CN103561958B - 打印头晶片 - Google Patents

Abstract

提供一种打印头晶片，其包括基底和延伸通过所述基底的槽，所述槽包括第一槽部段和分立的第二槽部段，所述第二槽部段沿着主轴并沿着正交的副轴相对于所述第一槽部段偏置。

Description

打印头晶片

技术领域

本发明涉及打印头晶片领域。

背景技术

当今在打印机构中广泛使用喷墨打印头。继而，这些打印机构进入到许多产品中，举例来说，如桌面打印机、便携式打印机、绘图器、复印机、照片打印机、票据打印机、视频打印机、销售点终端、传真机以及多合一装置（例如打印机、扫描仪、复印机和传真中的至少两种的组合）等等。

打印头通常具有多个液体喷射元件（经常称作“喷嘴”），其以线性取向设置，沿着线性阵列的主轴具有特定长度。这种长度可以称作打印头的“高度”，但是所述打印头能够在任何方向取向。沿着所述线性阵列副轴的长度（正交于所述打印头的高度的方向）可以称作“宽度”。总体来说，对于给定长度，打印头越宽，打印头的面积越大，并且打印头的成本越高。

发明内容

本发明包括如下方案：

1. 一种打印头晶片，包括：

基底；以及

延伸通过所述基底的槽，所述槽包括第一槽部段以及分立的第二槽部段，所述第二槽部段沿着主轴并沿着正交的副轴相对于所述第一槽部段偏置。

2. 如方案1所述的打印头晶片，其中，所述第一槽部段和所述第二槽部段具有沿着相同副轴的相邻端部。

3. 如方案1所述的打印头晶片，其中，所述第一槽部段和所述第二槽部段的偏置限定所述第一槽部段和所述第二槽部段之间的路径。

4. 如方案3所述的打印头晶片，还包括：通过所述路径而布线跨过所述基底的电迹线。

5. 如方案1所述的打印头晶片，其中，所述第一槽部段在第一列中，以及所述第二槽部段在平行于所述第一列的第二列中。

6. 如方案1所述的打印头晶片，其中，所述槽还包括：第三槽部段，沿着所述主轴的相继槽部段在第一列和第二列之间交替。

7. 如方案6所述的打印头晶片，其中，在给定列中的每个槽部段与在所述给定列中的所有其他槽部段对齐。

8. 一种打印头晶片，包括：

基底；

第一全长度槽，其分割成多个分立的槽部段以传递第一液体穿过所述基底，所述第一全长度槽具有在所述第一全长度槽的相邻槽部段之间限定的路径；

第二全长度槽，其分割成多个分立的槽部段以传递不同的第二液体穿过所述基底，所述第二全长度槽具有在所述第二全长度槽的相邻槽部段之间限定的路径；以及

经由所述路径而布线跨过所述基底的电迹线。

9. 如方案8所述的打印头晶片，其中，所述槽部段设置成行，每行包括所述第一全长度槽的槽部段和所述第二全长度槽的槽部段。

10. 如方案9所述的打印头晶片，其中，所述第一全长度槽和第二全长度槽的相邻槽部段之间的路径限定所述相邻槽部段的相邻行之间的迂回路径。

11. 如方案8所述的打印头晶片，其中，每个全长度槽的所述槽部段设置在多列中，相邻的槽部段处于不同列中。

12. 如方案11所述的打印头晶片，其中，在每个全长度槽的相邻槽部段之间限定的路径是对角线路径。

13. 如方案8所述的打印头晶片，还包括：多个喷嘴包装件，每个喷嘴包装件与槽部段关联。

14. 如方案13所述的打印头晶片，其中，经由所述第一全长度槽的相邻槽部段之间布线的所述电迹线与喷嘴包装件电连通，所述喷嘴包装件与所述第二全长度槽的槽部段关联。

15. 一种制造打印头晶片的方法，包括：

对于用来传递相同液体穿过所述基底的多个槽部段，在基底上限定在两个交替列中错开的槽位置；

在每个槽位置附近提供电子器件以控制与所述槽位置关联的喷嘴阵列；

从一列中的两个相邻槽位置之间，在另一列中的第三槽位置的一个端部周围，将电迹线提供到在所述第三槽位置的远侧上的电子器件；

在每个槽位置处穿过所述基底形成槽；以及

在每个槽和每个电子器件附近在所述晶片上形成喷嘴阵列。

附图说明

图1是根据本公开实施例的用于喷出特定液体滴的打印头晶片的示意图。

图2是本公开实施例的图1中打印头晶片的一部分的放大示意图，示出了两列相邻喷嘴包装件的端部。

图3是根据本公开另一实施例的用于喷出多种不同液体滴的打印头晶片的示意图。

图4是制造打印头晶片的方法的根据本公开实施例的流程图。

具体实施方式

在喷墨打印机中，当打印机的打印头、打印媒质或者二者都相对于彼此移动时，滴沉积在打印媒质上。为了增加打印机的吞吐量，所述打印机可以设置成使得所述打印头具有至少如打印媒质的对应尺寸一样大的高度。这样，在运行中，打印媒质可以在打印头之下通过，滴可以单次沉积在整个可打印区域上。这可以有效降低否则与跨过打印媒质使打印头往复运动以覆盖整个可打印区域相关的延迟。

喷墨打印头通常使用集成电路和/或微机加工制作技术而制作在基底（例如硅晶片）上。喷嘴可以布置在供给槽的任一侧上，所述供给槽完全穿过所述晶片而形成。供给槽将液体供给到用于喷射的喷嘴。在称为“热喷墨”的一类喷墨技术中，加热元件（例如电阻器）迅速加热小体积的液体，形成引起至少一滴液体喷射的气泡。运行所述喷嘴所需要的电能量通常在表面边缘处连接到所述晶片。

如本发明所限定的，“液体”应该宽泛地理解为代表非主要由气体组成的流体。另外，取向和相对位置的术语（例如“顶部”、“底部”、“侧面”、“高度”、“宽度”、“长度”等）并非旨在要求任何元件或组件的特定取向，而是为了便于解释和说明而使用。

在前述设置中，因为供给槽延伸完全穿过所述晶片，将能量传送至喷发电阻器的电迹线必须在所述槽的周围布线。槽的长度越长，用于从所述槽的一个侧面到另一个侧面获取能量的电迹线越长。所述晶片上显著长的电迹线引起电压降沿着迹线长度增加（由于所述迹线的寄生电阻），尤其对于传送显著数量电流的迹线。

在具有大于约一英寸高度的打印头中，这些电压降可能变得足够大以致阻止与所述晶片的电连接件最接近的喷嘴和/或与所述晶片的电连接件最远离的喷嘴在他们的可允许电压范围内运行。如果发生这种情况，从不同喷嘴喷射的墨滴大小可能改变，一些喷嘴可能不能喷出滴，一些喷嘴可能被损坏。所有这些影响导致打印输出的质量下降。

现在参照附图，其示出了示例性打印头晶片，其中，电迹线将合适的电功率提供到所述晶片的各种喷嘴以产生要求质量的打印输出。如所示出的，所述晶片可以提供多个供给槽以将相同的液体供给到更宽喷嘴阵列中的不同喷嘴子组中。供给槽和喷嘴子组可以沿着所述晶片的主轴延伸。所述打印头晶片上的各种部件的布局和形状使得所述晶片的（沿着副轴的）宽度最小，同时将合适的功率分配提供到所有喷嘴，因此减少了打印头晶片的成本。

图1中示出了示例性打印头晶片10，所述打印头晶片具有槽设置，在所述槽设置中，全长度槽20穿过基底11形成，所述全长度槽被分割成用于穿过所述晶片供给相同液体的多个更小的分立槽部段20a-20d（在图1中总体用阴影条表示）。如图所示，所述槽部段可以形成多列，每列包括至少一个槽部段。据此，槽部段20a-20d限定两个实质上平行的列12、14，每列包括一对对齐的槽部段，其平行于另一列中的槽部段。虽然在图1中示出每列带有两个槽部段，可以使用更多或更少的槽部段。

如所示出的，列12相对于列14在副轴方向4上偏置槽至槽间隔30。在一些示例中，所述槽至槽间隔30可以为大约1000微米。将理解的是，槽至槽间隔30可以部分地根据在所述槽部段之间延伸电迹线的要求来确定。还将理解的是，所述槽至槽间隔30影响晶片10的宽度35。继而，宽度35影响所述晶片的成本。

所述槽部段可以错开以使得相邻槽部段处于不同行。（在不同列中的）相邻槽部段（例如槽部段20a、20b）还沿着主轴方向2彼此偏置。通常，（同样，在不同列中的）相邻槽部段设置成使得所述槽部段的相邻端部沿着相同副轴定位。例如，槽部段20b、20c的相邻端部沿着相同的副轴32。同样地，槽部段20a、20b的相邻端部沿着相同的副轴，槽部段20c、20d的相邻端部也如此，等等。这种定位有利于在打印运行期间把与两个列12、14的槽部段均相关的喷嘴当做高度37的实质线性的喷嘴阵列处理，其中所述喷嘴沿着主轴2等距地间隔。因此所述槽部段可以用作单个的全长度槽。

在一些示例中，（在不同列中的）相邻槽部段的相邻端部可以沿几个喷嘴与所述副轴32重合，以允许补偿例如将从端部喷嘴喷射的滴打歪的影响，或者为了将足够的液体流提供到所述端部喷嘴。在这种示例中，在打印运行期间可以选择使用达到要求打印性能的叠置喷嘴。在所述晶片是页面宽度阵列晶片时，所述高度37可以为一至四英寸，或者更多。

电功率、以及数据和/或控制信号，可以通过接触垫42连接到打印头晶片10。每个接触垫42与各个功率连接件、数据信号或者控制信号关联。通常，至少一个接触垫42在特定列中的每两个槽部段之间布置在晶片10上。例如，接触垫42a在槽部段20a、20c之间布置在列12中。

电迹线40在副轴方向4上从接触垫42延伸跨过晶片10。因为所述槽部段完全穿过所述晶片，所述电迹线在所述槽部段周围布线。因而选择所述槽至槽间隔30从而足以允许例如电迹线40a在槽部段20a的下端部和槽部段20b的上端部之间通过。因而电迹线40a能够与布置在槽部段20a、20b的与接触垫42a相对的侧面上的电子器件连接。虽然基于清晰的因素而没有图示，将理解的是，从接触垫42a的电迹线也可以与槽部段20a、20b的最接近接触垫42a之侧面上的电子器件直接连接。

基于上文，电迹线40a的总体长度可以显著地短于如果（例如）槽部段20a-20d全部组合成高度37的单个槽的情况。在那种情况下，所述电迹线40a将长很多，因为其将围绕所述晶片的顶部或底部端部布线以到达槽相对于所述接触垫的另一侧面上的电子器件。在页面宽度阵列中，尤其对于传送显著数量电流（例如高达1安培）的功率迹线，由于所述迹线的寄生电阻，这种额外距离将导致不可接受的电压降。

然而，在本示例中，电迹线40a、40b的长度足够短以确保施加到所有喷嘴（无论位置）的电压都在公差之内。这样继而有助于确保从不同喷嘴喷射的滴大小一致，并且确保所有喷嘴能够喷出滴，其继而有助于确保高质量的打印输出。

现在更为详细地考虑，并且参照图2，示出了打印头晶片10的两个相邻的槽组60a、60b，每个组定位在不同列中。如所示出的，喷嘴包装件50布置成与槽的每个长边相邻或邻接。每个喷嘴包装件50可以实质上为矩形，并且具有与所述槽部段高度实质上相同的高度。

如本文所用，“槽组”将宽泛地理解为表示槽部段和与所述槽部段的长边邻接或相邻而布置的至少一个喷嘴包装件的设置。“喷嘴包装件”应宽泛地理解为包括与槽部段的长边邻接或相邻的间隔喷嘴的阵列，以使得通过所述槽部段供给的液体能够流入到所述喷嘴包装件的每个喷嘴中，用于随后喷射。每个喷嘴包装件还应该理解为包括接收引起液体滴从各个喷嘴可控地喷射的功率、数据和/或控制信号的电子器件。所述电子器件的形状要素示出为简单的矩形，但是其他设置可以预期。所述功率数据和/或控制信号由所述电子器件通过可以连接到信号源位置（例如接触垫42a）的迹线接收。所述功率、数据和/或控制信号可以路由通过相邻槽组60a、60b之间的对角线路径70。

每个喷嘴包装件的所述电子器件可以包括例如与所述线性喷嘴阵列相邻或邻接布置的驱动开关阵列。所述线性阵列中的每个喷嘴与所述驱动开关阵列中的对应驱动开关关联。通常，功率迹线（也称为“喷发线路”）连接到所述喷嘴的喷发电阻器的一个侧面，并且所述对应驱动开关连接到所述喷发电阻器的另一侧面。所述驱动开关还连接到参照电压（通常为地线）迹线。所述驱动开关控制通过所述喷发电阻器的电流流动。当所述驱动开关打开时，足以加热所述液体并从所述喷嘴喷射滴的电流从所述功率迹线通过所述喷发电阻器流动到地线。在一些示例中，所述驱动开关是场效应晶体管（FET）开关，其中，所述喷发电阻器和地线连接到所述FET的漏源路径，并且所述驱动开关阵列是这种FET的阵列。

所述电子器件还可以包括与所述驱动开关阵列相邻或邻接布置的控制逻辑阵列。所述控制逻辑阵列接收数据和控制信号并确定所述液体滴是否和何时从特定喷嘴喷射。从所述控制逻辑阵列的输出连接到每个驱动开关的控制输入（例如FET开关的栅极）。在一些示例中，所述控制逻辑阵列对于每个FET驱动开关包括大约五至十个逻辑类型的控制晶体管。然而，这些控制晶体管每个通常占据比所述FET驱动开关更小的区域。

在一些示例中，所述副轴方向4上的每个槽部段的宽度54为大约150微米。在主轴方向2上的每个槽部段的高度39可以为大约15000至30000微米。因而所述槽可以具有大约100比1或者更大的纵横比。因而，对于页面宽度打印头晶片（其中每个槽部段具有大约1/2英寸的高度），每列中将存在八个槽部段（总共为16个槽部段），以达到8英寸的狭长高度。因此将理解的是，为了清楚之目的，附图1至3不是按比例绘制的，并且没有示出所有的所述槽部段。

在一些示例中，喷嘴包装件50的所述宽度52（包括所述喷嘴阵列和所述电子器件）可以为大约400微米。在所述槽部段宽度54为大约150微米时（如上所述），并且在所述槽部段的每个侧面上存在喷嘴包装件时，对应槽组60a为大约950微米宽度。所述槽至槽间隔30不仅仅基于所述喷嘴包装件50a、50b的宽度52，然而，还基于所述路径70（通过所述路径70电迹线40a至少布线至喷嘴包装件50d）在副轴方向4上的宽度。此外，功率、数据和/或控制信号可以经由与电迹线40a（如图所示）联接或者直接从接触垫42a连接的迹线而提供至喷嘴包装件50a的电子器件。这种电迹线能够在不延伸通过路径70的情况下连接到喷嘴包装件50a的电子器件。

继而，电迹线40a的长度和宽度，不仅取决于所述槽组的宽度，并且取决于在副轴方向4上的槽部段20a和20b之间的槽至槽间隔30。更大的间隔30产生更长的电迹线40a。关于电迹线40a的宽度，虽然为了清楚而图示了一个电迹线40a和接触垫42a，能理解的是，多个用于功率、数据和/或控制信号的不同迹线可以延伸通过路径70。通常选择路径70的尺寸以适应布线通过所述路径70的迹线的数量和宽度。或者，相反地表达，所述路径70的尺寸可以限制能够布线通过所述路径70的迹线的数量和/或宽度。

将理解的是，由于功率迹线传送更大数量的电流，所述功率迹线的宽度通常显著地宽于数据或信号迹线的宽度。延伸通过所述路径70的迹线越多和/或越宽，所述路径本身越宽。因为槽部段20a、20b的相邻端部被约束以保持沿着相同副轴32 ，以保持跨过槽部段20a和槽部段20b二者在主轴方向2上的喷嘴等距间隔，通过增加所述槽至槽间隔30达到加宽所述路径70。

根据本公开的另一示例，并且参照图3，现在考虑用于喷出多种不同液体的滴的打印头晶片，所述晶片可以是矩形页面宽度阵列打印头晶片410。所述晶片410采用基底的形式，所述基底具有在其上形成的总体上矩形的打印头槽组460的设置。每个打印头槽组460具有液体供给槽420，所述供给槽420在平分方向402上实质上平分所述槽组460。每个槽组460还具有与所述液体供给槽部段420的每个侧面相邻或邻接的喷嘴包装件450。喷嘴包装件450的一个示例可以包括喷嘴阵列和电子器件。喷嘴包装件450的另一示例可以包括喷嘴阵列、驱动开关阵列以及控制逻辑阵列，如上参照图2所述。

如图所示，用于给定液体（例如，特定颜色的液体）的喷嘴包装件在所述平分方向402上在两个交替列412、414中错开。所述晶片410具有在用于第一列412中的给定液体的第一槽组460a 和用于第二列414中的给定液体的相邻的第二槽组460b之间的对角线路径470a。电迹线440a能够从第一列中的第一位置（即第一槽组460a和第三槽组460c之间的第一列中的位置）布线通过所述对角线路径470a，且连接到布置在相对于所述第一位置的所述液体供给槽420b相反侧面上的第二槽组460b的喷嘴包装件450b上。所述电迹线440a还可以连接到所述喷嘴包装件450a、450c和450d的一个或多个上。

在一些示例中，用于第二液体（例如黄色墨）-不同于用于槽组460a、460b的给定液体（例如蓝绿色墨）-的槽组460e、460f的两个交替列416、418相对于用于给定液体的两个交替列412、414在正交于所述平分方向402的方向404上间隔开。在相邻列（例如，列414、416）中用于两种不同液体的槽组460之间的所述槽至槽间隔431可以显著地大于在相邻列中（例如，列412、414）用于相同液体的槽组460之间的槽至槽间隔430。所述间隔431通常与附连到所述晶片410的背部侧面以保持两种不同液体彼此分开的在列414、416之间的物理屏障（例如竖直肋部）的大小有关。

在一些示例中，所述槽组460成行和成列地设置在所述晶片410上。每对相邻列与不同液体关联。例如，列412和414共同包括用于传递蓝绿色墨的全长度槽，而列416和418共同包括用于传递黄色墨的全长度槽。

每个槽组460均被分配到特定行。在一些示例中，电迹线440a在槽组460的两行之间在行方向404上跨过所述晶片410布线。例如，电迹线440a跟随迂回路径跨过所述晶片，其以迂回方式而通过在一行中的槽组460a、460e和在另一行中的槽组460b、460f之间的对角线通路470a。通常，电迹线440在每隔一个相邻对的行之间布线。例如，功率迹线440b以迂回方式而通过在一行中的槽组460c和在另一行中的槽组460d之间的对角线通路470b。接触垫442a、442b可以布置在晶片410的竖直边缘处或附近。例如，接触垫442a连接到电迹线440a，而接触垫442b连接到电迹线440b。

根据本公开的示例，并参照图4，现在考虑用于制作页面宽度阵列硅打印头晶片的方法700，在702，将两个交替列中错开的用于相同液体的槽部段的位置限定在基底上。

在704，将喷嘴电子器件提供在每个槽位置的一侧或两侧上。所述电子器件能够通过集成电路处理技术（例如标准的NMOS（N型金属氧化物半导体）或CMOS（互补行金属氧化物半导体）硅制作工艺）制作在所述晶片上。所述电子器件配置成控制从喷嘴线性阵列喷射相同液体的滴。

在706，从在一列中的两个相邻槽位置之间的发源点（例如接触垫），在另一列中的第三槽位置的一个端部周围，将迹线（包括一个或多个功率迹线）提供到所述第三槽位置的远侧面上的电子器件。所述迹线能够使用与所述电子器件相同或相似的集成电路处理技术制作在所述晶片上。

在708，在所述槽位置的每一个处穿过所述基底而形成槽。所述槽能够借助例如激光钻孔的技术穿过所述基底形成。所述槽通常在所述电子器件和所述迹线已经制作之后形成。

在710，喷嘴阵列在每个槽和每个电子器件之间形成在所述晶片上。总体上，具有两部分的喷嘴阵列：喷发电阻器，以及限定腔室（所述喷发电阻器布置在其中）的孔口层。所述喷发电阻器利用集成电路处理技术（例如NMOS（N型金属氧化物半导体）或CMOS（互补行金属氧化物半导体）技术）制作。在一些示例中，所述孔口层是附连到所述晶片的金属孔口层。在其他示例中，所述孔口层是利用半导体处理技术（例如图案形成和刻蚀）形成的SU8 MEMS型孔口层。在一些示例中，所述喷发电阻器可以在槽形成之前形成，而所述孔口层在槽形成之后形成。

在一些示例中，多个晶片可以制作在单个硅晶圆上，各个晶片从所述硅晶圆切割或分开。

虽然说明和图示了多个具体的示例，本公开不限于如此说明和图示的部分的具体的方法、形式或设置。这种说明将理解为包括本文所说明的元件的所有新式且非显而易见的组合，并且在本申请或者之后申请中权利要求可以给出为这些元件的任何新式且非显而易见的组合。上述的示例是阐释性的，并且对于可以在本申请或之后申请中要求保护的所有可能组合，没有单个特征或元件是基本的。除非另外指定，方法权利要求的步骤不必以指定的顺序执行。本公开不限于上述的实施方式，而是相反地按照他们等同物的全部范围通过所附权利要求限定。在权利要求中陈述其等同物的“一”或者“第一”元件时，这种权利要求将理解为包括一个或多个这种元件的合并，既非必需也非排除两个或更多这种元件。

Claims (15)

1.一种打印头晶片，包括：

基底；以及

延伸通过所述基底的槽，所述槽包括第一槽部段以及分立的第二槽部段，所述第二槽部段沿着主轴并沿着正交的副轴相对于所述第一槽部段偏置。

2.如权利要求1所述的打印头晶片，其中，所述第一槽部段和所述第二槽部段具有沿着相同副轴的相邻端部。

3.如权利要求1所述的打印头晶片，其中，所述第一槽部段和所述第二槽部段的偏置限定所述第一槽部段和所述第二槽部段之间的路径。

4.如权利要求3所述的打印头晶片，还包括：通过所述路径而布线跨过所述基底的电迹线。

5.如权利要求1所述的打印头晶片，其中，所述第一槽部段在第一列中，以及所述第二槽部段在平行于所述第一列的第二列中。

6.如权利要求1所述的打印头晶片，其中，所述槽还包括：第三槽部段，沿着所述主轴的相继槽部段在第一列和第二列之间交替。

7.如权利要求6所述的打印头晶片，其中，在给定列中的每个槽部段与在所述给定列中的所有其他槽部段对齐。

8.一种打印头晶片，包括：

基底；

第一全长度槽，其分割成多个分立的槽部段以传递第一液体穿过所述基底，所述第一全长度槽具有在所述第一全长度槽的相邻槽部段之间限定的路径；

第二全长度槽，其分割成多个分立的槽部段以传递不同的第二液体穿过所述基底，所述第二全长度槽具有在所述第二全长度槽的相邻槽部段之间限定的路径；以及

经由所述路径而布线跨过所述基底的电迹线。

9.如权利要求8所述的打印头晶片，其中，所述槽部段设置成行，每行包括所述第一全长度槽的槽部段和所述第二全长度槽的槽部段。

10.如权利要求9所述的打印头晶片，其中，所述第一全长度槽和第二全长度槽的相邻槽部段之间的路径限定所述相邻槽部段的相邻行之间的迂回路径。

11.如权利要求8所述的打印头晶片，其中，每个全长度槽的所述槽部段设置在多列中，相邻的槽部段处于不同列中。

12.如权利要求11所述的打印头晶片，其中，在每个全长度槽的相邻槽部段之间限定的路径是对角线路径。

13.如权利要求8所述的打印头晶片，还包括：多个喷嘴包装件，每个喷嘴包装件与槽部段关联。

14.如权利要求13所述的打印头晶片，其中，经由所述第一全长度槽的相邻槽部段之间布线的所述电迹线与喷嘴包装件电连通，所述喷嘴包装件与所述第二全长度槽的槽部段关联。

15.一种制造打印头晶片的方法，包括：

对于用来传递相同液体穿过基底的多个槽部段，在所述基底上限定在两个交替列中错开的槽位置；

在每个槽位置附近提供电子器件以控制与所述槽位置关联的喷嘴阵列；

从一列中的两个相邻槽位置之间，在另一列中的第三槽位置的一个端部周围，将电迹线提供到在所述第三槽位置的远侧上的电子器件；

在每个槽位置处穿过所述基底形成槽；以及

在每个槽和每个电子器件附近在所述晶片上形成喷嘴阵列。