JP2015104875A

JP2015104875A - 液体吐出ヘッドの製造方法

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Publication number: JP2015104875A
Application number: JP2013248449A
Authority: JP
Inventors: 浅井　和宏; Kazuhiro Asai; 和宏浅井; 謙児藤井; Kenji Fujii; 純山室; Jun Yamamuro; 松本　圭司; Keiji Matsumoto; 圭司松本; 弘司笹木; Hiroshi Sasaki; 邦仁魚橋; Kunihito Uohashi; 誠一郎柳沼; Seiichiro Yaginuma; 正久渡部; Masahisa Watabe; 遼太郎村上; Ryotaro Murakami
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-06-08
Anticipated expiration: 2033-11-29
Also published as: JP6305035B2

Abstract

【課題】液体の浸食から基板を保護し、信頼性の高い液体吐出ヘッドを製造すること。
【解決手段】液体吐出ヘッドの製造方法であって、液体供給口が形成された基板の表面に対してドライフィルムを転写し、前記ドライフィルムを前記基板の表面と前記液体供給口を形成する壁面とに接触させる工程を有し、前記ドライフィルムを、前記基板の表面から前記液体供給口を形成する壁面まで延在する膜とすることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法に関するものである。

液体吐出ヘッドはインクジェット記録装置等の液体吐出装置に用いられ、流路形成部材と基板とを有する。液体吐出ヘッドの例として、特許文献１に記載の液体吐出ヘッドがある。液体吐出ヘッドの流路形成部材は基板上に設けられており、液体の流路や、場合によっては吐出口を形成している。基板には液体供給口が形成されており、液体供給口から流路に供給された液体は、吐出口から吐出されて紙等の記録媒体に着弾する。

特開２００７−２３０２３４号公報

特許文献１に記載の液体吐出ヘッドでは、液体供給口の開口の部分において、基板が液体供給口に露出している。このような場合、使用する液体（インク）の種類によっては、液体供給口の開口に露出した基板が溶解していき、基板上に形成されたエネルギー発生素子が液体に浸食されたり、回路がショートしたりすることがある。

従って、本発明では、液体の浸食から基板を保護し、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法であって、液体供給口が形成された基板の表面に対してドライフィルムを転写し、前記ドライフィルムを前記基板の表面と前記液体供給口を形成する壁面とに接触させる工程を有し、前記ドライフィルムを、前記基板の表面から前記液体供給口を形成する壁面まで延在する膜とすることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。

本発明によれば、液体の浸食から基板を保護し、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。

本発明で製造する液体吐出ヘッドの一例を示す図である。本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す図である。本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

図１に、本発明で製造する液体吐出ヘッドの一例を示す。液体吐出ヘッドは、基板４と、流路形成部材１６とを有する。基板４はシリコン等で形成されている。基板４の表面（上面）を第一面とする。基板４の第一面側には、エネルギー発生素子５が形成されている。基板の第一面は結晶方位が（１００）の面であることが好ましい。即ち、基板４はシリコンの（１００）基板であることが好ましい。エネルギー発生素子５としては発熱抵抗体や圧電素子が挙げられ、基板の第一面と接するように形成されていても、基板の第一面に対して一部中空状に形成されていてもよい。また、基板の第一面側にはバンプ１５が形成されており、バンプ１５を介して基板外部から供給された電力によってエネルギー発生素子が駆動する。基板には第一面とその裏面である第二面とを貫通する液体供給口１４が形成されている。液体供給口から供給された液体は、駆動したエネルギー発生素子によってエネルギーを与えられ、流路形成部材１６に形成された液体吐出口１３から吐出される。

次に、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明する。図２は、図１の液体吐出ヘッドのＡ−Ａ´で示す部分に対応した断面図である。

まず、図２（Ａ）に示すように、第一面側にエネルギー発生素子５を有する基板４を用意する。エネルギー発生素子５は、ＳｉＮやＳｉＯ_２等で形成される保護膜３で覆われている。基板４には、液体供給口１４が形成されており、液体供給口１４は基板４の第一面に開口している。液体供給口１４の形成方法としては、レーザー加工、反応性イオンエッチング、サンドブラスト、ウェットエッチング等が挙げられる。図２（Ａ）では、基板４がシリコンの（１００）基板であり、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いたウェットエッチングによって液体供給口を形成した例を示している。シリコンの（１００）基板をＴＭＡＨやＫＯＨ（水酸化カリウム）等のアルカリ溶液でエッチングすると、異方性エッチングによって図２（Ａ）に示すようなテーパー形状の液体供給口を形成することができる。このようなテーパー形状の液体供給口であれば、支持体の剥離工程におけるドライフィルムの変形を良好に抑制することができる。特に、第一面と平行な断面が第一面側から第二面側に向かって幅が広がるテーパー形状であることがより好ましい。

次に、図２（Ｂ）に示すように、支持体１で支持されたドライフィルム２を用意する。支持体１としては、フィルム、ガラス、シリコン等が挙げられる。後で剥離することを考えると、フィルムであることが好ましい。フィルムとしてはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）フィルムやポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリアラミドフィルム等が挙げられる。また、支持体１をドライフィルム２から剥離しやすくするために、支持体１の表面に離型処理を施してもよい。

ドライフィルム２は、樹脂をフィルム状にしたものである。ドライフィルム２を形成する樹脂は、感光性樹脂であることが好ましい。また、樹脂の軟化点が４０℃以上１２０℃以下であることが好ましい。さらに、有機溶媒に溶解しやすい樹脂であることが好ましい。このような樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。エポキシ樹脂としてはビスフェノールＡ型やクレゾールノボラック型や脂環式のエポキシ樹脂、アクリル樹脂としてはポリメチルメタクリレート、ウレタン樹脂としてはポリウレタン等が挙げられる。これらの樹脂を溶解する溶媒としては、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールメチルエーテルアセテート）、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、キシレン等が挙げられる。樹脂を溶媒に溶解させた樹脂組成物の粘度は５ｃＰ以上１５０ｃＰ以下であることが好ましい。樹脂組成物を支持体上にスピンコートやスリットコート法で塗布し、これを例えば５０℃以上で乾燥することで、支持体上にドライフィルム２を形成する。支持体上のドライフィルムの乾燥後の厚みは５μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。

支持体１で支持されたドライフィルム２を用意した後、図２（Ｃ）に示すように、液体供給口１４が形成された基板４に対して、ドライフィルム２を転写する。液体供給口１４は、転写されたドライフィルム２によって塞がれる。即ち、ドライフィルム２は液体供給口１４の蓋となる。ドライフィルム２は、基板４の液体供給口１４を形成する壁面１４´に接触させる。ドライフィルム２を壁面１４´に接触させる為には、例えばドライフィルム２を基板４に接触させながら、ドライフィルム２を加熱する方法がある。加熱温度は、ドライフィルム２の軟化点を超える温度であることが好ましい。他には、ドライフィルム２を基板４に接触させながら、基板４の方向にドライフィルム２を変形させる圧力を加える方法がある。基板の方向への加圧は、気泡の排出性を考慮して、ロール方式の転写や真空下での転写で行うことが好ましい。加熱及び加圧は、同時に行うことが好ましい。このような方法により、ドライフィルム２を液体供給口１４に沈み込ませ、図２（Ｃ）に示すように、ドライフィルム２を壁面１４´に接触させる。ドライフィルム２は、最終的に、基板４の表面から液体供給口１４を形成する壁面１４´まで延在する膜となる。この点から、ドライフィルム２を壁面１４´に接触させる必要がある。

ドライフィルム２を壁面１４´に接触させた後、ドライフィルム２から支持体１を剥離する支持体の剥離工程を行う。この際、ドライフィルム２の一部が液体供給口１４に沈み込み、ドライフィルム２が壁面１４´に接触していることで、支持体を剥離した際に、ドライフィルム２が基板４の液体供給口１４に引っかかって保持されるような構成となり、ドライフィルム２が変形しにくくなる。

ドライフィルム２が壁面１４´に接触すると、ドライフィルム２の液体供給口１４に沈み込んだ部分を含む領域（Ｂ）、即ちドライフィルム２の液体供給口の上の厚みは、それ以外の領域、例えば基板４の上の領域（Ｃ）に対して厚みが厚くなる。ドライフィルム２のうち、液体供給口の上の領域（Ｂ）の厚みは、５μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。５μｍ以上とすることで、ドライフィルム２を壁面１４´に良好に接触させることができ、支持体１の剥離時のドライフィルム２の変形を抑制することができる。より好ましくは、１０μｍ以上である。ドライフィルム２のうち、基板４の上の領域（Ｃ）の厚みは、３μｍ以上２５μｍ以下とすることが好ましい。より好ましくは、２０μｍ以下である。ドライフィルム２は、最終的に、基板４の表面から液体供給口１４を形成する壁面１４´まで延在する膜となる。従って、基板４の上の領域（Ｃ）の厚みを１０μｍ以上とすることで、エネルギー発生素子５から発生させるエネルギーをより有効に活用することができる。例えば、エネルギー発生素子５が発熱抵抗体である場合、エネルギー発生素子５によって液体に発泡が発生する。そして、ドライフィルム２の一部である保護膜がこの発泡の障壁となるので、エネルギーを吐出に有効に使うことができる。ドライフィルム２は、基板４の表面から液体供給口１４の方向に２μｍ以上入っていることが好ましい。より好ましくは５μｍ以上である。また、好ましくは２５μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以下である。尚、厚みや長さに関しては、基板４の表面と垂直方向に関する厚みや長さである。

次に、図２（Ｄ）に示すように、ドライフィルム２にパターニングを行う。パターニングは、フォトリソグラフィーやドライエッチングによって行うことができるが、精度を高める為にフォトリソグラフィーによって行うことが好ましい。図２（Ｄ）では、ドライフィルム２にフォトリソグラフィーによって露光を行う例を示している。マスク６にてドライフィルム２に光を照射し、ドライフィルム２に露光領域８と非露光領域７とを形成する。ここで、液体供給口１４の開口を覆うドライフィルム２のうち、開口を覆う部分を残すようにする。即ち、ドライフィルム２をネガ型感光性樹脂で形成した場合、図２（Ｄ）に示すように、液体供給口１４の開口を覆う部分の一部を露光領域８とする。液体供給口１４上のドライフィルムを全て露光してしまうと、液体供給口１４が塞がれてしまうので、開口の淵を覆う部分を露光領域８とし、それ以外の領域を非露光領域７とする。ドライフィルム２の液体供給口１４上以外の部分についても、必要な箇所には露光を行う。ドライフィルム２には、現像液によって現像を行い、非露光領域７を除去する。

次に、図２（Ｅ）に示すように、ドライフィルム２の残した領域、ここでは露光領域８の上に、部材９を形成する。ここでは、部材９としてドライフィルム２（以下、第１のドライフィルムとする）と異なる第２のドライフィルムを用いた例を示す。第２のドライフィルムは支持体１に支持されており、第２のドライフィルムを第１のドライフィルム上に転写した後、支持体１を剥離する。部材９は、例えば液状の樹脂組成物を第１のドライフィルム上に塗布し、これを乾燥させることで形成することができる。部材９の第１のドライフィルム上への形成は、スピンコート法やスリットコート法等による塗布、或いはラミネート法やプレス法等による転写によって形成する。

次に、図２（Ｆ）に示すように、部材９をパターニングする。例えばマスク６を用い、フォトリソグラフィーによって部材９に露光領域８と非露光領域７を形成する。第１のドライフィルムと第２のドライフィルムとは、露光する光に対する感度が異なるようにし、感光波長を異ならせる。

次に、図２（Ｇ）に示すように、吐出口を形成する部材を形成し、これに液体吐出口を形成する領域を形成する。吐出口を形成する部材をネガ型感光性樹脂で形成した場合、マスク６を用いた露光を行う。他にも、レーザーや反応性イオンエッチングによって、液体吐出口を形成してもよい。

次に、図２（Ｈ）のように、現像液に浸すことで、現像を行う。これにより、液体流路１０や液体吐出口１３が形成される。現像液としては、ＰＧＭＥＡ、テトラハイドロフラン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、キシレン等が挙げられる。

最後に、電気的接続等を行い、液体吐出ヘッドが製造される。本発明で製造される液体吐出ヘッドは、液体供給口の開口の基板が、ドライフィルム２で形成された保護膜２０で保護されている。ドライフィルム２を、基板の表面から液体供給口を形成する壁面１４´まで延在する膜とすることで、保護膜２０を形成できる。保護膜２０によって、液体の浸食から基板を保護し、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。

他にも、図２（Ｄ）におけるドライフィルム２のパターニングによって、ドライフィルム２からフィルタ２１を形成することができる。フィルタ２１を図３に示す。図３（Ａ）は図２と同様の部分における液体吐出ヘッドの断面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の液体吐出ヘッドを上部から見た図である。フィルタ２１は、液体供給口１４の開口部を保護しており、保護膜を兼ねている。ドライフィルム２のパターニングの際、保護膜に加えてフィルタとして残したい部分を残すことで、フィルタ２１を形成することができる。

以下、本発明をより具体的に説明する。

＜実施例１＞
まず、図２（Ａ）に示すように、第一面側にＴａＳｉＮからなるエネルギー発生素子５を有する基板４を用意した。基板４としてはシリコンの（１００）基板を用いた。基板４は、ＳｉＮで形成された保護膜３を有する。また、基板４には、２２質量％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）によって、液体供給口となる液体供給口１４を形成した。液体供給口１４は基板４を貫通しており、テーパー形状であった。

次に、図２（Ｂ）に示すように、支持体１と、支持体１に支持されたドライフィルム２とを用意した。支持体１はＰＥＴを用いた。ドライフィルム２は、ＰＥＴ上に、エポキシ樹脂（大日本インキ製、商品名；Ｎ−６９５）及び光酸発生剤（サンアプロ製、商品名；ＣＰＩ−２１０Ｓ）をＰＧＭＥＡに溶解させた溶液を塗布し、オーブンによって１００℃で乾燥させることで形成した。支持体１上のドライフィルム２の乾燥後の厚みは２０μｍであった。

次に、図２（Ｃ）に示すように、液体供給口１４が形成された基板４に対し、ドライフィルム２を転写した。転写は、ロール式ラミネーター（タカトリ製、商品名；ＶＴＭ−２００）にて行い、ドライフィルム２の温度を１２０℃、基板の方向への加圧による圧力を０．４ＭＰａとした。この結果、ドライフィルム２のうち、液体供給口１４に沈み込んだ部分を含む領域（Ｂ）の厚みは２０μｍとなった。ドライフィルム２のうち、基板４の上の領域（Ｃ）の厚みは１７μｍとなった。ドライフィルム２は、壁面１４´に接触していた。基板４の表面と垂直方向に関して、ドライフィルム２は、基板４の表面から穴１４の方向に３μｍ入っていた。ドライフィルム２が壁面１４´に接触した状態で、２５℃の環境でドライフィルム２から支持体１を剥離した。

次に、図２（Ｄ）に示すように、ドライフィルム２が壁面１４´に接触した状態で、露光装置（キヤノン製、商品名；ＦＰＡ−３０００ｉ５＋）を用い、マスク６を介して、露光波長３６５ｎｍの光を５０００Ｊ／ｍ^２の露光量でドライフィルム２に露光を行った。その後、５０℃５分のベークを行った。これにより、液体供給口１４の開口を覆う部分を露光領域８とした。その後、ＰＧＭＥＡによる現像を行い、非露光領域７を除去した。

次に、図２（Ｅ）に示すように、ドライフィルム２のうち残した領域の上、ここでは露光領域８の上に、部材９を形成した。部材９は、次のように形成した。まず、ＰＥＴ上に、エポキシ樹脂（大日本インキ製、商品名；Ｎ−６９５）及び光酸発生剤（サンアプロ製、商品名；ＣＰＩ−２１０Ｓ）をＰＧＭＥＡに溶解させた溶液を塗布した。これをオーブンによって１００℃で乾燥させ、ドライフィルム２に温度１２０℃、圧力０．４ＭＰａの条件でラミネートした。その後、ＰＥＴを剥離することで、部材９を形成した。部材９の厚みは５μｍであった。

次に、図２（Ｆ）に示すように、露光装置（キヤノン製、商品名；ＦＰＡ−３０００ｉ５＋）を用い、マスク６を介して、露光波長３６５ｎｍの光を５０００Ｊ／ｍ^２の露光量で部材９に露光を行った。部材９には、露光領域８と非露光領域７とが形成された。その後、５０℃５分のベークを行った。

次に、図２（Ｂ）で説明したドライフィルム２と同様にして、吐出口を形成する部材を形成した。これを図２（Ｇ）に示すように、ロール式ラミネーターにて貼り付け、液体吐出口を形成する領域を形成した。液体吐出口を形成する部材は、エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン製、商品名；１５７Ｓ７０）と光開始剤（サンアプロ製、商品名；ＬＷ−Ｓ１）をＰＧＭＥＡに溶解させ、スリットコート法でＰＥＴ上に形成し、乾燥させることで形成した。ドライフィルム２と吐出口を形成する部材には感度差を持たせ、吐出口を形成する部材に露光装置（キヤノン製、商品名；ＦＰＡ−３０００ｉ５＋）にて露光波長３６５ｎｍの光を１０００Ｊ／ｍ^２の露光量でパターン露光した。その後、９０℃５分のベークを行うことにより、液体吐出口１３となる潜像を形成した。

次に、図２（Ｈ）に示すように、ＰＧＭＥＡに浸すことで、現像を行い、液体流路１０及び液体吐出口１３を形成した。

最後に、電気的接続等を行い、液体吐出ヘッドを製造した。製造された液体吐出ヘッドは、液体供給口の開口の基板が、ドライフィルム２で形成された保護膜２０で保護されていた。

Claims

液体吐出ヘッドの製造方法であって、
液体供給口が形成された基板の表面に対してドライフィルムを転写し、前記ドライフィルムを前記基板の表面と前記液体供給口を形成する壁面とに接触させる工程を有し、
前記ドライフィルムを、前記基板の表面から前記液体供給口を形成する壁面まで延在する膜とすることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
前記ドライフィルムを前記壁面に接触させた後、前記ドライフィルムをパターニングすることで、前記ドライフィルムを、前記基板の表面から前記液体供給口を形成する壁面まで延在する膜とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記ドライフィルムは感光性樹脂で形成されており、前記ドライフィルムのパターニングをフォトリソグラフィーによって行う請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記ドライフィルムは、前記基板の表面に対して転写する前は支持体で支持されており、前記基板の表面に対して転写された後に、前記支持体は前記ドライフィルムから剥離される請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記ドライフィルムを前記基板に接触させながら前記基板の方向に加圧することで、前記ドライフィルムを前記壁面に接触させる請求項１乃至４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記ドライフィルムを前記基板に接触させながら加熱する請求項１乃至５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記加熱の温度は、前記ドライフィルムの軟化点よりも高い温度である請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記ドライフィルムによって、前記液体供給口のフィルタを形成する請求項１乃至７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。