JP7397681B2

JP7397681B2 - 液体吐出ヘッド

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Publication number: JP7397681B2
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Inventors: 誠高木
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Description

本発明は、液体吐出ヘッドに関する。

吐出素子で発生したエネルギーを液体に与えることによって、液体を吐出口から吐出させる液体吐出ヘッドが知られている。記録の高速化を実現するために、液体吐出ヘッドには複数の吐出素子が配置される。同時に駆動される吐出素子の数に応じてヘッドに供給される電流が変化し、これによって吐出素子に印加される電圧がばらついた場合、吐出される液体の量がばらつき、形成される画像の画質が低下しうる。特許文献１には電圧低下の影響を低減させうる配線構造が記載されている。

特開２０１７－２１３７０８号公報

吐出素子への電源配線およびグラウンド配線に単一レイヤで構成されるプレート状の電源配線を用いると、吐出素子を制御する制御回路で使用される層に加えて２層の電源層が必要になり、高コスト化の原因となっていた。本発明によれば、液体吐出ヘッドにおいてコストダウンを図るのに有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の液体吐出ヘッドは、各々が、第一方向に配置された複数の吐出素子と、前記複数の吐出素子に接続されて、前記複数の吐出素子をそれぞれ駆動する複数の駆動素子と、前記複数の駆動素子それぞれを制御する複数の制御回路と、前記複数の吐出素子及び前記複数の駆動素子に電力を供給する第一電源配線及び第一グラウンド配線と、前記複数の制御回路に電力を供給する第二電源配線及び第二グラウンド配線と、前記第一方向に沿って配置されて、前記複数の吐出素子に液体を供給する複数の供給口と、を有し、前記第一電源配線及び前記第一グラウンド配線は、積層された複数の導電層のうち第一導電層において、前記第一方向に延伸する第一配線群を有し、前記複数の導電層のうち前記第一導電層と異なる第二導電層において、前記第一方向と交差する第二方向に延伸する第二配線群を有し、前記第二電源配線が、前記第一導電層および前記第二導電層のいずれか一方に配置されていることを特徴とする。

液体吐出ヘッドにおいてコストダウンを図るのに有利な技術を提供すること。

実施形態１に係る液体吐出ヘッドの平面図。本発明に係る液体吐出ヘッドの断面図。本発明に係る液体吐出ヘッドの回路図。実施形態２に係る液体吐出ヘッドの平面図。実施形態３に係る液体吐出ヘッドのグラウンド配線の結線図。実施形態３に係る電源配線の等価回路図。実施形態４に係る液体吐出ヘッドのグラウンド配線の結線図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

（実施形態１）
本発明の実施形態１の液体吐出ヘッド用半導体装置について図１の平面図により説明する。基板１０１上に複数の吐出素子１０２が第一方向に並んで配置され、吐出素子列１０９を構成している。吐出素子列１０９の近傍には、２つの吐出素子１０２に液体を供給する供給口１０３１および１０３２が配置され、吐出素子列に沿って供給口列を構成している。同様に吐出素子列近傍には、吐出素子１０２と１対１に対応する駆動素子（不図示）と駆動素子の駆動／非駆動をコントロールする制御回路（不図示）が形成されている。本実施形態では、このような吐出素子列が第一方向と直交する第二方向に向かって複数列配列されている。

吐出素子は二つの電気端子を有し、一端には電源から電力が供給されて、他端は駆動素子を介してグラウンドに接続されている。吐出素子１０２のグラウンド側は駆動素子を介して第一グラウンド配線１０４に接続している。第一グラウンド配線１０４は第一方向に延伸する配線１０４１ａ～ｃを有する第一配線群１０４１と、第二方向に延伸する配線１０４２ａ～ｃを有する第二配線群１０４２とを含む。第一配線群１０４１の配線１０４１ａ～ｃと第二配線群１０４２の配線１０４２ａ～ｃとは異なる導電層に配されており、ビア１０４３で接続されている。同様に、吐出素子１０２の電源側は電力を供給する第一電源配線１０５に接続されている。第一電源配線１０５は、第一方向に延伸する配線１０５１ａ～ｃを有する第一配線群１０５１と、第二方向に延伸する配線１０５２ａ～ｃを有する第二配線群１０５２とを含む。第一配線群１０５１の配線１０５１ａ～ｃと第二配線群１０５２の配線１０５２ａ～ｃとは異なる導電層に配されており、ビア１０５３で接続されている。

制御回路には電源を供給するための第二電源配線１０６とグラウンド側の第二グラウンド配線１０７とが接続されている。第二電源配線１０６は第一方向に延伸する配線１０６１ａ～ｃを有する第一配線群１０６１と、第二方向に延伸する配線１０６２ａ～ｂを有する第二配線群１０６２とを含む。第一配線群１０６１の配線１０６１ａ～ｃと第二配線群１０６２の配線１０６２ａ～ｂとはビア１０６３で接続されている。また、第二グラウンド配線１０７は第一方向に延伸する配線１０７１ａ～ｃを有する第一配線群１０７１と第二方向に延伸する配線１０７２ａ～ｂを有する第二配線群１０７２とを含む。第一配線群１０７１の配線１０７１ａ～ｃと第二配線群１０７２の配線１０７２ａ～ｂとはビア１０７３で接続されている。

本実施形態の液体吐出ヘッドは３層に積層された導電層を配線層として備える。配線層は半導体基板上に絶縁層を挟んで形成されている。吐出素子に流れる電流をオン、オフする駆動素子や駆動素子を制御する制御回路などの半導体回路は基板１０１に形成されている。半導体回路が形成されている側を下層、吐出素子が形成されている側を上層とする。このとき下層から導電層を順番に、第一導電層Ｍ１、第二導電層Ｍ２、第三導電層Ｍ３と呼ぶ。第一グラウンド配線１０４および第一電源配線１０５の第一配線群は第三導電層Ｍ３に、第二配線群は第二導電層Ｍ２にそれぞれ配置されている。また、第二電源配線１０６および第二グラウンド配線１０７については、第一配線群は第一導電層Ｍ１に、第二配線群は第二導電層Ｍ２にそれぞれ配置されている。

以上のように、本実施形態では、第一グラウンド配線１０４及び第一電源配線１０５の第二配線群（１０４２、１０５２）と第二電源配線１０６及び第二グラウンド配線１０７の第二配線群（１０６２、１０７２）をいずれも第二導電層Ｍ２に配置している。

図２（ａ）は、本実施形態の液体吐出ヘッド用半導体装置のＡ－Ａ´断面図である。以下では本実施形態の導電層の構成について説明する。基板１０１上には絶縁層Ｉ１～Ｉ４と導電層Ｍ１～Ｍ３が、Ｉ１、Ｍ１、Ｉ２、Ｍ２、Ｉ３、Ｍ３、Ｉ４の順に形成されている。導電層Ｍ１～Ｍ３は、必要に応じてパターニングされ、配線として用いられている。導電層の厚さは、第一導電層Ｍ１および第二導電層Ｍ２に対して、第三導電層Ｍ３が厚い。例えば本実施形態では、第三導電層Ｍ３の厚みは第一導電層Ｍ１および第二導電層Ｍ２の各厚みの２倍とすることができる。

第一導電層Ｍ１には、第二電源配線の第一配線群１０６１ａ～ｃ及び１０７１ａ～１０７１ｃが配置されている。第二導電層Ｍ２には、第二電源配線の第二配線群１０６２ａ～ｂ及び第二グラウンド配線の第二配線群１０７２ａ～ｂ、第一電源配線の第二配線群１０５２ａ～ｃ及び第一グラウンド配線の第二配線群１０４２ａ～ｃがそれぞれ配置されている。また、上層の第三導電層Ｍ３には、第一グラウンド配線と第一電源配線の第一配線群１０４１ａ～ｃ及び１０５１ａ～ｃが配置されている。以下では配線群内の特定の配線を特に区別する必要がない場合は、ａ～ｃの添え字を省略することがある。例えば、Ｍ３層の第一グラウンド配線１０４１ａ～ｃについて、第一グラウンド配線１０４１と表記することがある。

第二導電層Ｍ２および第三導電層Ｍ３に配置された第一グラウンド配線の第一配線群１０４１および第二配線群１０４２のそれぞれは絶縁層Ｉ３に形成されたビア１０４３で接続されている。また、導電層Ｍ１および導電層Ｍ２に配置された第二電源配線の第一配線群１０６１と第二配線群１０６２は絶縁層Ｉ２に形成されたビア１０６３で接続されている。

図２（ｂ）は、本実施形態の液体吐出ヘッドのＢ－Ｂ´断面図である。断面図では基板１０１の導電層は複数の供給口１０３１によって分断されており、第一方向に並べて配置された供給口１０３１の間には梁が複数配置された梁領域１０８がある。梁領域１０８は複数の導電層Ｍ１～Ｍ３を有する。第二導電層Ｍ２には、第二方向に延伸する複数の電源・グラウンド配線の第二配線群（第一電源配線１０５２、第一グラウンド配線１０４２、第二電源配線１０６２、第二グラウンド配線１０７２）が供給口を挟んだ梁部に隣り合うように配置されている。一方、梁領域１０８の第三導電層Ｍ３は、すべて吐出素子グラウンド配線の第一配線群１０４１Ｃの一部になっている。

図２（ｃ）は本実施形態の吐出素子１０２と駆動素子との間の配線の一例（Ｃ－Ｃ´断面）を説明する図である。基板１０１に吐出素子１０２に流れる電流をオンまたはオフするための駆動素子としてＮＭＯＳトランジスタ１１１が形成されている。ＮＭＯＳトランジスタ１１１のドレインは第一導電層Ｍ１、第二導電層Ｍ２の配線やビアを介して吐出素子１０２の一方の端子と接続されている。吐出素子１０２の他方の端子はビアを介して第三導電層Ｍ３の第一電源配線１０５１と接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ１１１のソースは第一導電層Ｍ１、第二導電層Ｍ２の配線やビアを介して第三導電層Ｍ３の第一グラウンド配線１０４１に接続されている。本実施形態では第三導電層Ｍ３の配線に吐出素子１０２を駆動したときの電流が流れるようにしている。この例で分かるように吐出素子１０２に対応して駆動素子であるＮＭＯＮトランジスタ１１１が基板１０１に形成されている。また駆動素子を制御する制御回路（不図示）も駆動素子に対応して基板１０１に形成されている。

図３は、本発明の液体吐出ヘッドに用いられる吐出素子１０２と吐出素子を駆動する回路の１セグメントを示している。吐出素子１０２は例えばヒータであり、２つの電気端子を有する。一方の端子は、駆動素子であるＮＭＯＳ１１１のドレイン端子に接続される。もう一方の端子は、吐出素子に電源を供給する電源端子１１３に接続される。電源端子１１３は、第一電源配線１０５に接続されて電流の供給を受けることができる。ＮＭＯＳ１１１のソース端子は、グラウンド端子１１４に接続される。グラウンド端子１１４は、第一グラウンド配線１０４に接続される。ＮＭＯＳ１１１のゲート端子は、ＮＭＯＳ１１１を制御する信号を出力する制御回路１１２に接続される。また、制御回路１１２は、制御回路用の電源端子およびグラウンド端子である電源端子１１５およびグラウンド端子１１６に接続される。制御回路１１２は、制御信号Ｓｉｇに応じて駆動回路１１１のオン、オフ（駆動／非駆動状態）を制御する。なお、本実施形態ではＮＭＯＳ１１１は吐出素子１０２のグラウンド側に接続されて吐出素子１０２に流れる電流をスイッチングしている。しかし、ＮＭＯＳ１１１を吐出素子１０２の電源側に接続してソース端子を吐出素子１０２に接続し、ＮＭＯＳ１１１をソースフォロワとして用いてもよい。

吐出素子１０２が第１方向に並んだ吐出素子列１０９に沿って複数のセグメントが配置されている。各セグメントの電源端子１１３は第一配線群の第一電源配線１０５１に、グラウンド端子１１４は第一配線群の第一グラウンド配線１０４１に、複数のセグメントについて共通に接続されている。また、制御回路１１２の電源端子１１５が第二電源配線１０６に、グラウンド端子１１６が第二グラウンド配線１０７に、複数セグメントについて共通に接続されている。ここで制御回路の電源系と吐出素子及び駆動素子の電源系とで電源配線の系統を分けている。これは、制御回路は主に論理回路などの低電圧で動作する回路であり、吐出素子１０２とその駆動素子（ＮＭＯＳ１１１）とは高電圧により動作させることが多いためである。つまり吐出素子に電力を供給する電源の電位の方が制御回路に電力を供給する電源の電位よりも高電位である。また吐出素子１０２には過渡的に大きな電流が流れることも制御回路系の電源と配線を分けている理由である。

本実施形態では、第一電源配線１０５および第一グラウンド配線１０４を、その延伸方向によって二つの配線層に振り分ける構成とし、そのうち一方の配線を、制御回路の配線と同じ層に配置する構成にした。これにより、第一電源配線と第一グラウンド配線にそれぞれ専用に割り当てられていた電源のための導電層を２層から１層に低減して、低コスト化を図ることができる。なお、第一グランド配線１０４と第一電源配線１０５の第一配線群及び第二配線群の中での位置が入れ替わってもよい。

また、記録装置において同一色の吐出素子が第一方向に密に並んで吐出素子列を構成し、第二方向に異なる色の吐出を担う吐出素子列が並ぶ構成にする場合、第一方向の吐出素子列内については同時に吐出を行う必要がある。一方で、第二方向の吐出素子列間では制御により同時駆動する列の数を制御することが可能である。そこで第一方向に並んで配置された吐出素子への電流供給について、第一方向の電源配線の抵抗値のばらつき低減に対する強いニーズがある。本実施形態では、吐出素子用の第一電源配線と第一グラウンド配線を第一方向の配線層に配置し、別の層に第二電源配線と第二グラウンド配線を配置する。この構成により第一方向の配線幅を確保できるので、吐出素子へ供給する電流のばらつきを低減することができる。第二方向の配線層では制御回路の配線が同一配線層に隣接して配置されることで配線密度が疎になるが、大きな電流が流れる吐出素子１０２を駆動したときの電圧降下が考慮された配線構造としている。

また、本実施形態では、第三導電層Ｍ３について、第一導電層Ｍ１および第二導電層Ｍ２より膜厚を大きくし、シート抵抗を低くすることにより低抵抗化を図ることにより、第一方向の吐出素子列への配線による抵抗値のばらつきを低減してもよい。シート抵抗を低下させるには膜厚を大きくすることに限定されず、第三導電層Ｍ３において低抵抗な電源配線を形成できるようにすればよい。例えば、第一導電層Ｍ１および第二導電層Ｍ２をアルミ配線で構成し、第三導電層Ｍ３を銅配線で構成して低抵抗化を図ってもよい。

また、本実施形態では、吐出素子の第一配線群を第二配線群より上層の第三導電層Ｍ３に配置した。また、基板１０１に形成された制御回路へ接続するためのビアにより第二配線群と基板上の第一導電層Ｍ１の配線とを協働させている。これにより第一電源配線の第二配線群１０５２および第一グラウンド配線の第二配線群１０４２の実質的な配線幅が、制御回路へのビアにより狭くなることをさらに防止でき、導電層の配線効率を高めることが可能になる。また吐出素子１０２へ電流を供給する第一配線群については抵抗値のばらつきを低減させ得る。

本実施形態では、第二電源配線の第二配線群１０６２および第二グラウンド配線の第二配線群１０７２を、第一電源配線の第二配線群１０５２および第一グラウンド配線の第二配線群１０４２と同じ導電層に配置する構成としている。しかしながら、実施形態はこれに限らない。例えば、制御回路の制御信号Ｓｉｇも第二導電層Ｍ２に配置して、第二導電層Ｍ２を経由して第二方向へ駆動信号を送ることができるようにして制御回路へ駆動信号を送るようにしてもよい。

（実施形態２）
図４は、本実施形態の液体吐出ヘッドの平面図である。本実施形態の液体吐出ヘッドは、基板２０１として平行四辺形チップを使い、第一方向に延伸して配置された液体吐出素子列が平行四辺形の基板２０１上に配置されている。第一方向と第二方向が直交していない点が実施形態１と異なる。

本実施形態では、平行四辺形の基板２０１は、第一方向に延伸する第一辺２０２および第二辺２０３と、第一方向と交差する第二方向に延伸する第三辺２０４および第四辺２０５を備える。また、基板上の第一電源配線１０５と第一グラウンド配線１０４を基板外に接続するための電極パッドである、第一電源端子２０７ａ～ｃおよび第一グラウンド端子２０６ａ～ｃが第一辺２０２に沿って配置されている。本実施形態においても、第一電源配線１０５及び第一グラウンド配線１０４は、第一方向に延伸する第一配線群１０４１と、第二方向に延伸する第二配線群１０４２とが異なる導電層に配置される。これをビアで接続して格子状の電源配線のパターンを構成することは実施形態１と同様である。

また、第一方向で隣り合う吐出素子列は第一方向に位置がずれて配置されており、第三辺２０４および第四辺２０５に沿うように配置されている。吐出素子及び制御回路のための第二配線群は、第一方向と直交する方向に延伸する部分と吐出素子列間で第三辺及び第四辺に沿うように延伸する部分とを有する。第二配線群は全体として第二方向に向かって延伸するよう構成される。

以下、本実施形態について第一グラウンド配線１０４を例に説明する。第一グラウンド端子２０６ａより第三辺２０４寄りのセグメントでは、それ以外のセグメントに対して、直近の第一グラウンド端子２０６ａ以外の第一グラウンド接続端子２０６ｂ、ｃからの位置は遠い。このため、第一グラウンド端子２０６ａより第三辺２０４寄りのセグメントでは、第一グラウンド端子２０６ａに対する配線抵抗より第一グラウンド端子２０６ｂや２０６ｃへの配線抵抗が大きくなる傾向がある。

第一グラウンド配線１０４は、基板の形状に沿った形状を有する平行四辺形の格子状の配線である。第二辺２０３と第三辺２０４がなす角度及び第一辺２０２と第四辺２０５とがなす角度は鋭角である。第一辺２０２と第三辺２０４とがなす角度及び第二辺２０３と第四辺２０５がなす角度は鈍角である。したがって、第一グラウンド端子２０６a～ｃが配置されている第一辺２０２と反対側にある第二辺２０３の両端の角部の角度は、それぞれ鋭角及び鈍角となっている。また、第二辺２０３と第三辺２０４との交点近傍の領域と、第二辺２０３と第四辺２０５との交点の近傍の領域では形状が異なる。電源配線は基板２０１の端部で途切れるため電流経路が物理的に制限される。二つの辺のなす角度が小さい（鋭角）ほど電流経路の制限は強くなる。

これらの理由から、基板２０１が平行四辺形チップの場合は、第一グラウンド端子２０６ａ～ｃからの電流経路における抵抗による電圧降下量の場所依存性は角部が直角である場合よりも大きい。このために第二辺と第三辺が鋭角に交差する点近傍の領域２０９で、電圧降下が最も大きくなる傾向がある。しかし、本実施形態では実施形態１と同様に、第一方向の配線抵抗を低減する構成を採ることにより、平行四辺形のチップにおいて電流が流れたときに生じる抵抗による電圧降下量の場所依存性を低減しうる。

また、本実施形態では、第一辺に沿って配置された第一グラウンド端子を、第四辺２０５より第三辺２０４の近くに配置された第一グラウンド端子の数が、第三辺２０４より第四辺２０５の近くに配置された第一グラウンド端子の数より多く配置する。これにより、基板２０１上での第一グラウンド端子２０６ａを領域２０９に接近させられることから、領域２０９での配線抵抗を低減できる。

第一グラウンド配線１０４の配線抵抗の最小値は、第一グラウンド端子２０６付近で得られ、第一グラウンド端子２０６の配置箇所に依存して、抵抗値の最小値を得るセグメントの位置は変わっても、その最小値は変化しない。このことから、本発明を適用すると、格子形状の配線を有する平行四辺形基板において、抵抗値の最大値を低減すると共に、全セグメントでの吐出素子グラウンド配線１０４における電流経路の抵抗値の最大値と最小値の差を小さくすることが可能である。

液体吐出ヘッドでは、同時に多くの吐出素子１０２をオンに駆動すると、配線抵抗での電圧降下が大きくなり得るので吐出特性のばらつきが課題であった。本実施形態の構成によれば、抵抗値の最大値を小さくできることから、同時に多くの吐出素子１０２をオンに駆動してもばらつきが低減される。そのために多くの吐出素子を並べて配置できるので印刷の高速化が達成できる。

また、液体吐出ヘッドでは、配線抵抗の大きい吐出素子と駆動素子とを含むセグメントでも十分な発熱量が得られるように、吐出素子に供給する電力を決定している。このために配線抵抗の最大値と最小値に差があると、配線抵抗の小さいセグメントでは吐出素子１０２において電圧降下量が大きくなり、余分な電力が消費される。これにより配線抵抗の小さいセグメントの寿命は短くなる可能性があった。本実施形態のように配線抵抗の最大値と最小値の差を低減することで、電流を調整して配線抵抗の小さいセグメントの吐出素子で消費される余分な電力を小さくできるため、吐出素子の長寿命化につながる。

なお、ここでは第一グラウンド配線１０４と第一グラウンド端子２０６a～ｃを例に配線抵抗を低減しばらつきを少なくする配置について説明した。しかし、第一電源配線１０５および第一電源端子２０７a～ｃについても、グラウンド電源及びグラウンド端子におけるのと同様に電源端子の位置による効果が成立することはいうまでもない。なお、第一グラウンド端子２０６及び第一電源端子２０７は導電層Ｍ３の端部に配置してもよい。あるいは、導電層Ｍ２の第一辺に沿った端部をすべてグラウンド用の導電部として、第一グラウンド端子２０６を配置し、導電層Ｍ３の第一辺に沿った端部をすべて第一電源端子用の導電部として、第一電源端子２０７を配置してもよい。

（実施形態３）
次に、第二方向にｎ列の吐出素子列が配置されている場合にさらに配線での電圧降下の低減を実現する例について第一グラウンド配線１０４を例に説明する。本実施形態は基板にｎ列並んで配置された吐出素子列の所定の列のセグメントに電源を供給する第一グラウンド配線１０４と第一グラウンド端子２０６との間に引き出し配線を配置することにより、吐出素子への配線での電圧降下のばらつきを抑制する。以下、図５及び６により説明する。図５は本実施形態に係る液体吐出ヘッドの第一グラウンド配線１０４の第一配線群と第二配線群との結線図である。基板２０５には、吐出素子が第一方向に並べて配置されて吐出素子列を構成している。第二方向には吐出素子がｎ列配置されている。吐出素子へのグラウンド配線１０４は他の実施例と同様に、第一配線群は導電層Ｍ３に配置され、第二配線群は第二導電層Ｍ２に配置される。第一配線群は第一方向に延伸するように配置され、第二配線群は第一方向と直交する第二方向に延伸して配置される。

図５では、第一配線群の第一グラウンド配線１０４１と第二配線群の第一グラウンド配線１０４２が基板を平面視したときに格子状にみえるように簡略化されて示されている。ここで第一配線群および第二配線群とのビアによる接続箇所が格子の交点（黒いドット）に対応する。また、基板の端部には辺に沿って第一グラウンド端子２０６ａ～ｃが設けられている。第一グラウンド端子２０６ａ～ｃと第一グラウンド配線１０４との間は引き出し配線３０１により接続されている。引き出し配線３０１は第一グラウンド配線１０４と接続点３０２ａ～ｅで接続されている。

本実施形態では、接続点３０２ａ～ｅは、すべて同一列（ａ列目）の吐出素子列に配置されている。引き出し配線３０１を、第一グラウンド端子２０６ａ～ｃに最も近い吐出素子列に接続していない（すなわち、ａ≠１）。なお、ここで第一グラウンド端子２０６ａ～ｃの配置された辺に一番近い吐出素子列を第一列とし、最も離れた吐出素子列をｎ列として説明をする。引き出し配線３０１はａ列目の吐出素子の第一グラウンド配線１０４の第一配線群と第二配線群との交点のある領域（例えばビアで接続された箇所）から引き出されているものとして説明する。また、引き出し配線３０１は第二方向に配線されている第二配線群の第一グラウンド配線１０４２の一部を利用して布線されている。

以下の説明では、ａ列目より第一グラウンド端子２０６a～ｃに近い吐出素子列に属する第一グラウンド配線１０４が配線された領域を第一格子状配線領域３０３と呼ぶ。また逆側の第一グラウンド端子２０６ａ～ｃより遠い側の吐出素子列に属する第一グラウンド配線が配線された領域を第二格子状配線領域３０４と呼ぶ。第二方向への第一グラウンド配線の一部は引き出し配線３０１として使用されているので、第一格子状配線領域３０３と、第二格子状配線領域３０４では第二方向に延伸する配線の本数が異なっている。第一格子状配線領域３０３では第二配線群の配線の数は引き出し線３０１に使われている分だけ第二格子状配線領域３０４より配線の本数が少ない。

図６に、本実施形態における電源配線の等価回路を示す。引き出し配線３０１の一端が第一グラウンド端子２０６に接続され、もう一端は、ａ列目（ａ≠１）の吐出素子列の接続点３０２に接続されている。第一グラウンド配線１０４の配線系統は接続点３０２を境に第一格子状配線領域３０３と第二格子状配線領域３０４の二つの領域に分割されている。第一格子状配線領域３０３には１～ａ－１列目までのａ－１列の吐出素子列が配置されている。また、第二格子状配線領域３０４にはａ＋１～ｎ列目までのｎ－ａ列の吐出素子列が配置されている。また、各吐出素子列は第二方向への配線抵抗を有する。ここで、ａ－１およびｎ－ａは、いずれもｎより少ない数である。

吐出素子列の第二方向の配線には、第一グラウンド端子２０６の近くに配置された吐出素子ではグラウンド端子２０６から離れて配置された吐出素子で消費される電流も併せて流れている。１つの吐出素子列での電圧降下量は、その吐出素子が含まれる吐出素子列より末端側に配置された吐出素子列の数に依存する。格子状の配線領域における最大電圧降下量は、接続点から末端までのすべての列での電圧降下量の合計に等しい。図６のように、接続点３０２に引き出し線を接続して配線末端までの配線系統を分割すると、第一グラウンド端子２０６から配線のそれぞれの末端までに通過する吐出素子列数を少なくできる。このため引き出し配線３０１により格子状の配線を分割しない場合に対して、第一グラウンド端子２０６からの電圧降下量の最大値を抑制できる。一方で、電圧降下量の最小値となる箇所は、第一方向での接続点の位置によらず接続点３０２となる。第二方向にｎ列の吐出素子列が配置された液体吐出ヘッドで、電源を複数系統に分割するように接続点３０２（すなわち、１＜ａ＜ｎなるａ列目に）を設けることで、１列目に第一グラウンド端子を設けるより吐出素子列間の電圧降下量の差を低減できる。

なお、電圧降下量の最大値を最も低減できるのは、第一格子状配線領域３０３での電圧降下と第二格子状配線領域３０４での電圧降下の量が等しい場合である。以下では、第一格子状配線領域３０３と第二格子状配線領域３０４の電圧降下の量を等しくするための条件について、図６を用いてさらに説明する。図６では、すべての吐出素子列毎に電流Ｉｍａｘを消費すると仮定している。なお、Ｉｍａｘは所定列の吐出素子列内で同時に駆動可能なすべての素子を駆動する際の消費電流量に相当する。それぞれの格子状配線領域の第二配線群の合計配線幅Ｗを、格子状配線領域の第二配線群のｒ本の配線の内ｐ番目の配線について、長さ方向の平均配線幅Ｗｐの合計として、式１のように定義する。

第二方向に延伸する配線を、複数種類の異なる配線幅の配線を用いても構成してもよい。ここで、第一格子状配線領域３０３の合計配線幅をＷ１、第二格子状配線領域３０４の合計配線幅をＷ２とする。さらに、合計配線幅Ｗ１の合計配線幅Ｗ２に対する比率を配線幅比率ｂと定義し、ｂ＝Ｗ１／Ｗ２で表す。本実施形態において、第一格子状配線領域では、引き出し配線３０１が配置されているために第二配線群として用いられる配線数が少なくなる。このため第二配線群の配線の幅に大きな差異がなければ合計配線幅Ｗ１は合計配線幅Ｗ２より小さくなり、配線幅比率ｂ＜１となる。

第二格子状配線領域３０４における第二方向への吐出素子列で隣接する吐出素子の間の配線抵抗の抵抗値をＲとすると、接続点３０２から末端までの電圧降下量Ｖ２は、ｎ－ａ列分の電圧降下量の合計として、式２で表される。

一方、第一格子状配線領域３０３では、配線幅比率がｂであるため、吐出素子列あたりの配線による抵抗値はＲの１／ｂ倍（＞１）となる。第二格子状配線領域３０４と同様の計算により、ａ－１列の吐出素子列を有する第一格子状配線領域３０３における接続点３０２から末端までの電圧降下量Ｖ１は、式３で表される。

第二格子状配線領域３０４での電圧降下量と、第一格子状配線領域３０３での電圧降下量とを等しくする（Ｖ１＝Ｖ２）。この場合、吐出素子列数ｎ、引き出し配線の接続点ａ列目、第一格子状配線領域３０３の配線幅比率ｂとの間に次の関係が成立する。

この関係をａについて解くと次の式４が得られる。

例えば、本実施形態では、吐出素子列数ｎ＝１０列、配線幅比率ｂ＝０．２５とすると最適な接続点はａ＝３．８５となる。この場合、ａに最も近い整数となる４列目で接続するのがよい。上記の関係を満たすことで、第一格子状配線領域３０３と第二格子状配線領域３０４とでそれぞれ発生する電圧降下量の差をほぼ同等にし、格子状配線領域で発生する電圧降下量の差を最も低減できる。

また、第一格子状配線領域３０３と第二格子状配線領域３０４との電源配線の合計配線幅を調整してｂの値が小さくなるよう設計することで、最適な引き出し配線接続点ａの値を小さくできる。すなわち、引き出し配線の長さを低減できる。

ｂの値を小さくする方法として、第二格子状配線領域３０４において、第二方向に延伸する配線の配線幅を大きく設計するか、配線本数を増加させるのが望ましい。あるいは引き出し配線３０１を増やして第一格子状領域での第二配線群の数を減らしてもよい。第二格子状配線領域での第二方向への電圧降下を低減しながら、接続点３０２を１列目側に近づけて引き出し配線の長さを低減しながら格子状配線領域での電圧降下量の差を低減し、第一グラウンド配線１０４での電圧降下量を低減できる。以上は引き出し線３０１を第一グラウンド配線１０４に接続する例によって説明した。しかし、第一電源配線１０５に引き出し配線を接続した場合でも同様な効果を奏することができる。また引き出し配線の本数は本実施形態に限定されない。

一例として、第一グラウンド配線１０４についてはａ列目で引き出し配線と接続し、第一電源配線１０５を本発明の実施形態１のように１列目で引き出し配線３０１と接続する例を説明する。第一電源配線１０５は、ｎ列目に近づくにつれて、合計配線幅Ｗを低減しても吐出素子への電圧降下による影響はそれほど大きくは発生しない。一方で、第一グラウンド配線での電圧降下量の差は、駆動素子であるＮＭＯＳ１１１のソース側がグラウンドから浮くので、駆動素子のオン抵抗に影響する。そこで第一グラウンド配線については引き出し配線を設けて電圧降下量の差を低減することにより吐出素子列毎のオン抵抗のばらつきを抑制することができる。

（実施形態４）
図７は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド用半導体装置の第一グラウンド配線１０４の結線図である。第三実施形態とは、基板３１５の形状が平行四辺形であることと、一部の引き出し配線の接続点３１２ａ、ｂ、ｅが、接続点３１２ｃ、ｄより第一グラウンド端子２０６から離れた吐出素子列の配線に接続されていることが異なる。

平行四辺形状のチップでは、電源経路の制限により、第二辺２０３と第三辺２０４の交点近傍の領域２０９で電圧降下量が最大になる。同様に、第二辺２０３と第四辺２０５の交点近傍の領域でも、電流経路の制限による電圧降下量が大きくなる。そこで、第三辺２０４および第四辺２０５近傍においては一部の引き出し配線の接続点３０２を電源端子から離れた個所とする。引き出し配線の接続点を電圧降下量が大きくなる領域に近づけて配線することで、領域２０９で発生する電圧降下の最大値を低減することが可能である。

異なる列に引き出し線を接続することによる効果は次のように考えることができる。それぞれの接続点３１２が異なるｒ本の引き出し配線を有し、ｐ番目の引き出し配線がそれぞれ配線幅ＷｐでQp列目にて接続されるとする。このとき、引き出し配線の接続点は、配線幅Ｗｐによる加重平均値として下記式５で算出されるｘ列目に引き出し配線が接続されているのと等価であるものとみなす。

式５より算出されるｘ列目を、式４より算出されるａ列目になるように設定する。さらに、外部と接続される電極パッドからの配線抵抗が大きい領域に対する抵抗値を低減するために、辺２０４に近い側と辺２０５に近い側でのQp列を調整することにより、本実施形態での格子状配線領域で発生する電圧降下量の差を低減できる。本実施形態では、平行四辺形チップを対象としたが、実施形態はこれに限らない。例えば、長方形チップにおいても基板端では中央に比べて端部では電流経路の制限による電圧降下量の増大が見込まれるから、グラウンド端子が設けられた辺に隣接する辺に近いほど、引き出し線の接続点を端子から離れた個所とする構成が有効である。ここでは引き出し線配３０１を第一グラウンド配線１０４に接続する例によって説明した。しかし、第一電源配線１０５に引き出し配線３０１を接続しても同様な効果を奏することができる。また引き出し配線３０１の本数は本実施形態に限定されない。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１０１基板、１０２吐出素子、１０３供給口、１０４第一グラウンド配線、１０４１第一グラウンド配線の第一配線群、１０４２第一グラウンド配線の第二配線群、１０４３第一グラウンド配線の接続用ビア、１０５第一電源配線、１０５１第一電源配線の第一配線群、１０５２第一電源配線の第二配線群、１０５３第一電源配線の接続用ビア、１０６第二電源配線、１０６２第二電源配線の第二配線群、１０７第二グラウンド配線、１０７２第二グラウンド配線の第二配線群

Claims

各々が、第一方向に配置された複数の吐出素子と、
前記複数の吐出素子に接続されて、前記複数の吐出素子をそれぞれ駆動する複数の駆動素子と、
前記複数の駆動素子それぞれを制御する複数の制御回路と、
前記複数の吐出素子及び前記複数の駆動素子に電力を供給する第一電源配線及び第一グラウンド配線と、
前記複数の制御回路に電力を供給する第二電源配線及び第二グラウンド配線と、
前記第一方向に沿って配置されて、前記複数の吐出素子に液体を供給する複数の供給口と、を有し、
前記第一電源配線及び前記第一グラウンド配線は、積層された複数の導電層のうち第一導電層において、前記第一方向に延伸する第一配線群を有し、前記複数の導電層のうち前記第一導電層と異なる第二導電層において、前記第一方向と交差する第二方向に延伸する第二配線群を有し、
前記第二電源配線が、前記第一導電層および前記第二導電層のいずれか一方に配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
前記第二電源配線及び前記第二グラウンド配線は、前記第二導電層に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記第一配線群の前記第一電源配線と前記第二配線群の前記第一電源配線とがビアで接続され、前記第一配線群の前記第一グラウンド配線と前記第二配線群の前記第一グラウンド配線とがビアで接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
前記第一電源配線には第一電位が供給され、前記第二電源配線には第二電位が供給され、前記第一電位は前記第二電位よりも高電位であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記第一導電層のシート抵抗は前記第二導電層のシート抵抗よりも低いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記第一導電層の厚さは前記第二導電層の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記第一導電層は前記第二導電層よりも前記複数の吐出素子が配置される側に近い位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記第二方向に、前記複数の吐出素子を有する吐出素子列が並んで配されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記複数の導電層が形成された基板は前記第一方向に沿って延びる第一辺及び第二辺と、前記第二方向に沿って延びる第三辺及び第四辺とを有し、
前記第一辺と前記第三辺とが隣接し、前記第一辺と前記第四辺とが隣接し、
前記第一辺に沿って前記第一電源配線及び前記第一グラウンド配線と接続される複数の電極パッドが設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記第一辺と前記第三辺との成す角が鈍角であり、前記第一辺と前記第四辺との成す角が鋭角であることを特徴とする、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
前記第一辺の中央よりも前記第三辺に近い側には、前記第一辺の中央よりも前記第四辺に近い側より多い数の電極パッドが配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
前記第一電源配線及び前記第一グラウンド配線の少なくともいずれかと前記複数の電極パッドとは複数の引き出し配線により接続されており、
前記複数の引き出し配線は、前記複数の吐出素子を有する吐出素子列が前記第二方向にｎ列配置されているときに、前記複数の電極パッドに最も近い１列目の前記吐出素子列及び前記複数の電極パッドから最も遠いｎ列目の前記吐出素子列を除く前記吐出素子列に電力を供給する前記第一配線群の前記第一電源配線及び前記第一グラウンド配線の少なくともいずれかに接続されていることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記複数の引き出し配線が、前記複数の電極パッドから所定の列だけ離れた前記吐出素子列に電力を供給する前記第一配線群の前記第一電源配線及び前記第一グラウンド配線の少なくともいずれかに接続されて、前記接続された箇所から前記第二方向に延伸して前記電極パッドと接続されており、
前記電極パッドより１から所定の列－１列目の前記吐出素子列が配置された領域を第一領域、所定の列＋１列目からｎ列目の前記吐出素子列が配置された領域を第二領域とし、前記第一領域の第二配線群の配線幅の合計を第一配線幅Ｗ１とし、前記第二領域の第二配線群の配線幅の合計を第二配線幅Ｗ２とし、前記第一配線幅Ｗ１と前記第二配線幅Ｗ２の比をｂとしたときに、

で求まるａに最も近い整数に対応した列を前記所定の列とすることを特徴とする請求項１２に記載の液体吐出ヘッド。
前記複数の引き出し配線は少なくとも二つの異なる吐出素子列に電力を供給する前記第一配線群の前記第一電源配線及び前記第一グラウンド配線の少なくともいずれかに接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の液体吐出ヘッド。
少なくとも前記第三辺および前記第四辺に近い領域においては前記複数の引き出し配線が、前記基板の中央に位置する前記吐出素子列よりも電極パッドから離れた前記吐出素子列の前記第一電源配線及び前記第一グラウンド配線の少なくともいずれかに接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の液体吐出ヘッド。