JP2010208246A - インクジェットプリンタヘッドのインク溜めの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 クラックを発生することなく基板にインク溜めをレーザ加工可能なインクジェットプリンタヘッドのインク溜めの加工方法を提供することである。
【解決手段】 インクジェットプリンタヘッドのインク溜めの加工方法であって、基板に対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該基板の内部に位置づけると共に、形成すべきインク溜めの輪郭に沿ってレーザビームを照射して該基板の内部に形成すべきインク溜めの輪郭に沿った変質層を形成する変質層形成工程と、該変質層形成工程を実施した後、基板に対して吸収性を有する波長のレーザビームを前記輪郭の内部に照射してアブレーション加工によってインク溜め用の窪みを形成する窪み形成工程と、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、インクジェットプリンタのプリンタヘッド用インク溜めの加工方法に関する。

インクジェットプリンタは、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、インクの自由度が高くフルカラー化が容易で且つ安価な普通紙を使用できることなど多くの利点を有している。

この中でも記録の必要な時にのみインク液滴を吐出する、所謂インク・オン・デマンド方式のインクジェットプリンタが、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないため、現在主流となっている。

インクジェットプリンタでは、画素ごとにインク溜めに連通した液体流路の先端にノズルを設けてこのノズルからインクを吐出させることにより印字を行っている。インクを吐出させる方式として、ピエゾ素子により液体流路を収縮させてインクを吐出させるピエゾ素子方式、加熱により液体流路内に気泡を生じさせ、その圧力によってインクを吐出するバブルジェット（登録商標）方式、或いは加熱によるインクの膨張を利用してインクを吐出させる方式等がある。

何れの方式でも、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック等に応じたインク溜めを形成し、これらのインク溜めに連通した多数の液体流路の先端のノズルからインクを吐出して印字を行うが、従来のインク溜めの形成方法としてシリコン（Ｓｉ）基板にエッチングによってインク溜めを形成する方法が知られている（例えば、特許第２８６１１１７号公報参照）。

特許第２８６１１１７号公報

しかし、エッチングによってインク溜めを形成するには比較的多くのマスキング工程が必要になると共に、エッチング時間を厳密に管理しなければならず生産性が悪いという問題がある。

そこで、基板に対して吸収性を有する波長のレーザビームを照射して所定深さのインク溜めを刻設する方法を採用すれば、レーザビームの走査領域及び走査回数を予めプログラムしておくだけで、品質の安定したインクジェットプリンタヘッドのインク溜めを形成できると考えられる。

ところが、インク溜めが形成される基板にはシリコン等の脆性材料が採用されているため、基板に対して吸収性を有する波長のレーザビームを基板に照射してインク溜めを形成しようとすると、インク溜めの周囲にクラックが発生しこのクラックが成長して基板が破損するという問題がある。このクラックは、特にインク溜めの長手方向に発生し易い。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、クラックを発生することなく基板にインク溜めをレーザ加工可能なインクジェットプリンタヘッドのインク溜めの加工方法を提供することである。

本発明によると、インクジェットプリンタヘッドのインク溜めの加工方法であって、基板に対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該基板の内部に位置づけると共に、形成すべきインク溜めの輪郭に沿ってレーザビームを照射して該基板の内部に形成すべきインク溜めの輪郭に沿った変質層を形成する変質層形成工程と、該変質層形成工程を実施した後、基板に対して吸収性を有する波長のレーザビームを前記輪郭の内部に照射してアブレーション加工によってインク溜め用の窪みを形成する窪み形成工程と、を具備したことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドのインク溜めの加工方法が提供される。

本発明によると、窪み形成工程を実施する前に、基板に対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を基板内部に位置づけて形成すべきインク溜めの輪郭に沿ってレーザビームを照射して基板内部に変質層を形成するので、窪み形成工程で形成される窪みの回りに発生するクラックの成長を変質層で遮断することができ、基板を破損することなくインクジェットプリンタヘッドのインク溜めを効率良くレーザ加工により形成することができる。

本発明のインク溜めの加工方法を実施するのに適したレーザ加工装置の斜視図である。 粘着テープを介して環状フレームに支持されたシリコン基板の斜視図である。 図３（Ａ）はシリコンウエーハから切り出されたシリコンチップの平面図、図３（Ｂ）は変質層形成工程後のシリコンチップの平面図、図３（Ｃ）は図３（Ｂ）の３Ｃ−３Ｃ線断面図である。 図４（Ａ）は窪み形成工程後の平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の４Ｂ−４Ｂ線断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明のインク溜めの加工方法を実施するのに適したレーザ加工装置の斜視図である。レーザ加工装置２は、静止基台４上に搭載されたＸ軸方向に伸長する一対のガイドレール６を含んでいる。

Ｘ軸移動ブロック８は、ボール螺子１０及びパルスモータ１２とから構成されるＸ軸送り機構（Ｘ軸送り手段）１４により加工送り方向、即ちＸ軸方向に移動される。Ｘ軸移動ブロック８上には円筒状支持部材２２を介してチャックテーブル２０が搭載されている。

チャックテーブル２０は多孔性セラミックス等から形成された吸着部（吸着チャック）２４を有している。チャックテーブル２０には図２に示す環状フレームＦをクランプする複数（本実施形態では４個）のクランパ２６が配設されている。

図２に示すようにレーザ加工装置２の加工対象であるシリコン（Ｓｉ）ウエーハ６０の表面においては、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とが直交して形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画された領域に複数のＳｉチップ（Ｓｉ基板）６２が形成されている。

Ｓｉウエーハ６０は粘着テープＴに貼着され、粘着テープＴの外周部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、Ｓｉウエーハ６０は粘着テープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となり、図１に示す吸着部２４に吸着保持されると共にクランパ２６により環状フレームＦをクランプすることにより、チャックテーブル２０上に支持固定される。

Ｘ軸送り機構１４は、ガイドレール６に沿って静止基台４上に配設されたスケール１６と、スケール１６のＸ座標値を読みとるＸ軸移動ブロック８の下面に配設された読み取りヘッド１８とを含んでいる。読み取りヘッド１８はレーザ加工装置２のコントローラに接続されている。

静止基台４上には更に、Ｙ軸方向に伸長する一対のガイドレール２８が固定されている。Ｙ軸移動ブロック３０は、ボール螺子３２及びパルスモータ３４とから構成されるＹ軸送り機構（割り出し送り機構）３６によりＹ軸方向に移動される。

Ｙ軸移動ブロック３０にはＺ軸方向に伸長する一対の（一本のみ図示）ガイドレール３８が形成されている。Ｚ軸移動ブロック４０は、図示しないボール螺子とパルスモータ４２から構成されるＺ軸送り機構４４によりＺ軸方向に移動される。

Ｚ軸移動ブロック４０には変質層形成用レーザ照射ユニット４６及びアブレーション加工用レーザ照射ユニット４８が取り付けられている。変質層形成用レーザ照射ユニット４６の先端にはレーザビームを被加工物に対して照射するレーザヘッド（集光器）５０が取り付けられており、アブレーション加工用レーザ照射ユニット４８の先端にもレーザビームを被加工物に対して照射するレーザヘッド（集光器）５２が取り付けられている。

変質層形成用レーザ照射ユニット４６は、波長１０６４ｎｍのレーザビームを出射するＹＡＧレーザを含んでおり、アブレーション加工用レーザ照射ユニット４８は、ＹＡＧレーザの第３高調波である波長３５５ｎｍのレーザビームを出射する。

変質層形成用レーザ照射ユニット４６と一体的にアライメントユニット５４が搭載されている。アライメントユニット５４は、チャックテーブル２０に保持されたウエーハ６０を撮像する撮像ユニット５６を有している。レーザヘッド５０，５２と撮像ユニット５６はＸ軸方向に整列して配置されている。

次に、図３及び図４を参照して、図１に示したようなレーザ加工装置２を使用したインク溜めの形成方法について説明する。図３（Ａ）は図２に示したシリコンウエーハ６０に形成された数多くのシリコンチップ（シリコン基板）６２の一つを取り出して示している。

このようなシリコン基板６２に対して、本発明のインク溜めの加工方法では、まず変質層形成工程を実施して基板６２の内部に形成すべきインク溜めの輪郭に沿った変質層６４を形成する。この変質層形成工程では、シリコン基板６２に対して透過性を有する波長のレーザビームを照射する変質層形成用レーザ照射ユニット４６を使用する。

変質層形成工程を実施する前に、撮像ユニット５６でシリコンウエーハ６０の変質層を形成すべき領域を撮像して、アライメントユニット５４及び図示しないコントローラによって変質層を形成すべき領域を検出するアライメント工程を実施する。

アライメント工程実施後、レーザヘッド５０から出射されるレーザビームの集光点を基板６２の内部に位置づけると共に、形成すべきインク溜めの輪郭に沿ってレーザビームを照射して、基板６２の内部に形成すべきインク溜めの輪郭に沿った変質層６４を形成する。

この時の加工条件は例えば以下の通りである。

光源：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
平均出力：１Ｗ
パルス幅：４０ｎｓ
集光スポット径：φ１μｍ
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ

変質層形成工程を実施した後、アブレーション加工用レーザ照射ユニット４８を使用してインク溜め用の窪みを形成する窪み形成工程を実施する。この窪み形成工程では、レーザヘッド５２からシリコン基板６２に対して吸収性を有する波長のレーザビームを形成すべきインク溜めの輪郭の内部に照射して、アブレーション加工によって図４に示すようにインク溜め用の４個の窪み６８ａ，６８ｂ，６８ｃ，６８ｄを形成する。例えば、６８ａはシアン用のインク溜め、６８ｂはマゼンタ用のインク溜め、６８ｃはイエロー用のインク溜め、６８ｄはブラック用のインク溜めとして利用する。

窪み形成工程での加工条件は例えば以下の通りである。

光源：ＹＡＧレーザ
波長：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力：４Ｗ
パルス幅：４０ｎｓ
集光スポット径：φ１０μｍ
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ

本実施形態では、アブレーション加工用レーザ照射ユニット４８による窪み形成工程を実施する前に、シリコン基板６２に対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を基板６２内部に位置づけて、形成すべきインク溜めの輪郭に沿ってレーザビームを照射して基板６２内部に変質層６４を形成するので、窪み形成工程で形成される窪み６４ａ〜６４ｄの回りに発生するクラックの成長を変質層６４で遮断することができる。よって、基板を破損することなく、インクジェットプリンタヘッドのインク溜めを効率良くレーザ加工により形成することができる。

図２に示したシリコンウエーハ６０の各シリコンチップ６２内に上述したプロセスにより４個のインク溜め６８ａ〜６８ｄを形成した後、アブレーション加工用レーザ照射ユニット４８によるレーザ加工によりウエーハ６０をストリートＳ１，Ｓ２に沿って切削加工して、シリコンウエーハ６０を個々のシリコンチップ６２に分割する。

代替案として、各シリコンチップ６２内に４個のインク溜め６８ａ〜６８ｄを形成した後、シリコンウエーハ６０を良く知られた切削装置のチャックテーブルに搭載して、シリコンウエーハ６０をストリートＳ１，Ｓ２に沿って切削して各シリコンチップ６２に分割するようにしてもよい。

特に図示しないが、各インク溜め６８ａ〜６８ｄは他の基板等に形成した多数の液体流路に連通するようにプリンタヘッドが組み立てられ、液体流路の先端のノズルからインクを吐出することにより印字を行う。

尚、上述した実施形態では、シリコンチップ（シリコン基板）６２にインク溜めを形成するようにしているが、基板として脆性材料からなる他の種類の基板を採用するようにしてもよい。

尚、上述した実施形態では、変質層形成工程において形成すべきインク溜めの輪郭に沿ってレーザビームを照射しているが、レーザ加工によりクラックが発生してそのクラックが成長し易いのはインク溜めの長手方向であるので、インク溜めの長手方向の端部にのみ変質層を形成するようにしても、端部に発生したクラックの成長をこの変質層により遮断することができる。従って、輪郭とはインク溜めの長手方向の端部のみを含む。

２ レーザ加工装置
２０ チャックテーブル
４６ 変質層形成用レーザ照射ユニット
４８ アブレーション加工用レーザ照射ユニット
５０，５２ レーザヘッド（集光器）
６０ シリコンウエーハ
６２ シリコンチップ（シリコン基板）
６４ 変質層
６８ａ〜６８ｄ インク溜め用の窪み

Claims (2)

1. インクジェットプリンタヘッドのインク溜めの加工方法であって、
   基板に対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該基板の内部に位置づけると共に、形成すべきインク溜めの輪郭に沿ってレーザビームを照射して該基板の内部に形成すべきインク溜めの輪郭に沿った変質層を形成する変質層形成工程と、
   該変質層形成工程を実施した後、基板に対して吸収性を有する波長のレーザビームを前記輪郭の内部に照射してアブレーション加工によってインク溜め用の窪みを形成する窪み形成工程と、
   を具備したことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドのインク溜めの加工方法。
2. 前記基板はシリコン基板から構成される請求項１記載のインクジェットプリンタヘッドのインク溜めの加工方法。

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