JP2018039174A - Manufacturing method for pressure generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電素子などを利用した圧力発生デバイスを製造する技術に関する。 The present invention relates to a technique for manufacturing a pressure generating device using a piezoelectric element or the like.
第1電極と第2電極との間に圧電体層を介在させた圧電素子などを利用した各種の圧力発生デバイスが従来から提案されている。例えば液体噴射ヘッドにおいて液体を噴射するために用いられる圧電素子は、洗浄工程、成膜工程、エッチング工程など様々な製造工程を経て基板上に製造されるため、その製造過程で圧電素子の電極や基板に静電気が帯電して圧電体層が破損する要因となることがある。特許文献1には、圧電素子の製造過程において、第1電極と第2電極とを導通(ショート)する接続配線を形成し、圧電素子の製造後に基板からの圧電素子の切り出しによってその接続配線を切断することで、圧電素子の製造課程で静電気が帯電されないようにする技術が開示されている。
Various pressure generating devices using a piezoelectric element having a piezoelectric layer interposed between a first electrode and a second electrode have been proposed. For example, a piezoelectric element used for ejecting a liquid in a liquid ejecting head is manufactured on a substrate through various manufacturing processes such as a cleaning process, a film forming process, and an etching process. Static electricity may be charged on the substrate and the piezoelectric layer may be damaged. In
ところが、特許文献1のように基板からの圧電素子の切り出しによって接続配線を切断するようにすると、切り出される領域の外側まで配線用のスペースを確保し、そのスペースに接続配線を形成しなければならなくなり、配線の自由度が小さくなってしまう。以上の事情を考慮して、本発明は、配線の自由度を拡大しつつ、製造工程における圧電体層の損傷を低減することを目的とする。
However, when the connection wiring is cut by cutting out the piezoelectric element from the substrate as in
以上の課題を解決するために、本発明の圧力発生デバイスの製造方法は、第1電極と第2電極とその間に介在する圧電体層とを有する圧力発生素子が形成された第1基板と、第1電極と第2電極とを接続する接続配線が形成された第2基板とを接合する工程と、圧力発生素子によって圧力を発生させる圧力室を第1基板に形成する工程と、圧力室を形成する工程の後に、接続配線を除去して第1電極と第2電極との接続を解除する工程と、を含む。以上の態様によれば、第1基板と第2基板を接合すると、接続配線によって第1電極と第2電極とが接続するので、第1電極と第2電極とが導通し同電位に保つことができる。この状態で圧力室が形成され、その後に接続配線を除去して第1電極と第2電極との接続が解除される。圧力室を形成する工程は、例えば基板に対する洗浄工程やエッチング工程など様々な製造工程を含むので、圧力発生素子の電極や基板に静電気が帯電し易い。本態様によれば、接続配線によって第1電極と第2電極とが相互に導通した状態で圧力室が形成されるから、静電気に起因した高電圧が圧電体層に印加される可能性を低減できる。しかも、本態様では、第1電極と第2電極とを接続する接続配線が、圧力発生素子が形成された第1基板ではなく、第2基板の方に形成されているので、圧力発生素子が形成される第1基板に接続配線用の専用スペースを設ける必要がない。このため、配線の自由度を大幅に拡大できる。したがって、本態様によれば、配線の自由度を拡大しつつ、製造工程における圧電体層の損傷を低減できる。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a pressure generating device according to the present invention includes a first substrate on which a pressure generating element having a first electrode, a second electrode, and a piezoelectric layer interposed therebetween is formed, Bonding a second substrate on which a connection wiring connecting the first electrode and the second electrode is formed; forming a pressure chamber for generating pressure by the pressure generating element on the first substrate; and After the step of forming, a step of removing the connection wiring and releasing the connection between the first electrode and the second electrode is included. According to the above aspect, when the first substrate and the second substrate are joined, the first electrode and the second electrode are connected by the connection wiring, so that the first electrode and the second electrode are conducted and kept at the same potential. Can do. In this state, a pressure chamber is formed, and thereafter, the connection wiring is removed, and the connection between the first electrode and the second electrode is released. Since the process for forming the pressure chamber includes various manufacturing processes such as a cleaning process and an etching process for the substrate, static electricity is easily charged on the electrode of the pressure generating element and the substrate. According to this aspect, since the pressure chamber is formed in a state where the first electrode and the second electrode are electrically connected to each other by the connection wiring, the possibility that a high voltage caused by static electricity is applied to the piezoelectric layer is reduced. it can. In addition, in this aspect, the connection wiring that connects the first electrode and the second electrode is formed on the second substrate instead of the first substrate on which the pressure generating element is formed. There is no need to provide a dedicated space for connection wiring on the first substrate to be formed. For this reason, the freedom degree of wiring can be expanded significantly. Therefore, according to this aspect, damage to the piezoelectric layer in the manufacturing process can be reduced while expanding the degree of freedom of wiring.
本発明の好適な態様において、第2基板において圧力発生素子が形成される第1基板の領域と重なる領域に接続配線が形成される。以上の態様によれば、第2基板の切り出し領域の内側にも接続配線を形成できるので、切り出し領域の外側まで接続配線用の専用スペースが必要な場合に比較して、1つの圧力発生デバイスの製造に必要な基板内のスペースを小さくできる。 In a preferred aspect of the present invention, the connection wiring is formed in a region overlapping the region of the first substrate where the pressure generating element is formed in the second substrate. According to the above aspect, since the connection wiring can also be formed inside the cutout region of the second substrate, one pressure generating device can be used as compared with the case where a dedicated space for the connection wiring is required to the outside of the cutout region. Space in the substrate necessary for manufacturing can be reduced.
本発明の好適な態様において、第2基板において第1基板とは反対側の表面に接続配線が形成される。以上の態様によれば、第2基板において第1基板とは反対側の表面、すなわち第1基板と第2基板とを接合したときに露出する面に、接続配線が形成される。したがって、エッチングなどによって接続配線だけを除去できる。 In a preferred aspect of the present invention, connection wiring is formed on the surface of the second substrate opposite to the first substrate. According to the above aspect, the connection wiring is formed on the surface of the second substrate opposite to the first substrate, that is, the surface exposed when the first substrate and the second substrate are joined. Therefore, only the connection wiring can be removed by etching or the like.
本発明の好適な態様において、第2基板において圧力発生素子の駆動ICが実装される領域の内側に接続配線が形成される。以上の態様では、第2基板において圧力発生素子の駆動ICが実装される領域の内側に接続配線が形成されるから、駆動ICが実装される領域の外側に接続配線が形成される場合に比較して、1つの圧力発生デバイスの製造に必要な基板内のスペースをさらに小さくできる。 In a preferred aspect of the present invention, the connection wiring is formed inside the region where the driving IC for the pressure generating element is mounted on the second substrate. In the above aspect, since the connection wiring is formed inside the area where the driving IC for the pressure generating element is mounted on the second substrate, it is compared with the case where the connection wiring is formed outside the area where the driving IC is mounted. Thus, the space in the substrate necessary for manufacturing one pressure generating device can be further reduced.
本発明の好適な態様において、第2基板が形成される基材から切り出される第2基板の領域の外側に接続配線が形成される。以上の態様では、第2基板が形成される基材から切り出される第2基板の領域の外側に接続配線が形成されるから、基材からの切り出しによって接続配線も除去できる。 In a preferred aspect of the present invention, the connection wiring is formed outside the region of the second substrate cut out from the base material on which the second substrate is formed. In the above aspect, since the connection wiring is formed outside the region of the second substrate cut out from the base material on which the second substrate is formed, the connection wiring can also be removed by cutting out from the base material.
本発明の好適な態様において、第1電極と第2電極との接続を解除する工程は、エッチングによって接続配線を除去する工程を含む。以上の態様によれば、エッチングによって接続配線を除去するから、基材からの切り出しによって接続配線を除去する場合に比較して、バリの発生を低減できる。 In a preferred aspect of the present invention, the step of releasing the connection between the first electrode and the second electrode includes a step of removing the connection wiring by etching. According to the above aspect, since the connection wiring is removed by etching, the generation of burrs can be reduced as compared with the case where the connection wiring is removed by cutting out from the base material.
本発明の好適な態様において、第1電極と第2電極との接続を解除する工程は、基材から第2基板の領域を切り出すことによって接続配線を除去する工程を含む。以上の態様によれば、基材から第2基板の領域を切り出すことによって接続配線も除去できる。したがって、基材の切り出しとは別に接続配線を除去する工程を別途設けなくて済むから、製造工程を簡素化できる。 In a preferred aspect of the present invention, the step of releasing the connection between the first electrode and the second electrode includes a step of removing the connection wiring by cutting out a region of the second substrate from the base material. According to the above aspect, the connection wiring can also be removed by cutting out the region of the second substrate from the base material. Therefore, it is not necessary to provide a separate process for removing the connection wiring separately from the cutting of the base material, and thus the manufacturing process can be simplified.
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態における液体噴射装置100を例示する構成図である。第1実施形態の液体噴射装置100は、液体の例示であるインクを媒体12に噴射するインクジェット方式の印刷装置である。媒体12は、典型的には印刷用紙であるが、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の印刷対象が媒体12として利用され得る。図1に例示される通り、液体噴射装置100には、インクを貯留する液体容器14が固定される。例えば液体噴射装置100に着脱可能なカートリッジ、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパック、またはインクを補充可能なインクタンクが液体容器14として利用される。色彩が相違する複数種のインクが液体容器14には貯留される。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a
図1に例示される通り、液体噴射装置100は、制御装置20と搬送機構22と移動機構24と複数の液体噴射ヘッド26とを具備する。制御装置20は、例えばCPU(Central Processing Unit)またはFPGA(Field Programmable Gate Array)等の処理回路と半導体メモリ等の記憶回路とを包含し、液体噴射装置100の各要素を統括的に制御する。搬送機構22は、制御装置20による制御のもとで媒体12をY方向に搬送する。
As illustrated in FIG. 1, the
移動機構24は、制御装置20による制御のもとで複数の液体噴射ヘッド26をX方向に往復させる。X方向は、媒体12が搬送されるY方向に交差(典型的には直交)する方向である。移動機構24は、複数の液体噴射ヘッド26を収容する略箱型の搬送体(キャリッジ)242と、搬送体242が固定された無端ベルト244とを具備する。なお、液体容器14を液体噴射ヘッド26とともに搬送体242に搭載することも可能である。
The moving
複数の液体噴射ヘッド26の各々は、液体容器14から供給されるインクを制御装置20による制御のもとで複数のノズル(噴射孔)から媒体12に噴射する。搬送機構22による媒体12の搬送と搬送体242の反復的な往復とに並行して各液体噴射ヘッド26が媒体12にインクを噴射することで媒体12の表面に所望の画像が形成される。なお、X-Y平面(例えば媒体12の表面に平行な平面)に垂直な方向を以下ではZ方向と表記する。各液体噴射ヘッド26によるインクの噴射方向(典型的には鉛直方向)がZ方向に相当する。
Each of the plurality of liquid ejecting heads 26 ejects ink supplied from the liquid container 14 to the medium 12 from a plurality of nozzles (ejection holes) under the control of the
図2は、任意の1個の液体噴射ヘッド26の分解斜視図であり、図3は、図2におけるIII−III断面図である。図2に示すように、液体噴射ヘッド26は、Y方向に配列された複数のノズルNを具備する。第1実施形態の複数のノズルNは、第1列L1と第2列L2とに区分される。第1列L1と第2列L2との間でノズルNのY方向の位置を相違させること(すなわち千鳥配置またはスタガ配置)も可能であるが、第1列L1と第2列L2とでノズルNのY方向の位置を一致させた構成が図3では便宜的に例示されている。図2に示すように液体噴射ヘッド26は、第1列L1の複数のノズルNに関連する要素と第2列L2の複数のノズルNに関連する要素とが略線対称に配置された構造である。
FIG. 2 is an exploded perspective view of any one
図2および図3に示すように、液体噴射ヘッド26は流路基板32を具備する。流路基板32は、第1面F1と第2面F2とを含む板状部材である。第1面F1はZ方向の正側の表面(媒体12側の表面)であり、第2面F2は第1面F1とは反対側(Z方向の負側)の表面である。流路基板32の第2面F2には、圧力発生デバイス35と筐体部40とが設置され、第1面F1にはノズル板52と吸振体54とが設置される。圧力発生デバイス35は、ノズルNからインクを噴射するための圧力を発生させる要素である。液体噴射ヘッド26の各要素は、概略的には流路基板32と同様にY方向に長尺な板状部材であり、例えば接着剤を利用して相互に接合される。例えば圧力発生デバイス35は、圧力室基板34と振動部36と複数の圧電素子37とを含む第1基板Aと、配線接続基板38を含む第2基板Bと駆動IC62とを接合して構成される。なお、圧力発生デバイス35についての詳細は後述する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ノズル板52は、複数のノズルNが形成された板状部材であり、例えば接着剤を利用して流路基板32の第1面F1に設置される。各ノズルNはインクが通過する貫通孔である。第1実施形態のノズル板52は、半導体製造技術(例えばエッチング)を利用してシリコン(Si)の単結晶基板を加工することで製造される。ただし、ノズル板52の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。
The
流路基板32は、インクの流路を形成するための板状部材である。図2および図3に示すように、流路基板32には、第1列L1および第2列L2の各々について、空間RAと複数の供給流路322と複数の連通流路324とが形成される。空間RAは、平面視で(すなわちZ方向からみて)Y方向に沿う長尺状の開口であり、供給流路322および連通流路324は、ノズルN毎に形成された貫通孔である。複数の供給流路322はY方向に配列され、複数の連通流路324も同様にY方向に配列される。また、図3に示すように、流路基板32の第1面F1には、複数の供給流路322にわたる中間流路326が形成される。中間流路326は、空間RAと複数の供給流路322とを連結する流路である。他方、連通流路324はノズルNに連通する。
The
図2および図3に示す筐体部40は、複数の圧力室C(さらには複数のノズルN)に供給されるインクを貯留するためのケースである。筐体部40のうちZ方向の正側の表面が例えば接着剤で流路基板32の第2面F2に固定される。図2および図3に示すように、筐体部40のうちZ方向の正側の表面にはY方向に延在する溝状の凹部42が形成される。配線接続基板38および駆動IC62は凹部42の内側に収容される。筐体部40は、流路基板32や圧力室基板34とは別個の材料で形成される。例えば樹脂材料の射出成形で筐体部40を製造することが可能である。ただし、筐体部40の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。筐体部40の材料としては、例えばポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(ザイロン[登録商標])等の合成繊維や液晶ポリマー等の樹脂材料が好適である。
2 and 3 is a case for storing ink to be supplied to a plurality of pressure chambers C (and a plurality of nozzles N). The surface on the positive side in the Z direction of the
図3に示すように、筐体部40には、第1列L1および第2列L2の各々について空間RBが形成される。筐体部40の空間RBと流路基板32の空間RAとは相互に連通する。空間RAと空間RBとで構成される空間は、複数の圧力室Cに供給されるインクを貯留する液体貯留室(リザーバー)Rとして機能する。液体貯留室Rは、複数のノズルNにわたる共通液室である。筐体部40のうち流路基板32とは反対側の表面には、液体容器14から供給されるインクを液体貯留室Rに導入するための導入口43が第1列L1および第2列L2の各々について形成される。
As shown in FIG. 3, a space RB is formed in the
液体容器14から導入口43に供給されたインクは、液体貯留室Rの空間RBと空間RAに貯留される。液体貯留室Rに貯留されたインクは、中間流路326から複数の供給流路322に分岐して各圧力室Cに並列に供給および充填される。
The ink supplied from the liquid container 14 to the
図2に示すように、第1面F1には吸振体54が設置される。吸振体54は、液体貯留室R内のインクの圧力変動を吸収する可撓性のフィルム(コンプライアンス基板)である。図3に示すように、吸振体54は、流路基板32の空間RAと中間流路326と複数の供給流路322とを閉塞するように流路基板32の第1面F1に設置されて液体貯留室Rの壁面(具体的には底面)を構成する。
As shown in FIG. 2, a
(圧力発生デバイスの構成)
図4は、圧力発生デバイス35を拡大した断面図である。図5は、圧力発生デバイス35を構成する第1基板AをZ方向(上方)から見た平面図である。図6は、圧力発生デバイス35を構成する第2基板BをZ方向(上方)から見た平面図である。図2乃至図6に示すように、圧力発生デバイス35は、第1基板Aと第2基板Bと駆動IC62とを積層して構成される。第1基板Aは圧力室基板34と振動部36と複数の圧電素子37とを含む基板であり、第2基板Bは配線接続基板38を含む基板である。
(Configuration of pressure generating device)
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the
図2乃至図4に示すように、圧力室基板34は、Y方向に配列された複数の開口342が第1列L1および第2列L2の各々について形成された板状部材であり、例えば接着剤を利用して流路基板32の第2面F2に設置される。開口342は、ノズルN毎に形成されて平面視でX方向に沿う長尺状の貫通孔である。流路基板32および圧力室基板34は、前述のノズル板52と同様に、半導体製造技術を利用して基材、例えばシリコン(Si)の単結晶基板(シリコン基板)を加工することで製造される。ただし、流路基板32および圧力室基板34の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
圧力室基板34のうち流路基板32とは反対側の表面には振動部36が設置される。振動部36は、弾性的に振動可能な板状部材(振動板)である。なお、所定の板厚の板状部材のうち開口342に対応する領域について板厚方向の一部を選択的に除去することで、圧力室基板34と振動部36とを一体に形成することも可能である。
A vibrating
図3に示すように、流路基板32の第2面F2と振動部36とは、各開口342の内側で相互に間隔をあけて対向する。開口342の内側で流路基板32の第2面F2と振動部36との間に位置する空間は、当該空間に充填されたインクに圧力を付与するための圧力室Cとして機能する。圧力室CはノズルN毎に個別に形成される。図2に示すように、第1列L1および第2列L2の各々について、複数の圧力室C(開口342)がY方向に配列される。任意の1個の圧力室Cは、供給流路322と中間流路326とを介して空間RAに連通するとともに、連通流路324を介してノズルNに連通する。なお、流路幅が狭窄された絞り流路を開口342に形成することで所定の流路抵抗を付加することも可能である。
As shown in FIG. 3, the second surface F <b> 2 of the
図2乃至図5に示すように、振動部36のうち圧力室Cとは反対側の表面には、相異なるノズルNに対応する複数の圧電素子37が第1列L1および第2列L2の各々について設置される。圧電素子37は、駆動信号の供給により変形して圧力室Cに圧力を発生させる圧力発生素子である。複数の圧電素子37は、各圧力室Cに対応するようにY方向に配列する。
As shown in FIGS. 2 to 5, a plurality of
図4に示すように、圧電素子37は、相互に対向する第1電極371と第2電極372との間に圧電体層373を介在させた積層体である。図4および図5に示すように、第1実施形態の第1電極371はX方向に複数配列された下部電極であり、第2電極372は各第1電極371の一部と重なるように配置された矩形の上部電極である。ただし、第1電極371を上部電極とし、第2電極372を下部電極としてもよい。圧電体層373のうち第1電極371と第2電極372が重なる部分(図5の斜線のハッチング部分)が駆動する。圧電素子37の変形に連動して振動部36が振動すると、圧力室C内の圧力が変動することで、圧力室Cに充填されたインクが連通流路324とノズルNとを通過して噴射される。
As shown in FIG. 4, the
図2および図3の配線接続基板38は、複数の圧電素子37を保護するための板状部材であり、振動部36の表面(または圧力室基板34の表面)に設置される。配線接続基板38の材料や製法は任意であるが、流路基板32や圧力室基板34と同様に、例えばシリコン(Si)の単結晶基板を半導体製造技術により加工することで配線接続基板38は形成され得る。
2 and 3 is a plate-like member for protecting the plurality of
図4に示すように、配線接続基板38のうち振動部36側の表面(以下「接合面」という)G1とは反対側の表面(以下「実装面」という)G2には駆動IC62が設置される。駆動IC62は、制御装置20による制御のもとで駆動信号を生成および供給することで各圧電素子37を駆動する駆動回路が搭載された略矩形状のICチップである。図3および図4に示すように、液体噴射ヘッド26の少なくとも一部の圧電素子37は平面視で駆動IC62に重なる。このように第1実施形態では、圧電素子37の近くに駆動IC62が設置されるので、例えば配線接続基板38に固定された配線基板に駆動IC62を実装する構成と比較して、駆動IC62から圧電素子37までの経路長が短縮され、当該経路の抵抗成分や容量成分に起因した信号歪を低減できる。
As shown in FIG. 4, a
図6に示すように、配線接続基板38の実装面G2には、駆動IC62の駆動信号(駆動電圧)COMの出力端子に接続される第1配線384が圧電素子37毎に形成される。また配線接続基板38の実装面G2には、駆動IC62のベース電圧VBSの出力端子に接続される第2配線385が圧電素子37の配置に沿ってY方向に連続して形成される。第2配線385の一端385aと他端385bが配線接続基板38をZ方向の正側の表面から負側の表面まで貫通して形成される。第2配線385の一端385aと他端385bは、配線接続基板38のZ方向の正側の表面にX方向に延出するように形成された中間部385cに接続されている。
As shown in FIG. 6, the
圧力室基板34(振動部36)の表面には第1端子P1と第2端子P2とが形成される。第1端子P1は、圧電素子37の第1電極371に電気的に接続され、第2端子P2は、圧電素子37の第2電極372に電気的に接続される。例えば樹脂材料で形成された突起を導電材料で被覆した公知の樹脂コアバンプが第1端子P1および第2端子P2として好適である。圧力室基板34(第1基板A)と配線接続基板38(第2基板B)とが相互に接合された状態では、各第1配線384は、配線接続基板38を貫通する導通孔(コンタクトホール)H1を介して第1端子P1に電気的に接続される。また、第2配線385は、配線接続基板38を貫通する導通孔(コンタクトホール)H2と配線接続基板38のZ方向の正側の表面に形成された導通溝H3を介して第2端子P2に電気的に接続される。駆動IC62の出力端子から出力された駆動信号COMは、各第1配線384の端子384aと導通孔H1と第1端子P1とを介して各圧電素子37の第1電極371に印加される。駆動IC62の出力端子から出力されたベース電圧VBSは、第2配線385と導通孔H2と導通溝H3と第2端子P2とを介して圧電素子37の第2電極372に印加される。
A first terminal P1 and a second terminal P2 are formed on the surface of the pressure chamber substrate 34 (vibrating portion 36). The first
また、図2に示すように、配線接続基板38の実装面G2には、駆動IC62の入力端子に接続される駆動信号COMとベース電圧VBSの配線を含む複数の配線388が形成される。複数の配線388は、配線接続基板38の実装面G2のうちY方向(すなわち複数の圧電素子37が配列する方向)の端部に位置する領域Eまで延在する。実装面G2の領域Eには配線部材64が接合される。配線部材64は、制御装置20と駆動IC62とを電気的に接続する複数の配線(図示略)が形成された実装部品である。例えばFPC(Flexible Printed Circuit)やFFC(Flexible Flat Cable)等の可撓性の配線基板が配線部材64として好適に採用される。以上の説明の通り、配線接続基板38は、駆動信号を伝送する配線(384,388)が形成された配線基板としても機能する。ただし、駆動IC62の実装や配線の形成に使用される配線基板を配線接続基板38とは別個に設置することも可能である。
Further, as shown in FIG. 2, a plurality of
<圧力発生デバイスの製造方法>
次に、第1実施形態における圧力発生デバイス35の製造方法について説明する。図7は、第1実施形態における圧力発生デバイス35の製造方法のフローチャートである。第1実施形態の圧力発生デバイス35の製造方法の工程は、液体噴射ヘッド26の製造方法の工程の一部である。圧力発生デバイス35の製造方法は、少なくとも第1電極371と第2電極372とその間に介在する圧電体層373とを有する圧電素子37が形成された第1基板Aと、第1電極371と第2電極372とを接続する接続配線39が形成された第2基板Bとを接合する工程(ステップS301)と、圧電素子37によって圧力を発生させる圧力室Cを第1基板Aに形成する工程(ステップS302)と、圧力室Cを形成する工程の後に、接続配線39を除去して第1電極371と第2電極372との接続を解除する工程(ステップS303)とを含む。
<Method for manufacturing pressure generating device>
Next, a method for manufacturing the
図7に示すように、第1実施形態の圧力発生デバイス35の製造方法では、ステップS101において第1基板Aをシリコン基板(シリコンウェハ)WAで製造し、ステップS201および202において、第1基板Aとは別個のシリコン基板WBで第2基板Bを製造する。ステップS301以降にて、シリコン基板WA、WB同士を接合することで第1基板Aと第2基板Bを接合して圧力発生デバイス35を形成し、シリコン基板から圧力発生デバイス35の領域を切り出し、駆動IC62を第2基板Bに実装することによって、圧力発生デバイス35が製造される。このようにシリコン基板の各々に、複数の第1基板Aと複数の第2基板Bを製造することで、複数の圧力発生デバイス35を一度に製造できる。
As shown in FIG. 7, in the method for manufacturing the
以下、各工程について具体的に説明する。図8A乃至図8Fは、圧力発生デバイスの製造方法の工程を説明するための断面図である。図9Aは、第1基板Aが形成されたシリコン基板WAの一部を示す平面図であり、図9Bは、第2基板Bが形成されたシリコン基板WBの一部を示す平面図である。図10Aおよび図10Bは、圧力発生デバイスの製造方法の工程の平面図である。図10Aは、接続配線39を除去する前の第2基板Bであり、図10Bは、接続配線39を除去した後の第2基板Bである。
Hereinafter, each step will be specifically described. 8A to 8F are cross-sectional views for explaining the steps of the method for manufacturing the pressure generating device. FIG. 9A is a plan view showing a part of the silicon substrate WA on which the first substrate A is formed, and FIG. 9B is a plan view showing a part of the silicon substrate WB on which the second substrate B is formed. 10A and 10B are plan views of the steps of the method for manufacturing the pressure generating device. FIG. 10A shows the second substrate B before the
ステップS101は、第1基板Aを形成する工程である。ステップS101では、図9Aに示すように、シリコン基板WAの第1基板Aを形成する領域に、振動部36と圧電素子37と第1端子P1と第2端子P2を形成する。例えばスパッタ法などの成膜によってシリコン基板WAに第1電極371と圧電体層373と第2電極372をこの順に形成することによって圧電素子37を形成する。
Step S101 is a process of forming the first substrate A. In step S101, as shown in FIG. 9A, the
ステップS201は、第2基板Bを形成する工程であり、ステップS202は、接続配線を形成する工程である。ステップS201にてエッチングによってシリコン基板WBに導通孔(コンタクトホール)H1、H2、H3を形成し、ステップS202にて導通孔H1、H2、導通溝H3を配線材料(Auなど)で埋め込むことで第1配線384および第2配線385を形成すると共に、第1配線384と第2配線385とを相互に接続する接続配線39を形成する。接続配線39は、第1電極371と第2電極372とを導通するための配線である。図9Bに示すように第1実施形態の接続配線39は、圧電素子37が形成される第1基板Aの領域と重なる領域に形成される。
Step S201 is a step of forming the second substrate B, and step S202 is a step of forming connection wiring. In step S201, conductive holes (contact holes) H1, H2, and H3 are formed in the silicon substrate WB by etching. The
ステップS301は、第1基板Aと第2基板Bとを接合する工程である。シリコン基板WA、WB同士を接合することによって第1基板Aと第2基板Bとを接合する。図8Aに示すように、第1基板Aの上に第2基板Bが重なるようにシリコン基板WA、WB同士を接合する。第1基板Aと第2基板Bを接合することで、接続配線39によって第1電極371と第2電極372が導通する。
Step S301 is a process of bonding the first substrate A and the second substrate B. The first substrate A and the second substrate B are joined by joining the silicon substrates WA and WB together. As shown in FIG. 8A, the silicon substrates WA and WB are bonded together so that the second substrate B overlaps the first substrate A. By joining the first substrate A and the second substrate B, the
具体的には図8Bに示すように、第1配線384が第1端子P1に接触するので、第1端子P1によって第1配線384が第1電極371に接続する。第2配線385が第2端子P2に接触するので、第2端子P2によって第2配線385が第2電極372に接続する。これにより、第1配線384と第2配線385とに導通する接続配線39によって、第1電極371と第2電極372とが導通し同電位を保持することができる。
Specifically, as shown in FIG. 8B, since the
次に、ステップS302にて、第1電極371と第2電極372が導通した状態で圧力室Cを形成し、その後にステップS303にて接続配線39を除去する。具体的にはステップS302では図8Cに示すように、圧力室Cを構成する開口342を第1基板Aに、エッチングによって形成する。ステップS303では図8Dに示すように、エッチングによって接続配線39を除去する。例えば図10Aの点線で囲む領域Q3をエッチングすることによって、図10Bに示すように接続配線39が除去されるので、第1電極371と第2電極372との接続が解除される。
Next, in step S302, the pressure chamber C is formed in a state where the
続いて、ステップS304にてシリコン基板WA、WBを切断する。具体的には図8Eに示すように、シリコン基板WA、WBを切断線CLで切断することによって、圧力発生デバイス35の領域Q1を切り出す。そして、ステップS305にて第2基板Bに駆動IC62を実装する。具体的には図8Fに示すように、第2基板Bの駆動IC62を実装する領域Q2に接合する。駆動IC62を実装すると、駆動IC62の駆動信号COMの出力端子には、第1配線384の端子384aと導通孔H1と第1端子P1とを介して圧電素子37の第1電極371が接続される。駆動IC62のベース電圧VBSの出力端子には、第2配線385と導通孔H2と導通溝H3と第2端子P2とを介して圧電素子37の第2電極372が接続される。こうして、図4に示す圧力発生デバイス35が製造される。
Subsequently, in step S304, the silicon substrates WA and WB are cut. Specifically, as shown in FIG. 8E, the region Q1 of the
以上説明したように、第1実施形態の圧力発生デバイス35の製造方法では、ステップS301にて第1基板Aと第2基板Bを接合すると、接続配線39によって第1電極371と第2電極372とが接続するので、第1電極371と第2電極372とが導通し同電位に保つことができる。この状態でステップS302にて圧力室Cが形成され、その後にステップS303にて接続配線39を除去して第1電極371と第2電極372との接続が解除される。圧力室Cを形成する工程は、例えばシリコン基板WA、WBに対する洗浄工程やエッチング工程など様々な製造工程を含むので、もし圧電素子37の第1電極371と第2電極372が同電位でなければ、第1電極371と第2電極372に静電気が帯電し易くなってしまう。例えば洗浄工程で洗浄水を用いる場合には、帯電した洗浄水が第1電極371と第2電極372に付着することで、静電気が帯電する可能性がある。
As described above, in the method for manufacturing the
この点、本実施形態によれば、接続配線39によって第1電極371と第2電極372とが相互に導通した状態で圧力室Cが形成されるから、圧電素子37の第1電極371と第2電極372に静電気が帯電し難く、静電気に起因した高電圧が圧電体層に印加される可能性を低減できる。しかも、本実施形態では、第1電極371と第2電極372とを接続する接続配線39が、圧電素子37が形成された第1基板Aではなく、第2基板Bの方に形成されているので、圧電素子37が形成される第1基板Aに接続配線用の専用スペースを設ける必要がない。このため、配線の自由度を大幅に拡大できる。したがって、本実施形態の製造方法によれば、配線の自由度を拡大しつつ、製造工程における圧電体層373の損傷を低減できる。
In this regard, according to the present embodiment, the pressure chamber C is formed in a state where the
本実施形態の製造方法によれば、本実施形態のように第2基板Bにおいて圧電素子37が形成される第1基板Aの領域と重なる領域、すなわち第2基板Bの切り出し領域の内側(図10Aに示す切断線CLの内側の領域)にも接続配線39を形成できる。これによれば、切り出し領域の外側まで接続配線用の専用スペースが必要な場合に比較して、1つの圧力発生デバイス35の製造に必要なシリコン基板WA、WB内のスペースを小さくできる。
According to the manufacturing method of the present embodiment, a region overlapping the region of the first substrate A on which the
また,第2基板Bにおいて第1基板Aとの接合面とは反対側の表面、すなわち第1基板Aと第2基板Bとを接合したときに露出する面に接続配線39が形成される。これによれば、エッチングなどによって接続配線39だけを除去できる。エッチングによって接続配線39を除去することで、シリコン基板WA、WBからの切り出しによって接続配線39を除去する場合に比較して、バリの発生を低減できる。
The
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態を説明する。図11Aおよび図11Bは、第2実施形態における圧力発生デバイスの製造方法の工程の平面図である。図11Aは、接続配線39を除去する前の第2基板Bであり、図11Bは、接続配線39を除去した後の第2基板Bである。なお、第2実施形態において作用や機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11A and FIG. 11B are plan views of the steps of the method for manufacturing the pressure generating device in the second embodiment. FIG. 11A shows the second substrate B before the
第1実施形態では、第2基板Bにおいて圧電素子37の駆動IC62が実装される領域の外側に接続配線39を形成する場合を例示したが、第2実施形態では、第2基板Bにおいて圧電素子37の駆動IC62が実装される領域の内側に接続配線39を形成する場合を例示する。具体的には図11Aに示すように、第2配線385の中間部385cを配線接続基板38のZ方向の負側の表面(第2基板BのZ方向の負側の表面)に形成し、第1配線384の各々を中間部385cまで延長して接続する。この第1配線384を第2配線385の中間部385cまで延長した部分を接続配線39とする。
第2実施形態では、図7のステップS303にて図11Aに示す点線で囲まれた領域Q3をエッチングで除去することによって、図11Bに示すように接続配線39(第2配線385の中間部385cまで延長した部分)が除去される。このような第2実施形態によっても、圧力室Cを形成する工程後に接続配線39を除去するので、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。しかも、第2実施形態では、第2基板Bにおいて圧電素子37の駆動IC62が実装される領域の内側に接続配線39が形成されるから、駆動IC62が実装される領域の外側に接続配線39が形成される場合に比較して、1つの圧力発生デバイス35の製造に必要なシリコン基板WA、WB内のスペースをさらに小さくできる。
In the first embodiment, the case where the
In the second embodiment, the region Q3 surrounded by the dotted line shown in FIG. 11A is removed by etching in step S303 of FIG. 7, so that the connection wiring 39 (the
<第3実施形態>
本発明の第3実施形態を説明する。図12Aおよび図12Bは、第3実施形態における圧力発生デバイスの製造方法の工程の平面図である。図12Aは、接続配線39を除去する前の第2基板Bであり、図12Bは、接続配線39を除去した後の第2基板Bである。
<Third Embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described. 12A and 12B are plan views of the steps of the method for manufacturing the pressure generating device according to the third embodiment. 12A shows the second substrate B before the
第1実施形態では、第2基板Bが形成されるシリコン基板WBから切り出される第2基板Bの切り出し領域の内側に接続配線39を形成する場合を例示したが、第3実施形態では、第2基板Bの切り出し領域の外側に接続配線39を形成する場合を例示する。具体的には図12Aに示すように、シリコン基板WBにおける切断線CLよりも外側の領域に接続配線39を形成する。図12Aでは、1つのシリコン基板WBに2つの第2基板Bを形成した場合を例に挙げる。この場合、図12Aに示すように、複数の第2基板B同士を共通の接続配線39で接続するようにしてもよい。なお、1つのシリコン基板WBに3つ以上の第2基板Bを形成した場合にも適用可能である。
第3実施形態では、図7のステップS303にて図12Aに示す点線で囲まれた領域Q3をエッチングで除去することによって、図12Bに示すように接続配線39が除去される。これによっても、圧力室Cを形成する工程後に接続配線39を除去するので、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
In the first embodiment, the case where the
In the third embodiment, the
なお、第3実施形態では、第2基板Bの切り出し領域の外側(図12Aに示す切断線CLの内側の領域)に接続配線39を形成するから、図7のステップS304にて第2基板Bの切り出すことによって接続配線39も除去することができる。したがって、第3実施形態によれば、図7のステップS303の工程を省略できるから、製造工程を簡素化できる。
In the third embodiment, since the
<変形例>
以上に例示した各実施形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
<Modification>
Each embodiment illustrated above can be variously modified. Specific modifications are exemplified below. Two or more aspects arbitrarily selected from the following examples can be appropriately combined as long as they do not contradict each other.
(1)上述した各実施形態では、圧力発生素子として圧力室に機械的な振動を付与する圧電素子を利用した圧電方式の液体噴射ヘッド26を例示したが、圧力発生素子として加熱により圧力室の内部に気泡を発生させる発熱素子を利用した熱方式の液体噴射ヘッドを採用することも可能である。また、液体噴射ヘッド26における複数のノズルNの構成は、上述した各実施形態の例示に限定されない。
(1) In each of the above-described embodiments, the piezoelectric
(2)上述した各実施形態で例示した液体噴射装置100は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体噴射装置100の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を噴射する液体噴射装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を噴射する液体噴射装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。
(2) The
100…液体噴射装置、12…媒体、14…液体容器、20…制御装置、22…搬送機構、24…移動機構、242…搬送体、244…無端ベルト、26…液体噴射ヘッド、32…流路基板、322…供給流路、324…連通流路、326…中間流路、34…圧力室基板、342…開口、35…圧力発生デバイス、36…振動部、37…圧電素子、371…第1電極、372…第2電極、373…圧電体層、38…配線接続基板、384…第1配線、384a…端子、385…第2配線、385a…一端、385b…他端、385c…中間部、388…配線、39…接続配線、40…筐体部、42…凹部、43…導入口、52…ノズル板、54…吸振体、64…配線部材、A…第1基板、B…第2基板、C…圧力室、CL…切断線、COM…駆動信号、H1、H2…導通孔、H3…導通溝、62…駆動IC、L1…第1列、L2…第2列、N…ノズル、P1…第1端子、P2…第2端子、R…液体貯留室、VBS…ベース電圧、WA、WB…シリコン基板。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記圧力発生素子によって圧力を発生させる圧力室を前記第1基板に形成する工程と、
前記圧力室を形成する工程の後に、前記接続配線を除去して前記第1電極と前記第2電極との接続を解除する工程と、を含む
圧力発生デバイスの製造方法。 A first substrate on which a pressure generating element having a first electrode, a second electrode, and a piezoelectric layer interposed therebetween is formed, and a connection wiring for connecting the first electrode and the second electrode is formed. Joining the two substrates;
Forming a pressure chamber in the first substrate for generating pressure by the pressure generating element;
After the step of forming the pressure chamber, the method of manufacturing a pressure generating device, including a step of removing the connection wiring and releasing the connection between the first electrode and the second electrode.
請求項1の圧力発生デバイスの製造方法。 2. The method of manufacturing a pressure generating device according to claim 1, wherein the connection wiring is formed in a region overlapping the region of the first substrate where the pressure generating element is formed in the second substrate.
請求項1または請求項2の圧力発生デバイスの製造方法。 The method for manufacturing a pressure generating device according to claim 1, wherein the connection wiring is formed on a surface of the second substrate opposite to the first substrate.
請求項3の圧力発生デバイスの製造方法。 The method of manufacturing a pressure generating device according to claim 3, wherein the connection wiring is formed inside a region where the driving IC of the pressure generating element is mounted on the second substrate.
請求項1から請求項3の何れかの圧力発生デバイスの製造方法。 The method for manufacturing a pressure generating device according to any one of claims 1 to 3, wherein the connection wiring is formed outside a region of the second substrate cut out from a base material on which the second substrate is formed.
請求項1から請求項5の何れかの圧力発生デバイスの製造方法。 The method for manufacturing a pressure generating device according to claim 1, wherein the step of releasing the connection between the first electrode and the second electrode includes a step of removing the connection wiring by etching.
請求項5の圧力発生デバイスの製造方法。
6. The method of manufacturing a pressure generating device according to claim 5, wherein the step of releasing the connection between the first electrode and the second electrode includes a step of removing the connection wiring by cutting out a region of the second substrate from the base material. Method.
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