JP2005125494A - Ink jet recording head, its manufacturing process and ink jet recorder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録ヘッドの製造方法、並びにインクジェット記録装置に関する。 The present invention relates to an ink jet recording head, an ink jet recording head manufacturing method, and an ink jet recording apparatus.
インク室に発熱抵抗素子を配設し、発熱抵抗素子に通電し発熱させ、この発熱によってインク室内のインクを発泡させ、インク滴を吐出する、いわゆるサーマル型のインクジェット記録ヘッドが、従来から提案されている。 Conventionally, a so-called thermal type ink jet recording head has been proposed in which a heating resistance element is disposed in an ink chamber, the heating resistance element is energized to generate heat, the ink in the ink chamber is foamed by this heat generation, and ink droplets are ejected. ing.
このようなサーマル型のインクジェット記録ヘッドは、基板上にエッチング等によって配線を行ない、各インク室の一対の電極間に発熱抵抗素子を配設する。一対の電極は、いわゆる共通電極と個別電極となり、個別電極から共通電極へと通電することによって、各発熱抵抗素子を発熱させる。 In such a thermal ink jet recording head, wiring is formed on a substrate by etching or the like, and a heating resistance element is disposed between a pair of electrodes in each ink chamber. The pair of electrodes serves as a so-called common electrode and individual electrode, and each heating resistor element generates heat when energized from the individual electrode to the common electrode.
さて、従来は、図7(A)に示すように、基体200上に形成された1対の電極202上に、発熱抵抗体204を積層し、この発熱抵抗体204の上面にインク保護層206を設けることによって、1対の電極202間の発熱抵抗体204を発熱抵抗素子204Aとする構成としている。
Conventionally, as shown in FIG. 7A, a
ところが、電極202のコンタクト部の段差によって発熱抵抗体204が電極202と良好に接触せず、接触不良となるものがあった。また、図7(B)の拡大図に示すように、段差部分における発熱抵抗体204の亀裂によって、インク吐出に伴なう衝撃によって発熱抵抗体204が破壊されるおそれがあった。なお、この対策として発熱抵抗体204を厚くすることが考えられるが、発熱抵抗体204を厚くすると発熱効率が低下する等の問題がある。
However, the
このような観点から次のようなものが提案されている。 From such a viewpoint, the following has been proposed.
ノズルの高集積化のために個別電極と共通電極に通電する導電層を上下に絶縁層を介して積層し、下方の導電層を上方の導電層と同一高さまで通電するためにスルーホール部を設けた構成がある(折り返し配線構造)。このような構成の場合、層間の絶縁層を含めた面に対し平坦化処理を行なった後、発熱抵抗体層を積層することによって、発熱抵抗体層と電極(スルーホール部と上方の導電層)との接続を良好にしている。(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。 For high integration of nozzles, conductive layers that energize individual electrodes and common electrodes are stacked on top and bottom via insulating layers, and through-holes are formed to energize the lower conductive layer to the same height as the upper conductive layer. There is a configuration provided (folded wiring structure). In such a configuration, the surface including the insulating layer between the layers is flattened, and then the heating resistor layer is stacked, so that the heating resistor layer and the electrode (through hole portion and upper conductive layer) are formed. ) And the connection is good. (For example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2).
また、最上層の配線パターンをレジストエッジパック工程などで平坦化させた後、最上層の配線パターンの上層に発熱抵抗素子を配置する構成としたものがある。(例えば、特許文献3参照)。
しかしながら、特開平10−109421号公報、特開平11−10882号公報、特開2002−052725号公報に記載の方法では、発熱抵抗体の下層にあたる部分を全て平坦化している。したがって、シリコンウエハを用いて多数のインクジェット記録ヘッドを製造する場合には、シリコンウエハ面内における配線層の高低にバラツキがあるため、一定の高さに平坦化すると、局所的に配線層の露出が過剰で配線層にダメージを生ずる、或いは、配線層の露出が過少で配線層が露出しない等の不具合が生じ、プリントウエハの製造歩留まりが低下するという問題が生ずる。 However, in the methods described in JP-A-10-109421, JP-A-11-10882, and JP-A-2002-052725, all portions corresponding to the lower layer of the heating resistor are flattened. Therefore, when a large number of ink jet recording heads are manufactured using a silicon wafer, the wiring layer within the silicon wafer surface varies in height. Therefore, when flattening to a certain height, the wiring layer is locally exposed. However, there is a problem that the manufacturing yield of the printed wafer is lowered due to a problem that the wiring layer is excessively damaged, or that the wiring layer is not sufficiently exposed and the wiring layer is not exposed.
また、サーマル型のインクジェット記録ヘッドの発熱抵抗素子の面積は、一辺が20μm以上であるので、発熱抵抗素子の1対の電極間隔は同一基板上に形成される駆動領域における配線間隔(数μm程度)よりも非常に大きい。このため、駆動回路領域では十分な平坦性が確保できるものの発熱抵抗素子の下面は凹面状となり、平坦性が十分に確保できないという問題もあった。 In addition, since the area of the heating resistance element of the thermal type ink jet recording head is 20 μm or more on one side, the distance between the pair of electrodes of the heating resistance element is the wiring spacing (about several μm) in the drive region formed on the same substrate. ) Much larger than. For this reason, although sufficient flatness can be ensured in the drive circuit region, the lower surface of the heating resistor element has a concave shape, and flatness cannot be sufficiently ensured.
さらに、特開平10−109421号公報、特開平11−10882号公報に記載の方法では、配線層と発熱抵抗体層との良好な接続部を得るには、平坦化工程に加え、後処理工程を必要とする。しかし、後処理工程を行っても、配線層と発熱抵抗体層下層の蓄熱層とに段差が生じ、良好な接続部を得ることは非常に困難である。 Further, in the methods described in JP-A-10-109421 and JP-A-11-10882, in order to obtain a good connection between the wiring layer and the heating resistor layer, in addition to the planarization step, a post-processing step Need. However, even if the post-processing step is performed, a step is generated between the wiring layer and the heat storage layer below the heating resistor layer, and it is very difficult to obtain a good connection portion.
また、特開2002−052725号公報の記載の方法では、配線上層上の絶縁層を開口して配線層の上面のみで発熱抵抗体に接続すると、接続孔(ビアホール)とその近傍がインク吐出に寄与しない発熱領域となるため、発熱抵抗体の駆動効率や寿命を低下させるという問題がある。 In the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-052725, when the insulating layer on the upper layer of the wiring is opened and connected to the heating resistor only on the upper surface of the wiring layer, the connection hole (via hole) and its vicinity are used for ink ejection. Since the heat generating region does not contribute, there is a problem that the driving efficiency and life of the heat generating resistor are lowered.
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、発熱抵抗体の形成面に段差が存在しても、平坦化することなしに耐久性を確保することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to ensure durability without being flattened even when a step is present on the formation surface of the heating resistor.
請求項1に記載の発明は、基体上に形成された一対の対向した第1導電層と、前記第1導電層のコンタクト部を除いて、該第1導電層上に積層された絶縁層と、対向する前記1導電層間に形成された第1凹部と、前記コンタクト部から、前記1凹部内まで延在して被覆する一対の対向した第2導電層と、前記第1凹部内の対向した前記第2導電層間に形成された第2凹部と、前記第2導電層と前記第2凹部とを被覆する発熱抵抗体層と、を備えることを特徴とする。 The invention described in claim 1 includes a pair of opposed first conductive layers formed on a base, and an insulating layer stacked on the first conductive layer except for a contact portion of the first conductive layer. A first recess formed between the opposing one conductive layers, a pair of opposing second conductive layers extending from the contact portion to cover the first recess, and opposed in the first recess. A second recess formed between the second conductive layers, and a heating resistor layer covering the second conductive layer and the second recess are provided.
請求項1記載の発明の作用について説明する。 The operation of the first aspect of the invention will be described.
第1導電層のコンタクト部を被覆する第2導電層は、対向する第1導電層間の第1凹部内まで延在している。このため、第1導電層のコンタクト部の端面及び上面を第2導電層が良好に被覆する。そして、対向する第2導電層間の第2凹部と第2導電層上とに発熱抵抗体層を被覆している。このように多数段差を設けることで、発熱抵抗体層の形成面の段差を小さくできる。 The second conductive layer covering the contact portion of the first conductive layer extends into the first recess between the opposing first conductive layers. For this reason, the second conductive layer satisfactorily covers the end surface and the upper surface of the contact portion of the first conductive layer. A heating resistor layer is covered on the second recess between the second conductive layers facing each other and on the second conductive layer. By providing a large number of steps in this manner, the step on the heating resistor layer forming surface can be reduced.
したがって、発熱抵抗体層の形成面の段差を平坦化することなしに、発熱抵抗体層と第1導電層とを第2導電層を介して確実に電気的に接続することができる。すなわち、低コストで容易に製造可能で、且つ品質の良いインクジェット記録ヘッドとなる。 Therefore, the heating resistor layer and the first conductive layer can be reliably electrically connected to each other through the second conductive layer without flattening the step on the surface on which the heating resistor layer is formed. That is, the ink jet recording head can be easily manufactured at a low cost and has a high quality.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第2導電層の膜厚は、前記第1導電層の膜厚よりも薄いことを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the film thickness of the second conductive layer is smaller than the film thickness of the first conductive layer.
請求項に2記載の発明の作用について説明する。 The operation of the invention described in claim 2 will be described.
第2導電層の膜厚が第1導電層の膜厚よりも薄いので、第2導電層の形成面と第2凹部の底面との段差が、第1導電層のコンタクト部の下面と第1凹部の底面との段差よりも小さくなる。このため、第2導電層の端部における発熱抵抗体層の被覆性が良好になる。 Since the film thickness of the second conductive layer is thinner than the film thickness of the first conductive layer, the step between the formation surface of the second conductive layer and the bottom surface of the second recess is different from the lower surface of the contact portion of the first conductive layer and the first conductive layer. It becomes smaller than the level | step difference with the bottom face of a recessed part. For this reason, the coverage of the heating resistor layer at the end of the second conductive layer is improved.
したがって、発熱抵抗体層の形成面の段差を平坦化することなしに、インク発泡の際の応力集中による、発熱抵抗体層の第2凹部における隅部へのダメージ等が抑えられるので耐久性が確保され、インクジェット記録ヘッドの寿命が伸びる。すなわち、低コストで容易に製造可能で、且つ長寿命なインクジェット記録ヘッドとなる。 Therefore, without flattening the step on the surface where the heating resistor layer is formed, damage to the corners of the second recess of the heating resistor layer due to stress concentration at the time of ink foaming can be suppressed, so durability is improved. This ensures the life of the ink jet recording head. That is, the ink jet recording head can be easily manufactured at low cost and has a long life.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記第2導電層の抵抗率は、前記発熱抵抗体層の抵抗率よりも低いことを特徴とする。 The invention described in claim 3 is the invention described in claim 1 or 2, wherein the resistivity of the second conductive layer is lower than the resistivity of the heating resistor layer.
請求項3に記載の発明の作用について説明する。 The operation of the invention described in claim 3 will be described.
第2導電層の抵抗率が発熱抵抗体層の抵抗率よりも低いため、対向する第1導電層間に電圧が印加された場合の第2導電層における発熱が抑制され、対向する第2導電層間の発熱抵抗体層の発熱抵抗素子(発熱部分)の発熱効率が良好になると共に、第2導電層の耐久性が向上する。 Since the resistivity of the second conductive layer is lower than the resistivity of the heating resistor layer, heat generation in the second conductive layer when a voltage is applied between the opposing first conductive layers is suppressed, and the opposing second conductive layers are The heat generation efficiency of the heat generation resistor element (heat generation portion) of the heat generation resistor layer is improved, and the durability of the second conductive layer is improved.
請求項4に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記第2導電層の抵抗率は、前記発熱抵抗体層の抵抗率と等しいことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the resistivity of the second conductive layer is equal to the resistivity of the heating resistor layer.
請求項4に記載の発明の作用について説明する。 The operation of the invention described in claim 4 will be described.
第2導電層の抵抗率と発熱抵抗体層の抵抗率とを等しくすることによって、第2導電層も発熱抵抗素子(発熱部分)として機能させることができる。すなわち、対向する第1導電層間の第2導電層と発熱抵抗体層とが発熱素子となる。つまり、第1導電層間の第1凹部内の発熱抵抗素子が実質的に厚膜化(第2導電層+発熱抵抗体層)することになる。このため、発熱抵抗体層の被覆性が確保できる。また、発熱抵抗素子の厚膜化部分の発熱が抑制される。したがって、発熱抵抗体層の形成面を平坦化することなしに耐久性を確保できるので、インクジェット記録ヘッドの長寿命化がはかれる。 By making the resistivity of the second conductive layer equal to the resistivity of the heating resistor layer, the second conductive layer can also function as a heating resistor element (heat generating portion). That is, the second conductive layer and the heating resistor layer between the first conductive layers facing each other serve as a heating element. That is, the heating resistor element in the first recess between the first conductive layers is substantially thickened (second conductive layer + heating resistor layer). For this reason, the coverage of the heating resistor layer can be ensured. In addition, heat generation at the thickened portion of the heating resistor element is suppressed. Therefore, durability can be ensured without flattening the surface on which the heating resistor layer is formed, and the life of the ink jet recording head can be extended.
請求項5に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記第2導電層は、前記発熱抵抗体層と同一の材料から形成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the second conductive layer is formed of the same material as the heating resistor layer.
請求項5に記載の発明の作用について説明する。 The operation of the invention described in claim 5 will be described.
発熱抵抗体層と第2導電層を同一材料から形成することにより、第2導電層も発熱抵抗素子として機能させることができ、請求項4と同様の作用を奏す。 By forming the heating resistor layer and the second conductive layer from the same material, the second conductive layer can also function as a heating resistor element, and the same effect as in claim 4 can be achieved.
請求項6に記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれかに記載の発明において、前記第1導電層の抵抗率は、前記第2導電層の抵抗率より小さいことを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein the resistivity of the first conductive layer is smaller than the resistivity of the second conductive layer. .
請求項7に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の発明において、前記第1導電層の抵抗率は、前記第2導電層の抵抗率と等しいことを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the resistivity of the first conductive layer is equal to the resistivity of the second conductive layer. .
請求項8に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の発明において、前記第1導電層は、前記第2導電層と同一の材料から形成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the first conductive layer is formed of the same material as the second conductive layer. To do.
請求項6から請求項8に記載の発明の作用について説明する。 The operation of the invention according to claims 6 to 8 will be described.
第1導電層を第2導電層の抵抗率より小さいか等しい材料、或いは第1導電層と第2導電層とを同一材料で形成することにより、第2導電層が実質的に第1導電層の延長として、すなわち、第1凹部内に第1導電層を延長したことと同様になり、発熱抵抗体層に対する電気的接続が確実となる。 By forming the first conductive layer with a material smaller than or equal to the resistivity of the second conductive layer, or by forming the first conductive layer and the second conductive layer with the same material, the second conductive layer substantially becomes the first conductive layer. This is the same as extending the first conductive layer in the first recess, and the electrical connection to the heating resistor layer is ensured.
請求項9に記載の発明は、請求項1から請求項8のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドを搭載することを特徴とする。 The invention according to claim 9 is characterized in that the ink jet recording head according to any one of claims 1 to 8 is mounted.
請求項9に記載の発明の作用について説明する。 The operation of the ninth aspect of the invention will be described.
請求項1から請求項8のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドを搭載することによって、低コストで長寿命なインクジェット記録装置となる。 By mounting the ink jet recording head according to any one of claims 1 to 8, an ink jet recording apparatus having a low cost and a long life is obtained.
請求項10に記載の発明は、基体上に第1導電膜を着膜する第1工程と、前記第1導電膜をエッチングし、対向する一対の第1導電層と前記第1導電層間に第1凹部とを形成する第2工程と、前記第1導電層のコンタクト部を除いて、該第1導電層上に絶縁層を形成する第3工程と、前記絶縁層、前記第1導電層、前記第1凹部に第2導電膜を着膜する第4工程と、前記第2導電膜をエッチングし、前記第1凹部内まで延在する一対の第2導電層と該第1凹部内の対向した前記第2導電層間に第2凹部とを形成する第5工程と、前記第2導電層と前記第2凹部とを被膜するように発熱抵抗体層を形成する第6工程と、を有することを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a first step of depositing a first conductive film on a substrate, etching the first conductive film, and forming a first step between a pair of opposing first conductive layers and the first conductive layer. A second step of forming a recess, a third step of forming an insulating layer on the first conductive layer excluding the contact portion of the first conductive layer, the insulating layer, the first conductive layer, A fourth step of depositing a second conductive film in the first recess; a pair of second conductive layers that are etched into the first recess and extend into the first recess; and facing each other in the first recess A fifth step of forming a second recess between the second conductive layers, and a sixth step of forming a heating resistor layer so as to coat the second conductive layer and the second recess. It is characterized by.
請求項10に記載の発明の作用について説明する。
The operation of the invention described in
第1導電層のコンタクト部を被覆する第2導電層は、対向する第1導電層間の第1凹部内まで延在している。このため、第1導電層のコンタクト部の端面及び上面を第2導電層が良好に被覆する。そして、対向する第2導電層間の第2凹部と第2導電層上とに発熱抵抗体層を被覆している。このように多数段差を設けることで、発熱抵抗体層の形成面の段差を小さくできる。 The second conductive layer covering the contact portion of the first conductive layer extends into the first recess between the opposing first conductive layers. For this reason, the second conductive layer satisfactorily covers the end surface and the upper surface of the contact portion of the first conductive layer. A heating resistor layer is covered on the second recess between the second conductive layers facing each other and on the second conductive layer. By providing a large number of steps in this manner, the step on the heating resistor layer forming surface can be reduced.
このため、発熱抵抗体層の形成面に段差が存在しても、発熱抵抗体層と第1導電層とを第2導電層を介して確実に電気的に接続することができる。 For this reason, even if there is a step on the formation surface of the heating resistor layer, the heating resistor layer and the first conductive layer can be reliably electrically connected via the second conductive layer.
したがって、発熱抵抗体層の形成面を平坦化する工程が必要ない。すなわち、低コストで容易に、且つ品質の良いインクジェット記録ヘッドの製造方法である。 Therefore, there is no need to flatten the surface on which the heating resistor layer is formed. That is, it is a method for manufacturing an ink jet recording head that is easy and inexpensive at low cost.
請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の発明において、前記第2導電層の膜厚は、0.2μm以下であることを特徴とする。
The invention according to claim 11 is the invention according to
請求項11に記載の発明について説明する。 The invention according to claim 11 will be described.
第5工程において、例えば、第2導電層を異方性ドライエッチングで形成すると、第2導電層間もエッチングされ第2凹部が形成される。第2導電層の厚さを0.2μm以下すると、第2凹部の深さは0.1μm未満となる。つまり、第2凹部は段差が小さい。このため、第6工程において、第2導電層の端部における発熱抵抗体層の被覆性が良好となる。 In the fifth step, for example, when the second conductive layer is formed by anisotropic dry etching, the second conductive layer is also etched to form a second recess. When the thickness of the second conductive layer is 0.2 μm or less, the depth of the second recess is less than 0.1 μm. That is, the second recess has a small step. For this reason, in the sixth step, the coverage of the heating resistor layer at the end of the second conductive layer is improved.
したがって、発熱抵抗体層の形成面に段差が存在しても段差を平坦化する工程が必要ない。すなわち、低コストで容易で、且つ長寿命なインクジェット記録ヘッドの製造方法である。 Therefore, even if a step exists on the surface on which the heating resistor layer is formed, a step of flattening the step is not necessary. That is, it is a method for manufacturing an inkjet recording head that is low-cost, easy, and has a long life.
なお、本発明のインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置において画像記録の対象となる「記録媒体」には、インクジェット記録ヘッドがインク滴を吐出する対象物であれば広く含まれる。また、インク滴が記録媒体上に付着されることで得られる記録媒体上のドットのパターンが、本発明のインクジェット記録装置で得られる「画像」あるいは「記録画像」に広く含まれる。したがって、本発明のインクジェット記録装置は、記録用紙上への文字や画像の記録に用いられるものに限定されない。また、記録媒体には、記録用紙やOHPシートなどが含まれるのはもちろんであるが、これら以外にも、たとえば、配線パターン等が形成される基板などが含まれる。また、「画像」には、一般的な画像(文字、絵、写真など)のみならず、上記したような配線パターンや3次元物体、有機薄膜などが含まれる。吐出するインクも、いわゆる着色インクに限定されるわけではない。例えば、高分子フィルムやガラス上に着色インクを吐出して行うディスプレイ用のカラーフィルターの作製、溶融状態のハンダを基板上に吐出して行う部品実装用のバンプの形成、有機EL溶液を基板上に吐出させて行うELディスプレイパネルの形成、溶融状態のハンダを基板上に吐出して行う電気実装用のバンプの形成など、様々な工業的用途を対象とした液滴噴射装置一般に対して、本発明のインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録ヘッドの製造方法、並びにインクジェット記録装置を適用することが可能である。 The “recording medium” that is the target of image recording in the inkjet recording head and the inkjet recording apparatus of the present invention includes a wide range of objects as long as the inkjet recording head ejects ink droplets. Further, the dot pattern on the recording medium obtained by attaching the ink droplets on the recording medium is widely included in the “image” or “recorded image” obtained by the ink jet recording apparatus of the present invention. Therefore, the ink jet recording apparatus of the present invention is not limited to that used for recording characters and images on recording paper. In addition, the recording medium includes a recording sheet, an OHP sheet, and the like. In addition, for example, a substrate on which a wiring pattern or the like is formed is included. The “image” includes not only general images (characters, pictures, photographs, etc.) but also the above-described wiring patterns, three-dimensional objects, organic thin films, and the like. The ejected ink is not limited to so-called colored ink. For example, production of a color filter for display performed by discharging colored ink on a polymer film or glass, formation of bumps for component mounting performed by discharging molten solder onto the substrate, and organic EL solution on the substrate For general liquid droplet ejecting devices intended for various industrial applications, such as the formation of EL display panels that are ejected onto the substrate and the formation of bumps for electrical mounting that are performed by ejecting molten solder onto the substrate. The ink jet recording head, the ink jet recording head manufacturing method, and the ink jet recording apparatus of the invention can be applied.
発熱抵抗体層の形成面に段差が存在しても、平坦化することなしに耐久性を確保することができる。 Even if there is a step on the surface on which the heating resistor layer is formed, durability can be ensured without flattening.
本発明の一の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを図1から図3に基づいて説明する。 An ink jet recording head according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、インクジェット記録ヘッド10は、基台12上に第1絶縁層14が積層されている。第1絶縁層14上には、離間して対向する一対の第1導電層16が形成され、対向する第1導電層16間に第1凹部20が形成されている。そして、第1導電層16のコンタクト部16A(互いに対向する側の端部)を除いて、第1導電層16上に第2絶縁層18が積層されている。このコンタクト部16Aの上面と端面とがコンタクト面16Bとなって、後述する第2導電層22と電気的に接続する。
As shown in FIG. 1, the
さらに、第1導電層16のコンタクト部16A(コンタクト面16B)と第2絶縁層18とを被覆し、第1凹部20内まで延在する一対の離間して対向する第2導電層22が形成されている。また、第1凹部20内の対向した1対の第2導電層22間に第2凹部24が形成されている。
Further, a pair of spaced-apart second
そして、第2導電層22、第2凹部24、第2絶縁層18を発熱抵抗体層26が被覆し、発熱抵抗体層26の上面にインク保護層である表面保護膜28が形成されている。
The second
次にインクジェット記録ヘッド10の製造工程の概要を、図2を参照して説明する。なお、図2では、説明の便宜上、基台12を省略している。
Next, an outline of the manufacturing process of the ink
図2(A)に示すように、基台12(図1参照)上にシリコン酸化膜からなる1μm程度の厚さの第1絶縁層14を着膜後、第1導電層16となるアルミニウム層を0.5〜0.7μm程度の厚膜に着膜する、このアルミニウム層を異方性ドライエッチングでパターニングすることによって、離間して対向する1対の第1導電層16を形成する。なお、第1導電層16を形成するために異方性ドライエッチングを行うと、対向した第1導電層16間の第1絶縁層14も若干エッチングされ、第1凹部20が形成される。
As shown in FIG. 2A, an aluminum layer to be the first
さらに、この上に第2絶縁層18となるシリコン酸化膜17を1.0μm程度の膜厚で被覆する。
Further, a
なお、後述する以降の工程で形成される第2導電層22および発熱抵抗体層26に対する応力歪みによる密着性の低下や、インクによる腐食の問題等が懸念されるため、シリコン酸化膜17でなくシリコン窒化膜を第2絶縁層18に用いることは好ましくない。
In addition, since there is a concern about a decrease in adhesion due to stress strain on the second
また、基台12(図1参照)の後述する発熱抵抗素子50、52(図3参照)を配置する領域には、予め1.0μm程度の絶縁物で被覆しておくことが望ましい。このように被覆しておくことで、例えば、駆動回路を構成するトランジスタ等を作り込んだシリコン基板やガラス基板等を用いることができる。
In addition, it is desirable to cover an area of the base 12 (see FIG. 1) where
続いて、図2(B)に示すように、シリコン酸化膜17をエッチングしてパターニングし第2絶縁層18を形成し、第1導電層16のコンタクト部16Aを露出させる。なお、前述したように、このコンタクト部16Aの上面と端面とがコンタクト面16Bとなって、第2導電層22と電気的に接続する。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, the
この際、第1導電層16のコンタクト部16A(コンタクト面16B)が確実に露出するようにエッチングすると、第1絶縁層14までエッチングされる。第2絶縁層18は第1絶縁層14と同じシリコン酸化膜であるため、エッチング速度が速く、上記ドライエッチングで形成された第1凹部20が更にエッチングされ、深くなる。具体的には、第1導電層16の下面基準で第1凹部20の深さは、0.5〜0.7μm程度である。
At this time, if etching is performed so that the
さらに、図2(C)に示すように、この上に第2導電層22となる第2導電膜を0.2μm以下の膜厚で着膜し、異方性ドライエッチングによってパターニングし、第2絶縁層18上からコンタクト面16Bを被覆し、第1凹部20内まで延在する一対の離間して対向する第2導電層22を形成する。
Further, as shown in FIG. 2C, a second conductive film to be the second
なお、第2導電層22のパターニングは異方性ドライエッチングで行なわれるため、対向した第2導電層22間の第1絶縁層14もエッチングされ、第2凹部24が形成される。また、第2導電層22の厚さを0.2μm以下としたため、第2凹部24の深さは0.1μm未満である。
Since the patterning of the second
続いて、図2(D)に示すように、この上にタンタル、シリコン、酸素の化合物からなる発熱抵抗体層26を、第2導電層22と第2凹部24とを被覆するように形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2D, a
さらに、発熱抵抗体層26を熱酸化処理することによって、タンタル絶縁物からなるインク保護層として機能する表面保護膜28を形成する。タンタル絶縁物からなる表面保護膜28は、インク保護層となり得る耐腐食性や機械的強度を有し、膜厚も0.01μm程度と非常に薄くインクへの熱伝導性に優れているので好適である。表面保護膜28を形成する熱酸化処理は、他の材料、例えばアルミニウムからなる第1導電層16に影響を与えないように、約400℃で行なわれる。
Further, by subjecting the
なお、発熱抵抗体層26は、タンタル、シリコン、酸素からなる化合物以外でも、発熱によりインク吐出可能なあらゆる材料を用いることができる。また、発熱抵抗体層26の表面酸化膜がインク保護層となり得ない場合には、別途、発熱抵抗体層26上にシリコン絶縁物やタンタル等の材料を着膜して表面保護膜28とすれば良い。
The
さて、このように構成されるインクジェット記録ヘッド10は、第1導電層16のコンタクト部16Aを被覆する第2導電層22が対向する第1導電層16間の第1凹部20内まで延在している。このため、第1導電層16のコンタクト部16Aのコンタクト面16Bを第2導電層22が良好に被覆する。そして、対向する第2導電層22間の第2凹部と第2導電層22上とに発熱抵抗体層26を被覆している。このように多数段差を設けることで、発熱抵抗体層26の形成面の段差を小さくできる。
In the ink
したがって、発熱抵抗体層の26の形成面を平坦化することなしに、発熱抵抗体層26と第1導電層16とを第2導電層22を介して確実に電気的に接続することができる。
Accordingly, the
また、第2導電層22の材料を選択することにより、第2導電層22を配線とさせて機能させるか、或いは、発熱抵抗素子52の一部として機能させるか、を選択することができる。
Further, by selecting the material of the second
つまり、第2導電層22の材料の選択結果によって、図3(A)に示すように、1対の第2導電層22が共通電極と個別電極となって、対向する第2導電層22間の発熱抵抗体層26が発熱抵抗素子50となるか、或いは、図3(B)に示すように、1対の第1導電層16が共通電極と個別電極となって、対向する第1導電層16間の第2導電層22と発熱抵抗体層26とが発熱抵抗素子52となる。
That is, depending on the selection result of the material of the second
そして、発熱抵抗素子50、52に通電し発熱させることで、インクが発泡し加圧され、図示しないノズルからインク滴が吐出する。
Then, when the
先ず、第2導電層22を配線として機能させる場合について、図3(A)を用いて説明する。
First, the case where the second
第2導電層22を第1導電層16と同一のアルミニウムからなる材料で形成する。このように形成した場合には、第1導電層16と第2導電層22が同一の材料で形成されているため、対向する第2導電層間の発熱抵抗体層26が発熱抵抗素子50となる。
The second
第2導電層22の膜厚(0.2μm以下)は第1導電層16の膜厚(0.5μmから0.7μm程度)よりも薄いので、第2導電層22の下面と第2凹部24の底面との段差(0.1μm以下)が、第1導電層16の下面と第1凹部20の段差(0.5μmから0.7μm程度)よりも小さくなる。また、第2導電層22をアルミニウムで形成した場合、第2導電層22の下面基準で0.05μm程度であった。つまり、第2凹部24の段差は小さい。
Since the film thickness of the second conductive layer 22 (0.2 μm or less) is thinner than the film thickness of the first conductive layer 16 (about 0.5 μm to 0.7 μm), the lower surface of the second
このように第2凹部24の段差が小さいので、第2導電層22の端部における発熱抵抗体層26の被覆性が良好になる。よって、インク発泡の際の応力集中による、発熱抵抗体層26の第2凹部24における隅部へのダメージ等が抑えられる。(図7参考)。
Thus, since the level | step difference of the 2nd recessed
また、第1凹部20内に第1導電層16を延長したことと同様になり、発熱抵抗体層26に対する電気的接続が確実となる。
Further, this is the same as extending the first
したがって、発熱抵抗体層26の形成面を平坦化することなく、発熱抵抗素子50の耐久性を確保することができる。
Therefore, the durability of the
なお、本出願人が耐久試験などを行った結果、発熱抵抗体層上に配線層を備えた従来構造の発熱抵抗素子と同等以上の寿命を有することを確認した。 As a result of the endurance test and the like by the present applicant, it was confirmed that the applicant had a life equal to or longer than that of a conventional heating resistor element having a wiring layer on the heating resistor layer.
次に、第2導電層22を発熱抵抗素子として機能させる場合について、図3(B)を用いて説明する。
Next, the case where the second
発熱抵抗体層26と同一のタンタル、シリコン、酸素の化合物からなる材料を用いて厚さ0.2μmで第2導電層22を形成する。また、第2凹部24の深さは、0.05μm程度であった。
The second
このように形成した場合には、対向する第1導電層16間の第2導電層22と発熱抵抗体層26とが発熱抵抗素子52となる。
When formed in this way, the second
このように発熱抵抗素子52を構成した場合も、本出願人が耐久試験などを行った結果、発熱抵抗体層上に配線層を備えた従来構造の発熱抵抗素子と同等以上の寿命を有することを確認した。
Even in the case where the
これは、第1導電層16の第1凹部20で発熱抵抗素子52が実質的に厚膜化(第2導電層22+発熱抵抗体層26)することになり、第1導電層16の第1凹部20に対する発熱抵抗体層26の被覆性が確保できるためと、厚膜化した部分の発熱が抑制されるためと考えられる。
This is because the
また、このような構成とすることで、発熱抵抗素子52として機能する面積を増加させることもできる。
In addition, with such a configuration, the area that functions as the
なお、第2導電層22を、第1導電層16あるいは発熱抵抗体層26と同一の材料で形成した場合について説明したが、材料は特に限定されない。
Although the case where the second
第2導電層22の抵抗率が発熱抵抗体層26の抵抗率と等しい場合は、第2導電層22は発熱抵抗素子52として機能する。(図3(B)参照)。
When the resistivity of the second
第2導電層22の抵抗率が発熱抵抗体層26の抵抗率より小さい時は、第2導電層22は配線として機能する(図3(A)参照)。また、対向する第1導電層16間に電圧が印加された場合の第2導電層22における発熱が抑制され、発熱抵抗素子50(図3(A)参照)の発熱効率が良好になると共に、第2導電層22の耐久性が向上する。
When the resistivity of the second
また、第1導電層16は第2導電層22の抵抗率以下の材料であれば、第2導電層22が実質的に第1導電層16の延長として、すなわち、第1凹部20内に第1導電層16を延長したことと同様になり、発熱抵抗体層26に対する電気的接続が確実となる。
If the first
続いて、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッド10が搭載されたインクジェット記録装置の一例として、カラープリンター100について説明する。
Next, a
図4に示すように、カラープリンター100は、筐体112にロッド114が設けられており、該ロッド114に沿って移動するキャリッジ116が設けられている。キャリッジ116上には、CMYKの各色に応じた色を記録する各色のインクジェット記録ヘッド10(図4では、ブラック色がインクジェット記録ヘッド10K、シアン色がインクジェット記録ヘッド10C、マゼンタ色がインクジェット記録ヘッド10M、イエロー色がインクジェット記録ヘッド10Yと表記している)が、それぞれ着脱可能に搭載されている。このキャリッジ116がロッド114に沿って(図4に示す主走査方向に)移動することにより、主走査方向の記録が行なわれる。
As shown in FIG. 4, the
また、カラープリンター100には、記録媒体としての用紙Pを載置するためのプラテン120が設けられている。このプラテン120上を用紙Pがキャリッジ116の主走査方向Xと交差する方向(図5に示す副走査方向Y)に移動することによって、副走査方向Yの記録が行なわれる。
Further, the
すなわち、キャリッジ116をロッド114に沿って主走査方向Xに走査しながら、キャリッジ116上に搭載されたインクジェット記録ヘッド10の各色それぞれのインク滴を吐出することにより主走査方向Xに画像が形成される。なお、インクジェット記録ヘッド10のそれぞれのノズル列長(副走査方向Y)とキャリッジ116の走査長でプラテン120上の用紙Pに形成される記録領域の全域または一部領域に画像が形成される。そして、副走査方向において画像形成された長さに対応した量分、用紙Pが送られ、再び主走査方向Xに画像形成を行ない、主走査方向Xの画像形成と副走査方向Yの用紙送りを繰り返し行なうことによって、用紙P全面に画像形成が行われる。また、各色のインクジェット記録ヘッド10は、図4及び図5に示すように、キャリッジ116の走査方向に沿って、K、C、M、Yの順に配置されている構成とするが、これに限定されるものではない。
That is, an image is formed in the main scanning direction X by ejecting ink droplets of each color of the
図6に示すように、カラープリンター100は、CPU126、ROM128、RAM130、及び周辺装置を備えたマイクロコンピュータ132によって動作の制御が行われるようになっている。マイクロコンピュータ132は、CPU126、ROM128、ROM128、入力インターフェース(入力I/F)134及び出力インターフェース(出力I/F)136がバス138に接続されている。この入力I/F134には、他の装置からデータやコマンドが入力される。
出力I/F136には、用紙Pを搬送するための搬送用モータ140を駆動するドライバ142、及びキャリッジ116を移動するためのキャリッジ走査モータ143を駆動するドライバ141が接続されている。このマイクロコンピュータ132の指示に応じて搬送用モータ140及びキャリッジ走査モータ143が制御される。
As shown in FIG. 6, the operation of the
The output I /
また、出力I/F136には、各色インクジェット記録ヘッド10(10K、10C、10M、10Y)が接続されており、マイクロコンピュータ132によって各色インクジェット記録ヘッド10からのインク滴の吐出が制御される。
各色のインクジェット記録ヘッド10からのインク滴の吐出の制御は、例えば、各インクジェット記録ヘッド10に設けられたインク吐出用の複数のノズルからインク滴を吐出するタイミングを制御することによって、キャリッジ116の走査方向に対する画像記録位置を制御することができる。
In addition, each color inkjet recording head 10 (10K, 10C, 10M, 10Y) is connected to the output I /
The control of the ejection of ink droplets from the ink jet recording heads 10 of each color is performed by controlling the timing of ejecting ink droplets from a plurality of ink ejection nozzles provided in each ink
なお、カラープリンター100は、上述したように、低コストで耐久性が確保された長寿命のインクジェット記録ヘッド10を搭載しているので、低コストで長寿命なカラープリンター100となっている。
As described above, the
10 インクジェット記録ヘッド
12 第1絶縁層(基体)
16 第1導電層
16A コンタクト部
18 第2絶縁層(絶縁層)
20 第1凹部
22 第2導電層
24 第2凹部
26 発熱抵抗体層
100 カラープリンター(インクジェット記録装置)
10
16 First
20 1st recessed
Claims (11)
前記第1導電層のコンタクト部を除いて、該第1導電層上に積層された絶縁層と、
対向する前記1導電層間に形成された第1凹部と、
前記コンタクト部から、前記1凹部内まで延在して被覆する一対の対向した第2導電層と、
前記第1凹部内の対向した前記第2導電層間に形成された第2凹部と、
前記第2導電層と前記第2凹部とを被覆する発熱抵抗体層と、
を備えることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 A pair of opposing first conductive layers formed on the substrate;
An insulating layer stacked on the first conductive layer except for a contact portion of the first conductive layer;
A first recess formed between the opposing one conductive layers;
A pair of opposed second conductive layers extending from the contact portion into the first recess and covering;
A second recess formed between the opposing second conductive layers in the first recess;
A heating resistor layer covering the second conductive layer and the second recess;
An ink jet recording head comprising:
前記第1導電膜をエッチングし、対向する一対の第1導電層と前記第1導電層間に第1凹部とを形成する第2工程と、
前記第1導電層のコンタクト部を除いて、該第1導電層上に絶縁層を形成する第3工程と、
前記絶縁層、前記第1導電層、前記第1凹部に第2導電膜を着膜する第4工程と、
前記第2導電膜をエッチングし、前記第1凹部内まで延在する一対の第2導電層と該第1凹部内の対向した前記第2導電層間に第2凹部とを形成する第5工程と、
前記第2導電層と前記第2凹部とを被膜するように発熱抵抗体層を形成する第6工程と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。 A first step of depositing a first conductive film on a substrate;
Etching the first conductive film to form a pair of opposing first conductive layers and a first recess between the first conductive layers; and
A third step of forming an insulating layer on the first conductive layer excluding the contact portion of the first conductive layer;
A fourth step of depositing a second conductive film on the insulating layer, the first conductive layer, and the first recess;
Etching the second conductive film to form a pair of second conductive layers extending into the first recess and a second recess between the opposing second conductive layers in the first recess; and ,
A sixth step of forming a heating resistor layer so as to coat the second conductive layer and the second recess;
An ink jet recording head manufacturing method comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003360161A JP2005125494A (en) | 2003-10-21 | 2003-10-21 | Ink jet recording head, its manufacturing process and ink jet recorder |
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-
2003
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