JP7114380B2 - 素子基板および液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱抵抗体を備えた素子基板および液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。

インクジェットプリンタのような液体吐出装置で用いられる液体吐出ヘッドには、液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子として、熱エネルギーを発生する発熱抵抗体を有する素子基板を備えたものがある。この種の液体吐出ヘッドでは、近年の液体吐出ヘッドに対する高速化や長寿命化の要請に伴い、発熱抵抗体の抵抗値が変化する変化量の抑制が求められている。
また、特許文献１には、発熱抵抗体を備えた液体吐出ヘッドにおいて、発熱抵抗体を効率良く駆動するために、発熱抵抗体の下側に設けられる部材を平坦化する技術が開示されている。

特開２００２－１４４５７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術には、発熱抵抗体の大部分が熱伝導率の比較的小さい絶縁膜に覆われているため、放熱性が低いという問題がある。
具体的には、従来、発熱抵抗体は配線層と大面積で直接接続され、発熱抵抗体の放熱は熱伝導率の比較的高い配線層を介して行われている。これに対して特許文献１に記載の技術では、発熱抵抗体は、ビアを介して配線層と接続され、かつ、熱伝導率の比較的小さい絶縁膜に覆われているため、放熱性が低い。放熱性が低いと、発熱抵抗体とその周辺が十分に冷却されず、発熱抵抗体の抵抗値の変化量が大きくなってしまう。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、発熱抵抗体の下側に設けられる部材が平坦化されている場合であっても、発熱抵抗体の放熱性を向上させることが可能な素子基板を提供することを目的とする。

本発明による素子基板は、基材と、絶縁性を有し、前記基材に積層された蓄放熱層と、前記蓄放熱層に積層された発熱抵抗体と、前記蓄放熱層に埋設され、かつ、前記発熱抵抗体と接続された少なくとも１対の接続配線と、を有し、前記接続配線を介して前記発熱抵抗体に電力を供給する素子基板において、前記発熱抵抗体は、前記１対の接続配線のそれぞれと接続し、かつ、前記１対の接続配線が並んだ方向とは交差する方向に延びる１対の接続領域と、前記１対の接続領域の間の発熱領域と、前記１対の接続領域の前記発熱領域とは反対側の端部から互いに離れる方向に延びる１対の外延領域と、を含み、前記１対の外延領域の面積の合計は、前記１対の接続領域の面積の合計の１０倍よりも大きいことを特徴とする。
本発明による液体吐出ヘッドは、前記素子基板と、前記発熱抵抗体の発熱によって液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、を有する。

本発明によれば、接続配線が接続される接続領域から互いに離れる方向に延びる外延領域の面積の合計が接続領域の面積の合計の１０倍よりも大きいため、外延領域を用いて放熱することが可能になる。したがって、発熱抵抗体の下側に設けられる部材が平坦化され、接続配線がビアであっても、発熱抵抗体の放熱性を向上させることが可能になる。

本発明の第１の実施形態の素子基板を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施形態の素子基板における放熱作用領域率と抵抗変化率との関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態の素子基板を模式的に示す図である。 本発明の第３の実施形態の素子基板を模式的に示す図である。 本発明の第４の実施形態の素子基板を模式的に示す図である。 本発明の第５の実施形態の素子基板を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る素子基板を示す図である。具体的には、図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る素子基板を模式的に示した平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ線に沿った縦断面図である。
図１に示す素子基板１００は、インクジェットプリンタのような液体吐出装置で用いられる液体吐出ヘッドに搭載され、インクなどの液体を吐出するために使用される。図１に示すように素子基板１００は、基板１と、基板１に積層された吐出口形成部材２とを有する。基板１は、基材１０と、絶縁層１１と、給電配線１２ａおよび１２ｂと、蓄放熱層１３と、接続配線１４ａおよび１４ｂと、発熱抵抗体１５と、保護層１６とを含む。図１では、積層方向をＺ方向、Ｚ方向に直交し、かつ、互いに直交する２方向をそれぞれＸ方向およびＹ方向としている。
基材１０は、例えば、単結晶シリコンなどで形成される。絶縁層１１は、基材１０の上に積層されている。絶縁層１１は、絶縁性（電気絶縁性）を有する。絶縁層１１は、例えば、酸化珪素などの無機質材料で形成される。
給電配線１２ａおよび１２ｂは、絶縁層１１の上に積層される配線層である。給電配線１２ａおよび１２ｂは、発熱抵抗体１５に対して電源電力を供給するための配線である。給電配線１２ａおよび１２ｂは、例えば、アルミニウムや銅を主成分とする金属材料で形成される。

蓄放熱層１３は、給電配線１２ａおよび１２ｂを覆うように絶縁層１１の上に積層される。蓄放熱層１３は、素子基板１００の熱応答特性を向上させる機能を有する。蓄放熱層１３は、絶縁性と所望の熱伝導性とを有する。蓄放熱層１３は、例えば、酸化珪素などの無機質材料で形成される。蓄放熱層１３は、例えば、１．０～３．０μｍ程度の厚みを有する。
発熱抵抗体１５は、蓄放熱層１３上に積層される。具体的には、発熱抵抗体１５の積層前に、蓄放熱層１３における発熱抵抗体１５が積層される面に対して、その面を平坦化するための平坦化処理が行われ、その平坦化処理が行われた面に発熱抵抗体１５が積層される。平坦化処理は、例えば、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）などによって行われる。
発熱抵抗体１５は、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させるエネルギー発生素子として機能する。発熱抵抗体１５は、例えば、ＴａＳｉＮ（窒化タンタルシリコン）やＷＳｉＮ（窒化タングステンシリコン）などの抵抗材料で形成される。発熱抵抗体１５は、例えば、１０～２００ｎｍ程度の厚みを有する。
素子基板１００の高速化の観点から、発熱抵抗体１５の抵抗値は、給電配線１２ａおよび１２ｂの抵抗値に対して十分に高いことが望ましい。これは、発熱抵抗体１５の抵抗値が低い場合、給電配線１２ａおよび１２ｂの電圧降下のために、同時に駆動できる発熱抵抗体１５の数、つまり同時に記録できるビット数が制限されてしまい、記録速度が低下するからである。本実施形態では、発熱抵抗体１５のシート抵抗値は１０００Ω／□である。これは、例えば、発熱抵抗体１５の比抵抗を４０００μΩｃｍ、膜厚を４０ｎｍとすることで実現できる。

接続配線１４ａおよび１４ｂは、蓄放熱層１３を貫通するように設けられたビアで形成され、給電配線１２ａおよび１２ｂと発熱抵抗体１５とを電気的に接続する。具体的には、接続配線１４ａは、給電配線１２ａと発熱抵抗体１５とを電気的に接続する第１のビアであり、接続配線１４ｂは、給電配線１２ｂと発熱抵抗体１５とを接続する第２のビアである。電気的な接続は、より具体的には、オーミックな接続である。接続配線１４ａおよび１４ｂは、例えば、タングステンや銅を主成分とする金属材料で形成される。
接続配線１４ａおよび１４ｂは、例えば、正方形状のマスクパターンなどを用いて形成される。本実施形態では、接続配線１４ａおよび１４ｂは、Ｘ方向に並んで配置される。接続配線１４ａおよび１４ｂは、少なくとも１対、つまり、それぞれ少なくとも１つずつあればよい。本実施形態では、接続配線１４ａおよび１４ｂは、それぞれ複数ずつあり、複数の接続配線１４ａおよび複数の接続配線１４ｂはそれぞれＹ方向に並んで配置される。また、接続配線１４ａおよび１４ｂは、横断面が略円形となる形状を有し、その幅（直径）は０．３～０．６μｍ程度である。しかしながら、接続配線１４ａおよび１４ｂは、この例に限らず、例えば、横断面が矩形状となる形状を有してもよい。この場合、接続配線１４ａおよび１４ｂにおける横断面の幅（長手方向の長さ）は０．３～０．６μｍ程度である。なお、接続配線１４ａおよび１４ｂの大きさは略等しい。

保護層１６は、発熱抵抗体１５を覆うように蓄放熱層１３の上に積層される。保護層１６は、絶縁性を有する。保護層１６は、給電配線１２ａおよび１２ｂや発熱抵抗体１５をインクなどの液体から保護する。保護層１６は、例えば、窒化珪素を含む無機材料で形成される。保護層１６は、素子基板１００の熱応答特性を良くするためにできるだけ薄くすることが好ましい。具体的には、保護層１６は、３００ｎｍ以下であることが好ましい。本実施形態では、保護層１６は、５０～３００ｎｍ程度の厚みを有する。
また、本実施形態では、発熱抵抗体１５の下側に設けられた部材である蓄放熱層１３が平坦化されているため、発熱抵抗体１５の側部で生じる段差部の高さは、発熱抵抗体１５の厚みと同一となる。このため、発熱抵抗体１５の上部に位置する保護層１６の膜厚を薄くすることが可能である。これにより、発熱抵抗体１５から液体への熱伝達効率を高くし、少ない電源電力で液体を吐出することが可能になる。
吐出口形成部材２は、保護層１６の上に積層される。吐出口形成部材２は、インクなどの液体を吐出する吐出口３を備える。
保護層１６と吐出口形成部材２との間には、吐出口３から吐出する液体を蓄える圧力室４と、圧力室４と連通し、圧力室４まで液体を導く流路５とが形成されている。圧力室４は、発熱抵抗体１５の上方に設けられ、吐出口３は圧力室４を介して発熱抵抗体１５と対向する位置に設けられる。なお、流路５は、液体を、流路５を介して圧力室４に供給するための供給口（図示せず）と接続されている。

以上説明した素子基板１００では、給電配線１２ａおよび１２ｂから接続配線１４ａおよび１４ｂを介して電源電力が発熱抵抗体１５に供給されると、発熱抵抗体１５にて熱エネルギーが発生し、その熱エネルギーにより圧力室４内に気泡６が生じる。そして、気泡６により圧力室４内の圧力が増加して、圧力室４内の液体が吐出口３から吐出される。
このとき、蓄放熱層１３は、発熱抵抗体１５で発生する熱の蓄熱および放熱を行う。例えば、蓄放熱層１３は、発熱抵抗体１５で発生する熱を蓄熱して、発熱抵抗体１５の温度を気泡６が発生するのに必要な温度まで上昇させる時間を短くする。また、蓄放熱層１３は、気泡６を発生させた後に不要となった熱を基材１０や給電配線１２ａおよび１２ｂなどに逃がすことで放熱する。

また、本実施形態では、発熱抵抗体１５は、熱応答特性の更なる向上のために、接続領域２１ａおよび２１ｂと、発熱作用領域２２と、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂとを含む。
接続領域２１ａおよび２１ｂは、接続配線１４ａおよび１４ｂが接続する１対の領域である。より具体的には、接続領域２１ａは、接続配線１４ａと接続し、かつ、接続配線１４ａのＸ方向の幅と同じ幅Ｌ１ａを有し、Ｙ方向に発熱抵抗体１５の端から端まで延びる領域である。また、接続領域２１ｂは、接続配線１４ｂと接続し、かつ、接続配線１４ｂのＸ方向の幅と同じ幅Ｌ１ｂを有し、Ｙ方向に発熱抵抗体１５の端から端まで延びる領域である。すなわち、接続領域２１ａおよび２１ｂは、接続配線１４ａと１４ｂとが並ぶ方向であるＸ方向に略直交するＹ方向に延びている。なお、接続領域２１ａおよび２１ｂは、Ｘ方向に対して交差する方向に延びていればよい。また、本実施形態では、接続領域２１ａおよび２１ｂは、複数の接続配線１４ａおよび１４ｂがそれぞれＹ方向に並べて配置されて構成されているが、Ｙ方向に延びた１対の接続配線１４ａおよび１４ｂによって構成されていてもよい。
発熱作用領域２２は、素子基板１００を上方（基材１０と直交する方向）から見たとき吐出口３を含む領域である。具体的には、発熱作用領域２２は、接続領域２１ａおよび２１ｂの間にある領域、つまり、接続領域２１ａの接続領域２１ｂ側（吐出口３側）の端部から、接続領域２１ｂの接続領域２１ａ側（吐出口３側）の端部までの領域である。
発熱作用領域２２は、接続配線１４ａおよび１４ｂを介して発熱抵抗体１５に電源電力が供給された際に電流が流れることで発熱する発熱領域、つまり、液体を吐出するための熱エネルギーを発生させる領域である。
発熱作用領域２２は、上方から見て略正方形状となることが望ましい。この場合、発熱抵抗体１５によって発生する気泡６を略円形状とすることが可能になる。これにより、吐出された液体から生じる分散滴を抑制することが可能になり、その結果、高精細な記録が可能となる。
また、発熱作用領域２２のサイズに応じて、発生する熱エネルギーが変化し、その結果、吐出口３から吐出される液体の量である吐出量が変化する。したがって、発熱作用領域２２のサイズは所望の吐出量に応じて決定されることが望ましい。例えば、液体の所望の吐出量が１ｐｌの場合、発熱作用領域２２が上方から見て略正方形状であるとすると、発熱作用領域２２のＸ方向の幅Ｌ２が１５μｍとなるように設計される。

放熱作用領域２３ａおよび２３ｂは、接続領域２１ａおよび２１ｂのそれぞれから互いに離れる方向に延びる１対の外延領域である。具体的には、放熱作用領域２３ａは、接続領域２１ａの接続領域２１ｂ側（吐出口３側）とは反対側の端部から接続領域２１ｂ側とは反対側に延びる第１の領域である。放熱作用領域２３ｂは、接続領域２１ｂの接続領域２１ａ側（吐出口３側）とは反対側の端部から接続領域２１ａとは反対側に延びる第２の領域である。
放熱作用領域２３ａおよび２３ｂは、発熱作用領域２２で発生された熱エネルギーを放熱させる領域である。本実施形態では、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの面積は、接続領域２１ａおよび２１ｂの面積よりも十分大きいことが望ましい。具体的には、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの面積の合計は、接続領域２１ａおよび２１ｂの面積の合計の１０倍よりも大きいことが望ましく、２０倍よりも大きいことがより望ましい。
本実施形態では、発熱抵抗体１５は矩形状であり、接続領域２１ａおよび２１ｂと放熱作用領域２３ａおよび２３ｂとは、Ｙ方向の長さが等しい矩形状である。したがって、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの面積と接続領域２１ａおよび２１ｂの面積の比率は、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの幅Ｌ３ａおよびＬ３ｂと接続領域２１ａおよび２１ｂの幅Ｌ１ａおよびＬ１ｂの比率と等しい。このため、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの幅Ｌ３ａおよびＬ３ｂの合計が接続領域２１ａおよび２１ｂの幅Ｌ１ａおよびＬ１ｂの１０倍よりも大きいことが望ましく、２０倍よりも大きいことがより望ましい。

図２および表１は、本実施形態の素子基板１００における放熱作用領域率と抵抗変化率との関係を評価した評価結果を示す。

図２および表１で示された例では、接続領域２１ａおよび２１ｂは互いに同形状であり、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂは互いに同形状である。放熱作用領域率は、接続領域２１ａの面積に対する放熱作用領域２３ａの面積の比率、つまり、接続領域２１ａの幅Ｌ１ａに対する放熱作用領域２３ａの幅Ｌ３ａの比率を示す。なお、放熱作用領域率は、接続領域２１ｂの面積に対する放熱作用領域２３ｂの面積の比率、つまり、接続領域２１ｂの幅Ｌ１ｂに対する放熱作用領域２３ｂの幅Ｌ３ｂの比率にも一致する。抵抗変化率は、パルス電圧を発熱抵抗体１５に対して１×１０^１０回供給した場合における発熱抵抗体１５の抵抗値の初期値からの変化率を示す。
図２では、横軸は、放熱作用領域率を対数目盛で示し、縦軸は、抵抗変化率の絶対値を任意の目盛で示す。表２における抵抗変化率は、抵抗変化率の絶対値を、放熱作用領域率が１の場合を１００％とした値で示す。
図２および表１では、互いに異なる条件１および２における抵抗変化率が示されている。条件１は、発熱抵抗体１５に供給するパルス電圧のパルス幅が１．０μｓｅｃであり、条件２は、パルス電圧のパルス幅が０．５μｓｅｃである。パルス電圧の駆動周波数は、条件１および２に共通しており、１５ｋＨｚである。なお、条件２の方が条件１よりも発熱抵抗体１５の抵抗値の変化量が大きい。
図２および表１に示されたように、放熱作用領域率が３以下の場合、発熱抵抗体１５の抵抗変化率が著しく大きい。また、放熱作用領域率が５以上の場合、発熱抵抗体１５の抵抗変化率が低下する。そして、放熱作用領域率が１０以上の場合、発熱抵抗体１５の抵抗変化率が大きく低下する。そして、放熱作用領域率が２００の場合、条件１および２の両方において発熱抵抗体１５の抵抗変化率が約４分の１まで低くすることができる。また、放熱作用領域率が２００よりも大きい場合、図示していないが、発熱抵抗体１５の抵抗変化率は、放熱作用領域率が２００の場合と比べてあまり低下しない。
また、接続領域２１ｂの幅Ｌ１ｂに対する放熱作用領域２３ｂの幅Ｌ３ｂの比率を０に固定して、接続領域２１ａの幅Ｌ１ａに対する放熱作用領域２３ａの幅Ｌ３ａの比率のみを変化させたとする。この場合、放熱作用領域率と抵抗変化率との関係は、図２および表１の放熱作用領域率の値を略２倍にしたものと一致する。このため、放熱作用領域率が１０、つまり、接続領域２１ａの幅Ｌ１ａに対する放熱作用領域２３ａの幅Ｌ３ａの比率を１０とした場合に、抵抗変化率は８８．９％となる。
以上により、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの幅Ｌ３ａおよびＬ３ｂの合計が接続領域２１ａおよび２１ｂの幅Ｌ１ａおよびＬ１ｂの合計の１０倍よりも大きければ、発熱抵抗体１５の抵抗変化率を十分に低下させることが分かる。また、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの幅Ｌ３ａおよびＬ３ｂの合計が接続領域２１ａおよび２１ｂの幅Ｌ１ａおよびＬ１ｂの合計の２０倍よりも大きければ、発熱抵抗体１５の抵抗変化率を大きく低下させることが可能になる。
なお、複数の発熱抵抗体１５（吐出口３）を配列する場合、発熱抵抗体１５をＸ方向に延ばして放熱作用領域２３ａおよび２３ｂを設けているため、Ｙ方向に複数の発熱抵抗体１５を配列すれば複数の発熱抵抗体１５の配列密度を低下させる恐れがない。
なお、図示しないが発熱抵抗体１５の発熱作用領域２２が略正方形であれば、発熱作用領域２２の一辺の長さが１０～３０μｍの間において、図１および表１で示した評価結果とほとんど変わらない。
また、特許文献１に記載の技術では、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂに対応する領域は、加工マージンや重ね合わせマージンなどのマージン分しかなく、その幅は接続領域２１ａおよび２１ｂの幅に対して０～３倍程度である。このため、熱エネルギーを放熱させるのに十分ではない。

以上説明したように本実施形態によれば、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの面積の合計が接続領域２１ａおよび２１ｂの面積の合計の１０倍よりも大きいため、発熱抵抗体の放熱性を向上させることが可能になる。
また、本実施形態では、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの面積の合計が接続領域２１ａおよび２１ｂの面積の合計の１０００倍より小さいため、発熱抵抗体１５が必要以上に大きくなることを抑制することが可能になる。

＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態に係る素子基板を示す図である。具体的には、図３（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る素子基板を模式的に示した平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ－Ｂ線に沿った縦断面図である。
図３に示す素子基板１００ａは、図１に示した第１の実施形態の素子基板１００と比べて、耐キャビテーション層３１をさらに備えている点で異なる。耐キャビテーション層３１は、圧力室４における気泡６の発生および消滅の際のキャビテーションによる衝撃から発熱抵抗体１５を保護する部材である。耐キャビテーション層３１は、保護層１６に積層されている。耐キャビテーション層３１は、発熱抵抗体１５の上方、つまり、圧力室４を介して吐出口３と対向する位置に設けられる。耐キャビテーション層３１は、保護層１６によって発熱抵抗体１５や給電配線１２ａおよび１２ｂと電気的に絶縁されている。
耐キャビテーション層３１は、例えば、ＴａやＩｒなどを含む耐熱性に優れた高融点金属で形成される。耐キャビテーション層３１は、単層で形成されてもよいし、複層で形成されてもよい。耐キャビテーション層３１は、例えば、３０～２５０ｎｍ程度の厚みを有する。
耐キャビテーション層３１は、上方から見て発熱抵抗体１５の発熱作用領域２２を全て覆い、発熱抵抗体１５の放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの少なくとも一方が耐キャビテーション層３１からはみ出すように設けられる。図の例では、上方から見て放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの両方が耐キャビテーション層３１からはみ出している。なお、圧力室４における気泡６は発熱作用領域２２の上で発生および消滅するため、耐キャビテーション層３１が放熱作用領域２３ａおよび２３ｂを覆っていなくても、キャビテーションによる衝撃から発熱抵抗体１５を保護することができる。

以上説明したように本実施形態では、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの少なくとも一方が耐キャビテーション層３１からはみ出ているため、耐キャビテーション層３１が放熱作用領域２３ａおよび２３ｂによる放熱を妨げることを抑制することが可能になる。このため、キャビテーションによる衝撃から発熱抵抗体１５を保護しつつ、発熱抵抗体の放熱性を向上させることが可能になる。

＜第３実施形態＞
図４は、本発明の第３の実施形態に係る素子基板を示す図である。具体的には、図４（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る素子基板を模式的に示した平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ－Ｃ線に沿った縦断面図である。
図４に示す素子基板１００ｂは、図３に示した第３の実施形態の素子基板１００ａと比べて、絶縁層１１が多層構造を有する点と、基材１０と発熱抵抗体１５との間に補助配線４０が設けられている点とで異なる。
図４の例では、絶縁層１１は、絶縁層１１ａ～１１ｄの４層で形成されている。
絶縁層１１ｂ～１１ｄには、補助配線４０である信号配線４２（４２ａ～４２ｃ）が埋設されている。より具体的には、絶縁層１１ａ～１１ｄは、下から絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ順に積層される。絶縁層１１ａの上に信号配線４２ａが積層され、絶縁層１１ｂが信号配線４２ａを覆うように絶縁層１１ａの上に積層される。同様に、絶縁層１１ｂの上に信号配線４２ｂが積層され、絶縁層１１ｃが信号配線４２ｂを覆うように絶縁層１１ｂの上に積層され、絶縁層１１ｃの上に信号配線４２ｂが積層され、絶縁層１１ｄが信号配線４２ｃを覆うように絶縁層１１ｃの上に積層される。これにより、信号配線４２ａ～４２ｃは、間隔を空けて複数積層される。信号配線４２は、例えば、アルミニウムや銅を主成分とする金属材料で形成される。
また、補助配線４０として補助給電配線である給電配線１２ｃが蓄放熱層１３に埋設されている。給電配線１２ｃは、上方から見て給電配線１２ａおよび１２ｂの間に設けられる。給電配線１２ｃは、給電配線１２ａおよび１２ｂと同様にアルミニウムや銅を主成分とする金属材料で形成されている。
また、補助配線４０として、基材１０と給電配線１２ｃと信号配線４２ａ～４２ｃとを電気的に接続する補助接続配線である接続配線４３（４３ａ～４３ｄ）が設けられている。具体的には、接続配線４３ａは、基材１０と信号配線４２ａとを接続する第１の接続配線である。接続配線４３ｂおよび４３ｃは、信号配線４２ａ～４２ｃを互いに接続する第２の補助接続配線である。具体的には、接続配線４３ｂは、信号配線４２ａと信号配線４２ｂとを互いに接続し、接続配線４３ｃは、信号配線４２ｂと信号配線４２ｃとを互いに接続する。接続配線４３ｄは、給電配線１２ｃと信号配線４２ｃとを接続する第３の補助配線である。接続配線４３は、絶縁層１１を貫通するように設けられたビアである。また、接続配線４３は、例えば、タングステンや銅を主成分とする金属材料で形成される。
以上説明した素子基板１００ｂでは、補助配線４０である給電配線１２ｃ、信号配線４２および接続配線４３は、発熱抵抗体１５から蓄放熱層１３を介して伝達してきた熱を基材１０などに逃すことで、発熱抵抗体１５の放熱を補助する。
なお、補助配線４０は、信号配線４２だけで構成されてもよいし、給電配線１２ｃと信号配線４２とで構成されてもよい。また、絶縁層１１は、多層構造を有していれば、４層構造に限定されない。

また、図４では、液体を、流路５を介して圧力室４に供給するための供給口４５ａおよび４５ｂが示されている。図の例では、供給口４５ａおよび４５ｂは、吐出口３（圧力室４）当たり１つずつ設けられているが、複数の吐出口３（圧力室４）で共用される構成でもよい。
発熱抵抗体１５は、例えば、ＴａＳｉＮやＷＳｉＮなどの抵抗材料により形成され、給電配線１２ａ～１２ｃおよび信号配線４２は、例えば、アルミニウムや銅を主成分とする金属材料で形成されている。アルミニウムや銅は、液体であるインクによる溶解性が高いため、供給口４５ａおよび４５ｂの側壁からインクが侵入して給電配線１２ａ～１２ｃや信号配線４２に到達した場合に、給電配線１２ａ～１２ｃや信号配線４２に断線が発生する恐れが高い。このため、給電配線１２ａ～１２ｃおよび信号配線４２は、供給口４５ａおよび４５ｂから十分な距離を置いて配置する必要がある。
このため、本実施形態では、上方から見た場合、給電配線１２ａ～１２ｃおよび信号配線４２と供給口４５ａおよび４５ｂと間は、発熱抵抗体１５と供給口４５ａおよび４５ｂとの間よりも長い。これにより、給電配線１２ａ～１２ｃおよび信号配線４２は、供給口４５ａおよび４５ｂから十分な距離を置いて配置することが可能になる。

以上説明したように本実施形態によれば、基材１０と発熱抵抗体１５との間に補助配線４０が設けられている。このため、発熱抵抗体１５で発生した熱を、補助配線４０を介して基材１０方向へも放熱することができる。したがって、素子基板１００ｂの面積を大きくすることなく、熱応答特性（放熱性）を向上させることが可能になる。
また、本実施形態では、給電配線１２ａ～１２ｃおよび信号配線４２と供給口４５ａおよび４５ｂと間は、発熱抵抗体１５と供給口４５ａおよび４５ｂとの間よりも長い。このため、給電配線１２ａ～１２ｃおよび信号配線４２は、供給口４５ａおよび４５ｂから十分な距離を置いて配置することが可能になり、給電配線１２ａ～１２ｃや信号配線４２に断線が発生することを抑制することが可能になる。

＜第４の実施形態＞
図５は、本発明の第４の実施形態に係る素子基板を示す図、具体的には、本発明の第４の実施形態に係る素子基板を模式的に示した平面図である。図５のＤ－Ｄ線に沿った縦断面図は、図１（ａ）のＡ－Ａ線に沿った縦断面図である図１（ｂ）と同じである。
図５に示す素子基板１００ｃは、図３に示した第１の実施形態の素子基板１００ａと比べて、発熱抵抗体１５の形状および配置が異なる。発熱抵抗体１５の形状および配置には、素子基板１００ｃの面積や、配線や供給口などの構造物の配置などにより制約がある。例えば、図４に示した第３の実施形態の素子基板１００ｂの場合、吐出口３の両側に設けられた供給口４５ａおよび４５ｂによって、発熱抵抗体１５の放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの幅Ｌ３ａおよびＬ３ｂに制約がある。このような場合、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂは、その幅方向とは交差する向きに延びることが好ましい。
本実施形態では、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂは、上方から見て、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの接続領域２１ａおよび２１ｂ側とは反対側の端部付近で、Ｙ方向の両側に延びるハンマーヘッド形状を有する。この場合であっても、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの面積の合計を接続領域２１ａおよび２１ｂの面積の合計の１０倍よりも大きくすることで、熱応答特性（放熱性）を向上させることが可能になる。なお、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂは、ハンマーヘッド形状に限らず、他の形状でもよい。例えば、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂは、櫛歯形状でもよい。また、放熱作用領域２３ａは、非対称形状などでもよい。

以上説明したように本実施形態の液体吐出ヘッドでは、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂがハンマーヘッド形状または櫛歯形状を有しているため、素子基板１００ｃに発熱抵抗体１５の配置に制約がある場合でも、所望の放熱性を得ることが可能になる。

＜第５の実施形態＞
図６は、本発明の第５の実施形態に係る素子基板を示す図である。具体的には、図６（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る素子基板を模式的に示した平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＥ－Ｅ線に沿った縦断面図である。
図６に示す素子基板１００ｄは、図３に示した第２の実施形態の素子基板１００ａと比べて接続配線６１ａおよび６１ｂをさらに有する点で異なる。
接続配線６１ａおよび６１ｂは、給電配線１２ａおよび１２ｂと発熱抵抗体１５とを接続する追加接続配線であり、蓄放熱層１３を貫通するように設けられたビアで形成される。具体的には、接続配線６１ａは、給電配線１２ａと発熱抵抗体１５の放熱作用領域２３ａとを接続し、接続配線６１ｂは、給電配線１２ｂと発熱抵抗体１５の放熱作用領域２３ｂとを接続する。このとき、接続配線６１ａは接続配線１４ａよりも外側に配置され、接続配線６１ｂは接続配線１４ｂよりも外側に配置される。なお、接続配線６１ａおよび６１ｂと放熱作用領域２３ａおよび２３ｂとの接続は、オーミック接続でもよいし、オーミック接続でなくてもよい。接続配線６１ａおよび６１ｂは、接続配線１４ａおよび１４ｂと同様にタングステンや銅を主成分とする金属材料で形成される。
接続配線６１ａおよび６１ｂが存在する場合でも、給電配線１２ａおよび１２ｂからの給電電力による電流は、接続配線１４ａ、１４ｂ、６１ａおよび６１ｂのうちの主に互いに最も近接した接続配線１４ａおよび１４ｂを流れる。このため、接続配線６１ａおよび６１ｂが存在する場合でも、発熱作用領域２２、放熱作用領域２３ａおよび２３ｂの位置および大きさは、第２の実施形態と比べて変化がない。

本実施形態によれば、接続配線６１ａおよび６１ｂが発熱抵抗体１５の放熱作用領域２３ａおよび２３ｂと給電配線１２ａおよび１２ｂとを接続している。このため、発熱抵抗体１５で発生した熱を、接続配線６１ａおよび６１ｂを介して給電配線１２ａおよび１２ｂへ放熱することができる。したがって、素子基板１００ｂの面積を大きくすることなく、熱応答特性（放熱性）を向上させることが可能になる。
なお、本実施形態において接続配線６１ａおよび６１ｂは、給電配線１２ａおよび１２ｂと接続されていたが、図４で示した第３の実施形態と同様に、給電配線１２ａおよび１２ｂの下層に設けられた信号配線４２と接続されてもよい。

なお、以上説明した各実施形態において、素子基板１００～１００ｄの各部を形成する材料の熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］は、各部が薄膜で形成されるため、バルクの熱伝導率とは異なる。例えば、各部を形成する材料の熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］は、例えば、シリコンが１５０、酸化珪素が１、ＴａＳｉＮが５０、ＷＳｉＮが５０、タングステンが５０、アルミニウムが２００、Ｔａが５０、Ｉｒが５０などである。
また、以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

１０ 基材
１１ 絶縁層
１２ａ、１２ｂ 給電配線
１３ 畜放熱層
１４ａ、１４ｂ 接続配線
１５ 発熱抵抗体
１６ 保護層
２３ａ、２３ｂ 放熱作用領域（外延領域）
３１ 耐キャビテーション層
４０ 補助配線

Claims (18)

1. 基材と、絶縁性を有し、前記基材に積層された蓄放熱層と、前記蓄放熱層に積層された発熱抵抗体と、前記蓄放熱層に埋設され、かつ、前記発熱抵抗体と接続された少なくとも１対の接続配線と、を有し、前記接続配線を介して前記発熱抵抗体に電力を供給する素子基板において、
   前記発熱抵抗体は、前記１対の接続配線のそれぞれと接続し、かつ、前記１対の接続配線が並んだ方向とは交差する方向に延びる１対の接続領域と、前記１対の接続領域の間の発熱領域と、前記１対の接続領域の前記発熱領域とは反対側の端部から互いに離れる方向に延びる１対の外延領域と、を含み、
   前記１対の外延領域の面積の合計は、前記１対の接続領域の面積の合計の１０倍よりも大きいことを特徴とする素子基板。
2. 前記１対の外延領域の面積の合計は、前記１対の接続領域の面積の合計の２０倍よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の素子基板。
3. 前記１対の外延領域の面積の合計は、前記１対の接続領域の面積の合計の１０００倍よりも小さいことを特徴する、請求項１または２に記載の素子基板。
4. 前記蓄放熱層における前記発熱抵抗体が積層された面は、平坦化されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の素子基板。
5. 前記接続配線は、ビアで形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の素子基板。
6. 前記発熱抵抗体を覆うように設けられた保護層と、前記保護層に積層された耐キャビテーション層とをさらに有し、
   前記１対の外延領域の少なくとも一方は、前記基材と直交する方向から見て前記耐キャビテーション層からはみ出していることを特徴する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の素子基板。
7. 前記保護層の膜厚は、３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の素子基板。
8. 前記外延領域は、前記基材と直交する方向から見て矩形状、ハンマーヘッド形状または櫛歯形状であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の素子基板。
9. 前記発熱抵抗体と前記基材との間に設けられた補助配線をさらに有することを特徴する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の素子基板。
10. 前記基材と前記蓄放熱層との間に設けられた絶縁層をさらに有し、
    前記補助配線は、前記絶縁層に埋設された信号配線を含むことを特徴する請求項９に記載の素子基板。
11. 前記補助配線は、前記信号配線と前記基材とを接続する第１の補助接続配線を含むことを特徴する請求項１０に記載の素子基板。
12. 前記信号配線は、間隔を空けて複数積層されることを特徴する請求項１０または１１に記載の素子基板。
13. 前記補助配線は、複数の前記信号配線を互いに接続することを特徴する請求項１２に記載の素子基板。
14. 前記補助配線は、前記蓄放熱層に埋設された補助給電配線と、前記補助給電配線と前記信号配線とを接続する第３の補助接続配線とをさらに含むことを特徴する請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載の素子基板。
15. 液体が供給される供給口をさらに有し、
    前記補助配線と前記供給口との間は、前記発熱抵抗体と前記供給口との間よりも長い請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の素子基板。
16. 液体が供給される供給口と、前記接続配線と接続された給電配線とをさらに有し、
    前記給電配線と前記供給口との間は、前記発熱抵抗体と前記供給口との間よりも長い請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の素子基板。
17. 前記蓄放熱層に埋設され、前記接続配線を介して前記発熱抵抗体に電力を供給する給電配線と、前記蓄放熱層に埋設され、前記１対の接続領域の少なくとも一方と前記給電配線とを接続する追加接続配線と、をさらに有し、
    前記追加接続配線は、前記接続配線よりも外側に設けられることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の素子基板。
18. 請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の素子基板と、
    前記発熱抵抗体の発熱によって液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、を有する液体吐出ヘッド。

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