Энергетически сбалансированная конструкция печатающей головки
Изобретение относится к струйной печати и более конкретно - к тонкопленочной струйной печатающей головке, имеющей управляющие схемы на полевых транзисторах (ПТ), сконфигурированные так, чтобы компенсировать паразитное сопротивление трасс питания. Узкая струйная печатающая головка (100А), имеющая эффективные управляющие схемы на ПТ, которые сконфигурированы так, чтобы скомпенсировать паразитные сопротивления трасс питания (86а, 86b, 86с, 86d). Струйная печатающая головка дополнительно содержит шины земли, которые перекрывают активные области управляющих схем на ПТ. Это обеспечивает компактность головки при большом числе формирователей капель. 20 з.п. ф-лы, 15 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к струйной печати, и более конкретно к тонкопленочной струйной печатающей головке, имеющей управляющие схемы на полевых транзисторах (ПТ), сконфигурированные так, чтобы компенсировать паразитные сопротивления трасс питания.
Предшествующий уровень техники
Техника струйной печати относительно хорошо развита. Принтеры компьютеров, графические плоттеры и факсимильные устройства реализованы с помощью струйной технологии для создания печатных носителей. Вклады компании Hewlett-Packard в струйную технологию описаны, например, в различных статьях в Hewlett-Packard Journal, том 36, №5 (май 1985 г.); том 39, №5 (октябрь 1988 г.); том 43, №4 (август 1992 г.); том 43, №6 (декабрь 1992 г.); и том 45, №1 (февраль 1994 г.).
Струйное изображение формируется согласно точному размещению на печатном носителе чернильных капель, испускаемых с помощью устройства формирования чернильных капель, известного как струйная печатающая головка. Обычно струйная печатающая головка размещается на подвижной печатающей каретке, которая перемещается над поверхностью печатного носителя, и выбрасывает капли чернил в соответствующие моменты времени согласно команде микрокомпьютера или другого контроллера, причем синхронизация применения капель чернил предназначается для того, чтобы соответствовать шаблону пиксел печатаемого изображения.
Типичная струйная печатающая головка Hewlett-Packard включает в себя матрицу точно прецизионно сформированных сопел в сопловой пластине, которая прикреплена к барьерному слою чернил, последний, в свою очередь, прикреплен к тонкопленочной подструктуре, которая включает в себя и резисторы нагревателя выстреливания чернил, и устройство для включения резисторов. Барьерный слой чернил ограничивает каналы чернил, включающие чернильные камеры, расположенные над связанными резисторами выстреливания чернил, и сопла в сопловой пластине расположены по одной линии со связанными камерами чернил. Области формирователей капель чернил образованы камерами чернил и частями тонкопленочной подструктуры и сопловой пластины, которые смежны с камерами чернил.
Тонкопленочная подструктура обычно состоит из подложки, такой как кремний, на которой сформированы различные тонкопленочные слои, которые образуют тонкопленочные резисторы выстреливания чернил, устройство для включения резисторов, а также схемы соединений для соединения контактных площадок, которые предназначены для внешних электрических соединений с печатающей головкой. Барьерный слой чернил является обычно полимерным материалом, который ламинирован в виде сухой пленки в тонкопленочную подструктуру и выполнен так, что его можно определять фотоспособом и восстанавливать под действием тепла или ультрафиолетового излучения. В струйной печатающей головке чернила подаются из одного или более резервуаров чернил в различные чернильные камеры через одну или более прорезей подачи чернил, сформированных в подложке.
Пример физического расположения сопловой пластины, барьерного слоя чернил и тонкопленочной подструктуры представлен в Hewlett-Packard Journal, февраль 1994 г., стр. 44. Дополнительные примеры струйных печатающих головок приведены в патенте США 4719477 и патенте США 5317346.
Мнение относительно тонкопленочных струйных печатающих головок включает в себя увеличенный размер подложки и/или хрупкость подложки, когда используется больше формирователей капель чернил и/или прорезей подачи чернил.
Краткое изложение существа изобретения
В основу настоящего изобретения поставлена задача создания струйной печатающей головки, которая является компактной и имеет большое число формирователей капель чернил.
Согласно настоящему изобретению предложена струйная печатающая головка, имеющая эффективные управляющие схемы на ПТ подачи питания в нагревательный резистор, которая сконфигурирована так, чтобы компенсировать изменения паразитных сопротивлений трасс питания, и содержащая подложку (11) печатающей головки, включающую в себя множество тонкопленочных слоев, столбчатую матрицу (61) формирователей (40) капель, сформированную в подложке печатающей головки и проходящую вдоль продольной оси L, причем каждый формирователь капель имеет нагревательный резистор (56), имеющий сопротивление по меньшей мере 100 Ом, столбчатую матрицу (81) схем (85) на полевых транзисторах (ПТ), сформированную в упомянутой подложке печатающей головки и соединенную с формирователями капель, причем схемы на ПТ включают в себя активные области, каждая из которых содержит область (89) стока, область (99) истока и затвор (91), расположенный на окисном слое (93) затвора, причем каждая схема на ПТ имеет сопротивление включения, которое меньше, чем (250000 Ом·мкм2)/А, где А - область ПТ в микронах, трассы питания (86а, 86b, 86с, 86d, 181), соединенные с формирователями капель и управляющими схемами на ПТ, и при этом управляющие схемы на ПТ сконфигурированы так, чтобы скомпенсировать изменение паразитного сопротивления, вносимого трассами питания.
При этом окисный слой затвора имеет толщину не более 800 ангстрем.
При этом каждая из схем на ПТ имеет длину затвора, которая меньше, чем 4 микрона.
При этом каждая из схем на ПТ имеет сопротивление включения не более 14 Ом.
При этом каждая из схем на ПТ имеет сопротивление включения не более 16 Ом.
При этом столбчатая матрица схем на ПТ размещена в области ПТ, имеющей ширину, которая ортогональна продольной оси L, причем ширина равна не более 350 микронам.
При этом столбчатая матрица схем на ПТ размещена в области ПТ, имеющей ширину, которая ортогональна продольной оси L, причем ширина равна не более 250 микронам.
При этом трассы питания содержат шину (181) земли, которая перекрывает столбчатую матрицу управляющих схем на ПТ.
При этом шина земли имеет ширину в поперечном направлении к продольной опорной оси L, которая изменяется вдоль продольной опорной оси L.
При этом каждая из столбчатых матриц формирователей капель объединена в М групп (61а, 61b, 61с, 61d) элементарных действий, при этом трассы питания содержат М трасс (86а, 86b, 86с, 86d) выбора элементарных действий, соединенных с упомянутыми М группами элементарных действий.
При этом подложка печатающей головки содержит концы, разделенные в продольном направлении, при этом М - четное число, а М/2 из упомянутых М трасс выбора элементарных действий электрически соединены с соединительными контактными площадками (74) на одном из упомянутых концов, другие М/2 из упомянутых М трасс выбора элементарных действий электрически соединены с соединительными контактными площадками (74) на другом из упомянутых концов.
При этом М равно четырем.
При этом М трасс выбора элементарных действий перекрывают связанную столбчатую матрицу управляющих схем на ПТ.
При этом формирователи капель разделены промежутками по меньшей мере 1/600 дюйма вдоль продольной опорной оси L.
При этом формирователи капель разделены промежутками по меньшей мере 1/300 дюйма вдоль продольной опорной оси L.
При этом сопротивление нагревательного резистора равно по меньшей мере 100 Ом.
При этом сопротивление нагревательного резистора равно по меньшей мере 120 Ом.
При этом сопротивления включения схем на ПТ выбраны так, чтобы компенсировать изменение паразитного сопротивления, вносимого трассами питания.
При этом размер каждой из схем на ПТ выбран так, чтобы установить сопротивление включения.
При этом каждая из схем на ПТ содержит электроды (87) стока, контакты (88) стока, электрически соединяющие электроды стока с областями стока, электроды (97) истока, контакты (98) истока, электрически соединяющие электроды истока с областями истока, при этом области стока сконфигурированы так, чтобы установить сопротивление включения каждой из схем на ПТ, чтобы компенсировать изменение паразитного сопротивления, вносимого трассами питания.
При этом области стока содержат удлиненные области стока, причем каждая содержит постоянно неконтактируемый сегмент, имеющий длину, достаточную для установления сопротивления включения.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется следующим подробным описанием со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1А изображает вид в плане формирователя капель чернил и выбора элементарных действий струйной печатающей головки, согласно изобретению;
фиг.1В - вид в плане второго варианта формирователя капель чернил и выбора элементарных действий струйной печатающей головки, согласно изобретению;
фиг.2А - вид в плане формирователя капель чернил и шин земли струйной печатающей головки, согласно изобретению;
фиг.2В - вид в плане второго варианта формирователя капель чернил и шин земли струйной печатающей головки, согласно изобретению;
фиг.3А - общий вид струйной печатающей головки (первый вариант, частичный вырыв), согласно изобретению;
фиг.3В - общий вид струйной печатающей головки (второй вариант, частичный вырыв), согласно изобретению;
фиг.4А - вид в плане струйной печатающей головки (первый вариант), согласно изобретению;
фиг.4В - вид в плане струйной печатающей головки (второй вариант), согласно изобретению;
фиг.5 - последовательность слоев тонкопленочной подструктуры двух вариантов печатающих головок, согласно изобретению;
фиг.6 - вид в плане типичной матрицы управляющих схем на ПТ и шины земли двух вариантов печатающих головок, согласно изобретению;
фиг.7 - электрическую схему соединения нагревающего резистора и управляющей схемы на ПТ двух вариантов печатающих головок, согласно изобретению;
фиг.8 - вид в плане типичных трасс выбора элементарных действий двух вариантов печатающих головок, согласно изобретению;
фиг.9 - вид в плане типичной управляющей схемы на ПТ и шины земли двух вариантов печатающих головок, согласно изобретению;
фиг.10 - вид в разрезе управляющей схемы на ПТ, согласно изобретению;
фиг.11 - общий вид принтера, в котором использована печатающая головка, согласно изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Струйные печатающие головки 100А (фиг.1А-4А), 100В (фиг.1В-4В), в которых может быть использовано изобретение, содержат (а) тонкопленочную подструктуру или кристалл 11, содержащую подложку, например кремний, и имеющую различные тонкопленочные слои, сформированные на ней, (b) барьерный слой 12 чернил, расположенный на тонкопленочной подструктуре 11, и (с) канальную или сопловую пластину 13, прикрепленную с помощью ламинирования к верху барьера 12 чернил.
Тонкопленочная подструктура 11 содержит кристалл интегральной схемы, который сформирован известным способом формирования интегральных схем и обычно включает в себя кремниевую подложку 111a (фиг.5), затвор ПТ и диэлектрический слой 111b, резисторный слой 111с и первый слой 111d металлизации. Активные устройства, такие как управляющие схемы на ПТ, сформированы в верхней части кремниевой подложки 111a, и затвор и диэлектрический слой 111b, который включает в себя окисный слой затвора, поликремниевые затворы и диэлектрический слой, смежный резисторному слою 111с. Тонкопленочные резисторы 56 нагревателя сформированы с помощью соответственного формирования рисунка резисторного слоя 111с и первого слоя 111d металлизации. Тонкопленочная подструктура дополнительно включает в себя составной слой 111e пассивации, содержащий, например, слой нитрида кремния и слой карбида кремния, а также слой 111f тантала механической пассивации, который по меньшей мере перекрывает резисторы 56 нагревателя. Проводящий слой 111g золота перекрывает слой 111f тантала.
Барьерный слой 12 чернил сформирован из сухой пленки, которая ламинирована с помощью нагревания и прижима к тонкопленочной структуре 11 и сформирована фотоспособом, чтобы сформировать в ней камеры 19 чернил, расположенные над резисторами 56 нагревателя и каналами 29 чернил. Золотые соединяющие контактные площадки 74, входящие в контакт для внешних электрических соединений, сформированы в слое золота на продольно разделенных промежутками противоположных концах тонкопленочной подструктуры 11 и не покрыты барьерным слоем 12 чернил. В качестве примера, материал барьерного слоя содержит фотополимерную сухую пленку на основе акрилата, такую как полимерная сухая пленка "Parad" (товарный знак), получаемая из Е. I. DuPont de Nemours and Company Уилмингтона, Делавэр. Также сухие пленки включают другие изделия duPont, например сухая пленка "Riston" (товарный знак), и другие сухие пленки. Сопловая пластина 13 содержит, например, планарную подложку, состоящую из полимерного материала, в которой сопла сформированы с помощью лазера. Сопловая пластина также содержит нанесенный гальваническим способом металл, такой как никель.
Чернильные камеры 19 (фиг.3А и фиг.3В) в барьерном слое 12 чернил расположены над соответствующими резисторами 56 нагревателя выстреливания чернил. Каждая чернильная камера 18 ограничена взаимно соединенными краями или стенками окна камеры, сформированного в барьерном слое 12. Чернильные каналы 29 ограничиваются дополнительными окнами, сформированными в барьерном слое 12, и объединены со своими камерами 19 выстреливания чернил. Чернильные камеры открыты к краю подачи смежной прорези 21 подачи чернил и принимают чернила из этой прорези.
Сопловая пластина 13 включает в себя каналы или сопла 21, расположенные над чернильными камерами 19 таким образом, что каждый резистор 56 нагревателя выстреливания чернил и связанная чернильная камера расположены по одной линии и образуют формирователь 40 капель чернил. Каждый из резисторов нагревателя имеет номинальное сопротивление по меньшей мере 100 Ом, например, около 120 или 130 Ом, и может содержать сегментированный резистор (фиг.9), в котором резистор 56 нагревателя содержит две области 56а, 56b резистора, соединенных областью 59 металлизации. Эта структура резистора обеспечивает сопротивление, которое больше, чем сопротивление одной области резистора.
Несмотря на то, что указанные печатающие головки описаны, как имеющие барьерный слой и отдельную сопловую пластину, следует понимать, что печатающие головки могут быть реализованы с единой барьерной/сопловой структурой, которая может быть изготовлена, например, с использованием одного фотополимерного слоя, который экспонируется с помощью множественных процессов экспонирования, а затем проявляется.
Формирователи 40 капель чернил расположены в столбчатых матрицах или группах 61, которые проходят вдоль опорной оси L и разделены промежутками друг от друга поперек относительно опорной оси L. Резисторы 56 нагревателя каждой группы формирователей капель чернил обычно расположены по одной линии с опорной осью L и имеют заранее определенное расстояние между центрами или шаг Р сопел вдоль опорной оси L. Шаг Р сопел может быть 1/600 дюйма или больше, например 1/300 дюйма. Каждая столбчатая матрица 61 формирователей капель чернил включает в себя, например, 100 или более формирователей капель чернил, т.е. по меньшей мере 100 формирователей капель чернил.
В качестве иллюстративного примера тонкопленочная подструктура 11 может быть прямоугольной, в которой ее противоположные края 51, 52 являются продольными краями LS, разделенными друг от друга промежутками, при этом противоположные края 53, 54 имеют ширину или поперечный размер WS, который меньше, чем длина LS тонкопленочной подструктуры 11. Протяжение тонкопленочной подструктуры 11 определяется вдоль сторон 51, 52, которые могут быть параллельны опорной оси L. Опорная ось L может совпадать с осью, которая обычно упоминается как ось продвижения носителя. Для удобства горизонтально разделенные концы тонкопленочной подструктуры будут также под ссылочными номерами 53, 54, используемыми для того, чтобы ссылаться на края этих концов.
Несмотря на то, что формирователи 40 капель чернил каждой столбчатой матрицы 61 формирователей капель чернил указаны как коллинеарные, следует понимать, что некоторые из формирователей 40 капель чернил матрицы формирователей капель чернил могут быть немного сдвинуты от центральной линии столбца для того, чтобы компенсировать задержки выстреливания.
Постольку каждый из формирователей 40 капель чернил включает в себя резистор 56 нагревателя. Эти резисторы нагревателей расположены столбчатыми группами или матрицами, которые соответствуют столбчатым матрицам формирователей капель чернил. Для удобства матрицы или группы резисторов нагревателя будут упоминаться под номером 61.
Тонкопленочная подструктура 11 печатающей головки 100А (фиг.1А, 2А, 3А, 4А) (первый вариант) содержит три прорези 71 подачи чернил, которые расположены вдоль одной линии с опорной осью L и отделены друг от друга промежутками поперек относительно опорной оси L. Через прорези 71 подачи чернил подают чернила в три группы 61 формирователей капель чернил, и они расположены на той же самой стороне групп формирователей капель чернил, в которые подаются чернила. Таким образом, через каждую из прорезей 71 подаются чернила какого-либо цвета, который отличается от цвета чернил, подаваемых через другие прорези подачи чернил, такого как синий, желтый и красный.
Тонкопленочная подструктура 11 печатающей головки 100В (фиг.1В, 2В, 3В, 4В) (второй вариант) содержит две прорези 71 подачи чернил, которые расположены вдоль одной линии с опорной осью L и разделены промежутками друг от друга поперек относительно опорной оси L. Через прорези 71 подачи чернил подают чернила в четыре столбца формирователей капель чернил, расположенные на противоположных сторонах двух прорезей 71 подачи чернил, в которых чернильные каналы открыты к краю, образованному связанной прорезью подачи чернил в тонкопленочной подструктуре. Таким образом, противоположные стороны каждой прорези подачи чернил образуют сторону подачи чернил, а каждая из двух прорезей 71 подачи чернил содержит двустороннюю прорезь подачи чернил. Печатающая головка 100В (фиг.1B, 2В, 3В, 4В) является монохромной печатающей головкой, в которой через обе прорези 71 чернила подаются одного и того же цвета, такого как черный, таким образом, что все четыре столбца 61 формирователей капель чернил создают капли чернил одинакового цвета.
Соответственно, смежными и связанными со столбчатыми матрицами 61 формирователей 40 капель чернил являются столбчатые матрицы 81 управляющих схем на ПТ, сформированных в тонкопленочной подструктуре 11 печатающих головок 100А, 100В (фиг.6) для представительной столбчатой матрицы 61 формирователей капель чернил. Каждая матрица 81 управляющих схем на ПТ включает в себя множество управляющих схем 85 на ПТ, имеющих электроды стока, соединенные со своими резисторами 56 нагревателя с помощью проводников 57а резисторов нагревателя. С каждой матрицей 81 управляющих схем на ПТ и с матрицей формирователей капель чернил связана столбчатая шина 181 земли, с которой электрически соединены электроды истоков всех управляющих схем 85 на ПТ связанной матрицы 81 управляющих схем на ПТ. Каждая столбчатая матрица 81 управляющих схем на ПТ и связанная шина 181 земли проходят горизонтально вдоль связанной столбчатой матрицы 61 формирователей капель чернил и по меньшей мере горизонтально совместно распространяются со связанной столбчатой матрицей 61. Каждая шина 181 земли электрически соединена по меньшей мере с одной соединительной контактной площадкой 74 на одном конце структуры печатающей головки и по меньшей мере с одной соединительной контактной площадкой 74 на другом конце структуры печатающей головки (фиг.1А и фиг.1В).
Шины 181 земли и проводники 57а резисторов нагревателя сформированы в слое 111d металлизации (фиг.5) тонкопленочной подструктуры 11, как проводники 57b резисторов нагревателя и электроды стоков и истоков управляющих схем 85 на ПТ (см. ниже).
Схемы 85 на ПТ каждой столбчатой матрицы управляющих схем на ПТ управляются с помощью связанной столбчатой матрицы 31 логических схем 35 декодера, которые декодируют адресную информацию смежной адресной шины 33, которая соединена с соответствующими соединительными контактными площадками 74 (фиг.6). Адресная информация идентифицирует формирователи капель чернил, которые должны быть возбуждены с помощью энергии выстреливания, и используется логическими схемами 35 декодера, чтобы включать управляющие схемы на ПТ адресованного или выбранного формирователя капель чернил.
Один вывод каждого резистора 56 (фиг.7) нагревателя соединен через трассу выбора элементарного действия с соединительной контактной площадкой 74, которая принимает сигнал PS выбора элементарного действия выстреливания чернил. Таким образом, так как другой вывод каждого резистора 56 нагревателя соединен с выводом стока связанной управляющей схемы 85 на ПТ, энергия PS выстреливания чернил подается в резистор 56 нагревателя, если связанная управляющая схема на ПТ включена, как управляемая с помощью связанной логической схемы 35 декодера.
Для представительной столбчатой матрицы 61 (фиг.8) формирователей капель чернил формирователи капель чернил столбчатой матрицы 61 формирователей капель чернил могут быть организованы в четыре группы М - 61а, 61b, 61с, 61d элементарных действий прилегающих смежных формирователей капель чернил. Резисторы 56 нагревателя конкретной группы элементарного действия электрически соединены с соответствующей из четырех трасс М - 86а, 86b, 86с, 86d выбора элементарных действий таким образом, что формирователи капель чернил конкретной группы элементарного действия соединены с возможностью переключения параллельно одному и тому же сигналу PS выбора элементарного действия выстреливания чернил. Например, число N формирователей капель чернил в столбчатой матрице является целым кратным 4, каждая группа элементарного действия включает в себя N/4 формирователей капель чернил. Группы 61а, 61b, 61с, 61d элементарных действий расположены последовательно от горизонтального края 53 к горизонтальному краю 54.
На фиг.8 более конкретно представлен вид в плане трасс 86а, 86b, 86с, 86d выбора элементарных действий для связанной столбчатой матрицы 61 формирователей капель и связанной столбчатой матрицы 81 управляющих схем 85 (фиг.6) на ПТ, как реализованные, например, с помощью трасс в слое металлизации 111g (фиг.5) золота, который находится выше и диэлектрически отделен от связанной матрицы 81 управляющей схемы на ПТ и шины 181 земли. Трассы 86а, 86b, 86с, 86d выбора элементарных действий электрически соединены с четырьмя группами 61а, 61b, 61с, 61d элементарных действий с помощью резисторных проводников 57b (фиг.8), сформированных в слое 111d металлизации и взаимно соединенных межслойных отверстий 58 (фиг.9), которые проходят между трассами выбора элементарных действий и резисторными проводниками 57b.
Первая трасса 86а выбора элементарного действия проходит горизонтально вдоль первой группы 61 элементарного действия и перекрывает часть проводников 57b резисторов нагревателя (фиг.9), которые соединены с резисторами 56 нагревателя первой группы 61а выбора элементарного действия и соединены с помощью межслойных отверстий 58 (фиг.9) с проводниками 57b резисторов нагревателя. Вторая трасса 86b выбора элементарного действия включает в себя секцию, которая проходит вдоль второй группы 61b элементарного действия и перекрывает часть проводников 57b резисторов нагревателя (фиг.9), которые соединены с резисторами 56 нагревателя второй группы 61b элементарного действия и соединены с помощью межслойных отверстий 58 с проводниками 57b резисторов нагревателя. Вторая трасса 86b включает в себя дополнительную секцию, которая проходит вдоль первой трассы 86а выбора элементарного действия на стороне первой трассы 86а выбора элементарного действия, которая противоположна резисторам 56 нагревателя первой группы 61а элементарного действия. Вторая трасса 86b выбора элементарного действия обычно имеет форму буквы L, в которой вторая секция уже, чем первая секция, с тем, чтобы обойти первую трассу 86а выбора элементарного действия, которая уже, чем более широкая секция второй трассы 86b выбора элементарного действия.
Первая и вторая трассы 86а, 86b выбора элементарных действий проходят горизонтально вдоль четвертой группы 61d элементарного действия и перекрывают часть проводников 57b резисторов нагревателя (фиг.9), которые соединены с резисторами 56 нагревателя четвертой группы 61d элементарного действия и с помощью межслойных отверстий 58 соединены с проводниками 57b резисторов нагревателя. Третья трасса 86с выбора элементарного действия включает в себя секцию, которая проходит вдоль третьей группы 61с элементарного действия и перекрывает часть проводников 57b резисторов нагревателя (фиг.9), которые соединены с резисторами 56 нагревателя третьей группы 61с элементарного действия и соединена с помощью межслойного отверстия 58 с проводниками 57b резисторов нагревателя. Третья трасса 86с выбора элементарного действия дополнительно включает в себя дополнительную секцию, которая проходит вдоль четвертой трассы 86d выбора элементарного действия. Третья трасса 86с выбора элементарного действия обычно имеет форму буквы L, в которой вторая секция уже, чем первая секция, с тем, чтобы обойти четвертую трассу 86d выбора элементарного действия, которая уже, чем более широкая секция третьей трассы 86с выбора элементарного действия.
Третья и четвертая трассы 86с, 86d выбора элементарного действия обычно проходят горизонтально с третьей и четвертой группами 61с, 61d элементарных действий и соединены с соединительными контактными площадками 74, расположенными на горизонтальном краю 54, который является ближайшим к третьей и четвертой трассам 86с, 86d выбора элементарных действий.
Трассы 86а, 86b, 86с, 86d для столбчатой матрицы 61 формирователей капель чернил перекрывают управляющие схемы на ПТ и шину земли, связанную со столбчатой матрицей формирователей капель чернил, и находятся в области, которая проходит горизонтально совместно со связанной столбчатой матрицей 61. Таким образом, четыре трассы выбора элементарных действий для четырех элементарных действий столбчатой матрицы 61 формирователей капель чернил проходят вдоль матрицы к концам подслоя печатающей головки. Первая пара трасс выбора элементарных действий для первой пары групп 61а, 61b элементарных действий, расположенных на одной половине длины подслоя печатающей головки, находится в области, которая проходит вдоль первой пары групп элементарных действий, в то время как вторая пара трасс выбора элементарных действий для второй пары групп 61с, 61d элементарных действий, расположенных на другой половине длины подслоя печатающей головки, находится в области, которая проходит вдоль второй пары групп элементарных действий.
Трассы 86 выбора элементарных действий и связанная шина земли, которые электрически соединяют резисторы 56 нагревателя и связанные управляющие схемы 85 на ПТ с соединительными контактными площадками 74, упоминаются как трассы питания. Также трассы 86 выбора элементарных действий могут упоминаться как высокосторонние или незаземленные трассы питания.
Обычно паразитное сопротивление (или сопротивление включения) каждой из управляющих схем 85 на ПТ сконфигурировано так, чтобы скомпенсировать изменение паразитного сопротивления, вносимого в различные управляющие схемы 85 на ПТ паразитным маршрутом, образованным трассами питания, чтобы уменьшить изменение энергии, подаваемой в резисторы нагревателя. В частности, трассы питания образуют паразитный маршрут, который вносит паразитное сопротивление в схемы на ПТ, которое изменяется с местоположением маршрута. Паразитное сопротивление каждой из управляющих схем 85 на ПТ выбирается таким образом, чтобы объединение паразитного сопротивления каждой управляющей схемы 85 на ПТ и паразитное сопротивление трасс питания, как вносимое в управляющие схемы на ПТ, изменялось только незначительно от одного формирователя капель чернил до другого. Поскольку резисторы 56 нагревателя имеют одинаковое сопротивление, паразитное сопротивление каждой управляющей схемы 85 на ПТ сконфигурировано так, чтобы скомпенсировать изменение паразитного сопротивления связанных трасс питания, как вносимое в различные управляющие схемы 85 на ПТ. Таким образом, по существу, одинаковые энергии подаются в соединительные контактные площадки, соединенные с трассами питания, и, по существу, одинаковые энергии могут подаваться в различные резисторы 56 нагревателя.
Каждая из управляющих схем 85 (фиг.9 и фиг.10) на ПТ содержит множество электрически соединенных штырей 87 электродов стока, расположенных над штырями 89 области стока, сформированными в кремниевой подложке 111a (фиг.5). Множество электрически соединенных штырей 97 электродов истока чередуются с электродами 87 стока и расположены над штырями 99 области истока, сформированными в кремниевой подложке 111a. Поликремниевые штыри 91 затвора, которые соединены на соответствующих концах, расположены в тонком окисном слое 93 затвора, сформированном на кремниевой подложке 111a. Слой 95 фосфоросиликатного стекла отделяет электроды 87 стока и электроды 97 истока от кремниевой подложки 111a. Множество проводящих контактов 88 стока электрически соединяют электроды 87 стока с областями 89 стока, в то время как множество проводящих контактов 98 истока электрически соединяют электроды 97 истока с областями 99 истока.
Область, занятая каждой управляющей схемой на ПТ, является небольшой, и сопротивление включения каждой управляющей схемы на ПТ является низким, например меньшим или равным 14 или 16 Ом, т.е. не более 14 или 16 Ом, что требует эффективных управляющих схем на ПТ. Например, сопротивление включения Ron может быть связано с областью А управляющей схемы на ПТ следующим образом:
Ron<(250000 Ом·мкм2)/А,
где область А представляется в микронах2 (мкм2). Это может быть выполнено, например, с помощью окисного слоя 93 затвора, имеющего толщину, которая меньше, чем или равна 800 ангстрем (т.е. не более 800 ангстрем), или длину затвора, который меньше, чем 4 мкм. Наличие сопротивления резистора нагревателя по меньшей мере 100 Ом позволяет изготавливать схемы на ПТ меньше по размеру, чем, если резисторы нагревателя имели более низкое сопротивление, так как при большей величине резистора нагревателя большее сопротивление включения ПТ может допускаться из учета распределения энергии между паразитными сопротивлениями и резисторами нагревателя.
В качестве конкретного примера электроды 87 стока области 89 стока, электроды 97 истока области 99 истока и поликремниевые штыри 91 затвора могут проходить перпендикулярно и поперек опорной оси L и в продольном направлении шин 181 земли. Для каждой схемы 85 на ПТ длина областей 89 стока и областей 99 истока поперек опорной оси L является той же самой, что и длина штырей затвора поперек опорной оси L (фиг.6), что ограничивает длину активных областей поперек опорной оси L. Длина штырей 87 электродов стока, штырей 89 области стока, штырей 97 электродов истока, штырей 99 области истока и поликремниевых штырей 91 затвора может упоминаться как горизонтальная длина этих элементов, поскольку такие элементы являются длинными и узкими.
Сопротивление включения каждой из схем 85 на ПТ отдельно сконфигурировано с помощью управления горизонтальной длиной постоянно неконтактируемого сегмента штырей области стока, в которых постоянно неконтактируемый сегмент лишен электрических контактов 88. Например, постоянно неконтактируемые сегменты штырей области стока могут начинаться на концах областей 89 стока, которые являются самыми удаленными от резистора 56 нагревателя. Сопротивление включения конкретной схемы 85 на ПТ увеличивается при увеличении длины постоянно неконтактируемого сегмента штыря области стока, и эта длина выбирается так, чтобы ограничить сопротивление включения конкретной схемы на ПТ.
В качестве другого примера сопротивление включения каждой схемы 85 на ПТ может быть сконфигурировано с помощью выбора размера схемы на ПТ. Например, длина схемы на ПТ поперек к опорной оси L может быть выбрана так, чтобы ограничить сопротивление включения.
В варианте выполнения, в котором трассы питания для конкретной схемы 85 на ПТ трассированы с помощью разумно направленных маршрутов в соединительные контактные площадки 74 на ближайших разделенных концах структуры печатающей головки, паразитное сопротивление увеличивается с увеличением расстояния от ближайшего конца печатающей головки, а сопротивление включения управляющих схем 85 на ПТ уменьшается (делая схему на ПТ более эффективной) с увеличением расстояния от этого ближайшего конца, чтобы скомпенсировать увеличение паразитного сопротивления трассы питания. Что касается постоянно неконтактируемых сегментов штыря стока управляющих схем 85 на ПТ, которые начинаются на концах штырей области стока и являются самыми дальними от резисторов 56 нагревателя, длины таких сегментов уменьшаются с увеличением расстояния от ближайшего штыря горизонтально разделенных концов структуры печатающей головки.
Каждая шина 181 земли сформирована из того же тонкопленочного слоя металлизации, что и электроды 87 стока, электроды 97 истока схем 85 на ПТ, активные области каждой из схем на ПТ состоят из областей 89, 99 истока и стока, а поликремниевые затворы 91 преимущественно проходят снизу связанной шины 181 земли. Это позволяет шине земли и матрицам схем на ПТ занимать более узкие области, что, в свою очередь, позволяет получить более узкую и, следовательно, менее дорогую тонкопленочную подструктуру.
В варианте реализации, когда постоянно неконтактируемые сегменты штырей области стока начинаются на концах штырей области стока, которые являются самыми удаленными от резисторов 56 нагревателя, длина каждой шины 181 земли поперек или горизонтально относительно опорной оси L и к связанным резисторам 56 нагревателя может быть увеличена, когда длина постоянно неконтактируемых секций пальцев стока увеличивается, так как не требуется протягивать электроды стока через эти постоянно неконтактируемые секции штырей стока. Иначе говоря, ширина W шины 181 земли может быть увеличена при увеличении длины, на которую шина земли перекрывает активные области управляющих схем на ПТ, в зависимости от длины постоянно неконтактируемых сегментов области стока. Это достигается без увеличения ширины области, занятой шиной 181 земли и связанной с ней матрицей 81 управляющих схем на ПТ, так как увеличение достигается с помощью увеличения длины перекрытия между шиной земли и активными областями управляющих схем 85 на ПТ. Действительно в любой конкретной схеме 85 на ПТ шина земли может перекрывать активную область поперек опорной оси L, по существу, путем изменения длины неконтактируемых сегментов областей стока.
В варианте выполнения, в котором постоянно неконтактируемые сегменты области стока начинаются на концах штырей области стока, которые являются наиболее удаленными от резисторов 56 нагревателя и в которых длины этих постоянно неконтактируемых сегментов области стока уменьшаются с увеличением расстояния от ближайшего конца структуры печатающей головки, модуляция или изменение ширины W шины 181 земли при изменении длины постоянно неконтактируемых сегментов области стока обеспечивается для шины земли, имеющей ширину W181, которая увеличивается при приближении к ближайшему концу структуры печатающей головки (фиг.8). Так как величина совместных токов увеличивается при приближении к соединительным контактным площадкам 74, такая форма обеспечивает уменьшенное сопротивление шины земли при приближении к соединительным контактным площадкам 74.
Сопротивление шины земли может быть также уменьшено с помощью горизонтально проходящих частей шины 181 земли в горизонтально разделенных промежутках между логическими схемами 35 декодера. Например, такие части могут проходить горизонтально вне активных областей на ширину области, в которой сформированы логические схемы 35 декодера.
Части схем, связанные со столбчатой матрицей формирователей капель чернил, могут находиться в областях, имеющих ширину, которая указана на фиг.6 и фиг.8 указателями, которые следуют за значениями ширины.
| Области, которые содержат: | Ширина |
| Проводники 57 резисторов | Около 95 микрон (мкм) или меньше (W57) |
| Схемы 81 на ПТ | Не более 350 мкм или 220 мкм для печатающей головки 100А и не более 250 мкм или 180 мкм для печатающей головки 100В (W81) |
| Логические схемы 31 декодера | Около 34 мкм или меньше (W31) |
| Трассы 86 выбора элементарных действий | Около 290 мкм или меньше (W86) |
Эта ширина измерена поперек горизонтальному протяжению подложки печатающей головки, которая расположена вдоль одной линии с опорной осью L.
На фиг.11 представлен общий вид струйного печатающего устройства 20, в котором могут быть использованы вышеописанные печатающие головки. Струйное печатающее устройство 20 содержит шасси 122, находящееся в корпусе или кожухе 124 из формованного пластикового материала. Шасси 122 формируется, например, из листового металла и включает в себя вертикальную панель 122а. Листы печатного носителя отдельно загружаются через печатную зону 125 с помощью адаптивной системы 126 загрузки-выгрузки печатного носителя, которая включает загрузочный лоток 128 для хранения печатного носителя перед печатью. Печатный носитель может быть любого типа, такого как бумага, карта-заготовка, прозрачные материалы, майлар (пластмасса) и тому подобные, но для удобства представлена бумага в качестве печатного носителя. Ряд приводимых в действие электромотором валиков, включающих в себя валик 129 привода, приводимый в действие шаговым электродвигателем, может использоваться для того, чтобы перемещать печатный носитель из загрузочного лотка 128 в печатную зону 125. После печати валик 129 привода подает отпечатанный лист в пару убирающихся выходных крыльевых элементов 130 сушки, которые изображены вытянутыми, чтобы принимать отпечатанный лист. Элементы 130 поддерживают вновь отпечатанный лист в течение короткого времени над любыми ранее отпечатанными листами, еще сохнущими в выходном лотке 132 перед уборкой поворотным способом в стороны, как изображено искривленными стрелками 133, чтобы уронить вновь отпечатанный листок в выходной лоток 132. Система загрузки-выгрузки печатного носителя может включать в себя ряд механизмов регулирования для приспосабливания различных размеров печатного носителя, включая формат "письмо", формат "стандарт", формат А-4, конверты и т.д., таких как скользящий кронштейн 134 регулировки длины и щель загрузки конверта.
Принтер (фиг.11) дополнительно содержит контроллер 136 принтера в виде микропроцессора, расположенного на печатной плате 139, поддерживаемой на задней стороне вертикальной панели 122а шасси. Контроллер 136 принтера принимает команды из основного устройства, такого как персональный компьютер (не показан), и управляет работой принтера, включая продвижение печатного носителя через печатную зону 125, перемещение печатающей каретки 140 и подачу сигналов в формирователи 40 капель чернил.
Стержень 138 ползуна печатающей каретки, имеющий продольную ось, параллельную оси сканирования каретки, поддерживается с помощью шасси 122, чтобы с изменяемым размером поддерживать печатающую каретку 140 для возвратно-поступательного движения или сканирования вдоль оси сканирования каретки. Печатающая каретка 140 поддерживает первый и второй сменные картриджи 150, 152 печатающей головки (каждый из которых иногда называется "пером", "печатающим картриджем" или "картриджем"). Печатающие картриджи 150, 152 содержат свои печатающие головки 154, 156, которые имеют обычно обращенные вниз сопла для выбрасывания чернил вниз на часть печатного носителя, который находится в зоне 125 печати. Печатающие картриджи 150, 152 зажимаются в печатающей каретке с помощью механизма защелки, который включает в себя зажимные рычаги, элементы защелки или ограничители.
Печатный носитель продвигается через зону 125 печати вдоль оси носителя, которая параллельна касательной части печатного носителя, которая находится внизу и пересекается соплами картриджей 150, 152. Если ось носителя и ось каретки были расположены в одной и той же плоскости (фиг.11), они были бы перпендикулярны друг к другу.
Противовращательный механизм на обратной стороне печатной каретки входит в зацепление с горизонтально расположенной противоповоротной балкой 185, которая сформирована как единое целое с вертикальной панелью 122а шасси 122 для того, чтобы предотвращать поворот вперед печатающей каретки 140 вокруг стержня 138 ползуна.
Печатающий картридж 150 является монохромным печатающим картриджем, в то время как печатающий картридж 152 является трехцветным печатающим картриджем.
Печатающий картридж 140 приводится в движение вдоль стержня 138 ползуна с помощью бесконечной ленты 158, которая может приводиться в движение традиционным способом, а полоска 159 штрих-кодера используется для того, чтобы обнаруживать положение печатающей каретки 140 вдоль оси сканирования каретки.
1. Струйная печатающая головка, содержащая
подложку (11) печатающей головки, включающую в себя множество тонкопленочных слоев,
столбчатую матрицу (61) формирователей (40) капель, сформированную в подложке печатающей головки и проходящую вдоль продольной оси L,
причем каждый формирователь капель имеет нагревательный резистор (56), имеющий сопротивление по меньшей мере 100 Ом,
столбчатую матрицу (81) схем (85) на полевых транзисторах (ПТ), сформированную в упомянутой подложке печатающей головки и соединенную с формирователями капель, причем схемы на ПТ включают в себя активные области, каждая из которых содержит область (89) стока, область (99) истока и затвор (91), расположенный на окисном слое (93) затвора, причем каждая схема на ПТ имеет сопротивление включения, которое меньше, чем (250000 Ом·мкм2 )/А, где А - область ПТ в мкм2,
трассы питания (86а, 86b, 86с, 86d, 181), соединенные с формирователями капель и управляющими схемами на ПТ, и
при этом управляющие схемы на ПТ сконфигурированы так, чтобы скомпенсировать изменение паразитного сопротивления, вносимого трассами питания.
2. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что окисный слой затвора имеет толщину не более 800 Å.
3. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что каждая из схем на ПТ имеет длину затвора, которая меньше, чем 4 мкм.
4. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что каждая из схем на ПТ имеет сопротивление включения не более 14 Ом.
5. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что каждая из схем на ПТ имеет сопротивление включения не более 16 Ом.
6. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что столбчатая матрица схем на ПТ размещена в области ПТ, имеющей ширину, которая ортогональна продольной оси L, причем ширина равна не более 350 мкм.
7. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что столбчатая матрица схем на ПТ размещена в области ПТ, имеющей ширину, которая ортогональна продольной оси L, причем ширина равна не более 250 мкм.
8. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что трассы питания содержат шину (181) земли, которая перекрывает столбчатую матрицу управляющих схем на ПТ.
9. Печатающая головка по п.8, отличающаяся тем, что шина земли имеет ширину в поперечном направлении к продольной опорной оси L, которая изменяется вдоль продольной опорной оси L.
10. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что каждая из столбчатых матриц формирователей капель объединена в М групп (61a, 61b, 61с, 61d) элементарных действий, при этом трассы питания содержат М трасс (86а, 86b, 86c, 86d) выбора элементарных действий, соединенных с упомянутыми М группами элементарных действий.
11. Печатающая головка по п.10, отличающаяся тем, что подложка печатающей головки содержит концы, разделенные в продольном направлении, при этом М - четное число, а М/2 из упомянутых М трасс выбора элементарных действий электрически соединены с соединительными контактными площадками (74) на одном из упомянутых концов, другие М/2 из упомянутых М трасс выбора элементарных действий электрически соединены с соединительными контактными площадками (74) на другом из упомянутых концов.
12. Печатающая головка по п.11, отличающаяся тем, что М равно четырем.
13. Печатающая головка по п.10, отличающаяся тем, что М трасс выбора элементарных действий перекрывают связанную столбчатую матрицу управляющих схем на ПТ.
14. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что формирователи капель разделены промежутками по меньшей мере 1/600 дюйма вдоль продольной опорной оси L.
15. Печатающая головка по п.14, отличающаяся тем, что формирователи капель разделены промежутками по меньшей мере 1/300 дюйма вдоль продольной опорной оси L.
16. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что сопротивление нагревательного резистора равно по меньшей мере 100 Ом.
17. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что сопротивление нагревательного резистора равно по меньшей мере 120 Ом.
18. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что сопротивления включения схем на ПТ выбраны так, чтобы компенсировать изменение паразитного сопротивления, вносимого трассами питания.
19. Печатающая головка по п.18, отличающаяся тем, что размер каждой из схем на ПТ выбран так, чтобы установить сопротивление включения.
20. Печатающая головка по п.18, отличающаяся тем, что каждая из схем на ПТ содержит
электроды (87) стока,
контакты (88) стока, электрически соединяющие электроды стока с областями стока,
электроды (97) истока,
контакты (98) истока, электрически соединяющие электроды истока с областями истока,
при этом области стока сконфигурированы так, чтобы установить сопротивление включения каждой из схем на ПТ, чтобы компенсировать изменение паразитного сопротивления, вносимого трассами питания.
21. Печатающая головка по п.20, отличающаяся тем, что области стока содержат удлиненные области стока, причем каждая содержит постоянно неконтактируемый сегмент, имеющий длину, достаточную для установления сопротивления включения.
