JP2004520967A - エネルギーのバランスがとられたプリントヘッドの設計 - Google Patents

Abstract

電力トレース（８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ、１８１）の寄生抵抗を補償するよう構成された効率的なＦＥＴ駆動回路（８５）を有する、幅の狭いインクジェットプリントヘッド（１００Ａ、１００Ｂ）。このインクジェットプリントヘッドは、さらに、ＦＥＴ駆動回路の動作領域に重なるグランドバス（１８１）を含む。
【選択図】図９

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的にインクジェットプリントに関し、より詳細には、電力トレースの寄生抵抗を補償するように構成されたＦＥＴ駆動回路を有する薄膜インクジェットプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリントの技術は、比較的よく開発されている。コンピュータのプリンタ、グラフィックプロッタ、およびファクシミリ機等の市販製品は、プリントした媒体を生成するインクジェット技術で実施されている。インクジェット技術に対するヒューレット・パッカード社の貢献については、例えば、Hewlett-Packard Journal, Vol. 36, No. 5 (May 1985)、Vol. 39, No. 5 (October 1988)、 Vol. 43, No. 4 (August 1992)、Vol. 43, No. 6 (December 1992)、および、Vol. 45, No. 1 (February 1994)における様々な論文において説明されており、それらのすべては参照により本明細書に援用される。
【０００３】
一般的に、インクジェット画像は、インクジェットプリントヘッドとして知られているインク滴発生装置が放出するインク滴をプリント媒体上に正確に配置することにしたがって、形成される。通常、インクジェットプリントヘッドは、プリント媒体表面の上方を横切る可動プリントキャリッジ上に支持され、マイクロコンピュータまたはその他コントローラのコマンドにしたがって適切な時点においてインク滴を噴出するよう制御される。この場合、インク滴を施すタイミングは、プリントしている画像の画素のパターンに対応するよう、意図される。
【０００４】
通常のヒューレット・パッカード社のインクジェットプリントヘッドは、インクバリアー層に取り付けたオリフィス板に正確に形成した、ノズルのアレイを含む。インクバリアー層は、インク発射ヒータ抵抗器と抵抗器を作動させる装置とを実施する、薄膜下部構造に取り付けられている。インクバリアー層は、関連するインク発射抵抗器の上方に配置したインクチャンバを含むインクチャネルを画定し、オリフィス板のノズルは、関連するインクチャンバと位置合わせされている。インクチャンバと、薄膜下部構造およびオリフィス板のうちのインクチャンバに隣接する部分とによって、インク滴発生器領域が形成される。
【０００５】
薄膜下部構造は、通常、シリコン等の基板から構成されている。この基板上に、薄膜インク発射抵抗器、抵抗器を作動させる装置、およびプリントヘッドへの外部電気接続のために設けるボンディングパッドへの相互接続を形成するさまざまな薄膜層が形成される。インクバリアー層は、通常、ドライフィルムとして薄膜下部構造に貼り合わされ、感光性で紫外線および熱の両方により硬化可能なように設計された、ポリマー材料である。スロット供給設計のインクジェットプリントヘッドにおいては、１つまたはそれよりも多いインク槽から、基板に形成された１つまたはそれよりも多いインク供給スロットを通じて、さまざまなインクチャンバにインクが供給される。
【０００６】
オリフィス板、インクバリアー層、および薄膜下部構造の物理的配置の一例が、上で引用したFebruary 1994のHewlett-Packard Journalの４４ページに説明されている。インクジェットプリントヘッドのさらなる例については、同一譲受人に譲渡されている米国特許第４，７１９，４７７号および米国特許第５，３１７，３４６号において述べられており、これらはともに参照により本明細書に援用される。
【０００７】
薄膜インクジェットプリントヘッドで考慮すべき事柄として、例えば、用いるインク滴発生器および／またはインク供給スロットが多くなるにつれて、基板の大きさおよび／または基板の脆弱性が大きくなる、ということがある。したがって、コンパクトでかつ多数のインク滴発生器を有するインクジェットプリントヘッドが必要とされている。
【発明の開示】
【０００８】
開示する本発明は、電力トレースの寄生抵抗の変動を補償するよう構成された、効率的な、ヒータ抵抗器に通電するＦＥＴ駆動回路を備える、インクジェットプリントヘッドを提供することに関する。
【０００９】
当業者であれば、以下の詳細な説明を図面とともに読めば、開示する本発明の利点および特徴を容易に理解されるであろう。
【００１０】
本開示の詳細な説明
以下の詳細な説明およびいくつかの図面において、同じ要素は同じ参照番号で識別する。
【００１１】
次に図１Ａ〜図４Ａ、および図１Ｂ〜図４Ｂを参照して、本発明を用いることができるインクジェットプリントヘッド１００Ａ、１００Ｂの、正確な縮尺率で描かれていない概略的な平面図および斜視図を概略的に示す。インクジェットプリントヘッド１００は、一般的に、（ａ）シリコン等の基板を含み、その上にさまざまな薄膜層が形成される、薄膜下部構造すなわちダイ１１と、（ｂ）薄膜下部構造１１上に配置したインクバリアー層１２と、（ｃ）インクバリアー１２の表面に薄層状に取り付けた、オリフィスすなわちノズル板１３とを含む。
【００１２】
薄膜下部構造１１は、例えば従来の集積回路技術にしたがって形成された、集積回路ダイを含む。図５に概略的に示すように、薄膜下部構造１１は一般的に、シリコン基板１１１ａ、ＦＥＴゲートおよび絶縁層１１１ｂ、抵抗器層１１１ｃ、および第１の金属化層１１１ｄを含む。シリコン基板１１１ａおよびＦＥＴゲートおよび絶縁層１１１ｂの頂部には、本明細書においてより詳細に説明する駆動ＦＥＴ回路等の能動デバイスが形成されている。ＦＥＴゲートおよび絶縁層１１１ｂは、ゲート酸化物層、ポリシリコンゲート、および抵抗器層１１１ｃに隣接する絶縁層を含む。薄膜ヒータ抵抗器５６は、抵抗器層１１１ｃおよび第１の金属化層１１１ｄのそれぞれのパターニングによって形成される。薄膜下部構造はさらに、例えば窒化ケイ素層と炭化ケイ素層とを含む複合パッシベーション層１１１ｅと、少なくともヒータ抵抗器５６の上にあるタンタルの機械的パッシベーション層１１１ｆとを含む。タンタル層１１１ｆの上には、金の導電層１１１ｇがある。
【００１３】
インクバリアー層１２は、熱および圧力によって薄膜下部構造１１に貼り合わされたドライフィルムで形成されており、感光して、ヒータ抵抗器５６の上方に配置されたインクチャンバ１９と、インクチャネル２９とが形成されている。金の層内の、薄膜下部構造１１の長手方向に離間した両端には、外部電気接続のために係合可能な金のボンディングパッド７４が形成されており、ボンディングパッド７４はインクバリアー層１２に覆われていない。説明に役立つ例として、バリアー層の材料は、デラウェア州ウィルミントン市のE. I. duPont de Nemours and Companyから入手可能な「Ｐａｒａｄ」ブランドのフォトポリマーのドライフィルム等、アクリレートをベースにしたフォトポリマーのドライフィルムを含む。同様のドライフィルムとしては、「Ｒｉｓｔｏｎ」ブランドのドライフィルム等デュポンのその他の製品や、他の化学製品供給者が製造するドライフィルムがある。オリフィス板１３は、例えば、ポリマー材料から構成され、例えばその参照により本明細書に援用される同一譲受人に譲渡されている米国特許第５，４６９，１９９号において開示されているようにレーザー・アブレーションでオリフィスを形成した、平らな基板を含む。オリフィス板はまた、ニッケル等のめっきされた金属を含んでもよい。
【００１４】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、インクバリアー層１２内のインクチャンバ１９は、より詳細には、それぞれのインク発射ヒータ抵抗器５６の上方に配置されており、それぞれのインクチャンバ１９は、バリアー層１２に形成したチャンバ開口部の相互接続された縁すなわち壁によって画定される。インクチャネル２９は、バリアー層１２に形成したさらなる開口部によって画定され、それぞれのインク発射チャンバ１９と一体的に接合している。インクチャネル２９は、隣接するインク供給スロット７１の供給縁に向かって開いており、そのようなインク供給スロットからインクを受け取る。
【００１５】
オリフィス板１３はオリフィスすなわちノズル２１を含む。オリフィスすなわちノズル２１は、それぞれのインクチャンバ１９の上方に配置され、それぞれのインク発射抵抗器５６、関連するインクチャンバ１９、および関連するオリフィス２１が位置合わせされてインク滴発生器４０を形成するようになっている。ヒータ抵抗器はそれぞれ、公称の抵抗が少なくとも１００オーム、例えば約１２０または１３０オームであり、図９に示すような分割した抵抗器を含んでもよい。ヒータ抵抗器５６は、金属化領域５９によって接続された２つの抵抗器領域５６ａ、５６ｂから成っている。この抵抗器構造によって、面積が同じ単一の抵抗器領域よりも大きな抵抗が提供される。
【００１６】
開示するプリントヘッドを、バリアー層と、別個のオリフィス板とを有するものとして説明するが、プリントヘッドを、例えば多数の露光プロセスで露光された後に現像される単一のフォトポリマー層を用いて製造することができる、一体的なバリアー／オリフィス構造を有して実施してもよい、ということが理解されるべきである。
【００１７】
インク滴発生器４０は、列のアレイすなわち群６１に配置されている。これらは、基準軸Ｌに沿って延びており、基準軸Ｌに対して横方向にすなわち横断方向に、互いに離間している。それぞれのインク滴発生器の群のヒータ抵抗器５６は、基準軸Ｌに略整列しており、基準軸Ｌに沿った所定の中心同士の間隔すなわちノズルピッチＰを有する。ノズルピッチＰは、１／３００インチ等、１／６００インチ以上であってもよい。インク滴発生器の列のアレイ６１はそれぞれ、例えば１００個またはそれよりも多くのインク滴発生器（すなわち、少なくとも１００個のインク滴発生器）を含む。
【００１８】
説明に役立つ例として、薄膜下部構造１１は長方形であってもよく、その対向する縁５１、５２は、長さＬＳの長手の縁であり、長手方向に離間した、対向する縁５３、５４は、薄膜下部構造１１の長さＬＳよりも短い幅すなわち側面寸法ＷＳのものである。薄膜下部構造１１の長手方向の長さは、基準軸Ｌに平行であってもよい縁５１、５２に沿っている。使用中、基準軸Ｌは、一般的に媒体前進軸と呼ばれているものに整列され得る。便宜上、薄膜下部構造の、長手方向に離間した両端もまた、そのような両端における縁を指すのに用いる参照番号５３、５４で意味する。
【００１９】
それぞれのインク滴発生器の列のアレイ６１のインク滴発生器４０を略同一直線上にあるものとして示すが、インク滴発生器のアレイのインク滴発生器４０には、例えば発射遅延を補償するために、列の中央線からわずかに外れていてもよいものもある、ということが理解されるべきである。
【００２０】
それぞれのインク滴発生器４０がヒータ抵抗器５６を含む限り、ヒータ抵抗器は、それに応じて、インク滴発生器の列のアレイに対応する列の群すなわちアレイになるように配置される。便宜上、ヒータ抵抗器のアレイすなわち群を、同じ参照番号６１で表す。
【００２１】
図１Ａ、図２Ａ、図３Ａ、図４Ａのプリントヘッド１００Ａの薄膜下部構造１１は、より詳細には、基準軸Ｌに整列して、基準軸Ｌに対して横方向に互いに離間している３つのインク供給スロット７１を含む。インク供給スロット７１はそれぞれ、３つのインク滴発生器の群６１に供給を行い、説明に役立つ例として、それぞれが供給を行う発生器の群の同じ側に配置されている。このようにして、インク供給スロット７１はそれぞれ、単一の供給縁に沿ってインクを供給する。具体例として、インク供給スロットはそれぞれ、シアン、イエロー、およびマゼンタ等、他のインク供給スロットが供給するインクのカラーと異なるカラーのインクを供給する。
【００２２】
図１Ｂ、図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂのプリントヘッド１００Ｂの薄膜下部構造１１は、より詳細には、基準軸Ｌに整列し基準軸Ｌに対して横方向に互いに離間している、２つのインク供給スロット７１を含む。インク供給スロット７１はそれぞれ、インク滴発生器の４つの列６１に供給を行う。４つの列６１のインク滴発生器はそれぞれ、２つのインク供給スロット７１の両側に配置されており、薄膜下部構造における関連するインク供給スロットが形成する縁に向かって、インクチャネルが開いている。このようにして、それぞれのインク供給スロットの対向縁が供給縁を形成し、２つのインク供給スロットはそれぞれ、デュアル・エッジ・インク供給スロットを構成する。具体的な実施態様として、図１Ｂ、図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂのプリントヘッド１００Ｂはモノクロのプリントヘッドであり、両方のインク供給スロット７１がブラック等の同じカラーのインクを供給し、インク滴発生器の４つの列６１がすべて同じカラーのインク滴を生成するようになっている。
【００２３】
インク滴発生器の代表的な列のアレイ６１について図６に概略的に示すように、インク滴発生器４０の列のアレイ６１にはそれぞれ、プリントヘッド１００Ａ、１００Ｂの薄膜下部構造１１内に形成した、列のＦＥＴ駆動回路アレイ８１が隣接し関連している。それぞれのＦＥＴ駆動回路アレイ８１は、複数のＦＥＴ駆動回路８５を含む。複数のＦＥＴ駆動回路８５は、それぞれがヒータ抵抗器リード線５７ａによってそれぞれのヒータ抵抗器５６に接続された、ドレイン電極を有する。それぞれのＦＥＴ駆動回路アレイ８１および関連するインク滴発生器のアレイには、列のグランドバス１８１が関連しており、グランドバス１８１には、関連するＦＥＴ駆動回路アレイ８１のすべてのＦＥＴ駆動回路８５のソース電極が電気的に接続されている。それぞれのＦＥＴ駆動回路の列のアレイ８１および関連するグランドバス１８１は、関連するインク滴発生器の列のアレイ６１に沿って長手方向に延び、少なくとも関連する列のアレイ６１と長手方向に同一の広がりを有する。図１Ａおよび図２Ａに概略的に示すように、それぞれのグランドバス１８１は、プリントヘッド構造の一端の少なくとも１つのボンディングパッド７４と、プリントヘッド構造の他端の少なくとも１つのボンディングパッド７４とに、電気的に接続される。
【００２４】
グランドバス１８１とヒータ抵抗器リード線５７ａとは、本明細書においてさらに説明するヒータ抵抗器リード線５７ｂならびにＦＥＴ駆動回路８５のドレインおよびソース電極と同様に、薄膜下部構造１１の金属化層１１１ｄ（図５）内に形成されている。
【００２５】
それぞれのＦＥＴ駆動回路の列のアレイのＦＥＴ駆動回路８５は、デコーダ論理回路３５の関連する列のアレイ３１によって制御される。デコーダ論理回路３５は、適切なボンディングパッド７４（図６）に接続された隣接するアドレスバス３３上のアドレス情報を復号する。本明細書においてさらに説明するように、アドレス情報は、インク発射エネルギーで通電するインク滴発生器を識別し、デコーダ論理回路３５はこのアドレス情報を利用して、アドレスするすなわち選択するインク滴発生器のＦＥＴ駆動回路をオンにする。
【００２６】
図７に概略的に示すように、それぞれのヒータ抵抗器５６の一方の端子は、基本選択トレースによって、インク発射基本選択信号ＰＳを受け取るボンディングパッド７４に接続されている。このようにして、それぞれのヒータ抵抗器５６の他方の端子が、関連するＦＥＴ駆動回路８５のドレイン端子に接続されているので、関連するデコーダ論理回路３５によって制御される関連するＦＥＴ駆動回路がオンである場合に、インク発射エネルギーＰＳがヒータ抵抗器５６に供給される。
【００２７】
インク滴発生器の代表的な列のアレイ６１について図８に概略的に示すように、インク滴発生器の列のアレイ６１のインク滴発生器は、隣接するインク滴発生器でできた４つの基本群６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄにまとめることができ、ある特定の基本群のヒータ抵抗器５６は、４つの基本選択トレース８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄのうちの同じ１つに電気的に接続され、特定の基本群のインク滴発生器が、同じインク発射基本選択信号ＰＳに対し並列に切り替え可能に結合するようになっている。１列のアレイにおけるインク滴発生器の数Ｎが４の整数倍である具体例について、それぞれの基本群は、Ｎ／４個のインク滴発生器を含む。参考のために、基本群６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄは、横方向の縁５３から横方向の縁５４に向かって順番に配置されている。
【００２８】
図８は、より詳細には、関連する滴発生器の列のアレイ６１および関連するＦＥＴ駆動回路８５の列のアレイ８１（図６）の、基本選択トレース８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄの概略平面図を示す。基本選択トレース８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄは、例えば、関連するＦＥＴ駆動回路のアレイ８１とグランドバス１８１との上方にあり絶縁的に分離されている金属化層１１１ｇ（図５）内のトレースによって実施される。基本選択トレース８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄはそれぞれ、金属化層１１１ｄ内に形成した抵抗器リード線５７ｂ（図８）と、基本選択トレースと抵抗器リード線５７ｂとの間に延びる相互接続バイア５８（図９）とによって、４つの基本群６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄに電気的に接続されている。
【００２９】
第１の基本選択トレース８６ａは、第１の基本群６１ａに沿って長手方向に延びていて、それぞれ第１の基本群６１ａのヒータ抵抗器５６に接続されているヒータ抵抗器リード線５７ｂ（図９）の一部の上にあり、バイア５８（図９）によってそのようなヒータ抵抗器リード線５７ｂに接続されている。第２の基本選択トレース８６ｂは、第２の基本群６１ｂに沿って延びている部分を含み、それぞれ第２の基本群６１ｂのヒータ抵抗器５６に接続されているヒータ抵抗器リード線５７ｂ（図９）の一部の上にあり、バイア５８によってそのようなヒータ抵抗器リード線５７ｂに接続されている。第２のトレース８６ｂは、第１の基本選択トレース８６ａの、第１の基本群６１ａのヒータ抵抗器５６とは反対の側に、第１の基本選択トレース８６ａに沿って延びる、さらなる部分を含む。第２の基本選択トレース８６ｂは略Ｌ字型であり、第２の部分は第１の部分よりも幅が狭く、第２の基本選択トレース８６ｂの幅広部分よりも狭い第１の基本選択トレース８６ａを迂回するようになっている。
【００３０】
第１および第２の基本選択トレース８６ａ、８６ｂは、一般に、少なくとも第１および第２の基本群６１ａ、６１ｂと長手方向に同一の広がりを有し、それぞれ、第１および第２の基本選択トレース８６ａ、８６ｂに最も近い横方向の縁５３に配置されたそれぞれのボンディングパッド７４に適切に接続されている。
【００３１】
第４の基本選択トレース８６ｄは、第４の基本群６１ｄに沿って長手方向に延びていて、第４の基本群６１ｄのヒータ抵抗器５６に接続されているヒータ抵抗器リード線５７ｂ（図９）の一部の上にあり、バイア５８によってそのようなヒータ抵抗器リード線５７ｂに接続されている。第３の基本選択トレース８６ｃは、第３の基本群６１ｃに沿って延びている部分を含み、第３の基本群６１ｃのヒータ抵抗器５６に接続されているヒータ抵抗器リード線５７ｂ（図９）の一部の上にあり、バイア５８によってそのようなヒータ抵抗器リード線５７ｂに接続されている。第３の基本選択トレース８６ｃは、第４の基本選択トレース８６ｄに沿って延びる、さらなる部分を含む。第３の基本選択トレース８６ｃは略Ｌ字型であり、第２の部分は第１の部分よりも幅が狭く、第３の基本選択トレース８６ｃの幅広部分よりも狭い第４の基本選択トレース８６ｄを迂回するようになっている。
【００３２】
第３および第４の基本選択トレース８６ｃ、８６ｄは、概して少なくとも第３および第４の基本群６１ｃ、６１ｄと長手方向に同一の広がりを有し、それぞれ、第３および第４の基本選択トレース８６ｃ、８６ｄに最も近い横方向の縁５４に配置されたそれぞれのボンディングパッド７４に適切に接続されている。
【００３３】
具体例として、インク滴発生器の列のアレイ６１の基本選択トレース８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄは、そのインク滴発生器の列のアレイに関連するＦＥＴ駆動回路およびグランドバスの上にあり、関連する列のアレイ６１と長手方向に同一の広がりを有する領域において含まれている。このようにして、インク滴発生器の列のアレイ６１の４つの基本群の４つの基本選択トレースが、そのアレイに沿って、プリントヘッド基板の両端に向かって延びる。より詳細には、プリントヘッド基板の長さの１／２に配置された第１の対の基本群６１ａ、６１ｂの第１の対の基本選択トレースは、そのような第１の対の基本群に沿って延びる領域において含まれており、プリントヘッド基板の長さの他方の１／２に配置された第２の対の基本群６１ｃ、６１ｄの第２の対の基本選択トレースは、そのような第２の対の基本群に沿って延びる領域において含まれている。
【００３４】
参照しやすくするために、ヒータ抵抗器５６とそれに関連するＦＥＴ駆動回路８５とをボンディングパッド７４に電気的に接続する、基本選択トレース８６とそれに関連するグランドバスとを、総称して電力トレースと呼ぶ。これもまた参照しやすくするために、基本選択トレース８６は、ハイ側または非接地の電力トレースと呼ぶことができる。
【００３５】
一般的に、それぞれのＦＥＴ駆動回路８５の寄生抵抗（すなわち、オン抵抗）は、電力トレースが形成する寄生経路によって個別のＦＥＴ駆動回路８５に与えられる寄生抵抗の変動を補償して、ヒータ抵抗器に供給されるエネルギーの変動を少なくすよう、構成されている。特に、電力トレースは、経路上の位置とともに変動する寄生抵抗をＦＥＴ回路に与える寄生経路を形成し、それぞれのＦＥＴ駆動回路８５の寄生抵抗は、それぞれのＦＥＴ駆動回路８５の寄生抵抗とＦＥＴ駆動回路に与えられる電力トレースの寄生抵抗との組み合わせが、インク滴発生器同士の間でわずかしか変動しないように、選択される。したがって、ヒータ抵抗器５６の抵抗が略同じである限り、それぞれのＦＥＴ駆動回路８５の寄生抵抗は、それぞれのＦＥＴ駆動回路８５に与えられる関連する電力トレースの寄生抵抗の変動を補償するよう構成されている。このようにして、電力トレースに接続されているボンディングパッドに略等しいエネルギーが供給される限り、異なるヒータ抵抗器５６に略等しいエネルギーを供給することができる。
【００３６】
より詳細には図９および１０を参照して、それぞれのＦＥＴ駆動回路８５は、シリコン基板１１１ａ（図５）に形成したドレイン領域フィンガー８９の上方に配置した、複数の電気的に相互接続されたドレイン電極フィンガー８７と、ドレイン電極８７と互いに入り込み、すなわち交互に配置され、シリコン基板１１１ａに形成したソース領域フィンガー９９の上方に配置した、複数の電気的に相互接続されたソース電極フィンガー９７とを含む。それぞれの端において相互接続されたポリシリコンのゲートフィンガー９１が、シリコン基板１１１ａ上に形成した薄いゲート酸化物層９３上に配置されている。ＰＳＧ（phosphosilicate glass）層９５が、ドレイン電極８７およびソース電極９７をシリコン基板１１１ａから分離している。複数の導電ドレイン接点８８がドレイン電極８７をドレイン領域８９に電気的に接続し、複数の導電ソース接点９８がソース電極９７をソース領域９９に電気的に接続する。
【００３７】
それぞれのＦＥＴ駆動回路が占める面積は好ましくは小さく、それぞれのＦＥＴ駆動回路のオン抵抗は好ましくは小さく、例えば１４オーム以下または１６オーム以下である（すなわち、大きくても１４または１６オーム）。そのためには、効率的なＦＥＴ駆動回路が必要である。例えば、オン抵抗Ｒｏｎは、次式のようにＦＥＴ駆動回路の面積Ａに関連させることができる。
Ｒｏｎ＜（２５０，０００ オーム・マイクロメートル²）／Ａ
ここで、面積Ａはマイクロメートル²（μｍ²）で表している。これは例えば、厚さが８００オングストローム以下（すなわち、大きくても８００オングストローム）の、またはゲート長が４μｍよりも小さい、ゲート酸化物層９３で達成することができる。また、ヒータ抵抗器の抵抗が少なくとも１００オームであれば、ヒータ抵抗器の抵抗がそれよりも小さい場合と比べて、ＦＥＴ回路をより小型にすることができる。ヒータ抵抗器の値がより大きければ、寄生とヒータ抵抗器との間のエネルギーの分配を考えると、より大きなＦＥＴターンオン抵抗が許容され得るからである。
【００３８】
具体例として、ドレイン電極８７、ドレイン領域８９、ソース電極９７、ソース領域９９、およびポリシリコンのゲートフィンガー９１は、基準軸Ｌを略直交してすなわち横断する方向に、そして、グランドバス１８１の長手方向の長さまで延びていてもよい。また、それぞれのＦＥＴ回路８５について、図６に示すように、ドレイン領域８９およびソース領域９９の基準軸Ｌに対する横断方向の長さは、ゲートフィンガーの基準軸Ｌに対する横断方向の長さと同じであり、これによって、基準軸Ｌに対する横断方向の動作領域の範囲が画定される。参照しやすくするために、ドレイン電極フィンガー８７、ドレイン領域フィンガー８９、ソース電極フィンガー９７、ソース領域フィンガー９９、およびポリシリコンのゲートフィンガー９１は、このような素子がストリップ状すなわちフィンガー状の方法で長く幅が狭い限り、このような素子の長手方向の長さと呼ぶことができる。
【００３９】
説明に役立つ例として、それぞれのＦＥＴ回路８５のオン抵抗は、ドレイン領域フィンガーの連続して非接触な部分の長手方向の範囲すなわち長さを制御することによって、個々に構成される。連続して非接触な部分には、電気的接点８８がない。例えば、ドレイン領域フィンガーの連続して非接触な部分は、ヒータ抵抗器５６から最も遠いドレイン領域８９の端で始まってもよい。特定のＦＥＴ回路８５のオン抵抗は、ドレイン領域フィンガーの連続して非接触な部分の長さが長くなるにつれて大きくなり、この長さは、特定のＦＥＴ回路のオン抵抗を決定するように選択される。
【００４０】
他の例として、それぞれのＦＥＴ回路８５のオン抵抗は、ＦＥＴ回路の大きさを選択することによって構成してもよい。例えば、ＦＥＴ回路の基準軸Ｌに対する横断方向の長さを、オン抵抗を規定するように選択してもよい。
【００４１】
特定のＦＥＴ回路８５についての電力トレースが、合理的にまっすぐな経路によって、プリントヘッド構造の長手方向に離れた端のうちの最も近いものの上のボンディングパッド７４へと配線されている通常の実施態様において、プリントヘッドの最も近い端からの距離とともに寄生抵抗は大きくなり、ＦＥＴ駆動回路８５のオン抵抗は、そのような最も近い端からの距離とともに小さくなり（ＦＥＴ回路をより効率的にする）、電力トレースの寄生抵抗の増大を相殺するようになっている。具体例として、ヒータ抵抗器５６から最も遠いドレイン領域フィンガーの端で始まるそれぞれのＦＥＴ駆動回路８５のドレインフィンガーの連続して非接触な部分に関して、そのような部分の長さは、プリントヘッド構造の長手方向に離れた端のうちの最も近いものからの距離とともに短くなる。
【００４２】
それぞれのグランドバス１８１は、ＦＥＴ回路８５のドレイン電極８７およびソース電極９７と同じ薄膜金属化層で形成されており、ソースおよびドレイン領域８９、９９とポリシリコンのゲート９１とから構成されているそれぞれのＦＥＴ回路の動作領域は、有利なことに、関連するグランドバス１８１の下に延びている。これによって、グランドバスおよびＦＥＴ回路アレイが占める領域をより狭くすることができ、それによって、より狭い、したがってより安価な薄膜下部構造を可能にすることができる。
【００４３】
また、ドレイン領域フィンガーの連続して非接触な部分がヒータ抵抗器５６から最も遠いドレイン領域フィンガーの端で始まる実施態様においては、それぞれのグランドバス１８１の、基準軸Ｌに対する横断方向の関連するヒータ抵抗器５６に向かう長さは、ドレインフィンガーの連続して非接触な部分の長さが長くなるに従って長くすることができる。ドレイン電極は、そのようなドレインフィンガーの連続して非接触な部分にわたって延びる必要がないからである。言い換えれば、ドレイン領域の連続して非接触な部分の長さ次第で、グランドバスがＦＥＴ駆動回路８５の動作領域の上にある量を多くすることによって、グランドバス１８１の幅Ｗを広くすることができる。これは、グランドバス１８１およびその関連するＦＥＴ駆動回路アレイ８１が占める領域の幅を広くすることなく行われる。グランドバスとＦＥＴ駆動回路８５の動作領域との重なりの量を多くすることによって広くするからである。事実上、いかなる特定のＦＥＴ回路８５においても、ドレイン領域の非接触の部分と略等しい長さだけ、基準軸Ｌに対する横断方向にグランドバスが動作領域に重なることができる。
【００４４】
ドレイン領域の連続して非接触な部分がヒータ抵抗器５６から最も遠いドレイン領域フィンガーの端で始まり、プリントヘッド構造の最も近い端からの距離とともにそのようなドレイン領域の連続して非接触な部分の長さが短くなる、具体例については、ドレイン領域の連続して非接触な部分の長さの変化に伴ってグランドバス１８１の幅Ｗが調節されるすなわち変化するので、図６に示すように、グランドバスの幅Ｗ８１は、プリントヘッド構造の最も近い端の近くで広くなるようになっている。ボンディングパッド７４に近づくにつれて共有電流の量が多くなるので、このような形状にすることによって、有利なことにボンディングパッド７４に近づくにつれてグランドバスの抵抗が小さくなる。
【００４５】
グランドバスの抵抗はまた、グランドバス１８１の一部を、デコーダ論理回路３５同士の間の長手方向に互いに離間した領域に横方向に延ばすことによっても、小さくすることができる。例えば、そのような一部は、デコーダ論理回路３５が形成されている領域の幅だけ動作領域を超えて横方向に延びていてもよい。
【００４６】
インク滴発生器の列のアレイに関連する下記の回路部は、図６および８において幅の値の後に続く参照番号によって示す、下記の幅を有するそれぞれの領域内に含まれていてもよい。
【００４７】
【表１】

【００４８】
このような幅は、基準軸Ｌに整列したプリントヘッド基板の長手方向の長さと直交してすなわち横方向に測定する。
【００４９】
次に図１１を参照して、上述のプリントヘッドを用いることができるインクジェットプリント装置２０の例の概略斜視図を示す。図１１のインクジェットプリント装置２０はシャシ１２２を含む。シャシ１２２は、通常成形プラスチック材料でできたハウジングすなわちエンクロージャ１２４で取り囲まれている。シャシ１２２は、例えばシートメタルで形成されており、垂直パネル１２２ａを含む。適応型プリント媒体取扱システム１２６によって、プリント媒体のシートがプリントゾーン１２５を通って個別に供給される。プリント媒体取扱システム１２６は、プリント前のプリント媒体を保管する供給トレイ１２８を含む。プリント媒体は、紙、厚紙、透明シート、マイラー等いかなるタイプの好適なプリント可能なシート材料であってもよいが、便宜上、図示の実施形態は、プリント媒体として紙を用いるものとして説明する。ステッパモータによって駆動される駆動ローラ１２９を含む、一連の従来のモータによって駆動されるローラを用いて、プリント媒体を供給トレイ１２８からプリントゾーン１２５内に動かしてもよい。プリント後、駆動ローラ１２９は、プリントされたシートを、１対の可倒式の出力乾燥ウイング部材１３０上に動かす。ウイング部材１３０は、プリントされたシートを受け取るよう倒される状態で示す。ウイング部材１３０は、新しくプリントされたシートを、出力トレイ１３２内でまだ乾きつつある既にプリントされたシートの上方で短時間保持し、その後曲線の矢印１３３で示すように回動的に両側に引っ込み、新しくプリントされたシートを出力トレイ１３２内に落とす。プリント媒体取扱システムは、摺動式長さ調節アーム１３４や封筒供給スロット１３５等、レター、リーガル、Ａ４、封筒等を含むさまざまな大きさのプリント媒体に対応する、一連の調節機構を含んでもよい。
【００５０】
図１１のプリンタはさらに、プリンタコントローラ１３６を含む。プリンタコントローラ１３６は、マイクロプロセッサとして概略的に示し、シャシの垂直パネル１２２ａの後ろ側に支持されたプリント回路基板１３９上に配置されている。プリンタコントローラ１３６は、パーソナルコンピュータ等のホスト装置（図示せず）から命令を受け取り、プリントゾーン１２５を通るプリント媒体の前進、プリントキャリッジ１４０の動き、およびインク滴発生器４０への信号印加を含む、プリンタの動作の制御を行う。
【００５１】
キャリッジ走査軸と平行な長手方向の軸を有するプリントキャリッジ摺動ロッド１３８がシャシ１２２に支持されて、プリントキャリッジ１４０を大規模に支持し、キャリッジ走査軸に沿って平行移動の動きすなわち走査を往復して行うようにする。プリントキャリッジ１４０は、第１および第２の着脱式インクジェットプリントヘッドカートリッジ１５０、１５２（それぞれ「ペン」、「プリントカートリッジ」、または「カートリッジ」と呼ぶことがある）を支持する。プリントカートリッジ１５０、１５２はそれぞれプリントヘッド１５４、１５６を含む。プリントヘッド１５４、１５６はそれぞれ、プリント媒体のうちのプリントゾーン１２５内にある部分の上に略下向きにインクを噴出する、略下向きのノズルを有する。プリントカートリッジ１５０、１５２は、より詳細には、クランプレバー、ラッチ部材、またはふた１７０、１７２を含むラッチ機構によって、プリントキャリッジ１４０内に固定されている。
【００５２】
参考として、プリント媒体は、カートリッジ１５０、１５２のノズルの下方でノズルが横切るプリント媒体の部分のタンジェントに平行な媒体軸に沿って、プリントゾーン１２５を通って前進する。図１１に示すように、媒体軸とキャリッジ軸とが同一平面上にある場合には、この２つは互いに垂直である。
【００５３】
プリントキャリッジの裏面の回転防止機構が、例えば、シャシ１２２の垂直パネル１２２ａと一体的に形成された、水平に配置した回動防止バー１８５とかみ合って、プリントキャリッジ１４０が摺動ロッド１３８を中心として前方に回動しないようにする。
【００５４】
説明に役立つ例として、プリントカートリッジ１５０はモノクロのプリントカートリッジであり、プリントカートリッジ１５２は、３色のプリントカートリッジである。
【００５５】
プリントキャリッジ１４０は、従来の方法で駆動することができるエンドレスベルト１５８によって、摺動ロッド１３８に沿って駆動される。直線状のエンコーダのストリップ１５９を利用して、例えば従来の技術にしたがって、キャリッジ走査軸に沿ったプリントキャリッジ１４０の位置を検知する。
【００５６】
前述の事項は、本発明の具体的な実施形態の説明および例示であったが、当業者であれば、併記の特許請求項によって規定される本発明の範囲および精神から逸脱することなく、本発明のさまざまな変形および変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１Ａ】本発明を用いるインクジェットプリントヘッドのインク滴発生器および基本選択のレイアウトを示す、正確な縮尺率で描かれていない概略平面図である。
【図１Ｂ】本発明を用いるインクジェットプリントヘッドのインク滴発生器および基本選択のレイアウトを示す、正確な縮尺率で描かれていない概略平面図である。
【図２Ａ】図１Ａのインクジェットプリントヘッドのインク滴発生器およびグランドバスのレイアウトを示す、正確な縮尺率で描かれていない概略平面図である。
【図２Ｂ】図１Ｂのインクジェットプリントヘッドのインク滴発生器およびグランドバスのレイアウトを示す、正確な縮尺率で描かれていない概略平面図である。
【図３Ａ】図１Ａのインクジェットプリントヘッドの一部切欠き概略斜視図である。
【図３Ｂ】図１Ｂのインクジェットプリントヘッドの一部切欠き概略斜視図である。
【図４Ａ】図１Ａのインクジェットプリントヘッドを示す、正確な縮尺率で描かれていない概略部分平面図である。
【図４Ｂ】図１Ｂのインクジェットプリントヘッドを示す、正確な縮尺率で描かれていない概略部分平面図である。
【図５】図１Ａおよび図１Ｂのプリントヘッドの薄膜下部構造の、一般化した各層の概略図である。
【図６】図１Ａおよび図１Ｂのプリントヘッドの代表的なＦＥＴ駆動回路アレイとグランドバスとのレイアウトを一般的に示す、部分平面図である。
【図７】図１Ａおよび図１Ｂのプリントヘッドのヒータ抵抗器とＦＥＴ駆動回路との電気的接続を示す、概略電気回路図である。
【図８】図１Ａおよび図１Ｂのプリントヘッドの代表的な基本選択トレースの概略平面図である。
【図９】図１Ａおよび図１Ｂのプリントヘッドの、ＦＥＴ駆動回路とグランドバスの例示的な実施態様の概略平面図である。
【図１０】図９のＦＥＴ駆動回路の立面断面図である。
【図１１】本発明のプリントヘッドを用いることができるプリンタの、正確な縮尺率で描かれていない概略斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１：プリントヘッド基板
４０：滴発生器
５６：ヒータ抵抗器
６１：滴発生器の列のアレイ
６１、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ：M個の基本選択トレース
７４：ボンディングパッド
８１：ＦＥＴ回路の列のアレイ
８５：ＦＥＴ回路
８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ、１８１：電力トレース
８７：ドレイン電極
８８：ドレイン接点
８９：ドレイン領域
９１：ゲート
９７：ソース電極
９８：ソース接点
９９：ソース領域

Claims (21)

1. 複数の薄膜層を含むプリントヘッド基板（１１）と、
   前記プリントヘッド基板内に形成され、長手方向の軸Ｌに沿って延びる、滴発生器（４０）の列のアレイ（６１）であって、各滴発生器は、抵抗が少なくとも１００オームであるヒータ抵抗器（５６）を有している、滴発生器の列のアレイと、
   前記プリントヘッド基板内に形成され、それぞれ前記滴発生器に接続されている、ＦＥＴ回路（８５）の列のアレイ（８１）であって、前記ＦＥＴ回路は、ドレイン領域（８９）、ソース領域（９９）、およびゲート酸化物層（９３）の上に配置されたゲート（９１）を有する動作領域を含み、各ＦＥＴ回路のオン抵抗は、（２５０，０００オーム・マイクロメートル²）／Ａ（ここで、ＡはそのようなＦＥＴ回路のマイクロメートル²で表した面積である）よりも小さい、ＦＥＴ回路の列のアレイと、
   前記滴発生器および前記ＦＥＴ駆動回路に接続された、電力トレース（８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ、１８１）と、
   を備え、
   前記ＦＥＴ駆動回路は、前記電力トレースが与える寄生抵抗の変動を補償するよう構成されている、
   インクジェットプリントヘッド。
2. 前記ゲート酸化物層の厚さは、大きくても８００オングストロームである、請求項１に記載のプリントヘッド。
3. 前記ＦＥＴ回路はそれぞれ、ゲート長が４マイクロメートルよりも短い、請求項１に記載のプリントヘッド。
4. 前記ＦＥＴ回路はそれぞれ、オン抵抗が大きくても１６オームである、請求項１に記載のプリントヘッド。
5. 前記ＦＥＴ回路はそれぞれ、オン抵抗が大きくても１４オームである、請求項１に記載のプリントヘッド。
6. 前記ＦＥＴ回路の列のアレイは、前記長手方向の軸Ｌと直交する幅を有するＦＥＴ領域内に含まれ、前記幅は大きくても３５０マイクロメートルである、請求項１に記載のプリントヘッド。
7. 前記ＦＥＴ回路の列のアレイは、前記長手方向の軸Ｌと直交する幅を有するＦＥＴ領域内に含まれ、前記幅は大きくても２５０マイクロメートルである、請求項１に記載のプリントヘッド。
8. 前記電力トレースは、前記ＦＥＴ駆動回路の列のアレイに重なるグランドバス（１８１）を含む、請求項１に記載のプリントヘッド。
9. 前記グランドバスは、前記長手方向の基準軸Ｌに沿って変化する、該長手方向の基準軸Ｌに対して横断方向の幅を有する、請求項８に記載のプリントヘッド。
10. 前記滴発生器の列のアレイはそれぞれ、Ｍ個の基本群（６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ）にまとめられており、前記電力トレースは、それぞれ前記Ｍ個の基本群に接続されたＭ個の基本選択トレース（８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ）を含む、請求項１に記載のプリントヘッド。
11. 前記プリントヘッド基板は、長手方向に離間した端を含み、Ｍは偶数であり、前記Ｍ個の基本選択トレースのうちのＭ／２個は、前記端のうちの１つにおいてボンディングパッド（７４）に電気的に接続され、前記Ｍ個の基本選択トレースのうちの別のＭ／２個は、前記端のうちの別のものにおいてボンディングパッド（７４）に電気的に接続されている、請求項１０に記載のプリントヘッド。
12. Ｍは４である、請求項１１に記載のプリントヘッド。
13. 前記Ｍ個の基本選択トレースは、関連するＦＥＴ駆動回路の列のアレイの上にある、請求項１０に記載のプリントヘッド。
14. 前記滴発生器同士は、前記長手方向の基準軸Ｌに沿って少なくとも１／６００インチだけ離間している、請求項１に記載のプリントヘッド。
15. 前記滴発生器同士は、前記長手方向の基準軸Ｌに沿って１／３００インチだけ離間している、請求項１４に記載のプリントヘッド。
16. 前記ヒータ抵抗器の抵抗は少なくとも１２０オームである、請求項１に記載のプリントヘッド。
17. 前記ヒータ抵抗器の抵抗は少なくとも１３０オームである、請求項１に記載のプリントヘッド。
18. 前記ＦＥＴ回路のオン抵抗はそれぞれ、前記電力トレースが与える寄生抵抗の変動を補償するよう選択される、請求項１に記載のプリントヘッド。
19. 前記ＦＥＴ回路のそれぞれの大きさは、前記オン抵抗を設定するよう選択されている、請求項１８に記載のプリントヘッド。
20. 前記ＦＥＴ回路はそれぞれ、
    ドレイン電極（８７）と、
    前記ドレイン電極をドレイン領域に電気的に接続するドレイン接点（８８）と、
    ソース電極（９７）と、
    前記ソース電極をソース領域に電気的に接続するソース接点（９８）と、
    を含み、
    前記ドレイン領域は、前記ＦＥＴ回路のそれぞれのオン抵抗を、前記電力トレースが与える寄生抵抗の変動を補償するように設定するよう構成されている、
    請求項１８に記載のプリントヘッド。
21. 前記ドレイン領域は、前記オン抵抗を設定するよう選択された長さを有する連続して非接触な部分を含む、細長いドレイン領域を含む、請求項２０に記載のプリントヘッド。

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