JP2019181846A - 液体吐出ヘッド基板、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、および、液体吐出ヘッド基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】液体吐出ヘッド基板の耐久性の向上に有利な技術を提供する。【解決手段】基板と、基板の表面の上に配された絶縁層と、絶縁層の中に配された導電パターンと、絶縁層の上に配され液体を吐出するための熱エネルギを生成する発熱抵抗素子と、発熱抵抗素子を覆う保護層と、発熱抵抗素子と導電パターンとを電気的に接続する電極プラグと、を含む液体吐出ヘッド基板であって、基板の表面に対する正射影において、発熱抵抗素子と電極プラグとが重なるように、発熱抵抗素子と電極プラグとが互いに接して配され、発熱抵抗素子において、基板の表面に平行な第１の方向に沿って電流が流れ、電極プラグの第１の方向に沿った長さが、発熱抵抗素子の第１の方向に沿った長さよりも短く、基板の表面に平行であって、第１の方向と交差する第２の方向において、電極プラグの第２の方向に沿った長さが、発熱抵抗素子の第２の方向に沿った長さよりも長い。【選択図】図１
Description
本発明は、液体吐出ヘッド基板、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、および、液体吐出ヘッド基板の製造方法に関する。
液体吐出ヘッド基板は、液体を吐出するために液体にエネルギを与える素子を含む。特許文献１には、液体にエネルギを与える発熱抵抗素子を用いた液体吐出ヘッド基板が示されている。
特許文献１に示される構造において、電極プラグを形成する際、電極プラグを形成するための金属の埋め込みが不十分となり、形成された電極プラグの表面に凹凸が生じる場合がある。この凹凸は、電極プラグが特許文献１の第４の実施形態に示される形状の場合、長辺方向の端部付近に生じやすい。電極プラグの表面に凹凸が生じると、電極プラグの上に配された発熱抵抗素子の上に形成される保護層が、発熱抵抗素子を一様に被覆できない可能性がある。発熱抵抗素子の一部が保護層によって覆われなかった場合、インクなどの液体が発熱抵抗素子に達し、発熱抵抗素子の動作中に正電位の電極プラグとグランド電位の液体との間に発熱抵抗素子を介して電位差が生じてしまう。この電位差に起因して、保護層が、電気分解の作用によって溶解し、液体吐出ヘッド基板の耐久性が低下してしまう可能性がある。
本発明は、液体吐出ヘッド基板の耐久性の向上に有利な技術を提供することを目的とする。
上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド基板は、基板と、基板の表面の上に配された絶縁層と、絶縁層の中に配された導電パターンと、絶縁層の上に配され液体を吐出するための熱エネルギを生成する発熱抵抗素子と、発熱抵抗素子を覆う保護層と、発熱抵抗素子と導電パターンとを電気的に接続する電極プラグと、を含む液体吐出ヘッド基板であって、基板の表面に対する正射影において、発熱抵抗素子と電極プラグとが重なるように、発熱抵抗素子と電極プラグとが互いに接して配され、発熱抵抗素子において、基板の表面に平行な第１の方向に沿って電流が流れ、電極プラグの第１の方向に沿った長さが、発熱抵抗素子の第１の方向に沿った長さよりも短く、基板の表面に平行であって、第１の方向と交差する第２の方向において、電極プラグの第２の方向に沿った長さが、発熱抵抗素子の第２の方向に沿った長さよりも長いことを特徴とする。
本発明によれば、液体吐出ヘッド基板の耐久性の向上に有利な技術を提供することができる。
以下、本発明に係る液体吐出ヘッド基板の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。
第１の実施形態
図１（ａ）〜３（ｈ）を参照して、本発明の実施形態による液体吐出ヘッド基板の構造および製造方法について説明する。図１（ａ）、１（ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態における液体吐出ヘッド基板１００の構造を示す断面図および平面図である。
図１（ａ）〜３（ｈ）を参照して、本発明の実施形態による液体吐出ヘッド基板の構造および製造方法について説明する。図１（ａ）、１（ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態における液体吐出ヘッド基板１００の構造を示す断面図および平面図である。
液体吐出ヘッド基板１００は、基板１０１、絶縁層１０２、１０３、導電パターン１１１、発熱抵抗素子１１３、保護層１０５、および、電極プラグ１１２を含む。基板１０１は、例えば、シリコンなどの半導体基板が用いられる。絶縁層１０２、１０３は、絶縁性を備え、基板１０１の表面の上に配される。絶縁層１０２、１０３には、例えば、酸化シリコンなどが用いられる。導電パターン１１１は、絶縁層１０２、１０３の中に配される。導電パターン１１１には、例えば、アルミニウムや銅などを含む材料が用いられる。導電パターン１１１は、発熱抵抗素子１１３に電力を供給する。図１（ａ）には、１層の導電パターン１１１が示されるが、液体吐出ヘッド基板１００が、多層の導電パターン（配線パターン）を備えていてもよい。発熱抵抗素子１１３は、絶縁層１０３の上に配され、電力を与えられる（電流が流される）ことによって、液体１２１を吐出するための熱エネルギを生成する。発熱抵抗素子１１３には、例えば、窒化タンタルシリコン（ＴａＳｉＮ）や窒化タングステンシリコン（ＷＳｉＮ）などが用いられる。電極プラグ１１２は、発熱抵抗素子１１３と導電パターン１１１とを電気的に接続する。電極プラグ１１２は、絶縁層１０３の中に配され、一部が絶縁層１０３の表面に露出することによって、発熱抵抗素子１１３と直に接する。電極プラグ１１２は、例えば、タングステンなどが用いられる。保護層１０５は、発熱抵抗素子１１３、電極プラグ１１２、絶縁層１０３を覆うように、発熱抵抗素子１１３、電極プラグ１１２、絶縁層１０３の上に配される。保護層１０５には、例えば、窒化シリコンなどの絶縁物が用いられる。
液体吐出ヘッド基板１００は、保護層１０５の上に、金属層１０６をさらに含んでいてもよい。保護層１０５の上の金属層１０６は、耐キャビテーション層として機能し、液体吐出ヘッド基板１００の液体を吐出する性能が向上しうる。金属層１０６には、例えば、タンタルやイリジウムなどが用いられる。
また、液体吐出ヘッド基板１００は、保護層１０５の上に、インクなどの液体１２１の流路を構成するために、発熱抵抗素子１１３を囲むように配された流路部材１０７をさらに含む。金属層１０６が配される場合、流路部材１０７は、金属層１０６の上に配される。また、液体吐出ヘッド基板１００は、保護層１０５の上に、液体１２１を吐出するための吐出口１０９を備える吐出口部材１０８をさらに含む。吐出口１０９は、発熱抵抗素子１１３の上に配される。
次いで、発熱抵抗素子１１３と電極プラグ１１２との位置関係について説明する。基板１０１の表面に対する正射影において、図１（ｂ）に示されるように、発熱抵抗素子１１３と電極プラグ１１２とは、重なるように、発熱抵抗素子１１３と電極プラグ１１２とは、互いに接して配される。ここで、図１（ｂ）に示されるように、基板１０１の表面に平行な方向のうち、２つの電極プラグ１１２に接続された発熱抵抗素子１１３の電流が流れる方向に沿う方向をｙ方向（第１の方向）とする。また、基板１０１の表面に平行であって、かつ、ｙ方向と交差する方向をｘ方向（第２の方向）とする。ｘ方向とｙ方向とは、直交していてもよい。また、図１（ａ）に示されるように、液体吐出ヘッド基板１００の表面と平行なｘ方向、ｙ方向と交差する、液体吐出ヘッド基板１００の深さ方向をｚ方向とする。
電極プラグ１１２は、図１（ｂ）に示されるように、長辺がｘ方向に延在する矩形状を有しうる。つまり、電極プラグ１１２のうちｘ方向に沿った長さが、電極プラグ１１２のうちｙ方向に沿った長さよりも長い。また、２つの電極プラグ１１２は、発熱抵抗素子１１３のｙ方向のそれぞれ端部に配される。これによって、発熱抵抗素子１１３は、ｙ方向に電流が流される。このため、基板１０１の表面に対する正射影において、ｙ方向に沿った電極プラグ１１２の長さは、ｙ方向に沿った発熱抵抗素子１１３の長さよりも短い。さらに、本実施形態において、ｘ方向に沿った電極プラグ１１２の長さは、ｘ方向に沿った発熱抵抗素子１１３の長さよりも長い。つまり、ｘ方向において、電極プラグ１１２の外縁が、発熱抵抗素子１１３の外縁よりも外側に配される。図１（ａ）、１（ｂ）に示されるように、ｘ方向において、電極プラグ１１２のそれぞれ２つの外縁が、発熱抵抗素子１１３の外縁よりも外側に配されてもよい。
電極プラグ１１２が図１（ｂ）に示されるような矩形状を有する場合、電極プラグ１１２を形成するための材料を絶縁層１０３に埋め込む際、ｘ方向のそれぞれ端部付近のように、三方が溝の側壁に近接する領域において、埋め込みが不十分になる場合がある。不十分な埋め込みに起因して、形成された電極プラグ１１２の表面に凹凸が生じると、電極プラグ１１２の上に形成される保護層１０５が、一様に電極プラグ１１２および発熱抵抗素子１１３を被覆できない可能性が生じる。電極プラグ１１２および発熱抵抗素子１１３のうち保護層１０５によって被覆されていない領域に、インクなどの液体１２１が接した場合、発熱抵抗素子１１３の動作中に電極プラグ１１２と液体１２１との間に電位差が生じてしまう。この電位差に起因して、保護層１０５が、電気分解され、液体吐出ヘッド基板の耐久性が低下してしまう可能性がある。そこで、本実施形態において、ｘ方向において、電極プラグ１１２の外縁が、発熱抵抗素子１１３の外縁よりも外側に配される。つまり、凹凸のできる可能性がある電極プラグ１１２の端部が、ｘ方向において、発熱抵抗素子１１３よりも外側に配される。液体１２１が通る流路は、液体１２１が吐出するための熱エネルギを得られるように、発熱抵抗素子１１３の上を通るように配される。これによって、電極プラグ１１２の端部に凹凸ができてしまった場合であっても、電極プラグ１１２の端部に液体１２１が接する可能性が低くなる。結果として、液体吐出ヘッド基板１００の耐久性が向上しうる。
図１（ｂ）に示されるように、基板１０１の表面に対する正射影において、電極プラグ１１２のうち電極プラグ１１２と発熱抵抗素子１１３とが重なる領域は、ｙ方向における電極プラグ１１２のそれぞれの外縁が発熱抵抗素子１１３と重なっていてもよい。図１（ｂ）に示されるように、ｙ方向における電極プラグ１１２の外縁と発熱抵抗素子１１３の外縁とが重なる位置に配されていてもよい。また、ｙ方向における電極プラグ１１２の外縁が、発熱抵抗素子１１３の外縁よりも内側に配されていてもよい。
また、図１（ｂ）に示されるように、ｘ方向における電極プラグ１１２の外縁から発熱抵抗素子１１３の外縁までの長さ１２２が、ｙ方向における電極プラグ１１２の長さよりも長くてもよい。上述のように、電極プラグ１１２の形成する際、電極プラグ１１２のｘ方向の端部の、絶縁層１０３に形成された溝の側壁に囲まれる部分に凹凸が生じやすい。溝の側壁に囲まれる電極プラグ１１２の端部を、発熱抵抗素子１１３から離すことによって、形成される液体吐出ヘッド基板１００の信頼性が向上しうる。
次いで、図２（ａ）〜３（ｈ）を用いて、本実施形態の液体吐出ヘッド基板１００の製造方法について説明する。図２（ａ）〜３（ｈ）は、液体吐出ヘッド基板１００を形成する各工程での断面図および平面図である。
まず、図２（ａ）、２（ｂ）に示されるように、シリコンを用いた基板１０１の上に、絶縁層１０２および導電パターンの材料となる導電材料２１１を形成する。絶縁層１０２は、シリコンを用いた基板１０１を熱酸化することによって酸化シリコンを成膜してもよいし、ＣＶＤ法などを用いて酸化シリコンを成膜してもよい。次いで、絶縁層１０２の上に、スパッタ法などを用いて、アルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）を含む導電材料２１１を成膜する。導電材料は、Ａｌ−Ｃｕに限られることはなく、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）などを用いてもよい。
導電材料２１１を形成した後、フォトリソグラフィー工程を用いて導電材料２１１の所定の領域を覆うマスクパターンを形成する。次いで、ドライエッチング法などを用いて、導電材料２１１のうちマスクパターンに覆われていない部分を、絶縁層１０２が露出するまでエッチングすることによって、図２（ｃ）、２（ｄ）に示される導電パターン１１１を形成する。ここで、図２（ｃ）、２（ｄ）に示される２つの導電パターン１１１は、後に形成される発熱抵抗素子１１３によって、電気的に接続され、発熱抵抗素子１１３に電流を流すために用いられる。つまり、図２（ｃ）、２（ｄ）に示されている段階において、２つの導電パターン１１１は、互いに電気的に絶縁されている。
次いで、図２（ｅ）、２（ｆ）に示されるように、絶縁層１０２および導電パターン１１１の上に、絶縁層１０３を形成する。絶縁層１０３は、例えば、ＣＶＤ法などを用いて酸化シリコン形成してもよい。これによって、基板１０１の表面の上に導電パターン１１１が埋め込まれた絶縁層１０２、１０３が形成される。
絶縁層１０３を形成した後、フォトリソグラフィー工程を用いて絶縁層１０３の所定の領域を覆うマスクパターンを形成する。次いで、ドライエッチング法などを用いて、絶縁層１０３のうちマスクパターンに覆われていない部分を、導電パターン１１１が露出するまでエッチングする。これによって、図２（ｇ）、２（ｈ）に示されるように、開口の底に、それぞれ導電パターン１１１が露出したｘ方向に延在する２つの溝２１２が、ｙ方向に間隔を開けて形成される。
溝２１２を形成した後、絶縁層１０３に形成された溝２１２にタングステンなどを含む導電材料をＣＶＤ法やスパッタ法を用いて埋め込む。次いで、ＣＭＰ法などを用いて導電材料を平坦化することによって、図３（ａ）、３（ｂ）に示されるように、電極プラグ１１２を形成する。ここで、電極プラグ１１２のｙ方向の長さに対する電極プラグ１１２のｚ方向の厚さの比（ｚ方向の厚さ／ｙ方向の長さ）、つまりアスペクト比が、１以下であってもよい。アスペクト比が大きくなると、溝に電極プラグ１１２の導電材料を埋め込む際、埋め込みが不十分となり、平坦化された電極プラグ１１２の表面に凹凸が生じやすくなりうる。
次いで、図３（ｃ）、３（ｄ）に示されるように、絶縁層１０３および電極プラグ１１２の上に窒化タンタルシリコンを含む発熱抵抗素子材料２１３を、例えば、スパッタ法などを用いて成膜する。本実施形態において、発熱抵抗素子材料２１３は、窒化タンタルシリコンを用いるが、窒化タングステンシリコンなどを用いてもよい。
発熱抵抗素子材料２１３を形成した後、フォトリソグラフィー工程を用いて発熱抵抗素子材料２１３の所定の領域を覆うマスクパターンを形成する。次いで、ドライエッチング法などを用いて、発熱抵抗素子材料２１３のうちマスクパターンに覆われていない部分を、絶縁層１０３および電極プラグ１１２が露出するまでエッチングすることによって、図３（ｅ）、３（ｆ）に示される発熱抵抗素子１１３を形成する。
次いで、図３（ｇ）、（ｈ）に示されるように、絶縁層１０３、電極プラグ１１２、発熱抵抗素子１１３の上を覆うように窒化シリコンを含む保護層１０５を、ＣＶＤ法などを用いて成膜する。さらに、保護層１０５の上にスパッタ法などを用いてタンタルを含む金属層１０６を成膜する。本実施形態において、保護層１０５の上に金属層１０６が配されるが、金属層１０６は配されなくてもよい。
金属層１０６の形成後、流路部材１０７および吐出口部材１０８を形成することによって、図１（ａ）、１（ｂ）に示される液体吐出ヘッド基板１００が形成される。このとき、ｘ方向において、流路部材１０７の流路を構成するための側壁が、電極プラグ１１２の外縁と発熱抵抗素子１１３の外縁との間に配されうる。換言すると、流路部材１０７が、電極プラグ１１２のｘ方向の外縁を含む端部を覆う。本実施形態において、凹凸が生じやすい電極プラグ１１２のｘ方向の端部は、保護層１０５および金属層１０６によって覆われているため、液体１２１の流路の下であっても液体１２１と接触しない可能性が高い。さらに、液体１２１の流路を構成するための流路部材１０７が電極プラグ１１２のｘ方向の端部の上に配されることによって、電極プラグ１１２のｘ方向の端部に液体１２１の流路が形成されなくなる。これによって、電極プラグ１１２のｘ方向の端部に凹凸が生じ、保護層１０５の被覆が不完全であった場合であっても、電極プラグ１１２と液体１２１との接触を抑制することが可能となる。
以上、説明したように、本実施形態において、液体吐出ヘッド基板１００の電極プラグ１１２のｘ方向に沿った長さが、発熱抵抗素子１１３のｘ方向に沿った長さよりも長くなるようにする。これによって、電極プラグ１１２または発熱抵抗素子１１３と液体１２１とが接することが抑制され、液体吐出ヘッド基板１００の耐久性が向上しうる。
第２の実施形態
図４（ａ）〜７（ｆ）を参照して、本発明の実施形態による液体吐出ヘッド基板の構造および製造方法について説明する。図４（ａ）、４（ｂ）は、それぞれ本発明の第２の実施形態における液体吐出ヘッド基板１００’の構造を示す断面図および平面図である。上述の第１の実施形態の液体吐出ヘッド基板１００では、導電パターン１１１と電極プラグ１１２とが、直に接している。一方、本実施形態において、液体吐出ヘッド基板１００’は、電極プラグ１１２と導電パターン１１１との間に配され、ｘ方向に並ぶ複数の接続部材１１４をさらに含む。つまり、本実施形態において、電極プラグ１１２と導電パターン１１１とは、複数の接続部材１１４を介して電気的に接続される。複数の接続部材１１４のそれぞれは、図４（ａ）、４（ｂ）に示されるように、ｘ方向において、発熱抵抗素子１１３の外縁よりも内側に配されてもよい。これ以外の液体吐出ヘッド基板１００’の構造は、上述の第１の実施形態と同様であってもよいため、ここでは説明を省略する。
図４（ａ）〜７（ｆ）を参照して、本発明の実施形態による液体吐出ヘッド基板の構造および製造方法について説明する。図４（ａ）、４（ｂ）は、それぞれ本発明の第２の実施形態における液体吐出ヘッド基板１００’の構造を示す断面図および平面図である。上述の第１の実施形態の液体吐出ヘッド基板１００では、導電パターン１１１と電極プラグ１１２とが、直に接している。一方、本実施形態において、液体吐出ヘッド基板１００’は、電極プラグ１１２と導電パターン１１１との間に配され、ｘ方向に並ぶ複数の接続部材１１４をさらに含む。つまり、本実施形態において、電極プラグ１１２と導電パターン１１１とは、複数の接続部材１１４を介して電気的に接続される。複数の接続部材１１４のそれぞれは、図４（ａ）、４（ｂ）に示されるように、ｘ方向において、発熱抵抗素子１１３の外縁よりも内側に配されてもよい。これ以外の液体吐出ヘッド基板１００’の構造は、上述の第１の実施形態と同様であってもよいため、ここでは説明を省略する。
次いで、図５（ａ）〜７（ｆ）を用いて、本実施形態の液体吐出ヘッド基板１００’の製造方法について説明する。図５（ａ）〜７（ｆ）は、液体吐出ヘッド基板１００’を形成する各工程での断面図および平面図である。
図５（ａ）〜５（ｆ）に示される工程は、図２（ａ）〜２（ｆ）に示される工程と同様であってもよいため、ここでは説明を省略する。図５（ｇ）、５（ｈ）に示される工程において、図４（ａ）に示される絶縁層１０３の一部となる絶縁層５０３を形成した後、フォトリソグラフィー工程を用いて絶縁層５０３の所定の領域を覆うマスクパターンを形成する。次いで、ドライエッチング法などを用いて、絶縁層５０３のうちマスクパターンに覆われていない部分を、導電パターン１１１が露出するまでエッチングすることによって、図５（ｇ）、５（ｈ）に示される溝２１４を形成する。
溝２１４を形成した後、絶縁層５０３に形成された溝２１４にタングステンなどを含む導電材料をＣＶＤ法やスパッタ法を用いて埋め込む。次いで、ＣＭＰ法などを用いて導電材料を平坦化することによって、図６（ａ）、６（ｂ）に示されるように、複数の接続部材１１４を形成する。
次いで、図６（ｃ）、６（ｄ）に示されるように、絶縁層５０３および接続部材１１４の上に、絶縁層５１３を形成する。絶縁層５１３は、例えば、ＣＶＤ法などを用いて酸化シリコンを形成してもよい。これによって、絶縁層５０３と絶縁層５１３とを含む絶縁層１０３が形成され、基板１０１の表面の上に導電パターン１１１が埋め込まれた絶縁層１０２、１０３が形成される。
絶縁層１０３を形成した後、フォトリソグラフィー工程を用いて絶縁層１０３の所定の領域を覆うマスクパターンを形成する。次いで、ドライエッチング法などを用いて、絶縁層１０３のうちマスクパターンに覆われていない部分を、接続部材１１４が露出するまでエッチングする。これによって、図６（ｅ）、６（ｆ）に示されるように、開口の底に接続部材１１４が露出した溝２１２が形成される。
溝２１２を形成した後、絶縁層１０３に形成された溝２１２にタングステンなどを含む導電材料をＣＶＤ法やスパッタ法を用いて埋め込む。次いで、ＣＭＰ法などを用いて導電材料を平坦化することによって、図６（ｇ）、６（ｈ）に示されるように、電極プラグ１１２を形成する。
電極プラグ１１２を形成した後の図７（ａ）〜７（ｆ）に示される工程は、図３（ｃ）〜３（ｈ）に示される工程と同様であってもよいため、ここでは説明を省略する。以上の工程を用いることによって、図４（ａ）、４（ｂ）に示される液体吐出ヘッド基板１００’が形成される。
本実施形態においても、上述の第１の実施形態と同様に、基板１０１の表面に対する正射影において、ｘ方向に沿った電極プラグ１１２の長さは、ｘ方向に沿った発熱抵抗素子１１３の長さよりも長い。つまり、ｘ方向において、電極プラグ１１２の外縁が、発熱抵抗素子１１３の外縁よりも外側に配される。これによって、電極プラグ１１２の端部に凹凸ができてしまった場合であっても、電極プラグ１１２の端部に液体１２１が接する可能性が低くなる。結果として、液体吐出ヘッド基板１００’の耐久性が向上しうる。
以上、本発明に係る実施形態を示したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。
＜その他の実施形態＞
ここで、上述の液体吐出ヘッド基板１００、１００’を用いた液体吐出装置について説明する。図８（ａ）は、インクジェット方式のプリンタ、ファクシミリ、コピー機等に代表される液体吐出装置１６００の内部構成を例示している。本例で液体吐出装置は記録装置と称されてもよい。液体吐出装置１６００は、所定の媒体Ｐ（本例では紙等の記録媒体）に液体（本例ではインク、記録剤）を吐出する液体吐出ヘッド１５１０を備える。本例では液体吐出ヘッドは記録ヘッドと称されてもよい。液体吐出ヘッド１５１０はキャリッジ１６２０の上に搭載され、キャリッジ１６２０は、螺旋溝１６０４を有するリードスクリュー１６２１に取り付けられうる。リードスクリュー１６２１は、駆動力伝達ギア１６０２及び１６０３を介して、駆動モータ１６０１の回転に連動して回転しうる。これにより、液体吐出ヘッド１５１０は、キャリッジ１６２０と共にガイド１６１９に沿って矢印ａ又はｂ方向に移動しうる。
ここで、上述の液体吐出ヘッド基板１００、１００’を用いた液体吐出装置について説明する。図８（ａ）は、インクジェット方式のプリンタ、ファクシミリ、コピー機等に代表される液体吐出装置１６００の内部構成を例示している。本例で液体吐出装置は記録装置と称されてもよい。液体吐出装置１６００は、所定の媒体Ｐ（本例では紙等の記録媒体）に液体（本例ではインク、記録剤）を吐出する液体吐出ヘッド１５１０を備える。本例では液体吐出ヘッドは記録ヘッドと称されてもよい。液体吐出ヘッド１５１０はキャリッジ１６２０の上に搭載され、キャリッジ１６２０は、螺旋溝１６０４を有するリードスクリュー１６２１に取り付けられうる。リードスクリュー１６２１は、駆動力伝達ギア１６０２及び１６０３を介して、駆動モータ１６０１の回転に連動して回転しうる。これにより、液体吐出ヘッド１５１０は、キャリッジ１６２０と共にガイド１６１９に沿って矢印ａ又はｂ方向に移動しうる。
媒体Ｐは、紙押え板１６０５によってキャリッジ移動方向に沿って押さえられており、プラテン１６０６に対して固定される。液体吐出装置１６００は、液体吐出ヘッド１５１０を往復移動させて、搬送部（不図示）によってプラテン１６０６上に搬送された媒体Ｐに対して液体吐出（本例では記録）を行う。
また、液体吐出装置１６００は、フォトカプラ１６０７及び１６０８を介して、キャリッジ１６２０に設けられたレバー１６０９の位置を確認し、駆動モータ１６０１の回転方向の切換を行う。支持部材１６１０は、液体吐出ヘッド１５１０のノズル（液体吐出口、或いは単に吐出口）を覆うためのキャップ部材１６１１を支持している。吸引部１６１２は、キャップ内開口１６１３を介してキャップ部材１６１１の内部を吸引することによる液体吐出ヘッド１５１０の回復処理を行う。レバー１６１７は、吸引による回復処理を開始するために設けられ、キャリッジ１６２０と係合するカム１６１８の移動に伴って移動し、駆動モータ１６０１からの駆動力がクラッチ切換等の公知の伝達機構によって制御される。
また、本体支持板１６１６は、移動部材１６１５及びクリーニングブレード１６１４を支持しており、移動部材１６１５は、クリーニングブレード１６１４を移動させ、ワイピングによる液体吐出ヘッド１５１０の回復処理を行う。また、液体吐出装置１６００には制御部（不図示）が設けられ、当該制御部は上述の各機構の駆動を制御する。
図８（ｂ）は、液体吐出ヘッド１５１０の外観を例示している。液体吐出ヘッド１５１０は、複数のノズル１５００を有するヘッド部１５１１と、ヘッド部１５１１に供給するための液体を保持するタンク（液体貯留部）１５１２とを備えうる。タンク１５１２とヘッド部１５１１とは、例えば破線Ｋで分離することができ、タンク１５１２を交換することができる。液体吐出ヘッド１５１０は、キャリッジ１６２０からの電気信号を受け取るための電気的コンタクト（不図示）を備えており、当該電気信号にしたがって液体を吐出する。タンク１５１２は、例えば繊維質状又は多孔質状の液体保持材（不図示）を有しており、当該液体保持材によって液体を保持しうる。
図８（ｃ）は、液体吐出ヘッド１５１０の内部構成を例示している。液体吐出ヘッド１５１０は、基体１５０８と、基体１５０８の上に配され、流路１５０５を形成する流路壁部材１５０１と、液体供給路１５０３を有する天板１５０２とを備える。基体１５０８は、上述の液体吐出ヘッド基板１００、１００’の何れであってもよい。また、吐出素子ないし液体吐出素子として、ヒータ１５０６（電気熱変換素子）が、液体吐出ヘッド１５１０が備える基板（液体吐出ヘッド基板）に各ノズル１５００に対応して配列されている。各ヒータ１５０６は、当該ヒータ１５０６に対応して設けられた駆動素子（トランジスタ等のスイッチ素子）が導通状態になることによって駆動され、発熱する。
液体供給路１５０３からの液体は、共通液室１５０４に蓄えられ、各流路１５０５を介して各ノズル１５００に供給される。各ノズル１５００に供給された液体は、当該ノズル１５００に対応するヒータ１５０６が駆動されたことに応答して、当該ノズル１５００から吐出される。
図８（ｄ）は、液体吐出装置１６００のシステム構成を例示している。液体吐出装置１６００は、インターフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＯＭ１７０２、ＲＡＭ１７０３及びゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）１７０４を有する。インターフェース１７００には外部から液体吐出を実行するための外部信号が入力される。ＲＯＭ１７０２は、ＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納する。ＲＡＭ１７０３は、前述の液体吐出用の外部信号や液体吐出ヘッド１７０８に供給されたデータ等、各種信号ないしデータを保存する。ゲートアレイ１７０４は、液体吐出ヘッド１７０８に対するデータの供給制御を行い、また、インターフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＡＭ１７０３の間のデータ転送の制御を行う。
液体吐出装置１６００は、ヘッドドライバ１７０５、並びに、モータドライバ１７０６及び１７０７、搬送モータ１７０９、キャリアモータ１７１０を更に有する。キャリアモータ１７１０は液体吐出ヘッド１７０８を搬送する。搬送モータ１７０９は媒体Ｐを搬送する。ヘッドドライバ１７０５は液体吐出ヘッド１７０８を駆動する。モータドライバ１７０６及び１７０７は搬送モータ１７０９及びキャリアモータ１７１０をそれぞれ駆動する。
インターフェース１７００に駆動信号が入力されると、この駆動信号は、ゲートアレイ１７０４とＭＰＵ１７０１の間で液体吐出用のデータに変換されうる。このデータにしたがって各機構が所望の動作を行い、このようにして液体吐出ヘッド１７０８が駆動される。
１００，１００’：液体吐出ヘッド基板、１０１：基板、１０２，１０３，５０３，５１３：絶縁層、１０５：保護層、１１１：導電パターン、１１２：電極プラグ、１１３：発熱抵抗素子
上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド基板は、基板と、基板の表面の上に配された絶縁層と、絶縁層の中に配された導電パターンと、絶縁層の上に配され液体を吐出するための熱エネルギを生成する発熱抵抗素子と、発熱抵抗素子を覆う保護層と、発熱抵抗素子と導電パターンとを電気的に接続する電極プラグと、を含む液体吐出ヘッド基板であって、基板の表面に対する正射影において、発熱抵抗素子と電極プラグとが重なるように、電極プラグが発熱抵抗素子の基板の側の面に接して配され、発熱抵抗素子において、基板の表面に平行な第１の方向に沿って電流が流れ、電極プラグの第１の方向に沿った長さが、発熱抵抗素子の第１の方向に沿った長さよりも短く、基板の表面に平行であって、第１の方向と交差する第２の方向において、電極プラグの第２の方向に沿った長さが、発熱抵抗素子の第２の方向に沿った長さよりも長いことを特徴とする。
Claims (28)
- 基板と、前記基板の表面の上に配された絶縁層と、前記絶縁層の中に配された導電パターンと、前記絶縁層の上に配され液体を吐出するための熱エネルギを生成する発熱抵抗素子と、前記発熱抵抗素子を覆う保護層と、前記発熱抵抗素子と前記導電パターンとを電気的に接続する電極プラグと、を含む液体吐出ヘッド基板であって、
前記基板の表面に対する正射影において、前記発熱抵抗素子と前記電極プラグとが重なるように、前記発熱抵抗素子と前記電極プラグとが互いに接して配され、
前記発熱抵抗素子において、前記基板の表面に平行な第１の方向に沿って電流が流れ、
前記電極プラグの前記第１の方向に沿った長さが、前記発熱抵抗素子の前記第１の方向に沿った長さよりも短く、
前記基板の表面に平行であって、前記第１の方向と交差する第２の方向において、前記電極プラグの前記第２の方向に沿った長さが、前記発熱抵抗素子の前記第２の方向に沿った長さよりも長いことを特徴とする液体吐出ヘッド基板。 - 前記電極プラグの前記第１の方向の長さに対する前記電極プラグの厚さの比が、１以下であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド基板。
- 前記第２の方向において、前記電極プラグのそれぞれの外縁が、前記発熱抵抗素子の外縁よりも外側に配されることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド基板。
- 前記第２の方向における前記電極プラグの外縁から前記発熱抵抗素子の外縁までの長さが、前記第１の方向における前記電極プラグの長さよりも長いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド基板。
- 前記基板の表面に対する正射影において、前記電極プラグのうち前記電極プラグと前記発熱抵抗素子とが重なる領域は、前記第１の方向における前記電極プラグのそれぞれの外縁が前記発熱抵抗素子と重なっていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド基板。
- 前記電極プラグのうち前記第２の方向の長さが、前記電極プラグのうち前記第１の方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド基板。
- 前記保護層は、絶縁物を含み、
前記液体吐出ヘッド基板が、前記保護層の上に、金属層をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド基板。 - 前記液体吐出ヘッド基板が、前記保護層の上に、液体の流路を構成するために前記発熱抵抗素子を囲むように配された流路部材をさらに含み、
前記第２の方向において、前記流路部材の側壁が、前記電極プラグの外縁と前記発熱抵抗素子の外縁との間に配されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド基板。 - 前記流路部材が、前記金属層の上に配されることを特徴とする請求項７に従属する請求項８に記載の液体吐出ヘッド基板。
- 前記液体吐出ヘッド基板が、前記保護層の上に、液体を吐出するための吐出口を備える吐出口部材をさらに含み、
前記吐出口が、前記発熱抵抗素子の上に配されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド基板。 - 前記液体吐出ヘッド基板が、前記電極プラグと前記導電パターンとの間に配され、前記第２の方向に並ぶ複数の接続部材をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド基板。
- 前記第２の方向において、前記複数の接続部材が、前記発熱抵抗素子の外縁よりも内側に配されることを特徴とする請求項１１に記載の液体吐出ヘッド基板。
- 基板と、前記基板の表面の上に配された絶縁層と、前記絶縁層の上に配され液体を吐出するための熱エネルギを生成する発熱抵抗素子と、前記発熱抵抗素子を覆う保護層と、前記絶縁層の中に配された第１の導電パターンおよび第２の導電パターンと、前記発熱抵抗素子と前記第１の導電パターンとを電気的に接続する第１の電極プラグと、前記発熱抵抗素子と前記第２の導電パターンとを電気的に接続する第２の電極プラグと、を含む液体吐出ヘッド基板であって、
前記基板の表面に対する正射影において、前記第１の電極プラグおよび前記第２の電極プラグが前記発熱抵抗素子と重なるように、前記第１の電極プラグおよび前記第２の電極プラグが前記発熱抵抗素子に接して配され、
前記第１の電極プラグおよび前記第２の電極プラグは、前記基板の表面に平行な第１の方向に沿って並び、
前記基板の表面に平行であって、前記第１の方向と交差する第２の方向において、前記第１の電極プラグおよび前記第２の電極プラグの前記第２の方向に沿った長さが、前記発熱抵抗素子の前記第２の方向に沿った長さよりも長いことを特徴とする液体吐出ヘッド基板。 - 前記第１の電極プラグの前記第１の方向の長さに対する前記第１の電極プラグの厚さの比が、１以下であり、
前記第２の電極プラグの前記第１の方向の長さに対する前記第２の電極プラグの厚さの比が、１以下であることを特徴とする請求項１３に記載の液体吐出ヘッド基板。 - 前記第２の方向において、
前記第１の電極プラグのそれぞれの外縁が、前記発熱抵抗素子の外縁よりも外側に配され、
前記第２の電極プラグのそれぞれの外縁が、前記発熱抵抗素子の外縁よりも外側に配されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の液体吐出ヘッド基板。 - 前記第２の方向における前記第１の電極プラグの外縁から前記発熱抵抗素子の外縁までの長さが、前記第１の方向における前記第１の電極プラグの長さよりも長く、
前記第２の方向における前記第２の電極プラグの外縁から前記発熱抵抗素子の外縁までの長さが、前記第１の方向における前記第２の電極プラグの長さよりも長いことを特徴とする請求項１３乃至１５の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド基板。 - 前記基板の表面に対する正射影において、
前記第１の電極プラグのうち前記第１の電極プラグと前記発熱抵抗素子とが重なる領域は、前記第１の方向における前記第１の電極プラグのそれぞれの外縁が前記発熱抵抗素子と重なっており、
前記第２の電極プラグのうち前記第２の電極プラグと前記発熱抵抗素子とが重なる領域は、前記第１の方向における前記第２の電極プラグのそれぞれの外縁が前記発熱抵抗素子と重なっていることを特徴とする請求項１３乃至１６の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド基板。 - 前記第１の電極プラグのうち前記第２の方向の長さが、前記第１の電極プラグのうち前記第１の方向の長さよりも長く、
前記第２の電極プラグのうち前記第２の方向の長さが、前記第２の電極プラグのうち前記第１の方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１３乃至１７の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド基板。 - 前記保護層は、絶縁物を含み、
前記液体吐出ヘッド基板が、前記保護層の上に、金属層をさらに含むことを特徴とする請求項１３乃至１８の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド基板。 - 前記液体吐出ヘッド基板が、前記保護層の上に、液体の流路を構成するために前記発熱抵抗素子を囲むように配された流路部材をさらに含み、
前記第２の方向において、前記流路部材の側壁が、前記第１の電極プラグの外縁と前記発熱抵抗素子の外縁との間に配され、
前記第２の方向において、前記流路部材の側壁が、前記第２の電極プラグの外縁と前記発熱抵抗素子の外縁との間に配されることを特徴とする請求項１３乃至１９の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド基板。 - 前記流路部材が、前記金属層の上に配されることを特徴とする請求項１９に従属する請求項２０に記載の液体吐出ヘッド基板。
- 前記液体吐出ヘッド基板が、前記保護層の上に、液体を吐出するための吐出口を備える吐出口部材をさらに含み、
前記吐出口が、前記発熱抵抗素子の上に配されることを特徴とする請求項１３乃至２１の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド基板。 - 前記液体吐出ヘッド基板が、前記第１の電極プラグと前記第１の導電パターンとの間、および、前記第２の電極プラグと前記第２の導電パターンとの間に配され、前記第２の方向に並ぶ複数の接続部材をさらに含むことを特徴とする請求項１３乃至２２の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド基板。
- 前記第２の方向において、前記複数の接続部材が、前記発熱抵抗素子の外縁よりも内側に配されることを特徴とする請求項２３に記載の液体吐出ヘッド基板。
- 請求項１乃至２４の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド基板と、前記液体吐出ヘッド基板によって液体の吐出が制御される吐出口と、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
- 請求項２５に記載の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに液体を吐出させるための駆動信号を供給する手段と、を有することを特徴とする液体吐出装置。
- 液体吐出ヘッド基板の製造方法であって、
基板の表面の上に導電パターンが埋め込まれた絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層に、開口の底に前記導電パターンが露出した溝を形成する工程と、
前記溝に導電材料を埋め込むことによって、電極プラグを形成する工程と、
前記電極プラグと電気的に接続し、液体を吐出するための熱エネルギを生成する発熱抵抗素子を形成する工程と、
前記発熱抵抗素子を覆うように保護層を形成する工程と、を含み、
前記基板の表面に対する正射影において、前記発熱抵抗素子と前記電極プラグとが重なるように、前記発熱抵抗素子と前記電極プラグとが互いに接して配され、
前記発熱抵抗素子において、前記基板の表面に平行な第１の方向に沿って電流が流され、
前記電極プラグの前記第１の方向に沿った長さが、前記発熱抵抗素子の前記第１の方向に沿った長さよりも短く、
前記基板の表面に平行であって、前記第１の方向と交差する第２の方向において、前記電極プラグの前記第１の方向に追った長さが、前記発熱抵抗素子の前記第２の方向に沿った長さよりも長いことを特徴とする製造方法。 - 液体吐出ヘッド基板の製造方法であって、
基板の表面の上に第１の導電パターンおよび第２の導電パターンが埋め込まれた絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層に、開口の底に前記第１の導電パターンが露出した第１の溝と、開口の底に前記第２の導電パターンが露出した第２の溝と、を、前記基板の表面に平行な第１の方向に間隔を開けて形成する工程と、
前記第１の溝および前記第２の溝に導電材料を埋め込むことによって、それぞれ第１の電極プラグおよび第２の電極プラグを形成する工程と、
前記第１の電極プラグと前記第２の電極プラグとを電気的に接続し、液体を吐出するための熱エネルギを生成する発熱抵抗素子を形成する工程と、
前記発熱抵抗素子を覆うように保護層を形成する工程と、を含み、
前記基板の表面に平行であって、前記第１の方向と交差する第２の方向において、前記第１の電極プラグおよび前記第２の電極プラグの前記第２の方向に沿った長さが、前記発熱抵抗素子の前記第２の方向に沿った長さよりも長いことを特徴とする製造方法。
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