JP2016175274A - 電子デバイス、および、電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板同士の接合時における基板の反り等の変形を抑制することが可能な電子デバイス、および、電子デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】圧電素子３２が形成された第１の駆動基板（圧力室基板２９および振動板３１）と、これに接合される第２の基板（封止板３３）と、を備える電子デバイス１４であって、接合樹脂４３は、第１の基板および第２の基板の間において、圧電素子３２の駆動領域を囲んで収容する収容空間４５を形成し、収容空間において駆動領域から外れた位置に、第１の基板と第２の基板とを支持する補強樹脂４４が形成された。【選択図】図３

Description

本発明は、駆動素子が形成された第１の基板に対し接合樹脂を間に介在させた状態で第２の基板が接合された電子デバイス、および、電子デバイスの製造方法に関するものである。

電子デバイスは、電圧の印加により変形する圧電素子等の駆動素子を備えたデバイスであり、各種の装置やセンサー等に応用されている。例えば、液体噴射装置では、電子デバイスを利用した液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射している。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

上記の液体噴射ヘッドは、ノズルに連通する圧力室が形成された流路基板、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧電素子（駆動素子の一種）、及び、当該圧電素子に対して間隔を空けて配置された封止板（あるいは保護基板とも呼ばれる）等が積層された電子デバイスを備えている。近年、圧電素子等のアクチュエーターの駆動に係る駆動回路を封止板に設ける技術も開発されている。そして、このような基板同士が、間に空間を空けた状態で感光性樹脂からなる接着剤（接着樹脂）により接合されたものが提案されている。このほか、各種センサー等のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）における半導体パッケージでは、配線の高密度化や小型化に対応するべく基板同士を感光性樹脂により積層した構造が採用される。例えば、特許文献１に開示されているインクジェットプリンターにおいては、流路ユニットの振動板上に駆動素子としての圧電素子が複数形成され、この振動板に、圧電素子や当該圧電素子の駆動に係るバンプ電極等を間に介在させた状態で、駆動回路が形成された基板（ドライバーＩＣ）が接合されている。また、バンプ電極に沿って、合成樹脂等の絶縁性材料からなる封止材が配置されており、この封止材によって、圧電素子等が収容される空間が密閉されて大気から遮断されている。この封止材は基板同士を接合する接着剤（接合樹脂）としても機能する。

特開２０１４−５１００８号公報

ところで、圧電素子やバンプ電極のように圧電素子の駆動に係る構造体を間に介在させた状態で基板同士を接合する構成において、基板の接合面にはこれらの構造物により凹凸（起伏）が生じている。上記の封止材のような接合樹脂に関し、これらの構造物のうち高さが最も大きいバンプ電極に揃えるように高さ（塗布時の厚さ）が設計されている。しかし、基板の接合面に上記の起伏があることから、この起伏を埋めるために基板同士を接合する際にある程度加圧する必要がある。この際、基板同士の間には圧電素子等が収容されている空間があるため、バンプ電極や接合樹脂を支点として基板に反りや歪み等の変形が生じる場合があった。基板に変形が生じると、バンプ電極における接点不良等の不具合が生じる虞があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板同士の接合時における基板の反り等の変形を抑制することが可能な電子デバイス、および、電子デバイスの製造方法を提供することにある。

〔手段１〕
本発明の電子デバイスは、上記目的を達成するために提案されたものであり、撓み変形が許容される駆動領域に当該駆動領域を変形させる駆動素子が設けられた第１の基板と、前記駆動素子および当該駆動素子の駆動に係る構造体を介在させて前記第１の基板と間隔を空けて設けられた第２の基板と、が感光性を有する接合樹脂を介して設けられた電子デバイスであって、
前記接合樹脂は、前記第１の基板と前記第２の基板との間において、前記駆動領域を囲んで収容する収容空間を形成し、
前記収容空間において前記駆動領域から外れた位置に、前記第１の基板と前記第２の基板との支えとなる支持部が形成されたことを特徴とする。

手段１の構成によれば、第１の基板と第２の基板との間に収容空間が形成される構成においても、支持部が両基板を支えるので、第１の基板と第２の基板との接合時に積層方向に圧力が加えられたとしても、反ったり歪んだりする等の基板の変形が抑制される。これにより、基板が変形することによる不具合、例えば、駆動素子の駆動に係る電極の接続不良を抑制することが可能となる。

〔手段２〕
また、手段１の構成において、隣り合う駆動領域のそれぞれに係る前記支持部は、それぞれの前記収容空間において、対応する位置に配置された構成を採用することが望ましい。

手段２の構成によれば、駆動素子の駆動に支障なく支持部を配置することができる。

〔手段３〕
また、手段１または手段２の構成において、前記支持部は、前記接合樹脂と同種の樹脂により形成された構成を採用することが望ましい。

手段３の構成によれば、支持部を接合樹脂と同一の工程で形成することができるので、工程数の増加が防止される。

〔手段４〕
また、上記手段１から手段３の何れか一の構成に関し、前記第１の基板または前記第２の基板の何れか一方の基板に、前記駆動素子の駆動に係るバンプ電極が他方の基板に突出して形成され、
前記バンプ電極は、前記駆動領域が形成された領域を挟んで、駆動領域の並設方向に直交する方向の両側にそれぞれ配置され、
前記両側のバンプ電極の間に前記収容空間が形成された構成を採用することができる。

手段４の構成によれば、バンプ電極を支点として基板が反ったり、捻じれたり、若しくは歪んだりする等の基板の変形が支持部により抑制されるので、バンプ電極の接続不良が防止される。

〔手段５〕
そして、本発明の電子デバイスの製造方法は、撓み変形が許容される駆動領域に当該駆動領域を変形させる駆動素子が設けられた第１の基板と、前記駆動素子および当該駆動素子の駆動に係る構造体を介在させて前記第１の基板と間隔を空けて配置された第２の基板と、が感光性を有する接合樹脂を挟んで接合された電子デバイスの製造方法であって、
前記第１の基板に感光性を有する樹脂を塗布する工程と、
前記塗布された樹脂をパターニングし、前記駆動領域が形成された領域を囲んで、前記駆動領域を収容する収容空間を形成する接合樹脂と、前記収容空間内において前記駆動領域から外れた位置に、前記第１の基板と前記第２の基板との支えとなる支持部とを形成する工程と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に前記接合樹脂および前記支持部を挟んだ状態で、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する工程と、
を含むことを特徴とする。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する断面図である。 電子デバイスの要部を拡大した断面図である。 電子デバイスの構成を説明する平面図である。 図４における領域Ｂの拡大図である。 電子デバイスの製造工程を説明する模式図である。 電子デバイスの製造工程を説明する模式図である。 第２の実施形態における電子デバイスの拡大平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明に係る電子デバイスを備えた液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を搭載した液体噴射装置の一種であるインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２の表面にインク（液体の一種）を噴射・吐出して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、記録ヘッド３、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送する搬送機構６等を備えている。ここで、上記のインクは、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３に着脱可能に装着される。なお、インクカートリッジがプリンターの本体側に配置され、当該インクカートリッジからインク供給チューブを通じて記録ヘッドに供給される構成を採用することもできる。

上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。したがってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。キャリッジ４の主走査方向の位置は、図示しないリニアエンコーダーによって検出される。リニアエンコーダーは、その検出信号、即ち、エンコーダーパルスをプリンター１の制御部に送信する。

また、キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジ４の走査の基点となるホームポジションが設定されている。このホームポジションには、端部側から順に、記録ヘッド３のノズル面（ノズルプレート２１）に形成されたノズル２２を封止するキャップ１１、及び、ノズル面を払拭するためのワイピングユニット１２が配置されている。

次に記録ヘッド３について説明する。図２は、記録ヘッド３の構成を説明する断面図である。図３は、電子デバイス１４の要部を拡大した断面図である。また、図４は、電子デバイス１４の構成を説明する平面図であり、主に、振動板３１の上面（封止板３３との接合面）における構成を示している。さらに、図５は、図４における領域Ｂの拡大平面図である。本実施形態における記録ヘッド３は、図２に示すように、電子デバイス１４および流路ユニット１５が積層された状態でヘッドケース１６に取り付けられている。なお、便宜上、各部材の積層方向を上下方向として説明する。

ヘッドケース１６は、合成樹脂製の箱体状部材であり、その内部には各圧力室３０にインクを供給する第１リザーバー１８が形成されている。この第１リザーバー１８は、複数並設された圧力室３０に共通なインクが貯留される空間であり、ノズル列方向に沿って形成されている。なお、ヘッドケース１６の上方には、インクカートリッジ７側からのインクを第１リザーバー１８に導入するインク導入路（図示せず）が形成されている。また、ヘッドケース１６の下面側には、当該下面からヘッドケース１６の高さ方向の途中まで直方体状に窪んだ収容空部１７が形成されている。後述する流路ユニット１５がヘッドケース１６の下面に位置決めされた状態で接合されると、流路基板２８上に積層された電子デバイス１４（圧力室基板２９、振動板３１、封止板３３等）が収容空部１７内に収容されるように構成されている。

ヘッドケース１６の下面に接合される流路ユニット１５は、流路基板２８およびノズルプレート２１を有している。本実施形態における流路基板２８は、シリコン単結晶基板から作製されている。この流路基板２８には、図２に示すように、第１リザーバー１８と連通し、各圧力室３０に共通なインクが貯留される第２リザーバー２５と、この第２リザーバー２５を介して第１リザーバー１８からのインクを各圧力室３０に個別に供給する個別連通路２６とが、エッチングにより形成されている。第２リザーバー２５は、ノズル列方向（圧力室３０の並設方向）に沿った長尺な空部である。個別連通路２６は、各圧力室３０に対応して当該圧力室３０の並設方向に沿って複数形成されている。この個別連通路２６は、流路基板２８と圧力室基板２９とが接合された状態で、対応する圧力室３０の長手方向における一側の端部と連通する。

また、流路基板２８の各ノズル２２に対応する位置には、流路基板２８の板厚方向を貫通したノズル連通路２７が形成されている。すなわち、ノズル連通路２７は、ノズル列に対応して当該ノズル列方向に沿って複数形成されている。このノズル連通路２７を介して圧力室３０とノズル２２とが連通する。本実施形態におけるノズル連通路２７は、対応する圧力室３０の長手方向における他側（個別連通路２６とは反対側）の端部と連通する。

ノズルプレート２１は、流路基板２８の下面（電子デバイス１４側とは反対側の面）に接合されたシリコン製あるいはステンレス鋼等の金属製の基板である。このノズルプレート２１には、複数のノズル２２が列状に開設されている。この列設された複数のノズル２２（ノズル列）は、一端側のノズル２２から他端側のノズル２２までドット形成密度に対応したピッチで、主走査方向に直交する副走査方向に沿って設けられている。本実施形態においては、ノズルプレート２１に２条のノズル列が並設されている。

本実施形態における電子デバイス１４は、各圧力室３０内のインクに圧力変動を生じさせるアクチュエーターとして機能する薄板状の構成部材を積層してなるデバイスである。この電子デバイス１４は、図２および図３に示すように、圧力室基板２９、振動板３１、圧電素子３２および封止板３３が積層されてユニット化されている。なお、電子デバイス１４は、収容空部１７内に収容可能なように、収容空部１７よりも小さく形成されている。

本実施形態における圧力室基板２９は、シリコン単結晶基板から作製されている。この圧力室基板２９には、エッチングにより一部が板厚方向に完全に除去されて、圧力室３０となるべき空間が形成されている。この空間、すなわち圧力室３０は、各ノズル２２に対応して複数並設されている。各圧力室３０は、ノズル列方向に直交する方向に長尺な空部であり、長手方向の一側の端部に個別連通路２６が連通し、他側の端部にノズル連通路２７が連通している。

振動板３１は、弾性を有する薄膜状の部材であり、圧力室基板２９の上面（流路基板２８側とは反対側の面）に積層されている。この振動板３１によって、圧力室３０となるべき空間の上部開口が封止されている。換言すると、振動板３１によって、圧力室３０が区画されている。この振動板３１における圧力室３０（詳しくは、圧力室３０の上部開口）に対応する部分は、圧電素子３２の撓み変形に伴ってノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する変位部として機能する。すなわち、振動板３１における圧力室３０の上部開口に対応する領域が、撓み変形が許容される駆動領域となる。一方、振動板３１における圧力室３０の上部開口から外れた領域が、撓み変形が規制される非駆動領域となる。

上記振動板３１は、例えば、圧力室基板２９の上面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜と、この弾性膜上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜と、から成る。そして、この絶縁膜上（振動板３１の圧力室基板２９側とは反対側の面）における各圧力室３０に対応する領域、すなわち駆動領域に圧電素子３２がそれぞれ積層されている。なお、圧力室基板２９及びこれに積層された振動板３１が本発明における第１の基板に相当する。また、振動板３１において圧電素子３２が形成された面が、封止板３３が接合される接合面である。

本実施形態の圧電素子３２は、所謂撓み振動モードの圧電素子である。図３に示すように、この圧電素子３２は、例えば、振動板３１上に、下電極層３７、圧電体層３８および上電極層３９が順次積層されてなる。本実施形態においては、上電極層３９が、圧電素子３２毎に個別の電極として機能し、下電極層３７が、各圧電素子３２に共通な電極として機能する。なお、駆動回路や配線の都合によってこれらを逆にする構成とすることもできる。このように構成された圧電素子３２は、下電極層３７と上電極層３９との間に両電極の電位差に応じた電界が付与されると、ノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に撓み変形する。圧電素子３２は、各ノズル２２に対応してノズル列方向に沿って複数並設されており、図４に示すように、２条のノズル列に対応して２つの圧電素子群が、後述する共通電極膜３６を間に挟んで振動板３１上にそれぞれ形成されている。

上電極層３９および下電極層３７としては、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の各種金属や、これらの合金等が用いられる。また、圧電体層３８としては、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。その他、チタン酸バリウムなどの非鉛材料も用いることが可能である。

本実施形態における圧電体層３８は、下電極層３７の全面を覆うように振動板３１の上に形成されている。図５に示すように、この圧電体層３８において隣り合う圧力室３０に挟まれた領域に対応する部分、すなわち、隣接する圧力室３０同士を区画する隔壁３４に対応する部分には、開口３５が形成されている。この開口３５は、圧電体層３８の一部が除去されて形成された凹部或いは貫通穴から構成されており、圧力室３０の開口縁に沿って延在している。要するに、この開口３５は、圧電体層３８における他の部分の厚さよりも相対的に薄くなった部分、あるいは圧電体層３８を貫通した部分である。圧電素子３２の駆動領域は、上電極層３９、圧電体層３８、および下電極層３７が互いにオーバーラップする部分で規定されるが、このように開口３５が設けられた構成では、隣り合う開口３５の間の部分であって圧力室３０に対応する領域に設けられた梁状の圧電体層３８およびこれを挟む上下の電極３７，３９が、実質的に駆動領域として機能する。

図３および図５に示すように、上電極層３９の他側（図３および図５における左側、若しくは図４における共通電極膜３６側とは反対側）の端部は、圧力室３０の上部開口縁を超えて非駆動領域に対応する振動板３１上まで延在されている。また、図４に示すように、下電極層３７の一側（図４における共通電極膜３６側）の端部も同様に、駆動領域から圧力室３０の上部開口縁を超えて、上電極層３９が積層された非駆動領域とは反対側の非駆動領域に対応する振動板３１上まで延在している。振動板３１において圧電素子群に挟まれた領域である中央部分には、共通電極の端子として機能する共通電極膜３６が形成されており、下電極層３７は、この共通電極膜３６に導通されている。

封止板３３（本発明における第２の基板に相当）は、平板状に形成されたシリコン製の板材である。図３に示すように、この封止板３３の圧電素子３２と対向する領域には、各圧電素子３２の駆動に係る駆動回路４６が形成されている。駆動回路４６は、封止板３３となるシリコン単結晶基板の表面に、半導体プロセス（即ち、成膜工程、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程等）を用いて作成される。また、封止板３３の圧電素子３２側の面における駆動回路４６上には、当該駆動回路４６に接続される配線層４７が、封止板３３における振動板３１側の表面、すなわち、振動板３１との接合面に露出した状態で形成されている。配線層４７は、駆動回路４６よりも外側であって、非駆動領域に延設された下電極層３７及び上電極層３９に対応する位置まで引き回されている。なお、配線層４７は、図３において便宜上一体的に表されているが、複数の配線を含んでいる。具体的には、圧電素子３２の個別電極（上電極層３９）用の配線層４７と、各圧電素子３２の共通電極（下電極層３７）用の配線層４７が封止板３３の表面にパターニングされている。各配線層４７は、駆動回路４６内の対応する配線端子と電気的に接続されている。

振動板３１及び圧電素子３２が積層された圧力室基板２９からなる駆動基板と、圧電素子３２の駆動に係る駆動回路が設けられた封止板３３とは、バンプ電極４０を介在させて接合樹脂４３により接合されている。この接合樹脂４３は、基板同士の間隔を確保するスペーサーとしての機能、基板同士の間における圧電素子３２の駆動領域等を収容する収容空間４５を密封する封止材としての機能、および、基板同士を接合する接着剤としての機能を有する。接合樹脂４３としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、スチレン樹脂等を主成分として光重合開始剤等を含む樹脂が好適に用いられ、本実施形態においてはエポキシ樹脂を主成分としたものが採用される。本実施形態においては、図４に示すように、振動板３１および封止板３３の外周縁に沿って平面視で枠状に形成された第１の接合樹脂４３ａと、当該第１の接合樹脂４３ａ、および、上電極層３９に対応するバンプ電極４０の形成位置よりも内側であって、圧電素子群を囲む枠状に形成された第２の接合樹脂４３ｂが形成されている。この２重に形成された接合樹脂４３ａ，４３ｂにより、振動板３１と封止板３３が隔てられている。振動板３１と封止板３３との間隙は、圧電素子３２の歪み変形を阻害しない程度に設定されている。さらに、第２の接合樹脂４３ｂの内側の領域であって、圧電素子３２の駆動領域と共通電極膜３６との間の共通電極配線４５上には、第３の接合樹脂４３ｃが形成されている。これらの第２の接合樹脂４３ｂと第３の接合樹脂４３ｃによって囲まれた領域が、圧電素子３２の駆動領域を収容した収容空間４５（封止空間）である。

本実施形態において振動板３１と封止板３３との間には、共通電極膜３６の両側に合計２つの収容空間４５が形成されている。各収容空間４５には、それぞれ、ノズル列に対応する圧電素子３２の駆動領域が収容される。すなわち、収容空間４５内には、ノズル列を構成するノズル２２に対応した数の圧電素子３２の駆動領域が収容される。この収容空間４５は、振動板３１と封止板３３との間において比較的広い面積を占めている。このため、本発明に係る電子デバイス１４では、収容空間４５内に、振動板３１と封止板３３とを支える補強樹脂４４（本発明における支持部に相当）が、圧電素子３２の駆動領域から外れた位置に形成されている。より具体的には、図４および図５に示すように、隣り合う圧電素子３２同士の駆動領域の間、すなわち、隣接する圧力室３０同士を区画する隔壁３４に対応する位置に、互いに間隔を空けて複数の柱状の補強樹脂４４が複数（本実施形態においては３つ）配置されている。本実施形態における補強樹脂４４は、接合樹脂４３と同種の樹脂である感光性樹脂から構成されており、当該接合樹脂４３と同一の工程により形成される。この点の詳細については後述する。

バンプ電極４０は、駆動回路４６と各圧電素子３２の個別電極（上電極層３９）および共通電極（下電極層３７）とを接続するための電極であり、非駆動領域上の上電極層３９、および、共通電極膜３６にそれぞれ接触して電気的に接続し得るように配置されている。このバンプ電極４０は、圧力室の並設方向（ノズル列方向）に沿って延びる突条としての内部樹脂（樹脂コア）４１と、この内部樹脂４１の表面に部分的に形成された導電膜４２とから構成されている。内部樹脂４１は、例えば、ポリイミド樹脂等の弾性を有する樹脂からなり、封止板３３の接合面において振動板３１の上電極層３９が形成された非駆動領域に対向する領域（図４における左右両側）、および、共通電極膜３６が形成された中央領域と対向する領域にそれぞれ形成されている。また、導電膜４２は、配線層４７の一部分であり、に対向する位置にそれぞれ形成されている。このため、導電膜４２は、ノズル列方向に沿って複数形成されている。同様に、共通電極膜３６に対応する導電膜４２は、ノズル列方向に沿って複数形成されている。

次に、電子デバイス１４の製造工程、特に、圧電素子３２および振動板３１が積層された第１の基板としての圧力室基板２９と、第２の基板としての封止板３３との接合工程について説明する。なお、本実施形態における電子デバイス１４は、封止板３３となる領域が複数形成されたシリコン単結晶基板と、振動板３１及び圧電素子３２が積層されて圧力室基板２９となる領域が複数形成されたシリコン単結晶基板とを接合した後で、切断して個片化することで得られる。

図６および図７は、電子デバイス１４の製造工程を説明する模式図であり、圧電素子３２の駆動領域の間、すなわち、圧力室３０同士を区画する隔壁３４に対応する部分の構成を示している。まず、図６（ａ）に示すように、圧力室基板２９に振動板３１が積層され、その上に図示しない弾性膜および絶縁膜を介して下電極層３７が例えばスパッタ法により成膜される。次に、図６（ｂ）に示すように、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層３８が下電極層３７の表面に積層される。本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成する、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層３８が形成される。なお、圧電体層３８の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ法やスパッタ法等を用いることも可能である。続いて、図６（ｃ）に示すように、当該圧電体層３８の上面に上電極層３９がスパッタリング法等により形成される。次に、上電極層３９および圧電体層３８が、エッチングによりパターニングされる。これにより、図６（ｄ）に示すように、圧電体層３８には上記の開口３５が形成される。このようにして、振動板３１上に圧電素子３２が形成される。

以上の工程を経て、シリコン単結晶基板に、圧力室基板２９および振動板３１となる領域が複数形成される。一方、封止板３３側のシリコン単結晶基板では、まず、半導体プロセスにより振動板３１との接合面に駆動回路４６が形成される。駆動回路４６が形成されたならば、封止板３３の接合面上にバンプ電極４０の内部樹脂４１が形成される。具体的には、材料である樹脂（例えばポリイミド樹脂）が所定の厚さで塗布された後、プリベーク処理、フォトリソグラフィー処理、およびエッチング処理を経て所定の位置に突条を呈する内部樹脂４１がパターニングされる。内部樹脂４１が形成されたならば、配線層４７、およびバンプ電極４０の導電膜４２となる金属を製膜した後で、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により、配線層４７、および導電膜４２が形成される。これにより、シリコン単結晶基板に、封止板３３となる領域が複数形成される。

次に、駆動基板（圧力室基板２９および振動板３１）側のシリコン単結晶基板と封止板３３側のシリコン単結晶基板との接合工程に移る。圧力室基板２９に積層された振動板３１の表面（封止板３３側の接合面）または封止板３３の表面（振動板３１側の接合面）のいずれか一方の接合面に、接合樹脂４３および補強樹脂４４となる感光性樹脂４９が塗布される。本実施形態においては、図６（ｅ）に示すように、駆動基板の振動板３１上に、圧電素子３２等の構造体を覆う状態で感光性樹脂４９が、スピンコートにより塗布される。ここで、感光性樹脂４９は、圧電体層３８の開口３５内にも入り込む。

感光性樹脂４９が塗布されたならば、続いて、所定のパターンのマスクを介して露光された後、加熱処理により当該感光性樹脂４９が仮硬化させられる（仮硬化工程）。あるいは、感光性樹脂４９が塗布された後、加熱処理を経てから露光が行われるようにしてもよい。仮硬化工程において、感光性樹脂４９の硬化度は、露光時における露光量あるいは加熱時の加熱量により調整される。続いて、図７（ａ）に示すように、現像が行われて所定の位置に感光性樹脂４９が所定の形状にパターニングされる（パターニング工程）。これにより、隣り合う圧電素子３２の駆動領域の間、すなわち、隣接する圧力室３０同士を区画する隔壁３４に対応する部分に、互いに間隔を空けて補強樹脂４４が形成される。本実施形態においては、圧力室３０の長手方向に沿って合計３つの補強樹脂４４が形成される。また、感光性樹脂４９がパターニングされ、圧電素子３２の駆動領域が形成された領域を囲んで接合樹脂４３が形成される。

感光性樹脂４９が所定の形状にパターニングされて接合樹脂４３および補強樹脂４４が形成されたならば、両シリコン単結晶基板が接合される（接合工程）。具体的には、図７（ｂ）に示すように、両シリコン単結晶基板の相対位置がアライメントされた状態で、何れか一方のシリコン単結晶基板を他方のシリコン単結晶基板側に向けて相対的に移動させて、バンプ電極４０、圧電素子３２等の構造体、接合樹脂４３、および補強樹脂４４を両シリコン単結晶基板の間に挟んで張り合わせる。さらに、この状態で、図７（ｃ）に示すように、両シリコン単結晶基板が上下方向から加圧される。ここで、両基板の接合面に構造体による起伏があっても、接合樹脂４３および補強樹脂４４が弾性変形することにより、接合面同士が可及的に平行となるように両基板を接合することができる。これにより、非駆動領域における下電極層３７及び上電極層３９にバンプ電極４０が電気的に接続された状態で、両基板が接合樹脂４３により接合される。この際、補強樹脂４４が、収容空間４５内に複数形成されているので、この補強樹脂４４が両基板を支持し、基板が反ったり歪んだりする等の基板の変形が抑制される。これにより、下電極層３７及び上電極層３９に対するバンプ電極４０の接続不良等の不具合が防止される。

両シリコン単結晶基板が接合されたならば、圧力室基板２９側のシリコン単結晶基板に対し、ラッピング工程、フォトリソグラフィー工程、及びエッチング工程を経て圧力室３０が形成される。最後に、シリコン単結晶基板における所定のスクライブラインに沿ってスクライブされて、個々の電子デバイス１４に切断されて分割される。なお、本実施形態では、２枚のシリコン単結晶基板の接合後に個片化される構成を例示したが、これには限られない。例えば、先に封止板及び流路基板をそれぞれ個片化してから、これらを接合するようにしてもよい。

そして、上記の過程により製造された電子デバイス１４は、接着剤等を用いて流路ユニット１５（流路基板２８）に位置決めされて固定される。そして、電子デバイス１４をヘッドケース１６の収容空部１７に収容した状態で、ヘッドケース１６と流路ユニット１５とを接合することで、上記の記録ヘッド３が製造される。

このように、基板同士との間に収容空間が形成される構成においても、補強樹脂４４が両基板を支えるので、接合時に基板の積層方向に圧力が加えられたとしても、基板の変形が抑制される。これにより、基板が反ったり歪んだり等の変形することによる不具合、例えば、駆動素子の駆動に係る電極の接点不良を抑制することが可能となる。本実施形態においては、圧電素子３２の駆動領域が形成された領域の両側にバンプ電極４０が形成され、これらのバンプ電極４０の間に収容空間４５が形成されており、基板同士の接合時にこれらのバンプ電極４０を支点として基板が反ることが補強樹脂４４により抑制されるので、バンプ電極４０の接続不良が防止される。

また、隣り合う駆動領域のそれぞれに係る補強樹脂４４は、それぞれの収容空間４５において、対応する位置に配置されているので、この補強樹脂４４を設けることで圧電素子３２の駆動に支障を来すおそれがない。
さらに、本実施形態における補強樹脂４４は、接合樹脂４３と同種の樹脂により形成されているので、補強樹脂４４を接合樹脂４３と同一の工程で形成することができるので、工程数の増加が防止される。

なお、補強樹脂４４は、必ずしも接合樹脂４３と同種の材料でなくてもよい。例えば、接合樹脂４３よりも硬化時の硬化度が高い樹脂を採用することもできる。これにより、補強樹脂４４の強度が高くなるので、基板の反りをより確実に抑制することができる。ただし、基板の接合面における起伏をある程度吸収させる観点から、基板同士の接合時に弾性変形するものであることが望ましい。

また、上記実施形態においては、隣接する圧力室３０同士を区画する隔壁３４に対応する部分に、互いに間隔を空けて複数の柱状の補強樹脂４４が複数配置された構成を例示したが、これには限られない。例えば、図８に示す第２の実施形態のように、隣接する圧力室３０同士を区画する隔壁３４に対応する部分に、圧力室３０の並設方向に直交する方向に長尺な直方体状の補強樹脂４４′を配置する構成を採用することもできる。この構成によれば、補強樹脂４４′が基板のより広い面積を支持するので、基板の反りをより確実に抑制することができる。なお、補強樹脂４４の形成位置は、例示した位置には限られず、収容空間４５において駆動領域が外れた位置であればよい。

また、以上では、液体噴射ヘッドとして、インクジェットプリンターに搭載されるインクジェット式記録ヘッドを例示したが、インク以外の液体を噴射するものにも適用することができる。例えば、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（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。

そして、本発明は、液体噴射ヘッドにアクチュエーターとして用いられる電子デバイスには限られず、例えば、各種センサー等に使用される電子デバイス等にも適用することができる。

１…プリンター，３…記録ヘッド，１４…電子デバイス，２２…ノズル，２９…圧力室基板，３０…圧力室，３１…振動板，３２…圧電素子，３３…封止板，３６…共通電極膜，３７…下電極層，３８…圧電体層，３９…上電極層，４０…バンプ電極，４１…内部樹脂，４２…導電膜，４３…接合樹脂４３…補強樹脂，４５…収容空間，４６…駆動回路，４７…配線層

Claims (5)

1. 撓み変形が許容される駆動領域に当該駆動領域を変形させる駆動素子が設けられた第１の基板と、前記駆動素子および当該駆動素子の駆動に係る構造体を介在させて前記第１の基板と間隔を空けて設けられた第２の基板と、が感光性を有する接合樹脂を介して設けられた電子デバイスであって、
   前記接合樹脂は、前記第１の基板と前記第２の基板との間において、前記駆動領域を囲んで収容する収容空間を形成し、
   前記収容空間において前記駆動領域から外れた位置に、前記第１の基板と前記第２の基板との支えとなる支持部が形成されたことを特徴とする電子デバイス。
2. 隣り合う駆動領域のそれぞれに係る前記支持部は、それぞれの前記収容空間において、対応する位置に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
3. 前記支持部は、前記接合樹脂と同種の樹脂により形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子デバイス。
4. 前記第１の基板または前記第２の基板の何れか一方の基板に、前記駆動素子の駆動に係るバンプ電極が他方の基板に突出して形成され、
   前記バンプ電極は、前記駆動領域が形成された領域を挟んで、駆動領域の並設方向に直交する方向の両側にそれぞれ配置され、
   前記両側のバンプ電極の間に前記収容空間が形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電子デバイス。
5. 撓み変形が許容される駆動領域に当該駆動領域を変形させる駆動素子が設けられた第１の基板と、前記駆動素子および当該駆動素子の駆動に係る構造体を介在させて前記第１の基板と間隔を空けて配置された第２の基板と、が感光性を有する接合樹脂を挟んで接合された電子デバイスの製造方法であって、
   前記第１の基板に感光性を有する樹脂を塗布する工程と、
   前記塗布された樹脂をパターニングし、前記駆動領域が形成された領域を囲んで、前記駆動領域を収容する収容空間を形成する接合樹脂と、前記収容空間内において前記駆動領域から外れた位置に、前記第１の基板と前記第２の基板との支えとなる支持部とを形成する工程と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に前記接合樹脂および前記支持部を挟んだ状態で、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する工程と、
   を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。

Images