JP6942607B2 - 液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
圧電素子と、該圧電素子の一方の面側に設けられた圧力室と、を有する素子基板と、
前記圧電素子の前記一方の面とは反対の面側に配置された配線基板と、
前記素子基板と配線基板とを接合する電気接続部材及び流路接続部材と、
を有する液体吐出ヘッドであって、
前記素子基板と前記配線基板を貫通し、前記流路接続部材と接する液体の流路が形成されており、
前記電気接続部材が、第一の金属を含む第一の電気接続部材と、第一の金属と第三の金属との共晶を含む第二の電気接続部材とを含み、
前記流路接続部材が、第二の金属を含む第一の流路接続部材と、接着剤を含む第二の流路接続部材とを含むことを特徴とする。
圧電素子と、該圧電素子の一方の面側に設けられた圧力室と、基板を貫通する液体の流路と、を有する素子基板を用意する工程と、
基板を貫通する液体の流路と、電気配線と、を有する配線基板を用意する工程と、
前記素子基板又は前記配線基板上に、第一の金属を含む第一の電気接続部材を形成する工程と、
前記素子基板又は前記配線基板の前記流路に対応する位置に、第二の金属を含む第一の流路接続部材を形成する工程と、
前記素子基板又は前記配線基板の前記第一の電気接続部材に対応する位置に、前記第一の金属よりも融点が低く、前記第一の金属と共晶を形成可能な第三の金属を含む第二の電気接続部材を形成する工程と、
前記素子基板又は前記配線基板の前記第一の流路接続部材に対応する位置に、接着剤を含む第二の流路接続部材を形成する工程と、
前記配線基板を前記圧電素子の前記一方の面とは反対の面側に配置し、前記素子基板と前記配線基板とを積層して加熱することにより、前記素子基板と前記配線基板とを接合する工程と、
を有することを特徴とする。
本発明に係る液体吐出ヘッドは、素子基板と、配線基板と、電気接続部材と、流路接続部材とを有する。素子基板は、圧電素子と、該圧電素子の一方の面側に設けられた圧力室と、を有する。配線基板は、該圧電素子の該一方の面とは反対の面側に配置されている。電気接続部材及び流路接続部材は、素子基板と配線基板とを接合する。また、該液体吐出ヘッドには、素子基板と配線基板を貫通し、流路接続部材と接する液体の流路が形成されている。ここで、電気接続部材は、第一の金属を含む第一の電気接続部材と、第一の金属と第三の金属との共晶を含む第二の電気接続部材とを含む。また、流路接続部材は、第二の金属を含む第一の流路接続部材と、接着剤を含む第二の流路接続部材とを含む。
図1に、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを備えるインクジェット記録装置の一例の概念図を示す。被記録体である記録媒体1は、記録媒体1を搬送する移動手段である紙送りローラー2により矢印の方向へ送られ、プラテン3上で記録される。該インクジェット記録装置には4組のインクジェット記録ヘッドユニット4が設けられ、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックのインクをそれぞれ吐出して記録を行う。インクジェット記録ヘッドユニット4にはインクジェット記録ヘッドが設けられ、インクジェット記録ヘッドの圧力発生手段を電気的に駆動する駆動手段5が接続されている。駆動手段5はコントローラー6から送られる画像信号等に基づいて駆動信号を発生する。
図10に、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの一例の断面図を示す。図10は、第一の実施形態における図5に相当する断面図である。本実施形態では、第一の電気接続部材117は、コア部分である第二の金属からなる構造体133の表面に、第一の金属からなる膜134が被覆された部材である。本実施形態において、第一の金属としてはAuが挙げられる。また、第二の金属としてはAuよりも安価な金属を用いることができ、例えばNi、Ag、Cuが挙げられ、Niが好ましい。このように、本実施形態では第二の金属として第一の金属よりも安価な金属を用いることができるため、低コストなインクジェット記録ヘッドを提供することができる。後述するように、第一の金属からなる膜134は、第二の金属の置換めっきにより、構造体133の表層のみを第一の金属で被覆することにより形成することができる。第一の電気接続部材117の第一の金属からなる膜134は、第一の金属と第三の金属との共晶を含む第二の電気接続部材118を介して配線基板114と接合されている。第三の金属としては、第一の実施形態と同様の金属を用いることができる。
本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、以下の工程を有する。圧電素子と、該圧電素子の一方の面側に設けられた圧力室と、基板を貫通する液体の流路と、を有する素子基板を用意する工程。基板を貫通する液体の流路と、電気配線と、を有する配線基板を用意する工程。前記素子基板又は前記配線基板上に、第一の金属を含む第一の電気接続部材を形成する工程。前記素子基板又は前記配線基板の前記流路に対応する位置に、第二の金属を含む第一の流路接続部材を形成する工程。前記素子基板又は前記配線基板の前記第一の電気接続部材に対応する位置に、前記第一の金属よりも融点が低く、前記第一の金属と共晶を形成可能な第三の金属を含む第二の電気接続部材を形成する工程。前記素子基板又は前記配線基板の前記第一の流路接続部材に対応する位置に、接着剤を含む第二の流路接続部材を形成する工程。前記配線基板を前記圧電素子の前記一方の面とは反対の面側に配置し、前記素子基板と前記配線基板とを積層して加熱することにより、前記素子基板と前記配線基板とを接合する工程。
本実施形態は、前記第一の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。図8及び図9に、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例の断面図を示す。図8には素子基板側の製造工程を、図9には配線基板側の製造工程をそれぞれ示す。なお、図内の破線で示す部分はインクの流路に対応する箇所である。
本実施形態は、前記第二の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。本実施形態では、第一の電気接続部材を形成する工程及び第一の流路接続部材を形成する工程が、めっきにより第二の金属からなる構造体を形成する工程と、置換めっきにより前記構造体の表面に第一の金属からなる膜を形成する工程と、を有する。ここで、第一の金属としてはAuを用いることができる。また、第二の金属としてはAuよりも安価なNi、Ag、Cu等を用いることができる。このように、本実施形態では第二の金属として第一の金属よりも安価な金属を用いることができるため、インクジェット記録ヘッドを低コストで製造することができる。
本実施例では、図8及び図9に示される工程によりインクジェット記録ヘッドを製造した。まず、素子基板113上の全面にシード電極(不図示)を形成した後、図8(1)に示されるように、素子基板113上にフォトレジストパターン150を形成した。次に、図8(2)に示されるように、電解めっきを用いてAuのめっきパターン151を形成した。次に、図8(3)に示されるように、CMPを用いてAuのめっきパターン151を平坦化した後、図8(4)に示されるように、フォトレジストパターン150を剥離液によって除去し、シード電極をエッチングによって除去した。以上により、素子基板113上に、Auからなり、厚さが7μmの、第一の電気接続部材117、第一の流路接続部材123、共通電極(振動板保持部材)121及び封止部材119を形成した。
・接合圧力:約10MPa
・接合温度:200℃
・接合時間:60分
以上により作製されたインクジェット記録ヘッドの接合界面の断面をSEMで確認すると、Au−Inの拡散合金層が観察された。このことから両金属は共晶結合されていることを確認した。また、接合シェア強度を測定したところ、AuとInの共晶を含む第二の電気接続部材118部分、BCBを含む第二の流路接続部材124部分共に20MPa以上の強度を有し、十分な接合強度を有することが確認された。また、インクの流路と接する流路接続部材は、Auからなる第一の流路接続部材123と、BCBからなる第二の流路接続部材124からなるため、該インクジェット記録ヘッドはインクに対する耐性が高かった。さらに、接合温度は200℃であるため、圧電素子の劣化が抑制されたインクジェット記録ヘッドが得られた。
本実施例では、図11に示される工程によりインクジェット記録ヘッドを製造した。なお、図11は素子基板側の製造工程を示しており、配線基板側の製造工程は実施例1と同様のため省略する。まず、実施例1と同様に、素子基板113上の全面にシード電極(不図示)を形成した後、図11(1)に示されるように、素子基板113上にフォトレジストパターン150を形成した。次に、図11(2)に示されるように、電解めっきを用いてNiのめっきパターン154を形成した。次に、実施例1と同様に、図11(3)に示されるようにCMPを用いてNiのめっきパターン154を平坦化し、図11(4)に示されるようにフォトレジストパターン150を剥離液で除去し、シード電極をエッチングによって除去した。次に、図11(5)に示されるように、Auの無電解めっきにより、Niのめっきパターン154表面をAuで置換し、厚さが1μmのAuからなる膜155を形成した。その後、実施例1と同様に、素子基板113と配線基板114とを積層して、加熱により接合した。
102 圧力室
104 流路
107 圧電素子
113 素子基板
114 配線基板
117 第一の電気接続部材(電気接続部材)
118 第二の電気接続部材
123 第一の流路接続部材(流路接続部材)
124 第二の流路接続部材
Claims (19)
- 圧電素子と、該圧電素子の一方の面側に設けられた圧力室と、を有する素子基板と、
前記圧電素子の前記一方の面とは反対の面側に配置された配線基板と、
前記素子基板と配線基板とを接合する電気接続部材及び流路接続部材と、
を有する液体吐出ヘッドであって、
前記素子基板と前記配線基板を貫通し、前記流路接続部材と接する液体の流路が形成されており、
前記電気接続部材が、第一の金属を含む第一の電気接続部材と、第一の金属と第三の金属との共晶を含む第二の電気接続部材とを含み、
前記流路接続部材が、第二の金属を含む第一の流路接続部材と、接着剤を含む第二の流路接続部材とを含むことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記第一の金属と前記第二の金属とが同じ金属である請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第一の金属と第三の金属との共晶の融点が、前記第三の金属の融点よりも高い請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第一の金属が、Au、Cu、Ag又はそれらの金属の少なくとも一つを含む合金であり、
前記第三の金属が、In、Sn又はそれらの金属の少なくとも一つを含む合金である請求項1から3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記第一の金属がAu又はAuを含む合金であり、
前記第三の金属がIn又はInを含む合金である請求項4に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記接着剤が熱硬化型樹脂を含む請求項1から5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第一の電気接続部材が、第二の金属からなる構造体の表面に第一の金属からなる膜が被覆された部材である請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第一の金属がAuであり、前記第二の金属がNi、Ag又はCuである請求項7に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記素子基板の表面に対して垂直な方向における、前記第一の流路接続部材の厚さが、前記第二の流路接続部材の厚さよりも厚い請求項1から8のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記配線基板が、前記圧電素子を駆動する駆動回路を有する請求項1から9のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記素子基板が、前記圧電素子と前記圧力室との間に振動板を有し、
前記液体吐出ヘッドが、前記振動板上に前記第一の金属を含む振動板保持部材を有する請求項1から10のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 圧電素子と、該圧電素子の一方の面側に設けられた圧力室と、基板を貫通する液体の流路と、を有する素子基板を用意する工程と、
基板を貫通する液体の流路と、電気配線と、を有する配線基板を用意する工程と、
前記素子基板又は前記配線基板上に、第一の金属を含む第一の電気接続部材を形成する工程と、
前記素子基板又は前記配線基板の前記流路に対応する位置に、第二の金属を含む第一の流路接続部材を形成する工程と、
前記素子基板又は前記配線基板の前記第一の電気接続部材に対応する位置に、前記第一の金属よりも融点が低く、前記第一の金属と共晶を形成可能な第三の金属を含む第二の電気接続部材を形成する工程と、
前記素子基板又は前記配線基板の前記第一の流路接続部材に対応する位置に、接着剤を含む第二の流路接続部材を形成する工程と、
前記配線基板を前記圧電素子の前記一方の面とは反対の面側に配置し、前記素子基板と前記配線基板とを積層して加熱することにより、前記素子基板と前記配線基板とを接合する工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記第一の金属と前記第二の金属とが同じ金属であり、前記第一の電気接続部材及び前記第一の流路接続部材を一括して形成する請求項12に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記第一の金属が、Au、Cu、Ag又はそれらの金属の少なくとも一つを含む合金であり、
前記第三の金属が、In、Sn又はそれらの金属の少なくとも一つを含む合金である請求項12又は13に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記第一の金属がAu又はAuを含む合金であり、
前記第三の金属がIn又はInを含む合金であり、
前記接着剤が熱硬化型樹脂を含み、
前記素子基板と前記配線基板とを接合する工程における加熱温度が156℃以上、220℃以下である請求項14に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記第一の電気接続部材を形成する工程及び前記第一の流路接続部材を形成する工程が、
めっきにより前記第二の金属からなる構造体を形成する工程と、
置換めっきにより前記構造体の表面に第一の金属からなる膜を形成する工程と、
を有する請求項12に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記第一の金属がAuであり、前記第二の金属がNi、Ag又はCuである請求項16に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記素子基板の表面に対して垂直な方向における、前記第一の流路接続部材の厚さが、前記第二の流路接続部材の厚さよりも厚い請求項12から17のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記素子基板が、前記圧電素子と前記圧力室との間に振動板を有し、
前記振動板上に前記第一の金属を含む振動板保持部材を、前記第一の電気接続部材及び前記第一の流路接続部材と一括して形成する請求項13、16及び17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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