JP6708412B2 - 液体吐出ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、耐キャビテーション膜に接続されたテストパッドに電圧を印加することで、耐キャビテーション膜と他の電気配線との間の絶縁が確保されているかどうかの電気検査を行う方法が開示されている。
そこで、本発明の目的は、最終的な形態において耐キャビテーション膜と他の電気配線との間の絶縁性を検査する電気検査が実行可能な液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供することである。
また、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、エネルギー発生素子を覆うように設けられた導電性の耐キャビテーション膜と、エネルギー発生素子と電気的に接続される電気配線と、カソードが耐キャビテーション膜に接続され、アノードがグランドに接続された保護ダイオードと、をそれぞれが有する複数の記録素子基板を用意する工程と、外部から電気的に接続可能な複数の接続パッドを有する接続基板を用意する工程と、複数の接続パッドの1つと複数の記録素子基板の耐キャビテーション膜とを電気的に接続する工程と、1つの接続パッドを通じて、各記録素子基板において耐キャビテーション膜と他の電気配線との間の絶縁性を検査する工程と、を含んでいる。
このような液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法では、液体吐出ヘッドの最終形態においても、その外部から接続基板の接続パッドを通じて、耐キャビテーション膜に電気的に接続することが可能になる。
液体吐出装置10は、シリアルスキャン方式の液体吐出装置であり、液体吐出ヘッド1と、液体吐出ヘッド1を搭載するキャリッジ2とを備えている。液体吐出ヘッド1は、シートSとの対向面に形成され、シートSに向けて図中のz方向に液体を吐出するための複数の吐出口(図示せず)を有している。キャリッジ2は、ガイド軸3,4によって主走査方向(図中のx方向)に往復移動可能に支持されている。液体吐出装置10では、シートSが、液体吐出装置10に設けられた挿入口6から挿入された後、その進行方向を反転させてから、ローラ5によって副走査方向(図中のy方向)に搬送される。そして、キャリッジ2の移動に伴って液体吐出ヘッド1から液体の吐出させる記録動作と、ローラ5によるシートSの搬送動作とを繰り返すことで、シートSに画像が記録される。
本実施形態の液体吐出ヘッド1は、後述するように、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生させるエネルギー発生素子を備え、この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吐出口から液体を吐出するものである。
液体吐出ヘッド1は、筐体11と、記録素子基板ユニット12と、配線部材15と、接続基板20とを備えている。記録素子基板ユニット12、配線部材15、および接続基板20は、筐体11に対して固定されている。筐体11には、液体を収容する液体タンク(図示せず)が搭載され、筐体11の内部には、液体タンクから記録素子基板ユニット12へ液体を供給するための流路が設けられている。
記録素子基板ユニット12は、記録素子基板13と、記録素子基板13を支持する支持部材14とを備えている。図示した例では、3つの記録素子基板13が設けられているが、記録素子基板の個数は3つに限定されるものではない。記録素子基板13は、エネルギー発生素子が設けられた基板と、基板に接合され、複数の吐出口および複数の流路が形成された流路形成部材とを有している。エネルギー発生素子は、吐出口に対向する位置に配置されている。基板には、筐体11の液体タンクから供給される液体を複数の流路に供給する供給路が形成されている。図示した例では、1つの記録素子基板13に対して、4列の吐出口列が形成され、各列でそれぞれ異なる種類の液体が吐出可能になっているが、吐出口列の列数は4列に限定されるものではない。
記録素子基板13は、Siからなる基板131と、基板131の上に形成された、例えばAlからなる発熱抵抗体層132と、発熱抵抗体層132の上に形成された、例えばAlからなる一対の配線層133とを有している。発熱抵抗体層132は、一対の配線層133に挟まれた部分130がエネルギー発生素子として機能し、一対の配線層133に電圧が印加されることで、発熱して熱エネルギーを発生させることができる。この熱エネルギーにより、流路内の液体中に気泡を発生させ、その気泡を利用して吐出口から液体を吐出することができる。
さらに、発熱抵抗体層132および一対の配線層133の上方には、液体吐出時の気泡の成長および消滅の際に発生する機械的衝撃(キャビテーション)からエネルギー発生素子130を保護するために、耐キャビテーション膜135が形成されている。耐キャビテーション膜135は、強度的な観点から、導電性の金属材料で形成されていることが好ましく、特にTaから形成されていることが好ましい。耐キャビテーション膜135は、図3(a)に示すように、例えばTaの単層構造であってもよく、図3(b)に示すように、例えばTa/Ir/Taの3層構造であってもよい。耐キャビテーション膜135と発熱抵抗体層132および一対の配線層133との間には、これらを絶縁するための絶縁膜134が形成されている。
耐キャビテーション膜135は、記録素子基板13の電極部141に電気的に接続され、電極部141は、配線部材15を介して接続基板20の接続パッド201に電気的に接続されている。接続パッド201は、液体吐出ヘッド1の外部から接続可能であり(図2参照)、これにより、液体吐出ヘッド1の外部から耐キャビテーション膜135に電気的に接続することができる。同様に、各配線層133も、配線部材15を介して接続基板20の接続パッド201に電気的に接続されている。したがって、液体吐出ヘッド1の最終形態において、耐キャビテーション膜135に接続された接続パッド201と、配線層133に接続された接続パッド201との間で、導通の有無を検査する電気検査を実行することができる。
また、耐キャビテーション膜135には、テストパッド140も接続されている。テストパッド140は、後述するように、記録素子基板13が単体の状態で耐キャビテーション膜135の絶縁性を検査するために用いられる。
5との電気的接続の信頼性を向上させるとともに、耐キャビテーション膜135と保護ダイオード138のカソードとを接続するために施されている。すなわち、耐キャビテーション膜135と保護ダイオード138とは、後述するように、記録素子基板13が液体吐出ヘッド1に組み立てられる前の単体の状態では接続されておらず、金メッキ加工を施すことで初めて接続されることになる。
上述したように、記録素子基板ユニット12は、記録素子基板13と、記録素子基板13を支持する支持部材14とを有し、配線部材15を介して接続基板20に電気的に接続されている。接続基板20は、複数の接続パッド201を有している。これらは、耐キャビテーション膜135や、発熱抵抗体(ヒータ)用の電源(VH)配線およびグランド(GNDH)配線として用いられる配線層133、データ信号用のデータ(DATA)配線などに電気的に接続されている。したがって、液体吐出ヘッド1が液体吐出装置10に搭載されて駆動される際には、装置本体の接続端子から複数の接続パッド201を通じて、液体吐出ヘッド1を駆動するための駆動信号や液体を吐出するための電気信号が入力されることになる。
なお、耐キャビテーション膜135に接続された接続パッド201は、上述したように、耐キャビテーション膜135の絶縁性の検査のために用いられ、液体吐出ヘッド1の駆動時には用いられない。そのため、この接続パッド201は、液体吐出ヘッド1が液体吐出装置10に搭載される際には、装置本体と電気的に接続される必要はない。ただし、液体吐出装置10において耐キャビテーション膜135の絶縁性を検査する場合には、装置本体と電気的に接続されていてもよい。
耐キャビテーション膜135は、記録素子基板13の電極部141に接続された配線部材15の配線150を介して、接続基板20の接続パッド201に電気的に接続されている。図7(a)に示す配線パターンでは、1つの接続パッド201に対して複数の耐キャビテーション膜135が接続するように、配線部材15の配線150が形成されている。このような配線構成では、静電放電により1つの接続パッド201に静電気が印加されると、その静電気は複数の記録素子基板13に分散され、それぞれの保護ダイオード138を通じてグランドに放電されることになる。すなわち、静電放電が生じた際に、各記録素子基板13に個別に形成された保護ダイオード133を同時に機能させることができ、その結果、静電放電による回路素子破壊に対する耐性を向上させることができる。
なお、耐キャビテーション膜135と接続パッド201との配線パターンは、図7(a)に示すものに限定されるものではない。例えば、図7(b)に示すように、1つの耐キャビテーション膜135が1つの接続パッド201に接続するように、配線部材15の配線150が形成されていてもよい。
まず、基板(ウエハ)131を用意し、その上に、発熱抵抗体層132、配線層133、耐キャビテーション膜135、電極端子137、およびテストパッド140などをそれぞれ形成する。こうして、図9および図10に示すような記録素子基板13を複数形成する(ステップS70)。図9には、記録素子基板13の概略的な回路構成がブロック図として示されており、図10には、これに対応する概略平面図が示されている。図9および図10によれば、例えばAlからなる配線層33は、同様にAlからなる電極端子137に導通するように成膜され、同時に保護ダイオード138に接続されている。その一方、例えばTaからなる耐キャビテーション膜135は、テストパッド140と接続するように成膜されるが、基板131上に最上層として成膜されるため、電極端子137には導通せず、保護ダイオード138にも導通していない。
具体的には、耐キャビテーション膜135に接続されたテストパッド140に電圧を印加し、そのときのリーク電流の測定値に基づいて、耐キャビテーション膜135と他の電気配線(配線層133)との間の絶縁が確保されているかどうかを判定する。すなわち、リーク電流の測定値が一定値以上の場合、絶縁が確保されていないと判定し、一定値未満である場合、絶縁が確保されていると判定する。
リーク電流の有無の検査は、検査効率の点から、他の配線層133に対してまとめて行われることが好ましく、そのため、耐キャビテーション膜135(テストパッド140)には負の電圧が印加される。そのため、耐キャビテーション膜135が保護ダイオード138に接続されていると、保護ダイオード138を通じてグランドにリーク電流が流れてしまい、正常な電気検査を行うことができなくなる。このような理由で、記録素子基板13が単体の状態では、耐キャビテーション膜135と保護ダイオード138とは接続されていない。
具体的には、耐キャビテーション膜135に接続された接続パッド201に電圧を印加し、ステップS72と同様に、そのときのリーク電流の測定値に基づいて、耐キャビテーション膜135と他の電気配線(配線層133)との間の絶縁性の判定を行う。この場合、検査効率を多少犠牲にしても、検査精度を向上させて絶縁性の保証を確実にすることが重要であるため、リーク電流の有無の検査は、他の配線層133に対して個別に行われることが好ましい。そのため、ステップS72とは異なり、耐キャビテーション膜135(接続パッド201)に負の電圧を印加する必要がなく、したがって、耐キャビテーション膜135に保護ダイオード138が接続された状態でも、正常な電気検査を実行することが可能となる。また、本実施形態では、耐キャビテーション膜135に保護ダイオード138が接続されているため、この段階での電気検査において、保護ダイオード138の不良の有無も検査することも可能となる。
13 記録素子基板
20 接続基板
135 耐キャビテーション膜
201 接続パッド
Claims (11)
- 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子を覆うように設けられた導電性の耐キャビテーション膜と、カソードが前記耐キャビテーション膜に接続され、アノードがグランドに接続された保護ダイオードと、をそれぞれが有する複数の記録素子基板と、
外部から電気的に接続可能な複数の接続パッドを有し、前記複数の接続パッドの1つが前記複数の記録素子基板の前記耐キャビテーション膜に電気的に接続された接続基板と、
を有する液体吐出ヘッド。 - 前記保護ダイオードは、メッキ層によって前記耐キャビテーション膜に接続されている、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記耐キャビテーション膜は、Taの単層構造を有する、請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記耐キャビテーション膜は、Ta/Ir/Taの3層構造を有する、請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。
- 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子を覆うように設けられた導電性の耐キャビテーション膜と、前記エネルギー発生素子と電気的に接続される電気配線と、カソードが前記耐キャビテーション膜に接続され、アノードがグランドに接続された保護ダイオードと、をそれぞれが有する複数の記録素子基板を用意する工程と、
外部から電気的に接続可能な複数の接続パッドを有する接続基板を用意する工程と、
前記複数の接続パッドの1つと前記複数の記録素子基板の前記耐キャビテーション膜とを電気的に接続する工程と、
前記1つの接続パッドを通じて、前記各記録素子基板において前記耐キャビテーション膜と前記電気配線との間の絶縁性を検査する工程と、
を含む液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記複数の記録素子基板を用意する工程は、前記各記録素子基板において、前記記録素子基板に設けられ前記耐キャビテーション膜に接続されたテストパッドを通じて、前記耐キャビテーション膜と前記電気配線との間の絶縁性を検査することを含む、請求項5に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記複数の記録素子基板を用意する工程は、前記各記録素子基板において、前記保護ダイオードの前記カソードを前記耐キャビテーション膜に接続する前に、前記耐キャビテーション膜の絶縁性を検査することを含む、請求項6に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記複数の記録素子基板を用意する工程は、前記各記録素子基板において、前記保護ダイオードの前記カソードと前記耐キャビテーション膜とを接続するメッキ層を前記記録素子基板に形成することを含む、請求項7に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記テストパッドを通じた前記耐キャビテーション膜の絶縁性の検査は、前記テストパッドに負の電圧を印加することで、前記電気配線に対してまとめて行われる、請求項6から8のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記複数の記録素子基板を用意する工程は、前記各記録素子基板において、Taの単層構造を有する前記耐キャビテーション膜を前記記録素子基板に形成することを含む、請求項5から9のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記複数の記録素子基板を用意する工程は、前記各記録素子基板において、Ta/Ir/Taの3層構造を有する前記耐キャビテーション膜を前記記録素子基板に形成することを含む、請求項5から10のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
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