JP2014004725A - Method for manufacturing liquid discharge head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid discharge head that discharges liquid.
インクといった液体を吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置には、一般的に、液体を吐出する液体吐出ヘッドが搭載されている。 2. Description of the Related Art Generally, a liquid discharge head that discharges liquid is mounted on an ink jet recording apparatus that records an image on a recording medium by discharging a liquid such as ink.
液体吐出ヘッドが液体を吐出する機構として、容積が拡縮可能な圧力室を備え、該圧力室の容積を拡縮させることによって圧力室内の液体に吐出力を加える機構が知られている。圧力室は吐出口と連通しており、吐出力が加えられた液体は当該吐出口から吐出される。 As a mechanism for discharging a liquid by a liquid discharge head, a mechanism is known that includes a pressure chamber whose volume can be expanded and contracted, and applies a discharge force to the liquid in the pressure chamber by expanding and contracting the volume of the pressure chamber. The pressure chamber communicates with the discharge port, and the liquid to which the discharge force is applied is discharged from the discharge port.
このような機構を有する液体吐出ヘッドの1つとして、断面形状が円形や矩形の筒形状を有する圧電部材で圧力室を形成したグールドタイプと呼ばれる液体吐出ヘッドが提案されている。グールドタイプの液体吐出ヘッドでは、圧電材料を含む圧力室の壁が圧力室の半径方向に一様に変形することにより圧力室の容積を拡縮する。圧力室を形成する全ての壁が変形して圧力室の容積を拡縮するので、圧力室の容積の拡縮量が比較的大きく、比較的大きい吐出力を液体に加えることができる。 As one of liquid discharge heads having such a mechanism, a liquid discharge head called a Gould type has been proposed in which a pressure chamber is formed of a piezoelectric member having a cylindrical shape with a circular or rectangular cross section. In the Gould type liquid discharge head, the volume of the pressure chamber is expanded and contracted by uniformly deforming the wall of the pressure chamber containing the piezoelectric material in the radial direction of the pressure chamber. Since all the walls forming the pressure chamber are deformed to expand and contract the volume of the pressure chamber, the volume of the pressure chamber is relatively large, and a relatively large discharge force can be applied to the liquid.
グールドタイプの液体吐出ヘッドにおいて、より高い解像度を得るためには、複数の吐出口、および各々の吐出口に対応する圧力室を、より高い密度で設ける必要がある。圧力室をより高い密度で設けることができる液体吐出ヘッドの製造方法が、特許文献1に開示されている。
In order to obtain a higher resolution in the Gould type liquid discharge head, it is necessary to provide a plurality of discharge ports and pressure chambers corresponding to each discharge port at a higher density. A method for manufacturing a liquid discharge head capable of providing pressure chambers with higher density is disclosed in
特許文献1に開示の製造方法について説明する。
The manufacturing method disclosed in
まず、複数の圧電プレートの各々に、同じ方向に延びる複数の溝を形成する。その後、溝が延びる方向を揃えて複数の圧電プレートを積層する。このとき、溝の開口が隣接する圧電プレートによって塞がれ、圧力室が形成される。積層された圧電プレートは、溝が延びる方向と直交する方向に切断され、圧電部材となる。なお、圧力室は圧電部材を貫通しており、液体は圧力室の一方の開口から他方の開口へ向かって圧力室内を流れる。 First, a plurality of grooves extending in the same direction are formed in each of the plurality of piezoelectric plates. Thereafter, a plurality of piezoelectric plates are stacked with the direction in which the grooves extend aligned. At this time, the opening of the groove is closed by the adjacent piezoelectric plate, and a pressure chamber is formed. The stacked piezoelectric plates are cut in a direction orthogonal to the direction in which the grooves extend to form a piezoelectric member. The pressure chamber penetrates the piezoelectric member, and the liquid flows in the pressure chamber from one opening of the pressure chamber toward the other opening.
その後、圧電部材の外側面のうちの、圧力室の開口を有する一方の面に溝を形成する。当該溝は隣り合う圧力室の間に形成され、各圧力室はそれぞれ独立して拡縮できるようになる。そして、圧電部材の一方の面にプリント配線基板およびノズルプレートを接合し、圧電部材の他方の面に供給路プレートおよびインクプールプレートを接合することで、液体吐出ヘッドが完成する。 Thereafter, a groove is formed on one surface of the outer surface of the piezoelectric member having the opening of the pressure chamber. The groove is formed between adjacent pressure chambers, and each pressure chamber can be expanded and contracted independently. Then, the printed wiring board and the nozzle plate are joined to one surface of the piezoelectric member, and the supply path plate and the ink pool plate are joined to the other surface of the piezoelectric member, thereby completing the liquid ejection head.
特許文献1に開示の製造方法によれば、圧力室をマトリックス状に配置できるので比較的高い密度で圧力室を配置することができる。また、板形状を有する圧電部材に孔を形成する場合に比べて圧電プレートに溝を形成するほうが容易であるため、この製造方法によれば、比較的高い精度で圧力室を形成できるとされている。
According to the manufacturing method disclosed in
ところで、近年では、インクに含まれる水分による紙のカールやコックリングなどの変形を減らすため、インクの水分量をさらに減らし、より高い粘度を有するインクを用いて文字や画像を記録することが求められている。そして、より高い粘土を有するインクを吐出することができるように、より大きな吐出力を液体に加えることができる液体吐出ヘッドが検討されている。 Incidentally, in recent years, in order to reduce deformation of paper curl and cockling due to moisture contained in the ink, it has been required to further reduce the moisture content of the ink and to record characters and images using ink having a higher viscosity. It has been. Then, a liquid discharge head capable of applying a larger discharge force to the liquid so that ink having higher clay can be discharged has been studied.
特許文献2は、圧力室内を流れる液体の流れ方向(以下、単に流れ方向という)に関して並べられた2つの圧電素子を備える液体吐出ヘッド(ダブルアクチュエータ型の液体吐出ヘッドを開示している。
具体的には、第1の圧電素子は、1枚の圧電プレートの両面に電極が設けられてなる単層型圧電素子であり、圧力室のうちの、吐出口側に位置する第1の圧力室部分の壁を形成している。第2の圧電素子は、圧電プレートと電極が交互に複数積層されてなる積層型圧電素子であり、圧電プレートの積層方向に貫通する貫通穴を有する。貫通穴が、圧力室のうちの、吐出口とは反対側に位置する第2の圧力室部分を形成している。 Specifically, the first piezoelectric element is a single-layer piezoelectric element in which electrodes are provided on both surfaces of one piezoelectric plate, and the first pressure located on the discharge port side in the pressure chamber. The wall of the chamber part is formed. The second piezoelectric element is a stacked piezoelectric element in which a plurality of piezoelectric plates and electrodes are alternately stacked, and has a through-hole penetrating in the stacking direction of the piezoelectric plates. The through hole forms a second pressure chamber portion located on the opposite side of the pressure chamber from the discharge port.
ダブルアクチュエータ型の液体吐出ヘッドでは、第2の圧電素子で第2の圧力室部分を収縮させた状態で第1の圧電素子を変形させる。第2の圧力室部分が収縮することによって、圧力室内の液体は第2の圧力室部分を通って逆流しにくくなる。すなわち、第1の圧力室部分の容積の拡縮によって第1の圧力室部分内の液体に加えられる力は吐出口へ向かう方向へ作用する。その結果、より大きな吐出力が液体に加えられる。 In the double actuator type liquid discharge head, the first piezoelectric element is deformed while the second pressure chamber portion is contracted by the second piezoelectric element. By contracting the second pressure chamber portion, the liquid in the pressure chamber is unlikely to flow backward through the second pressure chamber portion. That is, the force applied to the liquid in the first pressure chamber portion due to the expansion / contraction of the volume of the first pressure chamber portion acts in a direction toward the discharge port. As a result, a larger discharge force is applied to the liquid.
また、第2の圧電素子で第2の圧力室部分を拡大することによって圧力室へ液体が供給されやすくなる。その結果、リフィル性が向上する。 Further, the liquid is easily supplied to the pressure chamber by enlarging the second pressure chamber portion with the second piezoelectric element. As a result, the refill property is improved.
しかしながら、特許文献1に開示の製造方法では、次のような理由からダブルアクチュエータ型の液体吐出ヘッドを製造することができない。
However, the manufacturing method disclosed in
すなわち、ダブルアクチュエータ型の液体吐出ヘッドでは、流れ方向に関して2つの圧電素子が必要とされる。特許文献1に開示の製造方法を用いる場合、圧力室の壁のうちの、一方の開口側の部分を第1の圧電素子とし、他方の開口側の部分を第2の圧電素子とすることによってダブルアクチュエータ型の液体吐出ヘッドが製造される。したがって、圧力室の、流れ方向に関する寸法を比較的大きくしなければならない。
That is, in the double actuator type liquid discharge head, two piezoelectric elements are required in the flow direction. When the manufacturing method disclosed in
ところが、特許文献1に開示の製造方法では、圧力室の、流れ方向に関する寸法をより大きくするには、圧電部材の厚さをより厚くして圧力室の開口を有する面に形成される溝の深さをより深くしなければならない。当該溝の深さを深くすると、圧力室の壁の剛性が低くなり、当該溝を形成する際に圧力室の壁が折れやすくなる。
However, in the manufacturing method disclosed in
このような理由から、特許文献1に開示の製造方法では、圧力室の、流れ方向に関する寸法を大きくすることができず、ダブルアクチュエータ型の吐出ヘッドを製造することが困難であった。
For this reason, the manufacturing method disclosed in
また、特許文献2に開示の製造方法では、貫通孔を有する圧電プレートを複数枚積層して第2の圧電素子を作製している。すなわち、複数の圧電プレートに貫通孔を形成しなければならず、比較的複雑な加工をしなければならなかった。
Moreover, in the manufacturing method disclosed in
さらに、特許文献2に開示の製造方法では、積層型圧電素子は、単層型圧電素子を作製する工程の後に作製される。そのため、液体吐出ヘッドを完成するために必要な製造時間が長くなっていた。
Furthermore, in the manufacturing method disclosed in
そこで、本発明は、ダブルアクチュエータ型の液体吐出ヘッドを、より簡素な加工でかつより短い製造時間で製造する方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a double actuator type liquid discharge head with simpler processing and in a shorter manufacturing time.
上記目的を達成するため、本発明は、圧電材料の壁によって区画され、液体を吐出する吐出口に連通する複数の個別液室と、該個別液室の周囲に配置され、隣り合う個別液室の壁を隔てる凹部と、個別液室の内側面に配置された内側電極と、個別液室の外側面に配置され、個別液室の深さ方向へ並ぶ複数の外側電極と、を備える液体吐出ヘッドの製造方法に係る。この態様において、第1および第2の圧電基板を準備する準備工程と、溝形成工程と、電極形成工程と、分極工程と、電極分離工程と、積層工程と、を含む。溝形成工程では、第1の圧電基板の第1の面A1に、互いに並列して延びる複数の第1の溝を形成するとともに、第1の溝に並列して延びる第2の溝を隣り合う第1の溝の間に形成し、第2の圧電基板の第1の面B1に、互いに並列して延びる複数の第3の溝を形成する。電極形成工程では、第1の溝の側面および底面に第1の電極を形成し、第2の溝の側面に第2の電極を形成し、第1の圧電基板の、第1の面A1とは反対側の第2の面A2に第3の電極を形成し、第3の溝の底面に第4の電極を形成し、第2の圧電基板の、第1の面B1とは反対側の第2の面B2に第5の電極を形成する。分極工程では、第1の電極と第2および第3の電極との間に電圧を印加して第1の溝の側壁の分極および底壁の分極を行い、第4の電極と第5の電極との間に電圧を印加して第3の溝の底壁の分極を行う。電極分離工程では、複数の第2および第3の電極を、第1の溝が延びる方向に少なくとも2つに分離し、第4の電極を、第3の溝が延びる方向に少なくとも2つに分離する。積層工程では、第1の溝の位置と第3の溝の位置とを合わせた状態で、第1の圧電基板の第1の面A1と、第2の圧電基板の第2の面B2と、を接合する。そして、第1の溝を個別液室とし、第2および第3の溝を凹部とし、第1および第5の電極を内側電極とし、第2、第3および第4の電極を外側電極とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of individual liquid chambers that are partitioned by a wall of piezoelectric material and communicate with a discharge port for discharging liquid, and adjacent individual liquid chambers that are arranged around the individual liquid chambers. A liquid discharge device comprising: a recess that separates the walls of the individual liquid chamber; an inner electrode disposed on an inner surface of the individual liquid chamber; and a plurality of outer electrodes disposed on the outer surface of the individual liquid chamber and arranged in the depth direction of the individual liquid chamber. The present invention relates to a method for manufacturing a head. In this aspect, a preparation process for preparing the first and second piezoelectric substrates, a groove formation process, an electrode formation process, a polarization process, an electrode separation process, and a lamination process are included. In the groove forming step, a plurality of first grooves extending in parallel with each other are formed on the first surface A1 of the first piezoelectric substrate, and the second grooves extending in parallel with the first grooves are adjacent to each other. A plurality of third grooves formed between the first grooves and extending in parallel with each other are formed on the first surface B1 of the second piezoelectric substrate. In the electrode forming step, the first electrode is formed on the side surface and the bottom surface of the first groove, the second electrode is formed on the side surface of the second groove, and the first surface A1 of the first piezoelectric substrate Forms a third electrode on the second surface A2 on the opposite side, forms a fourth electrode on the bottom surface of the third groove, and is on the opposite side of the second piezoelectric substrate from the first surface B1. A fifth electrode is formed on the second surface B2. In the polarization step, a voltage is applied between the first electrode and the second and third electrodes to polarize the side wall of the first groove and the bottom wall, and the fourth electrode and the fifth electrode A voltage is applied between and the bottom wall of the third groove is polarized. In the electrode separation step, the plurality of second and third electrodes are separated into at least two in the direction in which the first groove extends, and the fourth electrode is separated into at least two in the direction in which the third groove extends. To do. In the stacking step, the first surface A1 of the first piezoelectric substrate, the second surface B2 of the second piezoelectric substrate, with the position of the first groove and the position of the third groove being matched, Join. The first groove is an individual liquid chamber, the second and third grooves are recesses, the first and fifth electrodes are inner electrodes, and the second, third, and fourth electrodes are outer electrodes. .
本発明によれば、ダブルアクチュエータ型の液体吐出ヘッドを、より簡素な加工でかつより短い製造時間で製造することができる。 According to the present invention, a double actuator type liquid discharge head can be manufactured with simpler processing and in a shorter manufacturing time.
本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法および当該製造方法を用いて製造される液体吐出ヘッドの一例を図面に基づき説明する。 An example of a method for manufacturing a liquid discharge head according to the present invention and a liquid discharge head manufactured using the manufacturing method will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係る製造方法を用いて製造される液体吐出ヘッドユニットの斜視図である。図2は図1に示される液体吐出ヘッドユニットの分解斜視図である。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a perspective view of a liquid discharge head unit manufactured using the manufacturing method according to the present embodiment. FIG. 2 is an exploded perspective view of the liquid discharge head unit shown in FIG.
図1,2に示されるように、液体吐出ヘッドユニット1は、オリフィスプレート2、液体吐出ヘッド3、後方絞りプレート4、共通液室5がこの順番に積層されてなる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the liquid
液体吐出ヘッド3は、個別液室6と、該個別液室の周囲に形成された凹部7(空気室7とも称す)と、を備える。共通液室5は、後方絞りプレート4を介して液体吐出ヘッド3の個別液室6と連通している。オリフィスプレート2には加圧されたインクを液滴として吐出する吐出口8が個別液室6に対応して形成されている。
The
また、液体吐出ヘッドユニット1は、液体吐出ヘッド3から外部への配線として、液体吐出ヘッド3の端面から引き出された第1,第2および第3のフレキシブル基板(FPC;Flexible printed circuits)9,10,11を有する。
Further, the liquid
以下に本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法を説明する。製造方法の概要を図3のフローチャートに示す。ここでは、吐出口8が5行5列に配列された液体吐出ヘッドユニット1の製造方法を説明するが、溝の数や圧電基板の積層数を変更することで吐出口8の数が異なる液体吐出ヘッドユニットを製造することができる。
A method for manufacturing the liquid discharge head of this embodiment will be described below. An outline of the manufacturing method is shown in the flowchart of FIG. Here, a method of manufacturing the liquid
(第1の圧電基板の加工)
図4は、複数の溝が形成された第1の圧電基板の一例を示す平面図である。図4に示される例では、第1の圧電基板12には、5つの個別液室6および6つの空気室7(図2参照)に対応する溝群が5セット分形成されている。第1の圧電基板12としては、例えば、19mm×70mm×0.24mmのPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)基板が挙げられる。
(Processing of the first piezoelectric substrate)
FIG. 4 is a plan view showing an example of a first piezoelectric substrate in which a plurality of grooves are formed. In the example shown in FIG. 4, five sets of groove groups corresponding to five
なお、以下の説明では、第1の圧電基板12に形成された5セットのうちの1セットのみを図示する。
In the following description, only one set of the five sets formed on the first
(溝加工)
まず、図5を用いて、図4に示される第1の圧電基板12を形成する方法を説明する。図5は、図4に示される第1の圧電基板12を形成する方法を説明するための斜視図である。
(Groove processing)
First, a method for forming the first
図5(a)に示すように、圧電材料からなる、所望の寸法と形状を有する平板形状の第1の圧電基板12を準備する。そして、超砥粒ホイールによる研削加工によって第1の露光用アライメント溝13(図4参照)を第1の圧電基板12に形成する。
As shown in FIG. 5A, a plate-shaped first
第1の露光用アライメント溝13は、第1の圧電基板12の端からの距離によって位置決めされる。本工程に先立ち、フォトリソグラフィによって目印となる金属パターンなどを第1の圧電基板12に形成しておき、当該金属パターンに基づいて第1の露光用アライメント溝13の位置を決めてもよい。
The first
次に、図5(b)に示すように、第1の圧電基板12の一の面に、互いに並列して延びる複数の第1の溝14を形成する。本実施形態では、複数の第1の溝14は、第1の方向Xに沿って延びている。
Next, as shown in FIG. 5B, a plurality of
第1の溝14は、第1の露光用アライメント溝13(図4参照)を基準に位置決めされる。第1の溝14の一部が個別液室6(図2参照)として機能する。なお、第1の圧電基板12の面うちの、第1の溝14が形成された面を溝形成面15または第1の面A1と称する。
The
第1の溝14は、例えば超砥粒ホイールによる研削加工によって形成される。本実施形態では、超砥粒ホイール(不図示)は、第1の圧電基板12の面のうちの、第1の方向Xを向く第1の側面16から、第1の側面16とは反対側の第2の側面17へ向かって移動し、第2の側面17へ到達する前に第1の圧電基板12から離される。したがって、第1の溝14は、第1の方向Xに沿って第1の側面16から第2の側面17の手前まで延びている。
The
第1の溝14の大きさやピッチは、個別液室6(図2参照)の大きさおよび個別液室6の配置密度から決定される。例えば、溝幅を0.12mm、溝深さを0.12mmとし、溝のピッチを0.706mm(36npi相当)として複数の第1の溝14を形成することができる。
The size and pitch of the
なお、溝幅とは、溝が延びる方向および溝の深さ方向と交わる方向に関する溝の寸法をいう。また、溝のピッチとは、第2の方向に関して隣り合う複数の溝の、第2の方向に関する間隔をいう。 The groove width refers to the dimension of the groove in the direction in which the groove extends and the direction that intersects the depth direction of the groove. Further, the pitch of the grooves refers to an interval in the second direction between a plurality of adjacent grooves in the second direction.
さらに個別液室6(図2参照)となる第1の溝14に加え、その両外側に溝(不図示)を形成することで、後の接合工程における接着剤の逃げ溝として機能させることができる。また、図4に示すように、後のチップ積層工程におけるアライメントの目印として、第1の接合用アライメント溝18を形成しておく。
Furthermore, in addition to the
続いて、図5(c)に示すように、溝形成面15の、第1の溝14の両隣に第1の溝14に並列して延びる複数の第2の溝19を形成する。第2の溝19は、第1の露光用アライメント溝13(図4参照)を基準に位置決めされる。
Subsequently, as shown in FIG. 5C, a plurality of
第2の溝19の一部が空気室7(図1,2参照)として機能する。第2の溝19は、第1の溝14とは逆に、第1の方向Xに沿って第2の側面17から第1の側面16の手前まで延びている。
A part of the
第2の溝19の大きさは、空気室7(図2参照)の大きさから決定される。例えば、第1の溝14と第2の溝19の間の壁幅を0.12mm、第2の溝19の溝幅を0.346mm、溝深さを0.14mmとすることができる。
The size of the
(電極形成)
第1および第2の溝14,19を形成したところで、図5(d)に示すように、第1の溝14の内側面に第1の電極(SIG)20を形成し、第2の溝19の内側面のうちの少なくとも側面に第2の電極(GND)21を形成する。第2の溝19の全ての内側面に第2の電極(GND)21が形成されていてもよい。また、第1および第2の側面16,17に金属膜を形成する。
(Electrode formation)
When the first and
第1の電極(SIG)20および第2の電極(GND)21のパターンは、リフトオフ、レーザーや研磨などによって形成される。なお、本書の説明において、パターンを形成することを、パターニングと称することがある。 The patterns of the first electrode (SIG) 20 and the second electrode (GND) 21 are formed by lift-off, laser, polishing, or the like. In the description of this document, forming a pattern may be referred to as patterning.
一例として、リフトオフによる電極パターニング方法を、図6(a)〜(d)を用いて説明する。図6(a)〜(d)は、図5(c)のA−A’断面である。 As an example, an electrode patterning method by lift-off will be described with reference to FIGS. 6A to 6D are cross-sectional views taken along the line A-A ′ of FIG.
溝形成面15には第1および第2の溝14,19が形成されているため、通常のスピンコーターによる塗布方法では、均一なレジスト膜を形成することが難しい。そこで、フィルムレジストのラミネートやスプレーコータによる塗布が適している。溝の内部を均一に露光することは困難であるため、レジストには溝の外部だけを露光すればよいネガタイプのレジストを用いるのが好ましい。
Since the first and
まず、図6(a)に示すように、第1の圧電基板12の溝形成面15にフィルムレジスト22をラミネートし、第1および第2の溝14,19の開口を塞ぐ。第1の圧電基板12は焼結体であるため、10μm程度のボイドが点在する。そのため、フィルムレジスト22が薄すぎると、ボイド上部のフィルムレジスト22にパターン欠損が生じてしまう。そこで、フィルムレジスト22には、十分な厚さ、例えば40μm以上のものを用いることが好ましい。
First, as shown in FIG. 6A, a film resist 22 is laminated on the
次に、図6(b)に示すように、露光、現像によりフィルムレジスト22のパターニングを行う。リフトオフでは電極パターンを残したくない部分にフィルムレジスト22が残るようにフォトリソグラフィでレジストパターンを形成する。この際に、後の工程で溝側壁に金属膜が全域にわたって成膜されるように、フィルムレジスト22のパターン幅を溝側壁の幅よりも小さくしておくことが好ましい。例えば、溝側壁の幅が0.12mmの場合、レジストパターン幅を0.06mmとする。 Next, as shown in FIG. 6B, the film resist 22 is patterned by exposure and development. In the lift-off, a resist pattern is formed by photolithography so that the film resist 22 remains in a portion where the electrode pattern is not desired to be left. At this time, it is preferable to make the pattern width of the film resist 22 smaller than the width of the groove side wall so that the metal film is formed on the entire side wall of the groove in the subsequent step. For example, when the width of the groove sidewall is 0.12 mm, the resist pattern width is 0.06 mm.
続いて、図6(c)に示すように、溝形成面15並びに第1および第2の溝14,19の内側面に、電極となる金属膜をスパッタリングや蒸着によって形成する。スパッタリングは溝側壁への成膜性が優れており、蒸着はリフトオフでのパターニングしやすさに優れている。このとき、溝形成面15の、フィルムレジスト22が残存している領域では、金属膜は、溝形成面15上に形成されず、フィルムレジスト22上に形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 6C, a metal film to be an electrode is formed on the
そして、図6(d)に示すように、第1の圧電基板12に残存するフィルムレジスト22を除去することで、フィルムレジスト22上に成膜されていた金属膜がフィルムレジスト22と共に剥離され、所望の金属膜のパターンが得られる。第1の溝14の内側面上に残存した金属膜が第1の電極(SIG)20となり、第2の溝19の内側面上に残存した金属膜が第2の電極(GND)21となる。
Then, as shown in FIG. 6D, by removing the film resist 22 remaining on the first
金属膜を形成する方法として、例えば下地層としてCrを20nm程度成膜し、さらに電極層としてAuを1000nm程度成膜する方法が挙げられる。あるいは、下地層としてCrを20nm程度成膜し、Cr膜上にPdを50nm程度成膜し、さらにPd膜をシード層としてNiめっきを1000nm程度行い、Ni膜の表面のみをAuに置換めっきすることによっても金属膜を形成することができる。後者で挙げた金属膜形成方法の方が、リフトオフ時の膜厚が薄いのでバリが残りにくくパターニング性が向上するうえに、表面のみにAuを使用するため低コストである。 As a method of forming the metal film, for example, a method of forming Cr as a film with a thickness of approximately 20 nm as an underlayer and further depositing Au as a film with a thickness of approximately 1000 nm as an electrode layer can be cited. Alternatively, Cr is deposited to a thickness of approximately 20 nm as the underlayer, Pd is deposited to a thickness of approximately 50 nm on the Cr film, Ni plating is performed to a thickness of approximately 1000 nm using the Pd film as a seed layer, and only the surface of the Ni film is replaced with Au. Also, the metal film can be formed. The metal film forming method mentioned in the latter is thin because the film thickness at the time of lift-off is small, so that burrs are less likely to remain and the patterning property is improved. In addition, Au is used only on the surface, so that the cost is low.
また、レーザー照射や研磨によって金属膜のパターンを形成することができる。 Further, a metal film pattern can be formed by laser irradiation or polishing.
レーザー照射や研磨による方法では、まず全面にスパッタリング、蒸着や無電解めっきなどで金属膜を成膜する。このとき、第1および第2の側面16,17にも金属膜が成膜される。そして、成膜された金属膜の不要な部分、つまり、第1および第2の溝14,19の間に形成された金属膜をレーザーや研磨によって除去することで所望の電極パターンが得られる。
In the method by laser irradiation or polishing, a metal film is first formed on the entire surface by sputtering, vapor deposition, electroless plating, or the like. At this time, a metal film is also formed on the first and second side surfaces 16 and 17. A desired electrode pattern is obtained by removing unnecessary portions of the formed metal film, that is, the metal film formed between the first and
図6(a)〜(d)に示した方法により第1の電極(SIG)20および第2の電極(GND)21を形成したところで、図5(e)に示すように、第1の圧電基板12に共通配線24および第3の電極(GND)25を形成する。共通配線24および第3の電極(GND)25は、第1の圧電基板12の面のうちの、溝形成面15とは反対側の面23上に形成される。なお、面23を第2の面A2とも称することがある。
When the first electrode (SIG) 20 and the second electrode (GND) 21 are formed by the method shown in FIGS. 6A to 6D, as shown in FIG. A
共通配線24および第3の電極(GND)25は、第1の方向Xと交わりかつ面23に沿う第2の方向Yに沿ってそれぞれ延びており、互いに電気的に絶縁されている。共通配線24および第3の電極(GND)25は、フォトレジストのフォトリソグラフィを利用したリフトオフやエッチングといった方法や、レーザー、ダイシング、フライス加工などで不要部分を除去する方法によってパターニングされる。
The
特に、図5(d)に示される第1の電極(SIG)20および第2の電極(GND)21を形成する場合と異なり、面23に凹凸が無いため、通常のスピンコートによるレジスト塗布でも、均一なレジスト膜を形成することができる。
In particular, unlike the case where the first electrode (SIG) 20 and the second electrode (GND) 21 shown in FIG. 5 (d) are formed, the
フォトリソグラフィによるリフトオフ法を用いて共通配線24および第3の電極(GND)25をパターニングする方法を、図6(e)〜(h)を用いて説明する。図6(e)〜(h)は、図5(c)のB−B’断面である。
A method for patterning the
図6(e)に示すように、面23上にレジスト26を成膜する。そして、図6(f)に示すように、レジスト26をパターニングする。その後、図6(g)に示すように面23上に金属膜を成膜する。このとき、面23の、レジスト26が残存している領域では、金属膜は、面23上には形成されず、レジスト26上に形成される。金属膜は第1および第2の電極の形成方法と同様の方法で形成されるため、ここでは金属膜の形成方法の説明については省略する。
As shown in FIG. 6E, a resist 26 is formed on the
面23に金属膜に形成したところで、図6(h)に示すようにレジスト26を除去する。その結果、レジスト26上に成膜されていた金属膜がレジスト26と共に剥離され、所望の金属膜のパターンが得られる。面23の、第1の側面16側の領域に残存した金属膜が共通配線24となり、面23の、第2の側面17側の領域に残存した金属膜が第3の電極(GND)25となる。
When the metal film is formed on the
共通配線24は、第1の側面16に形成された金属膜を介して第1の電極(SIG)20と電気的に接続されている。一方、第3の電極(GND)25は第2の側面17に形成された金属膜を介して第2の電極(GND)21と電気的に接続されている。
The
(分極)
共通配線24および第3の電極(GND)25を形成したところで、図5(f)に示すように、第1の圧電基板12に分極処理を施す。第1の圧電基板12の分極処理によって、第1の溝14を形成する壁(側壁および底壁)は異なる3方向へ分極される。
(polarization)
When the
分極処理は、第1の圧電基板12を100〜150℃程度に加熱した状態で、1〜2kV/mm程度の高電界となる電圧を第1の電極(SIG)20と、第2および第3の電極(GND)21,25との間に所定の時間印加することによって行われる。このとき、第1の電極(SIG)20を正電位とし、第2の電極(GND)21および第3の電極(GND)25をGND電位とする。
In the polarization treatment, a voltage that becomes a high electric field of about 1 to 2 kV / mm is applied to the first electrode (SIG) 20, the second and third electrodes in a state where the first
共通配線24および第3の電極(GND)25は比較的大きいので、共通配線24および第3の電極(GND)25を電極パッドとして利用することで、高電界を発生する電源装置27を第1の圧電基板12に比較的容易に接続することができる。
Since the
第1の電極(SIG)20と、第2および第3の電極(GND)21,25との間の間隔は0.06mmと狭く、空気中で1〜2kV/mmの高電界を印加すると空中放電や沿面放電を生じる可能性が高い。空中放電や沿面放電を防ぐため、例えばシリコーンオイル(絶縁破壊電圧:10kV/mm以上)のような絶縁性の高いオイルなどの中で分極処理を行うことが望ましい。シリコーンオイルは分極後にキシレン、ベンゼン、トルエンといった炭化水素系溶剤や塩化メチレン、1.1.1−トリクロロエタン、クロロベンゼンといった塩素化炭化水素系溶剤によって除去可能である。 The distance between the first electrode (SIG) 20 and the second and third electrodes (GND) 21 and 25 is as narrow as 0.06 mm, and it is in the air when a high electric field of 1 to 2 kV / mm is applied in air. There is a high possibility of causing discharge and creeping discharge. In order to prevent air discharge and creeping discharge, it is desirable to perform polarization treatment in highly insulating oil such as silicone oil (dielectric breakdown voltage: 10 kV / mm or more). Silicone oil can be removed after polarization by a hydrocarbon solvent such as xylene, benzene or toluene, or a chlorinated hydrocarbon solvent such as methylene chloride, 1.1.1-trichloroethane or chlorobenzene.
分極処理後、必要に応じてエージング処理を行う。エージング処理とは、分極処理が施された第1の圧電基板12を昇温した状態で一定の時間に保持することによって、その圧電特性を安定化させる処理である。例えば、100℃のオーブンに、分極処理が施された第1の圧電基板12を10時間放置することによってエージング処理が完了する。
After the polarization process, an aging process is performed as necessary. The aging process is a process for stabilizing the piezoelectric characteristics of the first
(電極分離)
分極処理が完了したところで、図5(g)および図6(i)に示すように、第2の電極(GND)21と第3の電極(GND)25をそれぞれ2つに分離する。具体的には、第2の電極(GND)21と第3の電極(GND)25の、第1の方向Xに関して中間部分を第1の圧電基板12から剥がす。その結果、第2の電極(GND)21は第1の方向Xへ並ぶ2つの第2の電極部分21a,21bになり、第3の電極(GND)25は第1の方向Xへ並ぶ2つの第3の電極部分25a,25bになる。
(Electrode separation)
When the polarization process is completed, the second electrode (GND) 21 and the third electrode (GND) 25 are separated into two, as shown in FIGS. 5 (g) and 6 (i). Specifically, the intermediate portion of the second electrode (GND) 21 and the third electrode (GND) 25 in the first direction X is peeled off from the first
第2の電極部分21a,21bを分離する分離位置28aは、次の工程であるチップ分離(図5(h),(i)参照)の際の、第1および第2のチップ分離位置29,30との間の任意の位置とすればよい。第3の電極部分25a,25bを分離する分離位置28bも、第1および第2のチップ分離位置29,30との間の任意の位置とすればよい。
The
例えば、本実施形態では、チップ分離工程において、19mm×70mm×0.24mmの大きさを有する第1の圧電基板12を10mm×10mm×0.24mmのチップに分離する。このような場合、第2のチップ分離位置30から第1のチップ分離位置29へ向かって8mm進んだ位置を分離位置28a,28bとすることができる。
For example, in the present embodiment, in the chip separation step, the first
第3の電極(GND)25は、第1の圧電基板12のダイシング加工によって分離される。面23は平坦であるため、ダイシングブレード31を用いて第3の電極(GND)25の膜厚よりも厚い深さで第3の電極(GND)25をダイシングすればよい。
The third electrode (GND) 25 is separated by dicing processing of the first
もちろん、ダイシング加工に限られず、フォトレジストのフォトリソグラフィを利用したリフトオフやエッチング、レーザー、フライス加工などで不要部分を除去する方法によっても第3の電極(GND)25は分離される。 Of course, the third electrode (GND) 25 is separated not only by dicing but also by a method of removing unnecessary portions by lift-off using a photolithography of a photoresist, etching, laser, milling, or the like.
第2の電極21は、第2の溝19の内側面に形成されているため、ダイシング加工による分離は困難である。したがって、第2の電極21を分離する際には、フォトレジストのフォトリソグラフィを利用したリフトオフやエッチング、レーザー加工などで不要部分を除去する方法を用いることが好ましい。
Since the
(チップ分離)
第2の電極(GND)21および第3の電極(GND)25を分離したところで、図5(h)に示すように、第1の圧電基板12のうちの、第1のチップ分離位置29から第2の側面17側の部分を除去する。第1のチップ分離位置29は、複数の第1の溝14を第2の方向Yに横切っている。したがって、当該部分を除去した後の第1の圧電基板12の第1の溝14は、第1の圧電基板12の溝形成面15上を通り抜けている。
(Chip separation)
When the second electrode (GND) 21 and the third electrode (GND) 25 are separated from each other, as shown in FIG. 5 (h), from the first
また、この工程において、第2の側面17上の金属膜も除去される。したがって、各第2の溝19内の第2の電極部分21a,21b、および面23の第3の電極部分25a,25bはそれぞれ電気的に分離される。
In this step, the metal film on the
第1の圧電基板12の前記部分を除去する方法としては、ダイシング、研磨やレーザーアブレーションなどが挙げられる。
Examples of the method for removing the portion of the first
続いて、図5(i)に示すように、第1の圧電基板12のうちの、第2のチップ分離位置30から第1の側面16側の部分を除去する。第1のチップ分離位置30は、複数の第2の溝19を第2の方向Yに横切っている。したがって、第1の圧電基板12のうちの、第2のチップ分離位置30から第1の側面16側の部分を除去した後の第1の圧電基板12の第2の溝19は、第1の圧電基板12の溝形成面15上を通り抜けている。
Subsequently, as shown in FIG. 5I, the portion of the first
また、この工程において、第1の側面16上の金属膜も除去される。したがって、各第1の溝14内の第1の電極(SIG)20および面23の共通配線24はそれぞれ電気的に分離される。
In this step, the metal film on the
なお、第2のチップ分離位置30を複数の第2の溝19を横切らない位置とすることによって、第2の溝19は第1の圧電基板12の溝形成面15上を通り抜けなくなる。したがって、第2の溝19が空気室7(図2参照)となった場合に、空気室7は液体吐出ヘッド3(図1,2参照)を貫通しない形状となる。
By setting the second
第1の圧電基板12のうちの、第1のチップ分離位置29から第2の側面17側の部分、および第2のチップ分離位置30から第1の側面16側の部分を除去したところで、図4に示す5セット分の溝群が形成された第1の圧電基板12を1セットごとに切り離す。これにより、第1の圧電基板12は、10mm×10mm×0.24mmの大きさを有する5つの小チップに切り出される。
A portion of the first
(第2の圧電基板の加工)
図7は、複数の溝が形成された第2の圧電基板の一例を示す平面図である。図7に示される例では、第2の圧電基板32には、5つの空気室7に対応する溝群が5セット形成されている。第2の圧電基板32としては、例えば、15mm×70mm×0.43mmのPZT基板が挙げられる。
(Processing of the second piezoelectric substrate)
FIG. 7 is a plan view showing an example of a second piezoelectric substrate in which a plurality of grooves are formed. In the example shown in FIG. 7, five sets of groove groups corresponding to five
なお、以下の説明では、第2の圧電基板32に形成された5セットの溝群うちの1セットのみを図示する。
In the following description, only one set of the five sets of groove groups formed on the second
(溝加工)
図8を用いて図7に示される第2の圧電基板32を形成する方法を説明する。図8は、図7に示される第2の圧電基板12を形成する方法を説明するための斜視図である。
(Groove processing)
A method of forming the second
まず、所望の厚みと形状を有する平板形状の第2の圧電基板32を準備する。そして、超砥粒ホイールによる研削加工によって第2の露光用アライメント溝33(図7参照)を第2の圧電基板32に形成する。
First, a flat plate-like second
第2の露光用アライメント溝33は、第2の圧電基板32の端からの距離によって位置決めされる。本工程に先立ち、フォトリソグラフィによって目印となる金属パターンなどを第2の圧電基板32に形成しておき、当該金属パターンに基づいて第2の露光用アライメント溝33の位置を決めてもよい。
The second exposure alignment groove 33 is positioned by the distance from the end of the second
図8(a)に示すように、第2の圧電基板32に、互いに並列して延びる複数の第3の溝34を形成する。本実施形態では、複数の第3の溝34は、第1の方向Xへ延びている。
As shown in FIG. 8A, a plurality of
第3の溝34は、第2の露光用アライメント溝33(図7参照)を基準に位置決めされる。第3の溝34の一部が、個別液室6(図2参照)に隣接する空気室7(図2参照)として機能する。なお、第2の圧電基板32のうちの、第3の溝34が形成された面を溝形成面35または第1の面B1と称する。
The
第3の溝34は、例えば超砥粒ホイールによる研削加工によって形成される。本実施形態では、超砥粒ホイール(不図示)は、第2の圧電基板32の、第1の方向Xを向く第1の側面36から第1の方向Xへ沿って移動し、第1の側面36とは反対側の第2の側面37へ到達する前に第2の圧電基板32から離される。したがって、第3の溝34は、第1の方向Xに沿って第1の側面36から第2の側面37の手前まで延びている。
The
第3の溝34の大きさやピッチは、空気室7(図2参照)の大きさおよび空気室7の配置密度から決定される。例えば、溝幅を0.36mm、溝深さを0.31mmとし、溝のピッチを0.706mm(36npi相当)として複数の第3の溝34を形成することができる。
The size and pitch of the
さらに空気室7(図2参照)となる第3の溝34に加え、その両外側に溝(不図示)を形成することで、後の接合工程における接着剤の逃げ溝として機能させることができる。また、図7に示すように、後のチップ積層工程においてアライメントの目印として、第2の接合用アライメント溝38を形成しておく。
Furthermore, by forming grooves (not shown) on both outer sides in addition to the
(電極形成)
続いて、図8(b)に示すように、第3の溝34の内側面のうち少なくとも底面に第4の電極(GND)39を形成する。第3の溝34の全ての内側面に第4の電極(GND)39が形成されていてもよい。
(Electrode formation)
Subsequently, as shown in FIG. 8B, a fourth electrode (GND) 39 is formed on at least the bottom surface of the inner surface of the
また、溝形成面35に第4の電極(GND)39が形成されていてもよいが、第2の圧電基板32を小チップ化した際の端面と第4の電極(GND)39が接しないように溝形成面35形成された第4の電極(GND)39をパターニングしておくことが好ましい。第4の電極(GND)39のパターンは、リフトオフ、レーザーや研磨などによって形成される。
Further, the fourth electrode (GND) 39 may be formed on the
一例として、リフトオフによる電極パターニング方法を、図9(a)〜(d)を用いて説明する。図9(a)〜(d)は、図8(a)のC−C’断面である
溝形成面35には第3の溝34が形成されているため、通常のスピンコーターによる塗布方法では、均一なレジスト膜を形成することが難しい。そこで、フィルムレジストのラミネートやスプレーコータによる塗布が適している。溝の内部を均一に露光することは困難であるため、レジストには溝の外部だけを露光すればよいネガタイプのレジストを用いるのが好ましい。
As an example, an electrode patterning method by lift-off will be described with reference to FIGS. FIGS. 9A to 9D are cross-sectional views taken along the line CC ′ of FIG. 8A. Since the
まず、図9(a)に示すように、第2の圧電基板32の溝形成面35にフィルムレジスト22をラミネートする。次に、図9(b)に示すように、電極パターンを残したくない部分にフィルムレジスト22が残るようにフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成する。
First, as shown in FIG. 9A, the film resist 22 is laminated on the
さらに、図9(c)に示すように、溝形成面35並びに第3の溝34の内側面に、電極となる金属膜をスパッタリングや蒸着によって形成する。このとき、溝形成面35の、フィルムレジスト22が残存している領域では、金属膜は、溝形成面35上に直接形成されず、フィルムレジスト22上に形成される。
Further, as shown in FIG. 9C, a metal film to be an electrode is formed on the inner surface of the
そして、図9(d)に示すように、第2の圧電基板32に残存するフィルムレジスト22を除去することで、フィルムレジスト22上に成膜されていた金属膜がフィルムレジスト22と共に剥離され、所望の金属膜のパターンが得られる。残存した金属膜が第4の電極(GND)39となる。
Then, as shown in FIG. 9D, by removing the film resist 22 remaining on the second
金属膜を形成する方法として、例えば下地層としてCrを20nm程度成膜し、さらに電極層としてAuを1000nm程度成膜する方法が挙げられる。あるいは、下地層としてCrを20nm程度成膜し、Cr膜上にPdを50nm程度成膜し、さらにPd膜をシード層としてNiめっきを1000nm程度行い、Ni膜の表面のみをAuに置換めっきすることによっても金属膜を形成することができる。後者で挙げた金属膜形成方法の方が、リフトオフ時の膜厚が薄いのでバリが残りにくくパターニング性が向上するうえに、表面のみにAuを使用するため低コストである。 As a method of forming the metal film, for example, a method of forming Cr as a film with a thickness of approximately 20 nm as an underlayer and further depositing Au as a film with a thickness of approximately 1000 nm as an electrode layer can be cited. Alternatively, Cr is deposited to a thickness of approximately 20 nm as the underlayer, Pd is deposited to a thickness of approximately 50 nm on the Cr film, Ni plating is performed to a thickness of approximately 1000 nm using the Pd film as a seed layer, and only the surface of the Ni film is replaced with Au. Also, the metal film can be formed. The metal film forming method mentioned in the latter is thin because the film thickness at the time of lift-off is small, so that burrs are less likely to remain and the patterning property is improved. In addition, Au is used only on the surface, so that the cost is low.
また、レーザー照射や研磨によって金属膜のパターンを形成することができる。 Further, a metal film pattern can be formed by laser irradiation or polishing.
レーザー照射や研磨による方法では、まず全面にスパッタリング、蒸着や無電解めっきなどで金属膜を成膜する。そして、成膜された金属膜の不要な部分、つまり、溝形成面35上に形成された金属膜をレーザーや研磨によって除去することで所望の電極パターンが得られる。
In the method by laser irradiation or polishing, a metal film is first formed on the entire surface by sputtering, vapor deposition, electroless plating, or the like. Then, an unnecessary portion of the formed metal film, that is, the metal film formed on the
図9(a)〜(d)に示した工程により第4の電極(GND)39を形成したところで、図8(c)に示すように、第2の圧電基板32の、溝形成面35とは反対側の面40に、複数の第5の電極(SIG)41を形成する。なお、面40を第2の面B2と称することがある。
When the fourth electrode (GND) 39 is formed by the steps shown in FIGS. 9A to 9D, as shown in FIG. 8C, the
複数の第5の電極(SIG)41は、第3の溝34に対応する位置形成されており、第1の方向に沿って延びている。したがって、第2の方向Yに隣り合う第5の電極(SIG)41同士は互いに電気的に絶縁されている。
The plurality of fifth electrodes (SIG) 41 are formed at positions corresponding to the
第5の電極(SIG)41は、フォトレジストのフォトリソグラフィを利用したリフトオフやエッチングといった方法や、レーザー、ダイシング、フライス加工などで不要部分を除去する方法によってパターニングされる。 The fifth electrode (SIG) 41 is patterned by a method such as lift-off or etching using photolithography of a photoresist, or a method of removing unnecessary portions by laser, dicing, milling, or the like.
特に、図8(b)に示される第4の電極(GMD)39を形成する場合と異なり、面23には凹凸が無い。したがって、通常のスピンコートによるレジスト塗布でも、均一なレジスト膜を形成することができる。第4の電極(GND)39を形成する場合と同様に、レジストを成膜し、パターニング後、金属層を成膜、レジストの除去を行うことによって第5の電極(SIG)41が形成される。Pdの薄膜を成膜しておき、これをシード層として金属をめっきすることによって比較的厚い電極を形成することも可能である。
In particular, unlike the case where the fourth electrode (GMD) 39 shown in FIG. 8B is formed, the
第5の電極(SIG)41の電極パターンの幅としては、第3の溝34の溝幅と同程度であればよいが、積層時や露光時のアライメント誤差を考慮して、例えば0.18mm程度としておくことが好ましい。
The width of the electrode pattern of the fifth electrode (SIG) 41 may be approximately the same as the groove width of the
(分極)
第4の電極(GND)39および第5の電極(SIG)41を形成したところで、第2の圧電基板32に分極処理を施す。第2の圧電基板32の分極処理によって、第3の溝34の底壁は第3の溝34の深さ方向への分極される。
(polarization)
When the fourth electrode (GND) 39 and the fifth electrode (SIG) 41 are formed, the second
分極処理は、第2の圧電基板32を100〜150℃程度に加熱した状態で、第5の電極(SIG)41と、第4の電極(GND)39との間に1〜2kV/mm程度の高電界を所定の時間印加することによって行われる。このとき、第5の電極(SIG)41を正電位とし、第4の電極(GND)39をGND電位とする。
In the polarization treatment, the second
なお、第2の圧電基板32においては、溝加工前の平板の状態で分極処理を済ませておいてもよい。分極処理は、平板形状の第2の圧電基板32の、溝形成面35および面40にそれぞれ電極を形成し、100〜150℃程度に加熱した状態で、当該電極間に1〜2kV/mm程度の高電界を所定の時間印加することによって完了する。分極処理によって、第2の圧電基板32は、平板形状の第2の圧電基板32の主平面に垂直な方向に一様に分極される。
Note that the second
分極処理は、第1の圧電基板12と同様に絶縁油中で行ってもよいし、空気中で行ってもよい。分極処理後、第2の圧電基板32の表裏面の電極を除去する。除去はエッチングや研磨によって行う。
The polarization treatment may be performed in insulating oil as in the first
(電極分離)
図8(d)および図9(e)に示すように、第4の電極(GND)39を2つに分離する。具体的には、第2の圧電基板32の溝形成面35に、第2の方向Yに沿って延び、かつ第3の溝34よりも深い溝深さを有する分離溝42を形成する。分離溝42によって、第4の電極(GND)39は、第1の方向Xに沿って並ぶ2つの第4の電極部分39a,39bとなる。
(Electrode separation)
As shown in FIGS. 8D and 9E, the fourth electrode (GND) 39 is separated into two. Specifically, a
分離溝42の位置は、次の工程であるチップ分離(図8(e)参照)の際の、第1および第2のチップ分離位置43,44との間の位置であり、複数の第3の溝34を第2の方向Yに横切る位置とすればよい。
The position of the
例えば、本実施形態では、15mm×70mm×0.43mmの大きさを有する第2の圧電基板32をチップ分離工程において10mm×10mm×0.43mmのチップに分離する。したがって、第2のチップ分離位置44から第1のチップ分離位置43へ向かって8mm進んだ位置を分離溝42の位置とすることができる。
For example, in the present embodiment, the second
第3の溝34よりも深い溝深さを有する分離溝42は、研削加工によって形成される。第4の電極(GND)39を分離する方法として、フォトレジストのフォトリソグラフィを利用したリフトオフやエッチング、レーザー加工などで不要部分を除去する方法を用いてもよい。
The
(チップ分離)
第4の電極(GND)39を分離したところで、図8(e)に示すように、第2の圧電基板32のうちの、第1のチップ分離位置43から第2の側面37側の部分を除去する。
(Chip separation)
When the fourth electrode (GND) 39 is separated, as shown in FIG. 8E, a portion of the second
本実施形態では、第1のチップ分離位置43は、複数の第3の溝34を第2の方向Yに横切っている。したがって、第1のチップ分離位置43から第2の側面37側の部分を除去した後の第2の圧電基板32の第3の溝34は、第2の圧電基板32の溝形成面35上を通り抜けている。
In the present embodiment, the first
また、第2の圧電基板32のうちの、第2のチップ分離位置44から第1の側面36側の部分を除去する。
Further, the portion of the second
前記部分を除去する方法としては、ダイシング、研磨やレーザーアブレーションなどが挙げられる。第1および第2の側面36,37に金属膜が成膜されていたとしてもこの工程によって除去される。したがって、図8(c)に示される状態で各第3の溝34の内側面に形成された第5の電極(SIG)41が当該金属膜を介してそれぞれ電気的に接続されていたとしても、この工程によって、各第5の電極(SIG)41は電気的に絶縁される。
Examples of the method for removing the portion include dicing, polishing, and laser ablation. Even if a metal film is formed on the first and second side surfaces 36 and 37, it is removed by this step. Therefore, even if the fifth electrode (SIG) 41 formed on the inner surface of each
第2の圧電基板32のうちの、第1のチップ分離位置43から第2の側面37側の部分、および第1のチップ分離位置44から第1の側面16側の部分を除去したところで、図7に示す5セット分の溝群が形成された第2の圧電基板32を1セットごとに切り離す。これにより、第2の圧電基板32は、10mm×10mm×0.43mmの大きさを有する5つの小チップに切り出される。
When the portion of the second
(天板加工)
続いて第3および第4の圧電基板45,46(図2)を加工する。第3および第4の圧電基板45,46は、液体吐出ヘッド3の最上部および最下部に積層される基板で、積層された第1および第2の圧電基板12,32の反りを矯正する働きを有する。これらの基板の大きさとしては、例えば、10mm×10mm×3mmとすることができる。
(Top plate processing)
Subsequently, the third and fourth
図10は、第4の圧電基板46の他の例を示す斜視図である。図10に示すように、第4の圧電基板46に複数の溝が形成されていてもよい。図10に示される第4の圧電基板46を液体吐出ヘッド3(図2参照)の最下部に設ける場合には、第1の圧電基板12と第4の圧電基板46との間に第2の圧電基板32を設けなくてもよい。また、第4の圧電基板46を図10に示される形状に加工する場合は、第4の圧電基板46に電極を形成する必要はない。
FIG. 10 is a perspective view showing another example of the fourth
(積層)
次に、図11を用いて第1,第2,第3および第4の圧電基板12,32,45,46を積層する積層工程を説明する。図11(a)は第1および第2の圧電基板12,32を積層する工程を説明するための斜視図である。図11(b)は複数の第1および第2の圧電基板12,32が積層されてなる積層体に第3および第4の圧電基板45,46を積層する工程を説明するための斜視図である。ただし、図11(a)において、電極は省略されている。
(Laminated)
Next, a laminating process for laminating the first, second, third and fourth
これまでの工程により、第1の圧電基板12には、個別液室6(図2参照)となる第1の溝14と、空気室7(図2参照)となる第2の溝19が形成されている。第1の溝14の内側面には第1の電極(SIG)20が形成されており、第2の溝19の内側面には第2の電極(GND)21が形成されている(図6(i)参照)。なお、第2の電極(GND)21は、第2の電極部分21a,21bに分離されている。また、第1の圧電基板12の面23には、2つの第3の電極部分25a,25bに分離された第3の電極(GND)25が形成されている(図6(i)参照)。
Through the steps so far, the first
第2の圧電基板32には、空気室7(図2参照)となる第3の溝34が形成されている。第3の溝34の内側面には、2つの第4の電極部分39a,39bに分離された第4の電極(GND)39が形成されている(図9(e)参照)。そして、第2の圧電基板32の面40の、第3の溝34に対応する位置には第5の電極(SIG)41が形成されている(図8(c)参照)。
The second
まず、図11(a)に示すように、第1および第3の溝14,34が延びる方向を揃え、かつ第1および第3の溝14,34の位置を合わせた状態で、第1の圧電基板12の溝形成面15と、第2の圧電基板32の面40とを接合する。溝形成面15が面40と接合されることによって、第1および第2の溝14,19の開口が面40によって覆われる。その結果、第1の溝14が個別液室6となり、第2の溝19が空気室7となる。
First, as shown in FIG. 11A, the first and
接合には、例えばエポキシ系の接着剤を用いることができる。接着剤を用いる場合、第1および第2の溝14,19が接着剤で埋まってしまう場合がある。このような事態を防ぐため、接着剤を第1および/または第2の圧電基板12,32に塗布する際に、接着剤の量を適切にコントロールしておくことが望ましい。
For the bonding, for example, an epoxy adhesive can be used. When the adhesive is used, the first and
接着剤の塗布方法としては、別途用意した平坦な基板上にスピンコートやスクリーン印刷などで薄い均一な接着剤層を形成しておき、当該接着剤層に第1または第2の圧電基板12,32を押し付けて接着剤層を転写する方法が挙げられる。この方法によれば、第1および/または第2の圧電基板12,32上に薄く均一な接着剤層を形成することができる。
As a method for applying the adhesive, a thin uniform adhesive layer is formed on a separately prepared flat substrate by spin coating or screen printing, and the first or second
接着剤塗布後、第1および第2の圧電基板12,32の間に微小な間隔がある状態で第1および第2の圧電基板12,32の位置決めを行い、第1および第2の圧電基板12,32を加圧接着する。接着剤の厚さの目安としては、接着前の接着層の厚さが4μm程度、接着後の厚さが2μm程度となることが適切である。
After applying the adhesive, the first and second
また、第1および第2の溝14,19への接着剤のはみ出しを軽減するために、第1および第2の溝14,19の列の外側に溝を形成しておき、接着剤を逃がすための溝として用いてもよい。第1の接合用アライメント溝18を、接着材を逃がすための溝として使用してもよい。
Further, in order to reduce the protrusion of the adhesive into the first and
積層時のアライメントには、チップ化した圧電基板の端面を位置決めピンに突き当てることによって行うこともできるし、さらに位置決め精度を向上させるには、カメラによるアライメントを行ってもよい。カメラによるアライメントに用いる目印としては、チップのエッジ、溝、電極形成時にパターニングしたアライメントマークなどを使用することができる。 The alignment at the time of stacking can be performed by abutting the end face of the piezoelectric substrate formed into a chip against a positioning pin, and in order to further improve the positioning accuracy, alignment by a camera may be performed. As a mark used for alignment by the camera, a chip edge, a groove, an alignment mark patterned at the time of electrode formation, or the like can be used.
図11(b)に示すように、第1および第2の圧電基板12,32が接合されたものを1つのユニットとして、複数のユニットを接合する。このとき、一のユニットの第1の圧電基板12の面23と、他のユニットの第2の圧電基板32の溝形成面35とを接合する。その結果、第3の溝34の開口が面40によって覆われ、第3の溝34が空気室7となる。
As shown in FIG. 11 (b), a plurality of units are joined with the unit in which the first and second
さらに、複数の第1および第2の圧電基板12,32が積層されてなる積層体を第3および第4の圧電基板45,46で挟み、当該積層体と第3および第4の圧電基板45,46とを接合する。第3および第4の圧電基板45、46は、積層体の端に位置する第1の圧電基板12の面23、および第2の圧電基板32の溝形成面35に接合される。
Further, a laminated body in which a plurality of first and second
複数の第1および第2の圧電基板12,32が積層されてなる積層体に第3および第4の圧電基板45,46が接合されることで液体吐出ヘッド3が完成する。第1及び第5の電極(SIG)20,41(図5,8参照)が、個別液室6の内側面に設けられた内側電極となる。
The
また、第2、第3および第4の電極(GND)21,25,39(図5,8参照)が、個別液室6の外側面に設けられた外側電極となる。そして、外側電極は、複数の第1および第2の圧電基板12,32が積層されてなる積層体を個別液室6が貫通する方向に2つに分離されている。
The second, third and fourth electrodes (GND) 21, 25, 39 (see FIGS. 5 and 8) serve as outer electrodes provided on the outer surface of the individual
なお、第3および第4の圧電基板45,46は電極パターンが形成されていない平板のプレートである。第3および第4の圧電基板45,46は圧電体である必要はないが、接合時に加熱を要する場合には、第1および第2の圧電基板12,32の熱膨張率と同じまたは近い熱膨張率を有する材料によって形成されることが望ましい。
The third and fourth
(研磨)
積層工程により形成した液体吐出ヘッド3の面のうちの、個別液室6の開口が形成されている第1および第2の端面47,48を研磨により平坦にする。研磨には吐粒を用いることができる。後の電極形成工程のために表面粗さはRa0.4μm程度が好ましい。また、オリフィスプレート2や後方絞りプレート4を精度よく貼りつけるために第1および第2の端面47,48の平面度は10μm以内、第1および第2の端面47,48の間の平行度は30μm以内とすることが好ましい。
(Polishing)
Of the surface of the
(第1の端面への共通電極の形成)
次に、液体吐出ヘッド3の第1の端面47に、各空気室7の内側面に設けられた第2,第3および第4の電極部分21a,25a,39a(図6(i),図9(e)参照)から引き出された引き出し配線を形成する。
(Formation of common electrode on first end face)
Next, second, third, and
図12に引き出し配線49aが形成された液体吐出ヘッド3の斜視図を示す。引き出し配線49aは液体吐出ヘッド3の第1の端面47から液体吐出ヘッド3の上端面50に引き回される。後に示す工程において、引き出し配線49aのうちの、上端面50に形成された部分が第2のフレキシブル基板10(図1,2参照)に接続される。
FIG. 12 shows a perspective view of the
第1の端面47の電極パターニングについて、図13を用いて説明する。電極パターニング方法を図13に示す。図13は図12におけるD−D’断面である。
The electrode patterning of the
第1の端面47には個別液室6や空気室7などの開口が形成されており、第1の端面47は凹凸を有する。そのため、通常のスピンコーターによる方法では均一なレジスト膜を形成することが難しい。そこで、フィルムレジストのラミネートを用いてレジスト膜を形成する方法が適している。フィルムレジストにはネガタイプのレジストを用いる。
Openings such as the individual
リフトオフでは、電極パターンを残したくない部分にレジストが残るようにフォトリソグラフィでレジストパターンを形成する。そして、スパッタリングや蒸着によって電極となる金属層を第1の端面47上に形成する。このとき、金属層は第1の端面47のうちのレジストが残っている部分には第1の端面47上に直接成膜されず、レジスト上に形成される。そして、レジストを除去することでレジスト上に成膜されていた金属膜がレジストと共に剥離して、最終的に所望の金属膜のパターンが得られる。
In the lift-off, a resist pattern is formed by photolithography so that the resist remains in a portion where the electrode pattern is not desired to remain. Then, a metal layer serving as an electrode is formed on the
まず、図13(a)に示すように第1の端面47にフィルムレジスト51をラミネートする。次に、露光、現像により、空気室7の開口および開口縁を露出させる(図13(b))。この際、個別液室6(図2,11参照)の開口および開口縁はフィルムレジスト51で覆われた状態にする。
First, a film resist 51 is laminated on the
さらに、図13(c)に示すように電極層を成膜する。当該電極層が引き出し配線49aの一部となる。引き出し配線49aによって、空気室7内の第2、第3および第4の電極部分21a,25a,39a(図6(i),図9(e)参照)が互いに電気的に接続される。この際に、上端面50にもマスクを形成して電極層を成膜することで、引き出し配線49aのうちの、第2のフレキシブル基板10(図1,2参照)と接続される部分が形成される。
Further, an electrode layer is formed as shown in FIG. The electrode layer becomes a part of the
次に、図13(d)に示すように、フィルムレジスト51を除去する。その結果、電極層のリフトオフが行われ、所望のパターンに引き出し配線49aを形成することができる。
Next, as shown in FIG. 13D, the film resist 51 is removed. As a result, the electrode layer is lifted off, and the lead-out
図14に、図12におけるE−E’断面での電極パターンを示す。引き出し配線49aは、空気室7内の第2の電極部分21aとは電気的に接続されているが、個別液室6内の第1の電極(SIG)20とは電気的に接続されていない。
FIG. 14 shows an electrode pattern on the E-E ′ cross section in FIG. 12. The
引き出し配線49aを形成する方法として、例えば下地層としてCrを20nm程度成膜し、さらに電極層としてAuを1000nm程度成膜する方法が挙げられる。あるいは、下地層としてCrを20nm程度成膜し、Cr膜上にPdを50nm程度成膜し、さらにPd膜をシード層としてNiめっきを1000nm程度行い、Ni膜の表面のみをAuに置換めっきすることによっても金属膜を形成することができる。
As a method for forming the lead-out
なお、後者で挙げた金属膜形成方法の方が、リフトオフ時の膜厚が薄いのでバリが残りにくくパターニング性が向上するうえに、表面のみにAuを使用するため低コストである。 Note that the metal film forming method mentioned in the latter is thinner because the film thickness at the time of lift-off is small, so that burrs are less likely to remain, and the patterning property is improved.
各圧電基板12,32,45,46(図11参照)の間には接着剤層による隙間が1〜2μm程度存在するが、1000nmの厚みを有する引き出し配線49aであれば、引き出し配線49aは当該隙間によって分断されない。
Between each of the
(第2の端面への共通電極の形成)
次に、液体吐出ヘッド3の第2の端面48に、各空気室7の内側面に設けられた第2,第3および第4の電極部分21b,25b,39b(図6(i),図9(e)参照)から引き出された引き出し配線を形成する。
(Formation of common electrode on second end face)
Next, second, third and
図15(a)に、引き出し配線が形成された液体吐出ヘッド3の斜視図を示す。引き出し配線49bは、液体吐出ヘッド3の第2の端面48から液体吐出ヘッド3の上端面50に引き回される。後に示す工程において、引き出し配線49bのうちの、上端面50上に形成された部分が第3のフレキシブル基板11(図1,2参照)に接続される。
FIG. 15A is a perspective view of the
第2の端面48の電極パターニングは、第1の端面47の電極パターニングと同様の方法で形成することができる。
The electrode patterning of the
図15(b)に、図15(a)におけるF−F’断面での電極パターンを示す。引き出し配線49bは、空気室7内の第2の電極部分21bとは電気的に接続されているが、個別液室6内の第1の電極(SIG)20とは接続されていない。
FIG. 15B shows an electrode pattern on the F-F ′ cross section in FIG. The
引き出し配線49bを形成する方法として、例えば下地層としてCrを20nm程度成膜し、さらに電極層としてAuを1000nm程度成膜する方法が挙げられる。あるいは、下地層としてCrを20nm程度成膜し、Cr膜上にPdを50nm程度成膜し、さらにPd膜をシード層としてNiめっきを1000nm程度行い、Ni膜の表面のみをAuに置換めっきすることによっても金属膜を形成することができる。
As a method of forming the lead-out
なお、後者で挙げた金属膜形成方法の方が、リフトオフ時の膜厚が薄いのでバリが残りにくくパターニング性が向上するうえに、表面のみにAuを使用するため低コストである。 Note that the metal film forming method mentioned in the latter is thinner because the film thickness at the time of lift-off is small, so that burrs are less likely to remain, and the patterning property is improved.
各圧電基板12,32,45,46の間には接着剤層による隙間が1〜2μm程度存在するが、1000nmの厚みを有する引き出し配線49bであれば、引き出し配線49bは当該隙間によって分断されない。
Between each
(第2の端面への個別電極の形成)
次に、液体吐出ヘッド3の第2の端面48に、各個別液室6に設けられた第1の電極(SIG)20からの引き出し配線を形成する。図16(a)に、第1の電極(SIG)20からの引き出し配線52が形成された液体吐出ヘッド3の斜視図を示し、図16(b)に図16(a)のG部の拡大図を示す。引き出し配線52は、液体吐出ヘッド3の第2の端面48上に形成される。
(Formation of individual electrodes on the second end face)
Next, a lead-out wiring from the first electrode (SIG) 20 provided in each individual
第2の端面48の電極パターニングについては、第1の端面47の電極パターニングと同様の方法で形成することができる。本実施例では、第2の端面に引き出し配線49bを形成した後に引き出し配線52を形成しているが、引き出し配線49bと引き出し配線52を同時に形成してもよい。
The electrode patterning of the
図17に、図16(a)におけるH−H’断面での電極パターンを示す。個別液室6の内側面および個別液室6の開口縁に引き出し配線52を形成することで、個別液室6内の第1および第5の電極(SIG)20,41が電気的に接続される。
FIG. 17 shows an electrode pattern on the H-H ′ cross section in FIG. By forming the
(配線基板接着と配線接続)
次に液体吐出ヘッド3の第2の端面48への配線基板の接着について図18および19を用いて説明する。図18は配線基板と液体吐出ヘッド3の位置関係を示す分解斜視図であり、図19は図18に示すI−I’断面図である。
(Wiring board adhesion and wiring connection)
Next, adhesion of the wiring board to the
図18,19に示すように、配線基板53は、各個別液室6に対応した位置で配線基板53を貫通する貫通孔(スルーポール)54と、実装配線55と、を有する。配線基板53として、Si基板を用いることができる。貫通孔54はエッチング加工によって形成され実装配線55はフォトリソと成膜等などにより形成される。
As shown in FIGS. 18 and 19, the
貫通孔54の開口は個別液室6の開口よりも大きく、例えば、個別液室6の断面が120μm×120μmの正方形の場合、貫通孔54の直径を150μm程度とすることができる。配線基板53の厚さは、例えば200μm程度である。
The opening of the through
また、液体吐出ヘッド3に配線基板53を貼りつけた際に、液体吐出ヘッド3に形成されている配線のショートを防ぐため、配線基板53の表面に熱酸化等により絶縁膜を形成しておくことが好ましい。
In addition, when the
接合には、例えばエポキシ系の接着剤を用いることができる。接着剤を用いる場合、配線基板53の貫通孔54や個別液室6が接着剤で埋まってしまう場合がある。このような事態を防ぐため、接着剤を配線基板53や液体吐出ヘッド3に塗布する際に、接着剤の量を適切にコントロールしておくことが望ましい。
For the bonding, for example, an epoxy adhesive can be used. When using an adhesive, the through
接着剤の塗布方法としては、別途用意した平坦な基板上にスピンコートやスクリーン印刷などで薄い均一な接着剤層を形成しておき、当該接着剤層に配線基板53を押し付けて接着剤層を配線基板53に転写する方法が挙げられる。この方法によれば、配線基板53上に薄く均一な接着剤層を形成することができる。
As a method for applying the adhesive, a thin uniform adhesive layer is formed on a separately prepared flat substrate by spin coating or screen printing, and the
接着剤塗布後、配線基板53と液体吐出ヘッド3の間に微小な間隔がある状態で配線基板53の位置決めを行い、配線52を液体吐出ヘッド3に加圧接着する。接着剤の厚さの目安としては、接着前の接着層の厚さが4μm程度、接着後の厚さが2μm程度となることが適切である。
After applying the adhesive, the
第1および第2の圧電基板12,32への溝加工時に形成した第1および第2の接合用アライメント溝18,38(図4,7参照)は、液体吐出ヘッド3の第2の端面48から確認される。配線基板53には、第1および第2の接合用アライメント溝18、38を確認するための配線基板アライメント孔56が設けられている。したがって、配線基板53を液体吐出ヘッド3へ接着するときに、第1および第2の接合用アライメント並びに配線基板アライメント孔56を用いて配線基板53の位置決めをすることができる。
The first and second
液体吐出ヘッド3と配線基板53の接合後、液体吐出ヘッド3の第2の端面48上に形成された引き出し配線52と、配線基板53に形成された実装配線55とを引き出し配線57で接続する。引き出し配線57の電極パターニングについては、第1の端面47の電極パターニングと同様の方法で形成することができる。
After joining the
引き出し配線52は、貫通孔54の内側面に形成された引き出し配線57を介して実装配線55と接続される。実装配線55は実装配線接続部(SIG)58につながっており、引き出し配線52は第1のフレキシブル基板9(図2参照)に接続される。
The
(後方絞りプレート接着)
次に後方絞りプレート4について図20および21を用いて説明する。図20は、後方絞りプレート4の、個別液室6に対応する箇所の上面図および側断面図である。後方絞りプレート4には、貫通孔(後方絞り)59が各個別液室6に対応した位置に設けられている。
(Back diaphragm plate adhesion)
Next, the
貫通孔(後方絞り)59は、個別液室6(図2等参照)の壁の駆動によって生じるインクの流動が吐出口8側に強く生じるようにインクの逆流を制限するものである。後方絞りプレート4は、Si基板のエッチング加工などで形成可能である。
The through hole (rear restrictor) 59 restricts the back flow of ink so that the ink flow generated by driving the wall of the individual liquid chamber 6 (see FIG. 2 and the like) is strongly generated on the
貫通孔59は個別液室6の開口よりも小さく、例えば、個別液室6の開口が120μm×120μmの正方形の場合、貫通孔59の直径を50μm程度とすることができる。後方絞りプレート4の厚さは、例えば200μm程度とすることができる。
The through
また、液体吐出ヘッド3に後方絞りプレート4を貼りつけた際に液体吐出ヘッド3に形成されている配線のショートを防ぐため、後方絞りプレート4の表面に熱酸化等により絶縁膜を形成しておくことが好ましい。
In addition, an insulating film is formed on the surface of the
接着には、例えばエポキシ系の接着剤を用いることができる。接着剤を用いる場合、後方絞りプレート4の貫通孔59や配線基板53の貫通孔54(図18参照)や個別液室6(図2等参照)が接着剤で埋まってしまう場合がある。このような事態を防ぐため、接着剤を後方絞りプレート4や配線基板53に塗布する際に、接着剤の量を適切にコントロールしておくことが望ましい。
For the adhesion, for example, an epoxy adhesive can be used. When an adhesive is used, the through
接着剤の塗布方法としては、別途用意した平坦な基板上にスピンコートやスクリーン印刷などで薄い均一な接着剤層を形成しておき、当該接着剤層に後方絞りプレート4を押し付けて接着剤層を後方絞りプレート4に転写する方法が挙げられる。この方法によれば、後方絞りプレート4上に薄く均一な接着剤層を形成することができる。
As a method for applying the adhesive, a thin uniform adhesive layer is formed on a separately prepared flat substrate by spin coating or screen printing, and the
接着剤塗布後、後方絞りプレート4と配線基板53との間に微小な間隔がある状態で後方絞りプレート4の位置決めを行い、後方絞りプレート4を配線基板53に加圧接着する。接着剤の厚さの目安としては、接着前の接着層の厚さが4μm程度、接着後の厚さが2μm程度となることが適切である。
After applying the adhesive, the
また、配線基板53の貫通孔54や個別液室6,空気室7への接着剤のはみ出しを軽減するために、図20に示すように後方絞りプレート4の貫通孔59の外側に溝60を形成し、接着剤の逃がし溝として使用することも有効である。
Further, in order to reduce the protrusion of the adhesive to the through
図21は、配線基板53を接合した液体吐出ヘッド3に、後方絞りプレート4およびオリフィスプレート2を接合する際のそれぞれの位置関係を表わした図である。図21に示すように、後方絞りプレート4には、接合用アライメント溝18,38との位置決めを行うための後方絞りプレートアライメント孔61が設けられている。
FIG. 21 is a diagram showing the positional relationship when the
第1および第2の圧電基板12,32への溝加工時に形成した第1および第2の接合用アライメント溝18,38(図4,7参照)は、配線基板53の配線基板アライメント孔56内に現れる。したがって、後方絞りプレート4を液体吐出ヘッド3へ接着するときに、第1および第2の接合用アライメント並びに後方絞りプレートアライメント孔61を用いて後方絞りプレート4の位置決めをすることができる。
The first and second
また、後方絞りプレート4は、配線基板53に対し、実装配線接続部(SIG)58が露出するように接着される。
Further, the
(絶縁処理)
次に、個別液室6の内側面に形成された第1および第5の電極(SIG)20,41、空気室7の内側面に形成された第2、第3および第4の電極(GRN)21,25,39並びに電極配線の表面に絶縁膜を形成する。但し、電極配線のうち、第1、第2および第3のフレキシブル基板9,10,11に接続される部分には絶縁膜を形成しない。そのために、成膜時には当該部分にテープなどのマスクを施しておく。
(Insulation treatment)
Next, first and fifth electrodes (SIG) 20, 41 formed on the inner surface of the individual
絶縁膜は、例えば、パリレンの薄膜であり、化学気相堆積(CVD)法で絶縁膜を形成する。特に、液室の奥の壁にまで絶縁膜を形成するには、つきまわり性の優れたパリレン(N)を使用することが好ましい。絶縁膜の厚さは5μm程度が適切である。 The insulating film is, for example, a parylene thin film, and the insulating film is formed by a chemical vapor deposition (CVD) method. In particular, it is preferable to use parylene (N) having excellent throwing power in order to form an insulating film up to the inner wall of the liquid chamber. An appropriate thickness of the insulating film is about 5 μm.
パリレンの密着性を向上させるため、成膜前に常温で5分程度UVオゾン処理を施すと良い。さらに、密着性を高めるために、UVオゾン処理後にカップリング剤を塗布してもよい。 In order to improve the adhesion of parylene, UV ozone treatment is preferably performed at room temperature for about 5 minutes before film formation. Further, a coupling agent may be applied after the UV ozone treatment in order to improve the adhesion.
特に、液体吐出ヘッド3の第1の端面47のGND電極にAuを使用している場合には、パリレンとの密着性が著しく低いため、トリアジンチオール系のカップリング剤による表面処理が有効である。また、後方絞りプレート4にSi基板を使用し、表面に酸化膜が形成されている場合には、シランカップリング剤が有効である。カップリング処理は、IPAで希釈したカップリング剤を薄く塗布後、オーブンで乾燥させることにより行うことができる。
In particular, when Au is used for the GND electrode of the
(オリフィスプレート接着)
次に、オリフィスプレート2を液体吐出ヘッド3の第1の端面47に接合する。オリフィスプレート2の、各個別液室6に対応する部分の平面図および側断面図を図22に示す。
(Orifice plate adhesion)
Next, the
オリフィスプレート2は、液体吐出ヘッド3の各個別液室6に対応する位置に貫通穴(吐出口8)が形成された板である。一例として、吐出口8は、直径が10μm、深さが20μmの円孔である。また、オリフィスプレート2の、液体吐出ヘッド3に接合される側の面に、接着剤が吐出口8を塞がないように逃がし溝62が設けられている。
The
逃がし溝62はインク中の泡の滞留を防ぐため、個別液室6の開口よりも小さいことが好ましく、例えば、直径80μm、深さ60μmの穴とすることができる。この場合、オリフィスプレート2の厚さは80μmとなる。
The
このようなオリフィスプレート2の作製方法としては、例えば、Niの電鋳加工が挙げられる。さらに、オリフィスプレート2の、第1の端面47と接しない側の面に撥インク処理を施す。撥インク材料としては、シラン系、フッ素系の材料があり、蒸着などでコーティング処理をすることができる。
An example of a method for producing such an
オリフィスプレート2は、例えば接着剤を用いて液体吐出ヘッド3と接合される。接着には、例えばエポキシ系の接着剤を用いることができる。
The
接着剤を用いる場合、オリフィスプレート2の吐出口8や個別液室6が接着剤で埋まってしまう場合がある。このような事態を防ぐため、接着剤をオリフィスプレート2に塗布する際に、接着剤の量を適切にコントロールしておくことが望ましい。
When an adhesive is used, the
接着剤の塗布方法としては、別途用意した平坦な基板上にスピンコートやスクリーン印刷などで薄い均一な接着剤層を形成しておき、当該接着剤層にオリフィスプレート2を押し付けて接着剤層をオリフィスプレート2に転写する方法が挙げられる。この方法によれば、オリフィスプレート2上に薄く均一な接着剤層を形成することができる。
As a method for applying the adhesive, a thin uniform adhesive layer is formed on a separately prepared flat substrate by spin coating or screen printing, and the
接着剤塗布後、オリフィスプレート2と液体吐出ヘッド3の間に微小な間隔がある状態でオリフィスプレート2の位置決めを行い、オリフィスプレート2を液体吐出ヘッド3に加圧接着する。接着剤の厚さの目安としては、接着前の接着層の厚さが4μm程度、接着後の厚さが2μm程度となることが適切である。
After applying the adhesive, the
第1および第2の圧電基板12,32への溝加工時に形成した第1および第2の接合用アライメント溝18,38(図4,7参照)は、液体吐出ヘッド3の第1の端面47に現れている。そして、オリフィスプレート2には、第1および第2の接合用アライメント溝18,38を確認するためのオリフィスプレートアライメント孔63が設けられている。したがって、オリフィスプレート2を液体吐出ヘッド3へ接着するときに、第1および第2の接合用アライメント溝18,38並びに配線基板アライメント孔56を用いてオリフィスプレート2位置決めをすることができる。
The first and second
(配線実装)
次に、第1、第2および第3のフレキシブル基板9,10,11を配線電極に圧着する。図23に示すように、第2の端面48上のSIG電極、上端面50上のGND配線に、第1、第2および第3のフレキシブル基板9,10,11を圧着する。圧着には異方性導電フィルム(ACF;anisotoropic conductive film)を用いる。圧着条件としては150℃、3MPa、10秒程度が適当である。圧着後、FPCとの接合部付近を接着剤で補強する。
(Wiring mounting)
Next, the first, second, and third
(共通液室接着)
その後、図1,2に示すように、インク供給口64を有する共通液室5を用意し、後方絞りプレート4に共通液室5を接合する。共通液室5は、例えば、SUS基板を機械加工で作成し、接着剤を用いて後方絞りプレート4と接合される。
(Common liquid chamber adhesion)
After that, as shown in FIGS. 1 and 2, the
最後に、その他の必要な部品をさらに組み立てて、液体吐出ヘッドユニット1が完成する。
Finally, other necessary parts are further assembled to complete the liquid
(駆動)
液体吐出ヘッド3の動作について図24を用いて説明する。図24は図11(b)の領域Jの断面拡大図である。図24(a)に示すように、個別液室6は2次元アレイ状に形成されている。そして、隣り合う個別液室6の間には空気室7が形成されている。個別液室6を区画する隔壁は、個別液室6の外方向65へ分極されている。
(Drive)
The operation of the
個別液室6の内側面に形成された第1および第5の電極(SIG)20,41は、それぞれ、1本の電極配線と個別に接続されている。各個別液室6の外側面に形成された第2、第3および第4の電極(GND)21,25,39は、第1の端面47側と第2の端面48側でそれぞれ連結して、共通の電極配線に接続されている。個別に接続された配線に対して駆動信号を印加することで、各個別液室6の壁は、第1の端面47側の部分と第2の端面48側の部分でそれぞれ独立して作動する。
The first and fifth electrodes (SIG) 20 and 41 formed on the inner surface of the individual
図24(b)は駆動電圧印加時の液体吐出ヘッド3の様子を強調して示している。個別液室6の内側面に形成された第1および第5の電極(SIG)20,41を正電位とし、個別液室6の外側面に形成された第2、第3および第4の電極(GND)20,25,39をGND電位として、両電極間に電圧を印加する。
FIG. 24B highlights the state of the
これにより個別液室6を形成している隔壁は個別液室6を収縮させるように変形する。この変形によって個別液室6内に充填されているインクの圧力が高められ、吐出口8(図1,2参照)より液滴が吐出する。
Accordingly, the partition wall forming the individual
一方、第1および第5の電極20,41をGND電位とし、第2、第3および第4の電極21,25,39を正電位として駆動電圧を印加すると個別液室が膨張するように隔壁が変形する(不図示)。
On the other hand, when the first and
図11に示したように、本実施形態では、個別液室6は、第1の溝14が形成された第1の圧電基板12と、第2の圧電基板32と、の積層によって個別液室6が形成される。したがって、圧電部材に貫通孔を形成して個別液室6とする場合に比べ、比較的高い精度でかつより深い深さを有する個別液室6を形成することができる。
As shown in FIG. 11, in this embodiment, the individual
また、空気室7は、第2の溝19が形成された第1の圧電基板12と、第3の溝34が形成された第2の圧電基板32と、の積層によって空気室7が形成される。したがって、個別液室6の深さ方向に溝を形成して空気室7とする場合に比べ、個別液室6の壁の剛性が低下しにくく、個別液室6の壁の、深さ方向に関する寸法をより大きくすることができる。その結果、ダブルアクチュエータ型の液体吐出ヘッド3を比較的容易に製造することができる。
The
さらに、本実施形態では、図5,6,8および9に示したように、第1の電極(SIG)20と、第2および第3の電極(GND)21,25との間に電圧を印加することによって第1の圧電基板12は分極される。また、第5の電極(SIG)41と第4の電極(GND)39との間に電圧を印加することによって第2の圧電基板12は分極される。
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIGS. 5, 6, 8 and 9, a voltage is applied between the first electrode (SIG) 20 and the second and third electrodes (GND) 21 and 25. By applying the voltage, the first
その後、第2、第3および第4の電極(GND)21,25,39を分離することによって、個別液室6(図11参照)の深さ方向に並ぶ複数の電極が形成される。すなわち、個別液室6の深さ方向に並ぶ複数の圧電素子を同じ工程で作製することができ、液体吐出ヘッド3の製造期間を短縮することができる。
Thereafter, by separating the second, third and fourth electrodes (GND) 21, 25, 39, a plurality of electrodes arranged in the depth direction of the individual liquid chamber 6 (see FIG. 11) are formed. That is, a plurality of piezoelectric elements arranged in the depth direction of the individual
加えて、個別液室6(図11参照)の深さ方向に並ぶ複数の圧電素子は、個別液室6の外側面に設けられた第2、第3および第4の電極(GND)21,25,39を分離することによって形成される。すなわち、個別液室6の深さ方向に並ぶ複数の圧電素子を単層型圧電素子とすることができる。したがって、積層型圧電素子の作製に必要な貫通孔を、本実施形態では形成する必要がなく、より簡素な加工で液体吐出ヘッド3を製造することができる。
In addition, a plurality of piezoelectric elements arranged in the depth direction of the individual liquid chamber 6 (see FIG. 11) are provided with second, third and fourth electrodes (GND) 21 provided on the outer surface of the individual
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について、図25および26を用いて説明する。図25は、本実施形態に係る製造方法を用いて製造される液体吐出ヘッド3の外観を示す斜視図である。図26は、図25におけるK−K’断面である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 25 is a perspective view showing the appearance of the
図25および26に示すように、本実施形態では、バンプ付配線基板66が用いられる。バンプ付配線基板66は、バンプ電極67、引き出し配線68、貫通孔69、実装配線70を含む。
As shown in FIGS. 25 and 26, in this embodiment, a bumped
貫通孔69は、バンプ付配線基板66の、各個別液室6に対応した位置に形成されている。バンプ電極67は、貫通孔69の一方の開口の縁に形成されている。引き出し配線68は、バンプ電極67から貫通孔69を通って貫通孔69の他方の開口の縁まで形成されている。貫通孔69の他方の開口の縁に形成された引き出し配線68は、実装配線70を介して実装配線接続部(SIG)71に接続されている。
The through
引き出し配線52とバンプ電極67を熱圧着や超音波ボンディング等の手法でバンプ接合する。バンプの材料と形状は、例えば、金で直径40μm、高さ40μmの円錐状のバンプを使用することができる。
The
バンプ付配線基板66と液体吐出ヘッド3との間を液漏れしないように封止剤72で封止する。封止剤72には、例えばシリコーン系の封止剤を用いることができる。バンプ配線との接合以外の前後の工程は、第1の実施形態と同様に行う。
Sealing is performed with a
貫通孔69の開口は、個別液室6の開口よりも小さくすることが好ましい。例えば、個別液室6の開口が120μm×120μmの正方形の場合、貫通孔69の開口を直径50μm程度とすることが好ましい。また、貫通孔69の深さを200μm程度とすること好ましい。貫通孔69は液体吐出ヘッド3の駆動によって生じるインクの流動が吐出口8側に強く生じるようにインクの逆流を制限する。
The opening of the through
バンプ付配線基板66は、Si基板のエッチング加工とフォトリソ工程とバンプ加工などで形成可能である。バンプ付配線基板66が後方絞りプレート4(図1,2参照)を兼ねるため歩留まりが向上する。
The
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態は、1枚の圧電基板から多数個の液体吐出ヘッド3を製造する方法に係る。なお、電極分離工程とチップ分離工程以外の工程は、第1の実施形態と同じである(不図示)。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The present embodiment relates to a method for manufacturing a large number of liquid ejection heads 3 from a single piezoelectric substrate. The steps other than the electrode separation step and the chip separation step are the same as those in the first embodiment (not shown).
例えば、本実施形態の製造方法を用いて図4および7に示した第1および第2の圧電基板12,32から3つの液体吐出ヘッド3を製造する場合を説明する。
For example, a case where three liquid ejection heads 3 are manufactured from the first and second
電極分離工程において、第2のチップ分離位置30,44(図5,8参照)から2mmの位置を始点として3mmピッチで第2、第3および第4の電極(GNS)21,25,39(図6,9参照)を分離する。そして、チップ分離工程において、チップサイズ10mm×3mmとし、図4および図7に示される第1および第2の圧電基板12,32をそれぞれ15枚のチップに分離する。
In the electrode separation process, the second, third and fourth electrodes (GNS) 21, 25, 39 (starting from a
本実施形態によれば、容易に液体吐出ヘッド3の多数個取りも可能になり、液体吐出ヘッド3の製造コストを抑制することができる。
According to this embodiment, a large number of liquid ejection heads 3 can be easily obtained, and the manufacturing cost of the
3 液体吐出ヘッド
6 個別液室
7 空気室
8 吐出口
12 第1の圧電基板
14 第1の溝
15 溝形成面
19 第2の溝
20 第1の電極(SIG)
21 第2の電極(GND)
23 面
25 第3の電極(GND)
32 第2の圧電基板
34 第3の溝
35 溝形成面
39 第4の電極(GND)
40 面
41 第5の電極(SIG)
3
21 Second electrode (GND)
23
32 Second
40
Claims (3)
第1および第2の圧電基板を準備する準備工程と、
前記第1の圧電基板の第1の面A1に、互いに並列して延びる複数の第1の溝を形成するとともに、前記第1の溝に並列して延びる第2の溝を隣り合う前記第1の溝の間に形成し、前記第2の圧電基板の第1の面B1に、互いに並列して延びる複数の第3の溝を形成する溝形成工程と、
前記第1の溝の側面および底面に第1の電極を形成し、前記第2の溝の側面に第2の電極を形成し、前記第1の圧電基板の、前記第1の面A1とは反対側の第2の面A2に第3の電極を形成し、前記第3の溝の底面に第4の電極を形成し、前記第2の圧電基板の、前記第1の面B1とは反対側の第2の面B2に第5の電極を形成する電極形成工程と、
前記第1の電極と前記第2および第3の電極との間に電圧を印加して前記第1の溝の側壁の分極および底壁の分極を行い、前記第4の電極と前記第5の電極との間に電圧を印加して前記第3の溝の底壁の分極を行う分極工程と、
複数の前記第2および第3の電極を、前記第1の溝が延びる方向に少なくとも2つに分離し、前記第4の電極を、前記第3の溝が延びる方向に少なくとも2つに分離する電極分離工程と、
前記第1の溝の位置と前記第3の溝の位置とを合わせた状態で前記第1の圧電基板の前記第1の面A1と前記第2の圧電基板の前記第2の面B2とを接合することで、前記第1の溝を前記個別液室とし、前記第2および第3の溝を前記凹部とし、前記第1および第5の電極を前記内側電極とし、前記第2、第3および第4の電極を前記外側電極とする積層工程と、を含む、液体吐出ヘッドの製造方法。 A plurality of individual liquid chambers partitioned by a wall of piezoelectric material and communicating with a discharge port for discharging liquid; a recess disposed around the individual liquid chamber and separating the walls of the adjacent individual liquid chambers; and the individual liquid A liquid discharge head manufacturing method comprising: an inner electrode disposed on an inner surface of a chamber; and a plurality of outer electrodes disposed on an outer surface of the individual liquid chamber and arranged in a depth direction of the individual liquid chamber. ,
A preparation step of preparing the first and second piezoelectric substrates;
A plurality of first grooves extending in parallel with each other are formed on the first surface A1 of the first piezoelectric substrate, and the second grooves extending in parallel with the first grooves are adjacent to the first grooves. Forming a plurality of third grooves extending in parallel with each other on the first surface B1 of the second piezoelectric substrate; and
The first electrode is formed on the side surface and the bottom surface of the first groove, the second electrode is formed on the side surface of the second groove, and the first surface A1 of the first piezoelectric substrate is defined as A third electrode is formed on the second surface A2 on the opposite side, a fourth electrode is formed on the bottom surface of the third groove, and is opposite to the first surface B1 of the second piezoelectric substrate. An electrode forming step of forming a fifth electrode on the second surface B2 on the side;
A voltage is applied between the first electrode and the second and third electrodes to polarize a side wall and a bottom wall of the first groove, and the fourth electrode and the fifth electrode A polarization step of applying a voltage to the electrode to polarize the bottom wall of the third groove;
A plurality of the second and third electrodes are separated into at least two in the direction in which the first groove extends, and the fourth electrode is separated into at least two in the direction in which the third groove extends. An electrode separation step;
The first surface A1 of the first piezoelectric substrate and the second surface B2 of the second piezoelectric substrate in a state where the position of the first groove and the position of the third groove are matched. By joining, the first groove is the individual liquid chamber, the second and third grooves are the recesses, the first and fifth electrodes are the inner electrodes, and the second and third And a laminating step using the fourth electrode as the outer electrode.
前記第1および第2の圧電基板が積層されてなる積層体の、前記個別液室の開口を有する面に前記配線基板を接合して前記内側電極に接続された配線を形成する工程を前記積層工程の後に含む、請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 In the preparation step, further preparing a wiring board on which wiring is formed corresponding to the individual liquid chamber,
Forming a wiring connected to the inner electrode by bonding the wiring board to a surface of the laminate formed by laminating the first and second piezoelectric substrates and having an opening of the individual liquid chamber. The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 1, which is included after the step.
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