CN113396065A - 用于打印头的管芯 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用于打印头的管芯。管芯包括多个流体馈送孔，这些流体馈送孔布置在与管芯的纵轴线平行的线上，其中，流体馈送孔是穿过管芯的衬底形成的。多个射流致动器靠近流体馈送孔、用于喷射从多个流体馈送孔接收的流体。管芯包括用于操作射流致动器的逻辑电路，其中，该逻辑电路布置在多个流体馈送孔的第一侧上。用于为多个射流致动器供电的电源电路布置在流体馈送孔的与逻辑电路相对的侧上。激活迹线布置在流体馈送孔中的各个流体馈送孔之间，以将逻辑电路耦接到电源电路。

Description

用于打印头的管芯
背景技术
打印系统，作为流体喷射系统的一个示例，可以包括打印头、向打印头供应流体墨的供墨装置、以及控制打印头的电子控制器。打印头通过多个喷嘴或孔口将打印流体的液滴喷射到打印介质上。合适的打印流体可包括用于二维或三维打印的墨和剂。打印头可包括在集成电路晶管芯(die)或管芯上制造的热或压电打印头。首先制造致动电子装置和控制部件，然后添加多列热电阻器，并且最后添加例如由光可成像的环氧树脂形成的结构层，并对该结构层进行处理以形成微射流喷射器或液滴发生器。在一些示例中，微射流喷射器布置在至少一列或一个阵列中，使得当打印头和打印介质彼此相对运动时，从孔口以适当顺序喷射的墨使得字符或其它图像被打印在打印介质上。
附图说明
结合附图，在下面的详细描述中描述某些示例，在附图中：
图1A是用于打印头的管芯的示例的视图；
图1B是管芯的一部分的放大图；
图2A是用于打印头的管芯的示例的视图；
图2B是管芯的一部分的放大图；
图3A是由安装在封装化合物中的黑色管芯形成的打印头的示例的图示；
图3B是使用彩色管芯形成的打印头的示例的图示，这些彩色管芯可用于三种颜色的墨；
图3C示出了包括通过实心区段以及通过具有流体馈送孔的区段安装的管芯的打印头的截面图；
图4是包括参考图3B描述的彩色管芯的打印机墨盒；
图5是示出用于形成彩色管芯的层的彩色管芯的示例的一部分的图示；
图6A和图6B是彩色管芯的图示，示出了将彩色管芯的逻辑电路连接到彩色管芯的电源侧的FET的多晶硅迹线的示例的近视图；
图7A和图7B是彩色管芯的图示，示出了各流体馈送孔之间的迹线的近视图；
图8A和图8B是两个流体馈送孔之间的区段的电子显微图的图示；
图9是用于形成管芯的方法的示例的过程流程图；
图10是用于使用多个层在管芯上形成部件的方法的示例的过程流程图；
图11是用于在管芯上形成电路的方法的示例的过程流程图，该管芯具有耦接其每侧上的电路的迹线；
图12是被称为四元基元的一组四个基元的示例的示意图；
图13是数字电路的布局的示例的图示，示出了通过单组喷嘴电路可以实现的简化；
图14是黑色管芯的示例的图示，示出了跨槽路由对能量和电力路由的影响；
图15是用于彩色管芯的电路平面布局图的示例的图示；
图16是彩色管芯的示例的另一图示；
图17是示出复制结构的彩色管芯的示例的图示；
图18是示出管芯的整体结构的黑色管芯的示例的图示；
图19是示出复制结构的黑色管芯的示例的图示；
图20是示出用于裂纹检测的系统的黑色管芯的示例的图示；
图21是来自黑色管芯的流体馈送孔的示例的展开视图，示出了围绕流体馈送孔布线的裂纹检测迹线；和
图22是用于形成裂纹检测迹线的方法的示例的过程流程图。
具体实施方式
打印头是使用具有射流致动器(例如，微射流喷射器和微射流泵)形成的。射流致动器可以基于热或压电技术，并且使用长且窄的硅管芯形成，该硅管芯在本文中被称为管芯或打印组件。如本文所使用的，射流致动器是管芯上的装置，其促使流体从腔室流出并且包括腔室和相关结构。在本文描述的示例中，一种类型的射流致动器(微射流喷射器)用作管芯中的液滴喷射器或喷嘴，用于打印和其他应用。例如，打印头可以用作在二维和三维打印应用以及其他高精度流体分配系统(包括制药、实验室、医学、生命科学和法医应用)中的流体喷射装置。
打印头的成本通常由管芯中使用的硅量确定，因为管芯和制造工艺的成本随着管芯中使用的硅总量的增加而增加。因此，可以通过将功能从管芯移到其他集成电路以允许更小的管芯来形成成本较低的打印头。
许多现有的管芯在管芯中间有墨馈送槽，用于将墨输送到射流致动器。墨馈送槽通常提供将信号从管芯的一侧传送到管芯的另一侧的阻碍，这通常需要在管芯的每一侧上重复电路，以致进一步增大管芯的尺寸。在这种布置中，位于槽的一侧(可称为左或西侧)上的射流致动器具有独立于墨馈送槽的相对侧(可称为右或东侧)上的射流致动器的寻址和电源总线电路。
本文所述示例提供了一种向液滴喷射器的射流致动器提供流体的新方法。在该方法中，墨馈送槽被沿管芯布置、靠近射流致动器的流体馈送孔阵列代替。在此，沿管芯布置的流体馈送孔阵列可称为馈送区。结果，信号可以通过馈送区、在各流体馈送孔之间路由，例如，从流体馈送孔的一侧上的逻辑电路路由到流体馈送孔的相对侧上的诸如场效应晶体管(FET)之类的打印电源电路。这在这里被称为跨槽路由。路由信号的电路包括在相邻的墨或流体馈送孔之间的层中提供的迹线。
如本文所使用的，管芯的第一侧和管芯的第二侧表示与布置在管芯中心附近或在管芯中心处的流体馈送孔对齐的管芯的长边。此外，如本文所使用的，射流致动器位于管芯的正面上，并且墨或流体从管芯背面上的槽馈送到流体馈送孔。相应地，从管芯的第一侧的边到管芯的第二侧的边测量管芯的宽度。同样，从管芯的正面到管芯的背面测量管芯的厚度。
跨槽路由允许消除管芯上的重复电路，这可以减少管芯宽度，例如减少150微米(μm)或更多。在一些示例中，这可提供宽度为约450μm或约360μm或更小的管芯。在一些示例中，通过跨槽路由消除重复电路可用于增加管芯上的电路的尺寸，例如，以增强高价值应用中的性能。在这些示例中，可以增大功率FET、电路迹线、电源迹线等的尺寸。这可以提供能够支持更高液滴重量的管芯。因此，在一些示例中，管芯可小于约500μm、或小于约750μm、或小于约1000μm。
通过使用流体馈送孔获得的效能，也减小了管芯从正面到背面的厚度。先前使用墨馈送槽的管芯可大于约675μm，而使用流体馈送孔的管芯的厚度可小于约400μm。管芯的长度可为约10毫米(mm)、约20毫米或约20毫米，这根据用于设计的射流致动器的数量。管芯的长度包括管芯两端处用于电路的空间，因此射流致动器占据管芯长度的一部分。例如，对于长度为约20mm的黑色管芯，射流致动器可占据约13mm，这是条带长度。条带长度是打印头在打印介质上运动时形成的打印带或流体喷射带的宽度。
此外，它允许相似装置位于同一位置，以提高效能和布局。跨槽路由还通过允许多个射流致动器中的左列和右列或流体馈送区共享电源和接地布线电路来优化电力传输。较窄的管芯可能比较宽的管芯更脆弱。因此，管芯可以安装在聚合物封装化合物(pottingcompound)中，该聚合物封装化合物具有从相反侧开始的槽，以允许墨流到流体馈送孔。在一些示例中，封装化合物是环氧树脂，尽管它可以是丙烯酸、聚碳酸酯、聚苯硫醚等。
跨槽路由还允许优化电路布局。例如，高压和低压域可隔离在流体馈送孔的相对侧上，从而允许提高管芯的可靠性和形状因子。高压和低压域的隔开可以减少或消除寄生电压、串扰、和影响管芯的可靠性的其他问题。此外，此外，包括用于一组喷嘴的逻辑电路、射流致动器、流体馈送孔、以及电源电路的复制单元可被设计成以非常窄的形状因数提供期望的间距。
在与管芯的纵轴线平行的线上放置的流体馈送孔可能使管芯更容易受到机械应力的损害。例如，流体馈送孔可用作一系列穿孔，其增加了将沿管芯的纵轴线穿过流体馈送孔形成裂纹的可能性。为了在制造期间(例如，在封装化合物中安装之前)检测裂纹，可以以蛇形方式在流体馈送孔周围放置裂纹检测电路。裂纹检测电路可以是在裂纹形成时断开从而导致电阻从第一电阻(例如，几百千欧姆)变为开路的电阻器。这可以通过在制造过程完成之前识别损坏的管芯来降低生产成本。
如本文所述，用于打印头的管芯使用电阻器来加热射流致动器中的流体，从而通过热膨胀促使液滴喷射。然而，管芯不限于热致动射流致动器，并且可以使用从流体馈送孔馈入的压电射流致动器。如本文所述，射流致动器包括致动器和相关结构，例如用于微射流喷射器的流体腔室和喷嘴。
此外，管芯可用来形成用于除了打印头外还有其他应用的射流致动器(例如，用在分析仪器中的微射流泵)。在本示例中，射流致动器可从流体馈送孔馈送测试溶液或其它流体(而非墨)。因此，在各种示例中，流体馈送孔及墨(馈送孔)可用于提供可通过根据热膨胀或压电激活的液滴喷射而喷射或泵送的流体材料。
图1A是用于打印头的管芯100的示例的视图。管芯100包括用于操作流体馈送槽104两侧上的射流致动器102的所有电路。因此，所有电气连接都在位于管芯100每端处的垫106上引出。结果，管芯宽度108为约1500μm。图1B是管芯100的一部分的放大图。从该放大图中可以看出，流体馈送槽104在管芯100的中心占据大量空间，以致增加了管芯100的宽度108。
图2A是用于打印头的管芯200的示例的视图。图2B是管芯200的一部分的放大截面图。与图1A的管芯100相比，管芯200的设计允许激活电路的一部分成为二次集成电路或专用集成电路(ASIC)202。
与管芯100的流体馈送槽104不同的是，管芯200使用流体馈送孔204以向射流致动器206提供流体(例如，墨)，用以通过热电阻器208喷射。如本文所述，跨槽路由允许电路沿着各流体馈送孔204之间的硅桥210布线并横跨管芯200的纵轴线212。这使得管芯200的宽度214比不具有流体馈送孔204的先前设计大幅度减小。
管芯200的宽度214的减小实质上例如通过减少管芯200的衬底中的硅量而降低了成本。此外，管芯和ASIC 202之间的电路和功能的分布允许进一步减小宽度214。如本文所述，管芯200还包括用于操作和诊断的传感器电路。在一些示例中，管芯200包括例如，沿管芯的纵轴线放置的、在管芯的一端附近、管芯的中部、和管芯的相对端附近的热传感器216。
图3A到图3C是通过将管芯302和304安装在由封装化合物形成的聚合物安装件310中而形成的打印头300的图示。管芯302和304太窄而无法直接附接到笔体(pen body)或从贮存器流体地传送流体。因此，管芯302和304可以安装在由封装化合物(例如，环氧树脂材料等)形成的聚合物安装件310中。打印头300的聚合物安装件310具有槽314，其提供开口区域以允许流体从贮存器流向管芯302和304中的流体馈送孔204。
图3A是由安装在封装化合物中的黑色管芯302构成的打印头300的示例的图示。在图3A的黑色管芯302中，两行喷嘴320是可见的，其中，两个交替的喷嘴320的每个群组从沿着黑色管芯302的流体馈送孔204中的一个流体馈送孔馈入。每个喷嘴320是通向热电阻器上方的流体腔室的开口。热电阻器的激活促使流体通过喷嘴320流出，因此，热电阻器流体腔室和喷嘴的每个组合表示射流致动器(具体地，微射流喷射器)。可以注意到，流体馈送孔204彼此不隔离，允许流体从流体馈送孔204流向附近的流体馈送孔204，从而为主动喷嘴提供更高的流速。
图3B是使用可用于三种颜色的墨的彩色管芯304构成的打印头300的示例的图示。例如，一个彩色管芯304可用于青色墨，另一个彩色管芯304可用于品红墨，以及最后一个彩色管芯304可用于黄色墨。每种墨将从不同的彩色墨贮存器馈送到彩色管芯304的相关联的槽314中。尽管该图示仅示出了安装件中的三个彩色管芯304，但是可以包括第四个管芯(例如，黑色管芯302)来形成CMYK管芯。类似地，也可以使用其他管芯配置。
图3C示出了包括通过实心区段322以及通过具有流体馈送孔318的区段324安装的管芯302或304的打印头300的截面图。这示出了流体馈送孔318耦接到槽314以允许墨从槽314流动通过安装的管芯302和304。如本文所述，图3A至图3C中的结构不限于用于墨，而可用于向管芯中的射流致动器提供其他流体。
图4是包括参考图3B所述的彩色管芯304的打印机墨盒400的示例。安装的彩色管芯304构成垫402。如本文所述，垫402包括多个彩色硅管芯和聚合物安装化合物(例如，环氧封装化合物)。外壳404保持用于对垫402中安装的彩色管芯304进行馈送的墨贮存器。柔性连接件406(例如，柔性电路)保持用于与打印机墨盒400接合的打印机触点或垫408。如本文所述的不同电路设计允许在打印机墨盒400中使用与以前的打印机墨盒相比更少的垫408。
图5是彩色管芯304的部分500的图示，其示出了用于形成彩色管芯304的层502、504、和506。类似编号的项如参考图2所述。用于制造这些层的材料包括多晶硅、铝铜(AICu)、钽(Ta)、金(Au)、注入式掺杂(N阱、P阱等)。在该图中，层502示出了层或多晶硅迹线508从彩色管芯304的逻辑电路510在流体馈送孔204之间到形成彩色管芯304的电源电路512的场效应晶体管(FET)的布线(在该图中部分示出)。这允许FET通电以致动热喷墨电阻器(TIJ)514，该热喷墨电阻器为射流致动器供电以迫促使流体离开热电阻器上方的腔室。附加层516和518可包括金属1 504和金属2 506，用作到TIJ电阻器514的电流的电源接地回路。还可注意到，图5所示的彩色管芯304包括仅放置在流体馈送孔204的一侧上的TIJ电阻器514，它在高重量液滴(HWD)和低重量液滴(LWD)之间交替以提供不同的液滴尺寸，以用于提高滴精度。为了控制液滴重量，用于HWD的TIJ电阻器514和相关结构大于用于LWD的TIJ电阻器514，如参考图15进一步讨论。如本文所述，射流致动器中的相关结构包括用于微射流喷射器的流体腔室和喷嘴。在黑色管芯302中，TIJ电阻器514和相关结构具有相同的尺寸，并且在流体馈送孔204的各侧之间交替。
图6A和图6B是彩色管芯304的图示，其示出了将彩色管芯304的逻辑电路510连接到彩色管芯304的电源电路512中的FET 604的迹线602的近视图。类似编号的项如参考图2、图3、和图5所述。导体被堆叠以允许流体馈送孔204的阵列608的左侧和右侧之间的多个连接。在示例中，使用互补金属氧化物半导体技术进行制造，其中，导电层(例如，多晶硅层、第一金属层、第二金属层等)由电介质隔开，该电介质允许它们在没有诸如串扰之类的电干扰的情况下堆叠。这将参照图7和图8进一步描述。
图7A和图7B是彩色管芯304的图示，其示出了各流体馈送孔204之间的迹线的近视图。类似编号的项如参考图2和图5所述。图7A是两个流体馈送孔204的视图，而图7B是线702所示截面的展开图。在该视图中，可以看到流体馈送孔204之间的不同层(包括钽层704)。还示出了参考图5描述的包括多晶硅层508、金属1层516、和金属2层518在内的层。在一些示例中，如参考图20和图21所述，多晶硅迹线508中的多晶硅迹线可用于为彩色管芯304提供嵌入式裂纹检测器。层508、516、和518由电介质隔开以提供绝缘，如参考图8A和图8B进一步讨论的。应该注意的是，尽管图6A、图6B、图7A、和图7B示出了彩色管芯304，但是相同的设计特征被用于黑色管芯302。
图8A和图8B是彩色管芯304的两个流体馈送孔204之间的区段的电子显微图的图示。类似编号的项如参考图2、图3、和图5所述。此结构中的顶层是包括用于彩色管芯304的喷嘴320的SU-8底层802，用于在电路上形成最终覆盖。但是，相同的层可以存在于黑色管芯302中的各流体馈送孔204之间。
图8B是彩色管芯304的两个流体馈送孔204之间的横截面804。如图8B所示，流体馈送孔204穿过用作衬底的硅层806被刻蚀，从而留下连接彩色管芯304两侧的桥。在硅层806的顶部沉积若干层。在硅层806的顶部沉积厚场氧化物或FOX层808，以使其他层与硅层806绝缘。在FOX层808的每侧沉积由与金属1 516相同材料形成的加强条(stringer)810。
在FOX层808的顶部，沉积多晶硅层508，例如，以将管芯200的一侧上的逻辑电路耦接到管芯200的另一侧上的功率晶体管。多晶硅层508的其他用途可包括在各流体馈送孔204之间沉积裂纹检测迹线，如参考图20和图21所述。多晶硅或聚晶硅是一种高纯度的聚晶形式的硅。在示例中，它是使用硅烷(SiH4)的低压化学气相沉积来沉积的。多晶硅层508可被注入或掺杂以形成n阱和p阱材料。第一电介质层812沉积在多晶硅层508上作为绝缘屏障。在示例中，第一电介质层812由硼磷硅酸盐玻璃/正硅酸乙酯(BPSG/TEOS)形成，但也可使用其它材料。
然后，可在第一电介质层812上沉积金属1 516的层。在各种示例中，金属1 516由氮化钛(TiN)、铝铜合金(AlCu)、或氮化钛/钛(TiN/Ti)、以及诸如金等其它材料形成。第二电介质层814沉积在金属1 516层上以提供绝缘屏障。在示例中，第二电介质层814是通过高密度等离子体化学气相沉积(HDP-TEOS/TEOS)形成的TEOS/TEOS层。
然后，可在第二电介质层814上沉积金属2 518的层。在各种示例中，金属2 518由氮化钨硅合金(WSiN)、铝铜合金(AICu)、或氮化钛/钛(TiN/Ti)、以及诸如金等其它材料形成。然后，钝化层816沉积在金属2 518的顶部上以提供绝缘屏障。在示例中，钝化层816是碳化硅/氮化硅(SiC/SiN)层。
钽(Ta)层818沉积在钝化层816和第二电介质层814的顶部。钽层818保护迹线的组成部分不因潜在暴露于流体(例如，墨)而退化。然后，SU-8层820沉积在管芯200上，并被刻蚀以在管芯200上形成喷嘴320和流道822。SU-8是基于环氧树脂的负性光刻胶，在其中的暴露于UV光的部分被交联，从而变得耐溶剂和等离子体刻蚀。除SU-8外，除了SU-8外还可使用其他材料或者还可使用其他材料代替SU-8。流道822被配置为将流体从一个或多个流体馈送孔204馈送到喷嘴320或射流致动器。在每个流道822中，钮部824或突起在SU-8 820中形成，以阻止流体中的颗粒进入喷嘴320下方的喷射腔室。图8B的横截面中示出了一个钮部826。
导体在各流体馈送孔204之间的硅层806上的堆叠增加了流体馈送孔204阵列的左侧和右侧之间的连接。如本文所述，多晶硅层508、金属1层516、金属2层518等都是由电介质或绝缘层812、814和816隔开的所有唯一的导电层，这些电介质或绝缘层允许它们堆叠。根据设计实现方式(例如，裂纹检测器、图8A和图8B所示的彩色管芯等)，以不同的组合使用各层，以形成VPP、PGND、和数字控制连接以致动FET和TIJ电阻器。
图9是用于形成管芯的方法900的示例的过程流程图。方法900可用于制造用作彩色打印机的管芯的彩色管芯304、及用于黑色墨的黑色管芯302、以及包括射流致动器的其他类型的管芯。方法900从框902开始。在框902，沿与衬底的纵轴线平行的线、穿过硅衬底刻蚀流体馈送孔。在一些示例中，首先沉积各层，然后在形成各层之后执行流体馈送孔的刻蚀。
在示例中，在管芯的部分上形成光刻胶聚合物(例如，SU-8)层，以保护将不被刻蚀的区域。光刻胶可以是通过光来交联的负性光刻胶，也可以是通过曝光更易溶解的正性光刻胶。在示例中，将掩模暴露于UV光源以固定保护层的各部分，并将未暴露于UV光的部分洗掉。在该示例中，掩模防止保护层的覆盖流体馈送孔区域的部分的交联。
在框904，在衬底上形成多个层以形成管芯。这些层可以包括多晶硅、多晶硅上的电介质、金属1、金属1上的电介质、金属2、金属2上的钝化层、以及顶部上的钽层。如上所述，随后可以将SU-8层叠在管芯的顶部上并形成图案，以实现流道和喷嘴。可通过化学气相沉积来沉积这些层，然后刻蚀去除不需要的部分来形成这些层。制造技术可以是用于形成互补金属氧化物半导体(CMOS)的标准制造技术。参考图10进一步讨论部件的位置以及可在框904中形成的层。
图10是用于使用多个层在管芯上形成部件的方法1000的示例的过程流程图。在示例中，方法1000示出了可在图9的框904中形成的层的细节。该方法从框1002开始。在框1002，在管芯上形成逻辑电源电路。在框1004，在管芯上形成如参考图12和图13所述的包括用于基元群组的地址线在内的地址线电路。在框1006，在管芯上形成如参考图12和图13所述的包括解码电路在内的地址逻辑电路。在框1008，在管芯上形成存储器电路。在框1010，在管芯上形成电源电路。在框1012，在管芯中形成电源线。图10所示的框不应该被认为是有顺序的。对于本领域技术人员来说将清楚的是，在形成各种层的同时，在管芯上形成各种线和电路。此外，参考图10描述的过程可用于在彩色管芯或黑白管芯上形成部件。
如本文所述，流体馈送孔的使用允许电路以在流体馈送孔之间的硅上形成的迹线跨过管芯。因此，可以在管芯的各侧之间共享电路，从而减少管芯上所需的电路的总量。
图11是用于在管芯上形成电路的方法1100的示例的过程流程图，该电路具有与管芯的每侧上的电路耦接的迹线。如本文所使用的，管芯的第一侧和管芯的第二侧表示管芯的与放置在管芯中心附近或中心处的流体馈送孔对齐的长边。方法1100从框1102开始。在框1102，沿着管芯的第一侧形成逻辑电源线。逻辑电源线包括用于例如以约2至约7V的电压向逻辑电路供电的低压线以及相关的用于逻辑电路的接地线。在框1104，沿管芯的第一侧形成地址逻辑电路。在框1106，沿管芯的第一侧形成地址线。在框1108，沿管芯的第一侧形成存储器电路。
在框1110，沿管芯的第二侧形成喷射器电源电路。在一些示例中，喷射器电源电路包括场效应晶体管(FET)和热喷墨(TIJ)电阻器，TIJ电阻器用于加热流体以促使流体从喷嘴中喷射。在框1112，沿管芯的第二侧形成电源电路电源线。电源电路电源线是用于例如以约25至约35V的电压向喷射器电源电路供电的高压电源线(Vpp)和回路线(Pgnd)。
在框1114，在各流体馈送孔之间形成将逻辑电路耦接到电源电路的迹线。如本文所述，迹线可以将来自位于管芯的第一侧上的逻辑电路的信号传送到管芯的第二侧上的电源电路。此外，如本文所述，可包括迹线以在各流体馈送孔之间执行裂纹检测。
在喷嘴电路由中央流体馈送槽隔开的管芯中，逻辑电路、地址线等在中央流体馈送槽的每侧上复制。相反，在使用图9到图11的方法形成的管芯中，将电路从管芯的一侧布线到管芯的另一侧的能力消除了在管芯的两侧上重复一些电路的需要。通过观察管芯上的物理结构电路可以明白这点。在本文描述的一些示例中，喷嘴被分组成单独的被寻址的集合(称为基元)，如参考图12进一步讨论的。
图12是一组四个基元(称为四元基元)的示例的示意图1200。为了便于说明基元和共享寻址，示意图1200的右侧的基元被标记为东，例如，东北(NE)和东南(SE)。示意图1200的左侧的基元被标记为西，例如，西北(NW)和西南(SW)。在本示例中，每个喷嘴1202由标记为Fx的FET激发，其中，x为1到32。示意图1200还示出了与每个喷嘴1202对应的标记为Rx的TIJ电阻器，其中，x也为1到32。尽管在示意图1200中的流体馈送装置的每侧上示出了喷嘴，但是这是一种虚拟布置。在使用当前技术形成的彩色管芯304中，喷嘴1202将位于流体馈送装置的同一侧。
在每个基元NE、NW、SE和SW中具有八个地址(标记为0到7)，用于选择喷嘴以进行激发。在其他示例中，每个基元有16个地址，并且每个四元基元有64个喷嘴。地址是共享的，其中，一个地址选择每个群组中的一个喷嘴。在此示例中，如果提供地址4，则选择由FET F9、F10、F25和F26激活的喷嘴1204进行激发。这些喷嘴1204中的哪一个(如果有的话)根据不同的基元选择被激发，这些基元选择对于每个基元是唯一的。激发信号也被传送到每个基元。当传送到某个基元的地址数据选择喷嘴以进行激发，加载到该基元的数据指示应该对该基元进行激发，并且激发信号被发送时，该基元内的喷嘴被激发。
在一些示例中，喷嘴数据分组(在本文中称为激发脉冲组(FPG))包括用于识别FPG开始的起始位、在每个基元数据中的用于选择喷嘴1202的地址位、针对每个基元的激发数据、用于配置操作设置的数据、以及用于识别FPG结束的FPG停止位。在FPG已经被加载后，激发信号被发送到所有的基元群组，这些基元群组将激发所有被寻址的喷嘴。例如，为了激发打印头上的所有喷嘴，连同激活打印头中的所有基元，会针对每个地址值发送FPG。因此，将发布八个FPG，每个FPG与唯一的地址0-7相关联。可以修改示意图1200中所示的寻址，以解决流体串扰、图像质量和电力传递约束的问题。例如，FPG还可用于写入到与每个喷嘴相关联的非易失性存储器元件，而不是激发喷嘴。
中央流体馈送区域1206可包括流体馈送孔或流体馈送槽。然而，如果中央墨馈送区域1206是流体馈送槽，则逻辑电路和寻址线(例如，本示例中的三条地址线，这三条地址线用来提供用于在每个基元中选择喷嘴以进行激发的地址0-7)被复制，因为迹线不能跨过中央墨馈送区域1206。然而，如果中央流体馈送区域1206由流体馈送孔构成，则每侧可以共享电路，从而简化了逻辑。
尽管图12中描述的基元中的喷嘴1202被示出在管芯的相对侧上，例如，在中央流体馈送区域1206的每侧上，但这是一种虚拟布置。喷嘴1202相对于中央墨馈送区域1206的位置根据管芯的设计，如下图所述。在示例中，黑色管芯302在流体馈送孔的每侧上具有交错的喷嘴，其中，交错的喷嘴具有相同尺寸。在另一示例中，彩色管芯304具有在与管芯的纵轴线平行的线上的一行喷嘴，其中，该行喷嘴中的喷嘴的尺寸在较大喷嘴和较小喷嘴之间交替。
图13是数字电路的布局1300的示例的图示，其示出了可以通过一组喷嘴电路实现的简化。布局1300可用于黑色管芯302或彩色管芯304。在布局1300中，数字电源总线1302向所有逻辑电路提供电力和接地。数字信号总线1304向逻辑电路提供地址线、基元选择线、和其它逻辑线。在该示例中，示出了感测总线1306。感测总线1306是承载传感器信号(包括例如来自温度传感器的信号等)的共享或复用的模拟总线。感测总线1306还可用于读取非易失性存储器元件。
在本示例中，用于管芯的东侧和西侧上的基元的逻辑电路1308共享对数字电源总线1302、数字信号总线1304、和感测总线1306的访问。此外，可以在单个逻辑电路中为基元1310群组(例如，基元NW和NE)执行地址解码。结果，减少了管芯所需的总电路。
图14是黑色管芯302的示例的图示，其示出了跨槽路由对能量和电力路由的影响。类似编号的项如参考图2和图6所述。如本例中所示的黑色管芯302，TIJ电阻器位于流体馈送孔204的任一侧上。尽管TIJ电阻器将位于流体馈送孔204的单侧上并且在尺寸上将是交替的，但是在彩色管芯304中将使用类似的结构。跨越流体馈送孔204之间的硅肋1404的连接电源带1402增加了用于向TIJ电阻器输送电流的电源总线的有效宽度。在使用墨馈送槽的先前的解决方案中，右列和左列的电源布线不能为另一列供电。此外，使用金属1和金属2层作为在各流体馈送孔之间延伸的电源面，使得左列(东侧)和右列(西侧)的喷嘴共享公共接地和供电总线。将黑色管芯302的逻辑电路510连接到黑色管芯302的电源电路512中的FET 604的迹线602在图中也可见。
图15是电路平面布置图的示例的图示，其示出了用于彩色管芯304的多个管芯区。类似编号的项如参考图2、图3、和图5所述。在彩色管芯304中，总线1502承载用于基元逻辑电路1504的控制线、数据线、地址线、和电源线，该总线包括逻辑电源区，该逻辑电源区包括公共逻辑电源线(Vdd)和公共逻辑接地线(Lgnd)，以便为逻辑电路提供约5V的电源电压。总线1502还包括地址线区，该地址线区包括用于指示喷嘴的每个基元群组中的喷嘴的地址的地址线。因此，基元群组是彩色管芯304上的射流致动器中的射流致动器群组或子集。
地址逻辑区包括地址线电路，例如，基元逻辑电路1504和解码电路1506。基元逻辑电路1504将地址线耦接到解码电路1506，用以在基元群组中选择喷嘴。基元逻辑电路1504还储存通过数据线加载到基元中的数据位。数据位包括地址线的地址值以及与每个基元相关联的位，该位选择该基元是激发被寻址的喷嘴还是保存数据。
解码电路1506选择喷嘴以进行激发或在包括非易失性存储器元件1508的存储器区中选择存储器元件来接收数据。当通过总线1502中的数据线接收到激发信号时，数据被储存到非易失性存储器元件1508中的存储器元件，或者被用于激活彩色管芯304的电源电路512上的电源电路区中的FET 1510或1512。FET 1510或1512的激活从共享电源(Vpp)总线1514向对应的TIJ电阻器1516或1518提供电力。在此示例中，迹线包括向TIJ电阻器1516或1518供电的电源电路。另一共享电源总线1520可用于为FET 1510和1512提供接地。在一些示例中，Vpp总线1514和第二共享电源总线1520可反转。
流体馈送区包括各流体馈送孔204之间的迹线和流体馈送孔204。对于彩色管芯304，可以使用两种液滴尺寸，每种液滴尺寸由与各自的喷嘴相关联的热电阻器喷射。高重量液滴(HWD)可使用较大的TIJ电阻器1516喷射。低重量液滴(LWD)可使用较小的TIJ电阻器1518喷射。HWD喷嘴在电气上位于第一列(例如，西侧)中，如参考图12和图13所述。LWD喷嘴在电气上耦接在第二列(例如，东侧)中，如参考图12和图13所述。在该示例中，彩色管芯304的物理喷嘴相互交错，HWD喷嘴和LWD喷嘴交替。
通过改变对应的FET 1510和1512的尺寸以匹配TIJ电阻器1516和1518的电力需求，可以进一步提高布局的效能。因此，在此示例中，对应的FET 1510和1512的尺寸是基于被供电的TIJ电阻器1516或1518的。较大的TIJ电阻器1516由较大的FET 1512激活，而较小的TIJ电阻器1518由较小的FET 1510激活。在其他示例中，FET 1510和1512的尺寸相同，尽管通过FET 1510提取的、用于为较小的TIJ电阻器1518供电的电力较低。
类似的电路平面图可用于黑色管芯302。然而，如本文举例所述，在TIJ电阻器和喷嘴具有相同的尺寸的情况下，用于黑色管芯的各FET具有相同的尺寸。
图16是彩色管芯304的示例的另一图示。类似编号的项如参考图3、图5、图15所述。在图中可以看出，TIJ电阻器1516和1518沿着流体馈送孔204的一侧放置在与彩色管芯304的纵轴线平行的线上。TIJ电阻器1516和1518与流体馈送孔204的分组可被称为微机电系统(MEMS)区域1604。此外，在本图示中，解码电路1506和非易失性存储器元件1508一起被包括在电路区段1602中。FET 1510和1512在图16的图中被示为相同的尺寸。然而，在一些示例中，激活较小的TIJ电阻器1518的FET 1510小于激活较大的TIJ电阻器1516的FET 1512，如参考图15所述。因此，管芯(彩色和黑色两者)具有优化打印头的电力输送能力而最小化管芯的尺寸的复制结构。
图17是彩色管芯304的示例的图示，其示出了复制结构1702。类似编号的项如参考图5和图16所述。如本文所讨论的，流体馈送孔204的使用允许来自逻辑电路的低压控制信号的路由，以与各流体馈送孔204之间的高压FET连接。结果，复制结构1702包括两个FET604、两个喷嘴320、以及一个流体馈送孔204。对于每英寸1200点的彩色管芯304，这提供了42.33μm的复制间距。由于FET 604和喷嘴320仅位于流体馈送孔204的一侧，所以降低了电路面积的要求，这使得彩色管芯304的尺寸相比黑色管芯302更小。
图18是黑色管芯302的示例的图示，其示出了管芯的整体结构。类似编号的项如参考图2、图3、图6和图16所述。在本示例中，TIJ电阻器1802位于流体馈送孔204的每侧上，从而允许喷嘴具有相似的尺寸，同时保持接近的垂直空间或点间距。在该示例中，FET 604的尺寸都相同，以致动TIJ电阻器1802。黑色管芯302的逻辑电路510以与彩色管芯304的逻辑电路510相同的配置布置，如参考图15所述。因此，迹线602将逻辑电路510耦接到电源电路512中的FET 604。
图19是黑色管芯302的示例的图示，其示出了复制结构1702。类似编号的项如参考图5、图6、图16和图17所述。如参考彩色管芯304所述，因为连接到高压FET的低压控制信号可以在各流体馈送孔204之间路由，所以新的列电路结构和布局是可行的。这种布局包括复制结构1702，该复制结构具有两个FET 604、两个喷嘴320、和一个流体馈送孔204。这类似于彩色管芯304的复制结构。然而，在本示例中，在复制结构1702中，一个喷嘴320位于流体馈送孔204的左侧，以及一个喷嘴320位于流体馈送孔204的右侧。这种设计容纳了较大的激发喷嘴，用于较高的墨液滴体积，同时保持较低的电路面积要求并优化布局以允许较小的管芯。至于彩色管芯304，跨槽路由是在多个金属层出口(自然包括多晶硅层和铝铜层等)中执行的。
黑色管芯302比彩色管芯304宽，因为喷嘴320位于流体馈送孔204的两侧。在一些示例中，黑色管芯302约为400μm到约450μm。在一些示例中，彩色管芯304为约300μm至约350μm。
图20是黑色管芯302的示例的图示，其示出了用于裂纹检测的系统。类似编号的项如参考图2、图3、图5、图6、和图16所述。在与黑色管芯302的纵轴线平行的线上引入流体馈送孔204阵列增加了管芯的脆弱性。如本文所述，流体馈送孔204可以沿着黑色管芯302或彩色管芯304的纵轴线起到穿孔线的作用，从而使得在这些特征之间形成裂纹2002。为了检测这些裂纹2002，迹线2004在各个流体馈送孔204之间布线以用作嵌入式裂纹检测器。在示例中，当裂纹形成时，迹线2004被破坏。结果，迹线2004的电导率降到零。
各流体馈送孔204之间的迹线2004可由易碎材料制成。虽然可以使用金属迹线，但金属的延展性可能使其穿过已经形成的裂纹弯曲而无法检测到裂纹。因此，在一些示例中，各流体馈送孔204之间的迹线2004由多晶硅制成。如果在整个黑色管芯302中、各流体馈送孔204之间(各流体馈送孔204的旁边和之间两者)的迹线由多晶硅制成，则电阻可高达几兆欧姆。在一些示例中，为了降低总电阻并提高裂纹的可检测性，沿着流体馈送孔204的边形成并将各流体馈送孔204之间的各迹线2004连接的迹线2004的部分2006由金属(例如，铝铜等)制成。
图21是来自黑色管芯302的流体馈送孔204的展开图，其示出了在相邻的流体馈送孔204之间布线的迹线2004。在该示例中，各流体馈送孔204之间的迹线2004由多晶硅形成，而流体馈送孔204旁边的迹线2004的部分2006由金属形成。
图22是用于形成裂纹检测迹线的方法2200的示例的过程流程图。该方法从框2202开始。在框2202，在与衬底的纵轴线平行的线上刻蚀多个流体馈送孔。
在框2204，在衬底上形成多个层以形成裂纹检测器迹线，其中，裂纹检测器迹线在衬底上的多个流体馈送孔中的各个流体馈送孔之间布线。如本文所述，这些层被形成为从管芯的一侧到另一侧、在每对相邻的流体馈送孔之间、沿着下一个流体馈送孔的外侧、以及然后在下一对相邻的流体馈送孔之间环行。在示例中，形成层以将裂纹检测器迹线耦接到由管芯上的其他传感器(例如，参考图2所述的热传感器)共享的感测总线。感测总线耦接到垫以允许外部装置(例如，参考图2描述的ASIC)读取传感器信号。
本示例可能容易受到各种修改和替代方式的影响，并且仅出于说明目的而示出。此外，应当理解，本技术并非旨在限制于本文公开的特定示例。实际上，所附权利要求的范围被认为包括对所公开的主题所属的领域的技术人员来说显而易见的所有替代方式、修改方式以及等同方式。

Claims (16)

1.一种用于打印头的管芯，包括：
多个流体馈送孔，所述多个流体馈送孔布置在与所述管芯的纵轴线平行的线上，其中，所述流体馈送孔是穿过所述管芯的衬底形成的；
多个射流致动器，所述多个射流致动器靠近所述多个流体馈送孔、用于喷射从所述多个流体馈送孔接收的流体；
逻辑电路，所述逻辑电路用于操作所述多个射流致动器，其中，所述逻辑电路布置在所述多个流体馈送孔的第一侧上；
电源电路，所述电源电路用于为所述多个射流致动器供电，其中，所述电源电路布置在所述多个流体馈送孔的与所述逻辑电路相对的侧上；以及
激活迹线，所述激活迹线布置在所述多个流体馈送孔中的各个流体馈送孔之间，以将所述逻辑电路耦接到所述电源电路。
2.根据权利要求1所述的管芯，包括靠近所述逻辑电路的公共电源迹线和公共接地迹线，用于向所述逻辑电路提供低压电。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的管芯，包括靠近所述电源电路的公共电源迹线和公共接地迹线，用于向所述电源电路提供高压电。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的管芯，包括在所述第一侧上的逻辑电路附近的多条地址线。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的管芯，包括布置在流体馈送孔的外缘周围的裂纹检测器迹线，其中，所述裂纹检测器迹线跨过相邻的流体馈送孔之间的衬底并且布置在所述相邻的流体馈送孔的外缘周围。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的管芯，其中，所述裂纹检测器迹线布置在所述衬底上的所述多个流体馈送孔中的基本上所有流体馈送孔周围。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的管芯，其中，所述多个射流致动器中的每个射流致动器耦接到流道，其中，所述流道流体地耦接到所述多个流体馈送孔中的所有流体馈送孔。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的管芯，包括布置在所述管芯的每端处的热传感器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的管芯，包括布置在所述管芯的基本上中心点处的热传感器。
10.一种包括管芯的打印头，所述管芯包括：
流体馈送孔阵列，所述流体馈送孔阵列沿着与所述管芯的纵轴线平行的第一线；
多个射流致动器，所述多个射流致动器沿着与所述第一线平行的第二线，其中，每个射流致动器被配置为被启用和通电；
低压控制电路，所述低压控制电路沿着与所述第一线和所述第二线平行的第三线；以及
场效应晶体管(FET)阵列，所述场效应晶体管阵列沿着与所述第一线、所述第二线、和所述第三线平行的第四线，其中，所述第四线在所述第一线的与所述第三线相对的侧上。
11.根据权利要求10所述的打印头，其中，所述管芯包括第二多个射流致动器，所述第二多个射流致动器沿着与所述第一线平行的第五线并且在所述第一线的与所述第二线相对的侧上。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的打印头，包括保持所述管芯的聚合物安装件，其中，所述聚合物安装件包括沿着所述管芯的背面布置的槽，用于向所述流体馈送孔阵列提供流体。
13.一种用于形成打印头的管芯的方法，包括：
在与衬底的纵轴线平行的线上刻蚀多个流体馈送孔；
在所述衬底上沉积多个层以：
沿着所述多个流体馈送孔的第一侧形成：
逻辑电源电路，所述逻辑电源电路沿着所述衬底的一边且包括公共低压电源线和公共低压接地线；
地址逻辑电路，所述地址逻辑电路包括用于从多个射流致动器中的射流致动器群组选择射流致动器的地址逻辑；
地址线；以及
存储器电路，所述存储器电路包括用于每个射流致动器群组的存储器元件；以及
沿着所述多个流体馈送孔的第二侧形成：
电源总线电路，所述电源总线电路包括公共高压电源线和公共高压接地线；以及
打印电源电路，所述打印电源电路包括用来为用于所述多个射流致动器中的每个射流致动器的热电阻器供电的电源电路；
以及
从所述第一侧到所述第二侧形成在所述流体馈送孔之间的迹线，用于将地址逻辑电路耦接到电源电路。
14.根据权利要求13所述的方法，包括：形成沿着所述多个流体馈送孔的每侧布置并与所述多个流体馈送孔平行的多个热电阻器，其中，所述多个热电阻器电耦接到所述打印电源电路，并且其中，所述多个流体馈送孔的一侧上的多个热电阻器与所述多个流体馈送孔的相对侧上的多个热电阻器错开。
15.根据权利要求13或14中任一项所述的方法，包括：形成布置在沿着所述多个流体馈送孔的一侧的线上并且与所述多个流体馈送孔平行的多个热电阻器，其中，所述多个热电阻器电耦接到所述打印电源电路，并且其中，所述多个热电阻器包括与较小的热电阻器交替的较大的热电阻器。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，包括：将所述衬底嵌入聚合物安装件中，其中，所述聚合物安装件包括布置在所述衬底后的开口区域，用于向所述流体馈送孔馈送流体。
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