JPH07132605A

JPH07132605A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH07132605A
Application number: JP30341893A
Authority: JP
Inventors: Yukihisa Koizumi; 幸久小泉
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1993-11-09
Filing date: 1993-11-09
Publication date: 1995-05-23

Abstract

(57)【要約】【目的】２枚の基板間の密着性を改善し、接合品質、
製作歩留まりを向上し、良好なインクジェットヘッドを
提供する。【構成】第１の基板１上にガラス層１５を形成し、そ
の上に発熱素子１４、アドレス電極１２、共通電極１３
と、保護層１６、発熱素子保護層１７等を積層し、パタ
ーニングし、さらに、厚膜樹脂層３を成膜して、ピット
９ａ，９ｂを形成する。共通電極１３は、ダミーピット
９ｂのパターン端位置から離れた位置に配設する。ダミ
ーピット９ｂのパターン端と、共通電極１３の上部の厚
膜樹脂層３が凸部２０、２３となり、高低差が減少して
平坦性が向上する。これにより、第１の基板１と第２の
基板２との密着接合状態が良くなり、作成歩留まりが向
上し、インク噴射特性がより安定化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクを噴射して記録
を行なうインクジェット記録装置に用いるインクジェッ
トヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より知られているインクジェットヘ
ッドの構造としては、例えば、特開昭６２−３３６４８
号公報や、特開平１−１４８５６０号公報に記載された
ものがある。図４は、一般的なインクジェットヘッドの
外観の説明図である。図中、１は第１の基板、２は第２
の基板、３は厚膜樹脂層、４はノズル、５はインク流入
口、６はワイヤボンディング、７はインク滴である。第
１の基板１には、ノズル４に対応して発熱素子が配置さ
れ、それぞれの発熱素子に電力を供給する電極が配設さ
れている。電極により電力の供給された発熱素子はイン
クを加熱し、インク中に気泡を発生させる。電極への電
力の供給は、ワイヤボンディング６を介して行われる。
発熱素子、電極の配設された第１の基板１の上層には、
絶縁膜、保護層などが形成され、さらに上層に厚さ１０
〜１００μｍ程度の厚膜樹脂層３が形成されている。発
熱素子の上部の厚膜樹脂層３には、発熱素子の発熱によ
って発生する気泡の成長方向を規定する、ピットと呼ば
れる凹部が形成されている。また、例えば、特開平１−
１４８５６０号公報に記載されているように、インク流
入口５とインク流路を結ぶ、バイパスピットと呼ばれる
凹部を形成する場合もある。厚膜樹脂層３として感光性
樹脂が用いられ、例えば、フォトマスクなどを用いて凹
部がパターニングされる。第２の基板２には、複数のノ
ズル４となるインク流路が形成されている。また、イン
クの取入口となるインク流入口５が設けられている。記
録のためのインクは、インク流入口５から入り、内部の
インク流路を通って、ノズル４からインク滴７として吐
出される。

【０００３】図５は、一般的なインクジェットヘッドの
作成方法の説明図である。図中、８は切断ラインであ
る。図４に示したように、インクジェットヘッドは、第
１の基板１と第２の基板２から構成される。第１の基板
１、第２の基板２とも、図５に示すように、ヘッド要素
を多数配置した第１基板１のウェハと第２基板２のウェ
ハを接着剤で接合し、接合後、切断ライン８に沿って切
断分離して、個々のインクジェットヘッドを作成してい
る。

【０００４】接着剤によって２枚の基板を接合する場
合、ノズル内が接着剤で埋まらないように薄く、例え
ば、１μｍ前後の厚さで接着剤を塗布し、かつ設計どお
りの流路形状を形成し、インク漏れなどが起こらないよ
うに、２枚の基板間を隙間なく密着させる必要がある。
しかし、実際には、２枚の基板間を接合すると、密着不
良が発生し、インクジェットヘッドの歩留りの低下及び
寿命の低下を引き起こしている。

【０００５】この２枚の基板間の密着不良の原因の一つ
として、厚膜樹脂層である感光性樹脂の平坦性の悪さが
ある。感光性樹脂層を平坦に塗布しても、パターニング
し、硬化させると、パターニング除去した端部が盛り上
がるという現象がある。この盛り上がり部分が第２の基
板に当接し、他の部分と第２の基板との間に隙間が生じ
てしまう。

【０００６】この盛り上がりを避けるため、例えば、特
開平４−３５７０４１号公報では、第２の基板の、厚膜
樹脂層の盛り上りが発生する部分に対応する部分に凹部
を設け、盛り上り部分が第２の基板に当接しないように
して、密着性を高めている。また、例えば、特開平５−
２４２０３号公報には、第２基板の接合領域の広い部分
に多数の凹部を設け、接着剤の多数の盛り上り部を形成
して接合面積を広くすることが記載されている。

【０００７】このような技術により、２枚の基板間の密
着性は改善されたものの、まだ完全ではなく、ときに
は、図６、図７に示すようなノズル面の密着不良１２が
発生した。図６、図７は、２枚の基板間の密着不良の状
態の説明図である。図６は平面図、図７はＡ−Ａ’断面
図である。図中、図４と同様の部分には同じ符号を付し
て説明を省略する。９はピット、９ｂはダミーピット、
１０は接合領域、１１は接着剤である。図６において、
ピット９の列の端部の接合領域１０以外はほとんどが接
合不良の状態となっている。このとき、ノズル部分は、
図７に示すように、厚膜樹脂層３と第２の基板２とが接
合されず、それぞれのインク流路が形成されていない。
この状態では、インクジェットヘッドとして使用するこ
とはできない。

【０００８】図８は、従来のインクジェットヘッドの構
造の説明図である。図８（Ａ）は平面図、図８（Ｂ）は
Ａ−Ａ’断面図である。図中、図４、図６、図７と同様
の部分には同じ符号を付して説明を省略する。１２はア
ドレス電極、１３は共通電極、１４は発熱素子、１５は
ガラス層、１６は保護層、１７は発熱素子保護層、１８
はピット間壁、１９はチャネル溝、２０は凸部、２１は
低部、２２はダイシング切断領域である。

【０００９】図８（Ｂ）に示すように、第１の基板１上
には、絶縁性を有するガラス層１５が設けられている。
図５でも述べたように、複数のインクジェットヘッドを
ウェハ上に作成し、ダイシングにより切断するが、ノズ
ル切断品質を向上させるため、図８（Ａ）に示すよう
に、ダイシング切断領域２２にはガラス層を露出させな
い構造にしてある。

【００１０】ガラス層１５の上に、インクを吐出するノ
ズルに対応して発熱素子１４が配置され、発熱素子１４
にアドレス電極１２及び共通電極１３が接続されてい
る。図８（Ａ）では、下側がインク吐出方向である。発
熱素子１４のインク吐出側に共通電極１３が、インク供
給口側にアドレス電極１２が、それぞれ接続されてい
る。発熱素子１４の駆動を行なう駆動回路等への配線
は、インクジェットヘッドの後方あるいは側方から行な
うので、共通電極１３はこの例では後方側、すなわち、
図中上方へ向けて配線されている。

【００１１】発熱素子１４の上層には、発熱素子保護層
１７が、また、アドレス電極１２、共通電極１３など、
他の部分には保護層１６が形成される。さらに、その上
層には、厚膜樹脂層３が形成される。そして、発熱素子
１４の上部の厚膜樹脂層３にピット９ａが設けられる。
このとき、端部のノズルは吐出不良が発生しやすいた
め、吐出を目的としないノズル、及び、ダミーピット９
ｂが設けられる。従来のインクジェットヘッドでは、共
通電極１３が、図８（Ｂ）に示すように、このダミーピ
ット９ｂの端部を通過している。

【００１２】一方、第２の基板２には、チャネル溝１９
が形成される。このチャネル溝１９も、吐出を目的とし
ないダミーピット９ｂに対応したチャネル溝が形成され
ている。この第２の基板２に接着剤１１を塗布し、第１
の基板と接合している。

【００１３】このような従来のインクジェットヘッドに
おいては、図８（Ｂ）に示したように、厚膜樹脂層３の
表面は、ダミーピット９ｂの端部、すなわち、図６の接
合領域１０に凸部２０が形成され、この部分が最も凸で
あることが判明した。すなわち、ピット列の端部となる
ダミーピット９ｂの端部は、パターンエッジであるため
凸となるとともに、共通電極１３が重なっているため、
さらに盛り上がってしまう。ピット間壁１８はパターン
エッジのため、多少凸になる程度である。そして、ヘッ
ド端近くでは、低部２１が形成された。厚膜樹脂層３が
このような形状となるため、ダミーピット９ｂの端部に
形成された共通電極１３上の凸部２０は、第２の基板２
と密着し接合していても、ピット間壁１８やヘッド端近
くの低部２１が密着接合不良になることがあった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、２枚の基板間の密着性を改
善し、接合品質、製作歩留まりを向上し、良好なインク
ジェットヘッドを提供することを目的とするものであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の発熱素
子と該発熱素子に電力を供給する電極が配設されその上
部に厚膜樹脂層を形成し少なくとも前記発熱素子上部の
前記厚膜樹脂層に凹部がパターン形成された第１の基板
と、インクの流路となる溝を形成した第２の基板を接合
して作成したインクジェットヘッドにおいて、前記第１
の基板と前記第２の基板の接合面積が広い部分では、前
記厚膜樹脂層に形成された凹部のパターン端以外の部分
の前記厚膜樹脂層の下層に凸部を配置したことを特徴と
するものである。

【００１６】

【作用】本発明によれば、接合面積が広い部分で、厚膜
樹脂層に形成された凹部、すなわちピットのパターン端
以外の部分の厚膜樹脂層の下層に凸部を配置しているの
で、ピットのパターン端のみが他より凸となって密着不
良となることはない。また、下層に配置した凸部によ
り、厚膜樹脂層がやや凸となるため、広い接合面積を確
保することができる。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明のインクジェットヘッドの第
１の実施例の説明図である。図中、図８と同様の部分に
は同じ符号を付して説明を省略する。２３は凸部であ
る。まず、第１の基板１は、ＬＳＩ等の製造装置、製造
方法を用いて作成される。第１の基板１の材質は、シリ
コンである。第１の基板１上に、蓄熱層または絶縁層と
なるガラス層１５を形成する。ガラス層１５は、例え
ば、熱酸化膜、ＳｉＯ₂、ＰＳＧなどで構成される。ガ
ラス層１５の上に、発熱素子１４、アドレス電極１２、
共通電極１３と、保護層１６、発熱素子保護層１７等を
積層し、パターニングする。発熱素子１４は、ポリシリ
コン抵抗体等で構成される。アドレス電極１２、共通電
極１３は、アルミニウム等で構成される。共通電極１３
は、発熱素子１４の同時駆動を行なうため、電流を１ア
ンペア程度流すように設計されており、厚さは１〜２μ
ｍ程度である。共通電極１３は、図１（Ａ）に示すよう
に、ダミーピット９ｂとヘッド端部の接合面積の大きい
部分で、ダミーピット９ｂのパターン端位置と共通電極
１３の配置位置との距離Ｗを１００μｍ以上離して構成
している。発熱素子保護層１７は、窒化シリコン、タン
タル等で構成される。保護層１６は、ガラス層１５と同
様の材料により構成することができる。これらの層が積
層、パターニングされた後、厚膜樹脂層３として、感光
性ポリイミドをスピンコートし、フォトリソ加工して、
硬化後の膜厚が２０〜５０μｍになるようにする。

【００１８】次に、第２の基板２は、シリコンから構成
される。第２の基板２上に、窒化膜、熱酸化膜等でマス
クを形成する。そして、ＫＯＨ溶液の中で結晶方位に依
存した選択的エッチング、すなわち、異方性エッチング
（ＯＤＥ）を施し、チャネル溝４０や他のインク流路を
形成する。チャネル溝が形成された第２基板に、例え
ば、特開昭６３−３４１５２号公報に記載されている方
法で、接着剤１１を転写塗布する。接着剤１１として
は、エポキシ系とシランカップリング剤等が用いられ
る。接着剤の転写塗布厚は、１μｍ前後である。その
後、第１の基板１と第２の基板２は、例えば、特開昭６
１−２３０９５４号公報に記載されているような、赤外
線アライメント法等を用いて整合し、加圧加熱し、密着
させ、接着剤を硬化する。

【００１９】このようにして、両基板を接合すると、図
１（Ｂ）に示した状態となる。共通電極１３に対応した
厚膜樹脂層３の凸部２３が、ピット列端部の凸部２０と
分離して発生するので、凸部２０が特別高くなることは
なく、また、凸部２３により密着性が良好になった。ま
た、ピット間壁１８の部分も、接着剤１１により良好に
接合することができる。この実施例の場合、ヘッド端部
の厚膜樹脂層のダレにより、低部２１が発生して、多
少、ヘッド端部の接合不良が発生しているが、インク流
路部分の接合は良好であり、インク噴射に影響するもの
ではない。

【００２０】図２は、本発明のインクジェットヘッドの
第２の実施例の説明図である。図中、図１と同様の部分
には同じ符号を付して説明を省略する。２４は凸部であ
る。この実施例では、共通電極１３をヘッド端部付近の
位置に配設した例を示している。このように共通電極１
３を配設することにより、ピット列端部の凸部２０の高
さが従来より減少するとともに、共通電極１３の配設に
よる盛り上りによって、ヘッド端部付近に発生していた
厚膜樹脂層３のダレによる低部が補われ、多少の凸部２
４が形成されることになる。これにより、ピット列端部
からヘッド端部に至る接合面積の広い部分は、中程が多
少凹部となるものの、良好な接合性を確保することがで
きる。

【００２１】図３は、本発明のインクジェットヘッドの
第３の実施例の説明図である。図中、図１、図２と同様
の部分には同じ符号を付して説明を省略する。２５はパ
ターンである。この実施例では、図１に示した第１の実
施例のインクジェットヘッドにおいて、ヘッド端部付近
の位置に、電極と同じ材質のパターン２５を設置したも
のである。このパターン２５は、例えば、寸法１００×
２００μｍ程度とすることができる。このパターン２５
の厚さに対応した盛り上りにより、第２の実施例と同
様、厚膜樹脂層３のダレによる凹みを補い、凸部３５が
形成されるので、ヘッド端部２２の接合も完全になり、
接合強度、シーリング効果が改善された。

【００２２】パターン２５としては、必ずしも電極と同
じ材質のものを用いなくてもよいが、電極と同じ材料を
用いる方が有利である。理由としては、電極が他の層よ
り厚く、電極用フォトリソマスクの変更のみで凸部を形
成でき、新たな層を追加積層する必要もなく、コストア
ップしないなどの利点がある。また、ヘッド端部にアル
ミパターンを設けても悪影響がない。

【００２３】パターン２５を電極と同じ材料で形成しな
い場合には、他の材料を用いて凸部を形成するか、ある
いは、他の層または基板の厚さを増加させ、凸状部を形
成するように構成することも可能である。

【００２４】パターン２５は、図３の例では電極とは電
気的に切り離された凸部として形成されているが、電気
的に並列に接続された電極の一部として形成することも
できる。また、パターン２５は、複数本設けることもで
きる。さらに、共通電極１３の幅を、ヘッド端部まで広
げ、幅の広い共通電極１３がパターン２５の役割も有す
るように構成することも可能である。これらの共通電極
１３及びパターン２５の形状は、電極形成時のフォトリ
ソマスクを変更すればよい。

【００２５】上述の各実施例では、厚膜樹脂層の下層
に、例えば、電極の配置位置を変えることによって凸部
を形成し、厚膜樹脂層の厚さを調整している。この原理
について、厚膜樹脂層として感光性樹脂を用いた場合を
例にして説明する。

【００２６】一般に、感光性樹脂は、膜厚が数十μｍの
時に、完全加熱硬化するとパターニングエッジが数〜１
０μｍ位盛り上がる。この盛り上がり量は、硬化条件に
よって、多少減少させ、改善することができる。また、
盛り上がり量は、パターンの大きさに依存し、小さいパ
ターンを除去した方が、盛り上がり量が小さいという性
質がある。数十μｍ程度のピットパターンでは、１μｍ
前後の盛り上がりが残る。

【００２７】次に、感光性樹脂はガスを出して硬化する
ため、硬化後は膜厚が減少し、硬化前の膜厚の５０〜８
０％になる。そのため、塗布時に感光性樹脂の表面が平
らでも、下地基板の凹凸の影響により感光性樹脂の膜厚
が違う場合、硬化後は感光性樹脂の表面に下地基板の凹
凸に対応した凹凸が発生してしまう。例えば、膜厚が２
μｍ違い、膜残存率が５０％ならば、硬化後の膜厚は１
μｍ違うことになる。

【００２８】感光性樹脂は、スピンコートによって下地
基板の凹凸をレベリングし、平らに被覆する性質を持っ
ているが、このレベリングの性質は、下地基板の凹凸の
寸法に依存し、膜厚が数十μｍで、下地基板の凹凸の長
さが数十μｍ以下の場合にはレベリングしやすいが、下
地基板の凹凸の長さが数百μｍ程度に大きくなるとレベ
リング機能がなくなる。

【００２９】これらの感光性樹脂の性質を理解すること
によって、従来のインクジェットヘッドの密着不良メカ
ニズムが理解できる。すなわち、共通電極の厚さは１〜
２μｍ程度であり、下地基板の凸部に相当する。したが
って、感光性樹脂のレベリング程度と硬化時の膜の減少
分とによって０．５〜１μｍ程度の凸状部が電極に対応
した位置に発生する。そして、この電極の位置に感光性
樹脂のパターンエッジの盛り上がりが重なると、さらに
０．５〜２μｍ程度、凸状部が付加される。結局、従来
のインクジェットヘッドの構成では、これらのことが考
慮されていなかったため、ピット列端部が１〜３μｍも
凸状となり、基板の密着を妨げていた。したがって、ピ
ット列端部の盛り上がり領域と、電極に対応する凸状部
が重ならないように配置すれば、感光性厚膜樹脂の平坦
性が向上することになる。このような見地から、図１に
示した第１の実施例では、共通電極をピット列端部から
離れた位置に配置している。このような配置により、従
来、厚膜樹脂の凹凸が１〜３μｍであるのが、１μｍ以
下にすることができる。

【００３０】一方、ヘッド端部に相当するヘッド要素間
のダイシング切断領域には、切断品質を向上させるた
め、熱酸化膜、ＰＳＧ、ＳｉＯ₂などのガラス層か除去
されている。ガラス層を除去した領域は、下地基板の凹
部の深さが２〜４μｍになり、しかも、この領域は幅が
数百μｍ前後、長さは基板寸法と同じレベルである。し
たがって、感光性樹脂を塗布した時のレベリング機能が
期待できなく、ガラス層の端部を中心にダレが生じ、感
光性樹脂の表面が凹み傾向になる。そのため、厚めの
層、例えば、電極材料をヘッド端部付近にパターン形成
すれば、下地基板の電極の凸形状の影響が、ヘッド端部
の凹み傾向を補う役目をし、ヘッド端部においても、平
坦性を向上することができる。図２に示した第２の実施
例では、共通電極をヘッド端部に配置することにより、
ヘッド端部の凹みを補い、平坦性を確保している。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、接合面積の広い部分において、厚膜樹脂層の
凹部のパターン端以外の部分の前記厚膜樹脂層の下層
に、例えば、電極等の凸部を配置したので、凹部のパタ
ーン端の凸部が減少して高低差が小さくなり、厚膜樹脂
層の平坦性を向上させることができる。また、ヘッド端
部の厚膜樹脂層の下部に凸部を配置することにより、ヘ
ッド端部においても厚膜樹脂層の平坦性を向上させるこ
とができる。その結果、第１の基板と第２の基板の密着
接合状態が良くなり、作成歩留まりが向上し、インク噴
射特性がより安定化するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの第１の実施
例の説明図である。

【図２】本発明のインクジェットヘッドの第２の実施
例の説明図である。

【図３】本発明のインクジェットヘッドの第３の実施
例の説明図である。

【図４】一般的なインクジェットヘッドの外観の説明
図である。

【図５】一般的なインクジェットヘッドの作成方法の
説明図である。

【図６】２枚の基板間の密着不良の状態の平面図であ
る。

【図７】２枚の基板間の密着不良の状態の断面図であ
る。

【図８】従来のインクジェットヘッドの構造の説明図
である。

【符号の説明】

１第１の基板、２第２の基板、３厚膜樹脂層、４
ノズル、５インク流入口、６ワイヤボンディン
グ、７インク滴、８切断ライン、９，９ａピット、
９ｂダミーピット、１０接合領域、１１接着剤、
１２アドレス電極、１３共通電極、１４発熱素
子、１５ガラス層、１６保護層、１７発熱素子保護
層、１８ピット間壁、１９チャネル溝、２０，２
３，２４凸部、２１低部、２２ダイシング切断領
域、２５パターン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の発熱素子と該発熱素子に電力を供
給する電極が配設されその上部に厚膜樹脂層を形成し少
なくとも前記発熱素子上部の前記厚膜樹脂層に凹部がパ
ターン形成された第１の基板と、インクの流路となる溝
を形成した第２の基板を接合して作成したインクジェッ
トヘッドにおいて、前記第１の基板と前記第２の基板の
接合面積が広い部分では、前記厚膜樹脂層に形成された
凹部のパターン端以外の部分の前記厚膜樹脂層の下層に
凸部を配置したことを特徴とするインクジェットヘッ
ド。