JP2003053981A - セラミックス基材上への電極形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックス基材上に耐久性に優れた均一な
厚みの電極を形成する。 【解決手段】 上面側からスパッタリングを行った後、
下面側からスパッタリングを行うことによって、側面に
も略均一の厚みの下層金属薄膜１８Ｔ１が形成されるこ
ととなる。その結果、全表面の金属薄膜の厚みが略一定
の下層金属薄膜１８Ｆ１、１８Ｔ１、１８Ｅ１を形成で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス基材
上への電極形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図９に示すように、静電式インク
ジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッド１
００は、端面に微細なピッチで一列に配設されると共
に、先端から記録紙にインクを吐出する複数のインク吐
出部１１１を一体に備えたジルコニア等のセラミックス
基材（図３参照）からなるベース部１１を有しており、
このベース部１１の表面にインク吐出部１１１まで延び
る微細幅の複数の電極１３１が微細ピッチで形成されて
いる。このインクジェットヘッド１００では、電極１３
１を介してインク吐出部１１１にパルス状の駆動電圧が
駆動電源によって供給されると、インク吐出部１１１か
ら所定の電位差が形成された対向電極上の記録紙にイン
クが吐出される。

【０００３】図８（ａ）に示すように、このベース部１
１の電極は、ベース部１１の表面にニッケルからなる下
層金属薄膜をスパッタリングにより付与すると共に、こ
の下層金属薄膜上に金からなる上層金属薄膜をスパッタ
リングにより付与して積層構造を有する金属薄膜１９と
し、その金属薄膜１９の電極以外の不要部をウェハソー
により削除することにより形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図８（ｂ）は、スパッ
タリングによりベース部１１の表面に形成された積層構
造の金属薄膜１９の断面図である。ここでは、スパッタ
リングを上面側から（図８（ａ）の矢印の向きに）行っ
た場合について説明する。上面側の金属薄膜１９Ｆは、
均一な厚みで形成されるが、側面側の金属薄膜１９Ｔ
は、上面に近い程厚く、下面に近い程薄く、不均一な厚
みで形成される。また、側面側には、金属薄膜１９が形
成されない箇所１９Ｂが発生する場合がある。

【０００５】側面側の金属薄膜１９Ｔは、上述のように
厚みが不均一であり、加えて、金属薄膜が形成されない
箇所１９Ｂが発生する場合があるために、電極１３１の
内、側面側の電極１３１Ｔ、１３１Ｓがベース部１１の
表面から剥がれ易くなり（図９参照）、耐久性に劣るこ
とになるという懸念があった。なお、このような問題
は、ベース部がインクジェットヘッドを構成する場合だ
けではなく、半導体チップを搭載する回路基板等を構成
する場合においても同様に生じ得るものである。

【０００６】更に、上記の理由により上記駆動電源によ
ってインク吐出部１１１と対向電極との間に形成される
電界が不均一となり、インク吐出部１１１からのインク
の吐出方向が不安定となる場合がある。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、耐久性に優れた均一な厚みの電極を得ること
ができるセラミックス基材上への電極形成方法を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の電極形
成方法は、対向主面を有するセラミックス基材の表面に
金属薄膜を形成し、その一部を除去することによって側
面部を含めて電極を形成する電極形成方法であって、セ
ラミックス基材の表面に金属薄膜を形成する薄膜形成工
程を含み、この薄膜形成工程は、前記セラミックス基材
の一方主面に対して第１の方向からスパッタリング処理
を行なう第１工程と、前記セラミックス基材の他方主面
に対して第２の方向からスパッタリング処理を行なう第
２工程とを含むことを特徴としている。

【０００９】上記の発明によれば、第１工程において、
セラミックス基材の一方主面に対して第１の方向からス
パッタリング処理が行なわれ、第２工程においてセラミ
ックス基材の他方主面に対して第２の方向からスパッタ
リング処理が行なわれるため、異なる２方向からのスパ
ッタリング処理が行われる。そのため、側面部を含めて
厚みの略均一な金属薄膜が形成される。

【００１０】請求項２に記載の電極形成方法は、前記第
１の方向と前記第２の方向とが互いに対向する方向であ
ることを特徴としている。上記の発明によれば、第１の
方向と第２の方向とは互いに対向する方向であるため、
互いに対向する２方向からスパッタリング処理が行なわ
れる。そのため、側面部を含めて厚みが更に均一な金属
薄膜が形成される。

【００１１】請求項３に記載の電極形成方法は、前記第
１工程及び第２工程が、前記セラミックス基材の表面に
下層金属薄膜を付与する工程と、この下層金属薄膜上に
上層金属薄膜を付与する工程とをそれぞれ含むことを特
徴としている。

【００１２】上記の発明によれば、第１工程及び第２工
程は、セラミックス基材の表面に下層金属薄膜を付与す
る工程と、この下層金属薄膜上に上層金属薄膜を付与す
る工程とをそれぞれ含むため、セラミックス基材上に下
層金属薄膜と上層金属薄膜とからなる略均一な厚みの２
層構造の金属薄膜が得られる。また、下層金属薄膜にセ
ラミックス基材への付着性の良好な金属を使用し、上層
金属薄膜に導電性の良好で酸化し難く安定した電気特性
を呈する金属を使用することによって、付着性の良好で
且つ安定した電気特性を呈する金属薄膜が形成される。

【００１３】請求項４に記載の電極形成方法は、前記下
層金属薄膜はニッケルからなり、前記上層金属薄膜は金
からなるものであることを特徴としている。上記の発明
によれば、下層金属薄膜はニッケルからなるため、セラ
ミックス基材の表面への付着性が良好であり、上層金属
薄膜は金からなるものであるため、大気中で酸化し難く
安定した電気特性を呈する金属薄膜が形成される。

【００１４】請求項５に記載の電極形成方法は、前記下
層金属薄膜が０．３〜１μｍの厚みを有し、前記上層金
属薄膜が１μｍ以下の厚みを有するものであることを特
徴としている。上記の発明によれば、下層金属薄膜が
０．３〜１μｍの厚みを有し、上層金属薄膜が１μｍ以
下の厚みを有するため、セラミックス基材の表面への付
着性が良好な金属薄膜が形成される。

【００１５】請求項６に記載の電極形成方法は、前記金
属薄膜の不要部を除去することによって電極を形成する
除去工程を更に含むことを特徴としている。上記の発明
によれば、除去工程において、金属薄膜の不要部が除去
されることによって電極が形成されるため、薄膜形成工
程で形成された金属薄膜の不要部が除去されることによ
って電極が形成される。

【００１６】請求項７に記載の電極形成方法は、前記除
去工程が、切削加工によって前記金属薄膜の不要部を除
去することを特徴としている。上記の発明によれば、除
去工程において、切削加工によって金属薄膜の不要部が
除去されるため、簡便な方法で金属薄膜の不要部が除去
される。

【００１７】請求項８に記載の電極形成方法は、前記切
削加工が、ウェハソーを用いて行うことを特徴としてい
る。上記の発明によれば、切削加工が、ウェハソーを用
いて行われるため、加工精度が良好で且つ加工効率のよ
い切削加工が実現される。

【００１８】請求項９に記載の電極形成方法は、前記除
去工程は、レーザ光線を照射して前記金属薄膜の不要部
を除去することを特徴としている。上記の発明によれ
ば、金属薄膜にレーザ光線が照射されて不要部が削除さ
れるため、金属薄膜の削除された側縁がささくれ立った
状態とならないため、金属薄膜の不要部が削除されて形
成された電極はセラミックス基材面から剥がれ難くな
り、耐久性に優れたものとなる。

【００１９】請求項１０に記載の電極形成方法は、前記
セラミックス基材が、微細幅の複数の電極が微細ピッチ
で形成されてなるインクジェットヘッドを構成するもの
であることを特徴としている。上記の発明によれば、セ
ラミックス基材が、微細幅の複数の電極が微細ピッチで
形成されてなるインクジェットヘッドを構成するもので
あるため、側面部を含めて電極の厚みの均一なインクジ
ェットヘッドが実現できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態に係
るセラミックス基材上への電極形成方法が適用されるイ
ンクジェットヘッドの要部斜視図である。この図におい
て、インクジェットヘッド１０は、静電式インクジェッ
ト記録装置の記録部に用いられるものであり、板状のベ
ース部（ヘッド本体）を構成するジルコニア等のセラミ
ックス基材（セラミックス基板）１１と、セラミックス
基材１１の先端にライン状に並ぶように一体形成された
先鋭状の複数のインク吐出部１１１と、セラミックス基
材１１の表面に並列状態で形成され、各インク吐出部１
１１の表面にまで延設された複数の電極１２とを備えて
いる。なお、セラミックス基材１１は、所定の間隙を有
して対向配置され図略のカバー部により平面部が囲わ
れ、セラミックス基材１１とカバー部との間に形成され
る空間にインクタンクから供給されたインクが充填され
るようになっている。

【００２１】インク吐出部１１１は、セラミックス基材
１１の端面を切削加工する等して先端が頂部となる二等
辺三角形を有する板状に形成されたものであり、互いに
隣接する頂部先端の間隔ｄが例えば８０μｍの微細ピッ
チで配設されたものである。なお、互いに隣接するイン
ク吐出部１１１間には隔離壁１４が形成されている。

【００２２】電極１２は、それぞれ例えば４０μｍ幅の
ストリップラインを形成するものであり、例えばニッケ
ル及び金の２種類の金属薄膜が積層された２層構造を有
するものである。これらの電極１２は、隣接する電極１
２間のスペースが例えば４０μｍとなる微細ピッチで形
成されている。なお、セラミックス基材１１のインク吐
出部１１１とは反対側の端縁部に、フラットケーブル等
の柔軟性のある給電用配線体の端部が配設され、その給
電用配線体の配線導体と電極１２とが接続されるように
なっている。

【００２３】図２は、上記のように構成されたインクジ
ェットヘッド１０の印字動作の一例を説明するための図
である。すなわち、インクジェットヘッド１０は、例え
ば負電位に保持された対向電極となる回転ドラム２０に
インク吐出部１１１側が対向するように配設されてい
る。

【００２４】この状態で、駆動信号供給部２１から給電
用配線体の配線導体と電極１２とを介して所定のインク
吐出部１１１に正電位であるパルス状の駆動電圧が印加
されると、正電位に帯電したインク液中の色材粒子２２
がクーロン力により回転ドラム２０側に吸引されて回転
ドラム２０の周面に配設されている記録紙（記録メディ
ア）２４に付着することにより１ライン分の印字が行わ
れる。

【００２５】この１ライン分の印字が終了すると、回転
ドラム２０が次の１ライン分だけ回転し、その後に所定
のインク吐出部１１１に正電位であるパルス状の駆動電
圧が印加されて次の１ライン分の印字が行われる。これ
らの動作が繰り返されることで所定の印字動作が終了す
る。

【００２６】図３〜図６は、上記のように構成されたイ
ンクジェットヘッド１０における電極１２の形成方法を
説明するための図である。まず、図３に示すように、一
方端面が切削加工されてインク吐出部１１１と隔離壁１
４とが形成されたベース部であるセラミックス基材１１
を準備する。なお、セラミックス基材１１の上面及び下
面が対向主面に相当する。次いで、図４に示すように、
セラミックス基材１１の表面にニッケルからなる下層金
属薄膜をスパッタリングによって付与し、この下層金属
薄膜上に金からなる上層金属薄膜をスパッタリングによ
って付与する（薄膜形成工程）。図４の（ａ）は、セラ
ミックス基材１１上に下層金属薄膜と上層金属薄膜とか
らなる２層金属薄膜が形成された後の斜視図であり、
（ｂ）は断面図である。

【００２７】ここで、下層金属薄膜及び上層金属薄膜
は、それぞれ、上面（一方主面に相当する）側から（第
１の方向に相当する）スパッタリングを行った（第１工
程に相当する）後、下面（他方主面に相当する）側から
（第２の方向に相当する）スパッタリングを行う（第２
工程に相当する）ことによって形成されるものである。
図５は、下層金属薄膜が形成される過程の説明図（断面
図）である。図５の（ａ）は、上面側からスパッタリン
グを行った後の断面図であり、図５の（ｂ）は、下面側
からスパッタリングを行った後の断面図である。上面側
からスパッタリングを行った場合は、図５の（ａ）に示
すように、上面に略均一の厚みの下層金属薄膜１８Ｆ１
が形成されるが、側面の下層金属薄膜１８Ｔ１１は、上
面側が厚く、下面側が薄く形成される（下面には下層金
属薄膜は形成されない）。そして、更に下面側からスパ
ッタリングを行った場合は、図５の（ｂ）に示すよう
に、下面に略均一の厚みの下層金属薄膜１８Ｅ１が形成
されるが、側面の下層金属薄膜１８Ｔ１２は、下面側が
厚く、上面側が薄く形成される（上面には下層金属薄膜
は形成されない）。従って、上面側からスパッタリング
を行った後、下面側からスパッタリングを行うことによ
って、側面にも略均一の厚みの下層金属薄膜１８Ｔ１が
形成されることとなる。その結果、全表面の金属薄膜の
厚みが略一定の下層金属薄膜１８Ｆ１、１８Ｔ１、１８
Ｅ１が形成される（図４の（ｂ）参照）。

【００２８】同様にして、上面側からスパッタリングを
行った後、下面側からスパッタリングを行うことによっ
て、全表面の金属薄膜の厚みが略一定の上層金属薄膜１
８Ｆ２、１８Ｔ２、１８Ｅ２が形成される（図４の
（ｂ）参照）。なお、下層金属薄膜１８Ｆ１、１８Ｔ
１、１８Ｅ１及び上層金属薄膜１８Ｆ２、１８Ｔ２、１
８Ｅ２の厚みは、接着強度（付着強度）の観点から、そ
れぞれ０．３〜１μｍ及び１μｍ以下が好ましい。

【００２９】次に、薄膜形成工程で形成された金属薄膜
１８の不要部が、ウェハソーを用いて切削除去される。
図６は、この不要部の削除工程の一例を示すものであ
る。すなわち、セラミックス基材１１の表面に形成され
た２層構造の金属薄膜１８の不要部１２２をウェハソー
３により削除し、所定の電極１２を得る。

【００３０】なお、本発明のセラミックス基材上への電
極形成方法は、上記実施形態のものに限定されるもので
はなく、以下に述べるように種々の変形態様を採用する
ことができる。 （Ａ）本実施形態では、電極がニッケルからなる下層金
属薄膜と金からなる上層金属薄膜との２層構造である場
合について説明したが、銅からなる下層金属薄膜、ニッ
ケルからなる中層金属薄膜及び金からなる上層金属薄膜
の３層構造である形態でもよい。 （Ｂ）本実施形態では、セラミック基材の上面側と下面
側からスパッタリングを行う場合について説明したが、
他の異なる２方向から行う形態でもよい。例えば、イン
ク吐出部側の斜め上方側と斜め下方側からスパッタリン
グを行う形態でもよい。 （Ｃ）本実施形態では、不要部をウェハソーを用いて切
削除去する形態について説明したが、その他の方法で切
削加工を施す形態でもよい。また、切削加工に替えて、
レーザ発振器（例えば、エキシマレーザ発振器）により
生成され、照射ヘッドの集光レンズにより集光されたレ
ーザ光線（例えば、エキシマレーザ光線）をセラミック
基材１１と照射ヘッドとを相対移動させながら金属薄膜
に照射することにより不要部を除去する形態でもよい。
後者の場合には、金属薄膜にレーザ光線が照射されて不
要部が削除されるため、金属薄膜の削除された側縁がさ
さくれ立った状態とならないため、金属薄膜の不要部が
削除されて形成された電極はセラミックス基材面から剥
がれ難くなり、耐久性に優れたものとなる。 （Ｄ）本実施形態では、本発明の電極形成方法を図１に
示す形状のインクジェットヘッドに適用する場合につい
て説明したが、他の形状のインクジェットヘッド（例え
ば図７に示す形状のインクジェットヘッド）に適用する
形態でもよい。 （Ｅ）本実施形態では、インクジェットヘッドを構成す
るセラミックス基材１１上に電極を形成する場合につい
て説明したが、これに限るものではない。例えば、本発
明に係るセラミックス基材上への電極形成方法を、半導
体チップ等の電子部品が搭載されるセラミックス基材か
らなる回路基板等に適用することも可能である。

【００３１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、第１工
程において、セラミックス基材の一方主面に対して第１
の方向からスパッタリング処理が行なわれ、第２工程に
おいてセラミックス基材の他方主面に対して第２の方向
からスパッタリング処理が行なわれるため、側面部を含
めて厚みの略均一な金属薄膜を形成できる。

【００３２】請求項２に記載の発明によれば、互いに対
向する２方向からスパッタリング処理が行なわれるた
め、側面部を含めて厚みが更に均一な金属薄膜を形成で
きる。

【００３３】請求項３に記載の発明によれば、第１工程
及び第２工程は、セラミックス基材の表面に下層金属薄
膜を付与する工程と、この下層金属薄膜上に上層金属薄
膜を付与する工程とをそれぞれ含むため、セラミックス
基材上に下層金属薄膜と上層金属薄膜とからなる略均一
な厚みの２層構造の金属薄膜を得ることができる。ま
た、下層金属薄膜にセラミックス基材への付着性の良好
な金属を使用し、上層金属薄膜に導電性の良好で酸化し
難く安定した電気特性を呈する金属を使用することによ
って、付着性の良好で且つ安定した電気特性を呈する金
属薄膜を形成できる。

【００３４】請求項４に記載の発明によれば、下層金属
薄膜はニッケルからなるため、セラミックス基材の表面
への付着性が良好であり、上層金属薄膜は金からなるも
のであるため、大気中で酸化し難く安定した電気特性を
呈する金属薄膜を形成できる。

【００３５】請求項５に記載の発明によれば、下層金属
薄膜が０．３〜１μｍの厚みを有し、上層金属薄膜が１
μｍ以下の厚みを有するため、セラミックス基材の表面
への付着性が良好な金属薄膜を形成できる。

【００３６】請求項６に記載の発明によれば、除去工程
において、金属薄膜の不要部が除去されることによって
電極が形成されるため、薄膜形成工程で形成された金属
薄膜の不要部が除去されることによって電極を形成でき
る。

【００３７】請求項７に記載の発明によれば、除去工程
において、切削加工によって金属薄膜の不要部が除去さ
れるため、簡便な方法で金属薄膜の不要部を除去でき
る。

【００３８】請求項８に記載の発明によれば、切削加工
が、ウェハソーを用いて行われるため、加工精度が良好
で且つ加工効率のよい切削加工が実現できる。

【００３９】請求項９に記載の発明によれば、金属薄膜
にレーザ光線が照射されて不要部が削除されるため、金
属薄膜の削除された側縁がささくれ立った状態とならな
いため、金属薄膜の不要部が削除されて形成された電極
はセラミックス基材面から剥がれ難くなり、耐久性に優
れたものとなる。

【００４０】請求項１０に記載の発明によれば、セラミ
ックス基材が、微細幅の複数の電極が微細ピッチで形成
されてなるインクジェットヘッドを構成するものである
ため、側面部を含めて電極の厚みの均一なインクジェッ
トヘッドが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係るセラミックス基材
上への電極形成方法が適用されるインクジェットヘッド
の要部斜視図である。

【図２】 インクジェットヘッドの印字動作の一例を説
明するための図である。

【図３】 セラミックス基材の斜視図である。

【図４】 金属薄膜が形成されたセラミックス基材の斜
視図及び断面図である。

【図５】 下層金属薄膜が形成される過程の説明図（断
面図）である。

【図６】 不要部の削除工程の一例を示すものである。

【図７】 他の形状のインクジェットヘッドの要部斜視
図である。

【図８】 従来の金属薄膜が形成されたセラミックス基
材の斜視図及び断面図である。

【図９】 静電式インクジェット記録装置に用いられる
従来のインクジェットヘッドの要部斜視図である。

【符号の説明】

３ ウェハソー １０ インクジェットヘッド １１ セラミックス基材（ベース部） １２ 電極 １４ 隔離壁 １８Ｅ１ 下層金属薄膜（下面） １８Ｆ１ 下層金属薄膜（上面） １８Ｔ１ 下層金属薄膜（側面） １８Ｔ１１ 下層金属薄膜（側面） １８Ｔ１２ 下層金属薄膜（側面） １１１ インク吐出部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向主面を有するセラミックス基材の表
   面に金属薄膜を形成し、その一部を除去することによっ
   て側面部を含めて電極を形成する電極形成方法であっ
   て、セラミックス基材の表面に金属薄膜を形成する薄膜
   形成工程を含み、この薄膜形成工程は、前記セラミック
   ス基材の一方主面に対して第１の方向からスパッタリン
   グ処理を行なう第１工程と、前記セラミックス基材の他
   方主面に対して第２の方向からスパッタリング処理を行
   なう第２工程とを含むことを特徴とするセラミックス基
   材上への電極形成方法。
2. 【請求項２】 前記第１の方向と前記第２の方向とは互
   いに対向する方向であることを特徴とする請求項１に記
   載のセラミックス基材上への電極形成方法。
3. 【請求項３】 前記第１工程及び第２工程は、前記セラ
   ミックス基材の表面に下層金属薄膜を付与する工程と、
   この下層金属薄膜上に上層金属薄膜を付与する工程とを
   それぞれ含むことを特徴とする請求項１または２に記載
   のセラミックス基材上への電極形成方法。
4. 【請求項４】 前記下層金属薄膜はニッケルからなり、
   前記上層金属薄膜は金からなるものであることを特徴と
   する請求項３に記載のセラミックス基材上への電極形成
   方法。
5. 【請求項５】 前記下層金属薄膜は０．３〜１μｍの厚
   みを有し、前記上層金属薄膜は１μｍ以下の厚みを有す
   るものであることを特徴とする請求項４に記載のセラミ
   ックス基材上への電極形成方法。
6. 【請求項６】 前記金属薄膜の不要部を除去することに
   よって電極を形成する除去工程を更に含むことを特徴と
   する請求項１から５のいずれかに記載のセラミックス基
   材上への電極形成方法。
7. 【請求項７】 前記除去工程は、切削加工によって前記
   金属薄膜の不要部を除去することを特徴とする請求項６
   に記載のセラミックス基材上への電極形成方法。
8. 【請求項８】 前記切削加工は、ウェハソーを用いて行
   うことを特徴とする請求項７に記載のセラミックス基材
   上への電極形成方法。
9. 【請求項９】 前記除去工程は、レーザ光線を照射して
   前記金属薄膜の不要部を除去することを特徴とする請求
   項６に記載のセラミックス基材上への電極形成方法。
10. 【請求項１０】 前記セラミックス基材は、微細幅の複
    数の電極が微細ピッチで形成されてなるインクジェット
    ヘッドを構成するものであることを特徴とする請求項１
    〜９のいずれかに記載のセラミックス基材上への電極形
    成方法。