JP7094772B2 - Liquid discharge head and liquid discharge device - Google Patents
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Description
本発明は、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関する。 The present invention relates to a liquid discharge head and a liquid discharge device.
従来から、液体吐出ヘッドの液体吐出方式として、発熱素子が発生する熱エネルギーにより液体中に気泡を発生させ、その気泡を利用して液体を吐出するサーマル方式が知られている。サーマル方式の液体吐出ヘッドは、発熱素子が設けられた基板と、基板に接合され、液体を吐出するための吐出口を備えた流路形成部材とを有している。基板と流路形成部材との間には、吐出口に連通する流路が形成され、基板には、基板を貫通して流路に連通する供給路が形成されている。発熱素子は、基板の吐出口に対応する位置に設けられている。 Conventionally, as a liquid discharge method of a liquid discharge head, a thermal method is known in which bubbles are generated in a liquid by heat energy generated by a heat generating element and the liquid is discharged by using the bubbles. The thermal type liquid discharge head has a substrate provided with a heat generating element and a flow path forming member joined to the substrate and provided with a discharge port for discharging the liquid. A flow path communicating with the discharge port is formed between the substrate and the flow path forming member, and a supply path penetrating the substrate and communicating with the flow path is formed on the substrate. The heat generating element is provided at a position corresponding to the discharge port of the substrate.
液体としてインクを吐出するサーマル方式の液体吐出ヘッドでは、一般に、インクからの保護および絶縁を目的として、インクとの接触箇所に保護膜や絶縁膜が設けられている。しかしながら、これらの保護膜や絶縁膜はインクにより溶解する可能性がある。そのため、このような保護膜や絶縁膜に保護されている配線や回路などが露出してインクに接触し、インクを通じてリーク電流が流れると、液体吐出ヘッドが誤動作する可能性がある。そのため、インクによる保護膜や絶縁膜の溶解に対し、液体吐出ヘッドの誤動作を抑制する対策も必要になる。
特許文献1には、基板(層間絶縁膜)の内部に供給路を取り囲むように複数の配線層をリング状に形成する構成が記載されている。複数の配線層は、基板の厚み方向に積層され、層間ビアを介して互いに、かつ基板に電気的に接続されている。このため、基板(層間絶縁膜)の溶解により複数の配線層の一部または全部が供給路に露出してインクに接触し、インクとの間にリークパスが生じたとしても、配線層に流れ込む電流は基板(グランド電位)へと抜けることになる。その結果、リーク電流が他の配線や回路に流れることを抑制して、液体吐出ヘッドが誤動作を引き起こすといった影響を抑制することができる。
In a thermal type liquid ejection head that ejects ink as a liquid, a protective film or an insulating film is generally provided at a contact point with the ink for the purpose of protection from the ink and insulation. However, these protective films and insulating films may be dissolved by the ink. Therefore, if the wiring or circuit protected by such a protective film or insulating film is exposed and comes into contact with the ink, and a leak current flows through the ink, the liquid ejection head may malfunction. Therefore, it is necessary to take measures to suppress the malfunction of the liquid ejection head against the dissolution of the protective film and the insulating film by the ink.
Patent Document 1 describes a configuration in which a plurality of wiring layers are formed in a ring shape so as to surround a supply path inside a substrate (interlayer insulating film). The plurality of wiring layers are laminated in the thickness direction of the substrate and are electrically connected to each other and to the substrate via interlayer vias. Therefore, even if a part or all of the plurality of wiring layers is exposed to the supply path due to the dissolution of the substrate (interlayer insulating film) and comes into contact with the ink, and a leak path is generated between the wiring layer and the ink, the current flowing into the wiring layer. Will escape to the substrate (ground potential). As a result, it is possible to suppress the leakage current from flowing to other wirings and circuits, and to suppress the influence that the liquid discharge head causes a malfunction.
しかしながら、上述の構成において、複数の配線層はヒータなどのエネルギー発生素子を駆動するための配線とは電気的に独立した配線層であり、通常は配線層には電位は印加されていない。そのため、絶縁膜が溶解した場合にインクから配線層を通じて基板に流れ込む電流はわずかであるため、それを検知することは難しく、したがって、インクによる溶解を検知することは困難である。そのため、層間ビアの間から溶解が進行して配線層そのものが溶解する可能性があり、その場合、液体吐出ヘッドの誤動作を引き起こす可能性がある。
そこで、本発明の目的は、液体による基板の溶解を検知することを可能にし、それにより誤動作を未然に抑制する液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を提供することである。
However, in the above configuration, the plurality of wiring layers are wiring layers that are electrically independent from the wiring for driving the energy generating element such as a heater, and usually no potential is applied to the wiring layer. Therefore, when the insulating film is melted, the current flowing from the ink to the substrate through the wiring layer is small, so that it is difficult to detect it, and therefore, it is difficult to detect the melting by the ink. Therefore, dissolution may proceed from between the interlayer vias and the wiring layer itself may be dissolved, which may cause a malfunction of the liquid discharge head.
Therefore, an object of the present invention is to provide a liquid discharge head and a liquid discharge device that can detect the dissolution of a substrate by a liquid and thereby suppress a malfunction.
上述した目的を達成するために、本発明の液体吐出ヘッドは、絶縁膜を含む基板と、基板に設けられ、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、基板を貫通して形成され、液体を吐出する吐出口に連通する流路と、基板の絶縁膜の内部に形成され、エネルギー発生素子を駆動するために用いられる配線層であって、流路を形成する壁から間隔を置いて配置され、基板を平面視すると流路を取り囲んで配置された配線層と、を有し、配線層が、配線層から流れるリーク電流を検知するリーク検知機構に接続されている、液体吐出ヘッドである。
また、本発明の液体吐出装置は、上記の液体吐出ヘッドと、配線層に電気的に接続され、配線層から流れるリーク電流を検知するリーク検知機構と、を有している。
このような液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置によれば、流路を通じて絶縁膜が液体により溶解し、それにより配線層が流路に露出して液体に接触すると、配線層(高電位)から液体(低電位)へとリーク電流が流れるようになる。このリーク電流は、配線層にリーク検知機構を接続することで容易に検知可能である。そのため、リーク電流を検知した時点で、液体吐出動作を停止したり、液体吐出ヘッドを交換したりすることが可能になり、液体吐出ヘッドが誤動作を引き起こすことを未然に抑制することが可能になる。
In order to achieve the above-mentioned object, the liquid discharge head of the present invention penetrates a substrate including an insulating film, an energy generating element provided on the substrate and generating energy used for discharging the liquid, and the substrate. A wiring layer formed inside the insulating film of the substrate and used to drive the energy generating element, and a wall forming the flow path. It has a wiring layer that is arranged at intervals from the above and is arranged so as to surround the flow path when the substrate is viewed in a plan view, and the wiring layer is connected to a leak detection mechanism that detects a leak current flowing from the wiring layer. , A liquid discharge head.
Further, the liquid discharge device of the present invention has the above-mentioned liquid discharge head and a leak detection mechanism that is electrically connected to the wiring layer and detects a leak current flowing from the wiring layer.
According to such a liquid discharge head and a liquid discharge device, when the insulating film is dissolved by the liquid through the flow path and the wiring layer is exposed to the flow path and comes into contact with the liquid, the wiring layer (high potential) to the liquid ( Leakage current will flow to (low potential). This leak current can be easily detected by connecting a leak detection mechanism to the wiring layer. Therefore, when the leak current is detected, the liquid discharge operation can be stopped or the liquid discharge head can be replaced, and it is possible to prevent the liquid discharge head from causing a malfunction. ..
以上、本発明によれば、液体による基板の溶解を検知することを可能にし、それにより液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置の誤動作を未然に抑制することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to detect the dissolution of the substrate by the liquid, thereby suppressing the malfunction of the liquid discharge head and the liquid discharge device.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本明細書では、本発明の液体吐出ヘッドとして、インクを吐出して記録媒体に画像を記録する液体吐出ヘッドを例に挙げて説明するが、他の液体を吐出する液体吐出ヘッドにも適用可能である。また、記録素子(エネルギー発生素子)として発熱素子を用い、気泡を発生させて液体を吐出するサーマル方式が採用されているが、ピエゾ方式およびその他の各種液体吐出方式が採用された記録素子基板にも本発明を適用することができる。また、本発明は、例えば、バイオチップ作製、電子回路印刷、及び半導体ウエハの回路パターンを形成するためのレジストの塗布などの産業用記録装置の記録録素子基板としても用いることができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present specification, as the liquid ejection head of the present invention, a liquid ejection head that ejects ink and records an image on a recording medium will be described as an example, but it can also be applied to a liquid ejection head that ejects other liquids. Is. Further, a thermal method is adopted in which a heat generating element is used as a recording element (energy generating element) to generate bubbles and discharge a liquid, but a recording element substrate in which a piezo method and various other liquid discharging methods are adopted. The present invention can also be applied. The present invention can also be used as a recording element substrate of an industrial recording apparatus such as biochip fabrication, electronic circuit printing, and application of a resist for forming a circuit pattern of a semiconductor wafer.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成例を示す平面図である。液体吐出ヘッド10は、シリコンからなる基材を含む基板100を有し、基板100には、液体を吐出するための複数の吐出口を備えた流路形成部材(図示せず)が接合されている。基板100と流路形成部材との間には、複数の吐出口に連通する複数の流路が形成され、基板100には、基板100を貫通して複数の流路に連通する複数の供給路が形成されている。基板100の表面には、複数の供給路の開口(供給口)からなる供給口列101が形成されている。2つの供給口列101の間には、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子としての発熱素子(ヒータ)が複数配列されたヒータ列102が形成されている。2つの供給口列101とヒータ列102に隣接して、駆動素子部103とヒータ選択回路部104が設けられている。駆動素子部103およびヒータ選択回路部104は、複数のヒータにそれぞれ対応して設けられた複数の駆動素子および複数のヒータ選択回路からそれぞれ構成されている。基板100の端部には、記録データ供給回路105と、外部との電気的な接続を行うパッド列106が設けられている。ヒータ選択回路部104が、記録データ供給回路105からの記録データに基づいて駆動信号を出力し、駆動素子部103が、記録データ供給回路105からの記録データとヒータ選択回路部104からの駆動信号とに基づいて、対応するヒータを駆動する。これにより、対応する吐出口からインクが吐出される。基板100の外形は、図示した平行四辺形に限定されず、長方形やその他の形状であってもよい。
なお、液体吐出ヘッド10は、ヒータ列102の両側に設けられた2つの供給口列101のうちの一方を、液体を回収する回収口の列とすることにより、供給口からヒータに供給されたインクを回収口から回収する、インク循環構成としてもよい。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing a configuration example of a liquid discharge head according to the first embodiment of the present invention. The
The
図2は、本実施形態の液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置の回路構成例を示すブロック図である。
液体吐出ヘッド200には、それぞれがヒータとヒータを駆動する駆動素子とからなる複数のヒータ部203と、複数のヒータ部203に対応する複数のヒータ選択回路206と、記録データ供給回路207とが設けられている。複数のヒータ部203は、ヒータに電源電位を供給するヒータ電源配線201と、ヒータに基準電位を供給するヒータグランド配線202に接続されている。複数のヒータ選択回路206は、ヒータ選択回路206を含むロジック回路に電源電位を供給するロジック電源配線204と、ロジック回路に基準電位を供給するロジックグランド配線205に接続されている。記録データ供給回路207は、複数のヒータ部203および複数のヒータ選択回路206に接続されている。
液体吐出装置の本体部208において、ヒータ電源配線201は、リーク検知機構210を介してヒータ電源209に接続され、ロジック電源配線204は、リーク検知機構212を介してロジック電源211に接続されている。また、本体部208において、ヒータグランド配線202は、リーク検知機構215を介してグランド配線214に接続され、グランド配線214は、グランド電源に接続されたグランド配線213に接続されている。ロジックグランド配線205は、グランド配線213に接続されている。なお、図示した例では、3種類の電源を示しているが、電源の数はこれに限定されるものではなく、リーク検知機構もすべての電源に対応して配置されているが、特定の電源にのみ配置されていてよい。
FIG. 2 is a block diagram showing a circuit configuration example of a liquid discharge device including the liquid discharge head of the present embodiment.
The
In the
図3は、本実施形態の基板に形成されたヒータ電源配線またはヒータグランド配線のレイアウトの一例を示す平面図である。
基板100には、複数のヒータ301と、複数の供給路302と、ヒータ電源配線またはヒータグランド配線である導電層303(配線層)とが設けられている。基板100は、後述するように、シリコン基材と、その上に形成された絶縁膜とを有している。導電層303は、絶縁膜の内部に設けられた、いわゆるベタ層であると共に、図示したように、各供給路302を形成する壁面304から所定の間隔を置いて配置され、基板100を平面視すると供給路302を取り囲むように配置されている。これにより、近年の基板面積の増大、ヒータ301の高密度化、ヒータ電源の高電位化に伴うヒータ駆動電流の増加傾向に対して、導電層303の配線面積を増大させることで配線抵抗を低く抑えることができる。その結果、吐出エネルギーのばらつきによる影響を抑制して、良好な画像形成を実現することができる。なお、供給路302の壁面304には保護膜が形成されていてもよい。
FIG. 3 is a plan view showing an example of the layout of the heater power supply wiring or the heater ground wiring formed on the substrate of the present embodiment.
The
さらに、導電層303の上述した配置により、供給路302を通じて保護膜や絶縁膜がインクによって溶解し、供給路302の壁面304が後退して導電層303が供給路302に露出すると、ヒータ電源配線またはヒータグランド配線がインクに接触する。例えば、ヒータ電源配線がインクに接触すると、インクを通じてヒータ電源配線からシリコン基材や他の配線等へのリークパスが生じ、リーク電流が流れることになる。また、ヒータ上の保護膜が、例えばグランド電位やある電位に接続されている場合、インクからこの保護膜へもリークパスが生じることになる。
一方、ヒータグランド配線は、ヒータを駆動するための大電流が流れ込むため、シリコン基材のグランド電位より高い電位にあることが多い。このため、ヒータグランド配線がインクに接触すると、インクを通じてヒータグランド配線からシリコン基材(グランド電位)へリーク電流が流れる可能性がある。
本実施形態では、このようなリーク電流が発生した場合にも、上述したように各電源に対応して電源リーク検知機構が設けられていることで、この電源リーク検知機構を用いて電流または電圧の変化に基づいてリーク電流の発生を検知することができる。これにより、インクによる保護膜や絶縁膜の溶解を電源リークとして検知することができる。そのため、電源リークを検知した時点で、液体吐出動作を停止したり、液体吐出ヘッドを交換したりすることが可能になり、その結果、液体吐出ヘッドが誤動作を引き起こすことを未然に抑制することが可能になる。特に、ヒータ電源配線は、ヒータに電源電位を供給する配線であり、他の配線層であるヒータグランド配線やロジック電源配線、ロジックグランド配線よりも高い電位(例えば32V程度)が印加されている。そのため、ヒータ電源配線がインクに接触した際に生じるリーク電流が大きいため、リークの検知を高い感度で行うことができる。したがって、ヒータ電源配線に対して電源リーク検知機構が設けられている構成がより好ましい。なお、インクがシリコン基材に接触してグランド電位に接続されている場合には、例えば、ヒータ電源配線からのリークパスが生じたとしても、リーク電流はシリコン基材へと流れるため、その影響を最小限に抑えることができる。
Further, due to the above-mentioned arrangement of the
On the other hand, the heater ground wiring is often at a potential higher than the ground potential of the silicon substrate because a large current for driving the heater flows into the heater ground wiring. Therefore, when the heater ground wiring comes into contact with the ink, a leak current may flow from the heater ground wiring to the silicon substrate (ground potential) through the ink.
In the present embodiment, even when such a leak current occurs, a power leak detection mechanism is provided corresponding to each power supply as described above, so that the current or voltage can be used by using this power leak detection mechanism. It is possible to detect the occurrence of leakage current based on the change in. As a result, the dissolution of the protective film or the insulating film by the ink can be detected as a power leak. Therefore, when a power leak is detected, the liquid discharge operation can be stopped or the liquid discharge head can be replaced, and as a result, it is possible to prevent the liquid discharge head from causing a malfunction. It will be possible. In particular, the heater power supply wiring is wiring that supplies the power supply potential to the heater, and a higher potential (for example, about 32V) than the heater ground wiring, the logic power supply wiring, and the logic ground wiring, which are other wiring layers, is applied. Therefore, since the leak current generated when the heater power supply wiring comes into contact with the ink is large, the leak can be detected with high sensitivity. Therefore, a configuration in which a power leak detection mechanism is provided for the heater power supply wiring is more preferable. When the ink is in contact with the silicon base material and connected to the ground potential, for example, even if a leak path from the heater power supply wiring occurs, the leak current flows to the silicon base material, which has an effect. It can be minimized.
供給路302を通じたインクによる溶解を検知するためには、例えば、供給路302の周囲に線状の配線を配置して、抵抗値の変化や断線、リーク電流を検知する構成も考えられる。しかしながら、そのような構成では、電流経路を確保するために配線の端部同士を接続することができないため、供給路302の周囲で必ず配線が配置されない箇所が生じてしまい、その箇所でインクによる溶解が起きた場合にはそれを検知することができない。それに対し、本実施形態では、基板100を平面視した際に供給路302の全周を取り囲むように導電層303が配置されているため、インクによる溶解をより確実に検知することが可能になる。
In order to detect melting by ink through the
図4(a)および図4(b)は、図3のA-A線に沿った概略断面図であり、本実施形態の基板の構成例を示している。図4(a)は、供給路302の周囲にヒータ電源配線が配置されている場合に対応し、図4(b)は、ヒータグランド配線が配置されている場合に対応する。
4 (a) and 4 (b) are schematic cross-sectional views taken along the line AA of FIG. 3, and show a configuration example of the substrate of the present embodiment. FIG. 4A corresponds to the case where the heater power supply wiring is arranged around the
図4(a)および図4(b)に示すように、基板100は、シリコン基材401と、層間絶縁膜402と、4つの配線層403~406とを有している。層間絶縁膜402は、シリコン基材401上に形成され、4つの配線層403~406は、層間絶縁膜402を挟んで基板100の厚み方向に互いに離間して形成されている。層間絶縁膜402の上には、保護膜407が形成されている。
第1の配線層403は、ヒータ選択回路や記録データ供給回路などのロジック回路にロジック信号を伝送するロジック信号配線、ロジック電源配線、およびロジックグランド配線の少なくとも1つを含む配線層である。第2の配線層404は、第1の配線層403と同様に、ロジック信号配線、ロジック電源配線、およびロジックグランド配線の少なくとも1つを含む配線層である。なお、第1の配線層403と第2の配線層404は、同じ機能を有する層であってもよく、例えば、それぞれが、ロジック信号配線、ロジック電源配線、およびロジックグランド配線のいずれをも含んでいてよい。あるいは、第1の配線層403と第2の配線層404は、異なる機能を有する層であってもよく、例えば、第1の配線層403がロジック信号配線を含み、第2の配線層404がロジック電源配線とロジックグランド配線を含んでいてもよい。第3の配線層405は、ヒータ電源配線であるベタ配線であり、第4の配線層406は、ヒータグランド配線であるベタ配線である。ここで、ベタ配線とは複数のヒータ列102に対して共通して電気接続されるように設けられた配線であり、基板100の面に渡って広い配線面積が確保されるため、その配線抵抗を抑えられる構成である。
なお、図4(a)および図4(b)に示す構成例では、第3の配線層405または第4の配線層406を使ってリーク電流を検知するため、第1の配線層403と第2の配線層404とは、供給路302を取り囲むように設けられていなくてもよい。また、第1の配線層403と第2の配線層404とは、ロジック信号配線、ロジック電源配線、およびロジックグランド配線といった異なる機能の複数の配線を引き回して配置される。そのために、通常、第1の配線層403や第2の配線層404はベタ配線ではなく、第3の配線層405や第4の配線層406よりもその配線抵抗が高くなっている。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
The
In the configuration examples shown in FIGS. 4A and 4B, the
図4(a)に示す構成例では、4つの配線層403~406のうち、ヒータ電源配線である第3の配線層405が供給路302の壁面304に最も近接して配置されている。そのため、供給路302を通じたインクによる層間絶縁膜402の溶解をヒータ電源のリークとして検知することができる。この構成例では、ヒータ電源が高電位電源(例えば32V程度)であることから、リーク電流による電流変化を捉えやすくなり、電源リークの発生をより高感度に検知することが可能になる。すなわち、電源リークの発生の検出感度の観点からは、このようにヒータ電源配線である第3の配線層405が他の配線層と比べて供給路302の壁面304に近接して設けられた構成が好ましい。
図4(b)に示す構成例では、4つの配線層403~406のうち、ヒータグランド配線である第4の配線層406が供給路302の壁面304に最も近接して配置されている。そのため、ヒータグランド配線の電位(基準電位)がグランド電位よりも高くなっている場合に、供給路302を通じたインクによる層間絶縁膜402の溶解をグランド電源のリークとして検知することができる。この構成例では、ヒータグランド配線からリーク電流が流れることになるため、リーク電流による影響を最小限に抑えることができる。
In the configuration example shown in FIG. 4A, of the four
In the configuration example shown in FIG. 4B, of the four
なお、4つの配線層403~406のうち、どの配線層をどのような配線を含む層とするかは、上述した例に限定されるものではなく任意であり、例えば、4つの配線層403~406のどれがヒータ電源配線を構成していてもよい。また、配線層の数も4つに限定されず、5層以上であってもよく、その場合も、どの配線層をどのような配線を含む層とするかは任意である。
Of the four
(第2の実施形態)
図5(a)および図5(b)は、本発明の第2の実施形態に係る基板の構成例を示す、図3のA-A線に沿った概略断面図に対応する図である。
インクによる層間絶縁膜402の溶解を検知するために供給路302の周囲に配置される配線は、ヒータ電源配線やヒータグランド配線に限定されず、ロジック電源配線であってもよい。すなわち、供給路302を通じたインクによる層間絶縁膜402の溶解をロジック電源のリークとして検知するようになっていてもよい。本実施形態は、4つの配線層403~406のうち、ロジック電源配線を含む第1の配線層403または第2の配線層404が供給路302の壁面304に最も近接して配置されている点で、第1の実施形態と異なっている。この他の構成は第1の実施形態と同様であり、以下、第1の実施形態との相違点のみ説明する。
(Second embodiment)
5 (a) and 5 (b) are views corresponding to schematic cross-sectional views taken along the line AA of FIG. 3, showing a configuration example of the substrate according to the second embodiment of the present invention.
The wiring arranged around the
図5(a)に示す構成例では、第1の配線層403が供給路302の壁面304に最も近接して配置されている。第1の配線層403は、上述したように、ロジック信号配線、ロジック電源配線、およびロジックグランド配線の少なくとも1つを含む配線層であるが、ここでは、少なくともロジック電源配線を含んでいる。また、第1の配線層403のうちの供給路302の壁面304に最も近接して配置された配線層がロジック電源配線である。したがって、供給路302を通じたインクによる層間絶縁膜402の溶解が進行し、インクが第1の配線層403に接触すると、ヒータ電源の場合と同様の原理で、供給路302を通じたインクによる上記溶解をロジック電源のリークとして検知することができる。このとき、ロジック電源の電位がヒータ電源よりも低電位(例えば3.3V程度)であることから、ロジック電源からのリーク電流は比較的小さく、そのため、リーク電流による影響を最小限に抑えることができる。さらに、ロジック電源のリーク検知は、画像形成中に電流が流れるヒータ電源の場合に比べて、画像形成中の監視が容易な点で有利である。
また、図5(b)に示す構成例では、第2の配線層404が供給路302の壁面304に最も近接して配置されているが、図5(a)に示す構成例と同様に、第2の配線層404は、少なくともロジック電源配線を含んでいる。また、第2の配線層404のうちの供給路302の壁面304に最も近接して配置された配線層がロジック電源配線である。そのため、図5(a)に示す構成例と同様に、供給路302を通じたインクによる層間絶縁膜402の溶解をロジック電源のリークとして検知することができる。
In the configuration example shown in FIG. 5A, the
Further, in the configuration example shown in FIG. 5B, the
(第3の実施形態)
図6(a)、図6(b)、図7(a)、および図7(b)は、本発明の第3の実施形態に係る基板の構成例を示す、図3のA-A線に沿った概略断面図に対応する図である。
本実施形態は、4つの配線層403~406のうち、2つの配線層が他の配線層と比べて供給路302の壁面304に近接して配置されている点で、第1の実施形態と異なっている。この他の構成は、第1および第2の実施形態と同様であり、以下、第1および第2の実施形態との相違点のみ説明する。
(Third embodiment)
6 (a), 6 (b), 7 (a), and 7 (b) are the AA lines of FIG. 3, showing a configuration example of the substrate according to the third embodiment of the present invention. It is a figure corresponding to the schematic cross-sectional view along.
This embodiment is different from the first embodiment in that two of the four
図6(a)に示す構成例では、ヒータ電源配線である第3の配線層405とヒータグランド配線である第4の配線層406が供給路302の壁面304に近接して配置されている。第3の配線層405と第4の配線層406とは、基板100を平面視すると、供給路302を取り囲んで配置されている。これにより、供給路302を通じたインクによる層間絶縁膜402の溶解が進行すると、第3の配線層405と第4の配線層406の一方または両方が最初にインクに接触する。そのため、インクによる層間絶縁膜402の溶解をヒータ電源のリークとグランド電源のリークの一方または両方で検知することができ、インクによる溶解の検知確度をより向上させることができる。また、第3の配線層405と第4の配線層406の両方がインクに接触した場合、リーク電流は高電位のヒータ電源配線である第3の配線層405からヒータグランド配線である第4の配線層406に流れ、そこからシリコン基材401へと電流が流れる。このように、図6(a)の構成例は、ヒータ電源配線のみが供給路302の壁面304に近接している図4(a)の構成例と比べて、電位差の大きい第3の配線層405から第4の配線層406へリーク電流が流れることが可能である。そのため、より高い感度でリーク電流を検知することが可能となる。また、リーク電流が第4の配線層406からシリコン基材401へと流れることで、リーク電流による発熱や他の回路への影響を抑制することができる。ここで、上述のようにヒータグランド配線である第4の配線層406はベタ配線として構成され、ロジック回路に接続される配線である第1の配線層403や第2の配線層404よりも配線抵抗が低くなっている。このため、リーク電流による発熱や他の回路への影響の抑制の観点からも、ヒータ電源配線である第3の配線層405とヒータグランド配線である第4の配線層406とが供給路302の壁面304に近接して設けられている構成が好ましい。なお、この構成では、第3の配線層405と第4の配線層406の両方が供給路302の壁面304に近接しておりその面積が大きいため、その配線抵抗を低く抑えることができる。そのため、吐出エネルギーのばらつきによる画像形成への影響をより一層抑制することもできる。
なお、図6(a)に示す構成例では、第1の配線層403と第2の配線層404とは、供給路302を取り囲むように設けられていなくてもよい。
In the configuration example shown in FIG. 6A, the
In the configuration example shown in FIG. 6A, the
図6(b)に示す構成例では、少なくともロジック電源配線を含む第1の配線層403と少なくともロジック電源配線を含む第2の配線層404が供給路302の壁面304に近接して配置されている。したがって、この場合も、第1の配線層403と第2の配線層404のどちらか一方がインクと接触すれば、供給路302を通じたインクによる層間絶縁膜402の溶解をロジック電源のリークとして検知することができる。そのため、インクによる溶解の検知確度をより向上させることができる。なお、図6(b)に示す構成例では、第1の配線層403と第2の配線層404の一方が少なくともロジック電源配線を含み、他方が少なくともロジックグランド配線を含む場合もあり得る。その場合も、第1の配線層403と第2の配線層404の両方がインクに接触することで、第1の配線層403と第2の配線層404との間にインクを通じてリーク電流が流れ、インクによる層間絶縁膜402の溶解を検知することが可能になる。
In the configuration example shown in FIG. 6B, at least the
図7(a)に示す構成例では、第3の配線層405と第1の配線層403が供給路302の壁面304に近接して配置されているが、第1の配線層403は少なくともロジックグランド配線を含んでいる。また、図7(b)に示す構成例では、第3の配線層405と第2の配線層404が供給路302の壁面304に近接して配置されているが、図7(a)に示す構成例と同様に、第2の配線層404は、少なくともロジックグランド配線を含んでいる。したがって、図7(a)および図7(b)に示す構成例では、2つの配線層の両方がインクに接触した場合、リーク電流がヒータ電源配線からインクを通じてロジックグランド配線に流れるため、その影響を抑えることができる。
なお、図7(a)および図7(b)に示す構成例では、第3の配線層405(ヒータ電源配線)の代わりに、第4の配線層406(ヒータグランド配線)が供給路302の壁面304に近接して配置されていてもよい。この場合も、2つの配線層の両方がインクに接触すれば、インクを通じたロジックグランド配線へのリークパスを生じさせることができ、リーク電流による影響を抑えることができる。
本実施形態のような、2つの配線層が他の配線層よりも供給路302の壁面304に近接させて配置された構成では、2つの配線層のうちの一方の配線層はヒータ電源配線やロジック電源配線など、電源電位を供給する配線である。また、2つの配線層のうちの他方の配線層はヒータグランド配線やロジックグランド配線などの基準電位を供給する配線であり、シリコン基材401に接続されている。一方の配線層は他方の配線層よりも電位が高く、グランド配線からシリコン基材401にリーク電流が流れるため、リーク電流による影響を抑えることができる。
In the configuration example shown in FIG. 7A, the
In the configuration examples shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), the fourth wiring layer 406 (heater ground wiring) is used in the
In a configuration in which the two wiring layers are arranged closer to the
上述した実施形態では、インクによる保護膜や絶縁膜の溶解を検知するために、発熱素子(ヒータ)を駆動するために用いられる配線(電源配線やグランド配線、ロジック電源配線)を利用する場合を例に挙げて説明した。このような配線を用いてリーク電流を検知することで、リーク電流を検知するための専用の配線やパッドなどを設けずに、リーク電流の検知が可能となる。なお、高い感度でリークの検知を行うためには、ヒータ電源配線やロジック電源配線など、3.0V以上の電位が印加される配線を用いてリーク電流を検知することが好ましい。また、さらに高い感度でリークの検知を行うためには、ヒータ電源配線のように20V以上の電位が印加される配線を用いてリーク電流を検知することがより好ましい。
なお、基板100を平面視した際に、リーク検知機構に接続される導電層が供給路302を取り囲むような構成を説明したが、供給路302に加えてインクを回収する回収路が設けられている場合は、回収路を取り囲むように設けられていてもよい。すなわち、供給路302や回収路といった基板100を貫通する流路を取り囲むように導電層が設けられていればよい。
In the above-described embodiment, in order to detect the dissolution of the protective film and the insulating film by the ink, the wiring (power supply wiring, ground wiring, logic power supply wiring) used for driving the heat generating element (heater) is used. It was explained by giving an example. By detecting the leak current using such wiring, it is possible to detect the leak current without providing a dedicated wiring or pad for detecting the leak current. In order to detect the leak with high sensitivity, it is preferable to detect the leak current by using a wiring to which a potential of 3.0 V or higher is applied, such as a heater power supply wiring and a logic power supply wiring. Further, in order to detect the leak with higher sensitivity, it is more preferable to detect the leak current by using a wiring to which a potential of 20 V or more is applied, such as a heater power supply wiring.
Although the configuration in which the conductive layer connected to the leak detection mechanism surrounds the
(インクジェット記録装置)
本実施形態を適用可能な液体吐出装置として、インクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置1000(以下、「記録装置」とも称す)について、その概略構成を示す図8を用いて説明する。記録装置1000は、被記録媒体2を搬送する搬送部1と、被記録媒体2の搬送方向と略直交して配置されるライン型の液体吐出ヘッドユニット3とを備え、複数の被記録媒体2を連続もしくは間欠に搬送しながら1パスで連続記録を行うライン型記録装置である。被記録媒体2はカット紙に限らず、連続したロール紙であってもよい。液体吐出ヘッドユニット3は、シアン(C)/マゼンタ(M)/イエロー(Y)/ブラック(K)の4色のインクによるフルカラー印刷が可能である。また、液体吐出ヘッドユニット3は、液体吐出ヘッドユニット3に電力や吐出制御信号を伝送するための記録装置1000の制御部と電気的に接続されている。
(Inkjet recording device)
As a liquid ejection device to which this embodiment can be applied, an inkjet recording apparatus 1000 (hereinafter, also referred to as a “recording apparatus”) that ejects ink for recording will be described with reference to FIG. 8 showing a schematic configuration thereof. The
(液体吐出ヘッドユニット)
図9は本実施形態に係る液体吐出ヘッドユニット3の斜視図である。液体吐出ヘッドユニット3は、1つの記録素子基板(液体吐出ヘッド)10でC/M/Y/Kの4色のインクをそれぞれ吐出可能な記録素子基板(液体吐出ヘッド)10を直線上に15個配列(インラインに配置)されるライン型の液体吐出ヘッドユニットである。
図9に示すように、液体吐出ヘッドユニット3は、記録素子基板(液体吐出ヘッド)10と、フレキシブル配線基板40と、電気配線基板90と、を備えている。また、電気配線基板90は、信号入力端子91及び電力供給端子92を備えている。これらの信号入力端子91及び電力供給端子92は記録装置1000の制御部と電気的に接続されており、これらの端子を介して吐出駆動信号や吐出に必要な電力が記録素子基板(液体吐出ヘッド)10に供給される。
(Liquid discharge head unit)
FIG. 9 is a perspective view of the liquid discharge head unit 3 according to the present embodiment. In the liquid ejection head unit 3, one recording element substrate (liquid ejection head) 10 can eject inks of four colors of C / M / Y / K, respectively, on a straight line of the recording element substrate (liquid ejection head) 10. It is a line-type liquid discharge head unit that is individually arranged (arranged inline).
As shown in FIG. 9, the liquid discharge head unit 3 includes a recording element substrate (liquid discharge head) 10, a
なお、本実施形態は被記録媒体2の幅に対応した長さを有する、所謂ライン型ヘッドユニットであるが、被記録媒体2に対してスキャンを行いながら記録を行う、所謂シリアル型の液体吐出ヘッドユニットにも本発明を適用できる。シリアル型の液体吐出ヘッドユニットとしては、例えばブラックインク用の記録素子基板とカラーインク用の記録素子基板とがそれぞれ搭載された構成があげられる。
Although the present embodiment is a so-called line-type head unit having a length corresponding to the width of the recorded
100 基板
200 液体吐出ヘッド
302 供給路(流路)
303 導電層(配線層)
100
303 Conductive layer (wiring layer)
Claims (19)
前記基板に設けられ、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、
前記基板を貫通して形成され、液体を吐出する吐出口に連通する流路と、
前記基板の前記絶縁膜の内部に形成され、前記エネルギー発生素子を駆動するために用いられる配線層であって、前記流路を形成する壁から間隔を置いて配置され、前記基板を平面視すると該流路を取り囲んで配置された配線層と、を有し、
前記配線層が、前記配線層から流れるリーク電流を検知するリーク検知機構に接続されている、液体吐出ヘッド。 A substrate containing an insulating film and
An energy generating element provided on the substrate and generating energy used for discharging a liquid, and an energy generating element.
A flow path formed through the substrate and communicating with a discharge port for discharging a liquid,
A wiring layer formed inside the insulating film of the substrate and used to drive the energy generating element, which is arranged at a distance from a wall forming the flow path and is viewed in a plan view. It has a wiring layer arranged so as to surround the flow path, and has.
A liquid discharge head in which the wiring layer is connected to a leak detection mechanism that detects a leak current flowing from the wiring layer .
前記配線層が、前記他の配線層よりも前記流路を形成する壁に近接して配置されている、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 Another wiring layer formed inside the insulating film so as to be separated from the wiring layer in the thickness direction of the substrate and used to drive the energy generating element, and is spaced from the wall forming the flow path. Further has other wiring layers arranged in place,
The liquid discharge head according to claim 1 , wherein the wiring layer is arranged closer to a wall forming the flow path than the other wiring layers.
前記2つの配線層が、前記他の配線層よりも前記流路を形成する壁に近接して配置されている、請求項6または7に記載の液体吐出ヘッド。 Another wiring layer formed inside the insulating film so as to be separated from the two wiring layers in the thickness direction of the substrate and used to drive the energy generating element, and is a wall forming the flow path. Has other wiring layers spaced apart from
The liquid discharge head according to claim 6 or 7 , wherein the two wiring layers are arranged closer to the wall forming the flow path than the other wiring layers.
前記基板に設けられ、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、
前記基板を貫通して形成され、液体を吐出する吐出口に連通する流路と、
前記基板の前記絶縁膜の内部に形成され、前記エネルギー発生素子を駆動するために用いられる配線層であって、前記流路を形成する壁から間隔を置いて配置され、前記基板を平面視すると該流路を取り囲んで配置された配線層と、
を有する液体吐出ヘッドと、
前記配線層に電気的に接続され、前記配線層から流れるリーク電流を検知するリーク検知機構と、
を有する液体吐出装置。 A substrate containing an insulating film and
An energy generating element provided on the substrate and generating energy used for discharging a liquid, and an energy generating element.
A flow path formed through the substrate and communicating with a discharge port for discharging a liquid,
A wiring layer formed inside the insulating film of the substrate and used to drive the energy generating element, which is arranged at a distance from a wall forming the flow path and is viewed in a plan view. A wiring layer arranged around the flow path and
With a liquid discharge head,
A leak detection mechanism that is electrically connected to the wiring layer and detects a leak current flowing from the wiring layer.
Liquid discharge device with.
前記2つの配線層が、前記他の配線層よりも前記流路を形成する壁に近接して配置されている、請求項17に記載の液体吐出装置。 Another wiring layer formed inside the insulating film so as to be separated from the two wiring layers in the thickness direction of the substrate and used to drive the energy generating element, and is a wall forming the flow path. Has other wiring layers spaced apart from
The liquid discharge device according to claim 17 , wherein the two wiring layers are arranged closer to the wall forming the flow path than the other wiring layers.
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