CN106061743A - 具有暴露至液体腔室的地电极的液体喷射器件 - Google Patents

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Abstract

示例提供一种液体喷射器件，包括液体喂送槽、喷嘴层和钝化层之间的液体腔室、以及用于检测所述液体腔室中的液体的属性的打印头集成传感器。所述传感器可以包括通过所述钝化层中的通孔暴露至所述液体腔室的地电极。

Description

具有暴露至液体腔室的地电极的液体喷射器件
背景技术
一些打印系统可以在储液器或其他液体腔室中被赋予用于确定诸如油墨之类的液体的液位的器件。例如，棱镜可以被用于在墨盒中反射或折射光束以生成电的和/或用户可视的油墨液位指示。一些系统可以使用背压指示器来确定储液器中的油墨液位。其他打印系统可以计算从喷墨打印墨盒中喷射的油墨液滴的数目作为确定油墨液位的方法。还有其他的系统可以将油墨的电导率用作打印系统中的油墨液位指示器。
附图说明
详细的描述部分参考附图，其中：
图1是适用于包含打印头集成传感器的液体喷射系统的示例的框图；
图2是适用于包含打印头集成传感器的示例液体喷射墨盒的透视图；
图3是包括液体喂送槽和打印头集成油墨液位传感器(PILS)的打印头的仰视图；
图4是示例液滴生成器的截面图；
图5是示例检测结构的截面图；
图6是图7的示例检测结构的另一截面图；
图7是用于驱动打印头的非重叠时钟信号的时序图；
图8是示例油墨液位传感器电路；
图9是具有检测电容器和固有寄生电容的示例检测结构的截面图；
图10是包括寄生消除元件的示例检测结构的截面图；
图11是包括寄生消除电路、清理电阻电路和移位寄存器的示例PILS油墨液位传感器电路；
图12是对多个PILS信号进行寻址的移位寄存器的示例；以及
图13-图21图示用于制备PILS的检测结构的方法的各个阶段；
在各个实施例中，上面所有的图都可以被实现。
示例在附图中示出并且在下面详细描述。为了清楚和/或简洁，附图不一定是成比例的，并且附图的各个特征和视点可以被成比例或示意性地放大。贯穿附图，相同部分的标记可以指示相同或类似的部分。
具体实施方式
存在可用于确定储液器或其他液体腔室中的诸如油墨之类的液体的属性的许多技术。例如，针对许多类型的喷墨打印机来说，由于多种原因，油墨供给储液器中的精确的油墨液位检测可能是可期望的。例如，检测油墨的正确液位以及提供留在墨盒中的油墨量的对应指示允许打印机用户准备更换用完的墨盒。精确的油墨液位指示还有助于避免浪费油墨，因为不精确的油墨液位指示经常导致过早地更换仍旧含有油墨的墨盒。此外，打印系统可以使用油墨液位检测来触发有助于防止可能由不充足供给水平导致的低质量打印的某些动作。
本文所述的是打印头集成传感器和检测技术的各个实现方式，以及被赋予这些传感器和/或检测技术的装置和系统，其中用于传感器(多个传感器)的地电极暴露至液体腔室以供与液体腔室中的液体直接接触。在各个实现方式中，传感器可以检测液体的属性(例如，液体液位、温度等)并且可以被板载集成到热喷墨(TIJ)打印头模具上。例如，传感器可以包括打印头集成的油墨液位传感器(PILS)。在一些实现方式中，检测电路可以实现通过电容传感器对液体喷射器件的油墨液位状态进行捕获的采样和保存技术。电容传感器的电容可以随着油墨液位而改变。针对每个PILS，位于电容传感器上的电荷可以在电容传感器和参考电容器之间共享，在评价晶体管的栅极处引起参考电压。打印机专用集成电路(ASIC)中的电流源可以在晶体管的漏极处供给电流。ASIC可以测量在电流源处的最终电压并计算评价晶体管的对应的漏源电阻。然后，ASIC可以基于由评价晶体管确定的电阻确定液体喷射器件的油墨液位状态。
在各个实现方式中，暴露至液体腔室的地电极可以提供用于检测电路的接地。地电极可以包括通过钝化层中的通孔暴露至液体腔室的第一金属层，以及第一金属层上并连接至模具上接地路径(on-die ground path)的第二金属层。在各个实现方式中，钝化层可以将第二金属层与液体腔室屏蔽。
在各个实现方式中，可以通过使用集成到打印头模具上的多个PILS来提高精确度。例如，液体喷射器件可以包括第一PILS以检测与液体喂送槽流体通信的第一液体腔室的油墨液位，以及第二PILS以检测与液体喂送槽流体通信的第二液体腔室的油墨液位。移位寄存器可以用作选择电路以对多个PILS进行寻址并使ASIC能够测量多个电压且基于在打印头模具上的各个位置处进行的测量确定油墨液位状态。在各个实现方式中，与液体喷射器件的液体喂送槽流体通信的液体腔室可以包括清理电阻电路以清理含有油墨的液体腔室。
在各个实现方式中，处理器可读介质可以存储表示指令的代码，指令在被处理器执行时，使处理器启动与液体喷射器件的液体喂送槽流体通信的第一液体腔室的第一打印头集成油墨液位传感器(PILS)和与液体喂送槽流体通信的第二液体腔室的第二PILS的操作。移位寄存器可以被控制成从第一PILS和第二PILS到共用ID线上的多路输出。根据输出，液体喷射器件的油墨液位状态可以基于由第一PILS和第二PILS检测的不同油墨液位确定。
在各个实现方式中，处理器可读介质可以存储表示指令的代码，代码在被处理器执行时，使处理器激活清理电阻电路以从液体腔室清除油墨、施加预充电电压Vp至液体腔室内的检测电容器以将检测电容器充入电荷Q1。电荷Q1可以在检测电容器和参考电容器之间共享，在评价晶体管的栅极处引起参考电压Vg。可以确定由Vg引起的评价晶体管的漏源电阻。在实现方式中，可以在激活清理电阻电路之后提供延迟，以使得来自液体槽中的油墨在施加预充电电压Vp之前流回到液体腔室中。
现在转至图1，所图示的是适用于包含液体喷射器件的示例液体喷射系统100的框图，该液体喷射器件包括如本文公开的打印头集成传感器。在各个实现方式中，液体喷射系统100可以包括喷墨打印机或打印系统。液体喷射系统100可以包括打印头组件102、液体供给组件104、安装组件106、介质传输组件108、电子控制器110和可以将功率提供至液体喷射系统100的各个电子部件的至少一个电源112。
打印头组件102可以包括至少一个打印头114。打印头114可以包括打印头模具，打印头模具具有沿打印头模具的长度的液体喂送槽，以将诸如油墨之类的液体供给至例如多个喷嘴116。多个喷嘴116可以向打印介质118喷射液体的喷射液滴以致打印到打印介质118上。打印介质118可以是任意类型适合的板料或辊料，例如纸、卡片纸、幻灯片、聚酯、胶合板、泡沫板、布料、画布等。喷嘴116可以以一个或多个列或阵列的形式布置，使得随着喷嘴组件102和打印介质118彼此相对移动，来自喷嘴116的液体的适合的连续喷射可以促使字符、符号和/或其他图形或图像被打印在打印介质118上。
液体供给组件104可以将液体供给至打印头组件102并且可以包括用于存储液体的储液器120。通常，液体可以从储液器120流至打印头组件102，并且液体供给组件104和打印头组件102可以形成单向液体输送系统或再循环液体输送系统。在单向液体输送系统中，基本上供给至打印头组件102的全部液体可以在打印期间消耗。然而，在再循环液体输送系统中，只有供给至打印头组件102的液体的一部分可以在打印期间消耗。在打印期间未消耗的液体可以返回至液体供给组件104。液体供给组件104的储液器120可以被移除、更换和/或被再装满。
安装组件106可以相对于介质传输组件108来定位打印头组件102，并且介质传输组件108可以相对于打印头组件102来定位打印介质118。在这种结构中，打印区域124可以被限定在打印头组件102和打印介质108之间的区域中的喷嘴116附近。在一些实现方式中，打印头组件102是扫描型打印头组件。照此，安装组件106可以包括用于将打印头组件102相对于介质传输组件108移动以扫描打印介质118的墨盒。在其他实现方式中，打印头组件102是非扫描型打印头组件。照此，安装组件106可以将打印头组件102固定在相对于介质传输组件108的规定位置。因此，介质传输组件108可以相对于打印头组件102来定位打印介质118。
电子控制器110可以包括处理器(CPU)138、存储器140、固件、软件和与打印头组件102、安装组件106和介质传输组件108通信并控制它们的其他电子器件。存储器140可以包括易失性(例如，RAM)和非易失性(例如，ROM、硬盘、软盘、CD-ROM等)存储器部件两者，存储器部件包括被提供来存储计算机/处理器可执行编码指令、数据结构、程序模块和用于打印系统100的其他数据的计算机/处理器可读介质。电子控制器110可以从诸如计算机之类的主机系统接收数据130并将数据130临时存储在存储器140中。通常，数据130可以沿着电子、红外、光学或其他信息传输路径而发送至打印系统100。例如，数据130可以表示要打印的文档和/或文件。照此，数据130可以形成打印系统100的打印作业，并可以包括一个或多个打印作业命令和/或命令参数。
在各个实现方式中，电子控制器110可以控制来自喷嘴116的液滴117的喷射的打印头组件102。因此，电子控制器110可以对打印介质118上形成字符、符号和/或其他图形或图像的喷射的液滴117的图案进行限定。喷射的液滴117的图案可以通过数据130中的打印作业命令和/或命令参数确定。
在各个实现方式中，电子控制器110可以包括打印机专用集成电路(ASIC)126，以确定液体喷射器件/打印头114中油墨的至少一个属性(例如，液体液位、温度等)。对于其中传感器122的至少一些包括PILS的实现方式，ASIC 126可以基于来自一个或多个PILS的电阻值确定对应的液体腔室的液位。打印机ASIC 126可以包括电流源130和模拟数字转换器(ADC)132。ASIC 126可以转换电流源130处存在的电压以确定电阻，并且然后通过ADC 132确定数字电阻值。通过存储器140中的电阻检测模块128内的可执行指令实现的可编程算法可以通过ADC 132实现电阻确定和随后的数字转换。在各个实现方式中，电子控制器110的存储器140可以包括通过油墨清理模块134内的可执行指令实现的可编程算法，油墨清理模块134包括可以被控制器110的处理器138执行的指令，以激活集成打印头114上的清理电阻电路来清除PILS液体腔室外的油墨和/或油墨残留物。在另一实现方式中，其中打印头114包括多个PILS，电子控制器110的存储器140可以包括通过可被控制器110的处理器138执行的PILS选择模块136内的可执行指令实现的可编程算法，以控制用于对要被用来检测油墨液位的单个PILS进行选择的移位寄存器，以确定液体喷射器件的油墨液位状态。
如本文所述，在各个实现方式中，打印系统100是具有适用于实现打印头模具114的热喷墨(TIJ)打印头114的按需滴定(drop-on-demand)热喷墨打印系统，打印头模具114具有多个传感器122和用于传感器122的地电极。在一些实现方式中，打印头组件102可以包括单个TIJ打印头114。在其他实现方式中，打印头组件102可以包括大量TIJ打印头114。虽然与TIJ打印头关联的制备工艺非常适合于本文描述的打印头模具的集成，但是诸如压电打印头之类的其他打印头类型也可以实现具有多个传感器122和关联地电极的打印头模具114。
在各个实现方式中，打印头组件102、液体供给组件104和储液器120可以被一起容纳在诸如集成打印头的墨盒的可替换设备中。图2是根据公开的实现方式的可以包括打印头组件102、油墨供给组件104和储液器120的示例喷墨盒200的透视图。
除了一个或多个打印头114之外，喷墨盒200可以包括电触点205和油墨(或其他液体)供给腔室207。在一些实现方式中，墨盒200可以具有存储一种颜色的油墨的供给腔室207，并且在其他实现方式中，其可以具有多个腔室207，多个腔室207的每个腔室存储不同颜色的油墨。电触点205可以向控制器(诸如，本文参考图1描述的电子控制器110)来回运送电信号以及功率(来自本文参考图1描述的电源112)，以促使油墨液滴通过喷嘴216喷射并进行油墨液位测量。
图3示出包括传感器122的TIJ打印头114的示例实现方式的仰视图，传感器122包括PILS(下文为“PILS 122”)。图4、图5和图6示出由虚线4-4、5-5和6-6分别指示的TIJ打印头114的各个截面图。如所示出的，打印头114可以包括根据各个实现方式形成在硅模具/基板344中的液体喂送槽342。如下面更具体地讨论的，集成在打印头模具/基板344上的各个部件可以包括液滴生成器346、多个PILS 122和相关电路、以及联接至每个PILS 122以实现单个PILS 122的多路复用选择的移位寄存器348。虽然打印头114被示出为具有单个液体液体槽342，但是本文讨论的原理在它们的应用中并不限制为仅具有一个槽342的打印头。相反，其他打印头结构也可以是可能的，诸如具有两个或多个液体喂送槽的打印头。如下面结合图4和5所讨论的，在TIJ打印头114中，模具/基板344位于具有液体腔室350的腔室层和具有形成于其中的喷嘴116的喷嘴层之下。然而，为了图示的目的，图3中的腔室层和喷嘴层被假定为透明，以示出下面的基板344。因此，液体腔室350在图3中使用虚线示出。
液体喂送槽342可以是形成在基板344中的延长的槽。液体喂送槽342可以与诸如图1中示出的液体储液器120之类的液体供给物(未示出)流体通信。液体喂送槽342可以包括沿着液体喂送槽342两侧布置的多个液滴生成器346以及多个PILS 122。如本文更全面描述的，PILS 122中的每一个可以与液体喂送槽342流体通信，并且可以被配置成检测其相应的液体腔室350的油墨液位。在各个实现方式中，PILS 122通常可以对着液体喂送槽342端部而定位，如所示出的，沿着液体喂送槽342的任一侧。例如，在一些实现方式中，液体喷射器件可以包括每个液体喂送槽342的四个PILS 122，每个PILS 122通常位于液体喂送槽342的四个拐角中的一个拐角附近，对着液体喂送槽342的端部。在其他实现方式中，液体喷射器件可以包括每个液体喂送槽342的不止四个PILS 122，至少一个PILS 122通常位于液体喂送槽342的四个拐角中的一个拐角附近，对着液体喂送槽342的端部。如所示出的，例如，打印头114包括每个液体喂送槽342的四个PILS 122，每个PILS 122通常位于液体喂送槽342的四个拐角中的一个拐角附近，对着液体喂送槽342的端部。在本公开的范围内，各种其他结构可以是可能的。
如图3中所示，虽然每个PILS 122通常位于液体喂送槽342的端角附近，但是这不限制PILS 122在其他可能位置。因此，PILS 122可以围绕液体喂送槽342而定位在其他区域中，诸如液体喂送槽342的端部之间的中间。在一些实现方式中，PILS 122可以位于液体喂送槽342的一个端部上，使得PILS 122从液体喂送槽342的端部向外延伸而不是从液体喂送槽342的侧边缘向外延伸。然而，如图3中所示，针对通常位于液体喂送槽342的端角附近的PILS 122，其可以有利地维持PILS 122的平板检测电容器(Csense)352(例如，在平板检测电容器352的一个边缘)和液体喂送槽342的端部之间的某个安全距离。维持最小安全距离可以有助于确保不存在由于在液体喂送槽342的端部可能遇到的减小的液体流率的可能性而导致的来自检测电容器(Csense)352的信号衰减。在一些实现方式中，在平板检测电容器(Csense)352和液体喂送槽342的端部之间维持的最小安全距离可以是至少40μm，并且在一些实现方式中，可以是至少大约50μm。
现在转到图4、图5和图6，继续参考图1-图3，图示分别沿着虚线4-4、、5-5和6-6的TIJ打印头114的截面图。如图4中所示，液滴生成器346可以包括喷嘴116、液体腔室350和形成设置在液体腔室350中的点火元件的金属片354。喷嘴116可以形成在喷嘴层356中，并通常可以被布置成沿着液体喂送槽342的侧面形成喷嘴列。点火元件354可以是由硅基板344的上表面上的绝缘层356(例如，磷硅酸玻璃(PSG)、未掺杂硅玻璃(USG)、掺杂硼磷硅玻璃(BPSG)或其组合)上由双金属层金属片(例如，铝铜(AlCu)、钽铝(TaAl)、TaAl上的AlCu或者氮化硅钨(WSiN)上的AlCu)形成的热敏电阻器。点火元件354上的钝化层360可以保护点火元件354不受液体腔室350中的油墨的损害，并且可以用作机械钝化或保护空化(protective cavitation)阻挡结构以吸收破裂的汽泡的冲击。腔室层362可以具有将基板358与喷嘴层356间隔开的墙和液体腔室350。
在操作期间，液滴可以通过对应的喷嘴116从液体腔室350喷出，并且液体腔室350然后可以用从液体喂送槽352循环的液体重新填满。更具体地，电流可以流过电阻器点火元件354，导致元件的快速加热。邻近点火元件354上的钝化层360的液体的薄层可以被过加热和蒸发，在对应的点火液体腔室350中生成汽泡。快速膨胀的汽泡可以是对应的喷嘴116之外的液滴。在加热元件冷却时，汽泡可以快速破裂，从液体喂送槽342汲取更多的液体进入点火液体腔室350，为从喷嘴116喷射另一个液滴做准备。
图5是根据各个实现方式的PILS 122的示例检测结构的一部分的截面图。如图3中所示，PILS 122通常可以包括集成在打印头114上的检测结构364、传感器电路366和清理电阻电路368。PILS 122的检测结构364通常可以以与液滴生成器356相同的方式配置，但是包括针对通过PILS液体腔室350中的物质(例如，油墨、油墨空气、空气)的检测电容器(Csence)352的清理电阻电路368和地电极370。因此，与通常的液滴生成器356一样，检测结构364包括喷嘴116、液体腔室350、诸如设置在液体/油墨腔室350内的金属片355的导电元件、金属片355上的钝化层360和硅基板344的上表面上的绝缘层356(例如，多晶硅玻璃，PSG)。然而，如上面参考图1讨论的，PILS 122可以另外地采用电流源130和不集成在打印头114上的打印机ASIC 126中的模拟数字转换器(ADC)132。相反，打印机ASIC 126可以例如被定位在打印机系统100的打印机墨盒或电子控制器110上。
在检测结构364内，检测电容器(Csense)352可以由金属片355、钝化层360和液体腔室350的物质或内容形成。传感器电路366可以包含检测结构352内的检测电容器(Csense)352。检测电容器352的值可以随着液体腔室350内的物质的改变而改变。液体腔室350中的物质可以全部是油墨、油墨和空气、或仅是空气。因此，检测电容器352的值随着液体腔室350中的油墨的液位改变。在油墨存在于液体腔室350中时，检测电容器352具有与地电极370的良好电导(conductance)，因此电容值最高(例如，100％)。然而，在液体腔室350中不存在油墨(例如，只有空气)时，检测电容器352的电容下降至非常小的值，其理论上接近于零。在液体腔室包含油墨和空气时，检测电容器352的电容值可以是零和100％之间的某个值。使用检测电容器352的改变值，油墨液位传感器电路366可以实现油墨液位的确定。通常，液体腔室350中的油墨液位可以是打印系统100的储液器120中的油墨的油墨液位状态的指示。
在一些实现方式中，清理电阻电路368可以在用传感器电路366测量油墨液位之前，用于从PILS检测结构364的液体腔室350中清除油墨和/或油墨残留物。此后，就油墨存在于储液器120中来说，油墨可以回流到液体腔室中以实现精确的油墨液位测量。如图3中所示，在各个实现方式中，清理电阻电路368可以包括围绕检测电阻器(Csense)352的金属片355的四个清理电阻器。每个清理电阻器368可以邻近于检测电容器(Csense)352的金属片355的四个侧面中的一个。清理电阻器368可以包括例如由诸如上面讨论的AlCu、TaAl或TaAl上的AlCu制成的热敏电阻器，其可以提供油墨的快速加热以产生将油墨从PILS液体腔室350压出的汽泡。清理电阻电路368可以从液体腔室350清除油墨并从检测电容器(Csense)352的金属片355移除残留的油墨。然后，从液体喂送槽342回流到PILS液体腔室350的油墨可以通过检测电容器(Csense)352实现油墨液位的更精确检测。在一些实现方式中，可以在激活清理电阻电路368之后由控制器110提供延迟，以在检测PILS液体腔室350中的油墨液位之前为从液体喂送槽342回流到PILS液体腔室350中的油墨提供时间。虽然具有围绕检测电容器(Csense)352的四个电阻的清理电阻电路368可以具有从检测电容器352和PILS液体腔室350有效清理油墨的优点，但是也可以考虑可以提供清理油墨至更低或更高程度的其他清理电阻结构。例如，清理电阻电路368可以被配置有串联电阻结构，其中清理电阻彼此串联，邻近离开液体喂送槽342的PILS液体腔室350的后面处的检测电容器(Csense)352的金属片355的后边缘。
如所示出的，检测结构364的地电极370可以通过钝化层360中的通孔371暴露至液体腔室350。如图6中所示，地电极370可以包括第一金属层373和第一金属层373上的第二金属层375，钝化层360中的通孔371将第一金属层373的一部分暴露至液体腔室350。第二金属层375可以连接至将第一金属层373电连接至地的模具上接地路径(未示出)。
在至少一些实现方式中，在相同的操作期间，地电极370可以以与检测电容器(Csense)352的点火元件354和/或金属片355类似的方式制备，并且这可以简化或至少减少制备打印头的工艺流程的附加复杂性。如图6中所示，如下面进一步讨论的，地电极370可以包括类似于点火元件354的具有第二金属层375的双金属层结构，第二金属层375具有由于湿法蚀刻操作而产生的斜边缘以暴露其下的第一金属层373。
如所示出的，虽然第一金属层373和第二金属层375可以包括适合应用的任意导电材料(例如，AlCu、TaAl、WsiN等)，但在许多实现方式中，地电极370的双金属层结构可以允许使用比第二金属层375的金属更耐液体腔室350中的液体(例如，油墨)腐蚀的金属来制备第一金属层373，第二金属层375具有将第二金属层375与液体腔室350屏蔽的钝化层360。虽然一些实现方式可以包括其中第一金属层373和第二金属层375包括相同金属或金属合金的地电极370，但是其中地电极370包括两种不同金属或金属合金的其他实现方式可以允许更大的设计灵活性，在可能时，这可以转而通过使用不太贵的金属或金属合金来允许降低成本。此外，打印头的整个制备可以通过使用与制备检测电容(Csense)352的点火元件354和/或金属片355使用的工艺操作相同的制造地电极370的工艺操作来简化。
图7是根据各个实现方式的具有非重叠时钟信号(S1-S4)的部分时序图700的示例，非重叠时钟信号(S1-S4)具有可用于驱动打印头114的同步数据和点火信号。如下面讨论的，时序图700中的时钟信号也可以用于驱动PILS油墨液位传感器电路366和移位寄存器348的操作。
图8是根据各个实现方式的PILS 122的示例油墨液位传感器电路366。通常，传感器电路366可以采用电荷共享机制以确定PILS液体腔室350中的油墨的不同液位。传感器电路366可以包括配置为开关的两个第一晶体管，T1(T1a、T1b)。参考图7和图8，在传感器电路366的操作期间，在第一步骤中，时钟脉冲S1被用于闭合晶体管开关T1a和T1b，将存储器节点M1和M2联接至地并使检测电容器352和参考电容器800放电。参考电容器800可以是节点M2和地之间的电容。在此示例中，参考电容器800可以被实现为评价晶体管T4的固有栅电容，并且因此使用虚线图示。参考电容器800可以另外地包括诸如栅极-源极重叠电容之类的关联寄生电容，但是T4栅电容是参考电容器800中的主电容。将晶体管T4的栅电容用作参考电容器800，通过撤销制备在节点M2和地之间的特定参考电容器而减小了传感器电路366中的部件数量。然而，在其他实现方式中，这可以有利于通过包括从M2至地制备的特定电容器(例如，除了T4的固有栅电容)来调整参考电容器800的值。
在第二步骤中，S1时钟脉冲终止，打开T1a和T1b开关。在T1开关打开之后，S2时钟脉冲立即被用于闭合晶体管开关T2。闭合T2将节点M1联接至预充电电压Vp(例如，大约+15伏特)，并且根据等式Q1＝(Csense)*(Vp)，电荷Q1置于检测电容器352上。这时，因为S3时钟脉冲关闭，因此M2节点保持在零电压电位。在第三步骤中，S2时钟脉冲终止，打开T2晶体管开关。在T2开关打开之后，S3时钟脉冲立即闭合晶体管开关T3，将节点M1和M2相互联接并在检测电容器352和参考电容器800之间共享电荷Q1。根据等式检测电容器352和参考电容器800之间共享的电荷Q1在节点M2处也在评价晶体管T4的栅极处生成参考电压Vg。
在M2处，Vg保持直到另一个循环开始于将存储器节点M1和M2接地的时钟脉冲S1。在M2处的Vg打开评价晶体管T4，其可以实现在ID 802(晶体管T4的漏极)处的测量。在此实现方式中，假定晶体管T4以操作的线性模式被偏置，其中T4作为值与栅电压Vg(例如，参考电压)成比例的电阻器。T4的漏源(联接至地)的电阻通过在ID 802处施加小电流(例如，大约1毫安的电流)来确定。另外参考图1，ID 802联接至电流源，诸如打印机ASIC 126中的电流源130。在ID处施加电流源时，电压(VID)在ID 802处被ASIC 126测量。固件(诸如在控制器110或ASIC 126上执行的Rsense模块128)可以使用在ID 802处的电流和VID将VID转换成T4晶体管漏源电阻Rds。打印机ASIC 126中的ADC 132随后确定电阻Rds的对应数字值。电阻Rds基于晶体管T4的特性实现关于Vg值的推导。基于Vg值，Csense值可以由上面示出的Vg的等式获得。然后，油墨的液位可以基于Csense值确定。
一旦确定电阻Rds，就存在获得油墨液位的多种方式。例如，测量的Rds值可以与实验上确定为与特定油墨液位关联的Rds或Rds值表的参考值相比较。在没有油墨(例如，“干”信号)或者非常低的油墨液位的情况下，检测电容器352的值非常低。这导致非常低的Vg(大约1.7伏特)，并且评价晶体管T4是关闭的或几乎关闭的(例如，T4处于中断或亚阈值操作区域中)。因此，通过T4从ID至地的电阻Rds会非常高(例如，具有1.2mA的ID电流，Rds通常在12k ohm以上)。相反，在高油墨液位(例如“湿”信号)的情况下，检测电容器352的值接近于其值的100％，导致Vg的高值(大约3.5伏特)。因此，电阻Rds是小的。例如，在高油墨液位的情况下，Rds低于1k ohm，并且通常是几百ohm。
图9是根据各个实现方式图示检测电容器352和可以形成检测电容器352的一部分的金属片355下面的固有寄生电容Cp1(972)两者的示例PILS检测结构364的截面图。固有寄生电容Cp1 972可以通过金属片355、绝缘层356和基板344形成。如本文所述，PILS 122可以基于检测电容器352的电容值确定油墨液位。在电压(例如，Vp)被施加至金属片355时，给检测电容器352充电，然而，Cp1972电容器也充电。正因为如此，寄生电容Cp1 972可以对针对检测电容器352确定的电容贡献大约20％。这个百分比可以根据绝缘层356的厚度和绝缘材料的介电常数而改变。然而，在“干”状态(例如，其中没有油墨存在)下，寄生电容Cp1 972中保留的电荷可以足以打开评价晶体管T4。因此，寄生Cp1 972可以稀释干/湿信号。
图10是根据各个实现方式的包括寄生消除元件1074的示例检测结构364的截面图。寄生消除元件1074可以包括诸如多晶硅层之类的导电层1076，其可以形成在被设计为消除寄生电容Cp1影响的氧化物1077(例如，栅极氧化物层)上。在此结构中，在电压(例如，Vp)被施加至金属片355时，其还可以被施加至导电层1076。在各个实现方式中，这可以防止电荷发展到Cp1 972上，以使Cp1与检测电容器352电容的确定有效地事实隔离。Cp2(元件1078)可以是来自寄生消除元件1074的固有电容。Cp2 1078可以减缓寄生消除元件1074的充电速度，但是可以不对Cp1 972的移除/隔离产生影响，因为对元件1074提供了足够的充电时间。
图11是根据各个实现方式的具有寄生消除电路1180、清理电阻电路368和移位寄存器348的示例PILS油墨液位传感器电路366。如本文所指出的，清理电阻电路368可以在ID802处测量传感器电路366之前被激活，以清除PILS液体腔室350外的油墨和/或油墨残留物。清理电阻器R1、R2、R3和R4可以像典型的TIJ点火电阻器一样操作。因此，它们可以被动态存储器多路复用(DMUX)1182寻址，并被连接至点火线1186的电源FET 1184驱动。控制器110(图1)可以通过点火线1186和DMUX1182控制清理电阻电路368的激活，例如，通过执行来自清理模块134的特定点火指令。
通常，来自多个PILS 122的多个传感器电路366可以连接至共用ID 802线。例如，具有若干液体喂送槽342的彩色打印头模具/基板344可以具有十二个或更多个PILS 122(例如，如图3中，每个槽342四个PILS 122)。移位寄存器348可以实现将多个PILS传感器电路366的输出多路复用至共用ID 802线上。在控制器110上执行的PILS选择模块136可以控制移位寄存器348以提供多个PILS传感器电路366到共用ID 802线上的连续输出或其他顺序的输出。
图12示出根据各个实现方式的对多个PILS 122信号进行寻址的移位寄存器348的另一示例。在图12中，移位寄存器348包括PILS块选择电路，以对来自十二个PILS 122的多个PILS信号进行寻址。在一个彩色模具上存在三个槽342(342a、342b、342c)，每个槽342具有四个PILS 122。针对包括不止十二个PILS 122的实现方式，移位寄存器348可以类似地配置为对另外的PILS 122进行寻址。通过移位寄存器348对多个PILS信号进行寻址可以通过检查模具上的各个位置来增加油墨液位测量的精度。
用于形成暴露至液体腔室的地电极的液体喷射装置的方法的各个操作在图13-图21中通过在方法的各个阶段的装置的截面图图示。应当指出，讨论和/或图示的各个操作通常可以被依次认为是多个离散操作以帮助理解各个实现方式。除非明确陈述，描述的顺序不应当被解释为意指这些操作是顺序相关的。此外，比起可以被描述的实现方式，一些实现方式可以包括更多个或更少的操作。
现在转到图13，检测结构346的第一金属层373可以形成在基板344上，直接在基板344上或在直接在基板344上的另一层上，并且第二金属层375可以形成在第一金属层373上。如所示出的，例如，第一金属层373可以形成在基板344上的绝缘层356上。
在图14，掩模1390可以形成在第一金属层373和第二金属层375上，并且金属层373、375可以被蚀刻。在图14的蚀刻操作可以通过包括例如等离子干法蚀刻的任何适合的蚀刻操作实施。
虽然图13和图14中未示出，但是在各个实现方式中，检测电容器352的金属片155可以在形成第一金属层373和第二金属层375的同时形成。在其他实现方式中，检测电容器352的金属片155可以相对于形成第一金属层373和第二金属层375单独地形成。
在图15，掩模1392可以被形成在基板344上和第二金属层375的部分上，并且然后在图16，第二金属层375可以被蚀刻，使得第一金属层373的一部分通过第二金属层375暴露，以允许第一金属层373被暴露至本文所述的液体腔室350。在各个实现方式中，第二金属层375可以使用诸如湿法蚀刻的任何适合的蚀刻操作来蚀刻。在图17，掩模1392可以被移除。
在图18，钝化层360可以形成在金属层373、375上(以及在检测电容器352的金属片155上，虽然这里未示出)，并且在图19，掩模1394可以被形成在钝化层360上。如所示出的，掩模1394包括对应于通孔371要形成的位置处的至少一个开口。在图20，钝化层360可以被蚀刻以形成通孔371，从而暴露第一金属层373的一部分以提供用于传感器的检测电路的地电极。在图21，可以移除掩模1394，并且方法可以继续一个或多个操作，以至少部分形成例如在图3-图6、图9和图10示出的结构。例如，方法可以包括在钝化层360上形成喷嘴层356，以在喷嘴层356和钝化层360之间形成液体腔室350，使得第一金属层373的部分被暴露至液体腔室350，并且液体腔室350将液体喂送槽342流体地连接至喷嘴层356的喷嘴。
虽然本文已经图示和描述了某些实现方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，被预测为实现相同目的的很多可替代的和/或等同的实现方式可以代替图示和描述的实现方式。本领域技术人员将容易地理解实现方式可以通过很多种方式实现。本申请旨在覆盖本文讨论的实现方式的任何改编或变形。因此，显然意图是实现方式仅被权利要求及其等同物限制。

Claims (15)

1.一种液体喷射器件，包括：
形成在打印头模具中的液体喂送槽；
形成在喷嘴层和钝化层之间的液体腔室，所述液体腔室将所述液体喂送槽和所述喷嘴层的喷嘴流体地联接；以及
打印头集成传感器，用于检测所述液体腔室中的液体的属性，所述传感器包括通过所述钝化层中的通孔暴露至所述液体腔室的地电极。
2.根据权利要求1所述的液体喷射器件，其中所述地电极包括第一金属层和所述第一金属层上的第二金属层，所述第二金属层连接至模具上接地路径，其中所述钝化层中的所述通孔暴露所述第一金属层的一部分。
3.根据权利要求2所述的液体喷射器件，其中所述第二金属层通过所述钝化层与所述液体腔室屏蔽。
4.根据权利要求2所述的液体喷射器件，其中所述第一金属层包括钽铝。
5.根据权利要求2所述的液体喷射器件，其中所述第二金属层包括铝铜。
6.根据权利要求1所述的液体喷射器件，其中所述传感器包括打印头集成油墨液位传感器(PILS)，所述打印头集成油墨液位传感器用于检测所述液体腔室中的液体的液位，所述PILS包括电容随着所述液体腔室中的液体的液位改变的检测电容器，并且所述检测电容器包括金属片，其中所述钝化层在所述金属片上的所述金属片和所述液体腔室之间。
7.根据权利要求6所述的液体喷射器件，进一步包括另一PILS，所述另一PILS用于检测形成在所述喷嘴层和所述钝化层之间的另一液体腔室的液位。
8.根据权利要求6所述的液体喷射器件，其中所述PILS是第一PILS，并且其中所述液体喷射器件进一步包括第二PILS、第三PILS和第四PILS，其中所述第一PILS、所述第二PILS、所述第三PILS和所述第四PILS围绕所述液体喂送槽定位。
9.根据权利要求8所述的液体喷射器件，其中所述第一PILS、所述第二PILS、所述第三PILS和所述第四PILS中的每一个被定位在所述液体喂送槽的不同拐角附近。
10.根据权利要求1所述的液体喷射器件，进一步包括设置在所述液体腔室内的清理电阻电路，所述清理电阻电路用于清理所述液体腔室的液体。
11.一种液体喷射器件，包括：
包括多个喷嘴的喷嘴层；
包括至少一个传感器的多个打印头集成传感器，所述至少一个传感器用于检测将所述多个喷嘴中的一个喷嘴流体地联接至液体喂送槽的液体腔室中的液体的属性，所述液体腔室形成在所述喷嘴层和钝化层之间，并且所述传感器包括通过所述钝化层中的通孔暴露至所述液体腔室的地电极；以及
移位寄存器，用于针对到共用ID线上的输出而在所述多个传感器之间进行选择。
12.根据权利要求11所述的液体喷射器件，其中所述多个打印头集成传感器包括多个打印头集成油墨液位传感器(PILS)，每个PILS包括电容随着所述液体腔室中的液体的液位改变的检测电容器，并且其中所述液体喷射器件进一步包括：
开关T2，用于将电压Vp施加至所述检测电容器，将电荷置于所述检测电容器上；
开关T3，用于在所述检测电容器和参考电容器之间共享所述电荷，生成参考电压Vg；以及
评价晶体管，被配置成提供与所述参考电压成比例的漏源电阻。
13.根据权利要求11所述的液体喷射器件，进一步包括控制器，所述控制器用于控制所述移位寄存器以在所述多个传感器之间进行选择。
14.一种用于制备打印头集成传感器的方法，所述打印头集成传感器用于检测流体地联接至液体喂送槽的液体腔室中的液体的属性，所述方法包括：
在基板上形成第一金属层，并且在所述第一金属层上形成第二金属层使得所述第一金属层的一部分通过所述第二金属层暴露；
在所述第一金属层和所述第二金属层上形成钝化层，所述钝化层具有通孔，所述通孔用于暴露所述第一金属层的所述一部分以向所述传感器提供地电极；以及
在所述钝化层上形成喷嘴层以在所述喷嘴层和所述钝化层之间形成所述液体腔室，使得所述第一金属层的所述一部分暴露至所述液体腔室，并且所述液体腔室将所述液体喂送槽流体地联接至所述喷嘴层的喷嘴。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述在所述第一金属层上形成第二金属层使得所述第一金属层的一部分通过所述第二金属层暴露包括：
在所述第一金属层上形成所述第二金属层；以及
蚀刻所述第二金属层以暴露所述第一金属层的所述一部分。
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