JPH08238773A - インクジェット記録ヘッドとその製造方法および駆動回路 - Google Patents
インクジェット記録ヘッドとその製造方法および駆動回路Info
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- JPH08238773A JPH08238773A JP4762595A JP4762595A JPH08238773A JP H08238773 A JPH08238773 A JP H08238773A JP 4762595 A JP4762595 A JP 4762595A JP 4762595 A JP4762595 A JP 4762595A JP H08238773 A JPH08238773 A JP H08238773A
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- Japan
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- recording head
- ink
- diffusion layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 インクジェット記録ヘッドの製造コストを低
減する。 【構成】 同一基板内にインクを加熱するヒーターとト
ランジスタを形成し、電圧供給源→ヒーター→トランジ
スタ→接地の順に結線する。
減する。 【構成】 同一基板内にインクを加熱するヒーターとト
ランジスタを形成し、電圧供給源→ヒーター→トランジ
スタ→接地の順に結線する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はインクジェット記録ヘッ
ドとその製造方法および駆動回路に関するものである。
ドとその製造方法および駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ヒーターを加熱することによっ
て、インク内に発泡を誘起し、そのエネルギーによっ
て、インクを吐出するタイプのインクジェット記録ヘッ
ドの駆動方式に対し、種々のものが提案されてきた。特
に、シリコン基板に駆動回路の一部を取り込み、ヒータ
ーアレイをオン・チップに構成した形式のものはヒータ
ー数に対してボンディングワイヤーの数を大幅に減らす
ことが可能で、種々の方式が提案されている。中でも特
開平２−２８３４５４号公報に示された、ダイオードを
各ヒーターごとに直列に結線し、ブロックごとに駆動す
ることによって、行列に配置されたヒーター中の特定の
ヒーターのみを駆動する方式は特に優れている。図６
（ａ）にその回路概念図を示す。それぞれｎ個のヒータ
ーをブロックとし、ヒーターＲH1…ＲHnに一端がダイオ
ードＤ1 …Ｄn を介して電圧印加のためにパッドＶ1 …
Ｖm に結ばれ、各ヒーターＲH1…ＲH2の他端は接地のた
めのパッドＨ1 …Ｈn に接続されている。上記方式によ
ればヒーター数をＮ個とすると、外部端子、つまりボン
ディングパッド数は理論上、２ Ｎ個まで減らすことが
できる。一例を上げれば、６４ビットのヒーターアレイ
の場合、ボンディングパッド数は１６個で駆動できるこ
とになる。但し、基板アース用のパッドが１つ必要にな
るので、実際には１７個となる。
て、インク内に発泡を誘起し、そのエネルギーによっ
て、インクを吐出するタイプのインクジェット記録ヘッ
ドの駆動方式に対し、種々のものが提案されてきた。特
に、シリコン基板に駆動回路の一部を取り込み、ヒータ
ーアレイをオン・チップに構成した形式のものはヒータ
ー数に対してボンディングワイヤーの数を大幅に減らす
ことが可能で、種々の方式が提案されている。中でも特
開平２−２８３４５４号公報に示された、ダイオードを
各ヒーターごとに直列に結線し、ブロックごとに駆動す
ることによって、行列に配置されたヒーター中の特定の
ヒーターのみを駆動する方式は特に優れている。図６
（ａ）にその回路概念図を示す。それぞれｎ個のヒータ
ーをブロックとし、ヒーターＲH1…ＲHnに一端がダイオ
ードＤ1 …Ｄn を介して電圧印加のためにパッドＶ1 …
Ｖm に結ばれ、各ヒーターＲH1…ＲH2の他端は接地のた
めのパッドＨ1 …Ｈn に接続されている。上記方式によ
ればヒーター数をＮ個とすると、外部端子、つまりボン
ディングパッド数は理論上、２ Ｎ個まで減らすことが
できる。一例を上げれば、６４ビットのヒーターアレイ
の場合、ボンディングパッド数は１６個で駆動できるこ
とになる。但し、基板アース用のパッドが１つ必要にな
るので、実際には１７個となる。
【０００３】このボンディング・ワイヤ結線数の削減
は、配線の信頼性確保の上で、非常に重要な意味を持
ち、上記ダイオード方式は実際のインクジェット記録ヘ
ッドに長期にわたって採用されてきた。
は、配線の信頼性確保の上で、非常に重要な意味を持
ち、上記ダイオード方式は実際のインクジェット記録ヘ
ッドに長期にわたって採用されてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、同一基板内にダイオードアレイを形成するの
で、ダイオードはブロックごとに電気的に絶縁されてい
る必要がある。そのため絶縁領域の設置が不可欠にな
り、二端子素子の割には、異様に複雑な構造を持つこと
になる。まず、ｐ領域とｎ領域をプレーナ技術で形成す
る、最も単純な構造を考えてみる。ヒーターへの供給電
圧ＶH を正電位とすると、基板はアース状態にしなけれ
ばならない制約から、基板の導電型はｐ型になる。する
と、基板とダイオード間でＰＮＰのバイポーラトランジ
スタが構成されてしまい、ほとんどの電流はヒーターに
流れず、基板電流として逃げてしまう。そのため、現
在、製品となっているインクジェット記録ヘッドのダイ
オードは、図６（ｂ）に示すような、コレクタ・ベース
間がショートされたタイプのＮＰＮバイポーラを使用し
てきた。具体的な構造断面図を図６（ｃ）に示す。１０
１はｐ型シリコン基板、１０６はｎ型埋込み層、１０７
はｐ型シリコンエピタキシャル層、１０８は深いｎ型拡
散層、１０９は濃く、浅いｐ型拡散層、１１０はｎ型の
濃く、浅い拡散層である。１１１は絶縁膜、１１２はコ
レクタ・ベース電極、１１３はエミッタ電極、１１４は
アイソレーション用電極である。
来例では、同一基板内にダイオードアレイを形成するの
で、ダイオードはブロックごとに電気的に絶縁されてい
る必要がある。そのため絶縁領域の設置が不可欠にな
り、二端子素子の割には、異様に複雑な構造を持つこと
になる。まず、ｐ領域とｎ領域をプレーナ技術で形成す
る、最も単純な構造を考えてみる。ヒーターへの供給電
圧ＶH を正電位とすると、基板はアース状態にしなけれ
ばならない制約から、基板の導電型はｐ型になる。する
と、基板とダイオード間でＰＮＰのバイポーラトランジ
スタが構成されてしまい、ほとんどの電流はヒーターに
流れず、基板電流として逃げてしまう。そのため、現
在、製品となっているインクジェット記録ヘッドのダイ
オードは、図６（ｂ）に示すような、コレクタ・ベース
間がショートされたタイプのＮＰＮバイポーラを使用し
てきた。具体的な構造断面図を図６（ｃ）に示す。１０
１はｐ型シリコン基板、１０６はｎ型埋込み層、１０７
はｐ型シリコンエピタキシャル層、１０８は深いｎ型拡
散層、１０９は濃く、浅いｐ型拡散層、１１０はｎ型の
濃く、浅い拡散層である。１１１は絶縁膜、１１２はコ
レクタ・ベース電極、１１３はエミッタ電極、１１４は
アイソレーション用電極である。
【０００５】ＮＰＮバイポーラを構成するだけなら、３
重拡散も考えられるが、ベース−コレクタ−基板間に形
成されるＰＮＰ寄生バイポーラトランジスタが作動して
しまい、前述の単純ダイオード同様ヒーターを流れない
基板電流となって、電流が逃げてしまう。以上のような
理由によって、図６（ｃ）に示すような複雑な構造を回
避することができず、高価な製造工程を採用し続けてき
た。
重拡散も考えられるが、ベース−コレクタ−基板間に形
成されるＰＮＰ寄生バイポーラトランジスタが作動して
しまい、前述の単純ダイオード同様ヒーターを流れない
基板電流となって、電流が逃げてしまう。以上のような
理由によって、図６（ｃ）に示すような複雑な構造を回
避することができず、高価な製造工程を採用し続けてき
た。
【０００６】この結果、実質的には二端子素子であるに
もかかわらず、埋込み層を含む拡散層で４層を必要と
し、更に、最も高価な工程であるエピタキシャル層の堆
積工程までをも必要とした製造工程になっている。
もかかわらず、埋込み層を含む拡散層で４層を必要と
し、更に、最も高価な工程であるエピタキシャル層の堆
積工程までをも必要とした製造工程になっている。
【０００７】以上説明したように、従来例では、その構
造上の問題から、不必要な程、高価な製造工程を必要と
している。
造上の問題から、不必要な程、高価な製造工程を必要と
している。
【０００８】本出願の第１の目的は、前述した従来例の
ような、複雑な構造を必要とせず、単純な構造を用いる
ことにより、エピタキシャル層の堆積工程を不要とし、
製作コストを従来例の６０％以下に抑制することであ
る。
ような、複雑な構造を必要とせず、単純な構造を用いる
ことにより、エピタキシャル層の堆積工程を不要とし、
製作コストを従来例の６０％以下に抑制することであ
る。
【０００９】また同時に、構造を単純化することによっ
て一素子当たりの配置ピッチを縮小し、多ビット化した
際のダイオード占有面積の縮少を目的とするものであ
る。
て一素子当たりの配置ピッチを縮小し、多ビット化した
際のダイオード占有面積の縮少を目的とするものであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるインクジェット記録ヘッドは、第１の
導電型のシリコン基体内に該第１の導電型と異なる第２
の導電型の第１拡散層が複数形成され、該複数の第１拡
散層のそれぞれに第１の導電型の第２拡散層が複数形成
され、複数の第２拡散層のそれぞれにインクを加熱して
気泡を生ぜしめよってインクを吐出するための抵抗体が
１個ずつ接続され、該複数の抵抗体の第２拡散層側と異
なる側が第１拡散層毎に互いに接続されていることを特
徴とする。
に、本発明によるインクジェット記録ヘッドは、第１の
導電型のシリコン基体内に該第１の導電型と異なる第２
の導電型の第１拡散層が複数形成され、該複数の第１拡
散層のそれぞれに第１の導電型の第２拡散層が複数形成
され、複数の第２拡散層のそれぞれにインクを加熱して
気泡を生ぜしめよってインクを吐出するための抵抗体が
１個ずつ接続され、該複数の抵抗体の第２拡散層側と異
なる側が第１拡散層毎に互いに接続されていることを特
徴とする。
【００１１】本発明による製造方法は、上記インクジェ
ット記録ヘッドの製造方法において、ｐ型シリコン基体
内に、イオン・インプランテーション法によってリンを
打ち込んで、第１拡散層を形成することを特徴とする。
ット記録ヘッドの製造方法において、ｐ型シリコン基体
内に、イオン・インプランテーション法によってリンを
打ち込んで、第１拡散層を形成することを特徴とする。
【００１２】さらに本発明による製造方法は、上記イン
クジェット記録ヘッドの製造方法において、ｎ型シリコ
ン基体内に、ホウ素を導入して第１拡散層を形成するこ
とを特徴とする。
クジェット記録ヘッドの製造方法において、ｎ型シリコ
ン基体内に、ホウ素を導入して第１拡散層を形成するこ
とを特徴とする。
【００１３】また、本発明によるインクジェット記録ヘ
ッドは、インクを加熱して気泡を生ぜしめ、よってイン
クを吐出するための複数の抵抗体と、該複数の抵抗体の
それぞれへの通電を制御するための複数の機能素子が同
一の基体内に形成されているインクジェット記録ヘッド
において、前記複数の機能素子がバイポーラトランジス
タであり、複数のバイポーラトランジスタのコレクタは
前記基体と同一導電型でかつ互いに接地電位で接続され
ており、複数のバイポーラトランジスタのエミッタのそ
れぞれに前記複数の抵抗体の一つの一端が接続されてお
り、該複数の抵抗体のそれぞれの他端が該抵抗体へ電圧
を印加するための端子に接続されていることを特徴とす
る。
ッドは、インクを加熱して気泡を生ぜしめ、よってイン
クを吐出するための複数の抵抗体と、該複数の抵抗体の
それぞれへの通電を制御するための複数の機能素子が同
一の基体内に形成されているインクジェット記録ヘッド
において、前記複数の機能素子がバイポーラトランジス
タであり、複数のバイポーラトランジスタのコレクタは
前記基体と同一導電型でかつ互いに接地電位で接続され
ており、複数のバイポーラトランジスタのエミッタのそ
れぞれに前記複数の抵抗体の一つの一端が接続されてお
り、該複数の抵抗体のそれぞれの他端が該抵抗体へ電圧
を印加するための端子に接続されていることを特徴とす
る。
【００１４】本発明による駆動回路は、インクジェット
記録ヘッドの駆動回路において、同一基体内に、インク
を加熱して気泡を生ぜしめ、よってインクを吐出させる
ための複数の抵抗体と、複数のバイポーラトランジスタ
が形成されており、該複数のバイポーラトランジスタの
コレクタは前記基体と同一の導電型であり、かつ互いに
接地電位で接続されており、複数のバイポーラトランジ
スタのそれぞれに前記複数の抵抗体の一つの一端が接続
され、該複数の抵抗体のそれぞれの他端が該抵抗体へ電
圧を印加するための端子に接続されており、記録ヘッド
外部の駆動手段から前記抵抗体への供給電圧の印加と前
記複数のバイポーラトランジスタのそれぞれのベースの
電位を制御することによって、特定の抵抗体を加熱する
ことを特徴とする。
記録ヘッドの駆動回路において、同一基体内に、インク
を加熱して気泡を生ぜしめ、よってインクを吐出させる
ための複数の抵抗体と、複数のバイポーラトランジスタ
が形成されており、該複数のバイポーラトランジスタの
コレクタは前記基体と同一の導電型であり、かつ互いに
接地電位で接続されており、複数のバイポーラトランジ
スタのそれぞれに前記複数の抵抗体の一つの一端が接続
され、該複数の抵抗体のそれぞれの他端が該抵抗体へ電
圧を印加するための端子に接続されており、記録ヘッド
外部の駆動手段から前記抵抗体への供給電圧の印加と前
記複数のバイポーラトランジスタのそれぞれのベースの
電位を制御することによって、特定の抵抗体を加熱する
ことを特徴とする。
【００１５】
【作用】本発明においては、従来例と異なり、ヒーター
への電圧供給電源から接地方向に向かって、ダイオード
→ヒーター抵抗の順に結線するのではなく、ヒーター抵
抗→ダイオードの順で直列結線する。そのために、ヒー
ターとｐ型シリコン基板との間に故意にＰＮＰトランジ
スタを構成し、このＰＮＰトランジスタをｐ領域、ｎ領
域の単純ダイオード構成とする。
への電圧供給電源から接地方向に向かって、ダイオード
→ヒーター抵抗の順に結線するのではなく、ヒーター抵
抗→ダイオードの順で直列結線する。そのために、ヒー
ターとｐ型シリコン基板との間に故意にＰＮＰトランジ
スタを構成し、このＰＮＰトランジスタをｐ領域、ｎ領
域の単純ダイオード構成とする。
【００１６】上記構成において基板電流、すなわちＰＮ
Ｐトランジスタのコレクタ電流は当然、大量に発生する
が、この電流は従来例の配置と異なり、ヒータ電流とし
て実効的に作用する。すなわち、ヒーター抵抗とダイオ
ードの位置関係を逆にすることで、基板電流を積極的に
利用することができる。
Ｐトランジスタのコレクタ電流は当然、大量に発生する
が、この電流は従来例の配置と異なり、ヒータ電流とし
て実効的に作用する。すなわち、ヒーター抵抗とダイオ
ードの位置関係を逆にすることで、基板電流を積極的に
利用することができる。
【００１７】
【実施例】図１は本発明の特徴を最もよく表わす図面で
あり、図１（ａ）はヒーター抵抗アレイ及び電圧供給電
源とシリコン基体との間に構成されるバイポーラトラン
ジスタマトリクスの回路概念図であり、トランジスタの
グループ化は図６（ａ）の従来例と同様である。図１
（ｂ）は、バイポーラトランジスタの構造を示す断面図
である。ここで、１０１は第１の導電型のシリコン基体
でバイポーラトランジスタのコレクタに相当する領域、
１０２は１０１と反対の第２の導電型の拡散層で、バイ
ポーラトランジスタのベースに相当する領域、１０３は
シリコン基体１０１と同一の第１導電型の拡散層でエミ
ッタ及びコレクタコンタクト層に相当する領域、１０４
はシリコン基板１０１と反対の第２導電型の拡散層でベ
ースコンタクト層に相当する領域である。
あり、図１（ａ）はヒーター抵抗アレイ及び電圧供給電
源とシリコン基体との間に構成されるバイポーラトラン
ジスタマトリクスの回路概念図であり、トランジスタの
グループ化は図６（ａ）の従来例と同様である。図１
（ｂ）は、バイポーラトランジスタの構造を示す断面図
である。ここで、１０１は第１の導電型のシリコン基体
でバイポーラトランジスタのコレクタに相当する領域、
１０２は１０１と反対の第２の導電型の拡散層で、バイ
ポーラトランジスタのベースに相当する領域、１０３は
シリコン基体１０１と同一の第１導電型の拡散層でエミ
ッタ及びコレクタコンタクト層に相当する領域、１０４
はシリコン基板１０１と反対の第２導電型の拡散層でベ
ースコンタクト層に相当する領域である。
【００１８】以下、図面を用い本発明の一実施例につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００１９】簡単のため２×２の行列で従来例と本発明
の比較を行う。図２（ａ）に従来例の回路図を示した
が、ここでヒーターＲ11を動作させることを考える。ま
ず、パッドＶ1 にヒーターへの供給電圧ＶH を外部駆動
部から印加し、パッドＨ1 を外部駆動部によって接地電
位に落とす。当然ヒーターＲ11にはヒーター電流が流
れ、Ｒ11が配設されている場所のインクに発泡現象が起
こる。ここで、パッドＶ2とパッドＨ2 が外部駆動部に
よりフローティング状態になっている時の電位を考え
る。パッドＶ1 に電圧ＶH が印加されればダイオードＤ
12が順方向なので、当然パッドＨ2 もＶH 近傍の電位ま
で上昇する。またパッドＨ1 が接地電位ならダイオード
Ｄ21の順方向はパッドＶ2 →パッドＨ1 なのでパッドＶ
2 は接地電位になる。よってパッドＨ2 がＶH 電位、パ
ッドＶ2 が接地電位になり、ダイオードＤ22に電圧が印
加されることになる。ところが、この向きはダイオード
Ｄ22に対して逆方向になるので、電流は流れない。結局
パッドＶ1 →Ｄ12→Ｒ12→Ｒ22→Ｄ22→Ｄ21→Ｒ21→パ
ッドＨ1 という電流通路はダイオードＤ22によって遮断
され、実質的に電流が流れるのはパッドＶ1 →Ｄ11→Ｒ
11→パッドＨ1 の通路たけである。この結果パッドＶ1
とパッドＨ1 を選択することによってダイオードＲ11の
みに電流を流すことができる。
の比較を行う。図２（ａ）に従来例の回路図を示した
が、ここでヒーターＲ11を動作させることを考える。ま
ず、パッドＶ1 にヒーターへの供給電圧ＶH を外部駆動
部から印加し、パッドＨ1 を外部駆動部によって接地電
位に落とす。当然ヒーターＲ11にはヒーター電流が流
れ、Ｒ11が配設されている場所のインクに発泡現象が起
こる。ここで、パッドＶ2とパッドＨ2 が外部駆動部に
よりフローティング状態になっている時の電位を考え
る。パッドＶ1 に電圧ＶH が印加されればダイオードＤ
12が順方向なので、当然パッドＨ2 もＶH 近傍の電位ま
で上昇する。またパッドＨ1 が接地電位ならダイオード
Ｄ21の順方向はパッドＶ2 →パッドＨ1 なのでパッドＶ
2 は接地電位になる。よってパッドＨ2 がＶH 電位、パ
ッドＶ2 が接地電位になり、ダイオードＤ22に電圧が印
加されることになる。ところが、この向きはダイオード
Ｄ22に対して逆方向になるので、電流は流れない。結局
パッドＶ1 →Ｄ12→Ｒ12→Ｒ22→Ｄ22→Ｄ21→Ｒ21→パ
ッドＨ1 という電流通路はダイオードＤ22によって遮断
され、実質的に電流が流れるのはパッドＶ1 →Ｄ11→Ｒ
11→パッドＨ1 の通路たけである。この結果パッドＶ1
とパッドＨ1 を選択することによってダイオードＲ11の
みに電流を流すことができる。
【００２０】次に同様にして、本発明の電位状態を考え
てみる。図２（ｂ）に２×２の行列を示す。ここでパッ
ドＶ1 にヒーターへの供給電圧ＶH を印加しパッドＨ1
を接地電位に落とす状態を考える。エミッタフォロア状
態になっているＰＮＰバイポーラトランジスタＴｒ11は
ＯＮ状態になり、ベース電流とコレクタ電流（基板電
流）が流れる。この時エミッタ電流はベース電流とコレ
クタ電流を加算したものである。ヒーターＲ11を流れる
ヒーター電流はトランジスタＴｒ11から見た場合、エミ
ッタ電流になるので、ヒーター電流はベース電流とコレ
クタ電流（基板電流）を加算したものになる。このこと
は、パッドＶ1 に供給された電流は無駄なく、ヒーター
電流として消費されることを意味する。よって従来例の
ように基板電流を抑制する必要は無く、むしろ積極的に
利用した方が、Ｈ側パッドの外部駆動部の負荷を軽くす
ることができる。
てみる。図２（ｂ）に２×２の行列を示す。ここでパッ
ドＶ1 にヒーターへの供給電圧ＶH を印加しパッドＨ1
を接地電位に落とす状態を考える。エミッタフォロア状
態になっているＰＮＰバイポーラトランジスタＴｒ11は
ＯＮ状態になり、ベース電流とコレクタ電流（基板電
流）が流れる。この時エミッタ電流はベース電流とコレ
クタ電流を加算したものである。ヒーターＲ11を流れる
ヒーター電流はトランジスタＴｒ11から見た場合、エミ
ッタ電流になるので、ヒーター電流はベース電流とコレ
クタ電流（基板電流）を加算したものになる。このこと
は、パッドＶ1 に供給された電流は無駄なく、ヒーター
電流として消費されることを意味する。よって従来例の
ように基板電流を抑制する必要は無く、むしろ積極的に
利用した方が、Ｈ側パッドの外部駆動部の負荷を軽くす
ることができる。
【００２１】次に、従来例と同様、パッドＶ21とパッド
Ｈ2 の電位について考える。パッドＶ1 に電圧ＶH が印
加された場合、トランジスタＴｒ21のエミッタ−ベース
は順方向なのでパッドＨ2 はＶH 近傍の電位になる。こ
の時トランジスタＴｒ12のベース・コレクタは逆方向接
合になり、ベース−コレクタ間に形成されるダイオード
の耐圧がＶH 以上ならコレクタ電流（基板電流）は流れ
ないことになる。言い換えればトランジスタＴｒ12のコ
レクタ・エミッタ間の降伏電圧ＶCEO がＶH 以上あれ
ば、パッドＶ1 →Ｒ12→Ｔｒ12基板の通路で流れる電流
は存在しない。
Ｈ2 の電位について考える。パッドＶ1 に電圧ＶH が印
加された場合、トランジスタＴｒ21のエミッタ−ベース
は順方向なのでパッドＨ2 はＶH 近傍の電位になる。こ
の時トランジスタＴｒ12のベース・コレクタは逆方向接
合になり、ベース−コレクタ間に形成されるダイオード
の耐圧がＶH 以上ならコレクタ電流（基板電流）は流れ
ないことになる。言い換えればトランジスタＴｒ12のコ
レクタ・エミッタ間の降伏電圧ＶCEO がＶH 以上あれ
ば、パッドＶ1 →Ｒ12→Ｔｒ12基板の通路で流れる電流
は存在しない。
【００２２】次にパッドＶ2 はトランジスタＴｒ21のエ
ミッタ・ベースが順方向なので、パッドＨ1 と同様接地
電位に安定する。この結果、従来例と全く同じ状態、つ
まり、パッドＨ2 がＶH 近傍の電位、パッドＶ2 が接地
状態になる。ここでトランジスタＴｒ22に注目すると、
上記の状態でベースがＶH 近傍の電位、エミッタとコレ
クタが接地電位になっている。ここで、ＰＮＰバイポー
ラトランジスタの等価回路を考えると、図３のようにな
る。つまり、ベースから見れば、逆方向のダイオードＤ
EB，ＤBCを２つ並列に結線したものである。ここでエミ
ッタ・ベース間ダイオードＤEBとベース・コレクタ間ダ
イオードＤBCの双方の耐圧がＶH 以上あれば電流はどこ
にも流れないことになる。
ミッタ・ベースが順方向なので、パッドＨ1 と同様接地
電位に安定する。この結果、従来例と全く同じ状態、つ
まり、パッドＨ2 がＶH 近傍の電位、パッドＶ2 が接地
状態になる。ここでトランジスタＴｒ22に注目すると、
上記の状態でベースがＶH 近傍の電位、エミッタとコレ
クタが接地電位になっている。ここで、ＰＮＰバイポー
ラトランジスタの等価回路を考えると、図３のようにな
る。つまり、ベースから見れば、逆方向のダイオードＤ
EB，ＤBCを２つ並列に結線したものである。ここでエミ
ッタ・ベース間ダイオードＤEBとベース・コレクタ間ダ
イオードＤBCの双方の耐圧がＶH 以上あれば電流はどこ
にも流れないことになる。
【００２３】つまり、本発明の構造により、従来例と全
く同様の作用が簡単な構造で得られることになる。
く同様の作用が簡単な構造で得られることになる。
【００２４】以下８×１６ビットのインクジェットヘッ
ドの製作工程について簡単に記述する。製作工程は全て
公知の技術を使用しているので、主なプロセスパラメー
タのみを記載しておく。
ドの製作工程について簡単に記述する。製作工程は全て
公知の技術を使用しているので、主なプロセスパラメー
タのみを記載しておく。
【００２５】シリコン基板１０１はｐ型の１０〜２０Ω
・cm、すなわち不純物濃度１×１０15cm-3程度のものを
選んだ。基板の不純物濃度の選択はコレクタ−ベース間
耐圧、ベース−エミッタ間耐圧を考える上で重要であ
る。図１または図４の構造で基板がコレクタになってい
るので、耐圧上は不純物濃度は薄ければ、薄い程よい。
但し極端に低不純物濃度の基板を使用すると、コレクタ
抵抗が上昇しコレクタ電流が流れなくなる。本実施例の
場合、外部駆動部に余裕があり、コレクタ電流がベース
電流と比較して小さい状態でＯＮ動作してもかまわず、
ヒーター電流，ベース電流の条件が許される環境にあっ
たので、比較的低不純物濃度の基板を使用した。
・cm、すなわち不純物濃度１×１０15cm-3程度のものを
選んだ。基板の不純物濃度の選択はコレクタ−ベース間
耐圧、ベース−エミッタ間耐圧を考える上で重要であ
る。図１または図４の構造で基板がコレクタになってい
るので、耐圧上は不純物濃度は薄ければ、薄い程よい。
但し極端に低不純物濃度の基板を使用すると、コレクタ
抵抗が上昇しコレクタ電流が流れなくなる。本実施例の
場合、外部駆動部に余裕があり、コレクタ電流がベース
電流と比較して小さい状態でＯＮ動作してもかまわず、
ヒーター電流，ベース電流の条件が許される環境にあっ
たので、比較的低不純物濃度の基板を使用した。
【００２６】基板選択後、共通ベースの形成を行う。本
実施例では８ビット共通ベースになっている。基板上１
０１の表面に酸化膜１０３を形成し、ベース領域１０２
に相当する部分のみ、酸化膜の一部をエッチング除去す
る。
実施例では８ビット共通ベースになっている。基板上１
０１の表面に酸化膜１０３を形成し、ベース領域１０２
に相当する部分のみ、酸化膜の一部をエッチング除去す
る。
【００２７】不純物はリンで、酸化膜１０３の薄い部分
１０３Ａを通してイオン・インプランテーション法にて
リンを打ち込んだ。ドーズ量は４×１０12ions／cm2 と
した。打ち込み後、１２００℃で５時間のドライブ・イ
ンを行った。この結果ベース領域１０２は表面不純物濃
度約８．４×１０15cm-3拡散深さ７．８μｍの拡散層が
形成された（図４（ａ））。
１０３Ａを通してイオン・インプランテーション法にて
リンを打ち込んだ。ドーズ量は４×１０12ions／cm2 と
した。打ち込み後、１２００℃で５時間のドライブ・イ
ンを行った。この結果ベース領域１０２は表面不純物濃
度約８．４×１０15cm-3拡散深さ７．８μｍの拡散層が
形成された（図４（ａ））。
【００２８】次に、酸化膜のエミッタ及びコレクタコン
タクト層に相当する部分を開口し、エミッタ及びコレク
タコンタクト層１０４をＢＢｒ3 を使用したボロンガラ
スの固相拡散法を用いて形成した。もちろん、イオン・
インプランテーション法で形成してもよい。ドライブ・
インは１１００℃で３時間行い、拡散深さを０．２μｍ
程度にした。前述したように、エミッタ−ベースの耐圧
はヒーターへの供給電圧以上のものが要求され、定格を
３５Ｖとすると、エミッタの曲率は１μｍ以上必要であ
る。本実施例では、上記ドライブ・インによってエミッ
タエッジ部をゆるやかに丸め、耐圧を確保した。
タクト層に相当する部分を開口し、エミッタ及びコレク
タコンタクト層１０４をＢＢｒ3 を使用したボロンガラ
スの固相拡散法を用いて形成した。もちろん、イオン・
インプランテーション法で形成してもよい。ドライブ・
インは１１００℃で３時間行い、拡散深さを０．２μｍ
程度にした。前述したように、エミッタ−ベースの耐圧
はヒーターへの供給電圧以上のものが要求され、定格を
３５Ｖとすると、エミッタの曲率は１μｍ以上必要であ
る。本実施例では、上記ドライブ・インによってエミッ
タエッジ部をゆるやかに丸め、耐圧を確保した。
【００２９】次に、酸化膜１０３Ａを除去して新たな酸
化膜を設け、ベースコンタクト領域に相当する部分を開
口し、ベースコンタクトをとるための拡散層１０４を塩
化ホスホリルＰＯＣｌ3 を使用した熱拡散法によって形
成した。ＰＳＧの固相拡散法を用いて形成してもよく、
もちろん、イオン・インプランテーション法を用いて形
成してもよい。拡散層１０４は浅い拡散層で何ら問題無
く、１０００℃、１０分のドライブ・インを施した。つ
づいて、この酸化膜を除去し、新たな酸化膜１０３Ｂを
形成した（図４（ｂ））。
化膜を設け、ベースコンタクト領域に相当する部分を開
口し、ベースコンタクトをとるための拡散層１０４を塩
化ホスホリルＰＯＣｌ3 を使用した熱拡散法によって形
成した。ＰＳＧの固相拡散法を用いて形成してもよく、
もちろん、イオン・インプランテーション法を用いて形
成してもよい。拡散層１０４は浅い拡散層で何ら問題無
く、１０００℃、１０分のドライブ・インを施した。つ
づいて、この酸化膜を除去し、新たな酸化膜１０３Ｂを
形成した（図４（ｂ））。
【００３０】以下、公知の通常シリコン製作技術を用い
て、コンタクトホールを開口し、エミッタＥ1 〜Ｅ8 、
ベースＢ、コレクタＣのアルミニウム配線を施した（図
４（ｃ））。
て、コンタクトホールを開口し、エミッタＥ1 〜Ｅ8 、
ベースＢ、コレクタＣのアルミニウム配線を施した（図
４（ｃ））。
【００３１】１ブロックの配線概念図を図５に示す。
【００３２】窒化タンタル及びハフニウムボライドを使
用したヒーターアレイＲ1 〜Ｒ8 、ベースＢ1 〜Ｂ8 を
含む共通ベース領域、駆動電圧ＶH 供給ライン及びコレ
クタ結線ラインが示されている。３６０ＤＰＩ（ドット
・パー・インチ）程度のインクジェットヘッドを考える
と、１ピッチ７０μｍとなり、エミッタ−エミッタ間隔
は、コレクタ領域の存在を考えても６５μｍピッチ程度
に設置できる。そのため、エミッタＥ1 〜Ｅ8 は１列に
並べることが可能で、エミッタ幅を１mm程度にとれば十
分低いＶＦ（１．５Ｖ以下）になり、従来例のダイオー
ドアレイと完全な互換性がとれる。
用したヒーターアレイＲ1 〜Ｒ8 、ベースＢ1 〜Ｂ8 を
含む共通ベース領域、駆動電圧ＶH 供給ライン及びコレ
クタ結線ラインが示されている。３６０ＤＰＩ（ドット
・パー・インチ）程度のインクジェットヘッドを考える
と、１ピッチ７０μｍとなり、エミッタ−エミッタ間隔
は、コレクタ領域の存在を考えても６５μｍピッチ程度
に設置できる。そのため、エミッタＥ1 〜Ｅ8 は１列に
並べることが可能で、エミッタ幅を１mm程度にとれば十
分低いＶＦ（１．５Ｖ以下）になり、従来例のダイオー
ドアレイと完全な互換性がとれる。
【００３３】なお、ヒーターへの供給電位が負電位の場
合はトランジスタの極性を全て逆にして考えればよい。
合はトランジスタの極性を全て逆にして考えればよい。
【００３４】図７は本発明によるインクジェット記録ヘ
ッドを用いたヘッド集合体（アセンブリ）を示す模式的
斜視図である。
ッドを用いたヘッド集合体（アセンブリ）を示す模式的
斜視図である。
【００３５】このアセンブリ２０は多数のインク吐出口
２３をもつヘッド２１と、インクを収容するインクタン
ク２２と、を備えている。インクタンクにはインクを保
持するインク吸収体（不図示）が収容されている。ヘッ
ド２１とインクタンク２２とは一体的なものであって
も、互いに着脱自在なものであっても、いずれでもよ
い。
２３をもつヘッド２１と、インクを収容するインクタン
ク２２と、を備えている。インクタンクにはインクを保
持するインク吸収体（不図示）が収容されている。ヘッ
ド２１とインクタンク２２とは一体的なものであって
も、互いに着脱自在なものであっても、いずれでもよ
い。
【００３６】図８は上記アセンブリ２０を有するインク
ジェット記録装置の制御系のブロック図である。
ジェット記録装置の制御系のブロック図である。
【００３７】ヘッドアセンブリ２０には駆動制御回路２
５より、画像記録を行うための制御信号が画像データと
ともに送られる。一方、ヘッドアセンブリ２０はキャリ
ッジ駆動回路２６により、記録媒体ＰＰの一主走査方向
に沿って往復移動される。３０は媒体ＰＰを副走査方向
に搬送するための搬送手段としてのローラーである。
５より、画像記録を行うための制御信号が画像データと
ともに送られる。一方、ヘッドアセンブリ２０はキャリ
ッジ駆動回路２６により、記録媒体ＰＰの一主走査方向
に沿って往復移動される。３０は媒体ＰＰを副走査方向
に搬送するための搬送手段としてのローラーである。
【００３８】２７は装置全体の制御を司どる制御回路で
マイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）を有する。
マイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）を有する。
【００３９】２８は画像データの入力端子２９と制御回
路２７とのインターフェースとなる入力インターフェー
ス回路である。
路２７とのインターフェースとなる入力インターフェー
ス回路である。
【００４０】図９は本発明によるインクジェット記録ヘ
ッドの基体の平面図であり、３１の個所にインク加熱用
のヒーターが、３２の個所に図５に示した駆動部が配置
される。ここでは配線は省略してある。
ッドの基体の平面図であり、３１の個所にインク加熱用
のヒーターが、３２の個所に図５に示した駆動部が配置
される。ここでは配線は省略してある。
【００４１】図１０はインクジェット記録ヘッドの組み
立て方法を示す図である。
立て方法を示す図である。
【００４２】２１Ａは、ヒーターの発熱面に対してほぼ
平行にインクを吐出するタイプのヘッドであり、基体１
０１上に溝２３ａ付天板３５を貼り合わせて作る。１つ
の溝２３ａには１つのヒーターＲＨが対応し１つのイン
ク液路（ノズル）を形成する。
平行にインクを吐出するタイプのヘッドであり、基体１
０１上に溝２３ａ付天板３５を貼り合わせて作る。１つ
の溝２３ａには１つのヒーターＲＨが対応し１つのイン
ク液路（ノズル）を形成する。
【００４３】２１Ｂは、ヒーターの発熱面に対して交差
する方向にインクを吐出するタイプのヘッドであり、基
体１０１上に溝２３ｂとインク吐出口２３とを有する天
板３５を貼り合わせる。１つのインク吐出口には１つの
ヒーターＲＨが対応し、１つのインク液路（ノズル）を
形成する。
する方向にインクを吐出するタイプのヘッドであり、基
体１０１上に溝２３ｂとインク吐出口２３とを有する天
板３５を貼り合わせる。１つのインク吐出口には１つの
ヒーターＲＨが対応し、１つのインク液路（ノズル）を
形成する。
【００４４】インクタンクとインク液路とは不図示の個
所のインク流路によって連通し、インクがインク液路に
供給される。
所のインク流路によって連通し、インクがインク液路に
供給される。
【００４５】図１１は本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの製造工程のうちインク注入工程を示す模式図であ
る。
ドの製造工程のうちインク注入工程を示す模式図であ
る。
【００４６】３５は、内部にインクを収容するインク注
入器であり、使用者によって、インクタンク２２に設け
られたインク注入口あるいは大気連通口３４を利用して
タンク２２内のインク吸収体にインクを吸収させる。
入器であり、使用者によって、インクタンク２２に設け
られたインク注入口あるいは大気連通口３４を利用して
タンク２２内のインク吸収体にインクを吸収させる。
【００４７】この工程はタンク２２内のインクが少なく
なった時のインク補充工程と同じ工程である。
なった時のインク補充工程と同じ工程である。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来例のようにエピタキシャル層を必要とするような複
雑かつ高価な製作工程を使用せず、かつ拡散層を３層形
成するのみで、従来例と同等のヒーター選別特性を有す
る回路を構成できる。この結果、同一性能の素子である
にもかかわらず、３５％のコスト低減が可能になった。
従来例のようにエピタキシャル層を必要とするような複
雑かつ高価な製作工程を使用せず、かつ拡散層を３層形
成するのみで、従来例と同等のヒーター選別特性を有す
る回路を構成できる。この結果、同一性能の素子である
にもかかわらず、３５％のコスト低減が可能になった。
【００４９】また、本発明により、素子ピッチ間を縮小
することが可能になり、３６０ＤＰＩ相当のもので、駆
動素子配列を一列にすることが可能となった。
することが可能になり、３６０ＤＰＩ相当のもので、駆
動素子配列を一列にすることが可能となった。
【図１】本発明の特徴を最もよく表わす回路図及び構造
断面図である。
断面図である。
【図２】２×２行列での従来例及び本発明の電位関係の
説明図である。
説明図である。
【図３】ＰＮＰトランジスタの等価回路図である。
【図４】本発明の一実施例の製作工程図である。
【図５】本発明の一実施例の配線の概念図である。
【図６】従来例の回路図及び構造断面図である。
【図７】本発明によるインクジェット記録ヘッドを用い
たヘッド集合体を示す模式的斜視図である。
たヘッド集合体を示す模式的斜視図である。
【図８】ヘッド集合体を有するインクジェット記録装置
の制御系のブロック図である。
の制御系のブロック図である。
【図９】本発明によるインクジェット記録ヘッドの基体
の平面図である。
の平面図である。
【図１０】本発明によるインクジェット記録ヘッドの組
み立て方法を示す図である。
み立て方法を示す図である。
【図１１】本発明によるインクジェット記録ヘッドのイ
ンク注入工程を示す図である。
ンク注入工程を示す図である。
１０１ 第１の導電型のシリコン基体 １０２ シリコン基体と反対の第２の導電型の拡散層で
ベース領域 １０４ 第１の導電型の拡散層でエミッタ及びコレクタ
コンタクト領域 １０５ 第２の導電型の拡散層でベースコンタクト領域 １０６ ｎ型埋込み層 １０７ ｐ型シリコンエピタキシャル層 １０８ 深いｎ型拡散層 １０９ ｐ型拡散層 １１０ ｎ型拡散層
ベース領域 １０４ 第１の導電型の拡散層でエミッタ及びコレクタ
コンタクト領域 １０５ 第２の導電型の拡散層でベースコンタクト領域 １０６ ｎ型埋込み層 １０７ ｐ型シリコンエピタキシャル層 １０８ 深いｎ型拡散層 １０９ ｐ型拡散層 １１０ ｎ型拡散層
Claims (12)
- 【請求項１】 第１の導電型のシリコン基体内に該第１
の導電型と異なる第２の導電型の第１拡散層が複数形成
され、該複数の第１拡散層のそれぞれに第１の導電型の
第２拡散層が複数形成され、第２拡散層のそれぞれにイ
ンクを加熱して気泡を生ぜしめよってインクを吐出する
ための抵抗体が１個ずつ接続され、該複数の抵抗体の第
２拡散層側と異なる側が第１拡散層毎に互いに接続され
ていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項２】 前記抵抗体が窒化タンタルおよびハフニ
ウムボライドからなる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。 - 【請求項３】 同一の第１拡散層内の複数の第２拡散層
のそれぞれの間に第２の導電型で、かつ第１拡散層より
も高濃度の第３拡散層が配置されていることを特徴とす
る請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載のイン
クジェット記録ヘッドを製造する方法において、 ｐ型シリコン基体内に、イオン・インプランテーション
法によってリンを打ち込んで、第１拡散層を形成するこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項５】 ｐ型シリコン基体内に、イオン・インプ
ランテーション法、もしくは固相拡散法によってホウ素
を不純物とする第２拡散層を形成することを特徴とする
請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 請求項１から３のいずれかに記載のイン
クジェット記録ヘッドを製造する方法において、 ｎ型シリコン基体内に、ホウ素を導入して第１拡散層を
形成することを特徴とする方法。 - 【請求項７】 ｎ型シリコン基体内に、イオン・インプ
ランテーション法、もしくは固相拡散法によって、リン
を不純物とする第２拡散層を形成することを特徴とする
請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 インクを加熱して気泡を生ぜしめ、よっ
てインクを吐出するための複数の抵抗体と、該複数の抵
抗体のそれぞれへの通電を制御するための複数の機能素
子が同一の基体内に形成されているインクジェット記録
ヘッドにおいて、 前記複数の機能素子がバイポーラトランジスタであり、
複数のバイポーラトランジスタのコレクタは前記基体と
同一導電型でかつ互いに接地電位で接続されており、複
数のバイポーラトランジスタのエミッタのそれぞれに前
記複数の抵抗体の一つの一端が接続されており、該複数
の抵抗体のそれぞれの他端が該抵抗体へ電圧を印加する
ための端子に接続されてい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】 前記複数のバイポーラトランジスタは同
一の共通ベースの中に個々のバイポーラトランジスタの
エミッタ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】 前記バイポーラトランジスタのエミッ
タとベースの間の降伏電圧が、前記抵抗体への供給電圧
より大きいことを特徴とする請求項８または９に記載の
インクジェット記録ヘッド。 - 【請求項１１】 インクジェット記録ヘッドの駆動回路
において、 同一基体内に、インクを加熱して気泡を生ぜしめ、よっ
てインクを吐出させるための複数の抵抗体と、複数のバ
イポーラトランジスタが形成されており、該複数のバイ
ポーラトランジスタのコレクタは前記基体と同一の導電
型であり、かつ互いに接地電位で接続されており、複数
のバイポーラトランジスタのそれぞれに前記複数の抵抗
体の一つの一端が接続され、該複数の抵抗体のそれぞれ
の他端が該抵抗体へ電圧を印加するための端子に接続さ
れており、記録ヘッド外部の駆動手段から前記抵抗体へ
の供給電圧の印加と前記複数のバイポーラトランジスタ
のそれぞれのベースの電位を制御することによって、特
定の抵抗体を加熱することを特徴とするインクジェット
記録ヘッドの駆動回路。 - 【請求項１２】 前記基体に設けられたボンディングパ
ッドの総数が前記基体内にある抵抗体の数よりも少ない
ことを特徴とする請求項１１に記載の駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4762595A JP3079003B2 (ja) | 1995-03-07 | 1995-03-07 | インクジェット記録ヘッドとその製造方法および駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4762595A JP3079003B2 (ja) | 1995-03-07 | 1995-03-07 | インクジェット記録ヘッドとその製造方法および駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08238773A true JPH08238773A (ja) | 1996-09-17 |
| JP3079003B2 JP3079003B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=12780405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4762595A Expired - Fee Related JP3079003B2 (ja) | 1995-03-07 | 1995-03-07 | インクジェット記録ヘッドとその製造方法および駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3079003B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6890066B2 (en) | 2003-05-22 | 2005-05-10 | Lexmark International, Inc. | Inkjet printer having improved ejector chip |
| JP2012051237A (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-15 | Ricoh Co Ltd | 液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ及び画像形成装置 |
-
1995
- 1995-03-07 JP JP4762595A patent/JP3079003B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6890066B2 (en) | 2003-05-22 | 2005-05-10 | Lexmark International, Inc. | Inkjet printer having improved ejector chip |
| JP2012051237A (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-15 | Ricoh Co Ltd | 液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ及び画像形成装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3079003B2 (ja) | 2000-08-21 |
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