JPH07148928A - 製造の間に生成される不所望の形成の効果を回避するインク・ジェット・プリントヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プリントヘッドのボンディングされたヒータ
ーとチャンネル・プレートとの間の隔離を実質的に防止
する。 【構成】 加熱要素３４およびアドレス要素３３にわた
って下部サブストレート２８の上に堆積され、ある所定
のアレイのレリーフ凹部３８をその中で規定するために
パターン化されている薄膜絶縁層３９と、薄膜絶縁層３
９およびレリーフ凹部３８のアレイにわたって堆積さ
れ、パターン化されている厚膜絶縁層１８を有するイン
ク・ジェット・プリントヘッド。凹部を形成するために
厚膜絶縁層１８が堆積され、パターン化され、養生され
ている間に生成されたトポグラフ的な形成は、厚膜絶縁
層１８におけるトポグラフ的な形成に起因する上部サブ
ストレート３１と下部サブストレート２８との間のいか
なる隔離でも防止する態様で補償される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はサーマル・インク・ジ
ェット・プリントヘッドに関するものであり、より詳細
には、２個の部分の間にサンドイッチ状にされた厚膜に
おける製造の間に生成されるトポグラフ的な形成に起因
する、２個のボンディングされた部分の間の隔離(stand
off)を回避するための、改良されたサーマル・インク・
ジェット・プリントヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】実在するサーマル・インク・ジェット・
プリント・システムにおいては、通常はチャンネル・ノ
ズルまたはオリフィスからある所定の距離の上流にあ
る、毛細管状に満たされた平行のインク・チャンネルに
配置されている抵抗としてのサーマル・エネルギー発生
器に対する電流パルスの選択的な印加により、インク・
ジェット・プリントヘッドはオン・デマンドでインク滴
を発射する。ホーキンス（Ｈａｗｋｉｎｓ）らに対する
米国再公表特許第３２，５７２号には、このようなサー
マル・インク・ジェット・プリントヘッド、および、そ
の幾つかの製造プロセスが例示されている。各プリント
ヘッドは、整列され、一緒にボンディングされた２個の
部分からなるものである。その一つの部分は実質的には
平板状のサブストレートであり、その表面上には加熱要
素およびアドレス要素の線形アレイが含まれている（ヒ
ーター・プレート）。そして、その第２の部分は、該２
個の部分が一緒にボンディングされたときにインク供給
マニホールドとして作用するように、その中で異方性を
もってエッチングされた少なくとも一つの凹部を有する
サブストレートである（チャンネル・プレート）。該第
２の部分には平行な溝部の線形アレイも形成されてお
り、該溝部の一方の端部はマニホールドの凹部に連通さ
れ、その他方の端部は開放されてインク滴の発射ノズル
として用いるようにされる。一つのシリコン・ウエファ
上において複数セットの加熱要素アレイをそれらのアド
レス要素とともに製造することにより、そして、対応す
る複数セットのチャンネル用溝部とその中で関連される
マニホールドとを備えた第２のシリコン・ウエファと合
わせることにより、多くのプリントヘッドを同時に作成
することができる。２個のウエファが整列され、一緒に
ボンディングされた後で、つがいにされた(mated) ウエ
ファは賽の目状に切られて、多くの分離したプリントヘ
ッドにされる。

【０００３】このような２部分のサーマル・インク・ジ
ェット・プリントヘッドに対する改良が含まれている、
トーピー（Ｔｏｒｐｅｙ）らに対する米国特許第４，６
３８，３３７号には、ホーキンスらのそれと同様に改良
されたプリントヘッドが開示されているけれども、その
加熱要素の各々は（ヒーター・ピットと呼ばれる）凹部
に配置されている。加熱要素を含む凹部の壁部はノズル
を通してバブルが横移動することを防止するために、気
化されたインクの雰囲気に対する（ブロウ・アウトとし
て知られる）急激な解放により空気の吸い込みを生じる
ようにされ、この事象が生起したときにはプリントヘッ
ドの動作が中断される。この特許においては、Ｒｉｓｔ
ｏｎ（登録商標）または Ｖａｃｒｅｌ（登録商標）の
ようなポリイミドの厚膜絶縁層が加熱要素を含むウエフ
ァ上に形成され、該加熱要素のための凹部を与えるべく
パターン化されて、それらが一緒につがいにされたとき
には、該厚膜層が２個のウエファ間に介在するようにさ
れる。ホーキンスに対する米国特許第４，７７４，５３
０号においては、トーピーらに対する特許を越えた改良
を開示することにより、２部分のプリントヘッドが更に
改善されている。この特許においては、（バイパス・ピ
ットと呼ばれる）更なる凹部が厚膜層にパターン化され
て、チャンネルの閉じた端部の周囲をインクが流れるこ
とが可能にされることにより、マニホールドからチャン
ネルへのインクの流通経路を設けるようにされており、
これによって、溝部の閉じた端部をマニホールドの凹部
に対して開放するために必要とされた製造ステップが排
除される。ヒーター・プレートの表面をカバーする厚膜
絶縁層に形成された前記改良のヒーター・ピットおよび
バイパス・ピットを有するヒーター・プレートは、整列
され、チャンネル・プレートに対してボンディングされ
て、各チャンネルの溝部がその中に凹部状の加熱要素を
備え、バイパス・ピットを備えて、インク・マニホール
ドからチャンネル溝部へのインク通路を設けるようにさ
れる。

【０００４】インク・ジェット・プリントヘッドのヒー
ターおよびチャンネル・プレートをボンディングする粘
着層の厚みの一様性が進歩して改良されているが、ボン
ディングされたヒーターとチャンネル・プレートとの間
の不十分な粘着により、プリントヘッドの動作に悪影響
をおよぼす多くの問題が連続して生起しており、例え
ば、隣接するチャンネル間で異なるサイズの滴が生じる
ようにされているが、その理由は、ヒーター・ピットお
よびバイパス・ピットのパターン化の間に、不所望のト
ポロジー的な突出形成またはリップが厚膜層上に形成さ
れて、粘着層によるチャンネル・ウエファの表面とヒー
ター・ウエファ上の厚膜層との間の十分な接触が妨げら
れることにある。厚膜層は好適にはポリイミドである
が、その理由は、プリントヘッド・インクの主要な成分
である水分に対する不浸透性にある。しかしながら、こ
のポリイミドに関する一つの欠点は、フォトイメージの
エッジにおける上昇したエッジまたはリップ（１−３ミ
クロンの高さ）のような、不所望のトポロジー的な形成
部を形成する傾向があることである。ヒーターおよびチ
ャンネル・プレートを一緒にボンディングするときに
は、２個のプレートの間の隔離が上昇したエッジのため
に生じるようにされて、２個のプレートの間の粘着性が
減少し、このためにチャンネル間のギャップが形成され
る。

【０００５】別の形式のポリイミド・トポグラフィは、
液体ポリイミドの層が施され、ウエファの上に流された
ときに、ウエファのエッジにおけるエッジ・ビーズまた
は上昇したエリアの形式で当面される。ウエファ上の接
触エリアが該ウエファのエッジにおける接触角度のため
に更に広がることが不可能であるときには、スピン状の
液体ポリイミドが、ウエファの外側に向けて求心力によ
り押されて、エッジ・ビーズを形成するようにされる。
例えば、直径４インチ（１０．２ｃｍ）のウエファ上の
エッジ・ビーズは、その外側エッジから放射状に０．５
インチ（１．２７ｃｍ）のオーダーのものであり、残り
のポリイミド層よりも数マイクロメータ大きい厚みを有
している。ポリイミドのこのようなエッジ・ビーズによ
れば、ウエファの間の十分なボンディングが妨げられ
る。チャンネル・プレートの中央エリアに配された付加
的なストレスのために、ヒーターおよびチャンネルのプ
レートがボンディングされる間に割れ目が生じる原因に
され、エッジ・ビーズはプリントヘッドの信頼性の問題
にもされる。エッジ・ビーズは、ヒーター・ウエファの
エッジから除去されたときには、その外側エッジにおい
てチャンネル・プレートを片持ちばり状にし、また、チ
ャンネル・ウエファの外部周辺エリアにおいて割れ目が
再び生じる原因にされる。チャンネル・ウエファにおけ
るこのような割れ目の発生により、それらがウエファ・
ペアから分離された後での個別のプリントヘッドの信頼
性が低下するようにされる。

【０００６】しかしながら、上昇したエッジおよびエッ
ジ・ビーズは、フォトイメージ化されたポリイミドから
生成されたトポグラフ的な形成だけではない。壁部のた
わみまたは沈下のような別のトポグラフ的な形成は、ボ
ンディングされたヒーターとチャンネル・プレートとの
間の隔離に付加することにより、上昇したエッジの負性
の効果を複合させる。壁部の沈下は、近傍に隣接したポ
リイミドのフォトイメージ化されたピット間のポリイミ
ド壁部におけるスランプである。２個のウエファ間でサ
ンドイッチ状にされたポリイミドは、２ミクロンよりも
多くのトポグラフ的な変動を形成できるものであって、
約２ミクロンまたはそれより小さい厚みのボンディング
による粘着を許容するものではなく、チャンネル間のギ
ャップの形成におけるブリッジ操作または充填操作をす
るようにされる。これらのチャンネル間のギャップによ
り、滴が排出されているときのチャンネル間のクロスト
ークが許容される。チャンネルおよびヒーター・プレー
トをボンディングする際に粘着剤を印加するときには、
その動作の間にインク・チャンネルが妨害を受けないよ
うに、インクと接触する全ての表面が確実に粘着剤から
自由であるように注意せねばならない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、プ
リントヘッドについての実在する製造シーケンスに対す
るインパクトを最小にすることにより、プリントヘッド
のボンディングされたヒーターとチャンネル・プレート
との間の隔離を実質的に防止することにある。

【０００８】この発明の別の目的は、非機能的でまたが
り式のチャンネルを必要とすることなく、厚膜絶縁層に
おけるトポグラフ的な形成の効果を回避するようにされ
た、より信頼度のあるプリントヘッドを供給することに
ある。

【０００９】この発明の更に別の目的は、チャンネルお
よびヒーター・ウエファのボンディング操作の間に、チ
ャンネル・プレートに対する損傷の原因になるエッジ・
ビーズの効果を最小にすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述の目的およびその他
の目的を達成するために、および、上記された欠点を克
服するために、プリントヘッドのチャンネルとヒーター
・プレートとの間の隔離を防止する、インク・ジェット
・プリントヘッドのアセンブリに対する改良が開示され
ており、プリントヘッドが、整列および異方性のエッチ
ングがなされたシリコン・チャンネル・ウエファのボン
ディングによって形成されたタイプのものであって、複
数セットのチャンネル溝部のアレイを含んでいるときに
は、厚膜絶縁層において形成されたピットまたは凹部に
配置されている、選択的にアドレス可能な加熱要素の複
数セットのアレイを含むヒーター・ウエファまでのもの
である。ヒーターとチャンネル・ウエファとの隔離は、
ヒーター・ウエファに対して厚膜層を印加すること、ま
たは、それをパターン化してフォトイメージ化された凹
部（ピット）を形成することの間に生成されるトポグラ
フ的な形成に起因するものである。この発明で提供され
る製造シーケンスによれば、プリントヘッドのヒーター
・ウエファの厚膜絶縁層において形成されるトポグラフ
的な形成が実質的に回避される。

【００１１】プリントヘッドのヒーター・ウエファの製
造シーケンスは、厚膜絶縁層には２個の逐次に形成さ
れ、パターン化された層が含まれており、その材料は好
適にはポリイミドであるようにされる。その第１のポリ
イミド層は、要求されているよりも大きいヒーター・ピ
ットおよびバイパス・ピットのため、および、ウエファ
のエッジ・ビーズの除去のための比較的薄い膜の層であ
り、第２の、より厚いポリイミド層におけるピットおよ
びウエファのエッジ・ビーズの上昇されたエッジが、ヒ
ーターおよびチャンネル・ウエファの適当な合わせ操作
およびボンディング操作を妨げないようにされる。より
薄いポリイミド層およびより厚いポリイミド層は、ヒー
ター・プレートに対して連続して印加される。フィルム
のポリイミド層は始めにヒーター・ウエファに逐次にス
ピンされ、これに続けて逐次にフォトイメージ化されて
養生(cure)されるが、より薄い層は完全な養生ステップ
を必要とするものではない。より薄いポリイミド層は、
第２のより厚いポリイミド層において形成されるトポグ
ラフ的な特徴に対して補償をする、フォトパターン化し
たレリーフ・トレンチを有している。２個の層の深さの
選択は、変動する深さのトポグラフ的な形成がボンディ
ングされたヒーターとチャンネル・プレートとの間の隔
離を実質的に排除し、ボンディングされるプレート間に
印加された粘着剤がボンドに対して最大の性質を有する
ことを確実にするようにされる。このために、トポグラ
フ的な効果の大きさは回避することができるか、また
は、フィルムのポリイミド層の凹部の相対的な厚みおよ
び相対的なサイズによって調整することができる。結果
として改良されたプリントヘッドによれば、余分の非機
能的なチャンネルを必要とすることなく、上昇されたエ
ッジおよびエッジ・ビーズのような、トポグラフ的な形
成に起因するチャンネルとヒーター・プレートとの間の
隔離が防止される。

【００１２】

【実施例】図１には、この発明に係るプリントヘッド１
０の概略的な等大図が拡大されて部分的に示されてお
り、その前方面２９には、小滴の発射ノズル２７のアレ
イを含んで示されている。図２は、点線で示された一つ
のインク・チャンネル２０を通してライン２−２に沿っ
て示されるような、図１の断面図である。ここで図２を
も参照すると、矢印２３で描かれているように、インク
（図示せず）がマニホールド２４から流れて、溝部即ち
インク・チャンネル２０の端部２１の周囲に至るように
されている。低部の電気的絶縁サブストレート即ち加熱
要素プレート２８は、その表面３０上に形成されたアン
ダーグレイズの絶縁層３９上にモノリシックに生成され
た加熱要素即ち抵抗３４およびアドレス要素３３を備え
ており、これに対して、上部サブストレート即ちチャン
ネル・プレート３１は、ある一つの方向に伸長して、チ
ャンネル・プレートの前方面２９を貫通する平行な溝部
２０を備えている。溝部２０の端部は、傾斜した壁部２
１において終端するノズルに対向している。貫通型の凹
部２４は毛細管的に充填されるインク・チャンネル２０
に対するインク供給マニホールドとして用いられるもの
であり、また、インク充填用孔部として用いるためのオ
ープン・ボトム２５を備えている。溝部を有するチャン
ネル・プレートの表面は整列されて、ヒーター・プレー
ト２８にボンディングされており、複数の加熱要素３４
のそれぞれを、溝部および低部サブストレート即ちヒー
ター・プレートによって形成された各チャンネル２０に
配置するようにされている。僅かに負圧の下にあるイン
クは、充填用孔部２５を通して凹部２４および低部サブ
ストレート２８によって形成されたマニホールドに入
り、毛細管の動作により、厚膜絶縁層１８に形成された
複数の伸長した凹部３８を通して流れることによってチ
ャンネル２０を充填するようにされるが、各チャンネル
２０に対して一つであるか、または、全てのチャンネル
に対して作用する共通のトレンチ状の凹部を通してかの
いずれかにされる。各ノズルにおけるインクはメニスカ
スを形成しており、負のインク圧およびメニスカスの表
面張力の組み合わせによって、インクがそこから滴るこ
とが防止される。

【００１３】サーマル・インク・ジェット・ダイ即ちプ
リントヘッド１０は、異方性にエッチングされたチャン
ネル・ウエファ４７を、ボンディングされたウエファを
個別のプリントヘッド１０に分離するダイス操作ステッ
プによって追従されるヒーター・ウエファ４９（図３）
に対して整列し、粘着的にボンディングすることによっ
てバッチ的に発生される。ヒーター・ウエファの一つの
表面（表面３０）上に加熱要素およびアドレス電極のア
レイを形成するのに先立ち、２酸化シリコンまたは窒化
シリコンのようなアンダーグレイズの層３９がその上に
形成される。加熱要素およびアドレス電極のアレイが形
成された後で、例えば窒化シリコンの薄膜受動層４５
（図５だけに示されている）が、ヒーター・ウエファの
表面３０の上で、加熱要素およびアドレス要素にわたっ
て堆積されて、露出した電極をインクから保護するイオ
ン・バリアーを設けるようにされる。該受動層は、コン
タクト・パッド３２および加熱要素３４から除去され
る。

【００１４】この発明においては、ヒーター・ピット２
６およびバイパス・ピット３８を設けるために用いられ
る厚いフォトパターン可能層１８は２個の層からなるも
のである。即ち、より薄い第１の層１３およびより厚い
第２の上に重なる層１６からなるものである。第１およ
び第２の層の双方に好適な材料はポリイミドである。よ
り薄い第１のポリイミド層１３は、図５に示されている
ような所定の寸法を有するレリーフ・トレンチ５７，５
８，５９および６０がその中にエッチングされており、
部分的に示されているヒーター・ウエファ４９の平面図
は、レリーフ・トレンチ５７−６０の幾つかを示すため
に第２の上に重なる層１６の一部が除去され、該第１の
層における残りのレリーフ・トレンチは点線で示されて
いて、詳細に後述される。後から明らかになるように、
これらのレリーフ・トレンチ５７−６０は、第２のより
厚い上に重なるポリイミド層１６によって形成される、
ポリイミドのトポグラフ的な特徴を補償するものであ
る。好適にはポリイミドであるフォトパターン化の可能
な材料からなるより厚い第２の層１６は、先に受動層４
５の上部に形成された、パターン化された第１のポリイ
ミド層１３の上部に堆積され、トレンチ５７−６０を通
してウエファ・エッジにおいて露出される。薄いポリイ
ミド層１３は加熱要素を露出するようにパターン化さ
れ、これにより該加熱要素を分離したピット２６に配置
するようにされて、電極端子３２をクリアにし、また、
溜め２４とインク・チャンネル２０との間のバイパス凹
部３８に後続してインクの流れを与える場所において第
１のポリイミド・フィルム層を除去し、更に、薄いポリ
イミド層１３の外部環状リングを除去して、ポリイミド
層１３の外部周辺部５０が、概略的には４インチのウエ
ファに対して約０．５インチである距離“ｔ”だけ、ウ
エファ４９のそれから短縮される。任意選択的には、薄
いポリイミド層１３は（図２において点線で示されてい
るような）バイパス凹部３８においてパターン化される
ことはないが、その理由は、バイパス凹部即ちピットの
上流端部および下流端部が、矢印６９（図５）によって
示されているようなノズルの方向に関して、チャンネル
２０またはマニホールド２４の内部に配置されているこ
とにある。このために、バイパス凹部の上流端部および
下流端部における上昇したエッジまたはリップは、隔離
の問題にはならない。これに加えて、薄いポリイミド層
１３は、パターン化されていないときには、この領域に
おける電極または回路に対して余分の受動性を付与する
ことになる。しかしながら、バイパス凹部３８に対向す
る外側部は、この場所において寸法６２の幅およびバイ
パス・ピット３８の長さを有する、凹部（図示せず）だ
けをパターン化することによって回避される、上昇した
エッジを生成するようにされる。

【００１５】加熱要素はタンタル（Ｔａ）のような保護
層１７によってカバーされており、崩壊する蒸気のバブ
ルに起因する、加熱要素に対する空洞現象的な損傷を回
避するようにされるが、このＴａ層は明確化のために図
５には示されていない。プリントヘッドはドーター・ボ
ード１９上に搭載することが可能であり（図１および図
２を参照）、ワイヤ・ボンド１４によってその上の電極
１２に電気的に接続されている。該ドーター・ボード
は、プリンタ・コントローラ（図示せず）および電源部
（図示せず）とのインタフェースを供するものである。

【００１６】ここで先行技術の図６−図８を参照する
と、その図６の断面図は、チャンネル２０に垂直の断面
によるウエファ・ペア５４を示すものであり、図８の断
面図は、平行にされており、チャンネル２０の一つを通
る断面によるウエファ・ペアを示すものである。図７
は、図６においてサークル７により囲まれたエリアの拡
大図である。トポグラフ的な形成は、その背景において
検討されたように、ヒーター・ピット２６が、ウエファ
・ペア５４のチャンネル・ウエファ４７に対向するヒー
ター・ウエファ４９上の単一の厚膜絶縁層１８において
フォトリソグラフ的に処理されるときに形成される。ア
レイにおいて外部の対向するピット上のこれらの形成
は、チャンネル・ウエファ４７とヒーター・ウエファ４
９との間の隔離を増大させるのにマイナスの性質を有し
ている。フォトイメージ化されたポリイミドを養生する
間に形成される第１のトポグラフ的な形成は、図７にお
いてスペース４２で指示されているような、ヒーターお
よびチャンネル・プレートの隔離に帰する上昇したエッ
ジまたはリップ４０である。上昇したエッジ４０は、ヒ
ーター・ピットおよびバイパス・ピットの各々の前後に
おけると同様に、外部ヒーター・ピット２６の外側部上
で、また、バイパス・ピット３８の外側部上で、ポリイ
ミドの厚膜層１８において形成される。リップ４０は、
図６において示されたダイス・カット４８に対して形成
された凹部５５に対するような、ポリイミドの大きいエ
リアのいかなるエッジにおいても形成される。ピットの
前後に対して形成されたリップに起因するプレートの隔
離は、チャンネル２０およびそれらをまたぐマニホール
ド２４のために、その影響は無視できる程度のものであ
る。第２のトポグラフ的な形成は、図７においてスペー
ス４１で指示されているピット間の壁部１５におけるた
わみまたは沈下である。たわみは、ヒーターとバイパス
・ピットとの間で形成されるような、凹部の間のポリイ
ミドの狭い幅に起因するものである。上昇したリップお
よび壁部のたわみの結果としての２個のトポグラフ的な
形成の組み合わせにより、スペースまたはギャップ４３
が、壁部１５の近傍におけるたわみのスペース４１およ
び上昇したリップのスペース４２の双方に等しくなるよ
うにされる。壁部１５は、ヒーター・ピットの間および
バイパス凹部の間の分離を表している。この大きいギャ
ップ４３は、チャンネル相互間のクロス・トーク、また
は、プリントヘッド１０の動作的な一貫性の基礎を危う
くするチャンネル間のインクの流れを助長する原因にな
る。

【００１７】第３のトポグラフ的な形成はエッジ・ビー
ズ７３であるが、それはポリイミドに対するフォトパタ
ーン化のプロセスの関数ではなく、ヒーター・ウエファ
４９上の液体ポリイミド層１８をスピン形成する間にこ
うむる求心力の関数である。ヒーター・ウエファ４９の
エッジ部分７６においては、エッジ・ビーズ７３は表面
張力によってウエファ上に保持される。ポリイミドは不
完全な液体としてウエファ４９に加えられ、該ウエファ
をカバーするまでスピン操作される。エッジ・ビーズ７
３の幅は、距離７５によって指示されているように、典
型的には０．５インチのオーダーのものである。

【００１８】これを要約すると、例えば図６−図８のヒ
ーターおよびバイパス・ピットのような単一のポリイミ
ド層における凹部のパターン化およびエッチングは、凹
部のエッジが比較的大きいエリアのパターン化されてい
ないポリイミド層に隣接しているときには、該凹部のエ
ッジにおける上昇したリップまたはエッジの原因にな
る。これに対して、隣接のピットが比較的近接してお
り、ピットまたは凹部を切り離すポリイミド材料の壁部
が比較的薄いときには、該ポリイミドの壁部にはたわみ
が生じることになる。このために、ヒーターとバイパス
・ピットとの間のポリイミドの壁部は一般的にはたわみ
を生じ、これに対して、後続のノズル位置に関して上流
および下流のピットのエッジには上昇したリップが生じ
ることになる。また、ヒーターおよびバイパス・ピット
の各々のアレイにおける外部ピットの外部エッジでも上
昇したリップが生じる。これらの上昇したリップおよび
たわみのある壁部は、チャンネルとヒーター・ウエファ
との間の隔離即ち分離の結果として生じるものであり、
その満足すべきボンディングがこれによって妨げられる
ことになる。

【００１９】ここで図５を参照すると、複数アレイの加
熱要素３４およびアドレス電極（図示せず）が形成され
て、好適には窒化シリコンの受動層４５により受動化さ
れ、加熱要素およびコンタクト・パッドは該受動層がク
リアにされた後で、２層である好適にはポリイミドの厚
膜絶縁層１８がヒーター・ウエファ上に形成されてい
る。その第１に、ポリイミドの比較的薄い層１３が、加
熱要素および電極の上部でスピン操作により被覆され
て、約１０μｍの厚みの層を形成するようにされる。先
に説明されているように、ウエファ４９の外部周辺部に
おいて環状のエッジ・ビーズが形成される。約４インチ
のウエファに対しては、エッジ・ビーズの放射状の幅
“ｔ”は約０．５インチである。次に、薄いポリイミド
の層１３はフォトイメージ化され、展開され、そして養
生されて、加熱要素３４上部の凹部、バイパス・ピット
３８に対する凹部を形成し、そして、環状のエッジ・ビ
ーズを除去するようにされる。一つの実施例において
は、上記で指示されたように、下部に横たわる電極また
は回路に余分の受動性を付与するために、薄いポリイミ
ドの層１３におけるバイパス・ピットは省略される。こ
の実施例においては、対向する最外側バイパス凹部の位
置の外部エッジに隣接する小さい凹部がパターン化され
る（図示せず）。ポリイミドの層１３におけるこれらの
小さい凹部は、これに続けて、第２のより厚いポリイミ
ドの層１６によってカバーされる。下部に横たわってい
る電極または回路がより厚いポリイミドの層１６によっ
てカバーされた状態に留まるように、これらのエリアは
ポリイミドの層１６においてはパターン化されず、それ
でも、最外側のバイパス凹部即ちピット３８の外部エッ
ジに隣接する、より薄いポリイミドの層１３における小
さい凹部（図示せず）のために、該より薄いポリイミド
の層１３をカバーするより厚いポリイミドの層の上部
で、上昇したリップが伸長することはない。薄いポリイ
ミドの層はウエファの外部エッジから除去されて、約
０．５インチの放射状の幅を有する受動層４５の環状リ
ングを露出するようにされる。ポリイミドが３５ないし
５０μｍの厚みの範囲にあり、該厚みは小滴を排出する
バブルの横方向の移動を防止するために必要とされると
きには、各アレイにおける外部加熱要素に対するピット
および外部のバイパス・ピットは、通常は、１ないし３
μｍの上昇したエッジを有している。しかしながら、２
ないし１０μｍの厚みのポリイミドの層における上昇し
たエッジにはさ程の意義はない。後続のノズル位置に関
する先行技術の上流および下流の端部も上昇したエッジ
を有しているが、これらの上昇したエッジは一般的には
チャンネルおよびヒーター・ウエファのボンディングに
干渉するものではなく、その理由は、バイパス・ピット
の下流端部上のヒーター・ピットおよび上昇したエッジ
をチャンネルがまたぐことにある。バイパス・ピットの
他方の端部は大きい貫通型の凹部２４内にある（図８を
参照）。ポリイミドの第２の層１６は、パターン化され
た第１の層１３の上部にスピン操作で被覆されている。
ポリイミドの層１６の厚みは、約２０ないし３５μｍで
ある。ポリイミドはレベル化層である傾向があるけれど
も、即ち、横たわっているトポグラフ的なものを滑らか
にする傾向があるけれども、トポグラフ性の低いエリア
にわたって沈下する傾向があるように、ある程度の順応
的な傾向も有している。このために、（上昇したリップ
またはエッジを形成する傾向をもって）下部の層がエッ
ジのフォトイメージ化されねばならない領域から除去さ
れるときには、上部の層がスピン操作して、上部の層の
厚みだけが、上部および下部の層の双方を有するエリア
よりも幾らか薄くなるようにされる。第２のポリイミド
の層１６において形成される上昇したリップが、第１お
よび第２のポリイミドの層１３，１６の組み合わせの高
さを越えないように、第１のポリイミドの層１３におけ
る凹部は、上昇したリップが約６５μｍで形成される最
終的なヒーターおよびバイパス凹部よりも大きくされ
る。

【００２０】外部のヒーター・ピットおよびバイパス・
ピットに対する第１のポリイミドの層１３における凹部
５７，５９の幅は、それぞれに、寸法“Ｘ”で指示され
るような、通常のまたは最終的な幅のサイズを越えて伸
長される。その増大されたサイズは、ヒーター・ピット
およびバイパス・ピットのそれぞれに対して寸法６４お
よび６２で指示されており、加熱要素３４の上部の外部
ヒーター・ピットに対する全体的な幅はＸ＋寸法６４で
あり、外部バイパス・ピットに対する全体的な幅はＸ＋
寸法６２であるようにされる。ヒーター・ピットの長さ
は上流および下流の端部において寸法６５だけ増大され
て、その全体的な長さが“Ｚ”であるようにされる。バ
イパス・ピットの長さは上流および下流の端部において
寸法６１だけ増大されて、ノズルへの方向を表す矢印６
９で指示されているように、その全体的な長さが“Ｙ”
であるようにされる。ヒーター・ピットに対する凹部５
８は、外部の対向する凹部５７の中間のものであり、そ
の幅がＸから変化することなく、最終的なピットのサイ
ズの実際の幅であるように、寸法６５だけ増大した上流
および下流の端部だけを有している。かくして、全体的
な長さである“Ｚ”は、それぞれのピットの長さに寸法
６５を加えたものである。その好適な実施例において
は、最終的なピットの幾何学的なサイズにわたる凹部５
７−６０のサイズの増大は寸法６１，６２，６４および
６５で指示されるものであり、その全ては約６５μｍに
等しい。

【００２１】２ないし１０μｍの厚み、好適には３μｍ
の厚みを有する第１のポリイミドの層１３がパターン化
され、養生された後で、第２のポリイミドの層１６がそ
の上にスピン操作で被覆されて、約２０ないし３５μｍ
の厚み、好適には３２μｍの厚みになるようにされる。
ポリイミドの層１３の外部リングが除去されているため
に、第２のポリイミドの層１６によって形成されたエッ
ジ・ビーズは、第１および第２のポリイミドの層の組み
合わされた高さよりも著しく大きい高さまたは厚みを持
たないことになる。このために、エッジ・ビーズの問題
は排除される。上記で指示されているように、第２のポ
リイミドの層はレベル化する傾向があるけれども、第１
のポリイミドの層１３のトポグラフ的なものに追従する
のに十分な順応性があり、また、双方のポリイミドの層
の組み合わされた厚みよりも小さい、凹部５７−６０に
おける厚みを有している。第２のポリイミドの層は、ヒ
ーター・ピット２６およびバイパス・ピット３８の双方
に対して必要とされる正確なサイズまでパターン化され
る。第２のポリイミドの層の厚みが双方のポリイミド層
の組み合わされた厚みよりも小さいことから、図４にお
いてより詳細に示されているように、上昇したエッジが
上記の組み合わされた層の上に伸長することはなく、該
上昇したエッジの問題はなくなる。ピットの間の壁部４
４のたわみは減少する。第１のポリイミドの層１３は、
第２のポリイミドの層１６の印加に先だって養生される
が、これは、第２の層のレベル化の傾向のために、ピッ
トを分ける壁部を越えて僅かに厚いものになる。第２の
ポリイミドの層は先行技術の単一の厚膜層よりも厚みが
小さいことから、そのたわみも小さいものである。上昇
したエッジは２個の厚膜層の平面上部には伸長していな
いために、チャンネル・ウエファとヒーター・ウエファ
との間のギャップだけが、ヒーターとバイパス・ピット
との間の壁部４４におけるたわみに当たるものである。
壁部４４は、ヒーターおよびバイパス・ピットの各アレ
イにおける外部ピットの中間部のものである。チャンネ
ル・ウエファ（図示せず）上の粘着層の厚みが、たわみ
のあるピットの壁部４４に起因するギャップ４６に等し
いか、これよりも大きいために、上昇したエッジなしの
たわみは、ウエファの満足すべきボンディングに対する
問題ではない。

【００２２】図３は、整列され、粘着的にボンディング
されたチャンネル・ウエファ４７およびヒーター・ウエ
ファ４９の断面状の正面図であって、複数の個別のサー
マル・インク・ジェット・プリントヘッド（その一つが
図１に示されている）に分離するのに先立つものであ
る。図４は、図３においてサークル４により同定された
チャンネル２０の一つの拡大断面図である。図４に示さ
れている上昇したエッジ即ちリップ７０は、第２のポリ
イミド層１６のエッチングの間に、ヒーター・ピット２
６の外部エッジ上に形成されたものである。チャンネル
・ウエファ４７と、ヒーター・ピット２６の間に形成さ
れた壁部４４間のインタフェースにおけるより薄い第１
のポリイミド層をカバーする第２のポリイミド層１６と
の間には、ギャップ４６も示されている。該ギャップ
は、ヒーター・ピット間の壁部４４におけるたわみに起
因するものである。バイパス・ピットが各チャンネルに
対して形成されると、同様なたわみを有する同様な壁部
が存在することになる。第１のポリイミド層がパターン
化されて、凹部がその中に形成されるために、これらの
凹部の外部エッジは、加熱要素のアレイにおける外部の
加熱要素から、距離６４だけ間隔をおかれる。より薄い
第１のポリイミド層１３をカバーする第２のポリイミド
層１６は、ポリイミド層１３における凹部の領域におい
てはより低いものであり、ヒーター・ピット２６および
バイパス・ピット３８が第２のポリイミド層１６におい
てパターン化されたときに形成された上昇したエッジ７
０は、組み合わされた層１３，１６の高さよりも僅かに
小さくなる。従って、図７において示されている先行技
術のプリントヘッドにおけるような、上昇したエッジ即
ちリップに起因するヒーターとチャンネル・ウエファと
の隔離即ち分離はない。図３に示されている、第１のポ
リイミド層１３のスピンによる被覆操作の間に形成され
たエッジ・ビーズを除去することにより、ウエファの外
部周辺においては、２個のポリイミド層１３，１６の組
み合わされた高さと実質的に同じだけしか上昇しないエ
ッジ・ビーズに対して、距離ｔで表される垂直のスペー
スが生成される。ダイス・カット４８に適合するための
ポリイミド層におけるトレンチ凹部５５およびコンタク
ト・パッド３２のクリアランスにより、通常は上昇した
リップが形成されるが、ヒーター・ピットおよびバイパ
ス・ピットに対して用いられるように、これらのトレン
チ凹部５５に対して同じアプローチを用いることによ
り、第１の薄いポリイミド層１３は、その周囲で距離６
６だけ、最終的なトレンチ凹部よりも大きくパターン化
されて、第２のより厚いポリイミド層１６における所望
のサイズのトレンチ凹部のパターン化により、これも組
み合わされたポリイミド層１３，１６の上部では伸長し
ないリップ７０を生成するようにされる。従って、ヒー
ターとチャンネル・ウエファとの間の隔離の原因になる
上昇したリップの防止がなされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係るプリントヘッドの、拡大され
て部分的に示された等大図である。

【図２】 そのライン２−２に沿って示されるような、
図１の拡大された断面図である。

【図３】 整列され、粘着的にボンディングされたチャ
ンネル・ウエファおよびヒーター・ウエファの断面状の
正面図である。

【図４】 図３においてサークル４により同定されたエ
リアの拡大図である。

【図５】 低部のより薄い絶縁層を示すために、上部の
より厚い膜の絶縁層が除去された、ヒーター・ウエファ
の頂部を部分的に示す図である。

【図６】 図３に示されているものと類似の、典型的な
先行技術でボンディングされたチャンネル・ウエファお
よびヒーター・ウエファの一部の拡大断面図である。

【図７】 図６においてサークル７により同定されたエ
リアの拡大図である。

【図８】 典型的な先行技術でボンディングされたウエ
ファ・ペアの一部の拡大断面図である。

【符号の説明】

１０ プリントヘッド、１２ 電極、１３ より薄い第
１の層、１４ ワイヤ・ボンド、１６ より厚い第２の
層、１８ 厚膜絶縁層、１９ ドーター・ボード、２０
インク・チャンネル、２５ オープン・ボトム、２６
ヒーター・ピット、２７ ノズル、２８ 加熱要素プ
レート、２９ 前方面、３０ 表面、３１チャンネル・
プレート、３２ コンタクト・パッド、３３ アドレス
要素、３４ 加熱要素（抵抗）、３８ バイパス・ピッ
ト、３９ アンダーグレイズの絶縁層、４０ 上昇した
エッジ（リップ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その一つの表面は異方性のエッチングが
   なされて、前記プリントヘッドのインク供給マニホール
   ドと小滴発射ノズルとの間の通流を付与する線形アレイ
   のインク・チャンネルとして用いるための平行な溝部の
   セットが形成されるシリコンの上部サブストレートを備
   え、更にその一つの表面上に加熱要素およびアドレス要
   素のアレイが形成される下部サブストレートを備え、上
   部および下部のサブストレートは整列され、つがいにさ
   れ、一緒にボンディングされてプリントヘッドを形成す
   るタイプの改良されたインク・ジェット・プリントヘッ
   ドであって、次のものを含むその改良：加熱およびアド
   レス要素にわたって下部サブストレートの上に堆積さ
   れ、ある所定のアレイのレリーフ凹部をその中で規定す
   るためにパターン化されている薄膜絶縁層；および前記
   薄膜絶縁層およびレリーフ凹部のアレイにわたって堆積
   され、パターン化されている厚膜絶縁層であって、それ
   を通して凹部を形成するために前記厚膜絶縁層が堆積さ
   れ、パターン化され、養生されている間に生成されたト
   ポグラフ的な形成は、前記厚膜絶縁層におけるトポグラ
   フ的な形成に起因する上部サブストレートと下部サブス
   トレートとの間のいかなる隔離でも防止する態様で補償
   され、ヒーター・ピットおよびチャンネル・バイパス凹
   部のアレイを形成する凹部はノズルおよび加熱要素のア
   レイに対応しているもの。
2. 【請求項２】 チャンネル・バイパス凹部によって消耗
   されるエリアは、前記薄膜受動層および前記厚膜絶縁層
   の厚みが変動する間は一定に留まるものであり、該チャ
   ンネル・バイパス凹部は、ヒーター・ピットに対するイ
   ンクの不変の流れが維持されるように、一定のエリアを
   有している、請求項１に記載のプリントヘッド。
3. 【請求項３】 次のステップを有する、インク・ジェッ
   ト・プリント・デバイスにおいて用いるための複数の改
   良されたプリントヘッドの製造方法： （ａ）一つのサブストレートの一つの表面上に、複数セ
   ットの加熱要素およびアドレス電極の、等しく間隔をお
   かれた線形のアレイを形成するステップ； （ｂ）加熱要素およびアドレス電極にわたり、サブスト
   レートの表面上に薄膜絶縁層を堆積するステップ； （ｃ）不所望のトポグラフ的な形成を防止する際に後で
   用いるために、薄膜絶縁層内の所定の位置において複数
   のレリーフ凹部をフォトパターン化するステップ； （ｄ）加熱要素アレイおよびアドレス電極のセットを含
   むサブストレート表面上に厚膜絶縁層を堆積し、フォト
   パターン化し、養生するステップであって、各加熱要素
   を露出してインク流のバイパス・ピットを生成するため
   に、該厚膜絶縁層を通して複数セットの凹部を形成する
   ための前記のステップ； （ｅ）シリコン・ウエファの表面において等しいサイズ
   にされ、伸長され、平行にされた複数セットの溝部、お
   よび、各平行にされた溝部に対して少なくとも一つのエ
   ッチング貫通された凹部をエッチングするステップであ
   って、平行にされた溝部の各セットの対向側部上に異な
   るサイズの平行にされた溝部を同時にエッチングする前
   記のステップ； （ｆ）ウエファおよびサブストレートを一緒に整列し、
   ボンディングするステップであって、平行にされた溝部
   のセットを有するウエファの表面は、サブストレートの
   表面上の厚膜層を加熱要素およびアドレス電極のセット
   と接触させており、各等しいサイズの平行にされた溝部
   に含まれている加熱要素およびバイパス・ピットは、貫
   通してエッチングされた凹部を有する各セットの、等し
   いサイズで平行にされた溝部間での通流を付与し、レリ
   ーフ・トレンチは、厚膜絶縁層における前記トポグラフ
   的な形成に起因する、サブストレートとウエファとの間
   の隔離を防止するようにされた前記のステップ；および （ｇ）ボンディングされたサブストレートおよびウエフ
   ァを、複数のダイス操作ステップにより複数の個別のプ
   リントヘッドにするダイス操作のステップであって、該
   ダイス操作ステップの一つは平行にされた溝部に垂直の
   ものであり、その一つの端部を通して、プリントヘッド
   のノズルである溝部の開放端部を有する全部表面を形成
   する前記のステップ。