JP6582859B2 - 液体噴射ヘッド、及び、液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、板厚方向に貫通する配線が形成された基板を備えた液体噴射ヘッド、及び、液体噴射ヘッドの製造方法に関するものである。

液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。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（アクチュエーターの一種）、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（インターポーザ板ともいう。）等が積層されている。そして、上記の圧電素子は、駆動ＩＣ（ドライバーＩＣともいう。）から供給される駆動信号により駆動される。このような駆動ＩＣは、封止板の上面（圧電素子とは反対側の面）に接続されるＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）に搭載され、或いは、封止板の上面に直接搭載され、封止板に形成された配線を介して駆動信号を圧電素子に供給する。この駆動ＩＣと圧電素子とを中継する配線は、封止板の上面及び下面に形成された表面配線、並びに、封止板を貫通する貫通孔内に形成された貫通配線等から構成されている（例えば、特許文献１）。

ところで、上記した封止板の貫通孔内に貫通配線を形成する方法としては、例えば、スパッタリング法等により貫通孔内に導体との密着性を向上させる密着層（シード層）を製膜し、電解めっき法により密着層が製膜された貫通孔内に導体（金属）を成長させる方法がある。しかしながら、液体噴射ヘッドの小型化に伴い、貫通孔の内径が小さくなり、貫通孔のアスペクト比（貫通孔の開口径Ｄに対する貫通孔の長さＬ（又は基板厚）の比、すなわちＬ／Ｄ）が大きくなると、貫通孔の内部に密着層を形成することが困難になっていた。このため、比較的大きいアスペクト比の貫通孔でも、この内部にまでカバレッジ（被覆）率の良い密着層を形成できるスパッタリング法が開発されている（特許文献２参照）。

特開２０１２−１２６０２８号公報 特開２０１２−１１１９９６号公報

液体噴射ヘッドの小型化が更に進み、貫通孔のアスペクト比がより一層大きくなると、特許文献２に開示された方法でも十分な密着層が形成できない虞がある。すなわち、貫通孔内の内部における密着層のカバレッジ（被覆）率が悪化する虞がある。その結果、貫通孔内に形成される導体と貫通孔の内壁との密着性が悪化し、その後の製造工程や製品の仕様環境等により熱が加わると、封止板と導体との熱膨張率の差により貫通孔内の導体が貫通孔から外側にはみ出したり（突出したり）、抜け落ちたりする虞があった。また、たとえ貫通孔内に密着層が形成できたとしても、封止板と導体との熱膨張の差が大きいと、導体のはみ出しや抜け落ちが起きる虞がある。

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、熱や外力等が加わったとしても貫通孔から貫通配線がはみ出すことを抑制できる液体噴射ヘッド、及び、液体噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。

本発明の液体噴射ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、圧電素子が設けられた第１の基板と、
前記第１の基板が第１の面に接続された第２の基板と、を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記第２の基板は、当該第２の基板を板厚方向に貫通した貫通孔、及び、当該貫通孔の内部に形成された導体からなる貫通配線を備え、
前記貫通配線は、前記第１の面側に設けられた第１端部と、前記第１の面とは反対側の面である第２の面側に設けられた第２端部と、前記第１端部と前記第２端部とを接続する接続配線と、からなり、
前記接続配線の前記第１の面の面方向における断面積は、前記第１端部及び前記第２端部の前記面方向における断面積よりも小さいことを特徴とする。

本発明によれば、接続配線の断面積が、第１端部及び第２端部の断面積よりも小さくなっているため、熱や外力等が第２の基板に加わったとしても貫通配線が貫通孔から外側にはみ出すことを抑制できる。

また、上記構成において、前記第１端部、又は、前記第２端部、の前記第１の面の面方向における断面積は、前記接続配線から前記第１の面、又は、前記第２の面、に向けて漸増していることが望ましい。

この構成によれば、貫通孔の一部をウェットエッチング法により作成できるため、第２の基板の製造が容易になる。また、貫通孔内において、電界や応力が集中し易い角を減らすことが出きる。

さらに、上記各構成において、前記第２の基板の前記第１の面には、前記第１の基板と電気的な接続を行う電極端子が形成され、
前記電極端子は、前記第１の面に形成された樹脂の表面に形成されたことが望ましい。

この構成によれば、電極端子を第１の基板側に加圧して第１の基板側の端子に接続する際に、樹脂が弾性変形するため、少ない加重で電極端子を確実に接続することができる。また、樹脂の形成時に熱を加えたとしても、第２の基板と貫通配線との熱膨張率（線膨張率）の違いにより貫通配線が貫通孔から外側にはみ出すことを抑制できる。

また、上記各構成において、前記貫通配線は、前記第１の面に垂直な方向に延設されたことが望ましい。

この構成によれば、貫通配線の形成が容易になり、第２の基板の製造が一層容易になる。

さらに、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、圧電素子が設けられた第１の基板と、
前記第１の基板が第１の面に接続された第２の基板と、を備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記第２の基板の前記第１の面に第１の凹部を形成する第１の凹部形成工程と、
前記第２の基板の前記第１の面とは反対側の第２の面に第２の凹部を形成する第２の凹部形成工程と、
前記第１の面の面方向における断面積が前記第１の凹部及び前記第２の凹部よりも小さい貫通路を前記第１の凹部と前記第２の凹部との間に形成し、前記第２の基板を貫通させる貫通孔形成工程と、
電解めっき法により前記第１の凹部、前記第２の凹部、及び、前記貫通路の内部に導体を形成する貫通配線形成工程と、
を含むことを特徴とする。

この方法によれば、第１の面に平行な面における断面積が第２の基板の板厚方向における途中から第１の面及び第１の面とは反対側の第２の面に向けて大きくなった導体（すなわち貫通配線）を容易に作成できる。また、電解めっき法により導体を形成するため、貫通路のアスペクト比が高い場合でも、貫通路内に導体を確実に形成できる。

また、上記方法において、前記第１の凹部形成工程又は前記第２の凹部形成工程の少なくとも一方の工程が、ドライエッチング法により前記第２の基板を除去する工程を含むことが望ましい。

この方法によれば、第１の凹部又は第２の凹部を精度良く形成できる。

さらに、上記方法において、前記第１の凹部形成工程又は前記第２の凹部形成工程の少なくとも一方の工程が、ウェットエッチング法により前記第２の基板を除去する工程を含むことが望ましい。

この方法によれば、第１の凹部又は第２の凹部を短時間で形成できる。また、第１の面に対して傾斜した方向にエッチングが進む結晶性基板を第２の基板として用いれば、第１の凹部又は第２の凹部の内壁を傾斜面にすることができる。これにより、電界や応力が集中し易い角を減らすことが出きる。

また、上記各方法において、前記貫通配線形成工程が、レーザー加工法を含むことが望ましい。

この方法によれば、アスペクト比の高い貫通路を形成できる。

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。 封止板の要部を拡大した断面図である。 貫通配線の構成を説明する断面図である。 貫通配線の製造工程を説明する断面図である。 貫通配線の製造工程を説明する断面図である。 貫通配線の製造工程を説明する断面図である。 貫通配線の製造工程を説明する断面図である。 第２の実施形態における封止板の要部を拡大した断面図である。 第２の実施形態における貫通配線の製造工程を説明する断面図である。 第２の実施形態における貫通配線の製造工程を説明する断面図である。 第２の実施形態における貫通配線の製造工程を説明する断面図である。 第２の実施形態における貫通配線の製造工程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、以下においては、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）、及び、これ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（着弾対象の一種）の表面に対してインク（液体の一種）を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、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー（図示せず）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（位置情報の一種）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、封止板３３の要部を拡大した断面図である。図４は、貫通配線４５の構成を説明する断面図である。本実施形態における記録ヘッド３は、図２に示すように、圧電デバイス１４及び流路ユニット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、その内部には後述する共通液室２５にインクを供給する液体導入路１８が形成されている。この液体導入路１８は、後述する共通液室２５と共に、複数並設された圧力室３０に共通なインクが貯留される空間である。本実施形態では、２列に並設された圧力室３０の列に対応して２つ形成されている。また、２つの液体導入路１８の間には、ヘッドケース１６の下面側からヘッドケース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。この収容空間１７内には、連通基板２４上に積層された圧電デバイス１４（圧力室形成基板２９、封止板３３等）が収容されている。

ヘッドケース１６の下面に接合された流路ユニット１５は、連通基板２４及びノズルプレート２１を有している。連通基板２４は、シリコン製の板材であり、本実施形態では、表面（上面及び下面）の結晶面方位を（１１０）面とした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、液体導入路１８と連通し、各圧力室３０に共通なインクが貯留される共通液室２５と、この共通液室２５を介して液体導入路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（ウェットエッチング法又はドライエッチング法）により形成されている。共通液室２５は、ノズル列方向に沿った長尺な空部であり、２列に並設された圧力室３０の列に対応して２列に形成されている。個別連通路２６は、共通液室２５の圧力室３０に対応する位置に複数開口されている。すなわち、個別連通路２６は、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によって、圧力室３０とノズル２２とが連通する。本実施形態のノズル連通路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の基板（例えば、シリコン単結晶基板）である。本実施形態では、このノズルプレート２１により、共通液室２５となる空間の下面側の開口が封止されている。また、ノズルプレート２１には、複数のノズル２２が直線状（列状）に開設されている。本実施形態では、２列に形成された圧力室３０の列に対応して、ノズル列が２列形成されている。この並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で、主走査方向に直交する副走査方向に沿って等間隔に設けられている。なお、ノズルプレートを連通基板における共通液室から内側に外れた領域に接合し、共通液室となる空間の下面側の開口を例えば可撓性を有するコンプライアンスシート等の部材で封止することもできる。このようにすれば、ノズルプレートを可及的に小さくできる。

本実施形態の圧電デバイス１４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、封止板３３及び駆動ＩＣ３４が積層されてユニット化され、収容空間１７内に収容されている。

圧力室形成基板２９は、シリコン製の硬質な板材であり、本実施形態では、表面（上面及び下面）の結晶面方位を（１１０）面とした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、エッチングにより一部が板厚方向に完全に除去されて、圧力室３０となるべき空間がノズル列方向に沿って複数並設されている。この空間は、下方が連通基板２４により区画され、上方が振動板３１により区画されて、圧力室３０を構成する。また、この空間、すなわち圧力室３０は、２列に形成されたノズル列に対応して２列に形成されている。各圧力室３０は、ノズル列方向に直交する方向に長尺に形成され、長手方向の一側の端部に個別連通路２６が連通すると共に、他側の端部にノズル連通路２７が連通する。

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）に積層されている。この振動板３１によって、圧力室３０となるべき空間の上部開口が封止されている。換言すると、振動板３１によって、圧力室３０の上面が区画されている。この振動板３１における圧力室３０（詳しくは、圧力室３０の上部開口）に対応する部分は、圧電素子３２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、撓み変形が許容される駆動領域となる。この駆動領域（変位部）の変形（変位）により、圧力室３０の容積は変化する。一方、振動板３１における圧力室３０の上部開口から外れた領域が、撓み変形が阻害される非駆動領域となる。なお、圧力室形成基板２９及びこれに積層された振動板３１が本発明における第１の基板に相当する。

本実施形態における圧電素子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、例えば、振動板３１上における各圧力室３０に対応する領域に、下電極層、圧電体層及び上電極層が順次積層されてなる。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。また、各圧電素子３２は、ノズル列方向に沿って２列に並設された圧力室３０に対応して、当該ノズル列方向に沿って２列に形成されている。さらに、図２に示すように、各圧電素子３２からは、駆動配線３７が圧電素子３２より外側（すなわち、非駆動領域）まで引き回されている。この駆動配線３７は、圧電素子３２を駆動するための駆動信号を当該圧電素子３２に供給する配線であり、圧電素子３２からノズル列方向（すなわち、圧電素子３２の並設方向）に直交する方向に沿って振動板３１の端部まで延設されている。

図２及び図３に示すように、封止板３３（本発明における第２の基板に相当）は、下面である第１の面３５と振動板３１（或いは、圧電素子３２）との間に空間が形成されるように、振動板３１に接続された平板状の基板である。本実施形態では、封止板３３と圧力室形成基板２９（詳しくは、本発明における第１の基板に相当する、振動板３１が積層された圧力室形成基板２９）とは、熱硬化性及び感光性の両方の特性を有する感光性接着剤４３により接合されている。また、封止板３３は、表面（上面及び下面）の結晶面方位を（１１０）面としたシリコン単結晶基板から作製されている。なお、封止板３３の表面は、例えば、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等からなる絶縁膜３９に覆われている。

この封止板３３の上面である第２の面３６（第１の面３５（圧電素子３２側の面）とは反対側の面）には、圧電素子３２を駆動するための駆動信号を出力する駆動ＩＣ３４が配置されている。また、封止板３３の第１の面３５には、駆動ＩＣ３４からの駆動信号を圧電素子３２側に出力する複数の樹脂コアバンプ４０が形成されている。この樹脂コアバンプ４０は、図２に示すように、一方の圧電素子３２の列から延設された一方の駆動配線３７に対応する位置、及び、他方の圧電素子３２の列から延設された他方の駆動配線３７に対応する位置に、それぞれノズル列方向に沿って複数形成されている。そして、各樹脂コアバンプ４０は、それぞれ対応する駆動配線３７に接続されている。

本実施形態における樹脂コアバンプ４０は、弾性を有しており、封止板３３の駆動配線３７（具体的には、駆動配線３７の端子部）に対向する領域において振動板３１側に向けて突設されている。具体的には、図２及び図３に示すように、樹脂コアバンプ４０は、封止板３３の第１の面３５に形成（突設）された弾性体からなる樹脂部４０ａ（本発明における樹脂に相当）と、当該樹脂部４０ａの振動板３１側の表面に沿って形成された電極層４０ｂ（本発明における電極端子に相当）と、を備えている。本実施形態における樹脂部４０ａは、封止板３３の下面においてノズル列方向に沿って突条に形成されている。また、電極層４０ｂは、ノズル列方向に沿って並設された圧電素子３２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。すなわち、樹脂コアバンプ４０は、ノズル列方向に沿って複数形成されている。

そして、樹脂部４０ａ及び電極層４０ｂの駆動配線３７に対向する側の面（樹脂コアバンプ４０の下面）は、ノズル列方向に直交する方向における断面視で圧力室形成基板２９側に向けて円弧状に湾曲して形成されている。このような樹脂コアバンプ４０は、その下面の円弧状の部分が対応する駆動配線３７（駆動配線３７の端子部）に押し当てられて弾性変形することで、圧力室形成基板２９上の駆動配線３７と導通する。すなわち、封止板３３と圧力室形成基板２９との間に（両者が近づく方向に）加重を加えて樹脂部４０ａが弾性変形した状態で、電極層４０ｂと駆動配線３７（駆動配線３７の端子部）とが電気的に接続する。要するに、電極層４０ｂは、封止板３３側の配線（下面側配線４７）と圧力室形成基板２９側の配線（駆動配線３７）との電気的な接続を行う電極端子として機能する。このように、樹脂部４０ａが弾性変形することで、少ない加重でも電極層４０ｂを確実に接続することができる。

なお、樹脂コアバンプ４０の樹脂部４０ａは、封止板３３に樹脂をパターニングした後、熱を加えることで作成される。具体的には、封止板３３の下面に樹脂膜を製膜し、エッチング等により樹脂部４０ａとなる位置に樹脂をパターニングする。その後、例えば、約２５０に加熱し、その角を丸めて先端部が湾曲した樹脂部４０ａを形成する。なお、樹脂部４０ａとしては、例えば、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等からなる弾性を有する樹脂が用いられる。また、電極層４０ｂとしては、例えば、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、又は、これらの合金等からなる金属が用いられる。

また、各電極層４０ｂは、封止板３３の下面において、樹脂部４０ａ上からノズル列方向に直交する方向に沿って内側（圧電素子３２側）に外れて延設され、下面側配線４７となる。この下面側配線４７は、樹脂コアバンプ４０と貫通配線４５（後述）とを接続する配線であり、樹脂部４０ａ上の電極層４０ｂとなる位置から貫通配線４５に対応する位置まで延設されている。換言すると、封止板３３の下面に形成された下面側配線４７の一部は、貫通配線４５に対応する位置からノズル列方向に直交する方向に沿って樹脂部４０ａ上まで延設されて、樹脂コアバンプ４０の電極層４０ｂを形成する。

さらに、図２に示すように、封止板３３の上面における中央部（樹脂コアバンプ４０に対応する領域から外れた領域）には、駆動ＩＣ３４に電源電圧等（例えば、ＶＤＤ１（低電圧回路の電源）、ＶＤＤ２（高電圧回路の電源）、ＶＳＳ１（低電圧回路の電源）、ＶＳＳ２（高電圧回路の電源））を供給する電源配線５３が複数（本実施形態では４つ）形成されている。この電源配線５３は、封止板３３の上面に埋め込まれた上面側埋設配線５０と、当該上面側埋設配線５０を覆うように積層された上面側配線４６とからなる。この電源配線５３の上面側配線４６上に、対応する駆動ＩＣ３４の電源バンプ電極５６が電気的に接続される。なお、上面側埋設配線５０は、銅（Ｃｕ）等の金属（導体）からなる。

また、封止板３３の上面における両端側の領域（詳しくは、電源配線５３が形成された領域から外側に外れた領域であって、樹脂コアバンプ４０に対応する領域）には、図２及び図３に示すように、駆動ＩＣ３４の駆動バンプ電極５７が接続されて、当該駆動ＩＣ３４からの信号が入力される接続端子５４が形成されている。この接続端子５４は、圧電素子３２に対応して、ノズル列方向に沿って複数形成されている。各接続端子５４からは、内側（圧電素子３２側）に向けて上面側配線４６が延設されている。この上面側配線４は、貫通配線４５を介して、対応する下面側配線４７と接続されている。なお、貫通配線４５の構成に関し、詳しくは後述する。

封止板３３上に配置される駆動ＩＣ３４は、圧電素子３２を駆動するための信号を出力するＩＣチップであり、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）等の接着剤５９を介して封止板３３の第２の面３６上に積層されている。図２及び図３に示すように、この駆動ＩＣ３４の封止板３３側の面には、電源配線５３に接続される電源バンプ電極５６、及び、接続端子５４に接続される駆動バンプ電極５７が、ノズル列方向に沿って複数並設されている。電源バンプ電極５６は、電源配線５３からの電圧（電力）を駆動ＩＣ３４内の回路に取り込む端子である。また、駆動バンプ電極５７は、各圧電素子３２を駆動する信号を出力する端子である。本実施形態の駆動バンプ電極５７は、２列に並設された圧電素子３２の列に対応して、電源バンプ電極５６の両側に２列形成されている。

そして、上記のような構成の記録ヘッド３では、インクカートリッジ７からのインクを液体導入路１８、共通液室２５及び個別連通路２６を介して圧力室３０に導入する。この状態で、駆動ＩＣ３４からの駆動信号を、封止板３３に形成された各配線を介して圧電素子３２に供給することで、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、記録ヘッド３はノズル連通路２７を介してノズル２２からインク滴を噴射する。

次に貫通配線４５の構成について、詳しく説明する。貫通配線４５は、図３及び図４に示すように、封止板３３の第１の面３５と第２の面３６（具体的には、下面側配線４７と上面側配線４６）との間を中継する、第１の面３５に垂直な方向（すなわち、板厚方向）に延在された配線である。この貫通配線４５は、金属等の導体からなり、封止板３３を板厚方向に貫通した貫通孔４４の内部に充填されている。換言すると、貫通配線４５は、封止板３３を板厚方向に貫通した貫通孔４４の内部に形成された導体からなる。なお、本実施形態の貫通配線４５となる導体は、電解めっき法により容易に作製できることから、銅（Ｃｕ）が用いられている。

図４に示すように、貫通孔４４の第１の面３５に平行な面（すなわち、第１の面３５の面方向、或いは板厚方向に対して垂直な面）における断面積は、封止板３３の板厚方向における途中から第１の面３５及び第２の面３６に向けて大きくなっている。換言すると、貫通孔４４の第１の面３５から板厚方向の所定の範囲（後述する第１の凹部６１の形成範囲）までの断面積および第２の面３６から板厚方向の所定の範囲（後述する第１２の凹部６２の形成範囲）までの断面積は、貫通孔４４の残りの範囲（後述する貫通路６３の形成範囲）における断面積よりも大きくなっている。このため、この貫通孔４４に充填される貫通配線４５の第１の面３５に平行な面における断面積も、封止板３３の板厚方向における途中から第１の面３５及び第２の面３６に向けて大きくなっている。具体的には、図４に示すように、貫通孔４４は、封止板３３の第１の面３５における一部を板厚方向の途中まで除去した第１の凹部６１と、封止板３３の第２の面３６における一部を板厚方向の途中まで除去した第２の凹部６２と、第１の面３５に平行な面（板厚方向に対して垂直な面）における断面積が第１の凹部６１及び第２の凹部６２よりも小さい貫通路６３と、を備えている。本実施形態における第１の凹部６１及び第２の凹部６２は、第１の面３５（又は第２の面３６）に垂直な方向に延在した側壁と、第１の面３５（又は第２の面３６）に平行な底面とにより区画されている。そして、両凹部６１、６２の断面積は略同じ面積に揃えられている。貫通路６３は、この第１の凹部６１の底面と第２の凹部６２の底面とを連通する縦長な孔である。本実施形態における貫通路６３の上端は第１の凹部６１の底面の中央部に開口し、下端は第２の凹部６２の底面の中央部に開口している。

そして、この貫通孔４４の内部に充填される貫通配線４５は、第１の凹部６１内に形成される第１端部６５と、第２の凹部６２内に形成される第２端部６６と、貫通路６３内に形成される接続配線６７と、からなる。すなわち、貫通配線４５は、封止板３３の第１の面３５から板厚方向の途中まで延在した第１端部６５と、封止板３３の第２の面３６から板厚方向の途中まで延在した第２端部６６と、第１端部６５から第２の端部６６まで延在した接続配線６７と、を備えている。換言すると、貫通配線４５は、第１の面３５側に設けられた第１端部６５と、第２の面３６側に設けられた第２端部６６と、第１端部６５と第２端部６６とを接続する接続配線６７と、を備えている。そして、接続配線６７の第１の面３５に平行な面における断面積は、第１端部６５及び第２端部６６の第１の面３５に平行な面における断面積よりも小さく形成されている。

なお、本実施形態における貫通孔４４の長さＬ（すなわち、封止板３３の厚さ）は、例えば、約３００μｍ〜４００μｍに設定される。また、貫通孔４４の開口径Ｄ（第１の凹部６１の開口径及び第２の凹部６２の開口径）は、ノズル２２のピッチに応じて、例えば、約２０μｍ〜約３０μｍに設定される。すなわち、貫通孔４４のアスペクト比Ｌ／Ｄは、約１０以上に設定される。なお、貫通路６３の内壁（すなわち、第１の凹部６１の側壁及び底面、第２の凹部６２の側壁及び底面、並びに、貫通路６３の側壁）は、封止板３３の表面と同様に絶縁膜３９で覆われている。そして、貫通配線４５は、この絶縁膜３９上に形成されている。すなわち、貫通配線４５と貫通孔４４との間には、絶縁膜３９が形成されている。そして、貫通配線４５のうち第１の凹部６１の開口部に露出した部分は、対応する下面側配線４７により被覆されている。また、貫通配線４５のうち第２の凹部６２の開口部に露出した部分は、対応する上面側配線４６により被覆されている。すなわち、この貫通配線４５により、接続端子５４から延設された上面側配線４６と、これに対応する樹脂コアバンプ４０から延設された下面側配線４７とが電気的に接続されている。

このように、貫通孔４４及び貫通配線４５の断面積が第１の面３５及び第２の面３６に向けて大きくなっているため、熱や外力等が封止板３３に加わったとしても貫通配線４５が貫通孔４４から外側にはみ出すこと（突出すること）を抑制できる。例えば、封止板３３に樹脂コアバンプ４０の樹脂部４０ａを形成する際における加熱処理において、貫通配線４５と封止板３３との熱膨張率（線膨張率）の違いにより、貫通配線４５を貫通孔４４から排出させる方向に力が働く虞がある。このような力が働いたとしても、第１の凹部６１内に充填された貫通配線４５の導体部分、又は、第２の凹部６２内に充填された貫通配線４５の導体部分が貫通路６３に入らないため、これらが抜け止めとなり、貫通配線４５が貫通孔４４から外側にはみ出すことを抑制できる。また、貫通孔４４及び貫通配線４５の形状により、貫通配線４５のはみ出し（突出）を物理的に抑制しているため、貫通配線４５となる導体を貫通孔４４内に密着させるための密着層を形成する必要が無い。特に、貫通孔４４のアスペクト比Ｌ／Ｄが大きく、貫通孔４４の内部に密着層を形成できない場合でも、貫通孔４４内に貫通配線４５を安定して定着させることができる。さらに、貫通配線４５は、第１の面３５に垂直な方向に延設されたので、貫通配線４５の形成が容易になり、封止板３３の製造が一層容易になる。

次に、貫通配線４５の製造方法について説明する。図５〜図８は、貫通配線４５の製造工程を説明する断面図である。まず、図５に示すように、第１の凹部形成工程において、シリコン単結晶基板からなる封止板３３の第１の面３５における一部を板厚方向の途中まで除去して第１の凹部６１を形成する。具体的には、露光工程及び現像工程を経て、封止板３３の第１の面３５に、第１の凹部６１等に対応する位置が開口したマスク層を形成し、その後、ドライエッチング法により封止板３３を掘り進めて第１の凹部６１を形成する。第１の凹部６１が形成されたならば、マスク層を除去する。次に、第２の凹部形成工程において、封止板３３の第２の面３６における一部を板厚方向の途中まで除去して第２の凹部６２を形成する。すなわち、第１の凹部形成工程と同様に、露光工程及び現像工程を経て、封止板３３の第２の面３６に、第２の凹部６２等に対応する位置が開口したマスク層を形成し、その後、ドライエッチング法により封止板３３を掘り進めて第２の凹部６２を形成する。第２の凹部６２が形成されたならば、マスク層を除去する。なお、第１の凹部形成工程と第２の凹部形成工程とは、何れの工程を先に行っても良い。

封止板３３に、第１の凹部６１及び第２の凹部６２が形成されたならば、図６に示すように、第１の凹部６１及び第２の凹部６２を連通する貫通路６３を形成する。すなわち、封止板３３を貫通する貫通孔４４を形成する。ここで貫通路６３は、第１の面３５に平行な面（板厚方向に対して垂直な面）における断面積が第１の凹部６１及び第２の凹部６２よりも小さくなるように形成される。このような貫通路６３は、例えば、深掘りＲＩＥ（Ｄｅｅｐ ＲＩＥ）等のドライエッチングやレーザーにより形成できる。本実施形態では、アスペクト比の高い貫通路６３を容易に作製できることから、レーザー加工法を用いている。そして、貫通孔４４が形成されたならば、図７に示すように、封止板３３の第１の面３５、第２の面３６、及び、貫通孔４４の内壁に絶縁膜３９を形成する。本実施形態における絶縁膜３９は、熱酸化膜（ＳｉＯ_２）からなり、熱酸化処理を行うことで形成される。

そして、最後に、図８に示すように、貫通配線形成工程において、電解めっき法により貫通孔４４（すなわち、第１の凹部６１、第２の凹部６２、及び、貫通路６３）の内部に貫通配線４５（すなわち、第１端部６５、第２端部６６、接続配線６７）となる導体（本実施形態では、銅（Ｃｕ））を形成する。また、本実施形態では、貫通孔４４の内部に密着層（シード層）を形成することなく、貫通配線４５を形成する。このような方法としては、種々の方法が採用できる。例えば、第１の凹部６１又は第２の凹部６２の何れか一方の開口縁に、スパッタリング法等により密着層（シード層）を形成し、電解めっき法により、この密着層上に導体を成長させて、密着層が形成された一方の凹部を導体で塞ぐ。そして、この凹部を塞いだ導体を核として、電解めっき法により、一方の凹部から他方の凹部まで導体を成長させることで、貫通孔４４内を導体で充填する。なお、封止板３３の第１の面３５又は第２の面３６よりも外側に析出した導体は、ＣＭＰ（化学機械研磨）法等を用いて除去される。これにより、図８に示すような貫通配線４５が形成される。

このような方法により、第１の面３５に平行な面における断面積が封止板３３の板厚方向における途中から第１の面３５及び第２の面３６に向けて大きくなった貫通配線４５を容易に作成できる。その結果、その後の製造過程やプリンター１の仕様環境等において、熱や外力等が封止板３３に加わったとしても貫通配線４５が貫通孔４４から外側にはみ出すこと（突出すること）を抑制できる。また、電解めっき法により貫通配線４５を形成したので、貫通路６３のアスペクト比が高い場合でも、貫通路６３内に導体を確実に形成できる。さらに、ドライエッチング法により第１の凹部６１又は第２の凹部６２を形成したので、第１の凹部６１又は第２の凹部６２を精度良く形成できる。そして、上記のような電解めっき法により貫通配線４５を形成したので、貫通孔４４の内部に密着層を形成することなく、貫通配線４５を形成できる。その結果、アスペクト比が高く、貫通孔４４内に密着層が形成し難い場合であっても、貫通配線４５を安定して形成することができる。

特開２０１１−１１１９９６にも開示されるように、従来の貫通孔では、アスペクト比が３以上の場合に、カバレッジ（被覆）率の良い密着層を形成することが困難となっていた。その結果、電解めっき法により貫通孔内に貫通配線を形成したとしても密着力を確保できず、熱や外力等が封止板に加わった際に貫通配線が貫通孔から外側にはみ出す虞があった。このため、アスペクト比Ｌ／Ｄが３以上の貫通孔に貫通配線を形成する場合に、本発明を適用することが望ましい。また、接続配線６７のアスペクト比Ｌ′／Ｄ′（Ｌ′は接続配線６７の長さ、Ｄ′は接続配線６７の開口径：図４参照）が３以上の場合に、上記した密着層を形成しない電解めっき法を用いて貫通配線４５を形成することが望ましい。

さらに、たとえ貫通孔内に密着層が形成できたとしても、アスペクト比Ｌ／Ｄの高い貫通孔内に導体を成長させた場合、貫通配線内にボイドが発生する虞がある。しかしながら、本実施形態においては、密着層を形成しない電解めっき法により貫通孔４４の内部に貫通配線４５を形成したので、このようなボイドの発生を抑制できる。また、この様な方法で形成したとしても、貫通配線４５の断面積が封止板３３の板厚方向における途中から第１の面３５及び第２の面３６に向けて大きくなるように構成したので、貫通配線４５を貫通孔４４内に安定して定着させることができる。

ところで、貫通孔４４及び貫通配線４５の形状は、上記した第１の実施形態に限られない。貫通孔４４及び貫通配線４５の第１の面３５に平行な面における断面積が封止板３３の板厚方向における途中から第１の面３５及び第２の面３６に向けて大きくなっていればどのような形状であっても良い。例えば、図９に示す第２の実施形態では、貫通孔４４の両端部分（第１の面３５及び第２の面３６からそれぞれ板厚方向における所定の範囲の部分）が第１の面３５及び第２の面３６に向けて次第に拡径するように構成されている。換言すると、貫通孔４４及び貫通配線４５の第１の面３５に平行な面における断面積が、封止板３３の板厚方向における途中から第１の面３５及び第２の面３６に向けて連続的に拡大している。

図９に示すように、本実施形態における貫通路６３は、第１の実施形態と同様に、第１の凹部６１と第２の凹部６２とを繋ぐ縦長な孔である。また、本実施形態における第１の凹部６１の第１の面３５側の開口面積、及び、第２の凹部６２の第２の面３６側の開口面積は、第１の実施形態と同様に、貫通路６３の断面積よりも大きく形成されている。そして、第１の凹部６１は、第１の面３５側の開口から貫通路６３に向けて次第に縮径するように構成されている。換言すると、第１の凹部６１の第１の面３５に平行な面における断面積は、貫通路６３から第１の面３５に向けて漸増している。すなわち、第１の凹部６１の側壁は、第１の面３５側の開口縁から貫通路６３の第１の凹部６１側の開口縁に向けて傾斜している。そして、これにともない、第１の凹部６１に充填される第１端部６５の第１の面３５に平行な面における断面積も、貫通路６３に充填される接続配線６７から第１の面３５に向けて漸増している。同様に、第２の凹部６２は、第２の面３６側の開口から貫通路６３に向けて次第に縮径するように構成されている。換言すると、第２の凹部６２の第１の面３５に平行な面における断面積は、貫通路６３から第２の面３６に向けて漸増している。すなわち、第２の凹部６２の側壁は、第２の面３６側の開口縁から貫通路６３の第２の凹部６２側の開口縁に向けて傾斜している。そして、これにともない、第２の凹部６２に充填される第２端部６６の第１の面３５に平行な面における断面積も、接続配線６７から第２の面３６に向けて漸増している。なお、その他の構成は、上記した第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。

これにより、第１の実施形態における第１の凹部６１や第２の凹部６２と比べて、貫通孔４４の内壁に形成される角を減らすことができる。その結果、電界や応力が集中する部分を減らすことが出き、封止板３３の信頼性が向上させることができる。そして、このような第１の凹部６１及び第２の凹部６２は、第１の実施形態と異なりウェットエッチング法により作成できるため、貫通配線４５の形成が容易になる。具体的な貫通配線４５の製造方法について、以下に説明する。

図１０〜図１３は、貫通配線４５の製造工程を説明する断面図である。まず、図１０に示すように、第１の凹部形成工程において、シリコン単結晶基板からなる封止板３３の第１の面３５における一部を板厚方向の途中まで除去して第１の凹部６１を形成する。具体的には、露光工程及び現像工程を経て、封止板３３の第１の面３５に、第１の凹部６１等に対応する位置が開口したマスク層を形成し、その後、ウェットエッチング法により封止板３３を掘り進めて、第１の凹部６１を形成する。本実施形態では、表面の結晶面方位を（１１０）面としたシリコン単結晶基板をウェットエッチング法により掘り進めるため、図１０に示すように、第２の面３６側に向けて縮径した第１の凹部６１が形成される。第１の凹部６１が形成されたならば、マスク層を除去する。次に、第２の凹部形成工程において、封止板３３の第２の面３６における一部を板厚方向の途中まで除去して第２の凹部６２を形成する。すなわち、第１の凹部形成工程と同様に、露光工程及び現像工程を経て、封止板３３の第２の面３６に、第２の凹部６２等に対応する位置が開口したマスク層を形成し、その後、ウェットエッチング法により封止板３３を掘り進めて第２の凹部６２を形成する。これにより、第１の凹部６１と同様に、第１の面３５側に向けて縮径した第２の凹部６２が形成される。第２の凹部６２が形成されたならば、マスク層を除去する。なお、第１の凹部形成工程と第２の凹部形成工程とは、何れの工程を先に行っても良い。

封止板３３に、第１の凹部６１及び第２の凹部６２が形成されたならば、第１の実施形態と同様に、第１の凹部６１及び第２の凹部６２を連通する貫通路６３を形成する。本実施形態では、第１の凹部６１の底部の中心部（縮径した先端部分）と第２の凹部６２の底部の中心部（縮径した先端部分）と、を貫通する貫通路６３を形成する。なお、貫通路６３の形成方法は、第１の実施形態と同様である。これにより、図１１に示すように、第１の面３５に平行な面（板厚方向に対して垂直な面）における断面積（より詳しくは断面積の平均値）が、第１の凹部６１及び第２の凹部６２よりも小さくなった貫通路６３が形成される。そして、貫通孔４４が形成されたならば、図１２に示すように、封止板３３の第１の面３５、第２の面３６、及び、貫通孔４４の内壁に絶縁膜３９を形成する。本実施形態でも、熱酸化処理を行うことで絶縁膜３９が形成される。最後に、図１３に示すように、貫通配線形成工程において、電解めっき法により貫通孔４４（すなわち、第１の凹部６１、第２の凹部６２、及び、貫通路６３）の内部に貫通配線４５（すなわち、第１端部６５、第２端部６６、接続配線６７）となる導体（本実施形態では、銅（Ｃｕ））を形成する。なお、電解めっき法により貫通孔４４内に導体を形成する方法は、上記した第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。

このように、本実施形態では、第１の凹部６１及び第２の凹部６２をウェットエッチング法により形成したので、第１の凹部６１及び第２の凹部６２が短時間で形成できる。また、第１の面３５に対して傾斜した方向にエッチングが進むシリコン単結晶性基板を封止板３３として用いたので、第１の凹部６１及び第２の凹部６２の内壁を傾斜面にすることができる。これにより、電界や応力が集中し易い角を減らすことが出きる。

なお、上記した第１の実施形態では、第１の凹部形成工程及び第２の凹部形成工程の両方の工程において、ドライエッチング法により第１の凹部６１及び第２の凹部６２を形成したが、これには限られない。また、上記した第２の実施形態では、第１の凹部形成工程及び第２の凹部形成工程の両方の工程において、ウェットエッチング法により第１の凹部６１及び第２の凹部６２を形成したが、これには限られない。例えば、第１の凹部形成工程又は第２の凹部形成工程の何れか一方の工程において、ドライエッチング法を用い、他方の工程において、ウェットエッチング法を用いても良い。

また、上記した第１の実施形態及び第２の実施形態では、貫通孔４４の内壁と導体である貫通配線４５との間に、絶縁膜３９のみを設けたが、これには限られない。例えば、貫通配線４５と絶縁膜３９との間に、導体の拡散を防止する拡散防止膜を形成しても良い。この拡散防止膜は、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）等により形成される。なお、製品の仕様等により、絶縁膜３９による拡散防止能力で十分な場合には、本実施形態のように、拡散防止膜を設けなくても良い。

さらに、圧電デバイス１４の構成は、第１の実施形態のように封止板３３に駆動ＩＣ３４が積層された構成に限られない。例えば、封止板に駆動ＩＣが積層されず、封止板の表面に直接駆動回路を形成した構成を採用することもできる。換言すると、駆動回路が形成された駆動ＩＣを、封止板として用いることができる。その他、駆動ＩＣが搭載されたＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）等を、封止板の上面に接続する構成を採用することもできる。

そして、以上では、液体噴射ヘッドの一種として、記録ヘッド３を例に挙げて説明したが、本発明は、基板を貫通する貫通配線を備えたものであれば、その他の液体噴射ヘッド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にも本発明を適用することができる。

１…プリンター，２…記録媒体，３…記録ヘッド，４…キャリッジ，５…キャリッジ移動機構，６…搬送機構，７…インクカートリッジ，８…タイミングベルト，９…パルスモーター，１０…ガイドロッド，１４…圧電デバイス，１５…流路ユニット，１６…ヘッドケース，１７…収容空間，１８…液体導入路，２１…ノズルプレート，２２…ノズル，２４…連通基板，２５…共通液室，２６…個別連通路，２７…ノズル連通路，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，３４…駆動ＩＣ，３５…第１の面，３６…第２の面，３７…駆動配線，３９…絶縁膜，４０…樹脂コアバンプ，４０ａ…樹脂部，４０ｂ…電極層，４３…感光性接着剤，４４…貫通孔，４５…貫通配線，４６…上面側配線，４７…下面側配線，５０…上面側埋設配線，５３…電源配線，５４…接続端子，５６…電源バンプ電極，５７…駆動バンプ電極，５９…接着剤，６１…第１の凹部，６２…第２の凹部，６３…貫通路，６５…第１端部，６６…第２端部，６７…接続配線

Claims (3)

1. 圧電素子が設けられた第１の基板と、
   前記第１の基板が第１の面に接続された第２の基板と、を備えた液体噴射ヘッドであって、
   前記第２の基板は、当該第２の基板を板厚方向に貫通した貫通孔、及び、当該貫通孔の内部に形成された導体からなる貫通配線を備え、
   前記貫通配線は、前記第１の面側に設けられた第１端部と、前記第１の面とは反対側の面である第２の面側に設けられた第２端部と、前記第１端部と前記第２端部とを接続する接続配線と、からなり、
   前記接続配線の前記第１の面の面方向における断面積は、前記第１端部及び前記第２端部の前記面方向における断面積よりも小さい、
   前記第１端部、又は、前記第２端部、の前記第１の面の面方向における断面積は、前記接続配線から前記第１の面、又は、前記第２の面、に向けて漸増していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記第２の基板の前記第１の面には、前記第１の基板と電気的な接続を行う電極端子が形成され、
   前記電極端子は、前記第１の面に形成された樹脂の表面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記貫通配線は、前記第１の面に垂直な方向に延設されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッド。

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