打印头

摘要

本发明公开了打印头和用于制造打印头的技术。示例性方法包括在电路层中形成驱动电路部件。方法还包括形成导致流体从喷嘴喷射的流体装置。方法还包括形成联接驱动电路部件的互连层。

权利要求

1.一种打印头，包括：

流体装置，其联接到能量输送装置以导致流体从喷嘴喷射；

电路层，其包括驱动电路部件，所述驱动电路部件包括：第一和第二激活装置，其激活所述能量输送装置；

第一驱动逻辑，其联接到所述第一激活装置；以及

第二驱动逻辑，其联接到所述第二激活装置；以及

互连层，其电联接所述驱动电路部件，所述互连层将相同的地址选择信号联接到所述第一驱动逻辑和所述第二驱动逻辑，所述互连层的布局至少部分地基于所述打印头的喷嘴密度被选择。

2.根据权利要求1所述的打印头，其中，所述电路层包括附加驱动电路部件，其与未使用的地址相关联，且被永久地禁用以免激活所述打印头上的任何喷嘴。

3.根据权利要求1所述的打印头，其中，所述打印头包括存储器，其标识所述打印头的喷嘴密度。

4.根据权利要求1所述的打印头，其中，所述第一激活装置包括连接到能量输送装置的第一晶体管，所述第二激活装置包括连接到能量输送装置的第二晶体管，其中，第一驱动逻辑用以控制第一晶体管的门，第二驱动逻辑用以控制第二晶体管的门。

5.根据权利要求4所述的打印头，还包括地址解码器门，以接收地址位并产生地址选择信号，所述地址选择信号被提供给所述第一驱动逻辑和所述第二驱动逻辑的输入。

6.根据权利要求5所述的打印头，其中，所述第一驱动逻辑和所述第二驱动逻辑还接收激发信号。

7.根据权利要求4所述的打印头，其中，能量输送装置包括电阻器，所述电阻器连接到第一晶体管和第二晶体管且能由第一晶体管和第二晶体管激活。

8.根据权利要求4所述的打印头，其中，能量输送装置包括压电装置，所述压电装置连接到第一晶体管和第二晶体管且能由第一晶体管和第二晶体管激活。

9.根据权利要求1所述的打印头，其中，所述流体装置包括流体腔和喷嘴。

10.一种打印头，包括：

流体装置，其联接到能量输送装置以导致流体从喷嘴喷射；

电路层，其包括驱动电路部件，所述驱动电路部件包括：第一和第二激活装置，其激活所述能量输送装置；以及驱动逻辑，其联接到所述第一和第二激活装置；以及互连层，其电联接所述电路部件，所述互连层将相同的驱动电路部件联接到所述第一和第二激活装置，所述互连层的布局至少部分地基于所述打印头的喷嘴密度被选择。

11.根据权利要求10所述的打印头，其中，所述驱动电路部件中的一些与未使用的地址相关联，且被永久地禁用以免激活所述打印头上的任何喷嘴。

12.根据权利要求10所述的打印头，其中，所述打印头包括存储器，其标识所述打印头的喷嘴密度。

说明书

打印头

[0001] 本申请为分案申请，其母案申请号为201480083842.6，申请日为2014年12月2日，发明名称为“打印头”。

背景技术

[0002] 当今的打印机通常使用包括某种形式的打印头的流体输送系统。打印头保持流体(诸如墨水)的贮液器、以及使流体能够通过喷嘴而喷射到打印介质上的电路。一些打印头被配置成容易被再次填充，而另一些试图在单次使用后丢弃。打印头通常被插入到打印机的托架中，使得打印头上的电触头联接到来自打印机的电输出。来自打印机的电控制信号激活喷嘴以喷射流体，并控制哪些喷嘴被激活以及激活时机。在打印头中可以包括大量电路，以使得能够适当地处理来自打印机的控制信号。

附图说明

[0003] 参考附图并在下述具体实施方式中描述某些示例，附图中：

[0004] 图1是示例性打印头的底表面的图；

[0005] 图2是能够用于控制打印头的驱动电路的示例的框图；

[0006] 图3是示出用于打印头的驱动电路的一部分的电路图；

[0007] 图4是示出用于驱动电路的另一配置的电路图；

[0008] 图5是制造打印头的方法的工艺流程图；

[0009] 图6是示出包括标准化驱动电路部件布局的打印头组件的简化示例的框图；以及[0010] 图7是示出包括标准化驱动电路部件布局的另一打印头组件的简化示例的框图。

具体实施方式

[0011] 本公开描述用于制造具有可配置的喷嘴密度的打印头的技术。如上所述，打印头通常包括用于驱动喷嘴的激活的大量电路。驱动电路能够包括电路层和互连层。电路层包括若干驱动电路部件，诸如逻辑门、晶体管、电阻器、电容器等，其通过使用半导体装配技术被装配在半导体晶片中。互连层导电线路形成在电路层的半导体之上以联接驱动电路部件。包括流体腔和喷嘴的流体层通常被装配在驱动电路的顶部上。

[0012] 本文描述的技术使得单个驱动电路部件布局能够被用于装配具有不同喷嘴密度的打印头。这使得打印头喷嘴密度能够在不修改装配于半导体中的驱动电路部件的布局的情况下改变。另外，在具有减少的喷嘴密度的打印头中，相同的驱动电路部件布局能够用来增加用于驱动流体喷射的功率。驱动电路部件布局通过改变互连层的设计而被多种打印头设计重复使用。这允许一个标准电路层被用于装配具有不同流体布局的不同类型的打印头，从而以较低成本服务更广泛的产品。

[0013] 图1是示例性打印头的底表面的图。打印头大体用附图标记100指代。图1的打印头100包括流体馈送槽102和两列喷嘴104，其被称为喷嘴列106。在使用期间，流体被从流体馈送槽102抽取并且从喷嘴104喷射到打印介质上。流体可以是墨水、在三维打印中使用的材料(诸如热塑性塑料或者光敏聚合物)、或者其他合适的流体。

[0014] 每个喷嘴104可以是流体腔的一部分，该流体腔包括相邻的能量输送装置，该能量输送装置被激活装置激活。在本描述中，激活装置在本文中被称为晶体管110，并且能量输送装置是加热元件，其在本文中被称为电阻器108。然而，其他类型的激活装置和能量输送装置也可以用于激活喷嘴104。例如，激活装置可以是任何合适类型的晶体管(如场效应晶体管(FETs))、开关(诸如微机电系统(MEMS)开关)等等。能量输送装置的另一些示例是响应于施加的电压而变形的压电材料、或者由响应于温度梯度而变形的多层薄膜堆叠制成的桨状物(paddle)。每个电阻器108均电联接到至少一个晶体管110的输出，该输出向电阻器108提供电流，从而导致电阻器108生热。选定喷嘴104能够通过接通对应的晶体管110而被激活，这会加热与电阻器108接触或相邻的流体，且因而导致流体被从喷嘴104喷出。在一些示例中，电流以一系列脉冲的形式被输送到电阻器108。晶体管110是打印头100的驱动电路的一部分。将在之后的附图中描述驱动电路的其他部件。电阻器108、喷嘴104、流体馈送槽102和其他流体导通部件是流体层的一部分。

[0015] 打印头100能够包括任何合适数量的喷嘴104。此外，虽然示出了两个喷嘴列106，但是打印头100能够包括任何合适数量的喷嘴列。例如，打印头100能够包括附加的流体馈送槽102，且在每个流体馈送槽102的每侧上具有对应的喷嘴列106。如果包括多个流体馈送槽102，则每个流体馈送槽102可以被配置成输送不同类型的流体，诸如不同颜色的墨水或者不同材料。

[0016] 喷嘴110可以被划分成组，其在本文中被称为基元(primitive)112。每个基元112均能够包括任何合适数量的喷嘴104。在一些示例中，在任意给定时间下，每个基元仅1个喷嘴被激发。这可以是例如为了管理峰值能量需求。为了激活特定喷嘴104，打印机向打印头发送数据，打印头电路处理该数据以确定哪些喷嘴是目标。从打印机接收的信息的一部分是地址信息。基元112内的每个喷嘴104对应于不同地址，其在该基元112内是唯一的。喷嘴地址针对每个基元112重复。在图1的示例性打印头100中，打印头100的左上角的第一喷嘴104被两个晶体管110控制，这两个晶体管110均关联于地址0。在该示例中，激发晶体管110的寻址被配置成使得当地址0被激发时，与该地址相关联的两个晶体管110将向相邻的电阻器供应能量。这可以是有利的，因为在这样的配置中，可以实现更高能量的激发。用于激活打印头的喷嘴的电路在下文中被进一步描述。每个基元还包括与未使用的地址相关联的驱动电路。例如，在图1的示例中，仅使用地址0、2、4和6，而未使用地址1、3、5和7。电路层包括附加驱动电路部件，所述附加驱动电路部件与未使用的地址相关联，且被永久地禁用以免激活打印头上的任何喷嘴。术语“永久地禁用”意味着附加的、未使用的电路部件断开联接，并且没有任何能实现联接的可调节的选择特征(诸如开关)。

[0017] 各种打印头类型能够通过使用单个驱动电路部件布局而装配，该驱动电路部件布局能够被标准化以支持多种流体布局。例如，图1所示的驱动电路部件布局也可以被用在相比于图1所示的喷嘴密度具有双倍喷嘴密度的打印头中。为了使喷嘴密度加倍，附加喷嘴104和电阻器108能够在图1所示的喷嘴104和电阻器108之间被添加到流体布局。双倍喷嘴密度打印头中的每个电阻器108将被联接到单个晶体管110，而不是图1所示的两个。因此，电路层的半导体内的晶体管110和其他驱动电路部件的数量和位置将不会改变。类似地，通过从流体布局移除一些喷嘴104和电阻器108而不对在半导体中装配的标准驱动电路部件布局做出任何改变，喷嘴密度相比于图1所示的喷嘴密度也将减小。

[0018] 另外，用于驱动特定电阻器108的电功率的量能够被调节而不会对驱动电路部件布局造成任何改变。例如，在一些实施方式中，每个电阻器108能够被联接到两个晶体管110的输出。相比于单个晶体管，由两个晶体管提供的增加的电流能够导致更快的加热和更高能量的流体喷射。在较低能量的实施方式中，每个电阻器108可以仅被联接到一个晶体管110，并且剩余晶体管110可以是未使用的。部分取决于喷嘴密度，每个电阻器108能够被联接到一个、两个、三个、四个或更多个晶体管110。

[0019] 打印头100还包括互连层，其将驱动电路的部件彼此联接并将驱动电路联接到电阻器108。互连层能够针对驱动电路部件布局和流体布局的特定组合被定制。例如，通过根据特定实施方式的设计构思选择将标准电路层联接到流体层的适当的互连层，标准驱动电路部件布局能够被用于多种喷嘴密度。进一步参考图3和图4描述互连层。

[0020] 图2是能够被用于控制打印头的驱动电路的示例的框图。图2的打印头包括N个喷嘴列106，其被示作喷嘴阵列200的一部分。打印头可以安装在打印机202中，且被配置成通过一个或多个电触头从打印机接收打印命令。打印命令可以以数据包的形式从打印机202发送到打印头100，该数据包在本文中被称为激发脉冲组(FPG)。激发脉冲组可以由控制器接收在打印头上，该控制器被称为FPG接收器204。激发脉冲组能够包括FPG开始位和FPG停止位，所述FPG开始位被打印头100使用来识别激发脉冲组的开始，所述FPG停止位指示数据包传输的结束。激发脉冲组也能够针对每个喷嘴列106而包括一组地址位。供应到基元的地址选择由基元内的哪个喷嘴激发基元数据，最终导致流体喷射。在一些示例中，地址位被包括在激发脉冲组中，并且FPG接收器204将地址位发送到适当的喷嘴列200。在一些示例中，地址位不被包括在激发脉冲组中，而是在打印头100上被生成。如果地址位不被包括在激发脉冲组中，则FPG接收器204能够将地址数据发送到地址生成器块206。地址生成器块206生成地址位并且将地址位发送到适当的喷嘴列200。在一些示例中，喷嘴列106内的所有基元均使用相同的地址数据。

[0021] 激发脉冲组也能够针对每个基元112包括一个或多个位的激发数据(图1)，在此被称为基元数据。基元数据从FPG接收器204被发送到每个基元112。基元数据确定被特定基元112内的地址位标识的喷嘴是否被激活。基元数据可以针对每个基元112而不同。

[0022] 激发脉冲组还能够包括脉冲数据，其控制被输送到电阻器108的电流脉冲的特征，诸如脉宽、脉冲数量、占空比等等。激发脉冲组能够将脉冲数据发送到激发脉冲生成器208，其基于脉冲数据生成激发信号，并且将激发信号输送到喷嘴列106。一旦激发脉冲组已经被加载，则激发脉冲生成器208会将激发信号发送到喷嘴列106，这导致被寻址的喷嘴被激活并喷射流体。当被加载到基元中的基元数据表明应该发生激发、被输送到基元的地址匹配基元中的喷嘴地址、并且激发信号被基元接收时，该基元内的特定喷嘴将被激活。进一步参考图3和图4描述能够用于实施该过程的驱动电路。

[0023] 在一些示例中，打印头100包括存储器210，其标识打印头100的特征。存储器210能够是任何合适的非易失性存储器并且能够由制造商编程。存储器能够包括标识符，其标识喷嘴密度或者关于打印头100的其他标识信息。该信息能够被打印机202读取并且用于选择喷嘴寻址协议以用于激活正确的打印头喷嘴。例如，参考图1，打印机100能够被配置成仅使用地址0、2、4和6。

[0024] 将意识到，图2的框图是打印头100的一个示例，该打印头100能够根据本文描述的技术来制造并且多种变型可能落入权利要求的范围内。例如，打印头100的一个或多个部件，诸如地址生成器206和激发脉冲生成器208，可以与打印头100分离。此外，打印头100能够用于任何合适类型的精确分配装置，包括二维打印机、三维打印机和数字滴定装置等等。二维打印技术的示例包括热墨水喷射(TIJ)技术和压电墨水喷射技术等等。

[0025] 图3是示出用于图1的打印头的驱动电路的一部分的电路图。驱动电路包括电路层，其包括两个晶体管110和用于控制晶体管110的激发的逻辑部件。每个晶体管110的输出被联接到单个电阻器108，该电阻器108被用作流体喷射的加热元件并且关联于单个喷嘴104(图1)。电阻器108是流体层的一部分。电阻器108和晶体管110也在图1中被示出。图3所示的部件可以针对打印头上的每对晶体管110重复。此外，将意识到，驱动电路能够包括图3未示出的附加部件。图3的电路层被标准化，意味着其能够结合多种不同的流体层设计而使用。电阻器108的设置和数量将根据打印头的喷嘴密度而变化。

[0026] 在图3的示例性驱动电路中，由与门302接收三个地址位300。在该示例中使用三个地址位，因为每个基元具有八个独特的喷嘴地址。这三个地址位300被标记为ADDR[0]、ADDR[1]和ADDR[2]。由字符“n”引领的地址位标签表明地址位已经被反相。地址位300的每种独特的组合将导致与门302中的一个的输出将逻辑一输出。每个与门302的输出被称为“地址选择信号”，并且是单个数字逻辑位，其表明基元中的喷嘴的哪一个被选择用来激活。每个与门302的输出与激发信号306和基元数据308一起被发送到另一个与门304的网络。根据喷嘴配置的类型，每个与门304的输出能够联接到一个或两个晶体管110的门。在图3所示的示例中，对应于地址0的输出被输出到两个晶体管110。相比之下，在具有两倍喷嘴104的实施方式中，一个晶体管110可以被联接到地址0并且另一晶体管110可以被联接到地址1。因此，能够看出，图3的标准化驱动电路部件布局能够用于支持各种流体布局(例如不同喷嘴密度)而不需对半导体部件做出任何改变。

[0027] 互连层提供在半导体部件之间的电连接并且使得标准化驱动电路部件布局能够适于各种各样的流体布局。例如，两种不同的喷嘴密度能够在如圆圈310所表示的互连层具有较小改变的情况下被支持，该圆圈310示出地址1的输出是浮置的，而地址0的输出被联接到两个晶体管110。

[0028] 能够对图3所示配置做出各种其他改变。例如，图3的逻辑部件被示为一组与门。然而，逻辑部件可以被实施成诸如与门、或门、反相器、触发器和二极管等等的电子装置的任何合适组合。另外，也能够对互连层做出各种修改。例如，地址0的输出可以被联接到晶体管110中的一个，并且另一个晶体管110可以保持不联接到任何输出。图4中示出用于配置驱动电路的另一技术。

[0029] 图4是示出驱动电路的另一配置的电路图。图4的驱动电路示出另一种连接电路层的部件的方式。图4的电路层和流体层与图3相同。驱动电路通过使用不同的互连布局而被不同地配置。

[0030] 在图4的示例性驱动电路中，每个与门304的输出被联接到晶体管110中的一个。因此，不同于图3的配置，每个晶体管110被一组不同的逻辑部件触发。为了使两个晶体管110关联于地址0，与地址0相关联的与门302的输出被联接到两个逻辑门304的网络。这由圆圈400表示，其示出地址1的输出是浮置的，而地址0的输出被联接到逻辑门304。相比之下，在具有两倍喷嘴104的实施方式中，与地址0相关联的与门302的输出能够联接到一个逻辑门
304的网络，并且与地址1相关联的与门302的输出能够被联接到另一个逻辑门304的网络。

[0031] 图5是用于制造打印头的方法的工艺流程图。方法500能够通过使用公知的半导体和MEMs装配技术来执行，所述MEMs装配技术包括材料沉积、移除、图形化、电性质改性等等。

[0032] 在框502处，形成电路层的驱动电路部件。驱动电路部件可以被形成在诸如硅的半导体中。驱动电路部件是用于寻址并激活与特定喷嘴相关联的能量输送装置的装置。驱动电路部件的布局是标准化布局，其不依赖于打印头的喷嘴密度并且能够用于具有不同喷嘴密度的不同打印头类型中。

[0033] 在框504处，形成流体层的流体装置。流体层包括具有流体喷射喷嘴的流体腔、流体馈送通道、能量输送装置等等。在一些示例中，流体层被形成在电路层的驱动电路部件之上。在本描述中，术语“之上”不意味在“直接在......之上”。因此，在驱动电路部件之上形成流体层意味着流体层能够被直接地形成在驱动电路部件之上，或者能够在形成流体层之前在驱动电路部件之上形成附加的中间层。

[0034] 在框506处，选择互连层设计。互连层的布局能够至少部分地基于打印头的喷嘴密度被选择。

[0035] 在框508处，互连层被形成在电路层的驱动电路部件之上。互连层根据选定配置而将驱动电路部件彼此联接，并且将驱动电路部件联接到适当的能量输送装置，由此配置驱动电路部件。在全喷嘴密度(full nozzle density)实施方式中，电路层中的每个可用激活装置与喷嘴配对，并且每个能量输送装置被联接到可寻址以激活喷嘴的单个激活装置。

[0036] 在小于全喷嘴密度的实施方式中，互连层的形成可以留下一些驱动电路部件永久地与所有激活装置断开联接并且不与对应喷嘴配对。例如，在半喷嘴密度实施方式中，每个能量输送装置能够被联接到可同时寻址以激活喷嘴的一对激活装置。该对激活装置可以由从驱动电路的相同部件接收的输出驱动，例如图3所示。该对激活装置中的每个也可以由驱动电路的不同部件驱动，例如图4所示。在半喷嘴密度打印头的另一实施方式中，每个能量输送装置被联接到单个激活装置，并且剩余一半激活装置永久断开联接。

[0037] 图5的工艺流程图不试图表明方法500的操作将以任何特定次序执行、或者在每种情况中将包括方法500的所有操作。例如，在一些实施方式中，在流体装置被形成在驱动电路部件之上之前，在驱动电路部件之上形成互连层。另外，方法500能够包括任何合适数量的附加操作。

[0038] 图6是示出包括标准化驱动电路部件布局的打印头组件的简化示例的框图。示例性打印头600包括联接到能量输送装置604的流体装置602，该流体输送装置604能够导致流体从喷嘴606喷射。例如，流体装置602可以包括流体腔，并且能量输送装置604可以是诸如电阻器的加热元件。打印头600还包括电路层，其包括驱动电路部件。驱动电路部件包括激活能量输送装置604的激活装置608和驱动激活装置的驱动逻辑610。例如，每个激活装置608可以是诸如FET的晶体管，并且驱动逻辑610可以包括逻辑门或者逻辑门网络以及其他电路。每个激活装置608被联接到单独的驱动逻辑610。打印头还包括互连层以电联接驱动电路部件。图6的示例性打印头中的互连层将相同地址选择信号612联接到驱动逻辑610，所述驱动逻辑610联接两个激活装置608。

[0039] 图7是示出包括标准化驱动电路部件布局的另一打印头组件的简化示例的框图。如图6所示，打印头包括流体装置602、能量输送装置604、喷嘴606、激活装置608、驱动逻辑
610和电联接驱动电路部件的互连层。图7的示例性打印头700中的互连层将驱动逻辑610内的相同驱动电路部件联接到两个激活装置608。此外，虽然未在图7示出，不过附加的驱动逻辑也可以存在于打印头700中，只不过永久地与任何激活装置断开联接并且不能激活喷嘴。

[0040] 当前示例可以存在各种修改和替代性形式，并且仅为了说明目的被示出。此外，应该理解的是，本技术不试图受限于本文公开的特定示例。而是，所附权利要求的范围被认为包括对所公开主题所属领域内的技术人员而言显而易见的所有替代方案、修改和等价物。