JP4213235B2 - Substrate manufacturing method and substrate - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリンタに関し、更に詳しくは、温度測定精度を向上させるために、補助サーミスタおよび抵抗素子により抵抗及び抵抗温度係数を補正したサーミスタを用いたプリントヘッドの動作温度検出システム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱インクジェットプリンタの問題として知られているのは、プリントヘッド温度の変動に起因するプリントヘッドノズルからの噴射されるインクの容量の増加による印刷出力品質の低下である。プリントヘッド温度により噴射インク滴の大きさにばらつきを生じ、その結果印刷品質が低下する。噴射インク滴の大きさはプリントヘッド温度とともに変化する。その理由は、インク滴の大きさを決める二つの特性がプリントヘッド温度とともに変化するからである。その特性とは、インク粘度と印刷パルスによる駆動時の点火（発射）抵抗器（firing resistor ）により蒸発されるインク量である。プリントヘッド温度の変動は一般にプリンタの始動の間、周囲温度の変化の間、プリンタ出力の変化時に発生する。
【０００３】
白黒でテキストをプリントしている時、プリント濃度はプリントヘッド温度とともに変化する。何故なら、濃度が噴射インク滴の大きさに依存するからである。グレースケール画像をプリントする場合、画像のコントラストもまたプリントヘッド温度とともに変化する。それは、コントラストが噴射インク滴の大きさに依存するからである。カラー画像をプリントする場合も、プリントされた画像の色はプリントヘッド温度とともに変化する。その理由は、プリント画像の色は、このプリント画像の色を形成する全ての原色インク滴の大きさに依存するからである。プリントヘッド温度が原色ノズル毎に異なる場合、一つの原色ノズルから噴射されたインク滴の大きさは、別の原色ノズルから噴射されたインク滴の大きさと異なる。その結果、プリント画像の色が希望する色と異なることになる。プリントヘッドのすべてのノズルが同じ温度であっても、プリントヘッド温度がページのプリントの進行と共に増加または減少すると、そのページの最初の部分と最後の部分とでは色が異なってくる。最高品位のテキスト、図形、あるいは画像をプリントするには、プリントヘッド温度は一定でなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
集積サーミスタに関する問題の一つに、サーミスタ形成時の製造上のばらつきがある。このばらつきは温度測定誤差として現れる。この温度測定誤差は、所定の温度範囲の極値付近において許容限度を超える大きさになることがある。このばらつきを二つの例を用いて説明する。第一の例では、ヒータ基板上に組み込まれヒータ抵抗と同じ材料であるポリシリコンで形成された温度センサによりプリントヘッド温度が監視される。米国特許第４、７７２、８６６号にはそのようなサーミスタの形成が開示されている。この特許の内容を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。
【０００５】
ポリシリコンは、熱インクジェットプリンタのバブル形成用ヒータで使用されるものと同じ材料である。ポリシリコンの面積抵抗は４０オーム／スクエアのオーダーであり、ポリシリコンの抵抗温度係数は０．００１／℃のオーダーである。好ましいサーミスタ抵抗（サーミスタ読み取り回路の構成を簡単にし、また精度を高めるため）は通常５，０００〜２０，０００オームの範囲であるので、典型的なポリシリコンサーミスタは、その長さを幅の約１２５〜５００倍にする必要がある。米国特許第５、０７５、６９０号に記載されているように、このような細長いサーミスタはヒータ素子列と並列に置かれるのが自然である。このような構成により、ヒータ素子付近の平均温度の変化に対しては非常に迅速に（ミリ秒のオーダー）応答する。好ましくは、サーミスタによる読み取りのスプリアス誤差を最小にするため、サーミスタの２本の引き出し線は、接地線のような熱インクジェットダイ上の他の引き出し線とは独立させて引き出さなければならない。ポリシリコンサーミスタの抵抗温度係数（ＴＣＲ）は比較的小さい。これは以下の二つの事柄を意味している。まず第一に、温度変化測定中におけるポリシリコンサーミスタの信号対雑音比は比較的小さい。第二番目に、個々に較正を行わずに、また、サーミスタと直列に接続した調整可能抵抗でサーミスタにバイアスをかけることなく、正確なポリシリコンサーミスタを製作することは実際的でない。その理由は、ポリシリコン熱インクジェットヒータの製作過程で、ポリシリコン抵抗の製作ばらつきは±５％あるからである。抵抗温度係数が０．００１／℃の場合、製造上のばらつきは、補正なしの場合、±５０℃の温度測定値範囲に相当する。サーミスタの望ましい精度は１℃〜３℃のオーダーであるから、何らかの補正手段を設ける必要がある。先に参照した米国特許第５、０７５、６９０号に記載されているように、プリントヘッド温度が必要とする温度範囲の中心の設定点であるときにサーミスタと直列に接続された抵抗を調整することにより、以後その設定点温度を１℃の精度、または、それ以上の精度で測定できるようになる。上記特許に述べているように、ポリシリコンサーミスタの通常の抵抗が２０，０００オームで、その温度係数が０．００１／℃であると、１℃の変化はサーミスタの抵抗変化で２０オームに相当する。ポリシリコン抵抗の±５％の変動は、ある温度での±１０００オームの範囲に相当する。従って、温度設定点において正確な読み取りを行うには、直列に接続した抵抗は２０００オームの調整範囲、例えば、３０００オーム（ポリシリコンがその抵抗範囲における最大値を示している装置の場合）〜５０００オーム（ポリシリコンがその抵抗範囲における最小値を示している装置の場合）の調整範囲を有していなければならない。これにより、設定点における温度測定精度は以下のようになる。
【０００６】
通常、抵抗を０．１％の精度にトリミングする。更に、厚膜抵抗ペーストの仕様によれば、レーザによりトリミングされた抵抗の寿命に到るまで（負荷や熱をかけた状態）の安定性は一般に０．２％である。（例えば、厚膜抵抗のＴＣＲは０．００００５／℃とすることができるので、±２０℃の温度変化に対して、抵抗値の変化は±０．１％となる。）従って、総誤差は０．３％以下になるはずであり、この総誤差は５０００オームのトリムされた抵抗の場合、１５オームに相当する。この例の場合、２０オームの変化は１℃に相当するため、１５オームの誤差は温度設定点の読み取り誤差では０．７５℃に相当する。しかし、米国特許第５、０７５、６９０号は、抵抗温度係数の製造上のばらつきに対する補正は行っていない。抵抗そのものの変動が±５％以内に保たれるため、抵抗温度係数の変動は±１０％を越えないものと予想される。図１は、測定回路のポリシリコンＴＣＲが０．００１０／℃（実際には０．０００９／℃〜０．００１１／℃の範囲内）である場合における、温度設定点±２４℃の温度範囲内に亘って温度を読み取った時の読み取り誤差を示す。温度設定点が３６℃の場合、温度範囲は１２℃〜６０℃となり、これは熱インクジェット印刷で必要な温度範囲をカバーする。図１に示すように、温度範囲の端部における温度誤差の内、ポリシリコンＴＣＲの製造上のばらつきに起因する部分は約±２℃である。設定点での誤差と合わせると、合計誤差は±３℃となる。これは許容できるぎりぎりの誤差範囲であり、システムによっては許容できない場合もありうる。
【０００７】
熱インクジェットプリントヘッド上に形成された温度センサの第二の例としてドリフトサーミスタがある。このドリフトサーミスタは、ヒータやそれに関連したドライバやロジックが形成されるｐ型シリコン基板にｎ型不純物を拡散させて形成する。等価回路を図２に示す。接地シールドは、サーミスタの上面を安定させるアルミニウム封止層である。ｎ型本体と並列なダイオードは、ｎ型本体をｐ型基板から分離する空乏層を表す。このダイオードがあるために、ドリフトサーミスタは基板に対して負のバイアスをかけてはならず、正バイアスのみを使用できる。
【０００８】
ドリフトサーミスタの製造工程は、ゼロックス４００４プリンタに使用するゼロックスプリントヘッド上にドライバトランジスタを製造する工程と同じである。面積抵抗は一般に５０００オーム／スクエアで、抵抗温度係数は典型的に０．００５／℃である。望ましいサーミスタ抵抗値を得るためのドリフトサーミスタの最適形状は正方形、あるいは、長さ対幅の比が一般に０．１〜１０の長方形である。熱インクジェットダイ毎に一個のドリフトサーミスタを設ける場合、このドリフトサーミスタを設置するのに好適な場所は、ダイの裏面のワイヤボンディングパッド列中で、ヒータ列のほぼ中心に対応する位置である。このようにして、サーミスタは平均温度を測定する。この位置では、ドリフトサーミスタのヒータ温度に対する応答は、上記のポリシリコンサーミスタよりも遅くなる。測定結果から応答時間は約４０ミリ秒であるが、それでもこの応答時間はオンザフライスポットサイズ（on-the-fly-spot-size）制御に使用するには十分な速さである。ドリフトサーミスタのＴＣＲはポリシリコンサーミスタのＴＣＲよりも大きいので、その信号対雑音比は優れている。しかし、それでも各ドリフトサーミスタを較正するか、あるいは、外部回路に例えば調整可能抵抗を組み込む必要がある。その理由は、ドリフトサーミスタの抵抗に関する製造許容範囲が広いので、抵抗値の変動が２倍になることもあるからである。ＴＣＲもまた大きく変動する可能性がある。その結果、従来と同じ手法を使用すると、つまり、与えられた設定点温度で外部抵抗を調整し、中央点のＴＣＲを想定する手法を使用すると、ドリフトサーミスタの場合の温度誤差はポリシリコンサーミスタの場合の温度誤差よりも大きくなる可能性がある。この場合の温度誤差を計算により求め、図３にそのグラフを示す。図３では、製造上のばらつきのためにＴＣＲが０．００３／℃〜０．００６／℃の範囲で変化するが、ＴＣＲは中間の０．００４５／℃であると仮定される。従来の手法で補正抵抗を調整した設定点温度Ｔ0 から大きく離れた実際の温度を測定すると、このドリフトサーミスタで仮定した０．００４５／℃からの抵抗温度係数のずれのため、温度測定誤差はより顕著になる。温度範囲の端における誤差は±８℃になることもあり、許容できる誤差ではない。
【０００９】
プリントヘッド上に設けられたサーミスタ、つまり、センサを利用したこれら従来の温度検出手法は、温度変化に対する応答が速いという理由から好ましい。最も費用効率の高いサーミスタ製造方法は、ヒータ抵抗が形成される基板の一部としてセンサを製造することである。
【００１０】
本発明の第一の目的は、プリントヘッド温度の検出精度が高い温度センサをプリントヘッド上に形成することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、サーミスタの抵抗温度係数を確立するにあたっての製造上のばらつきを補正してプリントヘッド基板上にサーミスタを製造することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の、また、その他の目的は、プリントヘッド温度検出に関する製造上のＴＣＲのばらつきを含むすべての発生しうる誤差を最小にする新規な補正回路を有するサーミスタを製造することで達せられる。この補正回路は主サーミスタの近傍に製造される。補正回路は、主サーミスタと同じ種類ではあるが抵抗値は小さい一つまたはそれ以上の補助サーミスタからなり、温度誤差を更に少なくするために外部から調整される抵抗と組み合わせて使用してもよい。
【００１３】
更に詳しくは、本発明はシリコン基板の温度を検出する方法に関し、請求項１の態様に従うと、温度検出サーミスタを基板上に形成する工程と、前記温度検出サーミスタとほぼ同じ抵抗温度係数を有するように、前記温度検出サーミスタと同じ材料とプロセスで複数のサーミスタを前記温度検出サーミスタに隣接して形成する工程と、前記温度検出サーミスタと前記複数の隣接サーミスタの一つまたはそれ以上を、前記複数のサーミスタの一つまたはそれ以上を組み込まなかった場合に比べ、抵抗温度係数の製造上のばらつきに起因する誤差の影響をより受けにくい温度依存出力を発生する電気回路に組み込む工程とから成る。
【００１４】
本発明の請求項２の態様に従うと、基板の温度検出方法であって、ブリッジ回路の一辺を形成し、Ｒ1 ＝Ｒt ＝ｒ0 （１＋ａΔＴ）で表される抵抗値を有する温度検出サーミスタを基板上に形成する工程（ただし、ａは抵抗温度係数（ＴＣＲ）を表し、ｒ0 は設定点温度Ｔ0 における抵抗を表し、ΔＴは測定する温度と設定点温度Ｔ0 間の差を表す）と、複数の部分サーミスタを、前記温度検出サーミスタのＴＣＲとほぼ等しいＴＣＲを有し、かつ前記部分サーミスタの組み合わせ抵抗がｆＲ1 （ただし、ｆ＝１−Ｂ／ａで、Ｂは前もって選択した最小ＴＣＲ値を表す）となるように前記温度検出サーミスタに隣接して形成する工程と、前記部分サーミスタと外部抵抗Ｒx ＝ｒ0 （１−ｆ）を前記温度検出サーミスタを含むＲ1 辺に隣接したブリッジ辺に組み込む工程とを含む。
【００１５】
本発明の請求項３の態様に従うと、基板であって、前記基板内に配設され、抵抗値がＲt でＴＣＲがａの温度検出サーミスタと、 前記サーミスタに隣接して配設され、前記温度検出サーミスタと同じ材料で、前記温度検出サーミスタの場合に用いられたと同じ方法でそれと同時に作られ、ＴＣＲがａであり、公称抵抗値がｆＲt （ただし、ｆは１より小さい）である部分サーミスタとを含む。
【００１６】
以下、ドリフトサーミスタの温度検出精度を高めるという観点から本発明を説明する。何故なら、上述したように、この種のセンサでは必要とされる温度範囲の端部において最大誤差が発生していたためである。しかし、本発明は、プリントヘッド基板上あるいは基板内に形成される他の種類のサーミスタにも応用でき、より一般的には、プリントヘッド以外の用途におけるサーミスタのばらつきを補正するために適用できる。
【００１７】
先行技術文献米国特許第５、０７５、６９０号では、図４に示すようなブリッジ回路を用いて、サーミスタの出力に依存した大きさの電圧を生成していた。図４を参照すると、ブリッジ回路１０は４辺に抵抗（Ｒ1 〜Ｒ4 、センササーミスタは辺Ｒ1 に含まれる）を有している。外部電圧Ｖinが電圧源１２から印加され、ブリッジ電圧Ｖout は各辺の抵抗値間の関係に依存し、例えば、一つまたはそれ以上の辺の抵抗値の変化に応答して変化する。Ｖout についての一般的なブリッジ方程式は下記のとおりである。
【００１８】
【数１】
Ｒ2 ＝Ｒ4 として整理すると、
【００２０】
【数２】
となる。
【００２２】
先に参照した米国特許５、０７５、６９０号の従来技術では、ある設定温度Ｔ0 において、Ｒ1 におけるサーミスタと直列に設けられている抵抗を調整することによりＲ1 はＲ3 に等しく設定されていた。従来技術の説明を簡単にするため、Ｒ1 ＝ｒ0 （１＋ａΔＴ）とする。ここで、Ｒ1 ＝Ｒt は、Ｔ0 時の抵抗がｒ0 で、ＴＣＲ＝ａであるサーミスタである。ΔＴ＝Ｔ−Ｔ0 である。従来技術では、Ｔ＝Ｔ0 の時にＲ3 ＝ｒ0 に調整する。この従来例では、式２から、
【００２３】
【数３】
従って、
【００２５】
【数４】
従来技術の場合、製造上のＴＣＲのばらつきがあるので、あるＴＣＲ＝Ａが仮定される。図１及び図３について誤差ΔＴを計算する場合、実際のＴＣＲ＝ａを用いてＶout を式３により計算した。また、仮定したＴＣＲ＝Ａを用いて式４によりΔＴを計算した（ここで、図１の場合はＡ＝０．００１／℃、図３の場合はＡ＝０．００４５／℃とした）。
【００２７】
本発明では、調整可能外部抵抗だけでなく、センササーミスタＲt と同じ材料で作られ、Ｒt に近接して設けられた一連のサーミスタも辺Ｒ3 に組み込むことにより測定誤差を最小限に抑えている。これらの“部分”サーミスタの各種組み合わせを短絡させることにより、Ｒt と同じ抵抗係数を有するが、ｆＲt （ここで、サーミスタＴＣＲの製造上のばらつきの全範囲に対応するためにｆは通常１未満である）の公称値を有するような抵抗値をＲ3 辺に提供できる。図５はＲ3 辺を変形したブリッジ回路を示す。図６は提案したサーミスタ構成をチップ上に実現する一方法を示す。
【００２８】
図６について説明する。サーミスタＲt は、Ｒt と同じ材料ではあるが抵抗値がＲt に対して部分的である他の幾つかのサーミスタと直列に接続されている。サーミスタＲt の長さは幅の２倍である（例えば、２００ミクロンｘ１００ミクロン）。各部分サーミスタの幅は同じであるが、長さは連続的に短くなっており、一番短いサーミスタ（Ｒt ／１６）の長さは、例えば、１２．５ミクロンである。サーミスタには全て斜線を付けてある。白色のパッドはワイヤボンディングパッドを表し、通常アルミニウムである。サーミスタセンサＲt は、ブリッジのＲ1 辺においてパッドＰ1 とＰ2 の間に置かれる。従って、Ｒ1 ＝Ｒt ＝Ｒ0 （１＋ａΔＴ）となる。ただし、Ｒ0 は抵抗値ａ＋Ｔ0 、Δｔ＝Ｔ−Ｔ0 である。Ｒ3 辺において、パッドＰ2 とＰ3 間に位置する選択された組み合わせの部分抵抗は、調整可能な外部抵抗Ｒx と直列に配列されている。各部分抵抗と並列に配列されているのは、可溶リンク短絡バー３０である。可溶リンクは電気的に溶融、あるいは、レーザにより切断され、任意の組み合わせの部分サーミスタ抵抗を得ることができ、０から１５Ｒt ／１６までＲt ／１６の増分単位で設定する。また、Ｒ3 ＝Ｒx ＋ｆｒ0 （１＋ａΔＴ）であることを示すことができる。ここで、部分サーミスタはＲt に近接しているので、部分サーミスタのＴＣＲ＝ａは本質的にＲt のＴＣＲと同じである。
【００２９】
ブリッジの出力電圧はＲ1 とＲ3 の値を式２に代入して求められる。
【００３０】
【数５】
Ｒx をｒ0 （１−ｆ）の値に調整すると、式５は以下のように簡単になる。
【００３２】
【数６】
これを整理すると、
【００３４】
【数７】
となる。
【００３６】
一般には、温度範囲の端においても、Ｖout はＶinの４％未満である。従って、式７は次のように近似できる（ｆ＝０の場合、最も正確となる）。
【００３７】
【数８】
ｆ＝１−Ｂ／ａの場合
【００３９】
【数９】
となる。
【００４１】
どの可溶リンクを切断するか決定したり、また、ΔＴ＝Ｔ−Ｔ0 の測定誤差を最小にするために外部抵抗の値をいくらに設定するか決定するためのアルゴリズムは以下の通りである。製造上のばらつきとして許容できるＴＣＲの最小値をＢとする。あるプリントヘッドダイのサーミスタＲt について実際のＴＣＲ＝ａを測定する。次に、辺Ｒ3 において短絡されていない部分サーミスタの組み合わせの合計抵抗がｆＲt となるように、プリントヘッドダイ上の可溶リンクを切断する。ここで、ｆはほぼ１−Ｂ／ａに等しい。最後に、外部抵抗Ｒx をＲx ＝ｒ0 （１−ｆ）となるように調整する。ここで、ｒ0 はＴ＝Ｔ0 におけるＲt の値である。
【００４２】
【発明の実施の形態】
式９のΔＴを測定する場合の誤差を最小にするための実施の形態において、まず、いくつかの条件を仮定する。製造上のばらつきとして許容できるＴＣＲの最小値を決める。図３に示すように、ドリフトサーミスタの場合、Ｒt についての最小ＴＣＲ＝Ｂは０．００３／℃である。あるプリントヘッドダイ上に形成された特定のサーミスタＲt について、実際のＴＣＲの値ａを測定する。（ウェーハプローブ試験中がこの測定を行うのに適しており、ウェーハ上の全サーミスタを常温で測定し、次にウェーハがホットステージに保持されているときに全サーミスタについて再測定を行う。）本発明の実施の形態における特定のダイについてのＴＣＲの実測定値が０．００４／℃であるとする。
【００４３】
式９からｆを求めると、ｆ＝１−（０．００３／０．００４）＝０．２５となる。次に、バー３０においてＲt ／４に接続された可溶リンクを溶融してこの抵抗を短絡する。これにより、辺Ｒ3 における短絡してない部分抵抗の抵抗値はｆＲt ＝０．２５Ｒt となる。次に、式Ｒx ＝ｒ0 （１−ｆ）＝０．７５ｒ0 を満足するように、外部抵抗Ｒx を調整する。ここで、ｒ0 はＴ0 でのＲt の値である。
【００４４】
図７に示すように、ドリフトサーミスタの場合の温度測定誤差が、図３の従来技術の場合に比べ大幅に減少している。図３の場合と同じＴＣＲ＝ａの製造上のばらつきを有するものを図７においても用いている。ＴＣＲの最大値（０．００６／℃）はＴＣＲの最小値（０．００３／℃）の２倍以上なので、Ｒt ／２部分サーミスタ並びにＲt ／４、Ｒt ／８、Ｒt ／１６の各部分サーミスタを含む図６の構成を用いる。図６の構成を用いたときのΔＴ測定誤差の計算において、各場合についての実際のＴＣＲ値（＝ａ）を用いて式６からＶout を計算した。ここで、ｆの設定値については、図６の構成により１／１６単位で与えられるｆ＝１−Ｂ／ａの内のｆの計算値に最も近い値にｆを設定した。Ｂは仮定されるａの最小値（０．００３／℃）に設定した。次に、式９を用いてΔＴの各仮定値についてΔＴを計算し、仮定値と計算値の間の差を図７に温度誤差として表示した。ここで注意すべきは、式９を使用するに当たり、プリントヘッドで用いられているｆの値が分からなくても良いことである。従って、このアルゴリズムは、部分サーミスタ及び外部抵抗の調整はすべて工場で行われるものとしており、ユーザごとにあるいはプリンタによって、異なるプリントヘッドについて特別な測定あるいは調整を行う必要なはい。図７から分かるように、本発明は温度測定誤差を大幅に減少する。測定誤差が最大となるのは、ΔＴがその範囲の端点の場合（例えば、本発明の実施の形態では±２４℃）、ＴＣＲがその最小値Ｂから離れている場合（つまり、ＴＣＲの値が大きく、従ってｆの値が大きい場合）、また、使用可能なｆの離散値（１／１６単位で増加するため）がｆの計算値とうまく適合しない場合である。従って、図７において、ΔＴの測定値の最大誤差（−２．３℃）は、ＴＣＲ＝ａ＝０．００５５／℃の場合、ΔＴの仮定値が−２４℃の時に発生する。ＴＣＲ＝ａ＝０．００６／℃の場合の方がＴＣＲは大きいが、ｆの計算値０．５は、図５の１／１６単位構成において提供されるｆ＝０〜ｆ＝１５／１６の範囲内の離散値の一つと完全に等しい。ＴＣＲ＝ａ＝０．００５５／℃の場合、ｆの計算値は０．４５５であり、それに最も近い上記範囲内のｆの離散値は０．４３８である。＋２４℃の極値の場合、ΔＴの最大誤差はＴＣＲ＝ａ＝０．００６／℃の場合に発生し、その値は−１．６℃となる。
【００４５】
図７の計算結果は、外部抵抗Ｒx の調整誤差は含んでいない。先に述べたように、レーザによるトリミングは０．１％の精度で通常行われ、レーザによりトリミングした抵抗の安定性（温度偏位を含む）は０．２％が予想される。従って、Ｒx の誤差０．３％は考慮する必要がある。図７における温度誤差は負側の方が大きい（最大の負誤差は−２．３℃で、最大の正誤差は０．２℃）ので、Ｒx がその目標値であるｒ0 （１−ｆ）よりも０．３％大きい場合について考える。図８に示すように、この抵抗調整誤差のために、図７の測定温度曲線が負方向に移動している。そうであっても、図８の場合の最大温度誤差は−２．８℃であり、ＴＣＲ＝ａ＝０．００５５／℃の場合に−２４℃において発生している。この温度範囲の他端における最大誤差は−２．１℃であり、ＴＣＲ＝ａ＝０．００６／℃の場合に＋２４℃において発生している。従って、±８℃（１６℃の範囲）の誤差が発生し得る図３の場合よりも温度測定精度が向上した。具体的には、本発明の方法においては、トリミング誤差を考慮しても、最大温度誤差は３℃未満であり、誤差範囲も３℃未満である。ＴＣＲの製造ばらつき範囲を、ＴＣＲの最大値と最小値の差の２倍よりも小さくすることが可能であれば、それは、本発明の精度を向上する上で、また、Ｒt ／２の部分サーミスタを削除できる可能性があるので都合がよい。しかし、製造ばらつきが上記差の２倍あったとしても、温度範囲及びプリントヘッド全体に亘って、温度測定精度を３℃に維持できる。
【００４６】
図５におけるＶout は、プリントヘッドの温度変化に起因するサーミスタＲt の抵抗値の変化に応答して変化する。当技術分野で知られているように、Ｖout は増幅してデジタル信号に変換することができる。このデジタル信号は、温度変化を監視して補正、例えば、個々の抵抗へ送られている駆動信号のパルスの変更を行うシステム制御装置の制御回路へ送られる。
【００４７】
上記実施の形態の各種変形例は色々考えられる。例えば、外部抵抗Ｒx をプリントヘッド上に組み込むことが最もあり得る形態であるが、この場合いくつかある方法の内のいずれかを用いてこの外部抵抗を望ましいｒ0 （１−ｆ）値に設定できる。プリントヘッド用の電気接続板を厚膜（あるいは薄膜）技術を用いて作成する場合、外部抵抗は基板の一部としてスクリーンプリントし焼き付ける（あるいは蒸着して成形）。その後、接続される熱インクジェットダイについてのサーミスタとそのＴＣＲが特定の値となるようにレーザによるトリミングを行う。電気接続板をプリント配線板技術により作成する場合、外部抵抗はレーザにより調整可能な別個の構成要素として電気接続板に搭載される。あるいは、プリントヘッドを実装するときに、合計の抵抗値が適切な値となる一つまたはそれ以上の個別の抵抗を、種々の抵抗から選択してもよい。また、使用されたｆの値の検出方法にも色々ある。ウェーハの試験段階で可溶リンクを溶融させた場合、その後プリントヘッドの実装中にＲx の値を設定する時点で、パッドＰ2 とＰ3 間のサーミスタ抵抗とパッドＰ1 とＰ2 間のサーミスタ抵抗の比がｆとなる（図６参照）。あるいは、図６のパッドすべてをプリントヘッド板に引き出し、溶融してない可溶リンクを短絡として検出できる。実際、部分サーミスタ用短絡バーをプリントヘッドの電気接続板上に設けることができ、ｆの値をウェーハの試験中ではなくプリントヘッドの実装中に設定できる。
【００４８】
選択可能な部分サーミスタの構成については、他にも色々な構成が可能である。図６の構成では、サーミスタはお互いに直列となっており、各サーミスタには可溶リンクが並列に設けられている。しかし、サーミスタをお互い並列に設置し、可溶リンクを各サーミスタと直列に設置することも可能である。また、部分サーミスタの抵抗値を、直前に位置する部分サーミスタの抵抗値の半分になるように順次設定されている。この構成は、比較的少ない要素を用いて広い範囲にわたってｆの精度を保持できるという利点がある。しかし、他の構成ももちろん可能である。
【００４９】
別の変形例として、ＴＣＲの値が温度Ｔ0 におけるサーミスタのｒ0 値と十分よく相関する場合、ＴＣＲを決めるに当たり二つの異なる温度におけるサーミスタの測定を行う必要がなく、Ｔ0 のみにおける測定を行い、この相関関係を用いてＴＣＲを予想する。このアプローチは、全範囲のウェーハを対照とした場合、精度が充分でないかもしれないが、例えば、ある製造単位（バッチ）のウェーハ内で適用する場合には有用であろう。
【００５０】
温度変化１℃当たりのブリッジ出力電圧を増加させるために、比較的大きな値の入力電圧を使用できる。一般に、Ｖinは１０ボルトのオーダーである。上限はサーミスタ自身の発熱により設定される。あるいは、Ｖout を増幅して感度を増加させることもできる。
【００５１】
ある特定の温度におけるサーミスタの値の製造上のばらつきばかりでなく、ＴＣＲの範囲に関する製造上のばらつきをも補正する本発明の方法は、プリントヘッド上に能動構成要素を設ける必要がなく、受動ネットワークのみを設ければよい。従って、この方法は現在用いられているプリントヘッド製造技術に適合している。より一般的には、組み合わせを選択できる一連の近接したサーミスタと、調整可能な外部抵抗とを組み合わせて使用するという考えは、サーミスタ値やＴＣＲの製造上のばらつきが大きすぎて十分な温度測定精度を得られないどのような素子（熱インクジェットプリントヘッド上以外の素子）にも適用でき、熱インクジェットプリントヘッドのみに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポリシリコンサーミスタの抵抗温度係数（ＴＣＲ）の製造上のばらつきに起因する温度測定誤差範囲を示すグラフである。
【図２】ｐ型シリコン基板に形成されたドリフトサーミスタの等価回路図である。
【図３】ドリフトサーミスタのＴＣＲの製造上のばらつきに起因する温度測定誤差範囲を示すグラフである。
【図４】いずれか一つの辺の抵抗値変化に応答して変化する電圧を生成するのに使用される従来のブリッジ回路の概略電気回路図である。
【図５】一つの抵抗辺に部分抵抗を含むように製造することにより本発明に従って変形した図４のブリッジ回路の概略電気回路図である。
【図６】分数的に調整された抵抗に接続されたサーミスタを含むように製造されたプリントヘッド基板の一部である。
【図７】図５の回路の一部を形成するドリフトサーミスタのＴＣＲの製造上のばらつきに起因する温度測定誤差範囲を示すグラフである。
【図８】レーザトリミング誤差の影響を考慮して修正した図７のグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inkjet printer, and more particularly to an operating temperature detection system and method for a print head using a thermistor and a thermistor whose resistance temperature coefficient is corrected by an auxiliary thermistor and a resistance element in order to improve temperature measurement accuracy.
[0002]
[Prior art]
A known problem with thermal ink jet printers is a decrease in print output quality due to an increase in the volume of ink ejected from print head nozzles due to variations in print head temperature. Variations in the size of the ejected ink droplets are caused by the print head temperature, resulting in a decrease in print quality. The size of the ejected ink droplets varies with the printhead temperature. This is because the two characteristics that determine the size of the ink drop change with the printhead temperature. The characteristics are ink viscosity and the amount of ink evaporated by a firing resistor when driven by a printing pulse. Print head temperature fluctuations generally occur during printer startup, during ambient temperature changes, and when printer output changes.
[0003]
When printing text in black and white, the print density varies with printhead temperature. This is because the density depends on the size of the ejected ink droplet. When printing a grayscale image, the contrast of the image also changes with the printhead temperature. This is because the contrast depends on the size of the ejected ink droplet. Even when a color image is printed, the color of the printed image changes with the print head temperature. This is because the color of the print image depends on the size of all primary color ink droplets that form the color of the print image. When the print head temperature is different for each primary color nozzle, the size of the ink droplet ejected from one primary color nozzle is different from the size of the ink droplet ejected from another primary color nozzle. As a result, the color of the print image is different from the desired color. Even if all nozzles of the printhead are at the same temperature, the color will be different at the first and last part of the page as the printhead temperature increases or decreases as the page prints. To print the highest quality text, graphics, or images, the printhead temperature must be constant.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
One problem with integrated thermistors is manufacturing variations when forming the thermistors. This variation appears as a temperature measurement error. This temperature measurement error may be larger than the allowable limit in the vicinity of the extreme value in the predetermined temperature range. This variation will be described using two examples. In the first example, the print head temperature is monitored by a temperature sensor built on the heater substrate and made of polysilicon which is the same material as the heater resistance. U.S. Pat. No. 4,772,866 discloses the formation of such a thermistor. The contents of this patent are incorporated herein as part of this specification.
[0005]
Polysilicon is the same material used in the bubble forming heater of thermal ink jet printers. The sheet resistance of polysilicon is on the order of 40 ohm / square, and the temperature coefficient of resistance of polysilicon is on the order of 0.001 / ° C. Since a preferred thermistor resistor (to simplify thermistor read circuit configuration and increase accuracy) is typically in the range of 5,000 to 20,000 ohms, a typical polysilicon thermistor has its length reduced to about the width. It is necessary to make it 125 to 500 times. As described in US Pat. No. 5,075,690, such an elongated thermistor is naturally placed in parallel with the heater element array. Such a configuration responds very quickly (on the order of milliseconds) to changes in the average temperature near the heater element. Preferably, to minimize spurious errors in reading by the thermistor, the two lead wires of the thermistor should be drawn independently of other lead wires on the thermal ink jet die, such as a ground wire. The temperature coefficient of resistance (TCR) of the polysilicon thermistor is relatively small. This means two things: First of all, the signal-to-noise ratio of a polysilicon thermistor during temperature change measurement is relatively small. Second, it is impractical to make an accurate polysilicon thermistor without individual calibration and without biasing the thermistor with adjustable resistors connected in series with the thermistor. The reason for this is that the manufacturing variation of the polysilicon resistance is ± 5% in the manufacturing process of the polysilicon thermal ink jet heater. When the resistance temperature coefficient is 0.001 / ° C., the manufacturing variation corresponds to a temperature measurement value range of ± 50 ° C. without correction. Since the desired accuracy of the thermistor is on the order of 1 ° C. to 3 ° C., some correction means must be provided. Adjust the resistance connected in series with the thermistor when the printhead temperature is at the center set point of the required temperature range as described in US Pat. No. 5,075,690 referenced above. As a result, the set point temperature can be measured with an accuracy of 1 ° C. or higher. As stated in the above patent, if the normal resistance of a polysilicon thermistor is 20,000 ohms and its temperature coefficient is 0.001 / ° C, a change of 1 ° C is equivalent to 20 ohms of resistance change of the thermistor. To do. A ± 5% variation in polysilicon resistance corresponds to a range of ± 1000 ohms at a given temperature. Thus, for accurate reading at the temperature set point, the series connected resistance is 2000 ohms of adjustment range, eg 3000 ohms (for devices where polysilicon shows the maximum value in its resistance range) to 5000. It must have an adjustment range of ohms (for devices where the polysilicon exhibits a minimum value in its resistance range). As a result, the temperature measurement accuracy at the set point is as follows.
[0006]
Usually, the resistor is trimmed to an accuracy of 0.1%. Furthermore, according to the specification of the thick film resistor paste, the stability until reaching the lifetime of the resistor trimmed by the laser (in a state where a load or heat is applied) is generally 0.2%. (For example, since the TCR of the thick film resistor can be 0.00005 / ° C., the change of the resistance value is ± 0.1% with respect to the temperature change of ± 20 ° C.) Therefore, the total error is This should be less than 0.3%, and this total error corresponds to 15 ohms for a 5000 ohm trimmed resistor. In this example, a change of 20 ohms corresponds to 1 ° C., so an error of 15 ohms corresponds to 0.75 ° C. in the temperature set point reading error. However, U.S. Pat. No. 5,075,690 does not correct for manufacturing variations in resistance temperature coefficient. Since the variation of the resistance itself is kept within ± 5%, the variation of the resistance temperature coefficient is expected not to exceed ± 10%. FIG. 1 shows the temperature set point within ± 24 ° C. when the polysilicon TCR of the measurement circuit is 0.0010 / ° C. (actually in the range of 0.0009 / ° C. to 0.0011 / ° C.). It shows the reading error when reading the temperature over. When the temperature set point is 36 ° C., the temperature range is 12 ° C. to 60 ° C., which covers the temperature range required for thermal ink jet printing. As shown in FIG. 1, a portion due to manufacturing variations of the polysilicon TCR in the temperature error at the end of the temperature range is about ± 2 ° C. When combined with the error at the set point, the total error is ± 3 ° C. This is the margin of error that can be tolerated and may not be acceptable on some systems.
[0007]
A drift thermistor is a second example of a temperature sensor formed on a thermal inkjet printhead. This drift thermistor is formed by diffusing n-type impurities in a p-type silicon substrate on which a heater and related drivers and logic are formed. An equivalent circuit is shown in FIG. The ground shield is an aluminum sealing layer that stabilizes the upper surface of the thermistor. The diode in parallel with the n-type body represents a depletion layer that separates the n-type body from the p-type substrate. Because of this diode, the drift thermistor must not be negatively biased with respect to the substrate and can only use a positive bias.
[0008]
The manufacturing process of the drift thermistor is the same as the process of manufacturing the driver transistor on the Xerox print head used in the Xerox 4004 printer. The sheet resistance is typically 5000 ohms / square and the temperature coefficient of resistance is typically 0.005 / ° C. The optimum shape of the drift thermistor to obtain a desired thermistor resistance value is a square or a rectangle having a length to width ratio of generally 0.1 to 10. When one drift thermistor is provided for each thermal ink jet die, a suitable place for installing this drift thermistor is a position corresponding to substantially the center of the heater row in the wire bonding pad row on the back surface of the die. In this way, the thermistor measures the average temperature. At this position, the response of the drift thermistor to the heater temperature is slower than that of the polysilicon thermistor. From the measurement results, the response time is about 40 milliseconds, but this response time is still fast enough to be used for on-the-fly-spot-size control. Since the TCR of the drift thermistor is larger than the TCR of the polysilicon thermistor, its signal-to-noise ratio is excellent. However, it is still necessary to calibrate each drift thermistor or to incorporate, for example, an adjustable resistor in the external circuit. The reason for this is that the tolerance of drift thermistor resistance is wide and the resistance variation may be doubled. TCR can also vary significantly. As a result, using the same technique as before, that is, adjusting the external resistance at a given setpoint temperature and assuming a TCR at the center point, the temperature error in the case of a drift thermistor is the same as that of the polysilicon thermistor. It may be larger than the temperature error in the case. The temperature error in this case is obtained by calculation, and the graph is shown in FIG. In FIG. 3, the TCR varies from 0.003 / ° C. to 0.006 / ° C. due to manufacturing variations, but the TCR is assumed to be an intermediate 0.0045 / ° C. Set point temperature T with corrected resistance adjusted by conventional method 0 When measuring the actual temperature far from the temperature, the temperature measurement error becomes more prominent due to the deviation of the resistance temperature coefficient from 0.0045 / ° C. assumed in this drift thermistor. The error at the end of the temperature range can be ± 8 ° C. and is not an acceptable error.
[0009]
These conventional temperature detection methods using a thermistor provided on the print head, that is, a sensor, are preferable because they have a quick response to temperature changes. The most cost effective thermistor manufacturing method is to manufacture the sensor as part of the substrate on which the heater resistance is formed.
[0010]
A first object of the present invention is to form a temperature sensor with high print head temperature detection accuracy on a print head.
[0011]
Another object of the present invention is to manufacture a thermistor on a printhead substrate by correcting manufacturing variations in establishing the temperature coefficient of resistance of the thermistor.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The above and other objects of the present invention are achieved by manufacturing a thermistor having a novel correction circuit that minimizes all possible errors, including manufacturing TCR variations related to printhead temperature detection. . This correction circuit is manufactured in the vicinity of the main thermistor. The correction circuit is composed of one or more auxiliary thermistors which are the same type as the main thermistor but have a small resistance value, and may be used in combination with an externally adjusted resistor in order to further reduce the temperature error.
[0013]
More specifically, the present invention relates to a method for detecting the temperature of a silicon substrate. According to the aspect of
[0014]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate temperature detecting method, wherein one side of a bridge circuit is formed, and R 1 = R t = R 0 Forming a temperature detecting thermistor having a resistance value represented by (1 + aΔT) on a substrate (where a represents a temperature coefficient of resistance (TCR), r 0 Is the set point temperature T 0 ΔT represents the temperature to be measured and the set point temperature T 0 A plurality of partial thermistors having a TCR substantially equal to the TCR of the temperature detection thermistor, and the combined resistance of the partial thermistors is fR 1 (Where f = 1−B / a, and B represents the minimum TCR value selected in advance), the step of forming adjacent to the temperature detection thermistor, the partial thermistor and the external resistance R x = R 0 R including (1-f) the temperature detection thermistor 1 Incorporating a bridge edge adjacent to the edge.
[0015]
According to the third aspect of the present invention, the substrate is disposed in the substrate and has a resistance value R. t And a temperature detection thermistor having a TCR of a, and disposed adjacent to the thermistor and made of the same material as the temperature detection thermistor and simultaneously with the same method used in the case of the temperature detection thermistor. And the nominal resistance value is fR t (Where f is less than 1).
[0016]
Hereinafter, the present invention will be described from the viewpoint of improving the temperature detection accuracy of the drift thermistor. This is because, as described above, this type of sensor has a maximum error at the end of the required temperature range. However, the present invention can also be applied to other types of thermistors formed on or in the printhead substrate, and more generally can be applied to correct thermistor variations in applications other than printheads.
[0017]
In the prior art document US Pat. No. 5,075,690, a voltage having a magnitude depending on the output of the thermistor is generated by using a bridge circuit as shown in FIG. Referring to FIG. 4, the
[0018]
[Expression 1]
R 2 = R Four Organize as
[0020]
[Expression 2]
It becomes.
[0022]
In the prior art of US Pat. No. 5,075,690 referenced above, a certain set temperature T 0 R 1 By adjusting the resistance provided in series with the thermistor in 1 Is R Three Was set equal to. To simplify the description of the prior art, R 1 = R 0 Let (1 + aΔT). Where R 1 = R t T 0 When the resistance is r 0 Thus, the thermistor with TCR = a. ΔT = T−T 0 It is. In the prior art, T = T 0 At the time of R Three = R 0 Adjust to. In this conventional example, from
[0023]
[Equation 3]
Therefore,
[0025]
[Expression 4]
In the case of the prior art, TCR = A is assumed because there is a variation in manufacturing TCR. When calculating the error ΔT for FIG. 1 and FIG. 3, V is calculated using actual TCR = a. out Was calculated according to
[0027]
In the present invention, not only the adjustable external resistance but also the sensor thermistor R t Made of the same material as R t A series of thermistors provided close to Three Measurement errors are minimized by incorporating them into By short-circuiting various combinations of these “partial” thermistors, R t Has the same resistance coefficient as fR t Where R is a resistance value having a nominal value of R (where f is typically less than 1 to accommodate the full range of manufacturing variations of the thermistor TCR). Three Can be provided to the side. Figure 5 shows R Three The bridge circuit which deform | transformed the edge is shown. FIG. 6 shows one way to implement the proposed thermistor configuration on the chip.
[0028]
FIG. 6 will be described. Thermistor R t Is R t Although the material is the same, the resistance value is R t Are connected in series with several other thermistors that are partial to. Thermistor R t Is twice the width (eg, 200 microns x 100 microns). Each partial thermistor has the same width, but the length is continuously shortened, and the shortest thermistor (R t For example, the length of / 16) is 12.5 microns. All thermistors are shaded. The white pad represents a wire bonding pad and is usually aluminum. Thermistor sensor R t R of the bridge 1 Pad P on the side 1 And P 2 Between. Therefore, R 1 = R t = R 0 (1 + aΔT). However, R 0 Is the resistance value a + T 0 , Δt = T−T 0 It is. R Three In the side, the pad P 2 And P Three The selected combination of partial resistances in between is an adjustable external resistance R x Are arranged in series. Arranged in parallel with each partial resistance is a fusible
[0029]
The output voltage of the bridge is R 1 And R Three Is obtained by substituting the value of
[0030]
[Equation 5]
R x R 0 When adjusted to the value of (1-f),
[0032]
[Formula 6]
To organize this,
[0034]
[Expression 7]
It becomes.
[0036]
In general, at the end of the temperature range, V out Is V in Less than 4%. Therefore, Equation 7 can be approximated as follows (when f = 0, it is most accurate):
[0037]
[Equation 8]
When f = 1-B / a
[0039]
[Equation 9]
It becomes.
[0041]
Determine which fusible link is to be cut, and ΔT = T−T 0 An algorithm for determining how much the value of the external resistance is set in order to minimize the measurement error is as follows. Let B be the minimum value of TCR that is acceptable as a manufacturing variation. A print head die thermistor R t Measure the actual TCR = a for. Next, side R Three The total resistance of the combination of the partial thermistors that are not short-circuited is t Cut the fusible link on the printhead die so that Here, f is approximately equal to 1-B / a. Finally, external resistance R x R x = R 0 Adjust to (1-f). Where r 0 T = T 0 R in t Is the value of
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the embodiment for minimizing the error when measuring ΔT in Equation 9, first, several conditions are assumed. The minimum value of TCR that is acceptable as a manufacturing variation is determined. As shown in FIG. 3, in the case of a drift thermistor, R t The minimum TCR = B for is 0.003 / ° C. A specific thermistor R formed on a printhead die t Measure the actual TCR value a. (While the wafer probe test is suitable for this measurement, all thermistors on the wafer are measured at room temperature, and then all thermistors are remeasured when the wafer is held on the hot stage.) Assume that the actual TCR measurement for a particular die in the embodiment of the invention is 0.004 / ° C.
[0043]
When f is obtained from Equation 9, f = 1− (0.003 / 0.004) = 0.25. Next, in
[0044]
As shown in FIG. 7, the temperature measurement error in the case of the drift thermistor is greatly reduced compared to the case of the prior art in FIG. 7 having the same manufacturing variation of TCR = a as in FIG. 3 is also used in FIG. Since the maximum value of TCR (0.006 / ° C) is more than twice the minimum value of TCR (0.003 / ° C), R t / 2 partial thermistor and R t / 4, R t / 8, R t The configuration of FIG. 6 including each of / 16 partial thermistors is used. In the calculation of the ΔT measurement error when the configuration of FIG. 6 is used, the actual TCR value (= a) for each case is used to calculate V out Was calculated. Here, as for the set value of f, f was set to a value closest to the calculated value of f in f = 1−B / a given in units of 1/16 by the configuration of FIG. B was set to the assumed minimum value of a (0.003 / ° C.). Next, ΔT was calculated for each assumed value of ΔT using Equation 9, and the difference between the assumed value and the calculated value was displayed as a temperature error in FIG. It should be noted here that the value of f used in the print head does not have to be known when using Equation (9). Therefore, this algorithm assumes that all adjustments of the partial thermistor and external resistance are performed at the factory, and no special measurement or adjustment is required for different print heads for each user or by printer. As can be seen from FIG. 7, the present invention significantly reduces the temperature measurement error. The measurement error is maximized when ΔT is an end point of the range (for example, ± 24 ° C. in the embodiment of the present invention) or when the TCR is far from the minimum value B (that is, the TCR value is Large, and therefore the value of f is large), and the available discrete values of f (because they increase by 1/16 units) do not fit well with the calculated value of f. Accordingly, in FIG. 7, the maximum error (−2.3 ° C.) of the measured value of ΔT occurs when the assumed value of ΔT is −24 ° C. when TCR = a = 0.0005 / ° C. Although the TCR is larger in the case of TCR = a = 0.006 / ° C., the calculated value of f is 0.5, where f = 0 to f = 15/16 provided in the 1/16 unit configuration of FIG. Is exactly equal to one of the discrete values in the range. When TCR = a = 0.0005 / ° C., the calculated value of f is 0.455, and the discrete value of f within the above range closest to it is 0.438. In the case of an extreme value of + 24 ° C., the maximum error of ΔT occurs when TCR = a = 0.006 / ° C., and its value is −1.6 ° C.
[0045]
The calculation result of FIG. x This adjustment error is not included. As described above, trimming with a laser is normally performed with an accuracy of 0.1%, and the stability (including temperature deviation) of a resistor trimmed with a laser is expected to be 0.2%. Therefore, R x It is necessary to consider the error of 0.3%. Since the temperature error in FIG. 7 is larger on the negative side (the maximum negative error is −2.3 ° C. and the maximum positive error is 0.2 ° C.), R x Is the target value r 0 Consider a case where it is 0.3% larger than (1-f). As shown in FIG. 8, due to this resistance adjustment error, the measured temperature curve of FIG. 7 moves in the negative direction. Even so, the maximum temperature error in the case of FIG. 8 is −2.8 ° C., and occurs at −24 ° C. when TCR = a = 0.0005 / ° C. The maximum error at the other end of this temperature range is −2.1 ° C., and occurs at + 24 ° C. when TCR = a = 0.006 / ° C. Therefore, the temperature measurement accuracy is improved as compared with the case of FIG. 3 in which an error of ± 8 ° C. (range of 16 ° C.) can occur. Specifically, in the method of the present invention, the maximum temperature error is less than 3 ° C. and the error range is also less than 3 ° C. even when trimming errors are taken into account. If the manufacturing variation range of the TCR can be made smaller than twice the difference between the maximum value and the minimum value of the TCR, it is possible to improve the accuracy of the present invention and also to improve R t This is convenient because the / 2 partial thermistor may be deleted. However, even if the manufacturing variation is twice the difference, the temperature measurement accuracy can be maintained at 3 ° C. over the temperature range and the entire print head.
[0046]
V in FIG. out Is the thermistor R due to the temperature change of the print head. t Changes in response to changes in resistance. As is known in the art, V out Can be amplified and converted to a digital signal. This digital signal is sent to a control circuit of a system control device that monitors and corrects the temperature change, for example, changes the pulse of the drive signal sent to each resistor.
[0047]
Various modifications of the above embodiment are conceivable. For example, external resistance R x Is most likely to be incorporated on the printhead, but in this case the external resistance is desired using any of several methods. 0 (1-f) value can be set. When an electrical connection plate for a print head is formed using thick film (or thin film) technology, the external resistor is screen printed and baked (or vapor deposited and molded) as part of the substrate. Thereafter, trimming by a laser is performed so that the thermistor and the TCR of the thermal inkjet die to be connected have a specific value. When the electrical connection board is made by printed wiring board technology, the external resistor is mounted on the electrical connection board as a separate component that can be adjusted by a laser. Alternatively, one or more individual resistors may be selected from a variety of resistors that provide an appropriate total resistance value when the printhead is mounted. There are also various methods for detecting the value of f used. If the fusible link is melted during the wafer testing phase, then R x At the time of setting the value of pad P 2 And P Three Between thermistor resistance and pad P 1 And P 2 The ratio of the thermistor resistance is f (see FIG. 6). Alternatively, all of the pads in FIG. 6 can be pulled out to the printhead plate and fusible links that are not melted can be detected as short circuits. In fact, a partial thermistor shorting bar can be provided on the electrical connection plate of the printhead, and the value of f can be set during printhead mounting rather than during wafer testing.
[0048]
There are various other possible configurations for the selectable partial thermistor. In the configuration of FIG. 6, the thermistors are in series with each other, and each thermistor is provided with a fusible link in parallel. However, it is also possible to install the thermistors in parallel with each other and install the fusible link in series with each thermistor. Further, the resistance value of the partial thermistor is sequentially set so as to be half the resistance value of the partial thermistor located immediately before. This configuration has the advantage that the accuracy of f can be maintained over a wide range using relatively few elements. However, other configurations are of course possible.
[0049]
As another variation, the TCR value is the temperature T 0 Thermistor r 0 If the values correlate well enough, there is no need to perform thermistor measurements at two different temperatures to determine the TCR. 0 Only the measurement is made and this correlation is used to predict the TCR. This approach may not be accurate enough when compared to the full range of wafers, but may be useful, for example, when applied within a batch of wafers.
[0050]
To increase the bridge output voltage per degree of temperature change, a relatively large value of input voltage can be used. In general, V in Is on the order of 10 volts. The upper limit is set by the heat generation of the thermistor itself. Or V out Can be amplified to increase the sensitivity.
[0051]
The method of the present invention, which corrects not only manufacturing variations in thermistor values at a particular temperature, but also manufacturing variations related to the TCR range, eliminates the need to provide active components on the printhead, and allows passive networks Need only be provided. This method is therefore compatible with currently used printhead manufacturing techniques. More generally, the idea of using a combination of a series of adjacent thermistors from which combinations can be selected and adjustable external resistors is the result of too much variation in thermistor values and TCR manufacturing and sufficient temperature measurement accuracy The present invention can be applied to any element (elements other than those on the thermal ink jet print head) that cannot be obtained, and is not limited to the thermal ink jet print head.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a temperature measurement error range caused by manufacturing variations in resistance temperature coefficient (TCR) of a polysilicon thermistor.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a drift thermistor formed on a p-type silicon substrate.
FIG. 3 is a graph showing a temperature measurement error range caused by manufacturing variations of TCRs of drift thermistors.
FIG. 4 is a schematic electrical circuit diagram of a conventional bridge circuit used to generate a voltage that changes in response to a change in resistance value on any one side.
5 is a schematic electrical circuit diagram of the bridge circuit of FIG. 4 modified according to the present invention by manufacturing it so as to include a partial resistance on one resistance side.
FIG. 6 is a portion of a printhead substrate manufactured to include a thermistor connected to a fractionally tuned resistor.
7 is a graph showing a temperature measurement error range caused by a manufacturing variation in TCR of a drift thermistor forming a part of the circuit of FIG. 5;
8 is a graph of FIG. 7 corrected in consideration of the influence of laser trimming errors.
Claims (2)
前記温度検出サーミスタとほぼ同じ抵抗温度係数を有し、かつ組み合わせ抵抗がｆＲ t （ただし、ｆ＝１−Ｂ／ａで、Ｂは前もって選択した最小抵抗温度係数値を表す）となるように、前記温度検出サーミスタと同じ材料とプロセスで複数の部分サーミスタを前記温度検出サーミスタに隣接して形成する工程と、
前記部分サーミスタと外部抵抗Ｒ x ＝ｒ 0 （１−ｆ）を前記温度検出サーミスタを含むＲ 1 辺に隣接したブリッジ辺に組み込む工程と、
を含む、基板の製造方法。 Forming a temperature detecting thermistor on one side of the bridge circuit and having a resistance value represented by R 1 = R t = r 0 (1 + aΔT) (where a represents a resistance temperature coefficient, r 0 Represents the resistance at the set point temperature T 0 , ΔT represents the difference between the temperature to be measured and the set point temperature T 0 ) ,
The have a substantially same resistance temperature coefficient and the temperature detection thermistor, and a combination resistance fR t (where at f = 1-B / a, B is the minimum resistance temperature coefficient values representative of that previously selected) in the Do so that Forming a plurality of partial thermistors adjacent to the temperature detection thermistor with the same material and process as the temperature detection thermistor;
Incorporating the partial thermistor and the external resistance R x = r 0 (1-f) into a bridge side adjacent to the R 1 side including the temperature detection thermistor ;
A method for manufacturing a substrate, comprising:
前記温度検出サーミスタに隣接して形成され、前記温度検出サーミスタと同じ材料でほぼ同じ抵抗温度係数を有し、かつ組み合わせ抵抗がｆＲ t （ただし、ｆ＝１−Ｂ／ａで、Ｂは前もって選択した最小抵抗温度係数値を表す）となる複数の部分サーミスタと、
を含む、基板。 Forming one side of the bridge circuit, a temperature detection thermistor having a resistance represented by R 1 = R t = r 0 (1 + aΔT) ( where, a denotes the resistance temperature coefficient, in r 0 is the set point temperature T 0 Represents the resistance, ΔT represents the difference between the temperature to be measured and the set point temperature T 0 ),
It is formed adjacent to the temperature detection thermistor, has the same material and temperature coefficient as the temperature detection thermistor, and the combined resistance is fR t (where f = 1−B / a, B is selected in advance) A plurality of partial thermistors representing the minimum resistance temperature coefficient value) ,
Including the substrate .
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1997
- 1997-08-15 JP JP23536697A patent/JP4213235B2/en not_active Expired - Fee Related
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