JP2009525898A - プリントヘッド及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

プリントヘッド及びその製造方法を提供する。ポリマ基板の表面に付加素材層を配し、ノズル孔が液室に通流するようポリマ基板には液室をまた付加素材層にはノズル孔を形成してプリントヘッドを製造する。キャリア基板(32)上にマスク(34)を配したものをポリマ基板と積層し、エッチングを実行した後それらからポリマ基板をはがす。両面エッチングを実施してもよい(図3)。

Description

本発明は、ポリマ基板を用いた流体室/流路形成方法及びそのポリマ基板を組み込んだデバイス、例えばポリマ基板が組み込まれたプリントヘッド及びその製造方法に関する。
既知のプリントヘッドの中にはポリマ製ノズルプレートを備えるものがある。例えばプリントヘッド及びその製造方法に関する特許文献1(発行日:2003年3月20日)では、加熱素子付きのシリコン基板を障壁層例えばフォトレジスト又はポリマ素材の層で覆う。シリコン基板にはサンドブラストによってスロット状のインク流路を形成する。他方の障壁層には、フォトリソグラフィによりパターンを形成し、そのパターンをガイドとしてエッチングすることによりインク流路に通流する複数個のインク室及びそれらインク室間を仕切る隔壁を形成する。そして、その障壁層を積層プロセスによりポリマ製ノズルプレートに固着させることによりプリントヘッドを製造する。ノズルプレートにおけるノズル孔の形成はレーザアブレーションやフォトレジストリソグラフィで行う。
また、インクジェットプリントヘッドに関する特許文献2(発行日:1994年3月1日)では、インクジェットプリントヘッドを製造する際にまずポリマ素材にレーザアブレーションでインク吐出孔(ノズル孔/オリフィス)、インク流路、気化室等を形成し、それによって得られるノズル部材を、各オリフィスに対応する加熱素子を有する基板上に装着する。
米国特許出願公開第2003/0052947号明細書 米国特許第5291226号明細書 米国特許第5378137号明細書 米国特許第5469199号明細書 米国特許第6209203号明細書 米国特許第6412928号明細書 米国特許第6450619号明細書 米国特許第6491376号明細書 米国特許第6663221号明細書 米国特許第5229785号明細書 米国特許第6106096号明細書 米国特許出願公開第2002/0041301号明細書 米国特許出願公開第2003/0224614号明細書 米国特許出願公開第2005/0253902号明細書
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、障壁層に載せるとその図1、図2等にある通りポリマ製ノズルプレートが部分的に沈み込みねじれるので、ノズルからインクが真っ直ぐに飛ばないことがある。また、この種のプリントヘッドは構造的な剛性に欠けるところがあり、例えばページ幅プリントヘッド向けの長さまで長くするのが難しい。加えて、ポリマ製ノズルプレートを障壁層上に載せる際に、そのポリマ製ノズルプレートをシリコン基板側造形部分に対しうまく位置合わせできないこともある。
また、特許文献2に記載の方法では、レーザアブレーションがややダーティなプロセスであるためその実施後にしばしばポリマ素材を掃除しなければならず、製造コストや製造工程数が嵩んでしまう。更に、従来より広い面積のポリマ素材上に、場所を違えずレーザアブレーションで造形を施すのは難しい。加えて、レーザアブレーションはマイクロエレクトロニクスの分野であまり一般的でないプロセスであるので、レーザアブレーションを使用するとプリントヘッド製造方法、例えば集積回路付きモノリシックプリントヘッド製造方法の難度が増してしまう。
ここに、本発明の一実施形態に係るプリントヘッド製造方法は、第1面及び第2面を有するポリマ基板を準備するステップと、ポリマ基板の第1面上に付加素材層を設けるステップと、ポリマ基板の第2面上にパターン付きのキャリア基板を配するステップと、ポリマ基板のうちキャリア基板のパターンで覆われていない部分又はその一部をエッチングにより除去するステップと、を有する。
本発明の他の実施形態に係るプリントヘッドは、ポリマ基板と、ポリマ基板の表面に配された付加素材層と、を備え、ノズル孔が液室に通流するようポリマ基板には液室がまた付加素材層にはノズル孔がそれぞれ形成されたプリントヘッドである。
以下、別紙図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態に関し詳細に説明する。
以下の説明では、本発明に係る装置の構成部分又はそれと密に連携する部分に的を絞ることにする。子細に説明していない部材や説明がない部材については、本件技術分野で習熟を積まれた方々(いわゆる当業者)にとり周知の諸形態を採りうるものと了解されたい。また、以下の説明では、同様の部材を参照する際に可能な限り同じ参照符号を使用するようにしている。
更に、本願では「プリントヘッド」なる用語を使用しているが、ご存じの通り、今日ではプリントヘッドがインクに限らず様々な流体の吐出に使用されている。例えば薬剤、インク、染料、顔料、(半)導電性有機物、金属粒子等の様々な物質である。従って、本願にて「プリントヘッド」なる語を使用していることは本発明が「インク吐出装置」に限定されることを意味するものではない。
図1に本発明の第1及び第2実施形態に係るプリントヘッド10を示す。このヘッド10は、ポリマ基板(polymeric substrate)14に設けられた液室(liquid chamber)12と、その液室12と通流するよう別の素材からなる層18に設けられた1個又は複数個のノズル孔(nozzle bore)16とを有している。この図(及び図2〜図7B)の例では付加素材層(material layer)18(又は層18a,18b)が単層であるが、層18は多層構造即ち互いに同種又は異種の素材からなる層を複数個重ねた構造にすることもでき、また複数の付加素材層18a,18bを設ける場合は各層18a,18bをそれぞれ多層構造にすることができる。
本プリントヘッド10は更に液例えばインクの流路(channel)20を有している(但しこれは必須ではない)。この流路20は、付加素材層18内又はそれと類似した特性を有する素材による層22内に、液室12と通流するよう設けられている。この層22もまた、互いに同種又は異種の素材からなる層を複数個重ねた多層構造にすることができる。本ヘッド10においてノズルプレート28をかたちづくっているのは、これら液室12、ノズル孔16及び(設ける場合は)流路20である。
本プリントヘッド10は更にマニホルド部(manifold)24を有している。マニホルド部24は、本件技術分野で既知の通り何本かの流路、何個かの液滴形成機構(drop forming mechanism)26又はその双方からなる部材である。流路や液滴形成機構26はそれぞれ1個又は複数個の液室12に対応して設ける。マニホルド部24側の流路は流路20と同様の構成でよく、液滴形成機構26は1個又は複数個のヒータ、圧電アクチュエータ等で構成できる。液滴形成機構26は、マニホルド部24ではなく付加素材層18(又は層18a,18b)に設けることもできる。また、マニホルド部24及び付加素材層18(又は層18a,18b)の双方に、液滴形成機構26を設けることもできる。この点については特許文献6(発行日:2002年7月2日、発明者:Anagnostopoulos et al.)、特許文献7(発行日:2002年9月17日、発明者:Anagnostopoulos et al.)、特許文献8(発行日:2002年12月10日、発明者:Trauernicht et al.)等を参照されたい。機構26を設ける場合はノズル孔16とほぼ同じ位置に設けるのが普通であるが、その位置がどうであれ液滴形成機構26が液室12内の液から液滴を生成する動作には障りなく、また本件技術分野で既知の連続方式でもオンデマンド方式でも動作させることができる。
そして、付加素材層18を形成する素材としてはいわゆるハードコートボア素材を使用するとよい。例えば窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化シリコン、ポリシロキサン、ポリシラン、ポリBCB(ベンゾシクロブテン)等である。ノズル孔16を層18に設けるのは、それによって、ノズル孔16の壁を形成する素材を本プリントヘッド10の他の造形部分例えば液室12の壁を形成する素材と別素材にすることができ、また孔16が形成される層が本ヘッド10の他の層例えばポリマ基板14と別の層になるからである。原則としては他のヘッド形成素材より硬い素材で層18を形成するのが望ましいが、本ヘッド10を形成する他の素材と同程度の硬さ又は若干劣る程度の硬さでも使用することができる。そうした素材であれば、以下説明する実施形態で使用する腐食剤(エッチング剤)なら、層18のエッチング速度が基板14のそれ以下になるのが普通である。また、金属等で形成されていた従来のノズル孔形成部に比べると層18は厚手である。以下説明する好適な実施形態では、層18は基板14より薄くなっている。
以下詳細に説明する通り、本発明には流路20を形成しない実施形態と流路20を形成する実施形態がある。図2及び図3に示したのは各実施形態に係る製造方法のうちノズルプレート形成の手順であり、プリントヘッド10を完成させるには各図の手順で形成したノズルプレート28を本件技術分野で既知の手順でマニホルド部24に固着させる必要がある。そのマニホルド部24には(流路20とはまた別に)何本かの流路や何個かの液滴形成機構26を設け、液滴をノズル孔16から吐出させた後液室12を再充填できるようにしておくとよい。
まず、流路20を形成しない第1実施形態では、図2に示すように、準備したポリマ基板14の片面を別の基板(another substrate)32例えばガラス又はシリコン製のキャリア基板の表面に仮固定して基板14と基板32を積層する。更に、この積層と相前後して基板32に液室形成用マスク(liquid chamber mask)34を被着させる。基板32をマスク34や本件技術分野で既知のマスクレス法でパターニングしてから基板同士を積層させてもよい。
次いで、堆積によりポリマ基板14の他面上に付加素材層18を形成した上で、液室形成用マスク34をガイドとしキャリア基板32、積層剤36及び基板14をエッチングし液室12を形成する。基板同士を積層させる前に基板32をパターニングしてある場合は、基板32をガイドとして積層剤36及び基板14をエッチングして液室12を形成する。いずれの場合も、エッチングを基板14の中途で止めて液室12の一部だけを形成してもよい。
更に、ポリマ基板14の表面にある付加素材層18の表面に、フォトレジスト、金属等を素材とする薄い層を被着させ、その層をノズル孔形成用マスク(bore mask)38として用い層18をエッチングしてノズル孔16を開通させる。先のエッチングで基板14を中途までしかエッチングしていない場合は更に基板14をエッチングして孔16を液室12につなげる。マスク38は層18の表面上に残してもよいしエッチングその他の手段で除去してもよい。層18を残しつつマスク38を取り除ける性質の腐食剤を使用すればエッチングにより除去できる等、既知の様々な手段で除去可能である。エッチング終了後は基板14をキャリア基板32からはがしてノズルプレート28を分離させるか、或いは積層状態のままプレート28として使用する。
次に、流路20を形成する第2実施形態では、図3に示すように準備したポリマ基板14の片面に堆積によって第1付加素材層18aを形成した後その基板14を裏返し、その基板14の表面上にある層18aの表面をキャリア基板32に仮固定して基板同士を積層する。この積層手順については後に図5〜図7Bを参照してより詳細に説明する。
更に、基板同士の積層に前後してキャリア基板32に液室形成用マスク34を被着させる。基板32をマスク34や本件技術分野で既知のマスクレス法でパターニングしてから基板同士を積層させてもよい。基板同士の積層が済んだら堆積によりポリマ基板14の他面(第1素材層非形成面)上に第2付加素材層18bを形成し、次いでマスク34をガイドとして基板32、積層剤36、第1付加素材層18a及び基板14をエッチングして液室12を形成する。基板同士を積層させる前に基板32をパターニングしてある場合は、その基板32をガイドとして積層剤36、層18a及び基板14をエッチングして液室12を形成する。いずれの場合も、エッチングを基板14の中途で止めて液室12の一部だけを形成してもよい。
次いで、ポリマ基板14の表面にある第2付加素材層18bの表面に、フォトレジスト、金属等を素材とする薄い層を被着させ、その層即ちノズル孔形成用マスク38をガイドとして層18bをエッチングしノズル孔16を開通させる。先のエッチングで基板14を中途までしかエッチングしていない場合は更に基板14をエッチングして孔16を液室12につなげる。マスク38は層18bの表面上に残してもよいしエッチングその他の手段で除去してもよい。層18bを残しつつマスク38を取り除ける性質の腐食剤を使用すればエッチングにより除去できる等、既知の様々な手段で除去可能である。エッチング終了後は、第1付加素材層18aをキャリア基板32からはがしてノズルプレート28を分離させるか、或いは積層状態のままプレート28として使用する。
また、図4A〜図4Cに示すように、ノズルプレート28内の液室12を図2及び図3の例より広くし、各液室12を複数個のノズル孔16に通流させることも可能である。
まず、図4Aの手順では、準備したポリマ基板14の片面を別の基板32例えばガラス又はシリコン製のキャリア基板の表面に仮固定して基板同士を積層させ、それと相前後して基板32に液室形成用マスク34を被着させる。基板同士を積層する前に基板32をマスク34や本件技術分野で既知のマスクレス法でパターニングしてもよい。マスク34は、図2又は図3に示したマスク34で形成できるものに比べ広い液室12を形成できるよう設計しておく。
次いで、堆積によりポリマ基板14の他面上に付加素材層18を形成した後、液室形成用マスク34をガイドとしてキャリア基板32、積層剤36及び基板14をエッチングして液室12を形成する。基板同士を積層する前に基板32をパターニングしてある場合は、基板32をガイドとして積層剤36及び基板14をエッチングして液室12を形成する。いずれの場合も、エッチングを基板14の中途で止めて液室12の一部だけを形成してもよい。
更に、ポリマ基板14の表面にある付加素材層18の表面に、フォトレジスト、金属等を素材とする薄い層を被着させ、その層即ちノズル孔形成用マスク38をガイドとして層18をエッチングしノズル孔16を開通させる。先のエッチングで基板14を中途までしかエッチングしていない場合は更に基板14をエッチングして孔16を液室12につなげる。マスク38は層18の表面上に残してもよいしエッチングその他の手段で除去してもよい。層18を残しつつマスク38を取り除ける性質の腐食剤を使用すればエッチングにより除去できる等、既知の様々な手段で除去可能である。エッチング終了後は、基板14を基板32からはがしてノズルプレート28を分離させるか、或いは積層状態のままプレート28として使用する。
次に、図4Bの手順では、図3、図5〜図7Bに示す手順と同じく堆積によりポリマ基板14の両面上に付加素材層18を形成する。本手順では、まず積層剤36を用い基板14の一方の面をキャリア基板32の表面に仮固定して基板同士を積層し、また堆積により基板14の他方の面上に第1付加素材層18aを形成する。更に、基板14を層18aごと基板32からはがして裏返し、その表面上にある層18aの表面を積層剤36によって基板32の表面に仮固定して基板同士を積層させる一方、堆積により基板14の他面上に第2付加素材層18bを形成する。
更に、基板同士の積層と相前後してキャリア基板32に液室形成用マスク34を被着させる。基板同士を積層させる前に基板32をマスク34や本件技術分野で既知のマスクレス法でパターニングしてもよい。液室12は、そのマスク34をガイドとして使用し基板32、積層剤36、第1付加素材層18a及び基板14をエッチングすることで形成する。基板同士を積層させる前に基板32をパターニングしてある場合は、その基板32をガイドとして積層剤36、層18a及び基板14をエッチングして液室12を形成する。いずれの場合も、エッチングを基板14の中途で止めて液室12の一部だけを形成するようにしてもよい。
次いで、ポリマ基板14の表面にある第2付加素材層18bの表面にノズル孔形成用マスク38を被着させ、それをガイドとして層18bをエッチングして孔16を複数個ずつ開通させる。先のエッチングで基板14を中途までしかエッチングしていない場合は更に基板14をエッチングして孔16を液室12につなげる。マスク38は層18bの表面上に残したままにしておいてもよいしエッチングその他の手段で除去してもよい。層18bを残しつつマスク38を取り除ける性質の腐食剤を使用すればエッチングにより除去できる等、既知の様々な手段で除去可能である。エッチング終了後は、第1付加素材層18aをキャリア基板32からはがしてノズルプレート28を分離させるか、或いは層18aを基板32に固着させたままプレート28として使用する。
そして、図4Cに示す手順では、図3、図5〜図7Bに示すような手順に従い堆積によりポリマ基板14の両面上に付加素材層18を形成する。本手順では、まず積層剤36を用い基板14の一方の面をキャリア基板32の表面に仮固定して基板同士を積層する一方、堆積により基板14の他面上に第1付加素材層18aを形成し更にその層18aにパターニングを施す。層18aへのパターニングでは、基板32に対するパターニングに比べ細かな造形部分を形成できる。その後は層18aもろとも基板14を基板32からはがして裏返し、その表面にある層18aの表面を積層剤36により基板32に仮固定して基板同士を積層する一方、堆積により基板14の他面上に第2付加素材層18bを形成する。
更に、基板同士の積層に相前後しキャリア基板32に液室形成用マスク34を被着させる。基板同士を積層させる前に基板32をマスク34や本件技術分野で既知のマスクレス法でパターニングしてもよい。液室12は、そのマスク34及び層18aをガイドとして基板32、積層剤36、基板32及び基板14をエッチングして形成する。基板同士を積層する前に基板32をパターニングしてある場合は、層18aをガイドとして積層剤36及び基板14をエッチングして液室12を形成する。いずれの場合も、基板14の中途でエッチングを止めて液室12を部分形成するに止めてもよい。
次いで、ポリマ基板14の表面にある第2付加素材層18bの表面にノズル孔形成用マスク38を被着させ、それをガイドとして層18bをエッチングしノズル孔16を複数個ずつ開通させる。先のエッチングで基板14を中途までしかエッチングしていない場合は更に基板14をエッチングして孔16を液室12につなげる。マスク38は層18bの表面上に残したままにしておいてもよいしエッチングその他の手段で除去してもよい。層18bを残しつつマスク38を取り除ける性質の腐食剤を使用すればエッチングにより除去できる等、既知の様々な手段で除去可能である。エッチング終了後は、第1付加素材層18aをキャリア基板32からはがしてノズルプレート28を分離させるか、或いは積層状態のままでプレート28として使用する。
更に、図5〜図7Bに示すように、本発明の諸実施形態における液室形成用エッチング工程は様々な形態で実行できる。そこで、ノズル孔非形成面側からエッチングするいわゆる背面エッチングについて図5を、両面から少しずつ両側から行ってつなげるいわゆる両側部分エッチングについて図6A及び図6Bを、そしてノズル孔形成面側からエッチングするいわゆる正面エッチングについて図7A及び図7Bを、それぞれ参照してより詳細に説明する。
図5に示す背面エッチング手順では、まずポリマ基板14の一方の面を積層剤36でキャリア基板32の表面に仮固定して基板同士を積層し、堆積によりその基板14の他方の面上に第1付加素材層18aを形成する。次いで、層18aもろとも基板14を基板32からはがして裏返し、その表面上の層18aの表面を積層剤36で基板32に仮固定して基板同士を積層させる一方、堆積によりその基板14の他面上に第2付加素材層18bを形成する。
次いで、その第2付加素材層18bに液室形成用マスク34を被着させ、少なくともそのマスク34をガイドとして層18b(及びポリマ基板14)をエッチングする。層18bのエッチングによって形成される流路20は、後に1個又は複数個のノズル孔16が形成されたとき(基板14のエッチング個所を介し)それに通流する。また、マスク34をガイドとして層18bをエッチングした後その層18bをガイドとして基板14をエッチングしてもよいし、マスク34をガイドとして層18b及び基板14双方をエッチングしてもよい。更に、マスク34を層18bの表面に残してもよいしエッチングその他の手段で除去してもよい。層18bを残しつつマスク34を取り除ける性質の腐食剤を使用すればエッチングにより除去できる等、既知の様々な手段で除去可能である。
更に、その片面上にある第1付加素材層18aをキャリア基板32からはがした上で基板14を裏返し、更に他面上にある層18bを基板32に仮固定することで基板同士を積層し直す。次に、ノズル孔形成用マスク38を層18aの表面に被着させ、そのマスク38をガイドとして層18aをエッチングしノズル孔16を開通させる。マスク38は層18a上に残してもよいしエッチングその他の手段で除去してもよい。層18aを残しつつマスク34を取り除ける性質の腐食剤を使用すればエッチングにより除去できる等、既知の様々な手段で除去可能である。エッチング終了後は、例えば層18bを基板32からはがしてノズルプレート28を分離させる。
図6Aに示す両面部分エッチング手順では、まず準備したポリマ基板14の一方の面を積層剤36でキャリア基板32の表面に仮固定して基板同士を積層し、堆積により基板14の他方の面上に第1付加素材層18aを形成する。次いで、層18aもろとも基板14を基板32からはがして裏返し、その面上の層18aの表面を積層剤36で基板32に仮固定して基板同士を積層させる一方、堆積によりその基板14の他面上に第2付加素材層18bを形成する。
次いで、その第2付加素材層18bに液室形成用マスク34を被着させ、少なくともそのマスク34をガイドとして層18bとポリマ基板14の中途までとをエッチングする。層18bのエッチングにより形成される流路20は、後に1個又は複数個のノズル孔16が形成されたとき、基板14のエッチング個所を介しそれに通流する。また、マスク34をガイドとして層18bをエッチングした後その層18bをガイドとして基板14をエッチングしてもよいし、マスク34をガイドとして層18b及び基板14双方をエッチングしてもよい。更に、マスク34を層18bの表面に残してもよいしエッチングその他の手段で除去してもよい。層18bを残しつつマスク34を取り除ける性質の腐食剤を使用すればエッチングにより除去できる等、既知の様々な手段で除去可能である。
更に、その片面上にある第1付加素材層18aをキャリア基板32からはがした上でポリマ基板14を裏返し、他面上にある層18bを基板32に仮固定することで基板同士を積層し直す。その上で、ノズル孔形成用マスク38を層18aの表面に被着させ、少なくともそのマスク38をガイドとして層18a及び基板14の未貫通部分をエッチングしてノズル孔16を開通させる。また、マスク38をガイドとして層18aをエッチングした後その層18aをガイドとして基板14の未貫通部分をエッチングしてもよいし、マスク34をガイドとして層18a及び基板14の未貫通部分をエッチングしてもよい。更に、マスク38を層18aの表面に残してもよいしエッチングその他の手段で除去してもよい。層18aを残しつつマスク38を取り除ける性質の腐食剤を使用すればエッチングにより除去できる等、既知の様々な手段で除去可能である。エッチング終了後は、例えば層18bを基板32からはがしてノズルプレート28を分離させる。
図6Bに示す別の両面部分エッチング手順では、まず準備したポリマ基板14の一方の面を積層剤36でキャリア基板32の表面に仮固定して基板同士を積層し、堆積により基板14の他面上に第1付加素材層18aを形成する。
次いで、その第1付加素材層18aに液室形成用マスク34を被着させ、少なくともそのマスク34をガイドとして層18aとポリマ基板14の中途までとをエッチングする。層18aのエッチングで形成される流路20は、後に1個又は複数個のノズル孔16が形成されたとき、基板14のエッチング個所を介してそれに通流する。また、マスク34をガイドとして層18aをエッチングした後その層18aをガイドとしてポリマ基板14をエッチングしてもよいし、マスク34をガイドとして層18a及び基板14双方をエッチングしてもよい。更に、マスク34を層18aの表面に残してもよいしエッチングその他の手段で除去してもよい。層18aを残しつつマスク34を取り除ける性質の腐食剤を使用すればエッチングにより除去できる等、既知の様々な手段で除去可能である。
更に、第1付加素材層18aもろともポリマ基板14をキャリア基板32からはがして裏返し、基板14の表面にある層18aの表面を積層剤36で基板32に仮固定して基板同士を積層し直す一方、堆積により基板14の他面上に第2付加素材層18bを形成する。その上でノズル孔形成用マスク38を層18bの表面に被着させ、少なくともそのマスク38をガイドとして層18b及び基板14の未貫通部分をエッチングしノズル孔16を開通させる。また、マスク38をガイドとして層18bをエッチングした後その層18bをガイドとしてポリマ基板14をエッチングしてもよいし、マスク38をガイドとして層18b及び基板14の未貫通部分双方をエッチングしてもよい。更に、マスク38を層18bの表面に残してもよいしエッチングその他の手段で除去してもよい。層18bを残しつつマスク38を取り除ける性質の腐食剤を使用すればエッチングにより除去できる等、既知の様々な手段で除去可能である。エッチング終了後は、例えば層18aを基板32からはがしてノズルプレート28を分離させる。
図7Aに示す正面エッチング手順では、まず準備したポリマ基板14の一方の面を積層剤36でキャリア基板32の表面に仮固定して基板同士を積層し、堆積により基板14の他面上に第1付加素材層18aを形成する。次いで、層18aもろとも基板14を基板32からはがして裏返し、その表面上にある層18aの表面を積層剤36で基板32に仮固定して基板同士を積層させる一方、堆積によりその基板14の他面上に第2付加素材層18bを形成する。
次いで、その第2付加素材層18bにノズル孔/液室形成用マスク40を被着させ、少なくともそのマスク40をガイドとして層18bをエッチングしノズル孔16を、また少なくともそのマスク40をガイドとしてポリマ基板14を(最後又は中途まで)エッチングし液室12(の全体又は一部)を、それぞれ形成する。また、マスク40をガイドとして層18bをエッチングした後その層18bをガイドとして基板14をエッチングしてもよいし、マスク40をガイドとして層18b及び基板14双方をエッチングしてもよい。更に、マスク40を層18bの表面に残してもよいしエッチングその他の手段で除去してもよい。層18bを残しつつマスク40を取り除ける性質の腐食剤を使用すればエッチングにより除去できる等、既知の様々な手段で除去可能である。
更に、その片面上にある第1付加素材層18aをキャリア基板32からはがした上でポリマ基板14を裏返し、他面上にある層18bを基板32に仮固定して基板同士を積層し直す。その上で流路/液室形成用マスク42を層18aの表面に被着させ、少なくともそのマスク42をガイドとしてエッチングする。層18aのエッチングで形成される流路20は、後に1個又は複数個のノズル孔16が形成されたときそれに通流する。必要なら更に、少なくともマスク42をガイドとして基板14(の残りの厚み)をエッチングすることにより、液室12を仕上げることができる。また、マスク42をガイドとして層18aをエッチングした後その層18aをガイドとして基板14をエッチングしてもよいし、マスク42をガイドとして層18a及び基板14(の未貫通部分)双方をエッチングしてもよい。更に、マスク42を層18aの表面に残してもよいしエッチングその他の手段で除去してもよい。層18aを残しつつマスク42を取り除ける性質の腐食剤を使用すればエッチングにより除去できる等、既知の様々な手段で除去可能である。エッチング終了後は、例えば層18bを基板32からはがしてノズルプレート28を分離させる。
図7Bに示す別の正面エッチング手順では、まず準備したポリマ基板14の一方の面を積層剤36でキャリア基板32の表面に仮固定して基板同士を積層し、堆積により基板14の他面上に付加素材層18を形成する。
次いで、その付加素材層18にノズル孔/液室形成用マスク40を被着させ、少なくともそのマスク40をガイドとして層18及びポリマ基板14をエッチングしてノズル孔16及び液室12を開通させる。また、マスク40をガイドとして層18をエッチングした後その層18をガイドとして基板14をエッチングしてもよいし、マスク40をガイドとして層18及び基板14双方をエッチングしてもよい。更に、マスク40を層18の表面に残してもよいしエッチングその他の手段で除去してもよい。層18を残しつつマスク40を取り除ける性質の腐食剤を使用すればエッチングにより除去できる等、既知の様々な手段で除去可能である。エッチング終了後は、例えば層18を基板32からはがしてノズルプレート28を分離させる。
以上、図1〜図7Bを参照して説明した諸実施形態では幾つかの製造工程でエッチングを実施している。それらのエッチング工程ではドライエッチングその他の真空系エッチングプロセスを使用するのが望ましい。それは、その種のプロセスなら非等方的又は単方向的にエッチングを進行させることができ、従ってパターンを高い忠実度で再現できるためである。特に、本発明の諸実施形態で好適に使用できるエッチングプロセスは反応性イオンエッチング(RIE)プロセス、例えば酸素プラズマRIEプロセスである。このプロセスは他種プロセスに比べ微細電子回路製造工程に組み込みやすく、しかも(とりわけ基板表面上における)造形部分の形成位置を他種製造手法に比べタイトに制御できるのが普通である。気体酸素含有プラズマによるエッチングは、例えばポリマ基板14やポリシロキサン、ポリシラン、ポリイミド、ポリBCB等の層(例えば18、18a又は18b)をエッチングするときに使用するとよい。また、別種エッチングプロセス例えば別物質によるエッチングプロセスも使用できる。例えばフッ素系物質によるエッチングは、窒化シリコン、酸化シリコン等の層(18、18a又は18b)をエッチングするときや、ポリマ基板14或いはポリシロキサン、ポリイミド、ポリシラン、ポリBCB等の層(18、18a又は18b)を深くエッチングするときに、使用するとよい。
付加素材層18、18a及び18bは無機膜としても有機膜としても形成できる。その形成に使用できる無機素材としては例えば窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン、炭化シリコン等のシリコン化合物の他、ガラスや酸化アルミニウム等があり、有機素材としてはポリシロキサン、ポリシラン、ポリイミド、ポリBCB等をベースにした素材がある。また、層18、18a及び18bはそれぞれ単層構造でも互いに同種又は異種素材からなる層を複数個重ねた多層構造でもよい。層18、18a及び18bの厚みは原則として0.5〜10μmの範囲内とする。1〜6μmの範囲内ならより望ましく、2〜4μmの範囲内なら更に望ましい。
ポリマ基板14の素材としては様々な素材を使用できる。その例としてはポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル類の他、ポリエーテルスルホン、ポリノルボルネン、ポリカーボネート、ポリシクロオレフィン、ポリアクリラート、ポリイミド等をベースとしたポリマがある。基板14の厚みは原則として25〜300μmの範囲内とする。50〜200μmの範囲内ならより望ましく、75〜125μmの範囲内なら更に望ましい。
層18、18a及び18bを形成するための堆積手法としては本件技術分野で既知のあらゆる手法を使用できる。その例としてはスパッタリング、電子ビーム蒸着、熱蒸着、化学気相成長、スピンコート等がある。
また、製造工程のうち層同士を仮固定する積層プロセスや仮固定した層同士をはがす剥離プロセスも、本件技術分野で既知のあらゆる手法で実施できる。例えば積層は高温積層プロセス、低温積層プロセス、ニップローラ利用積層プロセス、加圧ダイアフラム利用積層プロセス、真空下積層プロセス等で実行できる。更に、使用する積層剤は使用する積層プロセスに応じて決める。例えば本件技術分野で既知の紫外線硬化性接着剤、熱硬化性接着剤、加圧硬化性接着剤等を使用するとよい。使用できる接着剤の例としては、例えば米国カリフォルニア州ヘイワード所在のDelphon Industriesの一部門であるGel−Pakが製造しているエラストマ性接着剤や、大阪市所在の日東電工株式会社が製造している熱リリーステープがある。剥離は例えば熱剥離、紫外線剥離、加圧剥離、溶剤剥離、ドライエッチング剥離等で実行できる。
更に、処理した面同士を接触させるとその面同士が十分強く接着するよう積層対象物を表面処理しておき、それらの面同士を接触させることによっても、積層を実施することもできる。その種の表面処理の例としては、酸素又は窒素プラズマによる処理、オゾンによる処理、交差結合性分子からなる薄い単分子層の形成等がある。
そして、上述の製造方法はそのポリマ基板内に流体室や流路があるデバイスの製造一般に適用できる。その例としては一般にページ幅プリントヘッドと呼ばれているタイプのプリントヘッド、例えば特許文献9(発行日:2003年12月16日、発明者:Anagnostopoulos et al.)に記載のヘッドがある。ページ幅プリントヘッドは印刷媒体の差し渡しとほぼ同じ長さを有する長尺のプリントヘッドのことであり、その長さはそのヘッドが使用される用途によって決まる。従って、ページ幅プリントヘッドの長さが1インチに満たないこともあるし24インチを超えることもある(1インチ=約2.54×10-2m)。
本発明の第1及び第2実施形態に係るプリントヘッドを示す模式図である。 本発明の第1実施形態に係るプリントヘッドの製造方法を示す模式図である。 本発明の第2実施形態に係るプリントヘッドの製造方法を示す模式図である。 本発明の第3実施形態に係るプリントヘッドの製造方法を示す模式図である。 本発明の第4実施形態に係るプリントヘッドの製造方法を示す模式図である。 本発明の第5実施形態に係るプリントヘッドの製造方法を示す模式図である。 本発明の諸実施形態に係るプリントヘッドの他の製造方法を示す模式図である。 本発明の諸実施形態に係るプリントヘッドの他の製造方法を示す模式図である。 本発明の諸実施形態に係るプリントヘッドの他の製造方法を示す模式図である。 本発明の諸実施形態に係るプリントヘッドの他の製造方法を示す模式図である。 本発明の諸実施形態に係るプリントヘッドの他の製造方法を示す模式図である。

Claims (20)

  1. 第1面及び第2面を有するポリマ基板を準備するステップと、
    ポリマ基板の第1面上に付加素材層を設けるステップと、
    ポリマ基板の第2面上にパターン付きのキャリア基板を配するステップと、
    ポリマ基板のうちキャリア基板のパターンで覆われていない部分又はその一部をエッチングにより除去するステップと、
    を有するプリントヘッド製造方法。
  2. 請求項1記載のプリントヘッド製造方法であって、
    付加素材層上にマスクを配するステップと、
    マスクで覆われていない部分を含め付加素材層の一部をエッチングにより除去するステップと、
    を有するプリントヘッド製造方法。
  3. 請求項2記載のプリントヘッド製造方法であって、付加素材層のうちエッチング後に残ったパターンを使用し、ポリマ基板のうち当該付加素材層パターンで覆われていない部分をエッチングにより除去するステップを有するプリントヘッド製造方法。
  4. 請求項3記載のプリントヘッド製造方法であって、ポリマ基板をパターン付きのキャリア基板からはがすステップを有するプリントヘッド製造方法。
  5. 請求項2記載のプリントヘッド製造方法であって、ポリマ基板をパターン付きのキャリア基板からはがすステップを有するプリントヘッド製造方法。
  6. 請求項2記載のプリントヘッド製造方法であって、付加素材層からマスクを除去するステップを有するプリントヘッド製造方法。
  7. 請求項1記載のプリントヘッド製造方法であって、
    キャリア基板をパターニングするステップと、
    パターニングしたキャリア基板をポリマ基板と積層するステップと、
    を有し、それらのステップによりポリマ基板の第2面上にパターン付きのキャリア基板を配するプリントヘッド製造方法。
  8. 請求項1記載のプリントヘッド製造方法であって、ポリマ基板のうちキャリア基板のパターンで覆われていない部分又はその一部を除去することによってプリントヘッドの液室を形成するプリントヘッド製造方法。
  9. ポリマ基板と、ポリマ基板の表面に配された付加素材層と、を備え、
    ノズル孔が液室に通流するようポリマ基板には液室がまた付加素材層にはノズル孔がそれぞれ形成されたプリントヘッド。
  10. 請求項9記載のプリントヘッドであって、
    ポリマ基板の表面のうち上記付加素材層即ち第1付加素材層が配されている第1面とは別の面である第2面上に配された第2付加素材層を備え、
    第2付加素材層に液用の流路が形成されたプリントヘッド。
  11. 請求項9記載のプリントヘッドであって、液室と連携する液滴形成機構を備えるプリントヘッド。
  12. 請求項11記載のプリントヘッドであって、液滴形成機構が付加素材層に設けられたプリントヘッド。
  13. 請求項11記載のプリントヘッドであって、その上に液滴形成機構が設けられた基板状のマニホルド部を備えるプリントヘッド。
  14. 請求項9記載のプリントヘッドであって、ポリマ基板がポリエステル系素材及びポリイミド系素材のうち少なくとも一種類を含むプリントヘッド。
  15. 請求項9記載のプリントヘッドであって、付加素材層がSiN、SiO2及びSiONのうち少なくとも一種類の素材を含むプリントヘッド。
  16. 請求項9記載のプリントヘッドであって、付加素材層がポリシロキサン、ポリシラン、ポリベンゾシクロブテン及びポリイミド系素材のうち少なくとも一種類を含むプリントヘッド。
  17. 請求項9記載のプリントヘッドであって、付加素材層を複数個備えるプリントヘッド。
  18. 請求項9記載のプリントヘッドであって、ページ幅プリントヘッドであるプリントヘッド。
  19. 請求項9記載のプリントヘッドであって、付加素材層の厚みが10μm未満であるプリントヘッド。
  20. 請求項10記載のプリントヘッドであって、第2付加素材層が第1付加素材層のそれと同種の素材を含むプリントヘッド。
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