Термоструйная печатающая головка

 

Использование: термоструйная печатающая головка (ТСПГ) относится к устройствам вывода информации на бумажный носитель и позволяет повысить надежность ТСПГ и получить заданный номинал сопротивления резисторов в широком диапазоне без изменения поверхностного сопротивления применяемых резистивных пленок. Сущность изобретения: резисторы выполнены из легированных полупроводников и имеют пассивные области, последовательно включенные с активными. Активные резисторы состоят из одного, двух и более параллельно включенных резисторов. Чернила имеют малую степень диссоциации с электрической проводимостью более 0,61/кОм см. 4 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам вывода информации на бумажный носитель.

Известна термоструйная печатающая головка (ТСПГ) с резисторами из электропроводящих окислов металлов с двухслойным защитным покрытием, в котором одним из слоев является металл, подключенный к шине с отрицательной полярностью (см. Авторское свидетельство СССР N 1532817, кл. G 01 D 15/16, 1987).

Применение металла, подключенного к отрицательной шине, не обеспечивает необходимую надежность резистивных элементов из-за протекающих электрохимических процессов по цепи металл-чернила-резистор, а получение толстых пленок металла на поверхности диэлектрика нетехнологично.

Указанные недостатки устранены в ТСПГ с резисторами, выполненными из активной и пассивной областей.

Известна термоструйная печатающая головка, принятая за прототип, в которой в диэлектрическом защитном покрытии выполнены окна для подвода чернил к резисторам и участкам шин, подключаемым к отрицательному полюсу источника питания, в состав чернил введен компонент, выделяющий при нагревании атомарный кислород, а тонкопленочные резисторы выполнены из электропроводящих окислов металлов [1] В этом конструктивном варианте наибольшая плотность тока сосредоточивается на границе раздела металл резистивный материал чернила, кроме того, за счет переходного сопротивления металл резистивный материал идет перегрев контактной области, что ведет к ускоренному электрохимическому подтравливанию переходного слоя и увеличению сопротивления резистора. Одновременно идет травление и металлического электрода. Эти процессы протекают как на отрицательной, так и на положительной шине в случае нарушения защитного слоя. Эффект травления переходного слоя увеличивается при наличии чернил с высокой электрической проводимостью, что приводит к их диссоциации и движению ионов водорода к отрицательной шине.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, повышение надежности, и получение заданного номинального сопротивления резисторов.

Указанная цель достигается тем, что в известной термоструйной печатающей головке, содержащей пластмассовый корпус, резервуар с чернилами, пластину с соплами, плату с тонкопленочными резисторами и проводниковыми шинами, защищенную диэлектрическим покрытием, в котором вскрыты окна в области каждого из резисторов, каждый резистор состоит из периферийных пассивных областей, соединенных с проводящими шинами и расположенной между ними центральной активной областью, а окна вскрыты только над активной областью каждого из резисторов.

Активная область каждого из резисторов выполнена в виде двух или более параллельно включенных резисторов.

Пассивные области каждого из резисторов выполнены в виде двух или более последовательно включенных резисторов.

Ширина пассивных областей резистора больше ширины активной области, например, на 20-300% Резисторы выполнены из легированных полупроводников.

Резервуар выполнен чернилами с малой степенью диссоциации, обеспечивающей их электрическую проводимость не более 0,6 1/кОм˙см.

На фиг. 1 показана конструкция резистора с активной и пассивной областями; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 резистор, состоящий из трех параллельно включенных активных резисторов; на фиг. 4 сечение платы с тонкопленочными резисторами и пластины с соплами.

На фиг. 1-4 приняты следующие обозначения: активная область резистора 1, пассивная область резистора 2, проводящая шина с положительным потенциалом 3, проводящая шина 4 с отрицательным потенциалом, защитное диэлектрическое покрытие 5, проводящий слой 6, резистивный слой 7, диэлектрическая подложка 8, пластина с соплами 9, чернильная камера с чернилами 10, сопло 11, канал 12 подачи чернил из резервуара с чеpнилами в чернильную камеру.

Резистор выполнен из активной 1 и пассивной 2 областей, что позволило снизить переходное сопротивление проводник резистор за счет увеличения ширины сечения пассивной области на 20-300% а также снизить температуру нагрева перехода проводник-резистор пассивной области за счет снижения плотности тока на единицу сечения, что повышает качество защиты 5 от влияния электрохимических процессов и тепловых циклов в рабочем режиме. Кроме того, пассивный резистор позволяет получить резисторы с различным рабочим напряжением на пленках с одним и тем же поверхностным сопротивлением путем увеличения длины пассивного резистора. Это особенно важно в массовом производстве, когда изменением конструкции пассивного резистора можно управлять рабочим напряжением резистивных плат. Пассивные резисторы от одного и более могут быть включены последовательно с активным резистором непосредственно через резистивный слой или в разрыве проводящих шин, в том числе и в общей шине 3.

Проводящий слой 6 имеет адгезионный слой, у которого малое переходное сопротивление и хорошая адгезия к резистивному материалу, например ванадий, покрытый проводниковым слоем, например медью, а так как она не применяется в тонких пленках без защиты, то защитным слоем меди может служить напыленный или гальванический никель. Слои меди и никеля могут быть заменены одним слоем, например золотом или никелем.

Термоструйная печатающая головка работает следующим образом.

К резистивному слою 7 через подводящие шины 3 и 4 подается импульсное напряжение с амплитудой от 18-22 В, с длительностью 2-7 мкс и частотой 1,3-1,8 кГц. (т. е. стандартный режим питания термоструйных головок). В каждый из данных промежутков времени в чернильной камере 10 с чернилами выделяется тепловая энергия. Благодаря этому осуществляется вскипание чернил в камере. Процесс вскипания чернил сопровождается образованием пузырьков газа, которые выбрасываются вместе с красителем (чернилами) через сопло 11 камеры 10. В промежутках (в паузах) между импульсами осуществляется подпитка красителем из чернильной камеры (не показана), соединенной каналом 12 подачи чернил с резервуаром чернил.

В предложенном конструктивном варианте, когда проводящие шины защищены от чернил диэлектрическим покрытием, выбор сочетания металлов определяется коррозионными свойствами области контактов, не защищенных от внешней среды.

Как показали экспериментальные данные, применение пассивных областей позволяет увеличить сопротивление резисторов с уменьшением мощности на активном резисторе, при сохранении режима генерации чернильных капель в процессе работы, что, в свою очередь, приводит к снижению падения напряжения на открытом активном резисторе, а следовательно, и к снижению процесса диссоциации чернил. Параллельное включение двух и более резисторов (фиг.3) снижает сопротивление активного резистора 1.

Предложенное сочетание конструктивных решений позволяет управлять величиной сопротивления резистора в широком диапазоне, снизить переходное сопротивление: проводниковая шина резистор, увеличить зону защиты диэлектриком проводниковых шин и пассивных областей резистора при полном вскрытии активного резистора, что дает возможность увеличить теплоотдачу от резистора чернилам.

В качестве резистивного слоя 7 могут быть применены химически и термически стойкие материалы, например полупроводниковые пленки окиси олова, легированные донорными или акцепторными примесями. В чистом виде полупроводниковые пленки окиси олова имеют высокое сопротивление и в качестве резисторов не применяются.

Наиболее опасен для них режим электрохимического восстановления окиси олова ионами водорода, перемещающимися в сторону отрицательного потенциала. Для исключения этого процесса применены чернила малой степени диссоциации с электрической проводимостью не более 0,6 1/кОм˙см.

Комплекс предложенных решений позволяет значительно повысить надежность ТСПГ и дает возможность управлять напряжением питания.

П р и м е р. Резистивная пленка 7 легированной окиси олова, например бором, с R 25 Ом/о наносится на ситалловую подложку 8. После травления резистивного слоя в соответствии с топологическим рисунком напыляется адгезионный слой ванадия и проводниковый слой никеля 6.

Через маску фоторезиста проводится гальваническое осаждение золота толщиной 2-3 мкм. Затем стравливается слой никеля и ванадия на периферии проводников с последующей защитой диэлектриком 5 и вскрытием окон над активными резисторами.

В резистивной плате пробивается сквозной канал 12 для подачи чернил в чернильную камеру 10 и к соплам 11, приклеивается пластина с соплами 9. Плата приклеивается к корпусу с чернилами.

Наличие пассивного резистора и чернил с малой степенью диссоциации повышает теплоотдачу активный резистор чернила и резко снижает эффект электрохимического восстановления пленок минусовой шины и как показали испытания, сопротивление резистивного слоя не возрастает, что наблюдалось в ТСПГ-прототипа, а падает за счет снижения переходного сопротивления при наработке на отказ.

Применение резистивных пленок одного номинала для резисторов, работающих в широком диапазоне напряжений, стабилизирует технологический процесс и снижает затраты на выбор режимов выращивания пленок с различными номиналами.

Все это дает возможность повысить процент выхода годных изделий и сократить время освоения ТСПГ в массовом производстве.

Формула изобретения

1. ТЕРМОСТРУЙНАЯ ПЕЧАТАЮЩАЯ ГОЛОВКА, содержащая пластмассовый корпус, резервуар с чернилами, пластину с соплами, плату с тонкопленочными резисторами и проводящими шинами, защищенную диэлектрическим покрытием, в котором вскрыты окна в области каждого из резисторов, отличающаяся тем, что, с целью повышения ее надежности и получения заданного номинала сопротивления резисторов, каждый из резисторов состоит из периферийных пассивных областей, соединенных с проводящими шинами и расположенной между ними центральной активной областью, а окна вскрыты только над активной областью каждого из резисторов.

2. Головка по п.1, отличающаяся тем, что активная область каждого из резисторов выполнена в виде двух или более параллельно включенных резисторов.

3. Головка по п.1, отличающаяся тем, что пассивные области каждого из резисторов выполнены в виде двух или более последовательно включенных резисторов.

4. Головка по п.1, отличающаяся тем, что ширина пассивных областей резистора больше ширины активной области, например на 20 300% 5. Головка по п.1, отличающаяся тем, что резисторы выполнены из легированных полупроводников.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4