JP2004055845A - Circuit board and its manufacturing method - Google Patents

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JP2004055845A
JP2004055845A JP2002211611A JP2002211611A JP2004055845A JP 2004055845 A JP2004055845 A JP 2004055845A JP 2002211611 A JP2002211611 A JP 2002211611A JP 2002211611 A JP2002211611 A JP 2002211611A JP 2004055845 A JP2004055845 A JP 2004055845A
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Masato Ueichi
上市 真人
Erushado Ari Choudouri
チョウドゥリ エルシャド アリ
Yukihiro Hayakawa
早川 幸宏
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve coverage at step portions with protection layers. <P>SOLUTION: This circuit board comprises a heat generating resistor layer 13 formed on a substrate 11, a pair of electrode wiring 14a, 14b formed on the substrate 11 so as to penetrate into the heat generating resistor layer 13, a first protection layer 17 formed all over the substrate 11 to cover the electrode wiring 14a, 14b and the heat generating resistor layer 13, and a second protection layer 16 formed on the surface of the first protection layer 17 to cover the heat generating resistor layer 13 and connecting parts between the resistor layer 13 and the electrode wiring 14a, 14b. The thickness of the electrode wiring 14a, 14b is set to be 1500-3000 Å, and the thickness of the first protection layer 17 is set to be 1.0-2.0 times the thickness of the electrode wiring 14a, 14b. The cross section of the electrode wiring 14a, 14b is set to be a taper shape having a taper angle θ of 30-70°. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱抵抗体が複数設けられた回路基板およびその製造方法に関し、特には、電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーを利用して液体を吐出するインクジェットヘッドなどの液体吐出ヘッドに備えられている液体吐出ヘッド用の回路基板およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
インクジェットヘッドは、吐出口からインクを吐出して飛翔的インク滴を形成するための熱エネルギー発生手段が設けられた回路基板を備えている。この熱エネルギー発生手段は、通電されることで発熱する発熱抵抗体(電気熱変換素子)層と、該発熱抵抗体層に通電するための一対の電極配線とで構成されている。
【0003】
熱エネルギー発生手段は、発熱抵抗体層が直にインクに接触する状態であると、インクの電気抵抗値によってはインクを通じて電気が流れたり、インクを通じての電気の流れによってインク自体が電気分解したり、あるいは発熱抵抗体層への通電の際に発熱抵抗体層とインクとが反応し、発熱抵抗体層の腐食による抵抗値の変化や発熱抵抗体層の破損あるいは破壊が生じたりする場合があった。
【0004】
そのため、従来においては、Ni,Crなどの合金や、ZrB,HfBなどの金属ホウ化物などの発熱抵抗材料としての特性に比較的に優れた無機材料で発熱抵抗体層を構成すると共に、これらで構成された発熱抵抗体層上にSiO,SiNなどの耐酸化性に優れた材料で構成された第1保護層を設けることで発熱抵抗体層がインクに直に接触するのを防止し、上述した問題を解決し、信頼性および繰り返し使用の耐久性の向上を図ることが提案されている。
【0005】
ところで、このような熱エネルギー発生手段を形成するに際しては、発熱抵抗体層を所定の基板上に形成した後、電極配線および第1保護層を順次積層していくのが一般的であり、このような第1保護層には、上記のような発熱抵抗体層の破損防止あるいは電極配線間の短絡防止などを保護する層としての各種の機能を十分に果たすべく、これら発熱抵抗体層や電極配線の所要部をピンホールなどの欠陥を有することなく一様に被覆することが要求される。
【0006】
さらにこの第1保護層の上には、第1保護層とインクとが完全に遮断されるように、比較的薄い第2保護層を設けることが一般的に行われる。この第2保護層は、Taなどの金属の薄膜をスパッタリングで成膜するのが一般的である。この第2保護層を設けることにより、SiO,SiNなどの下部の第1保護層に、発熱抵抗体による熱発生の繰り返しにより亀裂などが生じたとしても、インクの侵入を防止する役割を果たしている。また、この第2保護層は、発泡および消泡の繰り返しによるキャビテーション保護の役割も果たしており、この第2保護層により反復使用の耐久性の向上が計られてきた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなインクジェットヘッドは、上述したように、一般に電極配線が発熱抵抗体層の上に形成されるため、電極配線と発熱抵抗体層とによる段差が生じる。このような段差部には、膜厚の不均一などが発生し易いことから、発熱抵抗体層の露出部分を生じることのないようにするため、段差部を第1保護層/第2保護層により十分に被覆せねばならない。このような段差部の第1保護層/第2保護層によるカバーレージ性が不十分な状態では、発熱抵抗体層の露出部分とインクとが直に接触し、インクが電気分解されたり、インクと発熱抵抗体層を構成する材料とが化学反応を起こしたりして発熱抵抗体層が浸蝕し破壊されてしまうことがあった。しかも、このような段差部に膜厚の不均一が生じると、熱発生の繰り返しによって第1保護層/第2保護層に生じる熱応力の部分集中を招き、第1保護層/第2保護層に亀裂を生じる原因ともなり、この亀裂の部分にインクが侵入し、上記のような発熱抵抗体層の破壊に至ることもあった。
【0008】
従来、このような問題の解決にあたっては、第1保護層の膜厚を6000〜8000Å程度に厚くし、段差部のカバーレージ性の向上やピンホールの減少を図ることが一般に行われている。しかし、第1保護層を厚くすると、第1保護層の熱的抵抗が大きくなって熱効率が低下するため、必要以上の熱を発熱抵抗体層で発生させねばならず、その熱が基板に蓄熱されて熱応答性が悪くなり、必要以上の電力のため発熱抵抗体層の耐久性が悪くなるなどの問題を新たに生ずる。
【0009】
このような問題は、第1保護層を3000Å程度に薄くして第1保護層の熱効率を向上することで克服できるが、第1保護層を薄くすると、上述のように、段差部のカバーレージ性の悪化により発熱抵抗体層が浸蝕する等の問題が生じる。
【0010】
そこで、従来においては、第1保護層を薄く形成するに際し、4000〜8000Å程度であった電極配線の膜厚を2000Å程度に薄くし段差を小さくすることで段差部の被覆不良を改善することが行われており、それにより、熱効率の向上と段差部のカバーレージ性の向上との両立が図られていた。
【0011】
その一方で、最近のインクジェットヘッドは、耐久性のさらなる向上が要求されていること、またインク種の多様化による耐インクの耐蝕性のさらなる向上が要求されていること等、使用条件が従来よりもさらに厳しくなる傾向にある。
【0012】
したがって、このようなインクジェットヘッドの使用条件下でも発熱抵抗体層が浸蝕することを防止するには、特に段差部に第1保護層/第2保護層をカバーレージ性良く形成することが重要となるが、そのためには電極配線の膜厚を薄くするだけでは対応できない可能性もあり、第1保護層/第2保護層による段差部のカバーレージ性をさらに向上させることが要求されている。
【0013】
そこで本発明の目的は、電極配線と発熱抵抗層とによる段差部において、保護層によるカバーレージ性をさらに向上させることができる回路基板およびその製造方法を提供することにある。
【0014】
【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の回路基板は、基板の表面部に形成されて熱エネルギーを発生するための電気熱変換素子と、該電気熱変換素子に導通するように前記基板の表面部に形成される電極配線と、前記基板の表面部のほぼ全域に形成されて前記電極配線および前記電気熱変換素子を覆う第1保護層と、を有する回路基板において、前記電極配線の厚みが1500〜3000Åの範囲にあり、前記第1保護層の厚みが前記一対の電極配線の厚みの1.0〜2.0倍の範囲にあり、前記一対の電極配線の断面形状がテーパ角度30〜70°の範囲にあるテーパ形状になっていることを特徴とするものである。
【0015】
この構成によれば、電極配線の厚みを1500〜3000Åと薄くするだけでなく、電極配線の断面形状をテーパ角度30〜70°のテーパ形状としているため、電極配線と発熱抵抗体層とによる段差部での保護層のカバーレージ性をさらに向上させることが可能となる。
【0016】
また、前記一対の電極配線のテーパ形状は、ドライエッチングにより形成されたものであっても良い。
【0017】
上記目的を達成するために本発明の回路基板の製造方法は、基板の表面に熱エネルギーを発生するための電気熱変換素子を形成するステップと、前記電気熱変換素子に導通するように1500〜3000Åの厚みの電極配線を前記基板の表面部に形成し、さらに、前記電極配線の断面形状をテーパ角度30〜70°のテーパ形状に加工するステップと、前記電極配線および前記電気熱変換素子を覆う、前記電極配線の1.0〜2.0倍の厚みの第1保護層を前記基板の表面部のほぼ全域に形成するステップと、を有することを特徴とするものである。
【0018】
また、前記一対の電極配線のテーパ形状を、ドライエッチングにより形成することとしても良い。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の回路基板およびその製造方法は、発熱抵抗体が複数設けられたものであればどのような回路基板にも適用可能であるが、中でも、インクジェットヘッドなどの液体吐出ヘッドに備えられている回路基板に特に好適に適用される。そのため、以下では、本発明の回路基板およびその製造方法として、インクジェットヘッドに備えられている回路基板およびその製造方法を例に挙げて説明する。
【0020】
図4に、本発明の回路基板を適用した記録素子基板H1100の一部の断面図を、図5に特に本発明の回路基板の主要部の平面形状を示し、図5のXIII−XIII矢視断面構造、XIV−XIV矢視断面構造を図6、図7にそれぞれ示す。
【0021】
これらの図において、11は電気熱変換素子(記録素子)18が設けられた基板であり、電気熱変換素子18は一対の電極配線14a,14bとの間に位置する発熱抵抗体層13によって形成される。15,23は一対の電極配線14a,14bにより形成されて発熱抵抗体層13から立ち上がる段差部、17は第1保護層、16は第2保護層をそれぞれ示す。また、19はインク滴を吐出させるための吐出口、20は吐出口19にインクを供給するためのインク室、21はインク室20にインクを供給するために基板11に開口するインク供給口である。
【0022】
基板11は、Siウェハ上に発熱抵抗体層13および一対の電極配線14a,14bなどをフォトリソグラフィ技術によってパターニングし、インク室20、吐出口19を感光性樹脂によって作成し、異方性エッチングなどによってインク供給口21を形成した後、Siウェハを切断することによって形成される。そして、この基板11には、電気熱変換素子18を駆動するための電気的信号の受け渡しを行う電気配線基板H1300(図3参照)が実装技術によって接続される。つまり、この電気配線基板H1300には、電気熱変換素子18に電流をスイッチングさせるパワートランジスタおよびこのパワートランジスタを制御するためのCMOSロジック回路などが駆動手段として半導体技術を利用して形成され、電極配線14a,14bを介して電気熱変換素子18に接続している。
【0023】
本実施形態では、インク供給口21を挟んで相互に平行な2列の吐出口19を相互に半ピッチずらしていわゆる千鳥状に配列しており、各列の吐出口19に対応するインク室20の間隔を600dpiのピッチでそれぞれ配列させている。
【0024】
各々のインク室20には電気熱変換素子(記録素子)18が設けられ、それぞれ吐出口19から所定量のインク滴を吐出できるようにしている。
【0025】
本実施形態では、まず、基板11としてSiウェハを使用し、このSiウェハを熱酸化により、数μm程度のSiO膜である酸化層12を形成する。
【0026】
次に、酸化層12上に、スパッタリングにより発熱抵抗体層13を500Å程度の厚みで形成する。この発熱抵抗体層13として本実施形態ではTaNを用いたが、HfBやTaSiNなどを使用してもよい。
【0027】
そして、電極配線14a,14bとしてAl層を2000Å程度の膜厚にし、±300Åの膜厚の公差にて成膜した後、マスクを使用して配線領域をパターニングする。本実施形態では、電極配線14a,14bとしてAlを用いているが、Al−Si,Al−CuまたはAl−Si−Cuなどの合金を用いてもよい。
【0028】
電極配線14a,14bの膜厚を厚くすることは、特に段差部15,23で第1保護層17/第2保護層16の膜厚不均一などが生じ、カバーレージ性の悪化などを招くこととなる。一方、電極配線14a,14bの膜厚を薄くすることは、配線抵抗を上昇させるものであり、その配線抵抗により電力の消費が増大し、基板11の温度上昇を招くこととなる。そのため、電極配線14a,14bの膜厚は、上記の点を鑑み1500〜3000Åの範囲が好ましい。なお、図6における側壁28は後述する吐出口形成部材25(図8、図9参照)との密着性の向上を図るべく、第1保護層17/第2保護層16形成の際にドライエッチング等で意図的に設ける段差であり、この側壁28上に吐出口形成部材25が形成されるため、この側壁28の段差部分でのカバーレージ性が問題になることはない。
【0029】
次に、電気熱変換素子18の部分を形成するため、マスクを使用してパターニングを実施し、その後、電気熱変換素子18の部分のAl層をウェットエッチングにて除去する。そして、Al層が残留した部分に対して、発熱抵抗体層13と同時にドライエッチングを施し、断面形状がテーパ形状である電極配線14a,14bを形成する。この電極配線14a,14bのテーパ角度θは30°〜70°の範囲が好ましいが、この数値の根拠については後述する。
【0030】
次に、P−SiNによる第1保護層17をCVD法により成膜する。この第1保護層17の膜厚は3000Å程度とし、±400Åを公差範囲として成膜したが、酸化シリコンを第1保護層17として成膜することも可能である。
【0031】
第1保護層17の膜厚を厚くすることは、熱効率の低下による発熱抵抗体層13の耐久性の悪化などを招くこととなる。一方、第1保護層17の膜厚を薄くすることは、電極配線14a,14bの膜厚によっては、特に段差部15,23で膜厚の不均一などが生じ易くなり、カバーレージ性の悪化を招くこととなる。そのため、第1保護層17の膜厚は、上記の点を鑑み電極配線14a,14bの1.0〜2.0倍の範囲が好ましい。
【0032】
次に、第2保護層16として、Taをスパッタリングにより形成するが、その膜厚を2300Åにし、±280Åの公差範囲にて成膜した。このTaに代えてTaNやTaSiNなどを第2保護層16として採用してもよい。
【0033】
次に、第2保護層16であるTaの不要な部分を削除するため、再度パターニングした後、ドライエッチング法により除去する。このドライエッチングの時間設定は、電気熱変換素子18の配列方向に沿って平行に配列する発熱抵抗体層13(およびこれに交互に重なる電極配線14a,14b)の間の凹部22に第2保護層16が残留しないように、オーバーエッチング状態に設定される。第2保護層16が残留した残留部分の下部の第1保護層17にピンホールがあった場合、この残留部分と配線電極14a,14bとが通電して残留部分は酸化される。ここで、残留部分が必要として残した第2保護層16と通電する場合、第2保護層16の必要部分まで酸化されてしまい、キャビテーション保護ができなくなる恐れがある。そこで、第2保護層16の不要部分を残留させずに除去するために、オーバーエッチング量は100Å以上であることが好ましい。
【0034】
このドライエッチングでは、エッチングガスの噴射方向を例えば基板11の表面に対して垂直に設定することにより、発熱抵抗体層13と電極配線14a,14bとにより形成されて基板11の表面(図示例では酸化層12の表面)から立ち上がる段差部15,23の部分の第1保護層17は、エッチングガスの噴射方向に対して傾斜した状態となり、ここに亀裂が入っていたとしてもエッチングガスの浸入が緩和される結果、発熱抵抗体層13上に重なる電極配線14a,14bが損傷を受けるような不具合は発生しない。尤も、オーバーエッチングにより第1保護層17を多く削りすぎた場合、膜質が粗になっている段差部15,23のエッチングが速いため電極配線14a,14bが損傷を受ける恐れがある。
【0035】
このような異方性のドライエッチングを行うことにより、基板11の表面から立ち上がる段差部15,23の第1保護層17に亀裂が入っていても、発熱抵抗体層13上に重なる電極配線14a,14bの損傷を受けにくくしている。
【0036】
また、このようなドライエッチングでオーバーエッチング状態にする際、第2保護層16によって覆われた第1保護層17の部分と第2保護層16によって覆われていない第1保護層17の部分との境界部近傍に側壁28として段差を形成し、後述する吐出口形成部材25との密着性の向上を図ることとしても良い。
【0037】
以下、電極配線14a,14bのテーパ角度θを30〜70°の範囲とする根拠について説明する。ここでは、電極配線14a,14bのテーパ角度θの最適な範囲を得るために、次のような評価を行った。
【0038】
まず、電極配線14a,14bのテーパ角度θを30°,50°,70°,75°,80°,85°とした回路基板を、上述の手順で各々6400個作製した。なお、テーパ角度θが30°未満のものについては、寸法精度が不安定となり、再現性良く作製することができなかったため、この評価からは除外した。この際、電極配線14a,14bの厚みは2000Å、第1保護層17の厚みは3000Å(電極配線14a,14bの1.5倍)である。
【0039】
そして、上記のように作製した回路基板をインクの主成分であるBHF(バッファードフッ酸)の溶液中に浸し、その中から第1保護層17/第2保護層16によるカバーレージ性が悪く発熱抵抗体層13が浸蝕されたものを不良とし、その個数を評価した。表1に、その評価結果を示す。
【0040】
【表1】

Figure 2004055845
【0041】
表1に示すように、電極配線14a,14bのテーパ角度θを70°以下とした場合には、上記のように非常に厳しい条件の評価においても、発熱抵抗体層13が浸蝕されず不良の発生がないことがわかる。このことから、テーパ角度θを70°以下にした場合は、段差部15,23での第1保護層17/第2保護層16のカバーレージ性が飛躍的に向上していると考えられる。
【0042】
これに対して、電極配線14a,14bのテーパ角度θを70°よりも大きくした場合には、発熱抵抗体層13が浸蝕されて不良が発生していることがわかる。このことから、テーパ角度θを70°よりも大きくした場合は、段差部15,23で第1保護層17/第2保護層16の膜厚が薄くなる等の膜厚の不均一が生じ、この膜厚の不均一によりカバーレージ性が悪化していると考えられる。
【0043】
以上のことから、インクジェットヘッドの使用条件が今後さらに厳しくなったとしても、電極配線14a,14bのテーパ角度θを70°以下とすれば、段差部15,23での第1保護層17/第2保護層16のカバーレージ性が飛躍的に向上するため、発熱抵抗体層13にインクが浸蝕することを回避できると考えられる。また、電極配線14a,14bを再現性良く作製するためには、上述のようにテーパ角度θを30°以上とする必要がある。以上のことから、電極配線14a,14bのテーパ角度θは30°〜70°が好ましい範囲である。
【0044】
ここで、図4の記録素子基板H1100の主要部の平面形状を図8に示し、図8のXVIII−XVIII矢視断面構造を図9に示す。
【0045】
これらの図において、25は吐出口19が形成された吐出口形成部材、27は上述のように作製された回路基板、26は回路基板27と吐出口形成部材25との密着性を向上させるための密着層である。なお、上述の記録素子基板H1100は、回路基板27に密着層26および吐出口形成部材25を形成して作製したものに対応する。以下、その作製方法について説明する。
【0046】
まず、上述の手順で回路基板27を形成後、密着層26として、ポリエーテルアミド樹脂を厚み2.0μmで形成し、続いて、ODUR(商品名:東京応化工業社製)などの溶解可能な感光性材料であるポジレジストを塗布し、インク流路パターン(不図示)をパターニングする(厚み12μm程度)。
【0047】
さらに、回路基板27上に、吐出口形成部材25として被覆樹脂層を形成し、パターニングによって吐出口19を形成する。被覆樹脂層としては、吐出口19をフォトリソグラフィーで容易にかつ精度よく形成できることから、感光性のものが好ましい。また、下部の回路基板27との密着性、耐インク性を有することが要求されるため、ここではエポキシ樹脂のカチオン重合硬化物を構造材料とするものを用いた。
【0048】
その後、CDE(ケミカルドライエッチング)でインク供給口21上のP−SiN膜を除去し、溶解液に浸すことによりODURを除去することにより、インク供給口21上のP−SiN膜およびODURからなるインク流路パターンを除去し、さらにエポキシ樹脂を完全に硬化させて吐出口形成部材25を形成する。この吐出口形成部材25は、図8、図9に示したように第2保護層16の一部および第2保護層16によって覆われていない第1保護層17の部分に密着層26を介して接合されている。このように密着層26を介することにより、第1保護層17および第2保護層16を形成した回路基板27と吐出口形成部材25との密着性を向上させることができる。また、上述のように、回路基板27には、第2保護層16によって覆われた第1保護層17の部分と第2保護層16によって覆われていない第1保護層17の部分との境界部近傍に側壁28として段差を形成しているため、第2保護層16の近傍における第1保護層17と密着層26との密着性が向上し、吐出口形成部材25の剥れが生じにくくなる。
【0049】
次に、上述した回路基板を利用した記録ヘッドカートリッジを組立てた状態の斜視図を図1に、図1の記録ヘッドカートリッジの分解斜視図を図2に、図2のインクジェットヘッドを斜め下方から観た分解斜視図を図3にそれぞれ示す。
【0050】
図1に示すように、本実施形態に係るインクジェットヘッドH1001は、記録ヘッドカートリッジH1000を構成する一構成要素となっている。この記録ヘッドカートリッジH1000は、インクを貯留するインクタンクH1900と、このインクタンクH1900から供給されるインクを吐出口から吐出させるインクジェットヘッドH1001とから構成されており、不図示のインクジェット記録装置本体のキャリッジに対して着脱可能に搭載される、いわゆるカートリッジ方式を採るものとなっている。この記録ヘッドカートリッジH1000は、キャリッジに搭載された状態で記録媒体の搬送方向と交差する方向に走査されながら、インクジェットヘッドH1001の吐出口からインクを吐出することで記録媒体に対する記録を行う。
【0051】
ここに示す記録ヘッドカートリッジH1000には、写真調の高画質なカラー記録を可能とするため、インクタンクH1900として、例えばブラック、ライトシアン、ライトマゼンタ、シアン、マゼンタ、およびイエローの各色独立のインクタンクが用意されており、図2に示すように、それぞれがインクジェットヘッドH1001に対して着脱自在となっている。
【0052】
そして、インクジェットヘッドH1001は、図3の分解斜視図に示すように、本発明の回路基板を利用した上述の記録素子基板H1100と、第1のプレートH1200と、電気配線基板H1300と、第2のプレートH1400と、タンクホルダH1500と、流路形成部材H1600と、フィルタH1700と、シールゴムH1800とから構成されている。
【0053】
記録素子基板H1100には、Si基板の片面にインクを吐出するための複数の記録素子(電気熱変換素子)と各記録素子に電力を供給するAl等の電極配線とで構成される熱エネルギー変換手段が成膜技術により形成され、この記録素子に対応した複数のインク流路と複数の吐出口H1100Tとがフォトリソグラフィ技術により形成されると共に、複数のインク流路にインクを供給するためのインク供給口が裏面に開口するように形成されている。また、記録素子基板H1100は第1のプレートH1200に接着固定されており、この第1のプレートH1200には、記録素子基板H1100にインクを供給するためのインク連通口H1201が形成されている。さらに、第1のプレートH1200には、開口部を有する第2のプレートH1400が接着固定されており、この第2のプレートH1400は、電気配線基板H1300と記録素子基板H1100とが電気的に接続されるよう、電気配線基板H1300を保持している。この電気配線基板H1300は、記録素子基板H1100にインクを吐出するための電気信号を印加するものであり、記録素子基板H1100に対応する電気配線と、この電気配線端部に位置し記録装置本体からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子H1301とを有しており、外部信号入力端子H1301は、タンクホルダH1500の背面側に位置決め固定されている。
【0054】
一方、インクタンクH1900を着脱可能に保持するタンクホルダH1500には、流路形成部材H1600が超音波溶着され、インクタンクH1900から第1のプレートH1200に亙るインク流路H1501を形成している。また、インクタンクH1900と係合するインク流路H1501のインクタンク側端部には、フィルタH1700が設けられ、外部からの塵埃の侵入を防止し得るようになっている。また、インクタンクH1900との係合部にはシールゴムH1800が装着され、係合部からのインクの蒸発を防止し得るようになっている。
【0055】
さらに、前述のようにタンクホルダH1500、流路形成部材H1600、フィルタH1700、およびシールゴムH1800から構成されるタンクホルダ部と、記録素子基板H1100、第1のプレートH1200、電気配線基板H1300、および第2のプレートH1400から構成される記録素子部とを接着等で結合することにより、インクジェットヘッドH1001を構成している。
【0056】
なお、本実施形態では、吐出口19と電気熱変換素子18とが対向するサイドシュータータイプのインクジェットヘッドH1001について説明したが、吐出口の開口方向が電気熱変換素子の表面に対してほぼ直交するエッジシュータータイプのインクジェットヘッドに対しても本発明を応用することが可能である。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電極配線の厚みを1500〜3000Åと薄くするだけでなく、電極配線の断面形状をテーパ角度30〜70°のテーパ形状とすることにより、電極配線と発熱抵抗体層とによる段差部での保護層のカバーレージ性をさらに向上させることができる。したがって、本発明をインクジェットヘッドなどの液体吐出ヘッドに適用すれば、発熱抵抗体層がインクなどの液体に浸蝕されるのを防止でき、特に効果的である。
【0058】
また、第1保護層の厚みを一対の電極配線の1.0〜2.0倍に薄くすることにより、発熱抵抗体層の熱効率を向上することができる。したがって、本発明をインクジェットヘッドなどの液体吐出ヘッドに適用すれば、液体の急速加熱が可能となって発泡安定性を向上させることができる。その結果、液体吐出ヘッドの省電力化および昇温の抑制が可能となり、基板の蓄熱が抑制されて熱応答性が向上し、駆動周波数を高めて高品位のプリント作業を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に用いる記録ヘッドカートリッジを組立てた状態の斜視図である。
【図2】図1に示した記録ヘッドカートリッジの分解斜視図である。
【図3】図2に示したインクジェットヘッドを斜め下方から観た分解斜視図である。
【図4】図3に示した記録素子基板の概略構造を表す破断斜視図である。
【図5】図4に示した記録素子基板のうち本発明の回路基板の主要部を示す平面図である。
【図6】図5中のXIII−XIII矢視断面図である。
【図7】図5中のXIV−XIV矢視断面図である。
【図8】図4に示した記録素子基板の主要部を示す平面図である。
【図9】図8中のXVIII−XVIII矢視断面図である。
【符号の説明】
11  基板
12  酸化層
13  発熱抵抗体層
14a,14b  電極配線
15  段差部
16  第1保護層
17  第2保護層
18  電気熱変換素子
19  吐出口(H1100T)
20  インク室
21  インク供給口
22  凹部
23  段差部
25  吐出口形成部材
26  密着層
27  回路基板
28  側壁
H1000  記録ヘッドカートリッジ
H1001  インクジェットヘッド
H1100  記録素子基板
H1100T  吐出口
H1200  第1のプレート
H1201  インク連通口
H1300  電気配線基板
H1301  外部信号入力端子
H1400  第2のプレート
H1500  タンクホルダ
H1501  インク流路
H1600  流路形成部材
H1700  フィルタ
H1800  シールゴム
H1900  インクタンク[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a circuit board provided with a plurality of heating resistors and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a liquid discharge head such as an ink jet head that converts electric energy into heat energy and discharges a liquid using the heat energy. The present invention relates to a circuit board for a liquid ejection head and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
The ink jet head includes a circuit board provided with a thermal energy generating unit for forming a flying ink droplet by discharging ink from a discharge port. This thermal energy generating means is composed of a heating resistor (electrothermal conversion element) layer that generates heat when energized, and a pair of electrode wires for supplying electricity to the heating resistor layer.
[0003]
When the heating resistor layer is in direct contact with the ink, the heat energy generating means may cause electricity to flow through the ink depending on the electric resistance value of the ink, or may cause the ink itself to be electrolyzed by the flow of electricity through the ink. In addition, when the heating resistor layer is energized, the heating resistor layer and the ink react with each other, which may cause a change in resistance value due to corrosion of the heating resistor layer, or damage or destruction of the heating resistor layer. Was.
[0004]
Therefore, conventionally, alloys such as Ni and Cr, ZrB 2 , HfB 2 The heating resistor layer is made of an inorganic material having relatively excellent properties as a heating resistor material such as a metal boride such as metal boride, and SiO 2 is formed on the heating resistor layer made of these materials. 2 A first protective layer made of a material having excellent oxidation resistance, such as SiN or SiN, prevents the heating resistor layer from directly contacting the ink, solves the above-described problem, and improves reliability and repetition. It has been proposed to improve the durability of use.
[0005]
By the way, when such a thermal energy generating means is formed, it is general that a heating resistor layer is formed on a predetermined substrate, and then an electrode wiring and a first protective layer are sequentially laminated. Such a first protective layer is provided with various functions such as a layer for protecting the heating resistor layer from being damaged or a short circuit between electrode wirings as described above. It is required to uniformly cover a required portion of the wiring without having a defect such as a pinhole.
[0006]
Further, a relatively thin second protective layer is generally provided on the first protective layer so that the first protective layer and the ink are completely shut off. The second protective layer is generally formed by sputtering a thin film of a metal such as Ta. By providing this second protective layer, SiO 2 2 , SiN, etc., plays a role in preventing the invasion of ink even if cracks or the like occur due to repeated heat generation by the heating resistor. Further, the second protective layer also plays a role of cavitation protection by repeating foaming and defoaming, and the second protective layer has been intended to improve the durability of repeated use.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such an ink jet head, as described above, since the electrode wiring is generally formed on the heating resistor layer, a step is generated between the electrode wiring and the heating resistor layer. Since such a step portion is likely to have a non-uniform film thickness, the step portion is provided with a first protective layer / a second protective layer so as not to produce an exposed portion of the heating resistor layer. Have to be fully covered. In a state where the coverage of the stepped portion by the first protective layer / second protective layer is insufficient, the exposed portion of the heating resistor layer comes into direct contact with the ink, and the ink is electrolyzed, In some cases, a chemical reaction occurs between the material and the material forming the heating resistor layer, and the heating resistor layer is eroded and destroyed. In addition, when the film thickness becomes uneven in such a stepped portion, thermal stress generated in the first protective layer / second protective layer due to repetition of heat generation is caused to cause partial concentration of the first protective layer / second protective layer. In some cases, the ink may penetrate into the cracks, causing the above-described heating resistor layer to break.
[0008]
Conventionally, in order to solve such a problem, it is generally practiced to increase the thickness of the first protective layer to about 6000 to 8000 ° so as to improve the coverage of the step portion and reduce the number of pinholes. However, if the first protective layer is made thicker, the thermal resistance of the first protective layer increases and the thermal efficiency decreases, so that more heat than necessary must be generated in the heating resistor layer, and the heat is stored in the substrate. As a result, thermal responsiveness deteriorates, and another problem arises that the durability of the heat generating resistor layer deteriorates due to excessive power.
[0009]
Such a problem can be overcome by reducing the thickness of the first protective layer to about 3000 ° to improve the thermal efficiency of the first protective layer. However, when the first protective layer is thinned, as described above, the cover rage of the step portion is reduced. A problem such as erosion of the heat-generating resistor layer due to deterioration of the properties arises.
[0010]
Therefore, conventionally, when the first protective layer is formed to be thin, the thickness of the electrode wiring, which was about 4000 to 8000 °, is reduced to about 2000 ° to reduce the step, thereby improving the poor coverage of the step. Accordingly, both improvement of the thermal efficiency and improvement of the coverage of the step portion have been achieved.
[0011]
On the other hand, in recent inkjet heads, the use conditions have been higher than in the past, such as the demand for further improvement in durability and the demand for further improvement in the corrosion resistance of ink resistance due to the diversification of ink types. Also tend to be more severe.
[0012]
Therefore, in order to prevent the heating resistor layer from being eroded even under the conditions of use of such an ink jet head, it is important to form the first protective layer / second protective layer on the step portion with good coverage. However, there is a possibility that this cannot be achieved only by reducing the thickness of the electrode wiring, and it is required to further improve the coverage of the step portion by the first protective layer / second protective layer.
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a circuit board and a method of manufacturing the circuit board, which can further improve the coverage by a protective layer in a stepped portion formed by an electrode wiring and a heating resistor layer.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a circuit board according to the present invention includes an electrothermal conversion element formed on a surface portion of the substrate for generating thermal energy, and a surface portion of the substrate so as to be electrically connected to the electrothermal conversion element. And a first protective layer formed over substantially the entire surface of the substrate to cover the electrode wiring and the electrothermal transducer, wherein the thickness of the electrode wiring is 1500. And the thickness of the first protective layer is 1.0 to 2.0 times the thickness of the pair of electrode wires, and the cross-sectional shape of the pair of electrode wires is 30 to 70. It has a tapered shape in the range of °.
[0015]
According to this configuration, not only the thickness of the electrode wiring is reduced to 1500 to 3000 °, but also the cross-sectional shape of the electrode wiring is tapered at a taper angle of 30 to 70 °. It is possible to further improve the coverage of the protective layer in the portion.
[0016]
Further, the tapered shape of the pair of electrode wires may be formed by dry etching.
[0017]
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a circuit board according to the present invention includes the steps of forming an electrothermal conversion element for generating thermal energy on the surface of the board; Forming an electrode wiring having a thickness of 3000 ° on the surface of the substrate, and processing the electrode wiring into a tapered shape having a taper angle of 30 to 70 °; and forming the electrode wiring and the electrothermal transducer. Forming a first protective layer having a thickness of 1.0 to 2.0 times as large as the electrode wiring over substantially the entire surface of the substrate.
[0018]
Further, the tapered shape of the pair of electrode wirings may be formed by dry etching.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The circuit board and the method of manufacturing the same according to the present invention can be applied to any circuit board provided with a plurality of heating resistors, and among them, the circuit board is provided in a liquid ejection head such as an inkjet head. It is particularly suitably applied to a circuit board. Therefore, hereinafter, a circuit board provided in an ink jet head and a method for manufacturing the same will be described as an example of a circuit board and a method for manufacturing the same according to the present invention.
[0020]
FIG. 4 is a cross-sectional view of a part of a printing element substrate H1100 to which the circuit board of the present invention is applied, and FIG. 5 particularly shows a plan shape of a main part of the circuit board of the present invention. 6 and 7 show a cross-sectional structure and a cross-sectional structure taken along the line XIV-XIV, respectively.
[0021]
In these figures, reference numeral 11 denotes a substrate provided with an electrothermal conversion element (recording element) 18, and the electrothermal conversion element 18 is formed by the heating resistor layer 13 located between the pair of electrode wirings 14a and 14b. Is done. Reference numerals 15 and 23 denote steps formed from the pair of electrode wires 14a and 14b and rising from the heating resistor layer 13, reference numeral 17 denotes a first protective layer, and reference numeral 16 denotes a second protective layer. Reference numeral 19 denotes a discharge port for discharging ink droplets, reference numeral 20 denotes an ink chamber for supplying ink to the discharge port 19, and reference numeral 21 denotes an ink supply port which opens to the substrate 11 for supplying ink to the ink chamber 20. is there.
[0022]
The substrate 11 is formed by patterning a heating resistor layer 13 and a pair of electrode wirings 14a and 14b on a Si wafer by a photolithography technique, forming an ink chamber 20 and a discharge port 19 with a photosensitive resin, and performing anisotropic etching. Is formed by cutting the Si wafer after the ink supply port 21 is formed. Then, an electric wiring board H1300 (see FIG. 3) for transferring electric signals for driving the electrothermal transducer 18 is connected to the substrate 11 by a mounting technique. That is, on the electric wiring substrate H1300, a power transistor for switching the current to the electrothermal transducer 18 and a CMOS logic circuit for controlling the power transistor are formed using semiconductor technology as driving means. It is connected to the electrothermal transducer 18 via 14a and 14b.
[0023]
In the present embodiment, the two rows of discharge ports 19 parallel to each other with the ink supply port 21 interposed therebetween are arranged in a so-called zigzag manner by being shifted by half a pitch from each other, and ink chambers 20 corresponding to the discharge ports 19 of each row are arranged. Are arranged at a pitch of 600 dpi.
[0024]
An electrothermal conversion element (recording element) 18 is provided in each ink chamber 20 so that a predetermined amount of ink droplet can be ejected from each ejection port 19.
[0025]
In this embodiment, first, a Si wafer is used as the substrate 11, and this Si wafer is thermally oxidized to a SiO.sub. 2 An oxide layer 12, which is a film, is formed.
[0026]
Next, a heating resistor layer 13 is formed on the oxide layer 12 by sputtering to a thickness of about 500 °. Although TaN is used as the heating resistor layer 13 in this embodiment, HfB 2 Or TaSiN may be used.
[0027]
Then, after forming an Al layer as the electrode wirings 14a and 14b to a thickness of about 2000 ° with a tolerance of ± 300 °, a wiring region is patterned using a mask. In the present embodiment, Al is used for the electrode wires 14a and 14b, but an alloy such as Al-Si, Al-Cu, or Al-Si-Cu may be used.
[0028]
Increasing the film thickness of the electrode wirings 14a and 14b causes unevenness in the film thickness of the first protective layer 17 / second protective layer 16, particularly at the step portions 15 and 23, and leads to deterioration of the coverage property. It becomes. On the other hand, reducing the film thickness of the electrode wirings 14a and 14b increases the wiring resistance, and the power consumption increases due to the wiring resistance, and the temperature of the substrate 11 increases. Therefore, the thickness of the electrode wirings 14a and 14b is preferably in the range of 1500 to 3000 ° in view of the above points. 6 is dry-etched at the time of forming the first protective layer 17 / second protective layer 16 in order to improve the adhesion with the discharge port forming member 25 (see FIGS. 8 and 9) described later. The discharge port forming member 25 is formed on the side wall 28, so that there is no problem with the coverage of the step on the side wall 28.
[0029]
Next, in order to form a portion of the electrothermal conversion element 18, patterning is performed using a mask, and thereafter, the Al layer of the portion of the electrothermal conversion element 18 is removed by wet etching. Then, the portion where the Al layer remains is subjected to dry etching simultaneously with the heating resistor layer 13 to form the electrode wirings 14a and 14b having a tapered cross section. The taper angle θ of the electrode wirings 14a and 14b is preferably in the range of 30 ° to 70 °, but the basis of this numerical value will be described later.
[0030]
Next, a first protective layer 17 of P-SiN is formed by a CVD method. The film thickness of the first protective layer 17 is about 3000 ° and the film is formed with a tolerance of ± 400 °. However, it is also possible to form silicon oxide as the first protective layer 17.
[0031]
Increasing the thickness of the first protective layer 17 causes deterioration of the durability of the heating resistor layer 13 due to a decrease in thermal efficiency. On the other hand, if the thickness of the first protective layer 17 is reduced, the thickness of the electrode wirings 14a and 14b may be uneven, particularly at the step portions 15 and 23, depending on the thickness of the electrode wires 14a and 14b. Will be invited. Therefore, the thickness of the first protective layer 17 is preferably in the range of 1.0 to 2.0 times the electrode wirings 14a and 14b in view of the above points.
[0032]
Next, Ta was formed as the second protective layer 16 by sputtering. The film thickness was set to 2300 ° and the film was formed within a tolerance range of ± 280 °. TaN, TaSiN, or the like may be used as the second protective layer 16 instead of Ta.
[0033]
Next, in order to remove an unnecessary portion of Ta which is the second protective layer 16, patterning is performed again, and then removed by a dry etching method. The dry etching time is set in the concave portion 22 between the heating resistor layers 13 (and the electrode wirings 14a and 14b alternately arranged on the heating resistor layers 13) arranged in parallel along the arrangement direction of the electrothermal transducers 18. The over-etched state is set so that the layer 16 does not remain. If there is a pinhole in the first protection layer 17 below the remaining portion where the second protection layer 16 remains, the remaining portion and the wiring electrodes 14a and 14b are energized and the remaining portion is oxidized. Here, when the remaining portion is energized with the second protective layer 16 left as necessary, the necessary portion of the second protective layer 16 is oxidized, and cavitation protection may not be possible. Therefore, in order to remove unnecessary portions of the second protective layer 16 without remaining, it is preferable that the over-etching amount is 100 ° or more.
[0034]
In this dry etching, the jetting direction of the etching gas is set, for example, perpendicular to the surface of the substrate 11, thereby forming the heating resistor layer 13 and the electrode wirings 14 a and 14 b to form the surface of the substrate 11 (in the illustrated example, The first protective layer 17 at the steps 15, 23 rising from the surface of the oxide layer 12) is inclined with respect to the direction of jetting the etching gas. As a result, there is no problem that the electrode wirings 14a and 14b overlapping the heating resistor layer 13 are damaged. However, if the first protective layer 17 is excessively etched away by the over-etching, the electrode portions 14a and 14b may be damaged because the steps 15 and 23 having a rough film quality are quickly etched.
[0035]
By performing such anisotropic dry etching, even if the first protection layer 17 of the steps 15 and 23 rising from the surface of the substrate 11 has a crack, the electrode wiring 14 a overlapping the heating resistor layer 13 is formed. , 14b are less likely to be damaged.
[0036]
Further, when the over-etching state is performed by such dry etching, a portion of the first protection layer 17 covered by the second protection layer 16 and a portion of the first protection layer 17 not covered by the second protection layer 16 are formed. A step may be formed as a side wall 28 in the vicinity of the boundary between the openings to improve the adhesion to the discharge port forming member 25 described later.
[0037]
Hereinafter, the grounds for setting the taper angle θ of the electrode wires 14a and 14b in the range of 30 to 70 ° will be described. Here, the following evaluation was performed in order to obtain the optimum range of the taper angle θ of the electrode wires 14a and 14b.
[0038]
First, 6,400 circuit boards each having the taper angles θ of the electrode wires 14a and 14b of 30 °, 50 °, 70 °, 75 °, 80 °, and 85 ° were manufactured by the above-described procedure. If the taper angle θ was less than 30 °, the dimensional accuracy was unstable, and it was not possible to manufacture with good reproducibility. At this time, the thickness of the electrode wirings 14a and 14b is 2000 °, and the thickness of the first protective layer 17 is 3000 ° (1.5 times the electrode wirings 14a and 14b).
[0039]
Then, the circuit board manufactured as described above is immersed in a solution of BHF (buffered hydrofluoric acid), which is a main component of the ink, and the first protective layer 17 / second protective layer 16 deteriorates the coverage therefrom. The erosion of the heating resistor layer 13 was regarded as defective, and the number thereof was evaluated. Table 1 shows the evaluation results.
[0040]
[Table 1]
Figure 2004055845
[0041]
As shown in Table 1, when the taper angle θ of the electrode wirings 14a and 14b is set to 70 ° or less, the heating resistor layer 13 is not eroded even in the evaluation of the very severe conditions as described above, and the defect is not good. It can be seen that there is no occurrence. From this, it is considered that when the taper angle θ is set to 70 ° or less, the coverage of the first protective layer 17 / second protective layer 16 at the steps 15 and 23 is dramatically improved.
[0042]
On the other hand, when the taper angle θ of the electrode wires 14a and 14b is set to be larger than 70 °, the heating resistor layer 13 is eroded and a defect occurs. For this reason, when the taper angle θ is larger than 70 °, the thickness of the first protective layer 17 / the second protective layer 16 becomes uneven at the steps 15, 23, and the film thickness becomes non-uniform. It is considered that the unevenness of the film thickness deteriorates the coverage property.
[0043]
From the above, even if the use conditions of the inkjet head become more severe in the future, if the taper angle θ of the electrode wirings 14a and 14b is set to 70 ° or less, the first protective layer 17 / the It is considered that since the coverage of the second protective layer 16 is dramatically improved, it is possible to prevent the ink from eroding the heating resistor layer 13. Further, in order to manufacture the electrode wirings 14a and 14b with good reproducibility, the taper angle θ needs to be 30 ° or more as described above. From the above, the taper angle θ of the electrode wires 14a and 14b is preferably in the range of 30 ° to 70 °.
[0044]
Here, FIG. 8 shows a plan shape of a main part of the printing element substrate H1100 in FIG. 4, and FIG. 9 shows a cross-sectional structure taken along the line XVIII-XVIII in FIG.
[0045]
In these figures, reference numeral 25 denotes a discharge port forming member in which the discharge ports 19 are formed, 27 denotes a circuit board manufactured as described above, and 26 denotes a circuit board 27 for improving the adhesion between the circuit board 27 and the discharge port forming member 25. Is an adhesion layer. Note that the above-described recording element substrate H1100 corresponds to one manufactured by forming the adhesion layer 26 and the discharge port forming member 25 on the circuit board 27. Hereinafter, the manufacturing method will be described.
[0046]
First, after the circuit board 27 is formed by the above-described procedure, a polyetheramide resin is formed to a thickness of 2.0 μm as the adhesion layer 26, and then a dissolvable material such as ODUR (trade name, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) A positive resist, which is a photosensitive material, is applied, and an ink flow path pattern (not shown) is patterned (thickness: about 12 μm).
[0047]
Further, a coating resin layer is formed as the discharge port forming member 25 on the circuit board 27, and the discharge ports 19 are formed by patterning. The coating resin layer is preferably photosensitive because the discharge port 19 can be easily and accurately formed by photolithography. Further, since it is required to have adhesiveness to the lower circuit board 27 and ink resistance, here, a structure material made of a cationically polymerized and cured epoxy resin is used.
[0048]
Thereafter, the P-SiN film on the ink supply port 21 is removed by CDE (chemical dry etching), and the ODUR is removed by immersing the P-SiN film in the solution and the P-SiN film and the ODUR on the ink supply port 21 are formed. The ink flow path pattern is removed, and the epoxy resin is completely cured to form the discharge port forming member 25. As shown in FIGS. 8 and 9, the discharge port forming member 25 has an adhesive layer 26 interposed between a part of the second protective layer 16 and a part of the first protective layer 17 not covered by the second protective layer 16. Are joined. By interposing the adhesion layer 26 in this manner, the adhesion between the circuit board 27 on which the first protection layer 17 and the second protection layer 16 are formed and the ejection port forming member 25 can be improved. As described above, the circuit board 27 has a boundary between the portion of the first protective layer 17 covered by the second protective layer 16 and the portion of the first protective layer 17 not covered by the second protective layer 16. Since the step is formed as the side wall 28 in the vicinity of the portion, the adhesion between the first protective layer 17 and the adhesive layer 26 in the vicinity of the second protective layer 16 is improved, and the discharge port forming member 25 is less likely to peel off. Become.
[0049]
Next, FIG. 1 is a perspective view showing a state where the recording head cartridge using the above-described circuit board is assembled, FIG. 2 is an exploded perspective view of the recording head cartridge of FIG. 1, and FIG. The exploded perspective views are shown in FIG.
[0050]
As shown in FIG. 1, the ink jet head H1001 according to the present embodiment is one component of a print head cartridge H1000. The recording head cartridge H1000 includes an ink tank H1900 for storing ink and an ink jet head H1001 for discharging ink supplied from the ink tank H1900 from a discharge port. A so-called cartridge system which is removably mounted on the printer is adopted. The recording head cartridge H1000 performs recording on the recording medium by ejecting ink from the ejection openings of the inkjet head H1001 while scanning in a direction intersecting the transport direction of the recording medium while being mounted on the carriage.
[0051]
The recording head cartridge H1000 shown here includes, for example, black, light cyan, light magenta, cyan, magenta, and yellow independent ink tanks as the ink tank H1900 in order to enable high-quality photographic color recording. As shown in FIG. 2, each is detachable from the inkjet head H1001.
[0052]
Then, as shown in the exploded perspective view of FIG. 3, the inkjet head H1001 includes the above-described recording element substrate H1100 using the circuit board of the present invention, a first plate H1200, an electric wiring substrate H1300, and a second It comprises a plate H1400, a tank holder H1500, a flow path forming member H1600, a filter H1700, and a seal rubber H1800.
[0053]
The printing element substrate H1100 includes a plurality of printing elements (electrothermal conversion elements) for ejecting ink to one side of a Si substrate and electrode wirings such as Al for supplying power to each printing element. The means is formed by a film forming technique, a plurality of ink flow paths and a plurality of ejection ports H1100T corresponding to the recording elements are formed by a photolithography technique, and ink for supplying ink to the plurality of ink flow paths is provided. The supply port is formed to open on the back surface. The printing element substrate H1100 is bonded and fixed to a first plate H1200. The first plate H1200 has an ink communication port H1201 for supplying ink to the printing element substrate H1100. Further, a second plate H1400 having an opening is adhered and fixed to the first plate H1200, and the second plate H1400 is electrically connected to the electric wiring substrate H1300 and the recording element substrate H1100. So that the electric wiring board H1300 is held. The electric wiring board H1300 is for applying an electric signal for discharging ink to the recording element substrate H1100. The electric wiring corresponding to the recording element substrate H1100 and an electric wiring located at the end of the electric wiring and from the main body of the printing apparatus. And an external signal input terminal H1301 for receiving the electric signal of the above. The external signal input terminal H1301 is positioned and fixed to the rear side of the tank holder H1500.
[0054]
On the other hand, a flow path forming member H1600 is ultrasonically welded to a tank holder H1500 that detachably holds the ink tank H1900 to form an ink flow path H1501 extending from the ink tank H1900 to the first plate H1200. In addition, a filter H1700 is provided at the end of the ink flow path H1501 on the ink tank side that engages with the ink tank H1900, so that intrusion of dust from the outside can be prevented. In addition, a seal rubber H1800 is attached to an engagement portion with the ink tank H1900, so that evaporation of ink from the engagement portion can be prevented.
[0055]
Further, as described above, the tank holder section including the tank holder H1500, the flow path forming member H1600, the filter H1700, and the seal rubber H1800, the recording element substrate H1100, the first plate H1200, the electric wiring board H1300, and the second The inkjet head H1001 is configured by bonding the recording element unit composed of the plate H1400 with an adhesive or the like.
[0056]
In the present embodiment, the side shooter type ink jet head H1001 in which the discharge port 19 and the electrothermal conversion element 18 face each other has been described, but the opening direction of the discharge port is substantially orthogonal to the surface of the electrothermal conversion element. The present invention can be applied to an edge shooter type inkjet head.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, not only the thickness of the electrode wiring is reduced to 1500 to 3000 °, but also the cross-sectional shape of the electrode wiring is tapered at a taper angle of 30 to 70 °. It is possible to further improve the coverage of the protective layer at the step due to the resistor layer. Therefore, when the present invention is applied to a liquid ejection head such as an ink jet head, it is possible to prevent the heating resistor layer from being eroded by a liquid such as ink, which is particularly effective.
[0058]
Further, by reducing the thickness of the first protective layer to 1.0 to 2.0 times the thickness of the pair of electrode wires, the thermal efficiency of the heating resistor layer can be improved. Therefore, if the present invention is applied to a liquid ejection head such as an ink jet head, rapid heating of the liquid becomes possible, and the foaming stability can be improved. As a result, it is possible to save power and suppress a rise in temperature of the liquid ejection head, suppress heat storage of the substrate, improve thermal responsiveness, and increase the driving frequency to realize high-quality printing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an assembled state of a recording head cartridge used in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the recording head cartridge shown in FIG.
FIG. 3 is an exploded perspective view of the inkjet head shown in FIG. 2 as viewed obliquely from below.
FIG. 4 is a cutaway perspective view showing a schematic structure of the recording element substrate shown in FIG.
FIG. 5 is a plan view showing a main part of the circuit board of the present invention among the printing element substrates shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a sectional view taken along the arrow XIII-XIII in FIG. 5;
FIG. 7 is a sectional view taken along the arrow XIV-XIV in FIG. 5;
FIG. 8 is a plan view showing a main part of the recording element substrate shown in FIG.
9 is a sectional view taken along the arrow XVIII-XVIII in FIG.
[Explanation of symbols]
11 Substrate
12 Oxidation layer
13 Heating resistor layer
14a, 14b electrode wiring
15 Step
16 First protective layer
17 Second protective layer
18 Electrothermal conversion element
19 Discharge port (H1100T)
20 ink chamber
21 Ink supply port
22 recess
23 Step
25 Discharge port forming member
26 Adhesion layer
27 circuit board
28 Side wall
H1000 print head cartridge
H1001 inkjet head
H1100 printing element substrate
H1100T outlet
H1200 first plate
H1201 Ink communication port
H1300 Electric wiring board
H1301 External signal input terminal
H1400 Second plate
H1500 Tank holder
H1501 Ink flow path
H1600 channel forming member
H1700 filter
H1800 Seal rubber
H1900 ink tank

Claims (4)

基板の表面部に形成されて熱エネルギーを発生するための電気熱変換素子と、該電気熱変換素子に導通するように前記基板の表面部に形成される電極配線と、前記基板の表面部のほぼ全域に形成されて前記電極配線および前記電気熱変換素子を覆う第1保護層と、を有する回路基板において、
前記電極配線の厚みが1500〜3000Åの範囲にあり、前記第1保護層の厚みが前記一対の電極配線の厚みの1.0〜2.0倍の範囲にあり、前記一対の電極配線の断面形状がテーパ角度30〜70°の範囲にあるテーパ形状になっていることを特徴とする回路基板。
An electrothermal conversion element formed on the surface of the substrate to generate thermal energy, an electrode wiring formed on the surface of the substrate so as to conduct to the electrothermal conversion element, A first protective layer formed over substantially the entire area and covering the electrode wiring and the electrothermal transducer.
The thickness of the electrode wiring is in the range of 1500 to 3000 °, the thickness of the first protective layer is in the range of 1.0 to 2.0 times the thickness of the pair of electrode wirings, and the cross section of the pair of electrode wirings is A circuit board having a tapered shape in a taper angle range of 30 to 70 °.
前記電極配線のテーパ形状は、ドライエッチングにより形成されたものである、請求項1に記載の回路基板。The circuit board according to claim 1, wherein the tapered shape of the electrode wiring is formed by dry etching. 基板の表面に熱エネルギーを発生するための電気熱変換素子を形成するステップと、
前記電気熱変換素子に導通するように1500〜3000Åの厚みの電極配線を前記基板の表面部に形成し、さらに、前記電極配線の断面形状をテーパ角度30〜70°のテーパ形状に加工するステップと、
前記電極配線および前記電気熱変換素子を覆う、前記電極配線の1.0〜2.0倍の厚みの第1保護層を前記基板の表面部のほぼ全域に形成するステップと、
を有することを特徴とする回路基板の製造方法。
Forming an electrothermal transducer for generating thermal energy on the surface of the substrate;
Forming electrode wiring having a thickness of 1500 to 3000 ° on the surface of the substrate so as to conduct to the electrothermal transducer, and processing the electrode wiring into a tapered shape having a taper angle of 30 to 70 °; When,
Forming a first protective layer having a thickness of 1.0 to 2.0 times the electrode wiring over substantially the entire surface of the substrate, covering the electrode wiring and the electrothermal transducer;
A method for manufacturing a circuit board, comprising:
前記電極配線のテーパ形状を、ドライエッチングにより形成する、請求項3に記載の回路基板の製造方法。4. The method according to claim 3, wherein the tapered shape of the electrode wiring is formed by dry etching.
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