JP4155481B2

JP4155481B2 - インクジェットプリンタヘッドの液室作製方法

Info

Publication number: JP4155481B2
Application number: JP25118499A
Authority: JP
Inventors: 邦裕山中
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-09-06
Filing date: 1999-09-06
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2019-09-06
Also published as: JP2001071511A

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ヘッドの液室を構成するための、複数の基板を接合積層してなる基板積層体の作製方法に関し、更に詳しくは、上記基板同士の接着方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェットプリンタヘッドの液室構成用の基板積層体を得る場合において、基板同士を接着により貼り合わせる方法としては、接着フィルムがラミネートされているか、または接着剤が塗布されている基板を、被接合基板に重ね合わせて熱圧着する方法が一般的に採用されている。
【０００３】
近年、インクジェットプリンタの高解像度化に伴い、インクジェットプリンタヘッドを構成する部材では構造の微細化が進んでおり、このため熱圧着に際しては、高精度のアラインメントが要求される。この熱圧着方法には、基板を加圧治具にアラインメントして設置した後、この加圧治具を加熱炉へ投入する方法や、ヒーター内蔵のプレス機を用い、ヒーター内蔵のステージにて接合基板を加圧（プレス）する方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の熱圧着方法においては、加圧治具が所望の温度に到達するのに時間を要し、特に所望の温度が高い（例えぱ２００℃以上）ほどプロセスタイムの増加し、この処理時間の増加は、プロセスコストとして無視できなくなるという問題があった。
【０００５】
後者の熱圧着方法では、上記ヒーターが所望の温度まで到達するのに時間を要する。また、ステージをあらかじめ所望の温度にしておく場合、アラインメント方法によっては不具合が生じていた。また、前述したように、基板を加圧する前に高精度のアラインメントが必要であるから、ＣＣＤカメラを用いる場合には、カメラの軸ぶれや熱による像のゆらぎなどがアラインメントの妨げになるし、カメラの寿命が短くなるという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、その目的は、基板同士の接合によりインクジェットプリンタヘッドの液室構成用の基板積層体を作製するに際し、基板接合時の加熱をランプ加熱によって行うことで、基板および接着剤のみを効率良く加熱し（基板および接着剤を選択的に集中加熱する）、それにより基板同士の加熱接合を短時間に実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドの液室作製方法は、複数のシリコン基板を接合積層してなる基板積層体によりインクジェットプリンタヘッドの液室を作製するに際し、接合するべき基板間に、加熱により接着力を発現する接着剤の層を介在させて重ね、当該重ねた複数の基板を石英で形成された支持部材で保持し、該支持部材を透過し、かつ前記シリコン基板で吸収される波長の光を照射するランプ光源でシリコン基板を加熱することにより前記基板同士を接合して前記基板積層体を得ることを特徴とする。
【０００８】
請求項１の液室作製方法において、接合するべき基板間に上記接着剤の層を介在させる方法としては、（１）基板間に上記接着剤層のみを介在させるもの、（２）両面に上記接着剤層を形成した接着フィルム（例えば、プラスチックフィルム基材の両面に熱可塑性樹脂系の接着剤を積層してなるラミネートフィルム）を基板間に介在させるものなどが挙げられる。
【０００９】
請求項２に記載の液室作製方法は、請求項１において前記ランプ光源としてハロゲンランプを用いることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の液室作製方法は、請求項２において、ランプ光源として短波長アークランプを用いることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の液室作製方法は、請求項１，２または３において、接着剤として熱可塑性ポリイミド系接着剤を用いることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の液室作製方法は、請求項４において、熱可塑性ポリイミド系接着剤として、ガラス転移温度が１２０℃以上のものを用いることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の液室作製方法は、請求項４または５において、基板同士の接合工程がランプ光源を用いる短時間の仮接合工程と、その後のランプ光源を用いる本接合工程とを含むものであり、該本接合工程では仮接合工程よりも長時間または高温の加熱を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の液室作製方法は、請求項１，２または３において、接着剤として熱硬化性ポリイミド系接着剤を用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項１〜７に係る製造方法では、接合時の加熱にランプ加熱を用いるので、基板同士の接合を短時間に行うことができる。また、基板材料の基礎吸収波長に合ったランプ光源を用いることによって、基板を高い加熱効率で加熱し、より短時間で接合を完了させることが可能となる。また、基板として微細加工が可能なシリコン基板を用いた場合には、ランプ光源に短波長アークランプ（波長が１μｍ程度）を用いることで、基板を効率良く加熱することができ、短時間での接合が可能になる。さらに、ポリイミド樹脂系の接着剤を用いることにより、インク耐性が高く、しかも高ヤング率の接合が可能となる。
【００１６】
とくに、請求項６に係る作製方法では、熱可塑性ポリイミド系接着剤の有機溶剤溶液を塗布した後、該塗布膜から有機溶剤を乾燥・蒸発により除去して一次硬化させる（フィルム化する）ことでタック性をなくすことができる。また、このタック性排除後に上記フィルム状の接着剤層によって基板同士の接合を行うことができるため、耐ダスト性および搬送性に優れた接合工程が実現できる。また、接着剤が熱可塑性樹脂系のものであるためブリーディングが発生しないので、接着剤の「はみ出し」が抑制される。上記「ブリーディング」とは、融点が異なる主剤と副剤（添加剤）のどちらかが先にメルトし、流動拡散することである。
【００１７】
一方、上記熱硬化性ポリイミド系接着剤の使用方法としては、（１）熱可塑性ポリイミド系接着剤の場合と同じように、熱硬化性ポリイミドを主体とする接着剤を有機溶剤に溶解して使用するものや、（２）ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸の有機溶剤溶液を基板表面に塗布した後、このポリアミド酸をベーキング（ランプ加熱）によりポリイミド化させるものなどが採用できる。
【００１８】
【実施例】
本発明に係る液室作製方法の実施例を、図面を参照して工程順に説明する。
実施例１（請求項１，２，４に対応する）
工程１：インクジェットプリンタヘッドの液室（の一部）を構成するための基板１および基板３を用意し、図１に示すように基板１（または基板３）の接合面に、熱可塑性ポリイミド系の接着剤２を塗布した。この接着剤２としては、主体である熱可塑性ポリイミドを適当な有機溶剤に溶解した液状のものを採用した。本実施例では、日東電工（株）製の可塑剤としてシリコンが添加された変性ポリイミド樹脂をＮＭＰ（ｎ−メチルピロリドン）に溶解した接着剤を採用した。また上記基板１，３はシリコンからなり、あかじめ所定の微細加工が施されているものである。
【００１９】
工程２：基板１上の接着剤２のレベリングを５０℃・１０分の条件で行った後、予備乾燥を１７０℃で２０分間行い、さらに２５０℃・１０分の条件で接着剤中の溶剤の均一蒸発と接着剤層のフィルム化とを行った。
【００２０】
工程３：図２に示すように、ハロゲンランプ４ａとその背面側に設けた反射板４ｂとからなるランプ光源４の上方に、支持板５と支持具６とからなる支持部材７を配置し、支持具６上に、フィルム状の接着剤層を形成した基板１を載せた。ついで、基板１上に基板３をアラインメント（位置合わせ）して載置・接触させた。上記支持板５および支持具６は、波長４μｍ以下の可視光の殆どが透過する石英で構成した。ついで、基板３上に加圧板８を重ね、２ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で基板１，３を加圧した。
【００２１】
工程４：上記加圧状態を維持しながらハロゲンランプ４ａの出力を上げ、基板およびフィルム状接着剤を加熱した。この場合、およそ２０秒で２５０℃まで昇温させ、２５０℃で３０秒間保持した後、ランプ出力を下げて基板同士の接合を完了させた。
【００２２】
工程５：支持部材７から接合後の基板１，３を取り出して室温まで放冷し、工程１〜４を繰り返すことにより基板３上に別のシリコン基板を接合することで、３枚の基板からなる基板接合体を得た。以下同様にして、インクジェットプリンタヘッドの液室構成に必要な枚数の基板を接合して所望の基板積層体を得た。
【００２３】
実施例２（請求項３に対応する）
シリコン基板として基礎吸収波長が１μｍ前後のものを採用するとともに、ランプ光源として短波長アークランプ（波長１μｍ）を用いた。実施例１の工程１〜３と同様に処理した後、上記工程４と同様に、アークランプの出力を上げて基板およびフィルム状接着剤層を加熱することで基板同士の接合を行った。この場合、１０秒間で２５０℃まで昇温させ、２５０℃で３０秒間保持した後、ランプ出力を下げて接合を完了させた。この実施例では、基板の吸収波長に合った波長のランプ光源を用いることにより、基板を効率良く、しかもより均一に加熱することができた。
【００２４】
実施例３
図３に示すように、実施例１で得た基板積層体１０（１０ａ，１０ｂ）を振動板１３に接着して液室１１を作製した。この場合、接着剤１２としてガラス転移温度（ＴＧ）が８０℃の熱可塑性ポリイミド系接着剤を用い、実施例１と同様の工程に従った。
【００２５】
実施例４（請求項５に対応する）
実施例３と同様の方法で図４に示す液室１１を作製した。ただしこの場合、接着剤１２としてＴＧが１３０℃の熱可塑性ポリイミド系接着剤を用いた。
【００２６】
〔実施例３，４で作製した液室の評価〕
図３に示すように、実施例３で作製した液室１１に圧電素子２０を、エポキシ系接着剤２１を用いて接着した。この接着は、振動板１３と圧電素子２０とを圧力３ｋｇｆ／ｃｍ²で加圧しながら、接着剤２１を１１０℃に加熱することにより行った。別に、実施例４で得た液室に図３と同じ圧電素子２０を、上記と同一条件で接着した。
【００２７】
その結果、実施例３の液室１１と圧電素子２０との接着体では、基板積層体１０ａの（図３において右側への）位置ずれが発生し、基板積層体１０ｂでは、上記位置ずれと逆向きの接着剤１２の「はみ出し」１２ａが観られた。これらは、圧電素子２０の接着時に接着剤１２が軟化した（ＴＧが８０℃と低いため）ことに起因していると考えられる。これに対し実施例４で作製した液室１１と圧電素子２０との接着体では、図４に示すように、上記不具合は観られなかった。
【００２８】
実施例５（請求項６に対応する）
図１に示す実施例１では、ランプ加熱時に基板１のうち支持具６で支持された部分（支持具６と接触する部分）や、基板外周部の温度が低くなるため、これらの部分の接着が不完全になる場合がある。これを防止するための対策としては、仮接合と、その後の本接合とを組み合わせた接合方法が有効である。以下、この方法の実施例について説明する。
【００２９】
基板同士のアラインメントを行った後、仮接合工程では、基板を低圧（０．５ｋｇｆ／ｃｍ²）で加圧しながら２００℃・５秒間保持した。こうすることで、接着面において接着不完全な箇所が残るものの、ハンドリングに十分耐えるだけの接着力が得られた。この低圧・短時間の接着プロセスである仮接合を繰り返すことにより、インクジェットプリンタヘッドの液室構成に必要な枚数の基板を仮接着して仮積層体とした。そして最後に一回、本接合工程として、この仮積層体を圧力３ｋｇｆ／ｃｍ²で加圧しながら２５０℃・３分間加熱することで、仮接合時の接着不完全な箇所の接着を補償することができ、これにより短時間で、信頼性の高い接合を実現することができた。この本接合には、ヒーター内蔵の加圧基板を持つ圧着装置を使用したが、別の方法として、仮積層体を加圧治具で加圧し、この加圧治具を加熱炉に挿入することで基板同士の加熱圧着を行う方法も採用できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば以下の効果が得られる。
（１）請求項１〜７の発明の効果
インクジェットプリンタヘッドの液室を構成するための基板同士を接着するに際し、基板間に接着剤層を介在させ、基板をランプ加熱で集中的に加熱することにより、上記接着剤層を加熱して接着力を発現させるようにしたので、基板同士の接合を短時間に効率良く行うことができる。また、基板材料の基礎吸収波長に合ったランプ光源を用いることにより、より高い加熱効率で基板を加熱し、より短時間で接合を完了させることが可能となる。
また、基板としてシリコン基板を用いるので、高密度ヘッドに対応した微細加工が可能になる。
【００３１】
（２）請求項２の発明の効果
ランプ光源としてハロゲンランプを用いることで、波長のピークが１μｍ程度となるためシリコン基板に対する選択性に優れる。また、照射安定性に優れるため接着剤の加熱を均一に施すことが可能であり、さらには、長寿命であるため利便性に優れる。
そして上述の利点を有するため、例えば半導体製造装置などにも多く使用され、汎用性があるので、比較的安価であると言う利点もある。
【００３２】
（３）請求項３の発明の効果
上記基板として基礎吸収波長が１μｍ前後であるシリコン基板を、ランプ光源として短波長（１μｍ）であるアークランプをそれぞれ用いることで、基板を、したがって接着剤層を効率良く加熱することができ、短時間での接合が可能になる。
【００３３】
（４）請求項４の発明の効果
接着剤として熱可塑性ポリイミド系接着剤を用いることで、耐インク性が良好なうえ高ヤング率の接合を容易に実現することができる。また、上記接着剤を有機溶剤に溶解した液状接着剤を基板表面に塗布後、上記有機溶剤を蒸発除去して一次硬化（フィルム化）させることによりタック性をなくした後に基板同士を接合することが可能であるから、耐ダスト性・搬送性に優れた接合工程が実現できる。また、接着剤が熱可塑性のものであるため、ブリーディング（メルトして流動すること）や、接着剤のはみ出しを抑制することができる。
【００３４】
（５）請求項５の発明の効果
上記ポリイミド接着剤として、ガラス転移温度が１２０℃以上のものを用いることで、その後の工程（圧電素子の接着）時にポリイミド接着剤が軟化することがなくなるため、後工程後の接合不良が抑制される。
【００３５】
（６）請求項６の発明の効果
仮接合をランプ光源を用いて行うので、短時間での仮接合が可能である。また、基板の接合枚数に応じて必要回数だけ仮接合を繰り返し、最後に一回、本接合を行うことにより、仮接合時の接着不完全な箇所が的確に接着されるので、信頼性の高い接合を短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係るもので、互いに接合するべき２枚の基板のうち一方の基板表面に接着剤を塗布した状態を示す断面図である。
【図２】実施例１に係るもので、２枚の基板を加圧・加熱して接合する工程を示す断面図である。
【図３】実施例３において基板積層体により構成した液室を示す断面図であって、接着剤としてＴＧが８０℃の熱可塑性ポリイミド系接着剤を用いた場合を示すものである。
【図４】実施例４において基板積層体により構成した液室を示す断面図であって、接着剤としてＴＧが１３０℃の熱可塑性ポリイミド系接着剤を用いた場合を示すものである。
【符号の説明】
１，３基板
２熱可塑性ポリイミド系接着剤
４ランプ光源
４ａハロゲンランプ
４ｂ反射板
５支持板
６支持具
７支持部材
８加圧板
１０基板積層体
１０ａ基板積層体
１０ｂ基板積層体
１１液室
１２接着剤
１２ａ接着剤のはみ出し
１３振動板
２０圧電素子
２１エポキシ系接着剤

Claims

複数のシリコン基板を接合積層してなる基板積層体によりインクジェットプリンタヘッドの液室を作製するに際し、接合するべき基板間に、加熱により接着力を発現する接着剤の層を介在させて重ね、当該重ねた複数の基板を石英で形成された支持部材で保持し、該支持部材を透過し、かつ前記シリコン基板で吸収される波長の光を照射するランプ光源でシリコン基板を加熱することにより前記基板同士を接合して前記基板積層体を得ることを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの液室作製方法。
前記ランプ光源としてハロゲンランプを用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プリンタヘッドの液室作製方法。
前記ランプ光源として短波長アークランプを用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プリンタヘッドの液室作製方法。
前記接着剤として熱可塑性ポリイミド系接着剤を用いることを特徴とする請求項１，２または３に記載のインクジェットプリンタヘッドの液室作製方法。
前記熱可塑性ポリイミド系接着剤として、ガラス転移温度が１２０℃以上のものを用いることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットプリンタヘッドの液室作製方法。
前記基板同士の接合工程がランプ光源を用いる短時間の仮接合工程と、その後のランプ光源を用いる本接合工程とを含むものであり、該本接合工程では前記仮接合工程よりも長時間または高温の加熱を行うことを特徴とする請求項４または５に記載のインクジェットプリンタヘッドの液室作製方法。
前記接着剤として熱硬化性ポリイミド系接着剤を用いることを特徴とする請求項１，２または３に記載のインクジェットプリンタヘッドの液室作製方法。