CN109421374A - 压电喷墨打印芯片及封装该压电喷墨打印芯片的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压电喷墨打印芯片，其包括：喷孔层，具有单排喷孔；墨水压力腔结构层，设置于所述喷孔层上，所述墨水压力腔结构层包括多个墨水槽结构，所述多个墨水槽结构均匀分布于所述单排喷孔两侧，且每个墨水槽结构与对应的喷孔连通；压电驱动电极层，包括设置于所述墨水压力腔结构层上的压电薄膜层以及设置于所述压电薄膜层上的驱动电极。本发明还提供了一种用于封装所述压电喷墨打印芯片的封装结构。在本发明中，压电喷墨打印芯片具有单排喷孔双排压力腔的结构，在不改变压力腔宽度的基础上将喷孔密度提高了一倍。此外，用于封装压电喷墨打印芯片的封装结构，可以使封装工艺步骤减少，可靠性提高，并且还可以降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于打印技术领域，具体地讲，涉及一种压电喷墨打印芯片及用于封装该压电喷墨打印芯片的封装结构。
背景技术
根据墨滴的喷射的机理，喷墨打印头可以分成压电喷墨打印头和热发泡喷墨打印头。压电喷墨打印头把墨水槽提供的墨水，分配到墨水压力腔。墨水压力腔顶部由压电陶瓷加工制成，压电陶瓷在逆压电效应的作用下，发生变形引起墨腔体积发生变化，进而使得墨水通过喷孔喷射出去。热发泡喷墨打印头，对墨水进行加热，产生气泡，墨水被挤压从喷孔喷射出形成墨滴。由于喷墨打印是一种无接触的打印方式，可以实现彩色打印，被广泛应用于印刷电路、生物打印、数码印花、3D打印、太阳能电池打印等。而随着社会的进步科技的发展，为了满足高分辨率和快速的打印需要，对喷墨打印芯片提出了新的挑战。
传统的压电喷墨打印芯片，为了将墨滴从喷孔挤出，墨水压力腔需要足够的面积产生足够的形变。现有技术提供的一种压电喷墨打印芯片包括一排压力腔对应一排喷孔，这种结构的缺点是喷孔的密度受到压力腔宽度的约束难以提高。现有技术还提供的一种压电喷墨打印芯片包括多排喷孔及多排压力腔，但是单个芯片的尺寸较小，为了实现大尺寸(30mm左右)的打印宽度，需要将多个芯片进行拼接，这将带来成本的增加。
此外，在现有技术的压电喷墨打印头芯片封装过程中，为了实现芯片驱动结构于驱动信号的连接，需要将芯片上的多个电极与驱动线路板相互电连接，但是连接方式复杂且成本较高。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种压电喷墨打印芯片及用于封装该压电喷墨打印芯片的封装结构。
根据本发明的一方面，提供了一种压电喷墨打印芯片，其包括：喷孔层，具有单排喷孔；墨水压力腔结构层，设置于所述喷孔层上，所述墨水压力腔结构层包括多个墨水槽结构，所述多个墨水槽结构均匀分布于所述单排喷孔两侧，且每个墨水槽结构与对应的喷孔连通；压电驱动电极层，包括设置于所述墨水压力腔结构层上的压电薄膜层以及设置于所述压电薄膜层上的驱动电极。
进一步地，所述喷孔之间的间距为25um至500um，所述喷孔的直径为5um至100um。
进一步地，所述喷孔层和所述墨水压力腔结构层由单片SOI结构一体制作而成；或者所述喷孔层与所述墨水压力腔结构层分别独立形成，且所述喷孔层与所述墨水压力腔结构层通过粘接剂粘接而成。
进一步地，所述压电驱动电极层与所述墨水压力腔结构层通过粘接剂粘接而成。
根据本发明的另一方面，还提供了一种用于封装上述的压电喷墨打印芯片的封装结构，所述封装结构包括：至少两片柔性电路板，所述柔性电路板的两端分布有电极，所述两端之一的电极用于与所述驱动电极连接，所述两端之另一的电极用于与外部的驱动电路板连接；垫片，具有对应于所述压电喷墨打印芯片的墨水槽的第一开口以及用于使所述柔性电路板通过的第二开口；墨水匣，包括匣本体、设置于所述匣本体中的分别与所述第一开口和所述第二开口对应的第三开口和第四开口以及位于所述匣本体中的供墨岐管、进墨口和出墨口；盖片，位于所述压电喷墨打印芯片上，用于对所述压电喷墨打印芯片进行密封保护。
进一步地，所述两端之一的电极用于通过各向异性导电胶与所述驱动电极相连接。
进一步地，所述垫片通过粘接剂粘接于所述压电喷墨打印芯片的墨水槽上，并且所述垫片与所述墨水槽形成密封结构。
进一步地，所述匣本体通过粘接剂粘接于所述垫片上，以使所述第一开口和所述第三开口密封且使所述第二开口和所述第四开口密封。
进一步地，所述墨水匣还包括具有螺纹的墨水管接头，所述墨水管接头与所述进墨口连接，以使外部的墨水管通过所述墨水管接头和所述进墨口流入所述匣本体内部，所述匣本体内部的墨水经所述出墨口流出。
进一步地，所述盖片通过粘接剂粘接于所述喷孔层的与设置有喷孔的表面相对的表面上。
本发明的有益效果：在本发明中，压电喷墨打印芯片具有单排喷孔双排压力腔的结构，在不改变压力腔宽度的基础上将喷孔密度提高了一倍。此外，在压电喷墨打印芯片的封装过程中，通过使用各项异性导电胶实现了柔性电路板与喷墨打印芯片电极的电连接，使用胶粘剂与多层结构件实现了压电喷墨打印芯片的液体连接，该封装方法工艺步骤少，可靠性高，并且可以降低生产成本。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的实施例的压电喷墨打印芯片的结构分解图；
图2是根据本发明的实施例的压电喷墨打印芯片的压电驱动电极层的结构示意图；
图3是根据本发明的实施例的压电喷墨打印芯片的墨水压力腔结构层层的结构示意图；
图4是根据本发明的实施例的压电喷墨打印芯片的喷孔层的结构示意图；
图5是根据本发明的实施例的封装压电喷墨打印芯片的封装结构的结构示意图；
图6是根据本发明的实施例的封装结构的垫片的结构示意图；
图7是根据本发明的实施例的封装结构的墨水匣的结构示意图；
图8是根据本发明的实施例的封装结构的盖片的结构示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度。相同的标号在附图中始终表示相同的元件。
图1是根据本发明的实施例的压电喷墨打印芯片的结构分解图。
参照图1，根据本发明的实施例的压电喷墨打印芯片100包括：压电驱动电极层110、墨水压力腔结构层120和喷孔层130。
一并参照图1和图2，压电驱动电极层110包括压电薄膜层111、位于压电薄膜层111上的正电极113以及对应于正电极113附近的负电极112。正电极113和负电极112的数量均为多个，具体地，多个正电极113阵列排布，在正电极113之间以及最外侧的正电极113的外侧设置一个负电极112，多个负电极112通过共用负电极114连接。压电薄膜层111设置在墨水压力腔结构层120的上方，正电极113对应于墨水压力腔结构层120，其形状和墨水压力腔结构层120相似，且其中轴线相重合。
正电极113、负电极112以及共用负电极114通过溅射的方法沉积在压电薄膜层111上，与压电薄膜层111构成压电驱动电极层110。整个压电驱动电极层110与墨水压力腔结构层120再通过胶粘剂(或称粘接剂)粘接而形成。所述胶粘剂使用环氧树脂类胶粘剂，但本发明并不限制于此。
一并参照图1和图3，墨水压力腔结构层120包括墨水槽结构121，该墨水槽结构121的形状为矩形。具体地，多个墨水槽结构121被分为两组，这两组墨水槽结构121背对连接，且第一组墨水槽结构中的每个墨水槽结构121位于第二组墨水槽结构中的对应的相邻两个墨水槽结构121之间。
一并参照图1和图4，喷孔层130具有单排排列的喷孔131。墨水压力腔结构层120设置于喷孔层130上，多个墨水槽结构121均匀分布于单排喷孔131两侧，且每个墨水槽结构121与对应的喷孔131连通，以使经由进墨口流入的墨水流经墨水槽结构121而进入喷孔131中。此外，喷孔131之间的间距为25um至500um，喷孔131的直径为5um至100um，但本发明并不限制于此。
在本实施例中，喷孔层130和墨水压力腔结构层120可以由单片SOI结构(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)一体制作而成，以称之为腔体结构层；或者喷孔层130和墨水压力腔结构层120分别独立形成，且喷孔层130和墨水压力腔结构层120通过粘接剂粘接而成。
图5是根据本发明的实施例的封装压电喷墨打印芯片的封装结构的结构示意图。
参照图5，封装压电喷墨打印芯片100的封装结构包括：两片柔性电路板200，柔性电路板200两端分布两排电极，一端的电极用于与压电喷墨打印芯片100的驱动正电极113和驱动负电极112连接，另一端的电极用于与外部的驱动电路板连接；垫片210，具有对应于压电喷墨打印芯片110的墨水槽的两个第一开口211以及让柔性电路板200通过的位于中间的一个第二开口212；墨水匣220，包括匣本体、设置于所述匣本体中的分别与第一开口211和第二开口212对应的第三开口223和第四开口224以及位于所述匣本体中的供墨岐管、进墨口和出墨口；盖片230，位于压电喷墨打印芯片100上，用于对压电喷墨打印芯片100进行密封保护。
如图5所示的柔性电路板200，其两端的电极与压电喷墨打印芯片100的驱动正电极113和驱动负电极112相对应，可以通过各向异性导电胶与压电喷墨打印芯片100的驱动正电极113和驱动负电极112相连接，进而将驱动信号通过柔性电路板200传递给驱动正电极113和驱动负电极112。
如图5所示，柔性电路板200与压电喷墨打印芯片100实现的电连接。其实施方法如下。在压电喷墨打印芯片100的电极上贴一条各向异性导电胶，然后在热压焊机上进行热压焊，使得柔性电路板200上的电极和压电喷墨打印芯片100的驱动正电极113和驱动负电极112电极连接导通，实现柔性电路板200与压电喷墨打印芯片100实现的电连接。
一并参照图5和图6，,垫片210可以由金属材料通过机加工制备而成，其通过胶粘剂粘接于压电喷墨打印芯片100的墨水槽的上方，并与墨水槽形成密封结构使墨水不能流到驱动正电极113上。
其实施方法为：把点好胶的垫片210倒扣在焊接好的压电喷墨打印芯片100上，待其固化，在固化完成后可以对其密封性进行检测。这样形成密封结构，墨水可以通过进墨口而不扩散到柔性电路板200和压电喷墨打印芯片100的电极之间，影响喷头的使用性能。确认密封完好，开始下一步的点胶。
一并参照图5和图7，墨水匣220由金属材料制备而成，其通过胶粘剂粘接于垫片210的上方，胶粘剂使得墨水匣220中的第三开口223与对应的垫片210的第一开口211形成密封结构，墨水只能通过该第三开口223而不能流到第三开口223以外的地方。墨水匣220中的供墨岐管经过特别的设计，使得墨水通过进墨口221流入下方的墨水槽具有相同的流阻。墨水匣220中的进墨口221与出墨口222具有相同的孔径，并安装包含螺纹的墨水管接头240，使得外部的墨水管通过墨水管接头240和进墨口221流入墨水匣内部，再经出墨口222流出形成循环。第四开口224用于使柔性电路板200通过。
其实施方式为：把点好胶的墨水匣220倒扣已经固化好的垫片210得正面，使得墨水匣220中的第三开口223与对应的垫片210的第一开口211形成密封结构，墨水只能通过该开口而不能流到开口以外的地方。待固化完成后，对其密封性进行检测，确认密封完好后，开始下一步的点胶。
一并参照图5和图8，盖片230厚度可以为0.1mm，其由金属材料制备而成，垫片210的背面通过胶粘剂粘接于垫片210的背面上，从而位于压电喷墨打印芯片100上，以对压电喷墨打印芯片100进行密封和保护。
其实施方式为：在盖片230的正面，围绕盖片230的开口231(其将喷孔131等暴露)的***，涂满实体面上的胶，然后和上步固化好的垫片210的背面粘接，用于对压电喷墨打印芯片100的密封和保护。
综上所述，根据本发明的实施例，压电喷墨打印芯片具有单排喷孔双排压力腔的结构，在不改变压力腔宽度的基础上将喷孔密度提高了一倍。此外，在压电喷墨打印芯片的封装过程中，通过使用各项异性导电胶实现了柔性电路板与喷墨打印芯片电极的电连接，使用胶粘剂与多层结构件实现了压电喷墨打印芯片的液体连接，该封装方法工艺步骤少，可靠性高，并且可以降低生产成本。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。
Claims (10)
1.一种压电喷墨打印芯片，其特征在于，包括：
喷孔层，具有单排喷孔；
墨水压力腔结构层，设置于所述喷孔层上，所述墨水压力腔结构层包括多个墨水槽结构，所述多个墨水槽结构均匀分布于所述单排喷孔两侧，且每个墨水槽结构与对应的喷孔连通；
压电驱动电极层，包括设置于所述墨水压力腔结构层上的压电薄膜层以及设置于所述压电薄膜层上的驱动电极。
2.根据权利要求1所述的压电喷墨打印芯片，其特征在于，所述喷孔之间的间距为25um至500um，所述喷孔的直径为5um至100um。
3.根据权利要求1所述的压电喷墨打印芯片，其特征在于，所述喷孔层和所述墨水压力腔结构层由单片SOI结构一体制作而成；或者所述喷孔层与所述墨水压力腔结构层分别独立形成，且所述喷孔层与所述墨水压力腔结构层通过粘接剂粘接而成。
4.根据权利要求1所述的压电喷墨打印芯片，其特征在于，所述压电驱动电极层与所述墨水压力腔结构层通过粘接剂粘接而成。
5.一种用于封装权利要求1至4任一项所述的压电喷墨打印芯片的封装结构，其特征在于，所述封装结构包括：
至少两片柔性电路板，所述柔性电路板的两端分布有电极，所述两端之一的电极用于与所述驱动电极连接，所述两端之另一的电极用于与外部的驱动电路板连接；
垫片，具有对应于所述压电喷墨打印芯片的墨水槽的第一开口以及用于使所述柔性电路板通过的第二开口；
墨水匣，包括匣本体、设置于所述匣本体中的分别与所述第一开口和所述第二开口对应的第三开口和第四开口以及位于所述匣本体中的供墨岐管、进墨口和出墨口；
盖片，位于所述压电喷墨打印芯片上，用于对所述压电喷墨打印芯片进行密封保护。
6.根据权利要求5所述的封装结构，其特征在于，所述两端之一的电极用于通过各向异性导电胶与所述驱动电极相连接。
7.根据权利要求5所述的封装结构，其特征在于，所述垫片通过粘接剂粘接于所述压电喷墨打印芯片的墨水槽上，并且所述垫片与所述墨水槽形成密封结构。
8.根据权利要求5所述的封装结构，其特征在于，所述匣本体通过粘接剂粘接于所述垫片上，以使所述第一开口和所述第三开口密封且使所述第二开口和所述第四开口密封。
9.根据权利要求5或8所述的封装结构，其特征在于，所述墨水匣还包括具有螺纹的墨水管接头，所述墨水管接头与所述进墨口连接，以使外部的墨水管通过所述墨水管接头和所述进墨口流入所述匣本体内部，所述匣本体内部的墨水经所述出墨口流出。
10.根据权利要求5所述的封装结构，其特征在于，所述盖片通过粘接剂粘接于所述喷孔层的设置有喷孔的表面上。
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