JP2007237479A - Method for manufacturing liquid droplet discharge head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インク等の液滴を吐出するノズルと、ノズルと連通するとともに、インク等の液体が充填される圧力室と、圧力室の一部を構成する振動板と、振動板を変位させる圧電素子と、を有する液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a nozzle that ejects droplets of ink and the like, a pressure chamber that is in communication with the nozzle and filled with a liquid such as ink, a diaphragm that forms part of the pressure chamber, and a diaphragm that is displaced The present invention relates to a method for manufacturing a droplet discharge head having a piezoelectric element.
従来から、主走査方向に往復移動するインクジェット記録ヘッドや、紙幅を有するインクジェット記録ヘッドの複数のノズルから選択的にインク滴を吐出し、副走査方向に搬送されて来る記録紙等の記録媒体に文字や画像等を印刷するインクジェット記録装置が知られている。 Conventionally, ink droplets are selectively ejected from a plurality of nozzles of an ink jet recording head that reciprocates in the main scanning direction or an ink jet recording head having a paper width, and is applied to a recording medium such as recording paper that is conveyed in the sub scanning direction. 2. Related Art Inkjet recording apparatuses that print characters and images are known.
このような構成のインクジェット記録ヘッドにおいて、次世代インクジェット記録ヘッドとして1200dpi、さらには2400dpiの高解像度の実現が望まれている。このとき、高解像を得るために、高密度で複数列のノズル配列が必要となる。 In the ink jet recording head having such a configuration, it is desired to realize a high resolution of 1200 dpi and further 2400 dpi as a next generation ink jet recording head. At this time, in order to obtain high resolution, a high-density, multiple-row nozzle arrangement is required.
高密度で高精度のインクジェット記録ヘッドを得るためには、製造工程のLSI工程においてドライエッチングなど高精度加工が可能なプロセスを選択する必要がある。しかし、これらのプロセスでの製造では高コストとなる。 In order to obtain a high-density and high-precision inkjet recording head, it is necessary to select a process capable of high-precision processing such as dry etching in the LSI process of the manufacturing process. However, the production by these processes is expensive.
そこで、コスト低減を見込めるウェットエッチングによって、インクジェット記録ヘッドを製造する方法がある(特許文献1参照)。しかし、ウェットエッチングを用いて、例えば50μmの厚さの基板にチャンバ(圧力室)を加工する場合、寸法精度を確保することが困難となり、加工後に寸法補正を行う必要がある。 Therefore, there is a method of manufacturing an ink jet recording head by wet etching that can be expected to reduce costs (see Patent Document 1). However, when a chamber (pressure chamber) is processed on a substrate having a thickness of, for example, 50 μm by using wet etching, it is difficult to ensure dimensional accuracy, and it is necessary to perform dimensional correction after processing.
そこで、加工後に寸法補正を行わない方法として、基板の表面にチャンバの一部となる浅い凹部をエッチングし、基板の裏面からこの凹部に貫通する貫通孔を形成することが行われている(特許文献2参照)。つまり、基板の表面側からチャンバとなる貫通孔を形成すると、チャンバの精度を確保できないため、寸法精度を確保できる深さでチャンバとなる凹部を形成する方法である。 Therefore, as a method of not performing dimensional correction after processing, a shallow recess that becomes a part of the chamber is etched on the surface of the substrate, and a through-hole penetrating the recess from the back surface of the substrate is formed (patent) Reference 2). In other words, if a through-hole serving as a chamber is formed from the surface side of the substrate, the accuracy of the chamber cannot be ensured. Therefore, this is a method of forming a recess serving as a chamber with a depth that can ensure dimensional accuracy.
しかし、特許文献2の場合、基板の表面側から加工する凹部と、裏面側から加工する貫通孔の位置合わせが必要となり、製造コストのアップに繋がる恐れがある。また、特許文献2の工程でチャンバを形成した後に、チャンバ上に振動板を形成する場合、厚い板状の振動板を貼り付けて、所定の厚みとなるまで研磨するか、予め薄くした振動板を貼り付ける。厚みのある振動板の場合、振動板に要求される精度で所定の厚さに研磨するのは困難である。また、薄い振動板の場合、取り扱いが容易ではない。このため、製造時間が掛かり、製造コストが増大してしまう。
本発明は上記問題を考慮し、ウェットエッチングによって高精度でチャンバを加工することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to process a chamber with high accuracy by wet etching.
請求項1に記載の本発明は、液滴を吐出するノズルと連通し液体が充填される圧力室と、前記圧力室の一部を構成する振動板と、前記振動板を変位させる圧電素子と、を有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、シリコン又はガラスからなる基板の一方の面に前記圧力室となる溝部を形成し、前記溝部の周囲の角部に段部を形成した後、前記溝部及び前記段部に充填材を埋め込んで、前記振動板と前記圧電素子を前記基板の一方の面に成膜し、前記基板の他方の面に前記圧力室への連通路となる開口部を形成して前記充填材を露出させた後、前記開口部にエッチング液を供給して、前記充填材を除去することを特徴としている。
The present invention described in
請求項1に記載の発明では、基板の一方の面に溝部を形成し、この溝部の周囲の角部に段部を形成する。このように、圧力室を2段階に分けて形成することで、ウェットエッチングの時間が短くなるため、開口寸法の精度を確保できる。 According to the first aspect of the present invention, a groove is formed on one surface of the substrate, and a step is formed at a corner around the groove. In this way, by forming the pressure chamber in two stages, the wet etching time is shortened, so that the accuracy of the opening dimension can be ensured.
また、溝部と段部に充填材を埋め込んでから、基板の一方の面に振動板及び圧電素子を成膜する。これにより、振動板を高精度且つ低コストで形成でき、また、振動板を基板上に接着した場合と比較して、ハンドリング性が良い。 Further, after filling the groove portion and the step portion with the filler, the diaphragm and the piezoelectric element are formed on one surface of the substrate. As a result, the diaphragm can be formed with high accuracy and at low cost, and handling properties are better than when the diaphragm is bonded onto the substrate.
そして、基板の他方の面に連通路となる開口部をエッチングで形成し、開口部からエッチング液を供給して、充填材を除去することで、液滴吐出ヘッドが製造される。 Then, an opening serving as a communication path is formed by etching on the other surface of the substrate, an etching solution is supplied from the opening, and the filler is removed, whereby the droplet discharge head is manufactured.
請求項2に記載の本発明は、液滴を吐出するノズルと連通し液体が充填される圧力室と、前記圧力室の一部を構成する振動板と、前記振動板を変位させる圧電素子と、を有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、シリコン又はガラスからなる基板の一方の面に前記圧力室となる溝部を形成し、前記溝部の周囲の角部に段部を形成した後、前記溝部及び前記段部に充填材を埋め込んで、前記振動板を前記基板の一方の面に成膜し、前記基板の他方の面に前記圧力室への連通路となる開口部を形成して前記充填材を露出させた後、前記圧電素子を前記振動板上に成膜し、前記開口部にエッチング液を供給して、前記充填材を除去することを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a pressure chamber that is in communication with a nozzle that discharges droplets and is filled with a liquid, a diaphragm that forms part of the pressure chamber, and a piezoelectric element that displaces the diaphragm. A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising: forming a groove serving as the pressure chamber on one surface of a substrate made of silicon or glass; and forming a step at a corner around the groove; Filling the groove and the step with a filler, forming the diaphragm on one surface of the substrate, and forming an opening on the other surface of the substrate that serves as a communication path to the pressure chamber. After the filler is exposed, the piezoelectric element is formed on the diaphragm, and an etchant is supplied to the opening to remove the filler.
請求項2に記載の発明では、基板の一方の面に溝部を形成し、この溝部の周囲の角部に段部を形成する。そして、溝部と段部に充填材を埋め込んで、基板の一方の面に振動板を成膜し、基板の他方の面に連通路となる開口部を形成して、振動板の上に圧電素子を成膜する。そして、開口部からエッチング液を供給して、充填材を除去することで、液滴吐出ヘッドが製造される。 In the second aspect of the present invention, a groove is formed on one surface of the substrate, and a step is formed at a corner around the groove. Then, a filler is embedded in the groove and step, a diaphragm is formed on one surface of the substrate, an opening serving as a communication path is formed on the other surface of the substrate, and a piezoelectric element is formed on the diaphragm. Is deposited. Then, the droplet discharge head is manufactured by supplying the etching solution from the opening and removing the filler.
請求項3に記載の本発明は、液滴を吐出するノズルと連通し液体が充填される圧力室と、前記圧力室の一部を構成する振動板と、前記振動板を変位させる圧電素子と、を有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、シリコン又はガラスからなる基板の一方の面に前記圧力室となる溝部を形成し、前記溝部の周囲の角部に段部を形成した後、前記溝部及び前記段部に充填材を埋め込んで、前記振動板と前記圧電素子を前記基板の一方の面に成膜し、前記基板の他方の面を所定の厚みまで研磨して、前記基板の他方の面に前記圧力室への連通路となる開口部を形成し、前記充填材を露出させた後、前記開口部にエッチング液を供給して、前記充填材を除去することを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a pressure chamber that is in communication with a nozzle that discharges droplets and is filled with a liquid, a diaphragm that forms part of the pressure chamber, and a piezoelectric element that displaces the diaphragm. A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising: forming a groove serving as the pressure chamber on one surface of a substrate made of silicon or glass; and forming a step at a corner around the groove; Filling the groove and the step with a filler, forming the diaphragm and the piezoelectric element on one surface of the substrate, polishing the other surface of the substrate to a predetermined thickness, An opening serving as a communication path to the pressure chamber is formed on the other surface, and after exposing the filler, an etching solution is supplied to the opening to remove the filler. .
請求項3に記載の発明では、基板の一方の面に溝部と段部を形成し、この溝部と段部に充填材を埋め込んで、基板の一方の面に振動板と圧電素子を成膜した後の工程で、基板の他方の面を研磨して、基板を所定の厚みにする。つまり、十分な厚みのある基板に圧力室となる溝部及び段部を形成するので、最初から基板を所定の厚みに薄くした状態で扱う場合と比較して、基板のハンドリング性及び作業性が良い。 In the third aspect of the present invention, a groove and a step are formed on one surface of the substrate, a filler is embedded in the groove and the step, and a diaphragm and a piezoelectric element are formed on one surface of the substrate. In a later step, the other surface of the substrate is polished to make the substrate have a predetermined thickness. In other words, since the groove portion and the step portion serving as the pressure chambers are formed on the substrate having a sufficient thickness, the handling property and workability of the substrate are better than when the substrate is handled in a state where the substrate is thinned to a predetermined thickness from the beginning. .
請求項4に記載の本発明は、液滴を吐出するノズルと連通し液体が充填される圧力室と、前記圧力室の一部を構成する振動板と、前記振動板を変位させる圧電素子と、を有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、シリコン又はガラスからなる基板の一方の面に前記圧力室となる溝部を形成し、前記溝部の周囲の角部に段部を形成した後、前記溝部及び前記段部に保護層を成膜し、前記溝部及び前記段部に充填材を埋め込んだ後、前記振動板と前記圧電素子を前記基板の一方の面に成膜し、前記基板の他方の面に前記圧力室への連通路となる開口部を形成して、前記充填材を露出させた後、前記開口部にエッチング液を供給して、前記充填材を除去することを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a pressure chamber that is in communication with a nozzle that discharges droplets and is filled with a liquid, a diaphragm that forms part of the pressure chamber, and a piezoelectric element that displaces the diaphragm. A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising: forming a groove serving as the pressure chamber on one surface of a substrate made of silicon or glass; and forming a step at a corner around the groove; A protective layer is formed on the groove and the step, and a filler is embedded in the groove and the step, and then the diaphragm and the piezoelectric element are formed on one surface of the substrate. An opening that serves as a communication path to the pressure chamber is formed on the other surface to expose the filler, and then an etchant is supplied to the opening to remove the filler. Yes.
請求項4に記載の発明では、溝部と段部に充填材を埋め込む前に、保護材を成膜する。これにより、例えば、シリコンからなる基板の溝部及び段部にポリシリコンを埋め込んだ場合、つまり、溝部及び段部に埋め込む充填材と基板を、共にシリコン系とした場合でも、開口部からエッチング液を供給したときに、充填材(溝部及び段部に埋め込まれたポリシリコン)のみがエッチング除去されて、基板がエッチングされてしまうことがない。
In the invention described in
本発明は上記構成としたので、ウェットエッチングによって高精度でチャンバを加工できる。 Since the present invention has the above configuration, the chamber can be processed with high accuracy by wet etching.
以下、本発明の最良な実施の形態について、図面に示す実施例を基に詳細に説明する。なお、液滴吐出装置としてはインクジェット記録装置10を例に採って説明する。したがって、液体はインク110とし、液滴吐出ヘッドはインクジェット記録ヘッド32として説明をする。また、記録媒体は記録用紙Pとして説明をする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail based on the embodiments shown in the drawings. Note that the ink
インクジェット記録装置10は、図1で示すように、記録用紙Pを送り出す用紙供給部12と、記録用紙Pの姿勢を制御するレジ調整部14と、インク滴を吐出して記録用紙Pに画像形成する記録ヘッド部16及び記録ヘッド部16のメンテナンスを行うメンテナンス部18を備える記録部20と、記録部20で画像形成された記録用紙Pを排出する排出部22とから基本的に構成されている。
As shown in FIG. 1, the
用紙供給部12は、記録用紙Pが積層されてストックされているストッカー24と、ストッカー24から1枚ずつ取り出してレジ調整部14に搬送する搬送装置26とから構成されている。レジ調整部14は、ループ形成部28と、記録用紙Pの姿勢を制御するガイド部材29とを有しており、記録用紙Pは、この部分を通過することによって、そのコシを利用してスキューが矯正されるとともに、搬送タイミングが制御されて記録部20に供給される。そして、排出部22は、記録部20で画像が形成された記録用紙Pを、排紙ベルト23を介してトレイ25に収納する。
The
記録ヘッド部16とメンテナンス部18の間には、記録用紙Pが搬送される用紙搬送路27が構成されている(用紙搬送方向を矢印PFで示す)。用紙搬送路27は、スターホイール17と搬送ロール19とを有し、このスターホイール17と搬送ロール19とで記録用紙Pを挟持しつつ連続的に(停止することなく)搬送する。そして、この記録用紙Pに対して、記録ヘッド部16からインク滴が吐出され、記録用紙Pに画像が形成される。
Between the
メンテナンス部18は、インクジェット記録ユニット30に対して対向配置されるメンテナンス装置21を有しており、インクジェット記録ヘッド32に対するキャッピングや、ワイピング、更には、ダミージェットやバキューム等の処理を行う。
The
図2で示すように、各インクジェット記録ユニット30は、矢印PFで示す用紙搬送方向と直交する方向に配置された支持部材34を備えており、この支持部材34に複数のインクジェット記録ヘッド32が取り付けられている。インクジェット記録ヘッド32には、マトリックス状に複数のノズル56が形成されており、記録用紙Pの幅方向には、インクジェット記録ユニット30全体として一定のピッチでノズル56が並設されている。
As shown in FIG. 2, each
そして、用紙搬送路27を連続的に搬送される記録用紙Pに対し、ノズル56からインク滴を吐出することで、記録用紙P上に画像が記録される。なお、インクジェット記録ユニット30は、例えば、いわゆるフルカラーの画像を記録するために、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色に対応して、少なくとも4つ配置されている。
An image is recorded on the recording paper P by ejecting ink droplets from the
図3で示すように、それぞれのインクジェット記録ユニット30のノズル56による印字領域幅は、このインクジェット記録装置10での画像記録が想定される記録用紙Pの用紙最大幅PWよりも長くされており、インクジェット記録ユニット30を紙幅方向に移動させることなく、記録用紙Pの全幅にわたる画像記録が可能とされている。つまり、このインクジェット記録ユニット30は、シングルパス印字が可能なFull Width Array(FWA)となっている。
As shown in FIG. 3, the print area width by the
ここで、印字領域幅とは、記録用紙Pの両端から印字しないマージンを引いた記録領域のうち最大のものが基本となるが、一般的には印字対象となる用紙最大幅PWよりも大きくとっている。これは、記録用紙Pが搬送方向に対して所定角度傾斜して(スキューして)搬送されるおそれがあるためと、縁無し印字の要望が高いためである。 Here, the print area width is basically the largest of the recording areas obtained by subtracting the margins not to be printed from both ends of the recording paper P, but is generally larger than the maximum paper width PW to be printed. ing. This is because there is a possibility that the recording paper P is conveyed at a predetermined angle with respect to the conveying direction (skewed) and there is a high demand for borderless printing.
以上のような構成のインクジェット記録装置10において、次にインクジェット記録ヘッド32について詳細に説明する。図4は第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32の構成を示す概略平面図である。すなわち、図4(A)はインクジェット記録ヘッド32の全体構成を示すものであり、図4(B)は1つの素子の構成を示すものである。
Next, the
また、図5(A)乃至図5(C)は、それぞれ図4(B)の各部をA−A’線、B−B’線、C−C’線の断面にて示すものである。ただし、後述するガラス基板72及びプール室部材39は省略している。更に、図6はインクジェット記録ヘッド32を部分的に取り出して主要部分が明確になるように示した概略縦断面図である。
FIGS. 5A to 5C show sections of FIG. 4B in cross sections taken along lines A-A ′, B-B ′, and C-C ′, respectively. However, a
このインクジェット記録ヘッド32には、天板部材40が配置されている。本実施形態では、天板部材40を構成するガラス製の天板41は板状で、かつ配線を有しており、インクジェット記録ヘッド32全体の天板となっている。天板部材40には、駆動IC60と、駆動IC60に通電するための金属配線90が設けられている。金属配線90は、樹脂保護膜92で被覆保護されており、インク110による浸食が防止されるようになっている。
A
また、この駆動IC60の下面には、図7で示すように、複数のバンプ60Bがマトリックス状に所定高さ突設されており、天板41上で、かつプール室部材39よりも外側の金属配線90にフリップチップ実装されるようになっている。したがって、圧電素子46に対する高密度配線と低抵抗化が容易に実現可能であり、これによって、インクジェット記録ヘッド32の小型化が実現可能となっている。なお、駆動IC60の周囲は樹脂材58で封止されている。
Further, as shown in FIG. 7, a plurality of
天板部材40には、耐インク性を有する材料で構成されたプール室部材39が貼着されており、天板41との間に、所定の形状及び容積を有するインクプール室38が形成されている。プール室部材39には、インクタンク(図示省略)と連通するインク供給ポート36が所定箇所に穿設されており、インク供給ポート36から注入されたインク110は、インクプール室38に貯留される。
A
天板41には、後述する圧力室115と1対1で対応するインク供給用貫通口112が形成されており、その内部が第1インク供給路114Aとなっている。また、天板41には、後述する上部電極54に対応する位置に、電気接続用貫通口42が形成されている。天板41の金属配線90は電気接続用貫通口42内にまで延長されて、その電気接続用貫通口42の内面を覆い、更に上部電極54に接触している。
The
これにより、金属配線90と上部電極54とが電気的に接続され、後述する圧電素子基板70の個別配線が不要になっている。なお、電気接続用貫通口42の下部は金属配線90によって閉塞された底部42B(図11−1(B)参照)となっており、電気接続用貫通口42は、上方にのみ開放された以外は閉じた空間となっている。
Thereby, the
流路基板としてのガラス基板72には、インクプール室38から供給されたインク110が充填される圧力室115が形成され、圧力室115と連通路50によって連通するノズル56からインク滴が吐出されるようになっている。そして、インクプール室38と圧力室115とが同一水平面上に存在しないように構成されている。したがって、圧力室115を互いに接近させた状態に配置することが可能であり、ノズル56をマトリックス状に高密度に配設することが可能となっている。
A
ガラス基板72の下面には、ノズル56が形成されたノズルプレート74が貼着され、ガラス基板72の上面には、圧電素子基板70が形成(作製)される。圧電素子基板70は振動板48を有しており、振動板48の振動によって圧力室115の容積を増減させて圧力波を発生させることで、ノズル56からのインク滴の吐出が可能になっている。したがって、振動板48が圧力室115の1つの面を構成している。
A
圧電素子46は、圧力室115毎に振動板48の上面に接着されている。振動板48は、Chemical Vapor Deposition(CVD)法で形成されたSiOx膜であり、少なくとも上下方向に弾性を有し、圧電素子46に通電されると(電圧が印加されると)、上下方向に撓み変形する(変位する)構成になっている。なお、振動板48は、Cr等の金属材料であっても差し支えはない。
The
また、圧電素子46の下面には一方の極性となる下部電極52が配置され、圧電素子46の上面には他方の極性となる上部電極54が配置されている。そして、圧電素子46は、低透水性絶縁膜(SiOx膜)80で被覆保護されている。圧電素子46を被覆保護している低透水性絶縁膜(SiOx膜)80は、水分透過性が低くなる条件で着膜するため、水分が圧電素子46の内部に侵入して信頼性不良となること(PZT膜内の酸素を還元することにより生ずる圧電特性の劣化)を防止できる。
A
更に、低透水性絶縁膜(SiOx膜)80上には、隔壁樹脂層119が積層されている。図4(B)で示すように、隔壁樹脂層119は、圧電素子基板70と天板部材40との間の空間を区画している。隔壁樹脂層119には、天板41のインク供給用貫通口112と連通するインク供給用貫通口44が形成されており、その内部が第2インク供給路114Bとなっている。
Further, a
第2インク供給路114Bは、第1インク供給路114Aの断面積よりも小さい断面積を有しており、インク供給路114全体での流路抵抗が所定の値になるように調整されている。つまり、第1インク供給路114Aの断面積は、第2インク供給路114Bの断面積よりも充分に大きくされており、第2インク供給路114Bでの流路抵抗と比べて実質的に無視できる程度とされている。したがって、インクプール室38から圧力室115へのインク供給路114の流路抵抗は、第2インク供給路114Bのみで規定される。
The second
また、このように、隔壁樹脂層119に形成したインク供給用貫通口44によってインク110を供給するようにしたことで、供給途中における圧電素子46領域へのインク漏れが防止されている。なお、隔壁樹脂層119には大気連通孔116が形成されており、インクジェット記録ヘッド32の製造時や画像記録時における天板41と圧電素子基板70の空間の圧力変動を低減している。
In addition, since the
また、電気接続用貫通口42に対応する位置にも隔壁樹脂層118が積層されている。図4(B)で示すように、隔壁樹脂層118には、金属配線90が貫通する貫通孔120が形成されており、金属配線90の下端を上部電極54に接触可能としている。なお、図4(B)では、隔壁樹脂層118と隔壁樹脂層119が分離された位置での断面としているが、これらは、実際には部分的に繋がっている。
A
また、隔壁樹脂層118、119によって、天板部材40と圧電素子46(厳密には、圧電素子46上の低透水性絶縁膜(SiOx膜)80)との間に間隙が構成され、空気層となっている。この空気層により、圧電素子46の駆動や振動板48の振動に影響を与えないようになっている。
In addition, the partition resin layers 118 and 119 form a gap between the
そして、電気接続用貫通口42の内部には、金属配線90に接触するようにして、半田86が充填されている。これにより、実質的に金属配線90が補強されて、上部電極54に対する接触状態(電気的な接続状態)が向上されており、例えば、熱ストレスや機械的ストレスなどによって接触状態が低下しそうになった場合でも、半田86によって、その接触状態が良好に維持される。
The inside of the electrical connection through
したがって、駆動IC60からの信号が、天板部材40の金属配線90に通電され、更に金属配線90から上部電極54に通電される。そして、所定のタイミングで圧電素子46に電圧が印加され、振動板48が上下方向に撓み変形することにより、圧力室115内に充填されたインク110が加圧されて、ノズル56からインク滴が吐出する。
Therefore, a signal from the driving
なお、隔壁樹脂層119と隔壁樹脂層118は、その上面の高さが一定、即ち面一になるように構成されている。したがって、天板41から測った隔壁樹脂層119と隔壁樹脂層118の対向面の高さ(距離)も同一になっている。これにより、天板41が接触する際の接触性が高くなり、シール性も高くなっている。また、金属配線90にはフレキシブルプリント基板(FPC)100も接続される。
Note that the partition
以上のような構成のインクジェット記録ヘッド32の概略構成を、図8に基づいて説明する。
A schematic configuration of the
インクジェット記録ヘッド32は、ガラス基板72(図6参照)からなる流路基板の上面に圧電素子及びガラス基板(ガラス製の天板41)を積層し、その後、この流路基板の下面にノズルフィルムを接合(貼着)すると共に、反対側にプール室を形成することで製造される。
The
ここで、流路基板の製造方法について詳細に説明する。 Here, the manufacturing method of the flow path substrate will be described in detail.
図9−1(A)で示すように、まず、厚さ0.5mmのガラス基板72を用意する。そして、図9−1(B)で示すように、ウェットエッチングにより、そのガラス基板72の圧力室となる領域に深さ0.1mmの溝部72Aを形成する。なお、溝部72Aの深さは、必ずしも0.1mmとする必要はないが、圧力室内のインクの流動抵抗を考慮して、0.05mm〜0.1mmの間で形成することが望ましい。
As shown in FIG. 9A, first, a
次いで、図9−1(C)で示すように、ウェットエッチングにより、溝部72Aの周囲に深さ0.03mの段部72Bを形成する。なお、段部72Bをウェットエッチングによって形成する際に、溝部72Aもエッチングされるので、溝部72Aの深さは0.13mmとなる。
Next, as shown in FIG. 9-1 (C), a
このように、圧力室を多段構造(本実施形態では2段構造)とすることで、ウェットエッチングによって圧力室を形成しても、開口寸法の精度が確保される。 Thus, the pressure chamber has a multi-stage structure (in this embodiment, a two-stage structure), so that the accuracy of the opening dimension is ensured even if the pressure chamber is formed by wet etching.
なお、段部72Bの深さは、0.03mm以下とする。これにより、ウェットエッチングによって段部72Bを形成しても、エッチング時間が短く、段部72Bの寸法精度が確保される。また、溝部72Aの幅と段部72Bの幅の差は、段部72Bの深さの2倍を超えないようにする。これにより、段部72Bが、圧力室内のインクから発生した気泡の気泡溜まりにならない。
The depth of the stepped
その後、図9−2(D)で示すように、溝部72Aと段部72Bに、スクリーン印刷法により、ポリシリコン76を充填する(埋め込む)。
Thereafter, as shown in FIG. 9D, the
そして、ポリシリコン76を充填後、ガラス基板72の上面(表面)を研磨して余剰ポリシリコン76を除去し、その上面(表面)を平坦化する。これにより、圧力室となる領域上にも薄膜等を精度よく形成することが可能となる。
After the
次に、図9−2(E)で示すように、ガラス基板72の上面(表面)に、スパッタ法により、ゲルマニウム(Ge)膜78(膜厚1μm)を着膜する。このGe膜78は、後工程でポリシリコン76をKOH溶液あるいはTMAH溶液でエッチング除去するときに、後述するSiOx膜82(振動板48)が一緒にエッチングされないように保護するエッチングストッパー層として機能する。なお、このGe膜78は、蒸着やCVD法でも成膜できる。また、エッチングストッパー層としては、シリコン(Si)膜も使用できる。
Next, as shown in FIG. 9-2 (E), a germanium (Ge) film 78 (film thickness: 1 μm) is deposited on the upper surface (surface) of the
そして、図9−2(F)で示すように、そのGe膜78の上面に振動板48となる薄膜、例えば、温度350℃、RFpower300W、周波数450KHz、圧力1.5torr、ガスSiH4/N2O=150/4000sccmのプラズマCVD法により、SiOx膜82(膜厚4μm)を成膜する。なお、この場合の振動板48の材料としては、SiNx膜、SiC膜、金属(Cr)膜等であってもよい。
Then, as shown in FIG. 9-2 (F), a thin film that becomes the
その後、図9−2(G)で示すように、スパッタ法により、例えば厚み0.5μm程度のAu膜62、即ち下部電極52を成膜する。そして、図9−3(H)で示すように、振動板48の上面に積層された下部電極52をパターニングする。具体的には、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング、RIE法によるエッチング、酸素プラズマによるレジスト剥離である。この下部電極52が接地電位となる。
Thereafter, as shown in FIG. 9-2 (G), an
次に、図9−3(I)で示すように、下部電極52の上面に、圧電素子46の材料であるPZT膜64と、上部電極54となるAu膜66を順にスパッタ法で積層し、図9−3(J)で示すように、圧電素子46(PZT膜64)及び上部電極54(Au膜66)をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 9-3 (I), a
具体的には、PZT膜スパッタ(膜厚5μm)、Au膜スパッタ(膜厚0.5μm)、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング(エッチング)、酸素プラズマによるレジスト剥離である。下部及び上部の電極材料としては、圧電素子46であるPZT材料との親和性が高く、耐熱性がある、例えばAu、Ir、Ru、Pt等が挙げられる。
Specifically, PZT film sputtering (
その後、図9−4(K)で示すように、振動板48(SiOx膜82)及びGe膜78に、インク供給路114形成用の孔部82Aをパターニングする。具体的には、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング(HFエッチング)、酸素プラズマによるレジスト剥離である。
Thereafter, as shown in FIG. 9-4 (K), the
次に、図9−4(L)で示すように、上面に露出している下部電極52と上部電極54の上面に低透水性絶縁膜(SiOx膜)80を積層する。そして、パターニングにより、上部電極54と金属配線90を接続するための開口84(コンタクト孔)を形成する。
Next, as shown in FIG. 9-4 (L), a low water permeable insulating film (SiOx film) 80 is laminated on the upper surface of the
具体的には、CVD法にてダングリングボンド密度が高い低透水性絶縁膜(SiOx膜)80を着膜する、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング(HFエッチング)、酸素プラズマによるレジスト剥離である。なお、ここでは低透水性絶縁膜としてSiOx膜を用いたが、SiNx膜、SiOxNy膜等であってもよい。 Specifically, a low water-permeable insulating film (SiOx film) 80 having a high dangling bond density by CVD is deposited, resist formation by photolithography, patterning (HF etching), and resist stripping by oxygen plasma. . Although the SiOx film is used here as the low water permeable insulating film, it may be a SiNx film, a SiOxNy film, or the like.
次いで、図9−4(M)で示すように、隔壁樹脂層119及び隔壁樹脂層118をパターニングする。具体的には、隔壁樹脂層119、隔壁樹脂層118を構成する感光性樹脂を塗布し、露光・現像することでパターンを形成し、最後にキュアする。このとき、隔壁樹脂層119にインク供給用貫通口44を形成しておく。
Next, as shown in FIG. 9-4 (M), the
なお、隔壁樹脂層119と隔壁樹脂層118とは、同一膜であるが、設計パターンが異なっている。また、隔壁樹脂層119、隔壁樹脂層118を構成する感光性樹脂は、ポリイミド系、ポリアミド系、エポキシ系、ポリウレタン系、シリコーン系等、耐インク性を有していればよい。
The
こうして、ガラス基板72(流路基板)の上面に圧電素子基板70が作製され、この圧電素子基板70の上面に、例えばガラス板を支持体とする天板部材40が結合(接合)される。天板部材40の製造においては、図10(A)で示すように、天板部材40自体が支持体となる程度の強度を確保できる厚み(0.3mm〜1.5mm)の天板41を含んでいるので、別途支持体を設ける必要がない。この天板41に、図10(B)で示すように、インク供給用貫通口112及び電気接続用貫通口42を形成する。
Thus, the
具体的には、ホトリソグラフィー法で感光性ドライフィルムのレジストをパターニングし、このレジストをマスクとしてサンドブラスト処理を行って開口を形成した後、そのレジストを酸素プラズマにて剥離する。なお、インク供給用貫通口112及び電気接続用貫通口42は、断面視で内面が下方に向かって次第に接近するようなテーパー状(漏斗状)に形成されている。
Specifically, a photosensitive dry film resist is patterned by a photolithography method, and an opening is formed by performing sand blasting using the resist as a mask, and then the resist is peeled off by oxygen plasma. The ink supply through-
このようにしてインク供給用貫通口112及び電気接続用貫通口42が形成された天板41(天板部材40)を、図11−1(A)で示すように、圧電素子基板70に被せて、両者を熱圧着(例えば、350℃、2kg/cm2で20分間)により結合(接合)する。このとき、隔壁樹脂層119と隔壁樹脂層118とは面一(同一高さ)になるように構成されているので、天板41が接触する際の接触性が高くなり、高いシール性で接合することができる。
As shown in FIG. 11A, the top plate 41 (top plate member 40) in which the ink supply through-
そして、図11−1(B)で示すように、天板41の上面に金属配線90を成膜してパターニングする。具体的には、スパッタ法によるAl膜(厚さ1μm)の着膜、ホトリソグラフィー法によるレジストの形成、H3PO4薬液を用いたAl膜のウェットエッチング、酸素プラズマによるレジスト剥離である。
Then, as shown in FIG. 11B,
なお、電気接続用貫通口42の段差は非常に大きいので、ホトリソグラフィー工程ではレジストのスプレー塗布法と長焦点深度露光法を用いている。このとき、金属配線90の一部が、電気接続用貫通口42の内面から、上部電極54へと達するようにパターニングしておく。
In addition, since the level difference of the electrical connection through
これにより、電気接続用貫通口42の底部42Bが金属配線90で閉塞され、電気接続用貫通口42は、上方にのみ開放された以外は閉じた空間となる。なお、金属配線90を電気接続用貫通口42の深部まで厚く成膜したい場合には、スパッタ法よりも段差被覆性の良好なCVD法を採用すればよい。
As a result, the
そして、このように金属配線90がパターニングされた電気接続用貫通口42内(上記空間内)に、図11−2(C)で示すように、半田86を搭載する。この方法としては、半田ボール86Bを電気接続用貫通口42内に直接搭載する半田ボール法を用いることができる。
Then, as shown in FIG. 11-2 (C), the
なお、半田ボール法以外に、図13(A)で示すように、インクジェットの原理を応用した加熱溶融半田吐出供給法を用いてもよい。この方法では、天板41と非接触で、かつ、マスクを用いることなく、半田86を所定の位置に供給することができる。更に、図13(B)で示すように、スクリーン印刷法を用いて半田86を供給してもよい。何れの供給方法であっても、電気接続用貫通口42は、断面視で内面が下方に向かって次第に接近するようなテーパー状(漏斗状)に形成されているので、半田86が電気接続用貫通口42の内面に付着しやすい。
In addition to the solder ball method, as shown in FIG. 13A, a heated and melted solder discharge supply method applying the principle of ink jet may be used. In this method, the
次に、図11−2(D)で示すように、半田86をリフロー(例えば、280℃で10分間)し、電気接続用貫通口42の底部42Bにまで行き渡らせる。このとき、電気接続用貫通口42の底部42Bには、溶融した半田86が流れ出る経路がないので、高温の環境下で半田86を充分に溶融させて、電気接続用貫通口42の底部42Bまで確実に充填することができる。
Next, as shown in FIG. 11-2 (D), the
つまり、この段階で、半田86の最下部は、天板41の下面(金属配線90が形成されていない面)よりも下側の電気接続用貫通口42内に位置しており、電気接続用貫通口42内の金属配線90に確実に接触するようになっている。また、この段階で、溶融した半田86が、天板41の上面(厳密には、金属配線90の上面)よりも上方に位置しないように、充填する半田86の量は予め所定量に決められている。
That is, at this stage, the lowermost part of the
ここで、金属配線90の底部、即ち上部電極54と接触している部位は、金属配線90を構成しているAl膜が薄くなることがあり、隔壁樹脂層119の熱膨張等で機械的ストレスを受けて、金属配線90が断線しているおそれがある。しかし、このような場合でも、底部42Bに充填された半田86が、底部42Bと電気接続用貫通口42内の金属配線90を接続しているので、半田86による導通確保が可能となる。また、溶融した半田86が流れ出ないので、電気接続用貫通口42の近傍部分を半田86が不用意に短絡させてしまうおそれもない。
Here, at the bottom portion of the
次に、図11−3(E)で示すように、金属配線90が形成された面に樹脂保護膜92(例えば、富士フイルムアーチ社製の感光性ポリイミド Durimide7320)を積層してパターニングする。なお、このとき、第1インク供給路114Aを樹脂保護膜92が覆わないようにする。また、この樹脂保護膜92としては、ポリイミド系、ポリアミド系、エポキシ系、ポリウレタン系、シリコーン系等、耐インク性を有していればよい。
Next, as shown in FIG. 11-3 (E), a resin protective film 92 (for example, photosensitive polyimide Durimide 7320 manufactured by Fuji Film Arch Co., Ltd.) is laminated and patterned on the surface on which the
次いで、図11−3(F)で示すように、樹脂保護膜92の上面及びインク供給路114内に、耐HF保護用レジスト88を塗布する。
Next, as shown in FIG. 11-3 (F), an anti-HF protection resist 88 is applied to the upper surface of the resin
次に、図11−4(G)で示すように、ガラス基板72の下面を研磨して、ガラス基板72の厚さを0.3mmにする。このように、ガラス基板72上に振動板48等を設けた後の工程で、ガラス基板72を所望の厚みにすることで、最初の工程で薄いガラス基板72を用いた場合と比較して、ハンドリング性が良くなると共に、溝部72A及び段部72Bを形成したガラス基板72に振動板48等を設ける際に、位置ずれを起こしにくくなる。
Next, as shown in FIG. 11-4 (G), the lower surface of the
そして、図11−4(H)で示すように、ガラス基板72の下面から、連通路となる開口部77を、ウェットエッチングにより形成する。なお、ここではウェットエッチングによって開口部77を形成したが、サンドブラスト等によって開口部77を形成してもよい。
Then, as shown in FIG. 11-4 (H), an
次に、図11−5(I)で示すように、ガラス基板72に充填した(埋め込んだ)ポリシリコン76を、KOH溶液あるいはTMAH溶液によって選択的にエッチング除去する。このとき、SiOx膜82からなる振動板48は、Ge膜78によりHF溶液から保護されるため、エッチングされることはない。つまり、このGe膜78は、上記したように、ポリシリコン76をKOH溶液あるいはTMAH溶液でエッチング除去する際に、SiOx膜82からなる振動板48が一緒にエッチング除去されてしまうのを防止するエッチングストッパー層として機能する。この段階で圧力室及び連通路が完成する。
Next, as shown in FIG. 11-5 (I), the
その後、図11−5(J)で示すように、耐HF保護用レジスト88をアセトンによって除去する。 Thereafter, as shown in FIG. 11-5 (J), the HF-resistant resist 88 is removed with acetone.
そして次に、ガラス基板72の下面にノズルプレート74を貼着する。すなわち、図12−1(A)で示すように、ノズル56となる開口68Aが形成されたノズルフィルム68をガラス基板72の下面に貼り付ける。その後、図12−1(B)で示すように、金属配線90に駆動IC60をフリップチップ実装する。このとき、駆動IC60は、予め半導体ウエハプロセスの終りに実施されるグラインド工程にて、所定の厚さ(70μm〜300μm)に加工されている。
Next, a
そして、駆動IC60の周囲を樹脂材58で封止し、駆動IC60を水分等の外部環境から保護できるようにする。これにより、後工程でのダメージ、例えば、できあがった圧電素子基板70をダイシングによってインクジェット記録ヘッド32に分割する際の水や研削片によるダメージを回避することができる。そして、図12−2(C)で示すように、金属配線90にフレキシブルプリント基板(FPC)100を接続する。
Then, the periphery of the
次に、図12−2(D)で示すように、駆動IC60よりも内側の天板部材40(天板41)の上面にプール室部材39を装着して、これらの間にインクプール室38を構成する。これにより、インクジェット記録ヘッド32が完成し、図12−3(E)で示すように、インクプール室38や圧力室内にインク110が充填可能とされる。
Next, as shown in FIG. 12D, a
以上のようにして製造されるインクジェット記録ヘッド32を備えたインクジェット記録装置10において、次に、その作用を説明する。
Next, the operation of the
まず、インクジェット記録装置10に印刷を指令する電気信号が送られると、ストッカー24から記録用紙Pが1枚ピックアップされ、搬送装置26により搬送される。
First, when an electrical signal for instructing printing is sent to the
一方、インクジェット記録ユニット30では、すでにインクタンクからインク供給ポートを介してインクジェット記録ヘッド32のインクプール室38にインク110が注入(充填)され、インクプール室38に充填されたインク110は、インク供給路114を経て圧力室115へ供給(充填)されている。そして、このとき、ノズル56の先端(吐出口)では、インク110の表面が圧力室115側に僅かに凹んだメニスカスが形成されている。
On the other hand, in the ink
そして、記録用紙Pを搬送しながら、複数のノズル56から選択的にインク滴を吐出することにより、記録用紙Pに、画像データに基づく画像の一部を記録する。すなわち、駆動IC60により、所定のタイミングで、所定の圧電素子46に電圧を印加し、振動板48を上下方向に撓み変形させて(面外振動させて)、圧力室115内のインク110を加圧し、所定のノズル56からインク滴として吐出させる。
A part of the image based on the image data is recorded on the recording paper P by selectively ejecting ink droplets from the plurality of
こうして、記録用紙Pに、画像データに基づく画像が完全に記録されたら、排紙ベルト23により記録用紙Pをトレイ25に排出する。これにより、記録用紙Pへの印刷処理(画像記録)が完了する。このようなインクジェット記録ヘッド32の製造工程において、まず、圧力室115が形成されるガラス基板72に、圧力室115の一部として溝部72Aを形成し、この溝部72Aの周囲に、溝部72Aを形成する。つまり、圧力室115を2段階に分けて形成するため、ガラス基板72を支持する段部72Bの精度を維持すれば、溝部72Aを高精度に形成する必要がないので、低コストのウェットエッチング等により、圧力室115を形成できる。
Thus, when the image based on the image data is completely recorded on the recording paper P, the recording paper P is discharged onto the
また、溝部72Aと段部72Bにポリシリコンを埋め込んでから、ガラス基板72を成膜することで、振動板48を高精度且つ低コストで形成できる。
Moreover, the
さらに、ガラス基板72に振動板48と圧電素子46を成膜した後の工程で、ガラス基板72を所定の厚みに研磨することで、十分な厚みのあるガラス基板72を取り扱うので、ハンドリング性や作業性に優れる。
Furthermore, since the
次に、第2実施形態のインクジェット記録ヘッド32について説明する。なお、以下において、第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32と同一の構成要素、部材等は同一符号を付して、その詳細な説明(作用を含む)を省略する。また、この第2実施形態のインクジェット記録ヘッド32では、第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32と異なる製造方法(製造工程)についてのみ、図14を基に詳細に説明する。
Next, the ink
図14−1(A)で示すように、まず、厚さ0.3mmのシリコン基板72を用意する。なお、シリコン基板72の面方位は(110)とする。そして、図14−1(B)に示すように、ウェットエッチングにより、そのシリコン基板72の圧力室となる領域に、深さ0.1mの溝部72Aを形成する。
As shown in FIG. 14A, first, a
次いで、図14−1(C)で示すように、ウェットエッチングにより、溝部72Aの周囲に深さ0.03mの段部72Bを形成する。なお、段部72Bをウェットエッチングによって形成する際に、溝部72Aもエッチングされるので、溝部72Aの深さは0.13mmとなる。
Next, as shown in FIG. 14C, a stepped
このように、圧力室を多段構造(本実施形態では2段構造)とすることで、ウェットエッチングによって圧力室を形成しても、開口寸法の精度が確保される。 Thus, the pressure chamber has a multi-stage structure (in this embodiment, a two-stage structure), so that the accuracy of the opening dimension is ensured even if the pressure chamber is formed by wet etching.
なお、段部72Bの深さは、0.03mm以下とする。これにより、ウェットエッチングによって段部72Bを形成しても、段部72Bの寸法精度が確保される。また、溝部72Aの幅と段部72Bの幅の差は、段部72Bの深さの2倍を超えないようにする。これにより、段部72Bが、圧力室内のインクから発生した気泡の気泡溜まりにならない。
The depth of the stepped
その後、図14−2(D)で示すように、溝部72Aと段部72Bに、スクリーン印刷法により、ペーストガラス76を充填する(埋め込む)。このペーストガラス76は、熱膨張係数が、1×10−6/℃〜6×10−6/℃であり、軟化点は、550℃〜900℃である。この範囲のペーストガラス76を使用することで、ペーストガラス76にクラックや剥離が発生するのを防止でき、更には、圧電素子46や振動板48となる薄膜に形状歪みが発生するのを防止できる。
Thereafter, as shown in FIG. 14-2 (D), the
そして、ペーストガラス76を充填後、シリコン基板72を、例えば800℃で10分間、加熱処理する。このペーストガラス76の硬化熱処理に使用する温度は、後述する圧電素子46や振動板48の成膜温度(例えば350℃)よりも高い温度である。これにより、振動板48及び圧電素子46の成膜工程において、ペーストガラス76に高温耐性ができる。つまり、少なくともペーストガラス76を硬化熱処理した温度までは、後工程で使用可能となるので、後工程での使用温度の許容範囲が広がる。
Then, after filling the
なお、ここでは圧力室となる溝部72A及び段部72Bに充填する部材として、ペーストガラス76を例にとって説明したが、溝部72A及び段部72Bに充填する部材としては、OCD(水ガラス)等を用いることもできる。
Here, the
そして、ペーストガラス76を充填後、シリコン基板72の上面(表面)を研磨して余剰ペーストガラス76を除去し、その上面(表面)を平坦化する。これにより、圧力室となる領域上にも薄膜等を精度よく形成することが可能となる。
Then, after filling the
次に、図9−2(E)で示すように、シリコン基板72の上面(表面)に、スパッタ法により、ゲルマニウム(Ge)膜78(膜厚1μm)を着膜する。そして、このGe膜78の上面に振動板48となるSiOx膜82(膜厚4μm)を成膜する。
Next, as shown in FIG. 9B, a germanium (Ge) film 78 (film thickness: 1 μm) is deposited on the upper surface (surface) of the
Ge膜78は、後工程でペーストガラス76をフッ化水素(HF)溶液でエッチング除去するときに、SiOx膜82(振動板48)が一緒にエッチングされないように保護するエッチングストッパー層として機能する。なお、このGe膜78は、蒸着やCVD法でも成膜できる。また、エッチングストッパー層としては、シリコン(Si)膜も使用できる。
The
そして、図14−3(F)で示すように、シリコン基板72の下面から、連通路となる開口部77を、ウェットエッチングにより形成する。この段階で連通路が完成する。なお、ここではウェットエッチングによって開口部77を形成したが、サンドブラスト等によって開口部77を形成してもよい。
Then, as shown in FIG. 14-3 (F), an
なお、この後の工程は、上記第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32の場合と同様である。すなわち、図9−2(G)〜図11−4(H)までは上記と同様であるため、その説明は省略する。
The subsequent steps are the same as those in the case of the ink
次いで、図14−3(G)で示すように、樹脂保護膜92の上面及びインク供給路114内に、耐HF保護用レジスト88を塗布する。そして、開口部77からHFを含む溶解液を供給して、図14−3(H)で示すように、シリコン基板72に充填した(埋め込んだ)ペーストガラス76をエッチング除去する。このとき、SiOx膜82からなる振動板48は、Ge膜78によりHF溶液から保護されるため、エッチングされることはない。つまり、このGe膜78は、上記したように、ペーストガラス76をHF溶液でエッチング除去する際に、SiOx膜82からなる振動板48が一緒にエッチング除去されてしまうのを防止するエッチングストッパー層として機能する。
Next, as shown in FIG. 14-3 (G), an anti-HF protection resist 88 is applied to the upper surface of the resin
なお、ここではペーストガラス76の除去に、HFを含んだ液体を用いたが、ペーストガラス76の除去には、HFを含んだガスや蒸気を使用してもよい。エッチング液を狭い入口から供給する場合には、被エッチング材(この場合はペーストガラス76)をエッチングした際に発生する気泡が抜けなかったり、新しいエッチング液との置換ができなかったりするため、エッチングの進行が阻害されることがある。ガスや蒸気を用いると、このような不具合は起きないため、上記のような場合には、ガスや蒸気とした方が好ましい。
In addition, although the liquid containing HF was used for the removal of the
なお、この後の工程は、上記第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32の場合と同様である。すなわち、図12−1(A)〜図12−2(D)までは上記と同様であるため、その説明は省略する。
The subsequent steps are the same as those in the case of the ink
次に、第3実施形態のインクジェット記録ヘッド32について説明する。なお、以下において、第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32と同一の構成要素、部材等は同一符号を付して、その詳細な説明(作用を含む)を省略する。また、この第2実施形態のインクジェット記録ヘッド32では、第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32と異なる製造方法(製造工程)についてのみ、図15を基に詳細に説明する。
Next, the ink
図15−1(A)で示すように、まず、厚さ0.5mmのシリコン基板72を用意する。なお、シリコン基板72の面方位は(110)とする。そして、図15−1(B)に示すように、ウェットエッチングにより、そのシリコン基板72の圧力室となる領域に、深さ0.1mの溝部72Aを形成する。
As shown in FIG. 15A, first, a
次いで、図15−1(C)で示すように、ウェットエッチングにより、溝部72Aの周囲に深さ0.03mの段部72Bを形成する。なお、段部72Bをウェットエッチングによって形成する際に、溝部72Aもエッチングされるので、溝部72Aの深さは0.13mmとなる。
Next, as shown in FIG. 15C, a
このように、圧力室を多段構造(本実施形態では2段構造)とすることで、ウェットエッチングによって圧力室を形成しても、開口寸法の精度が確保される。 Thus, the pressure chamber has a multi-stage structure (in this embodiment, a two-stage structure), so that the accuracy of the opening dimension is ensured even if the pressure chamber is formed by wet etching.
なお、段部72Bの深さは、0.03mm以下とする。これにより、ウェットエッチングによって段部72Bを形成しても、段部72Bの寸法精度が確保される。また、溝部72Aの幅と段部72Bの幅の差は、段部72Bの深さの2倍を超えないようにする。これにより、段部72Bが、圧力室内のインクから発生した気泡の気泡溜まりにならない。
The depth of the stepped
次に、図15−2(D)で示すように、シリコン基板72の上面及び溝部72Aと段部72Bにかけて、SiN79をプラズマCVD法によってコーティングする。
Next, as shown in FIG. 15-2 (D),
その後、図15−2(E)で示すように、SiN79によって覆われた溝部72Aと段部72Bに、スクリーン印刷法により、ポリシリコン76を充填する(埋め込む)。
Thereafter, as shown in FIG. 15-2 (E),
そして、ポリシリコン76を充填後、シリコン基板72の上面(表面)を研磨して余剰ポリシリコン76を除去し、その上面(表面)を平坦化する。これにより、圧力室となる領域上にも薄膜等を精度よく形成することが可能となる。なお、シリコン基板72の上面を研磨する際に、シリコン基板72の表面にコーティングされたSiN79も研磨する。
After the
次に、図15−2(F)で示すように、シリコン基板72の上面(表面)に、スパッタ法により、振動板48となるSiOx膜82(膜厚4μm)を成膜する。
Next, as shown in FIG. 15-2 (F), a SiOx film 82 (film thickness: 4 μm) to be the
なお、この後の工程は、上記第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32の場合と同様である。すなわち、図9−2(G)〜図11−3(E)までは上記と同様であるため、その説明は省略する。
The subsequent steps are the same as those in the case of the ink
次いで、図15−3(G)で示すように、樹脂保護膜92の上面及びインク供給路114内に、耐HF保護用レジスト88を塗布し、図15−3(H)で示すように、シリコン基板72の下面を研磨して、シリコン基板72の厚さを0.3mmにする。
Next, as shown in FIG. 15-3 (G), an anti-HF protection resist 88 is applied to the upper surface of the resin
そして、図15−4(I)で示すように、シリコン基板72の下面から、連通路となる開口部77を、ウェットエッチングにより形成する。なお、ここではウェットエッチングによって開口部77を形成したが、サンドブラスト等によって開口部77を形成してもよい。
Then, as shown in FIG. 15-4 (I), an
次に、開口部77からSiN79の溶解液、例えばH3PO4薬液を供給して、図15−4(J)で示すように、SiN79の一部をエッチングして除去する。これにより、連通路としての開口部77と、圧力室としての溝部72Aが連通する。この段階で連通路が完成する。
Next, a solution of
次に、図15−5(K)で示すように、ガラス基板72に充填した(埋め込んだ)ポリシリコン76を、KOH溶液あるいはTMAH溶液によって選択的にエッチング除去する。なお、ポリシリコン76は、通常の異方性エッチングと比較した場合、エッチングレートが格段に早いため、ポリシリコン76をエッチングするためのKOH溶液あるいはTMAH溶液によって、開口部77が必要以上にエッチングされて形状が崩れてしまうことがない。
Next, as shown in FIG. 15-5 (K), the
その後、図15−5(L)で示すように、SiN79の溶解液、例えばH3PO4薬液を開口部77から供給して、SiN膜79を除去する。この段階で圧力室及び連通路が完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 15-5 (L), a
なお、この後の工程は、上記第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32の場合と同様である。すなわち、図12−1(A)〜図12−2(D)までは上記と同様であるため、その説明は省略する。
The subsequent steps are the same as those in the case of the ink
次に、第4実施形態のインクジェット記録ヘッド32について説明する。なお、以下において、第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32と同一の構成要素、部材等は同一符号を付して、その詳細な説明(作用を含む)を省略する。また、この第2実施形態のインクジェット記録ヘッド32では、第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32と異なる製造方法(製造工程)についてのみ、図16を基に詳細に説明する。
Next, the ink
図16−1(A)で示すように、まず、厚さ0.3mmのガラス基板72を用意する。そして、図16−1(B)に示すように、ウェットエッチングにより、そのガラス基板72の圧力室となる領域に、深さ0.1mの溝部72Aを形成する。
As shown in FIG. 16A, first, a
次いで、図16−1(C)で示すように、ウェットエッチングにより、溝部72Aの周囲に深さ0.03mの段部72Bを形成する。なお、段部72Bをウェットエッチングによって形成する際に、溝部72Aもエッチングされるので、溝部72Aの深さは0.13mmとなる。
Next, as shown in FIG. 16-1 (C), a
このように、圧力室を多段構造(本実施形態では2段構造)とすることで、ウェットエッチングによって圧力室を形成しても、開口寸法の精度が確保される。 Thus, the pressure chamber has a multi-stage structure (in this embodiment, a two-stage structure), so that the accuracy of the opening dimension is ensured even if the pressure chamber is formed by wet etching.
なお、段部72Bの深さは、0.03mm以下とする。これにより、ウェットエッチングによって段部72Bを形成しても、段部72Bの寸法精度が確保される。また、溝部72Aの幅と段部72Bの幅の差は、段部72Bの深さの2倍を超えないようにする。これにより、段部72Bが、圧力室内のインクから発生した気泡の気泡溜まりにならない。
The depth of the stepped
次に、図16−2(D)で示すように、ガラス基板72の上面及び溝部72Aと段部72Bにかけて、SiN79をプラズマCVD法によってコーティングする。
Next, as shown in FIG. 16-2 (D),
その後、図16−2(E)で示すように、SiN79によって覆われた溝部72Aと段部72Bに、スクリーン印刷法により、ペーストガラス76を充填する(埋め込む)。そして、ペーストガラス76を充填後、ガラス基板72を、例えば800℃で10分間、加熱処理する。なお、溝部72A及び段部72Bには、ペーストガラス76以外にも、OCD(水ガラス)を充填してもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 16-2 (E), the
そして、ペーストガラス76を充填後、ガラス基板72の上面(表面)を研磨して余剰ペーストガラス76を除去し、その上面(表面)を平坦化する。これにより、圧力室となる領域上にも薄膜等を精度よく形成することが可能となる。なお、ガラス基板72の上面を研磨する際に、ガラス基板72の表面にコーティングされたSiN79も研磨する。
Then, after filling the
次に、図16−2(F)で示すように、ガラス基板72の上面(表面)に、スパッタ法により、ゲルマニウム(Ge)膜78(膜厚1μm)を着膜する。このGe膜78は、後工程でペーストガラス76をフッ化水素(HF)溶液でエッチング除去するときに、後述するSiOx膜82(振動板48)が一緒にエッチングされないように保護するエッチングストッパー層として機能する。なお、このGe膜78は、蒸着やCVD法でも成膜できる。また、エッチングストッパー層としては、シリコン(Si)膜も使用できる。
Next, as shown in FIG. 16B, a germanium (Ge) film 78 (film thickness: 1 μm) is deposited on the upper surface (surface) of the
そして、図16−3(G)で示すように、そのGe膜78の上面に振動板48となる薄膜、例えば、温度350℃、RFpower300W、周波数450KHz、圧力1.5torr、ガスSiH4/N2O=150/4000sccmのプラズマCVD法により、SiOx膜82(膜厚4μm)を成膜する。なお、この場合の振動板48の材料としては、SiNx膜、SiC膜、金属(Cr)膜等であってもよい。
Then, as shown in FIG. 16-3 (G), a thin film that becomes the
次に、図16−3(H)で示すように、ガラス基板72の下面に、スパッタ法により、ポリシリコン薄膜94を成膜する。そして、このポリシリコン薄膜94上に、連通路に対応するパターンを形成し、図16−3(I)で示すように、ウェットエッチングにより、ポリシリコン薄膜94に連通路となる開口部95を形成する。この開口部95が形成されたポリシリコン薄膜94をパターンとして、図16−3(J)で示すように、ウェットエッチングによりガラス基板72に連通路となる開口部77を形成する。開口部95及び開口部77は、断面視で内面が下方に向かって次第に離間するようなテーパー状に形成されている。
Next, as shown in FIG. 16-3 (H), a polysilicon thin film 94 is formed on the lower surface of the
なお、本実施形態では、ガラス基板72の下面に成膜したポリシリコン薄膜94に開口部95を形成し、これをパターンとして用いてガラス基板72に開口部77を形成したが、ガラス基板72の下面にポリシリコン薄膜94を形成する際に、同時にポリシリコン薄膜94上にレジストパターンを設けておき、サンドブラスト法によってポリシリコン薄膜94に開口部95を形成してもよい。
In this embodiment, the
次に、図16−4(K)で示すように、ガラス基板72の下面と開口部95及び開口部77にかけて、プラズマCVD法によりSiN膜96を形成する。そして、ガラス基板72の下面をドライエッチングし、図16−4(L)で示すように、開口部77に形成されている部分以外のSiN膜96及び、開口部77から露出している溝部72AにコーティングされたSiN膜79の一部が除去される。
Next, as shown in FIG. 16-4 (K), a
なお、この後の工程は、上記第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32の場合と同様である。すなわち、図9−2(G)〜図11−3(F)までは上記と同様であるため、その説明は省略する。
The subsequent steps are the same as those in the case of the ink
次いで、樹脂保護膜92の上面及びインク供給路114内に、耐HF保護用レジスト88を塗布し、開口部77からHFを含む溶解液を供給して、図16−5(M)で示すように、ガラス基板72に充填した(埋め込んだ)ペーストガラス76をエッチング除去する。
Next, an anti-HF protection resist 88 is applied to the upper surface of the resin
その後、図16−5(N)で示すように、SiN79の溶解液、例えばH3PO4薬液を開口部77から供給して、SiN膜79を除去する。この段階で図16−5(O)で示すように、圧力室及び連通路が完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 16-5 (N), a
なお、この後の工程は、上記第1実施形態のインクジェット記録ヘッド32の場合と同様である。すなわち、図12−1(A)〜図12−2(D)までは上記と同様であるため、その説明は省略する。
The subsequent steps are the same as those in the case of the ink
10 インクジェット記録装
32 インクジェット記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)
46 圧電素子
48 振動板
50 連通路
56 ノズル
72 ガラス基板(基板)
72 シリコン基板(基板)
72A 溝部
72B 段部
76 ペーストガラス(充填材)
76 ポリシリコン(充填材)
77 開口部
79 SiN膜(保護層)
10
46
72 Silicon substrate (substrate)
76 Polysilicon (filler)
77
Claims (4)
前記圧力室の一部を構成する振動板と、
前記振動板を変位させる圧電素子と、
を有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
シリコン又はガラスからなる基板の一方の面に前記圧力室となる溝部を形成し、前記溝部の周囲の角部に段部を形成した後、前記溝部及び前記段部に充填材を埋め込んで、前記振動板と前記圧電素子を前記基板の一方の面に成膜し、前記基板の他方の面に前記圧力室への連通路となる開口部を形成して前記充填材を露出させた後、前記開口部にエッチング液を供給して、前記充填材を除去することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A pressure chamber that is in fluid communication with a nozzle for discharging droplets and filled with liquid;
A diaphragm constituting a part of the pressure chamber;
A piezoelectric element for displacing the diaphragm;
A method of manufacturing a droplet discharge head having
After forming a groove serving as the pressure chamber on one surface of a substrate made of silicon or glass, forming a step at a corner around the groove, filling the groove and the step with a filler, The diaphragm and the piezoelectric element are formed on one surface of the substrate, an opening serving as a communication path to the pressure chamber is formed on the other surface of the substrate, and the filler is exposed. A method of manufacturing a droplet discharge head, wherein an etchant is supplied to an opening to remove the filler.
前記圧力室の一部を構成する振動板と、
前記振動板を変位させる圧電素子と、
を有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
シリコン又はガラスからなる基板の一方の面に前記圧力室となる溝部を形成し、前記溝部の周囲の角部に段部を形成した後、前記溝部及び前記段部に充填材を埋め込んで、前記振動板を前記基板の一方の面に成膜し、前記基板の他方の面に前記圧力室への連通路となる開口部を形成して前記充填材を露出させた後、前記圧電素子を前記振動板上に成膜し、前記開口部にエッチング液を供給して、前記充填材を除去することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A pressure chamber that is in fluid communication with a nozzle for discharging droplets and filled with liquid;
A diaphragm constituting a part of the pressure chamber;
A piezoelectric element for displacing the diaphragm;
A method of manufacturing a droplet discharge head having
After forming a groove serving as the pressure chamber on one surface of a substrate made of silicon or glass, forming a step at a corner around the groove, filling the groove and the step with a filler, A diaphragm is formed on one surface of the substrate, an opening serving as a communication path to the pressure chamber is formed on the other surface of the substrate, and the filler is exposed. A method of manufacturing a droplet discharge head, comprising forming a film on a vibration plate, supplying an etchant to the opening, and removing the filler.
前記圧力室の一部を構成する振動板と、
前記振動板を変位させる圧電素子と、
を有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
シリコン又はガラスからなる基板の一方の面に前記圧力室となる溝部を形成し、前記溝部の周囲の角部に段部を形成した後、前記溝部及び前記段部に充填材を埋め込んで、前記振動板と前記圧電素子を前記基板の一方の面に成膜し、前記基板の他方の面を所定の厚みまで研磨して、前記基板の他方の面に前記圧力室への連通路となる開口部を形成し、前記充填材を露出させた後、前記開口部にエッチング液を供給して、前記充填材を除去することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A pressure chamber that is in fluid communication with a nozzle for discharging droplets and filled with liquid;
A diaphragm constituting a part of the pressure chamber;
A piezoelectric element for displacing the diaphragm;
A method of manufacturing a droplet discharge head having
After forming a groove serving as the pressure chamber on one surface of a substrate made of silicon or glass, forming a step at a corner around the groove, filling the groove and the step with a filler, The diaphragm and the piezoelectric element are formed on one surface of the substrate, the other surface of the substrate is polished to a predetermined thickness, and an opening serving as a communication path to the pressure chamber is formed on the other surface of the substrate. A method of manufacturing a droplet discharge head, comprising: forming a portion and exposing the filler; and supplying an etching solution to the opening to remove the filler.
前記圧力室の一部を構成する振動板と、
前記振動板を変位させる圧電素子と、
を有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
シリコン又はガラスからなる基板の一方の面に前記圧力室となる溝部を形成し、前記溝部の周囲の角部に段部を形成した後、前記溝部及び前記段部に保護層を成膜し、前記溝部及び前記段部に充填材を埋め込んだ後、前記振動板と前記圧電素子を前記基板の一方の面に成膜し、前記基板の他方の面に前記圧力室への連通路となる開口部を形成して、前記充填材を露出させた後、前記開口部にエッチング液を供給して、前記充填材を除去することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A pressure chamber that is in fluid communication with a nozzle for discharging droplets and filled with liquid;
A diaphragm constituting a part of the pressure chamber;
A piezoelectric element for displacing the diaphragm;
A method of manufacturing a droplet discharge head having
Forming a groove to be the pressure chamber on one surface of a substrate made of silicon or glass, forming a step at a corner around the groove, and then forming a protective layer on the groove and the step; After embedding a filler in the groove and step, the diaphragm and the piezoelectric element are formed on one surface of the substrate, and the other surface of the substrate serves as a communication path to the pressure chamber A method of manufacturing a droplet discharge head, comprising: forming a portion to expose the filler; and supplying an etching solution to the opening to remove the filler.
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2006
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