JP2007326341A - Manufacturing method for inkjet recording head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an ink jet recording head that performs recording by discharging ink.
特許文献1あるいは特許文献2に開示されているインクジェット記録方式は、高速、高密度で高精度、高画質の記録が可能で、かつカラー化、コンパクト化に適している。このインクジェット記録方式を用いる記録ヘッドは、熱エネルギーを利用してインクを発泡させて記録媒体にインクを吐出する。この記録ヘッドは、インクを発泡させるための発熱抵抗体とこれに電気的接続を行う配線とを同一の基板上に作製してインクジェット記録ヘッド用基板とし、さらにその上にインクを吐出させるためのノズルを形成した構成が一般的である。
The ink jet recording method disclosed in
一方、このノズルの形成方法及び材料については様々な方法が提案されており、代表的なものは、インク路や吐出口及び供給口をあらかじめ樹脂モールドによって形成し、上記基板に直接貼り付ける方法である。もう一方は、上記基板に貫通穴を形成し、供給口とし、それと連通するように、基板上に樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって、インク路、インク路壁及び吐出口を形成する方法である。後者は前者に比べて、吐出口の高密度配置が可能であり、現在、もっとも一般的な方法である。 On the other hand, various methods have been proposed for the formation method and material of this nozzle. A typical one is a method in which an ink path, a discharge port, and a supply port are formed in advance by a resin mold and directly attached to the substrate. is there. The other is a method of forming an ink path, an ink path wall, and a discharge port by photolithography using a resin on the substrate so as to form a through hole in the substrate to be a supply port and communicate with the supply port. . The latter is the most common method at present, because it allows for a higher density of outlets than the former.
ところが、樹脂を用いてフォトリソグラフィ法で形成する方法は、製造上、簡便である反面、以下の信頼性の問題が発生する。
1.樹脂と基板すなわち無機材料との線膨張率が異なるため、界面で剥がれやすい。
2.樹脂が水分を吸って膨潤することで、寸法精度が悪くなる。
However, the method of forming by photolithography using a resin is simple in production, but causes the following reliability problem.
1. Since the linear expansion coefficients of the resin and the substrate, that is, the inorganic material are different, they are easily peeled off at the interface.
2. As the resin absorbs moisture and swells, the dimensional accuracy deteriorates.
以上の問題を克服するために樹脂材料を無機材料に変更する工夫が成されている。 In order to overcome the above problems, a device for changing the resin material to an inorganic material has been made.
化学的気相成長法(Chemical Vapor Deposition、以下「CVD」と略す。)によって、インク路、インク路壁及び吐出口を形成する方法がある。すなわち、複数のインク路を形成すべく、溶解可能な型材料を基板上に複数形成し、その後、CVD法により無機材料でインク路壁およびオリフィスプレートを形成する。その後、オリフィスプレートに吐出口を形成して、型材料の溶解除去をすればインク路が完成する。
しかし、CVD法はその性質上、以下の問題を持っている。すなわち、CVD法によって形成される膜は、基板と型材との段差に沿うように成長するため、複数のインク路の間を分離する各インク路壁になる領域に溝が形成されてしまう。そして、この溝は型材の厚さが厚いほど深くなり、そこに、インク吐出時や、ヘッドの吐出口クリーニング時にインクが付着し、インクの吐出に悪い影響を与える。 However, the CVD method has the following problems due to its properties. That is, since the film formed by the CVD method grows along the step between the substrate and the mold material, a groove is formed in a region that becomes each ink path wall separating the plurality of ink paths. The groove becomes deeper as the mold material is thicker, and ink adheres to the groove when ejecting ink or cleaning the ejection port of the head, which adversely affects ink ejection.
この段差に沿った成長の問題は、CVD法が一般的に使用される半導体工程でも同様に問題になっている。すなわち、Al配線を形成した後にCVD法によって絶縁膜を形成する場合、絶縁膜は配線上及び配線間に沿うように形成されるため、配線間の絶縁膜の高さが配線上の絶縁膜の高さより低くなり、両者の間に溝が出来てしまう。そして、この溝は、絶縁膜を厚くするほど狭くなり、かつ深くなる。このため、Alの多層膜を採用する多層配線工程においては、一旦、絶縁膜をある程度の厚さに形成した後、研磨によって表面を削って平坦化し、再び、絶縁膜を成長させることによって、この溝、すなわち段差を小さくする方法が一般的である。 The problem of growth along the step is also a problem in a semiconductor process in which the CVD method is generally used. That is, when an insulating film is formed by CVD after forming an Al wiring, the insulating film is formed along the wiring and between the wirings. It becomes lower than the height, and a groove is formed between the two. The groove becomes narrower and deeper as the insulating film becomes thicker. For this reason, in a multilayer wiring process employing an Al multilayer film, once the insulating film is formed to a certain thickness, the surface is ground and flattened by polishing, and the insulating film is grown again. A method of reducing the groove, that is, the step is generally used.
ところが、インクジェット記録ヘッドの場合、半導体の多層配線に用いられる0.5μmの厚さ程度のAl配線とは異なり、型材の高さが約5μm〜20μmもなるため、溝が深くなる。そのため、溝、すなわち段差を小さくするための絶縁膜の研磨に、多くの手間を要する。 However, in the case of the ink jet recording head, unlike the Al wiring having a thickness of about 0.5 μm used for the semiconductor multilayer wiring, the height of the mold material is about 5 μm to 20 μm, so that the groove becomes deep. Therefore, much trouble is required for polishing the groove, that is, the insulating film for reducing the level difference.
そこで本発明は、無機材料を用いてインク路壁を形成する際にインク路壁に発生する溝を平坦化処理する工程を無くすことを可能にする、インクジェット記録ヘッド用基板の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a method for manufacturing a substrate for an ink jet recording head, which makes it possible to eliminate the step of flattening the grooves generated in the ink path wall when forming the ink path wall using an inorganic material. For the purpose.
上記目的を達成するため、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、インクを吐出させるエネルギーを発生する複数のインク吐出エネルギー発生素子が設けられた基板上に、複数のインク路となる部分を占有する第1の型材を形成する工程と、前記複数のインク路同士を仕切るインク路壁を、前記基板上の前記第1の型材同士の間に形成する工程と、前記第1の型材の上に、前記インク路に連通する吐出口となる部分を占有する第2の型材を形成する工程と、前記吐出口を形成するオリフィスプレートを、前記インク路壁および前記第1の型材の上に形成する工程と、前記第1の型材および前記第2の型材を除去する工程と、を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記インク路壁を形成する工程は、前記インク路壁を金メッキによって形成することからなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the method of manufacturing an ink jet recording head according to the present invention occupies a portion serving as a plurality of ink paths on a substrate provided with a plurality of ink ejection energy generating elements that generate energy for ejecting ink. Forming a first mold material, forming an ink path wall for partitioning the plurality of ink paths between the first mold materials on the substrate, and on the first mold material Forming a second mold material that occupies a portion serving as an ejection port communicating with the ink path, and forming an orifice plate that forms the ejection port on the ink path wall and the first mold material. And a step of removing the first mold material and the second mold material, wherein the step of forming the ink path wall includes the step of forming the ink path wall. The characterized in that it consists of forming the gold plating.
上記本発明によれば、無機材料を用いてインク路壁を形成する際にインク路壁に発生する溝を平坦化処理する工程を無くすことができる。 According to the present invention, it is possible to eliminate the step of flattening the grooves generated in the ink path wall when the ink path wall is formed using the inorganic material.
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの要部を示す模式的斜視図である。図2は、図1のインクジェット記録ヘッドをX−X線に沿って切断した模式的側断面図である。 FIG. 1 is a schematic perspective view showing a main part of an ink jet recording head according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic side sectional view of the ink jet recording head of FIG. 1 cut along the line XX.
図1および図2に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出させるエネルギーを発生するインク吐出エネルギー発生素子としての発熱抵抗体18が所定のピッチで2列に並んで形成されたSi基板11を有している。Si基板11には、供給口12が、発熱抵抗体18の2つの列の間に開口されている。Si基板11上に設けられたノズル形成部材には、各発熱抵抗体18の上方に開口する吐出口14と、供給口12から各吐出口14にそれぞれ連通するインク路15が形成されている。このインクジェット記録ヘッドは、供給口12を介してインク路15内に充填されたインクに、発熱抵抗体18によって発生する圧力を加えることによって、吐出口14からインク液滴24を吐出させることによって記録を行う。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the ink jet recording head of this embodiment is formed with
このように構成されたインクジェット記録ヘッドの製造方法を、図3〜図9を参照して説明する。 A method of manufacturing the ink jet recording head configured as described above will be described with reference to FIGS.
最初に、図3(A)に示すように、<100>面が露出したSi基板11上に発熱抵抗体18を形成し、さらにSi基板11の最上層に、熱酸化法、スパッタ法、CVD法などによって保護膜及び耐キャビテーション膜(不図示)を形成する。その後、溶剤によって溶出可能な第1の型材16を、Alを材料としてスパッタリング法によって約15μmの厚さに形成する。
First, as shown in FIG. 3A, the
次に、図3(B)に示すように、フォトリソグラフィ法によって第1の型材16上にレジストを形成(不図示)し、それをマスクとして、第1の型材16をリン酸を用いたウエットエッチング法によって所定の形状に形成し、その後レジストを除去する。
Next, as shown in FIG. 3B, a resist is formed (not shown) on the
次に、図3(C)に示すように、Si基板11および第1の型材16の上に、密着向上層31をTiWを材料としてスパッタリング法によって約100nmの厚さに形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, an
次に、図4(D)に示すように、後述する金メッキの下地層32を、Auを材料としてスパッタリング法によって約100nmの厚さに形成する。
Next, as shown in FIG. 4D, a gold
次に、図4(E)及び(F)に示すように、フォトリソグラフィ法によってメッキ形成用のレジスト33を所定の形状に形成する。そして、それを電界メッキ用のマスクとして、亜硫酸金を用いたメッキ液を用いて金メッキを15μmの厚さに形成し、インク路壁34を構成する。
Next, as shown in FIGS. 4E and 4F, a
次に、図5(G)に示すように、レジスト33を除去し、ヨウ素とヨウ化カリウムとの混合液を用いて下地層32の一部(第1の型材16の上方の部分)を除去する。 Next, as shown in FIG. 5G, the resist 33 is removed, and a part of the base layer 32 (the part above the first mold member 16) is removed using a mixed solution of iodine and potassium iodide. To do.
次に、図5(H)に示すように、フォトリソグラフィ法によってレジスト35を所定の形状に形成し、それをマスクとして、密着向上層31を過酸化水素水を用いたウエットエッチング法によって所定の形状に形成する。
Next, as shown in FIG. 5H, a resist 35 is formed in a predetermined shape by a photolithography method, and using the resist 35 as a mask, the
次に、図5(I)に示すようにレジスト35を除去した後、図6(J)に示すように、吐出口14を形成する第2の型材36を、Alを材料としてスパッタリング法によって約10μmの厚さに形成する。
Next, after removing the resist 35 as shown in FIG. 5 (I), as shown in FIG. 6 (J), a
次に、図6(K)に示すように、フォトリソグラフィ法によってレジスト(不図示)を形成し、それをマスクとして、第2の型材36をリン酸を用いたウエットエッチング法によって所定の形状に形成する。
Next, as shown in FIG. 6K, a resist (not shown) is formed by photolithography, and the
次に、図6(L)に示すように、TiWからなる密着向上層37と、Auからなる下地層38とを、スパッタリング法によってそれぞれ約100nmの厚さに形成する。
Next, as shown in FIG. 6L, an adhesion improving layer 37 made of TiW and an
次に、図7(M)及び(N)に示すように、フォトリソグラフィ法によって、メッキ形成用のレジスト39を第2の型材36の上方に所定の形状に形成する。そして、それを電界メッキ用のマスクとして、亜硫酸金を用いたメッキ液を用いて金メッキを10μmの厚さに形成して、オリフィスプレート40を構成する。
Next, as shown in FIGS. 7M and 7N, a resist 39 for plating is formed in a predetermined shape above the
次に、図7(O)に示すように、レジスト39を除去し、ヨウ素とヨウ化カリウムとの混合液を用いて下地層38の一部(第2の型材36の上方の部分)を除去する。 Next, as shown in FIG. 7O, the resist 39 is removed, and a part of the base layer 38 (the part above the second mold member 36) is removed using a mixed solution of iodine and potassium iodide. To do.
次に、図8(P)に示すように、TiWからなる密着向上層37の一部を過酸化水素水を用いたウエットエッチング法によって除去し、吐出口形成のための第2の型材36を露出させる。
Next, as shown in FIG. 8 (P), a part of the adhesion improving layer 37 made of TiW is removed by a wet etching method using hydrogen peroxide solution, and the
次に、図8(Q)に示すように、インク路を形成する第1の型材16と、吐出口14を形成する第2の型材36とを、リン酸を用いたウエットエッチング法によって溶出させて除去し、吐出口14及びインク路15を形成した。
Next, as shown in FIG. 8 (Q), the
次に、図1のY−Y線に沿った断面を示す図9(R)に示すように、フォトリソグラフィ法によってSi基板11の裏面側にレジスト23を所定の形状に形成する。更に、Si基板11の裏面側に形成された酸化ケイ素22をCF4を用いたドライエッチング法によってエッチングし、供給口12をエッチングするためのマスク25を形成する。
Next, as shown in FIG. 9 (R) showing a cross section taken along line YY of FIG. 1, a resist 23 is formed in a predetermined shape on the back side of the
最後に、図9(S)に示すように、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)をエッチング液に用いて、マスク25の開口部を通してSi基板11にウエットエッチングを行う。Si基板11は<111>面に沿ってエッチングされ、供給口12が表面側に貫通する。最後にレジストを23を除去すると、インクジェット記録ヘッドが完成する。
Finally, as shown in FIG. 9S, wet etching is performed on the
上述したように、本実施形態によれば、インク路壁34がCVD法ではなく金メッキによって形成される。金メッキ工程では、インク路壁34にCVD法の場合のような溝が生じないので、その溝を平坦化処理する工程を無くすことができる。
As described above, according to the present embodiment, the
さらに、オリフィスプレート40も同様に金メッキで形成することにより、インク路壁34とオリフィスプレート40とを一体的に形成することができる。
Furthermore, the
11 Si基板
14 吐出口
15 インク路
16 第1の型材
34 インク路壁
36 第2の型材
40 オリフィスプレート
11
Claims (3)
前記複数のインク路同士を仕切るインク路壁を、前記基板上の前記第1の型材同士の間に形成する工程と、
前記第1の型材の上に、前記インク路に連通する吐出口となる部分を占有する第2の型材を形成する工程と、
前記吐出口を形成するオリフィスプレートを、前記インク路壁および前記第1の型材の上に形成する工程と、
前記第1の型材および前記第2の型材を除去する工程と、
を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記インク路壁を形成する工程は、前記インク路壁を金メッキによって形成することからな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。 Forming a first mold material that occupies a portion serving as a plurality of ink paths on a substrate provided with a plurality of ink ejection energy generating elements that generate energy for ejecting ink;
Forming an ink path wall that partitions the plurality of ink paths between the first mold members on the substrate;
Forming on the first mold material a second mold material that occupies a portion that becomes an ejection port communicating with the ink path;
Forming an orifice plate for forming the discharge port on the ink path wall and the first mold material;
Removing the first mold material and the second mold material;
In the manufacturing method of the inkjet recording head having
The method of manufacturing an ink jet recording head, wherein the step of forming the ink path wall includes forming the ink path wall by gold plating.
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