CN109649012A - 元件基板、元件基板的制造方法、打印头和打印装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了元件基板、元件基板的制造方法、打印头和打印装置。在具有其中在布线层和打印元件层的中间层中设置温度检测元件的多层结构的元件基板上，布线层和在第一层间绝缘膜上形成的温度检测元件通过穿透第一层间绝缘膜的第一导电插塞连接。另外，布线层和在形成于第一层间绝缘膜上的第二层间绝缘膜上形成的打印元件通过穿透第一和第二层间绝缘膜的第二导电插塞连接。通过按这种布置制造元件基板，可以使打印元件与温度检测元件之间的层间绝缘膜的厚度薄，并且可以提高温度检测元件的灵敏度。

Description

元件基板、元件基板的制造方法、打印头和打印装置
技术领域
本发明涉及元件基板、元件基板的制造方法、打印头和打印装置，并且特别地涉及例如为了根据喷墨方法通过使用加入元件基板以用于集成温度检测元件的打印头来执行打印而被应用的打印装置。
背景技术
为了更高的图像质量和更高速度的打印，喷墨打印头已变为其中存在更高密度的打印元件和喷嘴并且排列大量的喷嘴的布置。近年来，特别地，已提出其中跨诸如打印纸张的打印介质的宽度布置多个元件基板的大量的全行(full-line)打印头。
另一方面，随着喷嘴的数量增加，由于喷嘴阻塞、在墨供给通道中气泡被俘获、喷嘴表面的泄漏等而在一些喷嘴中出现墨排出故障的可能性增加。为了应对这一点，指出已出现排出故障的喷嘴并且向图像补充打印或打印头恢复处理给出关于它们的反馈的技术变得更重要。日本专利公开Nos.2008-023987和2012-250511公开了经由绝缘膜向每个打印元件提供由薄膜电阻器形成的温度检测元件、检测每个喷嘴的温度信息并且指出由于温度变化而遭受排出故障的喷嘴的布置。提出了借此向图像补充打印或打印头恢复处理给出反馈的技术。
日本专利公开No.2012-250511公开了为了便于检测通过施加强调温度变化的驱动脉冲进行排出检查的方法。这样的用于进行排出检查的驱动方法是有效的。然而，为了大大提高检测温度变化的灵敏度，希望采用其中每个温度检测元件经由绝缘膜被布置在打印元件中的相应的一个的正下方的结构并且尽可能地使打印元件与温度检测元件之间的距离较短。以日本专利公开No.2012-250511中公开的打印头基板为例，仅需要可以使加热器与温度检测元件之间的层间绝缘膜薄。
然而，层间绝缘膜需要具有确保布线与另一布线之间的电绝缘性能和布线自身的覆盖的厚度。对于日本专利公开No.2012-250511中描述的布置，层间绝缘膜需要具有确保由连接到温度检测元件的厚膜布线引起的阶梯(step)部分的覆盖的厚度。因此，打印元件与温度检测元件之间的距离受布线层之间的绝缘膜的厚度限制。
发明内容
因此，作为对传统技术的上述缺点的响应，构想了本发明。
例如，根据本发明的元件基板、元件基板的制造方法、打印头和打印装置能够在电热换能器与温度检测元件之间形成薄的层间绝缘膜，并且提高温度检测灵敏度。
根据本发明的一个方面，提供一种具有多层结构的元件基板，包括：基体(base)；布线层，所述布线层被形成在所述基体的前表面侧；第一层间绝缘膜，所述第一层间绝缘膜被配置为覆盖所述布线层；温度检测元件，所述温度检测元件被形成在所述第一层间绝缘膜的表面上；第一电连接部件，所述第一电连接部件被配置为穿透所述第一层间绝缘膜，并且电连接所述温度检测元件和所述布线层的用于所述温度检测元件的布线；第二层间绝缘膜，所述第二层间绝缘膜被形成在所述温度检测元件的表面和所述第一层间绝缘膜的表面上；电热换能器，所述电热换能器被布置在当从与所述基体的前表面垂直的方向观看时所述电热换能器的至少一部分与所述温度检测元件重叠的位置处，并且被形成在所述第二层间绝缘膜的表面上；以及第二电连接部件，所述第二电连接部件被配置为穿透至少所述第二层间绝缘膜，并且电连接所述电热换能器和所述布线层的用于所述电热换能器的布线。
根据本发明的另一方面，提供一种具有多层结构的元件基板的制造方法，包括：在布线层被形成在基体的前表面侧的情况下相对于所述基体形成第一层间绝缘膜，所述第一层间绝缘膜被配置为覆盖所述布线层；在所述第一层间绝缘膜中形成第一通孔，所述第一通孔被配置为到达所述布线层；通过利用金属材料填充所述第一通孔并且将所述第一层间绝缘膜的表面平滑化来形成第一电连接部件；在包括所述第一电连接部件的所述第一层间绝缘膜的表面上的区域中形成温度检测元件；在所述第一层间绝缘膜的表面和所述温度检测元件的表面上形成第二层间绝缘膜；以及在所述第二层间绝缘膜的表面上形成电热换能器。
根据本发明的还另一方面，提供一种打印头，所述打印头使用具有多层结构的元件基板、使用电热换能器作为打印元件、并且通过用所述打印元件向墨施加热能来排出墨，所述打印头包括：孔口，所述孔口被设置在所述打印元件附近并且被配置为排出墨；供给端口，所述供给端口被配置为向所述打印元件供给墨；以及压力室，所述压力室被配置为与所述供给端口和孔口连通，在所述压力室中墨由于所述打印元件的发热而冒泡，其中，所述元件基板包括：基体；布线层，所述布线层被形成在所述基体的前表面侧；第一层间绝缘膜，所述第一层间绝缘膜被配置为覆盖所述布线层；温度检测元件，所述温度检测元件被形成在所述第一层间绝缘膜的表面上；第一电连接部件，所述第一电连接部件被配置为穿透所述第一层间绝缘膜，并且电连接所述温度检测元件和所述布线层的用于所述温度检测元件的布线；第二层间绝缘膜，所述第二层间绝缘膜被形成在所述温度检测元件的表面和所述第一层间绝缘膜的表面上；电热换能器，所述电热换能器被布置在当从与所述基体的前表面垂直的方向观看时所述电热换能器的至少一部分与所述温度检测元件重叠的位置处，并且被形成在所述第二层间绝缘膜的表面上；以及第二电连接部件，所述第二电连接部件被配置为穿透至少所述第二层间绝缘膜，并且电连接所述电热换能器和所述布线层的用于所述电热换能器的布线。
根据本发明的还另一方面，提供一种打印装置，所述打印装置通过使用打印头将墨排出到打印介质来打印图像，所述打印头使用具有多层结构的元件基板、使用电热换能器作为打印元件、并且通过用所述打印元件向墨施加热能来排出墨，其中，所述打印头包括：孔口，所述孔口被设置在所述打印元件附近并且被配置为排出墨；供给端口，所述供给端口被配置为向所述打印元件供给墨；以及压力室，所述压力室被配置为与所述供给端口和孔口连通，在所述压力室中墨由于所述打印元件的发热而冒泡，其中，所述元件基板包括：基体；布线层，所述布线层被形成在所述基体的前表面侧；第一层间绝缘膜，所述第一层间绝缘膜被配置为覆盖所述布线层；温度检测元件，所述温度检测元件被形成在所述第一层间绝缘膜的表面上；第一电连接部件，所述第一电连接部件被配置为穿透所述第一层间绝缘膜，并且电连接所述温度检测元件和所述布线层的用于所述温度检测元件的布线；第二层间绝缘膜，所述第二层间绝缘膜被形成在所述温度检测元件的表面和所述第一层间绝缘膜的表面上；电热换能器，所述电热换能器被布置在当从与所述基体的前表面垂直的方向观看时所述电热换能器的至少一部分与所述温度检测元件重叠的位置处，并且被形成在所述第二层间绝缘膜的表面上；以及第二电连接部件，所述第二电连接部件被配置为穿透至少所述第二层间绝缘膜，并且电连接所述电热换能器和所述布线层的用于所述电热换能器的布线。
根据本发明的还另一方面，提供一种具有多层结构的元件基板，包括：基体；布线层，所述布线层被形成在所述基体的前表面侧；第一层间绝缘膜，所述第一层间绝缘膜被配置为覆盖所述布线层；温度检测元件，所述温度检测元件被形成在所述第一层间绝缘膜的表面上；第一电连接部件，所述第一电连接部件被配置为穿透所述第一层间绝缘膜，并且电连接所述温度检测元件和所述布线层的用于所述温度检测元件的布线；第二层间绝缘膜，所述第二层间绝缘膜被形成在所述温度检测元件的表面和所述第一层间绝缘膜的表面上，并且比所述第一层间绝缘膜薄；电热换能器，所述电热换能器被形成在所述第二层间绝缘膜的表面上；以及第二电连接部件，所述第二电连接部件被配置为穿透至少所述第二层间绝缘膜，并且电连接所述电热换能器和所述布线层的用于所述电热换能器的布线。
本发明是特别有利的，因为能够在电热换能器与温度检测元件之间形成薄的层间绝缘膜并且提高温度检测灵敏度。这提高了例如加入元件基板的喷墨打印头的墨排出状态的检测精度。
从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施例的包括打印头的打印装置的示意性布置的透视图；
图2是示出图1中所示的打印装置的控制配置的框图；
图3A和图3B是示出元件基板的布局图；
图4A、图4B、图4C、图4D和图4E是示出以多层结构形成打印元件、温度检测元件和布线的元件基板的示图。
图5是示出通过对温度检测元件的温度响应执行热传导计算获得的温度波形的曲线图。
图6A、图6B、图6C、图6D、图6E、图6F、图6G、图6H、图6I、图6J、图6K、图6L、图6M和图6N是示出多层结构的元件基板的制造方法的示图；
图7是示出全行打印头的透视图。
具体实施方式
现在将根据附图详细描述本发明的示例性实施例。
在本说明书中，术语“打印”和“印刷”不仅包括诸如字符和图形的显著信息的形成，而且还广泛地包括打印介质上的图像、图表、图案等的形成或者介质的处理，而不管它们是显著的还是非显著的以及它们是否被可视化以便被人类可视觉感知。
此外，术语“打印介质(或片材)”不仅包括用于常见的打印装置中的纸张，而且还广泛地包括能够接受墨的材料，诸如布、塑料膜、金属板、玻璃、陶瓷、木材和皮革。
并且，术语“墨”(下文也被称为“液体”)应被广泛地解释为与上述“打印”的定义类似。即，“墨”包括当施加到打印介质上时可以形成图像、图表、图案等，可以处理打印介质并且可以处理墨的液体。墨的处理包括例如固化或不溶解包含在施加于打印介质的墨中的着色剂。
并且，除非另有指明，否则“喷嘴(下文也被称为“打印元件”)”一般意指墨孔口或与它连通的液体通道以及用于产生用于排出墨的能量的元件。
下面使用的用于打印头的元件基板(头基板)不仅仅意指由硅半导体制成的基体，而且意指布置元件、布线等的布置。
并且，“在基板上”不仅仅意指“在元件基板上”，而且甚至意指“元件基板的表面”和“元件基板在表面附近的内部”。在本发明中，“内置”不仅仅意指在基体表面上将各元件布置为单独的部件，而且意指通过半导体电路制造处理等在元件基板上集成地形成和制造各元件。
<打印装置的概览(图1和图2)>
图1是示出根据本发明的示例性实施例的通过使用喷墨打印头(下文要称为打印头)执行打印的打印装置的示意性布置的外部透视图。
如图1中所示，喷墨打印装置(下文要称为打印装置)1在滑架2上安装根据喷墨方法通过排出墨执行打印的喷墨打印头(下文要称为打印头)3，并且在箭头A的方向上往复移动滑架2，由此执行打印。诸如打印纸的打印介质P经由馈送机构5被馈送并且被传送到打印位置。在打印位置处，打印头3将墨排出到打印介质P，由此执行打印。
不仅打印头3被安装在打印装置1的滑架2上。存放要被供给到打印头3的墨的墨罐6也附接到滑架2。墨罐6可从滑架2拆卸。
图1中所示的打印装置1可以执行彩色打印。出于该目的，分别存放品红色(M)、青色(C)、黄色(Y)和黑色(K)墨的四个墨盒被安装在滑架2上。四个墨盒可以被独立地拆卸。
根据本实施例的打印头3利用使用热能排出墨的喷墨方法。因此，打印头3包括电热换能器(加热器)。电热换能器与每个孔口(orifice)对应地设置。当根据打印信号将脉冲电压施加到相应的电热换能器时，从相应的孔口排出墨。注意，打印装置不限于上述串联型打印装置，也可应用于在打印介质的传送方向上布置具有在打印介质的宽度方向上排列的孔口的打印头(行式头)的所谓的全行型打印装置。
图2是示出图1中所示的打印装置的控制配置的框图。
如图2中所示，控制器600由MPU 601、ROM 602、专用集成电路(ASIC)603、RAM 604、系统总线605、A/D转换器606等形成。这里，ROM 602存储对应于稍后要被描述的控制序列的程序、所需的表和其它永久性数据。ASIC 603产生用于控制滑架马达M1、控制传送马达M2以及控制打印头3的控制信号。RAM 604被用作图像数据的栅格化区域、用于程序执行的工作区域等。系统总线605使MPU 601、ASIC 603和RAM 604彼此连接并且交换数据。A/D转换器606从下面要描述的传感器组接收模拟信号，A/D转换信号，并且将数字信号供给到MPU601。
并且，参照图2，附图标记610表示对应于用作图像数据供给源的图1中所示的主机或MFP的主机装置。主机装置610和打印装置1通过分组通信经由接口(I/F)611发送/接收图像数据、命令、状态等。稍后将描述该分组通信。注意，除了网络接口之外，还可以设置USB接口作为接口611，由此使得能够接收从主机串行传输的位数据或栅格数据。
另外，附图标记620表示包括电源开关621、打印开关622、恢复开关623等的开关组。
附图标记630表示被配置为检测装置状态的传感器组，该传感器组包括位置传感器631、温度传感器632等。
并且，附图标记640表示驱动被配置为使滑架2在箭头A的方向上往复扫描的滑架马达M1的滑架马达驱动器；并且附图标记642表示驱动被配置为传送打印介质P的传送马达M2的传送马达驱动器。
在打印头3进行打印扫描时，ASIC 603在直接访问RAM 604的存储区域的同时向打印头传输用于驱动加热元件(用于墨排出的加热器)的数据。该打印装置另外包括由LCD或LED形成的显示单元作为用户接口。
下面将描述安装在具有上述布置的打印装置中的打印头上集成的元件基板的实施例。
<元件基板的描述(图3A-4E)>
图3A和图3B是示出元件基板的布局的示图。图3A是示意性地示出具有除直角以外的角度(钝角和锐角)的平行四边形元件基板401的总体布局的示图。图3B是沿元件基板401的线a-a'取得的截面图。
为了下面描述基体板402的每个层的布置，将设置喷嘴板403的一侧的表面描述为前表面，并且将与之相对的一侧的表面描述为后表面。另外，在基体板402上的分层(layering)方向上，将设置喷嘴板403的一侧描述为上侧，并且将相对侧描述为下侧。
如图3A中所示，在在基体板402上形成的喷嘴板403中，排列多个喷嘴阵列404，在喷嘴阵列404中排列以预定间隔设置的多个孔口408。然后，打印元件和温度检测元件内置在基体板402中以便对应于每个孔口。这里示出布置四个喷嘴阵列404的示例。连接到外部布线的电极端子405被设置在基体板402的周边部分中。
如图3B中所示，在独立供给端口406之间的梁部分中，打印元件109和在它正下方设置的温度检测元件106被布置为一对。在喷嘴板403中，形成与墨通道的独立供给端口406连通以便对应于打印元件109的压力室407和孔口408。当打印元件109通电时，产生热。墨在被加热时在压力室中冒泡。然后，由于冒泡，墨滴从孔口408排出。注意，可以采用这样的布置：该布置使用设置在打印元件109的两侧的独立供给端口406中的一个作为排出端口并且使墨循环以便使墨经由打印元件109从供给端口流到排出端口。
图4A-4E是示出包括在基体板上形成的打印元件及其相邻部分的多层结构101的示图。
图4A是示出在打印元件109正下方的层中在层间绝缘膜107上以片的形式布置温度检测元件106的状态的平面图。图4B是沿图4A中的点划线x-x′取得的截面图。图4C是沿图4A中的垂直于虚线x-x'的点划线y-y′取得的截面图。注意，温度检测元件106和打印元件109优选被布置为当从分层方向(垂直于硅酮(silicone)基体的表面的方向)观看时至少部分地重叠。
参照图4B和图4C，由铝等制成的布线103形成在在硅酮基体100上成层(layered)的绝缘膜102上，并且层间绝缘膜104进一步形成在布线103上。层间绝缘膜104的表面被平滑化。布线103和用作由钛和氮化钛的成层膜等形成的薄膜电阻器的温度检测元件106经由嵌入在层间绝缘膜104中并且由钨等制成的导电插塞105(电连接部件)电连接。另外，用于确保温度检测元件106与打印元件109之间的绝缘的层间绝缘膜107被形成为覆盖温度检测元件106。利用这样的布置，覆盖温度检测元件106的层间绝缘膜107仅需要确保作为大约数十nm的薄膜的温度检测元件106与打印元件109之间的绝缘，从而使得能够使得层间绝缘膜107薄。注意，能够使得层间绝缘膜107的厚度t2小于覆盖布线103的层间绝缘膜104的厚度t3(没有布线103的部分的厚度)，该布线103具有大得足以供给用于驱动打印元件109的电流的厚度。
然后，布线103和作为电热换能器(加热器)操作并且由钽氮化硅膜等形成的打印元件109经由穿透层间绝缘膜104和层间绝缘膜107并且由钨等制成的导电插塞108(电连接部件)电连接。
注意，代替导电插塞108，可以使用电连接部件，这些电连接部件通过连接穿透层间绝缘膜104的导电插塞和由与其它导电插塞的处理不同的处理形成并且经由由中间布线层形成的间隔体穿透层间绝缘膜107的导电插塞形成。当由此连接下层中的导电插塞和上层中的导电插塞时，通常通过夹着由中间布线层形成的间隔体来连接它们。然而，在应用于本实施例时，由于用作中间布线层的温度检测元件的膜厚度小到大约数十nm，因此，当形成通孔时，需要相对于用作间隔体的温度检测元件膜的过蚀刻控制的精度。并且，薄膜在温度检测元件层的图案小型化上也是不利的。
考虑到这种情况，优选采用如本实施例中那样穿透层间绝缘膜104和层间绝缘膜107的导电插塞108。
注意，布线103包括连接到温度检测元件106的用于温度检测元件的布线103a以及连接到打印元件109的用于打印元件的布线103b(用于电热换能器的布线)。这些布线103a和布线103b彼此电独立。在本实施例中，由形成为同一层的布线103形成各布线103a和布线103b。然而，各布线可以由在分层方向上形成为不同层的布线层形成。
然后，通过形成诸如氮化硅膜的保护膜(涂覆膜片(coated membrane))110并且然后在保护膜110上形成包含钽或铱或者包括钽和铱的成层膜的抗气蚀(anti-cavitation)膜111，获得基体板402。并且，通过由感光树脂等制成的喷嘴形成部件112形成孔口113。
注意，在本实施例中，布置在下层中的打印元件109和厚膜布线103经由导电插塞108连接。另外，层间绝缘膜107的表面被平滑化。因此，在元件基板的表面侧不产生由厚膜布线103引起的阶梯，从而使得即使使覆盖打印元件109的保护膜110薄也能够确保覆盖。因此，能够通过形成薄的保护膜110来缩短从温度检测元件106到与墨的界面的距离，并且增加检测用作与墨的界面的抗气蚀膜111的表面上的温度状态的灵敏度。
如上所述，本实施例的元件基板具有其中温度检测元件106的独立中间层被设置在打印元件109的层和布线103的层(下文要称为布线层103)之间的多层结构101。注意，各自嵌入布线层103的多个层间绝缘膜104可以在温度检测元件106的下侧成层。在这种情况下，嵌入在不同的层间绝缘膜中的多个布线层可以经由插塞连接。
注意，喷嘴成形部件112对应于图3A和图3B中的喷嘴板403。
如图4A中所示，连接打印元件109和布线层103的多个导电插塞108沿着打印元件109的左右边缘部分被设置。另一方面，连接温度检测元件106和布线层103的多个导电插塞105沿着温度检测元件106的上下边缘部分被设置。因此，导电插塞108和导电插塞105被设置在不同的位置，并且，多个导电插塞108排列的方向和多个导电插塞105排列的方向彼此相交(在本实施例中，它们彼此正交)。
利用这样的导电插塞的阵列，当从上表面观看元件基板时，温度检测元件膜和打印元件膜重叠的区域增加，从而允许温度检测元件膜更高效地检测由打印元件的温度变化传导的热。作为结果，实现以较高灵敏度的温度检测。另外，执行打印元件109和布线层103之间的电连接的导电插塞108以及执行温度检测元件106和布线层103之间的电连接的导电插塞105的布置位置改变，并且它们被布置在除温度检测元件膜和打印元件膜重叠的区域以外的区域中。利用这种布置，除了提高温度检测元件的灵敏度之外，元件基板的平面区域还被有效地使用以抑制元件基板401的尺寸的增加。
注意，关于连接到温度检测元件106的导电插塞105，为了向温度检测元件106供给电流，仅需要设置至少一对导电插塞105。另外，关于连接到打印元件109的导电插塞108，为了向打印元件109供给电流，仅需要设置至少一对导电插塞108。至少一对导电插塞108中的一个在图4A的右左方向(第一方向)上连接到打印元件109的一个端部，并且至少一对导电插塞108中的另一个连接到另一个端部。并且，至少一对导电插塞105被布置为在图4A的纵向方向(第二方向)上彼此间隔开。注意，本实施例采用如图4A中所示的那样在温度检测元件106的一个边缘部分中排列多个导电插塞105的布置。然而，本实施例可以采用设置在该排列方向上延伸的形状的一个导电插塞的布置。另外，连接到打印元件109的导电插塞108也可以具有相同的布置。
下面将描述在本实施例的多层结构中考虑的热传导。
当使用以多层结构形成的电热换能器(加热器)作为打印元件时，为了高效地向墨施加热，优选在打印元件和硅酮基体之间存在热传导性在某种程度上低的蓄热层。另一方面，为了以高的速度驱动打印元件，还需要某种程度上的热传导性，使得通过快速扩散过量的热不出现不必要的墨冒泡。
在本实施例中，布置在打印元件109正下方的层间绝缘膜104用作具有厚度t1的蓄热层，并且布置在打印元件109正下方的层间绝缘膜107用作具有厚度t2的蓄热层。如图4B和图4C中所示，用于散热的金属层115也被设置在打印元件109正下方。与该金属层115的后表面接触、朝着硅酮基体100的前表面延长、并且被配置为将热传导到硅酮基体100的用于散热的插塞114被进一步设置。这些插塞114和金属层115形成从打印元件109的热耗散通道。用于散热的金属层115被布置在当从分层方向观看时与打印元件109和温度检测元件106的至少部分重叠的位置处，并且具有与打印元件109相同的形状。也用作布线103的一部分的金属层115与上述布线103a和布线103b电独立。
注意，厚度t1是层间绝缘膜104的位于金属层115上的部分的厚度。并且，厚度t2是层间绝缘膜107的位于温度检测元件106上的部分的厚度。利用这样的热耗散通道，该布置具有适当的蓄热和散热特性。
下面，将给出在打印元件109和金属层115之间设置温度检测元件106的层的要求。
具有厚度t2的层间绝缘膜107需要确实使温度检测元件106和打印元件109绝缘，进一步抑制温度检测元件106作为热耗散元件的作用的影响，并且被设定在满足这些的范围内。因此，优选层间绝缘膜107的厚度t2等于或大于0.2μm。另一方面，为了提高温度检测元件106的灵敏度，层间绝缘膜107的厚度t2优选为0.5μm或更小。即，优选层间绝缘膜107的厚度t2＝0.2μm至0.5μm。
从蓄热的观点来看，用作蓄热层的层间绝缘膜104和层间绝缘膜107的总厚度t1+t2需要是预定的厚度。为了确实覆盖布线层103，通常形成层间绝缘膜104，使得厚度t1变得等于或大于布线层103的厚度。注意，因为布线层103是由打印元件109驱动的电源或GND的布线，所以大的电流流动。因此，为了满足电阻的减小和预定的电流密度或更小，布线层103需要具有大约数μm(例如，1μm)的足够厚度。注意，通过与布线层103相同的处理而形成的金属层115也可以以与布线层103相同的厚度形成。
即，需要在增加t1以便覆盖具有足够厚度的布线层103的同时作为蓄热层的总厚度t1+t2具有预定的厚度。另一方面，需要层间绝缘膜107在满足绝缘性能和散热影响的要求的同时尽可能多地获得对温度变化的灵敏度。为了满足这些要求，如本实施例中那样，厚度t1和t2的分配比优选被设定为t1>t2。
如图4A中所示，为了抑制从打印元件109的热耗散，温度检测元件106的导电插塞105被设置在不与打印元件109重叠的区域中。即，温度检测元件106的导电插塞105被设置在当从分层方向观看时不与打印元件109重叠的区域中。并且，通过在不与打印元件109重叠的区域中设置导电插塞105，在打印元件正下方的整个区域中检测温度。这也有利于获得具有尽可能大的动态范围的检测信号。
图4D和图4E是各自示出根据本实施例的适于多层结构的温度检测元件的另一形状的示图。
如图4D和图4E中所示，温度检测元件116的形状是具有多个折叠的蜿蜒形状。图4D中所示的温度检测元件116的平面形状是在y方向(图4D中从上到下的方向)上折叠的形状，而图4E中所示的温度检测元件116的平面形状是在x方向(图4E中从左到右的方向)上折叠的形状。这些形状增加电阻值，并且在产生较大的检测电压时是有效的。
<热传导性能(图5)>
图5是示出当层间绝缘膜107具有厚度t2时对温度检测元件106的温度响应执行热传导计算的结果的曲线图。
该计算的条件如下。
层间绝缘膜107的厚度(t2)：
t2＝0.4μm，t2＝0.9μm
用作热源的打印元件109的尺寸：
宽度15.6μm×长度23.6μm×厚度20nm
发热量：4.8×1016w/m3
发热时间：0.7μ秒
初始温度：室温
参照图5，波形201指示打印元件109的温度变化，波形202指示抗气蚀膜111的温度变化，波形203指示厚度t2＝0.4μm的层间绝缘膜107的温度变化，并且波形204指示厚度t2＝0.9μm的层间绝缘膜107的温度变化。从波形203与波形204之间的比较，发现厚度t2＝0.4μm的层间绝缘膜的温度变化在峰值温度处变得比厚度t2＝0.9μm的层间绝缘膜的温度变化高大约100℃。还发现，层间绝缘膜107的厚度t2特别优选为0.4μm或更小。
通过由此使打印元件109和温度检测元件106之间的层间绝缘膜107薄，获得具有抑制的衰减的尖锐(sharp)的高速温度波形，并且检测抗气蚀膜111的界面处的温度状态的灵敏度提高。
<元件基板制造处理(图6A-6N)>
图6A-6N是示出对应于图4B中所示的x-x′截面图和图4C中所示的y-y′截面图的多层结构101的制造处理的序列的示图。6A-6N示出从步骤A-N的14个步骤以及从图6A-图6N的方向上的时间序列。在图6A-6N中的每一个中，左侧示图对应于图4B中所示的x-x′截面图，并且右侧示图对应于图4C中所示的y-y′截面图。
·步骤A(第一层间绝缘膜的形成和平滑化)
在在硅酮基体上成层的绝缘膜301之上，通过光刻在布线层302上形成用于使布线层302图案化的蚀刻掩模。更具体地，通过在基体板上旋转涂覆用作掩模的正感光抗蚀剂材料、经由绘制了布线图案的光掩模执行曝光并且执行显影来在布线层上形成抗蚀剂图案。
随后，通过利用干蚀刻去除没有被抗蚀剂图案掩蔽的区域中的布线层302来形成布线图案。此时，在通过反应离子蚀刻各向异性地蚀刻金属膜之后，通过等离子体灰化去除光致抗蚀剂。当由布线层302形成布线图案时，连接到温度检测元件308的用于温度检测元件的布线和连接到打印元件314的用于打印元件的布线被形成为彼此电独立。上述用于散热的金属层115也由布线层302形成。这使得能够抑制制造处理中的负荷。
随后，在布线层302上形成氧化硅膜作为层间绝缘膜303。此时，通过重叠偏压溅射元件以便在甚至布线之间的微小间隙中没有任何间隙地嵌入氧化硅膜而获得的HDP(高密度等离子体)氧化膜也与下层部分组合地形成由氧化硅膜形成的层间绝缘膜303。
随后，通过利用CMP(化学机械抛光)抛光氧化硅膜来使层间绝缘膜303的上表面被平滑化。
·步骤B(通孔的形成)
通过与上述光刻相同的处理，形成在层间绝缘膜303中形成导电插塞、具有具有通孔部分的掩模开口的抗蚀剂图案的通孔。随后，通过电感耦合等离子体反应离子蚀刻形成通孔304。因此，用于温度检测元件的布线层302的表面从每个通孔304部分露出。另外，通过执行等离子体灰化，去除用作蚀刻掩模的抗蚀剂。
·步骤C(第一阻挡金属的形成)
通过溅射膜形成，形成由接触金属、用作扩散防止膜的钛、以及氮化钛的成层膜制成的阻挡金属305。
●步骤D(第一钨膜的膜形成)
通过低压力CVD膜形成，以充分填充通孔的膜厚度形成钨膜306作为导电插塞材料。
●步骤E(第一抛光)
通过CMP，在在通孔中仅留下导电插塞307的同时，层间绝缘膜303上的阻挡金属305和钨膜306被抛光以没有任何残留地被去除，从而将层间绝缘膜303的表面平滑化。
注意，对于该步骤，还存在通过使用回蚀刻去除导电插塞材料和阻挡金属的方法。
·步骤F(温度检测元件的形成)
对用作本实施例的温度检测元件的钛和氮化钛的成层膜执行溅射膜形成。随后，通过光刻形成抗蚀剂掩模，并且通过干蚀刻形成温度检测元件308。
·步骤G(第二层间绝缘膜的形成和平滑化)
通过等离子体CVD，在温度检测元件308上形成由氧化硅膜形成的层间绝缘膜309。然后，通过CMP抛光氧化硅膜，从而将层间绝缘膜309的上表面平滑化。
·步骤H(通孔的形成)
通过与上述光刻相同的处理，形成穿透层间绝缘膜303和层间绝缘膜309、具有具有通孔部分的掩模开口的抗蚀剂图案的通孔。随后，通过电感耦合等离子体反应离子蚀刻，形成通孔310。因此，用于电热换能器的布线层302的表面从每个通孔310部分露出。注意，通过执行等离子体灰化，去除用作蚀刻掩模的抗蚀剂。
·步骤I(第二阻挡金属的形成)
通过溅射膜形成，形成由接触金属、用作扩散防止膜的钛、以及氮化钛的成层膜制成的阻挡金属311。
·步骤J(第二钨膜的膜形成)
通过低压力CVD膜形成，以充分填充通孔的膜厚度形成钨膜312作为导电插塞材料。
·步骤K(第二抛光)
通过CMP，在在通孔中仅留下导电插塞313的同时，层间绝缘膜309上的阻挡金属311和钨膜312被抛光以没有任何残留地被去除，从而将层间绝缘膜309的表面平滑化。注意，对于该步骤，还存在通过使用回蚀刻去除导电插塞材料和阻挡金属的方法。
·步骤L(打印元件的形成)
对用作由用作打印元件的钽氮化硅膜等形成的电热换能器(加热器)的打印元件的膜，执行溅射膜形成。然后，通过光刻形成抗蚀剂掩模，并且通过干蚀刻形成打印元件314。
·步骤M(元件基板的形成)
通过形成诸如氮化硅膜的钝化膜(保护膜)315和由钽等制成的抗气蚀膜316，获得元件基板。
·步骤N(孔口的形成)
感光树脂用于喷嘴形成部件317，并且通过使用光刻技术形成孔口。
因此，根据上述实施例，因为可以使打印元件和温度检测元件之间的层间绝缘膜薄，所以温度检测元件的温度变化特性令人满意地跟随打印元件的温度变化，从而提高温度检测灵敏度。这使得能够提高墨排出状态的检测精度。
注意，如图7中所示，当通过布置多个元件基板401形成全行打印头3时，能够在与加热器阵列方向相同的方向上布置多个元件基板。
尽管已参考示例性实施例描述了本发明，但要理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下权利要求的范围要被赋予最宽的解释以便包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (23)

1.一种具有多层结构的元件基板，包括：
基体；
布线层，所述布线层被形成在所述基体的前表面侧；
第一层间绝缘膜，所述第一层间绝缘膜被配置为覆盖所述布线层；
温度检测元件，所述温度检测元件被形成在所述第一层间绝缘膜的表面上；
第一电连接部件，所述第一电连接部件被配置为穿透所述第一层间绝缘膜，并且电连接所述温度检测元件和所述布线层的用于所述温度检测元件的布线；
第二层间绝缘膜，所述第二层间绝缘膜被形成在所述温度检测元件的表面和所述第一层间绝缘膜的表面上；
电热换能器，所述电热换能器被布置在当从与所述基体的前表面垂直的方向观看时所述电热换能器的至少一部分与所述温度检测元件重叠的位置处，并且被形成在所述第二层间绝缘膜的表面上；以及
第二电连接部件，所述第二电连接部件被配置为穿透至少所述第二层间绝缘膜，并且电连接所述电热换能器和所述布线层的用于所述电热换能器的布线。
2.根据权利要求1所述的元件基板，其中，所述第一电连接部件是第一插塞，并且所述第二电连接部件是第二插塞，所述第二插塞被配置为穿透所述第一层间绝缘膜和第二层间绝缘膜。
3.根据权利要求1或2所述的元件基板，其中，所述第一电连接部件被布置在当从所述垂直方向观看时所述第一电连接部件不与所述电热换能器重叠的区域中。
4.根据权利要求1或2所述的元件基板，其中，所述第一电连接部件和第二电连接部件被布置在当从所述垂直方向观看时所述电热换能器和温度检测元件不重叠的区域中。
5.根据权利要求1或2所述的元件基板，进一步包括：
至少一对所述第一电连接部件；和
至少一对所述第二电连接部件，
其中，至少一对所述第二电连接部件中的一个连接到所述电热换能器在第一方向上的一个端部，并且至少一对所述第二电连接部件中的另一个连接到所述电热换能器在所述第一方向上的另一个端部，并且
至少一对所述第一电连接部件被布置为在与所述第一方向相交的第二方向上彼此间隔开。
6.根据权利要求2所述的元件基板，其中，所述第一插塞包括多个第一插塞，并且所述第二插塞包括多个第二插塞，并且
所述多个第一插塞被排列的方向和所述多个第二插塞被排列的方向彼此相交。
7.根据权利要求1或2所述的元件基板，其中，所述温度检测元件具有蜿蜒形状。
8.根据权利要求1或2所述的元件基板，其中，所述第二层间绝缘膜的厚度小于所述第一层间绝缘膜的厚度。
9.根据权利要求1或2所述的元件基板，其中，所述第二层间绝缘膜的位于所述温度检测元件上的部分的厚度落在0.2μm(包含0.2μm)至0.5μm(包含0.5μm)的范围内。
10.根据权利要求1或2所述的元件基板，其中，所述第二层间绝缘膜的位于所述温度检测元件上的部分的厚度不大于0.4μm。
11.根据权利要求1或2所述的元件基板，进一步包括金属层，所述金属层被布置在当从所述垂直方向观看时所述金属层与所述电热换能器和温度检测元件的至少部分重叠的位置处，并且被所述第一层间绝缘膜覆盖，
其中，所述第二层间绝缘膜的位于所述温度检测元件上的部分的厚度小于所述第一层间绝缘膜的位于所述金属层上的部分的厚度。
12.根据权利要求11所述的元件基板，进一步包括被配置为接触所述金属层的设置所述第一层间绝缘膜的表面的后表面并且朝着所述基体的前表面延长的插塞。
13.根据权利要求1或2所述的元件基板，其中，所述第一层间绝缘膜的表面和所述第二层间绝缘膜的表面被平滑化。
14.根据权利要求1或2所述的元件基板，进一步包括涂覆膜片，所述涂覆膜片被配置为覆盖所述电热换能器。
15.一种具有多层结构的元件基板的制造方法，包括：
在布线层被形成在基体的前表面侧的情况下相对于所述基体形成第一层间绝缘膜，所述第一层间绝缘膜被配置为覆盖所述布线层；
在所述第一层间绝缘膜中形成第一通孔，所述第一通孔被配置为到达所述布线层；
通过利用金属材料填充所述第一通孔并且将所述第一层间绝缘膜的表面平滑化来形成第一电连接部件；
在包括所述第一电连接部件的所述第一层间绝缘膜的表面上的区域中形成温度检测元件；
在所述第一层间绝缘膜的表面和所述温度检测元件的表面上形成第二层间绝缘膜；以及
在所述第二层间绝缘膜的表面上形成电热换能器。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：
在与所述第一通孔的位置不同的位置处形成第二通孔，所述第二通孔被配置为穿透所述第一层间绝缘膜和第二层间绝缘膜，并且到达所述布线层；和
通过利用金属材料填充所述第二通孔并且将所述第二层间绝缘膜的表面平滑化来形成第二电连接部件，
其中，在所述电热换能器的形成中，在包括所述第二电连接部件的所述第二层间绝缘膜的表面上的区域中形成所述电热换能器。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一电连接部件是第一插塞，并且所述第二电连接部件是第二插塞。
18.一种打印头，所述打印头使用具有多层结构的元件基板、使用电热换能器作为打印元件、并且通过用所述打印元件向墨施加热能来排出墨，所述打印头包括：
孔口，所述孔口被设置在所述打印元件附近并且被配置为排出墨；
供给端口，所述供给端口被配置为向所述打印元件供给墨；以及
压力室，所述压力室被配置为与所述供给端口和孔口连通，在所述压力室中墨由于所述打印元件的发热而冒泡，
其中，所述元件基板包括：
基体；
布线层，所述布线层被形成在所述基体的前表面侧；
第一层间绝缘膜，所述第一层间绝缘膜被配置为覆盖所述布线层；
温度检测元件，所述温度检测元件被形成在所述第一层间绝缘膜的表面上；
第一电连接部件，所述第一电连接部件被配置为穿透所述第一层间绝缘膜，并且电连接所述温度检测元件和所述布线层的用于所述温度检测元件的布线；
第二层间绝缘膜，所述第二层间绝缘膜被形成在所述温度检测元件的表面和所述第一层间绝缘膜的表面上；
电热换能器，所述电热换能器被布置在当从与所述基体的前表面垂直的方向观看时所述电热换能器的至少一部分与所述温度检测元件重叠的位置处，并且被形成在所述第二层间绝缘膜的表面上；以及
第二电连接部件，所述第二电连接部件被配置为穿透至少所述第二层间绝缘膜，并且电连接所述电热换能器和所述布线层的用于所述电热换能器的布线。
19.根据权利要求18所述的打印头，其中，所述打印头是其中布置多个元件基板的行式头。
20.一种打印装置，所述打印装置通过使用打印头将墨排出到打印介质来打印图像，所述打印头使用具有多层结构的元件基板、使用电热换能器作为打印元件、并且通过用所述打印元件向墨施加热能来排出墨，
其中，所述打印头包括：
孔口，所述孔口被设置在所述打印元件附近并且被配置为排出墨；
供给端口，所述供给端口被配置为向所述打印元件供给墨；以及
压力室，所述压力室被配置为与所述供给端口和孔口连通，在所述压力室中墨由于所述打印元件的发热而冒泡，
其中，所述元件基板包括：
基体；
布线层，所述布线层被形成在所述基体的前表面侧；
第一层间绝缘膜，所述第一层间绝缘膜被配置为覆盖所述布线层；
温度检测元件，所述温度检测元件被形成在所述第一层间绝缘膜的表面上；
第一电连接部件，所述第一电连接部件被配置为穿透所述第一层间绝缘膜，并且电连接所述温度检测元件和所述布线层的用于所述温度检测元件的布线；
第二层间绝缘膜，所述第二层间绝缘膜被形成在所述温度检测元件的表面和所述第一层间绝缘膜的表面上；
电热换能器，所述电热换能器被布置在当从与所述基体的前表面垂直的方向观看时所述电热换能器的至少一部分与所述温度检测元件重叠的位置处，并且被形成在所述第二层间绝缘膜的表面上；以及
第二电连接部件，所述第二电连接部件被配置为穿透至少所述第二层间绝缘膜，并且电连接所述电热换能器和所述布线层的用于所述电热换能器的布线。
21.一种具有多层结构的元件基板，包括：
基体；
布线层，所述布线层被形成在所述基体的前表面侧；
第一层间绝缘膜，所述第一层间绝缘膜被配置为覆盖所述布线层；
温度检测元件，所述温度检测元件被形成在所述第一层间绝缘膜的表面上；
第一电连接部件，所述第一电连接部件被配置为穿透所述第一层间绝缘膜，并且电连接所述温度检测元件和所述布线层的用于所述温度检测元件的布线；
第二层间绝缘膜，所述第二层间绝缘膜被形成在所述温度检测元件的表面和所述第一层间绝缘膜的表面上，并且比所述第一层间绝缘膜薄；
电热换能器，所述电热换能器被形成在所述第二层间绝缘膜的表面上；以及
第二电连接部件，所述第二电连接部件被配置为穿透至少所述第二层间绝缘膜，并且电连接所述电热换能器和所述布线层的用于所述电热换能器的布线。
22.根据权利要求21所述的元件基板，其中，所述第一电连接部件是第一插塞，并且所述第二电连接部件是第二插塞，所述第二插塞被配置为穿透所述第一层间绝缘膜和第二层间绝缘膜。
23.根据权利要求21或22所述的元件基板，其中，所述第二层间绝缘膜的位于所述温度检测元件上的部分的厚度落在0.2μm(包含0.2μm)至0.5μm(包含0.5μm)的范围内。
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