JP2017045746A - 接合構造体の製造方法、圧電デバイスの製造方法、及び、液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の基板、第２の基板、及びこれらを接合する接着剤により空間が区画される構成において、接着剤の空間側への流れ出しを抑制することが可能な接合構造体の製造方法、圧電デバイスの製造方法、及び、液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】貫通孔５０が形成された封止板３３（第１の基板）と、封止板３３に対して間隔を空けて配置された圧力室形成基板２９（第２の基板）と、両基板を接合する接着剤４３と、を備え、貫通孔５０が封止板３３、圧力室形成基板２９及び接着剤４３により区画された空間に開口した接合構造体の製造方法であって、封止板３３又は圧力室形成基板２９の何れか一方の基板に、液体状の接着剤４３を配置する接着剤形成工程と、封止板３３と圧力室形成基板２９とを接合し、貫通孔５０から気体を導入することにより空間の気圧を高めた状態で接着剤４３を硬化させる基板接合工程と、を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、第１の基板、第２の基板、及びこれらを接合する接着剤により区画された空間を有する接合構造体の製造方法、圧電デバイスの製造方法、及び、液体噴射ヘッドの製造方法に関するものである。

各種の電子機器に組み込まれる接合構造体としては、第１の基板と第２の基板とが間隔を空けて配置されると共に、両基板を接合する接着剤が環状に形成されたものがある。このような接合構造体には、第１の基板と第２の基板との間に環状に配置された接着剤で封止された空間（以下、封止空間という。）が形成されるため、この封止空間内に外部からの影響を抑制したい電気部品や各種の素子等が配置されている。例えば、液体噴射装置に搭載された液体噴射ヘッドに組み込まれた、接合構造体の一種である圧電デバイスでは、封止空間内に圧電素子が設けられている。そして、液体噴射装置は、この圧電素子を駆動することで、液体噴射ヘッドに形成されたノズルから液体を噴射（吐出）する（例えば、特許文献１）。

また、このような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。

ところで、第１の基板と第２の基板とを接着して接合構造体を形成する際に、接着剤が配置される予定の接着領域からその他の領域にはみ出す虞がある。例えば、このはみ出した接着剤が、圧電素子が配置される駆動領域等に達すると、ノズルからの液体の噴射に支障を来す虞がある。このため、接着剤のはみ出しを抑制する技術が望まれている。例えば、特許文献２においては、細溝が形成された圧電体にオリフィス板を接着する際に、圧電体に形成された細溝内にエアー等の流体を流しながら接着することで、接着剤のはみ出しによる不具合を抑制する技術が提案されている。すなわち、細溝からオリフィスへと流体の流れを作ることで、接着剤が細溝やオリフィス内にはみ出さないようにしている。

特開２０１４−５１００８号公報 特開平１１−３４３４０号公報

しかしながら、第１の基板と第２の基板との間に形成される封止空間においては、特許文献２のような流体の流れを作り出すことが困難であった。すなわち、第１の基板と第２の基板との接合時において、封止空間を区画する環状の接着剤に沿って一様な流体の流れを作りながら、両基板を接合することは容易ではなかった。その結果、封止空間において、接着剤のはみ出しを十分に抑制することができなかった。

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、第１の基板、第２の基板、及びこれらを接合する接着剤により空間が区画される構成において、接着剤の空間側への流れ出しを抑制することが可能な接合構造体の製造方法、圧電デバイスの製造方法、及び、液体噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。

本発明の接合構造体の製造方法は、上記目的を達成するために提案されたものであり、板厚方向に貫通した貫通孔が形成された第１の基板と、当該第１の基板に対して間隔を空けて配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する接着剤と、を備え、前記貫通孔が前記第１の基板、前記第２の基板及び前記接着剤により区画された空間に開口した接合構造体の製造方法であって、
前記第１の基板又は前記第２の基板の何れか一方の基板に、液体状の接着剤を配置する接着剤形成工程と、
前記接着剤を介在させて前記第１の基板と前記第２の基板とを接合し、前記貫通孔から気体を導入することにより前記空間の気圧を高めた状態で前記接着剤を硬化させる基板接合工程と、
を含むことを特徴とする。

この構成によれば、基板接合工程において空間の気圧が高められた状態で接着剤を硬化させるため、接着剤が空間の内側にはみ出すことを抑制できる。

また、上記方法の前記基板接合工程において、前記空間への気体の導入は、前記第１の基板と前記第２の基板との間隔を狭くする方向に押圧された状態で行われることが望ましい。

この構成によれば、押圧により第１の基板と第２の基板とをより確実に接合することができる。また、空間の気圧が高められているため、押圧により基板が変形することを抑制できる。

さらに、本発明の圧電デバイスの製造方法は、前記空間における前記第１の基板又は前記第２の基板の何れか一方の基板に形成された圧電素子を備え、
上記各方法に記載の接合構造体の製造方法により製造されることを特徴とする。

そして、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、前記圧電素子の変形に伴い容積を変化させる圧力室と、当該圧力室に連通するノズルと、を備え、
上記方法に記載の圧電デバイスの製造方法により圧電デバイスを製造する工程と、
前記第１の基板又は前記第２の基板の何れか一方の基板に前記圧力室を形成する圧力室形成工程と、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。 記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 圧電デバイスの平面図である。 圧電デバイスの製造方法を説明する断面図である。 第２の実施形態における圧電デバイスの平面図である。

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、本発明に係る接合構造体を含む圧電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）、及び、これ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（着弾対象の一種）の表面に対してインク（液体の一種）を噴射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に対して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、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー（図示せず）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（位置情報の一種）をプリンター１の制御部に送信する。

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、記録ヘッド３の要部を拡大した断面図、すなわち接合構造体の一種である圧電デバイス１４の断面図である。図４は、圧電デバイス１４の平面図である。本実施形態における記録ヘッド３は、図２に示すように、圧電デバイス１４及び流路ユニット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、その内部には後述する共通液室２５にインクを供給する液体導入路１８が形成されている。この液体導入路１８は、共通液室２５と共に、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る。本実施形態では、２列に並設された圧力室３０の列に対応して２つ形成されている。また、２つの液体導入路１８の間には、ヘッドケース１６の下面側からヘッドケース１６の高さ方向の途中まで直方体状に窪んだ収容空間１７が形成されている。この収容空間１７内には、連通基板２４上に積層された圧電デバイス１４（圧力室形成基板２９、封止板３３等）が収容されている。

ヘッドケース１６の下面に接合された流路ユニット１５は、連通基板２４及びノズルプレート２１を有している。連通基板２４は、シリコン製の板材であり、本実施形態では、表面（上面及び下面）の結晶面方位を（１１０）面としたシリコン単結晶基板から作製されている。この連通基板２４には、図２に示すように、液体導入路１８と連通し、各圧力室３０に共通なインクが貯留される共通液室２５と、この共通液室２５を介して液体導入路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。共通液室２５は、ノズル列方向に沿った長尺な空部であり、２列に並設された圧力室３０の列に対応して２列形成されている。この共通液室２５は、連通基板２４の板厚方向を貫通した第１液室２５ａと、連通基板２４の下面側から上面側に向けて当該連通基板２４の板厚方向の途中まで窪ませ、上面側に薄板部を残した状態で形成された第２液室２５ｂと、から構成される。個別連通路２６は、第２液室２５ｂの薄板部において、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、連通基板２４と圧力室形成基板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方の端部と連通する。

また、連通基板２４の各ノズル２２に対応する位置には、連通基板２４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によって、圧力室３０とノズル２２とが連通する。本実施形態のノズル連通路２７は、連通基板２４と圧力室形成基板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他方（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、連通基板２４の下面（圧力室形成基板２９とは反対側の面）に接合されたシリコン製の基板（例えば、シリコン単結晶基板）である。本実施形態では、このノズルプレート２１により、共通液室２５となる空間の下面側の開口が封止されている。また、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。本実施形態では、２列に形成された圧力室３０の列に対応して、ノズル列が２列形成されている。この並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等間隔に設けられている。なお、ノズルプレートを連通基板における共通液室から内側に外れた領域に接合し、共通液室となる空間の下面側の開口を例えば可撓性を有するコンプライアンスシート等の部材で封止することもできる。このようにすれば、ノズルプレートを可及的に小さくできる。

本実施形態における圧電デバイス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或いは薄膜状の構成部材を積層してなるデバイスである。この圧電デバイス１４は、図２及び図３に示すように、圧力室形成基板２９、振動板３１、圧電素子３２、及び封止板３３が積層されてユニット化され、収容空間１７内に収容されている。

圧力室形成基板２９は、シリコン製の硬質な板材であり、本実施形態では、表面（上面及び下面）の結晶面方位を（１１０）面としたシリコン単結晶基板から作製されている。この圧力室形成基板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となるべき空間がノズル列方向に沿って複数並設されている。この空間は、下方が連通基板２４により区画され、上方が振動板３１により区画されて、圧力室３０を構成する。また、この空間、すなわち圧力室３０は、２列に形成されたノズル列に対応して２列に形成されている。各圧力室３０は、ノズル列方向に直交する方向に長尺に形成され、長手方向の一方の端部に個別連通路２６が連通すると共に、他方の端部にノズル連通路２７が連通する。

振動板３１は、弾性を有する薄膜状の部材であり、圧力室形成基板２９の上面（連通基板２４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の上面が区画されている。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。この駆動領域（変位部）の変形（変位）により、圧力室３０の容積は変化する。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、撓み変形が阻害される非駆動領域となる。

また、振動板３１は、例えば、圧力室形成基板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二酸化ジルコニウム（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の圧力室形成基板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、圧力室形成基板２９及びこれに積層された振動板３１が本発明における第２の基板に相当する。また、圧力室形成基板と振動板が一体である構成を採用することもできる。すなわち、圧力室形成基板の下面側からエッチング処理が施されて、上面側に板厚の薄い薄肉部分を残して圧力室が形成され、この薄肉部分が振動板として機能する構成を採用することもできる。

本実施形態における圧電素子３２は、所謂撓みモードの圧電素子である。図２および図３に示すように、この圧電素子３２は、封止板３３、振動板３１及び接着剤４３（後述）により区画された封止空間１９（本発明における空間に相当）内に形成されている。なお、封止空間１９に関し、詳しくは後述する。また、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２及び図４に示すように、２列に形成されたノズル列に対応して２つの圧電素子群が、後述する共通樹脂コアバンプ４０ａを間に挟んで形成されている。さらに、図３に示すように、各圧電素子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、下電極層３７が、圧電素子３２毎の個別の電極として機能し、上電極層３９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。

本実施形態における圧電体層３８は、２列に形成された２つの圧電素子群に亘って形成されている。この圧電体層３８の両端部は、図３に示すように、圧電素子３２となる領域から後述する個別樹脂コアバンプ４０ｂに対応する領域を越えて振動板３１の端部近傍まで延設されている。この圧電体層３８においてノズル列方向に隣り合う圧力室３０に挟まれた領域に対応する部分、すなわち、ノズル列方向に隣接する圧力室３０の間の非駆動領域に対応する部分には、図示しない開口が形成されている。この開口は、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。すなわち、このように開口が設けられた構成では、ノズル列方向に隣り合う開口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が圧電素子３２として機能する。

また、上電極層３９は、ノズル列方向において複数の圧電素子３２に亘って形成されると共に、ノズル列方向に直交する方向において２列に形成された圧電素子群に亘って形成されている。図３に示すように、この上電極層３９のノズル列方向に直交する方向における両端部は、同方向における圧力室３０の外側の端部に対応する位置まで延設されている。さらに、下電極層３７は、圧電素子３２となる領域から圧力室形成基板２９の外側に向けて、ノズル列方向に直交する方向に沿って延設されている。この下電極層３７の外側の端部は、圧電体層３８よりも外側に延設され、露出されている。そして、この露出した部分に、個別上電極層４４が接続されている。この個別上電極層４４は、上電極層３９と同様の層からなり、上電極層３９と導通しないように当該上電極層３９に対して離間して形成されている。本実施形態における個別上電極層４４は、下電極層３７が露出した部分から個別樹脂コアバンプ４０ｂに対応する領域を越えて上電極層から外側に外れた位置まで延設されている。個別上電極層４４は、圧力室３０毎に形成された下電極層３７に対応して、圧力室３０毎に形成されている。

なお、下電極層３７、上電極層３９、及び個別上電極層４４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、及び、これらの合金やＬａＮｉＯ_３等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（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ビスマス（Ｂｉ）又はイットリウム（Ｙ）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できる。

また、本実施形態においては、図３に示すように、上電極層３９上及び個別上電極層４４上に、これらに電気的に接続される金属端子層４８が積層されている。具体的には、圧電素子群に挟まれた領域である中央部分であって、共通樹脂コアバンプ４０ａに対応する位置の上電極層３９上に、当該上電極層３９と電気的に接続される共通金属端子層４８ａが形成されている。この共通金属端子層４８ａは、ノズル列方向において複数の圧電素子３２に亘って形成された上電極層３９に対応して、ノズル列方向に沿って延設されている。そして、この共通金属端子層４８ａに、共通樹脂コアバンプ４０ａが接続されている。また、各圧電素子３２から外側に外れた領域であって、個別上電極層４４上には、当該個別上電極層４４を介して下電極層３７と電気的に接続される個別金属端子層４８ｂが形成されている。この個別金属端子層４８ｂは、圧力室３０毎に形成された個別上電極層４４に対応して、圧力室３０毎に形成されている。そして、各個別金属端子層４８ｂに、それぞれ対応する個別樹脂コアバンプ４０ｂが接続されている。なお、金属端子層４８としては、各種の金属が用いられる。本実施形態においては、金属端子層４８として、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、及び、これらの合金等からなる密着層上に金（Ａｕ）が積層されたものが用いられている。

封止板３３（本発明における第１の基板に相当）は、図３に示すように、振動板３１（或いは、圧電素子３２）に対して間隔をあけて配置された平板状の板材である。本実施形態では、表面（上面及び下面）の結晶面方位を（１１０）面としたシリコン単結晶基板から作製されている。この封止板３３の圧電素子３２と対向する領域（すなわち、封止空間１９内の面）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側の面には、駆動回路４６に接続される配線層４７が露出した状態で形成されている。

この配線層４７には、駆動回路４６に対応する位置から共通金属端子層４８ａに対応する位置まで引き回された配線層４７と、駆動回路４６に対応する位置から個別金属端子層４８ｂに対応する位置まで引き回された配線層４７とがある。具体的には、圧電素子３２の共通電極用の配線層４７ａ（共通金属端子層４８ａと接続される配線層４７ａ）と、圧電素子３２の個別電極用の配線層４７ｂ（個別金属端子層４８ｂと接続される配線層４７ａ）と、が封止板３３の表面にパターニングされている。すなわち、図４に示すように、共通電極用の配線層４７ａは、２列に形成された圧電素子群に挟まれた領域に亘って形成されている。一方、個別電極用の配線層４７ｂは、圧電素子３２毎に個別に形成されている。この個別電極用の配線層４７ｂは、ノズル列方向に直交する方向において、圧電素子３２の外側の端部から封止板３３の端部まで延設されている。なお、各配線層４７は、駆動回路４６に対応する位置において、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。

また、図３及び図４に示すように、封止板３３には、板厚方向に貫通した貫通孔５０が形成されている。本実施形態では、ノズル列方向における封止空間１９内の一側（図４における上側）の端部であって、ノズル列方向に直交する方向における中央部に１つ開口されている。この貫通孔５０により封止空間１９が大気開放される。これにより、例えば、圧電素子３２の発熱等により封止空間１９内の空気が膨張したとしても、駆動領域における振動板３１の初期位置が変化することを抑制できる。その結果、インクの噴射特性の変化や噴射不良等を抑制できる。

そして、振動板３１及び圧電素子３２が積層された圧力室形成基板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４６が設けられた封止板３３とは、樹脂コアバンプ４０を介在させた状態で接着剤４３により接合されている。この接着剤４３は、硬化（固化）する前の状態において液体状の接着剤である。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（環状）に形成された第１の接着剤４３ａと、当該第１の接着剤４３ａよりも内側であって、圧電素子群を囲む枠状（環状）に形成された第２の接着剤４３ｂとが形成されている。この２重に形成された接着剤４３ａ，４３ｂの間に個別樹脂コアバンプ４０ｂ及び貫通孔５０が形成されている。

ここで、第１の接着剤４３ａは、平面視において、個別金属端子層４８ｂよりも外側に形成されている。すなわち、第１の接着剤４３ａと個別金属端子層４８ｂとは、重ならないように構成されている。一方、第２の接着剤４３ｂは、平面視において、各個別金属端子層４８ｂと交差するように形成されている。すなわち、第２の接着剤４３ｂの個別樹脂コアバンプ４０ｂの延在方向に沿った領域は、各個別金属端子層４８ｂと重なるように構成されている。また、本実施形態における第２の接着剤４３ｂは、完全な環状ではなく、平面視において貫通孔５０に臨む領域の一部が除去されている。これにより、第２の接着剤４３ｂにより区画される内側の領域と外側の領域とが、略同じ気圧になる。なお、第１の接着剤４３ａによって囲まれた領域が、圧電素子３２（駆動領域）を収容した封止空間１９となる。環状に配置された第１の接着剤４３ａは、封止空間１９を区画する周壁として機能する。

また、第２の接着剤４３ｂの内側の領域であって、共通金属端子層４８ａの両側には、当該共通金属端子層４８ａと一部が重なる状態で第３の接着剤４３ｃが形成されている。この第３の接着剤４３ｃは、第２の接着剤４３ｂの一側（図４における上側）の長辺に近接する位置から他側（図４における下側）の長辺に近接する位置に亘って、ノズル列方向に延在している。この第３の接着剤４３ｃにより、一方の圧電素子群が配置される空間と、他方の圧電素子群が配置される空間とが区画される。なお、第３の接着剤４３ｃと第２の接着剤４３ｂとは、接続されていないため、一方の圧電素子群が配置される空間と、他方の圧電素子群が配置される空間とは、略同じ気圧になる。

樹脂コアバンプ４０は、駆動回路４６と各圧電素子３２の共通電極（上電極層３９）及び個別電極（下電極層３７）とを接続する電極としての機能と、基板同士の間隔を確保するスペーサーとしての機能とを有している。この樹脂コアバンプ４０は、非駆動領域上の共通金属端子層４８ａ、及び個別金属端子層４８ｂ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。本実施形態における樹脂コアバンプ４０は、圧力室３０の並設方向（ノズル列方向）に沿って延びる突条としての樹脂部４１と、この樹脂部４１の表面の一部又は全体に形成された導電膜４２とから構成されている。樹脂部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の接合面において個別金属端子層４８ｂが形成された領域に対向する領域（図４における左右両側）、および、共通金属端子層４８ａ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、個別金属端子層４８ｂおよび共通金属端子層４８ａに対向する位置にそれぞれ形成されている。すなわち、共通樹脂コアバンプ４０ａの導電膜４２は、樹脂部４１のノズル列方向における一側の端部から他側の端部に亘って１つ形成されている。一方、個別樹脂コアバンプ４０ｂの導電膜４２は、個別金属端子層４８ｂに対応して、ノズル列方向に沿って複数形成されている。

そして、上記のように形成された記録ヘッド３は、インクカートリッジ７からのインクを液体導入路１８、共通液室２５及び個別連通路２６を介して圧力室３０に導入する。この状態で、駆動回路４６からの駆動信号を、配線層４７、樹脂コアバンプ４０、及び金属端子層４８を介して圧電素子３２に供給することで、圧電素子３２を駆動させて圧力室３０の容積を変化させる。この容積の変化に伴う圧力変動を利用することで、ノズル連通路２７を介して圧力室３０と連通するノズル２２からインク滴を噴射する。

次に、記録ヘッド３の製造工程、特に、圧電素子３２および振動板３１が積層された圧力室形成基板２９と、封止板３３との接合工程について説明する。図５は、圧電デバイス１４の製造工程（主に接合工程）を説明する断面図である。なお、本実施形態における圧電デバイス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形成基板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。

まず、圧力室形成基板２９となるシリコン単結晶基板２９′では、上面（封止板３３と対向する側の面）に振動板３１を積層した後、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）により、下電極層３７、圧電体層３８、上電極層３９及び金属端子層４８等を順次パターニングし、圧電素子３２及び金属端子層４８等を形成する。一方、封止板３３となるシリコン単結晶基板３３′では、まず、エッチング等により所定の位置に貫通孔５０を形成する。次に、半導体プロセスにより、下面（圧力室形成基板２９と対向する側の表面）に駆動回路４６等を形成する。駆動回路４６が形成されたならば、シリコン単結晶基板３３′の下面に樹脂をパターニングし、加熱によりその角を丸めて樹脂部４１を形成する。これにより、シリコン単結晶基板３３′とは反対側の面が円弧状に湾曲した樹脂部４１が形成される。その後、半導体プロセスにより、シリコン単結晶基板３３′の下面に配線層４７をパターニングし、樹脂コアバンプ４０等を形成する。

封止板３３となるシリコン単結晶基板３３′に樹脂コアバンプ４０等が形成されたならば、接着剤形成工程において、図５（ａ）に示すように、樹脂コアバンプ４０が形成された側の面に液体状の接着剤４３（塗布型の樹脂）をパターニングする。例えば、接着剤をディスペンサーで塗布する方法、シリコン単結晶基板３３′に印刷版を重ねてスキージで接着剤を塗布する方法、フィルム等に一旦塗布した接着剤をシリコン単結晶基板３３′に転写する方法等、種々の方法を用いて所定の位置に接着剤４３の形状をパターニングする。これにより、図４に示す、第１の接着剤４３ａ、第２の接着剤４３ｂ、及び第３の接着剤４３ｃが形成される。ここで、第１の接着剤４３ａは、封止空間１９を区画する周壁として環状に配置される。

接着剤４３が塗布されたならば、基板接合工程において、封止板３３となるシリコン単結晶基板３３′と圧力室形成基板２９となるシリコン単結晶基板２９′とを接合する。具体的には、両シリコン単結晶基板２９′、３３′の相対位置を合わせた状態で、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る。そして、両シリコン単結晶基板２９′、３３′を、これらの間に接着剤４３を介在させた状態で接合する。図５（ｂ）に示すように、この状態で、押圧治具５２を用いて、封止板３３となるシリコン単結晶基板３３′と圧力室形成基板２９となるシリコン単結晶基板２９′とが近接する方向（両シリコン単結晶基板２９′、３３′の間隔を狭くする方向）に、樹脂コアバンプ４０の弾性復元力に抗して圧力を加える。これにより、樹脂コアバンプ４０の下面の円弧状の部分が対応する金属端子層４８に押し当てられて弾性変形し、導電膜４２と金属端子層４８とが導通する。このように樹脂コアバンプ４０を対向する金属端子層４８に押し当てることで、導電膜４２と金属端子層４８とが導通した導通領域の面積を確保することができる。その結果、樹脂コアバンプ４０と金属端子層４８との導通を確実に行うことができる。

また、押圧治具５２による両シリコン単結晶基板２９′、３３′の押圧と共に、気圧調整治具５３を用いて、貫通孔５０から封止空間１９内へ気体（本実施形態では、空気）を導入する。すなわち、封止空間１９内への空気の導入は、封止板３３となるシリコン単結晶基板３３′と圧力室形成基板２９となるシリコン単結晶基板２９′とが近接する方向に押圧された状態で行われる。この貫通孔５０から封止空間１９内への空気の導入により、封止空間１９内の気圧が封止空間１９の外側の気圧よりも高められる。すなわち、第１の接着剤４３ａによって囲まれた領域内の気圧が高められる。

なお、本実施形態における気圧調整治具５３は、押圧治具５２に設けられている。例えば、押圧治具５２は、封止板３３となるシリコン単結晶基板３３′の上面（封止空間１９側とは反対側の面）に当接する上部押圧部５２ａと、圧力室形成基板２９となるシリコン単結晶基板２９′の下面（封止空間１９側とは反対側の面）に当接する下部押圧部５２ｂとを備えている。そして、上部押圧部５２ａの上方に、ポンプ等を備えた気圧調整治具５３が設けられている。また、上部押圧部５２ａの貫通孔５０に対応する位置には、通気路５４が設けられており、この通気路５４を介して気圧調整治具５３から貫通孔５０に空気を送ることができる。なお、気圧調整治具５３から送られる気体は、空気に限られず、種々のガス等でもよい。すなわち、封止空間１９内の圧電素子３２等の構造物に悪影響を及ぼしにくい気体であって、封止空間１９内の気圧を高めることができれば、どのような気体であっても良い。

ここで、図４に示すように、第２の接着剤４３ｂは、完全な環状ではなく、一部が除去されているため、気圧調整治具５３から送られる空気は、第２の接着剤４３ｂよりも内側の領域にも流入する。すなわち、第２の接着剤４３ｂよりも外側であって、第１の接着剤４３ａと第２の接着剤４３ｂとによって区画された領域と、第２の接着剤４３ｂに囲まれた内側の領域との両方の領域において、気圧が高められる。そして、この両者の気圧は、略同じとなる。また、本実施形態においては、第２の接着剤４３ｂが、各個別金属端子層４８ｂと重なるように形成されているため、第２の接着剤４３ｂと各個別金属端子層４８ｂとが重なった領域において、第２の接着剤４３ｂと個別金属端子層４８ｂとの間を介して空気の移動が可能になる。すなわち、各個別金属端子層４８ｂは、表面（第２の接着剤４３ｂ側の面）が金（Ａｕ）からなるため、第２の接着剤４３ｂと各個別金属端子層４８ｂとが密着し難くなり、これらの間を介して空気が漏れだす。これにより、第１の接着剤４３ａと第２の接着剤４３ｂとによって区画された領域の気圧と、第２の接着剤４３ｂよりも内側の領域の気圧とを一層容易に揃えることができる。

そして、この封止空間１９内の気圧を高めた状態は、接着剤４３が硬化するまで維持される。これにより、接着剤４３が封止空間１９の内側にはみ出して硬化（固化）すことを抑制できる。具体的には、第１の接着剤４３ａが樹脂コアバンプ４０側にはみ出して、樹脂コアバンプ４０と金属端子層４８との導通を阻害する不具合を抑制できる。また、封止空間１９内の気圧が高められたので、第２の接着剤４３ｂ及び第３の接着剤４３ｃの流れ出しを抑制できる。すなわち、第２の接着剤４３ｂ及び第３の接着剤４３ｃは、高気圧下において圧縮されるため、外側に流れ出し難くなる。その結果、駆動領域へ接着剤４３が流れ出すことを抑制でき、この接着剤４３ｂ、４３ｃが駆動領域で硬化することによるインクの噴射不良を抑制できる。さらに、接着剤４３が硬化するまで両シリコン単結晶基板２９′、３３′を上下方向に押圧したので、接着剤４３による両シリコン単結晶基板２９′、３３′の接合を確実に行うことができる。そして、封止空間１９内の気圧を高めつつ、両シリコン単結晶基板２９′、３３′を押圧したので、この押圧により基板が変形することを抑制できる。すなわち、両シリコン単結晶基板２９′、３３′を上下方向から押圧すると、スペーサーとして機能する樹脂コアバンプ４０以外の部分が押圧された方向に撓む虞がある。しかしながら、封止空間１９内の気圧を高めることで、このような撓みを抑制することができる。

接着剤４３が硬化して、両シリコン単結晶基板２９′、３３′が接合されたならば、圧力室形成基板２９側のシリコン単結晶基板２９′を下面側（封止板３３とは反対側）から研磨して当該圧力室形成基板２９側のシリコン単結晶基板２９′を薄くする。次に、図５（ｃ）に示すように、圧力室形成工程において、エッチング等により、薄くなった圧力室形成基板２９側のシリコン単結晶基板２９′に圧力室３０を形成する。すなわち、圧力室３０は、圧力室形成基板２９側のシリコン単結晶基板２９′を下面側からエッチング等により凹ませて、上面側に振動板３１を残した状態に形成される。その後、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し、個々の圧電デバイス１４に分割する。これにより、上記の圧電デバイス１４が複数作成される。なお、本実施形態では、２枚のシリコン単結晶基板２９′、３３′を接合した後に個片化す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。

このようにして作成された圧電デバイス１４は、接着剤等を用いて流路ユニット１５（連通基板２４）に位置決めされて固定される。そして、圧電デバイス１４をヘッドケース１６の収容空間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、本実施形態における記録ヘッド３の製造方法では、基板接合工程の後で、圧力室形成基板２９側のシリコン単結晶基板２９′に圧力室３０を形成したので、駆動領域における振動板３１や圧電素子３２が破損することを抑制できる。すなわち、基板接合工程において、シリコン単結晶基板２９′に圧力室３０が形成されていないため、駆動領域となる予定の領域におけるシリコン単結晶基板２９′の剛性を保つことができる。その結果、封止空間１９内の気圧を高めたとしても、振動板３１や圧電素子３２が封止空間１９とは反対側に撓んで破損することを抑制できる。

ところで、上記した第１の実施形態では、平面視において、貫通孔５０が封止空間１９内における第１の接着剤４３ａと第２の接着剤４３ｂとの間の領域に設けられたが、これには限られない。図６に示す第２の実施形態では、平面視において、第２の接着剤４３ｂよりも内側の領域に貫通孔５０が設けられている。具体的には、本実施形態における貫通孔５０は、第２の接着剤４３ｂにより区画された空間内のノズル列方向における一側（図６における上側）の端部であって、ノズル列方向に直交する方向における中央部に１つ開口されている。なお、本実施形態における第２の接着剤４３ｂは、一部が除去されず、途切れの無い完全な環状に形成されている。本実施形態では、この第２の接着剤４３ｂよりも内側の空間、すなわち、封止板３３、振動板３１及び第２の接着剤４３ｂにより区画された空間が本発明における空間に相当する。また、その他の構成及び製造方法は、上記した第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。

本実施形態においては、圧電デバイス１４を作製する際の基板接合工程において、貫通孔５０から空気を導入すると、第２の接着剤４３ｂよりも内側の空間の気圧が、第２の接着剤４３ｂよりも外側の空間よりも高められることになる。すなわち、第２の接着剤４３ｂと各個別金属端子層４８ｂとの間から空気が漏れだすものの、その量は少量であるため、第２の接着剤４３ｂに囲まれた内側の領域における気圧を、この領域よりも外側の領域、すなわち第１の接着剤４３ａと第２の接着剤４３ｂとによって区画された領域における気圧よりも高めることができる。これにより、第２の接着剤４３ｂが、内側、すなわち駆動領域に流れ出すことを一層抑制できる。また、第２の接着剤４３ｂと各個別金属端子層４８ｂとの間から空気が漏れだすことで、第１の接着剤４３ａと第２の接着剤４３ｂとによって区画された領域における気圧が第１の接着剤４３ａよりも外側の領域における気圧よりも高められるため、第１の接着剤４３ａが樹脂コアバンプ４０側にはみ出して、樹脂コアバンプ４０と金属端子層４８との導通を接着剤４３が阻害することを抑制できる。

ところで、上記した各実施形態では、接着剤４３が環状の第１の接着剤４３ａと環状の第２の接着剤４３ｂとの２重に形成されたが、これには限られない。また、上記した各実施形態では、封止空間１９と連通する貫通孔５０が１つ設けられたが、これには限られない。すなわち、駆動領域を囲う環状の接着剤が少なくとも１つ設けられ、この環状の接着剤に囲われた空間に連通する貫通孔が少なくとも１つ設けられていればよい。さらに、上記した各実施形態では、貫通孔５０が封止板３３側に設けられたが、これには限られない。例えば、貫通孔が圧力室形成基板側に設けられた構成を採用することもできる。この場合、圧力室形成基板及びこれに積層された振動板が本発明における第１の基板となり、封止板が本発明における第２の基板となる。なお、本実施形態のように、貫通孔が封止板側に設けられた構成を採用すれば、記録ヘッドの製造後において、この貫通孔を、封止空間を大気開放する大気開放孔として機能させることができる。このため、貫通孔は、封止板側に設けられることが望ましい。

また、上記した各実施形態では、樹脂コアバンプ４０が封止板３３側に形成されたが、これには限られない。例えば、樹脂コアバンプが圧力室形成基板側に形成された構成を採用することもできる。さらに、上記した各実施形態では、接着剤形成工程において、封止板３３側に接着剤４３が塗布されたがこれには限られない。例えば、接着剤形成工程において、圧力室形成基板側に接着剤が塗布されてもよい。そして、基板接合工程において、貫通孔からの気体の導入は、接着剤が両シリコン基板に密着する前、又は、接着剤が両シリコン基板に密着した後、或いは、接着剤が両シリコン基板に密着するのと同時、のいずれのタイミングで開始しても良い。要するに、封止空間の気圧を高めた状態で接着剤を硬化させることができれば、いずれのタイミングで気体を導入しても良い。

そして、以上では、接合構造体の一種として、記録ヘッド３に組み込まれた圧電デバイス１４を例に挙げて説明したが、本発明は、第１の基板と第２の基板とが間隔を空けた状態で接着剤により接合されたものであれば、その他の電子機器に設けられ接合構造体にも適用することができる。また、圧電デバイスとしては、記録ヘッドに組み込まれたものの他に、例えば、圧電素子をセンサーとして機能させる圧電デバイスにも適用することができる。また、液体噴射ヘッドとしては、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吐出ヘッド、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吐出ヘッド、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吐出ヘッド等にも本発明を適用することができる。

１…プリンター，３…記録ヘッド，１４…圧電デバイス，１５…流路ユニット，１６…ヘッドケース，１７…収容空間，１８…液体導入路，１９…封止空間，２１…ノズルプレート，２２…ノズル，２４…連通基板，２５…共通液室，２６…個別連通路，２７…ノズル連通路，２９…圧力室形成基板，３０…圧力室，３１…振動板，３２…圧電素子，３３…封止板，３７…下電極層，３８…圧電体層，３９…上電極層，４０…樹脂コアバンプ，４１…樹脂部，４２…導電膜，４３…接着剤，４４…個別上電極層，４６…駆動回路，４７…配線層，４８…金属端子層，５０…貫通孔，５２…押圧治具，５３…気圧調整治具，５４…通気路

Claims (4)

1. 板厚方向に貫通した貫通孔が形成された第１の基板と、当該第１の基板に対して間隔を空けて配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する接着剤と、を備え、前記貫通孔が前記第１の基板、前記第２の基板及び前記接着剤により区画された空間に開口した接合構造体の製造方法であって、
   前記第１の基板又は前記第２の基板の何れか一方の基板に、液体状の接着剤を配置する接着剤形成工程と、
   前記接着剤を介在させて前記第１の基板と前記第２の基板とを接合し、前記貫通孔から気体を導入することにより前記空間の気圧を高めた状態で前記接着剤を硬化させる基板接合工程と、
   を含むことを特徴とする接合構造体の製造方法。
2. 前記基板接合工程において、前記空間への気体の導入は、前記第１の基板と前記第２の基板との間隔を狭くする方向に押圧された状態で行われることを特徴とする接合構造体の製造方法。
3. 前記空間における前記第１の基板又は前記第２の基板の何れか一方の基板に形成された圧電素子を備え、
   請求項１又は請求項２に記載の接合構造体の製造方法により製造されることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
4. 前記圧電素子の変形に伴い容積を変化させる圧力室と、当該圧力室に連通するノズルと、を備え、
   請求項３に記載の圧電デバイスの製造方法により圧電デバイスを製造する工程と、
   前記第１の基板又は前記第２の基板の何れか一方の基板に前記圧力室を形成する圧力室形成工程と、を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。

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