JPH0768760A - Thermal ink jet head - Google Patents

Thermal ink jet head

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JPH0768760A
JPH0768760A JP16784993A JP16784993A JPH0768760A JP H0768760 A JPH0768760 A JP H0768760A JP 16784993 A JP16784993 A JP 16784993A JP 16784993 A JP16784993 A JP 16784993A JP H0768760 A JPH0768760 A JP H0768760A
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flow path
groove
single crystal
plane
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Takuro Sekiya
卓朗 関谷
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a head having high yield without damage at the time of cutting in a head structure in which a heat generator board having a heat generating layer, etc., and a channel board having channel grooves are laminated and cut to form a discharge nozzle. CONSTITUTION:A thermal ink jet head 1 is composed by a heat generator board 2 in which a heat storage layer, a heat generating layer, electrodes for energizing the generator layer and a protective layer are formed on a single crystalline board, and a channel board 3 in which channel grooves 6 are formed on the crystalline board cut in the same crystal azimuth surface as that of the crystalline board by anisotropically etching in such a manner that the boards 2 and 3 are aligned in a crystalline axial direction and the heat generating surface and the groove surface are so laminated as to be opposed to each other and a laminate is cut perpendicularly to the grooves 6 to form an ink channel opening.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ノンインパクト記録用
ヘッドの一つである発熱体基板と流路基板とを積層させ
たヘッド構造のサーマルインクジェットヘッドに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal ink jet head having a head structure in which a heating element substrate and a flow path substrate which are one of non-impact recording heads are laminated.

【0002】[0002]

【従来の技術】ノンインパクト記録法は、記録時におけ
る騒音の発生が無視し得る程度に極めて小さいという点
において、関心の高い記録法とされている。中でも、高
速記録が可能で、特別な定着処理を必要とせず所謂普通
紙に記録を行うことが可能な、所謂インクジェット記録
法は極めて有力な記録法である。そこで、従来において
もインクジェット記録法に関して様々な方式が提案さ
れ、種々の改良も加えられ、現に商品化されているもの
や、実用化に向けて開発段階のものもある。
2. Description of the Related Art The non-impact recording method is a recording method of great interest in that noise generation during recording is so small that it can be ignored. Among them, the so-called inkjet recording method, which enables high-speed recording and can perform recording on so-called plain paper without requiring a special fixing process, is an extremely powerful recording method. Therefore, conventionally, various methods have been proposed for the inkjet recording method, various improvements have been added, and some have been commercialized, and some have been in the development stage for practical use.

【0003】このようなインクジェット記録法は、所謂
インクと称される記録液体の小滴(droplet) を飛翔さ
せて普通紙などの記録媒体に付着させて記録を行うもの
である。その一例として、例えば本出願人提案による特
公昭56−9429号公報に示されるようなものがあ
る。これは、要約すれば、液室内のインクを加熱して気
泡を発生させることでインクに圧力上昇を生じさせ、微
細な毛細管ノズルからインクを飛び出させて記録するよ
うにしたものである。
In such an ink jet recording method, recording is carried out by ejecting droplets of a recording liquid, so-called ink, and adhering the droplets onto a recording medium such as plain paper. An example thereof is that disclosed in Japanese Patent Publication No. 56-9429, which is proposed by the present applicant. In summary, the ink in the liquid chamber is heated to generate bubbles, thereby causing a pressure increase in the ink, and ejecting the ink from a fine capillary nozzle to perform recording.

【0004】その後、このようなインク飛翔原理を利用
して多くの提案がなされている。これらの提案の中で、
例えば特開昭56−123869号公報、特開昭57−
43876号公報、特開昭57−212067号公報、
特開昭57−212068号公報、特開昭57−212
069号公報、特開昭58−220754号公報、特開
昭58−220756号公報に示されたものでは、発熱
体基板上にフォトリソグラフィー技術によってインク流
路パターンを形成し、その上にガラス板等の天板を載せ
て蓋をし、インク流路及びノズルを形成するようにして
いる。
After that, many proposals have been made utilizing such an ink flying principle. Among these suggestions,
For example, JP-A-56-123869 and JP-A-57-
No. 43876, JP-A-57-212067,
JP-A-57-212068 and JP-A-57-212
In JP-A-069, JP-A-58-220754 and JP-A-58-220756, an ink flow path pattern is formed on a heating element substrate by a photolithography technique, and a glass plate is formed thereon. An ink flow path and nozzles are formed by mounting a top plate such as the above and covering it.

【0005】しかし、インク流路パターンをフォトリソ
グラフィー技術によって形成する場合、数10μmの厚
さのレジストパターンを形成しなければならない。よっ
て、半導体工業分野で行われている1μm程度の厚さの
レジストパターンを形成する場合と異なり、精度のよい
インク流路パターンを形成するのが非常に困難である。
また、このようなパターン形成後に、天板を蓋として貼
付ける際にこのパターンが崩れる、という問題があり、
高精度なインク流路及びノズルを形成するのが困難であ
る。
However, when the ink flow path pattern is formed by the photolithography technique, it is necessary to form a resist pattern having a thickness of several tens of μm. Therefore, unlike the case of forming a resist pattern having a thickness of about 1 μm, which is performed in the field of semiconductor industry, it is very difficult to form an accurate ink flow path pattern.
In addition, after forming such a pattern, there is a problem that the pattern collapses when the top plate is attached as a lid,
It is difficult to form a highly accurate ink flow path and nozzle.

【0006】このような点を考慮し、特開平2−671
40号公報に示されるような流路基板の製法が本出願人
により提案されている。これは、単結晶シリコン(S
i)の異方性エッチングを利用したV字溝を流路とする
ようにしたものである。このように形成されるインク流
路は、V字溝の両側2面を形成する面が(111)面と
なり、単結晶の精度で形成でき、かつ、その面も非常に
滑らかとなるため、インクジェットの流路として考えた
場合、非常に都合のよいものとなる。さらには、単結晶
シリコンによる流路基板に形成する溝を、2つの等価な
(111)面と1つの(100)面とで形成される台形
状とするものも、本出願人により提案されている。
In consideration of such a point, Japanese Patent Laid-Open No. 2-671
The applicant of the present invention has proposed a method of manufacturing a flow channel substrate as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 40. This is single crystal silicon (S
The V-shaped groove using the anisotropic etching of i) is used as the flow path. In the ink flow path formed in this manner, the surfaces forming the two surfaces on both sides of the V-shaped groove are (111) surfaces, which can be formed with the accuracy of a single crystal, and the surfaces are also very smooth. When considered as a flow path of, it becomes very convenient. Further, the present applicant has proposed that the groove formed in the flow path substrate made of single crystal silicon has a trapezoidal shape formed by two equivalent (111) planes and one (100) plane. There is.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
提案例による場合も、実際には、V字溝又は台形状溝を
形成した流路基板をどのように取出したらよいか、或い
は、どのようにアセンブリすれば歩留まりよく、かつ、
効率よく、ヘッドを完成し得るか、といった点について
は、十分に検討されておらず、流路基板自体或いは流路
基板をアセンブリしたヘッドの歩留まりはそれ程高くな
っていないのが実情である。
However, even in the case of such a proposal example, in practice, how to take out the flow path substrate having the V-shaped groove or the trapezoidal groove, or how Assemble to
Whether or not the head can be completed efficiently has not been sufficiently studied, and the yield of the flow path substrate itself or the head in which the flow path substrate is assembled is not so high.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、単結晶基板上に蓄熱層と発熱層とこの発熱層に通電
するための電極と保護層とを形成した発熱体基板と、前
記単結晶基板と同じ結晶方位面に切出された単結晶基板
上に異方性エッチングにより流路用溝を形成した流路基
板とよりなり、前記発熱体基板とこの流路基板とを結晶
軸方向を揃えるとともに発熱面と溝面とが相対するよう
に積層し、この積層物を前記流路用溝とほぼ垂直方向に
切断してインク流路開口を形成してサーマルインクジェ
ットヘッドを構成した。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a heat generating substrate having a heat storage layer, a heat generating layer, electrodes for energizing the heat generating layer, and a protective layer formed on a single crystal substrate, A flow path substrate having grooves for flow paths formed by anisotropic etching on a single crystal substrate cut out in the same crystal orientation plane as the single crystal substrate. The thermal ink jet head was constructed by aligning the directions and stacking so that the heat generating surface and the groove surface faced each other, and cutting this laminate in a direction substantially perpendicular to the flow channel groove to form an ink flow channel opening.

【0009】この際、請求項2記載の発明では、発熱体
基板と流路基板とを形成する単結晶基板をともに(10
0)面の結晶方位面に切出された単結晶シリコンウエハ
とし、双方の単結晶基板の<110>軸方向を揃えて積
層させた。
In this case, according to the second aspect of the present invention, both the single crystal substrate forming the heating element substrate and the flow path substrate (10
A single crystal silicon wafer cut out in the crystal orientation plane of the (0) plane was laminated on both single crystal substrates with the <110> axis directions aligned.

【0010】さらに、請求項3記載の発明では、単結晶
基板を(100)面の結晶方位面に切出された単結晶シ
リコンウエハとし、流路用溝をV字溝とし、前記シリコ
ンウエハの直交する2つの等価な<110>軸方向のダ
イシングによりチップ化した流路基板とした。
Further, in the invention according to claim 3, the single crystal substrate is a single crystal silicon wafer cut out in the crystal orientation plane of (100) plane, and the channel groove is a V-shaped groove, The flow path substrate was made into chips by dicing in two orthogonal <110> axis directions.

【0011】一方、請求項4記載の発明では、単結晶基
板を(100)面の結晶方位面に切出された単結晶シリ
コンウエハとし、流路用溝を台形状溝とし、前記シリコ
ンウエハの直交する2つの等価な<110>軸方向のダ
イシングによりチップ化した流路基板とした。
On the other hand, in the invention according to claim 4, the single crystal substrate is a single crystal silicon wafer cut out in the crystal orientation plane of the (100) plane, and the channel groove is a trapezoidal groove. The flow path substrate was made into chips by dicing in two orthogonal <110> axis directions.

【0012】また、請求項5記載の発明では、異方性エ
ッチングにより流路用溝より深く形成したチップ化溝に
よりチップ化した流路基板とした。
Further, according to the present invention, the flow path substrate is made into chips by the chip forming grooves formed deeper than the flow path grooves by anisotropic etching.

【0013】さらに、これらの発明において、請求項6
記載の発明では、流路用溝を有する溝面とは反対側から
発熱体基板に対する取付方向を認識させるための認識手
段を有する流路基板とした。
Further, in these inventions, claim 6
In the described invention, the flow path substrate has a recognition means for recognizing the mounting direction to the heating element substrate from the side opposite to the groove surface having the flow path groove.

【0014】一方、請求項7記載の発明では、発熱体基
板上にフォトファブリケーションにより形成された位置
決めパターンと、流路基板に対して前記位置決めパター
ンに対応する位置に異方性エッチングにより貫通形成さ
れた位置決め透視部との組合せよりなる位置整合手段を
設けた。
On the other hand, according to the invention of claim 7, a positioning pattern formed by photofabrication on the heating element substrate and a penetrating formation on the flow path substrate at a position corresponding to the positioning pattern by anisotropic etching. The position alignment means is provided in combination with the positioned transparent see-through section.

【0015】[0015]

【作用】請求項1記載の発明においては、発熱体基板と
流路基板とを同じ結晶方位面に切出された単結晶基板で
形成し、その結晶軸方向を揃えて積層するとともにその
積層物を流路基板における流路用溝とほぼ垂直方向に切
断してインク流路開口を形成しているので、両者を積
層、切断して吐出ノズルを形成するヘッド構造に関し
て、両者が同じ結晶軸方向に切断されるものとなり、そ
の切断時に破損が生ずることがなく、歩留まりの高いヘ
ッドとなる。
According to the invention of claim 1, the heating element substrate and the flow path substrate are formed of a single crystal substrate cut out in the same crystal orientation plane, and are laminated with their crystal axis directions aligned and laminated. Since the ink flow path opening is formed by cutting the liquid crystal substrate in a direction substantially perpendicular to the flow path groove on the flow path substrate, the head structure in which both are laminated and cut to form the discharge nozzle has the same crystal axis direction. The head becomes a high-yield head without being damaged during the cutting.

【0016】特に、請求項2記載の発明においては、発
熱体基板、流路基板とも単結晶シリコンウエハによるそ
の単結晶基板を<110>軸方向を揃えて積層させてい
るので、切断によりインク流路開口を形成する際に、<
110>軸方向に切込みが入ることになり、その切断時
に破損が生ずることがなく、歩留まりが一層向上するも
のとなる。
In particular, according to the second aspect of the present invention, both the heating element substrate and the flow path substrate are made of a single crystal silicon wafer, and the single crystal substrates are laminated so that the <110> axis direction is aligned. When forming the road opening,
110> A cut is made in the axial direction, no damage occurs at the time of cutting, and the yield is further improved.

【0017】また、請求項3又は4記載の発明において
は、単結晶基板を(100)面の結晶方位面に切出され
たシリコンウエハとし、その(100)面に流路用溝を
V字溝又は台形状溝として形成した流路基板のチップを
シリコンウエハから取出す際に、直交する2つの等価な
<110>軸方向のダイシングによりチップ化するよう
にしたので、破損することがなく、高い歩留まりで流路
基板が得られる。
Further, in the invention according to claim 3 or 4, the single crystal substrate is a silicon wafer cut out in the crystal orientation plane of the (100) plane, and the channel groove is V-shaped in the (100) plane. When a chip of a flow path substrate formed as a groove or a trapezoidal groove is taken out from a silicon wafer, it is made into chips by dicing in two orthogonal <110> axial directions. A flow path substrate can be obtained with a yield.

【0018】さらに、請求項5記載の発明においては、
異方性エッチングにより流路用溝より深く形成したチッ
プ化溝により流路基板をチップ化するようにしたので、
流路用溝を形成する工程で済むことになり、後でダイシ
ング等を行う必要がなく、工程が短縮される。また、異
方性エッチングによるチップ化溝でチップ化するので、
得られる流路基板チップは寸法精度の高いものとなる。
Further, in the invention according to claim 5,
Since the channel substrate was made into chips by the chipping groove formed deeper than the channel groove by anisotropic etching,
The process for forming the groove for the flow path is completed, and it is not necessary to perform dicing or the like later, and the process is shortened. Also, because the chips are made into chips by anisotropic etching,
The obtained flow path substrate chip has high dimensional accuracy.

【0019】一方、請求項6記載の発明においては、流
路基板を発熱体基板上に積層取付けする際に、流路基板
が不透明であっても、その溝面とは反対の外部から視認
し得る面に流路用溝等の取付方向を認識させる認識手段
を有するので、発熱体基板上への積層取付けを容易に行
うことができる。
On the other hand, according to the sixth aspect of the invention, when the flow path substrate is laminated and mounted on the heating element substrate, even if the flow path substrate is opaque, it can be visually recognized from the outside opposite to the groove surface. Since the surface to be obtained has a recognition means for recognizing the mounting direction of the channel groove or the like, it is possible to easily perform the stacked mounting on the heating element substrate.

【0020】また、請求項7記載の発明においては、発
熱体基板に形成した位置決めパターンと流路基板に貫通
形成した位置決め透視部との組合せによる位置整合手段
を設けたので、流路基板が不透明であってもアセンブリ
時に発熱部と流路用溝とを精度高く位置整合させること
ができる。特に、流路基板側の位置決め透視部は異方性
エッチングによるため、レーザ加工等による単純な貫通
加工によるものに比べて、非常に高精度となり、精度の
高い位置整合が可能となる。
Further, according to the invention of claim 7, since the position matching means is provided by the combination of the positioning pattern formed on the heating element substrate and the positioning see-through portion penetratingly formed on the flow channel substrate, the flow channel substrate is opaque. Even in this case, the heat generating portion and the flow path groove can be accurately aligned during assembly. In particular, since the positioning see-through portion on the side of the flow path substrate is formed by anisotropic etching, the positioning see-through portion has much higher precision than that obtained by simple through-hole machining such as laser machining, and highly accurate position alignment is possible.

【0021】[0021]

【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。本実施例のサーマルインクジェットヘッドの構成及
び動作原理を図1ないし図3を参照して説明する。この
ヘッドチップ1は図1(a)に示すように発熱体基板2
上に流路基板3を積層させたものである。ここに、流路
基板3には表裏に貫通したインク流入口4が形成されて
いるとともに、ノズル5を形成するための流路用溝6が
複数本形成されている。前記インク流入口4はこれらの
流路用溝6に連なったインク供給室領域に連通してい
る。また、発熱体基板2上には図2に示すように各ノズ
ル5(流路用溝6)に対応してエネルギー作用部を構成
する発熱体(ヒータ)8が複数個形成され、各々個別に
制御電極9に接続されているとともに共通電極10に共
通接続されている。これらの電極9,10の一端は発熱
体基板2の端部まで引出され、駆動信号導入部となるボ
ンディングパッド部11とされている。ここに、発熱体
基板2の発熱面上に流路基板3の溝面側を相対させて積
層接合することにより、流路用溝6及びインク供給室領
域は閉じられた状態となり、先端にノズル5を有するイ
ンク流路とインク供給室7とが形成される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration and operating principle of the thermal inkjet head of this embodiment will be described with reference to FIGS. This head chip 1 has a heating element substrate 2 as shown in FIG.
The flow path substrate 3 is laminated on top. Here, an ink inlet 4 penetrating the front and back is formed in the flow path substrate 3, and a plurality of flow path grooves 6 for forming nozzles 5 are formed. The ink inlet port 4 communicates with an ink supply chamber region which is connected to the flow channel grooves 6. In addition, as shown in FIG. 2, a plurality of heating elements (heaters) 8 that form an energy acting portion are formed on the heating element substrate 2 corresponding to each nozzle 5 (flow channel groove 6), and each of them is individually formed. It is connected to the control electrode 9 and the common electrode 10 in common. One end of each of these electrodes 9 and 10 is led out to the end of the heating element substrate 2 and serves as a bonding pad section 11 which serves as a drive signal introducing section. By laminating and bonding the groove surface side of the flow path substrate 3 on the heat generating surface of the heat generating substrate 2 so as to face each other, the flow path groove 6 and the ink supply chamber region are closed, and the nozzle is provided at the tip. An ink flow path having 5 and an ink supply chamber 7 are formed.

【0022】このようなヘッドチップ1において、サー
マルインクジェットによるインク噴射は図3に示すよう
なプロセスにより行われる。まず、定常状態では同図
(a)に示すような状態にあり、ノズル5先端のオリフ
ィス面でインク14の表面張力と外圧とが平衡状態にあ
る。ついで、ヒータ8が加熱され、その表面温度が急上
昇し隣接インク層に沸騰現象が起きるまで加熱されると
同図(b)に示すように、微小な気泡15が点在する状
態となる。さらに、ヒータ8全面で急激に加熱された隣
接インク層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、同図(c)
に示すように気泡15が成長する。この時、ノズル5内
の圧力は、気泡15の成長した分だけ上昇し、オリフィ
ス面での外圧とのバランスが崩れ、オリフィスよりイン
ク柱16が成長し始める。同図(d)は気泡15が最大
に成長した状態を示し、オリフィス面より気泡15の体
積に相当する分のインク14が押出される。この時、ヒ
ータ8には既に電流が流れていない状態にあり、ヒータ
8の表面温度は降下しつつある。気泡15の体積の最大
値は電気パルス印加のタイミングよりやや遅れたものと
なる。やがて、気泡15はインク14などにより冷却さ
れて同図(e)に示すように収縮し始める。インク柱1
6の先端部では押出された速度を保ちつつ前進し、後端
部では気泡15の収縮に伴うインク流路の内圧の減少に
よってオリフィス面からインク流路内にインク14が逆
流し、インク柱16基部にくびれが生ずる。その後、同
図(f)に示すように気泡15がさらに収縮し、ヒータ
8面にインク14が接し、ヒータ8面がさらに冷却され
る。オリフィス面では外圧がインク流路内圧より高い状
態になるため、メニスカスが大きくインク流路内に入り
込んでくる。インク柱16の先端部は液滴17となって
記録紙(図示せず)の方向へ5〜10m/secの速度で飛
翔する。その後、同図(g)に示すように毛細管現象に
よりオリフィスにインク14が再び供給(リフィル)さ
れて同図(a)の定常状態に戻る過程で、気泡15は完
全に消滅する。
In such a head chip 1, ink jetting by a thermal ink jet is performed by the process shown in FIG. First, in the steady state, the state is as shown in FIG. 7A, and the surface tension of the ink 14 and the external pressure are in equilibrium on the orifice surface at the tip of the nozzle 5. Next, when the heater 8 is heated and the surface temperature of the heater 8 rapidly increases until the boiling phenomenon occurs in the adjacent ink layer, minute bubbles 15 are scattered as shown in FIG. Further, the adjacent ink layer that is rapidly heated on the entire surface of the heater 8 is instantly vaporized to form a boiling film,
Bubbles 15 grow as shown in FIG. At this time, the pressure in the nozzle 5 rises by the amount of growth of the bubble 15, the balance with the external pressure on the orifice surface is lost, and the ink column 16 starts to grow from the orifice. FIG. 6D shows a state in which the bubble 15 has grown to the maximum, and the ink 14 corresponding to the volume of the bubble 15 is extruded from the orifice surface. At this time, the heater 8 is in a state in which no current is already flowing, and the surface temperature of the heater 8 is decreasing. The maximum value of the volume of the bubble 15 is slightly behind the timing of applying the electric pulse. Eventually, the bubbles 15 are cooled by the ink 14 or the like and start contracting as shown in FIG. Ink column 1
At the leading end of 6, the ink 14 moves forward while maintaining the extruding speed, and at the trailing end, the ink 14 flows backward from the orifice surface into the ink flow path due to the decrease in the internal pressure of the ink flow path due to the contraction of the bubbles 15, and the ink column 16 Necking occurs at the base. Thereafter, as shown in FIG. 6F, the bubbles 15 further contract, the ink 14 contacts the heater 8 surface, and the heater 8 surface is further cooled. Since the external pressure is higher than the internal pressure of the ink flow path on the orifice surface, a large meniscus enters the ink flow path. The tip of the ink column 16 becomes a droplet 17 and flies toward the recording paper (not shown) at a speed of 5 to 10 m / sec. Thereafter, as shown in FIG. 9G, the ink 14 is supplied (refilled) to the orifice again by the capillary phenomenon and returns to the steady state in FIG.

【0023】ついで、このようなヘッドチップ1を構成
する発熱体基板2、流路基板3等について詳細に説明す
る。まず、発熱体基板2について説明する。一般に、こ
の種のサーマルインクジェットヘッド用の発熱体基板と
しては熱伝導率の高いSiウエハやアルミナセラミック
スなどが使用される他、材料入手の容易なガラス基板な
どが使用されるが、本実施例の発熱体基板2は単結晶基
板、より好ましくは、半導体工業分野で多用されている
単結晶Siウエハ、最適には、(100)面の結晶方位
面に切出された単結晶Siウエハが用いられる。このよ
うな単結晶Siウエハ上にヒータ8等が形成されること
になる。
Next, the heating element substrate 2, the flow path substrate 3 and the like which compose the head chip 1 will be described in detail. First, the heating element substrate 2 will be described. Generally, as a heating element substrate for this type of thermal inkjet head, a Si wafer or alumina ceramics having high thermal conductivity is used, and a glass substrate or the like whose material is easily available is used. The heating element substrate 2 is a single crystal substrate, more preferably a single crystal Si wafer widely used in the semiconductor industry field, and optimally, a single crystal Si wafer cut out in the (100) crystal orientation plane is used. . The heater 8 and the like are formed on such a single crystal Si wafer.

【0024】このSiウエハは例えば拡散炉中でO2
2O のガスを流しながら、800〜1000℃の高温
にさらされ、表面に熱酸化膜SiO2 を1〜2μm成長
させる。この熱酸化膜SiO2 は図4に示すように蓄熱
層21として働き、発熱体で発生した熱が発熱体基板2
側に逃げないようにすることで、インク方向に効率よく
熱が伝わるようにするためのものである。この蓄熱層2
1上にはヒータ8となる発熱層22が形成される。この
発熱層22を構成する材料としては、タンタル‐SiO
2 の混合物、窒化タンタル、ニクロム、銀‐パラジウム
合金、シリコン半導体、或いは、ハフニウム、ランタ
ン、ジルコニウム、チタン、タンタル、タングステン、
モリブデン、ニオブ、クロム、バナジウム等の金属の硼
化物が有用である。金属の硼化物中、特に優れているも
のは、硼化ハフニウムであり、以下、硼化ジルコニウ
ム、硼化ランタン、硼化タンタル、硼化バナジウム、硼
化ニオブの順となる。発熱層22はこのような材料を用
いて、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法などの手法
により形成される。発熱層22の膜厚としては、単位時
間当りの発熱量が所望通りとなるように、その面積、材
料及び熱作用部分の形状及び大きさ、さらには、実際面
での消費電力等によって決定されるが、通常、0.00
1〜0.5μm、より好ましくは0.01〜1μmとさ
れる。本実施例では、その一例としてHfB2 (硼化ハ
フニム)を材料として2000Åの膜厚にスパッタリン
グ形成されている。
This Si wafer is, for example, O 2 in a diffusion furnace,
While flowing a gas of H 2 O, it is exposed to a high temperature of 800 to 1000 ° C. to grow a thermal oxide film SiO 2 on the surface of 1 to 2 μm. This thermal oxide film SiO 2 functions as a heat storage layer 21 as shown in FIG. 4, and the heat generated by the heating element is applied to the heating element substrate 2
This is to prevent heat from escaping to the side so that heat can be efficiently transmitted in the ink direction. This heat storage layer 2
A heat generating layer 22 serving as the heater 8 is formed on the surface 1. As a material forming the heat generating layer 22, tantalum-SiO
Mixture of two , tantalum nitride, nichrome, silver-palladium alloy, silicon semiconductor, or hafnium, lanthanum, zirconium, titanium, tantalum, tungsten,
Borides of metals such as molybdenum, niobium, chromium and vanadium are useful. Among the metal borides, the most excellent one is hafnium boride, followed by zirconium boride, lanthanum boride, tantalum boride, vanadium boride, and niobium boride in this order. The heat generating layer 22 is formed of such a material by a method such as an electron beam vapor deposition method or a sputtering method. The film thickness of the heat generating layer 22 is determined by the area, the material and the shape and size of the heat acting portion, and the actual power consumption so that the heat generation amount per unit time is as desired. But usually 0.00
The thickness is 1 to 0.5 μm, and more preferably 0.01 to 1 μm. In this embodiment, as an example, HfB 2 (hafnium boride) is used as a material and is formed into a film having a thickness of 2000 Å by sputtering.

【0025】電極9,10を構成する材料としては、通
常使用されている電極材料の多くのものを使用し得る。
具体的には、例えばAl,Ag,Au,Pt,Cu等が
挙げられ、これらを使用して蒸着等の手法により発熱層
22上の所定位置に所定の大きさ、形状、膜厚で形成さ
れる。本実施例では、例えばAlを用い、スパッタリン
グ法により膜厚1.4μmの電極9,10を形成した。
As the material for forming the electrodes 9 and 10, many of the commonly used electrode materials can be used.
Specifically, for example, Al, Ag, Au, Pt, Cu or the like is used, and these are formed at a predetermined position on the heat generating layer 22 with a predetermined size, shape and film thickness by a method such as vapor deposition. It In this embodiment, for example, Al is used to form the electrodes 9 and 10 having a film thickness of 1.4 μm by a sputtering method.

【0026】ついで、これらの発熱層22や電極9,1
0上には保護層23が形成される。この保護層23に要
求される特性は、ヒータ8部分で発生した熱をインクに
効率よく伝達することを妨げず、かつ、ヒータ8をイン
クから保護し得ることである。よって、この保護層23
を構成する材料としては、例えば酸化シリコン、窒化シ
リコン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化タ
ンタル、酸化ジルコニウム等がよい。これらを材料とし
て、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法により保護層
23が形成される。また、炭化珪素、酸化アルミニウム
等のセラミックス材料を用いてもよい。保護層23の膜
厚としては、通常、0.01〜10μmとされるが、好
ましくは、0.1〜5μm、最適には0.1〜3μm程
度とするのがよい。本実施例では、SiO2 膜としてス
パッタリング法により1.2μmの膜厚に形成した。
Next, these heat generating layer 22 and electrodes 9, 1
A protective layer 23 is formed on the 0. The characteristic required for the protective layer 23 is that it does not prevent the heat generated in the heater 8 portion from being efficiently transferred to the ink and that the heater 8 can be protected from the ink. Therefore, this protective layer 23
As a material forming the above, for example, silicon oxide, silicon nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, or the like is preferable. Using these as materials, the protective layer 23 is formed by the electron beam evaporation method or the sputtering method. Alternatively, a ceramic material such as silicon carbide or aluminum oxide may be used. The thickness of the protective layer 23 is usually 0.01 to 10 μm, preferably 0.1 to 5 μm, and optimally 0.1 to 3 μm. In this embodiment, the SiO 2 film is formed to a thickness of 1.2 μm by the sputtering method.

【0027】さらに、保護層23上に耐キャビテーショ
ン保護層24が形成されている。この保護層24は発熱
体領域を気泡発生によるキャビテーション破壊から保護
するためのものであり、例えば、Taをスパッタリング
法により4000Åの膜厚に形成される。さらに、その
上部には、電極9,10対応位置に位置させて膜厚2μ
mのResin層が電極保護層25として形成されている。
Further, an anti-cavitation protection layer 24 is formed on the protection layer 23. The protective layer 24 is for protecting the heating element region from cavitation destruction due to generation of bubbles, and is formed by sputtering Ta to a thickness of 4000 Å, for example. Further, the film thickness of 2 μm is formed on the upper part of the electrode at positions corresponding to the electrodes 9 and 10.
m resin layer is formed as the electrode protection layer 25.

【0028】次に、流路基板3について説明する。この
流路基板3は発熱体基板2と同じく単結晶Siウエハ、
より具体的には、図5に示すように(100)面の結晶
方位に切出されたSiウエハが用いられる。この単結晶
Siウエハは図におけるX軸とY軸とが互いに直交する
<110>となるように選定され、かつ、X‐Y軸面
(上下面)が単結晶の(100)面となるように選定さ
れている。このようにすると、単結晶の(111)面は
Y軸に平行で、かつ、X‐Y軸面に対して約54.7°
の角度で交わることになる。流路基板3に形成される流
路用溝6はV字溝形状とされるが、このV字溝はその2
つの傾斜面が各々(111)面で構成されている。(1
11)面は他の結晶面に比べ水酸化ナトリウム、水酸化
カリウム、ヒトラジンのようなアルカリ系溶液によるエ
ッチング速度が極めて遅く、(100)面をアルカリ系
溶液でエッチングすると、(111)面で規制されたV
字形の溝を流路用溝6として得ることができる。このよ
うなV字溝の上部の幅はフォトエッチングの際のフォト
レジストの間隔で定まり、極めて精度の高いものとな
る。また、V字溝の深さは(100)面と(111)面
とのなす角度(約54.7°)と上面の幅とで定まるの
で、これも極めて精度の高いものとなる。さらには、エ
ッチングによって現れた(111)面は極めて平滑で直
線性のよいものとなる。
Next, the flow path substrate 3 will be described. The flow path substrate 3 is a single crystal Si wafer like the heating element substrate 2,
More specifically, a Si wafer cut out in the crystal orientation of the (100) plane as shown in FIG. 5 is used. This single crystal Si wafer was selected so that <110> in which the X axis and the Y axis in the figure were orthogonal to each other, and the XY axis plane (upper and lower planes) was the (100) plane of the single crystal. Has been selected. By doing so, the (111) plane of the single crystal is parallel to the Y axis and is about 54.7 ° with respect to the XY axis plane.
Will intersect at an angle of. The flow channel groove 6 formed on the flow channel substrate 3 has a V-shaped groove shape.
Each of the two inclined surfaces is composed of a (111) surface. (1
The 11) plane has an extremely slow etching rate with an alkaline solution such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and humanazine as compared to other crystal planes. When the (100) plane is etched with an alkaline solution, it is regulated by the (111) plane. The V
A V-shaped groove can be obtained as the channel groove 6. The width of the upper portion of such a V-shaped groove is determined by the distance between the photoresists during photoetching and is extremely accurate. Further, since the depth of the V-shaped groove is determined by the angle (about 54.7 °) formed by the (100) plane and the (111) plane and the width of the upper surface, this is also extremely accurate. Furthermore, the (111) plane that appears by etching becomes extremely smooth and has good linearity.

【0029】ここに、このような単結晶Siウエハを用
いて、異方性フォトエッチング法により流路用溝6を形
成する方法について、図6を参照して説明する。まず、
図5で説明したような結晶方位のSi単結晶からなる流
路基板3を用意する。図6(a)に示す状態では、紙面
に対して垂直方向が<110>軸、この基板3の上下面
が(100)面となる。このような基板3を、例えば8
00〜1200℃程度の水蒸気雰囲気中に置き、表面全
面に熱酸化膜26を形成する。熱酸化膜26の膜厚はエ
ッチング深さの0.3%程度あれば十分である。つい
で、同図(b)に示すように、熱酸化膜26の上面全面
に周知の方法でフォトレジストを塗布し、これを写真乾
板を用いて露光し、現像を行い、フォトレジストパター
ン27を得る。ついで、同図(c)に示すように、この
フォトレジストパターン27により露出している部分の
熱酸化膜26をフッ酸水溶液等により除去し、シリコン
の露出部3aを得て、その後、フォトレジストパターン
27を取り去る。このような状態にある基板3を、例え
ば5〜40%,80℃の水酸化カリウム溶液中において
エッチングする。これにより露出部3aのエッチングが
進行するが、(111)面のエッチング進行速度は(1
00)面におけるエッチング進行速度の0.3〜0.4
%程度であるため、異方性エッチングとなり、露出部3
aの各溝部からは基板3の上面(前述したように、(1
00)面である)に対し、tan~1√2(約54.7°)
の角度をなす(111)面が現れる。結局、エッチング
により形成される流路用溝6の溝形状は同図(d)に示
すように台形状となる。さらにエッチングを進めると、
流路用溝6は同図(e)に示すように、2つの(11
1)面によって規制されたV字溝となる。
A method of forming the channel groove 6 by the anisotropic photoetching method using such a single crystal Si wafer will be described with reference to FIG. First,
The flow path substrate 3 made of Si single crystal having the crystal orientation as described in FIG. 5 is prepared. In the state shown in FIG. 6A, the <110> axis is in the direction perpendicular to the paper surface, and the upper and lower surfaces of the substrate 3 are the (100) surface. Such a substrate 3 is, for example, 8
The thermal oxide film 26 is formed on the entire surface by placing in a water vapor atmosphere at about 00 to 1200 ° C. It is sufficient that the thermal oxide film 26 has a film thickness of about 0.3% of the etching depth. Then, as shown in FIG. 3B, a photoresist is applied to the entire upper surface of the thermal oxide film 26 by a known method, and the photoresist is exposed by using a photographic dry plate and developed to obtain a photoresist pattern 27. . Then, as shown in FIG. 3C, the thermal oxide film 26 in the portion exposed by the photoresist pattern 27 is removed by an aqueous solution of hydrofluoric acid or the like to obtain an exposed portion 3a of silicon, and then the photoresist is removed. The pattern 27 is removed. The substrate 3 in such a state is etched in a potassium hydroxide solution at 5 to 40% and 80 ° C., for example. As a result, the etching of the exposed portion 3a proceeds, but the etching progress rate of the (111) plane is (1
Of the etching progress rate in the (00) plane of 0.3 to 0.4
%, The anisotropic etching results in exposed portion 3
From each groove portion of a, the upper surface of the substrate 3 (as described above, (1
(00) surface), tan ~ 1 √2 (about 54.7 °)
The (111) plane forming the angle of appears. Eventually, the groove shape of the flow path groove 6 formed by etching becomes a trapezoidal shape as shown in FIG. Further etching,
The channel groove 6 has two (11)
1) The V-shaped groove is regulated by the surface.

【0030】このようなV字溝の精度について考察する
と、まず、熱酸化膜26端部の下溝における、いわゆる
アンダカットは極めて小さく、純度の高い水酸化ナトリ
ウムを使用した場合、(100)面のエッチング深さの
0.2%程度でしかない。従って、V字溝の幅(W)
は、フォトマスクの誤差を考慮に入れても±1μm程度
の精度とすることができる。また、V字溝の底部がなす
角度は(111)面同士がなす角度(約70.6°)で
決定される。V字形の深さ(d)はW/√2となる。
Considering the accuracy of such a V-shaped groove, first, so-called undercut in the lower groove at the end of the thermal oxide film 26 is extremely small, and when using high-purity sodium hydroxide, the (100) plane It is only about 0.2% of the etching depth. Therefore, the width of the V-shaped groove (W)
Can have an accuracy of about ± 1 μm even if the error of the photomask is taken into consideration. The angle formed by the bottom of the V-shaped groove is determined by the angle formed by the (111) planes (about 70.6 °). The V-shaped depth (d) is W / √2.

【0031】最後に、同図(f)に示すように、エッチ
ングマスクに使用した熱酸化膜26をフッ酸水溶液等に
より除去することによりV字溝形状なる流路用溝6が形
成された単結晶Siのみによる流路基板3となる。な
お、このような流路基板3を実際にヘッドチップ1に適
用するには、Siウエハをインクから保護するため、S
iO2 ,Si34等の保護膜で保護するようにするのが
よい。
Finally, as shown in FIG. 3F, the thermal oxide film 26 used as the etching mask is removed by an aqueous solution of hydrofluoric acid or the like to form the channel groove 6 having a V-shaped groove. The flow path substrate 3 is made of only crystalline Si. In order to actually apply such a flow path substrate 3 to the head chip 1, in order to protect the Si wafer from the ink, S
It is preferable to protect with a protective film of iO 2 , Si 3 N 4, or the like.

【0032】このように異方性エッチングによりV字溝
形状で形成された流路用溝6を有する流路基板3は、前
述したようにヒータ8等が形成された発熱体基板2上
に、接合又は圧接されて積層状態とされる。この際、発
熱体基板2及び流路基板3は、双方の基板の<110>
軸方向を揃えて積層接合される。ここに、積層されたこ
れらの基板2,3について、ヒータ8部分から少し下流
(100〜200μm程度)の領域において、流路(流
路用溝6)に対してほぼ垂直方向にダイシングソーによ
って切断することにより、インク流路開口、ここではイ
ンク吐出用のノズル5が切出されてヘッドチップ1が完
成する。図1(a)はこのようにして完成したヘッドチ
ップ1を示し、同図(b)はそのインク吐出用のノズル
5から見た一部を拡大して示す正面図である。
The flow path substrate 3 having the flow path grooves 6 formed in the V-shaped groove shape by the anisotropic etching is formed on the heating element substrate 2 on which the heater 8 and the like are formed as described above. They are joined or pressure-welded to form a laminated state. At this time, the heating element substrate 2 and the flow path substrate 3 are formed of <110> of both substrates.
Laminated and bonded in the same axial direction. These laminated substrates 2 and 3 are cut by a dicing saw in a region slightly downstream (about 100 to 200 μm) from the heater 8 in a direction substantially perpendicular to the flow channel (flow channel groove 6). By doing so, the ink flow path opening, here the nozzle 5 for ejecting ink, is cut out, and the head chip 1 is completed. FIG. 1A shows the head chip 1 completed in this way, and FIG. 1B is an enlarged front view showing a part of the nozzle 5 for ejecting ink.

【0033】なお、インク吐出用のノズル5の形成方法
としては、上記のように、ダイシングソーによって切断
した面(インク流路開口面)をそのまま直接インク吐出
用ノズル面とする他、例えば、図7に示すように、三角
形状の吐出ノズル28aを形成したノズル板28を別個
に用意し、これをインク流路開口が切断形成されたヘッ
ドチップ1端面に接合させるようにしてもよい。このよ
うなノズル板28は、例えばポリサルフォン、ポリエー
テルサルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリプロ
ピレンなどの樹脂板(厚さは、10〜50μm程度)
に、エキシマレーザを照射して樹脂を除去・蒸発させる
ことにより吐出ノズル28aを形成したものとすればよ
い。このような製法によると、吐出ノズル28a用の三
角形のマスクパターンに沿った精密な加工を簡単に行う
ことができ、高精度なノズル板28が得られる。このノ
ズル板28はヘッドチップ1の切断面に接着剤により接
合される。また、このような製法で得られる吐出ノズル
28aの大きさは、ヘッドチップ1の切断面におけるイ
ンク流路の断面の大きさと同等か、やや小さめとするの
がよい。何れにしても、このようにノズル板28を別体
で設けたヘッド構造によれば、図1等に示したものに比
べ、インク噴射の安定性が高いものとなる。
As a method of forming the nozzles 5 for ejecting ink, as described above, the surface cut by the dicing saw (ink flow passage opening surface) is directly used as the nozzle surface for ink ejection. As shown in FIG. 7, a nozzle plate 28 having triangular discharge nozzles 28a may be separately prepared and joined to the end surface of the head chip 1 where the ink flow path opening is cut and formed. Such a nozzle plate 28 is, for example, a resin plate made of polysulfone, polyether sulfone, polyphenylene oxide, polypropylene or the like (thickness is about 10 to 50 μm).
In addition, the discharge nozzle 28a may be formed by irradiating an excimer laser to remove and evaporate the resin. According to such a manufacturing method, precise processing along the triangular mask pattern for the ejection nozzle 28a can be easily performed, and the highly accurate nozzle plate 28 can be obtained. The nozzle plate 28 is bonded to the cut surface of the head chip 1 with an adhesive. Further, the size of the discharge nozzle 28a obtained by such a manufacturing method is preferably equal to or slightly smaller than the size of the cross section of the ink flow path in the cut surface of the head chip 1. In any case, according to the head structure in which the nozzle plate 28 is provided separately as described above, the stability of ink ejection is higher than that shown in FIG.

【0034】このような本実施例の基本構成によれば、
インク流路が非常に滑らかなため、インク噴射性能に優
れたものとなる。
According to the basic configuration of this embodiment,
Since the ink flow path is very smooth, the ink ejection performance is excellent.

【0035】次に、本実施例の特徴の一つである請求項
3記載の発明によるチップ化処理について説明する。本
実施例では、発熱体基板2、流路基板3とも単結晶材
料、具体的には、Siウエハにより形成されている。従
って、単結晶の持つ性質として、機械的に脆く、その取
出し(チップ化分離)には細心の注意を要する。この
点、本実施例では、特に流路基板3をSiウエハから流
路基板チップに分離する方法が工夫されている。
Next, a chip forming process according to the invention of claim 3 which is one of the features of this embodiment will be described. In this embodiment, both the heating element substrate 2 and the flow path substrate 3 are formed of a single crystal material, specifically, a Si wafer. Therefore, the property of the single crystal is mechanically brittle, and its removal (chip separation) requires careful attention. In this regard, in this embodiment, in particular, a method of separating the flow path substrate 3 from the Si wafer into the flow path substrate chips is devised.

【0036】まず、単結晶材料は、一般に、へき開と呼
ばれる性質を有しており、結晶軸の方向には容易に割れ
易くなっている。本実施例のように、(100)面のS
iウエハを使用して流路基板3を作製する場合であれ
ば、Siウエハは、<110>軸方向に割れ易いものと
なる。そこで、本実施例では、Siウエハから微小な流
路基板チップを形成する際には、その割れ易い結晶軸方
向に、ダイシング溝を入れてチップ化するように工夫さ
れている。つまり、直交する2つの<110>軸方向に
ダイシング溝を入れて、矩形状の流路基板チップを形成
するものである。
First, the single crystal material generally has a property called cleavage and is easily cracked in the direction of the crystal axis. As in the present embodiment, S of the (100) plane
If the flow path substrate 3 is manufactured using an i-wafer, the Si wafer is easily broken in the <110> axis direction. Therefore, in the present embodiment, when forming a minute flow path substrate chip from a Si wafer, it is devised to form a dicing groove in the direction of the crystal axis, which is easily broken, to form a chip. That is, dicing grooves are formed in the two orthogonal <110> axis directions to form a rectangular channel substrate chip.

【0037】これに対応して、発熱体基板2側について
も、流路基板3側と同じく、(100)面のSiウエハ
に関して、直交する2つの<110>軸方向にダイシン
グ溝を入れることで、矩形状の発熱体基板チップを形成
するように設定されている。
Correspondingly, dicing grooves are formed in the two <110> axial directions on the (100) plane Si wafer on the heating element substrate 2 side as well as on the flow path substrate 3 side. , So as to form a rectangular heating element substrate chip.

【0038】ここに、チップ化についての実験例を示
す。 (実験1)厚さ0.5mmで(100)面に結晶方位面を
持つように切出した直径5インチのSiウエハを用い、
7mm×10mmの大きさの矩形チップをダイシング法によ
り144個切出す実験を行ったものである。使用したダ
イシングソーはディスコ社製のDAD−2H/5型であ
り、ブレード回転数は30000rpm 、ブレード送り速
度は2mm/sとした。使用したブレードは、ディスコ社
製NBC−Z600(=外径52mm×厚さ0.1mm×内
径40mm)である。Siウエハをダイシングフィルムに
貼付け、ダイシングソーに真空チャックし、0.5mmの
切込み深さで直交する2つの<110>軸方向にダイシ
ングを行ったものである。この結果、144個のチップ
を全て破損なくチップ化できたものである。
Here, an experimental example for chip formation is shown. (Experiment 1) A Si wafer having a diameter of 5 inches and having a thickness of 0.5 mm and having a crystal orientation plane on a (100) plane was used.
An experiment was performed in which 144 rectangular chips each having a size of 7 mm × 10 mm were cut by a dicing method. The dicing saw used was a DAD-2H / 5 type manufactured by Disco Corporation, the blade rotation speed was 30,000 rpm, and the blade feed speed was 2 mm / s. The blade used is NBC-Z600 (= outer diameter 52 mm x thickness 0.1 mm x inner diameter 40 mm) manufactured by DISCO. A Si wafer was attached to a dicing film, vacuum chucked on a dicing saw, and dicing was performed in two <110> axis directions orthogonal to each other with a cutting depth of 0.5 mm. As a result, all 144 chips could be made into chips without damage.

【0039】(実験2)実験1と同じダイシングソー、
Siウエハ等を用い、ダイシング方向のみを、<110
>軸方向とは無関係(ランダム)な方向として144個
分のチップ化を行ったものである。結果は、144個の
チップの内、113個のチップに微小な欠け、或いは、
全面に割れが生じ、31個のチップだけが、7mm×10
mmの大きさで破損のない矩形チップとして得られたもの
である。破損等を生じたチップを観察したところ、欠
け、或いは、割れが<110>軸方向に生じていたこと
が判明した。
(Experiment 2) The same dicing saw as in Experiment 1,
Using a Si wafer or the like, only dicing direction <110
> 144 chips are formed as a direction that is unrelated (random) to the axial direction. As a result, 113 chips out of 144 chips have a small chipping or
Cracks occurred on the entire surface, and only 31 chips were 7 mm x 10
It was obtained as a rectangular chip with a size of mm without damage. Observation of the chip that was damaged or the like revealed that a chip or a crack was generated in the <110> axis direction.

【0040】以上の実験結果からも分かるように、Si
ウエハからチップ化する場合には、結晶軸の方向にダイ
シングを行うことが重要である。従って、本実施例のよ
うに、(100)面を結晶方位面として切出されたSi
ウエハに流路用溝6を形成してなる流路基板3をSiウ
エハから切断してチップ化して得る際、直交する2つの
等価な<110>軸方向にダイシングを行えば、歩留ま
りの高いものとなる。また、(100)面を結晶方位面
として切出されたSiウエハによる発熱体基板2を、S
iウエハから切断してチップ化して得る際、直交する2
つの等価な<110>軸方向にダイシングを行えば、歩
留まりの高いものとなる。
As can be seen from the above experimental results, Si
When chips are formed from a wafer, it is important to perform dicing in the crystal axis direction. Therefore, as in this example, Si cut out with the (100) plane as the crystal orientation plane
When the flow path substrate 3 having the flow path grooves 6 formed on the wafer is cut from a Si wafer to obtain chips, dicing in two orthogonal <110> axis directions yields a high yield. Becomes In addition, the heating element substrate 2 made of a Si wafer cut out with the (100) plane as the crystal orientation plane is
When cutting from an i-wafer to obtain chips, the
If dicing is performed in two equivalent <110> axis directions, the yield will be high.

【0041】また、本実施例の特徴の一つである請求項
1記載の発明によるヘッドチップ1のダイシング処理
(インク吐出ノズル面の切出し)について説明する。本
実施例では、発熱体基板2、流路基板3とも、単結晶材
料よりなり、これらの基板2,3は積層された状態でダ
イシングによりインク吐出ノズル面が切出される。この
際、上述した実験結果からも分かるように、仮に、ダイ
シング時に結晶軸方向から外れた方向にダイシングを行
うと、破損のないヘッドチップ(基板2枚の積層物)を
得ることが困難となる。この点、本実施例では、発熱体
基板2、流路基板3ともに同一方位面に切出されたSi
ウエハをベースとし、両基板2,3とも同一結晶軸にダ
イシングを行うことによりチップ化したものを用いるよ
うにされている。
The dicing process (cutting out of the ink discharge nozzle surface) of the head chip 1 according to the first aspect of the present invention, which is one of the features of this embodiment, will be described. In the present embodiment, both the heating element substrate 2 and the flow path substrate 3 are made of a single crystal material, and the substrates 2 and 3 are laminated and the ink ejection nozzle surface is cut out by dicing. At this time, as can be seen from the above experimental results, if dicing is performed in a direction deviating from the crystal axis direction during dicing, it becomes difficult to obtain a head chip (a laminate of two substrates) without damage. . In this respect, in the present embodiment, both the heating element substrate 2 and the flow path substrate 3 are Si cut out in the same azimuth plane.
A wafer is used as a base, and both substrates 2 and 3 are made into chips by performing dicing on the same crystal axis.

【0042】具体的には、(100)面を結晶方位面と
して切出されたSiウエハ上にヒータ8等を形成した発
熱体基板2は直交する2つの等価な<110>軸方向に
ダイシングを行ってチップ化され、(100)面を結晶
方位面として切出されたSiウエハ上に異方性エッチン
グにより流路用溝6を形成した流路基板3は直交する2
つの等価な<110>軸方向にダイシングを行ってチッ
プ化されたものが用いられ、これらの2つのチップが積
層される。積層状態で、ヒータ8部分より少し下流領域
において、<110>軸方向(換言すれば、流路用溝6
に直交する方向)にダイシングソーによって両基板2,
3の積層物を切断することにより、インク吐出ノズル面
が切出し形成される。つまり、2枚の基板2,3をその
結晶軸方向を揃えて積層し、同じ結晶軸方向に切断する
ようにしているので、欠けや割れなどの破損を生ずるこ
となく、インク吐出ノズル面を形成できることになる。
Specifically, the heating element substrate 2 in which the heater 8 and the like are formed on the Si wafer cut out with the (100) plane as the crystal orientation plane is diced in two equivalent <110> axis directions orthogonal to each other. The flow path substrate 3 is formed into chips and is formed with the flow path groove 6 by anisotropic etching on the Si wafer cut out with the (100) plane as the crystal orientation plane.
Chips obtained by dicing two equivalent <110> axes are used, and these two chips are stacked. In the laminated state, in the region slightly downstream of the heater 8 portion, in the <110> axial direction (in other words, the flow path groove 6).
Both substrates 2, with a dicing saw in the direction orthogonal to
By cutting the laminate of No. 3, the ink ejection nozzle surface is cut out and formed. That is, since the two substrates 2 and 3 are laminated with their crystal axis directions aligned and cut in the same crystal axis direction, the ink ejection nozzle surface is formed without causing damage such as chipping or cracking. You can do it.

【0043】この点に関する具体例を比較例と対比して
示す。 (具体例1)具体例として、まず、直径5インチ、厚さ
0.5mmで(100)面を結晶方位面として切出された
Siウエハを用い、400dpi で128素子分を配列さ
れた発熱体基板2を作製した。チップは、7mm×10mm
の大きさで144個取りとした。このSiウエハを前述
した実験1と同じ方法・処理で直交する<110>軸方
向にダイシングを行い、チップ化した。次いで、同様
に、直径5インチ、厚さ0.5mmで(100)面を結晶
方位面として切出されたSiウエハを用い、400dpi
で128本分の流路用溝6をV字溝として異方性エッチ
ングにより形成した流路基板3を作製した。チップは、
7mm×10mmの大きさで144個取りとした。このSi
ウエハを前述した実験1と同じ方法・処理で直交する<
110>軸方向にダイシングを行い、チップ化した。こ
れらの2つのチップ(発熱体基板チップと流路基板チッ
プ)を、発熱面と溝面とが相対するようにして積層し、
接着接合して積層物とした。このような積層物を50個
作製し、ヒータ8部分より下流100μmの位置で流路
用溝6にほぼ直交する<110>軸方向にダイシングを
行い、インク吐出ノズル面を切出すようにした。この
時、ダイシングの条件は、ブレード厚さを0.25mmと
し、切込み深さは1mmとし、ブレード送り速度を0.3
mm/sとした以外は、実験1の場合と同じとした。結果
は、50個全てについて、破損を生ずることなく、イン
ク吐出ノズル面を良好に切出すことができたものであ
る。
A specific example relating to this point will be shown in comparison with a comparative example. (Specific Example 1) As a specific example, first, a heating element in which 128 elements are arranged at 400 dpi using a Si wafer cut out with a diameter of 5 inches and a thickness of 0.5 mm with a (100) plane as a crystal orientation plane. Substrate 2 was produced. The tip is 7 mm x 10 mm
The size was set to 144 pieces. This Si wafer was diced in the <110> axis direction orthogonal to each other by the same method and treatment as in Experiment 1 described above to form a chip. Next, similarly, using a Si wafer having a diameter of 5 inches and a thickness of 0.5 mm and a (100) plane as a crystal orientation plane, 400 dpi
Then, the flow path substrate 3 was formed by anisotropically etching the flow path grooves 6 corresponding to 128 V-shaped grooves. The tip is
The size of 7 mm x 10 mm was set to 144 pieces. This Si
The wafer is orthogonalized by the same method and processing as in Experiment 1 described above.
110> Dicing was performed in the axial direction to form chips. These two chips (heater substrate chip and flow path substrate chip) are laminated so that the heat generating surface and the groove surface face each other,
Adhesive bonding was performed to obtain a laminate. Fifty such laminates were produced, and dicing was performed at a position of 100 μm downstream from the heater 8 in the <110> axial direction substantially orthogonal to the flow channel groove 6 to cut out the ink ejection nozzle surface. At this time, the dicing condition is that the blade thickness is 0.25 mm, the cutting depth is 1 mm, and the blade feed speed is 0.3 mm.
Except for mm / s, it was the same as in Experiment 1. As a result, the ink ejection nozzle surface could be satisfactorily cut out for all 50 nozzles without causing damage.

【0044】(比較例)具体例1で作製したものと同じ
積層物を20個用意し、流路の領域において流路用溝6
に対して垂直ではない方向(ここでは、垂直方向から約
20°ずれた方向)に、具体例1の場合と同じ切込み深
さでダイシングを行ったところ、20個の積層物全てに
破損を生じたものである。
(Comparative Example) Twenty pieces of the same laminate as that prepared in Example 1 were prepared, and the channel groove 6 was formed in the channel region.
When the dicing was performed in a direction not perpendicular to the above (here, a direction deviating from the vertical direction by about 20 °) with the same cutting depth as in the specific example 1, all 20 laminated bodies were damaged. It is a thing.

【0045】さらに、本発明の特徴の一つである請求項
5記載の発明によるチップ化処理について説明する。こ
れは、特に流路基板3のチップ化に関するものであり、
前述したチップ化処理は、ダイシングによりチップ化し
たが、ここでは、流路用溝6等を形成するための異方性
エッチングを利用するようにしたものである。前述した
ように、流路用溝6を有する本実施例の流路基板3は異
方性エッチングにより形成される。そこで、ここではS
iウエハから流路基板をチップ化する際にもこの異方性
エッチングを利用することにより、別工程を要せず、容
易にして、高精度な寸法でチップ化できるようにしたも
のである。
Further, the chipping process according to the invention of claim 5 which is one of the features of the present invention will be described. This is particularly related to chip formation of the flow path substrate 3,
Although the above-described chip forming process is made into chips by dicing, the anisotropic etching for forming the channel grooves 6 and the like is used here. As described above, the flow path substrate 3 of this embodiment having the flow path grooves 6 is formed by anisotropic etching. Therefore, here S
By utilizing this anisotropic etching even when the flow path substrate is made into chips from the i-wafer, it is possible to easily form chips with high precision without requiring a separate step.

【0046】図8はその一例を示すもので、Siウエハ
に流路用溝6をV字溝として形成する異方性エッチング
工程において、流路基板3のサイズ輪郭位置に、流路用
溝6よりもはるかに深い溝、ここではSiウエハの底面
に到達する程の深さのV字溝をチップ化溝30として形
成し、このチップ化溝30部分でチップ化分離して、各
流路基板3を形成するようにしたものである。
FIG. 8 shows an example thereof. In the anisotropic etching process of forming the channel groove 6 as a V-shaped groove on the Si wafer, the channel groove 6 is formed at the size contour position of the channel substrate 3. A groove much deeper than the above, in this case, a V-shaped groove having a depth that reaches the bottom surface of the Si wafer is formed as the chip forming groove 30, and the chip forming groove 30 is separated into chips, and each channel substrate 3 is formed.

【0047】ここに、チップ化溝30のような深くて大
きい溝を形成するには、図6に示した異方性エッチング
工程において、Siウエハの露出部3aの幅を大きくす
ればよい。また、流路用溝6の深さとチップ化溝30の
深さとに違いがあると、エッチング時間の違いが問題に
なるという懸念が生ずるが、実際には、このようなエッ
チング時間の違いは殆ど問題とはならない。その理由
は、流路用溝6のようなV字溝は一旦形成されると(異
方性エッチングがV字溝の下端まで達すると)、そのV
字溝は、2つの(111)面で形成された溝となるた
め、エッチングがほぼストップし、それ以上、殆ど進行
しない状態となるからである。これは、(111)面が
他の面に比べてそのエッチング速度が極めて遅いためで
ある。従って、流路用溝6がほぼ形成された後もしばら
くの間、Siウエハをエッチング液に漬けておくことに
より、流路用溝6のエッチングを殆ど進行させることな
く、チップ化溝30についてその(100)面による露
出部3aが露出している限り、エッチングが進行してい
くことになる。その後、チップ化溝30の下端がSiウ
エハの底面に達するまでエッチングが進行した時点でエ
ッチングを終了させることにより、流路基板3のチップ
化が終了する。
In order to form a deep and large groove such as the chip forming groove 30, the width of the exposed portion 3a of the Si wafer may be increased in the anisotropic etching process shown in FIG. Further, if there is a difference between the depth of the channel groove 6 and the depth of the chip forming groove 30, there is a concern that a difference in etching time will be a problem, but in reality, such a difference in etching time is almost eliminated. It doesn't matter. The reason is that once a V-shaped groove such as the channel groove 6 is formed (when anisotropic etching reaches the lower end of the V-shaped groove), that V-shaped groove is formed.
This is because the V-shaped groove is a groove formed by two (111) planes, so that the etching is almost stopped and the groove hardly progresses further. This is because the (111) plane has an extremely slow etching rate as compared with the other planes. Therefore, by dipping the Si wafer in the etching solution for a while even after the channel groove 6 is substantially formed, the chipped groove 30 can be treated with almost no etching of the channel groove 6. As long as the exposed portion 3a of the (100) plane is exposed, the etching proceeds. Thereafter, when the etching progresses until the lower end of the dicing groove 30 reaches the bottom surface of the Si wafer, the etching is finished, and the dicing of the flow path substrate 3 is finished.

【0048】ところで、チップ化溝30形成のためにエ
ッチングをSiウエハの底面まで行うと、その終了時点
では、全てのチップがバラバラになってしまう。このよ
うにバラバラになったチップをエッチング槽内で全て簡
単に収容し得るエッチング槽構造であればこのままでよ
いが、バラバラとなったチップの収容が困難なエッチン
グ槽を用いる場合には、例えば、図9に示すように、S
iウエハの途中の深さでエッチングを止めて形成される
チップ化溝31としてもよい。このようなチップ化溝3
1による場合、チップ化溝31に対して僅かな折曲げ力
を作用すれば、単結晶のへき開特性により、容易にチッ
プ化分離することができる。
By the way, if etching is performed up to the bottom surface of the Si wafer to form the dicing groove 30, all the chips will be scattered at the end of the etching. If the etching tank structure is such that it is possible to easily accommodate all the disjointed chips in the etching tank in this way, but when using an etching tank in which the disassembled chips are difficult to accommodate, for example, As shown in FIG.
The chip forming groove 31 may be formed by stopping the etching at a depth in the middle of the i-wafer. Such chip forming groove 3
In the case of No. 1, if a slight bending force is applied to the chip forming groove 31, it can be easily separated into chips by the cleavage characteristic of the single crystal.

【0049】また、このようなチップ化溝30を形成す
る平面的なパターンとしては、例えば図10に示すよう
に僅かな保持部30aを残して十字状に不連続的に形成
することで、Siウエハの底面までチップ化溝30用の
エッチングを行ったとしても、バラバラとならないよう
にしてもよい。後工程で、この保持部30aをチップ化
分離することは容易である。
Further, as a planar pattern for forming such a chipping groove 30, for example, as shown in FIG. 10, Si is formed by discontinuously forming a cross shape while leaving a slight holding portion 30a. Even if the etching for the chip forming groove 30 is performed up to the bottom surface of the wafer, it may be prevented from being separated. It is easy to chip-separate the holding portion 30a in a later step.

【0050】また、本発明の特徴の一つである請求項6
記載の発明によるヘッドチップ1作製のための積層過程
の効率化について説明する。本実施例では、前述したよ
うにSiウエハを材料として流路基板3を形成している
ので、ガラス板製等のものと異なり、不透明であるた
め、流路用溝6側を下面として発熱体基板2上に積層さ
せる際、どの位置に流路用溝6が形成されているかは上
面(裏面)側からは認識できず、不便であり、アセンブ
リ工程に必要以上に時間がかかってしまう。そこで、こ
こでは、単純には例えばインク流入口4の位置を流路基
板3の矩形チップにおいてその中心位置(対角線の交差
する位置)から外れた位置、具体的には、インク吐出口
とは反対の後部側にシフトした位置に形成することによ
り、インク流入口4を認識手段とし、流路基板3を積層
アセンブリ化する際の方向性が分かるように構成されて
いる。これにより、流路基板3が不透明であっても、発
熱体基板2上に正しい方向性で積層取付けすることがで
き、作業効率のよいものとなる。
Further, it is one of the features of the present invention.
The efficiency of the stacking process for manufacturing the head chip 1 according to the described invention will be described. In this embodiment, since the flow path substrate 3 is formed of the Si wafer as described above, it is opaque unlike a glass plate or the like. When stacked on the substrate 2, it is inconvenient because the position where the channel groove 6 is formed cannot be recognized from the upper surface (back surface) side, and the assembly process takes more time than necessary. Therefore, here, for example, the position of the ink inflow port 4 is simply deviated from the central position (the position where the diagonal lines intersect) in the rectangular chip of the flow path substrate 3, specifically, the position opposite to the ink ejection port. By forming the ink inflow port 4 at the position shifted to the rear side, the ink inflow port 4 is used as a recognition means so that the directionality when the flow path substrate 3 is laminated and assembled can be understood. As a result, even if the flow path substrate 3 is opaque, the flow path substrate 3 can be stacked and mounted on the heating element substrate 2 in the correct direction, and work efficiency is improved.

【0051】この他、例えば図11(a)(b)に示す
ように、流路基板3の角部や側辺等の適宜個所に切欠3
2a,32bを認識手段として形成し、どの位置に流路
用溝6があるかといった取付け方向性を外から容易に認
識できるものとなる。このように切欠32a,32bは
異方性エッチング工程を利用してそのまま形成すること
ができ、特別な工程を要することもない。
In addition, as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), for example, the notch 3 is formed at an appropriate portion such as a corner or a side of the flow path substrate 3.
By forming 2a and 32b as the recognition means, it is possible to easily recognize from the outside the mounting directionality such as at which position the channel groove 6 is located. Thus, the notches 32a and 32b can be formed as they are by using the anisotropic etching process, and no special process is required.

【0052】さらに、本発明の特徴の一つである請求項
7記載の発明によるアセンブリ化工程における位置整合
方式について説明する。これは、Siウエハによる流路
基板3が不透明であっても、その流路用溝6を各ヒータ
8に対して正しく位置整合させた状態でアセンブリ化し
得るようにしたものである。まず、発熱体基板2上には
流路基板3の4隅相当位置に位置させてL字形状の4つ
の位置決めパターン33がフォトファブリケーションに
より形成されている。即ち、これらの位置決めパターン
33はX軸、Y軸なる2軸方向の辺を有するものとされ
ている。また、これらの位置決めパターン33の位置、
形状に対応させて、流路基板3の4隅はその形成工程に
用いる異方性エッチングを利用して角状に切欠形成(貫
通形成)した4つの位置決め透視部34が形成され、対
応する位置の位置決めパターン33と位置決め透視部3
4との対により、4つの位置整合手段35が構成されて
いる。即ち、位置決め透視部34も位置決めパターン3
3のX軸、Y軸なる2軸方向の辺に対応すべき辺を有す
るものとして形成されている。
Further, the position alignment method in the assembly process according to the present invention, which is one of the features of the present invention, will be described. This is so that even if the flow path substrate 3 made of a Si wafer is opaque, the flow path groove 6 can be assembled with the heaters 8 being properly aligned. First, on the heating element substrate 2, four L-shaped positioning patterns 33 are formed by photofabrication at positions corresponding to the four corners of the flow path substrate 3. That is, these positioning patterns 33 have sides in the biaxial directions of the X axis and the Y axis. Further, the positions of these positioning patterns 33,
Corresponding to the shape, the four corners of the flow path substrate 3 are formed with four positioning see-through portions 34 which are notched (penetrated) in the shape of a corner by using anisotropic etching used in the forming process, and the corresponding positions are formed. Positioning pattern 33 and positioning see-through part 3
Four pairs of position aligning means 35 are formed by a pair of four. That is, the positioning see-through part 34 also includes the positioning pattern 3
It is formed so as to have sides that should correspond to the sides of the three X-axis and Y-axis in the biaxial direction.

【0053】このような構成によれば、図12に示すよ
うに流路基板3を発熱体基板2上に積層させてアセンブ
リ化する際に、各位置整合手段35において、図13に
示すように位置決め透視部34の各辺が位置決めパター
ン33の2軸方向の各辺の位置に対応するように位置合
わせすればよく、簡単に流路用溝6とヒータ8とが正し
い位置関係となるように位置整合させてアセンブリ化す
ることができる。ここに、流路基板3においては、異方
性エッチング工程を利用するため、別工程を要しないと
ともに、レーザ加工等による場合に比して、位置精度の
高い位置決め透視部34を形成できるものとなる。
With such a configuration, when the flow path substrate 3 is laminated on the heat generating substrate 2 as shown in FIG. 12 to be assembled, each position aligning means 35, as shown in FIG. It suffices to align the respective sides of the positioning see-through portion 34 so as to correspond to the positions of the respective sides of the positioning pattern 33 in the biaxial direction, so that the flow path groove 6 and the heater 8 can easily have a correct positional relationship. It can be aligned and assembled. Here, since the anisotropic etching process is used in the flow path substrate 3, a separate process is not required, and the positioning see-through part 34 having higher positional accuracy can be formed as compared with the case of laser processing or the like. Become.

【0054】なお、位置決め透視部としては図12や図
13に示したように流路基板3の4隅部分に形成したも
のに限らず、例えば、図14に示すように流路用溝6な
どの支障ない4個所位置に異方性エッチングにより角穴
状に貫通形成した位置決め透視部36としてもよい(こ
れらの位置決め透視部36の対応位置に図12等に示し
た位置決めパターン33が形成される)。
The positioning see-through portion is not limited to the one formed at the four corners of the flow path substrate 3 as shown in FIGS. 12 and 13, and for example, the flow path groove 6 as shown in FIG. The positioning see-through portion 36 may be formed in a rectangular hole shape by anisotropic etching at four positions that do not hinder the positioning (the positioning pattern 33 shown in FIG. 12 and the like is formed at the corresponding positions of these positioning see-through portions 36). ).

【0055】ところで、上記説明では、流路基板3にお
ける流路用溝6をV字状溝として形成したが、図15等
に示すように、台形状溝とした流路用溝6を形成したも
のにも、前述したダイシング処理等を同様に適用し得る
(請求項3記載の発明に相当する)。ここでは、このよ
うな台形状溝による流路用溝6の形成方法等について説
明する。
In the above description, the flow channel groove 6 in the flow channel substrate 3 is formed as a V-shaped groove. However, as shown in FIG. 15 etc., the trapezoidal channel flow channel groove 6 is formed. The above-mentioned dicing process and the like can be similarly applied to the same (corresponding to the invention of claim 3). Here, a method of forming the channel groove 6 with such a trapezoidal groove will be described.

【0056】まず、流路基板3としては、この場合も前
述したように単結晶Siウエハ、より具体的には、図5
に対応させた図16に示すように(100)面の結晶方
位に切出されたSiウエハが用いられる。この単結晶S
iウエハは図におけるX軸とY軸とが互いに直交する<
110>軸となるように選定され、かつ、X‐Y軸面
(上下面)が単結晶の(100)面となるように選定さ
れている。このようにすると、単結晶の(111)面は
Y軸に平行で、かつ、X‐Y軸面に対して約54.7°
の角度で交わることになる。
First, also in this case, as the flow path substrate 3, a single crystal Si wafer, more specifically, as shown in FIG.
As shown in FIG. 16 corresponding to, the Si wafer cut out in the crystal orientation of the (100) plane is used. This single crystal S
In the i-wafer, the X axis and the Y axis in the figure are orthogonal to each other.
110> axis, and the XY axis planes (upper and lower planes) are the single crystal (100) plane. By doing so, the (111) plane of the single crystal is parallel to the Y axis and is about 54.7 ° with respect to the XY axis plane.
Will intersect at an angle of.

【0057】このような流路基板3に形成される流路用
溝6は発熱体基板2と積層した状態で断面台形状となる
ような形状とされるが、その断面台形状をなす2つの側
面は各々等価な(111)面により傾斜面として形成さ
れ、インク流路において天井面をなす底面は(100)
面により形成されている。ここに、(111)面は他の
結晶面に比べアルカリ系溶液によるエッチング速度が極
めて遅く、(100)面をアルカリ系溶液でエッチング
すると、(100)面に対して約54.7°をなす(1
11)面が現れ、図16に示すように断面台形状をなす
ように拡開した流路用溝6が形成される。このような断
面台形状溝の上部の幅W1 はフォトエッチングの際のフ
ォトレジストの間隔で定まり、極めて精度の高いものと
なる。また、断面台形状溝の深さdは、異方性エッチン
グ時間をコントロールすることにより容易に管理でき
る。さらには、このようなエッチングによって現れた
(111)面は鏡面状態となっており極めて平滑で直線
性のよいものとなる。
The flow channel groove 6 formed on the flow channel substrate 3 is shaped so as to have a trapezoidal cross section when laminated with the heating element substrate 2, but the two trapezoidal cross sections are formed. Each side surface is formed as an inclined surface by an equivalent (111) plane, and the bottom surface forming the ceiling surface in the ink flow path is (100).
Formed by the surface. Here, the etching rate of the (111) plane by the alkaline solution is extremely slower than that of the other crystal planes, and when the (100) plane is etched by the alkaline solution, it forms about 54.7 ° with respect to the (100) plane. (1
11) surface appears, and as shown in FIG. 16, the flow channel groove 6 is formed so as to have a trapezoidal cross section. The width W 1 of the upper portion of such a trapezoidal cross section is determined by the distance between the photoresists at the time of photoetching, and is extremely accurate. Further, the depth d of the trapezoidal cross section can be easily controlled by controlling the anisotropic etching time. Furthermore, the (111) plane that appears by such etching is in a mirror surface state, which is extremely smooth and has good linearity.

【0058】ここに、このような単結晶Siウエハを用
いて、異方性フォトエッチング法により断面台形状の流
路用溝6を形成する方法について、図17を参照して説
明する。基本的には、図6により説明した形成方法でよ
く、図17(a)〜(d)なる工程は、図6(a)〜
(d)と同様に行われる。ただし、異方性エッチングを
行うためのエッチング液としては、水酸化ナトリウム、
水酸化カリウム等に代えて、水酸化テトラメチルアンモ
ニウム水溶液が用いられる。これによれば、異方性エッ
チングにより鏡面仕上げされる(111)面に加えて、
流路天井面を形成する(100)面も非常に滑らかな状
態に仕上げられることが判明したからである。図17
(d)に示すような断面台形状溝の精度について考察す
ると、まず、熱酸化膜26端部の下溝における、いわゆ
るアンダカットは極めて小さく、(100)面のエッチ
ング深さの0.2%程度でしかない。従って、断面台形
状溝の上部の幅W1 は、フォトマスクの誤差を考慮に入
れても±1μm程度の精度とすることができる。
Here, a method for forming the channel groove 6 having a trapezoidal cross section by the anisotropic photoetching method using such a single crystal Si wafer will be described with reference to FIG. Basically, the formation method described with reference to FIG. 6 may be used, and the steps shown in FIGS.
The procedure is the same as in (d). However, as an etching solution for performing anisotropic etching, sodium hydroxide,
Instead of potassium hydroxide or the like, an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide is used. According to this, in addition to the (111) surface that is mirror-finished by anisotropic etching,
This is because it has been found that the (100) surface forming the channel ceiling surface can also be finished in a very smooth state. FIG. 17
Considering the accuracy of the trapezoidal groove as shown in (d), first, the so-called undercut in the lower groove at the end of the thermal oxide film 26 is extremely small, and is about 0.2% of the etching depth of the (100) plane. There is nothing. Therefore, the width W 1 of the upper portion of the trapezoidal cross section can be set to an accuracy of about ± 1 μm even if the error of the photomask is taken into consideration.

【0059】この後、V字状溝の場合と異なり、図17
(d)に示す段階でエッチングを終了させ、最後に、同
図(e)に示すように、エッチングマスクに使用した熱
酸化膜26をフッ酸水溶液等により除去することにより
断面台形状なる流路用溝6が形成された単結晶Siのみ
による流路基板3となる。なお、このような流路基板3
を実際にヘッドチップ1に適用するには、Siウエハを
インクから保護するため、SiO2 ,Si34等の保護
膜で保護するようにするのがよい。
After this, unlike the case of the V-shaped groove, as shown in FIG.
At the stage shown in (d), the etching is completed, and finally, as shown in (e) in the figure, the thermal oxide film 26 used as the etching mask is removed by an aqueous solution of hydrofluoric acid or the like to form a trapezoidal cross section. The flow path substrate 3 is made of only single crystal Si in which the groove 6 is formed. In addition, such a flow path substrate 3
In order to actually apply the above to the head chip 1, it is preferable to protect the Si wafer from the ink with a protective film of SiO 2 , Si 3 N 4, or the like.

【0060】このように異方性エッチングにより台形状
溝として形成された流路用溝6を有する流路基板3は、
前述した場合と同様に、発熱体基板2上に、接合又は圧
接されて積層状態とされる。この際、発熱体基板2及び
流路基板3は、双方の基板の<110>軸方向を揃えて
積層接合される。ここに、積層されたこれらの基板2,
3について、ヒータ8部分から少し下流(100〜20
0μm程度)の領域において、流路(流路用溝6)に対
してほぼ垂直方向にダイシングソーによって切断するこ
とによりインク吐出用のノズル5が切出されてヘッドチ
ップ1が完成する。図15(a)はこのようにして完成
したヘッドチップ1を示し、同図(b)はそのインク吐
出用のノズル5から見た一部を拡大して示す正面図であ
る。
The flow path substrate 3 having the flow path grooves 6 thus formed as trapezoidal grooves by anisotropic etching is
As in the case described above, the heating element substrate 2 is bonded or pressure-contacted to form a laminated state. At this time, the heating element substrate 2 and the flow path substrate 3 are laminated and joined so that the <110> axis directions of both substrates are aligned. These laminated substrates 2,
3 is slightly downstream from the heater 8 part (100 to 20
In a region of about 0 μm), the nozzle 5 for ejecting ink is cut out by cutting with a dicing saw in a direction substantially perpendicular to the flow path (groove 6 for flow path), and the head chip 1 is completed. FIG. 15A shows the head chip 1 completed in this way, and FIG. 15B is an enlarged front view showing a part of the nozzle 5 for ejecting ink.

【0061】なお、インク吐出用のノズル5の形成方法
としては、この場合も、図7に示した場合に準じて、図
18に示すように、台形状の吐出ノズル28bを形成し
たノズル板28を別個に用意し、これをヘッドチップ1
端面に接合させるようにしてもよい。
As for the method of forming the nozzles 5 for ejecting ink, in this case as well, in accordance with the case shown in FIG. 7, as shown in FIG. 18, a nozzle plate 28 having trapezoidal ejection nozzles 28b is formed. Prepared separately, and this is head chip 1
You may make it join to an end surface.

【0062】このような台形状溝による流路用溝6を形
成した流路基板3を用いる場合も、V字状溝による場合
と同様に、Siウエハの(100)面に対する異方性エ
ッチングにより形成されるため、非常に高精度であり、
かつ、流路面も非常に滑らかなものとなり、インク流路
として理想的なものとなる。特に、台形状溝による場合
は、V字状溝による場合に比べ、ヒータ8部分で発生す
る気泡のトラップ、即ち、流路天井面付近での気泡の残
留が少なくなるメリットもある。
Even when the flow path substrate 3 having the flow path groove 6 formed by such a trapezoidal groove is used, similar to the case of the V-shaped groove, anisotropic etching is performed on the (100) plane of the Si wafer. As it is formed, it is very accurate,
At the same time, the flow path surface becomes very smooth, which makes it ideal as an ink flow path. In particular, the trapezoidal groove has an advantage over the V-shaped groove in that traps of bubbles generated in the heater 8, that is, bubbles remaining in the vicinity of the flow passage ceiling surface are reduced.

【0063】[0063]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、単結晶基
板上に蓄熱層と発熱層とこの発熱層に通電するための電
極と保護層とを形成した発熱体基板と、前記単結晶基板
と同じ結晶方位面に切出された単結晶基板上に異方性エ
ッチングにより流路用溝を形成した流路基板とよりな
り、前記発熱体基板とこの流路基板とを結晶軸方向を揃
えるとともに発熱面と溝面とが相対するように積層し、
この積層物を流路用溝とほぼ垂直方向に切断してインク
流路開口を形成してサーマルインクジェットヘッドを構
成することで、発熱体基板と流路基板とを同じ結晶方位
面に切出された単結晶基板で形成したので、両基板を積
層、切断して吐出ノズルを形成するヘッド構造に関し
て、両基板が同じ結晶軸方向に切断されるものとなり、
その切断時に破損が生ずることがなく、歩留まりの高い
ヘッドを提供できる。
According to the first aspect of the present invention, a heat generating substrate having a heat storage layer, a heat generating layer, electrodes for energizing the heat generating layer and a protective layer formed on the single crystal substrate, and the single crystal. It is composed of a flow channel substrate in which a channel groove is formed by anisotropic etching on a single crystal substrate cut out in the same crystal orientation plane as the substrate, and the heating element substrate and this flow channel substrate are arranged in the crystal axis direction. Align them and stack them so that the heating surface and the groove surface face each other.
By cutting this laminate in a direction substantially perpendicular to the flow channel groove to form an ink flow channel opening to form a thermal inkjet head, the heating element substrate and the flow channel substrate are cut out in the same crystal orientation plane. Since it is formed of a single crystal substrate, both substrates are cut in the same crystal axis direction in a head structure in which both substrates are stacked and cut to form a discharge nozzle,
It is possible to provide a head having a high yield without causing damage at the time of cutting.

【0064】特に、請求項2記載の発明によれば、発熱
体基板、流路基板とも単結晶シリコンウエハによるその
単結晶基板を<110>軸方向を揃えて積層させている
ので、切断によりインク流路開口を形成する際に、<1
10>軸方向に切込みが入ることになり、その切断時に
破損が生ずることがなく、歩留まりが一層向上するもの
となる。
In particular, according to the second aspect of the invention, since the single crystal substrates made of single crystal silicon wafers are laminated on the heating element substrate and the flow path substrate so that the <110> axis direction is aligned, the ink is cut by cutting. <1 when forming the channel opening
10> A cut is made in the axial direction, no damage occurs at the time of cutting, and the yield is further improved.

【0065】また、請求項3又は4記載の発明によれ
ば、単結晶基板を(100)面の結晶方位面に切出され
たシリコンウエハとし、その(100)面に流路用溝を
V字溝又は台形状溝として形成した流路基板のチップを
シリコンウエハから取出す際に、直交する2つの等価な
<110>軸方向のダイシングによりチップ化するよう
にしたので、ダイシングに際して破損することがなく、
高い歩留まりで流路基板を作製できるものとなる。
According to the third or fourth aspect of the present invention, the single crystal substrate is a silicon wafer cut out in the crystal orientation plane of the (100) plane, and the channel groove is V-shaped in the (100) plane. When the chip of the flow path substrate formed as the groove or trapezoidal groove is taken out from the silicon wafer, it is made into chips by dicing in two equivalent <110> axial directions which are orthogonal to each other. Without
The flow path substrate can be manufactured with a high yield.

【0066】また、請求項5記載の発明によれば、異方
性エッチングにより流路用溝より深く形成したチップ化
溝により流路基板をチップ化するようにしたので、流路
用溝を形成する工程で済ませることができ、後で別工程
としてダイシング等を行う必要がなく、工程を短縮で
き、かつ、異方性エッチングによるチップ化溝でチップ
化するので、得られる流路基板チップの寸法精度の高い
ものとすることができる。
According to the fifth aspect of the invention, since the flow path substrate is made into chips by the chip forming groove formed deeper than the flow path groove by anisotropic etching, the flow path groove is formed. The size of the obtained flow path substrate chip can be shortened by dicing etc. as a separate process later, the process can be shortened, and chips can be formed by chipping grooves by anisotropic etching. It can be highly accurate.

【0067】さらに、これらの発明において、請求項6
記載の発明によれば、流路基板を発熱体基板上に積層取
付けする際に、流路基板が不透明であっても、その溝面
とは反対の外部から視認し得る面に流路用溝等の取付方
向を認識させる認識手段を有するようにしたので、発熱
体基板上への積層取付けを容易に行うことができる。
Further, in these inventions, claim 6
According to the described invention, when the flow path substrate is laminated and mounted on the heating element substrate, even if the flow path substrate is opaque, the flow path groove is formed on the surface opposite to the groove surface and visible from the outside. Since the recognizing means for recognizing the mounting direction such as the above is provided, it is possible to easily perform the laminated mounting on the heating element substrate.

【0068】一方、請求項7記載の発明によれば、発熱
体基板に形成した位置決めパターンと流路基板に貫通形
成した位置決め透視部との組合せによる位置整合手段を
設けたので、流路基板が不透明であってもアセンブリ時
に発熱部と流路用溝とを精度高く位置整合させることが
でき、特に、流路基板側の位置決め透視部は異方性エッ
チングによるため、別工程を必要としないとともに、レ
ーザ加工等による単純な貫通加工によるものに比べて、
非常に高精度となり、精度の高い位置整合が可能とな
る。
On the other hand, according to the seventh aspect of the invention, since the position matching means is provided by the combination of the positioning pattern formed on the heating element substrate and the positioning see-through portion penetratingly formed on the flow path substrate, the flow path substrate is Even if it is opaque, the heat generating part and the groove for the flow path can be accurately aligned at the time of assembly, and since the positioning transparent part on the flow path substrate side is anisotropically etched, a separate step is not required. , Compared to the simple through-processing by laser processing,
The accuracy is extremely high, and highly accurate position alignment is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示し、(a)はヘッドチッ
プの斜視図、(b)はその一部を拡大して示す正面図で
ある。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, (a) is a perspective view of a head chip, and (b) is a partially enlarged front view thereof.

【図2】発熱体基板を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a heating element substrate.

【図3】サーマルインクジェットの記録原理を順に示す
縦断側面図である。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional side view showing the recording principle of the thermal inkjet in order.

【図4】ヒータ付近を拡大して示す縦断側面図である。FIG. 4 is a vertical sectional side view showing a heater and its vicinity in an enlarged manner.

【図5】流路基板の結晶面及び結晶軸方向を示す斜視図
である。
FIG. 5 is a perspective view showing a crystal plane and a crystal axis direction of a flow path substrate.

【図6】流路基板に関する異方性エッチング工程を順に
示す縦断正面図である。
FIG. 6 is a vertical cross-sectional front view sequentially showing an anisotropic etching process for a flow path substrate.

【図7】変形例を示す分解斜視図である。FIG. 7 is an exploded perspective view showing a modified example.

【図8】チップ化処理の特徴を示す正面図である。FIG. 8 is a front view showing the features of chipping processing.

【図9】その変形例を示す正面図である。FIG. 9 is a front view showing a modification thereof.

【図10】別の変形例を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing another modification.

【図11】流路基板を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a flow path substrate.

【図12】アセンブリ化処理の特徴を示す分解斜視図で
ある。
FIG. 12 is an exploded perspective view showing the features of the assembly process.

【図13】その一部を拡大して示す平面図である。FIG. 13 is a plan view showing a part of the device in an enlarged manner.

【図14】その変形例を示す平面図である。FIG. 14 is a plan view showing a modification thereof.

【図15】台形状溝による実施例を示し、(a)はヘッ
ドチップの斜視図、(b)はその一部を拡大して示す正
面図である。
15A and 15B show an embodiment with a trapezoidal groove, FIG. 15A is a perspective view of a head chip, and FIG. 15B is an enlarged front view of a part thereof.

【図16】その流路基板の結晶面及び結晶軸方向を示す
斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view showing a crystal plane and a crystal axis direction of the channel substrate.

【図17】その流路基板に関する異方性エッチング工程
を順に示す縦断正面図である。
FIG. 17 is a vertical cross-sectional front view sequentially showing the anisotropic etching step for the flow path substrate.

【図18】その変形例を示す分解斜視図である。FIG. 18 is an exploded perspective view showing a modification thereof.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 発熱体基板 3 流路基板 4 認識手段 6 流路用溝 9,10 電極 21 蓄熱層 22 発熱層 23 保護層 30,31 チップ化溝 32a,32b 認識手段 33 位置決めパターン 34 位置決め透視部 35 位置整合手段 36 位置決め透視部 2 heating element substrate 3 flow path substrate 4 recognition means 6 flow path groove 9,10 electrode 21 heat storage layer 22 heat generation layer 23 protective layer 30, 31 chip forming groove 32a, 32b recognition means 33 positioning pattern 34 positioning transparent portion 35 position alignment Means 36 Positioning see-through part

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単結晶基板上に蓄熱層と発熱層とこの発
熱層に通電するための電極と保護層とを形成した発熱体
基板と、前記単結晶基板と同じ結晶方位面に切出された
単結晶基板上に異方性エッチングにより流路用溝を形成
した流路基板とよりなり、前記発熱体基板とこの流路基
板とを結晶軸方向を揃えるとともに発熱面と溝面とが相
対するように積層し、この積層物を前記流路用溝とほぼ
垂直方向に切断してインク流路開口を形成したことを特
徴とするサーマルインクジェットヘッド。
1. A heat generating substrate having a heat storage layer, a heat generating layer, electrodes for energizing the heat generating layer and a protective layer formed on a single crystal substrate, and the same crystal orientation plane as that of the single crystal substrate. And a flow path substrate in which a flow path groove is formed by anisotropic etching on a single crystal substrate, the heating element substrate and the flow path substrate are aligned in the crystal axis direction, and the heat generation surface and the groove surface are opposed to each other. The thermal ink jet head is characterized in that an ink flow path opening is formed by cutting the stack in a direction substantially perpendicular to the flow path groove.
【請求項2】 発熱体基板と流路基板とを形成する単結
晶基板をともに(100)面の結晶方位面に切出された
単結晶シリコンウエハとし、双方の単結晶基板の<11
0>軸方向を揃えて積層させたことを特徴とする請求項
1記載のサーマルインクジェットヘッド。
2. The single crystal substrates forming the heating element substrate and the flow path substrate are both single crystal silicon wafers cut out in the crystal orientation plane of the (100) plane, and <11 of both single crystal substrates.
The thermal ink jet head according to claim 1, wherein the thermal ink jet heads are laminated with the 0> axial direction aligned.
【請求項3】 単結晶基板を(100)面の結晶方位面
に切出された単結晶シリコンウエハとし、流路用溝をV
字溝とし、前記シリコンウエハの直交する2つの等価な
<110>軸方向のダイシングによりチップ化した流路
基板としたことを特徴とする請求項1又は2記載のサー
マルインクジェットヘッド。
3. A single crystal substrate is a single crystal silicon wafer cut out in a crystal orientation plane of a (100) plane, and a groove for a flow path is V-shaped.
3. The thermal ink jet head according to claim 1, wherein the flow path substrate is formed into a groove and is formed into a chip by dicing two equivalent <110> axial directions of the silicon wafer which are orthogonal to each other.
【請求項4】 単結晶基板を(100)面の結晶方位面
に切出された単結晶シリコンウエハとし、流路用溝を台
形状溝とし、前記シリコンウエハの直交する2つの等価
な<110>軸方向のダイシングによりチップ化した流
路基板としたことを特徴とする請求項1又は2記載のサ
ーマルインクジェットヘッド。
4. A single crystal substrate is a single crystal silicon wafer cut in a crystal orientation plane of (100) plane, a channel groove is a trapezoidal groove, and two equivalent <110 perpendicular to the silicon wafer. A thermal ink jet head according to claim 1 or 2, wherein the flow path substrate is formed into chips by axial dicing.
【請求項5】 異方性エッチングにより流路用溝より深
く形成したチップ化溝によりチップ化した流路基板とし
たことを特徴とする請求項1,2,3又は4記載のサー
マルインクジェットヘッド。
5. The thermal ink jet head according to claim 1, wherein the channel substrate is made into chips by chipping grooves formed deeper than the channel grooves by anisotropic etching.
【請求項6】 流路用溝を有する溝面とは反対側から発
熱体基板に対する取付方向を認識させるための認識手段
を有する流路基板としたことを特徴とする請求項1,
2,3,4又は5記載のサーマルインクジェットヘッ
ド。
6. A flow channel substrate having a recognition means for recognizing the mounting direction with respect to the heating element substrate from the side opposite to the groove surface having the flow channel groove.
The thermal ink jet head described in 2, 3, 4 or 5.
【請求項7】 発熱体基板上にフォトファブリケーショ
ンにより形成された位置決めパターンと、流路基板に対
して前記位置決めパターンに対応する位置に異方性エッ
チングにより貫通形成された位置決め透視部との組合せ
よりなる位置整合手段を設けたことを特徴とする請求項
1,2,3,4又は5記載のサーマルインクジェットヘ
ッド。
7. A combination of a positioning pattern formed by photofabrication on a heating element substrate and a positioning see-through portion penetratingly formed by anisotropic etching at a position corresponding to the positioning pattern with respect to the flow path substrate. The thermal inkjet head according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, further comprising:
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