JP2007237659A - 半導体装置、インクカートリッジ及び電子機器 - Google Patents

半導体装置、インクカートリッジ及び電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】インクカートリッジ内のインク情報を簡易な構成で正確かつ確実に検出及び管理することができ、インクの無駄遣いを防止しユーザーの満足度を向上させることのできる半導体装置、インクカートリッジ及び電子機器を提供する。
【解決手段】第1のアンテナを備えたプリンタ本体に用いられるインクカートリッジに設けられ、インクカートリッジ筐体のインクタンクに収容されるインクの情報を検出する半導体装置1であって、半導体基板10に、インクに接液することによってインクの残量を検出する接液電極9,9と、プリンタ本体側の第1のアンテナとの間で情報の授受を行う第2のアンテナ3と、インクの情報を記憶するEEPROMと、これら接液電極9,9、第2のアンテナ3及びEEPROMを制御するコントロールと、を有する。
【選択図】図2

Description

本発明は、半導体装置、インクカートリッジ及び電子機器に関するものである。
従来、インクによって記録を行うプリンタ等におけるインクカートリッジのインク消費の管理方法としては、記録ヘッドでのインク滴の吐出数やメンテナンスにより吸引されたインク量をソフトウェアにより積算してインク消費を計算により管理する方法などがある。
しかしながら、ソフトウェアによりインク消費を計算上管理する上記の方法には、次のような問題がある。ヘッドの中には吐出インク滴に重量バラツキを有するものがある。このインク滴の重量バラツキは画質に影響を与えることなないものの、バラツキによるインク消費量の誤差がインクカートリッジ内に累積してしまう。そのため、計算上で得られたインク残量と実際のインク残量とが異なり、インク残量がゼロと表示された場合にも、実際には、インクカートリッジ内にインクが余っているという問題があった。
上記の課題を解決すべく、特許文献1には、圧電装置を用いてインクカートリッジ内のインク残量を監視する技術が開示されている。この方法によれば、圧電装置の振動部の残留振動に起因して発生する残留振動信号の共振周波数が変化することを利用して、インクカートリッジ内のインク残量を監視することができる。
特開2002−283586号公報
しかし、この特許文献1は、センサ構造が複雑で、それに伴いシステムも複雑化していることから製造コストが掛かってしまっていた。また、圧電装置に接続された電極端子は、カートリッジをホルダ内にセットした際に、ホルダ内に設けられた接触端子に接触することにより電気的に接続されるようになっている。そのため、インクカートリッジと本体機器との電気的接点の信頼性が問われることあり、インクの無駄遣いが発生しユーザーが問題意識を持つ場合があった。
さらに、従来技術においては、インク情報を検出する検出手段とインク情報を記憶する記憶手段とがそれぞれ独立したシステムで本体を介してインク検出情報を記憶手段に記憶させるシステムとなっていることが多く、双方の情報を統合し、例えば本体にセットしない状態で機能させることができないなど簡便で詳細な情報管理は難しいものとなっていた。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、インクカートリッジ内のインク情報を簡易な構成で正確かつ確実に検出及び管理することができ、インクの無駄遣いを防止しユーザーの満足度を向上させることのできる半導体装置、インクカートリッジ及び電子機器を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するために、アンテナを備えた電子機器本体に用いられるインクカートリッジに設けられ、インクカートリッジ筐体の収容部に収容されるインクの情報を検出する半導体装置であって、半導体基板に、前記インクに接液することで該インクの残量を検出する検出電極と、前記電子機器本体側の前記アンテナとの間で情報の授受を行うアンテナと、前記インクの情報を記憶する記憶回路と、前記検出電極、前記アンテナ及び前記記憶回路を制御する制御回路と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、検出電極、アンテナ、制御回路及び記憶回路を統合して一体型の半導体装置としたことにより、インクカートリッジに組み込む際にも手間が掛からず製造が容易となるとともに製造コストを削減できる。また、インクに接液する検出電極間の抵抗・電流を測定することによって収容部内のインクの残量(実量)等を検出できることから、インクカートリッジ内のインクの有無を確実に把握でき、これにより、インクを収容部に残すことなくインクカートリッジを交換することが可能となるので、ユーザーのインクに掛かるコストを削減できるようになり、ユーザーの満足度を向上させることができる。このことは、以下に説明するすべての作用効果にも共通する重要な内容である。
また、電子機器本体側からのインク情報(例えば、色、吐出液滴カウント数等)と、インクカートリッジ側の検出電極からのインク情報(例えば、残量,実量等)と、を統合して記憶回路に記憶させることにより、インクに対する幅広い情報管理が可能となる。
さらに、アンテナを用いることで電子機器本体とインクカートリッジとの間の無線伝送が可能となり、インクカートリッジが電子機器本体にセットされていない状態であっても、記憶回路の内容情報の参照や該記憶回路への書き込み等を非接触で容易に行うことができる。これにより、従来のように電子機器本体とインクカートリッジとの電気的接点が心配される虞がなくなるので、信頼性が向上する。このように、非接触で情報の授受を行うことにより、情報管理コストを削減することが可能となる。
また本発明の半導体装置は、アンテナ及び検出電極は、半導体基板の能動素子形成面側に同層で形成されていることも好ましい。
この構成によれば、アンテナと検出電極とを同一面上に同層で形成することから双方を同時に形成することができるので、製造工程が削減されるとともに製造コストの削減が可能となる。
また、検出電極及びアンテナは、能動素子形成面上にパッシベーション膜を介して形成される導電層からなることも好ましい。
この構成によれば、検出電極及びアンテナを導電層により形成することで、能動素子形成面上を有効に活用することができ、実装効率を向上させることができる。また、パッシベーション膜により、能動素子を保護できるとともに能動素子形成面上を平滑にすることができるため、導電層を形成し易くなる。
また、導電層を覆うようにして形成される保護膜と、該保護膜に形成され且つ導電層の少なくとも一部を露出させる開口部と、を備え、開口部から露出する導電層の一部を検出電極とすることも好ましい。
この構成によれば、開口部から露出する導電層の一部を検出電極としているため、能動素子形成面上に設けられる集積回路の電極との物理的な位置をずらして配置することができるので、集積回路がインクの影響を受けることを阻止することができる。また、開口部の大きさによって検出電極の大きさが決定されるため、検出電極を所望の大きさ(範囲)で形成することができる。
また、開口部より露出した導電層上にバンプを形成し、該バンプを検出電極とすることも好ましい。
この構成によれば、導電層上に形成するパンプを検出電極とすることにより、能動素子形成面と検出電極との距離をかせぐことができるので、能動素子形成面に対するインクの影響を防止することができる。
また、検出電極の表面にメッキ層が形成されていることも好ましい。
この構成によれば、インクに接触する検出電極を、例えば耐薬品性に優れた金属によってメッキすることにより、検出電極の腐食が防止され内部へのインクの浸入を防止することができ、能動素子に対するインクの影響を防止することができる。一般的にインクは、強アルカリ性を有するものが殆どであるため、メッキ材料に耐薬品性の金属を用いることにより、インクの浸入を確実に阻止することができる。
また、検出電極及びアンテナの下層側に、誘電体層が形成されていることも好ましい。
この構成によれば、アンテナの下層側に誘電体層を形成することによって、アンテナ特性を向上させることができる。また、検出電極の下層側に誘電体層を形成することによって、能動素子形成面からの距離をさらにかせぐことができるので、能動素子に対するインクの化学的なダメージを防止することができる。
また、アンテナ及び検出電極が、半導体基板上の能動素子を構成する導電材料と同一の導電材料によって能動素子形成面上に直接形成されていることも好ましい。
この構成によれば、能動素子からなる集積回路、アンテナ及び検出電極を一度に形成することができるので、製造が容易となる。
本発明の半導体装置は検出電極が、3つ以上形成されていることが好ましい。
この構成によれば、仮に2つの検出電極間の間に気泡やごみが存在して、検出電極による検出精度が低下しても、それ以外の検出電極間で検出精度を補うことができ、正確なインクの有無情報を得ることができる。
本発明のインクカートリッジは、インク情報を検出及び管理する液センサの機能を果たす本発明の半導体装置を少なくとも一つ有し、該半導体装置の検出電極がインクを収容する収容部内に露出するようにしてインクカートリッジ筐体内に埋設されてなることを特徴とする。
この構成によれば、検出電極を収容部内に露出させるようにして設けることで、インクに直接接することになり、収容部内のインクの残量(有無)を確実に検出することができる。また、例えば、インク充填の有無、インクの充填日、インクの終了日及びインク充填回数など、予め記憶回路に記憶させておくことができ、上記したようなインク情報とともにインクに関する詳細な情報を記憶回路にて一括管理することができるようになる。これらにより、インクを収容部内に残すことなくインクカートリッジを交換することが可能となる。このように、きめ細かい情報管理が行えるとユーザーに有益な情報をユーザーにきめ細かく伝達するシステムを組むことができる。
また、インクカートリッジがプリンタ本体にセットされていない状態であっても、記憶回路の内容情報の参照や該記憶回路への書き込み等を行うことができる他、検出電極からのインク情報を、プリンタ本体を通さずに記憶回路に記憶させることができるようになり、よって、インクカートリッジ単体でインク情報を検出及び管理することを可能にし、インクカートリッジの汎用性を高められる。
このようにして、インクカートリッジ側に管理検出機能を持たせることができるため、電子機器本体側の配線数が減り、構造を簡易なものとすることができる。したがって、電子機器本体の設計レイアウトの自由度向上の実現を図れるようになる。また、検出電極以外の半導体装置の他の部分をインクカートリッジ内に埋設させるようにしたので、インクが半導体基板へと浸入することが防止され、他の部分に形成された能動素子に対するインクの化学的なダメージが阻止される。また、インクカートリッジ筐体内に埋設されているので、不用意なインク液漏れを防止できるから、ユーザー満足度も向上する。
本発明のインクカートリッジは、半導体装置の検出電極が収容部の深さ方向に沿って複数設けられ、検出電極が収容部の底面に沿うようにして配置されていることが好ましい。
この構成によれば、インク量の低下に伴って、上方の検出電極間から順に、検出電極間のインク無しの情報(液位)が検出され、底面に沿った検出電極でインク無しの情報が検出されると、インクカートリッジから完全にインクがなくなったという情報も得ることができるので、正確なインクの有無情報のみならず、次第に減少するインク量の情報を経時的に的確に得ることができる。このような構成をとることによって、特にユーザー側で気になるインク残量小の領域で、タイムリーなインク残量情報を得ることができるから、ユーザー満足度は大いに向上する。
また、半導体装置が収容部の深さ方向に沿って複数設けられ、複数の半導体装置のうちの少なくとも一つの半導体装置の検出電極が収容部の底面に沿うようにして配置されていることも好ましい。
この構成によれば、収容部の深さ方向に沿って複数の半導体装置を設けることにより、インクの液位を検出することができ、インク残量を正確に把握することができるようになる。また、少なくとも一つの半導体装置の検出電極を収容部の底面に沿うようにして設けることにより、収容部内のインクの有無を確実に検出することができてインクを残すことなく使用することができる。このような構成をとることによっても、特にユーザー側で気になるインク残量小の領域で、タイムリーなインク残量情報を得ることができるから、ユーザー満足度は大いに向上する。
本発明の電子機器本体は、本発明のインクカートリッジと、アンテナを備えた電子機器本体と、を備えてなることを特徴とする。
この構成によれば、上記したようなインクの情報を確実に検出、管理することができるため、例えば、インクカートリッジの適正な交換時期を決定することができる。そのため、収容部にインクを余すことなくインクカートリッジを交換できるので、インクカートリッジの交換サイクルが延長されてインクに掛かるコストダウンが図れるようになる。このように、インクの詳細な情報管理を実現することによって、効率的で無駄のないインクカートリッジのリサイクルが可能となる。また、例えば、インク充填回数の情報から、インクカートリッジのリサイクル回数を決定することができるなど、ユーザー側にとってのサービスに欠かすことのできない機能となり得るだけでなく、リサイクルを推進する環境側面からも有益な情報となる。当然、高信頼性、高品質の製品を提供することもできる。
以下、本発明の半導体装置、インクカートリッジ及び電子機器の実施の形態を、図1から図10を参照して説明する。以下に説明する半導体装置1,41は、後述する、第1のアンテナ22を備えたプリンタ本体23(電子機器本体)に装着されるインクカートリッジ7に内蔵されるものである。
[半導体装置]
図1は本発明の電子機器の概念を示すブロック図であり、図2は本発明の半導体装置の第1実施形態を示す断面図であり、図3は本発明の半導体装置の第1実施形態を示す外観図であり、これらの図において符号1は、ウエハレベルCSP(W−CSP)構造の半導体装置である。この半導体装置1は、矩形状の半導体基板10上に、インクの残量を検出する接液電極9,9(検出電極)と、プリンタ本体23側の第1のアンテナ22との間で情報の授受を行う第2のアンテナ3と、インクの情報を記憶するEEPROM(記憶回路)4と、これら接液電極9、第2のアンテナ3及びEEPROM4を一括して制御するコントローラ5(制御回路)と、を有して構成されている。
半導体基板10は、シリコンからなっており、その半導体基板10の能動素子形成面10a上に、トランジスタ等の能動素子から構成される上記コントローラ5及びEEPROM4を有する集積回路(不図示)が形成されている。集積回路は、少なくとも配線パターンが形成されており、EEPROM4やコントローラ5(制御回路)、その他のアクティブコンポーネントを相互に接続する配線等によって構成されている。
本実施形態においては、記憶回路として、読み出し書き込み可能な記憶媒体であるEEPROM(不揮発性メモリ)4が用いられており、コントローラ5によって、インクカートリッジ7に残っているインク情報に基づいて当該EEPROM4の記憶するインク情報の更新などが行われる。
なお、半導体基板10は、シリコンの他、ガラス、石英、水晶等から構成してもよい。
一方、半導体基板10における能動素子形成面10aの周縁部には、集積回路を導通させるための素子電極11が一対形成されている。素子電極11は、半導体基板10の前記集積回路に直接導通して形成されたもので、矩形状の半導体基板10の周縁部に配列して設けられている。素子電極11は、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、あるいは、これらを含む合金等によって形成することができるが、本実施形態では素子電極11をアルミニウム(Al)で形成している。
これら集積回路及び素子電極11は、前記能動素子形成面10a上に形成されるパッシベーション膜14によって覆われて保護されている。このパッシベーション膜14は電気絶縁性材料からなるものであって、例えばポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、BCB(benzocyclobutene)及びPBO(polybenzoxazole)等により形成される。または、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(Si)等の無機絶縁材料によって形成することもできる。本実施形態においては、ポリイミド樹脂を用いて形成されている。
このようなパッシベーション膜14には、前記素子電極11上に開口部14aが形成されている。このような構成によって素子電極11は、前記開口部14a内にて外側に露出した状態となっている。
パッシベーション膜14上には、前記素子電極11を避けた位置、本実施形態では半導体基板10の中央部に、絶縁樹脂からなる誘電体層15が形成されている。この誘電体層15は、感光性ポリイミド樹脂、シリコン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン変性エポキシ樹脂等から構成される。
また、前記素子電極11には、前記パッシベーション膜14の開口部14a内にて再配置配線16(導電層)が電気的に接続されている。この再配置配線16は、前記集積回路の素子電極11の再配置を行うためのもので、半導体基板10の周辺部に配置された素子電極11から半導体基板10の中央部側に延びて形成され、さらに誘電体層15上にまで引き回されて形成されたものである。この再配置配線16は、半導体基板10の素子電極11と後述する接液電極9との間を配線することから一般的には再配置配線と呼ばれ、微細設計されることの多い半導体基板10の素子電極11の位置と、ラフピッチの接液電極9,9との物理的な位置をずらして配置するための重要な手段である。
また、半導体基板10上に形成された集積回路には、素子電極11以外に、図5に示すように、該素子電極11と同様の材料を用いて形成される電極20a,20bが形成されている。そして、素子電極11の場合と同じく、この電極20a,20bに再配置配線19(導電層)が接続されている。この再配置配線19は、電極20a,20bから中央部に延びて形成されるとともに誘電体層15上にまで引き回されて形成されたものである。誘電体層15上まで引き回された再配置配線19は、前記再配置配線16(図2参照)とは干渉しない位置に配置され、前記プリンタ本体23側の第1のアンテナ22と通信を行う第2のアンテナ3となっている。
接液電極9,9間の抵抗や電流を測定することによって、インクの有無を検出することができる。例えば、一つの接液電極9は、コントローラ回路のトランジスタゲートに接続され、もう一つの接液電極9は、電源に接続されるようにすると、インクの有の時にONになっていたトランジスタは、インク無しの時にOFFとなる。これを検出すれば、インクの有無を検出することができる。インク組成物の電気分解による劣化を防止するために、接液電極9,9間に流れる電流はなるべく少なく、しかもパルス状であることが好ましい。
この第2のアンテナ3は、上述したように、半導体基板10の略中央部に位置し、平面型インダクタ素子(スパイラルインダクタ素子)から構成されている。図6に示すように、誘電体層15の表面に形成された再配置配線19は、側面視において同一平面上に、図5に示す平面図において渦巻き状(スパイラル状)に形成されている。
第2のアンテナ3は、半導体基板10の電極20aから電極20bに亘って配設される再配置配線19で形成され、図6に示すように、誘電体層15の下側に配設される下層配線25と、誘電体層15の上側に配設される上層配線26とを有して構成されている。これら下層配線25と上層配線26とは、誘電体層15に形成された孔15a内にCuを埋め込んでなる接続部27を介して接続されている。これにより、上層配線26は、パッシベーション膜14上に形成された下層配線25と短絡しないように配置されている。
また、下層配線25及び上層配線26のうち、半導体基板10から相対的に離間している上層配線26によって、図5に示すようなスパイラル部28が形成されている。そのため、スパイラル部28と半導体基板10との間に誘電体層15が存在することになり、スパイラル部28と半導体基板10とをより離間させることができる。したがって、第2のアンテナ3の特性を向上させることが可能となる。
この第2のアンテナ3の内側端部は、再配置配線19の下層配線25を介して電極20aに連結されている。一方、外側端部は、上層配線26を介して電極20bに連結されている。
なお、図6に示すように、第2のアンテナ3の下側に、Cuからなるスパッタ層21が存在するが、このスパッタ層21は、第2のアンテナ3を形成する際に用いられるものである。
このように、誘電体層15上に第2のアンテナ3を形成することにより、電磁波吸収体である半導体基板10とのクリアランスを取れるので、第2のアンテナ3からの漏れ電流は少なくなり、伝送効率が向上する。また、誘電体層15の誘電率を上げると、狭面積で短い長さの第2のアンテナ3を形成することができるので、半導体装置1の小型化を促進できる他、製造コストの削減にも繋がる。
また、これら再配置配線16及び再配置配線19は、同一工程で形成するため、互いに同じ材料となる。再配置配線16及び再配置配線19の材料としては、金(Au)、銅(Cu)、銀(Ag)、チタン(Ti)、タングステン(W)、チタンタングステン(TiW)、窒化チタン(TiN)、ニッケル(Ni)、ニッケルバナジウム(NiV)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、パラジウム(Pd)等の単層膜や複層膜、その合金膜を用いることができるが、本実施形態では、Cuメッキ膜で形成されている。このようにして、再配置配線16と再配置配線19とを同時に形成することにより、双方を同一面(能動素子形成面10a)上に同層をなすよう形成することから、製造工程を削減できて製造コストが削減される。
そして、半導体基板10の能動素子形成面10a側には、再配置配線16や第2のアンテナ3、誘電体層15、パッシベーション膜14を覆ってソルダーレジストからなる耐熱性の保護層17が形成されている。この保護層17を形成するための樹脂としては、例えば、耐アルカリ性を有する樹脂として、ポリイミド樹脂、PPS、PE等が用いられる。或いは、SiN、SiO2、SiON等を用いて無機膜としてもよい。保護層17は、インクが減少したときにその表面にインクが残留して接液電極9,9間の抵抗値を下げないように(接液センサーのS/N比を向上させるために)、インクに対して發液性を有しているものを採用することが好ましい。本実施形態においては、ポリイミド樹脂が用いられる。このような保護層17には、前記誘電体層15の各再配置配線16上にそれぞれ開口部17aが形成されている。このような構成によって再配置配線16は、前記開口部17a内にて外側に一部露出した状態となっている。また、保護層17は、表面がフッ化処理やシリコーン処理等の發液加工されていてもよく、そうすれば保護層17全体がインクに対して發液性を有していなくとも良く、樹脂選択の幅が広がる。また、保護層17は半導体装置1の側面、裏面を覆うようにしても良い。こうすれば、半導体装置1がインクによってダメージを受けることは皆無となる。
そして、図2に示すように、それぞれの開口部17aから露出する再配置配線16上には、高速メッキ可能なCuで形成されたコアの表面にAuメッキ膜18(メッキ層)が成膜されてなるバンプが形成されており、インクに接液することによってインク情報を検出する接液電極9,9として機能する。Cuコア表面にAuメッキ膜18を形成しておくことにより、半導体基板10へのインクの浸入を確実に阻止することができる。メッキ膜としては、強アルカリ性のインク成分による影響を受けることのない耐薬品性に優れた金属が好ましく、前記したAuメッキ膜の他、例えば、Ptメッキ膜、Ni−pメッキ膜、或いはNi−p+Auメッキ膜等を用いてもよい。また、これら接液電極9,9の下方に誘電体層15が既存していることから、能動素子形成面10aからの距離を稼ぐことができるので、能動素子に対するインクの影響をさらに防止することができる。
このようにして構成される半導体装置1は、EEPROM4において、後述するプリンタ本体23側から第1のアンテナ22を介して取得するインク情報と、接液電極9,9によって検出されたインク情報と、を統括したインクに対する幅広い情報管理が行えるようになっている。プリンタ本体23側からのインク情報としては、例えば吐出液滴カウント数や、インクカートリッジ7の使用可否等が挙げられ、接液電極9からのインク情報としては、インク残量(インクの有無)等が挙げられる。なお、EEPROM4には、インクの種類(色)、インクの使用期限、インクの充填日、インクの充填回数(履歴情報)等が、工場出荷時に予め書き込まれていることが好ましい。また、本実施形態においては記憶回路としてEEPROM4を用いる例を示したが、Flush MEMORY等他の記憶素子を用いてもよい。
このように、接液電極9,9、第2のアンテナ3、コントローラ5及びEEPROM4を統合して一体型の半導体装置1としたことにより、インクカートリッジ7に組み込む際にも手間が掛からず製造が容易となるとともに製造コストを削減できる。また、インクに接液する接液電極9,9によって、インクタンク6(収容部)内のインクの残量(実量)等を検出できることから、インクカートリッジ7内のインクの有無を確実に把握することができる。これにより、インクをインクタンク6に残すことなくインクカートリッジ7を交換することが可能となるので、ユーザーのインクに掛かるコストを削減することができる。
なお、本発明において第2のアンテナ3は、接液電極9,9の位置に干渉せず、したがって設計自由度を損なわない位置であれば、電極20a,20bから再配置配線によって任意の位置にまで引き回して配置し、再配置配線19や電極20a,20bとは別に、パッドなどによって第2のアンテナ3を形成してもよい。また、第2のアンテナ3を再配置配線19で形成するのではなく、集積回路形成時に使用される配線(Al,Cu)等で形成してもよい。これは、再配置配線16にも言えることである。
図3には、図2の断面図で示される本発明の半導体装置1の外観図の一例を示す。この例では、検出電極は一組2つの接液電極9,9で構成され、この間の抵抗や電流を測定することによって、インクの有無を検出することができる。また、図4には、図2の断面図で示される本発明の半導体装置1の外観図の別の一例を示す。この例では、接液電極9が、6つ形成されている。こうすれば、仮に一組の接液電極9,9間に気泡やごみが存在して、接液電極9,9による検出精度が低下しても、それ以外の組の接液電極9,9間で検出精度を補うことができ、正確なインクの有無情報を得ることができる。この場合、1組以上の接液電極9,9で精度低下は防止することができ、接液電極9が多いほど検出精度を向上させることができる。
次に、第2実施形態について図7を参照して説明する。
符号41は、本実施形態の半導体装置を示すもので、上記第1実施形態と異なる点は、保護層17に設けられた開口部17aから露出する再配置配線16の一部を接液電極12(検出電極)としたことである。本実施形態は、開口部17a内に浸入するインクが再配置配線16に接液することによってインク情報を検出するものである。そのため、開口部17aから露出する再配置配線16上には、上記同様、耐薬品性に優れた金属でAuメッキ膜(不図示)が施されている。このAuメッキ膜を形成しておくことによって該開口部17aから半導体装置41内にインクが浸入することが防止される。これにより、半導体装置41の能動素子形成面10a上の能動素子(集積回路)にインクの影響が及ぶことを阻止することができる。
このように、再配置配線16の一部を接液電極12にすることによって簡易な構成で第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、上記実施例では、第2のアンテナ3と接液電極9,9とが半導体基板10上に形成された半導体装置1について説明してきたが、例えば、さらに第2のアンテナ単体の性能を向上させたい場合は、本半導体装置1を高性能な別体のアンテナ上に実装した一体型モジュール構造の半導体装置であっても良く、また中継用のアンテナと一体型モジュール構造の半導体装置であっても良い。
[インクカートリッジ]
図1及び図9において符号7は、上記した半導体装置1を内蔵し、後述する、第1のアンテナ22を備えたプリンタ本体23(電子機器本体)に装着されるインクカートリッジである。この半導体装置1は、インクカートリッジ7内のインク情報を管理及び検出する液センサの機能を果たす。
インクカートリッジ7は、図9に示すように、インクを収容するインクタンク6を備えたインクカートリッジ筐体8内に上記半導体装置1を内蔵すべく、例えば、樹脂の射出成形により一体形成されている。一対の接液電極9,9をインクが収容されたインクタンク6内に露出させるようにして、接液電極9,9以外の半導体装置1の他の部分をインクカートリッジ筐体8内に埋設してなる。
また、半導体装置1は、一対の接液電極9,9がインクタンク6の底面に沿うように、インクカートリッジ筐体8の壁部下方に設けられている。このインクカートリッジ7のインクタンク6内には所定のインクが収容されており、該インクカートリッジ7の所定箇所からインクを導出できるようになっている。
このように、接液電極9,9をインクタンク6内に露出させるようにして設けることで、インクに接液するようになり、インクタンク6内のインクの情報(残量等)を確実に検出することができる。また、接液電極9,9以外の半導体装置1の他の部分をインクカートリッジ7内に埋設させることにより、他の部分に形成されたコントローラ5及びEEPROM4に対するインクによるダメージを阻止することができ、これらコントローラ5及びEEPROM4の信頼性が向上する。
さらに、インクカートリッジ7内に半導体装置1を、例えば、射出成形により一体に組み込むと、インクタンク6に収容されたインクとインクカートリッジ7の外部との気密が確保される。よって、半導体装置1を埋め込んだ部分からインクが漏れ出すことはなく、インクカートリッジ7からのインク漏れは回避される。また、埋設させることで接液電極9,9間が樹脂で覆われることになるので、インク残量が少なくなったときの誤判定を防止することができる。
なお、インクカートリッジ7の形成後に半導体装置1を、インクカートリッジ7内に接着するようにしても良い。
また、インクカートリッジ7は、半導体装置1を複数内蔵したものとして構成してもよく、この場合、例えば、インクカートリッジ筐体8の壁部に、インクタンク6の深さ方向に沿って所定の間隔をおいて接液電極9,9が並ぶように連設させる。これにより、インクの液位を検出することができ、インク残量や消費経過を正確に把握することができる。またこのとき、少なくとも一つの半導体装置1の接液電極9,9をインクタンク6の底面に沿うようにして設けることにより、インクの有無を確実に検出することもできるようにすることもできる。
本実施例では、第2のアンテナ3と接液電極9,9が半導体基板10上に一体に形成された構成について説明してきたが、例えば、さらに第2のアンテナ単体の性能を向上させる場合は、さらに中継用のアンテナを配設し、一体型モジュール構造のシステムとしても良い。
図10には、本発明の別のインクカートリッジ7の実施例を示す。ここで用いられる半導体装置1は、図4に示すように一対の接液電極9,9が3組設けられている。インクカートリッジ筐体8の内壁部の底部付近に、インクタンク6の深さ方向に沿って半導体装置1を配置する。接液電極9,9が、3組(この場合は6つ)あるので、どの組の接液電極9,9にインクが接しているかを測定すれば、インクの液位を検出することができ、インク残量や消費経過を正確に把握することができる。またこのとき、少なくとも一組の接液電極9,9をインクタンク6の底面に沿うようにして設けることにより、インクの有無を確実に検出することもできるようにすることもできる。こうすれば、1つの半導体装置1で上記の情報を検出でき、簡略な構成で高性能な検出を行うことができる。なお、接液電極9,9を3組以上設けても良く、これにより詳細なインク情報を得ることができる。
次に、プリンタ本体について図1、図8及び図9を参照して説明する。図9は、図8におけるA−A断面図である。
プリンタ本体23は、図8に示すように、上記したインクカートリッジ7を着脱可能に複数備えるとともに、各インクカートリッジ7からのインクの供給を受ける記録ヘッドと、記録用紙13を記録ヘッドに対して相対的に移送させる紙送り手段と、を備えて構成されており、印刷データに基づいて記録ヘッドを移動させながら記録用紙13にインクを吐出させることで記録を行うものである。
さらに、図9に示すように、各インクカートリッジ7に設けられている第2のアンテナ3と通信を行う第1のアンテナ22を有しており、第2のアンテナ3と対向するように配置されている。
また、インクカートリッジ7から突出されるインク滴をカウントする突出液滴カウンタ部(不図示)をさらに備え、インクタンク6内のインクの残量を算出するようになっている。
このような構成のプリンタ本体23には、図8に示すように、複数のインクカートリッジ7が装着されるが、各インクカートリッジ7に収容されているインクの種類によって予め決められた配列にしたがって並列状態に装着されることになる。
そして、プリンタ本体23及びインクカートリッジ7間におけるインク情報の授受は、第1のアンテナ22と第2のアンテナ3との間の無線通信により行われる。また、アンテナ3,22を用いることで、インクカートリッジ7とプリンタ本体23との間で、非接触により情報の授受が行われる。これにより、従来のように電子機器本体とインクカートリッジ7との電気的接点が心配される虞がなくなるので信頼性が向上する。よって情報管理コストを削減することが可能となる。
本実施形態のインクカートリッジ7は、プリンタ本体23に装着されると、半導体装置1の駆動電源として、プリンタ本体23の第1のアンテナ22から出力されるインク情報の搬送波として利用する電磁波から必要な電力を取り出すように構成されていることが好ましい。このようにすれば、第2のアンテナ3は、情報授受機能と電力受信機能とを兼ねることができる。また、インクカートリッジ7側の第1のアンテナ22と第2のアンテナ3との通信を利用してプリンタ本体23にインクカートリッジ7が正確に装着されたか否かを判断することができ、このとき、例えばインクカートリッジ7がプリンタ本体23に正確に装着されていない場合には、その旨、表示部或いはコンピュータに表示されるようになっている。さらに、上述した半導体装置1を設けることによりインクカートリッジ7側に管理検出機能を持たせることができるため、プリンタ本体23側の配線数が減り、構造を簡易なものとすることができる。これにより、プリンタ本体23の設計レイアウトの自由度向上を実現することができる。
上記した構成のインクカートリッジ7によれば、インクカートリッジ7がプリンタ本体23にセットされていない状態であっても、EEPROM4の内容情報の参照や該EEPROM4への書き込み等を行うことができる他、接液電極9,9からのインク情報を、プリンタ本体23を通さずにEEPROM4に記憶させることができる。例えば、インクカートリッジ7の製造時に、インクカートリッジ7の一梱包単位毎にインク製造情報等の授受を一括して行うことができるようになる。
また、インクカートリッジ7のEEPROM4に格納されたインク情報は、プリンタ本体23の電源を切ったり、プリンタ本体23からインクカートリッジ7を取り外したりしたとしてもその格納情報は保持されるため、インクカートリッジ単体でインク情報を検出及び管理することが可能となり、インクカートリッジ7の汎用性が高められる。
なお、インクカートリッジ7に表示部を設け、EEPROM4に格納されたインク情報を表示部に反映させるようにしてもよい。
また、色毎等に独立したインクカートリッジ7を用いる場合は、独立したインクカートリッジ7毎の情報をやり取りするように、インクカートリッジ7毎に半導体装置1が組み込まれていることが好ましい。プリンタ本体23側の第1のアンテナ22は、インクカートリッジ7毎の個数を配設するとしてもよいし、プリンタ本体23側の第1のアンテナ22の数を減らすために、後述するようにキャリッジ31の移動ごとに個々のインクカートリッジ7の情報授受を行うように一つ以上のアンテナを配設するようにしても良い。
このような構成をとることにより、接液電極からのアナログの接液信号は、コントローラを介してデジタル信号としてアンテナから直接出力することができ、機械的な接続接点を減らすことができるとともに、ノイズの載りやすい不安定なアナログ信号ではなく、安定したデジタル信号で出力することができる。
[電子機器]
次に、本発明に係るインクジェット式プリンタ30(電子機器)の主要構成について、図8に示す実施の形態に基づいて説明する。このインクジェット式プリンタ30は、プリンタ本体23に複数のインクカートリッジ7を着脱可能に備えたプリンタである。
図8において符号31はキャリッジであり、このキャリッジ31は、キャリッジモータ32により駆動されるタイミングベルト33を介し、ガイドロッド34に案内されてプラテン35の軸方向に往復移動されるように構成されている。
前記キャリッジ31が走査される走査領域には、記録用紙13が配置され、この記録用紙13はキャリッジ31の走査方向に直交するように搬送されるように構成されている。そして、キャリッジ31における前記記録用紙13と対向する面には、記録ヘッドが設けられ、またその上部には前記記録ヘッドにインクを供給するブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各インクがそれぞれ貯留されたインクカートリッジ7B,7Y,7C,7Mが着脱可能となるように装着されている。
また、非印字領域外であるホームポジションには、キャッピング手段36が配置されており、このキャッピング手段36は、キャリッジ31がホームポジション側へ移動した場合、キャリッジ31の移動に伴い、キャリッジ31に搭載された記録ヘッドのノズル形成面を封止できるように構成されている。ここで、ホームポジション上にある場所に対応した、インクカートリッジ7の個々の第2のアンテナ3上に対応したプリンタ本体対向部上に第1のアンテナ22が配置されていると、インクカートリッジ7がホームポジションに戻る度にインク情報の授受をプリンタ本体23側とやり取りできる。また、本実施例によれば、通信手段を無線で行うこととしたので、必ずしも前述の設計である必要はなく、個々の第2のアンテナ3上に対応しないプリンタ本体対向部上に第1のアンテナ22が配置されていてもよく、本体設計の自由度も向上させることができる。
また前記キャッピング手段36は、前記キャリッジ31が印字領域側へ移動するに伴って降下し、記録ヘッドの封止状態を解くことができるように構成されている。そして、前記キャッピング手段36の下方には、キャッピング手段36の内部空間に対して負圧を与えるための吸引ポンプ37が配置されている。
前記キャッピング手段36は、インクジェット式プリンタ30の休止期間中における記録ヘッドのノズル開口の乾燥を防止する蓋体として機能する他、記録ヘッドに印刷とは関係のない駆動信号を印加してインク滴を吐出させるフラッシング動作時のインク受けとして機能し、さらに前記吸引ポンプ37からの負圧を記録ヘッドに作用させて、記録ヘッドよりインクを吸引排出させるクリーニング手段としての機能も兼ね備えている。
そして、キャッピング手段36の印字領域側に隣接して、ゴムなどの弾性板からなるワイピング部材38が配置されていて、キャリッジ31がキャッピング手段36側に往復移動する際に、必要に応じて記録ヘッドのノズル形成面を払拭して清掃するワイピング動作がなされるように構成されている。
インクジェット式プリンタ30は、各インクカートリッジ7からのインクの供給を受けるインクジェット式記録ヘッドに対して記録用紙13を相対的に移送させるようになっており、印刷データに基づいて記録ヘッドを移動させながら、記録用紙13にインク滴を吐出させることで記録を行うように構成されている。
このようにして構成されるインクジェット式プリンタ30は、インクカートリッジ7がプリンタ本体23にセットされると、まず、図11に示すように、ステップS1において、装着されたインクカートリッジ7が使用可能か否かを検出するようにしており、これには、第1のアンテナ22及び第2のアンテナ3間の信号の授受が利用される。そして、第1のアンテナ22からの信号によりプリンタ本体23側から電力が供給されることによって半導体装置1のICが起動し、接液電極9,9に所定の電圧が印加される。すると、インクタンク6内にインクが収容されている場合には、接液電極9,9に接しているインクを通じて接液電極9,9間に電流が流れる。
このような接液電極9,9により検出された信号(電流値)はコントローラ5へと出力される。コントローラ5は、検出された信号が、接液電極9,9間で通電するという場合にはインク有りと判定し、この判定結果に基づくインク情報(インクの有無)をEEPROM4へと格納する。そして、インクカートリッジ7が使用可能であることが判明すると、その情報がプリンタ本体23に送信され、プリンタ本体23は印字待機状態に入り、印字信号を受け次第、ステップS2に示すように、印字データの記録を実行する。
一方、検出信号が接液電極9,9間で通電しないという信号の場合には、コントローラ5はインク無し(インクエンド状態)と判定する。そして、この判定結果に基づくインク情報(インクの有無)をEEPROM4へと格納し、ステップS6に移行して、インクカートリッジ7の交換を促す信号をプリンタ本体23へと出力する。このように、接液電極9,9間の通電状態を検知することでインクタンク6内のインクの有無を確認し、インクカートリッジ7の使用可否を判定する。
プリンタ本体23を駆動して印字を実行している際、インクカートリッジ7は、ステップS3に示すように、これら接液電極9,9間の通電状態を所定時間毎に検出する。接液電極9,9により検出された検出信号(電流値)はコントローラ5へと出力される。このインク情報の検出周期は適宜設定される。コントローラ5は、この判定結果に基づいてEEPROM4のインク情報を随時更新する。このようにしてインク残量(インクの有無)の管理が行われる。そして、EEPROM4に格納されたインク情報は、コントローラ5により第2のアンテナ3を介してプリンタ本体23側へ出力され、表示部或いはコンピュータからユーザーへと提供される。
一方、プリンタ本体23側では、ステップS3に示すように、インク滴の吐出液滴カウント数やメンテナンスにより使用されたインク量をソフトウェアにより積算して、インクの消費量を計算する。その結果が所定時間毎に第1のアンテナ22を介してインクカートリッジ7のEEPROM4へと伝送され、該EEPROM4においてインク残量(消費量)の管理が行われる。このように、プリンタ本体23の第1のアンテナ22より出力された出力信号に基づいて、EEPROM4のインクに関する情報が随時更新される。そして、EEPROM4に格納されたインク情報は、EEPROM4から第2のアンテナ3を介してプリンタ本体23側の表示部或いはコンピュータへと出力されてユーザーへ提供される。これによりユーザーは、インクの消費経過を監視したり、インク残量等を確認したりすることができる。
印字をスタートしてしばらくすると、例えば、コントローラ5に、プリンタ本体23側からインク残量がゼロとなった計算結果が送信されてくる。しかしながら、ステップS4に示すように、接液電極9,9による検出信号がインク有りの信号、つまり、接液電極9,9間が通電状態である場合には、インクタンク6内にインクが残留していることが明らかであるため、この時点ではインクタンク6内のインクが無くなったという判断はなされず、ステップS2に戻って印字データの記録が続行される。
その後、インクカートリッジ7側において、接液電極9,9間で通電しなくなったという信号が検出されると、ステップS4において、コントローラ5がその信号に基づいて今度はインクエンドの判定を行い、EEPROM4のインク情報を更新する。一対の接液電極9,9は、それぞれインクタンク6の底面に沿って設けられていることから、接液電極9,9間で通電しなくなったということはインクタンク6内にインクがなくなったことを意味する。これは、吐出液滴カウンタ部において計算で算出されるインク残量よりも確かであるため、コントローラ5では、あくまでもインクに接液している接液電極9,9からの信号を優先して制御する。
その理由は、吐出液滴カウンタ部から得られるインク残量と実際にインクタンク6に存在するインクの実量との間で生じる差は、インク滴の重量バラツキや、製造時のインク注入量のバラツキに起因するものであってよく起こりうる現象であり、吐出液滴カウンタ部によるインク残量がゼロになった時点でインクカートリッジ7をインクエンド状態と判断した場合、実際にはインクタンク6内にインクが累積しているにも関わらず、インクカートリッジ7の交換の指示がなされるという問題を避けるためである。
接液電極9,9の信号に基づいてインクエンドの判定を行ったコントローラ5は、ステップS5において、インクカートリッジ7の交換を促す信号を第2のアンテナ3を介してプリンタ本体23側へと出力し、プリンタ本体23の表示部(不図示)或いはコンピュータを通じてユーザーへと警告する。これによりユーザーは、インクカートリッジ7を交換する時期を知ることができる。そして、ステップS6に示すように、インクエンド状態となったインクカートリッジ7はプリンタ本体23から取り外され、新たなインクカートリッジ7と交換される。
ここで、例えば、インクカートリッジ7の接液電極9,9によってインクタンク6内がインクエンド状態であることが判明しているにも関わらず、プリンタ本体23側の吐出液滴カウンタ部によって算出されるインク残量がインク有りとされているとするならば、プリンタ本体23側の異常とみられるため、プリンタ本体23の表示部或いはコンピュータに、異常内容を示すエラーメッセージが表示されるようになっている。
また、プリンタ本体23側でインク残量ゼロと算出された時点で、インクカートリッジ7内に残留しているインクの量が、インク滴の重量バラツキから生じるインク残量よりもはるかに多いと判定される場合、通常吐出されるインク滴の量よりも少ない量で吐出されていると考えられるため、例えばインク吐出ヘッドのクリーニング等を促すメッセージを表示部或いはコンピュータに出力させるようにする。
このように、プリンタ本体23側のインク情報と、インクカートリッジ7の接液電極9,9によって検出されたインク情報とを、EEPROM4において統合管理を行うことにより、双方を比較することでプリンタ本体23及びインクカートリッジ7における異常が検出される。
本実施形態のインクジェット式プリンタ30によれば、インクの情報を簡易な構成で確実に検出及び管理することができるため、例えば、インクカートリッジ7の適正な交換時期を決定することができる。そのため、インクを余すことなくインクカートリッジ7を交換することができるので、インクカートリッジ7の交換サイクルが延長されインクに掛かるコストダウンを図ることができる。このように、インクの詳細な情報管理を実現することにより、効率的で無駄のないインクカートリッジ7のリサイクルが可能となる。また、例えば、インク充填回数の情報から、インクカートリッジ7のリサイクル回数を決定することができるなど、ユーザーだけでなくリサイクル業者(製造者)側にとっても有益な情報となる。
以上のことから、インクカートリッジ7内のインク情報を簡易な構成で正確かつ確実に検出及び管理することができ、高信頼性、高品質の製品を提供することができる。
本発明の一例に係るインクジェット式プリンタの概念を示すブロック図である。 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す側断面図である。 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の外観を示す平面図である。 半導体装置の他の実施形態における外観を示す平面図である。 第2のアンテナの概略構成を示す平面図である。 第2のアンテナの概略構成を示す側断面図である。 本発明の第2実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す側断面図である。 図5のA−A断面図である。 半導体装置を内蔵したインクカートリッジをプリンタ本体に装着したインクジェット式プリンタの主要構成を示す斜視図である。 インクカートリッジの一変形例を示す平面図である。 インクジェット式プリンタのシステムを示すフローチャートである。
符号の説明
1…半導体装置、3…第2のアンテナ、4…EEPROM(記憶回路)、5…コントローラ(制御回路)、6…インクタンク(収容部)7…インクカートリッジ、8…インクカートリッジ筐体、9…接液電極(検出電極)、10…半導体基板、10a…能動素子形成面、11…素子電極、12…接液電極(検出電極)、14…パッシベーション膜、15…誘電体層、16…再配置配線(導電層)、17…保護層、19…再配置配線(導電層)、20a…電極、20b…電極、22…第1のアンテナ、23…プリンタ本体(電子機器本体)、25…下層配線、26…上層配線、27…接続部、28…スパイラル部、30…インクジェット式プリンタ(電子機器)、31…キャリッジ、32…キャリッジモータ

Claims (13)

  1. アンテナを備えた電子機器本体に用いられるインクカートリッジに設けられ、インクカートリッジ筐体の収容部に収容されるインクの情報を検出する半導体装置であって、
    半導体基板に、
    前記インクに接液することで該インクの残量を検出する検出電極と、
    前記電子機器本体側の前記アンテナとの間で情報の授受を行うアンテナと、
    前記インクの情報を記憶する記憶回路と、
    前記検出電極、前記アンテナ及び前記記憶回路を制御する制御回路と、を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記アンテナ及び前記検出電極は、前記半導体基板の能動素子形成面側に同層で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記検出電極及び前記アンテナは、前記能動素子形成面上にパッシベーション膜を介して形成される導電層からなることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記導電層を覆うようにして形成される保護膜と、
    該保護膜に形成され且つ前記導電層の少なくとも一部を露出させる開口部と、を備え、
    前記開口部から露出する前記導電層の一部を前記検出電極とすることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
  5. 前記導電層を覆うようにして形成される保護膜と、
    該保護膜に形成され且つ前記導電層の少なくとも一部を露出させる開口部と、を備え、
    前記開口部より露出した前記導電層上にバンプを形成し、該バンプを前記検出電極とすることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
  6. 前記検出電極の表面にメッキ層が形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の半導体装置。
  7. 前記検出電極及び前記アンテナの下層側に、誘電体層が形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体装置。
  8. 前記アンテナ及び前記検出電極が、前記半導体基板上の能動素子を構成する導電材料と同一の導電材料によって前記動素子形成面上に直接形成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
  9. 前記検出電極が、3つ以上形成されていることを特徴とする請求項1から請求項8に記載の半導体装置。
  10. インク情報を検出及び管理する液センサの機能を果たす上記請求項1から9のいずれか一項に記載の半導体装置を少なくとも一つ有し、該半導体装置の検出電極がインクを収容する収容部内に露出するようにしてインクカートリッジ筐体内に埋設されてなることを特徴とするインクカートリッジ。
  11. 前記半導体装置の前記検出電極が前記収容部の深さ方向に沿って複数設けられ、前記検出電極が前記収容部の底面に沿うようにして配置されていることを特徴とする請求項10に記載のインクカートリッジ。
  12. 前記半導体装置が前記収容部の深さ方向に沿って複数設けられ、前記複数の半導体装置のうちの少なくとも一つの前記半導体装置の前記検出電極が前記収容部の底面に沿うようにして配置されていることを特徴とする請求項11に記載のインクカートリッジ。
  13. 上記請求項10から12に記載のインクカートリッジと、
    アンテナを備えた電子機器本体と、を備えてなることを特徴とする電子機器。
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