АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ЛИНИИ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ДЛЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ МЕЖДУ ОТВЕРСТИЯМИ
ALTERNATIVE GROUNDING LINES FOR GROUNDING BETWEEN HOLES

[0001] Уменьшение матрицы обычно относится к уменьшению размера полупроводниковой матрицы при сохранении той же функциональности матрицы. Меньший размер матрицы выгоден для компаний, производящих полупроводники, за счет возможности производства большего количества матриц из одной пластины из кремния или из другого полупроводника, такого как GaAs, что снижает стоимость каждой матрицы. Меньшие размеры матрицы также выгодны для конечных потребителей за счет уменьшения потребления энергии и выделения тепла в полупроводниковых устройствах, что снижает стоимость эксплуатации. Аналогичные выгоды по стоимости достигаются в системах струйной печати путем применения уменьшения матрицы к матрицам печатающей головки, подающих текучую среду в виде струи. Системы струйной печати управляют матрицами печатающей головки таким образом, чтобы они подавали чернила на область печати для создания изображений или текста. В дополнение к полупроводниковым устройствам, матрицы печатающей головки включают в себя структуры для текучей среды, которые могут вызывать определенные сложности в связи с уменьшением матрицы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0002] Ниже будут описаны примеры со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
[0003] ФИГ. 1 изображает вид сверху примерной матрицы печатающей головки, включающей в себя заземляющую структуру, содержащую альтернативные линии заземления для улучшения заземления между отверстиями;
[0004] ФИГ. 2 изображает вид сбоку (вид А-А) на примерную матрицу печатающей головки, изображенную на ФИГ. 1;
[0005] ФИГ. 3 изображает вид в перспективе примерного интегрированного картриджа для печати, включающего в себя матрицу печатающей головки, такую как изображенная на ФИГ. 1 и 2.
[0006] На чертежах одинаковые ссылочные номера используются для обозначения схожих, но не обязательно одинаковых элементов.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Как было отмечено выше, меньшие размеры матрицы, достигнутые путем уменьшения матрицы, обеспечивают снижение затрат за счет большего количества матриц, производимых из одной пластины кремния. В то же время, увеличение производительности матрицы печатающей головки часто включает в себя изменения конструкции, которые приводят к увеличению размера матрицы печатающей головки. Например, увеличение производительности матрицы печатающей головки часто включает в себя проектирование конструкции матриц печатающей головки с увеличением числа сопел для подачи текучей среды, что повышает требования к хранению данных (например, в СППЗУ (стираемом программируемом постоянном запоминающем устройстве)) и требования к разводке. Поэтому, так как производительность матрицы печатающей головки продолжает увеличиваться, способность добиваться меньших размеров матрицы печатающей головки, при которых можно удовлетворить растущие требования к объему памяти и разводке, становится все более важной.
[0008] Тем не менее, уменьшение размеров матрицы печатающей головки может вызвать определенные проблемы, которые могут не встречаться при работе с традиционными полупроводниковыми матрицами. Например, матрицы печатающей головки включают в себя структуры для текучей среды, такие как отверстия для текучей среды, сформированные в матрицах, которые могут усложнить размещение компонентов и разводку линий питания, линий передачи данных, линий заземления, прочих соединительных линий и контактных площадок металлического слоя. Кроме того, некоторые режимы работы (т.е. режимы печати) создают условия, которые могут привести к превышению пределов производительности, связанных с такой разводкой матрицы печатающей головки. Например, режим печати, при котором результат печати очень темный (например, полное покрытие области печати темными чернилами), может вызвать максимальную подачу чернил, при которой все сопла в характерной группе подают чернила одновременно, что приводит к стеканию максимального по значению тока через линии заземления. Поддержание достаточного количества линий заземления, способных обеспечивать стекание такого большого по значению тока, при попытке уменьшить размер матрицы печатающей головки представляет собой существенную проблему.
[0009] Подача чернил соплами в термоструйной печатающей головке включает в себя нагревание чернил в камере для текучей среды. Нагрев создает пузырек пара, который выдавливает чернила из камеры через сопло. Нагрев осуществляется путем подачи высокого напряжения на терморезистор внутри камеры. Процесс нагрева приводит к большому по значению току, который может достигать максимального значения, когда все характерные группы сопел подают чернила одновременно. Линии заземления между отверстиями, проходящие между отверстиями для текучей среды, предназначены для того, чтобы по ним стекал ток в процессе подачи чернил соплами между отверстиями. Тем не менее, уменьшение размера матрицы печатающей головки вызывает уменьшение шага отверстий (расстояния от одного отверстия до другого), что приводит к меньшим/более тонким линиям заземления между отверстиями в районе концевых частей линий заземления между отверстиями, так как они выходят между отверстиями для текучей среды и входят в сильно загруженную область на концах отверстий для текучей среды. Области в районе концов отверстий для текучей среды могут быть загружены большим количеством линий питания и линий передачи данных, ширина которых остается такой же, при том что ширина линии заземления между отверстиями уменьшается. Уменьшение толщины линий заземления между отверстиями снижает их способность обеспечивать стекание тока и увеличивает паразитное сопротивление между контактными площадками, что приводит к неэффективному выпусканию чернил соплами.
[0010] Соответственно, примерные матрицы печатающей головки, описанные здесь, предоставляют структуры заземления, которые улучшают заземление между отверстиями и уменьшают паразитное сопротивление, что увеличивает надежность подачи чернил соплами в условиях максимальной подачи чернил соплами, когда значения тока, проходящего через линии заземления, достигает наивысших уровней. В некоторых примерах линии заземления между отверстиями в слое второго металла (слой М2) дополняются альтернативными линиями заземления в слое первого металла (слое М1). В то время как линии заземления между отверстиями в слое М2 продолжают передавать ток к северному и южному сегментам проходящей по периметру линии заземления, альтернативные линии заземления в слое М1 обеспечивают альтернативные пути заземления, которые передают ток к восточному и западному сегментам проходящей по периметру линии заземления. Альтернативные линии заземления соединены с линией заземления между отверстиями в точках рядом с концами отверстий для текучей среды, в которых линия заземления между отверстиями начинает сужаться из-за загрузки матрицы. Альтернативные линии заземления соединены на их концах с восточным и западным сегментами проходящей по периметру линии заземления, тем самым создавая альтернативные пути заземления, которые берут на себя часть тока, проходящего от сопел при подаче чернил к проходящей по периметру линии заземления. Таким образом, весь ток от сопел при подаче чернил не вынужден проходить только через суженные концевые секции линий заземления между отверстиями, что особенно выгодно, когда осуществляется максимальная подача чернил соплами. Альтернативные линии заземления в слое М1 соединены с линиями заземления между отверстиями в слое М2 посредством перемычек, которые проходят через диэлектрический слой, расположенный между слоями металлов М1 и М2.
[0011] В примерном варианте осуществления заземляющая структура включает в себя в слое второго металла (М2) проходящую по периметру линию заземления, которая расположена вдоль периметра матрицы печатающей головки. Проходящая по периметру линия заземления включает в себя северный, южный, восточный и западный сегменты. Кроме того, в слое М2 находится линия заземления между отверстиями, которая проходит от северного сегмента к южному сегменту между двумя отверстиями для текучей среды. Структура заземления также включает в себя в слое первого металла (М1) альтернативную линию заземления, которая проходит от восточного сегмента к западному сегменту проходящей по периметру линии заземления и соединяется с линией заземления между отверстиями посредством перемычек в области соединения рядом с концами отверстий для текучей среды.
[0012] В другом варианте осуществления матрица печатающей головки включает в себя множество отверстий для текучей среды, сформированных в матрице. Проходящая по периметру линия заземления расположена вокруг отверстий для текучей среды вдоль периметра матрицы, и линия заземления между отверстиями проходит между двумя отверстиями для текучей среды и соединена с северным и южным сегментами проходящей по периметру линии заземления. Первая и вторая альтернативные линии заземления каждая соединены в центральных точках с линией заземления между отверстиями, и соединены в первой и второй концевых точках с восточным и западным сегментами, соответственно, проходящей по периметру линии заземления.
[0013] В другом примере структура заземления включает в себя проходящую по периметру линию заземления, расположенную вдоль периметра матрицы печатающей головки. Проходящая по периметру линия заземления имеет северный, южный восточный и западный сегменты. Структура включает в себя линию заземления между отверстиями, проходящую от северного сегмента к южному сегменту между двумя отверстиями для текучей среды, и альтернативную линию заземления, проходящую от восточного сегмента к западному сегменту и соединенную с линией заземления между отверстиями в области соединения рядом с концами отверстий для текучей среды.
[0014] ФИГ. 1 изображает вид сверху на примерную матрицу 100 печатающей головки, включающую в себя структуру заземления, содержащую альтернативные линии заземления для улучшения заземления между отверстиями. ФИГ. 2 изображает вид сбоку (вид А-А), взятый для примерной матрицы 100 печатающей головки, изображенной на ФИГ. 1. Матрица 100 печатающей головки в целом включает в себя многослойную архитектуру с различными слоями, компонентами и другими деталями, сформированными с использованием различных технических способов точной микрообработки и изготовления интегральных схем, таких как гальванопластика, лазерная абляция, анизотропное травление, напыление, нанесение покрытия методом центрифугирования, нанесение сухого слоя, сухое травление, фотолитография, отливка, формование, штамповка, механическая обработка и им подобные.
[0015] Ссылаясь в общем на ФИГ. 1 и 2, многослойная архитектура матрицы 100 печатающей головки включает в себя полупроводниковую подложку 102, такую как кремниевая подложка, с одним или множеством отверстиями 104 для текучей среды, сформированными в ней. При том, что три отверстия 104 для текучей среды изображены на примерной матрице 100 печатающей головки на ФИГ. 1 и 2, в других примерах может быть больше или меньше отверстий 104 для текучей среды. Вдоль обеих сторон каждого из отверстий 104 для текучей среды проходят отверстия для подачи капель текучей среды, которые в основном включают в себя сопла 106 со связанными терморезисторами и камерами для текучей среды (не изображены), расположенными под соплами 106. Матрица 100 печатающей платы может включать в себя различные слои, сформированные на подложке 102, включая слои из тонкой пленки, слой основания, слой с камерой или барьером, и слой сопел. Слои с тонкой пленкой могут включать в себя тонкопленочные терморезисторы и соответствующую электрическую схему, такую как цепи питания, цепи передачи данных (не изображены) и металлические направляющие линии, которые предназначены для подачи капель текучей среды от матрицы 100 печатающей головки. Таким образом, как изображено на ФИГ. 2, матрица 100 печатающей головки включает в себя слой 108 первого металла (М1) (слой, расположенный снизу), и слой 110 второго металла (М2) (слой, расположенный сверху), сформированные на подложке 102. Также на подложке 102 сформирован диэлектрический тонкопленочный слой 112 (слой, расположенный посередине), находящийся между слоем 108 М1 и слоем 110 М2 для того, чтобы обеспечивать электрическую изоляцию слоев М1 и М2 друг от друга.
[0016] Как изображено на ФИГ. 1 и 2, матрица 100 печатающей головки включает в себя проходящую по периметру линию 114 заземления, окружающую отверстия для текучей среды и расположенную по периметру матрицы 100. Проходящая по периметру линия 114 заземления сформирована в слое 110 металла М2 и включает в себя четыре сегмента, на которые можно ссылаться как на северный 114-1, южный 114-2, восточный 114-3 и западный 114-4 сегменты проходящей по периметру линии заземления. Северный 114-1, южный 114-2, восточный 114-3 и западный 114-4 сегменты проходящей по периметру линии заземления соединены друг с другом посредством контактных площадок 124 заземления (изображенных как контактные площадки 124-1, 124-2, 124-3, 124-4 заземления). Как обсуждается далее относительно ФИГ. 3, контактные площадки 124 заземления соединены с гибким кабелем, включающим в себя проводники, которые электрически соединяют матрицу 100 печатающей головки с проводящими площадками на интегрированном картридже для печати. Северный сегмент 114-1 проходящей по периметру линии заземления проходит между верхней правой контактной площадкой 124-1 заземления и верхней левой контактной площадкой 124-2 заземления. Южный сегмент 114-2 проходящей по периметру линии заземления проходит между нижней правой контактной площадкой 124-3 заземления и нижней левой контактной площадкой 124-4 заземления. Восточный сегмент 114-3 проходящей по периметру линии заземления проходит между верхней правой контактной площадкой 124-1 заземления и нижней правой контактной площадкой 124-3 заземления. Западный сегмент 114-4 проходящей по периметру линии заземления проходит между верхней левой контактной площадкой 124-2 заземления и нижней левой контактной площадкой 124-4 заземления.
[0017] Матрица 100 печатающей головки также включает в себя линию 125 заземления между отверстиями (изображенную в виде секций 126-1, 126-2, 126-3), которая проходит вдоль каждой области между отверстиями, расположенной между отверстиями 104 для текучей среды на матрице. Таким образом, в примерной матрице 100 печатающей головки с ФИГ. 1 и 2 расположены две линии 126 заземления между отверстиями, по одной проходящие вдоль каждой из двух областей между отверстиями, расположенными между тремя отверстиями 104 для текучей среды. Линии заземления между отверстиями сформированы в слое 100 металла М2, и каждая из линий 126 заземления между отверстиями включает в себя первую концевую секцию 126-1, среднюю секцию 126-2 и вторую концевую секцию 126-3. Как изображено на ФИГ. 1, первая и вторая концевые секции (126-1, 126-3) линии заземления между отверстиями выходят из промежутка между отверстиями 104 для текучей среды, и они тоньше по сравнению со средней секцией 126-2 линии заземления между отверстиями, которая проходит по области между отверстиями между отверстиями 104 для текучей среды. Ка было отмечено выше, утончение линии заземления между отверстиями происходит из-за загрузки областей матрицы, расположенных рядом с концами отверстий 104 для текучей среды. Области матрицы вокруг концом отверстий 104 для текучей среды очень сильно загружены (т.е. по причине уменьшенного шага отверстий из-за уменьшения матрицы) большим количеством линий питания и линий передачи данных (не изображены), которые обеспечивают питание и управление для осуществления подачи чернил из большого количества сопел 106, расположенных вблизи сторон отверстий 104 для текучей среды. Эта загрузка приводит к уменьшению толщины линии заземления между отверстиями в области первой и второй концевых секций 126-1, 126-3, что ухудшает способность этих секций пропускать стекающий ток к проходящей по периметру линии 114 заземления. Так как области между отверстиями, расположенные между отверстиями 104 для текучей среды, менее загружены, средняя секция линии заземления между отверстиями не уменьшается по толщине.
[0018] Как изображено на ФИГ. 1, два конца линии 126 заземления между отверстиями пересекают проходящую по периметру линию 114 заземления. Один конец линии 126 заземления между отверстиями со стороны первой концевой секции 126-1 пересекает северный сегмент 114-1 проходящей по периметру линии заземления, а противоположный конец линии 126 заземления между отверстиями со стороны второй концевой секции 126-3 пересекает южный сегмент 11402 проходящей по периметру линии заземления. Таким образом, линия 126 заземления между отверстиями обеспечивает путь для прохождения тока от сопел 106 к проходящей по периметру линии 114 заземления и далее от матрицы через контактные площадки 124 заземления. Тем не менее, как было отмечено выше, из-за уменьшения толщины концевых секций 126-1 и 126-3 линии заземления между отверстиями способность линии заземления между отверстиями пропускать ток через эти концевые секции уменьшена.
[0019] По-прежнему ссылаясь на пример с ФИГ. 1 и 2, матрица 100 печатающей головки также включает в себя две альтернативные линии 128 заземления (изображены штриховыми линиями 128-1 и 128-2), каждая их которых проходит вблизи соответствующего конца отверстий 104 для текучей среды. То есть, первая альтернативная линия 128-1 заземления проходит рядом с концами отверстий 104 для текучей среды в сторону северного сегмента 114-1 проходящей по периметру линии заземления, а вторая альтернативная линия 128-2 заземления проходит рядом с концами отверстий 104 для текучей среды в сторону южного сегмента 114-2 проходящей по периметру линии заземления. Альтернативные линии 128 заземления сформированы в слое 108 металла М1, и каждая альтернативная линия 128 заземления соединена со слоем 110 металла М2 посредством перемычек 130 в трех местах. Альтернативные линии 128 заземления обе соединяются в первых концевых точках 132 с восточным сегментом 114-3 проходящей по периметру линии заземления (т.е. в слое 110 металла М2) посредством перемычек 130. Альтернативные линии 128 заземления также обе соединяются во вторых концевых точках 134 с западным сегментом 114-4 проходящей по периметру линии заземления (т.е. в слое 110 металла М2) посредством перемычек 130. Альтернативные линии 128 заземления также обе соединяются в их средних точках 136 с линиями 126 заземления между отверстиями в слое 110 металла М2. Эти соединения реализованы посредством перемычек 130 и присоединения к линиям 126 заземления между отверстиями сделаны рядом с областями, в которых средняя секция 126-2 переходит с концевые секции 126-1 и 126-3. Обращаясь к ФИГ. 2, при том, что только одна перемычка 130 изображена для каждого соединения между линиями заземления в слое 108 металла М1 и линиями заземления в слое 110 металла М2, в реальной матрице 110 печатающей головки будет, скорее всего, множество перемычек 130, используемых для каждого соединения между линиями заземления в слоях М1 и М2. За счет вставки альтернативных линий 128 заземления между линиями 126 заземления между отверстиями и проходящими по периметру линиями 114 создается структура заземления, которая обеспечивает альтернативные пути прохождения тока для улучшения заземления между отверстиями и уменьшения паразитного сопротивления, что увеличивает надежность подачи чернил соплами, особенно в условиях максимальной подачи чернил соплами, когда ток, проходящий через линии заземления, достигает наибольших значений.
[0020] ФИГ. 3 изображает вид в перспективе примерного интегрированного картриджа 300 для печати, включающего в себя матрицу 100 печатающей головки, такую как изображенная на ФИГ. 1 и 2. Интегрированный картридж 300 для печати в общем случае представляет собой устройство струйной печати с точным распределением или структуру подачи текучей среды, которая точно распределяет текучую среду, такую как чертила. В одном примере интегрированный картридж 300 для печати, изображенный на ФИГ. 3, может являться картриджем с одноцветными чернилами для струйного принтера. Тем не менее, в некоторых примерах интегрированный картридж 300 для печати может быть применен в любом картридже для текучей среды или печатающей головке со встроенной памятью.
[0021] При том, что данное изобретение в общем описывает картридж для струйной печати, который подает чернила на область печати, другие примеры могут быть не ограничены только картриджами для струйной печати и связанными с ними устройствами. В общем, подходящие примеры могут включать в себя любой тип струйной печати с точным распределением или устройства для подачи, которые распределяют текучую среду. В соответствии с тем, как он здесь использован, термин текучая среда должен быть широко интерпретирован как любое вещество, которое деформируется при приложении у нему силы. Примеры текучих сред включают в себя жидкости и газы. Устройство для струйной печати с точным распределением является устройством, в котором печать или распределение текучей среды достигаются путем точной печати или распределения текучей среды в точно заданных местах, например, в области печати. В целях данного описания таки образом, будет описан картридж для печати или картридж с чернилами. Тем не менее, следует понимать, что любой тип текучей среды или картридж с текучей средой могут быть использованы, руководствуясь описанными здесь принципами.
[0022] В соответствии с одним примером, интегрированный картридж 300 для печати состоит из резервуара 310 для чернил, матрицы 100 печатающей головки, гибкого кабеля 330, проводящих площадок 340 и интегральной схемы 350. Гибкий кабель 330 присоединен к двум сторонам картриджа 300 для печати включает в себя проводники, которые электрически соединяют интегральную схему 350 и матрицу 100 печатающей головки с проводящими площадками 340.
[0023] Интегрированный картридж 300 для печати устанавливается в лоток, который встраивается в носитель принтера. Когда интегрированный картридж 300 для печати установлен корректно, проводящие площадки 340 прижимаются к соответствующим электрическим контактам лотка, что позволяет принтеру взаимодействовать и управлять электрическими функциями интегрированного картриджа 300 для печати. Например, проводящие площадки 340 позволяют принтеру получать доступ и переписывать интегральную схему 350, и управлять распределением текучей среды из матрицы 100 печатающей головки.
[0024] Интегральная схема 350 может включать в себя СППЗУ (стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство), которое содержит множество информации, включая тип картриджа с чернилами, вид чернил, содержащихся в картридже, оценку количества чернил, оставшихся в резервуаре 310 для чернил, калибровочные данные, информацию об ошибках, идентификацию интегрированной печатающей головки, аналоговый серийный номер и, среди прочего, системы безопасности. Принтер может предпринимать соответствующие действия на основании информации, содержащейся в интегральной схеме 350, такие как уведомление пользователя о низком уровне чернил или переключение режимов печати для сохранения качества печати. В изображенном примере интегральная схема 350 изображена как отдельный элемент, расположенный отдельно от матрицы 100 печатающей головки. Тем не менее, в некоторых примерах матрица 100 печатающей головки может включать в себя запоминающее устройство интегральной схемы 350 в дополнение к соплам и другим физическим элементам, применяемым для распределения чернил.
[0025] Для создания изображения принтер перемещает носитель, содержащий интегрированный картридж 300 для печати над частью области печати. В нужное время принтер посылает электрические сигналы на картридж 300 для печати через электрические контакты в лотке. Электрические сигналы проходят через проводящие площадки 340 и направляются через гибкий кабель 330 к матрице 100 печатающей головки. Матрица 100 печатающей головки затем подает маленькую каплю чернил из резервуара 310 на поверхность области печати. Эти капли объединяются для формирования изображения на поверхности области печати.