JP2007269009A - 液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】テスト用電極パッドの絶縁の信頼性に優れる液体吐出ヘッドとその製造方法を提供する。
【解決手段】液体吐出エネルギー発生素子と液体吐出口と液体流路と前記素子を駆動する電気回路と外部接続用の第一電極パッドと電気回路テスト用の第二電極パッドとを有する液体吐出ヘッドを、第一電極パッドを形成する第一配線層と第二電極パッドを形成する第二配線層とが設けられた基板を用意し、基板上に第一配線層を露出させるとともに第二配線層を覆う絶縁膜を設け、第一配線層の表面に無電解めっき法により金属膜を形成し、絶縁膜を除去して製造する。第一配線層上に無電解ニッケル・リン層、無電解置換金層及び無電解還元金層をこの順に設けて形成される第一電極パッド；第二配線層で形成される第二電極パッド；及び第二配線層に対して密着層を介して形成される流路壁形成部材を含む液体吐出ヘッド。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド及びその製造方法に関し、特に液体吐出ヘッド基板の電極パッドに関するものである。

従来より半導体製造工程を利用し、クリーンルーム内等でゴミを付着させないように素子基板の電気的接続を行うことを可能とするインクジェット記録ヘッドの製造方法が知られている（特許文献１参照）。この製造方法は、素子基板の電極バッドを、電解めっきを用いて形成している。

この製法方法では、素子基板を形成し、次いで電解めっきによる電極パッドの金バンプ形成を行い、その後に流路壁形成部材を設けている。また、素子基板形成工程では、基板にヒータ、外部接続用電極パッド、テスト用電極パッド等を形成している。さらに、金バンプ形成工程で化学処理を行なう関係上、流路壁形成部材は、金バンプ形成の後に設けることになっている。

ここで、電解めっきによる電極パッドの金バンプ形成は、次の工程を順に行う。すなわち、ＴｉＷ等の高融点金属材料による下地層形成工程、Ａｕ（下地シード金）成膜工程、レジスト塗布・露光・現像工程、電解めっきによる金析出工程、レジスト剥離工程、下地シード金エッチング工程、高融点金属材料下地層エッチング工程である。
特開２００５−１９９７０１号公報

ところで、インクジェット記録ヘッドを製造する際に、外部との間で電気信号を授受するための外部接続用電極パッドの他に、ヘッド基板に形成された回路をテストする際に電極として用いるテスト用電極パッドを基板上に形成することがある。しかしながら、上述の製造方法において、テスト用電極パッド部分に金めっきをしないと、下地シード金エッチングや高融点金属材料下地層エッチングの際に、露出したテスト用電極パッド（アルミやアルミ合金が用いられる）が腐食することがある。

そこで、このような腐蝕を回避するために、テスト用電極パッドに金めっきを行う。

以下、テスト用の電極パッド部分に金めっきをする場合について図１１を用いて説明する。図１１は、従来のインクジェット記録ヘッドの製造途中段階を示す模式図であり、図１１（ａ）は鳥瞰図、図１１（ｂ）はＢ−Ｂ部分断面図である。

テスト用電極パッド８のアルミ配線１０ｂ上には、金バンプ１８ｂが設けられ、さらに、樹脂材料を用いた密着層２が積層される。そして、その上を感光性樹脂で覆うようにインク流路をその内部に形成した流路壁形成部材３が設けられる。テスト用電極パッド８は、流路壁形成部材３を形成後は使用する必要のない構造物ではあるが、回路に導通可能な構造のため、インクジェット記録ヘッドとして使用中には導通状態にある。そこで、この密着層２によって、テスト用電極パッド８の部分の絶縁が行われる。なお、外部接続用電極パッド７のアルミ配線１０ａ上にも金バンプ１８ａが設けられ、そこに外部電極部材１５が接続され、封止剤１６によって封止される。

しかし、この場合、製造時の熱収縮等による流路壁形成部材３の部分的剥離や密着層２によるテスト用電極パッド８の部分の絶縁が不十分となることで、アルミ配線１０ｂがインクに触れる等により、腐食が発生することがある。このアルミ配線１０ｂの腐蝕は、良好に絶縁されている配線部分にも腐蝕の進行を招くことになる。

本発明の目的は、液体に対するテスト用電極パッドの絶縁性を向上させることで、テスト用電極パッドから繋がっているアルミニウム配線の腐食を抑え、信頼性を向上させた液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供することである。

本発明は、液体吐出エネルギーを発生する液体吐出エネルギー発生素子と、液体を吐出する液体吐出口と、該液体吐出口に連通する液体流路と、前記液体吐出エネルギー発生素子を駆動するための電気回路と、外部と電気信号を授受するための第一の電極パッドと、前記電気回路をテストするための第二の電極パッドと、を有する、前記液体吐出エネルギーによって前記液体吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記第一の電極パッドを形成する第一の配線層と、前記第二の電極パッドを形成する第二の配線層とが形成された基板を用意する第１工程；
前記基板上に、前記第一の配線層を露出させるとともに、前記第二の配線層を覆う保護層を設ける第２工程；および、
前記第一の配線層の表面に無電解めっき法により金属膜を形成する第３工程；
前記保護層を除去する第４工程
を含む液体吐出ヘッドの製造方法である。

また本発明は、液体吐出エネルギーを発生する液体吐出エネルギー発生素子と、液体を吐出する液体吐出口と、該液体吐出口に連通する液体流路と、前記液体吐出エネルギー発生素子を駆動するための電気回路と、を有し、前記液体吐出エネルギーによって前記液体吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
第一の配線層の上に、無電解ニッケル・リン層、無電解置換金層および無電解還元金層をこの順に設けて形成される、外部と電気信号を授受するための第一の電極パッド；
第二の配線層で形成される、前記電気回路をテストするための第二の電極パッド；および、
前記第二の配線層に対して密着層を介して形成される、前記液体流路を形成するための流路壁形成部材
を含む液体吐出ヘッドである。

本発明により、液体に対するテスト用電極パッドの絶縁性を向上させることで、テスト用電極パッドから繋がっているアルミニウム配線の腐食を抑え、信頼性を向上させた液体吐出ヘッド及びその製造方法が提供される。

本発明により、液体吐出エネルギーを発生する液体吐出エネルギー発生素子と、液体吐出口と、液体流路と、前記液体吐出エネルギー発生素子を駆動するための電気回路と、外部と電気信号を授受するための第一の電極パッドと、前記電気回路をテストするための第二の電極パッドと、を有する液体吐出ヘッドを、前記第一の電極パッドを形成する第一の配線層と、前記第二の電極パッドを形成する第二の配線層とが設けられた基板を用意する工程と、前記基板上に、前記第一の配線層を露出させるとともに、前記第二の配線層を覆う絶縁膜を設ける工程と、前記第一の配線層の表面に無電解めっき法により金属膜を形成する工程と、前記絶縁膜を除去する工程と、を含んだ工程により製造する製造方法を提供することができる。

また本発明により、液体吐出エネルギーを発生する液体吐出エネルギー発生素子と、液体を吐出する液体吐出口と、該液体吐出口に連通する液体流路と、前記液体吐出エネルギー発生素子を駆動するための電気回路と、を有し、前記液体吐出エネルギーによって前記液体吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、第一の配線層の上に、無電解ニッケル・リン層、無電解置換金層および無電解還元金層をこの順に設けて形成される、外部と電気信号を授受するための第一の電極パッドと、第二の配線層で形成される、前記電気回路をテストするための第二の電極パッドと、前記第二の配線層に対して密着層を介して形成される、前記液体流路を形成するための流路壁形成部材と、を有する液体吐出ヘッドを提供することができる。

以下、本発明の一形態について、液体吐出ヘッドの実施例としてインクジェット記録へッドを用い、図面を参照して説明する。

図１（ａ）に、本実施例において製造されるインクジェット記録ヘッドの模式的斜視図を示す。図１（ｂ）には、そのＡ−Ａ断面図を示す。

このインクジェット記録ヘッド（液体吐出ヘッド）は、基板としてのシリコン基板１に、インク吐出エネルギー発生素子（液体吐出エネルギー発生素子）としての発熱抵抗体４が列状に所定のピッチで配置され、さらにその列が２列並んで形成されたものである。シリコン基板上には、感光性樹脂を用いて形成された流路壁形成部材３と、その下層とを密着させるためにポリエーテルアミド樹脂による密着層２とが同一形状で形成されている。なお、基板上には、予めパッシベーション膜１１が形成されている。

流路側壁と流路上部壁とは、同じ感光性樹脂で形成されている。流路上部には、各発熱抵抗体４の上方に開口するインク吐出口（液体吐出口）５が設けられる。インク供給口（液体供給口）６は、シリコン基板の裏側（インク吐出エネルギー発生素子が設けられる側を表側とする）からＳｉＯ₂膜をマスクとしてシリコンの異方性エッチングによって形成される。インク供給口（液体供給口）６は、発熱抵抗体４の２つの列の間に開口されている。

このインクジェット記録ヘッドでは、インク供給口６を介してインク流路内に充填されたインク（液体）に、発熱抵抗体４が発生させる圧力を加える。これにより、インク吐出口５からインク液滴を吐出させ、記録媒体にインクを付着させることにより記録を行う。インク吐出口は複数設けられ、それぞれのインク吐出口に対応して発熱抵抗体が設けられている。なお、複数の発熱抵抗体に対して１つのインク吐出口が対応するものであってもよい。

図１（ｂ）は、シリコン基板１と記録へッドの外部との間で電気信号の授受を行なうための第一の電極としての外部接続用電極パッド７と、発熱抵抗体を駆動するための電気回路をテストする第二の電極としてのテスト用電極パッド８の部分の断面である。外部接続用電極パッド７は、第一の配線層としてのアルミ配線１０ａ上に金属膜が形成されてなる。この金属膜は、上層から無電解還元金層１４、無電解置換金層１３および無電解ニッケル・リン層９がこの順に形成された構造である。テスト用電極パッド８は、第二の配線層としてのアルミ配線１０ｂが、密着層２であるポリエーテルアミド樹脂と、流路壁形成部材３である感光性樹脂によって覆われている。

以下、無電解めっきを用いた本発明に係る液体吐出ヘッドの実施例としてのインクジェット記録ヘッドの製造方法について、図２〜図１０を参照しながら説明する。

図２は、シリコン基板１上に設けられる、外部接続用電極パッド７とテスト用電極パッド８とについて、図１（ａ）のＡ−Ａ断面の模式図である。

インク吐出エネルギーを発生する複数個の発熱抵抗体４を駆動するための電気回路を形成するアルミ配線１０ａ、１０ｂを有するシリコン基板１を用意する。アルミ配線１０ａは外部接続用電極パッド７の部位に形成される第一の配線層であり、アルミ配線１０ｂはテスト用電極パッド８の部位に形成される第二の配線層である。いずれのアルミ配線も、アルミニウムもしくはアルミニウム合金のいずれかにより形成することができる。

シリコン基板１のアルミ配線が設けられた面に、パッシベーション膜１１としてＰ−ＳｉＮ膜を設ける。また、パッシベーション膜１１の外部接続用電極パッド７とテスト用電極パッド８にそれぞれ対応する部位には、アルミ配線を露出させるためのスルーホール２０ａ、２０ｂが形成される。

次に、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１の上層に、スクリーン印刷を用いて無電解めっき液に耐性のある環化ゴムを主成分とする有機膜であるレジスト膜１２を、アルミ配線層１０ｂをめっき液から保護する保護層として形成する。なお、図３（ａ）は、シリコン基板１を表側から見た模式的上面図である。このとき、外部接続用電極パッド７のパッシベーション膜１１のスルーホール２０ａよりも大きな開口寸法で、レジスト膜１２にスルーホール１７を形成する。このように、レジスト膜１２を、アルミ配線１０ａを露出させるとともに、アルミ配線１０ｂ（テスト用電極パッド８）を覆うように形成する。

スクリーン印刷によって、スルーホール１７を有する保護層としてのレジスト膜１２を容易にパターニングすることができる。スクリーン印刷は、プリント基板上への配線形成や液晶のディスプレーガラス基板に使用されるシール剤の印刷といった一般的な技術を適宜利用して行うことができる。また、スクリーン印刷に替えて、感光性のある環化ゴムを主成分とする感光性レジストを使用して、フォトリソ技術を用いたパターニングを行ってもよい。

図３（ｂ）は、環化ゴムを主成分とするレジスト膜１２をパターニングした状態の断面図である。テスト用電極パッド８の列の上層には、環化ゴムを主成分としたレジストが塗布されて形成されたレジスト膜１２が位置している。

次に、外部接続用電極パッド７のアルミ配線１０ａの露出部の上に、無電解めっき法により金属膜を形成する。

金属膜の形成は、以下のようにして行なわれる。まず、図４に示すように、外部接続用電極パッド７の表層のアルミニウムとめっき液中の亜鉛との亜鉛置換を行った後、表層に置換反応及び還元反応により析出する無電解ニッケル・リン層９を形成する。

次に、図５に示すように、無電解ニッケル・リン層９が形成された基板を、ニッケルと置換反応を起こす亜硫酸置換金溶液に浸漬し、無電解ニッケル・リン層９の表面に無電解置換金層（シード置換金層）１３を形成する。

この時、テスト用電極パッド８のアルミニウム又はアルミニウム合金１０ｂは、環化ゴムを主成分とした保護層としてのレジスト膜１２でカバーされているため、亜硫酸で腐食する事が防止される。つまり、無電解めっきにより金属膜を形成する部分を除き、無電解めっき反応が起こりうる導電性部分をレジスト膜１２で覆うことによって、この導電性部分がめっきに際して腐食することが防止される。

次に、図６に示すように、無電解置換金層１３の表面で選択的に還元反応を起こす亜硫酸還元金溶液にシリコン基板１を浸漬し、無電解置換金層１３上に無電解還元金層（厚付け還元金層）１４を形成する。

この時、無電解置換金層１３を形成する際と同様に、テスト用電極パッド８のアルミニウム又はアルミニウム合金１０ｂは、環化ゴムを主成分とした保護層としてのレジスト膜１２でカバーされているため、亜硫酸還元金溶液で腐食する事が防止される。

こうして外部接続用電極パッド７のみに、上層から順に無電解還元金層１４、無電解置換金層１３および無電解ニッケル・リン層９を形成することが可能となる。このようにして、アルミ配線１０ａ上に金属膜が形成され、金バンプ１８ａが完成する。

次に、図７に示すように、外部接続用電極パッド７以外の領域を保護していた環化ゴムを主成分としたレジスト膜１２を、キシレンを主成分とした剥離液で除去する。

こうして、シリコン基板１上には、外部接続用電極パッド７に、いわゆる無電解ニッケル・リン／金めっきバンプが形成され、電気回路をテストするテスト用電極パッド８の列はバンプを持たず、平坦性を維持した断面構成が完成する（図７）。

次に、図８に示すように、流路壁形成部材３を形成する樹脂（被覆感光性樹脂）と、半導体素子基板のパッシベーション膜（Ｐ−ＳｉＮ膜）１１と、を密着させるための密着層２となる熱可塑性のポリエーテルアミド樹脂を、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングする。このとき、アルミ配線１０ｂも同時にこの樹脂によって被覆する。

このように、本実施例では、無電解めっき法を行うにあたり、樹脂によって第二の配線層（アルミ配線１０ｂ）を被覆し保護する。

これにより、インクの流路が内部に形成された流路壁形成部材３をシリコン基板１の上に密着させるための密着層２を形成する際に、別途の被服処理を行なうことなく、密着層２を形成するための樹脂によってアルミ配線１０ｂを被覆することができる。ただし、必ずしもこの限りではなく、他の樹脂によってアルミ配線１０ｂを被覆する場合であっても、テスト用電極パッドの絶縁性を向上させるという本実施例の効果が期待できる。

テスト用電極パッド８の部位の凹凸は、たかだかパッシべーション膜１１の厚み程度とすることができる。そのため、この凹凸を小さくすることが容易である。これにより、ポリエーテルアミド樹脂はこの凹凸に倣い、テスト用電極パッド８の絶縁性を良好に保った状態で、密着層２としてのポリエーテルアミド樹脂の膜厚が均等にパターニングできる。

次に、図９に示すように、密着層２としてのポリエーテルアミド樹脂の上層として、インク流路パターンを形成する樹脂である感光性樹脂を、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングすることで、流路壁形成部材３が形成される。

ここで外部電極と繋がる外部接続用電極パッド７の封止領域と、密着層２としてのポリエーテルアミド樹脂及び流路壁形成部材３を形成する被覆感光性樹脂でカバーされているテスト用電極パッド領域と、が明確となる。

そして、図１０に示すように、外部接続用電極パッド７と外部電極部材１５とを電気的に接続し、電極パッド部分を封止材１６で被覆する。

以上の工程により、外部接続用電極パッド７は封止材で保護され、テスト用電極パッド８の列はノズル材料（インク流路を形成するために用いる材料）である流路壁形成部材３が平坦性を保ちながら絶縁膜を兼ねた構成が作られ、インクジェット記録用ヘッドが完成する。

従来、図１１に示されるバンプ１８ｂが形成された後に、密着層２としてのポリエーテルアミド樹脂を被覆する場合は、バンプ１８ｂが存在するために密着層２による被覆を良好に行うことが難しい。これに対し、本実施例によれば、密着層２によるアルミ配線１０ｂの被覆を良好に行うことが容易である。そして、めっきが不要な箇所を保護層としてのレジスト膜で覆うことにより、その箇所はめっき処理されず、しかもレジストを除去した後に洗浄を行ったとしても、アルミ配線を劣化させずに済むという顕著な効果を有する。

さらに、本実施例では、電解めっきではなく無電解めっきを行うので、設備投資を抑えることができ、より低価格なインクジェット記録ヘッドを製造することが可能となる。

図１は、本発明により得られるインクジェット記録ヘッドの一形態を示す模式図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）はＡ−Ａ部分断面図である。 図２は、本発明の実施例を説明するための模式図である。 図３は、本発明の実施例を説明するための模式図であり、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ部分に相当する断面図である。 図４は、本発明の実施例を説明するための模式図である。 図５は、本発明の実施例を説明するための模式図である。 図６は、本発明の実施例を説明するための模式図である。 図７は、本発明の実施例を説明するための模式図である。 図８は、本発明の実施例を説明するための模式図である。 図９は、本発明の実施例を説明するための模式図である。 図１０は、本発明の実施例を説明するための模式図である。 図１１は、従来のインクジェット記録ヘッドを示す模式図であり、図１１（ａ）は斜視図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ−Ｂ部分の断面図である。

符号の説明

１ シリコン基板
２ 密着層
３ 流路壁形成部材
４ 発熱抵抗体
５ インク吐出口（液体吐出口）
６ インク供給口（液体供給口）
７ 外部接続用電極パッド
８ テスト用電極パッド
９ 無電解ニッケル・リン層
１０ アルミ配線
１１ パッシベーション膜
１２ レジスト膜
１３ 無電解置換金層
１４ 無電解還元金層
１５ 外部電極部材
１６ 封止剤
１７ スルーホール
１８ 金バンプ
２０ スルーホール

Claims (10)

1. 液体吐出エネルギーを発生する液体吐出エネルギー発生素子と、液体を吐出する液体吐出口と、該液体吐出口に連通する液体流路と、前記液体吐出エネルギー発生素子を駆動するための電気回路と、外部と電気信号を授受するための第一の電極パッドと、前記電気回路をテストするための第二の電極パッドと、を有する、前記液体吐出エネルギーによって前記液体吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記第一の電極パッドを形成する第一の配線層と、前記第二の電極パッドを形成する第二の配線層とが形成された基板を用意する第１工程；
   前記基板上に、前記第一の配線層を露出させるとともに、前記第二の配線層を覆う保護層を設ける第２工程；および、
   前記第一の配線層の表面に無電解めっき法により金属膜を形成する第３工程；
   前記保護層を除去する第４工程
   を含む液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記第４工程の後に、さらに、樹脂によって前記第二の配線層を被覆する第５工程を有する請求項１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記第５工程は、さらに、前記第二の配線層を被覆する層を形成する樹脂により、前記液体流路の壁を形成する部材である流路壁形成部材を前記基板上に密着させるための密着層を形成する工程を含む請求項２記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記樹脂は、熱可塑性のポリエーテルアミド樹脂である請求項３記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記第一の配線層および前記第二の配線層は、それぞれアルミニウムもしくはアルミニウム合金のいずれかからなる請求項１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記第３工程において形成する金属膜は、金バンプである請求項１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記金バンプは、前記第一の配線層上に、無電解ニッケル・リン層、無電解置換金層および無電解還元金層をこの順に設けて形成される請求項６記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記第２工程は、前記保護層をスクリーン印刷によって形成する工程を含む請求項１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記第２工程は、前記第３工程において無電解めっきにより金属膜を形成する部分を除き、無電解めっき反応が起こり得る導電性部分に前記保護層を形成する工程を含む請求項１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 液体吐出エネルギーを発生する液体吐出エネルギー発生素子と、液体を吐出する液体吐出口と、該液体吐出口に連通する液体流路と、前記液体吐出エネルギー発生素子を駆動するための電気回路と、を有し、前記液体吐出エネルギーによって前記液体吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
    第一の配線層の上に、無電解ニッケル・リン層、無電解置換金層および無電解還元金層をこの順に設けて形成される、外部と電気信号を授受するための第一の電極パッド；
    第二の配線層で形成される、前記電気回路をテストするための第二の電極パッド；および、
    前記第二の配線層に対して密着層を介して形成される、前記液体流路を形成するための流路壁形成部材
    を含む液体吐出ヘッド。

Images