JP6206666B2 - Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejecting head that ejects liquid from a nozzle opening and a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head.
圧電素子を変形させて圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせることで、圧力発生室に連通するノズル開口から液滴を噴射させる液体噴射ヘッドが知られている。この液体噴射ヘッドの代表例としては、液滴としてインク滴を噴射させるインクジェット式記録ヘッドがある。 A liquid ejecting head that ejects liquid droplets from a nozzle opening communicating with a pressure generating chamber by deforming a piezoelectric element to cause a pressure fluctuation in the liquid in the pressure generating chamber is known. A typical example of the liquid ejecting head is an ink jet recording head that ejects ink droplets as droplets.
インクジェット式記録ヘッドは、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に圧電素子を備え、圧電素子の駆動によって振動板を変形させることで、圧力発生室内のインクに圧力変化を生じさせて、ノズル開口からインク滴を噴射させる。 An ink jet recording head includes, for example, a piezoelectric element on one side of a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, and deforms a diaphragm by driving the piezoelectric element, thereby The ink is caused to change in pressure, and ink droplets are ejected from the nozzle openings.
近年、インクジェットヘッドは、低コスト化や高密度化が求められている。これを実現するためには、ヘッドに設けられたノズル開口部同士の距離(ノズルピッチ)をできるだけ小さく(狭く)することが必須になる。これに伴い、圧電素子もノズルピッチに応じて圧電素子同士の間の距離を小さくする必要がある。ところが、圧電素子同士の間の距離が小さくなると、複数の圧電素子に接続されたそれぞれの配線と、駆動ICとをワイヤーボンディングの手法によって接続することが困難となり、隣接するワイヤーボンディングが接触して短絡する等の問題が生じる。 In recent years, inkjet heads have been required to be low in cost and high in density. In order to realize this, it is essential to make the distance (nozzle pitch) between the nozzle openings provided in the head as small (narrow) as possible. Accordingly, it is necessary to reduce the distance between the piezoelectric elements according to the nozzle pitch. However, when the distance between the piezoelectric elements becomes small, it becomes difficult to connect each wiring connected to the plurality of piezoelectric elements and the driving IC by a wire bonding technique, and adjacent wire bonding comes into contact with each other. Problems such as short-circuiting occur.
そこで、ワイヤーボンディングに代えて、駆動ICが実装された配線基板であるCOF(Chip On Film)基板と圧電素子とを異方性導電ペースト(ACP)による接合プロセスで接続した構造や、保護基板上の駆動ICと圧電素子とをフリップチップ実装する構造、すなわち、FCB(Flip Chip Bonding)構造が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。
Therefore, instead of wire bonding, a structure in which a COF (Chip On Film) substrate, which is a wiring substrate on which a driving IC is mounted, and a piezoelectric element are connected by a bonding process using anisotropic conductive paste (ACP), or on a protective substrate A structure in which the driving IC and the piezoelectric element are flip-chip mounted, that is, an FCB (Flip Chip Bonding) structure has been proposed (see, for example,
これらの配線構造には、圧電素子の電極と駆動ICとを電気接続するための配線層や配線基板が設けられている。このような配線層や配線基板の実装部には、銅又は銅合金や、金等からなる金属が使用されている。 These wiring structures are provided with a wiring layer and a wiring substrate for electrically connecting the electrodes of the piezoelectric element and the driving IC. A metal made of copper, copper alloy, gold or the like is used for such a wiring layer or a mounting portion of the wiring board.
しかしながら、配線層として銅又は銅合金を用いた場合、比較的製造コストを抑えることができるが、銅はマイグレーションを起こし易いため、マイグレーションに起因して圧電素子が端部から焼損し易くなるという問題が生じる。このため、銅又は銅合金からなる配線層上には、通常、アルミナなどからなる絶縁膜やニッケルや金などからなるめっき層を保護膜として設ける必要がある。一方、このような保護膜を設ける場合は、製造コストが嵩むという問題を生じる。 However, when copper or copper alloy is used as the wiring layer, the manufacturing cost can be relatively suppressed. However, since copper is likely to cause migration, the piezoelectric element is likely to burn out from the end due to migration. Occurs. For this reason, it is usually necessary to provide an insulating film made of alumina or a plating layer made of nickel or gold as a protective film on the wiring layer made of copper or a copper alloy. On the other hand, when such a protective film is provided, there arises a problem that the manufacturing cost increases.
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。 Such a problem exists not only in an ink jet recording head but also in a liquid ejecting head that ejects liquid other than ink.
本発明は、このような事情に鑑み、保護膜が無くても金属のマイグレーションを抑制し、圧電素子端部から生じる焼損を防止すると共に製造コストの低減を図ることができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, the present invention provides a liquid ejecting head and a liquid ejecting head that can suppress metal migration without a protective film, prevent burnout from occurring at the end of the piezoelectric element, and reduce the manufacturing cost. An object is to provide an apparatus.
上記課題を解決する本発明の態様は、流路形成基板上に第1電極、圧電体層及び第2電極が積層された圧電素子と、前記第1電極の配線として構成される第1の配線層と、前記圧電素子の封止空間を形成する保護基板と、前記圧電素子を駆動するための駆動回路とを具備する液体噴射ヘッドであって、前記圧電素子は、前記保護基板の前記封止空間の外側に設けられた貫通孔内まで延設され、前記第1の配線層は、前記圧電素子の前記第2電極とは電気的に絶縁され前記圧電素子から接続された前記第1電極上に設けられ、前記第2電極上には、前記封止空間と前記貫通孔との間の前記保護基板と前記流路形成基板とを接合する接着層により前記第1の配線層と絶縁される金属層が設けられ、前記第1の配線層は、前記貫通孔内に充填されたポッティング剤により覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、金属層と第1の配線層を絶縁する接着層が、金属のマイグレーションを抑制するための保護膜として機能する。これにより、保護膜が無くても金属のマイグレーションを抑制でき、圧電素子端部から生じる焼損を防止できると共に製造コストの低減を図ることができる液体噴射ヘッドが実現される。
An aspect of the present invention that solves the above-described problems includes a piezoelectric element in which a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode are stacked on a flow path forming substrate, and a first wiring configured as a wiring of the first electrode. A liquid ejecting head comprising a layer, a protective substrate that forms a sealing space for the piezoelectric element, and a drive circuit for driving the piezoelectric element, wherein the piezoelectric element is the sealing member of the protective substrate. The first wiring layer is extended to the inside of a through hole provided outside the space, and the first wiring layer is electrically insulated from the second electrode of the piezoelectric element and connected to the first electrode. Provided on the second electrode, and insulated from the first wiring layer by an adhesive layer that joins the protective substrate between the sealing space and the through hole and the flow path forming substrate. A metal layer is provided, and the first wiring layer is filled in the through hole. Lying in the liquid jet head, characterized in that is covered by the potting agent.
In this aspect, the adhesive layer that insulates the metal layer and the first wiring layer functions as a protective film for suppressing metal migration. Accordingly, it is possible to realize a liquid ejecting head that can suppress metal migration without a protective film, prevent burnout from occurring at the end of the piezoelectric element, and reduce the manufacturing cost.
ここで、前記第1の配線層は、銅を含むことが好ましい。これによれば、保護膜が無い銅配線が実現され、銅のマイグレーションを抑制すると共に製造コストの低減をさらに図ることができる。 Here, it is preferable that the first wiring layer contains copper. According to this, a copper wiring without a protective film is realized, and the migration of copper can be suppressed and the manufacturing cost can be further reduced.
ここで、前記接着層は、熱硬化型エポキシ樹脂で構成されることが好ましい。これによれば、金属のマイグレーションをより抑制でき、封止空間の外側端部における接合部位への応力集中を緩和することができる。 Here, the adhesive layer is preferably composed of a thermosetting epoxy resin. According to this, metal migration can be further suppressed, and stress concentration on the joint portion at the outer end of the sealed space can be reduced.
ここで、前記封止空間の外側端部側の前記保護基板の側面が当該保護基板の内側に向かって傾斜しており、前記貫通孔には、前記第1の配線層に接続され、前記保護基板の側面を介して延設されて前記駆動回路に電気接続される第2の配線層が設けられていることが好ましい。これによれば、第2の配線層を保護基板の傾斜面に沿って滑らかに形成することができ、第2の配線層を比較的容易に形成することができる。 Here, the side surface of the protective substrate on the outer end side of the sealing space is inclined toward the inner side of the protective substrate, and the through hole is connected to the first wiring layer, and the protection It is preferable that a second wiring layer is provided that extends through the side surface of the substrate and is electrically connected to the drive circuit. According to this, the second wiring layer can be formed smoothly along the inclined surface of the protective substrate, and the second wiring layer can be formed relatively easily.
ここで、前記第2の配線層は金を含むことが好ましい。これによれば、配線抵抗を下げることができる。 Here, it is preferable that the second wiring layer contains gold. According to this, wiring resistance can be lowered.
ここで、前記貫通孔には、前記第1の配線層に接続され、前記駆動回路に電気接続される配線基板が設けられていることが好ましい。これによれば、第1の配線層と駆動回路との電気接続を配線基板を介して確実に行うことができる。 Here, it is preferable that the through hole is provided with a wiring board connected to the first wiring layer and electrically connected to the driving circuit. According to this, electrical connection between the first wiring layer and the drive circuit can be reliably performed via the wiring board.
ここで、前記第1の配線層の前記配線基板の端子との接続部位には、金を含むめっき層が設けられていることが好ましい。これによれば、接続部位の抵抗を下げることができる。 Here, it is preferable that a plating layer containing gold is provided at a connection portion between the first wiring layer and the terminal of the wiring board. According to this, the resistance of the connection part can be lowered.
本発明の他の態様は、上記何れかの態様に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、保護膜が無くても金属のマイグレーションを抑制でき、圧電素子端部から生じる焼損を防止できると共に製造コストの低減を図ることができる液体噴射装置が実現される。
Another aspect of the invention is a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head according to any one of the above aspects.
In this aspect, a liquid ejecting apparatus that can suppress metal migration without a protective film, prevent burnout from occurring at the end of the piezoelectric element, and reduce the manufacturing cost is realized.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す一部分解斜視図であり、図2は、インクジェット式記録ヘッドの平面図であり、図3は図2のA−A′線断面図及び要部拡大図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a partially exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording head which is an example of a liquid jet head according to
図示するように、本実施形態の液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドIが備える流路形成基板10には、圧力発生室12が形成されている。そして、複数の隔壁11によって区画された圧力発生室12が同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口21が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室12の並設方向、又は第1の方向Xと称する。また、この第1の方向Xと直交する方向を、以降、第2の方向Yと称する。
As shown in the drawing, a
また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向の一端部側、すなわち第2の方向Yの一端部側には、インク供給路13と連通路14とが複数の隔壁11によって区画されている。連通路14の外側(第2の方向Yにおいて圧力発生室12とは反対側)には、各圧力発生室12の共通のインク室(液体室)となるマニホールド100の一部を構成する連通部15が形成されている。すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12、インク供給路13、連通路14及び連通部15からなる液体流路が設けられている。
In addition, an
流路形成基板10の一方面側、すなわち圧力発生室12等の液体流路が開口する面には、各圧力発生室12に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が、接着剤や熱溶着フィルム等によって接合されている。すなわち、ノズルプレート20には、第1の方向Xにノズル開口21が並設されている。
On one side of the flow
流路形成基板10の他方面側には、振動板50が形成されている。本実施形態に係る振動板50は、流路形成基板10上に形成された弾性膜51と、弾性膜51上に形成された絶縁体膜52とで構成されている。なお、圧力発生室12等の液体流路は、流路形成基板10を一方面から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室12等の液体流路の他方面は、振動板50(弾性膜51)で構成されている。
A
絶縁体膜52上には、厚さが例えば、約0.2μmの第1電極60と、厚さが例えば、約1.0μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの第2電極80とで構成される圧電素子300が形成されている。
On the
図示するように、圧電素子300を構成する第1電極60は、圧力発生室12毎に切り分けられて、後述する能動部毎に独立する個別電極を構成する。この第1電極60は、圧力発生室の第1の方向Xにおいては、圧力発生室12の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち、圧力発生室12の第1の方向Xにおいて、第1電極60の端部は、圧力発生室12に対向する領域の内側に位置している。また、第2の方向Yにおいて、第1電極60の両端部は、それぞれ圧力発生室12の外側まで延設されている。なお、第1電極60の材料は、後述する圧電体層70を成膜する際に酸化せず、導電性を維持できる材料であることが必要であり、例えば、白金(Pt)、イリジウム(Ir)等の貴金属、またはランタンニッケル酸化物(LNO)などに代表される導電性酸化物が好適に用いられる。
As shown in the figure, the
また、第1電極60として、前述の導電材料と、振動板50との間に、密着力を確保するための密着層を用いてもよい。密着層としては、チタンの他、ジルコニウム、酸化チタンなどを用いることができる。
Further, as the
圧電体層70は、第2の方向Yが所定の幅となるように、第1の方向Xに亘って連続して設けられている。圧電体層70の第2の方向Yの幅は、圧力発生室12の第2の方向Yの長さよりも大きい。このため、圧力発生室12の第2の方向Yでは、圧電体層70は圧力発生室12の外側まで設けられている。
The
圧力発生室12の第2の方向Yにおいて、圧電体層70のインク供給路13側の端部は、第1電極60の端部よりも外側に位置している。すなわち、第1電極60の端部は圧電体層70によって覆われている。また、圧電体層70のノズル開口21側の端部は、第1電極60の端部よりも内側(圧力発生室12側)に位置しており、第1電極60のノズル開口21側の端部は、圧電体層70に覆われていない。
In the second direction Y of the
圧電体層70は、第1電極60上に形成される電気機械変換作用を示す強誘電性セラミックス材料からなるペロブスカイト構造の結晶膜(ペロブスカイト型結晶)である。圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等を用いることができる。具体的には、チタン酸鉛(PbTiO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)、ジルコニウム酸鉛(PbZrO3)、チタン酸鉛ランタン((Pb,La),TiO3)、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン((Pb,La)(Zr,Ti)O3)又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛(Pb(Zr,Ti)(Mg,Nb)O3)等を用いることができる。本実施形態では、圧電体層70として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いた。
The
また、圧電体層70の材料としては、鉛を含む鉛系の圧電材料に限定されず、鉛を含まない非鉛系の圧電材料を用いることもできる。非鉛系の圧電材料としては、例えば、鉄酸ビスマス((BiFeO3)、略「BFO」)、チタン酸バリウム((BaTiO3)、略「BT」)、ニオブ酸カリウムナトリウム((K,Na)(NbO3)、略「KNN」)、ニオブ酸カリウムナトリウムリチウム((K,Na,Li)(NbO3))、ニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウムリチウム((K,Na,Li)(Nb,Ta)O3)、チタン酸ビスマスカリウム((Bi1/2K1/2)TiO3、略「BKT」)、チタン酸ビスマスナトリウム((Bi1/2Na1/2)TiO3、略「BNT」)、マンガン酸ビスマス(BiMnO3、略「BM」)、ビスマス、カリウム、チタン及び鉄を含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物(x[(BixK1−x)TiO3]−(1−x)[BiFeO3]、略「BKT−BF」)、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物((1−x)[BiFeO3]−x[BaTiO3]、略「BFO−BT」)や、これにマンガン、コバルト、クロムなどの金属を添加したもの((1−x)[Bi(Fe1−yMy)O3]−x[BaTiO3](Mは、Mn、CoまたはCr))等が挙げられる。
The material of the
圧電体層70は、詳しくは後述するが、ゾル−ゲル法、MOD(Metal-Organic Decomposition)法などの液相法や、スパッタリング法、レーザーアブレーション法などのPVD(Physical Vapor Deposition)法(気相法)などで形成することができる。
As will be described in detail later, the
このような圧電体層70には、各隔壁11に対応する凹部71が形成されている。この凹部71の第1の方向Xの幅は、各隔壁11の第1の方向の幅と略同一、もしくはそれよりも広くなっている。これにより、振動板50の圧力発生室12の第2の方向Yの端部に対抗する部分(いわゆる振動板50の腕部)の剛性が押さえられるため、圧電素子300を良好に変位させることができる。
In such a
第2電極80は、圧電体層70の第1電極60とは反対面側に設けられており、複数の能動部310に共通する共通電極を構成する。本実施形態では、第2電極80は、圧電体層70側に設けられた第1層81と、第1層81の圧電体層70とは反対側に設けられた第2層82と、を具備する。
The
第1層81は、圧電体層70との界面を良好に形成できること、圧電特性を発揮できる材料が望ましく、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、金(Au)、チタン(Ti)等の金属材料、及びランタンニッケル酸化物(LNO)に代表される導電性酸化物が好適に用いられる。また、第1層81は、複数材料の積層であってもよい。本実施形態では、イリジウムとチタンとの積層体(イリジウムが圧電体層70と接する)を使用している。そして、第1層81は、スパッタリング法、レーザーアブレーション法などのPVD(Physical Vapor Deposition)法(気相法)、ゾル−ゲル法、MOD(Metal-Organic Decomposition)法、メッキ法などの液相法により形成することができる。また、第1層81の形成後に、加熱処理を行うことにより、圧電体層70の特性改善を行うことができる。このような第1層81は、圧電体層70上のみ、すなわち、圧電体層70の流路形成基板10とは反対側の表面上のみに形成されている。
The
また、第2電極80を構成する第2層82は、導電性を有する材料、例えば、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、金(Au)、チタン(Ti)等の金属材料を用いることができる。もちろん、第2層82は、上記金属材料の単一材料であっても、複数の材料が混合した複数材料であってもよい。また、第1層81と第2層82との間に、チタン等を設けるようにしてもよい。本実施形態では、第2層82として、イリジウムとチタンとの積層体(イリジウムが第1層81と接する)を使用している。
The
このような第2層82は、本実施形態では、第1層81上と、第1層81が設けられていない圧電体層70の側面上と、第1電極60上と、に亘って連続して設けられている。ちなみに、第1層81上の第2層82と、第1電極60上の第2層82とは、電気的に切断されている。すなわち、第1層81上の第2層82と、第1電極60上の第2層82とは、同一層からなるが電気的に不連続となるように形成されている。ここで、除去部83は、圧電体層70上の第2電極80を、すなわち、第1層81及び第2層82を厚さ方向(第1層81と第2層82との積層方向)に貫通して電気的に切断するものである。このような除去部83は、第1の方向Xに亘って連続して第2電極80を厚さ方向に貫通して設けられており、除去部83の圧力発生室12側が共通電極となる第2電極80となる、一方、除去部83の圧力発生室12とは反対側は、圧力発生室12の外側に引き出された個別の第1電極60上に積層され、第1電極60と同様に圧電素子300毎に個別になるようにパターニングされた第1の配線層91(個別リード電極)となる。
In the present embodiment, such a
第1電極60、圧電体層70及び第2電極80を具備する圧電素子300は、流路形成基板10に変形可能に設けられ、本実施形態の圧電アクチュエーターを構成し、第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加することで変位が生じる。すなわち両電極の間に電圧を印加することで、第1電極60と第2電極80とで挟まれている圧電体層70に圧電歪みが生じる。そして、両電極60,80に電圧を印加した際に、圧電体層70に圧電歪みが生じる部分を能動部310と称する。これに対して、圧電体層70に圧電歪みが生じない部分を非能動部と称する。また、圧電体層70に圧電歪みが生じる能動部310において、圧力発生室12に対向する部分を可撓部と称し、圧力発生室12の外側の部分を非可撓部と称する。
The
本実施形態では、第2の方向Yにおいて、第1電極60、圧電体層70及び第2電極80の全てが圧力発生室12の外側まで連続的に設けられている。すなわち能動部310が圧力発生室12の外側まで連続的に設けられている。このため、能動部310のうち圧電素子300の圧力発生室12に対向する部分が可撓部となり、圧力発生室12の外側の部分が非可撓部となっている。
In the present embodiment, all of the
また、能動部310の第1の方向Xの端部は、第1電極60によって規定されている。そして、第1電極60の第1の方向Xの端部は、圧力発生室12に相対向する領域内に設けられている。したがって、能動部310の第1の方向Xの端部は、可撓部に設けられていることになり、第1の方向Xにおいて、能動部310と非能動部との境界における応力が振動板の変形によって開放される。このため、能動部310の第1の方向Xの端部における応力集中に起因する焼損やクラック等の破壊を抑制することができる。
Further, the end of the
このような圧電素子300では、第2電極80が、圧電体層70を覆っているため、第1電極60と第2電極80との間で電流がリークすることがなく、圧電素子300の破壊を抑制することができる。
In such a
このような圧電素子300の第1電極60と、第2電極80とには、第1の配線層91(個別リード電極)と、第1の金属層92、第2の金属層93及び第3の金属層94(共通リード電極)とが接続されている。
The
第1の配線層91は、上述した除去部83により第2電極80と電気的に分離され且つ各圧電素子300毎に分離された第1層81及び第2層82上に圧電素子300毎に設けられ、圧電体層70の端部より外側に延設されている第1電極60上まで延設され、保護基板30の封止空間31の外側まで延びている。
The
第1の金属層92は、第2電極80の除去部83側端部に、第1の方向X方向に連続して延設されている。また第2の金属層93は、第2電極80の除去部83とは反対側に、第1の方向X方向に連続して延設されている。これら第1の金属層92及び第2の金属層93は、第1の方向Xの外側で第3の金属層94により連結され、第3の金属層94は、第1の配線層91と同様に保護基板30の封止空間31の外側まで延びている。
The
ここで、第1の金属層92及び第2の金属層93は、圧力発生室12の第2の方向Yの両端部の境界、すなわち、圧電素子300の可撓部と非可撓部との境界を跨ぐように設けられ且つ第1の方向Xの方向に連続して設けられているので、境界部での応力集中における圧電体層70の破壊を抑制するという機能を具備する。また、共通リード電極が可撓部上には実質的に形成されていないため、能動部310の変位低下を抑えることができる。
Here, the
このような第1の配線層91、第1の金属層92、第2の金属層93及び第3の金属層94は、併せてリード電極90と呼称するが、これらは、本実施形態では流路形成基板10側に設けられた密着層191と、密着層191上に設けられた導電層192と、を具備する。
The
密着層191は、第2電極80、第1電極60及び振動板50等と導電層192との密着性を向上させるためのものであり、チタン(Ti)及びタングステン(W)の少なくとも一方を含む材料やニッケルやニッケル・クロムの合金(ニクロム)などで形成されている。本実施形態では、密着層191として、チタンタングステン(TiW)を用いた。
The
導電層192は、密着層191上に設けられており、金(Au)や銅(Cu)を含む材料で形成される。なお、第1の配線層91及び第1の金属層92については、詳細は後述するが、封止空間31と貫通孔33との間で保護膜として機能する接着層35により絶縁されているため、金属マイグレーションを抑制するための保護膜が不要となる。
The
圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、流路形成基板10を覆い、且つ圧電素子300を封止する空間を画成する凹部の封止空間31を形成する保護基板30が接着層35によって接合されている。また、保護基板30には、マニホールド100の一部を構成するマニホールド部32が設けられている。マニホールド部32は、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って形成されており、流路形成基板10の連通部15と連通している。また保護基板30のマニホールド部32とは反対側には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられている。貫通孔33には、第1の配線層91の接続端及び上述した第3の金属層94の接続端がこの貫通孔33内に露出するように設けられている。このような第1の配線層91の接続端及び第3の金属層94の接続端は、貫通孔33内に充填されたポッティング剤200により覆われている。
On the flow
保護基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜41によってマニホールド部32の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板42のマニホールド100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、マニホールド100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
On the
また、保護基板30上には、並設された圧電素子300を駆動するための駆動回路120が固定されている。この駆動回路120としては、例えば、回路基板や半導体集積回路(IC)等を用いることができる。そして、駆動回路120と、個別リード電極を構成する第1の配線層91及び共通リード電極を構成する第3の金属層94とは、貫通孔33の圧力発生室12側の保護基板30の側面に設けられた第2の配線層95を介して電気的に接続されている。本実施形態では、第2の配線層95として金(Au)を用いた。
A
ここで、貫通孔33の少なくとも第2の配線層95が設けられた保護基板30の側面は、当該保護基板30の内側に向かって傾斜している。このように保護基板30の側面がその内側に向かって傾斜していることにより、第2の配線層95の形成を比較的に容易に行うことができ、圧電素子300と駆動回路120との間を良好に導通させることができる。
Here, the side surface of the
また、封止空間31と貫通孔33との間の保護基板30と流路形成基板10とは、接着層35で接合され、封止空間31と貫通孔33との間の保護基板30の壁面の接着面(保護基板30の下面)は、第1の配線層91及び第1の金属層92が除去部83を介して分離して設けられている部位に当接する。
Further, the
本実施形態では、封止空間31と貫通孔33との間の壁面の接合部位の接着層35は、第1の配線層91と壁面とを接合する、相対的に薄い第1の接着部35aと、第1の金属層92と壁面とを接合する、第1の接着部35aとほぼ同一厚さの第2の接着部35bと、これら第1の接着部35aと第2の接着部35bとの間で、除去部83に対応する部位である第3の接着部35cとからなる。ここで、第3の接着部35cは、圧電体層70と壁面とを接合しており、厚さは第1の接着部35a及び第2の接着部35bより厚い。
In the present embodiment, the
そして、保護基板30の封止空間31の外側端部では、第1の接着部35aの接着剤(接着層35)のはみ出し部分を介して第2の配線層95が形成される。ここで、第1の接着部35aの厚さと、接着剤のはみ出し量とは配線状態に影響を与える。具体的には、接着剤のはみ出し量が多いと、接着剤のはみ出し部分と第2の配線層95との接触面が大きくなり、また、第2の配線層95が厚さ方向に屈曲し易くなるため、第1の接着部35aの側面と第2の配線層95との密着力が低下し、圧電アクチュエーターの駆動時に第2の配線層95の剥離が生じ易くなる。逆に、接着剤のはみ出し量が少なすぎて、保護基板30の外側端部からはみ出さない場合は、第1の接着部35aの側面と第2の配線層95とが接触しなくなるため断線を生じ易くなる。
The
このため、接着層35の各接合部位の膜厚を予め規定することが好ましい。これにより、封止空間31の外側端部からはみ出す接着剤の量を調整することができ、第2の配線層95の剥離を抑制すると共に断線を防止することができる。
For this reason, it is preferable to preliminarily define the film thickness of each bonded portion of the
具体的には、圧電素子300の部分を圧電体層70の厚さ方向に切断した断面において、第1の接着部35aの厚さAと第2の接着部35bの厚さBを略同一、すなわち、略1:1とすることが好ましい。これにより、第1の接着部35aの厚さAと第2の接着部35bの厚さBを極力薄くし、余剰の接着剤を第3の接着部35cに吸収させることができる。また、第1の接着部35aにおいて、封止空間31の外側端部からはみ出す接着剤の量の調整が容易になり、第1の接着部35aのはみ出し部分に設けられた第2の配線層95との接触面を小さくすることができる。
Specifically, in the cross section obtained by cutting the
さらに、第1の接着部35aの厚さA又は第2の接着部35bの厚さBと、第3の接着部35cの厚さCとの比は、1:2〜1:9であることが好ましい。これにより、第3の接着部35cの存在により、第1の接着部35a側への接着剤のはみ出す量と第2の接着部35b側への接着剤のはみ出す量とを抑制できるので接着剤のはみ出す量をより少なく調整することができる。また、第1の接着部35a側への接着剤のはみ出す量を少なくすることにより、第1の接着部35aの接着剤のはみ出し部分と第2の配線層95との接触面をより小さくすることができ、かかるはみ出し部分と第2の配線層95との密着力の低下を防止することができる。これにより、第2の配線層95の剥離を一層抑制することができる。
Furthermore, the ratio of the thickness A of the first
また、第1の配線層91が保護基板30の封止空間31の外側へ引き出される方向において、第1の接着部35aの長さをDとし、第2の接着部35bの長さをEとし、第3の接着部35cの長さをFとすると、第1の接着部35aの長さDと、第3の接着部35cの長さFとの比、又は、第2の接着部35bの長さEと第3の接着部35cの長さFとの比は、1:1.3〜1:3であることが好ましい。これにより、接着剤のはみ出す量を容易に調整することができ、封止空間31と貫通孔33との間の保護基板30と流路形成基板10とを安定に接着することができる。
Further, in the direction in which the
また、上述したように封止空間31と貫通孔33との間に設けられた接合部位において第1の配線層91及び第1の金属層92は、第2電極80及び第2の金属層93と接着層35で絶縁される。
Further, as described above, the
本発明では、接着層35が接着剤として機能すると共に、金属マイグレーションを抑制するための保護膜(絶縁膜)として機能することにより、保護膜が無くても金属マイグレーションを抑制し、圧電素子端部から生じる焼損を防止することができる。具体的には、封止空間31の外側端部において、第1の配線層91及び第1の金属層92と、第2電極80及び第2の金属層93とを接着層35で絶縁することにより、銅のマイグレーションを抑制することができる。
In the present invention, the
これにより、金属マイグレーションに起因して発生する圧電素子端部からの焼損を防止することができる。さらに、配線構造を、保護膜が不要で、主に低コストの銅配線で構成することができるため、製造プロセスを簡略化でき、製造コストを削減することができる。なお、本実施形態では、第2の配線層95として金を用いたが、勿論銅又は銅合金を用いることもできる。
As a result, it is possible to prevent burnout from the end of the piezoelectric element caused by metal migration. Furthermore, since the wiring structure can be mainly composed of low-cost copper wiring without a protective film, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. In the present embodiment, gold is used for the
ここで、接着層35を構成する接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリイミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂等の熱硬化型の接着剤が挙げられる。これらの中でも、金属マイグレーションの抑制効果が高く、硬化時の応力を緩和することができる熱硬化型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。このような接着剤は、1種類単独で、又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。
Here, examples of the adhesive constituting the
また、貫通孔33内に充填されるポッティング剤としては、特に限定されず、上述した接着剤と同様の樹脂を1種類単独で、又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。
Moreover, it does not specifically limit as a potting agent with which the inside of the through-
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドIでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加する。これにより圧電素子300と共に振動板50がたわみ変形して各圧力発生室12内の圧力が高まり、各ノズル開口21からインク滴が噴射される。
In such an ink jet recording head I of this embodiment, after taking ink from an ink introduction port connected to an external ink supply means (not shown) and filling the interior from the manifold 100 to the
ここで、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図4〜図7は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 Here, a method for manufacturing the ink jet recording head of the present embodiment will be described. 4 to 7 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the ink jet recording head.
図4(a)に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー110を熱酸化することによって二酸化シリコンからなる弾性膜51を形成し、次いで、弾性膜51上に、弾性膜51とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜52を形成する。本実施形態では、この弾性膜51及び絶縁体膜52によって振動板50が形成される。
As shown in FIG. 4A, an
次いで、絶縁体膜52上の全面に第1電極60を形成する。この第1電極60の材料は特に限定されないが、圧電体層70としてチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料であることが望ましい。このため、第1電極60の材料としては白金、イリジウム等が好適に用いられる。また、第1電極60は、例えば、スパッタリング法やPVD法(物理蒸着法)などにより形成することができる。
Next, the
次いで、第1電極60上にチタン(Ti)からなる結晶種層61を形成する。このように第1電極60の上に結晶種層61を設けることにより、後の工程で第1電極60上に結晶種層61を介して圧電体層70を形成する際に、圧電体層70の優先配向方位を制御することができ、電気機械変換素子として好適な圧電体層70を得ることができる。なお、結晶種層61は、圧電体層70が結晶化する際に、結晶化を促進させるシードとして機能する。
Next, a
次に、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる圧電体層70を形成する。ここで、本実施形態では、金属錯体を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層70を形成している。なお、圧電体層70の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、MOD(Metal-Organic Decomposition)法やスパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のPVD(Physical Vapor Deposition)法等を用いてもよい。すなわち、圧電体層70は液相法、気相法の何れで形成してもよい。
Next, in this embodiment, the
圧電体層70の具体的な形成手順としては、まず、図4(b)に示すように、結晶種層61上にPZT前駆体膜である圧電体前駆体膜73を成膜する。すなわち、第1電極60(結晶種層61)が形成された流路形成基板用ウェハー110上に金属錯体を含むゾル(溶液)を塗布する(塗布工程)。次いで、この圧電体前駆体膜73を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる(乾燥工程)。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜73を170〜180℃で3〜30分間保持することで乾燥することができる。
As a specific procedure for forming the
次に、乾燥した圧電体前駆体膜73を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する(脱脂工程)。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜73を300〜400℃程度の温度に加熱して約3〜30分保持することで脱脂した。なお、ここでいう脱脂とは、圧電体前駆体膜73に含まれる有機成分を、例えば、NO2、CO2、H2O等として離脱させることである。
Next, the dried
次に、図4(c)に示すように、圧電体前駆体膜73を所定温度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜74を形成する(焼成工程)。この焼成工程では、圧電体前駆体膜73を700℃以上に加熱するのが好ましい。なお、焼成工程では、昇温レートを50℃/sec以上とするのが好ましい。これにより優れた特性の圧電体膜74を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 4C, the
また、第1電極60上に形成された結晶種層61は、圧電体膜74内に拡散する。もちろん、結晶種層61は、第1電極60と圧電体膜74との間にチタンとして残留してもよいし、酸化チタンとして残留してもよい。
The
なお、このような乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、ホットプレートや、赤外線ランプの照射により加熱するRTP(Rapid Thermal Processing)装置などを用いることができる。 In addition, as a heating apparatus used in such a drying process, a degreasing process, and a baking process, for example, a hot plate, an RTP (Rapid Thermal Processing) apparatus that heats by irradiation with an infrared lamp, or the like can be used.
次に、図4(d)に示すように、第1電極60上に1層目の圧電体膜74を形成した段階で、第1電極60及び1層目の圧電体膜74をそれらの側面が傾斜するように同時にパターニングする。なお、第1電極60及び1層目の圧電体膜74のパターニングは、例えば、イオンミリング等のドライエッチングにより行うことができる。
Next, as shown in FIG. 4D, when the first
次に、図5(a)に示すように、1層目の圧電体膜74と第1電極60とをパターニングした後は、絶縁体膜52上、第1電極60の側面、1層目の圧電体膜74の側面及び圧電体膜74上に亘って中間結晶種層62を形成する。中間結晶種層62は、結晶種層61と同様に、チタンやランタンニッケル酸化物等を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 5A, after patterning the first
次に、図5(b)に示すように、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる圧電体膜形成工程を複数回繰り返すことにより複数層の圧電体膜74からなる圧電体層70を形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, a piezoelectric body comprising a plurality of layers of
ちなみに、2層目以降の圧電体膜74は、絶縁体膜52上、第1電極60及び1層目の圧電体膜74の側面上、及び1層目の圧電体膜74上に亘って連続して形成される。この2層目以降の圧電体膜74が形成される領域には、中間結晶種層62が形成されているため、この中間結晶種層62によって2層目以降の圧電体膜74の優先配向方位が制御される。なお、中間結晶種層62は、圧電体層70が結晶化する際に、結晶化を促進させるシードとして機能し、圧電体層70の焼成後には、全てが圧電体層70に拡散してもよく、また、一部がそのまま又は酸化物として残留してもよい。
Incidentally, the second and subsequent
次に、図5(c)に示すように、圧電体層70上に第2電極80の第1層81を形成する。本実施形態では、特に図示していないが、まず、圧電体層70上にイリジウムを有するイリジウム層と、イリジウム層上にチタンを有するチタン層とを積層する。なお、このイリジウム層及びチタン層は、スパッタリング法やCVD法等によって形成することができる。その後、イリジウム層及びチタン層が形成された圧電体層70をさらに再加熱処理(ポストアニール)する。このように再加熱処理することで、圧電体層70の第2電極80側にイリジウム層等を形成した際のダメージが発生しても、再加熱処理を行うことで、圧電体層70のダメージを回復して、圧電体層70の圧電特性を向上することができる。
Next, as shown in FIG. 5C, the
次に、図6(a)に示すように、第1層81及び圧電体層70を各圧力発生室12に対応してパターニングする。本実施形態では、第1層81上に所定形状に形成したマスク(図示なし)を設け、このマスクを介して第1層81及び圧電体層70をエッチングする、いわゆるフォトリソグラフィーによってパターニングした。なお、圧電体層70のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングが挙げられる。
Next, as shown in FIG. 6A, the
次に、図6(b)に示すように、流路形成基板用ウェハー110の一方面側(圧電体層70が形成された面側)に亘って、すなわち、第1層81上、圧電体層70のパターニングした側面上、絶縁体膜52上、及び第1電極60上等に亘って、例えば、イリジウム(Ir)からなる第2層82を形成すると共にパターニングすることで第2電極80を形成する。なお、第2層82のパターニングでは、同時に第1層81の一部をパターニングして、除去部83を形成する。これにより、圧電素子300の能動部310が規定される。
Next, as shown in FIG. 6B, over one surface side of the flow path forming substrate wafer 110 (the surface side on which the
次に、図6(c)に示すように、流路形成基板用ウェハー110の一方面側(圧電体層70が形成された面側)に亘って、すなわち、第2電極80上、圧電体層70のパターニングした側面上、絶縁体膜52上、及び第1電極60上等に亘って、例えば、チタンタングステン(TiW)からなる密着層191と、金(Au)からなる導電層192とを積層形成することで、第1の配線層91(個別リード電極)を形成する。なお、密着層191及び導電層192の形成方法は特に限定されず、例えば、スパッタリング法や無電解めっき法等が挙げられる。
Next, as shown in FIG. 6C, over one surface side of the flow path forming substrate wafer 110 (the surface side on which the
次に、図6(d)に示すように、導電層192を所定形状にパターニングする。すなわち、導電層192上に所定形状のマスクを形成し(図示なし)、マスクを介して導電層192をエッチングすることでパターニングする。なお、導電層192のエッチングはウェットエッチングであってもドライエッチングであってもよい。
Next, as shown in FIG. 6D, the
次に、図6(e)に示すように、密着層191をウェットエッチングすることによりパターニングする。本実施形態では、導電層192をマスクとして、密着層191を過酸化水素水とアルカリ成分とを有するエッチング液でウェットエッチングする。これにより、第1の配線層91(個別リード電極)、第1の金属層92及び第2の金属層93(共通リード電極)が形成されると共に、圧電体層70及び第2電極80の一部が露出される。
Next, as shown in FIG. 6E, the
このとき、密着層191をエッチングするエッチング液として過酸化水素水とアンモニア過水とアルカリ成分とを有するものを用いているため、電極(第1電極60及び第2電極80)に電食が発生するのを抑制することができる。
At this time, since the etching solution for etching the
本実施形態では、高導電性を有し、低コストの銅(Cu)を用い、無電解めっきにより導電層192を形成している。銅はマイグレーションを起こし易いため、通常は、導電層192上に、アルミナなどからなる絶縁膜やパラジウム、ニッケル又は金等からなるめっき層を保護膜として設ける必要がある。しかしながら、本発明では、接着層35が金属マイグレーションを抑制するための保護膜として機能し、第1の配線層91及び第1の金属層92は、封止空間31と貫通孔33との間で接着層35により第2電極80及び第2の金属層93と絶縁されているため、保護膜が不要となる。
In this embodiment, the
次に、図7(a)に示すように、第1の配線層91に接続され、第1の配線層91から接着層35の側面及び保護基板30の側面を介して保護基板30の上面まで延設され、駆動回路120に電気接続される第2の配線層95を形成する。本実施形態では、第2の配線層95として金(Au)を用いている。第2の配線層95は、スパッタリング法によって形成されたものであり、主成分として金(Au)を含むものである。本実施形態では、上述したように保護基板30の側面がその内側に向かって傾斜して形成されており、第2の配線層95は保護基板30の傾斜面に沿って滑らかに形成される。これにより、第2の配線層95を比較的容易に形成することができる。
Next, as shown in FIG. 7A, the
次に、図7(b)に示すように、保護基板30の上に駆動回路120を固定する。具体的には、駆動回路120の下面に接着剤を塗布し、保護基板30に対して加圧することにより、第2の配線層95上に駆動回路120の端子部を押圧し実装する。本実施形態では、第2の配線層95を形成した後に、駆動回路120をFCB実装したが、勿論、駆動回路120の実装はこれに限定されない。
Next, as shown in FIG. 7B, the
その後は、図示されないが、流路形成基板用ウェハー110の圧電素子300側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板30となる保護基板用ウェハー130を接着剤を介して接合した後、流路形成基板用ウェハー110を所定の厚みに薄くする。
Thereafter, although not shown in the drawings, a flow path formation is performed after bonding a protective substrate wafer 130 which is a silicon wafer and becomes a plurality of
次いで、流路形成基板用ウェハー110にマスク膜を新たに形成し、所定形状にパターニングし、流路形成基板用ウェハー110をマスク膜を介してKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、圧電素子300に対応する圧力発生室12、インク供給路13、連通路14及び連通部15等を形成する。
Next, a mask film is newly formed on the flow path forming
その後は、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハーの外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー110の保護基板用ウェハーとは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハーにコンプライアンス基板40を接合し、流路形成基板用ウェハー110等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。なお、保護基板30の貫通孔33には、最上面までポッティング剤200が充填される。
Thereafter, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming
(実施形態2)
図8は、本発明の実施形態2に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す一部分解斜視図であり、図9は、インクジェット式記録ヘッドの平面図であり、図10は図9のB−B′線断面図及び要部拡大図である。なお、実施形態1と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a partially exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording head which is an example of a liquid jet head according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 9 is a plan view of the ink jet recording head. 10 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same member as
図8〜図10に示すように、実施形態2では、封止空間31の外側端部側の保護基板30Aの側面は、流路形成基板10に対して垂直に形成されている。この封止空間31の外側にある貫通孔33内には、第1の配線層91と駆動回路120とを電気接続するフレキシブルな配線基板201が、保護基板30Aの側面と略平行になるように設けられている。配線基板201は、L字形状を有し、L字に相当する部分には端子が設けられ、配線基板201の端子は図示しない接合手段を介して第1の配線層91の外側端部に接合される。接合手段としては、例えば、異方性導電性接着剤(ACP)、非導電性接着剤(NCP)等の接着剤による接合や、はんだによる金属接合が挙げられる。なお、第1の配線層91の配線基板201との接合部には、抵抗を下げるため、金を含むめっき層が設けられていることが好ましい。また、配線基板201は、第1の配線層91の外側端部との接合の他、図示しない支持部材により支持されている。
As shown in FIGS. 8 to 10, in the second embodiment, the side surface of the
配線基板201のL字部分とは反対側の面の配線基板201上には、駆動回路120が固定されている。配線基板201としては、例えば、チップオンフィルム(COF)やテープキャリアパッケージ(TCP)などのフレキシブルプリント基板(FPC)を用いることができるが、本実施形態ではチップオンフィルム(COF)とした。
A
そして、貫通孔33内には、第1の配線層91が露出された部分及び第1の配線層91の配線基板201の端子との接合部分を覆うようにポッティング剤200が充填されている。
The through-
また、本実施形態では、封止空間31の外側端部の接着層35による接合部位から当該接着層35がはみ出して設けられている。上述したように、接着層35は、接着剤であると共に金属マイグレーションを抑制するための保護膜として機能するため、封止空間31の外側端部から外側に露出され、接着層35のはみ出し部分で覆われた第1の配線層91は、銅のマイグレーションが抑制される。また、貫通孔33内に露出された第1の配線層91は、ポッティング剤200で覆われるため、例えば、ポッティング剤200を接着層35と同一材料で構成することにより、第1の配線層91の銅のマイグレーションを抑制することができる。さらに、本実施形態では、接着層35のはみ出し部分とポッティング剤200との接触面に接着層36を設けている。これにより、接着層35のはみ出し部分とポッティング剤200との密着力をより高め、封止空間31の外側端部における第1の配線層91の銅のマイグレーションを確実に防止している。なお、接着層36は設けなくてもよい。
Further, in the present embodiment, the
このような構成のインクジェット式記録ヘッドIIでは、封止空間31の外側端部において保護基板30Aに接合された第1の配線層91及び第1の金属層92と、第2電極80及び第2の金属層93とを接着層35で絶縁し、封止空間31の外側端部より外側に露出された第1の配線層91をポッティング剤200で覆い絶縁することにより、銅のマイグレーションを抑制することができる。これにより、保護膜が無くても銅のマイグレーションを抑制でき、圧電素子端部からの焼損を防止することができる。また、本実施形態では、配線構造全体を銅を含む配線で構成することができる。これにより、さらに製造プロセスを簡略化でき、製造コストを削減することができる。
In the ink jet recording head II having such a configuration, the
(他の実施形態)
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
また、上述した実施形態1、2では、各能動部310の圧電体層70が連続的に設けられた構成を例示したが、勿論、圧電体層70は、能動部310毎に独立して設けられていてもよい。
(Other embodiments)
As mentioned above, although each embodiment of this invention was described, the fundamental structure of this invention is not limited to what was mentioned above.
In the first and second embodiments, the configuration in which the
さらに、上述した実施形態1、2では、圧電体前駆体膜73を塗布、乾燥及び脱脂した後、焼成して圧電体膜74を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧電体前駆体膜73を塗布、乾燥及び脱脂する工程を複数回、例えば、2回繰り返し行った後、焼成することで圧電体膜74を形成するようにしてもよい。
Further, in
また、インクジェット式記録ヘッドI、II(図1、図8参照)は、例えば、図11に示すように、インクジェット式記録装置IIIに搭載される。インクジェット式記録ヘッドI又はIIを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動可能に設けられている。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、ブラックインク組成物及びカラーインク組成物を噴射する。
Also, the ink jet recording heads I and II (see FIGS. 1 and 8) are mounted on an ink jet recording apparatus III as shown in FIG. 11, for example. The
そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4には搬送手段としての搬送ローラー8が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートSが搬送ローラー8により搬送されるようになっている。なお、記録シートSを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。
The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the
なお、上述した例では、インクジェット式記録装置IIIとして、インクジェット式記録ヘッドI又はIIがキャリッジ3に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、その構成は特に限定されるものではない。インクジェット式記録装置IIIは、例えば、インクジェット式記録ヘッドIを固定し、紙等の記録シートSを副走査方向に移動させることで印刷を行う、いわゆるライン式の記録装置であってもよい。
In the above-described example, as the ink jet recording apparatus III, the ink jet recording head I or II is mounted on the
また、上述した実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。 In the above-described embodiments, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid ejecting head. However, the present invention is widely applied to all liquid ejecting heads, and ejects liquid other than ink. Of course, it can also be applied to the head. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.
また、本発明にかかる圧電素子は、液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子に限定されず、その他のデバイスにも用いることができる。その他のデバイスとしては、例えば、超音波発信器等の超音波デバイス、超音波モーター、温度−電気変換器、圧力−電気変換器、強誘電体トランジスター、圧電トランス、赤外線等の有害光線の遮断フィルター、量子ドット形成によるフォトニック結晶効果を使用した光学フィルター、薄膜の光干渉を利用した光学フィルター等のフィルターなどが挙げられる。また、センサーとして用いられる圧電素子、強誘電体メモリーとして用いられる圧電素子にも本発明は適用可能である。圧電素子が用いられるセンサーとしては、例えば、赤外線センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力センサー、焦電センサー、及びジャイロセンサー(角速度センサー)等が挙げられる。 Further, the piezoelectric element according to the present invention is not limited to the piezoelectric element used in the liquid ejecting head, and can be used in other devices. Other devices include, for example, an ultrasonic device such as an ultrasonic transmitter, an ultrasonic motor, a temperature-electric converter, a pressure-electric converter, a ferroelectric transistor, a piezoelectric transformer, and a filter for blocking harmful rays such as infrared rays. And filters such as an optical filter using a photonic crystal effect by quantum dot formation, an optical filter using optical interference of a thin film, and the like. The present invention can also be applied to a piezoelectric element used as a sensor and a piezoelectric element used as a ferroelectric memory. Examples of the sensor using the piezoelectric element include an infrared sensor, an ultrasonic sensor, a thermal sensor, a pressure sensor, a pyroelectric sensor, and a gyro sensor (angular velocity sensor).
I,II インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、 III インクジェット式記録装置(液体噴射装置)、 10 流路形成基板(基板)、 11 隔壁、 12 圧力発生室、 13 インク供給路、 14 連通路、 15 連通部、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30,30A 保護基板、 31 封止空間、 32 マニホールド部、 33 貫通孔、 35,36 接着層、 40 コンプライアンス基板、 41 封止膜、 42 固定板、 43 開口部、 50 振動板、 51 弾性膜、 52 絶縁体膜、 60 第1電極、 70 圧電体層、 71 凹部、 80 第2電極、 90 リード電極、 91 第1の配線層、 92 第1の金属層、 93 第2の金属層、 94 第3の金属層、 95 第2の配線層、 100 マニホールド、 120 駆動回路、 200 ポッティング剤、 201 配線基板 I, II Inkjet recording head (liquid ejecting head), III Inkjet recording apparatus (liquid ejecting apparatus), 10 flow path forming substrate (substrate), 11 partition, 12 pressure generating chamber, 13 ink supply path, 14 communication path, 15 communication portion, 20 nozzle plate, 21 nozzle opening, 30, 30A protective substrate, 31 sealing space, 32 manifold portion, 33 through hole, 35, 36 adhesive layer, 40 compliance substrate, 41 sealing film, 42 fixing plate, 43 opening, 50 diaphragm, 51 elastic film, 52 insulator film, 60 first electrode, 70 piezoelectric layer, 71 recess, 80 second electrode, 90 lead electrode, 91 first wiring layer, 92 first Metal layer, 93 second metal layer, 94 third metal layer, 95 second wiring layer, 100 manifold Rudo, 120 drive circuit, 200 potting agent, 201 wiring board
Claims (8)
前記圧電素子は、前記保護基板の前記封止空間の外側に設けられた貫通孔内まで延設され、
前記第1の配線層は、前記圧電素子の前記第2電極とは電気的に絶縁され前記圧電素子から接続された前記第1電極上に設けられ、
前記第2電極上には、前記封止空間と前記貫通孔との間の前記保護基板と前記流路形成基板とを接合する接着層により前記第1の配線層と絶縁される金属層が設けられ、
前記第1の配線層は、前記貫通孔内に充填されたポッティング剤により覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 A piezoelectric element in which a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode are laminated on a flow path forming substrate, a first wiring layer configured as a wiring for the first electrode, and a sealing space for the piezoelectric element. A liquid ejecting head comprising a protective substrate to be formed and a driving circuit for driving the piezoelectric element,
The piezoelectric element is extended into a through hole provided outside the sealing space of the protective substrate,
The first wiring layer is provided on the first electrode electrically insulated from the second electrode of the piezoelectric element and connected from the piezoelectric element,
A metal layer that is insulated from the first wiring layer by an adhesive layer that joins the protective substrate between the sealing space and the through hole and the flow path forming substrate is provided on the second electrode. And
The liquid jet head, wherein the first wiring layer is covered with a potting agent filled in the through hole.
前記貫通孔には、前記第1の配線層に接続され、前記保護基板の側面を介して延設されて前記駆動回路に電気接続される第2の配線層が設けられていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。 The side surface of the protective substrate on the outer end side of the sealing space is inclined toward the inner side of the protective substrate,
The through hole is provided with a second wiring layer connected to the first wiring layer, extending through a side surface of the protective substrate, and electrically connected to the drive circuit. The liquid ejecting head according to any one of claims 1 to 3.
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