JP2019081282A - 液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】素子基板と配線基板との接合強度が高く、液体に対する耐性が高く、圧電素子の劣化が抑制された液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】圧電素子と、該圧電素子の一方の面側に設けられた圧力室と、を有する素子基板と、前記圧電素子の前記一方の面とは反対の面側に配置された配線基板と、前記素子基板と配線基板とを接合する電気接続部材及び流路接続部材と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記素子基板と前記配線基板を貫通し、前記流路接続部材と接する液体の流路が形成されており、前記電気接続部材が、第一の金属を含む第一の電気接続部材と、第一の金属と第三の金属との共晶を含む第二の電気接続部材とを含み、前記流路接続部材が、第二の金属を含む第一の流路接続部材と、接着剤を含む第二の流路接続部材とを含むことを特徴とする液体吐出ヘッド。【選択図】図５

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及びその製造方法に関する。

被記録体にインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置は、より高精細な記録を高速で行うことが望まれている。このような要求に応えるため、多数の吐出口を基板上に２次元的に配列したインクジェット記録ヘッドを用いることが提案されている。該インクジェット記録ヘッドは、圧力室、該圧力室の一方の面側に設けられた圧電素子、該圧力室に連通する吐出口等を有する。中でも、圧電素子としてベンド型ピエゾ素子を用いたインクジェット記録ヘッドは、多数の圧力発生手段を高密度に精度良く配列することが比較的容易である等の利点があり、広く用いられている。吐出口を高密度に配置する方法として、例えば特許文献１及び２には、圧電素子を備えた素子基板とは別に、各圧電素子を駆動するための配線を備えた配線基板を設け、両者を接合する方法が開示されている。該方法では、インクの供給を効率よく行うために、素子基板及び配線基板を貫通するインクの流路を設けている。

特表２０１２−５３２７７２号公報 特開２０１１−１９４８８９号公報

素子基板と配線基板とを接合し、かつ両者を貫通するインクの流路を設けるには、両者を電気的に接合し、かつインクが漏れないように流路を接合により形成することが求められる。さらに、圧電素子が配線基板に接触してその動作が妨げられることを防ぐために、電気的な接合を行う部材（電気接続部材）及び流路の接合を行う部材（流路接続部材）は、ある程度の厚さを有することが求められる。

特許文献１に開示されたインクジェット記録ヘッドでは、電気接続部材として金バンプ、流路接続部材として感光性樹脂フィルムの一種であるＳＵ−８がそれぞれ用いられている。一般に金バンプを強固に接合するには、接合を高い温度で行うことが望ましいが、その場合感光性樹脂が高温に曝されるため劣化する場合がある。そこで、感光性樹脂の硬化温度である１８０℃程度の温度で接合を行うと、金バンプの接合の信頼性が低下する。また、感光性樹脂が硬化するときには硬化収縮により厚さが減少するため、同層にある金バンプで厚さが規定されていると、感光性樹脂が剥離する方向に力が発生する。さらに、硬化温度で接合した後に常温に温度を下げる際、感光性樹脂の熱膨張率が金よりも大きいため、感光性樹脂が剥離する方向に働く力が一層強まる。したがって、このようにして製造されたインクジェット記録ヘッドは、内部応力により剥離を生じやすく、信頼性が低下する課題を有する。

特許文献２に開示されたインクジェット記録ヘッドでは、電気接続部材及び流路接続部材として、金スズなどの二種の金属の共晶が用いられている。このように、電気接続部材と流路接続部材の材料として同じ材料を用いることにより、製造時に内部応力を生じさせることなく両者の接合を行うことができる。しかしながら、流路接続部材はインクと直接接触するため、少なくとも一方が貴金属ではない二種の金属が、絶縁されていない状態でインクと接触する。インクが水系インクである場合、電池作用により一方の金属が急速に溶出してインクを汚染し、溶出した化合物が吐出口内を詰まらせる場合がある。さらに、腐食により接合部が破損する場合がある。流路の内面に薄い保護膜を設ける等の方法も考えられるが、ごく小さなピンホールでも金属が溶出する可能性がある。金属として二種の金属の共晶ではなくＡｕなどの貴金属のみを用い、電気接続とインク耐性を両立させることもできるが、接合に高い温度が必要となるため圧電素子を劣化させる可能性があり、また大きな荷重が必要になる。

本発明は、素子基板と配線基板との接合強度が高く、液体に対する耐性が高く、圧電素子の劣化が抑制された液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

本発明に係る液体吐出ヘッドは、
圧電素子と、該圧電素子の一方の面側に設けられた圧力室と、を有する素子基板と、
前記圧電素子の前記一方の面とは反対の面側に配置された配線基板と、
前記素子基板と配線基板とを接合する電気接続部材及び流路接続部材と、
を有する液体吐出ヘッドであって、
前記素子基板と前記配線基板を貫通し、前記流路接続部材と接する液体の流路が形成されており、
前記電気接続部材が、第一の金属を含む第一の電気接続部材と、第一の金属と第三の金属との共晶を含む第二の電気接続部材とを含み、
前記流路接続部材が、第二の金属を含む第一の流路接続部材と、接着剤を含む第二の流路接続部材とを含むことを特徴とする。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、
圧電素子と、該圧電素子の一方の面側に設けられた圧力室と、基板を貫通する液体の流路と、を有する素子基板を用意する工程と、
基板を貫通する液体の流路と、電気配線と、を有する配線基板を用意する工程と、
前記素子基板又は前記配線基板上に、第一の金属を含む第一の電気接続部材を形成する工程と、
前記素子基板又は前記配線基板の前記流路に対応する位置に、第二の金属を含む第一の流路接続部材を形成する工程と、
前記素子基板又は前記配線基板の前記第一の電気接続部材に対応する位置に、前記第一の金属よりも融点が低く、前記第一の金属と共晶を形成可能な第三の金属を含む第二の電気接続部材を形成する工程と、
前記素子基板又は前記配線基板の前記第一の流路接続部材に対応する位置に、接着剤を含む第二の流路接続部材を形成する工程と、
前記配線基板を前記圧電素子の前記一方の面とは反対の面側に配置し、前記素子基板と前記配線基板とを積層して加熱することにより、前記素子基板と前記配線基板とを接合する工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、素子基板と配線基板との接合強度が高く、液体に対する耐性が高く、圧電素子の劣化が抑制された液体吐出ヘッドを提供することができる。

第一の実施形態に係るインクジェット記録装置の一例を示す概念図である。 第一の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドユニットの一例を吐出口面側から見た平面図である。 第一の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの一例を素子基板の吐出口面側から見た平面図である。 図３に示されるインクジェット記録ヘッドの素子基板における実装端子部分の拡大図である。 図４に示されるインクジェット記録ヘッドのＡ−Ａ’における断面図である。 図４に示されるインクジェット記録ヘッドのＢ−Ｂ’における断面図である。 図４に示されるインクジェット記録ヘッドのＣ−Ｃ’における断面図である。 第三の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す断面図である。 第三の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す断面図である。 第二の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの一例を示す断面図である。 第四の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す断面図である。

［液体吐出ヘッド］
本発明に係る液体吐出ヘッドは、素子基板と、配線基板と、電気接続部材と、流路接続部材とを有する。素子基板は、圧電素子と、該圧電素子の一方の面側に設けられた圧力室と、を有する。配線基板は、該圧電素子の該一方の面とは反対の面側に配置されている。電気接続部材及び流路接続部材は、素子基板と配線基板とを接合する。また、該液体吐出ヘッドには、素子基板と配線基板を貫通し、流路接続部材と接する液体の流路が形成されている。ここで、電気接続部材は、第一の金属を含む第一の電気接続部材と、第一の金属と第三の金属との共晶を含む第二の電気接続部材とを含む。また、流路接続部材は、第二の金属を含む第一の流路接続部材と、接着剤を含む第二の流路接続部材とを含む。

本発明に係る液体吐出ヘッドは、素子基板と配線基板とを電気的に接合する電気接続部材が、第一の金属を含む第一の電気接続部材と、第一の金属と第三の金属との共晶を含む第二の電気接続部材とを含む。該電気接続部材は第一の金属と第三の金属との共晶を含む第二の電気接続部材を含むため、共晶結合により素子基板と配線基板とを接合することができ、高い強度で電気的に両者を接合することができる。また、第一の金属と第三の金属との共晶結合により素子基板と配線基板とを接合することで、低い温度で両者を接合することができるため、接合時の加熱による圧電素子の劣化を抑制することができる。また、共晶結合により接合した後は、形成された共晶の融点は高いため、接合温度より高い温度にも十分耐えることができる。さらに、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体の流路を形成し、かつ素子基板と配線基板とを接合する流路接続部材が、第二の金属を含む第一の流路接続部材と、接着剤を含む第二の流路接続部材とを含む。該流路接続部材は第二の金属を含む第一の流路接続部材と、接着剤を含む第二の流路接続部材により構成されるため、インク等の液体と接触しても電池作用等が生じず、液体に対して高い耐性を有する。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドについて説明する。以下の各実施形態では、本発明の一実施形態である液体としてインクを吐出するインクジェット記録ヘッドについて具体的な構成を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明に係る液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に適用可能である。例えば、バイオチップ作製や電子回路印刷などの用途としても用いることができる。また、以下に述べる実施形態は本発明の適切な具体例であるため、技術的に好ましい様々な限定が付与されている。しかしながら、本発明の思想に沿うものであれば、本実施形態は本明細書の実施形態やその他の具体的な方法に限定されるものではない。

（第一の実施形態）
図１に、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを備えるインクジェット記録装置の一例の概念図を示す。被記録体である記録媒体１は、記録媒体１を搬送する移動手段である紙送りローラー２により矢印の方向へ送られ、プラテン３上で記録される。該インクジェット記録装置には４組のインクジェット記録ヘッドユニット４が設けられ、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックのインクをそれぞれ吐出して記録を行う。インクジェット記録ヘッドユニット４にはインクジェット記録ヘッドが設けられ、インクジェット記録ヘッドの圧力発生手段を電気的に駆動する駆動手段５が接続されている。駆動手段５はコントローラー６から送られる画像信号等に基づいて駆動信号を発生する。

図２に、インクジェット記録ヘッドユニット４を吐出口面側から見た平面図を示す。インクジェット記録ヘッドユニット４には、複数のインクジェット記録ヘッド７が交互に配置され結合されている。夫々のインクジェット記録ヘッド７は約１０００個の吐出口を有し、１２００ｄｐｉの記録が可能である。

図３に、インクジェット記録ヘッド７の素子基板を吐出口面側から見た平面図を示す。図３に示されるインクジェット記録ヘッド７には、吐出口に連通し、インクを吐出するための圧力を発生させる圧力室１０２が１７１個ずつ６列配置されており、計１０２６個の吐出口からインクを吐出することができる。また、インクジェット記録ヘッド７には、圧力室１０２を変形させる圧電素子が配置された領域へのインクの侵入を防ぐための封止部材１１９が、全ての圧力室１０２を囲うように配置されている。また、封止部材１１９の隣には実装端子１２８が設けられており、ＦＰＣを介してコントローラーから送られる駆動信号をインクジェット記録ヘッド７へ入力することができる。

図４に、図３に示されるインクジェット記録ヘッドの素子基板における実装端子部分の拡大図を示す。吐出口１０１に連通した圧力室１０２を変形させるための圧電素子１０７に駆動電圧を付与するための電極が配置されており、各圧電素子１０７の一方の電極には個別の電気接続部材１１７が接続され、他方の電極には共通電極１２１が接続されている。各圧力室１０２へインクを供給するインクの流路１０４は、流路接続部材１２３によって形成されている。各吐出口１０１の列の共通電極１２１は下電極層１０６で互いに接続されて、実装端子１２８へと引き出されている。後述する配線基板には、例えばＣＭＯＳトランジスタで構成される駆動回路が形成されており、配線基板から実装端子１２８へ入力された駆動信号を基にして、各吐出口１０１に対応した圧電素子１０７を駆動することができる。実装端子１２８へ入力された駆動信号は、引出電極１２７、１３２、共通信号接続部材１３０および駆動信号接続部材１２５を介して素子基板へ入力される。

図５に、図４に示されるインクジェット記録ヘッドのＡ−Ａ’における断面図を示す。インクジェット記録ヘッド７は、吐出口１０１を有する吐出口形成部材１１２、圧力室１０２及び圧電素子１０７を有する素子基板１１３、駆動回路を有する配線基板１１４、並びに各圧力室１０２にインクを供給するインク供給基板１１５を有する。素子基板１１３は圧電素子１０７と圧力室１０２との間に振動板１０５を有する。振動板１０５上には、下電極層１０６、圧電素子１０７及び上電極層１０８からなる駆動素子が配置されており、該駆動素子は防湿を目的として保護膜１０９で覆われている。保護膜１０９には開口が設けられており、該開口部には、下電極層１０６から電極を引き出す個別引出電極１１０、および上電極層１０８から電極を引き出す共通引出電極１１１が形成されている。

配線基板１１４には駆動回路が形成されており、該駆動回路はＣＭＯＳトランジスタ、シフトレジスタ、ラッチ回路等で構成されるスイッチング回路であることができる。実装端子から入力される駆動信号には、インクを吐出する吐出口１０１を選択する吐出口選択信号、圧電素子１０７を駆動してインクの吐出を行う吐出駆動波形信号、インクの吐出を行わずにメニスカスを振動させて回復を行う非吐出駆動波形信号等が含まれる。配線基板１１４内のスイッチング回路により、駆動信号に応じて任意の吐出口１０１に対応する圧電素子１０７に駆動波形を印加することができる。なお、配線基板１１４の駆動回路はスイッチング回路に限定されるものではなく、電力増幅アンプや波形発生手段を備えてもよい。また、配線数が少ない低解像度のインクジェット記録ヘッドにおいては、駆動回路を該インクジェット記録ヘッドとは別のチップに設け、実装端子を介して接続してもよい。このように配線基板１１４が圧電素子１０７を駆動する駆動回路を有する場合、実装端子の数が少なくなり、ＦＰＣの実装領域を狭くできるため、インクジェット記録ヘッド７のサイズを小さくすることができ、低コスト化が可能となる。

個別引出電極１１０上には電気接続部材が形成されており、配線基板１１４の接続パッドと接続されている。具体的には、個別引出電極１１０上に第一の金属を含む第一の電気接続部材１１７が形成されており、第一の金属と第三の金属との共晶を含む第二の電気接続部材１１８を介して配線基板１１４の接続パッドと接続されている。このように素子基板１１３と配線基板１１４とが電気的に接続されることにより、配線基板１１４から出力される駆動電圧波形をそれぞれの圧電素子１０７の下電極層１０６に印加することができる。なお、図５では第一の電気接続部材１１７は素子基板１１３上に形成されているが、第一の電気接続部材１１７を配線基板１１４の接続パッド上に形成し、第二の電気接続部材１１８を介して素子基板１１３の個別引出電極１１０に接続してもよい。

共通引出電極１１１上には第一の金属を含む共通電極１２１が形成されており、配線基板１１４と接着剤を含む接着部材１２２を介して接合されている。圧力室１０２と流路１０４との間の領域１０３には、振動板１０５の長手方向の変位を規制する構造体がないため、共通電極１２１が振動板１０５の変形領域を規制する振動板保持部材としても機能する。すなわち、共通電極１２１は振動板保持部材１２１であることができる。振動板上に設けられ、第一の金属を含み、所定の厚さを有する振動板保持部材１２１を用いた振動板保持方法は、接着剤のみを用いた振動板保持方法に比べて、領域１０３における振動板１０５の剛性が高く、振動板１０５の過剰な変形を防止できる。振動板保持部材１２１を用いた振動板保持方法では、振動板１０５の変位量およびコンプライアンスを規定できるため、十分な振動板１０５の変位量を確保しつつ、圧力室１０２の共振周波数を高く、かつ、ばらつき少なく保つことができる。なお、振動板保持部材１２１は配線基板１１４に接着されていなくてもよく、上述したように素子基板端で電気的に接続されるため、共通電極としての機能を果たすことができる。

インク供給基板１１５のインク供給流路１１６から供給されたインクは、配線基板１１４および振動板１０５を貫通し、配線基板１１４と素子基板１１３とを接合する流路接続部材で形成されたインクの流路１０４を通り、圧力室１０２に連通している。該流路接続部材は、第二の金属を含む第一の流路接続部材１２３と、接着剤を含む第二の流路接続部材１２４からなる。インクと接する流路接続部材の表面は、金属元素として一種類の金属元素のみを含むことが好ましい。なお、図５において第一の流路接続部材１２３は素子基板１１３上に形成されているが、第一の流路接続部材１２３を配線基板１１４上に形成し、第二の流路接続部材１２４を介して素子基板１１３と接合してもよい。また、駆動素子を外部のインクから封止するための、第二の金属を含む封止部材１１９が素子基板１１３上に形成されており、接着部材１２０を介して配線基板１１４と接合されている。

第二の電気接続部材１１８は、第一の金属と第三の金属との共晶を含み、共晶結合により素子基板１１３と配線基板１１４とを接合する。共晶結合を用いることにより低い温度での接合が可能なため、接合時の加熱による圧電素子１０７の劣化を防止することでき、かつ、共晶結合した後は接合温度よりも高い温度に耐えることができる。そのため、第一の金属と第三の金属との共晶の融点は、第三の金属の融点よりも高いことが好ましい。なお、融点は相平衡状態図から得られる値である。第一の金属としては、例えばＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、それらの金属の少なくとも一つを含む合金が挙げられ、Ａｕ、Ａｕを含む合金が好ましい。第三の金属としては、第一の金属よりも融点が低く、第一の金属と共晶を形成可能な金属を用いることができ、例えばＩｎ、Ｓｎ、それらの金属の少なくとも一つを含む合金が挙げられ、Ｉｎ、Ｉｎを含む合金が好ましい。第二の金属は耐インク性を有する金属であることができるが、第一の金属と第二の金属とが同じ金属であることが、第一の電気接続部材１１７、第一の流路接続部材１２３、共通電極１２１及び封止部材１１９を一括して形成することができるため好ましい。また、第一の金属と第二の金属とが同じ金属である場合、第一の電気接続部材１１７、第一の流路接続部材１２３、共通電極１２１及び封止部材１１９における熱膨張率の違い等がなくなり、接合部における剥がれが生じにくくなる。なお、後述するように第一の金属と第二の金属とは異なる金属であってもよい。

第二の流路接続部材１２４、接着部材１２０、１２２に含まれる接着剤は、熱硬化型樹脂を含むことが好ましい。熱硬化型樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂などが挙げられる。これらは一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。接着剤が熱硬化型樹脂を含むことにより、第二の電気接続部材１１８による共晶結合と、第二の流路接続部材１２４、接着部材１２０、１２２による接着結合とを一括して形成することができる。

例えば配線基板１１４がＣＭＯＳ基板である場合、接合の際の加熱温度は４５０℃以下であることが好ましい。第一の金属、第三の金属、接着剤として上述した材料を用いることにより、４５０℃以下で共晶結合と接着結合を形成することができ、低温で素子基板１１３と配線基板１１４との接合を行うことができる。また、熱硬化型樹脂の劣化を考慮すると、接合の際の加熱温度は２２０℃以下であることが好ましい。第一の金属としてＡｕ、第三の金属としてＩｎを用いる場合、約１５０℃で共晶結合を形成することができるため、接着剤を劣化させずにＣＭＯＳ基板の接合を行うことができる。なお、Ａｕ−Ｉｎの平衡相図によると、Ａｕ−Ｉｎは１５６℃以上で合金化し、ＡｕＩｎ又はＡｕＩｎ_２になる。それぞれの合金の融点は約４５０℃と約５００℃である。したがって、接合後に２００℃以上の加熱工程を実施する場合にも、金属接合部の再溶融を防ぐことができる。

図５において、素子基板１１３の表面に対して垂直な方向（図５の上下方向）における第一の電気接続部材１１７、第一の流路接続部材１２３、共通電極１２１及び封止部材１１９の厚さは、駆動素子の厚さよりも厚い。そのため、電圧駆動による駆動素子の変形を配線基板１１４が阻害しないスペースが確保されている。第一の電気接続部材１１７、第一の流路接続部材１２３、共通電極１２１及び封止部材１１９の厚さは、例えば駆動素子の厚さが２〜３μｍの場合、５〜１０μｍであることが好ましい。また、図５に示されるように、素子基板１１３の表面に対して垂直な方向における第一の流路接続部材１２３の厚さは、第二の流路接続部材１２４の厚さよりも厚いことが好ましい。同様に、素子基板１１３の表面に対して垂直な方向における共通電極１２１及び封止部材１１９の厚さは、接着部材１２２、１２０の厚さよりも厚いことが好ましい。これにより、素子基板１１３と配線基板１１４との接合部の大部分が、ほぼ同じ熱膨張率の材料（第一の金属、第二の金属）で形成され、熱膨張率の差による接合部の剥がれが生じにくくなる。また、接着剤の硬化収縮による接合部の剥がれも生じにくくなる。

図６に、図４に示されるインクジェット記録ヘッドのＢ−Ｂ’における断面図を示す。共通電極に接続された下電極層１０６は、共通信号接続部材１３０および実装端子１２８まで引き出される。下電極層１０６と封止部材１１９とは保護膜１０９により電気的に絶縁されており、インク付着による不要な電気的接続が生じないようになっている。共通信号接続部材１３０および実装端子１２８の位置では、下電極層１０６上に引出電極１３２が設けられており、各々と電気的に接続されている。共通信号接続部材１３０は第一の金属を含み、第一の金属と第三の金属との共晶を含む接続部材１３１を介して共晶結合により配線基板１１４と接合され、配線基板１１４内の駆動回路と接続される。また、実装端子１２８は第一の金属を含み、ＦＰＣ１２９と接合されてコントローラーと接続される。

図７に、図４に示されるインクジェット記録ヘッドのＣ−Ｃ’における断面図を示す。駆動信号接続部材１２５は第一の金属を含み、第一の金属と第三の金属との共晶を含む接続部材１２６を介して共晶結合により配線基板１１４と接合され、配線基板１１４内の駆動回路と接続される。駆動信号接続部材１２５と実装端子１２８とは、引出電極１２７を介して電気的に接続されている。

このような構成にすることにより、各圧電素子１０７の上電極層１０８を共通電極１２１を介して実装端子１２８と接続することができる。また、下電極層１０６を第一の電気接続部材１１７、第二の電気接続部材１１８および配線基板１１４を介して実装端子１２８と接続することができる。

（第二の実施形態）
図１０に、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの一例の断面図を示す。図１０は、第一の実施形態における図５に相当する断面図である。本実施形態では、第一の電気接続部材１１７は、コア部分である第二の金属からなる構造体１３３の表面に、第一の金属からなる膜１３４が被覆された部材である。本実施形態において、第一の金属としてはＡｕが挙げられる。また、第二の金属としてはＡｕよりも安価な金属を用いることができ、例えばＮｉ、Ａｇ、Ｃｕが挙げられ、Ｎｉが好ましい。このように、本実施形態では第二の金属として第一の金属よりも安価な金属を用いることができるため、低コストなインクジェット記録ヘッドを提供することができる。後述するように、第一の金属からなる膜１３４は、第二の金属の置換めっきにより、構造体１３３の表層のみを第一の金属で被覆することにより形成することができる。第一の電気接続部材１１７の第一の金属からなる膜１３４は、第一の金属と第三の金属との共晶を含む第二の電気接続部材１１８を介して配線基板１１４と接合されている。第三の金属としては、第一の実施形態と同様の金属を用いることができる。

図１０に示されるインクジェット記録ヘッド７では、第一の流路接続部材１２３、共通電極１２１及び封止部材１１９も、第一の電気接続部材１１７と同様の構成を有する。即ち、第一の流路接続部材１２３は、コア部分である第二の金属からなる構造体１３９の表面に、第一の金属からなる膜１４０が被覆された部材である。第一の流路接続部材１２３の第一の金属からなる膜１４０は、接着剤を含む第二の流路接続部材１２４を介して配線基板１１４と接合されている。また、共通電極１２１は、コア部分である第二の金属からなる構造体１３７の表面に、第一の金属からなる膜１３８が被覆された部材である。共通電極１２１の第一の金属からなる膜１３８は、接着剤を含む接着部材１２２を介して配線基板１１４と接合されている。また、封止部材１１９は、コア部分である第二の金属からなる構造体１３５の表面に、第一の金属からなる膜１３６が被覆された部材である。封止部材１１９の第一の金属からなる膜１３６は、接着剤を含む接着部材１２０を介して配線基板１１４と接合されている。接着剤としては、第一の実施形態と同様の接着剤を用いることができる。なお、第一の流路接続部材１２３、共通電極１２１及び封止部材１１９については、第二の金属からなる構造体１３９、１３７、１３５の表面に、第一の金属からなる膜１４０、１３８、１３６を設けなくてもよい。

［液体吐出ヘッドの製造方法］
本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、以下の工程を有する。圧電素子と、該圧電素子の一方の面側に設けられた圧力室と、基板を貫通する液体の流路と、を有する素子基板を用意する工程。基板を貫通する液体の流路と、電気配線と、を有する配線基板を用意する工程。前記素子基板又は前記配線基板上に、第一の金属を含む第一の電気接続部材を形成する工程。前記素子基板又は前記配線基板の前記流路に対応する位置に、第二の金属を含む第一の流路接続部材を形成する工程。前記素子基板又は前記配線基板の前記第一の電気接続部材に対応する位置に、前記第一の金属よりも融点が低く、前記第一の金属と共晶を形成可能な第三の金属を含む第二の電気接続部材を形成する工程。前記素子基板又は前記配線基板の前記第一の流路接続部材に対応する位置に、接着剤を含む第二の流路接続部材を形成する工程。前記配線基板を前記圧電素子の前記一方の面とは反対の面側に配置し、前記素子基板と前記配線基板とを積層して加熱することにより、前記素子基板と前記配線基板とを接合する工程。

本発明に係る方法では、第一の金属と第三の金属との共晶結合による電気接続部材での素子基板と配線基板との接合と、接着剤による流路接続部材での素子基板と配線基板との接合とを低い温度で一括して実施することができる。そのため、圧電素子の劣化を抑制しつつ、効率よく、素子基板と配線基板との接合強度が高く、液体に対する耐性が高い本発明に係る液体吐出ヘッドを製造することができる。以下、本発明に係る方法の例として、前記第一の実施形態及び第二の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。

（第三の実施形態）
本実施形態は、前記第一の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。図８及び図９に、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例の断面図を示す。図８には素子基板側の製造工程を、図９には配線基板側の製造工程をそれぞれ示す。なお、図内の破線で示す部分はインクの流路に対応する箇所である。

まず、図８により素子基板側の製造工程の一例を示す。まず、素子基板１１３上の全面にめっき成長のためのシード電極（不図示）を形成する。シード電極の材料としては、例えばＣｕ／ＴｉやＡｕ／Ｔｉなどを用いることができる。シード電極はスパッタや真空蒸着によって形成することができる。次に、図８（１）に示されるように、素子基板１１３上にフォトレジストを用いてめっき用のモールドパターンであるフォトレジストパターン１５０を形成する。フォトレジストは液状であってもドライフィルムであっても構わないが、めっきで形成する金属パターンの高さに応じた厚さを有することが求められる。そのため、１０μｍ以上の厚さが求められる場合には、フォトレジストはドライフィルムであることが好ましい。

次に、図８（２）に示されるように、電解めっき又は無電解めっきを用いて第一の金属のめっきパターン１５１を形成する。第一の金属としては、例えばＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、それらの金属の少なくとも一つを含む合金であることができ、Ａｕ、Ａｕを含む合金であることが好ましい。次に、図８（３）に示されるように、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いて第一の金属のめっきパターン１５１を平坦化する。次に、図８（４）に示されるように、フォトレジストパターン１５０を剥離液によって除去し、シード電極をエッチングによって除去する。以上により、素子基板１１３上に、第一の金属（ここでは第一の金属と第二の金属とは同じ金属）からなる、第一の電気接続部材１１７、第一の流路接続部材１２３、共通電極（振動板保持部材）１２１及び封止部材１１９が形成される。このように、第一の金属と第二の金属とが同じ金属であり、第一の電気接続部材１１７及び第一の流路接続部材１２３を一括して形成することが、工程を簡略化できるため好ましい。また、共通電極（振動板保持部材）１２１、封止部材１１９についても、第一の電気接続部材１１７及び第一の流路接続部材１２３と一括して形成することが、工程を簡略化できるため好ましい。

次に、図９により配線基板側の製造工程の一例を示す。まず、図９（１）に示されるように、配線基板１１４上にフォトレジストを用いてフォトレジストパターン１５０を形成する。次に、図９（２）に示されるように、前記第一の金属よりも融点が低く、前記第一の金属と共晶を形成可能な第三の金属を含む金属膜１５２を形成する。第三の金属としては、例えばＩｎ、Ｓｎ、それらの金属の少なくとも一つを含む合金であることができ、Ｉｎ、Ｉｎを含む合金であることが好ましい。金属膜１５２は、真空蒸着によって形成することができる。金属膜１５２は複数の層を含むことができ、例えば第一の金属がＡｕ、第三の金属がＩｎである場合、Ａｕ／Ｉｎ／Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの五層からなることができる。この場合、最表面のＡｕ層はＩｎ層の酸化防止膜として機能し、Ａｕ層とＩｎ層の間のＴｉ層は、Ｉｎ層の下層側に位置するＡｕ層への拡散防止層として機能する。次に、図９（３）に示されるように、フォトレジストパターン１５０を剥離液によって除去することで、第二の電気接続部材１１８を形成する。

次に、図９（４）に示されるように、接着剤を配線基板１１４上の全面に塗布し、接着剤膜１５３を形成する。接着剤としては、熱硬化型樹脂を含む接着剤を用いることができる。接着剤膜１５３は、例えばスピンコートなどによって形成することができる。次に、図９（５）に示されるように、接着剤膜１５３をパターニングするためのフォトレジストパターン１５０を形成する。次に、図９（６）に示されるように、接着剤膜１５３をパターニングする。接着剤膜１５３のパターニングはＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等によって行うことができる。次に、図９（７）に示されるように、フォトレジストパターン１５０を剥離液によって除去し、第二の流路接続部材１２４、接着部材１２０、１２２を形成する。なお、前述したように、得られるインクジェット記録ヘッドは、素子基板１１３の表面に対して垂直な方向における、第一の流路接続部材１２３の厚さが、第二の流路接続部材１２４の厚さよりも厚いことが好ましい。第一の流路接続部材１２３の厚さが厚いことで、接着剤の硬化収縮や、金属と接着剤の熱膨張率の差に起因する剥がれを抑制することができる。

次に、素子基板１１３と配線基板１１４とを積層し、加熱により接合することで、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドが得られる。接着剤からのガス発生や第三の金属の酸化を防止するために、接合は真空下又は窒素などの不活性ガス下で行うことが好ましい。接合条件（温度、荷重、時間）は、第三の金属の溶融温度、接着剤の硬化温度、第一の金属と第三の金属の拡散速度等によって適宜決定することができる。例えば、第一の金属がＡｕ又はＡｕを含む合金、第三の金属がＩｎ又はＩｎを含む合金であり、接着剤が熱硬化型樹脂を含む場合、接合の際の加熱温度は１５０℃以上、３００℃以下であることが好ましい。該加熱温度は、１５６℃以上、２２０℃以下であることがより好ましく、１６０℃以上、２２０℃以下であることがさらに好ましい。なお、Ｉｎの融点は１５６℃である。また、この場合、接合圧力は５〜２０ＭＰａ、接合時間は０．５〜２時間であることができる。なお、接合により第一の金属と第三の金属との共晶が形成されていることは、接合界面の断面をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察することで確認することができる。

（第四の実施形態）
本実施形態は、前記第二の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。本実施形態では、第一の電気接続部材を形成する工程及び第一の流路接続部材を形成する工程が、めっきにより第二の金属からなる構造体を形成する工程と、置換めっきにより前記構造体の表面に第一の金属からなる膜を形成する工程と、を有する。ここで、第一の金属としてはＡｕを用いることができる。また、第二の金属としてはＡｕよりも安価なＮｉ、Ａｇ、Ｃｕ等を用いることができる。このように、本実施形態では第二の金属として第一の金属よりも安価な金属を用いることができるため、インクジェット記録ヘッドを低コストで製造することができる。

図１１に、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例の断面図を示す。図１１は素子基板側の製造工程を示しており、配線基板側の製造工程は第三の実施形態と同様のため省略する。まず、第三の実施形態と同様に、素子基板１１３上の全面にシード電極（不図示）を形成した後、図１１（１）に示されるように、素子基板１１３上にフォトレジストパターン１５０を形成する。次に、図１１（２）に示されるように、電解めっき又は無電解めっきを用いて第二の金属のめっきパターン１５４を形成する。次に、第三の実施形態と同様に、図１１（３）に示されるようにＣＭＰを用いて第二の金属のめっきパターン１５４を平坦化し、図１１（４）に示されるようにフォトレジストパターン１５０を剥離液で除去し、シード電極をエッチングによって除去する。

次に、図１１（５）に示されるように、第一の金属の無電解めっきにより、第二の金属のめっきパターン１５４表面を第一の金属で置換し、第一の金属からなる膜１５５を形成する。第一の金属からなる膜１５５の厚さは、接合信頼性に寄与するため１μｍ以上であることが好ましく、１〜３μｍであることがより好ましい。なお、図１１に示される方法では、第一の金属からなる膜１５５は露出している個別引出電極１１０や共通引出電極１１１上にも形成されるが、本実施形態では特に問題にはならない。しかしながら、個別引出電極１１０や共通引出電極１１１上への第一の金属からなる膜１５５の形成を防止するために、予め保護膜を形成してもよい。その後、第三の実施形態と同様に、素子基板１１３と配線基板１１４とを積層し、加熱により接合することで、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドが得られる。

以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明する。本発明は、その要旨を超えない限り、下記の実施例によって何ら限定されるものではない。

［実施例１］
本実施例では、図８及び図９に示される工程によりインクジェット記録ヘッドを製造した。まず、素子基板１１３上の全面にシード電極（不図示）を形成した後、図８（１）に示されるように、素子基板１１３上にフォトレジストパターン１５０を形成した。次に、図８（２）に示されるように、電解めっきを用いてＡｕのめっきパターン１５１を形成した。次に、図８（３）に示されるように、ＣＭＰを用いてＡｕのめっきパターン１５１を平坦化した後、図８（４）に示されるように、フォトレジストパターン１５０を剥離液によって除去し、シード電極をエッチングによって除去した。以上により、素子基板１１３上に、Ａｕからなり、厚さが７μｍの、第一の電気接続部材１１７、第一の流路接続部材１２３、共通電極（振動板保持部材）１２１及び封止部材１１９を形成した。

次に、図９（１）に示されるように、配線基板１１４上にフォトレジストを用いてフォトレジストパターン１５０を形成した。次に、図９（２）に示されるように、真空蒸着によって、Ａｕ／Ｉｎ／Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの金属膜１５２（厚さ：４０ｎｍ／２０００ｎｍ／２０ｎｍ／２００ｎｍ／２０ｎｍ）を形成した。なお、Ｉｎは低融点金属であるため、スパッタで２０００ｎｍの厚さの連続成膜を試みるとターゲット自体が高温となり溶融する可能性がある。ターゲットが溶融すると成膜レートが著しく低下し、膜の厚さを制御できなくなるため、蒸着法により成膜を行うことが好ましい。次に、図９（３）に示されるように、フォトレジストパターン１５０を剥離液によって除去することで、第二の電気接続部材１１８を形成した。

次に、図９（４）に示されるように、接着剤を配線基板１１４上の全面に塗布し、接着剤膜１５３を形成した。接着剤としては、Ｄｏｗ社製のＢＣＢ（ＢｅｎｚｏＣｙｃｌｏＢｕｔｅｎｅ、Ｃｙｃｌｏｔｅｎｅシリーズ）を用い、スピンコートによって塗布した。次に、図９（５）に示されるように、接着剤膜１５３をパターニングするためのフォトレジストパターン１５０を形成した。次に、図９（６）に示されるように、ＣＦ_４／Ｏ_２（１：４）ガスを用いたＲＩＥによって接着剤膜１５３をパターニングした。なお、フォトレジストとＢＣＢとの選択比は１：１であるため、接着剤膜１５３上のフォトレジストパターン１５０の厚さを、接着剤膜１５３の厚さ以上とした。次に、図９（７）に示されるように、フォトレジストパターン１５０を剥離液によって除去し、厚さが３μｍの、第二の流路接続部材１２４、接着部材１２０、１２２を形成した。

次に、素子基板１１３と配線基板１１４とを積層して、加熱により接合した。接合は、真空チャンバー内において下記の条件で行った。
・接合圧力：約１０ＭＰａ
・接合温度：２００℃
・接合時間：６０分
以上により作製されたインクジェット記録ヘッドの接合界面の断面をＳＥＭで確認すると、Ａｕ−Ｉｎの拡散合金層が観察された。このことから両金属は共晶結合されていることを確認した。また、接合シェア強度を測定したところ、ＡｕとＩｎの共晶を含む第二の電気接続部材１１８部分、ＢＣＢを含む第二の流路接続部材１２４部分共に２０ＭＰａ以上の強度を有し、十分な接合強度を有することが確認された。また、インクの流路と接する流路接続部材は、Ａｕからなる第一の流路接続部材１２３と、ＢＣＢからなる第二の流路接続部材１２４からなるため、該インクジェット記録ヘッドはインクに対する耐性が高かった。さらに、接合温度は２００℃であるため、圧電素子の劣化が抑制されたインクジェット記録ヘッドが得られた。

［実施例２］
本実施例では、図１１に示される工程によりインクジェット記録ヘッドを製造した。なお、図１１は素子基板側の製造工程を示しており、配線基板側の製造工程は実施例１と同様のため省略する。まず、実施例１と同様に、素子基板１１３上の全面にシード電極（不図示）を形成した後、図１１（１）に示されるように、素子基板１１３上にフォトレジストパターン１５０を形成した。次に、図１１（２）に示されるように、電解めっきを用いてＮｉのめっきパターン１５４を形成した。次に、実施例１と同様に、図１１（３）に示されるようにＣＭＰを用いてＮｉのめっきパターン１５４を平坦化し、図１１（４）に示されるようにフォトレジストパターン１５０を剥離液で除去し、シード電極をエッチングによって除去した。次に、図１１（５）に示されるように、Ａｕの無電解めっきにより、Ｎｉのめっきパターン１５４表面をＡｕで置換し、厚さが１μｍのＡｕからなる膜１５５を形成した。その後、実施例１と同様に、素子基板１１３と配線基板１１４とを積層して、加熱により接合した。

以上により作製されたインクジェット記録ヘッドの接合界面の断面をＳＥＭで確認すると、Ａｕ−Ｉｎの拡散合金層が観察された。このことから両金属は共晶結合されていることを確認した。また、接合シェア強度を測定したところ、ＡｕとＩｎの共晶を含む第二の電気接続部材１１８部分、ＢＣＢを含む第二の流路接続部材１２４部分共に２０ＭＰａ以上の強度を有し、十分な接合強度を有することが確認された。また、インクの流路と接する流路接続部材は、表面がＡｕで覆われた第一の流路接続部材１２３と、ＢＣＢからなる第二の流路接続部材１２４からなるため、該インクジェット記録ヘッドはインクに対する耐性が高かった。さらに、接合温度は２００℃であるため、圧電素子の劣化が抑制されたインクジェット記録ヘッドが得られた。特に、本実施例では、第一の電気接続部材１１７、第一の流路接続部材１２３、共通電極（振動板保持部材）１２１及び封止部材１１９のコア部分が、Ａｕより安価なＮｉからなるため、低コストでインクジェット記録ヘッドを製造することができた。

７ インクジェット記録ヘッド
１０２ 圧力室
１０４ 流路
１０７ 圧電素子
１１３ 素子基板
１１４ 配線基板
１１７ 第一の電気接続部材（電気接続部材）
１１８ 第二の電気接続部材
１２３ 第一の流路接続部材（流路接続部材）
１２４ 第二の流路接続部材

Claims (19)

1. 圧電素子と、該圧電素子の一方の面側に設けられた圧力室と、を有する素子基板と、
   前記圧電素子の前記一方の面とは反対の面側に配置された配線基板と、
   前記素子基板と配線基板とを接合する電気接続部材及び流路接続部材と、
   を有する液体吐出ヘッドであって、
   前記素子基板と前記配線基板を貫通し、前記流路接続部材と接する液体の流路が形成されており、
   前記電気接続部材が、第一の金属を含む第一の電気接続部材と、第一の金属と第三の金属との共晶を含む第二の電気接続部材とを含み、
   前記流路接続部材が、第二の金属を含む第一の流路接続部材と、接着剤を含む第二の流路接続部材とを含むことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記第一の金属と前記第二の金属とが同じ金属である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記第一の金属と第三の金属との共晶の融点が、前記第三の金属の融点よりも高い請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記第一の金属が、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ又はそれらの金属の少なくとも一つを含む合金であり、
   前記第三の金属が、Ｉｎ、Ｓｎ又はそれらの金属の少なくとも一つを含む合金である請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第一の金属がＡｕ又はＡｕを含む合金であり、
   前記第三の金属がＩｎ又はＩｎを含む合金である請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記接着剤が熱硬化型樹脂を含む請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記第一の電気接続部材が、第二の金属からなる構造体の表面に第一の金属からなる膜が被覆された部材である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記第一の金属がＡｕであり、前記第二の金属がＮｉ、Ａｇ又はＣｕである請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記素子基板の表面に対して垂直な方向における、前記第一の流路接続部材の厚さが、前記第二の流路接続部材の厚さよりも厚い請求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記配線基板が、前記圧電素子を駆動する駆動回路を有する請求項１から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記素子基板が、前記圧電素子と前記圧力室との間に振動板を有し、
    前記液体吐出ヘッドが、前記振動板上に前記第一の金属を含む振動板保持部材を有する請求項１から１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 圧電素子と、該圧電素子の一方の面側に設けられた圧力室と、基板を貫通する液体の流路と、を有する素子基板を用意する工程と、
    基板を貫通する液体の流路と、電気配線と、を有する配線基板を用意する工程と、
    前記素子基板又は前記配線基板上に、第一の金属を含む第一の電気接続部材を形成する工程と、
    前記素子基板又は前記配線基板の前記流路に対応する位置に、第二の金属を含む第一の流路接続部材を形成する工程と、
    前記素子基板又は前記配線基板の前記第一の電気接続部材に対応する位置に、前記第一の金属よりも融点が低く、前記第一の金属と共晶を形成可能な第三の金属を含む第二の電気接続部材を形成する工程と、
    前記素子基板又は前記配線基板の前記第一の流路接続部材に対応する位置に、接着剤を含む第二の流路接続部材を形成する工程と、
    前記配線基板を前記圧電素子の前記一方の面とは反対の面側に配置し、前記素子基板と前記配線基板とを積層して加熱することにより、前記素子基板と前記配線基板とを接合する工程と、
    を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
13. 前記第一の金属と前記第二の金属とが同じ金属であり、前記第一の電気接続部材及び前記第一の流路接続部材を一括して形成する請求項１２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
14. 前記第一の金属が、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ又はそれらの金属の少なくとも一つを含む合金であり、
    前記第三の金属が、Ｉｎ、Ｓｎ又はそれらの金属の少なくとも一つを含む合金である請求項１２又は１３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
15. 前記第一の金属がＡｕ又はＡｕを含む合金であり、
    前記第三の金属がＩｎ又はＩｎを含む合金であり、
    前記接着剤が熱硬化型樹脂を含み、
    前記素子基板と前記配線基板とを接合する工程における加熱温度が１５６℃以上、２２０℃以下である請求項１４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
16. 前記第一の電気接続部材を形成する工程及び前記第一の流路接続部材を形成する工程が、
    めっきにより前記第二の金属からなる構造体を形成する工程と、
    置換めっきにより前記構造体の表面に第一の金属からなる膜を形成する工程と、
    を有する請求項１２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
17. 前記第一の金属がＡｕであり、前記第二の金属がＮｉ、Ａｇ又はＣｕである請求項１６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
18. 前記素子基板の表面に対して垂直な方向における、前記第一の流路接続部材の厚さが、前記第二の流路接続部材の厚さよりも厚い請求項１２から１７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
19. 前記素子基板が、前記圧電素子と前記圧力室との間に振動板を有し、
    前記振動板上に前記第一の金属を含む振動板保持部材を、前記第一の電気接続部材及び前記第一の流路接続部材と一括して形成する請求項１３、１６及び１７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。