CN102036825B - 具有流体喷射模块和集成电路元件的可致动装置 - Google Patents

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Abstract

一种流体喷射装置，包括流体喷射模块和集成电路元件。流体喷射模块包括具有多条流体流径、多个致动器和多条导电迹线的基板，每个致动器构造为使流体从相关的流体流径的喷嘴喷出。集成电路元件安装在流体喷射模块上，并与流体喷射模块的导电迹线电连接，以便所述模块的电连接使得发送至流体喷射模块的信号能够被传输至集成电路元件，在集成电路元件上被处理，并输出至流体喷射模块，以驱动致动器。

Description

具有流体喷射模块和集成电路元件的可致动装置
技术领域
本发明涉及采用可致动装置将集成电路电连接至流体喷射模块。
背景技术
微型机电***或MEMS-基装置可以用在多种应用中，如加速器、陀螺仪、压力传感器或换能器、显示器、光开关和流体喷射。典型地，一个或多个单独的装置形成在单个流体喷射模块上，如形成在由绝缘材料或半导体材料形成的流体喷射模块上，所述流体喷射模块可以采用诸如光刻、沉积或刻蚀之类的半导体处理技术处理。
一种常规类型的流体喷射模块包括具有用于喷射流体的多个流体喷射装置的流体喷射模块和用于将信号传递至流体喷射模块的柔性印制电路(“柔性电路”)。流体喷射模块包括喷嘴、油墨喷射元件和电触点。柔性电路包括用于将流体喷射模块的电触点与诸如产生用于控制油墨从喷嘴喷射的驱动信号的集成电路之类的驱动电路连接在一起的引线。在一些常规喷墨模块中，集成电路可以安装在柔性电路上。
流体喷射模块中的喷嘴的密度随着制造方法的改进而增加。例如，频繁制造在硅晶片上的MEMS-基装置以较小的覆盖区和以比之前形成的密度高的喷嘴形成在流体喷射模块上。然而，这种装置的较小的覆盖区可能使流体喷射模块上的电触点的可用面积减小。
发明内容
描述了一种流体喷射模块，其包括流体喷射模块和用于提供控制流体喷射模块中或上的致动器的操作的信号的集成电路元件。
在一个方面中，一种流体喷射装置包括流体喷射模块和集成电路元件。流体喷射模块包括具有多条流体流径、多个致动器和多条导电迹线的基板，每个致动器构造为使流体从相关的流体流径的喷嘴喷出。集成电路元件安装在流体喷射模块上，并与流体喷射模块的导电迹线电连接，以便所述模块的电连接使得发送至流体喷射模块的信号能够被传输至集成电路元件，在集成电路元件上被处理，并输出至流体喷射模块，以驱动致动器。
各实施方案可以包括下述特征中的一个或多个。流体喷射模块可以由硅形成。致动器可以包括压电元件或加热元件。流体喷射模块和集成电路元件可以采用非导电粘胶或各向异性粘胶粘接在一起。柔性元件可以与流体喷射模块电连接，以便发送至流体喷射模块的所述信号从柔性元件传输。柔性元件可以形成在塑性基板上。流体喷射模块可以包括输入迹线和第一输入焊盘，其中输入迹线电连接至柔性元件，并且其中第一输入焊盘电连接至致动器，并且集成电路元件可以包括集成开关元件、连接至流体喷射模块的输入迹线的第二输入焊盘和连接至流体喷射模块的第一输入焊盘的输出焊盘，其中集成开关元件连接至第二输入焊盘和输出焊盘。第二输入焊盘和输出焊盘可以位于集成电路元件的靠近流体喷射模块的表面上。可以具有多个输出焊盘和多个致动器，并且输出焊盘的数量和致动器的数量相同。可以具有多个输出焊盘和多个致动器，输出焊盘的数量小于致动器的数量，并且单个流体喷射模块可以具有多个集成电路元件。可以具有多个输出焊盘和多条输入迹线，并且输出焊盘的数量大于输入迹线的数量。可以具有多个第一输入焊盘和多个致动器，并且第一输入焊和数量和输出焊盘的数量相同。可以具有多个第一输入焊盘和多个输出焊盘，并且第一输入焊盘和输出焊盘相互靠近。可以具有多条输入迹线和多条第二输入焊盘，并且输入迹线的数量等于第二输入焊盘的数量。输入迹线和第二输入焊盘可以相互靠近。可以具有多条输入迹线和多个输出焊盘，并且输入迹线的数量小于输出焊盘的数量。可以具有多条输入迹线和多个致动器，并且输入迹线的数量小于致动器的数量。柔性元件和输入迹线可以采用非导电粘胶或各向异性粘胶粘接在一起。
在另一方面中，一种流体喷射装置，包括：流体喷射模块，流体喷射模块包括致动器和用于在致动器启动时喷射流体的喷嘴；集成电路元件，与流体喷射模块电连通；和第一***件，构造为保护致动器和集成电路元件免受发送到流体喷射模块中的流体的影响。
各实施方案可以包括下述特征中的一个或多个。流体喷射模块的第一侧和第一***件的第一侧可以采用粘合剂结合。第一***件可以具有结合区域，其中结合表面区域围绕流体进口且小于第一***件的第一侧的面积。第二***件可以靠近第一***件。第一***件可以位于流体喷射模块和第二***件之间，并且第二***件的第一边长于第一***件的第一边。第一***件可以具有与第二***件的流体进口和流体出口流体连通的流体进口和流体出口。第二***件的流体进口和流体出口可以比第一***件的至第一***件的中心的流体进口和流体出口靠近第二***件的中心。第一***件和第二***件可以采用粘合剂结合在一起。
在另一方面中，一种流体喷射装置，包括印刷头模块，印刷头模块包括多个独立可控的压电式致动器和用于在所述多个压电式致动器启动时喷射流体的多个喷嘴，其中所述多个压电式致动器和所述多个喷嘴设置成矩阵，以便在单次通过中将流体的微滴分配至介质上，以在所述介质上形成具有大于600dpi的密度的像素线。
这两个方面中的任一个的各实施方案可以包括下述特征中的一个或多个。所述多个压电式致动器和多个喷嘴可以设置在矩阵中，以便在单次通过中将流体的微滴分配至介质上，以在所述介质上形成具有大于1200dpi的密度的像素线。矩阵可以包括32行和64列。在小于1平方英寸的区域内可以具有多于2000个的喷嘴，其中所述区域的一边大于1英寸。多个喷嘴在小于1平方英寸的区域内可以包括550个和60000个之间的喷嘴。多个喷嘴可以构造为喷射具有微滴尺寸在0.1pL和100pL之间的流体。多个喷嘴的第一侧可以连接至印刷头模块的第一侧，并且其中印刷头模块的第一侧的面积大于多个喷嘴的第一侧的面积。集成电路元件可以直接接触印刷头模块并与印刷头模块电连接，以便模块的电连接使得发送至印刷头模块的信号能够被传输至集成电路元件、在集成电路元件上被处理并输出至印刷头模块以驱动多个致动器。
在另一方面中，一种流体喷射***，包括印刷头模块和印刷杆，该印刷头模块包括多个独立可控的压电式致动器和用于在多个压电式致动器启动时喷射流体的多个喷嘴，其中多个压电式致动器和多个喷嘴设置在矩阵中，印刷杆构造为使得当介质移动经过印刷杆时，能够在单次通过中从多个喷嘴将流体的微滴分配至介质上，以在介质上形成具有大于600dpi的密度的像素线。
一些实施方案可以包括下述优点中的一个或多个。当在流体喷射模块上具有比集成电路元件上的输出焊盘或喷射元件少的输入迹线时，可以形成高密度喷嘴矩阵，而不存在会由高密度电触点引起的电连接问题。通过使集成电路元件和流体喷射模块采用具有小的热膨胀差异的材料，可以进一步改善电连接。而且，***件可以将致动器与外部环境(如流体)分开，以避免损坏致动器。将上***件的流体进口和流体出口移至上***件的中心可以允许其它元件粘附至该***件，同时防止多余的粘合剂流入流体进口。
在此描述的多种技术可以适用于除流体喷射装置之外的MEMS-基装置。
根据权利要求和接下来的描述，本发明的其它特征和优点将变得明显。
附图说明
图1A为封装好的流体喷射装置的示意性透视截面图。
图1B为图示封装好的流体喷射装置中的柔性电路的布置的示意性透视图。
图2为流体喷射模块和***件的示意性剖视图。
图3为其中安装集成电路元件的流体喷射模块的示意性透视图。
图4为具有上***件和下***件的流体喷射模块的示意性剖视图。
图5为具有电路的流体喷射模块的平面图。
图6为具有集成电路元件的流体喷射模块的简化透视图。
图7为柔性电路、流体喷射模块和集成电路元件之间的电连接的示意图。
图8为柔性电路、流体喷射模块和集成电路元件的电路图。
图9为具有配置成矩阵的致动器的流体喷射模块的横截面平面图。
图10为具有上、下***件的流体喷射模块的示意性半透明透视图。
图11为具有用于将下***件结合至流体喷射模块的区域的油墨出口的示意性平面图。
具体实施方式
在此描述流体喷射装置。示例性的流体喷射装置在图1A中示出。流体喷射装置100包括流体喷射模块103，例如，四边形板状印刷头模块，其可以为采用半导体处理技术制造的管芯。在美国专利No.7,052,117中也描述了流体喷射模块，将其结合于此。从流体喷射装置100喷射的流体可以为油墨，但流体喷射装置100可以适合其它液体，如生物液体，用于形成电子元件的液体。
每个流体喷射装置还可以包括用于支撑并将流体提供至流体喷射模块103的壳体110，以及其它元件，如，用于将壳体110连接至印刷杆的安装框架142，以及用于从外部处理器接收数据并向流体喷射模块提供驱动信号的柔性电路201(参见图1B)。壳体110可以由分隔壁130分开，以提供进口腔132和出口腔136。每个腔132和136可以包括过滤器133和137。载送流体的管道162和166可以通过孔152和156分别连接至腔132和136。分隔壁130可以由位于流体喷射模块103上方的***件组件146上的支撑件保持。
包括流体喷射模块103和可选的***件组件146的流体喷射组件包括用于允许流体从进口腔132循环通过流体喷射模块103并进入出口腔136的流体进口101和流体出口102。通过流体喷射模块103的流体的一部分从喷嘴喷出。
参照图1B，流体喷射装置的壳体110的一部分去掉了，以示出流体喷射装置100包括柔性印制电路或柔性电路201。柔性电路201构造为将流体喷射装置100连接至印刷机***(未示出)。柔性电路201用来将来自印刷机***的外部处理器的数据，如图像数据和定时信号，传输至流体喷射模块103，用于驱动流体喷射模块上的致动器。柔性电路201还可以用来连接用于流体温度控制的电热调节器。
参照图2，流体喷射模块103可以包括基板122，其中形成有在喷嘴126中终止的流体流径124(在图2中仅示出一条流径)。单个流体流径124包括油墨送料器170(图2中表示为170的两个区域可以由延伸到纸面之外的通道连接)、升高部172、泵送室174和在喷嘴126中终止的下沉部176。流体流径还可以包括再循环路径178，以便即使在不喷射流体时油墨也可以流过油墨流径124。
基板122还可以包括其中所述流径由诸如刻蚀之类的半导体处理技术形成的流径本体182、诸如硅层之类的用于密封泵送室174的一侧的隔膜180和喷嘴128穿过其形成的喷嘴层184。隔膜180、流径本体182和喷嘴层184每一个都可以由半导体材料(如，单晶硅)构成。隔膜可以相对薄，如小于25μm，例如约12μm。
流体喷射模块103还包括支撑在基板122上的独立可控的致动器401，其用于引起流体选择性地从对应流体流径124(在图2中仅示出一个致动器)的喷嘴126喷射。每个流径124与其致动器401一起提供独立可控MEMS流体喷射装置单元。
在一些实施方式中，致动器401的启动使隔膜180偏转到泵送室174中，将流体挤出喷嘴126。例如，致动器401可以为压电式致动器，并且可以包括下导电层190、压电层192和图案化的上导电层194。压电层192厚度例如可以在约1和25微米之间，例如，厚度约为8至18微米。可替换地，致动器可以为加热元件。
参照图2和3，流体喷射装置100还包括一个或多个集成电路元件104，其构造为提供用于控制流体从流体喷射模块103通过位于流体喷射模块103下侧的喷嘴的喷射的电信号。集成电路元件104可以为除流体喷射模块103之外的微芯片，其中集成电路如由半导体制造和封装技术形成。因此，集成电路元件104的集成电路形成在与流体喷射模块103的基板分开的半导体基板中。然而，集成电路元件104可以直接安装在流体喷射模块103上。
参照图2和4，在一些实施方式中，流体喷射装置100的流体喷射组件包括下***件105，其用于将流体喷射模块103和/或集成电路元件104上的电子元件与流体分开。流体喷射装置100可以包括上***件106，其用于进一步将电子元件或集成电路元件104与流体分开。通过上***件106和下***件105的结合处的通道212和216可以允许从/至流体喷射装置100的壳体中的腔132和136的某个中心位置的流体到/从靠近流体喷射模块103边缘的流体进口412和流体出口414的行进。而且，包含上***件106和下***件105的结合处的流体喷射装置可以较容易地制造，因为下***件105的长度可以短于上***件106，以允许集成电路元件104搁置在两个***件之间。
参照图1和4，流体喷射装置100还可以包括流体喷射模块盖107，其构造为密封流体喷射装置100中的空腔，并为流体喷射装置的与流体喷射模块103联合使用的元件提供粘合区域。流体喷射模块盖107还可以为流体喷射模块103上方的油墨再循环提供旁路。
在图5和6中分别示出了具有电路的示例性流体喷射模块的平面图和局部透视图。流体喷射模块103上的多个致动器401设置成列(为了简单起见，图6省略了多个致动器)。图5和6中示出的致动器401为低压电元件，例如，每个致动器包括两个电极之间的压电层。对于每个致动器401，电极，如上电极194，经由也位于流体喷射模块103上的导电迹线407(为了简单起见，图6仅图示了单条迹线407)连接至对应的输入焊盘402。迹线407可以在致动器401的列之间延伸。
在一些实施方式中，流体进口412形成在致动器401列的末端。在所述列的相对末端，流体出口414(图5未示出，但在图6中示出)可以形成在流体喷射模块103的顶部。单个流体进口和流体出口对可以为一列，两列或多列致动器401工作。穿过上***件106和下***件105的通道212和216将进口101流体连接至流体喷射模块103的进口412，并将流体喷射模块的流体出口414流体连接至出口102。流体喷射模块103还包括沿着流体喷射模块103的一个或多个边缘设置的导电输入迹线403。迹线403可以具有约40微米或更小的间距，例如，36微米的间距或10微米的间距。柔性电路201(参见图2)可以结合到流体喷射模块103的输入迹线403中。例如，柔性电路201可以在流体喷射模块103的边缘处连接至迹线403的远端420(参见图5)。所述结合例如可以采用粘胶，如非导电粘胶(NCP)或各向异性导电粘胶(ACP)进行。
如图2、3和6所示，集成电路元件104可以以沿输入迹线403和进口412或出口414之间的细长区域延伸的行安装至流体喷射模块103。例如，第一行集成电路元件104可以以沿着流体喷射模块的一个边缘上的输入迹线403和进口412之间的细长区域延伸的第一行安装至流体喷射模块103，第二个第一行集成电路元件104可以以沿着流体喷射模块的相对边缘上的输入迹线403和出口414之间的细长区域延伸的行安装至流体喷射模块103。
图3中示出了具有安装至其上的集成电路元件104的示例性流体喷射模块103的透视图。如上所述，集成电路元件104可以为安装在流体喷射模块103上分开制造的流体喷射模块。在一些实施方案中，集成电路元件104为专用集成电路(ASIC)元件。集成电路元件104可以为例如可以包括流体喷射模块、封装和引线的芯片。将集成电路元件104的焊盘连接至流体喷射模块103上的导电迹线的引线可以为焊料块(参见图2)或丝焊。例如，引线可以为直接电镀在集成电路元件104的铝焊盘上的金凸起。它们也可以为具有直接电镀在集成电路元件104的导电焊盘上的焊料帽的铜柱形凸起。
集成电路元件104构造为提供用于控制致动器401的操作的信号，如图7所示。例如，集成电路元件104中的集成开关元件302，例如，晶体管，可以采用电触点和引线连接至流体喷射模块上的致动器401。因此，当信号从柔性电路201发送至流体喷射模块103上的输入迹线403时，它可以被传输至集成电路元件104上的输入焊盘301，在集成电路元件104上被处理，如在晶体管302处，并在输出焊盘303处输出至流体喷射模块103上的输入焊盘402，输入焊盘402由输入迹线407连接，以驱动致动器401。
图6中示出的集成电路元件104包括连接至流体喷射模块上的输入迹线403的输入焊盘301(参见图7)。例如，集成电路元件104上的输入焊盘301可以连接至输入迹线403的比输入迹线403的远端420靠近流体喷射模块103的中心的近端422。输入焊盘301和输入迹线403可以采用集成电路元件104上的非导电粘胶(NCP)、各向异性导电粘胶(ACP)或焊料块连接。集成电路元件104的输入焊盘301(图7)可以在集成电路元件104的下表面，以提供更好的与流体喷射模块103的输入迹线403电连接。
如图7所示，集成电路元件104还包括输出焊盘303(其通过一个或多个集成开关元件302，如专用集成电路(ASIC)连接至集成电路元件104的输入焊盘301)。此外，集成电路元件104上的输出焊盘303电连接至流体喷射模块103的输入焊盘402。输出焊盘303可以采用集成电路元件104上的NCP、ACP或焊料块连接至输入焊盘402。集成电路元件104上的输出焊盘303可以在集成电路元件104的下表面，以提供更好的与流体喷射模块103上的输入焊盘402电连接。
如所注意到的那样，集成电路元件104包括集成开关元件302。每个开关元件用作用于将一个MEMS流体喷射装置单元的驱动电极选择性地连接至公共驱动信号源的接通/断开开关。公共驱动信号电压在一个或多个集成电路输入焊盘301、迹线403和柔性电路201上的对应的迹线上传送。集成开关元件302连接至集成电路元件104的输入焊盘301和集成电路元件104的输出焊盘303。因此，集成电路元件104包括内部形成的连接，如在输入焊盘301、集成开关元件302和输出焊盘303之间。
图8中示出了柔性电路201、集成电路104和流体喷射模块103的电路图。集成电路104的输入焊盘301可以包括时钟线、数据线、锁存线、全通线和四条电源线。来自柔性电路201的信号通过输入焊盘301发送至集成开关元件302，其可以包括数据触发器、锁存触发器、或门和开关。通过数据线向数据触发器发送数据来处理所述数据。时钟线随后在数据进入时对数据进行计时。数据串联进入，使得进入第一触发器中的第一位数据在下一位数据进入时向下移动。在所有的数据触发器(如，64个元件)都包含数据之后，随后通过锁存线发送脉冲，以将来自数据触发器的数据移向锁存触发器并移至致动器401。如果来自锁存触发器的信号高，则开关打开并通过输出焊盘303将信号发送至输入焊盘402，以驱动致动器401。如果信号低，则开口保持断开并且致动器401不被激活。
一个集成电路元件104可以包括多个集成开关元件302，如256个集成开关元件。集成开关元件302的数量可以与流体喷射模块103上的致动器的数量或其一部分相同。而且，在一些实施方式中，集成开关元件302的数量等于集成电路104上的输入焊盘301的数量。在一些实施方式中，每个集成开关元件302与多于一个的输出焊盘303电连通。
所有集成电路元件104上的输出焊盘303的总数对应于流体喷射模块103上的输入焊盘402和相关联的致动器401的数量。还可以具有例如用作加热器、温度传感器和接地的其它焊盘。如果在单个流体喷射模块103上存在多于一个的集成电路元件104，则集成电路元件104上的输出焊盘303的数量为致动器401数量的分数。例如，如果流体喷射模块103上存在四个集成电路元件104，则在流体喷射模块103上存在1024个致动器401，则每个集成电路元件104可以具有256个输出焊盘303。
流体喷射模块103上的每个输入焊盘402电连接至集成电路元件104上的对应的输出焊盘303。然而，还存在未连接至或连接至诸如接地之类的其它元件的附加输出焊盘303。输入焊盘402和输出焊盘303的每个对应对彼此靠近设置，以便它们可以相互配对和电连接。同样地，流体喷射模块103上的每条输入迹线403电连接至集成电路元件104上的对应的输入焊盘301。输入迹线403和输入焊盘301的每个对应对彼此靠近设置，以便它们可以相互配对和电连接。
在一些实施方式中，流体喷射模块103上的输入迹线403的数量小于流体喷射模块103上的输入焊盘402和相关的致动器401的数量。而且，可以具有较少的输入迹线403，其通过使用至少一条串行数据线、一条时钟线和一条锁存线从柔性电路201接收信号，以控制多个集成开关元件302，如64个元件。
有利地，当在流体喷射模块103上存在比集成电路元件104上的输出焊盘303或喷射元件401少的输入迹线403时，可以在流体喷射模块上形成高密度喷嘴矩阵。如图9所示，高密度矩阵可以具有设置成行和列的喷嘴和/或压电式致动器。例如，喷嘴可以设置成32行×64列的矩阵。当介质在印刷杆下面通过时，喷嘴可以单次通过中将流体喷射在介质上，以大于600dpi，如1200dpi或更大的密度或印刷分辨率在介质上形成像素线。
为了实现大于600dpi的印刷机分辨率，如1200dpi或更大，在小于1平方英寸的范围内可以具有550个和60000个之间的喷嘴和/或压电式致动器401，例如2000个喷嘴和/或致动器。包含喷嘴和/或致动器的区域，如，流体进口和出口之间的区域可以具有大于1英寸的长度(如长度约44mm)和小于1英寸的宽度(如宽度约9mm)。
尺寸在0.01pL和100pL之间，如2pL的流体微滴可以从喷嘴喷出。例如，当2pL的流体从约12.5微米×12.5微米的面积的喷嘴喷出时，在小于1平方英寸的区域内可以具有2048个喷嘴和/或致动器。采用0.01pL的尺寸的流体微滴，在小于1平方英寸的区域内可以具有约60000个喷嘴和/或致动器。同样地，采用100pL的尺寸的流体微滴，在小于1平方英寸的区域内可以具有约550个喷嘴和/或致动器。部分地，可以实现这种高密度的喷嘴以及因此单次通过分辨率，因此可以存在比独立可激活的致动器少的输入迹线。
流体喷射模块103的表面的包含喷嘴的面积例如为约43.71mm×15.32mm，且可以大于靠近流体喷射模块103的喷嘴矩阵的面积，以包括用于集成电路元件104、迹线403以及油墨进口和出口101和102的空间。高密度矩阵可以通过其中可以刻蚀的小流径的硅基板的使用并通过压电式致动器的刻蚀增强。在于2008年5月22日递交的美国申请No.61/055,431中进一步描述了压电式致动器的刻蚀，通过引用将其结合于此。
这种高密度喷嘴矩阵例如可以电连接至柔性电路，而不存在由柔性电路和流体喷射模块二者上的高密度电触点产生的电连接问题。如果对于每个单独的喷射元件，要求在柔性电路和流体喷射模块之间电接触，则流体喷射模块上的电触点的间距不像可能要求的那样精细。
不仅更少的触点或在两个元件之间具有更大的间距的更少的触点比更密集封装的触点容易相互对准，而且可以降低由元件材料的不同热系数引起的任何间距变化的影响。在一些实施方式中，流体喷射模块103由硅形成，柔性电路201形成在塑性基板上，如聚酰亚胺。当柔性电路201被加热时，塑料具有收缩的趋势。另一方面，硅很少由于温度变化而改变尺寸或将尺寸改变至不同于塑料的程度。如果柔性电路201和流体喷射模块103被加热，由于两种材料的热膨胀差异，迹线的间距在不同的元件上会变化很大。当在结合在一起的两个元件上要求较少的迹线时，并且当迹线形成为较宽时，则形成流体喷射模块的材料和柔性电路的材料之间的任何热膨胀差异，例如所述元件中的一个的膨胀或收缩很少能够引起两个元件上的迹线的未对准。
在一些实施方式中，所述元件中的一个，如流体喷射模块103上的迹线形成为比另一个元件上的迹线宽，但在迹线之间仍然具有足够的非导电空间，以防止迹线之间的短路或串扰。NCP或ACP可以要求加热，以固定粘结。因此，流体喷射模块上或柔性电路上较少的迹线意味着NCP或ACP可以用来将柔性电路结合至流体喷射模块，而不关注由于加热材料以固定所述结合引起的膨胀或收缩。具有约25微米或更大的间距的柔性电路可以与NCP或ACP一起使用，而不关注膨胀或收缩。
集成电路元件104可以由具有类似于流体喷射模块的热膨胀系数的材料，如硅或具有陶瓷基板的混合电路制成。因此，当集成电路元件和流体喷射模块被加热时，这两个元件的尺寸相对于彼此都变化很小、尺寸不变化或彼此变化相同的量。
而且，由于在流体喷射模块103上存在比输入迹线403多的输入焊盘402，输入焊盘402通常将具有比输入迹线403精细的间距。类似地，集成电路元件104将具有相似精细间距的输出焊盘303组。因此，流体喷射模块103和集成电路元件104例如可以采用诸如NCP或ACP之类的粘胶结合在一起。有利地，流体喷射模块103和集成电路元件104可以由具有小的热膨胀差异的材料形成，以便最小化由于材料的热膨胀差异而可能出现的任何间隙或未对准。在一些实施方式中，集成电路元件104和流体喷射模块103由相同的材料形成。因此，可以减小或消除由结合引起的流体喷射模块上的输入焊盘和集成电路元件上的输出焊盘之间的诱导间隙。
参照图4，流体喷射装置包括用于将致动器401与外部环境分开的***件105。***件105可以由具有与流体喷射模块103相同或相似的热膨胀系数的材料制成，如由硅制成，以防止这两个元件之间的应力。虽然不是要求的，流体喷射装置还可以包括上***件106。
如图2和4所示，下***件105可以包括主体430和凸缘432，凸缘432从主体430向下突出，以接触集成电路元件104和致动器401之间，如进口412和出口414上方的区域中的流体喷射模块103。特别地，每个进口412和出口412都可以具有凸缘432，通道212和216延伸穿过凸缘432。凸缘432将主体430保持在流体喷射模块103的上方，以形成空腔434。这防止主体430收缩和干扰致动器401的运动。在一些实施方案中(图2中示出)，孔穿过隔膜层180以及致动器401的层(如果存在)形成，以便凸缘432直接接触流径本体182。可替换地，凸缘432可以接触隔膜180或覆盖基板122的其它层。此外，在一些实施方案中，一些凸缘延伸以接触致动器401行之间的迹线407上方的流体喷射模块。
***件105可以在电学和热学上将致动器(如，粘合剂，如BCB，导电电极，压电材料等)与来自流体进口101或流体出口102的任何周围流体隔离。
下***件105例如可以采用诸如SU-8、BCB之类的粘合剂或诸如Emerson&Cuming
Figure GDA00003080064100131
E3032之类的环氧树脂结合至流体喷射模块103。上***件106例如可以采用诸如SU-8、BCB之类的粘合剂或诸如Emerson&Cuming
Figure GDA00003080064100132
E3032之类的环氧树脂结合至下***件105。此外，附着力促进剂(如，硅烷，如丙烯酸脂，甲基丙烯酞氧基三甲氧基硅烷(mercaptopropyltrimethyloxysilane(MPTMS))，氨丙基三乙氧基硅烷(aminopropyltriethoxysilane(APTES))和六甲基二硅胺烷(hexamethyldisilazane(HDMS)))可以与粘合剂一起使用，以改善流体喷射模块103和下***件105以及下***件105和上***件106之间的结合。而且，***件105和106以及流体喷射模块103的表面可以采用氩处理，以增强附着力促进剂和***件105和106以及流体喷射模块103的表面之间的结合。粘合剂和附着力促进剂可以通过旋涂、汽相沉积、将部件浸入槽中、喷涂或任何其它已知的方法涂敷至下***件105、上***件106或流体喷射模块103。当将元件结合在一起时，粘合剂和附着力促进剂可以涂敷至下***件105、上***件106和流体喷射模块103中的一个或多个。
当将下***件105结合至流体喷射模块103时，下***件105可以结合至具有低的总厚度变化(TTV)的表面，如隔膜或流体喷射模块103的基板。隔膜或基板例如可以采用刻蚀或研磨进行处理，以实现具有低的TTV(例如，15微米或更少，10微米或更少，或5微米或更少)的目标厚度。将下***件105结合至具有低的TTV的表面提供了均匀的结合层，并防止流体通过油墨进口101或油墨出口102泄漏，所述泄漏会引起对致动器401或集成电路元件104的损坏。
当下***件105和流体喷射模块103结合在一起时，通过优化用于结合的表面积可以增强所述结合。结合表面区域越大，捕获会使所述结合变弱的气泡的机会越大。另一方面，如果结合表面区域太小，则所述结合也会是不牢固的。在一种实施方案中，下***件105可以采用具有约120mm2或更小的表面积的整个表面结合在油墨进口101和油墨出口102附近。
在一些实施方案中，如图11所示，下***件105可以包括围绕每个单独的进口101或出口102(如，64个进口和出口)的较小的结合表面区域801。例如，下***件105上的结合表面区域形状形成为匹配进口101或出口102的形状，如方形或环形。这些较小的结合表面区域801可以约为油墨进口101区域的25％或更大，80％或更大，150％或更大，或200％或更大。例如，如果油墨进口101的面积约为0.188mm2，则油墨进口附近的结合表面区域801约为1.5mm2或更小，0.325mm2或更小，或0.05mm2或更小。在一种实施方案中，穿过流体喷射模块103的隔膜形成空腔，以包括流体喷射模块103的基板。空腔的尺寸占据在每个进口101和出口102附近结合的下***件105的包括用于对准802的附加区域的表面区域801。例如，对于每个进口101或出口102，下***件105上的表面积可以为约0.15mm2，具有约.050mm的对准容差802。
流体喷射模块103包括用于使油墨再循环通过所述模块的油墨进口101和油墨出口102。流体可以通过流体进口101进入所述模块并通过流体出口102流出而循环。虽然流体进口101和流体出口102在图10中都示出为直线对准并平行，而它们的结构不限于此。循环通过流体喷射模块103的油墨中的一些通过喷嘴126喷射。在一些实施方式中，喷嘴126位于对应的致动器401的正下面。
如已经提及的那样，在一些实施方式中，如图4和10所示，流体喷射装置可以包括上***件106。上***件106的短边701或宽度可以大于下***件105的短边，虽然它们不需要是这样。也就是说，上***件106可以比下***件105宽。上***件106和下***件105可以具有相同的长度。上***件106可以搁在下***件105的顶部和集成电路元件104的顶部上。这种结构便于制造过程，例如，通过允许集成电路元件104放置在下***件105的任一侧，同时仍由上***件106保护，而不要求为了解决集成电路元件104而刻蚀或切掉单个下***件105。
如图4和10所示，流体进口101和流体出口102允许流体流过***件并流过流体喷射模块103。流体进口101和流体出口102穿过下***件105的段与流体喷射模块103的流体进口101和流体出口102对齐。与流体进口和出口602的位于下***件105和流体喷射模块103中的段相比，流体进口101和流体出口102的位于上***件106中的段可以移向上***件106的中心。有利地，这种结构允许上***件106免除***件周围处的进口和出口。这允许其它元件，如流体喷射模块盖107，粘附至***件的周围而不阻塞任何流体开孔。而且，这种结构将流体进口101和流体出口102移动得更靠近上***件106的中心，以防止从将流体喷射模块盖结合至***件的可能存在的多余的粘合剂流入流体进口101和流体出口102。
参照图4，在一些实施方式中，上***件106具有形成在***件的上表面中并向下延伸穿过该***件的流体进口102。从流体进口101延伸的流体流径610可以垂直于上***件106的上表面延伸。在上***件106的下表面处，也就是说，在接触下***件105的表面处，流体流径610的水平部分612向着上***件106的周围远离上***件106的中心延伸。在一些实施方式中，水平部分612位于上***件106的下表面中。在一些实施方式中，水平部分612嵌入上***件106中。水平部分612的一部分，如水平部分612的末端流体地接合至流体流径610的下***件部分614。流体流径610的延伸至下***件105的底部的部分与流体喷射模块103的上表面中的进口流体连接。在一些实施方式中，流体喷射模块103的与流体喷射模块103的上表面相对的下表面包括用于喷射流体的喷嘴126。虽然未示出，多个喷嘴可以沿着流体喷射模块的再循环路径形成，位于流体喷射模块中的流体进口和流体喷射模块中的流体出口之间。
在可替换实施方式中，流体流径610的水平部分不是形成在上***件106中，而是形成在下***件105的上表面中。在一些实施方式中，上***件106和下***件105都包括一部分水平部分。在一些实施方式中，流体流径以与***件105和106的上、下表面成一定的角度形成。
在一些实施方式中，下***件105直接与流体喷射模块103接触(期间具有或不具有结合层)，上***件106直接与下***件105接触(期间具有或不具有结合层)。因此，下***件105夹在流体喷射模块103和上***件106之间。柔性电路201结合至流体喷射模块103的位于流体喷射模块103的上表面上周围。流体喷射模块盖107可以结合至柔性电路201的结合至流体喷射模块103的部分。柔性电路201可以在流体喷射模块盖107的底部附近弯曲并沿着流体喷射模块盖107的外部延伸。集成电路元件104结合至流体喷射模块103的上表面，比柔性电路201更靠近流体喷射模块103的中心轴线，如沿着流体喷射模块103的长度走向的中心轴线，但比下***件105更靠近流体喷射模块103的***。在一些实施方式中，下***件105的侧面靠近集成电路元件104并垂直于流体喷射模块103的上表面延伸。
虽然已经描述了本发明的优选实施方式，但应当理解，这些是本发明的示例，并且在不偏离本发明的精神或范围的条件下可以进行多种修改。例如，上述致动器为位于流体喷射模块的与喷嘴相对的上表面上的压电式致动器，致动器可以为加热元件，和/或嵌入流体喷射模块103，或靠近喷嘴。

Claims (17)

1.一种流体喷射装置，包括:
流体喷射模块，包括具有多条流体流径、多个致动器和多条导电迹线的基板，每个致动器构造为使流体从相关的流体流径的喷嘴喷出;和
集成电路元件，其中集成电路元件安装在基板上，并与流体喷射模块的导电迹线电连接，以便所述流体喷射模块的电连接使得发送至流体喷射模块的信号能够被传输至集成电路元件、在集成电路元件上被处理并输出至流体喷射模块以驱动致动器，
所述流体喷射装置还包括柔性元件，该柔性元件与流体喷射模块电连接，以便发送至流体喷射模块的所述信号从柔性元件传输，
流体喷射模块包括输入迹线和第一输入焊盘，其中输入迹线电连接至柔性元件，并且其中第一输入焊盘电连接至致动器;并且
集成电路元件包括集成开关元件、连接至流体喷射模块的输入迹线的第二输入焊盘和连接至流体喷射模块的第一输入焊盘的输出焊盘，其中集成开关元件连接至第二输入焊盘和输出焊盘，
其中具有多条输入迹线和多个输出焊盘，并且输入迹线的数量小于输出焊盘的数量。
2.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中流体喷射模块由硅形成。
3.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中致动器包括压电元件。
4.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中致动器包括加热元件。
5.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中流体喷射模块和集成电路元件采用非导电粘胶粘接在一起。
6.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中流体喷射模块和集成电路元件采用各向异性粘胶粘接在一起。
7.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中柔性元件形成在塑性基板上。
8.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中第二输入焊盘和输出焊盘位于集成电路元件的靠近流体喷射模块的表面上。
9.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中具有多个输出焊盘和多个致动器，并且输出焊盘的数量和致动器的数量相同。
10.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中:
具有多个输出焊盘和多个致动器;
输出焊盘的数量小于致动器的数量;并且
具有多个集成电路元件用于单个流体喷射模块。
11.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中具有多个第一输入焊盘和多个致动器，并且第一输入焊盘和数量和输出焊盘的数量相同。
12.根据权利要求11所述的流体喷射装置，其中具有多个第一输入焊盘和多个输出焊盘，并且第一输入焊盘和输出焊盘相互靠近。
13.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中具有多条输入迹线和多条第二输入焊盘，并且输入迹线的数量等于第二输入焊盘的数量。
14.根据权利要求13所述的流体喷射装置，其中输入迹线和第二输入焊盘相互靠近。
15.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中具有多条输入迹线和多个致动器，并且输入迹线的数量小于致动器的数量。
16.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中柔性元件和输入迹线采用非导电粘胶粘接在一起。
17.根据权利要求1所述的流体喷射装置，其中柔性元件和输入迹线采用各向异性粘胶粘接在一起。
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