JP2018099833A - Ｍｅｍｓデバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、ｍｅｍｓデバイスの製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を高めることができるＭＥＭＳデバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、ＭＥＭＳデバイスの製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法を提供する。【解決手段】可撓変形可能な薄膜部材（振動板３１）が積層された第１の基板（圧力室形成基板２９）と、第１の基板（圧力室形成基板２９）に対して間隔を空けて配置された第２の基板（封止板３３）と、第１の基板（圧力室形成基板２９）と第２の基板（封止板３３）とを接着する接着層（４３）と、を備え、第１の基板（圧力室形成基板２９）の面内方向において、薄膜部材（振動板３１）の端は、第１の基板（圧力室形成基板２９）の端よりも外側まで延設されたことを特徴とするＭＥＭＳデバイス（記録ヘッド３）。【選択図】図３

Description

本発明は、接着層を介して接合された２つの基板を有するＭＥＭＳデバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、ＭＥＭＳデバイスの製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法に関するものである。

液体噴射ヘッド等に応用されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスとしては、２つの基板が間隔を空けた状態で接着剤により接合されたものがある。例えば、特許文献１では、流路形成基板と保護基板とが接着剤によって接合された液体噴射ヘッドが開示されている。流路形成基板の保護基板側の面には、可撓変形可能な振動板及び圧力室に圧力変動を発生させる圧電素子が積層されている。そして、圧電素子は、流路形成基板と保護基板との間に形成された空間に配置されている。また、このような液体噴射ヘッドの製造方法としては、流路形成基板となる一方の基板と保護基板となる他方の基板とを接合した後、一方の基板における切断ラインとなる領域をエッチングにより除去し、その後、切断ラインに沿って切断することで、個々の流路形成基板及び保護基板に分割する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２２３９９７号公報

ところで、特許文献１においては、切断ライン上に両基板を接合する接着剤が配置されているため、製造ばらつき等により切断ラインで切断ができなかったり、切断面にバリが発生したりする虞がある。また、確実に切断するべく、切断する力（例えば、エキスパンドブレイクにおける引っ張る力）を強くした場合、接着剤等の一部が欠け易くなり、異物が発生する虞がある。そして、特許文献１等に開示される従来の液体噴射ヘッドにおいては、接着剤の端が流路形成基板の端又は保護基板の端に揃えられており、流路形成基板及び保護基板を大きくすることなく、接着面積を広げることが困難になっていた。すなわち、基板間の接着強度を高めることが困難になっていた。これらの要因により、液体噴射ヘッドの信頼性を高めることが困難になっていた。

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、信頼性を高めることができるＭＥＭＳデバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、ＭＥＭＳデバイスの製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法を提供することにある。

本発明のＭＥＭＳ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、可撓変形可能な薄膜部材が積層された第１の基板と、
前記第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の基板とを接着する接着層と、を備え、
前記第１の基板の面内方向において、前記薄膜部材の端は、前記第１の基板の端よりも外側まで延設されたことを特徴とする。

本発明によれば、接着層及び第１の基板がＭＥＭＳデバイスの端から外れるため、第１の基板及び第２の基板を切断してＭＥＭＳデバイスを製造する際に、接着層及び第１の基板の端面にバリが発生したり、これらの一部が欠けて異物が発生したりすることを抑制できる。その結果、ＭＥＭＳデバイスの信頼性を高めることができる。

上記構成において、前記薄膜部材のうち少なくとも前記第１の基板の端よりも外側の部分に、保護層が積層されていることが望ましい。

この構成によれば、第１の基板及び第２の基板を切断する前の状態において、第１の基板をエッチング液に曝した場合でも、エッチング液が第１の基板と第２の基板との間に浸入することを抑制できる。その結果、接着層がエッチング液からダメージを受けることを抑制でき、接着強度が低下することを抑制できる。従って、ＭＥＭＳデバイスの信頼性を一層高めることができる。

また、上記構成において、前記保護層と前記第２の基板とが離間して設けられ、
前記前記保護層と前記第２の基板との間が空間であることが望ましい。

この構成によれば、第１の基板及び第２の基板を切断してＭＥＭＳデバイスを製造する際に、切断し易くなる。

また、上記各構成の何れかにおいて、前記保護層が樹脂であることが望ましい。

この構成によれば、薄膜部材の一部が欠けて異物が発生することを抑制できる。その結果、ＭＥＭＳデバイスの信頼性をより一層高めることができる。

さらに、上記各構成の何れかにおいて、前記保護層の一部が前記接着層と重なることが望ましい。

この構成によれば、接着層が保護層を介して第１の基板又は薄膜部材と接着されるため、第１の基板又は薄膜部材と接着層との間において密着力が十分に得られない場合でも、第１の基板と第２の基板との接合強度を担保することができる。また、保護層は、第１の基板の端よりも外側の薄膜部材に積層されているため、保護層が第１の基板の外側に形成されていない場合と比べて、第１の基板側の接着面積（保護層との接着面積）を広げることができる。その結果、保護層と薄膜部材との接着強度を高めることができ、ひいては第１の基板と第２の基板との接合強度を高めることができる。

また、上記各構成の何れかにおいて、前記保護層と前記接着層とが同一種類の樹脂であることが望ましい。

この構成によれば、接着層と保護層との間の密着性を高めることができる。その結果、第１の基板と第２の基板との接合強度を一層高めることができる。

さらに、本発明の液体噴射ヘッドは、上記各構成の何れかのＭＥＭＳデバイスの構造を有することを特徴とする。

この構成によれば、液体噴射ヘッドの信頼性を高めることができる。

また、本発明の液体噴射装置は、上記構成の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、液体噴射装置の信頼性を高めることができる。

そして、本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、可撓変形な薄膜部材が積層された第１の基板と、前記第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の基板とを接着する接着層と、を備えたＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
複数の前記第１の基板となる第１の母基板の前記薄膜部材が積層された面であって、隣り合う前記第１の基板間に設定された切断領域に保護層を形成する保護層形成工程と、
前記第１の母基板の前記保護層が積層された面、又は、複数の前記第２の基板となる第２の母基板の前記保護層に対向する面の何れか一方に前記接着層を形成し、前記接着層を間に挟んで前記第１の母基板と前記第２の母基板とを接合する基板接合工程と、
前記切断領域における前記第１の母基板を、前記薄膜部材及び前記保護層を残して、前記第２の母基板が接合された面とは反対側の面からエッチングにより除去するエッチング工程と、
接合された前記第１の母基板及び前記第２の母基板を、前記切断領域で切断して個々の第１の基板及び第２の基板に分割する分割工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、切断領域における第１の母基板が除去されたので、第１の母基板及び第２の母基板を一層切断し易くなる。これにより、第１の母基板及び第２の母基板の切断不良を抑制できる。また、切断領域に保護層が形成されたので、切断時に薄膜部材の一部が欠けて異物が発生することを抑制できる。さらに、第１の母基板及び第２の母基板を切断する前の状態において、薄膜部材にクラックが発生することを抑制できる。そして、たとえ薄膜部材にクラック等が発生したとしても、保護層があるため、エッチング工程においてエッチング液が第１の母基板と第２の母基板との間に浸入することを抑制できる。その結果、接着層がエッチング液からダメージを受けることを抑制でき、接着強度が低下することを抑制できる。従って、信頼性の高いＭＥＭＳデバイスを製造することができる。

また、上記方法における前記基板接合工程において、前記接着層が感光性樹脂であることが望ましい。

この方法によれば、接着層のパターン形成が容易になる。

さらに、上記方法における前記基板接合工程において、前記切断領域における前記接着層の一部が除去されることが望ましい。

この方法によれば、第１の母基板及び第２の母基板を切断し易くなる。

また、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、上記各方法の何れかのＭＥＭＳデバイスの製造方法を経ることを特徴とする。

この方法によれば、信頼性の高い液体噴射ヘッドを製造することができる。

さらに、本発明の液体噴射装置の製造方法は、液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置の製造方法であって、上記の液体噴射ヘッドの製造方法を経ることを特徴とする。

この方法によれば、信頼性の高い液体噴射装置を製造することができる。

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。 アクチュエーターユニットの要部を拡大した断面図である。 アクチュエーターユニットを模式的に表した平面図である。 アクチュエーターユニットの製造方法を説明する切断領域を拡大した断面図である。 アクチュエーターユニットの製造方法を説明する切断領域を拡大した断面図である。 アクチュエーターユニットの製造方法を説明する切断領域を拡大した断面図である。 接合された第１の母基板及び第２の母基板を模式的に表した平面図である。

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、ＭＥＭＳデバイスの一つのカテゴリーである液体噴射ヘッド、特に、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）３を例に挙げて説明する。図１は、記録ヘッド３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）１の斜視図である。

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、アクチュエーターユニット１４の一側の端部（図２における左側の端部）を拡大した断面図である。図４は、アクチュエーターユニット１４を模式的に表した平面図である。なお、便宜上、アクチュエーターユニット１４を構成する各部材の積層方向を適宜上下方向として説明する。また、図４においては、説明の都合上、接着層４３、圧電素子３２、バンプ電極４０の樹脂部４０ａ以外の構成が省略されている。本実施形態における記録ヘッド３は、図２に示すように、アクチュエーターユニット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。

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液体導入路１８が形成されている。この液体導入路１８は、後述する共通液室２５と共に、複数形成された圧力室３０に共通なインクが貯留される空間である。本実施形態においては、２列に並設された圧力室３０の列に対応して液体導入路１８が２つ形成されている。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間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、連通基板２４に積層されたアクチュエーターユニット１４（圧力室形成基板２９、封止板３３、駆動ＩＣ３４等）が収容空間１７内に収容されるように構成されている。さらに、図示を省略するが、ヘッドケース１６には、制御部からの駆動信号を駆動ＩＣ３４に送信するＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）等の配線基板が挿通される挿通孔が形成されている。収容空間１７は、この挿通孔を介して大気と連通されている。

ヘッドケース１６の下面に接合される流路ユニット１５は、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、流路ユニット１５の上部を構成するシリコン製の基板（例えば、シリコン単結晶基板）である。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、圧力室３０とノズル２２とを連通するノズル連通路２７とが、異方性エッチング等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。

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が直線状（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。

本実施形態のアクチュエーターユニット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、封止板３３及び駆動ＩＣ３４が積層されてユニット化されている。なお、アクチュエーターユニット１４は、収容空間１７内に収容可能なように、収容空間１７よりも小さく形成されている。

圧力室形成基板２９（本発明における第１の基板に相当）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、異方性エッチング等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が連通すると共に、他側の端部にノズル連通路２７が連通する。なお、本実施形態における圧力室形成基板２９の外形は、図３に示すように、平面視において封止板３３の外形よりも僅かに小さく形成されている。

振動板３１（本発明における薄膜部材に相当）は、可撓変形可能な薄膜状の部材、すなわち弾性を有する部材であり、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。本実施形態における振動板３１の外形は、図３に示すように、圧力室形成基板２９の外形よりも大きく形成されている。換言すると、振動板３１の端は、圧力室形成基板２９の面内方向において、後述する接着層４３（外周接着剤４３ａ）から外れた位置であって、圧力室形成基板２９の端よりも外側まで延設されている。また、本実施形態における振動板３１は、図４に示すように、アクチュエーターユニット１４の四辺において、圧力室形成基板２９よりも外側まで延設されている。そして、このように形成された振動板３１によって、圧力室３０が区画される。すなわち、図２及び図３に示すように、圧力室３０となるべき空間の上部開口が振動板３１によって封止される。また、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３５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、撓み変形が阻害される非駆動領域３６となる。

なお、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）における外周部分に保護層５０が積層されている。本実施形態における保護層５０は、図３に示すように、接着層４３（外周接着剤４３ａ）と重なる領域から圧力室形成基板２９の端よりも外側の振動板３１の端まで延設されている。また、本実施形態における保護層５０は、封止板３３に対して離間して、すなわち、間隔を空けて設けられている。さらに、本実施形態における保護層５０は、接着層４３と同一種類の樹脂からなり、当該保護層５０が重なる領域の振動板３１を補強する。特に、本実施形態においては、振動板３１のうち圧力室形成基板２９の端から外側にはみ出た部分を補強する。ここで、保護層５０を構成する材料としては、振動板３１を補強する観点から、振動板３１よりも大きい破断応力を有するものが望ましい。又は、振動板３１よりも大きい破断点伸度を有するものが望ましい。或いは、振動板３１よりも大きいヤング率を有するものが望ましい。例えば、本実施形態における保護層５０は、破断応力約６０ＭＰａ、破断点伸度約４％、ヤング率約２ＧＰａである樹脂が使用されている。一方で、切断し易さの観点から、保護層５０の厚さは、封止板３３の厚さ、圧力室形成基板２９の厚さ、及び、接着層４３の厚さ（すなわち、封止板３３と圧力室形成基板２９との間隔）よりも薄いことが望ましい。例えば、本実施形態における保護層５０は、１μｍ〜２μｍ程度の厚さに形成されている。

また、振動板３１の絶縁膜上における各圧力室３０に対応する領域、すなわち駆動領域３５には、駆動素子の一種である圧電素子３２がそれぞれ積層されている。圧電素子３２は、ノズル列方向に沿って２列に並設された圧力室３０に対応して、当該ノズル列方向に沿って２列に形成されている。本実施形態の圧電素子３２は、所謂撓み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及び上電極層３９が順次積層されてなる。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。本実施形態では、下電極層３７が圧電素子３２毎に独立して形成された個別電極となっており、上電極層３９が複数の圧電素子３２に亘って連続して形成された共通電極となっている。すなわち、下電極層３７及び圧電体層３８は、圧力室３０毎に形成されている。一方、上電極層３９は、複数の圧力室３０に亘って形成されている。なお、駆動回路や配線の都合によって、下電極層（すなわち、下層の電極層）を共通電極、上電極層（すなわち、上層の電極層）を個別電極にすることもできる。

図３に示すように、下電極層３７の一側（圧力室形成基板２９の外側）は、ノズル列方向に直交する方向において、圧電体層３８よりも外側まで延在されている。すなわち、下電極層３７の一側の端部は、圧電体層３８から露出され、この露出部分に個別端子４１が積層されている。本実施形態における個別端子４１は、圧電素子３２からノズル列方向に直交する方向に離間して形成された上電極層３９と、この上電極層３９に積層された金属層４４とからなる。個別端子４１を構成する層のうち少なくとも金属層４４は、圧電体層３８上まで延在されている。この圧電体層３８上に積層された金属層４４に後述するバンプ電極４０が接続されている。なお、圧電素子３２の長手方向（すなわち、ノズル列方向に直交する方向）における端部にも、金属層４４が積層されている。すなわち、駆動領域３５と非駆動領域３６との境界を跨ぐように金属層４４が積層されている。これにより、圧電素子３２の端部における過度な変形が抑制され、駆動領域３５と非駆動領域３６との境界において圧電体層３８等が破損することを抑制できる。

また、本実施形態では、一側の圧電素子３２の列から延設された上電極層３９と、他側の圧電素子３２の列から延設された上電極層３９とは、圧電素子３２の列間における非駆動領域３６で接続されている（図示せず）。すなわち、圧電素子３２の列間における非駆動領域３６には、両側の圧電素子３２に共通な上電極層３９が形成されている。図２に示すように、この上電極層３９には、共通端子４２となる金属層４４が積層されている。そして、この金属層４４には、対応するバンプ電極４０が接続されている。

なお、上記した下電極層３７及び上電極層３９ｂとしては、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）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。さらに、金属層４４としては、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、及び、これらの合金等からなる密着層上に金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）等が積層されたものが用いられる。

封止板３３（本発明における第２の基板に相当）は、図２に示すように、圧電素子３２との間に接着層４３を介在させた状態で、圧力室形成基板２９に対して（より詳しくは、圧力室形成基板２９に積層された圧電素子３２に対して）間隔を開けて配置された平板状のシリコン基板である。この封止板３３により圧電素子３２が保護される。本実施形態における封止板３３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。また、本実施形態における封止板３３の下面（圧力室形成基板２９側の面）には、駆動ＩＣ３４からの駆動信号を圧電素子３２側に出力するバンプ電極４０が複数形成されている。このバンプ電極４０は、図２に示すように、一方の圧電素子３２の外側に形成された一方の個別端子４１に対応する位置、他方の圧電素子３２の外側に形成された他方の個別端子４１に対応する位置、及び両方の圧電素子３２の列間に形成された共通端子４２に対応する位置に、それぞれノズル列方向に沿って複数形成されている。そして、各バンプ電極４０は、それぞれ対応する金属層４４（すなわち、個別端子４１又は共通端子４２）に接続されている。

本実施形態におけるバンプ電極４０は、弾性を有しており、封止板３３の表面から振動板３１側に向けて突設されている。具体的には、図３に示すように、このバンプ電極４０は、弾性を有する樹脂部４０ａと、樹脂部４０ａの少なくとも一部の表面を覆う導電膜４０ｂとを備えている。この樹脂部４０ａは、図４に示すように、封止板３３の表面においてノズル列方向（換言すると、圧電素子３２の並設方向）に沿って突条に形成されている。また、個別端子４１に導通する導電膜４０ｂは、圧電素子３２に対応して、ノズル列方向に沿って並設されている。各導電膜４０ｂは、図３に示すように、ノズル列方向に直交する方向に延在され、封止板３３の下面に形成された下面側配線４７となる。換言すると、各導電膜４０ｂは、下面側配線４７と接続されている。そして、下面側配線４７のバンプ電極４０とは反対側の端部は、貫通配線４５に接続されている。貫通配線４５は、封止板３３の下面と上面との間を中継する配線であり、封止板３３を板厚方向に貫通した貫通孔の内部に金属等の導体を形成してなる。貫通配線４５の上面側の端部は、対応する上面側配線４６に接続されている。上面側配線４６は、貫通配線４５から駆動ＩＣ３４のＩＣ端子５１に対応する位置まで延在され、当該位置においてＩＣ端子５１と接続されている。また、共通端子４２に導通する導電膜４０ｂは、図示を省略するが、ノズル列方向に沿って樹脂部４０ａの外側まで延在され、貫通配線４５に接続されている。そして、この貫通配線４５を介して、上面側配線４６に接続され、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）等の配線基板に接続されている。なお、バンプ電極としては、樹脂部を有するものに限られない。内部に樹脂部を有さない金属のみからなるバンプ電極やハンダからなるバンプ電極を採用することもできる。

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と、封止板３３とを接合（接着）する接着層４３は、図４に示すように、封止板３３の外周部分及び圧電素子３２の長手方向における両端部分に設けられている。図３に示すように、封止板３３の外周部分に設けられた外周接着層４３ａの外側（圧電素子３２側と反対側）の端は、封止板３３の外側の端及び振動板３１の外側の端よりも内側（圧電素子３２側）に設けられている。そして、この外周接着層４３ａ、圧力室形成基板２９及び封止板３３により囲われた空間４８内に圧電素子３２が配置されている。すなわち、圧電素子３２は、圧力室形成基板２９と封止板３３との間において、外周接着層４３ａに囲われた空間４８の内側に形成されている。なお、封止板３３には、小径な開放孔（図示せず）が開口されている。この開放孔を介して、空間４８は大気に開放されている。また、圧電素子３２の両端部分に設けられた空間内接着層４３ｂは、バンプ電極４０の樹脂部４０ａの延在方向に沿って延在されている。なお、空間内接着層４３ｂは、本実施形態に例示された配置に限られず、配線や圧電素子３２の配置に応じて任意の位置に配置し得る。

ここで、本実施形態における接着層４３は、感光性及び熱硬化性を有するものが用いられている。また、本実施形態における接着層４３は、保護層５０と同一種類の樹脂からなり、硬化後において、上記したような機械特性（すなわち、破断応力、破断点伸度、ヤング率）を有する。例えば、保護層５０及び接着層４３としては、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に含む樹脂が好適に用いられる。また、この接着層４３は、保護層５０よりも厚く、例えば、数十μｍの厚さに形成されている。この接着層４３により、振動板３１等が積層された圧力室形成基板２９と封止板３３とが、数十μｍの間隔を空けた状態で保持される。

駆動ＩＣ３４は、圧電素子３２を駆動するためのＩＣチップであり、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）等の接着剤５４を介して封止板３３の上面に積層されている。図２及び図３に示すように、この駆動ＩＣ３４の下面（封止板３３側の面）には、上面側配線４６の端子部に接続されるＩＣ端子５１が、複数形成されている。ＩＣ端子５１は、個別端子４１に対応して、ノズル列方向に沿って並設されている。本実施形態では、２列に並設された圧電素子３２の列に対応して、ＩＣ端子５１の列が２列形成されている。

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等を介して圧力室３０に導入する。この状態で、駆動ＩＣ３４からの駆動信号を、バンプ電極４０等を介して圧電素子３２に供給すれば、圧電素子３２が駆動されて圧力室３０内のインクに圧力変動が生じる。この圧力変動を利用することで、記録ヘッド３はノズル２２からインク滴を噴射する。

次に、記録ヘッド３の製造方法、特にアクチュエーターユニット１４の製造方法について詳しく説明する。本実施形態におけるアクチュエーターユニット１４は、複数の圧力室形成基板２９となる第１の母基板５６（例えば、シリコンウエハー）と、複数の封止板３３となる第２の母基板５７（例えば、シリコンウエハー）とを接着層４３を間に挟んで接合し、その後、切断ラインに沿って分割して個片化することで得られる。図５〜図７は、アクチュエーターユニット１４の製造方法を説明する切断領域Ａ１（隣り合う圧力室形成基板２９となる領域Ａ２間の領域）における断面図である。図８は、第１の母基板５６及び第２の母基板５７が接合された状態を模式的に表した平面図である。なお、各図において、破線は切断ラインＬ（切断予定ラインともいう）を表している。また、図８においては、空間内接着層４３ｂが省略されている。

まず、第１の母基板５６に圧力室形成基板２９（すなわち、切断後に圧力室形成基板２９となる領域）を複数形成し、第２の母基板５７に封止板３３（すなわち、切断後に封止板３３となる領域）を複数形成する。具体的には、第１の母基板５６においては、まず、表面に振動板３１、下電極層３７、圧電体層３８、上電極層３９及び金属層４４等を積層する。なお、これらの層は、半導体プロセス（すなわち、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など）を経て形成される。一方、第２の母基板５７においては、まず、貫通配線４５となる貫通孔等をレーザーやドライエッチング等の加工方法を用いて形成し、その後、この貫通孔の内部に電解めっき法等により導電材料を埋め込んで貫通配線４５を形成する。また、半導体プロセスを経て、第２の母基板５７の下面（すなわち、第１の母基板５６に対向する側の面）に、バンプ電極４０及び下面側配線４７等を形成し、第２の母基板５７の上面（すなわち、第１の母基板５６に対向する面とは反対側の面）に、上面側配線４６等を形成する。

第１の母基板５６に、振動板３１等を形成したならば、保護層形成工程において、第１の母基板５６の上面（すなわち、振動板３１等が積層された面）における切断領域Ａ１に保護層５０を形成する。なお、切断領域Ａ１は、隣り合う圧力室形成基板２９となる領域Ａ２間の領域であり、予め設定された切断ラインＬを含む領域に設定されている。また、この切断領域Ａ１における振動板３１等は、切断後においても、その一部が圧力室形成基板２９の外形よりも外側にはみ出た部分として残る。図５に示すように、本実施形態における保護層５０は、圧力室形成基板２９となる領域Ａ２の外周接着層４３ａが形成される予定の領域から、切断領域Ａ１を挟んで隣接する圧力室形成基板２９となる領域Ａ２の外周接着層４３ａが形成される予定の領域に亘って形成される。例えば、第１の母基板５６の表面に、感光性及び熱硬化性を有する液体状の感光性樹脂を、スピンコーター等を用いて塗布し、加熱により仮硬化させた後、露光及び現像することで所定の位置に保護層５０を形成する。

次に、基板接合工程において、接着層４３を間に挟んで第１の母基板５６と第２の母基板５７とを接合する。具体的には、第１の母基板５６の上面、又は、第２の母基板５７の下面の何れか一方の面おける切断領域Ａ１から外れた領域であって、圧力室形成基板２９となる領域Ａ２の外周部分、及び、圧電素子３２が形成された領域の両端部分に接着層４３を形成する。例えば、第１の母基板５６又は第２の母基板５７の表面に、感光性及び熱硬化性を有する液体状の感光性樹脂を、スピンコーター等を用いて塗布し、加熱により仮硬化させた後、露光及び現像することで所定の位置に接着層４３を形成する。その後、第１の母基板５６又は第２の母基板５７の何れか一方、或いは、この両方を、両者が近づく方向に移動させる。そして、接着層４３及び保護層５０を間に挟んで第１の母基板５６と第２の母基板５７とを両側から加圧しながら加熱する。これにより、図６に示すように、接着層４３及び保護層５０が本硬化し、接着層４３及び保護層５０を介して第１の母基板５６と第２の母基板５７とが接合される。すなわち、図８に示すように、内部にアクチュエーターユニット１４となる領域が複数形成された第１の母基板５６と第２の母基板５７とからなる接合基板が作製される。ここで、図８に示すように、切断ラインＬには接着層４３が形成されていない、換言すると、接着層４３が除去されている。詳しくは、図６に示すように、切断領域Ａ１における第１の母基板５６と第２の母基板５７との間は、接着層４３が除去された空間となっている。

第１の母基板５６と第２の母基板５７とを接合したならば、エッチング工程に移行する。なお、エッチング工程よりも前に、第１の母基板５６の下面（第２の母基板５７とは反対側の面）を、例えば、ＣＭＰ（化学機械研磨）法等の研磨方法を用いて削ることにより、第１の母基板５６を薄くする工程を行っても良い。エッチング工程においては、エッチングにより切断領域Ａ１及び圧力室３０に対応する領域（図示せず）の第１の母基板５６を下面側から板厚方向に除去する。例えば、第１の母基板５６の下面側に、露光及び現像されてパターニングされたレジスト層を形成し、このレジスト層をマスクとしてエッチング（例えば、ウェットエッチング）した後、レジスト層を剥離する。なお、この際、エッチング液や剥離液等が第１の母基板５６と第２の母基板５７との間に侵入しないように、第２の母基板５７の上面には、保護フィルムが貼り付けられている。これにより、図７に示すように、第１の母基板５６の切断領域Ａ１には、振動板３１及び保護層５０を残して第１の母基板５６が除去された溝５８が形成される。また、図示されていないが、溝５８の形成と同時に圧力室３０となる空間も形成される。その結果、切断領域Ａ１には、第２の母基板５７、保護層５０及び振動板３１のみが残されることになる。なお、溝５８内の内壁面（側面）は、切断後に圧力室形成基板２９の外周壁（外形）となる面である。すなわち、溝５８内において、隣り合う圧力室形成基板２９の外周壁同士が対向している。

第１の母基板５６の切断領域Ａ１に溝５８を形成したならば、分割工程において、接合された第１の母基板５６及び第２の母基板５７を切断領域Ａ１で切断して、個々のアクチュエーターユニット１４（すなわち、圧力室形成基板２９及び封止板３３）に分割する。具体的には、レーザーやカッター等により、第２の母基板５７の切断ラインＬに沿って脆弱部を形成し、エキスパンドブレイクにより分割する。エキスパンドブレイクは、例えば、第１の母基板５６又は第２の母基板５７の何れか一方に伸張性を有するシート部材を貼着し、このシート部材を中心から放射状に引っ張ることで、第１の母基板５６及び第２の母基板５７を分割する方法である。本実施形態においては、切断領域Ａ１における第１の母基板５６が除去されており、また、切断領域Ａ１に接着層４３も設けられていないため、第２の母基板５７、保護層５０及び振動板３１が実質的に切断される。そして、切断領域Ａ１に形成されていた第２の母基板５７、保護層５０及び振動板３１の一部又は全部は、切断後も残ることになる。すなわち、図３に示すように、圧力室形成基板２９の外形よりも外側に封止板３３、保護層５０及び振動板３１がはみ出た状態になる。なお、第１の母基板５６及び第２の母基板５７を分割する方法は、エキスパンドブレイクに限られず、ダイシング等により切断することもできる。

その後、個々のアクチュエーターユニット１４に駆動ＩＣ３４、連通基板２４、ノズルプレート２１及びヘッドケース１６等を取り付ける。具体的には、封止板３３の上面に接着剤５４を介して駆動ＩＣ３４を接合する。また、圧力室形成基板２９の下面に連通基板２４を接合し、この連通基板２４の下面にノズルプレート２１を接合する。そして、収容空間１７内にアクチュエーターユニット１４を収容した状態で、連通基板２４の上面にヘッドケース１６を取り付ける。これにより、上記で説明したような保護層５０及び振動板３１が圧力室形成基板２９の端よりも外側まで延設された記録ヘッド３を作製できる。

そして、上記のように記録ヘッド３を作製することで、信頼性の高い記録ヘッド３を製造することができる。すなわち、切断領域Ａ１から外れた領域に接着層４３が形成されたので、換言すると、切断領域Ａ１における第１の母基板５６（詳しくは、保護層５０）と第２の母基板５７との間に空間が形成されたので、第１の母基板５６及び第２の母基板５７を切断し易くなる。また、切断領域Ａ１における第１の母基板５６が除去されたので、第１の母基板５６及び第２の母基板５７を一層切断し易くなる。これにより、第１の母基板５６及び第２の母基板５７の切断不良を抑制できる。すなわち、例えば、切断領域に接着層が形成された場合や第１の母基板が除去されていない場合、切断領域で切断できない不具合が発生する虞があるが、このような不具合を抑制できる。また、接着層４３（外周接着層４３ａ）及び第１の母基板５６（圧力室形成基板２９）が切断ラインＬから外れるため、切断時に外周接着層４３ａ及び圧力室形成基板２９の外側の端面にバリが発生したり、これらの一部が欠けて異物が発生したりすることを抑制できる。さらに、切断領域Ａ１に樹脂からなる保護層５０が形成されたので、切断時に振動板３１の一部が欠けて異物が発生することを抑制できる。加えて、保護層５０が振動板３１に積層されるため、切断前の状態において、切断領域Ａ１における振動板３１にクラックが発生することを抑制できる。そして、たとえ切断領域Ａ１における振動板３１にクラック等が発生したとしても、保護層５０があるため、エッチング工程において、エッチング液や剥離液等が第１の母基板５６と第２の母基板５７との間に浸入することを抑制できる。その結果、接着層４３がエッチング液や剥離液等からダメージを受けることを抑制でき、接着強度が低下することを抑制できる。

また、本実施形態におけるアクチュエーターユニット１４は、保護層５０が接着層４３（外周接着層４３ａ）と重なる領域から圧力室形成基板２９の端よりも外側の振動板３１まで延在されているため、保護層５０が圧力室形成基板の外側に形成されていない場合と比べて、圧力室形成基板２９側の接着面積（保護層５０との接着面積）を広げることができる。その結果、保護層５０と振動板３１との接着強度を高めることができ、ひいては圧力室形成基板２９と封止板３３との接合強度を高めることができる。また、本実施形態においては、保護層５０と接着層４３とを同一種類の樹脂としたので、保護層５０と接着層４３との間の密着性を高めることができる。その結果、圧力室形成基板２９と封止板３３との接合強度を一層高めることができる。さらに、本実施形態においては、保護層５０及び接着層４３として、感光性樹脂を用いたので、保護層５０及び接着層４３のパターン形成が容易になる。その結果、アクチュエーターユニット１４の製造が容易になる。

ところで、上記した実施形態においては、保護層５０及び接着層４３は感光性を有していたが、これには限られない。保護層及び接着層が感光性を有さない樹脂からなる構成を採用することもできる。この場合、ディスペンサーや液体噴射ヘッドを用いて、所定の位置に保護層及び接着層を形成する。また、保護層と接着層は、同一種類の樹脂に限られず、異なる種類の樹脂で構成することもできる。この場合、保護層が接着層と圧力室形成基板（圧力室形成基板に積層された振動板）との間の中間層として機能し、例えば、接着層と振動板との間の密着力が弱い場合でも、保護層を介して接着層と圧力室形成基板とを接着することができる。すなわち、振動板と接着層との間で密着力が十分に得られない場合でも、圧力室形成基板と封止板との接合強度を担保することができる。その結果、接着層として用いることができる材料の選択肢が増え、設計の自由度が増す。さらに、保護層は、樹脂に限られず、金属等であっても良い。ただし、振動板を補強する観点から、破断応力、破断点伸度、又は、ヤング率が大きいものが望ましい。すなわち、樹脂であることが望ましい。これにより、例えば、外部からの衝撃等により振動板にクラックが生じたとしても、保護層にクラックが生じることを抑制できる。その結果、エッチング工程において、保護層によりエッチング液が第１の母基板と第２の母基板との間に浸入することを抑制できる。

また、上記した実施形態においては、保護層５０が圧力室形成基板２９の端よりも外側の部分（すなわち、切断領域Ａ１）から接着層４３（外周接着層４３ａ）と重なる位置まで延在されていたが、これには限られない。保護層は、バンプ電極と接続される領域（すなわち、個別端子及び共通端子）や圧力室に対応する領域（すなわち、駆動領域）から外れていれば、外周接着層で囲われた空間内に形成されても良い。或いは、保護層は、外周接着層と重ならずに、圧力室形成基板の端よりも外側の部分のみに形成されても良い。要するに、保護層は、少なくとも圧力室形成基板の端よりも外側の部分（すなわち、切断領域）に積層されていればよい。また、上記した実施形態においては、保護層５０が封止板３３と離間して設けられたが、これには限られない。例えば、保護層５０の全部又は一部が封止板３３と密着した構成を採用することもできる。さらに、上記した実施形態においては、保護層と接着層が異なる工程（保護層形成工程及び基板接合工程）で形成されたが、これには限られない。例えば、保護層形成工程において、電子ビーム露光装置等を用いて、感光性樹脂の露光量に差をつけることで保護層及び接着層を同時に形成してもよい。また、基板接合工程において、切断領域Ａ１の接着層４３は全て除去されていたが、これには限られない。切断領域に接着層の一部が残っていても良い。

なお、図８において、接合された第１の母基板５６及び第２の母基板５７にアクチュエーターユニット１４が縦方向に４つ、横方向に３つ並設された図を例示したが、これには限られない。第１の母基板及び第２の母基板に並設されるアクチュエーターユニットの数は、アクチュエーターユニットの大きさに応じて適宜に設計し得る。また、上記においては、圧力室形成基板２９に設けられた駆動素子の一種である圧電素子３２が変位することでノズル２２から液体の一種であるインクが噴射される構成を例示したが、これには限られない。第１の基板及び第２の基板が接着層により接合されたＭＥＭＳデバイスであれば、本発明を適用することが可能である。例えば、駆動素子を圧力変化、振動、あるいは変位等を検出するためのセンサーに応用したものにも本発明を適用することができる。

そして、以上においては、液体噴射ヘッドとしてインクジェット式記録ヘッド３を例に挙げて説明したが、本発明は、その他の液体噴射ヘッド及びこれを備えた液体噴射装置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。ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドでは液体の一種として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体の一種として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液体の一種として生体有機物の溶液を噴射する。

１…プリンター，２…記録媒体，３…記録ヘッド，４…キャリッジ，５…キャリッジ移動機構，６…搬送機構，７…インクカートリッジ，８…タイミングベルト，９…パルスモーター，１０…ガイドロッド，１４…アクチュエーターユニット，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，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，３４…駆動ＩＣ，３５…駆動領域，３６…非駆動領域，３７…下電極層，３８…圧電体層，３９…上電極層，４０…バンプ電極，４０ａ…樹脂部，４０ｂ…導電膜，４１…個別端子，４２…共通端子，４３…接着層，４３ａ…外周接着層，４３ｂ…空間内接着層，４４…金属層，４５…貫通配線，４６…上面側配線，４７…下面側配線，４８…空間，５０…保護層，５１…ＩＣ端子，５４…接着剤，５６…第１の母基板，５７…第２の母基板，５８…溝

Claims (13)

1. 可撓変形可能な薄膜部材が積層された第１の基板と、
   前記第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の基板とを接着する接着層と、を備え、
   前記第１の基板の面内方向において、前記薄膜部材の端は、前記第１の基板の端よりも外側まで延設されたことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
2. 前記薄膜部材のうち少なくとも前記第１の基板の端よりも外側の部分に、保護層が積層されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
3. 前記保護層と前記第２の基板とが離間して設けられ、
   前記前記保護層と前記第２の基板との間が空間であることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
4. 前記保護層が樹脂であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
5. 前記保護層の一部が前記接着層と重なることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか一項に記載のＭＥＭＳデバイス。
6. 前記保護層と前記接着層とが同一種類の樹脂であることを特徴とする請求項２から請求項５の何れか一項に記載のＭＥＭＳデバイス。
7. 請求項１から請求項６の何れか一項に記載のＭＥＭＳデバイスの構造を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
8. 請求項７に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
9. 可撓変形な薄膜部材が積層された第１の基板と、前記第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の基板とを接着する接着層と、を備えたＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
   複数の前記第１の基板となる第１の母基板の前記薄膜部材が積層された面であって、隣り合う前記第１の基板間に設定された切断領域に保護層を形成する保護層形成工程と、
   前記第１の母基板の前記保護層が積層された面、又は、複数の前記第２の基板となる第２の母基板の前記保護層に対向する面の何れか一方に前記接着層を形成し、前記接着層を間に挟んで前記第１の母基板と前記第２の母基板とを接合する基板接合工程と、
   前記切断領域における前記第１の母基板を、前記薄膜部材及び前記保護層を残して、前記第２の母基板が接合された面とは反対側の面からエッチングにより除去するエッチング工程と、
   接合された前記第１の母基板及び前記第２の母基板を、前記切断領域で切断して個々の第１の基板及び第２の基板に分割する分割工程と、
   を含むことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
10. 前記基板接合工程において、前記接着層が感光性樹脂であることを特徴とする請求項９に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
11. 前記基板接合工程において、前記切断領域における前記接着層の一部が除去されることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
12. 請求項９から請求項１１の何れか一項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法を経ることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
13. 液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置の製造方法であって、
    請求項１２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法を経ることを特徴とする液体噴射装置の製造方法。

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