TWI380909B - 具有高液滴噴射器密度的列印頭積體電路 - Google Patents

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Description

具有高液滴噴射器密度的列印頭積體電路
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。
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。
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。
藉由使在相鄰列之電極的極性相反，可將CMOS之電力平面內的穿孔保持在相鄰列的外側邊緣。此將各穿孔之間的一排狹窄阻抗性橋部，移動至電流不流過橋部的位置。此從致動器驅動電路消除橋部的阻抗。藉由減少遠離列印頭積體電路之電力供給側的致動器的阻抗性損失，可使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。在另一較佳的形式中，該偏移小於40微米。在特別佳的形式中，該偏移小於30微米。較佳地，該陣列噴嘴被製造在長形晶圓基板上，該晶圓基板平行於該陣列的該等列而延伸，且該驅動電路是在該晶圓基板之一表面上的CMOS層，沿著該晶圓基板的長邊緣供給電力和資料給該等CMOS層。在另一較佳的形式中，該CMOS層具有形成電力平面的頂部金屬層，其帶有正電壓，所以具有負電壓的該等電極連接至形成在該電力平面內之孔中的導孔。在又一較佳的形式中，該CMOS層具有供底部金屬層內每一致動器用的驅動場效電晶體(FET)。較佳地，該CMOS層具有厚度小於0.3微米的金屬層。
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。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50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。
本發明認知到一些列印工作不需要列印頭的最好解析度－－－較低的解析度完全適合於待列印文件的目的。此情況在列印頭具有非常高解析度(例如大於1200 dpi)時是特別地真實。藉由選擇較低的解析度，列印引擎控制器(PEC)可將具有較少噴嘴之列印頭中二或更多個橫向相鄰(但不需接觸)的噴嘴當作單一虛擬噴嘴。然後該等相鄰噴嘴共享列印資料－－－虛擬噴嘴所要求的點(dots)被每一實際的噴嘴輪流列印。此用於延長所有噴嘴的作業壽命。
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該基材之運動的橫方向中是最接近的鄰居。較佳地，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。在另一較佳形式中，該二噴嘴中心相隔開小於20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16微米。在特定的實施例中，該二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。在特殊實施例中，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1600個噴嘴(npi)。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，該列印頭被建構用於列印A4尺寸媒介，且該列印頭具有多於100000個噴嘴。
在一些實施例中當以較低的列印解析度列印時，該印表機以較高的列印速率作業。較佳地，該較高的列印速率是每分鐘多於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填注列印流體，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，使其再填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填注流率。
本發明建構的噴嘴使得一側的墨水供給通道填注數列。因為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。但是因為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填注時間。
較佳地，建構在該等相鄰列其中一列內之該等噴嘴入口，使其再填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填注流率，所以陣列中所有噴嘴的腔室再填注時間大致均勻。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50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。
為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。
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，該偏移約為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1600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10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10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150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，每一單片晶圓基板支撐超過10000個該等噴嘴。在另一較佳形式中，每一單片晶圓基板支撐超過12000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330毫米。在一些實施例中，該陣列具有超過140000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16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1600個噴嘴(npi)。在另一較佳的形式中，該噴嘴節距大於3000npi。
因此，本發明提供一種用於噴墨列印頭的列印頭積體電路，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，用於將列印流體的液滴噴射至列印媒介上，每一液滴噴射器具有噴嘴和致動器，該致動器用於將列印流體的液滴噴射經過該噴嘴；其中該陣列具有超過10000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，所以噴嘴陣列具有高的噴嘴節距，且該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，該陣列具有超過12000個該等小液滴噴射器。在另一較佳的形式中，該列印媒介在相對於該列印頭的列印方向中運動；且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10微米。在特別佳的形式中，在該列印方向的垂直方向中，彼此相隔開達小於10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40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相隔開小於16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。
在一些實施例中，該噴墨列印頭包含複數列印頭積體電路，其被端對端地安裝，以形成供印表機用的頁寬列印頭，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330毫米。在另一較佳的形式中，該陣列具有超過140000個該等噴嘴。
較佳地，該陣列的小液滴噴射器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，本發明提供一種用於噴墨列印頭的列印頭積體電路，該列印頭積體電路包含：一平面陣列的小液滴噴射器，每一小液滴噴射器具有資料分布電路、驅動電晶體、列印流體入口、致動器、腔室和噴嘴；建構腔室用以將列印流體保持在鄰近該噴嘴，所以在使用期間，該驅動電晶體驅動該致動器，以將該列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個該等小液滴噴射器。
由於製造在晶圓基板上高密度的小液滴噴射器，所以該噴嘴陣列具有高的噴嘴節距，且該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，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10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10微米的該等噴嘴，在該列印方向中也彼此相隔開達小於150微米。
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10000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100000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200毫米至330毫米。在另一較佳的形式中，該列印頭具有超過140000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。
較佳地，在這些實施例中，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。在另一較佳的形式中，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40微米。在特別佳的形式中，該列印頭是真寬列印頭，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16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100000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140000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10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10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150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圓基板上，每一單片晶圓基板支撐超過10000個小液滴噴射器，且較佳是超過12000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。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16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1600個噴嘴(npi)。在另一較佳形式中，該噴嘴節距大於3000 npi。
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，用於將列印流體的液滴噴射至列印媒介上，每一液滴噴射器具有噴嘴和致動器，該致動器用於將列印流體的液滴噴射經過該噴嘴；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10000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，以將罩幕曝光。
較佳地，該單片晶圓基板支撐超過12000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。
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100000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10微米。較佳地，該列印頭具有超過140000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10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150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。較佳地，該二噴嘴中心相隔開小於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16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1600個噴嘴(npi)。在另一較佳形式中，該噴嘴節距大於3000 npi。
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(IC)。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2005年10月11日申請之USSN 11/246687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(FET)以外。因為加熱器元件的較高密度，所以驅動FET需要比較小。
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 11/293820號案描述了此類型列印頭的例子，茲將該案的說明併入做交互參考。
應瞭解的是，本文所提及的用語「墨水」應解釋為任何的列印流體，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1A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。2006年10月10日申請之11/544764號案(我們的檔案號PUA001US)中詳細地描述此等連接、和具有列印引擎控制器(PEC)之連結積體電路的控制。
3200 dpi列印頭概要
圖1B顯示申請人最近研發的3200 dpi(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，因為噴嘴節距是3200 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1B所示的剖面顯示噴嘴陣列的八個單位晶胞，且移除頂部層。為了例示的目的，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14流至墨水供給通道6。上和下墨水供給通道10、12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20、22在媒介饋給方向8係橫向地偏置。供給通道6下方的列24、26沿著媒介的方向做類似地偏置。再者，列20、22和列24、26相對於彼此係相互偏置。因此，列20至26在媒介饋給方向之橫向的組合噴嘴節距，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為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為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：為了方便，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14經由上墨水供給通道10饋給上二噴嘴列18。下噴嘴列16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30。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1600 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×10微米。
圖3顯示組成噴嘴陣列的單位晶胞複製圖案。每一單位晶胞38橫越晶圓平移達寬度x。相鄰列互呈鏡相且平移達半個寬度：0.5x＝y。如上所述，此提供用於一顏料通道(20、22、24、26)之列的組合噴嘴節距0.25x。在所示的實施例中，x＝31.75且y＝7.9375。此提供3200 dpi的解析度，而不會減少加熱器、腔室、或噴嘴的尺寸。因此，當在3200 dpi作業時，列印密度比2005年10月11日申請之USSN 11/246687號參考案(我們的檔案MNN 001US)之1600 dpi列印頭還高；或者列印頭可在1600 dpi作業，以延長噴嘴具有良好列印密度的壽命。下文會進一步討論列印頭的此項特徵。
加熱器接點配置
加熱器元件30和個別接點34、36的尺寸，相同於2005年10月11日申請之USSN 11/246687號參考案(我們的檔案MNN 001US)之1600 dpi列印頭。然而，因為有二倍的接點數目，所以有二倍的FET接點(負接點)數目，該等FET接點中斷「電力平面(帶正電壓的CMOS金屬層)」。電力平面(power plane)中之孔的高密度，在各孔之間的薄金屬片產生高阻抗。此阻抗有損列印頭的整體效率，且會減少一些加熱器相對於其他加熱器的驅動脈衝。
圖4是晶圓、CMOS驅動電路56、和加熱器的剖面示意圖。每一列印頭積體電路的驅動電路56被製造在晶圓基板48上呈數個金屬層40、42、44、45，介電材料41、43、47將該等金屬層分離，導孔46穿過各層以建立所要求的層間連接。驅動電路56具有供每一致動器30用的驅動FET(場效電晶體)58，FET 58的源極54連接至電力平面40(連接至電源供應器之位置電壓(position voltage)的金屬層)，且汲極52連接至接地平面42(在0電壓或接地的金屬層)。此外，電極34、36或各致動器30的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，且接地平面42是在電力平面下面的第一層(被介電層41分離)。致動器30、墨水腔室28、噴嘴2被製造在電力平面金屬層40的頂部。蝕刻穿過此層形成孔46，所以負電極34可連接至接地平面，墨水流道14可從晶圓基板48的背部延伸至墨水腔室28。因為噴嘴密度增加，所以這些孔或穿過電力平面之穿孔(punctuation)的密度也增加。因為穿過電力平面之穿孔的較大密度，所以穿孔之間的間隙變小了。穿過這些間隙之金屬層薄橋，是相對高電阻的點。因為電力平面連接至沿著列印頭積體電路一側的供應器，所以流至列印頭積體電路非供應器側上之致動器的電流，可能必須通過一連串的這些阻抗間隙。至非供應器側致動器所增加的寄生電阻，會影響其驅動電流和極度地影響這些噴嘴的液滴噴射特性。
列印頭使用數種對策來解決此問題。首先，相鄰列的致動器具有相反的電流流動方向，亦即，其中一列的電極極性在相鄰列做改變。為了列印頭此方面的目的，與供給通道6相鄰的兩列噴嘴，應認為是如圖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34沿著二相鄰列A、B的外側邊緣。從一側(稱為邊緣62)供給電力，且電流在流經兩列中的加熱器元件30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。因為列A之各負電極34間的薄區段的阻抗RA ，所以電源供應器V＋電壓下降。然而，全部加熱器30的正電極36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(分別為阻抗RHA 、RHB )時下降。列A、B的電路中刪除了列B之各負電極34間的薄橋部66的阻抗RB 。
圖5B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36的電壓。從該處經過列A加熱器的阻抗RHA 後，電壓下降至接地。然而，電壓VA 經過列B負電極34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30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。
用於維持電力平面之整合性的第二個對策是將每列中的相鄰電極對(pair)相交錯。參考圖6，現在各負電極34相交錯，所以每一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41、44中的電極34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10所饋給的顏料和由供給通道12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10000個噴嘴。此代表了申請人之1600 dpi列印頭積體電路(見2005年10月11日申請之USSN 11/246687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12800個噴嘴。
因為整個噴嘴陣列都位在用於將罩幕(光罩)曝光之微影步進機(stepper)或掃描器的曝光範圍內，所以這麼多(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102發射特殊波長的平行射線104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110上。被光104照射之晶圓工作台110的區域稱為曝光區112。不幸的是曝光區112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×30毫米的曝光區。一個主要的製造者(荷蘭的ASML)所製造的步進機具有22毫米×22毫米的曝光區，其為業界的典型。
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14000個噴嘴，而不必就每一圖案步進和再對準。
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被聚焦穿過較小的透鏡108，且被投射至安裝再曝光區112內之積體電路92的一部份。罩幕106和晶圓工作台110在相反方向彼此相對運動，所以罩幕的圖案被掃描通過整個曝光區112。
顯然地，此類型的光成像裝置也適於有效率地製造具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USSN 11/246687(我們的檔案MNN 001US)號交互參考案所列之步驟製造列印頭積體電路。只有改變曝光罩幕圖案，以提供不同的腔室和加熱器組態。如2005年10月11日申請之USSN 11/246687(我們的檔案MNN 001US)號案中所描述者，頂部層和腔室壁是整合的構造－－－合適頂部和壁材料的單一電漿提升化學蒸鍍沉積(PECVD)。合適的頂部材料可為氮化矽、氧化矽、氧氮化矽、氮化鋁等。頂部和壁被沉積在犧牲光阻劑之台架(scaffold)層上，以在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。該圖案由腔室壁32和柱狀構造68(下文討論)組成，其全部具均勻厚度。在所示的實施例中，壁和柱的厚度是4微米。這些構造是相對地薄，所以當所沉積的頂部和壁材料冷卻時，頂部層70的內表面中幾乎沒有凹陷(如果有的話)。蝕刻圖案中的厚構造，將保持相對大體積的頂部/壁材料。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，其不利於列印頭的維護。如果擦拭或抹掉列印頭，紙塵和其他污物會留在凹陷內。如圖9所示，頂部層72的外表面是平坦且無特徵的，除了噴嘴2以外。藉由擦拭或抹掉，更容易移除灰塵和已乾燥的墨水。
再填注墨水流
參考圖10，除了在陣列的縱長向末端的入口供給較少的噴嘴以外，每一墨水入口供給四個噴嘴。在起始的注給期間和在氣泡阻塞的情況，隨機的噴嘴入口14是有利的。
如流動線74所示，至遠離入口14之腔室28的再填注流比至緊鄰供給通道6之腔室28的再填注流更長。為了均勻液滴噴射特徵，希望陣列中每一噴嘴有相同的墨水再填注時間。
如圖11所示，鄰近腔室的入口76和遠離腔室的入口78設計成不同尺寸。同樣地，柱狀構造68的位置設計成對鄰近噴嘴入口76和遙遠噴嘴入口78提供不同水準的流動限制。入口的尺寸和柱的位置可調整流體阻力(drag)，所以陣列中全部噴嘴的再填注時間是均勻的。也可設計柱的位置，以阻尼腔室28內蒸汽泡泡所產生的壓力脈衝。運動經過入口的阻尼脈衝，防止各噴嘴之間的流體串擾(cross talk)。再者，在柱68和入口76、78之側面間的間隙80、82，可做為墨水再填注流中所含之較大氣泡的有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，其具有3200 dpi解析度所需的尺寸。應瞭解的是，「真實」3200 dpi是非常高的解析度－－－比照相品質還好。此解析度超越許多列印工作。通常1600 dpi解析度比較適當。有鑑於此，藉由共享二相鄰噴嘴之間的列印資料，列印頭積體電路犧牲了解析度。以此方式，通常送至1600 dpi列印頭中一個噴嘴的列印資料，被取代性地送至3200 dpi列印頭中相鄰的噴嘴。此模式的操作使噴嘴的壽命延長二倍以上，且允許印表機以非常高的列印速率作業。在3200 dpi模式中，印表機以60 ppm(全彩A4)列印，且在1600 dpi模式中，速率趨近120 ppm。
1600 dpi模式的附加利益是：能使用具有列印引擎控制器(PEC)和撓性印刷電路板之此列印頭積體電路，其僅能建構於1600 dpi解析度。
如圖12所示，噴嘴83和噴嘴84橫向地偏移只有7.9375微米。兩噴嘴以絕對關係進一步隔開，但是在紙饋給方向的位移可說明噴嘴啟動(firing)順序的時間點(timing)。因為相鄰噴嘴之間8微米的橫向移位是小的，所以為了呈現的目的，可以忽略該移位。但是，藉由使高頻振動(dither)最佳化(如果希望的話)，可解決該移位。
氣泡、腔室、和噴嘴匹配
圖13是噴嘴陣列的放大視圖。噴射孔和腔室壁兩者皆為橢圓形。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1600 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1600 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，且絕無限制寬廣發明概念之精神和範圍之意。
2．．．(噴射)孔
2．．．噴嘴
6．．．(墨水)供給通道
8．．．媒介(紙)饋給方向
10．．．上墨水供給通道
12．．．下墨水供給通道
14．．．墨水饋給管
14．．．墨水流道
14．．．噴嘴入口
16．．．下噴嘴列
18．．．上噴嘴列
20．．．列
22．．．列
24．．．列
26．．．列
28．．．腔室
30．．．加熱器元件
30．．．致動器
32．．．腔室壁
34．．．(負)電極(接點)
36．．．(正)電極(接點)
38．．．單位封包
40．．．電力平面(金屬層)
41．．．介電層(材料)
41．．．列
42．．．接地平面(金屬層)
42．．．列
43．．．介電層(材料)
43．．．列
44．．．金屬層
44．．．列
46．．．(導)孔
47．．．介電層(材料)
48．．．晶圓基板
52．．．汲極
54．．．源極
56．．．(CMOS)驅動電路
58．．．場效電晶體
62．．．邊緣
64．．．阻抗性金屬區段
64．．．間隙
66．．．橋部
66．．．阻抗性區段
66．．．間隙
68．．．柱(狀構造)
70．．．頂部層
72．．．犧牲層
74．．．流動線
76．．．入口
78．．．入口
80．．．間隙
82．．．間隙
83．．．噴嘴
84．．．噴嘴
90．．．氣泡
92．．．列印頭積體電路
94．．．支撐構件
96．．．彎曲側
98．．．結合墊
100．．．頁寬列印頭
102．．．光源
104．．．光(射線)
106．．．罩幕
108．．．透鏡
110．．．晶圓工作台
112．．．曝光區
圖1A是連結列印頭積體電路構造的示意圖；圖1B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5A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5B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顯示蝕刻進入頂/側壁層之犧牲台架層的圖案；圖9顯示在蝕刻噴嘴孔以後之頂部的外表面；圖10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12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14是光微影步進機的示意圖；和圖15A至15C示意地例示光微影步進機的的作業。
6．．．(墨水)供給通道
14．．．墨水饋給管
83．．．噴嘴
84．．．噴嘴

Claims (18)

  1. 一種用於噴墨列印頭的列印頭積體電路，該列印頭積體電路包含：一平面陣列的小液滴噴射器，每一小液滴噴射器具有資料分布電路、驅動電晶體、列印流體入口、致動器、腔室和噴嘴；建構腔室用以將列印流體保持在鄰近該噴嘴，所以在使用期間，該驅動電晶體驅動該致動器，以將該列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個該等小液滴噴射器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述用於噴墨列印頭的列印頭積體電路，其中，在使用期間，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10微米。
  3. 如申請專利範圍第2項所述用於噴墨列印頭的列印頭積體電路，其中，在該列印方向的垂直方向中，彼此相隔開達小於10微米的該等噴嘴，在該列印方向中也彼此相隔開達小於150微米。
  4. 如申請專利範圍第1項所述用於噴墨列印頭的列印頭積體電路，其中該陣列的噴嘴單位晶胞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 等噴嘴單位晶胞。
  5. 如申請專利範圍第4項所述用於噴墨列印頭的列印頭積體電路，其中每一單片晶圓基板支撐超過12000個該等噴嘴單位晶胞。
  6. 一種噴墨列印頭，包含如申請專利範圍第1項所述一系列噴墨列印頭積體電路，其被端對端地安裝，其中，該列印頭具有超過100000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200毫米至330毫米。
  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140000個該等小液滴噴射器。
  8. 如申請專利範圍第1項所述用於噴墨列印頭的列印頭積體電路，其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。
  9. 如申請專利範圍第8項所述用於噴墨列印頭的列印頭積體電路，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項所述用於噴墨列印頭的列印頭積體電路，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，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。
  12. 如申請專利範圍第11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。
  13. 如申請專利範圍第12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。
  14. 如申請專利範圍第13項所述噴墨列印頭，其中該二噴嘴中心相隔開小於40微米。
  15. 如申請專利範圍第14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16微米。
  16. 如申請專利範圍第13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11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1600個噴嘴(npi)。
  18. 如申請專利範圍第17項所述噴墨列印頭，其中該噴嘴節距大於3000 npi。
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