专利名称：具有跨槽导体布线的喷墨打印头的制作方法
具有跨槽导体布线的喷墨打印头
背景技术：
传统的按需滴落型喷墨打印机通常基于墨液滴形成的两种机理之一分类。热气泡式喷墨打印机使用填充了墨液的腔室中的加热元件激励器(薄膜电阻加热器元件)来使墨液蒸发，产生气泡，迫使墨液滴离开喷嘴。压电式喷墨打印机使用填充了墨液的腔室壁上的压电材料激励器，产生压力脉动，迫使墨液滴离开喷嘴。这两类喷墨激励器共用打印头衬底(即打印头芯)，其包含与衬底上的相应墨液喷射元件(即加热元件激励器和压电材料激励器)电连接的多个导电迹线。典型的打印头衬底具有多个细长墨液槽，导电迹线沿墨液槽布线到衬底的端部，以与控制器互联。控制器向导体迹线施加电能，以选择性地激励墨液喷射元件，使墨液滴通过相应的墨液喷嘴喷射，使文本和图像形成于打印介质上。降低喷墨打印头衬底的成本同时提高衬底上喷射元件的密度是设计喷墨打印头时的既定目标。在喷墨打印头中有效布线导体迹线是可能影响所进行的尝试，降低衬底大小和成本的一个重要因素。
作为示例，现参照附图来描述本发明的实施例，附图中
图1示出了根据一个实施例的喷墨打印头的示例，该喷墨打印头具有跨过中心墨液槽的导体迹线；
图2示出了根据一个实施例的喷墨打印头的一个示例的倒置视图，该喷墨打印头具有跨过中心墨液槽的导体迹线；
图3示出了根据一个实施例的喷墨打印头的示例，该喷墨打印头具有跨过中心墨液槽并且嵌入顶帽层下方SU8孔口层中的导体迹线；
图4示出了根据一个实施例的喷墨打印头的示例，该喷墨打印头具有跨过中心墨液槽并且嵌入顶帽层上方SU8孔口层中的导体迹线；
图5-8示出了根据一个实施例的处于各制造阶段的喷墨打印头； 图9示出了根据一个实施例制造喷墨打印头的方法的流程图。在所有附图中，相同的附图标记表示相似但不一定相同的元件。详细描述问题和方案概述
如上所述，在喷墨打印头中有效布线导体迹线是影响打印头衬底(即打印头芯)的尺寸和成本的重要因素。在现有技术的喷墨打印中，众所周知的是通过例如电铸、激光切除、各向异性蚀刻和光刻法的各种精确微制造技术，在打印头衬底上制造集成电路、导体迹线、喷射元件和其它衬底特征件。目前，导体迹线在衬底上的喷墨元件(例如热气泡式喷墨打印机中的电阻加热器元件，压电式喷墨打印头中的压电材料激励器)之间的布线以及衬底上的电路或互联是通过沿墨液槽将迹线布线到衬底的端部来实现的。因此，尽管墨液槽任一侧上的墨液腔室和喷射元件可以使用相同的地和信号线，但横跨墨液槽不存在地或其它电信号的共享。墨液槽通过衬底的背侧将墨液供应到墨液腔室，因此，在墨液槽任一侧上，用作衬底中形成的导体迹线和其它电路之间的屏障。因此，导体迹线围绕墨液槽被布线到衬底的端部，以形成电信号路径(例如地连接)和衬底外的互联。此电布线和互联技术的一个缺点是它对降低衬底大小的能力形成限制因素。由于沿墨液槽任一侧的墨液腔室的密度增加，所以激励那些腔室中的墨液喷射元件所需的沿墨液槽两侧布线的导体迹线的数目也必须增加。目前的电布线和互联技术的另一缺点是它限制了到达衬底端部的衬底互联，制造衬底边缘的互联变得困难。这又限制了设计更加有效衬底外互联(如不同类型的带自动键合“柔性带”)的灵活性。本公开的实施例通过使用横跨墨液打印头衬底中的墨液槽的导体迹线，克服了如上文提到的那些缺点。跨槽导体迹线使墨液槽任一侧上的喷射元件(例如电阻加热器元件； 压电材料激励器)之间共用共同的电信号迹线(例如公共地迹线)。跨槽导体迹线通过横跨墨液槽的更直接布线，而不是沿墨液槽布线到达衬底端部，提供简化的导体迹线布线。此简化布线使得能够更容易地侧面连接到打印头衬底以进行电信号传输，给打印头孔口层增加了功能。在一个实施例中，例如，墨液打印头包括具有通过其中心形成的墨液槽的衬底。导体迹线跨过墨液槽布线，提供槽两侧集成电路之间的电通信。在不同实施例中，导体迹线嵌入到衬底上形成的SU8孔口层中的各个位置中。在一个实施例中，喷墨打印头包括于SU8 孔口层中形成的通孔，导体迹线通过该通孔从SU8孔口层延伸到衬底上的集成电路。在另一实施例中，制造喷墨打印头的方法包括在打印头芯上形成SU8腔室层，并在SU8腔室层上用SU8顶帽层上形成的金属迹线层叠SU8顶帽层。在另一实施例中，SU8盖层形成于顶帽层上，在顶帽层和盖层之间嵌入金属迹线。
具体实施例方式图1示出了根据实施例的示例性流体喷射头100 (例如喷墨打印头)的侧视图，流体喷射头100具有横跨在中心墨液槽104上的导体迹线102。流体喷射头100的一个示例是喷墨打印系统(未显示)中的喷墨打印头100。通常，如本领域技术人员都知晓的，喷墨打印头100通过多个孔口或喷嘴向打印介质，诸如纸张喷射墨液滴101，从而将图像打印到打印介质上。喷嘴通常设置成一列或多列，使得当打印头和打印介质相对彼此运动时，从喷嘴以适当顺序喷射的墨液将字符或其它图像打印在打印介质上。传统的喷墨打印头100的工作机构通常是基于其墨液喷射元件分为热发泡或压电。在典型的热发泡墨液打印系统中，打印头通过快速加热位于墨液腔室中的少量墨液，来通过喷嘴喷射墨液滴。墨液喷射元件是小的电加热器，如薄膜电阻器，有时也称作点火电阻器。在点火电阻器两端施加电势会加热墨液，造成墨液蒸发，通过喷嘴喷射。在压电墨液打印系统中，墨液喷射元件是压电材料激励器。压力打印头通过在腔室的墨液中生成压力脉动迫使墨液从喷嘴滴下，从而通过喷嘴喷射墨液滴。压力脉动是在电压施加到材料两端时， 由压电材料的形状或尺寸的变化产生的。尽管本文中主要参考热发泡或压电类型的传统的喷墨打印头100，但应注意的是打印头100可包括任何其它类型的被配置成选择性地传送或将流体通过喷嘴喷射到介质上的器件。
再参照图1，喷墨打印头100通常包括衬底层，如硅衬底106和孔口层108。在硅衬底106上，在衬底106和孔口层108之间制造集成电路层110。衬底106包括墨液通道/ 槽104，以将墨液或其它流体供应到孔口层108和(多个)喷嘴112。孔口层108是SU8层， 包括腔室114 (例如墨液点火室)和喷嘴112。腔室114中墨液喷射元件116 (例如电阻加热器元件，压电材料激励器)的激励使墨液滴101通过喷嘴112喷射。导体迹线102可以下文讨论的各种方式嵌入在SU8孔口层108中。导体迹线102 可横跨墨液槽104延伸，以提供例如在墨液槽104的两个侧上的墨液喷射元件116之间共用公共迹线。嵌入的导体迹线102可电耦连到衬底106上的集成电路110。在一些实施例中，嵌入的导体迹线102通过形成于SU8孔口层108中的通孔118延伸。例如，在图1所示实施例中，喷墨打印头100包括穿过SU8孔口层108形成的通孔118，允许嵌入的导体迹线 102通过SU8孔口层108，接触硅衬底106上的集成电路110。因此，导体迹线102可将电信号从打印头100的一侧跨过集成电路110、墨液喷射元件116、打印头100边缘的电互联等之间的墨液槽104携带到另一侧。图2示出了根据实施例，导体迹线102穿过中心墨液槽104的喷墨打印头100的一个示例的倒置视图。尽管图1中打印头100的侧视图看起来示出了导体迹线102在喷嘴 112上跨过，图2的倒置视图表明导体迹线102可在喷嘴112之间的间隔中横越墨液槽104。 然而，导体迹线102在SU8孔口层108中的布线不局限于本文中可能图解的任何特殊布线。 相反地，本公开考虑了导体迹线102以任何适当方式或布线在SU8孔口层108中可提升打印头100的功能、有效使用打印头100上的空间或可由嵌入在SU8孔口层108中的导体迹线102得到的任何其它益处的布线。例如，在一些实施例中，导体迹线102可贯穿喷嘴112， 被喷嘴112两端的间隙打断或分开，以达到通过充当贯穿喷嘴112的探头的分开导体的两个剩余部分获得打印头100中墨液滴感测能力的目的。在其它实施例中，导体迹线102可延伸到打印头100的边缘200，以达到结合打印头100上的电边缘互联(未示出)的目的，诸如带自动键合(“柔性带”)。再次参照图1，SU8孔口层108可由超过一层SU8组成。如图1的实施例所示，SU8 孔口层108由第一 SU8腔室层120、第二 SU8 “上部帽(top-hat)”层122和第三SU8 “盖 (cap)”层IM组成。在此配置中，嵌入的导体迹线102被嵌入在顶帽层122和盖层IM之间的SU8孔口层108中。不过，根据制造工艺流程，在其它实施例中的导体迹线102可放置在SU8孔口层108中的不同位置，如在顶帽层122之下，在顶帽层122内，在顶帽层122和盖层1 之间，或者在顶帽层122上而无盖层124。此外，导体迹线102的形状可在制造过程中定义(例如照相等定义)，使得可以制造具有不同尺寸、长度和形状的迹线。图3示出了根据实施例，示例性流体喷射头100(例如喷墨打印头)的侧视图，导体迹线102在中心墨液槽104上跨过，嵌入在顶帽层122下方的SU8孔口层108中。在此实施例中，SU8孔口层108包括第一腔室层120和第二顶帽层122，不包括第三盖层124。图4 示出了根据实施例的示例性流体喷射头100 (例如喷墨打印头)的侧视图，导体迹线102在中心墨液槽104上跨过，嵌入在顶帽层122上方的SU8孔口层108中。在此实施例中，SU8 孔口层108包括第一腔室层120和第二顶帽层122，不包括第三盖层124。图5-8图解说明了根据实施例制造的各个阶段的喷墨打印头100。喷墨打印头100 的制造可使用各种众所周知的精确微制造技术，如电铸、激光切除、各向异性蚀刻和光刻法来完成。在图5中，SU8腔室层120被施加到衬底106 (打印头芯)，如硅晶片。SU8腔室层 120形成一个或多个腔室114和一个或多个通孔118。在施加SU8腔室层120之前，集成电路层110已经通过众所周知的技术，如光刻法在硅衬底106上制造好。SU8腔室层120可通过例如旋转敷涂施加到衬底。在图6中，SU8顶帽层122被施加在SU8腔室层120上。顶帽层122可通过已知的微制造技术施加，作为层叠干膜SU8顶帽层122。SU8顶帽层122的施加在相应的腔室114 上形成喷嘴口 112，并可进一步形成通过SU8顶帽层122延伸的通孔118。在一些实施例中， 腔室层120和顶帽层122 —起可称作SU8孔口层108。在图7中，被称作导体迹线102的金属迹线通过例如已知的电路微制造技术被施加在SU8顶帽层122上。如上文指出的，导体迹线102可在SU8孔口层108中的各个位置制造。例如，根据制造工艺流程，在其它实施例中，导体迹线102可设置于SU8孔口层108 中的不同位置，如在顶帽层122之下、顶帽层122内部，顶帽层122和盖层IM之间，或者在顶帽层122上而无盖层124。相应地，尽管图5-7图解了制造过程的一个实施例，其中导体迹线102施加在SU8顶帽层122的上，其它实施例考虑了导体迹线102在SU8孔口层中的其它位置。尽管图7中导体迹线102看起来在喷嘴112上跨过，但导体迹线102可在喷嘴112 之间的间隔中横越墨液槽104布线。导体迹线102在SU8顶帽层122上或者在SU8孔口层108中的布线不局限于任何具体布局。而且，如上文指出的，导体迹线102在SU8孔口层 108中的布线可使用任何适当的布局制造，这些布局可提升打印头100的功能，有效使用打印头100上的空间，或可从嵌入在SU8孔口层108中的导体迹线102得到的任何其它益处。在图8中，盖层IM施加在顶帽层122上。盖层IM可以例如层叠干膜SU8盖层 1 施加。在一些实施例中，腔室层120、顶帽层122和盖层IM—起可称作SU8孔口层108。 盖层124的施加将导体迹线102嵌入在SU8孔口层108中。图8进一步图解说明了另外制造衬底106，以包括墨液通道104，以将墨液或其它流体供应到SU8孔口层108，墨液喷射元件116和喷嘴112。图9示出了根据实施例，制造喷墨打印头的方法900的流程图。方法900与图1_8 图示的喷墨打印头100的实施例和上文的相关描述关联。尽管方法900包括以特定次序列出的步骤，但应理解的是，这并不限制这些步骤以此次序或其它任何具体次序执行。通常， 方法900的步骤可使用各种精确微制造技术，如电铸、激光切除、各向异性蚀刻和光刻法来完成，这些技术是本领域技术人员众所周知的。方法900开始于块902，在打印头芯(硅衬底)上形成SU8腔室层。SU8腔室包括流体腔室和通孔，典型地通过旋转敷涂SU8而形成于衬底上。通常，在制造SU8腔室层之前， 集成电路层已经在打印头芯上制造好。在方法900的块904，SU8顶帽层层叠在SU8腔室层上。顶帽层被施加，作为在腔室层中的相应腔室上形成喷嘴口的层叠干膜SU8顶帽层，并可进一步在腔室层中形成通孔。作为替代方式，在顶帽层层叠过程之前，腔室114和腔室层 IM中的通孔118可用脱蜡材料填充。在导电迹线沉积之前，通孔中的脱蜡可以光和蚀刻过程显影去掉。方法900继续块906，在SU8腔室层和SU8顶帽层中形成通孔，如块902和904中提到的。在块908，在SU8顶帽层上形成金属导电迹线。不过，根据制造过程步骤的次序，可在SU8孔口层中的各个位置制造导体迹线，如在顶帽层之下，顶帽层内部，顶帽层和盖层之间，或者在顶帽层上而无盖层。在块910，通过来自SU8孔口层的通孔将金属导电迹线布线到打印头芯/衬底上形成的集成电路。 在方法900的块912，在SU8顶帽层上层叠SU8盖层，使金属迹线嵌入在SU8顶帽层和SU8盖层之间。在块914，在打印头芯/衬底中形成墨液槽，在块916，金属导电迹线穿过墨液槽布线。
权利要求
1.一种喷墨打印头，包括衬底，其具有穿过其中心形成的墨液槽以及处于所述槽的第一侧和第二侧上的集成电路；和导体迹线，其横跨所述墨液槽布线，以提供所述槽的第一侧和第二侧上的集成电路之间的电通信。
2.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述导体迹线嵌入在所述衬底上形成的 SU8孔口层中。
3.根据权利要求2所述的喷墨打印头，其中所述SU8孔口层包括 腔室层，其形成于所述衬底上；层叠SU8顶层，其形成于所述腔室层上；和层叠SU8盖层，其形成于所述顶层上，其中所述导体迹线嵌入在所述顶层和所述盖层之间。
4.根据权利要求2所述的喷墨打印头，进一步包括通孔，其形成于所述SU8孔口层中， 所述导体迹线穿过该孔口层从所述SU8孔口层延伸到所述衬底上的集成电路。
5.根据权利要求1所述的喷墨打印头，进一步包括SU8腔室层，其形成于所述衬底上， 其中所述导体迹线在所述SU8腔室层上布线。
6.根据权利要求1所述的喷墨打印头，进一步包括 SU8腔室层，其形成于所述衬底上；和SU8顶层，其形成于所述SU8腔室层上，其中所述导体迹线在所述SU8顶层的顶上布线。
7.根据权利要求6所述的喷墨打印头，进一步包括SU8盖层，其形成于所述SU8顶层上，其中所述导体迹线嵌入在所述SU8盖层和所述SU8顶层之间。
8.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述SU8孔口层包括墨液室和喷墨嘴。
9.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述集成电路包括墨液喷射机构，其选自由经所述导体迹线施加的电流激励的压电元件和电阻加热器元件。
10.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述导体迹线进一步布线到所述衬底的边缘。
11.一种制造喷墨打印头的方法，包括 在打印头芯上形成SU8腔室层； 在所述SU8腔室层上层叠SU8顶帽层；和在所述SU8顶帽层上形成金属迹线。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括在所述SU8顶帽层上层叠SU8盖层，使所述金属迹线嵌入在所述SU8顶帽层和所述SU8 盖层之间。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括 在所述打印头芯中形成墨液槽；其中在所述SU8顶帽层上形成金属迹线包括横跨所述墨液槽布线所述金属迹线。
14.根据权利要求11所述的方法，进一步包括 在所述打印头芯中形成墨液槽；其中形成金属迹线包括在所述SU8顶帽层之下形成金属迹线，并横跨所述墨液槽布线所述金属迹线。
15.根据权利要求11所述的方法，进一步包括 在所述SU8腔室层和所述SU8顶帽层中形成通孔；其中在所述SU8顶帽层上形成金属迹线包括穿过所述通孔将所述金属迹线布线到所述打印头芯上形成的集成电路。
全文摘要
喷墨打印头包括衬底，其具有穿过其中心形成的墨液槽。集成电路形成于中心墨液槽的第一侧和第二侧。导体迹线横跨墨液槽布线，以提供槽第一侧和第二侧集成电路之间的电通信。
文档编号B41J2/16GK102574397SQ200980161870
公开日2012年7月11日 申请日期2009年10月8日 优先权日2009年10月8日
发明者C-H.陈, R.L.布伦内曼, T.R.斯特兰 申请人:惠普发展公司，有限责任合伙企业