JP2011103372A - Method for manufacturing piezoelectric membrane, method for manufacturing piezoelectric element, and method for manufacturing liquid jet head - Google Patents

Method for manufacturing piezoelectric membrane, method for manufacturing piezoelectric element, and method for manufacturing liquid jet head Download PDF

Info

Publication number
JP2011103372A
JP2011103372A JP2009257712A JP2009257712A JP2011103372A JP 2011103372 A JP2011103372 A JP 2011103372A JP 2009257712 A JP2009257712 A JP 2009257712A JP 2009257712 A JP2009257712 A JP 2009257712A JP 2011103372 A JP2011103372 A JP 2011103372A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
film
manufacturing
temperature
piezoelectric element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2009257712A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Kuriki
彰 栗城
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2009257712A priority Critical patent/JP2011103372A/en
Publication of JP2011103372A publication Critical patent/JP2011103372A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain: a method for manufacturing a piezoelectric membrane whose crystal states such as crystal grain size and orientation are stable; a method for manufacturing a piezoelectric element whose displacement is secured, and to provide a liquid jet head. <P>SOLUTION: When a shelf time T after a degreasing step (S4) is set to be within six hours at a normal temperature and humidity, influences of water or the like on a piezoelectric membrane precursor laminate 72 are prevented in an atmosphere and the crystal states such as the crystal grain size and orientation of the burned piezoelectric membrane 73 are stable, thereby obtaining the method for manufacturing the piezoelectric membrane 73 whose piezoelectric performance is stable. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電体膜の製造方法、圧電体膜からなる圧電体層を備えた圧電素子の製造方法および圧電素子を備えた液体噴射ヘッドの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric film, a method for manufacturing a piezoelectric element including a piezoelectric layer made of a piezoelectric film, and a method for manufacturing a liquid ejecting head including a piezoelectric element.

液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子は、圧電性を有する圧電体膜からなる圧電体層を2つの電極で挟んだ素子であり、圧電体膜は、例えば、結晶化した圧電性セラミックスにより構成されている。   A piezoelectric element used for a liquid ejecting head or the like is an element in which a piezoelectric layer made of a piezoelectric film having piezoelectricity is sandwiched between two electrodes, and the piezoelectric film is made of, for example, crystallized piezoelectric ceramics. ing.

また、このような圧電素子を用いた液体噴射ヘッドとしては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。
インクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエーターを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエーターを使用したものの2種類が実用化されている。たわみ振動モードの圧電アクチュエーターを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体にわたって成膜技術により均一な圧電体膜を形成し、この圧電体膜からなる圧電体層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けることによって各圧力発生室に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。
In addition, as a liquid ejecting head using such a piezoelectric element, for example, a part of a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is configured by a diaphragm, and the diaphragm is deformed by the piezoelectric element. There is an ink jet recording head that pressurizes ink in a pressure generating chamber and ejects ink droplets from nozzle openings.
Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. As an example of using a piezoelectric actuator in a flexural vibration mode, for example, a uniform piezoelectric film is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique, and the piezoelectric layer made of the piezoelectric film is formed by a lithography method. It is known that piezoelectric elements are formed so as to be independent of each pressure generating chamber by cutting into shapes corresponding to the above.

また、圧電体膜の製造方法としては、いわゆるゾル−ゲル法が知られている。ゾル−ゲル法では、下電極膜を形成した基板上に有機金属化合物のコロイド溶液であるゾルを塗布して乾燥する乾燥工程およびゲル化させて圧電体の前駆体膜を形成する脱脂工程を少なくとも一回以上実施し、その後、高温で熱処理して結晶化させる焼成工程を行なう。そして、これらの工程を複数回繰り返し実施することで所定厚さの圧電体層を製造している。
圧電素子を構成する圧電体膜の製造方法において、乾燥工程を第1の乾燥工程と第2の乾燥工程に分けたり、乾燥工程、脱脂工程、焼成工程の加熱温度、加熱時間、昇温レートを規定したりして、圧電体膜の結晶粒径、配向等の結晶状態を制御する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
A so-called sol-gel method is known as a method for manufacturing a piezoelectric film. In the sol-gel method, at least a drying process in which a sol that is a colloidal solution of an organometallic compound is applied to a substrate on which a lower electrode film is formed and a degreasing process in which a precursor film of a piezoelectric body is formed by gelation are formed. This is carried out one or more times, and then a baking step is performed in which heat treatment is performed at a high temperature for crystallization. A piezoelectric layer having a predetermined thickness is manufactured by repeating these steps a plurality of times.
In the method of manufacturing a piezoelectric film constituting a piezoelectric element, the drying process is divided into a first drying process and a second drying process, and the heating temperature, heating time, and temperature rising rate of the drying process, degreasing process, and firing process are set. For example, a method of controlling the crystal state of the piezoelectric film such as the crystal grain size and orientation is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2006−49792号公報(7頁〜12頁、図7)JP 2006-49792 A (pages 7 to 12, FIG. 7)

しかしながら、脱脂工程と焼成工程との間の放置時間が、圧電体膜の結晶粒径、配向等の結晶状態に与える影響について知見がないので、製造中のトラブル等により、工程間の放置時間が変動した場合、圧電体膜の結晶粒径、配向等の結晶状態が変化する。結晶状態が変化することによって、圧電素子の圧電性が変化して振動の変位量が減少すると、液体噴射ヘッドとして必要な液体の噴射量を得ることが難しい。   However, since there is no knowledge about the influence of the leaving time between the degreasing process and the firing process on the crystal state of the piezoelectric film, such as the crystal grain size and orientation, the leaving time between the processes is caused by troubles during manufacturing. When it fluctuates, the crystal state such as the crystal grain size and orientation of the piezoelectric film changes. If the piezoelectricity of the piezoelectric element changes due to the change in the crystal state and the amount of vibration displacement decreases, it is difficult to obtain the amount of liquid ejection required for the liquid ejection head.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following forms or application examples.

[適用例1]
少なくとも鉛を含む有機金属化合物を含有するコロイド溶液を塗布して圧電体前駆体膜を形成する塗布工程と、前記圧電体前駆体膜を加熱して、前記圧電体前駆体膜から前記コロイド溶液の溶媒を蒸発させる乾燥工程と、前記圧電体前駆体膜を加熱して、前記圧電体前駆体膜から有機成分を離脱させる脱脂工程と、前記脱脂工程後の放置時間が、常温、常湿の状態で6時間以内であり、放置後前記圧電体前駆体膜を焼成して圧電体膜とする焼成工程とを含むことを特徴とする圧電体膜の製造方法。
[Application Example 1]
A coating step of coating a colloidal solution containing an organometallic compound containing at least lead to form a piezoelectric precursor film; and heating the piezoelectric precursor film to form the colloidal solution from the piezoelectric precursor film. A drying step for evaporating the solvent, a degreasing step for heating the piezoelectric precursor film to release organic components from the piezoelectric precursor film, and a standing time after the degreasing step are in a state of normal temperature and normal humidity And a firing step in which the piezoelectric precursor film is fired after being allowed to stand to form a piezoelectric film.

この適用例によれば、脱脂工程後の放置時間を、常温、常湿の状態で6時間以内とすることにより、圧電体前駆体膜への雰囲気中の水等の影響が抑えられ、焼成された圧電体膜の結晶粒径、配向等の結晶状態が安定する。したがって、圧電性が安定した圧電体膜の製造方法が得られる。   According to this application example, by leaving the standing time after the degreasing process within 6 hours at room temperature and normal humidity, the influence of water in the atmosphere on the piezoelectric precursor film is suppressed, and the firing is performed. The crystal state of the piezoelectric film such as crystal grain size and orientation is stabilized. Therefore, a method for manufacturing a piezoelectric film with stable piezoelectricity can be obtained.

[適用例2]
上記圧電体膜の製造方法において、前記圧電体膜は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)であることを特徴とする圧電体膜の製造方法。
この適用例では、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の(100)配向率が85%以上の圧電体膜が得られる。したがって、配向が揃うことにより、圧電性が安定したチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の圧電体膜の製造方法が得られる。
ここで、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の(100)配向率は、I(100)/(I(100)+I(110)+I(111))で表し、Iは回折強度である。
[Application Example 2]
In the method of manufacturing a piezoelectric film, the piezoelectric film is lead zirconate titanate (PZT).
In this application example, a piezoelectric film having a (100) orientation ratio of lead zirconate titanate (PZT) of 85% or more is obtained. Therefore, a method for producing a lead zirconate titanate (PZT) piezoelectric film with stable piezoelectricity can be obtained by aligning the orientation.
Here, the (100) orientation ratio of lead zirconate titanate (PZT) is represented by I (100) / (I (100) + I (110) + I (111)), where I is the diffraction intensity.

[適用例3]
上記圧電体膜の製造方法において、前記常温は22℃±3℃で、前記常湿は45%±10%であることを特徴とする圧電体膜の製造方法。
この適用例では、放置環境が常温、常湿なので、環境の制御に必要なエネルギーを少なくできる。したがって、製造コストの低減した圧電体膜の製造方法が得られる。
[Application Example 3]
In the method for manufacturing a piezoelectric film, the normal temperature is 22 ° C. ± 3 ° C., and the normal humidity is 45% ± 10%.
In this application example, since the leaving environment is normal temperature and normal humidity, the energy required for controlling the environment can be reduced. Therefore, a method for manufacturing a piezoelectric film with reduced manufacturing costs can be obtained.

[適用例4]
基板上に下電極膜を形成する工程と、前記下電極膜上に、上記に記載の製造方法により製造された圧電体膜からなる圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に上電極膜を形成する工程とを含むことを特徴とする圧電素子の製造方法。
[Application Example 4]
A step of forming a lower electrode film on the substrate, a step of forming a piezoelectric layer made of the piezoelectric film manufactured by the manufacturing method described above on the lower electrode film, and an upper surface of the piezoelectric layer. And a step of forming an electrode film.

この適用例によれば、圧電素子が圧電性能の安定した圧電体膜からなる圧電体層を備えているので、振動の変位量が確保された圧電素子の製造方法が得られる。   According to this application example, since the piezoelectric element includes the piezoelectric layer made of the piezoelectric film having stable piezoelectric performance, a method for manufacturing the piezoelectric element in which the amount of vibration displacement is ensured can be obtained.

[適用例5]
上記に記載の製造方法により製造された圧電素子を用いることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
[Application Example 5]
A method of manufacturing a liquid ejecting head, comprising using the piezoelectric element manufactured by the manufacturing method described above.

この適用例によれば、前述の効果を有し、必要な液体の噴射量が確保された液体噴射ヘッドの製造方法が得られる。   According to this application example, it is possible to obtain a method of manufacturing a liquid ejecting head having the above-described effects and ensuring a necessary liquid ejecting amount.

実施形態におけるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view of the ink jet recording head in the embodiment. (a)は、インクジェット式記録ヘッドの部分平面図、(b)は(a)におけるA−A断面図。FIG. 4A is a partial plan view of an ink jet recording head, and FIG. インクジェット式記録ヘッドの製造方法を表す部分断面図。FIG. 6 is a partial cross-sectional view illustrating a method for manufacturing an ink jet recording head. 圧電体層の具体的な形成手順を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the specific formation procedure of a piezoelectric material layer. 圧電体層の具体的な形成手順を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the specific formation procedure of a piezoelectric material layer. 圧電体膜の製造方法を示す温度プロファイル図。The temperature profile figure which shows the manufacturing method of a piezoelectric material film. 放置時間が異なる場合の圧電体膜のX線回折パターン図。The X-ray-diffraction pattern figure of a piezoelectric material film when leaving times differ. PZT(100)の配向率の放置時間依存性を示す図。The figure which shows the leaving time dependence of the orientation rate of PZT (100). インクジェット式記録ヘッドの製造方法を表す部分断面図。FIG. 6 is a partial cross-sectional view illustrating a method for manufacturing an ink jet recording head. インクジェット式記録ヘッドの製造方法を表す部分断面図。FIG. 6 is a partial cross-sectional view illustrating a method for manufacturing an ink jet recording head.

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド1の分解斜視図である。図2(a)は、インクジェット式記録ヘッド1の部分平面図、図2(b)は、(a)におけるA−A断面図である。
図1および図2において、インクジェット式記録ヘッド1は、流路形成基板10とノズルプレート20と保護基板30とを備えている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head 1 as a liquid ejecting head. 2A is a partial plan view of the ink jet recording head 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
1 and 2, the ink jet recording head 1 includes a flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20, and a protective substrate 30.

流路形成基板10は、面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化珪素からなる、厚さ0.50μm〜2.00μmの弾性膜50が形成されている。
流路形成基板10には、複数の圧力発生室12がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14を介して連通されている。
なお、連通部13は、保護基板30のリザーバー部32と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバーの一部を構成する。インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
The flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110), and one surface thereof is made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation, and has an elastic film 50 with a thickness of 0.50 μm to 2.00 μm. Is formed.
A plurality of pressure generating chambers 12 are arranged in parallel in the width direction of the flow path forming substrate 10. Further, a communication portion 13 is formed in a region outside the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 of the flow path forming substrate 10, and the communication portion 13 and each pressure generation chamber 12 are provided for each pressure generation chamber 12. Communication is made via a path 14.
The communication portion 13 is in communication with the reservoir portion 32 of the protective substrate 30 and constitutes a part of a reservoir that serves as a common ink chamber for the pressure generation chambers 12. The ink supply path 14 is formed with a narrower width than the pressure generation chamber 12, and maintains a constant flow path resistance of ink flowing into the pressure generation chamber 12 from the communication portion 13.

流路形成基板10の開口面側には、エッチングによって圧力発生室12等を形成するためのマスク膜52が形成され、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が、接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。
なお、ノズルプレート20は、厚さが例えば、0.01mm〜1.00mmで、線膨張係数が300℃以下で、例えば2.5〜4.5[×10-6/℃]であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板または不錆鋼などからなる。
A mask film 52 for forming the pressure generating chambers 12 and the like is formed by etching on the opening surface side of the flow path forming substrate 10, and in the vicinity of the end of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14. A nozzle plate 20 having a communicating nozzle opening 21 is fixed through an adhesive, a heat-welded film, or the like.
The nozzle plate 20 has a thickness of, for example, 0.01 mm to 1.00 mm and a linear expansion coefficient of 300 ° C. or less, for example, 2.5 to 4.5 [× 10 −6 / ° C.]. It consists of a silicon single crystal substrate or non-rust steel.

一方、弾性膜50上には、厚さが例えば、約0.40μmの酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜55が形成されている。
また、基板としての絶縁体膜55上には、厚さが例えば、約0.20μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約1.00μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの上電極膜80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。
ここで、圧電素子300は、下電極膜60、圧電体層70および上電極膜80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極および圧電体層70を圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。
On the other hand, an insulator film 55 made of zirconium oxide (ZrO 2) having a thickness of, for example, about 0.40 μm is formed on the elastic film 50.
Further, on the insulator film 55 as a substrate, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.20 μm, a piezoelectric layer 70 having a thickness of, for example, about 1.00 μm, and a thickness of, for example, An upper electrode film 80 having a thickness of about 0.05 μm is laminated by a process to be described later to constitute the piezoelectric element 300.
Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In addition, here, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion.

実施形態では、下電極膜60を圧電素子300の共通電極とし、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。
また、ここでは、圧電素子300と圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエーターと称する。また、このような各圧電素子300の上電極膜80には、例えば、金(Au)等からなるリード電極90がそれぞれ接続され、このリード電極90を介して各圧電素子300に選択的に電圧が印加されるようになっている。
In the embodiment, the lower electrode film 60 is used as a common electrode of the piezoelectric element 300 and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. In either case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber.
Also, here, the piezoelectric element 300 and the diaphragm that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator. In addition, a lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) or the like is connected to the upper electrode film 80 of each piezoelectric element 300, and a voltage is selectively applied to each piezoelectric element 300 via the lead electrode 90. Is applied.

なお、このような圧電素子300を構成する圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子300の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、PbTiO3(PT)、PbZrO3(PZ)、Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PMN−PT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PZN−PT)、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PNN−PT)、Pb(In1/2Nb1/2)O3−PbTiO3(PIN−PT)、Pb(Sc1/2Ta1/2)O3−PbTiO3(PST−PT)、Pb(Sc1/2Nb1/2)O3−PbTiO3(PSN−PT)、BiScO3−PbTiO3(BS−PT)、BiYbO3−PbTiO3(BY−PT)等が挙げられる。 Examples of the material of the piezoelectric layer 70 constituting the piezoelectric element 300 include a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), niobium, nickel, magnesium, bismuth, A relaxor ferroelectric material to which a metal such as yttrium is added is used. The composition may be appropriately selected in consideration of the characteristics, use, etc. of the piezoelectric element 300. For example, PbTiO 3 (PT), PbZrO 3 (PZ), Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 (PZT) ), Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 —PbTiO 3 (PMN-PT), Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 —PbTiO 3 (PZN—PT), Pb (Ni 1 ) / 3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PNN-PT), Pb (In 1/2 Nb 1/2 ) O 3 -PbTiO 3 (PIN-PT), Pb (Sc 1/2 Ta 1/2 ) O 3 -PbTiO 3 (PST- PT), Pb (Sc 1/2 Nb 1/2) O 3 -PbTiO 3 (PSN-PT), BiScO 3 -PbTiO 3 (BS-PT), BiYbO 3 -PbTiO 3 (BY-PT) and the like.

また、流路形成基板10上の圧電素子300側の面には、圧電素子300に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部31を有する保護基板30が接合されている。圧電素子300は、この圧電素子保持部31内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。
さらに、保護基板30には、流路形成基板10の連通部13に対応する領域にリザーバー部32が設けられている。このリザーバー部32は、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の並設方向に沿って設けられており、上述したように流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバー100を構成している。
Further, a protective substrate 30 having a piezoelectric element holding portion 31 capable of securing a space that does not hinder its movement in a region facing the piezoelectric element 300 is bonded to the surface on the piezoelectric element 300 side on the flow path forming substrate 10. Has been. Since the piezoelectric element 300 is formed in the piezoelectric element holding part 31, it is protected in a state hardly affected by the external environment.
Further, the protective substrate 30 is provided with a reservoir portion 32 in a region corresponding to the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10. The reservoir portion 32 is provided along the direction in which the pressure generating chambers 12 are arranged so as to penetrate the protective substrate 30 in the thickness direction, and communicated with the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10 as described above. A reservoir 100 serving as an ink chamber common to the pressure generation chambers 12 is configured.

また、保護基板30の圧電素子保持部31とリザーバー部32との間の領域には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられ、この貫通孔33内に下電極膜60の一部およびリード電極90の先端部が露出され、これら下電極膜60およびリード電極90には、図示しないが、駆動ICから延設される接続配線の一端が接続される。   Further, a through hole 33 that penetrates the protective substrate 30 in the thickness direction is provided in a region between the piezoelectric element holding portion 31 and the reservoir portion 32 of the protective substrate 30, and the lower electrode film 60 is provided in the through hole 33. A part of the lead electrode 90 and the tip of the lead electrode 90 are exposed, and one end of a connection wiring extending from the drive IC is connected to the lower electrode film 60 and the lead electrode 90, although not shown.

なお、保護基板30の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、例えば、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いることができる。   In addition, examples of the material of the protective substrate 30 include glass, ceramic material, metal, resin, and the like, but it is more preferable that the material is substantially the same as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10. For example, a silicon single crystal substrate made of the same material as the flow path forming substrate 10 can be used.

保護基板30上には、封止膜41および固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)からなり、この封止膜41によってリザーバー部32の一方面が封止されている。
また、固定板42は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)で形成されている。この固定板42のリザーバー100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、リザーバー100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
A compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto the protective substrate 30. The sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm). The sealing film 41 seals one surface of the reservoir portion 32. Yes.
The fixing plate 42 is formed of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 μm). Since the region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 100 is sealed only with a flexible sealing film 41. Has been.

インクジェット式記録ヘッド1では、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバー100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たす。その後、図示しない駆動ICからの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極膜60と上電極膜80との間に電圧を印加し、弾性膜50、絶縁体膜55、下電極膜60および圧電体層70をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力を高め、ノズル開口21からインク滴を吐出させる。   In the ink jet recording head 1, ink is taken in from an external ink supply unit (not shown), and the interior from the reservoir 100 to the nozzle opening 21 is filled with ink. Thereafter, a voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generation chamber 12 in accordance with a recording signal from a drive IC (not shown), and the elastic film 50, the insulator film 55, the lower electrode By bending and deforming the film 60 and the piezoelectric layer 70, the pressure in each pressure generating chamber 12 is increased and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

インクジェット式記録ヘッド1の製造方法について、図3〜図10に基づいて以下に説明する。
図3は、インクジェット式記録ヘッド1の製造方法を表す部分断面図である。
図3(a)において、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー110を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜50を構成する二酸化珪素膜51を形成する。
なお、流路形成基板用ウェハー110として、例えば、板厚が約625μmと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハーを用いることができる。
A method for manufacturing the ink jet recording head 1 will be described below with reference to FIGS.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a method for manufacturing the ink jet recording head 1.
In FIG. 3A, a flow path forming substrate wafer 110, which is a silicon wafer, is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C. to form a silicon dioxide film 51 constituting an elastic film 50 on the surface thereof.
For example, a silicon wafer having a relatively thick plate thickness of about 625 μm and high rigidity can be used as the flow path forming substrate wafer 110.

図3(b)において、弾性膜50となる二酸化珪素膜51上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。具体的には、まず、弾性膜50上に、例えば、DCスパッタ法によりジルコニウム層を形成し、このジルコニウム層を熱酸化することにより酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。
次いで、図3(c)において、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜55上に積層することにより下電極膜60を形成後、この下電極膜60を所定形状にパターニングする。
In FIG. 3B, an insulator film 55 made of zirconium oxide is formed on the silicon dioxide film 51 that becomes the elastic film 50. Specifically, first, a zirconium layer is formed on the elastic film 50 by, for example, DC sputtering, and the zirconium film is thermally oxidized to form the insulator film 55 made of zirconium oxide.
Next, in FIG. 3C, for example, after the lower electrode film 60 is formed by laminating platinum and iridium on the insulator film 55, the lower electrode film 60 is patterned into a predetermined shape.

図3(d)において、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる圧電体層70を形成する。ここで、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるコロイド溶液を塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層70を形成している。なお、圧電体層70の材料としては、前述のようにチタン酸ジルコン酸鉛に限定されない。   In FIG. 3D, a piezoelectric layer 70 made of, for example, lead zirconate titanate (PZT) is formed. Here, a so-called sol-gel method is used in which a so-called colloidal solution in which a metal organic material is dissolved / dispersed in a catalyst is applied and dried to be gelled, and further fired at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. A piezoelectric layer 70 is formed. The material of the piezoelectric layer 70 is not limited to lead zirconate titanate as described above.

図4は、圧電体層70の具体的な形成手順を示すフローチャート図である。インクジェット式記録ヘッド1の製造方法は、圧電体層70の形成方法として、乾燥工程と脱脂工程と焼成工程とを含む。実施形態では、塗布工程としてのステップ1(S1)と、乾燥工程としての第1乾燥工程であるステップ2(S2)と、乾燥工程としての第2乾燥工程であるステップ3(S3)と、脱脂工程としてのステップ4(S4)と、焼成工程としてのステップ5(S5)とを含む。ここで、乾燥工程は一つの工程であってもよい。   FIG. 4 is a flowchart showing a specific procedure for forming the piezoelectric layer 70. The method for manufacturing the ink jet recording head 1 includes a drying step, a degreasing step, and a firing step as a method for forming the piezoelectric layer 70. In the embodiment, step 1 (S1) as a coating process, step 2 (S2) as a first drying process as a drying process, step 3 (S3) as a second drying process as a drying process, and degreasing Step 4 (S4) as a process and Step 5 (S5) as a baking process are included. Here, the drying step may be a single step.

図5は、圧電体層70の具体的な形成手順を示す部分断面図である。図6は、第1乾燥工程(S2)、第2乾燥工程(S3)、脱脂工程(S4)および焼成工程(S5)を示す温度プロファイル図である。   FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a specific procedure for forming the piezoelectric layer 70. FIG. 6 is a temperature profile diagram showing the first drying step (S2), the second drying step (S3), the degreasing step (S4), and the firing step (S5).

まず、図5(d−1)において、塗布工程(S1)では、下電極膜60上に圧電体前駆体膜71を形成する。すなわち、下電極膜60が形成された流路形成基板用ウェハー110上に金属有機化合物を含むコロイド溶液であるゾルを塗布する。
次いで、第1乾燥工程(S2)として、圧電体前駆体膜71を、室温からコロイド溶液の主溶媒である溶剤の沸点よりも低い温度に加熱して一定時間乾燥させ、コロイド溶液の溶媒を蒸発させることで圧電体前駆体膜71を乾燥させる。
First, in FIG. 5D-1, a piezoelectric precursor film 71 is formed on the lower electrode film 60 in the coating step (S 1). That is, a sol which is a colloidal solution containing a metal organic compound is applied onto the flow path forming substrate wafer 110 on which the lower electrode film 60 is formed.
Next, as a first drying step (S2), the piezoelectric precursor film 71 is heated from room temperature to a temperature lower than the boiling point of the solvent that is the main solvent of the colloidal solution and dried for a certain period of time to evaporate the solvent of the colloidal solution. By doing so, the piezoelectric precursor film 71 is dried.

ここで、コロイド溶液の主溶媒は、特に限定されないが、例えば、エタノール系の溶剤を用いることが好ましく、例えば、沸点が176℃である2−n−ブトキシエタノールを用いることができる。
図6において、第1乾燥工程(S2)では、塗布したゾルを溶剤の沸点である176℃(図中破線で示す)以下、例えば、約90℃〜110℃程度に加熱して2分〜8分間程度保持することで、圧電体前駆体膜71を乾燥させている。
Here, the main solvent of the colloid solution is not particularly limited, but for example, an ethanol-based solvent is preferably used. For example, 2-n-butoxyethanol having a boiling point of 176 ° C. can be used.
In FIG. 6, in the first drying step (S2), the applied sol is heated to a boiling point of the solvent of 176 ° C. (indicated by a broken line in the figure) or less, for example, about 90 ° C. to 110 ° C. for 2 minutes to 8 minutes. The piezoelectric precursor film 71 is dried by holding it for about a minute.

第2乾燥工程(S3)では、圧電体前駆体膜71を再び加熱することにより、例えば、第1乾燥工程(S2)よりも高い温度まで上昇させて一定時間保持し、ゾルの主溶媒をさらに蒸発させて圧電体前駆体膜71を乾燥させる。
図6において、第2乾燥工程(S3)における到達温度は、約150℃〜170℃であることが好ましい。また、乾燥時間は、2分〜5分間程度であることが好ましい。例えば、第2乾燥工程(S3)において、約160℃まで温度を上昇させて、3分程度保持するようにする。なお、例えば、到達温度を170℃とする場合には、2分程度保持すればよい。
In the second drying step (S3), by heating the piezoelectric precursor film 71 again, for example, the temperature is raised to a temperature higher than that in the first drying step (S2) and maintained for a certain period of time. The piezoelectric precursor film 71 is dried by evaporation.
In FIG. 6, it is preferable that the ultimate temperature in a 2nd drying process (S3) is about 150 to 170 degreeC. The drying time is preferably about 2 minutes to 5 minutes. For example, in the second drying step (S3), the temperature is raised to about 160 ° C. and held for about 3 minutes. For example, when the ultimate temperature is 170 ° C., it may be held for about 2 minutes.

さらに、この第2乾燥工程(S3)での昇温レートは、0.5〜1.5[℃/sec]であることが好ましい。
なお、ここで言う「昇温レート」とは、加熱開始時の温度(室温)と到達温度との温度差の20%上昇した温度から、温度差の80%の温度に達するまでの温度の時間変化率と規定する。例えば、室温25℃から100℃まで50秒で昇温させた場合の昇温レートは、(100−25)×(0.8−0.2)/50=0.9[℃/sec]となる。
Furthermore, it is preferable that the temperature increase rate in this 2nd drying process (S3) is 0.5-1.5 [degreeC / sec].
The “temperature increase rate” referred to here is the time from the temperature at which the temperature difference between the temperature at the start of heating (room temperature) and the attained temperature increases by 20% to the temperature at which the temperature difference reaches 80%. It is defined as the rate of change. For example, when the temperature is raised from room temperature 25 ° C. to 100 ° C. in 50 seconds, the rate of temperature rise is (100−25) × (0.8−0.2) /50=0.9 [° C./sec]. Become.

また、このような乾燥工程で用いる加熱装置としては、例えば、クリーンオーブン(拡散炉)、あるいはベーク装置等が挙げられるが、特に、ベーク装置を用いることが好ましい。クリーンオーブンでは、熱風を当てることによって温度を制御しているため、流路形成基板用ウェハー110の面内方向で、圧電体前駆体膜71の特性がばらつきやすいからである。   In addition, examples of the heating device used in such a drying process include a clean oven (diffusion furnace), a baking device, and the like. In particular, it is preferable to use a baking device. This is because in the clean oven, the temperature is controlled by applying hot air, so that the characteristics of the piezoelectric precursor film 71 are likely to vary in the in-plane direction of the flow path forming substrate wafer 110.

図5において、脱脂工程(S4)では、第1および第2乾燥工程(S2,S3)によって圧電体前駆体膜71を乾燥後、さらに大気雰囲気下において一定の温度で一定時間加熱して、圧電体前駆体膜71を脱脂する。
なお、ここで言う脱脂とは、ゾル膜の有機成分を、例えば、NO2、CO2、H2O等として離脱させることである。
In FIG. 5, in the degreasing step (S4), after the piezoelectric precursor film 71 is dried by the first and second drying steps (S2, S3), the piezoelectric precursor film 71 is further heated in the air atmosphere at a constant temperature for a predetermined time. The body precursor film 71 is degreased.
Here, degreasing refers, the organic components of the sol film, for example, is to be detached as NO 2, CO 2, H 2 O or the like.

脱脂工程(S4)における加熱方法は、特に限定されないが、流路形成基板用ウェハー110よりも外径が若干大きい所定厚さのアルミ板である治具を介して、ホットプレート上に流路形成基板用ウェハー110を載置して、圧電体前駆体膜71を所定の温度まで上昇させる。
図6において、脱脂工程(S4)での到達温度は、コロイド溶液の主溶媒である溶剤の沸点よりも、100℃〜300℃の範囲から選択された温度だけ上回っていることが好ましい。例えば、溶剤の沸点が176℃の場合、脱脂温度は、276℃〜476℃の範囲の温度とするのが好ましく、さらに好適には、300℃〜400℃の範囲である。温度が高すぎると結晶化が始まってしまい、また温度が低すぎると十分な脱脂が行えないからである。また、脱脂工程は、2分以上行うことが好ましい。
例えば、脱脂工程(S4)において、乾燥した圧電体前駆体膜71を300℃〜400℃程度まで上昇させ約3分間保持することで圧電体前駆体膜71を脱脂する。
The heating method in the degreasing step (S4) is not particularly limited, but the flow path is formed on the hot plate through a jig that is an aluminum plate having a predetermined outer diameter slightly larger than the flow path forming substrate wafer 110. The substrate wafer 110 is placed, and the piezoelectric precursor film 71 is raised to a predetermined temperature.
In FIG. 6, the ultimate temperature in the degreasing step (S4) is preferably higher than the boiling point of the solvent that is the main solvent of the colloidal solution by a temperature selected from the range of 100 ° C to 300 ° C. For example, when the boiling point of the solvent is 176 ° C., the degreasing temperature is preferably in the range of 276 ° C. to 476 ° C., and more preferably in the range of 300 ° C. to 400 ° C. This is because crystallization starts when the temperature is too high, and sufficient degreasing cannot be performed when the temperature is too low. Moreover, it is preferable to perform a degreasing process for 2 minutes or more.
For example, in the degreasing step (S4), the piezoelectric precursor film 71 is degreased by raising the dried piezoelectric precursor film 71 to about 300 ° C. to 400 ° C. and holding it for about 3 minutes.

また、図1および図2に示した圧電体層70の結晶性を向上させるためには、脱脂工程(S4)における昇温レートが重要である。
具体的には、脱脂工程における昇温レートを15〜25[℃/sec]とするのが好ましく、これにより、圧電体層70の(100)配向強度を向上でき、且つ流路形成基板用ウェハー110の面内方向における配向強度のばらつきも小さく抑えることができる。
Further, in order to improve the crystallinity of the piezoelectric layer 70 shown in FIGS. 1 and 2, the temperature increase rate in the degreasing step (S4) is important.
Specifically, the temperature rising rate in the degreasing step is preferably 15 to 25 [° C./sec], whereby the (100) orientation strength of the piezoelectric layer 70 can be improved, and the wafer for flow path forming substrate The variation in the orientation strength in the in-plane direction of 110 can also be suppressed.

なお、ここで言う「昇温レート」とは、乾燥工程時と同様に、加熱開始時の温度(室温)と到達温度との温度差の20%上昇した温度から、温度差の80%の温度に達するまでの温度の時間変化率である。   As used herein, the term “temperature increase rate” refers to a temperature that is 80% of the temperature difference from a temperature that is 20% higher than the temperature difference between the temperature at the start of heating (room temperature) and the ultimate temperature. It is the time change rate of the temperature until it reaches.

そして、このような塗布工程、第1乾燥工程、第2乾燥工程、脱脂工程を所定回数、例えば、2回繰り返すことで、図5(d−2)に示すように、所定厚の圧電体前駆体積層膜72を形成する。
なお、繰り返し回数は2回に限らず、1回のみでもよいし、3回以上でもよい。
Then, by repeating the coating process, the first drying process, the second drying process, and the degreasing process a predetermined number of times, for example, twice, as shown in FIG. The body laminated film 72 is formed.
Note that the number of repetitions is not limited to two, but may be one or three or more.

所定厚の圧電体前駆体積層膜72を形成後、焼成工程(S5)では、この圧電体前駆体積層膜72を加熱処理することによって結晶化させ、圧電体膜73を形成する。
図6において、焼結条件は材料により異なるが、例えば、740℃で5分間加熱を行って圧電体前駆体積層膜72を焼成して圧電体膜73を形成する。
なお、加熱装置としては、拡散炉を使用することができるほか、例えば、RTA(Rapid Thermal Annealing)装置を使用してもよい。
After the piezoelectric precursor multilayer film 72 having a predetermined thickness is formed, in the firing step (S5), the piezoelectric precursor multilayer film 72 is crystallized by heat treatment to form the piezoelectric film 73.
In FIG. 6, although the sintering conditions differ depending on the material, for example, heating is performed at 740 ° C. for 5 minutes to fire the piezoelectric precursor multilayer film 72 to form the piezoelectric film 73.
In addition, as a heating apparatus, a diffusion furnace can be used, and for example, an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus may be used.

また、図6において、脱脂工程(S4)と焼成工程(S5)との間の放置時間Tは、6時間以内とする。また、放置環境は、常温の22℃±3℃で、常湿の45%±10%であった。
図7に、脱脂工程(S4)と焼成工程(S5)との間の放置時間Tが異なる場合の圧電体膜73のX線回折パターン図を示した。Aは放置時間Tを1時間とした場合を、Bは放置時間Tを3日とした場合を示している。横軸は2θで、縦軸は回折強度Iである。
図7において、放置時間Tを1時間とした場合と比較して、放置時間Tを3日とした場合は、(110)のピークが大きくなっていることがわかる。PZT(100)の配向率を、回折強度Iを用いて、I(100)/(I(100)+I(110)+I(111))とする。
Moreover, in FIG. 6, let the leaving time T between a degreasing process (S4) and a baking process (S5) be less than 6 hours. Further, the leaving environment was 22 ° C. ± 3 ° C. at normal temperature and 45% ± 10% of normal humidity.
FIG. 7 shows an X-ray diffraction pattern diagram of the piezoelectric film 73 when the standing time T between the degreasing step (S4) and the firing step (S5) is different. A shows the case where the leaving time T is 1 hour, and B shows the case where the leaving time T is 3 days. The horizontal axis is 2θ, and the vertical axis is the diffraction intensity I.
In FIG. 7, it can be seen that the peak of (110) is larger when the standing time T is 3 days than when the standing time T is 1 hour. The orientation ratio of PZT (100) is set to I (100) / (I (100) + I (110) + I (111)) using the diffraction intensity I.

図8は、PZT(100)の配向率の放置時間依存性を示す図である。横軸は、放置時間T(分)を対数スケールで表し、縦軸は、PZT(100)の配向率を表している。
図8において、Aは98分(96.9%)、105分(99.2%)、115分(97.1%)、Bは4320分(64%)、Cは158分、164分、165分、Dは60分(98%)の放置時間T(カッコ内は配向率)を表している。片対数グラフにおいて、放置時間Tが長くなるにつれて、PZT(100)の配向率が直線的に小さくなっていくのがわかる。
配向率は、圧電体の圧電性能や圧電アクチュエーターの変位と相関があり、駆動電圧にも依存するが、通常使用される10〜40Vの範囲で適切な変位量を得ようとすると85%以上が望ましく、そのためには6時間以内に放置時間を制限するのがのぞましい。
FIG. 8 is a graph showing the dependence of the orientation rate of PZT (100) on the standing time. The horizontal axis represents the standing time T (minutes) on a logarithmic scale, and the vertical axis represents the orientation ratio of PZT (100).
In FIG. 8, A is 98 minutes (96.9%), 105 minutes (99.2%), 115 minutes (97.1%), B is 4320 minutes (64%), C is 158 minutes, 164 minutes, 165 minutes, D represents a standing time T (orientation ratio in parentheses) of 60 minutes (98%). In the semilogarithmic graph, it can be seen that the orientation rate of PZT (100) decreases linearly as the standing time T increases.
The orientation rate has a correlation with the piezoelectric performance of the piezoelectric body and the displacement of the piezoelectric actuator, and also depends on the driving voltage. However, when an appropriate amount of displacement is obtained in the range of 10 to 40 V that is normally used, it is 85% or more. For this purpose, it is desirable to limit the standing time within 6 hours.

そして、上述した塗布工程(S1)、第1および第2乾燥工程(S2,S3)、脱脂工程(S4)、焼成工程(S5)を複数回繰り返すことで、図5(d−3)に示すように、5層の圧電体膜73からなる所定厚さの圧電体層70を形成する。例えば、圧電体前駆体膜71の膜厚が0.1μm程度の場合には、圧電体層70全体の膜厚は約1μmとなる。   And it shows in FIG.5 (d-3) by repeating the application | coating process (S1) mentioned above, the 1st and 2nd drying process (S2, S3), a degreasing process (S4), and a baking process (S5) several times. As described above, the piezoelectric layer 70 having a predetermined thickness composed of the five piezoelectric films 73 is formed. For example, when the thickness of the piezoelectric precursor film 71 is about 0.1 μm, the total thickness of the piezoelectric layer 70 is about 1 μm.

図9および図10は、インクジェット式記録ヘッド1の製造方法を表す部分断面図である。
図9(e)において、圧電体層70を形成後は、例えば、イリジウムからなる上電極膜80を流路形成基板用ウェハー110の全面に形成する。
図9(f)において、圧電体層70および上電極膜80を、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子300を形成する。
図9(g)において、次にリード電極90を形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハー110の全面にわたって、例えば、金(Au)等からなる金属層91を形成する。その後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を介して金属層91を圧電素子300毎にパターニングすることでリード電極90が形成される。
9 and 10 are partial cross-sectional views showing a method for manufacturing the ink jet recording head 1.
In FIG. 9E, after the piezoelectric layer 70 is formed, an upper electrode film 80 made of, for example, iridium is formed on the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110.
In FIG. 9 (f), the piezoelectric layer 300 is formed by patterning the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 in regions facing the pressure generation chambers 12.
In FIG. 9G, the lead electrode 90 is formed next. Specifically, a metal layer 91 made of, for example, gold (Au) or the like is formed over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110. Thereafter, for example, the lead electrode 90 is formed by patterning the metal layer 91 for each piezoelectric element 300 through a mask pattern (not shown) made of a resist or the like.

図9(h)において、流路形成基板用ウェハー110の圧電素子300側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板30となる保護基板用ウェハー130を接合する。なお、この保護基板用ウェハー130は、例えば、400μm程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハー130を接合することによって流路形成基板用ウェハー110の剛性は著しく向上することになる。   In FIG. 9 (h), a protective substrate wafer 130 that is a silicon wafer and serves as a plurality of protective substrates 30 is bonded to the flow path forming substrate wafer 110 on the piezoelectric element 300 side. Since the protective substrate wafer 130 has a thickness of, for example, about 400 μm, the rigidity of the flow path forming substrate wafer 110 is significantly improved by bonding the protective substrate wafer 130.

図10(i)において、流路形成基板用ウェハー110をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらに弗化硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハー110を所定の厚みにする。例えば、約70μm厚になるように流路形成基板用ウェハー110をエッチング加工した。
図10(j)において、流路形成基板用ウェハー110上に、例えば、窒化シリコン(SiN)からなるマスク膜52を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、このマスク膜52を介して流路形成基板用ウェハー110を異方性エッチングすることにより、図10(k)に示すように、流路形成基板用ウェハー110に圧力発生室12、連通部13およびインク供給路14等を形成する。
In FIG. 10I, after the flow path forming substrate wafer 110 is polished to a certain thickness, the flow path forming substrate wafer 110 is made to have a predetermined thickness by wet etching with fluorinated nitric acid. For example, the flow path forming substrate wafer 110 was etched so as to have a thickness of about 70 μm.
In FIG. 10J, a mask film 52 made of, for example, silicon nitride (SiN) is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched through the mask film 52, whereby, as shown in FIG. 13 and the ink supply path 14 are formed.

なお、その後は、流路形成基板用ウェハー110および保護基板用ウェハー130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー110の保護基板用ウェハー130とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハー130にコンプライアンス基板40を接合し、流路形成基板用ウェハー110等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド1とする。   After that, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 are removed by cutting, for example, by dicing. The nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed on the surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the protective substrate wafer 130 is bonded, and the compliance substrate 40 is bonded to the protective substrate wafer 130. The ink jet recording head 1 of this embodiment is obtained by dividing the flow path forming substrate wafer 110 and the like into a single chip size flow path forming substrate 10 and the like as shown in FIG.

以上に述べた実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)脱脂工程(S4)後の放置時間Tを、常温、常湿の状態で6時間以内とすることにより、圧電体前駆体積層膜72への雰囲気中の水等の影響が抑えられ、焼成された圧電体膜73の結晶粒径、配向等の結晶状態を安定にできる。したがって、圧電性が安定した圧電体膜73の製造方法を得ることができる。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) By leaving the standing time T after the degreasing step (S4) within 6 hours at room temperature and normal humidity, the influence of water or the like in the atmosphere on the piezoelectric precursor laminated film 72 can be suppressed, The crystal state such as the crystal grain size and orientation of the fired piezoelectric film 73 can be stabilized. Therefore, a method for manufacturing the piezoelectric film 73 with stable piezoelectricity can be obtained.

(2)チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の(100)配向率が85%以上の圧電体膜73を得ることができる。したがって配向が揃うことにより、圧電性能が安定したチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の圧電体膜73の製造方法を得ることができる。   (2) The piezoelectric film 73 having a (100) orientation ratio of lead zirconate titanate (PZT) of 85% or more can be obtained. Therefore, by aligning the orientation, a method for producing the lead zirconate titanate (PZT) piezoelectric film 73 with stable piezoelectric performance can be obtained.

(3)放置環境が常温、常湿なので、環境の制御に必要なエネルギーを少なくできる。したがって、製造コストの低減した圧電体膜73の製造方法を得ることができる。   (3) Since the standing environment is normal temperature and humidity, the energy required for environmental control can be reduced. Therefore, a method for manufacturing the piezoelectric film 73 with reduced manufacturing costs can be obtained.

(4)圧電素子300が圧電性能の安定した圧電体膜73からなる圧電体層70を備えているので、振動の変位量が確保された圧電素子300の製造方法を得ることができる。   (4) Since the piezoelectric element 300 includes the piezoelectric layer 70 composed of the piezoelectric film 73 with stable piezoelectric performance, a method for manufacturing the piezoelectric element 300 in which the amount of vibration displacement is ensured can be obtained.

(5)前述の効果を有し、必要な液体の噴射量が確保されたインクジェット式記録ヘッド1の製造方法を得ることができる。   (5) A method of manufacturing the ink jet recording head 1 having the above-described effects and ensuring a necessary liquid ejection amount can be obtained.

また、上述した実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッド1を挙げて説明したが、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用できる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。   In the above-described embodiment, the ink jet recording head 1 is described as an example of the liquid ejecting head. However, the ink jet recording head 1 is widely used as a general target, and the liquid ejecting head ejects liquid other than ink. Of course, it is also applicable. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.

1…インクジェット式記録ヘッド、10…流路形成基板、12…圧力発生室、13…連通部、14…インク供給路、20…ノズルプレート、21…ノズル開口、30…保護基板、31…圧電素子保持部、32…リザーバー部、33…貫通孔、40…コンプライアンス基板,41…封止膜、42…固定板、43…開口部、50…弾性膜、52…マスク膜、55…絶縁体膜、60…下電極膜、70…圧電体層、71…圧電体前駆体膜,72…圧電体前駆体積層膜、73…圧電体膜、80…上電極膜、90…リード電極、110…流路形成基板用ウェハー、130…保護基板用ウェハ−、300…圧電素子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inkjet recording head, 10 ... Channel formation board | substrate, 12 ... Pressure generating chamber, 13 ... Communication part, 14 ... Ink supply path, 20 ... Nozzle plate, 21 ... Nozzle opening, 30 ... Protection board, 31 ... Piezoelectric element Holding part, 32 ... reservoir part, 33 ... through hole, 40 ... compliance substrate, 41 ... sealing film, 42 ... fixing plate, 43 ... opening part, 50 ... elastic film, 52 ... mask film, 55 ... insulator film, 60 ... Lower electrode film, 70 ... Piezoelectric layer, 71 ... Piezoelectric precursor film, 72 ... Piezoelectric precursor laminated film, 73 ... Piezoelectric film, 80 ... Upper electrode film, 90 ... Lead electrode, 110 ... Flow path Wafer for forming substrate, 130 ... wafer for protective substrate, 300 ... piezoelectric element.

Claims (5)

少なくとも鉛を含む有機金属化合物を含有するコロイド溶液を塗布して圧電体前駆体膜を形成する塗布工程と、
前記圧電体前駆体膜を加熱して、前記圧電体前駆体膜から前記コロイド溶液の溶媒を蒸発させる乾燥工程と、
前記圧電体前駆体膜を加熱して、前記圧電体前駆体膜から有機成分を離脱させる脱脂工程と、
前記脱脂工程後の放置時間が、常温、常湿の状態で6時間以内であり、放置後前記圧電体前駆体膜を焼成して圧電体膜とする焼成工程とを含む
ことを特徴とする圧電体膜の製造方法。
A coating step of coating a colloidal solution containing an organometallic compound containing at least lead to form a piezoelectric precursor film;
A drying step of heating the piezoelectric precursor film and evaporating the solvent of the colloidal solution from the piezoelectric precursor film;
A degreasing step of heating the piezoelectric precursor film to release organic components from the piezoelectric precursor film;
A standing time after the degreasing step is 6 hours or less at room temperature and normal humidity, and includes a firing step in which the piezoelectric precursor film is fired to form a piezoelectric film. Manufacturing method of body membrane.
請求項1に記載の圧電体膜の製造方法において、
前記圧電体膜は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)である
ことを特徴とする圧電体膜の製造方法。
The method of manufacturing a piezoelectric film according to claim 1,
The method for producing a piezoelectric film, wherein the piezoelectric film is lead zirconate titanate (PZT).
請求項1または請求項2に記載の圧電体膜の製造方法において、
前記常温は22℃±3℃で、前記常湿は45%±10%である
ことを特徴とする圧電体膜の製造方法。
In the method for manufacturing a piezoelectric film according to claim 1 or 2,
The normal temperature is 22 ° C. ± 3 ° C., and the normal humidity is 45% ± 10%.
基板上に下電極膜を形成する工程と、
前記下電極膜上に、請求項1または請求項2に記載の製造方法により製造された圧電体膜を含む圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に上電極膜を形成する工程とを含む
ことを特徴とする圧電素子の製造方法。
Forming a lower electrode film on the substrate;
Forming a piezoelectric layer including a piezoelectric film manufactured by the manufacturing method according to claim 1 or 2 on the lower electrode film;
Forming an upper electrode film on the piezoelectric layer. A method of manufacturing a piezoelectric element.
請求項4に記載の製造方法により製造された圧電素子を用いる
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
A method of manufacturing a liquid ejecting head, comprising using the piezoelectric element manufactured by the manufacturing method according to claim 4.
JP2009257712A 2009-11-11 2009-11-11 Method for manufacturing piezoelectric membrane, method for manufacturing piezoelectric element, and method for manufacturing liquid jet head Withdrawn JP2011103372A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009257712A JP2011103372A (en) 2009-11-11 2009-11-11 Method for manufacturing piezoelectric membrane, method for manufacturing piezoelectric element, and method for manufacturing liquid jet head

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009257712A JP2011103372A (en) 2009-11-11 2009-11-11 Method for manufacturing piezoelectric membrane, method for manufacturing piezoelectric element, and method for manufacturing liquid jet head

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011103372A true JP2011103372A (en) 2011-05-26

Family

ID=44193597

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009257712A Withdrawn JP2011103372A (en) 2009-11-11 2009-11-11 Method for manufacturing piezoelectric membrane, method for manufacturing piezoelectric element, and method for manufacturing liquid jet head

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011103372A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015032778A (en) * 2013-08-06 2015-02-16 株式会社リコー Manufacturing method of piezoelectric film, manufacturing method of electromechanical conversion element, liquid discharge head, and inkjet printer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015032778A (en) * 2013-08-06 2015-02-16 株式会社リコー Manufacturing method of piezoelectric film, manufacturing method of electromechanical conversion element, liquid discharge head, and inkjet printer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5019020B2 (en) Dielectric film manufacturing method, piezoelectric element manufacturing method, and liquid jet head manufacturing method
JP4296441B2 (en) Method for manufacturing actuator device
JP4737375B2 (en) Method for manufacturing actuator device, method for manufacturing liquid jet head, and method for manufacturing liquid jet device
JP4501917B2 (en) Actuator device and liquid jet head
JP5024518B2 (en) Actuator device, liquid jet head, and image recording apparatus
JP5013035B2 (en) Dielectric film manufacturing method and liquid jet head manufacturing method
JP2007073931A (en) Actuator equipment, manufacturing method thereof, and liquid injection head and liquid injection equipment
JP4877451B2 (en) Piezoelectric element manufacturing method and liquid jet head
JP5105040B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric element and method for manufacturing liquid jet head
JP2006286925A (en) Method for manufacturing multilayer film, method for manufacturing actuator, actuator, liquid jet head, and liquid jet device
JP2009190351A (en) Manufacturing method of liquid jet head and manufacturing method of piezoelectric element
JP2007048816A (en) Actuator apparatus, manufacturing method thereof, liquid injection head, and liquid injection apparatus
JP2007173691A (en) Method of manufacturing piezoelectric element, actuator device and liquid jetting head
JP2009231514A (en) Liquid spray head, liquid spray device, and piezoelectric element
JP2006093312A (en) Piezoelectric element, liquid injection head, and their manufacturing methods
JP2007266141A (en) Method of heat-treating substrate
JP2011103372A (en) Method for manufacturing piezoelectric membrane, method for manufacturing piezoelectric element, and method for manufacturing liquid jet head
JP2006196547A (en) Method of manufacturing piezo-electric element and method of manufacturing liquid injection head
JP2007173605A (en) Method of manufacturing piezoelectric element and method of manufacturing liquid jetting head
JP2009226728A (en) Manufacturing method of liquid jet head and manufacturing method of piezoelectric element
JP2005209912A (en) Piezoelectric element, and liquid injection head, as well as manufacturing method of piezoelectric element
JP2008205048A (en) Manufacturing method of piezoelectric element, and manufacturing method of liquid jetting head
JP2007152912A (en) Manufacturing method for piezoelectric element, piezoelectric element and liquid jet head
JP2005260003A (en) Manufacturing method of actuator device and liquid injector
JP2006019592A (en) Methods for manufacturing dielectric film, piezoelectric element, and liquid injection head

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20130205