JP6379808B2 - 圧電素子の製造方法、液体吐出ヘッドの製造方法、および液体吐出装置の製造方法 - Google Patents

圧電素子の製造方法、液体吐出ヘッドの製造方法、および液体吐出装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、圧電素子の製造方法、液体吐出ヘッドの製造方法、および液体吐出装置の製造方法に関し、対をなす電極層および圧電体層を有し、両電極層に対する電圧の印加により変形する圧電素子の製造方法、液体吐出ヘッドの製造方法、および液体吐出装置の製造方法に関するものである。
液体吐出装置は液体吐出ヘッドを備え、この吐出ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体吐出装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを吐出し、ディスプレイ製造装置用の色材吐出ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を吐出する。また、電極形成装置用の電極材吐出ヘッドでは液状の電極材料を吐出し、チップ製造装置用の生体有機物吐出ヘッドでは生体有機物の溶液を吐出する。
上記の液体吐出ヘッドは、複数のノズル、ノズル毎に形成された圧力室及び各圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧電素子（アクチュエーター）を備えている。そして、駆動ＩＣ等からの駆動信号を、配線を通じて圧電素子に供給することで、圧力室内の液体に圧力変動（換言すると圧力変化）を生じさせ、この圧力変動を利用してノズルから液体を吐出するように構成されている。この種の液体吐出ヘッドとしては、湿気や外力から圧電素子を保護する機能を有する基板を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。すなわち、特許文献１における液体吐出ヘッドでは、圧電素子の大部分を収容する空間（圧電素子保持部）が内部に形成された封止部により、圧電素子を封止・保護するように構成されている。そして、この封止部の上面に、圧電素子の駆動に係る駆動ＩＣが配置される。このようにすることで、駆動ＩＣの配置領域について省スペース化が図れるため、液体吐出ヘッドの小型化に寄与する。そして、この駆動ＩＣと封止部の外側まで延出された圧電素子のリード電極とは、封止部の表面に形成された配線を介して電気的に接続される。
ここで、図１１は、従来の構成において、圧電素子のリード電極６５と駆動ＩＣからの配線６６との接合部分について説明する短尺方向（配線幅方向）の断面図である。圧電素子のリード電極６５は、密着層６０（例えば、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）やチタン−タングステン（ＴｉＷ）等）と金属層６１（例えば、金（Ａｕ）あるいは銅（Ｃｕ）等）により層構造となっている。下層の密着層６０は、形成部位に対する金属層６１の密着性を確保するための下地として機能する部分である。この密着層６０も導電性を有し、電極材の一部として機能する。同様に、駆動ＩＣから延びる配線６６も下層の配線密着層６２と上層の配線金属層６３の層構造をなし、接合部分では圧電素子のリード電極６５上に重ねて形成される。これらの各層は、電気的な抵抗を下げる目的で厚さを厚くしつつも、より微細なパターンとすることが求められる。この構成において、触媒層を介したメッキ法による成膜では、触媒層の側面にも等方的に成膜されるため、微細化には向かない。これに対し、スパッタ法等による成膜およびウェットエッチングによるパターニングを経る製造方法によれば、膜厚を厚くしつつも微細なパターンを形成することができる。
特許第５０８２２８５号公報
ところで、後者の製造方法において、圧電素子のリード電極６５を形成する際、金属層６１をパターニングする工程および密着層６０をパターニングする工程で、当該金属層６１にサイドエッチ（図中、ＳＥで示す部分）が生じる。さらに、圧電素子のリード電極６５を形成した後、このリード電極６５上に重ねて配線６６の配線密着層６２および配線金属層６３をそれぞれパターニングする工程において、リード電極６５の金属層６１のサイドエッチＳＥがさらに進んでしまう。その結果、密着層６０に対する金属層６１の接合面積が小さくなることで金属層６１が密着層６０から剥離しやすくなり、導通性の確保が困難となるおそれがあった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、配線接続部分の導通性を確保し、信頼性を向上することが可能な圧電素子の製造方法、液体吐出ヘッドの製造方法、および液体吐出装置の製造方法を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、対をなす電極層および圧電体層からなる圧電素子本体が、支持体上に形成されると共にこの支持体上に積層される保護基板の内部の収容空部内に収容され、前記圧電素子本体の電極層に導通するリード電極が前記収納空部内から前記保護基板より外側の前記支持体上に延出電極として延出され、この延出電極に、前記保護基板上に配置された駆動回路と導通する配線が電気的に接続される圧電素子の製造方法であって、
前記支持体上およびこの支持体上の前記圧電素子本体上に、前記リード電極の第１の電極層を形成する第１の工程と、
前記第１の電極層上に前記リード電極の第２の電極層を形成する第２の工程と、
前記延出電極に対応する部分のうち前記第１の電極層を残して前記第２の電極層をエッチングにより除去する第３の工程と、
前記第１の電極層を、前記圧電素子本体に対応した個別の延出電極としてエッチングによりパターニングする第４の工程と、
前記圧電素子本体が前記収容空部内に収容されると共に前記延出電極が前記支持体上における前記保護基板よりも外側に位置する状態で前記支持板上に前記保護基板を接合する第５の工程と、
前記保護基板およびこの保護基板よりも外側の前記延出電極としての前記第１の電極層の上に前記配線の一部を重ねて形成する第６の工程と、
前記配線を前記延出電極毎に個別の配線としてエッチングによりパターニングする第７の工程と、
を経ることを特徴とする。
この構成によれば、延出電極に対応する部分の第１の電極層が除去されるため、当該第１の電極層のサイドエッチによる不具合が生じない。したがって、リード電極と配線の導通がより確実となり、接触不良等の不具合が抑制される。その結果、圧電素子の信頼性の向上が図れる。
上記構成において、前記第６の工程が、
前記第１の電極層の上に前記配線の第１の配線層を形成する工程と、
前記第１の配線層上に前記配線の第２の配線層を形成する工程と、
を含むものとすることができる。
また、本発明は、対をなす電極層および圧電体層からなる圧電素子本体が、圧力室の一部を区画する振動板上に形成されると共にこの振動板上に積層される保護基板の内部の収容空部内に収容され、前記圧電素子本体の電極層に導通するリード電極が前記収納空部内から前記保護基板の外部の前記振動板上に延出電極として延出され、この延出電極に、前記保護基板上に配置された駆動回路と導通する配線が電気的に接続される圧電素子を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記支持体上およびこの支持体上の前記圧電素子本体上に、前記リード電極の第１の電極層を形成する第１の工程と、
前記第１の電極層上に前記リード電極の第２の電極層を形成する第２の工程と、
前記延出電極に対応する部分のうち前記第１の電極層を残して前記第２の電極層をエッチングにより除去する第３の工程と、
前記第１の電極層を、前記圧電素子本体に対応した個別の延出電極としてエッチングによりパターニングする第４の工程と、
前記圧電素子本体が前記収容空部内に収容されると共に前記延出電極が前記支持体上における前記保護基板よりも外側に位置する状態で前記支持板上に前記保護基板を接合する第５の工程と、
前記保護基板およびこの保護基板よりも外側の前記延出電極としての前記第１の電極層の上に前記配線の一部を重ねて形成する第６の工程と、
前記配線を前記延出電極毎に個別の配線としてエッチングによりパターニングする第７の工程と、
を経ることを特徴とする。
そして、本発明は、対をなす電極層および圧電体層からなる圧電素子本体が、圧力室の一部を区画する振動板上に形成されると共にこの振動板上に積層される保護基板の内部の収容空部内に収容され、前記圧電素子本体の電極層に導通するリード電極が前記収納空部内から前記保護基板の外部の前記振動板上に延出電極として延出され、この延出電極に、前記保護基板上に配置された駆動回路と導通する配線が電気的に接続される圧電素子を有する液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置の製造方法であって、
前記支持体上およびこの支持体上の前記圧電素子本体上に、前記リード電極の第１の電極層を形成する第１の工程と、
前記第１の電極層上に前記リード電極の第２の電極層を形成する第２の工程と、
前記延出電極に対応する部分のうち前記第１の電極層を残して前記第２の電極層をエッチングにより除去する第３の工程と、
前記第１の電極層を、前記圧電素子本体に対応した個別の延出電極としてエッチングによりパターニングする第４の工程と、
前記圧電素子本体が前記収容空部内に収容されると共に前記延出電極が前記支持体上における前記保護基板よりも外側に位置する状態で前記支持板上に前記保護基板を接合する第５の工程と、
前記保護基板およびこの保護基板よりも外側の前記延出電極としての前記第１の電極層の上に前記配線の一部を重ねて形成する第６の工程と、
前記配線を前記延出電極毎に個別の配線としてエッチングによりパターニングする第７の工程と、
を経ることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために提案される本発明は、以下の構成を備えたものであってもよい。
すなわち、対をなす電極層および圧電体層からなる圧電素子本体が、支持体上に形成されると共にこの支持体上に積層される保護基板の内部の収容空部内に収容され、前記圧電素子本体の電極層に導通するリード電極が前記収容空部内から前記保護基板より外側の前記支持体上に延出電極として延出され、この延出電極に、前記保護基板上に配置された駆動回路と導通する配線が電気的に接続される圧電素子の製造方法であって、
前記支持体上およびこの支持体上の前記圧電素子本体上に、前記リード電極の第１の電極層を形成する第１の工程と、
前記第１の電極層上に前記リード電極の第２の電極層を形成する第２の工程と、
前記延出電極に対応する部分のうち前記第１の電極層を残して前記第２の電極層をエッチングにより除去する第３の工程と、
前記第１の電極層を、前記圧電素子本体に対応した個別の延出電極としてエッチングによりパターニングする第４の工程と、
前記圧電素子本体が前記収容空部内に収容されると共に前記延出電極が前記支持体上における前記保護基板よりも外側に位置する状態で前記支持体上に前記保護基板を接合する第５の工程と、
前記保護基板およびこの保護基板よりも外側の前記延出電極としての前記第１の電極層の上に前記配線の一部を重ねて形成する第６の工程と、
前記配線を前記延出電極毎に個別の配線としてエッチングによりパターニングする第７の工程と、
を経ることを特徴とする。
この構成によれば、延出電極に対応する部分の第２の電極層が除去されるため、当該第２の電極層のサイドエッチによる不具合が生じない。したがって、リード電極と配線の導通がより確実となり、接触不良等の不具合が抑制される。その結果、圧電素子の信頼性の向上が図れる。
上記構成において、前記第６の工程が、
前記第１の電極層の上に前記配線の第１の配線層を形成する工程と、
前記第１の配線層上に前記配線の第２の配線層を形成する工程と、
を含むものとすることができる。
また、本発明は、対をなす電極層および圧電体層からなる圧電素子本体が、圧力室の一部を区画する振動板上に形成されると共にこの振動板上に積層される保護基板の内部の収容空部内に収容され、前記圧電素子本体の電極層に導通するリード電極が前記収容空部内から前記保護基板の外部の前記振動板上に延出電極として延出され、この延出電極に、前記保護基板上に配置された駆動回路と導通する配線が電気的に接続される圧電素子を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記支持体上およびこの支持体上の前記圧電素子本体上に、前記リード電極の第１の電極層を形成する第１の工程と、
前記第１の電極層上に前記リード電極の第２の電極層を形成する第２の工程と、
前記延出電極に対応する部分のうち前記第１の電極層を残して前記第２の電極層をエッチングにより除去する第３の工程と、
前記第１の電極層を、前記圧電素子本体に対応した個別の延出電極としてエッチングによりパターニングする第４の工程と、
前記圧電素子本体が前記収容空部内に収容されると共に前記延出電極が前記支持体上における前記保護基板よりも外側に位置する状態で前記支持体上に前記保護基板を接合する第５の工程と、
前記保護基板およびこの保護基板よりも外側の前記延出電極としての前記第１の電極層の上に前記配線の一部を重ねて形成する第６の工程と、
前記配線を前記延出電極毎に個別の配線としてエッチングによりパターニングする第７の工程と、
を経ることを特徴とする。
そして、本発明は、対をなす電極層および圧電体層からなる圧電素子本体が、圧力室の一部を区画する振動板上に形成されると共にこの振動板上に積層される保護基板の内部の収容空部内に収容され、前記圧電素子本体の電極層に導通するリード電極が前記収容空部内から前記保護基板の外部の前記振動板上に延出電極として延出され、この延出電極に、前記保護基板上に配置された駆動回路と導通する配線が電気的に接続される圧電素子を有する液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置の製造方法であって、
前記支持体上およびこの支持体上の前記圧電素子本体上に、前記リード電極の第１の電極層を形成する第１の工程と、
前記第１の電極層上に前記リード電極の第２の電極層を形成する第２の工程と、
前記延出電極に対応する部分のうち前記第１の電極層を残して前記第２の電極層をエッチングにより除去する第３の工程と、
前記第１の電極層を、前記圧電素子本体に対応した個別の延出電極としてエッチングによりパターニングする第４の工程と、
前記圧電素子本体が前記収容空部内に収容されると共に前記延出電極が前記支持体上における前記保護基板よりも外側に位置する状態で前記支持体上に前記保護基板を接合する第５の工程と、
前記保護基板およびこの保護基板よりも外側の前記延出電極としての前記第１の電極層の上に前記配線の一部を重ねて形成する第６の工程と、
前記配線を前記延出電極毎に個別の配線としてエッチングによりパターニングする第７の工程と、
を経ることを特徴とする。
プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。 振動板上における圧電素子の主にリード電極近傍の構成を説明する平面図である。 図２における領域Ａの拡大図である。 第１の比較例における製造方法を説明する工程図である。 第１の比較例における製造方法を説明する工程図である。 第２の比較例における製造方法を説明する工程図である。 第２の比較例における製造方法を説明する工程図である。 本発明に係る製造方法を説明する工程図である。 本発明に係る製造方法を説明する工程図である。 従来のリード電極の延出電極と配線との接合部分の構成を説明する断面図である。
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明では、本発明に係る圧電素子として、液体吐出ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を搭載した液体吐出装置の一種であるインクジェット式プリンター（以下、プリンター）においてインクを吐出するためのアクチュエーターとして用いた場合の例を挙げる。
プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２の表面に対してインクを吐出して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、記録ヘッド３、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送する搬送機構６等を備えている。ここで、上記のインクは、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３に対して着脱可能に装着される。なお、インクカートリッジがプリンターの本体側に配置され、当該インクカートリッジからインク供給チューブを通じて記録ヘッドに供給される構成を採用することもできる。
図２は、本実施形態の記録ヘッド３の構成を示す要部断面図である。また、図３は、振動板２１上における圧電素子３２の主にリード電極４５近傍の構成を説明する平面図である。さらに、図４は、図２中の領域Ａの拡大図であり、図３におけるＸ−Ｘ線における断面図である。なお、図３は、圧力室２２の長手方向（ノズル列方向に直交する方向）の一端部に対応する部分を図示している。本実施形態における記録ヘッド３は、圧力発生ユニット１４および流路ユニット１５を備え、これらの部材が積層された状態でケース１８に取り付けて構成されている。
ケース１８は、合成樹脂製の箱体状部材であり、その内部にはインク導入路１９が形成されている。流路ユニット１５は、複数のノズル２２を列状に開設したノズルプレート２１及び液体供給流路２５が形成された連通基板２４を有している。列設された複数のノズル２２（ノズル列）は、一端側のノズル２２から他端側のノズル２２までドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で、主走査方向に直交する副走査方向に沿って設けられている。
圧力発生ユニット１４は、圧力室３０が形成された圧力室形成基板２９、振動板３１、圧電素子３２、保護基板３３及び駆動ＩＣ３４が積層されてユニット化されている。圧力室形成基板２９は、例えばシリコン単結晶基板からなり、複数の圧力室３０がノズルプレート２１の各ノズル２２に対応して複数形成されている。この圧力室３０は、ノズル列方向に直交する方向に長尺な空部である。図４に示すように、圧力室形成基板２９の上面（連通基板２４との接合面とは反対側の面）には、圧力室３０の上部開口を封止する状態で振動板３１が形成されている。この振動板３１は、例えば、圧力室形成基板２９の上面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる弾性膜と、この弾性膜上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜と、から成る。そして、この絶縁膜（振動板３１）上における各圧力室３０に対応する位置に圧電素子３２がそれぞれ形成されている。
本実施形態の圧電素子３２は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子３２は、振動板３１（本発明における支持体に相当）上に、下電極層３９、圧電体層４０及び上電極層４１が順次積層されてなる。本実施形態では、下電極層３９が個々の圧力室３０毎に独立して設けられる一方、上電極層４１が複数の圧力室３０に亘って連続して設けられている。したがって、下電極層３９は、圧力室３０毎の個別電極となり、上電極層４１は、各圧力室３０に共通な共通電極となる。なお、図４に示すように、圧電素子３２の端部には、下電極層３９と導通されてリード電極４５の一部となる上電極層４１ｂが、パターニングにより共通電極となる上電極層４１ａと分離されて且つ各下電極層３９に対応して個別に形成されている。そして、対をなす下電極層３９と上電極層４１ａとの間に圧電体層４０が挟まれた領域が、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる能動部となる。なお、下電極層を複数の圧力室に亘って連続して形成することで共通電極とし、上電極層を個々の圧力室毎に独立して設けることで個別電極とすることもできる。
また、本実施形態における圧電素子３２において、対をなす下電極層３９および上電極層４１の間に圧電体層４０が挟まれた部分であって、後述する保護基板３３の収容空部３６内に収容される部分が、本発明における圧電素子本体に相当する。
上電極層４１上には、密着層４３を介して金属層４２が形成されている。この金属層４２は、錘部４２ａおよびリード電極層４２ｂの２つの部位を含む。錘部４２ａは、共通電極となる上電極層４１ａ上であって、圧電素子ｂ３２の能動部の端部領域に形成されている。これにより、応力が集中し易い能動部の端部領域の剛性を高めることができ、圧電素子３２にクラック等の損傷が生じることを抑制できる。リード電極層４２ｂおよび密着層４３は、上電極層４１ｂと同様に個別電極である下電極層３９毎に対応してパターニングされており、それぞれ対応する下電極層３９に導通されている。本実施形態においては、上電極層４１ｂ、密着層４３（本発明における第１の電極層に相当）、およびリード電極層４２ｂ（本発明における第２の電極層に相当）によりリード電極４５が構成されている。なお、圧電体層４０の端部における上面は、下電極層３９側に向けて下り傾斜しており、この斜面に沿ってリード電極層４２ｂ、密着層４３、及び上電極層４１ｂが圧電体層４０の外側の下電極層３９上まで延在している。このうち、リード電極層４２ｂおよび上電極層４１ｂは、後述する収容空部３６内に形成されている。これに対し、密着層４３は、上電極層４１ｂおよびリード電極層４２ｂの端部よりも圧力室３０の長手方向外側に延出して、振動板３１上において下電極層３９と共に保護基板３３の外側まで形成されている。
なお、上電極層４１および下電極層３９としては、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の各種金属や、これらの合金等が用いられる。合金電極の一例として、ＬａＮｉＯ３等が挙げられる。また、圧電体層４０としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その他、チタン酸バリウムなどの非鉛材料も用いることが可能である。さらに、金属層４２（錘部４２ａおよびリード電極層４２ｂ）としては、金（Ａｕ）或は銅（Ｃｕ）等が用いられ、密着層４３としては、チタン、ニッケル、クロム、及び、これらの合金等が用いられる。本実施形態におけるリード電極４５の密着層４３は、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）から作製され、金属層４２（錘部４１ａ，リード電極層４２ｂ）は、金（Ａｕ）から作製されている。そして、密着層４３も導電性を有し、電極材の一部として機能する。
圧電素子３２やリード電極４５を構成する各層が積層された振動板３１には、圧電素子３２を収容可能な収容空部３６を有する保護基板３３が接着剤等により接合されている。この保護基板３３は、下面（振動板３１側の面）が開口した箱体状の部材であり、シリコン基板や合成樹脂等により作製されている。保護基板３３内の収容空部３６は、保護基板３３の下面側から上面側（ケース１８側）に向けて保護基板３３の高さ方向途中まで形成された窪みである。保護基板３３は、収容空部３６内に圧電素子３２の大部分（すなわち圧電素子本体）を収容した状態で、この収容空部３６を区画している側壁４７の下端面を、下電極層３９および密着層４３等を間に介して振動板３１上に接着剤等によって（間接的に）接合される。なお、図３において一点鎖線で囲まれた領域が、保護基板３３の側壁４７が接合される部分である。そして、圧電素子本体側とはこの部分を挟んで圧電素子本体側とは反対側（図中右側）に延びた密着層４３が、圧電素子３２毎に対応した延出電極４５′である。
本実施形態の保護基板３３の上面には、圧電素子３２の駆動に係る駆動ＩＣ３４が取り付けられている。駆動ＩＣ３４は、個別電極に電気的に接続される図示しない個別端子を複数備えている。駆動ＩＣ３４の各端子は、保護基板３３の表面に形成された配線４６を介して、振動板３１上の保護基板３３よりも外側の領域における下電極層３９上に延出されたリード電極４５の延出電極４５′にそれぞれ電気的に接続されている。この配線４６は、保護基板３３に対する密着性を確保するための配線密着層４８（本発明における第１の配線層に相当）と、金属層である配線金属層４９（本発明における第２の配線層に相当）とにより構成されている。本実施形態において、配線密着層４８は、チタン−タングステン（ＴｉＷ）から作製され、配線金属層４９は、金（Ａｕ）から作製されている。配線密着層４８も導電性を有し、配線材の一部として機能する。本実施形態の保護基板３３の上面は、リード電極４５側の端部において、駆動ＩＣ３４が実装される面から振動板３１の上面に向けて下り傾斜している。そして、保護基板３３の上面であって駆動ＩＣ３４の一側（傾斜面側）の端子が接続された領域から、傾斜面、及び、振動板３１上のリード電極４５の密着層４３が形成された領域に亘って配線４６が形成されている。この配線４６によって、駆動ＩＣ３４の端子と対応するリード電極４５の密着層４３の延出電極４５′とが電気的に接続される。なお、配線４６とリード電極４５との接続部分についての詳細は後述する。
そして、記録ヘッド３は、インクカートリッジ７からのインクをインク導入路１９及び液体供給流路２５を介して圧力室３０に導入し、制御部からの駆動信号（駆動電圧）を、駆動ＩＣ３４を介して圧電素子３２に印加することで、圧電素子３２を駆動させて圧力室３０に圧力変動を生じさせる。この圧力変動を利用することでノズル２２からインク滴を吐出させる。
ここで、従来の記録ヘッドでは、圧電素子のリード電極を構成する密着層と金属層がともに振動板上において保護基板の外側に対応する位置まで延出され、この延出部分に駆動ＩＣからの配線が接続されていた。しかしながら、リード電極の延出部分の上に重ねて配線密着層および配線金属層を順次形成する過程で、リード電極の金属層にサイドエッチ（或はアンダーカットともいう。）が生じてしまい、金属層が密着層から剥離しやすくなる、という問題が生じていた。これに対し、本実施形態においては、リード電極４５と配線４６を形成する工程を工夫することで、上記問題を解消している。以下、この点について説明する。
まず、第１の比較例としての製造方法について説明する。
図５および図６は、第１の比較例の製造方法でリード電極４５および配線４６を形成する工程を説明する図であり、リード電極４５と配線４６との接合部分（すなわち、リード電極４５の延出電極４５′に対応する部分）における配線幅方向の断面図（図３におけるＹ−Ｙ線断面に相当）である。なお、これらの図において、振動板３１、下電極層３９、および保護基板３３等、他の部材の図示は省略されている。また、以下の工程は、振動板３１上に圧電素子３２の本体部分（下電極層３９、圧電体層４０、および上電極層４１）が形成された後に行われる（後述する他の製造方法も同様）。
まず、圧電素子３２の本体部分が形成された振動板３１上に、図５（ａ）に示すように、リード電極４５の密着層４３（例えば、ＮｉＣｒの層。後述する製造方法においても同様。）および金属層４２（例えば、Ａｕの層。後述する製造方法においても同様。）が順に成膜される。ここで、リード電極４５の延出電極４５′に対応する部分においては、振動板３１上に形成された下電極層３９の上に重ねて密着層４３および金属層４２が形成される。続いて、図５（ｂ）に示すように、レジストの塗布、第１のマスクを介した露光、および現像を経て、レジスト層５０ａが金属層４２上に形成される。この第１のマスクは、金属層４２を、錘部４２ａおよびリード電極層４２ｂ等にパターニングするためのマスクである。そして、図５（ｃ）に示すように、金属層４２に対してはヨウ化カリウムを含む溶液（あるいは王水系溶液またはＮａＣＮ系溶液）等のエッチング溶液（以下、第１のエッチング溶液という。）および密着層４３に対しては硝酸セリウムアンモニウムを含むエッチング溶液（以下、第２のエッチング溶液という。）によるウェットエッチング加工（以下、適宜、単にエッチング加工という。）によって金属層４２および密着層４３がパターニングされる（同図は、レジスト層５０ａの除去後の状態を示す。以下、レジスト層の除去の説明については省略する。）。この比較例１では、リード電極４５の延出電極４５′は、密着層４３およびリード電極層４２ｂにより構成される。このエッチングの工程において、金属層４２にサイドエッチＳＥが生じる。以上の工程を経てリード電極４５が形成される。なお、図面には現れていないが、密着層４３を他に露出させる部分があり、このためのリード電極層４２ｂのパターニングが、その後、第２のマスクを用いて行われる。
続いて、収容空部３６内に圧電素子本体を収容すると共にリード電極４５の延出電極４５′が、振動板３１上において保護基板３３の外側に延出された状態で側壁４７の下端面が、圧電素子本体やリード電極４５が形成された振動板３１上に接着剤等によって接合される。その後、保護基板３３上に取り付けられる駆動ＩＣ３４の各端子と各々対応するリード電極４５とを接続する配線４６を形成する工程に移る。具体的には、まず、図５（ｄ）に示すように、配線密着層４８（例えば、ＴｉＷの層。後述する製造方法においても同様。）と配線金属層４９（例えば、Ａｕの層。後述する製造方法においても同様。）がスパッタ法により、振動板３１上の保護基板３３の表面、及び、この保護基板３３よりも外側の領域に順次成膜される。続いて、図５（ｅ）に示すように、配線形状に応じたマスク（第３のマスク）が用いられてレジスト層５０ｂが配線金属層４９上に形成される。そして、図６（ａ）に示すように、第１のエッチング溶液を用いたエッチング加工によって配線金属層４９がパターニングされる。次に、図６（ｂ）に示すように、パターニング後の配線金属層４９をマスクとして、例えば過酸化水素水を含むエッチング溶液（以下、第３のエッチング溶液という。）によるエッチング加工によって配線密着層４８がパターニングされる。以上の工程を経て配線４６が形成され、リード電極４５の延出電極４５′に配線４６が積層されて両者が電気的に接続される。この第１の比較例では、金属層４２および密着層４３をパターニングする工程で金属層４２にサイドエッチＳＥが生じるが、配線金属層４９のパターニングと、配線密着層４８のパターニングとを別工程とすることで、金属層４９のパターニング時にリード電極層４２ｂのサイドエッチＳＥが進むことが防止される。
次に、第２の比較例としての製造方法について説明する。
図７および図８は、第２の比較例の製造方法でリード電極４５および配線４６を形成する工程を説明する図である。
まず、図７（ａ）に示すように、圧電素子３２の本体部分が形成された振動板３１上に、リード電極４５の密着層４３および金属層４２が順に成膜される。続いて、図７（ｂ）に示すように、第１のマスクが用いられてレジスト層５０ｃが金属層４２上に形成される。そして、図７（ｃ）に示すように、第１のエッチング溶液によるエッチング加工によって金属層４２がパターニングされて、延出電極４５′に対応する部分にリード電極層４２ｂが形成される。次に、図７（ｄ）に示すように、上記第１のマスクよりもリード電極４５に対応する開口の幅が僅かに広い第１′のマスクが使用され、パターニング後のリード電極層４２ｂの上面および側面を覆うレジスト層５０ｄが形成される。続いて、図７（ｅ）に示すように、第２のエッチング溶液によるエッチング加工によって密着層４３がパターニングされる。この際、リード電極層４２ｂの側面がレジスト層５０ｄにより覆われているため、このリード電極層４２ｂに対するサイドエッチの発生が抑制される。以上の工程を経てリード電極４５が形成される。この第２の比較例では、リード電極４５の延出電極４５′は、密着層４３およびリード電極層４２ｂにより構成される。その後、図面には現れない部分において密着層４３を露出させるため第２のマスクを用いてパターニングが行われる。
続いて、収容空部３６内に圧電素子本体を収容すると共にリード電極４５の延出電極４５′が、振動板３１上において保護基板３３の外側に延出された状態で側壁４７の下端面が振動板３１上に接着剤等によって接合される。次に、図７（ｆ）に示すように、配線密着層４８と配線金属層４９とがスパッタ法等により順次成膜される。続いて、図８（ａ）に示すように、配線形状に応じたマスク（第３のマスク）が用いられてレジスト層５０ｅが配線金属層４９上に形成される。そして、図８（ｂ）に示すように、第１のエッチング溶液によるエッチング加工によって配線金属層４９がパターニングされる。次に、図８（ｃ）に示すように、パターニング後の配線金属層４９をマスクとして、第３のエッチング溶液によるエッチング加工によって配線密着層４８がパターニングされる。以上の工程を経て配線４６が形成され、リード電極４５の延出電極４５′に配線４６が積層されて両者が電気的に接続される。
この第２の比較例の製造方法では、リード電極層４２ｂに生じるサイドエッチを確実に抑制することが可能であるが、第１の比較例の製造方法と比較して、上記第１′のマスクの分だけマスクをより多く必要とする。
最後に、本発明に係る製造方法について説明する。
図９および図１０は、本発明に係る製造方法でリード電極４５および配線４６を形成する工程を説明する図であり、図５乃至図８と同様に、リード電極４５と配線４６との接合部分（すなわち、密着層４３の延出電極４５′に対応する部分）における配線幅方向の断面図である。
まず、図９（ａ）に示すように、圧電素子３２の本体部分が形成された振動板３１上に、リード電極４５の密着層４３（本発明における第１の電極層に相当）を成膜する工程（本発明における第１の工程に相当）と、この密着層４３の上に金属層４２（本発明における第２の電極層に相当）を成膜する工程（本発明における第２の工程に相当）と、が順次行われる。続いて、マスクＡが用いられて図示しないレジスト層が金属層４２上に形成され、第１のエッチング溶液によるウェットエッチング加工によって金属層４２がパターニングされる。このマスクＡは、上記比較例の第１のマスクと異なり、延出電極４５′に対応する金属層４２（リード電極層４２ｂ）を除去するパターンに対応したものである。このため、この工程では、保護基板３３の側壁４７の下端面が接合される部分と、図９（ｂ）に示すように、振動板３１上において保護基板３３より外側に対応する部分（延出電極４５′に対応する部分を含む。）の金属層４２が除去される（本発明における第３の工程に相当）。なお、保護基板３３の収容空部３６内のリード電極４５に対応する部分には、金属層４２（リード電極層４２ｂ）が下電極層３９毎に対応して残される（つまりパターニングされる）。次に、図９（ｃ）に示すように、マスクＢを用いて密着層４３上にレジスト層５０ｆが形成され、続いて、図９（ｄ）に示すように、第２のエッチング溶液によるエッチング加工によって密着層４３がパターニングされる（本発明における第４の工程に相当）。このマスクＢは、上記比較例の第１のマスクに対応したマスクである。これにより、振動板３１上における保護基板３３よりも外側に対応する部分の下電極層３９上には、密着層４３からなる延出電極４５′が形成される。
続いて、収容空部３６内に圧電素子本体が収容されると共に密着層４３のみからなる延出電極４５′が保護基板３３よりも外側に延出した状態で側壁４７の下端面が振動板３１上に接着剤等によって接合される（本発明における第５の工程に相当）。次に、図９（ｅ）に示すように、配線密着層４８（本発明における第１の配線層に相当）と配線金属層４９（本発明における第２の配線層に相当）がスパッタ法により、振動板３１上の保護基板３３の表面、及び、この保護基板３３よりも外側の領域に順次成膜される（本発明における第６の工程に相当）。これにより、密着層４３からなる延出電極４５′の上に、配線４６となる層が一部重なる。続いて、図１０（ａ）に示すように、配線形状に対応したマスクＣを用いてレジスト層５０ｇが配線金属層４９上に形成される。このマスクＣは、上記比較例における第３のマスクに対応するものである。そして、図１０（ｂ）に示すように、第１のエッチング溶液によるエッチング加工によって配線金属層４９がパターニングされる（本発明における第７の工程に相当）。次に、図１０（ｃ）に示すように、パターニング後の配線金属層４９をマスクとして、第３のエッチング溶液によるエッチング加工によって配線密着層４８がパターニングされる（本発明における第７の工程に相当）。以上の工程を経て配線４６が形成され、リード電極４５の密着層４３からなる延出電極４５′に対し、配線４６が積層されて両者が電気的に接続される。
この本発明に係る製造方法では、延出電極４５′に対応する部分のリード電極層４２ｂが除去されるため、当該リード電極層４２ｂのサイドエッチによる不具合が生じない。したがって、リード電極４５と配線４６の導通がより確実となり、接触不良等の不具合が抑制される。その結果、圧電素子３２の信頼性を向上させることが可能となる。また、使用するマスクがＡ乃至Ｃの３種類であり、上記各比較例の製造方法と比較してマスクの増大を招くことがない。
なお、上記した実施形態では、本発明に係る液体吐出装置として、インクジェットプリンターに搭載されるインクジェット式記録ヘッドを例示したが、インク以外の液体を吐出するものにも適用することができる。例えば、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吐出ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材吐出ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物吐出ヘッド等を備えた液体吐出装置にも本発明を適用することができる。
また、本発明は、液体吐出ヘッド或は液体吐出装置にアクチュエーターとして用いられるものには限られず、例えば、各種センサー等に使用される圧電素子等にも適用することができる。
１…プリンター，３…記録ヘッド，１４…圧力発生ユニット，１５…流路ユニット，２１…ノズルプレート，２２…ノズル，２４…連通基板，２５…液体供給流路，２９…圧力室形成基板，３０…圧力室，３１…振動板，３２…圧電素子，３３…保護基板，３４…駆動ＩＣ，３６…収容空部，３９…下電極層，４０…圧電体層，４１…上電極層，４２…金属層，４２ｂ…リード電極層，４５…リード電極，４５′…延出電極，４６…配線，４８…配線密着層，４９…配線金属層，５０…レジスト層

Claims (4)

  1. 対をなす電極層および圧電体層からなる圧電素子本体が、支持体上に形成されると共にこの支持体上に積層される保護基板の内部の収容空部内に収容され、前記圧電素子本体の電極層に導通するリード電極が前記収容空部内から前記保護基板より外側の前記支持体上に延出電極として延出され、この延出電極に、前記保護基板上に配置された駆動回路と導通する配線が電気的に接続される圧電素子の製造方法であって、
    前記支持体上およびこの支持体上の前記圧電素子本体上に、前記リード電極の第１の電極層を形成する第１の工程と、
    前記第１の電極層上に前記リード電極の第２の電極層を形成する第２の工程と、
    前記延出電極に対応する部分のうち前記第１の電極層を残して前記第２の電極層をエッチングにより除去する第３の工程と、
    前記第１の電極層を、前記圧電素子本体に対応した個別の延出電極としてエッチングによりパターニングする第４の工程と、
    前記圧電素子本体が前記収容空部内に収容されると共に前記延出電極が前記支持体上における前記保護基板よりも外側に位置する状態で前記支持体上に前記保護基板を接合する第５の工程と、
    前記保護基板およびこの保護基板よりも外側の前記延出電極としての前記第１の電極層の上に前記配線の一部を重ねて形成する第６の工程と、
    前記配線を前記延出電極毎に個別の配線としてエッチングによりパターニングする第７の工程と、
    を経ることを特徴とする圧電素子の製造方法。
  2. 前記第６の工程は、
    前記第１の電極層の上に前記配線の第１の配線層を形成する工程と、
    前記第１の配線層上に前記配線の第２の配線層を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の製造方法。
  3. 対をなす電極層および圧電体層からなる圧電素子本体が、圧力室の一部を区画する振動板上に形成されると共にこの振動板上に積層される保護基板の内部の収容空部内に収容され、前記圧電素子本体の電極層に導通するリード電極が前記収容空部内から前記保護基板の外部の前記振動板上に延出電極として延出され、この延出電極に、前記保護基板上に配置された駆動回路と導通する配線が電気的に接続される圧電素子を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記支持体上およびこの支持体上の前記圧電素子本体上に、前記リード電極の第１の電極層を形成する第１の工程と、
    前記第１の電極層上に前記リード電極の第２の電極層を形成する第２の工程と、
    前記延出電極に対応する部分のうち前記第１の電極層を残して前記第２の電極層をエッチングにより除去する第３の工程と、
    前記第１の電極層を、前記圧電素子本体に対応した個別の延出電極としてエッチングによりパターニングする第４の工程と、
    前記圧電素子本体が前記収容空部内に収容されると共に前記延出電極が前記支持体上における前記保護基板よりも外側に位置する状態で前記支持体上に前記保護基板を接合する第５の工程と、
    前記保護基板およびこの保護基板よりも外側の前記延出電極としての前記第１の電極層の上に前記配線の一部を重ねて形成する第６の工程と、
    前記配線を前記延出電極毎に個別の配線としてエッチングによりパターニングする第７の工程と、
    を経ることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
  4. 対をなす電極層および圧電体層からなる圧電素子本体が、圧力室の一部を区画する振動板上に形成されると共にこの振動板上に積層される保護基板の内部の収容空部内に収容され、前記圧電素子本体の電極層に導通するリード電極が前記収容空部内から前記保護基板の外部の前記振動板上に延出電極として延出され、この延出電極に、前記保護基板上に配置された駆動回路と導通する配線が電気的に接続される圧電素子を有する液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置の製造方法であって、
    前記支持体上およびこの支持体上の前記圧電素子本体上に、前記リード電極の第１の電極層を形成する第１の工程と、
    前記第１の電極層上に前記リード電極の第２の電極層を形成する第２の工程と、
    前記延出電極に対応する部分のうち前記第１の電極層を残して前記第２の電極層をエッチングにより除去する第３の工程と、
    前記第１の電極層を、前記圧電素子本体に対応した個別の延出電極としてエッチングによりパターニングする第４の工程と、
    前記圧電素子本体が前記収容空部内に収容されると共に前記延出電極が前記支持体上における前記保護基板よりも外側に位置する状態で前記支持体上に前記保護基板を接合する第５の工程と、
    前記保護基板およびこの保護基板よりも外側の前記延出電極としての前記第１の電極層の上に前記配線の一部を重ねて形成する第６の工程と、
    前記配線を前記延出電極毎に個別の配線としてエッチングによりパターニングする第７の工程と、
    を経ることを特徴とする液体吐出装置の製造方法。
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