打印頭芯片組件的制作方法

背景技術：

當今被制造用于商用打印機中的壓電打印頭可利用雙側硅芯片，以便提供多墨滴重量和高噴嘴密度。通過使用光刻和刻蝕方法來制造雙側芯片，從而在硅片的兩側上構建用于墨分配裝置的流體通道和壓電致動器電路。該片隨后被分開為單獨的雙側芯片。在硅片的一側上制造的裝置必須當在硅片的另一側上制造裝置時得到保護，這導致制造方法的復雜性增加和來自每個硅片的產量降低。

附圖說明

圖1a是說明了示例性打印頭芯片組件的透視圖。

圖1b是說明了圖1a的打印頭芯片組件的分解圖。

圖1c是說明了圖1a的打印頭芯片組件的頂部平面圖。

圖2a是示例性打印頭的透視圖，其包括類似于圖1a中示出的打印頭芯片組件的示例性打印頭芯片組件。

圖2b是圖2a的打印頭的底部視圖，其說明了打印頭芯片組件與芯片載體的配準銷的示例性對準。

圖3是類似于圖2a的打印頭的示例性打印頭的透視圖，其說明了用以固定打印頭芯片組件的位置的粘合劑的示例。

圖4是說明了一種組裝打印頭的示例性方法的流程圖。

圖5是說明了一種用于校準打印頭的示例性系統的框圖。

圖6是一種可由圖5的系統執行的示例性方法的流程圖。

圖7是使用圖5的系統生成的一種示例性打印頭校準圖案的示意圖。

具體實施方式

圖1a、1b和1c說明了一種示例性打印頭芯片組件100。圖1a是打印頭芯片組件100的透視圖。圖1b是打印頭芯片組件100的分解圖。圖1c是打印頭芯片組件100的頂部平面圖。打印頭芯片組件100可例如是用于壓電噴墨打印頭中的芯片組件，該壓電噴墨打印頭類似于用在例如由本申請的受讓方hewlettpackard公司所制造的scitexfb10000的商用噴墨打印機中的打印頭。打印頭芯片組件100還可用在其它類型的打印頭和/或打印機中。

如在圖1a、1b和1c中所示，打印頭芯片組件100可包括芯片102和芯片104。芯片102和芯片104被示出為呈矩形形狀，但其它形狀也是可預期的，這取決于具體的應用。矩形芯片102和104的示例性尺寸是長度1.5英寸乘寬度0.25英寸，但其它尺寸和大小也是可預期的，這取決于具體的應用。

芯片102和芯片104可例如由硅片或另一種合適的材料制成，這取決于具體的應用。例如，芯片102和芯片104可以是從直徑8英寸的圓形硅片分開（例如通過鋸割或切削）的單獨的芯片段，該硅片具有大約757微米的工業標準厚度。如果對每個芯片使用長度1.5英寸乘寬度0.25英寸的示例性尺寸，那么從直徑8英寸的單個硅片可切削出大約96個芯片。其它的片大小和厚度也是可預期的，這取決于具體的應用。

芯片102可具有表面106和相對的表面108。類似地，芯片104可具有表面110和相對的表面112。如在圖1a和1b中說明，芯片102的表面106和芯片104的表面110可具有構造在其上的墨分配裝置114。墨分配裝置114可例如包括用于分配墨經過噴嘴116的壓電致動器和流體室。

墨分配裝置114可使用例如光刻方法（photolithographicprocess）構造在表面106和110上，該光刻方法使用掩蔽、沉積和蝕刻步驟的組合，從而形成電路、流體通道和其它結構，以在硅片的前表面上組成每個芯片的墨分配裝置114。例如芯片102和芯片104的單個芯片可隨后與硅片上的另一芯片分開。舉例來說，如果針對每個芯片使用長度1.5英寸乘寬度0.25英寸的尺寸，那么可以從直徑8英寸、757微米的單個硅片切削出大約96個芯片，其中每個芯片包括各自具有對應噴嘴116的96個墨分配裝置116。也可以使用其它制造方法來產生墨分配裝置114，這取決于具體的應用。類似地，也可以預期芯片具有類型、數量和大小不同的墨分配裝置114和噴嘴116，這取決于具體的應用。

如在圖1a和1b中說明，芯片102和芯片104可定位于彼此相鄰。具體來說，芯片102和芯片104可定位使得芯片102的表面108面向芯片104的表面112。在一些示例中，芯片102和芯片104可定位使得包含噴嘴116的開口的芯片102的表面120可與也包含噴嘴116的開口的芯片104的表面122大約齊平。在一些示例中，可以在芯片102和芯片104之間施加一層粘合劑。例如，紫外（uv）固化粘合劑可以被施加到表面108和112中的一者或兩者，從而當表面108和112配對時將芯片102和芯片104保持在彼此相鄰的位置。一旦芯片102和104根據期望被定位并對準，粘合劑層可被暴露于uv光照下，從而固化粘合劑并將芯片102和芯片104固定就位。

圖1c是打印頭芯片組件100的頂部平面圖，其說明了芯片102相對于芯片104的示例性定位。如圖1c中說明，芯片102和芯片104可定位成使得芯片102的噴嘴116與芯片104的噴嘴116對準。具體而言，芯片102的噴嘴116a被示出為相對于芯片104的噴嘴116b和116c位于中心。盡管在圖1c中說明的示例示出了位于中心的對準，還可以預期其它對準或偏移，這取決于具體的應用。在一些示例中，噴嘴116a、116b和116c可以相對于彼此對準，精度為大約5微米。

如在圖1a和1b中說明，芯片102和芯片104可以是單側芯片，這與雙側芯片相反。芯片102和芯片104是單側芯片，在這個意義上，其包括在相對于芯片102的表面106和108的僅一個表面上及相對于芯片104在表面110和112的僅一個表面上組成墨分配裝置114的電路、流體通道和其它結構。也就是說，如在圖1b中最佳地示出，芯片102可包括構造在表面106上而不是在相對的表面110上的墨分配裝置114，并且芯片104可包括構造在表面110上而不是在相對的表面112上的墨分配裝置114。在芯片組件102中使用兩個單側芯片使得多滴重量、高噴嘴密度、低串擾和更高可靠性成為可能。

與一個雙側芯片相反，在芯片組件100中使用兩個單側芯片還使得不需要在建立于雙側打印頭芯片上的芯片的兩側上都構造墨分配裝置114。在芯片的兩側上都構造墨分配裝置要求：在硅片的例如一側上制造的裝置在硅片的另一側上制造墨分配裝置時被加以保護。例如，在使用光刻方法的情況下，當在相對側上構造裝置時，通常使用犧牲層來保護形成于硅片的一側上的裝置，這使得光刻裝置構造方法的復雜性增加。該方法還可導致大量的裝置缺陷、來自于每個硅片的芯片產量變低、制造差異增加及圖像質量不佳。與一個雙側芯片相反，在芯片組件100中使用兩個單側芯片可使得不需要這種犧牲層，由此降低了光刻方法的復雜性。與一個雙側芯片相反，在芯片組件100中使用兩個單側芯片還減少了與使用犧牲層（該犧牲層用于在相對側上構造裝置時保護形成于硅片的一側上的裝置）相關的缺陷的數量，這帶來了更高的芯片產量、更少的制造差異和更高的圖像質量。與在雙側芯片中使用的更厚的非標準片（如，1061微米）相反，在芯片組件102中使用兩個單側芯片還使得使用更薄的工業標準厚度的片（如，725微米）成為可能，這可帶來材料成本的降低和制造的高效率。

圖2a和2b說明了包括示例性打印頭芯片組件202的示例性打印頭組件200。圖2a是示例性打印頭200的透視圖。圖2b是示例性打印頭200的底部視圖。打印頭200可例如是這樣的壓電噴墨打印頭，其類似于用在例如由本申請的受讓方hewlettpackard公司所制造的scitexfb10000的商用噴墨打印機中的打印頭。打印頭200還可被設計用于其它類型的打印機中。

打印頭芯片組件202類似于圖1a中示出的打印頭芯片組件100。例如，如在圖2a中所示，打印頭芯片組件202可包括芯片204和芯片206。芯片204和芯片206被示出為呈矩形形狀，但其它形狀、尺寸和大小也是可預期的，這取決于具體的應用。芯片204和芯片206可例如由硅片或另一種合適的材料制成，這取決于具體的應用。例如，芯片102和芯片104可以是從直徑8英寸的圓形硅片分開（例如通過鋸割或切削）的單獨的芯片段，其具有大約725微米的工業標準厚度。芯片204的表面208和芯片206的表面212可各自具有構造在其上的墨分配裝置216。墨分配裝置216可例如包括用于分配墨經過噴嘴218的壓電致動器和流體室。

如在圖2a和2b中說明，芯片204和芯片206可定位于彼此相鄰。具體來說，芯片204和芯片206可定位使得芯片204的與表面208相對的表面面向芯片206的與表面212相對的表面。在一些示例中，可以在芯片204和芯片206之間施加一層粘合劑。在一些示例中，芯片204和芯片206可被定位成使得芯片204的噴嘴218相對于芯片206的噴嘴218對準（例如，位于中心的對準，其它的對準或偏移），這取決于具體的應用。與雙側芯片相反，芯片204和芯片206可以是單側芯片。

打印頭200還可包括芯片載體230。芯片載體230可在打印頭芯片組件202和例如商用噴墨打印機之間提供電性和流體連接。芯片載體230還可為打印頭芯片組件202提供結構支撐。例如，如圖2a中所示，打印頭芯片組件202可以被部分地插入芯片載體230的腔中并安裝于其內，以使得芯片204和芯片206被大體上保持就位，而打印頭芯片組件的部分從芯片載體230向外延伸使得噴嘴218被暴露。

芯片載體230可包括配準銷232。配準銷232可被用于提供參考點（可從該參考點限定打印頭芯片組件的位置），例如用于校準打印頭230用于其中的打印機。具體來說，配準銷230可被用于在芯片載體230內對準芯片204和芯片206。例如，如在圖2b中所示，基于通過配準銷232的中心的線234，芯片204的噴嘴218a和芯片206的噴嘴218b可各自與配準銷232對準。芯片204和芯片206的單獨位置可被調節，以使得例如噴嘴218a和218b的中心與線234相距特定的距離。在一些示例中，噴嘴218a和218b可以與配準銷232對準，精度大約為8微米。

圖3是示例性打印頭300的透視圖，其說明了在芯片載體內如何使用粘合劑來固定打印頭芯片組件的位置的示例。打印頭300可類似于例如圖2a中示出的打印頭200。具體來說，打印頭302可包括打印頭芯片組件302，打印頭芯片組件302包括芯片304和芯片306。打印頭302還可包括芯片載體330和配準銷332。如在圖3中所示，可以施加粘合劑334以使得其與芯片304、芯片306和芯片載體330接觸，從而在芯片載體330內固定芯片304和芯片306的位置。粘合劑334可例如是uv粘合劑或另一種適合的粘合劑。在一些示例中，可以如圖3所示在芯片304和芯片306與配準銷332對準期間或之后施加uv粘合劑，并且隨后可將uv粘合劑暴露于uv光照下，從而固化粘合劑334并在芯片載體330內固定芯片304和芯片306的位置。

圖4是說明了一種組裝打印頭的示例性方法的流程圖。打印頭可例如是圖2a和2b中示出的打印頭200或圖3中示出的打印頭300。例如，打印頭可包括具有兩個打印頭芯片的打印頭芯片組件，并且可包括關于打印頭200或打印頭300和圖2a、2b和3描述的芯片載體和配準銷。如步驟402所表示，打印頭芯片中的每個可被插入芯片載體中。

如步驟404所表示，打印頭芯片中的每個可相對于芯片載體的配準銷對準。在一些示例中，每個打印頭芯片的噴嘴可與配準銷對準。在一些示例中，每個打印頭芯片的噴嘴可以大約8微米的精度各自與配準銷對準。在一些示例中，打印頭芯片的每個的噴嘴也可以相對彼此而對準。在一些示例中，打印頭芯片的每個的噴嘴也可以以大約5微米的精度相對彼此而對準。在一些示例中，可以使用具有聯接至微型夾具的兩個電動級的芯片對準工具來實現期望的精度水平。芯片對準工具可以使用實時圖像處理和光學工具來獲取每個打印頭芯片的位置，并以小于1微米的可重復度和不小于1.5微米的精度來控制電動級的運動。

如步驟406所表示，打印頭芯片的每個的位置可被固定在芯片載體內。例如，可以施加粘合劑以使得其與打印頭芯片的每個和芯片載體接觸，從而在芯片載體內固定每個打印頭芯片的位置。粘合劑可例如是uv粘合劑或另一種合適的粘合劑。在一些示例中，在每個打印頭芯片與配準銷對準期間或之后，可以施加uv粘合劑，并且隨后可將uv粘合劑暴露于uv光照下，從而固化粘合劑并在芯片載體內固定每個打印頭芯片的位置。在一些示例中，可以在兩個打印頭芯片之間施加一層粘合劑。在一些示例中，uv粘合劑還可在步驟402之前被施加在打印頭芯片的每個之間，從而將打印頭芯片的每個在其被配對在一起時保持彼此相鄰的位置。一旦打印頭芯片的每個根據期望被定位并對準，粘合劑層可被暴露于uv光照下，從而固化粘合劑并將打印頭芯片的每個固定就位。

圖5是說明了一種用于校準打印頭的示例性系統500的框圖。系統500可例如在例如由本申請的受讓方hewlettpackard公司所制造的scitexfb10000的商用噴墨打印機中實施，或者可以是單獨的系統、或者是其組合。打印頭可例如是圖2a和2b中示出的打印頭200或圖3中示出的打印頭300。例如，打印頭可包括具有兩個打印頭芯片的打印頭芯片組件，并且還可包括關于打印頭200或打印頭300和圖2a、2b和3描述的芯片載體和配準銷。系統500可允許用戶校準具有帶兩個打印頭芯片的打印頭芯片組件的打印頭。具體來說，系統500可允許用戶能夠最小化墨滴射出狀況的差異性，從而提供期望的圖像質量。墨滴大小和速度的差異和/或不同打印頭的標稱噴嘴定位可導致不均勻的輸出、顆粒狀或有噪聲的填充區域和/或不佳的圖像質量。系統500可使得用戶能夠單獨地對打印頭以及整排打印頭中的打印頭芯片的每個的工作電壓進行校準。

系統500可包括處理器502和存儲器504。處理器502可包括被構造成執行包含在存儲器504中的指令的單個處理單元或分布式的處理單元。一般來說，通過遵循包含在存儲器504中的指令，處理器502可使得用戶能夠單獨地對每個打印頭芯片以及整排打印頭的工作電壓進行校準。為了本申請的目的，術語“處理單元”應該意為當前先進的處理單元或者未來先進的處理單元，其執行包含在存儲器中的指令序列。指令序列的執行導致處理單元執行例如生成控制信號的步驟。指令可以被加載在隨機存取存儲器（ram）中，用于由來自只讀存儲器（rom）、大容量存儲設備或某些其它永久存儲器的處理單元來執行。在其它實施例中，可以使用硬連線電路（hardwiredcircuitry）來替代軟件指令或者與軟件指令結合，以實施所述的功能。例如，系統500的功能性可完全地或者部分地由一個或多個專用集成電路（asic）來實施。除非另有具體說明，系統500不限于硬件電路和軟件的任何具體的組合，也不限于由處理單元執行的指令的任何具體的源。

存儲器504可包括非瞬態計算機可讀介質或者其它永久存儲裝置、如dram的易失性存儲器、或者其某些組合；例如與ram結合的硬盤。存儲器504可包含指令，用于通過存儲器502引導執行功能和分析。在一些實施方式中，存儲器504還可存儲數據，用于由處理器502使用。存儲器504可存儲各種軟件或代碼模塊，這些軟件或代碼模塊引導存儲器502執行各種互相關聯的動作。在所說明的示例中，存儲器504包括校準圖案模塊510、獲取模塊520、分析模塊530和調節模塊540。在一些示例中，模塊510、520、530和540可以組合或分配成更多或者更少的模塊。模塊510、520、530和540可配合以引導處理器502執行由圖6的流程圖所述的方法600。

如步驟602所表示，可以由模塊510為打印頭中的兩個打印頭芯片的每個生成校準圖案。校準圖案可例如由打印頭安裝于其中的打印機所打印。圖7是說明了使用模塊510生成的示例性打印頭校準圖案700的示意圖。如圖7所示，通過改變每個打印頭芯片的工作電壓，可以為每個打印頭芯片生成多個校準補丁（patch）。雙向線可打印各種打印條件，基準可表示打印頭側的位置并且可用以確定和校準誤差。

再次參考圖6，如步驟604所表示，在步驟602中為每個打印頭芯片生成的校準圖案可以由獲取模塊520所獲取。例如，獲取模塊520可引導處理器502將打印的校準圖案掃描成可由系統500分析的電子格式。如步驟606所表示，在步驟602中為每個打印頭芯片生成的校準圖案可以由分析模塊530所分析。例如，分析模塊可分析例如兩個芯片或噴嘴列間距之間的物理距離、芯片傾斜度、芯片高度、打印軸線速度、目標滴速度、與目標滴速度的偏差、標稱打印高度、墨滴從噴出經過到達基材所經歷的距離等特性。

如步驟608所表示，可以基于步驟606中的分析由調節模塊540為每個打印頭芯片調節工作電壓。這些調節可以導致性能圖像質量的改進，諸如例如，改進的均勻性、更多均勻的滴重量、改進的滴定位和噴嘴間距誤差、傾斜度和芯片高度差異的校正。

雖然已經說明并描述了本發明的實施例，將會意識到的是，可以在不偏離本發明的精神和范圍的前提下在其中進行各種改變。例如，盡管已經將不同的示例性實施例描述為包括提供一種或多種益處的一個或多個特征，然而可以預期的是，在所描述的示例性實施例或其它可替代實施例中，所描述的特征可以彼此互換或者可替代地彼此組合。本領域技術人員將理解的是，本發明還可以在不具有許多上述細節的前提下實施。相應地，其將意在包括所附權利要求的精神和范圍內闡述的所有這些替代、修改和變化。而且，一些熟知的結構或功能可能未被詳細示出或描述，因為這些結構或功能將是本領域技術人員所知曉的。除非詞語在本說明書中被具體且有意地限定，否則本說明書中所用的術語意在以其最寬泛的合理的方式加以解釋，即使可以結合本發明的某些具體實施例的描述來使用所述術語。