CN107310272A - Mems器件、液体喷射头以及液体喷射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种MEMS器件、液体喷射头以及液体喷射装置。该MEMS器件的特征在于，具备：第一基板，其具备驱动区域，并在该驱动区域内依次层压有第一电极层、电介质层以及第二电极层；和第二基板，其以与所述第一基板的层压有所述电介质层的面对置的方式而被配置，所述第一电极层及所述电介质层朝向从所述驱动区域偏离出的非驱动区域而延伸至与所述第二电极层相比靠外侧，具有弹性的第一树脂被形成在所述电介质层的延伸方向上的包括所述第二电极层的端缘在内的区域内，所述第一基板和所述第二基板在夹着发生了弹性变形的所述第一树脂的状态下，通过粘合剂而被固定。

Description

MEMS器件、液体喷射头以及液体喷射装置
技术领域
本发明涉及一种液体的喷射等所使用的MEMS器件、液体喷射头以及液体喷射装置，尤其是涉及一种在驱动区域内依次层压有第一电极层、电介质层以及第二电极层的MEMS器件、液体喷射头以及液体喷射装置。
背景技术
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)器件被应用于各种装置。例如，作为MEMS器件的一种的液体喷射头，除了被应用于喷墨式打印机或喷墨式绘图仪等图像记录所使用的液体喷射装置以外，还被应用于各种制造所使用的液体喷射装置。具体而言，被应用于制造液晶显示器等的彩色滤光片的显示器制造装置、形成有机EL(Electro Luminescence：电致发光)显示器或FED(面发光显示器)等的电极的电极形成装置、制造生物芯片(生物化学元件)的芯片制造装置等。而且，通过图像记录装置用的记录头而喷射液状的油墨，通过显示器制造装置用的颜色材料喷射头而喷射R(Red：红色)、G(Green：绿色)、B(Blue：蓝色)的各颜色材料的溶液。此外，通过电极形成装置用的电极材料喷射头而喷射液状的电极材料，通过芯片制造装置用的生物体有机物喷射头而喷射生物体有机物的溶液。
上述的液体喷射头具备：压力室，其与喷嘴连通；压电元件，其通过在对该压力室进行划分的面上依次层压有第一电极层、作为电介质层的一种的压电体层以及第二电极层而形成；和密封板，其为对压电元件进行保护的保护部件的一种。而且，液体喷射头利用通过向两电极层施加电压(电信号)而使压电体层变形这一情况，而使压力室内的液体发生压力变动，由此从喷嘴喷射液体。此外，作为液体喷射头也存在如下方式，即，压电体层及第一电极层延伸至与第二电极层相比靠外侧，并且密封板被粘合固定在第二电极层的端部处(参照专利文献1)。
但是，在上述的专利文献1那样的结构中，存在如下可能性，即，在将密封板粘合在形成有压电元件的基板上时，随着粘合剂的固化收缩而产生应力，从而在与第二电极层之间的界面处粘合剂发生剥离，或者第二电极层的端部从压电体层上剥离。另一方面，由于第二电极层的端缘处于因向两电极层施加电压而将会发生变形的部分和不会发生变形的部分之间的边界(换言之，压电体层被两电极层夹持而作为压电元件发挥功能的部分和压电体层未被两电极层夹持的部分之间的边界)处，因此在使压电元件变形时应力会集中。由于该应力，有可能会在第二电极层的端缘处的压电体层上产生裂纹等损伤。
专利文献1：日本特开2014-79931号公报
发明内容
本发明是鉴于这种情况而完成的发明，其目的在于，提供一种使压电体层等电介质层或在此上层压的电极层的损伤得到抑制的MEMS器件、液体喷射头以及液体喷射装置。
本发明的MEMS器件是为了达成上述目的而提出的，其特征在于，具备：第一基板，其具备驱动区域，并在该驱动区域内依次层压有第一电极层、电介质层以及第二电极层；和第二基板，其以与所述第一基板的层压有所述电介质层的面对置的方式而被配置，所述第一电极层及所述电介质层朝向从所述驱动区域偏离出的非驱动区域而延伸至与所述第二电极层相比靠外侧，具有弹性的第一树脂被形成在所述电介质层的延伸方向上的包括所述第二电极层的端缘在内的区域内，所述第一基板和所述第二基板在夹着发生了弹性变形的所述第一树脂的状态下，通过粘合剂而被固定。
根据该结构，由于通过第一树脂而对第二电极层的端缘进行按压，因此能够抑制第二电极层的端缘被剥离的情况。此外，由于能够抑制第二电极层的端部处的压电体层的变形，因此能够对应力集中在第二电极层的端缘处的压电体层的情况进行抑制。其结果为，能够对在压电体层上产生裂纹等的情况进行抑制。
在上述结构中，优选为，采用如下结构，即，覆盖所述第一树脂的表面的第一导电层被形成为与所述第一电极层电绝缘的状态。
根据该结构，在第一基板与所述第二基板之间设置有由树脂和导电层构成的凸块电极的结构中，能够使第一树脂和第一导电层合在一起的高度与凸块电极的高度对齐。由此，能够更可靠地对第二电极层的端缘进行按压。
此外，在上述各个结构中的任意一个结构中，优选为，采用如下结构，即，所述第二基板具备第三电极层，所述第三电极层经由凸块电极而与所述第一电极层导通，所述凸块电极具备具有弹性的第二树脂和覆盖了该第二树脂的表面的第二导电层，所述第一树脂及所述第二树脂被形成在所述第一基板或所述第二基板中的任意一个基板上且被形成在同一个基板上。
根据该结构，能够利用同一工序来制作第一树脂及第二树脂，因此能够抑制制造成本。
另外，在上述各个结构中的任意一个结构中，优选为，采用如下结构，即，所述第二基板具备第三电极层，所述第三电极层经由凸块电极而与所述第一电极层导通，所述凸块电极具备具有弹性的第二树脂和覆盖了该第二树脂的表面的第二导电层，所述第一树脂被形成在所述第一基板或所述第二基板中的任意一个基板上，所述第二树脂被形成在所述第一基板或所述第二基板中的另一个基板上。
根据该结构，第一树脂和第二树脂被形成在不同的基板上，因此能够缩小第一树脂与第二树脂的间隔。其结果为，能够使MEMS器件小型化。
此外，本发明的液体喷射头的特征在于，其为上述各个结构中的任意一个结构的MEMS器件的一种，并具备：压力室，其至少一部分通过所述驱动区域而被划分出；和喷嘴，其与所述压力室连通。
根据该结构，能够抑制压电体层的破坏，从而能够提高液体喷射头的可靠性。
而且，本发明的液体喷射装置的特征在于，具备上述结构的液体喷射头。
附图说明
图1为对打印机的结构进行说明的立体图。
图2为对记录头的结构进行说明的剖视图。
图3为将记录头的主要部分放大后的剖视图。
图4为将记录头的主要部分放大后的俯视图。
图5为对致动器单元的制造方法进行说明的示意图。
图6为对致动器单元的制造方法进行说明的示意图。
图7为将第二实施方式中的记录头的主要部分放大后的剖视图。
图8为将第三实施方式中的记录头的主要部分放大后的剖视图。
图9为将第四实施方式中的记录头的主要部分放大后的剖视图。
图10为将第五实施方式中的记录头的主要部分放大后的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图而对用于实施本发明的方式进行说明。另外，虽然在以下所叙述的实施方式中，作为本发明的优选的具体例而被进行了各种限定，但只要在以下的说明中没有特别地记载对本发明进行限定的含义，则本发明的范围并不限定于这些方式。此外，在下文中，列举在作为MEMS器件的一类的液体喷射头之中，尤其是被搭载于作为液体喷射装置的一种的喷墨式打印机(以下，也称为打印机)1上的作为液体喷射头的一种的喷墨式记录头(以下，也称为记录头)3为例而进行说明。
图1为对打印机1的结构进行说明的立体图。打印机1为对记录纸等记录介质2(喷落对象的一种)的表面喷射油墨(液体的一种)从而实施图像等的记录的装置。该打印机1具备：记录头3；安装有该记录头3的滑架4；使滑架4在主扫描方向上移动的滑架移动机构5；在副扫描方向上移送记录介质2的输送机构6等。此处，上述的油墨被贮存在作为液体供给源的墨盒7中。该墨盒7相对于记录头3以可拆装的方式而被安装。另外，也能够采用如下的结构，即，将墨盒配置在打印机的主体侧，并通过油墨供给管而从该墨盒向记录头供给油墨。
上述的滑架移动机构5具备同步带8。而且，该同步带8通过DC(direct current，直流)电机等脉冲电机9而被驱动。因此，当脉冲电机9进行工作时，滑架4会被架设在打印机1上的导杆10引导，并在主扫描方向(记录介质2的宽度方向)上进行往复移动。滑架4在主扫描方向上的位置通过作为位置信息检测构件的一种的线性编码器(未图示)而被检测。线性编码器将其检测信号即编码器脉冲(位置信息的一种)发送至打印机1的控制部。
接下来，对记录头3进行说明。图2为对记录头3的结构进行说明的剖视图。图3为将记录头3的主要部分放大后的剖视图，具体而言为将致动器单元14的一侧的端部放大后的剖视图。图4为示意地表示致动器单元14的一侧的端部的俯视图。另外，为了便于说明，将构成致动器单元14的各个部件的层压方向设为上下方向来进行说明。如图2所示，本实施方式中的记录头3以致动器单元14及流道单元15被层压的状态而被安装于头壳体16。
头壳体16为合成树脂制的箱体状部件，在其内部形成有向各个压力室30供给油墨的液体导入通道18。该液体导入通道18与后述的共用液室25一起成为所形成的多个压力室30所共用的贮存油墨的空间。在本实施方式中，以与形成为两列的共用液室25相对应的方式而形成有两条液体导入通道18。此外，在头壳体16的下表面侧，形成有从该下表面起以长方体状凹陷至头壳体16的高度方向的中途的收纳空间17。采用如下结构，即，当后述的流道单元15以被定位了的状态而被接合在头壳体16的下表面上时，被层压在连通基板24上的致动器单元14会被收纳在收纳空间17内。
与头壳体16的下表面接合的流道单元15具有以列状的方式而开口设置有多个喷嘴22的喷嘴板21以及设置有共用液室25等的连通基板24。在本实施方式中，以列状的方式而被开口设置的多个喷嘴22(喷嘴列)形成为两列。构成该喷嘴列的喷嘴22从一端侧的喷嘴22起至另一端侧的喷嘴22为止以与点形成密度相对应的间距而等间隔地配置。共用液室25作为多个压力室30所共用的流道，沿着压力室30的并排设置方向(喷嘴列方向)而被形成为长条状。本实施方式中的共用液室25以与被形成为两列的压力室30的列相对应的方式而形成为两列。各个压力室30和共用液室25经由形成在连通基板24上的单独连通通道26而被连通。即，共用液室25内的油墨经由单独连通通道26而被分配至各个压力室30中。此外，喷嘴22和与其对应的压力室30经由在板厚方向上贯穿了连通基板24的喷嘴连通通道27而连通。
如图2及图3所示，致动器单元14在依次层压有压力室形成基板29、振动板31、压电元件32、密封板33以及驱动IC34且被单元化的状态下，被收纳于收纳空间17内。另外，由于与一方的喷嘴列对应的压电元件32等和与另一方的喷嘴列对应的压电元件32等被形成为大致左右对称，因此在下文中的压电元件32等的说明中，着眼于与一方的喷嘴列对应的压电元件32等来进行说明。
压力室形成基板29为硅质的硬质板材，例如，由将表面(上表面及下表面)设为(110)面的单晶硅基板制作而成。在该压力室形成基板29上，通过蚀刻而使一部分在板厚方向上被去除，从而以与各个喷嘴22相对应的方式而沿着喷嘴列方向形成有多个待成为压力室30的空间。该空间的下侧由连通基板24划分，上侧由振动板31划分，从而构成压力室30。此外，该空间即压力室30以与被形成为两列的喷嘴列相对应的方式而形成为两列。各个压力室30在与喷嘴列方向正交的方向上被形成为长条，并且长度方向上的一侧的端部与单独连通通道26连通，另一侧的端部与喷嘴连通通道27连通。另外，本实施方式中的压力室30的侧壁由于单晶硅基板的结晶性而相对于压力室形成基板29的上表面(或下表面)倾斜。
振动板31为具有弹性的薄膜状的部件，并被层压在压力室形成基板29的上表面(与连通基板24相反的一侧的面)上。通过该振动板31，将待成为压力室30的空间的上部开口密封。换言之，通过振动板31而划分出作为压力室30的一部分的上表面。该振动板31中的划分压力室30的上表面的区域作为随着压电元件32的挠曲变形而朝向远离喷嘴22的方向或者接近喷嘴22的方向进行变形(位移)的位移部而发挥功能。即，振动板31中的对压力室30的一部分具体而言为上表面进行划分的区域成为容许挠曲变形的驱动区域35。另一方面，振动板31中的从成为压力室30的空间的上部开口偏离出的区域(从驱动区域35偏离出的区域)成为阻碍挠曲变形的非驱动区域36。另外，振动板31及压力室形成基板29(换言之，层压有振动板31的压力室形成基板29)相当于本发明中的第一基板。此外，振动板31例如通过形成在压力室形成基板29的上表面上的由二氧化硅(SiO2)构成的弹性膜和形成在该弹性膜上的由二氧化锆(ZrO2)构成的绝缘膜而形成。而且，在该绝缘膜上(振动板31的与压力室30侧相反的一侧的面)的与驱动区域35相对应的位置处分别层压有压电元件32。
本实施方式的压电元件32为所谓的挠曲模式的压电元件。该压电元件32以与被形成为两列的压力室30的列相对应的方式而形成为两列。如图3所示，各压电元件32通过在振动板31上依次层压有下电极层37、作为电介质(绝缘体)的一种的压电体层38、上电极层39而形成。在本实施方式中，下电极层37成为针对每个压电元件32而独立形成的单独电极，上电极层39成为以跨及多个压电元件32的方式而连续形成的共用电极。即，下电极层37及压电体层38在喷嘴列方向上针对每个压力室30而单独形成。另一方面，上电极层39在喷嘴列方向上以跨及多个压力室30的方式而形成。此外，本实施方式中的下电极层37及压电体层38以与被形成为两列的压力室30的列相对应的方式而形成为两列。另外，本实施方式中的上电极层39从与一方的压力室30的列对应的位置形成至与另一方的压力室30的列对应的位置。而且，在该上电极层39上层压有后述的金属层40。另外，下电极层37相当于本发明中的第一电极层，压电体层38相当于本发明中的电介质层。此外，上电极层39及层压在其上的金属层40相当于本发明中的第二电极层。
在此，下电极层37及压电体层38在与喷嘴列方向正交的方向(换言之，压力室30的长度方向)上，从驱动区域35朝向一侧(致动器单元14的外侧、图3中的左侧)的非驱动区域36而延伸至与下电极层37相比靠外侧。若具体说明，则如图3及图4所示，本实施方式中的下电极层37的两端沿着压力室30的长度方向，而从与压力室30重叠的区域即驱动区域35延伸至压力室30的外侧的区域即非驱动区域36。更详细而言，下电极层37的一侧(图3中的左侧)端缘延伸至与该侧的压电体层38的端缘相比靠外侧。在与该压电体层38的端缘相比靠外侧的下电极层37上，层压有后述的第一金属层40a。此外，下电极层37的延伸方向上的另一侧(图3中的右侧)端缘延伸至该侧的驱动区域35的端缘与压电体层38的端缘之间的非驱动区域36。
本实施方式中的压电体层38的两端与下电极层37同样地，沿着压力室30的长度方向而从与压力室30重叠的区域延伸至压力室30的外侧的区域。具体而言，本实施方式中的压电体层38的一侧的端缘延伸至该侧的上电极层39的端缘与下电极层37的端缘之间的非驱动区域36。即，在压电元件32的长度方向的一侧，下电极层37及压电体层38延伸至与上电极层39相比靠外侧。而且，在该非驱动区域36内且在与上电极层39相比靠外侧的压电体层38的端部处，层压有从与下电极层37重叠的位置起延伸的第一金属层40a。此外，压电体层38的延伸方向上的另一侧的端缘延伸至与该侧的下电极层37的端缘相比靠外侧。另外，如图4所示，在本实施方式中，喷嘴列方向上的压电元件32之间的非驱动区域36(在喷嘴列方向上相邻的压电元件32之间的区域)成为去除了压电体层38的压电体开口部55。即，通过该压电体开口部55，针对每个压电元件32而对压电体层38进行分割。该压电体开口部55的长度方向(与喷嘴列方向正交的方向)上的尺寸被形成为短于压力室30的长度方向上的尺寸。
本实施方式中的上电极层39在压力室30的长度方向上，以从形成在与一方(图2中的左侧)的压力室30相比靠外侧的非驱动区域36跨至形成在与另一方(图2中的右侧)的压力室30相比靠外侧的非驱动区域36的方式而形成。具体而言，如图3所示，上电极层39的延伸方向上的一侧的端缘延伸至与形成为两列的压电体层38中的一方的压电体层38重叠的区域且与一方的驱动区域35相比靠外侧的非驱动区域36。更详细而言，上电极层39的延伸方向上的一侧的端缘延伸至一方的驱动区域35的外侧的端缘与一方的压电体层38的外侧的端缘之间的区域。此外，虽然省略了图示，但上电极层39的延伸方向上的另一侧的端缘同样地延伸至另一方的驱动区域35的外侧的端缘与另一方的压电体层38的外侧的端缘之间的区域。
而且，层压有下电极层37、压电体层38及上电极层39的全部的区域，换言之在下电极层37与上电极层39之间夹持有压电体层38的区域作为压电元件32而发挥功能。因此，当在下电极层37与上电极层39之间施加与两个电极的电位差相对应的电场时，驱动区域35内的压电体层38将朝向远离喷嘴22的方向或接近喷嘴22的方向进行挠曲变形，从而驱动区域35的振动板31发生变形。另外，压电元件32中的与非驱动区域36重叠的部分被压力室形成基板29阻碍变形(位移)。而且，本实施方式中的压电元件32的长度方向上的一侧的端缘，即上电极层39的一侧的端缘与后述的按压树脂41抵接。另外，关于这一点，将在后文中进行详细叙述。
此外，如图2及图3所示，在压电元件32的长度方向的一侧的端缘处的各压电元件32上，或者在从各压电元件32延伸出的压电体层38上，形成有金属层40。在本实施方式中，在跨越压电元件32的长度方向上的一侧的压电体层38的端缘的区域内层压有第一金属层40a，在跨越压电元件32的长度方向上的压力室30的一侧的端缘的区域(即，覆盖一侧的驱动区域35与非驱动区域36之间的边界的区域)内层压有第二金属层40b，在跨越压电元件32的长度方向上的压力室30的另一侧的端缘的区域(即，覆盖另一侧的驱动区域35与非驱动区域36之间的边界的区域)内层压有第三金属层40c。
具体而言，第一金属层40a为与下电极层37成为相同电位的电极层，并且从与压电元件32的长度方向上的压电体层38的端部重叠的区域起越过该压电体层38的端缘，而延伸至与该方向上的下电极层37的另一侧的端部重叠的区域。换言之，第一金属层40a以从下电极层37的端部跨至压电体层38的端部的方式而被层压。此外，该第一金属层40a以从层压在压电体层38上的上电极层39分离的方式而形成。第二金属层40b为与上电极层39成为相同电位的电极层，并且从与压电元件32的长度方向上的压力室30的一侧的端部重叠区域起越过该压力室30的一侧的端缘，而延伸至与上电极层39的一侧的端部重叠的区域。本实施方式中的第二金属层40b的一侧的端缘被形成在与上电极层39的一侧的端缘相比靠内侧(压力室30侧)。总之，第二金属层40b被层压在压电元件32的长度方向上的上电极层39的一侧的端部处。第三金属层40c为与上电极层39成为相同电位的电极层，并且从与压电元件32的长度方向上的压力室30的另一侧的端部重叠的区域起越过该压力室30的另一侧的端缘以及压电体层38的另一侧的端缘，而延伸至在振动板31上仅层压有上电极层39的区域。另外，第二金属层40b及第三金属层40c与上电极层39同样地，在喷嘴列方向上以跨及多个压力室30的方式而形成。
另外，作为上述的下电极层37及上电极层39，使用铱(Ir)、铂(Pt)、钛(Ti)、钨(W)、镍(Ni)、钯(Pd)、金(Au)等各种金属，以及这些金属的合金或LaNiO3等合金。此外，作为压电体层38，使用锆钛酸铅(PZT)等铁电性压电性材料，或向该材料中添加了铌(Nb)、镍(Ni)、镁(Mg)、铋(Bi)或钇(Y)等金属的弛豫铁电体等。除此之外，还可以使用钛酸钡等非铅材料。另外，作为金属层40，可以使用金(Au)、铜(Cu)以及它们的合金等。另外，在金属层由金(Au)等构成的情况下，也可以在金属层的下方设置由钛(Ti)、镍(Ni)、铬(Cr)、钨(W)以及它们的合金等构成的紧贴层。在该情况下，上电极层、紧贴层及金属层相当于本发明中的第二电极层。
密封板33(相当于本发明中的第二基板)为以在与振动板31之间隔开不阻碍压电元件32的变形的程度的间隔的方式而配置的平板状的基板。如图2及图3所示，本实施方式中的密封板33在与压电元件32对置的一侧的面上形成有按压树脂41(相当于本发明中的第一树脂)及凸块电极42。密封板33在使该按压树脂41及凸块电极42介于其与压力室形成基板29之间的状态下，与压力室形成基板29(详细而言为被层压在压力室形成基板29上的振动板31)的上表面(即，层压有压电元件32的面)接合。另外，在本实施方式中，密封板33和压力室形成基板29通过具有热固性及感光性这两个特性的粘合剂48而被接合。如图2所示，凸块电极42具有与上电极层39导通的共用凸块电极42a以及与下电极层37导通的单独凸块电极42b这两种，并且分别在发生了弹性变形的状态下与所对应的电极层连接。如图3所示，任意一个凸块电极42a、42b均通过层压具有弹性的由合成树脂构成的内部树脂43(相当于本发明中的第二树脂)和覆盖该内部树脂43的表面的由金属构成的导电层44(相当于本发明中的第二导电层)而形成。
在本实施方式中，如图2所示，在与被形成为两列的压电元件32的列之间对应的位置处，形成有一列向两侧的压电元件32供给共用的电压的共用凸块电极42a，在与一侧的压电元件32的列的外侧(具体而言为隔着压电元件32而与共用凸块电极42a相反的一侧)对应的位置以及与另一侧的压电元件32的列的外侧对应的位置处，各形成有一列向各压电元件32供给单独的电压的单独凸块电极42b。共用凸块电极42a与从压电元件32起延伸的上电极层39连接。即，共用凸块电极42a的导电层44与上电极层39抵接。此外，该导电层44经由在板厚方向上贯穿密封板33的贯穿配线46，而与形成在密封板33的上表面(驱动IC34侧的面)上的对应的驱动IC侧端子50连接。
单独凸块电极42b被连接到与压电体层38重叠的位置处的第一金属层40a。即，如图3及图4所示，单独凸块电极42b的导电层44与第一金属层40a抵接。本实施方式中的单独凸块电极42b的内部树脂43在密封板33的下表面上，沿着喷嘴列方向而被形成为突条。另一方面，单独凸块电极42b的导电层44以与沿着喷嘴列方向而并排设置的压电元件32相对应的方式，沿着喷嘴列方向而形成有多个。即，单独凸块电极42b沿着喷嘴列方向而形成有多个。此外，各单独凸块电极42b的导电层44在密封板33的下表面(压电元件32侧的面)上，延伸至与内部树脂43相比靠外侧而构成压电元件侧电极层49(相当于本发明中的第三电极层)。而且，该压电元件侧电极层49的与单独凸块电极42b相反的一侧的端部与贯穿配线46连接。换言之，对贯穿配线46与单独凸块电极42b进行连接的压电元件侧电极层49被引绕至与内部树脂43重叠的位置，而成为单独凸块电极42b的导电层44。即，压电元件侧电极层49经由单独凸块电极42b而与第一金属层40a(即，下电极层37)导通。而且，压电元件侧电极层49经由贯穿配线46而与形成在密封板33的上表面上的对应的驱动IC侧端子50连接。
如图2所示，按压树脂41以与被形成为两列的压电元件32的列相对应的方式而形成为两列。如图3及图4所示，该按压树脂41在密封板33的下表面上，在与压电元件32的长度方向(即，压电体层38的延伸方向)上的外侧(单独凸块电极42b侧)的上电极层39的端缘对应的位置处，沿着喷嘴列方向而被形成为突条。更详细而言，按压树脂41在压电元件32的长度方向上，在与从第二金属层40b的端部跨至第二金属层40b和第一金属层40a之间的压电体层38的区域(即，包括上电极层39的端缘在内的区域)对置的密封板33的下表面的区域内突出设置。而且，该按压树脂41在发生了弹性变形的状态下与上电极层39的端部抵接。即，按压树脂41被夹持于密封板33与压力室形成基板29之间，且以在高度方向上被压塌的状态而与上电极层39的端部抵接。总之，密封板33和压力室形成基板29以在它们之间夹持按压树脂41及凸块电极42且使按压树脂41及凸块电极42发生了弹性变形的状态，通过粘合剂48而被固定。另外，作为内部树脂43以及按压树脂41，例如使用聚酰亚胺树脂等具有弹性的树脂。
而且，通过以上述方式来构成，从而利用按压树脂41而对上电极层39的端缘以及第二金属层40b的端缘进行按压，因此能够对上电极层39及第二金属层40b被剥离的情况进行抑制。此外，能够抑制上电极层39的端部处的压电体层38的变形，因此能够对应力集中在上电极层39的端缘处的压电体层38的情况进行抑制。由此，能够对在压电体层38上产生裂纹等的情况进行抑制。其结果为，能够提高记录头3的可靠性，进而能够提高打印机1的可靠性。
另外，如图3所示，本实施方式中的粘合剂48在压电元件32的长度方向上，被配置于压力室30的一侧的端部处的包括驱动区域35与非驱动区域36的边界在内的区域、压力室30的另一侧的端部处的包括驱动区域35与非驱动区域36的边界在内的区域以及与单独凸块电极42b相比靠外侧的非驱动区域36，并且在相应的各个区域内对密封板33和压力室形成基板29进行粘合固定。此外，上述粘合剂48被配置在与凸块电极42及按压树脂41分离的位置处，以便不粘合到凸块电极42及按压树脂41上。
驱动IC34为输出用于对压电元件32进行驱动的信号的IC芯片，并经由各向异性导电膜(ACF：Anisotropic Conductive Film)等粘合剂(未图示)而被层压在密封板33的上表面上。如图3所示，在该驱动IC34的密封板33侧的面上形成有与驱动IC侧端子50连接的IC凸块电极51。各IC凸块电极51从驱动IC34的下表面朝向密封板33侧而突出设置。
而且，在上述这种结构的记录头3中，来自墨盒7的油墨经由液体导入通道18、共用液室25、独立连通通道26等而被导入至压力室30中。在该状态下，经由形成在密封板33上的配线等而向压电元件32供给来自驱动IC34的驱动信号，从而使压电元件32驱动，由此使压力室30内发生压力变动。通过利用该压力变动，记录头3经由喷嘴连通通道27而从喷嘴22喷射油墨滴。
接下来，对上述的记录头3尤其是致动器单元14的制造方法进行说明。图5及图6为对致动器单元14的制造方法进行说明的示意图。在作为密封板33的单晶硅基板(以下，简称为密封板33)中，首先，使用蚀刻或激光等形成贯穿密封板33的贯穿孔，之后，通过电解电镀法而在贯穿孔内形成贯穿配线46。此外，使用半导体工艺(即，成膜工序、光刻工序及蚀刻工序等)而在密封板33的上表面形成IC凸块电极51等。另外，使用半导体工艺而在密封板33的下表面形成树脂芯凸块及按压树脂41。更详细而言，在密封板33的下表面制造树脂膜，并通过光刻工序及蚀刻工序而在预定位置处形成了树脂之后，通过加热而进行熔融并使树脂的角部变圆，从而形成内部树脂43及按压树脂41。之后，通过蒸镀或溅射法等而在表面上形成金属膜，并通过光刻工序及蚀刻工序而形成导电层44。由此，如图5所示，在预定的位置处形成凸块电极42。另外，之后，还能够通过灰化法或使用了药液的方法，而将内部树脂43所露出的部分以及按压树脂41的表面的一部分削除。
另一方面，在成为压力室形成基板29的单晶硅基板(以下，简称为压力室形成基板29)中，首先，在上表面上层压振动板31。接下来，通过半导体工艺而在振动板31上依次对下电极层37、压电体层38、上电极层39及金属层40进行图案形成，从而形成压电元件32等。之后，在表面上对粘合剂层进行制膜，并通过光刻工序而在预定的位置处形成粘合剂48。具体而言，使用旋转涂布机而将具有感光性及热固性的液体状的粘合剂涂覆在振动板31上，并通过进行加热而形成具有弹性的粘合剂层。然后，通过曝光及显影，从而如图5所示那样，在预定的位置处对粘合剂48的形状进行图案形成。在本实施方式中，由于粘合剂48具有感光性，因此能够通过光刻工序而精度良好地对粘合剂48进行图案形成。另外，粘合剂48也可以不形成在压力室形成基板29侧，而形成在密封板33侧。
当粘合剂48被形成后，对密封板33与压力室形成基板29进行接合。具体而言，如图6所示，使任意一方的基板(在本实施方式中为密封板33)朝向另一方的基板侧而进行相对移动(参照图6中的箭头标记)，并且以将粘合剂48夹持于两个基板之间的状态而使两个基板相贴合。在该状态下，克服凸块电极42及按压树脂41的弹性恢复力而对密封板33及压力室形成基板29在上下方向上进行加压。由此，如图6所示，凸块电极42及按压树脂41成为被压塌了的状态。然后，在进行加压的同时，加热至粘合剂48的固化温度。其结果为，在凸块电极42及按压树脂41被压塌了的状态(即，发生了弹性变形的状态)下，粘合剂48固化，从而密封板33和压力室形成基板29被接合在一起。即，以上电极层39的端缘及第二金属层40b的端缘被按压树脂41按压的状态，将密封板33和压力室形成基板29固定。
在密封板33与压力室形成基板29被接合后，通过光刻工序及蚀刻工序而在压力室形成基板29上形成压力室30。通过采用这种方式，形成上述那样的致动器单元14。在形成了致动器单元14后，使用粘合剂等而对致动器单元14和流道单元15进行定位并固定。然后，通过在将致动器单元14收纳于头壳体16的收纳空间17内的状态下对头壳体16和流道单元15进行接合，从而制造出上述的记录头3。
如此，在本实施方式中，凸块电极42及按压树脂41被形成在同一个基板(在本实施方式中为密封板33)上，因此能够利用相同的工序来制作内部树脂43及按压树脂41。因此，与利用不同的工序来制作内部树脂43及按压树脂41的情况相比，能够抑制制造成本。另外，也能够采用在上电极层39上未层压有金属层40的结构。在该情况下，仅上电极层39相当于本发明中的第二电极层。
另外，在上述的第一实施方式中，凸块电极42的高度与按压树脂41的高度以导电层44的高度的量而不同，因此当未充分地实施密封板33和压力室形成基板29的加压时，存在按压树脂41无法充分地对上电极层39的端缘进行按压的可能性。尤其是在形成了凸块电极42之后，通过灰化法等而将内部树脂43所露出的部分及按压树脂41的表面的一部分削除的情况下，存在凸块电极42的高度与按压树脂41的高度之差进一步扩大的可能性。因此，在图7所示的第二实施方式中，以使凸块电极42的高度与按压树脂41的高度对齐为目的，而在按压树脂41的表面上形成了按压导电层53(相当于本发明中的第一导电层)。
具体而言，如图7所示，按压导电层53以覆盖按压树脂41的表面的方式而形成。该按压导电层53以从与下电极层37导通的单独凸块电极42b的导电层44及未图示的其他的电极层分离的方式而形成。即，按压导电层53被形成为与下电极层37电绝缘的状态。另外，与第一实施方式同样地，本实施方式中的按压树脂41在密封板33的下表面上沿着喷嘴列方向而被形成为突条。此外，按压导电层53与单独凸块电极42b的导电层44同样地，以与沿着喷嘴列方向而并排设置的压电元件32相对应的方式，沿着喷嘴列方向而形成有多个。即，按压导电层53针对每个压电元件32而形成。另外，也能够与按压树脂41同样地，以跨及多个压电元件32的方式，即沿着喷嘴列方向而连续地设置按压导电层53。
而且，本实施方式中的按压导电层53在与其相比靠内侧的按压树脂41发生了弹性变形的状态下与包括上电极层39的端缘在内的区域抵接。如此，由于按压树脂41隔着按压导电层53而对上电极层39的端缘进行按压，因此与未设有按压导电层53的情况相比，能够增多按压树脂41弹性变形的量。总之，能够使按压树脂41和按压导电层53合在一起的高度与凸块电极42的高度对齐。因此，能够更可靠地对上电极层39的端缘以及第二金属层40b的端缘进行按压。其结果为，能够对上电极层39及第二金属层40b被剥离的情况进行抑制，并且，能够对在压电体层38上产生裂纹的情况进行抑制。另外，即使在形成了凸块电极42之后通过灰化法等而将内部树脂43所露出的部分及按压树脂41的表面的一部分削除的情况下，由于按压树脂41通过按压导电层53而被保护，因此也能够使按压树脂41和按压导电层53合在一起的高度与凸块电极42的高度对齐。另外，由于其他的结构与第一实施方式相同，因此省略说明。此外，关于本实施方式中的制造方法，按压导电层53利用与形成导电层44的工序相同的工序而被制造，由于其他的工序与上述的第一实施方式相同，因此省略说明。
此外，虽然在上述的第一实施方式中，凸块电极42和按压树脂41双方被形成在密封板33上，但并不限定于此。在图8至图10所示的第三至第五实施方式中，凸块电极42及按压树脂41中的任意一方或者双方被形成在压力室形成基板29上。
若进行具体说明，则在图8所示的第三实施方式中，凸块电极42与第一实施方式同样地被形成在密封板33侧，而按压树脂41却与第一实施方式不同，其被形成在压力室形成基板29侧。本实施方式中的按压树脂41在压力室形成基板29的上表面上，且在与压电元件32的长度方向上的外侧的上电极层39的端缘相对应的位置处，沿着喷嘴列方向而被形成为突条。更详细而言，按压树脂41在压电元件32的长度方向上，被层压于从第二金属层40b的端部跨至第二金属层40b与第一金属层40a之间的压电体层38的区域(即，包括上电极层39的端缘在内的区域)内。而且，本实施方式中的按压树脂41也是在发生了弹性变形的状态下与密封板33的下表面抵接。由此，在本实施方式中，也能够通过按压树脂41而对上电极层39的端缘及第二金属层40b的端缘进行按压，从而能够对上电极层39及第二金属层40b的剥离、压电体层38产生裂纹等不良情况进行抑制。此外，由于在本实施方式中，按压树脂41被形成在包括上电极层39的端缘在内的区域内，因此即使因制造误差等而使压力室形成基板29与密封板33的相对位置发生了偏离，也能够可靠地对上电极层39的端缘进行按压。另外，由于凸块电极42和按压树脂41被形成在不同的基板上，因此能够尽可能地缩小凸块电极42与按压树脂41的间隔。其结果为，能够使致动器单元14小型化，进而能够使记录头3小型化。另外，由于其他的结构与第一实施方式相同，因此省略说明。
对本实施方式中的致动器单元14的制造方法进行说明。在本实施方式中，在密封板33的下表面上形成树脂芯凸块的内部树脂43的工序中，不形成按压树脂41，而在压力室形成基板29上形成了压电元件32等之后，追加形成内部树脂43的工序。具体而言，在通过半导体工艺而在压力室形成基板29上形成了压电元件32等之后，在压力室形成基板29的上表面上制作树脂膜。然后，在通过光刻工序及蚀刻工序而在预定的位置处形成了树脂之后，通过加热而使其角部变圆从而形成内部树脂43。另外，关于密封板33侧，由于仅改变了树脂的形成图案，因此省略说明。此外，关于其他的制造方法，也由于与上述的第一实施方式相同，因此省略说明。
此外，在图9所示的第四实施方式中，按压树脂41与第一实施方式同样地被形成在密封板33上，而与凸块电极42却与第一实施方式不同，其被形成在压力室形成基板29侧。如图9所示，本实施方式中的单独凸块电极42b的内部树脂43在压电元件32的长度方向上的压电体层38的一侧的端部处，沿着喷嘴列方向而被形成为突条。单独凸块电极42b的导电层44在该内部树脂43上，沿着喷嘴列方向而形成有多个。此外，各单独凸块电极42b的导电层44延伸至与内部树脂43相比靠外侧而构成第一金属层40a。换言之，层压在下电极层37上的第一金属层40a被引绕至与内部树脂43重叠的位置处而成为单独凸块电极42b的导电层44。另一方面，本实施方式中的压电元件侧电极层49在密封板33的下表面上，从与贯穿配线46重叠的位置起延伸至从按压树脂41偏离出的位置且与单独凸块电极42b抵接的位置处。而且，各单独凸块电极42b在发生了弹性变形的状态下与所对应的压电元件侧电极层49抵接。由此，压电元件侧电极层49经由单独凸块电极42b而与下电极层37导通。另外，虽然省略了图示，但本实施方式中的共用凸块电极在压电元件32的列之间，由层压在上电极层39上的内部树脂和覆盖该内部树脂并且与上电极层导通的导电膜构成，并且在发生了弹性变形的状态下被连接到与贯穿配线46导通的压电元件侧电极层。如此，由于在本实施方式中凸块电极42和按压树脂41也被形成在不同的基板上，因此也能够尽可能地缩小凸块电极42与按压树脂41的间隔。其结果为，能够使致动器单元14小型化，进而能够使记录头3小型化。另外，由于其他的结构与第一实施方式相同，因此省略说明。
对本实施方式中的致动器单元14的制造方法进行说明。在本实施方式中，在密封板33的下表面上形成按压树脂41的工序中，不形成凸块电极42的内部树脂43，而在压力室形成基板29上形成了压电元件32之后，追加形成凸块电极42的内部树脂43的工序。具体而言，在通过半导体工艺而在压力室形成基板29上形成了压电元件32之后且在形成金属层40之前，在压力室形成基板29的上表面上制作树脂膜。然后，在通过光刻工序及蚀刻工序而在预定的位置处形成了树脂之后，通过加热而使其角部变圆从而形成内部树脂43。之后，通过半导体工艺而形成金属层40，从而形成凸块电极42。另外，关于密封板33侧，由于仅改变了树脂的形成图案，因此省略说明。此外，关于其他的制造方法，也由于与上述的第一实施方式相同，因此省略说明。
另外，在图10所示的第五实施方式中，与第一实施方式不同，凸块电极42及按压树脂41被形成在压力室形成基板29侧。与第四实施方式同样地，本实施方式中的单独凸块电极42b的内部树脂43在压电元件32的长度方向上的压电体层38的一侧的端部处，沿着喷嘴列方向而被形成为突条。此外，与第四实施方式同样地，单独凸块电极42b的导电层44通过层压在下电极层37上的第一金属层40a被引绕至与内部树脂43重叠的位置处而形成。另外，与第三实施方式同样地，按压树脂41在压力室形成基板29的上表面上，且在与压电元件32的长度方向上的外侧的上电极层39的端缘对应的位置处，沿着喷嘴列方向而被形成为突条。
对本实施方式中的致动器单元14的制造方法进行说明。在本实施方式中，未设有在密封板33的下表面上形成树脂(内部树脂43及按压树脂41)的工序，而在压力室形成基板29上形成了压电元件32等之后，追加形成凸块电极42的内部树脂43及按压树脂41的工序。具体而言，在通过半导体工艺而在压力室形成基板29上形成压电元件32，并形成了第二金属层40b及第三金属层40c之后，在压力室形成基板29的上表面上制作树脂膜。然后，在通过光刻工序及蚀刻工序而在预定的位置处形成了树脂之后，通过加热而使其角部变圆从而形成内部树脂43及按压树脂41。之后，通过半导体工艺而形成第一金属层40a，从而形成凸块电极42。另外，关于密封板33侧，由于只是未设有树脂的图案形成工序，因此省略说明。此外，关于其他的制造方法，也由于与上述的第一实施方式相同，因此省略说明。如此，在本实施方式中，凸块电极42及按压树脂41也被形成在同一个基板(在本实施方式中为压力室形成基板29)上，因此也能够利用相同的工序来制作内部树脂43及按压树脂41。因此，与利用不同的工序来制作内部树脂43及按压树脂41的情况相比，能够抑制制造成本。此外，由于在本实施方式中，按压树脂41被形成在包括上电极层39的端缘在内的区域内，因此即使因制造误差等而使压力室形成基板29与密封板33的相对位置发生了偏离，也能够可靠地对上电极层39的端缘进行按压。另外，在第三至第五实施方式中，与第二实施方式同样地，在按压树脂的表面上设置按压导电层，从而也能够对高度进行调节。
另外，虽然在上文中，例示了通过利用压电元件32的驱动而使形成有该压电元件32的驱动区域35发生位移，从而从喷嘴22喷射作为液体的一种的油墨的结构，但并不限定于此，只要为具备在驱动区域内依次层压有第一电极层、电介质层以及第二电极层的第一基板和与其对置配置的第二基板的MEMS器件，便能够应用本发明。例如，也能够将本发明应用于对驱动区域的压力变化、振动或位移等进行检测的传感器等。另外，一个表面通过驱动区域而被划分的空间并不限于液体所流通的空间。
此外，虽然在上述实施方式中，作为液体喷射头而举出喷墨式记录头3为例进行了说明，但本发明还可以应用于其他的液体喷射头。例如，也可以将本发明应用于：液晶显示器等的彩色滤光片的制造所使用的颜色材料喷射头；有机EL(Electro Luminescence：电致发光)显示器、FED(面发光显示器)等的电极形成所使用的电极材料喷射头；生物芯片(生物化学元件)的制造所使用的生物体有机物喷射头等。通过显示器制造装置用的颜色材料喷射头而喷射作为液体的一种的R(Red：红色)、G(Green：绿色)、B(Blue：蓝色)的各种颜色材料的溶液。此外，通过电极形成装置用的电极材料喷射头而喷射作为液体的一种的液状的电极材料，通过芯片制造装置用的生物有机物喷射头而喷射作为液体的一种的生物体有机物的溶液。
符号说明
1…打印机；2…记录介质；3…记录头；4…滑架；5…滑架移动机构；6…输送机构；7…墨盒；8…同步带；9…脉冲电机；10…导杆；14…致动器单元，15…流道单元；16…头壳体；17…收纳空间；18…液体导入通道；21…喷嘴板；22…喷嘴；24…连通基板；25…共用液室；26…单独连通通道；27…喷嘴连通通道；29…压力室形成基板；30…压力室；31…振动板；32…压电元件；33…密封板；34…驱动IC；35…驱动区域；36…非驱动区域；37…下电极层；38…压电体层；39…上电极层；40…金属层；40a…第一金属层；40b…第二金属层；40c…第三金属层；42…凸块电极；42a…共用凸块电极；42b…单独凸块电极；43…内部树脂；44…导电层；46…贯穿配线；48…粘合剂；49…压电元件侧电极层；50…驱动IC侧端子；51…IC凸块电极；53…按压导电层；55…压电体开口部。

Claims (6)

1.一种微机电系统器件，其特征在于，具备：
第一基板，其具备驱动区域，并在该驱动区域内依次层压有第一电极层、电介质层以及第二电极层；和
第二基板，其以与所述第一基板的层压有所述电介质层的面对置的方式而被配置，
所述第一电极层及所述电介质层朝向从所述驱动区域偏离出的非驱动区域而延伸至与所述第二电极层相比靠外侧，
具有弹性的第一树脂被形成在所述电介质层的延伸方向上的包括所述第二电极层的端缘在内的区域内，
所述第一基板和所述第二基板在彼此间夹着发生了弹性变形的所述第一树脂的状态下，通过粘合剂而被固定。
2.如权利要求1所述的微机电系统器件，其特征在于，
覆盖所述第一树脂的表面的第一导电层被形成为与所述第一电极层电绝缘的状态。
3.如权利要求1或2所述的微机电系统器件，其特征在于，
所述第二基板具备第三电极层，所述第三电极经由凸块电极而与所述第一电极层导通，
所述凸块电极具备具有弹性的第二树脂和覆盖了该第二树脂的表面的第二导电层，
所述第一树脂及所述第二树脂被形成在所述第一基板或所述第二基板中的任意一个基板上且被形成在同一个基板上。
4.如权利要求1或2所述的微机电系统器件，其特征在于，
所述第二基板具备第三电极层，所述第三电极层经由凸块电极而与所述第一电极层导通，
所述凸块电极具备具有弹性的第二树脂和覆盖了该第二树脂的表面的第二导电层，
所述第一树脂被形成在所述第一基板或所述第二基板中的任意一个基板上，所述第二树脂被形成在所述第一基板或所述第二基板中的另一个基板上。
5.一种液体喷射头，其特征在于，为权利要求1至4中任一项所述的微机电系统器件的一种，
所述液体喷射头具备：
压力室，其至少一部分通过所述驱动区域而被划分出；和
喷嘴，其与所述压力室连通。
6.一种液体喷射装置，其特征在于，
具备权利要求5所述的液体喷射头。
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