JP2002001968A - インクジェットプリンタヘッドの製造方法 - Google Patents
インクジェットプリンタヘッドの製造方法Info
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Abstract
クジェットプリンタヘッドの製造方法を提供する。 【解決手段】シリコン基板20の上に、発熱部、配線電
極、隔壁、インク供給溝及びインク供給孔の形成と、こ
れら各部の最上層にオリフィス板21を貼設して複数の
印字ヘッドからなるヘッド集合体を形成し、更にこのオ
リフィス板21の上一面に成膜された金属薄膜22をパ
ターニングして吐出ノズルとコンタクト孔に対応するメ
タルマスク23を形成した後、本発明の特徴とする工程
を行う。すなわち、シリコン基板20のダイシングライ
ンに沿ってオリフィス板21に切れ目24を穿設してオ
リフィス板21を個々の印字ヘッド25毎に切り離し、
基板の反りを解消したのち、次の工程でメタルマスク2
3のパターンに従って吐出ノズル26とコンタクト孔2
7を穿設する。
Description
を一括して適正に空けるインクジェットプリンタヘッド
の製造方法に関する。
広く用いられている。このインクジェット方式によるプ
リンタには、インクを加熱し気泡を発生させてその圧力
でインク滴を飛ばすサーマル方式や、ピエゾ抵抗素子
(圧電素子)の変形によってインク滴を飛ばすピエゾ方
式等がある。これらは、色材たるインクをインク滴にし
て直接記録紙に向かって吐出し印字を行うから、粉末状
の印材であるトナーを用いる電子写真方式と比較した場
合、印字エネルギーが低くて済み、インクの混合によっ
てカラー化が容易であり、印字ドットを小さくできるの
で高画質であり、印字に使用されるインクの量に無駄が
無くコストパフォーマンスに優れており、このため特に
パーソナル用プリンタとして広く用いられている印字方
式である。
方向により二通りの構成がある。一つは発熱素子の発熱
面に平行な方向へインク滴を吐出する構成のサイドシュ
ータ型と呼称されるものであり、他の一つは発熱素子の
発熱面に垂直な方向にインク滴を吐出する構成のルーフ
シュータ型と呼称されるものである。
のインクジェットプリンタに配設されるインクジェット
プリンタヘッドのインク吐出面を模式的に一部切り欠い
て示す平面図であり、同図(b) は、そのA−A′断面矢
視図、同図(c) は、このインクジェットプリンタヘッド
が製造されるシリコンウェハを示す図である。
ットプリンタヘッド(以下、単に印字ヘッドという)1
は、シリコンウェハからなる一枚の基板2の上でヘッド
集合体を形成しており、LSI形成処理技術と薄膜形成
処理技術とにより形成され、完成後に基板2から個々に
切り出されて採取される。
ンク吐出面には、インクを吐出する1列のノズル列3が
形成されている。ノズル列3には、設計上の理由にもよ
るが64個、128個又は256個という多数の吐出ノ
ズル4が、例えば25.4mm当り300ドットの解像
度(1mm当り約12個の密度)で縦1列に並んで配置
されている。これらの吐出ノズル4は、20〜40μm
φの大きさで形成され、外部の不図示のインクカートリ
ッジ等からインクがそれぞれ供給される。
に説明すると、先ず工程1では、基板2つまり個々の印
字ヘッド1を形成するヘッドチップ5(同図(b) では隣
接のヘッドチップ5′も一部示している)の上にTa−
Si−Oなどからなる抵抗体の薄膜を形成する。工程2
では、上記の抵抗体薄膜の上にTi−Wの密着用薄膜を
形成してからその上にNi又はAuなどの良導体の電極
用薄膜を形成する。
膜をパターニングして、Ti−WとNi又はAuとの二
層構造の個別配線電極7及び共通電極8並びに個別配線
端子7′及び給電用端子9を形成する。更に工程4で、
抵抗体薄膜をパターニングして抵抗発熱部6を形成す
る。
個別配線電極7及びその駆動回路用端子7′が接続され
て形成され、抵抗発熱部6の他方の端部に共通電極8が
接続されて形成される。上記の抵抗発熱部6は、工程と
しては後から形成される同図(a) に示す吐出ノズル4に
個々に対応して吐出ノズル4の数だけ並設され、ノズル
列3に対応する抵抗発熱部列(同図(a) では断面図のた
め見えない)を形成している。
介して外部の不図示の駆動回路と個々の抵抗発熱部6と
を接続するための端子であり、給電用端子9は共通電極
8を介して外部の不図示の電源を全ての抵抗発熱部6に
共通に供給するための端子である。
により抵抗発熱部6の抵抗値を安定させると共に耐キャ
ビテーション性を増強させる。そして、工程6では、感
光性ポリイミドなどの有機材料を一面に塗布し、フォト
リソグラフィー技術による露光と現像と更に焼成処理に
よって隔壁13を形成する。この隔壁13によって基板
2上において個々のヘッドチップ5(5′)が区分けさ
れる。
ーニングし、このレジストマスクに従ってウェットエッ
チング又はサンドブラスト法により、抵抗発熱部6の並
設方向つまり抵抗発熱部列に平行に延在させてインク供
給溝11を形成し、更にこのインク供給溝11に連通し
てヘッドチップ5の下面に貫通するインク供給孔12を
裏面側から穿設した後、レジストマスクを剥離して全体
を洗浄する。
〜40μmのポリイミドのオリフィス板14を、熱可塑
性ポリイミドを接着材として、隔壁13の上に貼りつけ
る。これにより、隔壁13の厚さに対応する高さおよそ
10μmのインク通路15が抵抗発熱部6とインク供給
溝11間に形成される。
板14の上に、Al(又はCu、Ni等でもよい)の薄
膜を形成し、工程10でそのAl金属薄膜をパターニン
グしてメタルマスクを形成し、工程11では、そのメタ
ルマスクのパターンに従ってヘリコン波ドライエッチン
グにより吐出ノズル4を形成し、これと同時に個別配線
端子7′及び給電用端子9と外部の駆動回路及び電源と
接続するためのコンタクト孔16も形成する。
として基板2上に完成する。こののち、最終工程12と
して、ダイシングソーなどにより分割線としてのダイシ
ングラインBに沿ってカッティングして、印字ヘッド1
を基板2から個々に切り離す。一般に、同図(c) に示す
基板2の直径が例えば6×25.4mmであるとする
と、上述したような印字ヘッド1を90個以上採取する
ことができる。この印字ヘッド1を不図示の実装基板に
ダイボンディングし、個別配線端子7′や給電用端子9
をワイアボンディングして、実用単位の印字ヘッドが完
成する。
つまりノズル列が1列のみの印字ヘッドの構成を示して
いるが、カラー印字用の印字ヘッドでは、イエロー
(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック
(Bk)の4列のノズル列が必要である。そして、その
ように4列のノズル列を1個のチップ上にモノリシック
に形成することは現今の半導体技術によれば容易に可能
である。
行する際における吐出ノズルからのインク滴の吐出方向
は、紙面に対して垂直で、紙面に着弾したインク滴(印
字ドット)は、等間隔で1直線に並ばなければならない
が、実際には、部分的に吐出方向が紙面に対し垂直でな
く、紙面に着弾した印字ドットの間隔が等間隔にならず
1直線にも並ばない不具合がしばしば発生する。
に形成されている吐出ノズルの軸方向がオリフィス板の
インク吐出面に対して垂直方向に形成されていないもの
があることが判明した。
面を示す図であり、同図(b) は、軸方向がオリフィス板
のインク吐出面に対して傾斜した不具合のある吐出ノズ
ルの断面を示す図である。同図(a) に示すように、メタ
ルマスク17のパターンに従ってオリフィス板14に穿
設された正常な形状の吐出ノズル4は、その軸がオリフ
ィス板14のインク吐出面に対して垂直方向に形成され
ており、用紙18の紙面に向かって、インク滴を矢印C
で示すように垂直に吐出する。したがって、紙面に着弾
した印字ドットは、等間隔で1直線に並んで形成され
る。
ヘッドは、同図(b) に示すように、、例えば中心部の吐
出ノズル4が正常であり、矢印Dで示すように用紙18
の紙面に向かってインク滴を垂直に吐出するが、中心か
ら離れる吐出ノズル4′、4″となるに従って、その軸
がオリフィス板14のインク吐出面に対して傾き、矢印
D′又はD″で示すように、用紙18の紙面に対するイ
ンク吐出方向が中心から外側に傾いている。
ると、製造工程中における基板の反りが原因であること
が判明した。すなわち、印字ヘッドの製造工程の中で、
外から加えられる熱や圧力、あるいは膨張係数の異なる
部材間の接着等により、基板2には伸長又は圧縮の内部
応力が発生し、このため凸又は凹状の反りが基板2に発
生する。上記の吐出ノズルの形状の不具合は、この基板
の反りに起因することが判明した。
2の反り具合を示す反り量の測定結果を示す図である。
同図は横軸に各工程の終了後の時点を示し、縦軸に基板
2の反り量を示している。同図に示すように、最初の工
程1である抵抗体薄膜の形成後から工程3の電極のパタ
ーニング後まで、基板2は上に凸状に反っており、その
後の工程4の抵抗発熱部のパターニング後ではほぼ平坦
に近くなっている。
は、逆にやや凹状に反りだし、更に工程6の隔壁形成後
には、上に大きく凹状に反り、その凹状に反った状態
は、工程7のサンドブラスト後に若干緩和される。しか
し、その後の工程8におけるオリフィス板の貼り付によ
って凹状の反りが極めて大きくなり、その大きな凹状の
反りは、次の工程9のAlメタルマスクの成膜から、工
程10におけるそのAlメタルマスクのパターンニング
まで変化せず、工程11の吐出ノズル及びコンタクト孔
のドライエッチングが終了した後、その凹状の反りが緩
和している。
では、真空加熱プレスで熱可塑性接着材を軟化させて隔
壁13上に貼りつけた後に大気室温に戻すため、熱可塑
性接着材が収縮して基板2を凹状に大きく反らせてしま
い、その後基板2を個々のヘッドチップ5に分断するた
め、反りが緩和するものである。
と、それに起因する吐出ノズルの形成の不具合が発生す
る過程を示す図である。上述した基板2の反りに副っ
て、同図(a) に示すように、オリフィス板14にも反り
が発生する。ここで金属薄膜17´に吐出ノズルに対応
したマスクパターンを穿設してメタルマスク17を形成
し、同図(b) に示すように、ヘリコン波プラズマ19に
よる異方性ドライエッチングを行うと、反ったなりのオ
リフィス板14に対し鉛直方向に吐出ノズル4(4、
4′、4″)が穿設される。この後、大気室温により、
同図(c) に示すように、基板2の反り、つまりオリフィ
ス板14の反りが緩和されて、中心部の吐出ノズル4以
外の外側の吐出ノズル4′、4″の軸が、オリフィス板
14の反りが戻った分だけ外側に傾斜することになる。
そして、このような同図(a) に示す反りの発生は、いか
んとも防止し難く思われた。
多数の吐出ノズルを一括して適正に空けるインクジェッ
トプリンタヘッドの製造方法を提供することである。
プリンタヘッドの製造方法は複数の圧力エネルギー発生
素子が設けられた一枚の基板と上記圧力エネルギー発生
素子に対応させてインク滴の吐出ノズルが設けられるオ
リフィス板との間に配設されてインクを上記吐出ノズル
に導くインク流路を区画する隔壁により区分けされた複
数のプリンタヘッドから成るヘッド集合体から個々の上
記プリンタヘッドに分割して単体の上記プリンタヘッド
と成すインクジェットプリンタヘッドの製造方法であっ
て、上記オリフィス板に切れ目を穿設して個々の上記プ
リンタヘッドに対応する個々のオリフィス板に切り離す
工程と、該切れ目により個々に切り離された各オリフィ
ス板に上記吐出ノズルを穿設する工程と、該吐出ノズノ
が穿設された各上記プリンタヘッドを上記ヘッド集合体
から個々に分割する工程とを有して構成される。
に、ダイシングソーにより穿設してもよく、また例えば
請求項3記載のように、エキシマレーザーにより穿設し
てもよく、また例えば請求項4記載のように、エッチン
グにより穿設してもよい。
を参照しながら説明する。図1(a),(b) 及び図2(a),
(b) は、第1の実施の形態におけるインクジェットプリ
ンタヘッド(以下、印字ヘッドという)の製造方法を示
す図である。尚、説明を分かり易くするために、本来は
シリコン基板に多数形成される個々の印字ヘッドを、図
1(a),(b) 及び図2(a),(b) においては、印字ヘッドを
シリコン基板の全面いっぱいに8個のみ大きくして示し
ている。また、各印字ヘッドには、本来は少なくとも6
4個以上の吐出ノズルと複数の端子接続用のコンタクト
孔が形成されるが、これらの図では4個の吐出ノズルと
一個のコンタクト孔のみを模式的に示している。
の製造方法において、工程1から図1(a) に示す工程1
0までは、前述した図7における工程1から工程10ま
でと同一である。そして本例では、次の工程11´から
製法が図7の場合と異なる。
て、従来同様にシリコン基板20の上に形成されている
各部の最上層に貼設されたオリフィス板21の上一面に
成膜された金属薄膜22をパターニングしてマスクパタ
ーン23を備えたメタルマスクを形成した後、図1(b)
に示す工程11´では、これが本発明方法の特徴である
が、シリコン基板20のダイシングラインに沿って、オ
リフィス板21に表面から裏面まで貫通する切れ目24
を穿設して、オリフィス板21を個々の印字ヘッド25
毎に切り離す。この切れ目24の穿設は、ダイシンクソ
ー、エキシマレーザ、ウエットエッチング、ドライエッ
チング等、いずれによって行っても良い。
て、図2(a) に示すように、ヘリコン波ドライヘッチン
グ等により、上記マスクパターン23に従ってエッチン
グを行って、吐出ノズル26とコンタクト孔27を穿設
する。そして、工程13´において、ダイシングソーに
より分割線(ダイシングライン)に沿ってカッテングし
て図2(b) に示すように、個々の印字ヘッド25に分割
する。
おいてオリフィス板21を個々の印字ヘッド25に対応
する個々のオリフィス板に切り離すことにより、シリコ
ン基板20の反りが略解消され、これにより、個々の印
字ヘッド25毎のオリフィス板の反りも解消されてい
る。
は、反りの解消したオリフィス板に吐出ノズル26を穿
設することになるので、いずれの吐出ノズル26もその
軸が全てオリフィス板のインク吐出面に対して垂直方向
に形成され、図10(b) に示したようなオリフィス板の
インク吐出面に対して軸が傾斜した吐出ノズルが形成さ
れるようなことは無い。
ルを一括して適正に空けるインクジェットプリンタヘッ
ドの製造方法が実現する。次に、図3(a),(b) 及び図4
(a),(b),(c) は、第2の実施の形態における印字ヘッド
の製造方法を示す図である。尚、この図3(a),(b) 及び
図4(a),(b),(c)においても、説明を分かり易くするた
めに、多数有る個々の印字ヘッドを、シリコン基板の全
面いっぱいに8個のみ大きくして示している。また、各
印字ヘッドには、4個の吐出ノズルと一本のコンタクト
孔のみを模式的に示している。
の製造方法において、ヘッド集合体を形成する迄の工程
1から工程9までは、前述した図7における工程1から
工程9までと同一である。そして本例では、次の工程1
0″から製法が図7の場合と異なる。
金属薄膜22にレジストを被覆してパターニングを行
い、そのレジストパターンに従ってウェットエッチング
又はドライエッチングを行って、図3(a) に示すよう
に、金属薄膜22に基板のダイシングラインに沿った開
口28を有するマスクパターンを形成する。そして、工
程11″において、上記マスクパターンに従ってヘリコ
ン波ドライエッチングを行って、同図(b) に示すよう
に、オリフィス板21に切れ目29を穿設する。これに
より、オリフィス板21は、シリコン基板20のダイシ
ングラインに沿って、個々の印字ヘッド25毎に切り離
される。
膜22に今度は吐出ノズルとコンタクト孔に対応するレ
ジストパターンを形成し、そのレジストパターンに従っ
てウェットエッチング又はドライエッチングを行って、
図4(a) に示すように、金属薄膜22に吐出ノズルとコ
ンタクト孔に対応する部分に開口を有するマスクパター
ン31を形成する。
ターン31に従ってヘリコン波ドライエッチングによ
り、オリフィス板21に、図4(b) に示すように、吐出
ノズル32及びコンタクト孔33を穿設する。これによ
り、一連の印字ヘッド25の作成作業が完了する。
ーによりダイシングラインに沿ってカッテングして図4
(c) に示すように、個々の印字ヘッド25に分割する。
本例の場合も、吐出ノズル32の形成前に、上記のよう
に工程11においてオリフィス板21を個々の印字ヘッ
ド25に対応する個々のオリフィス板に切り離している
ので、シリコン基板20の反り、すなわち個々の印字ヘ
ッド25のオリフィス板の反りが解消され、こののち工
程13″において吐出ノズル32を形成するので、全て
の吐出ノズル32の軸がオリフィス板のインク吐出面に
対して垂直方向に形成される。
ては、いずれもシリコン基板上に印字ヘッドを形成する
構成を説明したが、本発明のインクジェットプリンタヘ
ッドの製造方法では、基板はシリコンウエハと限ること
なく、ガラス基板又はセラミックス基板であってもよ
い。
リンタ用の印字ヘッドの印字部を製造する例を示す図で
ある。同図(a) は、ガラス基板34に、図1(a) の場合
と同様に工程1から工程10までを行って、オリフィス
板の上一面に成膜された金属薄膜35に吐出ノズルに対
応するマスクパターン36とコンタクト孔に対応するマ
スクパターン37が形成されている状態を示している。
本例において最終的に形成される吐出ノズルのノズル列
の長さは、使用される最大サイズの用紙の印字幅に相当
する長さである。
に示すように、ダイシングラインに沿って切れ目38を
穿設しオリフィス板39をカッティングすることによっ
て印字ヘッド40毎にオリフィス板39を切り離して基
板の反りを緩和したのち、工程12以降で、オリフィス
板39への吐出ノズルの穿設を行うようにする。
例の実施形態に対応する範囲に限定されるものではな
く、他の種々の実施形態にも亘ることは勿論である。例
えば、本発明は、大サイズガラス基板から図6に示すよ
うなフルカラー用の印字ヘッドの印字部を複数個製造す
る場合にも、好適に適用できる。同図に示すように、こ
のフルカラー用の印字ヘッド41は、工程10までを終
了した状態で、4列のノズル列に対応する4列の吐出ノ
ズル用マスクパターン42とこれらに対応する複数のコ
ンタクト孔用マスクパターン43が、金属薄膜44に形
成されている。この後、工程11以降において、この金
属薄膜44に覆われている下方のオリフィス板が、同図
に示す印字ヘッド41毎に切り離されてから、吐出ノズ
ルとコンタクト孔の穿設が行われる。
枚のオリフィス板を貼設した状態のものを説明している
が、基板に貼設するオリフィス板は1枚と限ることな
く、例えば大型の基板に、複数枚に分割したオリフィス
板を、予め区分けされたブロック毎に貼設するような場
合にも、本発明は好適に適用できる。
れば、複数の印字ヘッドからなるヘッド集合体に対し
て、吐出ノズルを形成する前にオリフィス板のみを基板
のダイシングラインに対応させてカットして印字ヘッド
毎に切り離すので、オリフィス板の接着材の収縮による
基板の反りが解消又は緩和され、したがって、この後に
穿設する吐出ノズルの形状をオリフィス板のインク吐出
面に対して正しい方向に向いた状態で形成することがで
き、これにより、多数の吐出ノズルを一括して適正に空
けるインクジェットプリンタヘッドの製造方法が実現可
能となる。
ェットプリンタヘッドの製造方法を示す図(その1)で
ある。
ェットプリンタヘッドの製造方法を示す図(その2)で
ある。
ェットプリンタヘッドの製造方法を示す図(その1)で
ある。
クジェットプリンタヘッドの製造方法を示す図(その
2)である。
ンプリンタ用の印字ヘッドの印字部を製造する例を示す
図である。
印字ヘッドの印字部を製造する例を示す図である。
インク吐出面を模式的に一部切り欠いて示す平面図、
(b) はそのA−A′断面矢視図、(c) はインクジェット
プリンタヘッドが製造されるシリコンウェハを示す図で
ある。
は軸方向がオリフィス板のインク吐出面に対して傾斜し
た不具合のある吐出ノズルの断面図である。
工程後の基板の反り具合を示す反り量の測定結果を示す
図である。
に起因する吐出ノズルの形成の不具合が発生する過程を
示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 複数の圧力エネルギー発生素子が設けら
れた一枚の基板と前記圧力エネルギー発生素子に対応さ
せてインク滴の吐出ノズルが設けられるオリフィス板と
の間に配設されてインクを前記吐出ノズルに導くインク
流路を区画する隔壁により区分けされた複数のプリンタ
ヘッドから成るヘッド集合体から個々の前記プリンタヘ
ッドに分割して単体の前記プリンタヘッドと成すインク
ジェットプリンタヘッドの製造方法であって、 前記オリフィス板に切れ目を穿設して個々の前記プリン
タヘッドに対応する個々のオリフィス板に切り離す工程
と、 前記切れ目により個々に切り離された各オリフィス板に
前記吐出ノズルを穿設する工程と、 該吐出ノズノが穿設された各前記プリンタヘッドを前記
ヘッド集合体から個々に分割する工程とを、 有することを特徴とするインクジェットプリンタヘッド
の製造方法。 - 【請求項2】 前記切れ目は、ダイシングソーにより穿
設されることを特徴とする請求項1記載のインクジェッ
トプリンタヘッドの製造方法。 - 【請求項3】 前記切れ目は、エキシマレーザーにより
穿設されることを特徴とする請求項1記載のインクジェ
ットプリンタヘッドの製造方法。 - 【請求項4】 前記切れ目は、エッチングにより穿設さ
れることを特徴とする請求項1記載のインクジェットプ
リンタヘッドの製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009032974A (ja) * | 2007-07-27 | 2009-02-12 | Seiko Epson Corp | 薄膜デバイスの製造方法及び薄膜デバイス形成基板並びに液体噴射ヘッドの製造方法 |
JP2011143708A (ja) * | 2010-01-12 | 2011-07-28 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | インクジェットプリントヘッド、インクジェットヘッド用ウェーハレベルパッケージ、及びインクジェットプリントヘッドの製造方法 |
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JP2009032974A (ja) * | 2007-07-27 | 2009-02-12 | Seiko Epson Corp | 薄膜デバイスの製造方法及び薄膜デバイス形成基板並びに液体噴射ヘッドの製造方法 |
JP2011143708A (ja) * | 2010-01-12 | 2011-07-28 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | インクジェットプリントヘッド、インクジェットヘッド用ウェーハレベルパッケージ、及びインクジェットプリントヘッドの製造方法 |
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