JP5300697B2 - 液体吐出ヘッド用基板及び液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド用基板及び液体吐出ヘッドに関する。具体的にはインクを発泡させる発泡用ヒータと、基板に予備の加熱を与えるサブヒータとが設けられているインクジェットヘッド用基板及びインクジェットに関する。

一般的なサーマル型の液体吐出ヘッド（以下ヘッドとも称する）では、基板上に、液体を吐出させるエネルギーを発生する液体吐出用のヒータ（以下ヒータとも称する）と、該ヒータに電気を送る導電層とが形成されている。この基板の上部に、液体を吐出するための吐出口に連通する流路を形成する流路部材が設けられる。

近年、液体吐出ヘッド用基板（以下ヘッド基板とも称する）には、液体吐出を安定させるため、各種の工夫がなされている。その１つとして、基板を予備加熱する加熱用ヒータ（以下サブヒータとも称する）を、吐出用のヒータと別途に設ける技術がある。

特許文献１には、ヒータとサブヒータを同一層に同一材料によって形成し、ヘッド基板をサブヒータによって温めることで、低温時に生じる吐出特性の低下を解消する構成が開示されている。

特開平３−００５１５１号公報

サブヒータの信頼性について説明する。導電層として一般に用いられるＡＬ（アルミニウム）に高電流を流すことによって、導電層をサブヒータとして使用する（以下、配線サブヒータと称する）場合には、エレクトロマイグレーション耐久性に留意する必要がある。

エレクトロマイグレーション（以下、Ｅ．Ｍ．とも称する）とは、導電層に電流を流すことによって、導電層を構成しているＡＬ（アルミニウム）の原子が電子の流れる方向に移動する現象である。その結果、ボイド（空孔）や、ヒロック（隆起）やウィスカ（ひげ状の成長）が発生する。Ｅ．Ｍ．による不良発生までの平均時間は、ブラックの経験式に従うことが知られている。ブラックの経験式によれば、Ｅ．Ｍ．による平均故障時間は、通常、電流密度のｎ乗に反比例する（ｎは通常２：温度勾配、加速条件等に依存する）。つまり、配線サブヒータを用いる場合、Ｅ．Ｍ．に対して充分な寿命を確保するためには電流密度を一定値以下に抑える必要がある。
（参考）ブラックの経験式

ＭＴＴＦ：平均故障時間（ｈｏｕｒ）
Ａ：導電層の構造、材料により決まる定数
Ｊ：電流密度（Ａ／ｃｍ^２）
ｎ：電流密度依存性を表す定数
Ｅａ：活性化エネルギー（ｅＶ）（通常０．４ｅＶ〜０．７ｅＶ：配向性、粒径、保護膜等による）
ｋ：ボルツマン定数 ８．６１６×１０^−５ｅＶ／Ｋ
Ｔ：導電層の絶対温度（Ｋ）

導電層からなる配線をサブヒータとして用いるためには、一定値以上の消費電力が必要となる。必要な消費電力で確保しつつＥ．Ｍ．に対する寿命を確保するためには、抵抗値を一定に保った状態で電流密度を下げる必要があり、配線の長さを伸ばすとともに断面積を拡張する必要がある。例えば配線の長さを２倍に伸ばし、配線の断面積を２倍に拡張した場合には、配線サブヒータを構成する配線の抵抗値は変わらないので、消費電力も変わらない。これに対して、電流密度は１／２に抑制できるため、ブラックの経験式によるとＥ．Ｍ．による平均故障時間を４倍程度に延ばすことができる。

上述したように、配線サブヒータにおいてはＥ．Ｍ．に対する寿命を保証するために、適切な配線の長さと配線の断面積を確保する必要がある。また、均一な温度分布で予備加熱を行うために、配線サブヒータを構成する配線は、ヘッド基板の平面内にできるだけ均等に配置することが好ましい。

配線サブヒータの適切な配線の長の確保し、ヘッド基板内へ略均等に配置するためには、複数層の導電層によって配線サブヒータを構成することが効果的である。

このような結果をふまえて本件の発明者らがＥ．Ｍ．耐久検討を行ったところ導電層（１１２）の領域に比べて、導電層の乗換え部である絶縁層の接続部（１１１）でＥ．Ｍ．耐久性が弱いという課題が判明した。

しかし、前述したようにブラックの経験式によると接続部のＥ．Ｍ．耐久性を向上させるには接続部を拡大させれば良いが、接続部の無闇な拡大は基板サイズの増大を招くことになる。

そこで、本発明は基板サイズの増大を抑えつつ、耐久性を向上させることができる、液体吐出ヘッド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、第１の導電層と、絶縁層と、一対の第２の導電層とがこの順に積層された基板と、前記絶縁層を貫通し、前記第１の導電層と前記第２の導電層の一方とが接する第１の接続部と、前記絶縁層を貫通し前記第１の導電層と前記第２の導電層の他方とが接する第２の接続部と、を有し、前記第２の接続部における、前記第１の導電層と前記第２の導電層の他方との接触面積は、前記第１の接続部における、前記第１の導電層と前記第２の導電層の一方との接触面積より小さく、かつ、前記第２の導電層には、前記第２の導電層の他方の電位より前記第２の導電層の一方の電位が高くなるように、電圧が印加されることを特徴とする特徴とする。

本発明によれば、基板サイズの増大を抑えながら、耐久性を向上させた液体吐出ヘッドを提供することができる。

本発明の実施形態であるヘッド基板の平面模式図である。 第１の実施形態である接続部１１１周辺の拡大図である。 第１の実施形態である接続部２２２周辺の拡大図である。 第２の実施形態である接続部１１１周辺の拡大図である。 第２の実施形態である接続部２２２周辺の拡大図である。 第３の実施形態である接続部１１１周辺の拡大図である。 第３の実施形態である接続部２２２周辺の拡大図である。 比較例である、ヘッド基板の平面模式図である。 比較例のサブヒータの平面模式図である。 Ｅ．Ｍ．耐久試験後サブヒータの断面模式図である。 ヘッドの概略図である。 液体吐出装置の概略図である。

図８は、配線サブヒータを用いた液体吐出ヘッド基板の概略図である。液体吐出ヘッド基板には、吐出用のヒータと配線サブヒータが設けられている。液体吐出ヘッド基板は、シリコン等からなる基板の上に第１の導電層１１と、その上に絶縁層が設けられ、さらにその上に導電層などに用いられる金属拡散を防止する金属からなる層と、その上に設けられた第２の導電層２２が設けられている。第１の導電層と第２の導電層とは、絶縁層を介して第１の接続部１１１と第２の接続部２２２とで接続している。配線サブヒータは、第１の導電層と第２の導電層とから構成されており、供給口７０５間を通り、基板内を一筆書きのように連続して配置されている。

この図８に示す配線サブヒータを用いて、本件の発明者らがＥ．Ｍ．耐久検討を行った。その結果、導電部（１１２）と比べて、導電層の乗換え部である絶縁層の接続部（１１１）でＥ．Ｍ．耐久性が弱いという課題が判明した。また、電子が第１の導電層から金属からなる層を介して第２の導電層に流れる第１接続部と、電子が第２の導電層から金属からなる層を通じて第１の導電層に流れる第２接続部と、のＥ．Ｍ．耐久性の比較を行った。この結果、第２接続部に比べて、第１接続部のＥ．Ｍ．耐久性が弱いという課題が、今回はじめて明らかになった。

以下、図８〜１９を用いてこの現象の具体的な検討を説明する。図９（ａ）は図８の配線サブヒータ１０を簡略化した平面図である。配線サブヒータ１０は第１の導電層１１と、第２の導電層２２から構成され、第１の導電層１１と第２の導電層２２は、接続部１１１と接続部２２２によって電気的に接続される。また、サブヒータ電源用パッド１４１と、サブヒータグランド用パッド１４２を介して外部制御装置と電気的に接続される。

本明細書及び特許請求の範囲においては、第２の導電層２２は、一対（一方と他方）で構成されているとする。第１の導電層と第２の導電層の一方と接続する接続部を第１の接続部１１１とし、第１の導電層と第２の導電層の他方と接続する接続部を第２の接続部２２２とあらわす。

図９（ｂ）は図９（ａ）のｇ−ｇ’断面図である。配線サブヒータは基板側から順に第１の導電層１１、絶縁層５５、金属からなる層６６、第２の導電層２２の順に積層されている。配線サブヒータ１０は絶縁層５５に開けられた接続部１１１を通じて第１の導電層と第２の導電層の乗換えを行う。また第２の導電層２２上には保護層２５０が積層される。保護層２５０は導電を液体の浸入から保護する働きをもつ。保護層２５０の端子部１４２は、外部と接続される導電パッドとなる。

次にＥ．Ｍ．耐久検討の説明をする。本検討サンプルでは第１の導電層１１と第２の導電層２２にＡＬ（アルミ）、金属からなる層６６にＴａＳｉＮ、絶縁層５５にＳｉＯ、保護層２５０にＳｉＮを用いた。この構成のＥ．Ｍ．耐久検討を行った、配線ヒータの模式的断面図を、図１０〜１９に示す。

図１０（ａ）は導電部（第１の導電層１１と第２の導電層２２）の断面図である。ＡＬ原子の移動により、多少のヒロック（隆起）８１０、やボイド（空孔）８２０が生じている。

図１０（ｂ）は、電子が第１の導電層から金属からなる層を通じて第２の導電層に流れる第１の接続部の断面図である。ＡＬ原子の移動により第１の接続部に第１の導電層のＡＬ原子が堆積し、ヒロック（隆起）が顕著に生じている。

図１０（ｃ）は、電子が第２の導電層から金属からなる層を通じて第１の導電層に流れる第２の接続部の断面図である。ＡＬ原子の移動により第２接続部に第２の導電層のＡＬ原子が堆積し、多少のヒロック（隆起）生じている。

このように、導電部（第１の導電層１１と第２の導電層２２）における不良に比べて、絶縁層の接続部における不良が顕著であることが分かる。特に第２接続部に比べて第１接続部の構造不良が著しいことが分かった。

この現象の差は以下のメカニズムで説明される。
導電部のＥ．Ｍ．は、電子との衝突でＡｌ原子が移動することで引き起こされる通常のＥ．Ｍ．であり、この場合電子の移動方向は一方向である。

図１０（ｂ）に示す第１接続部１１１においては、第１の導電層１１中の電子が第１接続部１１１の中央へ向かって四辺から流入する為、第１の導電層１１のＡｌ原子は第１接続部１１１の中央へ向かって移動しようとする。しかし拡散を防止する金属からなる層６６があるためにＡｌ原子は上に移動拡散することができず、第１接続部中央に堆積し隆起することになる。

一方図１０（ｃ）に示す第２接続部２２２においては、第２の導電層２２の段差部分で電流密度が最も高くなる。このため第２接続部の四辺に近い部分で第２の導電層２２に変形を生じるが、第２接続部中央へ向かって一気に電子が流れ込むことが少ない。

以上のことから、第２接続部の中央部において大きな隆起は比較的生じにくく、第２接続部に比べて第１接続部は不良が顕在化されにくいといえる。そのため、電圧を印加したときに第２の接続部より高電位となる第１の接続部の接触面積より、第２の接触部の接触面積を小さくしても接続部の信頼性が高い液体吐出ヘッドとすることができる。これにより、基板の面積の削減と、信頼性を両立できる液体吐出ヘッドを提供することができる。

なお本明細書及び特許請求の範囲において、「液体」とは、記録媒体に対して所定の色を付着させるインクのみならず、記録媒体に対して所定の色を付着させる前あるいは後に吐出されるいわゆる透明な処理液なども含むものとする。

また、第１の導電層１１の上に一対の第２の導電層２２を設けた例を示したが、第１の導電層１１を、一対（一方と他方）で構成し、その上に絶縁層を介して第２の導電層２２を設ける構成でも同様の効果を得ることができる。この場合には、第１の導電層の一方と第２の導電層と接続する接続部を第１の接続部とし、第１の導電層の他方と第２の導電層と接続する接続部を第２の接続部２２２とあらわすとする。この一対の第１の導電層に電圧を印加したときに、第１の接触部の接触面積をより、第１の接続部より高電位となる第２の接続部の接触面積を小さくしても、接続部の信頼性が高い液体吐出ヘッドとすることができる。これにより、基板の面積を削減と、信頼性を両立できる液体吐出ヘッドを提供することができる。なお、このとき第１の接続部において電子は第２の導電層から金属からなる層を介して第１の導電層に流れ、第２の接続部においては、第１の導電層から金属からなる層を通じて第２の導電層に流れる。

（第１の実施形態）
（液体吐出ヘッド用基板について）
図１は本実施形態のヘッド基板を模式的に表した平面図である。ヘッド基板１００は、液体を吐出するエネルギーを発生する素子として用いられる複数の吐出用ヒータ２０と、液体吐出ヘッド用基板を予備加熱するサブヒータ１０と、吐出用ヒータ２０に電源を供給する第３の導電層（ヒータ配線１３０）を有する。ヒータ配線１３０はグランド配線１３１及び電源配線１３２によって構成され、パッド１４０によって基板と外部制御部とが電気的に接続される。更に吐出用ヒータを駆動するためのスイッチング素子、及び前記スイッチング素子を駆動するための駆動回路を有するが、図１には記載していない。スイッチング素子及び駆動回路と、これら駆動素子に電源を供給する第４の導電層（ロジック配線）の上には、絶縁層が設けられている。絶縁層の上には、発熱抵抗層と第３の導電層が設けられており、一対の第３の導電層が発熱抵抗層と接続し、発熱抵抗層に電力を供給することでヒータが設けられている。

また、基板の上に第１の導電層１１と絶縁層と金属からなる膜と一対の第２の導電層２２とをこの順に積層して設けられている。第１の導電層は、絶縁層を貫通して金属からなる層と接触し、第２の導電層２２と電気的に接続している。第１の導電層と第２の導電層２２は、絶縁層の接続部１１１と接続部２２２とで、電気的に接続している。サブヒータは、一対の第２の導電層２２と、接続部１１１と接続部２２２を介して第２の導電層２２と接続する第１の導電層と、で設けられている。

このとき、ヒータ配線を形成する第３の導電層と、第２の導電層とは、同じように絶縁層の上に設けられている層である。そのため、製造時に同じ組成の材料（同じ構成元素）を用いて同時に形成することができ、工程数を削減することができ、製造コストを低減させることができる。

さらに、ロジック配線に用いる第４の導電層と第１の導電層１１とは、同じように絶縁層の下に設けられている層である。そのため、これらも製造時に同じ組成の材料（同じ構成元素）を用いて同時に形成することができ、工程数を削減することができ、製造コストを低減させることができる。

第１の導電層１１や、第２の導電層２２や、第３の導電層や、第４の導電層は、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｓｉの少なくとも１つを含む材料か、それらを含む合金からなることが好ましい。

サブヒータはサブヒータ電源用パッド１４１とサブヒータグランド用パッド１４２で外部電源に接続される。本形態のヘッド基板はサブヒータグランド用パッド１４２を基準電位とする。サブヒータ電源用パッド１４１に正の電圧（＋２４Ｖ）を印加するため、接続部１１１では電子が第１の導電層から第２の導電層へ、接続部２２２では第２の導電層から第１の導電層へ電子が流れる。本実施形態ではサブヒータの駆動を外部装置からの電圧印加をオンオフすることで操作するが、基板上にスイッチング素子を設けて、外部装置から入力される制御信号により操作しても良い。

（加熱用ヒータの接続部の説明）
比較例図８〜図９（ｂ）と、本実施形態との違いは第１接続部にある。本明細書において、接続部に流れる電流を接続部の接触面積で割った値を「接続部あたりの電流密度」という表現を用いる。

本実施形態において、ヒロックが顕著に生じる第１接続部がそのヘッド基板の寿命にかかわる。つまりサブヒータ電源用パッドとサブヒータグランド用パッド１４２の間に電圧を印加したときに、第１接続部あたりの電流密度を第２接続部あたりの電流密度より小さくすることが特徴である。また、第１接続部と第２接続部がそれぞれ複数ある場合に、第１接続部あたりの電流密度の最大値は、第２接続部あたりの電流密度の最大値より小さい構成にすることが望ましい。

さらに、第１接続部の接触面積が第２接続部の接触面積より大きければ同様の効果がある。また、第１接続部と第２接続部がそれぞれ複数ある場合に、第１接続部の接触面積の最小値が、前記第２接続部の接触面積の最小値より大きい構成にすることが望ましい。また、サブヒータ電源用パッドとサブヒータグランド用パッド１４２の間に電圧を印加したとき、すなわち一対の第２の導電層に電圧を印加した時に第１の接続部の方が、第２の接続部より高電位となっている。

本実施形態における、加熱用ヒータ（サブヒータ）の接続部の代表的な層構成を、図２（ａ）〜図３（ｂ）を用いて説明を行う。比較例の図８〜１６にて説明したものと同様の部分の説明は省略する。

図２（ａ）は、図１のサブヒータ１０内において、第１の導電層から第２の導電層へ電子が流れる第１の接続部１１１の模式図である。ここで、接続部は絶縁層５５に開けられたものを模式的に示す。図２（ｂ）は図２（ａ）におけるａ−ａ’の断面図である。

図３（ａ）は、図１のサブヒータ１０内において、第２の導電層から第１の導電層へ電子が流れる第２の接続部２２２の模式図である。ここで、接続部は絶縁層５５に開けられたものを模式的に示す。図３（ｂ）は図３（ａ）におけるｂ−ｂ’の断面図である。

図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すように、基板上に第１の導電層１１が形成される。第１の導電上に複数の接続部を有する絶縁層５５が形成される。この接続部を覆うように、絶縁層上に金属からなる層６６が凹形状に形成される。この金属からなる層上に、第２の導電層２２が形成され、第２の導電層の上に保護層２５０が形成される。

第１の導電と第２の導電は、接続部の金属からなる層を介して電気的に接続される。これにより、サブヒータ電源用パッドとサブヒータグランド用パッド１４２の間に電圧を印加したときに、第１の導電層と第２の導電層が温まる。この第１の導電層と第２の導電層をサブヒータとして用い基板をあらかじめ加熱することで、均一な温度分布として吐出動作を行うことができ、被記録媒体に液体を均一に吐出することができる。

金属からなる層としては、密着層やバリアメタルとして用いられる耐火金属元素（Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ）、もしくは白金族元素（Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ）を含む材料や、それらの合金であることが好ましい。このような材料を用いることで、第１の導電層と第２の導電層の密着性を確保するとともに、第１の導電層のＥ．Ｍ．を効果的に防止することができる。

本実施形態においては、金属からなる層６６は、液体を吐出するエネルギーを発生する吐出用のヒータ２０に利用されるヒータ層としても用いる材料である、ＴａＳｉＮを用いた。金属からなる層６６とヒータ層とに同じ組成の材料（同じ構成元素）を用いることにより、製造時の工程数を削減することができ、製造コストの削減を行うことができる。

本実施形態における接続部の接触面積とは、絶縁層５５の開口部の面積を示す。本実施形態では、開口部は四角形なので、四角形の面積を示す。

（液体吐出ヘッド）
図１１は、本実施形態におけるヘッドの模式的な斜視図を示す。図１１に示すように、上述したヘッド基板１００には、液体を供給する供給口７０５が開いている。供給口７０５は複数設けられてもよく、この場合は供給口毎に異なる種類の液体を供給することができる。供給口７０５の両側には、供給口の長さ方向に沿って、液体を吐出するエネルギーを発生する複数のヒータ２０が設けられる。ヘッド基板上には、液体が吐出される吐出口１２１と、吐出口１２１と連通する流路の壁を有し、壁を内側にしてヘッド基板に接触させることで流路を構成する流路部材１２０が設けられている。吐出口１２１はヒータ２０に対応する位置に設けられる。ヒータ２０を加熱することで、吐出口１２１から、液体が吐出される。

第１の導電層と第２の導電層をサブヒータとして用い基板をあらかじめ加熱しヘッドの温度分布を均一にした上で吐出動作を行うことで、液体の粘度等をヘッド全面で一定とすることができる。これにより、液体の吐出量を一定とすることができ、被記録媒体ににじみやムラの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。

（液体吐出装置）
図１２は液体吐出装置（インクジェットプリンタ）の要部を示す概略斜視図である。
液体吐出装置は、ケーシング１００８内に記録媒体としての用紙１０２８を、矢印Ｐ方向に間欠的に搬送する搬送装置１０３０を含む。この他に、液体吐出装置は、用紙１０２８の搬送方向Ｐに直交する方向Ｓに平行に往復運動せしめられ、ヘッドを有する記録部１０１０と、記録部１０１０を往復運動させる駆動手段としての移動駆動部１００６とを含んで構成される。

搬送装置１０３０は、互いに平行に対向配置される一対のローラユニット１０２２ａおよび１０２２ｂと、一対のローラユニット１０２４ａおよび１０２４ｂと、これらの各ローラユニットを駆動させる駆動部１０２０とを備えている。駆動部１０２０が作動すると、ローラユニット１０２２ａおよび１０２２ｂと、ローラユニット１０２４ａおよび１０２４ｂと、により用紙１０２８は狭持されて、Ｐ方向に間欠送りで搬送される。

移動駆動部１００６は、ベルト１０１６と、モータ１０１８とを有する。ベルト１０１６は、回転軸に所定の間隔をもって対向配置された、プーリ１０２６ａおよび１０２６ｂに巻きかけられ、ローラユニット１０２２ａおよび１０２２ｂに平行に配置される。モータ１０１８は、記録部１０１０のキャリッジ部材１０１０ａに連結されるベルト１０１６を順方向および逆方向に駆動させる。

モータ１０１８が作動し、ベルト１０１６が矢印Ｒ方向に回転すると、キャリッジ部材１０１０ａは矢印Ｓ方向に所定の移動量だけ移動する。また、ベルト１０１６が矢印Ｒ方向とは逆方向に回転すると、キャリッジ部材１０１０ａは矢印Ｓ方向とは反対の方向に所定の移動量だけ移動する。さらに、キャリッジ部材１０１０ａのホームポジションとなる位置に、記録部１０１０の吐出回復処理を行うための回復ユニット１０２６が、記録部１０１０の液体を吐出する面に対向して設けられる。

記録部１０１０は、キャリッジ部材１０１０ａに対して着脱自在に備えらたカートリッジ１０１２を有している。カートリッジは、例えばイエロー，マゼンタ，シアンおよびブラックごとにそれぞれ、１０１２Ｙ，１０１２Ｍ，１０１２Ｃおよび１０１２Ｂと、各色設けられている。

（第１の実施形態と比較例）
本実施形態において、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すように、基板上に第１の導電層１１をアルミニウム（以下ＡＬ１）、四角形の開口部を有する絶縁層５５をＰ−ＳｉＯにて、金属からなる層６６をＴａＳｉＮにて形成した。その上に、第２の導電層２２としてアルミニウム（以下ＡＬ２）、保護層２５０としてＳｉＮを形成した。

図２（ａ）は、電子がＡＬ１からＡＬ２へ流れる第１の接続部１１１であり、絶縁層５５に開けられた開口寸法はＷＴＨ２＝６０μｍ、ＬＴＨ２＝６０μｍの正方形である。一方で、図３（ａ）は、電子がＡＬ２からＡＬ１へ流れる第２の接続部２２２であり、絶縁層５５に開けられた開口寸法はＷＴＨ２＝３０μｍ、ＬＴＨ２＝３０μｍの正方形である。基板サイズは供給口に交差する方向（ＷＨＢ）が４ｍｍ、供給口の長辺方向（ＬＨＢ）が９ｍｍである。

本構成によれば第１の接続部１１１あたりの電流密度は、第２の接続部２２２と比べて１／４である。また第１の接続部１１１の接触面積は第２の接続部２２２と比べて４倍である。

比較例１として、図８に示すように、第１の接続部と第２の接続部の絶縁層の開口寸法が電子の向きに関わらず、ＷＴＨ＝３０μｍ、ＬＴＨ＝３０μｍである基板１を用意した。

比較例２として、図８に示すように、第１の接続部と第２の接続部の開口寸法が、電子の向きに関わらず、ＷＴＨ＝６０μｍ、ＬＴＨ＝６０μｍである基板２を用意した。

Ｅ．Ｍ．耐久検討の加速試験条件として、７０℃環境にサンプルを投入した。サブヒータグランド用パッド１４２を基準電圧として、サブヒータ電源用パッド１４１にＤＣ３０Ｖを連続印加した。サブヒータへの投入エネルギーは約４Ｗで、基板温度は約１４０℃に保たれている。

本発明の第１の実施形態である基板では、第１の接続部１１１あたりの電流密度は約０．４×１０^４Ａ／ｃｍ^２であり、第２の接続部２２２あたりの電流密度は約１．５×１０^４Ａ／ｃｍ^２である。

比較例１の接続部あたりの電流密度は、第１の接続部と第２の接続部共に約１．５×１０^４Ａ／ｃｍ^２である。

比較例２の接続部あたりの電流密度は、第１の接続部と第２の接続部共に約０．４×１０^４Ａ／ｃｍ^２である。

Ｅ．Ｍ．耐久検討の結果、本実施形態の耐久時間は２９５０時間で、基板サイズは３５．４ｍｍ^２。比較例１の耐久時間は２８０時間で、基板サイズは３５．２ｍｍ^２。比較例２の耐久時間は２９６０時間で、基板サイズは３５．６ｍｍ^２であった。いずれの基板の故障モードも、図１０（ｂ）に示すように、第１の接続部のＡＬ１の中央部にヒロック成長が生じ、上層の保護膜が破断されたものであった。

比較例２のＥ．Ｍ．故障時間は、比較例１に比べて約１０倍延びた。しかしながら、比較例２においては、第１の接続部、第２の接続部共に面積を大きくしているため、比較例１に対して基板が増大してしまう。

一方、本実施形態は、比較例１と比べてＥ．Ｍ．故障時間を約１０倍に延ばすに加えて、基板サイズの増加は比較例２の半分ですむ。

つまり、本実施形態においては、Ｅ．Ｍ．耐久寿命に寄与する、第１の接続部の面積のみを広げたことで、保護膜層が破断にいたるＡＬヒロックの許容限界を広げ、さらに無駄な基板サイズの拡大を抑制することが可能となる。また、第１の接続部の電流密度を抑制させることで、基板サイズの拡大をせずに配線サブヒータのＥ．Ｍ．耐久性を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図４（ａ）〜図５（ｂ）を用いて本実施形態の説明を行う。第１の実施形態と同じ構成、同じ材料であるものについては、説明を省略する。

図４（ａ）はサブヒータ１０における電子が第１の導電層（ＡＬ１）から第２の導電層（ＡＬ２）へ流れる第１の接続部１１１の模式図である。図４（ｂ）は図４（ａ）におけるｃ−ｃ’断面図である。図５（ａ）はサブヒータ１０における電子が第２の導電層から第１の導電層へ流れる第２の接続部２２２の模式図である。図５（ｂ）は図５（ａ）におけるｄ−ｄ’断面図である。層構成は第１の実施形態と同様である。

接続部１１１、２２２共に、絶縁層５５に開けられた接続部の寸法は、ＷＴＨ１＝ＷＴＨ２＝３０μｍ、ＬＴＨ１＝ＬＴＨ２＝３０μｍの正方形である。

基板上面からみた平面図において、接続部１１１の端部と第１の配線層の端部までの最短距離（ＤＴＨ１−ＡＬ１）は２０μｍであるのに対して、接続部２２２の接続端と第１の導電端までの最短距離（ＤＴＨ２−ＡＬ１）は１０μｍである。つまり電子が第１の導電層から第２の導電層へ流れる第１の接続部１１１における電流密度の偏りは、電流が第２の導電層から第１の導電層へ流れる第２の接続部２２２の電流密度の偏りに比べて小さいといえる。

比較例３として、図８に示すように、第１の接続部の端部と第１の導電層の端部までの最短距離が、電子の向きに関わらずＤＴＨ−ＡＬ１＝１０μｍである基板３を用意して、Ｅ．Ｍ．耐久検討を行った。Ｅ．Ｍ．耐久検討の加速試験条件は第１の実施形態で紹介した条件と同様である。故障モードは、本実施形態と比較例３の両基板共に電子がＡＬ１からＡＬ２に流れる第１の接続部にみられた。図１０（ｂ）に示すように、第１の接続部のＡＬ１の中央部にヒロック成長が生じ、上層の保護膜が破断されたものであった。比較例３の基板と比べて、本実施形態の基板のＥ．Ｍ．故障時間は約１．５倍延びた。

よって、第１の接続部の端部から第１の導電層の端までの距離が、第２の接続部の端部から第１の導電層の端部までの距離より長く設けることで、Ｅ．Ｍ．耐久性の弱い第１の接続部１１１の第１の導電層における電流密度偏りを抑制できる。これにより基板サイズの拡大をせずに、さらに配線サブヒータのＥ．Ｍ．耐久性を向上させることができる。

（第３の実施形態）
図６（ａ）〜図７（ｂ）を用いて、本実施形態の説明を行う。第１、第２の実施形態と同じ構成、同じ材料であるものについては、説明を省略する。

図６（ａ）はサブヒータ１０における電子が第１の導電層（ＡＬ１）から第２の導電層（ＡＬ２）へ流れる第１の接続部１１１の模式図である。ここで、接続部は絶縁層５５に開けられたものを模式的に示す。図６（ｂ）は図６（ａ）におけるｅ−ｅ’断面図である。図７（ａ）はサブヒータ１０における電子が第２の導電層から第１の導電層へ流れる第２の接続部２２２の模式図である。ここで、接続部は絶縁層５５に開けられたものを模式的に示す。図７（ｂ）は図７（ａ）におけるｆ−ｆ’断面図である。層構成は第１の実施形態と同様である。

接続部１１１、２２２共に、絶縁層５５に開けられた開口部の寸法は、ＷＴＨ１＝ＷＴＨ２＝３０μｍ、ＬＴＨ１＝ＬＴＨ２＝３０μｍの正方形である。

基板上面からみた平面図において、接続部１１１の端部と第２の導電層の端部までの最短距離（ＤＴＨ１−ＡＬ２）は２０μｍであるのに対して、接続部２２２の端部と第２の導電層の導電端までの最短距離（ＤＴＨ２−ＡＬ２）は１０μｍである。電子が第１の導電層から第２の導電層へ流れる第１接続部１１１の端部の第２の導電層における電流密度の偏りは、電子が第２の導電層から第１の導電層へ流れる第２の接続部２２２の端部の第２の導電層の電流密度の偏りに比べて小さい。

比較例４として、図８に示すように、第２の接続部の端部と第２の導電層の端部までの最短距離が、電子の向きに関わらずＤＴＨ−ＡＬ２＝１０μｍである基板４を用意して、Ｅ．Ｍ．耐久検討を行った。Ｅ．Ｍ．耐久検討の加速試験条件は第１の実施形態で紹介した条件と同様である。故障モードは、本実施形態と比較例４の両基板共に電子が第１の導電層から第２の導電層に流れる第１の接続部１１１にみられた。図１０（ｂ）に示すように、第１の接続部の第１の導電層の中央部にヒロック成長が生じ、上層の保護膜が破断されたものであった。比較例４の基板と比べて、本実施形態の基板のＥ．Ｍ．故障時間は約１．３倍延びた。

よって、第１の接続部の端部から第２の導電層の端までの距離が、第２の接続部の端部から第２の導電層の端部までの距離より長く設けることで、Ｅ．Ｍ．耐久性の弱い第１の接続部１１１の第２の導電層における電流密度の偏りを抑制できる。これにより基板サイズの拡大をせずに、さらに配線サブヒータのＥ．Ｍ．耐久性を向上させることができる。

本発明は、上述の実施形態を組み合わせたものであっても良い。

１００ 基板
１０ 加熱用ヒータ（サブヒータ）
１１ 第１の導電層
２２ 第２の導電層
１１１ 第１の接続部
２２２ 第２の接続部
５５ 絶縁層
６６ 金属からなる層
２５０ 保護層

Claims (13)

1. 第１の導電層と、絶縁層と、一対の第２の導電層とがこの順に積層された基板と、
   前記絶縁層を貫通し、前記第１の導電層と前記第２の導電層の一方とが接する第１の接続部と、
   前記絶縁層を貫通し前記第１の導電層と前記第２の導電層の他方とが接する第２の接続部と、を有する液体吐出ヘッド用基板であって、
   前記第２の接続部における、前記第１の導電層と前記第２の導電層の他方との接触面積は、
   前記第１の接続部における、前記第１の導電層と前記第２の導電層の一方との接触面積より小さく、かつ、前記第２の導電層には、前記第２の導電層の他方の電位より前記第２の導電層の一方の電位が高くなるように、電圧が印加されることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
2. 前記第１の導電層と前記第２の導電層とは、前記一対の第２の導電層の間に電圧を印加することで、前記液体吐出ヘッド用基板を加熱するための熱を発生す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. 前記一対の第２の導電層の間に電圧を印加するときに流れる電流を、前記第１の接続部の前記第１の導電層と前記第２の導電層の一方との接触面積で割った値は、前記電流を、前記第２の接続部の前記第１の導電層と前記第２の導電層の他方との接触面積で割った値より小さい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. 前記一対の第２の導電層の間に電圧を印加するときに、前記第１の導電層から前記第２の導電層の一方に電子が移動し、かつ前記第２の導電層の他方から前記第１の導電層に電子が移動することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板。
5. 前記第２の導電層は、前記第１の導電層と接する部分に、耐火金属元素又は白金族元素を含み、前記第１の導電層と前記第２の導電層とに含まれる材料の拡散を防止する、金属からなる層を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板。
6. 前記第１の導電層と前記第２の導電層とは、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、及びＳｉのうち少なくとも１つを含む材料からなる請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板。
7. 前記絶縁層の上に設けられた発熱抵抗層と
   前記発熱抵抗層に接続された一対の第３の導電層と、を更に有し、
   前記一対の第３の導電層の間に対応する前記発熱抵抗層の部分が、液体を吐出するためのエネルギーを発生する素子として用いられ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基板。
8. 前記金属からなる層と、前記発熱抵抗層とは、同じ構成元素で設けられていることを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッド用基板。
9. 前記第２の導電層と、前記第３の導電層とは、同じ構成元素で設けられていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の液体吐出ヘッド用基板。
10. 前記第１の接続部の端部と第１の導電層の端部との最も近い距離は、前記第２の接続部の端部と第１の導電層の端部との最も近い距離より長いことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板。
11. 前記第１の接続部の端部と第２の導電層の端部との最も近い距離は、前記第２の接続部の端部と第２の導電層の端部との最も近い距離より長いことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板と、
    液体を吐出する吐出口と連通する流路の壁を有し、該壁を内側にして前記液体吐出ヘッド用基板と接することで、前記流路を形成する流路部材と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
13. 一対の第１の導電層と、絶縁層と、第２の導電層とがこの順に積層された基板と、
    前記絶縁層を貫通し、前記第１の導電層の一方と前記第２の導電層とが電気的に接続している第１の接続部と、
    前記絶縁層を貫通し、前記第１の導電層の他方と前記第２の導電層とが電気的に接続している第２の接続部と、を有する液体吐出ヘッド用基板であって、
    前記第２の接続部における、前記第１の導電層の他方と前記第２の導電層との接触面積は、
    前記第１の接続部における、前記第１の導電層の一方と前記第２の導電層との接触面積より小さく、かつ、前記第１の導電層には、前記第１の導電層の一方の電位より前記第１の導電層の他方の電位が高くなるように、前記一対の第１の導電層の間に電圧を印加されることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。

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