CN107257736B - Mems装置、记录头以及液体喷射装置 - Google Patents

Mems装置、记录头以及液体喷射装置 Download PDF

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Abstract

提供了阻止基板弯曲使得初级电极和次级电极可以可靠地彼此连接的MEMS装置、记录头和液体喷射装置。包括了设置有包括初级电极34的凸块32的初级基板30以及在由粘合层35形成的凹部36的底面上设置有次级电极91的次级基板10。初级基板10和次级基板30利用粘合层35接合在一起，初级电极34以凸块32插入到凹部36中的方式而与次级电极91电连接，并且凸块32的一部分与形成凹部36的粘合层35在凸块32插入凹部36的方向上彼此重叠。

Description

MEMS装置、记录头以及液体喷射装置
技术领域
本发明涉及MEMS装置、包括MEMS装置的记录头和包括记录头的液体喷射装置。
背景技术
作为微机电系统(MEMS)装置的一个示例的喷墨式记录头包括形成有与用于喷射液滴的喷嘴连通的压力发生室的通道形成基板、设置在通道形成基板的一个表面侧的压电元件以及接合到通道形成基板的压电元件侧并设置有用于驱动压电元件的驱动电路的驱动电路基板。喷墨式记录头利用驱动电路驱动压电元件，从而产生压力发生室中容纳的液体的压力变化，并从喷嘴喷射液滴。
作为这样的压电元件，已经提出了通过膜沉积和光刻形成在通道形成基板上的薄膜形状的元件。使用这种薄膜形状的压电元件具有以下优点：压电元件可以高密度安装，但另一方面使得难以将以高密度安装的压电元件电连接到驱动电路。
为了解决这个问题，已经提出了一种构造，其中在驱动电路基板上设置凸块，在用于将驱动电路基板和通道形成基板接合在一起的粘合层中设置凹部，并且驱动电路和压电元件经由凹部中的凸块彼此电连接(例如，参见PTL1和PTL2，以及其他)。
通过如上所述使用用于连接驱动电路和压电元件的凸块，以高密度布置的压电元件和驱动电路可以以低成本容易地彼此连接。
发明内容
技术问题
但是，如果设置在凸块的两侧的粘合层远离凸块布置，则会出现通道形成基板和驱动电路基板可能弯曲的问题。
为了解决这个问题，粘合层可以布置成与凸块靠得很近。但是，在这种情况下，会出现粘合层可能扩展到压电元件的驱动区域并且不利地影响压电元件的振动特性的另一问题。
另外，如果驱动电路基板与通道形成基板之间的接合强度低，则还会出现凸块与压电元件之间的电连接不稳定的另一问题。
应当注意，这些问题不仅发生在用于喷射诸如油墨的液体的记录头中，而且也发生在记录头之外的任何MEMS装置中。
鉴于这些情况，本发明的目的是提供一种阻止基板弯曲使得初级电极和次级电极可以可靠地彼此连接的MEMS装置、记录头和液体喷射装置。
问题的解决方案
根据解决上述问题的本发明的第一方面，提供了一种MEMS装置，包括：初级基板，其设置有包括初级电极的凸块；和次级基板，其在由粘合层形成的凹部的底面上设置有次级电极。所述初级基板和所述次级基板利用所述粘合层接合在一起，所述初级电极以所述凸块插入到所述凹部中的方式而与所述次级电极电连接，并且所述凸块的部分与形成所述凹部的所述粘合层在所述凸块插入所述凹部的方向上彼此重叠。
根据该方面，以高密度布置的初级电极和次级电极可以经由凸块以低成本可靠地连接。另外，由于形成凹部的粘合层和凸块彼此重叠，因此粘合层可以设置成与凸块靠得很近，并且可以通过阻止基板弯曲来抑制初级电极与次级电极之间的连接故障。而且，与粘合层形成为使得凹部向外加宽的情况相比，粘合层与凸块的重叠使得实现了基板的小型化。
此处，所述凸块优选地包括弹性的芯部，以及设置在所述芯部的表面上的金属膜。在该构造中，即使当通道形成基板和驱动电路基板弯曲或起伏，凸块的芯部变形而使得凸块与压电元件能够彼此可靠地连接。
而且，优选地，所述初级基板设置有多个所述初级电极，所述凸块的芯部针对每个所述初级电极独立地设置，并且所述粘合层设置在彼此相邻的每对所述芯部之间。利用这种构造，粘合层的接合面积能够在不增大基板尺寸的情况下变大，由此可以加强接合强度。
另外，所述粘合层优选地由感光性树脂制成。这允许粘合层以高精度形成期望的形状。
根据本发明的第二方面，提供了一种记录头，包括：根据第一方案所述的MEMS装置；压力发生室，其形成在所述次级基板中并与喷嘴连通；和压电元件，其附接到所述次级基板的初级基板侧，所述压电元件连接到所述次级电极，并且被构造成引起所述压力发生室中的液体的压力变化。
根据该方面，由于形成凹部的粘合层与凸块彼此重叠，粘合层不朝向压电元件延伸，由此阻止粘合层附着到压电元件。因而，阻止了粘合层阻挡压电元件的移位。
而且，根据本发明的第三方面，提供了一种包括根据第二方面所述的记录头的液体喷射装置。
根据该方面，可以实现能够建立电极之间的可靠连接、小型化并且可以经阻止而阻挡压电元件的移位的液体喷射装置。
附图说明
[图1]图1是根据实施例1的记录头的立体分解图。
[图2]图2是根据实施例1的记录头的平面图。
[图3]图3是根据实施例1的通道形成基板的重要部分的平面图。
[图4]图4是根据实施例1的记录头的截面图。
[图5A]图5A是根据实施例1的记录头的重要部分的放大截面图。
[图5B]图5B是根据实施例1的记录头的重要部分的放大截面图。
[图6]图6是根据实施例1的驱动电路基板的平面图。
[图7]图7是根据实施例1的通道形成基板的重要部分的立体图。
[图8]图8是根据实施例1的通道形成基板的重要部分的立体图。
[图9A]图9A是图示根据实施例1的生产粘合层的方法的截面图。
[图9B]图9B是图示根据实施例1的生产粘合层的方法的截面图。
[图9C]图9C是图示根据实施例1的生产粘合层的方法的截面图。
[图10A]图10A是根据实施例2的记录头的重要部分的截面图。
[图10B]图10B是根据实施例2的记录头的重要部分的截面图。
[图11]图11是根据一个实施例的记录设备的示意图。
具体实施方式
在下文中，基于实施例详细描述本发明。
实施例1
图1是作为根据本发明的实施例1的记录头的示例的喷墨式记录头的立体分解图，并且图2是喷墨式记录头的平面图。图3是通道形成基板的重要部分的平面图，图4是沿图2中的线A-A'截取的截面图，并且图5A和图5B是图4的重要部分的放大截面图。
如图所示，作为本实施例的记录头的示例的喷墨式记录头1包括多个部件，诸如作为次级基板的通道形成基板10、连通板15、喷嘴板20、作为初级基板的驱动电路基板30以及柔顺板45。
通道形成基板10可以由诸如不锈钢和Ni的金属、由ZrO2和Al2O3代表的陶瓷材料、玻璃陶瓷材料、诸如MgO和LaAlo3的氧化物以及其它中的任意一种制成。在本实施例中，通道形成基板10由单晶硅基板制成。通道形成基板10从其一个表面侧起各向异性地蚀刻，并且如图4和图5A所示，在通道形成基板10中形成了由分隔壁限定的多个压力发生室12。压力发生室12在喷射油墨的多个喷嘴21并排排列的方向上并排排列。在下文中，将该方向称为压力发生室12的排列方向或第一方向X。另外，通道形成基板10设置有在第一方向X上排列的多个阵列的压力发生室12，具体地，本实施例中为两个阵列。下面，在第一方向X上排列的多个阵列的压力发生室12并排排布的阵列排布方向被称为第二方向Y。而且，在本实施例中，与第一方向X和第二方向Y两者正交的方向被称为第三方向Z。应注意，尽管在本实施例中方向(X，Y，Z)被定义为彼此正交，但是部件之间的排布关系不一定限于正交排布。
另外，在通道形成基板10中，可以在每个压力发生室12在第二方向Y上的一端侧设置供给路径或类似物，供给路径具有比压力发生室12窄的开口面积，并且被构造为对要流入压力发生室12的油墨施加路径阻力。
此外，连通板15和喷嘴板20在通道形成基板10的一个表面侧(在层叠方向上，即在-Z方向上)依此次序层叠。更具体地，喷墨式记录头1包括设置在通道形成基板10的一个表面侧的连通板15以及设置在连通板15的与通道形成基板10的相反的表面侧并具有喷嘴21的喷嘴板20。
连通板15设置有喷嘴连通路径16，压力发生室12和喷嘴21通过喷嘴连通路径16彼此分别彼此连通。连通板15具有比通道形成基板10大的面积，并且喷嘴板20具有比通道形成基板10小的面积。由于连通板15这样设置，喷嘴板20中的喷嘴21可以布置成远离压力发生室12。在该构造中，虽然喷嘴21周围的油墨可能由于油墨中的水分蒸发而在粘度上增大，但压力发生室12内的油墨可能较少受粘度增大影响。另外，由于喷嘴板20只需要覆盖压力发生室12和喷嘴21彼此连通所通过的喷嘴连通路径16的开口，因此可以使喷嘴板20的面积相对地较小，这可以导致成本降低。在本实施例中，喷嘴板20的有喷嘴21开口并穿过其喷射墨滴的表面被称为液体喷射表面20a。
而且，连通板15设置有构成歧管100的一部分的第一歧管部17和第二歧管部18。
第一歧管部17在厚度方向(连通板15层叠在通道形成基板10上的层叠方向)上穿孔通过连通板15。
同时，第二歧管部18在厚度方向上不穿孔通过连通板15，而是仅向连通板15的喷嘴板20侧开口。
而且，连通板15设置有分别与压力发生室12的在第二方向Y上的一个端部连通的供给连通路径19。每个供给连通路径19针对一个压力发生室12独立地设置。通过供给连通路径19，第二歧管部18和压力发生室12彼此连通。
如上所述的连通板15可以由诸如不锈钢和Ni的金属、诸如锆的陶瓷以及其它等中的任何一种制成。优选地，连通板15由具有与通道形成基板10的线性膨胀系数相当的线性膨胀系数的材料制成。具体地，如果连通板15由具有与通道形成基板10的线性膨胀系数大不相同的线性膨胀系数的材料制成，则它们的线性膨胀系数之差可能导致通道形成基板10和连通板15由于加热和冷却而弯曲。在本实施例中，连通板15由与通道形成基板10相同的材料制成，即，由单晶硅基板制成，由此阻止了由于加热或任何其它情形而发生弯曲，诸如由于加热引起的裂纹或分层。
喷嘴板20设置有经由喷嘴连通路径16将各压力发生室12连通的喷嘴21。这样形成的喷嘴21在第一方向X上并排排列，并且在第一方向上排列的两个阵列的喷嘴21在第二方向Y上并排排布。
这种喷嘴板20例如可以由诸如不锈钢(SUS)的金属、诸如聚酰亚胺树脂的有机材料、单晶硅基板和其它等中的任何一种制成。顺便提及，如果喷嘴板20由单晶硅基板制成，则喷嘴板20和连通板15具有相当的线性膨胀系数，因此可以阻止由于加热和冷却引起的弯曲，或者导致由于加热引起的诸如裂纹或分层的任何其他结果。
另一方面，振动板50在通道形成基板10的与连通板15的相反的一侧的表面上形成。在本实施例中，振动板50包括设置在通道形成基板10侧且由氧化硅制成的弹性膜51，以及设置在弹性膜51上且由氧化锆制成的绝缘膜52。这里，诸如压力发生室12的液体通道是从一个表面侧(接合有喷嘴板20的表面侧)在通道形成基板10上执行的各向异性蚀刻而形成的，并且诸如压力发生室12的液体通道的相对表面侧由弹性膜51限定。
另外，作为本实施例的压电元件的压电致动器300设置在通道形成基板10的振动板50上。每个压电致动器300包括从振动板50侧起依次层压的第一电极60、压电层70和第二电极80。在本实施例中，包括在压电致动器300中的第一电极60针对每个压力发生室12切割，并且针对作为压电致动器300的基本驱动部分的每个活性部分构成独立的单个电极。在压力发生室12的第一方向X上，第一电极60形成有比压力发生室12的宽度窄的宽度。具体地，第一电极60在压力发生室12的第一方向X上的两端位于面向压力发生室12的区域内。同时，第一电极60在压力发生室12的第二方向Y上的两端延伸到压力发生室12的外部。这样形成的第一电极60的材料可以是尤其不限于任何金属材料，优选地使用例如铂(Pt)、铱(Ir)等。
压电层70在第二方向Y上以预定宽度形成，并且沿第一方向X连续地延伸。压电层70在第二方向Y上的宽度比压力发生室12在第二方向Y上的宽度宽。因而，压电层70延伸于压力发生室12在压力发生室12的第二方向Y上的外部区域上。
在压力发生室12在第二方向Y的一端侧(在歧管100的相对侧)，压电层70的端部位于第一电极60的端部的外侧。换句话说，第一电极60的端部覆盖有压电层70。在压力发生室12在第二方向Y上的作为歧管100侧的另一端侧，压电层70的端部位于第一电极60的端部的内侧(在压力发生室12侧)，并且歧管100侧的第一电极60的端部不覆盖有压电层70。
压电层70由在第一电极60上形成的且具有偏振结构的、为氧化物的压电材料制成，例如由化学通式ABO3表示的钙钛矿氧化物制成。可用于压电层70的钙钛矿氧化物包括例如含有铅的铅基压电材料、不含有铅的非铅基压电材料以及其它材料。
这样形成的压电层70设置有与相应的分隔壁对应的凹部71。每个凹部71在第一方向X上的宽度大致等于或宽于每个分隔壁在第一方向X上的宽度。这些凹部71降低振动板50的面向压力发生室12在第二方向Y上的两端的部分(称为振动板50的臂部)的硬度，使得压电致动器300可以有利地移位。应注意，压电层70中的凹部71的形成不是有利地使压电致动器300移位的唯一方式。如果压电层70可以允许压电致动器300期望地移位，则可以以任何方式形成压电层70而无需在其中形成凹部71。
第二电极80设置在压电层70的与第一电极60相反的表面侧，并且构成多个活性部分共用的共用电极。顺便提及，是否在压电层70的凹部71的内表面(即，压电层70的凹部71的侧表面)上形成第二电极80是设计的选择。
这样包括第一电极60、压电层70和第二电极80的压电致动器300随着在第一电极60与第二电极80之间施加电压而移位。换言之，在两个电极60与80之间施加电压在夹在第一电极60与第二电极80之间的压电层70中引起压电应变。这里，压电层70的在两个电极之间施加电压而发生压电应变的部分被称为作为活性部分。相反，压电层70的不发生压电应变的部分被称为非活性部分。
另外，如图3、图4和图5A所示，作为引线的单独配线91从压电致动器300的第一电极60抽出。在本实施例中，在第一方向X上并排排列的两个阵列的压电致动器300(活性部分)在第二方向Y上并排排布，并且单独配线91从每个阵列的各压电致动器300抽出到阵列在第二方向Y上的外部。作为引线的共用配线92从压电致动器300的第二电极80抽出。在本实施例中，每个共用配线92与两阵列的压电致动器300的第二电极80导通。另外，共用配线92以一个共用配线92与若干活性部分的比率而设置。在本实施例中，从压电致动器300的第一电极60抽出的单独配线91和从压电致动器300的第二电极80抽出的共用配线92被称为次级电极。综上所述，作为次级基板的通道形成基板10设置有作为次级电极的单独配线91和共用配线92。
同时，驱动电路基板30接合到通道形成基板10的压电致动器300侧的表面。驱动电路基板30与通道形成基板10具有大致相同的尺寸。
这里，参照图4、图5A、图5B和图6描述本实施例的作为初级基板的驱动电路基板30。图6是从通道形成基板侧观察的驱动电路基板的平面图。
如图所示，本实施例中作为初级基板的驱动电路基板30是作为包括诸如传输门的开关元件的集成电路的驱动电路31通过半导体制造工艺形成的半导体基板，并且例如不是设置有安装有分别制造的半导体集成电路的配线的基板。
驱动电路31一体地形成在驱动电路基板30的面对通道形成基板10的表面侧。然后，驱动电路基板30和通道形成基板10与粘合层35接合在一起。
这里，驱动电路基板30的驱动电路31经由凸块32连接到通道形成基板10的单独配线91和共用配线92。在本实施例中，凸块32设置在驱动电路基板30的面对通道形成基板10的表面上。这里，凸块32包括电连接到驱动电路31的端子31a的初级电极。然后，凸块32电连接到单独配线91和共用配线92，使得驱动电路31电连接到压电致动器300的第一电极60和第二电极80。
例如，凸块32各自包括由弹性树脂材料形成的芯部33和形成在芯部33的表面上的金属膜34。金属膜34设置成从芯部33的表面延伸到驱动电路基板30的在通道形成基板10侧的表面上。金属膜34电连接到驱动电路基板30的驱动电路31的相应的端子31a。简言之，在本实施例中，金属膜34设置为初级电极。
芯部33由感光绝缘树脂或诸如聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、硅树脂、硅酮改性聚酰亚胺树脂或环氧树脂等热固性绝缘树脂制成。
这样形成的芯部33在驱动电路基板30和通道形成基板10接合在一起之前具有几乎拱起形状。这里，拱起形状是这样的柱状：其中与驱动电路基板30接触的内表面(底面)为平坦表面的，作为非接触表面的外表面为曲面。几乎拱起形状的具体示例为具有几乎半圆形、几乎半椭圆形或几乎梯形的截面的形状，或任何其它类似形状。
然后，当驱动电路基板30和通道形成基板10彼此压靠而彼此更靠近时，芯部33弹性变形使得芯部33的末端的轮廓遵循单独配线91和共用配线92的表面轮廓。
因而，即使当驱动电路基板30和通道形成基板10弯曲或起伏时，芯部33变形从而遵循弯曲或起伏，从而可以建立凸块32与单独配线91和共用配线92的可靠连接。
应注意，在本实施例中，芯部33在第一方向X上以直线连续延伸。具体地，一共设置三个芯部33，其中两个设置在两个阵列的压电致动器300在第二方向Y上的外侧，而其中一个在第二方向Y上设置在两个阵列的压电致动器300之间。设置在两个阵列的压电致动器300外侧的每个芯部33形成待连接到相应阵列的压电致动器300的单独配线91的凸块32，并且设置在两个阵列的压电致动器300之间的芯部33形成待连接到两个阵列的压电致动器300的共用配线92的凸块32。
上述的芯部33可以通过光刻技术或蚀刻技术形成。
金属膜34覆盖芯部33的表面的一部分。金属膜34可以仅包括由诸如Au、Tiw、Cu、Cr(铬)、Ni、Ti、W、NiV、Al、Pd(钯)和无铅焊料合金等金属和合金中的任一种或任意组合制成的单层或多个叠层。然后，随着芯部33弹性变形，金属膜34也变形，以便遵循单独配线91和共用配线92的表面轮廓，并且金属接合到单独配线91和共用配线92。这里，待连接到单独配线91的金属膜34以与单独配线91以相同的间距在第一方向X上排布在芯部33的表面上。同时，待连接到共用配线92的金属膜34以与共用配线92相同的间距在第一方向X上排布在芯部33的表面上。
在本实施例的这种凸块32中，设置在芯部33的表面上的金属膜34在室温下接合到单独配线91和共用配线92。具体地，本实施例中的驱动电路基板30和通道形成基板10与粘合层35接合，以便凸块32在与配线91、91接触的同时固定到单独配线91和共用配线92。这里，粘合层35可以由具有一定粘合性质并且含有包含环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、硅树脂、苯乙烯树脂等作为主要成分的树脂的粘合剂、抗蚀材料等制成。特别是通过使用感光性树脂用作光致抗蚀剂，可以容易地以高精度形成粘合层35。更具体地，如果使用具有低粘度的粘合剂作为粘合层35，则粘合剂可以在压电致动器300的活性部分上和设置有活性部分的振动板50上散布，然后粘合剂可以阻挡压电致动器300的移位。但是，如果使用用作光致抗蚀剂等的感光性树脂作为粘合层35，则粘合层35只能形成在期望的区域中。在这种情况下，可以阻止粘合剂散布，从而阻止粘合剂阻挡压电致动器300的移位。顺便提及，诸如SU_83000(由Nippon Kayaku有限公司制造)、SU-8_3000CF(由Nippon Kayaku有限公司制造)和TMMR_s2000(由TOKYO OHKA KOGYO有限公司制造)的感光性树脂是可用作粘合层35的感光性树脂的示例。
在本实施例中，粘合层35设置在每个凸块32的两侧，即横跨凸块32的在第二方向Y上的两侧。更具体地，在两排粘合层35之间形成凹部36，而作为次级电极的单独配线91或共用配线92设置在凹部36的底面上，即，在通道形成基板10的振动板50上。然后，凸块32连接到凹部36中的单独配线91或共用配线92。在本实施例中，在第一方向X上延伸的三个凸块32在第二方向Y上并排排布。因此，为了形成针对每个凸块32的凹部36，两排粘合层35设置成在第一方向X上在每个凸块32在第二方向Y上的两侧延伸。简言之，在第一方向X上延伸的六排粘合层35在第二方向Y上设置。然后，另外两排粘合层35设置成使得在第二方向Y上并排排布的六排粘合层35在第一方向X上的两端连续连接。换言之，粘合层35设置为在平面图中的矩形框状形状，其中粘合层35围绕两个阵列的压电致动器300的整个周边，同时围绕每个压电致动器300阵列。
另外，粘合层35在第三方向Z上与每个凸块32的一部分重叠。具体地，如图5B所示，粘合层35在第二方向Y上的宽度延伸到通道形成基板10和凸块32在第三方向Z上彼此面对的区域w中。更具体地，“粘合层35与每个凸块32的一部分重叠”意味着粘合层35的一部分和凸块32的一部分在第三方向Z上所见的平面图中彼此重合。应注意，在本实施例中，本文所述的凸块32是从驱动电路基板30朝通道形成基板10突出的部分，并且限定包括芯部33和设置在芯部33的表面上的金属膜34的部分的区域w。同时，粘合层35具有梯形截面，更具体地，粘合层35的沿第二方向Y截取的截面朝向通道形成基板10侧变宽，而朝向驱动电路基板30侧变窄。换言之，粘合层35被设置成使得形成凹部36的内表面35a相对于第三方向Z倾斜。在本实施例中，内表面35a在朝通道形成基板10侧延伸的同时倾斜以更靠近凸块32，使得粘合层35的一部分置于凸块32的区域w内。而且，粘合层35设置成使得凹部36的内表面35a倾斜，同时保持与凸块32不接触。这是因为，例如，如果粘合层35与凸块32接触，则硬化的粘合层35可能阻碍凸块32的变形。更具体地，如果粘合层35与凸块32的侧表面接触，则粘合层35可能阻碍凸块32变形以遵循单独配线91或共用配线92，并且由此可能导致由于凸块32与单独配线91或共用配线92之间的接触面积减小引起的连接故障。另外，如果与凸块32的一部分接触的粘合层35硬化，则由于变形而产生的负荷被施加到凸块32的与粘合层35不接触的另一部分，并且凸块32和单独配线91或共用配线92不能在多个连接部分上以相同的负荷连接在一起。在本实施例中，在粘合层35与凸块32之间设置有间隙，以保持粘合层35与凸块32不接触。因而，阻止粘合层35阻碍凸块32的变形，并且可靠地建立了凸块32与单独配线91和共用配线92的电连接。
上述的凹部36的内表面35a的倾斜使得凸块32接近粘合层35和通道形成基板10接合在一起的接合区域，因而可以阻止通道形成基板10的与凸块32接触的区域弯曲。顺便提及，如果凸块32远离通道形成基板10与形成凹部36的粘合层35的接合区域，则凹部36内的通道形成基板10可能由于凸块32施加的压力而弯曲，并且可能发生凸块32和单独配线91或共用配线92之间的连接故障。在本实施例中，因而阻止了通道形成基板10弯曲，使得可以抑制凸块32与单独配线91或共用配线92之间的连接故障的发生。
另外，在本实施例中，粘合层35的与凹部36相反的外表面35b是沿着第三方向Z的表面，即，与通道形成基板10的表面垂直的表面。在这种情况下，粘合层35与通道形成基板10的接合面积比粘合层35与驱动电路基板30的接合面积宽。这里，粘合层35的外表面35b可以如凹部36的内表面35a那样倾斜。然而，如果外表面35b在与凹部36的相邻内表面35a相同的方向上倾斜，则粘合层35与通道形成基板10的接合面积减小。相反，如果外表面35b在与凹部36的内表面35a相反的方向上倾斜，则粘合层35与通道形成基板10的接合面积增大，但是粘合层35可能附着到压电致动器300的活性部分、振动板50的设置有活性部分的区域以及通道形成基板10上的其它区域上，因而可以阻挡压电致动器300和振动板50的移位。为了阻止粘合层35附着到压电致动器300的活性部分和振动板50的设置有活性部分的区域，需要使通道形成基板10和驱动电路基板30变大。在本实施例中，凹部36的内表面35a倾斜成在第三方向Z上与粘合层35和凸块32重叠，并且沿着第三方向Z形成外表面35b以增大粘合层35的接合面积。于是，可以加强通道形成基板10与驱动电路基板30之间的接合强度。另外，阻止粘合层35附着到压电致动器300的活性部分、振动板50的形成有活性部分的区域或任何其它区域，使得可以抑制由于阻挡压电致动器300的移位而引起的喷墨故障或喷射性质的劣化。而且，设置有粘合层35的区域的最小化可以实现记录头的小型化。
在本实施例中，如图7所示，由粘合层35形成的凹部36设置成横跨在第一方向X上并排排布的单独配线91连续地延伸。当然，粘合层35不特别限于此。相反，例如，粘合层35可以如图8所示包括在第一方向X上彼此相邻的每对单独配线91之间连续延伸的延伸部37。更具体地，粘合层35的延伸部37设置在彼此相邻的每对芯部33之间，并且凹部36可以针对每个单独配线91独立地设置。如图8所示，如果粘合层35设置有延伸部37，则粘合层35的与通道形成基板10和驱动电路基板30的接合面积增大，使得可以进一步增强通道形成基板与驱动电路基板30之间的接合强度。另外，由于通道形成基板10和驱动电路基板30沿着每个芯部33的整个周边接合，因此阻止通道形成基板10和驱动电路基板30在凹部36中弯曲。顺便提及，图7和图8是图示通道形成基板10的重要部分的立体图。
如上所述通道形成基板10和驱动电路基板30接合在一起所利用的粘合层35在通道形成基板10与驱动电路基板30之间形成保持部38。每个保持部38为排布有压电致动器300的空间。在本实施例中，由于粘合层35连续地设置在每个压电致动器300阵列的整个周边周围，所以保持部38在通道形成基板10与驱动电路基板30之间对应于压电致动器300的各阵列独立地设置。这种保持部38可以气密地或不气密地密封。顺便提及，使用感光性树脂作为粘合层35能够使得容易且可靠地形成作为密封空间的保持部38。
同时，驱动电路基板30与外部配线的连接没有特别限定。例如，贯通电极可以设置到驱动电路基板30，并且外部配线也可以连接到驱动电路基板30的与面向通道形成基板10的表面相反的表面上的贯通电极。相反，配线可以设置在驱动电路基板30的面向通道形成基板10的表面上，并且从形成有驱动电路31的区域路由到保持部38的外侧，并且配线和外部配线可以连接在保持部38的外部。或者，可以在驱动电路基板30中设置通孔，并且插入到通孔中的外部配线可以连接到驱动电路31。
在本实施例中，如上所述，驱动电路31和压电致动器300可以通过将通道形成基板10直接接合到形成有驱动电路31的驱动电路基板30而电连接在一起。因而，以高密度排布的压电致动器300的单独配线91和共用配线92可以以低成本可靠地连接到驱动电路31。
这里，参照图9A至9C描述用于生产将通道形成基板10和驱动电路基板30接合的粘合层35的方法。
如图9A所示，将形成粘合层35的感光性粘合剂135施加到通道形成基板10的整个一个表面侧，随后进行烧结来蒸发溶剂成分。此后，将具有开口部分201的玻璃掩模200放置在感光性粘合剂135之上，并在倾斜方向上利用紫外线照射。因而，感光性粘合剂135利用未被屏蔽而是穿过开口部201的紫外线倾斜照射，并且暴露了利用紫外线倾斜照射的感光性粘合剂135的一部分。感光性粘合剂135的该倾斜暴露部形成了凹部36的内表面35a。
接下来，如图9B所示，玻璃掩模200在竖直方向上用紫外线照射。因而，感光性粘合剂135利用未被屏蔽而是穿过开口部201的紫外线竖直地照射，并且暴露了用紫外线竖直照射的感光性粘合剂135的一部分。感光性粘合剂135的该竖直暴露部形成了粘合层35的外表面35b。
此后，如图9C所示，去除感光性粘合剂135的未暴露部分，于是粘合层35形成有形成在一侧的倾斜内表面35a和形成在另一侧的竖直外表面35b。针对生产形成凹部36的一排粘合层35的方法说明了上述示例。形成凹部36的另一排粘合层35可以以与上述示例相同的制造方法形成。因而，通过用玻璃掩模200对感光性粘合剂135形成图案来形成粘合层35的光致抗蚀剂工艺的使用使得能够容易且高精度地形成粘合层35。另外，通过光致抗蚀剂工艺对粘合层35的高精度形成使得粘合层35可以形成为具有这样使得粘合层35可以保持不与凸块32接触的期望的宽度和位置。
如图4所示，壳体构件40固定在通道形成基板10、驱动电路基板30、连通板15以及喷嘴板20的这样一个子组件，从而形成与多个压力发生室12连通的歧管100。壳体构件40与上述的连通板15在平面图中具有大致相同的形状，并且接合到驱动电路基板30和上述连通板15两者。具体地，壳体构件40在驱动电路基板30侧包括凹部41，并且凹部41具有允许在其中容置通道形成基板10和驱动电路基板30的深度。凹部41的开口表面具有比接合到通道形成基板10的驱动电路基板30的表面宽的面积。然后，通道形成基板10等容置在凹部41中，凹部41的在喷嘴板20侧的开口表面由连通板15密封。另外，壳体构件40在凹部41的在第二方向Y上的两侧设置有各自形成为凹形形状的第三歧管部42。该第三歧管部42以及形成在连通板15中的第一歧管部17和第二歧管部18构成本实施例中的歧管100。
这里，作为壳体构件40的材料，例如可以使用树脂、金属等。顺便提及，如果壳体构件40通过模制树脂材料形成，则可以实现低成本的批量生产。
另外，柔顺板45设置在连通板15的第一歧管部17和第二歧管部18开口的表面上。柔顺板45密封液体喷射表面20a侧的第一歧管部17和第二歧管部18的开口。在本实施例中，这种柔顺板45包括密封膜46和固定板47。密封膜46由柔性薄膜(例如，由聚苯硫醚(PPS)、不锈钢(SUS)等制成的厚度为20μm以下的薄膜)制成。固定板47由诸如包括不锈钢(SUS)等的金属的硬质材料制成。固定板47的面向歧管100的区域在厚度方向上完全去除，从而形成开口部48。因而，歧管100的一个表面侧是作为仅通过柔性密封膜46密封的柔性部的顺应性部49。
而且，引入口44设置在壳体构件40中。引入口44与相应的歧管100连通，并将油墨供给到相应的歧管100。另外，连接端口43设置在壳体构件40中。在连接端口43中，驱动电路基板30的与通道形成基板10相反的表面露出，并且插入有未示出的外部配线。插入到连接端口43中的外部配线电连接到驱动电路基板30。
当喷墨时，由此构造成的喷墨式记录头1通过从储存油墨的贮液器经过引入口44吸入油墨而在从歧管100到喷嘴21的整个通路中填充油墨。然后，喷墨式记录头1根据来自驱动电路31的信号向对应于压力发生室12的每个压电致动器300施加电压，从而使振动板50与压电致动器300一起偏移。这增大了压力发生室12内的压力并引起来自喷嘴21中的预定喷嘴的墨滴。
实施例2
图10A和图10B是根据本发明的实施例2的记录头的重要部分的截面图。这里，与上述实施例1相同的部件被分配有相同的附图标记，并且省略其重复描述。
如图10A和图10B所示，在本实施例中的粘合层35设置成使得凹部36的内表面35a，即凸块32侧的内表面35a相对于第三方向Z倾斜，并且外表面35c在与相邻的内表面35a相同的方向上倾斜。
这样的粘合层35与通道形成基板10的接合面积与内表面和外表面沿着第三方向Z形成的情况相同，或者换句话说，形成为垂直于通道形成基板10的表面的表面。同时，粘合层35与通道形成基板10的接合位置比上述后者情况更靠近凸块32。因而，粘合层35可以阻止凹部36内的通道形成基板10和驱动电路基板30弯曲，从而抑制凸块32与单独配线91和共用配线92的连接故障。
顺便提及，同样在本实施例中，也可以如在如上所述的实施例1中的图7所示的在相邻凸块32之间不形成粘合层35，也可以如在实施例1中的图8所示的在相邻的凸块32之间形成粘合层35在其中延伸的延伸部37。
其他实施例
以上，对本发明的实施例1和2进行了描述，但是本发明的基本构造并不限于上述这些。
在上述实施例1和2中，凸块32设置在驱动电路基板30上，但凸块32并不特别限于此构造。凸块32可以设置在通道形成基板10上。在这种情况下，可以在驱动电路基板30上形成在第三方向Z上面向凸块32的粘合层35。同时，例如，压电致动器300的压电层70可以被延伸更多，并且可以在压电层70的延伸部上形成设置在通道形成基板10上方的单独配线91和共用配线92，凸块32和粘合层35待设置在单独配线91和共用配线92上。在这种构造中，驱动电路基板30与通道形成基板10之间的保持部38可以在第三方向Z上具有足够的高度，而无需在驱动电路基板30中设置凹部等，从而可以阻止压电致动器300在移位时撞击驱动电路基板30。另外，该构造消除了形成大凸块32或形成大宽度的粘合层35的必要性，从而使保持部38具有足够的高度。因而，可以减小凸块32和粘合层35的布置面积，以实现成本降低和小型化。
在上述实施例1和2中，凸块32包括由弹性树脂材料制成的芯部33和设置在芯部33的表面上的金属膜34。但是，凸块32不特别限于此构造。例如，可以使用在其内部包括金属芯部的凸块作为凸块32。在使用包括这种金属芯部的凸块的情况下，优选使用相对柔软的材料，使得凸块可以变形，也可以使用例如焊料合金、金(Au)、铂(Pt)、铱(Ir)等。
此外，在上述实施例1和2中，第一电极60用作针对每个活性部分的单独电极，并且第二电极80用作若干活性部分的共用电极。但是，这些电极不特别限于此构造。例如，第一电极可以是针对若干活性部分的共用电极，并且第二电极可以是针对每个活性部分的单独电极。此外，在上述实施例1和2中，图示了包括弹性膜51和绝缘膜52的振动板50。但是，振动板50不特别限于此构造。例如，振动板50可以是仅包括弹性膜51和绝缘膜52中的任何一个的振动板，或者包括任何其它膜的振动板。相反，可以不将弹性膜51和绝缘膜52形成为振动板50，而且仅第一电极60可以形成为充当振动板。或者，压电致动器300本身可以实际上用作振动板。
另外，在上述实施例1和2中，驱动电路31设置在驱动电路基板30的面向通道形成基板10的表面侧，但是驱动电路31不特别限于此构造。例如，驱动电路31可以设置在驱动电路基板30的与通道形成基板10相反的表面侧。在这种情况下，例如硅通孔(TSV)的贯通电极可以设置成在作为厚度方向的第三方向Z上穿过驱动电路基板30，并且凸块32和驱动电路31可以经由贯通电极连接。
此外，在上述实施例1和2中，图示了通过半导体工艺形成驱动电路31的驱动电路基板30，但是驱动电路基板30不特别限于此构造。例如，驱动电路基板30不必设置有诸如传输门的开关元件。换言之，驱动电路基板30可以是不设置有开关元件而是设置有待安装设有开关元件的驱动电路的配线的基板。简言之，驱动电路基板30不必限于通过半导体工艺一体形成驱动电路31的基板。
而且，在上述实施例1和2中，粘合层35排设置在凸块32在第二方向Y上的两侧用于连接驱动电路31和共用配线92，但是粘合层35不特别限于此构造。例如，粘合层35排不必设置在凸块32的两侧而连接到共用配线92。即使在这种情况下，设置在凸块32的两侧以便连接到单独配线91的两排粘合层35分别存在于凸块32的两侧以便连接到上述实施例1和2中的共用配线92。因而，凸块32和共用配线92可以可靠地连接在一起而无需将粘合层35排设置在凸块32的两侧。
另外，在上述实施例1和2中，图示了在通道形成基板10侧具有平坦表面的平板形状的驱动电路基板30，但驱动电路基板30不特别限于此构造。例如，驱动电路基板30的通道形成基板10侧的表面可以在面向压电致动器300的区域处设置凹部。在该构造中，压电致动器300与驱动电路基板30之间的距离被加宽，于是可以阻止压电致动器300在移位时撞击驱动电路基板30。顺便提及，在驱动电路基板30中形成凹部的优选方法可以是从驱动电路基板30去除一部分，或者通过使用树脂或通过薄膜沉积形成驱动电路基板30上的突出部分而使得凹部可以形成在驱动电路基板30上。如果通过从驱动电路基板30去除部分来形成凹部，由于难以在凹部的底面上形成驱动电路31，优选的是在驱动电路基板30的与通道形成基板10相反的表面侧一体地形成驱动电路31。另外，作为凹部，一个凹部可以设置成对两个阵列个压电致动器300共用，或者可以针对相应阵列的压电致动器300设置两个凹部。
另外，在上述实施例1和2中，驱动电路基板30和通道形成基板10一对一设置。但是，驱动电路基板30不特别限于此构造。例如，驱动电路基板30可以针对每个压电致动器300阵列独立地设置。但是，利用驱动电路基板30和通道形成基板10如上述的实施例1中一对一设置的构造，由于驱动电路基板30连接到对两个阵列的压电致动器300共用的共用配线92，所以能够减少部件数量，并且连接点的数量也可以减少。因而，如上述实施例1中驱动电路基板30和通道形成基板10一对一设置的构造使得进一步降低成本并进一步减小尺寸。
此外，在上述实施例1和2中，图示了两个阵列的压电致动器300在第二方向Y上排布的构造。但是，压电致动器300的阵列的数量不限于两个，而是可以是一个或三个以上。
这里，这些实施例中的任一个的喷墨式记录头1构成包括与墨盒等连通的油墨通道的喷墨式记录头单元的一部分，并且配备在喷墨式记录设备中。图11是图示喷墨式记录设备的一个示例的示意图。
在图11所示的喷墨式记录设备中，构成供墨单元的盒2可拆卸地附接到喷墨式记录头1，并且安装有喷墨式记录头1的滑架3设置在附接到设备主体4的滑架轴5上。滑架3能够在滑架轴5的轴线方向上移动。
然后，当驱动电动机6的驱动力经由未图示的多个齿轮和正时带7传递到滑架3时，安装有喷墨式记录头1的滑架3沿着滑架轴5移动。另一方面，设备主体4设置有作为输送单元的输送辊8，并且输送辊8输送作为诸如纸的记录介质的记录片材S。顺便提及，输送记录片材S的是输送单元不限于输送辊，而是可以是带、鼓等。
在上述的喷墨式记录设备I中，喷墨式记录头1安装在滑架3上并在主扫描方向上移动。但是，喷墨式记录设备I不特别限于此构造。例如，本发明可以应用于构造为通过使喷墨式记录头1固定而在副扫描方向上移动诸如纸的记录片材S来进行打印的所谓的行式记录设备。
而且，在上述示例中，喷墨式记录设备I具有作为贮液器的盒2安装在滑架3上的构造，但是贮液器不特别限于此构造。例如，诸如油墨罐的贮液器可以固定地设置到设备主体4，并且可以经由诸如管的供给管道连接到喷墨式记录头1。相反，贮液器不必安装在喷墨式记录设备上。
本发明宽泛地针对记录头的整体范围，并且可以应用于各种记录头，例如，用于诸如打印机的图像记录设备中使用的喷墨式记录头、用于制造用于液晶显示器等的滤色器的颜色材料喷射头、用于有机EL显示器、场致发射显示器(FED)等的电极形成的电极材料喷射头、用于生物芯片生产的生物有机材料喷射头或其它记录头。
此外，本发明宽泛地针对MEMS装置，并且可以应用于除记录头之外的MEMS装置。MEMS装置的示例是超声波装置、电动机、压力传感器、集电器元件、铁电元件以及其它。而且，MEMS装置还包括包含上述所列举的MEMS装置的成品，诸如使用上述记录头的液体或材料喷射装置、使用上述超声波装置的超声波传感器、使用上述电动机作为驱动源的机器人，使用上述集电器元件的IR传感器以及使用上述铁电元件的铁电存储器。
附图标记列表
I：喷墨式记录设备(液体喷射装置)1：喷墨式记录头(记录头)10：通道形成基板(次级基板)15：连通板20：喷嘴板20a：液体喷射表面21：喷嘴30：驱动电路基板(初级基板)31：驱动电路31a：端子32：凸块33：芯部34：金属膜(初级电极)35：粘合层36：凹部37：延伸部38：保持部40：壳体构件45：柔顺板50：振动板60：第一电极70：压电层80：第二电极91：单独配线(次级电极)92：共用配线100：歧管300：压电致动器(压电元件)
引文列表
专利文献
PTL1：JP-A-2014-51008
PTL2：JP-A-2009-117544

Claims (6)

1.一种MEMS装置，包括：
初级基板，其设置有包括初级电极的凸块；和
次级基板，其在粘合层形成的凹部的底面上设置有次级电极，其中所述初级基板和所述次级基板利用所述粘合层接合在一起，
所述初级电极以所述凸块插入到所述凹部中的方式而与所述次级电极电连接，
在所述粘合层与所述凸块之间提供间隙从而使所述粘合层保持与所述凸块不接触，
所述凸块的部分与形成所述凹部的所述粘合层在所述凸块插入所述凹部的方向上彼此重叠，并且
形成所述凹部的所述粘合层的一个或多个表面朝向次级基板侧倾斜从而形成所述间隙。
2.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中所述凸块包括弹性的芯部，以及设置在所述芯部的表面上的金属膜。
3.根据权利要求2所述的MEMS装置，其中
所述初级基板设置有多个所述初级电极，
所述凸块的所述芯部针对每个所述初级电极独立地设置，并且
所述粘合层设置在彼此相邻的每对所述芯部之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的MEMS装置，其中所述粘合层由感光性树脂制成。
5.一种记录头，包括：
根据权利要求1至4中的任一项所述的MEMS装置；
压力发生室，其形成在所述次级基板中并与喷嘴连通；和
压电元件，其附接到所述次级基板的初级基板侧，所述压电元件连接到所述次级电极并且被构造成引起所述压力发生室中的液体的压力变化。
6.一种液体喷射装置，包括根据权利要求5所述的记录头。
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