用于打印头的管芯的制作方法

用于打印头的管芯


背景技术：

1.作为流体喷射系统的一个示例，打印系统可以包括打印头、向打印头供应液体墨的墨源和控制打印头的电子控制器。打印头通过多个喷嘴或孔口将打印流体液滴喷射到打印介质上。合适的打印流体可以包括用于二维或三维打印的墨和试剂。打印头可以包括被制造在集成电路晶片或管芯上的热敏打印头或压电打印头。首先制造驱动电子器件和控制特征部，然后添加加热器电阻器列，并且最后添加例如由感光环氧树脂形成的结构层，并对其进行处理以形成微流体喷射器或液滴生成器。在一些示例中，微流体喷射器被布置成至少一列或阵列，使得在打印头和打印介质相对于彼此移动时，从孔口适当顺序喷射墨使得字符或其他图像被打印在打印介质上。
附图说明
2.在以下详细描述中参照附图描述了某些示例，在附图中：
3.图1a是用于打印头的管芯的示例的视图；
4.图1b是管芯的一部分的放大视图；
5.图2a是用于打印头的管芯的示例的视图；
6.图2b是管芯的一部分的放大视图；
7.图3a是由安装在灌封化合物中的黑色管芯形成的打印头的示例的图；
8.图3b是使用可以用于三种颜色的墨的彩色管芯形成的打印头的示例的图；
9.图3c示出了包括穿过实心截面和穿过具有流体馈送孔的截面的所安装的管芯的打印头的横截面视图；
10.图4是结合了关于图3b描述的彩色管芯的打印机墨盒；
11.图5是彩色管芯的示例的一部分的图，示出了用于形成彩色管芯的层；
12.图6a和图6b是彩色管芯的图，示出了将彩色管芯的逻辑电路连接到彩色管芯的功率侧上的fet的多晶硅迹线的示例的特写视图；
13.图7a和图7b是彩色管芯的图，示出了流体馈送孔之间的迹线的特写视图；
14.图8a和图8b是两个流体馈送孔之间截面的电子显微照管芯的图；
15.图9是用于形成管芯的方法的示例的过程流程图；
16.图10是使用多层在管芯上形成组件的方法的示例的过程流程图；
17.图11是用于在管芯上形成电路的方法的示例的过程流程图，管芯的每一侧上具有耦接电路的迹线；
18.图12是一组四个基元(称为四元基元)的示例的示意图；
19.图13是数字电路的布局的示例的图，示出了通过单组喷嘴电路能够实现的简化；
20.图14是黑色管芯的示例的图，示出了跨槽路由(cross
‑
slot routing)对能量和功率路由的影响；
21.图15是彩色管芯的电路布图规划的示例的图；
22.图16是彩色管芯的示例的另一图；
23.图17是彩色管芯的示例的图，示出了重复的结构；
24.图18是黑色管芯的示例的图，示出了管芯的整体结构；
25.图19是黑色管芯的示例的图，示出了重复的结构；
26.图20是黑色管芯的示例的图，示出了用于裂纹检测的系统；
27.图21是来自黑色管芯的流体馈送孔的示例的放大视图，示出了围绕流体馈送孔路由的裂纹检测迹线；以及
28.图22是用于形成裂纹检测迹线的方法的示例的过程流程图。
具体实施方式
29.使用具有流体致动器(诸如微流体喷射器和微流体泵)的管芯形成打印头。流体致动器可以基于热技术或压电技术，并且使用长而窄的硅片(本文中称为管芯(die))形成。如本文所用，流体致动器是管芯上的从腔室推动流体的设备，并包括腔室和相关联的结构。在本文描述的示例中，一种类型的流体致动器(即微流体喷射器)被用作用于打印和其他应用的管芯中的液滴喷射器或喷嘴。例如，打印头可以用作二维和三维打印应用中的流体喷射设备，以及其他高精度流体分配系统，包括制药、实验室、医疗、生命科学和法医应用。
30.打印头的成本通常由管芯中使用的硅的量决定，因为管芯和制造过程的成本随着管芯中使用的硅的总量增加。因此，可以通过将功能从管芯转移到其他集成电路从而允许更小的管芯来形成较低成本的打印头。
31.许多当前的管芯在管芯的中部具有墨馈送槽，以将墨带到流体致动器。墨馈送槽通常为将信号从管芯的一侧传送到管芯的另一侧提供阻挡件，这通常需要在管芯的每侧上复制电路，从而进一步增加了管芯的大小。在这种布置中，槽的一侧(可以被称为左侧或西侧)上的流体致动器具有与墨馈送槽的相对侧(其可以被称为右侧或东侧)上的流体致动器独立的寻址和功率总线电路。
32.本文描述的示例提供了一种向液滴喷射器的流体致动器提供流体的新方法。在这种方法中，利用沿着管芯设置、临近流体致动器的流体馈送孔的阵列来代替墨馈送槽。沿着管芯设置的流体馈送孔的阵列在本文可以被称为馈送区。因此，信号可以通过流体馈送孔之间的馈送区，例如从位于流体馈送孔的一侧的逻辑电路到位于流体馈送孔的相对侧的打印功率电路，诸如场效应晶体管(fet)。这在本文中被称为跨槽路由。用于路由(route)信号的电路包括在相邻墨或流体馈送孔之间的层中提供的迹线。
33.如本文所用，管芯的第一侧和管芯的第二侧表示管芯的与被放置在管芯的中心处或中心附近的流体馈送孔对准的长边。进一步，如本文所用，流体致动器位于管芯的前部面上，并且墨或流体从管芯的背部面上的槽被馈送到流体馈送孔。因此，管芯的宽度是从管芯第一侧的边缘到管芯的第二侧的边缘测量的。类似地，管芯的厚度是从管芯的前部面到背部面测量的。
34.跨槽路由允许消除管芯上的重复电路，这可以减小管芯的宽度，例如减小150微米(μm)或更大。在一些示例中，这可以提供宽度为约450μm或约360μm或更小的管芯。在一些示例中，通过跨槽路由消除重复电路可以用于增加管芯上的电路的大小，例如，以增强更高价值应用中的性能。在这些示例中，功率fet、电路迹线、功率迹线等在大小方面可以增加。这可以提供能够具有更高液滴重量的管芯。因此，在一些示例中，管芯可以小于约500μm、或小
于约750μm、或小于约1000μm。
35.从前部面到后部面的管芯厚度也由于从使用流体馈送孔获得的效率而减小。使用供墨槽的先前的管芯在厚度方面可以大于约675μm，而使用流体馈送孔的管芯在厚度方面可以小于约400μm。根据用于设计的流体致动器的数量，管芯的长度可以是大约10毫米(mm)、大约20mm或大约20mm。管芯的长度包括在管芯的每个端部处的用于电路的空间，因此流体致动器占据管芯的长度的一部分。例如，对于长度约为20mm的黑色管芯，流体致动器可以占据大约13mm，这是条带长度。条带长度是打印头在打印介质上移动时形成的打印带或流体喷射带的宽度。
36.此外，它允许共同定位类似设备，以获得提高的效率和布局。跨槽路由还通过允许多个流体致动器的左列和右列或流体致动器区共享的功率和接地路由电路来优化功率递送。较窄的管芯可能比较宽的管芯更脆弱。因此，管芯可以安装在聚合物灌封化合物中，该灌封化合物从相对侧具有狭槽以允许墨流到流体馈送孔。在一些示例中，灌封化合物是环氧树脂，尽管它可以是丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚苯硫醚等。
37.跨槽路由还允许优化电路布局。例如，高压域和低压域可以在流体馈送孔的相对侧上被隔离，从而允许管芯的可靠性和形状因数方面的提高。高压域和低压域的分离可以降低或消除寄生电压、串扰以及影响管芯可靠性的其他问题。进一步，包括用于一组喷嘴的逻辑电路、流体致动器、流体馈送孔和功率电路的重复单元可以被设计成以非常窄的形状因数提供期望的间距。
38.与管芯的纵向轴线平行的流体馈送孔可能使管芯更容易受到由机械应力导致的损坏。例如，流体馈送孔可以充当一系列穿孔，这些穿孔增加了裂纹将沿着管芯的纵向轴线发展穿过流体馈送孔的机会。为了在制造期间检测裂纹，例如，在安装在灌封化合物中之前，裂纹检测电路可以以蜿蜒的方式放置在流体馈送孔周围。裂纹检测电路可以是在裂纹形成的情况下断开的电阻器，从而使得电阻从诸如数百千欧姆的第一电阻变为开路。这可以通过在制造过程完成之前标识损坏的管芯来降低生产成本。
39.如本文所述的用于打印头的管芯使用电阻器来加热流体致动器中的流体，从而通过热膨胀引起液滴喷射。然而，管芯不限于热驱动流体致动器，并且可以使用从流体馈送孔馈送的压电流体致动器。如本文所述，流体致动器包括驱动器和相关联的结构，诸如用于微流体喷射器的喷嘴和流体室。
40.进一步，管芯可以用于形成除打印头之外的其他应用的流体致动器，诸如用于分析仪器的微流体泵。在这个示例中，流体致动器可以从流体馈送孔被馈送测试溶液或其他流体，而不是墨。因此，在各种示例中，流体馈送孔和墨可以用于提供可以通过由热膨胀或压电激活导致的液滴喷射来喷射或泵送的流体材料。
41.图1a是用于打印头的管芯100的示例的视图。管芯100包括操作流体馈送槽104的两侧上的流体致动器102的所有电路。因此，所有电连接都在位于管芯100每一端处的焊盘106上引出。因此，管芯的宽度108约为1500μm。图1b是管芯100的一部分的放大视图。如从这个放大视图中可以看出的那样，流体馈送槽104占据管芯100的中心中的大量空间，从而增加了管芯100的宽度108。
42.图2a是用于打印头的管芯200的示例的视图。图2b是管芯200的一部分的放大横截面。与图1a的管芯100相比，管芯200的设计允许激活电路的一部分到次级集成电路或专用
集成电路(application specific integrated circuit，asic)202。
43.与管芯100的流体馈送槽104相反，管芯200使用流体馈送孔204向流体致动器206提供流体(诸如墨)，以便通过热电阻器208进行喷射。如本文所述，跨槽路由允许电路沿着硅桥210路由，所述硅桥位于流体馈送孔204之间并跨过管芯200的纵向轴线212。这允许管芯200的宽度214相比于没有流体馈送孔204的先前的设计显著减小。
44.管芯200的宽度214方面的减小显著地降低了成本，例如，通过减少管芯200的基底中的硅的量。进一步，电路和功能在管芯和asic 202之间的分布允许宽度214方面的进一步减小。如本文所述，管芯200还包括用于操作和诊断的传感器电路。在一些示例中，管芯200包括例如沿着管芯的纵向轴线放置在管芯的一个端部附近、管芯的中部处以及管芯的相对端附近的热传感器216。
45.图3a至图3c是通过将管芯302或管芯304安装在由灌封化合物形成的聚合物安装件310中来形成打印头300的图。管芯302和管芯304太窄以至于不能附接到笔主体，或不能从储存器中流体地路由流体。因此，管芯302和管芯304安装在由灌封化合物(诸如环氧材料等)形成的聚合物安装件310中。打印头300的聚合物安装件310具有槽314，这些槽提供开放区域，以允许流体从储存器流到管芯302和管芯304中的流体馈送孔204。
46.图3a是由安装在灌封化合物中的黑色管芯302形成的打印头300的示例的图。在图3a的黑色管芯302中，两行喷嘴320是可见的，其中两个交替的喷嘴320的每个群组从流体馈送孔204中的一个沿着黑色管芯302被馈送。喷嘴320中的每个是到热电阻器上方的流体室的开口。热电阻器的致动通过喷嘴320推出流体，因此，热电阻器流体室和喷嘴的每个组合代表流体致动器，特别是微流体喷射器。可以注意到的是，流体馈送孔204不是彼此隔离的，从而允许流体从流体馈送孔204流到附近的流体馈送孔204，从而为活动喷嘴提供更高的流动率。
47.图3b是使用可以用于三种颜色的墨的彩色管芯304形成的打印头的示例的图。例如，一个彩色管芯304可以用于青色(cyan)墨，另一彩色管芯304可以用于品红色(magenta)墨，以及最后的彩色管芯304可以用于黄色墨。墨中的每个将从分离的彩色油墨储存器被馈送到彩色管芯304的相关联的槽314中。虽然这个图仅示出了安装件中的彩色管芯304中的三个，但是可以包括第四管芯，诸如黑色管芯302，以形成cmyk管芯。类似地，可以使用其他管芯配置。
48.图3c示出了包括穿过实心截面322和穿过具有流体馈送孔318的截面324的所安装的管芯302或管芯304的打印头300的剖视图。这示出了流体馈送孔318耦接到槽314，以允许墨从槽314流过所安装的管芯302和管芯304。如本文所述，图3a至图3c中的结构不限于墨，而是可以用于向管芯中的流体致动器提供其他流体。
49.图4是结合了关于图3b描述的彩色管芯304的打印机墨盒400的示例。所安装的彩色管芯304形成焊盘402。如本文所述，焊盘402包括多色硅管芯和聚合物安装化合物，诸如环氧灌封化合物。外壳404容纳用于向焊盘402中安装的彩色管芯304馈送的墨储存器。诸如柔性电路的柔性连接件406保持用于与打印机墨盒400对接的打印机触点或焊盘408。与先前的打印机墨盒相比，如本文所述的不同的电路设计允许在打印机墨盒400中使用更少的焊盘408。
50.图5是彩色管芯304的一部分500的图，示出了用于形成彩色管芯304的层502、层
504和层506。类似的编号项参照图2进行描述。用于制造这些层的材料包括多晶硅、铝铜(alcu)、钽(ta)、金(au)、注入掺杂(nwell、pwell等)。在图中，层502示出了从流体馈送孔204之间的彩色管芯304的逻辑电路510到形成彩色管芯304的功率电路512(在附图中部分示出)的场效应晶体管(fet)的层或多晶硅迹线508的路由。这允许fet的激励驱动热喷墨电阻器(thermal inkjet resistor，tij)514，这些热喷墨电阻器为流体致动器供电，以将液体从热电阻器上方的腔室推出。可以包括金属1 504和金属2 506的附加层516和附加层518被用作电流到tij电阻器514的功率接地回路。还可以注意到的是，图5中示出的彩色管芯304是仅放置在流体馈送孔204的一侧上的tij电阻器514，其在高重量液滴(hwd)和低重量液滴(lwd)之间交替，以提供不同的液滴大小用于增加液滴精度。为了控制液滴重量，用于hwd的tij电阻器514和相关联的结构比用于lwd的tij电阻器514更大，如参考图15进一步讨论的那样。如本文所述，流体致动器中的相关联的结构包括用于微流体喷射器的喷嘴和流体室。在黑色管芯302中，tij电阻器514和相关联的结构是相同的尺寸，并且在流体馈送孔204的每一侧之间交替。
51.图6a和图6b是彩色管芯304的图，示出了将彩色管芯304的逻辑电路510连接到彩色管芯304的功率电路512中的fet 604的迹线602的特写视图。类似的编号项如关于图2、图3和图5所述。导体被堆叠以允许流体馈送孔204的阵列608的左侧和右侧之间的多个连接。在示例中，使用互补金属氧化物半导体技术执行制造，其中导电层(诸如多晶硅层、第一金属层、第二金属层等)被电介质分离，该电介质允许它们堆叠而没有电干扰(诸如串扰)。这将参照图7和图8进一步描述。
52.图7a和图7b是彩色管芯的图，示出了流体馈送孔204之间的迹线的特写视图。类似的编号项如关于图2和图5所述。图7a是两个流体馈送孔204的视图，而图7b是由线702示出截面的放大视图。在这个视图中，可以看到流体馈送孔204之间的包括钽层704的不同层。进一步，示出了关于图5描述的层，包括多晶硅层508、金属1层516和金属2层518。在一些示例中，如关于图20和图21所述，多晶硅迹线508的1可以用于为彩色管芯304提供嵌入式裂纹检测器。层508、层516和层518被电介质分离，以提供绝缘，如关于图8a和图8b进一步讨论的那样。应当注意的是，尽管图6a、图6b、图7a和图7b示出了彩色管芯304，但是在黑色管芯302上使用了相同的设计特征。
53.图8a和图8b是彩色管芯304的两个流体馈送孔204之间的截面的电子显微照管芯的图。类似的编号项如关于图2、图3和图5所述。这个结构中的顶层是su
‑
8底层802，该底层用于在电路上形成最终覆盖物，包括用于彩色管芯304的喷嘴320。然而，相同的层可以存在于黑色管芯302中的流体馈送孔204之间。
54.图8b是彩色管芯304的两个流体馈送孔204之间的横截面804。如图8b所示，流体馈送孔204被蚀刻穿过作为基底起作用的硅层806，从而留下连接彩色管芯304的两侧的桥接部。几个层沉积在硅层806的顶部上。厚的场氧化物或fox层808沉积在硅层806的顶部上，以使另外的层与硅层806绝缘。由与金属1 516相同的材料形成的纵梁(stringer)810沉积在fox层808的每一侧处。
55.在fox层808的顶部上，沉积多晶硅层508，例如以将管芯200的一侧上的逻辑电路耦接到管芯200的相对侧上的功率晶体管。多晶硅层508的其他用途可以包括沉积在流体馈送孔204之间的裂纹检测迹线，如关于图20和图21所述。多晶硅或多晶体硅是高纯度的多晶
体形式的硅。在一些示例中，它是使用低压化学气相沉积硅烷(sih4)来沉积的。多晶硅层508可以被注入或掺杂，以形成n阱和p阱材料。第一电介质层812沉积在多晶硅层508上作为绝缘阻挡件。在示例中，第一电介质层812由硼磷硅酸盐玻璃/原硅酸四乙酯(bpsg/teos)形成，尽管也可以使用其他材料。
56.然后可以在第一电介质层812上沉积金属1 516层。在各种示例中，金属1 516由氮化钛(tin)、铝铜合金(alcu)或氮化钛/钛(tin/ti)以及诸如金的其他材料形成。第二电介质层814沉积在金属层1 516上，以提供绝缘阻挡件。在示例中，第二电介质层814是通过高密度等离子体化学气相沉积(hdp
‑
teos/teos)形成的teos/teos层。
57.然后可以在第二电介质层814上沉积金属2 518层。在各种示例中，金属2 518由钨氮化硅合金(wsin)、铝铜合金(alcu)或氮化钛/钛(tin/ti)以及诸如金的其他材料形成。钝化层816然后沉积在金属2 518的顶部上，以提供绝缘阻挡件。在示例中，钝化层816是碳化硅/氮化硅(sic/sin)的层。
58.钽(ta)层818沉积在钝化层816和第二电介质层814的顶部上。钽层818保护迹线的组件免于由潜在暴露于液体(例如墨)而导致的劣化的影响。然后在管芯200上沉积su
‑
8 820的层，并对该层进行蚀刻以在管芯200上形成喷嘴320和流动通道822。su
‑
8是环氧基负性光致抗蚀剂，其中暴露在uv光下的部分被交联，从而变得耐溶剂和等离子蚀刻。除了su
‑
8或者代替su
‑
8，可以使用其他材料。流动通道822被构造成将流体从流体馈送孔或流体馈送孔204馈送到喷嘴320或流体致动器。在流动通道822中的每个中，按钮824或突起形成在su
‑
8 820中，以阻止流体中的颗粒进入喷嘴320下方的喷射室。在图8b的横截面中示出了一个按钮826。
59.在流体馈送孔204之间的硅层806上堆叠导体增加了流体馈送孔204的阵列的左侧和右侧之间的连接。如本文所述，多晶硅层508、金属1层516、金属2层518等全部是由电介质或绝缘层812、814和816分离的独特导电层，这些电介质或绝缘层允许它们被堆叠。根据设计实施方式，诸如图8a和图8b中示出的彩色管芯304、裂纹检测器等，以不同的组合使用各种层来形成vpp、pgnd和数字控制连接，以驱动fet和tij电阻器。
60.图9是用于形成管芯的方法900的示例的过程流程图。方法900可以用于使彩色管芯304用作用于彩色打印机的管芯，以及用于黑色墨的黑色管芯302和包括流体致动器的其他类型的管芯。方法900在框902开始于：沿着平行于基底的纵向轴线的线蚀刻穿过硅基底的流体馈送孔。在一些示例中，首先沉积层，然后在层形成之后执行流体馈送孔的蚀刻。
61.在示例中，在管芯的一部分上形成光致抗蚀剂聚合物(例如su
‑
8)的层，以保护未被蚀刻的区域。光致抗蚀剂可以是通过光交联的负性光致抗蚀剂、或者通过曝光使其更易溶解的正性光致抗蚀剂。在示例中，掩模暴露于uv光源以固定保护层的部分，未暴露于uv光的部分被冲洗掉。在这个示例中，掩模防止覆盖流体馈送孔的区域的保护层的部分的交联。
62.在框904，在基底上形成多个层以形成管芯。这些层可以包括多晶硅、多晶硅上的电介质、金属1、金属1上的电介质、金属2、金属2上的钝化层和顶部上的钽层。如上所述，su
‑
8然后可以被层叠在管芯的顶部上，并且被图案化以实施流动通道和喷嘴。这些层的形成可以通过化学气相沉积来沉积这些层、然后通过蚀刻来去除不需要的部分来形成。制造技术可以是形成互补金属氧化物半导体(cmos)中使用的标准制造。将相对于图10进一步讨论可以在框904中形成的层以及组件的位置。
63.图10是用一个使用多个层在管芯上形成组件的方法1000的示例的过程流程图。在示例中，方法1000示出了可以在图9的框904中形成的层的细节。该方法在框1002开始于：在管芯上形成逻辑功率电路。在框1004，在管芯上形成地址线电路，包括用于基元群组的地址线，如关于图12和图13所述。在框1006，在管芯上形成地址逻辑电路，包括解码电路，如关于图12和图13所述。在框1008，在管芯上形成存储器电路。在框1010，在管芯上形成功率电路。在框1012，在管芯中形成功率线。图10中示出的框不被认为是顺序的。对于本领域技术人员来说，在形成各种层的同时，在管芯上形成各种线和电路。进一步，关于图10描述的过程可以用于在彩色管芯或黑白管芯上形成部件。
64.如本文所述，流体馈送孔的使用允许电路在流体馈送孔之间的硅上形成的迹线中穿过管芯。因此，电路可以在管芯的每一侧之间共享，从而减少了管芯上所需的电路的总量。
65.图11是用于在管芯上形成电路的方法1100的示例的过程流程图，管芯的每一侧上具有耦接电路的迹线。如本文所用，管芯的第一侧和管芯的第二侧表示管芯的与被放置在管芯的中心处或中心附近的流体馈送孔对准的长边。方法1100在框1102开始于：沿着管芯的第一侧形成逻辑功率线。逻辑功率线是用于向逻辑电路供应功率的低压线(例如，在大约2到大约7v的电压下)，以及用于逻辑电路的相关联的接地线。在框1104，沿着管芯的第一侧形成地址逻辑电路。在框1106，沿着管芯的第一侧形成地址线。在框1108，沿着管芯的第一侧形成存储器电路。
66.在框1110，沿着管芯的第二侧形成喷射器功率电路。在一些示例中，喷射器功率电路包括场效应晶体管(fet)和用于加热流体以推动流体从喷嘴喷射的热喷墨(tij)电阻器。在框1112，沿着管芯的第二侧形成功率电路功率线。功率电路功率线是用于例如在约25至约35v的电压下向喷射器功率电路供应功率的高压功率线(vpp)和回路线(pgnd)。
67.在框1114，形成在流体馈送孔之间的、将逻辑电路耦接到功率电路的迹线。如本文所述，迹线可以将信号从位于管芯的第一侧上的逻辑电路传送到管芯的第二侧上的功率电路。进一步，可以包括迹线来执行流体馈送孔之间的裂纹检测，如本文所述。
68.在喷嘴电路被中心流体馈送槽分离的管芯中，逻辑电路、地址线等在中心流体馈送槽的每一侧上重复。相反，在使用图9至图11的方法形成的管芯中，将电路从管芯的一侧路由到管芯的另一侧的能力消除了在管芯的两侧上复制一些电路的需要。这是通过观察管芯上的物理结构电路来阐明的。在本文描述的一些示例中，喷嘴被分组为单独寻址的组(称为基元)，如关于图12进一步讨论的那样。
69.图12是一组四个基元(称为四元基元)的示例的示意图1200。为了便于解释基元和共享寻址，示意图1200的右侧的基元被标记为东，例如东北(ne)和东南(se)。示意图1200左侧的基元被标记为西，例如，西北(nw)和西南(sw)。在这个示例中，每个喷嘴1202由被标记为fx的fet激发，其中x是从1到32。示意图1200还示出了被标记为rx的tij电阻器，其中x也是1至32，其对应于每个喷嘴1202。尽管在示意图1200中喷嘴被示出在流体馈送的每一侧上，但是这是虚拟布置。在使用当前技术形成的彩色管芯304中，喷嘴1202将在流体馈送的相同侧上。
70.在每个基元(ne、nw、se和sw)中，被标记为0至7的八个地址用于选择用于激发的喷嘴。在其他示例中，每个基元有16个地址，并且每个四元基元有64个喷嘴。地址被共享，其中
一个地址选择每个群组中的一个喷嘴。在这个示例中，如果提供了地址4，则选择由fet f9、f10、f25和f26激活的喷嘴1204以便进行激发。这些喷嘴1204中的哪一个(如果有的话)激发取决于分离的基元选择，这对于每个基元是唯一的。激发信号也被输送给每个基元。当输送给这个基元的地址数据选择用于激发的喷嘴时，基元内的喷嘴被激发，加载到这个基元中的数据指示对于这个基元应该发生激发，并且发送激发信号。
71.在一些示例中，喷嘴数据分组(本文中被称为激发脉冲群组(fpg))包括用于标识fpg开始的开始位、用于在每个基元数据中选择喷嘴1202的地址位、每个基元的激发数据、用于配置操作设置的数据、以及用于标识fpg的结束的fpg停止位。一旦fpg已经被加载，激发信号被发送到全部基元群组，这些基元群组将激发所有被寻址的喷嘴。例如，为了激发打印头上的全部喷嘴，针对每个地址值发送fpg，同时激活打印头中的全部基元。因此，将发出各自与唯一的地址0至7相关联的八个fpg。示意图1200中示出的寻址可以被修改以解决流体串扰、图像质量和功率递送约束的问题。例如，fpg也可以用于写入到与每个喷嘴相关联的非易失性存储器元件，而不是激发喷嘴。
72.中央流体馈送区1206可以包括流体馈送孔或流体馈送槽。然而，如果中央墨馈送区1206是流体馈送槽，则逻辑电路和寻址线(诸如在该示例中用于提供地址0至7以选择喷嘴来激发每个基元的三条寻址线)被复制，因为迹线不能穿过中央墨馈送区1206。然而，如果中央流体馈送区1206由流体馈送孔构成，则每侧可以共享电路，从而简化逻辑。
73.尽管图12中描述的基元中的喷嘴1202被示出在管芯的相对侧，例如，在中心流体馈送区1206的每侧上，但这是虚拟布置。喷嘴1202相对于中央墨馈送区1206的位置取决于管芯的设计，如下图所述。在示例中，黑色管芯302在流体馈送孔的每侧上具有交错的喷嘴，其中交错的喷嘴具有相同的大小。在另一示例中，彩色管芯304具有在平行于管芯的纵向轴线的线上的喷嘴行，其中喷嘴行中的喷嘴的大小在较大喷嘴和较小喷嘴之间交替。
74.图13是数字电路的布局1300的示例的图，示出了通过单组喷嘴电路可以实现的简化。布局1300可以用于黑色管芯302或彩色管芯304。在布局1300中，数字功率总线1302向所有逻辑电路提供功率和接地。数字信号总线1304向逻辑电路提供地址线、基元选择线和其他逻辑线。在这个示例中，示出了感测总线1306。感测总线1306是传送传感器信号(包括例如来自温度传感器等的信号)的共享或多路复用的模拟总线。感测总线1306也可以用于读取非易失性存储器元件。
75.在这个示例中，管芯的东侧和西侧两者上的基元的逻辑电路1308共享对数字功率总线1302、数字信号总线1304和感测总线1306的访问。此外，可以在单个逻辑电路中为基元1310(诸如基元nw和基元ne)群组执行地址解码。因此，管芯所需的总电路减少。
76.图14是黑色管芯302的示例的图，示出了跨槽路由对能量和功率路由的影响。类似的编号项如关于图2和图6所述。由于在这个示例中示出了黑色管芯302，所以tij电阻器在流体馈送孔204的两侧上。类似的结构将用于彩色管芯304，尽管tij电阻器将在流体馈送孔204的单侧上，并且在大小方面交替。在流体馈送孔204之间横跨硅肋1404连接功率条带1402增加了用于向tij电阻器递送电流的功率总线的有效宽度。在使用槽以便进行墨馈送的先前的解决方案中，右列和左列功率路由对另一列没有贡献。进一步，使用金属1层和金属2层作为在流体馈送孔之间行进的功率面使得左列(东)和右列(西)喷嘴能够共享公共接地和供电总线传输。将黑色管芯302的逻辑电路510连接到黑色管芯302的功率电路512中的
fet 604的迹线602在图中也是可见的。
77.图15是示出彩色管芯304的多个管芯区的电路布图规划的示例的图。类似的编号项如关于图2、图3和图5所述。在彩色管芯304中，总线1502传送用于基元逻辑电路1504的控制线、数据线、地址线和功率线，包括逻辑功率区，该逻辑功率区包括用于向逻辑电路提供处于约5v的供应电压的公共逻辑功率线(vdd)和公共逻辑接地线(lgnd)。总线1502还包括地址线区，该地址线区包括用于指示每个喷嘴基元群组中的喷嘴的地址的地址线。因此，基元群组是彩色管芯304上的流体致动器的流体致动器的群组或子集。
78.地址逻辑区包括地址线电路，诸如基元逻辑电路1504和解码电路1506。基元逻辑电路1504将地址线耦接到解码电路1506，用于选择基元群组中的喷嘴。基元逻辑电路1504还存储通过数据线加载到基元中的数据位。数据位包括地址线的地址值，以及与每个基元相关联的位，该位选择该基元是激发被寻址的喷嘴还是保存数据。
79.解码电路1506选择用于激发的喷嘴或选择包括非易失性存储器元件1508的存储器区中的存储器元件来接收数据。当通过总线1502中的数据线接收触发信号时，数据被存储到非易失性存储器元件1508中的存储器元件，或者用于激活彩色管芯304的功率电路512上的功率电路区中的fet 1510或1512。fet 1510或1512的激活从共享功率(vpp)总线1514向相对应的tij电阻器1516或1518提供功率。在这个示例中，迹线包括为tij电阻器1516或1518供电的功率电路。另一共享的功率总线1520可以用于为fet 1510和1512提供接地。在一些示例中，vpp总线1514和第二共享功率总线1520可以颠倒。
80.流体馈送区包括流体馈送孔204和流体馈送孔204之间的迹线。对于彩色管芯304，可以使用两种液滴大小，该两种液滴大小各自由与每个喷嘴相关联的热电阻喷射。可以使用较大的tij电阻器1516喷射高重量液滴(hwd)。可以使用较小的tij电阻器1518喷射低重量液滴(lwd)。在电学上，hwd喷嘴在第一列(例如西列)中，如关于图12和13所述。lwd喷嘴电耦接在第二列(例如东列)中，如关于图12和图13所述。在这个示例中，彩色管芯304的物理喷嘴是相互交错的，使hwd喷嘴与lwd喷嘴交替。
81.通过改变相对应的fet 1510和1512的大小以匹配tij电阻器1516和1518的功率需求，可以进一步提高布局的效率。因此，在这个示例中，相对应的fet 1510和1512的大小基于被供电的tij电阻器1516或1518。较大的tij电阻器1516由较大的fet 1512激活，而较小的tij电阻器1518由较小的fet 1510激活。在其他示例中，fet 1510和1512是相同大小，尽管通过fet 1510抽取的用于为较小的tij电阻1518供电的功率较低。
82.类似的电路布图规划可以用于黑色管芯302。然而，如本文中的示例所描述，用于黑色管芯的fet是相同的大小，因为tij电阻器和喷嘴是相同的大小。
83.图16是彩色管芯304的另一示例。类似的编号项如关于图3、图5和图15所述。如从图中可以看出的那样，tij电阻器1516和1518沿着流体馈送孔204的一侧被放置在平行于彩色管芯304的纵向轴线的线上。tij电阻器1516和1518与流体馈送孔204的分组可以被称为微机电系统(mems)区域1604。进一步，在这个图中，解码电路1506和非易失性存储器元件1508一起包括在电路截面1602中。fet 1510和1512在图16的图中被示出为相同的大小。然而，在一些示例中，激活较小tij电阻1518的fet 1510比激活较大tij电阻1516的fet 1512更小，如关于图15所述。因此，管芯(彩色和黑色两者)具有重复的结构，这些重复的结构优化了打印头的功率递送能力，同时最小化了管芯的大小。
84.图17是彩色管芯304的示例的图，示出了重复的结构1702。类似的编号项如关于图5和图16所述。如本文所讨论那样，流体馈送孔204的使用允许来自逻辑电路的低压控制信号的路由连接到流体馈送孔204之间的高压fet。因此，重复的结构1702包括两个fet 604、两个喷嘴320和一个流体馈送孔204。对于具有每英寸1200个点的彩色管芯304，这提供了42.33μm的重复间距。因为fet 604和喷嘴320仅到流体馈送孔204的一侧，所以减少了电路区域要求，这相对于黑色管芯302允许彩色管芯304的更小的大小。
85.图18是黑色管芯302的示例的图，示出了管芯的整体结构。类似的编号项如关于图2、图3、图6和图16所述。在这个示例中，tij电阻器1802在流体馈送孔204的任一侧上，从而允许喷嘴具有相似的大小，同时保持紧密的竖直间隙或点间距。在这个示例中，fet 604全部是相同的大小来驱动tij电阻1802。黑色管芯302的逻辑电路510以与彩色管芯304的逻辑电路510相同的配置布局，关于图15描述。因此，迹线602将逻辑电路510耦接到功率电路512中的fet 604。
86.图19是黑色管芯302的示例的图，示出了重复的结构1702。类似的编号项如关于图5、图6、图16和图17所述。如关于彩色管芯304所述，因为连接到高压fet的低压控制信号可以在流体馈送孔204之间路由，所以新的列电路架构和布局是可能的。这个布局包括重复的结构1702，该重复的结构具有两个fet 604、两个喷嘴320和一个流体馈送孔204。这类似于彩色管芯304的重复的结构。然而，在这个示例中，在重复的结构1702中，一个喷嘴320到流体馈送孔204的左部，并且一个喷嘴320到流体馈送孔204的右部。这种设计适应更大的激发喷嘴以获得更高的墨滴体积，同时保持更低的电路面积要求，并优化布局以允许更小的管芯。至于彩色管芯304，自然地说，在多个金属层出口中执行跨槽路由，包括多晶硅层和铝铜层等。
87.黑色管芯302比彩色管芯304更宽，因为喷嘴320在流体馈送孔204的两侧上。在一些示例中，黑色管芯302为约400至约450μm。在一些示例中，彩色管芯304为约300至约350μm。
88.图20是黑色管芯302的示例的图，示出了用于裂纹检测的系统。类似的编号项如关于图2、图3、图5、图6和图16所述。在平行于黑色管芯302的纵向轴线的线上引入流体馈送孔204的阵列增加了管芯的易碎性。如本文所述，流体馈送孔204可以像沿着黑色管芯302或彩色管芯304的纵向轴线的穿孔线一样起作用，从而允许在这些特征之间形成裂纹2002。为了检测这些裂纹2002，迹线2004在每个流体馈送孔204之间路由，以用作嵌入式裂纹检测器。在示例中，随着裂纹形成，迹线2004被破坏。因此，迹线2004的电导率下降到零。
89.流体馈送孔204之间的迹线2004可以由脆性材料制成。虽然可以使用金属迹线，但金属的延展性可能允许它在没有检测到裂纹的情况下跨已经形成的裂纹挠曲。因此，在一些示例中，流体馈送孔204之间的迹线2004由多晶硅制成。如果贯穿黑色管芯302的流体馈送孔204之间的迹线(在流体馈送孔204旁边和之间)由多晶硅制成，则电阻可以高达几兆欧姆。在一些示例中，为了降低整体电阻并提高裂纹的可检测性，迹线2004的在流体馈送孔204旁边形成并在流体馈送孔204之间连接迹线2004的部分2006由金属制成，诸如铝铜等。
90.图21是来自黑色管芯302的流体馈送孔204的放大视图，示出了在相邻流体馈送孔204之间路由的迹线2004。在这个示例中，流体馈送孔204之间的迹线2004由多晶硅形成，而迹线2004在流体馈送孔204旁的部分2006由金属形成。
91.图22是用于形成裂纹检测迹线的方法2200的示例的过程流程图。该方法在框2202开始于：在平行于基底的纵向轴线的线上蚀刻多个流体馈送孔。
92.在框2204，在基底上形成多个层以形成裂纹检测器迹线，其中裂纹检测器迹线在基底上的多个流体馈送孔中的每个之间路由。如本文所述，这些层形成为从管芯的一侧到另一侧、在相邻的每对流体馈送孔之间、沿着下一流体馈送孔的外侧、并且然后在下一对相邻的流体馈送孔之间成环。在示例中，形成各层以将裂纹检测器迹线耦接到感测总线，该感测总线由管芯上的其他传感器(诸如关于图2描述的热传感器)共享。感测总线耦接到焊盘，以允许由外部设备(诸如关于图2描述的asic)读取传感器信号。
93.本示例可以进行各种修改和替代性形式，并且仅出于说明性目的而示出。另外，应当理解的是，本技术并不旨在局限于本文公开的特定示例。实际上，所附权利要求的范围被认为包括对所公开主题所属领域的技术人员来说显而易见的所有替代性方案、修改和等同物。