JP5202373B2 - インクジェット記録ヘッド用基板、インクジェット記録ヘッド用基板の製造方法、インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、吐出口よりインク液滴を吐出させることにより記録を行うインクジェット記録ヘッドに用いられるインクジェット記録ヘッド用基板、および該インクジェット記録ヘッド用基板の製造方法に関する。さらに、このようなインクジェット記録ヘッド用基板を有するインクジェット記録ヘッドと、このようなインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置に関する。

インクジェット記録ヘッドの一例としては、図８に示すようなインクジェット記録チップが組み込まれている。

図８において（ａ）はその平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側面図である。インクジェット記録チップ６１にはその裏面からインクを供給するための貫通穴（インク供給口）６２が形成されている。

インクジェット記録ヘッド用基板１１の表面にはインクに吐出エネルギーを付与するための発熱素子（不図示）が貫通穴６２の両側にそれぞれ複数配列されている。

またインクジェット記録ヘッド用基板１１上には吐出口プレート１２が設けられ、この吐出口プレート１２には、複数の発熱素子にそれぞれ対向するように複数の吐出口１３が形成されている。

そして、インクジェット記録ヘッド用基板１１の表面の両端部には複数の発熱素子にそれぞれ電気的に接続された複数の電極パッド１４が配置されている。

図９に示すように、インクジェット記録ヘッド用基板１１に設けられた複数の電極パッド１４と、フレキシブルフィルム配線基板７１に設けられた複数の電極リード７２とが、例えばＴＡＢ技術等によって電気的に接続される。これによりインクジェット記録素子ユニット７３が出来る。

インクジェット記録素子ユニット７３は、記録装置との接続に用いられるコンタクトパッド７４を有する。また、図９中に符号１５で示される点線部は、電極パッド１４と電極リード７２とが接続された後に封止樹脂によって被覆保護される領域である。

その後、図１０に示すように、インクタンク８１上に記録素子ユニット７３が貼り付けられる。そして、記録素子ユニット７３内の電極パッドと電極リードとの電気的接続部を、インクによる腐食や外部からの力による断線から保護するために、接続部全体を封止樹脂８２によって被覆保護しインクジェット記録ヘッド８３が完成する。コンタクトパッド７４はインクジェット記録ヘッド８３とインクジェット記録装置との接続に用いられる。

このようなインクジェット記録ヘッドにおいては、吐出口からのインクの漏れにより問題が発生することがあり、特許文献１においてフレキシブル基板上にインク漏れ検知センサを配置する技術が開示されている。

特開平７−６０９５４号公報

しかしながら、インクジェット記録ヘッドが駆動されたとき、記録ヘッド自身が昇温し非駆動時には冷却される。そのため、この熱の影響により、インクジェット記録ヘッドを構成する各要素は、それぞれが僅かに膨張、収縮を繰り返す。

したがって、前記電気接続部においては、インクジェット記録ヘッド用基板と封止樹脂との線膨張係数が異なるため、まれにインクジェット記録ヘッド用基板と封止樹脂との界面に剥がれが生じる場合があった。

また、このようなインクジェット記録ヘッドを例えば高温高湿環境において長期使用する場合においては、封止樹脂が徐々に劣化し、インクジェット記録ヘッド用基板と封止樹脂との界面で剥がれが生じる場合があった。

その結果、インクジェット記録ヘッド用基板に設けられた複数の電極パッドと、フレキシブルフィルム配線基板に設けられた複数の電極リードとの電気接合部にインクが浸入し、印字不良などの誤動作を起こすことがあった。そのため、連続印字を行っていた場合などでインクや用紙を無駄に使用してしまうという問題があった。

本発明の目的は、上記のような問題点の少なくとも一つを解決するインクジェット記録ヘッド用基板を提供することにある。その目的の一例は、電極パッド部周辺へのインク侵入の検知感度を高め、印字不良などの誤動作を防止することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様のインクジェット記録ヘッド用基板は、インクを吐出するためのエネルギーを発生する素子と、
外部と前記素子とを電気的に接続するための電極パッドと、
前記電極パッドの近傍に設けられ、インクを検知するための検知配線と、
を基板上に備えたインクジェット記録ヘッド用基板であって、
前記検知配線は、前記電極パッドを樹脂部材で封止する際に、前記基板に接する側の面以外の面が、前記樹脂材料に接するように設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、仮に電極パッド部周辺へインクが浸入した場合に、浸入したインクの検知感度を高めることが出来る。

本発明のインクジェット記録ヘッド用基板の電極パッド部周辺の拡大図。 図１のＡ−Ａ断面図。 本発明に係る電極パッド部の断面図。 本発明に係る、インクを検知するための検知電極の配線部の断面図。 本発明に係る、インクを検知するための検知電極を形成する金属配線の接続回路の一例を示す図。 本発明に係るインクを検知するための検知電極についての他の実施例を示す図。 図６のＢ−Ｂ断面図。 インクジェット記録チップを示す三面図。 インクジェット記録素子ユニットを示す平面図。 インクジェット記録ヘッドを示す斜視図。 インクジェット記録装置を示す斜視図。 本発明に係るインクを検知するための検知電極についての他の実施例を示す図。 本発明に係るインクを検知するための検知電極の作製工程を示す図。

本明細書において、「記録」とは、文字、図形等の有意の情報を形成する場合に限られない。要するに、有意無意を問わず、また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を問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、又は媒体の加工を行う場合を含む。

ここで、「記録媒体もしくは被記録媒体」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、金属板等、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能な物も言うものとする。

さらに、「インク」（「液体」という場合もある）とは、上記「記録」の定義と同様広く解釈されるべきものである。すなわち、記録媒体上に付与され、画像、模様、パターン等の形成又は記録媒体の加工、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材の凝固又は不溶化）に供され得る液体を言うものとする。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ここでは、背景技術の欄で図８を基に説明した構成と同一の部位については同一符号を用いて説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１によるインクジェット記録ヘッド用基板の電極パッド部周辺の拡大図である。

図１において、インクジェット記録ヘッド用基板１１上には、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子および吐出口プレート１２が設けられている。本実施例において、エネルギー発生素子は電気熱変換体（ヒータ）からなる発熱素子である。この吐出口プレート１２には、複数の発熱素子（不図示）にそれぞれ対向するように複数の吐出口１３が形成されている。

そして、インクジェット記録ヘッド用基板１１の表面の端部には複数の発熱素子にそれぞれ電気的に接続された複数の電極パッド１４が配置されている。この電極パッド１４の近くに、インクを検知するための検知電極１としての金属配線が設けられている。

ここで、インクを検知するための検知電極１は上層を保護膜で被覆されていない金属配線である。また、図中の符号１５で示す点線部は、電極パッド１４と電極リードとが接続された後に封止樹脂によって被覆保護される領域である。

図２は図１のＡ−Ａ断面図である。この図に示すように、インクジェット記録ヘッド用基板１１の基材であるＳｉ基板３１上に発熱素子（不図示）が外部の配線と電気的に接続するための電気配線３２が作製されている。そして、この電気配線３２と同層に、インクを検知するための検知電極１である金属配線が、成膜フォトリソグラフィ工程によって電気配線３２と同工程で作製される。

さらに、電気配線３２および検知電極１を覆うようにＳｉ基板３１上に保護膜３３が積層される。そして、電気配線３２の上の保護膜を開口して電極パッド１４を形成すると共に、インクを検知するための検知電極１としての金属配線上の保護膜を開口して露出させることにより、インクジェット記録ヘッド用基板１１が完成する。

このように、検知電極１としての金属配線は電気配線３２と同工程で作り込まれている。

検知電極１としての金属配線の材質としては、電気配線３２と同一の材料を使用することが好ましい。その材料の一例としてはアルミニウム単体、アルミニウムにシリコンを添加したもの、またはアルミニウムに銅を添加したものなどがあり、アルミニウムを含んだ材料が適時使用できる。これらの材料はインクに対して比較的腐食しやすい性質であるため、後述するようにインクの検知電極として適している。

また、検知電極１としての金属配線としては、侵入してきたインクにより早期に腐食および断線させるために、配線幅は細く、また、配線膜厚は薄くすることが望ましい。配線幅としては例えば１μｍ〜１０μｍ、配線膜厚としては発熱素子用の電気配線の配線抵抗などを考慮して例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲において、要求される仕様やプロセスの条件などにより適時選択することが出来る。

ここで、インクを検知するための検知電極１としての金属配線と、保護膜３３の開口とについて更に詳しく述べる。

一般に、電極パッド部の開口サイズの場合は、図３に示されるように電気配線３２の幅（Ｗｄ１）よりも電極パッド１４の保護膜３３の開口部の幅（Ｗｈ１）を小さくする（Ｗｄ１＞Ｗｈ１）ことが知られている。これは保護膜３３により、電極パッド部をインク等の液体から確実に保護するためである。

これに対し、インクを検知するための検知電極１を露出する開口は図４の様になっている。すなわち、検知電極１である金属配線の幅（Ｗｄ２）より保護膜３３の開口部の幅（Ｗｈ２）が大きくなる（Ｗｄ２＜Ｗｈ２）ように、寸法が設定されている。

このように形成することにより、インクを検知するための金属配線が保護膜３３より完全にむき出し状態になっている。

これは、インクが侵入してきたときの腐食および断線を起こりやすくするためでありインク侵入の検知感度を高めている構造である。

また検知電極１と保護膜３３との間に隙間が形成されている。これにより、仮にインクが流れ出たときにこの隙間の毛管力によりインクが保持されることで、検知電極が腐食し易くなり、その結果断線が起こり易くなり検知精度が高まる。

このように、インクを検知するための検知電極１の金属配線に対する開口寸法は、通常の電極パッドなどの開口寸法を決める際の考え方とは根本的に異なるものである。

この金属配線の接続回路の一例を図５に示す。電極パッド１４の周辺に金属配線からなる検知電極１が配置され、その金属配線の一方の端部は論理回路２１に接続されている。さらに、その金属配線の他方の端部は吐出エネルギー発生用発熱素子を駆動するためのロジック回路２２及びロジック回路用電源２３に分岐接続されている。

このように構成することにより、電源供給用の電極パッドを追加することなく金属配線の検知電極１への電源供給が可能であり、ひいてはインクジェット記録ヘッド用基板を大きくする必要が無い。

本実施例において論理回路２１は、論理積を演算するＡＮＤ回路であり、２系統の金属配線からの入力が入っている。しかしこれに限定するものではなく適時３系統、４系統など選択できる。

正常時には論理回路２１には電源からの電位供給によりハイレベルの信号が入力され、その結果ハイレベル信号が出力される。これに対し、金属配線の検知電極１にインクが侵入してくると、検知電極１の上層が保護膜により被覆されていないためにインクにより金属配線の検知電極１が腐食および断線する。

そのため、論理回路２１には電源からの電位供給が無くなり、プルダウン抵抗によりＧＮＤ電位に落とされ、ローレベルの信号が入力し、その結果ローレベルの信号が出力されることになる。

このように構成することにより、電極パッド部周辺のインク侵入を検知することが可能となる。

インクの侵入を検知した信号をインクジェット記録装置に知らせる方法としては色々あるが、専用の出力用の電極パッドを設ける方法が最も簡単な方法である。

なお、図９に示すように、本実施例のインクジェット記録ヘッド用基板１１の複数の電極パッド１４と、フレキシブルフィルム配線基板７１に設けられた複数の電極リード７２とが、例えばＴＡＢ技術等によって電気的に接続される。これによりインクジェット記録素子ユニット７３が出来る。

インクジェット記録素子ユニット７３は、記録装置との接続に用いられるコンタクトパッド７４を有する。また、図９中に符号１５で示される点線部は、電極パッド１４と電極リード７２とが接続された後に封止樹脂の塗布によって被覆保護される領域である。

その後、図１０に示すように、インクタンク８１上に記録素子ユニット７３が貼り付けられる。そして、記録素子ユニット７３内の電極パッドと電極リードとの電気的接続部を、インクによる腐食や外部からの力による断線から保護するために、接続部全体を封止樹脂８２によって被覆保護しインクジェット記録ヘッド８３が完成する。コンタクトパッド７４はインクジェット記録ヘッド８３とインクジェット記録装置との接続に用いられる。

さらに、本実施例のインクジェット記録ヘッド８３を用いたインクジェット記録装置は、図１１に示されるように構成される。すなわち、紙などの記録媒体の搬送を行う紙送り機構が記録装置本体のメインフレーム９２に設けられている。さらに、メインフレーム９２には、インクジェット記録ヘッド８３を搭載し紙の搬送方向と交差する（好ましくは直交する）方向に往復移動するキャリッジ９３が備えられている。

ここでは、キャリッジ９３上に搭載されるインクジェット記録ヘッド８３の形態が、記録ヘッドとインクカートリッジを一体化したインクジェット記録ヘッドの一例を示している。

しかし、インクジェット記録ヘッドとインクカートリッジが分離型の場合には、インクカートリッジは交換可能な構成とされ、インクジェット記録ヘッドはキャリッジ上に固定される構成あるいはキャリッジに対して着脱可能な構成のいずれかを適時採用される。

（実施例２）
インクを検知するための検知電極として他の実施例を図１２を用いて述べる。図１２では、インクを検知するための検知電極の断面構造として２層構成となっており、検知電極の上層部２の幅と下層部３との幅を比較して下層部３の幅の方が小さいことが特徴である。このような断面構造にすることにより侵入してきたインクが検知電極の上層部２に対して上面、側面、下面の３方向から腐食が進行させることができ、より検知感度を高められる点で好ましい。

検知電極の上層部２としては、上述した実施例で説明した電気配線３２と同一の材料を使用することができる。その材料の一例としてはアルミニウム単体、アルミニウムにシリコンを添加したもの、またはアルミニウムに銅を添加したものなどがあり、アルミニウムを含んだ材料が適時使用できる。これらの材料はインクに対して腐食しやすい性質であることが知られておりインクの検知電極として適している。

また、検知電極の上層部２がさらに多層（複数層）になっていても良く、例えば、アルミニウムを含んだ材料と密着向上のための材料であるＴｉ、Ｃｒなどからなる多層構成とすることができる。また、検知電極の下層部３としては、発熱素子と同一の材料を使用することができ、ＴａＳｉＮやＴａＮなどを適時使用できる。

このように検知電極の上層部２を電気配線と同一の材料で構成し、下層部３を発熱素子と同一材料により構成することにより、上層部のシート抵抗を下層部のシート抵抗よりも低くすることができる。これによりシート抵抗が低い上層部がよりインクに対して腐食しやすくなり、腐食した時の抵抗値変化量が大きくなり検知感度を高められる点で好ましい。

次に、この検知電極の断面構造を作製する工程について図１３を用いて説明する。簡略化のため、検知電極の周辺部に特化して説明を行う。

まず図１３（ａ）に示すように、Ｓｉ基板３１上に検知電極の下層部３としてＴａＳｉＮ、および上層部２として銅添加アルミニウムをスパッタリング法により順次積層する。

次に、図１３（ｂ）のように、フォトリソ技術により検知電極の上層部２と下層部３を所定のパターンにパターニングする。

その後、図１３（ｃ）のように、保護膜３３としてＳｉＮをパターニングされた検知電極を覆うようにＣＶＤ法により成膜する。

最後に図１３（ｄ）に示すように、検知電極が開口するような位置にフォトリソ技術によりレジスト（不図示）をパターニングし、ドライエッチング技術により保護膜３３をエッチングし開口させる。ここで、保護膜３３をエッチングする時のオーバーエッチング時に検知電極の下層部３を同時にエッチングする。

このように検知電極の下層部としてＴａＳｉＮを、保護膜としてＳｉＮを用いることにより、下層部の組成は、保護膜の組成の少なくとも１元素以上同じものを含んでいる。こうすることにより、保護膜のエッチング時における検知電極の上層部の材料のエッチング速度よりも下層部の材料のエッチング速度を速くすることが可能となり、上層部の幅よりも下層部の幅の方を狭く作製できる。

（実施例３）
電極パッド部周辺のインクの侵入を検知した信号をインクジェット記録装置に知らせる方法としての他の実施例を述べる。

インクジェット記録装置にインクジェット記録ヘッドを搭載するときの電気接続部の接続状態を確認するための接続状態出力回路が設けられている場合などは、この回路を利用することにより、新たな出力用電極パッドを設ける必要が無くて済む。この結果、インクジェット記録ヘッド用基板を大きくする必要が無い。

このような構成では、論理回路からの出力信号を接続状態出力回路の入力側に接続して入力することにより、インク侵入の検知信号により、接続状態出力回路からの出力信号を変化させることが出来、インクジェット記録装置側への信号伝達が可能となる。

（実施例４）
インクを検知するための検知電極の配置について他の実施例を図６を用いて述べる。

本実施例では図６に示すように、電極パッド１４の各々の周囲（例えば四方）を囲むように、検知電極１である金属配線が配されている。このように配置することにより、電極パッド１４に対してインクがあらゆる方向から侵入してきても、インクの侵入を検知することが可能となる。

図７は図６のＢ−Ｂ断面図である。

発熱素子を外部の配線と電気的に接続するための電気配線が、第１の電気配線５１と第２の電気配線５３に多層配線化されている。

インクジェット記録ヘッド用基板１１の基材であるＳｉ基板３１上に第１の電気配線５１が積層され、第１の電気配線５１上に層間絶縁膜５２が積層されている。さらに、この上層に、第２の電気配線５３と、インクを検知するための検知電極１である金属配線とが、成膜フォトリソグラフィ工程によって同時に作製される。

第１の電気配線５１と第２の電気配線５３とは層間絶縁膜５２の開口部を通して電気的に接続されている。

さらに、第２の電気配線５３および検知電極１を覆うようにＳｉ基板３１上に保護膜３３が積層される。そして、第２の電気配線５３の上の保護膜を開口して電極パッド１４を形成すると共に、インクを検知するための検知電極１としての金属配線上の保護膜を開口して露出させる。これにより、インクジェット記録ヘッド用基板１１が完成する。

以上の各実施例のような本発明は、電極パッド封止部にインクが侵入してきたときに、保護膜で被覆されていない金属配線からなる検知電極１がインクにより腐食および断線することにより、インクの侵入を検知することが出来る。そして、当該インク侵入をインクジェット記録装置へ知らせることにより、即座に印字信号および発熱素子への電力供給を停止することが出来る。

１ インクを検知するための検知電極としての金属配線
２ インクを検知するための検知電極としての金属配線の上層部
３ インクを検知するための検知電極としての金属配線の下層部
１１ インクジェット記録ヘッド用基板
１４ 電極パッド
１５ 封止樹脂によって被覆保護される領域
３２ 電気配線
３３ 保護膜
７１ フレキシブルフィルム配線基板
７２ 電極リード
８２ 封止樹脂

Claims (5)

1. インクを吐出するためのエネルギーを発生する素子と、
   外部と前記素子とを電気的に接続するための電極パッドと、
   前記電極パッドの近傍に設けられ、インクを検知するための検知配線と、
   を基板上に備えたインクジェット記録ヘッド用基板であって、
   前記検知配線は、前記電極パッドを樹脂部材で封止する際に、前記基板に接する側の面以外の面が、前記樹脂材料に接するように設けられていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
2. 前記検知配線は、インクと接した時に腐食しやすい材料からなることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
3. 前記検知配線は下層部と上層部とをこの順に前記基板上に積層することで設けられており、前記上層部の幅より前記下層部の幅の方が小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
4. 前記上層部のシート抵抗が、前記下層部のシート抵抗よりも低いことを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
5. 前記検知配線は一方の端部が論理回路に接続され、かつ他方の端部が電源供給用の電極パッドに接続されてい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項に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。

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