JP2011102036A - インクジェットプリントヘッド及びそれに関係する製造工程 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】感光性樹脂38の構造層内に作られているチャンバと、それぞれの対応するインク供給管は、タンタルと金の保護層34、36で作られた平坦な底壁36と、少なくとも1つの射出ノズル46を含み、連続する外周線に沿って底壁に連結されている、実質的に凸状の表面で構成された上壁と、によって境界が定められており、各チャンバと各供給管の内側形状は、金属の、制御された非包囲式の金属の成長から得られ、タンタルの層34の上に載っている金の層36の寸法から始めて堆積した犠牲層57の外側形状の相補形の印象なっている。
【選択図】図19
Description
図1は、従来のインクジェットプリンタ1に関し、本発明を理解するのに最も関係のある部分に絞って、全体的な形態を示しているが:プリンタ1は固定式構造体2を備えており、その上では、キャリッジ4がガイド6上を走査方向「X」に動き、キャリッジ4には4つのインクジェットプリントヘッド8が取り付けられており、その内1つは黒色印刷用、3つはカラー印刷用で、通常は、部分的に印刷ローラー10に巻き付けられている紙のシートである印刷媒体9に印刷するためのプリントヘッドであり;キャリッジ4の走査ストロークは、エンコーダー12で制御されている。
本発明の別の目的は、気泡が付着しないように内側表面が形成された、チャンバとチャンバに接続されている供給管を製作することである。
本発明によれば、最適化されたプリントヘッドと、関係する製造工程とが提示されており、各請求項に定義されている方法を特徴としている。
インク用の貯蔵チャンバ48が底部に作られているシリコンの下層30、
それぞれ窒化シリコン(Si3N4)と炭化シリコン(SiC)で作られた、抵抗器(図示せず)を保護するための誘電体層32、
タンタル層34、
タンタルの層の一部の上に設けられている、いわゆる「シード層」即ち、以下に詳細に説明するが、犠牲層の流電気学的成長が始まる層である金の層36、
当技術では既知の型式の構造ポリマー層38、
構造層38の外側表面上に堆積している防湿機能を備えた保護層41、
上部凹形壁44によって境界が定められ、構造層38の厚さの中に作られている射出チャンバ42、
構造層38を横断してチャンバ42と連通しているインク液滴射出用のノズル46、
シリコン層30内のノズル46とは反対側に作られ、層32、34、36を貫通する2つの孔50を通してチャンバ42と連通しているインク供給スロット48、を見ることができる。
先に概説したように、銅の犠牲層57は、外郭に拘束を加えることなく、実質的に自由な成長で、即ち制御された非包囲の方式で堆積させており、
−制御された方式では、銅の電着は電解槽を使って実現されるので、当該技術に精通している当業者には既知の電解浴の組成と関連添加剤によって、犠牲層57の、水平(x軸)方向の成長の垂直(y軸)方向の成長に対する割合を制御することができ;
−非包囲方式では、既知の最新技術に記載されている先の製造法とは違い、成長は、フォトポリマー層内に作られ側壁で閉ざされたシートの内側形状で制限されることはない。
第1の実施形態:感光性構造層
開始ステップ100では、ウェーハ27(図3)を準備するが、ウェーハでは、本発明に従って、チャンバと、関係する供給管とを製作する後続の工程への準備が、ダイ20に整っている。
ステップ105では、図11に図示すように、スパッタリング処理で、望ましくは厚さ0.4から0.6μmのタンタル層34を、シリコンの窒化物と炭化物の層32の上に堆積させる。次に、これを、望ましくは厚さ100から200A°の金の層36で覆い、この工程に続いて、2つの層34と36の金属が、図11で分かるように、孔50のエッジを部分的に覆う。
ステップ107では、金の層36とタンタルの層34をエッチングする(図13)。
ステップ109では、金の層36をエッチングしていわゆる「シード層」37(図4と図15)を製作するが、その寸法は、射出チャンバ42と、関係する供給管56(図4)の底壁の所望の形状と寸法を画定するため、前もって設定したものである。
ステップ111では、有機残留物を全て除去するため、金36の表面を、酸素雰囲気でプラズマエッチングを使って洗浄する。同時に、次のステップで述べる銅の電着の開始を促すため、金の層36の表面を化学的に活性化する。
ステップ113では、図17に示すように、ダイ20の表面61と、犠牲層57の外側表面58とを覆う感光性構造層38を塗布するが;感光性層38は、望ましくは厚さが10から50μmで、ネガ型のエポキシ又はポリアミドのフォトレジストで作られている。
ステップ115では、図18に示すように、ノズル46を、露光と現像によって構造層38を貫通して作る。図17は、図4のXVIII−XVIII線に沿うダイ20の断面を示していて、シリコン層30と保護層32の間の層63を描いており;層63は、当該技術に精通している当業者には周知の方法で層63内に製作された抵抗器39によって得られる、ノズル46を通してインクの液滴の射出を背面駆動する超小型電子機器を構成する一式のフィルムを簡潔に示していることに注目頂きたい。
ステップ117では、シリコン層30の下部のスロット48(図19)に、例えばKOH又はTMHAを使用する「湿式」技術で、異方性エッチングを施す。シリコンのエッチングは、孔50の開口まで継続されるので、スロット48に対応する残っているシリコン層30aの厚さは、約10μmである。
ステップ120では、樹脂を保護するため構造層38の外側表面40に、望ましくは厚さ約1000Åのクロム製の金属層41を、樹脂の構造層38の外側表面に引っ掻き傷や腐食に強い特性を有する撥水性(防湿性)の外側表面を作るため、真空蒸着させる。
ウェーハ27を個々のダイ20に切り分け、
図示していない平坦なケーブルを、既知のTAB処理によって、各ダイ20のパッドにはんだ付けし、
関係する平坦なケーブルの付いたダイを、ヘッドのコンテナタンクに取り付け、
タンクをインクで満たし、最終試験を行う。
第2の実施形態:非感光性構造層
以下の第2実施形態は、図20のフローチャートと図21−23を参照しながら説明する。
ステップ122(図21)では、厚いポジ型フォトレジストの層68を、層の緻密度を高めるために、様々なパスで、中間に休止を入れて交互させて堆積させる。ポジ型フォトレジストとして、当該技術に精通している当業者にAZ4562として知られている市販の製品を、望ましくは厚さ25から60μmで使用してもよい。
ステップ124では、孔70の内側のフォトレジスト68の現像で残ったものを取り除くために、プラズマエッチング式の洗浄を行う。
ステップ127では、厚いポジ型フォトレジスト68の層を取り除く。
第3の実施形態:非感光性構造層
以下の第3の実施形態は、ステップ113とステップ115を、以下のステップ130と131に入れ替えたものである。
製造の詳細と実施形態は、説明し図示しているものに対して、本発明の範囲から逸脱することなく、多様に変更できる旨理解されたい。
Claims (17)
- インクの液滴を印刷媒体上に射出するのに最適化されたインクジェットプリントヘッドであって、シリコンの下層(30)と、前記シリコンの下層(30)上の構造層(38)と、複数の射出チャンバ(42)及び複数の供給管(50、56)とを備えており、各チャンバ(42)は、少なくとも1つの抵抗器(39)を含んでおり、前記構造層(38)には、前記各チャンバ(42)と連通しており、前記各抵抗器(46)に面して配置されている複数の射出器ノズル(46)が設けられているインクジェットプリントヘッドにおいて、前記各チャンバ(42)と、対応する各供給管(56)とは、前記抵抗器(39)の保護層(32、34)で作られている平坦な底壁(43)と、実質的に凸状の表面で作られており、前記各ノズル(46)を含み、連続する外周線(52)に沿って前記底壁に連結されている上壁(44)と、によって境界が画定されているので、各前記抵抗器(39)により加熱生成される前記インクの射出泡の形成と発達の過程が促進されることを特徴とする、インクジェットプリントヘッド。
- 前記保護層(32、34)は、タンタルの第1層(34)で作られ、前記チャンバ(42)の内側に面しており、シリコンの炭化物と窒化物の第2分離層(32)の上に堆積し、前記抵抗器(39)と接触して配置されていることを特徴とする、請求項1に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記タンタルの第1層(34)は、前記チャンバ(42)及び前記チャンバ(42)に接続されている前記管(56)の前記底壁(43)を構成し、前記タンタルの層(34)は、前記周囲線(52)を実質的に越えて拡がっていることを特徴とする、請求項2に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記凸状の上壁(44)は、前記供給管(56)、前記底壁(43)及び前記ノズル(46)に切れ目無く連結されていることを特徴とする、請求項1から3の何れかに記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記各チャンバ(42)と前記各供給管(56)の内側形状は、感光性構造層(38)内に作られた、前記タンタルの層(34)の上の金の層(36)から開始して堆積した制御された非包囲式の金属の成長から得られた犠牲層(57)の相補形の印象であることを特徴とする、上記請求項の何れかに記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記構造層(38)は、エポキシ又はポリアミド類のネガ型フォトレジストで作られており、前記犠牲層の上に、それを完全に覆うように塗布されていることを特徴とする、請求項5に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記各チャンバ(42)、前記各供給管(56)及び前記各ノズル(46)の内側形状は、感光性構造層(38a)内に作られた、前記タンタルの層(34)の上の金の層(36)から開始して堆積した制御された非包囲式の金属の成長から得られた犠牲層(57)と各鋳型(74)の相補形の印象であることを特徴とする、上記請求項1から4の何れかに記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記構造層(38a)は、非感光性のエポキシ又はポリアミド類のネガ型フォトレジストで作られており、前記犠牲層(57)と前記鋳型(74)の上に、それらを完全に覆うように塗布されていることを特徴とする、請求項7に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記犠牲層(57)と前記金層(36)が、前記チャンバ(42)と前記チャンバ(42)に接続されている前記供給管(56)を作るため、酸性浴によって取り除かれることを特徴とする、請求項5又は6に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記犠牲層(57)は、電気銅で作られていることを特徴とする、請求項5から9の何れかに記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記犠牲層は、ニッケルで作られていることを特徴とする、請求項10に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 複数のダイ(20)に分割されているウェーハ(27)上に作られるインクジェットプリントヘッドの製造工程であって、前記各ダイは、結晶質シリコンの下層(30)と、前記結晶質シリコンの下層(30)の上に配置されている複数の熱作動要素(39)と、タンタルの層(34)で作られ、その後、金の層(36)で覆われた保護層(34、36)とを備えている、製造工程において、
a)後に続く金属(57)の電着の開始を促すため、流電気学的浴を使って、前記金の層(36)を化学的に活性化させる段階と、
b)前記金の層(36)の上に前記金属(57)を電着させ、前記金の層(36)に平行且つ垂直に、制御された非包囲式の成長によって、犠牲層(57)を作る段階と、
c)前記犠牲層(57)を全体的に覆って感光性構造層(38)を塗布する段階と、
d)フォトエッチング処理を使って、前記構造層(38)を貫通する複数のノズル(46)を作る段階と、
e)前記犠牲層(57)を、高酸性浴の形態の化学エッチングで取り除き、前記インクを排出するための複数のチャンバ(42)と、前記チャンバに接続されている複数の供給管(56)とを製作する段階であって、前記チャンバは、前記タンタルの層(34)と金の層(36)で作られた平坦な底壁(43)と、前記底壁(43)に切れ目無く連結されていて、前記犠牲層(57)の相補形で真の印象である凸状の上側表面(44)とによって内側の境界が定められている、複数のチャンバ(42)と複数の供給管(56)とを作る段階と、から成ることを特徴とする工程。 - 前記段階a)の前には、
f)前記射出チャンバ(42)の最終寸法と相関関係にある前記電着の開始領域を画定するため、前記金の層(36)をエッチングする段階、があることを特徴とする、請求項12に記載の工程。 - 前記段階c)及びd)が、以下の段階、即ち、
g)厚いポジ型フォトレジスト(68)の層を、前記フォトレジスト(68)の上側表面の平坦性を改良するために、様々なパスで、中間に休止を挟んで交互させて、前記犠牲層(57)の上に塗布する段階、
h)前記厚いポジ型フォトレジストを露光し現像して、内向きに拡がった孔(70)を作る段階、
i)アッシャー法で洗浄作業を行い、前記孔(70)の内側のフォトレジストの残留物の痕跡を除去する段階、
m)マイクロエッチングを実行し、前記孔(70)に対応する前記犠牲層(57)の表面の酸化された部分(72)を活性化させる段階、
n)前記孔(70)の内側の電気銅の電気化学的成長を、直接前記犠牲層(57)上で再活性化させ、前記ノズル(70)の鋳型(74)を作る段階、
o)前記厚いポジ型フォトレジストの層(68)を取り除く段階、
p)非感光性のエポキシ又はポリアミド樹脂(75)の構造層を、前記鋳型(74)を含む前記犠牲層(57)を全体的に覆って塗布する段階、及び
q)前記非感光性構造層(75)の上側表面(76)の平坦化を実行して、銅の前記鋳型(74)の上側ドーム(74a)を露出させる段階と、置き換えられていることを特徴とする、請求項12又は13に記載の工程。 - 前記非感光性構造層(75)は、望ましくは25から60μmの厚さで作られることを特徴とする、請求項14に記載の工程。
- 前記工程c)及びd)が、以下の段階、即ち、
r)前記犠牲層(57)の外側表面(58)を覆って、望ましくは厚さが10から60μmで、ネガ型のエポキシ又はポリアミド類の樹脂で作られている、非感光性構造層(38a)を塗布する段階、及び、
s)エキシマレーザー技術を使って、前記構造層(38a)を貫通する複数のノズル(46)を作る段階と、置き換えられていることを特徴とする、請求項12に記載の工程。 - 実質的に添付図面の図を参照しながら説明したような、最適なインクジェットプリントヘッドと、関係する製造工程。
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