[发明专利]喷墨打印头

说明书

本发明涉及一种热喷墨打印头，尤其涉及一种与单独的打印喷嘴有关的驱动电路。

热喷墨打印是一种广泛使用的打印技术。典型的喷墨打印机含有至少一个打印盒(print catridge)，其中形成小的墨滴并喷向纸张或任何其它打印介质以在介质上形成图像。打印盒最接近打印介质的部分通常被称作打印头。其含有将微小喷嘴阵列钻到其中的孔板。具有与每一个喷嘴相邻的墨室，其中在液滴形成之前存储墨水。每一个墨室装配有产生热量的欧姆电阻器。通过快速加热存储在该室中的墨水来完成喷墨。墨蒸汽的快速膨胀迫使该室中的一部分墨水以液滴的形式从喷嘴中喷出。破裂的气泡在该室中产生真空，这导致使墨水从盒内的储墨器中重新填充该室，所有室与其流体相通。所补充的墨水冷却电阻器、室壁和喷嘴，从而当下一次激活加热电阻器时重新填充和冷却使它们为下一次形成液滴作好准备。

以薄膜形式将电阻器沉积在硅基板上或任何其它的基板上，并且所使用的电阻材料通常是金属合金。为了避免电阻器和墨水(其在大部分应用中是基于水)之间的化学反应，电阻器及其金属端子由至少一种惰性和耐热钝化层所覆盖，其通常由氮化硅构成。可以将空化层(cavitation layer)沉积在钝化层的顶部上，以减小对钝化层和电阻器层的机械损伤，这可能是由于当喷射液滴之后墨水重新填充时进入该室所产生的影响而引起的。

电阻器连接到根据将被打印的数据以特定顺序将其接入和断开的驱动晶体管。该驱动晶体管与电阻器相邻并制造在与电阻器相同的基板上。可以使用多种不同的技术来形成驱动晶体管。晶体管的沟道必须足够宽以便其导通状态电阻与加热电阻器的电阻相比较小。

为了提供高的打印吞吐量和高的打印分辨率，现代打印头的喷嘴数量通常为几百，而喷嘴节距通常为20-100μm。高喷嘴数量和小节距的结合使用于单独利用外部逻辑电路来寻址开关晶体管变得不切实际，因为这要求对于每一个喷嘴都有一个接触垫。因此，现代打印头具有嵌在打印头基板上的逻辑电路，其在与开关晶体管相同的工艺中制造。集成逻辑电路具有单个、串行的打印数据输入，并由此显著降低了外部接触垫的数量。

关于喷墨打印头的制造存在很多困难和问题。

尽管墨盒(inkjet cartridge)的喷嘴数量在最近这几年已经显著增加，但是喷嘴阵列尺寸仍比典型的打印介质的尺寸小很多。例如，对于办公应用的标准打印盒中的喷嘴阵列尺寸大约比A4和B4纸的宽度小10-20倍。为了补偿尺寸的这种差异，喷墨打印器装备有计算机控制的传送机构，包括步进电动机，其通过使该盒以蛇形方式在打印介质上移动而实现对该打印介质的完全覆盖。由于可以得到喷嘴阵列尺寸与打印介质尺寸相等的打印头，所以将不需要盒传输机构。这将简化打印工艺，并且由于这种打印头的高喷嘴数量，也将增加打印吞吐量。

常规打印头制造在硅晶片上。市场上的硅晶片的最大直径为30cm。因此，在基于30cm晶片的制造工艺中，仅中央部分可以用于制造其喷嘴阵列尺寸与典型打印介质(A4或B4纸)的尺寸相等的打印头。大部分的有效晶片面积将不适合于页宽(page-wide)打印头。实质上，可以制造打印头的单独部分并随后将这些部分连接到页宽打印头，但是这在技术上是困难的、昂贵的，并且导致图像不自然，这与相邻的打印头部分之间的连接质量有关。

对于具有非常高喷嘴数量的改进打印头，已经提出了多晶硅(多晶Si)薄膜晶体管(TFT)技术。在多晶Si打印头中，多晶Si岛提供沟道、源极、漏极和场释放(field relief)区。它们通过经由化学汽相沉积(CVD)将非晶硅(a-Si)沉积在基板上、随后注入掺杂剂并利用激光或其它本领域中公知的结晶技术使a-Si结晶来形成。由于基板不是TFT的一部分而仅提供机械支撑，因此可以使用很宽范围的基板材料，例如玻璃、塑料薄片或钢箔。该处理可以使用较大的矩形基板，其更适合于打印头应用。