JP2007185833A - Method for manufacturing electrode substrate and method for manufacturing liquid droplet ejection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電駆動式アクチュエータを構成する一対の電極のうち、固定側の電極として利用可能な電極基板の製造方法、およびそれを利用した液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an electrode substrate that can be used as a fixed electrode among a pair of electrodes constituting an electrostatic drive actuator, and a method for manufacturing a droplet discharge head using the same.
静電駆動式インクジェットヘッドは、底面の弾性変位に起因する圧力変動を利用して液体を吐出させる吐出室(圧力室ともいう)が形成されたキャビティ基板と、吐出室の底面(振動板ともいう)を弾性変位させる電極が形成された電極基板とを備え、吐出室の底面と電極とが静電駆動式アクチュエータを構成している。
このような液滴吐出ヘッドを製造する方法として、複数の電極が形成されたガラス基板に流路形成前のシリコン基板を接合した後、該シリコン基板を薄板化し、薄板化したシリコン基板に吐出室等の流路を形成する方法が提案されている(例えば特許文献1、2参照)。この方法により、大径のシリコン基板が利用可能となり、しかも加工途中におけるシリコン基板の割れも低減できるようになった。
As a method of manufacturing such a droplet discharge head, after bonding a silicon substrate before flow path formation to a glass substrate on which a plurality of electrodes are formed, the silicon substrate is thinned, and a discharge chamber is formed in the thinned silicon substrate. A method of forming a flow path such as is proposed (see, for example,
しかしながら、上記アクチュエータを構成しているキャビティ基板と電極基板の界面に微小な異物が挟み込まれた場合には、吐出室の底面を構成する振動板の破損が発生し易くなる。また、異物に起因するキャビティ基板と電極基板の接合不良も発生し易くなる。特に、電極基板のインク供給孔(貫通孔)が機械加工により形成された場合には、その孔内には加工残滓、加工屑など(以下、チッピングと称する)の異物発生源が多数存在することが多い。そして、このチッピングが陽極接合前の洗浄時に孔内から脱離し、基板表面に再付着して異物となるおそれが高い。 However, when a minute foreign matter is sandwiched between the interface between the cavity substrate and the electrode substrate constituting the actuator, the vibration plate constituting the bottom surface of the discharge chamber is easily damaged. In addition, defective bonding between the cavity substrate and the electrode substrate due to foreign matter is likely to occur. In particular, when the ink supply hole (through hole) of the electrode substrate is formed by machining, there are a large number of foreign matter generation sources such as processing residue and processing waste (hereinafter referred to as chipping) in the hole. There are many. Then, there is a high possibility that this chipping is detached from the inside of the hole during cleaning before anodic bonding and reattaches to the substrate surface to become a foreign substance.
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、インク供給孔などの貫通孔を加工形成した後のガラス基板に電極を形成して電極基板とする際に、貫通孔の加工に起因するチッピングを残さない電極基板の製造方法を提案すること、並びにそれを利用した液滴吐出ヘッドの製造方法を提案するものである。 The present invention has been made in view of the above problems. When an electrode is formed on a glass substrate after processing and forming a through hole such as an ink supply hole, chipping caused by processing of the through hole is prevented. The present invention proposes a method of manufacturing an electrode substrate that does not remain, and a method of manufacturing a droplet discharge head using the method.
本発明の電極基板の製造方法は、ガラス基板に貫通孔を形成した後、前記ガラス基板の片面にエッチング保護膜と、ドライフィルムレジストとを順に積層するステップと、フォトリソグラフィーによって形成しようとする溝形状に合わせて前記エッチング保護膜をパターニングするステップと、前記エッチング保護膜がパターニングされた前記ガラス基板をエッチング液に浸して前記ガラス基板の表面に溝を形成するステップと、前記ガラス基板に導電材を成膜して前記溝に電極を形成するステップとを備える。
この方法によれば、溝形成のエッチング工程で、同時に貫通孔内のチッピングもエッチング除去される。また、ガラス基板のエッチング保護膜のパターニングにドライフィルムレジストを用いることで、ガラス基板に貫通孔があっても良好なパターニングを可能としている。
The electrode substrate manufacturing method of the present invention includes a step of forming a through hole in a glass substrate, then sequentially laminating an etching protective film and a dry film resist on one surface of the glass substrate, and a groove to be formed by photolithography. Patterning the etching protective film in accordance with the shape; immersing the glass substrate patterned with the etching protective film in an etching solution to form a groove on the surface of the glass substrate; and a conductive material on the glass substrate. And forming an electrode in the groove.
According to this method, the chipping in the through hole is simultaneously removed by etching in the groove forming etching step. Further, by using a dry film resist for patterning the etching protective film of the glass substrate, good patterning is possible even if the glass substrate has a through hole.
また、本発明の電極基板の製造方法は、ガラス基板に貫通孔を形成した後、前記ガラス基板の片面にエッチング保護膜と、ドライフィルムレジストとを順に積層するステップと、フォトリソグラフィーによって前記貫通孔周囲の前記エッチング保護膜を除去し、前記ガラス基板をエッチング液に浸して前記貫通孔周囲を他の部分より凹んだ凹部とするステップと、前記ガラス基板から前記ドライフィルムを剥離した後、前記凹部の内部をドライフィルムレジストで被覆するステップと、前記凹部が形成された側の前記ガラス基板表面にレジストを塗布するステップと、フォトリソグラフィーによって形成しようとする溝形状に合わせて前記エッチング保護膜をパターニングするステップと、前記エッチング保護膜がパターニングされた前記ガラス基板をエッチング液に浸して前記ガラス基板の表面に溝を形成するステップと、前記ガラス基板に導電材を成膜して前記溝に電極を形成するステップとを備える。
この方法によれば、貫通孔周囲の凹部形成のエッチング工程で、同時に貫通孔内のチッピングもエッチング除去される。また、貫通孔をドライフィルムレジストで塞いだ状態で、ガラス基板のエッチング保護膜をパターニングするレジストを塗布しているので、貫通孔を有したガラス基板でも、高精度のパターニングが可能となる。
The method for producing an electrode substrate according to the present invention includes a step of sequentially forming an etching protective film and a dry film resist on one surface of the glass substrate after forming the through holes in the glass substrate, and the through holes by photolithography. Removing the surrounding etching protective film, immersing the glass substrate in an etching solution to form a recess recessed around the through hole from other portions, and peeling the dry film from the glass substrate; Coating the inside of the substrate with a dry film resist, applying a resist to the glass substrate surface on the side where the recess is formed, and patterning the etching protective film in accordance with the groove shape to be formed by photolithography And a step in which the etching protective film is patterned. Comprising forming a groove on the surface of the glass substrate to scan the substrate is immersed in an etching solution, and forming an electrode in the groove by forming a conductive material on the glass substrate.
According to this method, the chipping in the through hole is simultaneously removed by etching in the etching process for forming the recess around the through hole. In addition, since the resist for patterning the etching protective film of the glass substrate is applied in a state where the through hole is closed with the dry film resist, high-precision patterning is possible even for the glass substrate having the through hole.
なお、前記貫通孔はドリルやサンドブラストを利用した機械加工により形成してもよい。ガラス基板の機械加工によりチッピングが発生しても、それはその後のエッチング処理により除去されるためである。 The through hole may be formed by machining using a drill or sandblast. Even if chipping occurs due to the machining of the glass substrate, it is removed by the subsequent etching process.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記いずれかの方法により製造した電極基板に、前記電極との間に隙間を介してシリコン基板を接合し、前記シリコン基板をエッチングして、前記電極に対応した底面が弾性変位可能な圧力室と、前記圧力室へ前記液体を供給するリザーバとを形成し、前記リザーバを前記貫通孔に連通させるものである。
また、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記いずれかの方法により製造した電極基板に、前記電極との間に隙間を介してシリコン基板を接合し、前記シリコン基板をエッチングして、前記電極に対応した底面が弾性変位可能な圧力室を形成し、前記圧力室が形成されたシリコン基板に、前記圧力室へ前記液体を供給するリザーバが形成されたリザーバ基板を接合し、前記リザーバを前記貫通孔に連通させるものである。
The method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes joining the silicon substrate to the electrode substrate manufactured by any one of the above methods through a gap, etching the silicon substrate, and And a reservoir for supplying the liquid to the pressure chamber is formed, and the reservoir is communicated with the through hole.
Further, in the method for manufacturing a droplet discharge head of the present invention, a silicon substrate is bonded to the electrode substrate manufactured by any one of the above methods through a gap between the electrodes, and the silicon substrate is etched. A pressure chamber whose bottom surface corresponding to the electrode is elastically displaceable, a reservoir substrate on which a reservoir for supplying the liquid to the pressure chamber is formed is bonded to a silicon substrate on which the pressure chamber is formed, and the reservoir Is communicated with the through hole.
これらの方法によれば、電極基板からの異物発生が大幅に低減されるため、電極基板とシリコン基板の接合不良や吐出室底面の損傷の発生率が低下し、液滴吐出ヘッドの製造歩留まりの向上、および液滴吐出ヘッドの吐出特性の安定が図れる。 According to these methods, since the generation of foreign matter from the electrode substrate is greatly reduced, the rate of occurrence of defective bonding between the electrode substrate and the silicon substrate and damage to the bottom surface of the discharge chamber is reduced, and the production yield of the droplet discharge head is reduced. It is possible to improve and stabilize the ejection characteristics of the droplet ejection head.
図1(a)、(b)および(c)は、以下に説明する実施の形態1または2の方法により製造される電極基板を使用した静電駆動式液滴吐出ヘッドの一例を示す裏面図、(a)のb ―b 線に沿った断面図、および(a)のc−c線に沿った断面図である。この液滴吐出ヘッドは、キャビティ基板1、電極基板2およびノズル基板の3枚の基板が積層されてなる。
FIGS. 1A, 1B and 1C are back views showing an example of an electrostatically driven droplet discharge head using an electrode substrate manufactured by the method of
ノズル基板3は例えばシリコン基板からなり、表面に多数のノズル孔32が開口されている。また、このノズル基板3にはオリフィス31も形成されている。
ノズル基板3でカバーされているキャビティ基板1には、底面が弾性変位可能な振動板13に形成されて各ノズル孔32に連通する複数の吐出室(圧力室ともいう)12と、オリフィス31を介して吐出室12に吐出用液体を供給する各吐出室12に共通のリザーバ11とが形成されている。
The
The
電極基板2はガラス基板からなり、キャビティ基板1との接合面側には、各振動板13に対向する位置に細長い一定深さの溝21が形成されている。この溝21内には、導電材(例えばITO(Indium Tin Oxide))からなる個別電極22が形成され、この個別電極22はギャップ(振動板13の動作空間)を介して振動板13と対向している。なお、個別電極22は電極基板2の後端面26まで形成されており、その後端部分が外部配線接続用の電極取り出し部27となっている。
また、電極基板2にはインク供給孔23が貫通されており、このインク供給孔23を介して外部からリザーバ11へ吐出用液体が供給される。
The
An
この液滴吐出ヘッドは、振動板13と個別電極22との間に電圧を印加し、静電力を発生させて振動板13を個別電極22側に変形させた後、その印加電圧を除去した時に発生する振動板13のバネ力による圧力によって、インク滴をノズル孔32より吐出する。従って、振動板13と個別電極22とは静電駆動式のアクチュエータとなっている。
This droplet discharge head applies a voltage between the
実施の形態1(電極基板の製造方法その1)
次に、上記のような静電駆動式アクチュエータを構成する電極基板2の製造方法を説明する。図2は実施の形態1に係る電極基板の製造方法を説明する工程図であり、図3は図2と同じ工程を示す図2とは90度方向を変えた方向(図1のC'-C'方向)から見た工程図である。以下、図2、図3の(a)〜(g)に沿って説明する。
Embodiment 1 (
Next, the manufacturing method of the
(a)硼珪酸ガラス製の厚さ1mmのガラス基板2aを用意し、ドリルまたはサンドブラスト等の機械加工又はレーザー加工により貫通孔であるインク供給孔23を形成する。
その後、ガラス基板2aの片面(図2では上面)にエッチング保護膜(ここではCr/Au膜51とする)をスパッタし、その上にドライフィルムレジスト71をラミネートする。
(b)フォトリソグラフィーにより、個別電極22を形成するための溝21を形成するために、Cr/Au膜51をパターニングする。
(c)ドライフィルムレジスト71とCr/Au膜51をエッチングマスクとして、フッ酸水溶液にガラス基板2aを浸してエッチングし、ガラス基板2aの表面に溝21を形成する。このとき、孔開け加工によってインク供給孔23の内壁に発生していた無数のチッピングも、エッチングされて除去される。
(d)ドライフィルムレジスト71を剥離し、Cr/Au膜51をエッチング除去する。(e)ガラス基板2aの溝21を形成した側の表面に、ITO膜22aをスパッタ成膜する。
(f)ITO膜22aの上にドライフィルムレジスト71をラミネートし、フォトリソグラフィーによりITO膜22aをパターニングし、ITO膜22aを溝21内にのみ残し、個別電極22を形成する。
(g)ドライフィルムレジスト71を剥離する。
(A) A
After that, an etching protective film (here, referred to as Cr / Au film 51) is sputtered on one surface (the upper surface in FIG. 2) of the
(B) The Cr /
(C) Using the dry film resist 71 and the Cr /
(D) The dry film resist 71 is peeled off, and the Cr / Au
(F) A
(G) The dry film resist 71 is peeled off.
以上の工程により電極基板2が製造できる。実施の形態1の方法によれば、溝21のエッチング工程で、同時にインク供給孔23のチッピングもエッチング除去される。また、従来のレジストを塗布して行うパターニングは、インク供給孔23があるためレジントのスピンコートが難しく、困難であるが、本例のように、ドライフィルムレジスト71を用いてパターニングを実施することで、インク供給孔23があっても良好なパターニングが可能となる。
The
実施の形態2(電極基板の製造方法その2)
図4〜図5は実施の形態2に係る電極基板の製造方法を説明する工程図であり、先の図3と同じ方向から見た図を示している。以下、図4〜図5の(a)〜(l)に沿って説明する。
Second Embodiment (
4 to 5 are process diagrams for explaining the method of manufacturing the electrode substrate according to the second embodiment, and show views seen from the same direction as FIG. Hereinafter, a description will be given along (a) to (l) of FIGS.
(a)硼珪酸ガラス製の厚さ1mmのガラス基板2aを用意し、ドリルまたはサンドブラスト等の機械加工またはレーザー加工により貫通孔であるインク供給孔23を形成する。 その後、ガラス基板2aの片面(図4では上面)にエッチング保護膜(ここではCr/Au膜51とする)をスパッタし、その上にドライフィルムレジスト71をラミネートする。そして、フォトリソグラフィーによりインク供給孔23周囲のCr/Au膜51をパターニングする。
(b)ドライフィルムレジスト71とCr/Au膜51をエッチングマスクとして、フッ酸水溶液にガラス基板2aを浸してエッチングし、ガラス基板2aのインク供給孔23周囲に凹部23aを形成する。このとき、孔開け加工によってインク供給孔23の内壁に発生していた無数のチッピングも、エッチングされて除去される。
(c)ドライフィルムレジスト71を剥離する。
(d)ガラス基板2aの上面に再度ドライフィルムレジスト71をラミネートし、フォトリソグラフィーによりインク供給孔23周囲の凹部23aにのみドライフィルムレジスト71を残す。
(e)スピンコートによりレジスト72をコーティングし、フォトリソグラフィーにより個別電極22用の溝21を形成するために、Cr/Au膜51をパターニングする。
(f)レジスト72とCr/Au膜51をエッチングマスクとして、フッ酸水溶液にガラス基板2aを浸してエッチングし、ガラス基板2aの表面に溝21を形成する。
(g)レジスト72及び凹部23aのドライフィルムレジスト71を剥離し、さらにCr/Au膜51をエッチング除去する。
(h)ガラス基板2aの溝21を形成した側の表面に、ITO膜22aをスパッタ成膜する。
(i)ITO膜22aの上にドライフィルムレジスト71をラミネートし、フォトリソグラフィーによりインク供給孔23周囲の凹部23aにのみドライフィルムレジスト71を残す。
(j)ITO膜22aおよびドライフィルムレジスト71の上に、スピンコートによりレジスト72をコーティングする。
(k)フォトリソグラフィーによりITO膜22aをパターニングし、ITO膜22aを溝21内にのみ残し、個別電極22を形成する。
(l)レジスト72及び凹部23aのドライフィルムレジスト71を剥離する。
(A) A
(B) Using the dry film resist 71 and the Cr /
(C) The dry film resist 71 is peeled off.
(D) The dry film resist 71 is laminated again on the upper surface of the
(E) The resist 72 is coated by spin coating, and the Cr /
(F) Using the resist 72 and the Cr /
(G) The resist 72 and the dry film resist 71 in the
(H) An
(I) A dry film resist 71 is laminated on the
(J) A resist 72 is coated on the
(K) The
(L) The resist 72 and the dry film resist 71 in the
以上の工程により電極基板2が製造できる。実施の形態の方法によれば、凹部23aのエッチング工程で、同時にインク供給孔23のチッピングもエッチング除去される。また、インク供給孔23をドライフィルムレジスト71で塞ぐことによって、レジストコーティングを利用可能とし、レジストコーティングによる高精度なパターニングを可能としたものである。また、レジストコーティングを用いることで、パターニング精度が高いステッパの使用も可能となる。
さらに、最初に、インク供給孔周囲に凹部23aを形成しておくことで、ガラス基板2aの上面、すなわち陽極接合界面にITO電極が形成されることが無く、陽極接合を問題なく実施することができる利点も有する。
The
Furthermore, by first forming the
実施の形態3(液滴吐出ヘッドの製造方法その1)
次に、電極基板2を用いた液滴吐出ヘッドの製造方法を説明する。図6〜図7は実施の形態3に係る液滴吐出ヘッドの製造方法を説明する断面工程図である。以下、図6〜図7の(a)〜(k)に沿って説明する。
Embodiment 3 (
Next, a method for manufacturing a droplet discharge head using the
(a)下面が研磨された例えば厚み525μmのSi(シリコン)基板1aを用意し、その下面にボロンを高濃度に拡散し、ボロン拡散層13aを形成する。さらに、ボロン拡散層13aの表面に、プラズマCVDによりSiO2膜の絶縁膜43を形成する。また、先述した実施の形態1または2の方法により製作された電極基板2を用意する。
(b)Si基板1aと電極基板2を陽極接合する。このとき、Si基板1aの絶縁膜43と電極基板2の個別電極22との間には溝21に起因するギャップ16が形成される。なお、Si基板1aと電極基板2とが接合されたものを接合基板61と称するものとする。(c)Si基板1aの上面をグラインダーで研削して厚みを150μm程度にする。このとき、Si基板1aの表面には中心から放物線を描く研削跡が残り、その表面粗さ(Rmax)は0.1μm程度となっている。その後、32wt%、80℃の水酸化カリウム水溶液でSi基板1aの表面を全面エッチングし、研削加工で発生した加工変質層を除去する。このエッチングによってSi基板1aの表面は荒れてしまうが、Si基板1aの表面粗さ(Rmax)は1μm以下であり、後工程のノズルプレート接着に問題が生じることはない。
(d)接合基板61の上面に、プラズマCVDによりSiO2膜62を厚み1μmで形成する。
(e)フォトリソグラフィーにより吐出室12となる部分12a、リザーバ11となる部分11a、電極取出し部となる部分27aのSiO2膜62をパターニングする。なお、リザーバ11となる部分11aのSiO2膜62は、完全に除去しないでハーフエッチングする。
(f)35wt%、80℃の水酸化カリウム水溶液に接合基板61を浸し、吐出室12、電極取り出し部27を途中までエッチングする。そして、リザーバ部11aに残したSiO2膜62をフッ酸水溶液で除去した後、35wt%、80℃の水酸化カリウム水溶液で接合基板61のエッチングを継続する。エッチングがボロン拡散層13aまで進むとエッチングレートが低下するので、その時点までエッチングを行う。その結果、吐出室12の底面のボロン拡散層13aが、個別電極22に対峙する振動板13となる。一方、エッチングのスタートを遅らせたリザーバ部11aは、ボロン拡散層13aまでエッチングが進まず、結果としてリザーバ11の底部を他の部分より厚くすることができる。
(g)接合基板61をフッ酸水溶液に浸漬し、Si基板1aの表面に残るSiO2膜62を除去する。なお、Si基板1aと電極基板2との接合から本工程までは、キャビティ基板1と電極基板2の間のギャップ16は完全に密閉されているため、途中工程の処理液がギャップ16に入り込むことがない。
(h)電極取り出し部27に対応する部分を開口したメタルマスクを重ねて、電極取り出し部27に残るボロン拡散層13aと絶縁膜43の薄膜をドライエッチングで除去する。なお、この工程まで終了したSi基板1aをキャビティ基板1と称するものとする。
(i)封止材28を電極取り出し部27の開口部からキャビティ基板1と電極基板2の間に形成されているギャップ16を塞ぐように塗布して、ギャップ16を封止する。
(j)ノズル基板3をキャビティ基板1に接合する。
(k)キャビティ基板1、電極基板2およびノズル基板3が順に接合された積層基板を、各ヘッド毎にダイシングして、液滴吐出ヘッドとする。
(A) A Si (silicon)
(B) The
(D) An SiO 2 film 62 is formed with a thickness of 1 μm on the upper surface of the
(E) The
(F) The
(G) The
(H) A metal mask having an opening corresponding to the electrode lead-out
(I) The sealing
(J) The
(K) The laminated substrate in which the
この方法によれば、電極基板2からインク供給孔23などの貫通孔の加工に起因するチッピングが除去されているため、電極基板2と接合されたシリコン基板1aを加工して液滴吐出ヘッドを形成する際に、チッピングに起因する問題を回避できる。また、それにより、製造された液滴吐出ヘッドの品質も向上し特性が安定する。
According to this method, since the chipping due to the processing of the through holes such as the ink supply holes 23 is removed from the
実施の形態4(液滴吐出ヘッドの製造方法その2)
図8は本発明の実施の形態4の方法により製造する液滴吐出ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。この液滴吐出ヘッドは、ノズル基板101、リザーバ基板102、キャビティ基板103、電極基板104の4枚の基板が積層されてなる。この構成は、リザーバの容積を大きく取るのに適した構造である。
Embodiment 4 (
FIG. 8 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a droplet discharge head manufactured by the method of
ノズル基板101は、例えば厚さ約50μmのシリコン基板から作製されている。ノズル基板101には多数のノズル孔111が所定のピッチで設けられている。各ノズル孔111は、2つの孔径を備え、ノズル先端側が小さい孔径に、ノズル後端側がノズル先端側より大きな孔径になっている。各ノズル孔111は後述する複数の吐出室(圧力室ともいう)131にそれぞれ対応している。
The
リザーバ基板102は、例えば厚さ約180μmの表裏面の面方位が(100)のシリコン基板から作製されている。このリザーバ基板102には、リザーバ基板102を垂直に貫通し各ノズル孔111に独立して連通する複数のノズル連通孔121が設けられている。また、後述する複数の吐出室131に対して共通のリザーバ(共通インク室)123が、ウェットエッチングにより形成されており、その内壁面はそれにより面方位が(111)となっている。
The
リザーバ123の底部には、リザーバ123と後述する各吐出室131とを連通している複数の供給口122と、外部からリザーバ123に吐出液を供給するためのインク供給孔127が設けられている。さらに、このリザーバ基板102には、中央部に後述するICドライバ105を収容する空間としてのIC収容口151が開口され、端部にそのICドライバから延びる電極基板104の配線端部を開放する配線取出口152が開口されている。
At the bottom of the
リザーバ基板102を貫通するノズル連通孔121は、ノズル基板101のノズル孔111と同軸上に設けられているので、インク滴の吐出の直進性が得られ、そのため吐出特性が格段に向上するものとなる。特に、微小なインク滴を狙い通りに着弾させることができるため、色ずれ等を生じることなく微妙な階調変化を忠実に再現することができ、より鮮明で高品位の画質を実現することができる。
Since the
キャビティ基板103は、例えば厚さ約50μmのシリコン基板から作製されている。このキャビティ基板103にはノズル連通孔121のそれぞれに独立して連通する吐出室131が設けられている。また、吐出室131を構成する底壁は、可撓性を有し弾性変形可能な振動板132(図9、図10参照)に構成されている。振動板132は、シリコンに高濃度のボロンを拡散することにより形成されるボロン拡散層により構成するのが好ましい。ボロン拡散層とすることにより、エッチングストップを十分に働かせることができるので、振動板132の厚さや面荒れを精度よく調整することができるからである。
The
キャビティ基板103の少なくとも下面には、例えばTEOS(テトラエトキシシラン)を原料としたプラズマCVDによるSiO2膜からなる絶縁膜が形成されている。この絶縁膜は、インクジェットヘッドの駆動時における絶縁破壊や短絡を防止するために設けられている。また、キャビティ基板103にはリザーバ基板102のインク供給孔127に連通するインク供給孔135が設けられている。
さらに、キャビテイ基板103にも、中央部に後述するICドライバ105を収容する空間としてのIC収容口151Aが開口され、端部にそのICドライバから延びる電極基板104の配線端部を開放する配線取出口152Aが開口されている。なお、キャビテイ基板103には、キャビテイ基板103を電源など他の機器へ電気的に接続する共通電極136も設けられている。
On at least the lower surface of the
Further, the
電極基板104は、例えば厚さ約1mmのガラス基板から作製されている。特に、キャビティ基板103であるシリコン基板と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが適している。硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いることにより、電極基板104とキャビティ基板103を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板104とキャビティ基板103との間に生じる応力を低減することができ、その結果剥離等の問題を生じることなく、電極基板104とキャビティ基板103となるシリコン基板を、強固に接合することができるからである。
The
電極基板104には、キャビティ基板103の各振動板132に対向する位置にそれぞれ溝142が設けられている。各溝142は、エッチングにより例えば約0.2μmの深さで形成されている。そして、各溝142内には、ITOからなる個別電極141が、例えば0.1μmの厚さでスパッタにより形成されている。したがって、振動板132と個別電極141との間に形成されるギャップは、本実施形態の場合、0.1μmとなっている。このギャップの開放端部はエポキシ接着剤等からなる封止材により気密に封止され、異物や湿気のギャップ116への侵入が防止されている。
The
また、個別電極141の電極端子部141aは、リザーバ基板102およびキャビティ基板103のIC収容口151,151Aに対応する領域まで延びていて、そこで動作制御用のドライバIC105と接続されている。
さらに、ドライバIC105に対する信号線や電源線が、リザーバ基板102およびキャビティ基板103の配線取出口152,152Aの領域に露出して配線されており、その露出部が外部機器との接続に供されるケーブル接続部144となっている。ケーブル接続部144には、例えばFPC(Flexible Printed Circuit)が接続され、それを介してドライバIC105が電源などの外部機器に接続される。
In addition, the
Further, signal lines and power supply lines for the
電極基板104にはインクカートリッジ(図示せず)などに接続されるインク供給孔145が設けられている。インク供給孔145は、キャビティ基板103に設けられたインク供給孔135およびリザーバ基板102に設けられたインク供給孔127を通じてリザーバ123に連通している。
The
図9、図10は図8の液滴吐出ヘッドの製造方法を示す実施の形態4に係る方法の工程図である。以下、図9〜図10の(1)〜(8)に沿って図8の液滴吐出ヘッドの製造方法を説明する。 9 and 10 are process diagrams of a method according to the fourth embodiment showing a manufacturing method of the droplet discharge head of FIG. Hereinafter, the manufacturing method of the droplet discharge head of FIG. 8 will be described with reference to (1) to (8) of FIGS.
(1)実施の形態1または実施の形態2の方法を利用して電極基板104を製造する。
(2)(110)を面方位とする酸素濃度の低いシリコン基板300の片面を鏡面研磨した220μmの厚みの基板を作製する。シリコン基板300の鏡面側には振動板131の厚みと同等の高濃度ボロン拡散層を形成する(図示せず)。そして、ボロン拡散層の表面にTEOS絶縁膜を0.1μm成膜する(図示せず)。
次に、シリコン基板300と電極基板104を360℃に加熱した後、電極基板104に負極、シリコン基板300に正極を接続し、800Vの電圧を印加して陽極接合する。
(1) The
(2) A substrate having a thickness of 220 μm is prepared by mirror-polishing one surface of a
Next, after the
(3)陽極接合後、シリコン基板300の表面を、その厚みが約60μmになるまで研削加工を行う。その後、加工変質層を除去する為に、32w%の濃度の水酸化カリウム溶液でシリコン基板300を約10μmエッチングする。これによりシリコン基板300の厚みは約50μmとなる。
(4)電極基板104とシリコン基板300の接合済み基板を水酸化カリウム水溶液を用いてエッチングし、シリコン基板300に吐出室131を形成する。このエッチング工程では、ボロン拡散層でのエッチングレート低下を利用してエッチングをストップをさせる。これにより、吐出室131の底面はボロン拡散層の振動板132となる。
併せて、シリコン基板300には、IC収容口151A、配線取出口152A、封止穴153、インク供給口135などの貫通部又は開放部を形成し、キャビティ基板103とする。これらの貫通部又は開放部の形成は、まずウェットエッチングにより該当部分を薄膜とした後、貫通部又は開放部に対応した部分が開口したシリコンマスクを取り付け、RIEドライエッチングを行って、それらの部分の薄膜を除去することで行う。
(3) After anodic bonding, the surface of the
(4) The bonded substrate of the
At the same time, the
(5)接合済み基板を乾燥し、ギャップ116内部の水分を除去した後、エポキシ樹脂を封止穴153に流し込み、ギャップ116を封止する。これによって、ギャップ116は密閉状態になる。
(6)リザーバ123、供給口122およびノズル連通孔121が形成されたリザーバ基板102をエポキシ系接着剤により、キャビティ基板103接着する。
(7)電極基板104の個別電極141の電極端子部141aにドライバIC105を実装する。
(8)ノズル基板101をエポキシ系接着剤によりリザーバ基板102へ接着する。そして、ダイシングを行い、個々のヘッドに切断し、インクジェットヘッドとする。
(5) After the bonded substrate is dried and moisture in the
(6) The
(7) The
(8) The
実施形態4の方法によれば、電極基板104からインク供給孔145などの貫通孔の加工に起因するチッピングが除去されているため、電極基板104と接合されたシリコン基板300を加工して液滴吐出ヘッドを形成する際に、チッピングに起因する問題を回避できる。また、それにより、製造された液滴吐出ヘッドの品質も向上する。
According to the method of the fourth embodiment, since chipping due to the processing of the through holes such as the ink supply holes 145 is removed from the
なお、本発明の方法により製造される電極基板は、液滴吐出ヘッドへの適用に限られるものではなく、静電駆動式アクチュエータの一方の電極を構成するものとして、種々の機器に適用できる。
また、本発明の方法により製造される液滴吐出ヘッドは、インクの吐出に限られず、種々の液体を吐出させることができる。一例を挙げれば、染料または顔料を含む液体、有機EL等の表示基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体などである。
The electrode substrate manufactured by the method of the present invention is not limited to application to a droplet discharge head, and can be applied to various devices as one electrode of an electrostatic drive actuator.
In addition, the droplet discharge head manufactured by the method of the present invention is not limited to ink discharge, and can discharge various liquids. For example, a liquid containing a dye or a pigment, a liquid containing a compound serving as a light-emitting element in an application for discharging to a display substrate such as an organic EL, and a liquid containing a conductive metal in an application for wiring on the substrate. Etc.
1 キャビティ基板、2 電極基板、3 ノズル基板、11 リザーバ、12 吐出室(圧力室)、13 振動板、16 ギャップ、21 溝、22 個別電極、22a ITO膜、23 インク供給孔、23a 凹部、27 電極取り出し部、31 オリフィス、32 ノズル孔、51 Cr/Au膜、71 ドライフィルムレジスト、72 スピンコートレジスト。
1 cavity substrate, 2 electrode substrate, 3 nozzle substrate, 11 reservoir, 12 discharge chamber (pressure chamber), 13 diaphragm, 16 gap, 21 groove, 22 individual electrode, 22a ITO film, 23 ink supply hole, 23a recess, 27 Electrode extraction part, 31 orifice, 32 nozzle hole, 51 Cr / Au film, 71 dry film resist, 72 spin coat resist.
Claims (5)
フォトリソグラフィーによって形成しようとする溝形状に合わせて前記エッチング保護膜をパターニングするステップと、
前記エッチング保護膜がパターニングされた前記ガラス基板をエッチング液に浸して前記ガラス基板の表面に溝を形成するステップと、
前記ガラス基板に導電材を成膜して前記溝に電極を形成するステップと、
を備えたことを特徴とする電極基板の製造方法。 After forming a through hole in the glass substrate, laminating an etching protective film and a dry film resist in order on one side of the glass substrate;
Patterning the etching protection film in accordance with a groove shape to be formed by photolithography;
Immersing the glass substrate patterned with the etching protection film in an etching solution to form a groove on the surface of the glass substrate;
Forming a conductive material on the glass substrate and forming an electrode in the groove;
A method of manufacturing an electrode substrate comprising:
フォトリソグラフィーによって前記貫通孔周囲の前記エッチング保護膜を除去し、前記ガラス基板をエッチング液に浸して前記貫通孔周囲を他の部分より凹んだ凹部とするステップと、
前記ガラス基板から前記ドライフィルムを剥離した後、前記凹部の内部をドライフィルムレジストで被覆するステップと、
前記凹部が形成された側の前記ガラス基板表面にレジストを塗布するステップと、
フォトリソグラフィーによって形成しようとする溝形状に合わせて前記エッチング保護膜をパターニングするステップと、
前記エッチング保護膜がパターニングされた前記ガラス基板をエッチング液に浸して前記ガラス基板の表面に溝を形成するステップと、
前記ガラス基板に導電材を成膜して前記溝に電極を形成するステップと、
を備えたことを特徴とする電極基板の製造方法。 After forming a through hole in the glass substrate, laminating an etching protective film and a dry film resist in order on one side of the glass substrate;
Removing the etching protective film around the through hole by photolithography and immersing the glass substrate in an etching solution to form a recess recessed from the other part around the through hole;
After peeling the dry film from the glass substrate, coating the inside of the recess with a dry film resist;
Applying a resist to the surface of the glass substrate on the side where the recesses are formed;
Patterning the etching protection film in accordance with a groove shape to be formed by photolithography;
Immersing the glass substrate patterned with the etching protection film in an etching solution to form a groove on the surface of the glass substrate;
Forming a conductive material on the glass substrate and forming an electrode in the groove;
A method of manufacturing an electrode substrate comprising:
前記シリコン基板をエッチングして、前記電極に対応した底面が弾性変位可能な圧力室と、前記圧力室へ前記液体を供給するリザーバとを形成し、前記リザーバを前記貫通孔に連通させることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A silicon substrate is bonded to the electrode substrate manufactured by the method according to claim 1 through a gap between the electrode substrate and the electrode substrate,
The silicon substrate is etched to form a pressure chamber whose bottom surface corresponding to the electrode can be elastically displaced, and a reservoir for supplying the liquid to the pressure chamber, and the reservoir communicates with the through hole. A method for manufacturing a droplet discharge head.
前記シリコン基板をエッチングして、前記電極に対応した底面が弾性変位可能な圧力室を形成し、
前記圧力室が形成されたシリコン基板に、前記圧力室へ前記液体を供給するリザーバが形成されたリザーバ基板を接合し、前記リザーバを前記貫通孔に連通させることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
A silicon substrate is bonded to the electrode substrate manufactured by the method according to claim 1 through a gap between the electrode substrate and the electrode substrate,
Etching the silicon substrate to form a pressure chamber whose bottom surface corresponding to the electrode can be elastically displaced,
A droplet discharge head comprising: a silicon substrate on which the pressure chamber is formed; a reservoir substrate on which a reservoir for supplying the liquid to the pressure chamber is formed; and the reservoir is connected to the through hole. Production method.
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