JP5317671B2 - Substrate for liquid discharge head, liquid discharge head, and liquid discharge apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、液体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid discharge head substrate, a liquid discharge head, and a liquid discharge apparatus.
従来、液体吐出ヘッド用基板は特許文献1に記載されているように、次に上げるような層構成をとる。熱効率を向上させるための蓄熱層、発熱抵抗体層、抵抗層に電気的接続をとるためのVH等の配線層、発熱抵抗体および電極層をインクから保護する保護膜が順に形成されている。 Conventionally, as described in Patent Document 1, a liquid discharge head substrate has a layer structure as described below. A heat storage layer for improving thermal efficiency, a heating resistor layer, a wiring layer such as VH for electrical connection to the resistance layer, a heating resistor, and a protective film for protecting the electrode layer from the ink are sequentially formed.
この液体吐出ヘッド用基板は、一方では投入する電気エネルギーの省力化、他方ではインクの発泡にともなう機械的ダメージおよび熱パルスによる発熱部の破壊による基板の寿命の低下を防ぐために、様々な工夫がなされている。とりわけ一対の配線パターンの間に位置する発熱部を有する発熱抵抗体をインクから保護する保護膜については、多くの工夫がなされている。 This liquid discharge head substrate has various measures to reduce the life of the substrate due to the labor saving of electric energy input on the one hand and the mechanical damage due to the foaming of ink and the destruction of the heat generating part due to heat pulses on the other hand. Has been made. In particular, many contrivances have been made for the protective film that protects the heat generating resistor having the heat generating portion located between the pair of wiring patterns from ink.
この保護膜は、熱の効率から見ると、熱伝導率の高いもの、あるいは薄い方が有利である。ところが一方で、保護膜は、発熱体に接続する配線をインクから守るという役目があり、膜の欠陥の確率からすると、厚い方が有利であり、エネルギー効率と信頼性の観点から最適の厚さに設定されている。ただし、保護膜はインクの発泡によるキャビテーションダメージすなわち機械的ダメージと、発泡後の表面が高温になることから、インク成分との高温時での化学反応によるダメージとの両方の影響を受ける。 From the viewpoint of heat efficiency, it is advantageous that the protective film has a high thermal conductivity or is thin. On the other hand, the protective film serves to protect the wiring connected to the heating element from the ink. From the viewpoint of the defect of the film, the thicker film is more advantageous, and the optimum thickness from the viewpoint of energy efficiency and reliability. Is set to However, the protective film is affected by both cavitation damage due to foaming of ink, that is, mechanical damage, and damage caused by a chemical reaction with the ink component at a high temperature because the surface after foaming becomes high temperature.
このため、実際には配線を守るための絶縁性の膜と、機械的、化学的ダメージに安定な膜の両立が難しい。このことから液体吐出用基板の保護膜の構成は上層にインクの発泡による機械的および化学的ダメージに対して安定性の高い膜を形成し、下層は配線を守るための絶縁性の膜を形成することが一般的である。具体的には上層には機械的、化学的安定性の極めて高い膜であるTa膜、下層には、既存の半導体製造装置で安易に安定な膜が形成できるSiN膜やSiO膜を形成することが一般的である。 For this reason, it is actually difficult to achieve both an insulating film for protecting the wiring and a film that is stable against mechanical and chemical damage. For this reason, the protective film structure of the liquid discharge substrate forms a highly stable film against mechanical and chemical damage due to ink foaming on the upper layer, and an insulating film to protect the wiring on the lower layer It is common to do. Specifically, a Ta film, which is an extremely high mechanical and chemical stability film, is formed on the upper layer, and a SiN film or SiO film that can be easily formed with an existing semiconductor manufacturing apparatus is formed on the lower layer. Is common.
また、このような保護膜の異常を検知する方法として、特許文献2においては、基板の一部を露出させ、インクと電気的にショートさせる構成を設ける例が開示される。 As a method for detecting such an abnormality of the protective film, Patent Document 2 discloses an example in which a part of the substrate is exposed and electrically shorted with ink.
さらに、液体吐出ヘッドの供給口の形成方法としてマイクロマシニングの一手法として、<100>の面方位を有するSi基板のアルカリ溶液による異方性エッチングは広く行われている。これは、面方位によるアルカリ溶液に対する溶解速度差を利用したもので、具体的には、溶解速度の極めて遅い<111>面を残すような形態でエッチングが進行する。
上述のように、液体吐出用基板はSiN膜やSiO膜等によって、発熱抵抗体及びそれに電気的に接続された基板上の配線をインクと直接接触することの無いように構成されている。これは、Si基板上に半導体製造装置で安易に安定な膜が形成できるからである。 As described above, the liquid discharge substrate is configured by the SiN film, the SiO film, or the like so that the heating resistor and the wiring on the substrate electrically connected thereto are not in direct contact with the ink. This is because a stable film can be easily formed on a Si substrate by a semiconductor manufacturing apparatus.
しかしながら、上述の保護膜をもってしても一部のインクにおいて、使用する液体の種類によっては使用環境条件(温度、PH)によって、保護膜自体を侵食し、保護膜性能を低下させてしまう場合がある。 However, even with the above-described protective film, in some inks, depending on the type of liquid used, the protective film itself may be eroded depending on the use environment conditions (temperature, PH), and the protective film performance may be degraded. is there.
このような場合、配線層の層間絶縁膜にまで欠損が広がってしまうと個別電極配線までインクが進入してしまい電気的ショートが起こる可能性が高い。すると基板上の発熱抵抗体及びそれに電気的に接続された基板上の配線に異常を起こし、液体吐出ヘッドが正常動作しなくなってしまう場合がある。 In such a case, if the defect spreads to the interlayer insulating film of the wiring layer, ink is likely to enter the individual electrode wiring and an electrical short circuit is likely to occur. Then, an abnormality may occur in the heating resistor on the substrate and the wiring on the substrate electrically connected thereto, and the liquid discharge head may not operate normally.
場合によっては本体とヘッドの電気的コネクト部にまで電気的ショートが影響することで液体吐出装置本体の制御基板にまで影響を及ぼす恐れもある。 In some cases, an electrical short circuit affects the electrical connection portion between the main body and the head, which may affect the control board of the liquid ejection apparatus main body.
また、電気的ショートが発生しない場合においても、保護膜と発熱抵抗体及びそれに電気的に接続された基板上の配線等の間に積層されている層間絶縁膜を侵食することがある。この場合、基板全体の熱容量を低下させてしまうことで発熱抵抗体を用いたサーマルタイプの液体吐出装置に使用する液体吐出用ヘッドとして正常な機能が発揮されない可能性が高い。 Even when an electrical short circuit does not occur, the interlayer insulating film laminated between the protective film, the heating resistor, and the wiring on the substrate electrically connected thereto may be eroded. In this case, since the heat capacity of the entire substrate is reduced, there is a high possibility that a normal function is not exhibited as a liquid discharge head used in a thermal type liquid discharge apparatus using a heating resistor.
上記の課題の対策として、インクが触れる保護膜上に耐インク浸食性の高い樹脂膜等を被覆することで、なるべくインクと保護膜を接触させない方法が考えられる。しかしながら一般的な液体吐出ヘッド用基板の製法及び構成において、供給口端部に保護膜の端部は露出してしまう。 As a countermeasure for the above problem, a method is conceivable in which the ink and the protective film are not brought into contact with each other as much as possible by covering the protective film with which the ink comes into contact with a resin film having high ink erosion resistance. However, in the manufacturing method and configuration of a general liquid discharge head substrate, the end of the protective film is exposed at the end of the supply port.
つまり、保護膜上に耐インク浸食性の高い樹脂膜によってインクと保護膜の接触面積を最小限にすることは出来ても、供給口端部より保護膜の浸食は進行する。よって保護膜を出来る限り浸食性の高い樹脂膜表面で覆う事が出来たとしても供給口端部から進行する保護膜の浸食を無くすことは困難である。 That is, even if the contact area between the ink and the protective film can be minimized by the resin film having high ink erosion resistance on the protective film, the erosion of the protective film proceeds from the supply port end. Therefore, even if the protective film can be covered with the highly erodible resin film surface as much as possible, it is difficult to eliminate the erosion of the protective film that proceeds from the supply port end.
以上のことにより、供給口端部から保護膜の浸食が起こった場合においても、その影響がヘッドの所望の性能、及び液体吐出装置本体の機能に影響が生じないように、保護膜浸食の有無を検知する手段が必要になる。 As a result, even if the protective film erodes from the end of the supply port, the presence or absence of protective film erosion should be done so that the effect does not affect the desired performance of the head and the function of the liquid ejection device body. It is necessary to have a means for detecting this.
また、特許文献2に開示される方法においては、製造過程における保護膜の異常の検知は可能であるが、実際に出荷された後、インクが充填され、ある期間使用後に生じる保護膜性能の低下を検知することはできない。 In addition, in the method disclosed in Patent Document 2, it is possible to detect an abnormality of the protective film in the manufacturing process, but after the actual shipment, the ink is filled and the protective film performance is deteriorated after a certain period of use. Cannot be detected.
本願発明の液体吐出ヘッド用基板は、基板の面上に、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複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体と電気的に接続される配線と、少なくとも前記配線を被覆する絶縁性を備えた保護膜と、を有し、液体を供給するための供給口が、前記基板の前記面に、前記複数の発熱抵抗体の配列方向に沿って形成された液体吐出ヘッド用基板において、前記保護膜に欠損が生じていることを検知するために用いられる検知用配線が、前記配線の前記供給口側の端部と前記供給口との間に対応する前記保護膜に接し、前記基板の前記面に垂直な方向から見て、前記配列方向に沿って前記複数の発熱抵抗体と前記供給口との間に連続的に設けられていることを特徴とする。 A substrate for a liquid discharge head according to the present invention includes a plurality of heating resistors that generate energy used for discharging a liquid on the surface of the substrate, and wirings electrically connected to the heating resistors, have a, a protective film having an insulating coating at least the wiring, the supply port for supplying the liquid to the surface of the substrate, are formed along the arrangement direction of the plurality of heating resistors liquid ejection Te substrate smell head, the wiring sensing defects in the protective film is used to detect that has arisen, corresponding to between the supply port side end portion and the supply port of the wiring And is provided continuously between the plurality of heating resistors and the supply port along the arrangement direction when viewed from a direction perpendicular to the surface of the substrate. And
以上説明したように、本発明によれば、液体吐出ヘッドの使用期間中に保護膜の異常が発生した場合において、保護膜の消失の有無を、簡単な構成にて検知することが出来る。さらにその異常検知情報を液体吐出装置(プリンタ)本体側へ出力することでヘッド交換の適切な時期をユーザーに知らせることが可能となる。 As described above, according to the present invention, the presence or absence of the protective film can be detected with a simple configuration when the abnormality of the protective film occurs during the use period of the liquid ejection head. Further, by outputting the abnormality detection information to the liquid ejection device (printer) main body side, it becomes possible to notify the user of an appropriate time for head replacement.
本発明は以下の実施例に限定されることはなく、本発明の目的が達成され得るものであればよい。 The present invention is not limited to the following examples as long as the object of the present invention can be achieved.
(液体吐出ヘッド用基板と、液体吐出ヘッドの説明)
図9は、本実施形態を適用可能な液体吐出ヘッドとカートリッジを説明する図である。以下、これらの図面を参照して各構成要素の説明を行う。但し、本発明はこれに限定されるわけではない。
(Description of liquid discharge head substrate and liquid discharge head)
FIG. 9 is a diagram illustrating a liquid discharge head and a cartridge to which this embodiment can be applied. Hereinafter, each component will be described with reference to these drawings. However, the present invention is not limited to this.
本実施形態の液体吐出ヘッド21(以下、単に記録ヘッドともいう)は、カートリッジ18を構成する一構成要素である。カートリッジ18は、記録ヘッド21と、記録ヘッド21に着脱自在に設けられたインクタンク17とから構成されている。記録ヘッド21は、インクタンク7から供給されるインク(もしくは反応液)を、流路を通じて吐出口から吐出する。液体の吐出には、液体を発泡させる熱エネルギーが利用される。
The liquid discharge head 21 (hereinafter also simply referred to as a recording head) of the present embodiment is a component that constitutes the
この記録ヘッド21及びカートリッジ18は、液体吐出装置に載置されているキャリッジ(不図示)の位置決め手段および電気的接点によって固定支持されるとともに、キャリッジに対して着脱可能となっている。インクタンク17aはブラックのインク用、インクタンク17bはシアンのインク用、インクタンク17cはマゼンタのインク用、インクタンク17dはイエローのインク用である。このようにインクタンク17(17a,17b,17c,17d)のそれぞれが着脱自在であり、それぞれのインクタンクが交換可能となっていることにより、液体吐出装置における印刷のランニングコストが低減される。
The
但し、本発明の記録ヘッド21はこの形態に限定するものではなく、液体吐出装置本体に装着されたインクタンク(不図示)よりチューブでインク供給する形態でもよい。
However, the
次に図10は、本実施形態を適用可能な液体吐出ヘッドに搭載される基板部分を説明する、インク吐出方向から見た模式図である。これは本実施形態で用いる記録ヘッド21の吐出口群の構成配置が示してあり、本実施形態で用いた高密度記録を実現するためのカラーヘッドの模式的正面図である。この例では1列当たり600dpi(ドット/インチ)のピッチ(約42μmピッチ)吐出口を配列した吐出口列を1色当たり2列、互いに副走査方向(紙送り方向)に約21μmずらして、プリントヘッドの主走査方向に対しては設けてある。1200dpiの解像度を実現している。さらに、図示の例ではそのような吐出口列を3色に対応して主走査方向の往方向、復方向どちらへも色順が同じとなるように並置している。さらに3色について合計6列の吐出口列で1200dpiの記録を行う一体構造のヘッド構成としているが、ヘッド構成はこれに限らない。
Next, FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a substrate portion mounted on a liquid discharge head to which the present embodiment can be applied, as viewed from the ink discharge direction. This is a schematic front view of a color head for realizing high-density recording used in the present embodiment, showing the arrangement of the ejection port groups of the
ここで、図中のa−a’の一点破線で示した断面のうち、破線で囲んだ領域が図1、3、4、8、9に示す断面図に対応する。 Here, among the cross-sections indicated by the one-dot broken line a-a ′ in the drawing, the region surrounded by the broken line corresponds to the cross-sectional views shown in FIGS.
(液体吐出装置の説明)
図11に本発明に適用される液体吐出装置の概観図の一例を示す。
(Description of liquid ejection device)
FIG. 11 shows an example of a schematic view of a liquid ejection apparatus applied to the present invention.
図において、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を介して回転するリードスクリユー5005の螺旋溝5004に対して係合するキヤリツジ5014はピン(不図示)を有し、矢印a,b方向に往復移動される。このキヤリツジ5014には、インクタンクと共に記録ヘッド21が搭載されている。この記録ヘッド21は、液体吐出装置本体IJRAに載置されているキヤリツジ5014の前述の位置決め手段、及び電気的接点とによって固定支持されると共に、該キヤリツジ5014に対して着脱可能なタイプである。
In the figure, a carriage 5014 that engages with a
(保護膜欠損検知回路からの情報処理方法)
図12に本発明検知手段からの保護膜欠損の有無の情報をどのように液体吐出装置本体が処理するのか概念図を用いて説明する。
(Information processing method from protective film loss detection circuit)
FIG. 12 is a conceptual diagram showing how the liquid ejection apparatus main body processes information on the presence or absence of a protective film defect from the detection means of the present invention.
保護膜欠損検知手段3である配線は、基板中に設けられている保護膜欠損検知配線回路と接続されており、この回路の信号は発熱抵抗体7を駆動する配線とは異なる電極部に接続され、本体との接続端子と通信可能である。そして液体吐出装置本体の非印字中に定期的に保護膜欠損検知手段3である配線に1〜3V程度の電圧を印加する。そしてこの入力電圧に対して保護膜欠損検知手段3である配線を流れる電流値は該保護膜欠損検知配線回路を通じて出力可能な構成となっている。
The wiring that is the protective film defect detection means 3 is connected to a protective film defect detection wiring circuit provided in the substrate, and the signal of this circuit is connected to an electrode part different from the wiring that drives the
この時、保護膜(下部保護膜9及び上部保護膜6)の欠損が、供給口11の端部に露出する部分から進行して、保護膜欠損検知手段3にインクが触れた場合、電流リークが発生する。すると保護膜欠損検知配線回路から出力される電流値の変化により液体吐出装置本体側にてヘッドの異常を検知し、使用中止をユーザーに促すもしくは強制的に印字不可能といった制御をすることが可能となる。
At this time, when the defects of the protective films (the lower
(基板の製造方法)
本実施例による基本的な基板の作成工程を説明する。Si基板あるいは既に駆動用のICを作り込んだSi基板を用いる。まず、基板1上に熱酸化等で形成される蓄熱層2を形成する。さらにCVD法等によって層間絶縁層4を形成したのち、この上に、Al,Cu,Al−Si,Al−Cu等からなる下部配線5をスパッタリング法にて形成した。次にフォトリソグラフィ−法を用いて配線パタ−ンを形成し、リアクティブイオンエッチング法等でエッチングを行い、下部配線5を完成した。その上に、スパッタ法、プラズマCVD法によってSiO2等からなる下部保護膜6が、少なくとも下部配線5を被覆するように形成する。次にフォトリソ法などによってその下部保護膜6にスルーホール用パターンを形成し、ドライエッチング法などでその絶縁膜のエッチングを行い、スルーホール部とワイヤーボンディング用パッド穴部を形成する。次いで、反応性スパッタリングによりTaN,TaSiN等からなる発熱抵抗体7、Al、Cu、Al−Cu、Al−Si等からなる個別電極配線層8を形成する。次に、フォトリソ法を用いて配線パターンを形成し、リアクティブイオンエッチング法等で、Al,TaNと連続的にエッチングを行う。再びフォトリソ法により発熱部を露出させるために、ウエットエッチングによりAlを取り去る。この部分が発熱抵抗体となる。次に保護膜としてプラズマCVD法によって、上部保護膜9をSiNにて形成する。次に耐キャビテーション膜10としてTa膜をスパッタリング法により形成した。
(Substrate manufacturing method)
A basic substrate manufacturing process according to this embodiment will be described. An Si substrate or an Si substrate in which an IC for driving is already formed is used. First, the heat storage layer 2 formed by thermal oxidation or the like is formed on the substrate 1. Further, after the interlayer insulating layer 4 was formed by the CVD method or the like, the
上述したように、発熱抵抗体上に個別電極配線層が設けられる例を示したが、個別電極配線層が発熱抵抗体の下層に形成される構成であってもよい。 As described above, the example in which the individual electrode wiring layer is provided on the heating resistor has been described. However, the individual electrode wiring layer may be formed below the heating resistor.
(保護膜及び保護膜欠損検知手段に関する詳細説明)
図1に示すように保護膜とは、SiNなどSi化合物からなる上部保護膜9及びSiOなどSi化合物からなる下部保護膜6からなる。上部保護膜9は主に層間絶縁膜としての役割を持ち、下部保護膜6は主に蓄熱層としての役割を持ち、膜厚は上部保護膜9が0.2〜0.8μm、下部保護膜6は0.6〜2μmの範囲である。
(Detailed explanation regarding protective film and protective film loss detection means)
As shown in FIG. 1, the protective film includes an upper
ここで本実施形態において保護膜欠損検知手段3は下部保護膜6形成前に形成される。平面方向においては供給口11と下部配線5の間の領域に保護膜欠損検知手段3として発熱抵抗体7を駆動する配線下部配線5としては用いられていないAl、Au、Cu、Siのいずれか、もしくはその合金等からなるパターンが形成されている。
Here, in this embodiment, the protective film defect detecting means 3 is formed before the lower
保護膜欠損検知手段3である配線は、基板中に設けられている保護膜欠損検知配線回路と接続されており、この回路の信号は発熱抵抗体7を駆動する配線とは異なる電極部に接続される。そして、入力電圧に対して該保護膜欠損検知配線回路を通じて搭載される本体へ電気的出力値を出力可能な端子と接続されている構成となっている。
The wiring that is the protective film defect detection means 3 is connected to a protective film defect detection wiring circuit provided in the substrate, and the signal of this circuit is connected to an electrode part different from the wiring that drives the
これにより、万が一供給口11断面においてインクと接触している部分から下部保護膜9及び上部保護膜6の欠損が進行しても、保護膜欠損検知手段3にインクが触れた場合、電流リークが発生する。すると保護膜欠損検知配線回路から出力される電流値の変化により液体吐出装置本体側にてヘッドの異常を検知し、使用中止をユーザーに促すもしくは強制的に印字不可能といった制御をすることが可能となる。
As a result, even if the lower
(第1の実施形態)
図1は本発明の第一の実施形態に係わる液体吐出ヘッド用基板の基板膜構成を明記するための模式的断面図である。図2は本実施形態における発熱抵抗体7と保護膜欠損検知手段3の位置構成が分かるように基板上面から見た模式図である。保護膜欠損検知手段3の配線パターンは供給口の長手方向に並列で且つ複数並ぶ発熱抵抗体7の列に並列方向に直線状に置かれたパターンとなっている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for clearly illustrating the substrate film configuration of the liquid discharge head substrate according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic view seen from the upper surface of the substrate so that the positional configuration of the
図1に示すように、厚さ625μmのSi基板1の上に熱酸化膜からなる蓄熱層2を6500Å形成した。その上に、CVD法などによってSiO2等からなる層間絶縁膜4を5000Å形成する。 As shown in FIG. 1, 6500 熱 of a heat storage layer 2 made of a thermal oxide film was formed on a Si substrate 1 having a thickness of 625 μm. On top of that, an interlayer insulating film 4 made of SiO 2 or the like is formed by a CVD method or the like.
この上に、Alにて発熱抵抗体に接続される下部配線5をスパッタリング法などで形成した。次にフォトリソグラフィ−法を用いて配線パタ−ンを形成し、リアクティブイオンエッチング法などでエッチングを行い、下部配線5を完成した。
On this, the
この時、保護膜欠損検知手段3として発熱抵抗体下部には下部配線5と電気的に独立している保護膜欠損検知手段3用の配線パターンを、下部配線5形成と同時に形成する。この際、保護膜欠損検知手段は、基板上面から見た場合において、配線(下部配線または上部配線)の供給口側の端部と、供給口との間に対応する保護膜中の層内に設けられるようにする。
At this time, a wiring pattern for the protective film defect detecting means 3 that is electrically independent from the
その上に、プラズマCVD法などによってSiO 等からなる下部保護膜6を15000Å形成する。次にフォトリソ法などによってその下部保護膜6にスルーホール用パターンを形成し、ドライエッチング法などでその絶縁膜のエッチングを行い、スルーホール部とワイヤーボンディング用パッド穴部を形成する。次いで、反応性スパッタリングなどによりTaSiNからなる発熱抵抗体7、Alからなる個別電極配線層8を500Å形成する。次に、フォトリソ法などを用いて配線パターンを形成し、リアクティブイオンエッチング法などで、Al,TaNと連続的にエッチングを行う。再びフォトリソ法などにより発熱部を露出させるために、ウエットエッチングによりAlを取り去る。この部分が発熱抵抗体となる。次に保護膜としてプラズマCVD法によって、上部保護膜9をSiNにて3000Å形成する。次に耐キャビテーション膜10としてTa膜をスパッタリング法により2300Å形成した。
On top of this, 15000 mm of a lower
以上により完成した基板1上に供給口よりインクを供給され各発熱抵抗体上に形成されるチャンバー及び各インク吐出口へインクを導くためのノズル部材(不図示)が形成されるが、基板1とノズル部材の密着性を高めるための密着向上層12が設けてある。
On the substrate 1 completed as described above, ink is supplied from the supply port and a chamber formed on each heating resistor and a nozzle member (not shown) for guiding the ink to each ink discharge port are formed. And an
この密着向上層12はインクにノズル部材と基板1の密着性を確保するためにも、対インク溶解性の低い材料を用いるのが好ましい。
In order to secure the adhesion between the nozzle member and the substrate 1 for the ink, the
本実施形態においては図2に示すように保護膜欠損検知手段3の配線パターンは供給口の長手方向に並列で且つ複数並ぶ発熱抵抗体7の列に並列方向に直線状に置かれたパターンとなっている。これにより、全ての発熱抵抗体7と供給口11間の保護膜欠損に対して検知することが可能である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the wiring pattern of the protective film loss detecting means 3 is a pattern arranged in a straight line in a parallel direction in a row of a plurality of
本実施形態で示した記録ヘッドを搭載した液体吐出装置にあるインクを搭載して、基板温度約60℃程度になる印字環境で印刷を行った。さらに常温で放置を5年相当行った。すると、保護膜の欠損が起こり保護膜欠損検知手段3にインクが触れたため保護膜欠損検知配線回路から出力される電流値の変化を液体吐出装置側で検知することが可能となり、異常な状態で液体吐出装置を使用することなく信頼性を保つことが可能となった。 Printing was performed in a printing environment where the substrate temperature was about 60 ° C. by mounting the ink in the liquid ejecting apparatus equipped with the recording head shown in the present embodiment. Furthermore, it was left at room temperature for 5 years. Then, since a defect of the protective film occurs and the ink touches the protective film defect detection means 3, it becomes possible to detect a change in the current value output from the protective film defect detection wiring circuit on the liquid ejection device side, and in an abnormal state Reliability can be maintained without using a liquid ejection device.
(比較例)
図7では従来の基板および密着向上層が形成された場合を示す。図13は従来の基板および密着向上層が形成された場合に対し、上部保護膜9及び下部保護膜6がエッチィングされた場合の模式図を示す。ここで図13の網掛け部分は上部保護膜9及び下部保護膜6がエッチィングされた後を示している。
(Comparative example)
FIG. 7 shows a case where a conventional substrate and an adhesion improving layer are formed. FIG. 13 is a schematic diagram in the case where the upper
この場合、保護をする上部保護膜9及び下部保護膜6が欠損することで、さらに層間絶縁膜4にまで欠損が広がってしまうと個別電極配線層8までインクが進入してしまい電気的ショートが発生し、液体吐出ヘッドが正常動作しなくなってしまう場合がある。さらにこの時、場合によっては本体とヘッドの電気的コネクト部にまでショートが影響することで液体吐出液体吐出装置本体にまで影響を及ぼす恐れもある。
In this case, if the upper
また、ヘッド及び液体吐出装置本体が壊れなくとも基板全体の熱容量を低下させてしまうことで発熱抵抗体を用いたサーマルタイプの液体吐出液体吐出装置に使用する液体吐出用ヘッドにおいては本来の機能が発揮されない可能性が高い。 In addition, the liquid discharge head used in the thermal type liquid discharge liquid discharge apparatus using the heating resistor has an original function by reducing the heat capacity of the entire substrate without breaking the head and the liquid discharge apparatus main body. There is a high possibility that it will not be demonstrated.
図8では、インクが保護膜に触れる上面部分には密着向上層12を設けることで、なるべくインクと上部保護膜9及び下部保護膜6の接触面積を減らし、インクによる基板1への欠損が最小限になる構成を示しており、この構成を本発明の基本形とする。
In FIG. 8, by providing the
しかしながら、図8に示した構成においても、通常の供給口及びヘッド形成工程において、供給口部11断面部分にある上部保護膜9及び下部保護膜6がインクに触れないようにすることは困難である。供給口部11断面部に露出する上部保護膜9及び下部保護膜6は経時的にエッチィングされて最終的には層間絶縁膜4にまで欠損が広がってしまう可能性は十分ある。
However, even in the configuration shown in FIG. 8, it is difficult to prevent the upper
(第2の実施形態)
図3は本発明の第2の実施形態に係わる液体吐出ヘッド用基板の基板膜構成を明記するための模式的断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for clearly illustrating the substrate film configuration of the liquid discharge head substrate according to the second embodiment of the present invention.
第1の実施形態においては、保護膜欠損検知手段3が設けられる基板断面方向の位置が蓄熱層(熱酸化膜)2上の下部保護膜6内であった。これに対し第2の実施形態においては下部保護膜6上の上部保護膜9内に設けられている。
In the first embodiment, the position in the substrate cross-sectional direction where the protective film defect detecting means 3 is provided is in the lower
これは第1の実施形態に対して、下部保護膜6を形成した後に保護膜欠損検知手段3用の配線パターンを形成することが可能である。これにより第1の実施形態においては上部保護膜6のみが欠損して下部保護膜9が欠損しない場合、上部保護膜6のみの欠損を検知することも可能となるメリットがある。
As compared with the first embodiment, it is possible to form a wiring pattern for the protective film defect detecting means 3 after forming the lower
(第3の実施形態)
図4は本発明の第3の実施形態に係わる液体吐出ヘッド用基板の基板膜構成を明記するための模式的断面図である。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for clearly illustrating the substrate film configuration of the liquid discharge head substrate according to the third embodiment of the present invention.
第1の実施形態においては、保護膜欠損検知手段3が設けられる基板断面方向の位置が蓄熱層(熱酸化膜)2上の下部保護膜6内であった。これに対し第2の実施形態においては、積層される下部保護膜6と上部保護膜9の両者にわたって設けられている。
In the first embodiment, the position in the substrate cross-sectional direction where the protective film defect detecting means 3 is provided is in the lower
これは第1の実施形態に対して、製造プロセスを追加することで実現可能である。例えば、上部保護膜と下部保護膜に、保護膜欠損検知手段を設ける隙間をパターニングし、その後、保護膜欠損検知手段を作成すればよい。これにより第1及び第2の実施形態よりも上部保護膜9と下部保護膜6の欠損を検知できる表面積が大きくなり、信頼性を向上出来るメリットがある。
This can be realized by adding a manufacturing process to the first embodiment. For example, a gap for providing a protective film defect detecting means may be patterned in the upper protective film and the lower protective film, and then the protective film defect detecting means may be created. Thereby, the surface area which can detect the defect | deletion of the upper
(第4の実施形態)
図5は本発明の第4の実施形態に係わる液体吐出ヘッド用基板の基板膜構成を明記するための基板上方からみた模式図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a schematic view of the substrate for a liquid discharge head according to the fourth embodiment of the present invention as seen from above the substrate for clearly illustrating the substrate film configuration.
第1の実施形態においては、保護膜欠損検知手段3の配線パターンは供給口の長手方向に並列で且つ複数並ぶ発熱抵抗体7の列に並列方向に直線状に置かれたパターンとなっていた。これに対し第4の実施形態においては各発熱抵抗体7及びそれに接続される各下部配線5に対し独立した保護膜欠損検知手段3の配線パターンになっている。この場合、保護膜欠損検知手段3の配線が全ての発熱抵抗体7及びそれに接続される配線の各々を囲みこむように検知手段が配置される。これにより信頼性の高い保護膜異常の検知および保護膜異常部位の検知データを元にした細かい制御を可能とするメリットがある。
In the first embodiment, the wiring pattern of the protective film loss detecting means 3 is a pattern arranged in a straight line in the parallel direction in a row of the
(第5の実施形態)
図6は本発明の第5の実施形態に係わる液体吐出ヘッド用基板の基板膜構成を明記するための基板上方からみた模式的図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 is a schematic view seen from above the substrate for clearly illustrating the substrate film configuration of the liquid discharge head substrate according to the fifth embodiment of the present invention.
第4の実施形態においては、保護膜欠損検知手段3の配線パターンは各発熱抵抗体及びそれに接続される各下部配線に対し独立した保護膜欠損検知手段3の配線パターンになっていた。これに対し第5の実施形態においては、一部の各発熱抵抗体及びそれに接続される各下部配線にのみ独立した保護膜欠損検知手段3の配線パターンを設けている。例えば、保護膜欠損検知手段を、発熱抵抗体1つおきに設けてもいいし、発熱抵抗体数個おきに設けても良い。 In the fourth embodiment, the wiring pattern of the protective film defect detecting means 3 is the wiring pattern of the protective film defect detecting means 3 independent of each heating resistor and each lower wiring connected thereto. On the other hand, in the fifth embodiment, a wiring pattern of the protective film loss detecting means 3 is provided independently only for some of the heating resistors and each lower wiring connected thereto. For example, the protective film defect detection means may be provided every other heating resistor or every several heating resistors.
この場合、第4の実施形態よりは保護膜欠損検知手段3の配線の占める基板全体に対する面積割合は小さくしつつも、保護膜異常部位の検知データを元にした細かい制御を可能とするメリットがある。 In this case, the merit of enabling fine control based on the detection data of the abnormal portion of the protective film is achieved while the area ratio of the wiring occupied by the protective film defect detecting means 3 with respect to the entire substrate is smaller than in the fourth embodiment. is there.
1 基板(Si)
2 蓄熱層(熱酸化膜)
3 保護膜欠損検知手段
4 層間絶縁膜
5 下部配線
6 下部保護膜(SiO)
7 発熱抵抗体
8 個別電極配線
9 上部保護膜(SiN)
10 耐キャビテーション膜(Ta)
11 供給口
12 密着向上層
21 記録ヘッド
1 Substrate (Si)
2 Thermal storage layer (thermal oxide film)
3 Protective film loss detection means 4
7
10 Anti-cavitation film (Ta)
11
Claims (10)
前記保護膜に欠損が生じていることを検知するために用いられる検知用配線が、前記配線の前記供給口側の端部と前記供給口との間に対応する前記保護膜に接し、前記基板の前記面に垂直な方向から見て、前記配列方向に沿って前記複数の発熱抵抗体と前記供給口との間に連続的に設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。 Provided on the surface of the substrate are a plurality of heating resistors that generate energy used to discharge the liquid, wirings electrically connected to the heating resistors, and insulation that covers at least the wirings and a protective film, have a supply port for supplying the liquid to said surface of said substrate, Te plurality of heating resistors liquid discharge head substrate smell formed along the arrangement direction of,
A detection wiring used for detecting that a defect has occurred in the protective film is in contact with the protective film corresponding to a gap between the supply port side end of the wiring and the supply port, and the substrate A substrate for a liquid discharge head, which is continuously provided between the plurality of heating resistors and the supply port along the arrangement direction as viewed from a direction perpendicular to the surface .
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