JP2021030471A - Method for manufacturing substrate for liquid discharge head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体吐出ヘッド用基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a substrate for a liquid discharge head.
半導体基板を微細加工した構造体は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)分野や電気機械の機能デバイスに幅広く用いられている。その一例として、吐出液滴を被記録媒体に着弾させて記録を行う液体吐出記録方式の液体吐出ヘッドがある。 Structures obtained by microfabrication of semiconductor substrates are widely used in the field of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) and functional devices of electromechanical machines. As an example, there is a liquid discharge head of a liquid discharge recording type that records by landing a discharged droplet on a recording medium.
液体吐出ヘッド用基板は、吐出用液体を流すための液体供給口や液体流路が形成された、シリコン等からなる基板から構成されている。このような微細な構造を有する基板の接合においては、接着剤を用いて基板同士を接合する方法が広く用いられている。 The liquid discharge head substrate is composed of a substrate made of silicon or the like, which is formed with a liquid supply port and a liquid flow path for flowing the discharge liquid. In joining substrates having such a fine structure, a method of joining substrates to each other using an adhesive is widely used.
特許文献1には、接着剤をフィルム上に平坦に塗布した後、接合させるべき部材に押圧して接着剤を転写し、接着剤を仮硬化した後に、接着剤を介して別の部材と接合し本硬化する方法が記載されている。
In
上記の技術では、接合させるべき部材に押圧して接着剤を転写しているが、押圧のみでは接着剤の流動性が低く、接着剤の転写不良が懸念される。また、接着剤を部材に転写させる際、接着剤内部で泣き別れが起こり、転写された接着剤の膜厚にムラが生じる場合がある。接着剤が転写された部材を、接着剤の膜厚にムラがある状態で別の部材と接合されると、接着剤の膜厚ムラにより接合部材間で気泡の抱き込み等によるボイドが発生し、インクのリークが生じてしまうという問題があった。
本発明の目的は、上述した課題を解決することにあり、すなわち接合信頼性の高い液体吐出ヘッド用基板を製造できる方法を提供することにある。
In the above technique, the adhesive is transferred by pressing the member to be joined, but the fluidity of the adhesive is low only by pressing, and there is a concern that the adhesive may be poorly transferred. Further, when the adhesive is transferred to the member, crying may occur inside the adhesive, and the film thickness of the transferred adhesive may be uneven. When a member to which the adhesive is transferred is joined to another member in a state where the film thickness of the adhesive is uneven, voids are generated between the joined members due to the embedding of air bubbles between the joined members due to the uneven film thickness of the adhesive. , There was a problem that ink leaked.
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, that is, to provide a method capable of manufacturing a substrate for a liquid discharge head having high bonding reliability.
本発明の一態様によれば、凹部と凸部を有する第1の部材の該凸部に接着剤を付与する工程と、該凸部に付与された接着剤を、前記凹部を閉塞しないように平坦化する工程と、第2の部材と前記第1の部材とを、前記平坦化された接着剤を介して接合する工程と、前記接着剤を硬化する工程と、を含む、液体吐出ヘッド用基板の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, the step of applying the adhesive to the convex portion of the first member having the concave portion and the convex portion and the adhesive applied to the convex portion do not block the concave portion. For a liquid discharge head, which includes a step of flattening, a step of joining the second member and the first member via the flattened adhesive, and a step of curing the adhesive. A method of manufacturing a substrate is provided.
本発明によれば、接合信頼性の高い液体吐出ヘッド用基板を製造することができる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a substrate for a liquid discharge head having high joining reliability.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の実施形態により製造される液体吐出ヘッドの破断部分斜視図(断面を示す部分を含む)である。図1に示すように、基板1の表面にはインク等の液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子2、表面に連通するインク供給口4、インク供給口4に連通し裏面に開口する共通液室3、エネルギー発生素子2に接続された配線(不図示)が形成されている。基板1は、凹部と凸部を有する第1の部材に相当し、共通液室3を前記凹部とし、共通液室を除く前記基板の裏面を前記凸部とすることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
(First Embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of a broken portion (including a portion showing a cross section) of a liquid discharge head manufactured according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the surface of the
また、エネルギー発生素子2が形成された基板1の表面側には、液体を吐出する複数の吐出口5とこれらの吐出口5にそれぞれ連通する流路(圧力室)を有する流路形成部材6が設けられている。また、基板1の裏面側には、第2の部材として、共通液室3へインク等の液体を供給する開口部9が設けられた蓋構造体7が設けられている。なお、本明細書において、「表」、「裏」とは、基板1において流路形成部材6が配される面を「表」とし、蓋構造体7が配される面を「裏」とする。
Further, on the surface side of the
このように、第1の部材は、第1の部材(基板)の第2の部材(蓋構造体)と接合する側の面(裏面)に凹部が形成され、凹部以外の部分を凸部とする部材である。この第1の部材は、第2の部材(蓋構造体)と接合する側の面(裏面)に複数の凸部を有し、該凸部の頂面は同一平面内にある部材であることが好ましい。 As described above, in the first member, a concave portion is formed on the surface (back surface) of the first member (board) on the side where the second member (lid structure) is joined, and the portion other than the concave portion is defined as a convex portion. It is a member to be used. The first member has a plurality of convex portions on the surface (back surface) on the side to be joined with the second member (lid structure), and the top surface of the convex portions is a member in the same plane. Is preferable.
以上に説明した図1に示す構成において、液体は共通液室3から流路形成部材6の流路に供給され、充填される。そして、記録信号に応じてエネルギー発生素子2が発生させるエネルギーにより、流路形成部材6の流路に充填されていた液体は吐出口5から吐出される。例えば、エネルギー発生素子が電気熱変換体である場合、液体内に気泡を瞬間的に発生させる。そして、この発生した気泡の成長によって生じる圧力変化を利用して、液体を液滴として吐出口5から吐出させ、記録媒体に記録する。
In the configuration shown in FIG. 1 described above, the liquid is supplied from the
以下に、本発明の実施形態による液体吐出ヘッドの製造方法について図面を参照して説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a liquid discharge head according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2(a)〜(g)は、本実施形態による液体吐出ヘッドの製造方法の工程のフローを示す工程断面図である。図2(a)〜(g)は、図1のA−A’線に沿った断面(基板面と垂直な方向に切断した断面)に相応する各工程での模式的断面図を示している。 2 (a) to 2 (g) are process cross-sectional views showing a process flow of a method for manufacturing a liquid discharge head according to the present embodiment. 2 (a) to 2 (g) show schematic cross-sectional views in each step corresponding to the cross section along the AA'line of FIG. 1 (cross section cut in the direction perpendicular to the substrate surface). ..
まず、図2(a)に示すように、エネルギー発生素子2、共通液室3及びインク供給口4が形成された基板1を用意する。基板1の表面には、配線や層間絶縁膜などから構成される表面メンブレン層(不図示)が形成されている。
First, as shown in FIG. 2A, a
次いで、図2(b)に示すように、インク供給口4から吐出口5に至る流路(圧力室)を有する流路形成部材6を形成する。流路形成部材6の形成方法の一例としては、フィルム化された感光性樹脂をラミネートし、露光及び現像する工程を複数回(例えば2回)繰り返す方法が挙げられる。
Next, as shown in FIG. 2B, a flow
次いで、図2(c)に示すように、基板1を反転し、基板1の裏面に接着剤層8を転写する。ここで、接着剤層8の転写工程の詳細を図3(a)〜(d)を参照して説明する。
Next, as shown in FIG. 2C, the
まず、図3(a)に示すように、例えば、支持体10(基材)上に接着剤層8が形成された部材を準備する。
First, as shown in FIG. 3A, for example, a member in which the
本実施形態に用いる接着剤層8は感光性樹脂で形成することができる。このような樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。エポキシ樹脂としてはビスフェノールA型やクレゾールノボラック型や脂環式のエポキシ樹脂が挙げられる。アクリル樹脂としてはポリメチルメタクリレート等のメタクリレート系樹脂が挙げられる。ウレタン樹脂としてはポリウレタン等が挙げられる。これらの樹脂を溶解する溶媒としては、PGMEA(プロピレングリコールメチルエーテルアセテート)、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、キシレン等の有機溶剤が挙げられる。感光性樹脂としてポジ型とネガ型があるが、接着剤層を形成する樹脂としては感光時の架橋反応により硬化が進行するネガ型樹脂を使用することが望ましい。また、このような感光性樹脂を含み、且つ加熱により硬化可能な接着剤を用いて接着剤層を形成することが好ましい。
The
次いで、図3(b)に示すように、接着剤層8を基板1へ転写するために、支持体10の接着剤層8が形成された側を、基板1の裏面側(凸部)に押圧する。
Next, as shown in FIG. 3B, in order to transfer the
支持体10としては例えばフィルムを用いることができる。このフィルムとしては、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PI(ポリイミド)、COC(シクロオレフィンコポリマー)、COP(シクロオレフィンポリマー)等の樹脂製のフィルムが挙げられる。
As the
押圧装置としては、ロール状の押圧部材を有する一般的なラミネータ装置や、平板状の押圧部材を有するプレス装置等を適宜選択して用いることができる。押圧時の圧力は、0.1MPa以上1.0MPa以下に設定することができ、好ましくは0.1MPa以上0.5MPa以下に設定することができる。 As the pressing device, a general laminator device having a roll-shaped pressing member, a pressing device having a flat plate-shaped pressing member, or the like can be appropriately selected and used. The pressure at the time of pressing can be set to 0.1 MPa or more and 1.0 MPa or less, preferably 0.1 MPa or more and 0.5 MPa or less.
基板1の裏面には、共通液室3の開口パターンが形成されている。そのため、接着剤層8の転写に際しては、接着剤層8で共通液室3の開口パターン(凹部)を塞ぐことなく、突起部(凸部)の頂面(基板1の裏面の非開口部)のみに接着剤層8を転写することが好ましい。
An opening pattern of the
支持体10を押圧して接着剤層8を転写する際、接着剤層8の流動性が低いと、接着剤層8と基板1との密着不良が発生し、接着剤層8の転写不良が発生する場合がある。そのため、押圧の際は加熱しながら行うことが好ましい。接着剤層8の軟化温度をT0、接着剤層8の転写のための押圧時の加熱温度をT1とすると、加熱温度T1は接着剤層8の軟化温度T0より高くすることが好ましい。軟化温度T0より高い温度で加熱することで、接着剤層8の流動性が高くなるとともに、接着剤層8と基板1との密着性が向上し、密着不良に伴う転写不良が抑制できる。接着剤層の転写のための押圧時の加熱は、基板1の表面側を載置するステージ12又は/及び支持体10を押圧する押圧部材を、温度T1以上に加熱することで行うことができる。一方、押圧時の加熱温度T1が高すぎると、突起部の頂面(基板1の裏面の非開口部)のみに接着剤層8を転写することが困難になるため、接着剤層8が開口パターンの開口部内に入り込まないように温度範囲を設定することが好ましい。後の平坦化工程での押圧時の加熱温度T2より低いことが好ましい。
When the
次に、図3(c)に示すように、支持体10(基材)を基板1から剥離し、接着剤層8を基板1へ転写する。支持体10(基材)を基板1から剥離する際も、接着剤層が過熱された状態で行うことが好ましい。その際、ステージ12を加熱したまま、接着剤層8の軟化温度T0より高い温度に加熱した状態で、支持体10を基板1から剥離することが好ましい。接着剤層8の流動性が高いまま剥離することで、基板1側と支持体10側に泣き別れさせることができ、基板1の目的とする部位のみに接着剤層8を凝集破壊転写することが可能となる。その結果、図3(c)及び図3(d)に示すように、基板1に転写された接着剤層8の表面には凹凸が形成され、膜厚のムラが生じる。
なお、本実施形態では、基板1に接着剤層8を付与する方法として転写法を用いたが、例えばスタンプ法、刷毛塗り等の各種方法を採用することができる。
Next, as shown in FIG. 3C, the support 10 (base material) is peeled off from the
In the present embodiment, the transfer method is used as a method for applying the
以上に説明した工程により、図2(c)(図3(d)に対応)に示すように、接着剤層8が付与された基板1を得ることができる。
By the steps described above, as shown in FIG. 2C (corresponding to FIG. 3D), the
次に、図2(d)に示すように、転写された接着剤層8の平坦化処理を行い、接着剤の膜厚のムラを改善する。ここで、平坦化処理の詳細を図4(a)〜(e)を参照して説明する。転写された接着剤層を平坦化する工程は、押圧補助部材を介して前記接着剤層を押圧することにより該接着剤層を平坦化する工程と、その後に前記押圧補助部材を剥離する工程を含む。
Next, as shown in FIG. 2D, the transferred
まず、図4(a)に示すように、平坦化のための押圧補助部材11を準備する。押圧補助部材11としては例えばフィルム状部材(平面状部材)を用いることができる。 First, as shown in FIG. 4A, a pressing auxiliary member 11 for flattening is prepared. As the pressing auxiliary member 11, for example, a film-shaped member (planar-shaped member) can be used.
次いで、図4(b)及び図4(c)に示すように、基板1の接着剤層8が付与された側を押圧補助部材11越しに押圧し、接着剤層を平坦化する。
Next, as shown in FIGS. 4 (b) and 4 (c), the side of the
押圧装置としては、ロール状の押圧部材を有する一般的なラミネータ装置や、平板状の押圧部材を有するプレス装置等を適宜選択して用いることができる。押圧時の圧力は、例えば0.1MPa以上0.5MPa以下に設定することができ、また0.1MPa以上0.3MPa以下に設定することができる。 As the pressing device, a general laminator device having a roll-shaped pressing member, a pressing device having a flat plate-shaped pressing member, or the like can be appropriately selected and used. The pressure at the time of pressing can be set, for example, 0.1 MPa or more and 0.5 MPa or less, and 0.1 MPa or more and 0.3 MPa or less.
平坦化のための押圧時は、接着剤層の流動性を高めるため、接着剤層の軟化温度T0より高い温度T2で加熱することが好ましい。接着剤層の平坦化のための押圧時の加熱は、基板1の表面側を載置するステージ12又は/及び押圧補助部材11を温度T2以上に加熱することで行うことができる。
At the time of pressing for flattening, it is preferable to heat at a temperature T2 higher than the softening temperature T0 of the adhesive layer in order to increase the fluidity of the adhesive layer. The heating at the time of pressing for flattening the adhesive layer can be performed by heating the
次に、図4(d)に示すように、平坦化用の押圧補助部材11を基板1から剥離する。押圧補助部材11を剥離するときは、冷却ステージ13に基板1を配置し、接着剤層8の軟化温度T0より低い温度T3まで接着剤層を冷却してから実施することが好ましい。接着剤層8の軟化温度T0より高い温度で押圧補助部材11を剥離すると、押圧補助部材11側にも接着剤層8が付着し、接着剤層の膜厚ムラを引き起こしてしまう場合がある。そのような高い温度下では接着剤層8の流動性が高く、かつ接着剤層8と押圧補助部材11との密着性が高まるためである。そのため、接着剤層8の軟化温度T0より低い温度T3まで冷却してから押圧補助部材11を剥離することが好ましい。これにより、押圧補助部材11側への接着剤層の付着を防止することができ、接着剤層の膜厚を減らすことなく、基板1上に平坦に形成された接着剤層8を得ることができる(図4(e))。
Next, as shown in FIG. 4D, the flattening auxiliary member 11 is peeled off from the
平坦化用の押圧補助部材11には、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PI(ポリイミド)、COC(シクロオレフィンコポリマー)、COP(シクロオレフィンポリマー)等の樹脂製のフィルムを用いることができる。これらのフィルムの表面に離型処理を施してもよい。ただし、押圧補助部材11と基板1との線膨張係数差が大きいと、次のような問題が起きる場合がある。すなわち、平坦化処理時の加熱、冷却時に、基板1と押圧補助部材11との線膨張係数差により接着剤層8が変形し、接着剤層8が基板1の裏面側の突起部の頂面から開口部(凹部)側へはみ出してしまう場合がある。そのため、押圧補助部材の線膨張係数は、基板1(第1の部材)と近いことが望ましく、基板1と押圧補助部材の線膨張係数差は20ppm/K以下とすることが望ましい。
As the pressing auxiliary member 11 for flattening, a resin film such as PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PI (polyimide), COC (cycloolefin copolymer), COP (cycloolefin polymer) is used. be able to. The surface of these films may be subjected to a mold release treatment. However, if the difference in linear expansion coefficient between the pressing auxiliary member 11 and the
平坦化処理(押圧)の効果を高めるためには、平坦化処理(押圧)時の温度T2は接着剤層転写時の温度T1より大きいことが望ましい。平坦化処理(押圧)時の温度T2が高すぎると、突起部の頂面(基板1の裏面の非開口部)のみに接着剤層8を維持することが困難になるため、接着剤層8が開口パターンの開口部内に入り込まないように温度範囲を設定することが好ましい。
In order to enhance the effect of the flattening treatment (pressing), it is desirable that the temperature T2 at the time of the flattening treatment (pressing) is larger than the temperature T1 at the time of transferring the adhesive layer. If the temperature T2 during the flattening process (pressing) is too high, it becomes difficult to maintain the
以上に説明した通り、接着剤層の軟化温度T0に対して、各工程の処理時の温度(接着剤層の付与のための押圧時の温度T1、平坦化のための押圧時の温度T2、フィルム状部材の剥離時の温度T3)は、以下の関係にあることが好ましい。
T3<T0<T1<T2
As described above, with respect to the softening temperature T0 of the adhesive layer, the temperature at the time of processing in each step (the temperature T1 at the time of pressing for applying the adhesive layer, the temperature T2 at the time of pressing for flattening, The temperature T3) at the time of peeling the film-like member preferably has the following relationship.
T3 <T0 <T1 <T2
以上のようにして、図2(d)(図4(e)に対応)に示すように、基板1の接着剤層8を平坦化することができる。
As described above, as shown in FIG. 2D (corresponding to FIG. 4E), the
次いで、図2(e)に示すように、基板1上の平坦化された接着剤層8に対し、第1の硬化処理(仮硬化)を行うことが好ましい。
第1の硬化処理としては、例えば光照射や加熱処理等を行うことができる。接合前に第1の硬化処理を行うことで、架橋反応を進行させ、接合後の硬化不良を抑制することができる。ただし、完全に硬化させてしまうと、基板1(第1の部材)と蓋構造体(第2の部材)7との接合が困難となる場合がある。そのため、第1の硬化処理(仮硬化)は、接着剤層8の硬化度が10〜65%となるように行うことが望ましい。第1の硬化処理(仮硬化)を行う場合、感光性樹脂をベースとして含む感光性接着剤を用いて接着剤層を形成し、これに光照射を行って仮硬化することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 2E, it is preferable to perform the first curing treatment (temporary curing) on the flattened
As the first curing treatment, for example, light irradiation, heat treatment, or the like can be performed. By performing the first curing treatment before bonding, the cross-linking reaction can proceed and curing defects after bonding can be suppressed. However, if it is completely cured, it may be difficult to join the substrate 1 (first member) and the lid structure (second member) 7. Therefore, it is desirable that the first curing treatment (temporary curing) is performed so that the degree of curing of the
次いで、図2(f)に示すように、蓋構造体7を形成する。蓋構造体7は例えばシリコン等からなり、エッチングやレーザー加工により開口を形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (f), the
次いで、図2(g)に示すように、基板1と蓋構造体7を、接着剤層8を介して接合した後、第2の硬化処理(本硬化)を行う。第2の硬化処理は、例えば加熱処理であり、これにより接着剤層8の硬化度を高くし、基板1と蓋構造体7の接合強度を高めることができる。
Next, as shown in FIG. 2 (g), the
以上の工程によって、本発明の実施形態による液体吐出ヘッド用基板が製造される。本発明の実施形態による製造方法によれば、接着剤層の転写不良と接着剤層の膜厚ムラを改善することができる。これにより、接合部材間でのボイドが低減された、接合信頼性の高い良好な液体吐出ヘッド用基板を製造することができる。 Through the above steps, a substrate for a liquid discharge head according to an embodiment of the present invention is manufactured. According to the manufacturing method according to the embodiment of the present invention, it is possible to improve transfer failure of the adhesive layer and uneven film thickness of the adhesive layer. As a result, it is possible to manufacture a good substrate for a liquid discharge head having high bonding reliability and reduced voids between the bonding members.
(第2の実施形態)
以下に、第2の実施形態について図面を参照して説明する。第1の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略し又は簡略にする。
(Second embodiment)
The second embodiment will be described below with reference to the drawings. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
本実施形態に用いる接着剤層8は感光性樹脂で形成することができる。このような樹脂としては、前述の第1の実施形態に使用できる感光性樹脂を用いることができる。接着剤層8を形成する樹脂としては感光時の架橋反応により硬化が進行するネガ型樹脂を使用することが望ましい。また、このような感光性樹脂を含み、且つ加熱により硬化可能な接着剤を用いて接着剤層を形成することが好ましい。
The
第1の実施形態と同様に、流路形成部材6を形成した基板1を用意し(図5(a))、次いで、基板1へ接着剤層8を転写する(図5(b))。
Similar to the first embodiment, the
次いで、接着剤層8の平坦化処理を行う。この平坦化処理も第1の実施形態と同様に行うことができる。
Next, the
第2の実施形態では、基板1(第1の部材)と蓋構造体7(第2の部材)とを接合して接着剤を硬化(本硬化)する工程の前に、凹部側にはみ出した接着剤を除去する工程を含む。
第2の実施形態においても、接着剤層8を基板1の突起部の頂面のみに転写させることができるが、平坦化時に押圧されたことで、図5(c)に示すように、わずかに、共通液室3に対応する開口パターンの開口部(凹部)側へのはみ出しが生じる場合がある。このようなはみ出しが生じると共通液室3が狭まり、インク吐出の安定性が低下するおそれがある。また、開口パターンが微細の場合、接着剤層のはみ出しにより、共通液室3を閉塞してしまう可能性もある。そのため、開口部(凹部)側へはみ出した接着剤層8を除去することが好ましい。第2の実施形態によれば、はみ出した接着剤層8を容易に除去することができる。本実施形態では、基板1(第1の部材)に接着剤層を転写し、押圧して平坦化した後、基板1(第1の部材)の接合面側の凸部の直上部分のみ選択的に光照射して仮硬化を行う。基板1(第1の部材)の凸部の頂面から凹部側へはみ出した接着剤層部分は未硬化であるため容易に除去することができる。
In the second embodiment, before the step of joining the substrate 1 (first member) and the lid structure 7 (second member) and curing (mainly curing) the adhesive, the adhesive protrudes to the concave side. Includes the step of removing the adhesive.
Also in the second embodiment, the
次いで、図5(d)に示すように、第1の硬化処理(仮硬化)を行う。第1の硬化処理は光照射により実施し、接着剤層の基板1の突起部頂面の直上部分のみに、マスクを用いて露光を行う。その結果、接着剤としてネガ型樹脂を用いている場合、接着剤層の基板1の突起部頂面の直上部分のみが硬化する。
Next, as shown in FIG. 5D, the first curing treatment (temporary curing) is performed. The first curing treatment is carried out by light irradiation, and only the portion directly above the top surface of the protrusion of the
次いで、図5(e)に示すように蓋構造体7を形成し、図5(f)に示すように基板1と蓋構造体7を、接着剤層8を介して接合する。
Next, the
次いで、図5(g)に示すように現像処理を行い、突起部頂面上から開口部(凹部)側へはみ出した未硬化の接着剤層8を除去する。次いで、第2の硬化処理(本硬化)を行って、接着剤層の接合強度を高める。
Next, a developing process is performed as shown in FIG. 5 (g) to remove the uncured
以上の工程によって、本発明の実施形態による液体吐出ヘッド用基板が製造される。本発明の実施形態による製造方法によれば、接着剤層が所定の部位からはみ出すことなく、接着剤層の転写不良と接着剤層の膜厚ムラを改善することができる。これにより、接合部材間でのボイドが低減された、接合信頼性の高い良好な液体吐出ヘッドを製造することができる。 Through the above steps, a substrate for a liquid discharge head according to an embodiment of the present invention is manufactured. According to the manufacturing method according to the embodiment of the present invention, it is possible to improve transfer failure of the adhesive layer and uneven film thickness of the adhesive layer without the adhesive layer protruding from a predetermined portion. As a result, it is possible to manufacture a good liquid discharge head having high joint reliability and reduced voids between the joint members.
以下に、図面を参照して、本発明による液体吐出ヘッド用基板の製造方法について、実施例を挙げて具体的に説明する。 Hereinafter, the method for manufacturing a substrate for a liquid discharge head according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings with reference to examples.
(実施例1)
前述の第1の実施形態について実施例1を挙げて具体的に説明する。
まず、図2(a)に示すように、エネルギー発生素子2、共通液室3及びインク供給口4を含むシリコン製の基板1を用意した。次いで、図2(b)に示すように、基板1に流路形成部材6を設けた。インク供給口4と、共通液室3の形成方法としては、RIE(リアクティブイオンエッチング)方式にてボッシュプロセスで形成した。
(Example 1)
The first embodiment described above will be specifically described with reference to Example 1.
First, as shown in FIG. 2A, a
次いで、次のようにして、接着剤層8が形成されたフィルムを作製した(図3(a))。まず、支持体10(PETフィルム)上に、感光性樹脂からなる接着剤をスピンコート法にて20μmの膜厚となるように塗布した。続いて、接着剤の塗布膜をオーブンによって70℃で乾燥させ、図3(a)に示すドライフィルムを得た。
Next, a film on which the
次いで、図3(b)に示すように、基板1を反転し、押圧装置にてステージ温度70℃、ローラー圧力0.15MPaにて、支持体10に形成された接着剤層8を基板1の裏面側(接合面)に押圧した。本実施例で用いた接着剤の樹脂の軟化温度は65℃である。
Next, as shown in FIG. 3B, the
次いで、図3(c)に示すように、支持体10(PETフィルム)を、ステージ温度70℃の状態で剥離し、基板1に接着剤層8を凝集破壊転写した(図3(d)、図2(c)。基板1に転写された接着剤層8の膜厚は平均で10μmであり、その表面の凹凸は白色干渉計にて測定したところ10μmであった。
Next, as shown in FIG. 3C, the support 10 (PET film) was peeled off at a stage temperature of 70 ° C., and the
次に、図4(a)に示す押圧補助部材11を準備した。続いて、図4(b)及び図4(c)に示すように、接着剤層8の膜厚のムラを改善するため、基板1の接着剤層8が付与された側を押圧補助部材11越しに押圧し、接着剤層8の平坦化処理を行った。平坦化処理は、ラミネート装置を用いて、ローラー圧力0.2MPa、ローラー速度5mm/sで実施した。その際、平坦化処理時の温度は、接着剤層8の軟化温度以上となるように、ステージ温度75℃、ローラー温度75℃とした。押圧補助部材11には、線膨張係数が低いポリイミドフィルムを用いた。
Next, the pressing auxiliary member 11 shown in FIG. 4A was prepared. Subsequently, as shown in FIGS. 4 (b) and 4 (c), in order to improve the uneven film thickness of the
次に、図4(d)に示すように、冷却ステージ13に基板1を配置し、40℃以下まで基板1の接着剤層8を冷却し、押圧補助部材11を基板1から剥離した。平坦化処理後の接着剤層8の膜厚は平均で10μmであり、その表面の凹凸は白色干渉計にて測定したところ1μm以下であった。
Next, as shown in FIG. 4D, the
以上のようにして、図2(d)(図4(e)に対応)に示すように、基板1の接着剤層8の平坦化を行った。
As described above, as shown in FIG. 2 (d) (corresponding to FIG. 4 (e)), the
次いで、図2(e)に示すように、基板1上の平坦化された接着剤層8に対し、第1の硬化処理工程(仮硬化)を行った。第1の硬化処理は、光照射により行い、一括全面露光機を用いてウエハ全面を露光した。露光波長は365nm、露光量を320mJ/cm2で実施した。接合前に第1の硬化処理を行うことで、架橋反応を進行させ、接合後の硬化不良を抑制することができる。なお、接着剤層8の硬化度は、ビッカース硬さ(HV)で40%となっていた。ここで接着剤層の硬化度とは、本硬化後のビッカース硬さに対する仮硬化後(本硬化前)のビッカース硬さの百分率である。ビッカース硬さ(HV)は、JIS Z 2244:2009に準拠した試験方法て求めることができる。
Next, as shown in FIG. 2 (e), the flattened
次いで、図2(f)に示すように、蓋構造体7を形成した。蓋構造体7はシリコン基板をRIE(リアクティブイオンエッチング)方式にてボッシュプロセスで形成した。
Next, as shown in FIG. 2 (f), the
次いで、図2(g)に示すように基板1と蓋構造体7を、接着剤層8を介して接合装置にて25℃、4KNで加圧して接合した。
Next, as shown in FIG. 2 (g), the
次いで、100℃で3時間加熱し、接着剤層8の第2の硬化処理(本硬化)を行った。これにより接着剤層8の硬化度を高くし、基板1と蓋構造体7の接合強度を高めた。
Then, the
以上の工程を経て作製された液滴吐出ヘッド用基板は、接着剤層の転写不良と接着剤層の膜厚ムラが抑えられ、接合信頼性を向上することができた。 In the substrate for the droplet ejection head produced through the above steps, transfer defects in the adhesive layer and uneven film thickness of the adhesive layer were suppressed, and bonding reliability could be improved.
(実施例2)
本例では、基板1に転写された接着剤層の平坦化工程において、接着剤層の軟化温度以下で平坦化を行った以外は、実施例1と同様にして液体吐出ヘッド用基板を作製した。
(Example 2)
In this example, in the flattening step of the adhesive layer transferred to the
まず、実施例1と同様にして、流路形成部材7を設けた基板1を用意した。次いで、実施例1と同様にして、押圧装置にてステージ温度70℃、ローラー圧力0.15MPaにて、支持体10に形成された接着剤層8を基板1の裏面側(接合面)に押圧した。基板1に転写された接着剤層8の膜厚は平均で10μmであり、その表面の凹凸は10μmであった。
First, in the same manner as in Example 1, a
次いで、温度の条件以外は、実施例1と同様にして、図4(b)及び図4(c)に示すように、基板1の接着剤層8が付与された側を押圧補助部材11越しに押圧し、接着剤層8の平坦化処理を行った。すなわち、ラミネート装置を用いて、ローラー圧力0.2MPa、ローラー速度5mm/sで平坦化処理を実施した。その際、平坦化処理時の温度は、接着剤層8の軟化温度より低い温度で実施し、ステージ温度50℃、ローラー温度50℃とした。押圧補助部材11には、線膨張係数が低いポリイミドフィルムを用いた。
Next, as shown in FIGS. 4 (b) and 4 (c), the side of the
次に、図4(d)に示すように、冷却ステージ13に基板1を配置し、40℃以下まで基板1を冷却し、押圧補助部材11を基板1から剥離した。平坦化処理後の接着剤層8の膜厚は平均で10μmであった。表面の凹凸は白色干渉計にて測定したところ、平坦化前より低減したものの実施例1より平坦化効果が低く、6.5μmであった。
Next, as shown in FIG. 4D, the
次いで、実施例1と同様にして、接着剤層8の第1の硬化処理工程(仮硬化)を行い、準備した蓋構造体7と接合し、続いて第2の硬化処理(本硬化)を行って液滴吐出ヘッド用基板を得た。しかしながら、加圧して接合した時点で、接合部材間の一部にボイドが発生した。後述の比較例1に対してはボイドの発生が一部に抑えられていた。
Next, in the same manner as in Example 1, the first curing treatment step (temporary curing) of the
(比較例1)
本例では、基板1に転写された接着剤層の平坦化工程を行わなかった以外は、実施例1と同様にして液体吐出ヘッド用基板を作製した。
(Comparative Example 1)
In this example, a substrate for a liquid discharge head was produced in the same manner as in Example 1 except that the step of flattening the adhesive layer transferred to the
まず、実施例1と同様にして、流路形成部材7を設けた基板1を用意した。次いで、実施例1と同様にして、押圧装置にてステージ温度70℃、ローラー圧力0.15MPaにて、支持体10に塗布された接着剤層8を基板1の接合面に押圧した。基板1に転写された接着剤層8の膜厚は平均で10μmであり、その表面の凹凸は10μmであった。
First, in the same manner as in Example 1, a
次いで、実施例1と同様にして、基板1に転写された接着剤層8に対して第1の硬化処理工程(仮硬化)を行い、準備した蓋構造体7と接合し、続いて第2の硬化処理(本硬化)を行って液滴吐出ヘッド用基板を得た。しかしながら、加圧して接合した時点で、接着剤層8の凹凸をつぶし切れず、接合部材間でボイドが発生した。
Next, in the same manner as in Example 1, the
以上のように平坦化工程を行わないで作製された液体吐出ヘッド用基板は、接着剤の膜厚ムラにより接合部材間で気泡の抱き込み等によるボイドが発生した。インクジェット記録装置に用いて動作させたところ、インクのリークが生じてしまった。 In the liquid discharge head substrate manufactured without performing the flattening step as described above, voids were generated due to embracing air bubbles between the joining members due to the uneven film thickness of the adhesive. When it was used in an inkjet recording device and operated, an ink leak occurred.
(実施例3)
前述の第2の実施形態について実施例3を挙げて具体的に説明する。
まず、図5(a)に示すように、エネルギー発生素子2、共通液室3及びインク供給口4を含み、流路形成部材7が設けられたシリコン製の基板1を用意した。インク供給口4と、共通液室3の形成方法としては、RIE(リアクティブイオンエッチング)方式にてボッシュプロセスで形成した。
(Example 3)
The second embodiment described above will be specifically described with reference to Example 3.
First, as shown in FIG. 5A, a
次いで、次のようにして、接着剤層8が形成されたフィルムを作製した(図3(a))。まず、支持体10(PETフィルム)上に、感光性樹脂からなる接着剤をスピンコート法にて20μmの膜厚となるように塗布した。続いて、接着剤の塗布膜をオーブンによって70℃で乾燥させ、図3(a)に示すドライフィルムを得た。
Next, a film on which the
次いで、図3(b)に示すように、基板1を反転し、押圧装置にてステージ温度70℃、ローラー圧力0.15MPaにて、支持体10に形成された接着剤層8を基板1の裏面側(接合面)に押圧した。本実施例で用いた接着剤の樹脂の軟化温度は65℃である。
Next, as shown in FIG. 3B, the
次いで、図3(c)に示すように、支持体10(PETフィルム)を、ステージ温度70℃の状態で剥離し、基板1に接着剤層8を凝集破壊転写した(図3(d)、図5(b))。基板1に転写された接着剤層8の膜厚は平均で10μmであり、その表面の凹凸は白色干渉計にて測定したところ10μmであった。
Next, as shown in FIG. 3C, the support 10 (PET film) was peeled off at a stage temperature of 70 ° C., and the
次に、図4(a)に示す押圧補助部材11を準備した。続いて、図4(b)に示すように、接着剤層8の膜厚のムラを改善するため、基板1の接着剤層8が付与された側を押圧補助部材11越しに押圧し、接着剤層8の平坦化処理を行った。平坦化処理は、ラミネート装置を用いて、ローラー圧力0.2MPa,ローラー速度5mm/sで実施した。その際、平坦化処理時の温度は、接着剤層8の軟化温度以上となるように、ステージ温度100℃、ローラー温度100℃とした。押圧補助部材11には、表面に離型処理が施されたPETフィルムを用いた。
Next, the pressing auxiliary member 11 shown in FIG. 4A was prepared. Subsequently, as shown in FIG. 4B, in order to improve the unevenness of the film thickness of the
次に、冷却ステージに基板1を配置し、40℃以下まで基板1上の接着剤層8を冷却し、押圧補助部材11を基板1から剥離した(図5(c))。平坦化処理後の接着剤層8の膜厚は平均で10μmであり、その表面の凹凸は白色干渉計にて測定したところ1μm以下であった。
Next, the
平坦化時に押圧されたことと、押圧補助部材として用いたPETフィルムの線膨張の影響により、図5(c)に示すように、接着剤層8が最大30μm程度、共通液室に対応する開口パターンの開口部(凹部)側へのはみ出しが生じた。
As shown in FIG. 5 (c), the
次いで、図5(d)に示すように、基板1上の平坦化された接着剤層に対し、第1の硬化処理工程(仮硬化)を行った。第1の硬化処理は光照射により行い、接着剤層の基板1の突起部頂面の直上部分のみ硬化するようにマスク14を用いて露光した。露光波長は365nm、露光量を320mJ/cm2で実施した。
Next, as shown in FIG. 5D, a first curing treatment step (temporary curing) was performed on the flattened adhesive layer on the
次いで、図5(e)に示すように、蓋構造体7を形成した。蓋構造体7はシリコン基板をRIE(リアクティブイオンエッチング)方式にてボッシュプロセスで形成した。
Next, as shown in FIG. 5 (e), the
次いで、図5(f)に示すように基板1と蓋構造体7を、接着剤層8を介して接合装置にて25℃、4KNで加圧して接合した。
Next, as shown in FIG. 5 (f), the
次いで、図5(g)に示すように、現像装置にて、基板1の突起部頂面上から開口部(凹部)側へはみ出した未硬化の接着剤層を除去した。溶剤にはPGMEAを用い、回転数は2000rpm、処理時間は5秒とした。
Next, as shown in FIG. 5 (g), the uncured adhesive layer protruding from the top surface of the protrusion of the
次いで、100℃で3時間加熱し、接着剤層8の第2の硬化処理(本硬化)を行った。
Then, the
以上の工程を経て作製された液滴吐出ヘッド用基板は、接着剤層が所定の位置からはみ出すことなく、接着剤層の転写不良と接着剤層の膜厚ムラが改善され、接合信頼性を向上することができた。 The substrate for the droplet ejection head produced through the above steps has improved bonding reliability by improving transfer defects of the adhesive layer and uneven film thickness of the adhesive layer without the adhesive layer protruding from a predetermined position. I was able to improve.
1:基板
2:エネルギー発生素子
3:共通液室
4:インク供給口
5:吐出口
6:流路形成部材
7:蓋構造体
8:接着剤層
9:開口部
10:支持体
11:押圧補助部材(フィルム状部材)
12、13:ステージ
14:マスク
1: Substrate 2: Energy generating element 3: Common liquid chamber 4: Ink supply port 5: Discharge port 6: Flow path forming member 7: Lid structure 8: Adhesive layer 9: Opening 10: Support 11: Pressing assist Member (film-like member)
12, 13: Stage 14: Mask
Claims (13)
該凸部に付与された接着剤を、前記凹部を閉塞しないように平坦化する工程と、
第2の部材と前記第1の部材とを、前記平坦化された接着剤を介して接合する工程と、
前記接着剤を硬化する工程と、を含む、液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 A step of applying an adhesive to the convex portion of the first member having a concave portion and a convex portion, and
A step of flattening the adhesive applied to the convex portion so as not to block the concave portion, and
A step of joining the second member and the first member via the flattened adhesive, and
A method for manufacturing a substrate for a liquid discharge head, which comprises a step of curing the adhesive.
前記押圧補助部材を介した押圧は、前記接着剤の軟化温度(T0)より高い温度(T2)で行い、
前記押圧補助部材の剥離は、前記接着剤の軟化温度(T0)より低い温度(T3)で行う、請求項1又は2記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 The step of flattening the adhesive includes a step of flattening the adhesive by pressing the adhesive via a pressing auxiliary member and a step of peeling off the pressing auxiliary member thereafter.
The pressing through the pressing auxiliary member is performed at a temperature (T2) higher than the softening temperature (T0) of the adhesive.
The method for manufacturing a substrate for a liquid discharge head according to claim 1 or 2, wherein the pressing auxiliary member is peeled off at a temperature (T3) lower than the softening temperature (T0) of the adhesive.
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