專利名稱：用于熱敏電阻器降噪的接地結(jié)構(gòu)的制作方法
用于熱敏電阻器降噪的接地結(jié)構(gòu)
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及噴墨打印設(shè)備，更具體地涉及噴墨打印頭。 噴墨打印頭通常具有噴射器芯片，例如加熱器芯片。加熱器芯片 通常包括邏輯電路，多個功率晶體管以及一組加熱器或電阻器。硬件 或軟件打印機(jī)驅(qū)動器將選擇性地尋址或激勵邏輯電路，使得為了進(jìn)行 打印適當(dāng)?shù)碾娮杵鞯玫郊訜?。例如，?dāng)電阻器被加熱時，電阻器的溫 度升高，并且油墨隨后汽化并以墨滴形式從噴嘴中噴出。為了確保良 好的打印質(zhì)量，準(zhǔn)確地噴出精確數(shù)量的油墨很重要。為了達(dá)到這一目 的，必須監(jiān)視和控制打印頭的溫度。
采用多種技術(shù)測量打印操作過程中由電阻器產(chǎn)生的熱量或電阻器 的溫度。例如， 一些打印頭在基片上的加熱器附近安置熱敏電阻器
("TSR，，)，使得TSR可以感測或檢測加熱器的溫度。TSR通常在與 打印頭的基片相連的加熱器芯片處接地。在打印過程中加熱器芯片接 地電位可以相對于TSR的電壓波動，導(dǎo)致產(chǎn)生AV (也就是打印機(jī)接 地裝置和打印頭接地裝置之間的電壓改變)。盡管TSR可以測量量程 在每攝氏度幾毫伏的加熱器溫度，但由接地波動導(dǎo)致的AV會形成高 達(dá)每攝氏度200毫伏的噪聲。噪聲的振幅比待測量的信號大得多，難 以過濾，并且會影響溫度測量的總體精度。任何不精確都會導(dǎo)致加熱 器的控制不準(zhǔn)確，這樣又導(dǎo)致打印質(zhì)量變差。
發(fā)明內(nèi)容
因此，需提供一種用于測量噴墨噴射器芯片溫度的改進(jìn)方法和 裝置。在一種形式中，本發(fā)明提供一種噴墨打印頭，其包括熱敏電阻 器。熱敏電阻器具有與接地結(jié)構(gòu)(在此也被稱為接地面)相連的低電 壓端。在一種形式中，接地結(jié)構(gòu)是至少部分地封裝熱敏電阻器的保護(hù)環(huán)。在另一實(shí)施方式中，接地結(jié)構(gòu)根據(jù)噴射器芯片上的部件可以具有 任何形式或形狀。
在另一形式中，本發(fā)明提供一種在植入具有噴射器芯片接地裝置 的噴射器芯片內(nèi)的熱敏電阻器上降噪的方法。該方法包括確定與噴射 器芯片接地裝置電隔離的熱敏電阻器的低電壓端的步驟。此后，該方 法包括用接地結(jié)構(gòu)至少部分地封裝熱敏電阻器，以及使接地結(jié)構(gòu)與熱 敏電阻器的低電壓端相連的步驟。
在另一形式中，本發(fā)明提供一種噴墨打印設(shè)備。該噴墨打印設(shè)備 包括打印設(shè)備接地裝置，以及打印頭。該打印頭具有打印頭芯片接地 裝置和至少部分地封裝熱敏電阻器的接地結(jié)構(gòu)。熱敏電阻器具有與接 地結(jié)構(gòu)相連的低電壓端，并且打印設(shè)備的接地裝置由此繞過打印頭芯 片的接地裝置。
在另一形式中，本發(fā)明提供一種噴射器芯片。該噴射器芯片包括 具有第一噴射器芯片接地電位的噴射器芯片接地裝置。該噴射器芯片 還包括與噴射器芯片接地裝置電隔離并與具有第二接地電位的第二接 地裝置相連的結(jié)合墊。該噴射器芯片還包括與結(jié)合墊相連由此具有第
二接地電位的接地結(jié)構(gòu)；以及與結(jié)合墊相連由此也具有第二接地電位 的熱敏電阻器。
本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀以下的詳細(xì)描述、權(quán)利要求和附圖之后將 會清楚地了解到本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。
圖中
圖l表示根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的噴墨打印頭； 圖2表示根據(jù)本發(fā)明的加熱器芯片的實(shí)施方式；以及 圖3表示沿圖2中的線3-3截取的熱敏電阻器和接地結(jié)構(gòu)的局部 橫截面圖。
具體實(shí)施方式
在詳細(xì)說明本發(fā)明的 一 些實(shí)施方式之前，必須認(rèn)識到本發(fā)明并不 局限于采用在下文描述中提出或下文圖中示出的構(gòu)造的細(xì)節(jié)和部件的
同樣，必須認(rèn)識到在此采用的措辭和術(shù)語是為了描述而不應(yīng)該被認(rèn)為 是限定。在此采用的"包括"、"含有"或"具有，，及其變型意思是包 含此后所列的項(xiàng)目及其等效項(xiàng)目以及其他項(xiàng)目。除非另有限定，否則 在此的術(shù)語"連接"、"聯(lián)接"和"安裝"及其變型廣義地被使用并包 含直接和間接的連接件、聯(lián)接件和安裝件。另外，術(shù)語"連接"和"聯(lián) 接"及其變型不局限于物理或機(jī)械連接件或聯(lián)接件。
本發(fā)明總體上涉及打印頭，其具有被用于產(chǎn)生以多種模式打印的 多個打印滴體積的噴嘴部分，所述模式包括但不局限于汲取模式
(draft mode )、高質(zhì)量才莫式和它們的組合。在此和在附加權(quán)利要求中 釆用的術(shù)語"油墨，，可以指油墨、染料、染色劑、顏料、著色劑、色 彩、它們的組合中的至少一個，以及通常用于噴墨打印機(jī)的任何其他 材料。在此和在附加權(quán)利要求中釆用的術(shù)語"打印介質(zhì)"可以指紙(包 括但不局限于坯料紙、靜止紙、薄紙、自制紙，等等)、薄膜、磁帶、 相紙、它們的組合的至少一種、以及在噴墨打印機(jī)上通常采用的任何 其他介質(zhì)。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的噴墨打印頭10。打印頭10 包括限定凸頭13和油墨容器14的殼體12,所述油墨容器容納油墨或 浸有油墨的泡沫插入件。殼體12可以由多種材料構(gòu)成，包括但不局限 于聚合物、金屬、陶瓷、復(fù)合材料等中的一個或組合。圖l所示的噴 墨打印頭10已經(jīng)被轉(zhuǎn)變成表示打印頭10的噴嘴部分15。噴嘴部分15 至少部分地定位在凸頭13的下表面11上以將油墨從油墨容器14轉(zhuǎn)移 到打印介質(zhì)(未示出)上。噴嘴部分15可以包括噴射器芯片例如加熱 器芯片16 (在圖2中詳細(xì)示出)和具有多個噴嘴22的噴嘴板20，所 述噴嘴限定了噴嘴結(jié)構(gòu)并且墨滴從其中噴射到通過打印機(jī)(未示出) 進(jìn)給的打印介質(zhì)上。噴嘴22可以具有任何所需的橫截面形狀，包括但 不局限于圓形、橢圓形、正方形、矩形、以及可以使油墨從打印頭10
轉(zhuǎn)移到打印介質(zhì)的任何其他多邊形形狀。
在圖2中詳細(xì)示出了從圖1所示組裝的打印頭10的視圖中隱藏的 加熱器芯片16。加熱器芯片16還在帶元件18的去除區(qū)域或切口部分 19連接噴嘴板20上。加熱器芯片16連接成使得噴嘴板20的向外面 對的表面21大體上與帶元件18的外表面29平齊并平行，以通過與油 墨容器14流體連通的多個噴嘴22將油墨引導(dǎo)到打印介質(zhì)上。盡管在 本實(shí)例中采用熱噴墨打印設(shè)備，但本發(fā)明還可以采用其他類型的噴墨 技術(shù)例如壓電技術(shù)。
導(dǎo)電軌跡17可以通過多種方法設(shè)置在帶元件18上，包括但不局 限于電鍍工藝、光蝕刻、以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其他方法。 每個導(dǎo)電軌跡17 —端在一些結(jié)合墊處直接或間接地與加熱器芯片16 相連。同樣，每個導(dǎo)電軌跡17另一端還直接或間接地與接觸墊28相 連。每個接觸墊28還延伸到帶元件18的外表面29。接觸墊28定位 成與支架(未示出)上的相應(yīng)接觸件配合以在基于微處理器的打印機(jī) 控制器30和打印頭10的部件例如熱換能器或加熱器32之間形成連 通，這將在下文給出更詳細(xì)的描述。帶元件18可以由能夠提供導(dǎo)電軌 跡17的多種其他聚合物或材料形成，以使打印頭10的噴嘴部分15 與接觸墊28、結(jié)合墊以及打印機(jī)控制器30電連接。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的加熱器芯片16的一部分。用 相同的附圖標(biāo)記表示同一部件。加熱器芯片16可以由多種材料形成， 包括但不局限于摻雜或未摻雜硅、摻雜或未摻雜鍺的多種形式、或任 何其他半導(dǎo)體材料。加熱器芯片16定位成與設(shè)置在帶元件18下側(cè)的 導(dǎo)電軌跡17電導(dǎo)通。加熱器芯片16包括通過加熱器芯片16上的第二 組導(dǎo)電軌跡117連接的多個加熱器32。加熱器32可以包括能夠?qū)㈦?能轉(zhuǎn)化為熱的任何換能器，例如電阻器，特別是薄膜電阻器。電信號 通過導(dǎo)電軌跡117從打印機(jī)控制器30被送至加熱器32以加熱或激勵 加熱器32，由此根據(jù)已經(jīng)選定的打印模式使腔102內(nèi)的油墨汽化。特 別地，當(dāng)電信號例如電流或電壓達(dá)到某一預(yù)定電位時，由加熱器32 驅(qū)散的熱量使接觸加熱器32油墨成核。這樣，可以形成油墨泡，并且 墨滴從噴嘴22被排放到打印介質(zhì)上。
噴嘴22、腔102、通道103以及油墨凹槽(未示出)可以被總稱 為流動部件104。在一些實(shí)施方式中，噴嘴板20可以包括多個層或基 片，并且流動部件可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法被限定在任何 層或基片上。例如，限定流動部件104可以包括但不局限于激光燒蝕、 汽相沉積、平版印刷、等離子蝕刻、金屬電解沉淀以及它們的組合中 的至少一個。在另一實(shí)施方式中，流動部件104可以被限定在一層上。 另外，流動部件104不需要被限定在相同層(多個層)，而是一些流動 部件可以被限定在一個或多個第一層上，其他流動部件(例如噴嘴22) 可以被限定在第二層上。而且，在采用多個噴嘴板層的實(shí)施方式中， 這些層不必由相同材料制成，并且用于在一層上限定流動部件的方法 (多種方法)不必與用于在其他層(多個層)上限定流動部件的方法 (多種方法)相同。例如，噴嘴板20可以包括具有流動部件的一個或 多個薄或厚膜層，所述流動部件由包括平版印刷、汽相沉積和等離子 蝕刻中至少一個的方法限定，并且噴嘴板20可以包括一個或多個聚酰 亞胺層，其具有由激光燒蝕限定的流動部件。
回頭參照圖2，從每個腔102中噴出的油墨量會受到例如加熱器 32的尺寸以及相應(yīng)噴嘴22的尺寸和形狀這些因素的影響。例如，加 熱器32的尺寸會控制所產(chǎn)生的熱量，并由此控制油墨溫度。同時其他 因素例如油墨的表面張力和粘度、以及噴嘴22相對較小的尺寸和由油 墨容器14形成的壓力阻礙油墨從噴嘴22中溢出，直至啟動相應(yīng)的加 熱器32。特別地，當(dāng)電阻構(gòu)件或加熱器芯片16的加熱器32被激勵時， 產(chǎn)生的熱量改變儲存在腔102內(nèi)的油墨的表面張力和粘度，進(jìn)而改變 墨滴尺寸。
此外，熱敏電阻器("TSR" ) 105靠近加熱器32定位以測量或感 測由加熱器32產(chǎn)生的熱量，從而實(shí)現(xiàn)對墨滴的控制。通常，將N型 材料或帶負(fù)電荷的材料植入P型基片或帶正電荷的材料例如硅內(nèi)形成 N+源漏電("NSD") TSR電阻器。P型材料的接地結(jié)構(gòu)108通常至少 部分地封裝TSR105以至少部分地圍繞TSR 105提供電屏蔽。接地結(jié) 構(gòu)108還在結(jié)合墊109處與TSR 105相連，所述結(jié)合墊使P型材料基 片和TSR接地結(jié)構(gòu)108之間的電流流動通過TSR 105的^f氐電壓側(cè)和 結(jié)合墊109分流到打印機(jī)或打印設(shè)備的接地裝置(未示出)。具體地說， TSR 105通常被強(qiáng)制但并不局限于被強(qiáng)制具有低電壓端。特別地，低 電壓端可以被驅(qū)動(高電壓端被檢測、測量、感測或確定)，并在此后 與結(jié)合墊109相連，所述結(jié)合墊與其電隔離或具有不同的電壓勢。將 接地結(jié)構(gòu)108與低電壓端、結(jié)合墊109以及打印設(shè)備的接地裝置相連 由此避免了 AV改變。
加熱器芯片16還包括總稱為FET區(qū)域111的場效應(yīng)晶體管
("FET")，從而以本領(lǐng)域已知的方式尋址或激勵電阻構(gòu)件或加熱器 32。 FET區(qū)域111與芯片接地裝置114電連接。FET區(qū)域111夾在接 地結(jié)構(gòu)108和芯片接地母線119之間，所述芯片接地母線與具有芯片 接地電位的芯片接地裝置120相連。更具體地說，NSDTSR105部分 或完全由接地結(jié)構(gòu)108封裝，也就是基片與金屬導(dǎo)體相接。這樣，由 于芯片接地裝置120與結(jié)合墊109電隔離，因此TSR105周圍的接地 結(jié)構(gòu)108為打印過程中產(chǎn)生的噪聲提供阻抗更低的通路。也就是說， 接地結(jié)構(gòu)108消除了 AV改變，由此將打印同時確定溫度過程中測得 的噪聲降至最小。
圖3表示TSR 105附近的加熱器芯片16的橫截面圖。NSD TSR 105至少部分地由P型接地結(jié)構(gòu)108封裝，接地結(jié)構(gòu)108的一端通過 結(jié)合墊109與打印機(jī)的接地裝置相連。NSD TSR 105和P型接地結(jié)構(gòu) 108都植入基片150。基片150可以是硅芯片，根據(jù)應(yīng)用具有多種厚度。 也具有多種厚度的電介質(zhì)層154沉積在基片150的頂部以使基片150 絕熱。電介質(zhì)層154可以由不同材料組成，例如二氧化硅("Si(V，)、 摻雜硼磷的玻璃("BPSG，，)、摻雜磷的玻璃("PSG")、或者玻璃纖維
(Spun-on glass )("SOG"。這樣，當(dāng)電流流過電阻層158時在電阻層 158或加熱器32上產(chǎn)生的能量可以與基片150隔離。電阻層158可以 包括例如鋁鉭合金("TaAl")、氮化鉭("TaN，， )、 二硼化鉿("Hffi2，，)、 具有耐高溫性和高電阻率的材料，等等。為了使電阻層158在氣泡破 裂過程中免受油墨腐蝕的影響，可以在電阻層158上沉積第二電介質(zhì) 層162。電介質(zhì)162可以包括例如包含氮化硅("SiN")、碳化硅("SiC") 以及鉭("Ta")的材料。第二電介質(zhì)層162另外夾在金屬層158和第 二金屬層166之間。第二金屬層166可以與FET區(qū)域lll相連，并具 有例如鋁("A1")、鋁銅合金("AlCu")、鋁硅合金("雄")的材料， 或者具有低電阻率的一些其他鋁合金。當(dāng)然按照不同應(yīng)用的需要也可 以在加熱器芯片16上沉積其他材料層。
在以下權(quán)利要求中提出本發(fā)明的多個特征和優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種噴墨打印頭，包括被構(gòu)造成具有低電壓端的熱敏電阻器；以及至少部分地封裝熱敏電阻器并在低電壓端與熱敏電阻器相連的接地結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的噴墨打印頭，其特征在于，還包括與接地 結(jié)構(gòu)隔開的噴射器芯片接地裝置。
3. 如權(quán)利要求2所述的噴墨打印頭，其特征在于，還包括與接地 結(jié)構(gòu)電連接并被構(gòu)造成繞過噴射器芯片接地裝置的打印頭接地裝置。
4. 如權(quán)利要求1所述的噴墨打印頭，其特征在于，還包括靠近接 地結(jié)構(gòu)定位并被構(gòu)造成產(chǎn)生熱量的加熱器。
5. 如權(quán)利要求1所述的噴墨打印頭，其特征在于，還包括被構(gòu)造 成被激勵并噴墨的換能器。
6. 如權(quán)利要求1所述的噴墨打印頭，其特征在于，還包括靠近接 地結(jié)構(gòu)定位的場效應(yīng)晶體管("FET")。
7. 如權(quán)利要求1所述的噴墨打印頭，其特征在于，熱敏電阻器包 括植入P型基片的N型材料。
8. 如權(quán)利要求l所述的噴墨打印頭，其特征在于，接地結(jié)構(gòu)包括 P型材料。
9. 一種噴墨打印設(shè)備，包括 打印設(shè)備的接地裝置；以及打印頭，其具有打印頭芯片接地裝置和至少部分地封裝熱敏電阻 器的接地結(jié)構(gòu)，熱敏電阻器具有與接地結(jié)構(gòu)相連的低電壓端，并且打 印設(shè)備的接地裝置由此繞過打印頭芯片的接地裝置。
10. 如權(quán)利要求9所述的噴墨打印設(shè)備，其特征在于，還包括靠 近接地結(jié)構(gòu)定位并被構(gòu)造成產(chǎn)生熱量的加熱器。
11. 如權(quán)利要求9所述的噴墨打印設(shè)備，其特征在于，還包括被 構(gòu)造成被激勵并噴墨的換能器。
12. 如權(quán)利要求9所述的噴墨打印設(shè)備 近接地結(jié)構(gòu)定位的場效應(yīng)晶體管("FET")。
13. 如權(quán)利要求9所述的噴墨打印設(shè)備 器包括植入P型基片的N型材料。
14. 如權(quán)利要求9所述的噴墨打印設(shè)備 包括P型材料。
15. —種噴射器芯片，包括 被構(gòu)造成具有第一噴射器芯片接地電位的噴射器芯片接地裝置； 與噴射器芯片接地裝置電隔離并被構(gòu)造成與具有第二接地電位的第二接地裝置相連的結(jié)合墊；與結(jié)合墊相連由此具有第二接地電位的接地結(jié)構(gòu)；以及 與結(jié)合墊相連由此也具有第二接地電位的熱敏電阻器。
16. 如權(quán)利要求15所述的噴射器芯片，其特征在于，結(jié)合墊使噴 射器芯片與打印設(shè)備接地裝置電連接并由此繞開噴射器芯片接地裝 置。
17. 如權(quán)利要求15所述的噴射器芯片，其特征在于，還包括靠近 接地結(jié)構(gòu)定位并被構(gòu)造成產(chǎn)生熱量的加熱器。
18. 如權(quán)利要求15所述的噴射器芯片，其特征在于，還包括被構(gòu) 造成被激勵并噴墨的換能器。
19. 如權(quán)利要求15所述的噴射器芯片，其特征在于，還包括靠近 接地結(jié)構(gòu)定位的場效應(yīng)晶體管("FET")。
20. 如權(quán)利要求15所述的噴射器芯片，其特征在于，熱敏電阻器 包括植入P型基片的N型材料。
21. 如權(quán)利要求15所述的噴射器芯片，其特征在于，接地結(jié)構(gòu)包 括P型材料。
22. —種在具有噴射器芯片接地裝置的噴射器芯片內(nèi)上植入熱敏 電阻器內(nèi)降噪的方法，所述方法包括以下步驟確定在熱敏電阻器處與噴射器芯片接地裝置電隔離的低電壓端； 用接地結(jié)構(gòu)至少部分地封裝熱敏電阻器；以及,其特征在于，還包括靠 ，其特征在于，熱敏電阻 ,其特征在于，接地結(jié)構(gòu) 使接地結(jié)構(gòu)與熱敏電阻器的低電壓端相連。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，還包括使熱敏電阻 器的低電壓端與不同于噴射器芯片接地裝置的打印機(jī)接地裝置相連的
24. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，至少部分地封裝熱 敏電阻器還包括將P型材料植入熱敏電阻器的步驟。
25. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，還包括靠近接地結(jié) 構(gòu)定位換能器的步驟。
26. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，還包括靠近接地結(jié) 構(gòu)定位場效應(yīng)晶體管("FET")的步驟。
27. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，熱敏電阻器還包括 植入P型基片的N型材料。
全文摘要
提出了一種噴墨打印頭。該噴墨打印頭包括具有與接地結(jié)構(gòu)相連的低電壓端的熱敏電阻器，所述接地結(jié)構(gòu)至少部分地封裝熱敏電阻器。
文檔編號B41J2/01GK101098786SQ200580025859
公開日2008年1月2日 申請日期2005年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者A·J·阿赫內(nèi), G·K·帕里什, K·M·羅 申請人:萊克斯馬克國際公司