KR100731352B1

KR100731352B1 - 잉크젯 프린터의 헤드칩

Info

Publication number: KR100731352B1
Application number: KR1020040005416A
Authority: KR
Inventors: 한은봉
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2007-06-21
Also published as: KR20050077851A; US20050162474A1

Abstract

잉크젯 프린터의 헤드칩이 개시된다. 본 발명에 따른 잉크젯 프린터의 헤드칩은, 가열소자, 가열소자에 전원을 인가하기 위한 패드를 구비하는 반도체 기판을 포함하며, 반도체 기판에 제1MOS를 형성하는 잉크젯 헤드칩에 있어서, 제1MOS는 반도체 기판에 형성되고, 반도체 기판과 이종 타입의 반도체로 형성되며, 반도체 기판 중, 패드와 접속되는 전선의 방향에는 제1MOS와 동일한 타입의 반도체 웰을 형성한다. 이로써, 잉크젯 프린터의 헤드칩은 잉크젯 헤드에서의 전원의 쇼트 및 전원의 쇼트에 의한 헤드칩의 손상을 방지할 수 있게 된다.

잉크젯 프린터, 헤드칩, 쇼트, NMOS, PMOS

Description

잉크젯 프린터의 헤드칩{Head chip of ink jet printer}

도 1은 일반적인 잉크젯 프린터의 잉크 카트리지를 나타낸 사시도,

도 2는 P타입의 기판을 사용한 잉크젯 헤드의 FET부 구조의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면,

도 3은 도 1의 FPC를 개략적으로 나타낸 도면,

도 4는 도 2의 헤드칩와 잉크 카트리지의 조립을 나타낸 도면,

도 5는 도 4의 헤드칩의 불량에 의한 다이오드 모델링을 나타낸 도면, 그리고

도 6은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드칩의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : FPC 11 : FPC 접촉부

13 : FPC 리드 15 : 캡슐화 본드

20 : 헤드칩 21, 31 : 패드

23, 33 : 반도체 웰 25 : 노즐부

30 : 다이 본드 40 : 와이퍼

본 발명은 잉크젯 프린터의 헤드칩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 잉크젯 프린터에 구비되는 헤드칩에서의 전원 쇼트를 방지할 수 있는 잉크젯 프린터의 헤드칩에 관한 것이다.

일반적으로, 잉크젯 프린터는 잉크를 가열하고, 가열된 잉크를 종이에 토출하여 화상을 형성한다. 이때, 잉크를 토출하는 노즐의 개수가 많을 수록 화상의 구현 속도와 품질향상이 용이하다. 이에 따라 현재에는 600 DPI(Dot Per Inch)급의 잉크젯 프린터가 시중에 많이 출시되어 있으며, 1200 DPI급의 잉크젯 프린터도 다수 출시되고 있다. 상기한 바와 같이 단위 면적당 노즐의 개수가 증가함에 따라, 각각의 노즐을 제어하기 위한 신호선을 각 노즐별로 배치하기가 어렵게 되었으며, 이들을 제어하기 위한 로직이 커짐에 따라 이들 신호선과 로직을 집적회로화 하고 있다. 통상 이러한 집적회로를 헤드칩(head chip) 이라 하며, 헤드칩에 집적되는 로직과 신호선의 증가에 따라 헤드칩에서 발생하는 전원의 쇼트도 증가하고 있다.

도 1은 일반적인 잉크젯 프린터의 잉크 카트리지를 나타낸 사시도이다. 도면을 참조하면, 잉크 카트리지는 FPC(Flexible Printed Circuit)부(10), FPC 접촉부(11), 및 헤드칩(20)를 구비한다.

FPC부(10)는 FPC 접촉부(11)를 통하여 잉크젯 프린터(도시하지 않음)의 본체와 헤드칩(20) 사이의 신호 및 전원을 전달한다. 이때, FPC 접촉부(11)와 헤드칩(20) 사이에는 헤드칩(20)에 잉크를 공급하기 위한 유로가 형성되어 있으며, 헤드칩(20)은 FPC 접촉부(11)를 통해 수신되는 본체로부터의 신호에 따라 잉크를 분사한다. 잉크 카트리지는 잉크젯 프린터에 장착되어 용지 공급방향과 직각방향으로 이동하면서 인쇄를 수행한다.

헤드칩은 잉크를 분사하기 위해 잉크를 가열하는 히터, 및 유로로 구성된 칩으로서, 본체와 연결되는 신호선을 감소시키기 위해 본체와의 직렬 통신을 위한 로직을 구비하며, 히터를 구동하기 위한 MOSFET(이하, "MOS"라 한다.)로 구성되는 드라이버 로직을 구비한다. 이와 같은 잉크 헤드칩은 통상 600 DPI 또는 1200 DPI 간격으로 노즐이 배열되고, 노즐의 수량이 많아짐에 따라 칩 사이즈도 커지므로 미세공정까지 사용할 필요는 거의 없다. 따라서, 통상적으로 칩의 생산단가를 낮추기 위해 가장 간단한 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정을 적용하여 잉크젯 헤드칩을 설계한다.

도 2는 P타입의 기판을 사용한 헤드칩의 FET부 구조에 대한 단면도를 개략적으로 나타낸다. 도면을 참조하면, 헤드칩의 FET부는 P타입의 기판에 저전압 로직부 FET 및 히터 구동용 고전압 FET를 실장하며, 가열소자(미도시)에 전원을 인가하기 위한 패드(21)를 구비한다.

P타입의 기판에는 이종타입의 NMOS와 동종타입의 PMOS가 구비될 수 있다. 이때, 동종타입의 PMOS는 이종타입의 반도체 웰(N-well)(23) 내에 구비된다. 이와 같은 헤드칩을 잉크 카트리지의 FPC부(10)와 연결한 후, 프린터 시스템에 장착하여 용지를 인쇄한다.

도 3은 도 1의 FPC를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도면을 참조하면, FPC는 프린트 본체와 헤드칩(20) 사이의 신호 및 전원 공급을 위한 것으로서, 헤드칩(20)의 조립부에는 일정 길이만큼 절연체를 벗겨서 헤드칩(20)의 패드부(21)에 리드(Lead)가 부착되도록 하고, 반대편에는 컨택터(contactor)(11-1, 11-2)를 형성하여 프린터 본체와 전기적 접촉이 가능하도록 한다.

도 4는 도 2의 헤드칩과 잉크 카트리지의 접합부에 대한 개략적인 단면도를 나타낸다. 도면을 참조하면, 통상의 잉크젯 프린터의 헤드칩(20)은 본체와의 전원공급 및 신호전달을 위해 부착되는 FPC부(10)와 접촉하는 경우, 일반적으로 사용하는 리드(13) 프레임과 칩의 패드(21) 사이를 와이어 본딩(wire bonding) 방법 대신에 TAB(Tape Automatic Bonding) 등의 방식을 이용하여 FPC부(10)의 리드(13) 부분을 칩(20)의 패드부(21)에 초음파 압착이나 열압착 등으로 직접 부착하며, 캡슐화 본드(15)를 이용하여 패드부(21)를 쉴딩(shielding)하고, 다이본드(die bond)(30)를 사용하여 잉크 카트리지에 결합한다.

또한, 프린팅 전후 또는 프린팅 도중에 헤드칩(20)의 표면에 묻어있는 잔여잉크를 제거하고, 노즐(25)의 홀(hole)이 막히는 것을 방지하게 위해 프린터 시스템에서는 와이퍼(40)를 이용한 와이핑(wiping), 캐핑(capping) 등의 헤드칩(20)의 유지동작을 수행한다. 이때, 잦은 와이핑 동작에 의해 헤드칩(20)과 FPC부(10) 간의 캡슐화 본드(15)가 압력을 받게 되어 FPC부(10)의 리드(13)가 칩(20)의 엣지부에 닿게 되는 현상이 발생되는 문제점이 있다.

도 5는 도 4의 헤드칩의 대한 다이오드 모델링을 나타낸다. 상술한 바와 같 이, 웨이퍼로부터 다이싱(dicing)된 칩(20)의 FPC 리드(13)가 절연층이 일부 파손된 부분이나 엣지부 측면에 노출된 기판에 접촉되면, P 타입의 기판과, 접지단과 접속되어 있는 NMOS(24)의 소스단자 사이에는 다이오드 접속 구조가 형성된다. 즉, 노출된 기판에 전압이 유입시, 이 전압은 P 타입의 기판과 NMOS(24)의 소스단자 사이에 형성되는 전류패스를 통해 누설전류가 흐르게 된다. 이때, NMOS(24)의 스레스 홀드(threshold) 전압을 변화시켜 NMOS(24)의 오동작을 유발하며, P 타입의 기판에 인가되는 전압의 크기에 따라 P 타입의 기판과 NMOS(24)의 게이트단 사이에 형성되는 절연층을 파괴하여 NMOS(24)의 동작 불량을 유발시키기도 한다. 또한, P 타입의 기판에 유입된 전압에 의해 P 타입 기판의 전위가 불안정해지며, P 타입의 기판상에 형성되는 PMOS(25)의 오동작을 유발할 수 있다. 즉, 종래의 헤드칩은 헤드칩에 마련되는 FET의 로직부 또는 히터 구동용 트랜지스터의 소스부 사이에 정방향 다이오드 접속 구조가 형성되어 소스부에 연결되는 전원의 그라운드를 통하여 누설전류(i1)가 흐르게 됨으로서 헤드칩(20)의 동작불량을 유발시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 잉크젯 프린터에 구비되는 헤드칩에서의 전원의 쇼트(short)를 방지할 수 있는 잉크젯 프린터의 헤드칩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 프린터의 헤드칩은, 가 열소자, 상기 가열소자에 전원을 인가하기 위한 패드를 구비하는 반도체 기판을 구비하며, 상기 반도체 기판에 제1MOS를 형성하는 잉크젯 헤드칩에 있어서, 상기 제1MOS는 상기 반도체 기판에 형성되고, 상기 반도체 기판과 이종 타입의 반도체로 형성되며, 상기 반도체 기판 중, 상기 패드와 접속되는 전선의 방향에는 상기 제1MOS와 동일한 타입의 반도체 웰을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 잉크젯 프린터의 헤드칩의 상기 반도체 기판에는 상기 제1MOS와 이종 타입인 제2MOS가 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2MOS는, 상기 반도체 기판과 이종 타입의 반도체 웰 내에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전선으로부터 유기되는 전압이 상기 반도체 웰에 인가시, 상기 반도체 웰로부터 상기 반도체 기판 방향으로 역방향 다이오드 접속구조가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전선으로부터 유기되는 전압이 상기 반도체 웰에 인가시, 상기 반도체 기판으로부터 상기 제1MOS 방향으로 순방향 다이오드 접속구조가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1MOS는 NMOS 타입의 트랜지스터인 것이 바람직하다.

이로써, 본 발명에 따른 잉크젯 프린터의 헤드칩은 FPC 리드가 헤드칩의 엣지부분에 접촉되는 경우에도 잉크젯 헤드의 전원의 쇼트를 방지할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드칩의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 여기서, 잉크젯 프린터 헤드칩의 기판은 P타입의 기판인 것으로 설 명한다. P타입의 기판에는 이종타입의 NMOS와 동종타입의 PMOS가 구비될 수 있다. 이때, 동종타입의 PMOS는 이종타입의 반도체 웰(N-well)(23) 내에 구비된다.

도시된 헤드칩은 FPC 케이블과 접속되는 패드(31), 및 드라이버 로직, 직렬 통신을 위한 로직, 기타 디코딩 로직과 같은 다양한 로직으로 이루어지며, 이들을 집적회로화시, NMOS와 PMOS를 위주로 구현된다. 이들 로직들이 NMOS와 PMOS 위주로 이루어진다고 하면, 도 6에 도시된 바와 같이 패드(31), PMOS(35), NMOS(34)로 단순화 하여 도시할 수 있다. 즉, 도면에 도시된 NMOS(34)와 PMOS(35)는 헤드칩내에 구비될 수 있는 다수의 로직들, 예컨데, 가열소자에 인가되는 전원을 단속하는 헤드 드라이버 로직, 잉크젯 프린터의 본체로부터 인가되는 인쇄신호를 디코딩하는 헤드 로직등을 구성하는 NMOS와 PMOS를 대표하여 하나씩 도시한 것이다.

한편, P타입의 기판에 형성된 패드(31)에 전선이 접촉시, 전선이 접속되는 방향 즉, 패드(31)의 좌측방향인 (C)부분에는 P타입의 기판과 이종타입인 N타입의 웰(33)이 형성되는 것이 바람직하다. 이때, (C)부분에 형성된 P타입의 기판과 이종타입인 N타입의 웰(33)은, 패드(31)에 접속된 전선으로부터 반도체 웰(33)에 전원이 인가되는 경우에 반도체 웰(33)로부터 반도체 기판 방향으로 역방향의 다이오드를 형성시킨다. 또한, P타입의 기판과 이종타입인 NMOS(34)는, 패드(31)에 접속된 전선으로부터 반도체 웰(33)에 전원이 인가되는 경우에 P타입의 기판으로부터 NMOS 방향으로 순방향 다이오드(D1)를 형성시킨다. 이로써, FPC 리드(전선)가 잉크젯 프린터 헤드칩(20)의 파손에 의해 헤드칩(20)의 엣지에 접촉되는 경우에도 발생된 누설전류가 NMOS 방향으로 유입되는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 잉크젯 프린터의 헤드칩은 헤드칩의 파손에 의해 패드에 접속되는 전선이 헤드칩의 엣지에 접촉되는 경우에도 발생된 누설전류가 MOS 트랜지스터로 유입되는 것을 방지시킴으로써, 결과적으로 전원의 쇼트, 및 전원의 쇼트에 의한 헤드칩의 손상을 방지할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims

가열소자, 상기 가열소자에 전원을 인가하기 위한 패드를 구비하는 반도체 기판을 구비하며, 상기 반도체 기판에 제1MOS를 형성하는 잉크젯 헤드칩에 있어서,

상기 제1MOS는 상기 반도체 기판에 형성되고, 상기 반도체 기판과 이종 타입의 반도체로 형성되며, 상기 반도체 기판 중, 상기 패드와 접속되는 전선의 방향에는 상기 제1MOS와 동일한 타입의 반도체 웰을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 헤드칩.
제1항에 있어서,

상기 반도체 기판에는 상기 제1MOS와 이종 타입인 제2MOS가 구비되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 헤드칩.
제2항에 있어서,

상기 제2MOS는,

상기 반도체 기판과 이종 타입의 반도체 웰 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 헤드칩.
제1항에 있어서,

상기 전선으로부터 유기되는 전압이 상기 반도체 웰에 인가시, 상기 반도체 웰로부터 상기 반도체 기판 방향으로 역방향 다이오드 접속구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 헤드칩.
제1항에 있어서,

상기 전선으로부터 유기되는 전압이 상기 반도체 웰에 인가시, 상기 반도체 기판으로부터 상기 제1MOS 방향으로 순방향 다이오드 접속구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 헤드칩.
제1항에 있어서,

상기 제1MOS는 NMOS 타입의 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 의 헤드칩.