JP2000343704A - Liquid ejecting head, head cartridge, liquid ejecting device, and production of the liquid ejecting head - Google Patents

Liquid ejecting head, head cartridge, liquid ejecting device, and production of the liquid ejecting head

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JP2000343704A
JP2000343704A JP15836599A JP15836599A JP2000343704A JP 2000343704 A JP2000343704 A JP 2000343704A JP 15836599 A JP15836599 A JP 15836599A JP 15836599 A JP15836599 A JP 15836599A JP 2000343704 A JP2000343704 A JP 2000343704A
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substrate
element substrate
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top plate
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雅彦 久保田
Yoshiyuki Imanaka
良行 今仲
Akihiro Yamanaka
昭弘 山中
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    • B41J2/14032Structure of the pressure chamber
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate positioning of an element substrate and a top plate for improving the yield in production at the time of bonding the element substrate and the top plate for electrically connecting functional elements or electric circuits of the element substrate and the top plate with each other. SOLUTION: On a top plate 3, a gold bump 95 is formed on the surface of a contact pad for connection 18 electrically connected with a functional element or an electric circuit of the top plate 3. A heat generating member and a contact pad for connection 14 are formed on an element substrate 1 for providing a recess electrode part 94 with a recess part 93, comprising a wall part 92 formed around the contact pad for connection 14, the contact pad 14 for connection 14, and an Au film on the surface of the contact pad for connection 14. At the time of bonding the element substrate 1 and the top plate 3, the gold bump 95 is introduced into the recess part 93. By melting the Au film on the contact pad for connection 14 and the gold bump 95, a bonding operation is executed, utilizing the metal eutectic between the gold bump 95 and the Au film.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ、ワープロ、ホストコンピュータ等の出力用端末と
してのプリンタ、ビデオプリンタ等に用いられる液体吐
出ヘッド、およびその液体吐出ヘッドを有する液体吐出
装置に関し、特に記録のために液体を吐出させるエネル
ギーとして利用される熱エネルギーを発生する電気熱変
換体が形成された素子基板を有する液体吐出ヘッド、そ
の液体吐出ヘッドを有するヘッドカートリッジ、液体吐
出装置、およびその液体吐出ヘッドの製造方法に関す
る。すなわち、記録用のインク等の液体を飛翔液滴とし
て吐出口(オリフィス)から吐出させて、その液体を記
録媒体に付着させることによって記録を行う液体吐出記
録装置に用いられる液体吐出ヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid discharge head used for a printer as an output terminal of a copying machine, a facsimile, a word processor, a host computer or the like, a video printer, and a liquid discharge apparatus having the liquid discharge head. In particular, a liquid ejection head having an element substrate on which an electrothermal transducer that generates thermal energy used as energy for ejecting a liquid for recording, a head cartridge having the liquid ejection head, a liquid ejection device, and The present invention relates to a method for manufacturing the liquid ejection head. That is, the present invention relates to a liquid ejection head used in a liquid ejection recording apparatus that performs recording by ejecting a liquid such as recording ink or the like as flying droplets from an ejection port (orifice) and attaching the liquid to a recording medium.

【0002】[0002]

【従来の技術】液体吐出装置、特にインクジェット記録
装置は、ノンインパクト記録として、静けさ(サイレン
ト)の要求される現代のビジネスオフィスやその他の事
務処理部門において強く望まれている傍ら、高密度で高
速記録が可能であるという点で、さらに、保守が比較的
容易である、あるいはメンテナンスフリーになりうると
いう点において、開発、改良が計られているものであ
る。
2. Description of the Related Art A liquid discharge apparatus, particularly an ink jet recording apparatus, has been strongly demanded in modern business offices and other office processing departments where quietness is required as non-impact recording, while at the same time high density and high speed. It has been developed and improved in that recording is possible, and that maintenance is relatively easy or maintenance-free.

【0003】そのようなインクジェット記録装置の中
で、特開昭54−59936号公報に開示されているイ
ンクジェット記録装置は、記録媒体の小滴が所定の方向
に吐出するためのオリフィスを有するノズルと、該ノズ
ル内に記録媒体を供給するための手段と、熱変換エネル
ギーを発生する手段とを有するものである。そのインク
ジェット記録装置では、その構造的な特徴から高密度で
高速記録が充分可能であり、かつ、被記録媒体の全幅と
ほぼ同じ幅のノズル列を有する記録ヘッド、いわゆるフ
ルライン記録ヘッドの設計および製造が極めて容易であ
る。従って、そのような記録ヘッドおよびインクジェッ
ト記録装置が熱望されている。
[0003] Among such ink jet recording apparatuses, an ink jet recording apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-59936 has a nozzle having an orifice for discharging small droplets of a recording medium in a predetermined direction. And means for supplying a recording medium into the nozzles, and means for generating heat conversion energy. In the inkjet recording apparatus, high-speed recording at a high density is sufficiently possible due to its structural characteristics, and a recording head having a nozzle array having substantially the same width as the entire width of the recording medium, that is, a so-called full line recording head is designed and designed. Very easy to manufacture. Therefore, such a recording head and an ink jet recording apparatus are eagerly desired.

【0004】さらに、従来のインクジェットヘッド、す
なわち従来の液体吐出ヘッドとしては、特公平62−4
8585号公報に記載されているように、ノズル内に複
数の発熱素子を設けた多値出力のカラーインクジェット
ヘッドがある。この多値出力のカラーインクジェットヘ
ッドは、例えば、ノズル内にn個の発熱素子を設けてそ
れぞれの発熱素子を個別に駆動ドライバに接続し、発熱
素子を独立に駆動できるように構成されており、さら
に、1つのノズル内で発熱素子の発熱量がそれぞれ異な
るように各発熱素子のサイズが異なっている。この時、
n個の発熱素子による記録ドットがそれぞれ異なり、同
時に駆動させる発熱素子の組み合わせにより、{nn-1
nn-2+・・・+n2n1+1}通りの記録ドット
を形成することができる。つまり、1つのノズルで、{
nn-1nn-2+・・・+n2n1+1}値の階調性
を得ることができる。
Further, as a conventional ink jet head, that is, a conventional liquid discharge head, Japanese Patent Publication No. 62-4
As described in Japanese Patent No. 8585, there is a multi-value output color inkjet head in which a plurality of heating elements are provided in a nozzle. The multi-value output color inkjet head is configured such that, for example, n heating elements are provided in a nozzle, and each heating element is individually connected to a drive driver, so that the heating elements can be driven independently. Further, the sizes of the heating elements are different so that the heating values of the heating elements are different in one nozzle. At this time,
The recording dots of the n heating elements are different from each other, and 組n C n−1
+ N C n-2 + ··· + n C 2 + n C 1 +1} it is possible to form the recording dot of the street. That is, with one nozzle, {
n C n-1 + n C n-2 +... + n C 2 + n C 1 +1} gradation can be obtained.

【0005】さらに、特開平5−155037号公報に
は、発熱素子の配列およびインク流路の配列を低密度で
形成し、インクジェットヘッドのインターレース駆動に
より高密度の記録を達成する方法が記載されている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. H5-155037 describes a method in which the arrangement of the heating elements and the arrangement of the ink flow paths are formed at a low density, and high-density recording is achieved by interlaced driving of the ink jet head. I have.

【0006】従来の液体吐出ヘッドは一般的に、電気熱
変換体などの発熱体が複数形成された第1の基板として
の素子基板と、その素子基板に接合された第2の基板と
しての天板とから主に構成されている。それら素子基板
と天板との間に、共通液室、および共通液室とそれぞれ
連通した複数の液流路が形成されている。複数の液流路
にはそれぞれ、素子基板に形成された発熱体が配置され
ている。
A conventional liquid discharge head generally includes an element substrate as a first substrate on which a plurality of heating elements such as electrothermal transducers are formed, and a ceiling as a second substrate joined to the element substrate. It is mainly composed of boards. A common liquid chamber and a plurality of liquid flow paths respectively communicating with the common liquid chamber are formed between the element substrate and the top plate. A heating element formed on the element substrate is arranged in each of the plurality of liquid flow paths.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述したような、発熱
体が形成された素子基板と、その素子基板に接合された
天板とから構成された液体吐出ヘッドでは、発熱体の駆
動条件を制御するための、機能が異なる複数の素子ある
いは電気回路をそれぞれ、その機能に応じて素子基板と
天板とに振り分けることにより、液体吐出ヘッドを小型
化することが可能である。このように、機能素子あるい
は電気回路を素子基板と天板とに振り分けた場合、素子
基板および天板の互いの素子あるいは電気回路同士を確
実に電気的に接続した状態で素子基板と天板とを接合す
る必要がある。具体的な方法としては、素子基板および
天板のそれぞれに接続用コンタクトパッドを形成してお
き、素子基板と天板の互いの接続用コンタクトパッド同
士を接触させた状態で素子基板と天板とを接合する方法
がある。これにより、素子基板および天板の互いの機能
素子あるいは電気回路同士を、それらの接続用コンタク
トパッドを介して電気的に接続することができる。この
方法を用いた場合、素子基板と天板の互いの接続用コン
タクトパッド同士が接触して電気的に接続された状態で
素子基板と天板とを接合するために、素子基板と天板と
の位置合わせを所定の位置精度で行う必要がある。
In the liquid discharge head composed of the element substrate on which the heating element is formed and the top plate joined to the element substrate as described above, the driving condition of the heating element is controlled. The liquid ejection head can be reduced in size by allocating a plurality of elements or electric circuits having different functions to an element substrate and a top plate in accordance with the functions. As described above, when the functional elements or electric circuits are distributed to the element substrate and the top plate, the element substrate and the top plate are securely connected to each other on the element substrate and the top plate. Need to be joined. As a specific method, a connection contact pad is formed on each of the element substrate and the top plate, and the element substrate and the top plate are connected in a state where the connection contact pads of the element substrate and the top plate are in contact with each other. There is a method of joining. Thereby, the functional elements or electric circuits of the element substrate and the top plate can be electrically connected to each other through the connection contact pads. When this method is used, in order to join the element substrate and the top plate in a state where the contact pads for connection of the element substrate and the top plate are in contact with each other and electrically connected, the element substrate and the top plate are connected to each other. Must be performed with a predetermined positional accuracy.

【0008】本発明の目的は、エネルギー変換素子の駆
動条件を制御するための、機能が異なる複数の素子ある
いは電気回路がそれぞれ、その機能に応じて素子基板と
天板とに振り分けられた液体吐出ヘッドで、素子基板と
天板の互いの機能素子あるいは電気回路同士が電気的に
接続されるように素子基板と天板とを接合する際に、素
子基板と天板との位置合わせが容易で、製造する際の歩
留りの向上が可能な液体吐出ヘッド、その液体吐出ヘッ
ドを有するヘッドカートリッジや液体吐出装置、および
液体吐出ヘッドの製造方法を提供することにある。
[0008] An object of the present invention is to control a driving condition of an energy conversion element by a plurality of elements or electric circuits having different functions, each of which is allocated to an element substrate and a top plate according to the function. When joining the element substrate and the top plate so that the functional elements or electric circuits of the element substrate and the top plate are electrically connected to each other with the head, the alignment between the element substrate and the top plate is easy. Another object of the present invention is to provide a liquid discharge head capable of improving the yield in manufacturing, a head cartridge and a liquid discharge device having the liquid discharge head, and a method of manufacturing a liquid discharge head.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、液体を吐出する複数の吐出口と、互いに
接合されることでそれぞれ前記吐出口と連通する複数の
液流路を構成するための第1の基板および第2の基板
と、電気エネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネル
ギーに変換するために前記各液流路内に配された複数の
エネルギー変換素子と、前記エネルギー変換素子の駆動
条件を制御するための、機能が異なる複数の素子あるい
は電気回路とを有し、前記素子あるいは電気回路がその
機能に応じて前記第1の基板と前記第2の基板とに振り
分けられた液体吐出ヘッドであって、前記第1の基板ま
たは前記第2の基板のうちいずれか一方の基板に、前記
第1および第2の基板の互いの素子あるいは電気回路同
士を電気的に接続するための複数の凸電気接続部が形成
され、前記第1の基板または前記第2の基板のうちの他
方の基板に、前記第1の基板と前記第2の基板とを接合
した際に前記複数の凸電気接続部とそれぞれ係合すると
共に前記凸電気接続部と電気的に接続される複数の凹電
気接続部が形成されている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of discharge ports for discharging a liquid and a plurality of liquid flow paths which are joined to each other and communicate with the respective discharge ports. A first substrate and a second substrate for configuring, and a plurality of energy conversion elements disposed in each of the liquid flow paths to convert electric energy into discharge energy of liquid in the liquid flow paths; A plurality of elements or electric circuits having different functions for controlling driving conditions of the energy conversion element, wherein the first substrate and the second substrate have the elements or electric circuits corresponding to the functions. A liquid ejecting head that is divided into the first substrate and the second substrate, and the elements or electric circuits of the first and second substrates are electrically connected to one of the first substrate and the second substrate. Connect to A plurality of convex electrical connection portions for forming the first substrate and the second substrate when the first substrate and the second substrate are bonded to the other of the first substrate and the second substrate. And a plurality of concave electrical connection portions that are respectively engaged with the convex electrical connection portions and are electrically connected to the convex electrical connection portions.

【0010】また、上記の液体吐出ヘッドでは、前記凸
電気接続部と前記凹電気接続部とが共晶接合されている
ことが好ましい。具体的には、前記凸電気接続部が、前
記一方の基板に備えられた電極上に形成された金属バン
プであり、かつ、前記凹電気接続部の、前記凸電気接続
部と接触する部分における少なくとも一部が金属部分で
あり、前記金属バンプと前記金属部分とが共晶接合され
ている。
In the above-described liquid discharge head, it is preferable that the convex electric connection portion and the concave electric connection portion are eutectic bonded. Specifically, the convex electric connection portion is a metal bump formed on an electrode provided on the one substrate, and, in the concave electric connection portion, a portion in contact with the convex electric connection portion. At least a part is a metal part, and the metal bump and the metal part are eutectic bonded.

【0011】さらに、前記凹電気接続部の側壁部が、前
記液流路を構成するための液流路形成部材の一部から構
成され、前記凹電気接続部が、前記液流路を形成するた
めに前記液流路形成部材の、前記液流路に対応する部分
を除去する際に前記液流路形成部材の所定の部分を除去
することにより形成されたものであることが好ましい。
Further, a side wall portion of the concave electric connection portion is constituted by a part of a liquid flow path forming member for forming the liquid flow path, and the concave electric connection portion forms the liquid flow path. For this reason, it is preferable that the liquid passage forming member is formed by removing a predetermined portion of the liquid passage forming member when removing a portion corresponding to the liquid passage.

【0012】さらに、前記凸電気接続部の材料、および
前記凹電気接続部の少なくとも一部の材料として、金、
銅、白金、タングステン、アルミニウムまたはルテニウ
ムのうちいずれかの金属、あるいは金、銅、白金、タン
グステン、アルミニウムまたはルテニウムのうちいずれ
かの金属を含む合金を用いることができる。
Further, the material of the convex electric connection part and the material of at least a part of the concave electric connection part are gold,
An alloy containing any metal of copper, platinum, tungsten, aluminum, or ruthenium, or an alloy containing any metal of gold, copper, platinum, tungsten, aluminum, or ruthenium can be used.

【0013】さらに、前記第1基板および前記第2の基
板がシリコン材料で構成され、前記素子あるいは電気回
路が、半導体ウェハプロセス技術を用いて前記第1の基
板および前記第2の基板に形成されていることが好まし
い。
Further, the first substrate and the second substrate are made of a silicon material, and the element or the electric circuit is formed on the first substrate and the second substrate by using a semiconductor wafer process technique. Is preferred.

【0014】さらに、前記エネルギー変換素子が、液体
に熱エネルギーを作用させることで液体に気泡を発生さ
せるものであり、前記液流路には、前記エネルギー変換
素子に面して配され、前記吐出口に向かう下流側が自由
端となる可動部材が設けられていてもよい。前記エネル
ギー変換素子としては発熱抵抗素子を用いることができ
る。
Further, the energy conversion element generates air bubbles in the liquid by applying thermal energy to the liquid, and the liquid flow path is disposed in the liquid flow path so as to face the energy conversion element, and A movable member whose downstream end toward the outlet is a free end may be provided. A heating resistor element can be used as the energy conversion element.

【0015】上記の通りの発明では、エネルギー変換素
子の駆動条件を制御するための、機能が異なる複数の素
子あるいは電気回路がそれぞれ、その機能に応じて第1
の基板と第2の基板とに振り分けられた液体吐出ヘッド
で、第1の基板または第2の基板のうちいずれか一方の
基板に複数の凸電気接続部が形成され、他方の基板に、
それら複数の凸電気接続部とそれぞれ係合すると共に凸
電気接続部と電気的に接続される複数の凹電気接続部が
形成されていることにより、第1と第2の基板を接合す
る際に凸電気接続部と凹電気接続部とを係合させること
で、第1と第2の基板の、ある程度の位置決めを行うこ
とが可能となる。また、凹電気接続部の側壁部を構成す
る側壁が、例えばシリコンを含む堅い側壁である場合
に、凸電気接続部と凹電気接続部とにおける金属間の溶
融を伴う共晶結合を行うことで、その堅い側壁によって
第1の基板と第2の基板との位置精度を向上させること
ができる。さらに、このように第1および第2の基板に
凸電気接続部および凹電気接続部を設けて、凸電気接続
部と凹電気接続部との共晶接合を利用して第1の基板と
第2の基板とを接合することにより、第1および第2の
基板としてウェハを用いた場合にウェハ間での接合が可
能になり、液体吐出ヘッドを製造する際の歩留りが向上
する。その結果、液体吐出ヘッドの製造コストを下げる
ことができる。また、本発明は、液体を吐出する複数の
吐出口と、互いに接合されることでそれぞれ前記吐出口
と連通する複数の液流路を構成するための第1の基板お
よび第2の基板と、電気エネルギーを前記液流路内の液
体の吐出エネルギーに変換するために前記各液流路内に
配された複数のエネルギー変換素子と、前記エネルギー
変換素子の駆動条件を制御するための、機能が異なる複
数の素子あるいは電気回路とを有し、前記素子あるいは
電気回路がその機能に応じて前記第1の基板と前記第2
の基板とに振り分けられた液体吐出ヘッドであって、前
記第1の基板および前記第2の基板は、前記第1および
第2の基板の互いの素子あるいは電気回路同士を電気的
に接続するための電気接続部をそれぞれ備えると共に、
前記第1の基板の電気接続部と前記第2の基板の電気接
続部とが共晶接合されている。
In the invention as described above, a plurality of elements or electric circuits having different functions for controlling the driving conditions of the energy conversion element are respectively provided with the first or the second circuit in accordance with the function.
In the liquid discharge head divided into the first substrate and the second substrate, a plurality of convex electrical connection portions are formed on one of the first substrate and the second substrate, and the other substrate has
When the first and second substrates are joined together, the plurality of concave electrical connection portions that are respectively engaged with the plurality of convex electrical connection portions and are electrically connected to the convex electrical connection portions are formed. By engaging the convex electric connection portion and the concave electric connection portion, the first and second substrates can be positioned to some extent. Further, when the side wall constituting the side wall of the concave electrical connection is a hard side wall containing, for example, silicon, by performing eutectic bonding accompanied by melting between metals in the convex electrical connection and the concave electrical connection. The rigid side walls can improve the positional accuracy between the first substrate and the second substrate. Furthermore, the first and second substrates are provided with the convex electric connection portion and the concave electric connection portion, and the first substrate and the first substrate are connected to each other by using the eutectic junction between the convex electric connection portion and the concave electric connection portion. By bonding the two substrates, when wafers are used as the first and second substrates, bonding between the wafers becomes possible, and the yield in manufacturing the liquid discharge head is improved. As a result, the manufacturing cost of the liquid ejection head can be reduced. Further, the present invention provides a plurality of discharge ports for discharging liquid, a first substrate and a second substrate for forming a plurality of liquid flow paths which are connected to each other by being joined to each other, A plurality of energy conversion elements arranged in each of the liquid flow paths to convert electric energy into ejection energy of liquid in the liquid flow paths, and a function for controlling driving conditions of the energy conversion elements. A plurality of different elements or electric circuits, wherein the elements or electric circuits correspond to the first substrate and the second
The first substrate and the second substrate are used to electrically connect elements or electric circuits of the first and second substrates to each other. And each of the electrical connections,
The electrical connection of the first substrate and the electrical connection of the second substrate are eutectic bonded.

【0016】上記の発明では、第1および第2の基板
に、互いの素子あるいは電気回路同士を電気的に接続す
るための電気接続部が備えられ、第1および第2の基板
の互いの電気接続部同士が共晶接合されていることによ
り、その共晶接合を利用して第1の基板と第2の基板と
を接合することができる。これにより、第1および第2
の基板としてウェハを用いた場合にウェハ間での接合が
可能になり、液体吐出ヘッドを製造する際の歩留りが向
上する。その結果、液体吐出ヘッドの製造コストを下げ
ることができる。この場合、前記第1の基板と前記第2
の基板には、互いに係合するための、前記電気接続部と
は異なる係合部を備えることが好ましい。さらに、本発
明のヘッドカートリッジは、上記の液体吐出ヘッドと、
該液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液体容器
とを有する。
In the above invention, the first and second substrates are provided with an electric connection portion for electrically connecting the elements or electric circuits to each other, and the first and second substrates are electrically connected to each other. Since the connection portions are eutectic bonded, the first substrate and the second substrate can be bonded using the eutectic bonding. Thereby, the first and second
When a wafer is used as the substrate, bonding between the wafers becomes possible, and the yield in manufacturing the liquid discharge head is improved. As a result, the manufacturing cost of the liquid ejection head can be reduced. In this case, the first substrate and the second substrate
Preferably, the substrate has an engagement portion different from the electrical connection portion for engaging with each other. Furthermore, the head cartridge of the present invention includes the above-described liquid ejection head,
A liquid container for holding the liquid supplied to the liquid ejection head.

【0017】さらに、本発明の液体吐出装置は、上記の
液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから液体を吐出さ
せるための駆動信号を供給する駆動信号供給手段とを有
する。
Further, a liquid discharge apparatus of the present invention includes the above liquid discharge head, and drive signal supply means for supplying a drive signal for discharging liquid from the liquid discharge head.

【0018】さらに、本発明の液体吐出装置は、上記の
液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから吐出された液
体を受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段と
を有する。
Further, a liquid discharge apparatus according to the present invention includes the above liquid discharge head, and a recording medium transport means for transporting a recording medium receiving the liquid discharged from the liquid discharge head.

【0019】上記の液体吐出装置は、前記液体吐出ヘッ
ドから液体を吐出して被記録媒体に前記液体を付着させ
ることで記録を行うものである。
The above-described liquid discharge apparatus performs recording by discharging liquid from the liquid discharge head and attaching the liquid to a recording medium.

【0020】さらに、本発明の液体吐出ヘッドの製造方
法は、液体を吐出する複数の吐出口と、互いに接合され
ることでそれぞれ前記吐出口と連通する複数の液流路を
構成するための第1の基板および第2の基板と、電気エ
ネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネルギーに変換
するために前記各液流路内に配された複数のエネルギー
変換素子と、前記エネルギー変換素子の駆動条件を制御
するための、機能が異なる複数の素子あるいは電気回路
とを有し、前記素子あるいは電気回路がその機能に応じ
て前記第1の基板と前記第2の基板とに振り分けられた
液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記第1の基板ま
たは前記第2の基板のうちいずれか一方の基板に、前記
第1および第2の基板の互いの素子あるいは電気回路同
士を電気的に接続するための複数の凸電気接続部を形成
する工程と、前記第1の基板または前記第2の基板のう
ちの他方の基板に、前記複数の凸電気接続部とそれぞれ
係合すると共に前記凸電気接続部と電気的に接続される
複数の凹電気接続部を形成する工程と、前記第1の基板
と前記第2の基板とを接合させる際に前記複数の凸電気
接続部をそれぞれ対応する前記複数の凹電気接続部に係
合させる工程とを有する。
Further, according to the method of manufacturing a liquid discharge head of the present invention, a plurality of discharge ports for discharging liquid and a plurality of liquid flow paths connected to the discharge ports by being joined to each other are formed. A first substrate and a second substrate; a plurality of energy conversion elements disposed in each of the liquid flow paths for converting electric energy into discharge energy of liquid in the liquid flow paths; A liquid having a plurality of elements or electric circuits having different functions for controlling driving conditions, wherein the elements or electric circuits are distributed to the first substrate and the second substrate according to their functions. A method of manufacturing a discharge head, wherein one of the first substrate and the second substrate is electrically connected to an element or an electric circuit of each of the first and second substrates. Forming a plurality of convex electrical connection portions for engaging the plurality of convex electrical connection portions with the other one of the first substrate and the second substrate. Forming a plurality of concave electrical connection portions electrically connected to the connection portion; and connecting the plurality of convex electrical connection portions when the first substrate and the second substrate are joined to each other. Engaging the plurality of concave electrical connections.

【0021】また、前記第1の基板と前記第2の基板と
を接合する工程では、前記凸電気接続部と前記凹電気接
続部とを共晶接合する。
In the step of bonding the first substrate and the second substrate, the convex electric connection portion and the concave electric connection portion are eutectic bonded.

【0022】さらに、前記凹電気接続部の側壁部が、前
記液流路を構成するための液流路形成部材の一部から構
成されたものであり、前記液流路形成部材の、前記液流
路に対応する部分を除去して前記液流路を形成する際
に、前記液流路に対応する部分と共に前記液流路形成部
材の所定の部分を除去することで前記凹電気接続部の凹
状の形状を形成する工程から、前記凹電気接続部を形成
する工程が構成されていることが好ましい。
Further, the side wall portion of the concave electric connection portion is constituted by a part of a liquid flow path forming member for forming the liquid flow path, and When forming the liquid flow path by removing a portion corresponding to the flow path, by removing a predetermined part of the liquid flow path forming member together with a part corresponding to the liquid flow path, the concave electrical connection portion It is preferable that the step of forming the concave shape includes the step of forming the concave electric connection portion.

【0023】上記の通りの発明による液体吐出ヘッドの
製造方法では、エネルギー変換素子の駆動条件を制御す
るための、機能が異なる複数の素子あるいは電気回路が
それぞれ、その機能に応じて第1の基板と第2の基板と
に振り分けられた液体吐出ヘッドを製造する際に、第1
の基板または第2の基板のうちいずれか一方の基板に複
数の凸電気接続部を形成し、他方の基板に、それら複数
の凸電気接続部とそれぞれ係合すると共に凸電気接続部
と電気的に接続される複数の凹電気接続部を形成するこ
とにより、第1と第2の基板を接合する際に複数の凸電
気接続部をそれぞれ対応する複数の凹電気接続部とを係
合させることで、第1と第2の基板の、ある程度の位置
決めを行うことが可能となる。また、凹電気接続部の側
壁部を構成する側壁が、例えばシリコンを含む堅い側壁
である場合に、凸電気接続部と凹電気接続部とにおける
金属間の溶融を伴う共晶結合を行うことで、その堅い側
壁によって第1の基板と第2の基板との位置精度を向上
させることができる。さらに、このように第1および第
2の基板に凸電気接続部および凹電気接続部を設けて、
凸電気接続部と凹電気接続部との共晶接合を利用して第
1の基板と第2の基板とを接合することにより、第1お
よび第2の基板としてウェハを用いた場合にウェハ間で
の接合が可能になり、液体吐出ヘッドを製造する際の歩
留りが向上する。その結果、液体吐出ヘッドの製造コス
トを下げることができる。
In the method of manufacturing a liquid discharge head according to the invention as described above, a plurality of elements or electric circuits having different functions for controlling the driving conditions of the energy conversion elements are respectively provided on the first substrate according to the functions. When manufacturing the liquid discharge head distributed to the substrate and the second substrate, the first
A plurality of convex electrical connection portions are formed on one of the substrate and the second substrate, and the other substrate is engaged with each of the plurality of convex electrical connection portions and electrically connected to the convex electrical connection portion. Forming a plurality of concave electrical connection portions connected to the first and second substrates so that the plurality of convex electrical connection portions engage with the corresponding plurality of concave electrical connection portions when the first and second substrates are joined. Thus, the first and second substrates can be positioned to some extent. Further, when the side wall constituting the side wall of the concave electrical connection is a hard side wall containing, for example, silicon, by performing eutectic bonding accompanied by melting between metals in the convex electrical connection and the concave electrical connection. The rigid side walls can improve the positional accuracy between the first substrate and the second substrate. Further, the first and second substrates are provided with the convex electric connection portion and the concave electric connection portion as described above,
By joining the first substrate and the second substrate by using the eutectic joining of the convex electric connection portion and the concave electric connection portion, when the wafer is used as the first and second substrates, And the yield at the time of manufacturing the liquid discharge head is improved. As a result, the manufacturing cost of the liquid ejection head can be reduced.

【0024】さらに、本発明の液体吐出ヘッドの製造方
法は、液体を吐出する複数の吐出口と、互いに接合され
ることでそれぞれ前記吐出口と連通する複数の液流路を
構成するための第1の基板および第2の基板と、電気エ
ネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネルギーに変換
するために前記各液流路内に配された複数のエネルギー
変換素子と、前記エネルギー変換素子の駆動条件を制御
するための、機能が異なる複数の素子あるいは電気回路
とを有し、前記素子あるいは電気回路がその機能に応じ
て前記第1の基板と前記第2の基板とに振り分けられた
液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記第1および第
2の基板の互いの素子あるいは電気回路同士を電気的に
接続するための第1の電気接続部を備えた前記第1の基
板が複数設けられた第1のシリコンウェハを用意する工
程と、前記第1および第2の基板の互いの素子あるいは
電気回路同士を電気的に接続するための第2の電気接続
部を備えた前記第2の基板が複数設けられた第2のシリ
コンウェハを用意する工程と、前記第1のシリコンウェ
ハと前記第2のシリコンウェハとを、前記第1の電気接
続部と前記第1の電気接続部に対応する前記第2の電気
接続部とが対応するように当接させる当接工程と、前記
当接工程の後、前記第1の電気接続部と前記第1の電気
接続部に対応する前記第2の電気接続部とを共晶接合に
より接合する接合工程と、前記接合工程の後、接合され
た前記第1のシリコンウェハおよび前記第2のシリコン
ウェハを一体的に切断する切断工程とを有する。
Further, according to the method of manufacturing a liquid discharge head of the present invention, a plurality of discharge ports for discharging liquid and a plurality of liquid flow paths connected to the discharge ports by being joined to each other are formed. A first substrate and a second substrate; a plurality of energy conversion elements disposed in each of the liquid flow paths for converting electric energy into discharge energy of liquid in the liquid flow paths; A liquid having a plurality of elements or electric circuits having different functions for controlling driving conditions, wherein the elements or electric circuits are distributed to the first substrate and the second substrate according to their functions. A method for manufacturing a discharge head, wherein a plurality of the first substrates provided with a first electric connection portion for electrically connecting elements or electric circuits of the first and second substrates to each other are provided. Is A step of preparing a first silicon wafer and a second substrate provided with a second electric connection portion for electrically connecting elements or electric circuits of the first and second substrates to each other; Preparing a plurality of provided second silicon wafers; and connecting the first silicon wafer and the second silicon wafer to the first electrical connection portion and the first electrical connection portion corresponding to the first electrical connection portion. An abutting step in which the second electrical connection section is brought into contact with the second electrical connection section; and, after the abutment step, the second electrical section corresponding to the first electrical connection section and the first electrical connection section. The method includes a joining step of joining the connection portion by eutectic joining, and a cutting step of integrally cutting the joined first silicon wafer and the second silicon wafer after the joining step.

【0025】上記の発明では、一体化された第1のシリ
コンウェハおよび第2のシリコンウェハを切断する際
に、第1と第2の電気接続部の共晶結合により第1と第
2のシリコンウェハの接合は剥離したり、ずれたりする
ことがないので、同時に複数の液体吐出ヘッド(ヘッド
チップ)を歩留りよく作ることができる。このような製
造方法では、各ヘッドの第1の基板と第2の基板とをヘ
ッド毎に位置合わせする場合に比べ、位置合わせをする
回数を大幅に減らすことできるので、さらに生産性が向
上する。
In the above invention, when the integrated first and second silicon wafers are cut, the first and second silicon wafers are formed by eutectic bonding of the first and second electric connection portions. Since the bonding of the wafers does not separate or shift, a plurality of liquid ejection heads (head chips) can be simultaneously manufactured with high yield. In such a manufacturing method, the number of times of alignment can be greatly reduced as compared with the case where the first substrate and the second substrate of each head are aligned for each head, so that productivity is further improved. .

【0026】上記の発明の液体吐出ヘッドの製造方法で
は、前記第1の電気接続部および前記第2の電気接続部
はそれぞれ複数設けられると共に、前記第1の電気接続
部または前記第2の電気接続部のいずれか一方が凸形状
であり、他方が、前記凸形状の電気接続部と電気的に接
続される凹形状であることが好ましい。
In the method of manufacturing a liquid discharge head according to the invention described above, the first electric connection portion and the second electric connection portion are provided in plurality, respectively, and the first electric connection portion or the second electric connection portion is provided. It is preferable that one of the connection portions has a convex shape, and the other has a concave shape electrically connected to the electric connection portion having the convex shape.

【0027】なお、本発明の説明で用いる「上流」「下
流」とは、液体の供給源から気泡発生領域(または可動
部材)を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関し
て、またはこの構成上の方向に関しての表現として用い
られる。
The terms “upstream” and “downstream” used in the description of the present invention refer to the flow direction of a liquid from a liquid supply source to a discharge port via a bubble generation region (or a movable member), or in terms of this configuration. Is used as an expression for the direction of.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】次に、本発明に適用可能な一実施
形態として、液体を吐出する複数の吐出口と、互いに接
合されることでそれぞれ吐出口と連通する複数の液流路
を構成するための第1の基板および第2の基板と、電気
エネルギーを液流路内の液体の吐出エネルギーに変換す
るために各液流路内に配された複数のエネルギー変換素
子と、エネルギー変換素子の駆動条件を制御するため
の、機能が異なる複数の素子あるいは電気回路とを有
し、上記素子あるいは電気回路がその機能に応じて第1
の基板と第2の基板とに振り分けられている液体吐出ヘ
ッドの説明を行う。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, as one embodiment applicable to the present invention, a plurality of discharge ports for discharging liquid and a plurality of liquid flow paths which are connected to each other by being joined to each other are constituted. A first substrate and a second substrate, a plurality of energy conversion elements disposed in each liquid flow path for converting electric energy into a discharge energy of a liquid in the liquid flow path, and an energy conversion element. A plurality of elements or electric circuits having different functions for controlling the driving conditions of the first and second elements.
A description will be given of the liquid discharge head distributed to the first substrate and the second substrate.

【0029】図1は、本発明の一実施形態である液体吐
出ヘッドの液流路方向に沿った断面図である。
FIG. 1 is a sectional view taken along the direction of a liquid flow path of a liquid discharge head according to an embodiment of the present invention.

【0030】図1に示すように、この液体吐出ヘッド
は、液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを与え
る複数個(図1では1つのみ示す)の発熱体2が並列に
設けられた第1の基板である素子基板1と、この素子基
板1上に接合された第2の基板である天板3と、素子基
板1および天板3の前端面に接合されたオリフィスプレ
ート4と、素子基板1と天板3とで構成される液流路7
内に設置された可動部材6とを有する。
As shown in FIG. 1, this liquid discharge head is provided with a plurality (only one is shown in FIG. 1) of heating elements 2 for providing thermal energy for generating bubbles in the liquid. An element substrate 1 which is a first substrate, a top plate 3 which is a second substrate joined on the element substrate 1, an orifice plate 4 joined to the front end surfaces of the element substrate 1 and the top plate 3, Liquid flow path 7 composed of substrate 1 and top plate 3
And a movable member 6 installed therein.

【0031】素子基板1は、シリコン等の基板上に絶縁
および蓄熱を目的としたシリコン酸化膜または窒化シリ
コン膜を成膜し、その上に、発熱体2を構成する電気抵
抗層および配線をパターニングしたものである。この配
線から電気抵抗層に電圧を印加し、電気抵抗層に電流を
流すことで発熱体2が発熱する。
The element substrate 1 is formed by depositing a silicon oxide film or a silicon nitride film for insulation and heat storage on a substrate such as silicon, and patterning an electric resistance layer and wiring constituting the heating element 2 thereon. It was done. The heating element 2 generates heat by applying a voltage from the wiring to the electric resistance layer and passing a current through the electric resistance layer.

【0032】素子基板1の面上には、各発熱体2に対応
した複数の液流路7、および各液流路7に液体を供給す
るための共通液室8を構成するための部材が形成されて
おり、その面上には、各発熱体2の間に延びる流路側壁
9が設けられている。素子基板1、および素子基板1上
の部材はシリコン系の材料で構成されており、液流路7
および共通液室8のパターンをエッチングで形成した
り、シリコン基板上にCVD等の公知の成膜方法により
窒化シリコン、酸化シリコン等、流路側壁9となる材料
を堆積した後、液流路7の部分をエッチングして形成す
ることができる。オリフィスプレート4には、各液流路
7に対応しそれぞれ液流路7を介して共通液室8に連通
する複数の吐出口5が形成されている。オリフィスプレ
ート4もシリコン系の材料からなるものであり、例え
ば、吐出口5を形成したシリコン基板を10〜150μ
m程度の厚さに削ることにより形成される。なお、オリ
フィスプレート4は本発明には必ずしも必要な構成では
なく、オリフィスプレート4を設ける代わりに、素子基
板1上に液流路7を形成する際に素子基板1の先端面に
オリフィスプレート4の厚さ相当の壁を残し、この部分
に吐出口5を形成することで、吐出口付きの素子基板1
とすることもできる。あるいは、天板3に液流路7を形
成する際に天板3の先端面にオリフィスプレート4の厚
さ相当の壁を残し、この部分に吐出口5を形成すること
で、吐出口付きの天板とすることもできる。
On the surface of the element substrate 1, there are provided a plurality of liquid flow paths 7 corresponding to the respective heating elements 2 and a member for forming a common liquid chamber 8 for supplying a liquid to each liquid flow path 7. A flow path side wall 9 extending between the heat generating elements 2 is provided on the surface. The element substrate 1 and members on the element substrate 1 are made of a silicon-based material.
After the pattern of the common liquid chamber 8 is formed by etching or a material for forming the channel side wall 9 such as silicon nitride and silicon oxide is deposited on a silicon substrate by a known film forming method such as CVD, the liquid channel 7 is formed. Portion can be formed by etching. The orifice plate 4 has a plurality of discharge ports 5 corresponding to the respective liquid channels 7 and communicating with the common liquid chamber 8 via the respective liquid channels 7. The orifice plate 4 is also made of a silicon-based material.
It is formed by cutting to a thickness of about m. The orifice plate 4 is not necessarily required for the present invention. Instead of providing the orifice plate 4, the orifice plate 4 is formed on the tip end surface of the element substrate 1 when the liquid flow path 7 is formed on the element substrate 1. By leaving the wall corresponding to the thickness and forming the discharge port 5 in this portion, the element substrate 1 with the discharge port is provided.
It can also be. Alternatively, when the liquid flow path 7 is formed in the top plate 3, a wall corresponding to the thickness of the orifice plate 4 is left on the distal end surface of the top plate 3, and the discharge port 5 is formed in this portion to provide a discharge port. It can also be a top plate.

【0033】可動部材6は、液流路7を吐出口5に連通
した第1の液流路7aと、発熱体2を有する第2の液流
路7bとに分けるように、発熱体2に対面して配置され
た片持梁状の薄膜であり、窒化シリコンや酸化シリコン
等のシリコン系の材料で形成される。
The movable member 6 is provided on the heating element 2 such that the liquid path 7 is divided into a first liquid flow path 7 a communicating with the discharge port 5 and a second liquid flow path 7 b having the heating element 2. It is a cantilever-shaped thin film arranged facing each other, and is formed of a silicon-based material such as silicon nitride or silicon oxide.

【0034】この可動部材6は、液体の吐出動作によっ
て共通液室8から可動部材6を経て吐出口5側へ流れる
大きな流れの上流側に支点6aを持ち、この支点6aに
対して下流側に自由端6bを持つように、発熱体2に面
した位置に発熱体2を覆うような状態で発熱体2から所
定の距離を隔てて配されている。この発熱体2と可動部
材6との間が気泡発生領域10となる。
The movable member 6 has a fulcrum 6a on the upstream side of a large flow flowing from the common liquid chamber 8 through the movable member 6 to the discharge port 5 by the liquid discharging operation, and has a fulcrum downstream from the fulcrum 6a. The heating element 2 is disposed at a position facing the heating element 2 at a predetermined distance from the heating element 2 so as to cover the heating element 2 so as to have the free end 6b. A space between the heating element 2 and the movable member 6 is a bubble generation area 10.

【0035】上記構成に基づき、発熱体2を発熱させる
と、可動部材6と発熱体2との間の気泡発生領域10の
液体に熱が作用し、これにより発熱体2上に膜沸騰現象
に基づく気泡が発生し、成長する。この気泡の成長に伴
う圧力は可動部材6に優先的に作用し、可動部材6は図
1に破線で示されるように、支点6aを中心に吐出口5
側に大きく開くように変位する。可動部材6の変位もし
くは変位した状態によって、気泡の発生に基づく圧力の
伝搬や気泡自身の成長が吐出口5側に導かれ、吐出口5
から液体が吐出する。
When the heating element 2 generates heat based on the above configuration, heat acts on the liquid in the bubble generation region 10 between the movable member 6 and the heating element 2, thereby causing a film boiling phenomenon on the heating element 2. Based bubbles are generated and grow. The pressure caused by the bubble growth acts on the movable member 6 preferentially, and as shown by the broken line in FIG.
Displace so that it opens greatly to the side. By the displacement or the displaced state of the movable member 6, the propagation of the pressure based on the generation of bubbles and the growth of the bubbles themselves are guided to the ejection port 5 side, and the
The liquid is discharged from.

【0036】つまり、気泡発生領域10上に、液流路7
内の液体の流れの上流側(共通液室8側)に支点6aを
持ち下流側(吐出口5側)に自由端6bを持つ可動部材
6を設けることによって、気泡の圧力伝搬方向が下流側
へ導かれ、気泡の圧力が直接的に効率よく吐出に寄与す
ることになる。そして、気泡の成長方向自体も圧力伝搬
方向と同様に下流方向に導かれ、上流より下流で大きく
成長する。このように、気泡の成長方向自体を可動部材
によって制御し、気泡の圧力伝搬方向を制御すること
で、吐出効率や吐出力または吐出速度等の根本的な吐出
特性を向上させることができる。
That is, the liquid flow path 7 is
By providing the movable member 6 having the fulcrum 6a on the upstream side (the common liquid chamber 8 side) and the free end 6b on the downstream side (the discharge port 5 side) of the flow of the liquid in the inside, the pressure propagation direction of the bubble is downstream. And the pressure of the bubbles directly and efficiently contributes to the ejection. Then, the growth direction of the bubble itself is guided in the downstream direction similarly to the pressure propagation direction, and the bubble grows larger downstream than upstream. As described above, by controlling the growth direction itself of the bubble by the movable member and controlling the pressure propagation direction of the bubble, fundamental discharge characteristics such as discharge efficiency, discharge force, and discharge speed can be improved.

【0037】一方、気泡が消泡工程に入ると、可動部材
6の弾性力との相乗効果で気泡は急速に消泡し、可動部
材6も最終的には図1に実線で示した初期位置に復帰す
る。このとき、気泡発生領域10での気泡の収縮体積を
補うため、また、吐出された液体の体積分を補うため
に、上流側すなわち共通液室8側から液体が流れ込み、
液流路7への液体の充填(リフィル)が行われるが、こ
の液体のリフィルは、可動部材6の復帰作用に伴って効
率よく合理的かつ安定して行われる。
On the other hand, when the bubble enters the defoaming step, the bubble rapidly disappears due to a synergistic effect with the elastic force of the movable member 6, and the movable member 6 is finally moved to the initial position shown by the solid line in FIG. Return to. At this time, the liquid flows in from the upstream side, that is, the common liquid chamber 8 side, in order to supplement the contracted volume of the bubbles in the bubble generation region 10 and to supplement the volume of the discharged liquid,
The liquid flow path 7 is filled (refilled) with a liquid, and the liquid is refilled efficiently and rationally and stably with the return operation of the movable member 6.

【0038】また、本実施形態の液体吐出ヘッドは、発
熱体2を駆動したりその駆動を制御するための回路や素
子を有する。これら回路や素子は、その機能に応じて素
子基板1または天板3に分担して配置されている。ま
た、これら回路や素子は、素子基板1および天板3がシ
リコン材料で構成されていることから、半導体ウェハプ
ロセス技術を用いて容易かつ微細に形成することができ
る。
The liquid discharge head of the present embodiment has circuits and elements for driving the heating element 2 and controlling the driving. These circuits and elements are assigned to the element substrate 1 or the top plate 3 according to their functions. Further, since the element substrate 1 and the top plate 3 are made of a silicon material, these circuits and elements can be easily and finely formed using a semiconductor wafer process technology.

【0039】以下に、半導体ウェハプロセス技術を用い
て形成された素子基板1の構造について説明する。
The structure of the element substrate 1 formed by using the semiconductor wafer process technology will be described below.

【0040】図2は、図1に示す液体吐出ヘッドに用い
られる素子基板の断面図である。図2に示すように、本
実施形態の液体吐出ヘッドに用いられる素子基板1で
は、シリコン基板301の表面に、蓄熱層としての熱酸
化膜302および、蓄熱層を兼ねる層間膜303がこの
順番で積層されている。層間膜303としては、SiO
2膜またはSi34膜が用いられている。層間膜303
の表面に部分的に抵抗層304が形成され、抵抗層30
4の表面に部分的に配線305が形成されている。配線
305としては、Alまたは、Al−Si,Al−Cu
等のAl合金配線が用いられている。この配線305、
抵抗層304および層間膜303の表面に、SiO2
またはSi34膜から成る保護膜306が形成されてい
る。保護膜306の表面の、抵抗層304に対応する部
分およびその周囲には、抵抗層304の発熱に伴う化学
的および物理的な衝撃から保護膜306を守るための耐
キャビテーション膜307が形成されている。抵抗層3
04表面の、配線305が形成されていない領域は、抵
抗層304の熱が作用する部分となる熱作用部308で
ある。
FIG. 2 shows a liquid discharge head used in the liquid discharge head shown in FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an element substrate obtained. As shown in FIG.
In the element substrate 1 used for the liquid ejection head of the embodiment,
Is a thermal acid as a heat storage layer on the surface of the silicon substrate 301.
The oxide film 302 and the interlayer film 303 also serving as a heat storage layer
They are stacked in order. As the interlayer film 303, SiO
TwoFilm or SiThreeNFourA membrane is used. Interlayer film 303
Resistance layer 304 is formed partially on the surface of
The wiring 305 is partially formed on the surface of the wiring 4. wiring
As 305, Al or Al-Si, Al-Cu
Al alloy wiring is used. This wiring 305,
On the surfaces of the resistance layer 304 and the interlayer film 303, SiOTwofilm
Or SiThreeNFourA protective film 306 made of a film is formed.
You. Portion of the surface of the protective film 306 corresponding to the resistance layer 304
And the surroundings, the chemistry associated with the heating of the resistance layer 304
To protect the protective film 306 from mechanical and physical shocks
A cavitation film 307 is formed. Resistance layer 3
The area of the surface of the substrate 04 where the wiring 305 is not formed is
The heat acting portion 308, which is the portion where the heat of the anti-layer 304 acts,
is there.

【0041】この素子基板1上の膜は半導体の製造技術
によりシリコン基板301の表面に順に形成され、シリ
コン基板301に熱作用部308が備えられている。
The film on the element substrate 1 is sequentially formed on the surface of a silicon substrate 301 by a semiconductor manufacturing technique, and the silicon substrate 301 is provided with a heat acting portion 308.

【0042】図3は、図2に示す素子基板1の主要素子
を縦断するように素子基板1を切断した模式的断面図で
ある。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the element substrate 1 shown in FIG.

【0043】図3に示すように、P導電体であるシリコ
ン基板301の表層にはN型ウェル領域422およびP
型ウェル領域423が部分的に備えられている。そし
て、一般的なMosプロセスを用いてイオンプラテーシ
ョン等の不純物導入および拡散によって、N型ウェル領
域422にP−Mos420が、P型ウェル領域423
にN−Mos421が備えられている。P−Mos42
0は、N型ウェル領域422の表層に部分的にN型ある
いはP型の不純物を導入してなるソース領域425およ
びドレイン領域426や、N型ウェル領域422の、ソ
ース領域425およびドレイン領域426を除く部分の
表面に厚さ数百Åのゲート絶縁膜428を介して堆積さ
れたゲート配線435等から構成されている。また、N
−Mos421は、P型ウェル領域423の表層に部分
的にN型あるいはP型の不純物を導入してなるソース領
域425およびドレイン領域426や、P型ウェル領域
423の、ソース領域425およびドレイン領域426
を除く部分の表面に厚さ数百Åのゲート絶縁膜428を
介して堆積されたゲート配線435等から構成されてい
る。ゲート配線435は、CVD法により堆積した厚さ
4000Å〜5000Åのポリシリコンから成るもので
ある。これらのP−Mos420およびN−Mos42
1からC−Mosロジックが構成されている。
As shown in FIG. 3, an N type well region 422 and a P
The mold well region 423 is partially provided. Then, the P-Mos 420 is added to the N-type well region 422 by the introduction and diffusion of impurities such as ion plating using a general Mos process.
Is provided with an N-Mos421. P-Mos42
0 denotes a source region 425 and a drain region 426 in which an N-type or P-type impurity is partially introduced into the surface layer of the N-type well region 422, and a source region 425 and a drain region 426 of the N-type well region 422. It is composed of a gate wiring 435 and the like deposited on the surface of the part except the gate insulating film 428 having a thickness of several hundreds of square meters. Also, N
-Mos 421 includes a source region 425 and a drain region 426 in which an N-type or P-type impurity is partially introduced into the surface layer of the P-type well region 423, and a source region 425 and a drain region 426 of the P-type well region 423.
Excluding the gate wiring 435 deposited on the surface of the gate insulating film 428 having a thickness of several hundreds of mm. The gate wiring 435 is made of polysilicon having a thickness of 4000 to 5000 nm deposited by the CVD method. These P-Mos420 and N-Mos42
1 constitutes a C-Mos logic.

【0044】P型ウェル領域423の、N−Mos42
1と異なる部分には、電気熱変換素子駆動用のN−Mo
sトランジスタ430が備えられている。N−Mosト
ランジスタ430も、不純物導入および拡散等の工程に
よりP型ウェル領域423の表層に部分的に備えられた
ソース領域432およびドレイン領域431や、P型ウ
ェル領域423の、ソース領域432およびドレイン領
域431を除く部分の表面にゲート絶縁膜428を介し
て堆積されたゲート配線433等から構成されている。
The N-Mos 42 in the P-type well region 423
The portion different from 1 is an N-Mo for driving the electrothermal transducer.
An s transistor 430 is provided. The N-Mos transistor 430 also has a source region 432 and a drain region 431 partially provided in a surface layer of the P-type well region 423 by a process such as impurity introduction and diffusion, and a source region 432 and a drain of the P-type well region 423. The gate wiring 433 and the like are deposited on the surface of the portion excluding the region 431 via the gate insulating film 428.

【0045】本実施形態では、電気熱変換素子駆動用の
トランジスタとしてN−Mosトランジスタ430を用
いたが、複数の電気熱変換素子を個別に駆動できる能力
を持ち、かつ、上述したような微細な構造を得ることが
できるトランジスタであれば、このトランジスタに限ら
れない。
In this embodiment, the N-mos transistor 430 is used as a transistor for driving the electrothermal transducer. However, the transistor has the ability to individually drive a plurality of electrothermal transducers and has the fine The transistor is not limited to this transistor as long as it can obtain a structure.

【0046】P−Mos420とN−Mos421との
間や、N−Mos421とN−Mosトランジスタ43
0との間等の各素子間には、5000Å〜10000Å
の厚さのフィールド酸化により酸化膜分離領域424が
形成されており、その酸化膜分離領域424によって各
素子が分離されている。酸化膜分離領域424の、熱作
用部308に対応する部分は、シリコン基板301の表
面側から見て一層目の蓄熱層434としての役割を果た
す。
Between the P-Mos 420 and the N-Mos 421 and between the N-Mos 421 and the N-Mos transistor 43
5000Å10000Å between each element such as between 0 and
An oxide film isolation region 424 is formed by field oxidation having a thickness of .ANG .. Each element is isolated by the oxide film isolation region 424. The portion of the oxide film isolation region 424 corresponding to the heat acting portion 308 plays a role as a first heat storage layer 434 when viewed from the surface side of the silicon substrate 301.

【0047】P−Mos420、N−Mos421およ
びN−Mosトランジスタ430の各素子の表面には、
厚さ約7000ÅのPSG膜またはBPSG膜等から成
る層間絶縁膜436がCVD法により形成されている。
熱処理により層間絶縁膜436を平坦化した後に、層間
絶縁膜436およびゲート絶縁膜428を貫通するコン
タクトホールを介して第1の配線層となるAl電極43
7により配線が行われている。層間絶縁膜436および
Al電極437の表面には、厚さ10000Å〜150
00ÅのSiO2膜から成る層間絶縁膜438がプラズ
マCVD法により形成されている。層間絶縁膜438の
表面の、熱作用部308およびN−Mosトランジスタ
430に対応する部分には、厚さ約1000ÅのTaN
0.8,hex膜から成る抵抗層304がDCスパッタ法によ
り形成されている。抵抗層304は、層間絶縁膜438
に形成されたスルーホールを介してドレイン領域431
の近傍のAl電極437と電気的に接続されている。抵
抗層304の表面には、各電気熱変換素子への配線とな
る第2の配線層としての、Alの配線305が形成され
ている。
On the surface of each element of P-Mos 420, N-Mos 421 and N-Mos transistor 430,
An interlayer insulating film 436 made of a PSG film or a BPSG film having a thickness of about 7,000 ° is formed by a CVD method.
After the interlayer insulating film 436 is planarized by heat treatment, the Al electrode 43 serving as a first wiring layer is formed through a contact hole penetrating the interlayer insulating film 436 and the gate insulating film 428.
7, wiring is performed. The surface of the interlayer insulating film 436 and the Al electrode 437 has a thickness of 10,000 to 150
An interlayer insulating film 438 made of a 00 ° SiO 2 film is formed by a plasma CVD method. A portion of the surface of the interlayer insulating film 438 corresponding to the heat acting portion 308 and the N-Mos transistor 430 has a thickness of about 1000 T of TaN.
A resistance layer 304 made of a 0.8, hex film is formed by a DC sputtering method. The resistance layer 304 includes an interlayer insulating film 438.
Drain region 431 via a through hole formed in
Is electrically connected to the Al electrode 437 in the vicinity of. On the surface of the resistance layer 304, an Al wiring 305 is formed as a second wiring layer serving as a wiring to each electrothermal conversion element.

【0048】配線305、抵抗層304および層間絶縁
膜438の表面の保護膜306は、プラズマCVD法に
より形成された厚さ10000ÅのSi34膜から成る
ものである。保護膜306の表面に形成された耐キャビ
テーション膜307は、厚さ約2500ÅのTa等の膜
から成るものである。
The wire 305, the protective film 306 on the surface of the resistive layer 304 and the interlayer insulating film 438 is made of the Si 3 N 4 film having a thickness of 10000Å formed by a plasma CVD method. The anti-cavitation film 307 formed on the surface of the protective film 306 is made of a film such as Ta having a thickness of about 2500 °.

【0049】次に、素子基板1および天板3への回路や
素子の振り分け構成について説明する。
Next, a configuration for distributing circuits and elements to the element substrate 1 and the top plate 3 will be described.

【0050】図4は、図1に示した液体吐出ヘッドの回
路構成を説明するための図であり、同図(a)は素子基
板の平面図、同図(b)は天板の平面図である。なお、
図4(a)および(b)は、互いの対向面を表わしてい
る。
FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining the circuit configuration of the liquid discharge head shown in FIG. 1, wherein FIG. 4A is a plan view of an element substrate, and FIG. 4B is a plan view of a top plate. It is. In addition,
FIGS. 4A and 4B show opposing surfaces.

【0051】図4(a)に示すように、素子基板1に
は、前述したように液流路および共通液室を構成する溝
3a,3bが形成される他に、並列に配列された複数の
発熱体2と、画像データに応じてこれら発熱体2を駆動
するドライバ11と、入力された画像データをドライバ
11に出力する画像データ転送部12と、発熱体2の駆
動条件を制御するために必要なパラメータを測定するセ
ンサ13とが設けられている。
As shown in FIG. 4A, in the element substrate 1, in addition to the grooves 3a and 3b forming the liquid flow path and the common liquid chamber as described above, a plurality of grooves arranged in parallel are formed. , A driver 11 for driving these heating elements 2 in accordance with image data, an image data transfer unit 12 for outputting input image data to the driver 11, and for controlling driving conditions of the heating elements 2. And a sensor 13 for measuring parameters necessary for the measurement.

【0052】画像データ転送部12は、シリアルに入力
される画像データを各ドライバ11にパラレルに出力す
るシフトレジスタ、およびシフトレジスタから出力され
るデータを一時記憶するラッチ回路で構成される。な
お、画像データ転送部12は、各発熱体2に個別に対応
して画像データを出力するものでもよいし、発熱体2の
並びを複数のブロックに分け、ブロック単位に対応して
画像データを出力するものでもよい。特に、1つのヘッ
ドについて複数のシフトレジスタを備え、記録装置から
のデータの転送を複数のシフトレジスタに振り分けて入
力するようにすることで、印字速度の高速化に容易に対
応することもできる。
The image data transfer section 12 is composed of a shift register for outputting serially input image data to each driver 11 in parallel, and a latch circuit for temporarily storing data output from the shift register. Note that the image data transfer unit 12 may output image data individually corresponding to each heating element 2, or may divide the arrangement of the heating elements 2 into a plurality of blocks and transfer the image data corresponding to each block. It may be output. In particular, by providing a plurality of shift registers for one head and distributing and inputting data from the printing apparatus to the plurality of shift registers, it is possible to easily cope with an increase in printing speed.

【0053】センサ13としては、発熱体2の近傍の温
度を測定する温度センサや、発熱体2の抵抗値をモニタ
するための抵抗センサ等が用いられる。
As the sensor 13, a temperature sensor for measuring the temperature near the heating element 2, a resistance sensor for monitoring the resistance value of the heating element 2, and the like are used.

【0054】噴射される液滴の吐出量を考えた場合、そ
の吐出量は主に液体の発泡体積に関係する。液体の発泡
体積は、発熱体2およびその周辺の温度によって変化す
る。そこで、温度センサによって発熱体2および周辺の
温度を測定し、その結果に応じて液体吐出のためのヒー
トパルスを印加する前に、液体を吐出しない程度の小さ
いエネルギーのパルス(プレヒートパルス)を加え、そ
のプレヒートパルスのパルス幅や、その出力タイミング
を変更することにより発熱体2および周辺の温度を調整
して、一定の液滴を吐出するようにして画像品位を維持
することが行われる。
When the ejection amount of the ejected droplet is considered, the ejection amount is mainly related to the foaming volume of the liquid. The foaming volume of the liquid changes depending on the temperature of the heating element 2 and its surroundings. Therefore, the temperature of the heating element 2 and the surrounding area is measured by a temperature sensor, and a pulse (pre-heat pulse) having a small energy that does not discharge the liquid is applied before applying the heat pulse for discharging the liquid according to the result. By changing the pulse width of the preheat pulse and the output timing thereof, the temperature of the heating element 2 and the surroundings thereof are adjusted to maintain a high image quality by discharging a constant droplet.

【0055】また、発熱体2における、液体を発泡させ
るのに必要なエネルギーを考えた場合、放熱条件が一定
であれば、そのエネルギーは発熱体2の必要な単位面積
当たりの投入エネルギーと発熱体2の面積の積で表わさ
れる。これにより、発熱体2の両端にかかる電圧、発熱
体2を流れる電流およびパルス幅を、その必要なエネル
ギーが得られる値に設定すればよい。ここで発熱体2に
印加される電圧については、液体吐出装置本体の電源に
より電圧を供給することにより、ほぼ一定に保持するこ
とができる。一方、発熱体2を流れる電流については、
発熱体2の抵抗値が、素子基板1の製造過程における発
熱体2の膜厚のばらつき等により、ロットにより、ある
いは素子基板1によって抵抗値が異なってくる。従っ
て、印加されるパルス幅が一定で、発熱体2の抵抗値が
設定よりも大きい場合はその流れる電流値が小さくな
り、発熱体2に投入されるエネルギー量が不足してしま
い、液体を適正に発泡させることができなくなる。逆
に、発熱体2の抵抗値が小さくなると、同じ電圧を印加
しても電流値が設定値よりも大きくなる。この場合に
は、発熱体2により過剰なエネルギーが発生され、発熱
体2の損傷や短寿命につながるおそれがある。そこで、
抵抗センサによって発熱体2の抵抗値を常にモニタし、
その値により電源電圧やヒートパルス幅を変化させ、発
熱体2にほぼ一定のエネルギーが印加されるようにする
方法もある。
In consideration of the energy required for foaming the liquid in the heating element 2, if the heat radiation condition is constant, the energy is equal to the required energy per unit area of the heating element 2 and the heating element. It is expressed as the product of the area of 2. Thus, the voltage applied to both ends of the heating element 2, the current flowing through the heating element 2, and the pulse width may be set to values that can provide the necessary energy. Here, the voltage applied to the heating element 2 can be kept substantially constant by supplying the voltage from the power supply of the liquid ejection device main body. On the other hand, regarding the current flowing through the heating element 2,
The resistance value of the heating element 2 varies depending on the lot or the element substrate 1 due to a variation in the film thickness of the heating element 2 during the manufacturing process of the element substrate 1. Therefore, when the pulse width to be applied is constant and the resistance value of the heating element 2 is larger than the set value, the value of the flowing current becomes small, and the amount of energy supplied to the heating element 2 becomes insufficient. Cannot be foamed. Conversely, when the resistance value of the heating element 2 decreases, the current value becomes larger than the set value even when the same voltage is applied. In this case, excessive energy is generated by the heating element 2, which may lead to damage or short life of the heating element 2. Therefore,
The resistance value of the heating element 2 is constantly monitored by the resistance sensor,
There is also a method in which the power supply voltage and the heat pulse width are changed according to the values so that substantially constant energy is applied to the heating element 2.

【0056】一方、図4(b)に示すように、天板3に
は、素子基板1に設けられたセンサ13を駆動するセン
サ駆動部17と、センサ駆動部17により駆動されたセ
ンサからの出力結果に基づいて発熱体2の駆動条件を制
御する発熱体制御部16とが設けられている。なお、天
板3には、外部から共通液室に液体を供給するために、
共通液室に連通する供給口3cが開口している。
On the other hand, as shown in FIG. 4B, the top plate 3 is provided with a sensor driving section 17 for driving the sensor 13 provided on the element substrate 1 and a sensor driving section for driving the sensor 13. A heating element control unit 16 that controls driving conditions of the heating element 2 based on the output result is provided. In order to supply liquid to the common liquid chamber from the outside, the top plate 3
The supply port 3c communicating with the common liquid chamber is open.

【0057】さらに、素子基板1および天板3の接合面
の、互いの対向する部位にはそれぞれ、素子基板1に形
成された回路等と天板3に形成された回路等とを電気的
に接続するための接続用コンタクトパッド14,18が
設けられている。また、素子基板1には、外部からの電
気信号の入力端子となる外部コンタクトパッド15が設
けられている。素子基板1の大きさは天板3の大きさよ
りも大きく、外部コンタクトパッド15は、素子基板1
と天板3とを接合したときに天板3から露出する位置に
設けられている。
Further, the circuit and the like formed on the element substrate 1 and the circuit and the like formed on the top plate 3 are electrically connected to each other on the joint surfaces of the element substrate 1 and the top plate 3 facing each other. Connection contact pads 14 and 18 for connection are provided. The element substrate 1 is provided with an external contact pad 15 serving as an input terminal for an electric signal from the outside. The size of the element substrate 1 is larger than the size of the top plate 3, and the external contact pads 15
It is provided at a position exposed from the top plate 3 when the and the top plate 3 are joined.

【0058】ここで、素子基板1および天板3への回路
等の形成手順の一例について説明する。
Here, an example of a procedure for forming a circuit and the like on the element substrate 1 and the top plate 3 will be described.

【0059】素子基板1については、まず、シリコン基
板上に、上記ドライバ11、画像データ転送部12およ
びセンサ13を構成する回路を半導体ウェハプロセス技
術を用いて形成する。次いで、前述したようにして発熱
体2を形成した後に、接続用コンタクトパッド14およ
び外部コンタクトパッド15を形成し、最後に、上述し
たように、成膜技術およびエッチングによって、液流路
や共通液室を構成する溝3a,3bを形成する。
As for the element substrate 1, first, circuits constituting the driver 11, the image data transfer section 12, and the sensor 13 are formed on a silicon substrate by using a semiconductor wafer process technique. Next, after the heating element 2 is formed as described above, the connection contact pads 14 and the external contact pads 15 are formed. Finally, as described above, the liquid flow path and the common liquid Grooves 3a and 3b constituting the chamber are formed.

【0060】天板3については、まず、シリコン基板上
に、上記発熱体制御部16およびセンサ駆動部17を構
成する回路を半導体ウェハプロセス技術を用いて形成す
る。次いで、上述したように、エッチングによって供給
口3cを形成し、最後に、接続用コンタクトパッド18
を形成する。
As for the top plate 3, first, circuits constituting the heating element control section 16 and the sensor driving section 17 are formed on a silicon substrate by using a semiconductor wafer process technique. Next, as described above, the supply port 3c is formed by etching, and finally, the connection contact pad 18 is formed.
To form

【0061】上記のように構成された素子基板1と天板
3とを位置合わせして接合すると、各液流路に対応して
発熱体2が配置されると共に、それぞれの接続用パッド
14,18を介して素子基板1および天板3に形成され
た回路等が電気的に接続される。この電気的接続は例え
ば、接続用パッド14,18に金バンプ等を載せて行う
方法があるが、それ以外の方法でもよい。このように、
素子基板1と天板3との電気的接続を接続用コンタクト
パッド14,18によって行うことで、素子基板1と天
板3との接合と同時に、上述した回路同士の電気的接続
を行うことができる。素子基板1と天板3との接合後
に、液流路7の先端にオリフィスプレート4を接合し、
これにより液体吐出ヘッドが完成する。
When the element substrate 1 and the top plate 3 configured as described above are aligned and joined, the heating elements 2 are arranged corresponding to the respective liquid flow paths, and the connection pads 14 and Circuits and the like formed on the element substrate 1 and the top plate 3 are electrically connected via 18. For example, there is a method of making this electrical connection by mounting gold bumps or the like on the connection pads 14 and 18, but other methods may be used. in this way,
By electrically connecting the element substrate 1 and the top plate 3 by the connection contact pads 14 and 18, it is possible to simultaneously connect the element substrate 1 and the top plate 3 and at the same time, electrically connect the circuits described above. it can. After joining the element substrate 1 and the top plate 3, the orifice plate 4 is joined to the tip of the liquid flow path 7,
Thus, the liquid ejection head is completed.

【0062】なお、図1に示したように本実施形態の液
体吐出ヘッドは可動部材6を有しているが、この可動部
材6についても、上述のようにして素子基板に回路等を
形成した後、フォトリソグラフィプロセスを用いて素子
基板1上に形成される。可動部材6の形成工程について
は後述する。
As shown in FIG. 1, the liquid discharge head of the present embodiment has a movable member 6, and the movable member 6 is also formed with a circuit and the like on the element substrate as described above. Thereafter, it is formed on the element substrate 1 using a photolithography process. The step of forming the movable member 6 will be described later.

【0063】このようにして得られた液体吐出ヘッドを
ヘッドカートリッジや液体吐出装置に搭載する場合に
は、図5に示すように、プリント配線基板23が搭載さ
れたベース基板22上に固定し、液体吐出ヘッドユニッ
ト20とされる。図5において、プリント配線基板23
には、液体吐出装置のヘッド制御部と電気的に接続され
る複数の配線パターン24が設けられ、これら配線パタ
ーン24は、ボンディングワイヤー25を介して外部コ
ンタクトパッド15と電気的に接続される。外部コンタ
クトパッド15は素子基板1のみに設けられているの
で、液体吐出ヘッド21と外部との電気的接続は、従来
の液体吐出ヘッドと同様にして行うことができる。ここ
では、外部コンタクトパッド15を素子基板1に設けた
例について説明したが、素子基板1ではなく天板3のみ
に設けてもよい。
When the liquid discharge head obtained as described above is mounted on a head cartridge or a liquid discharge device, as shown in FIG. 5, it is fixed on a base substrate 22 on which a printed wiring board 23 is mounted. The liquid ejection head unit 20 is provided. In FIG. 5, the printed wiring board 23
Are provided with a plurality of wiring patterns 24 which are electrically connected to the head control unit of the liquid ejection device. These wiring patterns 24 are electrically connected to the external contact pads 15 via bonding wires 25. Since the external contact pads 15 are provided only on the element substrate 1, the electrical connection between the liquid discharge head 21 and the outside can be made in the same manner as the conventional liquid discharge head. Here, the example in which the external contact pads 15 are provided on the element substrate 1 has been described, but they may be provided only on the top plate 3 instead of the element substrate 1.

【0064】以上説明したように、発熱体2の駆動や制
御のための各種回路等を素子基板1と天板3とに両者の
電気的接合を考慮した上で振り分けることで、これらの
回路等が1つの基板に集中しなくなるので、液体吐出ヘ
ッドの小型化が可能になる。また、素子基板1に設けら
れた回路等と天板3に設けられた回路等との電気的接続
を接続用コンタクトパッド14,18によって行うこと
で、ヘッド外部への電気接続部の数が減り、信頼性の向
上、部品点数の削減、ヘッドのより一層の小型化を実現
することができる。
As described above, various circuits and the like for driving and controlling the heating element 2 are allocated to the element substrate 1 and the top plate 3 in consideration of the electrical connection between the two, and these circuits and the like are allocated. Is not concentrated on one substrate, so that the size of the liquid discharge head can be reduced. Further, by electrically connecting the circuits and the like provided on the element substrate 1 to the circuits and the like provided on the top plate 3 by the connection contact pads 14 and 18, the number of electrical connection portions to the outside of the head is reduced. In addition, it is possible to improve the reliability, reduce the number of parts, and further reduce the size of the head.

【0065】また、上述した回路等を素子基板1と天板
3とに分散させることで、素子基板1の歩留まりを向上
させることができ、その結果、液体吐出ヘッドの製造コ
ストを下げることができる。さらに、素子基板1および
天板3を、シリコンという同一材料をベースとした材料
で構成しているため、素子基板1と天板3との熱膨張係
数が等しくなる。その結果、発熱体2の駆動により素子
基板1および天板3が熱膨張しても両者にずれは生じな
くなり、発熱体2と液流路7との位置精度が良好に維持
される。
Further, by dispersing the above-described circuits and the like on the element substrate 1 and the top plate 3, the yield of the element substrate 1 can be improved, and as a result, the manufacturing cost of the liquid discharge head can be reduced. . Furthermore, since the element substrate 1 and the top plate 3 are made of a material based on the same material called silicon, the thermal expansion coefficients of the element substrate 1 and the top plate 3 are equal. As a result, even if the element substrate 1 and the top plate 3 are thermally expanded due to the driving of the heating element 2, no displacement occurs between them, and the positional accuracy between the heating element 2 and the liquid flow path 7 is maintained well.

【0066】本実施形態では上述の各回路等をその機能
に応じて振り分けているが、この振り分けの基準となる
考え方について以下に述べる。
In the present embodiment, the above-described circuits and the like are distributed according to their functions. The following is a description of the concept serving as a reference for this distribution.

【0067】各発熱体2に個別またはブロック単位に電
気配線接続で対応する回路は、素子基板1に形成する。
図4に示した例では、ドライバ11および画像データ転
送部12がこれに相当する。各発熱体2には駆動信号が
パラレルに与えられるので、その信号分だけ配線の引き
回しが必要となる。従って、このような回路を天板3に
形成すると、素子基板1と天板3との接続数が多くなり
接続不良が発生する可能性が高くなるが、素子基板1に
形成することで、発熱体2と上記回路との接続不良が防
止される。
A circuit corresponding to each heating element 2 by electric wiring connection individually or in units of blocks is formed on the element substrate 1.
In the example shown in FIG. 4, the driver 11 and the image data transfer unit 12 correspond to this. Since a drive signal is given to each heating element 2 in parallel, wiring must be routed by the amount of the signal. Therefore, when such a circuit is formed on the top plate 3, the number of connections between the element substrate 1 and the top plate 3 is increased, and the possibility of poor connection is increased. Poor connection between the body 2 and the circuit is prevented.

【0068】制御回路等、アナログ的な部分は、熱の影
響を受け易いことから、発熱体2が設けられていない基
板すなわち天板3に設ける。図4に示した例では、発熱
体制御部16がこれに相当する。
An analog part such as a control circuit is provided on a substrate on which the heating element 2 is not provided, that is, on a top plate 3 because it is easily affected by heat. In the example shown in FIG. 4, the heating element control unit 16 corresponds to this.

【0069】センサ13は、必要に応じて素子基板1に
設けてもよいし、天板3に設けてもよい。例えば抵抗セ
ンサである場合には、抵抗センサは素子基板1上に設け
ないと意味がなかったり測定精度が低下したりするため
素子基板1に設ける。また、温度センサの場合には、ヒ
ータ駆動回路の異常による温度上昇等を検知する場合に
は素子基板1上に設けることが好ましいが、後述するイ
ンクを介しての温度上昇によりインクの状態を判断した
い場合には、天板3、或いは素子基板1と天板3との双
方に設けることが好ましい。
The sensor 13 may be provided on the element substrate 1 or the top plate 3 as necessary. For example, in the case of a resistance sensor, the resistance sensor is provided on the element substrate 1 because it is meaningless unless the sensor is provided on the element substrate 1 or the measurement accuracy decreases. In the case of a temperature sensor, it is preferable that the temperature sensor be provided on the element substrate 1 when detecting a temperature rise due to an abnormality in the heater drive circuit. If desired, it is preferable to provide it on the top plate 3 or on both the element substrate 1 and the top plate 3.

【0070】その他、各発熱体2に個別にもブロック単
位にも電気配線接続で対応していない回路、必ずしも素
子基板1に設けなくてもよい回路、天板3に設けても測
定精度には影響しないセンサ等は、素子基板1および天
板3のいずれか一方に集中しないように必要に応じて素
子基板1または天板3に形成する。図4に示した例で
は、センサ駆動部17がこれに相当する。
In addition, a circuit that does not correspond to each heating element 2 individually or in units of blocks by electric wiring connection, a circuit that does not necessarily need to be provided on the element substrate 1, Sensors and the like that do not affect are formed on the element substrate 1 or the top plate 3 as necessary so as not to concentrate on one of the element substrate 1 and the top plate 3. In the example shown in FIG. 4, the sensor drive unit 17 corresponds to this.

【0071】上記の考え方に基づいて各回路やセンサ等
を素子基板1と天板3とに設けることで、素子基板1と
天板3との電気的接続数をできるだけ少なくしつつも、
各回路やセンサ等をバランスよく振り分けることができ
る。
By providing each circuit, sensor, and the like on the element substrate 1 and the top plate 3 based on the above concept, while minimizing the number of electrical connections between the element substrate 1 and the top plate 3,
Each circuit, sensor, and the like can be distributed in a well-balanced manner.

【0072】以上、本発明の基本的な構成についての実
施形態を説明したが、以下に、上述した回路等の具体的
な例について説明する。
The embodiments of the basic configuration of the present invention have been described above. Hereinafter, specific examples of the above-described circuits and the like will be described.

【0073】〈発熱体への印加エネルギーを制御する
例〉図6は、センサ出力に応じて発熱体への印加エネル
ギーを制御する例の素子基板および天板の回路構成を示
す図である。
<Example of Controlling Energy Applied to Heating Element> FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration of an element substrate and a top plate in an example in which energy applied to a heating element is controlled according to a sensor output.

【0074】図6(a)に示すように、素子基板31に
は、一列に配列された発熱体32と、ドライバとして機
能するパワートランジスタ41と、パワートランジスタ
41の駆動を制御するためのAND回路39と、パワー
トランジスタ41の駆動タイミングを制御するための駆
動タイミング制御ロジック回路38と、シフトレジスタ
およびラッチ回路で構成される画像データ転送回路42
と、発熱体32の抵抗値を検出するセンサとしても用い
られる、吐出ヒータ用のランクヒータ43とが形成され
ている。
As shown in FIG. 6A, on the element substrate 31, heating elements 32 arranged in a line, a power transistor 41 functioning as a driver, and an AND circuit for controlling the driving of the power transistor 41 are provided. 39, a drive timing control logic circuit 38 for controlling the drive timing of the power transistor 41, and an image data transfer circuit 42 including a shift register and a latch circuit.
And a rank heater 43 for an ejection heater, which is also used as a sensor for detecting the resistance value of the heating element 32.

【0075】駆動タイミング制御ロジック回路38は、
装置の電源容量を少なくする目的で、全ての発熱体32
を同時に通電するのではなく発熱体32を分割駆動して
時間をずらして通電するためのものであり、この駆動タ
イミング制御ロジック回路38を駆動するイネーブル信
号は、外部コンタクトパッドであるイネーブル信号入力
端子45k〜45nから入力される。
The drive timing control logic circuit 38
In order to reduce the power supply capacity of the device, all the heating elements 32
This is not for energizing at the same time, but for energizing the heating element 32 by dividing and driving the heating element 32 at different times. The enable signal for driving the drive timing control logic circuit 38 is an enable signal input terminal which is an external contact pad. Input is made from 45k to 45n.

【0076】また、素子基板31に設けられる外部コン
タクトパッドとしては、イネーブル信号入力端子45k
〜45nの他に、発熱体32の駆動電源の入力端子45
a、パワートランジスタ41の接地端子45b、発熱体
32を駆動するエネルギーを制御するために必要な信号
用の入力端子45c〜45e、ロジック回路の駆動電源
端子45f、接地端子45g、画像データ転送回路42
のシフトレジスタに入力されるシリアルデータの入力端
子45iおよびこれに同期するシリアルクロック信号の
入力端子45h、ラッチ回路に入力されるラッチクロッ
ク信号の入力端子45jがある。
The external contact pads provided on the element substrate 31 include an enable signal input terminal 45 k
To 45n, the input terminal 45 of the driving power source of the heating element 32.
a, a ground terminal 45b of the power transistor 41, input terminals 45c to 45e for signals necessary for controlling energy for driving the heating element 32, a drive power supply terminal 45f of a logic circuit, a ground terminal 45g, an image data transfer circuit 42
And a serial clock signal input terminal 45h synchronized with the input terminal 45h, and a latch clock signal input terminal 45j input to the latch circuit.

【0077】一方、図6(b)に示すように、天板33
には、ランクヒータ43を駆動するためのセンサ駆動回
路47と、ランクヒータ43からの出力をモニタしその
結果に応じて発熱体32への印加エネルギーを制御する
ための駆動信号制御回路46と、ランクヒータ43で検
出された抵抗値データあるいは抵抗値からランク分けさ
れたコード値、および予め測定されている各発熱体32
による液体吐出量特性(一定温度で、所定のパルス印加
における液体吐出量)をヘッド情報として記憶し駆動信
号制御回路46に出力するメモリ49とが形成されてい
る。
On the other hand, as shown in FIG.
A sensor drive circuit 47 for driving the rank heater 43, a drive signal control circuit 46 for monitoring the output from the rank heater 43 and controlling the energy applied to the heating element 32 according to the result, The resistance value data detected by the rank heater 43 or a code value ranked based on the resistance value, and each of the heating elements 32 measured in advance.
And a memory 49 that stores the liquid discharge amount characteristics (liquid discharge amount at a constant temperature and a predetermined pulse application) as head information and outputs the head information to the drive signal control circuit 46.

【0078】また、接続用コンタクトパッドとして、素
子基板31および天板32には、ランクヒータ43とセ
ンサ駆動回路47とを接続する端子44g,44h,4
8g,48h、外部から上記発熱体32を駆動するエネ
ルギーを制御するために必要な信号用の入力端子45c
〜45eと駆動信号制御回路46とを接続する端子44
b〜44d,48b〜48d、駆動信号制御回路46の
出力をAND回路39の一方の入力端子に入力させるた
めの端子48a等が設けられている。
As connection contact pads, terminals 44 g, 44 h, and 4 connecting the rank heater 43 and the sensor drive circuit 47 are provided on the element substrate 31 and the top plate 32.
8g, 48h, input terminals 45c for signals necessary for controlling energy for driving the heating element 32 from outside
To connect the drive signal control circuit 46 to the drive signal control circuit 46.
Terminals 48a for inputting the outputs of the drive signal control circuit 46 to one input terminal of the AND circuit 39 are provided.

【0079】以上の構成において、まず、発熱体32の
抵抗値がランクヒータ43で検出され、その結果がメモ
リ43に記憶される。駆動信号制御回路46では、メモ
リ43に記憶された抵抗値データおよび液体吐出量特性
に応じて発熱体32の駆動パルスの立ち上がりデータお
よび立ち下がりデータを決定し、端子48a,44aを
介してAND回路39に出力する。一方、シリアルで入
力された画像データは、画像データ転送回路42のシフ
トレジスタに記憶され、ラッチ信号によりラッチ回路に
ラッチされて、駆動タイミング制御回路38を介してA
ND回路39に出力される。これにより、立ち上がりデ
ータおよび立ち下がりデータに応じてヒートパルスのパ
ルス幅が決定され、このパルス幅で発熱体32への通電
が行われる。その結果、発熱体32にはほぼ一定のエネ
ルギーが印加される。
In the above configuration, first, the resistance value of the heating element 32 is detected by the rank heater 43, and the result is stored in the memory 43. The drive signal control circuit 46 determines rise data and fall data of the drive pulse of the heating element 32 according to the resistance value data and the liquid discharge amount characteristics stored in the memory 43, and outputs the AND circuit via the terminals 48a and 44a. Output to 39. On the other hand, the image data input serially is stored in the shift register of the image data transfer circuit 42, latched by the latch circuit in accordance with the latch signal, and transmitted to the A through the drive timing control circuit 38.
The signal is output to the ND circuit 39. Thus, the pulse width of the heat pulse is determined according to the rising data and the falling data, and the heating element 32 is energized with the pulse width. As a result, substantially constant energy is applied to the heating element 32.

【0080】上述の説明では、ランクヒータ43を抵抗
センサとして説明したが、例えば、素子基板31の温度
あるいは発熱体32の蓄熱の程度を検知するための温度
センサとし、この温度センサでの検出結果に応じてプレ
ヒートパルス幅を制御することもできる。
In the above description, the rank heater 43 has been described as a resistance sensor. However, for example, a temperature sensor for detecting the temperature of the element substrate 31 or the degree of heat storage of the heating element 32 may be used. The preheat pulse width can also be controlled according to

【0081】この場合には、液体吐出装置の電源が投入
された後、予め測定されている液体吐出量特性と、ラン
クヒータ43で検出された温度データに応じて、駆動信
号制御回路46は各発熱体32のプレヒート幅を決定す
る。メモリ49には、各発熱体32に対応するプレヒー
ト幅を選択するための選択データが記憶されており、実
際にプレヒートを行う際に、メモリ49に記憶されてい
る選択データに従ってプレヒート信号が選択され、これ
に応じて発熱体32がプレヒートされる。このようにし
て、温度状態にかかわらず液体の吐出量が各吐出口で一
定になるようにプレヒートパルスを設定して印加するこ
とができる。なお、プレヒート幅を決定する選択データ
の保存は、例えば液体吐出装置の起動時等に一度だけ行
えばよい。
In this case, after the power of the liquid discharge device is turned on, the drive signal control circuit 46 operates according to the previously measured liquid discharge amount characteristics and the temperature data detected by the rank heater 43. The preheat width of the heating element 32 is determined. The memory 49 stores selection data for selecting a preheat width corresponding to each heating element 32. When actually performing preheating, a preheating signal is selected according to the selection data stored in the memory 49. The heating element 32 is preheated accordingly. In this manner, the preheat pulse can be set and applied so that the discharge amount of the liquid is constant at each discharge port regardless of the temperature state. The selection data for determining the preheat width need only be stored once, for example, when the liquid ejection apparatus is started.

【0082】図6に示した例では、1つのランクヒータ
43を設けた例を説明したが、センサとして、抵抗セン
サおよび温度センサの2つのセンサを設け、それぞれの
出力に応じてヒートパルスおよびプレヒートパルスの双
方を制御することで、画像品位をより向上させることも
できる。
In the example shown in FIG. 6, an example in which one rank heater 43 is provided has been described. However, two sensors, a resistance sensor and a temperature sensor, are provided as sensors, and a heat pulse and a preheat By controlling both of the pulses, the image quality can be further improved.

【0083】さらに、メモリ49に記憶されるヘッド情
報としては、上述した発熱体の抵抗値データ等の他に、
吐出する液体の種類(液体がインクの場合には、インク
の色等)も含めることもできる。液体の種類によっては
その物性が異なり、吐出特性が異なるからである。これ
らのヘッド情報のメモリ49への記憶は、この液体吐出
ヘッドの組立後に不揮発的に行ってもよいし、この液体
吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置の立ち上げ後に装置
側から転送されることで行ってもよい。
The head information stored in the memory 49 includes, in addition to the above-described resistance value data of the heating element,
The type of the liquid to be ejected (when the liquid is ink, the color of the ink, etc.) can also be included. This is because the properties of the liquid are different depending on the type of liquid, and the ejection characteristics are different. The storage of the head information in the memory 49 may be performed in a non-volatile manner after the assembling of the liquid ejection head, or may be transferred from the apparatus side after the startup of the liquid ejection apparatus equipped with the liquid ejection head. May go.

【0084】また、図6に示した例では、ランクヒータ
43を素子基板31に設けているが、ランクヒータ43
が温度センサである場合には、天板33に設けてもよ
い。メモリ49についても、素子基板31側のスペース
が許せは、天板33ではなく素子基板31に設けてもよ
い。
Although the rank heater 43 is provided on the element substrate 31 in the example shown in FIG.
Is a temperature sensor, it may be provided on the top plate 33. The memory 49 may also be provided on the element substrate 31 instead of the top plate 33 if the space on the element substrate 31 side allows.

【0085】上述のように、良好な画像品位を得るため
に発熱体32の駆動を制御しても、共通液室内に気泡が
発生し、これが液体のリフィルと共に液流路内に移動し
てくると、共通液室内には液体が存在するにもかかわら
ず、液体が吐出されないという不具合が発生する場合が
ある。
As described above, even if the driving of the heating element 32 is controlled to obtain a good image quality, bubbles are generated in the common liquid chamber and move into the liquid flow path together with the refilling of the liquid. This may cause a problem that the liquid is not discharged even though the liquid exists in the common liquid chamber.

【0086】そこで、これに対処するために、詳細は後
述するが、各液流路内(特に発熱体32の近傍)での液
体の有無を検出するセンサを設け、さらに、このセンサ
で液体がないことが検出されたらその結果を外部に出力
させる処理回路を天板33に設けてもよい。そして、こ
の処理回路からの出力に基づき、液体吐出装置側で、液
体吐出ヘッド内の液体を吐出口から強制的に吸引するよ
うにすれば、液流路内の気泡を除去することができる。
上記の液体の有無を検出するセンサとしては、液体を介
しての抵抗値の変化により検出するものや、液体が存在
しない場合の発熱体の異常昇温を検出するものを用いる
ことができる。
To cope with this, a sensor for detecting the presence or absence of a liquid in each liquid flow path (particularly in the vicinity of the heating element 32) is provided, which will be described in detail later. A processing circuit for outputting the result to the outside when the absence is detected may be provided in the top plate 33. Then, if the liquid in the liquid discharge head is forcibly sucked from the discharge port on the liquid discharge device side based on the output from the processing circuit, the bubbles in the liquid flow path can be removed.
As the sensor for detecting the presence or absence of the liquid, a sensor that detects a change in resistance value through the liquid or a sensor that detects abnormal temperature rise of the heating element when no liquid is present can be used.

【0087】〈素子基板の温度を制御する例〉図7は、
センサ出力に応じて素子基板の温度を制御する例の素子
基板および天板の回路構成を示す図である。
<Example of Controlling Temperature of Element Substrate> FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration of an element substrate and a top plate in an example in which the temperature of the element substrate is controlled according to a sensor output.

【0088】この例では、図7(a)に示すように、素
子基板51に、液体の吐出用の発熱体52とは別に、素
子基板51の温度を調節するために素子基板51自体を
加熱する保温ヒータ55と、その保温ヒータ55のドラ
イバとなるパワートランジスタ56とが、図6(a)に
示した素子基板31に対して付加されている。また、セ
ンサ63としては、素子基板51の温度を測定する温度
センサが用いられる。一方、図7(b)に示すように、
天板53には、センサ63を駆動するためのセンサ駆動
回路67と、液体吐出量特性が記憶されているメモリ6
9の他に、センサ63からの出力をモニタし、その結果
に応じて保温ヒータ55の駆動を制御するための保温ヒ
ータ制御回路66が形成されている。保温ヒータ制御回
路66はコンパレータを有しており、素子基板51の必
要とされる温度に基づいて予め決定された閾値とセンサ
63からの出力とを比較し、閾値よりもセンサ63から
の出力が大きい場合に、保温ヒータ55を駆動するため
の保温ヒータ制御信号を出力する。上記の素子基板51
の必要とされる温度とは、この液体吐出ヘッド内の液体
の粘性が安定吐出範囲にあるような温度である。
In this example, as shown in FIG. 7A, the element substrate 51 is heated separately from the heating element 52 for discharging liquid to adjust the temperature of the element substrate 51. A heat retaining heater 55 and a power transistor 56 serving as a driver of the heat retaining heater 55 are added to the element substrate 31 shown in FIG. As the sensor 63, a temperature sensor for measuring the temperature of the element substrate 51 is used. On the other hand, as shown in FIG.
The top plate 53 has a sensor driving circuit 67 for driving the sensor 63 and a memory 6 for storing the liquid discharge amount characteristics.
In addition to 9, a heating heater control circuit 66 for monitoring the output from the sensor 63 and controlling the driving of the heating heater 55 in accordance with the result is formed. The heat retention heater control circuit 66 has a comparator, and compares a threshold value determined in advance based on the required temperature of the element substrate 51 with an output from the sensor 63, and the output from the sensor 63 is smaller than the threshold value. If it is larger, a heater control signal for driving the heater 55 is output. The above element substrate 51
Is a temperature at which the viscosity of the liquid in the liquid discharge head is in a stable discharge range.

【0089】そして、保温ヒータ制御回路66から出力
される保温ヒータ制御信号を、素子基板51に形成され
た保温ヒータ用のパワートランジスタ56に入力させる
ための端子64a,68aが、接続用コンタクトパッド
として素子基板51および天板53に設けられている。
その他の構成は図6に示した構成と同様である。
The terminals 64a and 68a for inputting the heater control signal output from the heater controller 66 to the power transistor 56 for the heater formed on the element substrate 51 are used as connection contact pads. It is provided on the element substrate 51 and the top plate 53.
Other configurations are the same as those shown in FIG.

【0090】上記の構成により、センサで63の出力結
果に応じて、保温ヒータ制御回路66により保温ヒータ
55が駆動され、素子基板51の温度が所定の温度に保
たれる。その結果、液体吐出ヘッド内の液体の粘性が安
定吐出範囲に保たれ、良好な吐出が可能となる。
With the above configuration, the heat retaining heater 55 is driven by the heat retaining heater control circuit 66 in accordance with the output result of the sensor 63, and the temperature of the element substrate 51 is maintained at a predetermined temperature. As a result, the viscosity of the liquid in the liquid discharge head is maintained in a stable discharge range, and good discharge is possible.

【0091】なお、センサ63には、固体差による出力
値のばらつきがある。より正確な温度調節を行いたい場
合には、このばらつきを補正するために、ヘッド情報と
して出力値のばらつきの補正値をメモリ69に記憶さ
せ、メモリ69に記憶された補正値に応じて、保温ヒー
タ制御回路66に設定された閾値を調整してもよい。
The output value of the sensor 63 varies due to individual differences. In order to perform more accurate temperature adjustment, in order to correct this variation, a correction value for the variation in the output value is stored in the memory 69 as head information, and the temperature is kept in accordance with the correction value stored in the memory 69. The threshold set in the heater control circuit 66 may be adjusted.

【0092】ところで、図1に示した実施形態では、液
流路7を構成するための溝は素子基板1に形成し、吐出
口5が形成された部材(オリフィスプレート4)は素子
基板1および天板3とは別の部材で構成した例を示した
が、本発明が適用される液体吐出ヘッドの構造は、これ
に限られるものではない。
In the embodiment shown in FIG. 1, grooves for forming the liquid flow path 7 are formed in the element substrate 1, and the member (orifice plate 4) in which the discharge ports 5 are formed is formed in the element substrate 1. Although the example in which the top plate 3 is formed of a member different from the top plate 3 is described, the structure of the liquid ejection head to which the present invention is applied is not limited to this.

【0093】例えば、天板の端面にオリフィスプレート
の厚さ相当の壁を残しておき、この壁に、イオンビーム
加工や電子ビーム加工等により吐出口を形成すれば、オ
リフィスプレートを用いずに液体吐出ヘッドを構成する
ことができる。上述したように、素子基板に流路側壁を
形成すれば、発熱体に対する液流路の位置精度が向上
し、かつ、天板の形状を簡易なものとすることができ
る。素子基板に流路側壁を形成することによってではな
く、天板に、液流路となる溝、および共通液室となる溝
を形成してもよい。可動部材はフォトリソグラフィプロ
セスを利用して天板に形成することができるが、このよ
うに素子基板に流路側壁を設けた構成とした場合には、
素子基板への可能部材の形成と同時に素子基板を形成す
ることもできる。これについては後述する。
For example, if a wall corresponding to the thickness of the orifice plate is left on the end surface of the top plate and a discharge port is formed on this wall by ion beam processing, electron beam processing, or the like, the liquid can be used without using the orifice plate. An ejection head can be configured. As described above, if the channel side wall is formed on the element substrate, the positional accuracy of the liquid channel with respect to the heating element is improved, and the shape of the top plate can be simplified. Instead of forming the flow path side walls on the element substrate, grooves serving as liquid flow paths and grooves serving as common liquid chambers may be formed in the top plate. The movable member can be formed on the top plate using a photolithography process, but in the case where the element substrate is provided with the flow path side wall,
The element substrate can also be formed at the same time as the possible members are formed on the element substrate. This will be described later.

【0094】次に、温度センサを用いたインク有無検知
および検出結果に伴うヘッド駆動動作について、図8〜
図12を用いて説明する。
Next, the ink presence / absence detection using the temperature sensor and the head driving operation accompanying the detection result will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG.

【0095】図8〜図12はいずれも本発明の液体吐出
記録ヘッドの素子基板および天板の回路構成の変形例を
説明するための概略説明図であり、各図いずれも(a)
は素子基板の平面図、(b)は天板の平面図を示してい
る。なお、これらの図は、図2と同様、各図の(a)と
(b)とで互いの対向面を図示しており、各図の(b)
における点線部は、素子基板と接合した時の液室および
流路の位置を示している。
FIGS. 8 to 12 are schematic explanatory diagrams for explaining a modification of the circuit configuration of the element substrate and the top plate of the liquid discharge recording head according to the present invention.
Shows a plan view of the element substrate, and (b) shows a plan view of the top plate. In these figures, as in FIG. 2, (a) and (b) of each figure show opposing surfaces, and (b) of each figure.
Indicate the positions of the liquid chamber and the flow path when they are joined to the element substrate.

【0096】なお、図8〜図12で示されるヘッドは、
素子基板401に流路壁401aが設けられた構造の場
合を例として描いているが、素子基板および天板の構造
に関しては、上述したいずれの形態にも適用できるもの
である。また、以下の各説明において、特に断りのない
限りは、図8〜図12に示す各実施例をそれぞれ組合わ
せた形態も本発明に含まれるものであることは言うまで
もない。なお、以下の説明では、共通の機能を有する部
分については、同じ符号を用いて説明している。
The heads shown in FIGS. 8 to 12
Although the structure in which the flow path wall 401a is provided in the element substrate 401 is illustrated as an example, the structure of the element substrate and the top plate can be applied to any of the above-described embodiments. In addition, in the following description, it is needless to say that embodiments in which the respective embodiments shown in FIGS. 8 to 12 are combined are also included in the present invention, unless otherwise specified. In the following description, portions having common functions are described using the same reference numerals.

【0097】図8(a)において、素子基板401に
は、前述したように流路に対応して並列に配列された複
数の発熱体402と、共通液室内に設けられたサブヒー
タ455と、画像データに応じてこれら発熱体402を
駆動するドライバ411と、入力された画像データをド
ライバ411に出力する画像データ転送部412が設け
られており、ノズルを形成するための流路壁401a
や、共通液室を形成するための液室枠401bが設けら
れている。
In FIG. 8A, on the element substrate 401, as described above, a plurality of heating elements 402 arranged in parallel corresponding to the flow paths, a sub-heater 455 provided in the common liquid chamber, and an image A driver 411 for driving these heating elements 402 in accordance with data and an image data transfer unit 412 for outputting input image data to the driver 411 are provided, and a flow path wall 401a for forming a nozzle is provided.
Also, a liquid chamber frame 401b for forming a common liquid chamber is provided.

【0098】一方、図8(b)において、天板403に
は、共通液室内の温度を測定するための温度センサ41
3と、温度センサ413を駆動するセンサ駆動部417
と、温度センサの出力に基づいて前記発熱抵抗素子の駆
動を制限または停止する制限回路459と、センサ駆動
部417および制限回路459の信号に基づいて発熱体
402の駆動条件を制御する発熱体制御部416とが設
けられると共に、そして、外部から共通液室に液体を供
給するために、共通液室に連通した供給口403aが開
口している。
On the other hand, in FIG. 8B, a top plate 403 has a temperature sensor 41 for measuring the temperature in the common liquid chamber.
3 and a sensor driver 417 for driving the temperature sensor 413
A limiting circuit 459 for limiting or stopping the driving of the heating resistor element based on the output of the temperature sensor, and a heating element control for controlling driving conditions of the heating element 402 based on signals from the sensor driving unit 417 and the limiting circuit 459. A portion 416 is provided, and a supply port 403a communicating with the common liquid chamber is opened to supply the liquid from outside to the common liquid chamber.

【0099】さらに、素子基板401および天板403
の接合面の、互いの対向する部位にはそれぞれ、素子基
板401に形成された回路等と天板403に形成された
回路等とを電気的に接続するための接続用コンタクトパ
ッド414,418が設けられている。また、素子基板
401には、外部からの電気信号の入力端子となる外部
コンタクトパッド415が設けられている。素子基板4
01の大きさは天板403の大きさよりも大きく、外部
コンタクトパッド415は、素子基板401と天板40
3とを接合したときに天板403から露出する位置に設
けられている。これらは、図4において説明したのと同
様の方法によって回路が形成されている。そして、上記
のように構成された素子基板401と天板403とを位
置合わせして接合すると、それぞれの接続用コンタクト
パッド414,418を介して素子基板401および天
板403に形成された回路等が電気的に接続される。
Further, the element substrate 401 and the top plate 403
Connection contact pads 414 and 418 for electrically connecting a circuit or the like formed on the element substrate 401 and a circuit or the like formed on the top plate 403 are respectively provided at the opposing portions of the bonding surface of FIG. Is provided. The element substrate 401 is provided with an external contact pad 415 serving as an input terminal for an external electric signal. Element substrate 4
01 is larger than the size of the top plate 403, and the external contact pads 415 are
3 are provided at positions exposed from the top plate 403 when they are joined. These circuits are formed by a method similar to that described with reference to FIG. Then, when the element substrate 401 and the top plate 403 configured as described above are aligned and joined, the circuits and the like formed on the element substrate 401 and the top plate 403 via the respective connection contact pads 414 and 418. Are electrically connected.

【0100】第1の基板(素子基板401)と第2の基
板(天板403)との間には、数十μmというスペース
にインクが満たされるようになっている。このため、サ
ブヒータ455による加熱を行なった際に、インクの有
無によって第2基板への熱の伝わりかたに差が生じる。
そこで、この熱の伝わりかたの差をPN接合を利用した
ダイオードセンサ等により構成される温度センサ413
で検知することで、液室内のインクの有無を検知するこ
とが可能となる。そこで、この温度センサ413による
検出結果に応じて、例えば温度センサ413がインクが
あるときと比べて異常な温度を検知した場合には前述の
制限回路459により、発熱体402への駆動を制限、
あるいは停止したり、本体へ異常を知らせる信号を出力
したりすることで、ヘッドの物理的な損傷を防止し、常
に安定した吐出性能を発揮することのできるヘッドを提
供することができる。
A space between several tens of μm is filled with ink between the first substrate (element substrate 401) and the second substrate (top plate 403). Therefore, when heating is performed by the sub-heater 455, there is a difference in how heat is transmitted to the second substrate depending on the presence or absence of ink.
Therefore, the difference in the manner of heat transmission is determined by a temperature sensor 413 such as a diode sensor using a PN junction.
, It is possible to detect the presence or absence of ink in the liquid chamber. Therefore, when the temperature sensor 413 detects an abnormal temperature in comparison with the presence of ink, for example, according to the detection result of the temperature sensor 413, the driving to the heating element 402 is limited by the above-described limiting circuit 459.
Alternatively, by stopping or outputting a signal to notify the abnormality to the main body, it is possible to provide a head capable of preventing physical damage to the head and constantly exhibiting stable ejection performance.

【0101】特に、本発明の場合には、上述の温度セン
サ、および制限回路を半導体ウェハプロセスにより製造
することができるので、最適な位置に素子を配置するこ
とができると共に、ヘッド自体のコストアップをするこ
となくヘッドの損傷防止機能を付加することができる。
In particular, in the case of the present invention, since the above-described temperature sensor and limiting circuit can be manufactured by a semiconductor wafer process, elements can be arranged at optimum positions and the cost of the head itself increases. The function of preventing damage to the head can be added without performing the above operation.

【0102】図9は、図8の変形例を示す説明図であ
り、図9に示される変形例では、サブヒータではなく、
吐出用のヒータすなわち発熱体402を用いている点が
前述の図8に示す形態と異なっている。図9に示す変形
例では、温度センサ413は発熱体402と対向する天
板403上の領域に設けられており、発熱体402で発
泡しないレベルの短パルス、あるいは低電圧で駆動した
ときの温度を検出することで、インク有無検知を行なう
ようにしたものである。インク有無検知を行う他、液体
の吐出動作を行いながら温度をモニターし、駆動にフィ
ードバックすることも可能である。本変形例の構成は、
共通液室にサブヒータを配置しづらい場合は特に有効で
ある。また、本変形例では、発熱体制御部416によっ
て、温度センサ413の出力に基づくヘッド駆動の制限
あるいは停止が行われている。
FIG. 9 is an explanatory view showing a modified example of FIG. 8. In the modified example shown in FIG.
This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 8 in that a discharge heater, that is, a heating element 402 is used. In the modification shown in FIG. 9, the temperature sensor 413 is provided in a region on the top plate 403 facing the heating element 402, and the temperature when driving at a short pulse of a level that does not cause foaming in the heating element 402 or at a low voltage. Is detected to detect the presence or absence of ink. In addition to detecting the presence or absence of ink, it is also possible to monitor the temperature while performing the liquid discharging operation and feed back the driving to the drive. The configuration of this modification is
This is particularly effective when it is difficult to arrange a sub-heater in the common liquid chamber. Further, in this modification, the heating element control unit 416 limits or stops the head drive based on the output of the temperature sensor 413.

【0103】図10に示す変形例は、図9に示す変形例
と比較して、温度センサ413を異なる発熱体402に
対応する複数のグループ(図面上では413a,413
b、413c...と一つ一つのノズルに対応)を形成す
るように配置している点が異なっている。発熱体402
は選択的に駆動できることから、このように複数の温度
センサを設けることで、より細かい部分でのインク有無
等、インクの状態の検知を行うことができる。
The modification shown in FIG. 10 is different from the modification shown in FIG. 9 in that a plurality of groups (413a, 413a and 413a in FIG.
b, 413c... corresponding to each nozzle). Heating element 402
Can be selectively driven. Thus, by providing a plurality of temperature sensors in this way, it is possible to detect the state of the ink such as the presence or absence of the ink in a finer portion.

【0104】さらに、本実施例のように各発熱体402
に一対一で対応するように温度センサを設けることで、
液体吐出時の温度変化をノズル単位に検出することがで
き、ノズル内のインクの有無、さらには発泡状態を温度
で検出することが可能となる。各ノズル毎のインク切れ
による部分的な不吐出の検知については、図12で説明
するようなメモリを設け、メモリ内に保持される性状吐
出の場合のデータとの比較により行なってもよいし、隣
接する複数のノズルのデータと比較すること(例えば4
13a、413b、413c....で413bだけ異常な
出力となった場合は、413bについて異常と判定す
る)により行なってもよい。
Further, as in this embodiment, each heating element 402
By providing a temperature sensor so as to correspond to
A temperature change at the time of liquid ejection can be detected for each nozzle, and it is possible to detect the presence or absence of ink in the nozzles, and furthermore, a foaming state based on the temperature. The detection of partial non-ejection due to ink exhaustion for each nozzle may be performed by providing a memory as described in FIG. 12 and comparing the data with the property ejection data held in the memory, Comparison with data of a plurality of adjacent nozzles (for example, 4
If the output is abnormal only in 413b in 13a, 413b, 413c,..., It is determined that 413b is abnormal).

【0105】なお、この場合、発熱体402に対して各
温度センサ413a、413b、413c...は電気配
線接続で対応しているわけではないので、天板403に
設けていても配線が複雑になる等の問題はない。また、
複数のセンサを設ける場合であっても、本発明のように
半導体ウェハプロセスにより製造することで、コストの
上昇を招くことはない。したがって後述するフルライン
ヘッドにおいて採用することは、特に好ましい。
In this case, since the temperature sensors 413a, 413b, 413c... Do not correspond to the heating element 402 by electric wiring connection, even if they are provided on the top plate 403, the wiring is complicated. There is no problem such as becoming. Also,
Even when a plurality of sensors are provided, the manufacturing cost is not increased by manufacturing the semiconductor wafer process as in the present invention. Therefore, it is particularly preferable to employ the method in a full line head described later.

【0106】図11に示す変形例は、図9に示す変形例
と比較して、素子基板401および天板403の両方に
温度センサ413a、413bを備えている点が異なっ
ている。いずれか一方の基板にのみ温度センサが配置さ
れている場合には、外気温やヘッドの状態(例えば印字
終了直後等)によってインク有無のしきい値が変化し、
制御が難しくなる場合であっても、加熱時の2つのセン
サの温度上昇の差を測定することで、一方の基板にしか
センサがない場合に比べより容易かつより正確にインク
有無等のインクの状態の検知をすることができるという
利点がある。
The modification shown in FIG. 11 is different from the modification shown in FIG. 9 in that both the element substrate 401 and the top plate 403 are provided with temperature sensors 413a and 413b. If the temperature sensor is arranged only on one of the substrates, the threshold value of the presence or absence of ink changes depending on the outside air temperature and the state of the head (for example, immediately after the end of printing),
Even if control becomes difficult, measuring the difference between the temperature rises of the two sensors during heating makes it easier and more accurate to measure the presence or absence of ink than when only one substrate has a sensor. There is an advantage that the state can be detected.

【0107】図12に示す変形例は、図11に示す変形
例に比べて、ヘッドの製造工程においてインクがない場
合とある場合とでの発熱抵抗素子の加熱時の温度変化を
ヘッド情報として記憶し発熱体制御部416に出力する
メモリ469を有している点が異なっている。このよう
にメモリ469を備えて、メモリ469の値とセンサの
出力とを比較することで、より精度の高いインク有無検
知を行うことができる。
The variation shown in FIG. 12 is different from the variation shown in FIG. 11 in that the temperature change during heating of the heating resistor element when there is no ink in the head manufacturing process and when it is present is stored as head information. The difference is that a memory 469 for outputting to the heating element control unit 416 is provided. Thus, by providing the memory 469 and comparing the value of the memory 469 with the output of the sensor, it is possible to detect the presence or absence of ink with higher accuracy.

【0108】もちろん、このメモリ内には前述の実施例
で説明したように、予め測定されている各発熱体402
による液体吐出量特性(一定温度で、所定のパルス印加
における液体吐出量)や、使用するインク等のヘッド情
報を保持していてもよい。
Of course, as described in the above-described embodiment, each of the heating elements 402 measured in advance is stored in this memory.
(A liquid discharge amount characteristic at a constant temperature and a predetermined pulse application), and head information such as ink to be used.

【0109】次に、図1に示した液体吐出ヘッドの製造
方法について説明する。本実施形態の液体吐出ヘッドで
は、前述したように、エネルギー変換素子すなわち発熱
体2の駆動条件を制御するための、機能が異なる複数の
素子あるいは電気回路がその機能に応じて素子基板1と
天板3とに振り分けられている。そして、以下で説明す
る製造方法では、素子基板1または天板3のうちいずれ
か一方のコンタクトパッド上に、素子基板1と天板3の
互いの複数の素子あるいは電気回路同士を電気的に接続
するための金属バンプが形成され、素子基板1または天
板3のうちの他方には、その金属バンプが係合して金属
バンプと電気的に接続される凹電気接続部が形成されて
いる。
Next, a method of manufacturing the liquid discharge head shown in FIG. 1 will be described. In the liquid ejection head of the present embodiment, as described above, a plurality of elements or electric circuits having different functions for controlling the driving conditions of the energy conversion element, that is, the heating element 2, are mounted on the element substrate 1 in accordance with the function. It is distributed to the plate 3. In the manufacturing method described below, a plurality of elements or electric circuits of the element substrate 1 and the top plate 3 are electrically connected to one contact pad of the element substrate 1 or the top plate 3. Metal bumps are formed on the other of the element substrate 1 and the top plate 3, and a concave electrical connection portion is formed in which the metal bump engages and is electrically connected to the metal bump.

【0110】図13および図14は、素子基板1に可動
部材6および流路側壁9を設けた場合の、フォトリソグ
ラフィプロセスを利用した、可動部材6および流路側壁
9の形成工程の一例について説明するための図である。
なお、図13および図14は、可動部材および流路側壁
が形成される素子基板の液流路方向と直交する方向に沿
った断面を示している。
FIGS. 13 and 14 illustrate an example of a process of forming the movable member 6 and the flow path side wall 9 using a photolithography process when the movable member 6 and the flow path side wall 9 are provided on the element substrate 1. FIG.
13 and 14 show cross sections along a direction perpendicular to the liquid flow direction of the element substrate on which the movable member and the flow path side wall are formed.

【0111】また、図15は、素子基板1上に可動部材
6および流路側壁9が形成されてなるものに天板3を接
合する工程を説明するための図である。この図15は、
素子基板1および天板3の液流路方向に沿った断面を示
している。さらに、図16は、プラズマCVD装置を用
いて素子基板1上にSiN膜を形成する方法を説明する
ための図であり、図17は、ドライエッチング装置を用
いてSiN膜をエッチングする方法を説明するための図
である。
FIG. 15 is a view for explaining a process of joining the top plate 3 to the element substrate 1 having the movable member 6 and the flow path side wall 9 formed thereon. This FIG.
2 shows a cross section of the element substrate 1 and the top plate 3 along the liquid flow direction. FIG. 16 is a view for explaining a method of forming a SiN film on the element substrate 1 using a plasma CVD apparatus, and FIG. 17 is a view for explaining a method of etching the SiN film using a dry etching apparatus. FIG.

【0112】まず、図4(a)に示したように、発熱体
2と、ドライバ11および画像データ転送部12などの
電気回路と、センサ13などの機能素子と、それぞれが
Alからなる接続用コンタクトパッド14および外部コ
ンタクトパッド15とを備えた素子基板1を作製する。
ドライバ11、画像データ転送部12、センサ13、接
続用コンタクトパッド14および外部コンタクトパッド
15が図13および図14には図示されていないが、そ
のような構成の素子基板1が図13および図14に示さ
れている。上述したように、接続用コンタクトパッド1
4は、素子基板1に形成された機能素子あるいは電気回
路等と、天板3に形成された機能素子あるいは電気回路
等とを電気的に接続するためのものであって、素子基板
1の機能素子あるいは電気回路等と電気的に接続されて
いる。外部コンタクトパッド15は、外部からの電気信
号の入力端子となるものである。
First, as shown in FIG. 4A, a heating element 2, an electric circuit such as a driver 11 and an image data transfer section 12, a functional element such as a sensor 13, and a connection element made of Al are used. The element substrate 1 including the contact pads 14 and the external contact pads 15 is manufactured.
Although the driver 11, the image data transfer section 12, the sensor 13, the connection contact pad 14, and the external contact pad 15 are not shown in FIGS. 13 and 14, the element substrate 1 having such a configuration is shown in FIGS. Is shown in As described above, the contact pad for connection 1
4 is for electrically connecting a functional element or an electric circuit or the like formed on the element substrate 1 to a functional element or an electric circuit or the like formed on the top plate 3. It is electrically connected to an element or an electric circuit. The external contact pad 15 serves as an input terminal for an external electric signal.

【0113】次に、素子基板1の接続用コンタクトパッ
ド14の表面にAu膜を形成する。この、接続用コンタ
クトパッド14上に形成されたAl膜は、後述するよう
に天板3の接続用コンタクトパッド18上に形成された
金バンプ(Auバンプ)を介して接続用コンタクトパッ
ド14と18とを電気的に接続するために、その金バン
プと共晶接合されるものである。
Next, an Au film is formed on the surface of the connection contact pad 14 of the element substrate 1. The Al film formed on the connection contact pads 14 is connected to the connection contact pads 14 and 18 via gold bumps (Au bumps) formed on the connection contact pads 18 of the top plate 3 as described later. Are eutectically bonded to the gold bumps to electrically connect them.

【0114】次に、図13(a)では、素子基板1の発
熱体2側の面全体に、発熱体2との電気的な接続をする
ための接続用パッド、接続用コンタクトパッド14、外
部コンタクトパッド15や、接続用コンタクトパッド1
4上のAu膜を保護するための第1の保護層として、不
図示のTiW膜をスパッタリング法によって厚さ約50
00Å形成する。このTiW膜の表面、すなわち素子基
板1の発熱体2側の面上に、間隙形成部材71を形成す
るためのAl膜をスパッタリング法によって厚さ約4μ
m形成する。形成されたAl膜を、周知のフォトリソグ
ラフィプロセスを用いてパターニングし、図1に示した
発熱体2と可動部材6との間の気泡発生領域10に対応
する位置に、素子基板1と可動部材6との間の間隙を形
成するための、Al膜からなる間隙形成部材71を複数
形成する。それぞれの間隙形成部材71は、後述するよ
うに、可動部材6を形成するための材料膜であるSiN
膜72がエッチングされる領域まで延在されている。
Next, in FIG. 13A, a connection pad for making an electrical connection with the heating element 2, a connection contact pad 14, and an external connection are formed on the entire surface of the element substrate 1 on the heating element 2 side. Contact pad 15 and contact pad 1 for connection
4, a TiW film (not shown) having a thickness of about 50
00 ° is formed. An Al film for forming the gap forming member 71 is formed on the surface of the TiW film, that is, the surface of the element substrate 1 on the side of the heating element 2 by a sputtering method to a thickness of about 4 μm.
m. The formed Al film is patterned by using a well-known photolithography process, and the element substrate 1 and the movable member are positioned at positions corresponding to the bubble generation region 10 between the heating element 2 and the movable member 6 shown in FIG. A plurality of gap forming members 71 made of an Al film are formed for forming a gap between them. Each gap forming member 71 is made of SiN which is a material film for forming the movable member 6 as described later.
The film 72 extends to the region to be etched.

【0115】間隙形成部材71は、後述するようにドラ
イエッチングにより液流路7および可動部材6を形成す
る際のエッチングストップ層として機能する。これは、
素子基板1におけるパッド保護層としてのTiW層や、
耐キャビテーション膜としてのTa膜、および抵抗体上
の保護層としてのSiN膜が、液流路7を形成するため
に使用するエッチングガスによりエッチングされてしま
うからであり、これらの層や膜のエッチングが間隙形成
部材71により防止される。そのため、ドライエッチン
グにより液流路7を形成する際に素子基板1上のTiW
層が露出しないように、それぞれの間隙形成部材71に
おける液流路7の流路方向と直行する方向の幅は、後述
する図14(b)の工程で形成される液流路7の幅より
も広くなっている。
The gap forming member 71 functions as an etching stop layer when the liquid flow path 7 and the movable member 6 are formed by dry etching as described later. this is,
A TiW layer as a pad protection layer on the element substrate 1,
This is because the Ta film as the anti-cavitation film and the SiN film as the protective layer on the resistor are etched by the etching gas used to form the liquid flow path 7, and these layers and films are etched. Is prevented by the gap forming member 71. Therefore, when the liquid flow path 7 is formed by dry etching, the TiW
The width of each gap forming member 71 in the direction perpendicular to the flow direction of the liquid flow path 7 is set to be smaller than the width of the liquid flow path 7 formed in the step of FIG. Has also become wider.

【0116】さらに、ドライエッチング時には、イオン
種およびラジカルが発生し、素子基板1の発熱体2や機
能素子にダメージを与えることがあるが、Alからなる
間隙形成部材71は、これらイオン種やラジカルを受け
止めて素子基板1の発熱体2や機能素子を保護するもの
となっている。
Further, at the time of dry etching, ion species and radicals are generated, which may damage the heating element 2 of the element substrate 1 and the functional elements. This protects the heating element 2 and the functional element of the element substrate 1.

【0117】次に、図13(b)では、間隙形成部材7
1の表面、および素子基板1の間隙形成部材71側の面
上に、プラズマCVD法を用いて、可動部材6を形成す
るための材料膜である厚さ約5.0μmのSiN膜72
を、間隙形成部材71を被覆するように形成する。Si
N膜72は、流路側壁9の一部を構成する液流路形成部
材である。ここで、プラズマCVD装置を用いてSiN
膜72を形成する際には、図16を参照して次に説明す
るように、素子基板1を構成するシリコン基板などを介
して、素子基板1に備えられたTaからなる耐キャビテ
ーション膜を接地する。これにより、プラズマCVD装
置の反応室内でのプラズマ放電により分解されたイオン
種およびラジカルの電荷に対して素子基板1内の発熱体
2やラッチ回路などの機能素子を保護することができ
る。
Next, in FIG. 13B, the gap forming member 7
On the surface of the first substrate 1 and on the surface of the element substrate 1 on the side of the gap forming member 71, a SiN film 72 of about 5.0 μm thickness, which is a material film for forming the movable member 6 by using the plasma CVD method
Is formed so as to cover the gap forming member 71. Si
The N film 72 is a liquid flow path forming member that forms a part of the flow path side wall 9. Here, SiN is formed using a plasma CVD apparatus.
When forming the film 72, as described below with reference to FIG. 16, the anti-cavitation film made of Ta provided on the element substrate 1 is grounded via a silicon substrate or the like constituting the element substrate 1. I do. Thereby, the functional elements such as the heating element 2 and the latch circuit in the element substrate 1 can be protected against charges of ion species and radicals decomposed by the plasma discharge in the reaction chamber of the plasma CVD apparatus.

【0118】図16に示すように、SiN膜72を形成
するためのプラズマCVD装置の反応室83a内には、
所定の距離をおいて互いに対向するRF電極82aおよ
びステージ85aが備えられている。RF電極82aに
は、反応室83aの外部のRF電源81aによって電圧
が印加される。一方、ステージ85aのRF電極82a
側の面上には素子基板1が取り付けられており、素子基
板1の発熱体2側の面がRF電極82aと対向してい
る。ここで、素子基板1が有する、発熱体2の面上に形
成されたTaからなる耐キャビテーション膜は、前述し
たように素子基板1のシリコン基板と電気的に接続され
ているので、間隙形成部材71は、素子基板1のシリコ
ン基板、およびステージ85aを介して接地されてい
る。
As shown in FIG. 16, a reaction chamber 83a of the plasma CVD apparatus for forming the SiN film 72 has
An RF electrode 82a and a stage 85a facing each other at a predetermined distance are provided. A voltage is applied to the RF electrode 82a by an RF power supply 81a outside the reaction chamber 83a. On the other hand, the RF electrode 82a of the stage 85a
The element substrate 1 is mounted on the side surface, and the surface of the element substrate 1 on the side of the heating element 2 faces the RF electrode 82a. Here, the cavitation-resistant film made of Ta formed on the surface of the heating element 2 of the element substrate 1 is electrically connected to the silicon substrate of the element substrate 1 as described above. Reference numeral 71 is grounded via the silicon substrate of the element substrate 1 and the stage 85a.

【0119】このように構成されたプラズマCVD装置
においては、前記耐キャビテーション膜が接地された状
態で供給管84aを通して反応室83a内にガスを供給
し、素子基板1とRF電極82aとの間にプラズマ86
を発生させる。反応室83a内でのプラズマ放電により
分解されたイオン種やラジカルが素子基板1上に堆積す
ることで、SiN膜72が素子基板1上に形成される。
その際、イオン種やラジカルにより素子基板1上に電荷
が発生するが、上述したように耐キャビテーション膜が
接地されていることにより、素子基板1内の発熱体2や
ラッチ回路などの機能素子がイオン種やラジカルの電荷
によって損傷することが防止される。
In the plasma CVD apparatus configured as described above, a gas is supplied into the reaction chamber 83a through the supply pipe 84a with the cavitation-resistant film grounded, and the gas is supplied between the element substrate 1 and the RF electrode 82a. Plasma 86
Generate. The ionic species and radicals decomposed by the plasma discharge in the reaction chamber 83a are deposited on the element substrate 1, whereby the SiN film 72 is formed on the element substrate 1.
At this time, charges are generated on the element substrate 1 due to ionic species and radicals. However, since the cavitation-resistant film is grounded as described above, the functional elements such as the heat generating element 2 and the latch circuit in the element substrate 1 can be used. Damage due to ionic species and radical charges is prevented.

【0120】次に、図13(c)では、SiN膜72の
表面に、スパッタリング法によりAl膜を厚さ約600
0Å形成した後、形成されたAl膜を、周知のフォトリ
ソグラフィプロセスを用いてパターニングし、SiN膜
72表面の、可動部材6に対応する部分、すなわちSi
N膜72表面の可動部材形成領域に第2の保護層として
のAl膜73を残す。Al膜73は、ドライエッチング
により液流路7を形成する際の保護層(エッチングスト
ップ層)となる。
Next, in FIG. 13C, an Al film having a thickness of about 600 was formed on the surface of the SiN film 72 by sputtering.
After the formation of 0 °, the formed Al film is patterned by using a well-known photolithography process, and a portion corresponding to the movable member 6 on the surface of the SiN film 72, ie, Si
The Al film 73 as a second protective layer is left in the movable member forming region on the surface of the N film 72. The Al film 73 becomes a protective layer (etching stop layer) when the liquid flow path 7 is formed by dry etching.

【0121】次に、図14(a)では、SiN膜72お
よびAl膜73の表面に、流路側壁9を形成するための
SiN膜74を、マイクロ波CVD法を用いて厚さ約5
0μm形成する。SiN膜74も、SiN膜72と同様
に、流路側壁9の一部を構成する液流路形成部材であ
る。ここで、マイクロ波CVD法によるSiN膜74の
成膜に使用するガスとしては、モノシラン(Si
4)、窒素(N2)およびアルゴン(Ar)を用いた。
そのガスの組み合わせとしては、上記以外にも、ジシラ
ン(Si26)やアンモニア(NH3)などとの組み合
わせや、混合ガスを用いてもよい。また、周波数が2.
45[GHz]のマイクロ波のパワーを1.5[kW]と
し、ガス流量としてはモノシランを100[sccm]、窒
素を100[sccm]、アルゴンを40[sccm]でそれぞ
れのガスを供給して、圧力が5[mTorr]の高真空下で
SiN膜74を形成した。また、ガスのそれ以外の成分
比でのマイクロ波プラズマCVD法や、RF電源を使用
したCVD法などでSiN膜74を形成してもよい。
Next, in FIG. 14A, an SiN film 74 for forming the channel side wall 9 is formed on the surface of the SiN film 72 and the Al film 73 by a microwave CVD method to a thickness of about 5 μm.
0 μm is formed. Like the SiN film 72, the SiN film 74 is also a liquid flow path forming member that forms a part of the flow path side wall 9. Here, as a gas used for forming the SiN film 74 by the microwave CVD method, monosilane (Si
H 4), using nitrogen (N 2) and argon (Ar).
As a combination of the gases, other than the above, a combination with disilane (Si 2 H 6 ), ammonia (NH 3 ), or a mixed gas may be used. Further, when the frequency is 2.
The microwave power of 45 [GHz] is set to 1.5 [kW], and the gas flow rate is set to 100 [sccm] for monosilane, 100 [sccm] for nitrogen, and 40 [sccm] for argon. The SiN film 74 was formed under a high vacuum at a pressure of 5 [mTorr]. Alternatively, the SiN film 74 may be formed by a microwave plasma CVD method using a component ratio other than that of the gas, a CVD method using an RF power supply, or the like.

【0122】CVD法によりSiN膜74を形成する際
には、図16に基づいて前述したようなSiN膜72を
形成する方法と同様に、発熱体2の面上に形成されてい
るTaからなる耐キャビテーション膜を素子基板1のシ
リコン基板を介して接地する。これにより、CVD装置
の反応室内でのプラズマ放電により分解されたイオン種
およびラジカルの電荷に対して素子基板1内の発熱体2
やラッチ回路などの機能素子を保護することができる。
When the SiN film 74 is formed by the CVD method, it is made of Ta formed on the surface of the heating element 2 as in the method of forming the SiN film 72 as described above with reference to FIG. The anti-cavitation film is grounded via the silicon substrate of the element substrate 1. As a result, the heating element 2 in the element substrate 1 reacts against the charges of ion species and radicals decomposed by the plasma discharge in the reaction chamber of the CVD apparatus.
And functional elements such as a latch circuit.

【0123】そして、SiN膜74の表面全体にAl膜
を形成した後に、形成されたAl膜を、フォトリソグラ
フィなどの周知の方法を用いてパターニングして、Si
N膜74表面の、液流路7に対応する部分を除く部分に
Al膜75を残す。前述したように、それぞれの間隙形
成部材71における液流路7の流路方向と直行する方向
の幅は、次の図14(b)の工程で形成される液流路7
の幅よりも広くなっているので、Al膜75の側部が間
隙形成部材71の側部の上方に配置されている。
After an Al film is formed on the entire surface of the SiN film 74, the formed Al film is patterned by using a well-known method such as photolithography.
The Al film 75 remains on the surface of the N film 74 except for the portion corresponding to the liquid flow path 7. As described above, the width of each gap forming member 71 in the direction orthogonal to the flow direction of the liquid flow path 7 is the same as the width of the liquid flow path 7 formed in the next step of FIG.
, The side portion of the Al film 75 is arranged above the side portion of the gap forming member 71.

【0124】次に、図14(b)では、誘電結合プラズ
マを使ったエッチング装置を用いてSiN膜74および
SiN膜72をエッチングして流路側壁9および可動部
材6を同時に形成する。そのエッチング装置では、CH
3FとSF6の混合ガスを用いて、Al膜73,25およ
び間隙形成部材71をエッチングストップ層やマスクと
して、SiN膜74がトレンチ構造となるようにSiN
膜74およびSiN膜72のエッチングを行う。このS
iN膜72をパターニングする工程では、図1に示した
ように可動部材6の支持固定部が素子基板1に直接固定
されるようにSiN膜72の不要な部分を除去する。可
動部材6の支持固定部と素子基板1との密着部の構成材
料には、パッド保護層の構成材料であるTiW、および
素子基板1の耐キャビテーション膜の構成材料であるT
aが含まれる。
Next, in FIG. 14B, the SiN film 74 and the SiN film 72 are etched using an etching apparatus using dielectrically coupled plasma to form the flow path side wall 9 and the movable member 6 at the same time. In the etching apparatus, CH
Using a mixed gas of 3 F and SF 6 , using the Al films 73 and 25 and the gap forming member 71 as an etching stop layer and a mask, the SiN film 74 has a trench structure.
The film 74 and the SiN film 72 are etched. This S
In the step of patterning the iN film 72, unnecessary portions of the SiN film 72 are removed so that the supporting and fixing portion of the movable member 6 is directly fixed to the element substrate 1 as shown in FIG. The constituent material of the contact portion between the supporting and fixing part of the movable member 6 and the element substrate 1 includes TiW which is a constituent material of the pad protection layer and T which is a constituent material of the anti-cavitation film of the element substrate 1
a.

【0125】また、SiN膜72,74をパターニング
する工程では、図15に基づいて後述するように素子基
板1に凹電気接続部が形成されるように、その凹電気接
続部の側壁部を構成するためのSiN膜72,74を残
す。その凹電気接続部の凹部の底に接続用コンタクトパ
ッド14が配置されている。
In the step of patterning the SiN films 72 and 74, the side walls of the concave electric connection portions are formed so that the concave electric connection portions are formed on the element substrate 1 as described later with reference to FIG. SiN films 72 and 74 are left. A connection contact pad 14 is arranged at the bottom of the concave portion of the concave electric connection portion.

【0126】ここで、ドライエッチング装置を用いてS
iN膜72および24をエッチングする際には、図17
を参照して次に説明するように素子基板1などを介して
間隙形成部材71を接地する。これにより、ドライエッ
チングの際に生じるイオン種およびラジカルの電荷が間
隙形成部材71に留まることを防止して、素子基板1の
発熱体2やラッチ回路などの機能素子を保護することが
できる。また、このエッチングの工程で形成される液流
路7の幅よりも間隙形成部材71の幅の方が広くなって
いるため、SiN膜74の不要な部分を除去した際に素
子基板1の発熱体2側の面が露出することがなく、間隙
形成部材71によって素子基板1が確実に保護される。
Here, using a dry etching apparatus, S
When etching the iN films 72 and 24, FIG.
, The gap forming member 71 is grounded via the element substrate 1 and the like as described below. Accordingly, it is possible to prevent the charge of the ion species and the radical generated during the dry etching from remaining in the gap forming member 71, and to protect the heating element 2 of the element substrate 1 and the functional elements such as the latch circuit. In addition, since the width of the gap forming member 71 is wider than the width of the liquid flow path 7 formed in this etching step, the heat generation of the element substrate 1 when the unnecessary portion of the SiN film 74 is removed. The surface on the body 2 side is not exposed, and the element substrate 1 is reliably protected by the gap forming member 71.

【0127】図17に示すように、SiN膜72および
24をエッチングするためのドライエッチング装置の反
応室83b内には、所定の距離をおいて互いに対向する
RF電極82bおよびステージ85bが備えられてい
る。RF電極82bには、反応室83bの外部のRF電
源81bによって電圧が印加される。一方、ステージ8
5bのRF電極82b側の面上には素子基板1が取り付
けられており、素子基板1の発熱体2側の面がRF電極
82bと対向している。ここで、Al膜からなる間隙形
成部材71は、素子基板1に備えれたTaからなる耐キ
ャビテーション膜と電気的に接続されており、かつ、そ
の耐キャビテーション膜は、図4に基づいて前述したよ
うに素子基板1のシリコン基板と電気的に接続されてお
り、間隙形成部材71は、素子基板1の耐キャビテーシ
ョン膜やシリコン基板、およびステージ85bを介して
接地されている。
As shown in FIG. 17, in a reaction chamber 83b of a dry etching apparatus for etching the SiN films 72 and 24, an RF electrode 82b and a stage 85b facing each other at a predetermined distance are provided. I have. A voltage is applied to the RF electrode 82b by an RF power supply 81b outside the reaction chamber 83b. Meanwhile, stage 8
The element substrate 1 is mounted on the surface of the 5b on the side of the RF electrode 82b, and the surface of the element substrate 1 on the side of the heating element 2 faces the RF electrode 82b. Here, the gap forming member 71 made of an Al film is electrically connected to the cavitation-resistant film made of Ta provided on the element substrate 1, and the cavitation-resistant film described above with reference to FIG. As described above, the gap forming member 71 is electrically connected to the silicon substrate of the element substrate 1, and is grounded via the anti-cavitation film and the silicon substrate of the element substrate 1 and the stage 85b.

【0128】このように構成されたドライエッチング装
置において、間隙形成部材71が接地された状態で供給
管84bを通して反応室83b内にCH3FとSF6の混
合ガスを供給し、SiN膜74,22のエッチングを行
う。その際、ガスの分解により生じるイオン種やラジカ
ルによって素子基板1上に電荷が発生しても、上述した
ように間隙形成部材71が接地されていることにより、
素子基板1内の発熱体2やラッチ回路などの機能素子が
イオン種やラジカルの電荷によって損傷することが防止
される。
In the dry etching apparatus thus configured, a mixed gas of CH 3 F and SF 6 is supplied into the reaction chamber 83b through the supply pipe 84b with the gap forming member 71 grounded, and the SiN film 74, 22 is etched. At this time, even if charges are generated on the element substrate 1 by ionic species or radicals generated by gas decomposition, the gap forming member 71 is grounded as described above,
Functional elements such as the heating element 2 and the latch circuit in the element substrate 1 are prevented from being damaged by ionic species or radical charges.

【0129】本実施形態では、反応室83bの内部に供
給するガスとして、CH3FとSF6の混合ガスを用いた
が、CF4ガスまたはC26ガス、あるいはC26とO2
の混合ガスなどを用いてもよい。
In this embodiment, a mixed gas of CH 3 F and SF 6 is used as a gas supplied to the inside of the reaction chamber 83b. However, CF 4 gas or C 2 F 6 gas, or C 2 F 6 and O Two
May be used.

【0130】次に、図14(c)では、酢酸、りん酸お
よび硝酸の混酸を用いてAl膜73および25を加温エ
ッチングすることで、Al膜73および25や、Al膜
からなる間隙形成部材71を溶出して除去し、素子基板
1上に可動部材6および流路側壁9を作り込む。その
後、過酸化水素を用いて、素子基板1に形成したパッド
保護層としてのTiW膜の、気泡発生領域10およびパ
ッドに対応する部分を除去する。これより、接続用コン
タクトパッド14上のAu膜、および外部接続用コンタ
クトパッド15が露出される。素子基板1と流路側壁9
との密着部には、パッド保護層の構成材料であるTi
W、および素子基板1の耐キャビテーション膜の構成材
料であるTaが含まれている。
Next, in FIG. 14 (c), the Al films 73 and 25 are heated and etched using a mixed acid of acetic acid, phosphoric acid and nitric acid, thereby forming the Al films 73 and 25 and the gap formed of the Al film. The member 71 is eluted and removed, and the movable member 6 and the channel side wall 9 are formed on the element substrate 1. Thereafter, portions of the TiW film as a pad protection layer formed on the element substrate 1 corresponding to the bubble generation region 10 and the pad are removed using hydrogen peroxide. Thereby, the Au film on the connection contact pad 14 and the external connection contact pad 15 are exposed. Element substrate 1 and channel side wall 9
The contact portion with Ti is formed of Ti which is a constituent material of the pad protective layer.
W and Ta which is a constituent material of the anti-cavitation film of the element substrate 1 are included.

【0131】次に、素子基板1上に可動部材6および流
路側壁9が形成されてなるものに天板3を接合する工程
について図15を参照して説明する。図15(a)に
は、図14(c)に基づいて説明した工程直後の、素子
基板1上に可動部材6および流路側壁9が形成されてな
るものの流路方向に沿った断面が示されている。
Next, the step of joining the top plate 3 to the element substrate 1 having the movable member 6 and the channel side wall 9 formed thereon will be described with reference to FIG. FIG. 15A shows a cross section along a flow direction of the movable member 6 and the flow path side wall 9 formed on the element substrate 1 immediately after the step described with reference to FIG. 14C. Have been.

【0132】図15(a)に示すように、素子基板1の
発熱体2側の面における可動部材6の自由端側の部分、
すなわち素子基板1表面における前端面側の部分には、
素子基板1の面上に残されたSiN膜72,74から構
成されたオリフィスプレート部91が形成されている。
また、素子基板1の発熱体2側の面における接続用コン
タクトパッド14の周囲にも、素子基板1の面上に残さ
れたSiN膜72,74から構成された側壁部92が形
成されている。このように流路側壁9に加えて、オリフ
ィスプレート部91および側壁部92が素子基板1上に
形成されるように、図14(b)に基づいて上述したエ
ッチングの工程でSiN膜72,74が部分的に除去さ
れる。ここで、SiN膜72,74の、接続用コンタク
トパッド14に対応する部分が除去されることで素子基
板1上に凹部93が形成されており、その凹部93を構
成する側壁部92と、凹部93の底の接続用コンタクト
パッド14、および接続用コンタクトパッド14上のA
u膜の金属部分とから、凹部93を備えた、凹電気接続
部である凹電極部94が構成されている。この凹電極部
94が、第1の基板である素子基板1に備えられた第1
の電気接続部となっている。
As shown in FIG. 15A, a portion on the free end side of the movable member 6 on the surface of the element substrate 1 on the side of the heating element 2,
That is, the front end face side portion of the surface of the element substrate 1 includes:
An orifice plate portion 91 composed of SiN films 72 and 74 left on the surface of the element substrate 1 is formed.
Further, a side wall portion 92 composed of the SiN films 72 and 74 left on the surface of the element substrate 1 is also formed around the connection contact pads 14 on the surface of the element substrate 1 on the side of the heating element 2. . As described above, the SiN films 72 and 74 are formed by the etching process described with reference to FIG. 14B so that the orifice plate portion 91 and the side wall portion 92 are formed on the element substrate 1 in addition to the flow path side wall 9. Is partially removed. Here, the concave portions 93 are formed on the element substrate 1 by removing the portions of the SiN films 72 and 74 corresponding to the connection contact pads 14, and the side wall portions 92 forming the concave portions 93 and the concave portions 93 are formed. 93 and the contact pad 14 on the bottom of the connection contact pad 14
The metal portion of the u film constitutes a concave electrode portion 94 having a concave portion 93, which is a concave electric connection portion. The concave electrode portion 94 is provided on the first substrate provided on the element substrate 1 serving as the first substrate.
Electrical connection.

【0133】一方、上述した製造工程とは別の工程で、
上述したように接続用コンタクトパッド18などを備え
た天板3を予め作製しておき、天板3を素子基板1に接
合する前に、図15(b)に示すように接続用コンタク
トパッド18の表面に、凸電気接続部として金属バンプ
である金バンプ95を形成する。この金バンプ95が、
第2の基板である天板3に備えられた第2の電気接続部
となっている。
On the other hand, in a process different from the manufacturing process described above,
As described above, the top plate 3 provided with the connection contact pads 18 and the like is prepared in advance, and before the top plate 3 is bonded to the element substrate 1, as shown in FIG. A gold bump 95, which is a metal bump, is formed as a convex electric connection portion on the surface of the substrate. This gold bump 95
It serves as a second electric connection portion provided on the top plate 3 as the second substrate.

【0134】次に、図15(b)では、接続用コンタク
トパッド18の表面に、凸電気接続部である金バンプ9
5を形成した後に、天板3の金バンプ95側の面を、素
子基板1の凹電極部94側の面に向け、凹電極部94の
凹部93内に金バンプ95を入り込ませて凹電極部94
に金バンプ95を係合させる。そして、金バンプ95、
および接続用コンタクトパッド18上のAu膜を溶融さ
せて、金バンプ95とそのAu膜との間で、金属の共晶
を利用した接合、すなわち共晶接合を行う。このよう
に、金バンプ95と、接続用コンタクトパッド18上の
Au膜の両者の金属種として同種の金属を採用すること
により、接合時の温度および圧力を低減することがで
き、かつ、接合強度を高めることができる。
Next, in FIG. 15B, on the surface of the connection contact pad 18, the gold bump
5 is formed, the surface of the top plate 3 on the side of the gold bump 95 is directed toward the surface of the element substrate 1 on the side of the concave electrode portion 94, and the gold bump 95 is inserted into the concave portion 93 of the concave electrode portion 94 to form the concave electrode. Part 94
With the gold bump 95. And gold bump 95,
Then, the Au film on the connection contact pad 18 is melted, and a bonding utilizing a metal eutectic, that is, a eutectic bonding is performed between the gold bump 95 and the Au film. As described above, by adopting the same metal as the metal species of both the gold bump 95 and the Au film on the connection contact pad 18, the temperature and pressure at the time of joining can be reduced, and the joining strength can be reduced. Can be increased.

【0135】ここで、金バンプ95と凹電極部94との
係合関係について図18を参照して説明する。図18に
は、金バンプ95と凹電極部94とが接合される前の状
態が示されている。図18に示される接合前の金バンプ
95の体積をV1とし、凹電極部94の凹部93内の体
積をV2としたとき、体積V1とV2の関係は、 V1 ≦ V2 の関係を満たすようにする。このように金バンプ95の
体積V1よりも凹部93内の体積V2を大きくすることに
より、金バンプ95を溶融して金バンプ95と凹電極部
94とを接合した際に側壁部92の上面と天板3との間
に隙間が形成されることが防止される。このように金バ
ンプ95および凹部93内のそれぞれの体積を設定した
場合、配線の疎密が変化することはあるが、接続用コン
タクトパッド14,18は、信号の送受信に用いられる
ため、その配線の疎密は信号系の送受信に対して問題と
なることはない。
Here, the engagement relationship between the gold bump 95 and the concave electrode portion 94 will be described with reference to FIG. FIG. 18 shows a state before the gold bump 95 and the concave electrode portion 94 are joined. The volume of the gold bump 95 before bonding as shown in FIG. 18 and V 1, when the volume of the recess 93 of the recessed electrode portion 94 was set to V 2, the relationship of the volume V 1 and V 2 is, V 1 ≦ V 2 To satisfy the relationship. By thus increasing the volume V 2 in the recess 93 than the volume V 1 of the gold bump 95, the side wall portion 92 upon joining the gold bump 95 and the recessed electrode portion 94 to melt the gold bumps 95 The formation of a gap between the upper surface and the top plate 3 is prevented. When the respective volumes in the gold bump 95 and the concave portion 93 are set in this way, the density of the wiring may change, but since the contact pads for connection 14 and 18 are used for transmitting and receiving signals, Density does not pose a problem for signal transmission and reception.

【0136】図4に基づいて上述したように天板3に
は、素子基板1に設けられたセンサ13を駆動するセン
サ駆動部17と、センサ駆動部17により駆動されたセ
ンサからの出力結果に基づいて発熱体2の駆動条件を制
御する発熱体制御部16とが設けられている。よって、
天板3のセンサ駆動部17から素子基板1のセンサ13
への信号の送信や、天板3の発熱体制御部16と、素子
基板1の機能素子あるいは電気回路との信号の送受信が
金バンプ95および凹電極部94を介して行われる。
As described above with reference to FIG. 4, the top plate 3 has a sensor driving section 17 for driving the sensor 13 provided on the element substrate 1 and an output result from the sensor driven by the sensor driving section 17. And a heating element control section 16 for controlling the driving conditions of the heating element 2 based on the heating element. Therefore,
From the sensor driving unit 17 of the top plate 3 to the sensor 13 of the element substrate 1
And the transmission and reception of signals between the heating element control unit 16 of the top plate 3 and the functional elements or the electric circuit of the element substrate 1 are performed via the gold bumps 95 and the concave electrode parts 94.

【0137】次に、図15(c)では、オリフィスプレ
ート部91の、可動部材6側とは反対側、すなわちオリ
フィスプレート部91の前端面側から、その前端面にマ
スク96を介してエキシマレーザ97を照射することに
より、オリフィスプレート部91に複数の吐出口5を形
成する。これにより、図15(d)に示すように液体吐
出ヘッドが製造される。
Next, in FIG. 15C, from the side of the orifice plate portion 91 opposite to the movable member 6 side, that is, from the front end surface side of the orifice plate portion 91, the front end surface of the orifice plate portion 91 is exposed to the excimer laser through the mask 96. By irradiating 97, a plurality of discharge ports 5 are formed in the orifice plate portion 91. Thus, a liquid discharge head is manufactured as shown in FIG.

【0138】以上で説明した製造方法では、発熱体2の
駆動条件を制御するための、機能が異なる複数の素子あ
るいは電気回路がそれぞれ、その機能に応じて素子基板
1と天板3とに振り分けられており、天板3に凸電気接
続部として金バンプ95が形成され、素子基板1に、そ
の金バンプ95と係合して金バンプ95と電気的に接続
される凹電極部94が形成されている。これにより、素
子基板1と天板3とを接合する際に金バンプ95と凹電
極部94とを係合させることで、素子基板1と天板3と
の、ある程度の位置決めを行うことが可能となる。ま
た、凹電極部94の側壁部92が、シリコンを含む堅い
側壁であるので、金バンプ95と凹電極部94とにおけ
る金属間の溶融を伴う共晶結合を行うことで、その堅い
側壁部92によって素子基板1と天板3との位置精度を
向上させることができる。
In the manufacturing method described above, a plurality of elements or electric circuits having different functions for controlling the driving conditions of the heating element 2 are respectively allocated to the element substrate 1 and the top plate 3 according to their functions. A gold bump 95 is formed on the top plate 3 as a convex electric connection portion, and a concave electrode portion 94 is formed on the element substrate 1 to be engaged with the gold bump 95 and electrically connected to the gold bump 95. Have been. This allows the element substrate 1 and the top plate 3 to be positioned to some extent by engaging the gold bumps 95 and the concave electrode portions 94 when joining the element substrate 1 and the top plate 3. Becomes Further, since the side wall portion 92 of the concave electrode portion 94 is a hard side wall containing silicon, eutectic bonding involving melting between the metal in the gold bump 95 and the concave electrode portion 94 is performed, so that the hard side wall portion 92 is formed. Thereby, the positional accuracy between the element substrate 1 and the top plate 3 can be improved.

【0139】さらに、このように素子基板1に凹電極部
94、天板3に金バンプ95を設けて、金バンプ95と
凹電極部94との共晶接合を利用して素子基板1と天板
3とを接合することにより、素子基板1および天板3
間、すなわちウェハ間での接合が可能になり、液体吐出
ヘッドを製造する際の歩留りが向上する。その結果、液
体吐出ヘッドの製造コストを下げることができる。
Further, as described above, the concave electrode portions 94 are provided on the element substrate 1 and the gold bumps 95 are provided on the top plate 3, and the eutectic bonding between the gold bumps 95 and the concave electrode portions 94 is used to make contact with the element substrate 1. By joining the plate 3, the element substrate 1 and the top plate 3
Bonding between wafers, that is, between wafers becomes possible, and the yield in manufacturing the liquid discharge head is improved. As a result, the manufacturing cost of the liquid ejection head can be reduced.

【0140】また、素子基板1の材料としてシリコンを
用い、可動部材6および流路側壁9の材料として、窒化
シリコン、酸化シリコンまたは炭化シリコンといった、
シリコン系のものを用いることにより、それらの部材の
熱膨張率がほぼ等しくなる。これにより、温度変化によ
って、可動部材6の、素子基板1に対する固定部分の強
度や、流路側壁9と素子基板1との密着性が低下するこ
とが防止される。その結果、液体吐出ヘッドの温度が変
化しても、素子基板1と流路側壁9との密着性、発熱体
2に対する可動部材6および液流側壁9の位置や、さら
には液流路7の流れ抵抗がほとんど変化しない液体吐出
ヘッドを製造することができる。
Also, silicon is used as the material of the element substrate 1 and silicon nitride, silicon oxide or silicon carbide is used as the material of the movable member 6 and the channel side wall 9.
By using a silicon-based material, the thermal expansion coefficients of those members become substantially equal. This prevents the strength of the fixed portion of the movable member 6 with respect to the element substrate 1 and the decrease in the adhesion between the flow path side wall 9 and the element substrate 1 due to the temperature change. As a result, even if the temperature of the liquid discharge head changes, the adhesion between the element substrate 1 and the flow path side wall 9, the position of the movable member 6 and the liquid flow side wall 9 with respect to the heating element 2, and the position of the liquid flow path 7 A liquid discharge head in which the flow resistance hardly changes can be manufactured.

【0141】さらに、可動部材を形成するためにフォト
リソグラフィプロセスを用いることで、可動部材の吐出
方向の長さおよび幅などの寸法ばらつきに起因する、可
動部材の機械的特性のばらつきを小さくすることができ
る。また、可動部材6や流路側壁9などを高い精度で、
かつ高密度に形成することができる。
Further, by using a photolithography process to form the movable member, it is possible to reduce variations in mechanical characteristics of the movable member due to dimensional variations such as the length and width of the movable member in the discharge direction. Can be. In addition, the movable member 6 and the flow path side wall 9 can be formed with high accuracy.
And it can be formed with high density.

【0142】上述した液体吐出ヘッドの製造方法では、
素子基板1上に可動部材6および流路側壁9を形成して
なるものに天板を接合したが、この製造方法とは異な
る、次に説明するような別の製造方法により液体吐出ヘ
ッドを製造してもよい。
In the method of manufacturing a liquid discharge head described above,
The top plate was joined to the element substrate 1 having the movable member 6 and the flow path side wall 9 formed thereon. However, a liquid ejection head was manufactured by another manufacturing method different from this manufacturing method as described below. May be.

【0143】図19は、図1に基づいて説明した液体吐
出ヘッドへの可動部材6の製造方法の一例を説明するた
めの図であり、図19では、図1に示した液流路7の流
路方向に沿った断面が示されている。図19に基づいて
説明する製造方法では、素子基板1上に可動部材6を形
成してなるものと、天板に流路側壁を形成してなるもの
とを接合することで、図1に示した構成の液体吐出ヘッ
ドを製造する。従って、この製造方法では、可動部材6
が作り込まれた素子基板1に天板を接合する前に、天板
に流路側壁が作り込まれる。
FIG. 19 is a view for explaining an example of a method of manufacturing the movable member 6 for the liquid discharge head described with reference to FIG. 1. FIG. 19 shows the liquid flow path 7 shown in FIG. A cross section along the flow path direction is shown. In the manufacturing method described with reference to FIG. 19, the device formed by forming the movable member 6 on the element substrate 1 and the device formed by forming the channel side wall on the top plate are joined together as shown in FIG. The liquid discharge head having the above configuration is manufactured. Therefore, in this manufacturing method, the movable member 6
Before joining the top plate to the element substrate 1 in which is formed, the channel side wall is formed in the top plate.

【0144】まず、図19(a)では、素子基板1の発
熱体2側の面全体に、発熱体2との電気的な接続を行う
ための接続用パッド部分を保護するための第1の保護層
としてのTiW膜26をスパッタリング法によって厚さ
約5000Å形成する。
First, in FIG. 19A, a first pad for protecting a connection pad portion for making an electrical connection with the heating element 2 is provided on the entire surface of the element substrate 1 on the heating element 2 side. A TiW film 26 as a protective layer is formed to a thickness of about 5000 Å by a sputtering method.

【0145】次に、図19(b)では、TiW膜26の
表面に、間隙形成部材71aを形成するためのAl膜を
スパッタリング法によって厚さ約4μm形成する。間隙
形成部材71aは、後述する図19(d)の工程におい
て、SiN膜72aがエッチングされる領域までに延在
されている。形成されたAl膜を、周知のフォトリソグ
ラフィプロセスを用いてパターニングすることで、その
Al膜の、可動部材6の支持固定部に対応する部分のみ
を除去し、TiW膜26の表面に間隙形成部材71aを
形成する。従って、TiW膜26表面の、可動部材6の
支持固定部に対応する部分が露出することになる。この
間隙形成部材71aは、図13および図14に示した間
隙形成部材71と同様に素子基板1と可動部材6との間
の間隙を形成するための、Al膜からなるものである。
しかしながら、間隙形成部材71aは間隙形成部材71
と異なって、図1に示した発熱体2と可動部材6との間
の気泡発生領域10に対応する位置を含む、TiW膜2
6表面の、可動部材6の支持固定部に対応する部分を除
く部分全てに形成されている。従って、この製造方法で
は、図13および図14に基づいて説明した製造方法と
異なり、TiW膜26表面の、流路側壁に対応する部分
にまで間隙形成部材71aが形成されている。
Next, in FIG. 19B, an Al film for forming the gap forming member 71a is formed to a thickness of about 4 μm on the surface of the TiW film 26 by a sputtering method. The gap forming member 71a extends to a region where the SiN film 72a is etched in a step of FIG. By patterning the formed Al film using a well-known photolithography process, only a portion of the Al film corresponding to the supporting and fixing portion of the movable member 6 is removed, and a gap forming member is formed on the surface of the TiW film 26. 71a is formed. Therefore, a portion of the surface of the TiW film 26 corresponding to the supporting and fixing portion of the movable member 6 is exposed. This gap forming member 71a is made of an Al film for forming a gap between the element substrate 1 and the movable member 6, similarly to the gap forming member 71 shown in FIGS.
However, the gap forming member 71a is
Unlike the TiW film 2 including a position corresponding to the bubble generation region 10 between the heating element 2 and the movable member 6 shown in FIG.
It is formed on all of the surfaces of the movable member 6 except for the portion corresponding to the supporting and fixing portion of the movable member 6. Therefore, in this manufacturing method, unlike the manufacturing method described with reference to FIGS. 13 and 14, the gap forming member 71a is formed up to the portion of the surface of the TiW film 26 corresponding to the channel side wall.

【0146】この間隙形成部材71aは、後述するよう
にドライエッチングにより可動部材6を形成する際のエ
ッチングストップ層として機能する。これは、TiW層
26や、素子基板1における耐キャビテーション膜とし
てのTa膜、および抵抗体上の保護層としてのSiN膜
が、液流路7を形成するために使用するエッチングガス
によりエッチングされてしまうからであり、それらの層
や膜のエッチングを防止するために、このような間隙形
成部材71aを素子基板1上に形成する。これにより、
可動部材6を形成するためにSiN膜のドライエッチン
グを行う際にTiW膜26の表面が露出することがな
く、そのドライエッチングによるTiW膜26および、
素子基板1内の機能素子の損傷が間隙形成部材71aに
よって防止される。
The gap forming member 71a functions as an etching stop layer when the movable member 6 is formed by dry etching as described later. This is because the TiW layer 26, the Ta film as the anti-cavitation film in the element substrate 1, and the SiN film as the protective layer on the resistor are etched by the etching gas used to form the liquid flow path 7. This is because such a gap forming member 71a is formed on the element substrate 1 in order to prevent the etching of those layers and films. This allows
When the dry etching of the SiN film is performed to form the movable member 6, the surface of the TiW film 26 is not exposed, and the TiW film 26 by the dry etching and
The functional element in the element substrate 1 is prevented from being damaged by the gap forming member 71a.

【0147】次に、図19(c)では、間隙形成部材7
1aの表面全体および、TiW膜26の、露出した面全
体に、プラズマCVD法を用いて、可動部材6を形成す
るための材料膜である厚さ約4.5μmのSiN膜72
aを、間隙形成部材71aを被覆するように形成する。
ここで、プラズマCVD装置を用いてSiN膜72aを
形成する際には、図16を参照して説明した方法と同様
に、素子基板1のシリコン基板などを介して素子基板1
の耐キャビテーション膜を接地する。これにより、プラ
ズマCVD装置の反応室内でのプラズマ放電により分解
されたイオン種およびラジカルによって素子基板1上に
電荷が発生するが、素子基板1内の発熱体2やラッチ回
路などの機能素子が損傷することが防止される。
Next, in FIG. 19C, the gap forming member 7
1a and the entire exposed surface of the TiW film 26, using a plasma CVD method, a SiN film 72 having a thickness of about 4.5 μm, which is a material film for forming the movable member 6.
a is formed so as to cover the gap forming member 71a.
Here, when the SiN film 72a is formed using the plasma CVD apparatus, the element substrate 1 is formed via the silicon substrate of the element substrate 1 in the same manner as the method described with reference to FIG.
The anti-cavitation film is grounded. As a result, charges are generated on the element substrate 1 by ion species and radicals decomposed by plasma discharge in the reaction chamber of the plasma CVD apparatus, but functional elements such as the heating element 2 and the latch circuit in the element substrate 1 are damaged. Is prevented.

【0148】次に、図19(d)では、SiN膜72a
の表面に、スパッタリング法によりAl膜を厚さ約61
00Å形成した後、形成されたAl膜を、周知のフォト
リソグラフィプロセスを用いてパターニングし、SiN
膜72a表面の、可動部材6に対応する部分に第2の保
護層としてのAl膜(不図示)を残す。その第2の保護
層としてのAl膜は、可動部材6を形成するためにSi
N膜72aのドライエッチングを行う際の保護層(エッ
チングストップ層)すなわちマスクとなる。
Next, in FIG. 19D, the SiN film 72a
An Al film having a thickness of about 61
Then, the formed Al film is patterned using a well-known photolithography process to form a SiN film.
An Al film (not shown) as a second protective layer is left on a portion of the surface of the film 72a corresponding to the movable member 6. The Al film as the second protective layer is made of Si to form the movable member 6.
It becomes a protective layer (etching stop layer), that is, a mask when performing dry etching of the N film 72a.

【0149】そして、誘電結合プラズマを使ったエッチ
ング装置を用い、前記第2の保護層をマスクにしてSi
N膜72aをパターニングすることで、そのSiN膜7
2aの残った部分で構成される可動部材6を形成する。
そのエッチング装置ではCH 3FとSF6の混合ガスを用
いており、SiN膜72aをパターニングする工程で
は、図1に示したように可動部材6の支持固定部が素子
基板1に直接固定されるようにSiN膜72aの不要な
部分を除去する。可動部材6の支持固定部と素子基板1
との密着部の構成材料には、パッド保護層の構成材料で
あるTiW、および素子基板1の耐キャビテーション膜
の構成材料であるTaが含まれる。
Then, an etch using a dielectrically coupled plasma
Using the second protective layer as a mask,
By patterning the N film 72a, the SiN film 7
The movable member 6 composed of the remaining portion 2a is formed.
In the etching equipment, CH ThreeF and SF6Use of mixed gas
In the step of patterning the SiN film 72a.
Means that the supporting and fixing part of the movable member 6 is an element as shown in FIG.
Unnecessary SiN film 72a to be directly fixed to substrate 1
Remove the part. Supporting fixed part of movable member 6 and element substrate 1
The material of the contact portion with the pad protection layer
Certain TiW and anti-cavitation film of element substrate 1
Is included.

【0150】ここで、ドライエッチング装置を用いてS
iN膜72をエッチングする際には、図17を参照して
説明した方法と同様に、素子基板1などを介して間隙形
成部材71aを接地する。これにより、エッチングの際
に生じるイオン種およびラジカルの電荷が間隙形成部材
71aに留まることを防止して、素子基板1の発熱体2
やラッチ回路などの機能素子を保護することができる。
また、このエッチングの工程において、SiN膜72a
の不要な部分を除去することで露出する部分、すなわち
エッチングされる領域には、上述したように間隙形成部
材71aが形成されているため、TiW膜26の表面が
露出することがなく、間隙形成部材71aによって素子
基板1が確実に保護される。
Here, using a dry etching apparatus,
When etching the iN film 72, the gap forming member 71a is grounded via the element substrate 1 and the like, as in the method described with reference to FIG. This prevents charges of ionic species and radicals generated at the time of etching from remaining on the gap forming member 71a, and prevents the heating elements 2
And functional elements such as a latch circuit.
In this etching step, the SiN film 72a
Since the gap forming member 71a is formed in the portion exposed by removing the unnecessary portion of the TiW film, that is, the region to be etched, the surface of the TiW film 26 is not exposed, and the gap is formed. The element substrate 1 is reliably protected by the member 71a.

【0151】次に、図19(e)では、酢酸、りん酸お
よび硝酸の混酸を用いて、可動部材6に形成したAl膜
からなる前記第2の保護層や、Al膜からなる間隙形成
部材71aを溶出して除去し、素子基板1上に可動部材
6を作り込む。その後、過酸化水素を用いて、素子基板
1に形成したTiW膜26の、気泡発生領域10および
パッドに対応する部分を除去する。
Next, in FIG. 19 (e), the second protective layer made of the Al film formed on the movable member 6 and the gap forming member made of the Al film are formed by using a mixed acid of acetic acid, phosphoric acid and nitric acid. The movable member 6 is formed on the element substrate 1 by eluting and removing 71a. Thereafter, portions of the TiW film 26 formed on the element substrate 1 corresponding to the bubble generation region 10 and the pad are removed using hydrogen peroxide.

【0152】そして、素子基板1上に可動部材6を形成
する工程と異なる別の工程で、天板に溝を直接形成して
その天板に流路側壁を形成するか、あるいは天板の一面
に流路側壁を形成して、図1に示した流路側壁9に相当
するものを有する天板を作製する。そして、その天板
を、図19に基づいて説明した方法により素子基板1上
に可動部材6を形成してなるものに接合することで、図
1に示した構成の液体吐出ヘッドを製造する。
In a step different from the step of forming the movable member 6 on the element substrate 1, a groove is formed directly on the top plate to form a flow path side wall on the top plate, or one surface of the top plate may be formed. Then, a top plate having an equivalent to the passage side wall 9 shown in FIG. 1 is manufactured. Then, the liquid ejecting head having the configuration shown in FIG. 1 is manufactured by joining the top plate to the element substrate 1 having the movable member 6 formed thereon by the method described with reference to FIG.

【0153】図19に基づいて説明した製造方法では、
図1に示したように可動部材6の支持固定部が素子基板
1に直接固定されているものを製造する場合で説明した
が、この製造方法を適用して、可動部材が台座部を介し
て素子基板に固定された液体吐出ヘッドを製造すること
もできる。この場合、図19(b)に示した間隙形成部
材71aを形成する工程の前に、可動部材の、自由端と
反対側の端部を素子基板に固定するための台座部を素子
基板の発熱体側の面上に形成する。この場合でも、台座
部と素子基板との密着部の構成材料には、パッド保護層
の構成材料であるTiW、および素子基板の耐キャビテ
ーション膜の構成材料であるTaが含まれる。
In the manufacturing method described with reference to FIG.
Although the case where the supporting and fixing portion of the movable member 6 is directly fixed to the element substrate 1 as shown in FIG. 1 has been described, the movable member is moved through the pedestal portion by applying this manufacturing method. A liquid discharge head fixed to the element substrate can also be manufactured. In this case, before the step of forming the gap forming member 71a shown in FIG. 19B, a pedestal for fixing the end of the movable member opposite to the free end to the element substrate is heated by the element substrate. Formed on the body-side surface. Also in this case, constituent materials of the contact portion between the pedestal portion and the element substrate include TiW which is a constituent material of the pad protection layer and Ta which is a constituent material of the anti-cavitation film of the element substrate.

【0154】このように、素子基板1上に可動部材6を
形成してなるものと、天板に流路側壁を形成してなるも
のとを接合する場合でも、例えば、素子基板1の接続用
コンタクトパッド14上に凸電気接続部として金バンプ
を形成し、また、天板3における接続用コンタクトパッ
ド18の周囲に側壁部を形成して、前記の凹電極部94
と同様な構成の凹電気接続部を天板3に形成する。この
場合では、天板3の接続用コンタクトパッド18の面上
に予めにAu膜を形成しておく。そして、素子基板1上
の金バンプを天板3の凹電気接続部の凹部内に入り込ま
せて金バンプと凹電気接続部とを係合させた後、金バン
プ、および接続用コンタクトパッド18上のAu膜を溶
融させて、金バンプとそのAu膜との間で、金属の共晶
を利用した接合、すなわち共晶接合を行う。
As described above, even when the movable member 6 is formed on the element substrate 1 and the flow path side wall is formed on the top plate, for example, the connection of the element substrate 1 can be performed. A gold bump is formed on the contact pad 14 as a convex electric connection part, and a side wall part is formed around the connection contact pad 18 on the top plate 3 to form the concave electrode part 94.
A concave electric connection portion having the same configuration as that described above is formed on the top plate 3. In this case, an Au film is previously formed on the surface of the connection contact pad 18 of the top plate 3. Then, after the gold bump on the element substrate 1 is inserted into the concave portion of the concave electrical connection portion of the top plate 3 to engage the gold bump and the concave electrical connection portion, the gold bump and the connection contact pad 18 are formed. Is melted, and bonding using a metal eutectic, that is, eutectic bonding, is performed between the gold bump and the Au film.

【0155】従って、この場合でも、素子基板1と天板
3とを接合する際に素子基板1上の金バンプと天板3の
凹電気接続部とを係合させることで、素子基板1と天板
3との、ある程度の位置決めを行うことが可能となる。
また、天板3に設けられた凹電気接続部の側壁部を構成
する側壁が、シリコンを含む堅い側壁である場合、凸電
気接続部と凹電気接続部とにおける金属間の溶融を伴う
共晶結合を行うことで、その堅い側壁によって素子基板
1と天板3との位置精度を向上させることができる。
Therefore, even in this case, when the element substrate 1 and the top plate 3 are joined, the gold bumps on the element substrate 1 and the concave electrical connection portions of the top plate 3 are engaged with each other, so that the element substrate 1 It is possible to perform positioning with the top plate 3 to some extent.
Further, when the side wall constituting the side wall of the concave electric connection portion provided on the top plate 3 is a hard side wall containing silicon, eutectic accompanied by melting between metals in the convex electric connection portion and the concave electric connection portion. By performing the coupling, the rigid side walls can improve the positional accuracy between the element substrate 1 and the top plate 3.

【0156】以上で説明したように本実施形態の液体吐
出ヘッドでは、発熱体2の駆動条件を制御するための、
機能が異なる複数の素子あるいは電気回路がそれぞれ、
その機能に応じて素子基板1と天板3とに振り分けられ
ており、素子基板1または天板3のうちいずれか一方に
凸電気接続部として金バンプが形成され、他方に、その
金バンプと係合して金バンプと電気的に接続される凹電
気接続部が形成されている。これにより、素子基板1と
天板3とを接合する際に金バンプと凹電気接続部とを係
合させることで、素子基板1と天板3との、ある程度の
位置決めを行うことが可能となる。また、凹電気接続部
の側壁部を構成する側壁が、シリコンを含む堅い側壁で
あるので、凸電気接続部と凹電気接続部とにおける金属
間の溶融を伴う共晶結合を行うことで、その堅い側壁に
よって素子基板1と天板3との位置精度を向上させるこ
とができる。
As described above, in the liquid ejection head according to the present embodiment, the driving condition of the heating element 2 is controlled.
Each of multiple elements or electrical circuits with different functions
According to its function, it is divided into the element substrate 1 and the top plate 3, and a gold bump is formed as a convex electric connection portion on one of the element substrate 1 and the top plate 3, and the gold bump is formed on the other. A concave electrical connection is formed that engages and is electrically connected to the gold bump. This allows the element substrate 1 and the top plate 3 to be positioned to some extent by engaging the gold bumps and the concave electrical connection portions when joining the element substrate 1 and the top plate 3. Become. Further, since the side wall constituting the side wall of the concave electrical connection is a hard side wall containing silicon, the eutectic bonding accompanied by melting between the metal in the convex electrical connection and the concave electrical connection is performed. The rigid side walls can improve the positional accuracy between the element substrate 1 and the top plate 3.

【0157】なお、上述の実施形態では、凸電気接続部
として金属バンプ(具体的な材料としては、金の他、
銅、白金、タングステン、アルミニウムまたはルテニウ
ムのいずれか、あるいは、これらの金属のうちいずれか
を含んだ合金)を用いることで、バンプの形状や体積が
完全に均一でなくとも、凹電気接続部との接続を行うこ
とが可能となる。
In the above-described embodiment, metal bumps (specifically, in addition to gold,
Copper, platinum, tungsten, aluminum or ruthenium, or an alloy containing any of these metals), the bumps may not be completely uniform in shape or volume, and may have a concave electrical connection. Can be connected.

【0158】また、凹電気接続部および凸電気接続部の
具体的な構成としては、上述の実施形態のように接合時
に凸電気接続部のみが変形するものに限られるものでは
ない。例えば、第2の基板(天板3)の凸電気接続部に
対応して第1の基板(素子基板1)に予め設けられた各
凹部の表面にそれぞれ個別の導電シートを貼ることで、
凸電気接続部の接合前には平面形状となっており、接合
後に凹型形状になるような構成であれば、素子基板1と
天板3とのある程度の位置決めを行うことが可能である
ので、本発明の電気接続部に含まれるものである。この
条件を満たす構成であれば、凸電気接続部および凹電気
接続部の双方が接合時に互いに変形する構成なども、本
発明の電気接続部に含まれる。
Further, the specific configuration of the concave electrical connection portion and the convex electrical connection portion is not limited to the configuration in which only the convex electrical connection portion is deformed at the time of joining as in the above embodiment. For example, by attaching an individual conductive sheet to the surface of each concave portion provided in advance on the first substrate (element substrate 1) corresponding to the convex electric connection portion of the second substrate (top plate 3),
The convex electric connection portion has a planar shape before joining, and if it is configured to have a concave shape after joining, the element substrate 1 and the top plate 3 can be positioned to some extent. It is included in the electrical connection of the present invention. If the configuration satisfies this condition, a configuration in which both the convex electrical connection portion and the concave electrical connection portion are mutually deformed at the time of joining is also included in the electrical connection portion of the present invention.

【0159】さらに、このように素子基板1と天板3に
凸電気接続部および凹電気接続部を設けて、凸電気接続
部と凹電気接続部との共晶接合を利用して素子基板1と
天板3とを接合することにより、素子基板1および天板
3としてウェハを用いた場合にウェハ間での接合が可能
になり、液体吐出ヘッドを製造する際の歩留りが向上す
る。その結果、液体吐出ヘッドの製造コストを下げるこ
とができる。
Further, the convex electric connection portion and the concave electric connection portion are provided on the element substrate 1 and the top plate 3 as described above, and the eutectic junction between the convex electric connection portion and the concave electric connection portion is used. By bonding the wafer and the top plate 3, when wafers are used as the element substrate 1 and the top plate 3, bonding between wafers becomes possible, and the yield in manufacturing the liquid discharge head is improved. As a result, the manufacturing cost of the liquid ejection head can be reduced.

【0160】そこで、図21を参照して、上述の効果に
ついて補足説明を行う。図21は、本発明の液体吐出ヘ
ッドの製造方法の一例を説明するための図である。前述
の実施形態において説明したように、素子基板1および
天板3は、それぞれ図21(a)および図21(b)に
示すように、第1のシリコンウェハ100および第2の
シリコンウェハ101上に複数のヘッドに対応する個数
分だけ、多数個一括して形成される。ここでは、素子基
板1には可動部材6や流路側壁9、凹電極部94がそれ
ぞれ形成され、天板3には凸電気接続部としての金バン
プ95がそれぞれ形成されている。従って、これらが形
成されている第1のシリコンウェハ100と第2のシリ
コンウェハ101とを図21(c)に示すように、金バ
ンプ95および凹電極部94により位置合わせを行った
上で共晶接合により金バンプ95および凹電極部94を
接合することが可能になる。ここで、第1のシリコンウ
ェハ100と第2のシリコンウェハ101とを、凹電極
部94と、凹電極部94に対応する金バンプ95とが対
応するように当接させた後に、凹電極部94と、凹電極
部94に対応する金バンプ95とを共晶接合により接合
する。その後、一体化した第1のシリコンウェハ100
および第2のシリコンウェハ101は切断しても、共晶
結合により素子基板1と天板3との接合は剥離したり、
ずれたりすることがないので、この一体化された第1の
シリコンウェハ100および第2のシリコンウェハ10
1を切断することで、同時に複数の液体吐出ヘッド(ヘ
ッドチップ)を歩留りよく作ることができる。この場
合、各ヘッドの素子基板1および天板3をそれぞれヘッ
ド毎に位置合わせする場合に比べ、位置合わせをする回
数を大幅に減らすことできるので、さらに生産性が向上
するという効果も奏することができる。
Therefore, a supplementary explanation will be given of the above effects with reference to FIG. FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing a liquid ejection head according to the present invention. As described in the above embodiment, the element substrate 1 and the top plate 3 are placed on the first silicon wafer 100 and the second silicon wafer 101 as shown in FIGS. 21 (a) and 21 (b), respectively. A large number of heads are collectively formed by the number corresponding to the plurality of heads. Here, the movable member 6, the flow path side wall 9, and the concave electrode portion 94 are formed on the element substrate 1, respectively, and the gold bump 95 as a convex electric connection portion is formed on the top plate 3. Therefore, as shown in FIG. 21C, the first silicon wafer 100 and the second silicon wafer 101 on which these are formed are aligned by the gold bumps 95 and the concave electrode portions 94, and then shared. It becomes possible to join the gold bump 95 and the concave electrode part 94 by crystal bonding. Here, after the first silicon wafer 100 and the second silicon wafer 101 are brought into contact with each other so that the concave electrode portion 94 and the gold bump 95 corresponding to the concave electrode portion 94 correspond to each other, the concave electrode portion The 94 and the gold bump 95 corresponding to the concave electrode portion 94 are joined by eutectic joining. Thereafter, the integrated first silicon wafer 100
Also, even if the second silicon wafer 101 is cut, the bond between the element substrate 1 and the top plate 3 is peeled off by eutectic bonding,
Since there is no deviation, the integrated first silicon wafer 100 and second silicon wafer 10
By cutting one, a plurality of liquid ejection heads (head chips) can be simultaneously manufactured with high yield. In this case, the number of times of positioning can be greatly reduced as compared with the case where the element substrate 1 and the top plate 3 of each head are respectively positioned for each head, so that the effect of further improving the productivity can be obtained. it can.

【0161】なお、上述の効果は、凹凸形状の組合わせ
により第1のシリコンウェハ100と第2のシリコンウ
ェハ101とが位置決めできるものでもよいが、素子基
板1および天板3の設けられる電気接続部が互いに共晶
結合により接合されるものの方が好適である。共晶結合
により接合される場合、電気接続部の形状は凹凸の組合
わせでなくとも、例えば係合部として、互いに係合する
凹凸部を電気接続部以外に設ける構成など、第1のシリ
コンウェハ100と第2のシリコンウェハ101との間
で他に互いに位置合わせを可能にする手段を備えている
か、あるいは位置合わせを可能とする他の方法により接
合時に位置合わせができればよい。
Note that the above-mentioned effect may be attained by positioning the first silicon wafer 100 and the second silicon wafer 101 by a combination of concave and convex shapes. However, the electric connection provided with the element substrate 1 and the top plate 3 may be used. It is preferable that the parts are joined to each other by eutectic bonding. In the case of joining by eutectic bonding, the first silicon wafer may have a configuration in which the shape of the electrical connection portion is not a combination of unevenness, for example, an engagement portion is provided with an unevenness portion engaging with each other other than the electrical connection portion. It suffices to provide another means for enabling the alignment between the second silicon wafer 101 and the second silicon wafer 101, or to perform the alignment at the time of bonding by another method that enables the alignment.

【0162】<液体吐出装置>図20は、図1に示した
液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置の一例であるイ
ンクジェット記録装置を示す斜視図である。図20に示
されるインクジェット記録装置600に搭載されたヘッ
ドカートリッジ601は、上述した液体吐出ヘッドと、
その液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液体容
器とを有するものである。ヘッドカートリッジ601
は、図20に示すように、駆動モータ602の正逆回転
に連動して駆動力伝達ギヤ603および604を介して
回転するリードスクリュー605の螺旋溝606に対し
て係合するキャリッジ607上に搭載されている。駆動
モータ602の動力によってヘッドカートリッジ601
がキャリッジ607と共にガイド608に沿って矢印a
およびbの方向に往復移動される。インクジェット記録
装置600には、ヘッドカートリッジ601から吐出さ
れたインク等の液体を受ける被記録媒体としてのプリン
ト用紙Pを搬送する被記録媒体搬送手段(不図示)が備
えられている。その被記録媒体搬送手段によってプラテ
ン609上を搬送されるプリント用紙Pの紙押さえ板6
10は、キャリッジ607の移動方向にわたってプリン
ト用紙Pをプラテン609に対して押圧する。
<Liquid Discharge Apparatus> FIG. 20 is a perspective view showing an ink jet recording apparatus which is an example of a liquid discharge apparatus equipped with the liquid discharge head shown in FIG. The head cartridge 601 mounted on the ink jet recording apparatus 600 shown in FIG.
A liquid container for holding the liquid supplied to the liquid ejection head. Head cartridge 601
20 is mounted on a carriage 607 that engages with a spiral groove 606 of a lead screw 605 that rotates via driving force transmission gears 603 and 604 in conjunction with forward and reverse rotation of a driving motor 602, as shown in FIG. Have been. The head cartridge 601 is driven by the power of the drive motor 602.
Is an arrow a along the guide 608 together with the carriage 607.
And b are reciprocated. The inkjet recording apparatus 600 includes a recording medium transport unit (not shown) that transports a print sheet P as a recording medium that receives liquid such as ink discharged from the head cartridge 601. The paper pressing plate 6 for the printing paper P conveyed on the platen 609 by the recording medium conveying means.
10 presses the print paper P against the platen 609 over the moving direction of the carriage 607.

【0163】リードスクリュー605の一端の近傍に
は、フォトカプラ611および612が配設されてい
る。フォトカプラ611および612は、キャリッジ6
07のレバー607aの、フォトカプラ611および6
12の領域での存在を確認して駆動モータ602の回転
方向の切り換え等を行うためのホームポジション検知手
段である。プラテン609の一端の近傍には、ヘッドカ
ートリッジ601の吐出口のある前面を覆うキャップ部
材614を支持する支持部材613が備えられている。
また、ヘッドカートリッジ601から空吐出等されてキ
ャップ部材614の内部に溜まったインクを吸引するイ
ンク吸引手段615が備えられている。このインク吸引
手段615によりキャップ部材614の開口部を介して
ヘッドカートリッジ601の吸引回復が行われる。
In the vicinity of one end of the lead screw 605, photocouplers 611 and 612 are provided. The photocouplers 611 and 612 are
07, the photocouplers 611 and 6
This is home position detection means for confirming the presence in the area 12 and switching the rotation direction of the drive motor 602 and the like. In the vicinity of one end of the platen 609, a support member 613 that supports a cap member 614 that covers the front surface of the head cartridge 601 having the discharge port is provided.
Further, an ink suction unit 615 for sucking ink that has been idly discharged from the head cartridge 601 and accumulated inside the cap member 614 is provided. The ink suction unit 615 performs suction recovery of the head cartridge 601 through the opening of the cap member 614.

【0164】インクジェット記録装置600には本体支
持体619が備えられている。この本体支持体619に
は移動部材618が、前後方向、すなわちキャリッジ6
07の移動方向に対して直角な方向に移動可能に支持さ
れている。移動部材618には、クリーニングブレード
617が取り付けられている。クリーニングブレード6
17はこの形態に限らず、他の形態の公知のクリーニン
グブレードであってもよい。さらに、インク吸引手段6
15による吸引回復操作にあたって吸引を開始するため
のレバー620が備えられており、レバー620は、キ
ャリッジ607と係合するカム621の移動に伴って移
動し、駆動モータ602からの駆動力がクラッチ切り換
え等の公知の伝達手段で移動制御される。ヘッドカート
リッジ601に設けられた発熱体に信号を付与したり、
上記の各機構の駆動制御を行ったりするインクジェット
記録制御部はインクジェット記録装置の本体に設けられ
ており、図20では示されていない。インクジェット記
録制御部には、液体吐出ヘッドから液体を吐出させるた
めの駆動信号を供給する駆動信号供給手段が備えられて
いる。
The ink jet recording apparatus 600 is provided with a main body support 619. The moving member 618 is attached to the main body support 619 in the front-rear direction, that is, the carriage 6.
It is supported so as to be movable in a direction perpendicular to the direction of movement 07. The cleaning blade 617 is attached to the moving member 618. Cleaning blade 6
Reference numeral 17 is not limited to this form, and may be another form of a known cleaning blade. Further, the ink suction means 6
15 is provided with a lever 620 for starting suction in the suction recovery operation by the lever 15. The lever 620 moves with the movement of the cam 621 engaging with the carriage 607, and the driving force from the driving motor 602 switches the clutch. The movement is controlled by known transmission means such as. A signal is given to a heating element provided in the head cartridge 601,
An ink jet recording control unit for controlling the driving of each mechanism described above is provided in the main body of the ink jet recording apparatus, and is not shown in FIG. The inkjet recording control unit includes a drive signal supply unit that supplies a drive signal for discharging liquid from the liquid discharge head.

【0165】上述した構成を有するインクジェット記録
装置600では、前記の被記録媒体搬送手段によりプラ
テン609上を搬送されるプリント用紙Pに対して、ヘ
ッドカートリッジ601がプリント用紙Pの全幅にわた
って往復移動しながら記録を行う。
In the ink jet recording apparatus 600 having the above-described configuration, the head cartridge 601 reciprocates over the entire width of the print paper P with respect to the print paper P transported on the platen 609 by the recording medium transport means. Make a record.

【0166】[0166]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、エネルギ
ー変換素子が配置された液流路を構成する第1の基板ま
たは第2の基板のうちいずれか一方の基板に凸電気接続
部が形成され、他方の基板に、その凸電気接続部と係合
して凸電気接続部と電気的に接続される凹電気接続部が
形成されていることにより、第1と第2の基板を接合す
る際に凸電気接続部と凹電気接続部とを係合させること
で、第1と第2の基板の、ある程度の位置決めを行うこ
とが可能となる。また、凹電気接続部の側壁部を構成す
る側壁が、例えばシリコンを含む堅い側壁である場合
に、凸電気接続部と凹電気接続部とにおける金属間の溶
融を伴う共晶結合を行うことで、その堅い側壁によって
第1の基板と第2の基板との位置精度を向上させること
ができるという効果がある。さらに、このように第1お
よび第2の基板に凸電気接続部および凹電気接続部を設
けて、凸電気接続部と凹電気接続部との共晶接合を利用
して第1の基板と第2の基板とを接合することにより、
第1および第2の基板としてウェハを用いた場合にウェ
ハ間での接合が可能になり、液体吐出ヘッドを製造する
際の歩留りが向上する。その結果、液体吐出ヘッドの製
造コストを下げることができるという効果がある。
As described above, according to the present invention, a convex electric connection portion is formed on one of the first substrate and the second substrate constituting the liquid flow path in which the energy conversion element is disposed. The first and second substrates are joined by the other substrate having a concave electrical connection portion that is engaged with the convex electrical connection portion and is electrically connected to the convex electrical connection portion. At this time, by engaging the convex electric connection portion and the concave electric connection portion, it is possible to perform a certain degree of positioning of the first and second substrates. Further, when the side wall constituting the side wall of the concave electrical connection is a hard side wall containing, for example, silicon, by performing eutectic bonding accompanied by melting between metals in the convex electrical connection and the concave electrical connection. The rigid side walls can improve the positional accuracy between the first substrate and the second substrate. Furthermore, the first and second substrates are provided with the convex electric connection portion and the concave electric connection portion, and the first substrate and the first substrate are connected to each other by using the eutectic junction between the convex electric connection portion and the concave electric connection portion. By joining the two substrates,
When wafers are used as the first and second substrates, bonding between the wafers becomes possible, and the yield in manufacturing the liquid discharge head is improved. As a result, there is an effect that the manufacturing cost of the liquid discharge head can be reduced.

【0167】また、本発明は、第1および第2の基板
に、互いの素子あるいは電気回路同士を電気的に接続す
るための電気接続部が備えられ、第1および第2の基板
の互いの電気接続部同士が共晶接合されていることによ
り、液体吐出ヘッドを製造する際に第1および第2の基
板としてウェハを用いた場合に、電気接続部同士の共晶
接合を利用した、ウェハ間での接合が可能になり、歩留
りが向上するという効果がある。その結果、液体吐出ヘ
ッドの製造コストを下げることができる。
Further, according to the present invention, the first and second substrates are provided with an electric connection portion for electrically connecting elements or electric circuits to each other, and the first and second substrates are connected to each other. Since the electrical connection portions are eutectic bonded, when a wafer is used as the first and second substrates when manufacturing the liquid discharge head, a wafer using eutectic bonding between the electrical connection portions is used. Thus, there is an effect that the yield can be improved. As a result, the manufacturing cost of the liquid ejection head can be reduced.

【0168】さらに、本発明の液体吐出ヘッドの製造方
法によれば、液体吐出ヘッドを構成する第1と第2の基
板の位置合わせを、ある程度の精度で行うことができ、
また、歩留りが向上し、液体吐出ヘッドの製造コストを
下げることができる。
Further, according to the method for manufacturing a liquid discharge head of the present invention, the first and second substrates constituting the liquid discharge head can be positioned with a certain degree of accuracy.
Further, the yield is improved, and the manufacturing cost of the liquid discharge head can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態である液体吐出ヘッド構造
を説明するための、液流路方向に沿った断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view along a liquid flow direction for explaining a liquid discharge head structure according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した液体吐出ヘッドに用いられる素子
基板の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of an element substrate used in the liquid discharge head shown in FIG.

【図3】図2に示した素子基板の主要素子を縦断するよ
うに素子基板を切断した模式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the element substrate shown in FIG.

【図4】図1に示した液体吐出ヘッドの回路構成を説明
するための図であり、同図(a)は素子基板の平面図、
同図(b)は天板の平面図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a circuit configuration of the liquid discharge head shown in FIG. 1, wherein FIG. 4A is a plan view of an element substrate,
FIG. 2B is a plan view of the top plate.

【図5】図1に示す液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出
ヘッドユニットの平面図である。
FIG. 5 is a plan view of a liquid ejection head unit equipped with the liquid ejection head shown in FIG.

【図6】センサ出力に応じて発熱体への印加エネルギー
を制御する例の素子基板および天板の回路構成を示す図
である。
FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration of an element substrate and a top plate in an example in which applied energy to a heating element is controlled according to a sensor output.

【図7】センサ出力に応じて素子基板の温度を制御する
例の素子基板および天板の回路構成を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a circuit configuration of an element substrate and a top plate in an example in which the temperature of the element substrate is controlled according to a sensor output.

【図8】温度センサの出力を利用してインクの有無を検
知する例の素子基板および天板の回路構成を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram illustrating a circuit configuration of an element substrate and a top plate in an example of detecting the presence or absence of ink using an output of a temperature sensor.

【図9】図8に示した素子基板および天板の回路構成の
変形例を示す図である。
9 is a diagram showing a modification of the circuit configuration of the element substrate and the top plate shown in FIG.

【図10】図8に示した素子基板および天板の回路構成
の変形例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a modification of the circuit configuration of the element substrate and the top plate shown in FIG.

【図11】図8に示した素子基板および天板の回路構成
の変形例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a modification of the circuit configuration of the element substrate and the top plate shown in FIG.

【図12】図8に示した素子基板および天板の回路構成
の変形例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a modification of the circuit configuration of the element substrate and the top plate shown in FIG.

【図13】素子基板上に可動部材および流路側壁を形成
する方法を説明するための図である。
FIG. 13 is a view for explaining a method of forming a movable member and a channel side wall on an element substrate.

【図14】素子基板上に可動部材および流路側壁を形成
する方法を説明するための図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining a method of forming a movable member and a channel side wall on an element substrate.

【図15】素子基板上に可動部材および流路側壁が形成
されてなるものに天板を接合する工程を説明するための
図である。
FIG. 15 is a view for explaining a step of joining a top plate to a device having a movable member and a channel side wall formed on an element substrate.

【図16】プラズマCVD装置を用いて素子基板上にS
iN膜を形成する方法を説明するための図である。
FIG. 16 shows an example in which S is deposited on an element substrate using a plasma CVD apparatus.
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of forming an iN film.

【図17】ドライエッチング装置を用いてSiN膜を形
成する方法を説明するための図である。
FIG. 17 is a diagram for explaining a method of forming a SiN film using a dry etching apparatus.

【図18】金バンプと凹電極部との係合関係について説
明するための図である。
FIG. 18 is a diagram for explaining an engagement relationship between a gold bump and a concave electrode portion.

【図19】素子基板上に可動部材を形成する方法を説明
するための図である。
FIG. 19 is a diagram illustrating a method of forming a movable member on an element substrate.

【図20】図1に示した液体吐出ヘッドを搭載した液体
吐出装置の一例であるインクジェット記録装置を示す斜
視図である。
20 is a perspective view showing an ink jet recording apparatus which is an example of a liquid ejection apparatus equipped with the liquid ejection head shown in FIG.

【図21】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を
説明するための図である。
FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing a liquid ejection head according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、31、51、401 素子基板 2、32、52、402 発熱体 3、33、53、403 天板 3a、3b 溝 3c、403a 供給口 4 オリフィスプレート 5 吐出口 6 可動部材 6a 支点 6b 自由端 7 液流路 7a 第1の液流路 7b 第2の液流路 8 共通液室 9 流路側壁 10 気泡発生領域 11、411 ドライバ 12、412 画像データ転送部 13、63 センサ 14、18、414、418 接続用コンタクトパッ
ド 15、415 外部コンタクトパッド 16、416 発熱体制御部 17、417 センサ駆動部 20 液体吐出ヘッドユニット 21 液体吐出ヘッド 22 ベース基板 23 プリント配線基板 24 配線パターン 25 ボンディングワイヤー 38 駆動タイミング制御ロジック回路 39 AND回路 41、56 パワートランジスタ 42 画像データ転送回路 43 ランクヒータ 44a〜44h、48a〜48d、48g、48h、6
4a、68a 端子 45a、45c〜45e、45h〜45j 入力端子 45b、45g 接地端子 45f 駆動電源端子 45k〜45n イネーブル信号入力端子 46 駆動信号制御回路 47、67 センサ駆動回路 49、69、469 メモリ 55 保温ヒータ 66 保温ヒータ制御回路 71、71a 間隙形成部材 72、72a、74 SiN膜 73、75 Al膜 76 TiW膜 34 支持部材 81a、81b RF電源 82a、82b RF電極 83a、83b 反応室 84a、84b 供給管 85a、85b ステージ 86 プラズマ 91 オリフィスプレート部 92 側壁部 93 凹部 94 凹電極部 95 金バンプ 96 マスク 97 エキシマレーザ 100 第1のシリコンウェハ 101 第2のシリコンウェハ 301 シリコン基板 301 熱酸化膜 303 層間膜 304 抵抗層 305 配線 306 保護層 307 耐キャビテーション膜 308 熱作用部 401a 流路壁 401b 流路枠 413、413a〜413c 温度センサ 420 P−Mos 421 N−Mos 422 N型ウェル領域 423 P型ウェル領域 424 酸化膜分離領域 425、432 ソース領域 426 ドレイン領域 428 ゲート絶縁膜 430 N−Mosトランジスタ 431 ドレイン領域 433、435 ゲート配線 434 蓄熱層 436、438 層間絶縁膜 437 Al電極 455 サブヒータ 459 制限回路 600 インクジェット記録装置 601 ヘッドカートリッジ 602 駆動モータ 603、604 駆動力伝達ギヤ 605 リードスクリュー 606 螺旋溝 607 キャリッジ 607a レバー 608 ガイド 609 プラテン 610 紙押さえ板 611、612 フォトカプラ 613 支持部材 614 キャップ部材 615 インク吸引手段 617 クリーニングブレード 618 移動部材 619 本体支持体 620 レバー 621 カム P プリント用紙
1, 31, 51, 401 Element substrate 2, 32, 52, 402 Heating element 3, 33, 53, 403 Top plate 3a, 3b Groove 3c, 403a Supply port 4 Orifice plate 5 Discharge port 6 Movable member 6a Support point 6b Free end Reference Signs List 7 liquid flow path 7a first liquid flow path 7b second liquid flow path 8 common liquid chamber 9 flow path side wall 10 bubble generation area 11, 411 driver 12, 412 image data transfer unit 13, 63 sensor 14, 18, 414 , 418 Connection contact pad 15, 415 External contact pad 16, 416 Heating element control unit 17, 417 Sensor driving unit 20 Liquid ejection head unit 21 Liquid ejection head 22 Base substrate 23 Printed wiring board 24 Wiring pattern 25 Bonding wire 38 Driving timing Control logic circuit 39 AND circuit 41, 56 Powered Njisuta 42 image data transfer circuit 43 rank heater 44a~44h, 48a~48d, 48g, 48h, 6
4a, 68a Terminals 45a, 45c to 45e, 45h to 45j Input terminals 45b, 45g Ground terminals 45f Drive power supply terminals 45k to 45n Enable signal input terminals 46 Drive signal control circuits 47, 67 Sensor drive circuits 49, 69, 469 Memory 55 Thermal insulation Heater 66 Heating heater control circuit 71, 71a Gap forming member 72, 72a, 74 SiN film 73, 75 Al film 76 TiW film 34 Support member 81a, 81b RF power supply 82a, 82b RF electrode 83a, 83b Reaction chamber 84a, 84b Supply pipe 85a, 85b Stage 86 Plasma 91 Orifice plate 92 Side wall 93 Recess 94 Concave electrode 95 Gold bump 96 Mask 97 Excimer laser 100 First silicon wafer 101 Second silicon wafer 301 Silicon substrate 301 Thermal acid Film 303 Interlayer film 304 Resistive layer 305 Wiring 306 Protective layer 307 Anti-cavitation film 308 Heat acting section 401a Flow path wall 401b Flow path frame 413, 413a to 413c Temperature sensor 420 P-Mos 421 N-Mos 422 N-type well area 423 P Type well region 424 Oxide film isolation region 425, 432 Source region 426 Drain region 428 Gate insulating film 430 N-Mos transistor 431 Drain region 433, 435 Gate wiring 434 Thermal storage layer 436, 438 Interlayer insulating film 437 Al electrode 455 Sub heater 459 Limiting circuit 600 Inkjet recording device 601 Head cartridge 602 Drive motor 603, 604 Driving force transmission gear 605 Lead screw 606 Spiral groove 607 Carriage 607a Lever 608 Guide 609 Platen 610 Paper press plate 611, 612 Photocoupler 613 Support member 614 Cap member 615 Ink suction means 617 Cleaning blade 618 Moving member 618 Body support 620 Lever 621 Cam P Print paper

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 昭弘 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 2C056 EA23 EA26 FA03 FA10 HA05 HA16 KC22 2C057 AF93 AG30 AG70 AG83 AG86 AG90 AK07 AN01 AP02 AP11 AP26 AP77 AR14 BA05 BA13 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Akihiro Yamanaka 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo F-term in Canon Inc. (Reference) 2C056 EA23 EA26 FA03 FA10 HA05 HA16 KC22 2C057 AF93 AG30 AG70 AG83 AG86 AG90 AK07 AN01 AP02 AP11 AP26 AP77 AR14 BA05 BA13

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 液体を吐出する複数の吐出口と、 互いに接合されることでそれぞれ前記吐出口と連通する
複数の液流路を構成するための第1の基板および第2の
基板と、 電気エネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネルギー
に変換するために前記各液流路内に配された複数のエネ
ルギー変換素子と、 前記エネルギー変換素子の駆動条件を制御するための、
機能が異なる複数の素子あるいは電気回路とを有し、 前記素子あるいは電気回路がその機能に応じて前記第1
の基板と前記第2の基板とに振り分けられた液体吐出ヘ
ッドであって、 前記第1の基板または前記第2の基板のうちいずれか一
方の基板に、前記第1および第2の基板の互いの素子あ
るいは電気回路同士を電気的に接続するための複数の凸
電気接続部が形成され、前記第1の基板または前記第2
の基板のうちの他方の基板に、前記第1の基板と前記第
2の基板とを接合した際に前記複数の凸電気接続部とそ
れぞれ係合すると共に前記凸電気接続部と電気的に接続
される複数の凹電気接続部が形成されている液体吐出ヘ
ッド。
1. A first substrate and a second substrate for forming a plurality of discharge ports for discharging liquid, a plurality of liquid flow paths joined to each other to communicate with the discharge ports, respectively, A plurality of energy conversion elements arranged in each of the liquid flow paths to convert energy into ejection energy of the liquid in the liquid flow paths, and for controlling driving conditions of the energy conversion elements,
A plurality of elements or electric circuits having different functions, wherein the first element or the electric circuit corresponds to the first
A liquid ejection head divided between the first substrate and the second substrate, wherein one of the first substrate and the second substrate is provided with one of the first and second substrates. A plurality of convex electric connection portions for electrically connecting the elements or electric circuits to each other, and the first substrate or the second
When the first substrate and the second substrate are joined to the other of the substrates, the first substrate and the second substrate are respectively engaged with the plurality of convex electric connection portions and electrically connected to the convex electric connection portions. A liquid ejection head in which a plurality of concave electrical connection portions are formed.
【請求項2】 前記凸電気接続部と前記凹電気接続部と
が共晶接合されている請求項1に記載の液体吐出ヘッ
ド。
2. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the convex electric connection portion and the concave electric connection portion are eutectic bonded.
【請求項3】 前記凸電気接続部が、前記一方の基板に
備えられた電極上に形成された金属バンプであり、か
つ、前記凹電気接続部の、前記凸電気接続部と接触する
部分における少なくとも一部が金属部分であり、前記金
属バンプと前記金属部分とが共晶接合されている請求項
1に記載の液体吐出ヘッド。
3. The convex electric connection part is a metal bump formed on an electrode provided on the one substrate, and a part of the concave electric connection part in contact with the convex electric connection part. 2. The liquid ejection head according to claim 1, wherein at least a part is a metal part, and the metal bump and the metal part are eutectic bonded.
【請求項4】 前記凹電気接続部の側壁部が、前記液流
路を構成するための液流路形成部材の一部から構成さ
れ、前記凹電気接続部が、前記液流路を形成するために
前記液流路形成部材の、前記液流路に対応する部分を除
去する際に前記液流路形成部材の所定の部分を除去する
ことにより形成されたものである請求項1〜3のいずれ
か1項に記載の液体吐出ヘッド。
4. A side wall portion of the concave electric connection portion is formed of a part of a liquid flow path forming member for forming the liquid flow path, and the concave electric connection portion forms the liquid flow path. The liquid flow path forming member is formed by removing a predetermined portion of the liquid flow path forming member when removing a portion corresponding to the liquid flow path. A liquid ejection head according to any one of the preceding claims.
【請求項5】 前記凸電気接続部の材料、および前記凹
電気接続部の少なくとも一部の材料として、金、銅、白
金、タングステン、アルミニウムまたはルテニウムのう
ちいずれかの金属、あるいは金、銅、白金、タングステ
ン、アルミニウムまたはルテニウムのうちいずれかの金
属を含む合金が用いられている請求項1〜4のいずれか
1項に記載の液体吐出ヘッド。
5. A material for the convex electric connection part and a material for at least a part of the concave electric connection part are any one of gold, copper, platinum, tungsten, aluminum and ruthenium, or gold, copper, The liquid ejection head according to any one of claims 1 to 4, wherein an alloy containing any one of platinum, tungsten, aluminum, and ruthenium is used.
【請求項6】 前記第1基板および前記第2の基板がシ
リコン材料で構成され、前記素子あるいは電気回路が、
半導体ウェハプロセス技術を用いて前記第1の基板およ
び前記第2の基板に形成されている請求項1〜5のいず
れか1項に記載の液体吐出ヘッド。
6. The first substrate and the second substrate are made of a silicon material, and the element or the electric circuit is
The liquid discharge head according to claim 1, wherein the liquid discharge head is formed on the first substrate and the second substrate using a semiconductor wafer process technique.
【請求項7】 液体を吐出する複数の吐出口と、 互いに接合されることでそれぞれ前記吐出口と連通する
複数の液流路を構成するための第1の基板および第2の
基板と、 電気エネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネルギー
に変換するために前記各液流路内に配された複数のエネ
ルギー変換素子と、 前記エネルギー変換素子の駆動条件を制御するための、
機能が異なる複数の素子あるいは電気回路とを有し、 前記素子あるいは電気回路がその機能に応じて前記第1
の基板と前記第2の基板とに振り分けられた液体吐出ヘ
ッドであって、 前記第1の基板および前記第2の基板は、前記第1およ
び第2の基板の互いの素子あるいは電気回路同士を電気
的に接続するための電気接続部をそれぞれ備えると共
に、前記第1の基板の電気接続部と前記第2の基板の電
気接続部とが共晶接合されている液体吐出ヘッド。
7. A first substrate and a second substrate for forming a plurality of discharge ports for discharging a liquid, a plurality of liquid flow paths connected to the discharge ports by being joined to each other, and A plurality of energy conversion elements arranged in each of the liquid flow paths to convert energy into ejection energy of the liquid in the liquid flow paths, and for controlling driving conditions of the energy conversion elements,
A plurality of elements or electric circuits having different functions, wherein the first element or the electric circuit corresponds to the first
A liquid discharge head divided between the first substrate and the second substrate, wherein the first substrate and the second substrate connect elements or electric circuits of the first and second substrates to each other. A liquid ejection head including an electric connection portion for electrical connection, and an eutectic bond between the electric connection portion of the first substrate and the electric connection portion of the second substrate.
【請求項8】 前記第1の基板と前記第2の基板に、互
いに係合するための、前記電気接続部とは異なる係合部
を備える請求項7に記載の液体吐出ヘッド。
8. The liquid ejection head according to claim 7, further comprising an engagement portion, which is different from the electrical connection portion, for engaging the first substrate and the second substrate with each other.
【請求項9】 前記エネルギー変換素子が、液体に熱エ
ネルギーを作用させることで液体に気泡を発生させるも
のであり、 前記液流路には、前記エネルギー変換素子に面して配さ
れ、前記吐出口に向かう下流側が自由端となる可動部材
が設けられている請求項1〜8のいずれか1項に記載の
液体吐出ヘッド。
9. The energy conversion element generates bubbles in the liquid by applying thermal energy to the liquid, and the energy conversion element is disposed in the liquid flow path so as to face the energy conversion element. The liquid ejection head according to claim 1, further comprising a movable member having a free end on a downstream side toward the outlet.
【請求項10】 前記エネルギー変換素子が発熱抵抗素
子である請求項1〜9のいずれか1項に記載の液体吐出
ヘッド。
10. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the energy conversion element is a heating resistance element.
【請求項11】 請求項1〜10のいずれか1項に記載
の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給される液
体を保持する液体容器とを有するヘッドカートリッジ。
11. A head cartridge comprising: the liquid discharge head according to claim 1; and a liquid container for holding a liquid supplied to the liquid discharge head.
【請求項12】 請求項1〜10のいずれか1項に記載
の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから液体を吐出
させるための駆動信号を供給する駆動信号供給手段とを
有する液体吐出装置。
12. A liquid discharge apparatus comprising: the liquid discharge head according to claim 1; and a drive signal supply unit that supplies a drive signal for discharging liquid from the liquid discharge head.
【請求項13】 請求項1〜10のいずれか1項に記載
の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから吐出された
液体を受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段
とを有する液体吐出装置。
13. A liquid ejection apparatus comprising: the liquid ejection head according to claim 1; and a recording medium transport unit that transports a recording medium that receives the liquid ejected from the liquid ejection head. apparatus.
【請求項14】 前記液体吐出ヘッドから液体を吐出し
て被記録媒体に前記液体を付着させることで記録を行う
ものである請求項12または13に記載の液体吐出装
置。
14. The liquid discharging apparatus according to claim 12, wherein recording is performed by discharging the liquid from the liquid discharging head and attaching the liquid to a recording medium.
【請求項15】 液体を吐出する複数の吐出口と、 互いに接合されることでそれぞれ前記吐出口と連通する
複数の液流路を構成するための第1の基板および第2の
基板と、 電気エネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネルギー
に変換するために前記各液流路内に配された複数のエネ
ルギー変換素子と、 前記エネルギー変換素子の駆動条件を制御するための、
機能が異なる複数の素子あるいは電気回路とを有し、 前記素子あるいは電気回路がその機能に応じて前記第1
の基板と前記第2の基板とに振り分けられた液体吐出ヘ
ッドの製造方法であって、 前記第1の基板または前記第2の基板のうちいずれか一
方の基板に、前記第1および第2の基板の互いの素子あ
るいは電気回路同士を電気的に接続するための複数の凸
電気接続部を形成する工程と、 前記第1の基板または前記第2の基板のうちの他方の基
板に、前記複数の凸電気接続部とそれぞれ係合すると共
に前記凸電気接続部と電気的に接続される複数の凹電気
接続部を形成する工程と、 前記第1の基板と前記第2の基板とを接合させる際に前
記複数の凸電気接続部をそれぞれ対応する前記複数の凹
電気接続部に係合させる工程とを有する液体吐出ヘッド
の製造方法。
15. A first substrate and a second substrate for forming a plurality of discharge ports for discharging a liquid, and a plurality of liquid flow paths joined to each other to communicate with the discharge ports, respectively. A plurality of energy conversion elements arranged in each of the liquid flow paths to convert energy into ejection energy of the liquid in the liquid flow paths, and for controlling driving conditions of the energy conversion elements,
A plurality of elements or electric circuits having different functions, wherein the first element or the electric circuit corresponds to the first
A method for manufacturing a liquid discharge head divided into a first substrate and a second substrate, wherein one of the first substrate and the second substrate is provided with the first and second substrates. Forming a plurality of convex electric connection portions for electrically connecting elements or electric circuits of the substrates to each other; and forming the plurality of convex electric connection portions on the other of the first substrate and the second substrate. Forming a plurality of concave electrical connection portions that are respectively engaged with the convex electrical connection portions and are electrically connected to the convex electrical connection portions; and bonding the first substrate and the second substrate. Engaging the plurality of convex electrical connection portions with the corresponding plurality of concave electrical connection portions.
【請求項16】 前記第1の基板と前記第2の基板とを
接合する工程で前記凸電気接続部と前記凹電気接続部と
を共晶接合する請求項15に記載の液体吐出ヘッドの製
造方法。
16. The manufacturing of the liquid discharge head according to claim 15, wherein the step of bonding the first substrate and the second substrate includes eutectic bonding of the convex electric connection portion and the concave electric connection portion. Method.
【請求項17】 前記凹電気接続部の側壁部が、前記液
流路を構成するための液流路形成部材の一部から構成さ
れたものであり、前記液流路形成部材の、前記液流路に
対応する部分を除去して前記液流路を形成する際に、前
記液流路に対応する部分と共に前記液流路形成部材の所
定の部分を除去することで前記凹電気接続部の凹状の形
状を形成する工程から、前記凹電気接続部を形成する工
程が構成されている請求項16に記載の液体吐出ヘッド
の製造方法。
17. The liquid passage forming member according to claim 17, wherein a side wall of the concave electric connection portion is formed of a part of a liquid passage forming member for forming the liquid passage. When forming the liquid flow path by removing a portion corresponding to the flow path, by removing a predetermined part of the liquid flow path forming member together with a part corresponding to the liquid flow path, the concave electrical connection portion 17. The method for manufacturing a liquid discharge head according to claim 16, wherein a step of forming the concave electrical connection portion is configured from a step of forming a concave shape.
【請求項18】 液体を吐出する複数の吐出口と、 互いに接合されることでそれぞれ前記吐出口と連通する
複数の液流路を構成するための第1の基板および第2の
基板と、 電気エネルギーを前記液流路内の液体の吐出エネルギー
に変換するために前記各液流路内に配された複数のエネ
ルギー変換素子と、 前記エネルギー変換素子の駆動条件を制御するための、
機能が異なる複数の素子あるいは電気回路とを有し、 前記素子あるいは電気回路がその機能に応じて前記第1
の基板と前記第2の基板とに振り分けられた液体吐出ヘ
ッドの製造方法であって、 前記第1および第2の基板の互いの素子あるいは電気回
路同士を電気的に接続するための第1の電気接続部を備
えた前記第1の基板が複数設けられた第1のシリコンウ
ェハを用意する工程と、 前記第1および第2の基板の互いの素子あるいは電気回
路同士を電気的に接続するための第2の電気接続部を備
えた前記第2の基板が複数設けられた第2のシリコンウ
ェハを用意する工程と、 前記第1のシリコンウェハと前記第2のシリコンウェハ
とを、前記第1の電気接続部と前記第1の電気接続部に
対応する前記第2の電気接続部とが対応するように当接
させる当接工程と、 前記当接工程の後、前記第1の電気接続部と前記第1の
電気接続部に対応する前記第2の電気接続部とを共晶接
合により接合する接合工程と、 前記接合工程の後、接合された前記第1のシリコンウェ
ハおよび前記第2のシリコンウェハを一体的に切断する
切断工程とを有する液体吐出ヘッドの製造方法。
18. A first substrate and a second substrate for forming a plurality of discharge ports for discharging a liquid, and a plurality of liquid flow paths joined to each other to communicate with the discharge ports, respectively. A plurality of energy conversion elements arranged in each of the liquid flow paths to convert energy into ejection energy of the liquid in the liquid flow paths, and for controlling driving conditions of the energy conversion elements,
A plurality of elements or electric circuits having different functions, wherein the first element or the electric circuit corresponds to the first
A method for manufacturing a liquid ejection head divided between a first substrate and a second substrate, wherein the first and second substrates have a first element or an electric circuit for electrically connecting elements or electric circuits to each other. A step of preparing a first silicon wafer provided with a plurality of the first substrates provided with an electrical connection portion; and for electrically connecting elements or electric circuits of the first and second substrates to each other. Preparing a second silicon wafer provided with a plurality of the second substrates provided with a second electrical connection portion of the first silicon wafer and the second silicon wafer; An abutting step in which the electrical connection of the first electrical connection and the second electrical connection corresponding to the first electrical connection correspond to each other; and after the abutment, the first electrical connection. And the second corresponding to the first electrical connection. And a cutting step of integrally cutting the joined first and second silicon wafers after the joining step. A method for manufacturing a discharge head.
【請求項19】 前記第1の電気接続部および前記第2
の電気接続部はそれぞれ複数設けられると共に、前記第
1の電気接続部または前記第2の電気接続部のいずれか
一方が凸形状であり、他方が、前記凸形状の電気接続部
と電気的に接続される凹形状である請求項18に記載の
液体吐出ヘッドの製造方法。
19. The first electrical connection and the second electrical connection.
Are provided in a plurality, and one of the first electrical connection portion and the second electrical connection portion is convex, and the other is electrically connected to the convex electrical connection portion. The method for manufacturing a liquid discharge head according to claim 18, wherein the liquid discharge head has a concave shape to be connected.
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