JP2007216631A

JP2007216631A - インクジェット記録ヘッド用基板及びそれを用いたインクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JP2007216631A
Application number: JP2006042574A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Komuro; 博和小室
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】ＣＲ製法で基板の断面方向に自由度高くインク供給口を形成する方法を提供する。インク供給口は異方性エッチにより形成する場合に適用する。
【解決手段】シリコン基盤を異なった結晶方位の基板を貼り合わせて形成し、インク供給口を形成する時に異方性エッチングを利用して作成する。（１００）の５５度の角度、（１１０）の９０度の角度にエッチング出来るので、これらの基指を貼り合わせることによって自由にインク供給口が出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体をオリフィスから噴射して液滴を形成するインクジェット記録ヘッド用基板及びそれを用いたインクジェット記録ヘッドに関する。

この種のインクジェット記録ヘッドに関し、例えば特許文献１に記載されているインクジェット記録法は、熱エネルギーを液体に作用させて、液滴吐出の原動力を得るという点において、他のインクジェット記録方法とは異なる特徴を有している。

即ち、上述の公報に開示されている記録法は、熱エネルギーの作用を受けた液体が過熱されて気泡を発生し、この気泡発生に基づく作用力によって、記録ヘッド部先端のオリフィスから液滴が形成され、この液滴が被記録部材に付着して情報の記録が行われるということを特徴としている。この記録法に適用される記録ヘッドは、一般に液体を吐出するために設けられたオリフィスと、このオリフィスに連通して液滴を吐出するための熱エネルギーが液体に作用する部分である熱作用部を構成の一部とする液流路とを有する液吐出部及び熱エネルギーを発生する手段である熱変換体としての発熱抵抗層とそれをインクか目ら保護する上部保護層と蓄熱するための下部層を具備している。

ところで、特許文献２にインク供給ロを異方性エッチングで形成する方法が提案されている。

さらに、高密度、高精度のノズル及び吐出ロを形成する方法として特許文献３,及び特許文献４に示されている方法が提案されていて、前記のインク供給ロを異方性エッチングで組み合わせる方法も特許文献２に提案されている。
特開昭54-51837号公報特開平10-13849号公報特開平5-330066号公報特開平6-286149号公報

従来、特開平10-13849に述べられている方法では結晶面として(100)や(110)のシリコン基板が用いられていた。

しかしながら、結晶面(100)のシリコン基板を用いて異方性エッチング法で形成したインク供給ロの基板面の断面は発熱素子が形成される面(今後、表面とする)と反対の面(今後、裏面とする)からエッチングする為、図３に示すように55度の角度で形成され、発熱素子が形成される面のインク供給ロの有効部分に比較して裏面が大きくなる。

インク供給をする為の部材を裏面に接着しようとすると裏面の接着面の面積は大きいほうがよい。しかしながら、裏面の接着面を大きくしようとすると基板全体が大きくなりコストが上昇する。特に、基板表面に駆動素子が形成されているシリコン基板を用いた時は非常にコストが上昇する。

さて、結晶面として(110)を用いることによって、図４に示すように裏面から垂直に形成される為、上記の述べられているように裏面の接着面の為に基板を大きくする必要がなくなる。しかしながら(110)を用いることは2つの点で問題がある。まず一つ目は、表面のインク供給ロは印字長と垂直の幅は100μ程度で問題ない。(110)は裏面から垂直にエッチングできる弔とから裏面の幅は100μ程度で問題ない。しかしながら、裏面が100μ程度しかないと泡抜け性が悪く回復不良で不吐が発生することがある。

その為裏面の幅を500μ程度にすると基板が大きくなってコストが上昇することと、表面のインク供給ロが大きくなることによるオリフィスプレートの信頼性の低下が起こる。

二つ目は、駆動素子を作りこんだシリコン基板を用いる場合である。(110)の面は電子の移動度が(100)に比較して半分以下である。すなわち、NMOSトランジスタを作成するとON抵抗値が2倍以上になってしまうことである。したがって、同様な性能の駆動素子を作成するためにはトランジスタの領域を2倍以上にしなければならず、結果的には基板を大きくさせコストが上昇する。

以上のように、結晶面として(100)と(110)のシリコン基板を用いて異方性エッチングでインク供給ロを形成する場合にいくつかの問題点があった。

上記問題点を解決するために、本発明においては、インクを吐出する複数の発熱抵抗体を備え、インク供給ロを形成するインクジェット記録ヘッド用基板において、前記基板がシリコンであり異なる結晶方位の基板を貼り合わせてあることを特徴とする。

そして、異方性エッチングによってインク供給口を形成することを特徴とする。

さらにシリコン基板上に駆動素子が形成されていることを特徴とする。

前記、結晶面としては(100)と(110)の組み合わせが考えられる表面側を(100)、裏面側を(110)の場合は図１のように、または、表面側を(110)、裏面側を(100)の場合は図２のようになる基板の貼り合せの方法は、金の共晶を用いた方法、ガラス薄膜を使用する陽極接合、シリコン同士で高温に接合する直接接合などがある。接合する工程はICを作成する前に行うか、ICを作成後行うかは接合の温度条件等で決定すればよい。また、シリコン基板同士の間に金、ガラスの薄膜がある状態で結合してある場合、その層に達した時それらのエッチング液でエッチングすればよい。

また、貼り合す基板の厚さは所望の寸法を出す為の寸法を用いれば良い。

さらに貼り合す基板は所望の寸法を出す為多数枚でもよい。

以下、実施例に従って具体的に説明する。

以上説明したように、本発明においてインクを吐出する複数の発熱抵抗体を備え、インク供給ロを形成するインクジェット記録ヘッド用基板において、前記基板がシリコンであり異なる結晶方位の基板を貼り合わせることによって、異方性エッチングによってインク供給ロを形成する時にインク供給ロの断面方向の形状の自由度が向上する。

そして、基板裏面のインク供給部材との接着面積を大きくすることが出来、信頼性が向上した。また、基板を大きくすることもなくコストを下げることが出来た。駆動素子を作りこんだ基板では基板コストが高いので更に効果がある。

また、裏面のインク供給ロの大きさと表面のインク供給ロの大きさを自由に設定できるので、基板を大きくしないで裏面のインク供給ロの大きさを大きく出来るのでコストアップせず泡溜り等の回復不良が発生しなかった。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

図１(a)は第1の実施例の平面図、図１(b)は第1の実施例のX-Y断面図、図２(a)は第2の実施例の平面図、図２(b)は第2の実施例のX-Y断面図。

第１の実施例
まずO.3mm厚の結晶面(100)基板101と0.3mm厚の結晶面(110)基板102を用意する。それぞれの基板面を研磨によって平滑にして、クリーンルーム中で貼りあわせ、真空の1000。Cの高温の炉にいれる。これによって、0.3mm厚の結晶面(100)基板と0.3mm厚の結晶面(110)基板が直接接合する。

次に、(100)面にCMOS素子を汎用の半導体プロセスによってつくる。そして、CMOS素子の保護層にスルホールを開け発熱抵抗体層TaN2と電極層AIをスパッタ法で形成し、フォトリソ技術によって所望のパターンを形成する。さらに発熱抵抗体層と電極層を保護するために保護層としてSiN膜を1.0μ形成する。外部電極を取り出す為、保護層にフォトリソ技術としてスルホールを開ける。このようにして、駆動素子が作りこまれた発熱抵抗体付き基板が完成する。

次に、インク供給ロを形成する為、異方性エッチングのマスクとなる樹脂を基板の裏面に塗布し、フォトリソ技術によって所望のパターンに形成する。

次に、ノズル流路を形成する型材としてのレジストを塗布し、パターニングする。

次に、ノズル、吐出ロを形成する感光性エポキシを塗布する。

そして、感光性エポキシをフォトリソ法を用いてパターニングし吐出口を形成する。

次に、異方性エッチング液としてTMAHを用いて、基板裏面からエッチングしインク供給ロ106を形成する。結晶面(110)の基板では垂直にエッチングが進み、結晶面(100)の基板では55度にエッチングが進む、したがって図１(b)のような形状になった。

最後に型材を除去し図１に示すようにノズル、吐出ロ付き基抜が形成される。

このようにすると表面のインク供給ロの幅が100μで、基板裏面ではインク供給ロの幅が525μ程度であり、接着幅も結晶面(100)基板のみの場合はインク供給ロの幅が925μであり、片側210μ増加することが出来、接着幅を十分確保することが出来た。

また、基板の幅を大きくする必要もなくなった。

また、駆動素子を形成する面は結晶面(100)上に作成しているので結晶面(100)基板のみに比べても駆動素子部分の基板サイズも大きくする必要がない。

実施例2
実施例1と同様にO.3mm厚の結晶面(100)基板201と0.3mm厚の結晶面(110)基板202を用意する。そして、実施例1と同様な方法で直接接合する。次に、(110)面にCMOS素子を汎用の半導体プロセスによってつくる。

そして、実施例1と同様な方法によって駆動素子が作りこまれた発熱抵抗体付き基板が完成する。

さらに、実施例1と同様な方法によってノズル、吐出ロ付き基板が形成する。

基板裏面からエッチングしインク供給ロ203を形成し、結晶面(100)の基板では垂直にエッチングが進み、結晶面(110)の基板では55度にエッチングが進む、したがって図２(b)のような形状になった。

このようにすると表面のインク供給ロの幅が100μで基板裏面のインク供給ロの幅は525μ程度であり、結晶面(110)のみの場合基板裏面のインク供給口の幅が100μである。したがって、基板裏面のインク供給ロの幅は425μ程度大きくなり泡溜り等の問題が無くなった。また、基板の幅を大きくする必要もなくなった。

(a) 本発明の実施例1の平面図、(b) 本発明の実施例1の断面図 (a) 本発明の実施例2の平面図、(b) 本発明の実施例2の断面図 (a) 本発明の従来例1の平面図、(b) 本発明の従来例1の断面図 (a) 本発明の従来例2の平面図、(b) 本発明の従来例2の断面図

符号の説明

101 (110)シリコン基板
102 (100)シリコン基板
103 発熱抵抗部
104 ノズル
105 吐出ロ
106 インク供給ロ
201 (100)シリコン基板
202 (110)シIJコン基板
203 インク供給ロ
301 (100)シリコン基板
401 (110)シリコン基板

Claims

インクを吐出する複数の発熱抵抗体を備え、インク供給ロを形成するインクジェット記録ヘッド用基板において、前記基板がシリコンであり異なる結晶方位の基板を貼り合わせてあることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド用基板において、インク供給ロの形成は異方性エッチングを用いることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド用基板において、前記基板には発熱抵抗体が設けられている面に駆動素子が形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド用基板において、前記基板は結晶方位(100)と(110)のシリコン基板を貼り合わせてあることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド用基板において、ノズル流路を形成する為の型材の樹脂を塗布しパターニングする工程、インク流路及びインク吐出ロを形成する樹脂を塗布しパターニングする工程、前記型材の樹脂を除去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用基板。
請求項１〜請求項５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基板を用いたインクジェット記録ヘッド。