JP2007190719A - Inkjet recording head and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクなどの液体を液滴として吐出し、それを紙などの被記録材に付着させて記録を行うインクジェット記録ヘッド、およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an ink jet recording head that discharges a liquid such as ink as droplets and attaches it to a recording material such as paper to perform recording, and a manufacturing method thereof.
インクジェット記録方式(液体噴射記録方式)に適用されるインクジェット記録ヘッドは、一般に、微細な吐出口(オリフィス)、それに通じる液流路、および該液流路の一部に設けられた、吐出圧力発生素子を備える吐出圧力発生部を複数備えている。吐出圧力発生素子としては、例えば、電気熱変換素子が用いられ、このインクジェット記録ヘッドにおいては、電気熱変換素子に駆動信号が印加され、それによって、電気熱変換素子はインクの核沸騰を越える急激な温度上昇を生じてインク内に気泡を生じさせ、この際に生じる圧力によって、インクの液滴が吐出される。各電気熱変換素子には、記録情報に応じて駆動信号が印加され、それによってインクは各吐出口から選択に吐出される。 An ink jet recording head applied to an ink jet recording method (liquid jet recording method) is generally a fine discharge port (orifice), a liquid flow path leading to it, and a discharge pressure generation provided in a part of the liquid flow path. A plurality of discharge pressure generation units including elements are provided. As the discharge pressure generating element, for example, an electrothermal conversion element is used, and in this ink jet recording head, a drive signal is applied to the electrothermal conversion element, whereby the electrothermal conversion element suddenly exceeds the nucleate boiling of the ink. A temperature rises to cause bubbles in the ink, and ink droplets are ejected by the pressure generated at this time. A drive signal is applied to each electrothermal conversion element in accordance with recording information, whereby ink is selectively ejected from each ejection port.
ところで、この方式で用いられるインクジェットヘッドの中で、インク吐出に利用されるエネルギーを発生するためのエネルギー発生素子が形成された基板に対し、垂直方向に液滴が吐出される、いわゆるサイドシューター型のインクジェットヘッドが知られている。 By the way, among the inkjet heads used in this method, a so-called side shooter type in which droplets are ejected in a vertical direction with respect to a substrate on which an energy generating element for generating energy used for ink ejection is formed. Inkjet heads are known.
インクジェット記録ヘッドでは、高スループット化が望まれている。このためには、吐出周波数(駆動周波数)を高くできるようにするために、液滴吐出後に流路内にインクを再充填する、すなわちリフィルするのを速くする必要がある。リフィルを速くするには、供給口から吐出口までの間のインクの供給経路の流抵抗を小さくすることが望まれる。 In an ink jet recording head, high throughput is desired. For this purpose, in order to increase the ejection frequency (driving frequency), it is necessary to refill the ink in the flow path after droplet ejection, that is, to refill the ink quickly. In order to speed up the refill, it is desired to reduce the flow resistance of the ink supply path from the supply port to the discharge port.
インクの供給経路の流抵抗を小さくする構成としては、特許文献1および特許文献2には、供給口近傍の流路高さが吐出圧力発生素子近傍の流路高さより高いことを特徴とするインクジェット記録ヘッドとその製造方法が提案されている。これらの公報に記載された製造方法では、基板の、供給口近傍から吐出圧力発生素子近傍までの間に相当する部分を掘り込むことによって、供給口近傍の流路高さを高くしている。これによって、インクの供給経路の断面積が大きくなり、したがって、その流抵抗が低減される。このように、これらの公報に記載された製造方法は、高スループット化を実現する上で有効な手法である。
As a configuration for reducing the flow resistance of the ink supply path, Patent Document 1 and
一方、このようなインクジェット記録ヘッドでは高い信頼性も求められる。この課題の一つに、吐出される液体中に混入したゴミが吐出口もしくは吐出圧力発生部近傍に侵入し、吐出時の液体の流れに影響するために生じる不吐出、斜方吐出などの吐出不良がある。これに対して従来、数々のタイプのフィルターが提案され、用いられている。 On the other hand, such an ink jet recording head is also required to have high reliability. One of the problems is that non-ejection, oblique ejection, etc. that occur because dust mixed in the ejected liquid enters the vicinity of the ejection port or the ejection pressure generation section and affects the flow of liquid during ejection. There is a defect. In contrast, many types of filters have been proposed and used.
特に、吐出圧力発生部に近い場所にフィルターが存在する構成では吐出圧力発生時に吐出圧力がフィルターにまで及んでトラップされているゴミが後方へ押し戻されることにより長期使用してもフィルターが完全に目詰してしまうことがないという利点がある。このような構成はサイドシューター型のインクジェット記録ヘッドでは通常供給口から吐出圧力発生部との間に基板に垂直な柱状のフィルター、櫛歯状のフィルター、堰状のフィルターなどが提案され、用いられており、高い信頼性を実現している。 In particular, in a configuration in which a filter is present near the discharge pressure generating section, the discharge pressure reaches the filter when the discharge pressure is generated, and the trapped dust is pushed back so that the filter is completely visible even when used for a long time. There is an advantage that it will not clog. For such a side shooter type ink jet recording head, a columnar filter perpendicular to the substrate, a comb-like filter, a weir-like filter, etc. are usually proposed and used between the supply port and the discharge pressure generating unit. And achieves high reliability.
しかしながらこのような構成ではフィルター面(フィルターの目に平行な面)の面積は液流路の高さによって制限されてしまう。高スループット化には流抵抗の低減のためフィルター面を大きくとることが望まれるがこの構成では十分な面積を取ることができず、フィルターの目を粗くする、即ち柱どうしの間隔などを大きくとることにより、フィルターとしての性能を犠牲にして、流抵抗の低減を図らなければならない場合があった。
本発明が解決しようとする課題はフィルターの目が十分に細かく、また吐出圧力発生部近傍にフィルターが存在することで完全に目詰まりしてしまうことがないという高い信頼性を有しながら、供給口から吐出口までの流抵抗が低く、高スループットであるインクジェット記録ヘッドを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is that the filter has a sufficiently fine mesh, and the presence of the filter in the vicinity of the discharge pressure generating portion ensures that the filter will not be completely clogged while being highly reliable. An object of the present invention is to provide an ink jet recording head having a low flow resistance from the mouth to the ejection port and a high throughput.
上記の課題を解決するために本発明では以下を提案する。 In order to solve the above problems, the present invention proposes the following.
外部から液体が供給される供給口と、該液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通し、前記供給口から供給された前記液体を前記吐出口へと導く液流路と、該液流路の一部に設けられた、前記液体を吐出するための圧力を発生する吐出圧力発生部とを有し、前記供給口が、前記吐出圧力発生部を構成する吐出圧力発生素子が形成された基板に貫通口として形成されるインクジェット記録ヘッドの製造に用いるインクジェット記録ヘッド用基体を備え、
前記基体の前記吐出圧力発生素子が形成された面の前記吐出圧力発生素子の近傍部分が掘り込まれ、その一部に前記貫通口が形成される窪み部と、
該窪み部と前記液流路との間に複数の孔が開けられたフィルター層を有するインクジェット記録ヘッドである。
A supply port through which liquid is supplied from the outside, a discharge port through which the liquid is discharged, a liquid flow path that communicates with the discharge port and guides the liquid supplied from the supply port to the discharge port, and the liquid A discharge pressure generating unit that is provided in a part of the flow path and generates a pressure for discharging the liquid, and the supply port forms a discharge pressure generating element that constitutes the discharge pressure generating unit. A substrate for an ink jet recording head used for manufacturing an ink jet recording head formed as a through hole in a substrate,
A portion of the surface of the base on which the discharge pressure generating element is formed is dug in the vicinity of the discharge pressure generating element, and a recessed portion in which the through hole is formed in a part thereof;
An ink jet recording head having a filter layer having a plurality of holes formed between the recess and the liquid flow path.
つまりこのヘッドは、供給口から吐出圧力発生素子の近傍までが窪んでおり、供給口から吐出口までの流抵抗を低減させ、かつ、フィルター面を基板表面と平行にして供給口上面から窪み部上面までの広範囲に広げることにより、フィルターの目を十分に細かくしても流抵抗の増大が抑えられる構成となっている。 In other words, this head is recessed from the supply port to the vicinity of the discharge pressure generating element, reduces the flow resistance from the supply port to the discharge port, and has a recessed portion from the upper surface of the supply port with the filter surface parallel to the substrate surface. By widening up to the upper surface, the flow resistance can be prevented from increasing even if the filter has a sufficiently fine mesh.
外部から液体が供給される供給口と、該液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通し、前記供給口から供給された前記液体を前記吐出口へと導く液流路と、該液流路の一部に設けられた、前記液体を吐出するための圧力を発生する吐出圧力発生部とを有し、前記供給口が、前記吐出圧力発生部を構成する吐出圧力発生素子が形成された基板に貫通口として形成されたインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
1.基板の吐出圧力発生素子が形成される面にフィルターとなる層を成膜する
2.フィルター層に孔もしくはスリットを形成する
3.前記孔もしくはスリットを通して基板に対して等方エッチングを行い、窪み部を形成する
4.前記基板上に吐出口と液流路を備えたオリフィスプレートを形成する
5.基板の樹脂がコートされた面の反対の面にレジストをパターニングし、その開口から前記窪み部と連結するまでエッチングを進行させて供給口を形成する
工程を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法である。
A supply port through which liquid is supplied from the outside, a discharge port through which the liquid is discharged, a liquid flow path that communicates with the discharge port and guides the liquid supplied from the supply port to the discharge port, and the liquid A discharge pressure generating unit that is provided in a part of the flow path and generates a pressure for discharging the liquid, and the supply port forms a discharge pressure generating element that constitutes the discharge pressure generating unit. A method of manufacturing an ink jet recording head formed as a through hole in a substrate,
1. 1. A filter layer is formed on the surface of the substrate on which the discharge pressure generating element is formed. 2. Form holes or slits in the filter layer. 3. Isotropic etching is performed on the substrate through the holes or slits to form recesses. 4. An orifice plate having a discharge port and a liquid flow path is formed on the substrate. An ink jet recording head comprising: forming a supply port by patterning a resist on a surface opposite to a resin-coated surface of a substrate, and performing etching until the substrate is connected to the recess from the opening. It is a manufacturing method.
また、前記等方エッチングがケミカルドライエッチング、もしくはフッ酸、硝酸、もしくはこれらの混合物によるウェットエッチング、もしくは二フッ化キセノンその他の反応性のある気体によるエッチングであることが考えられる。 The isotropic etching may be chemical dry etching, wet etching with hydrofluoric acid, nitric acid, or a mixture thereof, or etching with xenon difluoride or other reactive gas.
また、前記工程の3.の後にフィルター層の孔もしくはスリットを通して窪み部内面に保護層を形成し、さらに前記工程5の後に窪み部と供給口の連結部分にある保護層を除去することも考えられる。
In addition, in
このようにすることで、酸性やアルカリ性の液体を吐出させる場合でも、窪み部表面が腐食されることのないよう保護することができると同時に、前記工程5において窪み部と供給口が連結する際に、その角部分が急速にエッチングされて形状が崩れてしまうことを防ぐことができる。 In this way, even when acidic or alkaline liquid is discharged, the surface of the dent portion can be protected from being corroded, and at the same time, when the dent portion and the supply port are connected in Step 5 above. In addition, it is possible to prevent the corner portion from being rapidly etched and the shape from collapsing.
さらに以下のような製造方法も提案する。 The following manufacturing method is also proposed.
外部から液体が供給される供給口と、該液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通し、前記供給口から供給された前記液体を前記吐出口へと導く液流路と、該液流路の一部に設けられた、前記液体を吐出するための圧力を発生する吐出圧力発生部とを有し、前記供給口が、前記吐出圧力発生部を構成する吐出圧力発生素子が形成された基板に貫通口として形成されたインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
1.基板の吐出圧力発生素子が形成される面にフィルターとなる層を成膜する
2.前記基板のフィルター層が存在する面と反対の面にレジストをパターニングし、その開口から前記フィルター層までエッチングを進行させて供給口を形成する
3.フィルター層に孔もしくはスリットを形成する
4.前記孔もしくはスリットを通して基板に対して等方エッチングを行い、窪み部を形成する
5.前記基板上に液流路と吐出口を備えたオリフィスプレートを形成する
工程を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法である。
A supply port through which liquid is supplied from the outside, a discharge port through which the liquid is discharged, a liquid flow path that communicates with the discharge port and guides the liquid supplied from the supply port to the discharge port, and the liquid A discharge pressure generating section that is provided in a part of the flow path and generates a pressure for discharging the liquid, and the supply port forms a discharge pressure generating element that constitutes the discharge pressure generating section. A method of manufacturing an ink jet recording head formed as a through hole in a substrate,
1. 1. A filter layer is formed on the surface of the substrate where the discharge pressure generating element is formed. 2. A resist is patterned on the surface of the substrate opposite to the surface on which the filter layer exists, and etching is performed from the opening to the filter layer to form a supply port. 3. Form holes or slits in the filter layer. 4. Isotropic etching is performed on the substrate through the holes or slits to form recesses. An inkjet recording head manufacturing method comprising a step of forming an orifice plate having a liquid flow path and a discharge port on the substrate.
また、前記等方エッチングがケミカルドライエッチング、もしくはフッ酸、硝酸、もしくはこれらの混合物によるウェットエッチング、もしくは二フッ化キセノンその他の反応性のある気体によるエッチングであることが考えられる。 The isotropic etching may be chemical dry etching, wet etching with hydrofluoric acid, nitric acid, or a mixture thereof, or etching with xenon difluoride or other reactive gas.
またさらに以下のような製造方法も提案する。 Furthermore, the following manufacturing method is also proposed.
外部から液体が供給される供給口と、該液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通し、前記供給口から供給された前記液体を前記吐出口へと導く液流路と、該液流路の一部に設けられた、前記液体を吐出するための圧力を発生する吐出圧力発生部とを有し、前記供給口が、前記吐出圧力発生部を構成する吐出圧力発生素子が形成された基板に貫通口として形成されたインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
1.板の吐出圧力発生素子が形成される面にフィルターとなる層を成膜する
2.フィルター層に孔もしくはスリットを形成する
3.前記基板上に液流路と吐出口を備えたオリフィスプレートを形成する
4.前記基板のフィルター層が存在する面と反対の面にレジストをパターニングし、その開口から前記フィルター層までエッチングを進行させて供給口を形成する
5.前記吐出口、液流路、フィルター層の孔もしくはスリットを通してエッチャントを導入し、基板に対して等方エッチングを行い、窪み部を形成する
工程を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの作製方法である。
A supply port through which liquid is supplied from the outside, a discharge port through which the liquid is discharged, a liquid flow path that communicates with the discharge port and guides the liquid supplied from the supply port to the discharge port, and the liquid A discharge pressure generating unit that is provided in a part of the flow path and generates a pressure for discharging the liquid, and the supply port forms a discharge pressure generating element that constitutes the discharge pressure generating unit. A method of manufacturing an ink jet recording head formed as a through hole in a substrate,
1. 1. A layer serving as a filter is formed on the surface of the plate where the discharge pressure generating element is formed. 2. Form holes or slits in the filter layer. 3. An orifice plate having a liquid flow path and a discharge port is formed on the substrate. 4. A resist is patterned on the surface of the substrate opposite to the surface on which the filter layer is present, and etching proceeds from the opening to the filter layer to form a supply port. An ink jet recording head manufacturing method comprising a step of introducing an etchant through the discharge port, a liquid flow path, a hole or a slit of a filter layer, performing isotropic etching on a substrate, and forming a recess. is there.
この製造方法では基板に窪み部や供給口を形成する前にオリフィスプレートを設けるため、オリフィスプレートの形成にソルベントコートを用いることができる。 In this manufacturing method, since the orifice plate is provided before forming the recess and the supply port in the substrate, a solvent coat can be used for forming the orifice plate.
また、前記等方エッチングが二フッ化キセノンその他の反応性のある気体によるエッチングであることが考えられる。 Further, the isotropic etching may be etching with xenon difluoride or other reactive gas.
なお、図12は、従来のインクジェット記録ヘッドの例を示す平面図と断面図である。 FIG. 12 is a plan view and a cross-sectional view showing an example of a conventional ink jet recording head.
これらのインクジェット記録ヘッドは、吐出圧力発生素子近傍に十分細かい目を持つフィルターが存在することで高い信頼性を有していた。さらにフィルターの面積が大きく、かつ供給口から吐出口までの経路が広いために流抵抗が小さく、高スループットな記録ヘッドであった。 These ink jet recording heads have high reliability due to the presence of a filter having sufficiently fine eyes in the vicinity of the discharge pressure generating element. Furthermore, since the area of the filter is large and the path from the supply port to the discharge port is wide, the flow resistance is small and the recording head has a high throughput.
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。 Next, details of the present invention will be described in accordance with the description of the embodiments.
図1は本発明の実施例1であるインクジェット記録ヘッド図である。 FIG. 1 is an ink jet recording head diagram that is Embodiment 1 of the present invention.
図2および図3は本発明の実施例1であるインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す断面図である。 2 and 3 are cross-sectional views showing a method of manufacturing the ink jet recording head that is Embodiment 1 of the present invention.
シリコン基板上に吐出圧力発生素子である発熱抵抗体とその駆動回路(図示しない)を汎用の半導体工程により形成する。また駆動回路中に絶縁層として用いられているSiOを窪み部を形成する位置の上にも及ぶように配置する(図2-a)。 A heating resistor as a discharge pressure generating element and its drive circuit (not shown) are formed on a silicon substrate by a general-purpose semiconductor process. In addition, SiO used as an insulating layer in the drive circuit is arranged so as to extend over the position where the recess is formed (FIG. 2-a).
基板上にレジストを塗布し、フォトリソ技術によりパターンする。 A resist is applied on the substrate and patterned by photolithography.
BHFに浸漬することにより窪み部形成位置のSiOに複数の孔を形成し、これをフィルターとする。 By dipping in BHF, a plurality of holes are formed in the SiO at the recess formation position, and this is used as a filter.
一度レジストを剥離し、基板の表面にはレジストをラミネートし、裏面にはレジストをソルベントコートした。 The resist was peeled off once, the resist was laminated on the surface of the substrate, and the resist was solvent coated on the back surface.
フィルターの領域上のレジストをフォトリソ技術により除去する。 The resist on the filter area is removed by photolithography.
XeF2ガスによりフィルター下のシリコンを等方エッチングし、窪み部を形成する(図2-c)。 Silicon under the filter is isotropically etched with XeF2 gas to form a recess (Fig. 2-c).
ポリメチルイソプロペニルケトンを主材とする溶出可能なレジストをラミネートし、フォトリソによりパターニングして、液流路の型材とする(図2-d)。 A resist capable of eluting with polymethylisopropenyl ketone as a main material is laminated and patterned by photolithography to form a liquid flow path mold (FIG. 2-d).
その上にカチオン重合型エポキシ樹脂であるレジストを塗布し、フォトリソ技術により吐出口をパターニングし、オリフィスプレートを形成する(図3-a)。 A resist, which is a cationic polymerization type epoxy resin, is applied thereon, and a discharge port is patterned by a photolithographic technique to form an orifice plate (FIG. 3-a).
基板のオリフィスプレート側の面に環化ゴムをコートし、裏面にはレジストを塗布する。 The surface of the substrate on the orifice plate side is coated with cyclized rubber, and the back surface is coated with a resist.
フォトリソ技術により裏面のレジストをパターニングした後に、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に浸漬して、レジストの開口部から、窪み部に到達し、さらに窪み部から内面に及ぶまでエッチングを進行させる(図3-b)。 After patterning the resist on the back surface by photolithography technology, the resist is immersed in an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution, reaches the recess from the opening of the resist, and further proceeds from the recess to the inner surface (see FIG. 3). b).
キシレンにより環化ゴムを除去し、さらに裏面のレジストも除去する。 The cyclized rubber is removed with xylene, and the resist on the back surface is also removed.
液流路の型材をオリフィスプレートを通して感光させた後、乳酸メチルに浸漬しながら超音波を付与してこれを除去する。 After exposing the mold material of the liquid flow path through the orifice plate, ultrasonic waves are applied while being immersed in methyl lactate to remove it.
基板からダイサーにより切り出して本発明のインクジェット記録ヘッドを得る(図3-c)。 The substrate is cut out by a dicer to obtain the ink jet recording head of the present invention (FIG. 3-c).
図4は本発明の実施例2であるインクジェット記録ヘッド図である。
FIG. 4 is an ink jet recording head diagram that is
図5および図6は本発明の実施例2であるインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す断面図である。
5 and 6 are cross-sectional views showing a method of manufacturing an ink jet recording head that is
シリコン基板上に発熱抵抗体及びその駆動回路(図示しない)を形成する。また発熱抵抗体を吐出液体のキャビテーションから保護するTa層を窪み部を形成する位置の上にも及ぶように配置する。 A heating resistor and its drive circuit (not shown) are formed on a silicon substrate. In addition, a Ta layer that protects the heating resistor from cavitation of the discharged liquid is disposed so as to extend over the position where the recess is formed.
基板の両面にレジストを塗布し、裏面をフォトリソ技術によりパターニングする。 Resist is applied to both sides of the substrate, and the back side is patterned by photolithography.
水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に浸漬して、レジストの開口部から表面のTa層に到達するまでエッチングを進行させる(図5-a)。 It is immersed in an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution, and etching is advanced until it reaches the Ta layer on the surface from the opening of the resist (FIG. 5-a).
レジストを剥離した後に、再度基板上にレジストを塗布し、フォトリソ技術によりパターニングする。 After the resist is peeled off, the resist is applied again on the substrate and patterned by photolithography.
ケミカルドライエッチングにより窪み部形成位置のTa層に複数の孔を形成し、これをフィルターとする。 A plurality of holes are formed in the Ta layer at the recess formation position by chemical dry etching, and this is used as a filter.
一度レジストを剥離した後、基板表面にレジストを塗布し、裏面にはUVテープを貼付する。 Once the resist is removed, the resist is applied to the substrate surface, and UV tape is applied to the back surface.
フィルターの領域上のレジストをフォトリソ技術により除去する。 The resist on the filter area is removed by photolithography.
XeF2ガスによりフィルター下のシリコンを等方エッチングし、窪み部を形成する(図5-c)。 Silicon under the filter is isotropically etched with XeF2 gas to form a recess (FIG. 5-c).
ポリメチルイソプロペニルケトンを主材とする溶出可能なレジストをラミネートし、フォトリソによりパターニングして、液流路の型材とする(図5-d)。 An elution resist mainly composed of polymethylisopropenyl ketone is laminated and patterned by photolithography to form a liquid flow path mold (FIG. 5-d).
その上にカチオン重合型エポキシ樹脂であるレジストを塗布し、フォトリソ技術により吐出口をパターニングし、オリフィスプレートを形成する(図6-a)。 A resist, which is a cationic polymerization type epoxy resin, is applied thereon, and the discharge port is patterned by a photolithographic technique to form an orifice plate (FIG. 6-a).
液流路の型材をオリフィスプレートを通して感光させた後、乳酸メチルに浸漬しながら超音波を付与してこれを除去する。 After exposing the mold material of the liquid flow path through the orifice plate, ultrasonic waves are applied while being immersed in methyl lactate to remove it.
基板からダイサーにより切り出して本発明のインクジェット記録ヘッドを得る(図6-b)。 The substrate is cut out by a dicer to obtain the ink jet recording head of the present invention (FIG. 6B).
この実施例では基板上にオリフィスプレートを形成する前に供給口を形成するので、環化ゴムでオリフィスプレートを保護する工程がなく、低コストの記録ヘッドを得ることができる。 In this embodiment, since the supply port is formed before forming the orifice plate on the substrate, there is no step of protecting the orifice plate with the cyclized rubber, and a low-cost recording head can be obtained.
図7および図8は本発明の実施例3であるインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す断面図である。
7 and 8 are cross-sectional views showing a method of manufacturing an ink jet recording head that is
シリコン基板上に発熱抵抗体及びその駆動回路(図示しない)を形成する。また発熱抵抗体を吐出液体のキャビテーションから保護するTa層を窪み部を形成する位置の上にも及ぶように配置する(図7-a)。 A heating resistor and its drive circuit (not shown) are formed on a silicon substrate. In addition, a Ta layer that protects the heating resistor from cavitation of the ejected liquid is disposed so as to extend over the position where the recess is formed (FIG. 7A).
レジストを剥離した後に、再度基板上にレジストを塗布し、フォトリソ技術によりパターニングする。 After the resist is peeled off, the resist is applied again on the substrate and patterned by photolithography.
ケミカルドライエッチングにより窪み部形成位置のTa層に複数の孔を形成し、これをフィルターとする。 A plurality of holes are formed in the Ta layer at the recess formation position by chemical dry etching, and this is used as a filter.
基板上のレジストを剥離する。 Strip the resist on the substrate.
ポリメチルイソプロペニルケトンを主材とする溶出可能なレジストをラミネートし、フォトリソによりパターニングして、液流路の型材とする(図7-c)。 An elution resist mainly composed of polymethylisopropenyl ketone is laminated and patterned by photolithography to form a liquid flow path mold (FIG. 7-c).
その上にカチオン重合型エポキシ樹脂であるレジストを塗布し、フォトリソ技術により吐出口をパターニングし、オリフィスプレートを形成する。 A resist, which is a cationic polymerization type epoxy resin, is applied thereon, and the discharge port is patterned by photolithography to form an orifice plate.
基板のオリフィスプレート側の面に環化ゴムをコートし、裏面にはレジストを塗布する。 The surface of the substrate on the orifice plate side is coated with cyclized rubber, and the back surface is coated with a resist.
フォトリソ技術により裏面のレジストをパターニングした後に、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に浸漬して、レジストの開口部から基板表面のTa層に到達するまでエッチングを進行させる(図8-a)。 After patterning the resist on the back surface by a photolithographic technique, it is immersed in an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution, and etching is advanced from the resist opening until it reaches the Ta layer on the substrate surface (FIG. 8-a).
キシレンにより環化ゴムを除去し、裏面のレジストも剥離する。 The cyclized rubber is removed with xylene, and the resist on the back side is also peeled off.
液流路の型材をオリフィスプレートを通して感光させた後、乳酸メチルに浸漬しながら超音波を付与してこれを除去する(図8-b)。 After exposing the mold material of the liquid flow path through the orifice plate, ultrasonic waves are applied while being immersed in methyl lactate to remove it (FIG. 8-b).
XeF2ガスによりフィルター下のシリコンを等方エッチングし、窪み部を形成する(図8-c)。 Silicon under the filter is isotropically etched with XeF2 gas to form a recess (FIG. 8-c).
基板からダイサーにより切り出して本発明のインクジェット記録ヘッドを得る。 It cuts out from a board | substrate with a dicer and obtains the inkjet recording head of this invention.
この実施例では基板上に窪み部を形成する前にオリフィスプレートを形成するので、液流路の型材をソルベントコートすることができる。これにより複数種の薬液を塗布できるコーターがあれば、別途ラミネート装置を用意する必要がない。また複数種のヘッドを同一ラインで製造することを考慮すると、膜厚ごとにフィルムを用意しなければならないラミネート法よりソルベントコートの方がコスト的に有利である。 In this embodiment, since the orifice plate is formed before the depression is formed on the substrate, the liquid channel mold can be solvent-coated. Thus, if there is a coater that can apply a plurality of types of chemical solutions, it is not necessary to prepare a separate laminating apparatus. In consideration of manufacturing a plurality of types of heads on the same line, the solvent coating is more cost effective than the laminating method in which a film must be prepared for each film thickness.
図9は本発明の実施例4であるインクジェット記録ヘッド図である。 FIG. 9 is an ink jet recording head diagram that is Embodiment 4 of the present invention.
図10および図12は本発明の実施例4であるインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す断面図である。 10 and 12 are cross-sectional views showing a method of manufacturing an ink jet recording head that is Embodiment 4 of the present invention.
シリコン基板上に吐出圧力発生素子である発熱抵抗体とその駆動回路(図示しない)を汎用の半導体工程により形成する。また駆動回路中に絶縁層として用いられているSiOを窪み部を形成する位置の上にも及ぶように配置する(図10-a)。 A heating resistor as a discharge pressure generating element and its drive circuit (not shown) are formed on a silicon substrate by a general-purpose semiconductor process. Further, SiO used as an insulating layer in the drive circuit is arranged so as to extend over the position where the recess is formed (FIG. 10-a).
基板上にレジストを塗布し、フォトリソ技術によりパターンする。 A resist is applied on the substrate and patterned by photolithography.
BHFに浸漬することにより窪み部形成位置のSiOに複数の孔を形成し、これをフィルターとする。 By dipping in BHF, a plurality of holes are formed in the SiO at the recess formation position, and this is used as a filter.
一度レジストを剥離し、基板の表面にはレジストをラミネートし、裏面にはレジストをソルベントコートした。 The resist was peeled off once, the resist was laminated on the surface of the substrate, and the resist was solvent coated on the back surface.
フィルターの領域上のレジストをフォトリソ技術により除去する。 The resist on the filter area is removed by photolithography.
XeF2ガスによりフィルター下のシリコンを等方エッチングし、窪み部を形成する(図10-c)。 Silicon under the filter is isotropically etched with XeF2 gas to form a recess (FIG. 10-c).
レジストを剥離した後、プラズマCVD法により窪み部内面を含む基板表面に保護層となるSiNを成膜する。 After the resist is peeled off, SiN serving as a protective layer is formed on the substrate surface including the inner surface of the depression by plasma CVD.
レジストをラミネートによりコートし、フォトリソ技術によりフィルターの孔が分布している領域以外のレジストを除去する。 The resist is coated with a laminate, and the resist other than the region where the filter holes are distributed is removed by photolithography.
ケミカルドライエッチングにより、窪み部内面以外のレジストで保護されていない領域のSiNを除去し、レジストを剥離する(図10-d)。 By chemical dry etching, SiN in the region not protected by the resist other than the inner surface of the recess is removed, and the resist is peeled off (FIG. 10-d).
ポリメチルイソプロペニルケトンを主材とする溶出可能なレジストをラミネートし、フォトリソによりパターニングして、液流路の型材とする。 A resist capable of eluting containing polymethylisopropenyl ketone as a main material is laminated and patterned by photolithography to form a liquid flow path mold.
その上にカチオン重合型エポキシ樹脂であるレジストを塗布し、フォトリソ技術により吐出口をパターニングし、オリフィスプレートを形成する(図11-a)。 A resist, which is a cationic polymerization type epoxy resin, is applied thereon, and the discharge port is patterned by photolithography to form an orifice plate (FIG. 11-a).
基板のオリフィスプレート側の面に環化ゴムをコートし、裏面にはレジストを塗布する。 The surface of the substrate on the orifice plate side is coated with cyclized rubber, and the back surface is coated with a resist.
フォトリソ技術により裏面のレジストをパターニングした後に、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に浸漬して、レジストの開口部から、窪み部に到達し、さらに窪み部から内面のSiNに及ぶまでエッチングを進行させる(図11-b)。 After patterning the resist on the back side by photolithography, it is immersed in tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, reaches the recess from the resist opening, and further proceeds from the recess to the SiN on the inner surface. 11-b).
ケミカルドライエッチングにより供給口からエッチャントを導入することで、供給口と窪み部の連結部分にあるSiNを除去する。 By introducing an etchant from the supply port by chemical dry etching, SiN in the connection portion between the supply port and the depression is removed.
キシレンにより環化ゴムを除去し、さらに裏面のレジストも除去する。 The cyclized rubber is removed with xylene, and the resist on the back surface is also removed.
液流路の型材をオリフィスプレートを通して感光させた後、乳酸メチルに浸漬しながら超音波を付与してこれを除去する。 After exposing the mold material of the liquid flow path through the orifice plate, ultrasonic waves are applied while being immersed in methyl lactate to remove it.
基板からダイサーにより切り出して本発明のインクジェット記録ヘッドを得る(図11-c)。 It cuts out from a board | substrate with a dicer and obtains the inkjet recording head of this invention (FIG. 11-c).
この実施例では窪み部内面に保護層が存在しており、吐出する液体が中性でないような場合においても基板がエッチングされていくことがない。 In this embodiment, a protective layer is present on the inner surface of the recess, and the substrate is not etched even when the liquid to be discharged is not neutral.
また同時に供給口と窪み部が連結する際に、その基板の角部が急速にエッチングされて形状が崩れないことにも寄与し、高い精度の窪み部形状を得ることができる。 At the same time, when the supply port and the recess are connected, the corner of the substrate is rapidly etched and the shape does not collapse, so that a highly accurate recess shape can be obtained.
Claims (11)
前記基体の前記吐出圧力発生素子が形成された面の前記吐出圧力発生素子の近傍部分が掘り込まれ、その一部に前記貫通口が形成される窪み部と、
該窪み部と前記液流路との間に複数の孔もしくはスリットが開けられたフィルター層を有するインクジェット記録ヘッド。 A supply port through which liquid is supplied from the outside, a discharge port through which the liquid is discharged, a liquid flow path that communicates with the discharge port and guides the liquid supplied from the supply port to the discharge port, and the liquid A discharge pressure generating unit that is provided in a part of the flow path and generates a pressure for discharging the liquid, and the supply port forms a discharge pressure generating element that constitutes the discharge pressure generating unit. A substrate for an ink jet recording head used for manufacturing an ink jet recording head formed as a through hole in a substrate,
A portion of the surface of the base on which the discharge pressure generating element is formed is dug in the vicinity of the discharge pressure generating element, and a recess portion in which the through-hole is formed;
An ink jet recording head having a filter layer in which a plurality of holes or slits are formed between the recess and the liquid flow path.
基板の吐出圧力発生素子が形成される面にフィルターとなる層を成膜する工程と、
フィルター層に孔もしくはスリットを形成する工程と、
前記孔もしくはスリットを通して基板に対して等方エッチングを行い、窪み部を形成する工程と、
前記基板上に吐出口と液流路を備えたオリフィスプレートを形成する工程と、
基板の樹脂がコートされた面の反対の面にレジストをパターニングし、その開口から前記窪み部と連結するまでエッチングを進行させて供給口を形成する工程と
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。 A supply port through which liquid is supplied from the outside, a discharge port through which the liquid is discharged, a liquid flow path that communicates with the discharge port and guides the liquid supplied from the supply port to the discharge port, and the liquid A discharge pressure generating unit that is provided in a part of the flow path and generates a pressure for discharging the liquid, and the supply port forms a discharge pressure generating element that constitutes the discharge pressure generating unit. A method of manufacturing an ink jet recording head formed as a through hole in a substrate,
Forming a filter layer on the surface of the substrate on which the discharge pressure generating element is formed;
Forming a hole or slit in the filter layer;
Performing isotropic etching on the substrate through the hole or slit to form a recess,
Forming an orifice plate having a discharge port and a liquid flow path on the substrate;
And a step of patterning a resist on a surface of the substrate opposite to the surface coated with the resin, and forming a supply port by performing etching until the resist is connected to the recess from the opening. Manufacturing method.
基板の吐出圧力発生素子が形成される面にフィルターとなる層を成膜する工程と、
前記基板のフィルター層が存在する面と反対の面にレジストをパターニングし、その開口から前記フィルター層までエッチングを進行させて供給口を形成する工程と、
フィルター層に孔もしくはスリットを形成する工程と、
前記孔もしくはスリットを通して基板に対して等方エッチングを行い、窪み部を形成する工程と、
前記基板上に液流路と吐出口を備えたオリフィスプレートを形成する工程と
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。 A supply port through which liquid is supplied from the outside, a discharge port through which the liquid is discharged, a liquid flow path that communicates with the discharge port and guides the liquid supplied from the supply port to the discharge port, and the liquid A discharge pressure generating unit that is provided in a part of the flow path and generates a pressure for discharging the liquid, and the supply port forms a discharge pressure generating element that constitutes the discharge pressure generating unit. A method of manufacturing an ink jet recording head formed as a through hole in a substrate,
Forming a filter layer on the surface of the substrate on which the discharge pressure generating element is formed;
Patterning a resist on the surface of the substrate opposite to the surface on which the filter layer is present, and forming a supply port by performing etching from the opening to the filter layer;
Forming a hole or slit in the filter layer;
Performing isotropic etching on the substrate through the hole or slit to form a recess,
Forming an orifice plate having a liquid flow path and a discharge port on the substrate; and a method of manufacturing an ink jet recording head.
基板の吐出圧力発生素子が形成される面にフィルターとなる層を成膜する工程と、
フィルター層に孔もしくはスリットを形成する工程と、
前記基板上に液流路と吐出口を備えたオリフィスプレートを形成する工程と、
前記基板のフィルター層が存在する面と反対の面にレジストをパターニングし、その開口から前記フィルター層までエッチングを進行させて供給口を形成する工程と、
前記吐出口、液流路、フィルター層の孔もしくはスリットを通してエッチャントを導入し、基板に対して等方エッチングを行い、窪み部を形成する工程と
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。 A supply port through which liquid is supplied from the outside, a discharge port through which the liquid is discharged, a liquid flow path that communicates with the discharge port and guides the liquid supplied from the supply port to the discharge port, and the liquid A discharge pressure generating unit that is provided in a part of the flow path and generates a pressure for discharging the liquid, and the supply port forms a discharge pressure generating element that constitutes the discharge pressure generating unit. A method of manufacturing an ink jet recording head formed as a through hole in a substrate,
Forming a filter layer on the surface of the substrate on which the discharge pressure generating element is formed;
Forming a hole or slit in the filter layer;
Forming an orifice plate having a liquid flow path and a discharge port on the substrate;
Patterning a resist on the surface of the substrate opposite to the surface on which the filter layer is present, and forming a supply port by performing etching from the opening to the filter layer;
And a step of introducing an etchant through the discharge port, the liquid flow path, the hole or slit of the filter layer, performing isotropic etching on the substrate, and forming a recess. .
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JP2020131499A (en) * | 2019-02-15 | 2020-08-31 | キヤノン株式会社 | Liquid discharge head and its manufacturing method |
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