ES2287158T3 - Diseño de cabeza de impresion con energia equilibrada. - Google Patents
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Abstract
Una cabeza de impresión por chorro de tinta que comprende: un substrato (11) de la cabeza de impresión que incluye una pluralidad de capas de película delgada; una serie (61) con forma de columna de generadores (40) de gotas, definida en dicho substrato de la cabeza de impresión y que se extiende a lo largo de un eje longitudinal L; teniendo cada generador de gotas una resistencia (56) de caldeo que tiene una resistencia de al menos 100 ohmios; una serie (81) con forma de columna de circuitos FET (85) formados en dicho substrato de la cabeza de impresión y conectados, respectivamente, a dichos generadores de gotas, incluyendo dichos circuitos FET unas regiones activas que están comprendidas, cada una de ellas, por unas regiones (89) de drenaje, una regiones fuente (99), y una puerta (91) dispuesta sobre una capa (93) de óxido de puerta, teniendo cada circuito FET una resistencia en funcionamiento que es inferior a (250.000 ohmios*micras2)/A, donde A es una superficie de tal circuito FET enmicras2; trazas de potencia (86a, 86b, 86c, 86d, 181) conectadas a dichos generadores de gotas y a dichos circuitos FET; y estando dichos circuitos FET configurados para compensar una variación de la resistencia parásita presentada por dichas trazas de potencia.
Description
Diseño de cabeza de impresión con energía
equilibrada.
La invención en cuestión está relacionada en
general con la impresión por chorro de tinta y, más en particular,
con una cabeza de impresión de chorro de tinta de película delgada,
que tiene circuitos FET de excitación configurados para compensar
las resistencias parásitas de las trazas de potencia.
La técnica de impresión por chorro de tinta está
relativamente bien desarrollada. Los productos comerciales tales
como las impresoras para ordenadores, los trazadores gráficos y las
máquinas de facsímil han sido implementados con tecnología de
chorro de tinta para producir medios impresos. Las contribuciones de
la compañía Hewlett-Packard a la tecnología de
chorro de tinta están descritas, por ejemplo, en diversos artículos
de la Revista Hewlett-Packard Journal, Vol.
36, núm. 5 (mayo de 1985); Vol. 39, Núm. 5 (Octubre de 1988); Vol.
43, núm. 4 (Agosto de 1992); Vol. 43, núm. 6 (Diciembre de 1992) y
Vol. 45, núm. 1 (Febrero de 1994).
Generalmente, una imagen de chorro de tinta se
forma de acuerdo con una colocación precisa en un medio de
impresión de gotas de tinta, emitidas por un dispositivo generador
de gotas de tinta conocido como cabeza de impresión de chorro de
tinta. Típicamente, una cabeza de impresión de chorro de tinta está
soportada en un carro móvil de impresión que atraviesa la
superficie del medio de impresión y está controlada para expulsar
gotas de tinta en los momentos apropiados, tras una orden de un
microordenador u otro controlador, donde el tiempo de aplicación de
las gotas de tinta se pretende hacer corresponder con un patrón de
píxeles de la imagen a imprimir.
Una cabeza de impresión típica de chorro de
tinta de Hewlett-Packard incluye una disposición de
toberas formadas con precisión, en una placa de orificios que está
unida a una capa de barrera de tinta que, a su vez, está unida a
una subestructura de película delgada, que implementa unas
resistencias de caldeo para el disparo de la tinta y un aparato
para habilitar las resistencias. La capa de barrera de tinta define
unos canales de tinta que incluyen cámaras de tinta dispuestas
sobre unas resistencias asociadas para el disparo de la tinta, y
las toberas de la placa de orificios están alineadas con las cámaras
de tinta asociadas. Las regiones generadoras de gotas de tinta
están formadas por cámaras de tinta y partes de la subestructura de
película delgada y de la placa de orificios, que están contiguas a
las cámaras de tinta.
La subestructura de película delgada está
comprendida, típicamente, por un substrato tal como el silicio,
sobre el cual se forman diversas capas de película delgada que
forman resistencias de película delgada de disparo de tinta, por un
aparato que habilita las resistencias, y también por interconexiones
a terminales de unión que se disponen para las conexiones
eléctricas a la cabeza de impresión. La capa de barrera de tinta
es, típicamente, un material polímero que está laminado como una
película seca sobre la subestructura de película delgada, y que
está diseñada con definición fotográfica y es curable tanto por UV
como térmicamente. En una cabeza de impresión por chorro de tinta
con diseño de alimentación ranurada, la tinta se alimenta desde uno
o más depósitos de tinta a las diversas cámaras de tinta, a través
de una o más ranuras de alimentación de tinta formadas en el
substrato.
Un ejemplo de la disposición física de la placa
de orificios, de la capa de barrera de tinta, y de la subestructura
de película delgada, está ilustrada en la página 44 de la revista
Hewlett-Packard Journal de Febrero de 1994,
citada anteriormente. Se presentan otros ejemplos de cabezas de
tinta de chorro de tinta en las patentes de Estados Unidos, del
mismo cesionario, núm. 4.719.477 y núm. 5.317.346, o la solicitud de
patente europea EP-A-0816082.
Las consideraciones con las cabezas de impresión
de chorro de tinta por película delgada incluyen un aumento de
tamaño del substrato y/o la fragilidad del substrato, a medida que
se emplean más generadores de gotas de tinta y/o ranuras de
alimentación de tinta. Consecuentemente, hay una necesidad de una
cabeza de chorro de tinta que sea compacta y que tenga un gran
número de generadores de chorros de tinta.
La invención divulgada está dirigida a una
cabeza de impresión por chorro de tinta que tiene eficientes
circuitos FET de excitación para alimentar las resistencias de
caldeo, que están configurados para compensar las variaciones de
las resistencias parásitas de las trazas de potencia.
Las ventajas y características de la invención
divulgada se podrán apreciar con mayor facilidad por personas
expertas en la técnica, a partir de la siguiente descripción
detallada, cuando se lee conjuntamente con los dibujos, en los
cuales:
La figura 1A es una ilustración de una vista
esquemática superior en planta, que no está a escala, de la
disposición de los generadores de gotas de tinta y de la selección
primitiva de una cabeza de impresión por chorro de tinta que emplea
la invención.
La figura 1B es una ilustración de una vista
esquemática superior en planta, que no está a escala, de la
disposición de los generadores de gotas de tinta y de la selección
primitiva de una cabeza de impresión por chorro de tinta que emplea
la invención.
La figura 2A es una ilustración de una vista
esquemática superior en planta, que no está a escala, de la
disposición de los generadores de gotas de tinta y buses de tierra
de la cabeza de impresión por chorro de tinta de la figura 1A.
La figura 2B es una ilustración de una vista
esquemática superior en planta, que no está a escala, de la
disposición de los generadores de gotas de tinta y buses de tierra
de la cabeza de impresión por chorro de tinta de la figura 1B.
La figura 3A es una vista esquemática en
perspectiva parcialmente seccionada, de la cabeza de impresión por
chorro de tinta de la figura 1A.
La figura 3B es una vista esquemática en
perspectiva parcialmente seccionada, de la cabeza de impresión por
chorro de tinta de la figura 1B.
La figura 4A es una ilustración esquemática
superior parcial en planta, que no está a escala, de la cabeza de
impresión por chorro de tinta de la figura 1A.
La figura 4B es una ilustración esquemática
superior parcial en planta, que no está a escala, de la cabeza de
impresión por chorro de tinta de la figura 1B.
La figura 5 es una representación esquemática de
capas generalizadas de la subestructura de película delgada de las
cabezas de impresión de las figuras 1A y 1B.
La figura 6 es una vista superior parcial en
planta, que ilustra en general la disposición de un circuito
representativo FET de excitación y un bus de tierra de las cabezas
de impresión de las figuras 1A y 1B.
La figura 7 es un esquema de un circuito
eléctrico que representa las conexiones eléctricas de una
resistencia de caldeo y un circuito FET de excitación de las
cabezas de impresión de las figuras 1A y 1B.
La figura 8 es una vista esquemática en planta
de las trazas representativas de selección primitiva de las figuras
1A y 1B.
La figura 9 es una vista esquemática en planta
de una implementación ilustrativa de un circuito FET de excitación
y un bus de tierra de las cabezas de impresión de las figuras 1A y
1B.
La figura 10 es una vista esquemática en sección
transversal del alzado del circuito FET de excitación de la figura
9.
La figura 11 es una vista en perspectiva
esquemática, que no está a escala, de una impresora en la cual puede
emplearse la cabeza de impresión de la invención.
En la siguiente descripción detallada y en las
diversas figuras de los dibujos, los elementos similares están
identificados con referencias numéricas similares.
Haciendo referencia ahora a las figuras
1A-4A, y 1B-4B, se ilustra
esquemáticamente en ellas unas vistas esquemáticas en planta que no
están a escala y unas vistas en perspectiva de unas cabezas de
impresión por chorro de tinta 100A, 100B, en las cuales puede
emplearse la invención y que incluyen en general: (a) una
subestructura de película delgada o matriz 11, que comprende un
substrato tal como el silicio y que tiene diversas capas de
película delgada formadas sobre ella, (b) una capa 12 de barrera de
tinta, dispuesta sobre la subestructura 11 de película delgada, y
(c) una placa 13 de orificios o toberas, unida en forma de lámina a
la parte superior de la barrera 12 de tinta.
La subestructura 11 de película delgada
comprende una matriz de circuito integrado que está formada, por
ejemplo, conforme a técnicas convencionales de circuitos integrados
y, como se representa esquemáticamente en la figura 5, incluye
generalmente un substrato 111a de silicio, una capa 111b de puertas
FET y dieléctrica, una capa 111c de resistencias, y una primera
capa 111d de metalización. Los dispositivos activos, tales como los
circuitos FET descritos más en particular en esta memoria, están
formados en la parte superior del substrato 111a de silicio y de la
capa 111b de puertas FET y dieléctrica, que incluye una capa de
óxido de puerta, puertas de polisilicio, y una capa dieléctrica
contigua a la capa 111c de resistencias. Las resistencias 56 de
caldeo de la película están formadas mediante el respectivo diseño
de la capa 111c de resistencias y de la primera capa 111d de
metalización. La subestructura de película delgada incluye además
una capa 111e de estabilización compuesta, que comprende por
ejemplo una capa de nitruro de silicio y una capa de carburo de
silicio, y una capa 111f de estabilización mecánica de tántalo que
se superpone al menos a las resistencias 56 de caldeo. Sobre la
capa 111f de tántalo, hay superpuesta una capa conductora 111g de
oro.
La capa 12 de barrera de tinta está formada por
una película delgada que está laminada por calor y presión sobre la
subestructura 11 de película delgada y definida fotográficamente
para formar en ella las cámaras 19 de tinta, dispuestas sobre las
resistencias 56 de caldeo y los canales 29 de tinta. Los terminales
de oro 74 para la unión, que pueden acoplarse para las conexiones
eléctricas externas, están formados sobre la capa de oro en los
extremos opuestos, longitudinalmente espaciados, de la subestructura
11 de película delgada, y no están cubiertos por la capa 12 de
barrera de tinta. A modo de ejemplo ilustrativo, el material de la
capa de barrera comprende una película seca de fotopolímero basado
en acrilato, tal como la película seca de fotopolímero de la marca
"Parad", que puede obtenerse de la compañía E.I. duPont de
Nemours and Company, de Wilmington, Delaware. Las películas secas
similares incluyen otros productos de duPont, tales como la película
seca de la marca "Riston" y películas secas hechas por otros
proveedores químicos. La placa 13 de orificios comprende, por
ejemplo, un substrato plano comprendido por un material de polímero
y en el cual los orificios están formados por corte con láser, por
ejemplo como se divulga en la patente de Estados Unidos del mismo
cesionario, núm. 5.469.199. La placa de orificios puede comprender
también un metal chapado, tal como el níquel.
Como se representa en las figuras 3A y 3B, las
cámaras 19 de tinta de la capa 12 de barrera de tinta, están
dispuestas de una manera más particular que las respectivas
resistencias 56 de caldeo para el disparo de tinta, y cada cámara
19 de caldeo está definida por unos bordes o paredes interconectados
de una abertura de la cámara formada en la capa 12 de barrera. Los
canales 29 de tinta están definidos por aberturas adicionales
formadas en la capa 12 de barrera y están unidas de manera
integrada a las respectivas cámaras 19 de disparo de tinta. Los
canales 29 de tinta se abren hacia un borde de alimentación de una
ranura contigua 71 de alimentación de tinta, y reciben tinta desde
tal ranura de alimentación de tinta.
La placa 13 de orificios incluye orificios o
toberas 21 dispuestas sobre las respectivas cámaras 19 de tinta, de
forma tal que cada resistencia 56 de caldeo para el disparo de
tinta, una cámara asociada 19 de tinta y un orificio asociado 21
están alineados y forman un generador 40 de gotas de tinta. Cada una
de las resistencias de caldeo tiene una resistencia nominal de al
menos 100 ohmios, por ejemplo alrededor de 120 o 130 ohmios, y
puede comprender una resistencia segmentada, como se ilustra en la
figura 9, donde una resistencia 56 de caldeo está comprendida por
dos regiones 56a, 56b de resistencias, conectadas por medio de una
región 59 de metalización. Esta estructura de resistencias
proporciona una resistencia que es mayor que una sola región de
resistencias de la misma zona.
Aunque las cabezas de impresión divulgadas se
describen como poseedoras de una capa de barrera y una placa
independiente de orificios, debe apreciarse que las cabezas de
impresión pueden ser implementadas con una estructura integrada de
barrera/orificio, que puede hacerse, por ejemplo, utilizando una
sola capa de fotopolímero que se expone con un proceso de
exposición múltiple y después se revela.
Los generadores 40 de gotas de tinta están
organizados en series con forma de columna o grupos 61 que se
extienden a lo largo del eje L de referencia y están separados
entre sí lateralmente o transversalmente con respecto al eje L de
referencia. Las resistencias 56 de caldeo de cada grupo generador de
gotas de tinta están alineadas, generalmente, con el eje L de
referencia, y tienen una separación predeterminada de centro a
centro o de inclinación P de las toberas, a lo largo del eje L de
referencia. La inclinación P de las toberas puede ser de 1/600 de
pulgada (42,3 micras) o mayor, por ejemplo 1/300 de pulgada (84,6
micras). Cada serie 61 con forma de columna de generadores de gotas
de tinta incluye, por ejemplo, 100 o más generadores de gotas de
tinta (es decir, al menos 100 generadores de gotas de tinta).
A modo de ejemplo ilustrativo, la subestructura
11 de película delgada puede ser rectangular, donde los bordes
opuestos 51, 52 de la misma son bordes longitudinales de una
dimensión longitudinal LS, mientras que los bordes opuestos 53, 54
separados longitudinalmente son de una anchura o dimensión lateral
WS que es inferior a la longitud LS de la subestructura 11 de
película delgada. La extensión longitudinal de la subestructura 11
de película delgada se hace a lo largo de los bordes 51, 52, que
pueden ser paralelos al eje L de referencia. Durante el uso, el eje
L de referencia puede estar alineado con lo que se denomina
generalmente eje de avance del medio. Por conveniencia, los
extremos longitudinalmente separados de la subestructura 11 de
película delgada serán denominados también con las referencias
numéricas 53, 54 utilizadas para referirse a los bordes en tales
extremos.
Aunque los generadores 40 de gotas de tinta de
cada serie 61 con forma de columna de generadores de gotas de
tinta, están ilustrados estando esencialmente sobre la misma línea,
debe apreciarse que algunos de los generadores 40 de gotas de tinta
de una serie de generadores de gotas de tinta, pueden estar
ligeramente descentrados de la línea central de la columna, por
ejemplo para compensar los retardos de disparo.
En la medida que cada uno de los generadores 40
de gotas de tinta incluye una resistencia 56 de caldeo, las
resistencias de caldeo están organizadas consecuentemente en grupos
o series con forma de columna que se corresponden con las series
con forma de columna de los generadores de gotas de tinta. Por
conveniencia, las series o grupos de resistencias de caldeo serán
denominadas con la misma referencia numérica 61.
La subestructura 11 de película delgada de la
cabeza de impresión 100A de las figuras 1A, 2A, 3A, 4A incluye, más
en particular, tres ranuras 71 de alimentación de tinta que están
alineadas con el eje L de referencia, y están espaciadas entre sí
transversalmente con relación a un eje L de referencia. Las ranuras
71 de alimentación de tinta alimentan, respectivamente, a tres
grupos 61 de generadores de gotas de tinta y, a modo de ejemplo
ilustrativo, están situadas en el mismo lado de los grupos
generadores de gotas de tinta que alimentan respectivamente. De
esta manera, cada una de las ranuras 71 de alimentación de tinta
alimenta tinta a lo largo de un solo borde alimentación. A modo de
ejemplo específico, cada una de las ranuras de alimentación de tinta
proporciona tinta de un color que es diferente del color de la
tinta suministrada por las otras ranuras de alimentación de tinta,
tales como el cian, el amarillo y el magenta.
La subestructura 11 de película delgada de la
cabeza de impresión 100B de las figuras 1B, 2B, 3B, 4B incluye, más
en particular, dos ranuras 71 de alimentación de tinta que están
alineadas con el eje L de referencia, y están espaciadas entre sí
transversalmente con respecto al eje L de referencia. Las ranuras 71
de alimentación de tinta alimentan, respectivamente, a cuatro
columnas 61 de generadores de gotas de tinta situados,
respectivamente, en lados opuestos de las dos ranuras 71 de
alimentación de tinta, donde los canales de tinta se abren hacia un
borde formado por una ranura asociada de alimentación de tinta en la
subestructura de película delgada. De esta manera, los bordes
opuestos de cada ranura de alimentación de tinta forma un borde de
alimentación, y cada una de las dos ranuras de alimentación de
tinta comprende una ranura de doble borde de alimentación de tinta.
A modo de implementación específica, la cabeza de impresión 100B de
las figuras 1B, 2B, 3B, 4B es una cabeza de impresión monocroma,
donde ambas ranuras 71 de alimentación de tinta proporcionan tinta
del mismo color, tal como el negro, de forma que las cuatro
columnas 61 de los generadores de gotas de tinta producen gotas de
tinta del mismo color.
De manera respectivamente contigua y asociada
con las series 61 con forma de columna, de los generadores 40 de
gotas de tinta, hay unas series 81 con forma de columna de circuitos
FET de excitación formados en la subestructura 11 de película
delgada de las cabezas de impresión 100A, 100B, como se representa
esquemáticamente en la figura 6 para una serie con forma de columna
representativa de los generadores de gotas de tinta. Cada serie 81
de circuitos FET de excitación incluye una pluralidad de circuitos
FET 85 de excitación que tienen electrodos de drenaje
respectivamente conectados a las respectivas resistencias 56 de
caldeo, por medio de los conductores 57a de las resistencias de
caldeo. Asociados con cada serie 81 de circuitos FET de excitación,
y con la serie asociada de generadores de gotas de tinta, hay un
bus 181 de tierra con forma de columna al cual están conectados
eléctricamente los electrodos fuente de todos los circuitos FET 85
de la serie asociada 81 de circuitos FET de excitación. Cada serie
81 con forma de columna de circuitos FET de excitación y el bus
asociado 181 de tierra, se extiende longitudinalmente a lo largo de
la serie 61 con forma de columna asociadas de generadores de gotas
de tinta, y son al menos longitudinalmente,
co-extensivas con la serie asociada 61 con forma de
columna. Cada bus 181 de tierra está conectado eléctricamente al
menos a un terminal 74 de unión en un extremo de la estructura de
la cabeza de impresión, y al menos a un terminal 74 de unión en el
otro extremo de la estructura de la cabeza de impresión, como se
representa esquemáticamente en las figuras 1A
y 1B.
y 1B.
Los buses 181 de tierra y los conductores 57a de
las resistencias de caldeo están formados en la capa 111d de
metalización (figura 5) de la subestructura 11 de película delgada,
como lo están los conductores 57b de las resistencias de caldeo, y
los electrodos de drenaje y fuente de los circuitos FET 85 de
excitación, descritos con más detalle en esta descripción.
Los circuitos FET 85 de excitación de cada serie
con forma de columna de circuitos FET de excitación, están
controlados por una serie asociada 31 con forma de columna de
circuitos lógicos descodificadores 35, que descodifican la
información de las direcciones de un bus contiguo 33 de direcciones
que está conectado a terminales apropiados 74 de unión (figura 6).
La información de direcciones identifica los generadores de gotas de
tinta que han de ser alimentados con energía de disparo de tinta,
como se estudia con más detalle en esta memoria, y es utilizada por
los circuitos descodificadores lógicos 35 para activar el circuito
FET de excitación de un generador de gotas de tinta direccionado o
seleccionado.
Como se representa esquemáticamente en la figura
7, un terminal de cada resistencia 56 de caldeo está conectado a
través de una traza de selección primitiva a un terminal 74 de unión
que recibe una señal PS de selección primitiva de disparo de tinta.
De esta manera, como el otro terminal de cada resistencia 56 de
caldeo está conectado al terminal de drenaje de un circuito FET 85
asociado de excitación, se suministra la energía PS de disparo de
tinta a la resistencia 56 de caldeo si el circuito FET asociado de
excitación está activado (ON) como consecuencia del control del
circuito lógico descodificador asociado 35.
Como se representa esquemáticamente en la figura
8, para una serie representativa 61 con forma de columna de
generadores de gotas de tinta, los generadores de gotas de tinta de
una serie 61 con forma de columna de generadores de gotas de tinta
puede organizarse en cuatro grupos primitivos 61a, 61b, 61c, 61d de
generadores de gotas de tinta contiguamente adyacentes, y las
resistencias 56 de caldeo de un grupo primitivo en particular están
eléctricamente conectados a la misma traza de las cuatro trazas 86a,
86b, 86c, 86d de selección primitiva, de forma que los generadores
de gotas de tinta de un grupo primitivo en particular están
acoplados de forma conmutable en paralelo con la misma señal PS de
selección primitiva de disparo de tinta. Para el ejemplo específico
en el que el número N de generadores de gotas de tinta de una serie
con forma de columna es un múltiplo entero de 4, cada grupo
primitivo incluye N/4 generadores de gotas de tinta. Como
referencia, los grupos primitivos 61a, 61b, 61c, 61d están
organizados en secuencia a partir del borde lateral 53, hacia el
borde lateral 54.
La figura 8 establece más en particular una
vista esquemática superior en planta de las trazas 86a, 86b, 86c,
86d de selección primitiva para una serie asociada 81 con forma de
columna de circuitos FET 85 de excitación (figura 6), como las
implementadas por ejemplo por las trazas de la capa 111g de
metalización de oro (figura 5) que está por encima y separada
eléctricamente de la serie asociada 81 del circuito FET de
excitación y del bus 181 de tierra. Las trazas 86a, 86b, 86c, 86d
de selección primitiva están eléctricamente conectadas,
respectivamente, a los cuatro grupos primitivos 61a, 61b, 61c, 61d,
por medio de conductores 57b de las resistencias (figura 8),
formados en la capa 111d de metalización y en las vías 58 de
interconexión (figura 9) que se extienden entre las trazas de
selección primitiva y los conductores 57b de las resistencias.
La primera traza 86a de selección primitiva se
extiende longitudinalmente a lo largo del primer grupo primitivo
61a y se superpone a una parte de los conductores 57b de las
resistencias de caldeo (figura 9), que están conectados
respectivamente a las resistencias 56 de caldeo del primer grupo
primitivo 61a, y está conectada por las vías 58 (figura 9) a tales
conductores 57b de las resistencias de caldeo. La segunda traza 86b
de selección primitiva incluye una sección que se extiende a lo
largo del segundo grupo primitivo 61b, y se superpone a una parte
de los conductores 57b de las resistencias de caldeo (figura 9), que
están conectados, respectivamente, a las resistencias 56 de caldeo
del segundo grupo primitivo 61b, y está conectada a través de las
vías 58 a tales conductores 57b de las resistencias de caldeo. La
segunda traza 86b incluye una sección adicional que se extiende a
lo largo de la primera traza 86a de selección primitiva, en el lado
de la primera traza 86a de selección primitiva que está opuesta a
las resistencias 56 de caldeo del primer grupo primitivo 61a. La
segunda traza 86b de selección primitiva tiene una forma general de
L donde la segunda sección es más estrecha que la primera sección,
de forma que hace un puente sobre la primera traza 86a de selección
primitiva, que es más estrecha que la sección más ancha de la
segunda traza 86b de selección primitiva.
La primera y segunda trazas 86a, 86b de
selección primitiva son, generalmente al menos,
co-extensivas longitudinalmente con el primer y
segundo grupos primitivos 61a, 61b, y están apropiadamente
conectadas, respectivamente, a los respectivos terminales 74 de
unión dispuestos en el borde lateral 53 que está más cercano a la
primera y segunda trazas 86a, 86b de selección primitiva.
La cuarta traza 86d de selección primitiva se
extiende longitudinalmente a lo largo del cuarto grupo primitivo
61d y se superpone a una parte de los conductores 57b de las
resistencias de caldeo (figura 9), que están conectados a las
resistencias 56 de caldeo del cuarto grupo primitivo 61d, y está
conectada por las vías 58 a tales conductores 57b de la
resistencias de caldeo. La tercera traza 86c de selección primitiva
incluye una sección que se extiende a lo largo del tercer grupo
primitivo 61c y se superpone a una parte de los conductores 57b de
las resistencias de caldeo (figura 9) que están conectados a las
resistencias 56 de caldeo del tercer grupo primitivo 61c, y está
conectada por las vías 58 a tales conductores 57b de las
resistencias de caldeo. La tercera traza 86c de selección primitiva
incluye una sección adicional que se extiende a lo largo de la
cuarta traza 86d de selección primitiva. La tercera traza 86c de
selección primitiva tiene una forma general de L, en la que la
segunda sección es más estrecha que la primera sección, de manera
que efectúa un puente sobre la cuarta traza 86d de selección
primitiva que es más estrecha que la sección más ancha de la tercera
traza 86c de selección primitiva.
La tercera y cuarta trazas 86c, 86d de selección
primitiva son al menos generalmente, co-extensivas
longitudinalmente con el tercer y cuarto grupos 61c, 61d, y están
apropiadamente conectadas, respectivamente, a los terminales 74 de
unión dispuestos en el borde lateral 54 que está más cercano a la
tercera y cuarta trazas 86c, 86d de selección primitiva.
A modo de ejemplo específico, las trazas 86a,
86b, 86c, 86d de selección primitiva para una serie 61 con forma de
columna de generadores de gotas de tinta se superponen sobre los
circuitos FET de excitación y sobre el bus de tierra asociado con
la serie con forma de columna de generadores de gotas de tinta, y
están contenidas en una región que es longitudinalmente
co-extensiva con la serie asociada 61 con forma de
columna. De esta manera, hay cuatro trazas de selección primitiva
para las cuatro primitivas de una serie 61 con forma de columna de
generadores de gotas de tinta, que se extienden a lo largo de la
serie hacia los extremos del substrato de la cabeza de impresión.
Más en particular, una primera pareja de trazas de selección
primitiva para una primera pareja de grupos primitivos 61a, 61b,
dispuestos en la mitad de la longitud del substrato de la cabeza de
impresión, están contenidas en una región que se extiende a lo largo
de tal primera pareja de grupos primitivos, mientras que una
segunda pareja de trazas de selección primitiva para una segunda
pareja de grupos primitivos 61c, 61d, dispuestos en la otra mitad
de la longitud del substrato de la cabeza de impresión, están
contenidas en una región que se extiende a lo largo de tal segunda
pareja de grupos primitivos.
Por facilidad en la referencia, las trazas 86 de
selección primitiva y el bus asociado de tierra que conecta
eléctricamente las resistencias 56 de caldeo y los circuitos FET 85
asociados de excitación a los terminales 74 de unión, son
denominados colectivamente trazas de potencia. También por facilidad
de la referencia, las trazas 86 de selección primitiva pueden ser
denominadas trazas de potencia del lado alto o no puestas a
tierra.
Generalmente, la resistencia parásita (o
resistencia en funcionamiento) de cada circuito FET 85 de
excitación, está configurada para compensar la variación de la
resistencia parásita presentada a los diferentes circuitos FET 85
de excitación, por el camino parásito formado por las trazas de
potencia, para reducir la variación de la energía proporcionada a
las resistencias de caldeo. En particular, las trazas de potencia
forman un camino parásito que presenta una resistencia parásita a
los circuitos FET que varía con el lugar del camino, y la
resistencia parásita de cada circuito FET 85 de excitación se
selecciona de manera que la combinación de la resistencia parásita
de cada circuito FET 85 de excitación con la resistencia parásita de
las trazas de potencia, como se presentan al circuito FET de
excitación varía sólo ligeramente desde un generador de gotas de
tinta a otro. En la medida que las resistencias 56 de caldeo son
todas esencialmente de la misma resistencia, la resistencia
parásita de cada circuito FET 85 de excitación se configura por
tanto para compensar la variación de la resistencia parásita de las
trazas de potencia asociadas, como se presentan a los distintos
circuitos FET 85 de excitación. De esta manera, en la medida que se
proporcionan energías esencialmente iguales a los terminales de
unión conectados a las trazas de potencia, pueden proporcionarse
esencialmente energías iguales a las distintas resistencias 56 de
caldeo.
Haciendo referencia más en particular a las
figuras 9 y 10, cada uno de los circuitos FET 85 de excitación
comprende una pluralidad de apéndices 87 de electrodos de drenaje
eléctricamente interconectados, dispuestos sobre los apéndices 89
de la región de drenaje formados en el substrato 111a de silicio
(figura 5), y una pluralidad de apéndices 97 de electrodos fuente
interconectados, entrelazados o intercalados con los electrodos 87
de drenaje, y dispuestos sobre los apéndices 99 de la región fuente,
formados en el substrato 111a de silicio. Los apéndices 91 de las
puertas de polisilicio que están interconectados en los respectivos
extremos, están dispuestos sobre una delgada capa 93 de óxido de
puerta, formada sobre el substrato 111a de silicio. Una capa 95 de
vidrio de fosfosilicato separa los electrodos 87 de drenaje y los
electrodos fuente 97 del substrato 111a de silicio. Una pluralidad
de contactos conductores 88 de drenaje conectan eléctricamente los
electrodos 87 de drenaje a las regiones 89 de drenaje, mientras que
una pluralidad de contactos fuente conductores 98 conectan
eléctricamente los electrodos fuente 97 a las regiones fuente
99.
La zona ocupada por cada circuito FET de
excitación es preferiblemente pequeña, y la resistencia en
funcionamiento de cada circuito FET de excitación es
preferiblemente baja, por ejemplo inferior o igual a 14 o 16 ohmios
(es decir, 14 o 16 ohmios, como máximo), que requiere eficientes
circuitos FET de excitación. Por ejemplo, la resistencia Ron en
funcionamiento puede estar relacionada con la superficie A de
circuitos FET de excitación de la manera siguiente:
Ron < (250
. 000 \
ohmios\text{*}micra^{2})/A
donde la superficie A está en
micras^{2} (\mum^{2}). Esto puede conseguirse por ejemplo con
una capa 93 de óxido de puerta que tenga un espesor que sea menor o
igual a 800 Angstroms (es decir, 800 Angstroms como máximo), o una
longitud de puerta que sea inferior a 4 \mum. Además, al tener una
resistencia de caldeo de al menos 100 ohmios, se hace posible que
los circuitos FET sean más pequeños que si las resistencias de
caldeo tuvieran una resistencia inferior, ya que con un valor de
resistencia de caldeo mayor puede tolerarse una resistencia de
activación de los FET mayor, al considerar la distribución de
energía entre las resistencias parásitas y las de
caldeo.
Como ejemplo particular, los electrodos 87 de
drenaje, las regiones 89 de drenaje, los electrodos fuente 97, las
regiones fuente 99 y los apéndices 91 de las puertas de polisilicio
pueden extenderse de manera esencialmente ortogonal o
transversalmente al eje L de referencia y a la extensión
longitudinal de los buses 181 de tierra. Además, para cada circuito
85 FET, la extensión de las regiones 89 de drenaje y las regiones
fuente 99, transversalmente al eje L de referencia, es de la misma
extensión que los apéndices de las puertas transversalmente al eje
L de referencia, como se ilustra en la figura 6, lo que define la
extensión de las regiones activas, transversalmente al eje L de
referencia. Por facilidad en la referencia, la extensión de los
apéndices 87 de los electrodos de drenaje, los apéndices 89 de la
región de drenaje, los apéndices 97 de los electrodos fuente, los
apéndices 99 de la región fuente y los apéndices 91 de las puertas
de polisilicio puede ser denominada extensión longitudinal de tales
elementos, en la medida que tales elementos sean largos y estrechos
de una manera similar a una tira o a un apéndice.
A modo de ejemplo ilustrativo, la resistencia de
funcionamiento de cada uno de los circuitos FET 85 se configura
individualmente controlando la extensión longitudinal o la longitud
de un segmento no contactado continuamente de los apéndices de la
región de drenaje, donde un segmento no contactado continuamente
está desprovisto de contactos eléctricos 88. Por ejemplo, los
segmentos no contactados continuamente de la región de drenaje
pueden comenzar en los extremos de las regiones 89 de drenaje que
están más alejados de la resistencia 56 de caldeo. La resistencia
de funcionamiento de un circuito FET 85 en particular aumenta al
aumentar la longitud del segmento del apéndice de la región de
drenaje, no contactado continuamente, y se selecciona tal longitud
para determinar la resistencia de funcionamiento de un circuito FET
en particular.
Como otro ejemplo, la resistencia de
funcionamiento de cada circuito FET 85 puede configurarse
seleccionando el tamaño del circuito FET. Por ejemplo, puede
seleccionarse la extensión de un circuito FET transversalmente al
eje L de referencia, para definir la resistencia de
funcionamiento.
Para una implementación típica en la que las
trazas de potencia para un circuito FET 85 en particular están
encaminadas, con unos trayectos razonablemente directos, a los
terminales 74 de unión en los extremos más cercanos
longitudinalmente separados de la estructura de la cabeza de
impresión, la resistencia parásita aumenta con la distancia desde
el extremo más cercano de la cabeza de impresión, y la resistencia
de funcionamiento de los circuitos FET 85 de excitación disminuye
(haciendo que el circuito FET sea más eficaz) con la distancia
desde el extremo más cercano, de manera que compensa el aumento de
la resistencia parásita de la traza de potencia. Como ejemplo
específico, como los segmentos de apéndices de drenaje no
contactados continuamente de los respectivos circuitos FET 85 de
excitación, que comienzan en los extremos de los apéndices de la
región de drenaje más alejados de las resistencias 56 de caldeo,
las longitudes de tales segmentos disminuyen con la distancia desde
el más cercano de los extremos longitudinalmente separados de la
estructura de la cabeza de impresión.
Cada bus 181 de tierra está formado por la misma
capa de metalización de película delgada que los electrodos 87 de
drenaje y los electrodos fuente 97 de los circuitos FET 85, y las
zonas activas de cada uno de los circuitos FET comprendidos por las
regiones fuente 89 y de drenaje 99, y las puertas 91 de polisilicio,
se extienden ventajosamente por debajo del bus asociado 181 de
tierra. Esto permite que el bus de tierra y las series de circuitos
FET ocupen regiones más estrechas, lo que a su vez permite una
subestructura de película delgada más estrecha, y por tanto menos
costosa.
Además, en una implementación en la que los
segmentos no contactados continuamente de los apéndices de la
región de drenaje comienzan en los extremos de los apéndices de la
región de drenaje que están más alejados de las resistencias 56 de
caldeo, la extensión de cada bus 181 de tierra, transversal o
lateralmente, con respecto al eje L de referencia y hacia las
resistencias 56 de caldeo asociadas, puede aumentar a medida que
aumenta la longitud de las secciones de apéndices de drenaje no
contactados continuamente, ya que los electrodos de drenaje no
necesitan extenderse por tales secciones de apéndices de drenaje no
contactados continuamente. En otras palabras, la anchura W de un
bus 181 de tierra puede aumentar aumentando la cantidad en la cual
el bus de tierra se superpone sobre las regiones activas de los
circuitos FET 85 de excitación, dependiendo de la longitud de los
segmentos de la región de drenaje no contactados continuamente. Esto
se consigue sin aumentar la anchura de la región ocupada por un bus
181 de tierra y su serie asociada de circuitos FET de excitación,
ya que el aumento se consigue aumentando la cantidad de solapamiento
entre el bus de tierra y las regiones activas de los circuitos FET
85 de excitación. Efectivamente, en cualquier circuito FET 85
particular, el bus de tierra puede solaparse con la región activa,
transversalmente al eje L de referencia, esencialmente con la misma
longitud de los segmentos no contactados de las regiones de
drenaje.
Para el ejemplo específico en el que los
segmentos de la región de drenaje, no contactados continuamente,
comienzan en los extremos de los apéndices de la región de drenaje
que están más alejados de las resistencias 56 de caldeo, y en los
que las longitudes de tales segmentos de la región de drenaje, no
contactados continuamente, disminuyen con la distancia desde el
extremo más cercano a la estructura de la cabeza de impresión, la
modulación o variación de la anchura W de un bus 181 de tierra con
la variación de la longitud de los segmentos de la región de
drenaje, no contactados continuamente, proporciona un bus de tierra
que tiene una anchura W181 que aumenta con la proximidad al extremo
más cercano de la estructura de la cabeza de impresión, como se
representa en la figura 8. Como la cantidad de corrientes
compartidas aumenta con la proximidad a los terminales 74 de unión,
esa forma proporciona ventajosamente la disminución de resistencia
del bus de tierra con la proximidad a los terminales 74 de
unión.
La resistencia del bus de tierra puede reducirse
también extendiendo lateralmente partes del bus 181 de tierra en
zonas separadas longitudinalmente entre los circuitos lógicos
descodificadores 35. Por ejemplo, tales partes pueden extenderse
lateralmente más allá de las regiones activas con la anchura de la
región en la cual están formados los circuitos lógicos
descodificadores 35.
Las siguientes partes de los circuitos asociadas
con una serie con forma de columna de generadores de gotas de
tinta, pueden estar contenidas en las respectivas regiones con las
siguientes anchuras, que están indicadas en las figuras 6 y 8 con
las designaciones numéricas que siguen a los valores de la
anchura.
Estas anchuras se miden ortogonalmente o
lateralmente con la extensión longitudinal del substrato de la
cabeza de impresión que está alineado con el eje L de
referencia.
Haciendo referencia ahora a la figura 11, se
presenta en ellas una vista en perspectiva de un ejemplo de un
dispositivo 20 de impresión de chorro de tinta, en el cual pueden
emplearse las cabezas de impresión anteriormente descritas. El
dispositivo 20 de impresión de chorro de tinta de la figura 11
incluye un chasis 122 rodeado por un alojamiento o envoltura 124,
típicamente de material plástico moldeado. El chasis 122 está
formado, por ejemplo, por un metal laminar e incluye un panel
vertical 122a. Las hojas del medio de impresión son alimentadas
individualmente a través de la zona 125 de impresión, por medio de
un sistema adaptable 126 de manejo del medio de impresión, que
incluye una bandeja 128 de alimentación para almacenar el medio de
impresión antes de imprimirse. El medio de impresión puede ser
cualquier tipo de material laminar imprimible adecuado, tal como el
papel, cartulina, transparencias, Mylar y similares, pero por
conveniencia los modos de realización ilustrados descritos utilizan
papel como medio de impresión. Una serie de rodillos convencionales
accionados por un motor, incluyendo un rodillo guía 129 accionado
por un motor paso a paso, puede ser utilizado para desplazar el
medio de impresión desde la bandeja 128 de alimentación a la zona
125 de impresión. Tras la impresión, el rodillo guía 129 conduce la
lámina impresa sobre una pareja de miembros 130 de salida
retractables en forma de ala para el secado, que se ilustran
extendidos para recibir una hoja impresa. Los miembros 130 de ala
sostienen la lámina recientemente impresa durante un tiempo corto,
por encima de cualquier otra hoja previamente impresa, siguiendo
secándose en una bandeja 132 de salida antes de retraerse
giratoriamente hacia los lados, como se ilustra con las flechas
curvadas 133, para dejar caer la hoja recientemente impresa en la
bandeja 132 de salida. El sistema de manejo del medio de impresión
puede incluir una serie de mecanismos de ajuste para acomodar los
diferentes tamaños del medio de impresión, incluyendo cartas,
documentos legales, A-4, sobres, etc., tal como un
brazo 134 de ajuste de la longitud de deslizamiento y una ranura 135
de alimentación de sobres.
La impresora de la figura 11 incluye además un
controlador 136 de impresora, ilustrado esquemáticamente como un
microprocesador, dispuesto sobre una placa 139 de circuito impreso
soportada en el lado posterior del panel vertical 122a del chasis.
El controlador 136 de la impresora recibe instrucciones desde un
dispositivo central, tal como un ordenador personal (no ilustrado),
y controla el funcionamiento de la impresora incluyendo el avance
del medio de impresión a través de la zona 125 de impresión, el
movimiento de un carro 140 de impresión y la aplicación de señales
a los generadores 40 de gotas de tinta.
Una varilla 138 de deslizamiento del carro de
impresión, que tiene un eje longitudinal paralelo al eje de
exploración del carro, está soportada por el chasis 122 para
soportar en gran medida un carro 140 de impresión con un movimiento
alternativo de traslación o de exploración a lo largo del eje de
exploración del carro. El carro 140 de impresión soporta el primer
y segundo cartuchos de tinta extraíbles 150, 152 (cada uno de los
cuales es denominado algunas veces "pluma", "cartucho de
impresión", o "cartucho"). Los cartuchos 150, 152 de
impresión incluyen unas respectivas cabezas de impresión 154, 156,
que tienen, respectivamente, unas toberas que miran generalmente
hacia abajo para expulsar la tinta generalmente hacia abajo sobre
una parte del medio de impresión que está en la zona 125 de
impresión. Los cartuchos 150, 152 de impresión están, más en
particular, enclavados en el carro 140 de impresión por medio de un
mecanismo de enclavamiento que incluye palancas de sujeción,
miembros de enclavamientos o tapas 170, 172.
Como referencia, se hace avanzar al medio de
impresión a través de la zona 125 de impresión, a lo largo de un
eje del medio que es paralelo a la tangente de la parte del medio de
impresión que está por debajo y atravesado por las toberas de los
cartuchos 150, 152. Si el eje del medio y el eje del carro están
situados sobre el mismo plano, como se ilustra en la figura 11,
serían perpendiculares entre sí.
Un mecanismo anti-rotación sobre
la parte posterior del carro de impresión, se acopla con una barra
anti-rotación 185 dispuesta horizontalmente, que
está formada de forma integrada con el panel vertical 122a del
chasis 122, por ejemplo para impedir el giro hacia delante del
cartucho 140 de impresión alrededor de la varilla deslizante
138.
A modo de ejemplo ilustrativo, el cartucho 150
de impresión es un cartucho de impresión monocromo, mientras que el
cartucho 152 es un cartucho de impresión tricolor.
El cartucho 140 de impresión es accionado a lo
largo de la varilla deslizante 138 por medio de una correa sinfín
158 que puede ser accionada de una manera convencional, y se utiliza
una tira lineal 159 de codificación para detectar la posición del
carro 140 de impresión a lo largo del eje de exploración del carro,
por ejemplo de acuerdo con técnicas convencionales.
Aunque lo anterior ha sido una descripción y una
ilustración de modos de realización específicos de la invención,
pueden hacerse a ella diversas modificaciones y cambios por personas
expertas en la técnica, sin apartarse del alcance de la invención,
como se define por las reivindicaciones siguientes.
Claims (21)
1. Una cabeza de impresión por chorro de tinta
que comprende:
un substrato (11) de la cabeza de impresión que
incluye una pluralidad de capas de película delgada;
una serie (61) con forma de columna de
generadores (40) de gotas, definida en dicho substrato de la cabeza
de impresión y que se extiende a lo largo de un eje longitudinal
L;
teniendo cada generador de gotas una resistencia
(56) de caldeo que tiene una resistencia de al menos 100 ohmios;
una serie (81) con forma de columna de circuitos
FET (85) formados en dicho substrato de la cabeza de impresión y
conectados, respectivamente, a dichos generadores de gotas,
incluyendo dichos circuitos FET unas regiones activas que están
comprendidas, cada una de ellas, por unas regiones (89) de drenaje,
una regiones fuente (99), y una puerta (91) dispuesta sobre una
capa (93) de óxido de puerta, teniendo cada circuito FET una
resistencia en funcionamiento que es inferior a (250.000
ohmios*micras^{2})/A, donde A es una superficie de tal circuito
FET en micras^{2};
trazas de potencia (86a, 86b, 86c, 86d, 181)
conectadas a dichos generadores de gotas y a dichos circuitos FET;
y
estando dichos circuitos FET configurados para
compensar una variación de la resistencia parásita presentada por
dichas trazas de potencia.
2. La cabeza de impresión de la reivindicación
1, en la que dicha capa de óxido de puerta tiene un espesor de 800
Angstroms como máximo.
3. La cabeza de impresión de la reivindicación
1, en la que cada uno de dichos circuitos FET tiene una longitud de
puerta que es inferior a 4 micras.
4. La cabeza de impresión de la reivindicación
1, en la que cada uno de dichos circuitos FET tiene una resistencia
en funcionamiento de 16 ohmios como máximo.
5. La cabeza de impresión de la reivindicación
1, en la que cada uno de dichos circuitos FET tiene una resistencia
en funcionamiento de 14 ohmios como máximo.
6. La cabeza de impresión de la reivindicación
1, en la que dicha serie en forma de columna de circuitos FET está
contenida en una región de FET que tiene una anchura que es
ortogonal a dicho eje longitudinal L, siendo dicha anchura 350
micras como máximo.
7. La cabeza de impresión de la reivindicación
1, en la que dicha serie en forma de columna de circuitos FET está
contenida en una región de FET que tiene una anchura que es
ortogonal a dicho eje longitudinal L, siendo dicha anchura 250
micras como máximo.
8. La cabeza de impresión de la reivindicación
1, en la que dichas trazas de potencia incluyen un bus (181) de
tierra que se solapa con dicha serie en forma de columna de
circuitos FET.
9. La cabeza de impresión de la reivindicación
8, en la que dicho bus de tierra tiene una anchura transversalmente
al eje longitudinal L de referencia que varía a lo largo del eje
longitudinal L de referencia.
10. La cabeza de impresión de la reivindicación
1, en la que cada una de dichas series en forma de columna de
generadores de gotas está organizada en M grupos primitivos (61,
61b, 61c, 61d) y en la que dichas trazas de potencia incluyen M
trazas de selección primitiva (86a, 86b, 86c, 86d) conectadas
respectivamente a dichos M grupos primitivos.
11. La cabeza de impresión de la reivindicación
10, en la que dicho substrato de la cabeza de impresión incluye
extremos separados longitudinalmente, donde M es un número par, y en
la que M/2 de dichas M trazas de selección primitiva están
eléctricamente conectadas a terminales (74) de unión en uno de
dichos extremos, y donde otras M/2 de dichas M trazas de selección
primitiva están eléctricamente conectadas a terminales (74) de unión
de otro de dichos extremos.
12. La cabeza de impresión de la reivindicación
11, en la que M es cuatro.
13. La cabeza de impresión de la reivindicación
10, en la que dichas M trazas de selección primitiva se superponen
sobre una serie asociada en forma de columna de circuitos FET.
14. La cabeza de impresión de la reivindicación
1, en la que dichos generadores de gotas están separados al menos
1/600 pulgadas (42,3 micras) a lo largo del eje longitudinal L de
referencia.
15. La cabeza de impresión de la reivindicación
14, en la que dichos generadores de gotas están separados 1/300
pulgadas (84,6 micras) a lo largo del eje longitudinal L de
referencia.
16. La cabeza de impresión de la reivindicación
1, en la que el valor de dicha resistencia de caldeo es de al menos
120 ohmios.
17. La cabeza de impresión de la reivindicación
1, en la que el valor de dicha resistencia de caldeo es al menos
130 ohmios.
18. La cabeza de impresión de la reivindicación
1, en la que las respectivas resistencias de funcionamiento de
dichos circuitos FET se seleccionan de manera que compensen la
variación de la resistencia parásita presentada por dichas trazas de
potencia.
19. La cabeza de impresión de la reivindicación
18, en la que se selecciona un tamaño de cada uno de dichos
circuitos FET para fijar la resistencia en funcionamiento.
20. La cabeza de impresión de la reivindicación
18, en la que cada uno de dichos circuitos FET incluye:
electrodos (87) de drenaje;
contactos (88) de drenaje, que conectan
eléctricamente dichos electrodos de drenaje con dichas regiones de
drenaje;
electrodos fuente (97);
contactos fuente (98) que conectan
eléctricamente dichos electrodos fuente a dichas regiones fuente;
y
en la que dichas regiones de drenaje están
configuradas para fijar la resistencia en funcionamiento de cada
uno de dichos circuitos FET, para compensar la variación de la
resistencia parásita presentada por dichas trazas de potencia.
21. La cabeza de impresión de la reivindicación
20, en la que dichas regiones de drenaje comprenden unas regiones de
drenaje alargadas que incluyen, cada una de ellas, un segmento no
contactado continuamente que tiene una longitud que se selecciona
para fijar dicha resistencia en funcionamiento.
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