JP2006123212A - Process for manufacturing liquid ejection head and liquid ejection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッドに関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの製造方法及びインクジェット式記録ヘッドに関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a liquid ejecting head and a liquid ejecting head, and in particular, a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is configured by a diaphragm, and a piezoelectric element is provided on the surface of the diaphragm. The present invention relates to a method for manufacturing an ink jet recording head that is formed and ejects ink droplets by displacement of a piezoelectric element, and an ink jet recording head.
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの2種類が実用化されている。 A part of the pressure generation chamber communicating with the nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generation chamber to discharge ink droplets from the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator.
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。 The former can change the volume of the pressure generation chamber by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the diaphragm, and it is possible to manufacture a head suitable for high-density printing, while the piezoelectric element is arranged in an array of nozzle openings. There is a problem that the manufacturing process is complicated because a difficult process of matching the pitch into a comb-like shape and an operation of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are necessary.
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。 On the other hand, the latter can flexibly vibrate, although a piezoelectric element can be built on the diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of piezoelectric material according to the shape of the pressure generation chamber and firing it. There is a problem that a certain amount of area is required for the use of, and high-density arrangement is difficult.
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある。また、このような圧電素子は、例えば、湿気等の外部環境に起因して破壊され易いという問題がある。この問題を解決するために、圧力発生室が形成される流路形成基板に、圧電素子保持部を有する封止基板(リザーバ形成基板)を接合し、この圧電素子保持部内に圧電素子を密封するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, in order to eliminate the disadvantages of the latter recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique, and this piezoelectric material layer is shaped to correspond to the pressure generating chamber by lithography. In some cases, the piezoelectric element is formed so as to be independent for each pressure generating chamber. Further, such a piezoelectric element has a problem that it is easily destroyed due to an external environment such as moisture. In order to solve this problem, a sealing substrate (reservoir forming substrate) having a piezoelectric element holding portion is bonded to a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber is formed, and the piezoelectric element is sealed in the piezoelectric element holding portion. There is something like that (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、このように圧電素子を密封しても、例えば、封止基板と流路形成基板との接着部分から圧電素子保持部内に水分が入り込むこと等により、圧電素子保持部内の湿気が徐々に上昇し、最終的にはこの湿気により圧電素子が破壊されてしまうという問題がある。なお、このような問題は、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。 However, even if the piezoelectric element is sealed in this way, moisture in the piezoelectric element holding portion gradually increases due to, for example, moisture entering the piezoelectric element holding portion from the bonded portion between the sealing substrate and the flow path forming substrate. However, there is a problem that the piezoelectric element is eventually destroyed by the moisture. Such a problem exists not only in an ink jet recording head that ejects ink droplets, but also in other liquid ejecting heads that eject droplets other than ink.
本発明は、このような事情に鑑み、圧電素子の破壊を長期間に亘って確実に防止することができる液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッドを提供することを課題とする。 In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a liquid ejecting head and a liquid ejecting head that can reliably prevent destruction of a piezoelectric element over a long period of time.
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、少なくとも前記圧電素子に対向する領域に無機絶縁材料からなる保護膜を形成する保護膜形成工程とを具備し、且つ前記保護膜形成工程では、前記流路形成基板の表面に無機絶縁材料を塗布して無機絶縁材料層を形成する成膜工程と当該無機絶縁材料層の表面を洗浄して前記成膜工程で付着した異物を除去する洗浄工程とを交互に複数回繰り返すことによって前記保護膜を所定の厚さに形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第1の態様では、ピンホール等の形成不良が防止され、耐湿性の高い保護膜が形成される。したがって、圧電素子の水分に起因する破壊を確実に防止することができる。また、保護膜の膜厚を比較的薄くしても圧電素子の破壊を防止できるため、保護膜による圧電素子の変位量の低下も小さく抑えることができる。
According to a first aspect of the present invention for solving the above-described problems, a lower electrode and a piezoelectric element are disposed on one surface side of a flow path forming substrate in which pressure generating chambers communicating with nozzle openings for discharging droplets are formed via a diaphragm. A piezoelectric element forming step of forming a piezoelectric element comprising a body layer and an upper electrode; and a protective film forming step of forming a protective film made of an inorganic insulating material at least in a region facing the piezoelectric element, and the protective film In the forming step, a film forming step in which an inorganic insulating material is applied to the surface of the flow path forming substrate to form an inorganic insulating material layer, and a foreign matter adhered in the film forming step by cleaning the surface of the inorganic insulating material layer. In the method of manufacturing a liquid ejecting head, the protective film is formed to have a predetermined thickness by alternately repeating a cleaning process to be removed a plurality of times.
In the first aspect, formation defects such as pinholes are prevented, and a highly moisture-resistant protective film is formed. Therefore, it is possible to reliably prevent the destruction of the piezoelectric element due to moisture. In addition, since the piezoelectric element can be prevented from being destroyed even if the protective film is relatively thin, a decrease in the displacement amount of the piezoelectric element due to the protective film can be suppressed to a low level.
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記保護膜形成工程では、前記無機絶縁材料層を4層以上積層することによって前記保護膜を所定の厚さに形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第2の態様では、耐湿性の高い保護膜をより確実に形成することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, in the protective film forming step, the protective film is formed to a predetermined thickness by stacking four or more inorganic insulating material layers. A method of manufacturing a liquid jet head.
In the second aspect, a protective film having high moisture resistance can be more reliably formed.
本発明の第3の態様は、第1又は2の態様において、積層した前記保護膜の厚さを、100nm以下とすることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第3の態様では、圧電素子の破壊を防止しつつ、圧電素子の変位量の低下が小さく抑えられ、良好な吐出特性を有するヘッドを製造することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the thickness of the laminated protective film is 100 nm or less.
In the third aspect, it is possible to manufacture a head having good ejection characteristics while preventing the piezoelectric element from being destroyed and suppressing a decrease in the displacement amount of the piezoelectric element.
本発明の第4の態様は、第1〜3の何れかの態様において、前記無機絶縁材料が酸化アルミニウムであることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第4の態様では、酸化アルミニウムを用いることで、耐湿性の高い保護膜を確実に形成することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the inorganic insulating material is aluminum oxide.
In the fourth aspect, by using aluminum oxide, a protective film having high moisture resistance can be reliably formed.
本発明の第5の態様は、第1〜4の何れかの態様において、前記無機絶縁材料層をCVD法によって形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第5の態様では、保護膜を比較的容易且つ良好に形成することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the liquid jet head manufacturing method according to any one of the first to fourth aspects, the inorganic insulating material layer is formed by a CVD method.
In the fifth aspect, the protective film can be formed relatively easily and satisfactorily.
本発明の第6の態様は、第1〜5の何れかの態様において、前記洗浄工程では、前記無機絶縁材料層の表面を所定の洗浄液で洗浄することにより前記異物を除去することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第6の態様では、成膜工程で付着した異物を確実に除去することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, in the cleaning step, the foreign matter is removed by cleaning a surface of the inorganic insulating material layer with a predetermined cleaning liquid. A method of manufacturing a liquid jet head.
In the sixth aspect, the foreign matter adhered in the film forming process can be reliably removed.
本発明の第7の態様は、第6の態様において、前記洗浄液には超音波振動が付与されていることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第7の態様では、成膜工程で付着した異物をより確実に除去することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the liquid jet head manufacturing method is characterized in that ultrasonic vibration is applied to the cleaning liquid.
In the seventh aspect, foreign matter adhering in the film forming process can be more reliably removed.
本発明の第8の態様は、第6又は7の態様において、前記洗浄液が、純水又は所定のガスを含んだ水であることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第8の態様では、無機絶縁材料層の表面を良好に洗浄することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the sixth or seventh aspect, the liquid jet head manufacturing method is characterized in that the cleaning liquid is pure water or water containing a predetermined gas.
In the eighth aspect, the surface of the inorganic insulating material layer can be cleaned well.
本発明の第9の態様は、第1〜5の何れかの態様において、前記洗浄工程では、前記無機絶縁材料層の表面を所定のブラシでスクラブ洗浄するにより前記異物を除去することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第9の態様では、成膜工程で付着した異物を確実に除去することができる。
According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the cleaning step includes removing the foreign matter by scrub cleaning the surface of the inorganic insulating material layer with a predetermined brush. A method of manufacturing a liquid jet head.
In the ninth aspect, the foreign matter adhering in the film forming process can be reliably removed.
本発明の第10の態様は、第1〜9の何れかの態様の製造方法によって形成されたことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第10の態様では、耐久性及び信頼性に優れた液体噴射ヘッドを実現することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a liquid jet head formed by the manufacturing method according to any one of the first to ninth aspects.
In the tenth aspect, it is possible to realize a liquid jet head that is excellent in durability and reliability.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及び断面図であり、図3は要部を示す平面図である。図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ0.5〜2μmの弾性膜50が形成されている。流路形成基板10には、複数の圧力発生室12がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、各圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14を介して連通されている。なお、連通部13は、後述する保護基板のリザーバ部と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する。インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view showing a main part. . As shown in the drawing, the flow
また、流路形成基板10の開口面側には、圧力発生室12を形成する際のマスクとして用いられた絶縁膜51を介して、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート20は、厚さが例えば、0.01〜1mmで、線膨張係数が300℃以下で、例えば2.5〜4.5[×10-6/℃]であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。
Further, on the opening surface side of the flow
一方、このような流路形成基板10の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約1.0μmの弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、厚さが例えば、約0.4μmの絶縁体膜55が形成されている。さらに、この絶縁体膜55上には、厚さが例えば、約0.2μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約1.0μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの上電極膜80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極膜60、圧電体層70及び上電極膜80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜60は圧電素子300の共通電極とし、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。
On the other hand, as described above, the
例えば、本実施形態では、図3に示すように、下電極膜60は、圧力発生室12の長手方向では圧力発生室12に対向する領域内に形成され、複数の圧力発生室12に対応する領域に連続的に設けられている。また、下電極膜60は、圧力発生室12の列の外側、及び列設された圧電素子300の間から連通部13近傍まで延設され、それらの先端部は、後述する駆動IC200から延設された接続配線210が接続される接続部60aとなっている。圧電体層70及び上電極膜80は、基本的には圧力発生室12に対向する領域内に設けられているが、圧力発生室12の長手方向では、下電極膜60の端部よりも外側まで延設されており、下電極膜60の端面は圧電体層70によって覆われている。そして、圧力発生室12の長手方向端部近傍には、圧電体層を有するが実質的に駆動されない圧電体非能動部330が形成されている。また、上電極膜80の一端部近傍にはリード電極90が接続されている。このリード電極90は、本実施形態では、圧力発生室12の外側の圧電体非能動部330上から連通部13近傍まで延設されており、その先端部は、下電極膜60と同様に、接続配線210が接続される接続部90aとなっている。
For example, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
そして、少なくとも圧電素子300を構成する各層、本実施形態では、圧電素子300を構成する各層及びリード電極90のパターン領域が、下電極膜60の接続部60a及びリード電極90の接続部90aに対向する領域を除いて、保護膜100によって覆われている。すなわち、パターン領域の下電極膜60、圧電体層70、上電極膜80及びリード電極90の表面(上面及び端面)が、無機絶縁材料からなる保護膜100によって覆われている。
Then, at least each layer constituting the
このような無機絶縁材料からなる保護膜100は、薄膜でも水分の透過性が極めて低いため、保護膜100によって、少なくとも下電極膜60、圧電体層70及び上電極膜80の表面を覆うことにより、圧電体層70の水分(湿気)に起因する破壊を防止することができる。また、本実施形態では、接続部60a,90aを除いて、圧電素子300を構成する各層及びリード電極90の表面を覆うようにしているので、これらの層と保護膜100との間から水分が侵入した場合でも、圧電体層70まで水分が達するのを防ぐことができ、圧電体層70の水分に起因する破壊をより確実に防止することができる。
Since the
また、この保護膜100は、詳しくは後述するが、流路形成基板10上に無機絶縁材料を塗布して無機絶縁材料層を形成する成膜工程と、この無機絶縁材料層の表面を洗浄して成膜工程で付着した異物を除去する洗浄工程とを交互に複数回繰り返すことによって形成されている。これにより、保護膜100を形成する際に、例えば、ピンホール等の形成不良の発生を防止することができる。したがって、耐湿性の高い保護膜100を形成することができる。
Further, as will be described later in detail, the
なお、保護膜100の材料は、無機絶縁材料であれば特に限定されず、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)、五酸化タンタル(Ta2O5)等が挙げられるが、特に、酸化アルミニウム(Al2O3)を用いるのが好ましい。保護膜100の材料として、酸化アルミニウムを用いた場合、保護膜100の厚さが100nm以下と比較的薄く形成されていても、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができるからである。
The material of the
また、流路形成基板10上の圧電素子300側の面には、圧電素子300に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部31を有する保護基板30が接着剤35を介して接合されている。圧電素子300は、この圧電素子保持部31内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部31は、密封されていてもよいし密封されていなくてもよい。
Further, a
また保護基板30には、流路形成基板10の連通部13に対応する領域にリザーバ部32が設けられている。このリザーバ部32は、本実施形態では、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の並設方向に沿って設けられており、上述したように流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ33を構成している。
The
さらに、保護基板30の圧電素子保持部31とリザーバ部32との間の領域には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔34が設けられ、この貫通孔34内に上述した下電極膜60の接続部60a及びリード電極90の接続部90aが露出されている。そして、これら下電極膜60の接続部60a及びリード電極90の接続部90aに、保護基板30上に実装された駆動IC200から延設される接続配線210の一端が接続されている。そして、この接続配線210が延設された貫通孔34には、有機絶縁材料、例えば、本実施形態では、ポッティング材である封止材220が充填されており、下電極膜60の接続部60a及びリード電極90の接続部90aと接続配線210とは、この封止材220によって完全に覆われている。
Furthermore, a through
なお、保護基板30の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
In addition, examples of the material of the
また、保護基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)からなり、この封止膜41によってリザーバ部32の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)で形成される。この固定板42のリザーバ33に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、リザーバ33の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
A
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ33からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動IC200からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極膜60と上電極膜80との間に電圧を印加し、弾性膜50、絶縁体膜55、下電極膜60及び圧電体層70をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が吐出する。
In such an ink jet recording head of this embodiment, after taking ink from an external ink supply means (not shown) and filling the interior from the
ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図4〜図7を参照して説明する。なお、図4〜図7は、圧力発生室12の長手方向の断面図である。まず、図4(a)に示すように、シリコンウェハからなり複数の流路形成基板10が一体的に形成される流路形成基板用ウェハ110を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜50を構成する二酸化シリコン膜52を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110として、膜厚が約625μmと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
Here, a method of manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 4 to 7 are cross-sectional views of the
次いで、図4(b)に示すように、弾性膜50(二酸化シリコン膜52)上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。具体的には、弾性膜50(二酸化シリコン膜52)上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム(Zr)層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜55とする。
Next, as shown in FIG. 4B, an
次いで、図4(c)に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜55上に積層することにより下電極膜60を形成した後、この下電極膜60を所定形状にパターニングする。次に、図4(d)に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電材料からなる圧電体層70と、例えば、イリジウム等からなる上電極膜80とを流路形成基板用ウェハ110の全面に形成する。その後、図5(a)に示すように、これら圧電体層70及び上電極膜80を、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして、圧電素子300を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, for example, after the
なお、圧電素子300を構成する圧電体層70の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料の他に、例えば、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等を用いることもできる。その組成は、圧電素子300の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、PbTiO3(PT)、PbZrO3(PZ)、Pb(ZrxTi1−x)O3(PZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PMN−PT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PZN−PT)、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PNN−PT)、Pb(In1/2Nb1/2)O3−PbTiO3(PIN−PT)、Pb(Sc1/3Ta2/3)O3−PbTiO3(PST−PT)、Pb(Sc1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PSN−PT)、BiScO3−PbTiO3(BS−PT)、BiYbO3−PbTiO3(BY−PT)等が挙げられる。
In addition to the ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), for example, niobium, nickel, magnesium, bismuth or yttrium may be used as the material of the
次に、図5(b)に示すように、各圧電素子300の上電極膜80から引き出されるリード電極90を形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハ110の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなる金属層91を形成し、この金属層91を、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を介してエッチングすることにより、圧電素子300毎にパターニングする。なお、リード電極90を構成する金属層91の下側には、例えば、チタンタングステン(TiW)からなる密着層を形成するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 5B,
次に、図5(c)に示すように、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)からなる保護膜100を形成すると共に所定形状にパターニングする。以下に説明するように、本発明では、流路形成基板用ウェハ110上に無機絶縁材料を塗布して無機絶縁材料層101を形成する成膜工程と、この無機絶縁材料層101の表面を洗浄して成膜工程で付着した異物105を除去する洗浄工程とを交互に複数回繰り返すことによって保護膜100を形成している。
Next, as shown in FIG. 5C, for example, a
具体的には、まず、図6(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の全面に無機絶縁材料である酸化アルミニウムを塗布し、無機絶縁材料層101(101a)を所定の厚さ、例えば、本実施形態では25nm程度の厚さに形成する。この無機絶縁材料層101の形成方法は特に限定されないが、例えば、CVD法を採用することで、比較的容易に良好な膜質を有する無機絶縁材料層101を形成することができる。
Specifically, first, as shown in FIG. 6A, aluminum oxide, which is an inorganic insulating material, is applied to the entire surface of the flow path forming
ここで、無機絶縁材料層101を形成する際、流路形基板用ウェハ110の表面にはどうしても、例えば、塵埃等の異物105が付着してしまう。例えば、クリーンルーム等で無機絶縁材料層101を形成することで、このような異物の付着はある程度防止することはできるが、完全に防止するのは難しい。なお、無機絶縁材料層101の膜厚が25nm程度であるのに対し、異物105の直径は、例えば、数μm〜数十μm程度と極めて大きい。
Here, when the inorganic insulating
そこで、本発明の製造方法では、成膜工程の後に、洗浄工程を実施して、このような異物105を除去している。本実施形態では、無機絶縁材料層101aの表面を、所定の洗浄液によって洗浄し、これにより無機絶縁材料層101aを形成する際に付着した異物105aを除去する(図6(b))。なお、無機絶縁材料層101aの異物105aが除去された部分には、無機絶縁材料層101aを実質的に貫通する貫通部102aが形成されることになる。
Therefore, in the manufacturing method of the present invention, a cleaning process is performed after the film forming process to remove such foreign matter 105. In this embodiment, the surface of the inorganic insulating
このような洗浄工程で用いる洗浄液は、特に限定されないが、例えば、純水を用いることが好ましい。または、純水に例えばCO2のガスを混入させたものを用いて洗浄するとより異物を除去しやすくなる。具体的には、一方のノズルから純水を吐出させ、また一方のノズルからガスを噴射させて、純水にガスが混入した状態の水を作り出し、この水を無機絶縁材料層101aの表面に吹き付けると、水は細かな水滴となる。その結果、無機絶縁材料層101aの表面への衝撃が強まり、より異物が除去しやすくなる。また、洗浄液を無機絶縁材料層101aの表面に吹き付ける際、この洗浄液に、例えば、1MHz程度の超音波振動を付与するようにしてもよい。これにより、無機絶縁材料層101a表面の異物105aを確実に除去することができる。
The cleaning liquid used in such a cleaning process is not particularly limited, but for example, pure water is preferably used. Alternatively, cleaning with a pure water mixed with, for example, CO 2 gas makes it easier to remove foreign matters. Specifically, pure water is discharged from one nozzle and gas is jetted from one nozzle to create water in which gas is mixed into pure water, and this water is applied to the surface of the inorganic insulating
また、洗浄工程における洗浄方法は、洗浄液を用いた洗浄に限定されず、例えば、ブラシによって無機絶縁材料層101の表面を洗浄する、いわゆるスクラブ洗浄であってもよい。勿論、このような洗浄方法であっても、異物105を確実に除去することができる。ただし、ブラシを用いる場合、無機絶縁材料層101の表面を傷つけないように、例えば、ブラシの材質、洗浄時の各種条件等を考慮する必要がある。
Further, the cleaning method in the cleaning process is not limited to cleaning using a cleaning liquid, and may be, for example, so-called scrub cleaning in which the surface of the inorganic insulating
次に、図6(c)に示すように、無機絶縁材料層101a上に、再び、無機絶縁材料を塗布して無機絶縁材料層101bを約25nm程度の厚さで形成する。このとき、無機絶縁材料層101aの貫通部102aは、無機絶縁材料層101bによって塞がれる。次いで、この無機絶縁材料層101bの表面を、上述したように、例えば、洗浄液によって洗浄することにより、無機絶縁材料層101bを形成する際に付着した異物105bを除去する(図6(d))。なお、無機絶縁材料層101bの異物105bが除去された部分には、無機絶縁材料層101aの場合と同様に貫通部102bが形成されるが、この貫通部102bは無機絶縁材料層101bのみを実質的に貫通しているに過ぎない。
Next, as shown in FIG. 6C, the inorganic insulating material is applied again on the inorganic insulating
そして、このような成膜工程と洗浄工程とを交互に複数回繰り返すことによって、複数層の無機絶縁材料層101を積層して所定の厚さの保護膜100を形成する(図5(c))。例えば、本実施形態では、4層の無機絶縁材料層101を積層することによって厚さが約100nmの保護膜100を形成した。
Then, the
このように成膜工程と洗浄工程とを交互に複数回繰り返すことで、極めて耐湿性の高い保護膜100を形成することができる。具体的には、保護膜中に異物が残っている場合や、保護膜に貫通孔(ピンホール)が形成されている場合には、その部分から水分が侵入して圧電素子が破壊される虞がある。しかしながら、本発明の製造方法によれば、保護膜100中に異物105が存在することはなく、また保護膜100にピンホールが形成されることもない。
Thus, the
ここで、上述したように、各無機絶縁材料層101には、異物105を除去した部分に、無機絶縁材料層101を実質的に貫通する貫通孔102が形成されることはある。しかしながら、無機絶縁材料層101を複数層積層することで各貫通孔102は塞がれるため、保護膜100に貫通孔(ピンホール)が形成される可能性は極めて小さい。
Here, as described above, in each inorganic insulating
したがって、極めて耐湿性の高い保護膜100を形成することができ、圧電素子300の水分に起因する破壊を確実に防止して圧電素子の耐久性を大幅に向上することができる。
Therefore, it is possible to form the
また、耐湿性が向上することで、保護膜100の厚さを100nm程度と比較的薄くしても圧電素子300の水分に起因する破壊を防止することができ、これにより圧電素子300の変位の低下も小さく抑えることもできる。なお、本実施形態では、保護膜100の厚さを100nm程度に形成するようにしたが、例えば、保護膜100の厚さを40nm程度とした場合でも、圧電素子300の水分に起因する破壊を防止することはできる。
Further, by improving the moisture resistance, even if the thickness of the
そして、このように流路形成基板用ウェハ110の全面に保護膜100を形成した後は、図7(a)に示すように、この保護膜100を所定形状にパターニングする。すなわち、下電極膜60の接続部60a及びリード電極90の接続部90aに対向する領域の保護膜100を除去する。なお、本実施形態では、接続部60a,90aに対向する領域と共に、圧電素子300を構成する各層及びリード電極90のパターン領域以外も除去するようにしている。勿論、保護膜100は、接続部60a,90aに対向する領域のみが除去されていてもよい。何れにしても、保護膜100は、少なくとも圧電素子300を構成する各層を覆うように形成されていればよい。また、保護膜100の除去方法は、特に限定されないが、例えば、イオンミリング等のドライエッチングを用いることが好ましい。これにより、保護膜100を選択的に良好に除去することができる。
After the
次いで、図7(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の圧電素子300側に、複数の保護基板30が一体的に形成される保護基板用ウェハ130を接着剤35によって接合する。なお、この保護基板用ウェハ130には、圧電素子保持部31、リザーバ部32等が予め形成されている。また、保護基板用ウェハ130は、例えば、400μm程度の厚さを有するシリコンウェハであり、保護基板用ウェハ130を接合することで流路形成基板用ウェハ110の剛性は著しく向上することになる。
Next, as shown in FIG. 7B, a
次いで、図7(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110をある程度の厚さとなるまで研磨した後、更に弗化硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ110を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、研磨及びウェットエッチングによって、流路形成基板用ウェハ110を、約70μmの厚さとなるように加工した。
Next, as shown in FIG. 7C, after the flow path forming
次いで、図7(d)に示すように、流路形成基板用ウェハ110上に、例えば、窒化シリコン(SiN)からなる絶縁膜51を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、この絶縁膜51を介して流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチング(ウェットエッチング)して、流路形成基板用ウェハ110に圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14等を形成する。
Next, as shown in FIG. 7D, an insulating
なお、その後は、保護基板用ウェハ130上に駆動IC200を実装すると共に、駆動IC200とリード電極90とを駆動配線210によって接続する。さらに、流路形成基板用ウェハ110及び保護基板用ウェハ130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ110の保護基板用ウェハ130とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハ130にコンプライアンス基板40を接合し、これら流路形成基板用ウェハ110等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割する。これにより、上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。
After that, the
(他の実施形態)
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、無機絶縁材料層101を4層積層することによって保護膜100を形成するようにしたが、無機絶縁材料層101の積層は、2層以上であればよく、例えば、3層であってもよいし、5層以上であってもよい。
(Other embodiments)
As mentioned above, although each embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, in the embodiment described above, the
また、例えば、上述した実施形態では、圧電素子300が保護基板30の圧電素子保持部31内に形成されているが、これに限定されず、勿論、圧電素子300は露出されていてもよい。この場合でも、圧電素子300及びリード電極90の表面は、無機絶縁材料からなる保護膜100によって覆われているため、水分(湿気)に起因する圧電体層70の破壊は、確実に防止される。さらに、上述した実施形態では、連通部13近傍まで延設された下電極膜60の先端部が接続配線210との接続部60aとなっているが、例えば、上電極膜80の場合と同様に、下電極膜60からもリード電極を引き出し、その先端部を接続配線210との接続部としてもよい。
Further, for example, in the above-described embodiment, the
なお、上述した実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図8は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図8に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8上を搬送されるようになっている。
The ink jet recording head according to the above-described embodiment constitutes a part of a recording head unit including an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 8 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus. As shown in FIG. 8, in the
また、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを説明したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射するものにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。 In the above-described embodiment, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid ejecting head of the present invention. However, the basic configuration of the liquid ejecting head is not limited to the above-described configuration. The present invention covers a wide range of liquid ejecting heads, and can naturally be applied to those ejecting liquids other than ink. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (surface emitting displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.
10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 31 圧電素子保持部31 リザーバ部、 33 リザーバ、 34 貫通孔、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 55 絶縁体膜、 60 下電極膜、 70 圧電体膜、 80 上電極膜、 100 保護膜、 101 無機絶縁材料層、 102 貫通部 、 200 駆動IC、 210 接続配線、 220 封止材、 300 圧電素子
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記保護膜形成工程では、前記流路形成基板の表面に無機絶縁材料を塗布して無機絶縁材料層を形成する成膜工程と当該無機絶縁材料層の表面を洗浄して前記成膜工程で付着した異物を除去する洗浄工程とを交互に複数回繰り返すことによって前記保護膜を所定の厚さに形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 Piezoelectric element for forming a piezoelectric element composed of a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode via a vibration plate on one side of a flow path forming substrate in which pressure generating chambers communicating with nozzle openings for discharging liquid droplets are formed A forming step, and a protective film forming step of forming a protective film made of an inorganic insulating material at least in a region facing the piezoelectric element,
In the protective film forming step, an inorganic insulating material is applied to the surface of the flow path forming substrate to form an inorganic insulating material layer, and the surface of the inorganic insulating material layer is washed and adhered in the film forming step. A method of manufacturing a liquid ejecting head, wherein the protective film is formed to a predetermined thickness by alternately repeating a cleaning step for removing the foreign matter performed a plurality of times.
A liquid jet head formed by the manufacturing method according to claim 1.
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