JP2019005935A - 液体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッド、および液体吐出ヘッド用基板の製造方法 - Google Patents

液体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッド、および液体吐出ヘッド用基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 記録素子と被覆層とが導通した場合に、被覆層と共通配線との間に設けられたヒューズ部をより切断されやすくし、被覆層の変質の影響が広がることを抑制する。【解決手段】 共通配線層はヒューズ部層よりも単位長さあたりの電気抵抗が低く、共通配線層とヒューズ部層とは、積層方向において異なる層として形成されている。【選択図】 図3

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド、これに用いられる液体吐出ヘッド用基板、および液体吐出ヘッド用基板の製造方法に関するものである。
現在、液室の内部の液体を発熱抵抗体(記録素子)に通電させることで加熱し、これによって生じる液体の膜沸騰によって液室内で発泡させ、このときの発泡エネルギーによって吐出口から液滴を吐出させる形式の液体吐出装置が多く採用されている。
このような液体吐出装置によって記録が行われる場合には、発熱抵抗体上の領域で液体が発泡、収縮、消泡する際に生じるキャビテーションによる衝撃といった物理的作用が発熱抵抗体上の領域に及ぼされることがある。また、液体の吐出が行われる際には、発熱抵抗体は高温となっているので、液体の成分が熱分解して発熱抵抗体の表面に付着して固着・堆積するといった化学的作用が発熱抵抗体上の領域に及ぼされることがある。これらの発熱抵抗体への物理的作用あるいは化学的作用から発熱抵抗体を保護するために、発熱抵抗体上には、発熱抵抗体を覆う金属材料等で形成された保護層(被覆層)が配置される場合がある。
通常、保護層は液体と接する位置に配置される。したがって、保護層に電気が流れてしまうと、保護層と液体との間で電気化学反応が生じてしまい、場合によっては保護層としての機能が損なわれてしまう場合がある。そのため、発熱抵抗体に供給される電気の一部が保護層へ流れないように、発熱抵抗体と保護層との間に、絶縁層が配置されている。
ところが、何らかの原因によって絶縁層の機能が損なわれてしまい、発熱抵抗体あるいは配線から、保護層へ直接的に電気が流れてしまう導通が生じる可能性がある。発熱抵抗体に供給される電気の一部が保護層に流れた場合には、保護層と液体との間で電気化学反応が生じてしまい、保護層が変質してしまうことがある。さらに、複数の発熱抵抗体をそれぞれ覆う保護層が互いに電気的に接続されている場合は、導通が生じた保護層とは別の保護層にも電流が流れてしまい、変質の影響が広がる恐れがある。
そこで、特許文献1には、複数の保護層と電気的に接続された共通配線に対し、破断部(ヒューズ部)を介してそれぞれの保護層が接続された構成が記載されている。このような構成において上記の導通が生じて1つの保護層に電流が流れた場合に、この電流によってヒューズ部が切断されることで、他の保護層との電気的な接続が切断される。これにより、保護層の変質の影響が広がることを抑えることができる。また、特許文献1には、発熱抵抗体を覆う保護層や共通配線よりもヒューズ部の膜厚を薄くしてヒューズ部が切断されやすくすることが記載されている。
特開2014−124920号公報
しかしながら、導通が生じた場合であっても、記録素子と被覆層との接触領域が微小であると、接触抵抗が大きくヒューズ部に流れる電流は小さくなるため、ヒューズ部が確実に切断されない可能性がある。
そのため、ヒューズ部を設けた構成であってもヒューズ部が切断されずに導通が生じた被覆層から他の被覆層に電流が流れてしまい、ヘッド全体として被覆層の変質の影響が広がる恐れがある。
そこで、本発明は、記録素子と被覆層とが導通した場合に、被覆層と共通配線との間に設けられたヒューズ部をより切断されやすくし、被覆層の変質の影響が広がることを抑制することを目的とする。
本発明の液体吐出ヘッド用基板は、第1の記録素子と、第2の記録素子と、前記第1の記録素子を被覆する第1の被覆層と、前記第2の記録素子を被覆する第2の被覆層と、前記第1の記録素子と前記第1の被覆層との間に設けられるとともに、前記第2の記録素子と前記第2の被覆層との間に設けられた絶縁層と、前記第1の被覆層および前記第2の被覆層と電気的に接続された共通配線層と、前記第1の被覆層と前記共通配線層とを接続するための第1のヒューズ部と、前記第2の被覆層と前記共通配線層とを接続するための第2のヒューズ部と、を形成するヒューズ部層と、有する液体吐出ヘッド用基板において、前記共通配線層は前記ヒューズ部層よりも単位長さあたりの電気抵抗が低く、前記共通配線層と前記ヒューズ部層とは積層方向において異なる層として形成され、前記共通配線層は前記ヒューズ部層と部分的に接していることを特徴とする。
本発明によると、記録素子と被覆層とが導通した場合に、被覆層と共通配線との間に設けられたヒューズ部をより切断されやすくし、被覆層の変質の影響が広がることを抑制すること可能となる。
液体吐出装置を示す図である。 液体吐出ヘッドユニットおよび液体吐出ヘッドを示す図である。 液体吐出ヘッドを示す図である。 液体吐出ヘッドユニットと液体吐出装置本体の回路図を示す図である。 液体吐出ヘッドの製造工程を示す図である。 液体吐出ヘッドの製造工程を示す図である。
(液体吐出装置)
図1は本発明の実施形態に係る液体吐出装置1000についての斜視図である。液体吐出装置1000はその内部に後述する液体吐出ヘッドユニット410が収納されるキャリッジ211を備えている。本実施形態の液体吐出装置1000において、キャリッジ211は、ガイドシャフト206に沿って矢印Aの主走査方向に移動自在にガイドされている。ガイドシャフト206は、記録媒体の幅方向に沿って延びるように配置されている。したがって、キャリッジ211に搭載された液体吐出ヘッドは、記録媒体の搬送される搬送方向と交差する方向に走査しながら記録を行う。このように、液体吐出装置1000は、液体吐出ヘッド1の主走査方向の移動と、記録媒体の副走査方向の搬送と、を伴って画像を記録するいわゆるシリアルスキャンタイプの液体吐出装置である。
キャリッジ211は、記録媒体の搬送方向に直交する方向に走査されるように、ガイドシャフト206によって貫通されて支持されている。キャリッジ211にはベルト204が取り付けられており、ベルト204にはキャリッジモータ212が取り付けられている。これにより、キャリッジモータ212による駆動力がベルト204を介してキャリッジ211に伝えられるので、キャリッジ211がガイドシャフト206によって案内されながら主走査方向に移動可能に構成されている。
また、キャリッジ211には、制御部からの電気信号を液体吐出ヘッドユニット410の液体吐出ヘッド1に転送するためのフレキシブルケーブル213が、液体吐出ヘッドユニットに接続されるように取り付けられている。また、液体吐出装置1000は、液体吐出ヘッドの回復処理を行うために用いられるキャップ241及びワイパブレード243が配置されている。また、液体吐出装置1000は、記録媒体を積層状態で蓄える給紙部215と、キャリッジ211の位置を光学的に読み取るエンコーダセンサ216を有している。
(液体吐出ヘッドユニット、および液体吐出ヘッド)
図2(a)は液体吐出ヘッドユニット410を示す斜視図である。液体吐出ヘッドユニット410は液体吐出ヘッドをタンクと一体化してなるカートリッジ形態のユニットである。液体吐出ヘッドユニット410はキャリッジ211の内部に装着及び取り外し可能に構成されている。液体吐出ヘッドユニット410は液体を吐出する液体吐出ヘッド1を有している。液体吐出ヘッドユニット410は電力を供給するための端子を有するTAB(Tape Automated Bonding)用のテープ部材402を有している。このテープ部材402に設けられた接点403や配線を介して液体吐出装置1000から発熱抵抗体108に電力が供給される。液体吐出ヘッドユニット410は、液体を一旦貯留し、そこから液体を液体吐出ヘッド1に供給するためのタンク404を有している。
図2(b)は液体吐出ヘッド1を示しており、その一部を破断して示す斜視図である。本実施形態の液体吐出ヘッド1は、液体吐出ヘッド用基板100と流路形成部材120(吐出口部材)とが貼り付けられることで構成されている。液体吐出ヘッド用基板100と流路形成部材120との間には、内部に液体を貯留させることが可能な複数の液室132(図3(b))が画成されている。液体吐出ヘッド用基板100には、液体吐出ヘッド用基板100を表面から裏面へ貫通するように液体供給口130が形成されている。流路形成部材120には、液体供給口130に連通するように共通液室131が形成されている。また、液体供給口130は共通液室131を介してそれぞれの液室132と連通している。それぞれの液室132の内部には熱作用部117が形成されている。流路形成部材120における熱作用部117に対応する位置には吐出口121が形成されている。複数の熱作用部117は列をなして配設されており、熱作用部117に対応して設けられた吐出口121も列をなして配設されている。
ここでは、液体吐出ヘッド用基板100における液体の吐出の行われる側の面のことを表面と言うものとする。また、液体吐出ヘッド用基板100における液体の吐出の行われる側とは逆側の面のことを裏面と言うものとする。
タンク404から液体吐出ヘッド1に液体が供給される際には、液体吐出ヘッド用基板100における液体供給口130、共通液室131を通り、それぞれの液室132の内部へ供給される。このとき、共通液室131内の液体は毛管現象により液室132に供給され、吐出口121にてメニスカスを形成することにより、液体の液面が安定に保持される。
熱作用部117の裏面側には後述する発熱抵抗体108が備えられており、この発熱抵抗体108への通電により熱エネルギーが発生する。この熱エネルギーにより熱作用部117の表面側の液体が加熱されて膜沸騰により発泡し、そのときの発泡エネルギーによって吐出口121から液滴が吐出される。
なお、液体吐出ヘッドユニットは本実施形態のようにタンクと一体化された形態に適用されるものに限られない。例えば、液体吐出ヘッドとタンクとが別々に構成されたものであってもよい。こうすることにより、タンク内の液体が無くなったときにタンクのみを取り外して新たなタンクを取り付けることでき、タンクのみを交換することができる。そのため、必ずしもタンクと共に液体吐出ヘッドを交換する必要がなく、液体吐出ヘッドの交換頻度を抑えてコストを低く抑えることができる。
また、液体吐出装置は、液体吐出ヘッドとタンクとが別々の位置に配置され、これらの間をチューブ等によって接続して液体吐出ヘッドへ液体を供給する形式のものであってもよい。また、本実施形態では、液体吐出装置は、記録ヘッドが主走査方向Aに沿って走査するシリアルスキャン方式に適用されているが本発明はこれに限定されない。本発明は、ラインプリンタに適用されるような記録媒体の全幅に対応した範囲に亘って延在する液体吐出ヘッドを用いるフルラインタイプの液体吐出装置にも適用可能である。
<第1の実施形態>
(液体吐出ヘッド用基板)
図3(a)は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド1の熱作用部117付近を上面から見て模式的に示した平面図である。また、図3(b)は図3(a)におけるIIIB−IIIB線に沿った液体吐出ヘッド1の模式的な断面図である。なお、図3(a)は流路形成部材120を省略して示している。
液体吐出ヘッド1は、シリコンによって形成された基体101上に複数の層が積層された液体吐出ヘッド用基板100を有する。基体101上には、熱酸化膜、SiO膜、SiN膜等によって形成される蓄熱層102が配置される。また、蓄熱層102上には、TaSiN等によって形成される発熱抵抗体層104が配置され、発熱抵抗体層104上には、Al、Al−Si、Al−Cu等の金属材料から形成される配線としての電極配線層105が配置されている。電極配線層105上には絶縁保護層106が配置されている。絶縁保護層106は、発熱抵抗体層104及び電極配線層105を覆うようにこれらの上側に設けられている。絶縁保護層106は、SiO膜、SiN膜、SiCN膜等によって形成されている。
絶縁保護層106上には発熱抵抗体108を覆うように上部保護層107が配置されている。上部保護層107は、発熱抵抗体108の発熱に伴う化学的、物理的衝撃から発熱抵抗体108を保護している。本実施形態では、上部保護層107は、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)等の白金族やタンタル(Ta)によって20〜100nmの厚さで形成されている。なお、上部保護層107は、Ir、Ru、Taのいずれかに限らず、これらを含む合金によって形成してもよく、また、これらを積層して形成してもよい。なお、これらの材料によって形成された上部保護層107は導電性を有している。
上部保護層107は発熱抵抗体108のそれぞれを覆うように設けられている。すなわち、図3(a)に示すように、第1の記録素子としての発熱抵抗体108(108a)を覆うように第1の被覆層としての上部保護層107(107a)が設けられている。また、第2の記録素子としての発熱抵抗体108(108b)を覆うように第2の被覆層としての上部保護層107(107b)が設けられている。また、絶縁保護層106は発熱抵抗体108a、108bと上部保護層107a、107bとの間に設けられており、発熱抵抗体108aと上部保護層107aとの間の絶縁、および発熱抵抗体108bと上部保護層107bとの間の絶縁が確保されている。
発熱抵抗体108は電極配線層105が部分的に除去されることによって形成されている。すなわち、電極配線層105の一部が除去されてその部分から発熱抵抗体層104が露出しており、この電極配線層105から露出する発熱抵抗体層104の部分が発熱抵抗体108として機能する。電極配線層105は、不図示の駆動素子回路ないし外部電源端子に接続されており、外部からの電力の供給を受けることができるように構成されている。
なお、発熱抵抗体108は、上述したような、発熱抵抗体層104の上に電極配線層105を配置する構成に限定されない。例えば、電極配線層105を基体101または熱酸化膜102上に形成し、電極配線層105の一部を部分的に除去してギャップを形成して、その電極配線層105の上に発熱抵抗体層104を配置する構成であってもよい。また、電極配線層105を蓄熱層102の中に埋め込み、蓄熱層102上に単層として形成された発熱抵抗体層104に対して電極配線層105から例えばタングステンなどの金属プラグを介して電力を供給するような構成であってもよい。
図3(a)に示すように、発熱抵抗体108(108a)を覆う上部保護層107(107a)は、共通配線層110を介して他の発熱抵抗体108(108b)を覆う上部保護層107(107b)と電気的に接続されている。共通配線層110は発熱抵抗体108の配列方向に沿って延在している。また、上部保護層107と共通配線層110とは、電流が流れることで破断されやすく構成されたヒューズ部109を有するヒューズ部層113を介して接続されている。ヒューズ部109は液室132内の液体と接する領域に配置されている。また、ヒューズ部層113は、共通配線層110よりも上側(表面側)に位置しており、液体吐出ヘッド用基板100における最表面に位置している。
なお、共通配線層110は、上部保護層107の材料と同様に、Ru、Ta、Irのいずれか、あるいはRu、Ta、Irのいずれかを含む合金、さらにはそれらを積層して形成することが好ましい。これにより、共通配線層110と上部保護層107とを同じ工程で形成することができる。なお、ヒューズ部層113は、上部保護層107や共通配線層110を構成する材料と同じ材料(例えばTaなど)で形成してもよく、異なる材料で形成してもよい。
ここで、共通配線層110は、ヒューズ部109に電流を多く流すために、可能な限り低抵抗となるように構成することが好ましい。一方で、ヒューズ部109をより確実に切断するためにヒューズ部層113は共通配線層110に比べて高抵抗とすることが好ましい。したがって、本実施形態では、共通配線層110の単位長さあたりの電気抵抗をヒューズ部層113の単位長さあたりの電気抵抗よりも低くしている。
本実施形態では、上部保護層107および共通配線層110はヒューズ部層113よりも厚く形成されている。具体的には、上部保護層107および共通配線層110は100〜300nmの厚さで形成されており、ヒューズ部層113は20〜100nmの厚さで形成されている。また、ヒューズ部層113のヒューズ部109は所定の電流が流れた際に切断されるように細く形成されており、ヒューズ部109の幅(短手方向の長さ)は1〜5μmの幅で形成されている。
(液体吐出ヘッドの製造方法)
図5(a)〜(e)は、本実施形態の液体吐出ヘッド1の製造工程を示す模式的断面図である。
なお、通常、液体吐出ヘッドの製造工程では、Siによって形成された基体101に、駆動回路が予め作り込こまれた状態で、基体101上にそれぞれの層が積層されて液体吐出ヘッド1が製造される。発熱抵抗体108を選択的に駆動するためのスイッチングトランジスタ114といった半導体素子等が駆動回路として基体101に予め作り込まれ、その上に各層が積層されて液体吐出ヘッド1が形成される。なお、図5では簡略化のために予め配置された駆動回路等については図示せずに説明を省略する。また、下記で説明する各層の成膜方法、材料、および厚さ等は一例であり、本発明は下記に限定されるものではない。
まず、基体101上に、熱酸化法、スパッタ法、CVD法などによって、発熱抵抗体層104の下部層としてSiOの熱酸化膜からなる蓄熱層102を形成する。なお、駆動回路を予め作り込んだ基体に対しては、それら駆動回路の製造プロセス中で蓄熱層を形成することができる。
次に、蓄熱層102上にTaSiN等の発熱抵抗体層104を反応スパッタリングにより約20nmの厚さに形成する。また、発熱抵抗体層104上にAl等の電極配線層105をスパッタリングにより約300nmの厚さに形成する。そして、フォトリソグラフィ法を用い、発熱抵抗体層104および電極配線層105に対して同時にドライエッチングを施す。さらに、発熱抵抗体108を形成するために電極配線層105を部分的に除去する。これにより、図5(a)に示す形状の発熱抵抗体層104および電極配線層105が形成される。なお、本実施形態では、ドライエッチングとしてリアクティブイオンエッチング(RIE)法を用いている。
次に、絶縁保護層106を形成するために、図5(b)に示されるように、プラズマCVD法を用いて、絶縁保護層106としてSiN膜を約200nmの厚さに形成する。
次に、上部保護層107および共通配線層110を形成するために、絶縁保護層106上にスパッタリングによりTa層を約200nmの厚さに形成する。
次に、図5(c)に示されるように、フォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングによりTa層を部分的に除去し、上部保護層107および共通配線層110を形成する。
次に、図5(d)に示されるように、スパッタリングによりTa層を約50nmの厚さに形成した後フォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングによりTa層を部分的に除去し、ヒューズ部109を備えるヒューズ部層113を形成する。ヒューズ部層113は、共通配線層110と上部保護層107とを電気的に接続するように形成される。ヒューズ部109の幅は例えば2μmとフォトリソグラフィ法の最小限界寸法に近い寸法で形成され、ヒューズ部109に電流が流れた場合、ヒューズ部109の電流密度が大きくなり破断し易いように設計されている。以上の工程で液体吐出ヘッド用基板100が形成される。
次に、上部保護層107側の面にスピンコート法を用いて溶解可能な固体層であるレジスト層を塗布する。レジスト層の材料としては、例えばネガ型のレジストとして作用するポリメチルイソプロペニルケトンを用いる。そして、フォトリソグラフィ法を用い、レジスト層を所望の液室132の形状にパターニングする。続いて、液流路壁や吐出口121を構成する流路形成部材120を形成するために、被覆樹脂層を形成する。この被覆樹脂層を形成する前に、密着性を向上させるためにシランカップリング処理等を適宜行うことができる。被覆樹脂層は、従来知られているコーティング法を適宜選択して、液室132の形状にパターニングされたレジスト層が形成された液体吐出ヘッド用基板100の上に樹脂を塗布することによって形成する。次に、フォトリソグラフィ法を用い、被覆樹脂層を所望の液流路壁や吐出口121の形状にパターニングする。その後、基板100の裏面から、異方性エッチング法,サンドブラスト法,異方性プラズマエッチング法等を用いて、液体吐出ヘッド用基板100を貫通する液体供給口130を形成する(不図示)。この際、例えば、テトラメチルヒドロキシアミン(TMAH),NaOH,KOH等を用いた化学的シリコン異方性エッチング法により、液体供給口130を形成する。続いて、Deep−UV光による全面露光を行い、現像および乾燥を行うことにより、レジスト層を除去して液室132を形成する(図5(e))。
以上の工程を経て、液体吐出ヘッド1が製造される。
(液体吐出ヘッドユニットと液体吐出装置本体の回路構成)
図4は、本実施形態の液体吐出ヘッドユニット410と液体吐出装置本体500の回路図を示している。図4(a)は正常な状態を示し、図4(b)は発熱抵抗体108と上部保護層107との間で導通が生じた状態を示している。
それぞれの発熱抵抗体108は、スイッチングトランジスタ114及び不図示の選択回路によって選択されて駆動されている。本実施形態では、液体吐出ヘッドユニット410の外部である液体吐出装置本体500に設けられた電源301は、20〜35Vの駆動電圧である。このような構成により、所定のタイミングで発熱抵抗体108に電源301からの電力を供給することができ、所定のタイミングで吐出口から液滴を吐出することができる。
上述のように発熱抵抗体108と上部保護層107との間には、絶縁層として機能する絶縁保護層106が配置されているので、発熱抵抗体108と上部保護層107とは、電気的に接続されていない。上部保護層107は、ヒューズ部層113と共通配線層110に接続されている。
記録が行われる過程で何らかの理由での偶発故障により、発熱抵抗体108(108a)と上部保護層107(107a)との間が導通して電流が流れてしまうことがある。図4(b)に示すように、発熱抵抗体108と上部保護層107との間で導通200が生じると、発熱抵抗体108(108a)から上部保護層107(107a)に向かう方向へ電流400が流れる。例えば、発熱抵抗体108が破損したときには、その影響によって絶縁保護層106が破断する場合がある。そのとき、発熱抵抗体108と上部保護層107の一部が溶融し、これらが直接接触して導通200が生じる可能性がある。そこで、上部保護層107がTaで形成されている場合には、上部保護層107が液体との間で電気化学反応を起こし、そこで陽極酸化が始まる。陽極酸化が進むと、酸化したTaは液体に溶け出しやすいため、上部保護層107の寿命が短くなる。また、上部保護層107がIrやRuで形成されている場合には、上部保護層107と液体との間の電気化学反応により、上部保護層107が液体に溶出するために、上部保護層107の耐久性が低下する。液室の内部に液体が貯留され、発熱抵抗体108が通電されて駆動されるときには、液体の電位は、発熱抵抗体108の駆動電位よりも低い。そのため、発熱抵抗体108と上部保護層107との間で導通が生じたときに上部保護層107へ電気が流れると、上部保護層107と液体との間で容易に電気化学反応が生じる。
発熱抵抗体108(108a)と上部保護層107(107a)との間で導通200が生じたときには、電流が共通配線層110を介して他の発熱抵抗体108(108b)を覆う上部保護層107(107b)にも流れる可能性がある。この場合、導通による影響が導通の生じていない上部保護層107(107b)にも及んでしまう。そのため、陽極酸化や溶出といった電気化学反応による上部保護層107の変質の影響が、広範囲に亘って及んでしまう可能性がある。
図3(a)に示すように、本実施形態では、複数の上部保護層107(107a、107b)とこれらに共通に接続された共通配線層110とは、それぞれヒューズ部109(109a、109b)を介して接続されている。したがって、発熱抵抗体108(108a)と上部保護層107(107a)との間で導通が生じ、上部保護層107(107a)に電流が流れたときにはヒューズ部109(第1のヒューズ部109a)にも電気が流れる。ヒューズ部109は上部保護層107や共通配線層110に比べて細く形成されており、ヒューズ部109での電流密度が高くなり破断(電気的に絶縁される)することができる。これによって、導通による影響が他の上部保護層107に及ぶことを抑制できる。
しかしながら、発熱抵抗体108と上部保護層107との導通の状態によっては、ヒューズ部109が破断されない可能性がある。例えば、発熱抵抗体108と上部保護層107と接触領域が微小である場合は導通部の接触抵抗が大きくなり、ヒューズ部109に流れる電流は小さくなるため、ヒューズ部109が破断に至らない場合がある。
そこで、本実施形態では、ヒューズ部109を確実に切断するために、共通配線層110とヒューズ部層113とは、層の積層方向において異なる別の層として形成されている。また、共通配線層110は、ヒューズ部層113との電気接続部においてヒューズ部層113と部分的に接している。すなわち、共通配線層110はヒューズ部層113から露出する部分を有している。
本実施形態によると、共通配線層110をヒューズ部層113よりも厚く構成してその電気抵抗を小さくすることができるため、ヒューズ部109に流れる電流を大きくすることができ、ヒューズ部109をより切断されやすくすることができる。また、ヒューズ部層113の厚みを薄くするとともにヒューズ部109の幅を細くすることで、その電気抵抗を大きくし、導通時におけるヒューズ部109における電流密度を大きくして、ヒューズ部109をより切断されやすくすることができる。
そのため、発熱抵抗体108が偶発故障して上部保護層107に上記の電流が流れたときには、発熱抵抗体108と共通配線層110との間の電気的な接続を遮断することができる。このように、ヒューズ部109において電気的な接続が遮断されるので、電気的な接続を遮断するヒューズ部109としての信頼性を向上させることができる。したがって、これによって、導通による影響が他の上部保護層107に及ぶことを一層抑制することできる。
なお、例えば、ヒューズ部109がTaを用いて幅2μm、厚さ100nmで形成されている場合には、15〜30mAの電流を流すことでヒューズ部109を電気的に断線させることができる。
<第2の実施形態>
本実施形態は、上述の実施形態とは、上部保護層107および共通配線層110の層構成が異なっている。上述の実施形態と同様の点に関しては説明を省略する。
図6(a)〜(e)は、本実施形態の液体吐出ヘッド1の製造工程を示す模式的断面図である。本実施形態の液体吐出ヘッド1の製造方法と構成とについて説明する。
図6(a)、(b)は、上述の実施形態を示す図5(a)、(b)とそれぞれ同様である。図6(a)、(b)を経て基体101の上に発熱抵抗体層104、電極配線層105、および絶縁保護層106が形成される。
次に、上部保護層107と共通配線層110を形成するために、スパッタリング法を用いて絶縁保護層106上にタンタル層(Ta層)、イリジウム層(Ir層)、タンタル層(Ta層)を順に成膜する。その際、それぞれ約30、30、200nmの厚さになるように形成する。
次に、図6(c)に示されるように、フォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングにより、上部保護層107と共通配線層110となる部分を残し、Ta層、Ir層、Ta層の3層の積層膜を部分的に除去する。これにより、Ta層110a、Ir層110b、Ta層110cが積層された共通配線層110が形成される。なお、発熱抵抗体108の上側にはTa層、Ir層、Ta層が順に積層された積層体115が設けられており、これが発熱抵抗体108を被覆した状態となっている。
次に、図6(d)に示されるように、プラズマCVD法を用いて、層間絶縁層111を例えばプラズマSiOからなる材料で、約150nmの厚さで形成する。続いて、フォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングによって、層間絶縁層111のうちの発熱抵抗体108の上側に位置する部分と、発熱抵抗体108の上側に位置する積層体115のうちの、最上層のTa層とを除去する。これにより、Ta層107a、Ir層107bが積層された上部保護層107が形成される。この際、後の工程で形成されるヒューズ部層113と上部保護層107および共通配線層110とを接続するために、接続部に対応する領域における最上層のTa層と層間絶縁層111との除去も合わせて行う。これにより、後にヒューズ部層113との接続部となるIr層の表面が、Ta層と層間絶縁層111とに形成された貫通口118、119から露出した状態となる。
さらに、スパッタリングにより、層間絶縁層111上に、ヒューズ部層113を形成するためにTa層を厚さ約50nmとなるように形成する。続いて、フォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングによりTa層を部分的に除去し、ヒューズ部109を備えた、上部保護層107と共通配線層110とを接続するヒューズ部層113が形成される。ここで、上述の工程で露出されたIr層の表面とヒューズ部層113とが接続されることで、上部保護層107および共通配線層110とヒューズ部層113とが接続される。このような構成は、図6(c)で形成された最上層のTa層とヒューズ部層113とを接続する構成と比べ、Ta層の表面に形成される酸化膜による接触抵抗の増大を抑えられるため好ましい。
次に、図6(e)に示すように流路形成部材120を形成し、液体吐出ヘッド1が製造される。なお、流路形成部材120は、上述の実施形態と同様の方法で形成すればよい。
本実施形態では、図6(d)に示すように、上部保護層107の発熱抵抗体108を被覆する部分は、Ta層107aとIr層107bとの2層が積層されて構成されている。また、共通配線層110は、Ta層110a、Ir層110b、Ta層110cの3層が積層されて構成されている。このように、発熱抵抗体108を被覆する上部保護層107の膜厚を薄くすることで、発熱抵抗体108で発生した熱をインクへ効率的に伝導することができる。また、共通配線層110の膜厚を厚くすることで、共通配線層110の電気抵抗を小さくして、ヒューズ部109を破断させるために十分な電流を流すことができる。本実施形態によると、上部保護層107と共通配線層110とを形成するための成膜工程を共通して行うことで製造工程の負荷を抑えつつ、上部保護層107と共通配線層110のそれぞれに求められる性能を満足させることができる。
特に、共通配線層110は基板の大きさが大きくなると、配線が長くなって配線抵抗が大きくなってしまうが、共通配線層110の膜厚を大きくしてその配線抵抗を十分に小さくすることができる。ここで、ヒューズ部層113に設けられるヒューズ部109の幅は例えば2μmで形成する。ヒューズ部109(ヒューズ部層113)の膜厚は50nmであり、共通配線層110の膜厚約260nmに対して約1/5の膜厚となる。これにより、ヒューズ部層113に電流が流れた場合、上述の実施形態よりもヒューズ部109の電流密度が更に大きくなるため、ヒューズ部109を一層切断されやすくすることができる。
また、ヒューズ部層113と共通配線層110との間には、SiN、SiO、SiC、SiCNなどの材料によって層間絶縁層111が形成されている。これにより、ヒューズ部層113のレイアウトに捉われることなく共通配線層110の配線を形成することができるため、共通配線層110のレイアウトの自由度を向上することができる。また、ヒューズ部109が破断された際の衝撃から絶縁保護層106や共通配線層110といった他の層を保護することができる。
さらに、層間絶縁層111を絶縁保護層106よりも耐インク性に優れた材料で形成する場合、層間絶縁層111によって絶縁保護層106のインクへの溶解を抑えることができる。例えば、絶縁保護層106をSiN(窒化珪素)で形成し、層間絶縁層111をSiCN(窒炭化珪素)で形成することで、絶縁保護層106のインクへの溶解を抑えることができる。さらに、この層間絶縁層111と接するように流路形成部材120を設けることで、流路形成部材120と液体吐出ヘッド用基板100との密着性を向上することができる。
100 液体吐出ヘッド用基板
101 基体
104 発熱抵抗体層
106 絶縁保護層(絶縁層)
107 上部保護層(被覆層)
108 発熱抵抗体(記録素子)
109 ヒューズ部
110 共通配線層
113 ヒューズ部層

Claims (13)

  1. 第1の記録素子と、
    第2の記録素子と、
    前記第1の記録素子を被覆する第1の被覆層と、
    前記第2の記録素子を被覆する第2の被覆層と、
    前記第1の記録素子と前記第1の被覆層との間に設けられるとともに、前記第2の記録素子と前記第2の被覆層との間に設けられた絶縁層と、
    前記第1の被覆層および前記第2の被覆層と電気的に接続された共通配線層と、
    前記第1の被覆層と前記共通配線層とを接続するための第1のヒューズ部と、前記第2の被覆層と前記共通配線層とを接続するための第2のヒューズ部と、を形成するヒューズ部層と、
    有する液体吐出ヘッド用基板において、
    前記共通配線層は前記ヒューズ部層よりも単位長さあたりの電気抵抗が低く、前記共通配線層と前記ヒューズ部層とは積層方向において異なる層として形成され、前記共通配線層は前記ヒューズ部層と部分的に接していることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
  2. 前記共通配線層は、前記ヒューズ部層よりも厚みが大きい、請求項1に記載の液体吐出ヘッド用基板。
  3. 前記ヒューズ部は、前記ヒューズ部層において幅が部分的に細く形成されている、請求項1または請求項2に記載の液体吐出ヘッド用基板。
  4. 前記共通配線層と前記ヒューズ部層との間に設けられた前記絶縁層とは別の絶縁層を有する、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
  5. 前記絶縁層は窒化珪素を含み、前記別の絶縁層は窒炭化珪素を含む、請求項4に記載の液体吐出ヘッド用基板。
  6. 前記共通配線層と前記ヒューズ部層とが同じ材料を含む、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
  7. 前記第1の被覆層よりも厚みが大きい、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
  8. 前記共通配線層と前記第1の被覆層とは同じ材料を含み、
    前記共通配線層は複数の層が積層されて構成されており、
    前記第1の被覆層は前記共通配線層を構成する前記複数の層よりも少ない数の層で構成されている、請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
  9. 前記共通配線層は、イリジウム層と前記イリジウム層の表面が露出する貫通口が形成されたタンタル層とを含んでおり、
    前記共通配線層は、前記イリジウム層の前記表面において前記ヒューズ部層と接続されている、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
  10. 請求項4または請求項5に記載の液体吐出ヘッド用基板と、
    前記第1の記録素子と前記第2の記録素子とにそれぞれ対応する吐出口が形成された吐出口部材と、
    を有し、
    前記別の絶縁層は前記吐出口部材と接している液体吐出ヘッド。
  11. 第1の記録素子と、
    第2の記録素子と、
    前記第1の記録素子を被覆する第1の被覆層と、
    前記第2の記録素子を被覆する第2の被覆層と、
    前記第1の記録素子と前記第1の被覆層との間に設けられるとともに、前記第2の記録素子と前記第2の被覆層との間に設けられた絶縁層と、
    前記第1の被覆層および前記第2の被覆層と電気的に接続された共通配線層と、
    前記第1の被覆層と前記共通配線層とを接続するための第1のヒューズ部と、前記第2の被覆層と前記共通配線層とを接続するための第2のヒューズ部と、を形成するヒューズ部層と、
    を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法において、
    前記共通配線層を形成する工程と、
    前記共通配線層が部分的に前記ヒューズ部層と接するように前記ヒューズ部層を形成する工程と、
    を有し、
    前記共通配線層は前記ヒューズ部層よりも単位長さあたりの電気抵抗が低いことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
  12. 前記共通配線層を形成する工程では、前記共通配線層を形成するとともに前記第1の被覆層を形成する、請求項11に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
  13. 前記共通配線層を形成する工程では、複数の層を積層して前記共通配線層と前記第1の被覆層とをそれぞれ形成し、前記第1の被覆層を構成する前記複数の層のうちの一部の層を除去する、請求項11または請求項12に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
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