JP2007062034A - Wiring structure, device, manufacturing method for device, liquid droplet ejecting head, manufacturing method for liquid droplet ejecting head, and liquid droplet ejector - Google Patents
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Description
本発明は、配線構造、デバイス、デバイスの製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置に関する。 The present invention relates to a wiring structure, a device, a device manufacturing method, a droplet discharge head, a droplet discharge head manufacturing method, and a droplet discharge apparatus.
画像の形成やマイクロデバイスの製造に際して液滴吐出法(インクジェット法)が提案されている。この液滴吐出法は、半導体デバイスにおける配線を形成するための材料を含んだ機能液を液滴状にして液滴吐出ヘッドより吐出し、基体上に所望の配線パターンを形成する方法である。
一般に、液滴吐出ヘッドは、ノズルに連通する圧力発生室と該圧力発生室間を連続させる連通部とを備えた流路形成基板と、この流路形成基板の一方の面側に設けられた駆動素子と、前記流路形成基板の前記駆動素子側に接合されて、前記駆動素子を駆動するためのドライバIC(半導体素子)を備えた封止基板と、を備えていて、前記駆動素子と前記ドライバICとは配線によって電気的に接続されたものとなっている。ところで、上記液滴吐出ヘッドは、流路形成基板上に封止基板が積層された構造となっていることから、前記流路形成基板上に設けられた駆動素子と前記封止基板上に設けられたドライバICとの間には段差が生じている。そのため、前記ドライバICの接続端子と駆動素子に接続する配線部とを接続する際には、段差を介した配線接続を行う必要がある。
A droplet discharge method (inkjet method) has been proposed for image formation and microdevice manufacturing. This droplet discharge method is a method of forming a desired wiring pattern on a substrate by discharging a functional liquid containing a material for forming wirings in a semiconductor device into droplets from a droplet discharge head.
In general, a droplet discharge head is provided on a flow path forming substrate having a pressure generating chamber communicating with a nozzle and a communicating portion that continues between the pressure generating chambers, and on one surface side of the flow path forming substrate. A driving element, and a sealing substrate that is bonded to the driving element side of the flow path forming substrate and includes a driver IC (semiconductor element) for driving the driving element. The driver IC is electrically connected by wiring. By the way, since the droplet discharge head has a structure in which a sealing substrate is laminated on a flow path forming substrate, the driving element provided on the flow path forming substrate and the sealing substrate are provided on the sealing substrate. A step is generated between the driver IC and the driver IC. Therefore, when connecting the connection terminal of the driver IC and the wiring portion connected to the driving element, it is necessary to perform wiring connection through a step.
このような液滴吐出ヘッドの一例として、前記封止基板に開口部を形成して、該開口部内に駆動素子に接続する配線部を露出させ、段差上部にあるドライバICの接続端子と、段差下部にある駆動素子の配線部との間を、前記開口部を通してワイヤーボンディングで導通させたものが知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。
As an example of such a droplet discharge head, an opening is formed in the sealing substrate, a wiring portion connected to a driving element is exposed in the opening, a connection terminal of the driver IC above the step, and a step A device is known that is connected to a wiring portion of a driving element at a lower portion by wire bonding through the opening (for example, see
ところで、近年、高精細な画素形成やマイクロデバイスの配線形成といった微細なパターン形成を行う際にも、液滴吐出法が用いられることから、このような微細化に対応すべく、液滴吐出ヘッドに設けられたノズル同士の間の距離(ノズルピッチ)をできるだけ小さく(狭く)形成することが要望されている。また、前記駆動素子はノズルに対応して複数形成されるため、ノズルピッチを小さくすると、そのノズルピッチに応じて圧電素子同士間の距離も小さくする必要がある。ところが、圧電素子同士の間の距離が小さくなると、それら複数の圧電素子に接続される各配線とドライバICとをワイヤボンディングによってそれぞれ接続させることが難しく、例えば隣接するワイヤーボンディングが接触して短絡するおそれがある。
そこで、ワイヤーボンディングに代えて配線パターンを引き回すことが考えられ、その際、例えば前記開口部を形成した前記流路形成基板の内側面を傾斜面とし、前記封止基板と前記流路形成基板とを滑らかに接続させる構造が考えられる。すなわち、前記封止基板の上面から前記傾斜面上を通って前記流路形成基板の上面に配線を形成することで、上段のドライバICと下段の駆動素子との間を良好に導通させることができる。ところで、図10(a)に示すように、封止基板20については、通常、流路形成基板10上に接着層3を介して実装する。
Therefore, it is conceivable to route the wiring pattern instead of wire bonding. In this case, for example, the inner surface of the flow path forming substrate in which the opening is formed is an inclined surface, and the sealing substrate, the flow path forming substrate, A structure that smoothly connects the two can be considered. That is, by forming a wiring on the upper surface of the flow path forming substrate from the upper surface of the sealing substrate through the inclined surface, the upper driver IC and the lower drive element can be made to conduct well. it can. By the way, as shown in FIG. 10A, the sealing
しかしながら、前記流路形成基板10上に接着層3を介して前記封止基板20を密着させても、接着層3が硬化した際に収縮することで、この接着層3が内側に引き込まれ、結果として前記流路形成基板10と前記封止基板20との間の外周側に、図10(a)に示したような、接着層3が充填されていない空隙部Tが形成されてしまう。
このような状態のもとで、前記封止基板20の斜面上を通って、前記封止基板20の上面及び流路形成基板10の上面まで引き回される配線パターンを形成しようとすると、例えば図10(b)に示すように、配線パターンを形成するためのレジスト45が前記空隙部Tに入り込んでしまう。よって、上述した流路形成基板の内側面を傾斜面とする構造においても、前記封止基板20の傾斜面と前記流路形成基板10の上面との接続部分に形成される配線パターンが断線するおそれがあるという、改善すべき課題がある。
However, even if the
Under such a state, when an attempt is made to form a wiring pattern that runs on the slope of the
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、段差のあるドライバICと駆動素子との間を微細なピッチで、かつ断線することなく導通できる、配線構造、デバイス、デバイスの製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can provide a wiring structure, a device, a device manufacturing method, and a liquid droplet that can be conducted between a driver IC having a step and a driving element at a fine pitch without disconnection. It is an object of the present invention to provide a discharge head, a method of manufacturing a droplet discharge head, and a droplet discharge device.
本発明の配線構造は、第1部材上に第2部材が設けられてなり、前記第2部材に設けられた第2導電部と前記第1部材の上面に設けられた第1導電部とを配線により電気的に接続する配線構造において、前記第2部材は段差構造を備えてなり、該段差構造の上段部には前記第2導電部が設けられ、前記段差構造の下段部には該下段部を貫通し前記第1導電部に導通する貫通導電部が設けられ、前記配線は、前記上段部と前記下段部とを連続させる段差面上を通って、前記上段部の上面から前記下段部の上面まで引き回され、前記第2導電部と前記貫通導電部との間を接続していることを特徴とする。 In the wiring structure of the present invention, the second member is provided on the first member, and the second conductive portion provided on the second member and the first conductive portion provided on the upper surface of the first member are provided. In the wiring structure that is electrically connected by wiring, the second member has a step structure, the second conductive portion is provided in the upper step portion of the step structure, and the lower step portion is provided in the lower step portion of the step structure. A penetrating conductive portion that penetrates the first conductive portion and is connected to the first conductive portion, and the wiring passes through a stepped surface that connects the upper stepped portion and the lower stepped portion to the lower stepped portion from the upper surface of the upper stepped portion. The second conductive portion is connected to the penetrating conductive portion.
本発明の配線構造によれば、第1部材の上面に設けられた第1導電部に対し、第2部材が備えた段差構造の下段部を貫通する貫通導電部を備えたことにより、該貫通導電部を介して第1導電部と導通可能となる。よって、前記貫通導電部と前記第2導電部との間を接続する配線は、前記貫通導電部を介して第1導電部と第2導電部との間を良好に導通している。
また、前記上段部と下段部とが段差面によって連続的に接続しているので、例えばスパッタ法によって配線パターンを形成する場合にも、上述したように第1部材と第2部材との間の空隙に入り込みことでパターニング不良が起き、配線が断線することがない。
したがって、前記段差面上を通って前記上段部の上面から前記下段部の上面まで、配線が引き回されているので、ワイヤーボンディングを用いた場合と比べ、隣接する配線間での短絡を防止し、かつ微細なピッチで配線を形成できる。
According to the wiring structure of the present invention, the first conductive portion provided on the upper surface of the first member is provided with the through conductive portion that penetrates the lower step portion of the step structure provided in the second member. The first conductive part can be conducted through the conductive part. Therefore, the wiring that connects between the through conductive portion and the second conductive portion is excellently connected between the first conductive portion and the second conductive portion through the through conductive portion.
In addition, since the upper step portion and the lower step portion are continuously connected by the step surface, for example, when a wiring pattern is formed by a sputtering method, as described above, between the first member and the second member. By entering the gap, patterning failure occurs and the wiring does not break.
Therefore, since the wiring is routed from the upper surface of the upper step part to the upper surface of the lower step part through the step surface, a short circuit between adjacent wirings can be prevented as compared with the case of using wire bonding. In addition, the wiring can be formed with a fine pitch.
また、前記配線構造においては、前記段差面は、前記下段部の上面に対して傾斜して形成され、その傾斜角が鋭角とされていることが好ましい。
このようにすれば、上段部と下段部との間の段差によって、配線が急激に曲げられることを防止している。よって、鋭角の傾斜面に沿って形成された配線により前記貫通導電部と前記第2導電部とを良好に接続できる。
In the wiring structure, it is preferable that the step surface is formed to be inclined with respect to the upper surface of the lower step portion, and the inclination angle is an acute angle.
In this way, the wiring is prevented from being bent suddenly by the step between the upper and lower steps. Therefore, the penetration conductive part and the second conductive part can be satisfactorily connected by the wiring formed along the acute angle inclined surface.
本発明のデバイスは、上記の配線構造を備え、前記第2導電部が半導体素子の接続端子であることを特徴とする。 A device according to the present invention includes the above wiring structure, wherein the second conductive portion is a connection terminal of a semiconductor element.
本発明のデバイスによれば、第2導電部が半導体素子の接続端子となっているので、上述したように貫通導電部を介して、第1導電部と半導体素子の接続端子とが確実に接続されたものとなる。よって、半導体素子実装時の歩留まりを向上でき、信頼性の高いデバイスとなる。 According to the device of the present invention, since the second conductive portion serves as the connection terminal of the semiconductor element, the first conductive portion and the connection terminal of the semiconductor element are reliably connected via the through conductive portion as described above. Will be. Therefore, the yield at the time of mounting a semiconductor element can be improved, and the device becomes highly reliable.
また、前記デバイスにおいては、前記貫通導電部は、Ni−Cr、Cu、Ni、Au、Agからなる群より選ばれる金属材料、当該群より選ばれる金属材料の合金、ろう材、又は導電性樹脂材料のいずれかにより構成されたものであることが好ましい。
このような材料により構成された貫通導電部を用いることで、この貫通導電部を介して第1導電部と半導体素子の接続端子とが良好に導通され、したがって半導体素子が良好に動作し、信頼性の高いデバイスとなる。
Further, in the device, the through conductive portion is a metal material selected from the group consisting of Ni—Cr, Cu, Ni, Au, Ag, an alloy of a metal material selected from the group, a brazing material, or a conductive resin. It is preferable that it is comprised with either of the materials.
By using the through-conductive portion made of such a material, the first conductive portion and the connection terminal of the semiconductor element are electrically connected through the through-conductive portion, so that the semiconductor element operates well and is reliable. It becomes a highly functional device.
また、前記デバイスにおいては、前記配線は、メッキの析出を促進させる触媒を含む感光性樹脂からなる下地パターンと、該下地パターンに析出したAl、Ni−Cr、Cu、Ni、Au、又はAgを含む導電材料とから構成されていることが好ましい。
このようにすれば、例えばフォトリソグラフィ法を用いて感光性樹脂をパターニングすることで、所望の形状の下地パターンを形成することができる。ここで、前記下地パターンはメッキの析出を促進させる触媒を含んでいるので、この下地パターン上にメッキを厚付けすることで、電気抵抗が低減した信頼性の高い配線を備えたデバイスとなる。
Further, in the device, the wiring includes a base pattern made of a photosensitive resin containing a catalyst that promotes deposition of plating, and Al, Ni-Cr, Cu, Ni, Au, or Ag deposited on the base pattern. It is preferable that the conductive material is included.
If it does in this way, a ground pattern of desired shape can be formed by patterning photosensitive resin, for example using a photolithographic method. Here, since the base pattern contains a catalyst that promotes the deposition of plating, by thickening the plating on the base pattern, a device having a highly reliable wiring with reduced electric resistance is obtained.
あるいは、前記配線は、物理的気相法によって形成された導電性の下地パターンと、該下地パターンに析出したAl、Ni−Cr、Cu、Ni、Au、又はAgを含む導電材料とから構成されていることが好ましい。
このようにすれば、物理的気相法として例えばスパッタ法によって金属膜をパターニングすることで、導電性を備えた下地パターンが形成される。また、この下地パターン上に例えばメッキを厚付けすることで、電気抵抗が低減した信頼性の高い配線を備えたデバイスとなる。
Alternatively, the wiring is composed of a conductive base pattern formed by a physical vapor phase method and a conductive material containing Al, Ni-Cr, Cu, Ni, Au, or Ag deposited on the base pattern. It is preferable.
In this way, by patterning the metal film by a sputtering method, for example, as a physical vapor phase method, a base pattern having conductivity is formed. Further, by plating, for example, on the base pattern, a device having highly reliable wiring with reduced electrical resistance is obtained.
また、前記デバイスにおいては、前記半導体素子の接続端子は、Al、Ni−Cr、Cu、Ni、Au、Agからなる群より選ばれる金属材料、又は当該群より選ばれる金属材料の合金により形成されていることが好ましい。 In the device, the connection terminal of the semiconductor element is formed of a metal material selected from the group consisting of Al, Ni-Cr, Cu, Ni, Au, and Ag, or an alloy of a metal material selected from the group. It is preferable.
このようにすれば、下地パターン上にメッキを析出させて配線を形成する際に、半導体素子の接続端子が前記メッキを構成する金属材料を含むもので構成されているので、前記下地パターンから析出したメッキが前記接続端子との間で結合し、配線と接続端子との接続信頼性が高いものとなる。 According to this configuration, when the wiring is formed by depositing the plating on the base pattern, the connection terminal of the semiconductor element is configured to include the metal material constituting the plating. The plated plating is bonded to the connection terminal, and the connection reliability between the wiring and the connection terminal is high.
また、前記デバイスにおいては、前記半導体素子は前記第2部材の上面に接着層を介して保持されていることが好ましい。
このようにすれば、第2部材上に半導体素子を容易で、かつ安価に実装することが可能となる。
In the device, it is preferable that the semiconductor element is held on an upper surface of the second member via an adhesive layer.
If it does in this way, it will become possible to mount a semiconductor element on the 2nd member easily and cheaply.
本発明のデバイスの製造方法は、第1部材上に第2部材を設け、該第2部材上に設けられた半導体素子と前記第1部材の上面に設けられた第1導電部との間を配線により接続する、デバイスの製造方法において、前記第2部材の前躯体となる前駆体基板をエッチングし段差構造を設け、該段差構造の下段部に貫通孔を設け前記第2部材を形成する工程と、前記貫通孔内に前記第1導電部の一部が配置されるように位置合わせして、前記第1部材上に前記第2部材を設ける工程と、前記貫通孔に導電材料を埋め込んで前記下段部に貫通導電部を形成する工程と、前記上段部に半導体素子を設ける工程と、前記上段部と前記下段部とを連続させる段差面上を通って引き回され、前記半導体素子の接続端子と前記貫通導電部との間を接続する配線を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。 In the device manufacturing method of the present invention, the second member is provided on the first member, and the gap between the semiconductor element provided on the second member and the first conductive portion provided on the upper surface of the first member is provided. In the method of manufacturing a device connected by wiring, a step of forming a step structure by etching a precursor substrate serving as a precursor of the second member and forming the second member by providing a through hole in a lower step portion of the step structure And aligning a part of the first conductive portion in the through hole and providing the second member on the first member, and embedding a conductive material in the through hole. The step of forming a through-conductive portion in the lower step portion, the step of providing a semiconductor element in the upper step portion, and the routing of the upper step portion and the lower step portion through a step surface that continues the connection, the connection of the semiconductor element Wiring to connect between the terminal and the through-conductor A step of forming, characterized by comprising a.
本発明のデバイスの製造方法によれば、段差構造の下段部に設けられた貫通孔内に前記第1導電部の一部を配置し、この貫通孔を導電材料で埋め込むことで貫通導電部を形成しているので、前記下段部の上面側はこの貫通導電部を介して第1導電部と導通可能となる。よって、前記貫通導電部と前記第2導電部との間を接続する配線は、前記貫通導電部を介して第1導電部と第2導電部との間を良好に導通している。
また、配線パターンを形成する際に例えばスパッタ法を用いた場合、本構成によれば、前駆体基板をエッチングすることで形成された段差構造の上段部と下段部とは、段差面によって連続的に接続しているので、上述したような第1部材と第2部材との間に生じた空隙による配線の断線が防止される。
また、この配線は前記段差面上を通って前記上段部の上面から前記下段部の上面まで引き回されているので、ワイヤーボンディングを用いた場合と比べ、隣接する配線間での短絡が起こり難くなって、その結果微細なピッチで形成でき、半導体素子が高密度に実装されたデバイスを提供できる。
According to the device manufacturing method of the present invention, a part of the first conductive portion is disposed in a through hole provided in a lower step portion of the step structure, and the through conductive portion is embedded by filling the through hole with a conductive material. Since it is formed, the upper surface side of the lower step portion can be electrically connected to the first conductive portion through the through conductive portion. Therefore, the wiring that connects between the through conductive portion and the second conductive portion is excellently connected between the first conductive portion and the second conductive portion through the through conductive portion.
Further, when, for example, a sputtering method is used when forming the wiring pattern, according to this configuration, the upper and lower steps of the step structure formed by etching the precursor substrate are continuously formed by the step surface. Therefore, the disconnection of the wiring due to the gap generated between the first member and the second member as described above is prevented.
In addition, since this wiring is routed from the upper surface of the upper step portion to the upper surface of the lower step portion through the step surface, short-circuiting between adjacent wires is less likely to occur than when wire bonding is used. As a result, it is possible to provide a device that can be formed with a fine pitch and in which semiconductor elements are mounted at a high density.
また、前記デバイスの製造方法においては、前記前駆体基板は面方位(1,0,0)のシリコン基板から構成され、該シリコン基板を異方性エッチングして前記段差構造を形成することが好ましい。
ここで、面方位(1,0,0)のシリコン基板に対し異方性エッチングとして、例えばKOH等のアルカリ溶液でウエットエッチングを行うことにより、各面方位のエッチングレートの違いにより前記段差構造の上段部の側面を傾斜面とすることができる。
In the device manufacturing method, the precursor substrate is preferably composed of a silicon substrate having a plane orientation (1, 0, 0), and the step structure is formed by anisotropically etching the silicon substrate. .
Here, by performing wet etching with an alkaline solution such as KOH as anisotropic etching on a silicon substrate having a plane orientation (1, 0, 0), the difference in etching rate of each plane orientation is caused. The side surface of the upper stage portion can be an inclined surface.
また、前記デバイスの製造方法においては、前記配線は、メッキの析出を促進させる触媒を含む感光性樹脂からなる下地パターンを形成した後、該下地パターンにAl、Ni−Cr、Cu、Ni、Au、又はAgを含む導電材料を析出して形成されていることが好ましい。
このようにすれば、例えばフォトリソグラフィ法を用いて感光性樹脂をパターニングすることで、所望の形状の下地パターンを形成することができる。ここで、前記下地パターンはメッキの析出を促進させる触媒を含んでいるので、この下地パターン上にメッキを厚付けすることで、電気抵抗が低減した信頼性の高い配線を備えたものとなる。
In the device manufacturing method, the wiring is formed with a base pattern made of a photosensitive resin containing a catalyst that promotes the deposition of plating, and then Al, Ni-Cr, Cu, Ni, Au are formed on the base pattern. Or a conductive material containing Ag is preferably deposited.
If it does in this way, a ground pattern of desired shape can be formed by patterning photosensitive resin, for example using a photolithographic method. Here, since the base pattern includes a catalyst that promotes the deposition of plating, the plating is thickened on the base pattern, thereby providing a highly reliable wiring with reduced electric resistance.
また、前記デバイスの製造方法においては、前記半導体素子の接続端子は、Al、Ni−Cr、Cu、Ni、Au、Agからなる群より選ばれる金属材料、又は当該群より選ばれる金属材料の合金により形成されていることが好ましい。
このようにすれば、下地パターン上にメッキを析出させて配線を形成する際に、半導体素子の接続端子が前記メッキを構成する金属材料を含むもので構成されているので、前記下地パターンから析出したメッキが前記接続端子との間で結合し、配線と接続端子との接続信頼性が高いものとなる。
In the device manufacturing method, the connection terminal of the semiconductor element is a metal material selected from the group consisting of Al, Ni—Cr, Cu, Ni, Au, and Ag, or an alloy of a metal material selected from the group. It is preferable that it is formed by.
According to this configuration, when the wiring is formed by depositing the plating on the base pattern, the connection terminal of the semiconductor element is configured to include the metal material constituting the plating. The plated plating is bonded to the connection terminal, and the connection reliability between the wiring and the connection terminal is high.
本発明の液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルに連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の上面側に配設されて前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる駆動素子と、前記流路形成基板に設けられた前記駆動素子を覆って設けられる封止基板と、該封止基板の上面側に配設され前記駆動素子を駆動する半導体素子と、を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記封止基板は段差構造を備えてなり、該段差構造の上段部には前記半導体素子が設けられ、前記段差構造の下段部には該下段部を貫通し、前記駆動素子の配線部に導通する貫通導電部が設けられ、前記上段部と前記下段部とを連続させる段差面上を通って、前記上段部の上面から前記下段部の上面まで引き回された配線により、前記貫通導電部と前記半導体素子の接続端子との間が接続されていることを特徴とする。 The droplet discharge head of the present invention includes a flow path forming substrate provided with a pressure generation chamber communicating with a nozzle for discharging droplets, and a pressure formed in the pressure generation chamber disposed on the upper surface side of the flow path formation substrate. A driving element that causes a change, a sealing substrate provided to cover the driving element provided on the flow path forming substrate, and a semiconductor element disposed on an upper surface side of the sealing substrate and driving the driving element; , The sealing substrate has a step structure, the semiconductor element is provided on the upper step portion of the step structure, and the lower step portion penetrates the lower step portion of the step structure. A through-conductive portion that is electrically connected to the wiring portion of the driving element is provided, and is routed from the upper surface of the upper step portion to the upper surface of the lower step portion through a step surface that connects the upper step portion and the lower step portion. The penetrating conductive portion and the semiconductor element by the formed wiring. Wherein the between the connection terminals are connected.
本発明の液滴吐出ヘッドによれば、流路形成基板の上面に設けられた駆動素子の配線部に導通し、封止基板の段差構造の下段部を貫通する貫通導電部を備えたことにより、該貫通導電部を介することで前記駆動素子と導通可能となっている。よって、前記貫通導電部と前記半導体素子の接続端子との間を接続する配線は、前記貫通導電部を介して駆動素子と半導体素子の接続端子との間を良好に導通する。
また、例えばスパッタ法によって配線パターンを形成する場合、本構成によれば前記上段部と下段部とが段差面によって連続的に接続しているので、上述したように流路形成基板と封止基板との間の空隙によって配線が断線するのを防止できる。
また、配線が前記段差面上を通って前記上段部の上面から前記下段部の上面まで引き回しワイヤーボンディングを用いた場合と比べ、隣接する配線間での短絡を防止し、かつ微細なピッチで配線を形成できる。
According to the droplet discharge head of the present invention, the through-conductive portion is provided which is electrically connected to the wiring portion of the driving element provided on the upper surface of the flow path forming substrate and penetrates the lower step portion of the step structure of the sealing substrate. The drive element can be conducted through the through-conductive portion. Therefore, the wiring that connects between the through conductive portion and the connection terminal of the semiconductor element provides good conduction between the drive element and the connection terminal of the semiconductor element through the through conductive portion.
For example, when a wiring pattern is formed by sputtering, according to the present configuration, the upper step portion and the lower step portion are continuously connected by the step surface, so that the flow path forming substrate and the sealing substrate are used as described above. It is possible to prevent the wiring from being disconnected by the gap between the two.
In addition, compared to the case where the wire is routed from the upper surface of the upper step portion to the upper surface of the lower step portion through the step surface and wire bonding is used, a short circuit between adjacent wires is prevented and wiring is performed at a fine pitch. Can be formed.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出するノズルに連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の上面側に配設されて前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる駆動素子と、前記流路形成基板に設けられた前記駆動素子を覆って設けられる封止基板と、該封止基板の上面側に配設され前記駆動素子を駆動する半導体素子と、を備えた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記封止基板の前駆体となるシリコン基板をエッチングし段差構造を形成し、該段差構造の下段部に貫通孔を設けて前記封止基板を形成する工程と、前記貫通孔内に、前記駆動素子に接続する配線部を配置させるように位置合わせして、前記流路形成基板上に前記封止基板を設ける工程と、前記貫通孔内に導電材料を埋め込むことにより、前記下段部に貫通導電部を形成する工程と、前記上段部上に半導体素子を設ける工程と、前記上段部と前記下段部とを連続させる段差面上を通って引き回され、前記半導体素子の接続端子と前記貫通導電部との間を接続する配線を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。 The method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle for discharging droplets, and the pressure generating chamber disposed on the upper surface side of the flow path forming substrate. A driving element for causing a pressure change in the chamber; a sealing substrate provided to cover the driving element provided on the flow path forming substrate; and the driving element disposed on an upper surface side of the sealing substrate to drive the driving element. A droplet discharge head including a semiconductor element, wherein a stepped structure is formed by etching a silicon substrate serving as a precursor of the sealing substrate, and a through hole is provided in a lower step portion of the stepped structure. A step of forming the sealing substrate, a step of positioning the wiring portion connected to the driving element in the through hole, and providing the sealing substrate on the flow path forming substrate; By embedding a conductive material in the through hole, A step of forming a penetrating conductive portion in the lower step portion, a step of providing a semiconductor element on the upper step portion, and a routing step that passes through the step surface that connects the upper step portion and the lower step portion. Forming a wiring for connecting between the connection terminal and the through-conductive portion.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、段差構造の下段部に設けられた貫通孔内に前記駆動素子の配線部を配置させて、この貫通孔を導電材料で埋め込むことで貫通導電部を形成しているので、前記下段部の上面側は前記貫通導電部を介して駆動素子と導通可能となる。よって、配線は、前記貫通導電部と前記半導体素子の接続端子との間を接続するとともに、前記貫通導電部を介して駆動素子と半導体素子との間を良好に導通する。
また、前記配線を形成する際に、例えばスパッタ法を採用した場合、本構成によれば、前駆体基板をエッチングすることで形成された段差構造の上段部と下段部とは、段差面によって連続的に接続しているので、上述したような第1部材と第2部材との間の空隙による配線の断線が防止できる。
また、この配線は前記段差面上を通って前記上段部の上面から前記下段部の上面まで引き回されているので、ワイヤーボンディングを用いた場合と比べ、隣接する配線間での短絡が起こり難くなって微細なピッチで形成でき、半導体素子が高密度に実装された液滴吐出ヘッドとなる。
According to the method for manufacturing a droplet discharge head of the present invention, the wiring portion of the driving element is disposed in the through hole provided in the lower step portion of the step structure, and the through hole is embedded with a conductive material, thereby passing through the conductive layer. Since the portion is formed, the upper surface side of the lower step portion can be electrically connected to the driving element through the through conductive portion. Therefore, the wiring connects between the through-conductive portion and the connection terminal of the semiconductor element, and well conducts between the driving element and the semiconductor element via the through-conductive portion.
Further, when the wiring is formed, for example, when a sputtering method is employed, according to this configuration, the upper and lower steps of the step structure formed by etching the precursor substrate are continuously formed by the step surface. Therefore, the disconnection of the wiring due to the gap between the first member and the second member as described above can be prevented.
In addition, since this wiring is routed from the upper surface of the upper step portion to the upper surface of the lower step portion through the step surface, short-circuiting between adjacent wires is less likely to occur than when wire bonding is used. Thus, the droplet discharge head can be formed with a fine pitch and the semiconductor elements are mounted at a high density.
本発明の液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。 A droplet discharge apparatus according to the present invention includes the droplet discharge head described above.
本発明の液滴吐出装置によれば、上述したように、半導体素子との接続端子と各駆動素子とが微細なピッチの配線により確実に接続されてなる液滴吐出ヘッドを備えているので、これを備えた液滴吐出装置は信頼性の高く、小型なものとなる。 According to the droplet discharge device of the present invention, as described above, since it includes the droplet discharge head in which the connection terminal to the semiconductor element and each drive element are securely connected by the fine pitch wiring, A droplet discharge device provided with this is highly reliable and small.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
なお、以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。水平面内における所定方向をX軸方向、水平面内においてX軸方向と直交する方向をY軸方向、X軸方向及びY軸方向のそれぞれに直交する方向(すなわち鉛直方向)をZ軸方向とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. A predetermined direction in the horizontal plane is defined as the X-axis direction, a direction orthogonal to the X-axis direction in the horizontal plane is defined as the Y-axis direction, and a direction orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction (that is, the vertical direction) is defined as the Z-axis direction.
(液滴吐出ヘッド)
まず始めに、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第1実施形態について図1から図3を参照しつつ説明する。
図1は液滴吐出ヘッドの一実施形態を示す斜視構成図、図2は液滴吐出ヘッドを下側から見た斜視構成図の一部破断図、図3は図1のA−A線に沿う断面構成図である。
本実施形態の液滴吐出ヘッド1は、機能液を液滴状にしてノズルから吐出するものである。図3に示すように、液滴吐出ヘッド1は、液滴が吐出されるノズル15に連通する圧力発生室12が形成された流路形成基板10と、前記圧力発生室12の上面に配設され圧力発生室12に圧力変化を生じさせる圧電素子(駆動素子)300と、圧力発生室12の上面に配設され圧電素子300を覆うリザーバ形成基板(封止基板)20と、リザーバ形成基板20の上面に配設され圧電素子300を駆動する半導体素子200とを備えて構成されている。また、前記半導体素子200の接続端子44と圧電素子300に導通するリード電極(配線部)90とは、配線34によって導通されている。
そして、液滴吐出ヘッド1の動作は、半導体素子200に接続された図示略の外部コントローラによって制御されるようになっている。
(Droplet ejection head)
First, a first embodiment of a droplet discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS.
1 is a perspective configuration diagram showing an embodiment of a droplet discharge head, FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the droplet discharge head viewed from below, and FIG. 3 is taken along line AA in FIG. FIG.
The
The operation of the
ここで、液滴吐出ヘッド1は、本発明のデバイス、及び配線構造における、第1部材を前記流路形成基板10とし、前記第2部材を前記リザーバ形成基板20として備えたものである。さらには、圧電素子300に導通する端子部を第1導電部とし、半導体素子200の接続端子を第2導電部として備えている。したがって、本実施形態に係る液滴吐出ヘッド1は、デバイスの一実施形態、及び配線構造の一実施形態に関しても含んだものであって、後述する液滴吐出ヘッドの実施形態の説明は、配線構造、及びデバイスの実施形態の説明も含むものとする。
Here, the
(ノズル)
図2に示すように、液滴吐出ヘッド1の下側(−Z側)には、ノズル基板16が装着されている。ノズル基板16には、液滴を吐出する複数のノズル15が、Y軸方向に配列して設けられている。本実施形態では、ノズル基板16上の複数の領域に配列された一群のノズル15を、それぞれ第1ノズル群15A、第2ノズル群15B、第3ノズル群15C、及び第4ノズル群15Dと称する。
(nozzle)
As shown in FIG. 2, a
第1ノズル群15Aと第2ノズル群15BとはX軸方向に並んで配置されている。第3ノズル群15Cは第1ノズル群15Aの+Y側に設けられており、第4ノズル群15Dは第2ノズル群15Bの+Y側に設けられている。これら第3ノズル群15Cと第4ノズル群15DとはX軸方向に並んで配置されている。
なお、図2では各ノズル群15A〜15Dのそれぞれが6個のノズル15によって構成されているように示されているが、実際には各ノズル群は例えば720個程度のノズル15によって構成されるものである。
The
In FIG. 2, each of the
(圧力発生室)
ノズル基板16の上側(+Z側)には、流路形成基板(第1部材)10が配置されている。流路形成基板10の下面とノズル基板16とは、例えば接着剤や熱溶着フィルム等を介して固定されている。流路形成基板10はシリコンやガラス、セラミックス材料等で構成することが可能であり、本実施形態の場合にはシリコンによって形成されている。流路形成基板10の内側には、その中央部からX方向に延びる複数の隔壁11が形成されている。この隔壁11は、流路形成基板10の母材であるシリコン単結晶基板を異方性エッチングにより部分的に除去して形成されている。この隔壁11により、流路形成基板10には、複数の平面視略櫛歯状の開口領域が区画形成されている。これらの開口領域のうち、X軸方向に延びて形成された部分が、ノズル基板16と振動板400とにより囲まれて圧力発生室(第1部材)12を構成する。この圧力発生室12は、機能液を収容し、液滴吐出ヘッド1の動作時に印加される圧力によってノズル15から機能液を吐出するようになっている。
(Pressure generation chamber)
A flow path forming substrate (first member) 10 is disposed on the upper side (+ Z side) of the
各圧力発生室12は、複数のノズル15に対応して設けられている。すなわち、圧力発生室12は、第1〜第4ノズル群15A〜15Dのそれぞれを構成する複数のノズル15に対応するように、Y軸方向に複数並んで設けられている。そして、第1ノズル群15Aに対応して複数形成された圧力発生室12が第1圧力発生室群12Aを構成し、第2ノズル群15Bに対応して複数形成された圧力発生室12が第2圧力発生室群12Bを構成し、第3ノズル群15Cに対応して複数形成された圧力発生室12が第3圧力発生室群12Cを構成し、第4ノズル群15Dに対応して複数形成された圧力発生室12が第4圧力発生室群12Dを構成している。第1圧力発生室群12Aと第2圧力発生室群12BとはX軸方向に並んで配置されており、それらの間にはY軸方向に伸びる隔壁10Kが形成されている。同様に、第3圧力発生室群12Cと第4圧力発生室群12DとはX軸方向に並んで配置されており、それらの間にもY軸方向に伸びる隔壁10Kが形成されている。
Each
(リザーバ)
また、流路形成基板10に形成された平面視略櫛歯状の開口領域のうち、図示Y方向に延びて形成された部分が、リザーバ100を構成している。第1圧力発生室群12Aを形成する複数の圧力発生室12における基板外縁部側(+X側)の端部は、上述したリザーバ100に接続されている。リザーバ100は、圧力発生室12に供給する機能液を予備的に保持するものであって、第1圧力発生室群12Aを構成する複数の圧力発生室12の共通の機能液保持室(インク室)となっている。なお、第2、第3、第4圧力発生室群12B、12C、12Dのそれぞれにも、上述と同様のリザーバ100が接続されており、それぞれ圧力発生室群12B〜12Dに供給される機能液の一時貯留部を構成している。
(Reservoir)
In addition, a portion extending in the Y direction in the drawing in the planar comb-shaped opening region formed in the flow
図3に示すように、上記リザーバ100は、リザーバ形成基板20に形成されたリザーバ部21と、流路形成基板10に形成された連通部13とから構成されている。この連通部13は、リザーバ部21を各圧力発生室12のそれぞれに接続する機能を有する。リザーバ形成基板20の外側(流路形成基板10と反対側)には、封止膜31と固定板32とを積層した構造のコンプライアンス基板30が接合されている。このコンプライアンス基板30において、内側に配される封止膜31は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さ6μm程度のポリフェニレンスルフィドフィルム)からなる。他方、外側に配される固定板32は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さ30μm程度のステンレス鋼)からなる。この固定板32には、リザーバ100に対応する平面領域を切り欠いてなる開口部33が形成されている。この構成により、リザーバ100の上部は、可撓性を有する封止膜31のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部22となっている。また、コンプライアンス基板30には、リザーバ100に機能液を供給するための機能液導入口25が形成されており、リザーバ形成基板20には、その機能液導入口25とリザーバ100とを連通する導入路26が設けられている。
As shown in FIG. 3, the
機能液導入口25より導入された機能液は、導入路26を経てリザーバ100に流れ込み、さらに供給路14を経て第1圧力発生室群12Aを構成する複数の圧力発生室12のそれぞれに供給されるようになっている。なお、圧電素子300の駆動時における機能液の流れや周囲の熱などにより、リザーバ100の内部に圧力変化が生じるおそれがある。
ところが、リザーバ100の可撓部22が撓み変形してその圧力変化を吸収するので、リザーバ100内を常に一定の圧力に保持することができるようになっている。
The functional liquid introduced from the functional
However, since the
(圧電素子)
一方、流路形成基板10の図示上面側(+Z側)には、振動板400が配置されている。この振動板400は、流路形成基板10側から順に弾性膜50と下電極膜60とを積層した構造となっている。流路形成基板10側に配される弾性膜50は、例えば1〜2μm程度の厚さの酸化シリコン膜からなるものであり、下電極膜60は、例えば0.2μm程度の厚さの金属膜からなるものである。本実施形態において、下電極膜60は、流路形成基板10とリザーバ形成基板20との間に配される複数の圧電素子300の共通電極として機能するものとなっている。
(Piezoelectric element)
On the other hand, a
振動板400の図示上面側(+Z側)には、振動板400を変形させるための圧電素子300が配置されている。圧電素子300は、下電極膜60側から順に圧電体膜70と上電極膜80とを積層した構造となっている。圧電体膜70は、例えば1μm程度の厚さのPZT膜等からなるものであり、上電極膜80は、例えば0.1μm程度の厚さの金属膜からなるものである。
なお、圧電素子300の概念としては、圧電体膜70及び上電極膜80に加えて、下電極膜60を含むものであってもよい。下電極膜60は圧電素子300として機能する一方、振動板400としても機能するからである。本実施形態では、弾性膜50及び下電極膜60が振動板400として機能する構成を採用しているが、弾性膜50を省略して下電極膜60が弾性膜50を兼ねる構成とすることもできる。
A
The concept of the
このような圧電素子300には、半導体素子200と接続するための、例えば、金(Au)等からなるリード電極(第1導電部)90が引き出し配線として形成されている。よって、前記リード電極90は圧電素子の一部に含まれるものとする。
すなわち、各リード電極90は、上電極膜80の各圧力発生室12の列間側の端部近傍から弾性膜50上までそれぞれ延設されている。なお、詳細については後述するが、各リード電極90は、リザーバ形成基板20に設けられた貫通導電部まで延設されている。そして、前記リード電極90の端部近傍は、前記貫通導電部に接続した配線34を介して半導体素子200と圧電素子300とを導通可能としている。
In such a
In other words, each
また、上記圧電素子300は、複数のノズル15及び圧力発生室12に対応するように複数設けられている。本実施形態では、便宜的に、第1ノズル群15Aを構成するノズル15のそれぞれに対応するようにY軸方向に複数並んで設けられた一群の圧電素子300を第1圧電素子群と呼び、第2ノズル群15Bを構成するノズル15のそれぞれに対応するようにY軸方向に複数並んで設けられた一群の圧電素子300を第2圧電素子群と呼ぶこととする。また、第3ノズル軍に対応する一群の圧電素子を第3圧電素子群と呼び、第4ノズル軍に対応する一群の圧電素子を第4圧電素子群と呼ぶ。上記第1圧電素子群と第2圧電素子群とはX軸方向に並んで配置され、同様に第3圧電素子群と第4圧電素子群とはX軸方向に並んで配置されている。なお、液滴吐出ヘッド1は、第1〜第4圧電素子群を駆動するために、4個の半導体素子200A〜200Dを備えたものとなっている。
A plurality of the
(リザーバ形成基板)
そして、圧電素子300を覆うように、流路形成基板10の図示上面側(+Z側)にリザーバ形成基板(封止基板、第2部材)20が配置されている。また、前記流路形成基板10とリザーバ形成基板20とは、接着樹脂等からなる接着層(図示せず)によって貼り合わされている。リザーバ形成基板20は、流路形成基板10とともに液滴吐出ヘッド1の基体を成す部材であるから、その構成材料として、流路形成基板10と略同一の熱膨張率を有する剛性材料を用いることが好ましい。本実施形態の場合、流路形成基板10がシリコンから構成されているので、それと同一材料のシリコン単結晶基板が好適に用いられる。シリコン基板は、異方性エッチングにより容易に高精度の加工を施すことが可能であるため、後述する圧電素子保持部24等を容易に形成できるという利点がある。
なお、流路形成基板10と同様に、ガラスやセラミック材料等を用いてリザーバ形成基板20を構成することも可能である。
(Reservoir forming substrate)
A reservoir forming substrate (sealing substrate, second member) 20 is disposed on the upper surface side (+ Z side) of the flow
As with the flow
リザーバ形成基板20には、圧電素子300を密閉封止する封止部23が設けられている。本実施形態の場合、第1圧電素子群を封止している部分を第1封止部23Aとし、第2圧電素子群を封止ししている部分を第2封止部23Bと呼ぶことにする。同様に、第3圧電素子群を封止している部分を第3封止部とし、第4圧電素子群を封止ししている部分を第4封止部と呼ぶ。
The
また、封止部23には、図3の紙面垂直方向に延びる平面視略矩形状の凹部からなる圧電素子保持部24が設けられている。この圧電素子保持部24は、圧電素子300の周囲に圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を確保するとともに、その空間を密封する機能を有している。この圧電素子保持部24は、圧電素子300のうち少なくとも圧電体膜70を封止できる寸法とされている。また圧電素子保持部24は、複数の圧電素子300ごとに区画されていてもよい。
In addition, the sealing
このように、リザーバ形成基板20は、圧電素子300を外部環境から遮断する封止基板としての機能を有している。リザーバ形成基板20によって圧電素子300を封止することで、外部の水分等による圧電素子300の特性劣化等を防止することができる。また本実施形態では、圧電素子保持部24の内部を密封状態にしただけであるが、その内部を真空にするか、または窒素もしくはアルゴン等の雰囲気とすることにより、圧電素子保持部24内を低湿度に保持することができる。これらの構成により、圧電素子300の劣化をさらに効果的に防止することができる。
Thus, the
(配線構造、及びデバイス)
ここで、液滴吐出ヘッド1を構成する一部に含まれる、本発明の配線構造、及びデバイスの一実施形態について図4を参照し詳細に説明する。
図4は、液滴吐出ヘッド1の一部を構成するデバイスを示す図であり、図4中Aの領域における領域を拡大して示した図であり、図中符号500はデバイスである。なお、図4中においては、図示を簡略化するため、圧電素子300、及び圧電素子保持部24の図示を省略している。
(Wiring structure and device)
Here, an embodiment of the wiring structure and device of the present invention included in a part of the
FIG. 4 is a diagram showing a device that constitutes a part of the
上記デバイス500は、配線構造500aを備えたものである。ここで、前記リザーバ形成基板20に設けられた段差構造について説明する。
図1に示したように、前記第1封止部23Aと第2封止部23Bとの間、すなわちリザーバ形成基板20には凹部20aが設けられている(図1参照)。よって、前記リザーバ形成基板20は、前記凹部20aが形成されていない面を上段面とし、前記凹部20aの底部を下段面とする段差構造を有したものとなっている。
具体的には、段差構造の上段部には半導体素子200が設けられ、前記段差構造の下段部には該下段部を貫通し圧電素子300に接続するリード電極90に導通する貫通導電部85が設けられている。ここで、段差構造における上段部とは、前記凹部20aが形成されておらず、相対的に膜厚のあるリザーバ形成基板部分を示し、段差構造における下段部とは、前記凹部20aが形成されることで、相対的に膜厚の薄いリザーバ形成基板部分を示している。なお、この半導体素子200は、例えば回路基板あるいは駆動回路を含む半導体集積回路(IC)を含んで構成されるものである。
The
As shown in FIG. 1, a
Specifically, the
前記半導体素子200は、リザーバ形成基板20上に接続端子面を下方に向けたフェイスダウンの状態で実装されている。そして、半導体素子200の中央部には、ポリイミド等の熱可塑性材料からなる接着剤42が配置されており、半導体素子200を加熱しつつリザーバ形成基板20に加圧することで、半導体素子200がリザーバ形成基板20の上面に固着されたものとなっている。このような接着剤42による実装を行う事により、半導体素子200の実装を容易、かつ安価とし、低コストな液滴吐出ヘッド1にしている。
The
本実施形態における配線構造500aは、前記リザーバ形成基板20に設けられた段差構造の上段部と下段部とを連続させる段差面上を通って、前記上段部の上面から前記下段部の上面まで引き回される配線34を備えている。そして、前記配線34は、前記段差構造の上段部に設けられた第2導電部を含む半導体素子200と、段差構造の下段部に設けられた貫通導電部85との間を接続している。
すなわち、上記液滴吐出ヘッド1は、前記リザーバ形成基板20の上段部に半導体素子200が実装されているので、配線構造500aにおける第2導電部を半導体素子200の接続端子44とするデバイス500を備えており、デバイス、及び配線構造の一実施形態を含んでいる。
The
That is, since the
ところで、前記上段部と前記下段部とを連続させる段差面は、前記段差構造の下段部の上面に対して傾斜面35となっていて、その傾斜角は鋭角となっている。
前記傾斜面35は、後述するように、面方位(1,0,0)のシリコン基板に対してKOH等のアルカリ溶液でウエットエッチングを行った際の各面方位のエッチングレートの違いを利用することで形成されたもので、その傾斜角は約54°である。
By the way, the step surface which makes the said upper step part and the said lower step part continue is the
As will be described later, the
また、前記貫通導電部85は、下段部に設けられた貫通孔36に、Ni−Cr、Cu、Ni、Au、Agからなる群より選ばれる金属材料、当該群より選ばれる金属材料の合金、ろう材、又は導電性樹脂材料が埋め込まれて構成されたものである。本実施形態では、後述するように前記貫通孔36にNiメッキ(ろう材)が埋め込まれ、その表面をAuメッキが覆っている。そして、前記貫通導電部85は、その上面がリザーバ形成基板20の下段部の上面側に露出し、その下面側が圧電素子300に導通するリード電極90上に設けられている。このような材料からなる貫通導電部85によって、前記下段部における上面側(半導体素子が設けられた側)と下面側(駆動素子が設けられた側)とを導通可能となっている。具体的には、前記貫通導電部85を介して、リザーバ形成基板20の下層である流路形成基板10の上面に設けられた圧電素子300の一部(リード電極90)と導通可能となっている。
Further, the through
ここで、前記上段部と前記下段部とを連続させる傾斜面(段差面)35上を通って、前記上段部の上面から前記下段部の上面まで引き回された配線34により、前記貫通導電部85と前記半導体素子200の接続端子44との間が接続されたものとなっている。前記傾斜面35上に配線34を引き回すことにより、前記リザーバ形成基板20の上段部と下段部とにより生じる段差によって、配線34が急激に曲げられるのを防止している。
すなわち、段差構造の上段部(封止部23の上段部)から、傾斜面(段差面)35上を通って、下段部(封止部23の下段部)に設けられた貫通導電部85まで配線34が引き回されている。
Here, the penetrating conductive portion is formed by a
That is, from the upper step portion of the step structure (upper portion of the sealing portion 23) to the through
そして、前記配線34は、前記貫通導電部85を介して圧電素子300に接続するリード電極90と導通可能となっている。よって、前記貫通導電部85と前記半導体素子200の接続端子44との間を接続している配線34は、前記貫通導電部85を介して圧電素子300と半導体素子200の接続端子44との間を良好に導通している。
The
また、前記配線34は、メッキの析出を促進させる触媒を含む感光性樹脂からなる下地パターン34aと、該下地パターン34aに析出したAl、Ni−Cr、Cu、Ni、Au、又はAgを含む導電材料とから構成されたものである。具体的には、前記下地パターン34aとして、Pd(パラジウム)の微粒子が分散された感光性樹脂材料を用いることで、この樹脂材料に対して露光および現像することにより所望の形状にパターニングすることができ、製造工程を簡略化することができる。そして、触媒が付与された樹脂材料で構成される下地パターン34aには、その触媒に対してメッキ34bが析出されている。これらのメッキ34bは、CuやNi、Auなどの金属材料で構成されている。なお、各配線および接続端子の表面に異なる材料のメッキが析出されていてもよい。
また、前記下地パターン34aはメッキの析出を促進させる触媒を含んでいるので、下地パターン34a上に膜厚のある導電材料をメッキ34bすることで配線として必要な抵抗値を備えたものとなる。
The
Further, since the
また、半導体素子200の下面側(接着剤42が設けられた側)の周縁部には、複数の接続端子44が設けられている。そして、この接続端子44は、AlやNi−Cr、Cu、Ni、Au、又はAgを含む導電材料、又はこれらが2種類以上組み合わされた金属材料で構成されている。よって、後述するように前記下地パターン34a上に導電材料をメッキし配線34を形成する際に、前記下地パターン34aから析出したメッキ34bと前記接続端子44から析出したメッキとを結合させることにより、半導体素子200とリード電極90との間が確実に導通される。
In addition, a plurality of
図5は、上述した配線34と前記半導体素子200の接続端子44とのメッキ接合部分における拡大説明図である。図5に示すように、半導体素子200の接続端子44の表面にはメッキ44aが析出され、前記下地パターン34a上にはメッキ34bが析出されている。なお、前記下地パターン34aは、圧電素子300に接続するリード電極90上に形成されている。よって、このようにして成長したメッキ44aおよびメッキ34bとが結合することで、接続端子44と前記配線34とが電気的に接続される。すなわち、この配線34により本発明の配線構造を用いることで、半導体素子200が実装されたデバイスとしての液滴吐出ヘッド1が構成されている。
FIG. 5 is an enlarged explanatory view of a plating joint portion between the
ところで、前記流路形成基板10とリザーバ形成基板20とは接着層3を介して貼り合わされている。具体的には、図4に示すように、前記接着層3は、前記リザーバ形成基板20側に設けられており、したがってリード電極90とリザーバ形成基板20との間に接着層3が配設されることにより、両基板10,20が貼り合わされている。
ここで、図10を参照して説明したように、例えば該接着層3が硬化した際に収縮することで、この接着層3が内側に引き込まれ、結果として前記流路形成基板10と前記リザーバ形成基板20との間の外周側に、接着層3が充填されていない空隙部Tが形成されている。しかしながら、本実施形態における液滴吐出ヘッド1は、上述したようにリザーバ形成基板20が段差構造を備え、この段差構造の上段部と下段部との間の前記傾斜面35に沿って配線34を形成している。
本構成によれば、前記上段部と下段部とが傾斜面35によって連続的に接続しているので、空隙によるパターニング不良によって配線34の断線が起こることがなく、したがって配線34は圧電素子300に導通するリード電極90と半導体素子200の接続端子44とを良好に導通している。
By the way, the flow
Here, as described with reference to FIG. 10, for example, the
According to this configuration, since the upper step and the lower step are continuously connected by the
(液滴吐出ヘッドの作用)
図3に示した液滴吐出ヘッド1により機能液の液滴を吐出するには、当該液滴吐出ヘッド1に接続された外部コントローラ(図示略)によって機能液導入口25に接続された不図示の外部機能液供給装置を駆動する。外部機能液供給装置から送出された機能液は、機能液導入口25を介してリザーバ100に供給された後、ノズル15に至るまでの液滴吐出ヘッド1の内部流路を満たすようになる。
(Operation of droplet discharge head)
In order to eject liquid droplets of the functional liquid by the liquid
そして、外部コントローラは、リザーバ形成基板20上に実装された半導体素子200に駆動電力や指令信号を送信する。指令信号等を受信した半導体素子200は、外部コントローラからの指令に基づく駆動信号を、各圧電素子300に送信する。
すると、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との間に電圧が印加される結果、弾性膜50、下電極膜60及び圧電体膜70に変位が生じ、この変位によって各圧力発生室12の容積が変化して内部圧力が高まり、ノズル15より液滴が吐出されることとなる。
Then, the external controller transmits drive power and a command signal to the
Then, as a result of applying a voltage between the
このような構成の液滴吐出ヘッド1によれば、流路形成基板10の上面に設けられた圧電素子300に接続するリード電極90に対し、リザーバ形成基板20が備える段差構造の下段部を貫通する貫通導電部85を備えているので、該貫通導電部85を介して前記圧電素子300と導通可能となっている。よって、前記貫通導電部と前記半導体素子の接続端子との間を接続する配線は、前記貫通導電部85を介して駆動素子と半導体素子の接続端子との間を良好に導通する。
また、上述したように、本構成では前記上段部と下段部とが傾斜面35によって連続的に接続した段差面に沿って、例えばスパッタ法によって配線の下地パターン34aを形成し、該下地パターン34aにメッキを析出させることで配線34を形成しているので、上述したように流路形成基板10とリザーバ形成基板20との間における空隙部Tによって、下地パターン34aのパターニング不良を生じさせる事が無く、したがってこの下地パターン34aにメッキ34bを析出し形成された配線34はその断線が防止されることとなる。
According to the
In addition, as described above, in this configuration, the
また、本実施形態の液滴吐出ヘッド1によれば、従来のようにワイヤボンディングを用いて半導体素子200を実装する場合と比べて、ワイヤを引き回す空間を設ける必要がない。そのため、ノズル15の狭ピッチ化に伴って配線34が狭ピッチ化する場合においても、傾斜面35上に沿って配線34を引き回すことで、隣接する配線間の接触による短絡が起こり難く、よって電気的接続を確保しつつ半導体素子200を確実に実装することができる。その他にも、従来のワイヤボンディングによる実装に比べ、短TAT、低コスト、および高歩留まりの実装が可能になる。
また、従来のワイヤーボンディング時を用いた配線接続時のように、流路形成基板10に貫通溝部を形成する際と比べて、リザーバ形成基板20における開口領域(エッチング領域)を小さくできるので、例えばリザーバ形成基板20を流路形成基板10に貼着する際にリザーバ形成基板20を取り扱う際の割れ等が防止でき、リザーバ形成基板20の取り扱いを容易としている。
In addition, according to the
Moreover, since the opening region (etching region) in the
このように、液滴吐出ヘッド1は、断線することなく、微細なピッチで引き回された配線34を有した導通信頼性の高い配線構造500aによって半導体素子200を実装したデバイス500を含んでいるので、信頼性が高く、かつ小型なものとなる。
なお、本実施形態の配線構造500aによれば、段差下部の第1導電部(リード電極90)と段差上部の第2導電部(接続端子44)とを確実に電気的に接続できるので、液滴吐出ヘッドのみならず他のデバイスにおいても段差を介しての実装が可能になり、電子機器や、印刷機器等に対して広く応用することができる。
As described above, the
According to the
(液滴吐出ヘッドの製造方法)
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法の一実施形態の説明として、前記液滴吐出ヘッド1を製造する場合について、図6を参照して説明する。なお、前記液滴吐出ヘッド1は、上述したように本発明のデバイス自体を含むものであるため、以下の液滴吐出ヘッドを製造する工程によりデバイスを製造する方法についても説明する。また、図6に示す各図は、図1のA−A線に沿う概略断面構成に対応する図である。
(Method for manufacturing droplet discharge head)
Next, as an embodiment of the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the case of manufacturing the
まず始めに、封止基板としてのリザーバ形成基板20を形成する工程を行う。
図6(a)に示すように、リザーバ形成基板の前躯体としての、面方位(1,0,0)のシリコン単結晶基板(前駆体基板)120の図示上面の中央部を異方性エッチングにより除去して、凹部20aを形成する。具体的には、まず、シリコン単結晶基板120の表面を熱酸化して酸化シリコン膜を形成する。次に、シリコン単結晶基板120の表面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより前記凹部20aを形成すべき部分に対応した開口部をレジストに設ける。
First, a step of forming a
As shown in FIG. 6A, anisotropic etching is performed on the center of the upper surface of the silicon single crystal substrate (precursor substrate) 120 having a plane orientation (1, 0, 0) as a precursor of the reservoir forming substrate. To form a
次に、レジストの開口部をフッ酸で処理して、酸化シリコン膜に開口部を形成する。次に、シリコン単結晶基板120を35重量%程度の水酸化カリウム(KOH)水溶液に浸漬して、酸化シリコン膜の開口部から露出したシリコン単結晶基板120の異方性エッチングを行う。このとき、各面方位のエッチングレートの違いにより、前記シリコン単結晶基板120には前記凹部20aの側面が約54°の傾斜面35となって形成される。
このとき、前記凹部20aは、シリコン単結晶基板120を貫通することなく、シリコン単結晶基板120に約10〜50μm程度の厚みを残した状態でエッチングを終了させるようにしている。よって、シリコン単結晶基板120には、前記凹部20aにより相対的に厚みのある部分を段差構造の上段部とし、前記凹部により相対的に厚みの薄い部分を段差構造の下段部とする段差構造を備えたものとなる。
Next, the opening of the resist is treated with hydrofluoric acid to form the opening in the silicon oxide film. Next, the silicon
At this time, the
続いて、前記段差構造における下段部の所定の位置に、上記凹部20aと同様に異方性エッチングを用いることで貫通孔36を形成する。ここで、上記所定の位置とは、後述するリザーバ形成基板20と流路形成基板10との貼りあわせ工程で、少なくとも前記貫通孔36内に圧電素子300に導通するリード電極90を配することができる位置を意味している。なお、前記貫通孔36は各面方位のエッチングレートの違いにより、平面視矩形状で、かつ傾斜面を有したものとなる。
そして、エッチングが終了した後、シリコン単結晶基板120の表面を再度熱酸化して酸化シリコン膜(図示せず)を形成する。同様にして、リザーバ部21および圧電素子保持部24をエッチングにより形成する。よって、図3に示したように、段差構造を有し、その上段部と下段部とを連続させる段差面が鋭角の傾斜面35となっていて、さらに前記下段部に貫通孔36が形成されたリザーバ形成基板20が形成される。
Subsequently, the through
After the etching is completed, the surface of the silicon
次に、前記貫通孔36内に前記圧電素子300に導通するリード電極(配線部)90を配置させるように位置合わせして、前記流路形成基板10上に前記リザーバ形成基板20を設ける。
具体的には、図6(b)に示すように、エッチング加工前の流路形成基板10上の圧電素子300を覆う位置、及び前記貫通孔36の位置を合わせた状態で、流路形成基板10とリザーバ形成基板20とを接着層3を介して貼着する。このとき、流路形成基板10上の中央部に延設された圧電素子300に接続するリード電極90が、前記リザーバ形成基板20の中央部に形成され、段差構造の下段部に設けられた貫通孔36内に配置される。
そして、例えば前処理を施した後、無電解Niメッキ液中に浸漬し、前記貫通孔36内に配置されているリード電極90からNiメッキを成長させ、前記貫通孔36内をNiメッキで充填する。その後置換Auメッキ法によって、Ni表面を被覆する。なお、前記貫通導電部85は、上記製造方法に限定されることはなく、例えば導電性樹脂をディスペンサなどにより前記貫通孔36に埋め込むようにしてもよい。
次に、図6(b)に示したように、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板10に異方性エッチングを施すことで、圧力発生室12等を作製し、リザーバ形成基板20にコンプライアンス基板30を接合し、流路形成基板10にノズル基板16を接合する。
Next, the
Specifically, as shown in FIG. 6B, in a state where the position covering the
For example, after pre-treatment, the substrate is immersed in an electroless Ni plating solution, Ni plating is grown from the
Next, as shown in FIG. 6B, anisotropic etching is performed on the flow
次いで、配線34を形成する工程を行う。
具体的には、図6(c)に示すように、前記リザーバ形成基板20に設けられた段差構造の前記上段部と前記下段部とを連続させる傾斜面35上を通って、前記上段部と前記下段部上に下地パターン34aを形成する。具体的には、まずリザーバ形成基板20の表面に、メッキの析出を促進させる触媒を含む感光性樹脂、本実施形態ではPd(パラジウム)の微粒子が分散された感光性樹脂材料の液状体をスプレーコート法等により塗布ことで、前記傾斜面35上にも前記感光性樹脂を均一に設けることができる。
Next, a step of forming the
Specifically, as shown in FIG. 6 (c), the upper step portion passes through an
そして、前記配線34のパターンが描画されたマスクを介して前記樹脂材料を露光し、現像する。これにより、シリコン単結晶基板120の表面に配線34を構成するための下地パターン34aがパターニングされる。なお、前記下地パターン34aは、前記貫通導電部85の上面の少なくとも一部を露出させた状態に形成されることが望ましく、これにより下地パターン34aに析出されたメッキ34bによって貫通導電部85と半導体素子200との導通可能となる。
このとき、前記段差構造の上段部と下段部とが傾斜面(段差面)35によって連続的に接続しているので、前記下地パターン34aは、上段部と下段部との間を前記傾斜面35に沿って滑らかに接続される。
なお、上記下地パターン34aを形成するに際し、Siマスクを介したスパッタ法や、インクジェット法を用いることで直接描画するようにしてもよい。
Then, the resin material is exposed and developed through a mask on which the pattern of the
At this time, since the upper step portion and the lower step portion of the step structure are continuously connected by the inclined surface (step surface) 35, the
In forming the
ところで、上述したように、リザーバ形成基板20と流路形成基板10とを貼り合わせている前記接着層3を硬化すると、該接着層3が収縮することで内側に引き込まれ、図10を用いて説明したように、前記流路形成基板10と前記リザーバ形成基板20との間の外周側には、接着層3が充填されていない空隙部Tが形成されてしまう。
本構成では、リザーバ形成基板20に凹部20aを形成することで、上段部と下段部とが傾斜面35によって連続的に接続した段差構造を設けている。よって、従来の構成のように(図10参照)、下段部に流路形成基板10が露出することがなく、前記段差構造に沿って形成された下地パターン34aは、上記空隙部Tによって断線することがない。
By the way, as described above, when the
In this configuration, by forming the
次に、リザーバ形成基板(第2部材)20上に半導体素子200を設ける工程を行う。
具体的には、図6(d)に示すように、リザーバ形成基板20の上面に半導体素子200を接着する。具体的には、まず半導体素子200下面側の中央部に、熱可塑性樹脂材料からなる接着剤42を塗布する。そして、半導体素子200の接続端子44をリザーバ形成基板20側に向ける、いわゆるフェースダウンの状態で位置合わせして、半導体素子200を加熱しつつリザーバ形成基板20に対して加圧する。
ここで、接着剤の塗布量や接着時の加熱・加圧量を調整することにより、接続端子44と前記リザーバ形成基板20との隙間を数μm〜10μm程度に設定する。この隙間は、後述する配線34のメッキ形成により埋め込まれるようになっている。その後、全体を冷却して接着剤42を硬化させ、半導体素子200をリザーバ形成基板20の上面に固着する。
なお、本実施形態では、前記下地パターン34aを形成した後、リザーバ形成基板20上に半導体素子200を実装する工程を行ったが、リザーバ形成基板20上に半導体素子200を実装した後、前記下地パターン34aを形成するようにしてもよい。
Next, a step of providing the
Specifically, as shown in FIG. 6D, the
Here, the gap between the
In the present embodiment, the step of mounting the
再び配線34形成工程に戻って、図6(e)に示すように、前記下地パターン34aの表面に、メッキ34bを析出させる。具体的には、以下の処理プロセスにより無電解メッキを施す。
まず、上記下地パターン34aおよび接続端子44の表面の濡れ性の向上、残さ除去の目的で、フッ酸を0.01〜0.1%、硫酸を0.01〜1%含有した水溶液中に1〜5分浸漬する。あるいは、0.1〜10%の水酸化ナトリウムなどのアルカリベースの水溶液に1〜10分浸漬しても良い。
次に、水酸化ナトリウムベースでpH9〜13のアルカリ性水溶液を20〜60℃に加温した中に1秒〜5分浸漬し、表面の酸化膜を除去する。なお、5〜30%硝酸をベースとしたpH1〜3の酸性水溶液を20〜60℃に加温した中に1秒から5分浸漬しても良い。
Returning to the
First, in order to improve the wettability of the surface of the
Next, an alkaline aqueous solution with a pH of 9 to 13 based on sodium hydroxide is immersed in 20 to 60 ° C. for 1 second to 5 minutes to remove the oxide film on the surface. In addition, you may immerse the acidic aqueous solution of pH 1-3 based on 5-30% nitric acid for 1 second to 5 minutes in the temperature heated at 20-60 degreeC.
次に、ZnOを含有したpH11〜13のジンケート液中に1秒〜2分浸漬し、各配線および接続端子の表面をZnに置換する。次に、5〜30%の硝酸水溶液に1〜60秒浸漬し、Znを剥離する。そして、再度ジンケート浴中に1秒〜2分浸漬し、緻密なZn粒子を上記下地パターン34aおよび接続端子44の表面に析出させる。
Next, it is immersed in a zincate solution having a pH of 11 to 13 containing ZnO for 1 second to 2 minutes, and the surface of each wiring and connection terminal is replaced with Zn. Next, it is immersed in a 5 to 30% nitric acid aqueous solution for 1 to 60 seconds to separate Zn. Then, it is again immersed in a zincate bath for 1 second to 2 minutes, and dense Zn particles are deposited on the surface of the
次に、無電解Niメッキ浴に浸漬し、Niメッキを析出させる。このメッキは、2〜30μm程度の高さまで析出させる。また、メッキ浴は次亜リン酸を還元剤とした浴であり、pH4〜5、浴温80〜95℃である。次亜リン酸浴のため、リンが共析する。
さらに、置換Auメッキ欲中に浸漬し、Ni表面をAuに置換しても良い。なお、Auは0.05μm〜0.3μm程度の厚さに形成する。またAu浴は、シアンフリータイプを用い、pH6〜8、浴温50〜80℃とし、1〜30分浸漬する。
Next, it is immersed in an electroless Ni plating bath to deposit Ni plating. This plating is deposited to a height of about 2 to 30 μm. The plating bath is a bath using hypophosphorous acid as a reducing agent, and has a pH of 4 to 5 and a bath temperature of 80 to 95 ° C. Due to the hypophosphorous acid bath, phosphorus co-deposits.
Further, the Ni surface may be replaced with Au by dipping in a replacement Au plating cradle. Au is formed to a thickness of about 0.05 μm to 0.3 μm. The Au bath is a cyan-free type, has a pH of 6 to 8, a bath temperature of 50 to 80 ° C., and is immersed for 1 to 30 minutes.
このようにして、上記下地パターン34aおよび接続端子44の表面にNiあるいはNi−Auメッキを析出させる。ここで、前記貫通導電部85は上述したように、Ni−Auメッキによって形成されているので、前記下地パターン34aに析出したメッキは、前記貫通導電部85との間で密着するようになる。よって、上述したように前記下地パターン34aは、前記段差構造の上段部と下段部との傾斜面35に沿って断線することなく良好に形成されているので、この下地パターン34aに析出されたメッキ34bによって形成される配線34は、当然断線することがなく、導通信頼性の高いものとなる。
In this manner, Ni or Ni—Au plating is deposited on the surface of the
また、Ni−Au配線上に厚付けのAuメッキを施しても良い。メッキの下地である下地パターン34aが薄く形成されていても、メッキを厚付けすることで電気抵抗を低減することができるからである。また、前記下地パターン34a上に析出させるメッキとしては、Al、Ni−Cr、Cu、Ni、Au、又はAgを含む導電材料、又はその中の2種類以上が組み合わされたものを用いてもよい。
なお、各化学処理の間には水洗処理を行う。水洗槽としては、オーバーフロー構造あるいはQDR機構を有したものを用い、最下面からN2バブリングを行う。なお、バブリング方法は樹脂製のチューブなどに穴をあけてN2を出す方法や、燒結体などを通じてN2を出す方法がある。これらにより、短時間で十分効果のあるリンスを行うことができる。
Further, a thick Au plating may be applied on the Ni—Au wiring. This is because even if the
In addition, a water washing process is performed between each chemical process. As the washing tank, one having an overflow structure or a QDR mechanism is used, and N 2 bubbling is performed from the bottom surface. Incidentally, bubbling method is a method of issuing a N2 methods and through such sintered bodies issue a N 2 a hole such as resin tube. Thus, it is possible to perform a sufficiently effective rinse in a short time.
上記工程により、図4に示したように、半導体素子200の接続端子44の表面にメッキ44aが析出し、下地パターン34aの表面にメッキ34bが析出する。ここで、前記リード電極90の近傍の下地パターン34aから析出したメッキ34bは、前記貫通導電部85上に形成するようになる。このように、メッキ34bおよびメッキ44aが相互に結合するまで両メッキを成長させることで配線34が形成され、該配線34により前記半導体素子200の接続端子44と前記貫通導電部85とが電気的に接続される。
Through the above process, as shown in FIG. 4, the
上述したように、前記貫通導電部85は前記圧電素子300に導通するリード電極90と導通しているので、配線34は前記貫通導電部85を介して半導体素子200の接続端子44と前記リード電極90とが電気的に接続することとなる。この配線34により、半導体素子200と圧電素子300とを電気的接続できる。
以上の工程により、液滴吐出ヘッド1が形成される。また、前記液滴吐出ヘッド1を形成する工程によって、デバイス500を形成することができる。
As described above, since the through
Through the above steps, the
以上に詳述したように、本実施形態の液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、段差構造の下段部に設けられた貫通孔36内に前記圧電素子300に導通するリード電極90を配置させて、この貫通孔36をメッキ等の導電材料で埋め込むことで貫通導電部85を形成しているので、前記下段部の上面側は前記貫通導電部85を介して前記リード電極90と導通可能となる。よって、配線34は、前記貫通導電部85と前記半導体素子200の接続端子44との間を接続するとともに、前記貫通導電部85を介して圧電素子300と半導体素子200との間を良好に導通している。
また、上述したように、本構成ではリザーバ形成基板20は、凹部20aが形成されることで段差構造を有したものとなっている。そして、段差構造の上段部と下段部とが傾斜面35によって連続的に接続した面上に沿って、下地パターン34aを形成し、該下地パターン34aにメッキを析出させ配線34としているので、上述したように流路形成基板10とリザーバ形成基板20との間に生じた空隙が下地パターン34aのパターニング不良を起こすことが無く、したがってこの下地パターン34aから構成される配線34は断線が防止される。
また、この配線は前記段差面上を通って前記上段部の上面から前記下段部の上面まで引き回されているので、ワイヤーボンディングを用いた場合と比べ、隣接する配線間での短絡が起こり難く、微細なピッチで形成でき、半導体素子200が高密度に実装された液滴吐出ヘッド1が提供される。
As described in detail above, according to the manufacturing method of the droplet discharge head of the present embodiment, the
Further, as described above, in this configuration, the
In addition, since this wiring is routed from the upper surface of the upper step portion to the upper surface of the lower step portion through the step surface, short-circuiting between adjacent wires is less likely to occur than when wire bonding is used. A
(第2実施形態)
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第2実施形態につき図7を用いて説明する。なお、本実施形態における液滴吐出ヘッドは、上記第1実施形態の液滴吐出ヘッド1を構成している配線構造、及びデバイスとは別のものから構成されている。なお、前記第1の実施形態における液滴吐出ヘッド1と共通の構成の部分については、同一の符号を付して説明することとし、説明を省略する。
図7は、第2実施形態に係る液滴吐出ヘッドの断面構造における説明図である。図7に示すように、第2実施形態に係る液滴吐出ヘッドは、リザーバ形成基板20上に半導体素子200がその接続端子44側の面を上側にした、いわゆるフェースアップの状態で実装されている点で、第1実施形態と相違している。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the droplet discharge head according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the droplet discharge head in this embodiment is comprised from the thing different from the wiring structure and device which comprise the
FIG. 7 is an explanatory diagram of a cross-sectional structure of a droplet discharge head according to the second embodiment. As shown in FIG. 7, in the droplet discharge head according to the second embodiment, the
第2実施形態では、リザーバ形成基板20の上面に形成された半導体素子200上まで配線38が引き回されており、該配線38は、貫通導電部85を介して半導体素子200の接続端子44と圧電素子300に導通するリード電極90との間を導通している。また、前記半導体素子200の側面にはスロープ39が設けられていて、該スロープ39により半導体素子200の上面まで配線38を引き回しやすくしている。なお、このスロープ39は絶縁性材料から構成されている。
In the second embodiment, the
前記配線38は、物理的気相法としての、例えばスパッタ法によって形成された導電性の下地パターン38aと、該下地パターン38a上にメッキされたAl、Ni−Cr、Cu、Ni、Au、又はAgを含む導電材料とから構成されている。ここで、配線38の下面側を半導体素子200の接続端子44と導通させる必要があり、本実施形態では前記下地パターン38aとして導通性を備えたものを用いている。
このようにスパッタ法によって金属膜をパターニングすることで、導電性の下地パターン38aが形成できる。また、この下地パターン38aにはメッキが析出されているので、このメッキにより膜厚を稼ぐことにより配線38としての電気抵抗を低減できる。
The
In this way, by patterning the metal film by the sputtering method, the
また、リザーバ形成基板20には、第1実施形態と同様に凹部20aが設けられていて、該凹部20aによりリザーバ形成基板20が段差構造を有したものとなっている。そして、この段差構造における上段部と下段部とは傾斜面35によって連続して接続している。この構成でも、前記段差構造の上段部から傾斜面35上を通って下段部まで引き回された配線38は、接着層3を介して貼着された前記流路形成基板10と前記リザーバ形成基板20との間に生じた空隙部Tによる断線は前記第1実施形態と同様に防止され、傾斜面35上に微細なピッチで配置され、かつ導通信頼性が高い配線38を備えた配線構造、及びデバイスを含んだものとなっている。
Further, the
次に、第2実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法につき、図8の断面工程図を参照して説明する。なお、リザーバ形成基板20の形成工程から、流路形成基板10との貼着工程までは、図6(a),(b)に示す第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
まず始めに、図8(a)に示すように、前記リザーバ形成基板20の所定の位置に半導体素子200を接着層(図示しない)を介して実装する。そして、前記半導体素子200の側面にスロープ39を設ける。このとき、前記リザーバ形成基板20は段差構造を有しており、この段差構造の下段部には貫通導電部85を設けている。また、前記段差構造の上段部と下段部とを連続する段差面は、鋭角をなす傾斜面35となっている。
Next, a method for manufacturing a droplet discharge head according to the second embodiment will be described with reference to the sectional process diagram of FIG. Note that the process from the formation process of the
First, as shown in FIG. 8A, the
次に、図8(b)に示すように、スパッタ法によって形成された導電性の下地パターン38aを構成する、Al、Ni−Cr、Cu、Ni、Au、又はAg等の導電膜41を前記リザーバ形成基板20の全面に形成する。本実施形態では、前記導電膜41として、NiCr/Auをスパッタした。
このとき、前記導電膜41は、前記リザーバ形成基板20に設けられた段差構造の上段部と下段部とを連続する傾斜面35に沿って形成される。前記傾斜面35は上述したように前記下段面と上段面とを滑らかに接続しているので、均一にパターニングされたものとなる。
Next, as shown in FIG. 8B, the
At this time, the
その後、図8(c)に示すように、前記導電膜41上に配線38の下地パターン形状にパターニングされたレジストマスクRを形成し、該レジストマスクRを介してエッチングを行う。このとき、導電膜41は傾斜面35に沿って上段部と下段部との間を均一に成膜された状態とし、エッチングにより図8(d)に示すように、良好な下地パターン38aが形成される。本実施形態における下地パターン38aは、前記実施形態と異なり導電性を有しているので、前記下地パターン38aを貫通導電部85上面の全体を覆った状態に形成するようにしてもよい。よって、下地パターン38aは半導体素子200の接続端子44と貫通導電部85との間を電気的に導通している。
Thereafter, as shown in FIG. 8C, a resist mask R patterned into the base pattern shape of the
ここで、前記下地パターン38aは薄膜であることから配線として十分に機能させるためには、膜厚が必要となる。そこで、図8(e)に示すように、前記下地パターン38aの表面に前記実施形態と同様にメッキ38bを析出させる。本実施形態では、前記下地パターン38aが導電性を有しているので、電解メッキを施す。これにより、前記下地パターン38a上に十分な膜厚のメッキを析出させることができる。よって、配線38としての電気抵抗を低減し、良好な電気的接続を可能とする。
Here, since the
第2実施形態では、半導体素子200をフェースアップの状態でリザーバ形成基板20上に実装する構成とした。そして、前記リザーバ形成基板20に設けられた段差構造の上段部に実装された半導体素子200の上面から前記段差構造の下段部に設けられた貫通導電部85まで配線38を引き回すことで、この貫通導電部85を介して、前記半導体素子200の接続端子(第2導電部)44と前記流路形成基板10上のリード電極(第1導電部)90とを導通している。
このように、配線38は、前記第1実施形態と同様に、導通信頼性が高く、微細なピッチで引き回された配線を備える配線構造、及びデバイスを含んだ液滴吐出ヘッドを提供できる。
In the second embodiment, the
As described above, the
なお、上述した液滴吐出ヘッド、配線構造、デバイスは上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 The above-described droplet discharge head, wiring structure, and device are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
(液滴吐出装置)
次に、本発明の液滴吐出装置の一実施形態について図9を参照しながら説明する。本実施形態における液滴吐出装置は、前述した液滴吐出ヘッド1を備えたインクジェット式記録装置について説明する。
(Droplet discharge device)
Next, an embodiment of the droplet discharge device of the present invention will be described with reference to FIG. As the liquid droplet ejection apparatus according to this embodiment, an ink jet recording apparatus including the above-described liquid
前記液滴吐出ヘッド1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ている。図9に示すように、液滴吐出ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bには、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ており、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9が、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取り付けられている。
The
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9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9がキャリッジ軸5に沿って移動するようになっている。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上に搬送されるようになっている。上記構成を具備したインクジェット式記録装置は、前述の液滴吐出ヘッド1を備えているので、小型で信頼性が高く、更に低コストなインクジェット式記録装置となっている。
The
なお、図9では、本発明の液滴吐出装置の一例としてプリンタ単体としてのインクジェット式記録装置を示したが、本発明はこれに限らず、係る液滴吐出ヘッドを組み込むことによって実現されるプリンタユニットに適用することも可能である。このようなプリンタユニットは、例えば、テレビ等の表示デバイスやホワイトボード等の入力デバイスに装着され、該表示デバイス又は入力デバイスによって表示若しくは入力された画像を印刷するために使用される。 Although FIG. 9 shows an ink jet recording apparatus as a single printer as an example of the droplet discharge apparatus of the present invention, the present invention is not limited to this, and a printer realized by incorporating such a droplet discharge head. It can also be applied to units. Such a printer unit is attached to a display device such as a television or an input device such as a whiteboard, and is used to print an image displayed or input by the display device or the input device.
また上記液滴吐出ヘッドは、液相法により各種デバイスを形成するための液滴吐出装置にも適用することができる。この形態においては、液滴吐出ヘッドより吐出される機能液として、液晶表示デバイスを形成するための液晶表示デバイス形成用材料、有機EL表示デバイスを形成するための有機EL形成用材料、電子回路の配線パターンを形成するための配線パターン形成用材料などを含むものが用いられる。これらの機能液を液滴吐出装置により基体上に選択配置する製造プロセスによれば、フォトリソグラフィ工程を経ることなく機能材料のパターン配置が可能であるため、例えば液晶表示装置や有機EL装置、回路基板等を安価に製造することができる。 The droplet discharge head can also be applied to a droplet discharge apparatus for forming various devices by a liquid phase method. In this embodiment, as the functional liquid discharged from the droplet discharge head, a liquid crystal display device forming material for forming a liquid crystal display device, an organic EL forming material for forming an organic EL display device, an electronic circuit A material including a wiring pattern forming material for forming a wiring pattern is used. According to the manufacturing process in which these functional liquids are selectively arranged on the substrate by the droplet discharge device, the pattern arrangement of the functional material can be performed without going through the photolithography process. For example, a liquid crystal display device, an organic EL device, a circuit, etc. A board | substrate etc. can be manufactured cheaply.
1…液滴吐出ヘッド、10…流路形成基板(第1部材)、12…圧力発生室、20…リザーバ形成基板(第2部材)、20a…凹部、34…配線、36…貫通孔、38…配線、44…接続端子、85…貫通導電部、120…シリコン単結晶基板(前駆体基板)、200…半導体素子、300…駆動素子(圧電素子)、500…デバイス、500a…配線構造
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記第2部材は段差構造を備えてなり、該段差構造の上段部には前記第2導電部が設けられ、前記段差構造の下段部には該下段部を貫通し前記第1導電部に導通する貫通導電部が設けられ、
前記配線は、前記上段部と前記下段部とを連続させる段差面上を通って、前記上段部の上面から前記下段部の上面まで引き回され、前記第2導電部と前記貫通導電部との間を接続していることを特徴とする配線構造。 A second member is provided on the first member, and the second conductive portion provided on the second member and the first conductive portion provided on the upper surface of the first member are electrically connected by wiring. In the wiring structure,
The second member includes a step structure, and the second conductive portion is provided in the upper step portion of the step structure, and the lower step portion of the step structure penetrates the lower step portion and is electrically connected to the first conductive portion. A penetrating conductive part is provided,
The wiring is routed from the upper surface of the upper step portion to the upper surface of the lower step portion through a step surface that makes the upper step portion and the lower step portion continuous, and the second conductive portion and the through conductive portion. A wiring structure characterized by connecting the two.
前記第2部材の前躯体となる前駆体基板をエッチングし段差構造を設け、該段差構造の下段部に貫通孔を設け前記第2部材を形成する工程と、
前記貫通孔内に前記第1導電部の一部が配置されるように位置合わせして、前記第1部材上に前記第2部材を設ける工程と、
前記貫通孔に導電材料を埋め込んで前記下段部に貫通導電部を形成する工程と、
前記上段部に半導体素子を設ける工程と、
前記上段部と前記下段部とを連続させる段差面上を通って引き回され、前記半導体素子の接続端子と前記貫通導電部との間を接続する配線を形成する工程と、
を備えたことを特徴とするデバイスの製造方法。 A device manufacturing method, wherein a second member is provided on a first member, and a semiconductor element provided on the second member and a first conductive portion provided on an upper surface of the first member are connected by wiring. In
Etching a precursor substrate that serves as a precursor of the second member to provide a step structure, and forming a second member by forming a through hole in a lower step portion of the step structure;
Providing the second member on the first member by positioning so that a part of the first conductive portion is disposed in the through hole; and
A step of embedding a conductive material in the through hole to form a through conductive portion in the lower stage portion;
Providing a semiconductor element on the upper stage;
Forming a wiring that is routed through a stepped surface that connects the upper step portion and the lower step portion to connect the connection terminal of the semiconductor element and the through conductive portion;
A device manufacturing method comprising:
該シリコン基板を異方性エッチングして前記段差構造を形成することを特徴とする請求項9に記載のデバイスの製造方法。 The precursor substrate is composed of a silicon substrate having a plane orientation (1, 0, 0),
The device manufacturing method according to claim 9, wherein the step structure is formed by anisotropic etching of the silicon substrate.
前記封止基板は段差構造を備えてなり、該段差構造の上段部には前記半導体素子が設けられ、前記段差構造の下段部には該下段部を貫通し、前記駆動素子の配線部に導通する貫通導電部が設けられ、
前記上段部と前記下段部とを連続させる段差面上を通って、前記上段部の上面から前記下段部の上面まで引き回された配線により、前記貫通導電部と前記半導体素子の接続端子との間が接続されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle for discharging droplets, a driving element disposed on the upper surface side of the flow path forming substrate and causing a pressure change in the pressure generating chamber; In a droplet discharge head comprising: a sealing substrate provided to cover the driving element provided on the flow path forming substrate; and a semiconductor element disposed on the upper surface side of the sealing substrate and driving the driving element. ,
The sealing substrate is provided with a step structure, and the semiconductor element is provided in the upper step portion of the step structure, and the lower step portion of the step structure penetrates the lower step portion and is electrically connected to the wiring portion of the driving element. A penetrating conductive part is provided,
A wiring routed from the upper surface of the upper step portion to the upper surface of the lower step portion through a step surface that connects the upper step portion and the lower step portion to each other between the through conductive portion and the connection terminal of the semiconductor element. A droplet discharge head characterized by being connected to each other.
前記封止基板の前駆体となるシリコン基板をエッチングし段差構造を形成し、該段差構造の下段部に貫通孔を設けて前記封止基板を形成する工程と、
前記貫通孔内に、前記駆動素子に接続する配線部を配置させるように位置合わせして、前記流路形成基板上に前記封止基板を設ける工程と、
前記貫通孔内に導電材料を埋め込むことにより、前記下段部に貫通導電部を形成する工程と、
前記上段部上に半導体素子を設ける工程と、
前記上段部と前記下段部とを連続させる段差面上を通って引き回され、前記半導体素子の接続端子と前記貫通導電部との間を接続する配線を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle for discharging droplets, a driving element disposed on the upper surface side of the flow path forming substrate and causing a pressure change in the pressure generating chamber; A droplet discharge head comprising: a sealing substrate that covers the driving element provided on the flow path forming substrate; and a semiconductor element that is disposed on an upper surface side of the sealing substrate and drives the driving element. A manufacturing method comprising:
Etching a silicon substrate that is a precursor of the sealing substrate to form a step structure, forming a through hole in a lower step portion of the step structure, and forming the sealing substrate;
Providing the sealing substrate on the flow path forming substrate by aligning the wiring portion to be connected to the driving element in the through hole; and
Forming a through conductive portion in the lower step by embedding a conductive material in the through hole; and
Providing a semiconductor element on the upper stage;
Forming a wiring that is routed through a stepped surface that connects the upper step portion and the lower step portion to connect the connection terminal of the semiconductor element and the through conductive portion;
A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising:
A droplet discharge apparatus comprising the droplet discharge head according to claim 13.
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