JP6569359B2 - 電子デバイス、液体噴射ヘッド、および、電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１の基板と第２の基板とが感光性樹脂からなる接合樹脂により接合された積層体を有する電子デバイス、液体噴射ヘッド、および、電子デバイスの製造方法に関するものである。

電子デバイスは、電圧の印加により変形する圧電素子等の駆動素子を備えたデバイスであり、各種の液体噴射装置や圧力・振動センサー等に応用されている。例えば、液体噴射装置では、電子デバイスを利用した液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する。この液体噴射装置としては、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噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

上記の液体噴射ヘッドは、ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成基板、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧電素子（駆動素子の一種）、及び、当該圧電素子に対して間隔を開けて配置された封止板（あるいは保護基板とも呼ばれる）等が積層された電子デバイスを備えている。このような基板同士が、間に圧電素子を収容する空間を空けた状態で接合されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このほか、各種センサー等のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）における半導体パッケージでは、配線の高密度化や小型化に対応するべく基板同士を、接合樹脂により積層した構造が採用される。上記接合樹脂は、フォトリソグラフィー工程、すなわち、基板への塗布、プリベーク（仮硬化）、露光、現像、およびポストベーク（本硬化）等の工程を経て基板上に所定の形状にパターニングされる。

近年では、液体噴射ヘッドの小型化・高密度化が進み、基板同士を接合するために必要な接合代（接着剤の接面）の確保が難しくなってきている。この点に関し、上記特許文献１に開示されている発明では、圧電素子を有する基板に接合される側の基板（面方位（１１０）のシリコン基板）において、圧電素子を収容する空間を区画する区画壁に関し、異方性エッチングにより圧電素子側ほど幅が狭くなるように断面視で三角形状となるように構成されている。この区画壁の先端部は、高弾性層に押し込まれて圧着固定されている。これにより、区画壁が圧電素子に干渉することなく、当該圧電素子を収容する空間が画成される。

特開２００２−８６７２４号公報

しかしながら、上記構成では、シリコン基板に異方性エッチングが施されることで区画壁が形成されているので、当該区画壁の寸法や形状の自由度が限られており、液体噴射ヘッド・電子デバイスのより一層の小型化・高密度化に対応することが難しいという問題があった。

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、小型化および接着信頼性を両立することが可能な電子デバイス、液体噴射ヘッド、および、電子デバイスの製造方法を提供することにある。

〔手段１〕
本発明の電子デバイスは、上記目的を達成するために提案されたものであり、駆動領域第１の面に有する第１の基板と、
感光性樹脂からなる接合樹脂により前記第１の面に接合された第２の面を有する第２の基板と、を備えた、前記接合樹脂により前記第１の面と前記第２の面との間に前記駆動領域を収容する空間が形成された電子デバイスであって、
前記接合樹脂の前記第１の面との接面が、当該接合樹脂の前記第２の面との接面よりも小さいことを特徴とする。

手段１の構成によれば、第１の基板および第２の基板を接合樹脂により接合された積層体を有する電子デバイスの小型化および接着信頼性を両立することが可能となる。すなわち、第２の基板と接合樹脂との接面と比較して駆動領域を有する第１の基板と接合樹脂との接面が小さくなることにより、第１の基板上の限られたスペースであっても駆動領域等に干渉することなく接合樹脂を配置することができる。これにより、電子デバイスの小型化・高密度化に寄与することができる。また、第２の面と接合樹脂との接面は、第１の基板側の接面よりも大きいので、接着信頼性を確保することができる。さらに、接合樹脂により第１の基板と第２の基板との間に空間を画成するので、電子デバイスの駆動領域の種々のレイアウトにも柔軟に対応することができる。

〔手段２〕
また、手段１の構成において、前記接合樹脂は、短尺方向における断面視で前記第１の面側の辺を短辺とし、前記第２の面側の辺を長辺とした台形状を呈する構成を採用することが望ましい。

手段２の構成によれば、接合樹脂の断面形状が第１の面側の辺を短辺とし、第２の面側の辺を長辺とした台形状を呈することで、接合樹脂の第１の面との接面が、当該接合樹脂の第２の面との接面よりも小さくなる。

〔手段３〕
また、上記手段１または手段２の構成に関し、前記第２の基板の厚さが、前記第１の基板の厚さよりも薄い構成を採用することが望ましい。

手段３の構成によれば、工程の増加を招くことなく接合樹脂の第１の面との接面が第２の面との接面よりも小さい構成、換言すると、接合樹脂の第２の面との接面が第１の面との接面よりも大きい構成を実現することができる。すなわち、第２の基板の厚さが、第１の基板の厚さよりも薄いことで、第１の基板および第２の基板を介して力（荷重）および熱を付与しつつ接合樹脂を硬化させる工程において第１の基板から接合樹脂への伝熱量よりも第２の基板から接合樹脂への伝熱量を増加させることができる。これにより、接合樹脂が硬化する過程において一時的に軟化した際に当該接合樹脂の第２の基板側ほど変形しやすくなり、その結果、接合樹脂の第２の面との接面が、当該接合樹脂の第１の面との接面よりも大きくなる。

〔手段４〕
また、本発明の液体噴射ヘッドは、手段１乃至手段３の何れか一の電子デバイスを備え、
圧電素子によって前記駆動領域を駆動することにより、前記第１の基板に形成された圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動により前記圧力室に通じるノズルから液体を噴射させることを特徴とする。

この構成によれば、小型化および接着信頼性を両立することが可能な電子デバイスを備えるので、より小型で信頼性の高い液体噴射ヘッドを提供することができる。

〔手段５〕
そして、本発明の電子デバイスの製造方法は、駆動領域を第１の面に有する第１の基板と、感光性樹脂からなる接合樹脂により前記第１の面に接合された第２の面を有する第２の基板と、を備え、前記接合樹脂により、前記第１の面と前記第２の面との間に前記駆動領域を収容する空間が形成された電子デバイスの製造方法であって、
前記第１の基板の前記第１の面に、前記接合樹脂となる感光性樹脂材料を塗布する塗布工程と、
加熱することにより前記感光性樹脂材料の硬化が進められる仮硬化工程と、
前記感光性樹脂材料が、露光および現像を経てパターニングされるパターニング工程と、
前記第１の面と前記第２の面との間に前記感光性樹脂材料が挟まれた状態で前記第１の基板と前記第２の基板とが接合される接合工程と、
前記第１の基板と前記第２の基板が前記接合樹脂を挟む方向の力が維持された状態で加熱されることにより、前記接合樹脂の硬化が進められる本硬化工程と、
を含み、
前記本硬化工程における前記第２の基板から前記接合樹脂への伝熱量が、前記第１の基板から前記接合樹脂への伝熱量よりも大きいことを特徴とする。

手段５の方法によれば、本硬化工程における第２の基板から接合樹脂への伝熱量が、第１の基板から接合樹脂への伝熱量よりも大きいので、接合樹脂が硬化する過程において一時的に軟化した際に当該接合樹脂の第２の基板側ほど変形しやすくなり、その結果、接合樹脂の第２の面との接面が、当該接合樹脂の第１の面との接面よりも大きくなる。換言すると、第２の基板と接合樹脂との接面と比較して駆動領域を有する第１の基板と接合樹脂との接面が小さくなることにより、第１の基板上の限られたスペースであっても駆動領域等に干渉することなく接合樹脂を配置することができる。これにより、基板における構造体および接合樹脂の高密度化が可能となり、電子デバイスの小型化・高密度化に寄与することができる。また、第２の面と接合樹脂との接面は、第１の基板側の接面よりも大きいので、接着信頼性を確保することができる。

〔手段６〕
上記手段５の方法において、前記塗布工程は、前記接合樹脂となる第１の感光性樹脂材料が前記第１の面に塗布される第１の塗布工程と、前記接合樹脂となる第２の感光性樹脂が前記第１の感光性樹脂材料に重ねて塗布される第２の塗布工程とを有し、
前記仮硬化工程は、前記第１の塗布工程の後、前記第１の感光性樹脂材料の硬化が進められる第１の仮硬化工程と、前記第２の塗布工程の後、前記第１の感光性樹脂材料および前記第２の感光性樹脂材料の硬化が進められる第２の仮硬化工程とを有することが望ましい。

手段６の方法によれば、第１の基板側の第１の感光性樹脂材料が、第１の仮硬工程および第２の仮硬化工程を経ることで、本硬化工程の時点で第２の基板側の第２の感光性樹脂材料よりも硬化度が高くなる。これにより、本硬化工程において力（荷重）および熱が付与された際の変形が抑えられ、第１の基板における所定の位置に精度良く第１の感光性樹脂材料が形成される。その結果、電子デバイスの一層の小型化・微細化に対応することが可能となる。

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断面図である。 電子デバイスの要部を拡大した断面図である。 電子デバイスの製造工程を説明する模式図である。 電子デバイスの製造工程を説明する模式図である。

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、以下においては、本発明に係る電子デバイスを備えた液体噴射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）を搭載した液体噴射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）を例に挙げて説明する。

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（液体の一種）を吐出・噴射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。

上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。したがってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。キャリッジ４の主走査方向の位置は、図示しないリニアエンコーダーによって検出される。リニアエンコーダーは、その検出信号、即ち、エンコーダーパルスをプリンター１の制御部に送信する。

次に記録ヘッド３について説明する。図２は、記録ヘッド３の構成を説明する断面図である。図３は、図２における領域Ａの拡大図であり、記録ヘッド３に組み込まれた電子デバイス１４の要部を拡大した断面図である。本実施形態における記録ヘッド３は、図２に示すように、電子デバイス１４および流路ユニット１５が積層された状態でヘッドケース１６に取り付けられている。なお、便宜上、各部材の積層方向を上下方向として説明する。

ヘッドケース１６は、合成樹脂製の箱体状部材であり、その内部には各圧力室３０にインクを供給するインク導入路１８がケースの高さ方向を貫通して形成されている。このインク導入路１８は、流路ユニット１５の共通液室２５と連通し、インクカートリッジ７側からのインクを共通液室２５に供給する流路である。また、ヘッドケース１６の下面側には、当該下面からヘッドケース１６の高さ方向の途中まで直方体状に窪んだ収容空間１７が形成されている。後述する流路ユニット１５がヘッドケース１６の下面に位置決めされた状態で接合されると、連通基板２４上に積層された電子デバイス１４（圧力室形成基板２９、封止板３３等）が収容空間１７内に収容されるように構成されている。

ヘッドケース１６の下面に接合される流路ユニット１５は、連通基板２４およびノズルプレート２１を有している。本実施形態における連通基板２４は、シリコン単結晶基板から作製されている。この連通基板２４には、図２に示すように、インク導入路１８と連通し、各圧力室３０に共通なインクが貯留されるリザーバー（共通液室）２５と、このリザーバー２５を介してインク導入路１８からのインクを各圧力室３０に個別に供給する個別連通路２６とが、エッチングにより形成されている。リザーバー２５は、ノズル列方向（圧力室３０の並設方向）に沿った長尺な空部である。個別連通路２６は、各圧力室３０に対応して当該圧力室３０の並設方向に沿って複数形成されている。この個別連通路２６は、連通基板２４と圧力室形成基板２９とが接合された状態で、対応する圧力室３０の長手方向における一側の端部と連通する。

また、連通基板２４の各ノズル２２に対応する位置には、連通基板２４の板厚方向を貫通したノズル連通路２７が形成されている。すなわち、ノズル連通路２７は、ノズル列に対応して当該ノズル列方向に沿って複数形成されている。このノズル連通路２７を介して圧力室３０とノズル２２とが連通する。本実施形態におけるノズル連通路２７は、連通基板２４と圧力室形成基板２９とが接合された状態で、対応する圧力室３０の長手方向における他側（個別連通路２６とは反対側）の端部と連通する。

ノズルプレート２１は、連通基板２４の下面（圧力室形成基板２９とは反対側の面）に接合されたシリコン製あるいはステンレス鋼等の金属製の基板である。本実施形態におけるノズルプレート２１には、複数のノズル２２が列状に開設されている。この列設された複数のノズル２２は、ドット形成密度に対応したピッチで、主走査方向に直交する副走査方向に沿って設けられてノズル列を構成している。

本実施形態における電子デバイス１４は、各圧力室３０内のインクに圧力変動を生じさせるアクチュエーターとして機能する薄板状の構成部材が積層されてなる積層体を有する。より具体的には、図２に示すように、圧力室形成基板２９、振動板３１、圧電素子３２（駆動素子の一種）および封止板３３が積層されてユニット化されて、電子デバイス１４が構成されている。

本実施形態における圧力室形成基板２９は、シリコン単結晶基板から作製されている。この圧力室形成基板２９には、エッチングにより圧力室３０となるべき空間が形成されている。この空間は、振動板３１および連通基板２４によって上下面が塞がれることで圧力室３０を区画する。以下、この空間も含めて圧力室３０と称する。圧力室３０は、各ノズル２２に対応して圧力室形成基板２９に複数並設されている。各圧力室３０は、ノズル列方向に直交する方向に長尺な空部であり、長手方向の一側の端部に連通基板２４の個別連通路２６が連通し、他側の端部に同じく連通基板２４のノズル連通路２７が連通している。連通基板２４のリザーバー２５に導入されたインクは、それぞれ個別連通路２６を通じて圧力室３０に供給される。

振動板３１は、弾性を有する薄膜状の部材であり、圧力室形成基板２９の上面（連通基板２４側とは反対側の面）に形成されている。この振動板３１によって、圧力室３０の上部開口が封止されている。この振動板３１における圧力室３０の上部開口に対応する部分は、圧電素子３２の能動部（後述）の撓み変形に伴ってノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する変位部（或は可撓面）として機能する。すなわち、振動板３１における圧力室３０の上部開口に対応する領域が、圧電素子３２の駆動によって撓み変形が許容される駆動領域となる。一方、振動板３１において、圧力室３０の上部開口から外れた領域が、撓み変形が規制される非駆動領域となる。

上記振動板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（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜と、この弾性膜上に形成されたジルコニア（酸化ジルコニウム・ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜と、から成る。そして、この絶縁膜上における各圧力室３０の上部開口に対応する駆動領域に、圧電素子３２の能動部がそれぞれ積層されている。以下においては、適宜、振動板３１を含めて圧力室形成基板２９と言う。また、振動板３１を含む圧力室形成基板２９が、本発明における第１の基板に相当する。また、振動板３１において圧電素子３２が形成された面が、本発明における第１の面に相当する。なお、圧力室形成基板と駆動領域（可撓面）が一体である構成を採用することもできる。すなわち、圧力室形成基板の下面側からエッチング処理が施されて、上面側に板厚の薄い薄肉部分を残して圧力室空部が形成され、この薄肉部分が駆動領域として機能する構成を採用することもできる。この構成の場合、圧力室形成基板の上面が第１の面に相当する。

本実施形態の圧電素子３２は、所謂撓み振動モードの圧電素子である。この圧電素子３２は、例えば、振動板３１上に、図示しない下電極層、圧電体層および上電極層が順次積層されてなる。上下の電極のうちの一方の極層が、圧電素子３２毎に個別の電極として機能し、他方の電極が、各圧電素子３２に共通な電極として機能する。このように構成された圧電素子３２は、下電極層と上電極層との間に両電極の電位差に応じた電界が付与されると、ノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に撓み変形する。この撓み変形する部分が、圧電素子３２の能動部として機能する。図３に示すように、圧電素子３２の個別電極と導通するリード電極３５および共通電極と導通するリード電極３５が、圧力室３０の上部開口縁を超えて非駆動領域に対応する振動板３１上までそれぞれ延設されている。本実施形態において、非駆動領域における各リード電極３５の途中には、それぞれバンプ電極４０が封止板３３側に向けて突設されている。このバンプ電極４０は、後述する封止板３３の駆動回路４６と圧電素子３２のリード電極３５とを接続するための接点である。なお、リード電極３５は、圧電素子３２の個別電極および共通電極（下電極層および上電極層）を非駆動領域上にそのまま延長したものであっても良いし、個別電極用および共通電極用とは異なる金属層から構成されたものであっても良い。本実施形態におけるリード電極３５は、例えば金（Ａｕ）若しくはＡｕの合金等から構成される。

バンプ電極４０は、圧力室の並設方向（ノズル列方向）に沿って延びる突条としての内部樹脂（樹脂コア）４１と、この内部樹脂４１の表面に沿って部分的に形成された導電膜４２とから構成されている。内部樹脂４１は、例えば、ポリイミド樹脂等の弾性を有する樹脂からなり、振動板３１上の非駆動領域に形成されている。また、導電膜４２は、リード電極３５の一部分であり、リード電極３５の幅と同じ幅を有し、内部樹脂４１の表面形状に倣って断面視でアーチ状を呈している。この導電膜４２は、各リード電極３５に対応してノズル列方向に沿って複数形成されている。

封止板３３（本発明における第２の基板に相当）は、圧力室形成基板２９と同程度の大きさのシリコン基板製の板材である。図３に示すように、この封止板３３の厚さＴ１は、第１の基板としての圧力室形成基板２９（振動板３１を含む）の厚さＴ２よりも薄くなっている。このため、後述する本硬化工程において加熱処理する際に封止板３３から接合樹脂４３への伝熱量は、圧力室形成基板２９から接合樹脂４３への伝熱量よりも大きくなる。また、本実施形態において振動板３１の一部として機能する弾性膜（ＳｉＯ_２）および絶縁体膜（ＺｒＯ_２）の熱伝導率は、いずれも封止板３３および圧力室形成基板２９の素材であるシリコンの熱伝導率と比較して十分に小さい。このため、本硬化工程において加熱処理する際の封止板３３から接合樹脂４３への伝熱量と、圧力室形成基板２９から接合樹脂４３への伝熱量との差はより大きくなる。

本実施形態における封止板３３の圧電素子３２と対向する領域には、各圧電素子３２の駆動に係る駆動回路４６が形成されている。駆動回路４６は、封止板３３となるシリコン単結晶基板の表面に、半導体プロセスを用いて形成されている。また、封止板３３の下面、すなわち、圧力室形成基板２９との接合時における圧電素子３２側の面（本発明における第２の面に相当）の駆動回路４６上には、当該駆動回路４６に接続される配線層４７が、封止板３３における振動板３１側の表面、すなわち、振動板３１との接合面に露出した状態で形成されている。配線層４７は、駆動回路４６よりも外側であって、非駆動領域に延設されたリード電極３５に対応する位置まで引き回されている。なお、配線層４７は、図３において便宜上一体的に表されているが、複数の配線を含んでいる。具体的には、圧電素子３２の個別電極用のリード電極３５に対応する配線層４７と、各圧電素子３２の共通電極用のリード電極３５に対応する配線層４７が、封止板３３の表面（圧力室形成基板２９側の面）にパターニングされている。各配線層４７は、駆動回路４６内の対応する配線端子と電気的に接続されている。

振動板３１及び圧電素子３２が積層された圧力室形成基板２９と封止板３３とは、バンプ電極４０を介在させた状態で接合樹脂４３により接合されている。この接合樹脂４３は、基板同士の間隔を確保するスペーサーとしての機能、基板同士の間における駆動領域等を収容する空間を区画するとともに当該空間を封止する封止材としての機能、および、基板同士を接合する接着剤としての機能を兼ね備えている。この接合樹脂４３は、光の照射により硬化する感光性樹脂である。また、本実施形態における接合樹脂４３は、圧力室形成基板２９側の下地層４４と封止板３３側の本体層４５との層構造となっている。そして、この接合樹脂４３は、振動板３１と封止板３３との間隙において圧電素子３２の駆動領域が収容される空間と外部空間との間を隔てている。下地層４４と本体層４５は、同じ材料から形成されており、当該材料としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、スチレン樹脂等を主成分として光重合開始剤等を含む熱硬化性樹脂が好適に用いられる。特に、耐薬品性の観点から、エポキシ樹脂を主成分とするものがより好ましい。

また、図３および図４に示すように、接合樹脂４３は、ノズル列方向（あるいは圧力室並設方向）に対して直交する方向におけるバンプ電極４０の両側に、ノズル列方向に沿って形成されている。バンプ電極４０の両側に配置される接合樹脂４３（感光性樹脂）により、上述したように振動板３１と封止板３３との間に間隙が形成されている。この間隙は、圧電素子３２の歪み変形を阻害しない程度の高さ（深さ）に設定されている。ここで、図３に示すように、接合樹脂４３における本体層４５の幅方向（短尺方向）の断面形状は、逆台形状を呈している。すなわち、本体層４５の断面形状は、振動板３１側の辺（短辺）が狭く、封止板３３側の辺（長辺）が広い逆台形状を呈している。下地層４４の厚みは、本体層４５の厚みと比較して十分に薄くなっているので、これにより、下地層４４と本体層４５が接合された状態で、接合樹脂４３全体としても概ね逆台形形状を呈している。この点の詳細については、後述する。

上記接合樹脂４３は、フォトリソグラフィー工程、すなわち、基板への塗布、プリベーク（仮硬化）、露光、現像、およびポストベーク（本硬化）等の工程を経て基板上にパターニングされる。本発明に係る電子デバイス１４では、上記のように接合樹脂４３を略台形形状とすることで、電子デバイス１４の小型化に寄与しつつ、接合信頼性を確保するように構成されている。以下、電子デバイス１４の製造工程、特に、圧電素子３２および振動板３１が積層された第１の基板としての圧力室形成基板２９と、第２の基板としての封止板３３との接合工程について説明する。なお、本実施形態における電子デバイス１４は、封止板３３となる領域が複数形成されたシリコン単結晶基板と、振動板３１及び圧電素子３２が積層されて圧力室形成基板２９となる領域が複数形成されたシリコン単結晶基板とを接合した後で、切断して個片化することで得られる。

図４および図５は、電子デバイス１４の製造工程を説明する模式図であり、バンプ電極４０および接合樹脂４３の近傍の構成を示している。まず、図４（ａ）に示すように、圧力室形成基板２９の表面に振動板３１が形成され、さらに当該振動板３１の非駆動領域には、バンプ電極４０の内部樹脂４１が形成される。具体的には、材料である樹脂が所定の厚さで塗布された後、プリベーク処理、フォトリソグラフィー処理、エッチング処理、ポストベーク処理等を経て所定の位置に突条を呈する内部樹脂４１がパターニングされる。内部樹脂４１が形成されたならば、下電極層、圧電体層、上電極層、リード電極３５、および導電膜４２等が順次積層およびパターニングされて、圧電素子３２が形成される。本実施形態における振動板３１上の非駆動領域には、図４（ｂ）に示すように、振動板３１上にリード電極３５が形成され、また、内部樹脂４１上には導電膜４２が内部樹脂４１の表面に沿って形成される。これにより、振動板３１上の非駆動領域にバンプ電極４０が形成される。

一方、封止板３３側では、まず、半導体プロセスにより圧力室形成基板２９（振動板３１）との接合面に上記の駆動回路４６が形成される。駆動回路４６が形成されたならば、封止板３３の接合面上に配線層４７となる金属を製膜した後で、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により、配線層４７がパターニングされる。なお、本実施形態においては、封止板３３において配線層４７が形成されていない部分は、シリコン基板の素材が露出している。このシリコン基板と接合樹脂４３となる本体層４５との密着性を高めるため、封止板３３の圧力室形成基板２９との接合面にＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）処理が施される。

次に、圧力室形成基板２９に積層された振動板３１の表面（封止板３３側の接合面）に、下地層４４となる１層目の感光性樹脂材料４９ａが塗布される（第１の塗布工程）。本実施形態においては、図４（ｃ）に示すように、振動板３１上に、バンプ電極４０やリード電極３５等の構造体を覆う状態で１層目の感光性樹脂材料４９ａが、スピンコートにより比較的薄く塗布される。続いて、加熱処理により感光性樹脂材料４９ａが仮硬化させられる（第１の仮硬化工程）。この第１の仮硬化工程において、感光性樹脂材料４９の硬化度は、例えば本硬化時の３０％乃至４０％程度の硬化度に調整される。同様にして、図４（ｄ）に示すように、１層目の感光性樹脂材料４９ａの上に重ねて、本体層４５となる２層目の感光性樹脂材料４９ｂが塗布される（第２の塗布工程）。

２層目の感光性樹脂材料４９ｂが塗布されたならば、続いて、加熱処理による第２の仮硬化工程が行われる。この工程で、２層目の感光性樹脂材料４９ｂの硬化度は、例えば本硬化時の５０％乃至６０％程度の硬化度に調整される。これにより、後のパターニング工程において本体層４５（感光性樹脂材料４９ｂ）の形状が崩れることが抑制される。一方、１層目の感光性樹脂材料４９ａは、第１の仮硬化工程と第２の仮硬化工程を経て、例えば本硬化時の８０％乃至１００％の硬化度となる。これにより、後のパターニング工程において下地層４４（感光性樹脂材料４９ａ）の形状が崩れたり、接合時に広がったりすることが抑制され、所定の位置により精度よく下地層４４を形成することが可能となる。この第２の仮硬化工程により感光性樹脂材料４９ａ，４９ｂが仮硬化した状態で、露光および現像が行われて所定の位置に感光性樹脂材料４９ａ，４９ｂが所定の形状にパターニングされる（パターニング工程）。本実施形態においては、図５（ａ）に示すように、振動板３１上においてバンプ電極４０が配置される領域を挟んで、当該領域の両側に、それぞれノズル列方向に沿った堤状（バンク状）の下地層４４および本体層４５がパターニングされる。この時点では、下地層４４および本体層４５からなる接合樹脂４３の断面形状は、概ね矩形（長方形あるいは正方形）状を呈している。

圧力室形成基板２９に下地層４４および本体層４５が形成されたならば、圧力室形成基板２９と封止板３３とが接合される（接合工程）。具体的には、図５（ｂ）に示すように、両シリコン単結晶基板の相対位置がアライメントされた状態で、両基板が互いに近接する方向に相対的に移動され、バンプ電極４０や圧電素子３２等を両基板の間に挟んだ状態で張り合わされる。そして、図５（ｃ）に示すように、バンプ電極４０および接合樹脂４３の弾性力に抗しつつ基板が接合樹脂４３を挟む方向の力（荷重）が維持された状態で、圧力室形成基板２９と封止板３３がそれぞれホットプレートにより加熱されて、本硬化工程（ポストベーク）が行われる。この本硬化工程では、接合樹脂４３が、圧力室形成基板２９と封止板３３を介して両側から加熱されることにより、当該接合樹脂４３（特に加熱されている部分）の粘度が一時的に低下した後、硬化する。また、本実施形態においては、圧力室形成基板２９側を加熱するホットプレートの温度と、封止板３３側を加熱するホットプレートの温度とは、同じに設定される。

ここで、上述したように、本実施形態における封止板３３に関し、振動板３１を含めた圧力室基板２９と比較して、厚さが薄くなっているので、封止板３３から接合樹脂３３（主に本体層４５）への伝熱量は、圧力室形成基板２９から接合樹脂３３（主に下地層４４）への伝熱量よりも大きくなる。加えて、本実施形態においては、仮硬化工程を経た本体層４５の硬化度は、下地層４４の硬化度よりも低くなっている。このため、本硬化工程における接合樹脂４３は、熱及び力（荷重）が付与されることで、封止板３３に近いほど変形しやすい。具体的には、図５（ｃ）に示すように、接合樹脂４３は、圧力室基板２９側ほど変形し難いのに対し、封止板３３に近いほど側方に広がるように変形する。その結果、接合樹脂４３における本体層４５の幅方向（短尺方向）の断面形状は、逆台形状となり、当該形状を保った状態で硬化する。

このような各工程を経て、封止板３３と圧力室形成基板２９との間隔を確保するスペーサー、基板同士の間における圧電素子３２等を収容する空間を封止する封止材、および、基板同士を接合する接着剤として機能する接合樹脂４３が形成される。これにより、リード電極３５側のバンプ電極４０と封止板３３の配線層４７とが電気的に接続された状態で、両基板が接合樹脂４３により接合される。

両シリコン単結晶基板が接合されたならば、圧力室形成基板２９側のシリコン単結晶基板に対し、ラッピング工程、フォトリソグラフィー工程、及びエッチング工程を経て圧力室３０が形成される。最後に、シリコン単結晶基板における所定のスクライブラインに沿ってスクライブされて、個々の電子デバイス１４に切断されて分割される。なお、本実施形態では、２枚のシリコン単結晶基板の接合後に個片化される構成を例示したが、これには限られない。例えば、先に封止板及び圧力室形成基板をそれぞれ個片化してから、これらを接合するようにしてもよい。

そして、上記の過程により製造された電子デバイス１４は、接着剤等を用いて流路ユニット１５（連通基板２４）に位置決めされて固定される。そして、電子デバイス１４をヘッドケース１６の収容空間１７に収容した状態で、ヘッドケース１６と流路ユニット１５とを接合することで記録ヘッド３となる。

以上のような構成により、電子デバイス１４の小型化および接着信頼性を両立することが可能となる。すなわち、駆動領域を有する圧力室形成基板２９と接合樹脂４３との接面が小さくなることにより、圧力室形成基板２９上の限られたスペースであっても駆動領域等に干渉することなく接合樹脂４３を配置することができる。これにより、電子デバイス１４の小型化・高密度化に寄与することができる。また、封止板３３と接合樹脂４３との接面は、圧力室形成基板２９側の接面よりも大きいので、接着信頼性を確保することができる。さらに、接合樹脂４３により圧力室形成基板２９と封止板３３との間に駆動領域等を収容する空間を画成するので、電子デバイス１４における駆動領域の種々のレイアウトにも柔軟に対応することができる。

また、本実施形態においては、封止板３３の厚さが、圧力室形成基板２９の厚さよりも薄いので、工程の増加を招くことなく接合樹脂４３の圧力室形成基板２９との接面が封止板３３との接面よりも小さい構成、換言すると、接合樹脂４３の封止板３３との接面が圧力室形成基板２９との接面よりも大きい構成を実現することができる。すなわち、圧力室形成基板２９および封止板３３を介して荷重および熱を付与しつつ接合樹脂４３を硬化させる本硬化工程において圧力室形成基板２９から接合樹脂４３への伝熱量よりも封止板３３から接合樹脂４３への伝熱量を増加させることができる。これにより、接合樹脂４３が硬化する過程において一時的に軟化した際に当該接合樹脂４３の封止板３３側ほど変形しやすくなり、その結果、接合樹脂４３の封止板３３との接面が、当該接合樹脂４３の圧力室形成基板２９との接面よりも大きくなる。

さらに、本実施形態においては、上述のように、接合樹脂４３の短尺方向における幅が一定の下地層４４と、同じく幅が圧力室形成基板２９側から封止板３３側に広くなる本体層４５との積層により接合樹脂４３が構成されている。そして、圧力室形成基板２９側の１層目の感光性樹脂材料４９ａ（下地層４４）が、第１の仮硬工程および第２の仮硬化工程を経ることで、本硬化工程の時点で封止板３３側の２層目の感光性樹脂材料４９ｂ（本体層４５）よりも硬化度が高くなる。これにより、本硬化工程において荷重および熱が付与された際の変形が抑えられ、圧力室形成基板２９における所定の位置に精度良く感光性樹脂材料４９ａ、すなわち、下地層４４が形成される。その結果、電子デバイス１４の一層の小型化・微細化に対応することが可能となる。一方、本硬化工程の時点で２層目の感光性樹脂材料４９ｂ（本体層４５）の硬化度が、１層目の感光性樹脂材料４９ａ（下地層４４）よりも硬化度が低いので、封止板３３に対する接着面積および密着性を確保することができ、接着信頼性を向上させることが可能となる。

そして、この電子デバイス１４を備えることにより、より小型で信頼性の高い記録ヘッド３およびプリンター１を提供することができる。

なお、上記実施形態においては、接合樹脂４３が下地層４４と本体層４５の積層により構成された例を示したが、これには限られず、下地層４４が無い構成を採用することも可能である。この構成においても、仮硬化工程および本硬化工程において、封止板３３から接合樹脂４３への伝熱量が、圧力室形成基板２９から接合樹脂４３への伝熱量よりも大きくすることで、接合樹脂４３の封止板３３との接面が圧力室形成基板２９との接面よりも大きい構成を実現することができる。
また、上記実施形態においては、圧力室形成基板２９側を加熱するホットプレートの温度と、封止板３３側を加熱するホットプレートの温度とが、同じに設定された構成を例示したが、これには限られず、封止板３３側を加熱するホットプレートの温度が、圧力室形成基板２９側を加熱するホットプレートの温度よりも高く設定されることにより、本硬化工程において圧力室形成基板２９から接合樹脂４３への伝熱量よりも封止板３３から接合樹脂４３への伝熱量を増加させる構成を採用することも可能である。

また、感光性樹脂材料のパターニング工程において、塗布された感光性接着剤の表面の法線方向と露光時の光の感光性接着剤の表面に対する入射方向とが傾斜するようにし、これにより、接合樹脂４３が、断面視で振動板３１側の辺を短辺として、封止板３３側の辺を長辺とする台形状となるように構成することもできる。

さらに、上記各実施形態においては、本発明に係る電子デバイス１４として、駆動素子としての圧電素子３２の駆動によりノズルから液体の一種であるインクを噴射させる構成を例示したが、これには限られず、第１の基板と第２の基板が感光性樹脂としての接合樹脂により接合された電子デバイスであれば、本発明を適用することが可能である。例えば、駆動素子により振動、あるいは変位等を検出するセンサーに用いられる電子デバイス等にも本発明を適用することができる。

また、以上では、液体噴射ヘッドとして、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噴射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噴射ヘッド、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噴射ヘッド、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噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。

１…プリンター，３…記録ヘッド，１４…電子デバイス，１５…流路ユニット，２９…圧力室形成基板，３０…圧力室，３１…振動板，３２…圧電素子，３３…封止板，３５…リード電極，４０…バンプ電極，４１…内部樹脂，４２…導電膜，４３…接合樹脂，４４…下地層，４５…本体層，４６…駆動回路，４７…配線層，４９ａ，４９ｂ…感光性樹脂材料

Claims (5)

1. 駆動領域を第１の面に有する第１の基板と、
   感光性樹脂からなる接合樹脂により前記第１の面に接合された第２の面を有する第２の基板と、を備えた、前記接合樹脂により前記第１の面と前記第２の面との間に前記駆動領域を収容する空間が形成された電子デバイスであって、
   前記接合樹脂は、短尺方向における断面視で前記第１の面側の辺を短辺とし、前記第２の面側の辺を長辺とした台形状を呈する、
   前記接合樹脂の前記第１の面との接面が、当該接合樹脂の前記第２の面との接面よりも小さいことを特徴とする電子デバイス。
2. 前記第２の基板の厚さが、前記第１の基板の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
3. 請求項１または請求項２に記載の電子デバイスを備え、
   圧電素子によって前記駆動領域を駆動することにより、前記第１の基板に形成された圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動により前記圧力室に通じるノズルから液体を噴射させることを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 駆動領域を第１の面に有する第１の基板と、感光性樹脂からなる接合樹脂により前記第１の面に接合された第２の面を有する第２の基板と、を備え、前記接合樹脂により、前記第１の面と前記第２の面との間に前記駆動領域を収容する空間が形成された電子デバイスの製造方法であって、
   前記第１の基板の前記第１の面に、前記接合樹脂となる感光性樹脂材料を塗布する塗布工程と、
   加熱することにより前記感光性樹脂材料の硬化が進められる仮硬化工程と、
   前記感光性樹脂材料が、露光および現像を経てパターニングされるパターニング工程と、
   前記第１の面と前記第２の面との間に前記感光性樹脂材料が挟まれた状態で前記第１の基板と前記第２の基板とが接合される接合工程と、
   前記第１の基板と前記第２の基板が前記接合樹脂を挟む方向の力が維持された状態で加熱されることにより、前記接合樹脂の硬化が進められる本硬化工程と、
   を含み、
   前記本硬化工程における前記第２の基板から前記接合樹脂への伝熱量が、前記第１の基板から前記接合樹脂への伝熱量よりも大きいことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
5. 前記塗布工程は、前記接合樹脂となる第１の感光性樹脂材料が前記第１の面に塗布される第１の塗布工程と、前記接合樹脂となる第２の感光性樹脂材料が前記第１の感光性樹脂材料に重ねて塗布される第２の塗布工程とを有し、
   前記仮硬化工程は、前記第１の塗布工程の後、前記第１の感光性樹脂材料の硬化が進められる第１の仮硬化工程と、前記第２の塗布工程の後、前記第１の感光性樹脂材料および前記第２の感光性樹脂材料の硬化が進められる第２の仮硬化工程とを有することを特徴とする請求項４に記載の電子デバイスの製造方法。

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