JP6827825B2 - 液体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関する。

インクジェット方式のプリンタ等に代表される液体吐出装置は液体吐出ヘッドを具備しており、液体吐出ヘッドには、液体吐出を行うための複数の吐出素子が配列された基板（液体吐出ヘッド用基板）が配される（特許文献１参照）。各吐出素子には、例えば電気熱変換素子（ヒータ素子）が用いられる。各吐出素子に駆動電流が供給されることによって熱エネルギーが発生し、この熱エネルギーを受けた液体が発泡することにより、液体吐出ヘッドに設けられたノズル（吐出口）から液体が吐出される。

特開２０１６−０８７９４１号公報

ところで、液体吐出を適切に行うのに各吐出素子には比較的大きな電流が供給されるため、各吐出素子に供給する電源電圧を伝搬する電源ラインでは電圧降下が発生する可能性がある。そのため、電源ラインのインピーダンス成分（寄生抵抗成分）は低減されることが好ましい。

しかしながら、電源電圧は、一般に、液体吐出ヘッド用基板の端部に配置された電極パッド（電源パッド）を介して外部から電源ラインに供給される。そのため、電源ラインにおける互いに異なる部分の間では、この電極パッドからの距離に起因するインピーダンスの差が発生しうる。その結果、互いに異なる位置に配された吐出素子の間には、供給される電源電圧（供給電圧）の値に差が発生してしまう可能性がある。

本発明の目的は、吐出素子間で発生しうる供給電圧の値の差を低減するのに有利な技術を提供することにある。

本発明の一つの側面は液体吐出ヘッド用基板にかかり、前記液体吐出ヘッド用基板は、液体を吐出するための複数の吐出素子をそれぞれ駆動するための複数の駆動素子が半導体基板上に配列された液体吐出ヘッド用基板であって、前記複数の駆動素子に電源電圧を供給するように、前記半導体基板の上面に対する平面視において前記複数の駆動素子が配列された領域を覆うように配された導電膜と、前記平面視において前記半導体基板の端部に配され、外部から前記電源電圧が入力される電源パッドと、を備え、前記導電膜は、前記平面視において前記半導体基板の前記電源パッドが配された辺に垂直な線に対して非線対称の外形を有し、前記導電膜には複数の開口が設けられており、前記導電膜は、第１部分と、前記導電膜における前記電源パッドからのインピーダンスが前記第１部分に比べて小さい第２部分と、を有しており、前記液体吐出ヘッド用基板は、前記導電膜とは異なる層において、前記第１部分と前記第２部分とを電気的に接続する導電パターンを更に備えることを特徴とする。

本発明によれば、吐出素子間で発生しうる供給電圧の値の差を低減することができる。

液体吐出装置の構成例を説明するための図である。 液体吐出ヘッド用基板の構造の例を説明するための図である。 液体吐出ヘッド用基板の断面構造を説明するための図である。 液体吐出ヘッド用基板の構造の例およびその電気特性の例を説明するための図である。 液体吐出ヘッド用基板の構造の例およびその電気特性の例を説明するための図である。 液体吐出ヘッド用基板の構造の例を説明するための図である。 液体吐出ヘッド用基板の構造の例を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図は、構造ないし構成を説明する目的で記載されたものに過ぎず、図示された各部材の寸法は必ずしも現実のものを反映するものではない。また、各図において、同一の部材または同一の構成要素には同一の参照番号を付しており、以下、重複する内容については説明を省略する。

（液体吐出装置の構成例）
図１（ａ）は、インクジェット方式のプリンタ、ファクシミリ、コピー機等に代表される液体吐出装置９００の内部構成を例示している。本例では液体吐出装置は記録装置と称されてもよい。液体吐出装置９００は、所定の媒体Ｐ（本例では紙等の記録媒体）に液体（本例ではインク、記録剤）を吐出する液体吐出ヘッド８１０を備える。本例では液体吐出ヘッドは記録ヘッドと称されてもよい。液体吐出ヘッド８１０はキャリッジ８２０の上に搭載され、キャリッジ８２０は、螺旋溝９０４を有するリードスクリュー９２１に取り付けられうる。リードスクリュー９２１は、駆動力伝達ギア９０２及び９０３を介して、駆動モータ９０１の回転に連動して回転しうる。これにより、液体吐出ヘッド８１０は、キャリッジ８２０と共にガイド９１９に沿って矢印ａ又はｂ方向に移動しうる。

媒体Ｐは、紙押え板９０５によってキャリッジ移動方向に沿って押さえられており、プラテン９０６に対して固定される。液体吐出装置９００は、液体吐出ヘッド８１０を往復移動させて、搬送部（不図示）によってプラテン９０６上に搬送された媒体Ｐに対して液体吐出（本例では記録）を行う。

また、液体吐出装置９００は、フォトカプラ９０７及び９０８を介して、キャリッジ８２０に設けられたレバー９０９の位置を確認し、駆動モータ９０１の回転方向の切換を行う。支持部材９１０は、液体吐出ヘッド８１０のノズル（液体吐出口、或いは単に吐出口）を覆うためのキャップ部材９１１を支持している。吸引手段９１２は、キャップ内開口９１３を介してキャップ部材９１１の内部を吸引することによる液体吐出ヘッド８１０の回復処理を行う。レバー９１７は、吸引による回復処理を開始するために設けられ、キャリッジ８２０と係合するカム９１８の移動に伴って移動し、駆動モータ９０１からの駆動力がクラッチ切換等の公知の伝達手段によって制御される。

また、本体支持板９１６は、移動部材９１５及びクリーニングブレード９１４を支持しており、移動部材９１５は、クリーニングブレード９１４を移動させ、ワイピングによる液体吐出ヘッド８１０の回復処理を行う。また、液体吐出装置９００には制御部（不図示）が設けられ、当該制御部は上述の各機構の駆動を制御する。

図１（ｂ）は、液体吐出ヘッド８１０の外観を例示している。液体吐出ヘッド８１０は、複数のノズル８００を有するヘッド部８１１と、ヘッド部８１１に供給するための液体を保持するタンク（液体貯留部）８１２とを備えうる。タンク８１２とヘッド部８１１とは、例えば破線Ｋで分離することができ、タンク８１２を交換することができる。液体吐出ヘッド８１０は、キャリッジ８２０からの電気信号を受け取るための電気的コンタクト（不図示）を備えており、当該電気信号にしたがって液体を吐出する。タンク８１２は、例えば繊維質状又は多孔質状の液体保持材（不図示）を有しており、当該液体保持材によって液体を保持しうる。

図１（ｃ）は、液体吐出ヘッド８１０の内部構成を例示している。液体吐出ヘッド８１０は、基体８０８と、基体８０８の上に配され、流路８０５を形成する流路壁部材８０１と、液体供給路８０３を有する天板８０２とを備える。また、吐出素子ないし液体吐出素子として、ヒータ８０６（電気熱変換素子）が、液体吐出ヘッド８１０が備える基板（液体吐出ヘッド用基板）に各ノズル８００に対応して配列されている。各ヒータ８０６は、当該ヒータ８０６に対応して設けられた駆動素子（トランジスタ等のスイッチ素子）が導通状態になることによって駆動され、発熱する。

液体供給路８０３からの液体は、共通液室８０４に蓄えられ、各流路８０５を介して各ノズル８００に供給される。各ノズル８００に供給された液体は、当該ノズル８００に対応するヒータ８０６が駆動されたことに応答して、当該ノズル８００から吐出される。

図１（ｄ）は、液体吐出装置９００のシステム構成を例示している。液体吐出装置９００は、インターフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＯＭ１７０２、ＲＡＭ１７０３及びゲートアレイ１７０４を有する。インターフェース１７００には外部から液体吐出を実行するための外部信号が入力される。ＲＯＭ１７０２は、ＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納する。ＲＡＭ１７０３は、前述の液体吐出用の外部信号や液体吐出ヘッド１７０８に供給されたデータ等、各種信号ないしデータを保存する。ゲートアレイ１７０４は、液体吐出ヘッド１７０８に対するデータの供給制御を行い、また、インターフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＡＭ１７０３の間のデータ転送の制御を行う。

液体吐出装置９００は、ヘッドドライバ１７０５、並びに、モータドライバ１７０６及び１７０７、搬送モータ１７０９、キャリアモータ１７１０をさらに有する。キャリアモータ１７１０は液体吐出ヘッド１７０８を搬送する。搬送モータ１７０９は媒体Ｐを搬送する。ヘッドドライバ１７０５は液体吐出ヘッド１７０８を駆動する。モータドライバ１７０６及び１７０７は搬送モータ１７０９及びキャリアモータ１７１０をそれぞれ駆動する。

インターフェース１７００に駆動信号が入力されると、この駆動信号は、ゲートアレイ１７０４とＭＰＵ１７０１の間で液体吐出用のデータに変換されうる。このデータにしたがって各機構が所望の動作を行い、このようにして液体吐出ヘッド１７０８が駆動される。

（第１実施形態）
図２（ａ）は、第１実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板１の上面レイアウトを示す。液体吐出ヘッド用基板１は、半導体基板ＳＵＢと、複数の電極パッドＴとを備える。半導体基板ＳＵＢは、その上面に対する平面視（上面又はそれに平行な面と垂直な方向での正射影と表現されてもよい。以下、単に「平面視」という。）において、互いに対向する辺Ｅ１及びＥ２、並びに、それらと交差し且つ互いに対向する辺Ｅ３及びＥ４を有する。

本実施形態では、半導体基板ＳＵＢは平面視において平行四辺形の形状を有するが、半導体基板ＳＵＢの外形は矩形形状等の四角形ないし多角形でもよいし、この例に限られない。本実施形態では、辺Ｅ１と辺Ｅ３との間では鋭角が形成され、辺Ｅ１と辺Ｅ４との間では鈍角が形成され、辺Ｅ２と辺Ｅ３との間では鈍角が形成され、辺Ｅ２と辺Ｅ４との間では鋭角が形成される。

本実施形態では、複数の電極パッドＴは、半導体基板ＳＵＢ端部において辺Ｅ１に沿って配列される。複数の電極パッドＴは、電源電圧（電圧Ｖ１とする。）を外部から受けるための電源パッドＴ_ＰＷ１を含む。本実施形態では、２つの電源パッドＴ_ＰＷ１が、辺Ｅ４よりも辺Ｅ３に近い位置に配される。なお、ここでは不図示とするが、複数の電極パッドＴは、他の電源電圧（電圧Ｖ２とする。）を外部から受けるための電源パッド（電源パッドＴ_ＰＷ２とする。）を更に含む。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示された領域Ｒについての拡大図を示す。半導体基板ＳＵＢ上には、吐出素子に相当するヒータＨＴと、このヒータＨＴを駆動する駆動素子ＤＲとがそれぞれ配され、また、半導体基板ＳＵＢには、ヒータＨＴに液体を供給するための１以上の液体供給口（開口）ＯＰ_ＥＱが設けられる。本実施形態では、１つの供給口ＯＰ_ＥＱに対して、２つのヒータＨＴおよび２つの駆動素子ＤＲが配されるが、数量の比はこの例に限られない。

再び図２（ａ）を参照すると、本実施形態では、半導体基板ＳＵＢには１６行×３列の複数の供給口ＯＰ_ＥＱが設けられており、基板ＳＵＢ上には、３２行×３列のヒータＨＴ及び駆動素子ＤＲが配列される。図中において、最も辺Ｅ１に近い列を第１列Ｌ１とし、次に辺Ｅ１に近い列を第２列Ｌ２とし、最も辺Ｅ１から離れた列を第３列Ｌ３とする。

図２（ｃ）に示されるように、各ヒータＨＴは、電圧Ｖ１‐Ｖ２の間の電気経路において、対応する１つの駆動素子ＤＲに直列に接続されている。本実施形態では、駆動素子ＤＲは電圧Ｖ１側に配され、ヒータＨＴは電圧Ｖ２側に配されるが、これらの位置は逆でもよい。なお、電圧Ｖ１は接地電圧（例えば０［Ｖ］）に対応し、電圧Ｖ２は正の値の定電圧（例えば２４［Ｖ］）に対応する。典型的には、駆動素子ＤＲには、ＤＭＯＳトランジスタ等の高耐圧トランジスタが用いられ、ゲートに供給された制御信号ないし駆動信号に応じてヒータＨＴを駆動し発熱させる。

再び図２（ａ）を参照すると、液体吐出ヘッド用基板１は、導電膜Ｍ２１および導電パターンＭ１１を備える。このことを、図３を参照しながら以下に述べる。

図３は、図２（ａ）の線Ａ−Ａでの断面図および線Ｂ−Ｂでの断面図を示す。液体吐出ヘッド用基板１は、駆動素子ＤＲが形成された半導体基板ＳＵＢの上に配線構造ＳＴを更に備える。ヒータＨＴは、この配線構造ＳＴの上に配される。液体吐出ヘッド用基板１は、配線構造ＳＴの上に配され且つ液体の流路を形成する流路壁ＷＰと、流路壁ＷＰの上に配されたノズルプレートＰＬとを備える。ノズルプレートＰＬには、ヒータＨＴの直上においてノズルＮＺが設けられている。

配線構造ＳＴは、本実施形態では、層間絶縁層と配線層とを交互に積層して成る多層配線構造である。本実施形態では、配線層数は３であり、配線構造ＳＴは、最も半導体基板ＳＵＢに近い層である配線層Ｍ１と、配線層Ｍ１の上層である配線層Ｍ２と、配線層Ｍ２の上層である配線層Ｍ３とを含む。

配線層Ｍ３は、導電膜Ｍ３１および接続部Ｍ３２を含む。配線層Ｍ２は、導電膜Ｍ２１および接続部Ｍ２２を含む。配線層Ｍ１は、導電パターンＭ１１、接続部Ｍ１２、制御信号用のラインパターンＭ１３、及び、接続部Ｍ１４を含む。

導電膜Ｍ３１は、前述の電源パッドＴ_ＰＷ２に電気的に接続され且つ電圧Ｖ２を伝搬する電源ノードに相当し、ヒータＨＴの一端に電気的に接続される。導電膜Ｍ３１とヒータＨＴとの間のこの接続は、プラグを介して実現される。プラグは、半導体基板ＳＵＢの上面に対して垂直方向に延在する導電部材であり、コンタクトプラグ、ビア等と称されてもよい（以下において同様である。）。なお、このことは、このプラグがダマシン法で形成される場合等、プラグとヒータＨＴとが一体に形成される場合においても同様である。

導電膜Ｍ２１は、前述の電源パッドＴ_ＰＷ１に電気的に接続され且つ電圧Ｖ１を伝搬する電源ノードに相当し、駆動素子ＤＲのソース端子に電気的に接続される。導電膜Ｍ２１と駆動素子ＤＲとの間のこの接続は、接続部Ｍ１４、導電膜Ｍ２１と接続部Ｍ１４とを接続するプラグ、及び、駆動素子ＤＲのソース端子と接続部Ｍ１４とを接続するプラグを介して、実現される。

ラインパターンＭ１３は、駆動素子ＤＲのドレイン電極Ｇ_ＤＲに電気的に接続される。この接続は、プラグを介して実現される。

ヒータＨＴの他端（導電膜Ｍ３１が接続された側とは反対側の端）と、駆動素子ＤＲのソース端子とは、接続部Ｍ１２、Ｍ２２及びＭ３２、並びに、それらを接続する複数のプラグ（これらをまとめて接続部と表現してもよい。）により電気的に接続される。導電膜Ｍ２１には、この接続を実現するための（具体的には接続部Ｍ２２を通すための）開口ＯＰ１が設けられている。換言すると、駆動素子ＤＲ又はヒータＨＴの配列ピッチと同じピッチで、導電膜Ｍ２１に複数の開口ＯＰ１が設けられている。

本実施形態では、開口ＯＰ１の他に、前述の供給口ＯＰ_ＥＱを形成するための開口が導電膜Ｍ２１に更に設けられる。なお、必要に応じて、配線層Ｍ１‐Ｍ３間の他の接続を実現するための開口が更に設けられてもよい。

駆動素子ＤＲ間には、ヒータＨＴに液体と供給するための前述の供給口ＯＰ_ＥＱが設けられている。供給口ＯＰ_ＥＱは、半導体基板ＳＵＢの底面側から上面側まで貫通するように設けられ、ノズルプレートＰＬに設けられたノズルＮＺまで連通している。駆動素子ＤＲが導通状態となり、ヒータＨＴが駆動された場合、ヒータＨＴ上方において液体の発泡が生じ、ノズルＮＺから液体が吐出される。

なお、供給口ＯＰ_ＥＱの側面には、配線構造ＳＴを液体から保護するための保護膜（不図示）が形成される。また、配線構造ＳＴおよびヒータＨＴの上面には、それらを液体から保護するための保護膜（不図示）が形成される。

ここで、線Ｂ−Ｂの断面構造に示されるように、この領域では、駆動素子ＤＲが配置されていないため、配線層Ｍ１には、接続部Ｍ１２及びＭ１４、並びに、制御信号用のラインパターンＭ１３が配置されない。そのため、この領域では、配線層Ｍ２及び配線層Ｍ３には導電膜Ｍ２１及びＭ３１がそれぞれ配置されると共に、導電膜Ｍ２１に並列に接続された導電パターンＭ１１が配置される。詳細は後述とするが、導電膜Ｍ２１は、その一部である部分Ｐ１と、他の一部である部分Ｐ２とを含む。そして、導電パターンＭ１１は、一端部においてプラグＶ１１により導電膜Ｍ２１の部分Ｐ１に接続され、他端部においてプラグＶ１２により導電膜Ｍ２１の部分Ｐ２に接続される。

導電パターンＭ１１は、導電膜Ｍ２１による電圧Ｖ１の供給を補助する機能を有し、補助配線パターン、補助ラインパターン等と称されてもよい。本明細書において、「補助」とは所定の機能を付随的に補う作用を指す。よって、この観点では、仮に導電パターンＭ１１が配置されていなかったとしても液体吐出ヘッド用基板１における導電膜Ｍ２１の電圧供給の機能が失われない。本実施形態では、導電パターンＭ１１の直下には、半導体基板ＳＵＢ（或いは半導体基板ＳＵＢ上に形成された回路ないし素子）に接続するためのプラグその他の接続部は設けられない。言い換えると、導電パターンＭ１１の底面は全域にわたって層間絶縁層で覆われている。

図４（ａ）は、図２（ａ）で示された上面レイアウトを簡略化して描き直した図である。導電膜Ｍ２１は、平面視において、辺Ｅ１近傍に配された２つの電源パッドＴ_ＰＷ１に接続されると共に、列Ｌ１〜Ｌ３の複数の駆動素子ＤＲが配された領域を覆うように（これら複数の駆動素子の全体を覆うように）延在している。この観点で、導電膜Ｍ２１は、前述の開口ＯＰ１等を有するのみであり、実質的に枝分かれした部位（例えば、ライン状ないし短冊状のパターン或いはサブ経路）を有しない。そして、導電膜Ｍ２１は、開口ＯＰ１により各ヒータＨＴの全部ではなく一部と重なり且つ各駆動素子ＤＲの全部ではなく一部と重なる形になっている。

このような構造においても、導電膜Ｍ２１における互いに異なる２つの部分の間では、電源パッドＴ_ＰＷ１からの距離に応じたインピーダンス成分の差が生じうる。本実施形態では、２つの電源パッドＴ_ＰＷ１は辺Ｅ３側に近いため、２つの電源パッドＴ_ＰＷ１の間を通り且つ辺Ｅ１と垂直な仮想線ＩＬよりも辺Ｅ４側において、インピーダンス成分の差が生じる可能性がある。なお、列Ｌ３については、駆動素子ＤＲは全て仮想線ＩＬより辺Ｅ４側に位置しており、辺Ｅ４側に近いほど供給電圧が小さくなる可能性がある。

本実施形態では、導電膜Ｍ２１のうち、列Ｌ１の辺Ｅ４側端の近傍の一部と、列Ｌ３の辺Ｅ４側端の近傍の一部とに着目し、これらは、それぞれ前述の部分Ｐ１及びＰ２に対応する。ここで、
Ｚ１：部分Ｐ１の導電膜Ｍ２１における電源パッドＴ_ＰＷ１からのインピーダンス、
Ｚ２：部分Ｐ２の導電膜Ｍ２１における電源パッドＴ_ＰＷ１からのインピーダンス、
とする。上記インピーダンスは、導電膜Ｍ２１の平面方向での合成インピーダンスである。また、「導電膜Ｍ２１における」とは、導電パターンＭ１１を考慮しないこと（換言すると、導電膜Ｍ２１に導電パターンＭ１１が接続されていないと仮定したこと、或いは、導電パターンＭ１１が付加される前の状態であること）を示す。なお、本実施形態では、部分Ｐ１の方が部分Ｐ２よりも電源パッドＴ_ＰＷ１から遠いため、Ｚ１＞Ｚ２である。

前述のとおり、部分Ｐ１と部分Ｐ２とは、導電パターンＭ１１により電気的に接続されている。ここで、
Ｚ３：導電パターンＭ１１の一端から他端までのインピーダンス、
とする。導電パターンＭ１１は導電膜Ｍ２１ほど広い幅を有しないので、一般に、Ｚ３＜Ｚ１であり、Ｚ３＜Ｚ２である。

この場合、
Ｚ１’：部分Ｐ１の電源パッドＴ_ＰＷ１からの実際のインピーダンス、
Ｚ２’：部分Ｐ２の電源パッドＴ_ＰＷ１からの実際のインピーダンス
とすると、Ｚ１’及びＺ２’は次のように表せる。即ち、
Ｚ１’＝（Ｚ１×Ｚ２＋Ｚ１×Ｚ３）／（Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３）、
Ｚ２’＝（Ｚ２×Ｚ１＋Ｚ２×Ｚ３）／（Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３）、
となる。ここで、「実際の」とは、導電パターンＭ１１を考慮すること（換言すると、導電膜Ｍ２１と導電パターンＭ１１とが並列に接続された構造でのインピーダンスであること）を示す。

ここで、
ΔＺ１：導電パターンＭ１１付加前／後での部分Ｐ１のインピーダンスの差、
ΔＺ２：導電パターンＭ１１付加前／後での部分Ｐ１のインピーダンスの差、
とすると、ΔＺ１及びΔＺ２は次のように表せる。即ち、
ΔＺ１≡Ｚ１−Ｚ１’
＝Ｚ１^２／（Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３）、
ΔＺ２≡Ｚ２−Ｚ２’
＝Ｚ２^２／（Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３）、
となる。ここで、Ｚ１〜Ｚ３＞０であるから、ΔＺ１＞０であり、ΔＺ２＞０である。このことは、即ち、導電パターンＭ１１の付加により、部分Ｐ１及びＰ２のいずれのインピーダンスも低減されることを示す。

また、Ｚ１＞Ｚ２であるから、ΔＺ１＞ΔＺ２が成立する。このことは、即ち、導電パターンＭ１１の付加による部分Ｐ１に対するインピーダンスの変化（減少値）が、部分Ｐ２に対するインピーダンスの変化よりも大きいことを示す。或いは、導電パターンＭ１１によって部分Ｐ１に対して与えられるコンダクタンスの方が、部分Ｐ２に対して与えられるコンダクタンスより大きいとも言える。

図４（ｂ）は、導電パターンＭ１１付加前／後での電圧降下の影響を示すプロット図である。横軸は、素子番号（各列の３２個のヒータＨＴの通し番号）を示し、辺Ｅ３側から辺Ｅ４側（図中の右側から左側）に向かって、順に１、２、・・・、３２とする。縦軸は、導電膜Ｍ２１における各素子番号に対応する部分での電圧降下量を、導電パターンＭ１１付加前において電圧降下量が最も大きくなる列Ｌ３の番号３２の電圧降下量で正規化したものを示す。図中には、全ヒータＨＴを駆動する場合の第１列Ｌ１及び第３列Ｌ３の各素子番号に対応する部分についての電圧降下量のプロット値を示す（導電パターンＭ１１付加前のものを×印で図示し、導電パターンＭ１１付加後のものを○印で図示する。）。

図４（ｂ）から分かるように、列Ｌ３では、導電パターンＭ１１付加前に比べて導電パターンＭ１１付加後では電圧降下が抑制され、本実施形態では素子番号３２について１０％程度の電圧降下の抑制効果が現れた。なお、列Ｌ１では、ΔＺ１及びΔＺ２を参照しながら述べたとおり、導電パターンＭ１１付加による電圧降下に対する影響は小さく、特に素子番号の小さい領域（素子番号１〜２４の領域）では特に小さい。

本実施形態によれば、導電膜Ｍ２１の互いに異なる２部分の間のインピーダンスの差を小さくすることができる。具体的には、複数の駆動素子ＤＲに電圧Ｖ１を供給するための導電膜Ｍ２１は、それら複数の駆動素子ＤＲが配された領域を覆うように（それら複数の駆動素子ＤＲの全体を覆うように）延在している。更に、導電膜Ｍ２１においてインピーダンスの差が生じうる上記２部分の間を導電パターンＭ１１が接続している。これにより、導電膜Ｍ２１での電圧降下を抑制し、その結果、これら２部分の間で発生しうる供給電圧（電圧Ｖ１より小さくなりうる実際の供給電圧）の値の差を低減し、電圧分布を均一化することができる。このことは、ヒータＨＴの数を大きくする（駆動素子ＤＲの数を増やす）のに特に有利である。導電パターンＭ１１は、辺Ｅ１と平行な方向において、列Ｌ１〜Ｌ３の駆動素子ＤＲの全てと重なるように延在するとよい。

導電膜Ｍ２１および導電パターンＭ１１は、配線構造ＳＴの配線層Ｍ２及びＭ１にそれぞれ配されている。図３のＡ−Ａの断面構造に示されるように、駆動素子ＤＲが配列された領域では、導電膜Ｍ２１には、ヒータＨＴと駆動素子ＤＲとの接続を実現するための開口ＯＰ１が設けられる。一方、図３のＢ−Ｂの断面構造に示されるように、駆動素子ＤＲが配列されていない領域には、導電膜Ｍ２１には開口ＯＰ１は設けられておらず、それにより、基板１の剛性が確保される。そして、導電膜Ｍ２１には、その下層の配線層Ｍ１において導電パターンＭ１１が並列に接続され、これにより、上記インピーダンスの差を低減すると共に、基板１の剛性を更に向上させることも可能である。

また、上記インピーダンスの差に起因する電圧降下の抑制および供給電圧の差の低減の観点では、本実施形態は、駆動素子ＤＲの数を増やした場合だけでなく、それらを同時に駆動する数を多くした場合においても特に有利である。よって、液体吐出装置がプリンタ等の記録装置である場合（液体吐出ヘッドが記録ヘッドである場合）には、同時に記録可能な領域を増やすことが可能となり、単位時間当たりのドットの形成数を大きくするのにも（即ち、記録速度の向上にも）有利となる。更に、本実施形態によれば、電源ノードでのインピーダンスの低減に伴って無駄な電力消費を低減することが可能となり、製品寿命の向上等の観点においても有利となる。

本実施形態では、電圧Ｖ１が伝搬する導電膜Ｍ２１に着目したが、本実施形態の内容は、電圧Ｖ２が伝搬する導電膜Ｍ３１に対しても適用可能である。即ち、導電膜Ｍ２１及び／又はＭ３１は、平面視において、複数の駆動素子ＤＲが配された領域を覆うように延在しうる。そして、導電膜Ｍ２１及び／又はＭ３１には、ヒータＴＨ‐駆動素子ＤＲ間の電気的な接続を実現する開口（ＯＰ１）と、ヒータＨＴに液体と供給するための供給口（ＯＰ_ＥＱ）に対応する開口とが形成される。この観点で、導電膜Ｍ２１及び／又はＭ３１は、平面視において、格子状の形状を有するとも言える。また、導電膜Ｍ２１の平面視での外形は、本実施形態では平行四辺形であるが、四角形ないし多角形であってもよい（このことは導電膜Ｍ３１についても同様である。）。

また、本実施形態では、導電膜Ｍ２１は、辺Ｅ１に垂直な線Ｌ１に対して非線対称の外形を有する。本実施形態では、導電膜Ｍ２１の外形は平行四辺形である。そのため、上記２部分のインピーダンスの差がより表れやすい。また、導電膜Ｍ２１の外形が非線対称であるため、上記インピーダンスの差を、例えば電源パッドＴ_ＰＷ１の配置を変えることで低減するのは、線対称の外形の場合に比べて難しくなる。特に、上記インピーダンスの差は、本実施形態のように導電膜Ｍ２１の外形が平行四辺形の場合には、電源パッドＴ_ＰＷ１から比較的遠い角部、本実施形態では辺Ｅ２及びＥ４からなる鋭角部において、顕著な問題となりうる。

本実施形態では、導電パターンＭ１１により、導電膜Ｍ２１における電源パッドＴ_ＰＷ１からのインピーダンスが互いに異なる２部分を接続する。本実施形態では、インピーダンスの比較的高い部分Ｐ１（本実施形態では、辺Ｅ２及びＥ４からなる鋭角部）と、インピーダンスの比較的低い部分Ｐ２を導電パターンＭ１１で接続する。これにより、インピーダンスの比較的高い部分Ｐ１における供給電圧の低下を重点的に抑制することができる。よって、液体吐出ヘッド用基板１において、電源パッドＴ_ＰＷ１からの距離が異なることによって生じうる供給電圧の差を低減することができる。本実施形態では、導電膜Ｍ２１が非線対称の外形であり、上記インピーダンスの差、それに伴う供給電圧の差が生じやすいため、本実施形態によれば、これらの差を効果的に低減することができる。

まとめると、導電膜Ｍ２１の平面視での外形が、電源パッドＴ_ＰＷ１が配された辺Ｅ１に垂直な線Ｌ１に対して非線対称、特に平行四辺形の場合に、電源パッドＴ_ＰＷ１からの距離が異なることに起因して、２部分間でインピーダンスの差が生じうる。導電膜Ｍ２１の外形が平行四辺形の場合には、電源パッドＴ_ＰＷ１から遠い辺Ｅ２及びＥ４からなる鋭角部のインピーダンスは、他の部分より高くなり、このインピーダンスの差は、導電膜Ｍ２１の形状が矩形状の場合よりも顕著になる。よって、導電パターンＭ１１を補助配線として付加することにより、上記インピーダンスの差およびそれに伴う供給電圧の差が効果的に低減される。

なお、導電パターンＭ１１は、その上面の全域で導電膜Ｍ２１の下面と面接触するのではなく、一端部において導電膜Ｍ２１の部分Ｐ１にプラグＶ１１を介して接続され、かつ、他端部において導電膜Ｍ２１の部分Ｐ２にプラグＶ１２を介して接続される。これにより、電源パッドＴ_ＰＷ１からのインピーダンスの比較的高い部分Ｐ１に対して、インピーダンスを下げる効果を重点的に付与することが可能となる。

（第２実施形態）
図５（ａ）は、第２実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板２の上面レイアウトを示す。本実施形態では、主に、辺Ｍ４に沿って配された導電パターンＭ１１に代替して、辺Ｍ２に沿って配された導電パターンＭ１１’が配置されている、という点で前述の第１実施形態と異なる。

導電パターンＭ１１’は、導電膜Ｍ２１における列Ｌ３より辺Ｅ２側に、列Ｌ３の一端側から他端側までにわたって延在する。導電パターンＭ１１’は、辺Ｅ１と垂直な方向において、少なくとも列Ｌ３の駆動素子ＤＲの全てと重なるように延在するとよい。導電パターンＭ１１’は、一端部において、導電膜Ｍ２１の対応部分とプラグＶ１３で接続され、他端部において、導電膜Ｍ２１の対応部分とプラグＶ１４で接続される。

前述のとおり、導電膜Ｍ２１の仮想線ＩＬよりも辺Ｅ４側の領域ではインピーダンス成分の差のある互いに異なる部分が生じうる。そのため、辺Ｅ２の近傍においても（特に列Ｌ３において）、辺Ｅ３側及び辺Ｅ４側のいずれに近いかによってインピーダンス成分の差が生じ得、本実施形態では導電パターンＭ１１’はこの差を小さくするのに用いられる。

図５（ｂ）は、導電パターンＭ１１’付加前／後での電圧降下の影響を示すプロット図を、図４（ｂ）同様に示す。図５（ｂ）から分かるように、列Ｌ３では、導電パターンＭ１１’付加前に比べて導電パターンＭ１１’付加後では電圧降下が抑制され、本実施形態では素子番号３２について４％程度の電圧降下の抑制効果が現れた。なお、本実施形態では、導電パターンＭ１１’は、実質的に、列Ｌ１〜Ｌ３間でのインピーダンスの差を低減する形ではない。そのため、列Ｌ１については、導電パターンＭ１１’付加による電圧降下に対する影響は実質的にない。

本実施形態によっても、第１実施形態同様の効果が得られる。即ち、導電パターンＭ１１及び／又はＭ１１’は、導電膜Ｍ２１の外枠部の少なくとも一部に配されればよい。これにより、前述のインピーダンスの差に起因する電圧降下の抑制および供給電圧の差の低減と共に、基板１の剛性の向上を実現することができる。

図６は、本実施形態の変形例に係る液体吐出ヘッド用基板２’の上面レイアウトを示す。本変形例では、供給口ＯＰ_ＥＱ、ヒータＨＴ及び駆動素子ＤＲの群が配列された構造、電源パッドＴ_ＰＷ１を含む複数の電極パッドＴ、並びに、導電膜Ｍ２１を一つの要素として、一対の要素が半導体基板ＳＵＢの中心を基準として点対称に配される。区別のため、辺Ｅ２側については、電極パッドＴ、電源パッドＴ_ＰＷ１、導電膜Ｍ２１を、それぞれ、「電極パッドＴ’」、「電源パッドＴ_ＰＷ１’」、「導電膜Ｍ２１’」とする。

そして、本変形例では、導電パターンＭ１１’に代替して、導電パターンＭ１１Ａ’及びＭ１１Ｂ’が配置される。導電パターンＭ１１Ａ’は、導電膜Ｍ２１の辺Ｅ４側の部分（インピーダンスが比較的大きくなる部分）と、導電膜Ｍ２１’の辺Ｅ４側の部分（インピーダンスが比較的小さくなる部分）とを接続する。導電パターンＭ１１Ｂ’は、導電膜Ｍ２１の辺Ｅ３側の部分（インピーダンスが比較的小さくなる部分）と、導電膜Ｍ２１’の辺Ｅ３側の部分（インピーダンスが比較的大きくなる部分）とを接続する。このように導電膜Ｍ２１が２以上配置された構成では、異なる導電膜Ｍ２１‐Ｍ２１’間で生じうる互いに異なる部分の間のインピーダンスの差を導電パターンＭ１１Ａ’及びＭ１１Ｂ’によって小さくすればよい。なお、本変形例では、導電パターンＭ１１Ａ’及びＭ１１Ｂ’は、配線層Ｍ１及びＭ２のいずれに配されてもよい。

（第３実施形態）
図７（ａ）は、第３実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板３の上面レイアウトを示す。本実施形態は、主に、電源パッドＴ_ＰＷ１から列Ｌ１の駆動素子ＤＲ近傍までにわたって更に導電パターンＭ１５が配置されている、という点で前述の第１実施形態と異なる。

導電パターンＭ１５は、他の配線層の接続部やプラグを介して電源パッドＴ_ＰＷ１に電気的に接続され、辺Ｅ１と垂直な方向に、列Ｌ１の辺Ｅ３側の駆動素子ＤＲの近傍まで延在する。そして、導電パターンＭ１５は、その端部において、導電膜Ｍ２１における列Ｌ１の辺Ｅ３側の駆動素子ＤＲの近傍の部分（部分Ｐ４とする。）とプラグにより接続される。

図７（ｂ）には、液体吐出ヘッド用基板３の上面レイアウトと合わせて、導電膜Ｍ２１や導電パターンＭ１５のインピーダンスを、図４（ａ）同様に示す。ここで、Ｚ１及びＺ２同様に（第１実施形態参照）、
Ｚ４：部分Ｐ４の導電膜Ｍ２１における電源パッドＴ_ＰＷ１からのインピーダンス、
とする。また、
Ｚ５：導電パターンＭ１５の一端（電源パッドＴ_ＰＷ１側）から
他端（部分Ｐ４側）までのインピーダンス、
とする。この場合、
Ｚ４’：部分Ｐ４の電源パッドＴ_ＰＷ１からの実際のインピーダンス、
とすると、Ｚ４’は次のように表せる。即ち、
Ｚ４’＝Ｚ４×Ｚ５／（Ｚ４＋Ｚ５）、
となる。よって、
ΔＺ４：導電パターンＭ１５付加前／後での部分Ｐ４のインピーダンスの差、
とすると、ΔＺ４は次のように表せる。即ち、
ΔＺ４≡Ｚ４−Ｚ４’
＝Ｚ４^２／（Ｚ４＋Ｚ５）、
となる。

ここで、インピーダンスが最も大きい部分Ｐ１（第１実施形態（図２〜４）参照）に対して効果的にインピーダンスを低減させるためには、ΔＺ１＞ΔＺ４となるとよい。よって、上記ΔＺ４の式と、第１実施形態で示されたΔＺ１の式とに基づいて、次式が成立すればよいと言える。即ち、
Ｚ３＜（Ｚ１／Ｚ４）^２×Ｚ５＋｛（Ｚ１／Ｚ４）−１｝×Ｚ１−Ｚ２
が成立すればよい。

本実施形態によれば、第１実施形態同様の効果が得られる他、電源パッドＴ_ＰＷ１から辺Ｅ１側の列Ｌ１までのインピーダンスを低減することもでき、前述のインピーダンスの差に起因する電圧降下の抑制および供給電圧の差の低減に更に有利となる。

（その他）
以上、いくつかの好適な態様を例示したが、本発明はこれらの例に限られるものではなく、例えば、或る実施形態の一部の内容の他の実施形態への適用等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその一部が変更されてもよい。また、本明細書に記載された個々の用語は、本発明を説明する目的で用いられたものに過ぎず、本発明は、その用語の厳密な意味に限定されるものでないことは言うまでもなく、その均等物をも含みうる。

１：液体吐出ヘッド用基板、ＨＴ：ヒータ（吐出素子）、ＤＲ：駆動素子、Ｍ２１：導電膜、Ｔ_ＰＷ１：電源パッド、ＯＰ_ＥＱ：液体供給口、Ｐ１：第１部分、Ｐ２：第２部分、Ｍ１１：導電パターン。

Claims (17)

1. 液体を吐出するための複数の吐出素子をそれぞれ駆動するための複数の駆動素子が半導体基板上に配列された液体吐出ヘッド用基板であって、
   前記複数の駆動素子に電源電圧を供給するように、前記半導体基板の上面に対する平面視において前記複数の駆動素子が配列された領域を覆うように配された導電膜と、
   前記平面視において前記半導体基板の端部に配され、外部から前記電源電圧が入力される電源パッドと、を備え、
   前記導電膜は、前記平面視において前記半導体基板の前記電源パッドが配された辺に垂直な線に対して非線対称の外形を有し、前記導電膜には複数の開口が設けられており、
   前記導電膜は、第１部分と、前記導電膜における前記電源パッドからのインピーダンスが前記第１部分に比べて小さい第２部分と、を有しており、
   前記液体吐出ヘッド用基板は、前記導電膜とは異なる層において、前記第１部分と前記第２部分とを電気的に接続する導電パターンを更に備える
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
2. 前記複数の開口のそれぞれは、液体を各吐出素子に導くための液体供給口に対応する
   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. 前記導電膜は、前記複数の駆動素子と前記複数の吐出素子とを接続するための複数の第２開口を有する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
4. 前記複数の駆動素子は、所定のピッチで配列されており、かつ、前記複数の第２開口は、前記複数の駆動素子にそれぞれ対応するように前記所定のピッチで配列されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド用基板。
5. 前記導電パターンには、前記電源パッドから前記導電膜を介して前記電源電圧が供給される
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
6. 前記導電パターンと前記半導体基板との間には、前記導電パターンを前記半導体基板上の回路に電気的に接続する接続部は配されていない
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
7. 前記導電パターンは、一端部においてプラグを介して前記第１部分に電気的に接続され、他端部においてプラグを介して前記第２部分に電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
8. 前記複数の吐出素子は、前記半導体基板上に、複数の配線層を含む多層配線構造を介して配列され、
   前記複数の配線層は、
   前記導電パターンを含む第１配線層と、
   前記導電膜を含む第２配線層と、
   第２導電膜を、該第２導電膜と前記導電膜との間の電気経路に前記複数の吐出素子及び前記複数の駆動素子が配置されるように含む第３配線層と、
   を含む
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
9. 前記第２導電膜は、前記電源電圧とは異なる第２電源電圧を伝搬する
   ことを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッド用基板。
10. 前記第２導電膜は、前記平面視において格子状の形状である
    ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の液体吐出ヘッド用基板。
11. 前記複数の駆動素子は、前記導電膜に電気的に接続されていると共に、前記複数の吐出素子にそれぞれ直列に接続されており、前記複数の吐出素子は、前記第２導電膜に電気的に接続されている
    ことを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
12. 前記第１配線層は、前記複数の駆動素子を制御するためのラインパターンを更に含む
    ことを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
13. 複数の電極パッドを更に備え、該複数の電極パッドは前記電源パッドを含み、
    前記平面視において、
    前記半導体基板は、互いに対向する第１の辺および第２の辺、並びに、それらを接続し且つ互いに対向する第３の辺および第４の辺を有し、
    前記複数の電極パッドは、前記第１の辺に沿って配列され、
    前記電源パッドは、前記第３の辺よりも前記第４の辺の近くに位置し、
    前記導電パターンは、前記第１の辺よりも前記第２の辺の近くに位置すること、及び、前記第４の辺よりも前記第３の辺の近くに位置すること、の少なくとも一方を満たす
    ことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
14. 前記半導体基板は、前記平面視において平行四辺形である
    ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
15. 液体を吐出するための複数の吐出素子をそれぞれ駆動するための複数の駆動素子が半導体基板上に配列された液体吐出ヘッド用基板であって、
    前記複数の駆動素子の一部に電源電圧を供給するように、前記半導体基板の上面に対する平面視において前記一部が配列された領域を覆うように配された第１導電膜と、
    前記複数の駆動素子の他の一部に電源電圧を供給するように、前記平面視において前記他の一部が配列された領域を覆うように配された第２導電膜と、
    前記平面視において、外部から前記電源電圧が入力され且つ前記第１導電膜に電気的に接続された第１電源パッドと、
    前記平面視において、外部から前記電源電圧が入力され且つ前記第２導電膜に電気的に接続された第２電源パッドと、を備え、
    前記第１電源パッドは、前記第２導電膜よりも前記第１導電膜に近い方の側の前記半導体基板の端部に配され、
    前記第２電源パッドは、前記第１導電膜よりも前記第２導電膜に近い方の側の前記半導体基板の端部に配され、
    前記第１導電膜および前記第２導電膜のそれぞれは、前記平面視において前記半導体基板の前記第１電源パッドが配された辺に垂直な線に対して非線対称の外形を有し、前記第１導電膜および前記第２導電膜には複数の開口が設けられており、
    前記第１導電膜は、第１部分と、前記第１導電膜における前記第１電源パッドからのインピーダンスが前記第１部分に比べて小さい第２部分と、を有しており、
    前記第２導電膜は、第３部分と、前記第２導電膜における前記第２電源パッドからのインピーダンスが前記第３部分に比べて小さい第４部分と、を有しており、
    前記液体吐出ヘッド用基板は、
    前記第１部分と前記第４部分とを電気的に接続する第１導電パターンと、
    前記第２部分と前記第３部分とを電気的に接続する第２導電パターンと、
    を更に備える
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
16. 請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板を備える
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
17. 請求項１６に記載の液体吐出ヘッドを具備する
    ことを特徴とする液体吐出装置。

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