[发明专利]喷墨打印头

说明书

技术领域

本发明涉及热喷墨打印头，具体而言，涉及与打印喷嘴个体相关的驱动电路。

背景技术

热喷墨打印是一种广泛使用的打印技术。典型的墨喷打印机包括至少一个打印墨盒，其中，形成小墨滴，并使其朝向纸或任何其他打印介质喷射，从而在该介质上形成图像。常将最接近打印介质的墨盒部分称为打印头。其含有在其内钻取了由微小喷嘴构成的阵列的孔板。临近每一喷嘴设有墨室，在形成小墨滴之前，将墨水存储在所述墨室内。

每一墨室设有热换能器，所述热换能器通常具有欧姆薄膜电阻的形式。通过迅速加热存储在墨室内的墨水而完成喷墨。墨水的迅速膨胀迫使墨室中的一部分墨水以墨滴的形式通过所述喷嘴。破裂的气泡在墨室内建立了真空，从而引起墨水从墨盒内的墨水容器再次填充到墨室当中，所有的墨室均与所述墨水容器流体相通。补充的墨水冷却了电阻器、室壁和喷嘴，因而再次填充和冷却使其做好了在下一次激活加热电阻器时形成下一墨滴的准备。

在基于CMOS硅晶片技术的常规热喷墨打印头中，在形成于硅衬底上的薄膜内淀积热换能器，所采用的电阻材料通常为金属合金。

图1以示意图的形式示出了已知打印头的第一例子，其提供了具有薄膜电阻加热器2和对其加以驱动的晶体管4的喷嘴1。在这一例子中，采用常规硅IC工艺在晶片6上制造晶体管。

为了避免电阻材料和墨水之间发生化学反应，至少要采用一个通常由氮化硅构成的惰性、耐热钝化层覆盖所述热换能器及其金属端子。可以在钝化层的顶部淀积空化层，以降低对钝化层和电阻器层的机械损伤，所述机械损伤可能是由于在墨滴喷射之后重新填充墨水时，进入墨室的墨水的冲击导致的。

将热换能器的一个端子连接至电源电压，将另一个端子连接至驱动晶体管的漏极，将驱动晶体管的源极连接至公共地。使针对每一喷嘴的打印数据能够在晶体管栅极处可得，从而根据所要打印的数据，使热换能器按照特定顺序在开启、关闭之间切换。驱动晶体管与热换能器相邻，并且将其与热换能器制造在同一衬底上。

可以采用很多种不同的技术形成驱动晶体管。所述晶体管的沟道必须足够宽，从而使其导通状态下的电阻与热换能器的电阻相比小。这确保了外部电源电压几乎全部跨越导通状态下的热换能器降落，由此使晶体管中的能量损失降至最低。在截止状态下，电源电压几乎全部跨越晶体管沟道降落。非常重要的一点是，晶体管在该电压下的漏电流充分低，以防止在与墨室相邻的晶体管的散热作用下墨水温度显著升高。

为了提供高打印处理能力和高打印分辨率，新型打印头的喷嘴数量通常为几百，喷嘴间距为20-200μm。高喷嘴数量和小间距的结合使得采用外部逻辑电路对开关晶体管单独寻址不切实际，因为其要求为每一喷嘴设置一个接触焊盘。因此，新型打印头具有嵌入到打印头衬底上的逻辑电路，所述逻辑电路是在制造开关晶体管的过程中制造的。所述集成逻辑电路具有单一、串行打印数据输入，由此显著降低了外部接触焊盘的数量。

对于具有非常高的喷嘴数量的高级打印头而言，提出了采用多晶硅薄膜晶体管(TFT)技术。

在多晶硅打印头中，多晶硅岛提供了沟道、源极、漏极和场释放区。它们是通过利用化学气相淀积在衬底上淀积非晶硅(a-Si)，随后实施掺杂剂注入和利用激光的a-Si结晶或本领域已知的其他结晶技术而形成的。由于衬底不是TFT的部分，而只是提供机械支撑，因而可以采用玻璃、塑料薄片或钢箔等宽范围的衬底材料。

在多晶硅岛的顶部制造栅极氧化物和栅极金属。淀积通过介质层隔离的其他金属层，并对其进行光刻界定，使之连接至源极、漏极和栅极，并布设打印头内的信号线和电源线。

所述热换能器也由多晶硅构成，并且在优选工艺流中，通过与用于TFT的多晶硅岛相同的加工步骤制造所述换能器。在多晶硅岛的中央部分注入界定热换能器的低剂量区，两个高剂量区界定了连接至换能器的导电迹线。

在当前的批量生产设施中，多晶硅技术采用尺寸为0.5-2m²的大的矩形衬底。其能够制造出具有非常宽的喷嘴阵列的打印头，具体而言，所述喷嘴阵列的宽度等于典型的打印介质(A4或B4纸)的宽度。纸张宽度的打印头的主要优点在于，它们消除了像当前办公室应用中采用的墨喷打印机那样移动打印墨盒的需要。另一个优点是提高了打印处理能力。由于常规打印头是制造在小的、圆硅晶片上的，因而常规技术无法制造出纸张宽度的打印头。