CN1660564B - 流体喷射装置的金属层布局 - Google Patents

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Abstract

一种流体喷射装置，包括第一金属层(1)和第二金属层(11)。第一金属层(1)包括寻址路径部分(6)和非寻址路径部分(2、3、4、5)。覆盖在第一金属层(1)上面的第二金属层(11)，包括含有电源输送部分(7)的第一部分(7)。电源输送部分(7)仅在第一金属层(1)的非寻址路径部分(2、3、4、5)上面布设。

Description

流体喷射装置的金属层布局
背景技术
某些流体喷射装置(例如喷墨打印头等)具有一垂直列喷嘴，它们安置在管芯的一列内并界定一行幅区域(swath area)。处于喷嘴下面激发室内的激发电阻器通电后，对室内的液体加热并使之膨胀而从喷嘴喷出。采用标准薄膜技术制造于衬底结构上的电路包含一个导电路径，用来输送电功率以启动激发电阻器，寻址信号路径，逻辑元件和激发晶体管。此电路用来使激发电阻器正确地通电和运行。在寻址总线和激发线或电源总线之间的电容耦合可能产生噪声并使性能下降。
减小流体喷射装置管芯的尺寸可以降低其成本。然而这种减小可能对动力管道的尺寸有不利的影响，造成能量变动增加并降低印刷质量。电源导线管可包含易于剥离的金。
附图说明
本专业技术人员从下面对各附图展示的实施例的详细描述中，可以很容易了解本发明的特征和优点。这些附图中：
图1展示一个流体喷射装置实施例的金属部分的相对位置框图。
图2展示一个流体喷射装置第一金属层的实施例。
图3展示图2的流体喷射装置金属层的实施例。
图4为一个实施例各部分相对位置框图。
图5A和5B为一个流体喷射装置另一实施例的金属部分相对位置框图。
图6为一个流体喷射装置第一金属层的一个实施例。
图7为图6流体喷射装置第二金属层的一个实施例。
图8为一个流体喷射装置第二金属层布局的一个实施例。
图9为一个流体喷射装置实施例各部分相对位置框图。
图10为一个流体喷射装置的实施例的顶视图。
具体实施方式
在下面的详细描述和几个附图中，采用相似的标号表示相似的元件。
图1为一示例的流体喷射装置一种金属层布局实施例中各金属层部分相对位置的简化剖视图。薄膜体10包含一个第一金属层1和一个第二金属层11。第一金属层1包括一个寻址路径部分6和一些非寻址路径部分。第一金属层1的非寻址路径部分可包含至少一电阻器部分2，一第一金属层接地部分4，和一逻辑部分5。在一个实施例中，第一金属层1至少包含电阻器部分2，接地部分4和逻辑部分5各两个，分别处于寻址路径部分的相反两边。电阻器部分2及相关的喷嘴(图10)确定一个行幅高度26。电阻器部分2包含一些电阻器21(图2)。寻址路径部分6包含一个寻址总线，寻址线，或导线，数据路径，选择或允许路径，它们被用来操作组成电阻器部分2的电阻器。这些业内人士都清楚。寻址路径部分6将信号输送到逻辑元件，后者使特定的激发晶体管让相应的特定激发电阻器按信号启动。逻辑元件包括诸如晶体管等元件，它们提供产生寻址信号，激发信号耦合，产生选择信号和同步信号等功能。
图1的薄膜体10还包含一个处于第一金属层1上的第二金属层11。第二金属层11包括至少一个电源输送部分7和一个第二金属层接地部分8。电源输送部分7包含导电路径，激发线或电源总线，用来提供至电源的电联接，以启动电阻器21。在所示实施例中，第二金属层包含至少两个电源输送部分7，它们安置在接地部分8的相反两边。电源输送部分7至少部分地布设于第一金属层内的第一金属层接地部分4上面。第二金属层接地部分8通过行幅高度(基本平行于电阻器21的列22)并在第一金属层1的逻辑部分5和寻址路径部分6上面布设。第二金属层接地部分8的外侧边缘与第一金属层接地部分4的内侧边缘重叠。导电通路41(图2-4)提供第一金属层接地部分4和第二金属层11内的第二金属层接地部分8之间的电连接42。
通过将第一和第二金属层1，11的布局或形貌安排成使电源输送部分7不经过(即不叠置或重叠)寻址路径部分6，可减少由电源输送部分和寻址路径部分之间的电容耦合所引起的产生噪声和降低性能的机会。
让第二金属层接地部分8在覆盖第一金属层1的逻辑部分5和寻址路径部分6的第二金属层11的区域布设，可以减少由于接地面积较大使接地电阻较小而引起的能量变化。在第二金属层内提供第二金属层接地部分8避免了与增大管芯尺寸有关的费用，因为随着管芯尺寸增加，需要加宽第一金属层内的接地通路来降低接地电阻。让第二金属层接地部分8经过行幅高度布设还能使能量变化进一步减少，这可通过增加第二金属层11的厚度来实现。
图2表示一个示例的流体喷射装置实施例的第一金属层1的布局或形貌的顶视图。此第一金属层1接地部分淀积在一个衬底接地部分上。用掩模刻蚀第一金属层1，以确定并加工流体喷射装置一部分电路的第一金属层1所希望的布局和形貌。
第一金属层界定并包括电阻器部分2，晶体管部分3，第一金属层接地部分4，逻辑部分5和寻址路径部分6。每个电阻器部分2包含许多单个电阻器21。在一个实施例中，电阻器部分还包括加热器腿27，它们伸到下面的晶体管边缘之外，以提供至单个电阻器21的电连接。
在一个实施例中，电阻器部分2可能是约168μm宽，电阻器约75μm宽，且加热器腿27从下面的驱动晶体管边缘向外伸出93μm左右。在一个实施例中，晶体管部分3可以是约156μm宽，逻辑部分5约126μm宽，而寻址路径部分宽约206μm。在图2的实施例中，第一金属层接地部分4布设在驱动晶体管上方。在一个实施例中，接地部分约为96μm宽。这些尺寸是针对一个实施例的；其它的实施例可能采用别的尺寸。
在一个实施例中，电阻器21部分是通过从第一金属层的电阻器部分中至少刻蚀掉导电层部分而形成的。电阻器21被安排成许多列22，虽然也可以安排成许多行。图2表示在一列22内的8个代表性电阻器21。一列电阻器可包含任意数量的电阻器。在所示各实施例中，一列电阻器可包含100个电阻器或168个电阻器等。
晶体管部分3包括与相应电阻器2相关的单个驱动晶体管的驱动晶体管金属部分31。所示的驱动晶体管金属部分31为有代表性的典型形状。应该指出，此形状的细节与驱动晶体管的具体布局和结构有关。导电通路32将驱动晶体管金属部分31与下面的电源输送部分7相连(图3)。驱动晶体管金属部分31将电阻器21与电功率源相连，同时将驱动晶体管的源极和漏极部分连至电阻器21，并经通路连至接地部分4或经过下面各层(如经过PSG，多聚和/或栅极氧化物层等，图中未示)连至各PSG触点。
接地部分4包含一个公共地连线或通路，通至接在驱动晶体管31和逻辑部分5之间的地线。接地通路41将第一金属层接地部分4电连接至盖在上面的第二金属层内的第二金属层接地部分8(图3)。
逻辑部分5包括单个逻辑元件53的逻辑元件金属部分51，这些逻辑元件与相应的驱动晶体管33(图4)和电阻器21相关联。在一个实施例中，寻址路径部分6包含许多寻址路径部分61，它们将信号带到逻辑元件53，由后者确定单个激发电阻器21中哪一些要通电。对每个电阻器21，相应的驱动晶体管33和逻辑元件53一起动作以从寻址路径部分接收和解读信号，并将电源切换至电阻器，以根据寻址信号在适当时间给电阻器激发。
图3为相当于图2实施例的第二金属层11形貌示例的顶视图。第二金属层11处在第一金属层1之上(图2)，并采用薄膜技术淀积和加工。此第二金属层11包含电源输送部分7和第二金属层接地部分8。此电源输送部分7和第二金属层接地部分8由第二金属层的导电层部分(例如金)组成和界定。第二金属层11还可能包含一个第二导电层部分112，它处于第一导电层部分下面(如图4所示)。在图3的实施例中，第二金属层接地部分8和电源输送部分7包括形貌基本相同的导电层部分和第二导电层部分。在一个实施例中，第二导电层部分可以伸到导电层部分外边缘之外，例如导电层部分边缘外面约4μm左右。
电源输送部分7至少部分地布设在非寻址路径部分上面。例如在图3的实施例中，电源输送部分7在驱动晶体管部的至少一部分上面布设，比如在驱动晶体管金属部分31的至少一部分和接地部分4的一部分(图2)上面。第二金属层接地部分8在第一金属层内电阻器21各列22之间并与之排地在第一金属层1的逻辑部分和寻址部分(图2)上面布设。在此实施例中，电源输送部分7不覆盖寻址路径部分6的任何部分(图2)。在一个实施例中，电源输送部分7约为196μm宽，第二金属层接地部分8约为475μm宽。
图4表示图1-3所示各实施例的流体喷射装置中薄膜体10的第一金属层部分和第二金属层部分相对位置示意图。该第一金属层包括激发电阻器部分2，晶体管部分3(包括驱动晶体管金属部分31和接地部分4)，逻辑部分5和寻址路径部分6。
第一金属层1包含一个电阻层部分13和一个导电层部分14。在一个实施例中，电阻层部分包括TaAl，导电层部分包括AlCu。钝化层12将第一金属层1和第二金属层11隔开。在一个实施例中，钝化层12包括SiC和/或SiN。
第一金属层1淀积在衬底结构15上。在一个实施例中，此衬底结构包括一个硅衬底，栅极氧化物层，掺杂区，PSG和多聚层(未示)。驱动晶体管33和逻辑元件53被限定在衬底结构15中，晶体管部分覆盖在至少一部分驱动晶体管33上面，逻辑部分5覆盖在逻辑元件53上面。
第二金属层11包括电源输送部分7和第二金属层接地部分8。第二金属层接地部分8覆盖在寻址路径部分6，逻辑元件金属部分5和接地部分4内侧边缘之上。第二金属层接地部分8通过导电通道41连至接地部分4。电源输送部分7不覆盖寻址路径部分6。电源输送部分7通过导电通道32连至驱动晶体管金属部分3。
第二金属层至少包含第一导电层部分113，而且可能还包含第二导电层部分112。第二导电层部分112的电阻率大于第一导电层部分113的电阻率。在一个实施例中，第一导电层部分113包括金，其电阻率约为0.08欧姆/单位面积(sq)。在一个实施例中，第一导电层部分113可能包含一层厚约0.36μm的金。在其它一些实施例中，第一导电层部分113可能包含一层厚度范围在0.3μm至1.5μm的金。第一导电层部分113可包括AlCu。
在一个实施例中，第二导电层部分112包含钽，其电阻率约为60欧姆/单位面积(sq)，第二导电层部分112可能包含一层厚约0.3μm的钽。在另一些实施例中，钽层厚度可能在0.0至0.5μm的范围，第二导电层部分可包括钽。在淀积金层部分113之前淀积一个钽层部分112可改善金属的粘接度。
图5A表示一种流体喷射装置薄膜体10的另一个实施例中，各金属部分相对布局的简化示意图。此薄膜体10包括第一金属层1和第二金属层11。第一金属层1包含至少一个电阻器部分2，一个第一金属层接地部分4，一个逻辑部分5和一个寻址路径部分6。在一个实施例中，第一金属层包合电阻器部分2，接地部分4和逻辑部分5各至少两个，并安置在寻址路径部6的相反两边。每个电阻器部分2包括一列(22)单个电阻器21(图6)。
第二金属层11包含至少一个电源输送部分9和一个第二导电部分8’。此第二导电部分8’与电源输送部分9是电绝缘的。第二导电部分8’在寻址路径部分6和逻辑部分5上方布设。在一个实施例中，第二金属层11包括至少两个电源输送部分9，它们安置在第二导电部分8’的相反两边。
图5B表示一个流体喷射装置的薄膜体10的一个实施例中，各金属层部分相对布局的简化示意图。第二金属层11包括电源输送部分7和9。在一个实施例中，图5A和5B的装置相应于一个流体喷射装置电路的两个不同部分的安置。例如，图5A中第二金属层11的布局相当于图8第二金属层11那些部分的安置，此时图8中的电源输送部分7和9是彼此并排布设的。图5B中第二金属层11的布局可相应于图8中第二金属层11部分的布局，此时图8中电源输送部分9在电源输送部分7的端部之外布设。
由于第一和第二金属层1，11的布局和形貌安排得使电源输送部分7和/或9不在寻址路径部分6上面布设，且第二导电部分8’与电源输送部分7和9电绝缘，图5A和5B的装置降低了由电源输送部分和寻址路径部分之间的电容耦合引起的产生噪声的几率。给第二金属层11提供含钽的第二导电部分8’，可以减少第二金属层11与上面的阻挡层剥离的可能性。
图6为一个流体喷射装置的第一金属层1另一个实施例的简化顶视图。此第一金属层包含一个寻址路径部分6和一些非寻址路径部分。这些非寻址路径部分包括电阻器部分2，晶体管部分3，第一金属层接地部分4和逻辑部分5。电阻器部分2包含一些排成列(22)的单个电阻器21。晶体管部分3包括与相应电阻器21有关的单个驱动晶体管金属部分31，后者覆盖在下面的驱动晶体管33上面(图9)。导电通导32将驱动晶体管部分31电连接至上面的电源输送部分7，9(图7)。
逻辑部分5覆盖处于衬底结构15内的下面的逻辑元件53(图9)。逻辑部分并非处在离晶体管部分3尽可能近的地方。此逻辑部分可与晶体管部分3隔开5μm以上的距离。在一个实施例中，此逻辑部分5宽约65μm，且与相应的晶体管部3分开约134μm。在另一些实施例中，此逻辑部分5可以与相应的晶体管部分隔开30μm以上或100μm以上。在图6的实施例中，第一金属层接地部分4在下面的晶体管33上面延伸，且部分包含晶体管部分3。在一个实施例中，第一金属层接地部分4约为281μm宽。在一个实施例中，寻址路径部分6的宽度约为139μm。
图7为相应于图6所示第一金属层实施例的另一第二金属层实施例的简化顶视图。此第二金属层包括电源输送部分7和9，这些部分由第二金属层11的导电层部分71，91界定，并包括这些导电层部分。第二金属层还包括第二导电部分72，92和第二导电层部分8’，后者覆盖下面第一金属层的寻址路径部分和逻辑元件部分5。在一个实施例中，第二导电部分72，92可能比相应的上面导电层部分71，91宽些，并可能伸出上面导电层部分71，91边缘之外4μm左右。第二导电层部分23覆盖下面第一金属层的电阻层部分2(图6)。此第二导电层部分23可保护下面的电阻器21不因空穴作用而损坏。
第二导电部分23，72，92和8’由第二金属层内的连续间隙111分开。间隙111将电源输送部分7，9和它们相应的第二导电部分71，91彼此在电气上隔开。电源输送部分7通过电源输送通路32与下面的第一金属层的晶体管部分3电连接(图6)。电源输送部分7为相应于下面驱动晶体管的电阻器提供功率。电源输送部分9在接地部分4上面布设以将功率提供给驱动晶体管并进而沿着各列至电阻器(图8)。
图8表示对图5A-7所示各实施例的一个第二金属层11布局例。在此实施例中，第二金属层11包括6个电源输送部分---4个电源输送部分7和两个电源输送部分9，各电源输送部分由第二金属层11的导电层部分71，91界定。此第二金属层还包括相应的第二导电部分72，92(它们伸出导电部分71，91的边缘之外)，第二导电部分23(它们覆盖第一金属层的电阻部分(图6))，和第二导电部分8’(它们覆盖寻址路径部分6)。第二导电部分72，92在电源输送部分7，9内的导电部分71，91下面延伸。第二导电部分72，92和8’由第二金属层内的连续间隙111分开。在所示实施例中，连续间隙111可能是8至20μm。
给第二金属层11提供包括钽的第二导电部分8’，可减少第二金属层11从上面覆盖的阻挡层剥离开来。给第二金属层11提供伸出导电部分71，91边缘之外的第二导电部分72，92，可防止上面的阻挡层在导电部分的边缘(第二金属层11的边缘可能在此外露)从第二金属层剥离。在金露出导电部分边缘处可能更容易产生剥离。
4个电源输送部分7(至少是部分地)在非寻址路径部分的上方布设。例如，在图8的实施例中，电源输送部分7至少在下面第一金属层(未示)的晶体管部分和第一金属层接地部分4的那些与相应最上面和最下面电阻器组相关的部分上面布设。电源输送部分9经由第二导电部分71和相应的电源输送部分7之间。电源输送部分9伸过电源输送部分7以向各列中部给各组驱动晶体管和电阻器提供电源。
图9表示对于图5A-8的各种布局实施例中，第一金属层1，第二金属层11及衬底结构15内的驱动晶体管33和逻辑元件53各部分的相对位置。第一金属层包括一个导电层部分14和一个电阻层部分13。第一金属层1包括电阻器部分2，驱动晶体管部分3，第一金属层接地部分4，逻辑元件部分5和寻址部分6。第一金属层1形成于衬底上面，后者包含一个栅极氧化物层，PSG，多聚和掺杂区。
驱动晶体管33和逻辑元件53分别被限定在衬底结构内位于驱动晶体管部分3和逻辑元件部分5的下面。逻辑元件53和驱动晶体管33彼此相隔不是尽可能近。逻辑元件53和相应的晶体管33分开大于5μm的距离。在一个实施例中，驱动晶体管33约为216μm宽，并与相应的逻辑元件53分开134μm。将晶体管部分5和逻辑部分分开可为较宽的接地部分4提供额外的空间，这可以减小接地电阻，从而减少能量变化并改善流体喷射装置的性能。
钝化层12把第一金属层1与第二金属层11分开。第二金属层包括一个第二导电层部分112和一个第一导电层部分113。第二导电层部分112包括第二导电部分72，92，8’和23。第二导电部分72在驱动晶体管部分3上面布设，第二导电部分92在第一接地部分4上面布设，第二导电部分8’在寻址路径部分6上面布设，第二导电部分23在电阻器部分2上面布设。
第一导电层部分113包括导电部分71，91，它们界定并包含电源输送部分7，9。导电部分71，91分别在第二导电部分72和92上面布设。在一个实施例中，没有电源输送部分通过寻址路径部分6上面布设。
图10为一个流体喷射装置100的实施例的等角投影图。此流体喷射装置包括一个喷口层101，一个阻挡层102和一个衬底结构。在一个实施例中，此喷口层101可以包括一块喷口板101，它可包括金属。
喷口层101包括至少一列(24)喷嘴25。在图10的实施例中，显示了两列(24)喷嘴25。应指出一个隔板层101可以包含多列(24)喷嘴25。每个喷嘴25相应于下面第一金属层11内的一个电阻器21。各喷嘴25可安排成一些基本组，每组的喷嘴25由一个公用电源输送部分7或9供电(图8)。在图10的实施例中，喷嘴25安排成6个组a-f。基本组a、b、c和d相应于与电阻器21对应的喷嘴25，这些电阻器由图8中第二金属层11的相应电源输送部分7供电。e组和f组相应的喷嘴是由图8的电源输送部分9供电。图10表示在每一组中代表性的喷嘴数。应该指出，喷嘴的数目可以变化。例如，在一个实施例中，a，b，c和d各组中每组在每一列24中包含至少28个喷嘴，而e和f组包含至少116和58个喷嘴。
在一个实施例中，喷口板101可包含贯穿其中的开口16。在一个实施例中，开口16处于图8的第二导电部分8’上方，并用虚线8’表示其轮廓。开口16可包含一个膨胀栅，用来调节并减少因热膨胀可能造成的损坏。将膨胀栅16安置成覆盖第二导电部分8’而不是覆盖金，可降低阻挡层和第二金属层之间产生剥离的可能性。将第二金属层内的第二导电层部分伸出导电层部分边缘以外，可以减少由短路和/或剥离所引起的各种问题。
应该指出，线，总线、或路径几个词适用于任何充分导电的导电路径，它能为特定类型信号的传播提供信号路径。
应该指出，上述实施例只是一些能代表本发明原理的可能的特定实施例的展示。本专业技术人员不难根据这些原理设计出其它仍属于本发明范畴和思路的装置。

Claims (8)

1.一种流体喷射装置，包括：
第一金属层(1)，包括寻址路径部分(6)和非寻址路径部分(2、3、4、5)；
覆盖在第一金属层(1)上面的第二金属层(11)，第二金属层(11)包括第一金属部分(7)，该第一金属部分(7)仅仅覆盖第一金属层(1)的非寻址路径部分(2、3、4、5)，其中第一金属部分(7)是电源输送部分(7)。
2.如权利要求1所述的流体喷射装置，其中第二金属层11还包括第二部分(8、8’)，该第二部分覆盖寻址路径部分(6)且与第一金属部分(7)电绝缘。
3.如权利要求2所述的流体喷射装置，其中第二部分(8)包含第二金属层接地部分(8)。
4.如权利要求3所述的流体喷射装置，其中：
第一金属层包含第一金属层接地部分(4)；和
第二金属层接地部分(8)与第一金属层接地部分(4)的一部分重叠，且与第一金属层接地部分(4)电连接。
5.如权利要求2所述的流体喷射装置，其中：
第二金属层(11)包含具有第一电阻率的第一导电层部分(113)和具有第二电阻率的第二导电层部分(112)，其中第一电阻率小于第二电阻率；及
第二部分(8’)包含第二导电层部分(112)，但不包含第一导电层部分(113)。
6.如权利要求5所述的流体喷射装置，其中第二导电层部分(112)包含钽。
7.如权利要求6所述的流体喷射装置，其中第一导电层部分(113)包含金。
8.如权利要求1所述的流体喷射装置，其中非寻址路径部分(2、3、4、5)包括激发电阻器部分(2)，晶体管部分(3)、接地部分(4)和逻辑部分(5)。
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