JP6806457B2 - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
図8は、このような封止材を用いた液体吐出ヘッドの構成の一例を示す図である。図8(a)は、平面図であり、図8(b)は、図8(a)のC−C断面図であり、図8(c)は、図8(a)のD−D断面図である。
液体吐出ヘッドは、複数の記録素子基板900を有し、各記録素子基板900には複数の吐出口901が設けられている。記録素子基板900の周りには、電気配線基板902が設けられており、記録素子基板900同士の間の隙間と、記録素子基板900と電気配線基板902との間の空間とは、封止材903によって充填されている。電気配線基板902と各記録素子基板900との間は、リード904で接続されている。記録素子基板900および電気配線基板902は、支持部材905の上に設けられている。
封止材903は、熱硬化型の液体が用いられ、ニードルを用いて封止材903を注入した後、加熱して硬化させることで、支持部材905上に塗布される。
したがって本発明は、複数の記録素子基板を並べて用いる液体吐出ヘッドにおいて、複数の記録素子基板の距離が近い場合であっても、記録素子基板同士の間の隙間に封止材を充填することが容易となる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する複数の記録素子基板と、
各記録素子基板の周囲を充填する封止材とを備え、
各記録素子基板は、隣接する記録素子基板と対向する端面に凹部を有し、当該凹部における隣接する記録素子基板同士の間隔は、前記エネルギー発生素子が設けられた素子面における記録素子基板同士の間隔よりも広く、
前記凹部の少なくとも一部には、親水性の膜が形成されていることを特徴とする。
吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する複数の記録素子基板を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
基板に溝を形成する第1のダイシング工程と、
前記第1のダイシング工程で形成された前記溝の内部で、当該溝よりも狭い幅で前記基板を分離して前記記録素子基板を形成する第2のダイシング工程と、を含み、
前記第1のダイシング工程の後、前記第2のダイシング工程の前に、前記溝の壁面に親水性の膜を形成する成膜工程をさらに含むことを特徴とする。
(液体吐出ヘッドの構成)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す図である。図1(a)は、液体吐出ヘッドの記録素子基板が複数配置されている面を液体の吐出方向からみた平面図である。図1(b)は、図1(a)のB−B断面図であり、図1(c)は、図1(a)のC−C断面図である。
図1に示す液体吐出ヘッドは、複数の記録素子基板100と、電気配線基板102と、支持部材105とを有する。記録素子基板100および電気配線基板102は、支持部材105上に配置されており、例えば接着剤を用いて支持部材105に接合されている。支持部材105の中心付近に複数の記録素子基板100が並設されており、支持部材105の周縁部に複数の記録素子基板100を取り囲むように電気配線基板102が設けられている。複数の記録素子基板100は、吐出口101が並ぶ方向Xと交わる(この図では直交する)方向Yに並設されている。
図1では図示していないが、各記録素子基板100は、例えばシリコンからなる基板と、複数の吐出口101が形成され、例えば樹脂からなる基板とから構成されている。シリコンからなる基板上には、吐出口101と対応する位置に、吐出口101から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子が設けられている。記録素子基板100は矩形状であり、この矩形の平行な2辺に沿って電気配線基板102と電気的に接続するためのコンタクトが設けられている。記録素子基板100と電気配線基板102とはリード配線104によって電気的に接続されている。電気配線基板102は、不図示の液体吐出装置本体と電気的に接続されている。
各記録素子基板100の周囲、例えば複数の記録素子基板100の間の隙間や、記録素子基板100と電気配線基板102との間の空間は、封止材103が充填されている。封止材103は、熱硬化性の樹脂組成物などを用いることが好ましく、例えば熱硬化型エポキシ樹脂組成物が挙げられる。
記録素子基板100のエネルギー発生素子が設けられた素子面202同士の間隔L1は、記録素子基板100と電気配線基板102との間隔L3よりも狭い。したがって、記録素子基板100間の空間に封止材103を充填しやすくするために、記録素子基板100の端面のうち、他の記録素子基板100と隣接する端面は、凹部201を有する。このため、凹部201においては、素子面同士の間隔L1よりも、隣接する記録素子基板100間の間隔L2の方が広い。記録素子基板100の端面のうち、他の記録素子基板100と隣接しない端面には、凹部201が形成されていない。
図1の例において、凹部201は、凹部201が設けられた端面と交わる他の端面と連通している。このため、他の端面に凹部201が開口しており、他の端面側から封止材103を凹部201および記録素子基板100間の空間に流し込むことが可能になる。凹部201は、素子面202の裏面203と連通している。凹部201が裏面203と連通していることにより、後に詳述するように、裏面203からダイシングすることにより、凹部201を形成することが可能になる。凹部201は、記録素子基板100間に封止材103を流し込む空間が形成される形状であればよく、例えば図1に示すように段差形状である。この構成により、記録素子基板100間の距離は、素子面202間の距離よりも裏面203間の距離の方が広くなっている。これにより、エネルギー発生素子が設けられる素子面202の間隔は狭く保ちつつ、記録素子基板100間の空間を広くすることができる。したがって、エネルギー発生素子の配置密度を高く保ちつつ、封止材103を記録素子基板100間に容易に充填することが可能になる。
なお、記録素子基板100間の狭い隙間に封止材103を充填する方法としては、例えば記録素子基板100の間にニードルを差し込むことも考えられる。しかしながら、ニードルを用いる場合、記録素子基板100間の隙間が狭くなるほど、細いニードルを用いる必要がある。ニードルが細くなると、単位時間当たりに封止材103を注入する量が少なくなる。このため、封止材103の充填にかかる時間が長くなり、工程タクトが増大する。さらに封止材103の粘度が高い場合には注入が困難になるため、使用することのできる封止材の種類が限られてしまう。本実施形態の構成によれば記録素子基板間の隙間に入るほど細いニードルを用いる必要がないため、これらの課題も解決することが可能である。
図2は、図1の液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための図である。
まず図2(a)に示すように、エネルギー発生素子302が素子面に設けられたシリコン基板301を用意する。シリコン基板301の素子面の裏面には、第1のエッチングマスク層303が形成されている。第1のエッチングマスク層303は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、感光性樹脂等であることが好ましい。第1のエッチングマスク層303は、図2(b)に示す第1の液体供給口304と、溝305とを形成するためのマスクとして機能する。このため、第1のエッチングマスク層303は、裏面のうち、第1の液体供給口304および溝305が形成される部分以外を覆うようにパターニングされている。
ここでRIEとは、イオンを用いた方向性エッチングである。被エッチング領域に電荷を提供しながら粒子を衝突させることにより、被エッチング領域を削って加工することができる。RIEを行うための装置は、イオンを生成するプラズマ源とエッチングを行う反応室とが分かれている。例えばプラズマ源に高密度のイオンを生成することが可能なICP(誘導結合プラズマ)ドライエッチング装置を用いた場合、コーティングとエッチングを交互に行うこと(すなわち、堆積/エッチングプロセス)を行うことができる。これによって基板に垂直な第1の液体供給口304を形成することができる。堆積/エッチングプロセスでは、エッチングガスとして例えばSF6ガスを用いることができ、コーティングガスとして例えばC4F8ガスを用いることができる。コーティングとエッチングを交互に行うことで、エッチングした側壁には、スカロップと呼ばれる細かい横溝(不図示)が形成されるため、横溝に沿って封止材が入り込みやすくなる。したがって、第1のダイシング工程ではICPプラズマ装置を用いたドライエッチングを用いることが好ましいが、他の方式のプラズマ源を用いてもよい。例えば、ECR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマ源を有する装置を用いることができる。
吐出口形成部材311を素子面上に設ける方法としては、支持体と感光性樹脂を用いる方法が考えられる(不図示)。支持体としては、フィルム、ガラス、シリコンウェハなどが挙げられるが、後で剥離することを考えるとフィルムが好ましい。例えば、フィルムとしては、ポリエチレンテレフタラート(以下、PETと称する)フィルムや、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルムなどが挙げられる。このフィルムを剥離しやすくするために、離型処理が施されてもよい。
支持体上に第1の感光性樹脂を形成する方法としては、スピンコート法、スリットコート法などによる塗布や、ラミネート法、プレス法などによる転写法が挙げられる。第1の感光性樹脂は、例えば20μmの厚さで形成され、有機溶剤に溶解するエポキシ樹脂や、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などが用いられる。第1の感光性樹脂をパターニング後、第2の感光性樹脂(不図示)を成膜し、第2の感光性樹脂に吐出口101を形成し、第1の感光性樹脂を有機溶剤により除去することで、液体流路309が形成される。このような手順により、第2の感光性樹脂が吐出口形成部材311となる。
図3は、本発明の第2の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す図である。本実施形態に係る液体吐出ヘッドは、使用が想定される被記録媒体の最大幅をカバーする範囲に吐出口列が形成されるように記録素子基板が配置されている。このため、液体吐出ヘッドを幅方向に動かしてスキャンすることなく幅広の記録が可能であるフルマルチ方式と呼ばれる液体吐出装置に対応可能な液体吐出ヘッドである。フルマルチ方式に対応する液体吐出ヘッドでは、記録素子基板同士の間隔が吐出口の間隔に影響するため、高精細な記録のためには、記録素子基板同士を近づける必要がある。
本実施形態では、複数の記録素子基板100のそれぞれは平行四辺形形状である。複数の記録素子基板100は、図示しない支持部材の中央付近に吐出口101が並ぶ方向Xで並設される。このため、記録素子基板100の吐出口101が並ぶ方向Xと交わる方向の端面が隣接する記録素子基板100と対向する。記録素子基板100同士の間隔は、約30μmである。この例では、記録素子基板100は吐出口101が並ぶ方向Xと平行な一対の辺と、方向Xに対して直交しない一対の辺とを有する。したがって、隣接する記録素子基板100と対向する辺は、吐出口101が並ぶ方向Xに対して直交せず斜め方向となる。
図3に示す記録素子基板100の形状は一例である。例えば記録素子基板100が平行四辺形のうち4つの角が全て等しい長方形である場合、千鳥状に配置してもよい。
図3(b)は、図3(a)の記録素子基板100が隣接する部分の断面形状を示す図である。本実施形態においても、記録素子基板100が隣接する記録素子基板100と対向する端面に凹部201を有する。
図5は、本発明の第3の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す図である。第2の実施形態との違いは、凹部201の表面(凹部の壁面)に親水性の膜601が成膜されている点である。この親水性の膜601は、記録素子基板100の面のうち親水性の膜601が形成されていない表面(シリコン面)よりも濡れ性が高い。例えば親水性の膜601は、金属酸化物を主成分とする膜であってよい。金属酸化物としては、例えば酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化チタン、または酸化ジルコニウムなどを用いることができる。親水性の膜601は、複数の金属酸化物を含んでもよい。
図6は、図5の液体吐出ヘッドの製造方法を示す図である。第2の実施形態との違いは、第1の液体供給口304と、溝305とを形成する第1のダイシング工程の後、シリコン基板301を分離して記録素子基板100を形成する第2のダイシング工程の前に、成膜工程を含む点である。成膜工程では、凹部201となる溝305の表面の少なくとも一部に親水性の膜601が成膜される。成膜工程では、例えば、ALD(Atomic Layer Deposition)法や熱酸化法やプラズマCVD法などが用いられる。
成膜工程の後、図6(d)に示されるように、RIEを用いて第2の液体供給口307を形成し、吐出口形成部材311を形成した後、第2のダイシング工程が行われる。第2のダイシング工程では、ステルス方式のレーザーダイシングを用いて、分離部分501においてシリコン基板301を分離して記録素子基板100が形成される。
上記の通り、本実施形態では、凹部201の内面に親水性の膜が成膜されているため、封止材103が凹部201の内面に対して付着し易く、凹部201の内面に付着して薄く広がり易いため、封止材103がより凹部201の中に入り込む。このため、記録素子基板100間の空間に封止材103をより安定的に注入することが可能になる。
図7(b−1)および図7(b−2)は、本発明の第4の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す図である。具体的には、図7(b−1)は本発明の第4の実施形態に係る液体吐出ヘッドの記録素子基板100の端部の平面構成を示す透過図であり、図7(b−2)は、図7(b−1)のG−G断面図である。第4の実施形態に係る液体吐出ヘッドは、第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドと比較して、記録素子基板100に形成された凹部201の形状が異なる。図7(a−1)は、本発明の第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドの記録素子基板100の端部の平面構成を示す透過図であり、図7(a−2)は、図7(a−1)のG−G断面図である。第1の実施形態では、凹部201において、隣接する記録素子基板100の間隔は、素子面202に平行な面内で一定である。これに対して、第4の実施形態では、素子面202に平行な面内で、所定の位置からの距離に応じて、記録素子基板100の間隔が異なる。所定の位置は、例えば凹部201が設けられた端面が他の端面と交わる端部であり、封止材の注入位置801である。注入位置801からの距離が遠いほど、記録素子基板100の間隔が狭くなっている。第4の実施形態では、2つの注入位置801が設けられており、近い方の注入位置801からの距離が遠いほど、記録素子基板100の間隔が狭くなっている。このように注入位置801の付近では記録素子基板100の間隔が広く、その後封止材が流れる方向802で封止材が進むにつれて、徐々に記録素子基板100の間隔が狭くなっている。この構成により、より安定して封止材を記録素子基板100間の空間に充填することが可能になる。素子面202に平行な面内における凹部201の形状は、図2(b)に示し溝305を形成するための第1のエッチングマスク層303の開口パターンを変更することで、容易に制御することが可能である。
図7(c−1)および図7(c−2)は、本発明の第5の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す図である。具体的には、図7(c−1)は、本発明の第5の実施形態に係る液体吐出ヘッドの記録素子基板100の端部の平面構成を示す透過図であり、図7(c−2)は、図7(c−1)のG−G断面図である。第5の実施形態に係る液体吐出ヘッドもまた、第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドと比較して、記録素子基板100に形成された凹部201の形状が異なる。本実施形態では、1つの注入位置801からの距離に応じて隣接する記録素子基板100の間隔が変化する。具体的には、注入位置801は、凹部201が設けられた端面が他の端面と交わる端部であり、注入位置801からの距離が遠いほど隣接する記録素子基板100の間隔が狭くなっている。この構成によれば、封止材は記録素子基板100の一端部から一方向に向かって封止材が流れる。このため、封止材の流れの途中で泡溜まりが生じ難いという利点がある。
図7(d−1)および図7(d−2)は、本発明の第6の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す図である。具体的には、図7(d−1)は、本発明の第6の実施形態に係る液体吐出ヘッドの記録素子基板100の端部の平面構成を示す透過図であり、図7(d−2)は、図7(d−1)のG−G断面図である。第6の実施形態に係る液体吐出ヘッドは、第2の実施形態に係る液体吐出ヘッドと比較して、記録素子基板100に形成された凹部201の形状が異なる。本実施形態に係る液体吐出ヘッドは、図3(a)に示したように、吐出口101が並ぶ方向Xと直交する方向Yでは、複数の記録素子基板100の位置はずれている。このため、記録素子基板100の凹部201は、隣接する記録素子基板100と対向する部分と対向しない部分とがある。本実施形態では、隣接する記録素子基板100と対向する部分の凹部201の幅が、対向しない部分よりも広くなっている。したがって、より隣接する記録素子基板100の間の空間に封止材を注入しやすくなっている。
例えば、上記の実施形態では、凹部201はいずれも素子面202の裏面203と連通することとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、電気配線基板102の側から見たときに、記録素子基板100同士の間の空間に封止材103を注入する開口部が、素子面202の間隔よりも広くなっていればよい。裏面203と凹部201が連通していなくてもよい。
101 吐出口
103 封止材
201 凹部
202 素子面
203 裏面
302 エネルギー発生素子
601 親水性の膜
Claims (20)
- 吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する複数の記録素子基板と、
各記録素子基板の周囲に充填される封止材とを備え、
各記録素子基板は、隣接する記録素子基板と対向する端面に凹部を有し、当該凹部における隣接する記録素子基板同士の間隔は、前記エネルギー発生素子が設けられた素子面における記録素子基板同士の間隔よりも広く、
前記凹部の少なくとも一部には、親水性の膜が形成されていることを特徴とする、液体吐出ヘッド。 - 前記凹部は、当該凹部が設けられた端面と交わる端面に開口している、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記凹部は、前記素子面の裏面と連通している、請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記親水性の膜は、前記記録素子基板の表面よりも濡れ性が高い、請求項1から3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記素子面と平行な面内において、前記隣接する記録素子基板の間隔は、所定の位置からの距離に応じて異なる、請求項1から4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記所定の位置は、前記凹部が設けられた端面が他の端面と交わる端部であり、
前記隣接する記録素子基板の間隔は、前記所定の位置からの距離が遠いほど狭い、請求項5に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記所定の位置は、前記凹部が設けられた端面が他の端面と交わる2つの端部であり、
前記隣接する記録素子基板の間隔は、前記2つの端部のうち近い方の端部からの距離が遠いほど狭い、請求項5に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記凹部は、隣接する記録素子基板と対向する部分と、隣接する記録素子基板と対向しない部分とを含み、
前記素子面と平行な面内において、隣接する記録素子基板と対向する部分における前記凹部の幅は、前記隣接する記録素子基板と対向しない部分における前記凹部の幅よりも広い、請求項1から4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する複数の記録素子基板と、
各記録素子基板の周囲に充填される封止材とを備え、
各記録素子基板は、隣接する記録素子基板と対向する端面に凹部を有し、当該凹部における隣接する記録素子基板同士の間隔は、前記エネルギー発生素子が設けられた素子面における記録素子基板同士の間隔よりも広く、
前記素子面と平行な面内において、前記隣接する記録素子基板の間隔は、所定の位置からの距離に応じて異なることを特徴とする、液体吐出ヘッド。 - 前記凹部は、当該凹部が設けられた端面と交わる端面に開口している、請求項9に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記凹部は、前記素子面の裏面と連通している、請求項9または10に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記所定の位置は、前記凹部が設けられた端面が他の端面と交わる端部であり、
前記隣接する記録素子基板の間隔は、前記所定の位置からの距離が遠いほど狭い、請求項9から11のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記所定の位置は、前記凹部が設けられた端面が他の端面と交わる2つの端部であり、
前記隣接する記録素子基板の間隔は、前記2つの端部のうち近い方の端部からの距離が遠いほど狭い、請求項9から11のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する複数の記録素子基板と、
各記録素子基板の周囲に充填される封止材とを備え、
各記録素子基板は、隣接する記録素子基板と対向する端面に凹部を有し、当該凹部における隣接する記録素子基板同士の間隔は、前記エネルギー発生素子が設けられた素子面における記録素子基板同士の間隔よりも広く、
前記凹部は、隣接する記録素子基板と対向する部分と、隣接する記録素子基板と対向しない部分とを含み、
前記素子面と平行な面内において、隣接する記録素子基板と対向する部分における前記凹部の幅は、前記隣接する記録素子基板と対向しない部分における前記凹部の幅よりも広いことを特徴とする、液体吐出ヘッド。 - 前記凹部は、当該凹部が設けられた端面と交わる端面に開口している、請求項14に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記凹部は、前記素子面の裏面と連通している、請求項14または15に記載の液体吐出ヘッド。
- 吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する複数の記録素子基板を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
基板に溝を形成する第1のダイシング工程と、
前記第1のダイシング工程で形成された前記溝の内部で、当該溝よりも狭い幅で前記基板を分離して前記記録素子基板を形成する第2のダイシング工程と、を含み、
前記第1のダイシング工程の後、前記第2のダイシング工程の前に、前記溝の壁面に親水性の膜を形成する成膜工程をさらに含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記第1のダイシング工程では、反応性イオンエッチングを用いて前記溝を形成する、請求項17に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記第2のダイシング工程では、レーザーダイシングまたはブレードダイシングを用いて前記基板を分離する、請求項17または18に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記親水性の膜は、前記記録素子基板の表面よりも濡れ性が高い、請求項17から19のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
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