專利名稱：緊湊式噴墨打印頭的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及噴墨打印，尤其涉及一種具有高噴嘴組裝密度的薄膜噴墨打印頭。
噴墨打印技術(shù)已發(fā)展得比較成熟。像電腦打印機(jī)、繪圖機(jī)以及傳真機(jī)這樣的商品已經(jīng)采用了噴墨技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，以產(chǎn)生打印介質(zhì)。惠普公司對(duì)噴墨技術(shù)所作的貢獻(xiàn)在惠普雜志的多篇文章中被描述，例如，第36卷第5期(1985年5月)；第39卷第5期(1988年10月)；第43卷第4期(1992年8月)；第43卷第6期(1992年12月)；第45卷第1期(1994年2月)；全部?jī)?nèi)容在此作為參考被一并引用。
一般而言，噴墨圖像按照墨滴在打印介質(zhì)上的精確位置而形成，墨滴通過(guò)被稱為噴墨打印頭的墨滴生成設(shè)備而噴射。一般地，噴墨打印頭被支撐在可移動(dòng)的橫越打印介質(zhì)表面上方的打印滑架上，并被控制從而按照微機(jī)或其他控制器的命令以在合適的時(shí)間噴射墨滴，其中墨滴的應(yīng)用時(shí)限對(duì)應(yīng)于被打印圖像的像素圖案。
典型的惠普噴墨打印頭包括在孔板上精確成形的噴嘴陣列，該孔板連在墨水阻擋層上，而該墨水阻擋層又連在薄膜底座上，該薄膜底座形成噴墨加熱電阻及電阻啟動(dòng)裝置。墨水阻擋層限定包含墨腔的墨水通道，墨腔被設(shè)置在相聯(lián)的噴墨加熱電阻的上方，孔板上的噴嘴與相聯(lián)的墨腔對(duì)準(zhǔn)。墨滴發(fā)生器區(qū)域通過(guò)墨腔、與墨腔相鄰的薄膜底座和孔板的一部分而形成。
薄膜底座一般包括基底例如硅，在該基底上形成有多層薄膜層，這些薄膜層形成薄膜噴墨加熱電阻、電阻啟動(dòng)裝置以及結(jié)合片的互連件，互連件使打印頭與外部電連接。墨水阻擋層一般是被層壓成干膜以形成薄膜底座的聚合材料，并被設(shè)計(jì)成可以光定形且可通過(guò)紫外線和熱固化。在槽供給式的噴墨打印頭的設(shè)計(jì)中，墨水從一個(gè)或多個(gè)貯墨器經(jīng)由形成于基底中的一個(gè)或多個(gè)供墨槽被供給至多個(gè)墨腔中。
孔板、墨水阻擋層、以及薄膜底座的物理布置的示例示出在上文所引用的1994年2月惠普雜志的第44頁(yè)中。噴墨打印頭的其他示例在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利4719477和美國(guó)專利5317346中有所闡述，這兩個(gè)專利在此作為參考被一并引用。
要考慮的薄膜噴墨打印頭的因素包括由于要采用更多的墨滴發(fā)生器和/或供墨槽而增大了基底尺寸和/或基底脆性。這就相應(yīng)地需要一種緊湊式的并具有多個(gè)墨滴發(fā)生器的噴墨打印頭。


本領(lǐng)域的技術(shù)人員將從下面結(jié)合附圖閱讀時(shí)的詳細(xì)說(shuō)明中容易地了解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征，其中本領(lǐng)域的技術(shù)人員將從下面結(jié)合附圖閱讀時(shí)的詳細(xì)說(shuō)明中容易地了解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征，其中圖1為應(yīng)用本發(fā)明的噴墨打印頭的墨滴發(fā)生器和基元選擇(primitive select)布局的未按比例的示意性俯視平面圖；圖2為圖1所示噴墨打印頭的墨滴發(fā)生器和接地母線布局的未按比例的示意性俯視平面圖；圖3為圖1所示噴墨打印頭的示意性局剖透視圖；圖4為圖1所示噴墨打印頭的未按比例的示意性局部俯視平面圖；圖5為圖1所示打印頭薄膜底座的一般的層的示意圖；圖6為主要示出圖1所示打印頭的典型FET驅(qū)動(dòng)電路陣列和接地母線布局的局部俯視平面圖；圖7為圖1所示打印頭的加熱電阻與一FET驅(qū)動(dòng)電路電連接的電路示意圖；圖8為圖1所示打印頭的典型基元選擇跡線(primitive selecttraces)的平面示意圖；圖9為圖1所示打印頭的一FET驅(qū)動(dòng)電路與一接地母線實(shí)施的平面示意圖；圖10為圖9所示FET驅(qū)動(dòng)電路的示意性前視剖面圖；圖11為一打印機(jī)未按比例的示意性透視圖，本發(fā)明的打印頭可應(yīng)用于該打印機(jī)中。
具體實(shí)施例方式
在以下的詳細(xì)說(shuō)明以及幾個(gè)附圖中，同樣的元件采用相同的參考標(biāo)記。
在以下的詳細(xì)說(shuō)明以及幾個(gè)附圖中，同樣的元件采用相同的參考標(biāo)記。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1至4，在其中示意性地示出了噴墨打印頭100未按比例的示意平面圖和透視圖，本發(fā)明可用在該噴墨打印頭100中，并且該噴墨打印頭100主要包括(a)薄膜底座或電路小片11，該底座或電路小片11包括基底例如硅，并具有多層形成于其上的薄膜層；(b)位于薄膜底座11上的墨水阻擋層12；(c)層壓地連在墨水阻擋層12頂部上的孔板或噴嘴板13。
薄膜底座11包括例如按照傳統(tǒng)集成電路技術(shù)所形成的集成電路電路小片，如圖5中示意性地示出那樣，主要包括硅基底111a、FET柵和介電層111b、電阻層111c以及第一金屬化層111d。起作用的設(shè)備例如這里將更具體描述的FET驅(qū)動(dòng)電路形成在硅基底111a、FET柵和介電層111b的頂部，它包括柵氧化層、多晶硅柵以及與電阻層111c相鄰的介電層。薄膜加熱電阻56通過(guò)電阻層111c和第一金屬化層111d各自形成圖案而形成。薄膜底座還包括復(fù)合鈍化層111e以及至少位于加熱電阻56上方的鉭機(jī)械鈍化層111f，所述復(fù)合鈍化層例如包括氮化硅層和碳化硅層。金導(dǎo)電層111g位于鉭層111f的上方。
墨水阻擋層12由干膜形成，該干膜通過(guò)熱量和壓力被層壓于薄膜底座11上且光定形，從而在其中形成位于加熱電阻56上方的墨腔19和墨水通道29。能與外部電連接件接合的金結(jié)合片74在縱向相隔的薄膜底座11的兩相對(duì)端形成于金層上，并且不被墨水阻擋層12所覆蓋。作為所示的示例，阻擋層材料包括丙烯酸脂基光敏聚合物干膜，例如可從美國(guó)特拉華州威爾明頓市的E.I.duPont de Nemours and Company獲得的“Parad”牌光敏聚合物干膜。類似的干膜包括其他duPont產(chǎn)品，例如“Riston”牌干膜以及由其他化學(xué)供應(yīng)商制造的干膜。例如，孔板13包括由聚合材料組成的平面基底，其中孔通過(guò)例如共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利5469199中所公開的激光燒蝕形成，該專利在此作為參考被一并引用?？装逡部砂婂兘饘倮珂?。
如圖3所示，墨水阻擋層12的墨腔19更顯著地位于各自的噴墨加熱電阻56上方，每個(gè)墨腔19由形成于阻擋層12中的腔室開口的互連邊緣或壁限定。墨水通道29由形成于阻擋層12中的其他開口限定，并與各自的墨腔19一體連接。墨水通道29朝著相鄰供墨槽71的供給邊緣方向敞開并從該供墨槽接收墨水。
孔板13包括設(shè)置在各個(gè)墨腔19上方的噴孔或噴嘴21，從而每個(gè)噴墨加熱電阻56、相聯(lián)的墨腔19、以及相聯(lián)的噴孔21對(duì)準(zhǔn)并形成墨滴發(fā)生器40。每個(gè)加熱電阻具有至少100歐姆，例如大約120或130歐姆的額定電阻，并可包括圖9所示的分段電阻，其中加熱電阻56包括由金屬化區(qū)59連接的兩個(gè)電阻區(qū)56a、56b。這種電阻結(jié)構(gòu)所提供的電阻大于相同面積的單一電阻區(qū)。
雖然所公開的打印頭被描述成具有一阻擋層和一分離的孔板，但應(yīng)該理解的是，該打印頭可用整體的擋板/噴孔結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，該擋板/噴孔結(jié)構(gòu)可通過(guò)采用單一光敏聚合物層來(lái)制成，該光敏聚合物層借助于多重曝光工序曝光，然后顯影。
墨滴發(fā)生器40按照沿基準(zhǔn)軸線L延伸的柱狀陣列或組61來(lái)排列，并相對(duì)于基準(zhǔn)軸線L彼此側(cè)向或橫向相間隔。每個(gè)墨滴發(fā)生器組的加熱電阻56主要與基準(zhǔn)軸線L對(duì)準(zhǔn)并且沿著基準(zhǔn)軸線L具有預(yù)定的中心至中心的距離或噴嘴間距P。噴嘴間距P可以是1/600英寸或更大，例如1/300英寸。墨滴發(fā)生器的每個(gè)柱狀陣列61包括例如100個(gè)或更多的墨滴發(fā)生器(也即，至少100個(gè)墨滴發(fā)生器)。
作為所示的示例，薄膜底座11可以是矩形，其中它的相對(duì)邊51、52為長(zhǎng)度尺寸LS的縱邊，而縱向相間的相對(duì)邊53、54具有小于薄膜底座11長(zhǎng)度LS的寬度或側(cè)向尺寸WS。薄膜底座11沿著邊緣51、52縱向延伸，該邊緣51、52可與基準(zhǔn)軸線L平行。在使用中，基準(zhǔn)軸線L可與通常所指的介質(zhì)進(jìn)給軸線(advance axis)對(duì)準(zhǔn)。為方便起見，也將用于指該兩端邊緣的參考標(biāo)記53、54指代薄膜底座縱向分離的兩端。
雖然每個(gè)墨滴發(fā)生器柱狀陣列61的墨滴發(fā)生器40基本位于同一條直線上，但應(yīng)該理解的是，某些墨滴發(fā)生器陣列的墨滴發(fā)生器40可稍微偏離該列的中心線，例如以補(bǔ)償噴射時(shí)延。
在每個(gè)墨滴發(fā)生器40包括加熱電阻56的情況下，該加熱電阻相應(yīng)地被設(shè)置成與墨滴發(fā)生器柱狀陣列相對(duì)應(yīng)的柱狀組或陣列。為方便起見，加熱電阻陣列或組用相同的參考標(biāo)記61指代。
更具體地說(shuō)，圖1至4中打印頭100的薄膜底座11包括兩個(gè)供給槽71，該供給槽與基準(zhǔn)軸線L對(duì)準(zhǔn)并相對(duì)于該基準(zhǔn)軸線L彼此橫向相間隔。供墨槽71分別供給至各自位于兩供墨槽71對(duì)邊上的四個(gè)墨滴發(fā)生器列61，其中墨水通道朝著通過(guò)薄膜底座中的相聯(lián)供墨槽而形成的一邊緣敞開。這樣，每個(gè)供墨槽的相對(duì)邊緣形成供給邊緣，并且每個(gè)供墨槽由雙邊緣供墨槽組成。作為特定的實(shí)施方式，圖1至4中的打印頭100為單色打印頭，其中兩個(gè)供墨槽71提供相同顏色的墨水例如黑色，這樣所有四個(gè)墨滴發(fā)生器列61產(chǎn)生相同顏色的墨滴。
在供墨槽兩側(cè)的列之間的列間距或距離CP小于或等于630微米(μm)(也即，至多630μm)，供墨槽內(nèi)側(cè)的兩列之間的列間距或距離CP′小于或等于800μm(也即，至多800μm)。
更具體地說(shuō)，噴嘴間距、噴嘴沿著基準(zhǔn)軸線L從其中一列至相鄰列的交錯(cuò)或偏移距離以及墨滴量被設(shè)定成可使沿著基準(zhǔn)軸線L的單程單色點(diǎn)間距為噴嘴間距P的1/4，該噴嘴間距P的范圍是1/300至1/600英寸。染料基墨水的墨滴量可以是3至7皮升(特定示例約為5皮升)，顏料基墨水的墨滴量可以是12至19皮升(特定示例約為16皮升)。對(duì)于1/300英寸的噴嘴間距而言，沿著基準(zhǔn)軸線L相鄰噴嘴列之間的交錯(cuò)或偏移量在指定的橫向上可以是1/1200英寸。換句話說(shuō)，左側(cè)的第二列在選定方向上沿著基準(zhǔn)軸線L相對(duì)于最左側(cè)的列偏移1/1200英寸。左側(cè)的第三列在選定方向上沿著基準(zhǔn)軸線L相對(duì)于左側(cè)的第二列偏移1/1200英寸。左側(cè)的第四列在選定方向上沿著基準(zhǔn)軸線L相對(duì)于左側(cè)的第三列偏移1/1200英寸。
這樣，1/300英寸的噴嘴間距P常提供1/1200英寸的單程點(diǎn)間距，該間距對(duì)應(yīng)于1200dpi的單程打印分辨率。1/600英寸的噴嘴間距P常提供1/2400英寸的單程點(diǎn)間距，該間距對(duì)應(yīng)于1/2400dpi的單程打印分辨率。
下面更具體地說(shuō)明具有四個(gè)柱狀陣列61的實(shí)施方式，每個(gè)陣列至少具有100個(gè)(例如104個(gè))墨滴發(fā)生器，該墨滴發(fā)生器具有1/300英寸的噴嘴間距P，作為所示的示例，薄膜底座11的長(zhǎng)度LS可約為11.65毫米，其寬度WS可約為3.29毫米或更小，例如約2.95毫米至約3.29毫米的范圍。一般而言，薄膜底座的長(zhǎng)度/寬度的長(zhǎng)寬比(也即，LS/WS)可大于3.5。
在特定的每列具有100至104個(gè)墨滴發(fā)生器的實(shí)施例中，打印頭具有范圍為10.43個(gè)噴嘴/平方毫米至12.10個(gè)噴嘴/平方毫米的噴嘴組裝密度。更具體地說(shuō)，打印頭至少具有10.43個(gè)噴嘴/平方毫米的噴嘴組裝密度。
每個(gè)墨滴發(fā)生器能夠以范圍約為15KHz至約為18KHz的最大頻率被驅(qū)動(dòng)電路所驅(qū)動(dòng)。例如，各個(gè)相鄰的且與墨滴發(fā)生器40的柱狀陣列61相聯(lián)的是形成于打印頭100薄膜底座11中的柱狀FET驅(qū)動(dòng)電路陣列81，如圖6示意性所示地用于典型的墨滴發(fā)生器柱狀陣列61。每個(gè)FET驅(qū)動(dòng)電路陣列81包括多個(gè)FET驅(qū)動(dòng)電路85，該驅(qū)動(dòng)電路85具有多個(gè)分別通過(guò)加熱電阻導(dǎo)線57a與各自的加熱電阻相連接的漏極。與每個(gè)FET驅(qū)動(dòng)電路陣列81相聯(lián)的并與墨滴發(fā)生器陣列相聯(lián)的是柱狀接地母線181，相聯(lián)FET驅(qū)動(dòng)電路陣列81的所有FET驅(qū)動(dòng)電路85的源極與其電連接。每個(gè)FET驅(qū)動(dòng)電路柱狀陣列81與相聯(lián)接地母線181沿著相聯(lián)的墨滴發(fā)生器柱狀陣列61縱向延伸，并至少是與相聯(lián)的柱狀陣列61縱向共同延伸的。每個(gè)接地母線181在打印頭結(jié)構(gòu)的一端與至少一個(gè)結(jié)合片74電連接，并在該打印頭結(jié)構(gòu)的另一端與至少一個(gè)結(jié)合片74電連接，如圖1和2示意性地所示。
接地母線181和加熱電阻導(dǎo)線57a形成于薄膜底座11的金屬化層111c(圖5)上，加熱電阻導(dǎo)線57b也是如此，這里將進(jìn)一步描述FET驅(qū)動(dòng)電路85的漏極和源極。
每個(gè)FET驅(qū)動(dòng)電路柱狀陣列的FET驅(qū)動(dòng)電路85被相聯(lián)的解碼器邏輯電路35柱狀陣列31所控制，該解碼器邏輯電路把與適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合片74相連接的有關(guān)相鄰地址母線33的地址信息解碼(圖6)。該地址信息識(shí)別出借助于噴墨能量將要激發(fā)的墨滴發(fā)生器，正如這里進(jìn)一步描述的，并且該地址信息被解碼器邏輯電路35利用從而打開尋址或選定的墨滴發(fā)生器的FET驅(qū)動(dòng)電路。
如圖7示意性地所示，每個(gè)加熱電阻56的一終端經(jīng)由一基元選擇跡線與結(jié)合片74相連接，該結(jié)合片74接收噴墨基元選擇信號(hào)PS。這樣，由于每個(gè)加熱電阻56的另一端與相聯(lián)FET驅(qū)動(dòng)電路85的漏極終端相連接，如果相聯(lián)FET驅(qū)動(dòng)電路由于被相聯(lián)解碼器邏輯電路35控制而接通，那么噴墨能量PS就被提供給加熱電阻56。
如圖8對(duì)于典型的墨滴發(fā)生器柱狀陣列61示意性描述一樣，墨滴發(fā)生器柱狀陣列61的墨滴發(fā)生器可被組成連續(xù)相鄰的墨滴發(fā)生器的四個(gè)基元組61a、61b、61c、61d，一特定基元組的加熱電阻56與四個(gè)基元選擇跡線86a、86b、86c、86d中的相應(yīng)一個(gè)電連接，這樣特定基元組的墨滴發(fā)生器以與相同的噴墨基元選擇信號(hào)PS平行的方式可轉(zhuǎn)換地耦合。對(duì)于特定示例而言，其中柱狀陣列中的墨滴發(fā)生器的數(shù)目N為4的整數(shù)倍，每個(gè)基元組包括N/4個(gè)墨滴發(fā)生器。作為參考，基元組61a、61b、61c、61d從側(cè)向邊53朝側(cè)向邊54連續(xù)地分布。
圖8更具體地示出了基元選擇跡線86a、86b、86c、86d的示意性俯視平面圖，這些跡線用于例如通過(guò)金的金屬化層111g(圖5)中的跡線來(lái)實(shí)現(xiàn)的相聯(lián)墨滴發(fā)生器柱狀陣列61以及相聯(lián)FET驅(qū)動(dòng)電路85柱狀陣列81(圖6)，該金的金屬化層111g在相聯(lián)FET驅(qū)動(dòng)電路柱狀陣列81和接地母線181之上并與其絕緣分離?；x擇跡線86a、86b、86c、86d通過(guò)形成于金屬化層111c上的電阻導(dǎo)線57b(圖8)分別與四個(gè)基元組61a、61b、61c、61d電連接，并連接基元選擇跡線與電阻導(dǎo)線57b之間的通路(vias)58(圖8)。
第一基元選擇跡線86a沿著第一基元組61a縱向延伸并位于一部分加熱電阻導(dǎo)線57b(圖9)之上，且通過(guò)通路58(圖9)與該加熱電阻導(dǎo)線57b相連接，該加熱電阻導(dǎo)線57b分別與第一基元組61a的加熱電阻56相連接。第二基元選擇跡線86b包括沿著第二基元組61b延伸并位于一部分加熱電阻導(dǎo)線57b(圖9)上的部分，并通過(guò)通路58與該加熱電阻導(dǎo)線57b相連接，所述加熱電阻導(dǎo)線57b分別與第二基元組61b的加熱電阻56相連接。第二跡線86b包括沿著第一基元選擇跡線86a延伸的另一部分，該部分位于與第一基元組61a的加熱電阻56相對(duì)的第一基元選擇跡線86a一側(cè)。第二基元選擇跡線86b一般為L(zhǎng)型，其中第二部分比第一部分要窄些從而繞開第一基元選擇跡線86a，該第一基元選擇跡線86a比第二基元選擇跡線86b的較寬部分要窄些。
第一和第二基元選擇跡線86a、86b一般至少與第一和第二基元組61a、61b共同延伸，并分別適當(dāng)?shù)剡B接于各自的結(jié)合片74，該結(jié)合片74位于與第一和第二基元選擇跡線86a、86b最近的側(cè)向邊緣53處。
第四基元選擇跡線86d沿著第四基元組61d縱向延伸并位于一部分加熱電阻導(dǎo)線57b(圖9)之上，且通過(guò)通路58與該加熱電阻導(dǎo)線57b相連接，所述加熱電阻導(dǎo)線57b與第四基元組61d的的加熱電阻56相連接。第三基元選擇跡線86c包括沿著第三基元組61c延伸并位于一部分加熱電阻導(dǎo)線57b(圖9)上的部分，并通過(guò)通路58與該加熱電阻導(dǎo)線57b相連接，所述加熱電阻導(dǎo)線57b與第三原始組61c的加熱電阻56相連接。第三基元選擇跡線86c包括沿著第四基元選擇跡線86d延伸的另一部分。第三基元選擇跡線86c一般為L(zhǎng)型，其中第二部分比第一部分要窄些從而繞開第四基元選擇跡線86d，該第四基元選擇跡線86d比第三基元選擇跡線86c的較寬部分要窄些。
第三和第四基元選擇跡線86c、86d一般至少與第三和第四基元組61c、61d共同延伸，并分別適當(dāng)?shù)剡B接于各自的結(jié)合片74，該結(jié)合片74位于與第三和第四基元選擇跡線86c、86d最近的側(cè)向邊緣54處。
作為特定示例，用于墨滴發(fā)生器柱狀陣列61的基元選擇跡線86a、86b、86c、86d位于FET驅(qū)動(dòng)電路以及與墨滴發(fā)生器柱狀陣列61相聯(lián)的接地母線的上方，并被容納在一個(gè)與相聯(lián)柱狀陣列61共同縱向延伸的區(qū)域中。這樣，用于墨滴發(fā)生器柱狀陣列61四個(gè)基元的四個(gè)基元選擇跡線沿著陣列朝著打印頭基底的兩端延伸。更具體地說(shuō)，用于第一對(duì)基元組61a、61b的第一對(duì)基元選擇跡線被容納在一個(gè)沿著該第一對(duì)基元組延伸的區(qū)域中，該第一對(duì)基元組被設(shè)置在打印頭基底的一半長(zhǎng)度處，同時(shí)用于第二對(duì)基元組61c、61d的第二基元選擇跡線被容納在一個(gè)沿著該第二對(duì)基元組延伸的區(qū)域中，該第二對(duì)基元組被設(shè)在打印頭基底的另一半長(zhǎng)度處。
為便于參考，將基元選擇跡線86和使加熱電阻56和相聯(lián)FET驅(qū)動(dòng)電路85與結(jié)合片74電連接的相聯(lián)接地母線共同稱作電力跡線(powertrace)。同樣為了便于參考，可將基元選擇跡線86稱作高端或未接地的電力跡線。
一般而言，每個(gè)FET驅(qū)動(dòng)電路85的寄生電阻(或?qū)娮?被構(gòu)造為補(bǔ)償形成在不同F(xiàn)ET驅(qū)動(dòng)電路85中的寄生電阻的變化，從而減少提供給加熱電阻的能量的變化，所述寄生電阻通過(guò)由電力跡線形成的寄生路徑而形成在不同F(xiàn)ET驅(qū)動(dòng)電路85中。具體地說(shuō)，電力跡線形成提供寄生電阻給FET電路的寄生路徑，該寄生電阻隨著其在所述路徑中的位置而變化，每個(gè)FET驅(qū)動(dòng)電路85的寄生電阻被選定，從而使得每個(gè)FET驅(qū)動(dòng)電路85的寄生電阻與被提供給FET驅(qū)動(dòng)電路的電力跡線寄生電阻的結(jié)合在其中一個(gè)墨滴發(fā)生器到另一個(gè)墨滴發(fā)生器之間僅發(fā)生輕微變化。在加熱電阻56阻值基本相同的情況下，將每個(gè)FET驅(qū)動(dòng)電路85的寄生電阻構(gòu)造成補(bǔ)償相聯(lián)的電力跡線寄生電阻的變化，該寄生電阻被提供給不同F(xiàn)ET驅(qū)動(dòng)電路85。這樣，就基本相等的能量被提供給與電力跡線相連接的結(jié)合片來(lái)說(shuō)，可將基本相等的能量提供給不同加熱電阻56。
更具體地參照?qǐng)D9和10，每個(gè)FET驅(qū)動(dòng)電路85包括多個(gè)電互連的漏極指87和多個(gè)電互連的源極指97，其中漏極指被設(shè)置在形成于硅基底111a(圖5)中的漏極區(qū)指89上方，源極指97與漏極87相互交叉或交錯(cuò)并被設(shè)置在形成于硅基底111a中的源極區(qū)指99上方。各端互連的多晶硅柵指91被設(shè)置在形成于硅基底111a中的薄柵氧化層93上。磷硅酸鹽玻璃層95將漏極87和源極97與硅基底111a分離。多個(gè)導(dǎo)電漏極觸點(diǎn)88將漏極87與漏極區(qū)89電連接，同時(shí)多個(gè)導(dǎo)電源極觸點(diǎn)98將源極97與源極區(qū)99電連接。
被每個(gè)FET驅(qū)動(dòng)電路占據(jù)的面積優(yōu)選較小，每個(gè)FET驅(qū)動(dòng)電路的導(dǎo)通電阻優(yōu)選較低，例如小于或等于14或16歐姆(也即，至多14或16歐姆)，這需要有效的FET驅(qū)動(dòng)電路。例如，導(dǎo)通電阻Ron與FET驅(qū)動(dòng)電路面積A的關(guān)系式如下Ron＜(250,000歐姆·微米2)/A其中面積A的單位為微米2(μm2)。這可例如借助于柵氧化層93來(lái)實(shí)現(xiàn)，該氧化層具有小于或等于800埃(也即，至多800埃)的厚度，或者具有小于4μm的柵信號(hào)寬度。同樣，要是加熱電阻具有較低電阻，至少100歐姆的加熱電阻允許將FET電路制造得更小，因?yàn)槌鲇诩纳娮枧c加熱電阻之間能量分配的考慮，可允許FET導(dǎo)通電阻隨著加熱電阻值變大而變大。
作為特定示例，漏極87、漏極區(qū)89、源極97、源極區(qū)99以及多晶硅柵指91可與接地母線181的縱向范圍以及基準(zhǔn)軸線L基本正交地或橫切地延伸。同樣，就每個(gè)FET電路85而言，漏極區(qū)89和源極區(qū)99橫切于基準(zhǔn)軸線L的范圍與柵指橫切于基準(zhǔn)軸線L的范圍相同，如圖6所示，這限定了作用區(qū)橫切于基準(zhǔn)軸線L的范圍。為方便參考起見，可將漏極指87、漏極區(qū)指89、源極指97、源極區(qū)指99以及多晶硅柵指91的范圍稱作這些元件的縱向范圍，只要這些元件在條狀或指狀的方式下是長(zhǎng)而狹窄的。
作為所示的示例，每個(gè)FET電路85的導(dǎo)通電阻通過(guò)控制漏極區(qū)指的連續(xù)非接觸部分的縱向范圍或長(zhǎng)度而被單獨(dú)構(gòu)造，其中連續(xù)的非接觸部分缺少電觸點(diǎn)88。例如，漏極區(qū)指的連續(xù)非接觸部分可以在離加熱電阻56最遠(yuǎn)的漏極區(qū)89兩端開始。特定FET電路85的導(dǎo)通電阻隨著漏極區(qū)指的連續(xù)非接觸部分長(zhǎng)度的增加而增加，該長(zhǎng)度被選擇成確定特定FET電路的導(dǎo)通電阻。
作為另一示例，每個(gè)FET電路85的導(dǎo)通電阻可通過(guò)選擇FET電路的大小而被構(gòu)造。例如，F(xiàn)ET電路橫切于基準(zhǔn)軸線L的范圍可被選擇成限定導(dǎo)通電阻。
對(duì)于一般的實(shí)施方式而言，其中，用于特定FET電路85的電力跡線通過(guò)適當(dāng)?shù)闹苯勇窂奖凰椭磷罱拇蛴☆^結(jié)構(gòu)縱向分離的兩端上的結(jié)合片74，寄生電阻隨著距離打印頭的最近端的間距而增加，F(xiàn)ET驅(qū)動(dòng)電路85的導(dǎo)通電阻隨著距離最近端的間距而減小(使FET驅(qū)動(dòng)電路更有效)，從而抵銷電力跡線寄生電阻的增加。作為特定示例，關(guān)于各個(gè)FET驅(qū)動(dòng)電路85的連續(xù)非接觸漏極指部分，其在距離加熱電阻56最遠(yuǎn)的漏極區(qū)指兩端開始，該部分的長(zhǎng)度隨著距離打印頭結(jié)構(gòu)縱向分離的兩端中的最近端的間距而減少。
由源極區(qū)89、漏極區(qū)99、多晶硅柵91所組成的每個(gè)FET電路的作用區(qū)有利地在相聯(lián)的接地母線181下方延伸，每個(gè)接地母線181由與FET電路85的漏極87和源極97相同的薄膜金屬化層形成。這允許了接地母線和FET電路陣列占據(jù)較窄區(qū)域，該較窄區(qū)域反過(guò)來(lái)容許形成更窄乃至成本更低的薄膜底座。
同樣，在一實(shí)施方式中，其中，漏極區(qū)指的連續(xù)非接觸部分在距離加熱電阻56最遠(yuǎn)的漏極區(qū)指兩端開始，每個(gè)接地母線181橫切于或側(cè)向于基準(zhǔn)軸線L的并朝著相聯(lián)加熱電阻56延伸的范圍可隨著連續(xù)非接觸漏極指部分的長(zhǎng)度的增加而增加，因?yàn)槁O不必在該連續(xù)非接觸漏極指部分的上方延伸。換句話說(shuō)，接地母線181的寬度W可通過(guò)增加由連續(xù)非接觸漏極區(qū)部分的長(zhǎng)度而定的量而增加，通過(guò)該增量接地母線位于FET驅(qū)動(dòng)電路85的作用區(qū)之上。由于所述增加可通過(guò)增加接地母線與FET驅(qū)動(dòng)電路85作用區(qū)之間的重合量而實(shí)現(xiàn)，這就可通過(guò)不增加被接地母線181及其相聯(lián)的FET驅(qū)動(dòng)電路陣列81所占據(jù)的區(qū)域?qū)挾榷鴮?shí)現(xiàn)。實(shí)際上，在任何特定的FET電路85中，接地母線可基本通過(guò)漏極區(qū)非接觸部分的長(zhǎng)度來(lái)與橫切于基準(zhǔn)軸線L的作用區(qū)重疊。
作為特定示例，其中，連續(xù)非接觸漏極區(qū)部分在距離加熱電阻56最遠(yuǎn)的漏極區(qū)指兩端開始，其中這種非接觸漏極區(qū)部分的長(zhǎng)度隨著距離打印頭結(jié)構(gòu)最近端的間距而減小，接地母線181的寬度W隨著連續(xù)非接觸漏極區(qū)部分的長(zhǎng)度的改變而發(fā)生調(diào)整或改變，該調(diào)整或改變使得接地母線的寬度W181隨著與打印頭最近端的接近度而增加，如圖8所示。由于所分配電流的量隨著與結(jié)合片74的接近度而增加，這種情形有利地使得接地母線電阻隨著與結(jié)合片74的接近度而減小。
還可通過(guò)將部分接地母線181側(cè)向延伸至解碼器邏輯電路35之間的縱向間隔區(qū)域中來(lái)減小接地母線電阻。例如，該部分可在作用區(qū)之外側(cè)向延伸形成解碼器邏輯電路35區(qū)域的寬度。
以下與墨滴發(fā)生器柱狀陣列相聯(lián)的電路部分可被包含在分別具有以下寬度的區(qū)域中，這些寬度在圖6和8中用跟在寬度值后面的參考標(biāo)記來(lái)表示。

這些寬度是在與基準(zhǔn)軸線L對(duì)準(zhǔn)的打印頭基底縱向范圍正交或成側(cè)向的位置測(cè)得的。
現(xiàn)參照?qǐng)D11，該圖中示出了噴墨打印設(shè)備20示例的示意性透視圖，在該打印設(shè)備中可使用上述的打印頭。圖11的噴墨打印設(shè)備20包括被一般為模制塑料的殼體或外殼124所包圍的底盤122。底盤122例如由片金屬形成并包括垂直面板122a。打印介質(zhì)的片材通過(guò)適配的打印介質(zhì)處理系統(tǒng)126分別被進(jìn)給至打印區(qū)125，該打印介質(zhì)處理系統(tǒng)包括用于在打印之前存儲(chǔ)打印介質(zhì)的供給盒128。打印介質(zhì)可以是任何類型的適當(dāng)?shù)目纱蛴∑?，例如紙張、卡紙、幻燈片、聚酯薄膜等等，但為便于描述所示的?shí)施例，將紙張用作打印介質(zhì)。一連串傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)輥可用來(lái)將打印介質(zhì)從供給盒128移至打印區(qū)125，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)輥包含由步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輥129。打印之后，驅(qū)動(dòng)輥129將所打印的片材驅(qū)動(dòng)到一對(duì)可縮回的輸出干燥翼構(gòu)件130上，翼構(gòu)件在圖中伸出以接收所打印的片材。在翼構(gòu)件130旋轉(zhuǎn)地縮回至側(cè)面之前，在輸出盒132中的任何先前打印的靜止干燥片材上方，翼構(gòu)件保持新打印的片材一段短暫時(shí)間，如曲線箭頭133所示，從而使新打印的片材落入輸出盒132中。打印介質(zhì)處理系統(tǒng)可包括多個(gè)用于容納不同尺寸打印介質(zhì)包括信函、法律聲明、A4紙張、信封等等的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，例如滑動(dòng)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)臂134和信封供給槽135。
圖11的打印機(jī)還包括打印機(jī)控制器136、其被示意性地示出為一微處理器，該控制器位于被支撐在底盤垂直面板122a背面上的打印電路板139上。打印機(jī)控制器136接收來(lái)自主機(jī)設(shè)備例如個(gè)人電腦(未示出)的指令并控制打印機(jī)的操作，該操作包括經(jīng)由打印區(qū)125的打印介質(zhì)的進(jìn)給、打印滑架140的移動(dòng)、以及施加信號(hào)給墨滴發(fā)生器40。
打印滑架滑桿138具有平行于滑架掃描軸線的縱軸線，并被底盤122支撐以相當(dāng)大程度地支撐用于往復(fù)平移運(yùn)動(dòng)或沿著滑架掃描軸線掃描的打印滑架140。打印滑架140支撐第一和第二可移動(dòng)的噴墨打印頭盒150、152(其中的每個(gè)有時(shí)稱為“記錄頭”、“打印盒”、或“盒體”)。打印盒150、152各自包括打印頭154、156，其分別具有通常面向下的用于在打印區(qū)125中的部分打印介質(zhì)上常向下噴射墨水的噴嘴。打印盒150、152通過(guò)一個(gè)閉鎖機(jī)構(gòu)更精確地被夾緊在打印滑架140中，該閉鎖結(jié)構(gòu)包括夾緊桿、閉鎖件或蓋子170、172。
為參考起見，打印介質(zhì)沿著平行于部分打印介質(zhì)切線的介質(zhì)軸線前進(jìn)至打印區(qū)125，該打印介質(zhì)在打印盒150、152噴嘴的下方并與之橫切。如果介質(zhì)軸線和滑架軸線處于相同的平面上，如圖9所示，它們應(yīng)該彼此垂直。
打印滑架背面上的防轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與水平設(shè)置的防樞轉(zhuǎn)桿185接合，例如，用來(lái)防止打印滑架140圍繞滑桿138向前旋轉(zhuǎn)，防樞轉(zhuǎn)桿185與底盤122的垂直面板122a一體成形。
作為所示的示例，打印盒150為單色打印盒，而打印盒152為三色打印盒。
打印滑架140沿著滑桿138被環(huán)帶158驅(qū)動(dòng)，該環(huán)帶可以傳統(tǒng)的方式被驅(qū)動(dòng)，線性編碼器帶159例如按照傳統(tǒng)技術(shù)用來(lái)沿著滑架掃描軸線探測(cè)打印滑架140的位置。
雖然上文已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例進(jìn)行了描述和例證，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在不違背由下列權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍和精神的情況下進(jìn)行各種更改和變化。
權(quán)利要求
1.一種噴墨打印頭，包括包含多個(gè)薄膜層的打印頭基底(11)；多個(gè)并排的墨滴發(fā)生器(40)柱狀陣列(61)，墨滴發(fā)生器形成于所述打印頭基底中并沿著縱向范圍延伸；形成于所述打印頭基底中的驅(qū)動(dòng)電路(85)，用于以約15KHz至約18KHz的頻率范圍激發(fā)每個(gè)墨滴發(fā)生器；所述打印頭基底具有每平方毫米至少10.43個(gè)墨滴發(fā)生器的墨滴發(fā)生器組裝密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于所述多個(gè)并排的墨滴發(fā)生器柱狀陣列包括四個(gè)并排的墨滴發(fā)生器柱狀陣列，每個(gè)墨滴發(fā)生器柱狀陣列至少具有100個(gè)以墨滴發(fā)生器間距P分開的墨滴發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的打印頭，其特征在于所述四個(gè)墨滴發(fā)生器柱狀陣列包括彼此相隔至多630微米的第一柱狀陣列和第二柱狀陣列，以及彼此相隔至多630微米的第三柱狀陣列和第四柱狀陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的打印頭，還包括第一供墨槽(71)和第二供墨槽(71)，其中所述第一墨滴發(fā)生器柱狀陣列和所述第二墨滴發(fā)生器柱狀陣列位于所述第一供墨槽的兩側(cè)；以及所述第三墨滴發(fā)生器柱狀陣列和所述第四墨滴發(fā)生器柱狀陣列位于所述第二供墨槽的兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的打印頭，其特征在于所述第二墨滴發(fā)生器柱狀陣列和所述第三墨滴發(fā)生器柱狀陣列間隔至多800微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于所述墨滴發(fā)生器被構(gòu)造為噴射具有12至19皮升墨滴容積的墨滴。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于所述墨滴發(fā)生器被構(gòu)造為噴射具有3至7皮升墨滴容積的墨滴。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于每個(gè)所述墨滴發(fā)生器包括具有電阻值至少為100歐姆的加熱電阻(56)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于所述打印頭基底具有長(zhǎng)度LS和寬度WS，其中LS/WS大于3.5。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的打印頭，其特征在于WS約為3.29毫米或更小。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的打印頭，其特征在于WS位于約3.29毫米至約2.95毫米的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電路包括形成于所述打印頭基底中的FET驅(qū)動(dòng)電路(85)柱狀陣列(81)，其分別相鄰于所述墨滴發(fā)生器柱狀陣列；以及接地母線(181)，其與所述FET驅(qū)動(dòng)電路的作用區(qū)重疊。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的打印頭，其特征在于每個(gè)所述FET驅(qū)動(dòng)電路具有小于(250,000歐姆·微米2)/A的導(dǎo)通電阻，其中A為以平方微米為單位的該FET驅(qū)動(dòng)電路的面積。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的打印頭，其特征在于每個(gè)所述FET驅(qū)動(dòng)電路具有厚度至多為800埃的柵氧化層(93)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的打印頭，其特征在于每個(gè)所述FET驅(qū)動(dòng)電路具有小于4微米的柵信號(hào)寬度。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的打印頭，其特征在于每個(gè)所述FET驅(qū)動(dòng)電路具有至多為14歐姆的導(dǎo)通電阻。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的打印頭，其特征在于每個(gè)所述FET驅(qū)動(dòng)電路具有至多為16歐姆的導(dǎo)通電阻。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的打印頭，還包括電力跡線(86a、86b、86c、86d)，其中FET驅(qū)動(dòng)電路被構(gòu)造為補(bǔ)償由所述電力跡線形成的寄生電阻。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的打印頭，其特征在于所述FET電路各自的導(dǎo)通電阻被選擇成補(bǔ)償由所述電力跡線形成的寄生電阻的變化。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的打印頭，其特征在于每個(gè)所述FET電路的大小被選擇成調(diào)整所述導(dǎo)通電阻。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的打印頭，其特征在于每個(gè)所述FET電路包括漏極(87)；漏極區(qū)(89)；漏極觸點(diǎn)(88)，將所述漏極與所述漏極區(qū)電連接；源極(97)；源極區(qū)(99)；源極觸點(diǎn)(98)，將所述源極與所述源極區(qū)電連接；以及其中所述漏極區(qū)被構(gòu)造為調(diào)整每個(gè)所述FET電路的導(dǎo)通電阻以補(bǔ)償由所述電力跡線形成的寄生電阻的變化。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的打印頭，其特征在于所述漏極區(qū)包括延長(zhǎng)了的漏極區(qū)，該每個(gè)延長(zhǎng)了的漏極區(qū)包含連續(xù)非接觸部分，該非接觸部分的長(zhǎng)度被選擇成調(diào)整所述導(dǎo)通電阻。
23.根據(jù)權(quán)利要求12所述的打印頭，其特征在于每個(gè)所述FET驅(qū)動(dòng)電路柱狀陣列被容納于寬度至多為180微米的區(qū)域中。
24.根據(jù)權(quán)利要求12所述的打印頭，其特征在于每個(gè)所述FET驅(qū)動(dòng)電路柱狀陣列被容納于寬度至多為250微米的區(qū)域中。
25.根據(jù)權(quán)利要求12所述的打印頭，其特征在于所述多個(gè)并排的墨滴發(fā)生器柱狀陣列包括四個(gè)并排的墨滴發(fā)生器柱狀陣列，每個(gè)墨滴發(fā)生器柱狀陣列至少具有100個(gè)以墨滴發(fā)生器間距P分隔的墨滴發(fā)生器；以及所述多個(gè)FET驅(qū)動(dòng)電路柱狀陣列包括四個(gè)FET驅(qū)動(dòng)電路柱狀陣列。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的打印頭，其特征在于所述四個(gè)墨滴發(fā)生器柱狀陣列包括彼此相隔至多630微米的第一柱狀陣列和第二柱狀陣列，以及彼此相隔至多630微米的第三柱狀陣列和第四柱狀陣列。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的打印頭，還包括第一供墨槽(71)和第二供墨槽(71)，其中所述第一墨滴發(fā)生器柱狀陣列和所述第二墨滴發(fā)生器柱狀陣列位于所述第一供墨槽的兩側(cè)；以及所述第三墨滴發(fā)生器柱狀陣列和所述第四墨滴發(fā)生器柱狀陣列位于所述第二供墨槽的兩側(cè)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的打印頭，其特征在于所述第二墨滴發(fā)生器柱狀陣列和所述第三墨滴發(fā)生器柱狀陣列隔開至多800微米。
29.根據(jù)權(quán)利要求12所述的打印頭，其特征在于所述墨滴發(fā)生器被構(gòu)造為噴射具有12至19皮升墨滴容積的墨滴。
30.根據(jù)權(quán)利要求12所述的打印頭，其特征在于所述墨滴發(fā)生器被構(gòu)造為噴射具有3至7皮升墨滴容積的墨滴。
31.根據(jù)權(quán)利要求12所述的打印頭，其特征在于每個(gè)所述墨滴發(fā)生器包括具有電阻值至少為100歐姆的加熱電阻。
32.根據(jù)權(quán)利要求12所述的打印頭，其特征在于所述打印頭基底具有長(zhǎng)度LS和寬度WS，其中LS/WS大于3.5。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的打印頭，其特征在于WS約為3.29毫米或更小。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的打印頭，其特征在于WS位于約3.29毫米至約2.95毫米的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種緊湊的熱噴墨打印頭，包括打印頭基底(11)，形成于打印頭基底中的多個(gè)并排的墨滴發(fā)生器(40)柱狀陣列(61)，形成于打印頭基底中的用于激發(fā)每個(gè)墨滴發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)電路(85)。該打印頭基底具有每平方毫米至少為10.43個(gè)墨滴發(fā)生器的墨滴發(fā)生器組裝密度。
文檔編號(hào)B41J2/145GK1545452SQ01823563
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2001年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月19日
發(fā)明者J·M·托格森, R·N·K·布朗寧, M·H·馬肯滋, M·D·米勒, A·W·巴克科姆, S·多德, J M 托格森, K 布朗寧, 巴克科姆, 米勒, 馬肯滋 申請(qǐng)人:惠普公司