JP4137027B2 - インクジェットヘッド用基板、該基板の製造方法および前記基板を用いるインクジェットヘッド - Google Patents

Description

本発明は、インクを吐出して記録を行うインクジェットヘッド用の基板、該基板の製造方法および前記基板を用いるインクジェットヘッドに関するものである。

インクジェット記録方式は、記録手段であるインクジェットヘッドのコンパクト化が容易であり、高精細な画像を高速で記録することができるとともに、特別な処理を施していない所謂普通紙に対しても記録を行うことができることからランニングコストが低廉であるという利点を有している。また、ノンインパクトの記録方式であるため騒音の発生が少なく、しかも多色のインクを使用したカラー画像記録に対応することが容易であるなどの利点も有している。

インクジェット記録方式を実現するためのインクジェットヘッドにも種々の吐出方式を採用するものがある。中でも、特許文献１および特許文献２等に開示されているような熱エネルギを利用してインクを吐出する方式によるインクジェットヘッドは、インクを加熱発泡させるための複数の発熱部（ヒータ）およびこれに電気的接続を行う配線等を同一の基体上に作製してインクジェットヘッド用基板とし、さらにその上に発熱部に対応してインクを吐出させるためのノズル（吐出口）を形成した構成が一般的である。この構成は、半導体製造工程と同様のプロセスを経て、発熱抵抗体および配線等を高密度に多数配置したインクジェットヘッド用基板を容易かつ精度高く製造することができることから、記録の高精細化および高速化を実現できる。さらにこれにより、インクジェットヘッドないしはこれを用いる記録装置の一層のコンパクト化を図ることができる。

図１および図２は、それぞれ、一般的なインクジェットヘッド用基板の発熱部の模式的平面図およびそのＩＩ−ＩＩ線断面図である。図２に示すように、基体１２０上には、下層に発熱抵抗体層１０７が、さらにその上層に電極配線層１０３が形成され、電極配線層１０３の一部を除去してその部分の発熱抵抗体層を露出することで発熱部１０２が形成される。電極配線のパターン２０５および２０７は基体１２０上で引き回され、駆動素子回路ないし外部電源端子に接続されて、外部からの電力供給を受けることができる。ここで、発熱抵抗体層１０７は電気抵抗値が高い材料で形成されており、電極配線層１０３を介して外部から電流を流すことによって、電極配線層１０３の非存在部分である発熱部１０２が熱エネルギを発生し、インクを発泡させる。また、電極配線層１０３を形成する材料には、ＡｌもしくはＡｌを含む合金材料が主に用いられている。

かかるインクジェットヘッド用基板において、発熱部１０２については、短時間に１０００℃前後の温度の上昇および下降にさらされ、また発泡と消泡との繰り返しによるキャビテーションがもたらす機械的衝撃が加わるなど、厳しい環境におかれる。そこで、保護膜を複数層構成とし、発熱部１０２をインクから絶縁・保護するためのＳｉＯあるいはＳｉＮ等の無機化合物による保護絶縁膜１０８によって覆うだけでなく、さらにその上層に、より機械的安定性の高い金属（Ｔａ等）の膜１１０（一般的には、そのキャビテーションによるダメージに耐える膜としての性能から耐キャビテーション膜と呼ばれることがある）が形成される（図２参照）。また、発熱部１０２だけではなく、例えば発熱抵抗体層１０７に対する電気的接続を行うための電極配線層１０３に対しても、インクによる腐食を防止するために同様の構成がとられている。

近年、インクジェットプリンタ装置においては、高解像度・高画質の画像を高速にプリントすることが望まれているが、これには吐出口および、発熱体などインク吐出に利用されるエネルギの発生部を高密度に多数、基板に配設することが必要となる。そして、このように吐出口およびエネルギ発生部を高密度に多数、基板に配設する場合には、特にエネルギ発生部における省電力化が重要になってくる。

このようにエネルギ発生部における省電力化を図ることができる構成としては、特許文献３に開示されたものがある。

図３は特許文献３に開示されたインクジェットヘッド用基板の発熱部の模式的断面図であり、断面位置は図１のＩＩ−ＩＩ線に対応している。この構成では、電極配線層１０３の上層として第１保護絶縁膜１０８ａおよび第２保護絶縁膜１０８ｂが形成されており、下層である第１保護絶縁膜１０８ａが発熱部１０２の上方において除去されている。すなわち、このように特許文献３では、発熱部上の保護膜のトータルの厚みを電極配線上の保護膜のトータルの厚みより薄くする構成が開示されている。これにより、発熱部１０２上の実質的な保護膜の厚みを低減してエネルギ効率を向上する一方、第２保護絶縁膜１０８ｂにより所要の保護絶縁機能を得ている。つまり、保護膜の保護性能を低下させることなく、発熱部の省電力化を図ることができるものである。

米国特許第４，７２３，１２９号明細書 米国特許第４，７４０，７９６号明細書 特許第３３８２４２４号

このように発熱部の熱効率を向上することに加え、さらにプリント装置全体の省電力化を図るという観点からは、電極配線の低抵抗化も重要である。通常、電極配線の低抵抗化は基板上に形成される電極配線の幅を広げることにより行われる。しかしながら、基板上に形成されるエネルギ発生部の数が上述した理由により膨大になってくると、基板の大型化を伴わずには電極配線の幅を広げるだけの十分なスペースを確保できなくなる。

そこで、本発明者らは、電極配線を厚膜化することにより電極配線の低抵抗化を図ることを検討した。しかし電極配線を厚膜化する一方で、図３に示したように発熱部上の保護膜のトータルの厚みを電極配線上の保護膜のトータルの厚みより薄くする構成を採用したところ、本発明者らは次のような新たな課題を見出した。

すなわち、発熱部に面する電極配線段差部のカバレッジ性を考慮すれば、電極配線を厚膜化するほど保護膜も厚膜化しなければならないため、発熱部上の保護膜の厚みを十分に薄くすることができなくなったり、発熱部上にかかる保護膜の厚膜部分の領域の増大をもたらしたりすることで、発熱部の省電力化作用が減殺されてしまったのである。

そこで、本発明は、記録の高解像化、高画質化、高速化等を達成するための発熱部の高密度実装を行う際に、配線抵抗の低減を図りながら、熱効率を向上し、消費電力を下げる省電力化を達成することを主たる目的とする。

また、本発明の他の目的は、これにより小型にしてノズルが高密度配置された信頼性の高いインクジェットヘッドを提供することにある。

そのために、本発明は、通電に応じてインクを吐出するために利用される熱エネルギを発生する発熱部を有するインクジェットヘッド用基板であって、
前記発熱部を形成するための発熱抵抗体層および該発熱抵抗体層の上層として配置される第１電極配線層と、
前記第１電極配線層の上層として配置される第１保護膜と、
該第１保護膜の上層として配置されるとともに前記第１電極配線層と電気的に接続される第２電極配線層と、
前記第２電極配線層の上層として配置される第２保護膜と、
を具え、前記第１保護膜および前記第２保護膜のうち、前記第１電極配線層および前記第２電極配線層のうち厚みが小である方の上層として配置される保護膜のみが、前記発熱部上を覆っていることを特徴とする。

また、本発明は、通電に応じてインクを吐出するために利用される熱エネルギを発生する発熱部を有するインクジェットヘッド用基板の製造方法であって、
基体上に発熱抵抗体層および第１電極配線層とにより前記発熱部を形成する工程と、
前記第１電極配線層の上層として第１保護膜を配置する工程と、
第２電極配線層を前記第１保護膜の上に配置するとともに前記第１電極配線層と電気的に接続する工程と、
前記第２電極配線層の上層として第２保護膜を配置する工程と、
を具え、さらに、前記第１保護膜および前記第２保護膜のうち、前記第１電極配線層および前記第２電極配線層のうち厚みが大である方の上層として配置される保護膜を前記発熱部の上で除去する除去工程を具えたことを特徴とする。

さらに、本発明は、上記インクジェットヘッド用基板と、前記発熱部に対応したインク吐出口と、を具えたインクジェットヘッドに存する。

本発明によれば、電極配線を複数の層で構成することで、配線抵抗の低減を図りながら基板の大型化を防ぎ、記録の高解像化、高画質化、高速化等を達成するための発熱部の高密度実装が可能となるとともに、発熱部上における保護膜の実効的な厚みを小とできるので、熱効率を上げ、消費電力を下げる省力化を達成することができる。

また、これにより小型にしてノズルが高密度配置された信頼性の高いインクジェットヘッドを提供できる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

（インクジェットヘッド用基板の第１の実施形態およびその製造工程）
本発明では、基本的に、電極配線を複数の層、すなわち少なくとも上下の２層で構成するとともに（以下、下層のものを第１電極配線層、上層のものを第２電極配線層という）、第１電極配線層を保護する保護絶縁膜（以下、第１保護絶縁膜という）または第２電極配線層を保護する保護絶縁膜（以下、第２保護絶縁膜という）を、発熱部の上方の部位において除去することで、発熱部上の実効的な保護膜厚を薄くし、熱効率の低下を防ぐものである。また、それ以外の部位は第１および第２保護絶縁膜で覆われることで、電極の保護・絶縁が確実なものとなる。さらに、第１電極配線層および第２電極配線層の膜厚の関係を考慮し、厚みが大である電極配線層の上に形成される保護絶縁膜部分の除去を行うものとする。

図４および図５は、それぞれ、本発明の第１の実施形態によるインクジェットヘッド用基板の発熱部の模式的平面図およびそのＶ−Ｖ線の模式的断面図である。ここで、図１〜図３の各部と同様に機能する部分については対応箇所に同一符号を付してある。

この例では、第１電極配線層１０３の上に第１保護絶縁膜１０８を介して第２電極配線層１０４が形成されており、これらの電極配線層をスルーホール２０８（図４）を介して接続している。従って発熱部１０２の付近では、第２電極配線層１０４、スルーホール２０８、図５の右側部分の第１電極配線層１０３、発熱抵抗体層１０７および図５の左側部分の第１電極配線層１０３を通る電流路が形成される。また、第２電極配線層１０４の上には第２保護絶縁膜１０９が形成され、さらにその上から、発熱部１０２に対応する部位に耐キャビテーション膜１１０が形成されている。

ここで、本実施形態の構成では、まず第１電極配線層１０３の膜厚ｔ１と第２電極配線層１０４の膜厚ｔ２とが、ｔ１＜ｔ２の関係を有している。そして、耐キャビテーション膜１１０が第１保護絶縁膜１０８上に配置され、すなわち耐キャビテーション膜１１０が第２電極配線層１０４と同じ第１保護絶縁膜１０８上の階層に形成されている。そして、本発明が規定するところに従い、それらの上に第２保護絶縁膜１０９が形成された後に、発熱部１０２の上方の部分３０２において第２保護絶縁膜１０９が除去されている。

図６〜図１３を参照して、図４および図５に示したインクジェットヘッド用基体の製造方法の実施形態を説明する。

まず、図６において、Ｓｉでなる基体１２０に熱酸化により蓄熱層１０６を形成した。ここで、基体１２０としては、＜１００＞Ｓｉ基体に対し、発熱部１０２を選択的に駆動するためのスイッチングトランジスタ等の半導体素子でなる駆動回路を予め作り込こんでおいたものとすることができる。

次に、図７で示すように、スパッタリングによりＴａＳｉＮ等の発熱抵抗体層１０７を約３０ｎｍの厚さ、Ａｌ等の第１電極配線層１０３を約３００ｎｍの厚さ（ｔ１）に、それぞれ形成した。そして、フォトリソグラフィ法を用い、図７で示した第１電極配線層１０３と発熱抵抗体層１０７に対し、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法によりエッチングを施し、所望の平面形状とした。なおこの第１電極配線層は、発熱部直近の配線パターン（後述する図１４（ｂ）の配線パターン２０５Ｎ，２０５Ｆ１に対応）と、これに至る端子部（後述する図１４（ｂ）の端子２０５Ｔに対応）からの配線パターンを形成するためのものである。

次に、再びフォトリソグラフィ法を用いて、図８に示すように、発熱部１０２を形成するために、ウェットエッチングによりＡｌの第１電極配線層１０３を部分的に除去し、その部分の発熱抵抗体層１０７を露出させた。なお、配線端部における第１保護絶縁膜のカバレッジ性を良好なものとするため、配線端部において適切なテーパ形状が得られる公知のウエットエッチングを行うことが望ましい。

次に、図９で示すように、露出された発熱抵抗体層１０７（発熱部１０２）を含む第１電極配線層１０３の上方に、第１保護絶縁膜１０８となるＳｉＮ膜を、プラズマＣＶＤ法によって約３００ｎｍの厚さに形成した。ここで、ＳｉＮの膜厚は、第１電極配線層１０３を十分に被覆し、かつ熱効率が低下がなく、後に形成される第２電極配線層との絶縁耐圧が十分に確保される厚さとした。

次に、図１０で示すように、スパッタリング法によって耐キャビテーションおよび耐インク層としてのＴａ層１１０を約２３０ｎｍの厚さに形成し、フォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングにより所望の形状に形成した。また、この際、図４に示したように、電源側の第１電極配線パターン２０５と後に形成される第２電極配線とが必要に応じて接続されるよう、第１保護絶縁膜１０８に対して、フォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングによりスルーホール２０８を形成した。なお、Ｔａ層は保護絶縁膜に比べ熱伝導率が高く、熱効率を大きく低下させるものではない。これは後述の第２および第３実施形態でも同様である。

次に、図１１で示すように、第２電極配線層１０４をスパッタリングにより所要の厚さ（ｔ２＞ｔ１）に形成し、さらにフォトリソグラフィ法を用いてウェットエッチングにより所望の形状に形成した。なおこの第２電極配線層は、発熱部直近の配線パターンに至る端子部からの配線パターンを形成する第１電極配線層の上層として配置されるものである。

次に、図１２で示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて第２保護絶縁膜１０９としてＳｉＯ膜を形成した後、図１３で示すように耐キャビテーション膜１１０をエッチングストッパーとして、ドライエッチングにより発熱部１０２上の第２保護絶縁膜１０９をくりぬいた（図４において符号３０２で示す部分）。
以上によりインクジェットヘッド用基板を完成させた。

（第１実施形態の優位性）
以上の製造工程を経て基板を作成すれば、配線抵抗の低減を図りながら、発熱部１０２上の保護絶縁膜の実質的な薄膜化を達成して熱効率を向上し、全体としての消費電力を下げる省電力化を達成することができ、記録の高解像化、高画質化、高速化等を達成するための発熱部の高密度実装に資することができる。

すなわち、まず基本的に電極配線を複数の層で構成して配線抵抗の低減させたことで、基板の大型化を防ぎ、記録の高解像化、高画質化、高速化等を達成するための発熱部ないしノズルの高密度実装が可能となる。通常、電極配線の低抵抗化は基板上に形成される電極配線の幅を広げることにより行われていたが、基板上に形成される発熱部の数が膨大になってくると、基板の大型化を伴わずには電極配線の幅を広げるだけの十分なスペースを確保できなくなるからである。

図１４（ａ）を用いてこれを説明する。
同図（ａ）の場合、基板（不図示）の端部に配置される端子２０５Ｔに近い発熱部１０２Ｎに対する配線パターン２０５ＮがＹ方向に延在する配線部分において幅Ｗを有しているとき、端子２０５Ｔから遠い発熱部１０２Ｆに対する配線パターン２０５Ｆは、図のＹ方向に延在する配線部分において幅ｘ・Ｗ（ｘ＞１）を有することになる。端子２０５Ｔから各発熱部までの距離すなわち配線の長さは一様ではなく、端子２０５Ｔからの距離に応じて抵抗値が変化するからである。このように、同一平面において配線抵抗の低減ないしは均等化を図る構成では、各発熱部に対する上記配線部分の幅（端子から遠い発熱部に対するものほど大となる）の合計値に見合う面積が基板に求められることになるのである。

従って、上記した記録の高解像化、高画質化、高速化等を達成するために発熱部の数を増加させようとする場合、基体のＸ方向の寸法の増大は一層著しいものとなり、コストアップの要因となるだけでなく、発熱部の実装個数を制約することにもなる。また、各配線の発熱部直近の部分についても、配線抵抗を下げるべくＹ方向の幅を大とすることは、発熱部の配置間隔ないしノズルの高密度配置を制約する要因となり得る。

これに対して、電極配線を複数の階層を用いて配線抵抗の低減ないし均等化を図る本実施形態のような構成の場合には、図１４（ｂ）に示すように、端子２０５Ｔに近い発熱部１０２Ｎに対する配線パターン２０５Ｎと、端子２０５Ｔから遠い発熱部１０２Ｆ直近の配線パターン２０５Ｆ１とを下層の第１電極配線層、配線部２０５Ｆ１に至るＹ方向の配線部分２０５Ｆ２を上層の第２電極配線層として形成するとともに、配線部分２０５Ｆ２の両端部を、スルーホールを介して端子２０５Ｔおよび配線部分２０５Ｆ１にそれぞれ接続する。かかる構成の場合には、上層の配線部分２０５Ｆ１の幅（ｘ・Ｗ）に見合う面積が基板に求められるのみとなるので、配線抵抗の低減ないし均等化を図りつつも基板の小面積化が可能となるのである。

また、電極配線を厚膜化することで配線抵抗の低減ないし均等化を図る場合に比して、パターニング精度が緩和され、また保護絶縁膜や耐キャビテーション膜のカバレッジ性の低下も防ぐことができる。

特に本発明は、単に一方の保護絶縁膜を発熱部上で除去するというものではなく、第１および第２電極配線層の膜厚の関係が考慮されている。ここで、第１および第２電極配線層の膜厚の関係は、一発熱部に対する配線全体の抵抗値の低減および発熱部間での抵抗値のばらつきの抑制等、設計条件に基づいて適切に定めることができるが、本実施形態の場合は、発熱部１０２に直接接続される第１電極配線層１０３が第２電極配線層１０４に対して相対的に薄いものとなっている。従って、発熱部１０２における第１電極配線層１０３の段差を低くすることができることから、比較的薄膜の第１保護絶縁膜１０８であっても良好なカバレッジ性を得ることができるので、本実施形態では発熱部上には第１保護絶縁膜１０８を残す一方、比較的厚膜であることを要する第２保護絶縁膜１０９を除去するようにしている。すなわち、電極配線全体を２つの保護絶縁膜によって確実に保護する一方、発熱部上では実効的な保護膜の薄膜化を達成して熱効率を向上しているのである。

なお、発熱部直近の配線パターン（図５（ｂ）の配線パターン２０５Ｎ，２０５Ｆ１に対応）に対する端子部（図５（ｂ）の端子２０５Ｔに対応）からの電力供給については、当該発熱部に対する配線全体の抵抗値および他の発熱部との抵抗値の均等化を考慮し、第１電極配線層および第２電極配線層の一方または双方が用いられるように配線を行うことで実施することができる。例えば、端子部に近いものに対しては第１電極配線のみが用いられるようにし（これに対してはスルーホール１０８の形成を行わなければよい）、遠いものに対しては双方の電極配線が用いられるようにすることができる。

また、発熱部直近の配線パターンに対しても、上述と同様の電極配線の２層化を行い、両層を適宜の数のスルーホールを介して接続し、両層を通じた通電が行われるようにすることで抵抗値の低減を図ることも可能である。

（インクジェットヘッド用基板の第２の実施形態およびその製造工程）
図１５および図１６は、それぞれ、本発明の第２の実施形態によるインクジェットヘッド用基板の発熱部の模式的平面図およびそのＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。ここで、従来および第１実施形態と同様に機能する部分については対応箇所に同一符号を付してある。

本実施形態の構成では、第１電極配線層１０３の膜厚ｔ１と第２電極配線層１０４の膜厚ｔ２とが、ｔ１＞ｔ２の関係を有している。そして、本発明が規定するところに従い、第１保護絶縁膜１０８が形成された後に、発熱部１０２の上方の部分３０１において第１保護絶縁膜１０８が除去されている。

図１７〜図２０を参照して、図１５および図１６に示したインクジェットヘッド用基体の製造方法の実施形態を説明する。

まず、第１の実施形態の図６〜図９と同様の工程により、基体１２０に蓄熱層１０６、発熱抵抗体層１０７および第１電極配線層１０３を順次形成し、所望の平面形状を得た後に第１電極配線層１０３を部分的に除去し、その部分の発熱抵抗体層１０７を露出させて発熱部１０２を形成し、さらに、第１保護絶縁膜１０８を形成した。ここで、本実施形態では、第１電極配線層１０３を約６００ｎｍの厚さ（ｔ１）とした。また、第１保護絶縁膜１０８は約６００ｎｍの厚さのＳｉＯ膜とした。

次に図１７で示すように、発熱抵抗体層１０７をエッチングストッパーとして、このＳｉＯ膜を発熱部１０２上でくりぬき（図１５において符号３０１で示す部分）、更に電源側の第１電極配線パターンと後に形成される第２電極配線とが必要に応じて接続されるよう、スルーホールを形成した（図１５において２０８で示す部分）。

次に図１８で示すように、第２電極配線層１０４としてＡｌ層をスパッタリングにより約３００ｎｍ（＝ｔ２＜ｔ１）の厚さに形成し、さらにフォトリソグラフィ法を用いて、ウェットエッチングにより所望の形状に形成した。

次に図１９で示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、第２保護絶縁膜１０９としてＳｉＮ膜を約３００ｎｍの厚みに形成した。このＳｉＮ膜は、第２電極配線層１０４を十分に被覆し、かつ熱伝導率を低下させない膜厚とする。

次に、図２０で示すように、スパッタリング法によって耐キャビテーションおよび耐インク層としてのＴａ層１１０を約２３０ｎｍの厚さに形成し、フォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングにより所望の形状に形成した。

以上によりインクジェットヘッド用基板を完成させた。

以上によれば、第１実施形態と同様、発熱部１０２上の保護絶縁膜の実質的な薄膜化が達成され、熱効率の低下を防ぐとともに、１つの発熱部に対する配線パターンが基板上で占める面積を格段に小さくできる。

なお、第１および第２電極配線層の膜厚の関係は、配線抵抗低減等のための設計条件に基づいて適切に定められ、本実施形態の場合は、発熱部１０２に直接接続される第１電極配線層１０３が第２電極配線層１０４に対して相対的に厚いものとなっており、カバレッジ性を考慮すれば第１保護絶縁膜１０８が相対的に厚いものとなる。従って、このような場合には、この第１保護絶縁膜１０８の部分的なくりぬき（除去）を行うことで、発熱部１０２上の実質的な薄膜化を達成できるのである。

また、本実施形態の場合、発熱抵抗体層をエッチングストッパーとして機能させているが、何をエッチングストッパーとして機能させるかは、第１および第２電極配線の膜厚の関係に応じて除去対象とされる保護絶縁膜に対応して適宜選択できるものである。

（インクジェットヘッド用基板の第３の実施形態およびその製造工程）
以上の実施形態においては、発熱部１０２に対する電極配線を２層構成としたが、３層以上設けられている場合にも同様の思想を適用できる。

図２１および図２２は、それぞれ、本発明の第２の実施形態によるインクジェットヘッド用基板の発熱部の模式的平面図およびそのＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線断面図である。ここで、従来および第１ないし第２実施形態と同様に機能する部分については対応箇所に同一符号を付してある。

本実施形態の構成では、第１電極配線層１０３の膜厚ｔ１および第２電極配線層１０４の膜厚ｔ２と、第３電極配線層の膜厚ｔ２とが、ｔ１，ｔ２＞ｔ３の関係を有している。そして、本発明が規定するところに従い、第１保護絶縁膜１０８が形成された後に発熱部１０２の上方の部分３０１において第１保護絶縁膜１０８が除去されるとともに、第２保護絶縁膜１０９が形成された後に発熱部１０２の上方の部分３０２において第２保護絶縁膜１０９が除去されている。

図２３〜図２６を参照して、図２１および図２２に示したインクジェットヘッド用基体の製造方法の実施形態を説明する。

まず、第１の実施形態の図６〜図９と同様の工程により、基体１２０に蓄熱層１０６、発熱抵抗体層１０７および第１電極配線層１０３を順次形成し、所望の平面形状を得た後に第１電極配線層１０３を部分的に除去し、その部分の発熱抵抗体層１０７を露出させて発熱部１０２を形成し、さらに、第１保護絶縁膜１０８を形成した。ここで、本実施形態では、発熱抵抗体層１０７を約５０ｎｍ、第１電極配線層１０３を約６００ｎｍの厚さ（ｔ１）とした。また、第１保護絶縁膜１０８は約６００ｎｍの厚さのＳｉＯ膜とした。

また、第２実施形態の図１７〜図１９と同様の工程により、発熱抵抗体層１０７をエッチングストッパーとして第１保護絶縁膜１０８をなすＳｉＯ膜を発熱部１０２上でくりぬくとともに（図２１において符号３０１で示す部分）、所要のスルーホールを形成し、その上で第２電極配線層１０４および第２保護絶縁膜１０９を順次形成した。ここで、本実施形態では、第２電極配線層１０４を約３５０ｎｍの厚さ（ｔ２）とした。また、第２保護絶縁膜１０９は約５００ｎｍの厚さのＳｉＯ膜とした。

次に、発熱抵抗体層１０７をエッチングストッパーとして第２保護絶縁膜１０９を発熱部１０２上でくりぬいた（図２１において符号３０２で示す部分）。また同時に、第２電極配線層１０４と次に形成される第３電極配線層１３０とが必要に応じて接続されるよう、所要のスルーホールを形成した。

次に、図２４で示すように、第３電極配線層１３０としてＡｌ層をスパッタリングにより約２００ｎｍの厚さ（ｔ３＜ｔ１，ｔ２）に形成し、さらにフォトリソグラフィ法を用いてウェットエッチングにより所望の形状に形成した。この第３電極配線層１３０の一部は不図示のスルーホールを介し第２電極配線層１０４に接続される。

次に、図２５で示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、第３保護絶縁膜１３１としてＳｉＮ膜を約３００ｎｍ形成した。このＳｉＮの膜厚は第３電極配線層１３０を十分に被覆し、熱伝導率を低下させない膜厚とする。

次に、図２６で示すように、耐キャビテーションおよび耐インク層としてＴａ層１１０を、スパッタリング法によって約２３０ｎｍの厚さに形成し、フォトリソグラフィ法を用いてドライエッチングにより所望の形状に形成した。

以上によりインクジェット記録ヘッド用基体を完成させた。

以上の第３実施形態によっても、第１実施形態と同様、発熱部１０２上の保護絶縁膜の実質的な薄膜化が達成され、熱効率の低下を防ぐとともに、１つの発熱部に対する配線パターンが基板上で占める面積を格段に小さくできる。

また、第１〜第３電極配線層の膜厚の関係は、一発熱部に対する配線全体の抵抗値の低減および発熱部間での抵抗値のばらつきの抑制等、設計条件に基づいて適切に定められるものであり、本実施形態の場合は、第１電極配線層１０３および第２電極配線層１０４が第３電極配線層１３０に対して相対的に厚いものとなっている。そこで、第１保護絶縁膜１０８および第２保護絶縁膜１０９の部分的なくりぬき（除去）を行うようにしている。

またそのために、本実施形態の場合は発熱抵抗体層をエッチングストッパーとして機能させているが、何をエッチングストッパーとして機能させるかは、第１〜第３電極配線の膜厚に応じて除去対象とされる保護絶縁膜に対応して適宜選択できるものである。すなわち、設計条件によっては、第１電極配線層１０３および第３電極配線層１３０が第２電極配線層１０４に対して相対的に厚いものとなることも考えられる。そのような場合には、発熱抵抗体層をエッチングストッパーとして第１保護絶縁膜１０８の部分的なくりぬきを行うとともに、第２電極配線１０４および第２保護絶縁膜の形成後に、耐キャビテーション層および耐インク層としてのＴａ層１１０を第３電極配線層１３０と同一階層に形成し、その後第３保護絶縁膜１３１を形成してから、Ｔａ層１１０をエッチングストッパーとして第３保護絶縁膜１３１の部分的なくりぬきを行うようにすればよい。

（インクジェットヘッドの構成例）
続いて、以上のいずれかの実施形態に係る基板を用いたインクジェットヘッドについて説明する。
図２７インクジェットヘッドの模式的な斜視図である。
このインクジェットヘッドは、所定のピッチで発熱部１０２が形成された発熱部列を２列、並列させてなる基板１を有している。ここで、上記製造工程を経て製造された２枚の基板を、発熱部１０２が配列されている側の縁部を対向配置することで当該並列化が行われるようにしてもよいし、１枚の基体上に予め発熱部が２列並列するように上記製造工程を実施してもよい。

この基板１に対しては、発熱部１０２に対応したインク吐出口５と、外部から導入されたインクを貯留する液室部分（不図示）と、吐出口５のそれぞれに対応して液室からインクを供給するためのインク供給口９と、吐出口５と供給口９とを連通する流路とが形成された部材（オリフィスプレート）４が接合されて、インクジェットヘッド４１０が構成される。

なお、図２７では、各列の発熱部１０２およびインク吐出口５が、線対称に配置されているように描かれているが、各列の発熱部１０２およびインク吐出口５を互いに半ピッチずらして配置することで、記録の解像度をさらに高めることができる。

（インクジェットヘッドカートリッジおよびプリント装置）
このインクジェットヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、更には各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、このインクジェット記録ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の記録媒体に記録を行うことができる。なお、本明細書において、「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味する。

以下、上記インクジェットヘッドをインクタンクと一体化してなるカートリッジ形態のユニットおよびこれを用いるインクジェットプリント装置について説明する。

図２８は上記したインクジェットヘッドを構成要素に含むインクジェットヘッドユニットの構成例を示す。図中、４０２はインクジェットヘッド部４１０に電力を供給するための端子を有するＴＡＢ（Tape Automated Bonding）用のテープ部材であり、プリンタ本体から接点４０３を介して電力を供給する。４０４はインクをヘッド部４１０に供給するためのインクタンクである。すなわち、図１５のインクジェットヘッドユニットは、プリント装置に装着可能なカートリッジの形態を有するものである。

図２９は図２８のインクジェットヘッドユニットを用いてプリントを行うインクジェットプリント装置の概略構成例を示すものである。

図示のインクジェットプリント装置において、キャリッジ５００は無端ベルト５０１に固定され、かつガイドシャフト５０２に沿って移動可能になっている。無端ベルト５０１はプーリ５０３および５０４に巻回され、プーリ５０３にはキャリッジ駆動モータ５０４の駆動軸が連結されている。従って、キャリッジ５００は、モータ５０４の回転駆動に伴いガイドシャフト５０２に沿って往復方向（Ａ方向）に主走査される。

キャリッジ５００上には、上記カートリッジ形態のインクジェットヘッドユニットが搭載されている。ここで、インクジェットヘッドユニットは、ヘッド４１０の吐出口４がプリント媒体としての用紙Ｐと対向し、かつ上記配列方向が主走査方向と異なる方向（例えば用紙Ｐの搬送方向である副走査方向）に一致するようにキャリッジ５００に搭載される。なお、インクジェットヘッド４１０およびインクタンク４０４の組は、使用するインク色に対応した個数を設けることができ、図示の例では４色（例えばブラック、イエロー、マゼンタ、シアン）に対応して４組設けられている。

また、図示の装置には、キャリッジの主走査方向上の移動位置を検出するなどの目的でリニアエンコーダ５０６が設けられている。リニアエンコーダ５０６の一方の構成要素としてはキャリッジ５００の移動方向に沿って設けられたリニアスケール５０７があり、このリニアスケール５０７には所定密度で、等間隔にスリットが形成されている。一方、キャリッジ５００には、リニアエンコーダ５０６の他方の構成要素として、例えば、発光部および受光センサを有するスリットの検出系５０８および信号処理回路が設けられている。従って、リニアエンコーダ５０６からは、キャリッジ５００の移動に伴って、インク吐出タイミングを規定するための吐出タイミング信号およびキャリッジの位置情報が出力される。

プリント媒体としての記録紙Ｐは、キャリッジ５００のスキャン方向と直交する矢印Ｂ方向に間欠的に搬送される。記録紙Ｐは搬送方向上流側の一対のローラユニット５０９および５１０と、下流側一対のローラユニット５１１および５１２とにより支持され、一定の張力を付与されてインクジェットヘッド４１０に対する平坦性を確保した状態で搬送される。各ローラユニットに対する駆動力は、図示しない用紙搬送モータから伝達される。

以上のような構成によって、キャリッジ５００の移動に伴いインクジェットヘッド４１０の吐出口の配列幅に対応した幅のプリントと用紙Ｐの搬送とを交互に繰り返しながら、用紙Ｐ全体に対するプリントが行われる。

なお、キャリッジ５００は、プリント開始時またはプリント中に必要に応じてホームポジションで停止する。このホームポジションには、各インクジェットヘッド４１０の吐出口が設けられた面（吐出口面）をキャッピングするキャップ部材５１３が設けられ、このキャップ部材５１３には吐出口から強制的にインクを吸引して吐出口の目詰まり等を防止するための吸引回復手段（不図示）が接続されている。

従来のインクジェットヘッド用基板の発熱部の模式的平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 従来の他のインクジェットヘッド用基板の発熱部の模式的断面図である。 本発明の第１の実施形態によるインクジェットヘッド用基板の発熱部の模式的平面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 図４および図５に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 図４および図５に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 図４および図５に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 図４および図５に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 図４および図５に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 図４および図５に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 図４および図５に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 図４および図５に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、発熱部に対する電極配線抵抗の低減ないし均等化を図る従来の構成の問題および本発明の第１の実施形態で採用した基本的構成の優位性を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態によるインクジェットヘッド用基板の発熱部の模式的平面図である。 図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。 図１５および図１６に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 図１５および図１６に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 図１５および図１６に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 図１５および図１６に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 本発明の第３の実施形態によるインクジェットヘッド用基板の発熱部の模式的平面図である。 図２１のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線断面図である。 図２１および図２２に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 図２１および図２２に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 図２１および図２２に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 図２１および図２２に示した基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 第１〜第３実施形態のいずれかに係る基板を用いて構成したインクジェットヘッドの実施形態を示す斜視図である。 図２７に示したインクジェットヘッドを用いて構成したインクジェットカートリッジを示す斜視図である。 図２８に示したインクジェットカートリッジを用いてプリントを行うインクジェットプリント装置の概略構成例を示す模式的斜視図である。

符号の説明

１０２ 発熱部
１０３ 第１電極配線層
１０４ 第２電極配線層
１０６ 蓄熱層
１０７ 発熱抵抗体層
１０８ 第１保護絶縁膜
１０９ 第２保護絶縁膜
１１０ 耐キャビテーション膜
１２０ Ｓｉ基体
１３０ 第３電極配線層
１３１ 第３保護絶縁膜
２０１ 発熱部形成領域
２０３ 外部接続端子形成領域
２０４ 駆動回路形成領域
２０５ 電源側電極配線パターン
２０７ 接地側電極配線パターン
２０８、２０９ スルーホール
３０１ 第１保護絶縁膜くりぬき部分
３０２ 第２保護絶縁膜くりぬき部分
４１０ インクジェットヘッド

Claims (10)

1. 通電に応じてインクを吐出するために利用される熱エネルギを発生する発熱部を有するインクジェットヘッド用基板であって、
   前記発熱部を形成するための発熱抵抗体層および該発熱抵抗体層の上層として配置される第１電極配線層と、
   前記第１電極配線層の上層として配置される第１保護膜と、
   該第１保護膜の上層として配置されるとともに前記第１電極配線層と電気的に接続される第２電極配線層と、
   前記第２電極配線層の上層として配置される第２保護膜と、
   を具え、前記第１保護膜および前記第２保護膜のうち、前記第１電極配線層および前記第２電極配線層のうち厚みが小である方の上層として配置される保護膜のみが、前記発熱部上を覆っていることを特徴とするインクジェットヘッド用基板。
2. 前記第２電極配線層より前記第１電極配線層の方が厚みが小であり、前記第１保護膜は、前記発熱部および前記第１電極配線層を覆う保護絶縁膜と、該保護絶縁膜上に配置されてキャビテーションによるダメージからの保護を行うための耐キャビテーション膜とを含み、前記第２保護膜が前記発熱部の部位において前記耐キャビテーション膜の上で除去されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド用基板。
3. 前記耐キャビテーション膜は前記第２電極配線層と同じ階層に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド用基板。
4. 前記第１電極配線層より前記第２電極配線層の方が厚みが小であり、前記第１保護膜が前記発熱部の上で除去されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド用基板。
5. 前記第１保護膜および第２保護膜のうち、前記発熱部上を覆っている方の保護膜の膜厚は、前記発熱部上を覆っていない方の保護膜の膜厚よりも小であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のインクジェットヘッド用基板。
6. 通電に応じてインクを吐出するために利用される熱エネルギを発生する発熱部を有するインクジェットヘッド用基板の製造方法であって、
   基体上に発熱抵抗体層および第１電極配線層とにより前記発熱部を形成する工程と、
   前記第１電極配線層の上層として第１保護膜を配置する工程と、
   第２電極配線層を前記第１保護膜の上に配置するとともに前記第１電極配線層と電気的に接続する工程と、
   前記第２電極配線層の上層として第２保護膜を配置する工程と、
   を具え、さらに、前記第１保護膜および前記第２保護膜のうち、前記第１電極配線層および前記第２電極配線層のうち厚みが大である方の上層として配置される保護膜を前記発熱部の上で除去する除去工程を具えたことを特徴とするインクジェットヘッド用基板の製造方法。
7. 前記第２電極配線層より前記第１電極配線層の方が厚みが小であり、
   前記第１保護膜を配置する工程は、前記発熱部および前記第１電極配線層を保護絶縁膜で覆う工程と、キャビテーションによるダメージからの保護を行うための耐キャビテーション膜を前記保護絶縁膜上に配置する工程とを有し、
   前記除去工程は、前記耐キャビテーション膜をエッチングストッパーとして用いるエッチングにより前記第２保護膜を除去する工程を有することを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
8. 前記第１電極配線層より前記第２電極配線層の方が厚みが小であり、
   前記除去工程は、前記発熱抵抗体層をエッチングストッパーとして用いるエッチングにより前記第１保護膜を除去する工程を有することを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
9. 前記第１保護膜および第２保護膜のうち、前記発熱部上を覆っている方の保護膜の膜厚は、前記発熱部上を覆っていない方の保護膜の膜厚よりも小であることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれかに記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
10. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のインクジェットヘッド用基板と、
    前記発熱部に対応したインク吐出口と、
    を具えたことを特徴とするインクジェットヘッド。

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