動器224的行數(shù)可增加至例如六行、八行或更多行。在這個實施例中，在中心接地總線414的兩端(即，從電路管芯204經(jīng)由引線238d)形成的接地連接使沿著總線的電阻低于可接受的最大水平，而且?guī)椭钚』偩€寬度。如圖5中所示，接地軌跡500開始于中心接地總線414并且朝著致動器管芯206的兩側(cè)邊緣向外延伸。因此，接地軌跡500是在致動器行之間延伸的“從里到外”接地軌跡并且提供從中心接地總線414到每個致動器224的接地連接。通常(但并不必然)形成從接地軌跡500到壓電致動器224上的底電極的接地連接502。驅(qū)動信號軌跡504開始于位于致動器管芯206的側(cè)邊緣的接合墊250b，并且朝著管芯206的中心向內(nèi)延伸。因此，驅(qū)動軌跡504是在致動器行之間延伸的“從外到里”驅(qū)動軌跡，每個驅(qū)動軌跡504提供激活壓電致動器224的驅(qū)動信號。通常(但并不必然)形成從驅(qū)動軌跡504到壓電致動器224上的頂電極的驅(qū)動軌跡連接506。
[0035]具有“從里到外”接地軌跡500和“從外到里”驅(qū)動軌跡504的軌跡布局能夠?qū)崿F(xiàn)軌跡的更緊湊的封裝方案，該方案在不同實施例中允許更多行的致動器224。另外，該軌跡布局能夠使接地軌跡和驅(qū)動軌跡處于相同構(gòu)造水平或者位于相同或共同構(gòu)造平面內(nèi)。也就是說，在構(gòu)造期間，用于放下驅(qū)動軌跡的相同的圖案化和沉積過程也在同時被用于放下接地軌跡。這消除了工藝步驟以及消除了驅(qū)動軌跡和接地軌跡之間的絕緣層。
[0036]在圖5的致動器管芯206上還分別示出壓力室212、位于下面的電路管芯204中的入口和出口(214，216)的輪廓以及位于上面的罩管芯208和噴嘴層210中的出液通道242和噴嘴116的輪廓。在圖5和圖2的實施例中，每個室212具有分割致動器224。致動器224被位于室的中間的出液通道242和噴嘴116分割成兩個部分。在這種設(shè)計中，分割致動器224的兩個部分耦合到接地軌跡500和驅(qū)動軌跡504。用于具有“從里到外”接地軌跡500和“從外到里”驅(qū)動軌跡504的軌跡布局的緊湊封裝方案更好地適應(yīng)這種分割致動器設(shè)計。
[0037]圖6顯示根據(jù)本公開的實施例的包括具有未分割的致動器224的致動器管芯206的部分管芯堆棧200的俯視圖。在這個實施例中，出液通道242和噴嘴116位于室212的一側(cè)，而非如圖5實施例中的分割致動器設(shè)計那樣位于室212的中間。這能夠使單個致動器224作為單一元件跨越室212的寬度。與圖5中的分割致動器設(shè)計相比，這種設(shè)計因此具有一半數(shù)量的針對致動器224形成的接地軌跡500和驅(qū)動軌跡504連接。因此，在致動器管芯206上的致動器行之間存在更少的軌跡占用空間。
[0038]圖7顯示根據(jù)本公開的實施例的示例性壓電管芯堆棧200中的管芯層的俯視圖。圖7類似于以上討論的圖4，不同之處在于:示出的實施例顯示用于把接地連接從基底管芯202上的柔性線纜248向上布線到致動器管芯206上的中心接地總線414的替代布局。在這個實施例中，中心接地總線414包括位于總線414的每個末端的垂直部分700。垂直部分700沿朝著致動器管芯的兩側(cè)邊緣的兩個方向遠離總線414的末端垂直延伸。垂直部分700便于在管芯堆棧200的不同實現(xiàn)方式中(諸如，當電路管芯204和致動器管芯206具有相同長度或者與先前討論的實施例相比更接近于具有相同長度時)與中心接地總線414的接地連接。在這種實現(xiàn)方式中，在電路管芯204的末端邊緣可能沒有足夠空間來放置接合墊或接地墊或者延伸接地軌跡。這會妨礙圖4中示出的特定接地布線方案，該方案把接地從電路管芯204連接到致動器管芯206上的中心接地總線414。因此，圖7實施例提供在電路管芯204的末端邊緣可能沒有足夠空間的實現(xiàn)方式中把接地連接從柔性線纜248向上布線到致動器管芯206上的中心接地總線414的替代布線。
[0039]在圖7的實施例中，接地軌跡402開始于柔性線纜248并且沿著基底管芯202的一側(cè)邊緣延伸到接地墊404。引線238c在一端接合到接地墊404并且向上延伸到電路管芯204，在電路管芯204，引線238c在另一端接合到接地墊406。從電路管芯204上的接地墊406，引線702向上接合到位于致動器管芯206的末端邊緣的垂直延伸部分700，提供與中心接地總線414的接地連接。在一些實施例中，致動器管芯206上的垂直延伸部分700也可被用于提供與電路管芯204的另一側(cè)邊緣的接地連接。在這種情況下，如圖7中所示，弓丨線704接合到垂直延伸部分700的另一側(cè)并且向下延伸回至電路管芯204的另一側(cè)邊緣，在所述電路管芯204的另一側(cè)邊緣，引線704接合到接地墊706。因此，除了提供把接地連接從柔性線纜248向上布線到致動器管芯206上的中心接地總線414的替代布線之外，中心接地總線414的垂直延伸部分700還能夠經(jīng)由致動器管芯206實現(xiàn)從電路管芯204的一側(cè)到另一側(cè)的接地連接。在電路管芯204的末端邊緣可能沒有足夠空間的管芯堆棧200實現(xiàn)方式中(諸如，當電路管芯204和致動器管芯206具有相同或相似長度時)，這些替代的接地軌跡布線特別有用。
[0040]一般地參照圖4-7，在替代實施例中，中心接地總線和各驅(qū)動軌跡的作用能夠顛倒。因此，替代地，接地總線414處于峰值驅(qū)動電壓。因此，相對于圖4，例如，在這種替代實施例中，先前描述的開始于柔性線纜248并且沿著基底管芯202的一側(cè)邊緣延伸的接地軌跡402將會替代地是峰值驅(qū)動電壓軌跡。同樣地，接地墊404、406、410和412以及引線238c和238d將會傳送峰值驅(qū)動電壓而非地。因此，驅(qū)動電壓軌跡(而非接地軌跡)將會從中心總線414朝著致動器管芯206的側(cè)邊緣向外延伸以與壓電致動器224連接。另外，壓電致動器224由各平行軌跡504通過位于致動器管芯206的側(cè)邊緣的接合墊250b并且隨后由驅(qū)動晶體管236連接到地。通過這個軌跡路徑實施例，驅(qū)動晶體管236替代地斷開壓電致動器224與地的連接以及把壓電致動器224連接到地以激活致動器224。因此，在這種替代實施例中，驅(qū)動軌跡是在致動器行之間從中心總線414延伸到每個致動器224以提供激活壓電致動器224的驅(qū)動電壓的“從里到外”驅(qū)動軌跡，而接地軌跡是在致動器行之間延伸以通過驅(qū)動晶體管236提供與每個致動器224的接地連接的“從外到里”接地軌跡。
【權(quán)利要求】
1.一種壓電打印頭軌跡布局，包括: 致動器管芯； 接合墊，沿著致動器管芯的兩側(cè)邊緣； 多行壓電陶瓷致動器，位于所述兩側(cè)邊緣之間； 驅(qū)動軌跡，開始于接合墊并且朝著致動器管芯的中心向內(nèi)延伸以把驅(qū)動信號傳送到致動器； 接地總線，在致動器管芯的兩個末端邊緣之間沿著致動器管芯的中心延伸；和接地軌跡，開始于接地總線并且朝著所述兩側(cè)邊緣向外延伸以提供與所述致動器的接地連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電打印頭軌跡布局，其中所述驅(qū)動軌跡和接地軌跡位于共同平面中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電打印頭軌跡布局，進一步包括: 電路管芯，致動器管芯粘合在電路管芯上； 把接地總線的第一端耦合到電路管芯上的接地墊的引線；和 把接地總線的第二端耦合到電路管芯上的接地墊的引線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電打印頭軌跡布局，其中所述接地總線包括從接地總線的末端朝著致動器管芯的兩側(cè)邊緣垂直延伸的垂直部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電打印頭軌跡布局，進一步包括: 電路管芯，致動器管芯粘合在電路管芯上； 把垂直部分的第一端耦合到位于電路管芯的第一側(cè)邊緣上的接地墊的引線；和 把垂直部分的第二端耦合到電路管芯的第二側(cè)邊緣上的接地墊的引線， 其中所述引線和垂直部分提供經(jīng)由致動器管芯從電路管芯的第一側(cè)邊緣到電路管芯的第二側(cè)邊緣的接地連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電打印頭軌跡布局，其中壓電陶瓷致動器包括: 分割壓電陶瓷致動器，具有兩個致動器部分；以及 其中驅(qū)動軌跡和接地軌跡耦合到所述兩個致動器部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電打印頭軌跡布局，還包括: 基底管芯，電路管芯粘合在基底管芯上； 柔性線纜，耦合到基底管芯以把控制信號、功率和地傳送到管芯堆棧。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電打印頭軌跡布局，進一步包括:多層管芯堆棧，包括基底管芯、堆疊在基底管芯上的電路管芯、堆疊在電路管芯上的致動器管芯和堆疊在致動器管芯上的罩管芯，管芯堆棧中的每個管芯比它堆疊在其上面的管芯窄。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電打印頭軌跡布局，其中所述接地總線是驅(qū)動電壓總線，所述軌跡布局包括: 驅(qū)動軌跡，開始于驅(qū)動電壓總線并且朝著所述兩側(cè)邊緣向外延伸以提供與所述致動器的驅(qū)動電壓連接；和 接地軌跡，開始于接合墊并且朝著致動器管芯的中心向內(nèi)延伸以提供與致動器的接地連接。
10.一種壓電打印頭軌跡布局,包括:多層管芯堆棧，其中所述堆棧中的每個管芯比它堆疊在其上面的管芯窄； 致動器管芯，位于所述管芯堆棧中； 驅(qū)動信號軌跡，開始于致動器管芯的兩側(cè)邊緣并且朝著致動器管芯的中心延伸到壓電致動器；和 接地軌跡，開始于致動器管芯的中心并且朝著致動器管芯的兩側(cè)邊緣延伸到壓電致動器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓電打印頭軌跡布局，進一步包括:中心接地總線，接地軌跡開始于中心接地總線，中心接地總線在致動器管芯的兩個末端邊緣之間延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓電打印頭軌跡布局，進一步包括: 接合墊，沿著致動器管芯的兩側(cè)邊緣，驅(qū)動信號軌跡開始于該接合墊；和 多行壓電陶瓷致動器，位于沿著致動器管芯的兩側(cè)邊緣的接合墊之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓電打印頭軌跡布局，包括所述多行壓電致動器中的分割壓電致動器，每個分割壓電致動器具有由出液通道和噴嘴分隔開的兩個致動器部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的壓電打印頭軌跡布局，其中每個驅(qū)動信號軌跡延伸到分割壓電致動器的兩個致動器部分，并且其中每個接地軌跡延伸到分割壓電致動器的兩個致動器部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓電打印頭軌跡布局，進一步包括:與中心接地總線的兩端的接地連接。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的壓電打印頭軌跡布局，進一步包括:垂直延伸部分，位于中心接地總線的每個末端，其中通過`所述垂直延伸部分形成與中心接地總線的兩端的接地連接。
【文檔編號】B41J2/045GK103619600SQ201180072005
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月29日
【發(fā)明者】J.E.謝菲林, T.S.克魯斯-烏里韋 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)