專(zhuān)利名稱(chēng)：噴墨記錄頭基板和驅(qū)動(dòng)控制方法、噴墨記錄頭及墨盒、噴墨記錄設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴墨記錄頭基板、噴墨記錄頭和使用該記錄頭的記錄設(shè)備，且尤其涉及具有形成在同一基板上的產(chǎn)生排出油墨所必要的熱能的電熱變換器和用于驅(qū)動(dòng)該電熱變換器的驅(qū)動(dòng)電路的噴墨記錄頭，以及使用該記錄頭的記錄設(shè)備。
背景技術(shù)：
總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)使用例如美國(guó)專(zhuān)利No.6290334所指出的半導(dǎo)體處理技術(shù)，安裝在服從一種噴墨方法的記錄設(shè)備上的記錄頭的電熱變換器(加熱器)及其驅(qū)動(dòng)電路形成在同一基板上。提出了一種記錄頭的構(gòu)造，該構(gòu)造中除了驅(qū)動(dòng)電路以外還在同一基板上形成例如用于檢測(cè)半導(dǎo)體基板的狀態(tài)諸如基板溫度的數(shù)字電路，并且還具有基板中心附近的油墨供應(yīng)端口以及在橫過(guò)該端口的相對(duì)位置上的加熱器。
圖1是示意性地示出這種噴墨記錄頭基板(頭基板)的各電路塊和油墨供應(yīng)端口的圖。圖1示出了頭基板114的半導(dǎo)體基板，在該半導(dǎo)體基板上形成六個(gè)油墨供應(yīng)端口111。為了方便起見(jiàn)，圖1僅示出了對(duì)應(yīng)于左側(cè)油墨供應(yīng)端口111的電路塊，并且省略了對(duì)應(yīng)其他五個(gè)油墨供應(yīng)端口111的電路塊(115)的示出。如圖1所示，加熱器110陣列狀地布置在橫過(guò)油墨供應(yīng)端口111的相對(duì)位置上。用于選擇性驅(qū)動(dòng)加熱器110的電路塊(驅(qū)動(dòng)電路113)對(duì)應(yīng)于加熱器110布置。用于向加熱器110和驅(qū)動(dòng)電路113提供電源和信號(hào)的焊盤(pán)102設(shè)置在半導(dǎo)體基板114的各末端。
圖2是與電信號(hào)流一起更詳細(xì)地示出圖1所示的供應(yīng)端口電路塊115中之一的圖。如圖2所示，各電路塊(圖1的各驅(qū)動(dòng)電路113)以油墨供應(yīng)端口111為中心對(duì)稱(chēng)地布置。各電路塊包括驅(qū)動(dòng)電路陣列109、驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列108、裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路104、塊選擇電路105以及后述的總線線路106、107。加熱器陣列110被設(shè)置成橫過(guò)油墨供應(yīng)端口111，并且包含多個(gè)加熱器。驅(qū)動(dòng)電路陣列109具有切換裝置，用于使電流通過(guò)加熱器陣列110的每個(gè)加熱器。驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列108控制驅(qū)動(dòng)電路。裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路(也稱(chēng)作時(shí)分選擇電路)104和塊選擇電路105產(chǎn)生發(fā)送到驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列108的信號(hào)。輸入電路103處理從焊盤(pán)102輸入的信號(hào)。
此后，將給出關(guān)于以油墨供應(yīng)端口111為中心對(duì)稱(chēng)的一個(gè)電路塊組的每個(gè)電路塊的功能和信號(hào)流的描述。
頭基板101是硅基板，各電路塊和用于加熱油墨的加熱器通過(guò)使用LSI處理而形成在該硅基板上。電源電壓以及從用于輸入和輸出圖像數(shù)據(jù)的焊盤(pán)102輸入的信號(hào)經(jīng)由輸入電路103傳送到裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路104和塊選擇電路105。由裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路104和塊選擇電路105進(jìn)行適當(dāng)處理的信號(hào)通過(guò)由多條線路組成的總線線路106和107引導(dǎo)向加熱器行的方向。
來(lái)自總線線路106和107的信號(hào)分別連接到作為驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列108的組成部分的各驅(qū)動(dòng)選擇電路。各驅(qū)動(dòng)選擇電路的導(dǎo)通和關(guān)斷根據(jù)來(lái)自總線線路106和107的信號(hào)來(lái)決定。在執(zhí)行油墨排出操作的情況下，用于導(dǎo)通所需驅(qū)動(dòng)選擇電路的信號(hào)被施加在總線線路106和107上，且該信號(hào)從驅(qū)動(dòng)選擇電路輸出，以導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)電路陣列109中的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路。被導(dǎo)通的驅(qū)動(dòng)電路使電流通過(guò)加熱器陣列110中的相應(yīng)加熱器。通過(guò)此電流加熱該加熱器，并且執(zhí)行油墨的起泡和排出操作。
圖3示意性地示出圖1的驅(qū)動(dòng)電路113(圖2的驅(qū)動(dòng)電路陣列109、驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列108、裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路104、塊選擇電路105和總線線路106、107)的更詳細(xì)的電路構(gòu)造和信號(hào)流。所示例子指出一種狀態(tài)，其中驅(qū)動(dòng)電路陣列109和驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列108由八個(gè)加熱驅(qū)動(dòng)塊206構(gòu)成。包括施加到焊盤(pán)102的圖像數(shù)據(jù)和時(shí)分?jǐn)?shù)據(jù)的信號(hào)通過(guò)輸入電路103，輸入到構(gòu)成內(nèi)部電路的塊選擇電路(主要由移位寄存器構(gòu)成)105和裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路(主要由解碼器構(gòu)成)104。在圖3所示的例子中，所輸入的時(shí)分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路104轉(zhuǎn)換為時(shí)分選擇信號(hào)(也稱(chēng)作裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào))。該時(shí)分選擇信號(hào)被提供給加熱器驅(qū)動(dòng)塊1到8(206)中的每一個(gè)。塊選擇電路105基于與用于輸入圖像數(shù)據(jù)的同步信號(hào)(時(shí)鐘)同步的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)，產(chǎn)生用于選擇加熱器驅(qū)動(dòng)塊1到8的塊選擇信號(hào)。由塊選擇信號(hào)所選擇的加熱器驅(qū)動(dòng)塊根據(jù)時(shí)分選擇信號(hào)驅(qū)動(dòng)加熱器。更具體地，由塊選擇信號(hào)和時(shí)分選擇信號(hào)的“與(AND)”來(lái)決定要驅(qū)動(dòng)的加熱器。
圖4示出了加熱器驅(qū)動(dòng)塊206的詳細(xì)構(gòu)造。加熱器驅(qū)動(dòng)塊206包括對(duì)應(yīng)于陣列狀布置的各加熱器210而布置的各加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管209、各電平轉(zhuǎn)換電路205以及各加熱器選擇電路204。在此，加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管209執(zhí)行用于導(dǎo)通和關(guān)斷加熱器210的賦能的開(kāi)關(guān)功能。圖2的驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列108對(duì)應(yīng)于各加熱器選擇電路204和各電平轉(zhuǎn)換電路205。驅(qū)動(dòng)電路陣列109對(duì)應(yīng)于加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管209。來(lái)自塊選擇電路105的塊選擇信號(hào)202和來(lái)自裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路104的時(shí)分選擇信號(hào)203輸入到加熱器選擇電路204的與門(mén)。因此，在信號(hào)202和203均變?yōu)橛行У那闆r下，該與門(mén)的輸出變?yōu)橛行АＴ撆c門(mén)的輸出信號(hào)的電壓幅度由電平轉(zhuǎn)換電路205通過(guò)電平轉(zhuǎn)換為高于從輸入電路103到加熱器選擇電路204的驅(qū)動(dòng)電壓(第一電源電壓)的電源電壓(第二電源電壓)。經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后的信號(hào)施加到加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管209的柵極。連接到在其柵極上施加該信號(hào)的加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管209的加熱器210有電流從其流過(guò)，并且被驅(qū)動(dòng)。為了增加施加到加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管209的柵極的電壓從而降低其導(dǎo)通電阻并且使電流以高效率通過(guò)加熱器，由電平轉(zhuǎn)換電路205對(duì)第二電源電壓進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
圖5是示出了從上述驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列108和驅(qū)動(dòng)電路陣列109中抽取出的、對(duì)應(yīng)于加熱器陣列110中任意一個(gè)加熱器210的驅(qū)動(dòng)選擇電路和驅(qū)動(dòng)電路的電路圖。圖5描述了圖4所示的加熱器選擇電路204和電平轉(zhuǎn)換電路205的詳細(xì)電路構(gòu)造。
將信號(hào)從總線線路106、107接收到驅(qū)動(dòng)選擇電路中，其中該總線線路106、107引導(dǎo)來(lái)自圖2所示的裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路104和塊選擇電路105的輸出信號(hào)。參考標(biāo)號(hào)208a到208l表示構(gòu)成各驅(qū)動(dòng)選擇電路(加熱器選擇電路204和電平轉(zhuǎn)換電路205)的各電路元件。與非門(mén)208a(加熱器選擇電路204)的輸入端子連接到總線線路106和107，并且從每條總線線路輸出相應(yīng)的信號(hào)。反相器208b輸出已經(jīng)反向了從與非門(mén)208a輸出的輸出信號(hào)的信號(hào)，并且反相器208c進(jìn)一步反向該反向信號(hào)。MOS晶體管208d到208i構(gòu)成用于轉(zhuǎn)換各信號(hào)電壓幅度的電平轉(zhuǎn)換器。MOS晶體管208j、208k構(gòu)成用于緩沖電平轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)的反相器。還設(shè)置電阻208l，用于當(dāng)由MOS晶體管208j、208k形成的反相器的輸出從低電平(此后用Lo表示)轉(zhuǎn)換到高電平(此后用Hi表示)時(shí)增加輸出阻抗。
MOS晶體管209形成用于執(zhí)行加熱器電流的導(dǎo)通和關(guān)斷控制的驅(qū)動(dòng)電路。通過(guò)MOS晶體管209對(duì)加熱器電流的導(dǎo)通和關(guān)斷，來(lái)控制加熱器210用于油墨起泡的加熱。
將描述圖5所示的電路的操作。來(lái)自圖2和3的裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路104和塊選擇電路105的輸出信號(hào)通過(guò)總線線路106和107被輸入到與非門(mén)208a。在此，僅當(dāng)輸入到與非門(mén)208a的兩個(gè)輸入都變?yōu)镠i時(shí)，與非門(mén)208a的輸出才變?yōu)長(zhǎng)o。下面將描述在從與非門(mén)208a輸出Lo信號(hào)的情況下的操作。反相器208b將從與非門(mén)208a輸出的Lo信號(hào)反向?yàn)镠i。進(jìn)一步地，作為反相器208b的輸出的Hi信號(hào)輸入到反相器208c，并且再次被反向?yàn)長(zhǎng)o信號(hào)輸出?？偩€線路106和107、與非門(mén)208a、反相器208b和208c的電壓幅度為VDD(第一電源電壓)，其電位的幅度與從外部輸入的信號(hào)的幅度相同。
來(lái)自反相器208b和208c的輸出信號(hào)分別輸入到包括MOS晶體管208d至208i的電平轉(zhuǎn)換器，在此，和與非門(mén)208a的輸出信號(hào)相同的Lo的電位(0V)施加到MOS晶體管208d和208e的柵極，且作為與非門(mén)的輸出的反向信號(hào)的Hi的電位(VDD)施加在208g和208h的柵極。
其柵極上施加有VDD的MOS晶體管208g是NMOS晶體管，因此它變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。因此，NMOS晶體管208g的漏極端子以低阻抗連接到GND電位。NMOS晶體管208g的漏極端子連接到PMOS晶體管208f的柵極。因此，PMOS晶體管208f的柵極以低阻抗連接到GND電位，且PMOS晶體管208f變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。與PMOS晶體管208f串聯(lián)的PMOS晶體管208e是導(dǎo)通狀態(tài)的，因?yàn)橄驏艠O施加了0V。進(jìn)一步串聯(lián)的NMOS晶體管208d是關(guān)斷狀態(tài)的，因?yàn)橄驏艠O施加了0V。由于PMOS晶體管208f、208e是導(dǎo)通的，且NMOS晶體管208d是關(guān)斷的，因此PMOS晶體管208e的漏極電位是VDDM。從而，連接PMOS晶體管208e和NMOS晶體管208d的漏極以及PMOS晶體管208i的柵極的節(jié)點(diǎn)的電位變?yōu)閂DDM(第二電源電壓)，它是各電平轉(zhuǎn)換電路的電源電位。因此，PMOS晶體管208i變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。更具體地，PMOS晶體管208i變?yōu)殛P(guān)斷且NMOS晶體管208g變?yōu)閷?dǎo)通。因此，PMOS晶體管208g和NMOS晶體管208i的漏極端子相連接，且連接到PMOS晶體管208f的柵極的節(jié)點(diǎn)的電位被固定在0V。該節(jié)點(diǎn)的電位變?yōu)殡娖睫D(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)，并且輸入到由NMOS晶體管208j和PMOS晶體管208k組成的反相器的柵極。
因此，如果將0V施加到由NMOS晶體管208j和PMOS晶體管208k組成的反相器的晶體管的柵極，PMOS晶體管208k變?yōu)閷?dǎo)通，且NMOS晶體管208j變?yōu)殛P(guān)斷。從而，反相器輸出VDDM電位，使得VDDM施加到NMOS晶體管209的柵極上，該NMOS晶體管209是用于執(zhí)行加熱器的導(dǎo)通和關(guān)斷控制的驅(qū)動(dòng)電路。其柵極上施加VDDM的NMOS晶體管209變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，并且使來(lái)自加熱器電源電位VH的加熱器電流經(jīng)由加熱器210通過(guò)。有電流流經(jīng)的加熱器產(chǎn)生使油墨起泡和排出所必需的熱。
因而，當(dāng)從總線線路106和107連接到與非門(mén)208a的兩個(gè)信號(hào)均變?yōu)镠i時(shí)，加熱器電流通過(guò)。
在此，布置電阻208l以抑制加熱器電流的陡峭上升沿。更具體地，在用于執(zhí)行加熱器電流的導(dǎo)通和關(guān)斷控制的NMOS晶體管209的柵極電位為了導(dǎo)通加熱器電流的目的而瞬間從0V轉(zhuǎn)變?yōu)閂DDM電位的情況下，加熱器電流也瞬間通過(guò)。存在此電流變成為電源噪聲并引發(fā)故障的情況。電阻208l插入到PMOS晶體管208k和NMOS晶體管209之間，以防止故障。由于PMOS晶體管208k的導(dǎo)通電阻、電阻208l的串聯(lián)電阻和NMOS晶體管209的柵極電容的滯后效應(yīng)使得NMOS晶體管209的柵極電位的陡峭上升沿得到抑制，因此抑制了加熱器電流的瞬時(shí)流動(dòng)，以防止故障。
圖6示出了等效于從圖5所示電路中抽取的電平轉(zhuǎn)換電路205的部分(省略了電阻208l)。如圖6所示，電平轉(zhuǎn)換電路205被劃分為在第一電源電壓(VDD)下操作的電路部分205a和在第二電源電壓(VDDM)下操作的電路部分205b。作為來(lái)自加熱器選擇電路204的輸出的加熱器選擇信號(hào)221輸入到在第一電源電壓下操作的反相器208b(由PMOS晶體管230和NMOS晶體管231構(gòu)成)。反相器208b產(chǎn)生加熱器選擇信號(hào)221的反向邏輯的信號(hào)，并且將其施加到在第二電源電壓下操作的NMOS晶體管208g和PMOS晶體管208h的柵極。反相器208b的反向信號(hào)輸入到反相器208c，再次被反向。反相器208c的輸出信號(hào)施加到在第二電源電壓下操作的NMOS晶體管208d和PMOS晶體管208e的柵極。根據(jù)這些信號(hào)，電路部分205b輸出被轉(zhuǎn)換為第二電源電壓(VDDM)的幅度的信號(hào)。
對(duì)于一般的噴墨記錄頭，為了加速記錄和/或改進(jìn)記錄等級(jí)的目的，噴嘴的數(shù)目增加并且其密度增長(zhǎng)。然而，在通過(guò)用如上所述的加熱器產(chǎn)生熱而排出油墨的熱噴墨打印機(jī)的情況下，有必要使用高電源電壓以使加熱器產(chǎn)生油墨起泡和與之相關(guān)聯(lián)的排出所需的能量。因此，對(duì)于加熱器的驅(qū)動(dòng)控制電路，諸如各晶體管的各組成部分裝置確保對(duì)于高電源電壓的耐壓是必要的?？偟膩?lái)說(shuō)，為了確保裝置的耐壓的目的，每個(gè)組成部分裝置的尺寸增大，使得基板上的高密度(布局間距小)電路布局變得困難。
例如，如圖5所示的常規(guī)電路形式取經(jīng)由總線線路106從裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路104傳送的信號(hào)和經(jīng)由總線線路107從塊選擇電路105傳送的塊選擇信號(hào)的“與”。關(guān)于取“與”之后的信號(hào)，電壓幅度增加。
這種構(gòu)造需要在作為輸入信號(hào)的電壓幅度的第一電源電壓(VDD)下操作的電路塊，以及在將要施加在用于控制加熱器電流的MOS晶體管的柵極的更高的第二電源電壓(VDDM)下操作的電路塊。更具體地，對(duì)于每個(gè)加熱器，頭基板必須具有這樣的構(gòu)造其中，該頭基板在兩種電源電壓下被控制和驅(qū)動(dòng)，即，第一和第二電源電壓，并且第一電源電壓的信號(hào)幅度通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為第二電源電壓的信號(hào)幅度。因此，圖6中所述的電平轉(zhuǎn)換電路被提供到每個(gè)加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管。然而，這種電平轉(zhuǎn)換電路由大量晶體管構(gòu)成，因此，在對(duì)于每個(gè)單獨(dú)的加熱器都具有電平轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)造的情況下，所需的芯片區(qū)域變得很大。
由于每個(gè)加熱器都需要電平轉(zhuǎn)換電路，布置大量高耐壓裝置是必要的。因此，基板上的高密度(布局間距小)的裝置布局變得困難。更具體地，因?yàn)榇嬖诖罅扛吣蛪貉b置，布局間距無(wú)法充分降低，導(dǎo)致芯片尺寸增大。
圖5的各高耐壓裝置是連接到為中點(diǎn)電位VDDM的電平轉(zhuǎn)換器和反相器(電路部分205b)，以及用于驅(qū)動(dòng)連接到VH的加熱器的晶體管(209)。
因此，當(dāng)考慮上述構(gòu)造的記錄頭基板的布局構(gòu)造時(shí)，添加到每一段的電平轉(zhuǎn)換電路導(dǎo)致每一段的長(zhǎng)度的增長(zhǎng)和芯片尺寸的增長(zhǎng)，并且成為成本增加的因素。更具體地，上述布局在與加熱器陣列正交的方向上擴(kuò)展了各芯片，使得各芯片顯著增大。各電路元件的數(shù)目的增長(zhǎng)導(dǎo)致產(chǎn)量的降低和電路構(gòu)造的進(jìn)一步復(fù)雜，這成為進(jìn)一步增加的成本的因素。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)考慮到這些問(wèn)題而作出本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是降低每段中布置的高耐壓裝置的數(shù)目，并且實(shí)現(xiàn)選擇電路的更高的密度。
或者，本發(fā)明的一個(gè)目的是通過(guò)降低電平轉(zhuǎn)換電路的規(guī)模抑制基板尺寸的增長(zhǎng)并且增進(jìn)產(chǎn)量，并且通過(guò)降低形成在基板上的裝置數(shù)目而簡(jiǎn)化電路構(gòu)造。
或者，本發(fā)明的一個(gè)目的是在基板尺寸這樣減小的情況下消除故障并且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定操作。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)這些目的的一種噴墨記錄頭基板具有如下配置。更具體地一種噴墨記錄頭基板，該噴墨記錄頭基板上安裝了用于產(chǎn)生用來(lái)排出油墨的熱能的電熱變換器，和用于驅(qū)動(dòng)該電熱變換器的驅(qū)動(dòng)元件，該噴墨記錄頭基板包括第一電路部分，用于基于第一電壓幅度電平的輸入信號(hào)輸出選擇信號(hào)，用于選擇將要以高于第一電壓的第二電壓的幅度電平被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器；第二電路部分，它包括或非電路，用于從第一電路部分輸入選擇信號(hào)，并且在第二電壓的條件下控制對(duì)應(yīng)于將要基于選擇信號(hào)被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器的驅(qū)動(dòng)元件；以及多條信號(hào)線路，用于在第一和第二電路部分之間傳送選擇信號(hào)。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種使用該噴墨記錄頭基板的噴墨記錄頭的驅(qū)動(dòng)控制方法、噴墨記錄頭、噴墨記錄頭墨盒以及噴墨記錄設(shè)備。
從下面結(jié)合附圖的描述中，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢(shì)將變得明顯，在所有附圖中，相同參考標(biāo)號(hào)表示相同或相似的部分。


合并到本申請(qǐng)文件中且組成本申請(qǐng)文件的一部分的附圖闡釋了本發(fā)明的各實(shí)施例，并且與說(shuō)明書(shū)一起用于說(shuō)明本發(fā)明的原理。
圖1是示意性地示出噴墨記錄頭基板的電路塊和油墨供應(yīng)端口的圖；圖2是示出圖1所示的噴墨記錄頭基板的油墨供應(yīng)端口之一的電路塊和電信號(hào)流的示意圖；圖3是示出圖1的各驅(qū)動(dòng)電路113的更詳細(xì)電路構(gòu)造和信號(hào)流的圖；圖4是示出一般加熱器驅(qū)動(dòng)塊中的電路構(gòu)造例子的圖；圖5是示出一般噴墨記錄頭半導(dǎo)體基板的每段的驅(qū)動(dòng)電路的圖；圖6是示出一般電平轉(zhuǎn)換電路的電路構(gòu)造例子的圖；圖7是第一實(shí)施例的噴墨記錄頭半導(dǎo)體基板的電路框圖和示出電信號(hào)流的示意圖；圖8是示出第一實(shí)施例的噴墨記錄頭半導(dǎo)體基板的每段的驅(qū)動(dòng)電路的圖；圖9是第二實(shí)施例的噴墨記錄頭半導(dǎo)體基板的電路框圖和示出電信號(hào)流的示意圖；圖10是示出第二實(shí)施例的噴墨記錄頭半導(dǎo)體基板的塊選擇電路的圖；圖11是示出第一實(shí)施例的噴墨記錄頭半導(dǎo)體基板的塊選擇電路的圖；圖12是描述第三實(shí)施例的噴墨記錄頭基板的整體電路構(gòu)造例子的圖；圖13是描述根據(jù)第三實(shí)施例的加熱器驅(qū)動(dòng)塊的構(gòu)造的圖；圖14A和14B是示出圖8和13所示的基板的布局構(gòu)造例子的圖；圖15A和15B是示出根據(jù)第一實(shí)施例的基板的布局構(gòu)造例子的圖；圖16A和16B是示出根據(jù)第二實(shí)施例的基板的布局構(gòu)造例子的圖；圖17是可應(yīng)用本發(fā)明的噴墨記錄設(shè)備的示意性視圖；圖18是示出噴墨墨盒IJC的詳細(xì)構(gòu)造的外部透視圖；圖19是示出用于排出三種顏色油墨的記錄頭IJHC的三維結(jié)構(gòu)的透視圖；圖20是示出執(zhí)行圖17所示的噴墨記錄設(shè)備的記錄控制的控制構(gòu)造的圖；以及圖21是橫向雙擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的MOS晶體管的剖面模型視圖；具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
在本說(shuō)明書(shū)中，“記錄”(也稱(chēng)為“打印”)并不局限于形成有意義的信息諸如字符和圖的情況。更具體地，本說(shuō)明書(shū)中的“記錄”表示廣泛地在記錄介質(zhì)上形成圖像、設(shè)計(jì)和圖案或者處理該介質(zhì)，不論是否有意義以及不論是否可引起人類(lèi)視覺(jué)感知的情況。
“記錄介質(zhì)”不僅表示用于一般記錄設(shè)備的紙張，而且還廣義地表示能夠接受油墨的物體，例如布、塑料膜、金屬板、玻璃、陶瓷、木頭和皮革。
進(jìn)一步地，“油墨”(也稱(chēng)作“液體”)應(yīng)該結(jié)合“記錄(打印)”的定義而進(jìn)行廣義地解釋。更具體地，本說(shuō)明書(shū)中的“油墨”表示這樣一種液體，可以通過(guò)將其給予到記錄介質(zhì)上用于形成圖像、設(shè)計(jì)、圖案，以及處理該記錄介質(zhì)或處理油墨(例如，使得給予記錄介質(zhì)的油墨中的染色材料凝固或不溶)。
進(jìn)一步地，除非特別指出，“噴嘴”共同地表示排出口、與其連通的液體路徑、以及用于產(chǎn)生油墨排出所用能量的裝置。
描述中的“在裝置基板上”的表述不僅表示在裝置基板上的部分，而且還表示裝置基板的表面以及裝置基板接近表面的內(nèi)部。本說(shuō)明書(shū)中所用的詞語(yǔ)“內(nèi)置”不僅指基板上各裝置的布置，而且還表示通過(guò)半導(dǎo)體電路的制作工藝等，在裝置基板上集成地形成和制造各裝置。
首先，將給出關(guān)于可應(yīng)用本發(fā)明的噴墨記錄設(shè)備的一個(gè)例子的描述。圖17是示出作為本發(fā)明的代表性實(shí)施例的噴墨記錄設(shè)備1的構(gòu)造的概要的外部透視圖。
如圖17所示，噴墨記錄設(shè)備(此后稱(chēng)為記錄設(shè)備)把通過(guò)根據(jù)噴墨方法排出油墨而執(zhí)行記錄的記錄頭3運(yùn)送到記錄位置，油墨在此從記錄頭3排出到記錄介質(zhì)P，以便執(zhí)行記錄。通過(guò)其上安裝有記錄頭3的滑架2以箭頭A方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且通過(guò)經(jīng)由饋送器5提供諸如紙張的記錄介質(zhì)P，記錄頭3被運(yùn)送到記錄位置。通過(guò)將滑架電機(jī)M1產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力從傳送機(jī)構(gòu)4傳送到滑架2，滑架2進(jìn)行往復(fù)移動(dòng)。
為了保持記錄頭3處于良好狀態(tài)，滑架2移動(dòng)到恢復(fù)設(shè)備10的位置，以間歇地執(zhí)行記錄頭3的排出恢復(fù)處理。
記錄設(shè)備1不僅具有記錄頭3，而且還具有用于存儲(chǔ)要提供給安裝在滑架2上的記錄頭3的油墨的油墨墨盒6。油墨墨盒6可從滑架2拆下。
圖17所示的記錄設(shè)備1能夠進(jìn)行彩色記錄，因此為了該目的，滑架2上安裝四個(gè)分別容納洋紅色(M)、藍(lán)綠色(C)、黃色(Y)和黑色(K)油墨的油墨墨盒。四個(gè)油墨墨盒的每一個(gè)都獨(dú)立地可拆卸。
通過(guò)使滑架2和記錄頭3的接合表面適當(dāng)接觸，這兩個(gè)部件可以實(shí)現(xiàn)并保持所需的電連接。記錄頭3根據(jù)記錄信號(hào)施加能量，以便選擇性地從多個(gè)排出口排出和記錄油墨。特別地，此實(shí)施例的記錄頭3采用通過(guò)使用熱能排出油墨的噴墨方法，因此它通過(guò)根據(jù)記錄信號(hào)將脈沖電壓施加在相應(yīng)的電熱變換器上，從相應(yīng)的排出口排出油墨。
進(jìn)一步地，在圖17中，參考標(biāo)號(hào)14表示為了運(yùn)送記錄介質(zhì)P由傳送電機(jī)M2驅(qū)動(dòng)的傳送輥。
上述例子具有其中記錄頭和用于存儲(chǔ)油墨的油墨墨盒可分離的構(gòu)造。然而如下面將描述的，也可能在滑架2上安裝其中集成了記錄頭和油墨墨盒的頭墨盒。
圖18是示出頭墨盒構(gòu)造的一個(gè)例子的外部透視圖。在圖17中，油墨墨盒6和記錄頭3是分離的。然而，也可能將本發(fā)明的噴墨記錄頭基板應(yīng)用于其中集成了油墨墨盒和記錄頭的頭墨盒。
如圖18所示，噴墨墨盒IJC由用于排出黑色油墨的墨盒IJCK和用于排出藍(lán)綠色(C)、洋紅色(M)和黃色(Y)三種顏色油墨的墨盒IJCC構(gòu)成。這兩個(gè)墨盒相互分離，并且分別能夠獨(dú)立地從滑架2上拆卸。
墨盒IJCK包括用于存儲(chǔ)黑色油墨的油墨罐ITK和用于排出黑色油墨并執(zhí)行記錄的記錄頭IJHK，其中它們具有集成構(gòu)造。同樣，墨盒IJCC包括用于存儲(chǔ)藍(lán)綠色(C)、洋紅色(M)和黃色(Y)三種顏色的彩色油墨的油墨罐ITC和用于排出各彩色墨水并執(zhí)行記錄的記錄頭IJHC，其中它們具有集成構(gòu)造。根據(jù)此實(shí)施例，在墨盒中，油墨填充在油墨罐中。
進(jìn)一步地，如從圖18中可顯然看出的，用于排出黑色油墨的噴嘴行、用于排出藍(lán)綠色油墨的噴嘴行、用于排出洋紅色油墨的噴嘴行和用于排出黃色油墨的噴嘴行沿著滑架移動(dòng)方向布置。噴嘴陣列方向是與滑架移動(dòng)方向交叉的方向。
接著，將給出關(guān)于用于如上構(gòu)造的記錄設(shè)備的記錄頭3的頭基板的描述。圖19是示出用于排出三種顏色油墨的記錄頭IJHC的三維結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖19闡明了從墨罐ITC提供油墨的流程。記錄頭IJHC具有用于提供藍(lán)綠色(C)油墨的油墨通道2C、用于提供洋紅色(M)油墨的油墨通道2M以及用于提供黃色(Y)油墨的油墨通道2Y。它還具有用于從基板背面將來(lái)自墨罐ITC的各種油墨提供給各油墨通道的供應(yīng)路線(未示出)。
通過(guò)油墨通路1301C、1301M和1301Y，藍(lán)綠色(C)、洋紅色(M)和黃色(Y)油墨經(jīng)由各油墨通道被引導(dǎo)到設(shè)置在基板上的各電熱變換器(加熱器)210。如果電流經(jīng)由后面所述電路而流過(guò)電熱變換器(加熱器)210，電熱變換器(加熱器)210上的油墨被加熱并且達(dá)到沸騰。因此，油墨滴1900C、1900M和1900Y通過(guò)產(chǎn)生的泡從排出口1302C、1302M和1302Y排出。
在圖19中，參考標(biāo)號(hào)301表示頭基板，該頭基板上形成了后面將詳細(xì)描述的電熱變換器以及用于驅(qū)動(dòng)它們的各種電路、作為與存儲(chǔ)器和滑架HC的電接觸點(diǎn)的各種焊盤(pán)、以及各種信號(hào)線路。
一個(gè)電熱變換器(加熱器)、用于驅(qū)動(dòng)它的MOS-FET、以及各電熱變換器(加熱器)集合地稱(chēng)為記錄裝置，并且多個(gè)記錄裝置統(tǒng)稱(chēng)為記錄裝置部分。
圖19示出用于排出各彩色油墨的記錄頭IJHC的三維結(jié)構(gòu)。用于排出黑色油墨的記錄頭IJHK也具有相同結(jié)構(gòu)。然而，該結(jié)構(gòu)是圖19所示的構(gòu)造的三分之一。更具體地，它具有一條油墨通道，并且頭基板的規(guī)模大約是三分之一左右。
接著，將給出關(guān)于噴墨記錄設(shè)備的控制構(gòu)造的描述。圖20是示出圖17所示的記錄設(shè)備的控制構(gòu)造的框圖。
如圖20所示，控制器60由MPU 60a、ROM 60b、專(zhuān)用集成電路(ASIC)60c、RAM 60d、系統(tǒng)總線60e以及A/D轉(zhuǎn)換器60f構(gòu)成，其中ROM 60b用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)后面將描述的控制序列的程序、所需表格以及其它固定數(shù)據(jù)，專(zhuān)用集成電路(ASIC)60c用于產(chǎn)生控制滑架電機(jī)M1、控制傳送電機(jī)M2、控制記錄頭3的控制信號(hào)，RAM 60d具有圖像數(shù)據(jù)展開(kāi)區(qū)域和用于程序執(zhí)行的工作區(qū)域，系統(tǒng)總線60e用于相互連接MPU 60a、ASIC 60c和RAM 60d，并且發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，A/D轉(zhuǎn)換器60f用于輸入并且A/D轉(zhuǎn)換來(lái)自后面所述的傳感器組的模擬信號(hào)，以將數(shù)字信號(hào)提供給MPU 60a。
在圖20中，參考標(biāo)號(hào)61a表示作為圖像數(shù)據(jù)的供應(yīng)源的計(jì)算機(jī)(或者用于讀取圖像的讀取器或數(shù)字照相機(jī))，統(tǒng)稱(chēng)為主機(jī)設(shè)備。在主機(jī)設(shè)備61a和記錄設(shè)備1之間通過(guò)接口(I/F)61b發(fā)送和接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)、命令以及狀態(tài)信號(hào)。
進(jìn)一步地，參考標(biāo)號(hào)62表示由用于接收操作者的命令輸入的各開(kāi)關(guān)構(gòu)成的開(kāi)關(guān)組，這些開(kāi)關(guān)例如為電源開(kāi)關(guān)62a、用于命令打印開(kāi)始的打印開(kāi)關(guān)62b和用于命令使得記錄頭3的油墨排出性能處于良好條件的處理(恢復(fù)處理)開(kāi)始的恢復(fù)開(kāi)關(guān)62c。參考標(biāo)號(hào)63表示用于檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)的傳感器組，該傳感器組由諸如用于檢測(cè)初始位置h的光耦合器的位置傳感器63a、為了檢測(cè)周?chē)鷾囟榷O(shè)置在記錄設(shè)備的適當(dāng)位置處的溫度傳感器63b構(gòu)成。
進(jìn)一步地，參考標(biāo)號(hào)64a表示滑架電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其驅(qū)動(dòng)滑架電機(jī)M1，以使滑架2以箭頭A方向執(zhí)行往復(fù)掃描，64b表示傳送電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其驅(qū)動(dòng)用于運(yùn)送記錄介質(zhì)P的傳送電機(jī)M2。
記錄頭3進(jìn)行記錄掃描時(shí)，ASIC 60c直接訪問(wèn)RAM 60d的存儲(chǔ)區(qū)域的同時(shí)，將記錄裝置(加熱器)的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)(DATA)傳送給記錄頭。
接著，將給出關(guān)于用于上述構(gòu)造的記錄設(shè)備的記錄頭的頭基板(裝置基板)的詳細(xì)描述。特別地，將給出針對(duì)頭基板(加熱板)上構(gòu)建的驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)造的描述。如上所述，在頭基板上，對(duì)應(yīng)于各記錄裝置，設(shè)置形成油墨排出口1302C、1302M和1302Y，以及與各排出口連通的油墨通道2C、2M和2Y的各部件(未示出)，它們構(gòu)成了記錄頭。提供給記錄裝置的油墨通過(guò)驅(qū)動(dòng)記錄裝置被加熱，通過(guò)膜沸騰產(chǎn)生氣泡，以便從排出口排出油墨。
圖7是示意性示出根據(jù)第一實(shí)施例的頭基板301的電路構(gòu)造和電信號(hào)流的電路框圖。在圖7中，頭基板301是通過(guò)半導(dǎo)體處理技術(shù)集成地內(nèi)置了各加熱器和各驅(qū)動(dòng)電路的基板，并且等同于上述頭基板1705。如圖7所示，基板301的各電路塊以油墨供應(yīng)端口311為中心對(duì)稱(chēng)地布置。此電路塊包括加熱器陣列310、驅(qū)動(dòng)電路陣列309、驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列308、裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304以及塊選擇電路305。加熱器陣列310設(shè)置得橫過(guò)油墨供應(yīng)端口311，并且由多個(gè)加熱器構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)電路陣列309由用于使電流通過(guò)各加熱器的各驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列308是用于控制各驅(qū)動(dòng)電路的電路。裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304和塊選擇電路305產(chǎn)生將要傳送到驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列308的信號(hào)。輸入電路303處理從焊盤(pán)302輸入的信號(hào)。這些電路塊關(guān)于油墨供應(yīng)端口311對(duì)稱(chēng)地布置，因此將共同的參考標(biāo)號(hào)給予對(duì)稱(chēng)布置的各塊。在下文中，將給出關(guān)于這些塊的功能和信號(hào)流的描述。
頭基板301是通過(guò)使用LSI處理而在其上形成了各電路塊和用于加熱油墨的各加熱器的硅基板。電源電壓和從用于輸入和輸出圖像數(shù)據(jù)的焊盤(pán)302輸入的各信號(hào)通過(guò)輸入電路303傳送到裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304和塊選擇電路305。塊選擇電路305基于所輸入的信號(hào)產(chǎn)生用于選擇將要被驅(qū)動(dòng)的塊的塊選擇信號(hào)。裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304基于所輸入的信號(hào)，產(chǎn)生用于根據(jù)圖像數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)所選塊中的每個(gè)加熱器的時(shí)分選擇信號(hào)。時(shí)分選擇信號(hào)和塊選擇信號(hào)被分別提供給電平轉(zhuǎn)換電路312和313。電平轉(zhuǎn)換電路312和313將輸入信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換為大于輸入信號(hào)幅度的電源電壓幅度的信號(hào)。電平轉(zhuǎn)換電路的電路構(gòu)造的一個(gè)例子如圖6所示。從電平轉(zhuǎn)換電路312和313輸出的時(shí)分選擇信號(hào)和塊選擇信號(hào)通過(guò)多條線路組成的總線線路306和307向加熱器排列方向引導(dǎo)。
來(lái)自總線線路306和307的時(shí)分選擇信號(hào)和塊選擇信號(hào)分別連接到作為驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列308的組成部分的各驅(qū)動(dòng)選擇電路。驅(qū)動(dòng)選擇電路的導(dǎo)通和關(guān)斷由來(lái)自總線線路306和307的信號(hào)決定。當(dāng)執(zhí)行油墨的排出操作時(shí)，施加用于導(dǎo)通所需的驅(qū)動(dòng)選擇電路的總線線路的信號(hào)，且從驅(qū)動(dòng)選擇電路輸出該信號(hào)，以導(dǎo)通相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。已經(jīng)變?yōu)閷?dǎo)通的驅(qū)動(dòng)電路使電流通過(guò)相應(yīng)加熱器，使得該加熱器通過(guò)所流過(guò)的電流而被加熱，并且執(zhí)行油墨起泡和排出操作。
圖8是示出從上述驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列308和驅(qū)動(dòng)電路陣列309抽取出的、對(duì)應(yīng)于加熱器陣列310中的任意加熱器的驅(qū)動(dòng)選擇電路和驅(qū)動(dòng)電路的電路圖。
如上所述，來(lái)自裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304和塊選擇電路305的各輸出信號(hào)由電平轉(zhuǎn)換電路312和313進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以便使電壓VDDM的信號(hào)幅度高于輸入信號(hào)幅度VDD?？偩€線路306和307引導(dǎo)信號(hào)幅度為電壓VDDM的信號(hào)。
各電路元件408a到408d分別是在VDDM電位下操作的高耐壓裝置，并且構(gòu)造驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列308中對(duì)應(yīng)于一個(gè)加熱器的驅(qū)動(dòng)選擇電路(或非門(mén))。該或非門(mén)的輸出連接到NMOS晶體管409的柵極，該NMOS晶體管409是用于執(zhí)行各加熱器的導(dǎo)通和關(guān)斷控制的驅(qū)動(dòng)電路。通過(guò)如下流程的操作，此段變?yōu)閷?dǎo)通。
首先，來(lái)自裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304和塊選擇電路305的輸出信號(hào)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路312和313，使它們的輸出信號(hào)幅度被電平轉(zhuǎn)換為VDDM。在此，在不選擇相應(yīng)裝置和塊的情況下，來(lái)自裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304和塊選擇電路305的各輸出信號(hào)向總線線路輸出Hi電平的VDDM電位，并且在選擇它們的情況下，向總線線路輸出Lo電平的0V。
因此，在未被選擇的段的情況下，從總線線路306和307輸入到或非門(mén)的信號(hào)中的至少之一是VDDM電位。由于VDDM電位輸入到至或非門(mén)的至少一個(gè)輸入，其輸出電位成為0V，晶體管409不導(dǎo)通，且沒(méi)有加熱器電流通過(guò)。當(dāng)來(lái)自總線線路306和307的輸入信號(hào)都成為0V時(shí)，或非門(mén)的輸出變?yōu)閂DDM電位。從而，晶體管409變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，且加熱器電流從加熱器電源電位VH經(jīng)由加熱器410通過(guò)。有電流通過(guò)的加熱器產(chǎn)生油墨起泡和排出所需的熱。
只有在或非門(mén)的所有輸入信號(hào)變?yōu)?V的情況下，其輸出才成為Hi。因此，或非門(mén)可以單獨(dú)控制加熱器電流驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管409。在使用與非門(mén)的情況下，只有當(dāng)輸入到與非門(mén)的所有輸入信號(hào)成為Hi(VDDM)的情況下，輸出才成為L(zhǎng)o。因此，為了用與非門(mén)的計(jì)算結(jié)果控制加熱器電流驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管，進(jìn)一步插入用于執(zhí)行“非”計(jì)算的反相器變得必要，以使得每段裝置的數(shù)目增加。因此，當(dāng)以高密度布置選擇電路時(shí)，這會(huì)是一個(gè)障礙。
更具體地，當(dāng)2-輸入或非門(mén)的來(lái)自裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304和塊選擇電路305的兩個(gè)輸出信號(hào)均為L(zhǎng)o電平時(shí)，2-輸入或非電路408的輸出信號(hào)成為Hi電平，使得輸出直接施加在NMOS晶體管409的柵極上，以導(dǎo)通NMOS晶體管409。
假設(shè)用2-輸入與非門(mén)代替2-輸入或非門(mén)的情況。
當(dāng)通過(guò)2-輸入與非門(mén)用來(lái)自裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路和塊選擇電路的信號(hào)選擇任意裝置時(shí)，輸入Hi信號(hào)作為從裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路和塊選擇電路至與非電路的信號(hào)。更具體地，第一次，當(dāng)來(lái)自裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路和塊選擇電路的信號(hào)均變?yōu)镠i時(shí)，輸出Lo作為與非門(mén)電路的輸出信號(hào)。在此，在來(lái)自裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路和塊選擇電路的信號(hào)的一個(gè)或兩個(gè)信號(hào)變?yōu)長(zhǎng)o的情況下，與非電路的輸出信號(hào)變?yōu)镠i，且相關(guān)的與非電路不進(jìn)入選擇狀態(tài)。
在這種情況下，選擇狀態(tài)下的與非電路的輸出信號(hào)為L(zhǎng)o。即使在選擇狀態(tài)下，輸出信號(hào)直接施加到加熱器驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管的柵極以輸出Lo，在選擇狀態(tài)下它不能導(dǎo)通。為了在選擇狀態(tài)下導(dǎo)通它，在與非門(mén)電路的輸出和加熱器驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管之間插入非電路(反相器)成為必要。
因而，在將電平為Hi的選擇信號(hào)輸入到與非電路的情況下，在與非門(mén)電路和加熱器驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管之間插入非電路是必要的。根據(jù)將電平為L(zhǎng)o的選擇信號(hào)輸入到或非電路的此實(shí)施例，可能將或非電路的輸出信號(hào)直接施加到加熱器驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管，以便控制加熱器電流。也可能消除在與非電路構(gòu)造中為必要的非電路，以便實(shí)現(xiàn)更少數(shù)目裝置的構(gòu)造。
當(dāng)在此驅(qū)動(dòng)加熱器驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管時(shí)，作為其驅(qū)動(dòng)電壓所施加的電壓越高，可通過(guò)的加熱器電流變得越大。因此，希望用高耐壓的MOS晶體管構(gòu)成或非電路。更具體地，對(duì)于NMOS晶體管，希望使用與加熱器驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管相同構(gòu)造的晶體管，以便允許控制高電源電壓。
NMOS晶體管409用于加熱器電流驅(qū)動(dòng)，這是因?yàn)?，由于NMOS晶體管一般使用比空穴遷移性更高的電子作為載流子，所以它的單位區(qū)域的導(dǎo)通電阻可比PMOS晶體管的要低。更具體地，通過(guò)在加熱器的驅(qū)動(dòng)電路上使用其溝道的載流子為電子的場(chǎng)效應(yīng)晶體管而降低導(dǎo)通電阻。
進(jìn)一步地，加熱器驅(qū)動(dòng)晶體管控制大電流，因?yàn)樗枰眉訜崞鳟a(chǎn)生油墨排出所需的熱。在很多情況下，MOS晶體管采用功率MOS晶體管的結(jié)構(gòu)。存在各種結(jié)構(gòu)的功率MOS晶體管。然而，一般的大電流控制功率MOS晶體管使用其襯底電位是源極或漏極的雙擴(kuò)散結(jié)構(gòu)MOS晶體管(DMOS晶體管)。
將描述關(guān)于用N型溝道執(zhí)行電流控制的NMOS晶體管情況下的雙擴(kuò)散結(jié)構(gòu)晶體管。圖21示出了橫向雙擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的MOS晶體管的剖面模型視圖。
在此，n擴(kuò)散層2101形成在p型硅襯底2100上。P型擴(kuò)散層2102進(jìn)一步擴(kuò)散并形成為達(dá)到n擴(kuò)散層2010中的p型硅襯底2100的深度。n+層2103和2104擴(kuò)散并形成在橫過(guò)柵極電極2105與所擴(kuò)散并形成的2102相對(duì)的位置上。
在此，參考標(biāo)號(hào)2104表示漏極，且2103表示源極電極。
如果在將電壓施加在源極電極和漏極電極之間的狀態(tài)下，將正電位施加在柵極電極2105，則形成了溝道，并且電流在參考標(biāo)號(hào)2106所指示的區(qū)域(溝道形成區(qū)域2106)中流過(guò)。
此結(jié)構(gòu)的晶體管需要用源極電極和在其中形成溝道的p型擴(kuò)散層2102之間的近似為0的電位差來(lái)驅(qū)動(dòng)。
這是因?yàn)?，由于n+層2103和p型擴(kuò)散層2102是雜質(zhì)濃度相對(duì)高的雜質(zhì)擴(kuò)散層，很難充分保證p-n結(jié)的反向耐受阻抗。
用作為相同電位的源極和襯底之間的耐受阻抗來(lái)驅(qū)動(dòng)這種DMOS晶體管是必要的。
在通過(guò)使用此DMOS晶體管來(lái)構(gòu)造選擇電路的情況下，在或非電路的情況下，如圖8所示，可能將兩個(gè)NMOS晶體管的源極電位設(shè)定為襯底電位。另一方面，為了構(gòu)造與非電路，在輸出節(jié)點(diǎn)和襯底電位之間串聯(lián)兩個(gè)NMOS晶體管是必要的，因此一個(gè)NMOS的源極電位不會(huì)固定為襯底電位。
通過(guò)使用或非電路作為用于驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管409的柵極的電路，降低裝置的數(shù)目并且減少布局面積變得可能。也可能具有這種配置通過(guò)用具有高耐受阻抗的DMOS構(gòu)造或非電路，而將源極電位固定為襯底電位。
進(jìn)一步地，圖8所示的電路是利用CMOS(互補(bǔ)MOS晶體管)的或非門(mén)，并且包括具有串聯(lián)PMOS晶體管的構(gòu)造。更具體地，如圖8所示，或非門(mén)由具有PMOS晶體管408b和NMOS晶體管408a的CMOS結(jié)構(gòu)以及具有PMOS晶體管408d和NMOS晶體管408c的CMOS結(jié)構(gòu)形成。并且PMOS晶體管408b和PMOS晶體管408d進(jìn)一步串聯(lián)。由于此配置，可獲得圖5中所描述的電阻208l的功能，即，使加熱器電流的陡峭上升沿變得緩和的效果。更具體地，構(gòu)成或非門(mén)的各PMOS晶體管從電源電位到輸出節(jié)點(diǎn)串聯(lián)連接。因此，輸出從Lo改變到Hi時(shí)，導(dǎo)通電阻可以比使用由柵極寬度和柵極長(zhǎng)度相同的PMOS和NMOS晶體管組成的反相器(圖5中由PMOS晶體管208k和NMOS晶體管208j形成的反相器)的情況下更高。通過(guò)由串聯(lián)的PMOS晶體管408b和408d引起的導(dǎo)通電阻，以及加熱器驅(qū)動(dòng)晶體管409的柵極電容時(shí)間常數(shù)，緩和了加熱器電流的陡峭上升沿，以便允許抑制由噪聲引起的故障。更具體地，在圖5中，可消除為了緩和電流的陡峭上升沿而布置的電阻208l，或者用具有較小裝置區(qū)域的低電阻裝置代替電阻208l，以便允許各驅(qū)動(dòng)控制電路的高密度布置。
如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例，可能降低在每個(gè)段上布置的高耐受阻抗裝置的數(shù)目，以便以高密度布置頭基板301所需的各電路，而不增加芯片尺寸。還可能通過(guò)對(duì)應(yīng)于以高密度布置的加熱器選擇電路來(lái)布置加熱器，來(lái)實(shí)現(xiàn)高密度加熱器布置。更具體地，可能提供能夠選擇性驅(qū)動(dòng)以高密度布置于其中的各加熱器的電路構(gòu)造，而不增加芯片尺寸。
根據(jù)第一實(shí)施例，電平轉(zhuǎn)換電路312和313分別連接到裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304和塊選擇電路305的輸出。對(duì)于第二實(shí)施例，將給出關(guān)于用來(lái)將電平轉(zhuǎn)換電路連接到裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路和塊選擇電路的輸入側(cè)的構(gòu)造的描述。
圖9是示意性地示出根據(jù)第二實(shí)施例的頭基板301’的電路構(gòu)造例子和電信號(hào)流的電路框圖。如同第一實(shí)施例，圖9所示的電路塊以油墨供應(yīng)端口311為中心對(duì)稱(chēng)地布置。構(gòu)成此電路塊的元件有由橫過(guò)油墨供應(yīng)端口311的多個(gè)加熱器組成的加熱器陣列310、用于使電流通過(guò)各加熱器的驅(qū)動(dòng)電路陣列309、用于控制驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列308、用于產(chǎn)生將要傳送到驅(qū)動(dòng)選擇電路陣列的各信號(hào)的裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路504和塊選擇電路505、用于處理從焊盤(pán)302輸入的各信號(hào)的輸入電路303。
第二實(shí)施例在關(guān)于將與輸入信號(hào)的電壓幅度相同的第一電源電壓幅度轉(zhuǎn)換成更高的第二電源電壓幅度的電平轉(zhuǎn)換電路的插入位置方面與第一實(shí)施例不同。根據(jù)第二實(shí)施例，電平轉(zhuǎn)換電路512和513連接到輸入電路303的輸出側(cè)，并且裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路504和塊選擇電路505連接到電平轉(zhuǎn)換電路512和513的后級(jí)。根據(jù)第一實(shí)施例，裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304和塊選擇電路305在第一電源電壓(VDD)下操作，并且對(duì)于從這些電路輸出的輸出信號(hào)，插入電平轉(zhuǎn)換電路312和313以將信號(hào)幅度轉(zhuǎn)換為第二電源電壓(VDDM)。根據(jù)第二實(shí)施例，對(duì)于從輸入電路303輸出的輸出信號(hào)，插入電平轉(zhuǎn)換電路512和513，以將信號(hào)幅度轉(zhuǎn)換為第二電源電壓(VDDM)，同時(shí)，裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路504和塊選擇電路505在第二電源電壓(VDDM)下操作。
可能通過(guò)采用第二實(shí)施例的這種配置，例如在塊選擇電路是用于展開(kāi)輸入信號(hào)的解碼器的情況下，抑制布局面積變得更大的電平轉(zhuǎn)換電路的規(guī)模。例如，對(duì)考慮以下情況其中，該選擇電路具有從4比特輸入信號(hào)選擇十六條信號(hào)線路之一并且輸出該信號(hào)的解碼器。圖10示出第二實(shí)施例的電平轉(zhuǎn)換電路513和塊選擇電路505的電路構(gòu)造。圖11示出了第一實(shí)施例的電平轉(zhuǎn)換電路313和塊選擇電路305的電路構(gòu)造。
為了通過(guò)4比特輸入信號(hào)從十六條總線線路中選擇任意一條線路，將四個(gè)輸入信號(hào)的Hi/Lo邏輯連接到十六個(gè)4-輸入與門(mén)以使得四個(gè)輸入信號(hào)的Hi/Lo邏輯相互不同是必要的。第二實(shí)施例的解碼器將4比特輸入信號(hào)從輸入電路601的輸出連接到四個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路513a到513d。該輸出和由反相器603a到603d對(duì)其邏輯進(jìn)行反向的信號(hào)被連接到十六個(gè)與門(mén)604a到604p，使得它們變得彼此不同。在此，電平轉(zhuǎn)換電路513a到513d的輸出電壓是高于第一電源電壓的第二電源電壓，其中該第一電源電壓是輸入信號(hào)的電源電壓。因此，反相器603a到603d和與門(mén)604a到604p在第二電源電壓下操作。由于這種構(gòu)造，要布置四個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路。
為了方便的緣故，圖10是使用與門(mén)604a到604p的電路圖。然而如前所述，希望以用于輸入負(fù)邏輯的或非門(mén)來(lái)構(gòu)成圖10的與門(mén)604a到604p。
另一方面，圖11所示的第一實(shí)施例的構(gòu)造直到塊選擇電路305為止都在第一電源電壓下操作。因此，向作為塊選擇電路305的輸出的十六條總線線路的每一條，即十六個(gè)與門(mén)704a到704p的每個(gè)輸出，提供電平轉(zhuǎn)換電路313a到313p是必要的。根據(jù)上述的第二實(shí)施例，有可能如上所述地將電平轉(zhuǎn)換電路的數(shù)目降低為圖11所示的第一實(shí)施例的四分之一，以便減少各裝置的數(shù)目。
也可能以用于輸入負(fù)邏輯的或非門(mén)實(shí)施圖11的與門(mén)，或者通過(guò)向用于輸入正邏輯的與非門(mén)添加反相器來(lái)實(shí)施它們。
由于電平轉(zhuǎn)換電路512和513布置在裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路504和塊選擇電路505的前級(jí)，要求構(gòu)成裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路504和塊選擇電路505的各裝置具有高耐壓，以使得裝置區(qū)域變大。因此，應(yīng)該考慮由于減少用于電平轉(zhuǎn)換電路所需的裝置數(shù)目而造成的電路面積降低和使電路504和505的耐壓更高的情況下而電路面積增加之間的平衡，從而做出關(guān)于電平轉(zhuǎn)換電路512和513應(yīng)該布置在電路504和505的前級(jí)還是后級(jí)的決定。
例如，如果裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路504的輸入和輸出信號(hào)線路的數(shù)目保持不變，將電平轉(zhuǎn)換電路512布置在裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路504的后級(jí)是有益的。這是因?yàn)檠b置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路504可以由低耐壓的裝置構(gòu)成，這在較高密度的實(shí)施方面有益。因此，在這種情況下，塊選擇電路505應(yīng)該使各電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)置在其前級(jí)，并且裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路504應(yīng)該使各電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)置在其后級(jí)。當(dāng)然，也可能將各電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)置在各電路之一(例如塊選擇電路)的前級(jí)，并且將它們?cè)O(shè)置在其他電路(例如裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路)的后級(jí)。
如上所述，根據(jù)第二實(shí)施例，除了第一實(shí)施例的效果以外，還可進(jìn)一步減少與塊選擇電路和裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路有關(guān)的電路面積。
圖12是用于描述根據(jù)第三實(shí)施例的噴墨記錄頭基板(此后稱(chēng)為頭基板301)的電路框圖和示意性地示出電信號(hào)流的圖。頭基板301是第一實(shí)施例(圖7)中所示的頭基板。圖12示出了關(guān)于以圖7的油墨供應(yīng)端口111為中心對(duì)稱(chēng)的一個(gè)電路塊組的各電路塊功能和信號(hào)流。頭基板301對(duì)應(yīng)于圖19中的上述頭基板301。例如油墨供應(yīng)端口、加熱器陣列以及驅(qū)動(dòng)電路的各電路塊的布置與第一實(shí)施例(圖7)中所示的構(gòu)造相同，因此將省略其描述。
在圖12中，包含將要施加在焊盤(pán)302上的圖像數(shù)據(jù)的信號(hào)通過(guò)輸入電路303連接到構(gòu)成內(nèi)部電路的塊選擇電路305。塊選擇電路305的輸出信號(hào)的一部分被提供到裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304。裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304的輸出信號(hào)經(jīng)由電平轉(zhuǎn)換電路312，作為時(shí)分選擇信號(hào)提供給多個(gè)加熱器驅(qū)動(dòng)塊331。
與用于輸入圖像數(shù)據(jù)的同步信號(hào)(時(shí)鐘)同步的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)被輸入到塊選擇電路304。塊選擇電路304基于圖像數(shù)據(jù)信號(hào)產(chǎn)生用于選擇加熱器驅(qū)動(dòng)塊1到8(331)的塊選擇信號(hào)。塊選擇電路304產(chǎn)生的塊選擇信號(hào)經(jīng)由電平轉(zhuǎn)換電路313提供給加熱器驅(qū)動(dòng)塊331。由塊選擇信號(hào)確定加熱器驅(qū)動(dòng)塊331的每一個(gè)是否有效。塊選擇信號(hào)所選的(確定為有效的)加熱器驅(qū)動(dòng)塊根據(jù)來(lái)自裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路402的時(shí)分選擇信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)加熱器。更具體地，要驅(qū)動(dòng)的加熱器由塊選擇信號(hào)和時(shí)分選擇信號(hào)的與邏輯確定。
如上所述，根據(jù)此實(shí)施例，從塊選擇電路塊305和裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304輸出的選擇信號(hào)和時(shí)分選擇信號(hào)由電平轉(zhuǎn)換電路313和312進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換(從第一電源電壓轉(zhuǎn)換為第二電源電壓)，并且接著，這些信號(hào)被傳送到加熱器驅(qū)動(dòng)塊331。在與輸入信號(hào)幅度電位相同的第一電源電壓下驅(qū)動(dòng)的電路是由矩形321圍住的電路塊。在高于電平轉(zhuǎn)換后的第一電源電壓的第二電源電壓下被驅(qū)動(dòng)的電路是由矩形322圍住的電路塊。電平轉(zhuǎn)換電路313和312具有與上述圖6中的電平轉(zhuǎn)換電路相同的電路構(gòu)造(電路部分205a和205b)。
電路部分305a(塊選擇電路305和電平轉(zhuǎn)換電路313)和電路部分304a(裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304和電平轉(zhuǎn)換電路312)都在末級(jí)設(shè)置有電平轉(zhuǎn)換電路。然而如第二實(shí)施例所述，它們也可以具有各電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)置在前級(jí)的構(gòu)造。
通過(guò)將電平轉(zhuǎn)換電路313和312設(shè)置在緊接著塊選擇電路305或裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304的輸出之后，根據(jù)此實(shí)施例的頭基板301執(zhí)行電平轉(zhuǎn)換。更具體地，雖然圖3所示的一般電路構(gòu)造需要如圖4所示地為每個(gè)加熱器驅(qū)動(dòng)塊206設(shè)置電平轉(zhuǎn)換電路205(圖6)，通過(guò)采取此實(shí)施例的構(gòu)造，為每個(gè)加熱器布置電平轉(zhuǎn)換電路變得不再必要。從而，如第一和第二實(shí)施例那樣，可能獲得電路密度更高且布局面積減少的效果。
將使用圖13對(duì)圖11所示的電路塊進(jìn)行補(bǔ)充描述。來(lái)自塊選擇電路305和裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304的輸出信號(hào)由電平轉(zhuǎn)換電路312和313從第一電源電壓經(jīng)電平轉(zhuǎn)換到第二電源電壓，并且被輸入到加熱器驅(qū)動(dòng)塊331。對(duì)于第一實(shí)施例，加熱器驅(qū)動(dòng)塊331具有加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管409和2-輸入或非門(mén)408，用于對(duì)應(yīng)于放置于其中的每個(gè)加熱器410而選擇性地驅(qū)動(dòng)加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管409。在此示出的例子中，當(dāng)從塊選擇電路305和裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304輸入到2-輸入或非門(mén)408的輸入信號(hào)都變?yōu)檫壿嫷碗娖?此后稱(chēng)為L(zhǎng)o)時(shí)，2-輸入或非門(mén)408的輸出變?yōu)檫壿嫺唠娖?此后稱(chēng)為Hi)。由于加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管是NMOS，當(dāng)2-輸入或非門(mén)408的輸出是Hi時(shí)，它變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。因此，當(dāng)2-輸入或非門(mén)408的輸出是Hi時(shí)，通過(guò)使第二電源電壓施加到加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管409的柵極，加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管409變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，以使得電流通過(guò)加熱器410。
作為這些例子中的電源電壓的值的例子，第一電源電壓是3V到5V左右，且第二電源電壓是10V到30V左右。根據(jù)第三實(shí)施例，使用2-輸入或非門(mén)408。因此，向電平轉(zhuǎn)換電路312和313的輸出級(jí)中的圖6所示的各電路添加反相器，并且反向各信號(hào)輸出(塊選擇信號(hào)和時(shí)分驅(qū)動(dòng)選擇信號(hào))(參照?qǐng)D13)。
上述2-輸入或非門(mén)408的詳細(xì)電路構(gòu)造的例子如圖8所示。如上所述，2-輸入或非門(mén)408將電平轉(zhuǎn)換之后的塊選擇信號(hào)和時(shí)分選擇信號(hào)作為輸入。各電路元件408a到408d分別是在第二電源電壓電位(VDDM)下操作高耐壓裝置，并且構(gòu)成對(duì)應(yīng)于一個(gè)加熱器的驅(qū)動(dòng)選擇電路(或非門(mén))。或非門(mén)408的輸出連接到NMOS晶體管409的柵極，該NMOS晶體管409是用于執(zhí)行各加熱器的導(dǎo)通和關(guān)斷控制的驅(qū)動(dòng)電路。用于導(dǎo)通此段的操作如參照第一實(shí)施例中的圖8進(jìn)行的描述。
在根據(jù)第三實(shí)施例的頭基板的電路中，與第一實(shí)施例相同，由兩種電源電壓，即，作為輸入信號(hào)的電壓幅度的第一電源電壓以及將要施加到用于控制加熱器電流的MOS晶體管的柵極的較高的第二電源電壓來(lái)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)控制。第一電源電壓的驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號(hào)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為第二電源電壓的信號(hào)幅度。如上所述，在緊接著塊選擇電路305和裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304之后(在加熱器驅(qū)動(dòng)塊的前級(jí))執(zhí)行電平轉(zhuǎn)換的配置中，應(yīng)該為塊信號(hào)線路和數(shù)據(jù)信號(hào)線路的每一個(gè)布置電平轉(zhuǎn)換電路。因此，不必要像常規(guī)構(gòu)造一樣為每個(gè)比特布置電平轉(zhuǎn)換電路。從而，與圖3和圖4所示的電路構(gòu)造相比，可能獲得電路密度更高和布局面積減小的效果。
另一方面，為了將已經(jīng)執(zhí)行電平轉(zhuǎn)換的信號(hào)傳送給每個(gè)比特，將電平轉(zhuǎn)換后的高電壓幅度的邏輯信號(hào)向著基板的加熱器陣列排列方向引導(dǎo)變得必要。更具體地，用于攜帶高電壓幅度的邏輯信號(hào)的多條信號(hào)線路沿加熱器陣列選擇路徑。對(duì)于近來(lái)的打印機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)高速和高質(zhì)量記錄，噴嘴數(shù)目增加，并且打印寬度延伸。伴隨著加熱器陣列的比特?cái)?shù)目增加，存在沿排列方向上加熱器陣列的長(zhǎng)度伸長(zhǎng)的趨勢(shì)。與之相關(guān)聯(lián)地，在緊接著移位寄存器或解碼器之后執(zhí)行電平轉(zhuǎn)換的配置中，存在使得用于將電平轉(zhuǎn)換后的高電壓幅度的邏輯信號(hào)向基板的加熱器陣列的排列方向引導(dǎo)的線路長(zhǎng)度伸長(zhǎng)的趨勢(shì)。
如上所述在沿加熱器陣列為10V到30V左右的高電源電壓幅度的信號(hào)線路選擇路徑時(shí)，可能存在作為連線到柵極的寄生MOS晶體管的場(chǎng)MOS晶體管的溝道反型，導(dǎo)致電路故障。從而，希望采取應(yīng)對(duì)這種故障的對(duì)策。
發(fā)生這種故障的情況是寄生MOS晶體管在作為襯底的不同電位層的n型襯底(n阱)區(qū)域和p型襯底(p阱)區(qū)域之間的邊界部分變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)的情況。在這種情況下，電隔離的n阱和p阱被置于導(dǎo)通狀態(tài)，以至于引起故障。在一般情況下，用于導(dǎo)通寄生MOS晶體管的布線通常是多個(gè)布線層中最接近襯底的層中的布線層。距離襯底較遠(yuǎn)的上層中形成的布線層具有由層間膜保持的一定距離，以使得很難導(dǎo)通寄生MOS晶體管。
因此，希望在n阱和p阱之間的邊界上消除接近襯底的布線層中的交叉，并且在切換到更高布線層之后執(zhí)行該交叉。然而，為了此目的，此布線切換部分需要確保布局面積，這導(dǎo)致芯片尺寸增加。形成用于切換布線層的觸點(diǎn)也是必要的，因此增加了觸點(diǎn)電阻，導(dǎo)致信號(hào)傳播延遲的可能。
圖14A和14B是示出用于實(shí)施圖8所示的電路的基板的布局例子的圖。圖14A和14B示出了如下構(gòu)造其中，用于形成各PMOS裝置的n阱區(qū)域710形成在p型襯底上，并且通過(guò)切換到n阱710和p阱709之間邊界上的上層中的布線層，防止了寄生MOS晶體管造成的故障。圖14A示出了此布局的頂視圖，且圖14B示出了布局頂視圖中A到A’的剖視圖。
此布局抽取并示出了圖8和13中所示的加熱器驅(qū)動(dòng)塊中的任意2-輸入或非門(mén)408，以及輸入到2-輸入或非門(mén)408的各輸入信號(hào)線路。在此，在信號(hào)線路707中，傳送通過(guò)對(duì)來(lái)自塊選擇電路305和裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304的輸出信號(hào)由電平轉(zhuǎn)換電路313和312進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換為第二電源電壓幅度而獲得的信號(hào)。
如上所述，此實(shí)施例是p型襯底上形成CMOS晶體管的例子。從而，為了形成各PMOS晶體管，形成n阱區(qū)域710。參考標(biāo)號(hào)701表示各NMOS晶體管(圖8的408a和408c)的柵極，并且參考標(biāo)號(hào)702表示各PMOS晶體管(圖8的408b和408d)的柵極，它們由多晶硅層704形成。各MOS晶體管的柵極形成在多晶硅層704與裝置形成區(qū)域711交叉的區(qū)域中。在圖14A和14B中，為了簡(jiǎn)化圖的目的，沒(méi)有示出各MOS晶體管的源極和漏極區(qū)域。線路Al與源極和漏極之間的連導(dǎo)通過(guò)擴(kuò)散層觸點(diǎn)712進(jìn)行。
為了將來(lái)自信號(hào)線路707的輸入信號(hào)施加在2-輸入或非門(mén)408的柵極，使電源線路706與多晶硅層交叉是必要的。在此，在電源線路706與信號(hào)線路707之間存在n阱區(qū)域和p阱區(qū)域的阱邊界713。因此，如果阱邊界713在多晶硅層中交叉，有可能導(dǎo)通其柵極為多晶硅層的寄生MOS晶體管，使得通過(guò)異常電流并且引起故障。因此，作為其構(gòu)造，通過(guò)切換到比多晶硅層距離襯底更遠(yuǎn)的Al布線層705來(lái)與阱邊界713交叉。在此切換部分中，多晶硅層和Al布線層之間的觸點(diǎn)形成區(qū)域是必要的，因此占據(jù)預(yù)定的布局面積。
對(duì)于第三實(shí)施例，將給出關(guān)于用于通過(guò)降低所安裝的切換部分的數(shù)目而進(jìn)一步減少芯片尺寸的頭基板的描述。
圖15A和15B是示出已經(jīng)描述了根據(jù)此實(shí)施例的故障防止措施的基板的布局例子的圖。圖15A示出了布局的頂視圖，且圖15B示出了布局頂視圖中A到A’的剖視圖。此實(shí)施例示出了在p型襯底上形成CMOS晶體管，并且使用在10V到30V左右的高電源電壓下操作的2-輸入或非門(mén)408以選擇性驅(qū)動(dòng)加熱器410的例子。更準(zhǔn)確地說(shuō)，圖15A和15B所示的布局表示了用于將輸出到在加熱器陣列的加熱器排列方向上延伸的信號(hào)線路807的信號(hào)輸入到對(duì)應(yīng)于各加熱器布置的2-輸入或非門(mén)408的部分的布局。在信號(hào)線路807上施加各信號(hào)，這些信號(hào)是使從塊選擇電路305和裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路304輸出的邏輯信號(hào)的幅度電平由電平轉(zhuǎn)換電路313和312進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換為高于輸入信號(hào)的幅度電平的第二電源電壓而獲得的信號(hào)。
圖15A和15B的2-輸入或非門(mén)408是從對(duì)應(yīng)于各加熱器在加熱器排列方向上布置為陣列狀的2-輸入或非門(mén)中抽取出的一個(gè)。參考標(biāo)號(hào)801表示各NMOS晶體管(圖8的408a和408c)的柵極，且參考標(biāo)號(hào)802表示各PMOS晶體管(圖8的408b和408d)的柵極，它們由多晶硅層804形成。各MOS晶體管的柵極形成在多晶硅層804與裝置形成區(qū)域811交叉的區(qū)域。在圖15A和15B中，為了簡(jiǎn)化圖的目的，未示出各MOS晶體管的源極和漏極區(qū)域。線路Al與源極和漏極之間的連導(dǎo)通過(guò)擴(kuò)散層觸點(diǎn)812進(jìn)行。
施加在各NMOS晶體管和各PMOS晶體管的柵極上的信號(hào)是從信號(hào)線路807施加的。各信號(hào)線路807是沿加加熱器排列方向被選擇路徑的多條線路。在加熱器排列方向上布置為陣列狀的2-輸入或非門(mén)408連接到多條信號(hào)線路中的任意兩條信號(hào)線路，并且當(dāng)從該兩條信號(hào)線路施加的信號(hào)都成為L(zhǎng)o時(shí)，使其輸出成為Hi。進(jìn)一步地，2-輸入或非門(mén)408的輸出連接到NMOS型加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管409。至于驅(qū)動(dòng)2-輸入或非門(mén)408的功率源，GND線路803布置在各NMOS晶體管側(cè)，并且電源線路806布置在各PMOS晶體管側(cè)。
為了將來(lái)自信號(hào)線路807的信號(hào)施加在2-輸入或非門(mén)605的各PMOS和NMOS晶體管上，需要與其他信號(hào)線路和電源線路交叉。根據(jù)此實(shí)施例，通過(guò)Al布線層805形成信號(hào)線路和電源線路。從而在交叉處，它們通過(guò)布線層間觸點(diǎn)808連接到作為另一布線層的多晶硅布線層804，以便連接到各MOS晶體管的柵極。
在構(gòu)成用于選擇性驅(qū)動(dòng)各加熱器的CMOS晶體管電路(此實(shí)施例中的2-輸入或非門(mén)408)的各MOS晶體管中，通過(guò)在各驅(qū)動(dòng)晶體管側(cè)將GND線路803夾在形成與加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管409類(lèi)型相同的溝道的各晶體管(此例中的NMOS晶體管408a和408c)和各驅(qū)動(dòng)晶體管之間，從而布置該形成與加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管409類(lèi)型相同的溝道的各晶體管。另一方面，用于輸入到2-輸入或非門(mén)的各信號(hào)線路807以及形成與各驅(qū)動(dòng)MOS晶體管不同類(lèi)型的溝道的各晶體管(PMOS晶體管408b和408d)通過(guò)夾著電源線路806而進(jìn)行布置。
與GND電位(襯底電位)相同電位的p阱區(qū)域809形成在緊接著加熱器驅(qū)動(dòng)MOS晶體管409(未在圖1SA和15B中示出)、GND線路803和NMOS晶體管801下面的襯底層中。與電源電位(第二電源電壓)相同電位的n阱區(qū)域810形成在緊接著各PMOS晶體管802、電源線路805和各信號(hào)線路807下面的襯底層中。更具體地，與圖14A和14B的布局相比，n阱區(qū)域形成為延伸到各信號(hào)線807之下。
該n阱區(qū)域形成為包括各信號(hào)線路的低層807，并且延伸到轉(zhuǎn)換電路313的輸出部分。至于轉(zhuǎn)換電路313，如圖15，還希望將各PMOS晶體管布置在接近各信號(hào)線路807的位置，并且將n阱區(qū)域延伸到各轉(zhuǎn)換電路313中的各PMOS晶體管。
如果使用圖15A和15B中所示的布局，緊接著其中信號(hào)從各信號(hào)線路807傳送到2-輸入或非門(mén)408的PMOS晶體管408b和408d的信號(hào)施加路徑下面的、所有硅襯底電位都變?yōu)殡娫措娢坏膎阱層810。因此，n阱層810和p阱層809之間的邊界不再交叉。從而，切換到Al布線層805變得不再必要，因此可以降低布局面積。在2-輸入或非門(mén)408的輸入部分中，各信號(hào)線路切換到各NMOS晶體管408a和408c的一側(cè)中的多晶硅層，并且將各信號(hào)直接施加到NMOS驅(qū)動(dòng)器柵極。根據(jù)上述，各信號(hào)完全通過(guò)p阱層809上的多晶硅布線來(lái)選擇路徑，并且切換到Al布線不再必要。
由此，在圖15A和15B所示的布局中，電源電位的n阱層布置在緊接著常規(guī)上不布置n阱層的各信號(hào)線路807的下面。各信號(hào)線路807和構(gòu)成作為選擇電路的各CMOS晶體管的PMOS通過(guò)夾著電源線路806而布置，以使得將要在多晶硅層中被選擇路徑的其信號(hào)線路不同的阱邊界不再交叉。更具體地，作為應(yīng)對(duì)該區(qū)域中寄生MOS晶體管的策略的到Al布線的切換部分變得不再必要，因此可能實(shí)現(xiàn)噴墨記錄頭基板的布局面積減少并且不引起故障。
圖16A和16B是彼此對(duì)應(yīng)地示出用于描述第二實(shí)施例的布局的頂視圖，以及布局視圖中A到A’的剖視圖的圖。
根據(jù)第三實(shí)施例，如在常規(guī)情況下，執(zhí)行到Al布線的切換，作為應(yīng)對(duì)在PMOS和NMOS之間存在的阱邊界造成的寄生MOS晶體管的策略。與之相比，根據(jù)第四實(shí)施例，通過(guò)插入阱觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)對(duì)寄生MOS晶體管的策略。對(duì)于阱觸點(diǎn)，在PMOS和NMOS之間新形成裝置形成區(qū)域811’，并且在裝置形成區(qū)域811’中形成雜質(zhì)濃度高于各阱區(qū)域的n+擴(kuò)散區(qū)域913。n+擴(kuò)散區(qū)域913接觸經(jīng)由連接到電源線路806的各PMOS晶體管802的源極而延伸的Al布線層，并且連接到電源線路電位(10V到30V)。
在此實(shí)施例中，由于n+擴(kuò)散區(qū)域913(阱觸點(diǎn)、保護(hù)環(huán))的形成，特別是關(guān)于PMOS和NMOS之間的場(chǎng)MOS對(duì)策不存在的問(wèn)題。這是因?yàn)椋趫?chǎng)MOS的情況下，雖然在雜質(zhì)濃度低的阱層的表面周?chē)纬煞葱蛯樱曳葱蛯幼鳛闇系蓝l(fā)生故障，但是很難通過(guò)布置雜質(zhì)濃度高的區(qū)域作為阱觸點(diǎn)而在此區(qū)域形成反型層。從而，如果使用第四實(shí)施例的形式，多晶硅層跨騎著阱邊界布置就不再是個(gè)問(wèn)題。進(jìn)一步地，通過(guò)在NMOS晶體管和PMOS晶體管之間布置阱觸點(diǎn)，還可能同時(shí)確保應(yīng)對(duì)由電源噪聲引起的鎖定等的耐受能力。
在此，通過(guò)在n阱區(qū)域中布置電源電位的擴(kuò)散層而防止寄生MOS晶體管的影響。對(duì)于此雜質(zhì)區(qū)域，通過(guò)在p阱區(qū)域中布置襯底電位的擴(kuò)散層，或者布置這兩個(gè)擴(kuò)散層，都可能獲得相同效果。
各實(shí)施例中所指示的邏輯配置只是例子。例如，還可能具有代替2-輸入或非門(mén)408的與非門(mén)、反相器、復(fù)合門(mén)或這些門(mén)的組合的邏輯配置。第三和第四實(shí)施例的電路構(gòu)造的重要點(diǎn)之一是使得緊接著多條信號(hào)線路(807)下面的襯底層的阱區(qū)域類(lèi)型(p型或n型)與用于構(gòu)成鄰接該多條信號(hào)線路的裝置組的阱區(qū)域類(lèi)型相匹配。從而，可能消除圖14A和14B的阱邊界713，并且排除此部分中的布線切換部分。
如上所述，根據(jù)此實(shí)施例，可能降低布置在每段中的高耐壓裝置的數(shù)目，并且實(shí)現(xiàn)選擇電路的較高密度。
根據(jù)各實(shí)施例，可能減少電平轉(zhuǎn)換電路的規(guī)模，抑制基板尺寸的增加，并且簡(jiǎn)化電路構(gòu)造。還可能通過(guò)減少基板上形成的各裝置的數(shù)目而增加產(chǎn)量。進(jìn)一步地，通過(guò)這種基板尺寸的降低，可能消除故障并且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定操作。
由于可以不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍做出本發(fā)明的很多明顯廣泛不同的實(shí)施例，應(yīng)該理解，除了權(quán)利要求書(shū)中所定義的之外，本發(fā)明并不局限于其具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種噴墨記錄頭基板，該噴墨記錄頭基板上安裝了用于產(chǎn)生用來(lái)排出油墨的熱能的電熱變換器，和用于驅(qū)動(dòng)該電熱變換器的驅(qū)動(dòng)元件，該噴墨記錄頭基板包括第一電路部分，用于基于第一電壓幅度電平的輸入信號(hào)輸出選擇信號(hào)，用來(lái)選擇要以高于第一電壓的第二電壓幅度電平被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器；第二電路部分，其包括或非電路，用于從第一電路部分輸入選擇信號(hào)，并且在第二電壓的條件下控制對(duì)應(yīng)于要基于選擇信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器的驅(qū)動(dòng)元件；以及多條信號(hào)線路，用于在第一和第二電路部分之間傳送選擇信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的基板，其中第一電路部分以第二電壓幅度電平輸出用于選擇要被驅(qū)動(dòng)的塊的塊選擇信號(hào)，和用于根據(jù)圖像數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)要被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器的裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的每一個(gè)；以及第二電路部分包括或非電路，其用于輸入塊選擇信號(hào)和裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以及輸出為了控制驅(qū)動(dòng)元件的第二電壓幅度電平的控制信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的基板，其中通過(guò)互補(bǔ)MOS晶體管實(shí)施該或非門(mén)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的基板，其中由一個(gè)或更多場(chǎng)效應(yīng)晶體管構(gòu)成驅(qū)動(dòng)元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的基板，其中該或非門(mén)包括具有與構(gòu)成驅(qū)動(dòng)元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管相同的器件結(jié)構(gòu)的器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的基板，其中該驅(qū)動(dòng)元件包括具有使用電子作為載流子的溝道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的基板，其中驅(qū)動(dòng)元件包括溝道長(zhǎng)度由雜質(zhì)的擴(kuò)散長(zhǎng)度規(guī)定的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的基板，其中第一電路部分在用于產(chǎn)生塊選擇信號(hào)的電路的前級(jí)具有用于將第一電壓幅度電平的信號(hào)轉(zhuǎn)換成第二電壓幅度電平的信號(hào)的轉(zhuǎn)換部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的基板，其中第一電路部分在用于產(chǎn)生裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電路的前級(jí)具有用于將第一電壓幅度電平的信號(hào)轉(zhuǎn)換成第二電壓幅度電平的信號(hào)的轉(zhuǎn)換部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的基板，其中第二電路部分具有布置得接近驅(qū)動(dòng)元件陣列的、由與驅(qū)動(dòng)元件類(lèi)型相同的半導(dǎo)體器件組成的第一器件組，和布置在信號(hào)線路側(cè)的、由與驅(qū)動(dòng)元件類(lèi)型不同的半導(dǎo)體器件組成的第二器件組，其中，形成第二器件組的襯底層延伸到緊接多條信號(hào)線路的下面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的基板，其中驅(qū)動(dòng)元件和第一器件組由N型MOS晶體管構(gòu)成，第二器件組由P型MOS晶體管構(gòu)成，并且延伸到到緊接著多條信號(hào)線路下面的襯底層是被施加第二電壓的N型層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的基板，其中用于提供第二電壓的電源線路布置在第二器件組和多條信號(hào)線路之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的基板，其中在第一器件組和第二器件組之間設(shè)置與襯底電位導(dǎo)通的阱觸點(diǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的基板，其中在第一器件組和第二器件組之間設(shè)置與第二電壓的電源電位導(dǎo)通的阱觸點(diǎn)。
15.一種基板的電熱變換器的驅(qū)動(dòng)控制方法，該基板上安裝了用于產(chǎn)生用來(lái)排出油墨的熱能的電熱變換器，和用于驅(qū)動(dòng)該電熱變換器的驅(qū)動(dòng)元件，該方法包括如下步驟輸入第一電壓幅度電平的輸入信號(hào)；基于輸入信號(hào)輸出選擇信號(hào)，用于選擇要以高于第一電壓幅度電平的第二電壓幅度電平被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器；以及基于以第二電壓幅度電平輸出的信號(hào)，在第二電壓的條件下，通過(guò)使用或非電路控制對(duì)應(yīng)于要基于選擇信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器的驅(qū)動(dòng)元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中選擇信號(hào)包括用于選擇要被驅(qū)動(dòng)的塊的塊選擇信號(hào)，和用于根據(jù)圖像數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)要被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器的裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及在控制步驟中，通過(guò)將塊選擇信號(hào)和裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入到或非電路，獲得來(lái)自該或非電路的用于控制對(duì)應(yīng)于要被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器的驅(qū)動(dòng)元件的、第二電壓幅度電平的控制信號(hào)。
17.一種具有基板的噴墨記錄頭，包括用于排出油墨的排出口；對(duì)應(yīng)于排出口設(shè)置的電熱變換器；以及用于驅(qū)動(dòng)電熱變換器的驅(qū)動(dòng)元件，其中，該基板包括第一電路部分，用于基于第一電壓幅度電平的輸入信號(hào)輸出選擇信號(hào)，用來(lái)選擇要以高于第一電壓的第二電壓幅度電平被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器；第二電路部分，其包括或非電路，用于從第一電路部分輸入選擇信號(hào)，并且在第二電壓的條件下控制對(duì)應(yīng)于要基于選擇信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器的驅(qū)動(dòng)元件；以及多條信號(hào)線路，用于在第一和第二電路部分之間發(fā)送選擇信號(hào)。
18.一種噴墨記錄頭墨盒，包括具有基板的噴墨記錄頭，該噴墨記錄頭包括用于排出油墨的排出口，對(duì)應(yīng)于排出口設(shè)置的電熱變換器，和用于驅(qū)動(dòng)電熱變換器的驅(qū)動(dòng)電路；以及填充著將要提供給噴墨記錄頭的油墨的油墨罐，其中，該基板包括第一電路部分，用于基于第一電壓幅度電平的輸入信號(hào)輸出選擇信號(hào)，用來(lái)選擇要以高于第一電壓的第二電壓幅度電平被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器；第二電路部分，其包括或非電路，用于從第一電路部分輸入選擇信號(hào)，并且在第二電壓的條件下控制對(duì)應(yīng)于要基于選擇信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器的驅(qū)動(dòng)元件；以及多條信號(hào)線路，用于在第一和第二電路部分之間傳送選擇信號(hào)。
19.一種噴墨記錄設(shè)備，包括具有基板的噴墨記錄頭，該基板包括用于排出油墨的排出口、對(duì)應(yīng)于排出口設(shè)置的電熱變換器以及用于驅(qū)動(dòng)電熱變換器的驅(qū)動(dòng)電路；以及用于向噴墨記錄頭傳送控制信號(hào)的電路；其中，該基板包括第一電路部分，用于基于第一電壓幅度電平的輸入信號(hào)輸出選擇信號(hào)，用于選擇要以高于第一電壓的第二電壓幅度電平被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器；第二電路部分，其包括或非電路，用于從第一電路部分輸入選擇信號(hào)，并且在第二電壓的條件下控制對(duì)應(yīng)于要基于選擇信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器的驅(qū)動(dòng)元件；以及多條信號(hào)線路，用于在第一和第二電路部分之間傳送選擇信號(hào)。
全文摘要
一種噴墨記錄頭基板，該噴墨記錄頭基板上安裝了用于產(chǎn)生用來(lái)排出油墨的熱能的電熱變換器，和用于驅(qū)動(dòng)該電熱變換器的驅(qū)動(dòng)元件，該噴墨記錄頭基板包括第一電路部分，它用于基于第一電壓幅度電平的輸入信號(hào)輸出選擇信號(hào)，用于選擇將要以高于第一電壓的第二電壓幅度電平被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器；第二電路部分，它用于從第一電路部分輸入選擇信號(hào)，并且在第二電壓的條件下控制對(duì)應(yīng)于將要基于選擇信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)的電熱變換器的驅(qū)動(dòng)元件；以及多條信號(hào)線路，用于在第一和第二電路部分之間傳送選擇信號(hào)。
文檔編號(hào)B41J2/05GK1796125SQ2005100228
公開(kāi)日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者櫻井將貴, 古川達(dá)生, 渡邊秀則, 平山信之, 葛西亮 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社