(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が流れることで発生する熱によって溶断可能なヒューズ素子を有する基板と、前記ヒューズ素子の上に設けられ、前記ヒューズ素子の材料よりも融点が低い材料からなる第１の層と、前記第１の層の上に設けられ、インクを吐出するための吐出口に連通する流路を形成するための樹脂層と、を有するインクジェット記録ヘッドを用意する工程と、
前記ヒューズ素子に電流を流すことにより前記ヒューズ素子の一部の溶融を開始させる第一の工程と、
前記ヒューズ素子が発生する熱により前記ヒューズ素子の近傍の前記第１の層をガス化させ、前記第１の層に前記樹脂層に到達する空洞を形成するとともに、前記ヒューズ素子の一部を溶断する第二の工程と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記第一の工程は前記ヒューズ素子に電流を流し始めてから、前記ヒューズ素子を流れる電流の値が最大となるまでの工程であり、
前記第二の工程は、前記ヒューズ素子を流れる電流の値が最大となってから、電流が流れなくなるまでの工程であって、前記第一の工程より長い時間前記ヒューズ素子に電流を流す
ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記第二の工程は、溶融を開始した前記ヒューズ素子に３０ｍＡ以下の電流を２μ秒以上流すことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記第一の工程の前記ヒューズ素子を流れる電流の値の最大値は、８０ｍＡ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記ヒューズ素子の一部の溶融物は、前記樹脂層に達するように飛び散ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記用意する工程において用意されたインクジェット記録ヘッドは、前記第１の層と前記樹脂層との間に、前記第１の層より融点が高い材料からなる第２の層を有しており、
前記第二の工程では、前記第２の層もガス化して空洞を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法を用いて製造されたインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
電流を流すことにより溶解させて溶断可能なヒューズ素子を有する基板と、
前記ヒューズ素子の上に設けられ、前記ヒューズ素子の材料よりも融点が低い材料からなり、加熱することによりガス化して空洞を形成する第１の層と、
前記第１の層の上に設けられ、インクを吐出するための吐出口と連通する流路が形成された樹脂層と、
外部電源に接続されることにより、抵抗素子を介して前記ヒューズ素子に電圧を印加して前記ヒューズ素子に電流を流すことが可能な回路と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
前記抵抗素子は、４０Ω以上１２０Ω以下の抵抗を有することを特徴とする請求項８に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１０】
前記ヒューズ素子の抵抗値は、２００Ω以上４１０Ω以下であり、前記ヒューズ素子を除いた前記回路の抵抗値は、１７０Ω以上３３０Ω以下であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１１】
前記インクジェット記録ヘッドは、前記第１の層と前記樹脂層との間に、前記第１の層より融点の高い材料からなり、加熱することによりガス化して空洞を形成する第２の層を有していることを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１２】
前記ヒューズ素子は、ポリシリコンを主成分とし、前記第１の層は、リンを含むシリコンの酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１３】
前記ヒューズ素子を複数有しており、前記複数のヒューズ素子の少なくとも１つは溶断され、その他は溶断されていないことを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１４】
請求項１３に記載のインクジェット記録ヘッドを搭載可能なインクジェット記録装置であって、前記複数のヒューズ素子に電流を流すことで、前記複数のヒューズ素子の溶断の有無を判断することを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流を流すことによって溶断可能なヒューズ素子を備えるインクジェット記録ヘッドの製造方法、インクジェット記録ヘッド、および、そのインクジェット記録ヘッドを用いるインクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザプリンタやインクジェットプリンタなどの各種方式の記録装置が実用に供されている。インクジェットプリンタ（インクジェット記録装置）は、インクジェット記録ヘッドから記録媒体にインク滴を吐出して画像を形成するものである。インク滴を吐出する手法としては、電気熱変換方式（バブルジェット（登録商標）方式）と呼称される電気熱変換素子（ヒータ素子）を用いた方式がある。この電気熱変換方式のインクジェット記録ヘッドは、ノズル、インク供給路、およびインク溜から構成されるインク保持部に、インク液を保持する。そして、ノズル内に備わるヒータ素子を発熱させてインクを発泡させ、そのときの発泡エネルギーを利用してノズルからインク滴を吐出する。
【０００３】
一般的なシリアルスキャンタイプのインクジェットプリンタにおいて、インクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドは、キャリア機構によって主走査方向に移動自在に支持されている。そして、そのインクジェット記録ヘッドと対向する位置において、記録媒体としての記録用紙が用紙搬送機構によって副走査方向に順次搬送される。インクを吐出するインクジェット記録ヘッドと、記録用紙の表面と、の主走査方向および副走査方向における相対移動を伴って、インクジェット記録ヘッドが記録データに応じてインク滴を吐出する。これにより、記録用紙の表面にインク滴が付着して、ドットマトリクスの画像が形成される。
【０００４】
インクジェット記録ヘッドは、例えば、ヘッド基体とノズル部材とを組み合わせた構成となっており、そのヘッド基体に備わるベース基板の表面には、各種の層膜によってインク吐出機構などが形成される。そのインク吐出機構は、電気熱変換方式の場合にはヒータ素子が用いられ、また電気機械変換方式の場合にはピエゾ素子が用いられる。一般に、このようなベース基板の表面には、インク吐出機構を駆動するドライバ回路、および、このドライバ回路に記録データを供給するデータ入力部までもが各種の層膜によって形成されている。
【０００５】
さらに近年においては、インクジェット記録ヘッドに、それ自身のＩＤ(Identity)コードやインク吐出機構の駆動特性などのデータを読出自在に保持させるため、ヘッド基体にＲＯＭ(Read Only Memory)を搭載することが提案されている。例えば、インクジェット記録ヘッドにＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable ROM)を搭載することが特許文献１に記載されている。しかし、その特許文献１に開示されているインクジェット記録ヘッドは、ＥＥＰＲＯＭをヘッド基体とは別個に搭載しているため、構造が複雑で生産性も良好ではなく、小型軽量化が阻害されている。特に、記録データが大容量の場合には既存のＲＯＭチップが有用であるものの、記録データが大容量でない場合には、ＲＯＭチップはコスト的に不利なことがある。
【０００６】
一方、特許文献２および３には、インクジェット記録ヘッドのヘッド基体におけるベース基板に、インク吐出機構などの層膜と共に、ヒューズ素子からなるＲＯＭを形成する構成が開示されている。このような構成の場合には、ヘッド基体を製造するためにベース基板にインク吐出機構などの層膜を形成するとき、ＲＯＭとなるヒューズ素子を同時に形成することができる。そして、このヒューズ素子を選択的に溶断することにより、その溶断の有無に応じた二値データを保持することができる。このようなヘッド基体を利用したインクジェット記録ヘッドは、ヘッド基体とは別個にＲＯＭチップを用意する必要がなく、各種データを読出自在に保持できる構造を簡略化して、生産性を向上させることができ、その小型軽量化も実現することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開平３−１２６５６０号公報
【特許文献２】ＵＳＰ５５０４５０７号
【特許文献３】ＵＳＰ５３６３１３４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２および３に記載されているヘッド基体は、インクジェットプリンタの各種データをヒューズ素子により読出自在に保持することができ、このヒューズ素子をベース基板に各種層膜とともに形成することができる。例えば、図１０のようにベース基板１０１の表面には、ヒューズ素子のヒューズ素子４１０、層間絶縁膜１０４、ヒューズ電極１０５、保護膜（絶縁膜）１０６等が所定の形状を成すように適宜積層される。そして、その保護膜（絶縁膜）１０６の表面に有機樹脂を用いたノズル材１０７が形成される。
【０００９】
このようなヒューズ素子４１０の溶断方法として、例えばレーザー光を用いる方法は、そのヒューズ素子４１０を溶断、蒸発させて、それを電気的にオープンの状態とする最も効果的な方法である。しかし、そのヒューズ素子４１０が溶断したときの溶出物が基板上に付着したり、また溶断工程においてコストが掛かるため、大量生産には適さない。一方、電気的に大電流を流してヒューズ素子４１０を溶断させる方法は、コストが掛からず、しかも溶出物の基板上への付着も少ないため、大量生産に適している。
【００１０】
ところで、インクジェット記録ヘッドの基板上にはインクが存在するため、例えば、ヒューズ素子が溶断後の部分にインクが侵入した場合には、その部分や電極が腐食して信頼性が損なわれるおそれがある。そのため、インクジェット基板上に同時に作りこまれるヒューズ素子は、溶断が確実、かつインクの侵入が起こらない構造でなければならない。
【００１１】
電流を流してヒューズ素子を溶断させる方法は、その溶断に十分なエネルギーを掛けたとしても、そのヒューズ素子４１０が図１０のように積層構造の下部に位置するため、その溶断時に溶けたヒューズ材料は十分に飛び散り難しい。ヒューズ素子の溶断によって、それが一旦オープンの状態になったとしても、狭い空間内に溶けたヒューズ材料が存在した場合には、再度導通してしまうおそれがある。
【００１２】
本発明の目的は、ヒューズ素子を確実に溶断させ、その溶断の有無に対応するデータを高い信頼性をもって記憶させることができるインクジェット記録ヘッドの製造方法、インクジェット記録ヘッド、および、そのインクジェット記録ヘッドを用いるインクジェット記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、電流が流れることで発生する熱によって溶断可能なヒューズ素子を有する基板と、前記ヒューズ素子の上に設けられ、前記ヒューズ素子の材料よりも融点が低い材料からなる第１の層と、前記第１の層の上に設けられ、インクを吐出するための吐出口に連通する流路を形成するための樹脂層と、を有するインクジェット記録ヘッドを用意する工程と、前記ヒューズ素子に電流を流すことにより前記ヒューズ素子の一部の溶融を開始させる第一の工程と、前記ヒューズ素子が発生する熱により前記ヒューズ素子の近傍の前記第１の層をガス化させ、前記第１の層に前記樹脂層に到達する空洞を形成するとともに、前記ヒューズ素子の一部を溶断する第二の工程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、上記のインクジェット記録ヘッドの製造方法を用いて製造されたことを特徴とする。
【００１５】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、電流を流すことにより溶解させて溶断可能なヒューズ素子を有する基板と、前記ヒューズ素子の上に設けられ、前記ヒューズ素子の材料よりも融点が低い材料からなり、加熱することによりガス化して空洞を形成する第１の層と、前記第１の層の上に設けられ、インクを吐出するための吐出口と連通する流路が形成された樹脂層と、外部電源に接続されることにより、抵抗素子を介して前記ヒューズ素子に電圧を印加して前記ヒューズ素子に電流を流すことが可能な回路と、を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明のインクジェット記録装置は、上記のインクジェット記録ヘッドを搭載可能なインクジェット記録装置であって、前記複数のヒューズ素子に電流を流すことで、前記複数のヒューズ素子の溶断の有無を判断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、インクジェット記録ヘッドに備わるヒューズ素子に電流を流して溶断するときに、そのヒューズ素子に最大電流が流れた溶断直後にも、所定期間継続して電流を流す。その所定期間は、ヒューズ素子に流れる電流が立ち上がってから、最大電流に達するための時間よりも長くする。これより、ヒューズ素子の発熱期間を長くして、それを充分に発熱させることができる。したがって、その発熱を利用してヒューズ素子の周囲に充分な空間を形成して、その空間内にヒューズ素子の形成材料を充分に飛び散らせることができる。この結果、ヒューズ素子を確実に溶断させ、その溶断の有無に応じてデータを高い信頼性をもって記憶させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００２０】
まず、本発明を適用可能なインクジェット記録装置の構成例について説明する。本例のインクジェット記録装置は、図８のように構成されるシリアルスキャンタイプの記録装置であり、その制御系は図９のように構成されている。
【００２１】
本例のインクジェット記録装置３００は、図８に示すように、インクジェット記録ヘッド４００を用いて画像を記録するものである。その記録ヘッド４００には、後述するようなベース基板４０１（図１参照）が組み込まれて構成されており、そのベース基板４０１の表面に、ヒータ素子４３０や配線が形成され、さらにヒューズ素子４１０が作り込まれている。またベース基板４０１には、ヘッド基体と外部端子とを電気的に接続するための電極パッド４２０なども形成されている。
【００２２】
記録ヘッド４００は、ヘッド移動機構３０２のキャリッジ３０３に着脱自在に搭載される。このキャリッジ３０３は、ガイドシャフト３０４等により矢印Ｘの主走査方向に移動自在に支持され、さらにヘッド移動機構３０２によって主走査方向に往復移動される。記録ヘッド４００は、キャリッジ３０３と共に主走査方向に移動される。このように支持された記録ヘッド４００と対向する位置には、記録媒体である記録用紙Ｐを保持して搬送するプラテンローラ３０５が配置されている。このプラテンローラ３０５等により、記録用紙Ｐを矢印Ｙの副走査方向に順次搬送するための用紙搬送機構３０６が構成されている。
【００２３】
ヘッド移動機構３０２と用紙搬送機構３０６は、図９のように、移動制御回路３１１に接続されており、この移動制御回路３１１は、マイクロコンピュータ形態の制御部３１２に接続されている。この制御部３１２がヘッド移動機構３０２と用紙搬送機構３０６とを統合制御することにより、記録ヘッド４００と記録用紙Ｐとが相対移動される。制御部３１２には、データ入力手段であるデータ入力回路３１３、データ読出手段であるデータ読出回路３１４、通信Ｉ／Ｆ３１５、等も接続されている。この通信Ｉ／Ｆ３１５には、通信ケーブル２２０を介してホストコンピュータ形態などのホスト装置２１０が接続される。
【００２４】
データ入力回路３１３は、キャリッジ３０３の接続コネクタを介して記録ヘッド４００の記録ロジック回路（図示せず）に接続されており、その記録ロジック回路に記録データを供給する。
【００２５】
またデータ読出回路３１５は、キャリッジ３０３の接続コネクタを介して記録ヘッド４００のヒューズロジック回路（図示せず）に接続されており、そのヒューズロジック回路から、後述するヒューズ素子４１０の記憶データを読み出す。
【００２６】
マイクロコンピュータ形態の制御部３１２は、上述のような各種回路３１１，３１３，３１４も統合制御する。例えば、制御部３１２は、ホスト装置２１０から通信Ｉ／Ｆ３１５に入力される記録データをデータ入力回路３１３に供給し、またデータ読出回路３１４が記録ヘッド４００から読み出した記憶データを通信Ｉ／Ｆ３１５からホスト装置２１０に出力する。
【００２７】
本例の記録装置３００は、インク供給手段であるインクタンク（図示せず）もキャリッジ３０１上に着脱自在に搭載しており、このインクタンクは、キャリッジ３０３のソケット部材（図示せず）を介して記録ヘッド４００のインク保持部に配管される。インクタンクにはインクが充填されており、このインクが記録ヘッド４００に供給される。
【００２８】
図９において２００は、中央制御装置であるホスト装置（ホストコンピュータ）２１０と、記録装置３００と、によって構成される画像処理システム２００である。記録装置３００とホスト装置２１０は、通信ケーブル２２０によって接続されている。画像処理システム２００は、例えば、ホスト装置２１０から供給される記録データに基づいて、記録装置３００を記録動作させる。その際、制御部３１２の統合制御により、ヘッド移動機構３０２が記録ヘッド４００を主走査方向に移動させると共に、用紙搬送機構３０６が記録用紙Ｐを副走査方向に搬送させる。そして、これらの動作に同期して、データ入力回路３１３が記録ヘッド４００に記録データを入力する。
【００２９】
記録ヘッド４００は、インクタンクから常時供給されるインクを保持しており、記録データに基づいて、記録ヘッド４００の記録ロジック回路が後述する多数のヒータ素子４３０を選択的に発熱駆動する。この多数のヒータ素子４３０の選択的な発熱により、インクが発泡して、対応する吐出口からインク滴が吐出される。このインク滴が記録用紙Ｐの表面に付着することによって、ドットマトリクスの画像が形成される。
【００３０】
本例の記録ヘッド４００には、図１に示すようなベース基板４０１が組み込まれている。そのベース基板４０１上には、ヒータ素子４３０、ヒューズ素子４１０、電極パッド４２０、および配線が形成されている。ヒータ素子４３０は、インクの吐出エネルギーとしての熱エネルギーを発生するものであり、インクを加熱して発泡させることにより、不図示の吐出口からインク滴を吐出させる。電極パッド４２０は、ベース基板４０１に形成された配線を外部端子と電気的に接続させるための電極を構成し、ヒータ素子４３０の駆動信号などが供給される。ヒューズ素子４１０は、電流によって溶断可能な複数のヒューズ素子が後述するように形成されており、それぞれのヒューズ素子を選択的に溶断することによって、種々のデータを記憶させることができる。４４０は、ベース基板４０１の中心部に形成されたインク供給口であり、その周辺にヒータ素子４３０が配置されている。
【００３１】
このように構成されたベース基板４０１の上層に、インクを吐出させるための流路を有機樹脂層によって形成し、またベース基板４０１の下部に、不図示のインクタンクからインク供給口４４０にインクを供給するためのインク供給部を連結する。これによって、インクジェット記録ヘッドを完成させる。
【００３２】
記録ヘッド４００がヒューズ素子４１０を備えているため、画像処理システム２００（図９参照）は、例えば、記録ヘッド４００の製造を完了して出荷する以前の時点などにおいて、ヒューズ素子４１０に種々のデータを記憶させることができる。そのデータは、例えば、記録ヘッドのＩＤコードやヒータ素子４３０の動作特性などに関するデータである。このようなデータが記録されてから出荷された記録ヘッド４００は、キャリッジ３０３に装着されて使用に供される。その際、記録装置３００は、記録ヘッド４００のヒューズ素子４１０の記憶データをデータ読出回路３１４によって読み出すことができる。
【００３３】
したがって記録装置３００は、例えば、記録ヘッド４００のヒューズ素子４１０から読み出したヒータ素子４３０の動作特性に関するデータに対応して、ヒータ素子４３０に供給する駆動電力を調整することができる。あるいは記録装置３００は、記録ヘッド４００のＩＤコードをホスト装置２１０に通知したりすることができる。
【００３４】
このように、ヒューズ素子４１０に対して、記録ヘッド４００のＩＤコード、またはヒータ素子４３０の動作特性に関するデータなどを記憶させることができる。そのヒータ素子４３０の動作特性に関するデータは、例えば、ヒータ素子４３０の抵抗値等、記録ヘッド４００を最適な条件で駆動させるための電気的特性値などである。これらの記憶データは、記録ヘッド４００の出荷時にヒューズ素子４１０に記憶される。そして、記録ヘッド４００が記録装置３００に装着されて使用される際に、記録装置３００がヒューズ素子４１０に記憶されているデータを読み取ることによって、最適な条件で記録ヘッド４００を駆動させることができる。
【００３５】
次に、記録ヘッド４００におけるヒューズ素子４１０の形成方法について説明する。
【００３６】
ヒューズ素子４１０の形成の前に、予め、駆動素子、ロジック回路等の半導体素子が半導体製造工程を用いて作り込まれた基板を用意する。あるいは、半導体素子を形成する時に用いられるゲート部のポリシリコンを使用して、ヒューズ素子を以下のように作りこんでもよい。
【００３７】
図２は、図１におけるヒューズ素子４１０の拡大平面図であり、そのヒューズ素子４１０の上側の層に、インクを吐出するためのインクの流路が有機樹脂層によって形成される。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図２において、ポリシリコンによって形成されるヒューズ素子４１０は、その中心部が細くなっている。例えば、その中心部は、長さ約１０μｍ×幅約１．５μｍ程度に細長く形成されていて、溶断しやすくなっている。ヒューズ素子４１０の端部は、Ａｌ電極１０５に接続される。１０８は、ヒューズ素子４１０とＡｌ電極１０５とを接続するためのスルーホール部である。
【００３８】
図３において、ヒューズ素子４１０はポリシリコンの約４０００Åの膜からなり、それは、ベース基板４０１の表面の熱酸化膜４０２上に積層さる。このヒューズ素子４１０の上層には、層間絶縁膜として、リンを含んだＳｉＯ膜４０４がプラズマＣＶＤ法によって約８０００Åの厚さに形成されている。このリンを含んだＳｉＯ膜４０４は、ポリシリコンのヒューズ素子４１０よりも融点が低く、そのヒューズの溶断時の熱によって容易にガス化して空洞を形成する。ＳｉＯ膜４０４の厚さは、その上層にクラックが生じて大きく破壊することがないように、０．５〜１μｍの範囲に設定することが望ましい。
【００３９】
次に、ヒューズ素子４１０の溶断時にＳｉＯ膜４０４に形成される空洞を制御するために、プラズマＣＶＤ法によって、リンを含まないＳｉＯ膜４０６を６０００Åの厚さに形成する。この膜４０６は、リンを含んだＳｉＯ膜４０４よりも融点が高く、熱により容易に溶解しないために、ＳｉＯ層４０４の空洞の膨張を押さえて、それを所定の大きさに制御する。ただし、この膜４０６は、溶解のスピードは遅いものの、熱によって一部が溶けて穴を形成する。そして、その穴から噴出物を放出させることにより、空洞の膨張を完全に押さえ込んだ場合の内部圧力によるクラックの発生を防止することができる。そのため、このリンをドーピングしないＳｉＯ膜４０６の厚さは、空洞の膨張を押さえ、かつ部分的に穴が生じるように、０．３〜０．８μｍの範囲に設定することが望ましい。
【００４０】
次に、このようなヒューズ素子４１０の配置部分を形成した後、ヒータ素子４３０（図１参照）の材料としてのＴａＳｉＮをスパッタリング法によって約５００Åの厚さに形成し、それに連続して、配線層としてＡＬ層を約５０００Åの厚さに形成する。それらをフォトリソグラフィ法によって所定の形状にパターニングし、ＢＣｌ３ガスを用いたドライエッチングによって、ＡＬ層とＴａＳｉＮ層を同時に所定の形状とする。さらに、ヒータ素子４３０の配置部分をフォトリソグラフィ法によって所定の形状にパターニングし、リン酸を主成分とするウエットエッチングによって、ヒータ素子４３０の配置部分を形成する。
【００４１】
さらに、その上層に、プラズマＣＶＤ法によって、保護膜としてのＳｉＮ膜を約３０００Åの厚さに形成し、さらにスパッタリング法によって、耐キャビテーション膜としてのＴａ膜を約２０００Åの厚さに形成する。そして、フォトリソグラフィ法によって、それらのＴａ膜およびＳｉＮ膜をドライエッチングして、所定の形状とする。その際、ヒューズ素子４３０上のＴａ膜およびＳｉＮ膜は除去する。
【００４２】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて、インクを吐出するためのインク流路を有機樹脂層４０７によって３次元的に形成する。以上のようにして、記録ヘッド４００の基板が完成する。
【００４３】
図５は、ヒューズ素子４１０に接続される駆動回路の説明図である。
【００４４】
ヒューズ素子４１０には、その溶融および情報の読み出しを行うための駆動素子５０１が接続されている。本例の場合、複数のヒューズ素子４１０には駆動素子５０１が個別に接続され、それらの駆動素子５０１は選択回路５０２によって選択的に駆動される。その選択回路５０２は、信号線、時分割選択信号（ＢＬＥ）を発生するデコーダ（ＤＥＣＯＤＥＲ）、その他の信号を含む信号のラッチ回路（ＬＴ）、シフトレジスタ（Ｓ／Ｒ）、記録ヘッド基板の外部からの信号の入力パッド（不図示）などを含む。この選択回路５０２は、複数のヒータ素子４３０を選択的に駆動するための回路と同様に構成されている。
【００４５】
ヒューズ素子４１０の溶断に際しては、記録装置側のスイッチ５０３をオンにして、電源５０４の溶断電圧（例えば、ヒータ素子４３０の駆動電圧の２４Ｖなど）を配線５０６からＩＤパッド４２１（図は１つだか、レイアウト等により複数もつ）に印加する。そして、駆動素子５０１を選択的に駆動することによって、それに対応するヒューズ素子４１０を溶断する。一方、ヒューズ素子４１０の溶断の有無に応じて記憶された情報を読み出すときには、複数のヒューズ素子４１０に対して共通に接続されるヒューズ読み出し用の電源パッド（不図示）に、読出し電圧（例えば、ロジック回路の電源電圧の３．３Ｖなど）を印加する。そして、駆動素子５０１を選択的に駆動することによって、それに対応するヒューズ素子４１０の記憶情報、つまり溶断の有無に対応する信号を読み出す。
【００４６】
このように溶断電圧と読み出し電圧との間に明らかな電圧差を設定することにより、読み出し時間を制限することなく、しかもヒューズ素子４１０にダメージを与えることなく、記憶情報を読み出すことができる。その記憶情報の読み出しにおいて、溶断されているヒューズ素子４１０に対応する駆動素子５０１が駆動されたときには、ＩＤパッド４２１の出力信号がハイレベル（Ｈ）となる。また、溶断されていないヒューズ素子４１０が駆動されたときには、ＩＤパッド４２１の出力信号がローレベル（Ｌ）となる。すなわち、ヒューズ読み出し用の電源パッド（不図示）との間に接続された不図示の読み出し抵抗（ヒューズ素子４１０の抵抗値より明らかに大きな抵抗）によって、ＩＤパッド４２１の出力信号がローレベル（Ｌ）となる。
【００４７】
本実施形態においては、ヒューズ素子４１０の溶断電圧をインクジェット記録基板のＩＤパッド４２１に印加する記録装置の回路５０６中に、抵抗素子５００を備える。例えば、この抵抗素子５００は４０〜１２０Ω程度である。中央のテーパ−部を含むヒューズ素子４１０の抵抗は２００〜４１０Ω、ヒューズ素子４１０を除きかつ抵抗素子５００を含む回路の抵抗は、１７０〜３３０Ω程度である。本例の場合、ヒューズ素子４１０の溶断には、ヒータ素子４３０の駆動電圧である２４Ｖを用いる。
【００４８】
回路５０６中に抵抗素子５００を備えない場合、溶断後のヒューズ素子４１０は図６（ｂ）のような形状となることがある。このような形状は、ヒューズ素子４１０が溶断したときに、その周囲の膜が溶けず、ヒューズ素子４１０の形成材料であるポリシリコンが充分に飛び散ることができない場合に生じる。このようにヒューズ素子４１０が溶断した場合には、それが一旦電気的にオープンの状態になったとしても、その後、狭い空間内に溶けたポリシリコンが存在するため、再度導通してしまうおそれがある。
【００４９】
一方、本実施形態のように回路５０６中に抵抗素子５００を備えた場合には、溶断後のヒューズ素子４１０は図６（ａ）のような形状に安定する。このような形状は、ヒューズ素子４１０が溶断したときに、その周囲の膜が溶けて充分に大きな空間Ｓができ、その空間Ｓ内に、ヒューズ素子４１０の形成材料であるポリシリコンが充分に飛び散ることができた場合に生じる。このようにヒューズ素子４１０が溶断した場合、ポリシリコンは、充分に大きな空間Ｓ内に飛び散って希薄となるため、電気的にオープンの状態を継続的に保つことができる。
【００５０】
図７（ｂ）は、図６（ｂ）のようにヒューズ素子４１０が溶断するときの溶断電流の波形であり、溶断電流Ｉがピークに達した後は、その溶断電流Ｉは直ぐに流れなくなる。そのため、溶断電流Ｉが立ち上がってからピークに達するまでの時間Ｔ１に対して、溶断電流Ｉがピークに達してから流れなくなるまでの時間Ｔ２は短い。
【００５１】
図７（ａ）は、図６（ａ）のようにヒューズ素子４１０が溶断するときの溶断電流の波形である。本例の場合には、溶断電流Ｉが８０ｍＡ以上のピーク（最大電流）に達した後も、３０ｍＡ以下の電流が２μｓ以上の数μｓの間継続的に流れる。したがって、溶断電流Ｉが立ち上がってからピークに達するまでの時間Ｔ１に対して、溶断電流Ｉがピークに達してから流れなくなるまでの時間Ｔ２は長い。この継続的に電流が流れる時間Ｔ２は、溶断電流Ｉの立ち上がりと関係があり、それが緩やかに立ち上がるほど、継続的に電流が流れる時間は長くなる傾向にある。しかし、その溶断電流Ｉの立ち上がりが緩やかになり過ぎた場合には、ヒューズ素子４１０の上部全域に渡る有機樹脂層４０７が溶けて、有機樹脂層４０７によって形成されるインク流路等の信頼性が損なわれるおそれがある。溶断電流Ｉの立ち上がりは、抵抗素子５００によって最適なカーブを描くように設定することができる。なお、溶断電流Ｉが立ち上がってから一時的に下がるのはポリシリコンの特性によるものである。
【００５２】
図７（ａ）のように、溶断電流Ｉの波形の立ち上がりが緩やかであれば、ヒューズ素子４１０の温度上昇が緩やかになり、その広い範囲においてポリシリコンを溶融させることができる。融液状態のポリシリコンが多くなれば、その融液状態においもしばらくは電流が流れる。図７（ａ）の溶断電流Ｉの波形において、ポリシリコンが溶融し始めるときが電流のピーク時であり、そのピーク後に継続する電流は、融液状態のポリシリコンによって流れるものである。この状態においてヒューズ素子４１０の発熱が続き、その熱が伝わることによって、ヒューズ素子４１０上部の保護膜が溶かされる。
【００５３】
まずは、ポリシリコンよりもはるかに融点が低く容易にガス化しやすいリンを含んだプラズマＣＶＤ−ＳｉＯ層４０４が融解、およびガス化して、図４（ａ）のように空洞４０４Ａが形成される。その空洞４０４Ａは膨張し、図４（ｂ）のように、リンを含まないプラズマＣＶＤ−ＳｉＯ層４０６まで膨張して止められる。続いて、熱と圧力によって、リンを含まないプラズマＣＶＤ−ＳｉＯ層４０６の一部が貫通され、図４（ｃ）のように、その貫通部４０６Ａからポリシリコンの溶融物４１０Ａが飛び出す。貫通部４０６Ａから飛び出したポリシリコンの溶融物４１０Ａは、図４（ｄ）のように、有機樹脂層４０７の一部を溶解および炭化させて、その熱エネルギーを失うことにより冷えて固まる。
【００５４】
このように本実施形態においては、溶断電流を流す回路に抵抗素子５００を備えて、溶断電流波形の立ち上がりを緩やかに設定することにより、溶断電流のピーク後も電流を流して、ヒューズ素子４１０の発熱を継続させることができる。この結果、図６（ａ）のようにヒューズ素子４１０を確実に溶断させて、再導通しない溶断状態を実現できる。また、記録ヘッドの基板にクラックを極力発生させることなく、ヒューズ素子４１０の溶断部分からほぼ一定の距離、例えば、有機樹脂層４０７側に約２μｍ入り込む範囲内において、ポリシリコンの溶融物４１０Ａを受容させることができる。したがって、ヒューズ素子４１０の確実な溶断と、ヒューズ素子４１０の形成部分における信頼性を確保することができる。
【００５５】
溶断電流波形は、実際には、電気回路の抵抗や寄生容量などの影響を受けて変化するため、抵抗素子５００の抵抗値は最適に設定する必要がある。また、溶断電流波形は、記録装置側における基板の電気回路の個々によっても変化する可能性がある。図５のように記録装置側に設けた抵抗素子５００は、記録装置側の電源や電気回路基板を含めた系全体を考慮して、最適な抵抗値に設定することができる。
【００５６】
また、本実施形態においては、溶断電流を流す回路を記録装置に備えているため、記録ヘッドの出荷時にヒューズ素子４１０を溶断して種々のデータを記憶させる他、その記録ヘッドを装着した記録装置において、適宜のタイミングでヒューズ素子４１０を溶断して種々のデータを記憶させることができる。
【００５７】
（他の実施形態）
抵抗素子５００は、記録ヘッド４００やベース基板４０１に設けてもよい。要は、記録装置側または記録ヘッド４００側のいずれかにおいて、ヒューズ素子４１０の溶断電流を流す回路部分に抵抗素子５００を備えればよい。また抵抗素子５００は、所定の抵抗値をもつ配線等によって構成してもよい。
【００５８】
図１１は、抵抗素子５００を記録ヘッド４００側に設けた場合の回路構成図である。前述したように、溶断電流波形は、ヒューズ素子４１０や駆動素子５０１の特性に応じて設定する。その際、例えば、記録装置側の回路として既存のものを用いて、その記録装置側の回路に対する記録ヘッド４００側の回路の影響を予め考慮する。これにより、記録ヘッド４００側のベース基板４０１上の電気回路や各種素子に応じて、抵抗素子５００の抵抗値を最適に設定することができる。その抵抗素子５００は、ベース基板４０１などに設けることができる。また、抵抗素子５００は、図１１のように複数のヒューズ素子４１０に対して共通に設ける他、複数のヒューズ素子４１０の個々に対応するように複数設けてもよい。
【００５９】
同一の記録装置に、異なる記録ヘッドを搭載したり、同時に複数の記録ヘッドを搭載する場合には、それぞれの記録ヘッドに適合した抵抗値の抵抗素子５００を用いることが好ましい。その場合、図１１のように、記録ヘッド４００のベース基板４０１などに、その記録ヘッド４００毎に対応する最適な抵抗値の抵抗素子５００を設けておくことができる。また、半導体プロセスを用いてベース基板４０１を製造する際に、そのベース基板４０１に抵抗体５００を同時に作り込むことにより、抵抗体５００を形成するための新たな工程を追加する必要が無い。特に、ヒータ素子４０３を形成するプロセスを用いて抵抗素子５００を形成することにより、コストを新たに掛けることなく、抵抗素子５００を備えた記録ヘッド４００を製造することができる。
【００６０】
図１２は、抵抗素子５００が作り込まれたベース基板４０１の構成例を説明するための断面図であり、図１３（ａ）から（ｈ）は、そのベース基板４０１の製造プロセスを説明するための図である。
【００６１】
まず、図１３（ａ）のように、ベース基板４０１の表面に熱酸化膜４０２を形成してから、図１３（ｂ）のように、ポリシリコンを成膜してパターニングすることにより、ヒューズ素子４１０を形成する。そして、図１３（ｃ）のように、リンを含んだＳｉＯ膜４０４を層間絶縁膜として成膜する。それから、図１３（ｄ）のように、リンを含まないＳｉＯ膜４０６を成膜して、スルーホールを形成する。その後、図１３（ｅ）のように、ヒータ素子４３０を形成するためのヒータ層４０８と、抵抗素子５００を形成するための配線層（Ａｌ）４０９と、を連続成膜し、それらをドライエッチングによりパターンニングする。
【００６２】
その後、図１３（ｆ）のように、ヒータ層４０８と配線層４０９に、ウエットエッチングによってヒータ素子４３０と抵抗素子５００を形成する。その後、図１３（ｇ）のように、保護膜としてのＳｉＮ膜４１１を成膜してから、耐キャビテーション膜としてのＴａ膜４１２を成膜し、Ｔａ膜４１２をパターニングする。その後、図１３（ｈ）のように、ヒューズ素子４１０の上部のＳｉＮ膜４１１を除去してから、前述したように、有機樹脂層４０７（図３参照）によってインク流路を形成する。
【００６３】
また、ヒューズ素子４１０の溶断電流を流す回路は、記録装置とは別のヒューズ溶断装置に備えてもよい。その場合には、そのヒューズ溶断装置に記録ヘッド４００を接続することにより、ヒューズ素子４１０を溶断して種々のデータを記憶させることができる。この場合においても、抵抗素子５００は、ヒューズ溶断装置または記録ヘッドのいずれに備えてもよい。また、溶断電流を流すヒューズ素子４１０を選択するための選択回路５０２は、記録装置側に備えてもよい。また記録装置は、ヒューズ素子４１０の溶断の有無に対応するデータの読み出すための回路を備え、その回路の一部は記録ヘッド側に備えてもよい。
【００６４】
また本発明は、ヒューズ素子の溶断時に最大電流が流れた後も所定期間継続して電流を流すように電流を調整することができればよく、その電流調整手段としては、ヒューズ素子の溶断電流が流れる回路の抵抗値を調整する他、その回路に印加する電圧を調整するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態における記録ヘッドの基板の斜視図である。
【図２】図１におけるヒューズ素子の拡大平面図である。
【図３】図２のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ），および（ｄ）は、それぞれ、図２のヒューズ素子の溶断状態を説明するための断面図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるヒューズ素子の溶断回路の説明図である。
【図６】（ａ）は、図５の溶断回路によるヒューズ素子の溶断状態を説明するための要部の概念図、（ｂ）は、ヒューズ素子の溶断状態の比較例を説明するための要部の概念図である。
【図７】（ａ）は、図５の溶断回路による溶断電流の波形図、（ｂ）は、溶断電流の比較例を説明するための波形図である。
【図８】本発明を適用可能なインクジェット記録装置の要部の斜視図である。
【図９】図８のインクジェット記録装置の制御系のブロック構成図である。
【図１０】従来の記録ヘッドにおけるヒューズ素子部分の基板の断面図である
【図１１】本発明の他の実施形態におけるヒューズ素子の溶断回路の説明図である。
【図１２】本発明の他の実施形態における記録ヘッドの基板の断面図である。
【図１３】（ａ）から（ｈ）は、それぞれ、図１２の基板の製造工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
４０１    ベース基板
４０２    熱酸化膜
４０４    リンを含むＳｉＯ膜
４０６    リンを含まないＳｉＯ膜
４０７    有機樹脂層
４１０    ヒューズ素子
５００    抵抗素子
５０３    スイッチ
【図１】
0004799298.tif 000002
【図２】
0004799298.tif 000003
【図３】
0004799298.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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