JP3718731B2 - インクジェットシリコンチップのボンディング方法 - Google Patents
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリンタのペン本体にシリコンチップをボンディングする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在のインクジェットプリント術は、材料および材料の組み立て方法に対して今までにない多くの要求を課している。本発明はそのような要求の一つに対する解決方法、すなわちインクジェットプリンタのペン本体にシリコンチップをボンディングする方法に関するものである。
【０００３】
インクジェットシリコンチップとインクジェットプリンタのペン本体との間の接着層或いはボンドは、使用時の温度が非常に高温になり、かつ接着層が、有機補助溶剤を通常含有しかつ極めてｐＨ値の高い（強アルカリ性）水性ベースの液体インクにさらされるため、非常に激しい攻撃にさらされる。接着層はチップをペン本体に接着する働きをしなければならないだけでなく、インクがユーザーに移着するのを防止するためにチップの周りに耐漏れ接着層をも形成しなければならない。
【０００４】
接着材料又はボンディング材料はまたシステム内で使用されるインクの特性を変化させるものであってはならない。しかも、最新のカラープリンタでは一般に三種の異なるインクが使用される。さらに、接着材料の硬化温度はペン本体を形成するプラスチックのガラス転移温度より低くなければならない。マルチカラーインクジェットペンを製作するためには、チップ内の各バイアを通常接着剤で分離しなければならず、接着剤は、インクの混合を防止するために各バイアの周りで防護膜あるいはシーラントの働きをする。さらに、接着剤はインクのペン本体外への漏れを防止するためにチップを取り囲むガスケットとしても働くものでなければならない。ますます高くなるｄｐｉ（インチあたりドット数）のプリント解像度を提供するためにバイア間隔をますます密にしなければならないため、非常に過酷な環境でも信頼性のある接着層或いはボンドを形成する接着剤がひときわ必要とされる。
【０００５】
接着剤とシリコンとの界面における接着力を改善する方法が、二つの考え得る欠陥を防止するために必要であった。この界面で接着剤の欠陥が起こると、原色が自由に流れ出し、その結果インクが混合する。第二に、接着剤とチップの界面が周辺部で欠陥があると、インクは漏れ、通常の操作の間にユーザにインクが移着する恐れがある。いずれの欠陥も信頼性の欠如と見なされよう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を解決するものであり、特に、稼働時の高温および使用インクの強アルカリ性等にさらされても、インク漏れ等の欠陥がなく、信頼性の高いボンディングを達成可能な、インクジェットシリコンチップのペン本体に対するボンディング方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、まず、シリコンチップをシランカップリング剤の薄いコーティングで覆う。このコーティングはチップの、電子回路を含まない面に施される。次に、このシランカップリング剤のコーティングをエポキシ樹脂の薄い層（約０．５〜５．０ミクロン）で被覆し、次いでその層を約１７５℃の温度で硬化させる。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態では、上記の各段階は、マルチチップシリコンウェーハ上で実施され、その後ウェーハを後続の各製造操作にかけることができる。一枚のシリコンウェーハ上で数百個のチップが処理可能である。
【０００９】
本発明の方法の最終段階で、１００℃以下の温度で硬化するエポキシ樹脂を使ってチップをペン本体に接着する。
【００１０】
本発明は以下の図面を参照すればよりよく理解できよう。
図１において、１０はシリコンウェーハ、２０はウェーハの片面上の回路、３０は接着増進剤の層、４０はエポキシ樹脂の層である。
【００１１】
図２において、１はインクジェットプリンタノズルのペン本体、２はインクジェットシリコンチップ、３はアクリレートベースのポリマーの厚膜、４はノズルプレート、５は低温速乾エポキシ接着剤、６は接着増進剤層とエポキシ樹脂層の二つの薄層、７はインクバイアである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
好ましいシランカップリング剤は、ビニルベンジルアミン官能基を有するシラン、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ社のＺ６０３２である。この市販材料はシラン溶液に５重量％の水を添加して事前加水分解してある。エタノールを用いてこれを希釈し１％の官能性シラン溶液にする。この溶液を、固定したシリコンウェーハの回路を含まない面に展着し２０〜３０秒間静置する。次に、このウェーハを２，０００ＲＰＭの回転速度で４５秒間回転させて（スピンコーティング）、過剰分を除去しウェーハ表面を乾燥させる。
【００１３】
好まれる高温硬化エポキシ樹脂は、例えばＡｂｌｅｓｔｉｋ社製のＡｂｌｅｂｏｎｄ ９６８などの第三級アミン硬化化合物である。この材料は充填剤なしで使用される。まず、γ−ブチロラクトンで１：１に希釈し、シランを付着したウェーハの中央にこの溶液約２ｍｌを付着する。ウェーハを２，５００ＲＰＭの回転速度で４５秒間回転させる（スピンコーティング）。この結果、ウェーハ上に厚さ約０．８ミクロンの均一なエポキシ膜が形成される。次に、このウェーハを１７５℃で２時間ベークしてエポキシ樹脂を硬化させる。
【００１４】
最後に、ウェーハを個々のチップに切断し、それらのチップを、約１００℃で硬化するエポキシ樹脂であるＥｍｅｒｓｏｎ−Ｃｕｍｉｎｇ社のＬＡ３０３２−７８などのポリベンズイミダゾール低温硬化エポキシ樹脂を用いてペン本体に接着させる。
【００１５】
インクジェットペン製品は消耗（しばしば使い捨て）品であるので、その製造方法には高スループット又は高押出量（高処理量）で製造できる低コストの材料を取り入れる必要がある。ペン本体は最も一般的には、変性ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）などの射出成形熱可塑性材料である。このような材料は高温に耐えるので、インクジェットチップとノズルのアセンブリをペン本体に接着するなど後続の工程で最高の硬化温度が可能になる。
【００１６】
１００℃以下の範囲で短時間で硬化し、しかも大量のインク製剤に触れても耐えられる材料はある。しかし、シリコンとダイボンド接着剤の界面で通常早期接着不良が見られる。製造の早期段階でシラン／超薄エポキシ層を付着することにより、（ウェーハ上にある）数百個のチップが同時に被覆され、保護される。この段階で高純度で、高度に化学量論的なエポキシ樹脂が高温（最低１７５℃）で完全に架橋することができ、はるかに良好なシラン／シリコンダイへの接着が得られる。こうして、スループット又は押出量を経済的に維持しながら製品寿命を高める方法が得られる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の方法は、異なる二種類のエポキシ樹脂、すなわち第一にプラスチックペン本体の熱ひずみ温度より高い温度で硬化するエポキシ樹脂、第二にプラスチックペン本体の熱ひずみ温度より低い温度で硬化するエポキシ樹脂を使用することを特徴としており、この結果、稼働時の高温および使用インクの強アルカリ性等にさらされても、インク漏れ等の欠陥がなく、信頼性の高いボンディングを達成可能な、インクジェットシリコンチップのペン本体に対するボンディング方法を提供することが可能となる。また、本発明のボンディング方法に従えば、（シランのみの場合に見られるような）製造ラインの中断／工程の影響を受けにくく、かつ超薄層を使用するためダイの熱除去の妨げとなる熱障壁が最小に抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】被覆したシリコンウェーハの横断面図である。
【図２】インクジェットプリントヘッドチップとペン部分の横断面図である。
【符号の説明】
１……インクジェットプリンタノズルのペン本体
２……インクジェットシリコンチップ
３……アクリレートベースのポリマーの厚膜
４……ノズルプレート
５……低温速乾エポキシ接着剤
６……接着増進剤層およびエポキシ樹脂層の二層
７……インクバイア
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリンタのペン本体にシリコンチップをボンディングする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在のインクジェットプリント術は、材料および材料の組み立て方法に対して今までにない多くの要求を課している。本発明はそのような要求の一つに対する解決方法、すなわちインクジェットプリンタのペン本体にシリコンチップをボンディングする方法に関するものである。
【０００３】
インクジェットシリコンチップとインクジェットプリンタのペン本体との間の接着層或いはボンドは、使用時の温度が非常に高温になり、かつ接着層が、有機補助溶剤を通常含有しかつ極めてｐＨ値の高い（強アルカリ性）水性ベースの液体インクにさらされるため、非常に激しい攻撃にさらされる。接着層はチップをペン本体に接着する働きをしなければならないだけでなく、インクがユーザーに移着するのを防止するためにチップの周りに耐漏れ接着層をも形成しなければならない。
【０００４】
接着材料又はボンディング材料はまたシステム内で使用されるインクの特性を変化させるものであってはならない。しかも、最新のカラープリンタでは一般に三種の異なるインクが使用される。さらに、接着材料の硬化温度はペン本体を形成するプラスチックのガラス転移温度より低くなければならない。マルチカラーインクジェットペンを製作するためには、チップ内の各バイアを通常接着剤で分離しなければならず、接着剤は、インクの混合を防止するために各バイアの周りで防護膜あるいはシーラントの働きをする。さらに、接着剤はインクのペン本体外への漏れを防止するためにチップを取り囲むガスケットとしても働くものでなければならない。ますます高くなるｄｐｉ（インチあたりドット数）のプリント解像度を提供するためにバイア間隔をますます密にしなければならないため、非常に過酷な環境でも信頼性のある接着層或いはボンドを形成する接着剤がひときわ必要とされる。
【０００５】
接着剤とシリコンとの界面における接着力を改善する方法が、二つの考え得る欠陥を防止するために必要であった。この界面で接着剤の欠陥が起こると、原色が自由に流れ出し、その結果インクが混合する。第二に、接着剤とチップの界面が周辺部で欠陥があると、インクは漏れ、通常の操作の間にユーザにインクが移着する恐れがある。いずれの欠陥も信頼性の欠如と見なされよう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を解決するものであり、特に、稼働時の高温および使用インクの強アルカリ性等にさらされても、インク漏れ等の欠陥がなく、信頼性の高いボンディングを達成可能な、インクジェットシリコンチップのペン本体に対するボンディング方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、まず、シリコンチップをシランカップリング剤の薄いコーティングで覆う。このコーティングはチップの、電子回路を含まない面に施される。次に、このシランカップリング剤のコーティングをエポキシ樹脂の薄い層（約０．５〜５．０ミクロン）で被覆し、次いでその層を約１７５℃の温度で硬化させる。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態では、上記の各段階は、マルチチップシリコンウェーハ上で実施され、その後ウェーハを後続の各製造操作にかけることができる。一枚のシリコンウェーハ上で数百個のチップが処理可能である。
【０００９】
本発明の方法の最終段階で、１００℃以下の温度で硬化するエポキシ樹脂を使ってチップをペン本体に接着する。
【００１０】
本発明は以下の図面を参照すればよりよく理解できよう。
図１において、１０はシリコンウェーハ、２０はウェーハの片面上の回路、３０は接着増進剤の層、４０はエポキシ樹脂の層である。
【００１１】
図２において、１はインクジェットプリンタノズルのペン本体、２はインクジェットシリコンチップ、３はアクリレートベースのポリマーの厚膜、４はノズルプレート、５は低温速乾エポキシ接着剤、６は接着増進剤層とエポキシ樹脂層の二つの薄層、７はインクバイアである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
好ましいシランカップリング剤は、ビニルベンジルアミン官能基を有するシラン、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ社のＺ６０３２である。この市販材料はシラン溶液に５重量％の水を添加して事前加水分解してある。エタノールを用いてこれを希釈し１％の官能性シラン溶液にする。この溶液を、固定したシリコンウェーハの回路を含まない面に展着し２０〜３０秒間静置する。次に、このウェーハを２，０００ＲＰＭの回転速度で４５秒間回転させて（スピンコーティング）、過剰分を除去しウェーハ表面を乾燥させる。
【００１３】
好まれる高温硬化エポキシ樹脂は、例えばＡｂｌｅｓｔｉｋ社製のＡｂｌｅｂｏｎｄ ９６８などの第三級アミン硬化化合物である。この材料は充填剤なしで使用される。まず、γ−ブチロラクトンで１：１に希釈し、シランを付着したウェーハの中央にこの溶液約２ｍｌを付着する。ウェーハを２，５００ＲＰＭの回転速度で４５秒間回転させる（スピンコーティング）。この結果、ウェーハ上に厚さ約０．８ミクロンの均一なエポキシ膜が形成される。次に、このウェーハを１７５℃で２時間ベークしてエポキシ樹脂を硬化させる。
【００１４】
最後に、ウェーハを個々のチップに切断し、それらのチップを、約１００℃で硬化するエポキシ樹脂であるＥｍｅｒｓｏｎ−Ｃｕｍｉｎｇ社のＬＡ３０３２−７８などのポリベンズイミダゾール低温硬化エポキシ樹脂を用いてペン本体に接着させる。
【００１５】
インクジェットペン製品は消耗（しばしば使い捨て）品であるので、その製造方法には高スループット又は高押出量（高処理量）で製造できる低コストの材料を取り入れる必要がある。ペン本体は最も一般的には、変性ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）などの射出成形熱可塑性材料である。このような材料は高温に耐えるので、インクジェットチップとノズルのアセンブリをペン本体に接着するなど後続の工程で最高の硬化温度が可能になる。
【００１６】
１００℃以下の範囲で短時間で硬化し、しかも大量のインク製剤に触れても耐えられる材料はある。しかし、シリコンとダイボンド接着剤の界面で通常早期接着不良が見られる。製造の早期段階でシラン／超薄エポキシ層を付着することにより、（ウェーハ上にある）数百個のチップが同時に被覆され、保護される。この段階で高純度で、高度に化学量論的なエポキシ樹脂が高温（最低１７５℃）で完全に架橋することができ、はるかに良好なシラン／シリコンダイへの接着が得られる。こうして、スループット又は押出量を経済的に維持しながら製品寿命を高める方法が得られる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の方法は、異なる二種類のエポキシ樹脂、すなわち第一にプラスチックペン本体の熱ひずみ温度より高い温度で硬化するエポキシ樹脂、第二にプラスチックペン本体の熱ひずみ温度より低い温度で硬化するエポキシ樹脂を使用することを特徴としており、この結果、稼働時の高温および使用インクの強アルカリ性等にさらされても、インク漏れ等の欠陥がなく、信頼性の高いボンディングを達成可能な、インクジェットシリコンチップのペン本体に対するボンディング方法を提供することが可能となる。また、本発明のボンディング方法に従えば、（シランのみの場合に見られるような）製造ラインの中断／工程の影響を受けにくく、かつ超薄層を使用するためダイの熱除去の妨げとなる熱障壁が最小に抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】被覆したシリコンウェーハの横断面図である。
【図２】インクジェットプリントヘッドチップとペン部分の横断面図である。
【符号の説明】
１……インクジェットプリンタノズルのペン本体
２……インクジェットシリコンチップ
３……アクリレートベースのポリマーの厚膜
４……ノズルプレート
５……低温速乾エポキシ接着剤
６……接着増進剤層およびエポキシ樹脂層の二層
７……インクバイア
Claims (7)
- インクジェットプリンタのプラスチックペン本体にインクジェットシリコンチップをボンディングする方法であって、
１）前記チップの回路を含まない面にシランカップリング剤の薄いコーティングを施す段階と、
２）前記シランカップリング剤上に第一のエポキシ樹脂の薄いコーティングを施す段階と、
３）前記第一のエポキシ樹脂をプラスチックペン本体の熱ひずみ温度より高い温度で硬化させる段階と、
４）プラスチックペン本体の熱ひずみ温度より低い温度で硬化する第二のエポキシ樹脂を用いて、プラスチックペン本体に被覆済みの前記チップを接着する段階とを含み、
前記チップが、前記カップリング剤、前記第一のエポキシ樹脂および前記第二のエポキシ樹脂と境界を接する、当該チップの内部に延びるインクバイアを有することを特徴とする方法。 - インクジェットプリンタのペン本体にインクジェットシリコンチップをボンディングする方法であって、
１）前記チップの回路を含まない面にシランカップリング剤の薄いコーティングを施す段階と、
２）前記シランカップリング剤上に第一のエポキシ樹脂の薄いコーティングを施す段階と、
３）前記第一のエポキシ樹脂を約１７５℃の温度で硬化させる段階と、
４）１００℃以下の温度で硬化する第二のエポキシ樹脂を用いて、プラスチックペン本体に被覆済みの前記チップを接着する段階とを含み、
前記チップが、前記カップリング剤、前記第一のエポキシ樹脂および前記第二のエポキシ樹脂と境界を接する、当該チップの内部に延びるインクバイアを有することを特徴とする方法。 - 前記シランカップリング剤の前記薄いコーティングおよび前記エポキシ樹脂の前記薄いコーティングがそれぞれスピンコーティングで施されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 前記シランカップリング剤の前記薄いコーティングおよび前記エポキシ樹脂の前記薄いコーティングがマルチチップシリコンウェーハ上に施されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 前記エポキシ樹脂の前記薄いコーティングが厚さ約０．５〜５．０ミクロンであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 前記シランカップリング剤がビニルベンジルアミン官能性シランであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- インクジェットプリンタのペン本体にインクジェットシリコンチップをボンディングする方法であって、
１）マルチチップシリコンウェーハの回路を含まない面をビニルベンジルアミン官能性シランの薄いコーティングでスピンコートする段階と、
２）前記薄いコーティングを厚さ約０．８ミクロンの第一のエポキシ樹脂のコーティングでスピンコートする段階と、
３）前記第一のエポキシ樹脂を約１７５℃の温度で硬化させる段階、
４）前記マルチチップシリコンウェーハを個々のチップに切り離す段階と、
５）１００℃以下の温度で硬化する第二のエポキシ樹脂を用いてペン本体に前記個々のチップを接着する段階を含み、
前記チップが、前記カップリング剤、前記第一のエポキシ樹脂および前記第二のエポキシ樹脂と境界を接する、当該チップの内部に延びるインクバイアを有することを特徴とする方法。
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