JP2005138589A - 流体イジェクタ装置を形成する方法及び流体イジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】 流体イジェクタプリントヘッドにオリフィス構造を形成するシステム及び方法を提供する。
【解決手段】 クロストレンチ340は、チャネル350の端末近傍で形成され、複数のチャネル350のそれぞれと連絡し、チャネル350のオリフィス355はクロストレンチ340がチャネル350との交差位置に形成され、クロストレンチ340がチャネル350の長さに対してオリフィス355を正確に配置形成する。また、クロストレンチ340は、どのダイシングブレードをもチャネル350やオリフィス355と接触しないようにするため、オリフィス355の欠陥が削減される。チャネル350とクロストレンチ340の深さは略同じ深さhである。
【選択図】 図4
【解決手段】 クロストレンチ340は、チャネル350の端末近傍で形成され、複数のチャネル350のそれぞれと連絡し、チャネル350のオリフィス355はクロストレンチ340がチャネル350との交差位置に形成され、クロストレンチ340がチャネル350の長さに対してオリフィス355を正確に配置形成する。また、クロストレンチ340は、どのダイシングブレードをもチャネル350やオリフィス355と接触しないようにするため、オリフィス355の欠陥が削減される。チャネル350とクロストレンチ340の深さは略同じ深さhである。
【選択図】 図4
Description
本発明は、流体イジェクタシステムの流体イジェクタプリントヘッドに関する。即ち、流体イジェクタ装置を形成する方法及び流体イジェクタに関する。
流体イジェクタシステム、例えば、圧電、音響、相転移ワックス系又はサーマル系などのドロップオンデマンド方式の液体インクプリンタは、受容シートへ向けて流体の液滴を射出する少なくとも一つの流体イジェクタを有する。側部射出型(サイドシュータタイプ)のインクジェットプリントヘッドや他の流体イジェクタは、多くの場合、チャネル(流路)溝を有するウエハ構造をダイシングすることによって作られるオリフィス構造を有する。このような流体イジェクタヘッドは、一般的に、三つの基本層と、気泡核形成ヒータ及び関連するエレクトロニクスを含むヒータウエハと、ヒータウエハの上に形成されるポリマ層と、ポリマ層に接着される流体注入ウエハと、を備える。
米国特許第5,057,853号
米国特許第5,068,006号
米国特許第5,160,403号
米国特許第5,506,610号
米国特許第5,620,614号
米国特許第6,339,881 B1号
米国特許第6,436,793 B1号
三つの基本層を接着することによって溝が形成され、チャネルが形成されると、流体イジェクタプリントヘッドの基本的な組み立てブロックが完成される。このような三つの基本層を接着することによって、多数の流体イジェクタプリントヘッドを同時に形成することができる。しかしながら、流体イジェクタプリントヘッドは、個々の流体イジェクタプリントヘッドがダイシングされてウエハ構造から単一プリントヘッドモジュールやダイになった時に初めて有用となる。従って、各流体イジェクタプリントヘッドがダイシングされるのは、三つのウエハスケール層が接着された後でなければならない。
一般的に、特定のダイシングブレード(刃)は、互いに接着された層を各個別の流体イジェクタモジュールになるようにダイシングするために使用される。ダイシング動作の一部として、ブレードは、一般に、接着されたウエハ内で形成されるチャネルと垂直に交差するウエハに切削部を形成して流体が射出されるオリフィスを作成するために使用される。オリフィス構造を含む面は「前面」と呼ばれる。前面を形成するダイシング動作は「前面ダイシング」と呼ばれる。
チャネルウエハ、特に、シリコン流体チャネルウエハの前面ダイシングには欠点がある。例えば、チャネルと交差し前面でオリフィスを切り開くために、ダイシングブレードが使用される時、ダイシング動作の摩損性によってチャネル近傍のブリットルウエハ材料が破れる場合が多くみられ、これによって、オリフィスにチッピングなどの欠陥が生じる。このように欠けたことによって欠陥を有するオリフィスは、流体イジェクタプリントヘッドの性能を劣化させる。流体イジェクタの精度は、例えば、流体の液滴がチップの位置や大きさに応じて方向違いを起こす傾向がある点で不利である。即ち、流体の液滴はオリフィスの欠けた側から射出しやすくなる。従って、流体の液滴は、前面に対して垂直に射出される代わりに前面に対して傾斜した角度で射出される場合がある。
方向違いの流体液滴を最小限とするために、前面ダイシング動作を調整及び/又は修正することによってこのようなオリフィスのチッピング(欠け落ち)を最小限とすることに多大な努力がなされた。これらの努力は、ブレードの組成物の開発、回転及び/又は送り速度の変更、及びダイシング潤滑油の使用に向けられてきた。しかしながら、このようなダイシング動作を改良する努力によってもチッピングを完全に取り除くことはできなかった。
例えば、ダイシング動作にしばしば使用されるブレードは、可撓性樹脂ミックスに小粒のダイヤモンドを埋め込んだタイプのものが多い。このようなブレードは、切削時に圧力が印加された時にわずかに曲がる傾向があり、従って、ダイシング動作中に位置的な誤差を発生しやすい。このような可撓性のダイシングブレードは、前面でのダイシング切削位置の不正確な配置を取り除くことができず、これによって、流体液滴の容積及び速度がモジュール又はダイ及び/又はオリフィス毎に違ってくる。即ち、流体液滴の容積及び速度は、ヒータウエハにおける加熱エレメントと実際のオリフィスとの距離に影響される。この距離は、ダイシングブレードによって形成される際にオリフィスを形成する切削部がいかに正確に配列されるかによって決定される。オリフィスが更に加熱エレメントから形成される時、流体液滴の容積が減少し速度が低下する。流体液滴の容積と速度の変化によって正確で一貫性のある流体の射出が困難となり、プリントヘッドの品質が低下する。
オリフィスの正面を露出するためにダイシングブレードを使用することは、チャネルの形状を制限し、ひいては、オリフィスの形状を制限することになる。オリフィス近傍のチャネル壁同士が並列でない場合、切削時の配列誤差によって、オリフィスの断面積が変化し、これによって、流体の液滴の容積及び速度が更に変化する。このことから、オリフィスを形成するためにダイシングブレードを使用することによって、チャネル及びオリフィスの設計上のフレキシビリティが奪われる。
本発明は、液滴イジェクタプリントヘッドにオリフィス構造を形成するシステム及び方法を提供する。
本発明は、液滴イジェクタプリントヘッドにオリフィス構造を形成する、改良されたシステム及び方法をそれぞれ提供する。
本発明は、オリフィス構造と接触しないダイシングブレードによって液滴イジェクタプリントヘッドにオリフィス構造を形成するシステム及び方法をそれぞれ提供する。
本発明は、クロストレンチを用いて液滴イジェクタプリントヘッドにオリフィス構造を形成するシステム及び方法をそれぞれ提供する。
本発明は、液滴イジェクタプリントヘッドに所望形状のオリフィスを含むオリフィス構造を形成するシステム及び方法をそれぞれ提供する。
本発明は、液滴イジェクタプリントヘッドにオリフィス構造を正確に形成するシステム及び方法をそれぞれ提供する。
本発明は、改良されたオリフィス構造を含む流体イジェクタ装置を提供する。
本発明は、オリフィス構造と接触せずにダイシングブレードによって形成されるオリフィス構造を含む流体イジェクタ装置を提供する。
本発明は、クロストレンチを用いて形成されたオリフィス構造を含む流体イジェクタ装置を提供する。
本発明は、所望される形状で形成されたオリフィス構造を含む流体イジェクタ装置を提供する。
本発明は、正確に形成されたオリフィス構造を含む流体イジェクタ装置を提供する。
本発明の種々の例示的な実施の形態によるシステム、方法、及び流体イジェクタ装置において、オリフィス構造はクロストレンチを含む流体イジェクタヘッド内に形成され得る。即ち、クロストレンチは、流体イジェクタヘッドの少なくとも一つの層に形成され得る。クロストレンチは、一つの層のみに形成されてもよいし、或いは、各層に又はいくつかの層に部分的に形成された溝又はトレンチを組み合わせることによって一つ以上の層に形成されてもよい。クロストレンチは、オリフィス、即ち、前面でのチャネルの孔口が流体イジェクタプリントヘッドのダイシングされた前面からオフセットされるように形成される。クロストレンチは、オリフィス構造内にダイシングによる欠陥が形成されることがないようにオリフィス構造を形成させる。クロストレンチは、オリフィス構造に接触しないダイシングを可能にする。
本発明による種々の例示的な実施の形態によるシステム、方法及び流体イジェクタ装置において、フレア状のオリフィス又はテーパ状の流体イジェクタオリフィスを含むオリフィス構造が形成され得る。これらの特定のオリフィスは、オリフィスの孔口がダイシングされた前面からオフセットされるので、ダイシング動作によるダメージをうけない。更に、ヒータエレメントからのオリフィスの正確な配列は、ダイシング動作よりもむしろ、クロストレンチのサイズや位置によって制御され得るので、正確に形成されたオリフィス構造が得られる。
以下、解決手段を実施態様の形式で詳述する。
[第1実施態様]
流体イジェクタ装置を形成する方法であって、第1のウエハと第2のウエハとゼロ又は一つ以上の中間層の少なくとも一つにチャネルを形成することと、第1のウエハと第2のウエハとゼロ又は一つ以上の中間層の少なくとも一つに、形成されたチャネルと相互作用してチャネルにオリフィスを形成する少なくとも一つのクロストレンチを、形成する、ことと、第1のウエハと第2のウエハとゼロ又は一つ以上の中間層を組み合わせ、複数の流体イジェクタ装置を含むウエハ構造を形成することと、クロストレンチを少なくともダイシングすることによって流体イジェクタ装置の前面を形成し、これによってオリフィスが前面からオフセットされる、ことと、を含む、方法。
流体イジェクタ装置を形成する方法であって、第1のウエハと第2のウエハとゼロ又は一つ以上の中間層の少なくとも一つにチャネルを形成することと、第1のウエハと第2のウエハとゼロ又は一つ以上の中間層の少なくとも一つに、形成されたチャネルと相互作用してチャネルにオリフィスを形成する少なくとも一つのクロストレンチを、形成する、ことと、第1のウエハと第2のウエハとゼロ又は一つ以上の中間層を組み合わせ、複数の流体イジェクタ装置を含むウエハ構造を形成することと、クロストレンチを少なくともダイシングすることによって流体イジェクタ装置の前面を形成し、これによってオリフィスが前面からオフセットされる、ことと、を含む、方法。
[第2実施態様]
第1実施態様において、オリフィスがダイシングによって形成された前面から引っ込んでいることを特徴とする、方法。
第1実施態様において、オリフィスがダイシングによって形成された前面から引っ込んでいることを特徴とする、方法。
[第3実施態様]
第1実施態様において、オリフィスがダイシングによって形成された前面の前側に延出することを特徴とする、方法。
第1実施態様において、オリフィスがダイシングによって形成された前面の前側に延出することを特徴とする、方法。
[第4実施態様]
第1実施態様において、クロストレンチが反応性イオンエッチングによって形成されることを特徴とする、方法。
第1実施態様において、クロストレンチが反応性イオンエッチングによって形成されることを特徴とする、方法。
[第5実施態様]
第1実施態様において、チャネルがオリフィス近傍でフレア状となることを特徴とする、方法。
第1実施態様において、チャネルがオリフィス近傍でフレア状となることを特徴とする、方法。
[第6実施態様]
第1実施態様において、チャネルがオリフィス近傍でテーパ状となる、ことを特徴とする方法。
第1実施態様において、チャネルがオリフィス近傍でテーパ状となる、ことを特徴とする方法。
[第7実施態様]
第1実施態様において、流体イジェクタ装置の前面が、少なくともオリフィスまで延出しない深さまで、ダイシングすることによって形成される、ことを特徴とする方法。
第1実施態様において、流体イジェクタ装置の前面が、少なくともオリフィスまで延出しない深さまで、ダイシングすることによって形成される、ことを特徴とする方法。
[第8実施態様]
流体イジェクタ装置を形成する方法であって、気泡核生成ヒータとこれに関連するエレクトロニクスとを含むヒータウエハと、ポリマ層と、チャネルウエハと、を形成することと、少なくとも一つのクロストレンチがチャネルウエハとポリマ層とヒータウエハとの少なくとも一つに形成され、ヒータウエハとポリマ層とチャネルウエハとの少なくとも一つに形成されたチャネルと交差して、チャネルに対してオリフィスを形成する、ことと、チャネルウエハがポリマ層を覆って接着し、ポリマ層がヒータウエハを覆って接着して、接着構造を形成することと、オリフィスが前面からオフセットされるように、接着構造の少なくとも一つのクロストレンチを少なくともダイシングすることによって流体イジェクタ装置の前面を形成する、こととを含む、方法。
流体イジェクタ装置を形成する方法であって、気泡核生成ヒータとこれに関連するエレクトロニクスとを含むヒータウエハと、ポリマ層と、チャネルウエハと、を形成することと、少なくとも一つのクロストレンチがチャネルウエハとポリマ層とヒータウエハとの少なくとも一つに形成され、ヒータウエハとポリマ層とチャネルウエハとの少なくとも一つに形成されたチャネルと交差して、チャネルに対してオリフィスを形成する、ことと、チャネルウエハがポリマ層を覆って接着し、ポリマ層がヒータウエハを覆って接着して、接着構造を形成することと、オリフィスが前面からオフセットされるように、接着構造の少なくとも一つのクロストレンチを少なくともダイシングすることによって流体イジェクタ装置の前面を形成する、こととを含む、方法。
[第9実施態様]
第8実施態様において、少なくとも一つのオリフィスがダイシングによって形成された接着構造の前面から引っ込んでいる、ことを特徴とする方法。
第8実施態様において、少なくとも一つのオリフィスがダイシングによって形成された接着構造の前面から引っ込んでいる、ことを特徴とする方法。
[第10実施態様]
第8実施態様において、オリフィスがダイシングによって形成された表面の前側に延出する、ことを特徴とする方法。
第8実施態様において、オリフィスがダイシングによって形成された表面の前側に延出する、ことを特徴とする方法。
[第11実施態様]
第8実施態様において、少なくとも一つのクロストレンチが反応性イオンエッチングによって形成される、ことを特徴とする方法。
第8実施態様において、少なくとも一つのクロストレンチが反応性イオンエッチングによって形成される、ことを特徴とする方法。
[第12実施態様]
第8実施態様において、チャネルがオリフィス近傍でフレア状となる、ことを特徴とする方法。
第8実施態様において、チャネルがオリフィス近傍でフレア状となる、ことを特徴とする方法。
[第13実施態様]
第8実施態様において、チャネルがオリフィス近傍でテーパ状となる、ことを特徴とする方法。
第8実施態様において、チャネルがオリフィス近傍でテーパ状となる、ことを特徴とする方法。
[第14実施態様]
第8実施態様において、流体イジェクタ装置の前面が、少なくともオリフィスまで延出しない深さまでダイシングすることによって形成される、ことを特徴とする方法。
第8実施態様において、流体イジェクタ装置の前面が、少なくともオリフィスまで延出しない深さまでダイシングすることによって形成される、ことを特徴とする方法。
[第15実施態様]
第1のウエハと第2のウエハとゼロ又は一つ以上の中間層との少なくとも一つに形成されたチャネルと、チャネルウエハとポリマ層とヒータウエハとの少なくとも一つに形成され、ヒータウエハとポリマ層とチャネルウエハとの少なくとも一つに形成されたチャネルと交差して、チャネルに対してオリフィスを形成する、少なくとも一つのクロストレンチと、オリフィスが前面からオフセットされるように、接着構造の少なくとも一つのクロストレンチを少なくともダイシングすることによって流体イジェクタ装置に形成された前面と、を備える、流体イジェクタ。
第1のウエハと第2のウエハとゼロ又は一つ以上の中間層との少なくとも一つに形成されたチャネルと、チャネルウエハとポリマ層とヒータウエハとの少なくとも一つに形成され、ヒータウエハとポリマ層とチャネルウエハとの少なくとも一つに形成されたチャネルと交差して、チャネルに対してオリフィスを形成する、少なくとも一つのクロストレンチと、オリフィスが前面からオフセットされるように、接着構造の少なくとも一つのクロストレンチを少なくともダイシングすることによって流体イジェクタ装置に形成された前面と、を備える、流体イジェクタ。
[第16実施態様]
第15実施態様において、オリフィスがダイシングによって形成された前面から引っ込んでいる、ことを特徴とする流体イジェクタ。
第15実施態様において、オリフィスがダイシングによって形成された前面から引っ込んでいる、ことを特徴とする流体イジェクタ。
[第17実施態様]
第15実施態様において、オリフィスがダイシングによって形成された表面の前側に延出する、ことを特徴とする流体イジェクタ。
第15実施態様において、オリフィスがダイシングによって形成された表面の前側に延出する、ことを特徴とする流体イジェクタ。
[第18実施態様]
第15実施態様において、クロストレンチが反応性イオンエッチングによって形成される、ことを特徴とする流体イジェクタ。
第15実施態様において、クロストレンチが反応性イオンエッチングによって形成される、ことを特徴とする流体イジェクタ。
[第19実施態様]
第15実施態様において、少なくともオリフィスまで延出しない深さまでダイシングすることによって流体イジェクタ装置に対して前面が形成される、ことを特徴とする流体イジェクタ。
第15実施態様において、少なくともオリフィスまで延出しない深さまでダイシングすることによって流体イジェクタ装置に対して前面が形成される、ことを特徴とする流体イジェクタ。
[第20実施態様]
気泡核生成ヒータとこれに関連するエレクトロニクスとを含むヒータウエハと、ポリマ層と、チャネルウエハと、チャネルウエハとポリマ層とヒータウエハとの少なくとも一つに形成され、ヒータウエハとポリマ層とチャネルウエハとの少なくとも一つに形成されたチャネルと交差して、チャネルに対してオリフィスを形成する、少なくとも一つのクロストレンチと、接着構造の少なくとも一つのクロストレンチに少なくともダイシングすることによって形成された前面と、を備えた、流体イジェクタ装置。
気泡核生成ヒータとこれに関連するエレクトロニクスとを含むヒータウエハと、ポリマ層と、チャネルウエハと、チャネルウエハとポリマ層とヒータウエハとの少なくとも一つに形成され、ヒータウエハとポリマ層とチャネルウエハとの少なくとも一つに形成されたチャネルと交差して、チャネルに対してオリフィスを形成する、少なくとも一つのクロストレンチと、接着構造の少なくとも一つのクロストレンチに少なくともダイシングすることによって形成された前面と、を備えた、流体イジェクタ装置。
[第21実施態様]
第20実施態様において、少なくとも一つのオリフィスが、ダイシングによって形成された接着構造の前面から引っ込んでいる、ことを特徴とする流体イジェクタ装置。
第20実施態様において、少なくとも一つのオリフィスが、ダイシングによって形成された接着構造の前面から引っ込んでいる、ことを特徴とする流体イジェクタ装置。
[第22実施態様]
第20実施態様において、オリフィスがダイシングによって形成された前面の前側に延出する、ことを特徴とする流体イジェクタ。
第20実施態様において、オリフィスがダイシングによって形成された前面の前側に延出する、ことを特徴とする流体イジェクタ。
[第23実施態様]
第20実施態様において、少なくとも一つのクロストレンチが反応性イオンエッチングによって形成される、ことを特徴とする流体イジェクタ。
第20実施態様において、少なくとも一つのクロストレンチが反応性イオンエッチングによって形成される、ことを特徴とする流体イジェクタ。
[第24実施態様]
第20実施態様において、チャネルがオリフィス近傍でフレア状となる、ことを特徴とする流体イジェクタ。
第20実施態様において、チャネルがオリフィス近傍でフレア状となる、ことを特徴とする流体イジェクタ。
[第25実施態様]
第20実施態様において、チャネルがオリフィス近傍でテーパ状となる、ことを特徴とする流体イジェクタ。
第20実施態様において、チャネルがオリフィス近傍でテーパ状となる、ことを特徴とする流体イジェクタ。
[第26実施態様]
第20実施態様において、流体イジェクタ装置の前面が、少なくともオリフィスまで延出しない深さまでダイシングすることによって、形成される、ことを特徴とする流体イジェクタ。
第20実施態様において、流体イジェクタ装置の前面が、少なくともオリフィスまで延出しない深さまでダイシングすることによって、形成される、ことを特徴とする流体イジェクタ。
本発明の種々の例示的な実施の形態による流体射出システムの以下の詳細な説明は、より明確に理解されるように、特定のタイプの流体射出システム及び感熱インクジェットプリントヘッドについてなされているが、以下に概要が記述され及び/又は説明がなされているように、本発明の原理が任意の知られている又は今後開発される流体射出システムに同等に適用され得るであろうことを理解されたい。とりわけ、本発明は、示されている実施の形態のみに限定されないことも理解されたい。一般に、本発明は、オリフィス構造がより正確に作製されることが望まれる、任意の構成又はタイプの流体イジェクタプリントヘッドに使用され得る。
このような流体イジェクタヘッドにおいて、流体は、流体がノズル又はオリフィスに達するまで、流体注入ウエハ又はチャネルウエハの通路を介して、及び、ポリマ層及び/又は流体注入ウエハ又はチャネルウエハの流体チャネルに沿って、流出することができる。特に、流体は、ヒータが配置されたヒータウエハに沿った位置を越えて、通過する。流体注入ウエハ又はチャネルウエハにおける通路によって、流体リザーバからの流体が、ポリマ層及び/又は流体注入ウエハ又はチャネルウエハに形成された多くのチャネルへ、分散するのが可能となる。
流体リザーバからのチャネルの他端にはオリフィス構造が配置され、このオリフィス構造から、流体液滴が射出され、多くの場合、紙である受容媒体に塗布される。チャネル内の流体は、ヒータウエハ内のヒータがパルス化される時に、気化流体の気泡を形成し、それが膨らみ、オリフィスから放出される。気泡の後の気化されない流体がリザーバ方向へ押しやられている間、気泡の前の気化されない流体がオリフィスから射出される。加熱パルスの終了後、流体気泡は冷却され、消滅され、チャネルが流体を再充填するのを可能とし、これによって、流体イジェクタは、次の流体液滴をチャネルから射出する用意ができる。ヒータ部は、また、統合アドレッシングエレクトロニクスとドライバトランジスタとを有する。
従来、サーマル流体ジェットプリントヘッドは、ヒータエレメントを含むヒータウエハを、ポリマ層及び/又は流体注入ウエハ又はチャネルウエハ内のチャネルと、位置合わせすることによって作製される。チャネルは様々な方法で形成される。チャネルは、流体注入ウエハ又はチャネルウエハに形成されてもよいし、溝を写真製版的(フォトリソグラフィック)に画定し次に流体注入ウエハ又はチャネルウエハへ溝をエッチングすることによって形成されてもよい。形成された溝は可変形状を有する場合もある。例えば、溝は、ウエハ配向(100)を有するシリコン流体注入ウエハ又はチャネルウエハの配向依存型エッチングによって、形成されてもよい。このような場合、V字形の溝が形成される。シリコン流体注入ウエハ又はチャネルウエハが他の層及び/又はウエハに接着される時、V字形の溝は三角形のチャネルを形成する。一方、ウエハ表面に垂直な側壁を有する溝が形成されてもよい。このような場合、流体注入ウエハ又はチャネルウエハを他の層及び/又はウエハに接着して矩形チャネルが形成される。チャネルが流体注入ウエハ又はチャネルウエハ内に形成される場合が多いので、このウエハは、しばしば、「チャネルウエハ」とも呼ばれる。
チャネルは流体注入ウエハ内に形成される場合が多いが、チャネルは、ポリマ層に付加的又は代替的に形成される場合もある。ポリマ層に形成されるチャネルは、ウエハ構造が形成された時にほぼ矩形のチャネルを形成する側壁を有する溝などの流体注入ウエハ内に形成される溝と同じ形状を有していてもよい。実際、チャネルの形状は、所望される任意の知られている又は今後開発される形状であってもよい。
流体注入ウエハに形成されるにせよ、及び/又は、ポリマ層に形成されるにせよ、チャネルは様々な技術を使って形成され得る。シリコン流体注入ウエハの場合、反応性イオンエッチング(RIE)などのエッチング技術が、チャネルを形成するために使用されてもよい。反応性イオンエッチングがエッチング技術として使用された場合、垂直な側壁を有する溝と矩形形状のチャネルとが形成される。ポリマ層の場合、エッチング技術は、単独で又はマスキングなどの他の技術と組み合わせて使用され得る。ポリマ層においては、ポリマ層自体を感光性とし、これにより、露光されパターン付けされたポリマ層を現像することによって、チャネルが形成されてもよい。
図1は、ウエハ構造がダイシングされる時に生じるオリフィスの欠陥のいくつかの例を示す。図1に示されるように、流体イジェクタプリントヘッド100は、気泡核生成ヒータと関連するエレクトロニクスを含むヒータウエハ110と、ヒータウエハ110上又はこれを覆うように配置されたポリマ層120と、ポリマ層120に接着された流体注入ウエハ130と、を含む。図1は、流体注入ウエハ130内に形成される流体チャネル(図示しない)の端末である四つのオリフィス140、150、160及び170を示す。このような流体イジェクタプリントヘッド100において、流体がヒータウエハ110上のヒータ(図示しない)が配置された流体チャネル(図示しない)に沿ったポイントに達するまで、流体は、流体注入ウエハ130の流体注入口を介して、及び、ポリマ層120及び/又は流体注入層130内の流体通路(図示しない)に沿って、流出することができる。
流体注入ウエハ130内に形成されたチャネル内の流体は、プリントヘッド100内のヒータが加熱されると、気化流体の気泡を形成し、それが膨らみ、オリフィス140乃至170から気泡の前に流体を射出し、オリフィス140乃至170から放出される。ヒータウエハ110は種々の材料から形成されるが、一般的には、シリコンを用いて形成される。しかしながら、流体注入ウエハ130が、例えば、シリコンウエハである時、流体注入ウエハ又はチャネル130の前面ダイシングには不利な点がある。例えば、ダイシング動作の摩損性よって、チャネル近傍のブリットルシリコンウエハ材料が破壊され、オリフィス140乃至170内にしばしばチッピング(欠け落ち)などの欠陥を生じる。図1に示すように、オリフィス140及びオリフィス160が欠けている。
欠けたオリフィス140及び160は装置性能を低下させる。例えば、欠けたオリフィス140及び160から射出される流体液滴がチッピングの位置及び大きさに応じて誤った方向へ射出される傾向があるので、欠けたオリフィス140及び160を有する流体イジェクタプリントヘッド100は、オリフィス150及びオリフィス170などの欠けてないオリフィスを有する流体イジェクタプリントヘッド100より、精度が低くなる。例えば、射出された流体は、欠けたオリフィス140では、図の右側へ向けられるが、欠けたオリフィス160では、図の上側へ向けられる。従って、流体が前面にまっすぐ射出する傾向がある欠けていないオリフィス150及び170とは異なり、欠けたオリフィス140及び160から射出される流体は目標の受容媒体から外れてしまう。欠けたオリフィス140及び160は結果として受容媒体へ射出される流体の液滴がそれぞれ不正確な配置を生じ、欠けたオリフィス140及び160を有する流体イジェクタを使用する装置の性能を低下させてしまう。
図2及び図3は、不正確なダイシング結果の他の二つの例を概略的に示す。図2及び図3は、それぞれ、ヒータウエハ210、ポリマ層220、及び流体注入ウエハ230を備える流体イジェクタヘッド200の側断面図を示す。オリフィス240は、流体注入ウエハ230内に形成されるチャネル250の端末である。ヒータエレメント260は、流体を加熱して、流体液滴を形成し、射出するためのヒータエレメント260は、ヒータウエハ210内に配置される。図2に示される流体イジェクタヘッド200において、オリフィス240はヒータエレメント260から距離1を有する。これに対して、図3に示された流体イジェクタ200において、オリフィスはヒータエレメント260から距離1'を有する。
例えば、チッピングを最小限にしようとするために可撓性のブレードが使用される際、不正確なダイシングによって、距離1と距離1'との間に差が生じる。可撓性樹脂ミックスに小粒のダイヤモンドを埋め込んだ可撓性ブレードの場合は、このような可撓性ブレードは流体イジェクタヘッドのダイシング中に圧力が印加されるとわずかに湾曲する傾向があるため、ダイシング動作中に位置誤りが生じやすい。従って、ヒータウエハ210の加熱エレメント260からより遠くへ形成されるオリフィス240を作成する傾向のダイシング動作もあれば、ヒータウエハ210内の加熱エレメント260のより近くに形成されるオリフィス240を作成する傾向のダイシング動作もある。
このような差は、流体の容積及び速度に響き、流体の容積及び速度は各ダイ及び/又は各オリフィス毎に異なるので、各流体イジェクタプリントヘッドの精度に大きく影響する。加熱エレメントからオリフィスがより遠くに形成される時、射出される流体の液滴の容積及び速度が低下する場合もある。射出される流体液滴の容積及び速度の変化によって正確で一貫した流体の射出が困難となるので、流体イジェクタプリントヘッドの品質が低下する。
図4は、本発明の第1の例示的な実施の形態によるチャネルウエハの一般構造を示す。図4は、複数のチャネル350を有するチャネルウエハ300を示す上面図である。クロストレンチ340は、チャネル350の端末近傍で形成される。クロストレンチ340は複数のチャネル350のそれぞれと連絡する。チャネル350のオリフィス355は、クロストレンチ340がチャネル350と交差するところに形成される。クロストレンチ340は、チャネル350の長さに対するオリフィス355の正確な形成及び/又は配置を可能とする。また、クロストレンチ340は、いかなるダイシングブレードをもチャネル350やオリフィス355と接触する必要性を回避するので、オリフィス355における欠陥の形成を削減することができる。図4の点線360は、ウエハが結合された後に引き続いて行われるダイシング動作の切削部の配列を示す。この実施の形態において、チャネル350とクロストレンチ340の両方がほぼ同じ深さhで形成される。
図5は、図4に示されたチャネルウエハ300を組み込む第1の例示的な実施の形態による流体イジェクタ400の前面の一般構造を示す。流体イジェクタ400は、チャネルウエハ430を含み、ポリマ層420はまた、ヒータウエハ410上又はこれを覆うように配置される。図5に示された例示的な実施の形態において、チャネル450は、チャネルウエハ430内に形成される。オリフィス455は、各チャネル450を終端させる。図5に示された例示的な実施の形態において、ヒータウエハ410、ポリマ層420、及びチャネルウエハ430のそれぞれの面412、422、及び432は、図4に示されたオリフィス355の平面の前をダイシングすることによって形成される。これによって、オリフィス455は、クロストレンチ340の残余部分であるトラフ440に存在する。特に、トラフ440は、流体イジェクタ400のチャネルウエハ430へ部分的に形成され、これによって、トラフ440が形成された後、ダイシングされた面432を有するチャネルウエハ430の厚みの一部が形成される。
図5に示された例示的な実施の形態において、トラフ440は、ポリマ層420の上面とダイシングされた面432を有するチャネルウエハ430の残り部分の表面との間に高さhを有する。特に、図5に示された例示的な実施の形態において、トラフ440の高さhはチャネル450の高さとほぼ同じである。この例示的な実施の形態において、チャネル450と残り部分がトラフ440であるクロストレンチ340とが、ポリマ層420と接触するチャネルウエハ430の表面431に溝として形成される。クロストレンチ340をチャネルウエハ430内の図4のチャネル350と図5のチャネル450と共に形成することによってトラフ440内のオリフィス455が露出される。
しかしながら、クロストレンチ340と得られたトラフ440の高さhは、図5に示される高さに限定される必要はない。例えば、図6及び図7は、本発明の他の例示的な実施の形態による流体イジェクタの前面を示す。とりわけ、図6は、本発明の第2の例示的な実施の形態によって形成されたチャネルウエハ300の一般構造を示し、図7は、図6に示された流体イジェクタの前面の一般構造を示す。
図6は、チャネルウエハ300と複数のチャネル350の上面図である。第2の例示的な実施の形態のクロストレンチ342はチャネル350の端末の近傍で形成される。クロストレンチ342は、複数のチャネル350と交差する。オリフィス355は、クロストレンチ342がチャネル350と交差するところで形成される。この実施の形態において、クロストレンチ342は、クロストレンチの高さH、従って、図7に示されるように得られるトラフの高さが、(図7に示されるように、)チャネル350の高さhよりも大きくなるように形成される。例えば、チャネル溝350が反応性イオンエッチングによって深さhまで形成される場合、最初に深さsまでエッチングし、次に、チャネル溝350に対応するマスキングを除去した後で、チャネル溝と一緒に、更に、深さhまでエッチングすることによって、より深いクロストレンチが形成される。
図7に示される例示的な実施の形態において、流体イジェクタ400は、ポリマ層420上又はこれを覆うように配置されるチャネルウエハ430を含み、ポリマ層420がまた、ヒータウエハ410の上又はこれを覆うように配置される。図7に示されるように、チャネル450はチャネルウエハ430内に形成される。オリフィス455は、各チャネル450を終端させる。図7に示された例示的な実施の形態において、図6に示されたクロストレンチ342と得られるトラフ442は、チャネルウエハ430においてのみ形成される。ダイシングされた面412、422及び432は、オリフィス455の平面の前にあり、これによって、オリフィス455はトラフ442内に配置される。更に、チャネル450は、図5について上述されたように、チャネル450と同様に形成される。
クロストレンチ342と得られたトラフ442の高さHは、チャネル450の高さhに、ダイシングされた面432を有するチャネルウエハ430の部分の表面443とオリフィス450の上面とのトラフ442の一部の高さsを、加えたものに、等しい。即ち、トラフ442の高さHは、所与の高さsだけ、オリフィス450の高さhより大きい。この構成には、オリフィスの上面がオリフィスの側面と同じ平面内にあるという利点がある。
この例示的な実施の形態において、正確な高さHと、対応する高さhとsとは、実施の形態の精神から逸脱することなく、変更され得る。更に、高さHは、ポリマ層420の一部か、ポリマ層420とヒータウエハ410の両方におけるクロストレンチか、のいずれかにクロストレンチを形成することによって更に画定されてもよく、これによって、得られるトラフを形成する。
例えば、図8は、本発明の第3の例示的な実施の形態による流体イジェクタの前面の細部を示す斜視図であり、図中、チャネルウエハ430内の凹み433が、ポリマ層420内に形成された凹み423と組み合わされて、得られるトラフ444を形成する。図8に示されるように、流体イジェクタ400は、ポリマ層420の上に又はこれを覆って配置されるチャネルウエハ430を含み、ポリマ層420がまた、ヒータウエハ410の上に又はこれを覆って配置される。この実施の形態において、ポリマ層420は、チャネルウエハが引き続いてポリマ層とヒータウエハとの上に配置される時にオリフィスの平面と一致する前縁を有するようにパターン付けされる。流体イジェクタは、ヒータウエハ410のダイシングされた表面412と、チャネルウエハ430のダイシングされた表面432と、を含む形成された前面405を有する。表面412及び432を形成するために使用されるダイシングの切削部(複数)は、オリフィスがトラフ444内に置かれるようにオリフィス445の平面の前に配置される。
図8に示された例示的な実施の形態において、トラフ444は、前面405とオリフィス446の平面との間で、深さdを有し、トラフの側壁445間で、幅wを有する。深さdは、ダイシング切削部がオリフィス446の平面の前に配置された際の距離に等しい。図8に示された例示的な実施の形態において、トラフ444は、チャネルウエハ430の一部において、そして、ポリマ層420の厚さ全体を通して、形成される。しかしながら、第3の例示的な実施の形態のいくつかの変形において、トラフ444は、ポリマ層420の厚さ全体を通して、そして、ヒータウエハ410の厚さに対して部分的に、延びてもよい。このようなヒータウエハへの延出部は、例えば、チャネルウエハがヒータウエハの上に又はこれを覆って配置される前にトレンチに反応性イオンエッチングを施すことによって、ヒータウエハ内に形成される。
本発明のシステム、方法、及び流体イジェクタ装置の種々の例示的な実施の形態は、流体イジェクタや種々のウエハ又は層のそれぞれに形成される凹み、トレンチ及び/又はトラフ、或いは、これらの凹み、トレンチ及び/又はトラフの組み合わせの任意の特定数に限定されない。
図9は、本発明の第4の例示的な実施の形態による流体イジェクタ400の前面を示す正面図である。図9に示されるように、流体イジェクタ400のオリフィス450は、ポリマ層420内にのみ形成され、他の層、即ち、ヒータウエハ410やチャネルウエハ430内には形成されない。ポリマ層420の前縁と得られるオリフィス面の前のヒータウエハ410とチャネルウエハ430との面をダイシングすることによって、オリフィスがトラフ424内に形成される。この実施の形態において、トラフ424は、ポリマ層420内にのみ形成され、ポリマ層420内へ延びるにすぎない。
図9は、ポリマ層420の厚さ全体を占めるオリフィス450を示すが、或いは、オリフィス450がポリマ層420の厚みの一部のみを占める場合もある。例えば、ポリマ層420内に形成されたオリフィス450は、ヒータウエハ410のより近傍に、又は、チャネルウエハ430のより近傍に、シフトされて形成されてもよい。或いは、オリフィス450は、ポリマウエハ420のほぼ中央部に形成され、これによって、オリフィス450とポリマ層420に形成されたトラフ424の側壁との間にギャップが形成てもよい。このような実施の形態において、ポリマ構造420は、ポリマ層を連続パターン化することによって、又は接着された時に流体チャネルを形成するそれぞれの溝と二つのポリマ層を一緒に接着することによって、形成されてもよい。
図10は、本発明の第5の例示的な実施の形態による流体イジェクタの前面を示す正面図であり、図中、流体イジェクタ400は、ヒータウエハ410と、ヒータウエハ410の上に又はヒータウエハ410全体を覆って配置されるポリマ層420と、ポリマ層420の上に又はポリマ層420全体を覆って配置されるチャネルウエハ430と、備える。流体イジェクタ400は、ポリマ層420内に形成された凹み423と、前面405においてチャネルウエハ430の部分434内に形成された凹み433と、によって形成されたトラフ448を有する。この例示的な実施の形態において、オリフィス450はポリマ420に形成され、ポリマ層420は全体がトラフ448内に配置されている。にもかかわらず、図10に示された図示された例示的な実施の形態では、チャネルウエハ430内に形成されたトラフ448の部分434は、例えば、チャネルウエハ430がポリマ層420とヒータウエハ410とを覆って配置される時にポリマ層420内のオリフィス450とほぼ並列になるように設計された位置でトレンチをエッチングすることによって、形成される。
図10は、凹み423がポリマ層240を介して延出し、凹み433が前面405におけるチャネルウエハ430へ部分的にのみ延出する実施の形態を示すが、他の実施の形態では、凹みがポリマ層へ部分的にのみ延出する場合もある。図10は、オリフィス450がポリマ層420内に全体的に形成されていることを示しているが、他の例示的な実施の形態では、オリフィス450は、チャネルウエハ430とポリマ層420との両方に部分的に形成されてもよい。オリフィス450はまた、ヒータウエハ410へ延出するように形成されてもよい。
図11は、本発明の第6の例示的な実施の形態による流体イジェクタの前面を示す正面図である。図11は、また、ポリマ層420の上に又はこれを覆ってチャネルウエハ430を配置した流体イジェクタ400を示し、ポリマ層420はまた、ヒータウエハ410を覆って形成される。図11に示される例示的な実施の形態において、各オリフィス450は、ポリマ層420内に形成された凹み423とチャネルウエハ430内に形成された凹み433とによって形成された個々のトラフ452内に形成される。
図11に示されるように、第6の実施の形態において、各オリフィス450はポリマ層420内のみに形成される。各トラフ452は、形状がほぼ四角形である。しかしながら、種々の例示的な実施の形態において、オリフィス450は、ヒータウエハ410、チャネルウエハ430、ヒータウエハ410とチャネルウエハ430とポリマ層420とを任意に組み合わせた中に形成されてもよい。これにより、各トラフ452は、ヒータウエハ410とチャネルウエハ430との両方へ部分的に、更には、(図示されているように)ポリマ層420を介して、延びてもよいし、又は、これらの三つのウエハと層410、420、及び430のうち二つだけに形成されてもよい。他の種々の例示的な実施の形態において、各トラフ452の形状は、図11に示されるように、矩形であってもよいし、或いは、三角形、円形、六角形や任意のふさわしい所望形状であってもよい。他の種々の例示的な実施の形態において、各トラフ452内に二つ以上のオリフィス450が形成されてもよい。一般に、流体イジェクタ400は一つより多くのこのようなトラフ452を含む。
図12は、本発明の第7の実施の形態による流体イジェクタの前面を示す正面図である。流体イジェクタ400は、ヒータウエハ410、ポリマ層420、及びチャネルウエハ430を有する。第2の例示的な変形のトラフ448は、チャネルウエハ430内に形成された凹み433とポリマ層420内に形成された凹み423とを組み合わせることによって形成される。表面436は、チャネルウエハ430内に形成された凹み433のフロア部を形成し、表面422は、ポリマ層420内に形成された凹み423のフロア部を形成する。
オリフィス450は、チャネルウエハ430とポリマ層420との両方に形成される。この例示的な実施の形態において、チャネルウエハ430とポリマ層420は、それぞれ、オリフィス450の一部を有する。オリフィス450は、その大部分がチャネルウエハ430内に形成されるように、形成されてもよいし、その逆でもよい。種々の例示的な実施の形態において、オリフィス450はウエハや層410、420又は430の一つに全体が形成されてもよい。
図4乃至図12に示される流体イジェクタを含む種々の例示的な実施の形態において、前面405は、小粒のダイヤモンドを可撓性樹脂ミックスなどに埋め込んだダイシング動作によって形成され得る。ブレードは、三つの基本的なウエハ及び層、即ち、チャネルウエハ430、ポリマ層420、及びヒータウエハ410のそれぞれと、これらの層の一つ以上に形成されたトラフ440、442、444、448又は452を介して、ダイシングするように使用され、前面405を形成する。ほんの一例に過ぎないが、図8に示された種々の例示的な実施の形態において、オリフィス平面446は、オリフィス平面446の前で切削されたダイシングの距離である距離d分だけ、引っ込む。従って、図8に示されたトラフ444などのトラフ440、442、444、448及び452は、流体イジェクタヘッドモジュール400の前面405に凹みを作成する。
図4乃至図12に示される流体イジェクタを含む種々の例示的な実施の形態において、前面405は、小粒のダイヤモンドを可撓性樹脂ミックスなどに埋め込んだダイシング動作によって形成され得る。ブレードは、三つの基本的なウエハ及び層、即ち、チャネルウエハ430、ポリマ層420、及びヒータウエハ410のそれぞれと、これらの層の一つ以上に形成されたトラフ440、442、444、448又は452を介して、ダイシングするように使用され、前面405を形成する。ほんの一例に過ぎないが、図8に示された種々の例示的な実施の形態において、オリフィス平面446は、オリフィス平面446の前で切削されたダイシングの距離である距離d分だけ、引っ込む。従って、図8に示されたトラフ444などのトラフ440、442、444、448及び452は、流体イジェクタヘッドモジュール400の前面405に凹みを作成する。
従来の流体イジェクタでは、ダイシング動作が、しばしば、流体イジェクタの前面に欠けたオリフィスを形成していた。例えば、図8に示された本発明の例示的な実施の形態では、オリフィス450がトラフ444のオリフィス平面446内に形成されることにより、ダイシング動作によって作られた前面405から引っ込んだ状態になる。これにより、ダイシングブレードは、オリフィス450と接触しないため、オリフィスのチッピング(欠落)が減少する。
トラフ440、442、444、448又は452に対応するクロストレンチは、任意の適切な形成動作によって形成されてもよい。例えば、SU−8などの良好に画定された感光性ポリマ層にクロストレンチが形成される、いくつかの例示的な実施の形態において、トラフ440、442、444、448又は452に対応するクロストレンチは、フォトリソグラフィックに画定され、現像される。他の実施の形態においては、チャネルが最初にフォトリソグラフィックに画定され、次にエッチングされる。種々の湿式及び乾式のエッチング技術が種々の例示的な実施の形態において使用されてもよい。種々の例示的な実施の形態において、良好に画定された側壁を形成するために、トラフ440、442、444、448又は452に対応するクロストレンチを形成するために、反応性イオンエッチング(RIE)などの乾式エッチングが使用されてもよい。
反応性イオンエッチング(RIE)は、相対的に遅効性のプロセスである。20μの深さのチャネルをエッチングするのにかかる一般的な時間枠は、1時間位である。従って、RIEは、厚さ600μのヒータウエハ410と、厚さ10乃至20μのポリマ層420と、厚さ約500μのチャネルウエハ430と、によって形成され得るウエハサンドウィッチ全体を貫通してエッチングするにはあまり効果的ではない。図5に示されるトレンチの正確な深さh、又は、図6に示されるエッチングされるトレンチの正確な深さH=h+sは、精度、時間、コスト及び生産処理能力などの処理関係に影響される。種々の例示的な実施の形態において、クロストレンチ440、442、444、448又は452及び/又は凹み423及び433は、0乃至100μの深さで、形成されてもよい。
図4乃至12に示され、上記に概略的に記述された例示的な実施の形態において、オリフィス450は、ダイシングされた面の後へ距離d分だけ凹んだトラフ内に置かれる。いくつかの例示的な実施の形態において、トラフ及びオリフィスの幾何学的形状のみならず、トラフオリフィス構造フィル及びチャネルの表面湿潤特性、及び/又は流体の表面張力に応じて、溜まる流体が浅くてもトラフを満たすことができる。これは、いくつかのアプリケーションの流体の射出動作に不利になり得る。幅wがチャネルの高さhより大きいクロストレンチによって可能とされる他の種類の前面の幾何学的形状も提供される。これによって、ダイは、ダイシングブレードをオリフィス面と接触させずに、ウエハから離間することができ、しかも、装置の最も手前にオリフィスを配置することができる。図13は、本発明による第8の実施の形態を示す側面図であり、オリフィスが最も手前にある前面幾何学形状の種類の例を示す。図13の構造は、図8に示された構造と同様に形成されるが、更なるトレンチ(図示しない)を有する。この例示的な実施の形態において、ダイス切削位置がオリフィス面の前にあるのではなく、オリフィス面の後に位置する。ダイシング深さは、ブレードがクロストレンチに入る深さであるが、オリフィス面の領域の外側の深さまでとする。これらの例示的な実施の形態において、ダイシングは2段階の工程であることが理解されよう。即ち、チャネルウエハの上部から切削されたダイスは、オリフィスの上部ほど深く貫通しない。同様に、ヒータウエハの下部から切削されたダイスは、オリフィスの下部ほど深くは貫通しない。
図13は、流体イジェクタ500を形成するヒータウエハ510、ポリマ層520、及びチャネルウエハ530を有する流体イジェクタ500を示す。流体イジェクタ500は、チャネルウエハ530内に形成された部分532と、ポリマ層520内に形成された部分522と、ヒータウエハ510内に形成された部分512と、を有する延出部分540とともに形成される。図13に示されるように、延出部分540は、チャネルウエハ530内に形成された面534とヒータウエハ510内に形成された面514とから離れて延出される、即ち、オフセットされる。オリフィス面(図示しない)は延出部分540の面上に形成される。
図13に示される流体イジェクタ500を形成する一つの例示的な方法は、チャネルウエハ510とヒータウエハ530とポリマ層520が互いに接着される際にクロストレンチが略並列するような位置に、これらのチャネルウエハ530とヒータウエハ510とポリマ層520内にクロストレンチを最初に形成する。この後、ウエハ510及び530とポリマ層520とは共に接着され、側壁541を有する埋め込まれたトレンチ構造(図示しない)を作成する。ヒータウエハ510の表面は、例えば、チャネルウエハ530においてエッチングされた貫通穴(図示しない)を介した特定のダイシング位置合わせ場所で可視でなければならない。ヒータウエハ510上のこれらの位置合わせ場所を用いて、チャネルウエハ530の上部を貫通してダイシング切削部が作られるが、少なくとも表面541のわずかに後において、埋め込まれたトレンチ構造と交差するがオリフィス550と交差するほど深くならないように、ダイシングブレードを用いて、チャネルウエハ530を貫通して充分に深くダイシングが行われる。
引き続いて、相互接着されたウエハ構造がひっくり返され、ヒータウエハ510内のクロストレンチと交差するように充分に深くヒータウエハ510を貫通して第2の切削部が形成され、これによって、前面のダイシング動作が完了する。ダイシングブレードは、面541を形成するために使用されなかったが、埋め込まれたトレンチ構造の面541を露出するためのみに使用されたので、ダイシングブレードはオリフィスに接触せず、これによって直接ダメージを受けることもない。
種々の例示的な実施の形態において、ウエハと層の位置合わせ及び接着の際に小さな誤差が生じ、チャネルウエハ530内に形成されるクロストレンチ542の部分とヒータウエハ510内に形成されるクロストレンチ542の部分との間で約3μまでの不連続面が形成される。種々の例示的な実施の形態において、この不連続面は、所望されれば、その後のタッチアップ動作によって除去され得る。
図14乃至図17は、本発明の種々の例示的な実施の形態による流体イジェクタにおいて使用可能なチャネル及びオリフィス構造を概略的に示す図である。図14乃至図17は、流体イジェクタ600のポリマ層620などの所望される層内のチャネル650の端部に形成される種々の例示的な実施の形態によるオリフィス構造652乃至658を示す。即ち、オリフィス652はチャネルと同じ断面形状及び大きさを有する。チャネルウエハ620内に形成されるものとして示されているが、チャネル650及びオリフィス652乃至658は、ポリマ層(図示しない)とチャネルウエハ620及び/又はヒータウエハ(図示しない)との少なくとも一つに形成されてもよい。
図14に示される例示的な実施の形態において、オリフィス652は、流体イジェクタのヒータエレメント(図示しない)から所定の距離を置いて形成される。即ち、上述されるように、オリフィスは、ダイシング動作によってではなく、クロストレンチ640を形成することによって、形成される。
図15に示される例示的な実施の形態において、オリフィス654は、クロストレンチ640の直前のチャネル650の端部近傍でテーパ状となる。従って、オリフィス654の寸法はチャネル650の寸法よりも小さい。種々の実施の形態において、各オリフィス654は、前面を形成するためにダイシング動作を使用することによってではなく、寧ろ、クロストレンチ640の形成によって形成されたため、各オリフィス654の寸法は同じである。これにより、このように一定して形成されるテーパー状のオリフィス654によって、流体液滴のより正確な容量と速度制御が各オリフィス654から得られる。
テーパー状のオリフィス654は、例えば、チャネルウエハ620へチャネル650を反応性イオンエッチングするなどの種々の技術を用いることによって、形成され得る。ウエハの接着に先立って、オリフィス650を作成するためにクロストレンチ640を形成したいとするところにおいて所望のチャネル650の狭小化が達成され得る。
図16に示される例示的な実施の形態において、オリフィス656は、チャネルウエハ620内に形成され、これによって、オリフィス656は、チャネル650の端部近傍で、フレア状に広がる。従って、オリフィス656の寸法はチャネル650の寸法より大きい。図17に示される例示的な実施の形態において、チャネル650は、フレア状のオリフィス656がちょっと触れ合う程度に互いに接近して形成される。
種々の例示的な実施の形態において、オリフィス650のいくつかはテーパ状となるが、同じ流体イジェクタ600内の他のチャネル650のオリフィスはフレア状となる場合もある。種々の例示的な実施の形態において、他のチャネル650のオリフィスは、テーパー状に形成されないが、階段状の構造を有する場合もある。
上述された種々の例示的な実施の形態において、クロストレンチ640によってオリフィス652乃至658が前面から離間されて形成されるのが可能となるので、オリフィス652乃至658はダイシング動作によってダメージを受けない。また、クロストレンチ640を形成する時にオリフィス652乃至658のヒータエレメントからの正確な配置がコントロールされ得るので、オリフィス652乃至658は、流体イジェクタ600内の所望の位置に正確に形成され配置され得る。
種々の例示的な実施の形態において、種々に形付けられたオリフィス652乃至658が、例えば、図15に示される先細り形状とされたオリフィス652乃至658をノズルのように作用させることによってオリフィスの形状を変化させることによって、流体の液滴の容量及び速度がより正確に制御されることを可能とする。クロストレンチ640を形成することによって、流体イジェクタ装置内のヒータエレメント又は他の構造に関連するオリフィス652乃至658の正確な配置が決定される。種々の例示的な実施の形態において、反応性イオンエッチング(RIE)などの技術が、オリフィスの性能を略一定とさせるオリフィス構造を形成するために使用され得る。
図18は、本発明の一つの例示的な実施の形態による流体イジェクタを形成する方法を概略的に示すフローチャートである。ステップ100からスタートして、オペレーションはステップ200へ進み、少なくとも一つの所望される流体イジェクタコンポーネントが形成される。少なくとも一つの所望される流体イジェクタコンポーネントは、流体イジェクタを備えるチャネル及び/又はヒータウエハ及び/又はポリマ層又は他の層の一つ以上からなる。ステップ200において、チャネルウエハ及び/又はポリマ層(又は他の層)内のチャネルが、チャネルウエハ及び/又はポリマ層へフォトリソグラフィックに溝を画定したりする様々な方法で形成され得る。ステップ200において、クロストレンチ及び/又は凹みは、所望される層及び/又はウエハ内に形成され得る。反応性イオンエッチング(RIE)などの他の技術も使用可能である。反応性イオンエッチング(RIE)がエッチング技術として使用される場合、垂直の側壁を有するチャネル及び矩形形状のチャネルが、チャネルウエハ及び/又はポリマ層内に形成され得る。ポリマ層である流体イジェクタ装置の例示的な実施の形態において、エッチング技術は、単独か又はマスキングなどの他の技術と共に使用されてもよいし、及び/又は、層自体を感光性とすることによって、パターンが露光後に現像されてもよい。
ステップ300において、流体イジェクタ装置のチャネルウエハ及びヒータウエハ及びポリマ層だけでなく、任意の他の層が互いに接着される。チャネルウエハ及びヒータウエハ及びポリマ層だけを接着することによってチャネルが画定され、クロストレンチが埋め込まれる。次に、ステップ400において、接着されたチャネル及びヒータウエハ及びポリマ層は、個々の流体イジェクタ装置にダイシングされる。ダイシング動作の一部として、ダイシングブレード又は他のダイシング装置又は技術が、接着されたウエハ及び層内に形成されるクロストレンチを交差させるために、使用される。オリフィスが既に形成され凹みに開口されるので、ダイシング動作はオリフィスを形成しないし、ダイシングブレード(又は他のダイシング装置又は技術)は、前もって形成されたオリフィスと相互作用することさえない。ダイシング動作は、個々の流体イジェクタを分離させ、流体イジェクタ装置の前面を作成する。ダイシング切削位置は、オリフィス面が前面のトラフ内になるようにオリフィス構造の手前になるように設計され得る。或いは、ダイシング切削位置は、オリフィス面が装置の最前部に成るようにオリフィス面の後ろになるように設計され得る。いずれの場合でも、ダイシングブレードはオリフィス面に衝突しない。これによってダイシングブレードのタイプの選択の幅が広がり、高品質のオリフィス面が得られる。例えば、屈曲度が低く、磨耗度の少ない剛性度の高いブレードが使用でき、より高速で供給され得る。これによって、ダイシングの処理能力が改善される。次に、オペレーションはステップ500へ進み、方法のオペレーションが終了する。
上述された種々の例示的な実施の形態が圧電イジェクタなどの二つの主要層構造を有する装置に同等に適用可能となる。
100: イジェクタプリントヘッド
110: ヒータウエハ
120: ポリマ層
130: 流体注入ウエハ
140、150、160及び170: オリフィス
340: クロストレンチ
350: チャネル
355: オリフィス
110: ヒータウエハ
120: ポリマ層
130: 流体注入ウエハ
140、150、160及び170: オリフィス
340: クロストレンチ
350: チャネル
355: オリフィス
Claims (26)
- 流体イジェクタ装置を形成する方法であって、
第1のウエハと第2のウエハとゼロ又は一つ以上の中間層の少なくとも一つにチャネルを形成することと、
前記第1のウエハと第2のウエハと前記ゼロ又は一つ以上の中間層の少なくとも一つに、前記形成されたチャネルと相互作用して前記チャネルにオリフィスを形成する少なくとも一つのクロストレンチを、形成する、ことと、
前記第1のウエハと第2のウエハと前記ゼロ又は一つ以上の中間層を組み合わせ、複数の流体イジェクタ装置を有するウエハ構造を形成することと、
前記クロストレンチを少なくともダイシングすることによって前記流体イジェクタ装置の前面を形成し、これによって前記オリフィスが前記前面からオフセットされることと、
を含む、方法。 - 前記オリフィスがダイシングによって形成された前記前面から引っ込んでいる、請求項1に記載の方法。
- 前記オリフィスがダイシングによって形成された前記前面の前側に延出する、請求項1に記載の方法。
- 前記クロストレンチが反応性イオンエッチングによって形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記チャネルが前記オリフィス近傍でフレア状となる、請求項1に記載の方法。
- 前記チャネルが前記オリフィス近傍でテーパ状となる、請求項1に記載の方法。
- 前記流体イジェクタ装置の前面が、少なくとも前記オリフィスまで延出しない深さまで、ダイシングすることによって形成される、請求項1に記載の方法。
- 流体イジェクタ装置を形成する方法であって、
気泡核生成ヒータとこれに関連するエレクトロニクスとを有するヒータウエハと、ポリマ層と、チャネルウエハと、を形成することと、
少なくとも一つのクロストレンチが前記チャネルウェハと前記ポリマ層と前記ヒータウエハとの少なくとも一つに形成され、前記ヒータウエハと前記ポリマ層と前記チャネルウエハとの少なくとも一つに形成されたチャネルと交差して、前記チャネルに対してオリフィスを形成する、ことと、
前記チャネルウエハが前記ポリマ層を覆って接着し、前記ポリマ層が前記ヒータウエハを覆って接着して、接着構造を形成することと、
前記オリフィスが前記前面からオフセットされるように、前記接着構造の前記少なくとも一つのクロストレンチを少なくともダイシングすることによって前記流体イジェクタ装置の前面を形成することと
を含む、方法。 - 前記少なくとも一つのオリフィスが、ダイシングによって形成された前記接着構造の前記前面から引っ込んでいる、請求項8に記載の方法。
- 前記オリフィスが、ダイシングによって形成された表面の前側に延出する、請求項8に記載の方法。
- 前記少なくとも一つのクロストレンチが反応性イオンエッチングによって形成される、請求項8に記載の方法。
- 前記チャネルが前記オリフィス近傍でフレア状となる、請求項8に記載の方法。
- 前記チャネルが前記オリフィス近傍でテーパ状となる、請求項8に記載の方法。
- 前記流体イジェクタ装置の前面が、少なくとも前記オリフィスまで延出しない深さまでダイシングすることによって、形成される、請求項8に記載の方法。
- 第1のウエハと第2のウエハとゼロ又は一つ以上の中間層との少なくとも一つに形成されたチャネルと、
前記チャネルウェハと前記ポリマ層と前記ヒータウエハとの少なくとも一つに形成され、前記ヒータウエハと前記ポリマ層と前記チャネルウエハとの少なくとも一つに形成されたチャネルと交差して、前記チャネルに対してオリフィスを形成する、少なくとも一つのクロストレンチと、
前記オリフィスが前記前面からオフセットされるように、前記接着構造の前記少なくとも一つのクロストレンチを少なくともダイシングすることによって前記流体イジェクタ装置に形成された前面と、
を備える、
流体イジェクタ。 - 前記オリフィスがダイシングによって形成された前記前面から引っ込んでいる、請求項15に記載の流体イジェクタ。
- 前記オリフィスがダイシングによって形成された表面の前側に延出する、請求項15に記載の流体イジェクタ。
- 前記クロストレンチが反応性イオンエッチングによって形成される、請求項15に記載の流体イジェクタ。
- 少なくとも前記オリフィスまで延出しない深さまでダイシングすることによって前記流体イジェクタ装置に対して前面が形成される、請求項15に記載の流体イジェクタ。
- 気泡核生成ヒータとこれに関連するエレクトロニクスとを有するヒータウエハと、
ポリマ層と、
チャネルウエハと、
前記チャネルウェハと前記ポリマ層と前記ヒータウエハとの少なくとも一つに形成され、前記ヒータウエハと前記ポリマ層と前記チャネルウエハとの少なくとも一つに形成されたチャネルと交差して、前記チャネルに対してオリフィスを形成する、少なくとも一つのクロストレンチと、
前記接着構造の前記少なくとも一つのクロストレンチに少なくともダイシングすることによって形成された前面と、
を備えた、
流体イジェクタ装置。 - 前記少なくとも一つのオリフィスが、ダイシングによって形成された前記接着構造の前面から引っ込んでいる、請求項20に記載の流体イジェクタ装置。
- 前記オリフィスがダイシングによって形成された前記前面の前側に延出する、請求項20に記載の流体イジェクタ装置。
- 前記少なくとも一つのクロストレンチが反応性イオンエッチングによって形成される、請求項20に記載の流体イジェクタ装置。
- 前記チャネルが前記オリフィス近傍でフレア状となる、請求項20に記載の流体イジェクタ装置。
- 前記チャネルが前記オリフィス近傍でテーパ状となる、請求項20に記載の流体イジェクタ装置。
- 前記流体イジェクタ装置の前面が、少なくとも前記オリフィスまで延出しない深さまでダイシングすることによって、形成される、請求項20に記載の流体イジェクタ装置。
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