JP2012121184A - Recording head substrate, recording head and recording apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は記録ヘッド基板、記録ヘッド、および記録ヘッドを具備する記録装置に関するものである。特に、記録素子の数が数千個程度配置されたインクジェット方式で記録を行う記録ヘッド基板、及び記録ヘッドに関するものである。 The present invention relates to a recording head substrate, a recording head, and a recording apparatus including the recording head. In particular, the present invention relates to a recording head substrate that performs recording by an ink jet method in which about several thousand recording elements are arranged, and a recording head.
近年、記録装置は印字品位の高精度化が求められている。例えばインクジェット記録ヘッド（以下記録ヘッドとも称する）は、温度とインクのドロップ径および吐出速度などとの間に密接な関係があり、これらが画像濃度に影響を与え、印字品位を左右するという特徴を有している。そのため基板温度の検出は重要な役割を占めている。 In recent years, recording apparatuses are required to have high accuracy in printing quality. For example, an ink jet recording head (hereinafter also referred to as a recording head) has a close relationship between temperature, ink drop diameter, discharge speed, and the like, which affect image density and affect printing quality. Have. Therefore, the detection of the substrate temperature plays an important role.
インクジェット記録ヘッド基板（以下記録ヘッド基板とも称する）は複数のヒータを駆動する。そのため、基板温度を常に検出することで、インクの温度管理や温度状態に合わせたヒータ通電制御を行う。特許文献１のように温度特性を利用することで、記録ヘッドの吐出状態を検出することも可能である。 An ink jet recording head substrate (hereinafter also referred to as a recording head substrate) drives a plurality of heaters. Therefore, by always detecting the substrate temperature, the heater temperature control and the heater energization control according to the temperature state are performed. It is also possible to detect the ejection state of the recording head by using temperature characteristics as in Patent Document 1.
また基板温度は、インクの吐出制御にフィードバックするだけでなく、記録ヘッド基板が正常動作しているか検出するためにも用いられる。例えば、規定以上の温度に達すると駆動を停止する等、温度を下げる制御に用いられる。また、記録ヘッド基板が印字開始前から温度が高い場合、その状態を検出することも必要である。 The substrate temperature is not only fed back to ink ejection control but also used to detect whether the printhead substrate is operating normally. For example, it is used for control to lower the temperature, such as stopping the driving when the temperature reaches a specified temperature. Further, when the temperature of the recording head substrate is high before the start of printing, it is also necessary to detect the state.
このような記録ヘッド基板に設けられる基板温度検出素子としては、半導体製造技術によってシリコン基板上に形成できるものとして、ダイオード温度センサやアルミニウム温度センサが利用されている。ダイオード温度センサにおいては、半導体ダイオードの順方向電圧の温度特性に基づいて温度を検出し、またアルミニウム温度センサにおいては、温度変化による抵抗値の変化を基に温度を検出している。ここで、ダイオード温度センサとアルミニウム温度センサを比較すると、ダイオード温度センサの特性は製造プロセス上のばらつきなどを考慮しても安定している。それに対しアルミニウム温度センサは製造プロセス上のアルミニウム膜厚や線幅により抵抗値のばらつきが発生し、温度検出精度の観点ではダイオード温度センサのほうが優れている。また、アルミニウム温度センサの場合は抵抗を高くする必要があり、プロセスのばらつきを小さくするために線幅を太くし、アルミニウムの引き回しの距離を長く取り対応している。 As a substrate temperature detecting element provided on such a recording head substrate, a diode temperature sensor or an aluminum temperature sensor is used as one that can be formed on a silicon substrate by a semiconductor manufacturing technique. In the diode temperature sensor, the temperature is detected based on the temperature characteristic of the forward voltage of the semiconductor diode, and in the aluminum temperature sensor, the temperature is detected based on the change in resistance value due to the temperature change. Here, when comparing the diode temperature sensor and the aluminum temperature sensor, the characteristics of the diode temperature sensor are stable even in consideration of variations in the manufacturing process. On the other hand, the aluminum temperature sensor varies in resistance value depending on the aluminum film thickness and line width in the manufacturing process, and the diode temperature sensor is superior from the viewpoint of temperature detection accuracy. Further, in the case of an aluminum temperature sensor, it is necessary to increase the resistance, and in order to reduce process variations, the line width is increased, and the aluminum routing distance is increased.
上記のようにダイオード、トランジスタのような能動素子を用いた温度センサは精度が高く、記録ヘッド基板において広く用いられている。特許文献２のように、アルミニウム温度センサとダイオード温度センサを用いた構成の事例も知られているが、双方とも端子保護の目的で半導体回路による保護素子が取り付けられているのが一般的である。 As described above, temperature sensors using active elements such as diodes and transistors have high accuracy and are widely used in printhead substrates. Examples of configurations using an aluminum temperature sensor and a diode temperature sensor as in Patent Document 2 are also known, but both are generally provided with a protective element by a semiconductor circuit for the purpose of terminal protection. .
印字品位の高精度化のために基板温度の検出は重要であると同時に、印字速度の高速化に伴い記録ヘッドの長尺化が求められてきている。記録ヘッドが長尺化すると、従来のように個々の基板複数ヵ所の温度測定ができるだけでなく、複数配置された基板が常に正常動作しているか検出できることが重要である。記録ヘッド全体の温度が低い場合でも、その中に複数配置されたうちの一つの記録ヘッド基板温度が上昇することも起こりうる。 The detection of the substrate temperature is important for improving the printing quality, and at the same time, the recording head has been required to be elongated as the printing speed is increased. When the recording head is lengthened, it is important not only to measure the temperature of a plurality of individual substrates as in the prior art, but also to detect whether a plurality of substrates are always operating normally. Even when the temperature of the entire print head is low, the temperature of one of the print heads arranged therein may rise.
例えば、何らかの影響で記録ヘッド基板の半導体特性が正常とならない場合があると、ダイオード温度センサのような能動素子が正しく機能しない。さらに、半導体素子や回路が付加されたアルミニウム温度センサのような受動素子もまた正しく機能しなくなる。その結果ヘッドが正常に動作していないことを事前に検知できない場合がある。サーモスイッチのような別部品を使って温度検知することもできるが、記録ヘッド基板そのものの温度を検知するためには、インク吐出面に部品を配置する必要がある。しかし、インク吐出面に記録ヘッド基板が配置されている構成上、記録媒体と物理的に干渉するため、インク吐出面への部品設置が困難であった。 For example, if the semiconductor characteristics of the printhead substrate do not become normal due to some influence, an active element such as a diode temperature sensor does not function correctly. Furthermore, passive elements such as aluminum temperature sensors with semiconductor elements and circuits added will also not function properly. As a result, it may not be possible to detect in advance that the head is not operating normally. Although the temperature can be detected using another component such as a thermo switch, it is necessary to dispose the component on the ink ejection surface in order to detect the temperature of the recording head substrate itself. However, since the recording head substrate is disposed on the ink ejection surface, it physically interferes with the recording medium, and thus it is difficult to install components on the ink ejection surface.
上記課題を達成する本発明は、記録ヘッド基板において、基板の状態を検出する受動素子を具備し、この受動素子に半導体素子からなる保護素子、もしくは保護回路を持たない構成とする。 According to the present invention for achieving the above object, the recording head substrate includes a passive element for detecting the state of the substrate, and the passive element does not have a protection element or a protection circuit made of a semiconductor element.
また、受動素子の配線は、他の配線や半導体回路素子からの影響を受けにくくするため、これらと交差しない構成とする。 In addition, the wiring of the passive element is configured not to intersect with these wirings in order to be less affected by other wiring and semiconductor circuit elements.
さらに本構成の記録ヘッド基板を複数搭載したマルチチップ記録ヘッド構成において、基板単位で温度検知することができる構成とする。マルチチップ記録ヘッドの場合、温度センサの片側を共通接続とし、もう一方を個別温度検知素子端子として用いることで、端子数を最低限に抑えることができる。 Furthermore, in a multi-chip recording head configuration in which a plurality of recording head substrates of this configuration are mounted, the temperature can be detected in units of substrates. In the case of a multi-chip recording head, the number of terminals can be minimized by using one side of the temperature sensor as a common connection and using the other side as individual temperature detection element terminals.
また本発明の記録装置は、上述した本発明の記録ヘッドを用いて温度検知、および温度制御することができる構成であることを特徴とする。 The recording apparatus of the present invention is characterized in that the temperature can be detected and the temperature can be controlled using the above-described recording head of the present invention.
構成が異なるセンサを複数個配置しているため、思いがけない原因によりセンサの1つが測定不能に陥っても他の構成のセンサにより温度測定が可能である。 Since a plurality of sensors having different configurations are arranged, even if one of the sensors becomes unmeasurable due to an unexpected cause, it is possible to measure the temperature with another sensor.
特にマルチチップ記録ヘッド構成において、各記録ヘッド基板の状態を個別に温度検知することが可能なため、印字開始前など早期に記録ヘッドの動作を確認でき、記録装置の印字処置にフィードバックすることができる。 Especially in a multi-chip recording head configuration, the temperature of each recording head substrate can be individually detected, so that the operation of the recording head can be confirmed at an early stage, such as before the start of printing, and can be fed back to the printing procedure of the recording apparatus it can.
さらに何らかの影響で記録ヘッド基板の半導体特性が正常とならない場合においても、保護素子を持たない受動素子によって温度測定ができる。 Further, even when the semiconductor characteristics of the recording head substrate are not normal due to some influence, the temperature can be measured by a passive element having no protective element.
本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明で実施の一形態、記録ヘッド基板を示す平面図である。 FIG. 1 is a plan view showing a recording head substrate according to an embodiment of the present invention.
記録ヘッド基板1は、シリコン半導体基板などに半導体製造技術を用いて形成されるものであり、図示した物では略矩形状を有し、中央部に、長手方向に伸びる貫通孔としてインク供給口13が形成されている。また、インク供給口13付近には記録素子14、記録素子駆動回路15、配線部16が形成されている。さらに記録ヘッド基板1には、記録装置本体部側から電源と信号とを記録ヘッド基板1に供給するためのパッド部が設けられている。 The recording head substrate 1 is formed on a silicon semiconductor substrate or the like using a semiconductor manufacturing technique. The illustrated object has a substantially rectangular shape and has an ink supply port 13 as a through hole extending in the longitudinal direction in the center. Is formed. A recording element 14, a recording element drive circuit 15, and a wiring portion 16 are formed in the vicinity of the ink supply port 13. Further, the recording head substrate 1 is provided with a pad portion for supplying power and signals to the recording head substrate 1 from the recording apparatus main body side.
パッド部は、複数のパッド11、12を含んでおり、ワイヤーボンディングなど電気的接続手段を用いることにより基板外に配線を引き回し、インクジェットヘッド、インクジェット記録装置（以下記録装置とも称する）と電気的に接続させるための物である。そして、原理の異なる複数の温度検出素子であるアルミニウム温度センサ4とダイオード温度センサ206がそれぞれ設けられており、インクを吐出する際の基板温度を装置本体側から検知できるようにしている。 The pad portion includes a plurality of pads 11 and 12, and is electrically connected to an ink jet head and an ink jet recording apparatus (hereinafter also referred to as a recording apparatus) by using an electrical connection means such as wire bonding to route the wiring outside the substrate. It is a thing for making it connect. In addition, a plurality of temperature detecting elements having different principles, that is, an aluminum temperature sensor 4 and a diode temperature sensor 206 are provided, so that the substrate temperature when ink is ejected can be detected from the apparatus main body side.
アルミニウム温度センサ配線は、他の配線や半導体回路素子、パッド等を避けて配置することで、これらからの影響を受けにくい構成としている。 The aluminum temperature sensor wiring is arranged so as not to be affected by other wirings, semiconductor circuit elements, pads and the like so as not to be affected by them.
図2は、アルミニウム温度センサのパッド付近の模式断面図である。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view near the pad of the aluminum temperature sensor.
シリコン基板1上に熱酸化膜2（SiO2）とBPSG膜3を有しており、その上層にアルミニウム温度センサ4を有し、さらにその上層はSiO膜7とSiN膜8で構成される。アルミニウム温度センサ4の上下には、素子、回路、または配線を配置しない構成とする。またパッド6からも離して配置する構成とすることで、素子、回路、または配線によって起こる電荷の移動、誘導起電力等の影響を最小限に抑えることが可能である。 A thermal oxide film 2 (SiO 2) and a BPSG film 3 are provided on a silicon substrate 1, an aluminum temperature sensor 4 is provided on the upper layer, and an upper layer is composed of an SiO film 7 and an SiN film 8. Elements, circuits, or wirings are not arranged above and below the aluminum temperature sensor 4. Further, by adopting a configuration in which the pads 6 are arranged away from the pads 6, it is possible to minimize the influence of charge transfer, induced electromotive force, and the like caused by elements, circuits, or wirings.
図3は、ダイオード温度センサの断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the diode temperature sensor.
能動素子であるダイオードを温度センサとして利用することで、高い温度検出精度で温度測定ができる。例えばラッチアップ等でダイオード温度センサに異常が発生した場合は、受動素子であるアルミニウム温度センサに切り換え温度測定を実施することで、印字処理を継続することができる。 By using a diode which is an active element as a temperature sensor, temperature measurement can be performed with high temperature detection accuracy. For example, when an abnormality occurs in the diode temperature sensor due to latch-up or the like, the printing process can be continued by switching to an aluminum temperature sensor that is a passive element and performing temperature measurement.
図4は、マルチチップ記録ヘッドにおけるパッドと各チップ間のアルミニウム温度センサ配線である。本実施例では記録ヘッド基板が8個千鳥配置されている例を示す。 FIG. 4 shows aluminum temperature sensor wiring between the pads and each chip in the multichip recording head. In this embodiment, an example is shown in which eight printhead substrates are arranged in a staggered manner.
マルチチップ記録ヘッドを構成する際、アルミニウム温度センサの一方の端子を共通端子として共通接続する。もう一方の検知端子を個別に配線し、共通端子と個別検知端子をモニタする。 When configuring a multichip recording head, one terminal of the aluminum temperature sensor is commonly connected as a common terminal. The other detection terminal is wired separately, and the common terminal and the individual detection terminal are monitored.
例えば記録ヘッドの駆動に先立って行われる電源立上げシーケンスで、この個別検知端子を巡回、もしくは同時に検知することで、制御途中でも動作確認が可能である。本動作制御は、図7に示す記録装置の動作シーケンスによって任意に制御設定が可能である。 For example, it is possible to check the operation even during the control by detecting this individual detection terminal repeatedly or simultaneously in a power-up sequence performed before driving the recording head. This operation control can be arbitrarily set according to the operation sequence of the recording apparatus shown in FIG.
記録ヘッド基板の半導体特性が正常でない場合でも、記録ヘッド基板の回路部分と分離したセンサ構成のため、その現象に左右されることなく記録ヘッド基板の温度検知ができるものである。 Even when the semiconductor characteristics of the recording head substrate are not normal, the temperature of the recording head substrate can be detected regardless of the phenomenon because of the sensor configuration separated from the circuit portion of the recording head substrate.
図5は本発明を適用可能な記録ヘッドの両面フレキシブル基板構成を示す斜視図である。両面フレキシブル基板102は、インク吐出面に記録ヘッド基板101を8個千鳥配置して電気的接続される。手法としては、ワイヤーボンディングやテープのインナーリードをボンディングする方法がある。103は記録ヘッドが記録装置本体と電気的接続を行うコンタクト部である。図5の構成の場合、記録面からコンタクト部までを位置部品で構成できるため、煩雑化しないインクジェット記録ヘッド構成として最適である。 FIG. 5 is a perspective view showing a double-sided flexible substrate configuration of a recording head to which the present invention can be applied. The double-sided flexible substrate 102 is electrically connected by staggering eight recording head substrates 101 on the ink ejection surface. Methods include wire bonding and tape inner lead bonding. Reference numeral 103 denotes a contact portion for electrically connecting the recording head to the recording apparatus main body. In the case of the configuration of FIG. 5, since the recording surface to the contact portion can be configured by position parts, it is optimal as an inkjet recording head configuration that does not become complicated.
図6は図5で示した記録ヘッドの別の構成例である。マルチチップ記録ヘッド構成ということで、図5と同様8個の記録ヘッド基板を千鳥配置している。図5に示したフレキシブル基板102を使用しない本構成は、コンタクト部103を含む電気接続用の第２の基板105と吐出面の記録ヘッド基板8個を電気的接続する配線基板104を結合させて成る。図5の構成に比べて部品点数は増えるが、104の基板を多層化できるため、配線の自由度は高くなる。一方で記録ヘッドとした場合、インク接液性の面で配線基板104の素材を考慮しなければならないため、耐インク性のある高価な基板を用いることになる。 FIG. 6 shows another configuration example of the recording head shown in FIG. Because of the multi-chip recording head configuration, eight recording head substrates are arranged in a staggered manner as in FIG. In this configuration not using the flexible substrate 102 shown in FIG. 5, the second substrate 105 for electrical connection including the contact portion 103 and the wiring substrate 104 for electrically connecting the eight recording head substrates on the ejection surface are combined. Become. Although the number of parts is increased as compared with the configuration of FIG. 5, since 104 substrates can be multilayered, the degree of freedom of wiring is increased. On the other hand, in the case of a recording head, since the material of the wiring substrate 104 must be considered in terms of ink wettability, an expensive substrate having ink resistance is used.
図7は、本発明を適用可能な、記録装置の起動時から印字終了までの温度測定制御を示すフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart showing temperature measurement control from the start of the recording apparatus to the end of printing, to which the present invention can be applied.
記録装置を起動すると装置立上げシーケンスを開始する（ステップS1）。この動作は記録装置を印字待機状態にするのに必要な処理であり、記録装置、および記録ヘッドのメンテナンスも含まれる。次に記録ヘッドの温度を測定し（ステップS2）、この値に基づき判断処理を行う（ステップS3）。すなわち、二種類の原理の異なる温度センサの測定値が略一致すれば、印字処理を開始し（ステップS4）、一致しなければユーザーに正常動作しなかったことを報知し（ステップS11）立下げシーケンスを行う（ステップS10）。 When the recording apparatus is activated, an apparatus startup sequence is started (step S1). This operation is a process necessary for putting the recording apparatus in the print standby state, and includes maintenance of the recording apparatus and the recording head. Next, the temperature of the recording head is measured (step S2), and determination processing is performed based on this value (step S3). In other words, if the measured values of the two types of temperature sensors with different principles are almost the same, the printing process starts (step S4). If they do not match, the user is informed that the operation was not normal (step S11) A sequence is performed (step S10).
印字処理中も適宜温度測定を実施し（ステップS5）、二種類の原理の異なる温度センサの測定値が略一致すれば印字処理を継続する（ステップS7）。もし一致しなければ（ステップS6）直ちにユーザーに正常印字動作しなかったことを報知し（ステップS12）印字処理を終了する（ステップS9）。 Temperature measurement is also appropriately performed during the printing process (step S5), and the printing process is continued if the measured values of the two types of temperature sensors having different principles substantially coincide (step S7). If they do not match (step S6), the user is immediately informed that the normal printing operation has not been performed (step S12), and the printing process is terminated (step S9).
印字処理の終了判別において（ステップS8）、印字処理継続と判断した場合は温度測定（ステップS5）の処理に戻り、以降これを繰り返す。印字処理終了と判断した場合は印字処理を終了し（ステップS9）、立下げシーケンス（ステップS10）の実施後記録装置の駆動を終了する。 If it is determined in the print process end determination (step S8) that the print process is to be continued, the process returns to the temperature measurement process (step S5), and this process is repeated thereafter. If it is determined that the printing process has been completed, the printing process is terminated (step S9), and the drive of the recording apparatus is terminated after the falling sequence (step S10).
以上のように印字処理開始前だけでなく印字処理中にも適宜温度測定することで記録ヘッドの状態を検知可能であり、最適な駆動制御が達成できるものである。 As described above, the state of the recording head can be detected by appropriately measuring the temperature not only before starting the printing process but also during the printing process, and optimal drive control can be achieved.
1 インクジェット記録ヘッド基板
2 熱酸化膜（SiO2）
3 BPSG膜
4 アルミニウム温度センサ
5 アルミニウム温度センサと同一層で作られる導電体層
6、11、12 入出力パッド
7 SiO膜
8 SiN膜
13 インク供給口
14 記録素子
15 記録素子駆動回路
16 配線領域
101 インクジェット記録ヘッド基板
102 両面フレキシブル基板
103 インクジェット記録ヘッドと記録装置本体との電気的コンタクト部
104 インクジェット記録ヘッド基板を電気的に接続する配線基板
105 コンタクト部103を含む電気接続用の第2の基板
201 p型半導体基板
202 p型領域
203 n型領域
204 n+領域
205 p+領域
206 ダイオード
1 Inkjet recording head substrate
2 Thermal oxide film (SiO2)
3 BPSG film
4 Aluminum temperature sensor
5 Conductor layer made of the same layer as the aluminum temperature sensor
6, 11, 12 I / O pads
7 SiO film
8 SiN film
13 Ink supply port
14 Recording element
15 Recording element drive circuit
16 Wiring area
101 Inkjet printhead substrate
102 Double-sided flexible board
103 Electrical contact between ink jet recording head and main body of recording apparatus
104 Wiring board to electrically connect inkjet recording head board
105 Second substrate for electrical connection including contact 103
201 p-type semiconductor substrate
202 p-type region
203 n-type region
204 n + region
205 p + region
206 Diode
Claims (8)
能動素子（半導体素子）と受動素子からなる基板温度を測定する素子を備え、前記受動素子には保護素子がない構成であることを特徴とする記録ヘッド基板。 In a recording head substrate that includes a plurality of recording elements and performs recording by driving the plurality of recording elements,
A recording head substrate comprising an active element (semiconductor element) and an element for measuring a substrate temperature, and the passive element has no protective element.
能動素子（半導体素子）と受動素子からなる基板温度を測定する素子を備え、前記受動素子には保護回路がない構成であることを特徴とする記録ヘッド基板。 In a recording head substrate that includes a plurality of recording elements and performs recording by driving the plurality of recording elements,
A recording head substrate comprising an active element (semiconductor element) and a passive element for measuring a substrate temperature, wherein the passive element has no protection circuit.
前記記録ヘッド基板に能動素子（半導体素子）と受動素子からなる基板温度を測定する素子を備え、前記受動素子には保護素子がない構成であることを特徴とする記録ヘッド。 Provided with a plurality of recording elements, one or a plurality of recording head substrates that perform recording by driving the plurality of recording elements,
A recording head comprising: an element for measuring a substrate temperature comprising an active element (semiconductor element) and a passive element on the recording head substrate; and the passive element has no protective element.
前記記録ヘッド基板に能動素子（半導体素子）と受動素子からなる基板温度を測定する素子を備え、前記受動素子には保護回路がない構成であることを特徴とする記録ヘッド。 Provided with a plurality of recording elements, one or a plurality of recording head substrates that perform recording by driving the plurality of recording elements,
A recording head comprising: an element for measuring a substrate temperature comprising an active element (semiconductor element) and a passive element on the recording head substrate; and the passive element has no protection circuit.
前記記録ヘッド基板内に作りこまれている能動素子（半導体素子）と受動素子からなる基板温度を測定する素子の温度を巡回、もしくは同時に検知することで、前記記録ヘッドの駆動制御を行うことを特徴とする記録装置。 In a recording head provided with a plurality of recording elements, one or a plurality of recording head substrates that perform recording by driving the plurality of recording elements,
The drive control of the print head is performed by cyclically or simultaneously detecting the temperature of the element that measures the substrate temperature composed of an active element (semiconductor element) and a passive element built in the print head substrate. A recording apparatus.
7. The drive control of the recording head is performed by referring to the temperature measurement value of the passive element when the substrate temperature measurement value of the active element and the passive element of the recording head substrate are greatly different. The recording apparatus according to claim 7.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014217976A (en) * | 2013-05-02 | 2014-11-20 | キヤノン株式会社 | Recording head and recording apparatus |
-
2010
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Cited By (2)
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