专利名称：喷墨记录头基板和驱动控制方法、喷墨记录头及墨盒、喷墨记录设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及喷墨记录头基板、喷墨记录头和使用该记录头的记录设备，且尤其涉及具有形成在同一基板上的产生排出油墨所必要的热能的电热变换器和用于驱动该电热变换器的驱动电路的喷墨记录头，以及使用该记录头的记录设备。
背景技术：
总的来说，通过使用例如美国专利No.6290334所指出的半导体处理技术，安装在服从一种喷墨方法的记录设备上的记录头的电热变换器(加热器)及其驱动电路形成在同一基板上。提出了一种记录头的构造，该构造中除了驱动电路以外还在同一基板上形成例如用于检测半导体基板的状态诸如基板温度的数字电路，并且还具有基板中心附近的油墨供应端口以及在横过该端口的相对位置上的加热器。
图1是示意性地示出这种喷墨记录头基板(头基板)的各电路块和油墨供应端口的图。图1示出了头基板114的半导体基板，在该半导体基板上形成六个油墨供应端口111。为了方便起见，图1仅示出了对应于左侧油墨供应端口111的电路块，并且省略了对应其他五个油墨供应端口111的电路块(115)的示出。如图1所示，加热器110阵列状地布置在横过油墨供应端口111的相对位置上。用于选择性驱动加热器110的电路块(驱动电路113)对应于加热器110布置。用于向加热器110和驱动电路113提供电源和信号的焊盘102设置在半导体基板114的各末端。
图2是与电信号流一起更详细地示出图1所示的供应端口电路块115中之一的图。如图2所示，各电路块(图1的各驱动电路113)以油墨供应端口111为中心对称地布置。各电路块包括驱动电路阵列109、驱动选择电路阵列108、装置驱动信号电路104、块选择电路105以及后述的总线线路106、107。加热器阵列110被设置成横过油墨供应端口111，并且包含多个加热器。驱动电路阵列109具有切换装置，用于使电流通过加热器阵列110的每个加热器。驱动选择电路阵列108控制驱动电路。装置驱动信号电路(也称作时分选择电路)104和块选择电路105产生发送到驱动选择电路阵列108的信号。输入电路103处理从焊盘102输入的信号。
此后，将给出关于以油墨供应端口111为中心对称的一个电路块组的每个电路块的功能和信号流的描述。
头基板101是硅基板，各电路块和用于加热油墨的加热器通过使用LSI处理而形成在该硅基板上。电源电压以及从用于输入和输出图像数据的焊盘102输入的信号经由输入电路103传送到装置驱动信号电路104和块选择电路105。由装置驱动信号电路104和块选择电路105进行适当处理的信号通过由多条线路组成的总线线路106和107引导向加热器行的方向。
来自总线线路106和107的信号分别连接到作为驱动选择电路阵列108的组成部分的各驱动选择电路。各驱动选择电路的导通和关断根据来自总线线路106和107的信号来决定。在执行油墨排出操作的情况下，用于导通所需驱动选择电路的信号被施加在总线线路106和107上，且该信号从驱动选择电路输出，以导通驱动电路阵列109中的相应驱动电路。被导通的驱动电路使电流通过加热器阵列110中的相应加热器。通过此电流加热该加热器，并且执行油墨的起泡和排出操作。
图3示意性地示出图1的驱动电路113(图2的驱动电路阵列109、驱动选择电路阵列108、装置驱动信号电路104、块选择电路105和总线线路106、107)的更详细的电路构造和信号流。所示例子指出一种状态，其中驱动电路阵列109和驱动选择电路阵列108由八个加热驱动块206构成。包括施加到焊盘102的图像数据和时分数据的信号通过输入电路103，输入到构成内部电路的块选择电路(主要由移位寄存器构成)105和装置驱动信号电路(主要由解码器构成)104。在图3所示的例子中，所输入的时分数据通过装置驱动信号电路104转换为时分选择信号(也称作装置驱动信号)。该时分选择信号被提供给加热器驱动块1到8(206)中的每一个。块选择电路105基于与用于输入图像数据的同步信号(时钟)同步的图像数据信号，产生用于选择加热器驱动块1到8的块选择信号。由块选择信号所选择的加热器驱动块根据时分选择信号驱动加热器。更具体地，由块选择信号和时分选择信号的“与(AND)”来决定要驱动的加热器。
图4示出了加热器驱动块206的详细构造。加热器驱动块206包括对应于阵列状布置的各加热器210而布置的各加热器驱动MOS晶体管209、各电平转换电路205以及各加热器选择电路204。在此，加热器驱动MOS晶体管209执行用于导通和关断加热器210的赋能的开关功能。图2的驱动选择电路阵列108对应于各加热器选择电路204和各电平转换电路205。驱动电路阵列109对应于加热器驱动MOS晶体管209。来自块选择电路105的块选择信号202和来自装置驱动信号电路104的时分选择信号203输入到加热器选择电路204的与门。因此，在信号202和203均变为有效的情况下，该与门的输出变为有效。该与门的输出信号的电压幅度由电平转换电路205通过电平转换为高于从输入电路103到加热器选择电路204的驱动电压(第一电源电压)的电源电压(第二电源电压)。经电平转换后的信号施加到加热器驱动MOS晶体管209的栅极。连接到在其栅极上施加该信号的加热器驱动MOS晶体管209的加热器210有电流从其流过，并且被驱动。为了增加施加到加热器驱动MOS晶体管209的栅极的电压从而降低其导通电阻并且使电流以高效率通过加热器，由电平转换电路205对第二电源电压进行电平转换。
图5是示出了从上述驱动选择电路阵列108和驱动电路阵列109中抽取出的、对应于加热器阵列110中任意一个加热器210的驱动选择电路和驱动电路的电路图。图5描述了图4所示的加热器选择电路204和电平转换电路205的详细电路构造。
将信号从总线线路106、107接收到驱动选择电路中，其中该总线线路106、107引导来自图2所示的装置驱动信号电路104和块选择电路105的输出信号。参考标号208a到208l表示构成各驱动选择电路(加热器选择电路204和电平转换电路205)的各电路元件。与非门208a(加热器选择电路204)的输入端子连接到总线线路106和107，并且从每条总线线路输出相应的信号。反相器208b输出已经反向了从与非门208a输出的输出信号的信号，并且反相器208c进一步反向该反向信号。MOS晶体管208d到208i构成用于转换各信号电压幅度的电平转换器。MOS晶体管208j、208k构成用于缓冲电平转换器的输出信号的反相器。还设置电阻208l，用于当由MOS晶体管208j、208k形成的反相器的输出从低电平(此后用Lo表示)转换到高电平(此后用Hi表示)时增加输出阻抗。
MOS晶体管209形成用于执行加热器电流的导通和关断控制的驱动电路。通过MOS晶体管209对加热器电流的导通和关断，来控制加热器210用于油墨起泡的加热。
将描述图5所示的电路的操作。来自图2和3的装置驱动信号电路104和块选择电路105的输出信号通过总线线路106和107被输入到与非门208a。在此，仅当输入到与非门208a的两个输入都变为Hi时，与非门208a的输出才变为Lo。下面将描述在从与非门208a输出Lo信号的情况下的操作。反相器208b将从与非门208a输出的Lo信号反向为Hi。进一步地，作为反相器208b的输出的Hi信号输入到反相器208c，并且再次被反向为Lo信号输出。总线线路106和107、与非门208a、反相器208b和208c的电压幅度为VDD(第一电源电压)，其电位的幅度与从外部输入的信号的幅度相同。
来自反相器208b和208c的输出信号分别输入到包括MOS晶体管208d至208i的电平转换器，在此，和与非门208a的输出信号相同的Lo的电位(0V)施加到MOS晶体管208d和208e的栅极，且作为与非门的输出的反向信号的Hi的电位(VDD)施加在208g和208h的栅极。
其栅极上施加有VDD的MOS晶体管208g是NMOS晶体管，因此它变为导通状态。因此，NMOS晶体管208g的漏极端子以低阻抗连接到GND电位。NMOS晶体管208g的漏极端子连接到PMOS晶体管208f的栅极。因此，PMOS晶体管208f的栅极以低阻抗连接到GND电位，且PMOS晶体管208f变为导通状态。与PMOS晶体管208f串联的PMOS晶体管208e是导通状态的，因为向栅极施加了0V。进一步串联的NMOS晶体管208d是关断状态的，因为向栅极施加了0V。由于PMOS晶体管208f、208e是导通的，且NMOS晶体管208d是关断的，因此PMOS晶体管208e的漏极电位是VDDM。从而，连接PMOS晶体管208e和NMOS晶体管208d的漏极以及PMOS晶体管208i的栅极的节点的电位变为VDDM(第二电源电压)，它是各电平转换电路的电源电位。因此，PMOS晶体管208i变为关断状态。更具体地，PMOS晶体管208i变为关断且NMOS晶体管208g变为导通。因此，PMOS晶体管208g和NMOS晶体管208i的漏极端子相连接，且连接到PMOS晶体管208f的栅极的节点的电位被固定在0V。该节点的电位变为电平转换器的输出信号，并且输入到由NMOS晶体管208j和PMOS晶体管208k组成的反相器的栅极。
因此，如果将0V施加到由NMOS晶体管208j和PMOS晶体管208k组成的反相器的晶体管的栅极，PMOS晶体管208k变为导通，且NMOS晶体管208j变为关断。从而，反相器输出VDDM电位，使得VDDM施加到NMOS晶体管209的栅极上，该NMOS晶体管209是用于执行加热器的导通和关断控制的驱动电路。其栅极上施加VDDM的NMOS晶体管209变为导通状态，并且使来自加热器电源电位VH的加热器电流经由加热器210通过。有电流流经的加热器产生使油墨起泡和排出所必需的热。
因而，当从总线线路106和107连接到与非门208a的两个信号均变为Hi时，加热器电流通过。
在此，布置电阻208l以抑制加热器电流的陡峭上升沿。更具体地，在用于执行加热器电流的导通和关断控制的NMOS晶体管209的栅极电位为了导通加热器电流的目的而瞬间从0V转变为VDDM电位的情况下，加热器电流也瞬间通过。存在此电流变成为电源噪声并引发故障的情况。电阻208l插入到PMOS晶体管208k和NMOS晶体管209之间，以防止故障。由于PMOS晶体管208k的导通电阻、电阻208l的串联电阻和NMOS晶体管209的栅极电容的滞后效应使得NMOS晶体管209的栅极电位的陡峭上升沿得到抑制，因此抑制了加热器电流的瞬时流动，以防止故障。
图6示出了等效于从图5所示电路中抽取的电平转换电路205的部分(省略了电阻208l)。如图6所示，电平转换电路205被划分为在第一电源电压(VDD)下操作的电路部分205a和在第二电源电压(VDDM)下操作的电路部分205b。作为来自加热器选择电路204的输出的加热器选择信号221输入到在第一电源电压下操作的反相器208b(由PMOS晶体管230和NMOS晶体管231构成)。反相器208b产生加热器选择信号221的反向逻辑的信号，并且将其施加到在第二电源电压下操作的NMOS晶体管208g和PMOS晶体管208h的栅极。反相器208b的反向信号输入到反相器208c，再次被反向。反相器208c的输出信号施加到在第二电源电压下操作的NMOS晶体管208d和PMOS晶体管208e的栅极。根据这些信号，电路部分205b输出被转换为第二电源电压(VDDM)的幅度的信号。
对于一般的喷墨记录头，为了加速记录和/或改进记录等级的目的，喷嘴的数目增加并且其密度增长。然而，在通过用如上所述的加热器产生热而排出油墨的热喷墨打印机的情况下，有必要使用高电源电压以使加热器产生油墨起泡和与之相关联的排出所需的能量。因此，对于加热器的驱动控制电路，诸如各晶体管的各组成部分装置确保对于高电源电压的耐压是必要的。总的来说，为了确保装置的耐压的目的，每个组成部分装置的尺寸增大，使得基板上的高密度(布局间距小)电路布局变得困难。
例如，如图5所示的常规电路形式取经由总线线路106从装置驱动信号电路104传送的信号和经由总线线路107从块选择电路105传送的块选择信号的“与”。关于取“与”之后的信号，电压幅度增加。
这种构造需要在作为输入信号的电压幅度的第一电源电压(VDD)下操作的电路块，以及在将要施加在用于控制加热器电流的MOS晶体管的栅极的更高的第二电源电压(VDDM)下操作的电路块。更具体地，对于每个加热器，头基板必须具有这样的构造其中，该头基板在两种电源电压下被控制和驱动，即，第一和第二电源电压，并且第一电源电压的信号幅度通过电平转换电路转换为第二电源电压的信号幅度。因此，图6中所述的电平转换电路被提供到每个加热器驱动MOS晶体管。然而，这种电平转换电路由大量晶体管构成，因此，在对于每个单独的加热器都具有电平转换电路的构造的情况下，所需的芯片区域变得很大。
由于每个加热器都需要电平转换电路，布置大量高耐压装置是必要的。因此，基板上的高密度(布局间距小)的装置布局变得困难。更具体地，因为存在大量高耐压装置，布局间距无法充分降低，导致芯片尺寸增大。
图5的各高耐压装置是连接到为中点电位VDDM的电平转换器和反相器(电路部分205b)，以及用于驱动连接到VH的加热器的晶体管(209)。
因此，当考虑上述构造的记录头基板的布局构造时，添加到每一段的电平转换电路导致每一段的长度的增长和芯片尺寸的增长，并且成为成本增加的因素。更具体地，上述布局在与加热器阵列正交的方向上扩展了各芯片，使得各芯片显著增大。各电路元件的数目的增长导致产量的降低和电路构造的进一步复杂，这成为进一步增加的成本的因素。
发明内容
已经考虑到这些问题而作出本发明，并且本发明的一个目的是降低每段中布置的高耐压装置的数目，并且实现选择电路的更高的密度。
或者，本发明的一个目的是通过降低电平转换电路的规模抑制基板尺寸的增长并且增进产量，并且通过降低形成在基板上的装置数目而简化电路构造。
或者，本发明的一个目的是在基板尺寸这样减小的情况下消除故障并且实现稳定操作。
根据本发明的一个实施例的用于实现这些目的的一种喷墨记录头基板具有如下配置。更具体地一种喷墨记录头基板，该喷墨记录头基板上安装了用于产生用来排出油墨的热能的电热变换器，和用于驱动该电热变换器的驱动元件，该喷墨记录头基板包括第一电路部分，用于基于第一电压幅度电平的输入信号输出选择信号，用于选择将要以高于第一电压的第二电压的幅度电平被驱动的电热变换器；第二电路部分，它包括或非电路，用于从第一电路部分输入选择信号，并且在第二电压的条件下控制对应于将要基于选择信号被驱动的电热变换器的驱动元件；以及多条信号线路，用于在第一和第二电路部分之间传送选择信号。
本发明的另一个实施例提供了一种使用该喷墨记录头基板的喷墨记录头的驱动控制方法、喷墨记录头、喷墨记录头墨盒以及喷墨记录设备。
从下面结合附图的描述中，本发明的其他特征和优势将变得明显，在所有附图中，相同参考标号表示相同或相似的部分。
合并到本申请文件中且组成本申请文件的一部分的附图阐释了本发明的各实施例，并且与说明书一起用于说明本发明的原理。
图1是示意性地示出喷墨记录头基板的电路块和油墨供应端口的图；图2是示出图1所示的喷墨记录头基板的油墨供应端口之一的电路块和电信号流的示意图；图3是示出图1的各驱动电路113的更详细电路构造和信号流的图；图4是示出一般加热器驱动块中的电路构造例子的图；图5是示出一般喷墨记录头半导体基板的每段的驱动电路的图；图6是示出一般电平转换电路的电路构造例子的图；图7是第一实施例的喷墨记录头半导体基板的电路框图和示出电信号流的示意图；图8是示出第一实施例的喷墨记录头半导体基板的每段的驱动电路的图；图9是第二实施例的喷墨记录头半导体基板的电路框图和示出电信号流的示意图；图10是示出第二实施例的喷墨记录头半导体基板的块选择电路的图；图11是示出第一实施例的喷墨记录头半导体基板的块选择电路的图；图12是描述第三实施例的喷墨记录头基板的整体电路构造例子的图；图13是描述根据第三实施例的加热器驱动块的构造的图；图14A和14B是示出图8和13所示的基板的布局构造例子的图；图15A和15B是示出根据第一实施例的基板的布局构造例子的图；图16A和16B是示出根据第二实施例的基板的布局构造例子的图；图17是可应用本发明的喷墨记录设备的示意性视图；图18是示出喷墨墨盒IJC的详细构造的外部透视图；图19是示出用于排出三种颜色油墨的记录头IJHC的三维结构的透视图；图20是示出执行图17所示的喷墨记录设备的记录控制的控制构造的图；以及图21是横向双扩散结构的MOS晶体管的剖面模型视图；具体实施方式
现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。
在本说明书中，“记录”(也称为“打印”)并不局限于形成有意义的信息诸如字符和图的情况。更具体地，本说明书中的“记录”表示广泛地在记录介质上形成图像、设计和图案或者处理该介质，不论是否有意义以及不论是否可引起人类视觉感知的情况。
“记录介质”不仅表示用于一般记录设备的纸张，而且还广义地表示能够接受油墨的物体，例如布、塑料膜、金属板、玻璃、陶瓷、木头和皮革。
进一步地，“油墨”(也称作“液体”)应该结合“记录(打印)”的定义而进行广义地解释。更具体地，本说明书中的“油墨”表示这样一种液体，可以通过将其给予到记录介质上用于形成图像、设计、图案，以及处理该记录介质或处理油墨(例如，使得给予记录介质的油墨中的染色材料凝固或不溶)。
进一步地，除非特别指出，“喷嘴”共同地表示排出口、与其连通的液体路径、以及用于产生油墨排出所用能量的装置。
描述中的“在装置基板上”的表述不仅表示在装置基板上的部分，而且还表示装置基板的表面以及装置基板接近表面的内部。本说明书中所用的词语“内置”不仅指基板上各装置的布置，而且还表示通过半导体电路的制作工艺等，在装置基板上集成地形成和制造各装置。
首先，将给出关于可应用本发明的喷墨记录设备的一个例子的描述。图17是示出作为本发明的代表性实施例的喷墨记录设备1的构造的概要的外部透视图。
如图17所示，喷墨记录设备(此后称为记录设备)把通过根据喷墨方法排出油墨而执行记录的记录头3运送到记录位置，油墨在此从记录头3排出到记录介质P，以便执行记录。通过其上安装有记录头3的滑架2以箭头A方向往复运动，并且通过经由馈送器5提供诸如纸张的记录介质P，记录头3被运送到记录位置。通过将滑架电机M1产生的驱动力从传送机构4传送到滑架2，滑架2进行往复移动。
为了保持记录头3处于良好状态，滑架2移动到恢复设备10的位置，以间歇地执行记录头3的排出恢复处理。
记录设备1不仅具有记录头3，而且还具有用于存储要提供给安装在滑架2上的记录头3的油墨的油墨墨盒6。油墨墨盒6可从滑架2拆下。
图17所示的记录设备1能够进行彩色记录，因此为了该目的，滑架2上安装四个分别容纳洋红色(M)、蓝绿色(C)、黄色(Y)和黑色(K)油墨的油墨墨盒。四个油墨墨盒的每一个都独立地可拆卸。
通过使滑架2和记录头3的接合表面适当接触，这两个部件可以实现并保持所需的电连接。记录头3根据记录信号施加能量，以便选择性地从多个排出口排出和记录油墨。特别地，此实施例的记录头3采用通过使用热能排出油墨的喷墨方法，因此它通过根据记录信号将脉冲电压施加在相应的电热变换器上，从相应的排出口排出油墨。
进一步地，在图17中，参考标号14表示为了运送记录介质P由传送电机M2驱动的传送辊。
上述例子具有其中记录头和用于存储油墨的油墨墨盒可分离的构造。然而如下面将描述的，也可能在滑架2上安装其中集成了记录头和油墨墨盒的头墨盒。
图18是示出头墨盒构造的一个例子的外部透视图。在图17中，油墨墨盒6和记录头3是分离的。然而，也可能将本发明的喷墨记录头基板应用于其中集成了油墨墨盒和记录头的头墨盒。
如图18所示，喷墨墨盒IJC由用于排出黑色油墨的墨盒IJCK和用于排出蓝绿色(C)、洋红色(M)和黄色(Y)三种颜色油墨的墨盒IJCC构成。这两个墨盒相互分离，并且分别能够独立地从滑架2上拆卸。
墨盒IJCK包括用于存储黑色油墨的油墨罐ITK和用于排出黑色油墨并执行记录的记录头IJHK，其中它们具有集成构造。同样，墨盒IJCC包括用于存储蓝绿色(C)、洋红色(M)和黄色(Y)三种颜色的彩色油墨的油墨罐ITC和用于排出各彩色墨水并执行记录的记录头IJHC，其中它们具有集成构造。根据此实施例，在墨盒中，油墨填充在油墨罐中。
进一步地，如从图18中可显然看出的，用于排出黑色油墨的喷嘴行、用于排出蓝绿色油墨的喷嘴行、用于排出洋红色油墨的喷嘴行和用于排出黄色油墨的喷嘴行沿着滑架移动方向布置。喷嘴阵列方向是与滑架移动方向交叉的方向。
接着，将给出关于用于如上构造的记录设备的记录头3的头基板的描述。图19是示出用于排出三种颜色油墨的记录头IJHC的三维结构的透视图。
图19阐明了从墨罐ITC提供油墨的流程。记录头IJHC具有用于提供蓝绿色(C)油墨的油墨通道2C、用于提供洋红色(M)油墨的油墨通道2M以及用于提供黄色(Y)油墨的油墨通道2Y。它还具有用于从基板背面将来自墨罐ITC的各种油墨提供给各油墨通道的供应路线(未示出)。
通过油墨通路1301C、1301M和1301Y，蓝绿色(C)、洋红色(M)和黄色(Y)油墨经由各油墨通道被引导到设置在基板上的各电热变换器(加热器)210。如果电流经由后面所述电路而流过电热变换器(加热器)210，电热变换器(加热器)210上的油墨被加热并且达到沸腾。因此，油墨滴1900C、1900M和1900Y通过产生的泡从排出口1302C、1302M和1302Y排出。
在图19中，参考标号301表示头基板，该头基板上形成了后面将详细描述的电热变换器以及用于驱动它们的各种电路、作为与存储器和滑架HC的电接触点的各种焊盘、以及各种信号线路。
一个电热变换器(加热器)、用于驱动它的MOS-FET、以及各电热变换器(加热器)集合地称为记录装置，并且多个记录装置统称为记录装置部分。
图19示出用于排出各彩色油墨的记录头IJHC的三维结构。用于排出黑色油墨的记录头IJHK也具有相同结构。然而，该结构是图19所示的构造的三分之一。更具体地，它具有一条油墨通道，并且头基板的规模大约是三分之一左右。
接着，将给出关于喷墨记录设备的控制构造的描述。图20是示出图17所示的记录设备的控制构造的框图。
如图20所示，控制器60由MPU 60a、ROM 60b、专用集成电路(ASIC)60c、RAM 60d、系统总线60e以及A/D转换器60f构成，其中ROM 60b用于存储对应后面将描述的控制序列的程序、所需表格以及其它固定数据，专用集成电路(ASIC)60c用于产生控制滑架电机M1、控制传送电机M2、控制记录头3的控制信号，RAM 60d具有图像数据展开区域和用于程序执行的工作区域，系统总线60e用于相互连接MPU 60a、ASIC 60c和RAM 60d，并且发送和接收数据，A/D转换器60f用于输入并且A/D转换来自后面所述的传感器组的模拟信号，以将数字信号提供给MPU 60a。
在图20中，参考标号61a表示作为图像数据的供应源的计算机(或者用于读取图像的读取器或数字照相机)，统称为主机设备。在主机设备61a和记录设备1之间通过接口(I/F)61b发送和接收图像数据、命令以及状态信号。
进一步地，参考标号62表示由用于接收操作者的命令输入的各开关构成的开关组，这些开关例如为电源开关62a、用于命令打印开始的打印开关62b和用于命令使得记录头3的油墨排出性能处于良好条件的处理(恢复处理)开始的恢复开关62c。参考标号63表示用于检测设备状态的传感器组，该传感器组由诸如用于检测初始位置h的光耦合器的位置传感器63a、为了检测周围温度而设置在记录设备的适当位置处的温度传感器63b构成。
进一步地，参考标号64a表示滑架电机驱动器，其驱动滑架电机M1，以使滑架2以箭头A方向执行往复扫描，64b表示传送电机驱动器，其驱动用于运送记录介质P的传送电机M2。
记录头3进行记录扫描时，ASIC 60c直接访问RAM 60d的存储区域的同时，将记录装置(加热器)的驱动数据(DATA)传送给记录头。
接着，将给出关于用于上述构造的记录设备的记录头的头基板(装置基板)的详细描述。特别地，将给出针对头基板(加热板)上构建的驱动电路的构造的描述。如上所述，在头基板上，对应于各记录装置，设置形成油墨排出口1302C、1302M和1302Y，以及与各排出口连通的油墨通道2C、2M和2Y的各部件(未示出)，它们构成了记录头。提供给记录装置的油墨通过驱动记录装置被加热，通过膜沸腾产生气泡，以便从排出口排出油墨。
图7是示意性示出根据第一实施例的头基板301的电路构造和电信号流的电路框图。在图7中，头基板301是通过半导体处理技术集成地内置了各加热器和各驱动电路的基板，并且等同于上述头基板1705。如图7所示，基板301的各电路块以油墨供应端口311为中心对称地布置。此电路块包括加热器阵列310、驱动电路阵列309、驱动选择电路阵列308、装置驱动信号电路304以及块选择电路305。加热器阵列310设置得横过油墨供应端口311，并且由多个加热器构成。驱动电路阵列309由用于使电流通过各加热器的各驱动电路构成。驱动选择电路阵列308是用于控制各驱动电路的电路。装置驱动信号电路304和块选择电路305产生将要传送到驱动选择电路阵列308的信号。输入电路303处理从焊盘302输入的信号。这些电路块关于油墨供应端口311对称地布置，因此将共同的参考标号给予对称布置的各块。在下文中，将给出关于这些块的功能和信号流的描述。
头基板301是通过使用LSI处理而在其上形成了各电路块和用于加热油墨的各加热器的硅基板。电源电压和从用于输入和输出图像数据的焊盘302输入的各信号通过输入电路303传送到装置驱动信号电路304和块选择电路305。块选择电路305基于所输入的信号产生用于选择将要被驱动的块的块选择信号。装置驱动信号电路304基于所输入的信号，产生用于根据图像数据驱动所选块中的每个加热器的时分选择信号。时分选择信号和块选择信号被分别提供给电平转换电路312和313。电平转换电路312和313将输入信号的电平转换为大于输入信号幅度的电源电压幅度的信号。电平转换电路的电路构造的一个例子如图6所示。从电平转换电路312和313输出的时分选择信号和块选择信号通过多条线路组成的总线线路306和307向加热器排列方向引导。
来自总线线路306和307的时分选择信号和块选择信号分别连接到作为驱动选择电路阵列308的组成部分的各驱动选择电路。驱动选择电路的导通和关断由来自总线线路306和307的信号决定。当执行油墨的排出操作时，施加用于导通所需的驱动选择电路的总线线路的信号，且从驱动选择电路输出该信号，以导通相应的驱动电路。已经变为导通的驱动电路使电流通过相应加热器，使得该加热器通过所流过的电流而被加热，并且执行油墨起泡和排出操作。
图8是示出从上述驱动选择电路阵列308和驱动电路阵列309抽取出的、对应于加热器阵列310中的任意加热器的驱动选择电路和驱动电路的电路图。
如上所述，来自装置驱动信号电路304和块选择电路305的各输出信号由电平转换电路312和313进行电平转换，以便使电压VDDM的信号幅度高于输入信号幅度VDD。总线线路306和307引导信号幅度为电压VDDM的信号。
各电路元件408a到408d分别是在VDDM电位下操作的高耐压装置，并且构造驱动选择电路阵列308中对应于一个加热器的驱动选择电路(或非门)。该或非门的输出连接到NMOS晶体管409的栅极，该NMOS晶体管409是用于执行各加热器的导通和关断控制的驱动电路。通过如下流程的操作，此段变为导通。
首先，来自装置驱动信号电路304和块选择电路305的输出信号通过电平转换电路312和313，使它们的输出信号幅度被电平转换为VDDM。在此，在不选择相应装置和块的情况下，来自装置驱动信号电路304和块选择电路305的各输出信号向总线线路输出Hi电平的VDDM电位，并且在选择它们的情况下，向总线线路输出Lo电平的0V。
因此，在未被选择的段的情况下，从总线线路306和307输入到或非门的信号中的至少之一是VDDM电位。由于VDDM电位输入到至或非门的至少一个输入，其输出电位成为0V，晶体管409不导通，且没有加热器电流通过。当来自总线线路306和307的输入信号都成为0V时，或非门的输出变为VDDM电位。从而，晶体管409变为导通状态，且加热器电流从加热器电源电位VH经由加热器410通过。有电流通过的加热器产生油墨起泡和排出所需的热。
只有在或非门的所有输入信号变为0V的情况下，其输出才成为Hi。因此，或非门可以单独控制加热器电流驱动NMOS晶体管409。在使用与非门的情况下，只有当输入到与非门的所有输入信号成为Hi(VDDM)的情况下，输出才成为Lo。因此，为了用与非门的计算结果控制加热器电流驱动NMOS晶体管，进一步插入用于执行“非”计算的反相器变得必要，以使得每段装置的数目增加。因此，当以高密度布置选择电路时，这会是一个障碍。
更具体地，当2-输入或非门的来自装置驱动信号电路304和块选择电路305的两个输出信号均为Lo电平时，2-输入或非电路408的输出信号成为Hi电平，使得输出直接施加在NMOS晶体管409的栅极上，以导通NMOS晶体管409。
假设用2-输入与非门代替2-输入或非门的情况。
当通过2-输入与非门用来自装置驱动信号电路和块选择电路的信号选择任意装置时，输入Hi信号作为从装置驱动信号电路和块选择电路至与非电路的信号。更具体地，第一次，当来自装置驱动信号电路和块选择电路的信号均变为Hi时，输出Lo作为与非门电路的输出信号。在此，在来自装置驱动信号电路和块选择电路的信号的一个或两个信号变为Lo的情况下，与非电路的输出信号变为Hi，且相关的与非电路不进入选择状态。
在这种情况下，选择状态下的与非电路的输出信号为Lo。即使在选择状态下，输出信号直接施加到加热器驱动NMOS晶体管的栅极以输出Lo，在选择状态下它不能导通。为了在选择状态下导通它，在与非门电路的输出和加热器驱动NMOS晶体管之间插入非电路(反相器)成为必要。
因而，在将电平为Hi的选择信号输入到与非电路的情况下，在与非门电路和加热器驱动NMOS晶体管之间插入非电路是必要的。根据将电平为Lo的选择信号输入到或非电路的此实施例，可能将或非电路的输出信号直接施加到加热器驱动NMOS晶体管，以便控制加热器电流。也可能消除在与非电路构造中为必要的非电路，以便实现更少数目装置的构造。
当在此驱动加热器驱动NMOS晶体管时，作为其驱动电压所施加的电压越高，可通过的加热器电流变得越大。因此，希望用高耐压的MOS晶体管构成或非电路。更具体地，对于NMOS晶体管，希望使用与加热器驱动NMOS晶体管相同构造的晶体管，以便允许控制高电源电压。
NMOS晶体管409用于加热器电流驱动，这是因为，由于NMOS晶体管一般使用比空穴迁移性更高的电子作为载流子，所以它的单位区域的导通电阻可比PMOS晶体管的要低。更具体地，通过在加热器的驱动电路上使用其沟道的载流子为电子的场效应晶体管而降低导通电阻。
进一步地，加热器驱动晶体管控制大电流，因为它需要用加热器产生油墨排出所需的热。在很多情况下，MOS晶体管采用功率MOS晶体管的结构。存在各种结构的功率MOS晶体管。然而，一般的大电流控制功率MOS晶体管使用其衬底电位是源极或漏极的双扩散结构MOS晶体管(DMOS晶体管)。
将描述关于用N型沟道执行电流控制的NMOS晶体管情况下的双扩散结构晶体管。图21示出了横向双扩散结构的MOS晶体管的剖面模型视图。
在此，n扩散层2101形成在p型硅衬底2100上。P型扩散层2102进一步扩散并形成为达到n扩散层2010中的p型硅衬底2100的深度。n+层2103和2104扩散并形成在横过栅极电极2105与所扩散并形成的2102相对的位置上。
在此，参考标号2104表示漏极，且2103表示源极电极。
如果在将电压施加在源极电极和漏极电极之间的状态下，将正电位施加在栅极电极2105，则形成了沟道，并且电流在参考标号2106所指示的区域(沟道形成区域2106)中流过。
此结构的晶体管需要用源极电极和在其中形成沟道的p型扩散层2102之间的近似为0的电位差来驱动。
这是因为，由于n+层2103和p型扩散层2102是杂质浓度相对高的杂质扩散层，很难充分保证p-n结的反向耐受阻抗。
用作为相同电位的源极和衬底之间的耐受阻抗来驱动这种DMOS晶体管是必要的。
在通过使用此DMOS晶体管来构造选择电路的情况下，在或非电路的情况下，如图8所示，可能将两个NMOS晶体管的源极电位设定为衬底电位。另一方面，为了构造与非电路，在输出节点和衬底电位之间串联两个NMOS晶体管是必要的，因此一个NMOS的源极电位不会固定为衬底电位。
通过使用或非电路作为用于驱动NMOS晶体管409的栅极的电路，降低装置的数目并且减少布局面积变得可能。也可能具有这种配置通过用具有高耐受阻抗的DMOS构造或非电路，而将源极电位固定为衬底电位。
进一步地，图8所示的电路是利用CMOS(互补MOS晶体管)的或非门，并且包括具有串联PMOS晶体管的构造。更具体地，如图8所示，或非门由具有PMOS晶体管408b和NMOS晶体管408a的CMOS结构以及具有PMOS晶体管408d和NMOS晶体管408c的CMOS结构形成。并且PMOS晶体管408b和PMOS晶体管408d进一步串联。由于此配置，可获得图5中所描述的电阻208l的功能，即，使加热器电流的陡峭上升沿变得缓和的效果。更具体地，构成或非门的各PMOS晶体管从电源电位到输出节点串联连接。因此，输出从Lo改变到Hi时，导通电阻可以比使用由栅极宽度和栅极长度相同的PMOS和NMOS晶体管组成的反相器(图5中由PMOS晶体管208k和NMOS晶体管208j形成的反相器)的情况下更高。通过由串联的PMOS晶体管408b和408d引起的导通电阻，以及加热器驱动晶体管409的栅极电容时间常数，缓和了加热器电流的陡峭上升沿，以便允许抑制由噪声引起的故障。更具体地，在图5中，可消除为了缓和电流的陡峭上升沿而布置的电阻208l，或者用具有较小装置区域的低电阻装置代替电阻208l，以便允许各驱动控制电路的高密度布置。
如上所述，根据第一实施例，可能降低在每个段上布置的高耐受阻抗装置的数目，以便以高密度布置头基板301所需的各电路，而不增加芯片尺寸。还可能通过对应于以高密度布置的加热器选择电路来布置加热器，来实现高密度加热器布置。更具体地，可能提供能够选择性驱动以高密度布置于其中的各加热器的电路构造，而不增加芯片尺寸。
根据第一实施例，电平转换电路312和313分别连接到装置驱动信号电路304和块选择电路305的输出。对于第二实施例，将给出关于用来将电平转换电路连接到装置驱动信号电路和块选择电路的输入侧的构造的描述。
图9是示意性地示出根据第二实施例的头基板301’的电路构造例子和电信号流的电路框图。如同第一实施例，图9所示的电路块以油墨供应端口311为中心对称地布置。构成此电路块的元件有由横过油墨供应端口311的多个加热器组成的加热器阵列310、用于使电流通过各加热器的驱动电路阵列309、用于控制驱动电路的驱动选择电路阵列308、用于产生将要传送到驱动选择电路阵列的各信号的装置驱动信号电路504和块选择电路505、用于处理从焊盘302输入的各信号的输入电路303。
第二实施例在关于将与输入信号的电压幅度相同的第一电源电压幅度转换成更高的第二电源电压幅度的电平转换电路的插入位置方面与第一实施例不同。根据第二实施例，电平转换电路512和513连接到输入电路303的输出侧，并且装置驱动信号电路504和块选择电路505连接到电平转换电路512和513的后级。根据第一实施例，装置驱动信号电路304和块选择电路305在第一电源电压(VDD)下操作，并且对于从这些电路输出的输出信号，插入电平转换电路312和313以将信号幅度转换为第二电源电压(VDDM)。根据第二实施例，对于从输入电路303输出的输出信号，插入电平转换电路512和513，以将信号幅度转换为第二电源电压(VDDM)，同时，装置驱动信号电路504和块选择电路505在第二电源电压(VDDM)下操作。
可能通过采用第二实施例的这种配置，例如在块选择电路是用于展开输入信号的解码器的情况下，抑制布局面积变得更大的电平转换电路的规模。例如，对考虑以下情况其中，该选择电路具有从4比特输入信号选择十六条信号线路之一并且输出该信号的解码器。图10示出第二实施例的电平转换电路513和块选择电路505的电路构造。图11示出了第一实施例的电平转换电路313和块选择电路305的电路构造。
为了通过4比特输入信号从十六条总线线路中选择任意一条线路，将四个输入信号的Hi/Lo逻辑连接到十六个4-输入与门以使得四个输入信号的Hi/Lo逻辑相互不同是必要的。第二实施例的解码器将4比特输入信号从输入电路601的输出连接到四个电平转换电路513a到513d。该输出和由反相器603a到603d对其逻辑进行反向的信号被连接到十六个与门604a到604p，使得它们变得彼此不同。在此，电平转换电路513a到513d的输出电压是高于第一电源电压的第二电源电压，其中该第一电源电压是输入信号的电源电压。因此，反相器603a到603d和与门604a到604p在第二电源电压下操作。由于这种构造，要布置四个电平转换电路。
为了方便的缘故，图10是使用与门604a到604p的电路图。然而如前所述，希望以用于输入负逻辑的或非门来构成图10的与门604a到604p。
另一方面，图11所示的第一实施例的构造直到块选择电路305为止都在第一电源电压下操作。因此，向作为块选择电路305的输出的十六条总线线路的每一条，即十六个与门704a到704p的每个输出，提供电平转换电路313a到313p是必要的。根据上述的第二实施例，有可能如上所述地将电平转换电路的数目降低为图11所示的第一实施例的四分之一，以便减少各装置的数目。
也可能以用于输入负逻辑的或非门实施图11的与门，或者通过向用于输入正逻辑的与非门添加反相器来实施它们。
由于电平转换电路512和513布置在装置驱动信号电路504和块选择电路505的前级，要求构成装置驱动信号电路504和块选择电路505的各装置具有高耐压，以使得装置区域变大。因此，应该考虑由于减少用于电平转换电路所需的装置数目而造成的电路面积降低和使电路504和505的耐压更高的情况下而电路面积增加之间的平衡，从而做出关于电平转换电路512和513应该布置在电路504和505的前级还是后级的决定。
例如，如果装置驱动信号电路504的输入和输出信号线路的数目保持不变，将电平转换电路512布置在装置驱动信号电路504的后级是有益的。这是因为装置驱动信号电路504可以由低耐压的装置构成，这在较高密度的实施方面有益。因此，在这种情况下，块选择电路505应该使各电平转换电路设置在其前级，并且装置驱动信号电路504应该使各电平转换电路设置在其后级。当然，也可能将各电平转换电路设置在各电路之一(例如块选择电路)的前级，并且将它们设置在其他电路(例如装置驱动信号电路)的后级。
如上所述，根据第二实施例，除了第一实施例的效果以外，还可进一步减少与块选择电路和装置驱动信号电路有关的电路面积。
图12是用于描述根据第三实施例的喷墨记录头基板(此后称为头基板301)的电路框图和示意性地示出电信号流的图。头基板301是第一实施例(图7)中所示的头基板。图12示出了关于以图7的油墨供应端口111为中心对称的一个电路块组的各电路块功能和信号流。头基板301对应于图19中的上述头基板301。例如油墨供应端口、加热器阵列以及驱动电路的各电路块的布置与第一实施例(图7)中所示的构造相同，因此将省略其描述。
在图12中，包含将要施加在焊盘302上的图像数据的信号通过输入电路303连接到构成内部电路的块选择电路305。块选择电路305的输出信号的一部分被提供到装置驱动信号电路304。装置驱动信号电路304的输出信号经由电平转换电路312，作为时分选择信号提供给多个加热器驱动块331。
与用于输入图像数据的同步信号(时钟)同步的图像数据信号被输入到块选择电路304。块选择电路304基于图像数据信号产生用于选择加热器驱动块1到8(331)的块选择信号。块选择电路304产生的块选择信号经由电平转换电路313提供给加热器驱动块331。由块选择信号确定加热器驱动块331的每一个是否有效。块选择信号所选的(确定为有效的)加热器驱动块根据来自装置驱动信号电路402的时分选择信号来驱动加热器。更具体地，要驱动的加热器由块选择信号和时分选择信号的与逻辑确定。
如上所述，根据此实施例，从块选择电路块305和装置驱动信号电路304输出的选择信号和时分选择信号由电平转换电路313和312进行电平转换(从第一电源电压转换为第二电源电压)，并且接着，这些信号被传送到加热器驱动块331。在与输入信号幅度电位相同的第一电源电压下驱动的电路是由矩形321围住的电路块。在高于电平转换后的第一电源电压的第二电源电压下被驱动的电路是由矩形322围住的电路块。电平转换电路313和312具有与上述图6中的电平转换电路相同的电路构造(电路部分205a和205b)。
电路部分305a(块选择电路305和电平转换电路313)和电路部分304a(装置驱动信号电路304和电平转换电路312)都在末级设置有电平转换电路。然而如第二实施例所述，它们也可以具有各电平转换电路设置在前级的构造。
通过将电平转换电路313和312设置在紧接着块选择电路305或装置驱动信号电路304的输出之后，根据此实施例的头基板301执行电平转换。更具体地，虽然图3所示的一般电路构造需要如图4所示地为每个加热器驱动块206设置电平转换电路205(图6)，通过采取此实施例的构造，为每个加热器布置电平转换电路变得不再必要。从而，如第一和第二实施例那样，可能获得电路密度更高且布局面积减少的效果。
将使用图13对图11所示的电路块进行补充描述。来自块选择电路305和装置驱动信号电路304的输出信号由电平转换电路312和313从第一电源电压经电平转换到第二电源电压，并且被输入到加热器驱动块331。对于第一实施例，加热器驱动块331具有加热器驱动MOS晶体管409和2-输入或非门408，用于对应于放置于其中的每个加热器410而选择性地驱动加热器驱动MOS晶体管409。在此示出的例子中，当从块选择电路305和装置驱动信号电路304输入到2-输入或非门408的输入信号都变为逻辑低电平(此后称为Lo)时，2-输入或非门408的输出变为逻辑高电平(此后称为Hi)。由于加热器驱动MOS晶体管是NMOS，当2-输入或非门408的输出是Hi时，它变为导通状态。因此，当2-输入或非门408的输出是Hi时，通过使第二电源电压施加到加热器驱动MOS晶体管409的栅极，加热器驱动MOS晶体管409变为导通状态，以使得电流通过加热器410。
作为这些例子中的电源电压的值的例子，第一电源电压是3V到5V左右，且第二电源电压是10V到30V左右。根据第三实施例，使用2-输入或非门408。因此，向电平转换电路312和313的输出级中的图6所示的各电路添加反相器，并且反向各信号输出(块选择信号和时分驱动选择信号)(参照图13)。
上述2-输入或非门408的详细电路构造的例子如图8所示。如上所述，2-输入或非门408将电平转换之后的块选择信号和时分选择信号作为输入。各电路元件408a到408d分别是在第二电源电压电位(VDDM)下操作高耐压装置，并且构成对应于一个加热器的驱动选择电路(或非门)。或非门408的输出连接到NMOS晶体管409的栅极，该NMOS晶体管409是用于执行各加热器的导通和关断控制的驱动电路。用于导通此段的操作如参照第一实施例中的图8进行的描述。
在根据第三实施例的头基板的电路中，与第一实施例相同，由两种电源电压，即，作为输入信号的电压幅度的第一电源电压以及将要施加到用于控制加热器电流的MOS晶体管的栅极的较高的第二电源电压来执行驱动控制。第一电源电压的驱动电路的输出信号通过电平转换电路转换为第二电源电压的信号幅度。如上所述，在紧接着块选择电路305和装置驱动信号电路304之后(在加热器驱动块的前级)执行电平转换的配置中，应该为块信号线路和数据信号线路的每一个布置电平转换电路。因此，不必要像常规构造一样为每个比特布置电平转换电路。从而，与图3和图4所示的电路构造相比，可能获得电路密度更高和布局面积减小的效果。
另一方面，为了将已经执行电平转换的信号传送给每个比特，将电平转换后的高电压幅度的逻辑信号向着基板的加热器阵列排列方向引导变得必要。更具体地，用于携带高电压幅度的逻辑信号的多条信号线路沿加热器阵列选择路径。对于近来的打印机，为了实现高速和高质量记录，喷嘴数目增加，并且打印宽度延伸。伴随着加热器阵列的比特数目增加，存在沿排列方向上加热器阵列的长度伸长的趋势。与之相关联地，在紧接着移位寄存器或解码器之后执行电平转换的配置中，存在使得用于将电平转换后的高电压幅度的逻辑信号向基板的加热器阵列的排列方向引导的线路长度伸长的趋势。
如上所述在沿加热器阵列为10V到30V左右的高电源电压幅度的信号线路选择路径时，可能存在作为连线到栅极的寄生MOS晶体管的场MOS晶体管的沟道反型，导致电路故障。从而，希望采取应对这种故障的对策。
发生这种故障的情况是寄生MOS晶体管在作为衬底的不同电位层的n型衬底(n阱)区域和p型衬底(p阱)区域之间的边界部分变为导通状态的情况。在这种情况下，电隔离的n阱和p阱被置于导通状态，以至于引起故障。在一般情况下，用于导通寄生MOS晶体管的布线通常是多个布线层中最接近衬底的层中的布线层。距离衬底较远的上层中形成的布线层具有由层间膜保持的一定距离，以使得很难导通寄生MOS晶体管。
因此，希望在n阱和p阱之间的边界上消除接近衬底的布线层中的交叉，并且在切换到更高布线层之后执行该交叉。然而，为了此目的，此布线切换部分需要确保布局面积，这导致芯片尺寸增加。形成用于切换布线层的触点也是必要的，因此增加了触点电阻，导致信号传播延迟的可能。
图14A和14B是示出用于实施图8所示的电路的基板的布局例子的图。图14A和14B示出了如下构造其中，用于形成各PMOS装置的n阱区域710形成在p型衬底上，并且通过切换到n阱710和p阱709之间边界上的上层中的布线层，防止了寄生MOS晶体管造成的故障。图14A示出了此布局的顶视图，且图14B示出了布局顶视图中A到A’的剖视图。
此布局抽取并示出了图8和13中所示的加热器驱动块中的任意2-输入或非门408，以及输入到2-输入或非门408的各输入信号线路。在此，在信号线路707中，传送通过对来自块选择电路305和装置驱动信号电路304的输出信号由电平转换电路313和312进行电平转换为第二电源电压幅度而获得的信号。
如上所述，此实施例是p型衬底上形成CMOS晶体管的例子。从而，为了形成各PMOS晶体管，形成n阱区域710。参考标号701表示各NMOS晶体管(图8的408a和408c)的栅极，并且参考标号702表示各PMOS晶体管(图8的408b和408d)的栅极，它们由多晶硅层704形成。各MOS晶体管的栅极形成在多晶硅层704与装置形成区域711交叉的区域中。在图14A和14B中，为了简化图的目的，没有示出各MOS晶体管的源极和漏极区域。线路Al与源极和漏极之间的连导通过扩散层触点712进行。
为了将来自信号线路707的输入信号施加在2-输入或非门408的栅极，使电源线路706与多晶硅层交叉是必要的。在此，在电源线路706与信号线路707之间存在n阱区域和p阱区域的阱边界713。因此，如果阱边界713在多晶硅层中交叉，有可能导通其栅极为多晶硅层的寄生MOS晶体管，使得通过异常电流并且引起故障。因此，作为其构造，通过切换到比多晶硅层距离衬底更远的Al布线层705来与阱边界713交叉。在此切换部分中，多晶硅层和Al布线层之间的触点形成区域是必要的，因此占据预定的布局面积。
对于第三实施例，将给出关于用于通过降低所安装的切换部分的数目而进一步减少芯片尺寸的头基板的描述。
图15A和15B是示出已经描述了根据此实施例的故障防止措施的基板的布局例子的图。图15A示出了布局的顶视图，且图15B示出了布局顶视图中A到A’的剖视图。此实施例示出了在p型衬底上形成CMOS晶体管，并且使用在10V到30V左右的高电源电压下操作的2-输入或非门408以选择性驱动加热器410的例子。更准确地说，图15A和15B所示的布局表示了用于将输出到在加热器阵列的加热器排列方向上延伸的信号线路807的信号输入到对应于各加热器布置的2-输入或非门408的部分的布局。在信号线路807上施加各信号，这些信号是使从块选择电路305和装置驱动信号电路304输出的逻辑信号的幅度电平由电平转换电路313和312进行电平转换为高于输入信号的幅度电平的第二电源电压而获得的信号。
图15A和15B的2-输入或非门408是从对应于各加热器在加热器排列方向上布置为阵列状的2-输入或非门中抽取出的一个。参考标号801表示各NMOS晶体管(图8的408a和408c)的栅极，且参考标号802表示各PMOS晶体管(图8的408b和408d)的栅极，它们由多晶硅层804形成。各MOS晶体管的栅极形成在多晶硅层804与装置形成区域811交叉的区域。在图15A和15B中，为了简化图的目的，未示出各MOS晶体管的源极和漏极区域。线路Al与源极和漏极之间的连导通过扩散层触点812进行。
施加在各NMOS晶体管和各PMOS晶体管的栅极上的信号是从信号线路807施加的。各信号线路807是沿加加热器排列方向被选择路径的多条线路。在加热器排列方向上布置为阵列状的2-输入或非门408连接到多条信号线路中的任意两条信号线路，并且当从该两条信号线路施加的信号都成为Lo时，使其输出成为Hi。进一步地，2-输入或非门408的输出连接到NMOS型加热器驱动MOS晶体管409。至于驱动2-输入或非门408的功率源，GND线路803布置在各NMOS晶体管侧，并且电源线路806布置在各PMOS晶体管侧。
为了将来自信号线路807的信号施加在2-输入或非门605的各PMOS和NMOS晶体管上，需要与其他信号线路和电源线路交叉。根据此实施例，通过Al布线层805形成信号线路和电源线路。从而在交叉处，它们通过布线层间触点808连接到作为另一布线层的多晶硅布线层804，以便连接到各MOS晶体管的栅极。
在构成用于选择性驱动各加热器的CMOS晶体管电路(此实施例中的2-输入或非门408)的各MOS晶体管中，通过在各驱动晶体管侧将GND线路803夹在形成与加热器驱动MOS晶体管409类型相同的沟道的各晶体管(此例中的NMOS晶体管408a和408c)和各驱动晶体管之间，从而布置该形成与加热器驱动MOS晶体管409类型相同的沟道的各晶体管。另一方面，用于输入到2-输入或非门的各信号线路807以及形成与各驱动MOS晶体管不同类型的沟道的各晶体管(PMOS晶体管408b和408d)通过夹着电源线路806而进行布置。
与GND电位(衬底电位)相同电位的p阱区域809形成在紧接着加热器驱动MOS晶体管409(未在图1SA和15B中示出)、GND线路803和NMOS晶体管801下面的衬底层中。与电源电位(第二电源电压)相同电位的n阱区域810形成在紧接着各PMOS晶体管802、电源线路805和各信号线路807下面的衬底层中。更具体地，与图14A和14B的布局相比，n阱区域形成为延伸到各信号线807之下。
该n阱区域形成为包括各信号线路的低层807，并且延伸到转换电路313的输出部分。至于转换电路313，如图15，还希望将各PMOS晶体管布置在接近各信号线路807的位置，并且将n阱区域延伸到各转换电路313中的各PMOS晶体管。
如果使用图15A和15B中所示的布局，紧接着其中信号从各信号线路807传送到2-输入或非门408的PMOS晶体管408b和408d的信号施加路径下面的、所有硅衬底电位都变为电源电位的n阱层810。因此，n阱层810和p阱层809之间的边界不再交叉。从而，切换到Al布线层805变得不再必要，因此可以降低布局面积。在2-输入或非门408的输入部分中，各信号线路切换到各NMOS晶体管408a和408c的一侧中的多晶硅层，并且将各信号直接施加到NMOS驱动器栅极。根据上述，各信号完全通过p阱层809上的多晶硅布线来选择路径，并且切换到Al布线不再必要。
由此，在图15A和15B所示的布局中，电源电位的n阱层布置在紧接着常规上不布置n阱层的各信号线路807的下面。各信号线路807和构成作为选择电路的各CMOS晶体管的PMOS通过夹着电源线路806而布置，以使得将要在多晶硅层中被选择路径的其信号线路不同的阱边界不再交叉。更具体地，作为应对该区域中寄生MOS晶体管的策略的到Al布线的切换部分变得不再必要，因此可能实现喷墨记录头基板的布局面积减少并且不引起故障。
图16A和16B是彼此对应地示出用于描述第二实施例的布局的顶视图，以及布局视图中A到A’的剖视图的图。
根据第三实施例，如在常规情况下，执行到Al布线的切换，作为应对在PMOS和NMOS之间存在的阱边界造成的寄生MOS晶体管的策略。与之相比，根据第四实施例，通过插入阱触点来实现应对寄生MOS晶体管的策略。对于阱触点，在PMOS和NMOS之间新形成装置形成区域811’，并且在装置形成区域811’中形成杂质浓度高于各阱区域的n+扩散区域913。n+扩散区域913接触经由连接到电源线路806的各PMOS晶体管802的源极而延伸的Al布线层，并且连接到电源线路电位(10V到30V)。
在此实施例中，由于n+扩散区域913(阱触点、保护环)的形成，特别是关于PMOS和NMOS之间的场MOS对策不存在的问题。这是因为，在场MOS的情况下，虽然在杂质浓度低的阱层的表面周围形成反型层，且反型层作为沟道而发生故障，但是很难通过布置杂质浓度高的区域作为阱触点而在此区域形成反型层。从而，如果使用第四实施例的形式，多晶硅层跨骑着阱边界布置就不再是个问题。进一步地，通过在NMOS晶体管和PMOS晶体管之间布置阱触点，还可能同时确保应对由电源噪声引起的锁定等的耐受能力。
在此，通过在n阱区域中布置电源电位的扩散层而防止寄生MOS晶体管的影响。对于此杂质区域，通过在p阱区域中布置衬底电位的扩散层，或者布置这两个扩散层，都可能获得相同效果。
各实施例中所指示的逻辑配置只是例子。例如，还可能具有代替2-输入或非门408的与非门、反相器、复合门或这些门的组合的逻辑配置。第三和第四实施例的电路构造的重要点之一是使得紧接着多条信号线路(807)下面的衬底层的阱区域类型(p型或n型)与用于构成邻接该多条信号线路的装置组的阱区域类型相匹配。从而，可能消除图14A和14B的阱边界713，并且排除此部分中的布线切换部分。
如上所述，根据此实施例，可能降低布置在每段中的高耐压装置的数目，并且实现选择电路的较高密度。
根据各实施例，可能减少电平转换电路的规模，抑制基板尺寸的增加，并且简化电路构造。还可能通过减少基板上形成的各装置的数目而增加产量。进一步地，通过这种基板尺寸的降低，可能消除故障并且实现稳定操作。
由于可以不偏离本发明的实质和范围做出本发明的很多明显广泛不同的实施例，应该理解，除了权利要求书中所定义的之外，本发明并不局限于其具体实施例。
权利要求
1.一种喷墨记录头基板，该喷墨记录头基板上安装了用于产生用来排出油墨的热能的电热变换器，和用于驱动该电热变换器的驱动元件，该喷墨记录头基板包括第一电路部分，用于基于第一电压幅度电平的输入信号输出选择信号，用来选择要以高于第一电压的第二电压幅度电平被驱动的电热变换器；第二电路部分，其包括或非电路，用于从第一电路部分输入选择信号，并且在第二电压的条件下控制对应于要基于选择信号而被驱动的电热变换器的驱动元件；以及多条信号线路，用于在第一和第二电路部分之间传送选择信号。
2.根据权利要求1的基板，其中第一电路部分以第二电压幅度电平输出用于选择要被驱动的块的块选择信号，和用于根据图像数据驱动要被驱动的电热变换器的装置驱动信号中的每一个；以及第二电路部分包括或非电路，其用于输入块选择信号和装置驱动信号，以及输出为了控制驱动元件的第二电压幅度电平的控制信号。
3.根据权利要求2的基板，其中通过互补MOS晶体管实施该或非门。
4.根据权利要求2的基板，其中由一个或更多场效应晶体管构成驱动元件。
5.根据权利要求4的基板，其中该或非门包括具有与构成驱动元件的场效应晶体管相同的器件结构的器件。
6.根据权利要求4的基板，其中该驱动元件包括具有使用电子作为载流子的沟道的场效应晶体管。
7.根据权利要求4的基板，其中驱动元件包括沟道长度由杂质的扩散长度规定的场效应晶体管。
8.根据权利要求2的基板，其中第一电路部分在用于产生块选择信号的电路的前级具有用于将第一电压幅度电平的信号转换成第二电压幅度电平的信号的转换部分。
9.根据权利要求2的基板，其中第一电路部分在用于产生装置驱动信号的电路的前级具有用于将第一电压幅度电平的信号转换成第二电压幅度电平的信号的转换部分。
10.根据权利要求1的基板，其中第二电路部分具有布置得接近驱动元件阵列的、由与驱动元件类型相同的半导体器件组成的第一器件组，和布置在信号线路侧的、由与驱动元件类型不同的半导体器件组成的第二器件组，其中，形成第二器件组的衬底层延伸到紧接多条信号线路的下面。
11.根据权利要求10的基板，其中驱动元件和第一器件组由N型MOS晶体管构成，第二器件组由P型MOS晶体管构成，并且延伸到到紧接着多条信号线路下面的衬底层是被施加第二电压的N型层。
12.根据权利要求11的基板，其中用于提供第二电压的电源线路布置在第二器件组和多条信号线路之间。
13.根据权利要求10的基板，其中在第一器件组和第二器件组之间设置与衬底电位导通的阱触点。
14.根据权利要求10的基板，其中在第一器件组和第二器件组之间设置与第二电压的电源电位导通的阱触点。
15.一种基板的电热变换器的驱动控制方法，该基板上安装了用于产生用来排出油墨的热能的电热变换器，和用于驱动该电热变换器的驱动元件，该方法包括如下步骤输入第一电压幅度电平的输入信号；基于输入信号输出选择信号，用于选择要以高于第一电压幅度电平的第二电压幅度电平被驱动的电热变换器；以及基于以第二电压幅度电平输出的信号，在第二电压的条件下，通过使用或非电路控制对应于要基于选择信号而被驱动的电热变换器的驱动元件。
16.根据权利要求15的方法，其中选择信号包括用于选择要被驱动的块的块选择信号，和用于根据图像数据驱动要被驱动的电热变换器的装置驱动信号；以及在控制步骤中，通过将块选择信号和装置驱动信号输入到或非电路，获得来自该或非电路的用于控制对应于要被驱动的电热变换器的驱动元件的、第二电压幅度电平的控制信号。
17.一种具有基板的喷墨记录头，包括用于排出油墨的排出口；对应于排出口设置的电热变换器；以及用于驱动电热变换器的驱动元件，其中，该基板包括第一电路部分，用于基于第一电压幅度电平的输入信号输出选择信号，用来选择要以高于第一电压的第二电压幅度电平被驱动的电热变换器；第二电路部分，其包括或非电路，用于从第一电路部分输入选择信号，并且在第二电压的条件下控制对应于要基于选择信号而被驱动的电热变换器的驱动元件；以及多条信号线路，用于在第一和第二电路部分之间发送选择信号。
18.一种喷墨记录头墨盒，包括具有基板的喷墨记录头，该喷墨记录头包括用于排出油墨的排出口，对应于排出口设置的电热变换器，和用于驱动电热变换器的驱动电路；以及填充着将要提供给喷墨记录头的油墨的油墨罐，其中，该基板包括第一电路部分，用于基于第一电压幅度电平的输入信号输出选择信号，用来选择要以高于第一电压的第二电压幅度电平被驱动的电热变换器；第二电路部分，其包括或非电路，用于从第一电路部分输入选择信号，并且在第二电压的条件下控制对应于要基于选择信号而被驱动的电热变换器的驱动元件；以及多条信号线路，用于在第一和第二电路部分之间传送选择信号。
19.一种喷墨记录设备，包括具有基板的喷墨记录头，该基板包括用于排出油墨的排出口、对应于排出口设置的电热变换器以及用于驱动电热变换器的驱动电路；以及用于向喷墨记录头传送控制信号的电路；其中，该基板包括第一电路部分，用于基于第一电压幅度电平的输入信号输出选择信号，用于选择要以高于第一电压的第二电压幅度电平被驱动的电热变换器；第二电路部分，其包括或非电路，用于从第一电路部分输入选择信号，并且在第二电压的条件下控制对应于要基于选择信号而被驱动的电热变换器的驱动元件；以及多条信号线路，用于在第一和第二电路部分之间传送选择信号。
全文摘要
一种喷墨记录头基板，该喷墨记录头基板上安装了用于产生用来排出油墨的热能的电热变换器，和用于驱动该电热变换器的驱动元件，该喷墨记录头基板包括第一电路部分，它用于基于第一电压幅度电平的输入信号输出选择信号，用于选择将要以高于第一电压的第二电压幅度电平被驱动的电热变换器；第二电路部分，它用于从第一电路部分输入选择信号，并且在第二电压的条件下控制对应于将要基于选择信号而被驱动的电热变换器的驱动元件；以及多条信号线路，用于在第一和第二电路部分之间传送选择信号。
文档编号B41J2/05GK1796125SQ2005100228
公开日2006年7月5日 申请日期2005年12月9日 优先权日2004年12月9日
发明者樱井将贵, 古川达生, 渡边秀则, 平山信之, 葛西亮 申请人:佳能株式会社