JP2008044203A - Method for manufacturing liquid droplet delivering head, and liquid droplet delivering head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液状の材料を吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出装置の製造方法に関する。ここに、「液状の材料」とは、ノズルから吐出可能な粘度を有する材料をいい、材料が水性であると油性であるとを問わない。ノズルから吐出可能な流動性(粘度)を備えていれば十分で、固体物質が混入していても全体として流動体であればよい。 The present invention relates to a method for manufacturing a droplet discharge head that discharges a liquid material and a method for manufacturing a droplet discharge device. Here, the “liquid material” refers to a material having a viscosity that can be discharged from a nozzle, regardless of whether the material is aqueous or oily. It is sufficient if it has fluidity (viscosity) that can be discharged from the nozzle, and even if a solid substance is mixed, it may be a fluid as a whole.
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えば静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドがある。インクジェットヘッドは、インクノズルに連通しているインク室の底面が弾性変形可能な振動板として形成されている。この振動板には、一定の間隔で基板が対向配置されている。これらの振動板および基板には、それぞれ対向電極が配置され、これらの対向電極の間の空間は封止された状態となっている。そして、対向電極間に電圧を印加すると、これらの間に発生する静電気力によってインク室の底面(振動板)が基板の側に静電吸引あるいは静電反発されて振動する。このインク室の底面の振動に伴って発生するインク室の内圧変動によりインクノズルからインク液滴が吐出される。対向電極間に印加する電圧を制御することにより、記録に必要な時にのみインク液滴を吐出する。
ここで、対向電極間に繰り返し電圧を印加してインクジェットヘッドの駆動を繰り返していると、静電吸引特性あるいは静電反発特性が低下する現象が見られる。このような弊害を回避するために、アクチュエータ表面を疎水化処理することが考えられる。
As a droplet discharge head for discharging droplets, for example, there is an inkjet head provided with an electrostatic actuator. The ink jet head is formed as a vibration plate whose bottom surface of an ink chamber communicating with an ink nozzle can be elastically deformed. A substrate is disposed opposite to the diaphragm at a constant interval. A counter electrode is disposed on each of the diaphragm and the substrate, and a space between the counter electrodes is sealed. When a voltage is applied between the opposing electrodes, the bottom surface (vibrating plate) of the ink chamber is vibrated by electrostatic attraction or electrostatic repulsion toward the substrate by electrostatic force generated between them. Ink droplets are ejected from the ink nozzles due to fluctuations in the internal pressure of the ink chamber that occur with the vibration of the bottom surface of the ink chamber. By controlling the voltage applied between the counter electrodes, ink droplets are ejected only when necessary for recording.
Here, when the driving of the ink jet head is repeated by repeatedly applying a voltage between the counter electrodes, a phenomenon in which the electrostatic attraction characteristic or the electrostatic repulsion characteristic deteriorates is observed. In order to avoid such an adverse effect, it is conceivable to hydrophobize the actuator surface.
そこで、インクジェット駆動時に振動板の電極への貼り付きを防止するために、ギャップ内を気密封止する必要がある。その方法として従来、個別電極の封止(第1封止という)をした後、ギャップ内の気相処理(脱水処理及び疎水処理)を行い、気相処理ラインを封止(第2封止とよぶ)する手順で気密封止を行っている。この時、第2封止はキャビティ基板に設けた封止穴に例えばエポキシ系接着剤を盛ることで行っていた(例えば、特許文献1参照)。この方法によれば、封止を2段階で行うことによってギャップ内の疎水処理のための化合物の濃度を高く保つことができるという効果を有している。すなわち、比較的封止面積が多く時間を要する第1封止を行った後にギャップ内の気相処理を行い、その後、封止穴の1箇所で封止を行える第2封止を行うことで、疎水処理を行ってから封止が完了までの時間が短くて済み、ギャップ内における化合物の濃度低下を防止することができる。 Therefore, it is necessary to hermetically seal the gap in order to prevent the diaphragm from sticking to the electrode during ink jet driving. Conventionally, after sealing individual electrodes (referred to as first sealing), gas phase processing (dehydration processing and hydrophobic processing) in the gap is performed, and the gas processing line is sealed (second sealing). Airtight sealing is performed according to the procedure called. At this time, the second sealing is performed by depositing, for example, an epoxy-based adhesive in a sealing hole provided in the cavity substrate (see, for example, Patent Document 1). According to this method, the concentration of the compound for hydrophobic treatment in the gap can be kept high by performing sealing in two stages. That is, after performing the first sealing which has a relatively large sealing area and takes time, the gas phase treatment in the gap is performed, and then the second sealing is performed in which sealing can be performed at one place of the sealing hole. The time from the hydrophobic treatment to the completion of sealing can be shortened, and the concentration of the compound in the gap can be prevented from lowering.
しかしながら、上記従来技術では、第1封止及び第2封止で用いたエポキシ系接着剤が所望の封止位置から洩れ出してキャビティ基板の上に乗り上げてしまい、ノズル基板接着時に割れることがあった。 However, in the above prior art, the epoxy-based adhesive used in the first sealing and the second sealing leaks from the desired sealing position and rides on the cavity substrate, and may break when the nozzle substrate is bonded. It was.
そこで本発明は、ギャップ内における化合物の濃度を保ちつつ封止を行え、ノズル基板接着時の割れを防ぐことが可能な液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a droplet discharge head and a droplet discharge head that can be sealed while maintaining the concentration of the compound in the gap and can prevent cracking when the nozzle substrate is bonded. To do.
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、底壁を振動板とする吐出室を構成する複数の凹部が形成される第1の基板と、第1の基板に接合され、振動板にギャップを介して対向配置される複数の個別電極が形成されてなる第2の基板と、第1の基板において第2の基板が接合された面とは反対側の面に接合され、ノズル孔が形成されてなる第3の基板とを有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、吐出室となる各凹部の端部を封止する第1封止を行う工程と、各凹部を外部に連通させる各凹部共通の通気ラインを介してギャップ内の気相処理を行う工程と、通気ラインを封止する第2封止を行う工程とを有し、通気ラインを、第2の基板の第1の基板との接合面と反対側の面で外部に連通するように第2の基板に形成し、外部に連通する部分にて第2封止を行うものである。
このように、第2封止を、第2の基板の第3の基板との接合面と反対側の面で行うため、第2封止で用いる封止材が第3の基板との接合面側に乗り上げることがなく、第3の基板接着時の割れを防ぐことができる。
The method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes a first substrate on which a plurality of recesses constituting a discharge chamber having a bottom wall as a vibration plate is formed, and a gap bonded to the vibration plate. A second substrate formed with a plurality of individual electrodes opposed to each other through the substrate and a surface of the first substrate opposite to the surface where the second substrate is bonded to form a nozzle hole A method of manufacturing a droplet discharge head having a third substrate formed, wherein a step of performing a first sealing that seals an end of each recess serving as a discharge chamber, and communicating each recess with the outside A step of performing a gas phase treatment in the gap via a ventilation line common to each recess, and a step of performing a second sealing for sealing the ventilation line, the ventilation line being connected to the first substrate of the second substrate. It is formed on the second substrate so as to communicate with the outside on the surface opposite to the bonding surface with the substrate, and communicates with the outside. Min at and performs second sealing.
As described above, since the second sealing is performed on the surface of the second substrate opposite to the bonding surface with the third substrate, the sealing material used for the second sealing is the bonding surface with the third substrate. Without cracking on the side, it is possible to prevent cracking when the third substrate is bonded.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、通気ラインを、各凹部を相互に連通するように結ぶ気相処理溝と気相処理溝に連通し、第2の基板を貫通する貫通穴とで構成したものである。
このようにして通気ラインを第2の基板に形成できる。
In the method of manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the ventilation line is connected to the gas phase processing groove and the gas phase processing groove that connect the recesses so as to communicate with each other, and penetrates through the second substrate. It consists of holes.
In this way, a ventilation line can be formed on the second substrate.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、貫通穴を第2封止を行う直前に開口するようにしたものである。
これにより、貫通穴から薬液がギャップ内に浸入することを防止できる。
In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the through hole is opened immediately before the second sealing is performed.
Thereby, it can prevent that a chemical | medical solution penetrate | invades in a gap from a through-hole.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、第1封止は、各凹部の端部に封止材を成膜して堆積することにより行うものである。
このように、第1封止を成膜により行うようにしたので、接着剤を用いる場合のように第1の基板の第3の基板との接合面側に封止材が乗り上げるのを防止でき、第3の基板の基板接合時の割れを防ぐことができる。
In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the first sealing is performed by depositing a sealing material on the end of each recess.
As described above, since the first sealing is performed by film formation, it is possible to prevent the sealing material from running on the bonding surface side of the first substrate with the third substrate as in the case of using an adhesive. The crack at the time of board | substrate joining of a 3rd board | substrate can be prevented.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、封止材を無機材料としたものである。
このように無機材料とすることにより、絶縁性、気密封止能力が高く、洗浄などに用いる酸性、アルカリ性溶液に対して耐性を有する封止部を形成できる。
In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the sealing material is an inorganic material.
By using such an inorganic material, it is possible to form a sealed portion having high insulation and hermetic sealing ability and having resistance to acidic and alkaline solutions used for cleaning and the like.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、底壁を振動板とする吐出室を構成する複数の凹部が形成される第1の基板と、第1の基板に接合され、振動板にギャップを介して対向配置される複数の個別電極が形成されてなる第2の基板と、第1の基板において第2の基板が接合された面とは反対側の面に接合され、ノズル孔が形成されてなる第3の基板とを有する液滴吐出ヘッドであって、吐出室となる各凹部の端部を封止する第1封止を行う工程と、各凹部を外部に連通させる各凹部共通の通気ラインを介してギャップ内の気相処理を行う工程と、通気ラインを封止する第2封止を行う工程とを有し、通気ラインを、第2の基板の第1の基板との接合面と反対側の面で外部に連通するように第2の基板に形成し、外部に連通する部分にて第2封止を行う液滴吐出ヘッドの製造方法により製造されたものである。
これにより、振動板の電極への貼り付きが発生しない耐久性に優れた液滴吐出ヘッドを得ることができる。
The droplet discharge head according to the present invention includes a first substrate on which a plurality of recesses constituting a discharge chamber having a bottom wall as a vibration plate is formed, and the first substrate, the gap being formed in the vibration plate. A second substrate formed with a plurality of individual electrodes disposed opposite to each other and a surface of the first substrate opposite to the surface where the second substrate is bonded to form a nozzle hole. A droplet discharge head having a third substrate and a step of performing a first sealing for sealing the end of each recess serving as a discharge chamber, and a common for each recess that communicates each recess with the outside A step of performing a gas phase treatment in the gap through the ventilation line and a step of performing a second sealing for sealing the ventilation line, and joining the ventilation line to the first substrate of the second substrate; The second substrate is formed so as to communicate with the outside on the surface opposite to the surface, and the second seal is formed at the portion communicating with the outside. Those produced by the production method of the droplet discharge head for.
Thereby, it is possible to obtain a liquid droplet ejection head excellent in durability in which the vibration plate does not stick to the electrode.
以下、本発明の製造方法により製造された液滴吐出ヘッドについて説明する。なお、ここでは液滴吐出ヘッドの一例として、ノズル基板の表面に設けられたインクノズルからインク液滴を吐出するフェイス吐出型のインクジェットヘッドについて図1及び図2を参照して説明する。また、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、基板の端部に設けられたインクノズルからインク液滴を吐出するエッジ吐出型のインクジェットヘッドにも適用できるものである。 Hereinafter, a droplet discharge head manufactured by the manufacturing method of the present invention will be described. Here, as an example of a droplet discharge head, a face discharge type inkjet head that discharges ink droplets from ink nozzles provided on the surface of a nozzle substrate will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Further, the present invention is not limited to the structure and shape shown in the following drawings, and can also be applied to an edge discharge type inkjet head that discharges ink droplets from ink nozzles provided at an end of a substrate. It is.
図1は、本発明の一実施の形態に係るインクジェットヘッドを分解して表した図である。
本実施の形態のインクジェットヘッドは、第1の基板であるキャビティ基板1と、第2の基板である電極ガラス基板2と、第3の基板であるノズル基板3が積層された三層構造となっている。
FIG. 1 is an exploded view of an ink jet head according to an embodiment of the present invention.
The ink jet head according to the present embodiment has a three-layer structure in which a
キャビティ基板1は例えば厚さ約50μmの(110)面方位のSi単結晶基板(以下、単にSi基板という)で構成されている。Si基板に異方性ウェットエッチングを施すことにより、底壁が振動板4となる吐出室5、各ノズル共通に吐出する液体を溜めておくためのリザーバ6が形成されている。また、キャビティ基板1には電極端子7が形成され、後述の図2に示す発振回路17と接続される。ここで、キャビティ基板1の下面(電極ガラス基板2と対向する面)には、絶縁膜8が形成される。この絶縁膜8は、本例ではTEOS(Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane:テトラエトキシシラン、珪酸エチル)膜0.1μmでプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により成膜している。これは、インクジェットヘッドを駆動させた時の絶縁膜破壊及び短絡を防止するためである。
The
振動板4は、高濃度のボロンドープ層で構成されている。このボロンドープ層は、ボロンを高濃度(約5×1019atoms/cm3以上)にドープして形成されており、例えばアルカリ性水溶液で単結晶シリコンをエッチングしたときに、エッチング速度が極端に遅くなるいわゆるエッチングストップ層となっている。そして、ボロンドープ層がエッチングストップ層として機能することにより、振動板4の厚み及び吐出室5の容積を高精度で形成することができるようになっている。
The diaphragm 4 is composed of a high concentration boron doped layer. This boron doped layer is formed by doping boron at a high concentration (about 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more). For example, when single crystal silicon is etched with an alkaline aqueous solution, the etching rate becomes extremely slow. This is a so-called etching stop layer. The boron doped layer functions as an etching stop layer, whereby the thickness of the diaphragm 4 and the volume of the
電極ガラス基板2は厚さ約1mmであり、図1で見るとキャビティ基板1の下面に接合される。ここで電極ガラス基板2となるガラスにはホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いることにする。電極ガラス基板2には、キャビティ基板1に形成される各吐出室5に対向する位置に、深さ約0.2μmの凹部9が設けられる。
The
また、凹部9は、電極ガラス基板2の端部まで延びるように形成されており、凹部9の底面には、個別電極10から延びるリード部10a及び端子部10bが形成されている(以下、個別電極10、リード部10a、端子部10bを合わせて電極部と呼ぶ)。
The
本実施の形態では、凹部9の底面に形成する電極部の材料として、酸化錫を不純物としてドープした透明のITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)を用い、凹部9内に例えば0.1μmの厚さにスパッタ法を用いて成膜する。その際、後述するように、個別電極10と電極ガラス基板2に接合するシリコン基板とを等電位にするための接点(以下、等電位接点という)となるITOパターン11も個別電極10と同時に成膜しておく。
In the present embodiment, transparent ITO (Indium Tin Oxide) doped with tin oxide as an impurity is used as the material of the electrode portion formed on the bottom surface of the
また、絶縁膜8と個別電極10との間には、後述する図2に示すようにギャップGが形成されるが、このギャップGは、この凹部9の深さ及び電極部の厚さにより決まることになる。ここで、電極部の材料はITOに限定するものではなく、クロム等の金属等を材料に用いてもよいが、本実施の形態では、透明であるので放電したかどうかの確認が行い易い等の理由でITOを用いることとする。
Further, a gap G is formed between the insulating
また、電極ガラス基板2には、各凹部9を相互に連通するように結ぶ気相処理溝12が凹部9と同様の深さ約0.2μmで形成されている。気相処理溝12はギャップG内の水分除去を行った後、疎水処理を行うために用いられるもので、詳細については後述する。また、電極ガラス基板2には、リザーバ6と連通するインク供給口13が設けられている。
The
ノズル基板3は例えば厚さ約180μmのシリコン基板で構成されており、吐出室5と連通するノズル孔14が形成されている。また、ノズル基板3の図1において下面(キャビティ基板1と接合される接合側の面)には、吐出室5とリザーバ6とを連通させるためのオリフィス15が形成されている。また、ノズル基板3の両端には、キャビティ基板1に形成されているリザーバ6に対向してリザーバ6内の圧力変動を抑制するダイアフラム16が形成されている。
The
図2は、図1の右半分のインクジェットヘッドの概略構成を示す図で、図2(a)は吐出室5を長手方向に割断した部分の断面図、図2(b)は、等電位接点部分の断面図である。
2 is a diagram showing a schematic configuration of the right half of the inkjet head of FIG. 1, FIG. 2 (a) is a sectional view of a portion obtained by cleaving the
キャビティ基板1の電極端子7は、FPC(Flexible Print Circuit)(図示せず)を介して発振回路17に接続されている。また、キャビティ基板1において端子部10bと対応する部分には貫通穴21が形成されており、その貫通穴21から端子部10bがFPC(図示せず)を介して発振回路17に接続されるようになっている。発振回路17は、端子部10bを介して個別電極10に電荷の供給及び停止を制御する。発振回路17は例えば24kHzで発振し、個別電極10に0Vと30Vのパルス電位を印加して電荷供給を行う。このように発振回路17が駆動し、個別電極10に電荷を供給して正に帯電させると、振動板4は負に帯電し、静電気力により個別電極10に引き寄せられて撓む。これにより吐出室5の容積は広がる。そして個別電極10への電荷供給を止めると振動板4は元に戻る。このとき、吐出室5の容積も元に戻るため、その圧力により差分のインクが吐出し、例えば記録対象となる記録紙に着弾することによって印刷が行われる。そして、振動板4が再び下方へ撓むことにより、インクがリザーバ6よりオリフィス15を通じて吐出室5内に補給される。また、インクジェットヘッドへのインクの供給は、電極ガラス基板2上に形成したインク供給口13により行うようになっている。このように主に振動板4と個別電極10によって静電アクチュエータが構成されている。なお、このような方法は引き打ちと呼ばれるものであるが、バネ等を用いて液滴を吐出する押し打ちと呼ばれる方法もある。
The
また、ギャップGの端部には封止部18が形成され、個別電極10単位で封止が行われるようになっている。この封止部18は、キャビティ基板1に形成された貫通穴21を介して例えばCVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相法)、スパッタ、蒸着などの方法により、封止材を堆積することにより形成されるものである。本例では無機材料の封止材を成膜により堆積することにより形成するようにしている。
Further, a sealing
なお、本例では、各凹部9の端部の封止(第1封止という)を行った後、ギャップG内の気相処理(脱水処理及び疎水処理)を行い、そして、その気相処理を行うための気相処理ライン(凹部9を外部に連通させる通気ラインに相当)を封止(第2封止とよぶ)するといった2段階で気密封止を行うようにしている。これは、上記従来の説明でも述べたように、ギャップG内の疎水処理のための化合物の濃度を高く保つためである。この気相処理(疎水処理)により、絶縁膜8の表面及び個別電極10の表面にはヘキサメチルジシラザン(HMDS)で構成された疎水化膜22が形成されている。
In this example, after the end of each
また、図2(b)に示すように、電極ガラス基板2には、電極ガラス基板2とキャビティ基板1とを陽極接合する際に個別電極10とキャビティ基板1との間を等電位とするための等電位接点が設けられている。等電位接点となる部分については、ガラス基板2に凹部9を形成する際、エッチングせず残しておく。そして、その上に、導電性であるITO0.1μmを個別電極10とともに成膜し、ITOパターン11を形成する。したがって、等電位接点は、電極ガラス基板2表面よりもITOパターン11の分だけ0.1μm突出していることとなる。一方、キャビティ基板1においては、等電位接点に対応する部分のTEOS膜(0.1μm)を取り除き、キャビティ基板1の主となる材料であるSi基板(ボロンドープ層)を露出する窓を形成する。この窓を介してSi基板とITOパターン11とを接触させることで、陽極接合時において、ITOパターン11と電気的に接続されている個別電極10とSi基板との等電位を確保する。
Further, as shown in FIG. 2B, the
図3は、電極ガラス基板を上面から見た図で、特に、第1封止及び第2封止後の状態を示している。通常、液滴吐出ヘッドはウェハ単位で作られ、最終的に各液滴吐出ヘッド(ヘッドチップ)に切り離される。
図3において、大気開放穴30は、凹部9を外部に連通させるもので、陽極接合の際にギャップGが密閉された状態になるのを防ぐためのものである。例えば、陽極接合時等、各基板への加熱等による酸素等の気体発生によってギャップG内が加圧されるのを防ぐためのものである。なお、この大気開放穴30は、サンドブラスト法や切削加工等により形成する。
FIG. 3 is a view of the electrode glass substrate as viewed from above, and particularly shows a state after the first sealing and the second sealing. Usually, the droplet discharge heads are made in units of wafers, and finally separated into each droplet discharge head (head chip).
In FIG. 3, the
また、本例では、上述したように、ギャップG内の気相処理(脱水処理及び疎水処理)を行うため気相処理ラインを気相処理後に封止(第2封止)するようにしており、図3の符号31は、気相処理溝12と共に気相処理ラインを構成する第2封止穴を示している。第2封止穴31は、気相処理溝12に連通し、電極ガラス基板2に貫通形成されている。
In this example, as described above, in order to perform the gas phase processing (dehydration processing and hydrophobic processing) in the gap G, the gas phase processing line is sealed (second sealing) after the gas phase processing. 3 indicates a second sealing hole that forms a gas phase processing line together with the gas
ダイシングライン40は、ウェハに一体形成された複数の液滴吐出ヘッドを切り離す際のラインである。したがって、図3においてダイシングライン40よりも右側及び上側にある部分は、完成した液滴吐出ヘッドには残らない。すなわち大気開放穴30及び第2封止穴31は、完成したインクジェットヘッドには残らない。
The dicing
次に、このインクジェットヘッドの製造方法について図4乃至図5bを参照して説明する。なお、以下において示す具体的な数値等の物理量はあくまでも一例を示すものであり、これに限定されるものではない。
図4は、電極ガラス基板の製造方法、図5a,図5bは、図4に続くインクジェットヘッドの製造工程を表す図である。なお、図5aにおいて(a)から(d)までは電極ガラス基板の等電位接点部分における断面を示し、(e)以降および図6は電極ガラス基板の個別電極部分における断面を示す。
Next, a method for manufacturing the ink jet head will be described with reference to FIGS. 4 to 5b. The physical quantities such as specific numerical values shown below are merely examples, and are not limited thereto.
FIG. 4 is a diagram illustrating a manufacturing method of an electrode glass substrate, and FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating manufacturing processes of the inkjet head following FIG. In FIG. 5a, (a) to (d) show cross sections at the equipotential contact portion of the electrode glass substrate, and (e) and thereafter and FIG. 6 show cross sections at the individual electrode portions of the electrode glass substrate.
まず、電極ガラス基板の製造方法について図3を参照して説明する。
(a)約1mmのガラス基板100に、エッチングマスクとなるCr膜101を片面に0.1μm成膜する。
(b)成膜したCr膜101の表面にレジスト102を塗布し、凹部9を作り込む為のレジストパターニングを施す。
(c)レジスト102をマスクとして硝酸セリウムアンモニウム水溶液でエッチングし、Cr膜101をパターニングする。
(d)レジスト102を付けた状態でガラス基板100をフッ化アンモニウム水溶液に浸し、0.2μmエッチングして凹部9を形成する。等電位接点となる部分については、エッチングを行わずに残しておく。ここで、等電位接点の形状については、電極部とSi基板とを接触させて等電位にすることができればその形状は問わない。
(e)レジスト102を剥離し、次にCr膜101を剥離する。
First, the manufacturing method of an electrode glass substrate is demonstrated with reference to FIG.
(A) A
(B) A resist 102 is applied to the surface of the formed
(C) The
(D) The
(E) The resist 102 is stripped, and then the
(f)例えばスパッタ法を用いて0.1μmの厚さの電極部材103をパターニング面全面に成膜する。本例では電極部材としてITOを用いる。
(g)パターニング面にレジスト104塗布し、凹部9内及び等電位接点部にITO膜が残るようにレジストパターニングを行う。
(h)そして、そのレジスト104をマスクとしてITO膜103のうち不要な部分を除去し、凹部9内に電極部を形成する。そして、レジスト104を剥離する。
(i)インク供給口13及び大気開放穴30をサンドブラスト法または切削加工により形成し、貫通させる。また、第2封止穴31も同様にサンドブラスト法または切削加工により堀削するが、貫通させずに残りの厚みが約10μmとなったところでストップする。なお、全ての個別電極10用の凹部9と等電位接点用の凹部は図2に示すように一端部でつながっており、かつガラス基板100を貫通する大気開放穴30と連通している。
以上により電極ガラス基板2が作成される。
(F)
(G) A resist 104 is applied to the patterning surface, and resist patterning is performed so that the ITO film remains in the
(H) Then, unnecessary portions of the
(I) The
Thus, the
次に、インクジェットヘッド完成までの製造方法について説明する。
図5a及び図5bは、図4bに続くインクジェットヘッドの製造工程を表す図である。
Next, a manufacturing method until completion of the inkjet head will be described.
5a and 5b are diagrams illustrating the manufacturing process of the inkjet head subsequent to FIG. 4b.
(a)図4に示す製造方法により加工した電極ガラス基板2を準備する。
(b)(110)を面方位とする酸素濃度の低いSi基板200の片面を鏡面研磨し、220μmの厚みの基板を作製する。次に、Si基板200のボロンドープ層301を形成する面をB2O3を主成分とする固体の拡散源に対向させて石英ボートにセットする。縦型炉に石英ボートをセットし、炉内を窒素雰囲気にし、温度を1050℃に上昇させ、そのまま温度を7時間保持し、ボロンをSi基板200中に拡散させ、ボロンドープ層201を形成する。
ボロンドープ工程では、Si基板200の投入温度を800℃とし、Si基板200の取出し温度も800℃とすることが好ましい。これにより、酸素欠陥の成長速度が速い領域(600℃から800℃)をすばやく通過することができるため、酸素欠陥の発生を抑えることができる。また、ボロンドープ層201の表面にはボロン化合物が形成されるが(図示せず)、酸素及び水蒸気雰囲気中、600℃の条件で1時間30分酸化することで、ふっ酸水溶液によるエッチングが可能なB2O3+SiO2に化学変化させることができる。B2O3+SiO2に化学変化させた状態で、B2O3+SiO2をふっ酸水溶液にてエッチング除去する。
その後、ボロンドープ層201を形成した面にプラズマCVD法により絶縁膜(TEOS絶縁膜)8を、成膜時の処理温度は360℃、高周波出力は250W、圧力は66.7Pa(0.5Torr)、ガス流量はTEOS流量100cm3/min(100sccm)、酸素流量1000cm3/min(1000sccm)の条件で0.1μm成膜する。
次に、成膜したTEOS絶縁膜8の表面にレジストを塗布し、陽極接合時に等電位接点33が接触する窓部8aを開けるためのレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングしTEOS絶縁膜8をパターニングする。そしてレジストを剥離する。
(A) An
(B) One side of the
In the boron doping process, it is preferable that the input temperature of the
Thereafter, an insulating film (TEOS insulating film) 8 is formed on the surface on which the boron doped
Next, a resist is applied to the surface of the formed
(c)Si基板200と電極パターン形成済みの電極ガラス基板2を360℃に加熱した後、電極ガラス基板2に負極、Si基板200に正極を接続して、800Vの電圧を印加して陽極接合する。
陽極接合時にはSi基板200と電極ガラス基板2の界面でガラスが電気化学的に分解され酸素が発生する。また加熱によって表面に吸着していたガスが発生するケースがある。しかし、これらのガスは大気開放穴30から逃げる為、ギャップG内が正圧になることは無い。
このとき、ITO膜103とSi基板200は等電位接点で接触し、ITO膜103とSi基板200は等電位となる。したがって、陽極接合中にギャップG内で放電が起こることがない。
(C) After heating the
At the time of anodic bonding, the glass is electrochemically decomposed at the interface between the
At this time, the
(d)陽極接合後、Si基板200表面を、Si基板200の厚みが約60μmになるまで研削加工を行う。その後、加工変質層を除去する為に、32w%の濃度の水酸化カリウム溶液でSi基板200を約10μmエッチングする。これによりSi基板200の厚みは約50μmとなる。
なお、研削工程及び加工変質層除去工程では、大気開放穴30から液体がギャップG内に入り込まないように、片面保護治具やテープ等を用いて、大気開放穴30を保護する。第2封止穴31は貫通していない為、液体が第2封止穴31からギャップG内に入り込むことはない。
(e)全面エッチング面にプラズマCVDを用いて、成膜時の処理温度は360℃、高周波出力は700W、圧力は33.3Pa(0.25Torr)、ガス流量はTEOS流量100cm3/min(100sccm)、酸素流量1000cm3/min(1000sccm)の条件でTEOSエッチングマスク202を1.0μm成膜する。
(D) After anodic bonding, the surface of the
In the grinding step and the work-affected layer removal step, the
(E) Plasma CVD is used on the entire etching surface, the processing temperature during film formation is 360 ° C., the high frequency output is 700 W, the pressure is 33.3 Pa (0.25 Torr), and the gas flow rate is
(f)大気開放穴30にエポキシ系接着剤を流し込み、穴を封止する。これによりギャップGは密閉状態となり、以後の工程で大気開放穴30から液体が入り込むことが無くなる。
この工程は、TEOSエッチングマスク202を成膜した後に行うのが望ましい。もし成膜前に大気開放穴30を封止すると、閉じ込められたギャップG内の気体が、成膜時に熱膨張し、薄くなったSi基板200を押し上げて、Si基板200が割れるからである。
次にTEOSエッチングマスク202にレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングし、吐出室5に対応する部分202aをパターニングする。そしてレジストを剥離する。
(g)さらにTEOSエッチングマスク202にレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液で0.7μmだけエッチングし、リザーバ6に対応する部分202b及び貫通穴21に対応する部分202cをパターニングする。リザーバ6に対応する部分202b及び貫通穴21に対応する部分202cのTEOSエッチングマスクの残りは0.3μmとなる。これは、最終的にリザーバ部及び貫通穴部に厚みを持たせ、剛性を高くするためである。そしてレジストを剥離する。
このとき、特開2004−306444のように、貫通穴部にはSiの島が残るようにパターニングしてもよい。
(F) An epoxy adhesive is poured into the
This step is preferably performed after the
Next, resist patterning is applied to the
(G) Further, resist patterning is applied to the
At this time, as in JP-A-2004-306444, patterning may be performed so that an Si island remains in the through hole.
(h)接合済み基板を35wt%の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室5となる凹部の厚みが約5μmになるまで行う。この時、リザーバ6となる部分及び貫通穴21となる部分はエッチングがまだ始まらない。
(i)そして、リザーバ6に対応する部分202b及び貫通穴21に対応する部分202cのTEOSエッチングマスク202を除去する為、ふっ酸水溶液に接合済み基板を浸し、除去する。
(j)接合済み基板を3wt%の濃度の水酸化カリウム水溶液に約20分間浸し、ボロンドープ層301でのエッチングレート低下によるエッチングストップをさせる。これにより、吐出室5が形成される。前記2種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたエッチングを行うことによって、振動板4の面荒れを抑制し、厚み精度を0.80±0.05μm以下にすることができ、インクジェットヘッドの吐出性能を安定化することができる。
なお、リザーバ6及び貫通穴21となる部分の凹部200a,200bの深さは約30μmとなる。従って、リザーバ6及び貫通穴21となる部分の凹部200a,200bの厚みは約20μmとなる。
(H) The bonded substrate is immersed in an aqueous 35 wt% potassium hydroxide solution until the thickness of the recess that becomes the
(I) Then, in order to remove the
(J) The bonded substrate is immersed in an aqueous potassium hydroxide solution having a concentration of 3 wt% for about 20 minutes to stop etching due to a decrease in the etching rate in the boron dope layer 301. Thereby, the
Note that the depths of the
このように厚みを残しておくことにより、強度が向上し、Siエッチング中にリザーバ部や貫通穴部が割れることが無くなり、歩留まりを向上することができる。すなわち、リザーバ部及び貫通穴部は振動板部に比べ、大きな面積を持つため、シリコンエッチングによって底部を薄くしていく場合、振動板4と同じ程度の厚さの薄膜が残るような構造であると、非常に剛性が弱く、機械的な振動や電極間ギャップ内に挟まった異物が押し上げる力等によって、割れる場合がある。そこで本実施形態のように、20μm程度の厚さを持たせる構造とすることにより、薄膜化していく工程で割れることがなくなり、歩留まりを向上することができる。 By leaving the thickness in this way, the strength is improved, the reservoir portion and the through hole portion are not broken during Si etching, and the yield can be improved. That is, since the reservoir portion and the through-hole portion have a larger area than the diaphragm portion, a thin film having the same thickness as the diaphragm 4 remains when the bottom portion is thinned by silicon etching. In other words, the rigidity is very weak, and it may break due to mechanical vibrations or a force pushed up by a foreign matter sandwiched in the gap between the electrodes. Therefore, by using a structure having a thickness of about 20 μm as in this embodiment, it is not broken in the process of thinning, and the yield can be improved.
(k)Siエッチングが終了したら、接合済み基板をふっ酸水溶液に浸し、Si基板200表面のTEOSエッチングマスク202を剥離する。
(l)貫通穴部に残っているSi薄膜を除去する為に、SiマスクをSi基板200表面に取り付け、RFパワー200W、圧力40Pa(0.3Torr)、CF4流量30cm3/min(30sccm)の条件で、RIEドライエッチングを1時間行い、貫通穴部のみにプラズマを当て、開口し、貫通穴21を形成する。この時ギャップG内は大気開放される。
さらに、電極ガラス基板2のインク供給口13となる孔部からレーザ加工を施してシリコSi基板200のリザーバ部の底部を貫通させて、インク供給口13を形成する。
(K) When the Si etching is completed, the bonded substrate is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution, and the
(L) In order to remove the Si thin film remaining in the through hole, a Si mask is attached to the surface of the
Further, the
(m)リード部10aの端部(各凹部9の端部)に封止材が堆積するように開口したSiマスクをSi基板表面に取り付ける。ここでは封止材としてTEOS膜を用いる。そして、プラズマCVDを用いて、成膜時の処理温度は360℃、高周波出力は700W、圧力は33.3Pa(0.25Torr)、ガス流量はTEOS流量100cm3/min(100sccm)、酸素流量1000cm3/min(1000sccm)の条件でTEOS膜を3.0μm成膜し封止部18を形成する。このように、封止材を成膜して堆積することにより第1封止を行うようしたので、キャビティ基板1上に封止材が乗り上げることなく、第1封止を行うことができる。
(M) An Si mask opened so that the sealing material is deposited on the end of the
(n)ドライエッチングまたはレーザー加工により第2封止穴31に残っているガラスを除去し、第2封止穴31を貫通させる。
(o)接合基板を真空チャンバーに入れた後、窒素雰囲気中にさらし、ギャップG内の水分を除去する。その後、HMDSガス雰囲気に接合基板をさらす。これにより、気相処理ライン(第2封止穴31及び気相処理溝12)を介してギャップG内にHMDSガスが充填される。そして、第2封止穴31に封止材(エポキシ系樹脂)31aを注入し、硬化させることで、ギャップGは再び密閉状態になる。
このように第2封止穴31を電極ガラス基板2に設け、キャビティ基板1の接合面とは反対側の面から第2封止穴31に封止材31aを注入して封止するようにしたので、キャビティ基板1上に封止材31aが乗り上げることなく、ギャップGを気密封止(第2封止)することができる。
(p)キャビティ基板1の表面にノズル基板3をエポキシ系接着剤により接着する。
(q)ダイシングライン40に沿ってダイシングを行い、個々のヘッドに切断する。この時、陽極接合時には短絡していた電極部(図3参照)は、凹部9毎に分断される。また大気開放穴30及び第2封止穴31もヘッドから切り離される。
以上により、図1に示したインクジェットヘッドが完成する。
(N) The glass remaining in the
(O) After the bonding substrate is placed in a vacuum chamber, it is exposed to a nitrogen atmosphere to remove moisture in the gap G. Thereafter, the bonding substrate is exposed to an HMDS gas atmosphere. As a result, the HMDS gas is filled into the gap G through the gas phase processing line (the
In this way, the
(P) The
(Q) Dicing is performed along the dicing
Thus, the ink jet head shown in FIG. 1 is completed.
以上説明したように、本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法によれば、第2封止穴31を電極ガラス基板2に設け、キャビティ基板1の接合面とは反対側の面から第2封止穴31に封止材31aを注入して封止するようにしたので、キャビティ基板1上に封止材31aが乗り上げることなく、ノズル基板接着時の割れを防ぐことができる。
すなわち、各凹部9を外部に連通させる気相処理ラインを電極ガラス基板2に設け、その気相処理ラインが電極ガラス基板2のキャビティ基板1との接合面と反対側の面で外部に連通するようにし、その外部に連通する部分にて第2封止を行うようにしたことにより、キャビティ基板1上に封止材31aが乗り上げるといった不都合を確実に防止できる。
As described above, according to the manufacturing method of the ink jet head of the present embodiment, the
That is, a vapor phase treatment line for communicating each
また、第2封止穴31は事前に貫通させず、第2封止を行う直前に開口するようにしたので、第2封止穴31から薬液がギャップG内に浸入することがなくなり、歩留まりを向上することができる。
In addition, since the
また、第1封止及び第2封止の2段階で封止を行うようにしたので、ギャップG内の疎水処理のための化合物の濃度を高く保つことができ、振動板4の個別電極10への貼り付きが発生しない耐久性に優れたインクジェットヘッドを得ることができる。
Further, since the sealing is performed in two stages of the first sealing and the second sealing, the concentration of the compound for the hydrophobic treatment in the gap G can be kept high, and the
また、Si基板200と電極ガラス基板2を接合した後に、吐出室5等の各部分を形成する方法を用いているため、基板の取り扱いが容易となるため、基板の割れを低減することができ、かつ基板の大口径化が可能となる。大口径化が可能となれば、一枚の基板から多くのインクジェットヘッドを取り出すことができるため、生産性を向上させることができる。
Moreover, since the method of forming each part such as the
上記の実施形態では、インクジェットヘッドの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、ノズル孔14より吐出される液状材料を変更することにより、インクジェットプリンタのほか、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機EL表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。
In the above embodiment, the method for manufacturing an ink jet head has been described. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the idea of the present invention. For example, by changing the liquid material discharged from the
1 キャビティ基板、2 電極ガラス基板、3 ノズル基板、4 振動板、5 吐出室、10 個別電極、12 気相処理溝、14 ノズル孔、18 封止部、21 貫通穴、22 疎水化膜、31 封止穴、31a 封止材。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記吐出室となる前記各凹部の端部を封止する第1封止を行う工程と、
前記各凹部を外部に連通させる前記各凹部共通の通気ラインを介して前記ギャップ内の気相処理を行う工程と、
前記通気ラインを封止する第2封止を行う工程とを有し、
前記通気ラインを、前記第2の基板の前記第1の基板との接合面と反対側の面で外部に連通するように前記第2の基板に形成し、前記外部に連通する部分にて前記第2封止を行うことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A first substrate in which a plurality of recesses constituting a discharge chamber having a bottom wall as a vibration plate is formed, and a plurality of individual electrodes that are bonded to the first substrate and are opposed to the vibration plate via a gap. A second substrate formed by forming a nozzle hole and a third substrate bonded to a surface of the first substrate opposite to the surface bonded to the second substrate. A method for manufacturing a droplet discharge head comprising:
Performing a first sealing for sealing the end of each of the recesses serving as the discharge chamber;
Performing a gas phase treatment in the gap through a ventilation line common to the respective recesses to communicate the respective recesses to the outside;
Performing a second sealing for sealing the ventilation line,
The ventilation line is formed in the second substrate so as to communicate with the outside on a surface opposite to the bonding surface of the second substrate with the first substrate, and at the portion communicating with the outside, A method for manufacturing a droplet discharge head, wherein the second sealing is performed.
前記吐出室となる前記各凹部の端部を封止する第1封止を行う工程と、
前記各凹部を外部に連通させる前記各凹部共通の通気ラインを介して前記ギャップ内の気相処理を行う工程と、
前記通気ラインを封止する第2封止を行う工程とを有し、
前記通気ラインを、前記第2の基板の前記第1の基板との接合面と反対側の面で外部に連通するように前記第2の基板に形成し、前記外部に連通する部分にて前記第2封止を行う液滴吐出ヘッドの製造方法で製造されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
A first substrate in which a plurality of recesses constituting a discharge chamber having a bottom wall as a vibration plate is formed, and a plurality of individual electrodes that are bonded to the first substrate and are opposed to the vibration plate via a gap. A second substrate formed by forming a nozzle hole and a third substrate bonded to a surface of the first substrate opposite to the surface bonded to the second substrate. A droplet discharge head comprising:
Performing a first sealing for sealing the end of each of the recesses serving as the discharge chamber;
Performing a gas phase treatment in the gap through a ventilation line common to the respective recesses to communicate the respective recesses to the outside;
Performing a second sealing for sealing the ventilation line,
The ventilation line is formed in the second substrate so as to communicate with the outside on a surface opposite to the bonding surface of the second substrate with the first substrate, and at the portion communicating with the outside, A droplet discharge head manufactured by a method for manufacturing a droplet discharge head for performing second sealing.
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