JP6397258B2 - Element substrate, liquid discharge head, and recording apparatus - Google Patents
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Description
本発明は素子基板、液体吐出ヘッド、及び記録装置に関し、特に、複数の素子とその駆動回路を実装した素子基板、液体吐出ヘッド、及び、その液体吐出ヘッドをインクジェット記録ヘッドとして用い記録媒体に画像を記録する記録装置に関する。 The present invention relates to an element substrate, a liquid discharge head, and a recording apparatus, and more particularly to an element substrate on which a plurality of elements and their drive circuits are mounted, a liquid discharge head, and the liquid discharge head as an ink jet recording head. The present invention relates to a recording apparatus that records
従来、インクジェット記録装置に搭載される記録ヘッドのヒータ(記録素子)とヒータを選択的に駆動するためのトランジスタ等の半導体素子からなる駆動素子とを含む駆動回路とその配線は、半導体プロセス技術を用いて同一基板上に形成されている。この基板は素子基板と呼ばれている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a drive circuit including a heater (recording element) of a recording head mounted on an ink jet recording apparatus and a driving element made of a semiconductor element such as a transistor for selectively driving the heater, and wiring therefor, are semiconductor processing technology. And are formed on the same substrate. This substrate is called an element substrate.
図10はシリコンウェハと素子基板との関係を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the silicon wafer and the element substrate.
図10に示すように、半導体プロセス技術を用いて、1枚のシリコン(Si)ウェハ200上に、インクジェット記録装置に搭載される記録ヘッドの複数個分に相当する素子基板が形成される。その素子基板は、Siウェハ200上に基板の切断領域201、202と共に形成される。図10に示すSiウェハ2
図11は6枚の素子基板100が形成されている様子を示すSi基板の一部の拡大図である。 FIG. 11 is an enlarged view of a part of the Si substrate showing a state in which six element substrates 100 are formed.
図11(a)から分かるように、各素子基板100の中央部には複数のヒータ(記録素子)101が2列形成される。一方、各素子基板100の上下両辺それぞれには複数の電極パッド102が形成される。これらの電極により素子基板は基板外部と電気的に接続される。これに加えて、各素子基板100の左右両辺それぞれの一部には、複数の電極パッド
図11(b)は、素子基板にインク吐出口H1101やインク流路を形成するノズル部材H1100を接合して、ヘッド基板H1000が形成される様子を示している。次に、Siウェハから切断領域201、202をそれぞれ切断分離する工
図12はヘッド基板の構成を示す部分破断斜視図である。 FIG. 12 is a partially broken perspective view showing the configuration of the head substrate.
図12に示すように、ヘッド基板H10
図13は記録ヘッドの底面図である。 FIG. 13 is a bottom view of the recording head.
図10〜図12に示す過程を経て作成されたヘッド基板H1000は、図13に示すように、電極パッド102とヘッド基板外部に電気的に接続されるフレキシブルフィルム配線基板H1200の電極リードH1201とが電気接合される。その後、封止樹脂H1300によって
近年のインクジェット記録装置では、高画質の画像を高速に得るため、記録ヘッドに複数のヒータを高密度で集積した素子基板を用いるのが主流である。そのため、素子基板上のヒータやその駆動回路、電極パッド数の増加により、素子基板のサイズが大型化するので、1枚のSiウェハから取り出すことができる素子基板の個数が減少する。これは、製造コストの増加に繋がる。 In recent inkjet recording apparatuses, in order to obtain high-quality images at a high speed, it is a mainstream to use an element substrate in which a plurality of heaters are integrated at a high density in a recording head. For this reason, the number of element substrates that can be taken out from a single Si wafer is reduced because the size of the element substrate increases due to an increase in the number of heaters, drive circuits, and electrode pads on the element substrate. This leads to an increase in manufacturing cost.
製造コストを抑えるため
また、基板サイズを小型化した際のキャッピング信頼性確保と更なる製造コスト削減の為、特許文献2は、電極パッドの周囲にのみ封
特許文献1〜3に開示するような従来のヘッド基板では、そのサイズの小型化と基板内部の電極パッドや配線等の高密度化を図っているので、Siウェハからの切断分離後のヘッド基板の断面に残る配線(配線端面部)も高密度に配列されている。このようなヘッ
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、サイズの増大や製造工程の追加を招くことなく、長期使用後においても回路が短絡しない高信頼性の素子基板、液体吐出ヘッド、及び、そのヘッドを記録ヘッドとして用いる記録装置とを提供すること目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional example, and without causing an increase in size or addition of a manufacturing process, a highly reliable element substrate that does not short-circuit even after long-term use, a liquid discharge head, and its It is an object to provide a recording apparatus using the head as a recording head.
上記目的を達成するために本発明の素子基板は次のような構成からなる。 In order to achieve the above object, the element substrate of the present invention has the following configuration.
即ち、シリコンウェハに半導体製造工程によって形成され、該形成の後、前記シリコンウェハを切断することにより得られる矩形の素子基板であって、前記素子基板に実装される回路の検査のために、前記素子基板の外部に設けられた複数の検査用の電極パッドに接続され、前記複数の検査用の電極パッドに印加されるのと同じ電圧が印加される複数の配線と、前記回路を動作させるために電圧を印加する複数のパッドとを有し、前記素子基板が前記シリコンウェハから切断される際に、前記複数の配線が切断される複数の切断点は、前記素子基板の端部において、該複数の切断点それぞれに印加される電圧と隣接する切断点に印加される電圧との間の電位差が大きいほど前記隣接する切断点との間の距離が大きくなるように設けられ、前記複数の切断点の一部が前記素子基板の前記複数のパッドが設けられた側に設けられ、前記複数の切断点の残りが前記素子基板の前記複数のパッドが設けられていない側に設けられることを特徴とする。 That is, a rectangular element substrate formed by a semiconductor manufacturing process on a silicon wafer, and obtained by cutting the silicon wafer after the formation, for the inspection of a circuit mounted on the element substrate, A plurality of wirings connected to a plurality of inspection electrode pads provided outside the element substrate and applied with the same voltage as applied to the plurality of inspection electrode pads, and for operating the circuit A plurality of pads for applying a voltage to the plurality of pads, and when the element substrate is cut from the silicon wafer, a plurality of cutting points at which the plurality of wirings are cut are at the end portions of the element substrate, provided so that the distance between the cutting points the adjacent higher potential is large between the voltage applied to the cutting point adjacent to the voltage applied to the plurality of cutting points is large, the Some number of cutting points are provided on the side where the plurality of pads are provided in the element substrate is provided on the side of the remaining plurality of cutting points of the plurality of pads of the device substrate is not provided It is characterized by that.
また本発明を別の側面から見れば、上記構成の素子基板と、複数のヒータと、外部から供給される液体の供給路と、前記複数のヒータそれぞれに対応した液体を吐出する複数の吐出口とを有することを特徴とする液体吐出ヘッドを備える。 According to another aspect of the present invention, the element substrate having the above-described configuration, a plurality of heaters, a liquid supply path supplied from the outside, and a plurality of discharge ports that discharge liquids corresponding to the plurality of heaters, respectively. A liquid ejection head characterized by comprising:
さらに本発明を別の側面から見れば、上記の液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして用い、インクジェット方式に従って、前記記録ヘッドからインクを記録媒体に吐出して記録を行う記録装置を備える。 According to another aspect of the present invention, there is provided a recording apparatus that uses the above-described liquid discharge head as a recording head and performs recording by discharging ink from the recording head onto a recording medium according to an ink jet method.
従って本発明によれば、回路の検査に用いる外部の電極パッドに接続する複数の配線の切断点を、隣接する切断点に印加される電圧との電位差が大きいなら隣接する切断点間の距離を大きくするように配置する。従って、素子基板の長時間使用による部材の劣化に伴って各配線に印加される電圧の電位差によって切断点間の短絡することが抑止される。 Therefore, according to the present invention, if the potential difference between the cutting points of the plurality of wirings connected to the external electrode pads used for the circuit inspection and the voltage applied to the adjacent cutting points is large, the distance between the adjacent cutting points is set. Arrange them to be larger. Therefore, it is possible to prevent a short circuit between cutting points due to a potential difference between voltages applied to the respective wirings as the member deteriorates due to long-time use of the element substrate.
このために、特別な構成や製造工程が必要ではないので、素子基板のサイズが大きくなったり、製造工程が複雑になることもないという利点がある。 For this reason, since a special structure and manufacturing process are not required, there is an advantage that the size of the element substrate is not increased and the manufacturing process is not complicated.
以下に、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。なお、この明細書において、「記録」(以下、「プリント」とも称する)とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、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も表すものとする。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ない。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In this specification, “recording” (hereinafter also referred to as “printing”) is not only for forming significant information such as characters and figures, but also for images on a wide range of recording media, regardless of significance. A case where a pattern, a pattern, or the like is formed or a medium is processed is also expressed. It does not matter whether it has been made obvious so that humans can perceive it visually.
また、「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、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。 “Recording medium” refers not only to paper used in general recording apparatuses but also widely to cloth, plastic film, metal plate, glass, ceramics, wood, leather, and the like that can accept ink. Shall.
また、「インク」とは、上記「記録」の定義と同様広く解釈されるべきもので、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成又は記録媒体の加工、或いはインクの処理に供され得る液体を表すものとする。インクの処理としては、例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固又は不溶化させることが挙げられる。 The term “ink” should be broadly interpreted in the same way as the definition of “recording”. When applied to a recording medium, the “ink” forms an image, a pattern, a pattern, or the like, or processes the recording medium. It represents a liquid that can be subjected to the treatment. Examples of the ink treatment include solidification or insolubilization of the colorant in the ink applied to the recording medium.
またさらに、「記録要素」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。 Furthermore, unless otherwise specified, the “recording element” collectively refers to an ejection port or a liquid path communicating with the ejection port and an element that generates energy used for ink ejection.
またさらに、「記録素子(又はノズル)」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。 Furthermore, the “recording element (or nozzle)” collectively refers to an ejection port or a liquid path communicating with the ejection port and an element that generates energy used for ink ejection unless otherwise specified.
以下に用いる記録ヘッド用基板(ヘッド基板)とは、シリコン半導体からなる単なる基体を指し示すものではなく、各素子や配線等が設けられた構成を差し示すものである。 The recording head substrate (head substrate) used below does not indicate a simple substrate made of a silicon semiconductor but indicates a configuration in which each element, wiring, and the like are provided.
さらに、基板上とは、単に素子基板の上を指し示すだけでなく、素子基板の表面、表面近傍の素子基板内部側をも示すものである。また、本発明でいう「作り込み(built-in)」とは、別体の各素子を単に基体表面上に別体として配置することを指し示している言葉ではなく、各素子を半導体回路の製造工程等によって素子板上に一体的に形成、製造することを示すものである。 Further, the term “on the substrate” means not only the element substrate but also the surface of the element substrate and the inside of the element substrate near the surface. In addition, the term “built-in” as used in the present invention is not a term indicating that each individual element is simply arranged separately on the surface of the substrate, but each element is manufactured in a semiconductor circuit. It shows that it is integrally formed and manufactured on an element plate by a process or the like.
<記録装置の概要説明(図1〜図2)>
図1は本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録ヘッド(以下、記録ヘッド)を用いて記録を行なう記録装置の構成の概要を示す外観斜視図である。
<Outline of recording apparatus (FIGS. 1-2)>
FIG. 1 is an external perspective view showing an outline of the configuration of a recording apparatus that performs recording using an ink jet recording head (hereinafter referred to as a recording head) that is a typical embodiment of the present invention.
図1に示すようにインクジェット記録装置(以下、記録装置)1はインクジェット方式に従ってインクを吐出して記録を行なうインクジェット記録ヘッド(以下、記録ヘッド)3をキャリッジ2に搭載し、キャリッジ2を矢印A方向に往復移動させて記録を行う。記録紙などの記録媒体Pを給紙機構5を介して給紙し、記録位置まで搬送し、その記録位置において記録ヘッド3から記録媒体Pにインクを吐出することで記録を行なう。
As shown in FIG. 1, an ink jet recording apparatus (hereinafter referred to as a recording apparatus) 1 has an ink jet recording h
図1に示した記録
この実施例の記録ヘッド3は、熱エネルギを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用している。このため、電気熱変換体を備えている。この電気熱変換体は各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換体にパルス電圧を印加することによって対応する吐出
図2は図1に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing a control configuration of the recording apparatus shown in FIG.
図2に示すように、コントローラ600は、MPU601、ROM602、特殊用途集積回路(ASIC)603、RAM604、システムバス605、A/D変換器606などで構成される。ここで、ROM602は後述する制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納する。ASIC603は、キャリッジモータM1の制御、搬送モータM2の制御、及び、記録ヘッド3の制御のための制御信号を生成する。RAM604は、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等として用いられ
また、図2において、610は画像データの供給源となる図1に示したホストやMFPに対応するホスト装置である。ホスト装置610と記録装置1との間ではインタフェース(I/F)611を介して画像データ、コマンド、ステータス等をパケット通信により送
さらに、620はスイッチ群であり、電源スイッチ621、プリントスイッチ622、回復スイッチ623などから構成される。 Reference numeral 620 denotes a switch group, which includes a power switch 621, a print switch 622, a recovery switch 623, and the like.
さらに、640はキャリッジ2を矢印A
ASIC603は、記録ヘッド3による記
次に、以上の構成の記録装置に記録ヘッドとして用いられる液体吐出ヘッドを構成するヘッド基板の実施例について説明する。 Next, an example of a head substrate constituting a liquid discharge head used as a recording head in the recording apparatus having the above configuration will be described.
図3は実施例1に従う半導体製造工程により6枚の素子基板100が形成されている様子を示すS
図3(a)〜図3(b)から分かるように、各素子基板は矩形状の形状をしており、各素子基板の短辺(上辺
図3(a)はSiウェハ上に形成された素子基板の平面図である。図3(a)に示されるように、この実施例では、各素子基板100の上下辺それぞれの複数の電極パッド102
図3(b)はノ
図3(b)に示されるように、複数の電極パッド102の配列方向と平行な素子
素子基板100に形成される複数のヒータ101のヒータ列の両端には、素子基板のサイズを小型化するため、一辺の長さが140μmの正方形の電極パッド102が複数、150μmピッチという高密度で配列される。そして、複数の電極パッド102の配列方向
図4は切断分離前の素子基板の右下端の拡大平面図である。 FIG. 4 is an enlarged plan view of the lower right end of the element substrate before cutting and separation.
図4に示されるように、電極パッド103と素子基板の内部回路を結合する配線は、素子基板100の電源回路に接続される配線111aと、GNDに接続された配線111bと、ヒータ駆動を制御する論理回路に接続された配線111cとを含
そして、電極パッド102の配列方向と平行な素子基板100の下辺付近において配線111aと配線111bとの一部が素子基板100の下辺と平行に配設し、配線111cは素子基板100の右辺に平行になるように配設する。そして、配線111a、111b、111cはそれぞれ、切断分離工程において切断される切断点112a、112b、112cを経て検査用の電極
ここで、記録装置の記録動作実行時には、ヒータを駆動する為の駆動回路に接続される配線111aには12Vの電位、GNDに接続された配線111bには0Vの電位、ヒータの駆動を制御する論理回路に接続された配線111cには3Vの電位が印加される。このため、切断点11
このように、この実施例では、記録動作時に切断点の間に生じる電位差が大きい程、その配線間隔を大きく離間して配設している。 As described above, in this embodiment, the larger the potential difference generated between the cutting points during the recording operation, the larger the wiring interval is.
次に、インク吐出口H1101やインク流路(不図示)を形成するノズル部材H1100を接合し、その後、切断領域201と202を切断して、ヘッド基板H1000を分離する。そして、従来技
この工程後、素子基板100の切断点に露出した配線111a、111b、111cがインクに晒されないよう、複数の電極パッド102と素子基板100の切断面を含む封止領域にエポキシ樹
図5は素子基板100に形成される駆動回路や論理回路を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a drive circuit and a logic circuit formed on the element substrate 100.
図5に示されるように、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には、ヒータ駆動用電源端子VHと駆動回路140とが接続されている。駆動回路140は、ヒータ101に所望の電流を供給するための駆動素子(パワートランジスタ)140aと、パワートランジスタ140
また、論理回路は、インク吐出口H1101からインクを吐出するか否かを決定する画像データ信号を一時的に格納するシフトレジスタ143と画像データ信号を各ヒータ毎に保持するためのラッチ回路142とAND回路141とを含む。シフトレジスタ143には、転送クロック信号CLKの入力端子と、画像データ信号をシリアルに入力する画像データ信号DATAの入力端子とが設けられている。ラッチ回路142にはシフトレジスタ143から出力される信号を入力し、ラッチタイミングを制御するためのラッチ信号(LT)を入力する入力端子が設けられている。AND回路141は、ラッチ回路142から出力される信号と、ヒータ101に電流を供給す
さて、検査用の電極パッド103aは、駆動回路140と検査用の配線111aを介して電気的に接続されている。検査用
これら検査用の電極パッドは、各回路素子と電気的に接続されている為、ヒータ101を駆
次に、この実施例の効果を確認するために、比較例1、2としての記録ヘッドとこの実施例に従う記録ヘッドとを長時間動作させて、これらの電気特性を評価する。 Next, in order to confirm the effect of this embodiment, the recording heads as Comparative Examples 1 and 2 and the recording head according to this embodiment are operated for a long time, and their electrical characteristics are evaluated.
図6は比較例1の記録ヘッドに用いられる素子基板の一部の領域の拡大図である。 FIG. 6 is an enlarged view of a part of the element substrate used in the recording head of Comparative Example 1.
図6と
比較例1では、一律5μmの幅で、配線111a〜111cが最端部の電極パッド1
図7は比較例2の記録ヘッドに用いられる素子基板の一部の領域の拡大図である。 FIG. 7 is an enlarged view of a partial region of the element substrate used in the recording head of Comparative Example 2.
図7と図4とを比較すると分かる
比較例2の比較例1と異なる点は、配線
表1は比較例1、2、及び実施例1に従う素子基板を実装した記録ヘッドをインクジェット記録装置に搭載して長期間の記録動作試験を行い、各切断点間の電気特性評価を行った結果を示す表である。 Table 1 shows a result of performing a long-term recording operation test by mounting a recording head on which an element substrate according to Comparative Examples 1 and 2 and Example 1 is mounted on an ink jet recording apparatus, and evaluating electrical characteristics between cutting points. It is a table | surface which shows.
[表1]
・−−−−−・−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−・−−−・−−−・
|記録ヘッド| 切断点間 | 電位差 | 距離 |(1)|(2)|
・−−−−−・−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−・−−−・−−−・
| |112a−112b|V0= 3V|D0= 5μm| ○ | × |
|比較例1 ・−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−・−−−・−−−・
| |112b−112c|V1=12V|D1= 5μm| × | × |
・−−−−−・−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−・−−−・−−−・
| |112a−112b|V0= 3V|D0=10μm| ○ | ○ |
|比較例2 ・−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−・−−−・−−−・
| |112b−112c|V1=12V|D1=10μm| ○ | × |
・−−−−−・−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−・−−−・−−−・
| |112a−112b|V0= 3V|D0=10μm| ○ | ○ |
|実施例1 ・−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−・−−−・−−−・
| |112b−112c|V1=12V|D0=40μm| ○ | ○ |
・−−−−−・−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−・−−−・−−−・
(1)1000時間記録動作後
(2)2000時間記録動作後
○:正常動作(ショートは発生せず)
×:ショート発生
表1に示す結果から、比較例1の記録ヘッドでは、1000時間記録を行うと、12Vの電位差が生じる切断点間112b−112c(配線111b−111c)にショート(リーク電流)が発生することが分かる。さらに、2000時間記録を行うと3Vの電位差が生じる切断点間112a−112b(配線111a−111b)にもショートが発生する。比較例2の記録ヘッドでは、2000時間記録を行うと3Vの電位差が生じる切断点間112a−112b(配線111a−111b)ではショートが発生しないが、12Vの電位差が生じる切断点間112b−112cではショートが発生した。
[Table 1]
-----------------------------------
| Recording head | Between cutting points | Potential difference | Distance | (1) | (2) |
-----------------------------------
|| 112a-112b | V0 = 3V | D0 = 5 μm | ○ | × |
| Comparative Example 1------------------------------
|| 112b-112c | V1 = 12V | D1 = 5 μm | × | × |
-----------------------------------
|| 112a-112b | V0 = 3V | D0 = 10 μm |
| Comparative Example 2------------------------------
|| 112b-112c | V1 = 12V | D1 = 10 μm | ○ | × |
-----------------------------------
|| 112a-112b | V0 = 3V | D0 = 10 μm |
| Example 1------------------------------
|| 112b-112c | V1 = 12V | D
-----------------------------------
(1) After 1000 hours of recording operation (2) After 2000 hours of recording operation ○: Normal operation (no short circuit)
X: Short circuit occurrence From the results show
これに対して、実施例1に従う記録ヘッドでは、2000時間記録を行っても、ショートは発生しない。 On the other hand, the recording head according to the first embodiment does not cause a short circuit even when recording is performed for 2000 hours.
以上の結果より、素子基板の切断分離後に、その切断面に露出する切断点間の距離(D0,D1)が小さい程、電位差(V0,V1)が大きい程、ショートが発生しやすいという相関関係があることが分かる。 From the above results, after the element substrate is cut and separated, there is a correlation that the shorter the distance (D0, D1) between the cut points exposed on the cut surface, the greater the potential difference (V0, V1), the more likely the short circuit occurs. I understand that there is.
この原因は、電極パッドと切断点とを被覆している封止樹脂への水分透過があり、封止樹脂によって被覆保護されている切断点の間に発生した電位差により、配線の切断面の金属がイオンとして溶出して封止樹脂内を移動してショートに至ったと推定される。いわゆるイオンマイグレーションは発生したと考えられる。この現象は、従来の半導体集積回路では想定されていなかったが、素子基板がインクに接しながら使用される記録ヘッドに実装されるというインクジェット記録装置固有の動作環境が要因となって発生したものと考えられる。 The cause of this is that there is moisture permeation to the sealing resin covering the electrode pad and the cutting point, and the metal on the cut surface of the wiring is caused by the potential difference generated between the cutting points covered and protected by the sealing resin. Is eluted as ions and moves through the sealing resin, leading to a short circuit. It is considered that so-called ion migration has occurred. This phenomenon was not assumed in the conventional semiconductor integrated circuit, but occurred due to the operating environment unique to the ink jet recording apparatus in which the element substrate was mounted on the recording head used in contact with ink. Conceivable.
また、この現象は、導体表面の種類、被覆材料の種類、使用条件等の様々な諸条件により、発生程度が異なる。このため、ショートが発生する切断点間の距離と電位差の境界値も上記諸条件により変動する。 In addition, the degree of occurrence of this phenomenon varies depending on various conditions such as the type of the conductor surface, the type of coating material, and usage conditions. For this reason, the distance between the cutting points where the short circuit occurs and the boundary value of the potential difference also vary depending on the above conditions.
しかしながら以上説明した実施例に従えば、最短距離にある2つの切断点間の電位差が大きい程、その切断点間の距離も大きくしているので、たとえ長時間にわたり記録動作を行ったとしても部材の劣化などによりショート(短絡)の発生を抑えることができる。また、この構成は余分のスペースを必要することもないので、素子基板のサイズを大きくすることなく、検査用の電極パッドまでの配線を引き回すことができる。これにより、たとえ、検査用の電極パッドの数が更に増加したとしても、素子基板の小型化がなされた場合においても、高信頼性の素子基板を形成することが可能となる。 However, according to the embodiment described above, the larger the potential difference between the two cutting points at the shortest distance, the larger the distance between the cutting points. Therefore, even if the recording operation is performed for a long time, the member Occurrence of a short circuit due to deterioration of the material can be suppressed. In addition, since this configuration does not require an extra space, it is possible to route the wiring to the electrode pad for inspection without increasing the size of the element substrate. Thereby, even if the number of electrode pads for inspection further increases, a highly reliable element substrate can be formed even when the element substrate is downsized.
図8は実施例2に従う切断分離前の素子基板の右下端の拡大平面図であり、図3(a)の領域Bを拡大したものである。なお、図8において、実施例1において図4を参照して説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。 FIG. 8 is an enlarged plan view of the lower right end of the element substrate before cutting and separation according to the second embodiment, and is an enlarged view of the region B in FIG. In FIG. 8, the same components as those described in the first embodiment with reference to FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
実施例1と異なる点は、図5に示したヒータ駆動用電源端子(VH)と等電位にある配線に接続される検査用の電極パッド103d、配線111d、切断点112dが追加された点、切断点112dが素子基板1
この素子基板を実装した記録ヘッドを搭載して記録装置が記録動作する時は、配線111a、111b、111c、111d及び切断点112a、112b、112c、112dにはそれぞれ、12V、3V、0V、24Vの電位が印加される。この内、配線111a〜111cは最端部の電極パッド102eと素子基板の右辺との間を通過し、切断点112a〜112cは素子基板の下辺に実施例1と同様に電位差の大きさに応じてD
これに対して、切断点112dは素子基板100の右下端から右辺に沿って切断点112dまでの距離がD2=200μmの長さとなるように設けられる。図8から分かるように、電極パッ
この素子基板を実施例1と同様に記録ヘッドに実装して、インクジェット記録装置に搭載して長時間の記録動作の試験を行い、各切断点間の電気特性の評価を行った。 This element substrate was mounted on a recording head in the same manner as in Example 1 and mounted on an ink jet recording apparatus, and a long-time recording operation test was performed, and electrical characteristics between cutting points were evaluated.
表2は実施例2に従う素子基板を実装した記録ヘッドをインクジェット記録装置に搭載して長期間の記録動作試験を行い、各切断点間の電気特性評価を行った結果を示す表である。 Table 2 is a table showing a result of performing a long-term recording operation test by mounting a recording head mounted with an element substrate according to Example 2 on an ink jet recording apparatus and evaluating electrical characteristics between cutting points.
[表2]
・−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−−・−−−・−−−・
| 切断点間 | 電位差 | 距離 |(1)|(2)|
・−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−−・−−−・−−−・
|112b−112c|V0= 3V|D0= 10μm| ○ | ○ |
|112a−112b|V1= 9V|D1= 30μm| ○ | ○ |
|112c−112d|V2=24V|D2=200μm| ○ | ○ |
・−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−−・−−−・−−−・
(1)1000時間記録動作後
(2)2000時間記録動作後
○:正常動作(ショートは発生せず)
表2に示す結果から、この実施例によれば、2000時間の記録を行っても、ショートは発生しなかったことが分かる。
[Table 2]
------------------------------
| Between cutting points | Potential difference | Distance | (1) | (2) |
------------------------------
| 112b−112c | V0 = 3V | D0 = 10 μm | ○ | ○ |
| 112a-112b | V1 = 9V | D1 = 30 μm | ○ | ○ |
| 112c−112d | V2 = 24V | D2 = 200 μm | ○ | ○ |
------------------------------
(1) After 1000 hours of recording operation (2) After 2000 hours of recording operation ○: Normal operation (no short circuit)
From the results shown in Table 2, it can be seen that, according to this example, no short circuit occurred even after 2000 hours of recording.
ここで、最端部の電極パッド102eと素子基板の右辺までの幅は、実施例1、その比較例1
また、切断点112dは、図8に示されているように、切断点112a、112b、112cに対して、一辺の長さが140μmの正方形の電極パッド102を挟んだ位置に設けられるため、他の3つの切断点からは必然的に大きく離間される。このため、素子基板の右辺側に配設する切断点と最短距離にある素子基板の下辺に設けられる切断点のそれぞれに印加される電圧の電位差は最も大きくなるように検査用の電極パッドを配置す
図9は実施例3に従う切断分離前の素子基板の右下端の拡大平面図であり、図3(a)の領域Bを拡大したものである。なお、図9において、実施例1、2において図4、図8をそれぞれ参照して説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。 FIG. 9 is an enlarged plan view of the lower right end of the element substrate before cutting and separation according to the third embodiment, and is an enlarged view of a region B in FIG. In FIG. 9, the same components as those described in the first and second embodiments with reference to FIGS. 4 and 8 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
実施例2と異なる点は、ヒータや駆動電圧発生回路の増加等により、記録動作時に12Vと24Vの電位が印加される検査用の電極パッド、配線、切断点がそれぞれ1つずつ追加された点である。即ち、動作時に同電位となる複数の検査用の電極パッド、配線、切断点が混在している点である。動作時に印加される電位が等しい2つの切断点間には電位差が発生しないためマイグレーションによるショートは発生しない。 The difference from the second embodiment is that an inspection electrode pad, a wiring, and a cutting point to which potentials of 12 V and 24 V are applied at the time of the recording operation are added one by one due to an increase in heaters and drive voltage generation circuits. It is. That is, a plurality of inspection electrode pads, wirings, and cutting points that have the same potential during operation are mixed. Since no potential difference is generated between two cutting points having the same potential applied during operation, a short circuit due to migration does not occur.
このため、この実施例では図9に示す
この素子基板を実施例1と同様に記録ヘッドに実装して、インクジェット記録装置に搭載して長時間の記録動作の試験を行い、各切断点間の電気特性の評価を行った。 This element substrate was mounted on a recording head in the same manner as in Example 1 and mounted on an ink jet recording apparatus, and a long-time recording operation test was performed, and electrical characteristics between cutting points were evaluated.
表3は実施例3に従う素子基板を実装した記録ヘッドをインクジェット記録装置に搭載して長期間の記録動作試験を行い、各切断点間の電気特性評価を行った結果を示す表である。 Table 3 is a table showing the results of carrying out a long-term recording operation test by mounting the recording head mounted with the element substrate according to Example 3 on the ink jet recording apparatus and evaluating the electrical characteristics between the cutting points.
[表3]
・−−−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−−・−−−・−−−・
| 切断点間 | 電位差 | 距離 |(1)|(2)|
・−−−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−−・−−−・−−−・
|112a −112a’|V0= 0V|D0= 5μm| ○ | ○ |
|112d −112d’| | | | |
・−−−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−−・−−−・−−−・
|112b −112c |V1= 3V|D1= 10μm| ○ | ○ |
・−−−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−−・−−−・−−−・
|112a −112b |V2= 9V|D2= 30μm| ○ | ○ |
・−−−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−−・−−−・−−−・
|112c −112d |V3=24V|D3=200μm| ○ | ○ |
・−−−−−−−−−−−・−−−−−−・−−−−−−−−・−−−・−−−・
(1)1000時間記録動作後
(2)2000時間記録動作後
○:正常動作(ショートは発生せず)
表3に示す結果から、この実施例によれば、2000時間の記録を行っても、ショートは発生しなかったことが分かる。
[Table 3]
---------------------------------
| Between cutting points | Potential difference | Distance | (1) | (2) |
---------------------------------
| 112a−112a ′ | V0 = 0V | D0 = 5 μm | ○ | ○ |
| 112d−112d ′ |||||||
---------------------------------
| 112b−112c | V1 = 3V | D1 = 10 μm | ○ | ○ |
---------------------------------
| 112a−112b | V2 = 9V | D2 = 30 μm | ○ | ○ |
---------------------------------
| 112c−112d | V3 = 24V | D3 = 200 μm | ○ | ○ |
---------------------------------
(1) After 1000 hours of recording operation (2) After 2000 hours of recording operation ○: Normal operation (no short circuit)
From the results shown in Table 3, it can be seen that, according to this example, no short circuit occurred even after 2000 hours of recording.
以上のようにこの実施例に従えば、動作時に同電位となる複数の検査用の電極パッド、配線、切断点が混在している場合は、同電位となる切断点を束ね互いに可能な限り小さい配線間隔で配設する。これにより配線のための余分なスペースを増加させることなく、検査用の電極パッドからの配線を引き回すことができる。従って、更なる検査用の電極パッドの増加や素子基板の小型化がなされても高信頼性を確保した素子基板を形成することが可能となる。 As described above, according to this embodiment, when a plurality of inspection electrode pads, wirings, and cutting points that have the same potential during operation are mixed, the cutting points that have the same potential are bundled to be as small as possible. Arrange at the wiring interval. Thereby, the wiring from the electrode pad for inspection can be routed without increasing an extra space for the wiring. Therefore, it is possible to form an element substrate that ensures high reliability even if the number of electrode pads for inspection is further increased and the element substrate is further downsized.
100 素子基板、101 ヒータ、102 電極パッド、102a 塗布領域、
103a、103a’103b、103c、103d、103d’ 電極パッド、
111a、111a’、111b、111c、111d、111d’ 配線、
112a、112a’、112b、112c、112d、112d’ 切断点、
120 インク供給口、140 駆動回路、
140a 駆動素子(パワートランジスタ)、
140b レベルコンバータ、141 AND回路、142 ラッチ回路、
143 シフトレジスタ、144 駆動電圧発生回路、
200 シリコンウェハ(Siウェハ)、201〜202 切断領域、
H1000 ヘッド基板、H2000 記録素子ユニット
100 element substrate, 101 heater, 102 electrode pad, 102a coating area,
103a, 103a′103b, 103c, 103d, 103d ′ electrode pads,
111a, 111a ′, 111b, 111c, 111d, 111d ′ wiring,
112a, 112a ′, 112b, 112c, 112d, 112d ′ cutting points,
120 ink supply port, 140 drive circuit,
140a Drive element (power transistor),
140b level converter, 141 AND circuit, 142 latch circuit,
143 shift register, 144 drive voltage generation circuit,
200 silicon wafer (Si wafer), 201-202 cutting region,
H1000 head substrate, H2000 recording element unit
Claims (13)
前記素子基板に実装される回路の検査のために、前記素子基板の外部に設けられた複数の検査用の電極パッドに接続され、前記複数の検査用の電極パッドに印加されるのと同じ電圧が印加される複数の配線と、
前記回路を動作させるために電圧を印加する複数のパッドとを有し、
前記素子基板が前記シリコンウェハから切断される際に、前記複数の配線が切断される複数の切断点は、前記素子基板の端部において、該複数の切断点それぞれに印加される電圧と隣接する切断点に印加される電圧との間の電位差が大きいほど前記隣接する切断点との間の距離が大きくなるように設けられ、
前記複数の切断点の一部が前記素子基板の前記複数のパッドが設けられた側に設けられ、
前記複数の切断点の残りが前記素子基板の前記複数のパッドが設けられていない側に設けられることを特徴とする素子基板。 A rectangular element substrate formed by a semiconductor manufacturing process on a silicon wafer, and obtained by cutting the silicon wafer after the formation,
For the inspection of the circuit mounted on the element substrate, the same voltage is applied to the plurality of inspection electrode pads provided outside the element substrate and applied to the plurality of inspection electrode pads. A plurality of wires to which is applied ,
A plurality of pads for applying a voltage to operate the circuit ;
When the element substrate is cut from the silicon wafer, a plurality of cutting points at which the plurality of wirings are cut are adjacent to voltages applied to the plurality of cutting points at the end portions of the element substrate. The larger the potential difference between the voltage applied to the cutting point, the larger the distance between the adjacent cutting points ,
A part of the plurality of cutting points is provided on the side of the element substrate on which the plurality of pads are provided;
Element substrate having the remaining plurality of cutting points, characterized in Rukoto provided on the side where the plurality of pads of the device substrate is not provided.
前記複数のヒータを駆動する複数の駆動素子とをさらに有し、
前記回路は、
前記複数の駆動素子を駆動させる駆動回路と、
前記駆動回路の駆動を制御する論理回路とを含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の素子基板。 Multiple heaters;
A plurality of driving elements for driving the plurality of heaters;
The circuit is
A drive circuit for driving the plurality of drive elements;
Element substrate according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a logic circuit for controlling the driving of the drive circuit.
前記第1配線の端部と前記第2配線の端部とは前記第1の側面に位置し、前記第3配線の端部は前記第2の側面に位置し、The end of the first wiring and the end of the second wiring are located on the first side surface, and the end of the third wiring is located on the second side surface,
前記回路が動作される際、前記第1配線の端部と前記第2配線の端部との電位差は、前記第2配線の端部と前記第3配線の端部との電位差よりも小さく、When the circuit is operated, the potential difference between the end of the first wiring and the end of the second wiring is smaller than the potential difference between the end of the second wiring and the end of the third wiring,
前記第1配線の端部と前記第2配線の端部との間隔は、前記第2配線の端部と前記第3配線の端部との間隔よりも小さいことを特徴とする素子基板。An element substrate, wherein an interval between an end portion of the first wiring and an end portion of the second wiring is smaller than an interval between an end portion of the second wiring and an end portion of the third wiring.
前記第1配線、前記第2配線、及び前記第3配線はそれぞれ、前記複数のパッドのうち前記第2の側面に最も近いパッドと前記第2の側面とに挟まれる部分と前記第1の側面に位置する端部とを有し、Each of the first wiring, the second wiring, and the third wiring includes a portion sandwiched between the pad closest to the second side surface and the second side surface of the plurality of pads, and the first side surface. And an end located at
前記回路が動作される際、前記第1配線の端部と前記第2配線の端部との電位差は、前記第2配線の端部と前記第3配線の端部との電位差よりも大きく、When the circuit is operated, the potential difference between the end of the first wiring and the end of the second wiring is larger than the potential difference between the end of the second wiring and the end of the third wiring,
前記第1配線の端部と前記第2配線の端部とが隣接し、前記第1配線の端部と前記第2配線の端部との間隔よりも小さい間隔で前記第2配線の端部と前記第3配線の端部とが隣接しており、The end portion of the second wiring is adjacent to the end portion of the first wiring and the end portion of the second wiring at an interval smaller than the interval between the end portion of the first wiring and the end portion of the second wiring. And the end of the third wiring are adjacent to each other,
前記第1配線の端部、前記第2配線の端部、及び前記第3配線の端部のうちの少なくとも一つは、前記第2の側面に最も近いパッドと前記第2の側面とに挟まれる部分よりも前記第2の側面から離れて設けられていることを特徴とする素子基板。At least one of an end portion of the first wiring, an end portion of the second wiring, and an end portion of the third wiring is sandwiched between the pad closest to the second side surface and the second side surface. An element substrate, wherein the element substrate is provided farther from the second side surface than a portion to be provided.
前記複数のヒータを駆動する複数の駆動素子とを有し、A plurality of drive elements for driving the plurality of heaters;
前記回路は、The circuit is
前記複数の駆動素子を駆動させる駆動回路と、A drive circuit for driving the plurality of drive elements;
前記駆動回路の駆動を制御する論理回路とを含むことを特徴とする請求項5乃至8のいずれか1項に記載の素子基板。The element substrate according to claim 5, further comprising a logic circuit that controls driving of the driving circuit.
外部からデータ信号を入力して一時的に格納するシフトレジスタと、
前記シフトレジスタに格納されたデータ信号をラッチするラッチ回路と、
前記ヒータに電流を供給するタイミングを決定するヒートイネーブル信号を外部から入力して、前記ラッチ回路によりラッチされたデータ信号とのAND演算を行うAND回路とを含むことを特徴とする請求項4又は9に記載の素子基板。 The logic circuit is:
A shift register for temporarily storing data signals from outside,
A latch circuit for latching a data signal stored in the shift register;
Enter the heat enable signal for determining a timing of supplying a current to the heater from the outside, according to claim 4 or characterized in that it comprises an AND circuit which performs AND operation between the latched data signal by the latch circuit 9. The element substrate according to 9 .
前記AND回路からの信号を昇圧するレベルコンバータと、
前記レベルコンバータからの信号により駆動される前記駆動素子として動作するトランジスタとを含むことを特徴とする請求項10に記載の素子基板。 The drive circuit is
A level converter that boosts the signal from the AND circuit;
The element substrate according to claim 10 , further comprising a transistor that operates as the driving element driven by a signal from the level converter.
外部から供給される液体の供給口と、
前記複数のヒータそれぞれに対応した液体を吐出する複数の吐出口とを有することを特徴とする液体吐出ヘッド。 The element substrate according to claim 4 or any one of claims 9 to 11 ,
A liquid supply port supplied from the outside;
A liquid discharge head comprising: a plurality of discharge ports for discharging liquid corresponding to each of the plurality of heaters.
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