JP2020023077A - Element substrate, recording head, and recording device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は素子基板、記録ヘッド、及び記録装置に関し、特に、例えば、温度センサを備えた素子基板、その素子基板を用いた記録ヘッド、その記録ヘッドを用いた記録装置に関する。 The present invention relates to an element substrate, a recording head, and a recording apparatus, and more particularly to, for example, an element substrate including a temperature sensor, a recording head using the element substrate, and a recording apparatus using the recording head.
従来の記録ヘッドに搭載される素子基板において、製品IDや設定パラメータ等の固有情報をヘッド内部に記録するOTP(One Time Programmable)ROMとしてPolyヒューズメモリが知られている。Polyヒューズメモリは、トランジスタのゲート配線や抵抗素子等を形成するPolyシリコンを用いたものであり、既存の半導体製造工程に何らかの工程を追加することなく、素子基板上にメモリを形成できる利点がある。 In an element substrate mounted on a conventional recording head, a Poly fuse memory is known as an OTP (One Time Programmable) ROM for recording unique information such as a product ID and setting parameters inside the head. The Poly fuse memory uses Poly silicon for forming a gate wiring and a resistance element of a transistor, and has an advantage that a memory can be formed on an element substrate without adding any process to an existing semiconductor manufacturing process. .
近年、Polyヒューズメモリと比較してメモリモジュールを小さくすることができ、且つ従来の半導体製造工程を用いて新たな工程を追加することなく作成可能なメモリとして、特許文献1に開示されているアンチヒューズメモリが知られている。これは、MOSトランジスタのゲート酸化膜をメモリとして形成したものであり、ゲート酸化膜に過電圧を印加、短絡させてその特性変化をメモリとして使用するものである。 In recent years, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163,086 discloses a memory that can be made smaller in memory module as compared with a Poly fuse memory and can be created without adding a new process using a conventional semiconductor manufacturing process. Fuse memories are known. In this method, a gate oxide film of a MOS transistor is formed as a memory, and an overvoltage is applied to the gate oxide film and short-circuited to use the characteristic change as a memory.
また一方で、記録ヘッドは温度とインクの滴径および吐出速度などとの間に密接な関係があり、これらが画像濃度に影響を与え、記録品位を左右するので、記録ヘッドに実装する素子基板の温度の検出は重要な役割を占めている。そこで、記録ヘッドの素子基板に設けられる温度検出モジュールとして、半導体製造工程によってシリコン基板上に形成できるダイオードセンサなどが利用されている。 On the other hand, the print head has a close relationship between the temperature, the ink droplet diameter, the ejection speed, etc., which affects the image density and affects the print quality. Temperature detection plays an important role. Therefore, as a temperature detection module provided on an element substrate of a recording head, a diode sensor or the like that can be formed on a silicon substrate by a semiconductor manufacturing process is used.
さて、温度検出のためにダイオードセンサに定電流を供給した時の出力電圧は、配線抵抗が大きくなるほど配線での電圧降下が大きくなるので、低下してしまう。この結果、温度検出精度が低下する。 By the way, the output voltage when a constant current is supplied to the diode sensor for detecting the temperature decreases because the voltage drop in the wiring increases as the wiring resistance increases. As a result, the temperature detection accuracy decreases.
このためダイオードセンサによる温度検出精度を向上させるため、配線抵抗の影響を最小限にすることが必要になる。従来からも温度検出のためのダイオードセンサへの定電流供給と電圧監視とを兼用した端子を用いた測定において、その端子への配線幅を可能な限り太くして、配線抵抗を可能な限り小さくする方法がある。 For this reason, in order to improve the temperature detection accuracy by the diode sensor, it is necessary to minimize the influence of the wiring resistance. Conventionally, when measuring using a terminal that also serves as a constant current supply to the diode sensor for temperature detection and voltage monitoring, the wiring width to that terminal is made as large as possible, and the wiring resistance is made as small as possible. There is a way to do that.
しかしながら上記従来例では、素子基板上に広い配線領域が必要となるという問題がある。このため、配線抵抗の影響を最小限にする別の構成として、温度検出のための定電流供給とダイオード近傍の電圧監視を行う端子を個別に設けた構成が考えられるが、このような構成では、素子基板に備える端子数が増加するという別の問題が生じてしまう。このように、いずれの測定にしても、ダイオードセンサを用いて高精度に温度測定しようとすると、配線領域や端子数増加に伴う素子基板のサイズの増大を招くという課題があった。 However, the above conventional example has a problem that a large wiring area is required on the element substrate. Therefore, as another configuration for minimizing the influence of wiring resistance, a configuration in which a constant current supply terminal for temperature detection and a terminal for monitoring the voltage near the diode are separately provided can be considered. Another problem occurs in that the number of terminals provided on the element substrate increases. As described above, in any measurement, there is a problem that an attempt to measure the temperature with high accuracy using the diode sensor causes an increase in the size of the element substrate due to an increase in the wiring area and the number of terminals.
特に、素子基板上において、複数の記録素子を配列して形成される記録素子列の中央部付近にダイオードセンサを配置した場合、電気的な接続のために入出力端子からダイオードセンサまで配線を長い距離を這い回す必要があるため、上記課題がより顕著となる。 In particular, when a diode sensor is arranged near the center of a printing element array formed by arranging a plurality of printing elements on an element substrate, the wiring from the input / output terminal to the diode sensor is long for electrical connection. Since it is necessary to crawl the distance, the above problem becomes more remarkable.
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、小型化を図りながら高精度に温度検出を行うことが可能なセンサを備えた素子基板、その素子基板を用いた記録ヘッド、その記録ヘッドを用いた記録装置を提供すること目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional example, and has an element substrate including a sensor capable of performing temperature detection with high accuracy while reducing the size, a recording head using the element substrate, and a recording head using the element substrate. It is an object to provide a recording device used.
上記目的を達成するために本発明の素子基板は次のような構成からなる。 In order to achieve the above object, an element substrate according to the present invention has the following configuration.
即ち、複数の記録素子と、情報の読み書きが可能なメモリと、温度を検出するセンサとを備えた素子基板であって、前記メモリに情報の読み書きを行うための電力と、前記センサに温度検出のための電力を供給するとともに、前記センサからの温度情報を出力するための第1の端子と、前記メモリ及び前記センサを前記第1の端子に接続する第1の配線とを有することを特徴とする。 That is, an element substrate including a plurality of recording elements, a memory capable of reading and writing information, and a sensor for detecting temperature, an electric power for reading and writing information in and from the memory, and a sensor for detecting temperature in the sensor. A first terminal for supplying power for the power supply and outputting temperature information from the sensor, and a first wiring connecting the memory and the sensor to the first terminal. And
あるいは、複数の記録素子と、情報の読み書きが可能なメモリと、温度を検出するセンサとを備えた素子基板であって、前記メモリに情報の読み書きを行うための電力と、前記センサに温度検出のための電力を供給するための第1の端子と、前記センサからの温度情報を出力するための第2の端子と、前記メモリ及び前記センサに電力を供給するため前記第1の端子に接続する第1の配線と、前記センサを前記第2の端子に接続する第2の配線とを有することを特徴としても良い。 Alternatively, an element substrate including a plurality of recording elements, a memory capable of reading and writing information, and a sensor for detecting temperature, a power for reading and writing information from and to the memory, Terminal for supplying power for the first and second terminals for outputting temperature information from the sensor, and connected to the first terminal for supplying power to the memory and the sensor. And a second wiring connecting the sensor to the second terminal.
また本発明を別の側面から見れば、上記構成の素子基板を備えた記録ヘッドを備える。 According to another aspect of the invention, there is provided a recording head including the element substrate having the above-described configuration.
さらに本発明を別の側面から見れば、上記記録ヘッドを備えた記録装置を備える。 According to another aspect of the invention, there is provided a recording apparatus including the recording head.
従って本発明によれば、素子基板の小型化を図りながら高精度に温度検出を行うことができるという効果がある。これにより、この素子基板を用いた記録ヘッドにより記録を行うことで高品位な記録が達成できる。 Therefore, according to the present invention, there is an effect that the temperature can be detected with high accuracy while reducing the size of the element substrate. Thus, high-quality recording can be achieved by performing recording with a recording head using this element substrate.
以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described more specifically and in detail with reference to the accompanying drawings.
なお、この明細書において、「記録」(「プリント」という場合もある)とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わない。さらに人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かも問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。 In this specification, “recording” (also referred to as “print”) means not only forming significant information such as characters and figures, but also meaningless. Furthermore, regardless of whether or not the image is visualized so that a human can perceive it visually, it is also assumed that an image, a pattern, a pattern, or the like is widely formed on a recording medium or a medium is processed.
また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。 In addition, the term “recording medium” refers to not only paper used in general recording apparatuses, but also broadly those that can accept ink, such as cloth, plastic films, metal plates, glass, ceramics, wood, and leather. Shall be.
さらに、「インク」(「液体」と言う場合もある)とは、上記「記録(プリント)」の定義と同様広く解釈されるべきものである。従って、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理(例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化)に供され得る液体を表すものとする。 Further, “ink” (sometimes referred to as “liquid”) is to be widely interpreted similarly to the definition of “recording (printing)”. Therefore, by being applied on the recording medium, it is used for forming an image, a pattern, a pattern, or the like, processing the recording medium, or processing ink (for example, solidifying or insolubilizing a coloring material in the ink applied to the recording medium). Shall represent liquids that can be used.
またさらに、「記録要素(又はノズル)」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。 Further, the “recording element (or nozzle)” generally refers to an ejection port, a liquid path communicating with the ejection port, and an element that generates energy used for ink ejection, unless otherwise specified.
以下に用いる記録ヘッド用の素子基板(ヘッド基板)とは、シリコン半導体からなる単なる基体を指し示すものではなく、各素子や配線等が設けられた構成を差し示すものである。 An element substrate (head substrate) for a recording head used below does not indicate a simple substrate made of a silicon semiconductor, but indicates a configuration provided with each element, wiring, and the like.
さらに、基板上とは、単に素子基板の上を指し示すだけでなく、素子基板の表面、表面近傍の素子基板内部側をも示すものである。また、本発明でいう「作り込み(built−in)」とは、別体の各素子を単に基体表面上に別体として配置することを指し示している言葉ではなく、各素子を半導体回路の製造工程等によって素子板上に一体的に形成、製造することを示すものである。 Further, the term “on the substrate” refers not only to the top of the element substrate but also to the surface of the element substrate and the inside of the element substrate near the surface. The term "built-in" as used in the present invention is not a word indicating that the individual elements are simply arranged as separate elements on the surface of the base, but the elements are manufactured in a semiconductor circuit. This indicates that the device is integrally formed and manufactured on an element plate by a process or the like.
<インクジェット記録装置の説明(図1)>
図1は本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置1の構成の概要を示す外観斜視図である。
<Description of inkjet recording apparatus (FIG. 1)>
FIG. 1 is an external perspective view showing an outline of a configuration of an ink
図1に示すように、インクジェット記録装置(以下、記録装置)はインクジェット方式に従ってインクを吐出して記録を行なうインクジェット記録ヘッド(以下、記録ヘッド)3をキャリッジ2に搭載し、キャリッジ2を矢印A方向に往復移動させて記録を行う。記録紙などの記録媒体Pを給紙機構5を介して給紙し、記録位置まで搬送し、その記録位置において記録ヘッド3から記録媒体Pにインクを吐出することで記録を行なう。
As shown in FIG. 1, an ink jet recording apparatus (hereinafter, a recording apparatus) has an ink jet recording head (hereinafter, a recording head) 3 which performs recording by discharging ink according to an ink jet system mounted on a
記録装置1のキャリッジ2には記録ヘッド3を搭載するのみならず、記録ヘッド3に供給するインクを貯留するインクカートリッジ6を装着する。インクカートリッジ6はキャリッジ2に対して着脱自在になっている。
The
図1に示した記録装置1はカラー記録が可能であり、そのためにキャリッジ2にはマゼンタ(M)、シアン(C)、イエロ(Y)、ブラック(K)のインクを夫々、収容した4つのインクカートリッジを搭載している。これら4つのインクカートリッジは夫々独立に着脱可能である。
The
この実施例の記録ヘッド3は、熱エネルギを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用している。このため、電気熱変換体を備えている。この電気熱変換体は各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換体にパルス電圧を印加することによって対応する吐出口からインクを吐出する。
The
また、図1に示す例では、記録ヘッド3とインクカートリッジ6とが分離している構成であるが、記録ヘッドとインクカートリッジとが一体となったヘッドカートリッジを用いても良い。
Further, in the example shown in FIG. 1, the
<インクジェット記録装置の制御構成(図2)>
図2は図1に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。
<Control configuration of inkjet recording apparatus (FIG. 2)>
FIG. 2 is a block diagram showing a control configuration of the printing apparatus shown in FIG.
図2に示すように、コントローラ600は、MPU601、ROM602、特殊用途集積回路(ASIC)603、RAM604、システムバス605、A/D変換器606などで構成される。ここで、ROM602は後述する制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納する。ASIC603は、キャリッジモータM1の制御、搬送モータM2の制御、及び、記録ヘッド3の制御のための制御信号を生成する。RAM604は、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等として用いられる。システムバス605は、MPU601、ASIC603、RAM604を相互に接続してデータの授受を行う。A/D変換器606は以下に説明するセンサ群からのアナログ信号を入力してA/D変換し、デジタル信号をMPU601に供給する。
As shown in FIG. 2, the
また、図2において、610は画像データの供給源となるコンピュータ(或いは、画像読取り用のリーダやデジタルカメラなど)でありホスト装置と総称される。ホスト装置610と記録装置1との間ではインタフェース(I/F)611を介して画像データ、コマンド、ステータス信号等を送受信する。この画像データは、例えば、ラスタ形式で入力される。
In FIG. 2,
さらに、620はスイッチ群であり、電源スイッチ621、プリントスイッチ622、回復スイッチ623などから構成される。
A
630は装置状態を検出するためのセンサ群であり、位置センサ631、温度センサ632等から構成される。
A
さらに、640はキャリッジ2を矢印A方向に往復走査させるためのキャリッジモータM1を駆動させるキャリッジモータドライバ、642は記録媒体Pを搬送するための搬送モータM2を駆動させる搬送モータドライバである。また、644はコントローラ600から転送される記録データや制御信号に基づいて記録ヘッドを駆動するヘッドドライバである。
ASIC603は、記録ヘッド3による記録走査の際に、RAM604の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッドに対して記録素子(吐出用のヒータ)を駆動するためのデータを転送する。
The
そして、電力供給装置100がコントローラ600に対して電力を供給する。また、電力供給装置100は各ドライバ、各モータ、記録ヘッド、センサ群、スイッチ群、また、各機構部など装置各部の動作に必要な電力を供給することができる。
Then, the
<記録ヘッドの構成(図3〜図5)>
図3はヘッドホルダの構造を示す斜視図である。
<Configuration of Recording Head (FIGS. 3 to 5)>
FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the head holder.
記録ヘッド3は図3に示されているようにヘッドホルダ30に組み込まれ、ヘッドホルダ30が記録装置が搭載するインクタンクとは別々にキャリッジ2に搭載される。
The
図4はヘッドホルダの分解斜視図である。ヘッドホルダ30は、記録ヘッド3、ヘッド固定部1200、電気配線テープ1300、インクタンク保持部1500から構成されている。
FIG. 4 is an exploded perspective view of the head holder. The
以下、記録ヘッド3の構成要素を詳細に説明する。
Hereinafter, the components of the
なお、インクタンク保持部1500には、図1に示したように、YMCKインクを夫々収容した4つのインクカートリッジが搭載される。このため、記録ヘッド3は4色のインクを吐出するために4つのインク供給口が形成されるが、ここでは説明を簡単にするために1色のインクを吐出する1つのインク供給口を形成した構成を例として説明する。
In addition, as shown in FIG. 1, four ink cartridges each containing YMCK ink are mounted on the ink
記録ヘッド3は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じさせるための熱エネルギーを生成する電気熱変換体を備えた素子基板を備えている。記録ヘッド3は、電気熱変換体とインク吐出口とが対向するように配置されている。
The
図5は記録ヘッド3の構成を説明するための部分破断斜視図である。
FIG. 5 is a partially cutaway perspective view for explaining the configuration of the
記録ヘッド3は、例えば、厚さ0.5mm〜1mmのSi(シリコン)基板に、インクをその基板の裏面から流すための貫通口であるインク供給口408を形成したヘッド基板400を有している。
The
ヘッド基板400には、インク供給口408を挟んでその両側に、インク供給口408に沿って電気熱変換素子(記録素子)Rhが配列されており(この実施例ではインク供給口の両側に1列ずつ並べて配置している)。さらに電気熱変換素子Rhに電力を供給するアルミニウム(Al)などで構成される電気配線(不図示)がインク供給口408から所定の距離を離して並設されている。これら電気熱変換素子Rhと電気配線は、既存の成膜技術(例えば、フォトリソグラフィ技術)を利用して形成することができる。
On the
また、ヘッド基板400には、電気配線に電力を供給したり、電気熱変換素子Rhを駆動するための電気信号を供給したりするための電極部(接続端子)1104が電気熱変換素子Rhの列の両端に位置する側の辺部に沿って配列されている。それぞれの電極部1104はAuなどからなるバンプ1105が形成されていても良い。
In addition, the
また、ヘッド基板400の面上には、電気熱変換素子Rhに対応してインク流路を構成する樹脂材料からなる構造体がフォトリソグラフィー技術によって形成されている。この構造体は、各インク流路を区切るインク流路壁1106とその上方を覆う天井部とを有し、天井部には吐出口1107が開口されている。吐出口1107は、電気熱変換素子Rhのそれぞれに対向して設けられており、これにより吐出口群1108を形成している。このようにして、インクを吐出する記録素子が構成される。
On the surface of the
図5に示す例では、上述のように、インク供給口408を挟んでその両側に、インク供給口408に沿って複数の電気熱変換素子(記録素子)Rhが配列されて記録素子列を形成し、さらに各記録素子に対応して吐出口が形成される。この実施例では、インク供給口408の両側それぞれの記録素子は解像度600dpiのピッチで配列され、片側の記録素子に対して反対側の記録素子が1/2ピッチずれて配列される。従って、両側の記録素子により記録素子列の方向に1200dpiの解像度で記録が可能となっている。
In the example shown in FIG. 5, as described above, a plurality of electrothermal conversion elements (recording elements) Rh are arranged along the
上記のように構成された記録ヘッドH1100において、インク供給口408から供給されたインクは、各電気熱変換素子Rhの発熱によって発生した気泡の圧力によって、各電気熱変換素子Rhに対向する吐出口1107から吐出される。
In the recording head H1100 configured as described above, the ink supplied from the
次に、以上の構成に記録ヘッド3に組み込まれるヘッド基板の構成について実施例について説明する。
Next, an embodiment of the configuration of the head substrate incorporated in the
図6は実施例1に従うヘッド基板のレイアウト構成を示す平面図である。 FIG. 6 is a plan view showing a layout configuration of the head substrate according to the first embodiment.
図6に示すように、ヘッド基板400はその長辺方向にインク供給口408が形成され、インク供給口408に沿って両側に吐出モジュール204が2列配列される。また、インク供給口408に沿って片側にはメモリモジュール206が配列される。同様に、インク供給口408に沿って片側に共通ロジックバス配線402が配置される。また、複数のメモリモジュール206と複数のメモリモジュール206との間には温度検出モジュール208が配置される。
As shown in FIG. 6, the
図7は実施例1に従うヘッド基板の要部の詳細な構成を示す回路図である。 FIG. 7 is a circuit diagram showing a detailed configuration of a main part of the head substrate according to the first embodiment.
図7に示すように、吐出モジュール204は、記録素子Rh、記録素子Rhを駆動する駆動素子(DMOSトランジスタ)204a、記録素子を選択する選択回路(AND回路)204bで構成される。記録素子Rhを駆動することにより、即ち、記録素子Rhを通電させて熱を発生させることにより、インクが吐出され、記録を行うことができる。
As shown in FIG. 7, the
メモリモジュール206は、アンチヒューズ素子AF、抵抗素子Rp、アンチヒューズ素子AFに情報を書き込むための駆動素子206a、アンチヒューズ素子AFを選択する選択回路(AND回路)206bで構成される。選択回路204bと選択回路206bは共通ロジックバス配線402に接続され、さらに制御データ供給回路201に接続され、ロジックバス配線402を吐出モジュール204とメモリモジュール206とで兼用している。アンチヒューズ素子AFは、過電圧が印加されることにより情報を固定的に保持する、即ち、1回だけプログラム可能なメモリとして機能する。駆動素子206aは、制御データ供給回路201からの論理データ信号によって制御される。
The
また、温度検出モジュール208は、温度検出素子DIとして動作するダイオード素子で構成されたダイオードセンサであり、複数のメモリモジュール206で構成されるモジュール列中の中央部付近に1つ配置される。
The
制御データ供給回路201は、例えば、不図示のシフトレジスタやラッチ回路等によって構成される。制御データ供給回路201には、記録装置の本体部からクロック信号CLK、画像データ信号DATA、ラッチ信号LT、記録素子制御信号HE等の論理データ信号が入力される。また、選択回路204b/206b並びに制御データ供給回路201には、ロジック用の電源電圧として電源電圧VDD(例えば、3〜5V)が供給される。
The control
ここで、制御データ供給回路201は、其々がn個の吐出モジュール204を有するm個のグループについて、グループごとに吐出モジュール204を制御して記録素子Rhを時分割駆動制御する。具体的には、ブロック選択信号202のうち少なくとも1ビットと、時分割選択信号203のうち少なくとも1ビットと、切替信号205のうち少なくとも1ビットとを各々吐出モジュール204が受信する事で記録素子Rhを時分割制御する。ブロック選択信号202は制御データ供給回路201からmビット出力される。時分割選択信号203は制御データ供給回路201からnビット出力される。切替信号205は制御データ供給回路201から少なくとも1ビット出力される。
Here, the control
また、制御データ供給回路201は、其々がx個のメモリモジュール206を有するy個のグループについて、グループ毎にメモリモジュール206を制御してアンチヒューズ素子AFを時分割駆動制御する。具体的には、ブロック選択信号202、時分割選択信号203、および切替信号205の各信号の少なくとも1ビットずつを各々メモリモジュール206が受信する事でアンチヒューズ素子AFを時分割制御する。この時、吐出モジュール204とメモリモジュール206は切替信号205により排他的に駆動され、全ての記録素子Rhと全てのアンチヒューズ素子AFが同一の時間において駆動されないよう構成されている。
Further, the control
選択回路204bには、対応するブロック選択信号202と時分割選択信号203および切替信号205が入力される。入力信号に応答して駆動素子204aを導通状態にし、駆動素子204aと直列に接続された記録素子Rhを駆動する。駆動素子204aには、高耐圧MOSトランジスタであるDMOSトランジスタ(Double−diffused MOSFET)が用いられる。
The corresponding
ここで、吐出モジュール204には、記録素子を駆動するための電源電圧として電源電圧VH(例えば、24V)が供給され、接地電位をGNDHとする。このように、ヘッド基板400は、記録素子および記録素子を駆動する駆動素子を含む駆動部(吐出モジュール204に対応)と、駆動部を制御する論理部(制御データ供給回路201に対応)とを含む。一般に、駆動部は、論理部よりも高い電圧で動作させるため、高耐圧用のトランジスタと通常のトランジスタとが併存する基板が用いられる。
Here, a power supply voltage VH (for example, 24 V) is supplied to the
選択回路206bにも、対応するブロック選択信号202と時分割選択信号203および切替信号205が入力される。入力信号に応じた信号が駆動素子206aに出力され、駆動素子206aの導通状態/非導通状態が切り替えられる。駆動素子206aにも、駆動素子204aと同様に、DMOSトランジスタが用いられる。選択回路206bはMOSトランジスタで構成される。メモリモジュール206には、アンチヒューズ素子AFに情報を書き込むための電源電圧VID(例えば、24V)が供給され、接地電位をGNDHとする。
The corresponding
なお、電源電圧VIDと電源電圧VHとは独立した電源ラインである。また、いずれのメモリモジュール206のアンチヒューズ素子AFに情報を書き込むかは、各信号CLK、DATA、LT、HEに従うブロック選択信号202と時分割選択信号203、および切替信号205とによって決定される。
The power supply voltage VID and the power supply voltage VH are independent power supply lines. Which information is written to the anti-fuse element AF of which
図6を再び参照して説明すると、吐出モジュール204の電力供給側はVH配線410に、接地電位側はGNDH配線411に、複数の吐出モジュール204を構成されるモジュール列毎に共通にビア4022を介して別層に電気的に接続される。また、メモリモジュール206の読み書き電力供給側はVID/DIA配線412に、接地電位側はGNDH配線411に共通にビア4022を介して別層に電気的に接続される。温度検出モジュール208のダイオードセンサのアノード側はVID/DIA配線412に、カソード側は基板GND配線413にビア4022を介して別層に電気的に接続される。
Referring again to FIG. 6, the power supply side of the
なお、メモリモジュール206と温度検出モジュール208のダイオードセンサは、VID/DIA配線412に沿って、一列に配列するのが望ましい。これにより、各素子とVID/DIA配線412を最短距離で接続し、配線抵抗を最小化できる。
It is preferable that the diode sensors of the
ダイオードセンサは吐出モジュール204からのインク液滴吐出を安定して行うために温度情報を監視して記録制御を行うために用いられる。従って、吐出モジュール204を駆動する時はダイオードセンサを動作させるが、メモリモジュール読み書き動作中はダイオードセンサを動作させない。そのため、同時動作する可能性のあるダイオードセンサに定電流の供給と電圧監視する配線と吐出モジュール204に電力供給する配線(VH配線410)は、吐出モジュール駆動時の影響で正確な温度検出ができなくなる可能性があるため共通化していない。
The diode sensor is used for monitoring the temperature information and performing recording control in order to stably discharge the ink droplets from the
一方、同時動作することのないメモリモジュール206の読み書き時に電力を供給する配線とその端子とダイオードセンサの動作時に定電流の供給と電圧監視する配線は共通化が可能となる(VID/DIA配線412及び端子)。これにより、端子数の削減と配線領域の縮小が可能となる。なお、ダイオードセンサのカソード側を基板GND配線413に接続し、吐出モジュール204とメモリモジュールの接地電位接続先であるGNDH配線411とを共通にしていない理由も吐出モジュール駆動時の影響を排除するためである。
On the other hand, the wiring for supplying power at the time of reading / writing of the
なお、VH配線410、GNDH配線411、VID/DIA配線412、基板GND配線413はそれぞれ、電極部(接続端子)1104の1つに接続される。図6にはこれらの接続端子をVH、GNDH、基板GND、VID/DIAとして示されている。
Note that the
図8はヘッド基板に実装されるメモリモジュールの構成を示す回路図である。 FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a memory module mounted on a head substrate.
図8では、選択回路206bをNAND回路306とインバータINVで構成される例を示している。インバータINVはPMOSトランジスタMP1とNMOSトランジスタMN1で構成される。インバータINVには入力信号Sigが入力され、出力信号Vgが駆動素子(MOSFET)206aのゲートに出力される。アンチヒューズ素子AFとしてその容量Caが、その一方の端において駆動素子206aと直列に接続されている。容量Caの他方の端には情報の読み書きを行う際に用いる電源電圧VIDが供給される。
FIG. 8 illustrates an example in which the
また、アンチヒューズ素子AFと並列に接続された抵抗素子(抵抗値をRp、以下、抵抗素子Rpという)をさらに備える。これにより、駆動素子206aが非導通状態であるにも係らず、アンチヒューズ素子AFの両端に過電圧が印加されて、アンチヒューズ素子AFに誤って情報が書き込まれるような事態が生じることが防止できる。
Further, a resistance element (resistance value is Rp, hereinafter, referred to as resistance element Rp) connected in parallel with the anti-fuse element AF is further provided. Thus, it is possible to prevent a situation in which an overvoltage is applied to both ends of the anti-fuse element AF and information is erroneously written to the anti-fuse element AF even though the
次に、アンチヒューズ素子AFに情報書込み時の動作を説明する。 Next, an operation at the time of writing information to the anti-fuse element AF will be described.
アンチヒューズ素子AFに情報を書込みたいときは、制御信号Sigに“Low”レベルの信号を入力することにより、駆動素子206aをON状態にする。これにより、アンチヒューズ素子AFを構成するゲート酸化膜に高電圧VIDが印加されることになる。従って、ゲート酸化膜が破壊され、アンチヒューズ素子AFに情報が書込まれる。即ち、書き込み前にはアンチヒューズ素子AFは容量素子であったのに対し、書き込み後には抵抗素子となる。一度、ゲート酸化膜が破壊されると、情報の書き換えはできないので、アンチヒューズ素子AFはOTPROMとして動作する。
When writing information to the anti-fuse element AF, the
アンチヒューズ素子AFに書込まれた情報を読出す方法としては、アンチヒューズ素子AFのインピーダンスの変化を測定する等の方法がある。この実施例では、後述するダイオードセンサ動作時に使用する記録装置の定電流回路(不図示)に接続し、定電流200μAを供給し、その時のアンチヒューズ素子AFの電圧値からアンチヒューズ素子に書込まれた情報を判断する。1つのアンチヒューズ素子AFでその抵抗素子の抵抗値が所定の閾値以上となるかどうかで、“0”又は“1”の情報、即ち、1ビットの情報を保持することが可能になる。 As a method of reading information written in the anti-fuse element AF, there is a method of measuring a change in impedance of the anti-fuse element AF, or the like. In this embodiment, a constant current circuit (not shown) is connected to a recording device used when a diode sensor described later is operated, a constant current of 200 μA is supplied, and writing to the anti-fuse element is performed based on the voltage value of the anti-fuse element AF at that time. Judge the information that was included. Depending on whether or not the resistance value of the resistance element of one anti-fuse element AF is equal to or greater than a predetermined threshold value, information of “0” or “1”, that is, 1-bit information can be held.
図6〜図7に示した構成から分かるように、アンチヒューズ素子AFの数(M)は、インク供給口408の片側に配置される吐出モジュール204の数(N)よりやや少ない数となる。近年の素子基板にはインク供給口408の片側に数100〜1000程度の吐出モジュールが実装されるので、アンチヒューズ素子AFの数(M)のそれと同程度の数が実装される。上述のように、1つのアンチヒューズ素子AFのゲート酸化膜を破壊することで1ビット情報が書き込まれるので、1つの素子基板全体とすれば、M個のアンチヒューズ素子AFでMビット(数100〜1000ビット程度)の情報を保持できる。
As can be seen from the configurations shown in FIGS. 6 and 7, the number (M) of the anti-fuse elements AF is slightly smaller than the number (N) of the
アンチヒューズ素子AFに記録する情報は、チップIDや設定パラメータ等の製品固有情報であり、これらは製品出荷時に工場にて検査機等を用いて書込みが行われる。或は、製品本体に搭載され、ユーザが製品の使用開始後に情報を書込む場合は、製品本体から高電圧VIDに相当する電圧が供給される。 The information recorded in the anti-fuse element AF is product-specific information such as a chip ID and a setting parameter, and these are written at a factory using an inspection machine or the like at the time of product shipment. Alternatively, when the information is mounted on the product main body and the user writes information after the start of use of the product, a voltage corresponding to the high voltage VID is supplied from the product main body.
次に、温度検出モジュール208として用いるダイオードセンサの動作について説明する。
Next, the operation of the diode sensor used as the
ヘッド基板400に形成された半導体ダイオードDIのアノードはVID/DIA配線412、カソードは基板GND413に接続される。温度センサとして用いるときは、記録装置の定電流回路(不図示)に接続し、アノードに接続されるVID/DIA配線412からカソードに接続される基板GND端子413に向けて定電流200μAを供給する。その時の順方向電圧(Vf)を監視すれば、順電圧電圧Vfは、約−2〜−2.5mV/℃の温度特性を持っているため、これにより温度の変化を検出できる。言い換えると、電圧監視は温度情報を検出することであると言える。
The anode of the semiconductor diode DI formed on the
また、メモリモジュール206の読み書き時に電力を供給する配線は、アンチヒューズ素子AFに情報書き込み時に大電流が流れるため配線幅を大きくすることが望ましい。一方、ダイオードセンサ動作時に定電流を供給し電圧監視する配線も配線抵抗による電圧降下を小さくするため配線幅を大きくすることが望ましい。これらの幅広にする必要のある配線同士を共通化することで配線領域を縮小する効果はより大きくなる。
Further, it is desirable to increase the width of the wiring for supplying electric power at the time of reading / writing of the
従って以上説明した実施例に従えば、アンチヒューズ素子とダイオードセンサへの配線を共通化することで、基板サイズの増大を招くことなくメモリモジュールと温度検出モジュールを配置することができる。また、この共通化された配線は十分に広い配線幅を有しているので、配線抵抗による電圧降下も抑え、高精度な温度検知が可能になる。 Therefore, according to the embodiment described above, the memory module and the temperature detection module can be arranged without increasing the substrate size by sharing the wiring to the anti-fuse element and the diode sensor. Further, since the shared wiring has a sufficiently wide wiring width, a voltage drop due to wiring resistance is suppressed, and high-precision temperature detection becomes possible.
なお、以上説明した実施例では、インク供給口408に沿って片側にメモリモジュール列と1つのダイオードセンサを配置したが、両側にメモリモジュール列とダイオードセンサを配置して、両側とも上記のような構成にしてもよい。また、メモリモジュール列は片側、ダイオードセンサを両側に配置して、片側だけ上記のような構成にしてもよい。
In the above-described embodiment, the memory module row and one diode sensor are arranged on one side along the
また、以上説明した実施例では、ダイオードセンサは、メモリモジュール列中の中央部付近に1つ配置したが、ダイオードセンサの配置場所と個数はこれに限らず任意であり、吐出モジュール列端部の端子近傍であってもよい。 In the embodiment described above, one diode sensor is arranged near the center of the memory module row. However, the location and the number of the diode sensors are not limited to this, and the diode sensor is not limited to this. It may be near the terminal.
さらに、以上説明した実施例では、メモリモジュールの中にアンチヒューズ素子AFの誤書込み防止のために抵抗素子Rpを接続しているが、使用条件や別の構成で誤書込み防止がなされている場合は抵抗素子Rpは無くてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the resistance element Rp is connected in the memory module to prevent the erroneous writing of the anti-fuse element AF. However, in the case where the erroneous writing is prevented under the use conditions or another configuration. May not have the resistance element Rp.
またさらに、以上説明した実施例では、メモリモジュールのメモリとしてアンチヒューズ素子を用いたが、本発明はこれによって限定されるものではなく、例えば、Polyヒューズ等を用いても良い。またさらに、以上説明した実施例では、記録素子Rhは電気熱変換素子としたが、ピエゾ素子でも良い。 Further, in the embodiments described above, the anti-fuse element is used as the memory of the memory module. However, the present invention is not limited to this. For example, a Poly fuse or the like may be used. Further, in the embodiment described above, the recording element Rh is an electrothermal conversion element, but may be a piezo element.
実施例1では図6に示す構成からも分かるように、複数のメモリモジュール206で構成されるメモリモジュール列の中央部に1つの温度検出モジュール208を配置し、温度検出のための電力供給と電圧監視を1つの端子で行う構成を用いた。ここでは、メモリモジュール列に複数の温度検出モジュールを配置し、温度検出のための電力供給と電圧監視を別々の端子で行う構成について説明する。
In the first embodiment, as can be seen from the configuration shown in FIG. 6, one
図9は実施例2に従うヘッド基板のレイアウト構成を示す平面図である。図10は実施例2に従うヘッド基板の要部の詳細な構成を示す回路図である。なお、図9〜図10において、既に図6〜図7を参照して説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号又は参照符号を付し、その説明は省略する。ここでは、この実施例に特有の構成や特徴についてのみ説明する。 FIG. 9 is a plan view showing a layout configuration of a head substrate according to the second embodiment. FIG. 10 is a circuit diagram showing a detailed configuration of a main part of a head substrate according to the second embodiment. 9 and 10, the same components as those already described with reference to FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals or reference numerals, and description thereof will be omitted. Here, only the configuration and features unique to this embodiment will be described.
・ダイオードセンサの電力供給と電圧監視を別配線別端子で行う点
この実施例では、図9に示すように、温度検出素子の電圧監視用のDIAモニタ配線414とその接続端子(DIAモニタ)を新たに設ける。そして、ダイオードセンサのアノード側をVID/DIA配線412とDIAモニタ配線414にビアを介して別層に電気的に接続し、そのカソード側を基板GND配線413にビアを介して別層に電気的に接続する。
In this embodiment, as shown in FIG. 9, the DIA monitor wiring 414 for monitoring the voltage of the temperature detecting element and the connection terminal (DIA monitor) are provided. It is newly provided. Then, the anode side of the diode sensor is electrically connected to the VID /
実施例1では、VID/DIA配線412とその接続端子(VID/DIA)は、メモリモジュールの読み書き時における電力供給と、ダイオードセンサ動作時における定電流供給と電圧(温度情報)監視の3つの役割を共通化して担っていた。このため、できるだけVID/DIA配線412の配線幅を大きくして配線抵抗を小さくすることで、定電流が流れることによる配線での電圧降下を最小限にしてダイオードセンサの高精度の測定を可能としていた。しかしながら、その配線抵抗をゼロにすることは不可能であり、配線での電圧降下は少なからず発生していた。
In the first embodiment, the VID /
これに対して、この実施例では、メモリモジュール206の読み書き時に電力を供給する配線とダイオードセンサ動作時に定電流供給する配線としてVID/DIA配線412を用い、電圧監視する配線にDIAモニタ配線414を用いる。これにより、ダイオードセンサ動作時に定電流供給するVID/DIA配線412は、実施例1と同様に配線抵抗による電圧降下は生じるが、電圧監視するだけのDIAモニタ配線414はほとんど電流が流れないので配線による電圧降下もほとんど生じない。このため、ダイオードセンサ近傍から配線を取り出せば限りなく真値に近いダイオード素子電圧を測定できる。
On the other hand, in this embodiment, the VID /
このように、この実施例では、メモリモジュール206の読み書き時における電力供給とダイオードセンサ動作時における定電流供給とをVID/DIA配線412に共通化している。これにより、端子数の削減と配線領域の縮小が可能となる。なお、メモリモジュール206とダイオードセンサは、図9に示されるように、VID/DIA配線412とDIAモニタ配線414に沿って一列に配列するのが望ましい。これにより、各素子とVID/DIA配線412とDIAモニタ配線414を最短距離で接続し、その配線抵抗を最小化できる。
As described above, in this embodiment, the power supply during reading and writing of the
・温度検出モジュールの構成及び温度検出モジュールの複数個所配置
図10に示されるように、温度検出モジュール208は、温度検出素子DI(ダイオードセンサ)と、温度検出素子DIを駆動する駆動素子(トランジスタ)208aと温度検出素子DIを選択する選択回路(AND回路)208bとで構成される。そして、温度検出モジュール208はメモリモジュール列の中の複数箇所(図9の例では3か所)に設けられる。
Configuration of Temperature Detection Module and Arrangement of Plurality of Temperature Detection Modules As shown in FIG. 10, the
また、選択回路(AND回路)208bは、選択回路204b及び選択回路206bとともに共通ロジックバス配線402に接続される。共通ロジックバス配線402は、さらに制御データ供給回路201に接続され、ロジックバス配線を吐出モジュール204とメモリモジュール206と温度検出モジュール208とで兼用している。
The selection circuit (AND circuit) 208b is connected to the common
選択回路208bには対応するブロック選択信号202と時分割選択信号203及び切替信号205とが入力される。そして、入力信号に応じた信号が駆動素子208aに出力され、駆動素子208aの導通状態/非導通状態が切り替えられる。駆動素子208aには、駆動素子204aや駆動素子206aと同様に、DMOSトランジスタが用いられる。また、選択回路208bはMOSトランジスタで構成される。
The corresponding
また、複数の温度検出モジュールのいずれのダイオードセンサに情報を書き込むかは、クロック信号CLK、画像データ信号DATA、ラッチ信号LT、記録素子制御信号HEの各信号に従うブロック選択信号と時分割選択信号と切替信号とによって決定される。 Further, which of the diode sensors of the plurality of temperature detection modules is to be written with information is determined by a block selection signal and a time division selection signal according to each of the clock signal CLK, the image data signal DATA, the latch signal LT, and the recording element control signal HE. It is determined by the switching signal.
以上説明したように、この実施例では、吐出モジュール、メモリモジュール、温度検出モジュールは切替信号により排他的に駆動され、全ての記録素子と全てのアンチヒューズ素子と全てのダイオードセンサが同一時間には駆動されないよう構成されている。このような構成のため、温度検出とインク吐出が同時動作しない場合には、ダイオードセンサのカソード側接続を基板GND配線でなく、吐出モジュールとメモリモジュールの接地電位接続先と同じGNDH配線と共通にしてもよい。 As described above, in this embodiment, the ejection module, the memory module, and the temperature detection module are exclusively driven by the switching signal, and all the recording elements, all the anti-fuse elements, and all the diode sensors are operated at the same time. It is configured not to be driven. Due to such a configuration, when the temperature detection and the ink ejection do not operate simultaneously, the cathode side connection of the diode sensor is not shared with the substrate GND wire, but is shared with the same GNDH wire as the ground potential connection destination of the ejection module and the memory module. You may.
従って以上説明した実施例に従えば、ダイオードセンサの電力供給と電圧監視を別配線別端子とすることでダイオードセンサからより高精度な温度検出を行うことができる。 Therefore, according to the above-described embodiment, more accurate temperature detection can be performed from the diode sensor by using the power supply and the voltage monitoring of the diode sensor as separate wiring terminals.
201 制御データ供給回路、204 吐出モジュール、
204a、206a、208a 駆動素子(DMOSトランジスタ)、
204b、206b、208b 選択回路(AND回路)、
206 メモリモジュール、208 温度検出モジュール、
400 ヘッド基板、402 共通ロジックバス配線、
410 VH配線、411 GNDH配線、412 VID/DIA配線、
413 基板GND配線、414 DIAモニタ配線、
AF アンチヒューズ素子、DI 温度検出素子(ダイオードセンサ)、
Rh 電気熱変換素子(記録素子)、Rp 抵抗素子、
201 control data supply circuit, 204 discharge module,
204a, 206a, 208a drive elements (DMOS transistors),
204b, 206b, 208b selection circuit (AND circuit),
206 memory module, 208 temperature detection module,
400 head substrate, 402 common logic bus wiring,
410 VH wiring, 411 GNDH wiring, 412 VID / DIA wiring,
413 board GND wiring, 414 DIA monitor wiring,
AF anti-fuse element, DI temperature detection element (diode sensor),
Rh electrothermal conversion element (recording element), Rp resistance element,
Claims (17)
前記メモリに情報の読み書きを行うための電力と、前記センサに温度検出のための電力を供給するとともに、前記センサからの温度情報を出力するための第1の端子と、
前記メモリ及び前記センサを前記第1の端子に接続する第1の配線とを有することを特徴とする素子基板。 An element substrate including a plurality of recording elements, a memory capable of reading and writing information, and a sensor for detecting a temperature,
Power for reading and writing information from and to the memory, and supplying power for temperature detection to the sensor, and a first terminal for outputting temperature information from the sensor;
An element substrate, comprising: a first wiring connecting the memory and the sensor to the first terminal.
前記メモリに情報の読み書きを行うための電力と、前記センサに温度検出のための電力を供給するための第1の端子と、
前記センサからの温度情報を出力するための第2の端子と、
前記メモリ及び前記センサに電力を供給するため前記第1の端子に接続する第1の配線と、
前記センサを前記第2の端子に接続する第2の配線とを有することを特徴とする素子基板。 An element substrate including a plurality of recording elements, a memory capable of reading and writing information, and a sensor for detecting a temperature,
Power for reading and writing information from and to the memory, a first terminal for supplying power for temperature detection to the sensor,
A second terminal for outputting temperature information from the sensor;
A first wiring connected to the first terminal to supply power to the memory and the sensor;
An element substrate, comprising: a second wiring connecting the sensor to the second terminal.
前記複数の第1の駆動素子を選択する複数の第1の選択回路と、
前記メモリを駆動する第2の駆動素子と、
前記第2の駆動素子を選択する第2の選択回路とをさらに有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の素子基板。 A plurality of first driving elements for driving each of the plurality of recording elements;
A plurality of first selection circuits for selecting the plurality of first driving elements;
A second driving element for driving the memory;
The element substrate according to claim 1, further comprising a second selection circuit that selects the second drive element.
前記第3の駆動素子を選択する第3の選択回路とをさらに有することを特徴とする請求項10に記載の素子基板。 A third drive element for driving the sensor;
The device substrate according to claim 10, further comprising a third selection circuit that selects the third drive element.
前記複数の第1の駆動素子と前記第2の駆動素子と前記第3の駆動素子は、DMOSトランジスタであり、
前記複数の第1の選択回路と前記第2の選択回路と前記第3の選択回路は、MOSトランジスタであることを特徴とする請求項11に記載の素子基板。 The memory is formed of an anti-fuse element made using a gate oxide film,
The plurality of first driving elements, the second driving elements, and the third driving elements are DMOS transistors,
The device substrate according to claim 11, wherein the plurality of first selection circuits, the second selection circuit, and the third selection circuit are MOS transistors.
前記複数の記録素子それぞれは、電気熱変換素子を含むことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の素子基板。 Further comprising an ink supply port for supplying ink to the plurality of recording elements,
The element substrate according to claim 1, wherein each of the plurality of recording elements includes an electrothermal conversion element.
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---|---|---|---|
JP2018148021A JP2020023077A (en) | 2018-08-06 | 2018-08-06 | Element substrate, recording head, and recording device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP7500656B2 (en) | 2022-06-15 | 2024-06-17 | キヤノン株式会社 | HEAD SUBSTRATE, LIQUID EJECTION HEAD AND LIQUID EJECTION DEVICE |
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2018
- 2018-08-06 JP JP2018148021A patent/JP2020023077A/en active Pending
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