CN102248791A - 记录头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种记录头，所述记录头包括：记录元件基板，其具有记录元件以及被配置为控制所述记录元件的驱动的逻辑电路；以及电气布线部件，其被配置为提供布线层，所述布线层具有第一组的多个端子、第二组的多个端子以及被配置为将所述第一组的端子与所述第二组的端子连接的多条信号线，其中，所述多条信号线包括逻辑电源线、逻辑接地线以及多条逻辑信号线，所述多条逻辑信号线至少包括第一逻辑信号线和第二逻辑信号线，并且其中，在所述布线层上，与所述逻辑电源线及所述逻辑接地线中的一条连接的线状图案沿所述第一逻辑信号线及所述第二逻辑信号线布置。

Description

记录头
技术领域
本发明涉及一种排出诸如墨的液体的记录头。
背景技术
喷墨记录装置使用非撞击式(nonimpact)记录方式，并且具有以下特征：其能够将数据高速地记录在各种记录介质上并且在记录期间几乎不产生噪音。因此，这种喷墨记录装置被广泛用作如打印机、字处理器、传真机以及复印机的记录装置。
这种喷墨记录装置使用多种墨排出方法，包括使用加热器(heater)作为记录元件的代表性方法。该代表性方法使用具有记录液室(设置有加热器)的喷墨记录头(以下，也称为记录头)，并且将电脉冲作为记录信号施加给加热器。接着，加热器生成给予记录液以使其相变的排出能(热能)。在相变时，记录液起泡(沸腾)，从而利用生成的气泡的压力排出记录液滴。
日本特开2002-19146号公报讨论了这种记录头的示例。图16是示出记录头的立体图。
图16中的记录头1具有记录元件基板2和3，在每个基板上布置有多个记录元件。所述多个记录元件每个都设置有用于排出墨的排出口。通过电气触点基板5和电气布线部件4将逻辑信号和电源电压从喷墨记录装置主体(以下，也称为记录装置主体)提供给记录元件基板2和3。作为结果，记录元件基板2和3中的驱动电路(逻辑电路和电压转换电路)工作，以在预定时间段中驱动预定记录元件，从而将墨从与记录元件相对应的排出口排出。
逻辑信号中的各个包含作为逻辑电路操作的基准的“时钟”、用于确定要驱动的记录元件的“记录数据”、用于在作为逻辑电路的一个元件的锁存电路中临时存储记录数据的“锁存信号”、以及用于确定驱动记录元件的时间段的“使热信号”。
近年来，为了进一步提高打印速度，讨论了一种全布线(full wiring)型记录头，在该记录头中，很多个记录元件基板以Z字形布置，并且该记录头的打印宽度大于记录介质。在图16的记录头中，打印包含记录头对记录介质的扫描。相比之下，全布线型记录头使得能够通过记录头的一次通过来高速打印，而无需记录头的扫描，从而使得该类型在商业用途以及工业用途的记录装置中得到广泛使用。
这种全布线型记录头需要大量记录元件基板，并且还需要多个排出口，该多个排出口使得能够通过头的一次经过来进行打印，不会因为没有墨排出而导致图像质量的劣化。因此，需要形成用于输入/输出逻辑信号的大量逻辑信号端子，并且在电气布线部件上排布用于传输逻辑信号的大量逻辑信号线。这种结构可能会在逻辑信号布线中产生噪声。
例如，并行的逻辑信号线可能相互影响，产生引发噪声的电容耦合。通常，较长较近的布线产生电容耦合，因此，在诸如全布线型的大型记录头中，更可能引发噪声。
此外，位于大量电流经过的电源布线附近的逻辑信号布线可能被引发的噪声影响。与小型的记录头相比，在具有大量排出口的全布线型记录头中，同时驱动的记录元件的数量更多，并且流经驱动记录元件的电源布线的电流更大，导致引发噪声。
由噪声影响的逻辑信号可能导致通过逻辑信号工作的逻辑电路的故障，因此可能在预料以外的位置和定时驱动记录元件，导致不期望的墨的排出以及差的打印质量。此外，高频逻辑信号的高响应电路会对噪声起反应，因此需要使高频逻辑信号免受噪声影响。
为了减少噪声的影响，需要将高频逻辑信号布线布置成不与其它高频逻辑信号布线以及大量电流经过的电源布线相邻。然而，如上所述，在具有大量逻辑信号布线的全布线型记录头中，不是所有的高频逻辑信号布线都能够按照期望的方式布置。因此，为了减少噪声的影响，需要增加高频信号线之间的间距，其结果是使电气布线部件及记录头变大。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题的记录头。所述记录头包括：记录元件基板，其具有记录元件以及被配置为控制所述记录元件的驱动的逻辑电路；以及电气布线部件，其被配置为提供布线层，所述布线层具有第一组的多个端子、第二组的多个端子以及被配置为将所述第一组的端子与所述第二组的端子连接的多条信号线；其中，所述多条信号线包括逻辑电源线、逻辑接地线以及多条逻辑信号线，所述多条逻辑信号线至少包括第一逻辑信号线和第二逻辑信号线，并且其中，在所述布线层上，与所述逻辑电源线及所述逻辑接地线中的一个连接的线状图案沿所述第一逻辑信号线及所述第二逻辑信号线布置。
附图说明
包括在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的示例性实施例、特征及方面，并与文字说明一起用于解释本发明的原理。
图1是示出本发明的喷墨记录头的立体示意图。
图2是示出图1中的喷墨记录头的分解立体示意图。
图3A和图3B分别示意性示出了图1及图2中的记录元件基板的结构。
图4示意性示出了图1及图2中的记录头的记录元件基板上的电路结构。
图5示意性示出了根据本发明的第一示例性实施例的电气布线部件的上层的内部布线布局的示例。
图6示意性示出了根据本发明的第一示例性实施例的电气布线部件的下层的内部布线布局的示例。
图7是示出图5中的B所示部分的放大示意图。
图8是示出图5中的C所示部分的放大示意图。
图9示意性示出了沿图5中的D-D布线所截取的截面的一部分。
图10是示出根据本发明的第一示例性实施例的电气布线部件的上层的内部布线布局的另一示例的放大示意图。
图11是示出根据本发明的第一示例性实施例的电气布线部件的上层的内部布线布局的另一示例的放大示意图。
图12是示出根据本发明的第一示例性实施例的电气布线部件的下层的内部布线布局的另一示例的放大示意图。
图13示意性示出了在图11的F部中布置的、遍及电气布线部件的上层和下层的布线的内部布线布局。
图14是示出根据本发明的第二示例性实施例的电气布线部件的布线布局的截面示意图。
图15是示出根据本发明的第二示例性实施例的电气布线部件的另一布线布局的截面示意图。
图16示出了传统喷墨记录头的问题。
具体实施方式
以下，参照附图详细描述本发明的各种示例性实施例、特征及方面。
参照附图描述本发明的喷墨记录头。
图1是示出记录头的立体图。图2是图1中的记录头的分解立体图。图3是示出图1和图2中的记录元件基板10的结构的示意图。图4是示出图1和图2中的记录元件基板10的电路结构的示意图。
参照图1和图2，记录头200包括记录元件基板10、支持部件20、电气布线部件30以及供墨部件40。
记录头200包括以Z字形布置并且具有大约6英寸的打印宽度的8个记录元件基板10。8个记录元件基板10中的各个被布置为具有在横向上与相邻的记录元件基板10交叠的区域N，以校正由记录元件基板10的位置偏移造成的图像质量的劣化。记录头200通过增加记录元件基板10的数量能够具有更大的打印宽度。
记录元件基板10中的每个都是用于排出墨的设备，如图3所示，记录基板10中的每个都是由厚度为0.05到0.625mm的Si基板11构成，并且该Si基板11中具有通过湿蚀刻或者干蚀刻精确形成的长槽状供墨口12。
Si基板11具有作为位于横跨供墨口12的记录元件的多个加热器13，并且具有用于驱动预定位置的一些加热器13预定时间段的驱动电路。加热器13和驱动电路通过Si基板11的表面上的镀层(deposition)而形成。记录元件基板10中的各个具有分别在基板纵向的两端与电气布线部件30电连接的端子14。Si基板11还具有位于表面的基于树脂的排出口形成部件15。Si基板11还具有多个排出口16以及与排出口16连通的储墨室17。排出口16和储墨室17通过光刻法(photolithography)形成。当被从相应的加热器13施加排出能时，排出口16排出墨。
图4详细示出记录元件基板10的电路结构。记录元件基板10包括驱动加热器13的开关元件503、用于临时存储记录数据的M比特的移位寄存器(S/R)506、用于集中保持存储在移位寄存器(S/R)506中的记录数据的锁存电路505、从由加热器13以及开关元件503构成的N个块中选择一个或多个块的解码器504(块选择电路)。记录元件基板10还包括加热器选择电路515(以下统称为逻辑电路)以及用于将来自加热器选择电路515的输出信号的电压转换为驱动开关元件503的电压的电压转换电路507。在该结构中，N个加热器13、N个开关元件503以及N个加热器选择电路515属于一个组，有组1到M。记录装置主体向端子509提供时钟(CLK)。与时钟同步，将串行传输的M比特的记录数据(DATA)经由端子510输入，并依次存储在移位寄存器506中。根据通过锁存端子508输入的锁存信号(LT)将M比特的记录数据保持在锁存电路505中。将记录数据与从锁存电路505串行传输的信号一起传输到解码器504。解码器504将数据和信号转换为输入到组1到M的N个块选择信号518。之后，加热器选择电路515以矩阵形式对来自加热电路516的M个记录数据信号517以及来自解码器504的N个块选择信号518进行或运算(OR)，从而根据期望唯一地选择M×N个加热器13。选择的加热器13根据通过来自使热(HE，heat enable)端子511的使热信号(HE)与来自锁存电路505的信号的与运算(AND)获得的记录数据信号517，在预定的时间段中从加热电路516接收电流，由此驱动加热器13。以下，术语“逻辑信号”是指时钟(CLK)、记录数据(DATA)、锁存信号(LT)以及使热信号(HE)的统称。
在图4中，Si基板11还具有：提供向作为记录元件的加热器13施加的电压(大约24至30V)的记录元件驱动电源(VH)端子530；将VH端子530与加热器13连接的VH电源布线540；以及从加热器13收集电流的记录元件GND(GNDH)端子531和GNDH布线541。Si基板11还具有：作为电压转换电路507的电源的驱动电压生成电路(VHT缓冲器)513；向驱动电压生成电路(VHT缓冲器)513提供电压(大约12至14V)的驱动器驱动电源(VHT)端子532；提供启动逻辑电路的电压(大约3至5V)的逻辑电路驱动电源(VDD)端子533；以及与逻辑电路驱动电源(VDD)端子533相关联的逻辑GND(VSS)端子534。
换句话说，记录元件驱动电源(VH)端子530是用于驱动的电源端子。VH电源布线540是用于驱动的电源线。记录元件GND(GNDH)端子531是用于驱动的地端子。GNDH布线541是用于驱动的接地线。逻辑电路驱动电源(VDD)端子533是用于逻辑的电源端子。逻辑GND(VSS)端子534是用于逻辑的地端子。
记录元件基板10中每个都设置有30至60个端子14(每边上有15至30个端子)，其中包括6至20个用于逻辑信号的端子。
再次参照图1和图2，支持部件20支持并固定记录元件基板10，支持部件20由氧化铝(Al2O3)制成并且具有0.5mm至10mm的厚度。支持部件20可以由诸如具有与记录元件基板10类似的线膨胀率的系数、并且刚性高的其它材料制成。这些材料的示例包括硅(Si)、氮化铝(AIN)、氧化锆、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、钼(Mo)以及钨(W)。
支持部件20具有在与记录元件基板10的供墨口12相对应的位置形成的供墨口21。记录元件基板10通过第一粘合剂与支持部件20在精确位置粘连。
电气布线部件30用来对记录元件基板10输入并提供电气信号和电源电压以排出墨。电气布线部件30在其中具有一个或多个布线层。例如，电气布线部件30可以是由基材制成的双层柔性布线板，在基材的各面具有布线层，并且上层覆有保护膜。
如图2所示，电气布线部件30具有装配记录元件基板10的开口31。电气布线部件30还具有与记录元件基板10的相应端子14电连接的端子(第二端子)32，以及与记录装置主体电连接的外部连接端子(第一端子)33。
电气布线部件30具有160到480个端子32(包括40到160个用于逻辑信号的输入/输出的逻辑信号端子)。通用的布线图案(pattern)被集成在电气布线部件30的内部。外部连接端子33的数量的范围是100到200。
电气布线部件30通过第二粘合剂与连接支持部件20的记录元件基板10的面粘连。在开口31与记录元件基板10之间有通过第一密封剂密封的间隙。电气布线部件30的端子32通过使用金属线的引线绑定(wirebonding)与记录部件基板10的端子14电连接。端子32和14之间的连接通过密封剂70密封。电气布线部件30沿支持部件20的两侧面的形状弯曲，并固定到这两面以便容易与记录装置主体电连接。
供墨部件40将墨从墨盒供给记录元件基板10，并且通过使用例如树脂材料的注塑成型(injection molding)来制作。供墨部件40包括用于向多个记录元件基板10提供墨的储墨室41。储墨室41具有通过供墨管而连接到墨盒的开口42，以便使墨流入到储墨室41中。供墨部件40与支持部件20固定连接。
使用第一示例性实施例描述了作为本发明的特征的电气布线部件30的布线布局。
参照图5至图9描述根据第一示例性实施例的电气布线部件30的布线布局。图5至图8是示出从电气布线部件30的正面看的电气布线部件30的透视图。
电气布线部件30在其基材的两面具有作为上层和下层的布线层。图5是示出上层的布线布局的示意图。图6是示出下层的布线布局的示意图。在图5和图6中，一组逻辑信号布线34分别与端子32和外部连接端子33连接。来自逻辑电源的逻辑接地线(VSS线)的组35a和35b经由通孔(vias)相互连接。换句话说，组35a和35b由用于逻辑的接地线组成。组35b与端子32连接，组35a与外部连接端子33连接。组36b和36c由用于传输不同于逻辑信号的非逻辑信号的布线组成，该布线包括例如记录元件电源、记录元件电源接地、驱动器驱动电源以及逻辑电路驱动电源的布线。用于传输非逻辑信号的布线与端子32和外部连接端子33连接。
图7是图5中的B部的放大图，其详细示出了端子32附近的布线布局。图8是图5中的C部的放大图，其示出了外部连接端子33附近的布线布局。在图7和图8中，电气布线部件30具有基材37以及具有边38a的布线保护层38。端子32和外部连接端子33接收如图7和图8所示的信号，并且端子32和外部连接端子33全部暴露于空气中。端子32A和端子32B分别利用驱动信号线36b(图5)和36c(图6)与外部连接端子33连接。
用于CLK传输的CLK线(时钟布线)34E以及用于DATA传输的DATA线(记录数据布线)34F在数MHz的相对高频率工作。在本示例性实施例中，如图7和图8所示，CLK线34E和DATA线34F在端子32和外部连接端子33附近的布线区域中相互平行地布置，并且与VSS线35b平行地布置。CLK线34E和DATA线34F具有25μm到100μm的布线宽度，VSS线具有25μm到100μm的最小布线宽度，这些线之间距离25μm到50μm的间隙。更具体地说，在图7和图8中，VSS线35b通过横跨DATA线34F的通孔与相邻的VSS线35b连接。从而，在DATA线34F之间布置线状接地图案。
如上所述，高频CLK线与作为第一逻辑信号布线的高频DATA线在电气布线部件30中从外部连接端子33直到端子32之间彼此不相邻，而是布置有插入在高频CLK线与高频DATA线之间的VSS线。这种结构防止逻辑信号布线之间的电容耦合，并且防止噪声产生。
在VSS线35b中，仅仅一条(例如)VSS线与端子32和外部连接端子33连接。其它VSS线与端子32和外部连接端子33不连接，而在这些端子32和33的附近位置终结。这种结构避免VSS端子数量在端子32以及与端子32相对应的记录元件基板10上的端子14处增加，防止了记录头的尺寸增加，并且抑制了噪声产生。
如图9所示，逻辑信号布线层的下层包括实体区域VSS 35c，在其上方布置有VSS线35b。在这种结构中，VSS线35b通过通孔与区域VSS35c连接。VSS线35b可以通过通孔与VSS线35b连接。
在第一示例性实施例中，VSS线35b沿CLK线34E和DATA线34F布置。然而，本发明不限于该结构，如图10所示，逻辑电源线(VDD布线)36Cb可以沿CLK线34E和DATA线34F布置。VDD布线36Cb向逻辑电路提供恒定电源电压VDD，并且具有相对低的电流密度。后者的情况也不太可能产生影响CLK线34E和DATA线34F的噪声。
作为选择，CLK线34E和DATA线34F可以布置成与作为第二逻辑信号布线的LT线(锁存信号布线)以及HE线(使热信号布线)相邻。LT线和HE线传输信号LT(用于临时存储记录数据的锁存信号)以及信号HE(确定驱动记录元件的时间段的使热信号)，其中，信号LT和信号HE是具有比DATA低的频率分量的第二逻辑信号。这种情况也不太可能产生影响CLK线34E和DATA线34F的噪声。
在第一示例性实施例中，VSS线35b仅布置成与逻辑信号布线中的DATA线34F相邻。然而，本发明不限于该结构，VSS线35b可以布置成与传输逻辑信号(频率分量与时钟的相等或者为时钟的一半)的逻辑信号布线相邻。作为选择，VSS线35b可以布置成与所有逻辑信号线相邻。后者的情况尤其避免噪声的影响，提供更可靠的记录头。
当电气布线部件30设置有逻辑信号布线以外的、要免受噪声的布线(例如感测记录元件基板10的温度的布线)时，布线可以如上所述布置成与VSS线相邻。这种结构使得能够精确地检测温度，而不受噪声的影响。
图11和图12分别示出了根据第一示例性实施例的电气布线部件30的另一布线布局。图12是透视图。在本布线布局中，由于记录头的连接方式，外部连接端子33布置在下层上，而逻辑信号布线以及电源系统的布线全都与下层上的外部连接端子33连接，以使得记录装置主体的布线的排布容易。在图11和图12中，如同上述布线布局中，电气布线部件30具有逻辑信号布线34以及用于电源系统的布线36b和36c。在布线组之间，插入要连接到外部连接端子33的VSS线35a。
上层的逻辑信号线34b通过E部的通孔与下层上的逻辑信号线34c连接，并且如同图7和图9，CLK线和DATA线布置成与VSS线相邻。下层上的VSS线35c通过通孔与上层的VSS线35d连接，并且VSS线35d通过通孔连接到下层上的要与外部连接端子33连接的VSS线35a，由此遍及VSS线35的连接。
在布线布局中，逻辑信号布线的位置大致与通过沿着层的堆积方向上的相邻布线层的VSS线35的位置相对应，但是用于电源系统的布线设置在布局的一部分(图11和图12中的F部)。然而，在上述布线布局中将该部分最小化。此外，如图13所示，在布局的该部分中，逻辑信号线34b与电源系统的布线36A和36B垂直布置，并且在与电源系统的布线36A和36B方向不同的方向上具有磁场，其能够防止引发噪声。因此，本布线布局还抑制由于噪声导致的逻辑电路的故障，并提供可靠性高的记录头。
此外，在本布线布局中，VSS线可以布置成与低频的逻辑信号布线以及需要远离噪声的其它布线相邻。
图14示出了根据第一示例性实施例的电气布线部件30的布线布局的变形例。该变形例包括由于记录元件基板的数量的进一步增加以及记录头尺寸的小型化而在上、下两层上的逻辑信号布线。
在图14所示的布线布局中，CLK线34E和DATA线34F与一个布线层上的VSS线35b相邻，并且还与在沿着层的堆积方向上的其它布线层上形成的VSS线35b相邻。这种结构即使当CLK线34E和DATA线34F排布遍及多个层时也能够防止引发噪声。
在图15所示的布线布局中，VSS线35b具有比CLK线34E和DATA线34F更大的布线宽度。该布线结构减弱遍及布线层的逻辑信号布线之间的电容耦合，从而进一步防止引发噪声。
此外，在该变形例中，CLK线34E和DATA线34F可以布置成与VDD布线以及低频的逻辑信号布线相邻。作为选择，VSS线可以与其它逻辑布线相邻。
作为第一示例性实施例的变形例，电气布线部件30可以在单层上的布线。在这种情况下，VSS线35b通过通孔彼此连接。逻辑信号布线可以是差分系统。
在示例性实施例中，电气布线部件具有两层结构，但可以采用三层或者更多层结构。作为选择，电气布线部件可以具有单层结构。
虽然参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。应对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其覆盖所有变型、等同结构和功能。

Claims (7)

1.一种记录头，所述记录头包括：
记录元件基板，其具有记录元件以及被配置为控制所述记录元件的驱动的逻辑电路；以及
电气布线部件，其被配置为提供布线层，所述布线层具有第一组的多个端子、第二组的多个端子以及被配置为将所述第一组的端子与所述第二组的端子连接的多条信号线，
其中，所述多条信号线包括逻辑电源线、逻辑接地线以及多条逻辑信号线，所述多条逻辑信号线至少包括第一逻辑信号线和第二逻辑信号线，
并且其中，在所述布线层上，与所述逻辑电源线及所述逻辑接地线中的一个连接的线状图案沿所述第一逻辑信号线及所述第二逻辑信号线布置。
2.根据权利要求1所述的记录头，其中，所述线状图案在所述布线层上布置在所述第一逻辑信号线与所述第二逻辑信号线之间。
3.根据权利要求1所述的记录头，其中，所述第二组的所述多个端子布置成彼此相邻，并且分别与所述第一逻辑信号线和所述第二逻辑信号线连接。
4.根据权利要求1所述的记录头，其中，所述第一组的所述多个端子布置成彼此相邻，并且除了所述第一逻辑信号线和所述第二逻辑信号线之外，所述第一组的多个端子还至少与驱动电源线以及驱动接地线连接。
5.根据权利要求1所述的记录头，其中，所述第一逻辑信号线和所述第二逻辑信号线是时钟信号线或者数据信号线。
6.根据权利要求1所述的记录头，其中，预定信号包括确定驱动所述记录元件的时间段的信号。
7.根据权利要求1所述的记录头，其中，所述逻辑电路包括被配置为存储数据信号的值的存储电路，并且其中，预定信号包括控制所述存储电路的锁存信号。
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