JP2021006410A - Inkjet apparatus and inkjet apparatus manufacturing method - Google Patents

Inkjet apparatus and inkjet apparatus manufacturing method Download PDF

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Abstract

To provide inkjet apparatus a manufacturing method capable of reducing the etching time required for forming a through-hole in a protection plate, and also to provide an inkjet apparatus manufactured by the method.SOLUTION: An inkjet head 1 includes: an actuator substrate 2 for defining a cavity 5 in which ink is stored; a vibrating membrane 6 supported by the actuator substrate 2, and defining the cavity 5; a piezoelectric element 7 provided on the vibrating membrane 6, and displacing the vibrating membrane 6 to change the volume of the cavity 5; an ink supply path 14 communicating with the cavity 5; and a protection substrate 4 fixed to the actuator substrate 2 so as to cover the piezoelectric element 7, and having a through-hole 36 communicating with the ink supply path 14. The through-hole 36 has a large diameter portion 38 and a small diameter portion 39 in this order from a surface 11 facing the actuator substrate 2.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、インクジェット装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an inkjet device and a method for manufacturing the same.

特許文献1は、インクジェット式記録ヘッドを開示している。具体的には、特許文献1のインクジェット式記録ヘッドは、ノズル開口に連通する圧力発生室と、圧電体層と前記圧電体層に設けられた電極とを備えた圧電素子とを備えている。圧力発生室に溜められたインクは、ノズル開口を介して噴射される。 Patent Document 1 discloses an inkjet recording head. Specifically, the inkjet recording head of Patent Document 1 includes a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening, and a piezoelectric element including a piezoelectric layer and electrodes provided on the piezoelectric layer. The ink stored in the pressure generating chamber is ejected through the nozzle opening.

特開2013−91272号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-91272

特許文献1のインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子の保護基板に複数の貫通孔(たとえば、符号33,43)が形成されている。これらの貫通孔は、通常、保護基板をエッチングすることによって形成されるが、エッチング深さが深くなるにしたがってエッチングレートが下がるため、保護基板を貫通させるまでに長時間要する。
また、エッチングサイズが大きくなるほどエッチングレートが大きくなるので、複数の貫通孔の大きさが互いに異なる場合には、大きい方の貫通孔においてオーバーエッチング(アンダーカット)が生じる不具合もある。
In the inkjet recording head of Patent Document 1, a plurality of through holes (for example, reference numerals 33 and 43) are formed in the protective substrate of the piezoelectric element. These through holes are usually formed by etching the protective substrate, but since the etching rate decreases as the etching depth increases, it takes a long time to penetrate the protective substrate.
Further, since the etching rate increases as the etching size increases, there is a problem that overetching (undercut) occurs in the larger through hole when the sizes of the plurality of through holes are different from each other.

さらに、貫通孔は、むろん設計値通りの大きさで形成されることが好ましい。
この発明の一実施形態は、保護基板に貫通孔を形成するときに要するエッチング時間を短縮できるインクジェット装置の製造方法、およびそれによって得られるインクジェット装置を提供する。
また、この発明の一実施形態は、保護基板に貫通孔を形成するときにオーバーエッチングが生じることを抑制または防止することができるインクジェット装置の製造方法、およびそれによって得られるインクジェット装置を提供する。
Further, it is preferable that the through hole is formed with a size as designed.
One embodiment of the present invention provides a method for manufacturing an inkjet device capable of shortening the etching time required for forming a through hole in a protective substrate, and an inkjet device obtained thereby.
Further, one embodiment of the present invention provides a method for manufacturing an inkjet device capable of suppressing or preventing overetching when forming a through hole in a protective substrate, and an inkjet device obtained thereby.

さらに、この発明の一実施形態は、保護基板に設計値通りの大きさで貫通孔を形成することができるインクジェット装置の製造方法、およびそれによって得られるインクジェット装置を提供する。 Further, one embodiment of the present invention provides a method for manufacturing an inkjet device capable of forming through holes in a protective substrate having a size as designed, and an inkjet device obtained thereby.

この発明の一実施形態は、インクが貯留されるキャビティを区画するアクチュエータ基板と、前記アクチュエータ基板に支持され前記キャビティを区画する振動膜と、前記振動膜上に設けられ前記振動膜を変位させて前記キャビティの容積を変化させる圧電素子と、前記キャビティに連通するインク供給路と、前記圧電素子を覆うように前記アクチュエータ基板に固定され、前記インク供給路に連通する第1貫通孔を有する保護基板とを含み、前記第1貫通孔は、前記アクチュエータ基板に対向する面から順に小径部および当該小径部よりも径が大きい大径部を有している、インクジェット装置を提供する。 In one embodiment of the present invention, an actuator substrate for partitioning a cavity in which ink is stored, a vibrating membrane supported by the actuator substrate for partitioning the cavity, and a vibrating membrane provided on the vibrating membrane are displaced. A protective substrate having a piezoelectric element that changes the volume of the cavity, an ink supply path that communicates with the cavity, and a first through hole that is fixed to the actuator substrate so as to cover the piezoelectric element and communicates with the ink supply path. Provided is an inkjet apparatus in which the first through hole has a small diameter portion and a large diameter portion having a diameter larger than the small diameter portion in order from the surface facing the actuator substrate.

この発明の一実施形態は、インクが貯留されるキャビティを区画するアクチュエータ基板と、前記アクチュエータ基板に支持され前記キャビティを区画する振動膜と、前記振動膜上に設けられ前記振動膜を変位させて前記キャビティの容積を変化させる圧電素子と、前記キャビティに連通するインク供給路と、前記圧電素子を覆うように前記アクチュエータ基板に固定され、前記インク供給路に連通する第1貫通孔を有する保護基板とを含み、前記第1貫通孔は、前記アクチュエータ基板に対向する面の反対側から順に小径部および当該小径部よりも径が大きい大径部を有している、インクジェット装置を提供する。 In one embodiment of the present invention, an actuator substrate for partitioning a cavity in which ink is stored, a vibrating membrane supported by the actuator substrate for partitioning the cavity, and a vibrating membrane provided on the vibrating membrane are displaced. A protective substrate having a piezoelectric element that changes the volume of the cavity, an ink supply path that communicates with the cavity, and a first through hole that is fixed to the actuator substrate so as to cover the piezoelectric element and communicates with the ink supply path. Provided is an inkjet apparatus in which the first through hole has a small diameter portion and a large diameter portion having a diameter larger than the small diameter portion in order from the side opposite to the surface facing the actuator substrate.

この発明の一実施形態では、前記保護基板は、前記第1貫通孔よりも径が大きい第2貫通孔を有している。
この発明の一実施形態は、前記圧電素子に電気的に接続され、前記キャビティ外の領域に亘って延び、その一部がパッドとして露出した配線を含み、前記パッドを包含するパッド領域は、前記第2貫通孔から露出している。
In one embodiment of the present invention, the protective substrate has a second through hole having a diameter larger than that of the first through hole.
One embodiment of the present invention includes wiring that is electrically connected to the piezoelectric element, extends over a region outside the cavity, and is partially exposed as a pad, the pad region comprising the pad. It is exposed from the second through hole.

この発明の一実施形態では、前記圧電素子は、上部電極と、下部電極と、前記上部電極および前記下部電極に挟まれた圧電体膜とを含み、前記配線は、前記上部電極に接続された第1配線および前記下部電極に接続された第2配線を含む。
この発明の一実施形態では、前記第1貫通孔のアスペクト比(開口深さ/開口幅)は、前記第2貫通孔のアスペクト比の10倍以上である。
In one embodiment of the invention, the piezoelectric element includes an upper electrode, a lower electrode, and a piezoelectric film sandwiched between the upper electrode and the lower electrode, and the wiring is connected to the upper electrode. The first wiring and the second wiring connected to the lower electrode are included.
In one embodiment of the present invention, the aspect ratio (opening depth / opening width) of the first through hole is 10 times or more the aspect ratio of the second through hole.

この発明の一実施形態では、前記保護基板の厚さが、200μm〜500μmであり、前記第1貫通孔の開口幅は、30μm〜50μmであり、前記第2貫通孔の開口幅は、300μm〜1500μmである。
この発明の一実施形態では、前記小径部および前記大径部が、前記保護基板の厚さ方向途中に配置された段差面を介して連なっている。
In one embodiment of the present invention, the thickness of the protective substrate is 200 μm to 500 μm, the opening width of the first through hole is 30 μm to 50 μm, and the opening width of the second through hole is 300 μm to 300 μm. It is 1500 μm.
In one embodiment of the present invention, the small-diameter portion and the large-diameter portion are connected via a stepped surface arranged in the middle of the protective substrate in the thickness direction.

この発明の一実施形態では、前記段差面は、前記保護基板の厚さ方向ほぼ中央に配置されている。
この発明の一実施形態では、前記段差面は、前記小径部を取り囲む環状に形成されている。
この発明の一実施形態では、前記保護基板は、前記圧電素子を覆う領域に凹部を有しており、前記圧電素子は、前記凹部内に配置されている。
In one embodiment of the present invention, the stepped surface is arranged substantially at the center in the thickness direction of the protective substrate.
In one embodiment of the present invention, the stepped surface is formed in an annular shape surrounding the small diameter portion.
In one embodiment of the present invention, the protective substrate has a recess in a region covering the piezoelectric element, and the piezoelectric element is arranged in the recess.

この発明の一実施形態は、第1面およびその反対側の第2面を有する保護基板を前記第1面からエッチングすることによって、厚さ方向途中部に至る第1穴部を形成する工程と、前記保護基板の前記第2面における前記第1穴部の反対の第1領域から前記第1穴部に貫通するまで前記保護基板をエッチングすることによって、前記第1領域に第1貫通孔を形成する工程と、インク供給路を有する振動膜および圧電素子が表面から順に形成されたアクチュエータ基板を準備する工程と、平面視において前記第1貫通孔と前記インク供給路が一致するように、前記保護基板に前記アクチュエータ基板を固定する工程とを含む、インクジェット装置の製造方法を提供する。 One embodiment of the present invention includes a step of forming a first hole portion extending to an intermediate portion in the thickness direction by etching a protective substrate having a first surface and a second surface on the opposite side from the first surface. By etching the protective substrate from the opposite first region of the first hole portion on the second surface of the protective substrate until it penetrates the first hole portion, the first through hole is formed in the first region. The step of forming, the step of preparing an actuator substrate in which the diaphragm having the ink supply path and the piezoelectric element are formed in order from the surface, and the step of preparing the first through hole and the ink supply path so as to coincide with each other in a plan view. Provided is a method for manufacturing an etching apparatus, which comprises a step of fixing the actuator substrate to a protective substrate.

第1貫通孔を形成するために第1面および第2面それぞれからエッチングすることになるが、第1面から第2面まで一気にエッチングする場合に比べて、一回のエッチング深さが浅くて済む。そのため、第1貫通孔の形成までの平均のエッチングレートを高くすることができる。その結果、第1貫通孔の形成に要するエッチング時間を短縮することができる。 Etching is performed from each of the first surface and the second surface in order to form the first through hole, but the etching depth at one time is shallower than in the case of etching from the first surface to the second surface at once. I'm done. Therefore, the average etching rate up to the formation of the first through hole can be increased. As a result, the etching time required for forming the first through hole can be shortened.

この発明の一実施形態は、前記第1領域から横にずれた第2領域から、前記第1貫通孔よりも大きなエッチング幅で、前記第1領域のエッチングと同時にエッチングすることによって第2貫通孔を形成する工程を含む。
相対的にエッチングサイズが小さい第1貫通孔の形成領域に予め第1穴部が形成されているので、第1領域からは、保護基板の厚さから第1穴部の深さを差し引いた厚さの基板材料をエッチングすれば、第1貫通孔を形成することができる。したがって、第1領域と第2領域との間でエッチングレートは異なるが、各領域に貫通孔が形成されるタイミング(つまり、エッチングの完了時期)のばらつきをなくし、第1貫通孔と第2貫通孔を、ほぼ同じタイミングで形成することができる。その結果、オーバーエッチングの発生を抑制または防止することができる。
In one embodiment of the present invention, a second through hole is etched from a second region laterally displaced from the first region with an etching width larger than that of the first through hole at the same time as etching the first region. Includes the step of forming.
Since the first hole portion is formed in advance in the formation region of the first through hole having a relatively small etching size, the thickness obtained by subtracting the depth of the first hole portion from the thickness of the protective substrate is formed from the first region. The first through hole can be formed by etching the substrate material. Therefore, although the etching rate differs between the first region and the second region, the timing at which the through holes are formed in each region (that is, the etching completion time) is eliminated, and the first through holes and the second through holes are eliminated. The holes can be formed at approximately the same timing. As a result, the occurrence of overetching can be suppressed or prevented.

この発明の一実施形態では、前記第1貫通孔の形成時、前記第1穴部とは異なるエッチング幅で前記保護基板をエッチングすることによって、前記第1面または前記第2面の一方から順に小径部および当該小径部よりも径が大きい大径部を有する第1貫通孔を形成する。
第1穴部の反対側(第1領域)からのエッチング時、エッチングサイズが第1穴部とほぼ同じであると、位置合わせずれ等が原因で、貫通孔の継ぎ目部分(保護基板の厚さ方向途中部)において段差が生じ、設計値よりも径が小さくなるおそれがある。そこで、大径部の加工寸法を、位置合わせずれを考慮した大きさにしておくことで、少なくとも小径部に対応する径を確保することができる。そのため、小径部を第1貫通孔の設計値に合わせて形成することによって、設計値通りの径を有する第1貫通孔を得ることができる。なお、先に形成する第1穴部を大径部としてもよいし、小径部としてもよい。
In one embodiment of the present invention, when the first through hole is formed, the protective substrate is etched with an etching width different from that of the first hole portion, so that the protective substrate is etched in order from either the first surface or the second surface. A first through hole having a small diameter portion and a large diameter portion having a diameter larger than the small diameter portion is formed.
When etching from the opposite side (first region) of the first hole, if the etching size is almost the same as the first hole, the seam of the through hole (thickness of the protective substrate) may be caused by misalignment. A step may occur in the middle of the direction, and the diameter may be smaller than the design value. Therefore, by setting the processing dimension of the large diameter portion to a size in consideration of the misalignment, it is possible to secure at least the diameter corresponding to the small diameter portion. Therefore, by forming the small diameter portion according to the design value of the first through hole, the first through hole having the diameter according to the design value can be obtained. The first hole portion to be formed first may be a large diameter portion or a small diameter portion.

この発明の一実施形態では、前記保護基板の厚さ方向ほぼ中央に底部が位置するように、前記第1穴部を形成する。
この発明の一実施形態は、第1面およびその反対側の第2面を有する保護基板を前記第1面からエッチングすることによって、厚さ方向途中部に至る第1穴部を形成する工程と、前記保護基板の前記第2面における前記第1穴部の反対の第1領域から前記第1穴部に貫通するまで前記保護基板をエッチングすることによって、前記第1領域に第1貫通孔を形成する工程とを含む、インクジェット装置用の保護基板の製造方法を提供する。
In one embodiment of the present invention, the first hole portion is formed so that the bottom portion is located substantially at the center in the thickness direction of the protective substrate.
One embodiment of the present invention includes a step of forming a first hole portion extending to an intermediate portion in the thickness direction by etching a protective substrate having a first surface and a second surface on the opposite side from the first surface. By etching the protective substrate from the opposite first region of the first hole portion on the second surface of the protective substrate until it penetrates the first hole portion, the first through hole is formed in the first region. Provided is a method for manufacturing a protective substrate for an etching apparatus, which includes a step of forming.

第1貫通孔を形成するために第1面および第2面それぞれからエッチングすることになるが、第1面から第2面まで一気にエッチングする場合に比べて、一回のエッチング深さが浅くて済む。そのため、第1貫通孔の形成までの平均のエッチングレートを高くすることができる。その結果、第1貫通孔の形成に要するエッチング時間を短縮することができる。 Etching is performed from each of the first surface and the second surface in order to form the first through hole, but the etching depth at one time is shallower than in the case of etching from the first surface to the second surface at once. I'm done. Therefore, the average etching rate up to the formation of the first through hole can be increased. As a result, the etching time required for forming the first through hole can be shortened.

この発明の一実施形態は、前記第1領域から横にずれた第2領域から、前記第1貫通孔よりも大きなエッチング幅で、前記第1領域のエッチングと同時にエッチングすることによって第2貫通孔を形成する工程を含む。
相対的にエッチングサイズが小さい第1貫通孔の形成領域に予め第1穴部が形成されているので、第1領域からは、保護基板の厚さから第1穴部の深さを差し引いた厚さの基板材料をエッチングすれば、第1貫通孔を形成することができる。したがって、第1領域と第2領域との間でエッチングレートは異なるが、各領域に貫通孔が形成されるタイミング(つまり、エッチングの完了時期)のばらつきをなくし、第1貫通孔と第2貫通孔を、ほぼ同じタイミングで形成することができる。その結果、オーバーエッチングの発生を抑制または防止することができる。
In one embodiment of the present invention, a second through hole is etched from a second region laterally displaced from the first region with an etching width larger than that of the first through hole at the same time as etching the first region. Includes the step of forming.
Since the first hole portion is formed in advance in the formation region of the first through hole having a relatively small etching size, the thickness obtained by subtracting the depth of the first hole portion from the thickness of the protective substrate is formed from the first region. The first through hole can be formed by etching the substrate material. Therefore, although the etching rate differs between the first region and the second region, the timing at which the through holes are formed in each region (that is, the etching completion time) is eliminated, and the first through holes and the second through holes are eliminated. The holes can be formed at approximately the same timing. As a result, the occurrence of overetching can be suppressed or prevented.

この発明の一実施形態では、前記第1貫通孔の形成時、前記第1穴部とは異なるエッチング幅で前記保護基板をエッチングすることによって、前記第1面または前記第2面の一方から順に小径部および当該小径部よりも径が大きい大径部を有する第1貫通孔を形成する。
大径部の加工寸法を、位置合わせずれを考慮した大きさにしておくことで、少なくとも小径部に対応する径を確保することができる。そのため、小径部を第1貫通孔の設計値に合わせて形成することによって、設計値通りの径を有する第1貫通孔を得ることができる。
In one embodiment of the present invention, when the first through hole is formed, the protective substrate is etched with an etching width different from that of the first hole portion, so that the protective substrate is etched in order from either the first surface or the second surface. A first through hole having a small diameter portion and a large diameter portion having a diameter larger than the small diameter portion is formed.
By setting the processing dimension of the large diameter portion to a size that takes into consideration the misalignment, it is possible to secure at least the diameter corresponding to the small diameter portion. Therefore, by forming the small diameter portion according to the design value of the first through hole, the first through hole having the diameter according to the design value can be obtained.

この発明の一実施形態では、前記保護基板の厚さ方向ほぼ中央に底部が位置するように、前記第1穴部を形成する。 In one embodiment of the present invention, the first hole portion is formed so that the bottom portion is located substantially at the center in the thickness direction of the protective substrate.

図1は、この発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を説明するための図解的な平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view for explaining a configuration of an inkjet head according to an embodiment of the present invention. 図2は、前記インクジェットヘッドの断面図(図1のII−II線断面図)である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the inkjet head (cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1). 図3は、前記インクジェットヘッドの断面図(図1のIII−III線断面図)である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the inkjet head (cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 1). 図4は、前記インクジェットヘッドの下部電極のパターン例を示す図解的な平面図である。FIG. 4 is a schematic plan view showing a pattern example of the lower electrode of the inkjet head. 図5は、前記インクジェットヘッドの圧電体膜のパターン例を示す図解的な平面図である。FIG. 5 is a schematic plan view showing a pattern example of the piezoelectric film of the inkjet head. 図6は、前記インクジェットヘッドの保護基板に形成されたインク供給路を示す図解的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an ink supply path formed on the protective substrate of the inkjet head. 図7Aは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7A is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図7Bは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7B is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図7Cは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7C is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図7Dは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7D is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図7Eは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7E is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図7Fは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7F is a diagram for explaining the manufacturing process of the inkjet head. 図7Gは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7G is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図7Hは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7H is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図7Iは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7I is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図7Jは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7J is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図7Kは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7K is a diagram for explaining the manufacturing process of the inkjet head. 図7Lは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7L is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図7Mは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7M is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図7Nは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7N is a diagram for explaining the manufacturing process of the inkjet head. 図7Oは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7O is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図7Pは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7P is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図7Qは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7Q is a diagram for explaining the manufacturing process of the inkjet head. 図7Rは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7R is a diagram for explaining a manufacturing process of the inkjet head. 図7Sは、前記インクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。FIG. 7S is a diagram for explaining the manufacturing process of the inkjet head. 図8Aは、前記圧電体膜のパターンに関する変形例を示す。FIG. 8A shows a modified example of the pattern of the piezoelectric film. 図8Bは、前記圧電体膜のパターンに関する変形例を示す。FIG. 8B shows a modified example of the pattern of the piezoelectric film. 図9Aは、前記圧電体膜上に配置された絶縁膜のパターンに関する変形例を示す。FIG. 9A shows a modified example of the pattern of the insulating film arranged on the piezoelectric film. 図9Bは、前記圧電体膜上に配置された絶縁膜のパターンに関する変形例を示す。FIG. 9B shows a modified example of the pattern of the insulating film arranged on the piezoelectric film. 図9Cは、前記圧電体膜上に配置された絶縁膜のパターンに関する変形例を示す。FIG. 9C shows a modified example of the pattern of the insulating film arranged on the piezoelectric film. 図10Aは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10A shows a modified example of the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図10Bは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10B shows a modified example of the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図10Cは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10C shows a modified example of the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図10Dは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10D shows a modified example of the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図10Eは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10E shows a modified example of the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図10Fは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10F shows a modified example of the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図10Gは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10G shows a modified example of the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図10Hは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10H shows a modified example of the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図10Iは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10I shows a modified example of the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図10Jは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10J shows a modified example of the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図10Kは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 10K shows a modified example of the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図11Aは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 11A shows a modified example of the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図11Bは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 11B shows a modified example of the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図11Cは、前記保護基板のインク供給路の形状に関する変形例を示す。FIG. 11C shows a modified example of the shape of the ink supply path of the protective substrate. 図12Aは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12A shows a modified example of the wiring pattern for driving the piezoelectric film. 図12Bは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12B shows a modified example of the wiring pattern for driving the piezoelectric film. 図12Cは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12C shows a modified example of the wiring pattern for driving the piezoelectric film. 図12Dは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12D shows a modified example of the wiring pattern for driving the piezoelectric film. 図12Eは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12E shows a modified example of the wiring pattern for driving the piezoelectric film. 図12Fは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12F shows a modified example of the wiring pattern for driving the piezoelectric film. 図12Gは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12G shows a modified example of a wiring pattern for driving the piezoelectric film. 図12Hは、前記圧電体膜を駆動させるための配線のパターンに関する変形例を示す。FIG. 12H shows a modified example of the wiring pattern for driving the piezoelectric film.

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係るインクジェットヘッド1の構成を説明するための図解的な平面図である。図2は、インクジェットヘッド1の断面図(図1のII−II線断面図)である。図3は、インクジェットヘッド1の断面図(図1のIII−III線断面図)である。図4は、インクジェットヘッド1の下部電極18のパターン例を示す図解的な平面図である。図5は、インクジェットヘッド1の圧電体膜19のパターン例を示す図解的な平面図である。図6は、インクジェットヘッド1の保護基板4の要部を示す図解的な断面図である。なお、図4および図5では、説明の便宜上、図1〜図3で示した参照符号のうち必要なものだけを示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view for explaining the configuration of the inkjet head 1 according to the embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view of the inkjet head 1 (a sectional view taken along line II-II of FIG. 1). FIG. 3 is a cross-sectional view of the inkjet head 1 (cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 1). FIG. 4 is a schematic plan view showing a pattern example of the lower electrode 18 of the inkjet head 1. FIG. 5 is a schematic plan view showing a pattern example of the piezoelectric film 19 of the inkjet head 1. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a main part of the protective substrate 4 of the inkjet head 1. In addition, in FIG. 4 and FIG. 5, for convenience of explanation, only necessary reference numerals are shown among the reference numerals shown in FIGS. 1 to 3.

インクジェットヘッド1は、アクチュエータ基板2と、ノズル基板3と、保護基板4とを含む。
アクチュエータ基板2は、たとえばシリコン基板からなり、複数のキャビティ5を区画している。アクチュエータ基板2は、表面2aに振動膜6を支持している。振動膜6は、キャビティ5の天壁を形成しており、キャビティ5を区画している。振動膜6の上に圧電素子7が配置されている。
The inkjet head 1 includes an actuator substrate 2, a nozzle substrate 3, and a protective substrate 4.
The actuator substrate 2 is made of, for example, a silicon substrate, and partitions a plurality of cavities 5. The actuator substrate 2 supports the vibrating membrane 6 on the surface 2a. The vibrating membrane 6 forms the top wall of the cavity 5 and partitions the cavity 5. The piezoelectric element 7 is arranged on the vibrating film 6.

アクチュエータ基板2の裏面2bにノズル基板3が接合されている。ノズル基板3は、たとえばシリコン基板からなり、アクチュエータ基板2の裏面2bに張り合わされ、アクチュエータ基板2および振動膜6とともに、キャビティ5を区画している。ノズル基板3は、キャビティ5に臨む凹部8を有し、凹部8の底面にインク吐出通路9が形成されている。インク吐出通路9は、ノズル基板3を貫通しており、キャビティ5とは反対側に吐出口を有している。したがって、キャビティ5の容積変化が生じると、キャビティ5に溜められたインクは、インク吐出通路9を通り、当該吐出口から吐出される。 The nozzle substrate 3 is joined to the back surface 2b of the actuator substrate 2. The nozzle substrate 3 is made of, for example, a silicon substrate and is attached to the back surface 2b of the actuator substrate 2 to partition the cavity 5 together with the actuator substrate 2 and the vibrating membrane 6. The nozzle substrate 3 has a recess 8 facing the cavity 5, and an ink ejection passage 9 is formed on the bottom surface of the recess 8. The ink ejection passage 9 penetrates the nozzle substrate 3 and has an ejection port on the side opposite to the cavity 5. Therefore, when the volume of the cavity 5 changes, the ink stored in the cavity 5 passes through the ink ejection passage 9 and is ejected from the ejection port.

保護基板4は、たとえば、シリコン基板からなる。保護基板4は、圧電素子7を覆うように配置され、アクチュエータ基板2の表面2aに、接着剤10を介して接合されている。保護基板4は、アクチュエータ基板2の表面2aに対向する対向面11に収容凹所12を有している。収容凹所12内に複数のキャビティ5にそれぞれ対応する複数の圧電素子7が収容されている。 The protective substrate 4 is made of, for example, a silicon substrate. The protective substrate 4 is arranged so as to cover the piezoelectric element 7, and is bonded to the surface 2a of the actuator substrate 2 via an adhesive 10. The protective substrate 4 has a housing recess 12 on the facing surface 11 facing the surface 2a of the actuator substrate 2. A plurality of piezoelectric elements 7 corresponding to the plurality of cavities 5 are housed in the storage recess 12.

保護基板4上には、インクを貯留したインクタンク(図示せず)が配置されている。保護基板4を貫通するようにインク供給路13が形成されている。保護基板4のインク供給路13は、アクチュエータ基板2内のインク供給路14に連通している。インク供給路14は、キャビティ5に連通している。したがって、インク供給源であるインクタンク内のインクは、インク供給路13,14を通ってキャビティ5に供給される。 An ink tank (not shown) for storing ink is arranged on the protective substrate 4. The ink supply path 13 is formed so as to penetrate the protective substrate 4. The ink supply path 13 of the protective substrate 4 communicates with the ink supply path 14 in the actuator substrate 2. The ink supply path 14 communicates with the cavity 5. Therefore, the ink in the ink tank, which is the ink supply source, is supplied to the cavity 5 through the ink supply paths 13 and 14.

インクジェットヘッド1の構成を、さらに具体的に説明する。
アクチュエータ基板2の表面2aに振動膜形成層15が形成されている。振動膜形成層15において、キャビティ5の天壁を構成している部分、すなわち、キャビティ5を区画している部分が振動膜6である。
キャビティ5は、この実施形態では、アクチュエータ基板2を貫通して形成されている。アクチュエータ基板2には、複数のキャビティ5が互いに平行に延びてストライプ状に形成されている。なお、図1では、明瞭化のために3本のキャビティ5を表している。複数のキャビティ5は、それらの幅方向に微小な間隔(たとえば30μm〜350μm程度)を開けて等間隔で形成されている。各キャビティ5は、平面視において、インク供給路14からインク吐出通路9に向かうインク流通方向16に沿って細長く延びた長方形形状を有している。インクタンク8からのインクが導かれるインク供給路14は、キャビティ5の一端部において、共通インク通路17に連通している。図1に示すように、複数のインク供給路14が、共通インク通路17に沿って間隔を開けて配列されている。インク供給路14は、振動膜6(後述する下部電極18、圧電体膜19等、振動膜6上に配置される全ての膜)を貫通し、さらにアクチュエータ基板2を共通インク通路17まで貫通して形成されている。
The configuration of the inkjet head 1 will be described more specifically.
A vibrating film forming layer 15 is formed on the surface 2a of the actuator substrate 2. In the vibrating film forming layer 15, the portion constituting the top wall of the cavity 5, that is, the portion partitioning the cavity 5 is the vibrating membrane 6.
In this embodiment, the cavity 5 is formed so as to penetrate the actuator substrate 2. A plurality of cavities 5 extend in parallel with each other and are formed in a stripe shape on the actuator substrate 2. In FIG. 1, three cavities 5 are shown for clarification. The plurality of cavities 5 are formed at equal intervals with a minute interval (for example, about 30 μm to 350 μm) in the width direction thereof. In plan view, each cavity 5 has a rectangular shape extending elongated along the ink flow direction 16 from the ink supply path 14 toward the ink ejection passage 9. The ink supply path 14 through which the ink from the ink tank 8 is guided communicates with the common ink passage 17 at one end of the cavity 5. As shown in FIG. 1, a plurality of ink supply paths 14 are arranged at intervals along a common ink passage 17. The ink supply path 14 penetrates the vibrating film 6 (all the films arranged on the vibrating film 6 such as the lower electrode 18 and the piezoelectric film 19 described later), and further penetrates the actuator substrate 2 to the common ink passage 17. Is formed.

各キャビティ5は、振動膜6と、アクチュエータ基板2と、ノズル基板3とによって区画されており、この実施形態では、略直方体状に形成されている。キャビティ5の長さはたとえば800μm程度、その幅W1は55μm程度であってもよい。ノズル基板3のインク吐出通路9は、この実施形態では、キャビティ5の長手方向に関する他端部(インク供給路14の反対側端部)付近に配置されている。 Each cavity 5 is partitioned by a vibrating membrane 6, an actuator substrate 2, and a nozzle substrate 3, and is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape in this embodiment. The length of the cavity 5 may be, for example, about 800 μm, and the width W1 thereof may be about 55 μm. In this embodiment, the ink ejection passage 9 of the nozzle substrate 3 is arranged near the other end portion (the opposite end portion of the ink supply path 14) in the longitudinal direction of the cavity 5.

振動膜6は、酸化シリコン膜(SiO)の単膜であってもよいし、酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を積層した積層膜(SiN/SiO)であってもよい。キャビティ5は、アクチュエータ基板2を貫通している必要はなく、圧電素子7側の一部を残すように下面側から掘り込んだ凹所であってもよい。この場合には、アクチュエータ基板2の残部は、振動膜6の一部を構成する。この明細書において、振動膜6とは、振動膜形成層15のうちキャビティ5を区画している天壁部を意味している。 The vibrating film 6 may be a single film of a silicon oxide film (SiO 2 ), or may be a laminated film (SiN / SiO 2 ) in which a silicon nitride film is laminated on a silicon oxide film. The cavity 5 does not have to penetrate the actuator substrate 2, and may be a recess dug from the lower surface side so as to leave a part on the piezoelectric element 7 side. In this case, the rest of the actuator substrate 2 constitutes a part of the vibrating membrane 6. In this specification, the vibrating film 6 means a top wall portion of the vibrating film forming layer 15 that partitions the cavity 5.

振動膜6の厚さは、たとえば、0.4μm〜2μmである。振動膜6が酸化シリコン膜から構成される場合は、酸化シリコン膜の厚さは1.2μm程度であってもよい。振動膜6が、シリコン層と酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層体から構成される場合には、シリコン層、酸化シリコン層および窒化シリコン層の厚さは、それぞれ0.4μm程度であってもよい。 The thickness of the vibrating membrane 6 is, for example, 0.4 μm to 2 μm. When the vibrating film 6 is composed of a silicon oxide film, the thickness of the silicon oxide film may be about 1.2 μm. When the vibrating film 6 is composed of a laminate of a silicon layer, a silicon oxide layer, and a silicon nitride layer, the thicknesses of the silicon layer, the silicon oxide layer, and the silicon nitride layer are each about 0.4 μm. May be good.

振動膜6上に圧電素子7が配置されている。振動膜6と圧電素子7とによって、圧電アクチュエータ(圧電装置の一例)が構成されている。圧電素子7は、振動膜形成層15上に形成された下部電極18と、下部電極18上に形成された圧電体膜19と、圧電体膜19上に形成された上部電極20とを備えている。言い換えれば、圧電素子7は、圧電体膜19を上部電極20および下部電極18で挟むことにより構成されている。 The piezoelectric element 7 is arranged on the vibrating film 6. A piezoelectric actuator (an example of a piezoelectric device) is composed of a vibrating film 6 and a piezoelectric element 7. The piezoelectric element 7 includes a lower electrode 18 formed on the vibrating film forming layer 15, a piezoelectric film 19 formed on the lower electrode 18, and an upper electrode 20 formed on the piezoelectric film 19. There is. In other words, the piezoelectric element 7 is configured by sandwiching the piezoelectric film 19 between the upper electrode 20 and the lower electrode 18.

下部電極18は、たとえば、Ti(チタン)層およびPt(プラチナ)層を振動膜6側から順に積層した2層構造(Pt/Ti)を有していてもよい。この他にも、Au(金)膜、Cr(クロム)層、Ni(ニッケル)層などの単膜で下部電極18を形成することもできる。下部電極18の厚さは、たとえば、圧電体膜19の厚さの0.2倍以下であり、具体的には、0.2μm程度であってもよい。下部電極18は、図2および図4に示すように、アクチュエータ基板2の表面2aのほぼ全域にわたって形成されている。これにより、複数のキャビティ5は、共通の下部電極18によって覆われている。下部電極18は、キャビティ5上に配置された主電極部18Aと、キャビティ5の外方の領域まで延びた延長部18Bとを有している。主電極部18Aは、振動膜6の上面に接している。インク供給路14は、下部電極18を貫通して形成されている。下部電極18は、キャビティ5に連通するインク供給路14を取り囲んでおり、インク供給路14の内面の一部を形成している。つまり、下部電極18は、インク供給路14の内面で露出している。 The lower electrode 18 may have, for example, a two-layer structure (Pt / Ti) in which a Ti (titanium) layer and a Pt (platinum) layer are laminated in order from the vibrating film 6 side. In addition to this, the lower electrode 18 can also be formed of a single film such as an Au (gold) film, a Cr (chromium) layer, or a Ni (nickel) layer. The thickness of the lower electrode 18 is, for example, 0.2 times or less the thickness of the piezoelectric film 19, and specifically, it may be about 0.2 μm. As shown in FIGS. 2 and 4, the lower electrode 18 is formed over substantially the entire surface 2a of the actuator substrate 2. As a result, the plurality of cavities 5 are covered with a common lower electrode 18. The lower electrode 18 has a main electrode portion 18A arranged on the cavity 5 and an extension portion 18B extending to the outer region of the cavity 5. The main electrode portion 18A is in contact with the upper surface of the vibrating film 6. The ink supply path 14 is formed so as to penetrate the lower electrode 18. The lower electrode 18 surrounds the ink supply path 14 communicating with the cavity 5, and forms a part of the inner surface of the ink supply path 14. That is, the lower electrode 18 is exposed on the inner surface of the ink supply path 14.

圧電体膜19としては、たとえば、ゾルゲル法またはスパッタ法によって形成されたPZT(PbZrTi1−x:チタン酸ジルコン酸鉛)膜を適用することができる。このような圧電体膜19は、金属酸化物結晶の焼結体からなる。圧電体膜19の厚さは、1μm〜5μmが好ましい。振動膜6の全体の厚さは、圧電体膜19の厚さと同程度か、圧電体膜19の厚さの2/3程度とすることが好ましい。圧電体膜19は、下部電極18と同様に、図2および図5に示すように、アクチュエータ基板2の表面2aのほぼ全域にわたって形成されている。これにより、複数のキャビティ5は、共通の圧電体膜19によって覆われている。圧電体膜19は、キャビティ5上に配置された主要部19Aと、キャビティ5の外方の領域まで延びた延長部19Bとを有している。主要部19Aは、下部電極18の主電極部18Aの上面に接している。インク供給路14は、圧電体膜19を貫通して形成されている。圧電体膜19は、キャビティ5に連通するインク供給路14を取り囲んでおり、インク供給路14の内面の一部を形成している。つまり、圧電体膜19は、インク供給路14の内面で露出している。 As the piezoelectric film 19, for example, a PZT (PbZr x Ti 1-x O 3 : lead zirconate titanate) film formed by a sol-gel method or a sputtering method can be applied. Such a piezoelectric film 19 is made of a sintered body of a metal oxide crystal. The thickness of the piezoelectric film 19 is preferably 1 μm to 5 μm. The total thickness of the vibrating membrane 6 is preferably about the same as the thickness of the piezoelectric film 19 or about 2/3 of the thickness of the piezoelectric film 19. Similar to the lower electrode 18, the piezoelectric film 19 is formed over substantially the entire surface 2a of the actuator substrate 2 as shown in FIGS. 2 and 5. As a result, the plurality of cavities 5 are covered with the common piezoelectric film 19. The piezoelectric film 19 has a main portion 19A arranged on the cavity 5 and an extension portion 19B extending to the outer region of the cavity 5. The main portion 19A is in contact with the upper surface of the main electrode portion 18A of the lower electrode 18. The ink supply path 14 is formed so as to penetrate the piezoelectric film 19. The piezoelectric film 19 surrounds the ink supply path 14 communicating with the cavity 5, and forms a part of the inner surface of the ink supply path 14. That is, the piezoelectric film 19 is exposed on the inner surface of the ink supply path 14.

上部電極20は、図1に示すように、各キャビティ5上に一つずつ設けられており、それぞれが、平面視で各キャビティ5に沿う帯状(長方形状)に形成されている。さらに、上部電極20は、その全体が各キャビティ5の内方領域に制限されるように配置されている。上部電極20は、白金(Pt)の単膜であってもよいし、たとえば、導電性酸化膜(たとえば、IrO(酸化イリジウム)膜)および金属膜(たとえば、Ir(イリジウム)膜)が積層された積層構造を有していてもよい。上部電極20の厚さは、たとえば、圧電体膜19の厚さの0.2倍以下であり、具体的には、0.2μm程度であってもよい。 As shown in FIG. 1, one upper electrode 20 is provided on each cavity 5, and each is formed in a strip shape (rectangular shape) along each cavity 5 in a plan view. Further, the upper electrode 20 is arranged so that the entire upper electrode 20 is limited to the inner region of each cavity 5. The upper electrode 20 may be a single film of platinum (Pt), and for example, a conductive oxide film (for example, IrO 2 (iridium oxide) film) and a metal film (for example, Ir (iridium) film) are laminated. It may have a laminated structure. The thickness of the upper electrode 20 is, for example, 0.2 times or less the thickness of the piezoelectric film 19, and specifically, it may be about 0.2 μm.

インクジェットヘッド1のその他の構成として、第1水素バリア膜21および第2水素バリア膜22が設けられている。下部電極18(主電極部18Aおよび延長部18B)の下面は、第1水素バリア膜21によって覆われており、上部電極20の表面および圧電体膜19の延長部19Bの表面は、第2水素バリア膜22によって覆われている。第1および第2水素バリア膜21,22は、たとえば、Al(アルミナ)からなる。これにより、圧電体膜19の水素還元による特性劣化を防止することができる。第1および第2水素バリア膜21,22の厚さは、たとえば、80nm程度である。 As another configuration of the inkjet head 1, a first hydrogen barrier film 21 and a second hydrogen barrier film 22 are provided. The lower surface of the lower electrode 18 (main electrode portion 18A and extension portion 18B) is covered with the first hydrogen barrier film 21, and the surface of the upper electrode 20 and the surface of the extension portion 19B of the piezoelectric film 19 are the second hydrogen. It is covered with a barrier film 22. The first and second hydrogen barrier films 21 and 22 are made of, for example, Al 2 O 3 (alumina). This makes it possible to prevent the characteristic deterioration of the piezoelectric film 19 due to hydrogen reduction. The thickness of the first and second hydrogen barrier films 21 and 22 is, for example, about 80 nm.

第2水素バリア膜22上には、層間膜23が積層されている。層間膜23は、たとえば、SiOからなる。層間膜23の厚さは、たとえば、500nm程度である。
層間膜23上に配線膜24が形成されている。配線膜24は、Al(アルミニウム)を含む金属材料からなっていてもよい。配線膜24の厚さは、たとえば、1000nm程度である。配線膜24は、上部配線25、下部配線26およびダミー配線27を含む。
An interlayer film 23 is laminated on the second hydrogen barrier film 22. The interlayer film 23 is made of, for example, SiO 2 . The thickness of the interlayer film 23 is, for example, about 500 nm.
The wiring film 24 is formed on the interlayer film 23. The wiring film 24 may be made of a metal material containing Al (aluminum). The thickness of the wiring film 24 is, for example, about 1000 nm. The wiring film 24 includes an upper wiring 25, a lower wiring 26, and a dummy wiring 27.

上部配線25の一端部は、上部電極20の一端部の上方に配置されている。上部配線25と上部電極20との間において、第2水素バリア膜22および層間膜23を連続して貫通する貫通孔(コンタクト孔)28が形成されている。上部配線25の一端部は、貫通孔28に入り込み、貫通孔28内で上部電極20に接続されている。つまり、上部配線25は、上部電極20の上方から、キャビティ5の外縁を横切ってキャビティ5の外方領域に亘って延びている。 One end of the upper wiring 25 is arranged above one end of the upper electrode 20. A through hole (contact hole) 28 that continuously penetrates the second hydrogen barrier film 22 and the interlayer film 23 is formed between the upper wiring 25 and the upper electrode 20. One end of the upper wiring 25 enters the through hole 28 and is connected to the upper electrode 20 in the through hole 28. That is, the upper wiring 25 extends from above the upper electrode 20 across the outer edge of the cavity 5 to the outer region of the cavity 5.

下部配線26は、平面視においてキャビティ5の外方領域に配置されており、キャビティ5に対向しないようになっている。つまり、下部配線26は、キャビティ5の外方領域で、下部電極18の延長部18Bに対向している。下部配線26と下部電極18の延長部18Bとの間において、圧電体膜19、第2水素バリア膜22および層間膜23を連続して貫通する貫通孔(コンタクト孔)29が形成されている。この実施形態では、貫通孔29は、各キャビティ5の延長線上に一つずつ形成されている。下部配線26は、複数の貫通孔29に入り込み、貫通孔29内で下部電極18の延長部18Bに接続されている。貫通孔29が圧電体膜19を貫通することで、言い換えれば、下部電極18に対する下部配線26のコンタクト部が、図5に示すように、圧電体膜19に取り囲まれている。圧電体膜19は、貫通孔29の内面の一部を形成しており、貫通孔29内で下部配線26に接している。 The lower wiring 26 is arranged in the outer region of the cavity 5 in a plan view so as not to face the cavity 5. That is, the lower wiring 26 faces the extension portion 18B of the lower electrode 18 in the outer region of the cavity 5. A through hole (contact hole) 29 that continuously penetrates the piezoelectric film 19, the second hydrogen barrier film 22, and the interlayer film 23 is formed between the lower wiring 26 and the extension portion 18B of the lower electrode 18. In this embodiment, one through hole 29 is formed on an extension line of each cavity 5. The lower wiring 26 enters the plurality of through holes 29 and is connected to the extension portion 18B of the lower electrode 18 in the through holes 29. The through hole 29 penetrates the piezoelectric film 19, in other words, the contact portion of the lower wiring 26 with respect to the lower electrode 18 is surrounded by the piezoelectric film 19 as shown in FIG. The piezoelectric film 19 forms a part of the inner surface of the through hole 29, and is in contact with the lower wiring 26 in the through hole 29.

ダミー配線27は、上部配線25および下部配線26のいずれにも、電気的に接続されておらず、電気的に絶縁された配線膜である。この実施形態では、ダミー配線27は、図1に示すように、インク供給路14を取り囲む環状に形成されている。より具体的には、ダミー配線27は、インク供給路14の内面で露出しないように、インク供給路14から一定の距離を開けた離れた位置に内周縁を有している。 The dummy wiring 27 is a wiring film that is not electrically connected to either the upper wiring 25 or the lower wiring 26 and is electrically insulated. In this embodiment, the dummy wiring 27 is formed in an annular shape surrounding the ink supply path 14, as shown in FIG. More specifically, the dummy wiring 27 has an inner peripheral edge at a position separated from the ink supply path 14 by a certain distance so as not to be exposed on the inner surface of the ink supply path 14.

配線膜24を覆うように、パッシベーション膜30が設けられている。パッシベーション膜30は、たとえば、SiN(窒化シリコン)からなる。パッシベーション膜30の厚さは、たとえば、圧電体膜19の厚さの0.5倍以上であり、具体的には、850nm程度であってもよい。パッシベーション膜30には、上部配線25および下部配線26の一部をパッドとして露出させるパッド開口31,32が形成されている。パッド開口31は、平面視においてキャビティ5の外方領域に形成されており、たとえば、上部配線25の先端部(上部電極20へのコンタクト部の反対側端部)に形成されている。パッド開口32は、たとえば、下部配線26の複数のコンタクト部(貫通孔29)を覆うように形成されている。 A passivation film 30 is provided so as to cover the wiring film 24. The passivation film 30 is made of, for example, SiN (silicon nitride). The thickness of the passivation film 30 is, for example, 0.5 times or more the thickness of the piezoelectric film 19, and specifically, it may be about 850 nm. The passivation film 30 is formed with pad openings 31 and 32 that expose a part of the upper wiring 25 and the lower wiring 26 as pads. The pad opening 31 is formed in the outer region of the cavity 5 in a plan view, and is formed, for example, at the tip end portion of the upper wiring 25 (the end opposite to the contact portion with the upper electrode 20). The pad opening 32 is formed so as to cover, for example, a plurality of contact portions (through holes 29) of the lower wiring 26.

第2水素バリア膜22、層間膜23およびパッシベーション膜30には、開口33が形成されている。開口33から、上部電極20の表面の一部が露出している。この実施形態では、図1に示すように、上部電極20の中央部が開口33から選択的に露出するように、上部電極20の周縁部が第2水素バリア膜22によって覆われている。上部電極20に接していない膜(この実施形態では、層間膜23およびパッシベーション膜30)の開口33の外縁は、図2に示すように、上部電極20の外方領域に設定されていてもよい。 An opening 33 is formed in the second hydrogen barrier film 22, the interlayer film 23, and the passivation film 30. A part of the surface of the upper electrode 20 is exposed from the opening 33. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the peripheral edge of the upper electrode 20 is covered with the second hydrogen barrier film 22 so that the central portion of the upper electrode 20 is selectively exposed from the opening 33. The outer edge of the opening 33 of the film (in this embodiment, the interlayer film 23 and the passivation film 30) that is not in contact with the upper electrode 20 may be set in the outer region of the upper electrode 20 as shown in FIG. ..

保護基板4には、パッド開口31およびパッド開口32を包含するアクチュエータ基板2上のパッド領域を露出させる貫通孔34,35が形成されている。
圧電素子7は、振動膜6を挟んでキャビティ5に対向する位置に形成されている。すなわち、圧電素子7は、振動膜6のキャビティ5とは反対側の表面に接するように形成されている。アクチュエータ基板2上に振動膜形成層15が形成されており、この振動膜形成層15においてキャビティ5の周囲の部分によって振動膜6が支持されている。こうして、振動膜6は、アクチュエータ基板2に支持されている。振動膜6は、キャビティ5に対向する方向(換言すれば振動膜6の厚さ方向)に変形可能な可撓性を有している。
The protective substrate 4 is formed with through holes 34, 35 that expose the pad region on the actuator substrate 2 including the pad opening 31 and the pad opening 32.
The piezoelectric element 7 is formed at a position facing the cavity 5 with the vibrating film 6 interposed therebetween. That is, the piezoelectric element 7 is formed so as to be in contact with the surface of the vibrating membrane 6 opposite to the cavity 5. A vibrating film forming layer 15 is formed on the actuator substrate 2, and the vibrating film 6 is supported by a portion around the cavity 5 in the vibrating film forming layer 15. In this way, the vibrating film 6 is supported by the actuator substrate 2. The vibrating film 6 has flexibility that can be deformed in the direction facing the cavity 5 (in other words, the thickness direction of the vibrating film 6).

そして、駆動IC(図示せず)から圧電素子7に駆動電圧が印加されると、逆圧電効果によって、圧電体膜19が変形する。これにより、圧電素子7とともに振動膜6が変形し、それによって、キャビティ5の容積変化がもたらされ、キャビティ5内のインクが加圧される。加圧されたインクは、インク吐出通路9を通って、吐出口から微小液滴となって吐出される。 When a drive voltage is applied to the piezoelectric element 7 from the drive IC (not shown), the piezoelectric film 19 is deformed by the inverse piezoelectric effect. As a result, the vibrating film 6 is deformed together with the piezoelectric element 7, which causes a volume change in the cavity 5 and pressurizes the ink in the cavity 5. The pressurized ink passes through the ink ejection passage 9 and is ejected as fine droplets from the ejection port.

インクジェットヘッド1の構成に関して、さらに以下の説明を加える。
(1)振動膜6および圧電体膜19の内部応力
この実施形態では、振動膜6が圧縮応力を有し、圧電体膜19が引張応力を有している。たとえば、振動膜6の圧縮応力が−300MPa〜−100MPaであり、圧電体膜19の引張応力が100MPa〜300MPaである。これにより、振動膜6および圧電体膜19の平均応力の絶対値が、100MPa以下となっている。平均応力は、圧電体膜19の引張応力を正の値、振動膜6の圧縮応力を負の値として、これらの値の平均値を求めることによって算出できる。
The following description will be further added to the configuration of the inkjet head 1.
(1) Internal stresses of the vibrating membrane 6 and the piezoelectric film 19 In this embodiment, the vibrating membrane 6 has a compressive stress and the piezoelectric film 19 has a tensile stress. For example, the compressive stress of the vibrating membrane 6 is −300 MPa to −100 MPa, and the tensile stress of the piezoelectric film 19 is 100 MPa to 300 MPa. As a result, the absolute value of the average stress of the vibrating film 6 and the piezoelectric film 19 is 100 MPa or less. The average stress can be calculated by obtaining the average value of these values, with the tensile stress of the piezoelectric film 19 as a positive value and the compressive stress of the vibrating film 6 as a negative value.

さらに、アクチュエータ基板2から見て振動膜6よりも上側に配置された圧電体膜19を含む複数の上層膜(たとえば、第1水素バリア膜21、圧電体膜19、第2水素バリア膜22、層間膜23およびパッシベーション膜30)を考慮して、当該上層膜と振動膜6との平均応力の絶対値は、たとえば、50MPa以下であってもよい。
(2)インク供給路13の掘り込み部37
図2および図6に示すように、保護基板4には、インク供給路13を構成する貫通孔36が形成されており、さらに、保護基板4の対向面11には、貫通孔36に連通する掘り込み部37が形成されている。掘り込み部37は、貫通孔36を取り囲んで貫通孔36の端部に幅広部を形成している。この実施形態では、貫通孔36は、平面視において、円形に形成されており、掘り込み部37も同様に、貫通孔36と同心で貫通孔36よりも大きな径を有する円形に形成されている。したがって、掘り込み部37によって、貫通孔36は、保護基板4の対向面11から順に、大径部38および小径部39を有している。大径部38における貫通孔36の開口径が、小径部39の開口径よりも大きい。
Further, a plurality of upper layer membranes (for example, a first hydrogen barrier film 21, a piezoelectric film 19, a second hydrogen barrier film 22,) including a piezoelectric film 19 arranged above the vibrating film 6 when viewed from the actuator substrate 2. In consideration of the interlayer film 23 and the passivation film 30), the absolute value of the average stress between the upper layer film and the vibrating film 6 may be, for example, 50 MPa or less.
(2) The dug portion 37 of the ink supply path 13
As shown in FIGS. 2 and 6, the protective substrate 4 is formed with a through hole 36 forming an ink supply path 13, and further, the facing surface 11 of the protective substrate 4 communicates with the through hole 36. A digging portion 37 is formed. The digging portion 37 surrounds the through hole 36 and forms a wide portion at the end of the through hole 36. In this embodiment, the through hole 36 is formed in a circular shape in a plan view, and the dug portion 37 is also formed in a circular shape concentric with the through hole 36 and having a diameter larger than that of the through hole 36. .. Therefore, due to the digging portion 37, the through hole 36 has a large diameter portion 38 and a small diameter portion 39 in this order from the facing surface 11 of the protective substrate 4. The opening diameter of the through hole 36 in the large diameter portion 38 is larger than the opening diameter of the small diameter portion 39.

小径部39および大径部38は、保護基板4の厚さ方向途中に配置された段差面40を介して連なっている。この段差面40は、貫通孔36のインク流通方向(長手方向)を交差する方向に延びており、保護基板4の厚さ方向ほぼ中央に配置されている。これにより、貫通孔36は、断面視において、対向面11からその反対側の面へ向かって細くなる漏斗状に形成されている、また、段差面40は、図6に示すように、保護基板4の対向面11の法線方向から見て、小径部38を取り囲む環状に形成されている。
(3)保護基板4における貫通孔34〜36の開口径の相違
保護基板4に形成された貫通孔34〜36の開口径は、互いに異なっている。たとえば、インク供給路13となる貫通孔36の径D1を基準とすると、貫通孔34の径D2および貫通孔35の径D3は、径D1に比べて大きい。なお、図2では、説明の便宜上、貫通孔36の小径部39の径を径D1としているが、径D1が大径部38の径と定義するときでも、径D1>径D2,D3の関係は維持される。
The small diameter portion 39 and the large diameter portion 38 are connected via a stepped surface 40 arranged in the middle of the protective substrate 4 in the thickness direction. The stepped surface 40 extends in a direction intersecting the ink flow direction (longitudinal direction) of the through hole 36, and is arranged substantially in the center in the thickness direction of the protective substrate 4. As a result, the through hole 36 is formed in a funnel shape that narrows from the facing surface 11 toward the surface opposite to the facing surface 11 in a cross-sectional view, and the stepped surface 40 is a protective substrate as shown in FIG. When viewed from the normal direction of the facing surface 11 of 4, the small diameter portion 38 is formed in an annular shape surrounding the small diameter portion 38.
(3) Difference in Opening Diameters of Through Holes 34 to 36 in Protective Substrate 4 The opening diameters of through holes 34 to 36 formed in the protective substrate 4 are different from each other. For example, based on the diameter D1 of the through hole 36 serving as the ink supply path 13, the diameter D2 of the through hole 34 and the diameter D3 of the through hole 35 are larger than the diameter D1. In FIG. 2, for convenience of explanation, the diameter of the small diameter portion 39 of the through hole 36 is defined as the diameter D1, but even when the diameter D1 is defined as the diameter of the large diameter portion 38, the relationship of diameter D1> diameter D2 and D3 Is maintained.

この実施形態では、保護基板4の厚さが、200μm〜500μmであり、貫通孔36の径D1は、30μm〜50μmである。一方、貫通孔34の径D2は、300μm〜1500μmであり、貫通孔35の径D3は、300μm〜1500μmである。この結果、貫通孔36のアスペクト比(開口深さ(保護基板4の厚さ)/開口径)は、貫通孔34,35のアスペクト比よりも大きくなる。たとえば、貫通孔36のアスペクト比は、貫通孔34,35のアスペクト比の10倍以上である。
(4)上部配線25の総幅が上部電極20の幅以上であること
図1および図3に示すように、上部配線25は、上部電極20の幅W2以上の総幅を有している。総幅は、図1のように各上部配線25が1つの配線膜で構成されている場合には、当該上部配線25自体の幅である。
In this embodiment, the thickness of the protective substrate 4 is 200 μm to 500 μm, and the diameter D1 of the through hole 36 is 30 μm to 50 μm. On the other hand, the diameter D2 of the through hole 34 is 300 μm to 1500 μm, and the diameter D3 of the through hole 35 is 300 μm to 1500 μm. As a result, the aspect ratio of the through holes 36 (opening depth (thickness of the protective substrate 4) / opening diameter) is larger than the aspect ratios of the through holes 34 and 35. For example, the aspect ratio of the through holes 36 is 10 times or more the aspect ratio of the through holes 34 and 35.
(4) The total width of the upper wiring 25 is equal to or greater than the width of the upper electrode 20 As shown in FIGS. 1 and 3, the upper wiring 25 has a total width equal to or greater than the width W2 of the upper electrode 20. The total width is the width of the upper wiring 25 itself when each upper wiring 25 is composed of one wiring film as shown in FIG.

上部配線25は、インクジェットヘッド1の可動部と非可動部との境界領域43(つまり、キャビティ5の外縁)を横切る第1領域41と、キャビティ5の外方領域に敷設された第2領域42とを一体的に含む。この実施形態では、第1領域41および第2領域42が共に、上部電極20の幅W2以上の幅W3,W4を有している。一方、第1領域41の幅W3は、キャビティ5の幅W1よりも大きくなっているが、第2領域42の幅W4は、キャビティ5の幅W1よりも小さい。すなわち、上部配線25は、図1の構成では、境界領域43を横切る領域に幅広部を有し、キャビティ5の外方領域に幅狭部を有している。上部配線25の第1領域41の幅W3は、たとえば、75μm〜85μmであり、第2領域42の幅W2は、たとえば、10μm〜25μmである。 The upper wiring 25 includes a first region 41 that crosses the boundary region 43 (that is, the outer edge of the cavity 5) between the movable portion and the non-movable portion of the inkjet head 1 and a second region 42 that is laid in the outer region of the cavity 5. And are included integrally. In this embodiment, both the first region 41 and the second region 42 have widths W3 and W4 equal to or larger than the width W2 of the upper electrode 20. On the other hand, the width W3 of the first region 41 is larger than the width W1 of the cavity 5, but the width W4 of the second region 42 is smaller than the width W1 of the cavity 5. That is, in the configuration of FIG. 1, the upper wiring 25 has a wide portion in a region crossing the boundary region 43 and a narrow portion in the outer region of the cavity 5. The width W3 of the first region 41 of the upper wiring 25 is, for example, 75 μm to 85 μm, and the width W2 of the second region 42 is, for example, 10 μm to 25 μm.

また、図3に示すように、上部電極20がキャビティ5の内方領域に制限されるように配置されていることから、上部電極20の幅方向両側には、上部電極20の厚さによって段差が形成されている。そして、上部配線25は、この段差を覆うことで、キャビティ5の外方領域において、当該段差に引っ掛かるように形成された脚部44を有している。
図7A〜図7Sは、インクジェットヘッド1の製造工程を説明するための図である。図7A〜図7Sは、図2に対応するインクジェットヘッド1の断面を示している。
Further, as shown in FIG. 3, since the upper electrode 20 is arranged so as to be restricted to the inner region of the cavity 5, steps are formed on both sides of the upper electrode 20 in the width direction depending on the thickness of the upper electrode 20. Is formed. Then, the upper wiring 25 has a leg portion 44 formed so as to be hooked on the step in the outer region of the cavity 5 by covering the step.
7A to 7S are diagrams for explaining the manufacturing process of the inkjet head 1. 7A-7S show the cross section of the inkjet head 1 corresponding to FIG.

インクジェットヘッド1の製造工程は、大きく分けて、図7A〜図7Iに示す保護基板4の準備工程と、図7J〜図7Qに示すアクチュエータ基板2の準備工程と、図7R〜図7Sに示すその他の工程とを含む。以下では、保護基板4の準備工程を説明した後にアクチュエータ基板2の準備工程を説明するが、これらの工程は、互いに順序が逆であってもよい。 The manufacturing process of the inkjet head 1 is roughly divided into a preparation process for the protective substrate 4 shown in FIGS. 7A to 7I, a preparation process for the actuator substrate 2 shown in FIGS. 7J to 7Q, and others shown in FIGS. 7R to 7S. Including the process of. In the following, the preparation step of the actuator board 2 will be described after the preparation step of the protective substrate 4 will be described, but the order of these steps may be reversed from each other.

まず、図7Aに示すように、たとえば400μm厚さの保護基板4(シリコン基板)が準備され、図7Bに示すように、保護基板4の表面に熱酸化膜45(たとえば、15000Å厚さ)が形成される。
次に、図7Cに示すように、熱酸化膜45をパターニングすることによって、貫通孔36を形成すべき領域に開口が形成される。そして、この熱酸化膜45をマスクとするドライエッチングによって、保護基板4の厚さ方向途中(ほぼ中央位置)まで穴部46が形成される。この穴部46は、最終的に貫通孔36の小径部39となる部分である。
First, as shown in FIG. 7A, for example, a protective substrate 4 (silicon substrate) having a thickness of 400 μm is prepared, and as shown in FIG. 7B, a thermal oxide film 45 (for example, a thickness of 15000 Å) is formed on the surface of the protective substrate 4. It is formed.
Next, as shown in FIG. 7C, by patterning the thermal oxide film 45, an opening is formed in the region where the through hole 36 should be formed. Then, by dry etching using the thermal oxide film 45 as a mask, the hole portion 46 is formed up to the middle (approximately the center position) in the thickness direction of the protective substrate 4. The hole portion 46 is a portion that finally becomes a small diameter portion 39 of the through hole 36.

次に、図7Dに示すように、保護基板4の裏面(最終的に対向面11となる面)に、たとえばプラズマCVDによって、酸化膜47が形成される。次に、酸化膜47上に、収容凹所12および貫通孔34〜36に形成すべき領域に開口を有するレジスト膜48が形成される。そして、このレジスト膜48をマスクとするドライエッチングによって、酸化膜47が選択的に除去される。その後、レジスト膜48が除去される。 Next, as shown in FIG. 7D, an oxide film 47 is formed on the back surface of the protective substrate 4 (the surface that finally becomes the facing surface 11) by, for example, plasma CVD. Next, a resist film 48 having an opening in a region to be formed in the accommodating recess 12 and the through holes 34 to 36 is formed on the oxide film 47. Then, the oxide film 47 is selectively removed by dry etching using the resist film 48 as a mask. After that, the resist film 48 is removed.

次に、図7Eに示すように、保護基板4の表面に、支持基板49(たとえば、400μm厚さのシリコン基板)が接着される。保護基板4は、支持基板49によって支持される。次に、酸化膜47を覆うように保護基板4の裏面にレジスト膜50が形成される。レジスト膜50は、酸化膜47の複数の開口に埋め込まれた部分のうち、貫通孔34〜36に対応する部分が選択的に除去される。 Next, as shown in FIG. 7E, a support substrate 49 (for example, a silicon substrate having a thickness of 400 μm) is adhered to the surface of the protective substrate 4. The protective substrate 4 is supported by the support substrate 49. Next, a resist film 50 is formed on the back surface of the protective substrate 4 so as to cover the oxide film 47. In the resist film 50, among the portions embedded in the plurality of openings of the oxide film 47, the portions corresponding to the through holes 34 to 36 are selectively removed.

次に、図7Fに示すように、レジスト膜50および酸化膜47をマスクとするドライエッチングによって、保護基板4が裏面から選択的に除去される。エッチングの開始位置は、貫通孔34〜36に対応する箇所である。穴部46の反対側の領域からのエッチングによって、当該エッチングが穴部46の底部に達した時点で貫通孔36(掘り込み部37)が形成される。この際、裏面からのエッチングは、貫通孔36の大径部38の径で行われる。一方、貫通孔36以外の領域では、貫通孔36のためのエッチングよりも大きな径で保護基板4がエッチングされるので、保護基板4の裏面から表面まで一気に到達する貫通孔34,35が、穴部46の開通と同時に形成される。その後、レジスト膜50が除去される。 Next, as shown in FIG. 7F, the protective substrate 4 is selectively removed from the back surface by dry etching using the resist film 50 and the oxide film 47 as masks. The etching start position is a position corresponding to the through holes 34 to 36. By etching from the region on the opposite side of the hole 46, a through hole 36 (drilled portion 37) is formed when the etching reaches the bottom of the hole 46. At this time, etching from the back surface is performed with the diameter of the large diameter portion 38 of the through hole 36. On the other hand, in the region other than the through hole 36, the protective substrate 4 is etched with a diameter larger than that for the through hole 36, so that the through holes 34 and 35 that reach from the back surface to the front surface of the protective substrate 4 at once are holes. It is formed at the same time as the opening of the portion 46. After that, the resist film 50 is removed.

次に、図7Gに示すように、保護基板4が裏面から選択的に除去されることによって、収容凹所12が形成される。
次に、図7Hに示すように、支持基板49が取り外される。
次に、図7Iに示すように、保護基板4の表裏面を覆っていた酸化膜45,47が除去される。これにより、アクチュエータ基板2の取り付けられる保護基板4の準備が完了する。
Next, as shown in FIG. 7G, the accommodating recess 12 is formed by selectively removing the protective substrate 4 from the back surface.
Next, as shown in FIG. 7H, the support substrate 49 is removed.
Next, as shown in FIG. 7I, the oxide films 45 and 47 covering the front and back surfaces of the protective substrate 4 are removed. As a result, the preparation of the protective board 4 to which the actuator board 2 is attached is completed.

一方、アクチュエータ基板2の準備工程は、次の通りである。まず、図7Jに示すように、たとえば625μm厚さのアクチュエータ基板2(シリコン基板)が準備され、その表面2aに、振動膜形成層15が形成される。振動膜形成層15は、たとえば、プラズマCVDによって形成される。
次に、振動膜形成層15上に、第1水素バリア膜21(たとえば、80nm厚さ)が形成される。第1水素バリア膜21は、たとえば、スパッタ法によって形成される。第1水素バリア膜21の形成後、下部電極18、圧電体膜19および上部電極20が順に形成される。下部電極18および上部電極20は、たとえば、スパッタ法によって形成され、圧電体膜19は、たとえば、ゾルゲル法によって形成されるが、スパッタ法によって形成してもよい。
On the other hand, the preparation process of the actuator substrate 2 is as follows. First, as shown in FIG. 7J, for example, an actuator substrate 2 (silicon substrate) having a thickness of 625 μm is prepared, and a vibrating film forming layer 15 is formed on the surface 2a thereof. The vibrating film forming layer 15 is formed by, for example, plasma CVD.
Next, the first hydrogen barrier film 21 (for example, 80 nm thickness) is formed on the vibrating film forming layer 15. The first hydrogen barrier film 21 is formed by, for example, a sputtering method. After the formation of the first hydrogen barrier film 21, the lower electrode 18, the piezoelectric film 19 and the upper electrode 20 are formed in this order. The lower electrode 18 and the upper electrode 20 are formed by, for example, a sputtering method, and the piezoelectric film 19 is formed by, for example, a sol-gel method, but may be formed by a sputtering method.

圧電体膜19のゾルゲル法では、PZTを含む前駆体溶液の塗布膜をゲル化させて形成されるゲル化膜を、下部電極18上に1または複数枚積層した後に熱処理して本焼成させる本焼成工程を行って圧電体膜19を形成する。ゾルゲル法は、通常、高温条件下(たとえば、本焼成工程では、700℃程度)で行われ、その後、膜が冷却される。この冷却の際に膜が収縮するため、圧電体膜19は、引張応力を有することになる。 In the solgel method of the piezoelectric film 19, a gelled film formed by gelling a coating film of a precursor solution containing PZT is laminated on the lower electrode 18 and then heat-treated for main firing. A firing step is performed to form the piezoelectric film 19. The sol-gel method is usually carried out under high temperature conditions (for example, about 700 ° C. in the main firing step), and then the film is cooled. Since the membrane shrinks during this cooling, the piezoelectric membrane 19 has tensile stress.

その後、上部電極20が所定の最終形状となるように、選択的にエッチングされる。こうして、圧電素子7が形成される。
次に、図7Kに示すように、圧電素子7を覆うように、第2水素バリア膜22および層間膜23が順に形成される。続いて、層間膜23および第2水素バリア膜22が連続してエッチングされることによって、貫通孔28,29が形成される。
After that, the upper electrode 20 is selectively etched so as to have a predetermined final shape. In this way, the piezoelectric element 7 is formed.
Next, as shown in FIG. 7K, the second hydrogen barrier film 22 and the interlayer film 23 are sequentially formed so as to cover the piezoelectric element 7. Subsequently, the interlayer film 23 and the second hydrogen barrier film 22 are continuously etched to form through holes 28 and 29.

次に、図7Lに示すように、層間膜23上に、TiN膜(たとえば、50nm厚さ)を成膜した後、スパッタ法によって、配線膜24が形成される。その後、配線膜24をパターニングすることによって、上部配線25、下部配線26およびダミー配線27が同時に形成される。
次に、図7Mに示すように、配線膜24を覆うパッシベーション膜30が形成される。パッシベーション膜30は、たとえば、プラズマCVDによって形成される。
Next, as shown in FIG. 7L, a TiN film (for example, a thickness of 50 nm) is formed on the interlayer film 23, and then the wiring film 24 is formed by a sputtering method. After that, by patterning the wiring film 24, the upper wiring 25, the lower wiring 26, and the dummy wiring 27 are formed at the same time.
Next, as shown in FIG. 7M, a passivation film 30 covering the wiring film 24 is formed. The passivation film 30 is formed by, for example, plasma CVD.

次に、図7Nに示すように、パッシベーション膜30が選択的にエッチングされることによって、パッド開口31,32が形成される。
次に、図7Oおよび図7Pに示すように、上部電極20上のパッシベーション膜30および層間膜23が連続してエッチングされた後、第2水素バリア膜22が選択的にエッチングされる。これにより、開口33が形成される。
Next, as shown in FIG. 7N, the pad openings 31 and 32 are formed by selectively etching the passivation film 30.
Next, as shown in FIGS. 7O and 7P, the passivation film 30 and the interlayer film 23 on the upper electrode 20 are continuously etched, and then the second hydrogen barrier film 22 is selectively etched. As a result, the opening 33 is formed.

次に、図7Qに示すように、アクチュエータ基板2上の複数の膜が連続してエッチングされる。これにより、圧電体膜19および下部電極18(延長部18B)を貫通するインク供給路14が形成される。
次に、図7Rに示すように、次に、保護基板4の対向面11を上方に向けた姿勢で当該対向面11に接着剤10が塗布され、インク供給路13とインク供給路14とが一致するように、アクチュエータ基板2が上側から保護基板4に固定される。次に、アクチュエータ基板2が裏面2aから研削されることによって薄化(たとえば、625μm→100μm)された後、裏面2aからの選択的なエッチングによってキャビティ5が形成される。
Next, as shown in FIG. 7Q, a plurality of films on the actuator substrate 2 are continuously etched. As a result, the ink supply path 14 penetrating the piezoelectric film 19 and the lower electrode 18 (extension portion 18B) is formed.
Next, as shown in FIG. 7R, the adhesive 10 is then applied to the facing surface 11 of the protective substrate 4 with the facing surface 11 facing upward, and the ink supply path 13 and the ink supply path 14 are connected to each other. The actuator board 2 is fixed to the protective board 4 from above so as to match. Next, the actuator substrate 2 is thinned (for example, 625 μm → 100 μm) by being ground from the back surface 2a, and then the cavity 5 is formed by selective etching from the back surface 2a.

その後、図7Sに示すように、アクチュエータ基板2のキャビティ―5を覆うように、ノズル基板3が、アクチュエータ基板2の裏面2bに固定される。以上の工程を経て、インクジェットヘッド1が得られる。
<作用効果>
(1)圧電体膜19のパターンに関する作用効果
この実施形態では、たとえば図5に示すように、圧電体膜19がアクチュエータ基板2の表面2aのほぼ全域に形成されていて、圧電体膜19の形成領域がキャビティ5の内方領域に制限されていない。圧電体膜19が形成されていない領域は、インク供給路14および下部配線26のコンタクト部(貫通孔29)だけである。しかも、これらの除去領域は、インク供給路14および貫通孔29を形成するときのエッチング(図7K、図7P)によって形成できる。したがって、圧電体膜19をパターニングする必要がない。たとえ圧電体膜19のパターンがアクチュエータ基板2の表面2aの全域でなくても、キャビティ5全体を覆う領域に亘って延びるパターンであれば、サイズが大きく精密なエッチング精度が要求されないので、圧電体膜19のパターニング時、圧電体膜19を簡単に加工(エッチング)することができる。これにより、インクジェットヘッド1の歩留まりを向上させることができる。また、圧電体膜19の周縁が、少なくともキャビティ5の外方の領域(つまり、圧電素子7の可動部の外方の領域)に設定されていれば、圧電体膜19の周縁がエッチングによってダメージを受けていても、当該ダメージによる圧電素子7の耐圧の低下を防止することができる。
After that, as shown in FIG. 7S, the nozzle substrate 3 is fixed to the back surface 2b of the actuator substrate 2 so as to cover the cavity 5 of the actuator substrate 2. The inkjet head 1 is obtained through the above steps.
<Effect>
(1) Action and effect regarding the pattern of the piezoelectric film 19 In this embodiment, for example, as shown in FIG. 5, the piezoelectric film 19 is formed on almost the entire surface 2a of the actuator substrate 2, and the piezoelectric film 19 is formed. The forming region is not limited to the inner region of the cavity 5. The region where the piezoelectric film 19 is not formed is only the contact portion (through hole 29) of the ink supply path 14 and the lower wiring 26. Moreover, these removal regions can be formed by etching (FIGS. 7K, 7P) when forming the ink supply path 14 and the through hole 29. Therefore, it is not necessary to pattern the piezoelectric film 19. Even if the pattern of the piezoelectric film 19 is not the entire surface 2a of the actuator substrate 2, if the pattern extends over the region covering the entire cavity 5, the size is large and precise etching accuracy is not required. When patterning the film 19, the piezoelectric film 19 can be easily processed (etched). Thereby, the yield of the inkjet head 1 can be improved. Further, if the peripheral edge of the piezoelectric film 19 is set to at least the outer region of the cavity 5 (that is, the outer region of the movable portion of the piezoelectric element 7), the peripheral edge of the piezoelectric film 19 is damaged by etching. Even if it is damaged, it is possible to prevent a decrease in the withstand voltage of the piezoelectric element 7 due to the damage.

なお、この実施形態では、圧電体膜19がインク供給路14の側面に露出するが、そのインク供給路14の形成領域は圧電素子7の可動部ではないため、当該圧電体膜19の露出が圧電性能へ悪影響を及ぼすことはない。
(2)振動膜6および圧電体膜19の内部応力に関する作用効果
この実施形態では、圧電体膜19が、振動膜6とは反対向きの引張応力を有しているので、振動膜6に生じる圧縮応力を相殺することができる。これにより、図7Rに示すように、アクチュエータ基板2をエッチングして振動膜6をリリースしたときに振動膜6にかかる張力をゼロに近づけることができる。したがって、圧電素子7の駆動時に、振動膜6を良好に変位させることができる。よって、インクの吐出に必要な大きさの変位を得ることができる。しかも、振動膜6の圧縮応力は、プラズマCVDを実施するときの成膜条件を制御することによって容易に調整でき、圧電体膜19の引張応力は、ゾルゲル法およびスパッタ法を実施するときの成膜条件を制御することによって容易に調整することができる。
In this embodiment, the piezoelectric film 19 is exposed on the side surface of the ink supply path 14, but since the formed region of the ink supply path 14 is not a movable part of the piezoelectric element 7, the piezoelectric film 19 is exposed. It does not adversely affect the piezoelectric performance.
(2) Actions and effects relating to internal stresses of the vibrating membrane 6 and the piezoelectric film 19 In this embodiment, since the piezoelectric film 19 has a tensile stress in the opposite direction to the vibrating membrane 6, it occurs in the vibrating membrane 6. The compressive stress can be offset. As a result, as shown in FIG. 7R, the tension applied to the vibrating film 6 when the actuator substrate 2 is etched and the vibrating film 6 is released can be brought close to zero. Therefore, the vibrating film 6 can be satisfactorily displaced when the piezoelectric element 7 is driven. Therefore, it is possible to obtain a displacement of a size required for ejecting ink. Moreover, the compressive stress of the vibrating film 6 can be easily adjusted by controlling the film forming conditions when plasma CVD is performed, and the tensile stress of the piezoelectric film 19 is formed when the solgel method and the sputtering method are performed. It can be easily adjusted by controlling the membrane conditions.

また、この実施形態では、パッシベーション膜30の上部電極20上の部分が除去されているため、パッシベーション膜30が有する応力は、振動膜6の張力にほとんど影響を与えない。さらに、第1水素バリア膜21、第2水素バリア膜22、層間膜23、下部電極18および上部電極20は、圧電体膜19に比べてかなり薄い膜なので、多少の内部応力を有していても、その応力も、この実施形態のパッシベーション膜30と同様に、振動膜6の張力に影響を与えない。
(3)掘り込み部37に関する作用効果
この実施形態では、保護基板4の対向面11に掘り込み部37が形成されているので、保護基板4にアクチュエータ基板2を固定する際に、接着剤10が貫通孔36の周囲から流れ込んでも、その接着剤10の全部または一部を掘り込み部37で捕捉することができる。これにより、保護基板4の貫通孔36(インク供給路13)が接着剤10で塞がれることを抑制または防止することができる。したがって、キャビティ5に良好にインクを供給できる。
Further, in this embodiment, since the portion of the passivation film 30 on the upper electrode 20 is removed, the stress of the passivation film 30 has almost no effect on the tension of the vibrating film 6. Further, since the first hydrogen barrier film 21, the second hydrogen barrier film 22, the interlayer film 23, the lower electrode 18 and the upper electrode 20 are considerably thinner than the piezoelectric film 19, they have some internal stress. However, the stress does not affect the tension of the vibrating membrane 6 as in the passivation membrane 30 of this embodiment.
(3) Actions and Effects on the Digging Part 37 In this embodiment, since the digging portion 37 is formed on the facing surface 11 of the protective substrate 4, the adhesive 10 is used when fixing the actuator substrate 2 to the protective substrate 4. Even if the adhesive flows from around the through hole 36, all or part of the adhesive 10 can be captured by the digging portion 37. As a result, it is possible to prevent or prevent the through hole 36 (ink supply path 13) of the protective substrate 4 from being blocked by the adhesive 10. Therefore, the ink can be satisfactorily supplied to the cavity 5.

また、掘り込み部37が、貫通孔36と同心で貫通孔36よりも大きな径を有する円形に形成されている。そのため、掘り込み部37の形成に必要なスペースが貫通孔36の周囲で済むので、掘り込み部37の形成によって装置が大型化することを抑制することができる。
(4)保護基板4の貫通孔36(インク供給路13)の形成方法に関する作用効果
この実施形態では、貫通孔36は、まず、保護基板4の表面に穴部46が形成された後(図7C)、保護基板4を裏面からエッチングして穴部46を開通させることによって形成される(図7F)。つまり、貫通孔36を形成するために保護基板4の表面および裏面それぞれからエッチングすることになるが、表面から裏面まで一気にエッチングする場合に比べて、一回のエッチング深さが浅くて済む。そのため、貫通孔36の形成までの平均のエッチングレートを高くすることができる。その結果、貫通孔36の形成に要するエッチング時間を短縮することができる。
Further, the dug portion 37 is formed in a circular shape concentric with the through hole 36 and having a diameter larger than that of the through hole 36. Therefore, since the space required for forming the digging portion 37 is sufficient around the through hole 36, it is possible to prevent the device from becoming large due to the formation of the digging portion 37.
(4) Actions and Effects Regarding Method for Forming Through Hole 36 (Ink Supply Path 13) of Protective Substrate 4 In this embodiment, the through hole 36 is first formed after a hole 46 is formed on the surface of the protective substrate 4 (FIG. FIG. 7C), the protective substrate 4 is etched from the back surface to open the hole 46 (FIG. 7F). That is, in order to form the through hole 36, etching is performed from each of the front surface and the back surface of the protective substrate 4, but the etching depth at one time is shallower than in the case of etching from the front surface to the back surface at once. Therefore, the average etching rate up to the formation of the through hole 36 can be increased. As a result, the etching time required for forming the through hole 36 can be shortened.

また、この実施形態では、保護基板4に互いにサイズが異なる貫通孔34〜36を形成する必要がある。この場合に、相対的にエッチングサイズが小さい貫通孔36の形成領域に予め穴部46が形成されているので、図7Fの工程では、保護基板4の裏面における貫通孔36を形成すべき領域からは、保護基板4の厚さから穴部46の深さを差し引いた厚さの基板材料をエッチングすれば、貫通孔36を形成することができる。したがって、貫通孔36の形成領域と、貫通孔34,35の形成領域との間でエッチングレートは異なるが、各領域に貫通孔34〜36が形成されるタイミング(つまり、エッチングの完了時期)のばらつきをなくし、貫通孔34〜36を、ほぼ同じタイミングで形成することができる。その結果、オーバーエッチングの発生を抑制または防止することができる。
(5)保護基板4の貫通孔36(インク供給路13)の形状に関する作用効果
この実施形態とは異なり、穴部46の反対側からのエッチング時、エッチングサイズが穴部46とほぼ同じであると、位置合わせずれ等が原因で、貫通孔36の継ぎ目部分(保護基板4の厚さ方向途中部)において段差が生じ、設計値よりも貫通孔36の径が小さくなる部分が生じるかもしれない。そこで、図6に示すように、貫通孔36が大径部38および小径部39を有する構成とし、大径部38の加工寸法を、位置合わせずれを考慮した大きさにしておくことで、少なくとも小径部39に対応する径を確保することができる。そのため、小径部39を貫通孔36の設計値に合わせて形成することによって、設計値通りの径を有する貫通孔36を得ることができる。
(6)上部配線25のパターンに関する作用効果
この実施形態では、図1および図3に示すように、少なくとも、上部配線25の第1領域41(インクジェットヘッド1の可動部と非可動部との境界領域43を横切る領域)の幅W3が、上部電極20の幅W2以上となっている。そのため、振動膜6の変位によって上部配線25の境界領域43上の部分に大きなストレスがかかっても断線を防止することができる。
<変形例>
(1)圧電体膜19のパターンに関する変形例
図8Aおよび図8Bは、圧電体膜19のパターンに関する変形例を示す。
Further, in this embodiment, it is necessary to form through holes 34 to 36 having different sizes from each other in the protective substrate 4. In this case, since the hole portion 46 is formed in advance in the formation region of the through hole 36 having a relatively small etching size, in the step of FIG. 7F, from the region where the through hole 36 should be formed on the back surface of the protective substrate 4. The through hole 36 can be formed by etching a substrate material having a thickness obtained by subtracting the depth of the hole portion 46 from the thickness of the protective substrate 4. Therefore, although the etching rate differs between the formed regions of the through holes 36 and the formed regions of the through holes 34 and 35, the timing at which the through holes 34 to 36 are formed in each region (that is, the etching completion time) Through holes 34 to 36 can be formed at substantially the same timing without variation. As a result, the occurrence of overetching can be suppressed or prevented.
(5) Action and effect regarding the shape of the through hole 36 (ink supply path 13) of the protective substrate 4 Unlike this embodiment, when etching from the opposite side of the hole 46, the etching size is almost the same as that of the hole 46. And, due to misalignment or the like, a step may occur at the seam portion of the through hole 36 (in the middle of the protective substrate 4 in the thickness direction), and a portion where the diameter of the through hole 36 is smaller than the design value may occur. .. Therefore, as shown in FIG. 6, the through hole 36 has a large diameter portion 38 and a small diameter portion 39, and the processing dimension of the large diameter portion 38 is set to a size in consideration of misalignment, so that at least A diameter corresponding to the small diameter portion 39 can be secured. Therefore, by forming the small diameter portion 39 according to the design value of the through hole 36, the through hole 36 having the diameter according to the design value can be obtained.
(6) Action and Effect Regarding Pattern of Upper Wiring 25 In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, at least the first region 41 of the upper wiring 25 (the boundary between the movable portion and the non-movable portion of the inkjet head 1). The width W3 of the region (region that crosses the region 43) is equal to or greater than the width W2 of the upper electrode 20. Therefore, even if a large stress is applied to the portion of the upper wiring 25 on the boundary region 43 due to the displacement of the vibrating membrane 6, the disconnection can be prevented.
<Modification example>
(1) Modification Example of Pattern of Piezoelectric Membrane 19 FIGS. 8A and 8B show a modification of the pattern of the piezoelectric membrane 19.

図8Aの構成では、圧電体膜19は、キャビティ5全体を覆う領域に亘って延びるパターンではあるが、各キャビティ5に対応して一つずつ形成されている。各圧電体膜19の延長部19Bは、キャビティ5の周囲に沿って形成されている。この構成によっても、前述の「<作用効果>(1)圧電体膜19のパターンに関する作用効果」で示した作用効果を実現することができる。なお、この項の圧電体膜19を形成するには、たとえば、図7Jに示す工程で圧電体膜19を成膜した後、上部電極20を形成する前に、圧電体膜19を所定の形状になるようパターニングすればよい。 In the configuration of FIG. 8A, the piezoelectric film 19 is formed one by one corresponding to each cavity 5, although the pattern extends over the region covering the entire cavity 5. The extension portion 19B of each piezoelectric film 19 is formed along the periphery of the cavity 5. With this configuration as well, the action and effect shown in the above-mentioned "<Action and effect> (1) Action and effect related to the pattern of the piezoelectric film 19" can be realized. In order to form the piezoelectric film 19 in this section, for example, after forming the piezoelectric film 19 in the step shown in FIG. 7J and before forming the upper electrode 20, the piezoelectric film 19 has a predetermined shape. It may be patterned so as to be.

一方、図8Bの構成では、圧電体膜19は、主要部19Aのみを有しており、延長部19Bを有していない。この圧電体膜19の主要部19Aは、上部電極20よりは平面サイズが大きいが、キャビティ5の内方領域に制限されている。
(2)圧電体膜19上に配置された絶縁膜のパターンに関する変形例
図9A〜図9Cは、圧電体膜19上に配置された絶縁膜、具体的には、第2水素バリア膜22、層間膜23およびパッシベーション膜30のパターンに関する変形例を示す。
On the other hand, in the configuration of FIG. 8B, the piezoelectric film 19 has only the main portion 19A and does not have the extension portion 19B. The main portion 19A of the piezoelectric film 19 has a larger planar size than the upper electrode 20, but is limited to the inner region of the cavity 5.
(2) Deformation Example Regarding Pattern of Insulating Film Arranged on Piezoelectric Membrane 19 FIGS. 9A to 9C show an insulating film arranged on the piezoelectric film 19, specifically, a second hydrogen barrier film 22, A modified example of the patterns of the interlayer film 23 and the passivation film 30 is shown.

図9Aの構成では、第2水素バリア膜22には開口33が形成されておらず、上部電極20の表面は、第2水素バリア膜22によって覆われている。図9Bの構成では、層間膜23にも開口33が形成されていない。さらに、図9Cの構成では、パッシベーション膜30にも開口33が形成されていない。
特に、図9Cの構成のように、圧電体膜19上にパッシベーション膜30が残っている場合には、パッシベーション膜30が比較的厚い膜なので、振動膜6にかかる張力を調節するに当たって、パッシベーション膜30の内部応力を考慮する必要がある。すなわち、パッシベーション膜30を含めた平均応力、つまり、振動膜6、圧電体膜19およびパッシベーション膜30の平均応力の絶対値が、50MPa以下とすることが好ましい。このようにすることで、前述の「<作用効果>(2)振動膜6および圧電体膜19の内部応力に関する作用効果」で示した作用効果を良好に実現することができる。
(3)保護基板4の掘り込み部37の形状に関する変形例
図10A〜図10Kは、保護基板4のインク供給路13(特に、掘り込み部37)の形状に関する変形例を示す。
In the configuration of FIG. 9A, the opening 33 is not formed in the second hydrogen barrier film 22, and the surface of the upper electrode 20 is covered with the second hydrogen barrier film 22. In the configuration of FIG. 9B, the interlayer film 23 also has no opening 33. Further, in the configuration of FIG. 9C, the opening 33 is not formed in the passivation film 30 either.
In particular, when the passivation film 30 remains on the piezoelectric film 19 as in the configuration of FIG. 9C, since the passivation film 30 is a relatively thick film, the passivation film is used to adjust the tension applied to the vibrating film 6. It is necessary to consider the internal stress of 30. That is, it is preferable that the absolute value of the average stress including the passivation film 30, that is, the average stress of the vibrating film 6, the piezoelectric film 19 and the passivation film 30 is 50 MPa or less. By doing so, the action and effect shown in the above-mentioned "<Action and effect> (2) Action and effect regarding internal stress of the vibrating film 6 and the piezoelectric film 19" can be satisfactorily realized.
(3) Modification example regarding the shape of the dug portion 37 of the protective substrate 4 FIGS. 10A to 10K show a modification regarding the shape of the ink supply path 13 (particularly, the dug portion 37) of the protective substrate 4.

図10Aの構成では、掘り込み部37は、断面視において、掘り込み部37の底部に凹状の溝部51を形成するように、掘り込み部37の全周に亘って設けられた堤防部52を有している。特に図10Aの構成では、堤防部52は、断面視において、頂部が尖った形状に形成されている。一方、図10Bの構成のように、堤防部52は、断面視において、頂部が平坦な形状に形成されていてもよい。図10Aおよび図10Bの構成では、貫通孔36に流れ込んだ接着剤を溝部51で捕捉できるので、捕捉後の接着剤が貫通孔36に流れ出すことを防止することができる。 In the configuration of FIG. 10A, the digging portion 37 has an embankment portion 52 provided over the entire circumference of the digging portion 37 so as to form a concave groove portion 51 at the bottom of the digging portion 37 in a cross-sectional view. Have. In particular, in the configuration of FIG. 10A, the embankment portion 52 is formed in a shape with a sharp top in a cross-sectional view. On the other hand, as in the configuration of FIG. 10B, the top of the embankment portion 52 may be formed in a flat shape in cross-sectional view. In the configurations of FIGS. 10A and 10B, since the adhesive that has flowed into the through hole 36 can be captured by the groove 51, it is possible to prevent the captured adhesive from flowing out into the through hole 36.

図10Cの構成では、掘り込み部37(大径部38)は、テーパ形状に形成されている。つまり、大径部38は、保護基板4の対向面11から反対側に向かって径が徐々に狭くなっている。
図10Dの構成では、掘り込み部37は、大径部38が複数形成されるように、1段ずつ段階的に幅が狭くなる複数の段差構造53(図10Dでは二段)を有している。
In the configuration of FIG. 10C, the dug portion 37 (large diameter portion 38) is formed in a tapered shape. That is, the diameter of the large diameter portion 38 gradually decreases from the facing surface 11 of the protective substrate 4 toward the opposite side.
In the configuration of FIG. 10D, the dug portion 37 has a plurality of step structures 53 (two steps in FIG. 10D) whose width is gradually narrowed step by step so that a plurality of large diameter portions 38 are formed. There is.

図10Eの構成では、掘り込み部37は、大径部38の側面から延びる放射状部54を含んでいる。放射状部54は、たとえば、複数のフィン状の溝が貫通孔36の側面に沿って等間隔で設けられることによって構成されている。図10Eの構成では、接着剤が掘り込み部37に一気に流れ込むことを防止することができる。
そして、図10F〜図10Kは、それぞれ、図6および図10A〜図10Eに示した掘り込み部37が、保護基板4の対向面11の表面部に形成された構成を示している。図6および図10A〜図10Eでは、掘り込み部37は、保護基板4の厚さ方向ほぼ中央まで形成されていた。
(4)保護基板4のインク供給路13の形状に関する変形例
図11A〜図11Cは、保護基板4のインク供給路13の形状に関する変形例を示す。
In the configuration of FIG. 10E, the dug portion 37 includes a radial portion 54 extending from the side surface of the large diameter portion 38. The radial portion 54 is configured, for example, by providing a plurality of fin-shaped grooves along the side surface of the through hole 36 at equal intervals. With the configuration of FIG. 10E, it is possible to prevent the adhesive from flowing into the dug portion 37 at once.
10F to 10K show a configuration in which the digging portion 37 shown in FIGS. 6 and 10A to 10E is formed on the surface portion of the facing surface 11 of the protective substrate 4, respectively. In FIGS. 6 and 10A to 10E, the dug portion 37 was formed to substantially the center in the thickness direction of the protective substrate 4.
(4) Deformation Example Regarding the Shape of the Ink Supply Path 13 of the Protective Board 4 FIGS. 11A to 11C show a modification of the shape of the ink supply path 13 of the protective substrate 4.

前述の「(4)保護基板4の貫通孔36(インク供給路13)の形成方法に関する作用効果」に焦点を当てるのであれば、保護基板4を裏面からエッチングして穴部46を開通させる際(図7F)、穴部46の径と同じエッチングサイズでエッチングしてもよい。この場合、掘り込み部37、大径部38および小径部39は形成されないが、貫通孔36は、保護基板4の厚さ方向途中(この実施形態では、ほぼ中央部)に、若干のエッチング位置ずれによって生じた継ぎ目55(図11Aの構成)や段差56(図11Bの構成)を有していてもよい。 If the focus is on the above-mentioned "(4) Action and effect relating to the method of forming the through hole 36 (ink supply path 13) of the protective substrate 4", when the protective substrate 4 is etched from the back surface to open the hole 46. (FIG. 7F), etching may be performed with the same etching size as the diameter of the hole 46. In this case, the dug portion 37, the large diameter portion 38, and the small diameter portion 39 are not formed, but the through hole 36 has a slight etching position in the middle of the protective substrate 4 in the thickness direction (in this embodiment, the substantially central portion). It may have a seam 55 (configuration of FIG. 11A) or a step 56 (configuration of FIG. 11B) caused by the displacement.

図11Cの構成では、小径部39が保護基板4の対向面11側に形成されており、大径部38が対向面11の反対側に形成されている。つまり、図6の構成に対して、大径部38および小径部39の位置関係が逆になっている。この構成によっても、前述の「<作用効果>(5)保護基板4の貫通孔36(インク供給路13)の形状に関する作用効果」を実現することができる。なお、図11Cの構成の貫通孔36を形成するには、たとえば、図7Cに示す工程で、大径部38と同径の穴部46を形成し、穴部46を開通させる際に、小径部39と同じエッチングサイズで保護基板4をエッチングすればよい。
(5)上部配線25のパターンに関する変形例
図12A〜図12Hは、上部配線25のパターンに関する変形例を示す。
In the configuration of FIG. 11C, the small diameter portion 39 is formed on the facing surface 11 side of the protective substrate 4, and the large diameter portion 38 is formed on the opposite side of the facing surface 11. That is, the positional relationship between the large diameter portion 38 and the small diameter portion 39 is reversed with respect to the configuration of FIG. With this configuration as well, the above-mentioned "<action effect> (5) action effect related to the shape of the through hole 36 (ink supply path 13) of the protective substrate 4" can be realized. To form the through hole 36 having the configuration of FIG. 11C, for example, in the step shown in FIG. 7C, a hole portion 46 having the same diameter as the large diameter portion 38 is formed, and when the hole portion 46 is opened, the small diameter portion 46 is formed. The protective substrate 4 may be etched with the same etching size as that of the portion 39.
(5) Deformation Example Regarding Pattern of Upper Wiring 25 FIGS. 12A to 12H show a modification of the pattern of the upper wiring 25.

図12Aの構成では、上部配線25の第1領域41の幅W3と第2領域42の幅W4が同じである。つまり、上部配線25の一定の幅で形成されている。また、上部電極20の幅W2と、幅W3,W4と、キャビティ5の幅W1との関係は、幅W2<幅W3=幅W4<幅W1となっている。
図12Bの構成では、図12Aの構成に対して、第1領域41の上部電極20とのコンタクト部(貫通孔28の近傍部分)が、上部電極20の幅W2よりも選択的に細くなっている。一方、境界領域43を横切る部分では、第1領域41の幅W3は、図12Aの構成と同様に、上部電極20の幅W2以上となっている。
In the configuration of FIG. 12A, the width W3 of the first region 41 and the width W4 of the second region 42 of the upper wiring 25 are the same. That is, the upper wiring 25 is formed with a constant width. The relationship between the width W2 of the upper electrode 20, the widths W3 and W4, and the width W1 of the cavity 5 is width W2 <width W3 = width W4 <width W1.
In the configuration of FIG. 12B, the contact portion (the portion near the through hole 28) of the first region 41 with the upper electrode 20 is selectively narrower than the width W2 of the upper electrode 20 with respect to the configuration of FIG. 12A. There is. On the other hand, in the portion crossing the boundary region 43, the width W3 of the first region 41 is equal to or larger than the width W2 of the upper electrode 20 as in the configuration of FIG. 12A.

図12Cの構成では、図12Aの構成において、幅W1〜幅W4の関係が、幅W2<幅W1<幅W3=幅W4となっている。
図12Dの構成では、図1の構成において、圧電体膜19が、平面視でキャビティ5の内方領域に制限される大きさで形成されている。そして、幅W1〜幅W4および当該圧電体膜19の幅W5の関係が、幅W2<幅W4<幅W5<幅W1<幅W3となっている。さらに、図12Eおよび図12Fの構成では、図12Dの構成において、幅W1〜幅W5の関係が、それぞれ、幅W2<幅W4<幅W5<幅W3<幅W1(図12E)および幅W2<幅W3=幅W4<幅W5<幅W1(図12F)となっている。
In the configuration of FIG. 12C, in the configuration of FIG. 12A, the relationship between the width W1 and the width W4 is width W2 <width W1 <width W3 = width W4.
In the configuration of FIG. 12D, in the configuration of FIG. 1, the piezoelectric film 19 is formed in a size limited to the inner region of the cavity 5 in a plan view. The relationship between the width W1 to the width W4 and the width W5 of the piezoelectric film 19 is width W2 <width W4 <width W5 <width W1 <width W3. Further, in the configurations of FIGS. 12E and 12F, in the configuration of FIG. 12D, the relationship of width W1 to width W5 is such that width W2 <width W4 <width W5 <width W3 <width W1 (FIG. 12E) and width W2 <, respectively. Width W3 = Width W4 <Width W5 <Width W1 (FIG. 12F).

図12Gの構成では、上部配線25が複数の配線膜24で構成されている。この場合、一方の上部配線25の第1領域41の幅W3´と、他方の上部配線25の第1領域41の幅W3´´とを合わせた総幅が上部電極20の幅W2以上であれば、前述の「<作用効果>(6)上部配線25のパターンに関する作用効果」を実現することができる。
図12Hの構成では、図12Gの構成において、一方および他方の上部配線25がいずれも一定の幅で形成されている(つまり、幅W3´(幅W3´´)=幅W4´(幅W4´´))。
In the configuration of FIG. 12G, the upper wiring 25 is composed of a plurality of wiring films 24. In this case, the total width of the width W3 ′ of the first region 41 of one upper wiring 25 and the width W3 ″ of the first region 41 of the other upper wiring 25 is equal to or larger than the width W2 of the upper electrode 20. For example, the above-mentioned "<action effect> (6) action effect related to the pattern of the upper wiring 25" can be realized.
In the configuration of FIG. 12H, in the configuration of FIG. 12G, both one and the other upper wiring 25 are formed with a constant width (that is, width W3'(width W3''') = width W4'(width W4'). ´)).

以上、この発明の実施形態について説明してきたが、この発明は、他の形態で実施することもできる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
なお、この明細書の内容から、特許請求の範囲に記載した発明以外にも、以下のような第1および第2発明が抽出され得る。
(1)第1の発明
<第1の発明が解決しようとする課題>
一般的に、圧電体は、高温条件下で形成され、その後に冷却されるので、冷却時の収縮のために引張応力を有することになる。そのため、特許文献1では、弾性膜の直下のシリコン基板材料を除去して圧力発生室を形成したときに、圧電体層の応力によって弾性膜が大きな張力で引かれることがある。これは、弾性膜の変位が小さくなる原因になる。一方、弾性膜が圧縮される張力では、弾性膜のたるみが大きく、変位量の制御が安定しないという不具合がある。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can also be implemented in other embodiments.
In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.
In addition to the inventions described in the claims, the following first and second inventions can be extracted from the contents of this specification.
(1) First Invention <Problems to be Solved by the First Invention>
Generally, the piezoelectric material is formed under high temperature conditions and then cooled, so that it has tensile stress due to shrinkage during cooling. Therefore, in Patent Document 1, when the silicon substrate material directly under the elastic film is removed to form a pressure generating chamber, the elastic film may be pulled with a large tension due to the stress of the piezoelectric layer. This causes the displacement of the elastic membrane to be small. On the other hand, when the elastic film is compressed, there is a problem that the elastic film has a large slack and the control of the displacement amount is not stable.

この発明の一実施形態は、振動膜を良好に変位させることができるインクジェット装置およびその製造方法を提供する。
<当該課題を解決するための手段>
この発明の一実施形態は、インクが貯留されるキャビティを区画するアクチュエータ基板と、前記アクチュエータ基板に支持され前記キャビティを区画する振動膜と、前記振動膜上に設けられ前記振動膜を変位させて前記キャビティの容積を変化させる圧電体膜を有する圧電素子と、前記振動膜が圧縮応力を有し、前記圧電体膜が引張応力を有している、インクジェット装置を提供する。
One embodiment of the present invention provides an inkjet device capable of satisfactorily displaces a vibrating membrane and a method for manufacturing the same.
<Means to solve the problem>
In one embodiment of the present invention, an actuator substrate that partitions a cavity in which ink is stored, a piezoelectric film that is supported by the actuator substrate and partitions the cavity, and a diaphragm provided on the diaphragm are displaced. Provided are a piezoelectric element having a piezoelectric film that changes the volume of the cavity, and an inkjet device in which the vibrating film has a compressive stress and the piezoelectric film has a tensile stress.

圧電素子に駆動電圧を印加すると、圧電素子とともに振動膜が変位してキャビティの容積変化を引き起こす。これにより、キャビティ内のインクが吐出される。圧電体膜が、振動膜とは反対向きの引張応力を有しているので、振動膜に生じる圧縮応力を相殺することができる。これにより、振動膜にかかる張力をゼロに近づけることができる。したがって、圧電素子の駆動時に、振動膜を良好に変位させることができる。よって、インクの吐出に必要な大きさの変位を得ることができる。 When a driving voltage is applied to the piezoelectric element, the vibrating membrane is displaced together with the piezoelectric element, causing a change in the volume of the cavity. As a result, the ink in the cavity is ejected. Since the piezoelectric membrane has a tensile stress in the opposite direction to the vibrating membrane, the compressive stress generated in the vibrating membrane can be canceled out. As a result, the tension applied to the vibrating membrane can be brought close to zero. Therefore, the vibrating membrane can be satisfactorily displaced when the piezoelectric element is driven. Therefore, it is possible to obtain a displacement of a size required for ejecting ink.

この発明の一実施形態では、前記振動膜および前記圧電体膜の平均応力の絶対値が、100MPa以下である。
この発明の一実施形態は、前記圧電素子用の領域を選択的に露出させるように形成され、前記圧電体膜の0.5倍以上の厚さを有するパッシベーション膜をさらに含む。
この発明の一実施形態は、前記圧電素子を覆うように形成されたパッシベーション膜をさらに含み、前記振動膜、前記圧電体膜および前記パッシベーション膜の平均応力の絶対値が、50MPa以下である。
In one embodiment of the present invention, the absolute value of the average stress of the vibrating membrane and the piezoelectric film is 100 MPa or less.
One embodiment of the present invention further includes a passivation membrane formed so as to selectively expose the region for the piezoelectric element and having a thickness of 0.5 times or more that of the piezoelectric film.
One embodiment of the present invention further includes a passivation film formed so as to cover the piezoelectric element, and the absolute value of the average stress of the vibrating film, the piezoelectric film and the passivation film is 50 MPa or less.

この発明の一実施形態では、前記振動膜と、前記アクチュエータ基板から見て前記振動膜よりも上側に配置された前記圧電体膜を含む複数の上層膜との平均応力の絶対値が、100MPa以下である。
この発明の一実施形態では、前記振動膜の圧縮応力が−300MPa〜−100MPaであり、前記圧電体膜の引張応力が100MPa〜300MPaである。
In one embodiment of the present invention, the absolute value of the average stress between the vibrating membrane and the plurality of upper layer membranes including the piezoelectric film arranged above the vibrating membrane when viewed from the actuator substrate is 100 MPa or less. Is.
In one embodiment of the present invention, the compressive stress of the vibrating membrane is −300 MPa to −100 MPa, and the tensile stress of the piezoelectric membrane is 100 MPa to 300 MPa.

この発明の一実施形態では、前記圧電体膜は、前記振動膜とほぼ同じ厚さを有している。
この発明の一実施形態では、前記振動膜および前記圧電体膜の厚さは、1μm〜5μmである。
この発明の一実施形態では、前記圧電素子は、前記圧電体膜を挟む、前記圧電体膜の0.2倍以下の厚さを有する上部電極および下部電極を含む。
In one embodiment of the present invention, the piezoelectric membrane has substantially the same thickness as the vibrating membrane.
In one embodiment of the present invention, the thickness of the vibrating membrane and the piezoelectric film is 1 μm to 5 μm.
In one embodiment of the present invention, the piezoelectric element includes an upper electrode and a lower electrode having a thickness of 0.2 times or less the piezoelectric film sandwiching the piezoelectric film.

この発明の一実施形態では、前記上部電極は、Pt単膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記下部電極は、Pt/Ti積層膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記圧電体膜は、PZT膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記振動膜は、SiO単膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記振動膜は、SiN/SiO積層膜からなる。
In one embodiment of the invention, the upper electrode is made of a Pt monomembrane.
In one embodiment of the invention, the lower electrode is made of a Pt / Ti laminated film.
In one embodiment of the invention, the piezoelectric membrane comprises a PZT membrane.
In one embodiment of the present invention, the vibrating membrane is made of a SiO 2 single membrane.
In one embodiment of the present invention, the vibrating membrane is made of a SiN / SiO 2 laminated membrane.

この発明の一実施形態は、前記アクチュエータ基板を支持して前記キャビティを区画し、前記キャビティに連通するノズル開口を有するノズル基板を含む。
この発明の一実施形態は、アクチュエータ基板上に、圧縮応力を有する振動膜を形成する工程と、前記振動膜上に、引張応力を有する圧電体膜を有する圧電素子を形成する工程と、前記振動膜と対向する領域で前記アクチュエータ基板を下方からエッチングしてキャビティを形成する工程とを含む、インクジェット装置の製造方法を提供する。
One embodiment of the present invention includes a nozzle substrate that supports the actuator substrate, partitions the cavity, and has a nozzle opening communicating with the cavity.
One embodiment of the present invention includes a step of forming a vibrating film having compressive stress on an actuator substrate, a step of forming a piezoelectric element having a piezoelectric film having tensile stress on the vibrating film, and the vibration. Provided is a method for manufacturing an inkjet apparatus, which comprises a step of etching the actuator substrate from below in a region facing the film to form a cavity.

この発明の一実施形態では、所定の成膜条件を採用したプラズマCVDによって前記振動膜を形成する。
プラズマCVDを実施するときの成膜条件(ガス圧力等)を制御することによって、振動膜の圧縮応力を容易に調整することができる。
この発明の一実施形態では、所定の成膜条件を採用したゾルゲル法またはスパッタ法によって前記圧電体膜を形成する。
In one embodiment of the present invention, the vibrating film is formed by plasma CVD that employs predetermined film formation conditions.
By controlling the film forming conditions (gas pressure, etc.) when performing plasma CVD, the compressive stress of the vibrating membrane can be easily adjusted.
In one embodiment of the present invention, the piezoelectric film is formed by a sol-gel method or a sputtering method that employs predetermined film forming conditions.

ゾルゲル法およびスパッタ法を実施するときの成膜条件を制御することによって、圧電体膜の引張応力を容易に調整することができる。
(2)第2の発明
<第2の発明が解決しようとする課題>
特許文献1のインクジェット式記録ヘッドでは、PZTからなる圧電体層が、圧力発生室の内方領域に制限される大きさで形成されている。このような圧電体層は、たとえばMOD(Metal Organic Decomposition)方やゾルゲル法によってPZT膜を積層し、当該PZT膜をパターニングすることによって得られる。
By controlling the film forming conditions when the sol-gel method and the sputtering method are carried out, the tensile stress of the piezoelectric film can be easily adjusted.
(2) Second Invention <Problems to be Solved by the Second Invention>
In the inkjet recording head of Patent Document 1, the piezoelectric layer made of PZT is formed in a size limited to the inner region of the pressure generating chamber. Such a piezoelectric layer can be obtained by laminating PZT films by, for example, the MOD (Metal Organic Decomposition) method or the Zolgel method, and patterning the PZT films.

しかしながら、PZTを一定の領域内に収まるように高精度にエッチングすることは容易ではない。したがって、特許文献1の構造を高い歩留まりで作製することは困難である。また、エッチングによってPZTの側面にダメージが発生するので、PZT膜の周縁が圧力発生室の内方に配置されている上記の構成では、可動部において上部電極と下部電極との間の耐圧が低下する。 However, it is not easy to etch PZT with high accuracy so as to fit within a certain region. Therefore, it is difficult to produce the structure of Patent Document 1 with a high yield. Further, since the side surface of the PZT is damaged by etching, in the above configuration in which the peripheral edge of the PZT film is arranged inside the pressure generating chamber, the withstand voltage between the upper electrode and the lower electrode is reduced in the movable portion. To do.

この発明の一実施形態は、圧電素子の可動部において良好な耐圧を実現できるインクジェット装置を提供する。
また、この発明の一実施形態は、圧電素子の可動部において良好な耐圧を実現できるインクジェット装置を高い歩留まりで製造できるインクジェット装置の製造方法を提供する。
<当該課題を解決するための手段>
この発明の一実施形態は、インクが貯留されるキャビティを区画するアクチュエータ基板と、前記アクチュエータ基板に支持され前記キャビティを区画する振動膜と、前記振動膜上に設けられ、上部電極と、下部電極と、前記上部電極および前記下部電極に挟まれた圧電体膜とを含む圧電素子とを含み、前記圧電体膜は、前記キャビティ全体を覆う領域に亘って延びており、前記上部電極は、前記キャビティの内方領域に制限されている、インクジェット装置を提供する。
One embodiment of the present invention provides an inkjet device capable of achieving a good withstand voltage in a moving portion of a piezoelectric element.
Further, one embodiment of the present invention provides a method for manufacturing an inkjet device capable of manufacturing an inkjet device capable of achieving a good withstand voltage in a movable portion of a piezoelectric element with a high yield.
<Means to solve the problem>
One embodiment of the present invention includes an actuator substrate that partitions a cavity in which ink is stored, a piezoelectric film that is supported by the actuator substrate and partitions the cavity, and an upper electrode and a lower electrode provided on the diaphragm. And a piezoelectric element including a piezoelectric film sandwiched between the upper electrode and the lower electrode, the piezoelectric film extends over a region covering the entire cavity, and the upper electrode is the said. Provided is an inkjet device that is confined to the inner region of the cavity.

圧電素子に駆動電圧を印加すると、圧電素子とともに振動膜が変位してキャビティの容積変化を引き起こす。これにより、キャビティ内のインクが吐出される。圧電素子において、圧電体膜の形成領域がキャビティの内方領域に制限されないので、圧電体膜のパターニング時、圧電体膜を簡単に加工(エッチング)することができる。これにより、インクジェット装置の歩留まりを向上させることができる。また、圧電体膜の周縁が、少なくともキャビティの外方の領域(つまり、圧電素子の可動部の外方の領域)に設定されている。そのため、圧電体膜の周縁がエッチングによってダメージを受けていても、当該ダメージによる圧電素子の耐圧の低下を防止することができる。 When a driving voltage is applied to the piezoelectric element, the vibrating membrane is displaced together with the piezoelectric element, causing a change in the volume of the cavity. As a result, the ink in the cavity is ejected. In the piezoelectric element, since the forming region of the piezoelectric film is not limited to the inner region of the cavity, the piezoelectric film can be easily processed (etched) at the time of patterning the piezoelectric film. Thereby, the yield of the inkjet device can be improved. Further, the peripheral edge of the piezoelectric film is set to at least the outer region of the cavity (that is, the outer region of the movable portion of the piezoelectric element). Therefore, even if the peripheral edge of the piezoelectric film is damaged by etching, it is possible to prevent a decrease in the withstand voltage of the piezoelectric element due to the damage.

この発明の一実施形態では、前記下部電極は、前記キャビティの外方の領域に一体的に引き出されたコンタクト部を含み、前記圧電体膜は、前記コンタクト部を取り囲んでいる。
この発明の一実施形態では、前記キャビティに連通するインク供給路がさらに形成されており、前記圧電体膜は、前記流通口を取り囲んでいる。
In one embodiment of the invention, the lower electrode comprises a contact portion integrally drawn out into the outer region of the cavity, and the piezoelectric film surrounds the contact portion.
In one embodiment of the present invention, an ink supply path communicating with the cavity is further formed, and the piezoelectric film surrounds the flow port.

インク供給路の側面に圧電体膜が露出する場合があるが、そのインク供給路の形成領域は圧電素子の可動部ではないため、当該圧電体膜の露出が圧電性能へ悪影響を及ぼすことはない。
この発明の一実施形態では、前記圧電体膜は、PZT膜からなっている。
この発明の一実施形態では、前記圧電体膜の厚さは、1μm〜5μmである。
The piezoelectric film may be exposed on the side surface of the ink supply path, but since the region where the ink supply path is formed is not a moving part of the piezoelectric element, the exposure of the piezoelectric film does not adversely affect the piezoelectric performance. ..
In one embodiment of the invention, the piezoelectric membrane is made of a PZT membrane.
In one embodiment of the present invention, the thickness of the piezoelectric film is 1 μm to 5 μm.

上記のように圧電体膜を簡単に加工(エッチング)できるので、1μm〜5μmの厚さを有する圧電体膜であっても、十分な耐圧を確保することができる。
この発明の一実施形態では、前記振動膜は、SiO単膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記振動膜は、SiN/SiO積層膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記上部電極は、Pt単膜からなる。
Since the piezoelectric film can be easily processed (etched) as described above, sufficient withstand voltage can be ensured even for a piezoelectric film having a thickness of 1 μm to 5 μm.
In one embodiment of the present invention, the vibrating membrane is made of a SiO 2 single membrane.
In one embodiment of the present invention, the vibrating membrane is made of a SiN / SiO 2 laminated membrane.
In one embodiment of the invention, the upper electrode is made of a Pt monomembrane.

この発明の一実施形態では、前記下部電極は、Pt/Ti積層膜からなる。
この発明の一実施形態は、前記アクチュエータ基板を支持して前記キャビティを区画し、前記キャビティに連通するノズル開口を有するノズル基板を含む。
この発明の一実施形態は、アクチュエータ基板上に、振動膜を形成する工程と、前記振動膜上に、下部電極膜、圧電体膜および上部電極膜を順に形成する工程と、前記上部電極膜を選択的にエッチングすることによって、所定形状の上部電極を形成する工程と、前記上部電極を取り囲む領域に残るように、前記圧電体膜を選択的にエッチングする工程と、前記上部電極全体を覆うように、かつ、前記エッチング後の圧電体膜の内方領域に制限されるように、前記アクチュエータ基板を下方からエッチングしてキャビティを形成する工程とを含む、インクジェット装置の製造方法を提供する。
In one embodiment of the invention, the lower electrode is made of a Pt / Ti laminated film.
One embodiment of the present invention includes a nozzle substrate that supports the actuator substrate, partitions the cavity, and has a nozzle opening communicating with the cavity.
In one embodiment of the present invention, a step of forming a vibrating film on an actuator substrate, a step of sequentially forming a lower electrode film, a piezoelectric film, and an upper electrode film on the vibrating membrane, and a step of forming the upper electrode film. A step of forming an upper electrode having a predetermined shape by selective etching, a step of selectively etching the piezoelectric film so as to remain in a region surrounding the upper electrode, and a step of covering the entire upper electrode. Further, the present invention provides a method for manufacturing an inkjet apparatus, which includes a step of etching the actuator substrate from below to form a cavity so as to be limited to the inner region of the piezoelectric film after the etching.

この発明の一実施形態では、前記下部電極膜の一部の領域をコンタクト部として露出させるように、前記圧電体膜を選択的にエッチングする。
この発明の一実施形態は、前記圧電体膜を貫通して前記キャビティに達するインク供給路を形成する工程をさらに含む。
この方法によれば、圧電体膜を、インク供給路を取り囲むパターンに加工することができる。
In one embodiment of the present invention, the piezoelectric film is selectively etched so as to expose a part of the lower electrode film as a contact portion.
One embodiment of the present invention further comprises forming an ink supply path that penetrates the piezoelectric film and reaches the cavity.
According to this method, the piezoelectric film can be processed into a pattern surrounding the ink supply path.

1 インクジェットヘッド
2 アクチュエータ基板
2a 表面
2b 裏面
3 ノズル基板
4 保護基板
5 キャビティ
6 振動膜
7 圧電素子
8 凹部
9 インク吐出通路
10 接着剤
11 対向面
12 収容凹所
13 インク供給路
14 インク供給路
15 振動膜形成層
16 インク流通方向
17 共通インク通路
18 下部電極
18A 主電極部
18B 延長部
19 圧電体膜
19A 主要部
19B 延長部
20 上部電極
21 第1水素バリア膜
22 第2水素バリア膜
23 層間膜
24 配線膜
25 上部配線
26 下部配線
27 ダミー配線
28 貫通孔
29 貫通孔
30 パッシベーション膜
31 パッド開口
32 パッド開口
33 開口
34 貫通孔
35 貫通孔
36 貫通孔
37 掘り込み部
38 大径部
39 小径部
40 段差面
41 第1領域
42 第2領域
43 境界領域
44 脚部
45 熱酸化膜
46 穴部
47 酸化膜
48 レジスト膜
49 支持基板
50 レジスト膜
51 溝部
52 堤防部
53 段差構造
54 放射状部
55 継ぎ目
56 段差
1 Inkjet head 2 Actuator board 2a Front side 2b Back side 3 Nozzle board 4 Protective board 5 Cavity 6 Vibrating film 7 Piezoelectric element 8 Recess 9 Ink ejection passage 10 Adhesive 11 Facing surface 12 Storage recess 13 Ink supply path 14 Ink supply path 15 Membrane forming layer 16 Ink flow direction 17 Common ink passage 18 Lower electrode 18A Main electrode part 18B Extension part 19 Piezoelectric film 19A Main part 19B Extension part 20 Upper electrode 21 First hydrogen barrier film 22 Second hydrogen barrier film 23 Interlayer film 24 Wiring Membrane 25 Upper Wiring 26 Lower Wiring 27 Dummy Wiring 28 Through Hole 29 Through Hole 30 Passion Membrane 31 Pad Opening 32 Pad Opening 33 Opening 34 Through Hole 35 Through Hole 36 Through Hole 37 Drilling Part 38 Large Diameter Part 39 Small Diameter Part 40 Step Surface 41 1st area 42 2nd area 43 Boundary area 44 Leg 45 Thermal oxide film 46 Hole 47 Oxide film 48 Resist film 49 Support substrate 50 Resist film 51 Groove 52 Embankment 53 Step structure 54 Radial part 55 Seam 56 Step

Claims (19)

インクが貯留されるキャビティを区画するアクチュエータ基板と、
前記アクチュエータ基板に支持され前記キャビティを区画する振動膜と、
前記振動膜上に設けられ前記振動膜を変位させて前記キャビティの容積を変化させる圧電素子と、
前記キャビティに連通するインク供給路と、
前記圧電素子を覆うように前記アクチュエータ基板に固定され、前記インク供給路に連通する第1貫通孔を有する保護基板とを含み、
前記第1貫通孔は、前記アクチュエータ基板に対向する面から順に小径部および当該小径部よりも径が大きい大径部を有している、インクジェット装置。
An actuator board that partitions the cavity where ink is stored, and
A vibrating membrane supported by the actuator substrate and partitioning the cavity,
A piezoelectric element provided on the vibrating membrane to displace the vibrating membrane to change the volume of the cavity.
An ink supply path communicating with the cavity and
A protective substrate fixed to the actuator substrate so as to cover the piezoelectric element and having a first through hole communicating with the ink supply path is included.
An inkjet device in which the first through hole has a small diameter portion and a large diameter portion having a diameter larger than the small diameter portion in order from the surface facing the actuator substrate.
インクが貯留されるキャビティを区画するアクチュエータ基板と、
前記アクチュエータ基板に支持され前記キャビティを区画する振動膜と、
前記振動膜上に設けられ前記振動膜を変位させて前記キャビティの容積を変化させる圧電素子と、
前記キャビティに連通するインク供給路と、
前記圧電素子を覆うように前記アクチュエータ基板に固定され、前記インク供給路に連通する第1貫通孔を有する保護基板とを含み、
前記第1貫通孔は、前記アクチュエータ基板に対向する面の反対側から順に小径部および当該小径部よりも径が大きい大径部を有している、インクジェット装置。
An actuator board that partitions the cavity where ink is stored, and
A vibrating membrane supported by the actuator substrate and partitioning the cavity,
A piezoelectric element provided on the diaphragm to displace the diaphragm to change the volume of the cavity.
An ink supply path communicating with the cavity and
A protective substrate fixed to the actuator substrate so as to cover the piezoelectric element and having a first through hole communicating with the ink supply path is included.
The first through hole is an inkjet device having a small diameter portion and a large diameter portion having a diameter larger than the small diameter portion in order from the side opposite to the surface facing the actuator substrate.
前記保護基板は、前記第1貫通孔よりも径が大きい第2貫通孔を有している、請求項1または2に記載のインクジェット装置。 The inkjet device according to claim 1 or 2, wherein the protective substrate has a second through hole having a diameter larger than that of the first through hole. 前記圧電素子に電気的に接続され、前記キャビティ外の領域に亘って延び、その一部がパッドとして露出した配線を含み、
前記パッドを包含するパッド領域は、前記第2貫通孔から露出している、請求項3に記載のインクジェット装置。
Includes wiring that is electrically connected to the piezoelectric element, extends over a region outside the cavity, and is partially exposed as a pad.
The inkjet device according to claim 3, wherein the pad region including the pad is exposed from the second through hole.
前記圧電素子は、上部電極と、下部電極と、前記上部電極および前記下部電極に挟まれた圧電体膜とを含み、
前記配線は、前記上部電極に接続された第1配線および前記下部電極に接続された第2配線を含む、請求項4に記載のインクジェット装置。
The piezoelectric element includes an upper electrode, a lower electrode, and a piezoelectric film sandwiched between the upper electrode and the lower electrode.
The inkjet device according to claim 4, wherein the wiring includes a first wiring connected to the upper electrode and a second wiring connected to the lower electrode.
前記第1貫通孔のアスペクト比(開口深さ/開口幅)は、前記第2貫通孔のアスペクト比の10倍以上である、請求項3〜5のいずれか一項に記載のインクジェット装置。 The inkjet device according to any one of claims 3 to 5, wherein the aspect ratio (opening depth / opening width) of the first through hole is 10 times or more the aspect ratio of the second through hole. 前記保護基板の厚さが、200μm〜500μmであり、
前記第1貫通孔の開口幅は、30μm〜50μmであり、前記第2貫通孔の開口幅は、300μm〜1500μmである、請求項3〜6のいずれか一項に記載のインクジェット装置。
The thickness of the protective substrate is 200 μm to 500 μm.
The inkjet device according to any one of claims 3 to 6, wherein the opening width of the first through hole is 30 μm to 50 μm, and the opening width of the second through hole is 300 μm to 1500 μm.
前記小径部および前記大径部が、前記保護基板の厚さ方向途中に配置された段差面を介して連なっている、請求項1〜7のいずれか一項に記載のインクジェット装置。 The inkjet device according to any one of claims 1 to 7, wherein the small-diameter portion and the large-diameter portion are connected via a stepped surface arranged in the middle of the protective substrate in the thickness direction. 前記段差面は、前記保護基板の厚さ方向ほぼ中央に配置されている、請求項8に記載のインクジェット装置。 The inkjet device according to claim 8, wherein the stepped surface is arranged substantially at the center in the thickness direction of the protective substrate. 前記段差面は、前記小径部を取り囲む環状に形成されている、請求項8または9に記載のインクジェット装置。 The inkjet device according to claim 8 or 9, wherein the stepped surface is formed in an annular shape surrounding the small diameter portion. 前記保護基板は、前記圧電素子を覆う領域に凹部を有しており、
前記圧電素子は、前記凹部内に配置されている、請求項1〜10のいずれか一項に記載のインクジェット装置。
The protective substrate has a recess in a region covering the piezoelectric element.
The inkjet device according to any one of claims 1 to 10, wherein the piezoelectric element is arranged in the recess.
第1面およびその反対側の第2面を有する保護基板を前記第1面からエッチングすることによって、厚さ方向途中部に至る第1穴部を形成する工程と、
前記保護基板の前記第2面における前記第1穴部の反対の第1領域から前記第1穴部に貫通するまで前記保護基板をエッチングすることによって、前記第1領域に第1貫通孔を形成する工程と、
インク供給路を有する振動膜および圧電素子が表面から順に形成されたアクチュエータ基板を準備する工程と、
平面視において前記第1貫通孔と前記インク供給路が一致するように、前記保護基板に前記アクチュエータ基板を固定する工程とを含む、インクジェット装置の製造方法。
A step of forming a first hole portion extending to an intermediate portion in the thickness direction by etching a protective substrate having a first surface and a second surface on the opposite side from the first surface.
A first through hole is formed in the first region by etching the protective substrate from the opposite first region of the first hole on the second surface of the protective substrate until it penetrates the first hole. And the process to do
A process of preparing an actuator substrate in which a vibrating membrane having an ink supply path and a piezoelectric element are formed in order from the surface, and
A method for manufacturing an inkjet device, comprising a step of fixing the actuator substrate to the protective substrate so that the first through hole and the ink supply path coincide with each other in a plan view.
前記第1領域から横にずれた第2領域から、前記第1貫通孔よりも大きなエッチング幅で、前記第1領域のエッチングと同時にエッチングすることによって第2貫通孔を形成する工程を含む、請求項12に記載のインクジェット装置の製造方法。 A claim comprising a step of forming a second through hole by etching from a second region laterally displaced from the first region with an etching width larger than that of the first through hole at the same time as etching the first region. Item 12. The method for manufacturing an etching apparatus according to Item 12. 前記第1貫通孔の形成時、前記第1穴部とは異なるエッチング幅で前記保護基板をエッチングすることによって、前記第1面または前記第2面の一方から順に小径部および当該小径部よりも径が大きい大径部を有する第1貫通孔を形成する、請求項12または13に記載のインクジェット装置の製造方法。 At the time of forming the first through hole, by etching the protective substrate with an etching width different from that of the first hole portion, the small diameter portion and the small diameter portion are sequentially formed from one of the first surface or the second surface. The method for manufacturing an etching apparatus according to claim 12 or 13, wherein the first through hole having a large diameter portion having a large diameter is formed. 前記保護基板の厚さ方向ほぼ中央に底部が位置するように、前記第1穴部を形成する、請求項12〜14のいずれか一項に記載のインクジェット装置の製造方法。 The method for manufacturing an inkjet device according to any one of claims 12 to 14, wherein the first hole portion is formed so that the bottom portion is located substantially at the center in the thickness direction of the protective substrate. 第1面およびその反対側の第2面を有する保護基板を前記第1面からエッチングすることによって、厚さ方向途中部に至る第1穴部を形成する工程と、
前記保護基板の前記第2面における前記第1穴部の反対の第1領域から前記第1穴部に貫通するまで前記保護基板をエッチングすることによって、前記第1領域に第1貫通孔を形成する工程とを含む、インクジェット装置用の保護基板の製造方法。
A step of forming a first hole portion extending to an intermediate portion in the thickness direction by etching a protective substrate having a first surface and a second surface on the opposite side from the first surface.
A first through hole is formed in the first region by etching the protective substrate from the opposite first region of the first hole portion on the second surface of the protective substrate until it penetrates the first hole portion. A method for manufacturing a protective substrate for an inkjet device, which includes a step of making a protective substrate.
前記第1領域から横にずれた第2領域から、前記第1貫通孔よりも大きなエッチング幅で、前記第1領域のエッチングと同時にエッチングすることによって第2貫通孔を形成する工程を含む、請求項16に記載のインクジェット装置用の保護基板の製造方法。 A claim comprising a step of forming a second through hole by etching from a second region laterally displaced from the first region with an etching width larger than that of the first through hole at the same time as etching the first region. Item 16. The method for manufacturing a protective substrate for an etching apparatus according to Item 16. 前記第1貫通孔の形成時、前記第1穴部とは異なるエッチング幅で前記保護基板をエッチングすることによって、前記第1面または前記第2面の一方から順に小径部および当該小径部よりも径が大きい大径部を有する第1貫通孔を形成する、請求項16または17に記載のインクジェット装置用の保護基板の製造方法。 At the time of forming the first through hole, by etching the protective substrate with an etching width different from that of the first hole portion, the small diameter portion and the small diameter portion are sequentially formed from one of the first surface or the second surface. The method for manufacturing a protective substrate for an etching apparatus according to claim 16 or 17, wherein a first through hole having a large diameter portion having a large diameter is formed. 前記保護基板の厚さ方向ほぼ中央に底部が位置するように、前記第1穴部を形成する、請求項16〜18のいずれか一項に記載のインクジェット装置用の保護基板の製造方法。 The method for manufacturing a protective substrate for an inkjet device according to any one of claims 16 to 18, wherein the first hole portion is formed so that the bottom portion is located substantially at the center in the thickness direction of the protective substrate.
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