BR112021014824A2

BR112021014824A2 - Matriz para cabeçote de impressão

Info

Publication number: BR112021014824A2
Application number: BR112021014824-8A
Authority: BR
Inventors: James Michael Gardner; Anthony M. Fuller; Michael W. Cumbie
Original assignee: Hewlett-Packard Development Company, L.P.
Priority date: 2019-02-06
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2021-10-05
Also published as: EP3710276B1; AU2019428624A1; WO2020162912A1; US20210354460A1; CN113423578A; AU2019428624B2; CA3126054C; EP3710276A1; MX2021009368A; CN113423578B; CA3126054A1; ES2904246T3; SA521422520B1; PL3710276T3; US11267243B2

Abstract

matriz para cabeçote de impressão. uma matriz para um cabeçote de impressão é descrita na presente invenção. a matriz inclui uma série de orifícios de alimentação de fluido dispostos em uma linha paralela a um eixo longitudinal da matriz, em que os orifícios de alimentação de fluido são formados através de um substrato da matriz. uma série de atuadores fluídicos estão próximos aos orifícios de alimentação de fluido, para ejetar o fluido recebido dos orifícios de alimentação de fluido. uma série de transistores de efeito de campo são paralelos aos orifícios de alimentação de fluido, onde cada um dos atuadores fluídicos é alimentado por um efeito de campo associado transistor. os circuitos lógicos para acionar a pluralidade de transistores de efeito de campo estão dispostos na matriz em um lado oposto dos orifícios de alimentação de fluido dos transistores de efeito de campo, em que traços, dispostos entre os orifícios de alimentação de fluido, acoplam eletricamente os circuitos lógicos ao transistores de efeito de campo. a matriz tem uma estrutura de repetição que compreende um orifício de alimentação de fluido, dois atuadores fluídicos e dois transistores de efeito de campo colocados em um intervalo de duas vezes um espaçamento entre pontos em uma linha ao longo da matriz.

Description

MATRIZ PARA CABEÇOTE DE IMPRESSÃO ANTECEDENTES

[0001] Um sistema de impressão, como um exemplo de um sistema de ejeção de fluido, pode incluir um cabeçote de impressão, um fornecimento de tinta que fornece tinta líquida ao cabeçote de impressão e um controlador eletrônico que controla o cabeçote de impressão. O cabeçote de impressão ejeta gotas de fluido de impressão através de uma pluralidade de bocais ou orifícios em um meio de impressão. Os fluidos de impressão adequadrilateralos podem incluir tintas e agentes para impressão bidimensional ou tridimensional. Os cabeçotes de impressão podem incluir cabeçotes de impressão térmicos ou piezo que são fabricados em bolachas de circuito impresso ou matrizes. A eletrônica de acionamento e os recursos de controle são fabricados primeiramente, em seguida, as colunas de resistores do aquecedor são adicionadas e, finalmente, as camadas estruturais, por exemplo, formadas a partir de epóxi fotossensível, são adicionadas e processadas para formar ejetores microfluídicos ou geradores de gota. Em alguns exemplos, os ejetores microfluídicos são dispostos em pelo menos uma coluna ou matriz de modo que a ejeção devidamente sequenciada de tinta dos orifícios faça com que os caracteres ou outras imagens sejam impressos no meio de impressão conforme o cabeçote de impressão e o meio de impressão são movidos em relação um ao outro.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0002] Certos exemplos são descritos na seguinte descrição detalhada e em referência aos desenhos, nos quais: A Figura 1 A é uma vista de um exemplo de uma matriz usada para um cabeçote de impressão; A Figura 1 B é uma vista ampliada de uma porção da matriz; A Figura 2A é uma vista de um exemplo de uma matriz usada para um cabeçote de impressão; A Figura 2B é uma vista ampliada de uma porção da matriz; A Figura 3A é um desenho de um exemplo de um cabeçote de impressão formado a partir de uma matriz preta que é montada em um composto de enchimento; A Figura 3B é um desenho de um exemplo de um cabeçote de impressão formado usando matrizes de cor, que pode ser usada para três cores de tinta; A Figura 3C mostra vistas em corte transversal dos cabeçotes de impressão, incluindo matrizes montadas através de seções sólidas e através de seções com orifícios de alimentação de fluido; A Figura 4 é um cartucho de impressora que incorpora as matrizes de cor descritas em relação à Figura 3B; A Figura 5 é um desenho de uma porção de um exemplo de uma matriz de cor mostrando as camadas usadas para formar a matriz de cor; As Figuras 6A e 6B são desenhos da matriz de cor mostrando uma vista de perto de um exemplo de um traço de polissilício conectando os circuitos lógicos da matriz de cor a FETs no lado da alimentação da matriz de cor; As Figuras 7A e 7B são desenhos da matriz de cor mostrando vistas de perto dos traços entre os orifícios de alimentação de fluido; As Figuras 8A e 8B são desenhos de uma micrografia eletrônica da seção entre dois orifícios de alimentação de fluido; A Figura 9 é um diagrama de fluxo de processo de um exemplo de um método para formar uma matriz; A Figura 10 é um diagrama de fluxo de processo de um exemplo de um método para formar componentes em uma matriz usando uma pluralidade de camadas; A Figura 11 é um diagrama de fluxo de processo de um exemplo de um método para formar circuitos em uma matriz com circuitos de acoplamento de traços em cada lado da matriz; A Figura 12 é um diagrama esquemático de um exemplo de um conjunto de quatro primitivas, denominado uma primitiva quadrilateral (quad); A Figura 13 é um desenho de um exemplo de uma configuração do circuito digital, mostrando a simplificação que pode ser alcançada por um único conjunto de circuitos de bocal; A Figura 14 é um desenho de um exemplo de uma matriz preta, mostrando o impacto do roteamento de slot cruzado na energia e no roteamento de energia; A Figura 15 é um desenho de um exemplo de uma planta baixa de circuito para uma matriz de cor; A Figura 16 é outro desenho de um exemplo de uma matriz de cor; A Figura 17 é um desenho de um exemplo de uma matriz colorida que mostra uma estrutura de repetição; A Figura 18 é um desenho de um exemplo de uma matriz preta mostrando uma estrutura geral para a matriz; A Figura 19 é um desenho de um exemplo de uma matriz preta que mostra uma estrutura de repetição; A Figura 20 é um desenho de um exemplo de uma matriz preta mostrando um sistema para detecção de fissuras; A Figura 21 é uma vista expandida de um exemplo de um orifício de alimentação de fluido de uma matriz preta mostrando o traço de detecção de fissura encaminhado ao redor do orifício de alimentação de fluido; e A Figura 22 é um diagrama de fluxo de processo de um exemplo de um método para formar um traço de detecção de fissura.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE EXEMPLOS ESPECÍFICOS

[0003] Cabeçotes de impressão são formados usando matriz com atuadores fluídicos, como ejetores microfluídicos e bombas microfluídicas. Os atuadores fluídicos podem ser baseados em tecnologias térmicas ou piezoelétricas e são formados usando pedaços longos e estreitos de silício, na presente invenção denominados matrizes. Conforme usado neste documento, um atuador fluídico é um dispositivo em uma matriz que força um fluido de uma câmara e inclui a câmara e estruturas associadas. Em exemplos na presente invenção descritos, um tipo de atuador fluídico, um ejetor microfluídico, é usado como um ejetor de gota, ou bocal em uma matriz usada para impressão e outras aplicações. Por exemplo, os cabeçotes de impressão podem ser usados como dispositivos de ejeção de fluido em aplicações de impressão bidimensional e tridimensional e outros sistemas de distribuição de fluido de alta precisão, incluindo aplicações farmacêuticas, laboratoriais, médicas, ciências biológicas e forenses.

[0004] O custo dos cabeçotes de impressão é frequentemente determinado pela quantidade de silício usado nas matrizes, conforme o custo da matriz e o processo de fabricação aumentam com a quantidade total de silício usado em uma matriz. Consequentemente, cabeçotes de impressão de custo mais baixo podem ser formados movendo a funcionalidade da matriz para outros circuitos integrados, permitindo matrizes menores.

[0005] Muitas matrizes atuais apresentam um slot de alimentação de tinta no meio da matriz para trazer tinta para os atuadores fluídicos. O slot de alimentação de tinta geralmente fornece uma barreira para transportar sinais de um lado de uma matriz para o outro lado de uma matriz, o que muitas vezes requer circuitos duplicados em cada lado da matriz, aumentando ainda mais o tamanho da matriz. Neste arranjo, os atuadores fluídicos em um lado do slot, que pode ser denominado esquerda ou oeste, têm endereçamento independente e circuitos de barramento de energia de atuadores fluídicos no lado oposto do slot de alimentação de tinta, que pode ser denominada direita ou leste.

[0006] Os exemplos descritos neste documento fornecem uma nova abordagem para fornecer fluido para os atuadores fluídicos dos ejetores de gota. Nesta abordagem, o slot de alimentação de tinta é substituído por uma rede de orifícios de alimentação de fluido dispostos ao longo da matriz, próximos aos atuadores fluídicos. A rede de orifícios de alimentação de fluido dispostos ao longo da matriz pode ser denominada zona de alimentação, neste documento. Como resultado, os sinais podem ser encaminhados através da zona de alimentação, entre os orifícios de alimentação de fluido, por exemplo, do circuito lógico localizado em um lado dos orifícios de alimentação de fluido para imprimir circuitos de energia, como transistores de efeito de campo (FETs),

localizado no lado oposto dos orifícios de alimentação de fluido. Na presente invenção isso é denominado roteamento de slot-cruzado. O circuito para rotear os sinais inclui traços que são fornecidos em camadas entre a tinta adjacente ou orifícios de alimentação de fluido.

[0007] Conforme usado neste documento, um primeiro lado da matriz e um segundo lado da matriz denotam as bordas longas da matriz que estão em alinhamento com os orifícios de alimentação de fluido, que são colocados perto ou no centro da matriz. Além disso, como na presente invenção utilizado, os atuadores fluídicos estão localizados em uma face frontal da matriz e a tinta ou fluido é alimentado para os orifícios de alimentação de fluido a partir de um slot na face posterior da matriz. Consequentemente, a largura da matriz é medida da borda do primeiro lado da matriz até a borda do segundo lado da matriz. Da mesma forma, a espessura da matriz é medida da face frontal da matriz até a face posterior da matriz.

[0008] O roteamento de slot-cruzado permite a eliminação de circuitos duplicados na matriz, o que pode diminuir a largura da matriz, por exemplo, em 150 micrômetros (pm) ou mais. Em alguns exemplos, isso pode fornecer uma matriz com uma largura de cerca de 450 pm ou cerca de 360 pm ou menos. Em alguns exemplos, a eliminação de circuitos duplicados pelo roteamento de slot cruzado pode ser usada para aumentar o tamanho do circuito na matriz, por exemplo, para melhorar o desempenho em aplicações de valor mais alto. Nestes exemplos, os FETs de energia, os traços de circuito, traços de energia e semelhantes, podem ser aumentados em tamanho. Isso pode fornecer matrizes que são capazes de pesos de gotículas maiores. Por conseguinte, em alguns exemplos, as matrizes podem ser menos do que cerca de 500 pm, ou menos do que cerca de 750 pm, ou menos do que cerca de 1000 pm.

[0009] A espessura da matriz da face frontal para a face posterior também é diminuída pelas eficiências obtidas com o uso dos orifícios de alimentação de fluido. As matrizes anteriores que usam slots de alimentação de tinta podem ser maiores do que cerca de 675 pm, enquanto as matrizes que usam os orifícios de alimentação de fluido podem ter menos do que cerca de 400 pm de espessura. O comprimento das matrizes pode ser de cerca de 10 milímetros (mm), cerca de 20 mm ou cerca de 20 mm, dependendo do número de atuadores fluídicos usados para o projeto. O comprimento das matrizes inclui espaço em cada extremidade da matriz para circuitos, de acordo com os atuadores fluídicos ocupam uma parte do comprimento da matriz. Por exemplo, para uma matriz preta de cerca de 20 mm de comprimento, os atuadores fluídicos podem ocupar cerca de 13 mm, que é o comprimento da faixa. Um comprimento de faixa é a largura da banda de impressão, ou ejeção de fluido, formada quando um cabeçote de impressão é movido através de um meio de impressão.

[0010] Além disso, permite a colocalização de dispositivos semelhantes para maior eficiência e configuração. O roteamento de slot cruzado também otimiza o fornecimento de energia, permitindo que as colunas esquerda e direita, ou zonas de atuadores fluídicos, de vários atuadores fluídicos compartilhem os circuitos de roteamento de energia e aterramento. Uma matriz mais estreita pode ser mais frágil do que uma matriz mais larga. Consequentemente, a matriz pode ser montada em um composto de enchimento polimérico que tem um slot de um lado reverso para permitir que a tinta flua para os orifícios de alimentação de fluido. Em alguns exemplos, o composto de enchimento é um epóxi, embora possa ser um acrílico, um policarbonato, um sulfeto de polifenileno e semelhantes.

[0011] O roteamento de slot-cruzado também permite a otimização da configuração do circuito. Por exemplo, os domínios de alta e baixa tensão podem ser isolados em lados opostos dos orifícios de alimentação de fluido, permitindo melhorias na confiabilidade e no fator de forma das matrizes. A separação dos domínios de alta e baixa tensão pode diminuir ou eliminar tensões parasitas, diafonia e outros problemas que afetam a confiabilidade da matriz. Além disso, unidades de repetição que incluem os circuitos lógicos, atuadores fluídicos, orifícios de alimentação de fluido e circuitos de energia para um conjunto de bocais podem ser projetadas para fornecer o espaçamento desejado em um fator de formato muito estreito.

[0012] Os orifícios de alimentação de fluido colocados em uma linha paralela a um eixo longitudinal da matriz podem tornar a matriz mais suscetível a danos de tensões mecânicas. Por exemplo, os orifícios de alimentação de fluido podem atuar como uma série de perfurações que aumentam a chance de que uma fissura se desenvolva através dos orifícios de alimentação de fluido ao longo do eixo longitudinal da matriz. Para detectar fissuras durante a fabricação, por exemplo, antes da montagem no composto de enchimento, um circuito de detecção de fissuras pode ser colocado em torno dos orifícios de alimentação de fluido em uma forma de serpentina. O circuito de detecção de fissura pode ser um resistor que quebra se uma fissura se formar, fazendo com que a resistência vá de uma primeira resistência, como centenas de quilo-ohms, para um circuito aberto. Isso pode reduzir os custos de produção, identificando matrizes quebradas antes da conclusão do processo de fabricação.

[0013] A matriz usada para um cabeçote de impressão, conforme descrito neste documento, usa resistores para aquecer fluidos no atuador fluídico, causando a ejeção de gotículas por expansão térmica. No entanto, as matrizes não estão limitadas a atuadores fluídicos acionados termicamente e podem usar atuadores fluídicos piezoelétricos que são alimentados a partir de orifícios de alimentação de fluido. Conforme descrito neste documento, o atuador fluídico inclui o acionador e estruturas associadas, como a câmara de fluido e um bocal para um ejetor microfluídico.

[0014] Além disso, a matriz pode ser usada para formar atuadores fluídicos para outras aplicações além de um cabeçote de impressão, como bombas microfluídicas, usadas em instrumentação analítica. Neste exemplo, os atuadores fluídicos podem ser alimentados com soluções de teste ou outros fluidos, em vez de tinta, a partir de orifícios de alimentação de fluido. Por conseguinte, em vários exemplos, os orifícios de alimentação de fluido e tintas podem ser usados para fornecer materiais fluídicos que podem ser ejetados ou bombeados por ejeção de gotículas de expansão térmica ou ativação piezoelétrica.

[0015] A Figura 1 A é uma vista de um exemplo de uma matriz 100 usada para um cabeçote de impressão. A matriz 100 inclui todos os circuitos para operar os atuadores fluídicos 102 em ambos os lados de um slot de alimentação de fluido

104. Por conseguinte, todas as conexões elétricas são movidas para fora nas ilhas 106 localizadas em cada extremidade da matriz 100. Como resultado, a largura 108 da matriz é cerca de 1500 µm. A Figura 1 B é uma vista ampliada de uma porção da matriz 100. Como pode ser visto nesta vista ampliada, o slot de alimentação de fluido 104 ocupa uma quantidade substancial de espaço no centro da matriz 100, aumentando a largura 108 da matriz 100.

[0016] A Figura 2A é uma vista de um exemplo de uma matriz 200 usada para um cabeçote de impressão. A Figura 2B é uma seção transversal ampliada de uma porção da matriz 200. Em comparação com a matriz 100 da Figura 1A, o projeto da matriz 200 permite uma porção do circuito de ativação para um circuito integrado secundário, ou aplicação circuito integrado específico (ASIC) 202.

[0017] Em contrapartida ao slot de alimentação de fluido 104 da matriz 100, a matriz 200 usa orifícios de alimentação de fluido 204 para fornecer fluido, tal como tintas, aos atuadores fluídicos 206 para ejeção por resistores térmicos

208. Conforme descrito neste documento, o roteamento de slot- cruzado permite que os circuitos sejam encaminhados ao longo das pontes de silício 210 entre os orifícios de alimentação de fluido 204 e através do eixo longitudinal 212 da matriz

200. Isso permite que a largura 214 da matriz 200 seja substancialmente diminuída em relação aos projetos anteriores que não tinham os orifícios de alimentação de fluido 204.

[0018] A diminuição na largura 214 da matriz 200 diminui os custos substancialmente, por exemplo, diminuindo a quantidade de silício no substrato da matriz 200. Além disso,

a distribuição de circuitos e funções entre a matriz e o ASIC 202 permite diminuir ainda mais a largura 214. Conforme descrito neste documento, a matriz 200 também inclui circuitos de sensor para operações e diagnósticos. Em alguns exemplos, a matriz 200 inclui sensores térmicos 216, por exemplo, colocados ao longo do eixo longitudinal da matriz perto de uma extremidade da matriz, no meio da matriz e perto da extremidade oposta da matriz.

[0019] As Figuras 3A a 3C são desenhos da formação de um cabeçote de impressão 300 pela montagem das matrizes 302 ou 304 em uma montagem polimérica 310 formada a partir de um composto de enchimento. As matrizes 302 e 304 são muito estreitas para fixar aos corpos de caneta ou direcionar fluidicamente o fluido dos reservatórios. Por conseguinte, as matrizes 302 e 304 são montadas em uma montagem polimérica 310 formada a partir de um composto de enchimento, como um material epóxi, entre outros. A montagem polimérica 310 do cabeçote de impressão 300 apresenta slots 314 que fornecem uma região aberta para permitir que o fluido flua do reservatório para os orifícios de alimentação de fluido 204 nas matrizes 302 e 304.

[0020] A Figura 3A é um desenho de um exemplo de um cabeçote de impressão 300 formado a partir de uma matriz preta 302 que é montada em um composto de enchimento. Na matriz preta 302 da Figura 3A, duas linhas de bocais 320 são visíveis, em que cada grupo de dois bocais alternados 320 são alimentados a partir de um dos orifícios de alimentação de fluido 204 ao longo da matriz preta 302. Cada um dos bocais 320 é uma abertura a uma câmara de fluido acima de um resistor térmico. A atuação do resistor térmico força o fluido para fora através dos bocais 320, assim, cada combinação de câmara de fluido do resistor térmico e bocal representa um atuador fluídico, especificamente, um ejetor microfluídico. Pode-se notar que os orifícios de alimentação de fluido 204 não estão isolados uns dos outros, permitindo que o fluido flua dos orifícios de alimentação de fluido 204 para os orifícios de alimentação de fluido próximos 204, proporcionando uma taxa de fluxo mais alta para os bocais ativos.

[0021] A Figura 3B é um desenho de um exemplo de um cabeçote de impressão 300 formado usando matrizes de cores 304, que podem ser usadas para três cores de tinta. Por exemplo, uma matriz de cor 304 pode ser usada para uma tinta ciano, outra matriz de cor 304 pode ser usada para uma tinta magenta e uma última matriz de cor 304 pode ser usada para uma tinta amarela. Cada uma das tintas será alimentada no slot associado 314 das matrizes de cor 304 de um reservatório de tinta de cor separado. Embora este desenho mostre apenas três das matrizes de cor 304 na montagem, uma quarta matriz, como uma matriz preta 302, pode ser incluída para formar uma matriz CMYK. Da mesma forma, outras configurações de matriz podem ser usadas.

[0022] A Figura 3C mostra vistas em seção transversal dos cabeçotes de impressão 300 incluindo matrizes montadas 302 ou 304 através das seções sólidas 322 e através das seções 324 tendo orifícios de alimentação de fluido 318. Isso mostra que os orifícios de alimentação de fluido 318 estão acoplados aos slots 314 para permitir que a tinta flua dos slots 314 passando pelas matrizes 302 e 304 montadas. Como na presente invenção descrito, as estruturas nas Figuras 3A a 3C não estão limitados a tintas, mas podem ser usadas para fornecer outros fluidos para atuadores fluídicos em matrizes.

[0023] A Figura 4 é um exemplo de um cartucho de impressora 400 que incorpora as matrizes de cor 304 descritas em relação à Figura 3B. As matrizes de cores montadas 304 formam uma ilha 402. Conforme descrito neste documento, a ilha 402 inclui as matrizes de silício multicoloridas e o composto de montagem polimérico, como um composto de enchimento de epóxi. O receptáculo 404 mantém o reservatório de tinta usado para alimentar as matrizes de cor montadas 304 na ilha 402. Uma conexão flexível 406, como um circuito flexível, mantém os contatos da impressora, ou ilhas, 408 usados para fazer a interface com o cartucho de impressora

400. A configuração de circuito diferente, conforme descrito neste documento, permite que menos ilhas 408 sejam usadas no cartucho de impressora 400 versus cartuchos de impressora anteriores.

[0024] A Figura 5 é um desenho de uma porção 500 de uma matriz de cor 304 mostrando as camadas 502, 504 e 506 usadas para formar a matriz de cor 304. Itens numerados semelhantes são descritos em relação à Figura 2. Os materiais usados para fazer as camadas incluem polissilício, alumínio-cobre (AICu), tântalo (Ta), ouro (Au), dopagem de implante (Nwell, Pwell e etc.). No desenho, a camada 502 mostra o encaminhamento de camadas, ou traços de polissilício, 508 do circuito lógico 510 da matriz de cor 304 entre os orifícios de alimentação de fluido 204 para transistores de efeito de campo (FETs) formando circuitos de energia 512 da matriz de cor 304 (mostrado parcialmente no desenho). Isso permite a energização dos FETs para acionar os resistores de jato de tinta térmico (TIJ) 514 que alimentam os atuadores fluídicos para forçar o líquido para fora da câmara acima do resistor térmico. Camadas adicionais 516 e 518, podem incluir metal 1 504 e metal 2 506, são usadas como retornos de aterramento de energia para a corrente para os resistores TIJ 514. Também pode ser notado que a matriz de cor 304 mostrada na Figura 5 são os resistores TIJ 514 colocado apenas em um lado dos orifícios de alimentação de fluido 204, que alterna entre gotículas de alto peso (HWD) e gotículas de baixo peso (LWD) para fornecer diferentes tamanhos de gota para aumentar a precisão da gota. Para controlar os pesos de queda, os resistores TIJ 514 e estruturas associadas para o HWD são maiores do que os resistores TIJ 514 usados para o LWD, conforme discutido mais detalhadamente em relação à Figura

15. Conforme descrito neste documento, as estruturas associadas no atuador fluídico incluem uma câmara de fluido e bocal para um ejetor microfluídico. Em uma matriz preta 302, os resistores TIJ 514 e estruturas associadas são do mesmo tamanho e alternam entre cada lado dos orifícios de alimentação de fluido 204.

[0025] As Figuras 6A e 6B são desenhos da matriz de cor 304 mostrando uma vista de perto de um traço 602 conectando o circuito lógico 510 da matriz de cor 304 a FETs 604 nos circuitos de energia 512 da matriz de cor 304. Itens numerados semelhantes são descritos com relação às Figuras 2, 3 e 5. Os condutores são empilhados para permitir múltiplas conexões entre os lados esquerdo e direito da rede 608 de orifícios de alimentação de fluido 204. Nos exemplos, a fabricação é realizada usando tecnologia de semicondutor de óxido de metal complementar, em que camadas condutoras,

como a camada de polissilício, a primeira camada de metal, a segunda camada de metal e semelhantes, são separadas por um dielétrico que permite que sejam empilhadas sem interferência elétrica, como diafonia. Isto é descrito adicionalmente em relação às Figuras 7 e 8.

[0026] As Figuras 7A e 7B são desenhos da matriz de cor 304 mostrando vistas de perto dos traços entre os orifícios de alimentação de fluido 204. Itens numerados semelhantes são descritos em relação às Figuras 2 e 5. A Figura 7A é uma vista de dois orifícios de alimentação de fluido 204, enquanto a Figura 7B é uma vista expandida da seção mostrada pela linha 702. Nesta vista das diferentes camadas entre os orifícios de alimentação de fluido 204 pode ser vista incluindo uma camada de tântalo 704. Além disso, as camadas descritas em relação à Figura 5 são mostradas, incluindo a camada de polissilício 508, a camada de metal 1 516 e a camada de metal 2 518. Em alguns exemplos, conforme descrito em relação às Figuras 20 e 21, 1 dos traços de polissilício 508 podem ser usados para fornecer um detector de fissuras embutido para a matriz de cor 304. As camadas 508, 516 e 518 são separadas por um dielétrico para fornecer isolamento, conforme discutido mais adiante em relação às Figuras 8A e 8B. Deve-se notar que, embora as Figuras 6A, 6B, 7A e 7B mostram a matriz de cor 304, as mesmas características de projeto são usadas na matriz preta 302.

[0027] As Figuras 8A e 8B são desenhos de uma micrografia eletrônica da seção entre dois orifícios de alimentação de fluido 204 da matriz de cor 304. Itens numerados semelhantes são descritos em relação às Figuras 2, 3 e 5. A camada superior nesta estrutura é um elemento fundamental SU-8 802,

que é usado para formar a cobertura final sobre o circuito, incluindo os bocais 320 para a matriz de cor 304. No entanto, as mesmas camadas podem ser presente entre os orifícios de alimentação de fluido 204 em uma matriz preta 302.

[0028] A Figura 8B é uma seção transversal 804 entre dois orifícios de alimentação de fluido 204 da matriz de cor 304. Como mostrado na Figura 8B, os orifícios de alimentação de fluido 204 são gravados através de uma camada de silício 806, que funciona como um substrato, deixando uma ponte que conecta os dois lados da matriz de cor 304. Várias camadas são depositadas no topo da camada de silício 806. Um óxido de campo espesso, ou camada FOX, 808 é depositado no topo da camada de silício 806 para isolar outras camadas em relação à camada de silício 806. Uma estrutura de suporte 810, formada do mesmo material que o metal 1 516 é depositada em cada lado da camada FOX 808.

[0029] No topo da camada FOX 808, as camadas de polissilício 508 são depositadas, por exemplo, para acoplar circuitos lógicos em um lado da matriz 200 para alimentar os transistores em um lado oposto da matriz 200. Outros usos para as camadas de polissilício 508 pode incluir traços de detecção de fissuras depositados entre os orifícios de alimentação de fluido 204, como descrito em relação às Figuras 20 e 21. Polissilício, ou silício policristalino, é uma forma de silício policristalina de alta pureza. Em exemplos, ele é depositado usando deposição química a vapor em baixa pressão de silano (SiH4). As camadas de polissilício 508 podem ser implantadas ou dopadas para formar materiais de n-poços e p-poços. Uma primeira camada dielétrica 812 é depositada sobre as camadas de polissilício 508 como uma barreira de isolamento. Em um exemplo, a primeira camada dielétrica 812 é feita de vidro de borofosfosilicato/orto silicato de tetraetila (BPSG/TEOS), embora outros materiais possam ser usados.

[0030] Uma camada de metal 1 516 pode então ser depositada sobre a primeira camada dielétrica 812. Em vários exemplos, o metal 1 516 é formado a partir de nitreto de titânio (TiN), liga de alumínio e cobre (AlCu) ou nitreto de titânio/titânio (TiN/Ti), entre outros materiais, como ouro. Uma segunda camada dielétrica 814 é depositada sobre a camada de metal 1 516 para fornecer uma barreira de isolamento. Em um exemplo, a segunda camada dielétrica 814 é uma camada TEOS/TEOS formada por uma deposição a vapor químico enriquecida por plasma de alta densidade (HDP-TEOS/TEOS).

[0031] Uma camada de metal 2 518 pode então ser depositada sobre a segunda camada dielétrica 814. Em vários exemplos, o metal 2 518 é formado a partir de uma liga de nitreto de silício de tungstênio (WSiN), liga de cobre e alumínio (AlCu) ou nitreto de titânio/titânio (TiN/Ti), entre outros materiais, como ouro. Uma camada de passivação 816 é então depositada sobre o topo do metal 2 518 para fornecer uma barreira de isolamento. Em um exemplo, a camada de passivação 816 é uma camada de carboneto de silício/nitreto de silício (SiC/SiN).

[0032] Uma camada de tântalo (Ta) 818 é depositada sobre o topo da camada de passivação 816 e a segunda camada dielétrica 814. A camada de tântalo 818 protege os componentes do traço da degradação causada pela exposição potencial a fluidos, como tintas. Uma camada de SU-8 820 é então depositada sobre a matriz 200 e é gravada para formar os bocais 320 e os canais de fluxo 822 sobre a matriz 200. SU-8 é um fotorresistente negativo baseado em epóxi, no qual peças expostas a uma luz ultravioleta são reticuladas, tornando-se resistentes ao ataque por solvente e plasma. Outros materiais podem ser usados além ou no lugar do SU-8. Os canais de fluxo 822 são configurados para alimentar fluido dos orifícios de alimentação de fluido, ou orifícios de alimentação de fluido 204, para os bocais 320 ou atuadores fluídicos. Em cada um dos canais de fluxo 822, um botão 824 ou saliência é formado no SU-8 820 para bloquear a entrada de partículas no fluido nas câmaras de ejeção sob os bocais

320. Um botão 826 é mostrado na seção transversal da Figura 8B.

[0033] O empilhamento de condutores sobre a camada de silício 806 entre os orifícios de alimentação de fluido 204 aumenta as conexões entre os lados esquerdo e direito da rede de orifícios de alimentação de fluido 204. Conforme descrito neste documento, a camada de polissilício 508, a camada de metal 1 516, a camada de metal 2 518 e semelhantes, são todas camadas condutoras únicas separadas por dielétrico, ou camadas isolantes, 812, 814 e 816, que permitem que sejam empilhadas. Dependendo da implementação do projeto, como a matriz de cor 304 mostrada nas Figuras 8A e 8B, um detector de fissura e semelhantes, as várias camadas são usadas em diferentes combinações para formar as conexões VPP, PGND e de controle digital para acionar os FETs e os resistores TIJ.

[0034] A Figura 9 é um diagrama de fluxo de processo de um exemplo de um método 900 para formar uma matriz. O método 900 pode ser usado para fazer a matriz de cor 304 usada como uma matriz para impressoras coloridas, bem como a matriz preta 302 usada para tintas pretas e outros tipos de matrizes que incluem atuadores fluídicos. O método 900 começa no bloco 902 com a gravação dos orifícios de alimentação de fluido através de um substrato de silício, ao longo de uma linha paralela a um eixo longitudinal do substrato. Em alguns exemplos, as camadas são depositadas primeiramente, então a gravação dos orifícios de alimentação de fluido é realizada após as camadas serem formadas.

[0035] Em um exemplo, uma camada de polímero fotorresistente, como SU-8, é formada sobre uma porção da matriz para proteger as áreas que não devem ser gravadas. O fotorresistente pode ser um fotorresistente negativo, que é reticulado pela luz, ou um fotorresistente positivo, que se torna mais solúvel pela exposição à luz. Em um exemplo, uma máscara é exposta a uma fonte de luz ultravioleta para fixar partes da camada protetora e as partes não expostas à luz ultravioleta são removidas. Neste exemplo, a máscara evita a reticulação das porções da camada protetora que cobrem a área dos orifícios de alimentação de fluido.

[0036] No bloco 904, uma pluralidade de camadas é formada no substrato para formar a matriz. As camadas podem incluir o polissilício, o dielétrico sobre o polissilício, metal 1, o dielétrico sobre o metal 1, metal 2, a camada de passivação sobre o metal 2 e a camada de tântalo sobre o topo. Conforme descrito acima, o SU-8 pode então ser colocado em camadas sobre o topo da matriz e padronizado para implementar os canais de fluxo e bocais. A formação das camadas pode ser feita por deposição química a vapor para depositar as camadas, seguido de gravação para remover porções que não são necessárias. As técnicas de fabricação podem ser a fabricação padrão usada na formação de semicondutores de óxido metálico complementar (CMOS). As camadas que podem ser formadas no bloco 904 e a localização dos componentes são discutidas mais detalhadamente em relação à Figura 10.

[0037] A Figura 10 é um diagrama de fluxo de processo de um exemplo de um método 1000 para formar componentes em uma matriz usando uma pluralidade de camadas. Em um exemplo, o método 1000 mostra detalhes das camadas que podem ser formadas no bloco 904 da Figura 9. O método começa no bloco 1002 com a formação de circuitos lógicos de energia na matriz. No bloco 1004, circuitos de linha de endereço, incluindo linhas de endereço para grupos de primitiva, como descrito em relação às Figuras 12 e 13, são formados na matriz. No bloco 1006, circuitos lógicos de endereço, incluindo circuitos de decodificação, conforme descrito em relação às Figuras 12 e 13, são formados na matriz. No bloco 1008, os circuitos de memória são formados na matriz. No bloco 1010, os circuitos de energia são formados na matriz. No bloco 1012, as linhas de energia são formadas na matriz. Os blocos mostrados na Figura 10 não devem ser considerados sequenciais. Como seria para um versado na técnica, as várias linhas e circuitos são formados através da matriz ao mesmo tempo que as várias camadas são formadas. Além disso, os processos descritos em relação à Figura 10 podem ser usados para formar componentes em uma matriz de cor ou em uma matriz em preto e branco.

[0038] Conforme descrito neste documento, o uso dos orifícios de alimentação de fluido permite que os circuitos cruzem a matriz em traços formados sobre o silício entre os orifícios de alimentação de fluido. Consequentemente, os circuitos podem ser compartilhados entre cada lado da matriz, diminuindo a quantidade total de circuitos necessários na matriz.

[0039] A Figura 11 é um diagrama de fluxo de processo de um exemplo de um método 110 para formar circuitos em uma matriz com circuitos de acoplamento de traços em cada lado da matriz. Como usado na presente invenção, um primeiro lado da matriz e um segundo lado da matriz denotam as bordas longas da matriz em alinhamento com os orifícios de alimentação de fluido colocados perto ou no centro da matriz. O método 1 100 começa no bloco 1 102 com a formação de linhas lógicas de energia ao longo de um primeiro lado da matriz. As linhas lógicas de energia são linhas de baixa tensão usadas para fornecer energia aos circuitos lógicos, por exemplo, em uma tensão de cerca de 2 a cerca de 7 V, e linhas de aterramento associadas para os circuitos lógicos. No bloco 1104, os circuitos lógicos de endereço são formados ao longo do primeiro lado da matriz. No bloco 1106, as linhas de endereço são formadas ao longo do primeiro lado da matriz. No bloco 1108, os circuitos de memória são formados ao longo do primeiro lado da matriz.

[0040] No bloco 1110, os circuitos de energia do ejetor são formados ao longo de um segundo lado da matriz. Em alguns exemplos, os circuitos de energia do ejetor incluem transistores de efeito de campo (FETs) e resistores de jato de tinta térmico (TIJ) usados para aquecer um fluido para forçar o fluido a ser ejetado de um bocal. No bloco 1112, as linhas de energia do circuito de energia são formadas ao longo do segundo lado da matriz. As linhas de força do circuito de força são linhas de força de alta tensão (Vpp) e linhas de retorno (Pgnd) usadas para fornecer energia aos circuitos de força do ejetor, por exemplo, a uma tensão de cerca de 25 a cerca de 35 V.

[0041] No bloco 1114, traços de acoplamento dos circuitos lógicos aos circuitos de energia, entre os orifícios de alimentação de fluido, são formados. Conforme descrito neste documento, os traços podem transportar sinais de circuitos lógicos localizados no primeiro lado da matriz para circuitos de energia no segundo lado da matriz. Além disso, traços podem ser incluídos para realizar a detecção de fissuras entre os orifícios de alimentação de fluido, conforme descrito neste documento.

[0042] Em matrizes em que o circuito do bocal é separado por um slot de alimentação de fluido central, circuitos lógicos, linhas de endereço e semelhantes são repetidos em cada lado do slot de alimentação de fluido central. Em contrapartida, em matrizes formadas usando os métodos das Figuras 9 a 11 a capacidade de direcionar circuitos de um lado do dado para o outro lado da matriz elimina a necessidade de duplicar alguns circuitos em ambos os lados da matriz. Isso é esclarecido observando-se os circuitos da estrutura física da matriz. Em alguns exemplos descritos neste documento, os bocais são agrupados em conjuntos endereçados individualmente, denominados primitivas, conforme discutido posteriormente com respeito à Figura 12.

[0043] A Figura 12 é um diagrama esquemático 1200 de um exemplo de um conjunto de quatro primitivas, denominado uma primitiva quadrilateral. Para facilitar a explicação das primitivas e do endereçamento compartilhado, as primitivas à direita do diagrama esquemático 1200 são marcadas a leste, por exemplo, nordeste (NE) e sudeste (SE). Primitivas à esquerda do diagrama esquemático 1200 são marcadas a oeste, por exemplo, noroeste (NW) e sudoeste (SW). Neste exemplo, cada bocal 1202 é disparado por um FET que é marcado como Fx, em que x é de 1 a 32. O diagrama esquemático 1200 também mostra os resistores TIJ, marcados Rx, em que x também é 1 a 32, que correspondem a cada bocal 1202. Embora os bocais sejam mostrados em cada lado da alimentação de fluido no diagrama esquemático 1200, este é um arranjo virtual. Em uma matriz de cor 304 formada usando as técnicas atuais, os bocais 1202 estariam no mesmo lado da alimentação de fluido.

[0044] Em cada primitiva, NE, NW, SE e SW, oito endereços, marcados de 0 a 7, são usados para selecionar um bocal para disparo. Em outros exemplos, há 16 endereços por primitiva e 64 bocais por primitiva quadrilateral. Os endereços são compartilhados, em que um endereço seleciona um bocal em cada grupo. Neste exemplo, se o endereço quatro for fornecido, os bocais 1204, ativados pelos FETs F9, F10, F25 e F26 são selecionados para disparo. Qual, se houver, desses bocais 1204 irá disparar depende de seleções de primitivas separadas, que são exclusivas para cada primitiva. Um sinal de disparo também é transmitido para cada primitivo. Um bocal dentro de uma primitiva é disparado quando os dados de endereço transmitidos a essa primitiva selecionam um bocal para disparar, os dados carregados nessa primitiva indicam que o disparo deve ocorrer para aquela primitiva e um sinal de disparo é enviado.

[0045] Em alguns exemplos, um pacote de dados de bocal, aqui referido como um grupo de pulso de disparo (FPG), inclui bits de início usados para identificar o início de um FPG, bits de endereço usados para selecionar um bocal 1202 em cada dado de primitiva, dados de disparo para cada primitiva, dados usados para definir as configurações operacionais e bits de parada FPG usados para identificar o final de um FPG. Uma vez que um FPG tenha sido carregado, um sinal de disparo é enviado a todos os grupos de primitiva que irão disparar todos os bocais endereçados. Por exemplo, para disparar todos os bocais no cabeçote de impressão, um FPG é enviado para cada valor de endereço, junto com uma ativação de todas as primitivas no cabeçote de impressão. Assim, oito FPGs serão emitidos, cada um associado a um endereço único 0-7. O endereçamento mostrado no diagrama esquemático 1200 pode ser modificado para abordar questões de diafonia fluídica, qualidade de imagem e restrições de fornecimento de energia. O FPG também pode ser usado para gravar em um elemento de memória não volátil associado a cada bocal, por exemplo, em vez de disparar o bocal.

[0046] Uma região de alimentação de fluido central 1206 pode incluir orifícios de alimentação de fluido ou um slot de alimentação de fluido. No entanto, se a região central de alimentação de tinta 1206 for um slot de alimentação de fluido, os circuitos lógicos e as linhas de endereçamento, como as três linhas de endereço neste exemplo que são usadas fornecem endereços 0-7 para selecionar um bocal para disparar cada primitiva, são duplicados, visto que os traços não podem cruzar a região central de alimentação de tinta 1206. Se, no entanto, a região central de alimentação de fluido 1206 for feita de orifícios de alimentação de fluido, cada lado poderá compartilhar circuitos, simplificando a lógica.

[0047] Embora os bocais 1202 nas primitivas descritas na Figura 12 sejam mostrados em lados opostos da matriz, por exemplo, em cada lado da região de alimentação de fluido central 1206, este é um arranjo virtual. A localização dos bocais 1202 em relação à região de alimentação de tinta central 1206 depende do projeto da matriz, conforme descrito nas Figuras a seguir. Em um exemplo, uma matriz preta 302 apresenta bocais escalonados em cada lado do orifício de alimentação de fluido, em que os bocais escalonados são do mesmo tamanho. Em outro exemplo, uma matriz de cor 304 tem uma linha de bocais em uma linha paralela a um eixo longitudinal da matriz, em que o tamanho dos bocais na linha de bocais alterna entre bocais maiores e bocais menores.

[0048] A Figura 13 é um desenho de um exemplo de uma configuração 1300 do circuito digital, mostrando a simplificação que pode ser alcançada por um único conjunto de circuitos de bocal. A configuração 1300 pode ser usado para a matriz preta 302 da matriz de cor 304. Na configuração 1300, um barramento de energia digital 1302 fornece energia e aterramento para todos os circuitos lógicos. Um barramento de sinal digital 1304 fornece linhas de endereço, linhas de seleção de primitiva e outras linhas lógicas para os circuitos lógicos. Neste exemplo, um barramentos de sensor 1306 é mostrado. O barramentos de sensor 1306 é um barramento analógico compartilhado ou multiplexado que transporta sinais de sensor, incluindo, por exemplo, sinais de sensores de temperatura e semelhantes. O barramentos de sensor 1306 também pode ser usado para ler os elementos de memória não voláteis.

[0049] Neste exemplo, o circuito lógico 1308 para primitivos em ambos os lados leste e oeste da matriz compartilham o acesso ao barramento de energia digital 1302, barramento de sinal digital 1304 e barramentos de sensor

1306. Além disso, a decodificação de endereço pode ser realizada em um único circuito lógico para um grupo de primitivas 1310, como as primitivas NW e NE. Como resultado, o circuito total necessário para a matriz é reduzido.

[0050] A Figura 14 é um desenho de um exemplo de uma matriz preta 302, mostrando o impacto do roteamento de slot cruzado na energia e no roteamento de energia. Os itens numerados semelhantes são conforme descritos em relação às Figuras 2 e 6. Como uma matriz preta 302 é mostrada neste exemplo, os resistores TIJ estão em ambos os lados dos orifícios de alimentação de fluido 204. Uma estrutura semelhante seria usada em uma matriz colorida 304, embora os resistores TIJ estivessem em um único lado dos orifícios de alimentação de fluido 204 e alternariam em tamanho. Conectar tiras de energia 1402 através das nervuras de silício 1404 entre os orifícios de alimentação de fluido 204 aumenta a largura efetiva do barramento de energia para fornecer corrente para os resistores TIJ. Em soluções anteriores que usam um slot para alimentação de tinta, o roteamento de energia da coluna direita e esquerda não pode contribuir para a outra coluna. Além disso, o uso de camadas de metal 1 e metal 2 como um plano de energia passando entre os orifícios de alimentação de fluido permite que a coluna esquerda (leste) e a coluna direita (oeste) de bocais compartilhem um aterramento comum e barramento de alimentação. Os traços 602 que conectam os circuitos lógicos 510 da matriz preta 302 aos FETs 604 nos circuitos de energia

512 da matriz preta 302 também são visíveis no desenho.

[0051] A Figura 15 é um desenho de um exemplo de uma planta baixa de circuito ilustrando um número de zonas de matriz para uma matriz de cor 304. Itens numerados semelhantes são descritos em relação às Figuras 2, 3 e 5. Na matriz de cor 304, um barramento 1502 transporta linhas de controle, linhas de dados, linhas de endereço e linhas de energia para o circuito lógico de primitiva 1504, incluindo uma zona de energia lógica que inclui uma linha de energia lógica comum (Vdd) e uma linha de aterramento lógico comum (Lgnd) para fornecer uma tensão de alimentação de cerca de 5 V para o circuito lógico. O barramento 1502 também inclui uma zona de linha de endereço incluindo linhas de endereço usadas para indicar um endereço para um bocal em cada grupo de primitivas de bocais. Por conseguinte, o grupo de primitiva é um grupo ou subconjunto de atuadores fluídicos dos atuadores fluídicos na matriz de cor 304.

[0052] Uma zona lógica de endereço inclui circuitos de linha de endereço, como circuito lógico de primitiva 1504 e circuito de decodificação 1506. O circuito lógico de primitiva 1504 acopla as linhas de endereço ao circuito de decodificação 1506 para selecionar um bocal em um grupo de primitiva. O circuito lógico de primitiva 1504 também armazena bits de dados carregados na primitiva nas linhas de dados. Os bits de dados incluem os valores de endereço para as linhas de endereço e um bit associado a cada primitiva que seleciona se aquela primitiva dispara um bocal endereçado ou salva os dados.

[0053] Os circuitos de decodificação 1506 seleciona um bocal para disparar ou seleciona um elemento de memória em uma zona de memória que inclui elementos de memória não voláteis 1508, para receber os dados. Quando um sinal de disparo é recebido através das linhas de dados no barramento 1502, os dados são armazenados em um elemento de memória nos elementos de memória não voláteis 1508 ou usados para ativar um FET 1510 ou 1512 em uma zona de circuito de energia nos circuitos de energia 512 da matriz de cor 304. A ativação de um FET 1510 ou 1512 fornece energia a um resistor TIJ 1516 ou 1518 correspondente a partir de um barramento de energia compartilhada (Vpp) 1514. Neste exemplo, os traços incluem circuitos de energia para alimentar os resistores TIJ 1516 ou 1518. Outro barramento de energia 1520 compartilhado pode ser usado para fornecer um aterramento para os FETs 1510 e

1512. Em alguns exemplos, o barramento Vpp 1514 e o segundo o barramento de energia compartilhado 1520 pode ser revertido.

[0054] Uma zona de alimentação de fluido inclui os orifícios de alimentação de fluido 204 e os traços entre os orifícios de alimentação de fluido 204. Para a matriz de cor 304, dois tamanhos de gota podem ser usados, cada um ejetado por resistores térmicos associados a cada bocal. Uma gota de alto peso (HWD) pode ser ejetada usando um resistor TIJ maior

1516. Uma gota de baixo peso (LWD) pode ser ejetada usando um resistor TIJ menor 1518. Eletricamente, os bocais HWD estão na primeira coluna, por exemplo, oeste, como descrito em relação às Figuras 12 e 13. Os bocais LWD são eletricamente acoplados em uma segunda coluna, por exemplo, a leste, conforme descrito em relação às Figuras 12 e 13. Neste exemplo, os bocais físicos da matriz de cor 304 são interdigitados, bocais HWD alternados com bocais LWD.

[0055] A eficiência da configuração pode ser melhorada alterando o tamanho dos FETs 1510 e 1512 correspondentes para corresponder à demanda de energia dos resistores TIJ 1516 e 1518. Por conseguinte, neste exemplo, o tamanho dos FETs 1510 e 1512 são baseados no resistor TIJ 1516 ou 1518 sendo energizados. Um resistor TIJ 1516 maior é ativado por um FET 1512 maior, enquanto um resistor TIJ 1518 menor é ativado por um FET 1510 menor. Em outros exemplos, os FETs 1510 e 1512 são do mesmo tamanho, embora a energia consumida pelos FETs 1510 usados para alimentar resistores TIJ 1518 menores seja menor.

[0056] Uma planta baixa de circuito semelhante pode ser usada para uma matriz preta 302. No entanto, conforme descrito para exemplos na presente invenção, os FETs para uma matriz preta são do mesmo tamanho, pois os resistores TIJ e bocais são do mesmo tamanho.

[0057] A Figura 16 é outro desenho de um exemplo de uma matriz de cor 304. Itens numerados semelhantes são conforme descritos em relação às Figuras 3, 5 e 15. Como pode ser visto no desenho, os resistores TIJ 1516 e 1518 são colocados em uma linha paralela a um eixo longitudinal da matriz de cor 304, ao longo de um lado dos orifícios de alimentação de fluido 204. O agrupamento dos resistores TIJ 1516 e 1518 com os orifícios de alimentação de fluido 204 podem ser denominados uma área de sistemas mecânicos microelétricos (MEMS) 1604. Além disso, neste desenho, o circuito de decodificação 1506 e os elementos de memória não volátil 1508 estão incluídos juntos em uma seção de circuito 1602. Os FETs 1510 e 1512 são mostrados com o mesmo tamanho no desenho da Figura 16. No entanto, em alguns exemplos, os

FETs 1510, que ativam os resistores TIJ menores 1518, são menores do que os FETs 1512, que ativam os resistores TIJ maiores 1516, conforme descrito em relação à Figura 15. Desse modo, as matrizes, tanto coloridas quanto pretas, têm estruturas repetidas que otimizam a capacidade de fornecimento de energia do cabeçote de impressão, enquanto minimizam o tamanho das matrizes.

[0058] A Figura 17 é um desenho de um exemplo de uma matriz de cor 304 mostrando uma estrutura de repetição 1702. Itens numerados semelhantes são conforme descritos em relação às Figuras 5 e 16. Como na presente invenção discutido, o uso dos orifícios de alimentação de fluido 204 permite o roteamento de sinais de controle de baixa tensão do circuito lógico para conectar a FETs de alta tensão entre os orifícios de alimentação de fluido 204. Como resultado, a estrutura de repetição 1702 inclui dois FETs 604, dois bocais 320 e um orifício de alimentação de fluido 204. Para uma matriz de cor 304 com 1200 pontos por polegada, isso fornece um espaçamento de repetição de 42,33 pm. Como os FETs 604 e os bocais 320 estão apenas em um lado do orifício de alimentação de fluido 204, os requisitos de área do circuito são reduzidos, o que permite um tamanho menor para a matriz de cor 304, em comparação com a matriz preta 302.

[0059] A Figura 18 é um desenho de um exemplo de uma matriz preta 302 mostrando uma estrutura geral para a matriz. Os itens numerados semelhantes são conforme descritos em relação às Figuras 2, 3, 6 e 16. Neste exemplo, os resistores TIJ 1802 estão em ambos os lados dos orifícios de alimentação de fluido 204, permitindo que os bocais sejam de um tamanho semelhante, enquanto mantém o espaçamento vertical próximo ou um espaçamento entre pontos. Neste exemplo, os FETs 604 são todos do mesmo tamanho para acionar os resistores TIJ

1802. O circuito lógico 510 da matriz preta 302 é disposto na mesma configuração que o circuito lógico 510 de uma matriz de cor 304, descrito em relação à Figura 15. Consequentemente, os traços 602 acoplam os circuitos lógicos 510 aos FETs 604 nos circuitos de energia 512.

[0060] A Figura 19 é um desenho de um exemplo de uma matriz preta 302 que mostra uma estrutura de repetição 1702. Itens numerados semelhantes são conforme descritos em relação às Figuras 5, 6, 16 e 17. Conforme descrito em relação à matriz de cor 304, como os sinais de controle de baixa tensão que se conectam a FETs de alta tensão podem ser encaminhados entre os orifícios de alimentação de fluido 204, uma nova arquitetura de circuito de coluna e configuração é possível. Esta configuração inclui uma estrutura de repetição 1702 que tem dois FETs 604, dois bocais 320 e um orifício de alimentação de fluido 204. Isso é semelhante à estrutura de repetição da matriz de cor 304. No entanto, neste exemplo, um bocal 320 está à esquerda do orifício de alimentação de fluido 204 e um bocal 320 está à direita do orifício de alimentação de fluido 204 na estrutura de repetição 1702. Este projeto acomoda bocais de disparo maiores, para maiores volumes de gota de tinta, enquanto mantém requisitos de área de circuito mais baixos e otimiza a configuração para permitir uma matriz menor. Já para a matriz de cor 304, o roteamento de slot-cruzado é realizado em múltiplas camadas de metal, incluindo camadas de poli silício e camadas de alumínio e cobre, entre outras.

[0061] A matriz preta 302 é mais larga do que a matriz de cor 304, uma vez que os bocais 320 estão em ambos os lados dos orifícios de alimentação de fluido 204. Em alguns exemplos, a matriz preta 302 é de cerca de 400 a cerca de 450 µm. Em alguns exemplos, a matriz de cor 304 é de cerca de 300 a cerca de 350 µm.

[0062] A Figura 20 é um desenho de um exemplo de uma matriz preta 302 mostrando um sistema para detecção de fissura. Os itens numerados semelhantes são conforme descritos em relação às Figuras 2, 3, 5, 6 e 16. A introdução de uma rede de orifícios de alimentação de fluido 204 em uma linha paralela ao eixo longitudinal da matriz preta 302 aumenta a fragilidade da matriz. Conforme descrito neste documento, os orifícios de alimentação de fluido 204 podem agir como uma linha de perfuração ao longo do eixo longitudinal tanto da matriz preta 302 quanto da matriz de cor 304, permitindo que fissuras 2002 se formem entre esses recursos. Para detectar essas fissuras em 2002, um traço 2004 é encaminhado entre cada orifício de alimentação de fluido 204 para funcionar como um detector de fissuras embutido. Em um exemplo, com a formação de uma fissura, o traço 2004 é quebrado. Como resultado, a condutividade do traço 2004 cai para zero.

[0063] O traço 2004 entre os orifícios de alimentação de fluido 204 pode ser feito de um material quebradiço. Embora traços de metal possam ser usados, a ductilidade do metal pode permitir que ele se flexione através das fissuras que se formaram sem detectá-las. Por conseguinte, em alguns exemplos, o traço 2004 entre os orifícios de alimentação de fluido 204 são feitos de polissilício. Se o traço entre os orifícios de alimentação de fluido 204 ao longo da matriz preta 302, tanto ao lado quanto entre os orifícios de alimentação de fluido 204, forem feitos de polissilício, a resistência poderá ser tão alta quanto vários megaohms. Em alguns exemplos, para reduzir a resistência geral e melhorar a detectabilidade de fissuras, as porções 2006 do traço 2004 formadas ao lado dos orifícios de alimentação de fluido 204 e que conectam os traços 2004 entre os orifícios de alimentação de fluido 204 são feitas de um metal, como o alumínio-cobre, entre outros.

[0064] A Figura 21 é uma vista expandida de um orifício de alimentação de fluido 204 de uma matriz preta 302 mostrando o traço 2004 encaminhado entre os orifícios de alimentação de fluido adjacentes 204. Neste exemplo, o traço 2004 entre os orifícios de alimentação de fluido 204 é formado de polissilício, enquanto a porção 2006 do traço 2004 ao lado dos orifícios de alimentação de fluido 204 é feita de um metal.

[0065] A Figura 22 é um diagrama de fluxo de processo de um exemplo de um método 2200 para formar um traço de detecção de fissura. O método começa no bloco 2202, com a gravação de uma série de orifícios de alimentação de fluido em uma linha paralela a um eixo longitudinal de um substrato.

[0066] No bloco 2204, uma série de camadas são formadas no substrato para formar o traço do detector de fissura, em que o traço do detector de trinca é encaminhado entre cada um da pluralidade de orifícios de alimentação de fluido no substrato. Conforme descrito neste documento, as camadas são formadas para dar voltas de lado a lado da matriz, entre cada par de orifícios de alimentação de fluido adjacentes, ao longo do lado de fora de um próximo orifício de alimentação de fluido e, em seguida, entre o próximo par de orifícios de alimentação de fluido adjacentes. Nos exemplos, as camadas são formadas para acoplar o traço do detector de fissura a um barramento de sensor que é compartilhado por outros sensores na matriz, como os sensores térmicos descritos em relação à Figura 2. O barramento de sensor é acoplado a uma superfície para permitir que o sinais de sensor sejam lidos por um dispositivo externo, como o ASIC descrito em relação à Figura 2.

[0067] Os presentes exemplos podem ser suscetíveis a várias modificações e formas alternativas e foram mostrados apenas para fins ilustrativos. Além disso, deve ser entendido que as presentes técnicas não se destinam a ser limitadas aos exemplos particulares divulgados na presente invenção. Na verdade, o escopo das reivindicações anexas é considerado como incluindo todas as alternativas, modificações e equivalentes que são evidentes aos versados na técnica às quais o objeto divulgado se refere.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Matriz para um cabeçote de impressão, caracterizada pelo fato de que ele compreende: uma pluralidade de orifícios de alimentação de fluido dispostos em uma linha paralela a um eixo longitudinal da matriz, em que os orifícios de alimentação de fluido são formados através de um substrato da matriz; uma pluralidade de atuadores fluídicos, próximos à pluralidade de orifícios de alimentação de fluido, para ejetar o fluido recebido dos orifícios de alimentação de fluido; uma pluralidade de transistores de efeito de campo paralelos à pluralidade de orifícios de alimentação de fluido, onde cada um da pluralidade de atuadores fluídicos é alimentado por um transistor de efeito de campo associado; e circuitos lógicos para acionar a pluralidade de transistores de efeito de campo na matriz em um lado oposto dos orifícios de alimentação de fluido da pluralidade de transistores de efeito de campo, em que traços, dispostos entre os orifícios de alimentação de fluido, acoplam eletricamente os circuitos lógicos à pluralidade de transistores de efeito de campo; e em que a matriz tem uma estrutura de repetição que compreende um orifício de alimentação de fluido, dois atuadores fluídicos e dois transistores de efeito de campo colocados em um intervalo de duas vezes um espaçamento entre pontos em uma linha ao longo da matriz.

2. Matriz, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os dois atuadores fluídicos são colocados no mesmo lado de um orifício de alimentação de fluido e em que um dos dois atuadores fluídicos é maior do que o outro atuador fluídico.

3. Matriz, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que os dois atuadores fluídicos são colocados em lados opostos de um orifício de alimentação de fluido e em que os dois atuadores fluídicos são deslocados um do outro por um intervalo de um espaçamento entre pontos.

4. Matriz, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que os traços compreendem circuitos de energização para ativar circuitos de energia para resistores térmicos.

5. Matriz, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de atuadores fluídicos compreende uma pluralidade de resistores térmicos, em que cada atuador fluídico tem um resistor térmico associado e em que um traço acopla um transistor de efeito de campo a um resistor térmico para alimentar o sistema térmico resistor.

6. Matriz, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que ela compreende um aterramento comum compartilhado e um barramento de alimentação compartilhado para fornecer energia para a pluralidade de transistores de efeito de campo.

7. Matriz, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que ela compreende uma pluralidade de zonas de matriz, compreendendo: uma zona de energia lógica ao longo de uma borda da matriz, compreendendo uma linha de alimentação lógica comum e uma linha de aterramento lógico comum;

uma zona de linha de endereço; uma zona de lógica de endereço, que compreende a lógica de endereço para selecionar um atuador fluídico a partir de um grupo de atuadores fluídicos na pluralidade de atuadores fluídicos; uma zona de memória, compreendendo um elemento de memória para cada grupo de atuadores fluídicos na pluralidade de atuadores fluídicos; uma zona de alimentação, compreendendo a pluralidade de orifícios de alimentação de fluido; uma zona de circuito de energia, compreendendo circuitos de energia para alimentar resistores térmicos para cada um da pluralidade de atuadores fluídicos; e uma zona de energia, compreendendo um barramento de energia compartilhado e um aterramento comum compartilhado para o circuito de energia.

8. Matriz, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que ela compreende: uma primeira zona de atuador fluídico, compreendendo uma porção da pluralidade de atuadores fluídicos e disposta ao longo de um lado da zona de alimentação; e uma segunda zona de atuador fluídico, compreendendo outra porção da pluralidade de atuadores fluídicos e disposta ao longo de um lado oposto da zona de alimentação da primeira zona de atuador fluídico.

9. Matriz, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o intervalo de duas vezes um espaçamento entre pontos é de cerca de 42 micrômetros.

10. Matriz para um cabeçote de impressão, caracterizada pelo fato de que ela compreende:

uma pluralidade de orifícios de alimentação de fluido dispostos em uma linha paralela a um eixo longitudinal da matriz, em que os orifícios de alimentação de fluido são formados através de um substrato da matriz; uma pluralidade de atuadores fluídicos, próximos à pluralidade de orifícios de alimentação de fluido, para ejetar o fluido recebido dos orifícios de alimentação de fluido; uma pluralidade de transistores de efeito de campo, onde cada um da pluralidade de atuadores fluídicos é alimentado por um transistor de efeito de campo associado; e circuitos lógicos para acionar a pluralidade de transistores de efeito de campo na matriz em um lado oposto dos orifícios de alimentação de fluido da pluralidade de transistores de efeito de campo, em que traços, dispostos entre os orifícios de alimentação de fluido, acoplam eletricamente os circuitos lógicos à pluralidade de transistores de efeito de campo; e em que a matriz tem uma estrutura de repetição que compreende um orifício de alimentação de fluido, dois atuadores fluídicos e dois transistores de efeito de campo colocados em um intervalo de duas vezes um espaçamento entre pontos em uma linha ao longo da matriz.

11. Matriz, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que os dois atuadores fluídicos são colocados no mesmo lado de um orifício de alimentação de fluido e em que um dos dois atuadores fluídicos é maior do que o outro atuador fluídico.

12. Matriz, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizada pelo fato de que os dois atuadores fluídicos são colocados em lados opostos de um orifício de alimentação de fluido e em que os dois atuadores fluídicos são deslocados um do outro por um intervalo de um espaçamento entre pontos.

13. Método para formar uma matriz para um cabeçote de impressão, caracterizado pelo fato de que ele compreende: gravar uma pluralidade de orifícios de alimentação de fluido em uma linha paralela a um eixo longitudinal de um substrato; formar uma pluralidade de camadas no substrato, em que as camadas compreendem: circuitos de energia lógica ao longo de uma borda do substrato, compreendendo uma linha de energia lógica comum e uma linha de terra lógica comum; circuitos de linha de endereço; circuitos de lógica de endereço, compreendendo a lógica de endereço para selecionar um atuador fluídico a partir de um grupo de atuadores fluídicos; circuitos de memória, compreendendo um elemento de memória para cada grupo de atuadores fluídicos; circuitos de energia de impressão, compreendendo um circuito de energia para alimentar um resistor térmico para cada um de uma pluralidade de atuadores fluídicos, e em que camadas são formadas no substrato entre a pluralidade de orifícios de alimentação de fluido para acoplar eletricamente a lógica de endereço ao circuito de energia; e conexões de energia de impressão, compreendendo um barramento de energia compartilhado e um aterramento comum compartilhado para os circuitos de energia de impressão; e em que a matriz tem uma estrutura de repetição que compreende um orifício de alimentação de fluido, dois atuadores fluídicos e dois transistores de efeito de campo colocados em um intervalo de duas vezes um espaçamento entre pontos em uma linha ao longo do substrato.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os dois atuadores fluídicos são formados no mesmo lado de um orifício de alimentação de fluido e em que um dos dois atuadores fluídicos é maior do que o outro atuador fluídico.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que os dois atuadores fluídicos são formados em lados opostos de um orifício de alimentação de fluido e em que os dois atuadores fluídicos são deslocados um do outro por um intervalo de um espaçamento entre pontos.