JP2006198884A - Substrate for inkjet head - Google Patents

Substrate for inkjet head Download PDF

Info

Publication number
JP2006198884A
JP2006198884A JP2005012765A JP2005012765A JP2006198884A JP 2006198884 A JP2006198884 A JP 2006198884A JP 2005012765 A JP2005012765 A JP 2005012765A JP 2005012765 A JP2005012765 A JP 2005012765A JP 2006198884 A JP2006198884 A JP 2006198884A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
heating
ink
foaming
heating resistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005012765A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Teruo Ozaki
照夫 尾崎
Kenji Ono
賢二 小野
Toshiyasu Sakai
稔康 坂井
Ichiro Saito
一郎 斉藤
Kazuaki Shibata
和昭 柴田
Satoshi Ibe
智 伊部
Takashi Yokoyama
宇 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2005012765A priority Critical patent/JP2006198884A/en
Publication of JP2006198884A publication Critical patent/JP2006198884A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inkjet recording head capable of exerting maximum performance of a heating resistor as well as realizing the high density of the heating resistors, and a substrate for the head. <P>SOLUTION: An insulation film made of an insulation material, a plurality of bubble-generating heating resistor arrays for generating necessary heat for generating bubbles in ink, a plurality of auxiliary heating resistor arrays for aiding the heating of the bubble-generating heating resistors, and a plurality of ink channel arrays communicating with ejection nozzles for ejecting ink are provided on a substrate to form the substrate for the inkjet head. The bubble-generating heating resistors, the auxiliary heating resistors therebelow with the insulation layer therebetween and wiring patterns therebelow with the insulation layer therebetween to be electrically connected to the heating resistors are provided to the substrate. A region of the bubble-generating heating resistors is placed at the outside of a wall section of an ink channel in the arrangement direction on a plumb line of the substrate and a region of the auxiliary heating resistors is overlapped with the wall section of the ink channel in the arrangement direction. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、インクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッド、該ヘッド用基板、該基板の製造方法及びインクジェット記録装置、インクジェット吐出ヘッド用基板に関する。   The present invention relates to an ink jet recording head that performs recording by discharging ink, the head substrate, a method for manufacturing the substrate, an ink jet recording apparatus, and an ink jet discharging head substrate.

特許文献1あるいは特許文献2等に開示されているインクジェット記録方式は、高速、高密度で高精度、高画質の記録が可能で、かつカラー化、コンパクト化に適している。このインクジェット記録方式を用いる、熱エネルギーを利用してインクを発泡させて記録媒体にインクを吐出する記録ヘッドは、インクを発泡させるための発熱抵抗体とこれに電気的接続を行う配線とを同一の基板上に作製してインクジェット記録ヘッド用基板とし、さらにその上にインクを吐出させるためのノズルを形成した構成が一般的である。   The inkjet recording method disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2 is capable of high-speed, high-density, high-precision, high-quality recording, and is suitable for colorization and compactness. A recording head that uses this ink jet recording method and foams ink using thermal energy to eject the ink onto a recording medium has the same heating resistor for foaming the ink and wiring that electrically connects to the heating resistor. In general, the ink jet recording head substrate is formed on the substrate, and nozzles for discharging ink are formed on the substrate.

また、この熱エネルギー効率をあげるために様々な工夫がなされており、特許文献3では発泡用ヒーター以外に補助加熱用ヒーターを設けることによって低温時のインクの吐出効率をあげる工夫がなされている。
米国特許第4723129号明細書 米国特許第4740796号明細書 特開平10−774号公報
Various ideas have been made to increase the thermal energy efficiency. In Patent Document 3, an auxiliary heating heater is provided in addition to the foaming heater to improve the ink ejection efficiency at low temperatures.
U.S. Pat. No. 4,723,129 U.S. Pat. No. 4,740,796 Japanese Patent Laid-Open No. 10-774

さらに、最近になって、高画質記録の要求はさらに高まり、インク滴のサイズはますます小ドット化する傾向であり、同時に記録速度を落とさないためにはこの小ドット用のノズルを高密度に配置する必要が出てきた。この結果、高密度ノズル配置及び小ドットインク滴を達成するために新たな問題が出てきた。   In addition, recently, the demand for high-quality recording has further increased, and the size of ink droplets has been steadily becoming smaller dots. At the same time, in order not to reduce the recording speed, the nozzles for these small dots have been increased in density. The need to place it came out. As a result, new problems have arisen to achieve high density nozzle placement and small dot ink drops.

すなわち、発泡用ヒーターを小さくしていくと、横方向への熱の逃げによって、ヒーターサイズに対して実発泡する領域が狭くなり、発泡が不安定になっていく。このことによって、ヒーターサイズを小さくできなくなり、結果として高密度ノズル配置が困難になる。   That is, when the heater for foaming is made smaller, the actual foaming area becomes smaller with respect to the heater size due to the heat escape in the lateral direction, and the foaming becomes unstable. This makes it impossible to reduce the heater size, resulting in difficult high-density nozzle placement.

例えば、片側1200dpiピッチでノズルを配置すると、ノズル間距離は約21μmであり、ノズルの壁幅を8μm及び、ノズル壁とヒーターの位置合わせずれ3μmを考慮するとヒーターサイズは10μmしか確保できない。ヒーターサイズがノズル列方向に対して、横幅10μmの場合、ヒーター周辺の約3μmの部分が熱が拡散するため、実質の発泡領域が横幅4μm程度になってしまい発泡が不安定になり、必要な吐出エネルギーも不足する。ここでもし、ヒーター横幅領域10μmが発泡できれば、発泡の安定性が確保できるため、ヒーターの両端部をノズル壁の下に位置させれば横幅は十分な大きさになるが、今度はヒーターの発熱によってヒーター部と接するノズル壁部分が変形するという問題が生じる。   For example, when the nozzles are arranged at a pitch of 1200 dpi on one side, the distance between the nozzles is about 21 μm, and considering the nozzle wall width of 8 μm and the nozzle wall / heater misalignment of 3 μm, the heater size can be secured only 10 μm. When the heater size is 10 μm wide with respect to the nozzle row direction, heat is diffused in the area of about 3 μm around the heater, so that the substantial foaming area becomes about 4 μm wide, making foaming unstable and necessary. Discharge energy is also insufficient. Here, if the heater width region of 10 μm can be foamed, the foaming stability can be ensured. Therefore, if both ends of the heater are positioned under the nozzle wall, the width will be sufficiently large. This causes a problem that the nozzle wall portion in contact with the heater portion is deformed.

以上のようにヒーターサイズが小さくなるのに伴い、実質の発泡領域を広げることは高密度ノズル配置にとって、重要な課題である。   As described above, as the heater size is reduced, expanding the substantial foaming region is an important issue for high-density nozzle arrangement.

本発明の目的は、従来の問題点を解決し、ノズル壁によって制限されるヒーターサイズと実質の発泡領域のギャップを埋めることができるインクジェット吐出ヘッド用基板を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the conventional problems and to provide a substrate for an ink jet discharge head that can fill a gap between a heater size limited by a nozzle wall and a substantial foaming region.

本発明のインクジェット記録ヘッド用基板は、各ノズル毎に発泡用発熱抵抗体と、その加熱を補助する補助加熱用発熱抵抗体を配置する。   In the inkjet recording head substrate of the present invention, a foaming heating resistor and an auxiliary heating heating resistor for assisting heating are disposed for each nozzle.

すなわち、本発明の技術内容は以下の構成を備えることにより前記課題を解決できた。   That is, the technical contents of the present invention can solve the above-described problems by including the following configuration.

(1)基板上に、絶縁体からなる絶縁膜と、インクを発泡させるために必要な熱を発生する複数の発泡用発熱抵抗体列と、その発泡用発熱抵抗体の加熱を補助する複数の補助加熱用発熱抵抗体列と、インクを吐出する吐出口に連通する複数のインク路列が設けられたインクジェット吐出ヘッド用基板であって、発泡用発熱抵抗体と、絶縁層をはさんでその直下に補助加熱用発熱抵抗体と、さらに絶縁層をはさんでその直下に該発熱抵抗体に電気的に接続する配線が設けられており、かつ、基板の鉛直線上、発泡用発熱抵抗体の領域は、列方向でインク路の壁部より外側に位置し、かつ、補助加熱用発熱抵抗体の領域は列方向でインク路の壁部に重なり合うことを特徴とする。   (1) On a substrate, an insulating film made of an insulator, a plurality of foaming resistor arrays for generating heat necessary for foaming the ink, and a plurality of assisting heaters for heating the foaming resistor A substrate for an inkjet discharge head provided with a heating resistor array for auxiliary heating and a plurality of ink path arrays communicating with an ejection port for discharging ink, the heating resistor for foaming and the insulating layer interposed between A heating resistor for auxiliary heating is provided directly below, and a wiring electrically connected to the heating resistor is provided directly below the insulating layer, and a heating resistor for foaming is provided on the vertical line of the substrate. The region is located outside the wall portion of the ink path in the column direction, and the region of the auxiliary heating heating resistor overlaps the wall portion of the ink path in the column direction.

(2)基板上に、絶縁体からなる絶縁膜と、インクを発泡させるために必要な熱を発生する複数の発泡用発熱抵抗体と、その発泡用発熱抵抗体の加熱を補助する複数の補助加熱用発熱抵抗体と、インクを吐出する吐出口に連通する複数のインク路が設けられたインクジェット吐出ヘッド用基板であって、発泡用発熱抵抗体と、絶縁層をはさんでその直下に補助加熱用発熱抵抗体と、さらに絶縁層をはさんでその直下に該発熱抵抗体に電気的に接続する配線が設けられており、かつ、発泡用発熱抵抗体に接続する片方の電極と、補助加熱用発熱抵抗体に接続する片方の電極と、その直下の配線用電極が同一部のスルーホールを介して接続されていることを特徴とする。   (2) On the substrate, an insulating film made of an insulator, a plurality of foaming heating resistors that generate heat necessary for foaming the ink, and a plurality of assistants that assist the heating of the foaming heating resistors A substrate for an inkjet discharge head provided with a heating heating resistor and a plurality of ink passages communicating with an ejection port for discharging ink, and assists directly under the heating heating resistor and an insulating layer. Heating resistor for heating, and wiring to be electrically connected to the heating resistor directly below the insulating layer, and one electrode connected to the heating resistor for foaming and auxiliary One electrode connected to the heating exothermic resistor and the wiring electrode directly below the electrode are connected through the same through-hole.

本発明によれば、発熱抵抗体性能を最大限発揮させ、かつ高密度化とを兼ね備えたインクジェット記録ヘッド、該ヘッド用基板を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an ink jet recording head that maximizes the performance of a heating resistor and has a high density, and the head substrate.

本発明のインクジェット記録ヘッド用基板は、基板上に、絶縁体からなる絶縁膜と、インクを発泡させるために必要な熱を発生する複数の発泡用発熱抵抗体列と、その発泡用発熱抵抗体の加熱を補助する複数の補助加熱用発熱抵抗体列と、インクを吐出する吐出口に連通する複数のインク路列を設け、かつ、基板の鉛直線上、発泡用発熱抵抗体の領域は、列方向でインク路の壁部より外側に位置し、かつ、補助加熱用発熱抵抗体の領域は列方向でインク路の壁部に重なり合うことを特徴とし、発泡用発熱抵抗体の駆動時に同時に補助加熱用発熱抵抗体を駆動することで、発泡用発熱抵抗体の領域より一回り大きい領域を加熱し、発泡用発熱抵抗体が加熱される際、横方向の熱の逃げを抑制し、発泡用発熱抵抗体領域全域にわたっての発泡を実現させる。   An ink jet recording head substrate according to the present invention includes an insulating film made of an insulator on the substrate, a plurality of foaming heating resistor arrays that generate heat necessary for foaming the ink, and the foaming heating resistor. A plurality of auxiliary heating heating resistor rows for assisting heating and a plurality of ink path rows communicating with ejection openings for discharging ink are provided, and the region of the foaming heating resistor on the vertical line of the substrate is the row. It is located outside the wall of the ink path in the direction, and the region of the heating resistor for auxiliary heating overlaps the wall of the ink path in the column direction. By driving the heating resistor for heating, a region that is slightly larger than the region for the heating resistor for foaming is heated, and when the heating resistor for foaming is heated, lateral heat escape is suppressed, Effective foaming over the entire resistor area Make.

また本発明のインクジェット記録ヘッド用基板は、基板上に、絶縁体からなる絶縁膜と、インクを発泡させるために必要な熱を発生する複数の発泡用発熱抵抗体と、その発泡用発熱抵抗体の加熱を補助する複数の補助加熱用発熱抵抗体と、インクを吐出する吐出口に連通する複数のインク路が設けられたインクジェット吐出ヘッド用基板であって、発泡用発熱抵抗体と、絶縁層をはさんでその直下に補助加熱用発熱抵抗体と、さらに絶縁層をはさんでその直下に該発熱抵抗体に電気的に接続する配線を設け、かつ、発泡用発熱抵抗体に接続する片方の電極と、補助加熱用発熱抵抗体に接続する片方の電極と、その直下の配線用電極を同一部のスルーホールを介して接続することにより、ノズルピッチと同一ピッチで発泡用発熱抵抗体と、補助加熱用発熱抵抗体を配置することを実現する。   The inkjet recording head substrate of the present invention includes an insulating film made of an insulator on the substrate, a plurality of foaming heating resistors that generate heat necessary for foaming the ink, and the foaming heating resistors. A substrate for an ink jet discharge head provided with a plurality of heating resistors for auxiliary heating for assisting heating and a plurality of ink paths communicating with discharge ports for discharging ink, the heating resistor for foaming, and an insulating layer A heating heating resistor for auxiliary heating directly under it, and a wiring to be electrically connected to the heating resistor directly under the insulating layer, and one side connected to the heating heating resistor for foaming And the heating electrode for foaming at the same pitch as the nozzle pitch by connecting one electrode connected to the heating resistor for auxiliary heating, and the wiring electrode directly thereunder through the same through-hole. ,auxiliary It realized placing a thermal heating resistor.

この様に、本発明によれば、発熱抵抗体性能を最大限発揮させ、かつ高密度化とを兼ね備えたインクジェット記録ヘッド、該ヘッド用基板を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide an ink jet recording head that maximizes the performance of the heating resistor and has a high density, and the head substrate.

以下に実施例を示して、本発明をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

図1は本発明のインクジェット記録ヘッド用基板の要部を示す模式的上面図である。図2は、図1中のX1−X2の一点鎖線によって切断した模式的側断面図である。   FIG. 1 is a schematic top view showing the main part of the substrate for an ink jet recording head of the present invention. FIG. 2 is a schematic side cross-sectional view taken along the one-dot chain line X1-X2 in FIG.

図1および図2に示すように、インクジェット基板上に絶縁膜を形成し、発熱抵抗体に接続する配線が形成され、次に絶縁膜が形成され、次に補助加熱用発熱抵抗体)が配置され、次に絶縁膜が形成され、次に発泡用発熱抵抗体が形成され、スルーホールを介して配線と補助加熱用抵抗体と発泡用発熱抵抗体が接続される。その上には保護膜が形成された後、耐キャビテーションが形成されている。この後、このインクジェット基板上にノズル壁及流露路部材が形成され、図5に示すヘッドが完成する。   As shown in FIGS. 1 and 2, an insulating film is formed on the ink jet substrate, wiring to be connected to the heating resistor is formed, then the insulating film is formed, and then the auxiliary heating heating resistor) is disposed. Next, an insulating film is formed, and then a foaming heating resistor is formed, and the wiring, the auxiliary heating resistor, and the foaming heating resistor are connected through the through holes. A protective film is formed thereon, and then anti-cavitation is formed. Thereafter, a nozzle wall and a flow dew path member are formed on the ink jet substrate, and the head shown in FIG. 5 is completed.

この構造をもつインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法を図4、さらにインクジェット記録ヘッドの製造方法を図6を用いて説明する。   A manufacturing method of the ink jet recording head substrate having this structure will be described with reference to FIG. 4, and a manufacturing method of the ink jet recording head will be described with reference to FIG.

まず、Si結晶方位が<1.0.0.>面のSi基板1を用意する。このSi基板は、ヒーターを駆動するための半導体素子をあらかじめ作りこんでおいたものでも良くその最上層にはSiOの絶縁層70が形成されている。この基板上にスパッタリングによって,約500nmのALを形成しフォトリソグラフィ法によってレジストを所定の形状としそれをエッチングマスクとし、BCl3とCl2ガスを混合したリアクテブイオンエッチング法によって所定の形状にエッチングする。その後O2によるプラズマアッシングおよびウエットハクリ液によりレジスト及びエッチング残さ等を除去し、配線として所定の形状に形成する。   First, the Si crystal orientation is <1.0.0. > A Si substrate 1 having a surface is prepared. This Si substrate may be one in which a semiconductor element for driving a heater is previously formed, and an SiO insulating layer 70 is formed on the uppermost layer. An AL of about 500 nm is formed on the substrate by sputtering, a resist is formed into a predetermined shape by photolithography, and this is used as an etching mask, and etched into a predetermined shape by a reactive ion etching method in which BCl3 and Cl2 gas are mixed. Thereafter, the resist, etching residue, and the like are removed by plasma ashing using O 2 and wet stripping liquid to form a predetermined shape as a wiring.

半導体との接続はあらかじめSiOの絶縁層にフォトリソグラフィ法によってレジストを所定の形状としそれをエッチングマスクとし、CF4を用いたリアクテブイオンエッチング法によって所定の形状にエッチングする。その後O2によるプラズマアッシングおよびウエットハクリ液によりレジスト及びエッチング残さ等を除去することでスルーホールを形成しておきALのスパッタリングによって接続する。   For connection with a semiconductor, a resist is formed in a predetermined shape on an insulating layer of SiO by photolithography in advance, and this is used as an etching mask, and etched into a predetermined shape by a reactive ion etching method using CF4. Thereafter, the resist and etching residue are removed by plasma ashing with O 2 and wet wiping solution to form a through hole, and connection is made by sputtering of AL.

続いて、この配線を保護するための絶縁膜SiO71をCVD法によって約800nmの厚さに形成し、続いてフォトリソグラフィ法によってレジストを所定の形状としそれをエッチングマスクとし、CF4を用いたリアクテブイオンエッチング法によって所定の形状にエッチングする。その後O2によるプラズマアッシングおよびウエットハクリ液によりレジスト及びエッチング残さ等を除去することでスルーホールを形成する。   Subsequently, an insulating film SiO71 for protecting this wiring is formed to a thickness of about 800 nm by the CVD method. Subsequently, a resist is formed into a predetermined shape by the photolithography method, which is used as an etching mask, and a reactive film using CF4 is used. Etching into a predetermined shape by ion etching. Thereafter, the resist, etching residue, and the like are removed by plasma ashing using O 2 and wet stripping liquid, thereby forming a through hole.

続いてスパッタリング法によって約40nmの厚さに補助加熱用抵抗体としてTaSiN発熱抵抗体40,続いて500nmの厚さに接続用AL層25を形成し、フォトリソグラフィ法によってそれをエッチングマスクとし、BCl3とCl2ガスを混合したリアクテブイオンエッチング法によって所定の形状にエッチングする。その後、O2によるプラズマアッシングおよびウエットハクリ液によりレジスト及びエッチング残さ等を除去し、再びフォトリソグラフィ法によってそれをエッチングマスクとし、酢酸とリン酸を混合したALウエットエッチングによって補助加熱用発熱抵抗体部のALを除去し、その後O2によるプラズマアッシングおよびウエットハクリ液によりレジスト及びエッチング残さ等を除去することで補助加熱用発熱抵抗体部60を形成する。   Subsequently, a TaSiN heating resistor 40 is formed as an auxiliary heating resistor to a thickness of about 40 nm by a sputtering method, and then a connection AL layer 25 is formed to a thickness of 500 nm, and this is used as an etching mask by a photolithography method. Etching into a predetermined shape by a reactive ion etching method in which a Cl2 gas is mixed. Thereafter, the resist and etching residue, etc. are removed by plasma ashing using O2 and a wet stripping solution, and again using the photolithographic method as an etching mask, and by using AL wet etching mixed with acetic acid and phosphoric acid, The auxiliary heating exothermic resistor section 60 is formed by removing the AL, and then removing the resist and etching residue by plasma ashing with O 2 and wet stripping solution.

次に、この発熱抵抗体及びAL上に絶縁膜SiO72をCVD法によって約800nmの厚さに形成し、続いてフォトリソグラフィ法によってレジストを所定の形状としそれをエッチングマスクとし、CF4を用いたリアクテブイオンエッチング法によって所定の形状にエッチングする。その後O2によるプラズマアッシングおよびウエットハクリ液によりレジスト及びエッチング残さ等を除去することでスルーホールを形成する。   Next, an insulating film SiO72 is formed on the heating resistor and AL to a thickness of about 800 nm by the CVD method. Subsequently, a resist is formed into a predetermined shape by the photolithography method, and this is used as an etching mask. Etching into a predetermined shape by the active ion etching method. Thereafter, the resist, etching residue, and the like are removed by plasma ashing using O 2 and wet wiping solution to form a through hole.

続いてスパッタリング法によって約40nmの厚さに発泡用発熱抵抗体としてTaSiN発熱抵抗体41,続いて500nmの厚さに接続用AL層26を形成し、フォトリソグラフィ法によってそれをエッチングマスクとし、BCl3とCl2ガスを混合したリアクテブイオンエッチング法によって所定の形状にエッチングする。その後、O2によるプラズマアッシングおよびウエットハクリ液によりレジスト及びエッチング残さ等を除去し、再びフォトリソグラフィ法によってそれをエッチングマスクとし、酢酸とリン酸を混合したALウエットエッチングによって発泡用発熱抵抗体部のALを除去し、その後O2によるプラズマアッシングおよびウエットハクリ液によりレジスト及びエッチング残さ等を除去することで発泡用発熱抵抗体部65を形成する。   Subsequently, a TaSiN heat generating resistor 41 is formed as a foaming heat generating resistor to a thickness of about 40 nm by a sputtering method, and then a connection AL layer 26 is formed to a thickness of 500 nm, and this is used as an etching mask by a photolithography method. Etching into a predetermined shape by a reactive ion etching method in which a Cl2 gas is mixed. Thereafter, the resist and etching residue are removed by plasma ashing with O2 and wet ash solution, and again by using the photolithography method as an etching mask, and by AL wet etching in which acetic acid and phosphoric acid are mixed, the AL of the heating resistor portion for foaming is used. Then, the resist and the etching residue are removed by plasma ashing using O 2 and a wet brush solution, thereby forming the foaming heating resistor portion 65.

次にCVD法によって保護膜SiN30を約300nmの厚さに形成し、続いてスパッタリング法によって耐キャビテーション膜のTa50を約200nmの厚さに成膜し、フォトリソグラフィイ法によってTa膜をCF4ガスを用いたリアクテブイオンエッチングによって所定の形状とし、その後、O2によるプラズマアッシングおよびウエットハクリ液によりレジスト及びエッチング残さ等を除去し、つづいてフォトリソグラフィによってレジストを所定の形状に形成後CF4を用いた反応性イオンエッチングによって所定の形状に保護膜をエッチングし、その後、O2によるプラズマアッシングおよびウエットハクリ液によりレジスト及びエッチング残さ等を除去し、電極パッド部を形成する。   Next, a protective film SiN30 is formed to a thickness of about 300 nm by the CVD method, and then a cavitation-resistant Ta50 film is formed to a thickness of about 200 nm by the sputtering method, and a CF4 gas is applied to the Ta film by the photolithography method. Reactive ion etching is used to obtain a predetermined shape, and then the resist and etching residue are removed by plasma ashing using O2 and a wet stripping solution. Subsequently, the resist is formed into a predetermined shape by photolithography, and then a reaction using CF4 is performed. The protective film is etched into a predetermined shape by reactive ion etching, and then the resist and etching residue are removed by plasma ashing using O 2 and wet wiping solution to form an electrode pad portion.

以上の工程によって基板の電気的な機能部分が完成する。   The electrical functional part of the substrate is completed through the above steps.

つづいて、ノズル及びインクを供給する部分の製造方法について説明する。図5は製造完了後のインクジェット記録ヘッドの模式的な斜視図であり、以下順を追って説明する。   Next, a method for manufacturing the nozzle and the ink supply portion will be described. FIG. 5 is a schematic perspective view of the ink jet recording head after the manufacture is completed, and will be described below in order.

このインクジェット記録ヘッド(液体吐出ヘッド)は、インク吐出エネルギー発生素子(液体吐出エネルギー発生素子)2が所定のピッチで2列並んで形成されたSi基板1を有している。Si基板1には、後述するように、SiO膜7をマスクとしてSiの異方性エッチングによって形成されたインク供給口(液体供給口)9が、インク吐出エネルギー発生素子2の2つの列の間に開口されている。Si基板1上には、オリフィスプレート材4によって、各インク吐出エネルギー発生素子2の上方に開口するインク吐出口(液体吐出口)5と、インク供給口9から各インク吐出口5に連通するインク流路(液体流路)が形成されている。 This ink jet recording head (liquid ejection head) has a Si substrate 1 on which ink ejection energy generating elements (liquid ejection energy generating elements) 2 are formed in two rows at a predetermined pitch. As will be described later, the Si substrate 1 has ink supply ports (liquid supply ports) 9 formed by anisotropic etching of Si using the SiO 2 film 7 as a mask in two rows of the ink ejection energy generating elements 2. There is an opening in between. On the Si substrate 1, an ink ejection port (liquid ejection port) 5 opened above each ink ejection energy generating element 2 and an ink communicating from the ink supply port 9 to each ink ejection port 5 by an orifice plate material 4. A flow path (liquid flow path) is formed.

なお、図5では、分かりやすくするために、インク吐出エネルギー発生素子2およびインク吐出口5が、インク供給口9を挟んで対称に配置されているように記載しているが、通常、インク供給口9を挟んだ2列のインク吐出エネルギー発生素子2およびインク吐出口5は、半ピッチずれて配置されている。   In FIG. 5, for the sake of simplicity, the ink discharge energy generating element 2 and the ink discharge port 5 are described as being symmetrically arranged with the ink supply port 9 in between. The two rows of ink ejection energy generating elements 2 and the ink ejection ports 5 sandwiching the port 9 are arranged with a half-pitch shift.

このインクジェット記録ヘッドは、インク供給口9が形成された面が被記録媒体の記録面に対面するように配置される。そしてこのインクジェット記録ヘッドは、インク供給口9を介してインク流路内に充填されたインク(液体)に、インク吐出エネルギー発生素子2によって発生する圧力を加えることによって、インク吐出口5からインク液滴6を吐出させ、被記録媒体に付着させることによって記録を行う。   This ink jet recording head is arranged so that the surface on which the ink supply port 9 is formed faces the recording surface of the recording medium. The ink jet recording head applies an ink liquid from the ink discharge port 5 by applying a pressure generated by the ink discharge energy generating element 2 to the ink (liquid) filled in the ink flow path via the ink supply port 9. Recording is performed by ejecting the droplets 6 and attaching them to a recording medium.

このインクジェット記録ヘッドは、プリンタ,複写機,通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、このインクジェット記録ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の被記録媒体に記録を行うことができる。なお、本発明において、『記録』とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味する。   The ink jet recording head can be mounted on an apparatus such as a printer, a copying machine, a facsimile having a communication system, a word processor having a printer unit, or an industrial recording apparatus combined with various processing apparatuses. By using this ink jet recording head, recording can be performed on various recording media such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics. In the present invention, “recording” means not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to a recording medium but also giving an image having no meaning such as a pattern. .

本実施形態においてSi基板1としては、インク吐出エネルギー発生素子2を形成する面のSi結晶方位が<100>のものを用いることを上述した。これを用いてインク吐出部及び供給口の製造法を図5及び図6を用いて説明する。まず、Si基板1の、インク吐出エネルギー発生素子すなわちヒーター102が形成された面上に型材103を形成する。この型材3は、後の工程で溶解して、それが設けられた部分をインク流路とするために形成するものであり、所望の高さおよび平面パターンのインク流路を形成するために、相応の高さ、平面パターンに形成する。このような型材103の形成は、例えば以下のようにして行うことができる。   In the present embodiment, as described above, the Si substrate 1 having the <100> Si crystal orientation on the surface on which the ink ejection energy generating element 2 is formed is used. The manufacturing method of the ink discharge part and the supply port will be described with reference to FIGS. First, the mold material 103 is formed on the surface of the Si substrate 1 on which the ink ejection energy generating element, that is, the heater 102 is formed. This mold material 3 is formed so as to be melted in a later step to form a portion provided with it as an ink flow path. In order to form an ink flow path having a desired height and a plane pattern, It is formed in a suitable height and plane pattern. Such a mold 103 can be formed as follows, for example.

まず、型材103の材料として例えば、ポジ型フォトレジストODUR1010(登録商標)(東京応化工業(株)製、商品名)を用い、これをドライフィルムのラミネート、スピンコートなどによってSi基板1上に所定の厚みで塗布する。次に、紫外線、Deep UV光などによって露光、現像を行うフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングする。これによって、所望の厚み、平面パターンを有する型材3が得られる。   First, for example, a positive photoresist ODUR1010 (registered trademark) (trade name, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is used as a material of the mold material 103, and this is predetermined on the Si substrate 1 by dry film lamination, spin coating, or the like. Apply at a thickness of. Next, patterning is performed using a photolithographic technique in which exposure and development are performed using ultraviolet rays, deep UV light, or the like. Thereby, the mold material 3 having a desired thickness and a planar pattern is obtained.

次に、Si基板1上に、前の工程で形成した型材3を被覆するように、オリフィスプレート材104をスピンコートなどによって塗布し、フォトリソグラフィ技術によって、所定の形状にパターニングする。そして、インク吐出エネルギー発生素子102上の所定の位置にインク吐出口105をフォトリソグラフィ技術によって開口する。また、オリフィスプレート材104の、インク吐出口105が開口する面には、ドライフィルムのラミネートなどによって不撥水層106を形成する。   Next, an orifice plate material 104 is applied by spin coating or the like on the Si substrate 1 so as to cover the mold material 3 formed in the previous step, and is patterned into a predetermined shape by a photolithography technique. Then, an ink discharge port 105 is opened at a predetermined position on the ink discharge energy generating element 102 by photolithography. Further, a water-repellent layer 106 is formed on the surface of the orifice plate material 104 where the ink discharge port 105 opens by dry film lamination or the like.

オリフィスプレート材104の材料としては、感光性エポキシ樹脂、感光性アクリル樹脂などを用いることができる。オリフィスプレート材104は、インク流路及び発泡用発熱抵抗体間のノズル壁を構成するものであり、インクジェット記録ヘッドを使用している時には常にインクと接触することになるので、その材料としては、特に、光反応によるカチオン重合性化合物が適している。また、オリフィスプレート材104の材料としては、使用するインクの種類、特性によって耐久性などが大きく左右されるので、使用するインクによっては、上記の材料以外の相応の化合物を選択してもよい。   As the material of the orifice plate material 104, a photosensitive epoxy resin, a photosensitive acrylic resin, or the like can be used. The orifice plate material 104 constitutes a nozzle wall between the ink flow path and the foaming heating resistor, and is always in contact with ink when the ink jet recording head is used. In particular, a cationically polymerizable compound by photoreaction is suitable. In addition, as the material of the orifice plate material 104, durability and the like are greatly affected by the type and characteristics of the ink used, and accordingly, an appropriate compound other than the above materials may be selected depending on the ink used.

次に、Si基板1の裏面のSiO膜107上に、耐アルカリ性を有するマスク剤であるSiO膜パターニングマスク108を形成する。SiO膜パターニングマスク108は、例えば以下のようにして形成する。 Next, an SiO 2 film patterning mask 108 which is a mask agent having alkali resistance is formed on the SiO 2 film 107 on the back surface of the Si substrate 1. The SiO 2 film patterning mask 108 is formed as follows, for example.

まず、SiO膜パターニングマスク108となるマスク剤をスピンコートなどによってSi基板1の裏面に全面塗布し、熱硬化させる。そして、さらにその上にポジ型レジストをスピンコートなどによって塗布し、乾燥させる。次に、このポジ型レジストを、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、このポジ型レジストをマスクとして、SiO膜パターニングマスク108となるマスク剤の露出された部分をドライエッチングなどによって除去する。最後にポジ型レジストを剥離して、所定のパターンのSiO膜パターニングマスク108が得られる。 First, a mask agent to be the SiO 2 film patterning mask 108 is applied to the entire back surface of the Si substrate 1 by spin coating or the like and thermally cured. Further, a positive resist is applied thereon by spin coating or the like and dried. Next, the positive resist is patterned using a photolithography technique, and the exposed portion of the mask agent that becomes the SiO 2 film patterning mask 108 is removed by dry etching or the like using the positive resist as a mask. Finally, the positive resist is peeled off to obtain a SiO 2 film patterning mask 108 having a predetermined pattern.

そして次に、SiO膜パターニングマスク108をマスクとして、SiO膜107をウェットエッチングなどによってパターニングし、Si基板1の裏面を露出するエッチング開始開口部109を開口する。 Then, using the SiO 2 film patterning mask 108 as a mask, the SiO 2 film 107 is patterned by wet etching or the like to open an etching start opening 109 that exposes the back surface of the Si substrate 1.

次に、Si基板1を貫通する貫通口であるインク供給口110を、SiO膜107をマスクとした異方性エッチングによって開口する。この際、インクジェット記録ヘッドの機能素子が形成された面やSi基板1の側面にエッチング液が触れないように、これらの部分を覆う、樹脂からなる保護材111をスピンコートなどによって塗布して予め形成しておく。保護材111の材料としては、異方性エッチングを行う際に使用する強アルカリ溶液に対して十分な耐性を有する材料を用いる。このような保護材111によってオリフィスプレート材4をも覆っておくことによって、前述した撥水層の劣化も防ぐことが可能である。 Next, the ink supply port 110 that is a through-hole penetrating the Si substrate 1 is opened by anisotropic etching using the SiO 2 film 107 as a mask. At this time, a protective material 111 made of resin is applied by spin coating or the like so as to prevent the etching solution from touching the surface on which the functional element of the ink jet recording head is formed or the side surface of the Si substrate 1. Form it. As the material of the protective material 111, a material having sufficient resistance to a strong alkaline solution used when performing anisotropic etching is used. By covering the orifice plate material 4 with such a protective material 111 as well, it is possible to prevent the deterioration of the water repellent layer described above.

異方性エッチングに用いるエッチング液としては、例えば、TMAH(テトラメチルアンモニュウムハイドロオキサイド)溶液などの強アルカリ溶液を用いる。そして、例えば、TMAH22wt%溶液を、その温度を80℃にして、所定の時間(十数時間)、エッチング開始開口部109からSi基板1に付与することによって貫通口を開口する。   As an etchant used for anisotropic etching, for example, a strong alkali solution such as a TMAH (tetramethylammonium hydroxide) solution is used. Then, for example, a TMAH 22 wt% solution is applied to the Si substrate 1 from the etching start opening 109 at a temperature of 80 ° C. for a predetermined time (ten hours or more), thereby opening the through hole.

最後に、SiO膜パターニングマスク108と保護材111を除去する。そしてさらに、型材103を溶解させ、インク吐出口5とインク供給口9あるいは110から溶出させて除去し、乾燥させる。型材103の溶出は、Deep UV光によって全面露光を行った後、現像を行うことによって実施でき、必要に応じて現像の際、超音波浸漬すれば、実質的に完全に型材103を除去することができる。 Finally, the SiO 2 film patterning mask 108 and the protective material 111 are removed. Further, the mold material 103 is dissolved and removed by elution from the ink discharge port 5 and the ink supply port 9 or 110 and dried. The elution of the mold material 103 can be carried out by performing development after exposing the entire surface with Deep UV light, and if necessary, the mold material 103 can be substantially completely removed by ultrasonic immersion during development. Can do.

以上で、インクジェット記録ヘッドの主要な製造工程が完了する。このようにして形成されたチップには、吐出エネルギー発生素子102を駆動するための接続部や、インク供給のためのチップタンクなどを必要に応じて取り付けられる。   Thus, the main manufacturing process of the ink jet recording head is completed. The chip formed in this manner is provided with a connecting portion for driving the ejection energy generating element 102, a chip tank for supplying ink, and the like as necessary.

このようにして作成した図4aに示す基板を図3aに示す従来の構造の基板と発泡領域の比較を行った結果,従来の基板では発泡領域が図3bであるのに対し、本発明の基板においては補助加熱発熱抵抗体を駆動することで図4bのように発泡領域が広がった。   The substrate shown in FIG. 4a thus prepared was compared with the foamed region of the conventional structure shown in FIG. 3a. As a result, the foamed region in FIG. In Fig. 4b, the foaming region was expanded by driving the auxiliary heating heating resistor.

本発明のインクジェット記録ヘッド用基板の要部を示す模式的上面図Typical top view which shows the principal part of the board | substrate for inkjet recording heads of this invention. 図1中のX1−X2の一点鎖線によって切断した模式的側断面図Schematic side cross-sectional view cut along the alternate long and short dash line of X1-X2 in FIG. 従来のインクジェット記録ヘッドの基板を示す図The figure which shows the board | substrate of the conventional inkjet recording head. 従来のインクジェット記録ヘッドの基板の発泡領域を示す図The figure which shows the foaming area | region of the board | substrate of the conventional inkjet recording head 本発明のインクジェット記録ヘッドの基板を示す図The figure which shows the board | substrate of the inkjet recording head of this invention 本発明のインクジェット記録ヘッドの基板の発泡領域を示す図The figure which shows the foaming area | region of the board | substrate of the inkjet recording head of this invention 本発明のインクジェット記録ヘッドの模式的斜視図Schematic perspective view of the inkjet recording head of the present invention インクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図Diagram showing manufacturing process of inkjet recording head

符号の説明Explanation of symbols

1 Si基板
2 インク吐出エネルギー発生素子、(すなわちヒーターあるいは発熱抵抗体)
4 オリフィスプレート材
5 インク吐出口
6 インク液滴
9 インク供給口
20 Al配線及びAl配線層
25 接続用AL層
26 接続用AL層
30 保護膜SiN
40 TaSiN発熱抵抗体
41 TaSiN発熱抵抗体
50 Ta耐キャビテーション膜
60 補助加熱用発熱抵抗体部
65 発泡用発熱抵抗体部
70 SiO絶縁層
71 SiO絶縁層
72 SiO絶縁層
80 スルーホール
85 発泡領域
102 インク吐出エネルギー発生素子
103 型材
104 オリフィスプレート材
105 インク吐出口
106 撥水層
107 SiO2膜
108 SiO2膜パターニングマスク
109 エッチング開始開口部
110 インク供給口
111 保護材
1 Si substrate 2 Ink discharge energy generating element (that is, heater or heating resistor)
4 Orifice plate material 5 Ink discharge port 6 Ink droplet 9 Ink supply port 20 Al wiring and Al wiring layer 25 AL layer for connection 26 AL layer for connection 30 Protective film SiN
40 TaSiN Heating Resistor 41 TaSiN Heating Resistor 50 Ta Cavitation Resistant Film 60 Heating Resistor Part 65 for Auxiliary Heating Heating Resistor Part 70 for Foaming SiO Insulating Layer 71 SiO Insulating Layer 72 SiO Insulating Layer 80 Through Hole 85 Foaming Area 102 Ink Discharge energy generating element 103 Mold material 104 Orifice plate material 105 Ink discharge port 106 Water repellent layer 107 SiO2 film 108 SiO2 film patterning mask 109 Etching start opening 110 Ink supply port 111 Protective material

Claims (3)

基板上に、絶縁体からなる絶縁膜と、インクを発泡させるために必要な熱を発生する複数の発泡用発熱抵抗体列と、その発泡用発熱抵抗体の加熱を補助する複数の補助加熱用発熱抵抗体列と、インクを吐出する吐出口に連通する複数のインク路列が設けられたインクジェット吐出ヘッド用基板であって、
発泡用発熱抵抗体と、絶縁層をはさんでその直下に補助加熱用発熱抵抗体と、さらに絶縁層をはさんでその直下に該発熱抵抗体に電気的に接続する配線が設けられており、かつ、基板の鉛直線上、発泡用発熱抵抗体の領域は、列方向でインク路の壁部より外側に位置し、かつ、補助加熱用発熱抵抗体の領域は列方向でインク路の壁部に重なり合うことを特徴とするインクジェット吐出ヘッド用基板。
On the substrate, an insulating film made of an insulator, a plurality of foaming resistor arrays that generate heat necessary for foaming the ink, and a plurality of auxiliary heating aids that assist the heating of the foaming resistor A substrate for an inkjet discharge head provided with a plurality of ink path rows communicating with a heating resistor row and a discharge port for discharging ink,
A heating resistor for foaming, a heating resistor for auxiliary heating directly under the insulating layer, and a wiring for electrically connecting to the heating resistor directly under the insulating layer are provided. In addition, on the vertical line of the substrate, the region of the foaming heating resistor is positioned outside the wall portion of the ink path in the column direction, and the region of the auxiliary heating heating resistor is the wall portion of the ink path in the column direction. A substrate for an inkjet discharge head, wherein the substrate is overlapped with the substrate.
基板上に、絶縁体からなる絶縁膜と、インクを発泡させるために必要な熱を発生する複数の発泡用発熱抵抗体と、その発泡用発熱抵抗体の加熱を補助する複数の補助加熱用発熱抵抗体と、インクを吐出する吐出口に連通する複数のインク路が設けられたインクジェット吐出ヘッド用基板であって、
発泡用発熱抵抗体と、絶縁層をはさんでその直下に補助加熱用発熱抵抗体と、さらに絶縁層をはさんでその直下に該発熱抵抗体に電気的に接続する配線が設けられており、かつ、発泡用発熱抵抗体に接続する片方の電極と、補助加熱用発熱抵抗体に接続する片方の電極と、その直下の配線用電極が同一部のスルーホールを介して接続されていることを特徴とするインクジェット吐出ヘッド用基板。
An insulating film made of an insulator on the substrate, a plurality of foaming heating resistors that generate heat necessary for foaming the ink, and a plurality of auxiliary heating heat generations that assist the heating of the foaming heating resistor A substrate for an inkjet discharge head provided with a resistor and a plurality of ink paths communicating with an ejection port for ejecting ink,
A heating resistor for foaming, a heating resistor for auxiliary heating directly under the insulating layer, and a wiring for electrically connecting to the heating resistor directly under the insulating layer are provided. And one of the electrodes connected to the heating resistor for foaming, the one electrode connected to the heating resistor for auxiliary heating, and the wiring electrode directly below it are connected via the same through-hole. An inkjet discharge head substrate.
請求項1において列方向で補助加熱用発熱抵抗体の領域が発泡用発熱抵抗体の領域よりも広いことを特徴とするインクジェット吐出ヘッド用基板。   2. The substrate for an ink jet discharge head according to claim 1, wherein a region of the auxiliary heating heating resistor is wider than a region of the foaming heating resistor in the column direction.
JP2005012765A 2005-01-20 2005-01-20 Substrate for inkjet head Withdrawn JP2006198884A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005012765A JP2006198884A (en) 2005-01-20 2005-01-20 Substrate for inkjet head

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005012765A JP2006198884A (en) 2005-01-20 2005-01-20 Substrate for inkjet head

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006198884A true JP2006198884A (en) 2006-08-03

Family

ID=36957296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005012765A Withdrawn JP2006198884A (en) 2005-01-20 2005-01-20 Substrate for inkjet head

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006198884A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010076441A (en) * 2008-08-29 2010-04-08 Canon Inc Manufacturing method of substrate for liquid discharge head, substrate for liquid discharge head and liquid discharge head
US8876242B2 (en) 2009-05-08 2014-11-04 Canon Kabushiki Kaisha Liquid ejection head
JP7404317B2 (en) 2021-08-13 2023-12-25 キヤノン株式会社 Method for manufacturing substrate for liquid ejection head and method for manufacturing liquid ejection head

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010076441A (en) * 2008-08-29 2010-04-08 Canon Inc Manufacturing method of substrate for liquid discharge head, substrate for liquid discharge head and liquid discharge head
US8876242B2 (en) 2009-05-08 2014-11-04 Canon Kabushiki Kaisha Liquid ejection head
JP7404317B2 (en) 2021-08-13 2023-12-25 キヤノン株式会社 Method for manufacturing substrate for liquid ejection head and method for manufacturing liquid ejection head

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2994344B2 (en) Ink jet print head and method of forming the same
JP5143274B2 (en) Ink jet head and manufacturing method thereof
JP3408130B2 (en) Ink jet recording head and method of manufacturing the same
KR20060050415A (en) Ink jet head circuit board, method of manufacturing the same and ink jet head using the same
JP5693068B2 (en) Liquid discharge head and manufacturing method thereof
JP2009061669A (en) Manufacturing method of inkjet recording head substrate, inkjet recording head and its manufacturing method
KR101155989B1 (en) Manufacturing method of ink jet print head
JP2008087478A (en) Ink jet printhead and its manufacturing method
US6649074B2 (en) Bubble-jet type ink-jet print head and manufacturing method thereof
JP5355223B2 (en) Liquid discharge head
JP4208793B2 (en) Inkjet head substrate, method for producing the substrate, and inkjet head using the substrate
JP2004209741A (en) Inkjet recording head
JP2007331245A (en) Inkjet head and its manufacturing method
JP2007160624A (en) Inkjet recording head and its manufacturing method
JP2006198884A (en) Substrate for inkjet head
KR20080114358A (en) Method of manufacturing inkjet printhead
JP5335396B2 (en) Method for manufacturing ink jet recording head
KR100477707B1 (en) Method of manufacturing Monolithic inkjet printhead
JP2010260233A (en) Manufacturing method for liquid discharge head
JP2008126481A (en) Method for manufacturing substrate for inkjet recording head and method for manufacturing inkjet recording head
JP2006130766A (en) Substrate for liquid delivering head and its manufacturing method
JP4671330B2 (en) Method for manufacturing ink jet recording head
JP4974751B2 (en) Ink jet head and manufacturing method thereof
JP2010253685A (en) Inkjet recording head and method of manufacturing the same
JP2007296694A (en) Method of producing ink-jet recording head

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20080401