JP2002254636A - Ink jet head - Google Patents

Ink jet head

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JP2002254636A
JP2002254636A JP2001060067A JP2001060067A JP2002254636A JP 2002254636 A JP2002254636 A JP 2002254636A JP 2001060067 A JP2001060067 A JP 2001060067A JP 2001060067 A JP2001060067 A JP 2001060067A JP 2002254636 A JP2002254636 A JP 2002254636A
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JP
Japan
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substrate
electrode
oxide film
silicon oxide
jet head
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001060067A
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Japanese (ja)
Inventor
Shuya Abe
修也 阿部
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable ink jet head which reduces fluctuations of an ink drop ejection property. SOLUTION: A first substrate 1 provided with a diaphragm 15 and a second substrate 2 provided with an electrode 22 are bonded together via a silicon oxidized film 25, so that a width W of a groove 24 for electrode separation between electrodes 22 is made to be not greater than double the thickness (t) of the silicon oxidized film 25.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッドに
関し、特に静電型インクジェットヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet head, and more particularly to an electrostatic ink jet head.

【0002】[0002]

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プ
ロッタ等の画像記録装置或いは画像形成装置として用い
るインクジェット記録装置において使用するインクジェ
ットヘッドとしては、インク滴を吐出するノズルと、こ
のノズルが連通する液室(インク流路、圧力室、吐出
室、加圧液室等とも称される。)と、この液室の少なく
とも一部の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向
する対向電極とを有し、振動板と対向電極との間に電圧
を印加することで発生する静電気力により振動板を変形
変位させて、液室内の圧力/体積を変化させることによ
りノズルからインク滴を吐出させる静電型インクジェッ
トヘッドが知られている。
2. Description of the Related Art An ink jet head used in an image recording apparatus such as a printer, a facsimile, a copying apparatus, a plotter or the like which is used as an image forming apparatus includes a nozzle for discharging ink droplets and a liquid chamber communicating with the nozzle. (Also referred to as an ink flow path, a pressure chamber, a discharge chamber, a pressurized liquid chamber, etc.), a diaphragm forming at least a part of a wall surface of the liquid chamber, and a counter electrode facing the diaphragm. The electrostatic force generated by applying a voltage between the diaphragm and the counter electrode deforms and displaces the diaphragm, and changes the pressure / volume in the liquid chamber to discharge ink droplets from the nozzles. An electric inkjet head is known.

【0003】このような静電型インクジェットヘッドと
しては、例えば特開平6−71882号公報に記載され
ているように、振動板及び液室を形成したシリコン基板
からなる第1基板と、シリコン酸化膜に凹部を形成し
て、この凹部底面に対向電極を形成したシリコン基板か
らなる第2基板と、ノズルを形成した第3基板とをSi
−Siの直接接合法で接合し、振動板と対向電極との間
のギャップ長を凹部の段差深さと対向電極厚みで規定す
るものが知られている。また、上記公報には、電極とし
てシリコン基板注中の拡散層を用いることも開示されて
いる。
As such an electrostatic ink jet head, for example, as described in JP-A-6-71882, a first substrate composed of a silicon substrate having a vibration plate and a liquid chamber, and a silicon oxide film A second substrate made of a silicon substrate having a counter electrode formed on the bottom surface of the concave portion and a third substrate having a nozzle formed thereon.
There has been known a method of bonding by a direct bonding method of -Si, and defining a gap length between the diaphragm and the counter electrode by a step depth of the concave portion and a thickness of the counter electrode. The above-mentioned publication also discloses that a diffusion layer in a silicon substrate is used as an electrode.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の静電型
インクジェットヘッドのように第2基板のシリコン酸化
膜に凹部を形成して振動板と対向電極との間のギャップ
長を凹部の段差深さと対向電極厚みで規定する場合、ギ
ャップ長が大きく凹部深さに対して電極厚みが薄い場合
には、ギャップ長精度は凹部深さの精度でほぼ決まる
が、低電圧化のためにギャップ長を小さくしようとする
と、ギャップ長バラツキが大きくなってしまうという課
題がある。
As in the above-mentioned conventional electrostatic ink jet head, a concave portion is formed in the silicon oxide film of the second substrate, and the gap length between the diaphragm and the counter electrode is reduced by the step depth of the concave portion. When the gap length is large and the electrode thickness is thin with respect to the depth of the recess, the gap length accuracy is almost determined by the accuracy of the depth of the recess. There is a problem that if the size is reduced, the variation in the gap length increases.

【0005】この場合、電極厚みを薄くすればギャップ
長バラツキを小さく抑えることもできるが、電極の抵抗
が高くなってしまうために、駆動電圧を大きくできない
という課題が生じる。
In this case, if the thickness of the electrode is reduced, the variation in the gap length can be suppressed. However, since the resistance of the electrode is increased, there is a problem that the driving voltage cannot be increased.

【0006】具体的に説明すると、ギャップ長=1.
8μmの場合(それぞれの公差を10%とする)、凹部
深さ=2.0μm±0.2μm、電極厚さ=0.2μm
±0.02μmとしたとき、ギャップ深さ=1.8μm
±0.22μmとなって、ギャップ深さのバラツキは±
12%となる。これに対して、電極厚みをそのままとし
てギャップ長を小さくした場合、例えばギャップ長=
0.2μmの場合(それぞれの公差を10%とする)、
凹部深さ=0.4μm±0.04μm、電極厚さ=0.
2μm±0.02μmとしたとき、ギャップ深さ=0.
2μm±0.06μmとなって、ギャップ深さのバラツ
キは±30%になってしまう。
More specifically, gap length = 1.
In the case of 8 μm (each tolerance is 10%), recess depth = 2.0 μm ± 0.2 μm, electrode thickness = 0.2 μm
When ± 0.02 μm, gap depth = 1.8 μm
± 0.22 μm, and the variation in gap depth is ±
12%. On the other hand, when the gap length is reduced while keeping the electrode thickness unchanged, for example, the gap length =
In the case of 0.2 μm (each tolerance is 10%),
Depth of recess = 0.4 μm ± 0.04 μm, electrode thickness = 0.
When 2 μm ± 0.02 μm, gap depth = 0.
This is 2 μm ± 0.06 μm, and the variation in the gap depth is ± 30%.

【0007】この場合、電極厚みを薄くすると、例えば
電極厚みを0.02μmにすると、ギャップ長=0.
2μmの場合(それぞれの公差を10%とする)、凹部
深さ=0.4μm±0.04μm、電極厚さ=0.02
μm±0.002μmとなり、ギャップ深さ=0.2μ
m±0.0024μmとなって、ギャップ深さのバラツ
キは±12%に維持することができるが、電極の厚みが
薄くなることで電極の抵抗が高くなってしまう。
In this case, when the electrode thickness is reduced, for example, when the electrode thickness is set to 0.02 μm, the gap length = 0.
In the case of 2 μm (each tolerance is assumed to be 10%), recess depth = 0.4 μm ± 0.04 μm, electrode thickness = 0.02
μm ± 0.002 μm, gap depth = 0.2μ
m ± 0.0024 μm, and the variation in the gap depth can be maintained at ± 12%, but the electrode thickness increases, and the resistance of the electrode increases.

【0008】この場合、上述したように、シリコン基板
中の拡散層を電極として用いる構造を採用することで、
電極の厚みによるギャップ(Gap)精度の低下は起こ
らないが、pn接合により電極と基板を分離することに
なるため、片側の電圧しかかけられないことと、耐圧確
保のためのプロセスが複雑になること、及び静電型イン
クジェットヘッドの電極のように比較的面積の大きい場
合にはpn接合の歩留まりを確保することが難しいとい
う課題が別途生じる。また、振動室(振動板が変形する
空間を含む室)周囲が完全に封止される構造ではないの
で、動作時の異物侵入を防ぐためには別途封止材にて封
止を行う必要があるし、製造工程中(パッド部の振動板
開口後封止するまでの間)に異物がギャップ内に侵入す
るおそれがある。
In this case, as described above, by employing a structure using a diffusion layer in a silicon substrate as an electrode,
Although the accuracy of the gap (Gap) does not decrease due to the thickness of the electrode, the electrode and the substrate are separated by the pn junction, so that only one side voltage can be applied and the process for securing the withstand voltage becomes complicated. Another problem is that it is difficult to secure the yield of the pn junction when the electrode has a relatively large area such as an electrode of an electrostatic inkjet head. Further, since the periphery of the vibration chamber (a chamber including a space in which the diaphragm is deformed) is not completely sealed, it is necessary to separately seal with a sealing material in order to prevent foreign matter from entering during operation. However, there is a possibility that foreign matter may enter the gap during the manufacturing process (between the opening of the diaphragm of the pad portion and the sealing thereof).

【0009】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、インク滴吐出特性のバラツキを低減した信頼性
の高いインクジェットヘッドを得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to obtain a highly reliable ink jet head with reduced variation in ink droplet ejection characteristics.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るインクジェットヘッドは、振動板を設
けた第1基板と対向電極を設けた第2基板とを絶縁膜を
介して接合し、対向電極間の電極分離用溝の幅を絶縁膜
の厚みの2倍を越えない幅としたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, an ink-jet head according to the present invention comprises a first substrate provided with a diaphragm and a second substrate provided with a counter electrode, which are joined via an insulating film. The width of the electrode separating groove between the opposing electrodes is set to a width not exceeding twice the thickness of the insulating film.

【0011】ここで、絶縁膜はシリコン酸化膜であるこ
とが好ましい。また、シリコン酸化膜の接合面を化学的
機械的研磨により平坦化したものであることが好まし
い。さらに、第1基板と第2基板とをシリコン酸化膜を
介した直接接合で接合したものであることが好ましい。
Here, the insulating film is preferably a silicon oxide film. Preferably, the bonding surface of the silicon oxide film is flattened by chemical mechanical polishing. Further, it is preferable that the first substrate and the second substrate are bonded by direct bonding via a silicon oxide film.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図1は本発明の第1実施形態
に係るインクジェットヘッドの振動板長手方向の断面説
明図、図2は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図、
図3は図2の要部拡大説明図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view of an ink jet head according to a first embodiment of the present invention in the longitudinal direction of the diaphragm, FIG.
FIG. 3 is an enlarged explanatory view of a main part of FIG.

【0013】このインクジェットヘッドは、シリコン基
板を用いた第1基板1と、この第1基板1の下側に設け
たシリコン基板を用いた導電性の電極基板である第2基
板2と、第1基板1の上側に設けたノズルユニット3と
を備え、ノズルユニット3は流路形成板4、共通インク
室形成板5及びノズル板6からなり、複数のインク滴を
吐出するノズル孔7、各ノズル孔7が連通するインク流
路である液室8、各液室8にインク供給路を兼ねた流体
抵抗部9を介して連通する共通インク室10及びノズル
孔7と液室8とを連通するノズル連通路11などを形成
している。
This ink-jet head has a first substrate 1 using a silicon substrate, a second substrate 2 which is a conductive electrode substrate using a silicon substrate provided below the first substrate 1, and a first substrate 1. A nozzle unit 3 provided on an upper side of the substrate 1, the nozzle unit 3 includes a flow path forming plate 4, a common ink chamber forming plate 5 and a nozzle plate 6, a nozzle hole 7 for discharging a plurality of ink droplets, and each nozzle The liquid chambers 8 are ink flow paths to which the holes 7 communicate, the common ink chamber 10 communicates with each of the liquid chambers 8 via a fluid resistance portion 9 also serving as an ink supply path, and the nozzle holes 7 communicate with the liquid chambers 8. The nozzle communication passage 11 and the like are formed.

【0014】第1基板1にはベース基板12に酸化膜1
3を介して活性層14を接合したSOI(Silicon On I
nsulator)基板を用いて、このSOI基板のベース基板
12をエッチングして液室8を形成するとともに酸化膜
22で液室8側を被覆された活性層23からなる振動板
15を形成している。ここでは、ベース基板12の液室
8を形成していない部分は液室間の隔壁16となる。
The first substrate 1 has an oxide film 1 on a base substrate 12.
SOI (Silicon On I
Using the substrate, the base substrate 12 of the SOI substrate is etched to form the liquid chamber 8, and the vibration plate 15 composed of the active layer 23 covered with the oxide film 22 on the liquid chamber 8 side is formed. . Here, the portion of the base substrate 12 where the liquid chamber 8 is not formed serves as a partition 16 between the liquid chambers.

【0015】なお、この第1基板1は、例えば、シリコ
ン基板に予め振動板厚さにボロンを注入してエッチング
ストップ層となる高濃度ボロン層を形成し、第2基板2
側と接合した後、液室8となる凹部などをKOH水溶液
などのエッチング液を用いて異方性エッチングし、この
とき高濃度ボロン層がエッチングストップ層となって振
動板15を形成したものでもよい。
The first substrate 1 is formed, for example, by injecting boron to a diaphragm in advance into a silicon substrate to form a high-concentration boron layer serving as an etching stop layer.
After joining to the side, the concave portion serving as the liquid chamber 8 is anisotropically etched using an etching solution such as a KOH aqueous solution. At this time, even when the high-concentration boron layer serves as an etching stop layer and the diaphragm 15 is formed. Good.

【0016】一方、第2基板2には、単結晶シリコン基
板を用いて熱酸化法などで形成したシリコン酸化膜など
からなる絶縁膜21を形成し、この絶縁膜21上に振動
板15に所定のギャップ17を置いて対向する個別対向
電極22を形成する電極部材23を配置し、これらの振
動板15と対向電極22とによって振動板15を静電気
力で変形させる静電アクチュエータを構成している。
On the other hand, on the second substrate 2, an insulating film 21 made of a silicon oxide film or the like formed by a thermal oxidation method or the like using a single crystal silicon substrate is formed. An electrode member 23 that forms an opposing individual opposing electrode 22 is disposed with a gap 17 between the vibrating plate 15 and the opposing electrode 22 to form an electrostatic actuator that deforms the vibrating plate 15 with an electrostatic force. .

【0017】そして、各対向電極22(電極部材23)
に分離する電極分離用溝24を含めて電極部材23上に
絶縁膜であるシリコン酸化膜25を形成し、このシリコ
ン酸化膜25にギャップ17を形成する凹部26を形成
することで、この凹部26を形成していない部分を第1
基板1と接合するスペーサ部27とし、ギャップ17の
開口を密封した構造としている。
Then, each counter electrode 22 (electrode member 23)
By forming a silicon oxide film 25 as an insulating film on the electrode member 23 including the electrode separating groove 24 for separating the silicon oxide film 24 into a concave portion 26 for forming a gap 17 in the silicon oxide film 25, The part not forming
The spacer portion 27 is bonded to the substrate 1 and the opening of the gap 17 is sealed.

【0018】このように、第2基板2上に対向電極22
を設け、この対向電極22上に絶縁膜であるシリコン酸
化膜25を成膜し、このシリコン酸化膜25にギャップ
17を形成するための凹部26を設けて、凹部26以外
の部分をスペーサ部27として第1基板1と接合する構
造にすることで、振動板15と対向電極22間のギャッ
プ長のバラツキが低減するとともに、ギャップ17を密
閉することができて、動作中や製造工程中にギャップ1
7内に異物が侵入することを防止できて、長期安定性及
び信頼性が得られる。
As described above, the counter electrode 22 is provided on the second substrate 2.
And a silicon oxide film 25 serving as an insulating film is formed on the counter electrode 22. A concave portion 26 for forming the gap 17 is provided in the silicon oxide film 25. In this structure, the gap between the diaphragm 15 and the counter electrode 22 can be reduced, and the gap 17 can be hermetically closed. 1
7 can be prevented from entering the inside, and long-term stability and reliability can be obtained.

【0019】ここで、各対向電極22の電極分離用溝2
4の幅Wは絶縁膜であるシリコン酸化膜25の厚みtの
2倍を超えない値に設定している。これにより、シリコ
ン酸化膜25で形成されるスペーサ部26表面をCMP
(化学的機械的研磨)で平坦化したときの表面性を確保
することができて、第1基板1と第2基板2との接合時
の接合信頼性を確保することができる。
Here, the electrode separating groove 2 of each counter electrode 22
4 is set to a value not exceeding twice the thickness t of the silicon oxide film 25 as an insulating film. Thereby, the surface of the spacer portion 26 formed of the silicon oxide film 25 is
The surface properties when flattened by (chemical mechanical polishing) can be secured, and the joining reliability when joining the first substrate 1 and the second substrate 2 can be secured.

【0020】ノズルユニット3の流路形成板4にはイン
ク供給路(流体抵抗部)9を形成する通孔及びノズル連
通路11を形成する通孔を、共通インク室形成板5には
共通インク室10を形成する貫通孔及びノズル連通路1
1を形成する通孔を、ノズル板6にはノズル孔7を形成
している。そして、このノズルユニット3の流路形成板
4を接着剤30にて第1基板1上に接合している。
The passage forming plate 4 of the nozzle unit 3 has a through hole for forming an ink supply passage (fluid resistance portion) 9 and a through hole for forming a nozzle communication passage 11, and the common ink chamber forming plate 5 has a common ink forming plate. Through hole and nozzle communication passage 1 forming chamber 10
No. 1 is formed, and a nozzle plate 7 is formed with a nozzle hole 7. Then, the flow path forming plate 4 of the nozzle unit 3 is bonded onto the first substrate 1 with an adhesive 30.

【0021】なお、ノズル板6の表面には撥水性処理を
施している。また、ノズルユニット3には共通インク室
10に外部からインクを供給するための図示しないイン
ク供給口部を設けている。さらに、液室8及び振動板1
5を形成した流路基板上にノズル孔を形成したノズル板
6を接合した構造などにすることもできる。
The surface of the nozzle plate 6 is subjected to a water-repellent treatment. The nozzle unit 3 is provided with an ink supply port (not shown) for supplying ink to the common ink chamber 10 from outside. Further, the liquid chamber 8 and the diaphragm 1
A structure in which a nozzle plate 6 in which nozzle holes are formed on a flow path substrate in which nozzles 5 are formed may be employed.

【0022】このインクジェットヘッドにおいては、振
動板15と対向電極22との間に駆動電圧を印加する
と、振動板15と対向電極22との間に発生する静電力
により振動板15が電極側に変位変形し、それに伴ない
共通インク室10から流体抵抗部9を通ってインクが液
室8に供給される。その後、電圧を0に戻したときに変
位している振動板15がその弾性力によって元の位置に
戻ろうとする力によりノズル孔7からインク滴が吐出さ
れる。
In this ink jet head, when a driving voltage is applied between the diaphragm 15 and the counter electrode 22, the diaphragm 15 is displaced to the electrode side by an electrostatic force generated between the diaphragm 15 and the counter electrode 22. The ink is deformed, and the ink is supplied from the common ink chamber 10 to the liquid chamber 8 through the fluid resistance portion 9. After that, when the voltage is returned to 0, the diaphragm 15 displaced when the voltage is returned to 0 returns to the original position by the elastic force, and the ink droplet is ejected from the nozzle hole 7.

【0023】ここで、このインクジェットヘッドにおい
ては、振動板15と対向電極22との間のギャップ長は
シリコン酸化膜25に形成した凹部26の深さに関係な
く規定されるので、高精度のギャップを形成することが
でき、インク滴吐出特性のバラツキが低減する。
In this ink jet head, the gap length between the vibration plate 15 and the counter electrode 22 is determined regardless of the depth of the concave portion 26 formed in the silicon oxide film 25, so that a high precision gap is provided. Can be formed, and variations in the ink droplet ejection characteristics can be reduced.

【0024】次に、このインクジェットヘッドの製造工
程について図4及び図5をも参照して説明する。なお、
図4は振動板短手方向での断面説明図、図5はギャップ
スペーサ部の要部拡大説明図である。
Next, the manufacturing process of the ink jet head will be described with reference to FIGS. In addition,
FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view in the short direction of the diaphragm, and FIG. 5 is an enlarged explanatory view of a main part of the gap spacer portion.

【0025】まず、図4(a)及び図5(a)に示すよ
うに、シリコンウェハからなる第2基板2上に絶縁膜と
して厚さ1.0μm程度の絶縁膜21としてのシリコン
酸化膜を熱酸化により形成する。そして、絶縁膜21上
に電極材料(電極部材23)をLP−CVD法などによ
り所定厚みに成膜した後、フォトリソ/エッチング工程
で電極分離用溝24を形成することで個々の対向電極2
2に分離する。なお、電極部材23としてはWSiを
0.2μmの厚みに形成した上にポリSiを0.15μ
mの厚みに形成した積層構造とした。また、電極分離用
溝24の幅Wは約0.8μmとした。
First, as shown in FIGS. 4A and 5A, a silicon oxide film as an insulating film 21 having a thickness of about 1.0 μm is formed on a second substrate 2 made of a silicon wafer as an insulating film. It is formed by thermal oxidation. Then, after forming an electrode material (electrode member 23) to a predetermined thickness on the insulating film 21 by LP-CVD or the like, an electrode separation groove 24 is formed in a photolithography / etching step, so that each of the opposing electrodes 2 is formed.
Separate into 2. In addition, as the electrode member 23, WSi was formed to a thickness of 0.2 μm, and then poly-Si was formed to a thickness of 0.15 μm.
m in a laminated structure. The width W of the electrode separating groove 24 was about 0.8 μm.

【0026】その後、各図(b)に示すように、電極2
2上に電極分離用溝24を含めてシリコン酸化膜25を
厚みt=約0.7μmに成膜する。シリコン酸化膜25
としては、SiH+NOガスを用いたLP−CVD
法による酸化膜、すなわち所謂HTO膜とした。このH
TO膜は非常にステップカバーが良く、前記の厚みで成
膜したときには電極分離用溝24はほとんどシリコン酸
化膜25で埋め込まれる。
Thereafter, as shown in FIG.
A silicon oxide film 25 including the electrode separation groove 24 is formed on the substrate 2 to a thickness t of about 0.7 μm. Silicon oxide film 25
LP-CVD using SiH 4 + N 2 O gas
An oxide film formed by the method, that is, a so-called HTO film was used. This H
The TO film has a very good step cover. When the TO film is formed with the above thickness, the electrode separation groove 24 is almost completely buried with the silicon oxide film 25.

【0027】すなわち、このインクジェットヘッドのよ
うに第2基板2上に対向電極22を設け、この対向電極
22上に絶縁膜であるシリコン酸化膜25を成膜し、こ
のシリコン酸化膜25にギャップ17を形成するための
凹部26を設けて、凹部26以外の部分をスペーサ部2
7として第1基板1と接合する構造にした場合、シリコ
ン酸化膜25で対向電極22間の電極分離用溝24を埋
め込む必要がある。そこで、電極分離用溝24の幅Wを
シリコン酸化膜25の厚みtの2倍を超えない値に設定
することにより、シリコン酸化膜25を成膜したときに
電極分離用溝24をほぼ完全に埋め込むことができる。
That is, like the ink jet head, a counter electrode 22 is provided on the second substrate 2, a silicon oxide film 25 as an insulating film is formed on the counter electrode 22, and a gap 17 is formed in the silicon oxide film 25. Is formed, and portions other than the concave portion 26 are
In the case where the structure 7 is bonded to the first substrate 1, it is necessary to bury the electrode separation groove 24 between the opposing electrodes 22 with the silicon oxide film 25. Therefore, by setting the width W of the electrode separation groove 24 to a value not exceeding twice the thickness t of the silicon oxide film 25, the electrode separation groove 24 is almost completely formed when the silicon oxide film 25 is formed. Can be embedded.

【0028】次いで、各図(c)に示すように、CMP
によりシリコン酸化膜25の表面を研磨して平坦化す
る。ここでは、シリコン酸化膜25の膜厚減少量が0.
1μm程度、すなわち、シリコン酸化膜25の残膜厚量
が0.6μmとなるよう研磨を行った。この工程によ
り、HTO表面は直接接合が可能なレベル(表面粗さR
a<5nm程度)に平坦化される。
Next, as shown in FIG.
The surface of the silicon oxide film 25 is polished and flattened. Here, the amount of decrease in the thickness of the silicon oxide film 25 is set to 0.
Polishing was performed so as to have a thickness of about 1 μm, that is, the remaining film thickness of the silicon oxide film 25 was 0.6 μm. By this step, the HTO surface can be directly bonded to a level (surface roughness R
a <about 5 nm).

【0029】このとき、電極分離用溝24はシリコン酸
化膜25でほぼ埋め込まれているので、CMPを行った
ときの段差部分の丸まりはほとんど発生せず、スペーサ
部27での接合面積の低下もほとんど起こらない。
At this time, since the electrode separating groove 24 is almost buried with the silicon oxide film 25, the rounding of the stepped portion hardly occurs when the CMP is performed, and the bonding area at the spacer portion 27 is reduced. Almost never.

【0030】続いて、図4(d)に示すように、フォト
リソ/エッチング工程によりシリコン酸化膜25に振動
板15と電極22との間のギャップ17となる凹部26
を形成する。ここでは深さ約0.2μmの凹部26を形
成した。このとき、電極22上にはシリコン酸化膜25
が厚さ約0.4μm残り、これが振動板15と電極22
の短絡を防ぐための保護膜となる。
Subsequently, as shown in FIG. 4D, a concave portion 26 serving as a gap 17 between the diaphragm 15 and the electrode 22 is formed in the silicon oxide film 25 by a photolithography / etching process.
To form Here, the concave portion 26 having a depth of about 0.2 μm was formed. At this time, the silicon oxide film 25 is formed on the electrode 22.
About 0.4 μm in thickness, which is the diaphragm 15 and the electrode 22
It becomes a protective film for preventing short circuit of.

【0031】このように、個別の対向電極22に分離し
た後にCMP研磨を行って第2基板2の接合面となるシ
リコン酸化膜25表面を平坦化することにより、接合面
のCMP研磨を行った後に電極を分離する工程に比べて
直接接合の歩留まりが向上し、接合信頼性も高くなる。
As described above, after the individual opposing electrodes 22 are separated, the surface of the silicon oxide film 25 serving as the bonding surface of the second substrate 2 is flattened by performing the CMP polishing, thereby performing the CMP polishing of the bonding surface. The yield of direct bonding is improved and the reliability of bonding is increased, as compared with a later step of separating the electrodes.

【0032】次に、図4(e)及び図5(d)に示すよ
うに、第2基板2のシリコン酸化膜25と振動板15を
含む第1基板1とを直接接合により接合する。その後、
第1基板1に、液室8の隔壁となる部分をシリコン窒化
膜等でマスクし、KOH水溶液等のアルカリ水溶液でエ
ッチングを行うことにより、液室8及び振動板15を形
成し、更に、第1基板1上にノズルユニット3をエポキ
シ系接着剤(接着層)30で接着接合し、その他の部材
を接合することにより本実施形態に係るインクジェット
ヘッドが完成する。
Next, as shown in FIGS. 4E and 5D, the silicon oxide film 25 of the second substrate 2 and the first substrate 1 including the vibration plate 15 are directly bonded. afterwards,
The liquid chamber 8 and the diaphragm 15 are formed on the first substrate 1 by masking a portion serving as a partition wall of the liquid chamber 8 with a silicon nitride film or the like, and performing etching with an alkaline aqueous solution such as a KOH aqueous solution. The ink jet head according to the present embodiment is completed by bonding the nozzle unit 3 onto one substrate 1 with an epoxy-based adhesive (adhesive layer) 30 and bonding other members.

【0033】上述したように、電極分離用溝24の幅W
を第1基板1と第2基板2とを接合する絶縁膜であるシ
リコン酸化膜25の厚みtの2倍以下にすることで、C
MPなどによる接合面の平坦化処理を行った場合でも、
電極分離用溝24をほぼ完全に埋め込むことができるの
で、シリコン酸化膜25からなるスペーサ部27の角か
らの丸まりを低減することができ、接合面積の低減を防
止することができ、接合信頼性を確保できる。
As described above, the width W of the electrode separating groove 24 is
Is not more than twice the thickness t of the silicon oxide film 25 which is an insulating film for joining the first substrate 1 and the second substrate 2, so that C
Even when the bonding surface is flattened by MP or the like,
Since the electrode separating groove 24 can be almost completely buried, the rounding of the spacer portion 27 made of the silicon oxide film 25 from the corner can be reduced, and the reduction of the bonding area can be prevented, and the bonding reliability can be reduced. Can be secured.

【0034】これに対して、電極分離用溝24の幅Wが
シリコン酸化膜25の厚みtの2倍を越えた場合には、
CMPなどによる接合面の平坦化処理を行った場合に段
差の角からの丸まりが生じて接合面積が大幅に低下す
る。
On the other hand, when the width W of the electrode separating groove 24 exceeds twice the thickness t of the silicon oxide film 25,
When the bonding surface is flattened by CMP or the like, rounding occurs from the corner of the step, and the bonding area is significantly reduced.

【0035】これを図6及び図7を参照して具体的に説
明すると、各図(a)に示すように、対向電極22間の
電極分離用溝24の幅Wを大きく(後述するシリコン酸
化膜25の厚みtの2倍を越える幅)にした場合、各図
(b)に示すように、シリコン酸化膜25を成膜しても
電極形成用溝24を埋め込むことができず、凹部41が
残存する。
This will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7. As shown in FIGS. 6A and 6A, the width W of the electrode separating groove 24 between the opposing electrodes 22 is increased (to be described later). If the thickness is more than twice the thickness t of the film 25), the electrode forming groove 24 cannot be buried even if the silicon oxide film 25 is formed, as shown in FIG. Remain.

【0036】そのため、この状態でCMPによる研磨を
行うと、各図(c)に示すように、凹部41に向かって
傾斜した凹みが発生して、図6(d)に示すように、凹
部26を形成したときにスペーサ部27の接合面に大き
な凹み42が生じた状態になる。そのため、図6(e)
及び図7(d)に示すように、振動板15を含む第1基
板1を接合するときに、凹み42及びその周辺部分で大
きな未接合領域ができて、接合強度が低下する。このよ
うな未接合領域が発生する場合でも接合強度を確保しよ
うとすると、その分チップ(ヘッド)面積を大きくしな
ければならなくなる。
Therefore, when polishing is performed by CMP in this state, a dent inclined toward the concave portion 41 is generated as shown in FIG. 6C, and the concave portion 26 is formed as shown in FIG. Is formed, a large recess 42 is formed on the joint surface of the spacer portion 27. Therefore, FIG.
As shown in FIG. 7D, when the first substrate 1 including the diaphragm 15 is joined, a large unjoined area is formed in the recess 42 and its peripheral portion, and the joining strength is reduced. Even if such an unbonded region occurs, if the bonding strength is to be ensured, the chip (head) area must be increased accordingly.

【0037】したがって、本発明のように電極分離用溝
24の幅Wがシリコン酸化膜25の厚みの2倍以下の幅
になるように形成することで、チップ面積を増大するこ
となく十分な接合強度を確保することができる。
Therefore, by forming the width W of the electrode separating groove 24 to be equal to or less than twice the thickness of the silicon oxide film 25 as in the present invention, sufficient bonding can be achieved without increasing the chip area. Strength can be secured.

【0038】なお、上記各実施形態においては、振動板
の変位方向にインク滴が吐出するように形成したサイド
シュータ方式のヘッドで説明したが、振動板の変位方向
と交差する方向にインク滴が吐出するように形成したエ
ッジシュータ方式のヘッドにも同様に適用できる。ま
た、本発明は、インク滴を吐出するものに限らず、液体
レジストなどの液滴を吐出するものなどにも適用でき
る。
In each of the above-described embodiments, the description has been given of the side shooter type head formed so that the ink droplet is ejected in the direction of displacement of the diaphragm. However, the ink droplet is ejected in the direction intersecting the direction of displacement of the diaphragm. The present invention can be similarly applied to an edge shooter type head formed to discharge. In addition, the present invention is not limited to a device that discharges ink droplets, and can be applied to a device that discharges droplets of liquid resist or the like.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェットヘッドによれば、振動板を設けた第1基板と
対向電極を設けた第2基板とを絶縁膜を介して接合し、
対向電極部間の電極分離用溝の幅を絶縁膜の2倍を越え
ない幅としたので、対向電極間を絶縁膜で埋め込むこと
ができて、チップ面積を増大させることなく、接合信頼
性も向上し、インク滴吐出特性のバラツキが低減した信
頼性の高いヘッドが得られるようになる。
As described above, according to the ink jet head of the present invention, the first substrate provided with the vibration plate and the second substrate provided with the counter electrode are joined via the insulating film.
Since the width of the electrode separating groove between the opposing electrodes is set not to exceed twice the width of the insulating film, the space between the opposing electrodes can be buried with the insulating film, so that the chip area is not increased and the bonding reliability is improved. Thus, it is possible to obtain a highly reliable head with improved ink droplet ejection characteristics.

【0040】ここで、絶縁膜はシリコン酸化膜であるこ
とで第1基板と第2基板とをシリコンの直接接合で接合
することができるようになる。また、シリコン酸化膜の
接合面を化学的機械的研磨により平坦化することで、直
接接合の信頼性が向上する。さらに、第1基板と第2基
板とをシリコン酸化膜を介した直接接合で接合すること
でギャップ精度が向上する。
Here, since the insulating film is a silicon oxide film, the first substrate and the second substrate can be bonded by direct bonding of silicon. In addition, the reliability of direct bonding is improved by flattening the bonding surface of the silicon oxide film by chemical mechanical polishing. Furthermore, the gap accuracy is improved by joining the first substrate and the second substrate by direct joining via the silicon oxide film.

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

【図1】本発明に係るインクジェットヘッドの振動板長
手方向の断面説明図
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view of an inkjet head according to the present invention in a longitudinal direction of a diaphragm.

【図2】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of the head in a lateral direction of a diaphragm.

【図3】同ヘッドのスペーサ部の要部拡大説明図FIG. 3 is an enlarged explanatory view of a main part of a spacer portion of the head.

【図4】同ヘッドの製造工程を説明する模式的断面説明
FIG. 4 is a schematic sectional explanatory view for explaining a manufacturing process of the head.

【図5】同ヘッドの製造工程を説明する要部拡大模式的
断面説明図
FIG. 5 is an enlarged schematic cross-sectional view of a main part explaining a manufacturing process of the head.

【図6】本発明と比較する比較例に係るヘッドの製造工
程を説明する模式的断面説明図
FIG. 6 is a schematic sectional explanatory view for explaining a manufacturing process of a head according to a comparative example to be compared with the present invention.

【図7】同比較例に係るヘッドの製造工程を説明する要
部拡大模式的断面説明図
FIG. 7 is an enlarged schematic cross-sectional view of a main part explaining a manufacturing process of a head according to the comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1基板、2…第2基板、8…液室、15…振動
板、17…ギャップ、21…絶縁膜、22…対向電極、
24…電極分離用溝、25…シリコン酸化膜、26…凹
部、17…スペーサ部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st board | substrate, 2 ... 2nd board | substrate, 8 ... liquid chamber, 15 ... diaphragm, 17 ... gap, 21 ... insulating film, 22 ... counter electrode,
24: an electrode separating groove, 25: a silicon oxide film, 26: a concave portion, 17: a spacer portion.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板
と、この振動板に対向する対向電極とを有し、前記振動
板を静電力で変形させて前記ノズルからインク滴を吐出
させるインクジェットヘッドにおいて、前記振動板を設
けた第1基板と前記対向電極を設けた第2基板とを絶縁
膜を介して接合し、前記対向電極間の電極分離用溝の幅
を前記絶縁膜の厚みの2倍を越えない幅としたことを特
徴とするインクジェットヘッド。
1. A vibration plate having a nozzle for discharging ink droplets, a liquid chamber with which the nozzle communicates, a vibration plate forming a wall surface of the liquid chamber, and a counter electrode facing the vibration plate. In an ink jet head that discharges ink droplets from the nozzles by deforming the first substrate with an electrostatic force, a first substrate provided with the vibration plate and a second substrate provided with the counter electrode are joined via an insulating film, An ink jet head, wherein the width of the electrode separating groove between the electrodes is not more than twice the thickness of the insulating film.
【請求項2】 請求項1に記載のインクジェットヘッド
において、前記絶縁膜がシリコン酸化膜であることを特
徴とするインクジェットヘッド。
2. The ink jet head according to claim 1, wherein said insulating film is a silicon oxide film.
【請求項3】 請求項2に記載のインクジェットヘッド
において、前記シリコン酸化膜の接合面を化学的機械的
研磨により平坦化したことを特徴とするインクジェット
ヘッド。
3. The ink jet head according to claim 2, wherein a bonding surface of said silicon oxide film is flattened by chemical mechanical polishing.
【請求項4】 請求項3に記載にインクジェットヘッド
において、前記第1基板と前記第2基板とを前記シリコ
ン酸化膜を介した直接接合で接合したことを特徴とする
インクジェットヘッド。
4. The ink jet head according to claim 3, wherein the first substrate and the second substrate are joined by direct joining via the silicon oxide film.
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JP2016198908A (en) * 2015-04-08 2016-12-01 キヤノン株式会社 Liquid discharge head

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006159616A (en) * 2004-12-07 2006-06-22 Canon Inc Inkjet recording head
JP4632421B2 (en) * 2004-12-07 2011-02-16 キヤノン株式会社 Inkjet recording head
JP2016198908A (en) * 2015-04-08 2016-12-01 キヤノン株式会社 Liquid discharge head

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