MXPA00008017A

MXPA00008017A - Generador de gotas de inyeccion de tinta de resistor segmentado con reduccion de aumulacion de corriente.

Info

Publication number: MXPA00008017A
Application number: MXPA00008017A
Authority: MX
Inventors: D Giere Matthew
Original assignee: Hewlett Packard Co
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2002-09-18
Also published as: EP1080905B1; SG91294A1; ES2208225T3; CN1287054A; US6422688B2; EP1080905A1; US6367147B2; US20010012036A1; US6280019B1; TW503184B; CN1179847C; DE60006198T2; US20010010528A1; DE60006198D1

Abstract

A manera de superar la ineficiencia disipacion de energia en las resistencias parasitas y proporcionar economias en la fuente de poder, se emplea un resistor de calentamiento con mayor valor de resistencia en una cabeza de impresion de inyeccion de tinta termica. Mayores densidades de corriente en un resistor de calentamiento segmentado de alta resistencia se reducen por el empleo de una barra de corto circuito (5119 dividida por un resistor de balance de la corriente (601).

Description

t* GENERADOR DE GOTAS DE INYECCIÓN DE TINTA DE RESISTOR SEGMENT.ADO CON REDUCCIÓN DE ACUMULACIÓN DE CORRIENTE ¿ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 5 La presente invención sé relaciona generalmente con dispositivos de impresión de inyección de tinta, y más particularmente a una cabeza de impresión de inyección de tinta con generador de gotas que utiliza una estructura de resistor de calentamiento de alta resistencia con reducción de acumulación de 10 corriente. El ramo de la tecnología de impresión por inyección de tinta está relativamente bien desarrollado. Productos comerciales tales como impresoras para computadoras, trazadores de gráficos, copiadoras y máquinas de facsímiles exitosamente emplean 15 tecnología de inyección de tinta para producir una salida de copias firmes. Los fundamentos de la tecnología han sido revelados, por ejemplo, en varios artículos, de la gaceta de He let-Packard, en las ediciones No.5, Vol. 36, (Mayo de 1985), No. 4, Vol. 39 (Agosto 1988), No. 5, Vol. 39 (Octubre de 1988), 20 No. 4, Vol. 43 (Agosto de 1992), No. 6, Vol. 43 (Diciembre de 1992) y la No. 1, Vol. 45 (Febrero de 1994). Los dispositivos de inyección de tinta también han sido descritos por . J. Lloyd y H. T. Taub en Dispositivas para Producir Copias Firmes (R.C. Durbeck y S. Sherr, ed., Academic Press, San Diego, 1988, capítulo 13.

Una impresora de inyección de tinta térmica para impresión de inyección de tinta normalmente incluye uno o más cartuchos de impresión de traslado alternativo en la que se forman pequeñas gotas de tinta y son expulsadas por un generador de gotas hacia un medio en el cual se desea colocar caracteres alfanuméricos, gráficas o imágenes, tales cartuchos incluyen típicamente una cabeza de impresión que tiene un miembro de orificio o placa que tiene una pluralidad de pequeñas toberas a través de las cuales las gotas de tinta son expulsadas. Debajo de las toberas están las cámaras de disparo de la tinta, envases en los que la tinta reside antes de la inyección por un inyector de tinta a través de una tobera. La tinta es suministrada a las cámaras de disparo de tinta a través de los canales de tinta que están en comunicación fluida con un suministro de tinta. La cual puede estar contenida en una porción del depósito del cartucho de impresión o en un recipiente de tinta separado de la cabeza de impresión. La expulsión de una gota de tinta se logra a través de una tobera empleada en una impresora de inyección de tinta térmica mediante el calentamiento rápido del volumen de la tinta que reside dentro de la cámara de disparo de tinta. Con un pulso eléctrico se energiza selectivamente un resistor de calentamiento colocado en la cámara de disparo. En el arranque de la salida de energía calorífica del resistor de calentamiento, una burbuja de vapor de tinta forma núcleos en puntos de la superficie del resistor de calentamiento o de sus capas protectoras. La rápida expansión de la burbuja de vapor de tinta impulsa la tinta líquida a través de la tobera. Una vez que termina el pulso eléctrico y se expulsa la tinta, la cámara de disparo de tinta se rellena con la tinta proveniente del canal de tinta y del suministro de tinta. La energía eléctrica requerida para inyectar una gota de tinta de un volumen dado se denomina "encendido de energía" . El encendido de energía es una cantidad suficiente de energía para superar las ineficiencias térmicas y mecánicas del proceso de expulsión y para formar una burbuja de vapor que tiene el tamaño suficiente para expulsar una cantidad predeterminada de tinta a través de la tobera de la cabeza de impresión. En la siguiente remoción de la fuerza eléctrica del resistor de calentamiento, la burbuja se colapsa en la cámara de disparo de un modo pequeño pero violento. Los componentes dentro de la cabeza de impresión en la vecindad del colapso de la burbuja de vapor son susceptibles de tensiones mecánicas de fluido (cavitación) , cuando las burbujas de vapor se colapsan, permiten que la tinta choque dentro de los componentes de la cámara de disparo, el resistor de calentamiento es particularmente susceptible a los daños por cavitación. Una capa protectora, consiste de una o más subcapas, se colocan normalmente sobre el resistor y estructuras adyacentes para proteger al resistor de la cavitación y del ataque químico de la tinta. La subcapa protectora en contacto con la tinta es una delgada capa de cavitación dura que proporcionan protección por el desgaste de la cavitación de la tinta colapsada. Otra subcapa, una capa de acción pasiva, se coloca normalmente entre la capa de cavitación y el resistor de calentamiento y estructuras asociadas que proporciona protección contra el ataque químico. La tinta de la inyección de tinta térmica es químicamente reactiva, y la exposición prolongada del resistor de calentamiento y sus interconexiones eléctricas a la tinta resulta en un ataque químico sobre el resistor de calentamiento y conductores eléctricos. Las subcapas de protección, sin embargo, tienden a incrementar el encendido de energía que se requiere para expeler gotas de un tamaño dado. Esfuerzos adicionales para protección del resistor de calentamiento de la cavitación y del ataque incluyen la separación del resistor de calentamiento en varias partes y deja una zona central (sobre la cual se concentra una mayoría de la energía de cavitación en una parte superior de encendido de la cámara de calentamiento de inyección de tinta térmica) libre de material resistivo. El resistor de calentamiento de una cabeza de impresión de inyección de tinta convencional utiliza un material resistivo de película delgada colocado en una capa de óxido dentro del substrato semiconductor. Los conductores eléctricos son estampados en las capas de óxido y proporcionan una trayectoria eléctrica hacia y desde cada capa delgada del resistor de calentamiento. Puesto que el número de conductores eléctricos puede hacerse grande cuando un gran número de resistores de calentamiento se emplea en una cabeza de impresión de alta densidad (altos DPI -puntos por pulgada) , se han introducido varias técnicas de multiplexado para reducir él numero de conductores necesarios que conectan los resistores de calentamiento 'a la circuitería colocada en la impresora. Observe, por ejemplo, (la Patente de los Estados Unidos No. 5,541,629 "Cabeza de Impresión con Interconexiones Reducidas para una impresora") y la Patente de Estados Unidos No. 5,134,425, "Matriz de Calentamiento Ohmico) . Cada conductor eléctrico, a pesar de su buena conductividad, imparte una cantidad indeseable de resistencia en la trayectoria del resistor de calentamiento. Esta resistencia parásita indeseable disipa una porción de la energía eléctrica que de otra manera estarla disponible en el resistor de calentamiento. Si el resistor de calentamiento es bajo, la magnitud de la corriente drenada para la nucleación de la burbuja de vapor de tinta será relativamente grande y la cantidad de energía desperdiciada en la resistencia parásita de los conductores eléctricos será importante. Esto es, si la relación de las resistencias entre aquellas del resistor de calentamiento y la resistencia parásita de los conductores eléctricos (y de otros componentes) es demasiado pequeña, la eficiencia de la cabeza de impresión sufre con el desperdicio de energía . La capacidad de un material para resistir el flujo de electricidad es una propiedad llamada resistividad, resistividad es una función del material usado para hacer un resistor y no depende de la geometría del resistor sino del espesor de la película resistiva usada para formar el resistor. La resistividad está relacionada con la resistencia por: R = pL / A en donde R = resistencia en (Ohms) ; p = resistividad (Oh -cm) ; L = longitud de la resistencia; y A = área de la sección transversal del resistor. Para resistores de película delgada normalmente usados en aplicaciones de impresión de inyección de tinta térmica, una propiedad comúnmente conocida como resistencia laminar (Rh0]a) comúnmente se" usa en el análisis y diseño de los resistores de calentamiento. La resistencia laminar es la resistividad dividida por el espesor de la película del resistor, y la resistencia está relacionada con la resistencia laminar por: R = RhoDa (L / W) Donde L = longitud del material resistivo y W = ancho del material resistivo. De tal manera, la resistencia de un resistor de película delgada de un material dado y de una película de espesor fi o es un cálculo simple de la longitud y del ancho de las geometrías cuadradas y rectangulares . La mayoría de las impresoras de inyección de tinta térmica disponibles actualmente usan resistores dé calentamiento que son aproximadamente de forma cuadrada y tienen una resistencia de 35 a 40 Ohms. Si fuera posible usar resistores con altos valores de resistencia, la energía necesitada para nuclear una burbuja de vapor de tinta sería transmitida al resistor de calentamiento de película delgada en un voltaje mayor y una corriente menor. La energía desperdiciada en las resistencias parásitas seria reducida y la fuente de poder que proporciona la energía a los resistores de calentamiento podría hacerse menor y menos costosa. La fabricación de resistencias de valores mas altos, sin embargo, puede incrementar la densidad de la corriente a pesar de la reducción total de corriente. La alta densidad de corriente puede reducir la vida de los circuitos electrónicos por la creación localizada de elevadas temperaturas y por la generación de alta potencia de los campos eléctricos que inducen la electro-migración en los materiales. Además, en aplicaciones donde la corriente se cambia de encendido a apagado, tal como en los resistores de calentamiento de inyección de tinta térmica, el ciclado térmico extremo produce expansión y contracción, lo cual resulta en fallas por fatiga. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Un resistor de calentamiento segmentado para una impresora de inyección de tinta incluye un primer segmento del resistor de calentamiento y un segundo segmento del resistor de calentamiento. Un dispositivo de acoplamiento proporciona un acoplamiento en serie entre los segmentos primero y segundo del resistor. Un dispositivo de control de corriente proporciona una reducción de acumulación de corriente en el dispositivo de acoplamiento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIG. 1A es una ilustración isométrica de un aparato de impresión ejemplar que puede emplear la presente invención. La FIG. IB es un dibujo isométrico de un aparato de cartucho de impresión que puede emplearse en el aparato de impresión de la FIG. 1A. La FIG. 2 es una representación esquemática de los elementos funcionales de la FIG. 1 A. La FIG. 3 es una sección transversal isométrica magnificada de un generador de gotas que puede emplearse en la cabeza de impresión por los cartuchos de impresión de la FIG. IB. La FIG. 4 es una vista en elevación de la sección transversal del generador gota de la FIG. 3. La FIG. 5 es una vista en planta de un calentador segmentado que emplea una barra de cortocircuito. Las Figuras 6A, 6B y 6C, son vistas en planta del resistor de calentamiento segmentado que emplean una barra de cortocircuito dividida y un dispositivo para control de la corriente. La FIG. 7 es un diagrama esquemático eléctrico del resistor de calentamiento segmentado que se describe en las FIGs, 6B y 6C. La FIG. -8 es una vista en planta de una modalidad alternativa del resistor de calentamiento segmentado, la barra de cortocircuito dividida, y un resistor de balance. La FIG. 9 es una vista en planta de una modalidad alternativa de un resistor de calentamiento segmentado y el dispositivo de control de la corriente.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA MODALIDAD PREFERIDA Existen tres técnicas principales para obtener un resistor de calentamiento de mayor resistencia para usarse en una aplicación de impresora de inyección de tinta térmica. Primero, una capa de resistencia delgada puede depositarse sobre el óxido del substrato. La desventaja de este método es que como las películas se vuelven más delgadas, se vuelven más susceptibles a los defectos de la superficie y, cuanto más delgada la película, se vuelve mayor la dificultad para controlar el espesor de la película. Segundo, se puede usar un material diferente que tenga una resistividad natural mayor que la bien conocida película de tantalio-aluminio. Las condiciones ambientales extremas experimentadas por el resistor de calentamiento así como la necesidad de un proceso de película delgada de bajo costo, con menos defectos, reduce deseablemente el corto término de este método. Tercero, las nuevas configuraciones de las geometrías de los resistores de película delgada pueden dar como resultado resistores de calentamiento de mayor resistencia. Es a partir de esta tercera técnica que la presente invención se deriva. Un aparato de impresión de inyección de tinta ejemplar, es una impresora 101, que puede emplear la presente invención es ilustrada en forma esquematizada en el dibujo isométrico de la FIG. 1A. Los dispositivos de impresión tal como trazadores gráficos, copiadoras, y máquinas de facsímiles también pueden emplear provechosamente la presente invención. Un alojamiento para impresora 103 contiene una placa de impresión para que un medio de entrada de impresión 105, tal como papel, se transporte por mecanismos que son conocidos en la técnica. Un carro dentro de la impresora 101 mantiene uno o un conjunto de cartuchos de impresión individuales capaces de inyectar gotas de tinta de color o negras . Modalidades alternativas pueden incluir un mecanismo de cabeza de impresión semipermanente que se rellena esporádicamente de uno o más depósitos de tinta, fuera de eje, acoplados fluidamente o un solo cartucho de impresión que tiene tinta de dos o más colores disponibles dentro del cartucho de impresión y las toberas de inyección de tinta designados para cada color, o un solo cartucho de impresión o mecanismo de impresión; la presente invención es aplicable a una cabeza de impresión empleada en al menos estas alternativas. Un carro 109, que se puede emplear en la presente invención y los montajes para dos cartuchos de impresión 110 y 111, se ilustra en la FIG. IB. El carro 109 se monta típicamente en una barra deslizante o mecanismo similar, dentro de la impresora y físicamente propulsada a -lo largo de la barra de deslizamiento que permite al carro J.09 trasladarse alternadamente o recorrer de atrás y hacia delante, de un lado al otro el medio de impresión 105. El eje de rastreo, X se indica por una flecha, en la FIG. 101A. Conforme el carro 109 se desplaza, las gotas de tinta son selectivamente expulsadas de las cabezas de impresión del conjunto de cartuchos de impresión 110 y 111 en el medio 105 en patrones de rastreo de impresión predeterminados, formando las imágenes o caracteres alfanu éricos usando la manipulación de la matriz de punto. Generalmente, se determina la manipulación de la matriz de punto por una computadora del usuario (no se muestra) y las instrucciones son transmitidas a un controlador electrónico basado en un microprocesador (no se muestra) dentro de la impresora 101. Otras técnicas emplean un rastreado d los datos en una computadora del usuario antes de que los datos de rastreo sean enviados, junto con los comandos de control, hacia la impresora. Esta operación está bajo control del software de mando de la impresora residente en la computadora del- usuario. La impresora interpreta los comandos y rastrea los datos para determinar que generadores de gotas encender. El eje de la trayectoria de la gota de tinta, Z, se indica por la flecha. Cuando una línea de impresión se completa, el medio 105 se mueve una distancia apropiada a lo largo del eje del medio de la impresión, Y, indicado por la flecha en la preparación de la siguiente línea de impresión. Esta invención también es aplicable a las impresoras de inyección de tinta que emplean medios alternativos que imparten el movimiento relativo entre la cabeza de impresión y el medio, así como aquellas que tienen cabezas de impresión fijas (tal como arreglos de páginas amplias) y mueven el medio en una o más direcciones, aquellos que tienen medios fijos y mueven la cabeza de impresión en una o más direcciones (tales como graficadores de lecho plano) . En adición, esta invención es aplicable a una variedad de sistemas de impresión, que incluyen dispositivos de formato grande, copiadoras, máquinas fax, foto impresoras, y similares. El carro de inyección de tinta 109 y los cartuchos de impresión 110, 111 se muestran en la dirección-Z dentro de la impresora 101 en la FIG. IB. Las cabezas de impresión 113, 115 de cada cartucho se pueden observar cuando el carro y los cartuchos de impresión son vistos desde esta dirección. En una modalidad preferida, la tinta es almacenada en la porción del cuerpo de cada cabeza de impresión 110, 115 y se dirige a través de pasajes internos a la cabeza de impresión respectiva. En una modalidad de la presente invención que se adapta para impresiones multicolores, tres agrupaciones de orificios, uno para cada color (azul verde, púrpura y amarillo) , se distribuyen en la superficie de la placa de orificios conectada por un pasaje a la cabeza de impresión 115. La tinta se expele selectivamente para cada color bajo el control de comandos provenientes de la impresora que se comunican a la cabeza de impresión 115 a través de conexiones eléctricas y pistas de conductores asociados (no se muestran) en una cinta de polímero flexible 117. En la modalidad preferida, la cinta 117 se dobla típicamente alrededor de un borde del cartucho de impresión y se asegura como se muestra. De una manera similar, tinta de un solo color, negro, se almacena en la porción que contiene la tinta del cartucho 110 y se dirige a un solo grupo de orificios en la cabeza de impresión 113. Las señales de control se acoplan a la cabeza de impresión desde la impresora sobre pistas conductoras colocadas en una cinta de polímero 119. Como se puede apreciar en la FIG. 2 una sola hoja mediana se avanza de una bandeja de entrada hacia una área de impresión de la impresora debajo de las cabezas de impresión por medio de un mecanismo de avance que incluye un rodillo 207, un motor de rodillo 209, y dispositivos de tracción (no se muestran) . En una modalidad preferida, los cartuchos de impresión de inyección de tinta 110, 111 son incrementadamente conducidos a través del medio 105 en la placa por un motor del carro 211 en la dirección ± X, perpendicular a la dirección Y de entrada del medio. El 'motor de rodillo 209 y el motor del carro 211 están típicamente bajo el control de un controlador de posición 213 del cartucho y del medio. Un ejemplo de tal aparato de control y posicionamiento se puede encontrar descrito en la Patente de Estados Unidos No. 5,070,410 "Aparato y Método de Usar una Cabeza de Impresión de Lectura / escritura Combinada para Procesar y Almacenar Señales de Lectura y para Proporcionar Señales de Encendido de Los Elementos de Eyección de Tinta Activados Térmicamente" . De esta manera, el medio 105 se coloca en un lugar para que los cartuchos de impresión 110 y 111 puedan inyectar gotas de tinta para colocar puntos en el medio como los requieran los datos ésta es la entrada a un controlador disparador de gotas 215 y a la fuente de poder 217 de la impresora. Estos puntos de tinta se forman de las gotas de tinta expelidas de los orificios seleccionados en la cabeza de impresión en una banda paralela a la dirección de barrido cuando los cartuchos de impresión 110 y 111 se trasladan a través del medio por el motor del carro 211. Cuando los cartuchos de impresión 110 y 111 llegan al final de su viaje en un extremo de una línea de_ impresión sobre el medio 105, el medio es avanzado convencionalmente de forma incrementada por -el controlador de posición 213 y el motor de rodillo 209. Una vez que los cartuchos de impresión llegan al final de su recorrido en la dirección X sobre la barra de deslizamiento, retroceden a lo largo del mecanismo de soporte mientras continúan imprimiendo o regresan sin imprimir. El medio puede avanzarse por una cantidad incrementada equivalente al ancho de la porción de inyección de tinta de la cabeza de impresión o alguna fracción de la misma con relación a la separación entre las toberas. El control del medio, la colocación del cartucho de impresión, y la selección correcta de los inyectores de tinta para la creación de una imagen o carácter de tinta se determina por la posición del controlador 213. Se puede implementar el controlador en una configuración del componente electrónico convencional y proporcionar instrucciones de operación provenientes de la memoria convencional 216. Una vez que se completa la impresión del medio, el medio es impulsado a una bandeja de salida de la impresora para que el usuario lo retire. Un ejemplo sencillo de un generador de gotas de tinta se encuentra dentro de una cabeza de impresión como se ilustra en la sección transversal isométrica magnificada de la FIG. 3. Como se describe, el generador de gotas comprende una tobera, una cámara de disparo, y un inyector de tinta. Las modalidades alternativas de un generador de gotas emplea más de una tobera coordinada, la cámara de disparo, y/o inyectores de tinta. El generador de gotas se acopla fluidamente a la fuente de la tinta. En la FIG. 3 la modalidad preferida de una cámara de disparo de tinta 301 es mostrada en correspondencia con una tobera 303 y un resistor de calentamiento segmentado 309. Muchas toberas independientes se ordenan normalmente en un patrón predeterminado en la placa de orificios así que la tinta que se expele de las toberas seleccionadas crea un carácter definido o imagen de impresión en el medio. Generalmente, el medio se mantiene en una posición que es paralela a la superficie externa de la placa de orificios. Los resistores de calentamiento se seleccionan por activación del microprocesador y la circuitería asociada en la impresora en un patrón relacionado con los datos presentados a la impresora por la computadora para que la tinta que se expele de las toberas seleccionadas forme un carácter definido o imagen de impresión en el medio. Se suministra la tinta a la cámara de disparo 301 vía una abertura 307 para rellenar la tinta que se ha expelido del orificio 303 cuando la tinta es evaporada por la energía calorífica liberada por el resistor de calentamiento segmentado 309. La cámara de disparo de la tinta esta definida por paredes creadas por una placa de orificios 305, un substrato semiconductor formado de capas 313, y la pared de la cámara de disparo 315. En una modalidad preferida, la tinta líquida almacenada en un depósito del alojamiento del cartucho 212 fluye por fuerza de la capilaridad para llenar la cámara de disparo 301. Una vez que la tinta está en la cámara de disparo 301 permanece ahí hasta que es evaporada rápidamente por la energía calorífica creada por el resistor de calentamiento segmentado 309 energizado eléctricamente colocado en la superficie oxidada del substrato 313. El substrato es típicamente un semiconductor tal como silicio. El silicio se trata usando cualquiera de las técnicas de oxidación térmica o de deposición de vapor para formar por consiguiente una delgada capa de dióxido de silicio. El resistor de calentamiento segmentado 309 se crea entonces depositando una película estampada de material resistivo en el dióxido de silicio. Preferiblemente, la película es de tantalio aluminio, TaAl, que es un bien conocido material resistivo de calentamiento en la técnica de construcción de cabezas de impresión de inyección de tinta térmica. A continuación, se deposita una delgada capa de aluminio para proporcionar los conductores eléctricos. En la FIG.4 se muestra una sección transversal de la cámara de disparo 301 y las estructuras asociadas. El substrato 313 comprende, en la modalidad preferida, una base de silicio 401, tratada usando cualquiera de las técnicas de oxidación térmica o deposición de vapor para formar una "capa delgada 403 de dióxido de silicio y una capa delgada 405 de vidrio de fosfo-silicato (PSG) por consiguiente. El dióxido de silicio y el PSG forman una capa eléctricamente aislante de aproximadamente 17000 Ángstrom de espesor sobre la cual se deposita una capa discontinua subsiguiente 407 de material resistivo de tantalio aluminio (TaAl) . La capa de tantalio aluminio se deposita de un espesor de aproximadamente 900 Ángstrom para producir una resistividad de aproximadamente 30 Ohms por cuadro. En una modalidad preferida, la capa resistiva se deposita convencionalmente usando la técnica de salpicado del magnetrón y después enmascarada y grabada para crear áreas eléctricamente independientes y discontinuas de material resistivo tal como las áreas 409 y 411. A continuación, una capa de la aleación conductora de aluminio-silicio-cobre (AISiCu) se deposita convencionalmente por salpicado del magnetrón de un espesor de aproximadamente 5000 Ángstrom encima de las áreas 409 y 411 de la capa de tantalio aluminio y grabadas para proporcionar conductores eléctricos independientes y discontinuos (tal como los conductores 415 y 417) y áreas interconectadas . Para proporcionar protección a los resistores de calentamiento, una capa de materiales compuestos se deposita sobre la superficie superior de la capa conductora y la capa del resistor. Una doble capa de materiales de desactivación incluye una primera capa 419 de nitrito de silicio de aproximadamente 2500 Ángstrom de espesor la cual es cubierta con una segunda capa 421 de carburo de silicio inerte de aproximadamente 1250 Ángstrom de espesor. Estas capas de desactivación (419, 421) proporcionan ambas una buena adherencia para los materiales fundamentales y buena protección contra la corrosión de la tinta. También proporciona aislamiento eléctrico. Una área sobre el resistor de calentamiento 309 y su conexión eléctrica asociada a los conductores eléctricos se enmascara subsecuentemente y una capa de cavitación 423 de tantalio de 3000 Ángstroms de espesor se deposita convencionalmente por salpicado. Puede agregarse selectivamente una capa de oro 425 a la capa de cavitación en las áreas donde se desea la interconexión eléctrica de un material de interconexión. Un ejemplo del proceso de un semiconductor para aplicaciones de inyección de tinta térmica se puede encontrar en la Patente de los Estados Unidos No. 4,862,197, "Proceso para Fabricación de Cabezas de Impresión de Inyección de Tinta Térmica y Estructuras de Circuito Integrado _ (CI) Producidas de ese Modo". _ Un proceso alternativo para semiconductores de inyección de tinta térmica se puede encontrar en la patente de los Estados Unidos No. 5,883,650, "Dispositivo para Cabeza de Impresión de Película Delgada para una Impresora de Inyección de Tinta." En una modalidad preferida, los lados de la cámara de disparo 301 y del canal de alimentación de tinta se definen por una capa de barrera de polímero 315. Esta capa de barrera preferiblemente se fabrica de un plástico de polímero orgánico que es substancialmente inerte a la acción corrosiva de la tinta y se deposita convencionalmente sobre el substrato 313 y varias de sus capas protectoras. Para realizar la estructura que se desea, la capa de barrera se define subsecuentemente fotolitográficamente dentro de las formas deseadas y después se graba. Típicamente la capa de barrera 315 tiene un espesor de aproximadamente 15 micrómetros después que se ensambla la cabeza de impresión con la placa de orificios 305. La placa de orificios 305 se asegura al substrato 313 por la capa de barrera 315. En algunos cartuchos de impresión la placa de orificios 305 se construye de níquel con revestimiento de oro para resistir los efectos corrosivos de la tinta. En otros cartuchos de impresión, la placa de orificios se fabrica de un material de poliamida que puede producirse en una estructura de interconexión eléctrica común. En una modalidad alternativa, la placa de orificios y la capa de barrera se forman integralmente en el substrato. En una modalidad preferida de la presente invención, se emplea un resistor de calentamiento que tiene un valor mayor de resistencia para superar los problemas indicados anteriormente. En particular los problemas de disipación de energía indeseados en la resistencia parásita y de la necesidad de tener una alta capacidad de corriente en la fuente de poder. Aquí, la implementación de un resistor con un valor resistencia de mas alto que esa de revisar la geometría del resistor de calentamiento. Específicamente, esa de proporcionar dos segmentos que tengan mayor longitud que ancho. Ya que, se prefiere tener el resistor de calentamiento localizado en un lugar compacto para la óptima nucleación de la burbuja de vapor en un disparo superior (la inyección de las gotas de tinta perpendicular al plano del resistor de calentamiento) de la cabeza de impresión, los segmentos del resistor están colocados del lado largo al lado largo como se muestra en la FIG. 5. Como se muestra, el segmento del resistor de calentamiento 501 está colocado con uno de sus lados largos esencialmente paralelos al lado largo del segmento.de la resistencia del resistor de calentamiento 503. La corriente eléctrica Ier.t.rada se introduce via el conductor 505 a un puerto de entrada 507 del segmento del resistor 501 colocado a uno de los bordes de los lados cortos (ancho) del segmento del resistor 501. La corriente eléctrica, en la modalidad preferida, se acopla al puerto de entrada 509 del segmento del resistor 503 orientado a uno de los bordes de los lados cortos (ancho) del segmento del resistor 503 por el dispositivo de acoplamiento que se ha denominado "barra de cortocircuito" 511. La barra de cortocircuito es una porción de la película conductora colocada entre el puerto de salida 513 del segmento del resistor de calentamiento 501 y el puerto de entrada 509 del segmento del resistor de calentamiento 503. La corriente eléctrica Isai?a retorna a la fuente de poder vía el conductor 515 conectado el puerto de salida 517 del segmento del resistor de calentamiento 503. Como se muestra, con fuentes de corriente eléctrica o sumideros de disipación no adicionales, Ientrada = Isalida. Los puertos de salida 513 y 517 de los segmentos del resistor de calentamiento 501 y 503, respectivamente, se colocan en los bordes del lado corto opuesto (ancho) de los segmentos del resistor de calentamiento desde los puertos de entrada. Mediante la colocación de dos segmentos del resistor en un área compacta, es necesario para la corriente eléctrica el cambio de dirección por medio del dispositivo de acoplamiento o porción de la barra de cortocircuito 511. Debido a que la trayectoria de los electrones implica que la corriente eléctrica sea menor entre las dos esquinas próximas a los segmentos del resistor de calentamiento (ocasionando que la resistencia parásita de la trayectoria corta sea menor que la de la trayectoria más larga) , la mayor parte de la corriente eléctrica fluye en esta trayectoria más corta, ilustrada por la flecha 521 en la FIG. 5, que cualquier otra trayectoria, ilustrada por la flecha 523. Esta concentración de corriente es denominada "acumulación de corriente" . La alta densidad de corriente producida por tal acumulación de corriente reducirá la vida de los circuitos electrónicos porque crea localmente elevadas temperaturas y crean fuerzas de campos eléctricos altos que inducen la migración eléctrica. En aplicaciones donde la corriente eléctrica se cicla entre apagado y encendido, tal como en una cabeza de impresión de inyección de tinta térmica, la rápida variación térmica produce expansión y contracción del substrato de la cabeza de impresión y de las capas de película delgada colocadas en las mismas. En las áreas que tienen cantidades diferenciales de expansión y contracción térmica ocasionadas por las diferencias en los rangos de expansión térmica de los diferentes materiales, tal como en la juntura de un segmento del resistor de calentamiento y el conductor de la barra de cortocircuito, las tensiones que fatigan el material causarán una falla prematura. El problema de dirigir la acumulación de la corriente, una característica de la presente invención ocasiona que el flujo de corriente se propague más uniformemente a través de la barra de cortocircuito. Esto se logra por -el mejoramiento de la barra de cortocircuito con un dispositivo de control de la corriente 600. Este dispositivo de control de la corriente comprende una porción faltante y/o modificada de la película conductiva que se conecta en serie a los segmentos '501 y 503 del resistor. Preferiblemente, el dispositivo de control 600 es una porción del dispositivo de acoplamiento 511 que tiene grados de variación en la resistencia laminar para reducir los problemas con las concentraciones de corriente o de acumulación de corriente en el dispositivo de acoplamiento 511. Preferiblemente, el dispositivo de control de la corriente 600 incluye una región mayor de resistencia laminar del dispositivo de acoplamiento 511 colocada en la región 521 de la trayectoria de corriente más corta del dispositivo de acoplamiento 511. En un límite teórico, remover una porción de la hoja conductiva en la región 521 de la trayectoria de corriente más corta es equivalente a una resistencia laminar infinita en esa región. En una modalidad preferida, el dispositivo de control de la corriente 600 se realiza como un elemento de balance de la corriente creado en asociación con la barra de cortocircuito. Como se muestra en la FIG. 6B, un resistor de balance 601 separa la porción de lá barra de cortocircuito en dos segmentos de la barra de cortocircuito, segmento 511a y segmento 511b. En una modalidad preferida donde el material resistivo se deposita primero en la capa de óxido del substrato semiconductor después se sobrepone con una película de conducción eléctrica, el resistor de balance 601 se crea preferiblemente por el grabado de la película conductiva de la porción de la barra de cortocircuito en el área del resistor de balance 601, en consecuencia, expone la capa de . material resistivo y crear un resistor (no en cortocircuito por la capa conductiva colocada sobre la capa de material resistivo) . Alternativamente la película conductiva puede depositarse selectivamente en pasos de deposición y enmascaramiento. Aunque el elemento de balance es preferiblemente un resistor, otros elementos, tal como una configuración de diodos en paralelo, o dispositivos restrictivos de corriente similares, se pueden emplear en la presente invención. El resistor de balance 601, en la modalidad preferida, se crea con una geometría ahusada de forma triangular o trapezoidal en la cual el extremo más ancho (base) se instala en el área de la barra de cortocircuito que previamente experimentó acumulación de corriente. El resistor de balance adicionalmente se crea con su extremo más angosto (ápice) más alejado del área más alejada del área de la acumulación de corriente. Esta geometría ahusada, ordenada como se muestra en la FIG. 6B, produce un resistor que tiene una resistencia de incremento más alto en su base y resistencia de incremento más bajo en su vértice. La resistencia de incremento, como se usa en ésta, es una resistencia de magnitud que sería medida en una trayectoria esencialmente lineal desde un punto en el borde de un puerto de entrada 603 del resistor de balance 601 a un punto en el borde de un puerto de salida 605 del resistor de balance sin algunos efectos en la resistencia paralela de cualquier otra trayectoria a través del resistor de balance 601. Cuando las longitudes de la trayectoria de la corriente que fluye a través del segmento de la barra de cortocircuito 511a, el resistor de balance 601, y el segmento de la barra de cortocircuito 511B se toman en consideración, la resistencia encontrada por una corriente eléctrica que fluye del puerto de salida 513 del segmento del resistor de calentamiento 501 al puerto de entrada 509 del segmento del resistor de calentamiento 503 es esencialmente la misma. Se expone otro método y con referencia a la FIG. 7, se puede configurar un modelo de resistor que ayude a explicar la operación de esta faceta de la presente invención. La corriente fluye en el segmento del resistor de calentamiento 501' (que tiene un valor de resistencia de RH) vía el conductor 505' . En la salida del segmento del resistor de calentamiento 501' , la corriente se divide en una multiplicidad de trayectorias-dos de las cuales están consideradas para ser la trayectoria 701 y la trayectoria 703. En la trayectoria 701, un componente de la corriente fluye a través de una trayectoria físicamente corta 705 (que tiene un valor de resistencia parásita de Ri) del segmento de la barra de corto circuito 511a, a través de una trayectoria físicamente larga 707 (que tiene un valor de resistencia RA) del resistor de balance 601, y a través de otra trayectoria físicamente corta 709 (que tiene un valor de resistencia parásita de ri) del segmento de la barra de cortocircuito 511b. En la trayectoria 711. otro componente de la corriente fluye a través de una trayectoria físicamente larga (que tiene un valor de resistencia parásita de r2) del segmento de la barra de cortocircuito 511a, a través de una trayectoria físicamente corta 713 (que tiene un valor de resistencia de RB) del resistor de balance 601, y a través de otra trayectoria físicamente larga (que tiene un valor de resistencia parásita de ri) del segmento de la barra de cortocircuito 511b. La corriente es recombinada en la entrada del segmento del resistor de calentamiento 503' (que tiene un valor de resistencia de RH) y retorna vía el conductor 515' . A fin de que la corriente esté balanceada y se evite la acumulación de corriente, el resistor de balance 601 y los segmentos de la barra de cortocircuito 511a, y 511b se diseñan para que: RH < RA < Re, Y RA + 2rl = RB + 2r2. el componente de la corriente que fluye a través de la trayectoria 701 por lo tanto se hace esencialmente igual al componente del flujo de la corriente a través de la trayectoria_703 y se evita acumulación de la corriente. La implementación física de una modalidad preferida de la presente invención usa un resistor de calentamiento que tiene un valor de resistencia total (RH+RH) de aproximadamente 140 Ohms. De acuerdo al diagrama de una modalidad preferida ilustrada en la FIG._ 6B, el resistor de balance tiene un valor mesurable de resistencia total de 4 Ohms con las dimensiones físicas de b=2.3 µra en la base, a=l .8 µm en el ápice truncado, y una altura de un triangulo truncado de h=25 µm, que se relaciona con las longitudes de los lados de los triángulos. Los segmentos del resistor de calentamiento 501 y 503 cada uno tiene un ancho de w=9 µm y una longitud de 1=20 µm. La película delgada de aluminio-tantalio de los segmentos del resistor de calentamiento y el resistor de balance tienen un espesor de aproximadamente 900 Ángstrom. Se debe notar que como la altura, h, se vuelve mayor (esto es, como la barra de corto circuito se hace más ancha) la distribución de la corriente se hace mayor (más trayectorias individuales de electrones están disponibles) y el valor mesurable de la resistencia total se incrementa. En una modalidad alternativa donde el resistor de calentamiento no necesita estar concentrado en una área confinada (tal como en una configuración de tobera coordinada múltiple o distribuida) pero en la cual un giro o ángulo es necesario en lá porción de la barra de corto circuito, una aplicación de la presente invención se puede emplear para minimizar los efectos de la acumulación de corriente en la barra de corto circuito. Un giro de noventa grados es necesario en la barra de corto circuito para la configuración del resistor de calentamiento de la FIG. 8. El resistor de calentamiento consiste de dos segmentos, resistores 801, 803 unidos por un conductor de barra de corto circuito separado en dos porciones 805a y 805b por el resistor de balance 807. Otros métodos para balancear la corriente en un dispositivo de acoplamiento que usa un dispositivo para control de la corriente se puede considerar, como se ilustra en la FIG. 9. Por ejemplo, el dispositivo para control de la corriente 600 puede ser la porción de la resistencia mayor o faltante .901 del dispositivo de acoplamiento 511 que se coloca en la región de la acumulación de corriente. La porción 901 se representa para ser cualquier o geometría que reduzca la acumulación de corriente en un dispositivo de acoplamiento 511 a un nivel aceptable. Alternativamente, el dispositivo de acoplamiento 511 puede ser de un nivei de resistencia variable o escalonada que se incrementa con la distancia de los segmentos del resistor 501 y 503 para minimizar la densidad máxima de la corriente en el dispositivo de acoplamiento 511. Dicho de otra manera, el dispositivo de acoplamiento 511 puede comprender una hoja 511 de la resistencia laminar variable en donde la resistencia laminar tiene un mayor valor donde el dispositivo de acoplamiento tiene contacto con los segmentos del resistor 501 y 501. En ese caso, esta variación de la resistencia laminar puede ser referida como aspecto del dispositivo para control de la corriente del dispositivo de acoplamiento 511. De esta manera, ha sido descrito un generador de gota de tinta térmica el cual permite un mayor valor de resistencia para realizar las mejoras en la geometría del resistor de calentamiento de los resistores segmentados. Se reduce la acumulación de corriente por el empleo del resistor de balance como parte del conductor de la barra de corto circuito.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un resistor de calentamiento segmentado para una cabeza de impresión de inyección de tinta, que comprende: un primer segmento del resistor de calentamiento y un segundo segmento del resistor de calentamiento; un dispositivo de acoplamiento que se acopla eléctricamente en serie a dicho primer segmento del resistor de calentamiento a dicho segundo segmento del resistor de calentamiento; y un dispositivo para control de la corriente, colocado en dicho dispositivo de acoplamiento, que reduce la acumulación de corriente en dicho dispositivo de acoplamiento.

2. El resistor de calentamiento segmentado de conformidad con la reivindicación 1, en donde dicho dispositivo de acoplamiento es colocado además entre dicho primer segmento del resistor de calentamiento y dicho segundo segmento del resistor de calentamiento tal como una corriente eléctrica que fluye en dicho primer segmento del resistor de calentamiento es alterado en la dirección por lo menos 90 grados para fluir en dicho segundo segmento del resistor de calentamiento.

3. El resistor de calentamiento segmentado de conformidad con la reivindicación 1, en donde dicho dispositivo de control de corriente comprende además una porción que tiene una área de resistividad incrementada.

4. El resistor de calentamiento segmentado de conformidad con la reivindicación 3, en donde dicha área de resistividad incrementada comprende además una geometría ahusada que incluye una porción de extremo angosto y una porción de extremo ancho, dicha porción del extremo ancho es colocada en dicho dispositivo de acoplamiento para reducir el flujo de corriente eléctrica en dicho dispositivo de acoplamiento próximo a dicho extremo ancho.

5. El resistor de calentamiento segmentado de conformidad con la reivindicación 1, en donde dicho primer segmento del resistor de calentamiento y dicho segundo segmento del resistor de calentamiento comprende además porciones de los extremos respectivos y dicho dispositivo de acoplamiento además comprende dos regiones de material conductor que conectan dichas porciones de extremos respectivos de dicho primer segmento del resistor de calentamiento y dicho segundo segmento del resistor de calentamiento, dicho dispositivo de acoplamiento se interrumpe en dichas dos regiones por dicho dispositivo de control de corriente adyacente a dichas porciones de los extremos respectivos para reducir la acumulación de corriente cuando la corriente fluye de la porción de extremo de dicho primer segmento del resistor de calentamiento, a través de dicho dispositivo de acoplamiento, y a dicha porción de extremo de dicho segundo segmento del resistor de calentamiento.

6. Un método con reducción de acumulación de corriente en un cartucho de impresión para impresora de inyección de tinta, comprende los pasos de: aplicar una corriente eléctrica de una fuente de corriente a un puerto de entrada de un primer segmento de un resistor de calentamiento segmentado para eyectar una gota de tinta desde el cartucho de impresión; acoplar dicha corriente eléctrica aplicada desde una salida de dicho primer segmento del resistor de calentamiento a una barra de cortocircuito que proporciona una pluralidad de trayectorias para que dicha corriente eléctrica aplicada siga, una primera trayectoria de dicha pluralidad de trayectorias que tienen una primera magnitud de resistencia parásita (r2) y una segunda trayectoria de dicha pluralidad de trayectorias que tienen una segunda magnitud de resistencia parásita (ri) , dicha primera magnitud de la resistencia parásita es mayor que dicha segunda magnitud de la resistencia parásita. aplicar una corriente eléctrica que siga a dicha primera trayectoria a una porción del elemento de balance que tiene una primera magnitud (RB) de resistencia y que aplica una corriente eléctrica que sigue dicha segunda trayectoria a una porción del elemento de balance que tiene una segunda magnitud (RA) de resistencia, dicha primera magnitud de resistencia es menor que dicha segunda magnitud de resistencia, por lo cual dicha corriente eléctrica que sigue a dicha primera trayectoria es balanceada con dicha corriente eléctrica que sigue a dicha segunda trayectoria que resulta en una corriente eléctrica * balanceada a través de dicha barra de corto circuito; y acoplar dicha corriente eléctrica balanceada de dicha barra de corto circuito a un puerto de entrada de un segundo segmento de dicho resistor de calentamiento segmentado.

7. Un método de conformidad con el método de la reivindicación 6 que comprende además el paso de igualar esencialmente dicha corriente eléctrica que sigue a dicha primera trayectoria con dicha corriente eléctrica que sigue a dicha segunda trayectoria.

8. un método de manufactura de una cabeza de impresión para un cartucho de impresión de inyección de tinta comprende los pasos de: colocar un primer segmento del resistor y un segundo segmento del resistor sobre un substrato; acoplar eléctricamente dicho primer segmento del resistor a dicho segundo segmento del resistor con una barra de corto circuito conductora de película delgada, dicha barra de corto circuito que tiene un primer segmento de la barra de corto circuito y un segundo segmento de la barra de corto circuito; colocar sobre dicho substrato un borde de conexión de dicho primer segmento de la barra de corto circuito con un extremo de dicho primer borde de conexión del segmento de la barra de corto circuito próximo a dicho segundo segmento del resistor y el otro extremo de dicho primer borde de conexión del segmento de la barra de corto circuito distante de dicho segundo segmento del resistor; colocar sobre dicho substrato un borde de conexión de dicho segundo segmento de la barra de corto circuito con un extremo de dicho segundo borde de conexión del segmento de la barra de corto circuito próximo a dicho primer segmento del resistor y el otro extremo de dicho segundo borde de conexión del segmento de la barra de corto circuito distante de dicho primer segmento del resistor; acoplar de manera resistiva dicho primer segmento de la barra de corto circuito a dicho segundo segmento de la barra de corto circuito con una resistencia que tiene una magnitud entre dicho próximo primer borde de conexión del segmento conductor de la barra de corto circuito y dicho próximo segundo borde de conexión del segmento de la barra de corto circuito que es mayor que aquéllos entre dicho distante primer borde de conexión del segmento conductor de la barra de corto circuito y dicho distante segundo borde de conexión del segmento de la barra de corto circuito.

9. Un método de conformidad con la reivindicación 8 en donde dicho paso de acoplamiento en forma resistiva que comprende además los pasos de: colocar sobre dicho substrato un resistor de balance como una forma geométrica de triangulo truncado entre dicho primer borde de conexión del segmento de la barra de corto circuito y dicho segundo borde de conexión del segmento de la barra de corto circuito; colocar la base de dicha forma geométrica de triangulo truncado próxima a dicho primer segmento del resistor; colocar el ápice de dicha forma geométrica de triangulo truncado distante de dicho primer segmento del resistor; hacer contacto con un primer lado de dicha forma geométrica de un triangulo truncado con dicho primer borde de conexión del segmento de la barra de corto circuito; y hacer contacto con un segundo lado de dicho resistor de balance de forma geométrica de un triangulo truncado con dicho segundo borde de conexión del segmento de la barra de corto circuito .

10. un método de conformidad con el método de la reivindicación 8 en donde dicho paso de colocar dicho primer segmento del resistor de calentamiento y dicho segundo segmento del resistor de calentamiento que comprende además el paso de colocar dicho primer segmento del resistor de calentamiento adyacente a dicho segundo segmento del resistor de calentamiento .