CN110962457B - 液体喷射头 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种液体喷射头，液体喷射头设置有记录元件基板，并且记录元件基板包括：喷射口构件、包括压力产生元件阵列和电连接部分的电布线层、以及在前表面上包括喷射口构件和电布线层的硅基板。硅基板包括电连接部分从其突出的第一通孔和第二通孔。硅基板的后表面是(100)表面。第一通孔的开口的侧面中的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线和第二通孔的开口的侧面中的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线在与[110]方向正交的方向上彼此偏移。

Description

液体喷射头
技术领域
本公开涉及一种液体喷射头。
背景技术
在记录元件基板的设置有用于喷射液体的喷射口的表面上形成电连接部分，该电连接部分从外部电力供应源向加压液体的压力产生元件供应电力。然而，当电连接部分形成在设置有喷射口的表面上时，从喷射口喷射的所谓液体雾等可能粘附至电连接部分，这可能导致对电连接部分的腐蚀等。
因此，期望电连接部分与设置有喷射口的区域分开。日本专利申请公开No.2006-27109讨论了在与设置有喷射口的表面相反的表面上设置电连接部分的方法。根据该方法，需要从硅基板的与要结合至包括喷射口的喷射口构件的表面相反的表面形成多个通孔，以便在与设置有喷射口的表面相反的表面上设置电连接部分。
发明内容
根据本公开的一个方面，液体喷射头设置有记录元件基板，记录元件基板包括：喷射口构件，其包括喷射液体的喷射口；电布线层，其包括压力产生元件阵列和电连接部分，压力产生元件阵列包括设置的压力产生元件，每个压力产生元件对液体进行加压以喷射液体，并且电连接部分通过电布线而连接至各个压力产生元件并且向各个压力产生元件供应用于驱动压力产生元件的电力；和硅基板，其在前表面上包括喷射口构件和电布线层，其中，硅基板包括第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔穿透硅基板、电连接部分从第一通孔和第二通孔突出、并且第一通孔和第二通孔对应于一行压力产生元件阵列。第一通孔的开口和第二通孔的开口形成在硅基板的后表面上，第二通孔的开口在硅基板的[110]方向上最靠近第一通孔的开口。硅基板的后表面是(100)表面。第一通孔的开口的侧面中的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线和第二通孔的开口的侧面中的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线在与[110]方向正交的方向上彼此偏移。
参照附图，根据下文对示例性实施例的描述，本公开的其它特征将变得显而易见。
附图说明
图1是示出了液体喷射头的透视图。
图2A是示出了记录元件基板和电布线构件电连接之前的状态的透视图，图2B是示出了记录元件基板和电布线构件电连接的状态的透视图。
图3是示出了电连接的构造的示意图。
图4A1是示出了其上形成多个记录元件基板的晶片的图，图4A2是晶片的一部分的放大视图，图4B是示出了沿着图4A2中所示的线A-A'截取的晶片的剖面的图，图4C是示出了第一通孔和第二通孔布置在切分线和供墨口之间的区域中的状态的示意图。
图5是示出了液体喷射头的制造步骤的流程图。
图6A是示出了图5中的步骤S1的示意图，图6B是示出了图5中的步骤S2的示意图，图6C是示出了图5中的步骤S3的示意图，图6D是示出了图5中的步骤S4的示意图，图6E是示出了图5中的步骤S5的示意图。
图7A是示出了根据第二示例性实施例的硅基板的后表面的俯视图，图7B是示出了沿着图7A中的线D-D'截取的硅基板的剖面的示意图，图7C是示出了记录元件基板和电布线构件电连接的状态的示意图。
图8A是示出了沿着图2B中所示的线B-B截取的记录元件基板的剖面的一部分的示意图，图8B是示出了从记录元件基板的后表面侧观察时附接至盖构件的多个记录元件基板、和盖构件的示意图。
图9是示出了根据另一示例性实施例的硅基板的示意图。
图10是示出了根据又一示例性实施例的硅基板的示意图。
图11A是示出了沿着硅基板的长边设置通孔的情况的示意图，图11B是示出了沿着硅基板的短边设置通孔的情况的示意图。
图12是示出了根据比较例的硅基板的示意图。
具体实施方式
在硅基板用于记录元件基板的情况下，通常采用在前表面上包括(100)表面的硅基板。此外，已知在前表面上包括(100)表面的硅基板在[110]方向上容易破裂。因此，在沿着[110]方向布置从硅基板的后表面形成的多个通孔的情况下，当外力等施加至硅基板上时，硅基板可能开裂并且记录元件基板可能破裂。
本公开考虑到上述情况而做出并且涉及一种液体喷射头，该液体喷射头能够抑制其中从后表面形成多个通孔的记录元件基板破裂。
下文参照附图描述根据本公开的示例性实施例的液体喷射头和制造液体喷射头的方法。注意，下文描述不限制本公开的范围。在本示例性实施例中，作为示例，液体喷射头采用其中加热元件产生气泡并且液体被喷射的热***；然而，本公开也适用于采用压电***或其他各种液体喷射***的液体喷射头。此外，作为根据本示例性实施例的液体喷射头，示出了具有与记录介质的宽度相对应的长度的所谓页宽头；然而，本公开还适用于在记录介质上执行扫描的同时执行记录的所谓串联式液体喷射头。串联式液体喷射头的构造的示例包括其上安装一个用于黑色墨水的记录元件基板和一个用于彩色墨水的记录元件基板的构造。
(液体喷射头)
下面描述第一示例性实施例。参考图1描述根据本示例性实施例的液体喷射头。图1是示出了根据本示例性实施例的液体喷射头100的透视图。根据本示例性实施例的液体喷射头100是能够喷射四种颜色C/M/Y/K的墨水并且包括16个线性地布置(成直线地布置)的记录元件基板30的页宽式液体喷射头。液体喷射头100包括记录元件基板30、柔性电布线构件31、板状电布线基板90、信号输入端子91和电力供应端子92。信号输入端子91和电力供应端子92电连接到记录装置主体(未示出)的控制单元，该记录装置主体包括用于传送记录介质(未示出)的传送单元(未示出)和液体喷射头100。此外，信号输入端子91和电力供应端子92通过电布线构件31向记录元件基板30供应喷射驱动信号和喷射所需的电力。每个电布线构件31例如是柔性印刷电路(FPC)。布线会聚到电布线基板90的电路中，这使得与记录元件基板30的数量相比可以减少信号输入端子91的安装数量和电力供应端子92的安装数量。结果，在液体喷射头100附接至记录装置主体/从记录装置主体拆卸时，可以减少要附接/拆卸的电连接部分的数量。
尽管图1示出了其中记录元件基板30在液体喷射头的纵向方向上线性地布置的页宽式液体喷射头，但是本示例性实施例不限于此。页宽式液体喷射头也可以是记录元件基板30在纵向方向上以交错方式布置。
(记录元件基板)
参考图2A至图4C描述作为本示例性实施例的特征的记录元件基板。首先，参考图2A和2B描述记录元件基板30和电布线构件31之间的电连接。图2A和2B是各自示出了设置在液体喷射头100上的多个记录元件基板30和多个电布线构件31中的一个记录元件基板30和相应的电布线构件31的透视图，并且示出了记录元件基板30的与设置有喷射口的表面相反的后表面(下文中，简称为后表面)。图2A是示出了记录元件基板30和电布线构件31电连接之前的状态的透视图，图2B是示出了记录元件基板30和电布线构件31电连接的状态的透视图。
在本示例性实施例中，如图2B所示，电布线构件31的端子51和设置在记录元件基板30的后表面上的电连接部分17通过金属线7电连接(图3)。此外，每个电连接位置都覆盖有密封构件63，并且一部分密封构件63填充在每个通孔3中(图3)。在本示例性实施例中，如图2B所示记录元件基板30和电布线构件31连接的状态作为一个模块操纵，并且总共布置16个模块来构造页宽式液体喷射头。当以这种方式构造这种模块并且适当地改变要安装的模块的数量时，可以提供具有必要长度的液体喷射头。
接下来，参考图3详细描述一个记录元件基板30的构造。图3是示出了沿着图2B中的线B-B截取的剖面的一部分的示意图。尽管出于描述目的在图2B中未示出流路构件120，但是在图3中示出了流路构件120。电布线构件31放置在硅基板1的后表面上，并且电布线构件31的端子51和记录元件基板30的电连接部分17通过所谓的引线接合(wire bonding)而电连接。记录元件基板30通过密封构件121与流路构件120紧密接触。墨水从由流路构件120形成的供墨口20供应到喷射口19。
如图3所示，记录元件基板30包括硅基板1、电布线22和喷射口构件21。供墨口20设置在记录元件基板30中。从供墨口20供应的墨水通过压力产生元件18而被加压，并且被加压的墨水从喷射口19喷射。多个压力产生元件18沿着下面描述的硅基板的[110]方向布置，以构造压力产生元件阵列。在本示例性实施例中，压力产生元件18是产生热能的加热器，并且通过加热而在墨水中产生气泡，以利用气泡的发泡压力来喷射墨水。压力产生元件18通过电布线22电连接至相应的电连接部分17。通过将电连接部分17连接至记录元件基板30的外部，将驱动压力产生元件18的电力供应至压力产生元件18。通孔3通过所谓的干蚀刻而形成并设置在硅基板1的后表面上。电连接部分17位于各个通孔3的底部16上。因此，电连接部分17从通孔3突出。此外，电布线层由压力产生元件阵列和电连接部分17构成。如图3所示，硅基板1在前表面上包括喷射口构件21和电布线层。
下面描述的记录元件基板30中的每个通孔3的形状(图4A1至4C)和图3中的每个通孔3的形状彼此不同；然而，本示例性实施例适用于这两种形状。仅为便于描述，图3比图4A1至4C中的记录元件基板30更简单地示出了记录元件基板30。
接下来，参考图4A1至4C描述在记录元件基板30中形成通孔3的位置。图4A1是示出了其上形成有多个记录元件基板30的晶片的图，图4A2是晶片的一部分的放大视图。图4B是示出了沿着图4A2中的线A-A'截取的晶片的剖面的图。由于使用在前表面上具有(100)表面的晶片32，因此硅基板1的后表面变为(100)表面。在前表面上包括(100)表面的硅基板容易在箭头53所示的镜像标志[110]的方向上破裂。如图4A2中所示，本示例性实施例中的每个通孔3的形状是具有与[110]方向基本正交的边的矩形形状。此外，如图4A2所示，存在第一通孔3a和第二通孔3b，第一通孔3a设置在用于切分晶片的线9附近，第二通孔3b相对于第一通孔3a设置在与线9分开大约一个通孔3的长度的位置处。第一通孔3a和第二通孔3b在作为边界的供墨口20片的左侧设置在硅基板1上。换句话说，第一通孔3a和第二通孔3b对应于包括沿Y方向布置的多个压力产生元件18的一个压力产生元件阵列。此外，如图4A1至4C所示，第二通孔3b在[110]方向上最靠近第一通孔3a。
延长线4a从设置在硅基板1的后表面上的第一通孔3a的开口52的侧面中的沿着[110]方向延伸的一侧延伸。同样，延长线4b从第二通孔3b的沿着[110]方向延伸的一侧延伸。此时，第一通孔3a和第二通孔3b布置成使得延长线4a和延长线4b在与[110]方向正交的方向(X方向)上彼此偏移。尽管第一通孔3a包括沿着[110]方向延伸的两个侧面，但是图4A2仅示出了位于靠近第二通孔3b的一侧的延长线4a。同样，图4A2示出了第二通孔3b的位于靠近第一通孔3a的一侧的延长线4b。在本示例性实施例中，第一通孔3a和第二通孔3b设置成使得在第一通孔3a和第二通孔3b中的每一个的开口的侧面中，沿着[110]方向延伸的所有侧面的延长线在与[110]方向正交的方向(X方向)上彼此偏移。当以上述方式设置第一通孔3a和第二通孔3b时，具有与第一通孔3a的沿着[110]方向延伸的侧面重合的侧面且在[110]方向上最靠近第一通孔3a的通孔是第三通孔3c。结果，在第一通孔3a和最靠近第一通孔3a且具有与第一通孔3a的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线重合的侧面的通孔之间布置的间隔增大。因此，改善了硅基板的刚度。因此，当施加外力等时，可以防止硅基板1在[110]方向上破裂。
此外，根据本示例性实施例，可以在切分晶片32时也防止硅基板1破裂。这是因为相对靠近线9布置的第一通孔3a和相对远离线9布置的第二通孔3b交替地设置，使得线9附近的晶片32的刚度增大。
虽然在图4A1和4A2中第一通孔3a和第二通孔3b沿着切分线9布置、即沿着记录元件基板30的端部部分布置，但是本示例性实施例的布置不限于此。作为替代，例如，第一通孔3a和第二通孔3b可以布置在切分线9和供墨口20之间的区域中(图4C)。同样在这种情况下，可获得与图4A1和4A2中所示的硅基板1类似的效果。此外，上文已经描述了具有如图4A1中所示的矩形外形的硅基板1；然而，可以使用具有如图11A和11B中所示的平行四边形外形的硅基板1。
(比较例)
参考图12描述与本示例性实施例相比较的示例。图12是示出了根据比较例的硅基板的示意图。根据比较例的硅基板1与根据上述示例性实施例的硅基板1的不同之处在于，第一通孔3a的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线和第二通孔3b的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线彼此重合。因此，在第一通孔3a和最靠近第一通孔3a且具有与第一通孔3a的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线重合的侧面的通孔之间布置的间隔变小，这减小了硅基板1的刚度。因此，硅基板1在[110]方向上容易破裂。
相比之下，在如本示例性实施例中所述地布置第一通孔3a和第二通孔3b时，位于第一通孔3a的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线上的通孔成为第三通孔3c，并且通孔的布置间隔增大。因此，可以提高硅基板1的刚度，并且在施加外力等时防止了硅基板1在[110]方向上破裂。
(液体喷射头的制造方法)
参考图5和图6A至6E描述用于制造根据本示例性实施例的液体喷射头的方法。图5是示出了制造步骤的流程图。图6A至6E是示出了沿着图4A2中所示的线A-A'截取的记录元件基板30的剖面并且对应于图5中的各个制造步骤的示意图。
首先，在步骤S1(图5和图6A)中，制备设置有喷射口构件21等的硅基板1。接下来，在步骤S2(图5和图6B)中，通过使用遮盖抗蚀剂41形成图案而在硅基板1的后表面10上形成掩模。接下来，在步骤S3(图5和图6C)中，使用遮盖抗蚀剂41作为掩模通过反应离子蚀刻(RIE)而形成用于电连接的孔。此时，孔可以穿透硅基板1，或者孔可以使用下文描述的遮盖抗蚀剂42以两阶梯形状形成。
接下来，在步骤S4(图5和图6D)中，去除遮盖抗蚀剂41，然后在硅基板1的后表面10上形成包括比遮盖抗蚀剂41的开口小的开口的遮盖抗蚀剂42。在硅基板1上进行使用遮盖抗蚀剂42作为掩模的RIE，以形成两阶梯式通孔3。此外，使用掩模去除电连接电极(电连接部分)17上的绝缘层(未示出)，以露出电连接部分17。
接下来，在步骤S5(图5和图6E)中，沿着切分线9将硅基板1切分成单独的芯片。此后，形成在安装构件43上的电布线构件31和形成在后表面上的相应电连接部分17通过引线接合方法使用诸如金(Au)线7的柔性线而电连接。此后，每个通孔3的内部填充有覆盖电连接位置的密封构件63。图6E中的电布线构件31的位置和图3中的电布线构件31的位置彼此不同；然而，本示例性实施例可以采用这些位置中的任一种，并且位置不限于这些位置中的一个。
参考图7A至7C描述根据本公开的第二示例性实施例。与根据第一示例性实施例的部件类似的部件由相同的附图标记指代，并且省略其描述。图7A至7C是示出了根据第二示例性实施例的硅基板1的图。图7A是示出了硅基板1的后表面的顶视图，图7B是示出了沿着图7A中所示的线D-D'截取的剖面的示意图，图7C是示出了记录元件基板30和电布线构件31电连接的状态的示意图。
本示例性实施例与第一示例性实施例的不同之处在于，通孔3d和通孔3e设置于在供墨口20作为对称轴线的情况下与第一通孔3a和第二通孔3b不对称的位置处。已知硅基板还在与[110]方向正交的X方向上容易破裂。因此，通过本示例性实施例中所述的通孔3的布置，还可以在与[110]方向正交的X方向上增大硅基板1的刚度。因此，可以防止硅基板1在X方向上破裂。换句话说，在本示例性实施例中，可以在防止硅基板1在[110]方向上破裂的同时防止硅基板1在X方向上破裂。
参考图8A和8B描述根据本公开的第三示例性实施例。与根据第一示例性实施例的部件类似的部件由相同的附图标记指代，并且省略其描述。本示例性实施例的特征是盖构件110，盖构件110附接至液体喷射头100的设置有喷射口19的一侧。
图8A是示出了沿图2B中所示的线B-B截取的记录元件基板30的剖面的一部分的示意图。图8B是示出了从记录元件基板30的后表面侧观察时附接至盖构件110的多个记录元件基板30和盖构件110的示意图。如图8B所示，盖构件110具有包括用于露出记录元件基板30的开口的框架形状，并且框架的内表面和记录元件基板30用粘合剂(未示出)固定。
由于通孔3设置在每个记录元件基板30的后表面上，因此在该部分处基板的厚度和强度减小，这可能导致基板的变形和破裂。在本示例性实施例中，盖构件110与设置通孔3的位置相对应地设置。换句话说，通孔3和盖构件110的框架定位成在从喷射口表面观察时彼此重叠。因此，就提高记录元件基板30的设置有通孔3的部分的强度而言，本示例性实施例是优选的。作为盖构件110的材料，可以使用诸如树脂和金属的各种材料，并且就强度而言，诸如不锈钢(SUS)的金属是优选的。此外，可使用树脂；然而，就强度而言，优选使用含树脂的填料。
其他实施例
参考图9至11B描述根据本公开的其他示例性实施例。与第一示例性实施例类似的部件由相同的附图标记指代，并且省略其描述。图9至图11B各自示出了硅基板中的通孔3的布置的修改方案，所述修改方案具有与第一示例性实施例所获得的效果类似的效果。图9是示出了其中沿着X方向平行地布置的第一通孔3a和第二通孔3b沿着[110]方向布置的硅基板1的示意图。换句话说，第二通孔3b设置在第一通孔3a的沿着[110]方向延伸的一侧的二等分线(未示出)上。这增大了第一通孔3a和最靠近第一通孔3a且具有与第一通孔3a的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线重合的侧面的通孔之间的布置间隔。结果，提高了硅基板1的刚度，因而可以防止硅基板1破裂。
图10是示出了设置有第一通孔3a的硅基板1的示意图。第一通孔3a的沿着X方向延伸的侧面大于第二通孔3b的沿着X方向延伸的侧面。在图10中，通孔布置成使得第一通孔3a的与[110]方向交叉的侧面的二等分线(未示出)和第二通孔3b的与[110]方向交叉的侧面的二等分线(未示出)彼此重叠。而且在图10中，第一通孔3a的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线4a和第二通孔3b的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线4b在X方向上彼此偏移，如第一示例性实施例中所示的图4A1至4C所示。因此，最靠近第一通孔3a且具有与第一通孔3a的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线重合的侧面的通孔是第三通孔3c，并且通孔之间的布置间隔增大。这提高了硅基板1的刚度，从而在施加外力等时可以防止硅基板1在[110]方向上破裂。
图11A和11B是各自示出了通孔设置在呈平行四边形的硅基板1上的状态的示意图。图11A示出了通孔沿着硅基板1的长边设置的情况，图11A示出了通孔沿着硅基板1的短边设置的情况。而且在图11A和11B中，与第一示例性实施例一样，第一通孔3a的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线4a和第二通孔3b的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线4b在X方向上彼此偏移(如图4A1至4C所示)。因此，最靠近第一通孔3a且具有与第一通孔3a的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线重合的侧面的通孔是第三通孔3c，并且通孔之间的布置间隔增大。因此，可以提高硅基板1的刚度，并且在施加外力等时可以防止硅基板1在[110]方向上破裂。
根据本公开的示例性实施例，可以提供一种能够防止从后表面形成多个通孔的记录元件基板破裂的液体喷射头。
虽然已经参照示例性实施例描述了本公开，但是应当理解，本公开不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有这些修改以及等同的结构和功能。

Claims (14)

1.一种液体喷射头，所述液体喷射头设置有记录元件基板，记录元件基板包括：
喷射口构件，其包括喷射液体的喷射口；
电布线层，其包括压力产生元件阵列和电连接部分，压力产生元件阵列包括设置的压力产生元件，每个压力产生元件对液体进行加压以喷射液体，并且电连接部分通过电布线而连接至各个压力产生元件并且向各个压力产生元件供应用于驱动压力产生元件的电力；和
硅基板，其在前表面上包括喷射口构件和电布线层，
其中，硅基板包括第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔穿透硅基板、电连接部分从第一通孔和第二通孔突出、并且第一通孔和第二通孔对应于一行压力产生元件阵列，
其中，第一通孔的开口和第二通孔的开口形成在硅基板的后表面上，第二通孔的开口在硅基板的[110]方向上最靠近第一通孔的开口，
其中，硅基板的后表面是(100)表面，并且
其中，第一通孔的开口的侧面中的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线和第二通孔的开口的侧面中的沿着[110]方向延伸的侧面的延长线在与[110]方向正交的方向上彼此偏移。
2.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，硅基板具有包括沿着[110]方向延伸的侧面的矩形外形。
3.根据权利要求2所述的液体喷射头，其中，第一通孔和第二通孔布置在硅基板的端部部分处。
4.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，第一通孔和第二通孔中的每一个的开口具有包括基本与[110]方向正交的侧面的矩形形状。
5.根据权利要求1所述的液体喷射头，
其中，第一通孔和第二通孔布置成使得第一通孔的与[110]方向交叉的侧面的二等分线和第二通孔的与[110]方向交叉的侧面的二等分线彼此重叠，和
其中，第一通孔的与[110]方向交叉的侧面的长度大于第二通孔的与[110]方向交叉的侧面的长度。
6.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，第二通孔设置在第一通孔的沿着[110]方向延伸的侧面的二等分线上。
7.根据权利要求1所述的液体喷射头，
其中，硅基板还包括向喷射口供应液体的供墨口，和
其中，均在底部上包括电连接部分的第三通孔和第四通孔设置于在供墨口作为对称轴线的情况下与后表面上的第一通孔和第二通孔不对称的位置处。
8.根据权利要求1所述的液体喷射头，
其中，硅基板具有包括相对于[110]方向倾斜的侧面的平行四边形外形，和
其中，第一通孔和第二通孔沿着倾斜的侧面布置。
9.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，每个压力产生元件是用于加热液体的加热器。
10.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，多个记录元件沿着液体喷射头的纵向方向线性地布置。
11.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，多个记录元件基板在液体喷射头的纵向方向上以交错的方式布置。
12.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，液体喷射头是其中布置有多个记录元件基板的页宽式液体喷射头。
13.根据权利要求1所述的液体喷射头，还包括盖构件，所述盖构件覆盖液体喷射头的设置有喷射口的侧面。
14.根据权利要求1所述的液体喷射头，还包括：
电布线构件，其通过电线电连接至相应的电连接部分并且构造成向相应的电连接部分供应电力，
其中，第一通孔和第二通孔中的每一个的内部填充有密封构件，所述密封构件覆盖相应的电连接部分和相应的电线的连接位置。
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