JP5031860B2 - 液体吐出ヘッド用基板及びヘッドユニット。 - Google Patents

Description

本発明は液体吐出ヘッド用基板及びヘッドユニットに関するものである。

記録装置などに装着可能なヘッドユニットの記録装置との電気的接点にあたるコンタクトパッド（接続端子）は、液体吐出ヘッドを着脱する際に除電処置を行っていないユーザによって触れられる可能性がある。そうすると、端子から静電気放電によるサージ電圧が進入して液体吐出ヘッドの内部素子を破壊する可能性があるため、液体吐出ヘッドは静電気放電対策をとることが求められる。特許文献１には、液体吐出ヘッド用基板に設けられた入力端子に静電保護回路として保護ダイオードを配置した構成が開示されている。

特開２００３−０７２０７６号公報

液体吐出ヘッドに搭載される液体吐出ヘッド用基板は、半導体製造プロセスを用いて製造されており、１枚のウェハーから製造できる個数を増やしてコストダウンを行うためにヘッドの小型化を行うことを目的として、配線が設けられる面積の縮小化が進められている。そのため保護ダイオードにおいても、配線を積層して設けることにより液体吐出ヘッドの面積を削減することが進められている。

静電保護回路として保護ダイオードを外部端子に配置した液体吐出ヘッド用基板の回路、配線層の構成の一例を図８に示す。図８（ａ）は、保護ダイオードのブロック図である。外部と電気的に接続する外部端子１０１は、インバータ回路３０１に接続する第１の配線２２の端部に設けられている。第１の配線２２は、さらに第１の保護ダイオード１０３を介して第２の配線５５と、第２の保護ダイオード１０４を介して第３の配線６６と接続して設けられている。

図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すＸ部分の保護ダイオードを、複数の配線を積層することで小型化して設けた一例を示す上面図である。第１の配線２２は、アルミニウムなどの導電性を有する材料からなる第１の下層導電層１１８と上層導電層１０２とが積層され、ＳｉＯなどから成る第２の絶縁層１１５に設けられたスルーホール１００１を介して接続されることで設けられている。このとき第１の下層導電層１１８は上層導電層１０２と同電位となっている。第２の配線５５となる第２の下層導電層１０５は、容量の大きい電源に接続されている電位（端子１０１から入力する信号に用いられる電位とほぼ同じとすることができる：以下、電源電位とも称する）に接続されている。第３の配線６６となる第３の下層導電層１０６は、基板電位に接続されている。さらに第２の下層導電層１０５と第３の下層導電層１０６との下側には、ＢＰＳＧなどで設けられた絶縁層及び蓄熱層として用いられる第１の絶縁層１１４とシリコンからなる基板１０９を酸化させて設けられた熱酸化層１１３とが設けられている。第１の絶縁層１１４に設けられた複数のスルーホール１００３を介して、第２の下層導電層１０５と第３の下層導電層１０６とは、シリコン基板に作りこまれた第１の保護ダイオード１０３と第２の保護ダイオード１０４と接続されている。

図８（ｃ）は、図８（ｂ）の電源電位に接続されている第１の保護ダイオード１０３のＣ−Ｃ’切断面図を示したものである。Ｐ型の基板１０９には、ｎ型のウェル領域１１０と、ｎ型（ｎ＋）の不純物拡散領域１１１と、ｐ型（ｐ＋）の不純物拡散領域１１２と、熱酸化層１１３とが設けられ、その上にＢＰＳＧ等からなる第１の絶縁層１１４が設けられている。熱酸化層１１３と第１の絶縁層１１４とには、スルーホール１００３が設けられており、これらの不純物拡散領域１１２と第１の下層導電層１１８と、及び不純物拡散領域１１１と第２の下層導電層１０５とが接続され、第１の保護ダイオード１０３が設けられている。

図８（ｄ）は、図８（ｂ）の基板電位に接続されている第２の保護ダイオード１０４のＤ−Ｄ’切断面図を示したものである。Ｐ型の基板１０９には、ｐ型のウェル領域１２０と、ｎ型（ｎ＋）の不純物拡散領域１１１と、ｐ型（ｐ＋）の不純物拡散領域１１２と、熱酸化層１１３とが設けられ、その上にＢＰＳＧ等からなる第１の絶縁層１１４が設けられている。熱酸化層１１３と第１の絶縁層１１４とには、スルーホール１００３が設けられており、これらの不純物拡散領域１１２と第３の下層導電層１０６と、及び不純物拡散領域１１１と第１の下層導電層１１８とが接続され、第２の保護ダイオード１０４が設けられている。

このような構成において、静電気によるサージがヘッドユニットのコンタクトパッド等から印加された場合、コンタクトパッドから液体吐出ヘッドの端子へサージ電流が流れ込む。さらに端子から上層導電層１０２から第１の保護ダイオード１０３を通って第２の下層導電層１０５へ、又は第２の保護ダイオード１０４を通って第３の下層導電層１０６へサージ電流が流れる。これによりインバータ回路３０１の内部へ、静電気によるサージ電流が流れ込むことを防止でき、スイッチング素子等の絶縁破壊を防止することができる。

この際保護ダイオードにおいては、上層導電層１０２と、第２の下層導電層１０５と第３の下層導電層１０６との絶縁性が、第２の絶縁層１１５によって保たれていることが求められる。つまり第２の絶縁層１１５の領域Ｙでは、サージ電圧と同電位の上層導電層１０２と電源電位の第２の下層導電層１０５との間の絶縁性と、サージ電圧と同電位の上層導電層１０２と基板電位の第３の下層導電層１０６との間の絶縁性と、が確保されている必要がある。

しかしながら第２の絶縁層１１５は、互いに電位の異なる上層導電層１０２と第２の下層導電層１０５や第３の下層導電層１０６とによってはさまれているので、絶縁破壊が生じる恐れがある。特に、下層導電層のスルーホール１００３の段差部（凹凸部）、すなわち第１の絶縁層１１４の端部においては、第２の絶縁層１１５の膜厚が平坦な部分に比べ薄くなっている。そのため、サージの大きさによっては領域Ｙの第２の絶縁層１１５が絶縁破壊してしまうという懸念がある。

ここで、特にエネルギー発生素子が発生する熱を利用して液体を吐出する液体吐出ヘッドでは、熱酸化層１１３や第１の絶縁層１１４や第２の絶縁層１１５等の膜の厚さと液体吐出ヘッドの蓄熱性、放熱性といった吐出特性との間には大きな関係がある。そのため絶縁破壊を十分防止できるほど、第２の絶縁層１１５の膜厚を厚くすることは、液体吐出ヘッドの吐出特性との両立を考えると現実的に困難である。

本発明は上記課題を鑑み、電気回路の内部の絶縁破壊が抑制され、静電気放電に対する電気回路の損傷が抑制された、信頼性の高い液体吐出ヘッド用基板を提供することを目的としている。

本発明の液体吐出ヘッド用基板は、外部と接続するための外部端子と、該外部端子と接続され、前記外部端子から入力された電流を流すための第１の導電層と、アノード及びカソードを有するダイオードと、前記第１の導電層と前記アノード及び前記カソードのうちの一方とを接続し、前記外部端子からサージ電圧が印加されたときに発生するサージ電流を前記第１の導電層から前記一方に流すための第２の導電層と、前記アノード及び前記カソードのうちの他方に接続され、前記一方から前記他方に流れた前記サージ電流を逃がすための第３の導電層と、絶縁層と、を具備し、前記ダイオードは、基板の面に設けられており、前記第２の導電層と前記絶縁層と前記第１の導電層とは、前記面の上側にこの順に積層されて設けられており、前記第３の導電層は前記面と前記絶縁層との間に位置するように設けられており、前記第１の導電層は、前記絶縁層を介して前記第２の導電層と積層している部分を有し、前記第３の導電層と積層している部分を有さないことを特徴としている。

以上のように本発明の液体吐出ヘッド用基板は、静電気放電が印加されたときに互いに電位の異なる状態となる導電層が絶縁層を介して積層されないように設けられている。このように設けることにより電気回路の内部の絶縁破壊が抑制され、静電気放電に対する電気回路の損傷が抑制された、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。

本発明を用いることができる液体吐出装置及び液体吐出ヘッドユニットの斜視図である。 本発明を用いることができる液体吐出ヘッドの斜視図及び断面図である。 本発明を用いることができる液体吐出ヘッドの上面模式図である。 第１の実施形態に係る静電保護素子の説明図である。 第２の実施形態に係る静電保護素子の説明図である。 第３の実施形態に係る静電保護素子の説明図である。 本発明を用いることができる、静電保護素子のブロック図の一例である。 従来の静電保護素子の説明図である。

液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、この液体吐出ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の被記録媒体に記録を行うことができる。

本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味する。

さらに「インク」とは広く解釈されるべきものであり、被記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、被記録媒体の加工、或いはインクまたは被記録媒体の処理に供される液体を言うものとする。ここで、インクまたは被記録媒体の処理としては、例えば、被記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上などのことを言う。

図１（ａ）は、本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載可能な液体吐出装置の一例を示す概略図である。図１（ａ）に示すように、リードスクリュー５００４は、駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１１，５００９を介して回転する。キャリッジＨＣはヘッドユニットを載置可能であり、リードスクリュー５００４の螺旋溝５００５に係合するピンを有しており、リードスクリュー５００４が回転することによって矢印ａ，ｂ方向にヘッドユニット４０が往復移動することができる。

紙押え板５００２は、キャリッジＨＣの移動方向に亘って記録紙Ｐをプラテン５０００に対して押圧する。フォトセンサ５００７，５００８は、キャリッジＨＣのレバー５００６を検知領域で検知することによって、モータ５０１３の回転方向切り換え等を行うためのホームポジション検知素子である。ヘッドユニット４０の前面を気密に覆うキャップ５０２２は、支持部材５０１６に支持されている。また、このキャップ５０２２内を吸引する吸引部材５０１５は、キャップ内開口５０２３を介してヘッドユニット４０の吸引回復を行うことができる。クリーニングブレード５０１７及びこのクリーニングブレード５０１７を前後方向に移動可能にする部材５０１９は、本体支持板５０１８に支持されている。

図１（ｂ）は、液体吐出ヘッド４１を備え、液体記録装置（吐出装置）に着脱可能なヘッドユニット４０の斜視図である。液体吐出ヘッド４１（以下、ヘッドとも称する）は、接続端子７と接続するフレキシブルフィルム配線基板４３により、液体記録装置と接続し、電気的に導通するコンタクトパッド４４に導通している。また、ヘッド４１は、支持基板に接合されることでヘッドユニット４０に支持されされている。ここでヘッドユニット４０は、インクタンク４２と一体化したヘッド４１の一例を示しているが、インクタンクを分離できる分離型とすることも出来る。

コンタクトパッド４４が、液体記録装置と接続されることで、液体記録装置からヘッドへ、液体を吐出するためのデータ信号や、電圧が供給される。このようなコンタクトパッド４４は、ヘッドユニット４０の外面に設けられていることが多いため、ユーザーが液体記録装置にヘッドユニット４０を着脱する際に誤って触れてしまい、サージが発生する可能性がある。

図２（ａ）は、本発明を用いることができる液体吐出ヘッド４１の斜視図である。本発明の液体吐出ヘッド４１は、エネルギー発生素子４５を備えた液体吐出ヘッド用基板５０と、液体吐出ヘッド用基板５０に接して設けられた流路部材４６とを有している。液体吐出ヘッド用基板５０には、液体を供給するための供給口４９が液体吐出ヘッド用基板５０を貫通して設けられており、供給口４９に沿って、供給口４９の両側に複数のエネルギー発生素子４５が配列されている。さらに液体吐出ヘッド用基板５０の端部には、エネルギー発生素子４５を駆動するために用いられる電気的信号や電力を供給するため複数の端子１０１が設けられている。

流路部材４６は、エネルギー発生素子６により発生するエネルギーを用いて液体を吐出することができる吐出口４７を、其々のエネルギー発生素子６に対向する位置に有している。流路部材４６はさらに、吐出口４７と供給口４９とを連通する流路４８となる凹部４８ａを有しており、液体吐出ヘッド用基板５０と接することで流路４８が設けられている。

図３（ａ）は、液体吐出ヘッドの電気回路のレイアウトを示す図である。供給口４９の両側に設けられている領域９１には、それぞれエネルギー発生素子４５の列と、エネルギー発生素子４５の駆動制御（ＯＮ／ＯＦＦを制御）するためのスイッチング素子４５２と、ＡＮＤ回路と、が設けられている。ＭＯＳトランジスタ（４５０、４５１）等で設けられているＡＮＤ回路には、記録データ信号を一時的に保持するシフトレジスタ９３や、エネルギー発生素子４５のブロックを選択するブロック選択信号を送るデコーダ９４とからの信号が入力される。ＡＮＤ回路は、記録データ信号やブロック選択信号を論理和し、スイッチング素子４５２がエネルギー発生素子４５を駆動制御するための信号を出力する。ここでは、エネルギー発生素子４５を駆動制御するために用いられる記録データ信号、ブロック選択信号、クロック信号、ラッチ信号、及びヒートイネーブル信号をロジック信号と呼ぶこととする。

端子１０１（外部端子）から入力されるロジック信号は、バッファ回路等として用いられ複数のインバータ回路からなる入力回路９５へと送られ、さらにシフトレジスタ９３やデコーダ９４へ送られる。ロジック信号を入力するために用いられる入力電圧としては、約３．３Ｖ程度という比較的低電圧が用いられている。

このようなロジック信号を入力する端子１０１から、静電気放電などで高電圧のサージ電圧が進入すると、絶縁層が絶縁破壊される可能性が高い。そのため、内部回路を静電気放電による絶縁破壊を防止するために、本発明の特徴部である静電保護回路（保護ダイオード）が設けられている。

なお、ロジック信号のみならず、温度センサの端子やエネルギー発生素子の断線等を判断する検出端子等の、比較的低電圧で駆動する他の機能素子用の端子も静電気放電が起きると絶縁破壊される可能性が高いため静電保護回路を設けることが好ましい。

また、端子１０１にはエネルギー発生素子４５を駆動するための駆動電位（例えば２４Ｖ程度）を供給する端子等も設けられている。このような端子は、駆動電位に堪えうるように絶縁層が設けられているため絶縁破壊が生じる可能性が低いため静電保護回路を設けなくても良い。

図２（ｂ）は、このような液体吐出ヘッド４１のエネルギー発生素子４５及びスイッチング素子４５２が設けられた領域９１の断面図の一例を示している。Ｐ型導電体を含有するシリコン基板１０９は、基板１０９の一部を熱酸化させて設けた熱酸化層１１３を有している。さらに第１の絶縁層１１４と、下層導電層（第１の導電層）と、第２の絶縁層１１５と、発熱抵抗層１１６と、上層導電層（第２の導電層）と、保護層１１７がこの順に積層して設けられている。下層導電層や上層導電層としては、アルミニウムなどの導電性を有する材料を用いることができる。第１の絶縁層１１４は、ＢＰＳＧ（ボロンとリンが添加された酸化シリコン）等のシリコンを含有する絶縁性の材料を用いて設けることができる。第２の絶縁層１１５は酸化シリコン（ＳｉＯ）や窒化シリコン（ＳｉＮ）等のシリコンを含有する絶縁性の材料を用いて設けることができる。さらに発熱抵抗層１１６は、ＴａＳｉＮなどの高抵抗材料を用いて設けることができる。

上層導電層の一部分は、発熱抵抗層１１６の上の一部が除去されており、一対の個別配線２０２として用いられている。一対の個別配線２０２と発熱抵抗層１１６は、ＳｉＮやＳｉＯ２などからなる保護層１１７によって被覆され、液体から保護されている。一対の個別配線２０２の隙間の部分が、液体を吐出するために用いられるエネルギー発生素子４５として用いられる。個別配線２０２の一方が電源電位を供給する電極２０２ａとして用いられ、個別配線２０２のもう一方が基板電位と接続する電極２０２ｂとして用いられる。この一対の個別配線２０２の間に電流を流すことにより、エネルギー発生素子４５が熱エネルギーを発生し、液体が膜沸騰を起こして気泡を生じ、この気泡の圧力で液体を吐出口４７から押し出すことで記録動作が行われる。なお気泡が消泡する際に、キャビテーションが発生して保護層１１７にダメージを与える可能性があるため、保護層１１７の上にＴａなどからなる耐キャビテーション層１２８を設けることもできる。また、液体吐出ヘッド４１において、基板１０９の上に設けられた熱酸化層１１３や第１の絶縁層１１４や第２の絶縁層１１５等は、吐出動作を安定に行うことができるように、熱の蓄熱性や放熱性すなわち膜厚が調整されて設けられている。

次に、Ｎ−ＭＯＳトランジスタからなるスイッチング素子４５２と、ＡＮＤ回路を構成するＰ−ＭＯＳトランジスタ４５０や、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ４５１が設けた断面構造部分を説明する。基板１０９の内部には、一般的なイオン注入技術を用いて不純物導入及び拡散によりＮ型のウェル領域４０２と、Ｐ型のウェル領域４０３とが設けられている。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４５０及びＮ−ＭＯＳトランジスタ４５１は、其々ゲート絶縁層４０８と、ｐｏｌｙ−Ｓｉによるゲート配線４１５並びにｎ＋型又はｐ＋型の不純物が導入されたソース領域４０５及びドレイン領域４０６等で構成されている。また、スイッチング素子４５２となるＮ−ＭＯＳトランジスタは、Ｐ型のウェル領域４０３の上にドレイン領域４１１、ソース領域４１２及びゲート配線４１３等を設けることで構成されている。この隣接するＭＯＳトランジスタの間には、熱酸化層１１３からなる酸化膜分離領域４５３が形成され素子分離されている。

下層導電層の一部分（第１の導電層Ａ）で設けられた配線４１７は、第１の絶縁層１１４に設けられたスルーホール（貫通部）を介して、ＭＯＳトランジスタと接続している。さらに、配線４１７は、第２の絶縁層１１５に設けられたスルーホール（貫通部）を介して、第２の絶縁層１１５の上に位置し、上層導電層の一部分である個別配線２０２と接続している。

基板１０９の面に垂直な方向に関して、領域９１の第２の絶縁層１１５の上側には、端子１０１と、複数のエネルギー発生素子４５に接続する個別配線２０２とを接続し、基板電位に接続したり電源電位を供給する共通配線２２２が設けられている（図３（ｂ））。このように、下層導電層と、個別配線２０２や共通配線２２２を構成する上層導電層とを、基板１０９の面に垂直な方向に関して、積層して設けることにより液体吐出ヘッド用基板の面積を削減している。

以下、このような液体吐出ヘッド用基板に用いられる静電保護回路の構成とその動作について、説明する。なお、本実施形態においては、電源電位が基板電位より高い電位の場合の例を用いて説明を行う。

（第１の実施形態）
図４（ａ）は、静電気サージが印加された時に発生するサージ電流を、容量の大きい電源に接続されている電位（以下、電源電位とも称する）に接続している配線に逃がすことのできる第１の保護ダイオード１０３が設けられた液体吐出ヘッドのブロック図である。本実施形態において電源電位としては、端子１０１から入力する信号に用いられる電位とほぼ同じ電位を供給することができる電源に接続されており、例えば３．３Ｖの電位を用いることができる。外部との電気的接続を行う端子１０１（外部端子）と、入力回路９５などに設けられているインバータ回路３０１とを接続する第１の配線２２に、第１の保護ダイオード１０３のアノード（一方）が接続されている。第１の保護ダイオード１０３のカソード（他方）は、下層導電層からなる電源電位に接続する第２の配線５５に接続されている。

これにより、端子１０１から電源電位よりも高い電位の静電気放電によるサージが印加されても、サージ電流は端子１０１から第１の保護ダイオード１０３を介して（アノードからカソードへ）第２の配線５５へと流れる。従ってインバータ回路３０１が破壊されることを防止することができる。

図４（ｂ）は、図４（ａ）のＸ部分の上面図である。図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＡ−Ａ切断面図を示している。基板１０９の上には、第２の絶縁層１１５を介して下層導電層と上層導電層とが積層して設けられている。Ｐ型のシリコン基板１０９の表面内部には、ｎ型のウェル領域１１０と、ｎ型（ｎ＋）の不純物拡散領域１１１と、ｐ型（ｐ＋）の不純物拡散領域１１２とからなる第１の保護ダイオード１０３が設けられている。さらに、熱酸化層１１３がｎ型（ｎ＋）の不純物拡散領域１１１と、ｐ型（ｐ＋）の不純物拡散領域１１２との間に設けられ、ｎ型（ｎ＋）の不純物拡散領域１１１と、ｐ型（ｐ＋）の不純物拡散領域１１２とを素子分離している。さらにその上にＢＰＳＧ等からなる第１の絶縁層１１４が設けられている。

第１の絶縁層１１４には第１のスルーホール１００３ｂ（第１の貫通部）が設けられており、ｐ＋の不純物拡散領域１１２と下層導電層の一部である第１の下層導電層１１８（第２の導電層）とが接続されている。さらに第１の絶縁層１１４の第２のスルーホール１００３ａ（第２の貫通部）では、ｎ＋の不純物拡散領域１１１と下層導電層の他の一部である第２の下層導電層１０５（第３の導電層）とが接続されている。このように、第１の保護ダイオードの不純物領域と其々接続するように、一対の下層導電層（第２の導電層と第３の導電層）が設けられている。

上層導電層１０２（第１の導電層）は、外部と電気的に接続する端子１０１と接続されている。ＳｉＯなどから成る第２の絶縁層１１５には、スルーホール１００１が設けられており、第１の下層導電層１１８と上層導電層１０２とがスルーホール１００１を介して同電位となるように接続しており、第１の配線２２が設けられている。また、第２の配線５５となる第２の下層導電層１０５は、電源電位に接続されている。

スルーホール１００３が設けられている領域では、図４（ｃ）に示すように熱酸化層１１３と第１の絶縁層１１４とにスルーホールが設けられているため、他の領域に比べて第２の絶縁層１１５の段差が大きく、高い電位差がかかったときに絶縁破壊する懸念がある。

このとき第１の下層導電層１１８は、第２の絶縁層１１５に設けられたスルーホール１００１で上層導電層１０２と接続されており、上層導電層１０２と第１の下層導電層１１８とはサージが印加されたとしても同電位である。そのため、第１の下層導電層１１８（第２の導電層）と上層導電層１０２（第１の導電層）とは、第２の絶縁層１１５を介して積層されているが、第２の絶縁層１１５が絶縁破壊する可能性は低い。一方第２のスルーホール１００３ａにおいて、第２の絶縁層１１５の上に上層導電層１０２を設けるとすると、サージ電圧となる上層導電層１０２と、電源電位に接続する第２の下層導電層１０５との間に大きな電位差が生じる。そのため第２のスルーホール１００３ａの上側に上層導電層１０２の貫通部１０７を設け、第２の下層導電層１０５（第３の導電層）と上層導電層１０２（第１の導電層）とが第２の絶縁層１１５を介して積層している部分がないように設けている。このように設けることで、比較的第２の絶縁層１１５の膜厚が薄くなる第２のスルーホール１００３ａ付近で大きな電位差が生じないようにすることで、第２の絶縁層１１５の絶縁破壊を防止することができる。

具体的には、基板の面に平行な方向に関して、上層導電層１０２の貫通部１０７と第１の絶縁層１１４の端部との距離Ｚは、少なくとも２μｍ以上離れているように設けることが好ましい。２μｍ以上離すことにより、第２のスルーホール１００３ａ部分の第２の絶縁層１１５が絶縁破壊することをより確実に防止することができる。

これにより、静電気放電が起きたときにインバータ回路３０１及び第２の絶縁層１１５が絶縁破壊されることがない、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。

（第２の実施形態）
図５（ａ）は、静電気サージが印加されたときに、サージ電流を基板電位に接続する配線に逃がすことのできる第２の保護ダイオード１０４を設けた液体吐出ヘッドのブロック図である。外部との電気的接続を行う端子１０１と、入力回路９５などに設けられているインバータ回路３０１とを接続する第１の配線２２に、第２の保護ダイオード１０４のカソード（一方）が接続されている。第２の保護ダイオード１０４のアノード（他方）は、基板電位に接続する第３の配線６６に接続されている。

これにより、端子１０１から基板電位よりも低い電位の静電気放電によるサージが印加されても、サージ電流は端子１０１から第２の保護ダイオード１０４を介して第３の配線６６へと流れる。すなわち第２の保護ダイオード１０４のカソードからアノードへ流れ、さらに第３の配線６６へと流れる。従ってインバータ回路３０１が破壊されることを防止できる。

図５（ｂ）は、図５（ａ）のＸ部分の上面図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＢ−Ｂ切断面図を示している。基板１０９の上には、第２の絶縁層１１５を介して下層導電層と上層導電層とが積層して設けられている。Ｐ型のシリコン基板１０９の表面内部には、ｐ型のウェル領域１２０と、ｎ型（ｎ＋）の不純物拡散領域１１１と、ｐ型（ｐ＋）の不純物拡散領域１１２とからなる第２の保護ダイオード１０４が設けられている。さらに、熱酸化層１１３がｎ型（ｎ＋）の不純物拡散領域１１１と、ｐ型（ｐ＋）の不純物拡散領域１１２との間に設けられ、ｎ型（ｎ＋）の不純物拡散領域１１１と、ｐ型（ｐ＋）の不純物拡散領域１１２とを素子分離している。さらにその上にＢＰＳＧ（Ｂ（ボロン）とＰ（リン）が添加された酸化シリコン）等からなる第１の絶縁層１１４が設けられている。

第１の絶縁層１１４には第１のスルーホール１００３ｂ（第１の貫通部）が設けられており、ｎ＋の不純物拡散領域１１１と下層導電層の一部である第１の下層導電層１１８（第２の導電層）とが接続されている。さらに第１の絶縁層１１４の第２のスルーホール１００３ａ（第２の貫通部）では、ｐ＋の不純物拡散領域１１２と下層導電層の他の一部である第２の下層導電層１０６（第３の導電層）とが接続されている。このように、第２の保護ダイオードの不純物領域と其々接続するように、一対の下層導電層（第２の導電層と第３の導電層）が設けられている。

上層導電層１０２（第１の導電層）は、外部と電気的に接続する端子１０１と接続されている。ＳｉＯなどから成る第２の絶縁層１１５には、スルーホール１００１が設けられており、第１の下層導電層１１８と上層導電層１０２とがスルーホール１００１を介して同電位となるように接続しており、第１の配線２２が設けられている。また、第３の配線６６となる第２の下層導電層１０６は、基板電位に接続されている。

スルーホール１００３が設けられている領域では、図５（ｃ）からわかるように熱酸化層１１３と第１の絶縁層１１４とにスルーホールが設けられており、他の領域に比べて第２の絶縁層１１５の段差が大きく、高い電位差がかかったときに絶縁破壊する懸念がある。

このとき第１の下層導電層１１８は、第２の絶縁層１１５に設けられたスルーホール１００１で上層導電層１０２と接続されており、上層導電層１０２と第１の下層導電層１１８とはサージが印加されたとしても同電位である。そのため、第１の下層導電層１１８（第２の導電層）と上層導電層１０２（第２の導電層）とは、第２の絶縁層１１５を介して積層されているが、第２の絶縁層１１５が絶縁破壊する可能性は低い。一方第２のスルーホール１００３ａにおいて、第２の絶縁層１１５の上に上層導電層１０２を設けるとすると、サージ電圧となる上層導電層１０２と、電源電位に接続する第２の下層導電層１０６との間に大きな電位差が生じる。そのため第２のスルーホール１００３ａの上側に上層導電層１０２の貫通部１０７を設け、第２の下層導電層１０６（第３の導電層）と上層導電層１０２（第１の導電層）とが第２の絶縁層１１５を介して積層している部分がないように設けている。このように設けることで、比較的第２の絶縁層１１５の膜厚が薄くなる第２のスルーホール１００３ａ付近で大きな電位差が生じないようにすることで第２の絶縁層１１５の絶縁破壊を防止することができる。

具体的には、基板の面に平行な方向に関して、上層導電層１０２の端部と第１の絶縁層１１４のスルーホールとの距離Ｚは、少なくとも２μｍ以上離れているように設けることが好ましい。２μｍ以上離すことにより、第２のスルーホール１００３ａ部分の第２の絶縁層１１５が絶縁破壊することを防止することができる。

これにより、静電気放電が起きたときにインバータ回路３０１及び第２の絶縁層１１５が絶縁破壊されることがない、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。

（第３の実施形態）
図６（ａ）は、サージ電流を電源電位に逃がすことのできる第１の実施形態で示した第１の保護ダイオード１０３と、サージ電流を基板電位に逃がすことのできる第２の実施形態で示した第２の保護ダイオード１０４と、を設けた液体吐出ヘッドのブロック図である。

端子１０１とインバータ回路３０１とを接続する第１の配線２２に、電源電位に接続する第１の保護ダイオード１０３のアノードと、基板電位に接続する第２の保護ダイオード１０４のカソードが接続されている。第１の保護ダイオード１０３のカソードは、下層導電層からなる電源電位に接続する第２の配線５５に接続されており、第２の保護ダイオード１０４のアノードは、下層配線層からなる基板電位に接続する第３の配線６６に接続されている。

これにより、端子１０１から電源電位よりも高い電位の静電気放電によるサージ電圧が進入した場合には、サージ電流は第１の保護ダイオード１０３を介して第２の配線５５へと流れる。さらに、端子１０１から基板電位よりも低い電位の静電気放電によるサージが印加された場合には、サージ電流は端子１０１から第２の保護ダイオード１０４を介して第３の配線６６へと流れる。従って、端子１０１からどのような静電気放電によるサージが印加されても、インバータ回路３０１が破壊されることを防止できる。

図６（ｂ）は、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＸ部分の上面図である。図６（ｃ）は、図６（ｂ）のＡ−Ａ切断面図を示している。図６（ｄ）は、図６（ｂ）のＢ−Ｂ切断面図を示している。第１の保護ダイオード１０３の構成は、第１の実施形態と同様であり、第２の保護ダイオード１０４の構成は、第２の実施形態に示したものと同様であるため、説明を省略する。

なお、図７（ａ）に示すように、第１の保護ダイオード１０３と第２の保護ダイオード１０４とが設けられた部分と、インバータ回路３０１との間に抵抗体６０１を設けることで、保護ダイオードで吸収しきれないサージの電位を下げることもできる。抵抗体６０１は、多結晶シリコンや金属の化合物などからなる薄膜抵抗、或いは半導体に不純物を導入して形成された拡散抵抗などで形成することができる。

さらに、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、第１の保護ダイオード１０３と第２の保護ダイオード１０４を複数設けたり、抵抗体６０１を複数設けることもできる。これにより、静電気放電によるサージによる絶縁破壊をさらに確実に防止することができる。

第１の実施形態から第３の実施形態においては、電源電位が基板電位より高い電位の場合の例を用いて説明を行った。しかし、電源電位が基板電位より低い場合には、図７（ｄ）に示すように基板電位側に第１の保護ダイオードを設け、電源電位側に第２の保護ダイオードを設け、同様の効果を得ることができる。この際、端子１０１とインバータ回路３０１とを接続する上層導電層１０２に、電源電位に接続されている第２の保護ダイオード１０４のカソードと、基板電位に接続されている第１の保護ダイオード１０４のアノードが接続されている。これにより静電気放電が基板電位よりも高い電位であれば、サージ電流は第１の保護ダイオード１０３へ流れる。一方静電気放電が電源電位よりも低い電位であれば、サージ電流は第２の保護ダイオード１０４へと流れる。これにより、静電気放電が起きたとしてもインバータ回路３０１が絶縁破壊されることを防止することができる。

Claims (7)

1. 外部と接続するための外部端子と、
   該外部端子と接続され、前記外部端子から入力された電流を流すための第１の導電層と、
   アノード及びカソードを有するダイオードと、
   前記第１の導電層と前記アノード及び前記カソードのうちの一方とを接続し、前記外部端子からサージ電圧が印加されたときに発生するサージ電流を前記第１の導電層から前記一方に流すための第２の導電層と、
   前記アノード及び前記カソードのうちの他方に接続され、前記一方から前記他方に流れた前記サージ電流を逃がすための第３の導電層と、
   絶縁層と、
   を具備する液体吐出ヘッド用基板であって、
   前記ダイオードは、基板の面に設けられており、
   前記第２の導電層と前記絶縁層と前記第１の導電層とは、前記面の上側にこの順に積層されて設けられており、
   前記第３の導電層は、前記面と前記絶縁層との間に位置するように設けられており、
   前記第１の導電層は、前記絶縁層を介して前記第２の導電層と積層している部分を有し、前記第３の導電層と積層している部分を有さないことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
2. 前記第３の導電層は、電源電位又は基板電位に接続され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基板。
3. 前記外部端子は、液体を吐出するためのエネルギーを発生するために用いられるエネルギー発生素子の駆動制御を行うためのロジック信号の入力に用いられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
4. 前記絶縁層は、シリコンを含有する材料からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
5. 前記第１の導電層と前記第２の導電層と前記第３の導電層は、アルミニウムからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板と、該液体吐出ヘッド用基板の前記外部端子と導通するコンタクトパッドとを備え、
   吐出装置に着脱可能であることを特徴とするヘッドユニット。
7. 前記コンタクトパッドはヘッドユニットの外面に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のヘッドユニット。

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