JP4497869B2 - 回路基板の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、抵抗層を有する素子が設けられた回路基板及び液体吐出ヘッド、並びにそれらの製造方法に関し、特に、電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーによって液体を吐出する液体吐出ヘッド用の回路基板の製造方法に関する。
インクジェット記録装置は、インクを微小な液滴として吐出口から被記録部材に吐出することにより高精細な画像を記録する。その際、インクジェット記録装置は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、熱エネルギーでインクに気泡を発生させる。気泡の作用力により液体吐出ヘッドの先端部にある吐出口から液滴が吐出される。吐出口から噴出した液滴が被記録部材に付着して画像が記録される。一般に、このような液体吐出ヘッドは、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する発熱抵抗体からなる素子が複数設けられた回路基板を有している。
発熱抵抗体は電気エネルギーを変換して熱エネルギーを発生させる熱変換体である。
図５は、従来の液体吐出ヘッド用の回路基板の発熱抵抗素子を示す平面図である。図５を参照すると、基板１１上に酸化層１２が形成され、発熱抵抗素子２０がピッチ上に複数配列されている。
発熱抵抗素子２０は、電極配線１３を形成した後、該電極配線１３を覆うように発熱抵抗体膜１４を形成することにより、作りこまれる。
図６は、図５のＸI−ＸI矢視断面図であり、また従来の液体吐出ヘッド用の回路基板の製造方法について説明するための断面図である。また図７は、該回路基板の製造方法について説明するための平面図である。
これらの図を用い、従来の回路基板の製造方法について説明する。
まず、基板１１としてＳｉウエハを使用し、このＳｉウエハを熱酸化により、酸化層１２を形成する。次に、酸化層１２上に、電極配線１３を成膜する。（図６（Ａ）、図７（Ａ））この電極配線１３には、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕなどを用いる。
そして、マスクを使用して、発熱部１７や電極配線１３となる箇所をドライエッチングにより形成し（図６（Ｂ）、図７（Ｂ））、次にスパッタリングにより、発熱抵抗体膜１４を形成する（図６（Ｃ）、図７（Ｃ））。
この発熱抵抗体膜１４は、ＴａＮ、ＨｆＢ２、ＴａＳｉＮなどを用いる。
次にマスクを用い、発熱部１７を形成しつつ、電極配線１３を覆うように発熱抵抗体膜１４をドライエッチングにより形成する（図６（Ｄ）、図７（Ｄ））。
次にＰ−ＳｉＮによる保護膜１５を成膜し、その後、保護膜１５上にスパッタリング法によりＴａの耐キャビテーション膜１６を成膜する。（図６（Ｅ）、図７（Ｅ））
このような構成の液体吐出ヘッド用の回路基板が特許文献１に開示されている。
特開平０９−０１１４６８号公報
最近のインクジェット記録装置は、より発熱抵抗素子の間隔を狭め、高密度化し、高解像度を得ようとしている。また少ない投入エネルギーでインクを発泡させることが、低消費電力へとつながる。
しかしながら、従来の上記回路基板の製造方法を用いると、図５に示す通り、電極配線１３を覆うように発熱抵抗体膜１４を形成するため、余分な発熱抵抗体膜スペース１８が生ずる。この発熱抵抗体膜スペース１８は、アライメントマージンとして役割をはたしている。アライメントマージンは、レイヤー間のズレが全く生じない場合、必要のない物だが、実際に製造する場合、レイヤー間のズレは生じてしまうため、必要となる。
このレイヤー間のズレが生じるために必要な発熱抵抗体膜スペース１８は、発熱抵抗素子を高密度化し、高解像度を得ようとしている現状において、大きな問題となっている。
また、図８（Ｂ）のようにレイヤー間のズレが生じた場合、図８（Ａ）の正常品に比べ、実行発熱抵抗素子の面積に差異が生じる。この事により、発熱抵抗素子の一部に電流集中箇所２１が形成され、発熱抵抗素子の耐久性が悪化する問題が生じる。
また、図９のような熱抵抗素子の別形態を用いる際、従来の上記回路基板の製造方法を用いると、発熱抵抗体膜スペース１８があるため、発熱スペース１９が広がり、発泡効率を落とし、投入エネルギーを増大させている。
したがって本発明の目的は、回路基板の製造方法を変更し、発熱抵抗体膜スペース１８を必要としない回路基板及びそれを用いた液体吐出ヘッドを提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の回路基板の製造方法は、基板の表面部に電極配線を形成し、該電極配線に導通するように前記基板の表面部に熱エネルギーを発生するための発熱抵抗素子を有する回路基板において、
電極配線の端部と、発熱部となる発熱抵抗体膜の端部が同一線上に形成されることを特徴に持つ。
また、基板の表面部に電極配線を形成し、該電極配線に導通するように前記基板の表面部に熱エネルギーを発生するための発熱抵抗素子を有する回路基板において、
発熱部となる箇所のＡｌをエッチングにより除去し、発熱抵抗体膜を成膜し、電極配線部となる箇所を、Ａｌと発熱抵抗体膜を一括エッチングすることにより、形成することを特徴とする。
前記発熱部となる箇所のＡｌ除去は、ドライエッチング、もしくは、ウェットエッチングであることを特徴とする。
前記電極配線となる箇所のエッチングは、ドライエッチングであることを特徴とする。
したがって、本発明の方法により製造された回路基板は、発熱抵抗体膜スペース１８を必要としない回路基板及びそれを用いた液体吐出ヘッドを提供することが出来る。
本発明の方法により製造された回路基板は、より高密度、高解像度で、高耐久かつ低消費電力の記録ヘッドを実現できる。
本発明の回路基板の製造方法は、発熱抵抗体膜スペース１８を必要としない回路基板及びそれを用いた液体吐出ヘッドを提供することが出来、より高密度、高解像度で、高耐久かつ低消費電力の回路基板を作製することが出来る。
図２は、本発明の液体吐出ヘッド用の回路基板の発熱抵抗素子を示す平面図である。
図３は、図２のＸI−ＸI矢視断面図であり、また本発明の液体吐出ヘッド用の回路基板の製造方法について説明するための断面図である。また図４は、該回路基板の製造方法について説明するための平面図である。
これらの図を用い、本発明の回路基板の製造方法について説明する。
まず、基板１１としてＳｉウエハを使用し、このＳｉウエハを熱酸化により、数μｍ程度のＳｉＯ２膜である酸化層１２を形成する。次に、酸化層１２上に、電極配線１３を２００ｎｍ程度、成膜する。（図３（Ａ）、図４（Ａ））この電極配線１３には、Ａｌ−Ｃｕを用いているが、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕなどを用いてもよい。
そして、マスクを使用して、発熱部１７となる箇所をドライエッチングもしくは、ウェットエッチングにより形成する（図３（Ｂ）、図４（Ｂ））。
該発熱部１７となる箇所をドライエッチングで形成すれば、発熱抵抗素子の寸法精度を向上させることができ、ウェットエッチングで形成すれば、低コスト化が可能である。
次にスパッタリングにより、発熱抵抗体膜１４を５０ｎｍ程度の膜厚で形成する。（図３（Ｃ）、図４（Ｃ））
この発熱抵抗体膜１４は、ＴａＳｉＮ膜を使用しているが、ＴａＮ、ＨｆＢ２などを用いてもよい。
次にマスクを用い、電極配線１３となる箇所を、発熱抵抗体膜１４とＡｌを一括エッチングすることにより、素子分離をして形成する。（図３（Ｄ）、図４（Ｄ））この一括エッチングは、ドライエッチングにより形成する。
次にＰ−ＳｉＮによる保護膜１５をＣＶＤ法により成膜する。この保護膜１５の膜厚は、３００ｎｍ程度とする。その後、保護膜１５上にスパッタリング法によりＴａの耐キャビテーション膜１６を成膜する。この耐キャビテーション膜１６の膜厚は２３０ｎｍとする。（図３（Ｅ）、図４（Ｅ））
こうして得られた回路基板の上に吐出口を形成することにより、液体吐出ヘッドを製造することができる。具体的には、ノズル壁や天板等を回路基板上に設けて、吐出口及びインク流路を備えた吐出部を作ればよい。
以上のようにして発熱抵抗素子が形成された回路基板は、従来の図１（Ａ）の形態から、発熱抵抗体膜スペース１８を必要としない本発明の図１（Ｂ）の形態に変更することが出来、図１（Ｃ）に示すように、電極配線のデザインルールを変更することなく、より高密度、高解像度の記録ヘッドを実現できる。
また本発明の発熱抵抗素子構造を用いれば、アライメントズレに影響される事無く、一定の発熱抵抗体面積が得られ、図８（Ｂ）のような電流集中箇所２１を作ることなく、発熱抵抗素子の耐久性を向上させることが出来る。
また図９に示したような熱抵抗素子の別形態を用いる際、本発明の製造方法を用いると、発熱抵抗体膜スペース１８が無くなり、発熱スペース１９が狭まるため、発泡効率が良く、投入エネルギーの少ない、低消費電力の記録ヘッドを実現できる。
（液体吐出装置）
本発明の実施形態による液体吐出ヘッドは、上述した各実施形態による半導体装置の絶縁層上に発熱抵抗層とを有する発熱抵抗体を形成し、吐出口やそれに連通する液路を形成するために、成形樹脂やフィルムなどからなる天板などの吐出口形成部材を組合わせれば作製できる。そして、容器を接続して、プリンター本体に搭載し、本体の電源回路から電源電圧を、画像処理回路から画像データをヘッドに供給すれば、すればインクジェットプリンタとして動作することになる。
図１０は、本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態を説明するための図であり、液体吐出ヘッドの一部分を示している。
本発明で示した回路が作製された素子基体１５２上には、電流が流れる電気信号を受けることで熱を発生し、その熱によって発生する気泡によって吐出口１５３からインクを吐出するための電気熱変換素子１４１が複数列状に配されている。この電気熱変換素子のそれぞれには、各電気熱変換素子を駆動するための電気信号を供給する配線電極１５４が設けられており、配線電極の一端側は前述した後述するスイッチ素子４１に電気的に接続されている。
電気熱変換体１４１に対向する位置に設けられた吐出口１５３へインクを供給するための流路１５５がそれぞれの吐出口１５３に対応して設けられている。これらの吐出口１５３および流路１５５を構成する壁が溝付き部材１５６に設けられており、これらの溝付き部材１５６を前述の素子基体１５２に接続することで流路１５５と複数の流路にインクを供給するための共通液室１５７が設けられている。
図１１は発明の素子基体１５２を組み込んだ液体吐出ヘッドの構造を示すもので、枠体１５８に素子基体１５２が組み込まれている。この素子基体上には前述のような吐出口１５３や流路１５５を構成する部材１５６が取り付けられている。そして、装置側からの電気信号を受け取るためのコンタクトパッド１５９が設けられており、フレキシブルプリント配線基板１６０を介して素子基体１５２に、装置本体の制御器から各種駆動信号となる電気信号が供給される。
図１２は本発明の液体吐出ヘッドが適用される液体吐出装置の一実施形態を説明するためのものであり、インクジェット記録装置ＩＪＲＡの概観を示している。
駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１１、５００９を介して回転するリードスクリュー５００５のら線溝５００４に対して係合するキャリッジＨＣは、ピン（不図示）を有し、矢印ａ、ｂ方向に往復移動される。
５００２は紙押え板であり、キャリッジ移動方向にわたって紙を記録媒体搬送手段であるプラテン５０００に対して押圧する。５００７、５００８はフォトカプラでキャリッジのレバー５００６のこの域での存在を確認してモータ５０１３の回転方向切換等を行うためのホームポジション検知手段である。５０１６は記録ヘッドの前面をキャップするキャップ部材５０２２を支持する部材で、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸引手段でキャップ内開口５０２３を介して記録ヘッドの吸引回復を行う。５０１７はクリーニングブレードで、５０１９はこのブレードを前後方向に移動可能にする部材であり、本体支持板５０１８にこれらは支持されている。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニングブレードが本例に適用できることはいうまでもない。又、５０１２は、吸引回復の吸引を開始するためのレバーで、キャリッジと係合するカム５０２０の移動に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がクラッチ切換等の公知の伝達手段で移動制御される。
これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復は、キャリッジがホームポジション側領域にきたときにリードスクリュー５００５の作用によってそれらの対応位置で所望の処理が行えるように構成されているが、周知のタイミングで所望の作動を行うようにすれば、本例には何れも適用できる。上述における各構成は単独でも複合的に見ても優れた発明であり、本発明にとって好ましい構成例を示している。
尚、本装置は、電源電圧や画像信号や駆動制御信号などを素子基体１５２に供給するための電気回路からなる制御器駆動信号供給手段（不図示）を有している。
又、本発明は、上述した各種実施形態に限定されるものではなく、上述した課題を解決できるものであれば、本発明の各構成要件を代替物や均等物に置換できることは明らかである。
本発明の液体吐出ヘッド用の回路基板の製造方法を説明するための平面図である。 本発明の液体吐出ヘッド用の回路基板上の複数の発熱抵抗素子が配列された状態を示す平面図である。 図２のＸI−ＸI矢視断面図である。 本発明の液体吐出ヘッド用の回路基板の製造方法について説明するための平面図である。 従来の液体吐出ヘッド用の回路基板の発熱抵抗素子を示す平面図である。 図５のＸI−ＸI矢視断面図である。 従来の液体吐出ヘッド用の回路基板の製造方法について説明するための平面図である。 従来の液体吐出ヘッド用の回路基板において、アライメントズレが生じた場合の発熱抵抗素子を示す平面図である。 従来の液体吐出ヘッド用の回路基板の発熱抵抗素子の別形態を示す平面図である。 本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態を説明するための概念図である。 本発明の回路基板を組み込んだ液体吐出ヘッドの構造を示す概念図である。 本発明の液体吐出ヘッドが適用される液体吐出装置の一実施形態を示す概念図である。
符号の説明
１１ 基板
１２ 酸化層
１３ 電極配線
１４ 発熱抵抗体膜
１５ 保護膜
１６ 耐キャビテーション膜
１７ 発熱部
１８ 発熱抵抗体膜スペース
１９ 発熱スペース
２０ 発熱抵抗素子
２１ 電流集中箇所

Claims (2)

  1. 基板の表面部に形成された電極配線と、該電極配線上に形成された熱エネルギーを発生するための発熱抵抗体膜を有する電気熱変換素子と、を有する回路基板の製造方法であって、
    前記電極配線を形成するための電極配線層を形成し、発熱部となる箇所をエッチングした後、前記発熱抵抗体膜を成膜し、前記電極配線層と発熱抵抗体膜を一括エッチングすることにより、前記電極配線を形成することを特徴とする回路基板の製造方法。
  2. 前記一括エッチングは、ドライエッチングであることを特徴とする、請求項１に記載の回路基板の製造方法。
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