CN102259493A - 液体排出头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液体排出头。该液体排出头包括：具有能量产生元件、温度检测元件和线连接焊盘的记录元件衬底，能量产生元件产生用来排出液体的能量，温度检测元件在能量产生元件的温度变化后改变输出电压，线连接焊盘与能量产生元件和温度检测元件电连接；与头的外部电连接的外部连接焊盘；以及具有电源线、接地线和电极的电气布线衬底，电源线用于将与外部电源连接的第一外部连接焊盘与能量产生元件连接，接地线用于将与外部接地端子连接的第二外部连接焊盘与能量产生元件连接，电极用于将与外部电路连接的第三外部连接焊盘与温度检测元件连接。电气布线衬底中的电极存在于电源线和接地线之间。

Description

液体排出头
技术领域
本发明涉及排出诸如墨之类的液体的液体排出头。
背景技术
具有液体排出头的喷墨记录设备驱动在记录头的衬底中制作的发热元件，将热能施加到在记录头中设置的喷嘴内的墨以便引起起泡，并且通过起泡力将墨从记录头中排出，由此执行记录。
近年来，随着记录头的小型化和记录速度的增大，在记录元件衬底中设置的发热元件的数量或密度已经增大。另外，已经通过在记录期间也执行传统在非记录期间执行的记录元件衬底的温度检测来实现记录速度的进一步增大。然而，流到一个发热元件的电流脉冲瞬时达到高电流值。因此，在根据记录图案同时启动许多发热元件的情况下，例如，约一到几安培的脉冲电流瞬时流到用于驱动发热元件的电源线和GND(接地)线。
由于在记录期间这种脉冲的大电流流动，因此在从记录设备主体到记录头设置的记录元件衬底或电气布线衬底中的线中产生由感应耦合引起的噪声。由于该噪声而存在记录元件衬底上的逻辑电路部分可能误操作的担心。另外，不必要的电磁噪声辐射到记录设备外也是担心的原因。
作为抑制这种噪声的方法，如日本专利申请公开No.2000-127400中所示出的，存在在记录元件衬底内布置易于受噪声影响的信号线的方法，其中该信号线的走线(routing)被抑制到最低限度。
如上所述，近年来，已经积极地增大了记录元件衬底的发热元件的密度。另外，还同时要求记录头的小型化和记录速度的增大。结果，必须在不使记录头变大的情况下在记录期间检测记录头的温度以便执行记录控制。因此，实现了记录元件衬底以及电气布线衬底的高密度的线，并且实现了电气布线衬底的小型化。
然而，虽然在日本专利申请公开No.2000-127400中描述的方法中可以控制记录元件衬底内的噪声，但是难以控制电气布线衬底上的噪声。另外，在例如使用二极管的温度检测元件之类的温度传感器的情况下，即使要被检测的电压由于噪声电压而改变了仅仅几个毫伏，也影响温度检测结果。因此，在记录期间的记录元件衬底的温度检测结果可以被根据记录图案产生的电气布线衬底上的噪声电压极大地影响。
发明内容
因此，本发明提供如下的液体排出头，该液体排出头在抑制电气布线衬底的面积的扩大的同时减少噪声电压对温度检测元件的影响。
本发明的液体排出头包括：记录元件衬底，所述记录元件衬底具有能量产生元件、温度检测元件以及多个线连接焊盘，所述能量产生元件产生用来排出液体的能量，所述温度检测元件响应于所述能量产生元件的温度变化而改变输出电压，所述多个线连接焊盘与所述能量产生元件和所述温度检测元件电连接；多个外部连接焊盘，所述多个外部连接焊盘与所述液体排出头的外部电连接；以及电气布线衬底，所述电气布线衬底具有电源线、接地线以及电极，所述电源线用于将与外部电源连接的第一外部连接焊盘与所述能量产生元件连接，所述接地线用于将与外部接地端子连接的第二外部连接焊盘与所述能量产生元件连接，所述电极用于将与外部电路连接的第三外部连接焊盘与所述温度检测元件连接。这里，在所述电气布线衬底中形成的所述电极被布置在所述电源线和所述接地线之间。
根据本发明，可以减少由温度检测元件检测的噪声电压，并且可以抑制液体排出头变大。
从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的特征将变得清晰。
附图说明
图1是示出与本发明有关的液体排出头的一个实施例的外观示意图。
图2是本实施例的电气布线衬底、印刷布线衬底和记录元件衬底的布局图。
图3是记录元件衬底的一端的布局图。
图4是记录头的主要部分的示意性配置图。
图5是比较示例的电气布线衬底、印刷布线衬底和记录元件衬底的布局图。
图6是示出温度传感器中产生的噪声电压和记录头的驱动频率之间的关系的图。
图7是电气布线衬底、印刷布线衬底和记录元件衬底的另一布局图。
图8是电气布线衬底、印刷布线衬底和记录元件衬底的又一布局图。
具体实施方式
现在将根据附图详细描述本发明的示例性实施例。
另外，在附图中相同的附图标记可以被赋予具有相同功能的组件，并且可以省略其描述。
图1是示出与本发明有关的液体排出头的一个实施例的外观示意图。另外，将在图4中描述未在图1中示出的布置在记录元件衬底100上的板。
记录元件衬底100和与记录元件衬底100的电连接部分(未示出)被设置在电气布线衬底200上，并且电气布线衬底200的一端与印刷布线衬底300电连接。此外，在印刷布线衬底300上形成具有用于与记录设备(未示出)电连接的多个外部连接焊盘的外部连接焊盘部分320。在本发明的记录头700中，通过ILB(内部引线接合)来分别使电气布线衬底200和记录元件衬底100以及电气布线衬底200和印刷布线衬底300电连接。此外，在将各个衬底100、200和300贴在墨储存器(ink holder)600上之后，用密封剂密封电气布线衬底200的电连接部分，由此完成记录头700。
图2是本实施例的电气布线衬底、印刷布线衬底和记录元件衬底的布局图。印刷布线衬底300被设置有用于与外部电源(未示出)连接的三个用于电源线的外部连接焊盘301、302和305。另外，还设置用于与外部接地端子(未示出)连接的两个用于GND(接地)线的外部连接焊盘303和304以及用于与外部电路(未示出)连接的两个用于电极的外部连接焊盘310和311。通过电源线201将印刷布线衬底300上的两个用于电源线的外部连接焊盘301和305连接在一起，并且电源线201被布线(wire)到电气布线衬底200上的用于电源线的外部连接焊盘301和305之间的记录元件衬底100的一端。经由电源线202将印刷布线衬底300上的另一用于电源线的外部连接焊盘302与记录元件衬底100的另一端连接。类似地，GND线(接地线)203和204通过电气布线衬底200和印刷布线衬底300的上部分别从印刷布线衬底300上的用于GND线的外部连接焊盘303和304被布线到记录元件衬底100的两端。另外，电极210和211通过电气布线衬底200和印刷布线衬底300的上部从印刷布线衬底300上的用于阴极电极的外部连接焊盘310和用于阳极电极的外部连接焊盘311被布线到记录元件衬底100的一端。
在本实施例中，与传统的结构不同，设置两个用于电源线的外部连接焊盘301和305。此外，其一端与记录元件衬底100连接的电源线201在电气布线衬底200上被分支(branch)，并且其另一端与用于电源线的外部连接焊盘301和外部连接焊盘305连接。另外，两个用于电源线的外部连接焊盘301和305在记录设备主体的电路(未示出)上被短路。
图3是记录元件衬底100的一端的布局图。另外，图2示出记录元件衬底的与印刷布线衬底300相反的一端。
使用用于硅半导体衬底等的半导体制造技术来形成(制造)记录元件衬底100。在所示出的示例中，形成墨供应口110，该墨供应口110具有基本上矩形的形状并且是在中心部分处沿纵向方向延伸的贯通孔。
沿着墨供应口110的纵向方向设置多行的作为产生用于排出墨的能量的发热元件的多个加热器111和112。加热器111和112对经由墨供应口110从记录元件衬底100的墨罐(tank)(未示出)(从纸的背面到其近侧)供应的液体(墨)进行加热和起泡。此外，设置在加热器111的上层中的排出口404(参考图4)被设置为排出液滴。另外，设置用于检测记录元件衬底100的温度的温度传感器(温度检测元件)140。虽然在本实施例中使用二极管作为温度传感器140，但是可以使用铝等。
此外，记录元件衬底100被设置有用于通过电线(未示出)将电力和信号从记录设备主体(未示出)供应到记录元件衬底100的焊盘部分。焊盘部分包括用于电源、GND和温度检测元件的多个线连接焊盘120～124，并且通过使用诸如导线接触件之类的电连接单元来将线走线到记录元件衬底100之外。此外，焊盘部分通过电气布线衬底200和印刷布线衬底300来执行与记录设备主体(未示出)的电连接。
另外，电源线101被设置为包围加热器111和112，并且沿着电源线101的纵向方向设置GND(接地)线102和103。另外，虽然未示出，但是电源线101与加热器111和112连接，并且GND线102和103经由切换元件或记录元件选择电路(未示出)也与加热器111和112连接。
将描述各个线连接焊盘121～124。在记录元件衬底100上布置用于阳极电极的线连接焊盘123和用于阴极电极的线连接焊盘124，该用于阳极电极的线连接焊盘123经由用于阳极电极的线105而与温度传感器140连接，该用于阴极电极的线连接焊盘124经由用于阴极电极的线104而与温度传感器连接。以使用于电极的线连接焊盘123和124夹在连接到电源线101的用于电源线的线连接焊盘120与分别连接到GND线102和103的用于接地线的线连接焊盘121和122之间的形式，彼此分离地布置各个该用于电极的线连接焊盘123和124。另外，彼此相邻的线连接焊盘120～124可以以基本上相等的距离彼此分离。
另外，在线连接焊盘120～124之间布置各种用于逻辑线的线连接焊盘(在图2中未示出)。另外，在距离加热器111的行和加热器112的行等距的位置处布置温度传感器140。在用于电极的线104和105中的每一个与电源线101之间设置绝缘层(未示出)，使得用于阴极电极的线104或用于阳极电极的线105不与电源线101接触。
用于电源线的线连接焊盘120与电气布线衬底200上的电源线201连接，并且用于GND(接地)线的线连接焊盘121和122分别与电气布线衬底200上的GND线203和204连接。
图4是记录头700的主要部分的示意性配置图。
在记录元件衬底100上布置孔板401，该孔板401具有用于排出墨的排出口404和用于向排出口404供应墨的流路405。记录元件衬底100的加热器111和112与排出口404适于分别彼此对向。通过将孔板401与上述记录元件衬底100连接，可以经由各个流路405从墨供应口110向排出口404供应墨。
这里，将参考图2和图3来描述在记录头700执行双向记录时的各个衬底100、200和300。通过根据记录头700的扫描方向个别地驱动加热器112的行和加热器111的行来执行记录。
具体地，在沿从加热器111的行到加热器112的行的方向执行记录头700的扫描的情况下，通过驱动加热器112的行来执行记录。另外，在沿相反方向执行记录头700的扫描的情况下，通过驱动加热器111的行来执行记录。在以这种驱动方法驱动加热器111的行的情况下，通过用于电源线的外部连接焊盘301、302和305、电源线201和202、以及用于电源线的线连接焊盘120，电流从外部电源(未示出)流到加热器111。此外，电流经由GND线103、用于GND线的线连接焊盘121、GND线203和204、以及用于GND线的外部连接焊盘303和304从加热器111流到接地端子(未示出)。这里，虽然下面有详细的描述，但是与电源线202相比电流更多地流到电源线201，并且与GND线203相比电流更多地流到GND线204。类似地，在驱动加热器112的行的情况下，通过用于电源线的外部连接焊盘301、302和305、电源线201和202、以及用于电源线的线连接焊盘120，电流从外部电源(未示出)流到加热器112。此外，电流经由GND线103、用于GND线的线连接焊盘121、GND线203和204、以及用于GND线的外部连接焊盘303和304从加热器112流到接地端子(未示出)。这里，虽然下面有详细的描述，但是与电源线201相比电流更多地流到电源线202，并且与GND线204相比电流更多地流到GND线203。
接下来，测量在本实施例的记录头700的温度传感器中产生的噪声电压。另外，具有图5中示出的记录元件衬底、印刷布线衬底和电气布线衬底的布局图的配置的记录头被用作比较示例。在本实施例中，采用了其中两个电极210和211分别被布置在电源线201与GND线203和204之间的配置。然而，在比较示例中，在电源线201与GND线203之间布置一个电极211。此外，存在其中另一电源线210被布置在GND线204外侧而电源线201不被布置在电源线210外侧的配置。因此，虽然将电源线201和用于电源线的外部连接焊盘301连接在一起，但是电源线201和用于电源线的外部连接焊盘305没有被连接在一起。由于其它配置与图2中示出的本实施例的配置相同，因此省略了其描述。
接下来，将详细描述本示例的各个衬底和图5中示出的比较示例的各个衬底。
在本示例和比较示例的电气布线衬底200中，在具有15mm的宽度和50mm的长度的基膜(base film)上使用铜箔形成具有25μm的厚度的线图案。在电气布线衬底200上的电源线201和202以及GND线203和204的宽度在最窄的部分处被设定为30μm，并且在最宽的部分处被设定为1500μm。另外，电极210和211以及其它逻辑线(图2和图5未示出)的宽度一律为30μm。在那时，各个线之间的间隙在最窄的部分处被设定为50μm，并且在最宽的部分处被设定为300μm。
另外，从电极210和211中的每一个的宽度方向上的中心线到电源线201以及GND线203和204的在电极210和211中的每一个的一侧的边缘的距离最少为200μm并且最大为500μm。另外，在与记录元件衬底100的连接部分附近该距离为300μm。另外，从电极210的宽度方向上的中心线到电源线201的在电极210一侧的边缘的距离与从电极211的宽度方向上的中心线到GND线204的在电极210一侧的边缘的距离彼此相等。另外，从电极211的宽度方向上的中心线到电源线201的在电极211一侧的边缘的距离与从电极211的宽度方向上的中心线到GND线203的在电极210一侧的边缘的距离彼此相等。
在本示例和比较示例的印刷布线衬底300中，在具有20mm的宽度和20mm的长度的玻璃环氧树脂(glass epoxy)衬底的两面上使用铜箔形成具有20μm厚度的线图案，并且层叠多个玻璃环氧树脂衬底。在那种情况下，使用具有25μm的厚度的贯通孔，将层叠的衬底电连接在一起。这里，在印刷布线衬底300上设置的电源线201和202以及GND线203和204的宽度在最窄的部分处被设定为100μm，并且在最宽的部分处被设定为2500μm。另外，电极210和211以及其它逻辑线(图2和图5未示出)的宽度一律为100μm。在那时，到用于电极的外部连接焊盘310和311的各个线之间的间隙在最窄的部分处被设定为100μm，并且在最宽的部分处被设定为500μm。
另外，印刷布线衬底300上的每个外部连接焊盘的尺寸被设定为2500×2500μm，并且通过使用镍形成具有30μm的厚度的图案且随后在形成的图案上将具有0.2μm的厚度的金箔图案化来形成外部连接焊盘。
另外，从电极210和211中的每一个的宽度方向上的中心线到电源线201以及GND线203和204的在电极210和211中的每一个的一侧的边缘的距离最少为200μm并且最大为1500μm，并且在与电气布线衬底200的连接部分附近为300μm。另外，从电极210的宽度方向上的中心线到电源线201的在电极210一侧的边缘的距离与从电极211的宽度方向上的中心线到GND线204的在电极210一侧的边缘的距离彼此相等。另外，从电极211的宽度方向上的中心线到电源线201的在电极211一侧的边缘的距离与从电极211的宽度方向上的中心线到GND线203的在电极210一侧的边缘的距离彼此相等。
根据这些结果，图2的印刷布线衬底300上的用于电极的外部连接焊盘311被布置在到用于电源线的外部连接焊盘301的距离与到用于GND线的外部连接焊盘303的距离基本上彼此相等的位置处。类似地，用于电极的外部连接焊盘310被布置在到用于电源线的外部连接焊盘305的距离与到用于GND线的外部连接焊盘304的距离彼此相等的位置处。即，以基本上相等的距离来将用于电极的外部连接焊盘310和311与相邻外部连接焊盘分离。
如上所述制造的本示例和比较示例的记录头通过分别向印刷布线衬底300上的用于电源线的外部连接焊盘301和302施加0.5A的电流来执行双向的记录。此外，在双向的记录期间的本实施例和比较示例中，比较在温度传感器中产生的噪声电压。
另外，在本实施例中，由于用于电源线的外部连接焊盘301和305在记录设备主体一侧被短路，因此施加到用于电源线的外部连接焊盘301和305的电流的总额为0.5A。
图6中示出了在温度传感器中产生的噪声电压和记录头的驱动频率之间的关系。在本实施例中，在驱动加热器111的行的情况下的结果由曲线501表示，而在驱动加热器112的行的情况下的结果由曲线502表示。在比较示例中，在驱动加热器111的行的情况下的结果由曲线503表示，而在驱动加热器112的行的情况下的结果由曲线504表示。
在本实施例的记录头700的情况下，在电极210和211中的每一个的外侧布置电源线201。因此，全部的用于温度检测元件的电极210和211被以使该电极夹在电源线201与GND线203和204之间的形式布置。因此，即使驱动加热器111的行和加热器112的行中的任何一个，流到电源线201的电流与流到GND线203和204的电流也彼此对向。因此，由于相互对向的电流而抵销了噪声电压。
在驱动加热器111的行的情况下，流到用于电源线的外部连接焊盘305一侧的电源线201的电流的方向与流到GND线204的电流的方向彼此对向。在该情况下，与用于电源线的外部连接焊盘301一侧相比，被拉近到流到GND线204的电流的并且流到电源线201的电流被集中于并且更多地流到用于电源线的外部连接焊盘305一侧的电源线201。
类似地，在驱动加热器112的行的情况下，流到用于电源线的外部连接焊盘301一侧的电源线201的电流的方向与流到GND线203的电流的方向彼此对向。在该情况下，与用于电源线的外部连接焊盘305一侧相比，被拉近到流到GND线203的电流的并且流到电源线201的电流被集中于并且更多地流到用于电源线的外部连接焊盘301一侧。
以这样的方式，在流到各个线的电流彼此对向时，电子彼此拉扯(pull)。为此，根据对向电流的值流到电源线201以及GND线203和204的电流被集中于并且流到电极210和211的任何一个线侧。因此，可以更有效地抵消电源线201以及GND线203和204的噪声电压。
另外，在本实施例的情况下，从电极210的宽度方向上的中心线到电源线201的在电极210一侧的边缘的距离与从该中心线到GND线204的在电极210一侧的边缘的距离彼此基本上相等。另外，从电极211的宽度方向上的中心线到电源线201的在电极211一侧的边缘的距离与从该中心线到GND线203的在电极211一侧的边缘的距离彼此基本上相等。因此，电极210和211中产生的噪声电压变得等于来自电源线201以及GND线203和204的噪声电压，并且因此，进一步增强了抵消相互的噪声电压的效果。
在上述比较示例的记录头的情况下，当仅仅驱动加热器112的行时，电流以电源线201和GND线203的电流彼此对向的方向流动。在该情况下，由于在电极211两边的流到电源线201和GND线203的电流的方向彼此对向，因此电源线201中产生的噪声电压和GND线203中产生的噪声电压被抵销。因此，在温度传感器中产生的噪声电压小。另一方面，当仅仅驱动加热器111的行时，仅仅在电极211侧设置电源线201。因此，电流从在电极211一侧的电源线201流到在电极210一侧的GND线204。结果，由于形成相对于流到GND线204的电流对向的电流的部分不存在，因此不能抵销在GND线204中产生的噪声电压。因此，在温度传感器中产生的噪声电压变大。
从上可知，在电源线201与GND线203和204之间布置电极210和211，使得可以将在个别地驱动加热器111的行和加热器112的行时在温度传感器中产生的噪声电压抑制到实践中满意的水平。另外，将没有使衬底变大。依靠这种配置，即使当在从液体排出头排出液滴以执行记录的记录操作期间由温度传感器执行温度检测时，也可以减少噪声的影响。因此，高精度的温度检测是可能的。另外，与现有技术不同，不必须在不执行记录操作时执行温度检测，并且通过温度传感器进行温度检测总是可能的。由此可以提高在执行记录时的吞吐量。
另外，印刷布线衬底300上的用于电极的外部连接焊盘311被布置在到用于电源线的外部连接焊盘301的距离与到用于GND线的外部连接焊盘303的距离彼此基本上相等的位置处。类似地，用于电极的外部连接焊盘310被布置在到用于电源线的外部连接焊盘305的距离与到用于GND线的外部连接焊盘304的距离彼此基本上相等的位置处。因此，提供了一种配置，在该配置中，即使在电连接记录设备主体和印刷布线衬底300上的外部连接焊盘部分320(参考图1)的柔性布线上，用于温度检测元件的电极210和211也被夹在电源线201与GND线203和204之间。因此，甚至在记录头700之外的线上也可以获得相同的效果。
另外，虽然本实施例已经示出了其中布置一个墨供应口110和一个温度检测元件140并且在墨供应口110的两侧分别布置一行加热器的配置，但是这些分别可以是多于一个的。
另外，在本实施例中，沿记录元件衬底100的纵向方向布置外部连接焊盘部分320。然而，可以采用其中沿横向方向布置外部连接焊盘部分的配置。
作为其它配置，如图7中所示出的，即使在电极210侧的电源线201的直径和在电极211侧的电源线201的直径可以是不相等的，电流也流动以使得与流到GND线203和204的电流对向。因此，即使在仅仅驱动加热器111的行的情况下，足够的电流也流到在电极210一侧的电源线201，并且产生抵消噪声电压的效果。
另外，即使在具有如图8中所示出的只具有使用柔性布线衬底的电气布线衬底200而没有使用印刷布线衬底的配置的记录头中，也可以获得抵消噪声电压的效果。
虽然已经参考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。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。

Claims (6)

1.一种液体排出头，包括：
记录元件衬底，所述记录元件衬底具有能量产生元件、温度检测元件以及多个线连接焊盘，所述能量产生元件产生用来排出液体的能量，所述温度检测元件检测液体排出头的温度，所述多个线连接焊盘与所述能量产生元件和所述温度检测元件电连接；
多个外部连接焊盘，所述多个外部连接焊盘与所述液体排出头的外部电连接；以及
电气布线衬底，所述电气布线衬底具有电源线、接地线以及电极，所述电源线用于将与外部电源连接的第一外部连接焊盘与所述能量产生元件连接，所述接地线用于将与外部接地端子连接的第二外部连接焊盘与所述能量产生元件连接，所述电极用于将与外部电路连接的第三外部连接焊盘与所述温度检测元件连接，
其中在所述电气布线衬底中形成的所述电极被布置在所述电源线和所述接地线之间。
2.根据权利要求1所述的液体排出头，
其中在所述电气布线衬底中形成的所述电极的一端与所述记录元件衬底的所述线连接焊盘连接，并且所述电极的另一端与所述外部连接焊盘连接。
3.根据权利要求2所述的液体排出头，
其中所述多个线连接焊盘被形成在所述记录元件衬底的一端和另一端处，并且所述电源线将所述一端的线连接焊盘与所述另一端的线连接焊盘连接。
4.根据权利要求1所述的液体排出头，
其中在所述电极和所述电源线之间的间距基本上等于在所述电极和所述接地线之间的间距。
5.根据权利要求1所述的液体排出头，
其中在通过所述液体排出头进行的记录操作期间，温度检测是使用所述温度检测元件来执行的。
6.一种记录设备，包括根据权利要求1所述的液体排出头。
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