半导体器件、液体排出头、液体排出头盒和打印装置的制作方法

本发明涉及半导体器件、液体排出头、液体排出头盒和打印装置。

背景技术：

已知如下的液体排出头，其将排出元件产生的能量提供给液体，从而将液体从排出部排出。为了实现高速打印，在液体排出头中布置多个排出元件。如果施加到排出元件的电压发生变化，则排出液体的量发生变化，并且形成的图像的图像质量可能降低。日本专利特开no.2014-94514公开了一种布线图案，其被配置成当向布置在液体排出头中的多个排出元件供电时，减小施加到排出元件的电压的变化，该电压的变化是由根据从端子单元到每个排出元件的布线长度而改变的布线电阻引起的。更具体地，日本专利特开no.2014-94514描述了在两端处在电源布线和接地布线之间布置连接部分，并逐渐改变电源布线和接地布线的布线宽度。

技术实现要素：

在一些情况下，可能难以通过布线图案来减小施加到排出元件的电压的变化，因为例如在一侧布置用于电源布线和接地布线的端子单元的布局受到限制。本发明的一个方面提供了一种在减少施加到排出元件的电压的变化的同时有利于减少对布线和端子单元的布局的限制的技术。

根据一些实施例，提供了一种半导体器件，包括：多个排出单元，每个排出单元包括被配置成排出液体的排出元件，以及被配置成驱动排出元件的驱动单元；和端子单元，被配置成经由布线向所述多个排出单元中的每一个排出单元供给电源，其中，所述多个排出单元包括第一排出单元和第二排出单元，第一排出单元包括排出元件的第一排出元件和驱动单元的第一驱动单元，第二排出单元包括排出元件的第二排出元件和驱动单元的第二驱动单元，从端子单元到第一排出单元的电流路径的长度大于从端子单元到第二排出单元的电流路径的长度，以及第一驱动单元的电阻低于第二驱动单元的电阻。

根据一些其他实施例，提供了一种半导体器件，包括：多个排出单元，被布置在基板上，所述基板包括平行于第一方向的第一边和第二边，以及平行于与第一方向交叉的第二方向的第三边和第四边，并且每个排出单元包括被配置成排出液体的排出元件以及被配置成驱动排出元件的驱动单元；以及端子单元，在第一方向上被布置在所述第三边和布置所述多个排出单元的区域之间，并且包括电源端子和接地端子，电源端子和接地端子各自被配置成经由布线向所述多个排出单元中的每一个排出单元供给电力，其中所述第一方向和所述第二方向彼此不正交，由第一边或者第一边的延伸线中的一个与第三边或者第三边的延伸线中的一个形成的顶点的内角是钝角，所述布线包括电源布线和接地布线，所述电源布线被配置成将电源端子连接到所述多个排出单元中的每一个排出单元的一个端子，所述接地布线被配置成将所述接地端子连接到所述多个排出单元中的每一个排出单元的另一个端子，所述电源布线和所述接地布线中的每一个具有栅格状布线图案，并且被布置成叠置在所述多个排出单元之上，所述多个排出单元包括第一排出单元和第二排出单元，第一排出单元包括排出元件的第一排出元件和驱动单元的第一驱动单元，第二排出单元包括排出元件的第二排出元件和驱动单元的第二驱动单元，从第一排出单元到第三边的距离比从第二排出单元到第三边的距离长，以及第一驱动单元的电阻低于第二驱动单元的电阻。

根据一些其他实施例，提供了一种液体排出头，包括：被配置成排出液体的排出部，以及被布置成控制液体从排出部的排出的半导体器件，所述半导体器件包括：多个排出单元，每个排出单元包括被配置成排出液体的排出元件，以及被配置成驱动排出元件的驱动单元；和端子单元，被配置成经由布线向所述多个排出单元中的每一个排出单元供给电源，其中，所述多个排出单元包括第一排出单元和第二排出单元，第一排出单元包括排出元件的第一排出元件和驱动单元的第一驱动单元，第二排出单元包括排出元件的第二排出元件和驱动单元的第二驱动单元，从端子单元到第一排出单元的电流路径的长度大于从端子单元到第二排出单元的电流路径的长度，以及第一驱动单元的电阻低于第二驱动单元的电阻。

根据一些其它实施例，提供了一种液体排出头盒，包括：液体排出头和被配置成保持液体的容器，液体排出头包括被配置成排出液体的排出部，以及被布置成控制液体从排出部的排出的半导体器件，所述半导体器件包括：多个排出单元，每个排出单元包括被配置成排出液体的排出元件，以及被配置成驱动排出元件的驱动单元；和端子单元，被配置成经由布线向所述多个排出单元中的每一个排出单元供给电源，其中，所述多个排出单元包括第一排出单元和第二排出单元，第一排出单元包括排出元件的第一排出元件和驱动单元的第一驱动单元，第二排出单元包括排出元件的第二排出元件和驱动单元的第二驱动单元，从端子单元到第一排出单元的电流路径的长度大于从端子单元到第二排出单元的电流路径的长度，以及第一驱动单元的电阻低于第二驱动单元的电阻。

根据一些其它实施例，提供了一种打印装置，在该打印装置安装有液体排出头盒，所述液体排出头盒包括液体排出头和被配置成保持液体的容器，所述液体排出头包括被配置成排出液体的排出部，以及被布置成控制液体从排出部的排出的半导体器件，所述半导体器件包括：多个排出单元，每个排出单元包括被配置成排出液体的排出元件，以及被配置成驱动排出元件的驱动单元；和端子单元，被配置成经由布线向所述多个排出单元中的每一个排出单元供给电源，其中，所述多个排出单元包括第一排出单元和第二排出单元，第一排出单元包括排出元件的第一排出元件和驱动单元的第一驱动单元，第二排出单元包括排出元件的第二排出元件和驱动单元的第二驱动单元，从端子单元到第一排出单元的电流路径的长度大于从端子单元到第二排出单元的电流路径的长度，以及第一驱动单元的电阻低于第二驱动单元的电阻。

从以下对示例性实施例的描述(参考附图)，本发明的其它特征将变得清楚。

附图说明

图1是示出了根据本发明的实施例的半导体器件的电路布置的示例的电路图；

图2是示出了图1中所示的半导体器件的部件的布置的示例的电路图；

图3是示出了在经由图1中所示的半导体器件的排出单元的路径中所包括的电阻值的示例的表；

图4是示出了图1中所示的电路布置的变形例的电路图；

图5是示出了根据本发明的另一实施例的半导体器件的电路布置的示例的电路图；

图6是示出了图5中所示的半导体器件的部件的布置的示例的电路图；

图7是示出了在经由图5中所示的半导体器件的排出单元的路径中所包括的电阻值的示例的表；

图8是示出了根据本发明的又一实施例的半导体器件的电路布置的示例的电路图；

图9是示出了图8中所示的半导体器件的部件的布置的示例的图；

图10是示出了图8中所示的半导体器件的驱动单元的电阻值的大小关系的示例的表；

图11是示出了在经由图8中所示的半导体器件的排出单元的路径中所包括的电阻值的示例的表；

图12是示出了在经由根据图8中所示的半导体器件的比较示例的排出单元的路径中所包括的电阻值的示例的表；

图13是示出了根据本发明的又一实施例的半导体器件的部件的布置的示例的视图；

图14是示出了图13中所示的半导体器件的驱动单元的电阻值的大小关系的示例的表；

图15是示出了在经由图13中所示的半导体器件的排出单元的路径中所包括的电阻值的示例的曲线图；以及

图16a至图16d是示出了液体排出头、液体排出头盒、打印装置和打印装置的控制电路的视图。

具体实施方式

现在将参考附图描述根据本发明的半导体器件的具体实施例。注意，在下面的描述和附图中，在多个附图中，共同的附图标记指代共同的部件。因此，将通过交叉参考多个附图来描述共同的部件，并且将适当地省略对由共同的附图标记所指代的部件的描述。

将参考图1至图4来描述根据本发明的实施例的半导体器件的结构。图1是示出了根据本发明的第一实施例的半导体器件100的电路布置的电路图。半导体器件100被配置成控制液体的排出。半导体器件100被配置成控制液体从例如使用诸如墨水之类的液体在诸如纸张之类的打印介质上打印图像的打印装置中的排出部的排出。

半导体器件100包括具有电源端子106(vh端子)和接地端子107(gndh端子)的端子单元t、多个排出单元unit、电源布线104(vh布线)以及接地布线105(gndh布线)。电源端子106和接地端子107经由电源布线104和接地布线105向排出单元unit供电。半导体器件100可以包括控制所述多个排出单元unit的多个控制电路103(通常为逻辑电路)。每个控制电路103可以根据外部信号(未示出)来控制相应的排出单元unit。每个排出单元unit可以包括被配置成向诸如墨水之类的液体施加能量以从排出部排出液体的排出元件101以及被配置成驱动排出元件101的驱动单元102。每个排出单元unit的一个端子和另一个端子被分别连接到电源布线104和接地布线105。排出元件101和驱动单元102串联连接在一个端子和另一个端子之间。这里，排出元件101例如是诸如加热器之类的加热元件或压电元件，并且可以产生能量以排出液体。在图1中所示的布置中，排出元件101是加热元件，并且在电路图中被表示为电阻。驱动单元102可以是控制向排出元件101施加电能的电路元件。驱动单元102可以是例如能够控制电流的晶体管(诸如功率晶体管)。图1示出了n型晶体管(功率晶体管)作为驱动单元102。控制电路103的输出被连接到驱动单元102的晶体管的栅电极，从而控制驱动单元102。

图2示出了半导体器件100的部件的布置的示例，该半导体器件100包括排出元件101、驱动单元102、控制电路103、电源布线104、接地布线105、电源端子106和接地端子107。半导体器件100通常使用多层布线技术而形成在使用硅基板等的基板(半导体基板)上。电源布线104可以使用例如第二层的金属布线(金属布线可以由诸如铝或其合金之类的金属制成)来形成，以便在驱动单元102上通过。电源布线104从电源端子106延伸，并向每个排出单元unit供给电源电压。接地布线105可以使用例如与电源布线104相同的第二层的金属布线(金属布线可以由诸如铝或其合金之类的金属制成)来形成，以便在控制电路103上通过。接地布线105从接地端子107延伸，并向每个排出单元unit供给接地电压。电源布线104和接地布线105中的每个通常具有固定的厚度。包括电源端子106和接地端子107的端子单元t被布置在排出单元unit的阵列的一端。在图2中所示的布置中，所述多个排出单元unit被布置在端子单元t的左侧。此外，在图2中所示的布置中，半导体器件100包括16个排出单元unit。然而，排出单元的数量可以为15以下或17以上。

在半导体器件100中，进行布局，使得当远离端子单元t的排出单元unit的驱动单元102驱动排出元件101时的电阻变得低于当靠近端子单元t的排出单元unit的驱动单元102驱动排出元件101时的电阻。例如，进行布局，使得当包括在每个排出单元unit中的驱动单元102驱动排出元件101时的电阻随着从端子单元t到排出单元unit的距离变长而减小。当驱动单元102驱动排出元件101时的电阻可以连续地或逐步地减小。包括在多个排出单元unit中的每一个中的驱动单元102包括晶体管。驱动单元102的电阻是当驱动单元102驱动相应的排出元件101时的电阻，即，设置在每个驱动单元102中的晶体管的导通电阻ron。例如，包括在排出单元unit中的驱动单元102中使用的晶体管被布局成使得随着将晶体管布置得与端子单元t分离的距离变长，沟道宽度w(栅极宽度)连续或逐步变大。如果使用这种布局，则作为靠近端子单元t的驱动单元102的电阻的晶体管的导通电阻ron等于或高于比该驱动单元102更远离端子单元t的驱动单元102的晶体管的导通电阻ron。在本说明书中，导通电阻ron指示基于漏极电流量以及驱动单元102的晶体管的漏极和源极之间的电位差计算出的电阻值。

将连同电源端子106和每个排出单元unit之间的寄生电阻以及每个排出单元unit和接地端子107之间的寄生电阻来描述当驱动驱动单元102的排出元件101时驱动单元102的电阻。电源端子106和每个排出单元unit之间的寄生电阻包括电源布线104的布线电阻rvh。如图1中所示，例如，在端子单元t的电源端子106和排出单元unit1之间存在作为布线电阻rvh的电阻rv(1)。此外，在电源端子106和排出单元unit2之间存在作为布线电阻rvh的电阻rv(1)和电阻rv(2)。在电源端子106和排出单元uniti之间存在作为布线电阻rvh的电阻∑rv(i)。这里，电阻rv(1)是电源端子106和排出单元unit1之间的电源布线104的布线电阻。电阻rv(i)(i≥2)是排出单元unit(i)和排出单元unit(i-1)之间的电源布线104的布线电阻。类似地，每个排出单元unit和接地端子107之间的寄生电阻包括接地布线105的布线电阻rgndh。例如，在端子单元t的接地端子107和排出单元unit1之间存在作为布线电阻rgndh的电阻rg(1)。此外，在接地端子107和排出单元unit2之间存在作为布线电阻rgndh的电阻rg(1)和电阻rg(2)。在接地端子107和排出单元uniti之间存在作为布线电阻rgndh的电阻∑rg(i)。这里，电阻rg(1)是接地端子107和排出单元unit1之间的接地布线105的布线电阻。电阻rg(i)(i≥2)是排出单元unit(i)和排出单元unit(i-1)之间的接地布线105的布线电阻。

为此，在远离端子单元t的排出单元unit中，与靠近端子单元t的排出单元unit相比，包括在从电源端子106经由排出单元unit到接地端子107的电流路径中的布线电阻的电阻值较大。因此，当排出单元unit操作时，施加到远离端子单元t的排出单元unit的电压变得低于施加到靠近端子单元t的排出单元unit的电压，并且所施加的电压在排出单元unit之间变化。如果所施加的电压在排出单元unit之间变化，则施加到排出单元unit中包括的排出元件101的电压变化。为此，由排出元件101排出的液体的量变化，并且形成的图像的图像质量可能劣化。

为了防止这种情况，在本实施例中，驱动单元102被形成为使得在驱动单元102中，与端子单元t的距离长的驱动单元102的晶体管的导通电阻ron变得低于与端子单元t的距离短的驱动单元102的晶体管的导通电阻ron。例如，随着与端子单元t的距离变长，驱动单元102的晶体管的导通电阻ron可以根据与端子单元t的距离连续地或逐步地变低。因此，与在排出单元unit中使用相同的晶体管的情况相比，包括布线电阻rvh和rgndh的寄生电阻的电阻值和导通电阻ron的电阻值的总电阻值的变化减小。这减小了施加到排出单元unit中所包括的排出元件101的电压的变化。结果，由排出元件101排出的液体的量的变化减小，并且可以改善形成的图像的图像质量。

更具体地，如图1中所示，考虑排出元件101包括第一排出元件101-1和第二排出元件101-2的情况，其中第二排出元件101-2被施加比第一排出元件101-1所施加的电压高的电压。在这种情况下，使第一排出元件101-1的驱动单元102-1的电阻低于第二排出元件101-2的驱动单元102-2的电阻。例如，从端子单元(电源端子106)到包括第一排出元件101-1的排出单元的电流路径的电阻有时高于从端子单元到包括第二排出元件101-2的第二排出单元的电流路径的电阻。在图1中所示的布置中，排出单元unit15中包括的排出元件101是第一排出元件101-1，并且排出单元unit3中包括的排出元件101是第二排出元件101-2。然而，组合不限于此。可以使用使施加到第二排出元件101-2的电压高于用于第一排出元件101-1的电压的任何组合。

在这种情况下，使第一驱动单元102-1的电阻低于第二驱动单元102-2的电阻。例如，为布置在从电源端子106到第一排出元件101-1的电流路径中的晶体管和布置在从电源端子106到第二排出元件101-2的电流路径中的晶体管设置不同的导通电阻。更具体地，使与第一排出元件101-1连接的晶体管121-1的导通电阻低于连接到第二排出元件101-2的晶体管121-2的导通电阻。

利用这种布置，可以消除或减少施加到第一排出元件101-1的电压与施加到第二排出元件101-2的电压之间的差。如果在从端子单元t到排出元件的电流路径中布置了多个晶体管，则可以通过晶体管的导通电阻之和进行调整。

当对于与排出单元unit的排出元件101中的每个相对应的每个电流路径串联插入的电阻值之间的变化减小时，流到排出元件101的电流值的变化减小。结果，可以减少排出元件101之间的发热量的变化并抑制特定排出元件101的寿命缩短。此外，靠近端子单元t的驱动单元102的晶体管可能具有比远离端子单元t的驱动单元102的晶体管低的驱动能力(较高的电阻)。因此，可以使用具有小的沟道宽度w的相对较小的晶体管，并因此改善了半导体器件100的面积的使用效率。

在图2中所示的半导体器件100中，包括电源端子106和接地端子107的端子单元t被布置成与布置排出单元unit的区域的一侧相邻。在这种情况下，如果通过调整电源布线104和接地布线105的宽度为排出单元unit设置固定电阻值，则与端子单元t一侧相比，电源布线104和接地布线105的宽度在远离端子单元t的一侧的端部变得非常大。同时，当使用根据本实施例的布置时，即使端子单元t被设置在一侧，也可以通过晶体管的导通电阻ron来减小由布线电阻引起的、施加到排出单元unit的电压的变化，并因此不需要改变布线宽度。因此，可以在减小施加到排出元件的电压的变化的同时减少对布线和端子单元t的布局的限制。

例如，如图3中所示，可以为每个排出单元unit布置晶体管，使得电源布线104的布线电阻rvh、接地布线105的布线电阻rgndh和驱动单元102的晶体管的导通电阻ron的总电阻值具有固定值。在图3中所示的布置中，晶体管的导通电阻ron从靠近端子单元t的排出单元unit1的晶体管的14.25ω连续地改变到远离端子单元t的排出单元unit16的晶体管的12ω。在晶体管中，如果其余的布置相同，则导通电阻ron和沟道宽度w彼此成反比。为此，如果其余的布置相同，则排出单元unit16的晶体管的沟道宽度w可以是排出单元unit1的晶体管的沟道宽度的14.25/12倍。

在图3所示的布置中，驱动单元102的晶体管的导通电阻ron连续地改变，使得布线电阻rvh和rgndh和驱动单元102的晶体管的导通电阻ron的总电阻值具有固定值。然而，本发明不限于此。例如，可以将多个排出单元unit纳为一组，并且驱动单元102的晶体管的导通电阻ron可以基于组而逐步改变。与在排出单元unit的驱动单元102中使用相同的晶体管的情况相比，仅需要减小包括布线电阻rvh和rgndh的寄生电阻和排出单元unit之间的导通电阻ron的总电阻值的变化。

此外，用于改变驱动单元102的晶体管的电阻(导通电阻ron)的方法不限于晶体管的沟道宽度w的改变。例如，可以通过改变驱动单元102的晶体管的沟道长度l来改变电阻。令w1为感兴趣的排出单元unit的驱动单元102的晶体管的沟道宽度w，l1为沟道长度l。此外，令w2为比感兴趣的排出单元unit更远离端子单元t的驱动单元102的晶体管的沟道宽度w，l2为沟道长度l。在这种情况下，通过满足w1/l1<w2/l2，可以减小施加到排出单元unit的排出元件101的电压。

另外，例如，如果使用具有相同沟道宽度w和沟道长度l的晶体管作为驱动单元102的晶体管，则可以在驱动排出元件101时改变施加到驱动单元102的晶体管的栅极电压vgs。在这种情况下，使得施加到排出单元unit的晶体管的栅极电压vgs高于施加到与端子单元t的距离短于从端子单元t到所述排出单元unit的距离的排出单元unit的晶体管的栅极电压vgs。例如，随着从端子单元t到每个排出单元unit的距离变长，施加到每个排出单元unit中所包括的晶体管的栅极电压vgs连续地或逐步地增加。因此，可以减小施加到排出单元unit的排出元件101的电压的变化。此外，可以组合使用排出单元unit的驱动单元102的晶体管之间的沟道宽度w、沟道长度l和栅极电压vgs的变化。

图4是示出了图1中所示的半导体器件100的电路布置的变形例的电路图。在图1中所示的电路布置中，排出元件101通过由一个晶体管形成的驱动单元102驱动。然而，本发明不限于此，并且驱动单元102可以由多个晶体管形成。在图4中所示的布置中，驱动单元102包括晶体管121和晶体管122。在每个排出单元unit中，n型晶体管121、排出元件101和p型晶体管122按这一顺序从电源布线104侧到接地布线105侧布置。控制电路103的输出连接到驱动单元102的晶体管121和122的栅电极。这种布置的驱动单元102将被称为电压补偿驱动单元。其余的布置可以与图1中相同。

电压补偿驱动单元可以被设计成在饱和区域中操作晶体管121和122。同时，如上所述，依赖于布置排出单元unit的位置，布置在排出单元unit中的晶体管121和122的源极和漏极电压由于包括电源布线104和接地布线105的布线电阻在内的寄生电阻的差而改变。因此，如果晶体管121和122在所有排出单元unit中具有相同的尺寸，则施加到排出元件101的电压由于沟道长度调制效应而变化。为了校正这一点，改变驱动单元102的电阻。

更具体地，如图4所示，考虑排出元件101包括第一排出元件101-1和第二排出元件101-2的情况，其中向第二排出元件101-2施加比用于第一排出元件101-1的电压高的电压。在这种情况下，使第一排出元件101-1的第一驱动单元102-1的电阻低于第二排出元件101-2的第二驱动单元102-2的电阻。例如，从端子单元(电源端子106)到包括第一排出元件101-1在内的排出单元的电流路径的电阻有时高于从端子单元到包括第二排出元件101-2在内的第二排出单元的电流路径的电阻。

在这种情况下，使第一驱动单元102-1的电阻低于第二驱动单元102-2的电阻。例如，对于在从电源端子106到第一排出元件101-1的电流路径中布置的晶体管和在从电源端子106到第二排出元件101-2的电流路径中布置的晶体管设置不同的导通电阻。更具体地，使与第一排出元件101-1连接的晶体管121-1的导通电阻低于与第二排出元件101-2连接的晶体管121-2的导通电阻。

通过这种布置，可以消除或减少施加到第一排出元件101-1的电压与施加到第二排出元件101-2的电压之间的差。如果在从端子单元t到排出元件的电流路径中布置多个晶体管，则可以通过晶体管的导通电阻之和进行调整。

此外，从端子单元(接地端子107)到包括第一排出元件101-1在内的排出单元的电流路径的电阻有时高于从端子单元到包括第二排出元件101-2在内的第二排出单元的电流路径的电阻。

在这种情况下，使第一驱动单元102-1的电阻低于第二驱动单元102-2的电阻。例如，对于在从接地端子107到第一排出元件101-1的电流路径中布置的晶体管和在从接地端子107到第二排出元件101-2的电流路径中布置的晶体管设置不同的导通电阻。更具体地，使与第一排出元件101-1连接的晶体管122-1的导通电阻低于与第二排出元件101-2连接的晶体管122-2的导通电阻。

通过这种布置，可以消除或减少施加到第一排出元件101-1的电压与施加到第二排出元件101-2的电压之间的差。

为了改变晶体管121和122之间的导通电阻，例如，改变晶体管121和122之间的尺寸。在电压补偿驱动单元中，导通电阻也是驱动单元102的晶体管的漏极-源极电压和漏极电流量的函数。

供给预定漏极电流的源极-漏极电压在驱动能力高的晶体管中比在驱动能力低的晶体管中低。因此，例如，排出单元unit中包括的晶体管的沟道宽度w可以随着与端子单元t的距离变长而增加。此外，例如，排出单元unit中包括的晶体管的沟道长度l可以随着与端子单元t的距离变长而减小。此外，例如，如果使用具有相同沟道宽度w和沟道长度l的晶体管作为驱动单元102的晶体管121和122，则在驱动排出元件101时可以改变施加到驱动单元102的晶体管121和122的栅极电压vgs。在这种情况下，感兴趣的排出单元unit的驱动单元102的晶体管121和122的栅极电压被设置为等于或低于与感兴趣的排出单元unit相比更远离端子单元t的驱动单元102的晶体管121和122的栅极电压。如在上述实施例中那样，根据与端子单元t的距离，随着与端子单元t的距离变长，驱动单元102的晶体管121和122的导通电阻ron连续地或逐步地减小。因此，可以减小施加到排出单元unit的排出元件101的电压的变化。

图2示出了其中电源端子106和接地端子107被布置在布置排出单元unit的区域的一侧的示例。然而，本实施例的半导体器件100不限于此。例如，电源端子106可以布置在布置排出单元unit的区域的两侧，并且接地端子107也可以布置在布置排出单元unit的区域的两侧。在这种情况下，电源布线104和接地布线105的布线电阻朝向布置排出单元unit的区域的中心增加。因此，通过使驱动单元102的晶体管的导通电阻ron朝向中心降低，可以减小施加到排出单元unit的排出元件101的电压的变化。如上所述，当使用根据本实施例的半导体器件100时，可以在减少对布线和端子单元的布局的限制同时减少施加到排出元件101的电压的变化。

将参考图5至图7来描述根据本发明的另一实施例的半导体器件的结构。图5是示出了根据本发明的第二实施例的半导体器件100的电路布置的电路图。在本实施例中，将彼此相邻的四个排出单元unit定义为一个段(排出单元组)。排出单元unit经由与电源端子106并联连接的电源布线104(本实施例中的电源布线104a、104b、104c和104d)以及与接地端子107并联连接的接地布线105(本实施例中的接地布线105a、105b、105c和105d)以段为基础连接到电源端子106和接地端子107。其余的布置可以与上述第一实施例中一样。

图6示出了半导体器件100的部件的布置的示例，该半导体器件100包括排出元件101、驱动单元102、控制电路103、电源布线104a至104d、接地布线105a至105d、电源端子106和接地端子107。在本实施例中，四个排出单元unit被定义为一个段，并且在半导体器件100中布置四个段。电源电压经由电源布线104a被从电源端子106施加到段1，经由电源布线104b施加到段2，经由电源布线104c施加到段3，经由电源布线104d施加到段4。接地电压经由接地布线105a被从接地端子107施加到段1，经由接地布线105b施加到段2，经由接地布线105c施加到段3，经由接地布线105d施加到段4。在本实施例中，与第一实施例一样，包括电源端子106和接地端子107的端子单元t也被布置成与布置排出单元unit的区域的一侧相邻。

半导体器件100通常使用多层布线技术形成于使用硅基板等的基板(半导体基板)上。电源布线104a至104d可以使用例如第二层的金属布线(金属布线可以由诸如铝或其合金之类的金属制成)来形成，以便在驱动单元102上通过。接地布线105a至105d可以使用例如与用于电源布线104a至104d的相同的第二层的金属布线(金属布线可以由诸如铝或其合金之类的金属制成)来形成，以便在控制电路103上通过。电源布线104和接地布线105中的每个具有例如固定的厚度。在图6所示的布置中，在半导体器件100中，四个排出单元unit被布置成一个段。然而，布置在一个段中的排出单元unit的数量可以是1至3，或5或更大。在图6所示的布置中，在半导体器件100中布置四个段。然而，段的数量可以是2或3，或5或更大。可替代地，例如，布置的排出单元unit的数量可以在段之间改变。

在本实施例中，进行布局，使得连接到远离端子单元t的段的电源布线104的每单位长度的平均布线电阻变得低于连接到靠近端子单元t的段的电源布线104的每单位长度的平均布线电阻。类似地，进行布局，使得连接到远离端子单元t的段的接地布线105的每单位长度的平均布线电阻变得低于连接到靠近端子单元t的段的接地布线105的每单位长度的平均布线电阻。例如，电源布线104a至104d和接地布线105a至105d可以被布置成使得每单位长度的平均布线电阻随着从端子单元t到连接的段的距离变长而连续地或逐步地减小。为了实现这一点，例如，布线可以被形成为使得连接到靠近端子单元t的段的布线的布线图案的线宽变得等于或小于连接到远离端子单元t的段的布线的布线图案的线宽。此外，例如，连接到靠近端子单元t的段的布线的布线图案的平均线宽可以等于或小于连接到远离端子单元t的段的布线的布线图案的平均线宽。

如在第一实施例中那样，进行布局，使得当包括在每个排出单元unit中的驱动单元102驱动排出元件101时的电阻随着从端子单元t到排出单元unit的距离变长而连续地或逐步地减小。在图6所示的布置中，用作驱动单元102的晶体管的沟道宽度w以段为基础改变，从而改变晶体管的导通电阻ron，并进而改变驱动单元102的驱动时的电阻。

为了减小段之间的布线电阻的大小的变化，有效的是使连接到靠近端子单元t的段1的布线的布线图案变薄以增加电阻值，并且使连接到远离端子单元t的段4的布线的布线图案变厚以减小电阻值。然而，通常，可以从精加工的精度等的观点来确定布线图案的可形成最小线宽。最大线宽也可以被半导体器件100的整个布局的尺寸等限制。如果布线图案的最小和最大宽度被限制，则布线电阻rvh和rgndh的电阻值不恒定并且在段之间变化。为此，如果在驱动单元102中使用具有相同尺寸的晶体管，则施加到排出元件101的电压可以在段之间变化。为了防止这种情况，在排出单元unit中包括的驱动单元102中使用具有如下的导通电阻ron的晶体管，该导通电阻ron低于与端子单元t的距离比从端子单元t到排出单元unit的距离短的段的排出单元unit中包括的驱动单元102的导通电阻ron。减小了对于与排出单元unit的每个排出元件101对应的每个电流路径串联插入的电阻值之间的变化，并且减小了施加到排出元件101的电压的变化。

因此，即使由于对布线和端子单元的布局的限制，施加到排出元件101的电压的变化不能通过布线图案完全减小，但是可以更有效地减少施加到排出元件101的电压的变化。

如果施加到排出元件101的电压的变化仅通过布线的宽度来减小，则减小电压差所需要的线宽可能变得小于从精加工的精度等的观点的可形成最小线宽。在这种情况下，由于不能使布线宽度小于最小值，因此需要将用于施加到排出元件101的最大电压的布线的布线宽度定义为最小值，并且确定其它布线宽度。

同时，在本实施例中，驱动单元102中使用的晶体管的导通电阻ron的值也可以用于减小施加到排出元件101的电压的变化。因此，可以在减少对布线和端子单元的布局的限制的同时减小施加到排出元件101的电压的变化。

例如，如图7中所示，可以将电源布线104a至104d的布线电阻rvh、接地布线105a至105d的布线电阻rgndh和驱动单元102的晶体管的导通电阻ron设置为使得总电阻值在段之间彼此相等。在本实施例中，驱动单元102的晶体管的导通电阻ron在段之间改变。然而，可以在每个段中进一步改变驱动单元102的晶体管的导通电阻ron。如第一实施例中那样，驱动单元102的晶体管的导通电阻ron可以通过适当地选择沟道宽度w、沟道长度l或栅极电压vgs来调整。

此外，靠近端子单元t的段的驱动单元102的晶体管可以具有比远离端子单元t的段的驱动单元102的晶体管低的驱动能力(更高的电阻)。因此，当通过改变沟道宽度w来调整电阻时，可以使用相对于远离端子单元t的段的驱动单元102的晶体管的沟道宽度w小的晶体管作为靠近端子单元t的段的晶体管单元。因此，如第一实施例那样，可以提高半导体器件100的面积的使用效率。

将参考图8至图12来描述根据本发明的又一实施例的半导体器件的结构。图8是示出了根据本发明的第三实施例的半导体器件100的电路布置的电路图。在本实施例中，与上述第一和第二实施例不同，不是一维地布置多个排出单元unit，而是将其布置成矩阵。另外，被配置成将电源电压从电源端子106施加到排出单元unit的电源布线104以及被配置成将接地电压从接地端子107施加到排出单元unit的接地布线105被布置成栅格(lattice)。其余的布置可以与上述第一实施例中的相同。

图9示出了半导体器件100的部件的布置的示例，该半导体器件100包括排出元件101、驱动单元102、电源布线104、接地布线105、电源端子106和接地端子107。在图9中，为了说明简单，未示出控制电路103。半导体器件100例如使用多层布线技术被形成于使用硅基板等的基板303(半导体基板)上。将各自包括排出元件101和驱动单元102的多个排出单元unit以矩阵形式布置在基板303上。此外，在基板303上布置被配置成向排出元件101供给液体的液体供给端口304。

图9中的垂直方向被称为列方向311(第一方向)，并且在这里与列方向311交叉的方向被称为行方向312(第二方向)。多个排出单元unit在列方向311和行方向312上平行布置。基板303包括平行于列方向311的边307(第一边)和边308(第二边)，并且还包括平行于行方向312的边305(第三边)和边306(第四边)。如图9所示，彼此相邻的边可以彼此连接，或者可以经由具有直线或弧形的倒角部分连接。边305与边307之间的内角(顶点301)为钝角，并且边305与边308之间的内角(顶点302)为锐角。此外，例如，如果彼此相邻的边经由倒角部分连接，则边305的延伸线与边307的延伸线之间的内角是钝角，并且边305的延伸线与边308的延伸线之间的内角是锐角。在本实施例中，使用其中边305和306不与边307和308正交的平行四边形基板303。然而，基板303的形状不限于此。例如，基板303可以具有矩形形状，其中边305和306与边307和308正交。

连接到电源布线104的电源端子106和连接到接地布线105的接地端子107被布置成靠近边305。包括电源端子106和接地端子107的端子单元t被布置在边305与布置排出单元unit的区域之间。在本实施例中，包括电源端子106和接地端子107的端子单元t也被布置成与布置排出单元unit的区域的一侧相邻。电源电压和接地电压被从布置在半导体器件100外部的电源(未示出)分别供给到电源端子106和接地端子107，从而经由电源布线104和接地布线105向排出单元unit供电。

在该实施例中，在端子单元t和边306之间以及在边307和边308之间，多个排出单元unit被布置成4行×32列。对于每两个排出元件101布置一个液体供给端口304。为此，液体供给端口304可以在行方向312上紧密布置。所布置的排出单元unit的数量不限于4行×32列，并且可以小于4行×32列或大于4行×32列。可以为每个排出元件101布置一个液体供给端口304，或者可以为每三个或更多个排出元件101布置一个液体供给端口。

电源布线104可以使用例如第二层的金属布线(金属布线可以由诸如铝或其合金之类的金属制成)来形成，以便在驱动单元102上通过。接地布线105可以使用第三层的金属布线(金属布线可以由诸如铝或其合金之类的金属制成)来形成，以便在排出单元unit上通过。电源布线104和接地布线105中的每个通常可以具有固定的厚度。

在本实施例中，为了减小电源布线104和接地布线105的布线电阻，布线被布置在整个基板上。为此，电源布线104和接地布线105具有多层布线结构并且被布置成彼此叠置。电源布线104和接地布线105在避开液体供给端口304的同时进行配置。液体供给端口304与排出元件101对应地布置成4列×16列。因此，电源布线104和接地布线105可以具有栅格状布线图案。

这里，排出单元unit从布置端子单元t的一侧(边305的一侧)起依次地将被称为第一行的排出单元unit，第二行的排出单元unit，...。在图9所示的布置中，最靠近边306的排出单元unit是第四行的排出单元unit。此外，排出单元unit从边307的一侧起依次地被称为第一列的排出单元unit，第二列的排出单元unit，...。在图9所示的布置中，最靠近边308的排出单元unit是第32列的排出单元unit。

参考图9，布置第一行的排出单元unit的区域被定义为区域a，布置第二行的排出单元unit的区域被定义为区域b，布置第三行和第四行的排出单元unit的区域被定义为区域c。在本实施例中，考虑到电源布线104的布线电阻rvh和接地布线105的布线电阻rgndh，驱动单元102的电阻在区域a至c中改变。更具体地，进行布局，使得布置在与端子单元t的距离长的行上的驱动单元102的晶体管的导通电阻ron变得低于布置在与端子单元t的距离小的行上的驱动单元102的晶体管的导通电阻ron。例如，如图10所示，随着与端子单元t的距离增加，驱动单元102的晶体管的导通电阻ron被设置为按区域a、b和c的顺序以行为基础下降。此外，布置在行方向312上的排出单元unit可以具有相同的导通电阻ron。这使得可以减小电源布线104和接地布线105的布线电阻以及驱动单元102的晶体管的导通电阻ron的总电阻值的最大值和最小值之差，并且减小施加到排出元件101的电压的变化。在本实施例中，整个区域被分成三个区域，并且改变驱动单元102的晶体管的电阻以改变区域中的驱动能力。然而，本发明不限于此。例如，一个区域可以由第一行和第二行的排出单元unit形成，另一区域可以由第三行和第四行的排出单元unit形成，并且驱动单元102的晶体管的电阻可以以区域为基础改变。可替代地，例如，可以以行为基础改变驱动单元102的晶体管的电阻。

图11示出了在驱动单元102的晶体管的导通电阻ron以区域a、b和c的顺序减小的情况下的电源布线104的布线电阻rvh、接地布线105的布线电阻rgndh和驱动单元102的晶体管的导通电阻ron的总电阻值。横坐标表示列编号，纵坐标表示电阻值。总电阻值以行为基础显示。从图11中可以看出，总电阻值的最大值和最小值之间的差为0.24ω。同时，图12示出了在所有驱动单元102中使用相同的晶体管作为本实施例的比较结构的情况下的电源布线104的布线电阻rvh、接地布线105的布线电阻rgndh和驱动单元102的晶体管的导通电阻ron的总电阻值。如图11中那样，横坐标表示列编号，纵坐标表示电阻值，并且总电阻值以行为基础显示。总电阻值的最大值和最小值之间的差为0.39ω，大于本实施例中的0.24ω。当使用根据本实施例的布置时，与常规结构相比，可以减少在电源端子106和接地端子107之间的每个排出单元unit的电流路径中插入的晶体管的导通电阻以及布线电阻rvh和rgndh的总和的变化。因此，可以减小施加到排出元件101的电压的变化，并且提高形成的图像的图像质量。

如上所述，即使在布线形状或电源端子与接地端子的布置引起施加到排出元件101的电压变化的布局中，也可以通过驱动单元102的晶体管的导通电阻ron来减少变化。例如，如图9所示，可以采用栅格状布线以及仅在边305的一侧布置电源端子106和接地端子107的布置。因此，在本实施例的半导体器件100中，可以在减小施加到排出元件101的电压的改变的同时减少对布线和端子单元的布局的限制。

另外，在本实施例中，为了改变在驱动单元102中使用的晶体管的电阻，晶体管的尺寸被改变。在驱动单元102的晶体管的导通电阻ron高的区域中，可以减小沟道宽度w，因此可以使每个驱动单元102中的晶体管的形成区域变小。结果，在区域a和b中，可以使布置在行方向312上的排出单元unit之间的距离比比较结构中短。因此，如上述实施例那样，可以实现半导体器件100的尺寸减小。另外，如上述实施例那样，可以抑制向布置在其中布线电阻rvh和rgndh的电阻值小的区域中的排出元件101供给大电流，并且抑制由于发热量的增加而引起的特定排出元件101的寿命缩短。

将参考图13至图15来描述根据本发明的又一实施例的半导体器件的结构。图13是示出了根据本发明的第四实施例的半导体器件100的部件的布置的示例的电路图。该实施例与上述第三实施例的不同之处在于，驱动单元102的晶体管的驱动能力不仅在行方向312上改变而且在列方向311上改变。其余的布置可以与上述第三实施例相同。

参考图13，布置第1至第4列的排出单元unit的区域被定义为区域3，布置第5至第8列的排出单元unit的区域被定义为区域2，并且布置第9至第32列的排出单元unit的区域被定义为区域1。在本实施例中，考虑到电源布线104的布线电阻rvh和接地布线105的布线电阻rgndh，驱动单元102的电阻对于对应于区域a至c和区域1至3的组合的每个区域而改变。更具体地说，进行布局，使得与边307的距离短且与边305的距离长的驱动单元102的晶体管的导通电阻变得低于与边307的距离长且与边305的距离短的驱动单元102的晶体管的导通电阻。例如，如图14中所示，驱动单元102的晶体管的导通电阻ron被设置为按照区域a、b和c的顺序逐步降低。另外，如果使用如图13所示的平行四边形基板303，则布线电阻的电阻值随着与端子单元t的距离在列方向311增大而升高，另外，在与布置端子单元t的边305一起形成钝内角(顶点301)的边307附近，布线电阻变高。因此，如图14中所示，驱动单元102的晶体管的导通电阻ron被设置为按照区域1、2和3的顺序逐步降低。换言之，驱动单元102的晶体管的导通电阻ron随着从边307到排出单元unit的距离的增加而连续地或逐步地增大。

至于改变驱动单元102的晶体管的导通电阻ron的方法，如上述实施例那样，可以通过改变沟道宽度w或沟道长度l来改变驱动能力。如果使用具有相同沟道宽度w和沟道长度l的晶体管作为驱动单元102的晶体管，则施加到驱动单元102的晶体管的栅极电压vgs可能在驱动排出元件101时改变。

驱动单元102的晶体管的驱动能力不仅在列方向311上改变而且在行方向312上改变。通过这种布置，如图15所示，电源布线104的布线电阻rvh、接地布线105的布线电阻rgndh和驱动单元102的晶体管的导通电阻ron的总电阻值的最大值和最小值之间的差可以减小到0.14ω。当使用根据本实施例的布置时，与上述第三实施例相比，可以进一步减少在电源端子106和接地端子107之间的每个排出单元unit的电流路径中插入的晶体管的导通电阻以及布线电阻的总和的变化。因此，可以减小施加到排出元件101的电压的变化，并且进一步提高形成的图像的图像质量。

以上已经描述了根据本发明的四个实施例。然而，本发明当然不限于这些实施例。可以在不脱离本发明的范围的情况下适当地改变或组合上述实施例。

下面将示例性地描述包括上述半导体器件的打印头(液体排出头)、打印头盒(液体排出头盒)和喷墨打印装置(打印装置)。

图16a示出了打印头811的主要部分，其包括用于包括在第一至第四实施例中示例性描述的半导体器件的打印头的基座808。上述排出元件101在此被示出为加热单元806。如图16a中所示，用于形成与多个排出部800连通的流体通道805的通道壁构件801和具有供墨端口803的顶板802被组装到基座808，从而形成打印头811。在这种情况下，从供墨端口803注入的墨水被储存在内部公共墨水室804中，并被供给到流体通道805。在该状态下驱动基座808和加热单元806，从而从排出部800排出墨水。

图16b是示出了使用打印头811的打印头盒810的总体布置的透视图。打印头盒810包括上述打印头811和墨水容器812，上述打印头811包括多个排出部800，墨水容器812保持要供给到打印头811的墨水。墨水容器812被设置在打印头811上，以便在边界线k处可拆卸。打印头盒810设置有电接触(未示出)，其被配置成当打印头盒被安装在图16c所示的打印装置上时从托架侧接收电信号。加热器由电信号驱动。在墨水容器812中设置纤维或多孔的墨水吸收器以保持墨水，并且墨水由墨水吸收器保持。

可以提供喷墨打印装置，其中图16b中所示的打印头盒810被安装在喷墨打印装置主体中，并且从装置主体供给打印头811的信号被控制，从而实现高速、高质量的打印。下面将描述使用打印头盒810的喷墨打印装置。

图16c是示出了根据本发明的实施例的喷墨打印装置900的外观的透视图。参见图16c，打印头盒810被安装在与导螺杆904的螺旋槽921接合的托架920上，其中该导螺杆904经由驱动力传递齿轮902和903与驱动马达901的前后旋转同步旋转。打印头盒810可以通过驱动马达901的驱动力沿导轨919与托架920一起在箭头a或b的方向上移动。用于通过打印介质馈送器(未示出)输送到压板906的打印纸张p的纸压板905沿着托架移动方向将打印纸张p压靠在压板906上。

光耦合器907和908是原位置检测装置，用于确认设置在托架920上的杆909在设置有光耦合器907和908的区域中的存在并切换驱动马达901的旋转方向。支撑构件910支撑盖构件911，盖构件911将打印头盒810的整个表面盖住。抽吸装置912抽吸盖构件911的内部，并经由盖内开口913来执行打印头盒810的打印头811的抽吸恢复。移动构件915允许清洁刮板914在前后方向上移动。清洁刮板914和移动构件915由主体支撑板916支撑。当然，不仅图示形式的清洁刮板914，而且已知的清洁刮板也适用于该实施例。杆917被设置以开始抽吸恢复的抽吸。杆917随着与托架920接合的凸轮918的移动而移动，并且驱动马达901的驱动力的传递由已知的传递装置(如离合器)来控制。被配置成向设置在打印头盒810的打印头811中的加热单元806提供信号并控制诸如驱动马达901之类的机构的驱动的打印控制单元(未示出)设置在设备主体侧。

在具有上述布置的喷墨打印装置900中，打印头盒810的打印头811在打印纸张p的宽度方向上往复移动的同时，在由打印介质馈送器输送到压板906上的打印纸张p上执行打印。由于使用具有上述实施例的电路结构的半导体器件来制造打印头811，因此可以执行精确的高速打印。

接下来将描述被配置成执行上述装置的打印控制的控制电路的布置。图16d是示出了喷墨打印装置900的控制电路的布置的框图。控制电路包括向其输入打印信号的接口1700、mpu(微处理器)1701和存储要由mpu1701执行的控制程序的程序rom1702。控制电路还包括存储各种数据(要供给头的打印信号和打印数据)的动态ram(随机存取存储器)1703和控制向打印头1708供给打印数据的门阵列1704。门阵列1704还控制接口1700、mpu1701、ram1703之间的数据传送。控制电路还包括被配置成输送打印头1708的载体马达1710和被配置成输送打印纸的输送马达1709。控制电路还包括驱动打印头1708的头驱动器1705以及被配置成分别驱动输送马达1709和载体马达1710的马达驱动器1706和1707。

将描述控制配置的操作。当打印信号被输入到接口1700时，打印信号在门阵列1704和mpu1701之间被转换成用于打印的打印数据。然后马达驱动器1706和1707被驱动，并且同时，根据被发送到头驱动器1705的打印数据来驱动打印头，从而执行打印。

本发明特别在本申请人提出的打印头和打印装置中产生了巨大的效果，该打印头和打印装置使用喷墨打印方法中的使用热能的排出墨水的方法。本发明可用于例如打印机、复印机和传真装置。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以便包括所有这些修改以及等同的结构和功能。