CN1883950A - 头模块、喷液头、喷液装置和制造头模块的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种头模块，包括：喷嘴片、布线板、具有多个头芯片定位孔的模块框架以及包括电极的头芯片。头芯片设置在每个头芯片定位孔中。喷嘴片设置在模块框架的第一表面，从而部分覆盖头芯片定位孔。喷嘴片的尺寸被设置为部分覆盖头芯片定位孔所需的最小尺寸。头芯片设置在模块框架的第二表面。电极从头芯片定位孔未被喷嘴片覆盖的部分露出。布线板的电极电连接到头芯片的电极，且布线板设置在模块框架的第一表面以覆盖露出的电极。

Description

头模块、喷液头、喷液装置和制造头模块的方法

技术领域

本发明涉及包括在喷液头中的头模块、使用该头模块的喷液头、使用该头模块的喷液装置以及制造该头模块的方法。特别地，本发明涉及降低头模块材料成本的技术和平滑头模块的喷嘴表面的技术。

背景技术

喷墨打印机是众所周知的喷液装置的例子。已提出多种有关喷墨打印机所用的头(喷液头)的技术。

例如，日本专利No.3608526中描述的将多个头芯片接合到喷嘴片上以形成行式头的技术。

在日本专利No.3608526描述的这项技术中，多个喷嘴(喷墨口)形成于通过电铸方式制造的镍喷嘴片上。之后，多个头芯片被接合到喷嘴片上。进而，具有孔的头框架被接合到喷嘴片上，以使被接合的头芯片被孔包围，且使喷嘴片被头框架支撑。

另外，日本未审专利申请No.2005-131948描述了一种将一个喷液头分成多个头模块的技术。在制造头模块后，制得的头模块排列以形成喷液头。

在日本未审专利申请No.2005-131948所描述的技术中，喷嘴片接合到各个头模块上，每个头模块上附接着四个头芯片。

日本专利No.3608526所描述的技术中，由于一个喷嘴片形成一个喷液头，可提高设置各个喷嘴的位置精度。然而，该技术存在不足之处，即，喷嘴片尺寸的增加降低了喷嘴片的强度，因此，喷嘴片容易变形和损坏。另外，如果一部分喷嘴片或一部分喷液头由于头芯片的安装位置的移动而被损坏，则整个喷液头都失效。因此，很难管理制造工序，由此，大批量生产很困难。另外，从维护的角度看，即使损坏的或有故障的头芯片只是部分头芯片，整个喷液头都必须更换。这样使得效率降低并需负担高额的维修成本。

相反，在公开号为No.2005-131948的日本未审专利申请所描述的技术中，由于喷液头被分割成多个头模块，可只用新的头模块替换有缺陷或有故障的头模块。因此，这种喷液头适于批量生产。另外，这种喷液头具有易于维护的优点。

喷嘴片是由金属形成的薄层，例如镍。喷嘴片通过例如电铸的方式精细加工。因此，公开号为No.2005-131948的日本未审专利申请所描述的技术与日本专利No.3608526所描述的技术相比，需要更少的制造成本。然而，由于一个喷嘴片接合到模块框架上，喷嘴片的成本仍很高。

另外，如上述日本专利No.3608526、公开号为No.2003-175609的日本未审专利申请和公开号为No.2004-223878的日本未审专利申请所描述的，喷墨打印机的头(喷液头)的刚性头框架用来支撑喷嘴片，喷嘴片中排列有多个用于喷射墨的喷嘴。此外，具有用于形成液体腔室的栅隔层的头芯片和能量产生元件(例如，加热元件)被安装在喷嘴片上。布线板连接到头芯片上。头芯片响应从打印机控制器发出的命令，驱动能量产生元件对液体腔室中的墨施加喷射力。这样，从喷嘴喷出墨，从而打印图像。

在这种头中，采用金丝(焊丝)将邻近头芯片的电极连接到邻近布线板的端子上。互连是利用接合装置穿过在喷嘴片中形成的开口实现的。所提供的开口用于实现电互连。开口设置从而使得金丝从喷嘴片的前表面穿过开口到达设置在喷嘴片背面的布线板。如果开口始终打开，大量的墨或灰尘进入头中，因此，在头中可发生短路或污染。因此，在互连完成后，封闭开口以避免外来颗粒污染头的内部。开口被树脂密封剂密封，使得树脂密封剂包围从开口中露出的金丝。当开口被树脂密封剂封闭时，金丝及其连接部分被树脂固定。从而，避免了头被外来颗粒污染。另外，避免了金丝由于振动或冲击而断开。

然而，在形成开口以实施电的互连并在丝焊(wire bonding)完成后密封该开口的方法中，制造工序数量增多，因此，制造成本增加。另一个问题是，树脂密封剂从喷嘴片喷墨侧(喷嘴表面)的表面不规则的突起。这种突起的树脂密封剂妨碍了喷嘴表面的清洁操作。

因此，上述头除了需要丝焊工序外，还需要树脂密封工序以固定和保护互连的金丝。从而增加了制造工序的数量。因此，制造成本增加。此外，广泛应用对喷嘴表面进行清洁以维护喷射性能的喷墨打印机。在清洁操作中，清洁元件(例如辊或刮片)在喷嘴表面上滑动以除去淀积在喷嘴表面上的杂质。喷嘴表面最好平整，以使清洁元件压向喷嘴表面的接触压力均匀。然而，在上述头中，由于树脂密封剂从喷嘴表面局部地突起，清洁性能被降低。

发明内容

因此，本发明提供一种头模块、一种喷液头、一种喷液装置和一种头模块加工方法，以便降低头模块所用材料的成本，减少喷嘴片的变形和损坏，并平滑头模块的喷嘴表面。

依据本发明的实施例，头模块包括头芯片、喷嘴片、布线板和模块框架。头芯片包括多个能量产生元件、栅隔层和设置在半导体基板上以与外部电连接的电极。能量产生元件以预定间隔大致成行排列，栅隔层围绕能量产生元件形成液体腔室。喷嘴片具有形成于其中的喷嘴。布线板电连接到头芯片的电极，模块框架具有多个形成于其中的头芯片定位孔。每个头芯片定位孔的尺寸均比头芯片的尺寸稍大，且头芯片设置在一个头芯片定位孔中。通过能量产生元件向液体提供喷射力使液体腔室中的液体从喷嘴中喷出。喷嘴片设置在模块框架的第一表面上，从而使喷嘴定位在头芯片定位孔中，且喷嘴片部分覆盖头芯片定位孔，并且喷嘴片的尺寸被确定为部分覆盖头芯片定位孔所需的最小尺寸。头芯片设置在模块框架的第二表面，从而使头芯片位于头芯片定位孔中，且能量产生元件面对与其相对应的喷嘴。设置在头芯片定位孔中的头芯片的电极头芯片定位孔的从未被喷嘴片覆盖的区域露出。布线板的电极电连接到头芯片的电极，且布线板设置在模块框架的第一表面以覆盖头芯片的露出电极。

依据本发明的另一实施例，制造头模块的方法包括如下工序。头模块包括多个能量产生元件、栅隔层以及设置在半导体基板上以与外部电连接的电极。能量产生元件以预定间隔大致成行排列。栅隔层围绕能量产生元件形成液体腔室。喷嘴片具有形成于其中的喷嘴。布线板电连接到头芯片的电极，模块框架具有多个形成于其中的头芯片定位孔，头芯片设置在一个头芯片定位孔中。通过能量产生元件向液体提供喷射力使液体腔室中的液体从喷嘴中喷出。所述方法包括工序：(a)在第一温度环境中，接合喷嘴片到模块框架的第一表面，以使喷嘴定位于头芯片定位孔中，且使喷嘴片部分地覆盖头芯片定位孔，(b)在温度低于第一环境的温度的第二温度环境中，接合头芯片到模块框架的第二表面，以使头芯片定位于头芯片定位孔中，且使能量产生元件面对与其相对应的喷嘴，(c)安装布线板到模块框架的第一表面上以使布线板的电极电连接到头芯片的电极和(d)覆盖接合到模块框架的喷嘴片和布线板的端部。

附图说明

图1是从喷液头的喷液表面观察的依据本发明实施例的喷液头的平面图；

图2是从与喷液表面相反的表面观察喷液头的平面图；

图3是在如图2所示的喷液头的前侧设置了控制板的喷液头的简图；

图4是头芯片中的其中一个头芯片及其附近区域的剖视图；

图5A-5C是模块框架制造工序的平面图；

图6是将喷嘴片和头芯片接合到模块框架上并将柔性布线板接合到头模块后的头模块的平面图；

图7是头芯片、喷嘴片、以及柔性布线板的透视图；

图8是柔性布线板和缓存容器的平面图；

图9是依据本发明实施例的方法制造的头芯片和该头芯片的附近区域的剖视图；

图10是在模块框架、喷嘴片、以及柔性布线板上接合了保护盖的平面图；

图11是采用依据本发明实施例的方法制造的喷液头中头芯片及其附近区域的剖视图；和

图12是在模块框架、喷嘴片、以及柔性布线板上形成保护盖的平面图；

具体实施方式

下面参考相应附图描述本发明的典型实施例。图1是从喷液表面观察的依据本发明的实施例的喷液头1的平面图。图2是从与喷液表面相反的表面观察喷液头1的平面图；图3是示出了在如图2所示的喷液头1的前侧设置了控制板4的喷液头的简图。

喷液头1是安装在喷液装置中(在该实施例中是彩色行式喷墨打印机)的头。如图1所示，喷液头1包括头框架2，柔性布线板3，以及多个头模块10。如图1的平面图所示，在头模块定位孔2a中，两个头模块10在长度方向串行在一起。两个头模块10覆盖A4尺寸纸张的宽度，从而可打印单色图像。共设置四行，每行包括两个串行在一起的头模块10，从而形成可打印四种颜色的(Y、M、C和K)的喷液头1。

每个头模块10包括八个头芯片20。图4是头芯片20中的其中一个头芯片及其附近区域的剖视图。

每个头芯片20包括由例如硅制造的半导体基板21，以及在半导体基板21上通过淀积的方式形成的加热元件22。加热元件22对应于本发明实施例的能量产生元件。加热元件22形成在半导体基板21的表面边缘。在与形成加热元件22的边缘相对的另一边缘，电极23形成在半导体基板21的表面上。

加热元件22与电极23通过在半导体基板21上形成的传导部分(未示出)连接在一起。

在形成有加热元件22的头芯片20的表面上，堆叠有栅隔层24和喷嘴片25。栅隔层24形成墨室(加压腔室)26的侧壁。栅隔层24还使头芯片20(下文描述)与喷嘴片25连接起来。栅隔层24由例如光敏环化橡胶抗蚀剂或曝光-硬化干膜抗蚀剂形成。在将光敏环化橡胶抗蚀剂或曝光-硬化干膜抗蚀剂施加到头芯片20的形成有加热元件22的半导体基板21的整个表面后，通过光刻工艺将不需要部分去除，从而形成栅隔层24。另外，在平面图中，栅隔层24具有大致如印刷体字母U的形状，其围绕着加热元件22的四个侧面中的三面。

此外，多个喷嘴25a形成在喷嘴片25上。例如，通过电铸的方法用镍形成喷嘴25a。喷嘴片25被接合到栅隔层24上，从而使喷嘴25a的位置与加热元件22的位置对准，即，喷嘴25a面对加热元件22，更具体地，在平面图中，喷嘴25a的中心轴与加热元件22的中心轴重合。

半导体基板21、栅隔层24和喷嘴片25形成墨室26，以围绕加热元件22。墨室26填充着待喷射墨。喷墨时，墨室26用作墨的加压腔室。表面上形成有加热元件22的半导体基板21用作墨室26的底壁，同时，围绕加热元件22的栅隔层24的U形部分用作墨室26的侧壁。另外，喷嘴片25用作墨室26的顶壁。如图4所示，墨室26与形成于头芯片20和模块框架11之间的流动通道27连通。

通常，每个头芯片20包括100组加热元件22。响应从打印机控制单元(未示出)所发出的命令，每个加热元件22都可被选择，且与所选择的加热元件22对应的墨室26中的墨可从与该墨室26相对的喷嘴25a中喷出。

即，当墨室26填充有墨时，例如脉冲电流等在短时间内(例如，1到3秒)被施加到加热元件22上。这样，加热元件22快速产生热量。因而，与加热元件22相接触的墨产生墨泡。墨泡的膨胀排出一定体积的墨(墨沸腾)。具有与排出体积相同体积的墨以墨滴形式从喷嘴25a中喷出。因此，通过在记录纸上沉淀墨滴，形成点(像素)。

下面更详细地描述头模块10的结构和制造工序。图5A是模块框架11的平面图。依据本实施例，头模块10包括模块框架11、八个头芯片20、喷嘴片25和缓存容器12。

在平面图中，模块框架11具有大致矩形的形状。模块框架11在左侧和右侧均具有固定部分11a。固定部分11a被切去大致呈L形形状的一部分。

模块框架11由例如厚度大约为0.5mm的不锈钢形成。在本实施例中，具有大致矩形形状的八个头芯片的定位孔11b形成在模块框架11中。每个头芯片定位孔11b都比头芯片20的外型稍大，从而头芯片20可被放置到头芯片定位孔11b中。

另外，在模块框架11上形成有两个安装孔11d。安装孔11d被用于将头模块10固定到头框架2上。此外，在模块框架11中形成有凹容器11c(图5A中阴影线所示)以围绕每个头芯片定位孔11b的外边缘。

图5A-5C示出了将喷嘴片25接合到模块框架11上的制造工序。如图5B所示，粘着剂14被施加到(印刷到)由头芯片定位孔11b和凹容器11c的边缘围绕的区域。当喷嘴片25被接合到模块框架11上时，施加粘着剂14的区域具有与喷嘴片25的外边缘尺寸大致相同的尺寸。

在施加粘着剂14后，喷嘴片25被接合到模块框架11上(见图5C)。此时，部分粘着剂14进入凹容器11c内部，被凹容器11c吸收。

另外，喷嘴片25被接合到模块框架11上，从而覆盖头芯片定位孔11b的一部分区域。此外，喷嘴片25的尺寸被确定为被模块框架11支撑所需的最小喷嘴片25尺寸。因此，当喷嘴片25被接合到模块框架11上时，喷嘴片25仅覆盖头芯片定位孔11b的一部分区域以及施加粘着剂14的区域。即，喷嘴片25具有最小尺寸，从而覆盖所需的头芯片定位孔11b的部分区域并具有最小的粘着面积。

此外，在本实施例中，喷嘴片25通过采用热压的热接合的方式接合。该接合操作在制造头模块10和喷液头1的工序中的最高温度条件下执行(例如，大约150℃：依据本发明实施例的第一温度环境)。模块框架11与喷嘴片25相比，喷嘴片25具有比模块框架11高的线性膨胀系数(也就是，喷嘴片25更易于随着温度的变化膨胀和收缩)。因此，通过在制造工序中的最高温度条件下接合喷嘴片25到模块框架11上，在比最高温度低的温度条件下(例如，室温)，喷嘴片25通过模块框架11扩展。

即，在喷嘴片25被接合到模块框架11上后，由温度变化引起的喷嘴片25的膨胀和收缩被模块框架11控制。

因此，为了最大程度地确保模块框架11的刚性，希望模块框架11的头芯片定位孔11b的开口面积保持所需的最小值。其结果是，头芯片定位孔11b的尺寸比头芯片20的尺寸稍大。

通孔成行排列形成喷嘴25a。各通孔分别面对一个头芯片20中的各加热元件22。因此，通孔的数量与一个头芯片20中的加热元件22的数量一致。

为了形成喷嘴25a，可使用准分子激光器。由于通过激光束形成的喷嘴25a是锥形，当形成喷嘴25a时，激光束射向喷嘴片25邻近模块框架11的表面上。这样，喷嘴25a呈锥形，从而使得通孔的开口的直径向着喷墨表面(喷嘴片25的外表面)逐渐减小。

成行排列并处于头芯片定位孔11b中的各喷嘴25a之间的节距被确定为与头芯片20的各加热元件22之间的节距相等(例如，当形成具有600dpi的分辨率的头模块10时，节距大约42.3μm)。

此外，如图5C所示，在每个头芯片定位孔11b中的喷嘴25a成行(即，通过喷嘴25a的中心的行)形成，从而使所形成的行邻近所述模块框架11沿其长度方向的中心线。当头芯片定位孔11b从左侧起定义为“N1”，“N2”，“N3”，......“N8”时，在被定义为“N1”，“N3”，“N5”和“N7”的头芯片定位孔11b中的喷嘴25a所形成的行定位在与上述模块框架11的中心线相平行的线上。相似地，在被定义为“N2”，“N4”，“N6”和“N8”的头芯片定位孔11b中的喷嘴25a所形成的行定位在与上述模块框架11的中心线相平行的线上。

因此，在两个相邻头芯片定位孔11b中的喷嘴25a所形成的行，例如，在“N1”和“N2”中的喷嘴25a所形成的行被分别定位在与中心线相平行的两条线上。

在本实施例中，八个头芯片定位孔11b形成于一个模块框架11中。然而，即使少于八个的头芯片定位孔11b或多于八个的头芯片定位孔11b形成于模块框架11中，也最好满足上述位置关系。

随后，在其上形成有栅隔层24的头芯片20设置并固定在一个头芯片定位孔11b中。这一操作在第二温度环境中执行，所述第二温度环境是指维持比第一温度环境低的温度(例如，室温(大约25℃))。在这种条件下，栅隔层24被接合到喷嘴片25上。这里，头芯片20通过使用基片安装架被定位，并通过热压接合的方式接合。另外，头芯片20被接合，使得喷嘴25a被定位于头芯片20的加热元件22的正下方且保持大约±1μm的精度。

头芯片20与喷嘴片25相比，喷嘴片25具有比头芯片20高的线性膨胀系数。另外，对头芯片20所施加的热压接合温度比用于接合模块框架11与喷嘴片25的温度低。因此，当对头芯片20实施热压接合时，与模块框架11相接触的喷嘴片25被延伸到所期望张力状态。这样，可避免喷嘴片25的变形，因此，可固定喷嘴片25的平整。

如上所述，当在其上形成有栅隔层24的头芯片20设置在头芯片定位孔11b中，并且喷嘴片25被接合到头芯片20上时，邻近头芯片20的喷嘴片25的表面、栅隔层24和其上形成有加热元件22的头芯片20的表面一起形成墨室26。

此外，当头芯片20被接合到喷嘴片25上时，头芯片20的电极23被暴露在未被喷嘴片25覆盖的外部(见图4)。因此，在头芯片20设置到头芯片定位孔11b中后，可与头芯片20形成有效的电连接。

因此，形成于头芯片20上的电极23与柔性布线板3连接(电连接)。这一操作也是在第三温度环境中执行，第三温度环境是指维持比第一温度低的温度(例如，室温(大约25℃))。图6是将喷嘴片25和头芯片20接合到模块框架11上，并将柔性布线板3接合到头模块10后的头模块10的平面图。为了便于理解此图，接合到背面的头芯片20采用实线(阴影线)表示。

如图7所示，柔性布线板3是通过在柔性膜基板(例如聚酰亚胺膜基板)上形成铜-膜布线图3a来制造的。柔性电路基板3具有在例如由聚酰亚胺制造的两层膜间设置铜膜的结构(众所周知的三明治结构)。两块柔性布线板3被附接到一个头模块10上。四个头芯片20排列成行，且两行平行排列。柔性布线板3被附接到各行。如图7所示，铜-膜电路布线图3a形成在柔性布线板3上。铜-膜布线图3a与电极23相接触。此时，柔性布线板3连接到头模块10上，从而使喷嘴片25的外边缘处于与柔性布线板3的外边缘接近接触的位置。

如图4所示，头芯片20的电极23通过各向异性的导电膜28与柔性布线板3相连接(ACF连接)。

在电极23连接到柔性布线板3上后，树脂29(例如，环氧树脂)被施加到位于头芯片20与模块框架11(在流路通道27的相对侧)之间的缝隙中，从而使各向异性导电膜28被密封。这种结构避免了由于墨的侵入而引起电激活部分的短路，侵入墨是因为在使用头模块10的过程中，头芯片20的附近区域(图4所示的上部区域)填充有墨的缘故。另外，缝隙形成于柔性布线板3的外边缘与喷嘴版25的外边缘之间。施加树脂30以从邻近喷嘴片25的侧部伸延，以覆盖该缝隙。即，密封该缝隙。

这里，如图9所示，导电颗粒可混入接合剂14中。在这种情况下，在布线图3a的露出表面，即与喷嘴片25的外部边缘之间形成小缝隙，所述布线图3a的露出表面是指柔性布线板3的外部边缘(截面表面)。然后，使用导电粘着剂将柔性布线板3固定到模块框架11上(见图9)。

通过采用上述的ACF连接，公知的必需的丝焊工序可被省略。另外，用于固定和保护互连的金丝的树脂密封工序也可被省略。进一步地，丝焊的树脂密封部分的突起可被消除。

因此，ACF连接可降低制造成本并可提供无密封树脂突起的喷嘴表面。然而，准确地讲，如图7所示，通过将喷嘴片25和柔性布线板3接合到模块框架11的表面上而形成的喷嘴表面在喷嘴片25的端部及柔性布线板3的端部处具有高度为十几个μm的台阶部分，所述高度是喷嘴片25或柔性布线板3的厚度。虽然该台阶部分与树脂密封部分并不同高，但是端部的脊线形成各边缘，因此，在清洁表面的过程中，当辊或刮片移动通过台阶部分时，辊或刮片易于被该台阶部分卡住。因而，被辊或刮片卡住的喷嘴片25或柔性布线板3可能会从模块框架11上剥落。另外，当辊或刮片移动通过该台阶部分时也可能被损坏。

通常，当头不工作时，喷嘴表面被头盖(未示出)覆盖。头盖可保护喷嘴表面以避免喷嘴表面被损坏和避免墨干燥。有些头盖包括用于吸收墨的墨吸收机构，以避免墨堵塞喷嘴25a。为了使这些特征的优势最大化，头盖由弹性材料形成，例如橡胶。头盖被设计成当头盖覆盖喷嘴表面时保持气密性。然而，如果头盖设置在喷嘴表面的台阶部分上，将无法保持气密性。

进一步，在柔性布线板3接合并固定于模块框架11上的结构中，由于在布线图3a和喷嘴片25的侧表面间存在缝隙，连接到头芯片20的电极23上的布线图3a的侧表面暴露在外部。如果导电墨或尘埃沉淀到侧表面，则可发生短路。

更进一步，当喷嘴表面通过接合不同材料(例如用于制造模块框架11的不锈钢，用于制造喷嘴片25的镍，以及用于制造柔性布线板3的聚酰亚胺)形成时，  由于不同材料的湿润性不同，喷嘴表面的表面状态将依据位置而变化。另外，如果湿润性间的差别大，喷嘴表面上不同位置处沉淀的墨量不同。这样，在喷嘴25a附近将产生墨积液。如果墨积液出现在喷嘴25a的附近，喷墨方向变得不稳定。这样，记录(图像)质量明显恶化。例如，打印的字符会变形或打印的图像会出现部分缺失。另外，由于沉淀在喷嘴表面上的墨量分布不均匀，沉淀在喷嘴表面上的污染物的分布也不均匀。这样，清洁性能变得不稳定。

如上所述，喷嘴片25的端部及柔性布线板3的端部(喷嘴表面的台阶部分)妨碍了清洁操作和覆盖操作。另外，邻近布线图3a的露出表面(截面表面)的缝隙可导致短路。进一步，如果喷嘴表面由不同材料形成，则湿润性不同。这样，喷墨性能和清洁性能都会降低。

为了解决这些与喷嘴表面结构有关的问题，保护盖30可接合到喷嘴表面上。图10是在模块框架11、喷嘴片25、以及柔性布线板3上接合了保护盖30的平面图。如图10所示，保护盖30覆盖了除喷嘴25a及喷嘴25a邻近区域(即，定义为开口部分30a的区域)之外的喷嘴片25的其它区域，除安装孔11d及安装孔11d的邻近区域之外的模块框架11的其它区域，以及柔性布线板3与模块框架11相重叠的部分。在这个实施例中，保护盖30按下述方式形成：热固性接合剂被施加到(印刷到)具有高耐热性、高绝缘性的柔性聚酰亚胺膜(见图9)的接合表面；该聚酰亚胺膜被接合到喷嘴表面；以及，通过加热，聚酰亚胺膜被热硬化并固定在喷嘴表面。开口部分30a具有能在清洁操作的过程中使喷嘴表面灰尘被除去的尺寸，且为大致椭圆形状，使得辊或刮片易于在开口部分30a上移动。

保护盖(粘接的聚酰亚胺膜)30覆盖并保护喷嘴片25的端部和柔性布线板3的端部，从而使喷嘴片25的边缘及柔性布线板3的边缘被覆盖。这样，喷嘴表面的台阶部分的高度被降低。进一步，位于柔性布线板3的外边缘与喷嘴片25的外边缘之间的缝隙被覆盖。因此，当辊或刮片移动通过台阶部分清洁喷嘴表面时，可减小喷嘴片25或柔性布线板3剥落的几率及辊或刮片损坏的几率。另外，可消除在柔性布线板3的布线图3a的露出表面(截面表面)上发生短路的情况。此外，由于台阶部分变为缓坡部分，具有一般弹性的头盖(未示出)可随该缓坡部分形状变型。这样，可确保头盖的气密性。此外，由于喷嘴片25、柔性布线板3和模块框架11的表面(除了邻近喷嘴25a的部分)可采用同样材料(聚酰亚胺树脂)形成，喷嘴表面的任何位置的湿润性大致一致。这样，可提高记录质量并稳定清洁性能。

应注意到，墨包括离子材料，作为便于检测残留墨量所使用的导电剂。因此，如图9所示，位于头芯片20与模块框架11(通道27的相反侧)之间的缝隙被树脂29(例如，环氧树脂)密封，以防止墨引起电激活部分的短路。

其后，如图4和8所示，缓存容器12被接合从而覆盖头芯片20的上部。图8是示出了缓存容器12和柔性布线板3的平面图。

缓存容器12是临时存贮墨的容器。在一个头模块10上只设置一个缓存容器12。

如图8所示，在平面图中，缓存容器12具有与模块框架11大致相同的形状。如图4所示，在缓存容器12内部形成有中空的液体流动通道(在图4中以网点示出)。特别地，依据本实施例，缓存容器12在底部(在邻近模块框架11的接合表面的一侧)被开口。缓存容器12的侧壁和顶壁具有同样的厚度。缓存容器12的截面形状是大致倒置的U形。

缓存容器12形成所有头芯片20共用的液体流动通道。缓存容器12可临时存贮被供应到墨室26的墨。特别地，依据本实施例，缓存容器12还可作为用于固定模块框架11的刚性支撑元件。

如图8所示，在缓存容器12被附接到模块框架11上后，缓存容器12覆盖所有头芯片定位孔11b。同时，如图4所示，经由位于头芯片定位孔11b与头芯片20之间的流动通道27，缓存容器12的内部与每个头芯片20的墨室26连通。这样，缓存容器12形成了头模块10的所有头芯片20共用的液体流动管道。

在缓存容器12的顶壁上形成孔(未示出)。墨通过该孔从墨盒(未示出)供应到缓存容器12的内部。

模块框架11，每个头芯片20，及缓存容器12具有相同的线性膨胀系数。这是因为，如果线性膨胀系数差别大时，由于热应力，粘着剂会剥落。这种设计避免了这种问题。

因此，依据本实施例，喷液头1包括多个头模块10。

如图1所示，头模块定位孔2a形成于刚性头框架2中。依据本实施例，在头模块定位孔2a中，设置有八个头模块10(两个头模块10被串行在一起，且四对串行在一起的头模块10设置成四个行)。通过螺钉将各个头模块10固定，从而使各个头模块10的位置固定。

在图2中，示出了八个头模块10的缓存容器12。缓存容器12通过U形管13串行在一起。对于各头模块10，柔性布线板3的两个连接端部(图2中阴影线部分)垂直于图2所示的平面延伸。

如图3所示，采用螺钉5，用于控制液体喷射的控制板4被固定到其上头框架2的安装有缓存容器12的表面上。在控制板4上，设置有多种电容器和用于与柔性布线板3连接的连接器4a。在连接器4a的邻近区域，形成有切口部分4b。柔性布线板3的顶端穿过切口部分4b从控制板4的下表面对上延伸到上表面。该顶端被连接到控制板4的连接器4a上。

这样，两个头模块10被串行在一起以形成用于A4纸张尺寸的行式头。此外，设置四行头模块10(每行包括两个串行在一起的头模块10)，以形成用于打印四种颜色(例如Y，M，C，和K)的彩色行式头。

图11是依据本发明的另一实施例的喷液头1中的头芯片20及其邻近区域的剖视图。图12是被保护盖30覆盖的模块框架11、喷嘴片25、以及柔性布线板3的平面图。

在如图11和12所示的实施例中，保护盖30是树脂层，其覆盖除喷嘴及其附近区域之外的喷嘴片25的其它区域、模块框架11的露出部分、与模块框架11相重叠的柔性布线板3部分。

保护盖30采用具有优良特性(例如粘着性、柔韧性、耐热性、电绝缘性和耐腐性)的热固性环氧树脂形成。采用模版印刷(丝网印刷)的方式将这些树脂施加到除喷嘴25a及其邻近区域外的整个喷嘴表面(见图12的阴影线部分)。网版印刷可使环氧树脂精确施加，从而使喷嘴25a的邻近区域恰好与开口部分30a相对应。所施加的环氧树脂被加热硬化。硬化的环氧树脂形成保护盖30。

保护盖(硬化的环氧树脂膜)30覆盖并保护喷嘴片25和柔性布线板3的边缘，从而覆盖喷嘴片25的端部及柔性布线板3的端部。这样，喷嘴表面的台阶部分的高度被降低。另外，位于柔性布线板3的外边缘与喷嘴片25的外边缘之间的缝隙被覆盖。因此，当移动辊或刮片通过台阶部分以清洁喷嘴表面时，可减小喷嘴片25或柔性布线板3剥落的几率并减小辊或刮片损坏的几率。另外，可消除在柔性布线板3的布线图3a的露出表面(截面表面)上的短路现象。此外，由于台阶部分变为缓坡部分，具有一般弹性的头盖(未示出)可随该缓坡部分的形状变形。这样，可固定头盖的气密性。此外，模块框架11、喷嘴片25及柔性布线板3(除喷嘴25a邻近区域之外)的表面可采用相同材料(环氧树脂)形成，喷嘴表面任何位置的湿润性可保持大致一致。这样，可提高记录质量并稳定清洁性能。

同样，具有优良的耐热性和耐墨性(例如，硅树脂或丙烯酸树脂)的聚酰亚胺树脂或环氧树脂可用于形成保护盖30。除了热硬化树脂外，还可使用UV硬化树脂。

如上所述，依据本实施例，喷嘴片25的材料可仅被用于需要的部分。因此，一个喷液头1和一个头模块10的喷嘴片25的材料成本可被降低到最小值。由电铸方式生产的喷嘴片25的成本与喷嘴片25的面积大致成比例。依据本实施例，喷嘴片25的面积被减小到日本专利申请No.3608526所需面积的20％左右。这样，成本可被降低80％。

另外，减小喷嘴片25的尺寸可降低制造工序中的缺陷量(例如变形或撕裂)。

此外，通过使用多个头模块10取代日本专利申请No.3608526所使用的喷液头，当一个头模块10出现故障(例如，仅一个头芯片20不工作)时，可仅用新的头模块替换出现故障的头模块10。不需要替换整个喷液头1。

依据本实施例，当头芯片20被电连接到柔性布线板3时，丝焊工序及树脂密封工序可被省略。这样，可降低制造成本。另外，通过采用保护盖30覆盖喷嘴表面，可保护喷嘴片25的端部及连接到喷嘴表面的柔性布线板3的端部。同样，可降低端部台阶部分的高度。因此，可避免清洁元件(例如辊或刮片)的损坏。同样，可提高头盖的密封性，因此，也可维持头的高性能。

更进一步，由于柔性布线板3的布线图3a的露出端部被保护，可避免发生短路。另外，由于保护盖30提供了喷嘴表面大致均匀的湿润性，则可稳定墨滴的喷射方向，因此，减小了打印字符的变形或图案的损坏。同样，由于沉淀在喷嘴表面的墨量的分布变得均匀，清洁性能变得稳定。

对于本领域技术人员而言，基于设计需要和其它因素对本发明所做的多种修改、组合、部分组合和变更均在独立权利要求和从属权利要求的保护范围内。

本发明包含的主要内容涉及2005年6月24日向日本专利局提交的日本专利申请JP2005-185282和2005年6月24日向日本专利局提交的日本专利申请JP2005-185284，这些申请的全部内容引入此处以供参考。

Claims (13)

1、一种头模块包括：

头芯片，其包括多个能量产生元件、栅隔层及设置在半导体基板上以与外部电连接的电极，所述能量产生元件以预定间隔大致成行排列，所述栅隔层围绕所述能量产生元件形成液体腔室；

喷嘴片，其具有形成于其中的喷嘴；

布线板，其与所述头芯片的电极电连接；以及

模块框架，其具有形成在其中的多个头芯片定位孔，每个头芯片定位孔的尺寸比所述头芯片稍大，所述头芯片设置在一个所述头芯片定位孔中；

其中，利用所述能量产生元件向液体提供的喷射力使液体腔室中的液体从喷嘴中喷出；所述喷嘴片设置在所述模块框架的第一表面上，以使喷嘴定位在所述头芯片定位孔中且使所述喷嘴片部分覆盖所述头芯片定位孔，并且所述喷嘴片的尺寸被确定为部分覆盖所述头芯片定位孔所需的最小尺寸；所述头芯片设置在所述模块框架的第二表面，以使所述头芯片定位于所述头芯片定位孔中且使所述能量产生元件面对对应的喷嘴；设置在所述头芯片定位孔中的所述头芯片的电极从所述头芯片定位孔的未被所述喷嘴片覆盖的部分露出；所述布线板的电极与所述头芯片的电极电连接，且所述布线板设置在所述模块框架的第一表面以覆盖所述头芯片的露出电极。

2、如权利要求1所述的头模块，其中，多个所述头芯片串行排列以形成头芯片行，且多个所述头芯片行平行排列。

3、如权利要求2所述的头模块，其中，每个所述头芯片行设置有所述布线板。

4、如权利要求1所述的头模块，其中，进一步包括：

容器，其设置于所述模块框架的第二表面以覆盖所有所述头芯片定位孔，所述容器与所述头芯片的所有液体腔室连通。

5、一种喷液头，包括：

多个头模块，每个头模块包括所述头芯片、其中形成有喷嘴的喷嘴片、布线板及模块框架；所述头芯片包括多个能量产生元件、栅隔层及设置在半导体基板上以与外部电连接的电极；所述能量产生元件以预定间隔大致成行排列，所述栅隔层围绕所述能量产生元件形成液体腔室，所述布线板电连接到所述头芯片的电极，所述模块框架具有形成于其中的多个头芯片定位孔，所述头芯片设置在一个所述头芯片定位孔中；以及

具有头模块定位孔的头框架，用于容纳多个头模块；

其中，利用所述能量产生元件向液体提供的喷射力使液体腔室中的液体从喷嘴中喷出；所述喷嘴片设置在所述模块框架的第一表面上，以使喷嘴定位在所述头芯片定位孔中且使所述喷嘴片部分覆盖所述头芯片定位孔，并且所述喷嘴片的尺寸被确定为部分覆盖所述头芯片定位孔所需的最小尺寸；所述头芯片设置在所述模块框架的第二表面，以使所述头芯片定位于所述头芯片定位孔中且使所述能量产生元件面对对应的喷嘴；设置在所述头芯片定位孔中的所述头芯片的电极从所述头芯片定位孔的未被所述喷嘴片覆盖的部分露出；所述布线板的电极与所述头芯片的电极电连接，且所述布线板设置在所述模块框架的第一表面以覆盖所述头芯片的露出电极。

6、一种喷液装置，包括：

多个头模块，每个头模块包括所述头芯片、其中形成有喷嘴的喷嘴片、布线板及模块框架；所述头芯片包括多个能量产生元件、栅隔层及设置在半导体基板上以与外部电连接的电极；所述能量产生元件以预定间隔大致成行排列，所述栅隔层围绕所述能量产生元件形成液体腔室，所述布线板电连接到所述头芯片的电极，所述模块框架具有形成于其中的多个头芯片定位孔，所述头芯片设置在一个所述头芯片定位孔中；以及

具有头模块定位孔的头框架，用于容纳多个头模块；

其中，利用所述能量产生元件向液体提供的喷射力使液体腔室中的液体从喷嘴中喷出；所述喷嘴片设置在所述模块框架的第一表面上，以使喷嘴定位在所述头芯片定位孔中且使所述喷嘴片部分覆盖所述头芯片定位孔，并且所述喷嘴片的尺寸被确定为部分覆盖所述头芯片定位孔所需的最小尺寸；所述头芯片设置在所述模块框架的第二表面，以使所述头芯片定位于所述头芯片定位孔中且使所述能量产生元件面对对应的喷嘴；设置在所述头芯片定位孔中的所述头芯片的电极从所述头芯片定位孔的未被所述喷嘴片覆盖的部分露出；所述布线板的电极与所述头芯片的电极电连接，且所述布线板设置在所述模块框架的第一表面以覆盖所述头芯片的露出电极。

7、一种制造头模块的方法，所述头模块包括头芯片、具有形成于其中的喷嘴的喷嘴片、电连接到所述头芯片的电极的布线板以及具有形成于其中的多个头芯片定位孔的模块框架，所述头芯片设置在一个所述头芯片定位孔中，所述头芯片包括多个能量产生元件、栅隔层以及设置在半导体基板上以与外部电连接的电极，所述能量产生元件以预定间隔大致成行排列，所述栅隔层围绕能量产生元件形成液体腔室，其中通过所述能量产生元件向液体提供喷射力而使液体腔室中的液体从喷嘴中喷出，所述方法包括工序：

(a)在第一温度环境中，接合所述喷嘴片到所述模块框架的第一表面，以使喷嘴定位于所述头芯片定位孔中，且使所述喷嘴片部分覆盖所述头芯片定位孔；

(b)在温度低于第一环境的温度的第二温度环境中，接合所述头芯片到所述模块框架的第二表面，以使所述头芯片定位于所述头芯片定位孔中，且使所述能量产生元件面对与其相对应的喷嘴；以及

(c)安装所述布线板到所述模块框架的第一表面上，以使所述布线板的电极电连接到所述头芯片的电极。

8、一种制造头模块的方法，所述头模块包括头芯片、具有形成于其中的喷嘴的喷嘴片、电连接到所述头芯片的电极的布线板以及具有形成于其中的多个头芯片定位孔的模块框架，所述头芯片设置在一个所述头芯片定位孔中，所述头芯片包括多个能量产生元件、栅隔层以及设置在半导体基板上以与外部电连接的电极，所述能量产生元件以预定间隔大致成行排列，所述栅隔层围绕能量产生元件形成液体腔室，其中通过所述能量产生元件向液体提供喷射力而使液体腔室中的液体从喷嘴中喷出，所述方法包括工序：

(a)在第一温度环境中，接合喷嘴片到模块框架的第一表面，以使喷嘴定位于头芯片定位孔中，且使喷嘴片部分覆盖头芯片定位孔；

(b)在温度低于第一环境的温度的第二温度环境中，接合头芯片到模块框架的第二表面，以使头芯片定位于头芯片定位孔中，且使能量产生元件面对与其相对应的喷嘴；

(c)安装布线板到模块框架的第一表面上，以使布线板的电极电连接到头芯片的电极；以及

(d)覆盖接合到模块框架的喷嘴片和布线板的端部。

9、如权利要求8所述的头模块的制造方法，其中，工序(d)包括通过施加粘着剂到树脂膜表面，将树脂膜接合到除喷嘴及喷嘴附近区域以外的喷嘴片的其它区域、模块框架的第一表面以及与模块框架重叠的布线板部分。

10、如权利要求8所述的头模块的制造方法，其中，工序(d)包括施加树脂材料到除喷嘴及喷嘴附近区域以外的喷嘴片的其它区域、模块框架的第一表面以及与模块框架重叠的布线板部分。

11、如权利要求8所述的头模块的制造方法，其中，进一步包括工序：

(e)在第二表面安装一容器，以覆盖所有所述头芯片定位孔，所述容器与所有头芯片的液体腔室连通。

12、一种制造喷液头的方法，所述喷液头包括多个头模块和具有头模块定位孔以容纳多个头模块的头框架，每个头模块包括头芯片、其中形成有喷嘴的喷嘴片、布线板、模块框架和容器；所述头芯片包括多个能量产生元件、栅隔层以及设置在半导体基板上以与外部电连接的电极；所述能量产生元件以预定间隔大致成行排列，所述栅隔层围绕所述能量产生元件形成液体腔室，所述布线板电连接到所述头芯片的电极，所述模块框架具有形成于其中的多个头芯片定位孔，所述头芯片设置在一个所述头芯片定位孔中，所述容器设置成覆盖所有头芯片定位孔，所述容器与所有头芯片的液体腔室连通，其中通过所述能量产生元件向液体提供喷射力而使液体腔室中的液体从喷嘴中喷出，所述方法包括工序：

(a)在第一温度环境中，接合喷嘴片到模块框架的第一表面，以使喷嘴定位于头芯片定位孔中，且使喷嘴片部分覆盖头芯片定位孔；

(b)在温度低于第一环境的温度的第二温度环境中，接合头芯片到模块框架的第二表面，以使头芯片定位于头芯片定位孔中，且使能量产生元件面对与其相对应的喷嘴；

(c)安装布线板到模块框架的第一表面上以使布线板的电极电连接到头芯片的电极；

(d)覆盖接合到模块框架的喷嘴片和布线板的端部；

(e)在模块框架的第二表面上安装容器，以形成头模块；以及

(f)在头框架的头模块定位孔中设置多个头模块。

13、一种制造喷液装置的方法，喷液装置包括多个头模块和具有头模块定位孔以容纳多个头模块的头框架，每个头模块包括头芯片、其中形成有喷嘴的喷嘴片、布线板、模块框架和容器；所述头芯片包括多个能量产生元件、栅隔层以及设置在半导体基板上以与外部电连接的电极；所述能量产生元件以预定间隔大致成行排列，所述栅隔层围绕所述能量产生元件形成液体腔室，所述布线板电连接到所述头芯片的电极，所述模块框架具有形成于其中的多个头芯片定位孔，所述头芯片设置在一个所述头芯片定位孔中，所述容器设置成覆盖所有头芯片定位孔，所述容器与所有头芯片的液体腔室连通，其中通过所述能量产生元件向液体提供喷射力而使液体腔室中的液体从喷嘴中喷出，所述方法包括工序：

(a)在第一温度环境中，接合喷嘴片到模块框架的第一表面，以使喷嘴定位于头芯片定位孔中，且使喷嘴片部分覆盖头芯片定位孔；

(b)在温度低于第一环境的温度的第二温度环境中，接合头芯片到模块框架的第二表面，以使头芯片定位于头芯片定位孔中，且使能量产生元件面对与其相对应的喷嘴；

(c)安装布线板到模块框架的第一表面上以使布线板的电极电连接到头芯片的电极；

(d)覆盖接合到模块框架的喷嘴片和布线板的端部；

(e)在模块框架的第二表面安装所述容器，以形成头模块；以及

(f)在头框架的头模块定位孔中设置多个头模块。

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