TWI330594B - Heater chip for inkjet printhead and method of operating the same and inkjet printhead - Google Patents

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Description

玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於嘴墨列印頭。 加熱器晶片’這是由於縮小 器之積分電壓調整器所驅動 【先前技術】 特別關於一種具有縮小尺度的 寬度的功率FETs由具調整電容 利用噴墨技術列印爭 影像的產生係藉由㈣ 蟄係相當知名的n — 賣"列印頭在精確時間射出墨點，這樣 Ϊ =要的位置撞擊-列印媒體。該列印頭係由諸= =表機裝置_可移動料m以及使其相對於一費 二進=p W任復移動，且依據微處理機或其它控制器指 ▽在坆樣時間射出墨點。該墨點射出時間對應於列印影像 像素的圖案。除印表機外’我們所熟悉結合噴墨技術的裝 置包括傳真機、全功能光學印表機及能指出名的_些输圖 機0 般而。，熱噴墨列印頭包括一彩色或單色墨水的局部 或逐端供給通路、一加熱晶片、一與該加熱器晶片連接的 噴嘴或泥孔板及一輸入/輸出連接器，諸如膠帶自動粘合 (TAB)電路，以便在使用期間將該加熱器晶片電氣連接至該 印表機。接著該印表機典型包括複數薄膜電阻器或藉由石夕 基板上的沉積、光罩及蝕刻技術製造的加熱器。 為印製或射出一單墨點，一個別電阻加熱器僅利用少量 琶/瓦疋址以迅速加熱一少量墨水。這使得該墨水在局部墨 水室（在該加熱器及噴嘴板間）中蒸發及透過其間噴由及朝
O:\90\9O468.DOC 1330594 向該列印媒體射出。 驅動單墨點列印的電路包括一個電場效應電晶體（FET) 源極及一與該電阻加熱器任一端連接的電壓源（通常係 + 10.8伏特）。控制邏輯電路送出邏輯信號至該FET的閘極， 及當該FET驅動時，該電阻加熱器加熱且墨水噴出。 當以+5伏特電壓自然供應該控制邏輯電路的電晶體邏輯 (TTL)裝置時，許多FET以該相同電壓驅動。然而，就現今 CMOS、ASICs而言，控制邏輯的標準電壓係+3.3伏特。這 樣，如果噴墨印表機的加熱器晶片以一電壓供給其CMOS 且以另一電壓驅動其FET，儘管仍以另一電壓提供其電阻加 熱器的電壓，至少三個電壓需要由該印表機傳輸至加熱器 晶片，及接著必須適當地佈局部（接線）在該晶片上。然而， 這將增加電路成本及複雜性。 因此，該噴墨列印頭技藝希望加熱器晶片具有最佳電壓 控制而不會增加晶片的支出。 【發明内容】 上述及其它問題可藉由應用與後文所說明具有縮小尺度 之喷墨列印頭加熱器晶片相關裝置及方法的原理及講授而 能變得明白。 在一實施例中，該加熱器晶片具有一積分電壓調整器， 其由一單晶片輸入電壓:導引出二輸出電壓：。二輸出電壓之 一供給控制邏輯電路，而另一個供給FET驅動器。較佳的 是，該輸入電壓包括+10.8伏特且輸出電壓包括供給該控制 邏輯電路的+3.3伏特及該FET驅動器的+7.5伏特線路。該
O:\90V9O468.DOC 1330594 五1'的'\^3約等於+7.5伏特，而此電壓致能一個約4〇〇微米的 FET區域寬度及約42微米（1/6〇〇英寸）的區域長度。該控制 電路的輸出提供輸入至FET驅動器。一噴墨電阻加熱器連接 於該FET汲極與該晶片輸入電壓之間。較佳fet驅動器包括 AND邏輯閘或具反相器的NAND邏輯閘。 在本發明另—内容中，電壓調整電容器位^該加熱器晶 片上與該所有或任一輸入電壓及各個輸出電壓平行。較佳 的電容器具有一閘氧化層及一覆蓋基板的聚矽層，及在閘 氧化層下方基板内可具有或不具一n型井摻雜區域。該電容 器正極連接至該聚♦層。該電容器負極連接至—電接地基 板0 包含孩加熱器晶片的列印頭及包含該業印頭的印表機也 將在此揭露。 本發明這些及其他實施例、内容、優點及特性將在後續 說明中陳述’及部份將由習於此技者經參考本發明下列說 明及其相關附圖而變得明白。本發明内容、優，占及特性能 利用申請㈣範圍附加項所特別指㈣儀器、程序及组合 實現及獲得。 【實施方式】 在下列較佳實施例的詳細說明中，參考部份形成的附圖 =利用圖示方式，本發明的特定實施例可H現。這些 實施例能充份加以說明以致使習於此技者實現本發明及由 此可瞭解其他的實施例可使㈣各種製程、電力、機械、 化學或其他變化’而不偏離本發明的範園。因此，該下列
〇A90\90468.DOC 1330594 變成約+7.5伏特一樣大。 參考下列圖表，習於此技者將注意到一個具有約+7.5伏 特Vgs之400微米寬的FET區域的電阻（RFET)等於先前技藝 具有約+5伏特Vgs之500微米寬FET的電阻。
Vgs(伏特） REFT(Q ) FET區域寬度 (微米） 3.3 7.0 500 5 ' 4.5 500 7.5 4.0 500 3.3 8.0 400 5 4.9 400 7.5 4.5 400 表：400及5 00微米寬FET區域及42微米FET區域長度在室
溫及320 mA額定電流的量測特性。
因此，參考圖4，因為一 FET寬d2能隨著Vgs的增加而減 少以及仍維持一個適合由電阻加熱器元件發射墨水的汲極 電流，該加熱器晶片的整個寬度d3能相對減少。這將節省 矽的成本。就矽節省所代表的意義而言，FET寬度具有上 述減少量的複數個加熱器晶片的實際晶圓生產率對應至每 晶圓晶模中由199至2 12約六個百分比的增加。 因為所示加熱器晶片包含一單通孔32，該FETs左右列各 由500微米縮減至400微米，該加熱器晶片距離d3能對應縮 小約200微米。甚至，如果加熱器具有多通孔及功率FETs 多個左列及/或右列，該加熱器晶片寬度能縮小更多距離。 仍如透過先前技藝改良的其它證明，因為加熱器晶片的 輸入端現在僅需要一輸入電壓，該TAB電路20能相對減少 導體及/或I/O連接器尺寸及該印表機僅提供輸入電壓單一 O:\90\90468.DOC -13· 1330594 距離。 關於僅鄰FETs之間的距離dl，此值較佳對應電阻加熱器 元件間垂直節距的距離。因而，因為節距典型對應每英寸 點（DPI)中印表機的解析度’本發明將計劃具有1/3〇〇、 1/600、1/1200、1/2400英寸或其它的距離。 參考圖5，積分或晶載電壓調整器3 3 0的實施例包括三個 次電路’特別是一電壓參考電路5〇〇及第一與第二調整器電 路510、520，其係由一輸入電壓（+1〇·8伏特，如下列範例） 導引第一與第二輸出電壓（ + 3.3及7·5伏特）。 通常’該電壓參考電路500包含一個由一對串聯電阻器 R6、R7組成的分壓器。該二電阻器的比值的選擇可在其間 的節點1達成一所想要的參考電壓。在一較佳實施例中，以 係一 150 K歐姆的電阻器、R7係一 66 κ歐姆的電阻器及因為 該輸入電壓約10.8伏特，一約3·3伏特的參考電壓可得到。 此外，一電容器C3可用以辅助穩定電壓。一較佳的C3值係 200 pF ° 關於調整器電路5 10,其包含一運算放大器512，而以其 反相輸入（-)連接至該參考電壓節。該非反相輸入卜)連 接至一p型金屬氧化部半導體電晶體514的汲極。於使用期 間，該P型金屬氧化部半導體電晶體動作如同—個位於節點 33m入電壓及節點333輸出電壓間的通路裝置。藉定 該回授電阻器R2至某個稍大的值〇〇〇 κ歐姆，如一實施 例），以及在該運算放大器非反相端輸入㈠及節點阳間的 路徑不具電阻，該運算放大器4可結構成—單—增益。因
O:\9O\90468.DOC 1330594 15%，及聚矽層約4500埃+/-約10%。 習於此技者將瞭解圖7A及7B中所述構造，揭示基板結果 已經透過一系列成長、沉積、光罩、微影及/或蝕刻或其它 處理步驟處理。因而，較佳沉積技術包括，但不限定，任 何種類的化學氣相沉積（CVD)、物理氣相沉積（PVD)、晶膜 術、蒸發、濺射或其習知技術。較佳CVD技術包括低壓 (LP)，但也能包括大氣壓（AP)、電漿加強（PE)、高密度電漿 (HDP)或其它。較佳触刻技術包括，但不限予，任何種類濕 或乾蚀刻、反應離子蚀刻、深度反應離子蝕刻等等。較佳 微影步驟包括，但不限予，曝露至紫外光或X射線光源，或 其它，及光遮罩包括光遮罩島及/或光遮罩孔。該特別實施 例，島或孔依據是否遮罩結構係一明領域或暗領域光罩， 如同習知技藝的名詞。 在一較佳實施例中，該基板700包括一p型100方位的矽晶 圓，晶圓具有一 5-20歐姆/公分的電阻性。其開始厚度較佳 為 525+/-20微米]\41.5-89、625+/-20微米]\41.7-89或 625+/-15 微米Ml.13-90任何之一，以及各別晶圓直徑為100+/-0.50 毫米、125+/-0.50 毫米及 150+/-0.50毫米。 最後，該前述係為本發明各種内容圖示及說明目的提 出。然而，該說明將不會徹底或將本發明限制於所揭露的 精確形式。例如，該電壓調整器的輸入及輸出電壓除所說 明的10、10.8、3.3及7.5伏特值以外的任何值。該開關除一 電晶體或一電晶體諸如npn ' pnp、雙載子電晶體、η通道、 Ρ通道或雙通道JFET、MOSFET、IGFET或其它除所示僅有 O:\90\90468.DOC -16- 1330594 的功率FETs以外的開關。該加熱器晶片的輸入端能包含電 線、接頭或其它除所示焊墊以外的物件。該驅動器能包含 一具有反相器或其它相反於所示AND 3 50的邏輯NAND。該 噴墨列表頭10除一上吹射器外能包含一侧吹射器。該電阻 加熱器能包含壓電或其它轉換器。因此，該上述的實施例 可選擇提供本發明原理的最佳圖式及其實際應用，藉此能 使習於此技者在各種實施例中使用本發明，以及各種修正 能適合所計劃的特別用途。當依據公平、合法及公正命名 寬度加以解釋時，所有這樣修正及變化均符合本發明申請 專利附加項所決定的範圍。 【圖式簡單說明】 圖1係一如本發明熱噴墨列印頭講授的透視圖； 圖2係一如本發明熱噴墨印表機講授的透視圖； 圖3係一如本發明電路致能喷墨列印頭加熱器晶片中縮 小尺度功率FET講授的概圖； 圖4係一如本發明電路具有窄尺度功率FET之縮小尺度加 熱器晶片部份講授的概圖， 圖5係一如本發明積分電壓調整器講授的概圖； 圖6係一如本發明具有複數個電壓調整電容器加熱器晶 片講授的概圖， 圖7A係一如本發明個別電壓調整電容器第一實施例講授 的概圖； 圖7B係一如本發明個別電壓調整電容器第二實施例講授 的概圖。 O:\90\9O468.DOC •17- 1330594 rl VI、V2
Yin 額外電阻 輸出電壓 輸入電壓 O:\90\9O468.DOC -20-

Claims (1)

  1. .----- 知月了日修(¾正替換頁 133〇59令092137139號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(99年3月） 拾、申請專利範圍： 1. 一種喷墨列印頭加熱器晶片，包含： 一輸入端，用於接收一輸入電壓； 一電壓調整器，其耦合至該輸入電壓，及具有—第— 與第二輸出電壓線，而有電壓位於其上，於使用期間可 導引自該輸入電壓； 一驅動器，其耦合至該第一與第二輸出電壓線之—， 用於接收供應電壓； 一控制邏輯電路，其耦合至該驅動器及該第一與第二 輸出電壓線的另一線，用於接收供應電壓； 一電晶體’其耦合至該驅動器；及 一電阻加熱器元件，其耦合至該電晶體及該輸出端， 用於接收來自該輪入電壓的供應電壓。
    如申明專利範圍第1項的加熱器晶片，其中於使用期間該 第一與第二輸出電壓線之一係約3.3伏特，而該第一與第 一輸出電壓線的另一線係約7 5伏特。 如申凊專利範圍第丨項的加熱器晶片，其中於使用期間該 輸入電壓係約10.8伏特。 如申凊專利範圍第丨項的加熱器晶片其中該輸入端係一 焊塑*。 5 ·如申印專利範圍第丨項的加熱器晶片，其中該電晶體區域 寬度係約400微米。 6. —種噴墨列印頭的加熱器晶片包含· 一電壓調整器’其具有一輸入電壓及一由該輸入電壓 90468-990305.doc ‘弓丨的第一與第二輸出電壓 卜J月f日修(龛)正替換 一控制邏輯電路， 入’該控制邏輯電路 接收供應電壓； 具有一輪出連接至該驅動器的該輸 由該第一與第二輸出電壓的另一線 源極及一沒極，該閘極 —電晶體，其具有一閘極、 麵合至該驅動器的該輸出；及 電阻加熱器元件’其搞合至該沒極且當該電晶體致 了可用以加熱’該電阻加熱器元件由該輸入電壓接收 供應電壓。 7·如申請專利範圍第6項的加埶罘曰η甘+ # & 叫术町刀0热态晶片，其中該電晶體具有 一約400微米的區域寬度。 8· 一種噴墨列印頭的加熱器晶片，包含： 焊塾，用於接收一約1 0 8伏特的輸入電壓； 電壓調整器，其電氣連接至該具有一第一與第二輸 出電壓線的谭墊，而有第一與第二電壓位於其I，=使 用J間可^引自该輸入電壓，該第一輸出電壓係約3.3伏 特及該第二輸出電壓係約7.5伏特； 複數個驅動器，各具有複數個輸入及一輸出，該複數 個驅動器接收來自該第二輸出電壓線的供應電壓； 一控制邏輯電路’其複數個輸出與該各驅動器該複數 個輸入耦合，該控制邏輯電路接收來自該第一輸出電壓 線的供應電壓； 90468-990305.doc 曰修(¼)正替換頁 閘 該 複數個電晶體’各具有一約侧微米的區域寬度及— 極、一源極及—汲極，各該閘極耦合至該各驅動器的 輸出；及 複數個電阻加熱器晶片元件，各輕合於該沒極及該輪 入端之間。 9. 一種噴墨列印頭的加熱器晶片，包含： 一電壓調整器’其具有至少二輸出電壓線； -驅動器’其經耦合可接收來自該輸出電壓線之—的 供應電壓；及 - FET’具有—閘極耗合至該驅動器，該而具有一約 400微米的區域寬度。 认如申請專利範圍第9項的加熱器晶片，其中該fet由該驅 動器接收-輸出信號’使得該FET的Vgs係約75伏特。 U·如申請專利範圍第9項的加熱器晶片，進-步包括一與該 電麼調整器耦合的輸入電壓。 12.如申請專利範圍第_的加熱器晶片，進—步包括一電 加，一7L件，其進而輕合至該FET沒極及該輸入電壓 線。 13. —種喷墨列印頭的加熱器晶片包含： 一輸入電壓線； 該電壓調整 一電壓調整器，其耦合至該輸入電壓線 器具有至少二輸出電壓線； 一驅動器 供應電壓； ,、.二耦σ可接收來自該輸出電壓線之一的 90468-990305.doc 辦vi月Jl)修(¾)正替換頁 一開關’其耦合至該驅動器；及 一 一電阻加熱器元件，其耦合至該開關及該輸入電壓線。 ί4.如申請專利範圍第13項的加熱器晶片，進一步包括一邏 輯控制電路’其可耦合至該驅動器及該輸出電壓線的另 一線’用於接收供應電壓。 15·如申請專利範圍第13項的加熱器晶片，具有複數個電容 器’其與各該至少二輸出電壓線並聯。 16. —種喷墨列印頭，包含： 一墨水供應器； 複數個I/O連接器； 一加熱器晶片，電氣連接至該複數個1/〇連接器，該加 熱益晶片具有 電壓δ周整益’其柄合至該複數個I/O連接器之一， 用於接收一輸入電壓且其具有一第一與第二輸出電壓 線； 一驅動器，其經耦合可接收來自該第一與第二輸出 電壓線之一的供應電壓； -控制邏輯電路，其耦合至該驅動g，該控制邏輯 電路經耦合可接收來自該第一與第二輸出電壓線另一線 的供應電壓； 一開關’其耦合至該驅動器；及 -電阻加熱H元件，其耗合至該開關及該複數個1/〇 連接器二者，當該開關致動時可由該墨水供應器喷出墨 水。 90468-990305.doc • 4- 1330594 17·如_ 6月專利範圍第㈣的喷墨列印頭，其中該加熱器晶 片進一步包括與該複數個1/〇連接器耦合的複數個焊墊。 18.如申請專利範圍第_的喷墨列印頭，進一步包括，· 電路用於支撐該I/O連接器。 19·種贺墨印表機，包含如申請專利範圍第16項 印頭。 J 2〇·如申凊專利範圍第19項的喷墨印表機其中僅一電麼源 耦合至該複數個I/O連接器。 、 21· —種操作喷墨列印頭的加熱器晶片之方法，包含： 供應一輸入電壓至一電壓調整器； 由X輸入電壓導引至少一第一與第二輸出電遷，該導 引係由該電壓調整器完成； 供應該第—與第二輸出電壓之一至一驅動器； 精由6玄驅動器的輸出致動一與該驅動器搞合的開 及 輸入电壓至—與該開關輸出輕合的電阻加熱器 元件。 ' ° 22·如中明專利範圍第21項的方法，進—步包含供應該第— 與第一輸出電壓的另一個以控制一輸出與該驅動器轉合 的控制邏輯電路。 23·如申請專利範圍第21項的方法，#中該開關係、-FET及其 中該致動3玄開關進一步包括供應該驅動器的該輸出，使 得該FET的Vgs係約75伏特。 24.如申請專利範圍第21項的方法其中該導引該至少第一與 90468-990305.doc 1330594 ^_ .辦抑办修(¾正替換頁 第二都出電壓進一步包括產生一約3 3伏特的第一電壓及 ‘ 一約3.3伏特的第二電壓。 Ϊ5.如申凊專利範圍第21項的方法，其中該供應該輸入電壓進 一步包括供應一來自該噴墨印表機約1〇8伏特的電壓。 26. —種操作喷墨列印頭的加熱器晶片之方法，包含： 供應一輸入電壓至—電壓調整器； 由該輸入電壓導引至少一第一與第二輸出電壓，該導 引係由該電壓調整器完成； ® 供應該第一與第二輸出電壓之一至一驅動器； 供應該第一與第二輸出電壓的另一個至一具有耦合至 5亥驅動咨一輸入之一輸出的控制邏輯電路； 藉由該驅動器的輸出，致動一與該驅動器耦合的開關； . 供應該輸入電壓至一與該開關輸出耦合的電阻加熱界 元件； 加熱該電阻加熱器元件；及 ^ 由該列印頭噴出墨水。 27. —種喷墨列印頭加熱器晶片，包含； 一輸入電壓線； 一電壓調整器，具有一第一與第二輸出電壓線；及 至少一電容器’與該輸入電壓線及該第一與第二輪出 電壓線並聯，該至少一電容器包括 一基板； 一閘氧化層，其位於該基板；及 一聚矽層，其位於該閘氧化層。 90468-990305.doc -6 - 1330594 --- 沒年J月广日修(¾)正替換頁 28. 如申請專利範圍第27項的加熱器晶片，其中該基板具有 一 η型摻雜井位於該閘氧化層下方。 29. 如申請專利範圍第28項的加熱器晶片，其中該摻雜物係 鱗及钟之一。 90468-990305.doc
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