JP4075545B2 - Microfluidic drive device and manufacturing method thereof, electrostatic head device and manufacturing method thereof - Google Patents
Microfluidic drive device and manufacturing method thereof, electrostatic head device and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP4075545B2 JP4075545B2 JP2002268815A JP2002268815A JP4075545B2 JP 4075545 B2 JP4075545 B2 JP 4075545B2 JP 2002268815 A JP2002268815 A JP 2002268815A JP 2002268815 A JP2002268815 A JP 2002268815A JP 4075545 B2 JP4075545 B2 JP 4075545B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- side electrode
- substrate
- insulating film
- forming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Micromachines (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば微小量の液体や気体などの微小流体を駆動するための微小流体駆動装置及びその製造方法、並びにこの微小流体駆動装置を用いた静電ヘッド装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
写真画質の印刷物を高速に印字するというニーズに対応するプリンタとして、微細な容積のインクを吐出するインクジェット・プリンタヘッドが広範囲に利用されている。今後、さらに高い画質を高速に印字するニーズに対応するため、消費電力を増加させず、吐出性能を落とさずに、さらに高密度にノズルを配置することが求められている。
【0003】
従来、インクジェット・プリンタヘッドに用いる微小薬液の駆動方法には、インク保持空間(いわゆるキャビティ)内に保持された微小流体(微小容積のインク)に対して、抵抗加熱方式とダイアフラム方式がある。抵抗加熱方式は、抵抗加熱により発生した気体(バブル)によりキャビティ内の流体をノズルから噴出する方法である。ダイアフラム方式は、ピエゾ素子などを用いた圧力印加手段(いわゆるダイアフラム)により流体をノズルから噴出する方法である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、抵抗加熱方式は、半導体プロセスにより作製可能なためコストが安く、抵抗発熱体を微小に作製することができるため、高密度にノズルを形成するには好都合であるが、電流によるジュール加熱を用いるため、ノズル数と共に消費電力が増加し、抵抗発熱体の冷却が必要なため吐出周波数を高くすることが難しい。
また、ピエゾ効果を用いたダイアフラム方式は積層ピエゾタイプと単板ピエゾタイプに別けられ、積層ピエゾタイプはピエゾアクチュエータをダイアフラムに貼り合せ、その後切削により素子分離を行うため、半導体プロセスは利用できず、高コストであり、高密度化に難がある。
単板ピエゾタイプはほぼ半導体プロセスが利用できる上、コストも積層タイプにくらべ安く、消費電力も低下できているが、ピエゾ素子の焼結により反りが発生し、多ノイズ化した大型のヘッドの作製に難がある。
一方、静電駆動を用いたダイアフラム方式は抵抗加熱、ピエゾ方式に比べても消費電力が非常に少ない。
ただし、これらダイアフラム方式は、抵抗加熱に比べて消費電力が小さいが、駆動距離が小さいためミリ(mm)レベルの長さにまで駆動面積を拡大して駆動容積を確保する必要があるので、高密度化が困難である。
また、従来の静電駆動方式のインクジェットヘッドはエッチングにより薄く削ったSi基板により振動板を形成し、下部電極を形成したガラスなどの基板と貼り合せて作製している。この方法では振動板の膜厚およびその均一性を管理するのが難しい。また振動板をSi基板からエッチングして薄くすることにより、Si基板のほとんどの厚さを取り除くことになるため、生産性が悪く、振動板を数μm以下に薄く、均一に出来ないため低電圧駆動するには振動板の短辺を長く確保する必要があり、高密度化が難しい。また、基板どうしを貼り合せるために接合面を高精度に平滑化し、貼り合せるための接合面積を確保する必要があり、また貼り合せの時の重ね合わせ精度が±数μm必要で高密度化出来ない。さらに、約0.1〜0.2mm厚基板のハンドリングは容易でないなどの問題があった。
【0005】
このような問題は、微小流体として例えば微小気体を取り扱う駆動装置においても同様に起こり得る。
【0006】
本発明は、上述の点に鑑み、半導体製造プロセスでの作製を可能とすることで、振動板の膜厚管理を容易にし、基板の貼り合せを不要とし、駆動部の高密度化を可能にし、高い流体駆動力を得ると共に、生産性の向上を図った静電方式による微小流体駆動装置及びその製造方法を提供するものである。
本発明は、上記微小流体駆動装置を適用した静電ヘッド装置及びその製造方法を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る微小流体駆動装置は、基板側電極、支柱、振動板側電極および振動板を、基板上に順次に成膜した薄膜により構成した微小流体駆動装置であって、流体に圧力変化を与える並列配置された複数の前記振動板と、各振動板を駆動するための各振動板に対応する複数の独立した振動板側電極および各振動板に対して共通の基板側電極と、振動板側電極と基板側電極との間の空間を形成するための前記支柱とを有し、振動板側電極は振動板の下面に形成され、隣接する各振動板下の空間は相互に連通し、振動板は、引張り応力を有する第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜を挟んで表裏両面に設けた圧縮応力を有する第2の絶縁膜とにより形成されて成ることを特徴とする。
【0008】
本発明の微小流体駆動装置では、振動板側電極と基板側電極間に電圧を印加すると静電吸着力が発生して振動板側電極に一体の振動板が撓み、逆に振動板側電極と基板側電極間への電圧印加を開放すると振動板は静電力から開放され、自身の復元力で減衰振動する。この振動板の駆動を利用して微小流体の駆動を可能にする。この微小流体駆動装置は、半導体プロセスで作製することを可能としたことにより、振動板の薄膜化、膜厚の均一化が容易となり、高密度化を可能とした。また、基板の貼り合せが不要となるため貼り合せ面も不要となり、また貼り合せの精度に対して、露光装置(ステッパー)の重ね合わせ精度は1桁以上高いため振動板を有する駆動部の高密度化を更に可能とした上で、必要十分な流動駆動力が得られ、消費電力も他方式に比べて圧倒的に少ない。
【0009】
本発明に係る微小流体駆動装置の製造方法は、共通の基板側電極を形成した基板上にパターニングした犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に並列配置された複数の振動板側電極を形成する工程と、同一材料により、複数の振動板側電極上の並列配置された複数の振動板と、該振動板に連続した所要位置に該振動板を支える支柱を形成する工程と、振動板の領域外に開口を形成し、該開口を通して犠牲層を選択的に除去し、基板側電極と振動板側電極との間に空間を形成する工程と、開口を閉塞する工程を有し、支柱は、隣接する各振動板下の犠牲層が相互に連続するように形成し、振動板は、圧縮応力を有する絶縁膜、引張り応力を有する絶縁膜および圧縮応力を有する絶縁膜を順次に成膜して形成することを特徴とする。
【0010】
本発明の微小流体駆動装置の製造方法では、基板上に順次基板側共通電極、犠牲層、振動板側個別電極、同一材料による振動板及びその支柱を形成し、振動板の開口を通して犠牲層を選択除去後、振動板開口を封止する一連の工程を有することにより、高密度で且つ高い駆動力を有する微小流体駆動装置を精度良く、容易に製造できる。
【0011】
本発明に係る静電ヘッド装置は、流体に圧力変化を与える並列配置された複数の振動板と、前記各振動板を駆動するための各振動板に対応する複数の独立した振動板側電極および各振動板に対して共通の基板側電極と、振動板側電極と基板側電極との間の空間を形成するための支柱とを有し、各振動板上に、流体が供給され流体の吐出部を有する圧力室が形成されて成り、基板側電極、支柱、振動板側電極および振動板は、基板上に順次に成膜した薄膜により構成され、振動板側電極は振動板の下面に形成され、隣接する各振動板下の空間は相互に連通し、振動板は、引張り応力を有する第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜を挟んで表裏両面に設けた圧縮応力を有する第2の絶縁膜とにより形成されて成ることを特徴とする
【0012】
本発明の静電ヘッド装置では、上記微小流体駆動装置を備えることにより、流体の吐出部の高密度化が可能になり、高い駆動力を有して、流体の吐出量を精度良く制御することが可能になる。
【0013】
本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法は、共通の基板側電極を形成した基板上にパターニングした犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に並列配置された複数の振動板側電極を形成する工程と、同一材料により、複数の振動板側電極上の並列配置された複数の振動板と、該振動板に連続した所要位置に該振動板を支える支柱を形成する工程と、振動板の領域外に開口を形成し、該開口を通して犠牲層を選択的に除去し、基板側電極と振動板側電極との間に空間を形成する工程と、開口を閉塞する工程と、各振動板上に、流体が供給され流体の吐出部を有する圧力室を形成する工程を有し、支柱は、隣接する前記各振動板下の犠牲層が相互に連続するように形成し、振動板は、圧縮応力を有する絶縁膜、引張り応力を有する絶縁膜および圧縮応力を有する絶縁膜を順次に成膜して形成することを特徴とする。
【0014】
本発明の静電ヘッド装置の製造方法では、気相成膜法により振動板を形成するため厚さ1μm以下の非常に薄い振動板が提供できる。これにより、振動板の短辺長を60μm以下まで短くすることが可能となり、300dbi以上の高密度化が可能である。
また、約200mmの犠牲層の膜厚管理も容易となり、30V以下の低電圧駆動が容易に実現できる。また、振動板、犠牲層の膜厚管理が容易になるため、流体の吐出量を精度良く制御できる上記静電ヘッド装置の製造を可能にする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0016】
図1〜図4は、本発明に係る微小流体駆動装置、及びこの微小流体駆動装置を適用した静電ヘッドの一実施の形態を示す。
本実施の形態に係る静電ヘッド1は、静電気力により駆動(振動)する複数の振動板12を高密度に並列配置してなる微小流体駆動装置2と、その各振動板上に対応する位置に夫々流体21が溜められる圧力室(いわゆるキャビティ)22及び流体21を外部に吐出する吐出部、本例ではノズル(流体として液体を用いるので)23が形成された隔壁構体24を備えた、いわゆる流体供給部25とから成る。
【0017】
微小流体駆動装置2は、図2〜図4に示すように、所要の基板4上に導電性物質薄膜からなる共通の基板側電極7が形成され、基板側電極7の表面に絶縁膜8が形成され、この基板側電極7に対向するように空間9を挟んで各独立に駆動される振動板側電極11を一体に有した複数の振動板12が並列配置され、各振動板12を両持ち梁で支持するように支柱13が基板4上に形成されて構成される。
【0018】
振動板12は、図示の例では短冊状に形成され、振動板12の両側に長手方向に沿って夫々所定間隔(支柱間ピッチ)を置いて複数の支柱13が形成される。なお、この所定間隔(支柱間ピッチ)は2μm以上、10μm以下が好ましく、5μmが最適である。隣り合う振動板12は支柱13を介して連続して形成され、且つ支柱13も振動板12と同じ材料で一体に形成される。従って、振動板12と基板側電極7間の空間9は、並列する複数の振動板12の間で連通している。各振動板12間を連通する全体の空間9は、密閉空間になるように形成される。
【0019】
各振動板12の支柱13の近傍、本例では1つの振動板12の長手方向に沿う各支柱13間には、後述する製造工程で犠牲層をエッチング除去するための気体または液体を導入するための開口14が形成される。犠牲層を除去した後は、開口14は所要の部材15により閉塞される。なお、この開口は□2μm以下で十分であり、小さいほど閉塞しやすい。ドライエッチングの場合、□0.5μmでも十分犠牲層エッチングが可能であることを確認した。
さらに本例では、薄い振動板12を用いた場合、振動板自体の反発力を高めるために、振動板12の中央部直下に補助支柱(いわゆるポスト)19を支柱(いわゆるアンカー)13と同時に形成される。
【0020】
基板4は、例えばシリコン(Si)やガリウム砒素(GaAs)などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板や、石英基板を含むガラス基板のような絶縁性基板等の所要の基板を用いることができる。本例ではシリコン基板5上にシリコン酸化膜等による絶縁膜6を形成した基板4を用いている。基板側電極7は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属(例えばPt,Ti,Al,Au,Cr,Ni等の蒸着膜)、ITO(Indium Tin Oxide)膜等で形成され、本例では不純物ドープの多結晶シリコン膜で形成される。各個別の振動板側電極11は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属(例えばPt,Ti,Al,Au,Cr,Ni等の蒸着膜)、ITO(Indium Tin Oxide)膜等で形成され、本例では不純物ドープの多結晶シリコン膜で形成される。
【0021】
振動板側電極11は、図5(拡大図)で示すように、絶縁膜17を介して振動板12に接合され、且つ振動板12の折曲された下面凹部12a内に挿入されるように形成される。振動板12は、絶縁膜で形成され、特に引っ張りの応力が発生し振動板としての反発力が高いシリコン窒化膜(SiN膜)で形成するのが好ましい。振動板となるSiN膜12の上面はシリコン酸化膜18が形成される。16は振動板側電極11の下面及び振動板のSiN膜12の下面に形成されたシリコン酸化膜である。振動板は、本例では実質的にSiN膜12、絶縁膜17、18で構成される。
【0022】
この微小流体駆動装置2に対し、振動板12の支柱13に対応する位置に流体供給部25の隔壁24aが形成されるように、圧力室22及びノズル23を有した隔壁構体24、したがって流体供給部25が配置される。圧力室22は図示ぜざるも流体の供給路に連通している。
【0023】
次に、かかる静電ヘッド装置1の動作を説明する。
微小流体駆動装置2において、基板側電極7と振動板側電極11間に所要の電圧を印加すると、静電引力が発生して振動板側電極11を有する振動板12が基板側電極7の側にたわむ(図6A参照)。逆に、基板側電極7及び振動板側電極11間への電圧印加を開放すると、振動板12は静電力から開放され、自身の復元力により減衰振動する(図6B参照)。この振動板12の上下駆動による圧力室22の容積変動で、圧力室22内の流体21がノズル23から外部に吐出され、また圧力室22内へ流体21が供給される。
振動板12が基板側電極7の側にたわむと、空間9が閉空間の場合にその振動板12と基板側電極7との間の空気は圧縮されるために振動板12のたわみを阻害しようとするが、支柱13、補助支柱19での支持構造であるので、隣接する振動板12下の空間9に圧縮された空気を逃がすことができ、十分に振動板12をたわませることができる。
【0024】
本実施の形態に係る微小流体駆動装置2によれば、振動板12を静電気力によりたわませ、その復元力を駆動力とすることにより、微小流体を精度良く制御して供給することが可能になる。 振動板12の中間部の直下に補助支柱19を設けるときは、振動板12を薄くしても、または振動板12の短辺幅を長くしても、振動板の支柱間の長さが見かけ上短くなり、振動板12の反発力を大きくできるので必要な駆動力が得られる。
振動板12を之と一体の複数の支柱13により支持し、支柱13の近傍に犠牲層31をエッチングする際のエッチャント導入用の開口14を設けた構成とすることにより、長辺約1〜3mm、短辺30〜100μmの振動板12と基板側電極7間の空間9の形成において、振動板下の犠牲層空間9を短辺側にエッチングすることができるため短時間でのエッチングが可能となると共に、各隣り合う振動板12下の空間9を同時に、且つ精度良く形成することを可能にする。
従って、流体に対する駆動力を確保して高密度化を可能にした微小流体駆動装置を提供することができる。
【0025】
下部の基板側電極7を共通電極とし、上部の振動板側電極11を複数の独立電極として形成することにより、振動板12の下面すなわち16を平らに形成することができる。下部の基板側電極7を個別にした場合は、電極の厚さに起因する段差が振動板12の段差となって現れるため、振動板12の引張り応力がその段差で緩和されてしまい、引張り応力が有効に働かない。
一方、SiN膜による振動板12とSi振動板側電極11は、振動板12の段差部によって形成された下面凹部内に絶縁膜を介して振動板側電極11が密着して配置されているので、振動板12に段差部があっても振動板12の張力が段差部で吸収されることがない。
なお、SiN膜による振動板12とSi振動板側電極11の上下関係を入れ替えた場合、すなわちSiN膜による振動板12を先に形成し、その上にSi振動板側電極11を形成した場合、振動板が平坦にできるが、電極間に印加された電圧は比誘電率の高いSiN膜にも分配されるため、振動板下面と基板側電極上面の空間に働く実効電圧が低下し、それについて静電引力が低下し、振動板の変位量も低下するため、低消費電力駆動を目指す場合に不利となる。
【0026】
振動板側電極11が支柱13の中へは形成されないように、従って支柱13の形成部分より僅かに内側に形成されるので、振動板側電極11に印加する電圧による絶縁破壊を防ぐことができる。
【0027】
圧力室に供給される流体が液体の場合、液体が接する部分が導体であると液体に導体表面より気泡ができたり、導体表面が腐食することがあるが、本実施の形態では振動板側電極11上に振動板12があり、振動板12の表面が絶縁膜18で被覆されているので、その様な問題は発生しない。
また、流体が液体の場合、振動板12の表面に親水性膜の絶縁膜18を形成することにより、圧力室22内への液体の流入を円滑に行わせることができる。また、流体が気体の場合には、振動板12の表面に気体に対して耐性のある絶縁膜18を形成することにより、振動板12が気体で侵されることがない。
【0028】
本実施の形態に係る静電ヘッド装置1によれば、上述の微小流体駆動装置2を備えることにより、流体の吐出部、本例ではノズル23を高密度に配置できると共に、高い駆動力で微小量の流体を精度良く制御して供給することができる。本実施の形態の静電ヘッド装置1は、例えば民生用ではインクジェット・プリンタヘッド、産業用では有機ELなどの高分子、低分子有機材料塗布装置、プリント基板配線印刷装置、ハンダバンプ印刷装置、3次元モデリング装置、μTAS(Micro Total Analysis Systems)として薬液その他の液体をpl(ピコリットル)以下の微小単位にて精度良くコントロールして供給する供給ヘッド、さらには気体を微小量精度良くコントロールして供給する供給ヘッド等に適用することができる。
【0029】
静電ヘッド装置1は、圧力室22として、高圧力室、中圧力室及び低圧力室の複数設け、各圧力室22を連結し、各圧力室22間に逆流防止弁を配置して圧力差で流体を流すようにした構成のものも含む。
静電ヘッド装置1は、流体として気体を用いるときは、基本的に圧力室22の外部への吐出口に弁を設けるようにして構成することができる。
微小流体駆動装置2は、例えばコンピュータのCPUの冷却用の駆動原にも適用することができる。
【0030】
次に、図10〜図17を用いて上述の微小流体駆動装置2及び静電ヘッド装置1の製造方法の一実施の形態を説明する。なお、図11〜図17の工程図は、図10のCーC線上の断面構造を示す。
【0031】
先ず、図11Aに示すように、所要の基板、本例ではシリコン基板5上に絶縁膜の例えばシリコン酸化膜6を形成した基板4を設け、この基板4のシリコン酸化膜6上に共通の基板側電極7を形成する。基板側電極7は、本例ではCVD(化学気相成長)法によるアモルファスシリコン膜を成膜し、不純物例えば燐(P)をドーピングした後に熱処理して活性化し導電性を有する電極として形成する。これにより多結晶シリコンの基板側電極7が形成される。
【0032】
次に、図11Bに示すように、基板側電極7の表面上に絶縁膜8を形成する。絶縁膜8は、例えば1000℃程度の高温の減圧CVDまたは熱酸化により形成することができる。この絶縁膜8は、基板側電極7の保護膜、後述する犠牲層のエッチング液またはエッチングガスに対して耐性のある膜、さらに振動板と基板側電極が接近した際の放電防止、振動板が基板側電極7に当接した場合のショート防止、等に供される。絶縁膜8としては、例えばSF6 、XeF2 によるエッチングガスを用いるときはSiO2 膜とし、例えばフッ酸によるエッチング液を用いるときはSiN膜とすることができる。
【0033】
次に、図11Cに示すように、絶縁膜8の全面上に犠牲層31を形成する。犠牲層31として、本例では多結晶シリコン膜をCVD法より堆積する。
次に、図12Dに示すように、後に形成する振動板を支える支柱(いわゆるアンカー)を形成すべき部分、及び補助支柱(いわゆるポスト)に対応する部分の犠牲層31を選択的にエッチング除去し開口部32を形成する。犠牲層31のエッチングはドライエッチングが好ましい。
【0034】
次に、図12Eに示すように、犠牲層31の表面に絶縁膜16を形成する。この絶縁膜16は、絶縁膜8と同様に犠牲層31のエッチング液又はエッチングガスに対して耐性を有する膜で形成する。本例では多結晶シリコン膜による犠牲層31をSF6 ガスまたはXeF2 ガスを用いてエッチング除去するので、絶縁膜16としてシリコン酸化膜(SiO2 膜)を熱酸化またはCVDにより形成する。この絶縁膜16は、振動板側電極の保護、振動板と基板側電極7が接近した際の放電防止、振動板が基板側電極7に当接した場合のショート防止、等にに供される。
【0035】
次に、図13Fに示すように、絶縁膜16を有する犠牲層31上に各独立した振動板側電極11を形成する。振動板側電極11は、本例ではCVD(化学気相成長)法によるアモルファスシリコン膜を成膜し、不純物例えば燐(P)をドーピングした後に熱処理して活性化し導電性を有する電極として形成する。これにより多結晶シリコンの振動板側電極11が形成される。振動板側電極11に印加する電圧による絶縁破壊を防ぐため、振動板側電極11は支柱の中へは形成しないように、従って支柱形成部分より僅かに内側に形成するようにする。また、このような振動板側電極11の形成により、後の工程で振動板側電極11は振動板の下面凹部内に挿入されるようになる。
【0036】
次に、図13Gに示すように、振動板側電極11の表面を熱酸化してシリコン酸化膜8SiO2 膜)17を形成した後、犠牲層31上及び開口部32内の全面にわたって振動板12と、之に連続した支柱(アンカー)13及び補助支柱(ポスト)19を同一の絶縁膜により形成する。更に、振動板12、支柱13、補助支柱19は、本例では減圧CVD法によるシリコン窒化膜(SiN膜)で形成する。SiN膜は引っ張りの応力が発生するので、振動板12の反発力が高まり好都合である。
【0037】
次に、図14Hに示すように、シリコン窒化膜による振動板12、支柱13、補助支柱19の表面に所要の絶縁膜18を形成する。この絶縁膜18としては、例えば流体として、インク、薬液、その他の液体を用いるときにはその液体接触面に、親水性の絶縁膜18を形成する。流体として気体を用いるときは気体に対して耐性のある絶縁膜18を形成する。犠牲層31のエッチングに際してSF6 ガスあるいはXeF2 ガスを用いるときは、このエッチングガスに対して耐性もある酸化膜(例えばシリコン酸化膜)で絶縁膜18を形成することが好ましい。シリコン窒化膜による振動板12は絶縁膜17と絶縁膜18により挟まれる構成となっているが、この構成は引張り応力を有するシリコン窒化膜と圧縮応力を有するシリコン酸化膜との積層構造を形成する場合には振動板の反りを防ぐ上で有効である。シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の積層構造では引張りと圧縮応力の相乗効果により、振動板が大きく凹状になってしまい振動板の変位量が不足する。シリコン窒化膜の両側をシリコン酸化膜で覆うことでこの反りを緩和できる。
【0038】
次に、図14Iに示すように、支柱13の近傍に絶縁膜17、振動板12、絶縁膜16を貫通して犠牲層31が露出するように開口14を形成する。この開口14は、犠牲層31をエッチング除去する際の抜き孔となるものであり、例えばRIEなどの異方性ドライエッチングで形成することができる。
【0039】
次に、図15Jに示すように、開口14を通じてエッチング液またはエッチングガスを導入し、本例ではSF6 ガスまたはXeF2 ガスを導入して犠牲層31をエッチング除去し、振動板側電極11を一体に有する振動板12と基板側電極7との間に空間9を形成する。この場合、開口14が振動板12の長辺に沿って複数形成され、開口を通して振動板12の短辺に沿う方向にエッチングが進められるので、短時間でのエッチングが可能になる。犠牲層31として多結晶シリコンのようなシリコンを使用した場合にはSF6 ガスあるいはXeF2 ガスによりエッチング除去することができる。犠牲層31としてシリコン酸化膜(SiO2 膜)を使用した場合には、フッ酸のエッチング液によりエッチング除去するころができる。犠牲層31をエッチング液で除去したときには乾燥処理を行う。
【0040】
次に、図15Kに示すように、この開口14を封止する。封止にはAlなどのメタルスパッタによる封止も可能であるが、振動室となる空間9が減圧になるため振動板12が凹状になり、振動板12の支柱13あるいは補助支柱19の近傍に応力が常にかかる。また凹状となることにより振動板12の可動範囲は狭くなる。この点を考慮して、例えばボロン・リン・シリケートガラス(BPSG)膜を成膜した後、リフローにより開口14を埋める方法を採ることができる。この際、N2 加圧雰囲気で行うことにより振動室となる空間9の圧力を所望の値にすることが可能になる。また、後述の加圧室の形成部材の粘性を利用して開口14を塞ぐこともできる。このようにして、微小流体駆動装置2を製造する。
【0041】
次に、図16に示すように、この微小流体駆動装置2上に、例えば光硬化性樹脂材料層、例えば感光性を有するエポキシ樹脂材料層33を形成し、リソグラフィ技術を用いてパターニングし、流体を溜める圧力室(いわゆるチャンバー)22及びこの圧力室22に連通する流体の供給流路(図示せず)を形成する。即ち、振動板12上に圧力室22を形成し、振動板12の支柱13が形成された両側に対応する上に圧力室22を構成するための隔壁24aを形成する。
【0042】
次に、図17に示すように、各圧力室22の上部を閉塞するように、ノズル23を有するシート状体(いわゆるノズルシート)34を接合する。このノズルシート34は、ニッケル、ステンレスなどの金属、またはSiウェーハなどの所要の材料で形成することができ、このノズルシート34を接着する。
かくして目的の静電ヘッド装置1を得る。
【0043】
なお、上記光硬化性樹脂の粘性を調節することで、振動板12の開口14を金属スパッタせずに、この光硬化性樹脂で封止することができる。
【0044】
上述の本実施の形態に係る製造方法によれば、犠牲層9、振動板12を気相形成することにより、次のような効果を奏する。電極間間隔の均一性、振動板12の膜厚の均一性が高くなり、各振動板12間の動作電圧のバラツキが小さくなる。振動板12の表面の平坦度が高くなる。電極間間隔、振動板12の膜厚のコントロールが容易になり、成膜時間、温度により所望の膜厚の振動板12を容易に作ることができる。一般の半導体プロセスで容易に作成することができるので、量産性にも優れる。
支柱13の近傍に開口14を形成し、この開口14を通して犠牲31をエッチング除去するので、精度良く振動板12と基板側電極7間の空間9を形成することができる。開口14は振動板12の長手方向に沿って複数形成されるので、犠牲層31のエッチングは振動板12の短辺方向になされ、エッチング時間の短縮が図れる。
本実施の形態では、貼り合わせを用いないサーフェスマイクロマシニングにより、振動板12を含む微小流体駆動装置2、流体の圧力室22及びノズル23を有する隔壁構体24から成る静電ヘッド装置1を製造方法することが可能になる。支柱13の近傍に設けた開口14より犠牲層31をエッチング除去する工程を含めて、標準的な半導体プロセスを利用できるので、微小流体駆動装置2、あるいは静電ヘッド装置1のコスト低減が図れる。
【0045】
なお、微小流体駆動装置2上に、別途形成したノズル23、圧力室22及び流体供給流路(図示せず)を有する隔壁構体24を貼り合わせて、静電ヘッド装置1を製造することもできる。
開口14としては、例えば図18に示すように、1つの支柱13の近傍に複数形成するこができる。
支柱13、補助支柱19は、振動板12を構成する材料(図示の例では実質的にSiN膜12、シリコン酸化膜17、18で形成されている)の一部(SiN膜を含む一部)又は全部で形成することができる。
【0046】
図7〜図9は、微小流体駆動装置の他の実施の形態を示す。本実施の形態では、振動板12が十分反発力を有し、また変形せずに振動板として十分機能する場合であり、補助支柱19を省略して構成される。それ以外の構成は前述の図2〜図4と同様であるので、対応する部分に同一符号を付して重複説明を省略する。本実施の形態の動作、効果は、図2〜図4の実施の形態と同様である。
【0047】
【発明の効果】
本発明に係る微小流体駆動装置によれば、消費電力が少なく、且つ振動板を有する振動部の高密度化を図ることができる。振動板と基板側電極との間の空間が閉空間の場合、振動板が撓むと空気が圧縮されるので振動板のたわみを阻害しようとするが、支柱での支持構造であり、隣接する振動板下の空間が互いに連通した構成であるので、隣接する空間に圧縮された空気を逃がし、振動板の駆動を円滑にする。
基板側電極を共通にし、これに対向して複数の独立した振動板側電極を形成するときは、振動板を平らに形成することができると共に、張力の強い振動板を生成することができる。特に、振動板の段差を利用した下面凹部内に振動板側電極を密着配置した構成とすることにより、段差での振動板の張力吸収を押え、高い張力を持たせることができる。高い張力が得られることから、振動板の膜厚を薄くすることが可能になる。
【0048】
振動板側電極が支柱の形成部分より僅かに内側に形成されるので、振動板側電極に印加する電圧による絶縁破壊を防ぐことができる。
【0049】
隣接する2つの振動板側電極の間に空間に連通する開口を有することにより、空間を形成するための犠牲層の除去を可能にし、精度の良い空間を形成することができる。支柱の近傍に開口を有するので、空間を形成するための犠牲層の除去を可能にし、精度の良い空間を形成することができると共に、この開口は支柱近傍であるの実質的な振動板に影響を与えることがない。
振動板の中間部の直下に補助支柱を設けるときは、振動板の変形を阻止し且つ振動板の反発力を高めることができ、また振動板の膜厚を薄くすることができる。支柱を振動板を構成する材料の一部または全部で形成するので、製造を容易にする。
【0050】
振動板を形成する主材料を2層の絶縁膜で挟みこむ構造により、主材料と絶縁膜1層の構成で顕著に発生する振動板の反りの低減を可能にする。
【0051】
本発明に係る微小流体駆動装置の製造方法によれば、上述の微小流体駆動装置を容易且つ精度良く製造することができる。支柱の近傍に形成した開口より犠牲層をエッチング除去することから、標準的な半導体プロセスを利用して製造することが可能になる。これにより、製造コストの低減を可能にする。
【0052】
本発明に係る静電ヘッド装置によれば、上述の微小流体駆動装置を備えることにより、高い流体駆動力を有し且つ流体の吐出部、例えば液体ではノズル、気体では出射口を高密度化したこの種の静電ヘッド装置を提供することができる。
本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法によれば、容易且つ精度良くかかる静電ヘッド装置を製造することができる。また例えば、貼り合わせを用いないサーフェスマイクロマシニングにより、振動板及び圧力室、吐出部(ノズル、吐出口)などを有する例えばインクジェット・プリンタヘッドなどの静電ヘッド装置の製造を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る静電ヘッドの一実施の形態を示す概略的構成図である。
【図2】本発明に係る微小流体駆動装置の一実施の形態を示す平面図である。
【図3】図2のAーA線上に断面図である。
【図4】図2のBーB線上に断面図である。
【図5】本実施の形態に係る振動板部分の拡大断面図であ。る。
【図6】A〜B 本実施の形態の振動板の動作説明図である。
【図7】本発明に係る微小流体駆動装置の他の実施の形態を示す平面図である。
【図8】図7のDーD線上の断面図である。
【図9】図7のEーE線上の断面図である。
【図10】本発明に係る静電ヘッド装置の製造工程の説明に際しての切断面に位置を示す振動板斜視図である。
【図11】A〜C 本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その1)である。
【図12】D〜E 本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その2)である。
【図13】F〜G 本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その3)である。
【図14】H〜I 本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その4)である。
【図15】J〜K 本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その5)である。
【図16】本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その6)である。
【図17】本発明に係る静電ヘッド装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その7)である。
【図18】本発明に係る振動板に設ける開口の他の実施の形態を示す要部の平面図である。
【符号の説明】
1・・・静電ヘッド装置、2・・・微小流体駆動装置、4・・・基板、5・・・半導体基板、6・・・絶縁膜、7・・・基板側電極、8・・・絶縁膜、9・・・空間、11・・・振動板側電極、12・・・振動板、13・・・支柱、14・・・開口、15・・・封止部材、16、17、18・・・絶縁膜、19・・・補助支柱、21・・・流体、22・・・圧力室、23・・ノズル、24・・・隔壁構体、24a・・・隔壁、25・・・流体供給部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microfluidic driving device for driving a microfluid such as a minute amount of liquid or gas, and a manufacturing method thereof, and an electrostatic head device using the microfluidic driving device and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Inkjet printer heads that eject fine volumes of ink are widely used as printers that meet the need to print photographic quality printed matter at high speed. In the future, in order to respond to the need to print higher image quality at high speed, it is required to arrange the nozzles at a higher density without increasing the power consumption and without reducing the discharge performance.
[0003]
Conventionally, as a method of driving a micro chemical solution used for an ink jet printer head, there are a resistance heating method and a diaphragm method for a micro fluid (a micro volume of ink) held in an ink holding space (so-called cavity). The resistance heating method is a method in which a fluid in a cavity is ejected from a nozzle by a gas (bubble) generated by resistance heating. The diaphragm method is a method in which fluid is ejected from a nozzle by pressure applying means (so-called diaphragm) using a piezo element or the like.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the resistance heating method can be manufactured by a semiconductor process, so the cost is low and the resistance heating element can be manufactured minutely. Therefore, it is convenient to form nozzles with high density. Therefore, power consumption increases with the number of nozzles, and it is difficult to increase the discharge frequency because the resistance heating element needs to be cooled.
In addition, the diaphragm method using the piezo effect is divided into a laminated piezo type and a single plate piezo type, and the laminated piezo type attaches the piezo actuator to the diaphragm and then separates the elements by cutting, so the semiconductor process cannot be used. High cost and difficulty in increasing density.
The single-plate piezo type can be used almost for semiconductor processes, and the cost is lower than that of the laminated type, and the power consumption is reduced. However, warping occurs due to sintering of the piezo element, and the production of a large-sized head with increased noise is produced. There are difficulties.
On the other hand, the diaphragm method using electrostatic drive consumes very little power compared to the resistance heating and piezo method.
However, these diaphragm methods consume less power than resistance heating, but because the drive distance is small, it is necessary to expand the drive area to the millimeter (mm) level length to secure the drive volume. Densification is difficult.
In addition, a conventional electrostatic drive type ink jet head is manufactured by forming a diaphragm with a Si substrate thinly etched and bonding it to a substrate such as glass on which a lower electrode is formed. In this method, it is difficult to manage the film thickness and uniformity of the diaphragm. Etching the diaphragm from the Si substrate to reduce the thickness of the Si substrate eliminates most of the thickness of the Si substrate. In order to drive, it is necessary to secure a long short side of the diaphragm, and it is difficult to increase the density. In addition, it is necessary to smooth the bonding surface with high accuracy in order to bond the substrates together, and to secure a bonding area for bonding. Absent. Furthermore, there is a problem that handling of a substrate having a thickness of about 0.1 to 0.2 mm is not easy.
[0005]
Such a problem can also occur in a driving apparatus that handles, for example, a minute gas as a minute fluid.
[0006]
In view of the above points, the present invention makes it possible to manage the thickness of the diaphragm by making it possible to manufacture in the semiconductor manufacturing process, eliminates the need for bonding of the substrates, and enables the drive unit to have a high density. The present invention provides an electrostatic microfluidic drive device that achieves high fluid drive force and improved productivity, and a method of manufacturing the same.
The present invention provides an electrostatic head device to which the above microfluidic drive device is applied and a method for manufacturing the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The microfluidic drive device according to the present invention isA microfluidic drive device configured by a thin film in which a substrate side electrode, a support column, a diaphragm side electrode and a diaphragm are sequentially formed on a substrate,Apply pressure change to fluidA plurality of said arranged in parallelA diaphragm,eachFor driving the diaphragmMultiple independent corresponding to each diaphragmDiaphragm side electrode andCommon to each diaphragmA substrate side electrode, and the support column for forming a space between the diaphragm side electrode and the substrate side electrode,The diaphragm-side electrode is formed on the lower surface of the diaphragm, and the spaces under adjacent diaphragms communicate with each other. The diaphragm sandwiches the first insulating film having a tensile stress and the first insulating film. And a second insulating film having a compressive stress provided on both the front and back surfaces.
[0008]
In the microfluidic drive device of the present invention, when a voltage is applied between the diaphragm side electrode and the substrate side electrode, an electrostatic adsorption force is generated, and the diaphragm integrated with the diaphragm side electrode is bent. When the voltage application between the substrate-side electrodes is released, the diaphragm is released from the electrostatic force and damped and vibrated by its own restoring force. The micro fluid can be driven by using the driving of the diaphragm. Since this microfluidic drive device can be manufactured by a semiconductor process, it is easy to reduce the thickness of the diaphragm and make the film thickness uniform, thereby enabling high density. Further, since the bonding of the substrates is not required, the bonding surface is also unnecessary, and the overlay accuracy of the exposure apparatus (stepper) is higher by one digit or more than the accuracy of the bonding, so that the driving unit having the vibration plate is high. Necessary and sufficient flow driving force can be obtained while further increasing the density, and power consumption is overwhelmingly less than other methods.
[0009]
A method for manufacturing a microfluidic drive device according to the present invention includes:CommonForming a patterned sacrificial layer on the substrate on which the substrate-side electrode is formed; and on the sacrificial layerMultiple arranged in parallelWith the same material as the process of forming the diaphragm side electrode,pluralOn the diaphragm side electrodeMultiple arranged in parallelForming a diaphragm and a column supporting the diaphragm at a required position continuous with the diaphragm; forming an opening outside the area of the diaphragm; selectively removing the sacrificial layer through the opening; A step of forming a space between the electrode and the diaphragm side electrode, and a step of closing the opening,The support column is formed so that the sacrificial layers under the adjacent diaphragms are continuous with each other. The diaphragm is formed of an insulating film having a compressive stress, an insulating film having a tensile stress, and an insulating film having a compressive stress sequentially. It is characterized by being formed as a film.
[0010]
In the method for manufacturing a microfluidic drive device of the present invention, a substrate-side common electrode, a sacrificial layer, a diaphragm-side individual electrode, a diaphragm made of the same material and its support are sequentially formed on the substrate, and the sacrificial layer is formed through the opening of the diaphragm. By having a series of steps for sealing the diaphragm opening after selective removal, a microfluidic drive device having a high density and a high driving force can be easily manufactured with high accuracy.
[0011]
The electrostatic head device according to the present invention applies a pressure change to a fluid.Multiple arranged in parallelA diaphragm, andeachFor driving the diaphragmMultiple independent corresponding to each diaphragmDiaphragm side electrode andCommon to each diaphragmA pressure chamber having a substrate-side electrode and a support for forming a space between the diaphragm-side electrode and the substrate-side electrode, and having a fluid supply and a fluid discharge portion formed on each diaphragm. Consisting ofThe substrate side electrode, the support column, the diaphragm side electrode, and the diaphragm are composed of thin films sequentially formed on the substrate, the diaphragm side electrode is formed on the lower surface of the diaphragm, and the space under each adjacent diaphragm is The diaphragm is formed by a first insulating film having a tensile stress and a second insulating film having a compressive stress provided on both the front and back surfaces with the first insulating film interposed therebetween. Characterized by
[0012]
In the electrostatic head device of the present invention, by providing the microfluidic drive device, it is possible to increase the density of the fluid ejection section, and to control the fluid ejection amount with high driving force and high accuracy. Is possible.
[0013]
A method for manufacturing an electrostatic head device according to the present invention includes:CommonForming a patterned sacrificial layer on the substrate on which the substrate-side electrode is formed; and on the sacrificial layerMultiple diaphragm-side electrodes arranged in parallelBy the same material as the process of formingpluralOn the diaphragm side electrodeMultiple arranged in parallelForming a diaphragm and a column supporting the diaphragm at a required position continuous with the diaphragm; forming an opening outside the area of the diaphragm; selectively removing the sacrificial layer through the opening; A step of forming a space between the electrode and the diaphragm-side electrode, a step of closing the opening, and a step of forming a pressure chamber having a fluid supply portion and a fluid discharge portion on each diaphragm,The struts are formed so that the sacrificial layers under each of the adjacent diaphragms are continuous with each other, and the diaphragm sequentially includes an insulating film having compressive stress, an insulating film having tensile stress, and an insulating film having compressive stress. It is characterized by forming a film.
[0014]
In the manufacturing method of the electrostatic head device of the present invention, since the diaphragm is formed by the vapor deposition method, a very thin diaphragm having a thickness of 1 μm or less can be provided. Thereby, the short side length of the diaphragm can be shortened to 60 μm or less, and the density can be increased to 300 dbi or more.
In addition, the thickness of the sacrificial layer of about 200 mm can be easily managed, and low voltage driving of 30 V or less can be easily realized. In addition, since the thickness of the diaphragm and the sacrificial layer can be easily managed, it is possible to manufacture the electrostatic head device that can accurately control the fluid discharge amount.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0016]
1 to 4 show an embodiment of a microfluidic drive device according to the present invention and an electrostatic head to which the microfluidic drive device is applied.
The
[0017]
As shown in FIGS. 2 to 4, the
[0018]
The
[0019]
In order to introduce a gas or a liquid for etching and removing a sacrificial layer in a manufacturing process described later between the
Further, in this example, when the
[0020]
As the
[0021]
As shown in FIG. 5 (enlarged view), the diaphragm-
[0022]
With respect to the
[0023]
Next, the operation of the
In the
When the
[0024]
According to the
The
Therefore, it is possible to provide a microfluidic drive device that can secure a driving force with respect to fluid and enable high density.
[0025]
By forming the lower
On the other hand, the
When the upper and lower relations between the
[0026]
Since the
[0027]
When the fluid supplied to the pressure chamber is a liquid, if the portion in contact with the liquid is a conductor, bubbles may form in the liquid from the conductor surface or the conductor surface may corrode. In this embodiment, the diaphragm side electrode Since the
Further, when the fluid is a liquid, the liquid can be smoothly introduced into the
[0028]
According to the
[0029]
The
The
The
[0030]
Next, an embodiment of a method for manufacturing the
[0031]
First, as shown in FIG. 11A, a
[0032]
Next, as shown in FIG. 11B, an insulating
[0033]
Next, as shown in FIG. 11C, a
Next, as shown in FIG. 12D, the
[0034]
Next, as illustrated in FIG. 12E, the insulating
[0035]
Next, as shown in FIG. 13F, each independent
[0036]
Next, as shown in FIG. 13G, the surface of the
[0037]
Next, as shown in FIG. 14H, a required insulating
[0038]
Next, as shown in FIG. 14I, an
[0039]
Next, as shown in FIG. 15J, an etching solution or etching gas is introduced through the
[0040]
Next, as shown in FIG. 15K, the
[0041]
Next, as shown in FIG. 16, for example, a photocurable resin material layer, for example, a photosensitive epoxy
[0042]
Next, as shown in FIG. 17, a sheet-like body (so-called nozzle sheet) 34 having the
Thus, the target
[0043]
By adjusting the viscosity of the photocurable resin, the
[0044]
According to the manufacturing method according to the above-described embodiment, the following effects can be obtained by forming the
Since the
In the present embodiment, the
[0045]
The
A plurality of
The
[0046]
7 to 9 show other embodiments of the microfluidic drive device. In the present embodiment, the
[0047]
【The invention's effect】
According to the microfluidic drive device according to the present invention, the power consumption is low and the density of the vibrating portion having the diaphragm can be increased. When the space between the diaphragm and the substrate-side electrode is a closed space, air is compressed when the diaphragm is bent, so it tries to inhibit the deflection of the diaphragm. Since the space under the plate communicates with each other, the air compressed in the adjacent space is released to facilitate the driving of the diaphragm.
When a substrate-side electrode is used in common and a plurality of independent diaphragm-side electrodes are formed to face the substrate-side electrode, the diaphragm can be formed flat and a diaphragm with high tension can be generated. In particular, by adopting a configuration in which the diaphragm side electrode is in close contact with the lower surface recess utilizing the step of the diaphragm, the tension absorption of the diaphragm at the step can be suppressed and high tension can be imparted. Since high tension can be obtained, the thickness of the diaphragm can be reduced.
[0048]
Since the diaphragm side electrode is formed slightly inside the column forming portion, it is possible to prevent dielectric breakdown due to the voltage applied to the diaphragm side electrode.
[0049]
By providing an opening communicating with the space between the two adjacent diaphragm-side electrodes, it is possible to remove the sacrificial layer for forming the space and form a highly accurate space. Since there is an opening in the vicinity of the support column, it is possible to remove the sacrificial layer for forming the space, and it is possible to form a precise space, and this opening affects the substantial diaphragm in the vicinity of the support column. Never give.
When the auxiliary column is provided immediately below the middle portion of the diaphragm, deformation of the diaphragm can be prevented, the repulsive force of the diaphragm can be increased, and the film thickness of the diaphragm can be reduced. Since the column is made of a part or all of the material constituting the diaphragm, manufacturing is facilitated.
[0050]
The structure in which the main material forming the diaphragm is sandwiched between the two layers of the insulating film enables the reduction of the warp of the diaphragm that is remarkably generated in the configuration of the main material and the single insulating film.
[0051]
According to the method of manufacturing a microfluidic drive device according to the present invention, the above-described microfluidic drive device can be manufactured easily and accurately. Since the sacrificial layer is removed by etching from the opening formed in the vicinity of the support column, the sacrificial layer can be manufactured using a standard semiconductor process. Thereby, the manufacturing cost can be reduced.
[0052]
According to the electrostatic head device of the present invention, by providing the above-described microfluidic drive device, the fluid discharge force, for example, the nozzle for liquid and the exit port for gas are made high in density. This type of electrostatic head device can be provided.
According to the method for manufacturing an electrostatic head device according to the present invention, the electrostatic head device can be manufactured easily and accurately. In addition, for example, surface micromachining that does not use bonding enables manufacturing of an electrostatic head device such as an inkjet printer head having a diaphragm, a pressure chamber, a discharge portion (nozzle, discharge port), and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an electrostatic head according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an embodiment of a microfluidic drive device according to the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
4 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a diaphragm portion according to the present embodiment. The
6A and 6B are operation explanatory views of the diaphragm according to the present embodiment.
FIG. 7 is a plan view showing another embodiment of the microfluidic drive device according to the present invention.
8 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
9 is a cross-sectional view taken along the line EE of FIG.
FIG. 10 is a perspective view of the diaphragm showing the position on the cut surface when explaining the manufacturing process of the electrostatic head device according to the present invention.
FIGS. 11A to 11C are manufacturing process diagrams (part 1) illustrating an embodiment of a method of manufacturing an electrostatic head device according to the invention. FIGS.
FIGS. 12A to 12E are manufacturing process diagrams (part 2) illustrating the embodiment of the manufacturing method of the electrostatic head device according to the invention. FIGS.
FIGS. 13A to 13G are manufacturing process diagrams (part 3) illustrating the embodiment of the manufacturing method of the electrostatic head device according to the invention. FIGS.
FIGS. 14A to 14I are manufacturing process diagrams (part 4) illustrating an embodiment of a method of manufacturing an electrostatic head device according to the invention. FIGS.
FIGS. 15A to 15K are manufacturing process diagrams (part 5) showing one embodiment of a method for manufacturing an electrostatic head device according to the invention. FIGS.
FIG. 16 is a manufacturing process diagram (No. 6) showing the embodiment of the manufacturing method of the electrostatic head device according to the invention;
FIG. 17 is a manufacturing process diagram (No. 7) showing the embodiment of the manufacturing method of the electrostatic head device according to the invention;
FIG. 18 is a plan view of a main part showing another embodiment of an opening provided in the diaphragm according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (16)
流体に圧力変化を与える並列配置された複数の前記振動板と、
前記各振動板を駆動するための各振動板に対応する複数の独立した振動板側電極および各振動板に対して共通の基板側電極と、
前記振動板側電極と前記基板側電極との間の空間を形成するための前記支柱とを有し、
前記振動板側電極は前記振動板の下面に形成され、
隣接する前記各振動板下の空間は相互に連通し、
前記振動板は、引張り応力を有する第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜を挟んで表裏両面に設けた圧縮応力を有する第2の絶縁膜とにより形成されて成る
ことを特徴とする微小流体駆動装置。 A microfluidic drive device configured by a thin film in which a substrate side electrode, a support column, a diaphragm side electrode and a diaphragm are sequentially formed on a substrate,
A plurality of the diaphragms arranged in parallel to apply a pressure change to the fluid;
A common substrate side electrode with respect to a plurality of independent diaphragm-side electrode and the vibration plate corresponding to each vibrating plate for driving the respective diaphragms,
The column for forming a space between the diaphragm side electrode and the substrate side electrode;
The diaphragm side electrode is formed on the lower surface of the diaphragm,
The spaces under each of the adjacent diaphragms communicate with each other,
The diaphragm is formed of a first insulating film having a tensile stress and a second insulating film having a compressive stress provided on both the front and back surfaces of the first insulating film. Micro fluid drive device.
ことを特徴とする請求項1記載の微小流体駆動装置。The microfluidic drive device according to claim 1, wherein the diaphragm side electrode is arranged in close contact with a lower surface recess of the diaphragm.
前記支柱が前記振動板と一体に形成されて成る
ことを特徴とする請求項1又は2記載の微小流体駆動装置。The column is formed of a part or all of the material constituting the diaphragm,
Microfluidic driving apparatus according to claim 1 or 2 wherein said post is characterized by comprising integrally formed with the diaphragm.
ことを特徴とする請求項3記載の微小流体駆動装置。The microfluidic drive device according to claim 3, wherein the diaphragm-side electrode is formed slightly inside a portion where the support column is formed.
前記開口が閉塞されて成る
ことを特徴とする請求項1記載の微小流体駆動装置。Two adjacent diaphragm-side electrodes are formed across an opening communicating with the space,
The microfluidic drive device according to claim 1, wherein the opening is closed.
ことを特徴とする請求項1記載の微小流体駆動装置。The microfluidic drive device according to claim 1, wherein an opening communicating with the space is formed in the vicinity of the support column, and the opening is closed.
ことを特徴とする請求項1記載の微小流体駆動装置。The microfluidic drive device according to claim 1, wherein an auxiliary support is provided immediately below the diaphragm.
前記犠牲層上に並列配置された複数の振動板側電極を形成する工程と、
同一材料により、前記複数の振動板側電極上の並列配置された複数の振動板と、該振動板に連続した所要位置に該振動板を支える支柱を形成する工程と、
前記振動板の領域外に開口を形成し、該開口を通して犠牲層を選択的に除去し、前記基板側電極と振動板側電極との間に空間を形成する工程と、
前記開口を閉塞する工程を有し、
前記支柱は、隣接する前記各振動板下の犠牲層が相互に連続するように形成し、
前記振動板は、圧縮応力を有する絶縁膜、引張り応力を有する絶縁膜および圧縮応力を有する絶縁膜を順次に成膜して形成する
ことを特徴とする微小流体駆動装置の製造方法。Forming a patterned sacrificial layer on a substrate on which a common substrate-side electrode is formed;
Forming a plurality of diaphragm side electrodes arranged in parallel on the sacrificial layer;
A plurality of diaphragms arranged in parallel on the plurality of diaphragm-side electrodes, and a column that supports the diaphragm at a required position continuous with the diaphragm, using the same material;
Forming an opening outside the region of the diaphragm, selectively removing the sacrificial layer through the opening, and forming a space between the substrate side electrode and the diaphragm side electrode;
Closing the opening;
The support column is formed such that the sacrificial layers under the adjacent diaphragms are continuous with each other,
The method of manufacturing a microfluidic drive device, wherein the diaphragm is formed by sequentially forming an insulating film having a compressive stress, an insulating film having a tensile stress, and an insulating film having a compressive stress .
ことを特徴とする請求項8記載の微小流体駆動装置の製造方法。The method of manufacturing a microfluidic drive device according to claim 8.
ことを特徴とする請求項8記載の微小流体駆動装置の製造方法。The method for manufacturing a microfluidic drive device according to claim 8, wherein the sacrificial layer is removed by introducing an etching base or liquid from the opening.
前記各振動板を駆動するための各振動板に対応する複数の独立した振動板側電極および各振動板に対して共通の基板側電極と、
前記振動板側電極と前記基板側電極との間の空間を形成するための支柱とを有し、 前記各振動板上に、流体が供給され流体の吐出部を有する圧力室が形成されて成り、
前記基板側電極、前記支柱、前記振動板側電極および前記振動板は、基板上に順次に成膜した薄膜により構成され、
前記振動板側電極は前記振動板の下面に形成され、
隣接する前記各振動板下の空間は相互に連通し、
前記振動板は、引張り応力を有する第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜を挟んで表裏両面に設けた圧縮応力を有する第2の絶縁膜とにより形成されて成る
ことを特徴とする静電ヘッド装置。 A plurality of diaphragms arranged in parallel to give a pressure change to the fluid;
A common substrate side electrode with respect to a plurality of independent diaphragm-side electrode and the vibration plate corresponding to each vibrating plate for driving the respective diaphragms,
A support column for forming a space between the diaphragm side electrode and the substrate side electrode, and a pressure chamber having a fluid supply portion and a fluid discharge portion is formed on each diaphragm. ,
The substrate-side electrode, the support column, the diaphragm-side electrode, and the diaphragm are configured by a thin film sequentially formed on the substrate,
The diaphragm side electrode is formed on the lower surface of the diaphragm,
The spaces under each of the adjacent diaphragms communicate with each other,
The diaphragm is formed of a first insulating film having a tensile stress and a second insulating film having a compressive stress provided on both the front and back surfaces of the first insulating film. Electrostatic head device.
ことを特徴とする請求項11記載の静電ヘッド装置。The electrostatic head device according to claim 11.
前記支柱が前記振動板と一体に形成されて成るThe support column is formed integrally with the diaphragm.
ことを特徴とする請求項11又は12記載の静電ヘッド装置。The electrostatic head device according to claim 11, wherein the electrostatic head device is an electrostatic head device.
ことを特徴とする請求項13記載の静電ヘッド装置。The electrostatic head device according to claim 13.
前記犠牲層上に並列配置された複数の振動板側電極を形成する工程と、
同一材料により、前記複数の振動板側電極上の並列配置された複数の振動板と、該振動板に連続した所要位置に該振動板を支える支柱を形成する工程と、
前記振動板の領域外に開口を形成し、該開口を通して犠牲層を選択的に除去し、前記基板側電極と振動板側電極との間に空間を形成する工程と、
前記開口を閉塞する工程と、
前記各振動板上に、流体が供給され流体の吐出部を有する圧力室を形成する工程を有し、
前記支柱は、隣接する前記各振動板下の犠牲層が相互に連続するように形成し、
前記振動板は、圧縮応力を有する絶縁膜、引張り応力を有する絶縁膜および圧縮応力を有する絶縁膜を順次に成膜して形成する
ことを特徴とする静電ヘッド装置の製造方法。Forming a patterned sacrificial layer on a substrate on which a common substrate-side electrode is formed;
Forming a plurality of diaphragm side electrodes arranged in parallel on the sacrificial layer;
A plurality of diaphragms arranged in parallel on the plurality of diaphragm-side electrodes, and a column that supports the diaphragm at a required position continuous with the diaphragm, using the same material;
Forming an opening outside the region of the diaphragm, selectively removing the sacrificial layer through the opening, and forming a space between the substrate side electrode and the diaphragm side electrode;
Closing the opening;
Forming a pressure chamber having a fluid supply portion and a fluid discharge portion on each diaphragm;
The support column is formed such that the sacrificial layers under the adjacent diaphragms are continuous with each other,
The method of manufacturing an electrostatic head device, wherein the diaphragm is formed by sequentially forming an insulating film having a compressive stress, an insulating film having a tensile stress, and an insulating film having a compressive stress .
ことを特徴とする請求項15記載の静電ヘッド装置の製造方法。The method of manufacturing an electrostatic head device according to claim 15.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002268815A JP4075545B2 (en) | 2002-09-13 | 2002-09-13 | Microfluidic drive device and manufacturing method thereof, electrostatic head device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002268815A JP4075545B2 (en) | 2002-09-13 | 2002-09-13 | Microfluidic drive device and manufacturing method thereof, electrostatic head device and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004106232A JP2004106232A (en) | 2004-04-08 |
JP4075545B2 true JP4075545B2 (en) | 2008-04-16 |
Family
ID=32266934
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002268815A Expired - Fee Related JP4075545B2 (en) | 2002-09-13 | 2002-09-13 | Microfluidic drive device and manufacturing method thereof, electrostatic head device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4075545B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7416281B2 (en) | 2002-08-06 | 2008-08-26 | Ricoh Company, Ltd. | Electrostatic actuator formed by a semiconductor manufacturing process |
JP4617743B2 (en) * | 2004-07-06 | 2011-01-26 | ソニー株式会社 | Functional element, method for manufacturing the same, and fluid discharge head |
JP2014184513A (en) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Toshiba Corp | Electric component and method for producing the same |
-
2002
- 2002-09-13 JP JP2002268815A patent/JP4075545B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004106232A (en) | 2004-04-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1321294B1 (en) | Piezoelectric ink-jet printhead and method for manufacturing the same | |
US7537319B2 (en) | Piezoelectric inkjet printhead and method of manufacturing the same | |
JP4638750B2 (en) | Piezoelectric actuator for ink jet print head and method for forming the same | |
EP1645416B1 (en) | Piezoelectric type inkjet printhead and method of manufacturing the same | |
JP4386924B2 (en) | Method for forming piezoelectric actuator of inkjet head | |
JP2004034710A (en) | Production method for thermal driving type liquid controlling unit | |
KR20060043164A (en) | Fluid actuating apparatus and method for manufacturing a fluid actuating apparatus, and electrostatically-actuated fluid discharge apparatus and process for producing an electrostatically-actuated fluid discharge apparatus | |
JP5309375B2 (en) | Ink jet print head and manufacturing method thereof | |
JP4075545B2 (en) | Microfluidic drive device and manufacturing method thereof, electrostatic head device and manufacturing method thereof | |
EP1361065B1 (en) | Method of manufacturing a printer head having an electrostatic actuator | |
KR100477707B1 (en) | Method of manufacturing Monolithic inkjet printhead | |
TW568837B (en) | Piezo-electrical ink-jetting nozzle head and its production method | |
JP2000127382A (en) | Ink jet recording head and ink jet recorder | |
KR100561866B1 (en) | Piezo-electric type inkjet printhead and manufacturing method thereof | |
JPH11235818A (en) | Ink jet recording head | |
JPH11309858A (en) | Ink jet recording head, driving method therefor and ink jet recorder | |
KR100745758B1 (en) | Ink-jet printhead adopting piezoelectric actuator | |
JP2002316418A (en) | Printer head and method of making the same | |
KR20000076583A (en) | Inkjet print head and method fabricating the inkjet print head | |
JP4617765B2 (en) | FUNCTIONAL ELEMENT AND ITS MANUFACTURING METHOD, FLUID DISCHARGE DEVICE, AND PRINTING DEVICE | |
JP2008087444A (en) | Manufacturing method for liquid droplet jet apparatus, and liquid droplet jet apparatus | |
JP2006007560A (en) | Functional element, its manufacturing method, fluid discharging apparatus, and printer | |
JP2002029053A (en) | Electrostatic actuator, method of manufacturing the electrostatic actuator, ink jet recording head with the electrostatic actuator, and ink jet recording apparatus with the ink jet recording head | |
JP2003118127A (en) | Liquid ejecting head and production method therefor | |
JPH11157061A (en) | Ink jet type recording head |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050223 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070719 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20070731 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070925 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080108 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Effective date: 20080121 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110208 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |