一种用于阵列打印喷头的集成式驱动和控制结构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于阵列打印喷头的集成式驱动和控制结构，硅转接基板上设置有硅通孔，硅转接基板的一侧设置有高压驱动芯片，另一侧设置有MEMS打印喷头阵列，MEMS打印喷头阵列与硅转接基板之间对应设置有压电薄膜器件，高压驱动芯片内部集成有高压运放驱动模块，高压运放驱动模块经阵列开关电路和硅转接基板驱动多通道多路MEMS打印喷头阵列。本发明专利技术减小了驱动芯片到打印喷头的连接线长度，减少了驱动信号源到压电打印喷头的寄生电阻、寄生电容，提升打印喷头的喷射效果，节省系统的整体尺寸及成本，提升整个系统的打印性能。提升整个系统的打印性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于阵列打印喷头的集成式驱动和控制结构


[0001]本专利技术属于半导体集成电路和低功耗集成电路设计
，具体涉及一种用于阵列打印喷头的集成式驱动和控制结构。

技术介绍

[0002]压电式喷墨打印技术将许多微小的压电陶瓷放置在打印头喷嘴附近，由于逆压电效应，当特定驱动电压波形加到压电陶瓷上时，压电陶瓷的伸缩振动形变将随着驱动电压波形的变化而变化，并使喷头中的墨水均匀准确地喷出墨水。压电式喷墨打印技术对墨滴的控制能力强，打印分辨率高，几乎可以打印任何种类的墨水，因而可以打印较高粘度的墨水，实现3D打印。
[0003]近年来MEMS制造工艺不断提高，高密度压电喷头得以实现，几百甚至上千喷孔构成的压电喷头阵列实现了高效率宽幅打印。为了获得度高密度、高质量的打印效果，需要对喷头的驱动电路进行优化设计。
[0004]目前已有部分提高打印喷头驱动电路性能的设计与研究工作，但是对于宽幅阵列式打印喷头，越来越多的喷头阵列导致喷头与驱动器的连接线变多，而更多的连接线导致打印设备的尺寸变大、成本升高、可靠性下降。传统方案中驱动电路和打印头的连接通过柔性或刚性电路板实现，连接线尺寸较长，电路中的各种寄生也会随之增多。对于宽幅阵列式打印喷头，传统方案将产生大量连接线，影响整个系统的性能，降低系统可靠性。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于阵列打印喷头的集成式驱动和控制结构，针对宽幅阵列式打印喷头的喷头尺寸进行芯片电路与布局设计，综合考虑喷孔阵列的物理布局和芯片的引脚布局来实现最优的封装布局和电学特性。采用本专利技术的设计方案，将为MEMS打印喷头阵列通过硅转接基板与高压驱动芯片进行立体封装提供保证，喷孔与驱动芯片之间大量的连接线被硅转接基板替换，避免了传统结构中超宽尺寸排线的引入，增强了连接的可靠性，提升了电学性能。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种用于阵列打印喷头的集成式驱动和控制结构，包括硅转接基板，硅转接基板上设置有硅通孔，硅转接基板的一侧设置有高压驱动芯片，另一侧设置有MEMS打印喷头阵列，MEMS打印喷头阵列与硅转接基板之间对应设置有压电薄膜器件，高压驱动芯片内部集成有高压运放驱动模块，高压驱动芯片内部集成阵列开关，阵列开关通过硅转接基板与硅通孔后与压电薄膜器件的一端连接，压电薄膜器件的另一端接地，高压运放驱动模块包括高压运放，高压运放将芯片输入的低压信号转换为高压驱动信号，再将高压驱动信号连接至阵列开关，经阵列开关电路和硅转接基板驱动多通道多路MEMS打印喷头阵列。
[0008]具体的，MEMS打印喷头阵列包括若干阵列设置的若干墨腔，压电薄膜器件对应设置在墨腔的一端，墨腔的另一端对应设置有喷嘴。
[0009]具体的，高压驱动芯片与MEMS打印喷头阵列采用立体封装方式连接。
[0010]具体的，高压驱动芯片内部集成有状态检测电路，状态检测电路的输入端与芯片内部的阵列开关电路输出端相连，用于检测驱动压电薄膜器件的自感应信号。
[0011]进一步的，阵列开关电路和硅转接基板之间设置有打印喷头状态检测电路，状态检测电路的输入端与芯片内部的阵列开关电路输出端相连，检测驱动压电薄膜器件的自感应信号。
[0012]进一步的，硅转接基板和压电薄膜器件之间设置有温度检测电路，用于实时监测墨腔内打印原材料的温度。
[0013]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0014]本专利技术一种用于阵列打印喷头的集成式驱动和控制结构，使得高压驱动芯片与MEMS打印喷头阵列通过硅转接基板立体封装成为可能，极大减少了打印喷头模组对外连接引线的数量。该结构中芯片不仅具有驱动能力，由于其集成了喷头状态检测以及温度检测电路，因此还能实时检测打印头的工作状态，及时地发现打印喷头问题并上报给系统层。通过该专利技术中的高压驱动芯片与宽幅阵列式打印喷头的集成驱动和控制结构设计，可减小打印喷头模组尺寸，增加电路的稳定性，提升整个系统的打印性能。
[0015]进一步的，采用立体封装方式设置避免了传统结构中超宽尺寸排线的引入，增强了连接的可靠性，提升了电学性能。
[0016]进一步的，高压运放在设计中需要考虑硅转接基板和喷头寄生的影响，以保证打印头模组上升、下降波形满足压电器件的要求，实现所需的打印效果。
[0017]进一步的，采用立体封装方式，减小了驱动信号到打印喷头的连线长度，从而减少了负载寄生效应，提升了打印喷头工作状态的稳定性。
[0018]进一步的，高压驱动芯片内部集成有状态检测电路，能够实时检测打印头的工作状态，通过状态检测电路及时地发现这些问题上报给系统层，并进行修护将会有利于喷墨式打印机更为长久的良好工作。
[0019]进一步的，高压驱动芯片内部集成有温度检测电路能实时检测墨腔内打印原材料的温度，以便温度过低时实时的对打印原材料加热至熔融状态、保持在合适的流动性，确保打印过程的顺利进行。
[0020]综上所述，本专利技术减小了驱动芯片到打印喷头的连接线长度，从而减少了驱动信号源到压电打印喷头的寄生电阻、寄生电容，提升打印喷头的喷射效果，节省了系统的整体尺寸及成本，提升了整个系统的打印性能。
[0021]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0022]图1为本专利技术中打印喷头阵列与驱动芯片立体封装横向剖面结构示意图；
[0023]图2为本专利技术中立体封装等效电路示意图；
[0024]图3为本专利技术中打印喷头阵列与高压驱动布局示意图A；
[0025]图4为本专利技术中打印喷头阵列与高压驱动布局示意图B；
[0026]图5为本专利技术中打印喷头阵列与多芯片布局示意图A
[0027]图6为本专利技术中打印喷头阵列与多芯片布局示意图B。
[0028]其中：1.高压驱动芯片；2.MEMS打印喷头阵列；3.硅通孔；4.阵列开关电路；5.打印喷头状态检测电路；6.温度检测电路；7.压电薄膜器件；8.硅转接基板；9.喷嘴；10.墨腔。
具体实施方式
[0029]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0030]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于阵列打印喷头的集成式驱动和控制结构，其特征在于，包括硅转接基板(8)，硅转接基板(8)上设置有硅通孔(3)，硅转接基板(8)的一侧设置有高压驱动芯片(1)，另一侧设置有MEMS打印喷头阵列(2)，MEMS打印喷头阵列(2)与硅转接基板(8)之间对应设置有压电薄膜器件(7)，高压驱动芯片(1)内部集成有高压运放驱动模块，高压驱动芯片(1)内部集成阵列开关(4)，阵列开关(4)通过硅转接基板(8)与硅通孔(3)后与压电薄膜器件(7)的一端连接，压电薄膜器件(7)的另一端接地，高压运放驱动模块包括高压运放，高压运放将芯片输入的低压信号转换为高压驱动信号，再将高压驱动信号连接至阵列开关(4)，经阵列开关电路(4)和硅转接基板(8)驱动多通道多路MEMS打印喷头阵列(2)。2.根据权利要求1所述的用于阵列打印喷头的集成式驱动和控制结构，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿莉，徐瑞，郭卓奇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：