JP2005066995A - Chip for ink jet recording head, ink jet recording head having that chip, ink jet recorder having that ink jet recording head, and manufacturing process of chip for ink jet recording head - Google Patents
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Description
本発明は、冷却機構を備えたインクジェット記録ヘッド用チップ、このインクジェット記録ヘッド用チップを有するインクジェット記録ヘッド、このインクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置、及び、インクジェット記録ヘッド用チップの製造方法に関する。 The present invention relates to an ink jet recording head chip having a cooling mechanism, an ink jet recording head having the ink jet recording head chip, an ink jet recording apparatus having the ink jet recording head, and a method for manufacturing the ink jet recording head chip.
近年、インクジェット記録装置は低価格でありながら高画質なカラー記録装置として注目されている。インクジェット記録装置のインクジェット記録ヘッドとしては、例えば、個別流路に配設された発熱素子に通電し、インクを気化させた圧力でノズルからインクを噴射させるサーマル型のインクジェット記録ヘッドが知られている(例えば特許文献1参照)。 In recent years, inkjet recording apparatuses have attracted attention as low-cost, high-quality color recording apparatuses. As an ink jet recording head of an ink jet recording apparatus, for example, a thermal type ink jet recording head is known in which current is supplied to a heating element disposed in an individual flow path and ink is ejected from a nozzle with a pressure that vaporizes the ink. (For example, refer to Patent Document 1).
ところで、従来のインクジェット記録装置では、記録動作によりインクジェット記録ヘッドの温度が上昇し過ぎると、記録濃度が変化したり、記録むらが発生したりして動作が不安定になり、更にはインクが吐出されなくなるという事態までも生じ得る。また、カラー印字の場合には、各色のインクの混合比率にばらつきが生じ、色合いがばらつくという事態も生じる。高速印刷を行うと、特にこのことは顕著になりやすい。 By the way, in the conventional ink jet recording apparatus, if the temperature of the ink jet recording head rises too much due to the recording operation, the recording density changes or recording unevenness occurs, and the operation becomes unstable, and ink is discharged. It can happen even if it is not done. Further, in the case of color printing, there is a variation in the mixing ratio of the inks of the respective colors, resulting in a situation where the hue varies. This is particularly noticeable when high-speed printing is performed.
このため、インクジェット記録ヘッドを冷却する種々の冷却機構が従来から提案されている。例えば、特許文献2には、サーマル型のインクジェット記録ヘッドにおいて、インクジェット記録ヘッドに設けられたプリント基板に温度検出素子を設け、インクジェット記録ヘッドに外側から放熱部材を接触させて空冷すると共に、温度検出素子と放熱部材とを熱伝導性が良好な熱結合手段で結合することが開示されている。 For this reason, various cooling mechanisms for cooling the ink jet recording head have been proposed. For example, in Patent Document 2, in a thermal ink jet recording head, a temperature detection element is provided on a printed circuit board provided in the ink jet recording head, and a heat radiating member is brought into contact with the ink jet recording head from the outside to perform air cooling and temperature detection. It is disclosed that the element and the heat radiating member are coupled by a thermal coupling means having good thermal conductivity.
また、特許文献3では、ヒータ等の電気熱変換体を設けたシリコンウエハを、冷却フィンを外側に形成したヘッド基台上に固着させ、冷却フィンからにより放熱効率を高めている。 Further, in Patent Document 3, a silicon wafer provided with an electrothermal transducer such as a heater is fixed on a head base having cooling fins formed on the outside, and the heat radiation efficiency is increased from the cooling fins.
また、特許文献3では、熱伝導性の良いベースプレートをインクジェット記録ヘッドに設けている。そして、このベースプレートの背面側に取付けられたウォータジャケットと、ウォータジャケット内の冷却水を循環させる循環機構と、で構成される冷却機構を設けている。
しかし、特許文献2や特許文献3では、放熱部材やヘッド基台等の冷却部材をインクジェット記録ヘッドの外部に設けているため、インクジェット記録ヘッドの小型化が困難であるという問題があった。また、空冷であるため、水冷に比べ、放熱効率が低いという問題もあった。 However, Patent Documents 2 and 3 have a problem that it is difficult to reduce the size of the ink jet recording head because cooling members such as a heat radiating member and a head base are provided outside the ink jet recording head. Moreover, since it is air cooling, there also existed a problem that heat dissipation efficiency was low compared with water cooling.
また、特許文献4では、インクジェット記録ヘッドの外部に冷却機構を設けているため、インクジェット記録ヘッドの小型化が困難であるという問題があった。
Moreover, in
本発明は、上記事実を考慮して、小型化されて冷却効率が高いインクジェット記録ヘッド用チップ、このインクジェット記録ヘッド用チップを有するインクジェット記録ヘッド、このインクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置、及び、インクジェット記録ヘッド用チップの製造方法を提供することを課題とする。 In consideration of the above-described facts, the present invention is an ink jet recording head chip that is downsized and has high cooling efficiency, an ink jet recording head having the ink jet recording head chip, an ink jet recording apparatus having the ink jet recording head, and an ink jet It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a recording head chip.
本発明者は、図29に示すように、インクジェット記録ヘッド202の外部から接合されたヒートシンク204で冷却する従来の構造では、インクジェット記録ヘッド202のヘッド基板206が厚いため、冷却効率が悪いことに着目した。
As shown in FIG. 29, the present inventor has a conventional structure in which cooling is performed by a
そこで、本発明者は、インクジェット記録ヘッドを外部から冷却するのではなく、インクジェット記録ヘッド内部に冷却機構を設けることを考え、更に検討を重ね、本発明を完成するに至った。 Accordingly, the present inventor considered that an ink jet recording head is not cooled from the outside, but provided a cooling mechanism inside the ink jet recording head, and further studied and completed the present invention.
請求項1に記載の発明は、インク滴を吐出させるための発熱素子を有し背面側に冷却用の流体が当接する発熱素子側基板を備えたことを特徴とする。
The invention described in
このように、請求項1に記載の発明では、冷却用の流体が発熱素子側基板に直接に当接して冷却するので、これにより、発熱素子側基板から熱を除去させ易い。従って、冷却効率が高い小型のインクジェット記録ヘッド用チップを実現させることができる。 Thus, in the first aspect of the present invention, the cooling fluid directly cools against the heating element side substrate, so that it is easy to remove heat from the heating element side substrate. Therefore, a small inkjet recording head chip with high cooling efficiency can be realized.
請求項2に記載の発明は、前記流体として液体を循環させる液体循環機構を備えたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a liquid circulation mechanism that circulates a liquid as the fluid.
これにより、空冷に比べて冷却効率が高く、また、この液体を循環させることにより、液体を排出しなくても済み、小型化、低コスト化を実現できる。 Thereby, the cooling efficiency is higher than that of air cooling, and by circulating this liquid, it is not necessary to discharge the liquid, and a reduction in size and cost can be realized.
請求項3に記載の発明は、前記発熱素子側基板の背面側に溝が形成され、前記溝を外側から覆う遮蔽膜が設けられ、前記遮蔽膜には前記溝に連通する液体流入口と液体流出口とが形成されていることにより、前記液体が流れる冷却用流路が形成されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, a groove is formed on the back side of the heating element side substrate, and a shielding film that covers the groove from the outside is provided. The shielding film has a liquid inlet and a liquid that communicate with the groove. A cooling flow path through which the liquid flows is formed by forming the outlet.
これにより、冷却用流路の大部分を発熱素子側基板の壁面で形成することができ、冷却用の流体に効率良く熱を吸収させることができる。溝の形状については、発熱素子側基板を効率良く冷却できる形状であることが好ましい。 Thereby, most of the cooling flow path can be formed by the wall surface of the heating element side substrate, and the cooling fluid can efficiently absorb heat. About the shape of a groove | channel, it is preferable that it is a shape which can cool a heat generating element side board | substrate efficiently.
請求項4に記載の発明は、前記液体循環機構にはピエゾ素子が設けられ、前記ピエゾ素子の振動により前記液体が前記冷却用流路を流れて循環することを特徴とする。
The invention described in
これにより、液体循環機構の構成を簡素で小型にできる。また、ピエゾ素子を高周波数で振動させることにより冷却用の液体の流量を増大させることができる。 Thereby, the structure of the liquid circulation mechanism can be simplified and reduced in size. Further, the flow rate of the cooling liquid can be increased by vibrating the piezoelectric element at a high frequency.
請求項5に記載の発明は、前記冷却用流路の流路高さが前記発熱素子側基板の厚みの1/100〜2/3の範囲内であり、前記冷却用流路の流路幅が5〜500μmの範囲内であることを特徴とする。 In the invention according to claim 5, the flow path height of the cooling flow path is within a range of 1/100 to 2/3 of the thickness of the heating element side substrate, and the flow path width of the cooling flow path. Is in the range of 5 to 500 μm.
これにより、上記の溝をマイクロチャネル構造にして冷却用流路の高さ幅を小さくすることができ、インクジェット記録ヘッド用チップの更なる小型化を達成できる。なお、冷却用流路の流路高さが発熱素子側基板の厚みの1/100〜2/3の範囲内であると、冷却用流路の流路高さは数μm〜数百μmの範囲内であることが多い。また、冷却用流路の流路高さ及び幅がこの範囲内であれば、上記の溝は、通常、マイクロチャネルである。 As a result, the groove can be formed into a microchannel structure to reduce the height of the cooling flow path, and further miniaturization of the inkjet recording head chip can be achieved. In addition, when the flow path height of the cooling flow path is within a range of 1/100 to 2/3 of the thickness of the heating element side substrate, the flow path height of the cooling flow path is several μm to several hundred μm. Often within range. If the flow channel height and width of the cooling flow channel are within this range, the groove is usually a micro channel.
請求項6に記載の発明は、前記冷却手段が、前記液体として水系媒体を流すことを特徴とする。 The invention described in claim 6 is characterized in that the cooling means causes an aqueous medium to flow as the liquid.
これにより、冷却用の液体として比熱が大きくて安価な媒体を使用するインクジェット記録ヘッド用チップを実現させることができる。 As a result, it is possible to realize an ink jet recording head chip that uses an inexpensive medium having a large specific heat as the cooling liquid.
請求項7に記載の発明は、前記冷却手段が、前記液体として、吐出させるインク液を流すことを特徴とする。 The invention described in claim 7 is characterized in that the cooling means flows an ink liquid to be ejected as the liquid.
これにより、発熱素子側基板を冷却するための冷却媒体を新たに備える必要がない。 Thereby, it is not necessary to newly provide a cooling medium for cooling the heating element side substrate.
また、インク液で発熱素子側基板を冷却することによってこのインク液が加温されているので、インク滴を吐出させる際に発熱素子で必要とされる発熱量を低減させることができる。この効果は、インクジェット記録ヘッド用チップ内に形成されるインク液室内のインク液で発熱素子側基板を冷却させる構成であると、特に顕著になる。 In addition, since the ink liquid is heated by cooling the heat generating element side substrate with the ink liquid, it is possible to reduce the amount of heat generated by the heat generating element when ejecting ink droplets. This effect becomes particularly remarkable when the heating element side substrate is cooled by the ink liquid in the ink liquid chamber formed in the ink jet recording head chip.
請求項8に記載の発明は、空冷用のフィンが前記発熱素子側基板の背面側に形成されていることを特徴とする。
The invention described in
このように、請求項8に記載の発明では、発熱素子側基板を直接的に空冷するので、空冷であっても発熱素子側基板の温度上昇を効率良く抑えることができる。また、空冷であるので、冷却機構を簡素にすることができる。 Thus, in the invention according to the eighth aspect, since the heating element side substrate is directly air-cooled, the temperature rise of the heating element side substrate can be efficiently suppressed even with air cooling. Moreover, since it is air cooling, a cooling mechanism can be simplified.
請求項9に記載の発明は、前記フィンの高さが、前記発熱素子側基板の厚みの1/2〜8/11の範囲内であり、前記フィンの幅が500μm以下であることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is characterized in that the height of the fin is within a range of ½ to 8/11 of the thickness of the heating element side substrate, and the width of the fin is 500 μm or less. To do.
これにより、フィンを小型化することができる。 Thereby, a fin can be reduced in size.
請求項10に記載の発明は、インクジェット記録ヘッドが、請求項1〜請求項9のうち何れか1項のインクジェット記録ヘッド用チップを有することを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, an ink jet recording head includes the ink jet recording head chip according to any one of the first to ninth aspects.
これにより、インクジェット記録ヘッド用チップでの発熱量が多くても、記録媒体に良好に記録することができるインクジェット記録ヘッドを実現させることができる。 As a result, it is possible to realize an ink jet recording head that can perform good recording on a recording medium even if the amount of heat generated by the ink jet recording head chip is large.
請求項11に記載の発明は、請求項10に記載のインクジェット記録ヘッドを有することを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, the ink jet recording head according to the tenth aspect is provided.
これにより、インクジェット記録ヘッド用チップでの発熱量が多くても、インクジェット記録ヘッドで記録媒体に良好に記録することができるので、高速印刷が可能になる。 As a result, even if the amount of heat generated by the ink jet recording head chip is large, the ink jet recording head can perform good recording on the recording medium, so that high speed printing is possible.
請求項12に記載の発明は、インク滴を吐出させるための発熱素子が設けられた発熱素子側基板と、前記発熱素子側基板に冷却用の液体を当接させて前記発熱素子側基板を冷却する冷却手段と、を備えたインクジェット記録ヘッド用チップの製造方法であって、前記発熱素子側基板を配列状態で形成したウエハ基板の背面側に前記液体が当接する溝を形成し、更に、前記溝に連通する液体流入口と液体流出口とが形成された遮蔽膜で前記溝を外側から覆うように貼り付けることにより、前記液体が流れる冷却用流路を形成したことを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, a heating element side substrate provided with a heating element for discharging ink droplets, and a cooling liquid is brought into contact with the heating element side substrate to cool the heating element side substrate. And a cooling means for forming an ink jet recording head chip, wherein a groove for contacting the liquid is formed on the back side of the wafer substrate on which the heating element side substrate is formed in an arrayed state. The cooling channel through which the liquid flows is formed by sticking the groove so as to cover the groove from the outside with a shielding film in which a liquid inlet and a liquid outlet communicating with the groove are formed.
この後、一般的なインクジェット記録ヘッド用チップの形成で行うダイシングによって、複数のインクジェット記録ヘッド用チップを同時に得ることができる。 Thereafter, a plurality of inkjet recording head chips can be obtained simultaneously by dicing performed in forming a general inkjet recording head chip.
請求項12に記載の発明により、上記のような冷却用流路を容易に形成することができる。このようにして形成された冷却用流路に冷却用の液体を流すと、この液体が発熱素子側基板に直接に当接して冷却するので、発熱素子側基板から熱を除去させ易い。なお、溝を形成する際、ドライエッチングで形成してもよい。これにより、溝の形状を、マイクロチャネル等の任意の形状に形成することができる。 According to the invention of the twelfth aspect, the cooling channel as described above can be easily formed. When a cooling liquid is caused to flow through the cooling flow path formed in this manner, the liquid directly contacts the heating element side substrate and cools, so that it is easy to remove heat from the heating element side substrate. In addition, when forming a groove | channel, you may form by dry etching. Thereby, the shape of a groove | channel can be formed in arbitrary shapes, such as a microchannel.
請求項13に記載の発明は、前記遮蔽膜が樹脂からなり、前記発熱素子側基板と前記遮蔽膜との貼り付けを陽極接合で行うことを特徴とする。 The invention described in claim 13 is characterized in that the shielding film is made of a resin, and the heating element side substrate and the shielding film are bonded by anodic bonding.
これにより、この貼り付けを低コストで容易に行うことができる。 Thereby, this pasting can be easily performed at low cost.
請求項14に記載の発明は、インク滴を吐出させるための発熱素子が設けられた発熱素子側基板と、前記発熱素子側基板を空冷する冷却手段と、を備えたインクジェット記録ヘッド用チップの製造方法であって、前記発熱素子側基板を配列状態で形成したウエハ基板の背面側に溝を形成することによりフィンを形成したことを特徴とする。 According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head chip comprising: a heat generating element side substrate provided with a heat generating element for discharging ink droplets; and a cooling means for air-cooling the heat generating element side substrate. The method is characterized in that fins are formed by forming grooves on the back side of the wafer substrate on which the heating element side substrates are formed in an arrayed state.
これにより、空冷用のフィンを簡易に高精度で形成することができる。 Thereby, the fin for air cooling can be easily formed with high precision.
請求項15に記載の発明は、前記溝をドライエッチングで形成することを特徴とする。
The invention described in
これにより、フィン形状を任意の形状に形成し易い。また、隣り合うフィンの間隔を任意に設定することができ、フィンの配置位置、密度を任意に設定することができる。ドライエッチングとしては、例えば反応性イオンエッチングで行う。これにより、高精度なフィン構造を形成できるので効率の高いフィン構造を形成できるという効果を奏することができる。 Thereby, it is easy to form a fin shape into an arbitrary shape. Moreover, the space | interval of adjacent fins can be set arbitrarily and the arrangement position and density of a fin can be set arbitrarily. As the dry etching, for example, reactive ion etching is performed. Thereby, since a highly accurate fin structure can be formed, the effect that a highly efficient fin structure can be formed can be produced.
請求項16に記載の発明は、前記フィンの幅を500μm以下とし、前記フィンの高さを前記発熱素子側基板の厚みの1/2〜8/11の範囲内としたことを特徴とする。
The invention described in
これにより、冷却に必要なフィン体積が得られるので効率の高いフィン構造を形成できるという効果を奏することができる。 Thereby, since the fin volume required for cooling is obtained, the effect that a highly efficient fin structure can be formed can be produced.
本発明は上記構成としたので、小型化されて冷却効率が高いインクジェット記録ヘッド用チップ、このインクジェット記録ヘッド用チップを有するインクジェット記録ヘッド、このインクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置を実現させることができる。また、インクジェット記録ヘッド用チップの発熱素子側基板に冷却用流路を容易に形成することができる。 Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to realize an ink jet recording head chip that is downsized and has high cooling efficiency, an ink jet recording head having the ink jet recording head chip, and an ink jet recording apparatus having the ink jet recording head. . In addition, a cooling flow path can be easily formed in the heating element side substrate of the inkjet recording head chip.
以下、実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。なお、第2実施形態以後では、既に説明した構成要素と同様のものには同じ符号を付してその説明を省略する。 Hereinafter, embodiments will be described and embodiments of the present invention will be described. In the second and subsequent embodiments, the same components as those already described are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[第1実施形態]
まず、第1実施形態について説明する。本実施形態では、図1に示すようなインクジェット記録装置11にはインクジェット記録ヘッド10(図4参照)が設けられており、インクジェット記録ヘッド10には、インクジェット記録ヘッド用チップ(以下、簡略のため単にヘッドチップという)12が設けられている。
[First Embodiment]
First, the first embodiment will be described. In the present embodiment, an inkjet recording head 10 (see FIG. 4) is provided in an inkjet recording apparatus 11 as shown in FIG. 1, and the
図2に示すように、インクジェット記録ヘッド用チップ12は、インク流路が形成されたインク流路側基板16と、インク吐出のための発熱素子20(図3(B)参照)などの駆動素子を備える発熱素子側基板14とを積層することによって形成されている。
As shown in FIG. 2, the inkjet
発熱素子側基板14の表面には、インクから配線などを保護するための保護層18が形成されており、その一部にインクを加熱してインク滴を吐出させるための発熱素子20が配置されている。
A
一方、発熱素子側基板14に積層されるインク流路側基板16には、図3(A)、(B)に示すように、積層端面(ノズル端面)16Aに開口したノズル22にインクを供給する個別流路24が形成され、個別流路24の上流側には、各個別流路に共通して連通するインク液室26が形成されている。インク液室26には、個別流路近傍に個別流路24の配列方向に沿って個別流路24の略流路幅で柱状体27が配置され、インク液室26から個別流路24に供給されるインクのフィルタ部28を構成している。したがって、インク液室26内に個別流路24を塞ぐ異物が進入してもフィルタ部28でトラップされ、個別流路24を塞ぐことはなく、個別流路24にインクが安定して供給される。
On the other hand, as shown in FIGS. 3A and 3B, ink is supplied to the ink flow
また、インク流路側基板16の積層端面16Aと直交する上面16Bには、インク供給口30が多数形成されている。インク供給口30も、後述するサブインクタンク36から流入して個別流路24を塞ぐ異物がインク液室26に進入することを防止するトラップ構造とされている。例えば、インク供給口30の開口面積が個別流路24の断面積の同等以下であり、フィルタ機能を発揮する構造である。
In addition, a large number of
インク液室26は、後述するサブインクタンク36にヘッドチップ12が装着されることにより、インク供給口30を介してサブインクタンク36のサブインク室40に連通されるものである。
The
なお、インク流路側基板16の長手方向両端部には、図2に示すように切欠16Dが形成されており、この切欠16Dによって発熱素子側基板14に形成された入出力端子32が表面に露出しており、後述するヒートシンク34の回路に接続される。
Note that notches 16D are formed at both ends in the longitudinal direction of the ink flow
このように形成されるヘッドチップ12は、図4に示すように、サブインクタンク36に装着されることによって、インクジェット記録ヘッド10が構成される。すなわち、ヘッドチップ12の発熱素子側基板14がヒートシンク34上に固着されると共に、サブインクタンク36の先端に弾性シール部材38を介して圧着されることによって、インク液室26がサブインクタンク36のサブインク室40と連通される。サブインク室40は、フィルタ42を介して図示しないインクタンクに接続されている。
As shown in FIG. 4, the
このサブインクタンク36は、インクタンクからのインク液室26にインクを供給する機能を果たすと共に、サブインク室40が簡単な構造(略直方体形状)であることによってインク供給性とインク排出性を向上させると共に、十分な容量(断面積)を有するためサブインク室内部に気泡が存在してもインク液室26に確実にインクを供給できるという点で、インクタンクと同様の機能を果たしている。
The
このように形成されたヘッドチップ12を含むインクジェット記録ヘッド10についてヘッドチップの作製方法と共に説明する。
The ink
発熱素子側基板14の作製方法としては、例えばLSIの製造技術および製造装置を用いて作製することができる。具体的には、単結晶シリコンウエハ58に蓄熱層、発熱素子となる発熱層、発熱素子の発熱によって発生した気泡の圧力によって発熱素子が破損することを防止する保護層などを積層する(図5(A)参照)。また、発熱層には外部からの電力や信号を供給するための信号線が接続される。同様に設けられたドライバ回路52、信号処理回路54、外部信号入出力端子32が複数ヘッド分同時に形成される。さらに、インクに対する保護層として、例えば感光性ポリイミドなどの樹脂層56が積層される(図5(B)参照)。更に、後述のように、シリコンウエハ58の背面側にマイクロチャネル84(図10参照)を形成する。
As a manufacturing method of the heating
一方、インク流路側基板16も、発熱素子側基板14と同様に作製できる。具体的には、シリコンウエハ50に対して、例えば結晶性異方性エッチングによってそれぞれインク液室26、インク供給口30および切欠16Dとなる溝60、62、64が形成される(図5(C)参照)。さらに、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)によって、個別流路24となる溝66が公知の方法により形成される(図5(D)参照)。
On the other hand, the ink flow
更に、2枚のシリコンウエハ50、58が、位置合わせマーク70、72を基準として精度良く位置合わせされ、公知の方法で接合される(図5(E)、(F)参照)。
Further, the two
以下、上記の作製工程について、特に発熱素子側基板14の背面側に冷却用流路100を形成することを中心にして詳細に説明する。なお、簡略のため、図6以後では、インク液室30を形成しているフィルタ状の部位の描画を省略している。
Hereinafter, the above manufacturing process will be described in detail with a focus on forming the
まず、平板状のシリコンウエハ50(図6参照)を、エッチングにより加工し、インク液室26を形成するための凹部116やインク供給口30などを形成する(図7参照)。
First, the flat silicon wafer 50 (see FIG. 6) is processed by etching to form the
そして、凹部116を内側にして、発熱素子20などが設けられたシリコンウエハ58に積層させて積層ウエハ78とする(図8参照)。この結果、シリコンウエハ50とシリコンウエハ58とによってインク液室26が形成される。
Then, a
次に、図9に示すように、インク供給口30を塞ぐために、積層ウエハ78のインク供給口側に保護フィルム80を貼る。更に、シリコンウエハ58の裏面側にレジスト膜を成膜し、露光処理でマイクロチャネル状にパターンニングしてレジストマスク82を形成する。なお、レジスト膜の成膜は、例えば、塗布、スプレー、或いはスピンコートで行う。
Next, as shown in FIG. 9, a
更に、レジストマスク82上からドライエッチング(例えば反応性イオンエッチング)することにより、図10(A)及び(B)に示すようなマイクロチャネル84を形成する。そして、レジストマスク82を除去する。このマイクロチャネル84は、後述の冷却水流路100(図15参照)を形成する。
Further, by performing dry etching (for example, reactive ion etching) on the resist
また、マイクロチャネル84の紙面上面側を塞いで冷却水流路100を形成するために、以下のようにして保護基板98(図13参照)を作製する。まず、ベアのシリコンウエハ88の上に、後述のポリイミド膜92を保護するための保護犠牲層90を成膜する。保護犠牲層90は、例えば、SiO2膜やSi3N4膜である。そして、保護犠牲層90の上にポリイミド膜92を成膜する(図11参照)。
Further, in order to close the upper surface side of the microchannel 84 in the drawing and form the cooling
更に、シリコンを含有するレジスト膜を成膜し、冷却水流入口94I及び冷却水流出口94E(何れも図15参照)を形成するための開口96I、96Eを、露光処理でパターンニングすることによりレジストマスク96を形成する(図12参照)。なお、感光性ポリイミド膜を成膜して露光処理することにより開口96I、96Eを形成してもよい。
Further, a resist film containing silicon is formed, and
次に、ドライエッチング(例えば反応性イオンエッチング)により、図13に示すように、ポリイミド膜92を貫通する穴92I、92Eを形成する。この穴92I、92Eの底には保護犠牲層90が露出している。そして、レジストマスク96を除去して保護基板98とする。
Next, holes 92I and 92E penetrating the
その後、図14に示すように、穴92I、92Eが開口している側を内側にしてこの保護基板98を積層ウエハ78のマイクロチャネル84が形成されている側に陽極接合させる、すなわち、ポリイミド膜92とマイクロチャネル84の上端部面とを陽極接合させる。その際、穴92I、92Eの開口をそれぞれマイクロチャネル84の端部位置に合わせて接合させる。陽極接合させる方法は公知の方法(例えば、特開2001−12799号公報に開示された方法)で行う。この結果、マイクロチャネル84の紙面上面側は、穴92I、92Eが形成されている領域以外は全てポリイミド膜92で覆われ、冷却水が流れる冷却水流路100が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 14, the
次に、保護基板98の側からグラインド及び片面異方性エッチングを行ってシリコンウエハ88を除去し、更に、保護犠牲層90を除去する(図15参照)。このとき、保護犠牲層90が形成されているので、グラインドを行った際、ポリイミド膜92が損傷することが防止される。また、保護犠牲層90の除去により、穴92I、92Eの紙面上部側が開放され、それぞれ冷却水流入口94I及び冷却水流出口94Eとなる。
Next, grinding and single-side anisotropic etching are performed from the
このようにして、冷却水流入口94I及び冷却水流出口94Eが形成された冷却水流路付きウエハ104を、公知の方式でダイシングライン74に沿ってさいの目の状に切断・分離することによって、複数のヘッドチップ12が同時に作製される(図5(F)、図16参照)。この切断(ダイシング)によって、個別流路24の端部が開口し、インク滴を吐出するノズル22とされる。そして、図16に示すように、このヘッドチップ12には、発熱素子側基板14の背面側に冷却水流路100が形成されている。
In this way, the
これにより、ヘッドチップ12を使用した際に発熱素子20などからの発熱があっても、発熱素子側基板14に形成されている冷却水流路100に冷却水を流して発熱素子側基板14を直接に冷却することができるので、ヘッドチップ12からの除去熱量が大きい。従って、高速で印刷させるために、ヘッドチップ12からのインク滴Dの単位時間当たりの吐出回数を増大させても、発熱素子側基板14の温度が上がり過ぎることを充分に防止することができる。
As a result, even when heat is generated from the
従って、このヘッドチップ12を用いたインクジェット記録ヘッド10から高い繰り返し数(高周波数)でインク滴Dを吐出させても、記録濃度が変化したり、記録むらが発生したりすることを回避できる。
Therefore, even if the ink droplets D are ejected at a high repetition rate (high frequency) from the ink
また、このインクジェット記録ヘッド10を用いたインクジェット記録装置11では、たとえカラー印刷であっても良好な画像を高速で記録させることができる。
In addition, the ink jet recording apparatus 11 using the ink
[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態では、第1実施形態に比べ、冷却水流路の形状、本数が異なる。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, the shape and number of cooling water flow paths are different from those in the first embodiment.
すなわち、第2実施形態では、インクジェット記録ヘッド用チップの発熱素子側基板124の背面側に、ヘッドチップの短手方向に沿った多数本のマイクロチャネル128を形成する(図17参照)。
That is, in the second embodiment, a large number of
そして、第1実施形態と同様にしてポリイミド膜を貼り付けた後、冷却水流入口134I及び冷却水流出口134Eを、各マイクロチャネル毎に形成する(図18参照)。この結果、発熱素子側基板124には多数本の短い冷却水流路130が形成される。
Then, after the polyimide film is attached in the same manner as in the first embodiment, the cooling water inlet 134I and the cooling
従って、発熱素子側基板124の冷却水流路130に流れる冷却水の流量を、第1実施形態よりも遥かに多くすることができ、単位時間あたりの除去可能な熱量を大幅に増大させることができる。
Therefore, the flow rate of the cooling water flowing through the cooling
[第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明する。図21に示すように、第3実施形態では、第1実施形態で製造したインクジェット記録ヘッド用チップ12に、冷却水流入口94Iから冷却水流出口94Eへ冷却水を循環させるためのポンプ部136が、ポリイミド膜92が形成されている側から取付けられている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. As shown in FIG. 21, in the third embodiment, a
ポンプ部136は、冷却水流入口94Iから冷却水流出口94Eへ冷却水を循環させる循環力付与部材140が設けられている。循環力付与部材140は底の浅いダイヤフラム状の部材であり、冷却水が貯留される凹部146を有する。そして、ポンプ部136が取付けれられた状態では、凹部146の周囲がポリイミド膜92に密着すると共に、凹部146内の空間が冷却水流入口94Iと冷却水流出口94Eとに連通するようになっている。
The
また、凹部146の底面略中央位置から2本のリブ142、144が略平行に立設している。リブ142、144は何れも紙面直交方向、すなわち、冷却水流入口94Iと冷却水流出口94Eとを結ぶ直線に直交する方向に細長い形状であり、冷却水流入口94Iに遠いリブ142の幅t1は、冷却水流入口94Iに近いリブ144の幅t2よりも短い。また、リブ142、144の上端と発熱素子側基板ポリイミド膜92との隙間はほぼ同じである。
In addition, two
更に、循環力付与部材140には、外側からPZT(ピエゾ素子)150が取付けられている。PZT150の取付位置は、循環力付与部材140の略中央位置であって、リブ142とリブ144との間の位置である。
Furthermore, a PZT (piezo element) 150 is attached to the circulation
第3実施形態に係るインクジェット記録ヘッド用チップ152を製造するには、循環力付与部材140をウエハに配列させて形成した循環力付与部材付きウエハ141を製造しておく(図19参照)。そして、第1実施形態で説明した冷却水流路付きウエハ104(図15参照)の冷却水流路100が形成されている側に、循環力付与部材ウエハ141を接合させる(図19、図20参照)。
In order to manufacture the inkjet
その後、ダイシングを行うことによって、複数のインクジェット記録ヘッド用チップ152が同時に得られる。 Thereafter, dicing is performed to simultaneously obtain a plurality of inkjet recording head chips 152.
以上に説明したインクジェット記録ヘッド用チップ152の構造により、PZT150が振動すると循環力付与部材140が振動し、リブ142、144の上下動により、凹部146に貯留された冷却水が冷却水流入口94Iから流入して冷却水流出入口94Eから流出するように冷却水流路100を流れ、循環する。
Due to the structure of the inkjet
このように、第3実施形態では、冷却水を循環させる構成にして冷却機構を簡素にすることができると共に、循環させるポンプ機構を簡素で小型にできる。 Thus, in the third embodiment, it is possible to simplify the cooling mechanism by adopting a configuration for circulating the cooling water, and it is possible to simplify and reduce the size of the circulating pump mechanism.
なお、PZT150で駆動させるポンプ部136に代えて、マイクロマシンで駆動させるポンプ部を設けてもよい。
Note that a pump unit driven by a micro machine may be provided instead of the
[第4実施形態]
次に、第4実施形態について説明する。図22に示すように、第4実施形態に係るインクジェット記録ヘッド用チップ162を構成する発熱素子側基板164の背面側には、マイクロチャネルが加工されることにより多数の冷却フィン166が突出している。冷却フィン166はピン状であってもよい。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described. As shown in FIG. 22, a large number of
冷却フィン166の幅及び高さは、本実施形態では何れも数百μm程度であるが、実用的な範囲としては、それぞれ、数μm〜数百μmの範囲内、及び、数百μm以下である。
The width and height of the cooling
冷却フィン166を形成するには、発熱素子側基板164の裏面側をドライエッチング(例えば反応性イオンエッチング)で行う。これにより、形成される冷却フィン166の断面形状が高さ方向で均一になり、ウェット異方性エッチングで行った場合のように冷却フィンの幅による高さ制限がない。従って、冷却フィン166の高さを充分に高くすることができる。
In order to form the cooling
このように、第4実施形態では、空冷であっても、発熱素子側基板164を直接に冷却しているので、発熱素子側基板164の温度上昇を効率良く抑えることができる。また、空冷であるので、冷却機構を簡素にすることができる。
As described above, in the fourth embodiment, even if air cooling is performed, the heating
[第5実施形態]
次に、第5実施形態について説明する。図28に示すように、第5実施形態に係るインクジェット記録ヘッド用チップ172は、第3実施形態で説明したポンプ部136と同様のポンプ部176を有する。ポンプ部176は、インクジェット記録ヘッド用チップ172を構成する発熱素子側基板174の裏面側に取付けられており、PZT170により、インクジェット記録ヘッド用チップ172に形成されているインク液室26のインク液を、発熱素子側基板174の背面側に循環させて冷却するようになっている。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment will be described. As shown in FIG. 28, the inkjet
なお、発熱素子側基板174の裏面側は、第1実施形態や第3実施形態で説明したマイクロチャネル84と同様のマイクロチャネル184が形成されている。また、発熱素子側基板174には、インク液室26とマイクロチャネル184の両端部とに連通する2本の貫通孔194I、194Eが形成されている。
Note that a
インクジェット記録ヘッド用チップ172を製造するには、まず、第1実施形態と同様にして積層ウエハ78を製造する(図23参照)。
To manufacture the inkjet
次に、図24に示すように、インク供給口30が形成されている側に保護フィルム178を貼る。そして、多数の発熱素子側基板174が配列されて形成されているシリコンウエハの裏面側にSiO2膜をデポジションにより成膜して、更に、レジスト膜をスプレー又はスピンコートにより塗布し、マイクロチャネル状の開口が形成されたレジストパターンを形成し、ドライエッチングを行う。この結果、SiO2膜マスク180が形成される。更に、レジストパターンが形成されているレジスト膜を除去する。
Next, as shown in FIG. 24, a
次に、SiO2膜マスク180が形成されている側に金属膜を成膜する。成膜するには、デポジション又はスパッタリングにより行う。成膜する金属としては、Al、Ni、Crなどである。 Next, a metal film is formed on the side where the SiO 2 film mask 180 is formed. The film is formed by deposition or sputtering. Examples of the metal to be formed include Al, Ni, and Cr.
更に、SiO2膜マスク180を形成したときと同様にしてレジストパターンを形成する。このときのレジストパターンは、貫通孔194I、194Eにそれぞれ対応する開口が形成されたパターンである。そして、ドライエッチングを行う。この結果、金属マスク182が形成される。更に、レジストパターンが形成されているレジスト膜を除去する(図25参照)。
Further, a resist pattern is formed in the same manner as when the SiO 2 film mask 180 is formed. The resist pattern at this time is a pattern in which openings corresponding to the through
更に、シリコンウエハをICP反応性イオンエッチングすることにより、貫通孔194I、194Eを形成し、更に、ドライエッチングで金属マスク182を除去する(図26参照)。この結果、SiO2膜マスク180が露出する。
Further, the silicon wafer is subjected to ICP reactive ion etching to form through
更に、シリコンウエハのICPを反応性イオンエッチングで行うことにより、第1実施形態で説明したマイクロチャネル84と同様のマイクロチャネル184を形成する。そして、SiO2膜マスク180をドライエッチングで除去し、保護フィルム178を剥離する(図27参照)。
Further, by performing ICP of the silicon wafer by reactive ion etching, a
更に、第3実施形態と同様にして、上記のポンプ176をマイクロチャネル184が形成されている側に設ける(図28参照)。
Further, as in the third embodiment, the
このようにして製造されたインクジェット記録ヘッド用チップ172では、PZT170を駆動させることにより、インク供給口30からインク液室26へ流入して収容されたインク液を、発熱素子側基板174の裏面側に循環させて発熱素子側基板174を冷却することができる。
In the ink jet
これにより、発熱素子側基板174を冷却する際に冷却水を必要としない。また、インク液室26内のインク液で発熱素子側基板174を冷却することによって、このインク液が加温されるので、発熱素子20(図23(B)参照)で必要となる発熱量を大幅に低減させることができる。
Thus, no cooling water is required when cooling the heating
以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the embodiments. However, these embodiments are merely examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say, the scope of rights of the present invention is not limited to the above embodiment.
11 インクジェット記録装置
10 インクジェット記録ヘッド
12 インクジェット記録ヘッド用チップ
14 発熱素子側基板
84 マイクロチャネル(溝)
92 ポリイミド膜(遮蔽膜)
94I 冷却水流入口(液体流入口)
94E 冷却水流出口(液体流出口)
100 冷却水流路(冷却用流路)
128 マイクロチャネル
130 冷却水流路(冷却用流路)
134I 冷却水流入口(液体流入口)
134E 冷却水流出口(液体流出口)
136 ポンプ部(液体循環機構)
150 PZT(ピエゾ素子)
152 インクジェット記録ヘッド用チップ
162 インクジェット記録ヘッド用チップ
164 発熱素子側基板
166 冷却フィン
170 PZT(ピエゾ素子)
172 インクジェット記録ヘッド用チップ
174 発熱素子側基板
176 ポンプ部
184 マイクロチャネル(溝)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
92 Polyimide film (shielding film)
94I Cooling water inlet (liquid inlet)
94E Cooling water outlet (liquid outlet)
100 Cooling water channel (cooling channel)
134I Cooling water inlet (liquid inlet)
134E Cooling water outlet (liquid outlet)
136 Pump part (liquid circulation mechanism)
150 PZT (piezo element)
152 Inkjet
172 Inkjet
Claims (16)
前記発熱素子側基板を配列状態で形成したウエハ基板の背面側に前記液体が当接する溝を形成し、
更に、前記溝に連通する液体流入口と液体流出口とが形成された遮蔽膜で前記溝を外側から覆うように貼り付けることにより、前記液体が流れる冷却用流路を形成したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド用チップの製造方法。 An ink jet comprising: a heating element side substrate provided with a heating element for ejecting ink droplets; and a cooling means for cooling the heating element side substrate by bringing a cooling liquid into contact with the heating element side substrate. A method for manufacturing a recording head chip, comprising:
Forming a groove in contact with the liquid on the back side of the wafer substrate on which the heating element side substrate is formed in an array;
Further, the cooling channel through which the liquid flows is formed by pasting the groove so as to cover the groove from the outside with a shielding film formed with a liquid inlet and a liquid outlet communicating with the groove. A method for manufacturing an inkjet recording head chip.
前記発熱素子側基板を配列状態で形成したウエハ基板の背面側に溝を形成することによりフィンを形成したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド用チップの製造方法。 A method for manufacturing a chip for an ink jet recording head, comprising: a heating element side substrate provided with a heating element for discharging ink droplets; and a cooling means for air-cooling the heating element side substrate,
A method of manufacturing a chip for an ink jet recording head, wherein fins are formed by forming grooves on a back side of a wafer substrate on which the heating element side substrates are formed in an arrayed state.
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2003
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