JP2008265234A - Inkjet recording head and its manufacturing method - Google Patents

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Takashi Ushijima
隆志 牛島
Takeo Yamazaki
剛生 山▲崎▼
Makoto Terui
真 照井
Kazuhiro Hayakawa
和宏 早川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent deformation of an inkjet recording head substrate by forming a beam in a common liquid chamber of a recording head. <P>SOLUTION: The inkjet recording head equipped with a liquid passing chamber, a substrate having a heating resistor to project an ink by heating the ink and generating bubbles, and an orifice plate having ejection openings formed on the substrate is characterized in that the substrate has the beam which reinforces the substrate, and the beam of the inkjet recording head is nearly rectangular. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、インクを吐出させて被記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッド及びその作製方法に関するものである。   The present invention relates to an ink jet recording head for recording on a recording medium by ejecting ink and a method for manufacturing the same.

インクを加熱して気泡を生成させ、この気泡の生成に基づいてインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着させて画像形成を行う、インクジェット記録方式(特開昭54ー51837に記載)は、高速記録が可能であり、また比較的記録品位も高く、低騒音であるという利点を有している。この方法はカラー画像記録が比較的容易であって、普通紙等にも記録でき、装置の小型化も容易であり、さらに、記録ヘッドにおける吐出口を高密度に配設することができるので、高解像度、高品位の画像を高速で記録することができるといった多くの優れた利点を有している。この方法を用いた記録装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等における情報出力手段として用いることができる。   Ink jet recording method (described in Japanese Patent Laid-Open No. 54-51837), in which bubbles are generated by heating ink, ink is ejected based on the generation of the bubbles, and this is deposited on a recording medium. Has the advantages of being capable of high-speed recording, relatively high recording quality, and low noise. This method is relatively easy to record a color image, can also be recorded on plain paper, etc., and the apparatus can be easily downsized, and furthermore, the discharge ports in the recording head can be arranged at high density. It has many excellent advantages such as being able to record high resolution and high quality images at high speed. A recording apparatus using this method can be used as an information output means in a copying machine, a printer, a facsimile, or the like.

このようなインクジェット記録方式の記録ヘッドの一般的構造は、インクを吐出するために設けられた突出口と、これに連通してインクが満たされたインク路とこのインク路中に設けられた熱エネルギーを発生する為の電気熱変換素子(以下、発熱体と記す)を具備している。発熱体は、発熱抵抗層とそれをインクから保護する上部の保護層と蓄熱するための下部の蓄熱層を具備している。これに電極配線を介してパルス的に通電(駆動パルスの印加)がなされることによって熱エネルギーを発生し、熱エネルギーの作用を受けた液体が過熱されて気泡を発生し、この気泡発生に基づく作用力によって、記録ヘッド部先端の吐出口から液滴が形成され、この液滴が被記録部材に付着して情報の記録が行われる。   The general structure of such an ink jet recording system recording head is that a projecting port provided for ejecting ink, an ink path filled with ink in communication therewith, and a heat provided in the ink path. An electrothermal conversion element (hereinafter referred to as a heating element) for generating energy is provided. The heating element includes a heating resistance layer, an upper protective layer that protects it from ink, and a lower heat storage layer for storing heat. When this is energized in a pulsed manner (application of drive pulses) through the electrode wiring, heat energy is generated, and the liquid subjected to the action of the heat energy is overheated to generate bubbles, which is based on the bubble generation. Due to the acting force, a droplet is formed from the ejection port at the tip of the recording head, and the droplet adheres to the recording member to record information.

近年、データ量の多い画像情報を被記録部材に出力する要求が高まり、高精細且つ高速な記録が望まれてきている。高精細な画像を出力するには小液滴を安定に吐出することとなるが、このためには高密度、且つ高精度に吐出口を形成する必要がある。   In recent years, the demand for outputting image information with a large amount of data to a recording member has increased, and high-definition and high-speed recording has been desired. To output a high-definition image, small droplets are stably ejected. For this purpose, it is necessary to form ejection ports with high density and high accuracy.

その形成方法として、特開平5-330066,及び特開平6-286149に示されたインクジェット記録ヘッドの吐出口の製造方法が提案されており、また、特開平10-146979にて前記の吐出口の形成方法においてインク供給口部上部のオリフィスプレートにリブ構造を有する形成方法が提案されている。   As the formation method thereof, a method of manufacturing an ejection port of an ink jet recording head disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-330066 and 6-286149 has been proposed. As a forming method, there has been proposed a forming method in which an orifice plate above an ink supply port portion has a rib structure.

これらのインクジェット記録ヘッドは発熱体が形成された基板に対して、垂直方向にインク液滴が吐出するものであり、「サイドシュータ型」インクジェット記録ヘッドと称する構造を有する。   These ink jet recording heads eject ink droplets in a vertical direction with respect to a substrate on which a heating element is formed, and have a structure called “side shooter type” ink jet recording head.

「サイドシュータ型」インクジェット記録ヘッドにおいて、高精細するに伴い吐出口の間隔が短くなり、これによりインク流路は狭くなる。インク流路が狭くなると発泡後にインクがインク流路に満たすに要する時間(リフィル時間)が長くなる為、発熱体とインク供給口との距離を短くする必要がある。インク供給口と発熱体との距離を制御できる方法として、アルカリ水溶液によるシリコンの結晶方位面に応じたエッチング速度差を利用するシリコン結晶異方性エッチングが知られている。この方法では、一般的に、基板として方位面が(100)のシリコンウエハを用いて基板裏面よりシリコン結晶異方性エッチングを行い精度良くインク供給口の開口幅を形成し、発熱体とインク供給口との距離の制御を行う。より高精度な開口幅を提供する為に、特開平10-181032では表面に形成した犠牲層と異方性エッチングを組み合せたインク供給口の作製方法が提案されている。   In the “side shooter type” ink jet recording head, the interval between the discharge ports becomes shorter as the definition becomes higher, and the ink flow path becomes narrower. When the ink flow path becomes narrower, the time required for the ink to fill the ink flow path after foaming (refill time) becomes longer, so the distance between the heating element and the ink supply port needs to be shortened. As a method for controlling the distance between the ink supply port and the heating element, silicon crystal anisotropic etching using an etching rate difference corresponding to the crystal orientation plane of silicon by an alkaline aqueous solution is known. In this method, generally, a silicon wafer having an azimuth plane of (100) is used as a substrate, and silicon crystal anisotropic etching is performed from the back surface of the substrate to accurately form the opening width of the ink supply port. Control the distance to the mouth. In order to provide a more accurate opening width, Japanese Patent Laid-Open No. 10-181032 proposes a method for producing an ink supply port that combines a sacrificial layer formed on the surface and anisotropic etching.

高精細インクジェット記録ヘッドを形成する上、このようなアルカリ水溶液を用いたシリコン結晶異方性エッチングは、インク供給口を精度良く作製でき有用な技術となっている。
特開昭54ー51837号公報 特開平5-330066号公報 特開平6-286149号公報 特開平10-146979号公報 特開平10-181032号公報 特開平2−112832号公報 特開平2−112833号公報 特開平2−112834号公報 特開平2−114472号公報
In addition to forming a high-definition ink jet recording head, silicon crystal anisotropic etching using such an alkaline aqueous solution is a useful technique that can accurately produce an ink supply port.
JP-A-54-51837 JP-A-5-330066 JP-A-6-286149 Japanese Patent Laid-Open No. 10-146979 Japanese Patent Laid-Open No. 10-181032 Japanese Patent Laid-Open No. 2-112832. Japanese Patent Laid-Open No. 2-112833 Japanese Patent Laid-Open No. 2-112834 Japanese Patent Laid-Open No. 2-114472

しかしながら、高精細且つ高速に印字を行うには、特開平5-330066、特開平6-286149の製造方法において、吐出口数を増やし、印字出力幅を大きく取るヘッド構造とする必要がある。すなわち、図1に示す吐出口数を増やした長尺のインクジェット記録ヘッド(以下、長尺ヘッドと記す。)となる。吐出口数を増やすとインク供給口の開口長は吐出口数に対応して長くなり、基板の機械的強度が低下しインクジェット記録ヘッドを製造する上で基板の変形や破損等の問題が生じる。樹脂よりなるオリフィスプレートにリブを立てる構造を提案する特開平10-146979の作製方法では、オリフィスプレートがインクにて膨潤する際のオリフィスプレートの変形を防止することは可能であるが、樹脂が無機材料からなる基板と比べ、ヤング率が2桁から5桁程度小さく、ハンドリングに必要なインクジェット記録ヘッドの機械的強度は基板に因ることになり、長尺化に対応した機械的強度の改善を見込むことは困難である。長尺化に伴う機械的強度の低下で起きる基板の変形や破損等の問題点を以下に具体的に説明する。   However, in order to perform high-definition and high-speed printing, it is necessary in the manufacturing method disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-330066 and 6-286149 to have a head structure that increases the number of ejection ports and increases the print output width. That is, a long ink jet recording head (hereinafter referred to as a long head) with an increased number of ejection ports shown in FIG. When the number of ejection ports is increased, the opening length of the ink supply port becomes longer corresponding to the number of ejection ports, the mechanical strength of the substrate is lowered, and problems such as deformation and breakage of the substrate occur in manufacturing the ink jet recording head. In the method of Japanese Patent Laid-Open No. 10-146979 that proposes a structure in which ribs are raised on an orifice plate made of resin, it is possible to prevent deformation of the orifice plate when the orifice plate swells with ink, but the resin is inorganic. Compared with the substrate made of material, Young's modulus is about 2 to 5 digits smaller, and the mechanical strength of the inkjet recording head required for handling depends on the substrate, improving the mechanical strength corresponding to the increase in length. It is difficult to expect. Problems such as deformation and breakage of the substrate caused by a decrease in mechanical strength accompanying the increase in length will be specifically described below.

1)膜応力による基板の変形
基板上には、蓄熱層、発熱抵抗層、保護層、配線電極、及びオリフィスプレートが形成されている。このような複数の層からなる基板は、各層の薄膜応力により基板内に圧縮または引っ張り応力が生じる。例えば、引っ張り応力の場合には長尺化するに従い図2(ヘッドの基板部のみを簡略して示す。)に示すように、インク供給口を形成したことで応力が開放され、インク供給口中心から幅方向に曲げモーメントが発生し、インク供給口の幅がヘッドの端部と中心部とで差が生まれ突出口の位置が所望の位置からズレることとなる。このズレは、インク供給口の長さに依存する為、長尺になるに従い、ズレ量が増す。印刷を行う際にこのズレが大きくなると、突出口のズレに対応した印字ムラや、画像の歪み等の印字不良が見られることとなる。
1) Deformation of substrate due to film stress A heat storage layer, a heating resistance layer, a protective layer, a wiring electrode, and an orifice plate are formed on the substrate. Such a substrate composed of a plurality of layers generates compressive or tensile stress in the substrate due to the thin film stress of each layer. For example, in the case of tensile stress, as shown in FIG. 2 (only the substrate portion of the head is shown in a simplified manner) as the length increases, the stress is released by forming the ink supply port, and the center of the ink supply port is released. Then, a bending moment is generated in the width direction, and the width of the ink supply port is different between the end portion and the center portion of the head, and the position of the protruding port is deviated from the desired position. Since this deviation depends on the length of the ink supply port, the deviation increases as the length increases. If this deviation becomes large when printing is performed, printing irregularities corresponding to the deviation of the protrusions and printing defects such as image distortion will be seen.

2)ハンドリングによる基板の破損
基板上に一括形成した複数のインクジェット記録ヘッドをチッピングし流路部材に貼る上述の工程では、長尺化した個々のインクジェット記録ヘッドをハンドリングし流路部材の所定の位置にアライメントする必要がある。インク供給口が長尺となる場合、図1の正面図の上の側と下の側はインク供給口で分離しており、長尺のインク供給口を有するヘッドの端部の基板(図1の左右の上下が接続された部分)のみでヘッド構造を保持している。インクジェット記録ヘッドをハンドリングするに際に、ヘッドの一部を掴むと曲げモーメントが発生し、前記のヘッドの端面に応力が集中し、破損する事となる。長尺化するにつれインクジェット記録ヘッドの機械的強度が低下し製造歩留まりもそれにつれて低下する。
2) Substrate breakage due to handling In the above-described process of chipping a plurality of ink jet recording heads collectively formed on the substrate and sticking them to the flow path member, each of the elongated ink jet recording heads is handled and a predetermined position of the flow path member is obtained. Need to be aligned. When the ink supply port is long, the upper side and the lower side of the front view of FIG. 1 are separated by the ink supply port, and the substrate at the end of the head having the long ink supply port (FIG. 1). The head structure is held only by the part where the left and right upper and lower sides are connected. When handling an ink jet recording head, if a part of the head is gripped, a bending moment is generated, stress is concentrated on the end face of the head, and the head is damaged. As the length increases, the mechanical strength of the ink jet recording head decreases and the manufacturing yield decreases accordingly.

3)流路部材接合時の熱応力による基板の変形、破損
ヘッドをカートリッジタンクに取り付けるには、基板上に一括形成した複数のインクジェット記録ヘッドをチッピングし、ヘッドの突出エレメント毎に分け、マウント用の流路部材に接着し、カートリッジホルダに組み込む。インクジェット記録装置では、一般に、吐出エレメントを流路部材に接合する接着剤として、耐インク性のある為に熱硬化性接着剤が採用されている。また、流路部材は加工の容易で、低価格な樹脂が採用されている。吐出エレメントと樹脂製の流路部材を熱硬化性接着剤を使用して貼り合わせる場合、吐出エレメントと流路部材の熱膨張率の差から常温時に戻ったとき、熱応力が吐出エレメント中に発生する。これにより、図3(図1のC−C断面の模式図)に示すように突出口が平面性を保てなくなり、突出方向に角度が生じる様になる。インク供給口を長尺にすると吐出エレメントの機械的強度が低下し、熱応力により吐出エレメントの基板が変形する事でオリフィスプレートが変形を起こす。
3) Deformation and damage of the substrate due to thermal stress when joining the flow path member To attach the head to the cartridge tank, chip multiple inkjet recording heads formed on the substrate at once and divide them into each projecting element of the head for mounting Are bonded to the flow path member and assembled into the cartridge holder. In an ink jet recording apparatus, a thermosetting adhesive is generally employed as an adhesive for joining a discharge element to a flow path member because of ink resistance. Further, the flow path member is made of a resin that is easy to process and inexpensive. When the discharge element and the resin flow path member are bonded using a thermosetting adhesive, thermal stress is generated in the discharge element when the discharge element and the flow path member return to normal temperature due to the difference in thermal expansion coefficient between the discharge element and the flow path member. To do. As a result, as shown in FIG. 3 (schematic diagram of the CC cross section in FIG. 1), the projecting port cannot maintain flatness, and an angle is generated in the projecting direction. If the ink supply port is made long, the mechanical strength of the discharge element is lowered, and the orifice plate is deformed by the deformation of the substrate of the discharge element due to thermal stress.

以上のような問題点から、印字を行う際にこのズレが大きくなると、突出口の角度ズレに対応した印字ムラや、画像の歪み等の印字不良が見られることとなる。さらに、熱応力が基板の降伏応力を超えた場合には、基板が割れる場合がある。   Due to the above problems, if this deviation becomes large when printing is performed, printing irregularities corresponding to the angular deviation of the protrusions and printing defects such as image distortion will be seen. Furthermore, if the thermal stress exceeds the yield stress of the substrate, the substrate may crack.

インクジェット記録ヘッドを長尺にするに伴いインク供給口も同様に長尺にする方法では、製造歩留まりの低下や印字不良が発生する。これらの問題点を解決する方法として、基板にシリコン(100)基板を用い、基板の裏面にエッチング用のマスクを形成しシリコン結晶異方性エッチングより、複数のインク供給口を形成するサイドシュータ型インクジェット記録ヘッド構成が考えられる。図4に複数のインク供給口(図中破線で示す)からなるインクジェット記録ヘッドの例を示す。図4(a)は上面図であり、図4(b)はD−D断面の模式図である。この構成においては、図4(b)から明らかなように、仮に基板下面で50μmの梁幅を形成しても、シリコン異方性エッチングにより(111)面と(100)面との成す角度である54.7°でシリコンが裏面よりエッチングされ梁形状が逆台形となり、基板表面での梁幅が940μm程度に広がる。この結果、表面の梁の中心に位置する発熱体とインク供給口の距離は400μmを超える事となり、この発熱体でのリフィル時間は極めて遅く、実用的な印字速度を得ることができなくなり、高速な印字を行うことはできない。   In the method in which the ink supply port is also elongated in accordance with the length of the ink jet recording head, the production yield is reduced and the printing failure occurs. As a method for solving these problems, a side shooter type in which a silicon (100) substrate is used as a substrate, an etching mask is formed on the back surface of the substrate, and a plurality of ink supply ports are formed by silicon crystal anisotropic etching. An ink jet recording head configuration is conceivable. FIG. 4 shows an example of an ink jet recording head comprising a plurality of ink supply ports (indicated by broken lines in the figure). FIG. 4A is a top view, and FIG. 4B is a schematic diagram of a DD section. In this configuration, as is apparent from FIG. 4B, even if a beam width of 50 μm is formed on the lower surface of the substrate, an angle formed between the (111) plane and the (100) plane is formed by silicon anisotropic etching. At a certain 54.7 °, silicon is etched from the back surface, the beam shape becomes an inverted trapezoid, and the beam width on the substrate surface is expanded to about 940 μm. As a result, the distance between the heating element located at the center of the beam on the surface and the ink supply port exceeds 400 μm, and the refill time in this heating element is extremely slow, making it impossible to obtain a practical printing speed. Cannot be printed.

高精細なインクジェット記録ヘッドを形成するには、サイドシュータ型構造で且つ、シリコン結晶異方性エッチングのインク供給口の形成方法を用いる必要があるが、ヘッドを長尺にして高速印字を達成する方法は困難であった。高速印字を行うには、リフィル時間を短くでき、且つインク供給口を長尺する必要があり、この結果、製造歩留まりや印字不良が発生し、良好なインクジェット記録ヘッドを形成することができない。   In order to form a high-definition ink jet recording head, it is necessary to use a method for forming an ink supply port of a silicon crystal anisotropic etching with a side shooter type structure. The method was difficult. In order to perform high-speed printing, it is necessary to shorten the refill time and lengthen the ink supply port. As a result, a manufacturing yield and a printing defect occur, and a good ink jet recording head cannot be formed.

本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、
(1)基板の変形を抑え、突出口の位置ズレを低減でき、
(2)機械的強度の高く、ハンドリング及びマウント時の破損を回避できる、
良好な印字を可能にする高精細且つ高速な記録を行うことが可能な長尺にできるインクジェット記録ヘッド及びその作製方法を提供することである。
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and its purpose is as follows.
(1) The deformation of the substrate can be suppressed, and the positional deviation of the protrusion can be reduced.
(2) High mechanical strength and avoids damage during handling and mounting.
It is an object of the present invention to provide a long inkjet recording head capable of performing high-definition and high-speed recording capable of satisfactory printing and a method for manufacturing the same.

かかる目的を達成する本発明のインクジェット記録ヘッド及びその作製方法は、
第1に、
共通液室と、インクを加熱して気泡を発生させインクを突出させる発熱抵抗体を有する基板と、該基板上に設けられた吐出口を有するオリフィスプレートとを備え、該オリフィスプレートの吐出口から該基板面に対し垂直方向にインク液滴を吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、該基板に基板を補強する梁を有し、該梁が略矩形であること特徴とするインクジェット記録ヘッドであり、
第2に、
前記梁は、アルカリ溶液に対して耐性があることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッドであり、
第3に、
前記梁は、金属であることを特徴とする請求項1乃至2の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドであり、
第4に、
前記金属は、貴金属であることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドであり、
第5に、
前記梁の少なくとも一部は、基板に対してアンカーとなる部位を有することを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドであり、
第6に、
前記アンカーの少なくとも一部は、曲面であることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドであり、
第7に、
前記梁は、基板裏面にあることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドであり、
第8に、
前記梁を構成する面の一つは、基板裏面と同一平面にあることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドであり、
第9に、
前記基板は、シリコン単結晶体であることを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドであり、
第10に、
前記共通液室を構成するシリコン単結晶体結晶方位は、(111)面よりなることを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドであり、
第11に、
請求項1乃至10の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドを装備したプリンターであり、
第12に、
共通液室と、インクを加熱して気泡を発泡させインクを吐出させる発熱抵抗体を有する基板と、該基板上に設けられた吐出口を有するオリフィスプレートとを備え、該オリフィスプレートの吐出口から基板に対し垂直方向にインク液滴を吐出するインクジェット記録ヘッドの作製方法において、
(a)該梁形成用開口部より該基板をエッチングし、梁形成用溝を形成する工程(第1エッチング工程)
(b)該梁形成用溝に梁材料を充填する工程
(c)該インク供給口形成用開口部より該基板をエッチングし、インク供給口形成用溝を形成する工程(第2エッチング工程)
(d)該基板面に対して垂直方向に貫通孔を形成すると共に隣接する該インク供給口形成用溝を連通する連通孔を形成し、共通液室を形成すると共に、工程(d)の充填物の一部を基板より露出させ梁を形成する工程(第3エッチング工程)
の何れかの工程を用いることを特徴とする請求項1乃至11の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法であり、
第13に、
前記工程(a)の前に該基板表面にパッシベイション層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至12の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法であり、
第14に、
前記工程(a)の前に該基板裏面に梁形成用開口部を有する梁形成用マスク層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至13の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法であり、
第15に、
前記工程(c)の前に該梁形成用マスク層を除去し、インク供給口形成用開口部を有するインク供給口形成用マスク層を形成することを特徴とする請求項1乃至14の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法であり、
第16に、
前記工程(d)の後にパッシベイション層を該基板裏面より除去する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至15の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法であり、
第17に、
前記梁は、電着法により形成されることを特徴とする請求項1乃至16の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法であり、
第18に、
前記梁は、無電解メッキ法により形成されることを特徴とする請求項1乃至17の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法であり、
第19に、
前記梁は、蒸着法により形成されることを特徴とする請求項1乃至18の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法であり、
第20に、
前記第1、第2エッチング工程は、異方性エッチングであることを特徴とする請求項1乃至19の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法であり、
第21に、
前記第1、第2エッチング工程は、反応性イオンエッチングであることを特徴とする請求項1乃至20の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法であり、
第22に、
前記第1、第2エッチング工程は、SF系ガス、CF系ガス、Cl系ガスの何れかの反応性ガスを用いることを特徴とする請求項1乃至21の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法であり、
第23に、
前記第1、第2エッチング工程は、保護膜形成とエッチングの繰り返しであることを特徴とする請求項1乃至22の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法であり、
第24に、
前記第3エッチング工程は、異方性エッチングであることを特徴とする請求項1乃至23の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法であり、
第25に、
前記第3エッチング工程は、アルカリ水溶液を用いる結晶異方性エッチングであることを特徴とする請求項1乃至24の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法であり、
第26に、
前記第3エッチング工程は、KOH、EDP、TMAH、ヒドラジンの何れかのエッチング溶液を用いることを特徴とする請求項1乃至25の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法である。
The inkjet recording head of the present invention that achieves this object and the method for producing the same are as follows:
First,
A common liquid chamber, a substrate having a heating resistor that heats the ink to generate bubbles and protrudes the ink, and an orifice plate having a discharge port provided on the substrate, from the discharge port of the orifice plate In an inkjet recording head for ejecting ink droplets in a direction perpendicular to the substrate surface, the substrate has a beam for reinforcing the substrate, and the beam is substantially rectangular.
Second,
The inkjet recording head according to claim 1, wherein the beam is resistant to an alkaline solution.
Third,
The inkjet beam according to any one of claims 1 to 2, wherein the beam is a metal.
Fourth,
The ink jet recording head according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal is a noble metal.
Fifth,
The inkjet recording head according to any one of claims 1 to 4, wherein at least a part of the beam has a portion serving as an anchor with respect to the substrate.
Sixth,
The inkjet recording head according to claim 1, wherein at least a part of the anchor is a curved surface.
Seventh,
The inkjet beam according to any one of claims 1 to 6, wherein the beam is on the back surface of the substrate.
Eighth,
8. The inkjet recording head according to claim 1, wherein one of the surfaces constituting the beam is in the same plane as the back surface of the substrate,
Ninth,
The inkjet recording head according to any one of claims 1 to 8, wherein the substrate is a silicon single crystal.
Tenth,
10. The inkjet recording head according to claim 1, wherein a crystal orientation of the silicon single crystal constituting the common liquid chamber is a (111) plane.
Eleventh,
A printer equipped with the ink jet recording head according to any one of claims 1 to 10,
12th,
A common liquid chamber, a substrate having a heating resistor that heats ink to foam bubbles and ejects the ink, and an orifice plate having a discharge port provided on the substrate, from the discharge port of the orifice plate In a method of manufacturing an ink jet recording head that discharges ink droplets in a direction perpendicular to a substrate,
(A) A step of etching the substrate from the beam forming opening to form a beam forming groove (first etching step)
(B) A step of filling the beam forming groove with a beam material (c) A step of etching the substrate from the ink supply port forming opening to form an ink supply port forming groove (second etching step)
(D) A through hole is formed in a direction perpendicular to the substrate surface, a communication hole is formed to communicate with the adjacent ink supply port forming groove, a common liquid chamber is formed, and filling in step (d) A part of the object is exposed from the substrate to form a beam (third etching process)
The method for producing an ink jet recording head according to any one of claims 1 to 11, wherein any one of the steps is used.
13th
The method for producing an ink jet recording head according to any one of claims 1 to 12, comprising a step of forming a passivation layer on the substrate surface before the step (a).
14th,
14. The inkjet recording head according to claim 1, further comprising a step of forming a beam forming mask layer having a beam forming opening on the back surface of the substrate before the step (a). A production method,
Fifteenth,
15. The mask layer for forming an ink supply port having an opening for forming an ink supply port is formed by removing the beam forming mask layer before the step (c). A method for producing an ink jet recording head according to claim 1,
Sixteenth,
The method for producing an ink jet recording head according to claim 1, further comprising a step of removing the passivation layer from the back surface of the substrate after the step (d).
Seventeenth,
The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the beam is formed by an electrodeposition method.
Eighteenth,
The method of manufacturing an ink jet recording head according to any one of claims 1 to 17, wherein the beam is formed by an electroless plating method.
Nineteenth,
The method of manufacturing an ink jet recording head according to any one of claims 1 to 18, wherein the beam is formed by an evaporation method.
20th,
The method of manufacturing an ink jet recording head according to any one of claims 1 to 19, wherein the first and second etching steps are anisotropic etching.
21st
21. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the first and second etching steps are reactive ion etching.
22nd
The inkjet recording head according to any one of claims 1 to 21, wherein the first and second etching steps use any one of a reactive gas such as an SF-based gas, a CF-based gas, and a Cl-based gas. A production method,
23rd,
The method of manufacturing an ink jet recording head according to any one of claims 1 to 22, wherein the first and second etching steps are repeated formation of a protective film and etching.
24th,
24. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the third etching step is anisotropic etching.
25th,
25. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the third etching step is crystal anisotropic etching using an alkaline aqueous solution.
26th
26. The method for manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the third etching step uses an etching solution of KOH, EDP, TMAH, or hydrazine.

以上説明したように、本発明の共通液室と、インクを加熱して気泡を発生させインクを突出させる発熱抵抗体を有する基板と、該基板上に設けられた吐出口を有するオリフィスプレートとを備え、該オリフィスプレートの吐出口から該基板面に対し垂直方向にインク液滴を吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記基板の共通液室内に梁を設けることにより、第1に、基板の変形を抑え、吐出口の位置ずれを低減でき、第2に、基板の機械的強度の高く、ハンドリング及びマウント時の破損を回避できる、高精細且つ高速な記録を行うことが可能な長尺にできる、インクジェット記録ヘッドを得ることができた。   As described above, the common liquid chamber of the present invention, a substrate having a heating resistor that heats ink to generate bubbles and protrudes the ink, and an orifice plate having an ejection port provided on the substrate. In the ink jet recording head for discharging ink droplets from the discharge port of the orifice plate in a direction perpendicular to the substrate surface, firstly, deformation of the substrate is suppressed by providing a beam in the common liquid chamber of the substrate. Secondly, the inkjet can reduce the positional deviation of the discharge port, and secondly, the mechanical strength of the substrate is high, the breakage at the time of handling and mounting can be avoided, and the long length capable of high-definition and high-speed recording can be performed. A recording head could be obtained.

また、基板裏面側に梁を設けることでインク供給口は各発熱体に対し共通となり、リフィル時間が各インク流路で一様となり、吐出の周波数特性が均一となった。   Further, by providing a beam on the back side of the substrate, the ink supply port becomes common to each heating element, the refill time is uniform in each ink flow path, and the frequency characteristics of ejection are uniform.

また、基板裏面側に梁を形成したことで流路部材との接着面積を広げることができ、接着強度が向上した。   In addition, by forming the beam on the back side of the substrate, the adhesion area with the flow path member can be increased, and the adhesion strength is improved.

以下に、本発明のインクジェット記録ヘッド及びその作製方法を説明する。   The ink jet recording head of the present invention and the production method thereof will be described below.

本発明のインクジェット記録ヘッドを図5乃至7に示す。図5、6、7は、夫々本発明のインクジェット記録ヘッドの斜視図、図5のA−A断面図、図5のB−B断面図である。インクジェット記録ヘッドは、基板501と、発熱体507と、インク流路505と、吐出口506を有するオリフィスプレート504からなり、基板501の表面には共通液室502からインク流路505へインクを供給する為に開口部を設けることでインク供給口503が形成されている。さらに、基板501の裏面側に梁508を設けてあり、この梁によりインクジェット記録ヘッドの長尺なインク供給口を設けたことに伴う機械的強度の低下を抑え、基板を変形し難くし、基板の変形に伴う吐出口の位置ずれを低減することができる。   The ink jet recording head of the present invention is shown in FIGS. 5, 6, and 7 are a perspective view, an AA cross-sectional view of FIG. 5, and a BB cross-sectional view of FIG. 5, respectively. The ink jet recording head includes a substrate 501, a heating element 507, an ink channel 505, and an orifice plate 504 having an ejection port 506, and supplies ink from the common liquid chamber 502 to the ink channel 505 on the surface of the substrate 501. For this purpose, an ink supply port 503 is formed by providing an opening. Further, a beam 508 is provided on the back surface side of the substrate 501, and this beam suppresses a decrease in mechanical strength caused by providing a long ink supply port of the ink jet recording head, thereby making it difficult to deform the substrate. It is possible to reduce the displacement of the discharge port due to the deformation.

また、図7を見ても明らかなように、梁が基板裏面側に形成されることにより、基板表面は共通液室となり、これによりインク供給口も共通となり、各発熱体へのインクのリフィルのずれや低下が無い。   Further, as can be seen from FIG. 7, the beam is formed on the back side of the substrate, so that the substrate surface becomes a common liquid chamber, and the ink supply port is also shared, so that ink refilling to each heating element is performed. There is no shift or decline.

図8を用いて流路部材とインクジェット記録ヘッドとの接着時の効果を詳細に説明する(梁形状及び基板は原理を説明する為に模式的に示してある)。図8(a)は本発明のインクジェット記録ヘッドの基板及び梁の構造を示す図6と同様の断面模式図である。図8(b)は本発明のインクジェト記録ヘッドを説明する為の、梁が基板厚み方向の中心付近にある断面比較図ある。発明が解決しようとする課題にて記載した流路部材接合時の熱応力による基板801、802の変形、破損に関して、貼り合わせた後に樹脂からなる流路部材805はシリコン基板に対し熱膨張率が大きく、常温時に戻ったとき収縮する。これにより、流路部材とヘッドとの界面にせん断応力が発生する。本発明のインクジェット記録ヘッドでは、図8(a)に示すように、梁803を構成する面の一つが基板801の裏面と同一平面にあり接着面積が広く、せん断応力に強くなる。これに対し梁804が基板厚の中心位置に配置される場合には、図8(a)に比べ接着面積が小さくなりせん断応力に弱い。   The effect at the time of adhesion between the flow path member and the ink jet recording head will be described in detail with reference to FIG. 8 (the beam shape and the substrate are schematically shown for explaining the principle). FIG. 8A is a schematic cross-sectional view similar to FIG. 6 showing the structure of the substrate and beams of the ink jet recording head of the present invention. FIG. 8B is a cross-sectional comparison view in which the beam is near the center in the substrate thickness direction for explaining the ink jet recording head of the present invention. Regarding the deformation and breakage of the substrates 801 and 802 due to the thermal stress at the time of joining the flow path member described in the problem to be solved by the invention, the flow path member 805 made of resin after bonding has a thermal expansion coefficient with respect to the silicon substrate. It is large and shrinks when it returns to normal temperature. Thereby, a shear stress is generated at the interface between the flow path member and the head. In the ink jet recording head of the present invention, as shown in FIG. 8A, one of the surfaces constituting the beam 803 is in the same plane as the back surface of the substrate 801, has a large adhesion area, and is resistant to shear stress. On the other hand, when the beam 804 is arranged at the center position of the substrate thickness, the bonding area is smaller than that in FIG.

また、梁が裏面側にある為、流路部材805との接着面積を広く取れ、せん断応力の有無によらず流路部材との接着強度を上げることができる。」
この場合、流路部材と接着する梁の幅は制御することが可能である。
In addition, since the beam is on the back surface side, it is possible to increase the bonding area with the flow path member 805 and increase the bonding strength with the flow path member regardless of the presence or absence of shear stress. "
In this case, the width of the beam bonded to the flow path member can be controlled.

さらに、図5、図6、図7に示すように、従来のシリコン方位面が(100)の基板を用いたインクジェット記録ヘッドに比べ、共通液室の側面がV字に折れ曲がる形状をとり、裏面開口部の寸法を狭くできるので、裏面の接着面積を広く取れている。   Furthermore, as shown in FIGS. 5, 6, and 7, the side surface of the common liquid chamber is bent into a V-shape as compared with a conventional inkjet recording head using a substrate having a silicon orientation surface of (100), and the back surface. Since the size of the opening can be narrowed, the bonding area on the back surface can be widened.

以上より本発明のインクジェット記録ヘッドは、良好な印字を可能にする高精細且つ高速な記録を行うことが可能なインクジェット記録ヘッドとなる。   As described above, the ink jet recording head of the present invention is an ink jet recording head capable of performing high-definition and high-speed recording that enables good printing.

また、共通液室をシリコン異方性エッチングにより形成することで、共通液室を構成する面の一部が、シリコン結晶方位の(111)面よりなる。(111)面のアルカリ水溶液のエッチング速度が遅いことから、共通液室がアルカリ性のインクに対して腐蝕され難くなり、耐蝕性に優れた共通液室となる。   Further, by forming the common liquid chamber by silicon anisotropic etching, a part of the surface constituting the common liquid chamber is made of the (111) plane of the silicon crystal orientation. Since the etching rate of the alkaline aqueous solution on the (111) surface is slow, the common liquid chamber is less likely to be corroded by the alkaline ink, and the common liquid chamber is excellent in corrosion resistance.

次に、本発明のインクジェット記録ヘッドの作製方法の特徴を図9乃至10を用いて詳細に説明する。基板901の表面にパッシベイション層902を設け、裏面に第1マスク層905を形成する。発熱体及び発熱体を駆動する為の電気的な配線(図示せず)、オリフィスプレート904が設けられる。第1マスク層905には、梁形状の第1開口部906が形成されている。梁の本数は任意選択可能である。   Next, features of the method for producing the ink jet recording head of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. A passivation layer 902 is provided on the front surface of the substrate 901, and a first mask layer 905 is formed on the back surface. A heating element, electrical wiring (not shown) for driving the heating element, and an orifice plate 904 are provided. A first opening 906 having a beam shape is formed in the first mask layer 905. The number of beams can be arbitrarily selected.

梁908は、第1開口部を通じて第1エッチングを行い第1溝907を形成する工程、第1溝に梁材料を充填する工程より形成される。(梁908は第2、第3エッチング工程を経て基板より露出されることで梁となるが、本発明では、場合によって露出される前後でも梁として記載する。)
続いて、第1マスク層を除去し、共通液室1002、インク供給口1003を形成するため複数の第2開口部910を有する第2マスク層909を形成する工程、第2開口部より第2エッチングを行い第2溝1007を形成する工程、第2溝を第3エッチングにより連通し、共通液室、インク供給口を形成する工程からなる。
The beam 908 is formed by performing a first etching through the first opening to form the first groove 907 and filling the first groove with a beam material. (Because the beam 908 is exposed from the substrate through the second and third etching steps, it becomes a beam. However, in the present invention, the beam 908 is described as a beam even before and after exposure.)
Subsequently, a step of removing the first mask layer and forming a second mask layer 909 having a plurality of second openings 910 in order to form the common liquid chamber 1002 and the ink supply port 1003, the second opening from the second opening. Etching is performed to form the second groove 1007, and the second groove is connected by third etching to form a common liquid chamber and an ink supply port.

この場合、第1マスク層を形成する前に、予め第2マスク層、第2開口部を形成しておく図12乃至13の工程を用いる場合、第2マスク層として、酸化性ガスによる熱酸化にて作製される酸化膜をマスク層として用いることができる。   In this case, when the steps of FIGS. 12 to 13 in which the second mask layer and the second opening are formed in advance before forming the first mask layer, thermal oxidation with an oxidizing gas is used as the second mask layer. The oxide film manufactured in step 1 can be used as a mask layer.

この場合、第2マスク層を梁の幅よりも広くとることにより(図15)梁の第2エッチングに対する耐性は必要無くなる。更には図15(c)に示すように基板の一部を残すことも可能となりこれを梁として利用することが可能である。   In this case, the resistance to the second etching of the beam becomes unnecessary by setting the second mask layer wider than the width of the beam (FIG. 15). Further, as shown in FIG. 15C, it is possible to leave a part of the substrate, and this can be used as a beam.

この場合、梁形状は任意の形状が作製でき、例えば格子状に形成することも可能であり、格子状の梁にフィルターとしての機能を付加することが可能となり、インク中のゴミを吐出口近傍に達しにくくし、インクの吐出不良を減少させることが可能である。   In this case, the beam can be formed in any shape, for example, it can be formed in a lattice shape, and it is possible to add a filter function to the lattice-like beam, so that dust in the ink can be removed near the discharge port. It is possible to reduce ink discharge failure.

この場合、図11に示すように、梁は少なくとも共通液室の短辺よりも長くなるよう形成され、共通液室、インク供給口形成後も基板に保持される。図16(b)、(c)、(d)に示すように梁端部にアンカー効果を付与することで、そしてエッチング条件を制御して図17(b)に示すようなアンカー効果を有するエッチング形状とすることで梁が抜けるのを回避できる。   In this case, as shown in FIG. 11, the beam is formed to be at least longer than the short side of the common liquid chamber, and is held on the substrate even after the common liquid chamber and the ink supply port are formed. Etching having an anchor effect as shown in FIG. 17B by applying an anchor effect to the beam end as shown in FIGS. 16B, 16C and 16D and controlling the etching conditions. By making the shape, it is possible to avoid the beam from falling out.

この場合、梁形状は1回のエッチング工程にて作製された溝に形成されているが、必要に応じて複数回のエッチング工程を経ることで、より機械的特性に優れた、アンカー効果に優れた形状を得ることも可能である。   In this case, the beam shape is formed in a groove formed by a single etching process, but by performing multiple etching processes as necessary, it has superior mechanical properties and excellent anchor effect. It is also possible to obtain different shapes.

梁形状は、第1開口部及び第1溝の形状の組合せから選択できる。   The beam shape can be selected from a combination of the shapes of the first opening and the first groove.

梁形状(即ち、第1開口部形状)は、例えば図16に示すような形状が可能であり、基板に対してアンカー効果を有するよう一部に凸形状を有する梁を作製できる。また、梁幅は選択可能であるので、基板に発生する圧縮応力、引っ張り応力、流路部材の貼り付けに伴う熱応力等に耐えるよう幅を選択できる。   The beam shape (that is, the first opening shape) can be, for example, as shown in FIG. 16, and a beam having a convex shape in part can be produced so as to have an anchor effect on the substrate. Further, since the beam width can be selected, the width can be selected so as to withstand a compressive stress, a tensile stress, a thermal stress accompanying the attachment of the flow path member, and the like.

この場合、図16(d)に示すような形状を有する梁とすることで、梁−基板の界面の一部分に応力が集中しないようにすることができる。   In this case, by using a beam having a shape as shown in FIG. 16D, it is possible to prevent stress from being concentrated on a part of the interface between the beam and the substrate.

梁形状(即ち、第1溝形状)は、例えば、図17に示すような形状が可能であり、梁の形成方法に応じて選択でき、各第1溝形状はエッチング条件(例えば、反応性イオンエッチングを用いる場合、エッチングガスの流量や圧力)によって選択できる。   The beam shape (that is, the first groove shape) can be, for example, a shape as shown in FIG. 17 and can be selected according to the beam forming method. Each first groove shape can be selected according to the etching conditions (for example, reactive ions). When etching is used, it can be selected depending on the flow rate or pressure of the etching gas.

この場合、図17(b)に示すような第1開口部よりも第1溝底部の幅が大きくなるような断面形状を有する梁とすることで、梁を基板より抜け難くできる。   In this case, by using a beam having a cross-sectional shape in which the width of the first groove bottom portion is larger than that of the first opening as shown in FIG.

上記手法により得られる梁は、形状や材料を広く選択できるため機械的設計の自由度が高く、共通液室に対して垂直方向、水平方向、斜め等の何れの方向にも自在に任意の材料で梁を形成することが可能である為、基板に発生する種々の応力に対して最適な梁を形成することが可能である。   The beam obtained by the above method has a high degree of freedom in mechanical design because a wide range of shapes and materials can be selected, and any material can be freely used in any direction such as vertical, horizontal, and diagonal with respect to the common liquid chamber. Therefore, it is possible to form an optimum beam with respect to various stresses generated on the substrate.

梁の作製方法によっては、図21(b)に示すように途中、コの字型の梁形状が得られるので、この形状を利用してコの字型の梁を作製することも可能である。コの字型の梁を得ることで、様々な方向からの応力に対して変形し難い梁を得ることが出きる。   Depending on the method of manufacturing the beam, a U-shaped beam shape can be obtained in the middle as shown in FIG. 21B, and it is also possible to manufacture a U-shaped beam using this shape. . By obtaining a U-shaped beam, it is possible to obtain a beam that is not easily deformed by stress from various directions.

第1エッチングには、反応性イオンエッチング、等方性ウエットエッチング、イオンミーリング、エキシマレーザーやYAGレーザー等を用いたレーザーアブレイション、サンドブラストによる物理的エッチング等を用いることができる。   For the first etching, reactive ion etching, isotropic wet etching, ion milling, laser ablation using an excimer laser, YAG laser, or the like, physical etching by sandblasting, or the like can be used.

梁の作製に電着法を用いる場合、例えば図15に示す工程を用いることができる。第1溝を形成した基板(図18(a))に第1溝を覆うように導電層1807を形成する(図18(b))。これに電着層1808を形成し(図18(c))、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法等の研磨方法により余分な電着物を除去することで第1溝に充填された梁が作製できる。   When the electrodeposition method is used for producing the beam, for example, a process shown in FIG. 15 can be used. A conductive layer 1807 is formed on the substrate on which the first groove is formed (FIG. 18A) so as to cover the first groove (FIG. 18B). An electrodeposit layer 1808 is formed on this (FIG. 18 (c)), and an excess electrodeposit is removed by a polishing method such as CMP (Chemical Mechanical Polishing), whereby a beam filled in the first groove can be manufactured.

この場合、例えば導電層1807をパターニングし、さらに第1溝内の導電層のみ露出するように残りの導電層を絶縁性マスク層で覆うことで、電着後の余分な電着物の除去工程が軽減できる。   In this case, for example, the conductive layer 1807 is patterned, and the remaining conductive layer is covered with an insulating mask layer so that only the conductive layer in the first groove is exposed. Can be reduced.

導電層の形成方法としては、例えば蒸着法やスパッタ法、CVD法、メッキ法、薄膜塗布法等の薄膜作製技術を用いることができる。   As a method for forming the conductive layer, for example, thin film manufacturing techniques such as vapor deposition, sputtering, CVD, plating, and thin film coating can be used.

梁の作製に無電解メッキ法を用いる場合、例えば図19に示す工程を用いることができる。第1溝を形成した基板に図19(b)のような下敷き層1907を形成する。不要な下敷き層を第1マスク層ごと除去し、残った下敷き層より無電解メッキ層を成長させる(図19(c))ことにより梁が作製できる。   When the electroless plating method is used for producing the beam, for example, a process shown in FIG. 19 can be used. An underlay layer 1907 as shown in FIG. 19B is formed on the substrate on which the first groove is formed. An unnecessary underlayer is removed together with the first mask layer, and an electroless plating layer is grown from the remaining underlayer (FIG. 19C), whereby a beam can be manufactured.

この場合、第1溝の形状を図17(b)のような逆テーパ状にしておくことで、下敷き層1907を断続的に作製でき、第1溝内にのみ下敷き層を残すことができ、第1溝内にのみ無電解メッキ層を成長させることができる。基板1901に対して選択的に無電解メッキ層が成長する場合、下敷き層は必ずしも必要ない。また図18に示す導電層1807と同様に下敷き層を連続膜として作製しても構わない。この場合、余分な無電解メッキ層はCMP法等の研磨方法により除去する。   In this case, by making the shape of the first groove reversely tapered as shown in FIG. 17B, the underlayer 1907 can be intermittently produced, and the underlayer can be left only in the first groove. The electroless plating layer can be grown only in the first groove. When the electroless plating layer is selectively grown on the substrate 1901, the underlying layer is not necessarily required. Further, similarly to the conductive layer 1807 shown in FIG. 18, the underlayer may be formed as a continuous film. In this case, the excess electroless plating layer is removed by a polishing method such as a CMP method.

ここで下敷き層とは、無電解メッキを開始させる物性を有する材料を指し、析出種に応じて選択される。   Here, the underlay layer refers to a material having physical properties that initiates electroless plating, and is selected according to the deposition species.

下敷き層の形成方法としては、例えば蒸着法やスパッタ法、CVD法、メッキ法、薄膜塗布法等の薄膜作製技術を用いることができる。   As a method for forming the underlay layer, for example, thin film production techniques such as vapor deposition, sputtering, CVD, plating, and thin film coating can be used.

梁の作製に蒸着法を用いる場合、図20(b)に示すように梁材料を第1溝2006、基板2001上に蒸着させ、CMP法等により余分な蒸着層を除去することで梁が作製できる。また、図21に示す工程のように選択−CVD等の蒸着法を用い第1溝に選択的に梁材料を析出させることができる。また、図19(b)に示すように梁材料を断続的に蒸着させ、第1マスク層上の蒸着物を第1マスク層ごと除去してもよい。   When the vapor deposition method is used for producing the beam, as shown in FIG. 20B, the beam material is vapor-deposited on the first groove 2006 and the substrate 2001, and the extra vapor deposition layer is removed by a CMP method or the like to produce the beam. it can. Further, the beam material can be selectively deposited in the first groove by using a vapor deposition method such as selective-CVD as in the step shown in FIG. Further, as shown in FIG. 19B, the beam material may be intermittently deposited, and the deposit on the first mask layer may be removed together with the first mask layer.

蒸着法としては、他に熱−CVD、LP−CVD、プラズマ−CVD等の何れかの手法が選択できるが、上記以外の蒸着法やスパッタリング法等も利用可能であれば利用して構わない。   As the vapor deposition method, any other method such as thermal-CVD, LP-CVD, plasma-CVD, or the like can be selected. However, other vapor deposition methods, sputtering methods, and the like may be used as long as they are available.

梁材料は上記梁作製方法に利用でき、少なくとも第3エッチングに対してエッチング耐性を持ち、インクに対して腐食され難く且つ種々の応力に対して耐える材料から選択される。図9乃至10に示す工程を用いる場合、第2エッチングに対してもエッチング耐性を持つ材料を選択する必要があるが、図15に示すように第2エッチング時に梁を露出させないことも可能であり、この場合、第2エッチングに対するエッチング耐性は必要ない。   The beam material can be used in the above-described beam manufacturing method, and is selected from materials that have etching resistance to at least the third etching, are not easily corroded by the ink, and are resistant to various stresses. When the steps shown in FIGS. 9 to 10 are used, it is necessary to select a material having etching resistance for the second etching. However, as shown in FIG. 15, it is possible not to expose the beam during the second etching. In this case, etching resistance to the second etching is not necessary.

梁材料は、上記手法に用いることが可能で且つ少なくとも第3エッチングに対して耐性を持つ材料から選択され例えば、Ti、Zr、Hf、V、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Co、Ni、Ru、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Ge、SiO2、Si3N4、Al2O3、BeO等の材料から選択できるが、上記要件を満たす材料で上記手法に利用可能であればこれに限らない。   The beam material is selected from materials that can be used in the above-described method and is resistant to at least the third etching. For example, Ti, Zr, Hf, V, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe Can be selected from materials such as Co, Ni, Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Ge, SiO2, Si3N4, Al2O3, BeO, etc. If there is, it is not limited to this.

上記手法により作製される梁が、例えば金属、樹脂等の材料よりなる場合、基板(シリコン単結晶体)の一部を利用して作製される梁に比べてヘキ開等の心配が無く、更に、塑性変形が可能な材料である場合、梁が破壊される前に先ず塑性変形が起こり、梁が長持ちする。   When the beam produced by the above method is made of a material such as metal or resin, for example, there is no fear of cleaving compared to a beam produced using a part of the substrate (silicon single crystal), and In the case of a material capable of plastic deformation, plastic deformation first occurs before the beam is broken, and the beam lasts longer.

第3エッチングの際に、パッシベイション層と流路となる部材とオリフィスプレートを含むメンブレンが形成される。パッシベイション層は第3エッチングに対しに少なくともエッチング耐性を持つ材料からなる。また、第2エッチングにて基板に溝を形成し、その溝がパッシベイション層に到達する場合には、パッシベイション層は第2エッチング液に対してもエッチング耐性を有する必要がある。パッシベイション層の形成方法としては、従来公知の技術たとえば真空蒸着法やスパッタ法、化学気相成長、メッキ法、薄膜塗布法等の薄膜作製技術を用いることが可能である。   During the third etching, a membrane including a passivation layer, a channel member, and an orifice plate is formed. The passivation layer is made of a material having at least etching resistance with respect to the third etching. Further, when a groove is formed in the substrate by the second etching and the groove reaches the passivation layer, the passivation layer needs to have etching resistance to the second etching solution. As a method for forming the passivation layer, a conventionally known technique such as a vacuum deposition method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method, a plating method, a thin film coating method, or the like can be used.

第2エッチングには、反応性イオンエッチング、等方性ウエットエッチング、イオンミーリング、エキシマレーザーやYAGレーザー等を用いたレーザーアブレイション、サンドブラストによる物理的エッチング等の何れかをもちいることができる。   For the second etching, any of reactive ion etching, isotropic wet etching, ion milling, laser ablation using an excimer laser, YAG laser, etc., physical etching by sandblasting, or the like can be used.

第3エッチングは、アルカリ水溶液からなるエッチャントによるシリコン結晶異方性エッチングであり、KOH、EDP、TMAH、ヒドラジン等の結晶面によるエッチング速度差を生じるエッチング液が用いられる。第2エッチングがシリコン結晶異方性エッチングよりなることでインク供給口の幅の精度を保つことができる。第3エッチングにより、第2エッチングにて複数の開口部に設けた形成した溝が基板側面方向にエッチングされ、連通し、共通液室を形成する。   The third etching is silicon crystal anisotropic etching using an etchant made of an alkaline aqueous solution, and an etching solution that causes an etching rate difference due to a crystal plane such as KOH, EDP, TMAH, hydrazine, or the like is used. Since the second etching is made of silicon crystal anisotropic etching, the accuracy of the width of the ink supply port can be maintained. By the third etching, the grooves formed in the plurality of openings by the second etching are etched in the side surface direction of the substrate and communicate with each other to form a common liquid chamber.

第3エッチングにより、前記連通された共通液室を形成する方法として、パッシベイション下部に所望のインク供給口寸法となる寸法の犠牲層を設ける方法が用いることができる。この場合第3エッチング用のエッチング液に対し等方性エッチングする材料より犠牲層を選択することで、第3エッチング時に犠牲層と犠牲層下部のシリコンが同時エッチングされる。パッシベイション層下に開口長を決定する犠牲層を設け、該犠牲層上にパッシベイション層を形成することにより、基板裏面側からエッチングする場合、基板の厚み、基板内の結晶欠陥、OFの角度バラツキ、及びエッチング液の濃度バラツキ等により生じる開口長バラツキを回避することができる。ずなわち、犠牲層のパターンによりインク供給口の大きさを制御することが可能となる。   As a method of forming the above-mentioned common liquid chamber by the third etching, a method of providing a sacrificial layer having a desired ink supply port size below the passivation can be used. In this case, by selecting the sacrificial layer from the material that is isotropically etched with respect to the etching solution for the third etching, the sacrificial layer and the silicon under the sacrificial layer are simultaneously etched during the third etching. When etching is performed from the back side of the substrate by providing a sacrificial layer for determining the opening length under the passivation layer and forming the passivation layer on the sacrificial layer, the thickness of the substrate, crystal defects in the substrate, OF The variation in the opening length caused by the angle variation and the concentration variation of the etching solution can be avoided. In other words, the size of the ink supply port can be controlled by the pattern of the sacrificial layer.

犠牲層に用いる材料として、シリコン結晶異方性エッチングに用いるエッチャントにて等方性エッチングできる材料であり、且つ薄膜形成できる材料であれば半導体、絶縁体、金属等様々な材料を利用できる。例えば、半導体であれば、多結晶シリコン、多孔質シリコン等、金属ではアルミニウム、絶縁体ではZnO等のアルカリ水溶液に容易に溶解可能な材料が好ましい。特に、多結晶シリコン膜はLSIプロセスとのコンパチビリティーに優れており、プロセス再現性が高く犠牲層に好適である。犠牲層の厚みとしては薄膜形成可能な厚みであればよく、例えば、犠牲層に数百オングストローム程度の多結晶シリコンを用いた場合には、犠牲層の等方性エッチングと基板の異方性エッチングを同時に行うことができる。   As a material used for the sacrificial layer, various materials such as a semiconductor, an insulator, and a metal can be used as long as they are materials that can be isotropically etched with an etchant used for silicon crystal anisotropic etching and can form a thin film. For example, for a semiconductor, a material that can be easily dissolved in an alkaline aqueous solution such as polycrystalline silicon and porous silicon, such as aluminum for metals and ZnO for insulators, is preferable. In particular, the polycrystalline silicon film is excellent in compatibility with an LSI process, has high process reproducibility, and is suitable for a sacrificial layer. The thickness of the sacrificial layer is not particularly limited as long as a thin film can be formed. For example, when polycrystalline silicon of about several hundred angstroms is used for the sacrificial layer, isotropic etching of the sacrificial layer and anisotropic etching of the substrate are performed. Can be performed simultaneously.

本発明のインクジェット記録ヘッドは、気泡連通吐出方式において有効な構成となる。ここに記載した気泡連通吐出方式とは、吐出のためにインクを加熱することにより生成される膜沸騰による気泡を、吐出口近傍で外気に連通させて吐出を行うインクジェット記録方式であり、特開平2−112832号、特開平2−112833号、特開平2−112834号、特開平2−114472号等において提案されている方式である。連通吐出方式によれば、吐出口近傍への気泡成長を急激にしかも確実に行うことができるので、上記非遮断状態のインク路によるリフィル性も手伝って、高安定高速記録を達成できる。また、気泡と大気とを連通させることによって、気泡の消泡過程が無くなり、キャビテーションによるヒータや基板の損傷を防止することもできる。また、気泡連通吐出方式の基本的な作用として、気泡が生成される部位より吐出出口側にあるインクは原理的に全てインク液滴となって吐出されるということがある。この為、吐出インク量は、吐出出口から上記気泡生成部位までの距離等、記録ヘッドの構造によって定めることができる。この結果、上記気泡連通吐出方式によれば、インク温度の変化等の影響をそれほど受けずに吐出量の安定した吐出を行うことが可能となる。   The ink jet recording head of the present invention has an effective configuration in the bubble continuous discharge method. The bubble continuous discharge method described here is an ink jet recording method in which bubbles generated by film boiling generated by heating ink for discharge are discharged by communicating with outside air near the discharge port. This is a method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-112832, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-112833, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-112834, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-114472, and the like. According to the continuous discharge method, it is possible to rapidly and reliably perform bubble growth in the vicinity of the discharge port, so that the refill property due to the ink path in the non-blocking state is also helped to achieve highly stable and high-speed recording. Further, by making the bubbles communicate with the atmosphere, the bubble defoaming process is eliminated, and damage to the heater and the substrate due to cavitation can be prevented. In addition, as a basic function of the bubble communication discharge method, there is a principle that all the ink on the discharge outlet side from the portion where the bubbles are generated is discharged as ink droplets in principle. Therefore, the amount of ejected ink can be determined by the structure of the recording head, such as the distance from the ejection outlet to the bubble generation site. As a result, according to the above-described bubble continuous discharge method, it is possible to perform discharge with a stable discharge amount without being significantly affected by changes in ink temperature or the like.

サイドシュータ型インクジェット記録ヘッドは、オリフィスプレートの厚さによりインク突出口と発熱体との距離を容易に制御できる。気泡連通吐出方式では前記距離が突出インク量を決定する重要な因子の一つであることより、本発明のインクジェット記録ヘッドは、気泡連通吐出方式に好適な構造となる。   The side shooter type ink jet recording head can easily control the distance between the ink protrusion and the heating element according to the thickness of the orifice plate. In the bubble continuous discharge method, the distance is one of the important factors for determining the protruding ink amount, and the ink jet recording head of the present invention has a structure suitable for the bubble continuous discharge method.

以下本発明のインクジェット記録ヘッド及びその作製方法を図9乃至図21の何れかの工程図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, the ink jet recording head of the present invention and the manufacturing method thereof will be described in detail with reference to any of the process drawings of FIGS.

(第1実施例)
−電気メッキ物の梁−
本実施例にて、図5に示した本発明のインクジェット記録ヘッドの本発明の第1の作製方法を説明する。
(First embodiment)
-Electroplated beam-
In this example, the first manufacturing method of the present invention of the ink jet recording head of the present invention shown in FIG. 5 will be described.

以下、本実施例の作製工程を図10、18の工程断面図を用いて説明する。尚、図10、18は図5におけるB−B線で切断したときの断面図として示されている。また、図面中、発熱体及び発熱体に通電(駆動パルスの印加)する為の配線、及び各発熱体へのインク流路は省略し、基板の幅方向に梁を形成する工程のみを記載してある。   Hereinafter, a manufacturing process of this example will be described with reference to process cross-sectional views of FIGS. 10 and 18 are cross-sectional views taken along the line BB in FIG. Also, in the drawing, the heating element and the wiring for energizing the heating element (applying a drive pulse) and the ink flow path to each heating element are omitted, and only the process of forming a beam in the width direction of the substrate is described. It is.

基板として結晶方位面が(100)のシリコン製の基板1801を用いた。基板上に酸化ガスにて熱酸化し、基板表面及び裏面に二酸化シリコンを形成した。次いで、先ほど基板表面に形成された二酸化シリコンのインク供給口にあたる部分と裏面全面をバッファード弗酸により除去した。続いて窒化シリコン膜をLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法にて形成しパッシベイション層1802を形成した。基板裏面に形成された窒化シリコン膜はCF4ガスを用いた反応性イオンエッチングにより除去し基板を露出させた。この後、図18(a)に示すように、後工程にて除去することによりインク流路となる樹脂層1803を設け、さらに樹脂層上部に吐出口を有するオリフィスプレート1804を設けた。   A silicon substrate 1801 having a crystal orientation plane of (100) was used as the substrate. The substrate was thermally oxidized with an oxidizing gas to form silicon dioxide on the front and back surfaces of the substrate. Next, the portion corresponding to the ink supply port of silicon dioxide formed on the substrate surface and the entire back surface were removed with buffered hydrofluoric acid. Subsequently, a passivation layer 1802 was formed by forming a silicon nitride film by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method. The silicon nitride film formed on the back surface of the substrate was removed by reactive ion etching using CF4 gas to expose the substrate. Thereafter, as shown in FIG. 18A, a resin layer 1803 to be an ink flow path is provided by removing in a later step, and an orifice plate 1804 having an ejection port is provided on the resin layer.

シリコンが露出した裏面に感光性レジストとよりなる第1マスク層1805を形成し、梁を形成するための第1開口部を形成した。開口部形状は図16(c)に示すような形状とし基板に対してアンカー効果を有する形状とした。   A first mask layer 1805 made of a photosensitive resist was formed on the back surface where the silicon was exposed, and a first opening for forming a beam was formed. The opening shape is a shape as shown in FIG. 16C, and has an anchor effect on the substrate.

第1エッチングとして、裏面よりSF6ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い第1溝1806を形成した。第1エッチングはエッチング条件を制御し、図17(c)に示すようなテーパ形状とした。第1マスク層は反応性イオンエッチング後も残存していた(図18(a))。残存していた第1マスク層はO2ガスを用いたアッシングにより除去した。   As the first etching, reactive ion etching using SF 6 gas was performed from the back surface to form the first groove 1806. In the first etching, the etching conditions were controlled to have a tapered shape as shown in FIG. The first mask layer remained even after the reactive ion etching (FIG. 18A). The remaining first mask layer was removed by ashing using O 2 gas.

(第1溝の形状を上記形状とした理由は、導電層を連続する膜として得るために好適な形状であるためであって、導電層を連続する膜として形成可能な形状の第1溝であれば、特にこれに限定されない。)
第1溝にスパッタリング法にてTiを基板とのバインダーとしてPtよりなる導電層1807を形成した。この基板をワークとして用いて導電層を陰極としてNi電気メッキ浴を用いて電気メッキを行い、第1溝がNi電気メッキ物で埋まるまで電気メッキを行った(図18(c))。続いて、CMP法により、図18(d)に示すような梁1809を形成した。
(The reason why the shape of the first groove is the above-mentioned shape is that it is a suitable shape for obtaining the conductive layer as a continuous film, and the first groove has a shape that can be formed as a continuous film. If there is, it is not limited to this.)
A conductive layer 1807 made of Pt was formed in the first groove by sputtering using Ti as a binder with the substrate. Using this substrate as a workpiece, electroplating was performed using a Ni electroplating bath with a conductive layer as a cathode, and electroplating was performed until the first groove was filled with Ni electroplated material (FIG. 18C). Subsequently, a beam 1809 as shown in FIG. 18D was formed by CMP.

この場合、電気メッキ物として、例えばAu等の貴金属を梁として得てもよく、アルカリ溶液に対して耐性のある梁を得ることができる。   In this case, as the electroplated material, for example, a noble metal such as Au may be obtained as a beam, and a beam resistant to an alkaline solution can be obtained.

次に、第2開口部を有する第2マスク層を金属膜の蒸着、そのパターニングより形成し、第2エッチングをSF6ガスを用いた反応性イオンエッチングで行い、開口部と略同一の寸法で垂直な第2溝1001を作製した(図10(a))。   Next, a second mask layer having a second opening is formed by vapor deposition and patterning of a metal film, and the second etching is performed by reactive ion etching using SF6 gas, and the vertical dimension is approximately the same as the opening. A second groove 1001 was prepared (FIG. 10A).

次に、第3エッチングとしてシリコン結晶異方性エッチングを行った。第3エッチングでは、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)水溶液により第2溝から露出したシリコン基板をエッチングすることで、共通液室1002(図10(c))及びインク供給口1003が形成された。   Next, silicon crystal anisotropic etching was performed as the third etching. In the third etching, the common liquid chamber 1002 (FIG. 10C) and the ink supply port 1003 were formed by etching the silicon substrate exposed from the second groove with a TMAH (tetramethylammonium hydroxide) aqueous solution.

最後にインク供給口を通じてパッシベイション層1802をCF4ガスを用いた反応性イオンエッチングにより除去し、さらに樹脂層1803を樹脂層の溶媒にて溶解除去してインク流路を形成し、本発明の図5に示すインクジェット記録ヘッドを作製することができた(図10(d))。   Finally, the passivation layer 1802 is removed by reactive ion etching using CF4 gas through the ink supply port, and the resin layer 1803 is dissolved and removed with a solvent of the resin layer to form an ink flow path. The ink jet recording head shown in FIG. 5 could be produced (FIG. 10 (d)).

比較の為、本実施例と吐出エレメント寸法が等しい、梁を有さない、図1に示す従来例のインクジェット記録ヘッドを作製した。図1のインク供給口の幅方向に基板が破損するまで荷重を与える破壊試験を行った。この時の破損した荷重と等しい荷重を本発明のインクジェット記録ヘッドに加えたところ、基板の破損は見られなかった。本発明の作製方法で作製した本発明のインクジェット記録ヘッドはでは基板に梁が形成してあり、梁の無いヘッドに比べて機械的強度が向上していた。   For comparison, an ink jet recording head of the conventional example shown in FIG. 1 having the same ejection element size as that of this embodiment and having no beam was produced. A destructive test in which a load was applied in the width direction of the ink supply port in FIG. 1 until the substrate was damaged was performed. When a load equal to the damaged load at this time was applied to the ink jet recording head of the present invention, the substrate was not damaged. In the ink jet recording head of the present invention manufactured by the manufacturing method of the present invention, a beam is formed on the substrate, and the mechanical strength is improved as compared with a head without a beam.

本発明のインクジェット記録ヘッドでは梁1809を構成する面の一つが基板1801の裏面と同一平面にある為、従来と比べて接着面積が広く流路部材との接着強度も向上していた。   In the ink jet recording head of the present invention, since one of the surfaces constituting the beam 1809 is in the same plane as the back surface of the substrate 1801, the bonding area is wider and the bonding strength with the flow path member is improved as compared with the conventional one.

本発明のインクジェット記録ヘッドにより、印字を行ったところ、インク供給口から発熱体までの距離が略等しく、各ヘッドでのリフィル時間がほとんど差のない、リフィル特性に関し均一な周波数特性を得ることができた。   When printing is performed by the ink jet recording head of the present invention, it is possible to obtain a uniform frequency characteristic with respect to the refill characteristics, in which the distance from the ink supply port to the heating element is substantially equal, and the refill time in each head is almost the same. did it.

以上より本発明のインクジェット記録ヘッドは、良好な印字を可能にする高精細且つ高速な記録を行うことが可能なインクジェット記録ヘッドであった。   As described above, the ink jet recording head of the present invention is an ink jet recording head capable of performing high-definition and high-speed recording that enables good printing.

(第2実施例)
−無電解メッキ物の梁−
本実施例にて、図5に示した本発明のインクジェット記録ヘッドの本発明の第2の作製方法を説明する。
(Second embodiment)
-Beams of electroless plating-
In this example, a second manufacturing method of the ink jet recording head of the present invention shown in FIG. 5 will be described.

以下、本実施例の作製工程を図10、19の工程断面図を用いて説明する。尚、図10、19は図5におけるB−B線で切断したときの断面図として示されている。また、図面中、発熱体及び発熱体に通電(駆動パルスの印加)する為の配線、及び各発熱体へのインク流路は省略し、基板の幅方向に梁を形成する工程のみを記載してある。   Hereinafter, a manufacturing process of this example will be described with reference to process cross-sectional views of FIGS. 10 and 19 are shown as cross-sectional views taken along the line BB in FIG. Also, in the drawing, the heating element and the wiring for energizing the heating element (applying a drive pulse) and the ink flow path to each heating element are omitted, and only the process of forming a beam in the width direction of the substrate is described. It is.

基板として結晶方位面が(100)のシリコン製の基板1901を用いた。基板上に酸化ガスにて熱酸化し、基板表面及び裏面に二酸化シリコンを形成した。次いで、先ほど基板表面に形成された二酸化シリコンのインク供給口にあたる部分と裏面全面をバッファード弗酸により除去した。続いて窒化シリコン膜をLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法にて形成しパッシベイション層1902を形成した。基板裏面に形成された窒化シリコン膜はCF4ガスを用いた反応性イオンエッチングにより除去し基板を露出させた。この後、図19(a)に示すように、後工程にて除去することによりインク流路となる樹脂層1903を設け、さらに樹脂層上部に吐出口を有するオリフィスプレート1904を設けた。   A silicon substrate 1901 having a crystal orientation plane of (100) was used as the substrate. The substrate was thermally oxidized with an oxidizing gas to form silicon dioxide on the front and back surfaces of the substrate. Next, the portion corresponding to the ink supply port of silicon dioxide formed on the substrate surface and the entire back surface were removed with buffered hydrofluoric acid. Subsequently, a silicon nitride film was formed by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method to form a passivation layer 1902. The silicon nitride film formed on the back surface of the substrate was removed by reactive ion etching using CF4 gas to expose the substrate. Thereafter, as shown in FIG. 19A, a resin layer 1903 serving as an ink flow path is provided by removing in a later step, and an orifice plate 1904 having an ejection port is provided above the resin layer.

シリコンが露出した裏面に感光性レジストとよりなる第1マスク層1905を形成し、梁を形成するための第1開口部を形成した。開口部形状は図16(d)に示すような形状とし基板に対してアンカー効果を有する形状とした。   A first mask layer 1905 made of a photosensitive resist was formed on the back surface where silicon was exposed, and a first opening for forming a beam was formed. The shape of the opening is as shown in FIG. 16D and has a shape having an anchor effect on the substrate.

第1エッチングとして、裏面よりSF6ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い第1溝1906を形成した。第1エッチングはエッチング条件を制御し、図17(b)に示すような逆テーパ形状とした。第1マスク層は反応性イオンエッチング後も残存していた(図19(a))。   As the first etching, reactive ion etching using SF 6 gas was performed from the back surface to form the first groove 1906. In the first etching, the etching conditions were controlled, and a reverse taper shape as shown in FIG. The first mask layer remained even after the reactive ion etching (FIG. 19A).

(第1溝の形状を上記形状とした理由は、1つには梁にアンカー効果が発生する為であり、1つには下敷き層を第1溝とそれ以外の部分で断続的に形成できる為である。同様の効果を得さしめるエッチング形状であれば特にこれに限定されない。)
第1溝にスパッタリング法にてFeよりなる下敷き層1907を形成した。第1溝以外に形成された下敷き層は残存していた第1マスク層ごと除去した。この基板を無電解Niメッキ浴に投入し、第1溝がNi無電解メッキ物で埋まるまで無電解メッキを行い梁を形成した(図19(d))。
(The reason why the shape of the first groove is the above-mentioned shape is that the anchor effect occurs in the beam, and in one, the underlay layer can be intermittently formed in the first groove and other portions. (This is not particularly limited as long as it is an etching shape that achieves the same effect.)
An underlayer 1907 made of Fe was formed in the first groove by sputtering. The underlying layer formed other than the first groove was removed together with the remaining first mask layer. This substrate was put into an electroless Ni plating bath, and electroless plating was performed until the first groove was filled with the Ni electroless plating product to form a beam (FIG. 19D).

次に、第2開口部を有する第2マスク層を金属膜の蒸着、そのパターニングより形成し、第2エッチングをSF6ガスを用いた反応性イオンエッチングで行い、開口部と略同一の寸法で垂直な第2溝1001を作製した(図10(a))。   Next, a second mask layer having a second opening is formed by vapor deposition and patterning of a metal film, and the second etching is performed by reactive ion etching using SF6 gas, and the vertical dimension is approximately the same as the opening. A second groove 1001 was prepared (FIG. 10A).

次に、第3エッチングとしてシリコン結晶異方性エッチングを行った。第3エッチングでは、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)水溶液により第2溝から露出したシリコン基板をエッチングすることで、共通液室1002(図10(c))及びインク供給口1003が形成された。   Next, silicon crystal anisotropic etching was performed as the third etching. In the third etching, the common liquid chamber 1002 (FIG. 10C) and the ink supply port 1003 were formed by etching the silicon substrate exposed from the second groove with a TMAH (tetramethylammonium hydroxide) aqueous solution.

最後にインク供給口を通じてパッシベイション層1902をCF4ガスを用いた反応性イオンエッチングにより除去し、さらに樹脂層1903を樹脂層の溶媒にて溶解除去してインク流路を形成し、本発明の図5に示すインクジェット記録ヘッドを作製することができた(図10(d))。   Finally, the passivation layer 1902 is removed by reactive ion etching using CF4 gas through the ink supply port, and the resin layer 1903 is dissolved and removed with a solvent of the resin layer to form an ink flow path. The ink jet recording head shown in FIG. 5 could be produced (FIG. 10 (d)).

比較の為、本実施例と吐出エレメント寸法が等しい、梁を有さない、図1に示す従来例のインクジェット記録ヘッドを作製した。図1のインク供給口の幅方向に基板が破損するまで荷重を与える破壊試験を行った。この時の破損した荷重と等しい荷重を本発明のインクジェット記録ヘッドに加えたところ、基板の破損は見られなかった。本発明の作製方法で作製した本発明のインクジェット記録ヘッドはでは基板に梁が形成してあり、梁の無いヘッドに比べて機械的強度が向上していた。   For comparison, an ink jet recording head of the conventional example shown in FIG. 1 having the same ejection element size as that of this embodiment and having no beam was produced. A destructive test in which a load was applied in the width direction of the ink supply port in FIG. 1 until the substrate was damaged was performed. When a load equal to the damaged load at this time was applied to the ink jet recording head of the present invention, the substrate was not damaged. In the ink jet recording head of the present invention manufactured by the manufacturing method of the present invention, a beam is formed on the substrate, and the mechanical strength is improved as compared with a head without a beam.

本発明のインクジェット記録ヘッドでは梁1909を構成する面の一つが基板1901の裏面と同一平面にある為、従来と比べて接着面積が広く流路部材との接着強度も向上していた。   In the ink jet recording head of the present invention, since one of the surfaces constituting the beam 1909 is in the same plane as the back surface of the substrate 1901, the bonding area is wider and the bonding strength with the flow path member is improved as compared with the conventional one.

本発明のインクジェット記録ヘッドにより、印字を行ったところ、インク供給口から発熱体までの距離が略等しく、各ヘッドでのリフィル時間がほとんど差のない、リフィル特性に関し均一な周波数特性を得ることができた。   When printing is performed by the ink jet recording head of the present invention, it is possible to obtain a uniform frequency characteristic with respect to the refill characteristics, in which the distance from the ink supply port to the heating element is substantially equal, and the refill time in each head is almost the same. did it.

以上より本発明のインクジェット記録ヘッドは、良好な印字を可能にする高精細且つ高速な記録を行うことが可能なインクジェット記録ヘッドであった。   As described above, the ink jet recording head of the present invention is an ink jet recording head capable of performing high-definition and high-speed recording that enables good printing.

(第3実施例)
−蒸着物の梁(1)−
本実施例にて、図5に示した本発明のインクジェット記録ヘッドの本発明の第3の作製方法を説明する。
(Third embodiment)
-Beam of deposited material (1)-
In this example, a third manufacturing method of the ink jet recording head of the present invention shown in FIG. 5 will be described.

以下、本実施例の作製工程を図10、21の工程断面図を用いて説明する。尚、図10、21は図5におけるB−B線で切断したときの断面図として示されている。また、図面中、発熱体及び発熱体に通電(駆動パルスの印加)する為の配線、及び各発熱体へのインク流路は省略し、基板の幅方向に梁を形成する工程のみを記載してある。   Hereinafter, a manufacturing process of this example will be described with reference to process cross-sectional views of FIGS. 10 and 21 are cross-sectional views taken along the line BB in FIG. Also, in the drawing, the heating element and the wiring for energizing the heating element (applying a drive pulse) and the ink flow path to each heating element are omitted, and only the process of forming a beam in the width direction of the substrate is described. It is.

基板として結晶方位面が(100)のシリコン製の基板2101を用いた。基板上に酸化ガスにて熱酸化し、基板表面及び裏面に二酸化シリコンを形成した。次いで、先ほど基板表面に形成された二酸化シリコンのインク供給口にあたる部分と裏面全面をバッファード弗酸により除去した。続いて窒化シリコン膜をLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法にて形成しパッシベイション層2102を形成した。基板裏面に形成された窒化シリコン膜はCF4ガスを用いた反応性イオンエッチングにより除去し基板を露出させた。この後、図21(a)に示すように、後工程にて除去することによりインク流路となる樹脂層2103を設け、さらに樹脂層上部に吐出口を有するオリフィスプレート2104を設けた。   A silicon substrate 2101 having a crystal orientation plane of (100) was used as the substrate. The substrate was thermally oxidized with an oxidizing gas to form silicon dioxide on the front and back surfaces of the substrate. Next, the portion corresponding to the ink supply port of silicon dioxide formed on the substrate surface and the entire back surface were removed with buffered hydrofluoric acid. Subsequently, a silicon nitride film was formed by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method to form a passivation layer 2102. The silicon nitride film formed on the back surface of the substrate was removed by reactive ion etching using CF4 gas to expose the substrate. Thereafter, as shown in FIG. 21A, a resin layer 2103 to be an ink flow path is provided by removing in a later step, and an orifice plate 2104 having an ejection port is provided on the resin layer.

シリコンが露出した裏面に感光性レジストとよりなる第1マスク層2105を形成し、梁を形成するための第1開口部を形成した。開口部形状は図16(a)に示すようなライン状の形状とした。   A first mask layer 2105 made of a photosensitive resist was formed on the back surface where the silicon was exposed, and a first opening for forming a beam was formed. The opening shape was a line shape as shown in FIG.

第1エッチングとして、裏面よりSF6ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い第1溝2106を形成した。第1エッチングはエッチング条件を制御し、図17(b)に示すような逆テーパ形状とした。第1マスク層は反応性イオンエッチング後も残存していた(図21(b))。   As the first etching, reactive ion etching using SF 6 gas was performed from the back surface to form the first groove 2106. In the first etching, the etching conditions were controlled, and a reverse taper shape as shown in FIG. The first mask layer remained even after the reactive ion etching (FIG. 21B).

(第1溝の形状を上記形状とした理由は、1つには梁にアンカー効果が発生する為であり、1つにはCVD層を第1溝とそれ以外の部分で断続的に形成できるためである。同様の効果を得さしめるエッチング形状であれば特にこれに限定されない。)
第1溝に選択CVD法にてWよりなる蒸着層2107を選択的に形成させた。第1溝よりはみだしたWは第1マスク層ごとCMP法にて研磨除去した。
(The reason why the shape of the first groove is the above-mentioned shape is that the anchor effect is generated in the beam, and in part, the CVD layer can be intermittently formed in the first groove and other portions. (This is not particularly limited as long as it is an etching shape that achieves the same effect.)
A vapor deposition layer 2107 made of W was selectively formed in the first groove by selective CVD. The W protruding from the first groove was polished and removed by the CMP method together with the first mask layer.

次に、第2開口部を有する第2マスク層を金属膜の蒸着、そのパターニングより形成し、第2エッチングをSF6ガスを用いた反応性イオンエッチングで行い、開口部と略同一の寸法で垂直な第2溝1001を作製した(図10(a))。   Next, a second mask layer having a second opening is formed by vapor deposition and patterning of a metal film, and the second etching is performed by reactive ion etching using SF6 gas, and the vertical dimension is approximately the same as the opening. A second groove 1001 was prepared (FIG. 10A).

次に、第3エッチングとしてシリコン結晶異方性エッチングを行った。第3エッチングでは、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)水溶液により第2溝から露出したシリコン基板をエッチングすることで、共通液室1002(図10(c))及びインク供給口1003が形成された。   Next, silicon crystal anisotropic etching was performed as the third etching. In the third etching, the common liquid chamber 1002 (FIG. 10C) and the ink supply port 1003 were formed by etching the silicon substrate exposed from the second groove with a TMAH (tetramethylammonium hydroxide) aqueous solution.

最後にインク供給口を通じてパッシベイション層2102をCF4ガスを用いた反応性イオンエッチングにより除去し、さらに樹脂層2103を樹脂層の溶媒にて溶解除去してインク流路を形成し、本発明の図5に示すインクジェット記録ヘッドを作製することができた(図10(d))。   Finally, the passivation layer 2102 is removed by reactive ion etching using CF4 gas through the ink supply port, and the resin layer 2103 is dissolved and removed with a solvent of the resin layer to form an ink flow path. The ink jet recording head shown in FIG. 5 could be produced (FIG. 10 (d)).

比較の為、本実施例と吐出エレメント寸法が等しい、梁を有さない、図1に示す従来例のインクジェット記録ヘッドを作製した。図1のインク供給口の幅方向に基板が破損するまで荷重を与える破壊試験を行った。この時の破損した荷重と等しい荷重を本発明のインクジェット記録ヘッドに加えたところ、基板の破損は見られなかった。本発明の作製方法で作製した本発明のインクジェット記録ヘッドはでは基板に梁が形成してあり、梁の無いヘッドに比べて機械的強度が向上していた。   For comparison, an ink jet recording head of the conventional example shown in FIG. 1 having the same ejection element size as that of this embodiment and having no beam was produced. A destructive test in which a load was applied in the width direction of the ink supply port in FIG. 1 until the substrate was damaged was performed. When a load equal to the damaged load at this time was applied to the ink jet recording head of the present invention, the substrate was not damaged. In the ink jet recording head of the present invention manufactured by the manufacturing method of the present invention, a beam is formed on the substrate, and the mechanical strength is improved as compared with a head without a beam.

本発明のインクジェット記録ヘッドでは梁2109を構成する面の一つが基板2101の裏面と同一平面にある為、従来と比べて接着面積が広く流路部材との接着強度も向上していた。   In the ink jet recording head of the present invention, since one of the surfaces constituting the beam 2109 is on the same plane as the back surface of the substrate 2101, the bonding area is wider and the bonding strength with the flow path member is improved as compared with the conventional one.

本発明のインクジェット記録ヘッドにより、印字を行ったところ、インク供給口から発熱体までの距離が略等しく、各ヘッドでのリフィル時間がほとんど差のない、リフィル特性に関し均一な周波数特性を得ることができた。   When printing is performed by the ink jet recording head of the present invention, it is possible to obtain a uniform frequency characteristic with respect to the refill characteristics, in which the distance from the ink supply port to the heating element is substantially equal, and the refill time in each head is almost the same. did it.

以上より本発明のインクジェット記録ヘッドは、良好な印字を可能にする高精細且つ高速な記録を行うことが可能なインクジェット記録ヘッドであった。   As described above, the ink jet recording head of the present invention is an ink jet recording head capable of performing high-definition and high-speed recording that enables good printing.

(第4実施例)
−蒸着物の梁(2)−
本実施例にて、図5に示した本発明のインクジェット記録ヘッドの本発明の第4の作製方法を説明する。
(Fourth embodiment)
-Beam of deposited material (2)-
In this example, a fourth method of manufacturing the ink jet recording head of the present invention shown in FIG. 5 will be described.

以下、本実施例の作製工程を図10、12、13、14の工程断面図を用いて説明する。尚、図10、12は図5におけるB−B線で切断したときの断面図として示されている。また、図面中、発熱体及び発熱体に通電(駆動パルスの印加)する為の配線、及び各発熱体へのインク流路は省略し、基板の幅方向に梁を形成する工程のみを記載してある。   Hereinafter, a manufacturing process of this example will be described with reference to process cross-sectional views of FIGS. 10 and 12 are cross-sectional views taken along the line BB in FIG. Also, in the drawing, the heating element and the wiring for energizing the heating element (applying a drive pulse) and the ink flow path to each heating element are omitted, and only the process of forming a beam in the width direction of the substrate is described. It is.

基板として結晶方位面が(100)のシリコン製の基板1201を用いた。基板上に酸化ガスにて熱酸化し、基板表面及び裏面に二酸化シリコンを形成した。次いで、先ほど基板表面に形成された二酸化シリコンのインク供給口にあたる部分と裏面の第2開口部1206(この開口部は図14に模式図を示すように、第1溝を作製するための第1マスク層のパターンを含む。)にあたる部分をバッファード弗酸により除去した。続いて窒化シリコン膜をLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法にて形成しパッシベイション層1202を形成した。基板裏面に形成された窒化シリコン膜はCF4ガスを用いた反応性イオンエッチングにより除去し基板を露出させた(図12(a))。さらに図12(a)に示すように、後工程にて除去することによりインク流路となる樹脂層1203を設け、さらに樹脂層上部に吐出口を有するオリフィスプレート1204を設けた。第2開口部が形成された裏面に感光性レジストとよりなる第1マスク層1207を形成し、梁を形成するための第1開口部を形成した。開口部形状は図14(b)の第1溝1404として示すようなライン状の形状とした。   A silicon substrate 1201 having a crystal orientation plane of (100) was used as the substrate. The substrate was thermally oxidized with an oxidizing gas to form silicon dioxide on the front and back surfaces of the substrate. Next, the portion corresponding to the ink supply port of silicon dioxide formed on the substrate surface and the second opening 1206 on the back surface (this opening is a first groove for forming the first groove as shown schematically in FIG. 14). The portion corresponding to the mask layer pattern was removed with buffered hydrofluoric acid. Subsequently, a silicon nitride film was formed by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method to form a passivation layer 1202. The silicon nitride film formed on the back surface of the substrate was removed by reactive ion etching using CF4 gas to expose the substrate (FIG. 12A). Further, as shown in FIG. 12A, a resin layer 1203 to be an ink flow path is provided by removing in a later step, and an orifice plate 1204 having an ejection port is provided on the resin layer. A first mask layer 1207 made of a photosensitive resist was formed on the back surface where the second opening was formed, and a first opening for forming a beam was formed. The opening shape was a line shape as shown as the first groove 1404 in FIG.

第1エッチングとして、裏面よりSF6ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い第1溝1208を形成した。第1エッチングはエッチング条件を制御し、図17(b)に示すような逆テーパ形状とした。第1マスク層は反応性イオンエッチング後も残存していた(図12(b))。   As the first etching, reactive ion etching using SF 6 gas was performed from the back surface to form the first groove 1208. In the first etching, the etching conditions were controlled, and a reverse taper shape as shown in FIG. The first mask layer remained after the reactive ion etching (FIG. 12B).

(第1溝の形状を上記形状とした理由は、1つには梁にアンカー効果が発生する為であり、1つにはCVD層を第1溝とそれ以外の部分で断続的に形成できるためである。同様の効果を得さしめるエッチング形状であれば特にこれに限定されない。)
基板裏面に選択CVD法にてWよりなる梁1209を形成した。基板裏面よりはみだしたWをCMP法にて研磨除去し、残った第1マスク層をO2ガスを用いたアッシングにより除去し、図14(c)に示すような基板を得た。
(The reason why the shape of the first groove is the above-mentioned shape is that the anchor effect is generated in the beam, and in part, the CVD layer can be intermittently formed in the first groove and other portions. (This is not particularly limited as long as it is an etching shape that achieves the same effect.)
A beam 1209 made of W was formed on the back surface of the substrate by selective CVD. The W protruding from the back surface of the substrate was polished and removed by CMP, and the remaining first mask layer was removed by ashing using O 2 gas to obtain a substrate as shown in FIG.

次に、予め基板裏面に作製しておいた第2マスク層よりSF6ガスを用いた反応性イオンエッチングを用いて第2エッチングを行い、第2開口部(このうち、W梁が形成された部分は除く)と略同一の寸法で垂直な第2溝を作製した(図示せず)。このときWよりなる梁1209は第2エッチングに対して耐性があるためエッチングされなかった(即ち第2マスク層1205と同様の機能を有していた)。   Next, second etching is performed using reactive ion etching using SF6 gas from a second mask layer prepared on the back surface of the substrate in advance, and a second opening (of which the W beam is formed) A vertical second groove having a size substantially the same as that of (not shown) was produced (not shown). At this time, the beam 1209 made of W was not etched because it was resistant to the second etching (that is, it had the same function as the second mask layer 1205).

次に、第3エッチングとしてシリコン結晶異方性エッチングを行った。第3エッチングでは、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)水溶液により第2溝から露出したシリコン基板をエッチングすることで共通液室1301(図13(b))及びインク供給口1302が形成された。   Next, silicon crystal anisotropic etching was performed as the third etching. In the third etching, the common liquid chamber 1301 (FIG. 13B) and the ink supply port 1302 were formed by etching the silicon substrate exposed from the second groove with a TMAH (tetramethylammonium hydroxide) aqueous solution.

最後にインク供給口を通じてパッシベイション層1202をCF4ガスを用いた反応性イオンエッチングにより除去し、さらに樹脂層1203を樹脂層の溶媒にて溶解除去してインク流路を形成し、本発明の図5に示すインクジェット記録ヘッドを作製することができた(図13(c))。   Finally, the passivation layer 1202 is removed by reactive ion etching using CF4 gas through the ink supply port, and the resin layer 1203 is dissolved and removed with a solvent of the resin layer to form an ink flow path. The ink jet recording head shown in FIG. 5 was able to be manufactured (FIG. 13C).

比較の為、本実施例と吐出エレメント寸法が等しい、梁を有さない、図1に示す従来例のインクジェット記録ヘッドを作製した。図1のインク供給口の幅方向に基板が破損するまで荷重を与える破壊試験を行った。この時の破損した荷重と等しい荷重を本発明のインクジェット記録ヘッドに加えたところ、基板の破損は見られなかった。本発明の作製方法で作製した本発明のインクジェット記録ヘッドはでは基板に梁が形成してあり、梁の無いヘッドに比べて機械的強度が向上していた。   For comparison, an ink jet recording head of the conventional example shown in FIG. 1 having the same ejection element size as that of this embodiment and having no beam was produced. A destructive test in which a load was applied in the width direction of the ink supply port in FIG. 1 until the substrate was damaged was performed. When a load equal to the damaged load at this time was applied to the ink jet recording head of the present invention, the substrate was not damaged. In the ink jet recording head of the present invention manufactured by the manufacturing method of the present invention, a beam is formed on the substrate, and the mechanical strength is improved as compared with a head without a beam.

本発明のインクジェット記録ヘッドでは梁1209を構成する面の一つが基板1201の裏面と同一平面にある為、従来と比べて接着面積が広く流路部材との接着強度も向上していた。   In the ink jet recording head of the present invention, since one of the surfaces constituting the beam 1209 is in the same plane as the back surface of the substrate 1201, the bonding area is wider and the bonding strength with the flow path member is improved as compared with the conventional one.

本発明のインクジェット記録ヘッドにより、印字を行ったところ、インク供給口から発熱体までの距離が略等しく、各ヘッドでのリフィル時間がほとんど差のない、リフィル特性に関し均一な周波数特性を得ることができた。   When printing is performed by the ink jet recording head of the present invention, it is possible to obtain a uniform frequency characteristic with respect to the refill characteristics, in which the distance from the ink supply port to the heating element is substantially equal, and the refill time in each head is almost the same. did it.

以上より本発明のインクジェット記録ヘッドは、良好な印字を可能にする高精細且つ高速な記録を行うことが可能なインクジェット記録ヘッドであった。   As described above, the ink jet recording head of the present invention is an ink jet recording head capable of performing high-definition and high-speed recording that enables good printing.

従来のインクジェット記録ヘッドの長尺化に伴う課題を説明する正面図である。It is a front view explaining the subject accompanying lengthening of the conventional inkjet recording head. 従来のインクジェット記録ヘッドの長尺化に伴う基板の変形を説明する正面図である。It is a front view explaining the deformation | transformation of the board | substrate accompanying lengthening of the conventional inkjet recording head. 従来のインクジェット記録ヘッドの長尺化に伴うオリフィスプレートの変形を説明する正面図である。It is a front view explaining a deformation | transformation of the orifice plate accompanying the elongate of the conventional inkjet recording head. 従来のインクジェット記録ヘッドの長尺化に伴う課題を説明する正面図(a)と断面図(b)である。It is the front view (a) and sectional drawing (b) explaining the subject accompanying lengthening of the conventional inkjet recording head. 本発明のインクジェット記録ヘッドを説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the inkjet recording head of this invention. 本発明のインクジェット記録ヘッドを説明する図5のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 5 explaining the inkjet recording head of this invention. 本発明のインクジェット記録ヘッドを説明する図5のB−B断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 5 for explaining the ink jet recording head of the present invention. 本発明のインクジェット記録ヘッドを説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the inkjet recording head of this invention. 本発明のインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す工程図の一例である。It is an example of the process figure which shows the preparation methods of the inkjet recording head of this invention. 本発明のインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す工程図の一例である。It is an example of the process figure which shows the preparation methods of the inkjet recording head of this invention. 本発明のインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す工程図の一例である。It is an example of the process figure which shows the preparation methods of the inkjet recording head of this invention. 本発明の第4のインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the preparation methods of the 4th inkjet recording head of this invention. 本発明の第4のインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the preparation methods of the 4th inkjet recording head of this invention. 本発明の第4のインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the preparation methods of the 4th inkjet recording head of this invention. 本発明のインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す工程図の一例である。It is an example of the process figure which shows the preparation methods of the inkjet recording head of this invention. 本発明のインクジェット記録ヘッドに用いる梁を作製する為の開口部の形状の一例である。It is an example of the shape of the opening part for producing the beam used for the inkjet recording head of this invention. 本発明のインクジェット記録ヘッドに用いる梁を作製する為の開口部の形状の一例である。It is an example of the shape of the opening part for producing the beam used for the inkjet recording head of this invention. 本発明の第1のインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the preparation methods of the 1st inkjet recording head of this invention. 本発明の第2のインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the preparation methods of the 2nd inkjet recording head of this invention. 本発明のインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す工程図の一例である。It is an example of the process figure which shows the preparation methods of the inkjet recording head of this invention. 本発明の第3のインクジェット記録ヘッドの作製方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the preparation methods of the 3rd inkjet recording head of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101、201、301、401、501、601、701、801、802、901、1106、1201、1407、1501、1701、1801、1901、2001、2101 基板
102、202、303、402、503、1003、1302、1509 インク供給口
103、304、403、504、603、703、904、1107、1204、1408、1504、1804、1904、2004、2104 オリフィスプレート
104、305、404、506、605 吐出口
302、405、502、602、702、1002、1301、1508 共通液室
306 インク液滴
406、505、604、704 インク流路
507、606 発熱体
508、607、705、803、804、908、1103、1209、1406、1505、1809、1909、2008、2108 梁
805 流路部材
902、1202、1502、1802、1902、2002、2102 パッシベイション層
903、1203、1503、1803、1903、2003、2103 樹脂層
905、1101、1207、1403、1602、1702、1805、1905、2005、2105 第1マスク層
906、1601 第1開口部
907、1102、1208、1404、1703、1806、1906、2006、2106 第1溝
909、1104、1205、1401、1506 第2マスク層
910、1105、1206、1402 第2開口部
1001、1507 第2溝
1807 導電層
1808 電着層
1907 下敷き層
1908 無電解メッキ層
2007、2107 蒸着層
101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 802, 901, 1106, 1201, 1407, 1501, 1701, 1801, 1901, 2001, 2101 Substrate 102, 202, 303, 402, 503, 1003, 1302, 1509 Ink supply port 103, 304, 403, 504, 603, 703, 904, 1107, 1204, 1408, 1504, 1804, 1904, 2004, 2104 Orifice plate 104, 305, 404, 506, 605 Discharge port 302, 405, 502, 602, 702, 1002, 1301, 1508 Common liquid chamber 306 Ink droplet 406, 505, 604, 704 Ink flow path 507, 606 Heating element 508, 607, 705, 803, 804, 908, 1103 , 1209, 1406, 1505, 1809, 1909, 2008, 2108 Beam 805 Channel member 902, 1202, 1502, 1802, 1902, 2002, 2102 Passivation layer 903, 1203, 1503, 1803, 1903, 2003, 2103 Resin Layer 905, 1101, 1207, 1403, 1602, 1702, 1805, 1905, 2005, 2105 First mask layer 906, 1601 First opening 907, 1102, 1208, 1404, 1703, 1806, 1906, 2006, 2106 First Groove 909, 1104, 1205, 1401, 1506 Second mask layer 910, 1105, 1206, 1402 Second opening 1001, 1507 Second groove 1807 Conductive layer 1808 Electrodeposition layer 1907 Underlay layer 1908 Electrolytic plating layer 2007,2107 deposited layer

Claims (26)

共通液室と、インクを加熱して気泡を発生させインクを突出させる発熱抵抗体を有する基板と、該基板上に設けられた吐出口を有するオリフィスプレートとを備え、該オリフィスプレートの吐出口から該基板面に対し垂直方向にインク液滴を吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、該基板に基板を補強する梁を有し、該梁が略矩形であること特徴とするインクジェット記録ヘッド。   A common liquid chamber; a substrate having a heating resistor that heats ink to generate bubbles and protrudes the ink; and an orifice plate having a discharge port provided on the substrate, from the discharge port of the orifice plate An inkjet recording head for ejecting ink droplets in a direction perpendicular to the substrate surface, wherein the substrate has a beam for reinforcing the substrate, and the beam is substantially rectangular. 前記梁は、アルカリ溶液に対して耐性があることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。   The ink jet recording head according to claim 1, wherein the beam is resistant to an alkaline solution. 前記梁は、金属であることを特徴とする請求項1乃至2の何れかに記載のインクジェット記録ヘッド。   The inkjet recording head according to claim 1, wherein the beam is made of metal. 前記金属は、貴金属であることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のインクジェット記録ヘッド。   The ink jet recording head according to claim 1, wherein the metal is a noble metal. 前記梁の少なくとも一部は、基板に対してアンカーとなる部位を有することを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のインクジェット記録ヘッド。   The inkjet recording head according to claim 1, wherein at least a part of the beam has a portion serving as an anchor with respect to the substrate. 前記アンカーの少なくとも一部は、曲面であることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載のインクジェット記録ヘッド。   6. The ink jet recording head according to claim 1, wherein at least a part of the anchor is a curved surface. 前記梁は、基板裏面にあることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載のインクジェット記録ヘッド。   The ink jet recording head according to claim 1, wherein the beam is on a back surface of the substrate. 前記梁を構成する面の一つは、基板裏面と同一平面にあることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載のインクジェット記録ヘッド。   8. The ink jet recording head according to claim 1, wherein one of the surfaces constituting the beam is in the same plane as the back surface of the substrate. 前記基板は、シリコン単結晶体であることを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載のインクジェット記録ヘッド。   The ink jet recording head according to claim 1, wherein the substrate is a silicon single crystal. 前記共通液室を構成するシリコン単結晶体結晶方位は、(111)面よりなることを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載のインクジェット記録ヘッド。   10. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the crystal orientation of the silicon single crystal constituting the common liquid chamber is a (111) plane. 請求項1乃至10の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドを装備したプリンター。   A printer equipped with the ink jet recording head according to claim 1. 共通液室と、インクを加熱して気泡を発泡させインクを吐出させる発熱抵抗体を有する基板と、該基板上に設けられた吐出口を有するオリフィスプレートとを備え、該オリフィスプレートの吐出口から基板に対し垂直方向にインク液滴を吐出するインクジェット記録ヘッドの作製方法において、
(a)該梁形成用開口部より該基板をエッチングし、梁形成用溝を形成する工程(第1エッチング工程)
(b)該梁形成用溝に梁材料を充填する工程
(c)該インク供給口形成用開口部より該基板をエッチングし、インク供給口形成用溝を形成する工程(第2エッチング工程)
(d)該基板面に対して垂直方向に貫通孔を形成すると共に隣接する該インク供給口形成用溝を連通する連通孔を形成し、共通液室を形成すると共に、工程(d)の充填物の一部を基板より露出させ梁を形成する工程(第3エッチング工程)
の何れかの工程を用いることを特徴とする請求項1乃至11の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。
A common liquid chamber, a substrate having a heating resistor that heats ink to foam bubbles and ejects the ink, and an orifice plate having a discharge port provided on the substrate, from the discharge port of the orifice plate In a method of manufacturing an ink jet recording head that discharges ink droplets in a direction perpendicular to a substrate,
(A) A step of etching the substrate from the beam forming opening to form a beam forming groove (first etching step)
(B) A step of filling the beam forming groove with a beam material (c) A step of etching the substrate from the ink supply port forming opening to form an ink supply port forming groove (second etching step)
(D) A through hole is formed in a direction perpendicular to the substrate surface, a communication hole is formed to communicate with the adjacent ink supply port forming groove, a common liquid chamber is formed, and filling in step (d) A part of the object is exposed from the substrate to form a beam (third etching process)
The method for manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein any one of the steps is used.
前記工程(a)の前に該基板表面にパッシベイション層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至12の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。   The method for producing an ink jet recording head according to claim 1, further comprising a step of forming a passivation layer on the surface of the substrate before the step (a). 前記工程(a)の前に該基板裏面に梁形成用開口部を有する梁形成用マスク層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至13の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。   14. The inkjet recording head according to claim 1, further comprising a step of forming a beam forming mask layer having a beam forming opening on the back surface of the substrate before the step (a). Manufacturing method. 前記工程(c)の前に該梁形成用マスク層を除去し、インク供給口形成用開口部を有するインク供給口形成用マスク層を形成することを特徴とする請求項1乃至14の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。   15. The mask layer for forming an ink supply port having an opening for forming an ink supply port is formed by removing the beam forming mask layer before the step (c). A method for producing an ink jet recording head described in 1. 前記工程(d)の後にパッシベイション層を該基板裏面より除去する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至15の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。   16. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, further comprising a step of removing the passivation layer from the back surface of the substrate after the step (d). 前記梁は、電着法により形成されることを特徴とする請求項1乃至16の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。   The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the beam is formed by an electrodeposition method. 前記梁は、無電解メッキ法により形成されることを特徴とする請求項1乃至17の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。   18. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the beam is formed by an electroless plating method. 前記梁は、蒸着法により形成されることを特徴とする請求項1乃至18の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。   The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the beam is formed by a vapor deposition method. 前記第1、第2エッチング工程は、異方性エッチングであることを特徴とする請求項1乃至19の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。   The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the first and second etching steps are anisotropic etching. 前記第1、第2エッチング工程は、反応性イオンエッチングであることを特徴とする請求項1乃至20の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。   21. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the first and second etching steps are reactive ion etching. 前記第1、第2エッチング工程は、SF系ガス、CF系ガス、Cl系ガスの何れかの反応性ガスを用いることを特徴とする請求項1乃至21の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。   The inkjet recording head according to any one of claims 1 to 21, wherein the first and second etching steps use any one of a reactive gas such as an SF-based gas, a CF-based gas, and a Cl-based gas. Manufacturing method. 前記第1、第2エッチング工程は、保護膜形成とエッチングの繰り返しであることを特徴とする請求項1乃至22の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。   23. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the first and second etching steps are repeated formation of a protective film and etching. 前記第3エッチング工程は、異方性エッチングであることを特徴とする請求項1乃至23の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。   24. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the third etching step is anisotropic etching. 前記第3エッチング工程は、アルカリ水溶液を用いる結晶異方性エッチングであることを特徴とする請求項1乃至24の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。   25. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the third etching step is crystal anisotropic etching using an alkaline aqueous solution. 前記第3エッチング工程は、KOH、EDP、TMAH、ヒドラジンの何れかのエッチング溶液を用いることを特徴とする請求項1乃至25の何れかに記載のインクジェット記録ヘッドの作製方法。   26. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the third etching step uses an etching solution of any one of KOH, EDP, TMAH, and hydrazine.
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CN106274059A (en) * 2015-06-26 2017-01-04 佳能株式会社 The processing method of silicon substrate and the manufacture method of fluid ejection head substrate

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