JP4537159B2 - 液体吐出ヘッド用半導体装置、液体吐出へッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばインクなどの液体を吐出する液体吐出ヘッドを構成するために用いられる液体吐出ヘッド用半導体装置と、そのような液体吐出ヘッド用半導体装置を用いた液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。

吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドは、例えば、液体としてインクを使用し、記録信号に応じてインクの吐出を制御してインクを記録媒体に付着させるようにすることにより、インクジェット方式の記録ヘッドとして用いられる。また、このような液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置は、例えば、インクジェット記録装置として応用されている。

ここでインクジェット方式の記録方法について説明すると、インクジェット記録法（液体噴射記録法）は、作動時における騒音の発生が無視し得る程度に極めて小さいという点、高速記録が可能であり、しかも定着という特別な処理を必要とせずにいわゆる普通紙に記録の行なうことができる点等において極めて優れており、最近ではプリント方式の主流になりつつある。特に、熱エネルギーを利用するインクジェット記録ヘッドでは、電気熱変換体（ヒータ）によって発生した熱エネルギーを液体に付与することにより、液体中で選択的に発泡現象を生じさせ、その発泡のエネルギーにより吐出口からインク液滴を吐出する。

図１８は、従来の液体吐出ヘッドを代表するものとして、インクジェット方式の記録装置に搭載される記録ヘッドの回路構成を示している。この種の記録ヘッドの電気熱変換素子（ヒータ）とその駆動回路は、例えば特開平０５−１８５５９４号公報（特許文献１）に示されているように、半導体プロセス技術を用いて、同一のシリコン半導体基板上に形成することができる。

図１８に示すように、半導体基板上には、インクを吐出するための熱を発生するヒータ（電気熱変換素子）１０１が複数個設けられており、各ヒータ１０１に対してそのヒータ１０１に所望の電流を供給するためのｎ型パワートランジスタ１０２が接続している。各ヒータ１０１の一端は、ヒータ用の電源ラインＶＨに共通に接続しており、各ヒータ１０１の他端側に、対応するｎ型パワートランジスタ１０２のドレインが接続している。各ｎ型パワートランジスタ１０２のソースは、いずれも接地ラインＧＮＤＨに接続している。さらに、これら複数のヒータ１０１に対して共通に、それぞれのヒータ１０１に電流を供給して記録ヘッドのノズル（吐出口）からインクを吐出するか否かを決定する画像データを一時的に格納するシフトレジスタ１１６が設けられている。シフトレジスタ１１６には、転送クロック信号ＣＬＫが入力する入力端子と、ヒータ１０１をＯＮ（オン）／ＯＦＦ（オフ）させる画像データＤＡＴＡがシリアルに入力する画像データ入力端子が設けられている。シフトレジスタ１１６の各段はそれぞれ１つのヒータ１０１に対応しており、シフトレジスタ１１６の各段の出力には、各ヒータ１０１に対する画像データをヒータごとに記録保持するためのラッチ回路１１５が接続している。各ラッチ回路１１５は、シフトレジスタ１１６の出力を入力とするとともに、ラッチタイミングを制御するためのラッチ信号ＬＴを入力するラッチ信号入力端子を備えている。ラッチ信号ＬＴは、それぞれのラッチ回路１１５に対して共通に入力する。各ラッチ回路１１５の出力側にはそれぞれＡＮＤ（アンド）回路１１４が設けられている。ＡＮＤ回路１１４は、ラッチ回路１１５の出力とヒータ１０１に電流を流すタイミングを決定するヒート信号ＨＥとを入力としている。ヒート信号ＨＥは、それぞれのＡＮＤ回路１１４に対して共通に入力している。ＡＮＤ回路１１４の出力は、レベル変換回路１０３を介して、対応するヒータ１０１に接続したパワートランジスタ１０２のゲートに入力される。レベル変換回路１０３は、いわゆる論理レベルの信号をパワートランジスタ１０２のゲート制御が可能な電圧振幅の信号に変換する回路である。

ここで、ｎ型パワートランジスタは、電界効果トランジスタであって、例えば、ｎＭＯＳトランジスタやｎ型ＤＭＯＳ(Double Diffused MOS)である。

レベル変換回路１０３の回路構成を説明すると、ＡＮＤ回路１１４からの画像データを反転させる第１のインバータ回路２０８と、第１のインバータ回路２０８から出力される信号をさらに反転させる第２のインバータ回路２０７とが設けられている。レベル変換回路１０３には、電圧発生回路１１７から出力される内部電源ラインＶＨＴＭから電力が供給されている。さらにレベル変換回路１０３において、第２のインバータ回路２０７の出力は、ｐＭＯＳトランジスタ２０２及びｎＭＯＳトランジスタ２０３からなる第１のＣＭＯＳインバータ回路に入力している。ｐＭＯＳトランジスタ２０２のソースには、第１のＣＭＯＳインバータ回路をＡＮＤ回路１１４の出力電圧である５Ｖ以下（ロジック部の電源電圧は一般的に５Ｖ以下である）の信号で駆動可能とするために、内部電源ラインＶＨＴＭから供給される電圧を分割するための第１のバッファ用ｐＭＯＳトランジスタ２０１が接続している。同様に、ｐＭＯＳトランジスタ２０５及びｎＭＯＳトランジスタからなり、第１のインバータ回路２０８の出力が入力する第２のＣＭＯＳインバータ回路が設けられ、ｐＭＯＳトランジスタ２０５のソースには、第２のバッファ用ｐＭＯＳトランジスタ２０４が接続している。ここで、第１のバッファ用ｐＭＯＳトランジスタ２０１のゲートは、対をなす第２のＣＭＯＳインバータ回路の出力部であるトランジスタ２０５，２０６の接続部に接続されている。同様に、第２のバッファ用ｐＭＯＳトランジスタ２０４のゲートも、対をなす第１のＣＭＯＳインバータ回路の出力部であるトランジスタ２０２，２０３の接続部に接続されている。トランジスタ２０５，２０６の接続部は、レベル変換回路１０３の出力として、対応するパワートランジスタ１０２のゲートに接続されている。

電圧発生回路１１７の出力電圧ＶＨＴＭは、ＣＭＯＳインバータのブレイクダウン耐圧及びＭＯＳトランジスタのゲート耐圧を越えることなく、可能な限り高く設定することが望ましい。可能であれば、各ヒータ１０１に対する電源ラインＶＨと共用してもよい。しかしながら、通常の場合、各ヒータ１０１への駆動電圧は２０Ｖ以上の高い値に設定される場合が多く、その一方で、ＣＭＯＳインバータは、そのブレイクダウン耐圧が１５Ｖ程度までであるような半導体プロセスで作られることが多い。また、ＭＯＳトランジスタのゲート耐圧はゲート酸化膜の厚さなどに依存するため、ＭＯＳトランジスタのゲートに印加される電圧は、ゲート酸化膜の絶縁耐圧より十分低い電圧とする必要がある。このため、レベル変換回路１０３での最適な電源電圧（すなわち電圧ＶＨＴＭ）と各ヒータ１０１の駆動電圧（電圧ＶＨ）とを一致させることは難しい。もっとも、レベル変換回路１０３の電源ラインを別に設けることは、システム全体のコストアップにも繋がる。

そこで、従来の技術では、例えば、電圧発生回路１１７を図１９に示すような回路構成で実現している。図１９に示す回路では、抵抗Ｒ３、Ｒ１を電源ラインＶＨと接地点との間で直列に接続し、抵抗Ｒ３、Ｒ１の分圧比によりヒータの電源ラインＶＨから任意の電圧を作り出し、これにバッファとしてのｎＭＯＳトランジスタＴ１と抵抗Ｒ２から構成されるソースフォロア回路を接続し、ｎＭＯＳトランジスタＴ１のソースを電圧発生回路１１７の出力端として構成している。

以上説明した回路構成等は、特開平１１−１２９４７９号公報（特許文献２）に開示されている。上述したように、ヒータ１０１や、ヒータ１０１を駆動するための駆動回路などは、例えばシリコン半導体基板上に一体的に設けられている。そこで、記録ヘッドを構成するシリコン半導体基板上での各回路部分の配置やレイアウトについて説明する。図２０は、シリコン半導体基板上での各回路部分のレイアウトの一例を示す図である。これは、特開平０８−１０８５３６号公報（特許文献３）に開示されているものである。

略矩形のシリコン半導体基板１５０において、基板の一方の長辺に沿うようにして複数個のヒータ１０１が配列しており、各ヒータ１０１にはそれぞれパワートランジスタ１０２が接続している。図では、このようにして設けられる複数個のパワートランジスタ１０２の形成領域の全体を矩形の領域１２２で示している。図示するように、ヒータ１０１の形成領域（ヒータ部）に隣接して、パワートランジスタの形成領域１２２が配置されている。さらに、図１８に示したレベル変換回路１０３やシフトレジスタ１１６などを含む一群のロジック回路が設けられる駆動ロジック回路部１２３が、パワートランジスタの形成領域１２２に対し、ヒータ１０１の形成領域とは反対側で隣接して設けられている。図示していないが、駆動ロジック回路部１２３に対しては、転送クロック信号ＣＬＫや、画像データＤＡＴＡ、ラッチ信号ＬＴ、ヒート信号ＨＥの供給するための配線も接続している。

パワートランジスタの形成領域１２２に対しては、ヒータ１０１に所定の電圧を印加するための電源ライン（電源配線）１０５が接続され、また、駆動ロジック回路部１２３には、パワートランジスタからの電流が流れ込むＧＮＤ（接地）ライン（ＧＮＤ配線）１１０が接続されている。したがって、電源ライン１０５は、図１８でのＶＨの電源ラインに対応し、ＧＮＤライン１１０はＧＮＤＨラインに対応する。図示していないが、駆動ロジック回路群１２３に対しては、転送クロック信号ＣＬＫや、画像データＤＡＴＡ、ラッチ信号ＬＴ、ヒート信号ＨＥの供給するための配線も接続されている。ここで、電源ライン１０５は、多層配線技術によって形成される半導体基板１５０において、第２層目のアルミニウム配線によって、各パワートランジスタ１０２の素子上に配置されるように形成されている。一方、パワートランジスタ１０２に接続される信号線などは、半導体基板１５０における第１層目のアルミニウム配線により形成され、電源ライン１０５とは電気的に絶縁されている。なお、本明細書において、アルミニウム配線の用語には、半導体装置の製造プロセスの分野における慣習にしたがって、純アルミニウムからなる配線層のほかに、アルミニウムを含む合金からなる配線層も含まれる。第１層目、第２層目の用語は、シリコン半導体基板の本体に近い方が第１層目、表面側が第２層目として用いられている。

配線１０６は、電源ライン１０５とヒータ１０１とを結ぶ配線であって、半導体基板１５０における第２層目のアルミニウム配線で直接接続されている。また、配線１０７は、ヒータ１０１とパワートランジスタ１０２とを結ぶ配線であって、半導体基板１５０の第１層目のアルミニウム配線で形成されている。このように、配線１０６，１０７を設けることにより、第２層目のアルミニウム配線である電源ライン１０５の下側へ、配線１０７を通し、パワートランジスタ１０２とヒータ１０１とを直接接続できる。一方、ＧＮＤライン１１０は、半導体基板１５０における第２層目のアルミニウム配線で形成されてり、駆動ロジック回路部１２３を構成する各素子上に配置されている。一方、駆動ロジック回路部１２３内の信号線などは第１層目のアルミニウム配線により形成され、ＧＮＤライン１１０とは電気的に絶縁されている。なお、電源ライン１０５の端部には電源用ボンディングパッド１１１が設けられ、ＧＮＤライン１１０の端部にはＧＮＤ用ボンディングパッド１１２が設けられている。ここで示した例では、電源ライン１０５及びＧＮＤライン１１０のいずれも半導体基板１５０の左右両端側に引き出されるようになっており、これらの左右両端部にボンディングパッド１１１，１１２が形成されている。
特開平０５−１８５５９４号公報 特開平１１−１２９４７９号公報 特開平０８−１０８５３６号公報

しかしながら上述した記録ヘッドでは、ＶＨ配線（電源ライン１０５）及びＧＮＤＨ配線（ＧＮＤライン１１０）に、全てのヒータ１０１及びパワートランジスタ１０２が接続されていると、ヒータ部の端に配置されたヒータとヒータ部の中央に配置されたヒータとでは、それらのヒータに至るまでの配線抵抗が異なる。つまり、ヒータ部における位置によってそのヒータまでの配線抵抗が異なることになり、ヒータの駆動電圧が一定であるとして、全てのヒータに対して同一の電力を供給することができなくなる場合がある。ＶＨ配線とＧＮＤ配線との間の抵抗、配線抵抗とヒータ抵抗とパワートランジスタのオン抵抗との和がヒータの場所によって異なる場合に、全てのヒータに対して同じ電流値を供給できない。供給される電流が最小となるヒータにおいても所定の発熱量が得られるようにする必要があるが、そのように駆動条件を設定すると、他のヒータでは過大な駆動電流が流れることとなって、これは、そのヒータの寿命を著しく短くする。

また、配線抵抗が均一でないことによるこの問題は、半導体基板上に配設されるヒータの個数を増やして記録ヘッドを長尺化した場合、あるいは、記録ヘッドの短辺部の長さを短くするために電源ラインやＧＮＤラインの横幅を小さくした場合に顕著に現れる。

そこで本発明の目的は、インクジェット記録ヘッドに代表される液体吐出ヘッドを構成するための半導体装置であって、この半導体装置内に設けられる複数の記録素子（例えばヒータなど）のそれぞれに対する配線抵抗のばらつきを小さくして、記録素子における過大な駆動電流の発生を防ぐことができる液体吐出ヘッド用半導体装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、そのような液体吐出ヘッド用半導体装置を用いた液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することにある。

本発明の液体吐出ヘッド用半導体装置は、複数の記録素子と前記記録素子ごとに設けられて対応する記録素子を駆動する駆動素子とを有する液体吐出ヘッド用半導体装置であって、半導体基板上に形成された少なくとも第１の配線層及び第２の配線層を有し、前記記録素子と前記駆動素子との対の複数によりセグメントが形成され、同一セグメント内に配された前記各駆動素子の第１の端子を相互に接続して接地するための第１の配線が前記第１の配線層に形成され、前記駆動素子の第２の端子と前記記録素子の第１の端子は一対一で接続され、前記駆動素子の第３の端子に入力される制御信号によって前記記録素子に電流が流れるように前記記録素子の第２の端子には電源配線が前記第２の配線層で形成されると共に、同一セグメント内に配された前記記録素子の第２の端子を相互に接続する補助配線が前記第１の配線層で形成されていることを少なくとも特徴とする。

本発明では、後述する説明から明らかになるように、半導体製造プロセスにおける多層配線技術を用いて製造される液体吐出ヘッド用半導体装置において、補助配線を設けることにより、セグメント内の各記録素子に対する配線抵抗のばらつきを小さくすることができる。

本発明の液体吐出ヘッド用半導体装置は、インクに熱エネルギーを付与し、吐出口からインク液滴を吐出させることによって記録を行うインクジェット記録ヘッドに好ましく使用されるものである。

本発明においては、典型的には、記録素子はヒータであり、駆動素子はパワートランジスタであって、記録素子と駆動素子との対ごとに記録素子の第１の端子と駆動素子の第２の端子とが相互に接続している。また、電源配線もセグメントごとに設けられようにし、第２の配線層に、セグメントごとにそのセグメントの第１の配線にスルーホールを介して接続するＧＮＤ配線が形成されるようにすることが好ましい。

さらに本発明の液体吐出ヘッド用半導体装置では、半導体基板上に、各電源配線に接続する第１のボンディングパッドと、ＧＮＤ配線に接続する第２のボンディングパッドとを設け、第１のボンディングパッドから電源配線、記録素子−駆動素子対及びＧＮＤ配線を経て第２のボンディングパッドにいたる配線抵抗がセグメントによらずに均一化するように、セグメントごとの電源配線及びＧＮＤ配線の配線幅が選択することが好ましい。

本発明の液体吐出ヘッド用半導体装置では、任意の個数の記録素子−駆動素子対によってブロックを構成し、ブロックごとに記録素子が時分割駆動されるようにすることが好ましい。その場合、各セグメントがそれぞれブロックを構成するようにしてもよい。

本発明の液体吐出ヘッドは、上述した液体吐出ヘッド用半導体装置と、液体吐出ヘッド用半導体装置に組み合わされ記録素子に関連する液路および液路の一端をなす吐出口を形成するための部材と、を備えたことを特徴とする。

本発明の液体吐出装置は、本発明の液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッドに対しプリント媒体を相対搬送するための手段と、を備えたことを特徴とする。

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。以下では、液体吐出ヘッドはインクジェット記録に用いるインクジェット記録ヘッドであって、記録素子として、電流によって発熱するヒータを用いる場合について説明する。本発明では、半導体基板上に多数個のヒータを配置し、さらに、外部から入力する信号に応じてこれらヒータを駆動する駆動ロジック回路やパワートランジスタも半導体基板上に配置する場合に、半導体基板上での配線抵抗の差による影響を少なくするために、多数個のヒータをいくつかのセグメントに分割している。各セグメントには、複数個のヒータと、それらのヒータに１対１で対応するパワートランジスタとが含まれている。

《第１の実施形態》
まず、本発明を詳細に理解するために、セグメントの配置の違いによる配線抵抗の違いに関して説明する。

図１は、インクジェット方式の記録装置に搭載される、本発明の第１の実施形態に基づく記録ヘッドの回路構成を示す図である。ここで示す回路構成は、記録ヘッドの小型化および高速動作に適した時分割駆動方式（ブロック駆動方式）の駆動回路を示しており、図示されたヒータやパワートランジスタ、駆動ロジック回路部はいずれも同一の半導体基板上に多層配線技術を用いて作りこまれている。

インクを吐出するための熱を発生するヒータ１０１が多数個設けられており、ヒータ１０１ごとに所望の電流を供給するためのｎ型パワートランジスタ１０２が接続されている。ここでは、ヒータ１０１とパワートランジスタ１０２との対のうち、隣接する４対で１セグメントとしている。ヒータ１０１に対する電源配線（ＶＨ配線）およびＧＮＤ配線（ＧＮＤＨ配線）は、半導体基板上において、セグメントごとに、ボンディングパッド付近までそれぞれ個別に接続されており、ボンディングパッド部付近で全てのセグメントの電源配線及びＧＮＤ配線がまとまってボンディングパッドに接続されている。

例えば６個のセグメントが配置されているとき（すなわち２４個のヒータが設けられているとき）に、ここでは、ＶＨ配線およびＧＮＤＨ配線は、いずれも左側の３つのセグメントと右側の３つのセグメントとに分けられており、左側の３セグメントは、半導体基板の左端部に設けられたボンディングパッドＶＨ１、ＧＮＤＨ１に接続され、右側の３セグメントは、半導体基板の右端部に設けられたボンディングパッドＶＨ２、ＧＮＤＨ２に接続し、これによって、配線抵抗を低減させている。さらに、各セグメントへの配線の寄生抵抗が等しくなるように、ボンディングバッド部から近いセグメントに対しては配線幅を細く、遠いセグメントに対して配線幅を太くしている。また、セグメント内の各ヒータにおける配線抵抗値の差が小さくなるように、各セグメントにおいてＶＨ配線がそのセグメントの図示右端から接続されるならば、ＧＮＤＨ配線はセグメントの図示左端から接続されるようにし、逆にＶＨ配線がセグメントの図示左端から接続されるならば、ＧＮＤＨ配線はセグメントの図示右端から接続を行う工夫が施されている。なお、ＶＨ配線及びＧＮＤＨ配線は、いずれも、多層配線構造を有する半導体装置を製造するための標準的な製造方法、例えば、大規模集積回路（ＬＳＩ）を製造するための標準的なプロセスによって形
成されるので、その配線層の厚さは、均一である。

ここで説明したＶＨ配線およびＧＮＤＨ配線の引き回しに関して図示したものが図２である。図２では、インク供給口に対して、両側に記録ヘッド駆動回路を搭載した構成を示している。この記録ヘッドは、従来技術と同様に、シリコン半導体基板上に、半導体装置製造技術を用いて、特に、多層配線技術を用いて形成されている。そして、ＶＨ配線は、第２層目のアルミニウム配線を用いて、パワートランジスタ部（パワートランジスタ１０２の形成領域）の上を通るように設けられている。また、ＧＮＤＨ配線も、第２層目のアルミニウム配線を用いて、レベル変換部（レベル変換回路の形成領域）の上を通るように設けられている。

図１の説明を続けると、各パワートランジスタ１０２ごとにレベル変換回路１０３が設けられており、レベル変換回路１０３の出力は対応するパワートランジスタ１０２のゲートに供給されている。電圧発生回路１１７は、内部電源ラインを介して電源電圧ＶＨＴＭを各レベル変換回路１０３に供給するために設けられている。レベル変換回路１０３ごとにＡＮＤ回路（第１のＡＮＤ回路）１１４ａが設けられ、第１のＡＮＤ回路１１４ａの出力が対応するレベル変換回路１０３に入力するようになっている。レベル変換回路１０３の構成、および、電圧発生回路１１７の構成は、図１８及び図１９に示した従来の回路構成と同じであり、ここでは、具体的な回路構成については説明しない。

時分割駆動を実現するために、ラッチ回路部１１５ａが設けられており、ここに示す例では、ラッチ回路部１１５ａ内には１１個のラッチ回路が存在する。ラッチ回路部１０５ａには、ラッチ信号ＬＴを入力するための入力端子が設けられている。また、１１段のシフトレジスタ回路１１６が設けられており、このシフトレジスタ回路１１６の１１個の出力端は、次段の回路に続くラッチ回路部１１５ａ内の１１個のラッチ回路と一対一で接続されている。また、シフトレジスタ１１６回路には、転送クロック信号ＣＬＫと、ヒータ１０１をＯＮ／ＯＦＦさせる画像データＤＡＴＡをシリアルに入力するための画像データ信号入力端子とが設けられている。ここでは、隣接する８個のヒータ１０１によって、時分割駆動用の１つのブロックが構成されており、図示したものは２４個のヒータ１０１を有するから、３ブロックが設けられていることになる。各ブロック内で、ヒータ１０１は時分割駆動されるようになっている。

ラッチ回路部１１５ａからの出力の先行の３ビットは、ブロックを選択するものである。この３ビットのうちの１ビットは、図示左側のブロックのヒータ１０１ごとの第１のＡＮＤ回路１１４ａの第１の入力端子（図示左側の端子）に供給されている。この３ビットのうちの残りの２ビットのうちの１ビットは、同様に、２番目のブロックの第１のＡＮＤ回路１１４ａの第１の入力端子に供給され、最後の１ビットは、３番目のブロック（図示右端のブロック）の第１のＡＮＤ回路１１４ａの第１の入力端子に供給されている。

先行する３ビットに引き続く残りの８ビットは、ブロック中の８個のヒータのうちどのヒータを選択するかを示すものである。ラッチ回路部１１５ａの出力のうち、この８ビット分には、それぞれ、第２のＡＮＤ回路１１８が設けられて、ラッチ回路部１１５ａからの信号が入力される。第２のＡＮＤ回路１１８のもう一方の入力端子には、ヒータのオン時間を決定するヒータ信号ＨＥが入力されている。１番目の第２のＡＮＤ回路１１８の出力は各ブロックの１番目のヒータに対応する第１のＡＮＤ回路１１４ａの第２の入力端子に接続し、同様に、ｎ番目（２＜ｎ＜８）の第２のＡＮＤ回路１１８の出力は各ブロックのｎ番目のヒータに対応する第１のＡＮＤ回路１１４ａの第２の入力端子に接続している。ここで、８個の第２のＡＮＤ回路１１８の出力については、同時には２個以上が“１”とならないようになっている。

この構成を用いることにより、同時にオン状態とすることができるヒータの個数は、ブロックの個数だけであるが、ブロックごとに、そのブロック内でヒータを時分割駆動しているので、ヒータ個数が増加したとしても高速動作が可能となる。ここでは、ＶＨ配線及びＧＮＤＨ配線に関し、４個のヒータでセグメントを構成するとともに、８個のヒータで時分割駆動の単位となるブロックを構成しているが、セグメントを構成するヒータの数とブロックを構成するヒータの数はこれらに限られるものではなく、また両者の関係の上述したのものに限られるものではない。例えば、セグメントとブロックとが同じヒータで構成されるようにしてもよい。例えば図３は、４個のヒータで１セグメントを構成するとともに、この１セグメントがそのまま時分割駆動上の１ブロックを構成する回路構成を示している。この場合、ブロックの選択に６ビット、ブロック内のヒータの選択に４ビットを必要とするから、１０段のシフトレジスタが使用されることになり、また、第２のＡＮＤ回路１１８は４個設けられることになる。あるいは、１つのブロックを複数のセグメントで構成する場合であっても、上述した１ブロックを２セグメントで構成する場合のほかに、１ブロックを３セグメント以上で構成するようにしてもよい。

図４は、図１に示す記録ヘッドの駆動回路を駆動するための各種信号の関係を示すタイミングチャートである。

本実施形態の記録ヘッドは、従来の記録ヘッドの回路構成とは異なり、先述してきたように８個のヒータで１ブロックを構成しているため、駆動タイミングチャートにおいて、画像データ信号ＤＡＴＡの前半３クロック分（ＢＳＥＬ）と後半８クロック分（ＳＳＥＬ）とは、そのデータの示す意味が異なる。前半の３クロック（ＢＳＥＬ）に与えられるデータは、ヒータ部のどのブロックを駆動するかを選択するデータであり、後半８クロック分（ＳＳＥＬ）は、ブロック中のどのヒータを駆動させるかを選択するデータである。転送クロック信号ＣＬＫにより全データがシフトレジスタ１１６内に書き込まれると、ラッチ信号ＬＴにより、その値が確定され、次段の各々の回路に出力される。

図４に示すタイミングチャートを用いて図１に示す駆動回路を駆動させると、ラッチ回路１１５ａの出力ＢＳＥＬは、ブロック内の全ての第１のＡＮＤ回路１１４ａに入力され、ラッチ回路部１１５ａの出力ＳＳＥＬは第２のＡＮＤ回路１１８を介して、ブロックを構成する各ヒータに対応した第１のＡＮＤ回路１１４ａに入力される。すなわち、第２のＡＮＤ回路１１８において、ラッチ回路部１１５ａの出力ＳＳＥＬとヒート信号ＨＥをロジック処理し、その出力を第１のＡＮＤ回路１１４ａにおいてラッチ回路部１１５ａの出力ＢＳＥＬとロジック処理することで、所望のヒータを駆動させることができる。

図１に示す回路構成を持つ記録ヘッドの基板上のレイアウトは、先にも説明したように、例えば、図２に示すようになる。記録ヘッド基板の短辺側に電力を供給するボンディングパッドが設けられ、そこからヒータ部の各セグメントへＶＨ配線、ＧＮＤＨ配線が接続されている。図１で示しているシフトレジスタ回路１１６やラッチ回路部１１５ａなどのロジック回路部は、例えば、図２に示すように、パワートランジスタ部とボンディングパッド部の間に設けられている。レベル変換回路１０３は、ヒータ１０１ごとに設けられるものであるから、レベル変換回路１０３の形成領域（レベル変換回路部）は、パワートランジスタ部に沿うように設けられている。

図５は、図２において点線で囲んだ部分を拡大した図であり、ヒータ１０１、パワートランジスタ１０２、レベル変換回路１０３の配置構成と電源配線レイアウトを、より詳細に説明しているものである。ただし、本発明の特徴は補助配線を有することであるが、図５は、本発明の効果を説明するために、補助配線を有さない構成を示している。図５において、斜線部分は第２層目のアルミニウム配線層ＡＬ２での配線パターンを示しており、濃い灰色部分は、第１層目のアルミニウム配線層ＡＬ１での配線パターンを示している。先にも述べたように、ボンディングパッド部からセグメントまでの抵抗値が等しくなるように、各セグメントへの配線の太さが異なっている。すなわち、ボンディングパッド部から近い方のセグメントに対するＶＨ配線とＧＮＤＨ配線の配線幅をそれぞれａ１、ａ２とし、ボンディングパッド部から遠い方のセグメントに対するＶＨ配線とＧＮＤＨ配線の配線幅をそれぞれｂ１、ｂ２とすると、ｂ１＞ａ１、ｂ２＞ａ２の関係が成り立っている。そして、セグメント内の各ヒータに関し、ＶＨ配線とＧＮＤＨ配線との間の抵抗値の差が小さくなるように、ＶＨ配線がセグメントの左端のヒータに対応する位置に接続されるように、折り返し構造をもつレイアウトがされている。ＧＮＤＨ配線は、セグメントの右端のヒータに対応する位置に接続されるようにレイアウトされている。

図５において符号ＡＡは、パワートランジスタ１０２の出力端（ドレイン端子）であり、第１層目の配線層ＡＬ１によって構成されている。このＡＡの位置には、スルーホールも形成されており、この位置でパワートランジスタ１０２の出力端は、第２層目の配線層ＡＬ２にも引き出され、第２層目の配線層ＡＬ２をパターニングして形成された配線１４７により、ヒータ１０１に接続している。またヒータ１０１と第２層目の配線層ＡＬ２として構成されたＶＨ配線とは、第２層目の配線層ＡＬ２をパターニングして形成された配線１４６により接続されている。

図５において符号ＢＢは、パワートランジスタのＧＮＤＨ配線への接続部を示すものであり、第１層目の配線層ＡＬ１がパターニングされて、セグメント内のパワートランジスタ１０２のソースを全て接続している。記録ヘッドにおいては、ヒータ１０１の相互のピッチは、記録ヘッドの解像度によって決定され、ヒータとパワートランジスタとが１対１で設けられる以上、パワートランジスタを配置するために使用可能なスペースも解像度によって限定されることになる。具体的には、例えば、６００ｄｐｉ（２５．４ｍｍあたりに６００ドット）の解像度を有する記録ヘッドにおいては、ヒータの配置ピッチ（幅）が４２．５μｍであり、この幅の中に、ヒータごとのパワートランジスタやレベル変換回路などをレイアウトしなければならない。パワートランジスタは相対的に大きなフロア面積を有するので、効果的にレイアウトを行うためには、隣接するパワートランジスタのソース領域を重ね合わせることが好ましく、このようにすることで、実効的に６００ｄｐｉの配置幅より広い幅を利用することができる。そのために、符号ＢＢによる第１層目の配線パターンは、同一セグメント内のパワートランジスタのソースを全て接続するように設けられている。また、符号ＢＢの位置には、スルーホールを形成されており、パワートランジスタ１０２のソースを第２層目の配線層ＡＬ２にまで引き出している。そして、第２層目の配線層ＡＬ２に形成されたＧＮＤＨ配線によって、各パワートランジスタのソースは、ボンディングパッドに接続されている。

以上に説明したような構成を採用することにより、ＶＨ配線とＧＮＤＨ配線との間の配線抵抗がヒータの場所によって異なるといった問題を解決することができ、高速動作実現可能な記録ヘッドを提供することができる。

上記の構成をさらに検討すると、図５から明らかなように、ＶＨ配線側では、第２層目の配線層ＡＬ２によってセグメント内のヒータを接続しているが、ＧＮＤＨ配線側は、第２層目の配線層ＡＬ２だけでなく第１層目の配線層ＡＬ１をも用いてレイアウトがなされている。このため、同一セグメント内の各々のヒータに対する、ＶＨ配線とＧＮＤＨ配線との間の抵抗値の差が大きくなる。この抵抗値の差は、１つのセグメントを構成するヒータの個数が多くなり、さらに、第２層目の配線層ＡＬ２の比抵抗が第１層目の配線層ＡＬ１の比抵抗に比べ大きいときに、より大きくなる。このことを図６を用いて説明する。

図６は、１セグメントが２４個のヒータで構成される場合における、セグメント内のＧＮＤＨ配線及びＶＨ配線のレイアウトイメージと寄生抵抗（配線抵抗）の等価回路を示したものである。この等価回路は、第１層目のアルミニウム配線層ＡＬ１のシート抵抗ρ_AL1をρ_AL1＝０．０５Ω／□、第２層目のアルミニウム配線層ＡＬ２のシート抵抗ρ_AL2をρ_AL2＝０．１５Ω／□として、算出したものである。なお、ここで用いたシート抵抗値に関して、第２層目の方が第１層目より大きいのは、熱エネルギーを用いてインクを吐出する記録ヘッドでは、インクの流路および液室を構成するノズル部が記録ヘッド上に構成されるため、配線工程後の記録ヘッドの表面上の段差を考慮すると第２層目の配線層ＡＬ２の膜厚が第１層目の配線層ＡＬ１の膜厚より薄い傾向にあるからである．このときの１番目のヒータ＃１および２４番目のヒータ＃２４におけるパッドからの配線抵抗値は、下記の表１に示すようになる。なお抵抗Ｒoは、ボンディングパッドからそのセグメントに至るまでのＶＨ配線、ＧＮＤＨ配線の配線抵抗である。

表１より、ヒータ＃２４とヒータ＃１との（ＧＮＤＨ＋ＶＨ）配線抵抗の差ΔＲは３．５Ωとなる。

この配線抵抗差ΔＲをさらに低減する方法として、ＶＨ配線側の第２層目の配線層ＡＬ２の電源配線幅を広くし抵抗値を合わせる方法が考えられるが、そのような手法は、記録ヘッドの基板サイズの制約から実現できないことがある。

また別の低減方法として、ＧＮＤＨ配線側の第２層目の配線層ＡＬ２の配線幅を小さくして、ＶＨ配線側の抵抗値に合わせる方法が考えられるが、これは、ＧＮＤＨ配線の抵抗を高くするので、パワートランジスタのソース電位を上昇させ、パワートランジスタのオン時の抵抗値を大きくする。これは、インクを吐出するエネルギー以外の無効な電力を消費を意味し、省エネルギーの観点から考えて簡単には実施できない。

上述した方法以外に配線抵抗差ΔＲを低減させる方法として、第２層目の配線層ＡＬ２以外の場所で、ＶＨ配線側の配線抵抗値をＧＮＤＨ配線側の抵抗値に合わせ込む方法が考えられる。そのレイアウトを図７に示す。

図７に示したものは、図５に示した構成において、さらに、補助配線１００を設けた点で相違する。補助配線１００は、セグメントごとに、ヒータ１０１の配置領域とパワートランジスタ１０２の出力端の位置（符号ＡＡの位置）とによって挟まれた位置において設けられている。補助配線１００は、多層配線における第２層目の配線層ＡＬ２以外の配線層に形成され、スルーホールを介し、セグメント内の各ヒータのＶＨ配線側の端部を相互に電気的に接続する。この補助配線１００は、ＶＨ配線側の配線抵抗値をＧＮＤＨ配線側の抵抗値に合わせ込むためのものである。ここで、補助配線１００を構成する配線層は、ＧＮＤＨ配線側配線の一部が形成されている配線層である第１層目の配線層ＡＬ１であることが好ましく、また、補助配線１００の配線幅は、第１層目の配線層ＡＬ１においてパワートランジスタのソースを接続する部分の幅と等しいものであることが望ましい。

図８は、図７に示すように補助配線１００を設けた場合における、セグメント内のＧＮＤＨ配線及びＶＨ配線のレイアウトイメージと寄生抵抗（配線抵抗）の等価回路を示している。図８では、図６に示したものと同様に、１セグメントが２４個のヒータで構成されており、等価回路の算出に際しては、第１層目の配線層ＡＬ１のシート抵抗ρ_AL1をρ_AL1＝０．０５Ω／□、第２層目のアルミニウム配線層ＡＬ２のシート抵抗ρ_AL2をρ_AL2＝０．１５Ω／□としている。このときの１番目のヒータ＃１および２４番目のヒータ＃２４におけるパッドからの配線抵抗値は、下記の表２に示すようになる。

表２から分かるように、補助配線１００を設けることにより、ヒータ＃２４とヒータ＃１との配線抵抗の差ΔＲを０．４Ωまで低減させることができる。もちろん、レイアウト可能なスペースに余裕があれば、抵抗合わせ込み補助配線１００の幅を広くし、ヒータ＃２４とヒータ＃１との配線抵抗の差ΔＲをより０に近づけるようにしても構わない。

以上説明したように本実施形態では、図７に示したように抵抗合わせ込み補助配線１００を設けることによって、記録ヘッドの基板サイズを著しく大きくすることなく、効果的にセグメント内の配線抵抗値を合わせ込むことができるようになる。さらに、配線層ＡＬ１あるいは配線層ＡＬ２において配線層の膜厚変更があった場合でも、セグメント内の配線抵抗値のばらつきにおいてはその膜厚変更の影響を受けにくい、という特徴もある。

《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態の特徴は、記録ヘッドにおいて配線層を３層有した点にある。記録ヘッドの回路構成については、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

第２の実施形態の記録ヘッドにおけるＶＨ配線およびＧＮＤＨ配線の配置を示したのが図９である。図９では、インク供給口に対して、両側に記録ヘッド駆動回路を搭載した構成を示している。ＶＨ配線は、第２層目のアルミニウム配線または第３層目のアルミニウム配線を用いて、パワートランジスタ部（パワートランジスタ１０２の形成領域）の上を通るように設けられている。また、ＧＮＤＨ配線も、第２層目のアルミニウム配線または第３層目のアルミニウム配線を用いて、レベル変換部（レベル変換回路の形成領域）の上を通るように設けられている。本実施形態においては、ボンティングパッド部の近くに配されているヒータと接続する配線を第２層目のアルミニウム配線、ボンティングパッド部から離れた位置に配されているヒータと接続する配線を第３層目のアルミニウム配線で形成している。図において、第２層目のアルミニウム配線は、相対的に暗い灰色で示されており、第３層目のアルミニウム配線は相対的に明るい灰色で示されている。ただし、ボンディングパッドにおいて、第２層目のアルミニウム配線と第３層目のアルミニウム配線とは相互に接続されている。このような構成にすることによって、第３の配線層（最上部の配線層）は膜厚を比較的厚く設定することによって低抵抗とすることが可能であるため、セグメントの配置によらず配線の抵抗を揃えることが可能となり、更に好適である。

レベル変換回路１０３は、ヒータ１０１ごとに設けられるものであるから、レベル変換回路１０３の形成領域（レベル変換回路部）は、パワートランジスタ部に沿うように設けられている。

図１０は、図９において点線で囲んだ部分を拡大した図であり、ヒータ１０１、パワートランジスタ１０２、レベル変換回路１０３の配置構成と配線レイアウトを、より詳細に説明するための図である。図１０において、細かい斜線部分は第２層目のアルミニウム配線層ＡＬ２での配線パターンを示しており、粗い斜線部分は第３層目のアルミニウム配線層ＡＬ２での配線パターンを示しており、濃い灰色部分は、第１層目のアルミニウム配線層ＡＬ１での配線パターンを示している。先にも述べたように、ボンディングパッド部からセグメントまでの抵抗値が等しくなるように、各セグメントへの配線の太さが異なっている。すなわち、配線層が異なっていてもほぼ同等な抵抗値となるような関係になるように配線幅が決まる。また上述したように、配線の膜厚によって抵抗値を揃えることも可能である。そして、セグメント内の各ヒータに関し、ＶＨ配線とＧＮＤＨ配線との間の抵抗値の差が小さくなるように、ＧＮＤＨ配線がセグメントの左端のヒータに対応する位置に接続されるように、折り返し構造をもつレイアウトがされている。ＶＨ配線は、セグメントの右端のヒータに対応する位置に接続されるようにレイアウトされている。

図１０において符号ＢＢは、パワートランジスタのＧＮＤＨ配線への接続部を示すものであり、第１層目の配線層ＡＬ１がパターニングされて、セグメント内のパワートランジスタ１０２のソースを全て接続している。また、符号ＢＢの位置には、スルーホールが形成されており、パワートランジスタ１０２のソースを第２層目の配線層ＡＬ２または第３層目の配線層ＡＬ３にまで引き出している。そして、第２層目の配線層ＡＬ２または第３層目の配線層ＡＬ３によって形成されたＧＮＤＨ配線によって、各パワートランジスタのソースは、ボンディングパッドに接続されている。

以上に説明したような構成を採用することにより、ＶＨ配線とＧＮＤＨ配線との間の配線抵抗がヒータの場所によって異なるといった問題を解決することができ、高速動作実現可能な記録ヘッドを提供することができる。

上記の構成をさらに検討し、第１の実施形態と同様に、配線層が３層に増えた場合においても補助配線を設けることによって好適な液体吐出用半導体装置を提供することが可能となる。

図１１は、１セグメントが２４個のヒータで構成される場合における、セグメント内のＧＮＤＨ配線及びＶＨ配線のレイアウトイメージと寄生抵抗（配線抵抗）の等価回路を示したものである。この等価回路は、第１層目のアルミニウム配線層ＡＬ１のシート抵抗ρ_AL1をρ_AL1＝０．０５Ω／□、第２層目のアルミニウム配線層ＡＬ２または第３のアルミニウム配線層のシート抵抗ρ_AL23をρ_AL23＝０．１５Ω／□として、算出したものである。なお、ここで用いたシート抵抗値に関して、第２層目、第３層目の方が第１層目より大きいのは、熱エネルギーを用いてインクを吐出する記録ヘッドでは、インクの流路および液室を構成するノズル部が記録ヘッド上に構成されるため、配線工程後の記録ヘッドの表面上の段差を考慮すると第２層目の配線層ＡＬ２の膜厚または第３層目の配線層ＡＬ３の膜厚が第１層目の配線層ＡＬ１の膜厚より薄い傾向にあるからである。このときの１番目のヒータ＃１および２４番目のヒータ＃２４におけるパッドからの配線抵抗値は、下記の表３に示すようになる。なお抵抗Ｒoは、ボンディングパッドからそのセグメントに至るまでのＶＨ配線、ＧＮＤＨ配線の配線抵抗である。

表３より、ヒータ＃２４とヒータ＃１との（ＧＮＤＨ＋ＶＨ）配線抵抗の差ΔＲは３．５Ωとなる。

この配線抵抗差ΔＲをさらに低減する方法として、ＶＨ配線側の第２層目の配線層ＡＬ２または第３層目の配線層ＡＬ３の電源配線幅を広くし抵抗値を合わせる方法が考えられるが、そのような手法は、記録ヘッドの基板サイズの制約から実現できないことがある。

また別の低減方法として、ＧＮＤＨ配線側の第２層目の配線層ＡＬ２または第３層目の配線層ＡＬ３の配線幅を小さくして、ＶＨ配線側の抵抗値に合わせる方法が考えられるが、これは、ＧＮＤＨ配線の抵抗を高くするので、パワートランジスタのソース電位を上昇させ、パワートランジスタのオン時の抵抗値を大きくする。これは、インクを吐出するエネルギー以外の無効な電力を消費を意味し、省エネルギーの観点から考えて簡単には実施できない。

上述した方法以外に配線抵抗差ΔＲを低減させる方法として、第２層目の配線層ＡＬ２または第３層目の配線層ＡＬ３以外の場所で、ＶＨ配線側の配線抵抗値をＧＮＤＨ配線側の抵抗値に合わせ込む方法が考えられる。そのレイアウトを図１２に示す。

図１２に示したものは、図１０に示した構成において、さらに、補助配線１００を設けた点で相違する。補助配線１００は、セグメントごとに、ヒータ１０１の配置領域とパワートランジスタ１０２の出力端の位置（符号ＡＡの位置）とによって挟まれた位置において設けられている。補助配線１００は、多層配線における第２層目の配線層ＡＬ２または第３層目の配線層ＡＬ３以外の配線層に形成され、スルーホールを介し、セグメント内の各ヒータのＶＨ配線側の端部を相互に電気的に接続する。この補助配線１００は、ＶＨ配線側の配線抵抗値をＧＮＤＨ配線側の抵抗値に合わせ込むためのものである。ここで、補助配線１００を構成する配線層は、ＧＮＤＨ配線側配線の一部が形成されている配線層である第２層目の配線層ＡＬ２または第３層目の配線層ＡＬ３であることが好ましく、また、補助配線１００の配線幅は、第１層目の配線層ＡＬ１においてパワートランジスタのソースを接続する部分の抵抗値と等しくなる幅ものであることが望ましい。

図１３は、図１２に示すように補助配線１００を設けた場合における、セグメント内のＧＮＤＨ配線及びＶＨ配線のレイアウトイメージと寄生抵抗（配線抵抗）の等価回路を示している。図２２では、図１３に示したものと同様に、１セグメントが２４個のヒータで構成されており、等価回路の算出に際しては、第１層目の配線層ＡＬ１のシート抵抗ρ_AL1をρ_AL1＝０．０５Ω／□、第２層目のアルミニウム配線層ＡＬ２または第３層目の配線層ＡＬ３のシート抵抗ρ_AL23をρ_AL23＝０．１５Ω／□としている。このときの１番目のヒータ＃１および２４番目のヒータ＃２４におけるパッドからの配線抵抗値は、下記の表４に示すようになる。

表４から分かるように、補助配線１００を設けることにより、ヒータ＃２４とヒータ＃１との配線抵抗の差ΔＲを０．４Ωまで低減させることができる。もちろん、レイアウト可能なスペースに余裕があれば、抵抗合わせ込み補助配線１００の幅を広くし、ヒータ＃２４とヒータ＃１との配線抵抗の差ΔＲをより０に近づけるようにしても構わない。

以上説明したように本実施形態では、補助配線１００を設けることによって、記録ヘッドの基板サイズを著しく大きくすることなく、効果的にセグメント内の配線抵抗値を合わせ込むことができるようになる。さらに、配線層ＡＬ１あるいは配線層ＡＬ２あるいは配線層ＡＬ３において配線層の膜厚変更があった場合でも、セグメント内の配線抵抗値のばらつきにおいてはその膜厚変更の影響を受けにくい、という特徴もある。

また上記実施形態においては、配線層が２層、３層の場合に関して説明したが、本発明においては、それ以上配線を設けた場合においても対応可能である。本発明が適用されるのは、特にスイッチ素子の一端子をセグメントごとに配線で共通に接続する構成において、好適に適用されるものであり、この共通に接続した配線に対応する配線を補助配線として設けるものである。

《記録ヘッド、該記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置》
次に、上述したような回路構成でヒータ、パワートランジスタ、駆動ロジック回路部、ＶＨ配線、ＧＮＤＨ配線などが半導体基板に作り込まれてインクジェット記録ヘッド用基体が構成されているとして、そのようなヘッド用基体を用いた記録ヘッドと、そのような記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置とについて説明する。

図１４は、上述したようなインクジェット記録ヘッド用基体８０８を有する記録ヘッド８１０の主要部を示している。ここでは、上述したヒータ１０１は、発熱部８０６として描かれている。図１４に示すように、基体８０８は、複数の吐出口８００に連通した液路８０５を形成するための流路壁部材８０１と、インク供給口８０３を有する天板８０２とを組み付けることにより、記録ヘッド８１０を構成できる。この場合、インク供給口８０３から注入されるインクが内部の共通液室８０４へ蓄えられて各液路８０５へ供給され、その状態で基体８０８、発熱部８０６を駆動することで、吐出口８００からインクの吐出がなされる。

図１５は、このようなインクジェット記録ヘッド８１０の全体構成を示す図である。インクジェット記録ヘッド８１０は、上述した複数の吐出口８００を有する記録ヘッド部８１１と、この記録ヘッド部８１１に供給するためのインクを保持するインク容器８１２とを備えている。インク容器８１２は、境界線Ｋを境に記録ヘッド部８１１に着脱可能に設けられている。インクジェット記録ヘッド８１０には、図１６に示す記録装置に搭載された時にキャリッジ側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）が設けられており、この電気信号によってヒータが駆動される。インク容器８１２内部には、インクを保持するために繊維質状若しくは多孔質状のインク吸収体が設けられており、これらのインク吸収体によってインクが保持されている。

図１５に示す記録ヘッド８１０をインクジェット記録装置本体に装着し、装置本体から記録ヘッド８１０へ付与される信号をコントロールすることにより、高速記録、高画質記録を実現できるインクジェット記録装置を提供することができる。以下、このような記録ヘッド８１０を用いたインクジェット記録装置について説明する。

図１６は、本発明に係る実施形態のインクジェット記録装置９００を示す外観斜視図である。

図１６において、記録ヘッド８１０は、駆動モータ９０１の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア９０２、９０３を介して回転するリードスクリュー９０４の螺旋溝９２１に対して係合するキャリッジ９２０上に搭載されており、駆動モータ９０１の駆動力によってキャリッジ９２０と共にガイド９１９に沿って矢印ａ又はｂ方向に往復移動可能となっている。不図示の記録媒体給送装置によってプラテン９０６上に搬送される記録用紙Ｐ用の紙押え板９０５は、キャリッジ移動方向に沿って記録用紙Ｐをプラテン９０６に対して押圧する。

フォトカプラ９０７、９０８は、キャリッジ９２０に設けられたレバー９０９のフォトカプラ９０７、９０８が設けられた領域での存在を確認して駆動モータ９０１の回転方向の切換等を行うためのホームポジション検知手段である。支持部材９１０は記録ヘッド８１０の全面をキャップするキャップ部材９１１を支持し、吸引手段９１２はキャップ部材９１１内を吸引し、キャップ内開口５１３を介して記録ヘッド８１０の吸引回復を行う。移動部材９１５は、クリーニングブレード９１４を前後方向に移動可能にし、クリーニングブレード９１４及び移動部材９１５は、本体支持板９１６に支持されている。クリーニングブレード９１４は、図示の形態でなく周知のクリーニングブレードが本実施形態にも適用できることは言うまでもない。また、レバー９１７は、吸引回復の吸引を開始するために設けられ、キャリッジ９２０と係合するカム９１８の移動に伴って移動し、駆動モータ９０１からの駆動力がクラッチ切換等の公知の伝達手段で移動制御される。記録ヘッド８１０に設けられた発熱部８０６に信号を付与したり、駆動モータ９０１等の各機構の駆動制御を司る記録制御部（不図示）は、装置本体側に設けられている。

上述のような構成のインクジェット記録装置９００は、記録媒体給送装置によってプラテン９０６上に搬送される記録用紙Ｐに対し、記録ヘッド８１０が記録用紙Ｐの全幅にわたって往復移動しながら記録を行うものであり、記録ヘッド８１０は、前述の各実施形態の回路構造を有するインクジェット記録ヘッド用基体を用いて製造されているため、高精度で高速な記録が可能となる。

次に、上述した装置の記録制御を実行するための制御回路の構成について説明する。図１７はインクジェット記録装置９００の制御回路の構成を示すブロック図である。制御回路は、記録信号が入力するインタフェース１７００、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）１７０１、ＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納するプログラムＲＯＭ１７０２、各種データ（上記記録信号やヘッドに供給される記録データ等）を保存しておくダイナミック型のＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１７０３と、記録ヘッド１７０８に対する記録データの供給制御を行うゲートアレイ１７０４とを備えている。ゲートアレイ１７０４は、インタフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行う。さらにこの制御回路は、記録ヘッド１７０８を搬送するためのキャリアモータ１７１０と、記録紙搬送のための搬送モータ１７０９と、ヘッド１７０８を駆動するヘッドドライバ１７０５、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ためのモータドライバ１７０６、１７０７とを備えている。

上記制御構成の動作を説明すると、インタフェース１７００に記録信号が入るとゲートアレイ１７０４とＭＰＵ１７０１との間で記録信号がプリント用の記録データに変換される。そして、モータドライバ１７０６、１７０７が駆動されるとともに、ヘッドドライバ１７０５に送られた記録データに従って記録ヘッドが駆動され、印字が行われる。

本発明は、特にインクジェット記録方式の中でも本出願人の提唱する、熱エネルギーを利用してインクを吐出する方式の記録ヘッド、記録装置において、優れた効果をもたらすものである。

その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第４，７２３，１２９号明細書、同第４，７４０，７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方法はいわゆるオンデマンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持されているシートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応していて該沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも一つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰させて、結果的にこの駆動信号に一対一対応し液体（インク）内の気泡を形成出来るので有効である。この気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも一つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行なわれるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４，４６３，３５９号明細書、同第４，３４５，２６２号明細書に記載されているようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４，３１３，１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行なうことができる。

記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示されているような吐出口、液路、電器熱変換体の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第４，５５８，３３３号明細書、米国特許第４，４５９，６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるものである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギーの圧力波を吸収する開口を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基づいた構成としても本発明は有効である。

さらに、記録装置が記録出来る最大記録媒体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘッドの組み合わせによって、その長さを満たす構成や一体的に形成された一個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよいが、本発明は、上述した効果を一層有効に発揮することができる。

なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態を修正又は変更したものに適用可能である。

本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インタフェイス機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置等）に適用してもよい。

時分割駆動方式を用いる、本発明の第１の実施形態に基づく記録ヘッドの駆動回路を示す回路図である。 図１に示した記録ヘッドにおける基板上での回路配置の全体のレイアウトを示す図である。 記録ヘッドの駆動回路の別の例を示す回路図である。 時分割駆動方式を用いるときの制御信号を示すタイミングチャートである。 各セグメントごとのヒータ、パワートランジスタおよび各配線のレイアウトを示す拡大図である。 図５に示した配線レイアウトにおける等価回路と配線抵抗のばらつきとを説明する図である。 本発明の実施の一形態に基づく、各セグメントごとのヒータ、パワートランジスタおよび各配線のレイアウトを示す拡大図である。 図７に示した配線レイアウトにおける等価回路と配線抵抗のばらつきとを説明する図である。 本発明の第２の実施形態に基づく記録ヘッドにおける基板上での回路配置の全体のレイアウトを示す図である。 各セグメントごとのヒータ、パワートランジスタおよび各配線のレイアウトを示す拡大図である。 図１０に示した配線レイアウトにおける等価回路と配線抵抗のばらつきとを説明する図である。 各セグメントごとのヒータ、パワートランジスタおよび各配線のレイアウトの別の例を示す拡大図である。 図１２に示した配線レイアウトにおける等価回路と配線抵抗のばらつきとを説明する図である。 インクジェット記録ヘッドの詳細構成を示す斜視図である。 インクジェット記録カートリッジとして構成されたインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。 本発明に係るインクジェット記録装置を示す外観斜視図である。 インクジェット記録装置の制御回路の構成を示すブロック図である。 従来の記録ヘッド駆動回路の構成の一例を示す回路図である。 電圧発生回路の構成の一例を示す回路図である。 図１８に示した従来の記録ヘッドにおける電源配線のレイアウトを示す図である。

符号の説明

１００ 補助配線
１０１ ヒータ
１０２ パワートランジスタ
１０３ レベル変換回路
１０５ 電源配線
１１０ ＧＮＤ配線
１１４ａ，１０８ ＡＮＤ回路
１１５ａ ラッチ回路部
１１６ シフトレジスタ
１１７ 電圧発生回路

Claims (15)

1. 複数の記録素子と前記記録素子ごとに設けられて対応する記録素子を駆動する駆動素子とを有する液体吐出ヘッド用半導体装置であって、
   半導体基板上に形成された少なくとも第１の配線層及び第２の配線層を有し、
   前記記録素子と前記駆動素子との対の複数によりセグメントが形成され、同一セグメント内に配された前記各駆動素子の第１の端子を相互に接続して接地するための第１の配線が前記第１の配線層に形成され、
   前記駆動素子の第２の端子と前記記録素子の第１の端子は一対一で接続され、
   前記駆動素子の第３の端子に入力される制御信号によって前記記録素子に電流が流れるように前記記録素子の第２の端子には電源配線が前記第２の配線層で形成されると共に、
   同一セグメント内に配された前記記録素子の第２の端子を相互に接続する補助配線が前記第１の配線層で形成されていることを少なくとも特徴とする、液体吐出ヘッド用半導体装置。
2. 前記記録素子はヒータであり、前記駆動素子はパワートランジスタであって、前記対ごとに前記記録素子の第１の端子と前記駆動素子の第２の端子とが相互に接続していることを特徴とする、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用半導体装置。
3. 前記電源配線は前記セグメントごとに設けられ、前記第２の配線層に、前記セグメントごとに当該セグメントの前記第１の配線にスルーホールを介して接続するＧＮＤ配線が形成されてい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用半導体装置。
4. 前記半導体基板上に、前記各電源配線に接続する第１のボンディングパッドと、前記各ＧＮＤ配線に接続する第２のボンディングパッドとが設けられ、前記第１のボンディングパッドから前記電源配線、前記対及び前記ＧＮＤ配線を経て前記第２のボンディングパッドにいたる配線抵抗がセグメントによらずに均一化するように、セグメントごとの前記電源配線及び前記ＧＮＤ配線の配線幅が選択されていることを特徴とする、請求項３に記載の液体吐出ヘッド用半導体装置。
5. 任意の個数の前記対によってブロックを構成し、前記ブロックごとに前記記録素子が時分割駆動されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用半導体装置。
6. 前記各セグメントがそれぞれ前記ブロックを構成することを特徴とする、請求項５に記載の液体吐出ヘッド用半導体装置。
7. 直列入力される画像データを並列に出力するためのシフトレジスタと、該シフトレジスタから出力されるデータを一時記憶するラッチ回路とが前記半導体基板上に設けられていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用半導体装置。
8. 複数の記録素子と前記記録素子ごとに設けられて対応する記録素子を駆動する駆動素子とを有する液体吐出ヘッド用半導体装置であって、
   半導体基板上に形成された複数の配線層を有し、前記記録素子と前記駆動素子との対の複数によりセグメントが形成され、同一セグメント内に配された前記各駆動素子の第１の端子を相互に接続するための第１の配線が第１の配線層に形成され、
   前記駆動素子の第２の端子と前記記録素子の第１の端子は一対一で接続され、
   前記記録素子の第２の端子には、前記第１の配線層とは異なる配線層で形成されている電源配線が接続されるとともに、
   同一セグメント内に配された前記記録素子の第２の端子を相互に接続する補助配線が前記第１の配線層で形成されていることを少なくとも特徴とする、液体吐出ヘッド用半導体装置。
9. 前記電源配線は、セグメントに応じて、少なくとも二つの配線層で形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の液体吐出ヘッド用半導体装置。
10. 請求項１乃至７のいずれかに１項に記載の液体吐出ヘッド用半導体装置と、該液体吐出ヘッド用半導体装置に組み合わされ前記記録素子に関連する液路および該液路の一端をなす吐出口を形成するための部材と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
11. 請求項１０に記載の記載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに対しプリント媒体を相対搬送するための手段と、を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
12. 前記液体吐出ヘッドを着脱自在に支持し、前記プリント媒体に対して走査させるためのキャリッジを備えたことを特徴とする請求項１１に記載の液体吐出装置。
13. 請求項８に記載の液体吐出ヘッド用半導体装置と、該液体吐出ヘッド用半導体装置に組み合わされ前記記録素子に関連する液路および該液路の一端をなす吐出口を形成するための部材と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
14. 請求項１３に記載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに対しプリント媒体を相対搬送するための手段と、を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
15. 更に、前記液体吐出ヘッドを着脱自在に支持し、前記プリント媒体に対して走査させるためのキャリッジを備えるたことを特徴とする請求項１４に記載の液体吐出装置。

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