TWI480173B - 列印頭晶粒 - Google Patents

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Description

列印頭晶粒
本發明係有關於列印頭晶粒。
 發明背景
噴墨列印頭今日寬廣用於列印機構。該等機構又轉而製作成許多產品諸如桌上型印表機、可攜式印表機、繪圖機、複印機、照相印表機、異動處理印表機、視訊印表機、販售點終端機、傳真機、及多功能複合機(例如印表機、掃描器、複印機、及傳真機中之至少二者的組合)，僅舉出少數實例。
列印頭典型地具有多個液體噴射元件，俗稱為「噴嘴」，噴嘴係沿該線性陣列之長軸排列成具有特定長度之線性方向性。此種長度可稱作為列印頭的「高度」，但列印頭可於任何方向定向。沿該線性陣列之短軸長度亦即正交該列印頭高度之方向，可稱作為「寬度」。概略言之，針對一給定長度之列印頭愈寬，則列印頭的面積愈大，且列印頭的成本愈高。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種列印頭晶粒包括一基體及延伸貫穿該基體之一溝槽，該溝槽包括一第一槽段及一離散第二槽段，該第二槽段係沿一長軸及沿一正交短軸而與該第一槽段偏位。
圖式簡單說明
第1圖為依據本文揭示之一實施例用以噴射一特定液體之液滴之一列印頭晶粒的示意代表圖。
第2圖為依據本文揭示之一實施例第1圖之列印頭晶粒之一部分的放大示意代表圖，顯示於二行中相鄰噴嘴封裝體之一末端。
第3圖為依據本文揭示之另一實施例用以噴射多種不同液體之液滴之一列印頭晶粒的示意代表圖。
第4圖為依據本文揭示之一實施例一列印頭晶粒之製作方法之流程圖。
 詳細說明
於噴墨印表機中，當印表機的列印頭、列印媒體、或二者彼此相對移動時，液滴係沈積在列印媒體上。為了提升印表機的產出量，印表機可經組配成列印頭具有與該列印媒體的相對應尺寸至少相等大小之高度。於操作中，如此列印媒體可通過列印頭下方，及於單次通過回合液滴即可沈積在整個可列印面積上。如此可去除延遲，否則列印頭橫過列印媒體上往復來涵蓋整個可列印面積會造成延遲。
噴墨列印頭典型地係使用積體電路及/或微機械製造技術製作於基體諸如矽晶粒上。噴嘴可設置於進給溝槽的任一側上，該進給溝槽係完全貫穿該晶粒成形。進給溝槽進給液體至噴嘴用以噴射。於一型稱作為「熱噴墨」的噴墨技術中，加熱元件諸如電阻器迅速地加熱小量液體，形 成氣泡，造成至少噴射一個液滴。操作該等噴嘴需要的電能典型地係連結至晶粒表面邊緣。
如於此處及隨附之申請專利範圍定義，須廣義地瞭解「液體」係表示並非主要由氣體所組成的流體。此外，方向性及相對位置術語(諸如「頂」、「底」、「側」、「高」、「寬」、「長」等)並非意圖要求任何元件或總成之特定方向性，而係為了例示說明與描述上之方便而使用。
於前述配置中，因進給溝槽延伸而完全貫穿晶粒，故攜載能量給發射電阻器的電氣線跡須環繞該溝槽安排路由。溝槽的長度愈長，則用來使得能量從溝槽的一側至另一側的電氣線跡愈長。晶粒上的電氣線跡較長，則結果導致沿電氣線跡長度方向的電壓降(由於電氣線跡的寄生電阻所致)增高，特別係對攜載顯著量電流之該等電氣線跡尤為如此。
於高度超過約一吋的列印頭中，此等電壓降可能變成夠大而妨礙最接近與該晶粒的電氣連結之該等噴嘴，及/或最遠離與該晶粒的電氣連結之該等噴嘴於其許可電壓範圍內操作。出現此種情況時，從不同噴嘴噴射的液滴大小可能改變，有些噴嘴可能無法噴射液滴，有些噴嘴可能毀損。全部此等效應結果導致列印輸出的品質降級。
現在參考附圖，例示說明列印頭晶粒之實例，其中電氣線跡適當提供電力給該晶粒的各個噴嘴來產生具有期望品質的列印輸出。如圖指示，晶粒可提供多個進給溝槽來將相同液體進給至在一較寬廣的噴嘴陣列內部的不同噴嘴 子集。進給溝槽及噴嘴子集可沿該晶粒之長軸延伸。在該列印頭晶粒上的各個組件之成形與布局最小化晶粒的寬度(沿短軸)，同時提供適當電力分布給全部噴嘴，如此減低列印頭晶粒的成本。
列印頭晶粒10之一個實例係顯示於第1圖，該列印頭晶粒具有溝槽配置，其中全長溝槽20係形成貫穿基體11，全長溝槽係分段成多個小型離散的槽段20a-20d用以進給相同液體(第1圖中大致上以網紋表示)通過該晶粒。如圖所示，槽段可形成多行，各行包括至少一個槽段。就此點而言，槽段20a-20d界定實質上平行的兩行12、14，各行包括一對排齊的槽段，平行於另一行的槽段。雖然於第1圖中各行顯示有二槽段，但可採用更多或更少的槽段。
如圖所示，於短軸方向4行12與行14偏位達溝槽與溝槽間隔30。於若干實例中，溝槽與溝槽間隔30可以約為1000微米。須瞭解溝槽與溝槽間隔30可由槽段間路由安排電氣線跡的期望所部分決定。也須瞭解溝槽與溝槽間隔30影響晶粒10之寬度35。寬度35又轉而影響晶粒的成本。
槽段可交錯使得相鄰槽段係在不同列。相鄰槽段(於不同行)諸如槽段20a、20b也沿長軸方向2而彼此偏位。典型地，相鄰槽段(再度，於不同行)係排列成該等槽段之相鄰末端係沿同一短軸定位。舉例言之，槽段20b、20c之相鄰末端係沿同一短軸32。同理，槽段20a、20b之相鄰末端係沿同一短軸32，，槽段20c、20d之相鄰末端亦復如此等等。如此定位有助於在列印操作期間，將與二行12、14的槽段 相聯結的噴嘴視同具有高度37的虛擬線性噴嘴陣列處理，於該處噴嘴係沿長軸2而相等間隔。如此槽段被視為單一全長溝槽處理。
於若干實例中，相鄰槽段(於不同行)的相鄰末端可重疊短軸32達數個噴嘴來許可補償下列效應，諸如從末端噴嘴噴射液滴之方向錯誤，或提供足量液流給末端噴嘴。於此等實例中，可選用在列印操作期間可達成期望的列印效能之重疊噴嘴。當晶粒為頁面同寬陣列晶粒時，高度37可以是1吋至4吋或以上。
電力以及資料信號及/或控制信號可透過接點襯墊42而連結至列印頭晶粒10。各個接點襯墊42係與個別電力連結、資料信號或控制信號相聯結。典型地，至少一個接點襯墊42係設置於晶粒10上在特定一行的各個二槽段間。舉例言之，接點襯墊42a係設置於槽段20a、20c間之該行12。
電氣線跡40從接點襯墊42於短軸方向4通過晶粒10。因槽段完全貫穿晶粒，故電氣線跡係環繞槽段路由安排。如此，溝槽與溝槽間隔30係經選擇許可例如電氣線跡40a係通過槽段20a下端與槽段20b上端間。如此，電氣線跡40a可連結至位在槽段20a、20b之與接點襯墊42a相對該側上的電子裝置。雖然為求簡明而未於圖式中例示說明，但須瞭解來自接點襯墊42a的電氣線跡也可直接地連結至位在槽段20a、20b之最靠近接點襯墊42a該側上的電子裝置。
綜上所述，電氣線跡40a的總長度將比較例如槽段20a-20d全部組合成為高度37的單一溝槽時更短。於該種情 況下，電氣線跡40a將遠更長，原因在於電氣線跡40a從襯墊開始須路由安排環繞晶粒的頂端或底端，才能到達在溝槽的另一側上的電子裝置。於頁面同寬陣列中，及特別對攜載顯著量電流諸如高達一安培的電力線跡，此種過長的距離將導致因線跡的寄生電阻所致的無法接受的電壓降。
但於本實例中，電氣線跡40a、40b的長度係夠短來確保無論所在位置如何，施加至全部噴嘴的電壓皆係在公差範圍以內。如此又轉而確保從不同噴嘴噴射的液滴大小一致，及全部噴嘴可噴射液滴，而又轉而確保列印輸出具有高品質。
現在考慮進一步細節及參考第2圖，顯示列印頭晶粒10之兩相鄰溝槽簇集60a、60b，各個簇集係位在一不同行。如圖所示，噴嘴封裝體50係設置相鄰於或毗連於一溝槽的各長邊。各個噴嘴封裝體50可以是實質上矩形，具有與槽段高度實質上相等的高度。
如此處使用，「溝槽簇集」須廣義地瞭解為表示槽段的排列，及至少一個噴嘴封裝體係設置毗連於或相鄰於該槽段之一長邊。「噴嘴封裝體」須廣義地瞭解為包括毗連於或相鄰於該槽段之一長邊的間隔開的噴嘴陣列，使得通過該槽段進給的液體可流入該噴嘴封裝體的各個噴嘴供隨後噴射之用。也須瞭解各個噴嘴封裝體包括電子裝置，該電子裝置接收電力信號、資料信號、及/或控制信號，使得液滴以控制方式從個別噴嘴噴射出。電子裝置之形狀因素係顯示為簡單矩形，但也預期涵蓋其它配置。電力信號、資料 信號、及/或控制信號係藉電子裝置透過線跡接收，線跡可連結至信號源位置，諸如接點襯墊42a。電力信號、資料信號、及/或控制信號可路由安排通過相鄰溝槽簇集60a、60b間的對角線路徑70。
各個噴嘴封裝體之電子裝置可包括例如設置相鄰於或毗連於該線性噴嘴陣列之一驅動開關陣列。於該線性陣列之各個噴嘴係與於該驅動開關陣列中的相對應驅動開關相聯結的線性陣列中之各個噴嘴。典型地，電力線跡(也稱作為「火線」)係連結至該噴嘴的發射電阻器之一邊，及相對應驅動開關係連結至該發射電阻器之另一邊。驅動開關也係連結至一參考電壓(典型地為地電位)線跡。驅動開關控制流經發射電阻器之電流流動。當啟動驅動開關時，足夠加熱液體及從噴嘴噴射液滴的電流從電力線跡，流經發射電阻器，流至地電位。於若干實例中，驅動開關乃場效電晶體(FET)開關，其中該發射電阻器及地電位係連結至該FET的汲極-源極路徑，及該驅動開關陣列為此等FET陣列。
該等電子裝置也可包括設置相鄰於或毗連於驅動開關陣列之控制邏輯陣列。控制邏輯陣列接收資料信號及控制信號，及決定是否及何時液滴係從一特定噴嘴噴射出。來自該控制邏輯陣列之一輸出係連結至各個驅動開關之控制輸入，諸如FET開關之閘極。於若干實例中，控制邏輯陣列包括針對各個FET驅動開關具有約5至約10個邏輯型別的控制電晶體。但此等控制電晶體各自典型地占有比該FET驅動開關更小的面積。
於若干實例中，於短軸方向4的各個槽段之寬度54約為150微米。於長軸方向2的各個槽段高度39可以是約15,000至30,000微米。如此溝槽可具有約100比1或以上的縱橫廘結果針對頁面同寬列印頭晶粒其中各個槽段具有約1/2吋高度者，各行將有八個槽段(共16槽段)來達成8吋刈幅(swath)高度。據此須瞭解為求清晰，第1至3圖圖式並非照比例繪製，且未顯示全部線段。
於若干實例中，噴嘴封裝體50之寬度52包括噴嘴陣列及電子裝置可以約為400微米。如前述，當槽段寬度54約為150微米時及當槽段各邊上有一個噴嘴封裝體時，相對應溝槽簇集60a約為950微米寬。溝槽與溝槽間隔30不僅是基於噴嘴封裝體50a、50b的寬度52，也係基於路徑70在短軸方向4的寬度，電氣線跡40a通過該路徑70路由安排至至少噴嘴封裝體50d。此外，電力信號、資料信號、及/或控制信號可透過耦接至電氣線跡40a的線跡(如圖所示)提供給或直接從襯墊42a連結至噴嘴封裝體50a的電子裝置。此種電氣線跡可未路由安排通過路徑70而連結至噴嘴封裝體50a的電子裝置。
電氣線跡40a、40b的長度及寬度轉而不僅依據溝槽簇集的寬度，同時也依據於短軸方向4於槽段20a與20b間之溝槽與溝槽間隔30。較長的線跡40a以較大間隔30出現。至於線跡40a之寬度，雖然為求清晰只例示說明一個線跡40a及襯墊42a，但須瞭解針對電力信號、資料信號、及/或控制信號之多個不同線跡可路由安排通過路徑70。路徑70之尺寸 典型地係選擇來配合路由安排通過路徑70的線跡數目及寬度。或相反陳述，路徑70之尺寸可限制可路由安排通過路徑70的線跡數目及寬度。
須瞭解因電力線跡攜載更大量電流故，電力線跡寬度典型地係比資料線跡或信號線跡之寬度顯著地更寬。路由安排通過路徑70的線跡數目愈多及寬度愈寬，則路徑本身愈寬。由於槽段20a、20b的相鄰末端係限於維持於相同短軸32沿線來保有噴嘴於長軸方向2橫過槽段20a及槽段20b的相等間隔距離，故路徑70的加寬係藉增加溝槽與溝槽間隔30而達成。
現在考慮依據本文揭示之另一實施例用以發射多種不同液體液滴之列印頭晶粒及參考第3圖，該晶粒可以是矩形頁面同寬陣列列印頭晶粒410。該晶粒410呈基體形式，具有大致呈矩形之列印頭溝槽簇集460排列形成於其上。各個列印頭溝槽簇集460具有一液體進給溝槽420實質上於縱剖面方向402交叉該溝槽簇集460。各個溝槽簇集460也具有一噴嘴封裝體450設置相鄰於或毗連於液體進給槽段420之各邊。噴嘴封裝體450之一個實例可包括噴嘴陣列及電子裝置。噴嘴封裝體450之另一個實例可包括如前文參考第2圖所述之噴嘴陣列、驅動開關陣列、及控制邏輯陣列。
如圖所示，給定液體諸如特定色彩液體的噴嘴封裝體係於縱剖面方向402於交替兩行412、414交錯。晶粒410具有在第一行412針對給定液體的第一溝槽簇集460a與在第二行414針對給定液體的第二溝槽簇集460b間之對角線路 徑470a。電氣線跡440a可從在第一行的第一位置(亦即在第一溝槽簇集460a與第三溝槽簇集460c間之第一行的位置)，通過對角線路徑470a，及連結至設置在液體進給溝槽420b之與該第一位置對側上的該第二溝槽簇集460b之噴嘴封裝體450b。電氣線跡440a也可連結至噴嘴封裝體450a450b及450c中之一或多者。
於若干實例中，針對與溝槽簇集460a、460b之給定液體(例如靛色墨水)不同的第二液體(例如黃色墨水)的交替兩行416、418溝槽簇集460e、460f係於正交於縱剖面方向402的方向404與該給定液體的交替兩行412、414隔開。於相鄰行(例如行414、416)的兩種不同液體之溝槽簇集460間的溝槽與溝槽間隔431可顯示大於於相鄰行(例如行412、414)的針對相同液體之溝槽簇集460間的溝槽與溝槽間隔430。間隔431典型地係與附接至晶粒410背側的行414、416間的實體障壁諸如垂直肋的大小有關，來維持兩種不同液體彼此隔開。
於若干實例中，溝槽簇集係成列及成行排列在晶粒410上。相鄰成對的各行係與不同液體相聯結。舉例言之，行412及414集合地包括用以遞送靛色墨水之全長溝槽，而行416及418集合地包括用以遞送黃色墨水之全長溝槽。
各個溝槽簇集460係排齊於特定一行。於若干實例中，電氣線跡440a係在兩列溝槽簇集460間於列方向404路由安排橫過晶粒410。舉例言之，電氣線跡440a遵照彎蜒路徑橫過晶粒，該路徑係以彎蜒方式通過於一列的溝槽簇集 460a、460e與於另一列的溝槽簇集460b、460f間之對角線路徑470a。典型地電氣線跡440係在每兩對成對相鄰列間路由安排。舉例言之，電氣線跡440b係以彎蜒方式通過於一列的溝槽簇集460c與於另一列的溝槽簇集460d間之對角線路徑470b。接點襯墊442a、442b可設置於或接近於晶粒410的垂直緣。舉例言之，襯墊442a係連結至電氣線跡440a，而襯墊442b係連結至電氣線跡440b。
現在考慮一種依據本文揭示之一實例製造頁面同寬陣列矽列印頭晶粒之方法700，及參考第4圖，於702，於兩交替行交錯的針對相同液體的槽段位置係界定在基體上。
於704，噴嘴電子裝置係設置於各個槽位的一側或兩側上。電子裝置係藉積體電路製程技術諸如標準NMOS或CMOS矽製造法而製作於晶粒上。電子裝置係經組配來控制相同液體液滴從一線性噴嘴陣列的射出。
於706，線跡包括一或多個電力線跡係從在一行的兩相鄰槽位間的來源點諸如襯墊，繞過在另一行的第三槽位一端，而提供至該第三槽位遠端之電子裝置。線跡可運用與電子裝置相同或相似的積體電路製程技術而製作於晶粒上。
於708，溝槽係貫穿基體形成於各個槽位。溝槽可藉諸如雷射鑽孔技術而貫穿基體形成。溝槽典型地係在電子裝置及線跡已經製作後才形成。
於710，噴嘴陣列係形成於晶粒上在各溝槽與各電子裝置間。通常噴嘴陣列有兩部分：發射電阻器，及界定發射 電阻器設置於其中的隔間之孔口層。發射電阻器係使用積體電路製程技術諸如NMOS或CMOS技術製造。於若干實例中，孔口層為附接至晶粒的金屬孔口層。於其它實例中，孔口層為運用半導體製程技術諸如製作圖樣及蝕刻而製成的SU8 MIMS型孔口層。於若干實例中，發射電阻器可在溝槽形成之前製造，而孔口層可在溝槽形成之後製造。
於若干實例中，多個晶粒可製作於單一矽晶圓上，從該矽晶圓可切割或分開個別晶粒。
雖然已經描述及例示說明若干特定實例，但揭示內容並非限於如此描述及例示說明的特定方法、形式、或配置。須瞭解此處描述包括此處所述全部新穎且非顯見的元件組合，及申請專利範圍可呈現本案或後來申請案的任何新穎且非顯見的此等元件組合。前述實例為舉例說明，並無任何單一特徵或元件乃本案或後來申請案所請求的全部可能組合中所必要。除非另行載明，否則本案請求的方法步驟無需以載明的順序進行。本文揭示並非限於前述體現，反而係由隨附之申請專利範圍鑑於其完整相當範圍所界定。當申請專利範圍述及其相當物之「一」或「一第一」元件時，須瞭解此等申請專利範圍各項係含括一或多個此等元件，既非要求也不排除二或多個此等元件。
2‧‧‧長軸方向
4‧‧‧短軸方向
10、410‧‧‧列印頭晶粒
11‧‧‧基體
12、14、412、414、416、418‧‧‧行
20‧‧‧全長溝槽
20a-d‧‧‧槽段
30、430、431‧‧‧溝槽與溝槽間隔
32‧‧‧短軸
35、52、54‧‧‧寬度
37、39‧‧‧高度
40、40a-b、440、440a-b‧‧‧電氣線跡
42、42a-b、442a‧‧‧接點襯墊
50、50a-d、450、450a-d‧‧‧噴嘴封裝體
60a-b、460、460a-f‧‧‧溝槽簇集
70、470a-b‧‧‧對角線路徑
402‧‧‧縱剖面方向
404‧‧‧正交方向
420‧‧‧液體進給溝槽
700‧‧‧方法
702-710‧‧‧處理方塊
第1圖為依據本文揭示之一實施例用以噴射一特定液體之液滴之一列印頭晶粒的示意代表圖。
第2圖為依據本文揭示之一實施例第1圖之列印頭晶粒 之一部分的放大示意代表圖，顯示於二行中相鄰噴嘴封裝體之一末端。
第3圖為依據本文揭示之另一實施例用以噴射多種不同液體之液滴之一列印頭晶粒的示意代表圖。
第4圖為依據本文揭示之一實施例一列印頭晶粒之製作方法之流程圖。
2‧‧‧長軸方向
4‧‧‧短軸方向
10‧‧‧列印頭晶粒
11‧‧‧基體
12、14‧‧‧行
20‧‧‧全長溝槽
20a-d‧‧‧槽段
30‧‧‧溝槽與溝槽間隔
32‧‧‧短軸
35‧‧‧寬度
37‧‧‧高度
39‧‧‧高度
40、40a-b‧‧‧電氣線跡
42、42a-b‧‧‧接點襯墊

Claims (13)

  1. 一種列印頭晶粒，其係包含：一基體；及延伸貫穿該基體之一溝槽，該溝槽包括一第一槽段及一分立第二槽段，該第二槽段係沿一長軸及沿一正交短軸而與該第一槽段偏位；其中該第一槽段與該第二槽段間之偏位在該第一槽段與該第二槽段間界定一路徑，且一電氣線跡經路由安排通過該路徑而跨越該基體。
  2. 如申請專利範圍第1項之列印頭晶粒，其中該第一槽段及該第二槽段具有沿一相同短軸之相鄰末端。
  3. 如申請專利範圍第1項之列印頭晶粒，其中該第一槽段係於一第一行及該第二槽段係於平行於該第一行之一第二行。
  4. 如申請專利範圍第1項之列印頭晶粒，其中該溝槽進一步包括一第三槽段，連續槽段沿該長軸在一第一行與一第二行間交錯。
  5. 如申請專利範圍第4項之列印頭晶粒，其中於一給定行的各槽段係與該給定行的全部其它槽段排齊。
  6. 一種列印頭晶粒，其係包含：一基體；分段成多個分立槽段來遞送一第一液體通過該基體之一第一全長溝槽，該第一全長溝槽具有界定在該第一全長溝槽之相鄰槽段間的路徑； 分段成多個分立槽段來遞送一不同的第二液體通過該基體之一第二全長溝槽，該第二全長溝槽具有界定在該第二全長溝槽之相鄰槽段間的路徑；及透過該等路徑路由安排跨越該基體之一電氣線跡。
  7. 如申請專利範圍第6項之列印頭晶粒，其中該等槽段係配置成多列，各列包括該第一全長溝槽之一槽段及該第二全長溝槽之一槽段。
  8. 如申請專利範圍第7項之列印頭晶粒，其中該第一全長溝槽與該第二全長溝槽之相鄰槽段間之路徑界定在該等槽段之相鄰列間之一彎蜒路徑。
  9. 如申請專利範圍第6項之列印頭晶粒，其中各個全長溝槽之槽段係排列於多行而相鄰槽段係於不同行。
  10. 如申請專利範圍第9項之列印頭晶粒，其中界定於各個全長溝槽之相鄰槽段間之路徑為正交路徑。
  11. 如申請專利範圍第6項之列印頭晶粒，其係進一步包含多個噴嘴封裝體，各個噴嘴封裝體係與一槽段相關聯。
  12. 如申請專利範圍第11項之列印頭晶粒，其中透過該第一全長溝槽之相鄰槽段間路由安排之該電氣線跡係與和該第二全長溝槽之一槽段相關聯的一噴嘴封裝體成電氣連通。
  13. 一種製造列印頭晶粒之方法，其係包含：針對用以遞送一相同液體通過該基體之多個槽段，於一基體上界定於二交替行中交錯的槽位；相鄰各個槽位，提供電子器件來控制與該槽位相關 聯的一噴嘴陣列；提供一電氣線跡，從於一行中的兩相鄰槽位間，繞過於另一行中的一第三槽位之一末端，至該第三槽位之一遠側上的電子裝置；於該等槽位形成貫穿該基體之多個溝槽；及在該晶粒上形成相鄰各個溝槽及各個電子器件之噴嘴陣列。
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