温度检测和控制的制作方法

温度检测和控制


背景技术：

打印机和打印机墨盒可以使用多种技术来将墨水或其他流体输送到介质。可以使用受设备间温差影响的设备将流体施加到介质上。打印质量可以部分地由与指示打印机打印的输入相匹配的打印作业的结果来确定。本公开的打印部件可以包括用于2d和3d打印的应用，以及用于实验室、医疗、制药、生命科学和其他装置的其他高精度流体分配设备；在这些应用中使用的任何流体或试剂；以及用于排出或推动这些流体的集成电路等。
附图说明
在以下详细描述中参考附图描述了一些示例，其中：图1是用于热感测和控制的示例打印部件集成电路封装的框图；图2是集成电路布局的框图；图3是集成电路正视图的示例的框图；图4是示例打印机电路图的框图；图5是用于在集成电路中感测温度的示例方法的流程图；以及图6是示例打印机部件布局的框图。
具体实施方式
打印设备在操作期间会产生热量。热敏打印部件可以通过使用喷嘴附近的加热器电阻加热墨水或其他流体以将墨水从喷嘴中推出到页面上来操作。产生的热量可以传送到打印设备本身，导致管芯上的温度发生变化。打印设备的温度能够影响打印设备的操作方式。例如，打印头管芯的温度，或更普遍地，用于致动和输送流体的集成电路的温度，能够影响由打印设备在一组时间段内输送的流体的尺寸、速度、形状和体积。打印过程中产生的热量可以沿着打印设备不均匀地分布。例如，打印设备的集成电路中的喷嘴可以被经过的已加热的流体升温或加热。集成电路的温度可基于许多因素而变化，因素包括管芯尺寸、区域内的喷嘴数量、喷嘴之间的距离、喷嘴与集成电路的边缘之间的距离、集成电路的形状和尺寸、组装以及使用的打印图案等。热喷墨打印能够对操作温度敏感。一度的变化能够导致墨滴重量的大约1％的差异，而人眼能够感知大约2
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3％的差异。对于低端打印应用，单个打印笔在整个页面上扫描多次以形成完整的打印图像。在一条打印条和下一条打印条的相交处，形成一个假想边界，边界上方的点由打印笔底端的喷嘴打印，边界下方的点由打印笔顶端的喷嘴打印。如果打印笔喷嘴条之间的温度控制变化很大，则会形成人类可感知的线或“条带”，从而导致打印质量不佳。这是由于对应于打印管芯两端之间的温差的喷射液滴尺寸的变化，更具体地，是对应于由于管芯的不同端部上的至少两个不同的喷嘴具有温度变化的喷射液滴尺寸的变化。因此，管理多个温度分区的温度是实现打印质量的关键。为了解决这个问题，目前的技术考虑一个共用的“感测”总线，它可以为多种颜色例如k、c、m、y启动多个打印管芯，以及通过这个共用的模拟总线对与温度分区相关联的每个管芯的多个二极管进行多路复用和外
部测量。当打印设备使用薄或窄的硅管芯时，用于传导热量并由此沿管芯保持恒定温度的硅较少。较薄较窄的管芯的长端分区充当冷却管芯端部的大区域。这两个特性使得薄或窄的管芯比厚或宽的管芯更容易受到温度变化的影响。为了克服这个问题，本技术涉及多分区热控制系统。用于管理多个分区之间的温差的驱动电路可以位于管芯上或管芯外。实现使用低成本驱动器的愿望可能涉及在生产过程中将复杂的模拟控制电路迁移至管芯外。模拟控制电路在位置上的这种移动可能会增加尝试寻址多个传感器的系统的互连挑战，但是在这些技术的范围内是预期的。另一种技术包括使用全局模拟传感器总线，该总线在通过每个管芯的传感器焊盘连接的管芯之间通用，从而能够在管芯上和管芯之间实现多路复用。通过这种多路复用，可以在管芯外协调多个温度分区，从而实现更复杂的算法来提高管芯上的热均匀性。改进的热均匀性有助于消除打印过程中的打印伪影。在示例中，每个管芯可以有三个热度分区。在示例中，每个管芯可能有超过三个分区或少于三个分区。在这些分区的每一个分区中，可以有一个独立的温度传感器。对于每个管芯，还可以有一个或多个加热元件。可以有更多的加热元件。硅管芯上可能存在脉冲升温。温度传感器和加热元件可以由外部的专用集成电路(asic)通过多路复用感测总线来控制。可以随时间监测热度分区。也可以以特定频率，例如打印的频率除以连接到感测总线的温度传感器的数量，来监测热度分区。使用用于所有传感器的共用的感测总线来检查温度和调节热量的协议遵循感测协议。在示例中，感测协议可以在使用热喷墨打印协议进行打印时原位复用。在示例中，这意味着最大感测速率是打印频率、总线上传感器的数量以及这些传感器循环的序列的函数。在管芯端部分区中使用加热元件可以减少喷嘴阵列中的温差，从而提高打印质量。在示例中，喷嘴阵列间的温差可以从10℃降低到2
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3℃。温差的降低减少了在管芯的端部与管芯的中间部分的温度不同时所看到的条带。当热喷墨喷嘴打印一滴流体时，热量在该喷嘴的位置处消散。一些热量被传导到管芯中，导致温度升高。在示例中，质量较小的管芯在打印密度转换期间可能更容易受到快速温度波动的影响。在端部区域没有直接加热的喷嘴，因此提高端部分区温度的最大热源是通过管芯从打印分区传导的热源。在薄或窄管芯的示例中，到端部分区的热传导受到小横截面的限制。这种限制加上端部分区中没有喷嘴，以及端部分区很大以容纳多路复用部件或其他部件，会使管芯面临更高的中心到端部热均匀性差的风险。当墨水流过进纸槽和喷嘴时，热量通过热传送从打印头传出。此外，热传送可能通过诸如硅之类的材料的热传导性发生。此外，用于嵌入硅片的化合物(例如环氧树脂)也会导热，并且是热量损失的一个促成因素，从而增加了管芯上产生的热梯度。这些热传递模式是打印管芯可能会导致热量损失的一些方面，如果不加以考虑，则会导致打印质量降低和条带。由于发生在打印管芯中心附近的场效应管的升温效应和电阻热效应，管芯区域中的温差增加。通过在受热损失影响最大的区域添加加热元件，可以减少整个管芯中的大温差。经常需要加热的区域通常是管芯端部，因为这些端部远离较高密度的场效应管和发生在管芯中间的其他电阻的热效应。此外，管芯的质量越小，打印密度转换期间管芯就越容易受到快速温度波动的影响。所示的
技术使用质量比先前打印管芯相对更小的管芯。这些更薄的管芯增加了热阻，以保持和实现管芯中心和端部之间的平衡。此外，较薄的打印管芯通常具有细长的端部分区，以维持总电路面积，以便容纳相同的电路加上任何附加的多路复用电路或其他部件。这些细长的端部分区可以压低端部分区的温度，因为它们没有来自流体致动器的热量输入。如上所述，流体致动器的位置对应于喷嘴的位置。端部分区不包括这些发热装置，更细长的端部分区更是如此。因此，与位于打印管芯的中间的区域分区相比，这些区域和最靠近这些端部分区的墨水喷嘴具有较低的温度。加热元件和传感器的放置会影响端部加热的功效。例如，传感器和加热器相对于喷嘴的不当放置将导致整个喷嘴条上的热均匀性较差。例如，如果传感器位于最末端的喷嘴的对侧与管芯端部的加热元件相对，则加热器将在超过热均匀点后继续加热，因为温度调节将会在到达喷嘴后到达传感器。类似地，如果传感器距加热元件比距最近的喷嘴更近，则变热的传感器可以在在目标加热区域中的最近的喷嘴达到目标温度之前检测到平衡温度。图1是示例性可更换打印头墨盒100的附图。该图包括和排除部件以便提供上下文来示出技术。打印部件集成电路封装100可以被容纳或被布置在打印机墨盒外壳102上或其他可移除或可再填充的打印机构上。打印机墨盒包括用于检测来自集成电路106的信号的传感器焊盘104。如本文所述，传感器焊盘104能够使用共用的模拟总线来互连安装在聚合安装化合物(例如环氧树脂灌封化合物)中的多色硅管芯。在示例中，集成电路是硅打印管芯。在示例中，集成电路106可以是包括打印喷嘴阵列的硅体。打印机墨盒外壳102可以包括多个分立的集成电路单元，其中每个单元对应于不同的颜色。替选地，打印机墨盒外壳102可以具有用于集成电路106的单个流体展开单元。集成电路106对于电信号可以是导电的。发送到或来自集成电路106的信号可以从传感器焊盘104传输到打印控制触点108，打印控制触点108可以和与该打印控制触点108物理接触的部件进行电子通信。传输的信号可以源自集成电路106上的传感器。在示例中，集成电路上的传感器是温度传感器110，该温度传感器检测集成电路106上的区域的温度。每个分立的集成电路部件可以具有单个温度传感器110或多个温度传感器110。温度传感器110可以被布置在整个集成电路106上以便观察集成电路106的不同物理区域中的温度。集成电路106的不同物理区域可以对应于温度区域。温度区域是在其中热量可能以不同方式行进的区域，或者该区域的温度可能由于区域中的尺寸、特性和部件受到与其他区域不同的影响。温度传感器110的温度区域可以是集成电路106的端部区域或中间区域。端部区域可以是被定义为使得端部区域距集成电路106的边缘比距集成电路106的中间区域更近的区域。在示例中，端部区域可以是占据集成电路106十分之一长度的连续空间。中间区域可以位于集成电路106的中间。中间区域可以延伸以包括集成电路106的中间附近的对称或不对称的周围区域。中间区域可以是集成电路106的最长边缘的长度的十分之一。中间区域可以与边缘区域具有相同的尺寸。可以有多个温度传感器110并且第一温度传感器可以位于集成电路106的第一区域中并且第二温度传感器110可以位于集成电路106的第二区域上。这些区域可以在相同的集成电路106上或在分开且不同的集成电路106上。集成电路106的第一区域可以提供第一颜色，例如黑色、红色、黄色或蓝色，并且集成电路的第二区域提供第二颜色，如青色、品红
色、黄色和黑色。被感测温度的集成电路的第一区域可以位于拥有打印机墨盒外壳102的第一打印笔中，并且集成电路106的第二区域可以位于拥有另一个墨盒的第二打印笔中。多个温度传感器110跨多个可能在或可能不在同一打印笔中的或用于同一颜色的集成电路106的连接增加了用于适当地多路复用进出打印控制器触点108的信号的传感器焊盘104的重要性。在示例中，模拟感测总线可以导电地连接到多个温度传感器110和传感器焊盘104。在示例中，传感器焊盘104是外部传感器焊盘，这是由于传感器焊盘104位于打印机墨盒外壳102的外表面上。传感器焊盘104可以连接到对应的打印控制器触点108。传感器焊盘还可以多路复用来自打印控制器触点108的信号的行进到多个温度传感器110。温度传感器110可以连接到单个传感器焊盘104。传感器焊盘104可以将来自温度传感器110的信号传送到对应的打印控制器触点108。在示例中，温度传感器110响应于用于集成电路106进行打印的指令将信号返回到外部传感器焊盘104。在该示例中，用于集成电路106打印的信号请求还包括用于温度传感器110检测它们所在区域中的温度并将检测到的温度报告给传感器焊盘104的指令。为了实现同一时间单个信号到达外部传感器焊盘104，基于输送到集成电路106上的部件的数据包中的信息，信号从它们各自的源中的每一个被多路复用。例如，可以在数据包中包括选择位，例如激发脉冲组。选择位可以向集成电路上的部件指示选择哪个温度传感器。还可以向选定的温度传感器给出关于其信号到达外部传感器焊盘104的转向和定时的指令。与激发脉冲组相协调的选择位的使用允许在管芯的部件之间的管芯上进行多路复用。这些选择位可以使来自每个温度传感器的信号能够在适当的时间被转向外部传感器焊盘，从而来自传感器焊盘104的输出信号可以是单个输出流而不是每个温度传感器110的流。在示例中，信号返回到传感器焊盘104以被发送到打印控制器触点108的频率是以集成电路打印速率除以温度传感器110的数量的速率。用集成电路打印速率去除温度传感器110的数量可以与每个传感器的读取频率相关联，因为打印数据可以指定对于每个打印命令所要读取的单个温度传感器110。在发送到集成电路106的打印命令中，可以例如通过包括在数据中的选择位确定单个温度传感器110。集成电路106选择适当的一个或多个温度传感器以被多路复用到外部焊盘上，其中温度传感器传递代表温度的电压。温度传感器的电压测量值可以被校准以对应于基于本地或远程完成的校准并被编程到集成电路106中的不同的温度读数。被选择的温度传感器110在打印机墨盒102上的多个温度传感器110之间轮转。在一个示例中，多个温度传感器110一个接一个地不重复地经由共用的模拟感测总线向外部传感器焊盘104提供信号，直到每个温度传感器110已经提供携带所检测温度的信号。在示例中，被特定选择的温度传感器通过改变被布置在集成电路106上的控制寄存器中的位值来控制。控制寄存器可以位于集成电路106的存储电路中，该存储电路可以位于该集成电路中或该集成电路外。图2是集成电路布局200的框图。相同编号的项目如关于图1所描述的。集成电路布局200可以包括存储电路，该存储电路存储接收到的来自单个模拟总线的信号中的数据。集成电路布局200可以是可更换打印头墨盒的一部分，该可更换打印头墨盒包括位于可更换打印头墨盒外部的单个接触焊盘。集成电路布局可以容纳响应来自单个接触焊盘的信号的部件，单个接触焊盘将来自单行道模拟总线的存储数据传递到集成电
路106上的多个温度传感器。集成电路106可以包括加热元件202，加热元件202可以向与该加热元件202附接的集成电路提供热量。端部区域温度传感器204可以与加热元件202一起位于端部区域206上。可以存在包括多个喷嘴的喷嘴阵列208，在喷嘴阵列208中多个喷嘴排列在喷嘴线上。集成电路上超过喷嘴线末端的最后一个喷嘴的区域可以指示端部区域206的开始。在一些示例中，端部区域206可以包括集成电路中围绕着多个与端部区域最近的喷嘴的区域部分。端部区域206可以包括安装在集成电路的旨在被引导朝向打印介质的表面上的加热元件202，打印介质上输送有墨水。在另一个示例中，加热元件202可以安装在集成电路106的相对于在其上将被打印的介质最靠近打印盒的表面上。端部区域温度传感器204能够检测一段时间内的温度以确定加热元件对端部区域206中和端部区域206附近的集成电路温度的影响。集成电路布局200的单个接触焊盘可以导电地耦合到多个温度传感器，以便多路复用发送至和来自多个温度传感器的数据。多个温度传感器包括端部区域温度传感器204，其中每个温度传感器被布置在集成电路106上的包括端部区域206的多个温度区域中。响应于用于集成电路进行打印的指令，温度传感器可以将信号返回到单个接触焊盘。打印信号可包括特定温度传感器的指示，该温度传感器应检测温度并响应于发送到喷嘴的打印命令返回表示检测温度的电压。在示例中，集成电路的单个接触焊盘可以以集成电路打印速率除以温度传感器的数量的频率多路复用信号。温度感测带宽和操作可以考虑温度变化沿着硅的长度从热源传播到传感器所需的物理时间。这允许考虑加热器和传感器相对于喷嘴位置的最佳位置和布置。为了确保温度传感器表示喷嘴温度，在示例中，d3大致等于d1，d1大致等于d2，其中d1 210是端部区域温度传感器204和最近的喷嘴之间的距离，d2 212是最近的喷嘴和加热元件202之间的距离，而d3 214是温度传感器204和加热元件202之间的距离。在示例中，布置是为了确保d2 212大于～100um。在示例中，d3 214小于或等于～500um。图3是集成电路正视图300的示例的框图。相同编号的项目如上文关于图1和图2所讨论的。在图3所示的正视图中，绘制了长度和宽度，长度被指定为集成电路的最大测量维度，宽度是绘制的垂直于长度的轴的测量值。虽然图3中示出了正视图，但如果示出侧视图，则将绘制长度和高度，沿着轴的高度通常是测量的厚度。如果示出端视图，则将绘制宽度和高度。集成电路正视图300包括集成电路的端部区域206和中间区域302之间的近似分界。如前所述，集成电路106可以是墨水可以流过的硅打印管芯。集成电路正视图300示出集成电路可以长于其宽度，其宽度在图3中示出并且垂直于集成电路的长度。图3中所示的方向示出端部区域206位于集成电路的端部或远端区域上。集成电路可具有长度、宽度和高度维度。由于端部区域206位于集成电路长度的相对远端，端部区域可以是彼此相距最远的区域。在示例中，每个端部区域可以包括集成电路的整个宽度和高度以及集成电路的仅一部分长度。在该示例中，端部区域206可以是集成电路长度的十分之一。端部区域206可以小于集成电路长度的二十分之一。端部区域206可以小于集成电路的长度的五分之一并且大于集成电路的长度的二十分之一。
中间区域302可以是不被认为是集成电路的端部区域206的集成电路的区域。在示例中，每个端部区域和中间区域均具有一个温度传感器110。中间区域302可以包括集成电路的高度和宽度以及集成电路长度的五分之四。在示例中，中间区域302可以是集成电路长度的九分之一以上。温度传感器横跨中间区域302和每个端部区域206的位置使得能够在打印期间检测温差。如果不考虑这些温差，可能会改变墨水等流体输送到介质的方式，并影响整体打印质量。为了减少温度变化对整个集成电路的影响，温度传感器110的数量使得能够在不同的温度区域中测量温度，例如端部区域206和中间区域302。使用该信息，加热元件可用于端部区域以升高端部区域206的温度以匹配从中间区域检测到的温度。图4是示例打印机电路图400的框图。相同编号的项目如关于图1所描述的。打印机电路图400包括单行道模拟感测总线402，单行道模拟感测总线402用于将每个温度传感器110电连接在一起以将温度报告给传感器焊盘然后报告给打印控制器触点108。也可以向每个温度传感器110传送指令。温度传感器110中的每一个可以对应于集成电路106的端部或中间区域的任一者。如图4所示，温度传感器110的一种实施方式包括被设置为具有感测范围的双二极管堆栈，该感测范围具有特定的电压输出范围，以响应提供给温度传感器110的电流。每个温度传感器110可以由对应的控制位404控制。当特定温度传感器110应当感测并报告其对应区域的温度时，可以修改控制位404。每次有打印信号时可以检查控制位404。控制位404可用于位于集成电路106中的温度传感器110或条件电路406。在示例中，条件电路406可检测集成电路106的除温度之外的另一物理条件。模拟感测总线402可以连接到电流源408，该电流源408为控制位404、温度传感器110和条件电路406中的每一者提供电流。该电流是模拟的并且来自温度的响应也可以使用发送到模数转换器410的模拟信号来传达。在示例中，模数转换器可以位于集成电路106上或可以位于集成电路106之外。图5是用于在集成电路中感测温度的示例方法500的流程图。虽然以特定顺序示出，但该方法可以重复或在序列中的不同点开始。在块502处，方法500包括发送对于来自被布置在集成电路上的多个温度区域中的多个温度传感器的温度数据响应的请求。在示例中，集成电路是硅打印管芯。多个温度传感器中的第一温度传感器可以位于第一硅打印管芯上，并且多个温度传感器中的第二温度传感器可以位于第二硅打印管芯上。在块504处，方法500包括在被布置在集成电路上的外部传感器焊盘处多路复用来自多个温度传感器的响应，所述响应接收于共用的单行道模拟总线。图6是示例打印机部件布局600的框图。相同编号的项目如上文关于图2所讨论的。为打印部件602示出了打印机部件布局600。在示例中，打印部件602可以是图1和图2中所示的集成电路106。在示例中，打印部件602可以是除了用于启用所示子部件的放置和布局的电路的其他材料。打印部件602可以包括喷嘴阵列208。这里所示的喷嘴阵列208是在喷嘴阵列中排列的多个喷嘴的一个示例。可以设想其他配置和数量的喷嘴。打印部件602包括加热元件202和端部区域温度传感器204。加热元件202可用于抵消相对于针对打印部件602的中间区域检测到的温度的任何端部区域温度不足。在示例中，加热元件202可由控制选择哪个温度
传感器的打印数据包来控制。为了确定端部区域的温度，使用端部区域温度传感器204。端部区域温度传感器204随时间收集温度数据。温度数据的收集可用于识别端部区域温度何时偏离打印部件的另一区域的温度。温度数据的收集可用于识别端部区域温度何时已被加热元件202加热以及端部区域何时相对于目标温度变热。端部区域可以开始于与喷嘴阵列208中的最末端的喷嘴相关的区域。喷嘴阵列208中的喷嘴可以通过它们的位置形成一条线。具有不在一行中的喷嘴的喷嘴阵列208中的喷嘴相比于距打印部件602的边缘之一，反而喷嘴彼此之间距离更近。
46.为了提供用于理解这些喷嘴的放置的另一参考框架，考虑在打印介质上来回移动的打印部件602的行进方向。在该示例中，当打印部件602移动以进行打印时，打印部件的长度是大致垂直于打印部件的行进方向并且大致平行于打印介质的维度。在打印部件的该长度的任一端是可以包括最近的喷嘴604的端部区域。最近的喷嘴604使用端部区域温度传感器204和加热元件202作为喷嘴最靠近的物品。最近的喷嘴604也可以比打印部件602上的其他喷嘴更靠近纵向维度的边缘。最近的喷嘴604和端部区域温度传感器204之间的距离被认为是第一距离608。最近的喷嘴604和加热元件202之间的距离是第二距离610。加热元件202和端部区域温度传感器204之间的距离是第三距离612。打印部件可以包括喷嘴阵列、被布置在打印部件上的温度传感器，该温度传感器距喷嘴阵列中最近的喷嘴604第一距离。打印部件还可包括被布置在打印部件上距喷嘴阵列中最近的喷嘴第二距离的加热元件。温度传感器和加热元件之间的第三距离可以小于第一距离和第二距离之和，并且其中第三距离大于或等于第一距离和第二距离中的较小者。在示例中，喷嘴阵列中最近的喷嘴、温度传感器和加热元件彼此等距。温度传感器可能距加热元件比距喷嘴阵列中最近的喷嘴更近。喷嘴阵列可以被布置在旨在寻址打印介质的打印部件的外表面上。温度传感器可以位于距打印部件外表面的三个边缘比距喷嘴边缘更近的位置。加热元件可位于与最近的喷嘴和喷嘴阵列中的第二喷嘴对齐的位置。在示例中，第一距离大于～100微米。在示例中，第三距离可以小于501微米。端部区域可以被定义为开始于最近的喷嘴的边缘处，其中加热元件在位置上距最近的喷嘴的边缘比距第二最近的喷嘴的边缘更近。加热元件可以位于集成电路上以升高端部区域的温度以匹配从被布置在集成电路的中间区域中的温度传感器检测到的温度。在示例中，存储器电路可以与可更换的打印头墨盒相关联。可更换的打印头墨盒可以包括被布置在打印部件上距硅管芯上的喷嘴第一距离的温度传感器，以及被布置在距喷嘴第二距离的硅管芯上的加热元件。如上所述，温度传感器和加热元件之间的第三距离可以小于第一距离和第二距离之和，并且其中第三距离大于或等于第一距离和第二距离中的较小者。喷嘴、温度传感器和加热元件彼此大致等距。大致等距可以指第一、第二和第三距离是偏差测量内的相同距离。如本文所用，偏差测量值可以等于喷嘴的直径、加热元件的高度、宽度或长度、温度传感器的高度、宽度或长度。如本文所用，高度、宽度和长度测量值可根据在图3的讨论部分中建立的相同方向惯例进行。虽然本技术可易于进行各种修改和替代形式，但以上讨论的技术已通过示例的方
式示出。应当理解，这些技术不旨在限于本文公开的特定示例。实际上，本技术包括落入所附权利要求范围内的所有替代、修改和等同物。