[發明專利]一種用于陣列打印噴頭的集成式驅動和控制結構

在審

• 申請號: 202011043560.7
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112265260A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 耿莉;徐瑞;郭卓奇
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B29C64/393;B33Y50/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種用于陣列打印噴頭的集成式驅動和控制結構，硅轉接基板上設置有硅通孔，硅轉接基板的一側設置有高壓驅動芯片，另一側設置有MEMS打印噴頭陣列，MEMS打印噴頭陣列與硅轉接基板之間對應設置有壓電薄膜器件，高壓驅動芯片內部集成有高壓運放驅動模塊，高壓運放驅動模塊經陣列開關電路和硅轉接基板驅動多通道多路MEMS打印噴頭陣列。本發明減小了驅動芯片到打印噴頭的連接線長度，減少了驅動信號源到壓電打印噴頭的寄生電阻、寄生電容，提升打印噴頭的噴射效果，節省系統的整體尺寸及成本，提升整個系統的打印性能。

技術領域

本發明屬于半導體集成電路和低功耗集成電路設計技術領域，具體涉及一種用于陣列打印噴頭的集成式驅動和控制結構。

背景技術

壓電式噴墨打印技術將許多微小的壓電陶瓷放置在打印頭噴嘴附近，由于逆壓電效應，當特定驅動電壓波形加到壓電陶瓷上時，壓電陶瓷的伸縮振動形變將隨著驅動電壓波形的變化而變化，并使噴頭中的墨水均勻準確地噴出墨水。壓電式噴墨打印技術對墨滴的控制能力強，打印分辨率高，幾乎可以打印任何種類的墨水，因而可以打印較高粘度的墨水，實現3D打印。

近年來MEMS制造工藝不斷提高，高密度壓電噴頭得以實現，幾百甚至上千噴孔構成的壓電噴頭陣列實現了高效率寬幅打印。為了獲得度高密度、高質量的打印效果，需要對噴頭的驅動電路進行優化設計。

目前已有部分提高打印噴頭驅動電路性能的設計與研究工作，但是對于寬幅陣列式打印噴頭，越來越多的噴頭陣列導致噴頭與驅動器的連接線變多，而更多的連接線導致打印設備的尺寸變大、成本升高、可靠性下降。傳統方案中驅動電路和打印頭的連接通過柔性或剛性電路板實現，連接線尺寸較長，電路中的各種寄生也會隨之增多。對于寬幅陣列式打印噴頭，傳統方案將產生大量連接線，影響整個系統的性能，降低系統可靠性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種用于陣列打印噴頭的集成式驅動和控制結構，針對寬幅陣列式打印噴頭的噴頭尺寸進行芯片電路與布局設計，綜合考慮噴孔陣列的物理布局和芯片的引腳布局來實現最優的封裝布局和電學特性。采用本發明的設計方案，將為MEMS打印噴頭陣列通過硅轉接基板與高壓驅動芯片進行立體封裝提供保證，噴孔與驅動芯片之間大量的連接線被硅轉接基板替換，避免了傳統結構中超寬尺寸排線的引入，增強了連接的可靠性，提升了電學性能。

本發明采用以下技術方案：

一種用于陣列打印噴頭的集成式驅動和控制結構，包括硅轉接基板，硅轉接基板上設置有硅通孔，硅轉接基板的一側設置有高壓驅動芯片，另一側設置有MEMS打印噴頭陣列，MEMS打印噴頭陣列與硅轉接基板之間對應設置有壓電薄膜器件，高壓驅動芯片內部集成有高壓運放驅動模塊，高壓驅動芯片內部集成陣列開關，陣列開關通過硅轉接基板與硅通孔后與壓電薄膜器件的一端連接，壓電薄膜器件的另一端接地，高壓運放驅動模塊包括高壓運放，高壓運放將芯片輸入的低壓信號轉換為高壓驅動信號，再將高壓驅動信號連接至陣列開關，經陣列開關電路和硅轉接基板驅動多通道多路MEMS打印噴頭陣列。

具體的，MEMS打印噴頭陣列包括若干陣列設置的若干墨腔，壓電薄膜器件對應設置在墨腔的一端，墨腔的另一端對應設置有噴嘴。

具體的，高壓驅動芯片與MEMS打印噴頭陣列采用立體封裝方式連接。

具體的，高壓驅動芯片內部集成有狀態檢測電路，狀態檢測電路的輸入端與芯片內部的陣列開關電路輸出端相連，用于檢測驅動壓電薄膜器件的自感應信號。

進一步的，陣列開關電路和硅轉接基板之間設置有打印噴頭狀態檢測電路，狀態檢測電路的輸入端與芯片內部的陣列開關電路輸出端相連，檢測驅動壓電薄膜器件的自感應信號。

進一步的，硅轉接基板和壓電薄膜器件之間設置有溫度檢測電路，用于實時監測墨腔內打印原材料的溫度。

與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果：