TW200904641A - Printhead with high nozzle pitch tranverse to print direction - Google Patents

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200904641 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明關於列印領域’特別是關於一種用於高解析度 列印的噴墨列印頭。 【先前技術】 列印影像的品質絕大部分取決於印表機的解析度’因 此，不斷地努力改善印表機的列印解析度。列印解析度密 切地取決於液滴體積和印表機在媒介基材上可尋址（ addressable )位置的間隔。噴墨頭上各噴嘴之間的間隔不 須像媒介基材上各可尋址位置之間的間隔一樣地小。在一 個可尋址位置處列印一點的噴嘴和在鄰近可尋址位置處列 印一點的噴嘴，可間隔任何距離。不管列印頭上各噴嘴之 間的間隔，列印頭相對於媒介的運動、或媒介相對於列印 頭的運動、或上述兩種運動，會允許列印頭噴射液滴在每 一可尋址位置。載極端的狀況，由於列印頭和媒介之間適 當的相對運動，相同的噴嘴可以列印相鄰的液滴。 媒介相對於列印頭的過量運動，會降低列印速率。在 頁寬列印頭的情況，掃描列印頭對一整包媒介的多次通過 、或媒介多次通過列印頭，會減少每分鐘列印頁數的列印 速率。 此外，各噴嘴可沿著媒介饋給路徑或在掃描方向被隔 開，所以媒介上各可尋址位置小於相鄰噴嘴的物理間隔。 可瞭解的是在紙路徑或掃描方向的一大段內間隔地設至多 -4 " 200904641 個噴嘴’違反了袖珍設計。更重要的是，饋給紙時需要小 心地控制媒介位置，和精密地印表機控制噴嘴發射次數。 就頁寬列印頭而言，大噴嘴陣列的問題更大。在一大 段紙路徑中間隔地設至多個噴嘴，噴嘴陣列就需要具有相 對大的區域。藉由定義，噴嘴陣列必須在媒介寬度延伸， 但是噴嘴陣列在媒介饋給方向中的尺寸應該儘可能地小。 在媒介饋給方向中延伸相對長距離的陣列，需要複雜的列 印滾筒，該等滾筒維持整個陣列中噴嘴和媒介表面之間的 間隔。一些印表機設計在列印頭對面使用寬廣的真空滾筒 ，以得到媒介所需的控制。有鑑於此議題，有在列印頭上 增加噴嘴密度（亦即每單位面積的噴嘴數目）的強烈動機 ，以增加印表機的可尋址位置和解析度，同時保持陣列（ 在媒介饋給方向）的小寬度。 【發明內容】 因此，本發明提供一種用於噴墨印表機的列印頭，該 列印頭包含·‘ 配置在相鄰列中的一陣列噴嘴’每一噴嘴具有噴射孔 和用於將列印流體噴射經過該噴射孔的對應致動器’每一 致動器具有在該等列之橫方向彼此相隔開的電極；和 驅動電路’用於將電力傳輸至該等電極；其中 在相鄰列中之該等致動器的該等電極具有相反的極性 ，所以在相鄰列中之該等致動器具有相反的電流流動方向 -5- 200904641 藉由使在相鄰列之電極的極性相反，可將 力平面內的穿孔保持在相鄰列的外側邊緣。此 間的一排狹窄阻抗性橋部，移動至電流不流過 。此從致動器驅動電路消除橋部的阻抗。藉由 印頭積體電路之電力供給側的致動器的阻抗性 整個陣列所有噴嘴的液滴噴射特徵呈一致。 較佳地，在每一列中之該等電極從其相鄰 該列之橫方向偏移，所以每個第二致動器的該 。在另一較佳的形式中，該偏移小於40微米 的形式中，該偏移小於3 0微米。較佳地，該 製造在長形晶圓基板上，該晶圓基板平行於該 列而延伸，且該驅動電路是在該晶圓基板之 CMOS層，沿著該晶圓基板的長邊緣供給電力 等CMOS層。在另一較佳的形式中，該CMOS 電力平面的頂部金屬層’其帶有正電壓，所以 的該等電極連接至形成在該電力平面內之孔中 又一較佳的形式中，該CM0S層具有供底部金 致動器用的驅動場效電晶體（FET )。較佳地 層具有厚度小於〇 ·3微米的金屬層。 在一些實施例中’該等致動器是加熱器兀 該列印流體內產生蒸汽泡泡’使得從該噴射孔 印流體的液滴。較佳地’該等加熱器元件是懸 電極之間的樑，所以該等加熱器元件是浸没在 內。較佳地，該等噴射孔是橢圓形’且噴射孔 CMOS之電 將各穿孔之 橋部的位置 減少遠離列 損失，可使 的致動器往 等電極共線 。在特別佳 陣列噴嘴被 陣列的該等 一表面上的 和資料給該 層具有形成 具有負電壓 的導孔。在 屬層內每一 ，該 CMOS 件，用於在 噴射出該列 架在其個別 該列印流體 的長軸平行 -6- 200904641 於該樑的縱軸。在另一較佳形式中’該等列其中一列內之 該等噴射孔的該等長軸和相鄰列內之該等噴射孔的該等長 軸共線，所以該等列其中一列內的每一噴嘴和該相鄰列內 其中一噴嘴對齊。較佳地，相鄰噴射孔的長軸相隔開小於 5〇微米。在另一較佳形式中，相鄰噴射孔的長軸相隔開小 於25微米。在特別佳的形式中，相鄰噴射孔的長軸相隔 開小於1 6微米。 在特別的實施例中，在媒介饋給方向的橫方向中，該 列印頭具有每吋多於1 6〇〇個噴嘴（npi )的噴嘴節距。在 較佳實施例中，該噴嘴節距是大於3000 npi。在特別佳的 實施例中，該列印頭具有之每吋點數（dpi )的列印解析 度，等於該噴嘴節距。在特定實施例中，該列印頭是頁寬 列印頭，其被建構用於列印A4尺寸媒介。較佳地，該陣 列具有多於100000個噴嘴。 因此，本發明提供一種用於印表機的噴墨列印頭，其 能以不同的列印解析度列印在基材上，該噴墨列印頭包含 一陣列的噴嘴，每一噴嘴具有噴射孔和用於將列印流 體噴射經過該噴射孔的對應致動器；和 一列印引擎控制器，用於將列印資料送至該陣列的噴 嘴；其中 在使用期間’藉由將列印資料分配給該陣列之至少二 噴嘴之間的單一噴嘴，該列印引擎控制器可選擇性地降低 該列印解析度。 200904641 本發明認知到一些列印工作不需要列印頭的最 度---較低的解析度完全適合於待列印文件的目的。 在列印頭具有非常高解析度（例如大於120〇 dpi ) 別地真實。藉由選擇較低的解析度，列印引擎控 PEC)可將具有較少噴嘴之列印頭中二或更多個橫 (但不需接觸）的噴嘴當作單一虛擬噴嘴。然後該 噴嘴共享列印資料---虛擬噴嘴所要求的點（dots ) 實際的噴嘴輪流列印。此用於延長所有噴嘴的作業 較佳地，設置該二噴嘴在該陣列中的位置，使 噴嘴在該列印頭相對於該基材之運動的橫方向中是 的鄰居。較佳地，該列印引擎控制器平等地分享該 料給該陣列中的該二噴嘴。在另一較佳形式中，該 中心相隔開小於20微米。在特別佳的形式中，該 是頁寬列印頭，且該二噴嘴中心在該媒介饋給方向 向中相隔開小於1 6微米。在特定的實施例中，該 中心在該媒介饋給方向的橫方向中相隔開小於8微 特殊實施例中’該列印頭在該媒介饋給方向的橫方 具有的噴嘴節距是每吋多於1600個噴嘴（npi)。 實施例中，該噴嘴節距是大於3 0 0 0 np i。在特別佳 例中，該列印頭具有之每吋點數（dpi )的列印解 等於該噴嘴節距。在特定實施例中，該列印頭被建 列印A 4尺寸媒介’且該列印頭具有多於1 〇 〇 〇 〇 〇個 在一些實施例中當以較低的列印解析度列印時 表機以較高的列印速率作業。較佳地’該較高的列 好解析 此情況 時是特 制器（ 向相鄰 等相鄰 被每一 毒命。 得該二 最接近 列印資 二噴嘴 列印頭 的橫方 二噴嘴 米。在 向中， 在較佳 的實施 析度， 構用於 噴嘴。 ，該印 印速率 -8- 200904641 是每分鐘多於60頁。在較佳的形式中，該列印引擎控制 器以高頻振動矩陣將該等相鄰噴嘴所列印的彩色平面半調 色（halftone )，該高頻振動矩陣被最佳化用於每一噴射 液滴的橫向移位。 因此，本發明提供一種噴墨列印頭，包含： 一陣列的噴嘴，配置在相鄰的列中；每一噴嘴具有噴 射孔、用於容置列印流體的腔室、和對應的致動器；該致 動器用於將該列印流體噴射經過該噴射孔：每一腔室具有 個別的入口以再塡注列印流體，該列印流體被該致動器噴 射；和 列印流體供給通道，其平行該等相鄰列而延伸’以經 由該等個別入口供給列印流體至該陣列中每一噴嘴的致動 器；其中 建構在該等相鄰列其中一列內之該等噴嘴入口，使其 再塡注流率不同於經過該等相鄰列之另一列內之該等噴嘴 入口的再塡注流率。 本發明建構的噴嘴使得一側的墨水供給通道塡注數列 。因爲供給通道不只供給一側的一列噴嘴’所以上述建構 允許列印頭表面上的噴嘴密度較大。但是因爲每列之經過 入口的流率不同，所以離供給通道較遠的列不會有顯著較 長的再塡注時間。 較佳地，建構在該等相鄰列其中一列內之該等噴嘴入 口，使其再塡注流率不同於經過該等相鄰列之另一列內之 該等噴嘴入口的再塡注流率，所以陣列中所有噴嘴的腔室 200904641 再塡注時間大致均勻。在另一較佳形式中’最靠近供給通 道之列的入口’比遠離供給通道之列更狹窄。在一些實施 例中，在供給通道兩側的任一側上，有二相鄰列的噴嘴。 較佳地，入口具有流動阻尼構造。在特別佳的形式中 ，流動阻尼構造是柱，設計該柱的位置，使其產生流動障 礙。在一列之入口內的柱和在其他列之入口內的柱，產生 不同程度的障礙。較佳地，柱在柱的側面和入口側壁之間 產生泡泡陷阱或捕捉器。較佳地，柱擴散傳播列印流體內 的壓力脈衝，以降低噴嘴之間串擾。 在一些實施例中，該等致動器是加熱器元件，用於在 該列印流體內產生蒸汽泡泡，使得從該噴射孔噴射出該列 印流體的液滴。較佳地，該等加熱器元件是懸架在其個別 電極之間的樑，所以該等加熱器元件是浸没在該列印流體 內。較佳地，該等噴射孔是橢圓形，且噴射孔的長軸平行 於該樑的縱軸。較佳地，相鄰噴射孔的長軸相隔開小於5 0 微米。在另一較佳形式中，相鄰噴射孔的長軸相隔開小於 2 5微米。在特別佳的形式中’相鄰噴射孔的長軸相隔開小 於16微米。 在特別的實施例中，在媒介饋給方向的橫方向中’該 列印頭具有每吋多於1600個噴嘴（npi)的噴嘴節距。在 較佳實施例中，該噴嘴節距是大於3 0 0 0 nP i。在特別佳的 實施例中，該列印頭具有之每吋點數（dpi )的列印解析 度，等於該噴嘴節距。在特定實施例中’該列印頭是頁寬 列印頭，其被建構用於列印A4尺寸媒介。較佳地’該陣 -10- 200904641 列具有多於1 00000個噴嘴。 因此，本發明提供一種噴墨列印頭，包含： 一陣列的噴嘴，配置在一系列的列中；每一噴嘴具有 噴射孔、用於保持列印流體的腔室、和加熱器元件；該加 熱器元件用於在腔室所容置的該列印流體內產生蒸汽泡泡 ，以將該列印流體的液滴噴射經過該噴射孔；其中 該噴嘴、該加熱器元件、和該腔室全部是長形構造， 該等長形構造具有長的尺寸，該長的尺寸分別超越各長形 構造的其他尺寸；和 該噴嘴、該加熱器、和該腔室之個別長的尺寸是平行 的，且垂直於該列方向而延伸。 爲了增加列的噴嘴密度，每一噴嘴組件…腔室、噴射 孔、和加熱器元件都被建構成長形構造，該等長形構造在 列方向的橫方向全部對齊。此提昇了列的噴嘴節距或每吋 的噴嘴數（npi)，同時允許保持足夠大之腔室容積和液 滴體積，以供合適的顏料密度之用。此亦避免在紙饋給方 向（在頁寬印表機的情況）或在掃描方向（在掃描列印頭 的情況）擴展大距離的需要。 較佳地，該陣列中的每一列相對於其相鄰列偏移，所 以一列中該等噴嘴的該等長的尺寸沒有一者，不和該相鄰 列中該等長的尺寸的任意者共線的。在另一較佳的形式中 ，該列印頭是頁寬列印頭，用於列印至在媒介饋給方向饋 給通過列印頭的媒介基材，所以該等噴嘴之該等長的尺寸 ，平行於該媒介饋給方向。 -11 - 200904641 較佳地，每個第二噴嘴之長的尺寸是在登錄中。在特 別佳的形式中，所有該等噴嘴的該等噴射孔形成在平坦的 頂部層中，該頂部層局部界定該腔室；該頂部層具有外部 表面，該外部表面除了該等噴射孔以外，其餘是平坦的。 在特別佳的形式中，該陣列的噴嘴形成在下面之基板上， 該基板平行於該頂部層而延伸，且藉由在該頂部層和該基 板之間延伸的側壁局部界定該腔室，設計該側壁的形狀， 使得該側壁的內部表面至少局部呈橢圓形。較佳地，除了 供列印流體用的入口開口以外，該側壁呈橢圓形。在特別 佳的形式中，在該等列其中之一列內之該等噴嘴的短軸和 在該媒介饋給方向之該相鄰列中該等噴嘴的短軸局部重疊 。在另一較佳的形式中，該等噴射孔呈橢圓形。 較佳地，該等加熱器元件是懸架在其個別電極之間的 樑，所以在使用期間，該等加熱器元件是浸没在該列印流 體內。較佳地，該加熱器元件所產生之該蒸汽泡泡在平行 於該噴射孔的橫剖面呈橢圓形。 在一些實施例中，該列印頭更包含鄰接於該陣列的供 給通道，該陣列係平行該等列而延伸。在較佳的形式中， 該陣列的噴嘴是第一陣列的噴嘴，且第二陣列的噴嘴形成 在該供給通道的其他側；該第二陣列是該第一陣列的鏡射 影像，但相對於該第一陣列偏移，所以在該第一陣列中之 該等噴射孔的長軸沒有一者，不和該第二陣列之長軸其中 任意者共線的。較佳地，在該第一陣列中之該等噴射孔的 該等長軸，從該第二陣列中之該等噴射孔的該等長軸，往 -12- 200904641 該媒介饋給方向的橫方向偏移達小於20微米。在特別佳 的形式中，該偏移約爲8微米。在一些實施例中，該列印 頭在該媒介饋給方向的橫方向中，具有的噴嘴節距是每吋 多於1 600個噴嘴（npi )。在特別佳的形式中，該基板在 媒介饋給方向的寬度小於3毫米。 因此，本發明提供一種噴墨列印頭，包含： 一陣列的噴嘴，用於當列印媒介在相對於該列印頭的 列印方向中運動時，將列印流體的液滴噴射至該列印媒介 上：其中 在該陣列中的該等噴嘴，在該列印方向的垂直方向中 ，彼此相隔開達小於1 〇微米。 由於噴嘴在該列印方向的垂直方向中相隔開小於10 微米，所以列印頭具有非常高的「真實」列印解析度---亦 即藉由每吋的高噴嘴數達到每吋的高點數。 較佳地，在該列印方向的垂直方向中彼此相隔開達小 於1 0微米之該陣列中的該等噴嘴，在該列印方向中也彼 此相隔開達小於1 5 〇微米。 在另一較佳形式中，該陣列每平方毫米具有超過700 個噴嘴。 較佳地’該陣列的噴嘴被支撐在複數單片晶圓基板上 ，每—單片晶圓基板支撐超過10000個該等噴嘴。在另一 較佳形式中，每—單片晶圓基板支撐超過1 2000個該等噴 嘴。在特別佳的形式中，該複數單片晶圓基板被端對端地 安裝，以形成供安裝在印表機內的頁寬列印頭’建構該印 -13- 200904641 表機以在媒介饋給方向饋給媒介通過該列印頭；該列印頭 具有超過1 00000個該等噴嘴，且該列印頭在該媒介饋給 方向的橫方向中延伸200毫米至330毫米。在一些實施例 中，該陣列具有超過1 40000個該等噴嘴。 選擇性地，該列印頭更包含複數致動器分別供該等噴 嘴的每一者之用，該等致動器配置在相鄰列內，每一致動 器具有在該等列的橫方向彼此相隔開的電極，用於連接至 個別驅動電晶體和一電源供應器；其中 在相鄰列中之該等致動器的該等電極具有相反的極性 ，所以在相鄰列中之該等致動器具有相反的電流流動方向 。較佳地，在每一列中之該等電極從其相鄰的致動器往該 列之橫方向偏移，所以每個第二致動器的該等電極共線。 在特別佳的實施例中，該等小液滴噴射器被製造在一長形 晶圓基板上，該長形晶圓基板平行於該等致動器之該等列 而延伸，且沿著該晶圓基板的長邊緣供給電力和資料。 在一些實施例中，該列印頭具有一列印引擎控制器（ PEC )，用於將列印資料送至該陣列的噴嘴；其中 在使用期間，藉由將列印資料分配給該陣列之至少二 噴嘴之間的單一噴嘴，該列印引擎控制器可選擇性地降低 該列印解析度。較佳地，設置該二噴嘴在該陣列中的位置 ，使得該二噴嘴在該列印頭相對於列印媒介基材之運動的 橫方向中是最接近的鄰居。在特別佳的形式中’該列印引 擎控制器平等地分享該列印資料給該陣列中的該二噴嘴。 較佳地，該二噴嘴中心相隔開小於4 0微米。 -14- 200904641 在特別佳的形式中，該列印頭是頁寬列印頭，且 噴嘴中心在該媒介饋給方向的橫方向中相隔開小於1 米。較佳地，該等相鄰噴嘴中心在該媒介饋給方向的 向中相隔開小於8微米。較佳地’該列印頭在該媒介 方向的橫方向中，具有的噴嘴節距是每吋多於1600 嘴（npi )。在另一較佳的形式中’該噴嘴節距大於 npi ° 因此，本發明提供一種用於噴墨列印頭的列印頭 電路，該列印頭積體電路包含： 一單片晶圓基板，其支撐一陣列的小液滴噴射器 於將列印流體的液滴噴射至列印媒介上’每一液滴噴 具有噴嘴和致動器，該致動器用於將列印流體的液滴 經過該噴嘴；其中 該陣列具有超過1 0 0 0 0個該等小液滴噴射器。 由於大數目的小液滴噴射器製造在單一晶圓上’ 噴嘴陣列具有高的噴嘴節距，且該列印頭具有非常局 真實」列印解析度---亦即藉由每吋的高噴嘴數達到每 局點數。 較佳地，該陣列具有超過1 2000個該等小液滴噴 。在另一較佳的形式中，該列印媒介在相對於該列印 列印方向中運動；且在該陣列中的該等噴嘴’在該列 向的垂直方向中，彼此相隔開達小於1 〇微米。在特 的形式中，在該列印方向的垂直方向中，彼此相隔開 於10微米之該陣列中的該等噴嘴，在該列印方向中 該二 6微 橫方 饋給 個噴 3 000 積體 ，用 射器 噴射 所以 的「 吋的 射器 頭的 印方 別佳 達小 也彼 -15- 200904641 此相隔開達小於150微米。 在較佳的實施例中，該陣列每平方毫米具有超過700 個該等小液滴噴射器。在特別佳的形式中，該等致動器配 置在相鄰列內，每一致動器具有在該等列的橫方向彼此相 隔開的電極，用於連接至個別驅動電晶體和一電源供應器 ;在相鄰列中之該等致動器的該等電極具有相反的極性， 所以在相鄰列中之該等致動器具有相反的電流流動方向。 在又一較佳的形式中，在每一列中之該等電極從其相鄰的 致動器往該列之橫方向偏移，所以每個第二致動器的該等 電極共線。 在特定的實施例中，該單片晶圓基板是長形的，且平 行於該等致動器之該等列而延伸，所以在使用時，沿著該 晶圓基板的長邊緣供給電力和資料。在一些形式中，該噴 墨列印頭包含複數列印頭積體電路，且另包含一列印引擎 控制器（PEC )，用於將列印資料送至該陣列的小液滴噴 射器；其中，在使用期間，藉由將列印資料分配給該陣列 之至少二小液滴噴射器之間的單一小液滴噴射器’該列印 引擎控制器可選擇性地降低該列印解析度。較佳地’設置 該二噴嘴在該陣列中的位置，使得該二噴嘴在該列印頭相 對於列印媒介基材之運動的橫方向中是最接近的鄰居。在 特別較佳的形式中，該列印引擎控制器平等地分享該列印 資料給該陣列中的該二噴嘴。選擇性地’該二噴嘴中心相 隔開小於4 0微米。在特別佳的實施例中，該列印頭是頁 寬列印頭，且該二噴嘴中心在該媒介饋給方向的橫方向中 -16- 200904641 相隔開小於1 6微米。在又一較佳的形 嘴中心在該媒介饋給方向的橫方向中相 在一些實施例中，該噴墨列印頭包 電路，其被端對端地安裝，以形成供印 頭，建構該印表機以在媒介饋給方向饋 頭；該列印頭具有超過100000個該等 在該媒介饋給方向的橫方向中延伸2 0 0 在另一較佳的形式中，該陣列具有超過 嘴。 較佳地，該陣列的小液滴噴射器在 橫方向中，具有的噴嘴節距是每吋多於 )。較佳地，該噴嘴節距大於3000 npi 因此，本發明提供一種用於噴墨列 電路，該列印頭積體電路包含： 一平面陣列的小液滴噴射器，每一 資料分布電路、驅動電晶體、列印流體 室和噴嘴；建構腔室用以將列印流體保 所以在使用期間，該驅動電晶體驅動該 印流體的小液滴噴射經過該噴嘴；其中 該陣列每平方毫米具有超過700個 〇 由於製造在晶圓基板上高密度的小 該噴嘴陣列具有高的噴嘴節距，且該列 「真實」列印解析度…-亦即藉由每吋的 式中，該等相鄰噴 攝開小於8微米。 含複數列印頭積體 表機用的頁寬列印 給媒介通過該列印 噴嘴，且該列印頭 毫米至330毫米。 140000個該等噴 該媒介饋給方向的 1 600個噴嘴（npi 〇 印頭的列印頭積體 小液滴噴射器具有 入口、致動器、腔 持在鄰近該噴嘴， 致動器，以將該列 該等小液滴噴射器 液滴噴射器，所以 印頭具有非常高的 局噴嘴數達到每吋 -17- 200904641 的高點數。 較佳地，當該列印媒介在相對於該列印頭的列印方向 中運動時，該陣列將列印流體的的液滴噴射至列印媒介上 ;和在該陣列中的該等噴嘴，在該列印方向的垂直方向中 ，彼此相隔開達小於1 0微米。在另一較佳的形式中，在 該列印方向的垂直方向中，彼此相隔開達小於1 0微米的 該等噴嘴，在該列印方向中也彼此相隔開達小於1 5 0微米 〇 在本發明的特定實施例中，噴墨列印頭內使用複數個 列印頭積體電路，每一列印頭積體電路具有超過1 〇〇〇〇個 該等小液滴噴射器，且較佳地，超過12000個該等噴嘴單 位晶胞。 在一些實施例中，列印頭積體電路是長形的，且被端 對端地安裝，所以該列印頭具有超過1 〇〇〇〇〇個該等小液 滴噴射器，且該列印頭在該媒介饋給方向的橫方向中延伸 2 0 0毫米至3 3 0毫米。在另一較佳的形式中，該列印頭具 有超過1 40000個該等小液滴噴射器。 在一些較佳的形式中，該等致動器配置在相鄰列內， 每一致動器具有在該等列的橫方向彼此相隔開的電極’用 於連接至對應的驅動電晶體和一電源供應器；其中 在相鄰列中之該等致動器的該等電極具有相反的極性 ，所以在相鄰列中之該等致動器具有相反的電流流動方向 〇 較佳地，在這些實施例中’在每一列中之該等電極從 -18- 200904641 其相鄰的致動器往該列之橫方向偏移，所以每個第=_ 器的該等電極共線。在另一較佳的形式中’該長形晶w s 板平行於該等致動器之該等列而延伸，且沿著該晶匱1基板 的長邊緣供給電力和資料。 在特定的實施例中，列印頭包含列印引擎控制器（ PEC )，其用於將列印資料送至該陣列的噴嘴；其中 在使用期間，藉由將列印資料分配給該陣列之至少 噴嘴之間的單一噴嘴，該列印引擎控制器可選擇性地降低 該列印解析度。 較佳地，設置該二噴嘴在該陣列中的位置，使得該二 噴嘴在該列印頭相對於列印媒介基材之運動的橫方向中是 最接近的鄰居。在另一較佳的形式中，該列印引擎控制器 平等地分享該列印資料給該陣列中的該二噴嘴。較佳地’ 該二噴嘴中心相隔開小於4 0微米。在特別佳的形式中， 該列印頭是頁寬列印頭，且該二噴嘴中心在該媒介饋給方 向的橫方向中相隔開小於1 6微米。在又一較佳的形式中 ，該等相鄰噴嘴中心在該媒介饋給方向的橫方向中相隔開 小於8微米。 在一些形式中，該列印頭在該媒介饋給方向的橫方向 中，具有的噴嘴節距是每吋多於1600個噴嘴（npi)。較 佳地，該噴嘴節距大於3000 npi。 因此，本發明提供一種頁寬噴墨列印頭，包含： 一陣列的小液滴噴射器，用於將列印流體的液滴噴射 至列印媒介上，該列印媒介被饋給通過在媒介饋給方向中 -19- 200904641 的該列印頭；每一液滴噴射器具有噴嘴、和用於將列印流 體的液滴噴射經過該噴嘴的致動器；其中 該陣列具有超過1 0 0 0 0 0個該等小液滴噴射器，且該 陣列在該媒介饋給方向的橫方向中延伸200毫米至3 3 0毫 米。 具有在媒介寬度延伸之大數目噴嘴的頁寬列印頭，提 供高噴嘴節距和非常高「真實」列印解析度…亦即藉由每 吋高數目的噴嘴獲得每吋高數目的點。 較佳地，該陣列具有超過1 4 0 0 0 0個該等小液滴噴射 器。在另一較佳形式中，該等噴嘴在該媒介饋給方向的垂 直方向中彼此相隔開達小於1 0微米。在特別佳的形式中 ，在該媒介饋給方向的垂直方向中，彼此相隔開達小於1 〇 微米的該等噴嘴，在該媒介饋給方向中也彼此相隔開達小 於1 5 0微米。 在特定的實施例中，該陣列小液滴噴射器被支撐在複 數單片晶圚基板上，每一單片晶圓基板支撐超過1 0000個 小液滴噴射器，且較佳是超過1 2000個小液滴噴射器。在 這些實施例中，希望該陣列每平方毫米具有超過700個小 液滴噴射器。 選擇性地，該等致動器配置在相鄰列內，每一致動器 具有在該等列的橫方向彼此相隔開的電極，用於連接至個 別驅動電晶體和一電源供應器；其中 在相鄰列中之該等致動器的該等電極具有相反的極性 ，所以在相鄰列中之該等致動器具有相反的電流流動方向 -20- 200904641 。較佳地，在每一列中之該等電極從其相鄰的致動器往該 列之橫方向偏移，所以每個第二致動器的該等電極共線。 在特別佳的實施例中，該等小液滴噴射器被製造在一長形 晶圓基板上，該長形晶圓基板平行於該等致動器之該等列 而延伸，且沿著該晶圓基板的長邊緣供給電力和資料。 在一些實施例中，該列印頭具有一列印引擎控制器（ PEC)，用於將列印資料送至該陣列的噴嘴；其中 在使用期間，藉由將列印資料分配給該陣列之至少二 噴嘴之間的單一噴嘴，該列印引擎控制器可選擇性地降低 該列印解析度。較佳地，設置該二噴嘴在該陣列中的位置 ，使得該二噴嘴在該列印頭相對於列印媒介基材之運動的 橫方向中是最相鄰。在特別佳的形式中’該列印引擎控制 器平等地分享列印資料給該陣列中的該二噴嘴。較佳地’ 該二噴嘴中心相間隔小於40微米。 在特別佳的形式中，該列印頭是頁寬列印頭’且該二 噴嘴中心在該媒介饋給方向的橫方向中相隔開小於1 6微 米。較佳地，該等相鄰噴嘴中心在該媒介饋給方向的橫方 向中相隔開小於8微米。較佳地，該列印頭在該媒介饋給 方向的橫方向中，具有的噴嘴節距是每吋多於1 600個噴 嘴（npi )。在另一較佳形式中，該噴嘴節距大於3 000 npi 〇 因此，本發明提供一種用於噴墨印表機的列印頭積體 電路，該列印頭積體電路包含： 一單片晶圓基板，其支撐一陣列的小液滴噴射器’用 -21 - 200904641 於將列印流體的液滴噴射至列印媒介上，每一液滴噴射$ 具有噴嘴和致動器，該致動器用於將列印流體的液滴噴1^ 經過該噴嘴；藉由一連串的光微影蝕刻和沉積步驟’將該 陣列形成在該單片晶圓基板上：該等步驟涉及光成像裝置 ，其將曝光區域曝露於光，該光被聚焦以投射圖案至該單 片基板上；其中 該陣列具有超過1 0000個該等小液滴噴射器，建構該 等小液滴噴射器使其被該曝光區域所包圍。 本發明配置該噴嘴陣列，使得小液滴噴射器密度非常 高，且減少所需曝光步驟的數目。 較佳地，該曝光區域小於900 mm2。較佳地，該單片 晶圓基板被該曝光區域所包圍。在另一較佳的形式中，該 光成像裝置是步進機，其將整個罩幕同時曝光。選擇性地 ，該光成像裝置是掃描器，其將狹窄帶寬（band)的光掃 描經過該曝光區域，以將罩幂曝光。 較佳地，該單片晶圓基板支撐超過1 2 0 0 0個小液滴噴 射器。在這些實施例中，希望該陣列每平方毫米具有超過 7 0 0個小液滴噴射器。 在一些實施例中，列印頭積體電路被組裝至具有其他 類似列印頭積體電路的頁寬列印頭，用於將列印流體的液 滴噴射至列印媒介上，該列印媒介被饋給通過在媒介饋給 方向中的該列印頭；其中 該陣列具有超過1 0 0 0 0 〇個該等小液滴噴射器，且該 陣列在該媒介饋給方向的橫方向中延伸200毫米至330毫 -22- 200904641 米。在另一較佳的形式中，該等噴嘴在該媒介饋給方向的 垂直方向中彼此相隔開達小於1 〇微米。較佳地，該列印 頭具有超過1 40000個該等小液滴噴射器。在特別佳的形 式中，在該媒介饋給方向的垂直方向中彼此相隔開達小於 1 0微米的該等噴嘴，在該媒介饋給方向中也彼此相隔開達 小於1 5 0微米。 選擇性地，該等致動器配置在相鄰列內，每一致動器 具有在該等列的橫方向彼此相隔開的電極，用於連接至個 別驅動電晶體和一電源供應器；其中 在相鄰列中之該等致動器的該等電極具有相反的極性 ，所以在相鄰列中之該等致動器具有相反的電流流動方向 。較佳地，在每一列中之該等電極從其相鄰的致動器往該 列之橫方向偏移，所以每個第二致動器的該等電極共線。 在特別佳的實施例中，該等小液滴噴射器被製造在一長形 晶圓基板上，該長形晶圓基板平行於該等致動器之該等列 而延伸，且沿著該晶圓基板的長邊緣供給電力和資料。 在一些實施例中，該列印頭具有一列印引擎控制器（ PEC )，用於將列印資料送至該陣列的噴嘴；其中 在使用期間，藉由將列印資料分配給該陣列之至少二 噴嘴之間的單一噴嘴，該列印引擎控制器可選擇性地降低 該列印解析度。較佳地，設置該二噴嘴在該陣列中的位置 ，使得該二噴嘴在該列印頭相對於列印媒介基材之運動的 橫方向中是最接近的鄰居。在特別佳的形式中，該列印引 擎控制器平等地分享該列印資料給該陣列中的該二噴嘴。 -23- 200904641 較佳地，該二噴嘴中心相隔開小於4 0微米。 在特別佳的形式中，該列印頭是頁寬列印頭，且該二 噴嘴中心在該媒介饋給方向的橫方向中相隔開小於〗6微 米。較佳地，該等相鄰噴嘴中心在該媒介饋給方向的橫方 向中相隔開小於8微米。較佳地，該列印頭在該媒介饋給 方向的橫方向中，具有的噴嘴節距是每吋多於16〇〇個噴 嘴（npi )。在另一較佳形式中，該噴嘴節距大於3 000 npi 【實施方式】 使用和2005年10月11日申請之USSN 11/246687號 案（我們的檔案號MNN001US)所述相同的微影蝕刻和沉 積步驟，製造附圖所示的列印頭積體電路（1C )。茲將該 案的內容併入做參考。一般的工作者會瞭解附圖所示的列 印頭積體電路具有腔室、噴嘴、和加熱器電極結構，其需 要使用和2005年10月11日申請之USSN 11/246687號案 (我們的檔案號MNN001US)圖中所示者不同的曝光遮罩 。但是形成懸臂樑加熱器元件、腔室、和噴射孔的製程步 驟則維持相同。同樣地，以和2 0 0 5年1 0月1 1日申請之 USSN 1 1 /24668 7號案（我們的檔案號MNN001US)所討 論者相同的方式形成互補式金氧半導體（CMOS)層，除 了驅動場效電晶體（F E T )以外。因爲加熱器元件的較高 密度，所以驅動FET需要比較小。 -24- 200904641 連結列印頭積體電路 申請人已發展出一些列印頭裝置，其使用一系列的列 印頭積體電路’該等列印頭積體電路連結在一起以形成頁 寬列印頭。依此方式，列印頭積體電路可組合成列印頭， 使用該等列印頭的應用範圍從寬格式列印至具有內建印表 機的相機和手機。各列印頭積體電路端對端地安裝在支撐 構件上，以形成頁寬列印頭。支撐構件將列印頭積體電路 安裝至印表機內，且將墨水分配至個別積體電路。USSN 1 1 /293 8 2 0號案描述了此類型列印頭的例子，茲將該案的 說明倂入做交互參考。 應瞭解的是，本文所提及的用語「墨水」應解釋爲任 何的列印流體，除非內文清楚地表示其只是用於影像列印 媒介的著色劑。列印頭積體電路可同樣地噴射隱性（ invisible)墨水、黏劑、藥劑、或其他功能化的流體。 圖1 A顯示頁寬列印頭100的示意圖，其具有安裝至 支撐構件94的系列列印頭積體電路92。彎曲側96允許其 中一個列印頭積體電路92的噴嘴、和在紙饋給方向中相 鄰列印頭積體電路的噴嘴重疊。重疊每一列印頭積體電路 92的噴嘴，提供了橫越二個列印頭積體電路92之間接合 處的連續列印。此避免在列印結果中的「帶 （banding ) 」。以此方式連結各列印頭積體電路，僅使用不同數目的 列印頭積體電路便可製作任何所欲長度的列印頭。 列印頭積體電路92之端對端的配置’需要供給電力 和資料至沿著每一列印頭積體電路92長側的結合墊。 -25- 200904641 2006年10月l〇日申請之丨1/544764號案（我們的檔案號 PUA00 1US )中詳細地描述此等連接、和具有列印引擎控 制器（P E C )之連結積體電路的控制。 3 200 dpi列印頭槪要 圖1 B顯示申請人最近硏發的3 2 0 0 dP i (點/吋）列印 頭上噴嘴陣列的剖面。列印頭具有「真實（true )」3200 dpi解析度，因爲噴嘴節距是3 200 dpi ’而不是具有3200 dpi可尋址位置但是噴嘴節距小於200 dpi的印表機。圖 1 B所示的剖面顯示噴嘴陣列的八個單位晶胞，且移除頂 部層。爲了例示的目的’已顯示噴射孔2的輪廓。「單位 晶胞（unit cell )」是噴嘴陣列的最小重複單元，且具有 二個完整的液滴噴射器、和在該等完整噴射器兩側中任一 側上之四個「半液滴噴射器」。圖2顯示一個單位晶胞。 噴嘴列在媒介進給方向8的橫向延伸。中間四列的噴 嘴是一個顏料通道4。墨水供給供給通道6兩中的任一側 有二列延伸。來自晶圓相對側的墨水經由墨水饋給管1 4 流至墨水供給通道6。上和下墨水供給通道1 〇、1 2是分離 的顏料通道（雖然用於較大的顏料密度，但是其可列印相 同顏色的墨水---例如CCMMY列印頭）。 供給通道6上方的列2 0、2 2在媒介饋給方向8係橫 向地偏置。供給通道6下方的列2 4、2 6沿著媒介的方向 做類似地偏置。再者’列2 0、2 2和列2 4、2 6相對於彼此 係相互偏置。因此，列2 〇至2 6在媒介饋給方向之橫向的 -26 - 200904641 組合噴嘴節距，是任何個別列之噴嘴節距的四分之一。沿 著每一列的噴嘴節距約爲32微米（公稱31.75微米）， 因此一個顏料通道之全部列的組合噴嘴節距約爲8微米（ 公稱7.9375微米）。此等於3200 npi的噴嘴節距，因此 列印頭具有「真實（true )」3200 dpi的解析度。 單位晶胞（unit cell) 圖2是噴嘴陣列的一個單位晶胞。每一單位晶胞具有 相當於四個液滴噴射器（二個完整的液滴噴射器和在該等 完整噴射器兩側的四個「半液滴噴射器」）。液滴噴射器 是噴嘴、腔室、驅動FET、和用於單一微機電（MEMS ) 流體噴射裝置驅動電路。一般的工作者會瞭解：爲了方便 ，液滴噴射器通常單純地指噴嘴；但是從使用的內容可瞭 解，此用語是否僅指噴射孔或整個MEMS裝置。 由墨水饋給管1 4經由上墨水供給通道1 0饋給上二噴 嘴列1 8。下噴嘴列1 6是不同顏料通道，其由供給通道6 饋給。每一噴嘴具有結合的腔室28和在電極34和36之 間延伸的加熱器元件3 0。各腔室呈橢圓形且彼此偏置，所 以其短軸（minor axes )在媒介饋給方向的橫向重疊。此 結構允許腔室容積、噴嘴面積、和加熱器尺寸實質地相同 於上述2005年10月11日申請之USSN 11/246687號參考 案（我們的檔案MNN 001US )所示的1 600 dpi列印頭。 同樣地，腔室壁32維持4微米厚，且接點34、36的面積 仍然是10微米xlO微米。 -27- 200904641 圖3顯示組成噴嘴陣列的單位晶胞複製 位晶胞3 8橫越晶圓平移達寬度X。相鄰列互 達半個寬度：0.5x = y。如上所述，此提供用 (2 0、2 2、2 4、2 6 )之列的組合噴嘴節距< 的實施例中，x = 31.75且y = 7.93 75。此提供 析度，而不會減少加熱器、腔室、或噴嘴的 當在3 200 dpi作業時，列印密度比20 05年 請之USSN 1 1/246687號參考案（我們的檔g )之1 600 dpi列印頭還高；或者列印頭可完 業，以延長噴嘴具有良好列印密度的壽命。 討論列印頭的此項特徵。 加熱器接點配置 加熱器元件3 0和個別接點3 4、3 6的 2005 年 10 月 11 日申請之 USSN 11/246687 們的檔案MNN 00 1US)之1 600 dpi列印頭 有二倍的接點數目，所以有二倍的FET接點 目，該等FET接點中斷「電力平面（帶正電 屬層）」。電力平面（power plane)中之孔 各孔之間的薄金屬片產生高阻抗。此阻抗有 體效率，且會減少一些加熱器相對於其他加 衝。 圖4是晶圓、C Μ Ο S驅動電路5 6、和加 意圖。每一列印頭積體電路的驅動電路56 圖案。每一單 呈鏡相且平移 於一顏料通道 >.2 5 X。在所示 3 2 0 〇 d p i 的解 尺寸。因此， 10月11曰申 | MNN 001US 三 1 6 0 0 d p i 作 下文會進一步 尺寸，相同於 號參考案（我 。然而，因爲 (負接點）數 壓的CMOS金 的高密度，在 損列印頭的整 熱器的驅動脈 熱器的剖面示 被製造在晶圓 -28- 200904641 基板48上呈數個金屬層40、42、44、45，介電材 43、47將該等金屬層分離，導孔46穿過各層以建 求的層間連接。驅動電路5 6具有供每一致動器3 0 動FET (場效電晶體）58，FET 58的源極54連接 平面40 (連接至電源供應器之位置電壓（positi〇n )的金屬層），且汲極52連接至接地平面42 (在 或接地的金屬層）。此外，電極3 4、3 6或各致動暑 每一者連接至接地平面42和電力平面40。 電力平面40通常是最上面的金屬層，且接地5 是在電力平面下面的第一層（被介電層41分離） 器30、墨水腔室28、噴嘴2被製造在電力平面金j 的頂部。蝕刻穿過此層形成孔46，所以負電極34 至接地平面，墨水流道1 4可從晶圓基板48的背部 墨水腔室28。因爲噴嘴密度增加，所以這些孔或穿 平面之穿孔（punctuation)的密度也增加。因爲穿 平面之穿孔的較大密度，所以穿孔之間的間隙變小 過這些間隙之金屬層薄橋’是相對高電阻的點。因 平面連接至沿著列印頭積體電路一側的供應器，所 列印頭積體電路非供應器側上之致動器的電流’可 通過一連串的這些阻抗間隙。至非供應器側致動器 的寄生電阻，會影響其驅動電流和極度地影響這些 液滴噴射特性。 列印頭使用數種對策來解決此問題。首先’相 致動器具有相反的電流流動方向，亦即，其中一列 料41、 立所要 用的驅 至電力 voltage 0電壓 晉30的 P面42 。致動 屬層40 可連接 延伸至 過電力 過電力 了。穿 爲電力 以流至 能必須 所增加 噴嘴的 鄰列的 的電極 -29- 200904641 極性在相鄰列做改變。爲了列印頭此方面的目的，與供給 通道6相鄰的兩列噴嘴，應認爲是如圖5A所示單一列， 而不是如先前圖式所示地交錯。兩列A、B沿著列印頭積 體電路的長度縱向地延伸。全部的負電極3 4沿著二相鄰 列A、B的外側邊緣。從一側（稱爲邊緣6 2 )供給電力， 且電流在流經兩列中的加熱器元件3 0之前’電流只通過 一排薄的阻抗性金屬區段64。因此，在列A中的電流流 動方向和在列B中的電流流動方向相反。 對應的電路圖例示此組態的好處。因爲列A之各負電 極3 4間的薄區段的阻抗R a，所以電源供應器V +電壓下 降。然而，全部加熱器3 0的正電極3 6相對於接地係在相 同的電壓（VA = VB )。電壓在橫越二列A、B的全部加熱 器30 (分別爲阻抗Rha、Rhb )時下降。列A、B的電路 中刪除了列B之各負電極3 4間的薄橋部6 6的阻抗Rb。 圖5 B顯示如果二相鄰列之電極極性不是相反的情況 。在此情況中’列B的整排阻抗性區段66呈現在電路中 。供應器電壓V +經過阻抗Ra後下降至VA-…列A之正電 極3 6的電壓。從該處經過列A加熱器的阻抗Rh a後’電 壓下降至接地。然而，電壓V a經過列B負電極3 4之間薄 區段66的阻抗Rb，在列B正電極36的電壓從VA降至 VB。因此，經過列B加熱器3 0的電壓下降是小於列A的 電壓下降。此會改變驅動脈衝，且因此改變液滴噴射特性 〇 用於維持電力平面之整合性的第二個對策是將每列中 -30- 200904641 的相鄰電極對（pair )相交錯。參考圖6，現在各負電極 3 4相交錯’所以每—第二電極橫向地位移至列。相鄰列的 加熱器接點34和36同樣地相錯開。此用於使貫穿電力平 面40之各孔間的間隙64、66更寬。較寬的間隙具有較少 的電阻抗：’且遠離列印頭積體電路隻電源供應器側的加熱 器的電壓下降較小。圖7顯示電力平面40的較大區段。 在交錯列4 1、44中的電極3 4對應於供給通道6所饋給之 顏料通道。交錯列42、43關於兩側中任一側上之顏料通 道的一半噴嘴---由供給通道1 〇所饋給的顏料和由供給通 道1 2所饋給顏料通道。應瞭解的是五顏料通道列印頭積 體電路具有九列負電極，其能誘發離電源供應器側最遠之 噴嘴中的加熱器的電阻。各負電極之間的間隙變寬，大幅 減少該等件系所產生的阻抗。此促進整個噴嘴陣列之液滴 噴射特性更均勻。 有效率的製造 上述的特性增加了晶圓上噴嘴的密度。每一個別積體 電路約22毫米長、小於3毫米寬、且能支撐超過loooo 個噴嘴。此代表了申請人之1 600 dpi列印頭積體電路（見 2005年10月11日申請之USSN 11/2 46687號案（我們的 檔案MNN 001US)的例子）中噴嘴的數目大幅地增加。 事實上，製造成如圖12所示尺寸之3200 dpi列印頭噴嘴 陣列，具有1 2 8 0 0個噴嘴。 因爲整個噴嘴陣列都位在用於將罩幕（光罩）曝光之 -31 - 200904641 微影步進機（stepper)或掃描器的曝光範圍內’所以追麼 多（多於10000個）噴嘴的微影製造有效率。圖14示意 地顯示光微影步進機。光源1 〇2發射特殊波長的平行射線 1〇4穿過罩幕106，該罩幕具有待傳輸至積體電路92的圖 案。圖案被聚焦穿過用於縮小特徵的透鏡108 ’並被投射 至承載積體電路（或所謂的「晶粒」）92的晶圓工作台 1 1 0上。被光1 04照射之晶圓工作台1 1 〇的區域稱爲曝光 區1 1 2。不幸的是曝光區Π 2的尺寸受到限制’以維持投 射圖案的準確度-…整個晶圓盤不能同時被曝光。絕大部分 的微影步進機具有小於30毫米X30毫米的曝光區。一個主 要的製造者（荷蘭的AS ML)所製造的步進機具有22毫米 X22毫米的曝光區，其爲業界的典型。 步進機曝光一個晶粒或晶粒的一部分，然後步進至另 一個晶粒或同一晶粒的另一部分。在單一片基板上具有儘 可能多的噴嘴，有利於袖珍的列印頭設計，且有利於支撐 件上各積體電路的組合體以彼此精確的關係最小化。本發 明建構的噴嘴陣列，使超過10000噴嘴位在曝光區內。事 實上，整個積體電路可位在曝光區內，所以單一片基板可 設有超過1 4000個噴嘴，而不必就每一圖案步進和再對準 〇 一般的工作者會瞭解，上述技術可應用於以光微影掃 描器製造噴嘴陣列。圖15A至15C示意掃描器的作業。在 掃描器中’光源102發射光104的較狹窄射束’其寬度仍 足以照射罩幕106的整個寬度。狹窄射束104被聚焦穿過 -32- 200904641 較小的透鏡1〇8，且被投射至安裝再曝光區112內 電路92的一部份。罩幕106和晶圓工作台1 10在 向彼此相對運動’所以罩幕的圖案被掃描通過整個 112° 顯然地，此類型的光成像裝置也適於有效率地 有大數目噴嘴的列印頭積體電路。 平坦外部噴嘴表面 如上所述，依據2005年10月11日申請之 1 1 /246687 (我們的檔案 MNN 001US)號交互參考 之步驟製造列印頭積體電路。只有改變曝光罩幕圖 提供不同的腔室和加熱器組態。如2 005年10月1 請之 USSN 1 1 /24668 7 (我們的檔案 MNN 001US) 所描述者，頂部層和腔室壁是整合的構造合適頂 材料的單一電漿提升化學蒸鍍沉積（PECVD )。合 部材料可爲氮化矽、氧化矽、氧氮化矽、氮化鋁等 和壁被沉積在犧牲光阻劑之台架（scaffold )層上 CMOS之鈍化層上形成整合的構造。 圖8顯示蝕刻進入犧牲層72內的圖案。該圖 室壁3 2和柱狀構造6 8 (下文討論）組成’其全部 厚度。在所示的實施例中，壁和柱的厚度是4微米 構造是相對地薄，所以當所沉積的頂部和壁材料冷 頂部層7 0的內表面中幾乎沒有凹陷（如果有的話 刻圖案中的厚構造，將保持相對大體積的頂部/壁； 之積體 相反方 曝光區 製造具 USSN 案所列 案，以 1曰申 號案中 部和壁 適的頂 。頂部 ，以在 案由腔 具均勻 。這些 卻時， )。蝕 讨料。 -33- 200904641 當材料冷卻和收縮時，外表面向內拉，以產生凹陷 這些凹陷使得外表面不平坦，其不利於列印頭 。如果擦拭或抹掉列印頭，紙塵和其他污物會留在 。如圖9所示，頂部層72的外表面是平坦且無特 除了噴嘴2以外。藉由擦拭或抹掉，更容易移除灰 乾燥的墨水。 再塡注墨水流 參考圖10，除了在陣列的縱長向末端的入口供 的噴嘴以外，每一墨水入口供給四個噴嘴。在起始 期間和在氣泡阻塞的情況，隨機的噴嘴入口 1 4是 〇 如流動線7 4所示，至遠離入口 14之腔室2 8 注流比至緊鄰供給通道6之腔室28的再塡注流更 了均勻液滴噴射特徵，希望陣列中每一噴嘴有相同 再塡注時間。 如圖11所示，鄰近腔室的入口 76和遠離腔室 7 8設計成不同尺寸。同樣地’柱狀構造6 8的位置 對鄰近噴嘴入口 76和遙遠噴嘴入口 78提供不同水 動限制。入口的尺寸和柱的位置可調整流體阻力（ ，所以陣列中全部噴嘴的再塡注時間是均勻的。也 柱的位置，以阻尼腔室2 8內蒸汽泡泡所產生的壓 。運動經過入口的阻尼脈衝’防止各噴嘴之間的流 (cross talk)。再者’在柱68和入口 76、78之側 的維護 凹陷內 徵的， 塵和已 給較少 的注給 有利的 的再塡 長。爲 的墨水 的入口 設計成 準的流 drag ) 可設計 力脈衝 體串擾 面間的 -34- 200904641 間隙8 0、8 2，可做爲墨水再塡注流中所含之較大氣泡 效氣泡陷阱或捕捉器（trap )。 延長的噴嘴壽命 圖12顯示噴嘴陣列中一顏料通道的剖面，其 3 200 dpi解析度所需的尺寸。應瞭解的是，「真實」 dpi是非常高的解析度比照相品質還好。此解析度 許多列印工作。通常1 6 0 0 d p i解析度比較適當。有鑑 ’藉由共享二相鄰噴嘴之間的列印資料，列印頭積體 犧牲了解析度。以此方式，通常送至1 6 0 0 dp i列印頭 個噴嘴的列印資料，被取代性地送至3 2 0 0 dp i列印頭 鄰的噴嘴。此模式的操作使噴嘴的壽命延長二倍以上 允許印表機以非常高的列印速率作業。在3200 dpi模 ，印表機以60 ppm (全彩A4)列印，且在1600 dpi 中，速率趨近1 20 ppm。 1 60 0 dpi模式的附加利益是：能使用具有列印引 制器（PEC )和撓性印刷電路板之此列印頭積體電路 僅能建構於1600 dpi解析度。 如圖12所示，噴嘴83和噴嘴84橫向地偏移 7-93 75微米。兩噴嘴以絕對關係進一步隔開，但是在 給方向的位移可說明噴嘴啓動（firing )順序的時間 timing )。因爲相鄰噴嘴之間8微米的橫向移位是小 所以爲了呈現的目的，可以忽略該移位。但是，藉由 頻振動（dither )最佳化（如果希望的話），可解決 的有 具有 3 200 超越 於此 電路 中一 中相 ，且 式中 模式 擎控 ，其 只有 紙饋 點（ 的， 使高 該移 -35- 200904641 位。 氣泡、腔室、和噴嘴匹配 圖1 3是噴嘴陣列的放大視圖。噴射孔和腔室壁兩者 皆爲橢圓形。將長軸配置成平行於媒介饋給方向’可允許 在饋給方向之橫向中高的噴嘴節距，同時維持需要的腔室 容積。再者，配置腔室的短軸使該等短軸在橫方向重疊’ 此也改善了噴嘴包裝密度。 加熱器30是在其個別電極34和36之間延伸的懸臂 樑。長形樑加熱器元件產生氣泡，其大致呈橢圓形（在平 行於晶圓平面的剖面）。匹配氣泡90、腔室28、和噴射 孔2，可促進能量效率液滴噴射。對「自我冷卻」列印頭 而言，低能量液滴噴射是重要的。 結論 顯示在圖中的列印頭積體電路，提供「真實」3200 dpi解析度、和比1 600 dpi列印速率還高很多之列印速率 的選擇。分享較低解析度的列印資料延長噴嘴壽命，且提 供現存1 600 dpi列印引擎控制器和撓性印刷電路板的相容 性。均勻厚度的腔室壁圖案有平坦的外部噴嘴表面，其較 無阻塞的傾向。此外，致動器接觸組態和長形噴嘴構造， 提供媒介饋給方向之橫方向上的高噴嘴節距，同時保持平 行於媒介饋給方向的薄噴嘴陣列。 所述的特定實施例在各方面只做例示用，且絕無限制 -36- 200904641 寬廣發明槪念之精神和範圍之意。 【圖式簡單說明】 圖1 A是連結列印頭積體電路構造的示意圖； 圖1 B本發明列印頭積體電路上噴嘴陣列的局部平面 視圖； 圖2是噴嘴陣列的單位晶胞； 圖3顯示組成噴嘴陣列之單位晶胞的複製圖案； 圖4是穿過噴嘴之CMOS層和加熱器元件的示意剖面 圖； 圖5 A示意地顯示在相鄰致動器列具有相反電極性之 電極配置； 圖5 B示意地顯示在相鄰致動器列具有典型電極性之 電極配置； 圖6顯示圖1之列印頭積體電路的電極組態； 圖7顯示CMOS層之電力平面的剖面； 圖8顯示鈾刻進入頂/側壁層之犧牲台架層的圖案； 圖9顯示在鈾刻噴嘴孔以後之頂部的外表面： 圖1 〇顯示噴嘴的墨水供給流動： 圖11顯示不同列中至各腔室的不同入口； 圖1 2顯示用於一顏料通道的噴嘴間隔； 圖13顯示具有匹配橢圓形通道和噴射孔之噴嘴陣列 的放大視圖； 圖1 4是光微影步進機的示意圖；和 -37- 200904641 圖 1 5 A 3 【主要元件符 2 ：(噴 J 2 :噴嘴 6 (墨； 8 :媒介 1 〇 :上墨 1 2 :下墨 1 4 :墨水 14:墨水 1 4 :噴嘴 1 6 :下噴 1 8 :上噴 20 :列 22 :列 24 :列 26 :列 28 :腔室 3 0 :加熱 3 0 :致動 32 :腔室 34 ：(負 3 6:(正 i 1 5 C示意地例示光微影步進機的的作業。 號說明】 时）孔（圖1B ) (圖4 ) K )供給通道 (紙）饋給方向 水供給通道 水供給通道 饋給管（圖1 B ) 流道（圖4 ) 入口（圖1 0 ) 嘴歹！I 嘴歹1J 器元件（圖2 ) 器（圖4 ) 壁 )電極（接點） )電極（接點） -38- 200904641 3 8 :單位封包 40:電力平面（金屬層） 41:介電層（材料）（圖4) 4 1 :列（圖7 ) 4 2 ·'接地平面（金屬層）（圖4 ) 42 :列（圖7 ) 4 3 :介電層（材料）（圖4 ) 43 ··歹lj (圖 7 ) 4 4 :金屬層（圖4 ) 44 :歹!J (圖 7 )

46 :(導）孑L 47 :介電層（材料） 4 8 :晶圓基板 5 2 :汲極 5 4 :源極 56’· （CMOS)驅動電路 5 8 :場效電晶體 62 :邊緣 64 :阻抗性金屬區段 6 4 :間隙（圖6 ) 66:橋部（圖5A) 66 :阻抗性區段（圖5B ) 6 6 :間隙（圖6 ) 68 :柱（狀構造） -39- 200904641 7 0 :頂部層 72 :犧牲層 74 :流動線 76 :入口 78 :入口 8 0 :間隙 82 :間隙 8 3 :噴嘴 8 4 :噴嘴 9 0 ··氣泡 92 :列印頭積體電路 94 :支撐構件 9 6 :彎曲側 9 8 :結合墊 1〇〇 :頁寬列印頭 102 :光源 104 :光（射線） 1 06 :罩幕 1 0 8 :透鏡 1 1 0 :晶圓工作台 1 1 2 :曝光區 -40

Claims (1)

1. 200904641 十、申請專利範圍 1 · 一種噴墨列印頭，包含： 一陣列的噴嘴，用於當列印媒介在相對於該列印頭的 列印方向中運動時，將列印流體的液滴噴射至該列印媒介 上；其中 在該陣列中的該等噴嘴，在該列印方向的垂直方向中 ，彼此相隔開達小於1 0微米。 2. 如申請專利範圍第1項所述噴墨列印頭，其中， 在該列印方向的垂直方向中，彼此相隔開達小於〗〇微米 之該陣列中的該等噴嘴，在該列印方向中也彼此相隔開達 小於1 5 0微米。 3. 如申請專利範圍第1項所述噴墨列印頭，其中該 陣列每平方毫米具有超過7 00個該等噴嘴。 4. 如申請專利範圍第1項所述噴墨列印頭，其中該 陣列的噴嘴被支撐在複數單片晶圓基板上，每一單片晶圓 基板支撐超過10000個該等噴嘴。 5. 如申請專利範圍第4項所述噴墨列印頭，其中每 一單片晶圚基板支撐超過12000個該等噴嘴。 6. 如申請專利範圍第4項所述噴墨列印頭，其中該 複數單片晶圓基板被端對端地安裝，以形成供安裝在印表 機內的頁寬列印頭，建構該印表機以在媒介饋給方向饋給 媒介通過該列印頭；該列印頭具有超過100000個該等噴 嘴，且該列印頭在該媒介饋給方向的橫方向中延伸200毫 米至3 3 0毫米間。 -41 - 200904641 7. 如申請專利範圍第6項所述噴墨列印頭’其中該 陣列具有超過1 40000個該等噴嘴。 8. 如申請專利範圍第1項所述噴墨列印頭’更包含 複數致動器分別供該等噴嘴的每一者之用’該等致動器配 置在相鄰列內，每一致動器具有在該等列的橫方向彼此相 隔開的電極，用於連接至個別驅動電晶體和一電源供應器 :其中 在相鄰列中之該等致動器的該等電極具有相反的極性 ，所以在相鄰列中之該等致動器具有相反的電流流動方向 〇 9. 如申請專利範圍第8項所述噴墨列印頭’其中在 每一列中之該等電極從其相鄰的致動器往該列之橫方向偏 移，所以每個第二致動器的該等電極共線。 10. 如申請專利範圍第8項所述噴墨列印頭，其中該 等小液滴噴射器被製造在一長形晶圓基板上，該長形晶圓 基板平行於該等致動器之該等列而延伸，且沿著該晶圓基 板的長邊緣供給電力和資料。 11. 如申請專利範圍第6項所述噴墨列印頭，其中該 更包含： 一列印引擎控制器（PEC )，用於將列印資料送至該 陣列的噴嘴；其中 在使用期間’藉由將列印資料分配給該陣列之至少二 噴嘴之間的單一噴嘴，該列印引擎控制器可選擇性地降低 該列印解析度。 -42- 200904641 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項所述噴墨列印頭，其中 設置該二噴嘴在該陣列中的位置，使得該二噴嘴在該列印 頭相對於列印媒介基材之運動的橫方向中是最接近的鄰居 〇 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述噴墨列印頭，其中 該列印引擎控制器平等地分享該列印資料給該陣列中的該 二噴嘴。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項所述噴墨列印頭，其中 該二噴嘴中心相隔開小於4 0微米。 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項所述噴墨列印頭，其中 該列印頭是頁寬列印頭，且該二噴嘴中心在該媒介饋給方 向的橫方向中相隔開小於1 6微米。 16. 如申請專利範圍第1 3項所述噴墨列印頭’其中 該等相鄰噴嘴中心在該媒介饋給方向的橫方向中相隔開小 於8微米。 17. 如申請專利範圍第1 1項所述噴墨列印頭’其中 該列印頭在該媒介饋給方向的橫方向中，具有的噴嘴節距 是每吋多於1 600個噴嘴（npi)。 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項所述噴墨列印頭’其中 該噴嘴節距大於3 000 npi。 -43-