JP3584509B2

JP3584509B2 - Ink jet printer head and method of manufacturing the same

Info

Publication number: JP3584509B2
Application number: JP32519094A
Authority: JP
Inventors: 一文濱渕
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: JPH08174851A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は導電性インクに通電し、ジュール熱によって導電性インクを吐出させて印刷を行うインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータ技術は著しく日々進歩している。特に、オフィスオートメーション化において種々の情報を活字化する役目を担うプリンタにおいて、低騒音化，高速化高精細化，低価格化及びカラー化等様々な要求がある。これに対応して、現在ドットマトリックス式プリンタ，熱転写型プリンタ，ＬＥＤプリンタ，レーザービームプリンタ及びインクジェットプリンタ等が開発、提供されている。
【０００３】
インクジェットプリンタに用いられるインクジェットプリンタヘッドにおけるインクを吐出させる方法として、ピエゾ圧電素子の変形によってインクを押し出すピエゾ方式と、一対の電極間に導電性インクを充填し、この電極間に電流を通電して、ジュール熱によって導電性インクを沸騰・吐出させる通電方式がある。この通電方式を用いたインクジェットプリンタヘッド（以下インクジェットプリンタヘッドと称す）は、一対の電極間に直流電流を通電して、ジュール熱によって導電性インクを沸騰・吐出させる方法と、一対の電極間に交流電流を通電して、導電性インクを沸騰・吐出させる交互通電による高周波加熱である交互通電加熱型方式等が知られている。この中で、交流電圧を印加する交互通電加熱方式が、直流電流を用いる方法より電極の耐久性が高く、ピエゾ素子を用いる方法より構成が簡単なため、主流となっている。
【０００４】
以下に従来のインクジェットプリンタヘッドについて説明する。図５は従来のインクジェットプリンタヘッドを用いたインクジェットプリンタの断面模式図である。１はインクを充填するインク室、２はインク室１の上面に形成されたインクを吐出するノズル孔、３はインク室１の底面に配設された一対の電極層、４はインク室１の上面を形成している樹脂シート、５は電極層３の上面に積層された絶縁層、６は樹脂シート４と絶縁層５を接合している接着剤、７はインク室１の底面を形成し電極層３等が配設されている非導電性基板である。８は外部との電気的導通をとるためのパッド層で、９はパッド層８と接続するためのＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｕｎｄｉｎｇ）端子（図示せず）を有するリード線部である。ここで、パッド層８は、電極層３と同時に形成された金属層の上部に金，銀，白金等が積層されることにより形成されている。１０はＴＡＢ端子を有するリード線部９を介して電極層３に導通し印字を制御する制御部、１１は電極層３に交流電圧を印加する電源部、１２はノズル孔２の上方に一定の距離をおいて配置されるプリンタ用紙、１３はインク室１に充満しているインク、１４はノズル孔２から吐出されたインク滴、１５はインク滴１４がプリンタ用紙１２に付着した印字ドットである。また、１６は一対の電極３を通してインク１３に通電されジュール熱により一対の電極３の間に発生した気泡である。
【０００５】
以上のように構成された従来のインクジェットプリンタヘッドについて、以下その製造方法を説明する。まず、電極層形成工程として、ガラスまたはセラミクスからなる非導電性基板７上に、蒸着法，スパッタ法等の物理成膜法や、メッキ法等によって、チタン，金，白金，ニッケル等よりなる導電性の金属膜（図示せず）を積層する。次に、フォトリソグラフィー法等を用いて、この金属膜上に電極層３のパターン（図示せず）を形成し、このパターンが形成されていない部分の金属膜をイオンミーリング法またはケミカルエッチング法によって除去して、電極層３が形成される。次に、パッド層形成工程として、電極層３の一端部で導通するように金等を用いてパッド層が積層される。次に、絶縁層形成工程として、電極層３等を有する非導電性基板７上に、有機高分子またはセラミクス等を用いて、塗布またはスパッタ法等によって均質に絶縁層５を形成し、再度フォトリソグラフィー法等を用いて、インク１３と接する電極層３と外部接続のためのパッド層８周辺の絶縁層５の領域を開口させ、絶縁層開口部（図示せず）を形成する。次に、樹脂シート形成工程として、エキシマレーザー加工機により樹脂シート４にインク１３を充填，吐出させるためのインク室１及びノズル孔２が形成される。次に、接合工程として、電極層３と絶縁層５が形成された非導電性基板７の上に樹脂シート４が接着剤６を用いて接合される。この接合の際に、樹脂シート４上のノズル孔２が非導電性基板７の電極層３の中心部の位置に配設されるように合わせる。次に、電源部１１及び制御部１０を接続するリード線部９のＴＡＢ端子がパッド層８上に超音波融着法により接続される。最後に、インク室１にインク１３が充填されることにより、インクジェットプリンタヘッドが完成される。
【０００６】
以上のように製造された従来のインクジェットプリンタヘッドを用いたインクジェットプリンタについて、以下その動作を説明する。電源部１１及び制御部１０により一対の電極層３の電極間にインク１３を沸騰・吐出するように印字周期を５ＫＨｚの間隔、また交互通電の頻度である電圧変化周期を３ＭＨｚの間隔で交互通電電圧が印加される。印字周期は、インク１３の沸騰が発生するのに必要な最大時間より長く設定され、電圧変化周期は印字品質である分解能に応じたドットの飛翔頻度に一致するように設定される。交互通電電圧がインク１３に印加されると、インク１３中の電解質が振動運動を行いジュール熱が発生してインク１３が加熱される。次に、インク１３が加熱されるとインク１３中に沸騰が起こり、一対の電極層３の電極間に気泡１６が発生する。さらに、この気泡１６が膨張するにつれてインク室１の内側に充填されたインク１３が押し上げられ、ノズル孔２からインク滴１４が飛翔し、このインク滴１４がプリンタ用紙１２に付着することにより印字ドット１５が形成される。ここで、通電方式を用いたインクジェットプリンタヘッドはインク１３に電流を流すために外部と導通させるＴＡＢ端子とパッド層８との接触抵抗を低く抑え電力損失を防止する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、リード線部９の先端のＴＡＢ端子とパッド層８を超音波融着法にて接続する場合、パッド層８の下部に配設された電極層３が一般に膜厚が厚く形成されるために、電極層３の凹凸が大きくなりその影響を受けてパッド層８の表面粗さが著しく大きくなるために超音波融着が効果的に作用しなくて、接続不良による剥離，抵抗値の増大及び抵抗値が端子毎に大きくばらつき、解像度が劣化し、印字寿命が短く、歩留りが悪いという問題点を有していた。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、ＴＡＢ端子とパッド層８の接合不良による剥がれを防止し、接合による抵抗値の増大や抵抗値のばらつきを抑えて、高解像度を得ることができるとともに、電力損失及びインクへの電圧低下を防止することができ、耐久性の高い印字品質に優れたインクジェットプリンタヘッド、及び、極めて高い歩留りで生産性，量産性に優れたインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドは、インク室及びノズル孔を有する樹脂シートと、電極層と前記電極層の形成領域と非形成領域に跨って設けられ、前記非形成領域で外部に接続されるパッド部とが配設された非導電性基板と、を備えたインクジェットプリンタヘッドであって、前記パッド部が前記非導電性基板上に形成された密着強化層と前記密着強化層の一部または全面を覆うように形成されたパッド層を備え、前記パッド層及び／又は前記密着強化層が前記電極層の上面もしくは下面で前記電極層と接続されている構成を有している。
【００１０】
請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法は、非導電性基板上に電極層を形成する電極層形成工程と、前記電極層を積層した前記非導電性基板上の前記電極層の形成領域と非形成領域に跨って密着強化層を積層する密着強化層形成工程と、密着強化層の上部の一部または全面にパッド層の一部または全面に配置されるようにパッド層を形成するパッド層形成工程と、を備え、電極層の一端部の上部に少なくとも密着強化層またはパッド層が導通するようにした構成を有している。
【００１１】
請求項３に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法は、非導電性基板上に密着強化層を形成する密着強化層形成工程と、前記密着強化層を形成した前記非導電性基板上の前記密着強化層の上部の一部または全面にパッド層の一部または全面を配置されるようにパッド層を形成するパッド層形成工程と、前記密着強化層の上のパッド層及び／又は前記密着強化層の一端部と重なり、前記パッド層及び／又は前記密着強化層上に非形成領域が存在するように電極層を形成する電極層形成工程と、を備えた構成を有している。
【００１２】
ここで、密着強化層としては、チタン，クロム，ニクロム，パ−マロイ等が用いられる。また、密着強化層の形成方法として、蒸着法，スパッタリング法等が好ましく、密着強化層の膜厚として、１５０Å以上、好ましくは３００Å〜５００Åの範囲で形成される。密着強化層が３００Å〜５００Åの膜厚で形成されることにより、非導電性基板とパッド層との密着性を良くかつ効率よく接合することができる。また、密着強化層を蒸着法を用いて形成することにより膜厚を薄くかつ表面に凹凸のない表層を形成でき、電極層及び／又はパッド層との接触抵抗値及びその抵抗値のばらつきを低く抑え電気的導通を良好にできる。また、非導電性基板との密着も良くすることができる。また、パッド層の材料としては、金，銀，白金，ニッケル，銅等が用いられる。また、電極層の材料としては、チタン，タンタル，アルミニウム等のバルブ金属が用いられる。
【００１３】
【作用】
この構成によって、非導電性基板上の密着強化層がパッド層の下部に配設されたことにより、パッド層の表面を平滑に形成できるので、パッド層とＴＡＢ端子の接合の際に電極層の凹凸がパッド層への表面の粗さに影響を及ぼすのを防止することができる。その結果、ＴＡＢ端子をパッド層に超音波融着する際に、効率良く安定した接合ができ、ＴＡＢ端子がパッド層から剥離することを防止できる。さらに、パッド層とＴＡＢ端子の接合部の抵抗値の減少及びその抵抗値のばらつきを極めて小さくでき、高解像度で安定して印字品質を得ることができるとともに耐久性を高くすることができる。また、パッド部の下にチタン，クロム，ニクロム，パーマロイ等の密着強化層を形成したので、特に非導電性基板がガラス等の場合には、低比抵抗率を有する金属である金、銀、白金等のパッド層に対して密着性を極めて良くすることができ、パッド層とＴＡＢ端子の接合における歩留りを著しく向上させることができる。
【００１４】
【実施例】
以下本発明の一実施例におけるインクジェットプリンタヘッドについて、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１は本発明の第１実施例におけるインクジェットプリンタヘッドを用いたインクジェットプリンタの断面模式図であり、図２は本発明の第１実施例におけるインクジェットプリンタヘッドのパッド部周辺の断面模式図である。１はインク室、２はノズル孔、３は電極層、４は樹脂シート、５は絶縁層、６は接着剤、７は非導電性基板、８はパッド層、９はＴＡＢ端子を有するリード線部、１０は制御部、１１は電源部、１２はプリンタ用紙、１３はインク、１４はインク滴、１５は印字ドット、１６は気泡である。これらは、従来例と同様なものなので、同一の符号を付して説明を省略する。従来例と異なるのは、パッド部の構成であり、チタン，クロム，ニクロム，パーマロイ等の密着強化層１７をパッド層８の下部に設けた点である。
【００１６】
以上のように構成された本発明の第１実施例におけるインクジェットプリンタヘッドについて、以下その製造方法を説明する。まず、電極層形成工程として、ＤＣマグネトロンスパッタリング法を用い、アルゴンガス圧５０ｍＴｏｒｒ、基板温度３００℃、電力密度１１．１Ｗ／ｃｍ^２の条件でチタン材料を用いて金属層を２μｍの膜厚に成膜した。ここで、金属層の最大粗さはＲｍａｘ＝１５００Å、中心線平均粗さＲａ＝７００Åであった。次に、フォトリソグラフィー法で電極層３となるパターンを形成し、ケミカルエッチング法で電極層３以外の金属層を除去し電極層３を形成した。次に、密着強化層形成工程として、チタンを用いて蒸着法にて成膜し密着強化層１７を形成した。密着強化層１７の成膜条件は基板温度２００℃、アルゴン圧２．５×１０^−６Ｔｏｒｒ以下、成膜レート１５Å／ｓｅｃであり、密着強化層１７の膜厚は５００Åになるようにした。また、密着強化層１７は電極層３と電気的に接続するために電極層３の一部を被膜するようなパターンで成膜した。次に、パッド層形成工程として、金を用いて密着強化層１７の上に蒸着法にて成膜しパッド層８を形成した。パッド層８の成膜条件は基板温度２００℃、アルゴン圧２．５×１０^−６Ｔｏｒｒ以下、成膜レート１５Å／ｓｅｃで、１００００Åの厚さに成膜した。パッド層８の最大粗さはＲｍａｘ＝１３０Å、中心線平均粗さＲａ＝２０Åであった。こうして、図２に示すような構成のパッド部（密着強化層１７とパッド層８からなる）を作製した。以降の製造工程は、従来例と同様にして行ない、本実施例のインクジェットプリンタヘッドが完成される。
【００１７】
以上のように製造された本発明の第１実施例におけるインクジェットプリンタヘッドを用いて、パッド部の性能試験を以下のように行った。パッド層８とＴＡＢ端子の超音波融着は荷重２００ｇ，出力１Ｗで行った。その後、抵抗値の測定を行い接合状態の良否を判定した。これらの結果を（表１）に示した。
【００１８】
【表１】

【００１９】
この（表１）においての抵抗値平均は、インクジェットプリンタヘッドにおける５６ｐｉｎを有する各電極の平均値とした。次に、本発明の第１実施例におけるインクジェットプリンタヘッドを用いたインクジェットプリンタについて印字寿命の測定を行った。ここで、一対の電極層３の間に、インク８を沸騰させるに必要な交互通電電圧を２５Ｖ、電圧周期を３ＭＨｚ、印字周期を５ＫＨｚとし、交互通電を行った。インク１３が吐出するまでに要した時間が５０μｓを越えた時の通電回数を印字寿命回数として印字寿命を計測した。その結果を（表１）に示した。この（表１）から明らかなように、本実施例によるインクジェットプリンタヘッドは、良好な接合状態を得ることができ、歩留りが向上した。さらに、抵抗値は４．５Ωと小さく、そのばらつきも０．９Ωと小さくなり、印字寿命回数も１．８億回を越えていた。
【００２０】
（比較例１）
次に、比較例として、図４に従来のインクジェットプリンタヘッドのパッド部周辺の断面模式図を示す。３は電極層、７は非導電性基板、８はパッド層、９はＴＡＢ端子を有するリード線部である。まず、電極層形成工程として、ＤＣマグネトロンスパッタリングを用い、アルゴン圧５０ｍＴｏｒｒ、基板温度３００℃、電力密度１１．１Ｗ／ｃｍ^２の条件でチタンを用いて２μｍの膜厚に成膜した金属層を形成した。電極層３となる金属層の最大粗さはＲｍａｘ＝１５００Å、中心線平均粗さＲａ＝７００Åであった。次に、フォトリソグラフィー法で電極パターンを形成し、ケミカルエッチング法で電極部以外の金属層を除去し電極層３を形成した。次に、パッド層形成工程として、金を用いて基板全面に蒸着法にて成膜しパッド層８を形成した。パッド層８の成膜条件は基板温度２００℃、アルゴン圧２．５×１０^−６Ｔｏｒｒ以下、成膜レート１５Å／ｓｅｃで、１００００Åの厚さに成膜した。以上のようして、図４に示すパッド部を作製した。以降の工程は従来例と同様に行うことにより、インクジェットプリンタヘッドが完成される。
【００２１】
以上のように製造された比較例における従来のインクジェットプリンタヘッドを用いて、第１実施例と同様な条件で、抵抗値の測定を行い接合状態の良否、及び、印字寿命の測定を行った。その結果を（表１）に示す。この（表１）から、従来のインクジェットプリンタヘッドは、接合状態及び歩留りが極めて悪かった。また、抵抗値が７．４Ωと大きく、その抵抗値のばらつきが５．６Ωと極めて大きく、印字寿命回数が０．７億回と極めて短かかった。
【００２２】
この（表１）から明らかなように、第１実施例によるインクジェットプリンタヘッドは、従来例と比較して、極めて良好な接合状態を得ることができ、歩留りを著しく向上させることができることが判った。また、抵抗値が比較例に比べてばらつきが小さいうえに約５６％の値しか示さず、接触抵抗が極めて低くなっていることが判った。さらに、印字寿命が１．８億回を越え、比較例に比べ２．５倍以上も耐久性が向上し、極めて安定しており、高解像度の印字特性と安定した印字品質及び低電力損失を得ることができることが判った。
【００２３】
（実施例２）
以下本発明の第２実施例におけるインクジェットプリンタヘッドについて、図面を参照しながら説明する。図３は本発明の第２実施例におけるインクジェットプリンタヘッドのパッド部周辺の要部断面模式図である。３は電極層、７は非導電性基板、８はパッド層、９はＴＡＢ端子を有するリード線部、１７は密着強化層であり、これらは、第１実施例と同様なものなので、同一の符号を付して説明を省略する。第１実施例と異なるのは、パッド層８，密着強化層１７と電極層３の接続部の構成であり、密着強化層１７とパッド層８の上に電極層３が積層された点である。
【００２４】
以上のように構成された本発明の第２実施例におけるインクジェットプリンタヘッドについて、以下その製造方法を説明する。まず、密着強化層形成工程として、クロムを蒸着法にて成膜し密着強化層１７を形成した。成膜条件は基板温度２００℃、アルゴン圧２．５×１０^−６Ｔｏｒｒ以下、成膜レート１５Å／ｓｅｃとし、密着強化層１７の膜厚は５００Åに成膜した。また、密着強化層１７の最大粗さはＲｍａｘ＝１１０Å、中心線平均粗さはＲａ＝１５Åであった。
【００２５】
次に、パッド層形成工程として、白金を用いて蒸着法にてパッド層８を成膜した。その成膜条件は基板温度２００℃、アルゴン圧２．５×１０^−６Ｔｏｒｒ以下、成膜レート１５Å／ｓｅｃで、１００００Åの厚さに成膜し、ケミカルエッチング法でクロム、白金を除去してパッド部を形成した。その後、電極層形成工程として、ＤＣマグネトロンスパッタリングを用い、アルゴン圧５０ｍＴｏｒｒ、基板温度３００℃、電力密度１１．１Ｗ／ｃｍ^２の条件でチタンを２μｍの膜厚に金属層を成膜した。この電極層３となる金属層の最大粗さはＲｍａｘ＝１５００Å、中心線平均粗さＲａ＝７００Åであった。次に、フォトリソグラフィ法で電極パターンを形成し、ケミカルエッチング法で電極部以外の金属層を除去し電極層３を形成した。以降の製造工程は、従来例と同様にして行ない、本実施例のインクジェットプリンタヘッドが完成される。
【００２６】
以上のように製造された本発明の第２実施例のインクジェットプリンタヘッドを用いて、第１実施例と同様な条件で、抵抗値の測定，接合状態の良否及び印字寿命の測定を行った。その結果を（表１）に示した。この（表１）から明らかなように、本実施例によるインクジェットプリンタヘッドは、良好な接合状態を得ることができた。さらに、抵抗値は４．５Ω、そのばらつきも０．７Ωと小さく、印字寿命回数が１．５億回を越えていた。
【００２７】
この（表１）から明らかなように、第２実施例によるインクジェットプリンタヘッドは、従来例と比較して、極めて良好な接合状態を得ることができ、歩留りを著しく向上させることができることが判った。また、抵抗値が比較例に比べてばらつきが小さいうえに約６０％の値しか示さず、接触抵抗が極めて低くなっていることが判った。さらに、印字寿命が比較例に比べ２．１倍以上も向上しており、極めて安定した高解像度の印字特性と安定した印字品質及び低電力損失を得ることができ、耐久性が向上していることが判った。
【００２８】
以上のように本実施例によれば、インクジェットプリンタヘッドは、密着強化層１７上にパッド層８を設けたことにより、パッド層８の表面を平滑に形成できるので、ＴＡＢ端子とパッド層８を超音波融着する際に、良好な接合状態を得ることができ、歩留りが向上した。また、抵抗値及びそのばらつきが極めて小さく、印字寿命が大幅に向上しており、電力損失の小さい極めて安定した耐久性の優れたインクジェットプリンタヘッドを得ることができた。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、密着強化層上にパッド層を設けたことにより、電極の表面粗さがパッド層表面に影響しないようにしたため、容易に超音波融着ができ、かつ本発明の製造方法の特徴であるパッド層の下地として密着強化層は非導電性基板との密着性を良くするので、パッド部とＴＡＢ端子との接合部の抵抗値の低下及びその抵抗値のばらつきを極めて小さくでき、印字品質の高い低電力損失の長期に安定な寿命の長い信頼性に優れたインクジェットプリンタヘッドを実現することができる。さらに、密着強化層形成工程の追加という簡単な製造工程で、著しく歩留りが向上し、作業性，耐久性の高い量産性に優れたインクジェットヘッドの製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例におけるインクジェットプリンタヘッドを用いたインクジェットプリンタの断面模式図
【図２】本発明の第１実施例におけるインクジェットプリンタヘッドのパッド部周辺の断面模式図
【図３】本発明の第２実施例におけるインクジェットプリンタヘッドのパッド部周辺の断面模式図
【図４】比較例１における従来のインクジェットプリンタヘッドのパッド部周辺の断面模式図
【図５】従来のインクジェットプリンタヘッドを用いたインクジェットプリンタの断面模式図
【符号の説明】
１インク室
２ノズル孔
３電極層
４樹脂シート
５絶縁層
６接着剤
７非導電性基板
８パッド層
９（ＴＡＢ端子を有する）リード線部
１０制御部
１１電源部
１２プリンタ用紙
１３インク
１４インク滴
１５印字ドット
１６気泡
１７密着強化層[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an ink jet printer head for performing printing by supplying electricity to conductive ink and discharging the conductive ink by Joule heat, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, computer technology has progressed remarkably every day. In particular, there are various demands for a printer that plays a role of printing various information in office automation, such as low noise, high speed, high definition, low cost, and color. In response to this, dot matrix type printers, thermal transfer type printers, LED printers, laser beam printers, ink jet printers and the like are currently being developed and provided.
[0003]
As a method of ejecting ink in an ink jet printer head used in an ink jet printer, a piezo method in which ink is pushed out by deformation of a piezo piezoelectric element, a conductive ink is filled between a pair of electrodes, and an electric current is applied between the electrodes. There is an energization method in which conductive ink is boiled and discharged by Joule heat. An ink jet printer head using this energization method (hereinafter referred to as an ink jet printer head) is a method in which a direct current is applied between a pair of electrodes to cause a conductive ink to boil and discharge by Joule heat. An alternating current heating type system and the like, which are high-frequency heating by alternating current in which an alternating current is applied to boil and discharge conductive ink, is known. Among these methods, the alternating current heating method of applying an AC voltage has become mainstream because the durability of the electrodes is higher than that of the method using DC current and the configuration is simpler than the method using piezo elements.
[0004]
Hereinafter, a conventional ink jet printer head will be described. FIG. 5 is a schematic sectional view of an ink jet printer using a conventional ink jet printer head. 1 is an ink chamber filled with ink, 2 is a nozzle hole formed on the upper surface of the ink chamber 1 for discharging ink, 3 is a pair of electrode layers disposed on the bottom surface of the

ink chamber

1, and 4 is a A resin sheet forming the upper surface, 5 is an insulating layer laminated on the upper surface of the electrode layer 3, 6 is an adhesive bonding the resin sheet 4 and the

insulating layer

5, and 7 is a bottom surface of the ink chamber 1. This is a non-conductive substrate on which the electrode layer 3 and the like are provided. Reference numeral 8 denotes a pad layer for establishing electrical conduction with the outside, and 9 denotes a lead wire portion having a TAB (Tape Automated Bounding) terminal (not shown) for connecting to the pad layer 8. Here, the pad layer 8 is formed by laminating gold, silver, platinum or the like on the metal layer formed simultaneously with the electrode layer 3. Reference numeral 10 denotes a control unit which conducts to the electrode layer 3 through the lead wire unit 9 having a TAB terminal to control printing, 11 denotes a power supply unit which applies an AC voltage to the

electrode layer

3, and 12 denotes a fixed unit above the nozzle hole 2. Printer paper arranged at a distance, 13 is ink filling the

ink chamber

1, 14 is an ink droplet ejected from the

nozzle hole

2, and 15 is a print dot where the ink droplet 14 adheres to the printer paper 12. . Reference numeral 16 denotes bubbles generated between the pair of electrodes 3 due to Joule heat when electricity is supplied to the ink 13 through the pair of electrodes 3.
[0005]
A method of manufacturing the conventional ink jet printer head configured as described above will be described below. First, as an electrode layer forming step, a conductive film made of titanium, gold, platinum, nickel or the like is formed on a non-conductive substrate 7 made of glass or ceramics by a physical film forming method such as an evaporation method or a sputtering method, or a plating method. A conductive metal film (not shown). Next, a pattern (not shown) of the electrode layer 3 is formed on the metal film by using a photolithography method or the like, and a portion of the metal film where the pattern is not formed is formed by an ion milling method or a chemical etching method. After removal, the electrode layer 3 is formed. Next, as a pad layer forming step, a pad layer is laminated using gold or the like so as to conduct at one end of the electrode layer 3. Next, as an insulating layer forming step, the insulating layer 5 is uniformly formed on the non-conductive substrate 7 having the electrode layer 3 and the like by using an organic polymer, ceramics, or the like by coating or sputtering, and the like. Using a lithography method or the like, a region of the insulating layer 5 around the electrode layer 3 in contact with the ink 13 and the pad layer 8 for external connection is opened to form an insulating layer opening (not shown). Next, as a resin sheet forming step, an ink chamber 1 and a nozzle hole 2 for filling and discharging the ink 13 into the resin sheet 4 are formed by an excimer laser processing machine. Next, as a bonding step, the resin sheet 4 is bonded using an adhesive 6 on the non-conductive substrate 7 on which the electrode layer 3 and the insulating layer 5 are formed. At the time of this joining, the nozzle holes 2 on the resin sheet 4 are aligned so as to be arranged at the center of the electrode layer 3 of the non-conductive substrate 7. Next, the TAB terminal of the lead wire section 9 connecting the power supply section 11 and the control section 10 is connected to the pad layer 8 by an ultrasonic fusion method. Finally, the ink chamber 1 is filled with the ink 13 to complete the ink jet printer head.
[0006]
The operation of an ink jet printer using the conventional ink jet printer head manufactured as described above will be described below. The power supply unit 11 and the control unit 10 alternately energize the print cycle at intervals of 5 kHz and the voltage change cycle, which is the frequency of alternate energization, at intervals of 3 MHz so that the ink 13 is boiled and ejected between the electrodes of the pair of electrode layers 3. A voltage is applied. The printing cycle is set longer than the maximum time required for boiling of the ink 13 to occur, and the voltage change cycle is set so as to match the flying frequency of the dots according to the resolution which is the printing quality. When the alternating voltage is applied to the ink 13, the electrolyte in the ink 13 vibrates to generate Joule heat and heat the ink 13. Next, when the ink 13 is heated, boiling occurs in the ink 13, and bubbles 16 are generated between the electrodes of the pair of electrode layers 3. Further, as the bubble 16 expands, the ink 13 filled inside the ink chamber 1 is pushed up, and the ink droplet 14 flies from the nozzle hole 2. 15 are formed. Here, in the ink jet printer head using the energization method, it is necessary to prevent the power loss by suppressing the contact resistance between the TAB terminal, which is electrically connected to the outside, and the pad layer 8 in order to allow a current to flow through the ink 13.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional configuration, when the TAB terminal at the tip of the lead wire portion 9 and the pad layer 8 are connected by an ultrasonic fusion method, the electrode layer 3 disposed below the pad layer 8 generally has a thickness of Since the electrode layer 3 is formed to be thick, the surface roughness of the pad layer 8 is significantly increased due to the influence thereof. In addition, there has been a problem that the resistance value increases and the resistance value greatly varies from terminal to terminal, the resolution is degraded, the printing life is short, and the yield is poor.
[0008]
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and it is possible to prevent separation of the TAB terminal and the pad layer 8 due to poor bonding, suppress an increase in resistance due to bonding and a variation in resistance, and obtain high resolution. And an ink jet printer head which can prevent power loss and voltage drop to ink, and has excellent durability and excellent printing quality, and an ink jet printer head which is excellent in productivity and mass productivity with extremely high yield. It is intended to provide a manufacturing method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, an ink jet printer head according to claim 1 of the present invention is provided over a resin sheet having an ink chamber and nozzle holes, and over an electrode layer, a region where the electrode layer is formed and a region where the electrode layer is not formed. A non-conductive substrate provided with a pad portion connected to the outside in the non-forming region; and a non-conductive substrate, wherein the pad portion is formed on the non-conductive substrate. A pad layer formed so as to cover a part or the entire surface of the adhesion layer and the adhesion layer, wherein the pad layer and / or the adhesion reinforcement layer is connected to the electrode layer on the upper surface or the lower surface of the electrode layer. It has a configuration that is
[0010]
3. The method for manufacturing an ink jet printer head according to claim 2, wherein an electrode layer forming step of forming an electrode layer on a non-conductive substrate, and a formation area of the electrode layer on the non-conductive substrate on which the electrode layers are stacked. And a pad for forming a pad layer so as to be disposed on a part or the entire surface of the pad layer on a part or the entire upper surface of the adhesion reinforcing layer. And a layer forming step, wherein at least the adhesion reinforcing layer or the pad layer is electrically connected to the upper part of one end of the electrode layer.
[0011]
4. The method of manufacturing an ink jet printer head according to claim 3, wherein an adhesion enhancing layer is formed on the non-conductive substrate, and the adhesion enhancement on the non-conductive substrate on which the adhesion enhancing layer is formed. A pad layer forming step of forming a pad layer such that a part or the entire surface of the pad layer is disposed on a part or the whole of the upper part of the layer; and a step of forming a pad layer on the adhesion reinforcing layer and / or An electrode layer forming step of forming an electrode layer so as to overlap with one end and to have a non-formed region on the pad layer and / or the adhesion reinforcing layer.
[0012]
Here, as the adhesion reinforcing layer, titanium, chromium, nichrome, permalloy, or the like is used. Further, as a method for forming the adhesion reinforcing layer, a vapor deposition method, a sputtering method, or the like is preferable, and the film thickness of the adhesion reinforcing layer is 150 ° or more, preferably 300 ° to 500 °. By forming the adhesion strengthening layer with a thickness of 300 to 500 °, the adhesion between the non-conductive substrate and the pad layer can be excellently and efficiently joined. In addition, by forming the adhesion strengthening layer by using an evaporation method, a surface layer having a small thickness and no surface unevenness can be formed, and the contact resistance value with the electrode layer and / or the pad layer and the variation in the resistance value can be reduced. Suppressed electrical conduction can be achieved. Further, the adhesion to the non-conductive substrate can be improved. As a material of the pad layer, gold, silver, platinum, nickel, copper, or the like is used. As a material of the electrode layer, a valve metal such as titanium, tantalum, aluminum or the like is used.
[0013]
[Action]
According to this configuration, the surface of the pad layer can be formed smoothly by disposing the adhesion reinforcing layer on the non-conductive substrate below the pad layer. It is possible to prevent the unevenness from affecting the surface roughness of the pad layer. As a result, when the TAB terminal is ultrasonically fused to the pad layer, efficient and stable bonding can be performed, and the TAB terminal can be prevented from peeling off from the pad layer. Further, the decrease in the resistance value at the junction between the pad layer and the TAB terminal and the variation in the resistance value can be extremely reduced, so that the printing quality can be stably obtained with high resolution and the durability can be increased. In addition, since an adhesion strengthening layer of titanium, chromium, nichrome, permalloy or the like is formed under the pad portion, particularly when the non-conductive substrate is glass or the like, gold, silver, which is a metal having a low resistivity, Adhesion to a pad layer of platinum or the like can be extremely improved, and the yield in joining the pad layer and the TAB terminal can be significantly improved.
[0014]
【Example】
Hereinafter, an ink jet printer head according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
(Example 1)
FIG. 1 is a schematic sectional view of an inkjet printer using an inkjet printer head according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic sectional view around a pad portion of the inkjet printer head according to the first embodiment of the present invention. . 1 is an ink chamber, 2 is a nozzle hole, 3 is an electrode layer, 4 is a resin sheet, 5 is an insulating layer, 6 is an adhesive, 7 is a non-conductive substrate, 8 is a pad layer, and 9 is a lead wire having a TAB terminal. And 10, a control unit, 11 a power supply unit, 12 printer paper, 13 ink, 14 ink drops, 15 print dots, and 16 air bubbles. Since these are the same as the conventional example, the same reference numerals are given and the description is omitted. The difference from the conventional example is the configuration of the pad portion, in that an adhesion reinforcing layer 17 of titanium, chromium, nichrome, permalloy, or the like is provided below the pad layer 8.
[0016]
The manufacturing method of the ink jet printer head according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described below. First, as a process of forming an electrode layer, a metal layer is formed to a thickness of 2 μm using a titanium material under the conditions of an argon gas pressure of 50 mTorr, a substrate temperature of 300 ° C., and a power density of 11.1 W / cm ² using a DC magnetron sputtering method. Filmed. Here, the maximum roughness of the metal layer was Rmax = 1500 ° and the center line average roughness Ra = 700 °. Next, a pattern to be the electrode layer 3 was formed by photolithography, and metal layers other than the electrode layer 3 were removed by chemical etching to form the electrode layer 3. Next, as a step of forming an adhesion reinforcing layer, a film was formed by vapor deposition using titanium to form an adhesion reinforcing layer 17. The conditions for forming the adhesion reinforcing layer 17 were such that the substrate temperature was 200 ° C., the argon pressure was 2.5 × 10 ⁻⁶ Torr or less, the film formation rate was 15 ° / sec, and the thickness of the adhesion reinforcing layer 17 was 500 °. Further, the adhesion reinforcing layer 17 was formed in such a pattern that a part of the electrode layer 3 was coated in order to electrically connect to the electrode layer 3. Next, as a pad layer forming step, a pad layer 8 was formed by depositing a film on the adhesion reinforcing layer 17 using gold by an evaporation method. The pad layer 8 was formed at a substrate temperature of 200 ° C., an argon pressure of 2.5 × 10 ⁻⁶ Torr or less, a film formation rate of 15 ° / sec, and a film thickness of 10,000 °. The maximum roughness of the pad layer 8 was Rmax = 130 ° and the center line average roughness Ra = 20 °. Thus, a pad portion (consisting of the adhesion strengthening layer 17 and the pad layer 8) having the configuration shown in FIG. 2 was produced. Subsequent manufacturing steps are performed in the same manner as in the conventional example, and the ink jet printer head of this embodiment is completed.
[0017]
Using the inkjet printer head according to the first embodiment of the present invention manufactured as described above, a performance test of the pad portion was performed as follows. Ultrasonic fusion between the pad layer 8 and the TAB terminal was performed with a load of 200 g and an output of 1 W. Thereafter, the resistance value was measured to determine the quality of the joined state. These results are shown in (Table 1).
[0018]
[Table 1]

[0019]
The average resistance value in Table 1 was the average value of each electrode having 56 pins in the ink jet printer head. Next, the print life of the inkjet printer using the inkjet printer head according to the first embodiment of the present invention was measured. Here, between the pair of electrode layers 3, the alternating energization voltage required for boiling the ink 8 was set to 25 V, the voltage cycle was set to 3 MHz, and the printing cycle was set to 5 KHz. The print life was measured by setting the number of energization times when the time required for the ink 13 to be ejected to exceed 50 μs as the print life frequency. The results are shown in (Table 1). As is clear from Table 1, the ink jet printer head according to the present embodiment was able to obtain a good bonding state and improved the yield. Further, the resistance value was as small as 4.5Ω, the variation was as small as 0.9Ω, and the number of times of printing life exceeded 180 million times.
[0020]
(Comparative Example 1)
Next, as a comparative example, FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of a pad portion of a conventional ink jet printer head. 3 is an electrode layer, 7 is a non-conductive substrate, 8 is a pad layer, and 9 is a lead wire portion having a TAB terminal. First, as an electrode layer forming step, a metal layer is formed to a thickness of 2 μm by using DC magnetron sputtering under conditions of an argon pressure of 50 mTorr, a substrate temperature of 300 ° C., and a power density of 11.1 W / cm ² using titanium. did. The maximum roughness of the metal layer serving as the electrode layer 3 was Rmax = 1500 ° and the center line average roughness Ra = 700 °. Next, an electrode pattern was formed by photolithography, and a metal layer other than the electrode portion was removed by chemical etching to form an electrode layer 3. Next, as a pad layer forming step, a pad layer 8 was formed by depositing a film over the entire surface of the substrate by using gold. The pad layer 8 was formed at a substrate temperature of 200 ° C., an argon pressure of 2.5 × 10 ⁻⁶ Torr or less, a film formation rate of 15 ° / sec, and a film thickness of 10,000 °. As described above, the pad portion shown in FIG. 4 was manufactured. The subsequent steps are performed in the same manner as in the conventional example, whereby the ink jet printer head is completed.
[0021]
Using the conventional inkjet printer head of the comparative example manufactured as described above, the resistance value was measured under the same conditions as in the first example, and the quality of the bonding state and the print life were measured. The results are shown in (Table 1). From this (Table 1), the joining state and the yield of the conventional inkjet printer head were extremely poor. Further, the resistance value was as large as 7.4 Ω, the variation in the resistance value was as large as 5.6 Ω, and the number of printing life was as short as 0.7 billion times.
[0022]
As is clear from Table 1, the ink jet printer head according to the first embodiment can obtain an extremely good bonding state and can significantly improve the yield as compared with the conventional example. . In addition, the resistance value was smaller than that of the comparative example and showed only about 56%, indicating that the contact resistance was extremely low. Furthermore, the print life exceeds 180 million times, the durability is improved by more than 2.5 times compared with the comparative example, and it is extremely stable, and high-resolution print characteristics, stable print quality and low power loss are obtained. It turns out that it can be obtained.
[0023]
(Example 2)
Hereinafter, an ink jet printer head according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic sectional view of a main part around a pad portion of an ink jet printer head according to a second embodiment of the present invention. Reference numeral 3 denotes an electrode layer, 7 denotes a non-conductive substrate, 8 denotes a pad layer, 9 denotes a lead wire portion having a TAB terminal, and 17 denotes an adhesion strengthening layer. These are the same as those in the first embodiment. The description is omitted by attaching the reference numerals. The difference from the first embodiment is the configuration of the connection between the pad layer 8, the adhesion reinforcing layer 17 and the electrode layer 3, and the point that the electrode layer 3 is laminated on the adhesion reinforcing layer 17 and the pad layer 8. .
[0024]
A method of manufacturing the inkjet printer head according to the second embodiment of the present invention having the above-described configuration will be described below. First, as a step of forming an adhesion reinforcing layer, chromium was deposited by a vapor deposition method to form an adhesion reinforcing layer 17. The deposition conditions were a substrate temperature of 200 ° C., an argon pressure of 2.5 × 10 ⁻⁶ Torr or less, a deposition rate of 15 ° / sec, and a film thickness of the adhesion reinforcing layer 17 of 500 °. The maximum roughness of the adhesion reinforcing layer 17 was Rmax = 110 °, and the center line average roughness was Ra = 15 °.
[0025]
Next, as a pad layer forming step, the pad layer 8 was formed by a deposition method using platinum. The film was formed under the conditions of a substrate temperature of 200 ° C., an argon pressure of 2.5 × 10 ⁻⁶ Torr or less, a film formation rate of 15 ° / sec, a film thickness of 10,000 °, and chromium and platinum removed by chemical etching. A pad portion was formed. Thereafter, as an electrode layer forming step, titanium was used to form a metal layer to a thickness of 2 μm using titanium by DC magnetron sputtering under the conditions of an argon pressure of 50 mTorr, a substrate temperature of 300 ° C., and a power density of 11.1 W / cm ² . The maximum roughness of the metal layer serving as the electrode layer 3 was Rmax = 1500 ° and the center line average roughness Ra = 700 °. Next, an electrode pattern was formed by photolithography, and a metal layer other than the electrode portion was removed by chemical etching to form an electrode layer 3. Subsequent manufacturing steps are performed in the same manner as in the conventional example, and the ink jet printer head of this embodiment is completed.
[0026]
Using the ink-jet printer head of the second embodiment of the present invention manufactured as described above, the measurement of the resistance value, the quality of the bonding state and the measurement of the print life were performed under the same conditions as in the first embodiment. The results are shown in (Table 1). As is apparent from Table 1 above, the ink jet printer head according to the present embodiment was able to obtain a good bonding state. Furthermore, the resistance value was 4.5 Ω, the variation was as small as 0.7 Ω, and the number of print life exceeded 150 million times.
[0027]
As is clear from Table 1, the ink jet printer head according to the second embodiment can obtain an extremely good bonding state and can significantly improve the yield as compared with the conventional example. . Further, the resistance value was smaller than that of the comparative example and showed only about 60% of the value, indicating that the contact resistance was extremely low. Further, the printing life is improved 2.1 times or more compared to the comparative example, and extremely stable high-resolution printing characteristics, stable printing quality and low power loss can be obtained, and the durability is improved. It turns out.
[0028]
As described above, according to the present embodiment, the ink jet printer head can form the surface of the pad layer 8 smoothly by providing the pad layer 8 on the adhesion reinforcing layer 17, so that the TAB terminal and the pad layer 8 can be formed. When performing ultrasonic fusion, a good bonding state could be obtained, and the yield was improved. In addition, the resistance value and its variation were extremely small, the printing life was significantly improved, and an extremely stable and durable ink jet printer head with small power loss was obtained.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, the present invention, by providing a pad layer on the adhesion reinforcing layer, so that the surface roughness of the electrode does not affect the surface of the pad layer, ultrasonic welding can be easily performed, and the present invention Since the adhesion enhancement layer as a base of the pad layer, which is a feature of the manufacturing method, improves the adhesion to the non-conductive substrate, the decrease in the resistance value and the variation in the resistance value at the junction between the pad portion and the TAB terminal are extremely reduced. It is possible to realize an ink jet printer head which can be made small, has high printing quality, has low power loss, is stable for a long time, has a long life, and has excellent reliability. Furthermore, the yield is significantly improved by a simple manufacturing process of adding an adhesion reinforcing layer forming process, and a method of manufacturing an ink jet head having high workability, high durability, and excellent mass productivity can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an ink-jet printer using an ink-jet printer head according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view around a pad portion of the ink-jet printer head according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view around a pad portion of an ink-jet printer head according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view around a pad portion of a conventional ink-jet printer head in Comparative Example 1. FIG. Cross-sectional schematic diagram of an ink-jet printer using a printer [Description of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 Ink chamber 2 Nozzle hole 3 Electrode layer 4 Resin sheet 5 Insulating layer 6 Adhesive 7 Non-conductive substrate 8 Pad layer 9 Lead wire section (having TAB terminal) 10 Control section 11 Power supply section 12 Printer paper 13 Ink 14 Ink drops 15 Printing dots 16 Bubbles 17 Adhesion strengthening layer

Claims

A non-conductive resin sheet having an ink chamber and a nozzle hole, and a pad portion provided over an electrode layer, a formation region of the electrode layer, and a non-formation region, and a pad portion connected to the outside in the non-formation region; And a pad layer formed so that the pad portion covers a part or the entire surface of the adhesion reinforcing layer formed on the non-conductive substrate and the adhesion reinforcing layer. Wherein the pad layer and / or the adhesion enhancing layer are connected to the electrode layer on the upper surface or the lower surface of the electrode layer.

An electrode layer forming step of forming an electrode layer on a non-conductive substrate, and an adhesion step of forming an adhesion strengthening layer over the electrode layer forming region and the non-forming region on the non-conductive substrate on which the electrode layers are stacked. A reinforcing layer forming step, and a pad layer forming step of forming a pad layer so as to be disposed on a part or the entire surface of the pad layer on a part or the whole of the upper part of the adhesion reinforcing layer; A method for manufacturing an ink jet printer head, wherein at least the adhesion reinforcing layer or the pad layer is electrically connected to the upper part of the portion.

Forming an adhesion enhancing layer on the non-conductive substrate, and forming a part of the pad layer on a part of or the entire surface of the adhesion enhancing layer on the non-conductive substrate on which the adhesion enhancing layer is formed. Alternatively, a pad layer forming step of forming a pad layer so as to be disposed on the entire surface, and overlapping the pad layer on the adhesion reinforcing layer and / or one end of the adhesion reinforcing layer to form the pad layer and / or the adhesion reinforcement An electrode layer forming step of forming an electrode layer such that a non-forming region exists on the layer.

The ink jet print head according to claim 1, wherein the thickness of the adhesion enhancing layer is 150 ° or more.

The ink jet print head according to claim 4, wherein the thickness of the adhesion reinforcing layer is 500 ° or less.

The inkjet printhead according to claim 1, wherein the thickness of the adhesion enhancing layer is 300 to 500 degrees.