JP2011213049A - Liquid discharge head and driving method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体を吐出して記録動作を行うために用いられる液体吐出ヘッド及びこの駆動方法に関するものである。 The present invention relates to a liquid discharge head used for performing a recording operation by discharging a liquid, and a driving method thereof.
近年インクジェット記録装置に代表される液体吐出装置に用いる液体吐出ヘッドに対して、記録の高速化・高画質化の観点から高い周波数で駆動したり、液体を吐出するために利用される複数のエネルギー発生素子を同時に駆動することが求められている。 In recent years, a plurality of energies used to drive a liquid discharge head used in a liquid discharge apparatus typified by an ink jet recording apparatus at a high frequency from the viewpoint of high-speed recording and high image quality, or to discharge liquid There is a need to drive the generating elements simultaneously.
しかし、1つの配線に複数のエネルギー発生素子が接続されている液体吐出ヘッドにおいて、複数のエネルギー発生素子を同時に駆動すると電圧降下の影響により、其々のエネルギー発生素子が発生する吐出するためのエネルギー量がばらついてしまう。これにより液体の吐出量を均一に保つことが困難となる可能性がある。そのため配線の抵抗を、低くすることで電圧降下の影響を低減することが検討されている。 However, in a liquid discharge head in which a plurality of energy generating elements are connected to one wiring, when the plurality of energy generating elements are driven simultaneously, the energy for discharging generated by each energy generating element due to the influence of a voltage drop The amount will vary. This may make it difficult to keep the liquid discharge amount uniform. Therefore, it has been studied to reduce the influence of the voltage drop by lowering the resistance of the wiring.
特許文献1には、エネルギー発生素子が設けられた面に対して複数の導電層を絶縁層を介して上下に積層することで抵抗を低くする構成が開示されている。特許文献1に開示される液体吐出ヘッドの断面図を図7に示す。発熱抵抗層1030と、一対の第一導電層1040と、絶縁層1050と、が基板1000の上に積層して設けられており、一対の第一導電層1040の間隙に位置する部分がエネルギー発生素子1060として用いられている。この一対の第一導電層1040の一方1040aは、絶縁層1050の上に設けられた第二導電層1100と電気的に接続するように設けられている。第二導電層1100は、樹脂からなる保護層1110で被覆され、さらにその上には吐出口1130と、吐出口に連通する流路1140の面を定義する壁面と、を有する樹脂からなる流路構成部材1120が設けられている。
Patent Document 1 discloses a configuration in which a resistance is lowered by stacking a plurality of conductive layers vertically on an insulating layer with respect to a surface provided with an energy generating element. A cross-sectional view of the liquid discharge head disclosed in Patent Document 1 is shown in FIG. A
特許文献1のような液体吐出ヘッドは、電位差(十数Vから30V程度)を一対の第一導電層1040の間隙の部分に印加することで駆動される。そのため、樹脂からなる保護層110や流路構成部材1120を間に介して、高電位側を印加する第二導電層1100とインクとが位置して設けられる可能性がある。
The liquid discharge head as in Patent Document 1 is driven by applying a potential difference (about 10 to 30 V) to the gap portion between the pair of first
このような場合、樹脂からなる保護層1110や流路構成部材1120に欠損部が存在すると、電気化学反応が生じて第二導電層1100の導電材料がインク中に溶出する可能性がある。
In such a case, if a defective portion exists in the
また、欠損部がなくても保護層1110や流路構成部材1120の中をイオンが透過してマイグレーション現象を起こし、第二導電層1100が他の配線と短絡してしまう可能性がある。
Further, even if there is no defect, ions may pass through the
本発明は、複数層の導電材料を積層して抵抗を低くする構成において、樹脂からなる材料で被覆された導電層の材料が溶出したり、樹脂からなる材料に透過したりすることを低減できる信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することを目的としている。 According to the present invention, in a configuration in which a plurality of layers of conductive materials are stacked to reduce resistance, it is possible to reduce the elution of the material of the conductive layer covered with the resin material or the permeation of the resin material. An object of the present invention is to provide a highly reliable liquid discharge head.
本発明の液体吐出ヘッドは、抵抗材料からなる抵抗層と、該抵抗層と接して設けられた一対の第一導電層と、前記抵抗層と前記一対の導電層とを覆うように設けられた絶縁層と、該絶縁層を覆うように設けられ、前記絶縁層を貫通して前記一対の第一導電層の一方と電気的に接続する第二導電層と、を備え、前記一対の第一導電層の間の前記抵抗層の部分を液体を吐出口から吐出するためのエネルギーを発生させる領域として用いる液体吐出ヘッド用基板と、前記吐出口に連通する流路の壁面を有し、前記第二導電層を被覆するように前記液体吐出ヘッド用基板に接して設けられることで前記流路を構成する、樹脂からなる流路構成部材と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記第二導電層と前記流路内の液体とが、ほぼ同じ電位となるように駆動されることを特徴とする。 The liquid ejection head of the present invention is provided so as to cover a resistance layer made of a resistance material, a pair of first conductive layers provided in contact with the resistance layer, and the resistance layer and the pair of conductive layers. An insulating layer; and a second conductive layer provided so as to cover the insulating layer and electrically connected to one of the pair of first conductive layers through the insulating layer. A liquid discharge head substrate that uses a portion of the resistance layer between the conductive layers as a region for generating energy for discharging liquid from the discharge port; and a wall surface of a flow path that communicates with the discharge port. A liquid discharge head having a flow path constituent member made of a resin that forms the flow path by being provided in contact with the liquid discharge head substrate so as to cover the two conductive layers, the second conductive The layer and the liquid in the flow path have almost the same potential. Characterized in that it is driven.
以上のように設けることで、液体吐出ヘッドの樹脂からなる材料で被覆された導電層の材料が溶出したり樹脂からなる材料を透過したりすることを低減できる信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。 By providing as described above, a highly reliable liquid discharge head capable of reducing the elution of the material of the conductive layer covered with the resin material of the liquid discharge head or the permeation of the resin material is provided. can do.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
〔液体吐出ヘッド及び、液体吐出装置の説明〕
図1(a)は本発明を用いることができる液体吐出ヘッドの模式的斜視図であり、図1(b)はこのような液体吐出ヘッド(インクジェット記録ヘッド)を搭載したヘッドユニットを用いた液体吐出装置の模式的斜視図である。
[Description of Liquid Discharge Head and Liquid Discharge Device]
FIG. 1A is a schematic perspective view of a liquid discharge head that can use the present invention, and FIG. 1B shows a liquid using a head unit equipped with such a liquid discharge head (inkjet recording head). It is a typical perspective view of a discharge device.
図1(a)に示す液体吐出ヘッド700は、液体吐出ヘッド用基板701と流路構成部材108とから設けられている。液体吐出ヘッド用基板701は、Si基板の上に液体を吐出するためのエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子704(以下、ヒータとも称する)を複数備えている。この液体吐出ヘッド用基板のヒータが設けられた面に、吐出口703と、吐出口703と連通する流路702の面を定義する壁面と、を有する流路構成部材108が接合している。吐出口703と流路702の面を定義する壁面となる部分とはフォトリソグラフィ技術により形成されており、流路702それぞれに対応して複数のヒータ704が設けられている。
A
インクを供給する供給口705は、液体吐出ヘッド用基板701のヒータ704が設けられた表面と裏面とを貫通するように、長方形状に形成されている。液体吐出ヘッド用基板701に供給口705は複数設けることもでき、図1(a)に示すように長方形の長辺どうしが隣合うように、複数の供給口705を平行に設けることができる。複数のヒータ704は、各々の供給口705の長辺に沿って、供給口の両側に一列(素子列)ずつ設けられている。つまり供給口705は2列の素子列に挟まれるように配置されていることになる。ヒータ704の列の供給口705に対する側と反対側には、このヒータ704のON/OFF制御を行うnMOS等からなるスイッチング素子が其々のヒータ704に接続されて配設されている。このような構成において、液体は供給口705から流路702を介して吐出口703まで運ばれる。
The
記録動作時は、スイッチング素子で選択されたヒータ704が発熱し、この熱エネルギーを流路702中の液体に加え、ヒータ704の表面で膜沸騰起こして気泡を発生させる。この気泡の生成圧力によって、ヒータ704に対向して設けられた吐出口703から、所定量の液体が液滴として吐出されることで、記録動作が行われる。
During the recording operation, the
このとき、ヒータ704の発熱に必要な電力は、外部より液体吐出ヘッド用基板の端部に設けられた電極パッドであるパッド706を経由して供給される。図1(b)はこのような液体吐出ヘッド700を搭載したヘッドユニット801を用いることができる液体吐出装置800の一例である。液体吐出ヘッド700を搭載したヘッドユニット801が被記録媒体として用いられる記録用紙802の上で走査されることで、記録用紙802に記録が行われる。
At this time, electric power necessary for the heat generation of the
このような液体吐出ヘッド700は、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、この液体吐出ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の被記録媒体に記録を行うことができる。
Such a
本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味することとする。 “Recording” used in this specification means not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to a recording medium but also giving an image having no meaning such as a pattern. I decided to.
さらに「液体」とは広く解釈されるべきものであり、被記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、被記録媒体の加工、或いはインクまたは被記録媒体の処理に供される液体を言うものとする。ここで、インクまたは被記録媒体の処理としては、例えば、被記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上などのことを言う。 Furthermore, “liquid” is to be interpreted widely, and is applied to a recording medium to form an image, pattern, pattern, etc., process the recording medium, or process ink or recording medium. It shall refer to the liquid provided. Here, as the treatment of the ink or the recording medium, for example, the fixing property is improved by coagulation or insolubilization of the coloring material in the ink applied to the recording medium, the recording quality or coloring property is improved, and the image durability is improved. Say things like improvement.
〔液体吐出ヘッドの層構成、及び製造方法〕
図2を用いて、本発明の液体吐出ヘッドの層構成と製造方法の一例を説明する。図2は、液体吐出ヘッドの断面図を模式的に示したものである。
[Layer Configuration of Liquid Discharge Head and Manufacturing Method]
An example of a layer configuration and a manufacturing method of the liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of the liquid discharge head.
液体吐出ヘッド700のシリコンからなる基板100は、ヒータ704のON/OFF制御を行うスイッチング素子101を含むデバイスが表面部に作りこまれている。このようなスイッチング素子101は、イオン注入法等の半導体製造プロセスを用いて基板100の表面内部に作りこむことができる。
The
ここでは、スイッチング素子101としてnMOSを用いた例で説明を行う。基板100の上には、スイッチング素子101と電気的に接続が可能なポリシリコン層(不図示)と、アルミニウムなどの導電材料からなる第三導電層102とが形成されている。第三導電層102の上には、プラズマCVD装置によって酸化シリコン(SiO2)などのシリコンを主成分とする絶縁性を確保できる無機材料からなる第一の絶縁層110が形成されている。第一の絶縁層110の上には、TaSiNなどのアルミニウム等より電気抵抗が大きい材料(抵抗材料)からなる発熱抵抗層103が設けられており、さらにその上にアルミニウムなどの導電材料からなる第一導電層104が形成されている。第一の絶縁層110には、第三導電層102と第一導電層104とを電気的に接続するために用いるスルーホール109a(貫通部)及びスルーホール109cが設けられている。
Here, an example in which an nMOS is used as the switching
ここで第一導電層104の膜厚は、0.1μm以上1μm以下となるように設けられていることが好ましい。発熱抵抗層103と第一導電層104とは一括で配線形状となるようにドライエッチング法を用いて形成することができる。さらに第一導電層104の一部をウェットエッチング法を用いて除去することで発熱抵抗層103の上に第一導電層104が設けられていない部分を設けることができる。この一対の第一導電層104の間に位置する発熱抵抗層103の部分がヒータ704として用いられる。
Here, it is preferable that the film thickness of the first
この上に、イオンなど不純物に対するバリア性がすぐれた半導体表面を保護するためのパッシベーション膜として窒化シリコン(SiN)等のシリコンを主成分とする絶縁性を確保できる無機材料からなる第二の絶縁層105が形成されている。このような無機材料は、CVD法などを用いて緻密に設けることができるため、樹脂などの材料からなる層に比べ破損しにくく、イオンも透過しにくい。第二の絶縁層105の上には、金、ニッケル,銅、銀等からなる金属材料をめっき法を用いて設けることで第二導電層106が設けられている。第二の絶縁層105には、第一導電層104と第二導電層106とを電気的に接続するためのスルーホール109bが設けられている。第二導電層106は、2μm以上15μm以下程度の比較的厚い膜とすることで、ヒータを駆動するための電圧を供給する配線の抵抗を低くすることができ、電圧降下の影響を低減することができる。
On top of this, a second insulating layer made of an inorganic material that can ensure insulation mainly composed of silicon, such as silicon nitride (SiN), as a passivation film for protecting a semiconductor surface having excellent barrier properties against impurities such as
このように、第一導電層104や第二導電層106を基板100の面に垂直な方向に基板100(スイッチング素子101)の上に積層することで、液体吐出ヘッドの大きさを縮小しても、配線の抵抗を低くすることを実現することができる。
Thus, the first
さらに、第一導電層104(貫通部)と第二導電層106との間に、第二導電層106に用いる金属材料が第一導電層104に拡散するのを防止するバリア膜等として拡散防止膜(不図示)を設けることもできる。また第二導電層106は、第二の絶縁層105の上に、金属材料の成長を可能にする為のシード層(不図示)を設け、シード層を核として用いてめっき処理することで設けられている。なお、第二導電層106の端部をパッド706として用いることもできる。
Further, diffusion prevention as a barrier film or the like that prevents the metal material used for the second
以上のように、液体吐出ヘッド用基板701が設けられている。
As described above, the liquid
液体吐出ヘッド用基板701の第二導電層106の上側には、吐出口703と、吐出口703と供給口705とを連通する流路702の面を定義する壁面となる部分702aと、を有するエポキシ樹脂等の硬化性樹脂からなる流路構成部材108が設けられている。流路構成部材108の第二導電層106と接する面には、マイグレーション現象や溶出を確実に防止するために、第二導電層106を覆う様にイオンを通しにくい材料であるポリエーテルアミド樹脂などの樹脂からなる保護層107を設けることもできる。このようにイオンを透過しにくい樹脂からなる材料で第二導電層106を被覆するように設けることで、マイグレーション現象や溶出を確実に防止することができる。また、ポリエーテルアミド樹脂は、第二導電層106及び流路構成部材108との密着性を有する樹脂であるため、この材料を用いて保護層107を設けることにより、流路構成部材108と液体吐出ヘッド用基板との密着性を確保することができる。
On the upper side of the second
流路構成部材108は、第二導電層106の上に保護層107を設けた後、流路702となる型材を形成し、流路構成部材108となる樹脂材料を塗布し、その後型材を除去して流路を形成することで、設けることができる。これらのプロセスはフォトリソグラフィ等を用いることができる。
After the
〔配線について〕
第一導電層104の状態を示した斜視図を図3(a)に示す。第一導電層104からは、複数のヒータ704ごとに電源電位を共通して供給するVH配線(第二配線)と、其々のヒータ704に接続し、GNDH配線(第一配線)の一部となるGNDH配線部104dとが設けられている。VH配線はさらに、パッド706とヒータ704とを共通して接続する共通配線部104aと、共通配線部104aから分岐する分割配線部104bと、分割配線部104bから各ヒータ704に接続する個別配線部104cとに分けることができる。
[About wiring]
A perspective view showing a state of the first
複数のヒータ704は複数のグループに分けられており、分割配線部104bは、この1つのグループに属する複数(N個)のヒータ704と接続するようにグループの数(M個)だけ設けられ、時分割駆動されている。(すなわちヒータ704の数はN×M個である。)このような1つのグループに属するヒータ704は、同時には駆動されないように制御されている(時分割駆動)。例えば、64個のヒータ704を備える液体吐出ヘッド用基板の場合、これらヒータ704を8つのヒータ毎に8つのグループに分割し、グループの8つのヒータを20μ秒間隔で順次駆動する。これにより、分割配線部104bに流れるピーク電流を小さくすることができ、電圧降下の影響を低減することができる。
The plurality of
GNDH配線部104dは、第一の絶縁層110に設けられたスルーホール109cを介して、スイッチング素子101の第三導電層102からなるドレイン電極に接続されている。スイッチング素子101には、ポリシリコン層(不図示)と第三導電層102とが接続されており、ポリシリコン層は、ゲート電極として用いられ、第三導電層102は、ソース電極、ドレイン電極として用いられる。ドレイン電極は、第一の絶縁層110に設けられたスルーホール109cを介して第一導電層からなるGNDH配線部104dに接続されている。なおスイッチング素子101に信号を出力する選択回路201(AND回路等)の電極としてもポリシリコン層や第三導電層102の電極を用いることができる。
The
スイッチング素子101のソース電極は、スルーホール109aと、スルーホール109bを介して、第二導電層106と接続して設けられている。第二導電層106の斜視図を模式的に示したものが図3(b)である。第二導電層106はパッド706に接続され、GNDH配線の一部として用いられており、第一導電層で設けられた複数のヒータ704に其々接続するGNDH配線部104dとスイッチング素子101を介して電気的に接続されている。
The source electrode of the
ヒータ704を駆動する際には、電流がヒータに向かって流れるVH配線(第二配線)に接続するパッド706aと、電流がヒータから流れ出す電位となっているGNDH配線(第一配線)に接続するパッド706bとの間に電位を印加する。さらにスイッチング素子101がON状態となることによりよりヒータ704に数十から数百mAの電流が流れて、ヒータ704が駆動され記録動作が行われる。
When the
第一導電層104で設けられている分割配線部104bに接続される1つの時分割駆動のグループに属するヒータ704は、単位時間あたり1つのヒータしか駆動されない。そのため分割配線部104bには複数のヒータを同時に駆動することで生じる、電流値の変化、すなわち電圧降下の変動はほとんど生じない。
The
一方GNDH配線は、複数の時分割駆動のグループに属するヒータ704と共通に接続されているため、接続されている複数のヒータ704が同時に駆動される場合がある。このような場合には、同時に駆動したヒータの数分の電流が、GNDH配線に流れることになる。このように大量の電流が流れると、電圧降下が生じることにより駆動エネルギーが変動し、インクを安定して吐出することができなくなる可能性がある。そのため、GNDH配線の抵抗を十分に低くすることで、ヒータ704にかかる電圧降下の変動を小さくする必要がある。
On the other hand, since the GNDH wiring is commonly connected to the
従ってめっき法で比較的厚くGNDH配線を第二導電層106を設けることで、電圧降下の変動を低減することが必要である。
Therefore, it is necessary to reduce fluctuations in voltage drop by providing the second
また、第一導電層104のVH配線は、時分割駆動のグループに分割して設けられていることにより、高い抵抗値であっても抵抗値が一定であれば良く、比較的薄く設けることができる。そのため、第一導電層104をインクなどから保護するために設けられている第二の絶縁層105の膜厚を極力薄くすることができ、インクを発泡するための熱を効率よく伝えることができる。
Further, since the VH wiring of the first
〔回路について〕
図4は本発明における、ヒータ704と、ヒータ704に接続するVH配線(第二配線)とGNDH配線(第一配線)を示す回路図の一例である。
[Circuit]
FIG. 4 is an example of a circuit diagram showing the
パッド706aには、液体吐出装置本体より10〜30V程度の電圧が印加される。このパッド706aは、第一導電層104で設けられたVH配線と接続されており、VH配線が分岐して設けられた個別配線部104cがヒータ704に接続されている。
A voltage of about 10 to 30 V is applied to the
パッド706bは複数のヒータ704が共通に接続するGNDH配線の一部として用いられる第二導電層106が接続される。スイッチング素子101のポリシリコンからなるゲート電極は、基板100に埋め込まれた選択回路201に接続されており、スイッチング素子101に信号を入力するために用いられている。選択回路201は、さらにデコーダ(不図示)やラッチ回路(不図示)等を介して、ヒータ704を選択するためのデータ信号やブロック選択信号等を入力する別のパッド706と接続されている。
The
〔樹脂で被覆された配線に生じる電気化学反応について〕
樹脂からなる保護層107は、第二導電層106をインクから保護するために被覆し、さらに流路構成部材108との密着性を確保している。保護層107は、エポキシ樹脂の硬化物からなる流路構成部材108の第二導電層106と接する側の面に設けられている。このような樹脂からなる保護層107や流路構成部材108は、パッシベーション膜に用いられるCVD法などで設けた緻密な窒化シリコン膜等と比べるとイオンが透過しやすいため、欠損がなくてもイオンが透過してしまう可能性がある。また、樹脂であるため欠損しやすくピンホールなどが生じて第二導電層106とインクとが接してしまう可能性がある。
[Electrochemical reaction that occurs in wiring covered with resin]
The
このようにイオンが透過したりインクに接したとしても、金などの第二導電層106は、第二導電層や第三導電層で用いられているアルミニウムなど比較して、耐インク性(耐腐食性)に優れているため、腐食は発生しない。
Even if the ions permeate or come into contact with the ink in this way, the second
しかし、第二導電層106とインクとの間に大きな電位差が生じると、電気化学反応が起きる可能性がある。そのため、樹脂からなる材料にイオンが透過することでマイグレーション現象が生じ、他の導電層と短絡して導通不良を生じる可能性がある。また、インクに接している状態では、第二導電層106が溶出してしまう恐れがある。
However, when a large potential difference is generated between the second
半導体基板である液体吐出ヘッド用基板の基板100は、作りこまれたスイッチング素子101特性の安定の為、GND電位(基板電位)となるように設けられている。一般的に供給口705には絶縁膜は設けられていないため、液体吐出ヘッドにインクを充填した際に、基板100を貫通して設けられた供給口705を通って供給されるインクはGND電位と同じ電位となっている。さらに、GND電位は電極パッド706を介して液体吐出装置に接続されている。また、GNDH電位も電極パッド706を介して液体吐出装置に接続されており、GND電位とGNDH電位とは、実質的に同電位となるように設けられている。
The
もし、第二導電層106に印加されている電圧が、基板電位(GND電位)に対して大きいと、第二導電層106は陽極(アノード)側となり、インクが陰極(カソード)側となるため、第二導電層106は溶出してしまう。このような第二導電層106の溶出を抑えるには、(1)第二導電層106の電位とインクの電位、すなわち第二導電層106の電位と、基板電位を極力同電位とする又は、(2)第二導電層が基板電位より低い電位陰(カソード)極と成るように設ける必要がある。
If the voltage applied to the second
ここで、図4に示すブロック図のようにヒータ704をスイッチング素子101でON/OFF制御を行う場合、ヒータ704に電圧を印加するために用いられるVH配線には、スイッチング素子がOFFと成っている時も、電圧が印加されている状態にある。そのためVH配線は、常にヒータ704を駆動する電位差(10〜30V程度)が印加されている状態にあるため、第二導電層をVH配線に用いると、マイグレーション現象や溶出しやすい状態となる。一方GNDH配線は、一般的に基板電位と実質的に同じGND電位であるため、電位差が生じることはなく、GNDH配線に用いる導電層とインクとの間が樹脂からなる部材のみでも、溶出する可能性は低い。
Here, when the ON / OFF control of the
従って、インク電位との間に電位差を有するVH配線を、緻密な無機材料からなる第二の絶縁層105で被覆されインクに触れにくい第一導電層104で設ける。さらにインク電位との間に電位差の生じない第二導電層106をGNDH配線の一部として用いることで、第二導電層106は溶出しないように設けることができる。なお、第一導電層104を被覆する第二の絶縁層105には、イオンなど不純物とのバリア性が優れたパッシベーション膜とすることが好ましく、具体的には窒化シリコン(SiN)膜を用いることができる。
Accordingly, the VH wiring having a potential difference with respect to the ink potential is provided in the first
第二導電層106には、樹脂材料との密着性を確保できる材料が好ましく耐インク性(耐腐食性)が良く、抵抗が低くなる材料が好ましい。具体的には、耐インク性に優れた金か、低抵抗な銅や銀などの貴金属材料か、良好な酸化膜を形成して樹脂材料との密着性と耐インク性のよいニッケル、などの材料のうち1つ以上を用いることができる。さらに抵抗を低くするために、第二導電層106は、第一導電層104と比較して厚く設けることが好ましく、めっき法などを用いることで容易に厚くすることができる。
The second
このような構成にすることにより、保護層107と第二導電層106とのの密着性を損なうことなく、第二導電層106のマイグレーション及び溶出を防止できる、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。さらに好ましい一例として、第二の導電層106を、金とニッケルとを積層して設けることができる。保護層107に接する側の第二の導電層106の面をニッケルとすることで、保護層107と第二の導電層106との密着性をさらに向上させることができるためである。
With such a configuration, a highly reliable liquid ejection head that can prevent migration and elution of the second
なお、配線を複数の導電層を積層して設けることにより、基板の面積を増加させることなく抵抗を低くすることができる。さらに、本発明を用いることで従来の液体吐出ヘッドよりも導電層が設けられる領域の面積を小さくすることもでき、基板サイズを小さくするチップシュリンクを達成することもできる。 Note that the wiring can be provided by stacking a plurality of conductive layers, whereby the resistance can be lowered without increasing the area of the substrate. Furthermore, by using the present invention, the area of the region where the conductive layer is provided can be made smaller than that of the conventional liquid discharge head, and chip shrink can be achieved that reduces the substrate size.
(第一の実施形態)
本発明の実施形態の一例を図2、図3、図4を用いて説明する。nMOSからなるスイッチング素子101が設けられた基板100の上に、ゲート電極となるポリシリコン層と、ソース電極及びドレイン電極となる第三導電層102と、が設けられている。第三導電層102は、AL−Si合金を500〜1000nm程度の膜厚設けられている。さらに、第三導電層102の上には厚さ1000nm程度の酸化シリコンからなる第一の絶縁層110が形成されている。その上にTaSiNからなる熱抵抗層が膜厚8nm〜100nm程度形成され、その上にAL−Cu合金からなる膜厚100〜1000nm程度の第一導電層104が設けられている。この第一導電層104は、図3に示すようにVH配線に用いられる。第一導電層104の上には、パシベーション膜として用いる第二の絶縁層105が酸化シリコン(SiN)を膜厚200nm〜400nm程度積層して形成されている。さらにその上に拡散防止膜として用いられるのTiWが数100nm程度形成され、その上にGNDH配線の一部として用いられる金からなる2〜15μmの厚さの第二導電層106が形成されている。また基板100には、ヒータ704が設けられた表面と、反対側の裏面とを貫通するインクの供給口705が設けられている。
(First embodiment)
An example of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. On a
第二導電層106の上には、第二導電層106を被覆してインクに接しないようにポリエーテルアミド樹脂からなる保護層107が設けられている。さらにその上に吐出口703と供給口705とを連通する流路702の面を定義する壁面となる部分702aを構成するエポキシ樹脂の硬化物からなる流路構成部材108が設けられている。インクは、供給口705から流路702を介してヒータ704に運ばれ、吐出口703から吐出される。
A
さらに、間隙を有して設けられた一対の第一導電層104の間隙の部分の発熱抵抗層103がヒータ704として用いられる。ヒータ704に接続する一対の第一導電層104は、VH配線の一部である個別配線部104c及び、スイッチング素子101を介してGNDH配線の一部であるGNDH配線部104dとして用いられる。
Further, the
第三導電層102からなるスイッチング素子101のドレイン電極は、第一の絶縁層105に設けられたスルーホール109cを介してGNDH配線部104dと接続されている。第三導電層102からなるスイッチング素子101のソース電極は、第一の絶縁層110に設けられたスルーホール109aを介し、第一導電層の一部104eに接続している。さらに第二の絶縁層105に設けられたスルーホール109bを介して一部104eとGNDH配線の一部となる第二導電層106と接続されている。
A drain electrode of the
これらのスルーホール109bの一部(部分A)は、図3(a)に示すように隣接する分割配線部104bの間に設けることができる。また、スルーホール109bの他の一部(部分B)は、共通配線部104bに設けられた開口119の内部に設けられている。このように配置することで、スイッチング素子101の領域の上に、第一導電層104及び第二導電層106を積層して設けることができ、液体吐出ヘッドの導電層を効率的に配置することができる。
A part (part A) of these through
なお、スルーホール109bをスイッチング素子101ごとに個別に設けるのではなく、第三導電層102で隣接する複数のスイッチング素子101を共通に接続することで、スルーホール109bの数を削減することもできる。これにより、共通配線部104bに設ける開口の面積を削減することができ、VH配線の共通配線部104bの抵抗を低くすることができる。
Note that the number of through
また、この複数のスイッチング素子101に接続した第三導電層102を検査端子部に接続させておくことで、第二導電層106を設ける前であってもヒータ704の抵抗値やスイッチング素子101の動作確認等の検査を行なうことができる。
Further, by connecting the third
スイッチング素子101は、安定的に動作させるために基板100に接続されており、基板100がGND電位となるように設けられている。供給口705には絶縁膜が設けられておらず、さらにインクは供給口705から供給されるため、インクの電位はGND電位と一致している。また、保護層107で被覆されている第二導電層106は、ヒータ704にGNDH配線の電位をかける導電層として用いられている。このときGNDH配線は、基板電位と実質的に同じでありGND電位と実質的に同電位となっている。
The switching
以上のように樹脂からなる保護層107に被覆される第二導電層106をGND電位と実質的に同電位のGNDH配線として用いる構成とすることにより、第二導電層106にかかる電位とインクの電位とがほぼ一致するように駆動することができる。これにより、第二導電層106のマイグレーション及び溶出を防止することができ、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。
As described above, the second
(第二の実施形態)
第一の実施形態では、スルーホール109bの一部が第一導電層の共通配線部104bに設けられた開口の内側に設けられた構成となっている。本実施形態では、第一の実施形態と共通配線部104bに開口を設けることなく、スルーホール109bを設けている点が異なる。それ以外の構成は第一の実施形態と同様である。
(Second embodiment)
In the first embodiment, a part of the through
図5(a)に本実施形態の液体吐出ヘッドの断面図を、図5(b)に第一導電層を示した上面模式図を示す。本実施形態におけるスルーホール109bは、隣接する個別配線部104cの間の領域に設けられている。このとき1つのスルーホール109bが、隣接する2つのヒータ704に接続する第一導電層の一部104eと、第二導電層106とを接続するように設けている。さらに隣接する2つのヒータ704に接続する2つのGNDH配線部104dは、スルーホール109bが設けられていない、隣接する個別配線部104cの間の領域に設けられている。この個所で、第一の絶縁層110に設けられたスルーホール109cを貫通して第三導電層102と電気的に接続されている。
FIG. 5A shows a cross-sectional view of the liquid ejection head of this embodiment, and FIG. 5B shows a schematic top view showing the first conductive layer. In the present embodiment, the through
このように設けることにより、第一導電層104からなる共通配線部104bにスルーホール109bを設けるための開口を設ける必要がなく、さらに共通配線部104bの抵抗を低くすることができる。
By providing in this way, it is not necessary to provide an opening for providing the through
(変形例)
第一の実施形態及び第二の実施形態において用いることのできるGNDH配線の一部として用いられる第二導電層106のレイアウトの一例を図6(a)〜(c)に模式的に示す。
(Modification)
An example of the layout of the second
図6(a)は、複数のヒータ704からなる列を2つに分け、其々にGNDH配線が共通に電極パッド706に接続されている例である。図6(b)は、複数のヒータ704の列が1つのGNDH配線に共通に接続され、異なる2つの端部に設けられた電極パッド706とを接続されている構成である。図6(c)は、複数のヒータ704の列が1つのGNDH配線に共通に接続されており、端部に設けられた1つの電極パッド706と接続されている構成である。電極パッド706の数を削減することで、チップサイズを縮小することができる。
FIG. 6A shows an example in which a row composed of a plurality of
第二導電層106のレイアウトのいずれも、第一の実施形態及び第二の実施形態に適宜用いるることができる。
Any of the layouts of the second
100 基板
101 スイッチング素子
102 第三導電層
103 発熱抵抗層
104 第一導電層
105 第二の絶縁層
106 第二導電層
107 保護層
108 流路構成部材
700 液体吐出ヘッド
701 液体吐出ヘッド用基板
702 流路
703 吐出口
704 ヒータ(エネルギー発生素子)
705 供給口
DESCRIPTION OF
705 supply port
Claims (7)
前記吐出口に連通する流路の壁面を有し、前記第二導電層を被覆するように前記液体吐出ヘッド用基板に接して設けられることで前記流路を構成する、樹脂からなる流路構成部材と、
を有する液体吐出ヘッドであって、
前記第二導電層と前記流路内の液体とが、ほぼ同じ電位となるように駆動されることを特徴とする液体吐出ヘッド。 A resistance layer made of a resistance material, a pair of first conductive layers provided in contact with the resistance layer, an insulating layer provided so as to cover the resistance layer and the pair of conductive layers, and the insulating layer A second conductive layer provided so as to cover and electrically connecting to one of the pair of first conductive layers through the insulating layer, and the resistance layer between the pair of first conductive layers A liquid discharge head substrate used as a region for generating energy for discharging the liquid from the discharge port,
A flow path configuration made of a resin having a wall surface of a flow path communicating with the discharge port and constituting the flow path by being provided in contact with the liquid discharge head substrate so as to cover the second conductive layer Members,
A liquid ejection head comprising:
The liquid discharge head, wherein the second conductive layer and the liquid in the flow path are driven so as to have substantially the same potential.
前記吐出口に連通する流路の面を定義する壁面を有し、前記第二導電層を被覆するように前記液体吐出ヘッド用基板の上に設けることで前記流路を構成する樹脂からなる流路構成部材と、
を有する液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
前記第二導電層の電位と前記流路に充填された液体の電位とがほぼ同じ電位となるよう駆動することを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。 A resistance layer and a pair of first conductive layers provided in contact with the resistance layer with a gap on the surface, and energy for the gap portion to discharge liquid from the discharge port; A substrate used as an energy generating element to be generated; an insulating layer provided on the resistance layer and the pair of conductive layers; provided on the insulating layer; A second conductive layer electrically connected to one of the conductive layers, a liquid discharge head substrate,
A flow wall made of a resin that has a wall surface that defines a surface of a flow path that communicates with the discharge port and is provided on the liquid discharge head substrate so as to cover the second conductive layer. A road component;
A method of driving a liquid ejection head having
A driving method of a liquid discharge head, wherein driving is performed so that the potential of the second conductive layer and the potential of the liquid filled in the flow path become substantially the same potential.
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